JPS6355416B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、能率よく短時間で３次元加工、即
ち、例えば、プラスチツクの成形金型の知き加工
を行うことを可能とした３次元加工方法に関す
る。

ワークに３次元曲面を形成する場合、従来は一
般に機械加工のフライス加工や研削加工、電気加
工の放電加工や電解加工、或いはフライス加工と
放電加工の組合せ加工等によつて行つている。

本発明は、このような従来方法に較べてより高
速に効率良く３次元曲面、特にキヤビテイ状金型
等の加工を行うことが可能な３次元加工方法を提
供することにある。

本発明は、ワークの加工個所に機械加工用のド
リルにより多数の穴を全面にわたつて各穴の箇所
に応ずる所定の深さに夫々ドリル加工した後、穴
を穿設した領域を放電加工または電解加工等の電
気加工法により総型加工電極を用いて加工するこ
とにより３次元加工面を形成することを特徴とす
る。

以下本発明を図面により説明する。第１図Ａ，
Ｂおよび第２図は本発明加工方法の概略を示すも
ので、本発明においては、第１図Ａ，Ｂに示すよ
うに、ワーク１の３次元曲面の加工領域の全面に
わたつて夫々の応ずる所定深さにドリル２により
次々と多数の穴３を穿設し（４は最終加工面、５
は加工領界線を示す）、その後第２図に示すよう
に、放電加工または電解加工等の電気加工によ
り、総型加工電極６を用いて３次元曲面を加工形
成するものである。

前記ドリルによる穴の穿設を行う場合、単一径
のドリルにより穿設を行つてもよいが、図示のよ
うに、まず大径のドリル２ａにより穴３ａを所定
のピツチでかつ各部の最終加工面４の深さまで穿
設し、次いで中径のドリル３ｂ、さらにその後に
小径のドリル２ｃにより前記穴３ａ相互間の隙間
に穴３ｂ，２ｃを穿設するという様にドリルの径
を工具自動交換等によつて順次に変えることによ
り前記加工領界線５の内部全域をより稠密にかつ
能率よく当該部分のワーク１のワーク材除去加工
を行うことができる。また、上述のものとは別
に、複数の傾斜穴３ｄを傾斜ドリル２ｄにより
種々の方向から斜めに穿設して後工程の電気加工
における放電加工液や電解加工液の吸込および噴
出等の流通通路とすることにより、これらの加工
液の流通を良好にし、電気加工の加工能率を上げ
させるようにすることができる。また、最終加工
面４に応じた深さに各ドリル２ａ，２ｂ，２ｃに
よるドリル加工で穴３ａ〜３ｃを穿設することに
より、ワークの除去部分の機械的加工としてのド
リル加工による除去量が多くなり、後工程の電気
加工による加工量を減じて全加工工程の加工速度
を向上させることができる。

前記加工領界線５内の加工域に於ける穴の穿設
方式としては種々のものが採用しうるが、一例と
して、第３図に示すように、大径のドリル２ａに
より、Ｘ，Ｙ方向に定間隔（x₂―x₁＝x₃―x₂＝
…，y₂―y₁＝y₃―y₂＝y₄―y₃＝…）に大径の穴３
ａを、例えばドリル２ａ軸の中心位置座標を
（x₁，y₂）、（x₁，y₃）…、（x₂，y₁）、（x₂，y₂）
…、（x₃，y₁）、（x₃，y₂）…、の順序で穿設した
後、中径のドリル２ｂにより、上記大径の穴３ａ
の間に中径の穴３ｂを穿設し、穴穿設部全体の周
辺に小径のドリル２ｃにより穴３ｃを穿設する方
式がある。この方式を用いる場合、加工領界線５
のＸ，Ｙ座標を予めプログラムして紙テープの記
憶媒体に記憶しておき、最外側に位置する穴３
a′，３b′３c′の周辺と加工領界線５との間の距離
w₁が一定の範囲内（w₀≦w₁≦w₂）（ただしw₀，
w₂は一定値）に納まるようにする。また、各ド
リルの深さは、第４図に示すように、各ドリルの
下端部から最終加工面４までの△ｚが一定となる
ように設定する。即ち、最終加工面４の座標を予
め上記紙テープ等に記憶しておき、ドリルの中心
点０から半径ｒの範囲内について、ドリル下端面
から各座標点（x_i，y_i，z_i）までのドリル侵入方
向（ｚ方向）の距離を求めてその最小値△ｚが一
定となるようにドリル深さを設定する。このよう
にしてプログラム作成した紙テープ等を数値制御
装置に掛け、之により堅型または横型の自動工具
交換装置付の所謂マシニイングセンタ、又は自動
工具交換装置付ラジアルボール盤を制御してドリ
ルまたは穿孔加工を次々と実行することにより機
械的切削加工のドリル加工を実行するのである。

第５図ないし第７図は本発明の方法を実施する
装置の一例を示すものであり、第５図に示すよう
に、ベツド本体１０の水平部には数値制御駆動モ
ータ１１ａ付Ｙ軸移動テーブル１１が設置され、
その上に数値制御駆動モータ１２ａ付Ｘ軸移動テ
ーブル１２が設置され、その上にワーク１の固定
台あるいは放電加工用タンク１３が設置される。
またベツド本体１０のカラム垂直部には、Ｚ軸移
動の数値制御駆動モータ１４により回転されるね
じロツド１５が取付けられ、該ねじロツド１５に
は、回動式の円形のツール取付体１６の支持体１
７の支持部１７ａに螺合され、支持体１７には、
バランスウエイト１８を一端に連結され、かつロ
ーラ１９に掛けられたワイヤ２０の他端が連結さ
れている。ツール取付体１６は支持体１７に数値
制御駆動モータ２１により回転され、工具又は電
極が選択交換されるように取付けられ、かつ外周
部には第６図に示すように、径の異なる複数本の
ドリル２ａ〜２ｎと放電加工用電極６ａ〜６ｍが
取付けられ、各ドリル２ａ〜２ｎはツール取付体
１６に取付けられるとそれぞれ予めツール取付体
１６の当該位置に取付けられている各傘歯車２２
に連結されるように構成されている。２３は支持
体１７に回転自在に取付けられかつツール取付体
１６の回転中心よりやや下方に位置するように取
付けられた回転駆動軸であり、その一端の傘歯車
２６はドリル回転駆動モータ２４の出力傘歯車２
５と噛合し、他端の傘歯車２７はツール取付体１
６の回動により駆動すべきドリルが選定され下向
き等所定位置にセツト状態となつた時にそのドリ
ルに連結された傘歯車２２と噛合するように構成
されている。

一方放電加工用等の電気加工用総型電極６ａ〜
６ｍは、第７図に示すように、絶縁体２８および
導電性ホルダー２９を介してツール取付体１６に
取付けられており、ホルダー２９は、絶縁体４０
を介してツール取付体１６の支持体対向面部に取
付けられた接触子４１にワイヤ４２により接続さ
れている。支持体１７には、絶縁体４３を介して
シリンダ４４が取付けられ、導電材からなるピス
トン４５は、シリンダ４４への油路４６および弁
４７を介する圧油供給により接触子４１に接続す
るように突出することにより、電極６ａ，６ｂ，
６ｍが間歇電圧パルス電源等の電気加工用電源４
９の一方の極に電線５０を介して接続されるよう
になつている。また支持体の内設シリンダには、
中心に貫通加工液流通孔５２ａを有する絶縁材か
らなるスプール５２が取付けられ、上記油路４６
および弁５３を介する上記内設シリンダへの圧油
供給によりスプール５２が突出して電極のテーパ
ー状の受穴５４に嵌合され、タンク５５からポン
プ５６、フイルタ５７、ホース５８および弁５９
を介する加工液が電極の加工液供給孔６０へ導か
れるようになつている。またワーク１をセツトす
るタンク１３は加工用のタンク５５に弁７０を有
する加工液供給ホース７１を介して接続され、タ
ンク１３の加工液排出口はＸ軸移動テーブル１２
に設けられた排出孔７３および弁７４を有するホ
ース７５を介してタンク５５に接続されている。
また、電源４９の他方の極は、電線７６を介して
タンク１３内の台７７に接続されている。

この装置を用いて加工を行う場合は、ツール取
付体１６に使用する径の異なるドリル２ａ〜２ｎ
を取付けると共に、電極６ａ〜６ｍを取付けてお
き、台７７にワーク１をセツトした後、CADま
たはCAM（図示せず）等適宜の数値制御プログラ
ム作成装置によつて作成した磁気テープや紙テー
プのプログラム、又はMDI入力のプログラムに
より数値制御装置（図示せず）を作動させて数値
制御駆動モータ１１ａ，１２ａ，１４，２１，２
４、その他を制御駆動するもので、例えば、ツー
ル選択用のモータ２１を駆動して、まず、例えば
大径のドリル２ａが垂直に下向きで台７７に取付
けられたワーク１と相対向するようになし、Ｘ，
Ｙ軸移動テーブル１２，１１の各モータ１１ａ，
１２ａを駆動してワーク１の穿孔位置を設定し、
モータ１４を駆動して支持体１７、ツール取付体
１６と共に選択されたドリルを下降させ、ドリル
回転モータ２４を駆動すると共にモータ１４によ
る下降量を制御してワーク１の加工領界線５内の
所定位置に所定径で所定深さのドリル穴の穿設加
工を行い、所謂荒加工又は荒取り加工を行う。こ
のような動作を予め決められた穴の個数だけ数値
制御により順次に行つた後、ドリルを径の小さな
ものに交換して同様なドリル加工作動を行う。

機械的な切削加工のドリル穴の穿設を行つた後
は、モータ２１を駆動して、最終加工面４、及び
加工領界線５の形状に応ずる電極６ａ〜６ｍのい
ずれかを、通常最初荒加工用電極、次いで中加工
用電極、最後に仕上げ加工用電極と言うようにワ
ーク１上に対向位置させ、Ｘ，Ｙ軸移動テーブル
１２，１１を動かして位置設定を行うと共に、モ
ータ１４を駆動して電極をタンク１３内に入れ、
油圧ポンプ（図示せず）、加工液供給用ポンプ５
６を始動し、かつ弁７０，７４を開としてタンク
内の加工液を循環更新させ、弁４７を開としてピ
ストン４５を接触子４１に接触させて電極６ａを
電源４９の一方の出力極を接続し、弁５３を開と
してスプール５２を電極の受穴５４に先端を嵌合
すると共に、弁５９を開けて加工液を加液供給孔
６０から加工部へ供給しつつ放電加工等の電気加
工による中加工（通常電気加工に於ける荒加工）
を行う。その後、同様の動作により、別の電極６
ｂ，６ｍと順次交換し、また電源４９による加工
条件を切換え、さらに必要に応じ加工液の供給噴
流条件を切換える等して仕上加工、および最終仕
上加工を行う。この電気加工の際、上記モータ１
４は、加工送り及び間隔制御サーボモータとして
使用されるが、この加工送り及びサーボモータ及
びそのための機構等は、上記モータ１４と別個に
設け構成するようにしてもよい。

このように、機械的切削加工のドリル加工によ
り荒加工を行い、そしてその後に放電加工等の電
気加工により中加工（電気加工の荒加工）、仕上
加工（電気加工の中加工）、最終仕上加工（電気
加工の仕上げ以上の加工）を行うようにしたの
は、機械的切削加工のドリル加工は、ドリル工具
及び被加工物ワークの種類、材質等によつて大き
く相違するが、ワーク１をSKD6、SKD11又は
S55C等通常の金型用鉄材とした時の大凡の加工
速度（ワーク除去量（ｇ）／加工時間（分））は
約1000ｇ／分前後で之を本発明に於ける荒加工と
し、次工程を電気加工の放電加工に於ける約30
ｇ／分又はそれ以下の荒加工を本発明に於ける中
加工とし、次工程を放電加工の約0.5ｇ／分前後
又はそれ以下の中加工を本発明に於ける仕上げ加
工とし、また、省略するが、別の加工方式でも良
いが、放電加工ならば約数mg／分の仕上げ加工を
本発明に於ける最終仕上げ加工として行う如くす
るもので、平均加工速度として高い加工速度で３
次元曲面の金型を加工成形することができること
になる。そしてこれは、従来のフライス加工によ
る場合の加工速度（フライス加工の荒加工で約50
ｇ／分、同中加工で約１ｇ／分、同仕上加工で
0.1ｇ／分、手仕上加工で0.01mg／分）に比べ、
極めて高速で加工成形することを意味している。

このように、機械的切削加工としてドリル加工
を荒加工に使用し、後工程として放電加工等の電
気加工を組合せ使用することにより高速加工が可
能となる理由は、機械的切削加工としてのフライ
ス盤においては、切削具の回転軸に対して横方向
の荷重がかかる一方、切削具の太さには制限があ
るために、ドリル加工程には大きな切削力で荒取
り加工することが困難である一方、ドリルは加圧
方向が工具の回転軸心に一致するので、高い切削
圧力で加工することができるからである。また、
放電加工等の電気加工を上記フライス加工と組合
わせるとしても、フライス加工面のような形状に
沿つた面よりもドリル加工により多数の穴が明い
て凹凸に富んだ面の方が放電加工等の電気加工が
円滑に行われ、電気加工のより高速化が可能だか
らであり、そして放電加工の際には、穿設された
穴３ａ，３ｂ，３ｃが放電加工の途中の段階まで
除去困難な加工屑の滞溜穴、又は加工液と加工屑
の排出穴として利用できる上、さらに、加工間隙
近くに実質上多くの加工液が介在している状態で
あるから、高負荷（高電流）の加工が可能とな
り、これらのことも加工速度を増加させることに
寄与できる。さらに、前述のように、ドリル加工
により斜めの傾斜穴３ｄを設けておけば、加工途
中の段階迄であるが、該穴３ｄに絶縁管を挿設し
ておいて該管を挿脱しながら、或いは更に側面に
小孔を適宜設けて加工液の吸込み、又は噴出させ
ることにより、加工屑の排除及び加工液の更新が
極めて円滑となり、能率のよい加工が行え、さら
に加工速度を向上させることができる。また、放
電加工や電解加工のみによる加工に比べて高速に
加工しうることは言うまでもない。

なお、本発明を実施する場合、ドリルによる加
工と放電加工とを別々の工作機で行つてもよくま
た、ドリルによる加工態様は、加工すべき形状に
合わせて、種々に変更できる。

以上述べたように、本発明においては、ドリル
加工によつて荒加工を行つた後に放電加工または
電解加工等の電気加工によつて中仕上げや仕上げ
加工を行うようにしたので、従来のフライス加工
又はフライス加工と電気加工の組合せ等による場
合に比べて加工速度を著しく高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは本発明加工方法による場合のドリル
加工状態の一例を示す側面図、同Ｂは穴穿設後の
ワークの一例を示す平面図、第２図は穴穿設後の
放電加工を説明する断面図、第３図は穴加工の手
順の一例を示す説明図、第４図ａ，ｂはドリルの
加工深さを設定する場合の一例を示す説明図、第
５図は本発明の方法を実施する装置の一例を示す
構成図、第６図は第５図の装置のツール取付体の
正面図、第７図は該装置により放電加工を行う場
合の状態を説明する断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ワークの加工個所の全加工領域を、ドリルに
   より多数の穴を穿設する如く全面にわたつて各部
   に所定の深さとなるようにドリル加工を行い、次
   いで、加工個所の形状に対応する総型加工用電極
   を用いて、放電加工または電解加工等の電気加工
   法により電気加工して３次元の加工面を形成する
   ことを特徴とする３次元加工方法。 ２ 前記ドリルによる穴の穿設を行う場合、径の
   大きいドリルから径の小さいドリルへと順次取換
   えて穴の穿設を行うことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の３次元加工方法。 ３ 前記ドリルによる穴の穿設を行う場合、各穴
   を最終的に加工すべき形状に応じた深さに穿設す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または
   第２項記載の３次元加工方法。 ４ 前記ドリルによる穴の穿設を行う場合、一部
   の穴を斜めに穿設し、その斜めの穴を放電加工ま
   たは電解加工における加工液または電解液の噴射
   または吸収通路として利用することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の３次元加工方法。