(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械テーブル上にワーク取付ベースと基準球を設置して前記機械テーブル上の基準球を機械座標の原点として加工する機械にて、前記基準球と前記ワーク取付ベース上に固定したワークの距離をあらかじめ測定しておき、工具でワークを加工する際に工具位置を基準球で測定し、ワーク加工部へ移動させて加工する方法において、
前記ワーク取付ベースと前記基準球に低熱膨張材を使用したことを特徴とする放電加工機の相対位置変位の防止方法。
【請求項２】
前記基準球が支持台上に支持され、該支持台に低熱膨張材を用いたことを特徴とする請求項１記載の放電加工機の相対位置変位の防止方法。
【請求項３】
前記ワーク取付ベース本体と基準球本体とが低熱膨張材からなり、前記ワーク取付ベースおよび基準球の先端球表面に硬質炭化クロム合金をコーティング処理したことを特徴とする請求項１記載の放電加工機の相対位置変位の防止方法。
【請求項４】
前記ワーク取付ベースにねじ孔を蜂の巣状に多数個あけ、このねじ孔を裏面まで貫通させて、その裏面孔を通るようにして前記ワーク取付ベースの端まで連通させた溝を格子状または網目状に設けたことを特徴とする請求項１記載の放電加工機の相対位置変位の防止方法。
【請求項５】
前記ワーク取付ベースのねじ孔の側面に横方向に貫通する逃げ孔を設けたことを特徴とする請求項１記載の放電加工機の相対位置変位の防止方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の原点基準球とワーク原点の距離間を一定に維持させて、相対位置変位を減少させるために、特に、放電加工機のワーク取付ベースと原点基準球との相対位置変位の防止方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、機械テーブル上の基準球を機械座標の原点として加工する放電加工機械においては、基準球とワークを取付けるベースでは、大きさと材質が異なるために熱による伸縮量が相違し、室温変化によって基準球とワークとの距離間、すなわち相対位置、を一定に維持することができなかった。
【０００３】
そのために、高精度な加工をする場合には、従来では室温変化を抑えたり、加工途中で基準球とワーク原点の距離測定をやり直して補正したりすることが必要であったが、恒温室の環境設備や補正再加工することは費用が高くなり、経済的な問題があった。また、従来のワーク取付ベースはマグネットベースを使用しているために、ワークを載せる表面は硬さが弱く、ワークによるスリキズやマグネットのON・OFFによる変形があり、定期的な研磨修正によって平面精度を維持する必要があった。さらに、加工屑や加工液がマグネット上に溜まりやすく、次のワークと交換する時に清掃が大変である等の問題があった。
【０００４】
さらにまた、先行事例としては、工作機械の発熱部に低熱膨張合金材を使用したものがある。例えば、特開平８−２５７８０４号公報においては、主軸の工具装着部に低熱膨張合金材を使用して、主軸自体の伸びを抑え、装着部表面に複合合金皮膜層で耐磨耗処理を行っている。この方法では、主軸を保持しているコラム全体が室温変化で変位すれば、工具保持部と共に変位してしまうことになる。
【０００５】
さらに、加工物を置いたテーブル側も熱変位すれば、ワークと工具の相対距離は一定にはならなくなる。以上から、主軸の工具装着部のみに使用してもワークと工具の相対変位を減少させることはできず、高精度な加工ができない。
【０００６】
また、特公平５−４５３６６号公報記載のものでは、発熱に影響するワーク取付ベースと機械テーブルを使用しているが、これも上述したと同じようにベース側を支えているテーブル全体が室温変化で変位すると、ワークの変位は少なくなるが、加工工具を支持している部材が伸縮して位置精度が悪くなる。すなわち、単一な1点だけの熱変位を抑えてもだめであり、相対する2点以上の複数の点を抑える必要がある。
【０００７】
なお、低熱膨張材は一般のスチール材や鋳物材に比べてコストがかなり高いために、機械全体に使用することは経済的に困難であり、そのために部分的に効果がある所に使用することが望ましいことになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上から、機械テーブル上の基準球を機械座標の原点として加工する機械において、基準球とワーク距離間をあらかじめ測定しておき、工具でワークを加工する際に、工具位置を基準球で測定しワーク加工部へ移動させて加工する方法において、ワークを取付けるベースと原点基準球の間の変位を少なく抑えて、定期的修正が不要な高精度なベースを提供することで、加工精度を向上させる方法を提供することが望まれる次第である。
【０００９】
従って、本発明の目的は、上述したような従来技術における問題点を解決するために、ワークと加工原点基準球との相対位置の変位を防止して放電加工精度の向上を計る方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明の放電加工機の相対位置変位の防止方法は、機械テーブル上にワーク取付ベースと基準球を設置して前記機械テーブル上の基準球を機械座標の原点として加工する機械にて、前記基準球と前記ワーク取付ベース上に固定したワークの距離をあらかじめ測定しておき、工具でワークを加工する際に工具位置を基準球で測定し、ワーク加工部へ移動させて加工する方法において、前記ワーク取付ベースと前記原点基準球に低熱膨張材を使用したことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の放電加工機の相対位置変位の防止方法は、前記基準球が支持台上に支持され、該支持台に低熱膨張材を用いたことを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明の放電加工機の相対位置変位の防止方法は、前記ワーク取付ベース本体と基準球本体とが低熱膨張材からなり、前記ワーク取付ベースおよび基準球の先端球表面に硬質炭化クロム合金をコーティング処理したことを特徴とする。
【００１３】
さらにまた、本発明の放電加工機の相対位置変位の防止方法は、前記ワーク取付ベースにねじ孔を裏面まで貫通させて、その裏面孔を通るようにして前記ワーク取付ベースの端まで連通させた溝を格子状または網目状に設けたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の放電加工機の相対位置変位の防止方法は、前記ワーク取付ベースのねじ孔の側面に横方向に貫通する逃げ孔を設けたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の放電加工機の相対位置変位の防止方法においては、同じ機械テーブル上にワーク取付ベースの高さ調整台と基準球用の高さ調整台をねじで固定し、これらワーク取付ベースの高さ調整台と基準球用高さ調整台も、ワーク取付ベースおよび基準球と同様に低熱膨張材にて製作する。さらに、ワーク取付ベースの表面にコーティング処理で滑り性を良くして低熱膨張材の表面硬さを増大してワーク取付ベースのキズやさびを防ぐようにしている。さらにまた、コーティングの実施例としては、硬質クロムメッキやさらに硬度が高く摩擦係数が低い硬質炭化クロム合金を３０μ程度コーティングしている。
【００１６】
ワーク取付ベースは、ワークが固定できるように蜂の巣状または網目状に多数のタップ孔をあけ、これらタップ孔を下まで貫通させる。貫通したこれらタップ孔等のねじ孔の裏面には、溝を格子状または網目状に設けておいて、加工した時の加工屑や加工液がワーク取付ベース上に溜まるので、これら加工屑が先のタップ孔等のねじ孔から連通した下の溝へ加工液と共に自然に排出することができるようにしている。
【００１７】
本発明の他の目的と特徴および利点は以下の添付図面に沿っての詳細な説明から明らかになろう。
【００１８】
（実施例１）
以下に、本発明の放電加工機の相対位置変位の防止方法の実施例について、図1を参照して説明する。
【００１９】
図1は、本発明に従って、加工前にあらかじめ加工原点の相対位置座標値を求めるための測定の概要図である。図中、機械テーブル１は鋳物やスチール材等で出来ており、この機械テーブル１の上にねじ等の固定部材によって低熱膨張材を使った基準球３の取付台２が固定されている。基準球３の剛性を高めるためと高さ調整ができるように、基準球３とは別に分けて取付台２を製作して、ねじで取付台2だけを交換できるように構成している。また、必要に応じては、取付台２と基準球３とを分けずに一体に製作しても勿論一向にかまわない。先端が球形状をしたテーブル側の基準球３（本実施例ではスチール材で作られている）が、取付台２に高さを調節できるように取付けられている。
【００２０】
また、機械ベース１の上にはワーク高さ調整台４を介してワーク取付ベース５が設置されており、このワーク取付ベース５の上にワーク６が配置されている。ワーク６は、ワーク６の加工高さを調整できるようにしたワーク高さ調整台４の上にワーク取付ベース５が載せられ、その上に設置されている。また、この加工するワーク６を載置するワーク取付ベース５は低熱膨張材で出来ていて、ワーク取付ベース５上のワーク６に、放電加工によって加工部７が加工される。
【００２１】
さらに、このような機械ベース１側の基準球３に対応して、機械のコラム側に取付けられた基準球８が設けられている。この基準球８は、機械ベース１側の基準球３と形状が同じように球形状に形成されており、支持台８ａの先端部分に取り外し自在に、あるいは一体的に取り付けられている。
【００２２】
以上のように構成された本発明における放電加工機から、ワークと加工原点の相対位置座標値を求める方法に就いて次に説明する。
【００２３】
まず、X方向に就いては、コラム側の基準球８によってテーブル側の基準球３の側面両側を測定して振り分けて、球の中心位置を求める。測定は、微少電流による接触感知で行われる。この接触点を機械のゼロ原点とする。次に、Y方向に就いても同様にして測定を行う。Z方向に就いては、先の測定したＸ、Ｙ中心点からＺを測定して、テーブル側の基準球３の先端を機械原点のゼロとする。以上からＸ、Ｙ、Ｚを（０、０、０）とする。
【００２４】
次に、コラム側の基準球８をワーク６の方へ移動させてワーク６のＺ方向の基準端面を測定して、その座標をＺ１とする。従って、Ｚ１は、基準球原点とワーク原点の距離である。
【００２５】
これによって、テーブル側の基準球３とワーク６の距離が求まる。次に、ワーク６のＸ、Ｙ方向についても同じように測定してＸ、Ｙ方向の距離Ｘ１、Ｙ１が求められる（図示なし）。
【００２６】
次いで、コラム側の基準球８および支持台８ａを機械から取り外して、加工工具である電極9と交換する。次に、図2で加工前の電極加工位置の測定図に就いて説明する。
【００２７】
図２に示されるように、電極9を移動させてＺ方向基準をテーブル側の基準球３の先端に接触測定させて、その位置Ｚ０をゼロと書き換える。
【００２８】
次に、電極９のＸ、Ｙ基準を同じようにテーブル側の基準球３に接触測定させてＸ０・Ｙ０を求めて、その位置をＸ、Ｙのゼロと書き換える。
【００２９】
次いで、電極９をワーク６の加工位置へ移動させることになるが、下記の計算値に基づいて電極９を送る。
【００３０】
Ｚ方向については、機械の加工終了位置座標Ｚ２は先に求めたＺ１とワーク端面のＺ原点からの加工深さZをあわせた量となるので、次の式となる。
【００３１】
Ｚ２＝Ｚ１±Ｚ  ----  （１）
（ここでＺは図面で与えられた指定された加工深さ）
Ｘ２、Ｙ２の加工位置座標は同様に、
Ｘ２＝Ｘ１±Ｘ  -----  （２）（Ｘは図面で指定されたＸの位置）
Ｙ２＝Ｙ１±Ｙ  -----  （３）（Ｙは図面で指定されたＹの位置）
である。
【００３２】
上記符号は原点基準球に対するワークの位置の置き方でプラスとマイナスの場合もある。
【００３３】
これによって、Z１、X１、Y１が熱変位で変化すると、加工位置がずれて加工精度が悪くなることがわかる。
【００３４】
また、図1の測定時と図2の測定時の伸縮変化量が同じであれば、問題ないが、ワーク取付ベースと基準球の寸法サイズをあわせることは、加工範囲が狭くなる欠点があって困難である。そこで変化を起こさない方法としてワーク高さ調整台４、ワーク取付ベース５、取付台２を低熱膨張材で作成することによって、相対変位を抑えるようにしている。しかし、低熱膨張材は硬度が低いので、そのままでは使用することができない。
【００３５】
そこで、次に、図３に本発明のワーク取付ベースに就いて詳しく説明する。
【００３６】
図３（ａ）はワーク取付ベース５の平面図で、図３（ｂ）はワーク取付用止めねじのねじ孔と、ワーク取付ベース取付用ねじ孔の部分の断面図で、図３（ｃ）はワーク取付ベース裏面側の溝の平面部分図、図３（ｄ）は溝の拡大断面部分図である。ワーク取付用ねじ孔１０は、ワーク取付ベース５の裏面まで貫通されていて蜂の巣状に多数設けられたタップ孔であり、どの位置からでもワーク６をワーク取付ベース５上に固着すべく取付られるようになっている。また、ねじ孔１１は、止めねじによってワーク取付ベース５をワーク高さ調整台４上に固定するためのねじ孔であって、ワーク取付ベース５に貫通する段付き孔として設けられており、さらに、このねじ孔１１の側面に、ワーク取付ベース５の側面まで横方向に貫通させた加工液の逃げ孔１２が形成されている。さらにまた、加工液の逃げ溝としての溝１３が、ワーク取付ベース５の裏面側に格子状または網目状に、先の貫通させた全てのタップ孔等のねじ孔１０と、止めねじのねじ孔１１との中心をそれぞれ通るように設けられていて、ワーク取付ベース５の端まで繋がっている。また、このようなワーク取付ベース５の表面側に、コーティング１４が、ワーク６を載せるべくワーク取付ベース５の表面に厚さ約３０μ程度に硬質炭化クロム合金をコーティングして形成されている。
【００３７】
以上のように構成された放電加工機において、次のようにして放電加工が行われる。
【００３８】
まず、加工液槽内に設置されたワーク取付ベース５上のワーク６が沈むまで加工液を満たし、循環する加工液の中で放電加工が行なわれるようになる。ワーク６を加工すると、加工屑がワーク取付ベース５の上に落ち、落ちた加工屑は、ワーク取付ベース５の貫通したねじ孔１０、１１内に加工液と共に流れて、下の機械テーブル１の上にまで落ちる。また、ワーク高さ調整台４によって塞がれた部分は、溝１３を通ってねじ孔１１を経て機械テーブル１の上に流れ出る。これによって、加工屑が良好に排出されて、機械テーブル１上に溜まる加工屑の量が減る。さらに、加工終了後に、エアーなどを吹き付けると、ワーク取付ベース５上の残りの加工屑も同じように近傍のねじ孔１１を通じて簡単に排出することができる。
【００３９】
大きいワーク取付ベース５では、従来エアーで清掃しても貫通した孔がなく、ワーク取付ベース５の端面まで加工屑を移動させなくてはならず、清掃時間がかかったし、また、ワークを載せる時や取り外す時にスリキズが付き易くなっていたことも、硬度の高いコーティング１４を設けることによって十分に防止することができるようになる。特に、ワークを取り外す時に、加工屑がワーク取付ベース５上にあると、ワークによって加工屑を巻き込んで、ワーク取付ベース５にキズをつけることが多いので、その点においても加工屑の排出性を向上することによって、キズをつけ難くなっている。さらに、コーティング１４の摩擦係数が硬質クロムメッキよりも約５倍ほど低い硬質炭化クロム合金を使用したことによって、加工屑を排出するための清掃作業もし易くなり、２重の効果をもたらすようになっている。さらにまた、ワーク取付ベース５上に溜まる加工液自体も排出し易く、さらに、止めねじのねじ孔１１に加工液が溜まるのを防ぐために、ねじ孔１１の側面にもワーク取付ベース５の端面まで連通させた逃げ孔１２を設けたことで、加工屑の清掃作業が一層し易くなっており、ワーク取付用およびワーク取付ベース取付用のねじ孔を好適に利用することができ、簡単な手段で良好な効果を得ることが出来る。
【００４０】
（実施例２）
次に、図４において本発明の実施例２に就いて説明する。
【００４１】
図４に示されるように、本発明の実施例２においては、機械テーブル１の上にワーク高さ調整台４を介して低熱膨張材のワーク取付ベース５が設置され、このワーク取付ベース５の上に同様な低熱膨張材のテーブル基準球３が載置されると共に、ワーク６が設置されている。
【００４２】
このように本実施例は、低熱膨張材のワーク取付ベース５上に低熱膨張材の基準球３を載せて行う方法である。
【００４３】
同じ低熱膨張材のワーク取付ベース５の上にワーク６と基準球３とを置くことによって、機械テーブル１が低熱膨張材でないために機械テーブル1自体が伸縮した場合でも、その影響がまったくなく、先の実施例１において図１の機械テーブル1上に基準球３を置いた場合に比べて、さらに変位が少なくなって、精度が良くなる。なお、機械テーブル１が低熱膨張材や、それに準じたセラミック材で製作されていれば、上記したと同じような効果が得られる。
【００４４】
次に、図５（ａ）、（ｂ）で本発明の実施効果を従来との比較で説明するに、図５（ａ）は本発明における低熱膨張材を使用した場合の相対変位量を示すグラフで、図５（ｂ）は従来例における相対変位量を示すグラフである。
【００４５】
図示されるように、本発明による相対変位量における効果を見るために、同じ機械上の片方には、低熱膨張材使用した基準球と同じく低熱膨張材を使用したワーク取付ベースの上にワークを載せて相対位置の変位量を測定した。もう片方には、一般のスチール材の基準球と、一般のスチール材と磁石材とで出来ている市販のマグネットベースの上にワークを載せて相対位置の変位量を測定した。
【００４６】
上記測定は同じ日、同じ時刻に連続してほぼ３０分間隔で交互に測り、測定時間のずれは数分と違わない状態で行った。また、それぞれ載せたワーク材は一般のスチール材で、サイズも同一の約１００ｍｍ角のサイコロ形状を使用した。さらに、ワークと基準球の距離Ｘ、Ｙ、Ｚも同一距離とした。
【００４７】
加工液につけた状態では測定精度が悪くなるので、加工液はワーク取付ベースの下まで入れ、上部は気中に放置した。
【００４８】
その結果、室温がほぼ４℃変化すると、従来では変位量がＭａｘ１２μであったものがＭａｘ４μと減少した。さらに、Ｙ方向の距離が２００ｍｍとＸ、Ｚに比べて長い位置に置いたために、変位が大きくなっている。また、測定自体のばらつき精度が誤差２μあるものと見なすと、さらに、変位は少なくなって、狙いのほぼ1／8に近い値を示した。なお、テストにおいて使用した低熱膨張材の線膨張係数は、１×１０−６／Ｋ・２０−１００度で、一般のスチール材の約１／８である。
【００４９】
また、実際の加工では、放電の加工熱（鉄を溶解する温度以上まで上がる３０００℃程度）で、加工液温度が上昇して室温だけでなくて加工液温度も変化するので、さらにまた相対変位量は大きくなる。さらに、加工熱は加工する条件（電流の弱い仕上げ加工条件・電流の高い荒加工条件）でも変化する。また、加工液は放電加工熱を冷却させる目的をもっているが、加工に近いベース付近と加工から遠い基準球付近の加工液温度差も発生して、相対距離の変化に影響してくる。
【００５０】
しかしながら、本発明のワーク取付ベースと基準球であれば、加工液温度や室温変化に関係なく、問題なく高精度に加工することができる。
【００５１】
なお、本発明の基準球３の先端の球は低熱膨張材では、製作しなかったが、使用しても良く、その時は硬度向上による耐磨耗性を上げて寿命の延長やさびを防止するためにワーク取付ベースと同じコーティング処理を表面に行うと一層好適である。
本発明は、放電加工機で行ったが、放電加工機に限らず他の工作機械においてもワーク取り付けベースと原点基準球を設置しワークと工具との相対的位置変位を必要とする加工においても有効とすることができる。
例えば切削加工機はカッターやエンドミルのような工具のＺ方向の面位置を本発明と同じように基準球を介して測定する場合がある、そのような場合本発明の熱変位防止方法が効果的である。
【００５２】
【発明の効果】
以上から、本発明の請求項１記載の放電加工機の相対位置変位の防止方法は、機械テーブル上にワーク取付ベースと基準球を設置して前記機械テーブル上の基準球を機械座標の原点として加工する機械にて、前記基準球と前記ワーク取付ベース上に固定したワークの距離をあらかじめ測定しておき、工具でワークを加工する際に工具位置を基準球で測定し、ワーク加工部へ移動させて加工する方法において、前記ワーク取付ベースと前記基準球に低熱膨張材を使用しているので、機械テーブル上の基準球とワーク取付ベースを線膨張係数の少ない材質に変更することによって前記基準球とワーク取付ベースの間の相対位置の変位を減少させることができるし、また、低熱膨張材は硬さが弱いために、そのままではキズがつき易くワーク取付ベースには使用できなかったが、ワーク取付表面に硬質炭化クロム合金を薄くコーティングすることでキズが付き難くなり、研磨修正の必要を減少することができる。
【００５３】
本発明の請求項２記載の放電加工機の相対位置変位の防止方法は、前記基準球が支持台上に支持され、該支持台に低熱膨張材を用いているので、前記基準球とワーク取付ベースの間の相対位置の変位を好適に減少させることができる。
【００５４】
本発明の請求項３記載の放電加工機の相対位置変位の防止方法は、前記ワーク取付ベース本体と基準球本体とが低熱膨張材からなり、前記ワーク取付ベースおよび基準球の先端球表面に硬質炭化クロム合金をコーティング処理しているので、低熱膨張材は硬さが弱いために、そのままではキズがつき易くワーク取付ベースには使用できなかったが、ワーク取付表面に硬質炭化クロム合金を薄くコーティングすることでキズが付き難くなって使用可能となり、研磨修正を実施する回数を減少することができる。
【００５５】
本発明の請求項４記載の放電加工機の相対位置変位の防止方法は、前記ワーク取付ベースにねじ孔を蜂の巣状に多数個あけ、このねじ孔を裏面まで貫通させて、その裏面孔を通るようにして前記ワーク取付ベースの端まで連通させた溝を格子状または網目状に設けているので、加工液や加工屑がベース上面に溜まり難くい構成となり、ワーク取付表面の清掃を効率よく行うことができる。
【００５６】
本発明の請求項５記載の放電加工機の相対位置変位の防止方法は、前記ワーク取付ベースのねじ孔の側面に横方向に貫通する逃げ孔を設けているので、加工液や加工屑がワーク取付ベースの上面に溜まり難くい構成とすることによりワーク取付表面の清掃が効率よくでき、従来のマグネットベースに比べて熱変位が少なく、かつ変形がないために加工位置精度が向上すると共に、製作コストが必要最小部分に抑えてマグネット前記基準球とワーク取付ベースの間の相対位置の変位を減少させることができるベースと同等にできるので経済的効果も優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の放電加工機の相対位置変位の防止方法の実施例１における加工原点の相対位置の測定図である。
【図２】本発明の図１における電極加工位置の測定図である。
【図３】本発明におけるワーク取付ベースを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）はタップ孔と止めねじのねじ孔部分の断面図、（ｃ）は逃げ溝の平面部分図、（ｄ）は逃げ溝の拡大断面部分図である。
【図４】本発明の放電加工機の相対位置変位の防止方法の実施例２における加工原点の相対位置の測定図である。
【図５】本発明と従来例との相対変位量の比較グラフである。
【符号の説明】
１    機械テーブル
２    取付台
３    基準球
４    ワーク高さ調整台
５    ワーク取付ベース
６    ワーク
７    加工部
８    基準球
９    電極
１０  ねじ孔
１１  ねじ孔
１２  逃げ孔
１３  溝
１４  コーティング
【図１】
0003768818.tif 000002
【図２】
0003768818.tif 000003
【図３】
0003768818.tif 000004
【図４】
0003768818.tif 000005
【図５】
0003768818.tif 000006