(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電ユニットと放電ユーティリティとを含んでなる気中放電加工装置であって、
前記放電ユニットが、種々の工作機械の主軸に装着可能なスピンドルを備えるユニットホルダーと、前記ユニットホルダーに固定支持され且つピエゾケース内にピエゾ素子と皿バネと伝達軸とを有するピエゾアクチエータと、前記ピエゾアクチエータ内の皿バネと伝達軸とで往復運動可能に軸承され且つ側部にアシストガス供給口と給電子とを備える電極回転装置と、前記電極回転装置に回転可能に保持され且つ放電側とは反対側の電極端部にインペラを有する電極を保持する電極ホルダーとを備え、且つ
前記放電ユーティリティが、伸縮させるため前記ピエゾ素子に印加電圧を印加して且つ前記電極と工作物との短絡を制御するサーボドライバーとサーボ制御装置と、前記電極に放電電圧を供給する放電電源とを備える、
ことを特徴とする気中放電加工装置。
【請求項２】
放電ユニットと放電ユーティリティとを含んでなる気中放電加工装置であって、
前記放電ユニットが、種々の工作機械の主軸に装着可能なスピンドルを備えるユニットホルダーと、前記ユニットホルダーに固定支持され且つピエゾケース内にピエゾ素子と皿バネと伝達軸とを有するピエゾアクチエータと、前記ユニットホルダーと前記ピエゾアクチエータの間に前記ピエゾアクチエータと前記電極とを回転させるピエゾアクチエータ電極回転モータと、前記ピエゾアクチエータが皿バネと伝達軸とで往復運動可能に軸承されて且つ側部にアシストガス供給口と給電子とを備える電極ホルダーと、前記電極ホルダー内に保持された電極とを備え、且つ
前記放電ユーティリティが、伸縮させるため前記ピエゾ素子に印加電圧を印加して且つ前記電極と工作物との短絡を制御するサーボドライバーとサーボ制御装置と、前記電極に放電電圧を供給する放電電源とを備える、
ことを特徴とする気中放電加工装置。
【請求項３】
種々の前記工作機械の一つがマシニングセンタであり、
前記ユニットホルダーのスピンドルがマシニングセンタの主軸に着脱可能に装着でき、且つ
前記マシニングセンタに取り付けられている工作物を気中放電加工する、
ことを特徴とする請求項１または２記載の気中放電加工装置。
【請求項４】
装着される前記マシニングセンタの主軸の回転及び送りにより前記電極の回転及び送りを行なうことを特徴とする請求項３記載の気中放電加工装置。
【請求項５】
請求項１記載の気中放電加工装置を使用した気中放電加工方法であって、
ピエゾ素子に印加される印加電圧の強さに依存する前記ピエゾ素子の伸縮によって、電極と工作物との短絡を制御し、
アシストガス供給口からのアシストガス流を電極の端部に装着されたインペラに作用させることによって、前記電極を回転させ、且つ
放電電源から放電電圧を、給電子を介して前記電極に供給して工作物を放電加工する、
ことを特徴とする気中放電加工方法。
【請求項６】
請求項２記載の気中放電加工装置を使用した気中放電加工方法であって、
ピエゾアクチエータ電極回転モータによって、ピエゾアクチエータと電極とを回転させ、
ピエゾ素子に印加される印加電圧の強さに依存する前記ピエゾ素子の伸縮によって、電極と工作物との短絡を回避し、
アシストガス供給口からのアシストガス流が電極穴を経由して前記電極の放電側端部に放出され、且つ
放電電源からの放電電圧を、給電子を介して前記電極に供給して工作物を放電加工する、
ことを特徴とする気中放電加工装置。
【請求項７】
前記電極の放電電圧を検知し、平均放電電圧が設定短絡電圧以下に達したとき、サーボ制御装置及びサーボドライバーを介して前記ピエゾアクチエータを作動させ、前記電極と前記工作物との短絡を制御する、
ことを特徴とする請求項５または６記載の気中放電加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気中放電加工装置及び気中加工放電方法に関し、特に放電加工装置の可動部の重量を低減し且つ放電加工装置の構造を簡素化すること、およびそれによって、種々の工作機械例えばマシニングセンタ等に装着して放電加工をその場で可能とする気中放電加工装置及び気中加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年金型の製作に於いて、製作期間の短縮及び製作費用の低減が特に要望されている。この金型の製作には放電加工装置がよく使用されるが、放電加工装置で金型を加工する場合には、一般的には一つの金型当たりに数百本の電極を必要とする。したがって、この電極の設計及び製作にかかる費用が、金型制作費の約２割を占めている金型もある。
【０００３】
このような放電加工に対応するための放電加工装置及び放電加工方法が、特開平８−３００２２３号に開示される。この放電加工方法は、既存のパイプ工具電極を用いてリアルタイムで工具電極の軸線方向に電極の消耗させ且つ補正を行なうことによって、ワークの３次元自由曲面を高精度に放電加工することができる。しかしながら、この放電加工方法においては、頻繁に電極が消耗し且つ補正する必要があり、さらに所定量の電極が消耗すると電極の補充または交換が必要となり、ワークを連続したままで高精度の加工をしつづけることが困難であるという問題が生じている。
【０００４】
特開平９−２３９６２２号には気中放電加工方法が開示され、この気中放電加工方法は、工具電極の消耗がほとんどないために連続加工方法に適している。しかしながら、特開平９−２３９６２２号の気中放電加工方法においては、従来の加工方法と同様にマシニングセンタにそれまでの切削加工等のためにセットされていた金型を、放電加工をするためにこの金型を放電加工機に載せ代えてさらに金型の加工位置だしを必要とし、根本的な製作期間の短縮の対策がなされていない。
【０００５】
また気中放電加工は、電極と工作物との距離を短くする必要があり、その結果電極と工作物との短絡が生じやすくなるという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記状況を鑑み、気中放電加工においては電極の消耗がほとんど無く且つ通常の雰囲気中で放電加工をすることが可能であり、電極と工作物の短絡を高速度で回避できる装置を軽量化し、その結果としてマシニングセンタ等の装置に他の切削工具等と同様に着脱可能にした気中放電装置及び放電加工方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１記載の気中放電加工方法は、放電ユニットと放電ユーティリティとを含んでなり、
放電ユニットが、種々の工作機械の主軸に装着可能なスピンドルを備えるユニットホルダーと、ユニットホルダーに固定支持され且つピエゾケース内にピエゾ素子と皿バネと伝達軸とを有するピエゾアクチエータと、ピエゾアクチエータ内の皿バネと伝達軸とで往復運動可能に軸承され且つ側部にアシストガス供給口と給電子とを備える電極回転装置と、電極回転装置に回転可能に保持され且つ放電側とは反対側の電極端部にインペラを有する電極を保持する電極ホルダーとを備え、且つ
放電ユーティリティが、伸縮させるためピエゾ素子に印加電圧を印加して且つ電極と工作物との短絡を制御するサーボドライバーとサーボ制御装置と、前記電極に放電電圧を供給する放電電源とを備える構成を採用する。
【０００８】
本発明の請求項１記載の気中放電加工装置を用いた請求項５記載の気中放電加工方法においては、上記構成のピエゾ素子を備えたピエゾアクチエータは、ピエゾ素子が簡素且つ軽量で高速の伸縮が可能であるので、サーボドライバーからの電圧の強さに応じたピエゾ素子の高速及び短距離の伸縮を、軽量化された皿バネと伝達軸と電極回転装置とを経由して電極ホルダーに保持された電極に伝達することができる。
【０００９】
また、上記電極回転装置は、気中放電加工では必須のアシストガスを転用して、アシストガス流をアシストガス供給口から電極端部に装着されたインペラに作用させる構成によって非常に単純な手段で電極を回転させることが可能となり、電極と工作物との間に滞留する加工屑を排除することができる。また、インペラ手段によってさらに気中放電加工装置を軽量化することができ、ピエゾ素子の高速の伸縮をさらに応答性良く電極に伝達することができるので、放電電源からの放電電圧が給電子を介して電極に供給されることによって、加工時間を短縮した工作物の気中放電加工方法を可能にする。
【００１０】
さらに、上記課題を解決するために、本発明の請求項２記載の気中放電加工装置は、放電ユニットと放電ユーティリティとを含んでなり、
放電ユニットが、種々の工作機械の主軸に装着可能なスピンドルを備えるユニットホルダーと、ユニットホルダーに固定支持され且つピエゾケース内にピエゾ素子と皿バネと伝達軸とを有するピエゾアクチエータと、ユニットホルダーとピエゾアクチエータの間にピエゾアクチエータと電極とを回転させるピエゾアクチエータ電極回転モータと、ピエゾアクチエータ内の皿バネと伝達軸とで往復運動可能に軸承されて且つ側部にアシストガス供給口と給電子とを備える電極ホルダーと、電極ホルダー内に保持された電極とを備え、且つ
放電ユーティリティが、伸縮させるためピエゾ素子に印加電圧を印加して且つ電極と工作物との短絡を制御するサーボドライバーとサーボ制御装置と、電極に放電電圧を供給する放電電源とを備える構成を採用する。
【００１１】
本発明の請求項２記載の気中放電加工装置を用いた請求項６記載の気中放電加工方法においては、上記構成のピエゾアクチエータ電極回転モータによって、ピエゾ素子の伸縮伝達に影響を及ぼすことなく、ピエゾアクチエータと電極とを回転させることが可能となり、電極と工作物との間に滞留する加工屑を排除することができる。また、ピエゾアクチエータ電極回転モータをピエゾアクチエータの上部に設けたことによりピエゾアクチエータより先の構成部分が軽量化される。したがって、この軽量化によって、サーボドライバーからの印加電圧の強さに応じたピエゾ素子の高速及び短距離の伸縮伝達の応答性がさらに高速化できるので、電極と工作物との短絡の回避を高速化することができる。
【００１２】
本発明の請求項１及び２に記載の気中放電加工装置は、ユニットホルダーのスピンドルがマシニングセンタの主軸に着脱可能に形成され、軽量且つ簡素化されているのでマシニングセンタに装着して、工作物を気中放電加工する事を可能とする。なお、装着されるマシニングセンタの主軸の回転及び送りにより電極の回転及び送りを行なうことによりさらに気中放電加工装置の軽量化を可能にする。
【００１３】
本発明の請求項５及び６に記載の気中放電加工方法は、電極の放電電圧を検知し、平均放電電圧が設定短絡電圧以下に達したとき、サーボ制御装置及びサーボドライバーを介してピエゾアクチエータを作動させ、電極と工作物との短絡を制御することができるので、設定短絡電圧を適宜設定することによって短絡応答性を適宜に設定することが可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の気中放電加工装置及び気中放電加工方法の構成及びその作動を、図１及び図２を参照して以下に説明する。
実施例１
本発明の第１の気中放電加工装置９は、図１に示すように放電加工ユニット１と放電ユーティリティ６とから構成されている。
【００１５】
第１の気中放電加工装置９の放電加工ユニット１は、ユニットホルダー２、ピエゾアクチエータ３、電極回転装置４、電極ホルダー１７、給電子１９及び電極１８から構成される。ユニットホルダー２は、例えばマシニングセンタ（図示せず）の主軸にワンタッチで着脱できるテーパ形状のスピンドルを有し、テーパ形状の大口径側でピエゾアクチエータ３に接続されている。ピエゾアクチエターア３はピエゾケース１１内にピエゾ素子１０と皿バネ１２と伝達軸１３とを内蔵する。そしてピエゾ素子１０の高速で且つ短距離の伸縮を伝達するために、ピエゾアクチエータ３は、皿バネ１２と伝達軸１３を介して電極回転装置４に往復運動を伝達可能に接続すなわち軸承されている。電極回転装置４は、回転ケース１６の側部に装着されたアシストガス供給口と給電子１９、及び電極の放電側とは反対側の電極端部に設けたインペラ１５を有する電極１８を保持する電極ホルダー１７とを備える。
【００１６】
さらに、放電ユーティリティ６は、電極１８と工作物５との短絡を制御するためピエゾ素子１０に印加電圧を印加して伸縮させるサーボドライバー２１とサーボ制御装置２２と、電極１８に放電電圧を供給する放電電源２３とから構成される。
すなわち、実施例１の上記構成を装備する気中放電加工装置９を使用する気中放電加工方法においては、ピエゾアクチエータ３のピエゾ素子１０を、放電ユーティリティ２１に備わるサーボドライバー２１からの印加電圧の強さに応じて高速で伸縮させることが可能となる（ピエゾ素子の歪は電界により制御されるので、電圧及び電流いずれかによる制御も可能である）。このピエゾ素子１０の伸縮を、ピエゾケース１１内の皿バネ１２と伝達軸１３とを介して電極回転装置４に伝達する。その結果、電極回転装置４に装備された電極ホルダー１７に保持された電極１８に、ピエゾ素子１０の伸縮を伝達することができるので、気中放電加工では電極１８と工作物５との間が短距離であるので短絡しやすく、短絡した場合、高速でその短絡を回避することができる。
【００１７】
さらに、実施例１の気中放電加工装置９は、アシストガス供給口１４からのアシストガス流を電極端部に装着されたインペラ１５に作用させることによってインペラ１５に回転駆動力が発生して、その結果として電極１８を回転させることができ放電加工屑が電極１８と工作物５との間に滞留することを防止できるので、放電ユーティティ６の放電電源２３からの放電電圧を、給電子１９を介して電極１８に供給して、工作物５を放電加工する時に非常に良好な加工をすることができる。
【００１８】
なお、実施例１の気中放電加工装置及びこの装置を用いた気中放電加工方法では、ピエゾアクチエータ３を備えることによって、装置自体の重量を非常に軽量化して且つ電極と工作物との短絡回避を高速化することが可能となる。さらに、実施例１の気中放電加工装置は、気中放電加工において必須のアシストガスの流れを利用してインペラを備えた電極に回転を与えることができるので、さらに装置自体を軽量化することができる。
【００１９】
実施例２
本発明の第２の気中放電加工装置９は、図２に示すように放電加工ユニット１と放電ユーティリティ６とから構成されている。
第２の気中放電加工装置９の放電加工ユニット１は、スピンドル２４を備えるユニットホルダー２と、ピエゾアクチエータ３と、ピエゾアクチエータ電極回転モータと、電極ホルダー１７、給電子１９及び電極１８を含んでなる。ユニットホルダー２は、実施例１と同様に種々の工作機械の主軸に装着可能なテーパ形状のスピンドル８を備え、テーパ形状の大口径側でピエゾアクチエータ電極回転モータ７に接続されている。ピエゾアクチエータ電極回転モータ７は、その回転をピエゾアクチエータ３と電極１８に回転を与える。ピエゾアクチエータ３は、ピエゾケース１１内にピエゾ素子１０と皿バネ１２と伝達軸１３とを有し、電極１８を保持する電極ホルダー１７に回転及び実施例１で述べた短絡を回避可能に軸承されている。電極ホルダー１７は、側部にアシストガス供給口、電極穴及び給電子を備えて且つ電極を保持する。
【００２０】
さらに、放電ユーティリティ６は、電極１８と工作物５との短絡を制御するためピエゾ素子１０に印加電圧を印加して伸縮させるサーボドライバー２１とサーボ制御装置２２と、電極１８に放電電圧を供給する放電電源２３とを備える。
すなわち、実施例２の上記構成を装備する気中放電加工装置９を使用する気中放電加工方法においては、実施例１と同様にピエゾアクチエータ電極回転モータ７をピエゾアクチエータ３の上部に設けたことにより、ピエゾアクチエータ３より先の構成部分が軽量化される。したがって、放電ユーティティ２１に備わるサーボドライバー２１からの印加電圧の強さに応じたピエゾ素子１０の伸縮が、皿バネ１２と伝達軸１３とだけを介して電極１８に伝達されることができ、軽量化により伝達されるピエゾ素子１０の伸縮の応答性をさらに高速化できる。その結果、電極１８と工作物５との短絡をさらに応答性を良くして回避することができる。
【００２１】
さらに、実施例２の気中放電加工装置９は、ピエゾアクチエータ電極回転モータ７で電極を回転することによって電極と工作物との間の加工屑の滞留を防止でき、アシストガス供給口１４からアシストガス流が電極穴２６を経由して電極の放電側端部に放出し且つ放電電源２３からの放電電圧が給電子１９を介して電極１８に供給されるので、非常に安定した状態と良好な加工精度とで工作物を放電加工する。
【００２２】
なお、実施例２の気中放電加工装置及びこの装置を用いた気中放電加工方法は、電極回転気候をユニットホルダー側に設け、ピエゾアクチエータより先端部分の構成部品を少なくしたことによって、さらに装置自体の重量を軽量化して且つ電極と工作物との短絡回避の応答性を高速化することが可能となる。
ピエゾアクチエータの駆動に関して以下に説明する。工作物を放電加工中に、工作物と電極とが短絡したときには放電電圧は０Ｖに低下する。しかし、放電周波数は数千〜数十万Hzになるが、ピエゾアクチエータは、ピエゾアクチエータのケース及び電極らの重量に依存して、放電周波数に対するピエゾアクチエータ内のピエゾ素子の往復運動（歪）の追従性は低下する。ピエゾアクチエータの駆動は、図３のピエゾ素子動作フローチャートに示すように、平均放電電圧を計測してこの電圧があらかじめ設定した短絡電圧に到達したときにピエゾアクチエータを動作させる。例えば、工作物を放電加工する放電電圧が２５０Ｖでは、短絡放電電圧は約１２０Ｖとする。この短絡放電電圧に到達したときにピエゾアクチエータに印加されている電圧を停止することによって、ピエゾアクチエータを収縮させる。その結果、電極が工作物から離れ短絡が回避される。このときの短絡周波数は、アクチエータのケースや電極らの重量に依存するが、最大で数十kHz とすることができる。このとき放電加工機は短絡周波数より高い領域で定放電電流制御をしているので放電電流は安定して流すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、実施例１の気中放電加工装置の概略図を示す。
【図２】図２は、実施例２の気中放電加工装置を示す。
【図３】図３は、ピエゾアクチエータの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…放電ユニット
２…ユニットホルダー
３…ピエゾアクチエータ
４…電極回転装置
５…工作物
６…放電ユーティティ
７…ピエゾアクチエータ電極回転モータ
８…スピンドル
９…気中放電加工装置
１０…ピエゾ素子
１１…ピエゾケース
１２…皿バネ
１３…伝達軸
１４…アシストガス供給口
１５…インペラ
１６…回転ケース
１７…電極ホルダー
１８…電極
１９…給電子
２１…サーボドライバー
２２…サーボ制御装置
２３…放電電源
【図１】
0004433630.tif 000002
【図２】
0004433630.tif 000003
【図３】
0004433630.tif 000004