JP3739473B2

JP3739473B2 - ワイヤ放電加工機の制御装置

Info

Publication number: JP3739473B2
Application number: JP05452796A
Authority: JP
Inventors: 尚武毛利; 久山田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-03-12
Filing date: 1996-03-12
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2016-03-12
Also published as: JPH09248717A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はワイヤ放電加工装置の高精度化に係り、ワイヤ電極の振動を抑制して、加工精度を改善するワイヤ放電加工機の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来のワイヤ放電加工機の一例を示すものである。図において、１はワイヤ電極、２は被加工物、３は上部および下部でワイヤ電極１を案内する一組のワイヤガイド、４は被加工物２を載置するテーブル、５ａ、５ｂは電極１と被加工物２との相対位置を位置決めするＸ軸およびＹ軸駆動モータ、６はＸ軸およびＹ軸駆動モータ５ａ、５ｂを制御する軸駆動制御装置、７はワイヤ電極１と被加工物２との加工間隙３に放電電流パルスを供給する加工用電源、８は加工用電源７のスイッチング動作を制御する加工用電源制御回路、９は極間における加工電圧を検出する電圧検出回路、１０は軸駆動制御装置６および加工用電源制御回路８に軸移動指令および加工条件パラメータを送出するＮＣ装置、１１はＮＣプログラムである。図７は加工用電源装置の一例を示す図であり、７０１は加工電流を極間に供給するための直流電源、７０２は加工用電源制御回路によりオン、オフ制御されるスイッチング素子、７０３は極間に流れる電流値を制限する制限抵抗器、７０４はコンデンサであり、極間に並列に接続される。
【０００３】
次に動作について説明する。ＮＣ装置１０にはＮＣプログラム１１または操作盤（図示せず）から加工経路情報および加工電気条件パラメータが入力される。入力された加工電気条件パラメータに関しては加工用電源制御回路８に出力される。加工用電源制御回路８はこのパラメータに基づき、所定の電流ピーク、パルス幅、休止時間を持った駆動信号を発生し加工用電源７を制御する。加工用電源７はこの駆動信号によって駆動され、所定の電流パルスが被加工物２の上部および下部でワイヤガイド３により保持されたワイヤ電極１と被加工物２との加工間隙に供給されるとともに、加工間隙に一般には水または水系の加工液が供給されることによって放電加工が行われる。図８は極間波形を示す図であり、図８（ａ）は加工電圧、（ｂ）は加工電流を示しており、図７におけるスイッチ素子７０２がオンした後、放電が開始されるまで加工間隙電圧は（ａ）のように直流電源７０１の電圧Ｅ１まで上昇し、放電開始とともに加工間隙電圧はアーク電位まで低下し、（ｂ）に示したように所定時間ＴＯＮの間スイッチ素子７０２がオンの状態を継続し、加工間隙に直流電源７０１の電圧Ｅ１、制限抵抗器７０３、コンデンサ７０４の定数等で決定される加工電流が供給される。その後にスイッチ素子７０２がオフし、所定時間ＴＯＦＦだけオフ時間が継続され、再びスイッチ素子７０２がオンされる以上の動作を繰り返す。上記のようにワイヤ電極と被加工物間に放電を発生させると同時に、加工経路情報に基づき駆動制御装置６に位置決め指令を出力し、Ｘ軸駆動モータ５ａおよびＹ軸駆動モータ５ｂによりテーブル４の位置決め制御をおこなうことにより所望の形状が加工される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の放電加工装置は上記のように構成されており、加工用電極に剛性のないワイヤを使用しているため、加工中のワイヤ電極振動の発生が原因で太鼓形状になったり、加工形状角部での形状誤差の原因となっている。こうした問題に対して特開昭５４−１０９６９８ではワイヤ電極の振動数に合わせて休止時間を設定し、加工屑の排除をよくして加工精度を上げる技術が開示されているが、具体的に振動を抑制する技術についての記述はない。また、特開昭５３−２４６９９、５４−９０６９１、５５−１３７８４０等に高周波振動を与えてワイヤ振動を抑制する技術が開示されているが、振動モードを変化させたり、加工屑の排除の効果を目的としたものである。また、特開昭５４−１２０４９５では実際にワイヤ電極振動を測定する技術について開示されているが、複雑な検出装置が必要となる。
【０００５】
本発明は以上の問題点を解決するためになされたもので、ワイヤ放電加工装置において、安価で、かつワイヤ電極の振動挙動を的確に検出する振動検出装置を実現し、さらに、ワイヤ電極の振動挙動からワイヤ電極の振動を抑制して加工精度の向上を図ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明におけるワイヤ放電加工機の制御装置は、ワイヤ状電極の走行を案内支持する複数のガイド間を張力付加状態で走行するワイヤ状電極と所望の形状の加工される被加工物とで形成される加工間隙の状態を検出し、前記加工間隙に供給する加工パルスを制御するワイヤ放電加工機の制御装置において、前記加工間隙の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段の出力信号から前記複数のガイド間における前記ワイヤ電極の固有振動に基づいた所定周波数帯域を通過させるバンドパスフィルター（帯域フィルター）と、前記バンドバスフィルターの出力を微分する微分器と、前記微分器の出力を、所定の比較電位と比較する比較器と、を備え、前記比較器の出力に基づいて前記ワイヤ電極が被加工物から離れる際に加工電流の供給を停止するように加工パルスを制御するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１を図について説明する。図１はこの発明の実施の形態１を説明するためのワイヤ放電加工機を示す接続図である。ワイヤ放電加工機の全体の構成および加工用電源装置については、それぞれ図７および図８に示された従来例と同様であるので説明を省略する。
【００１０】
図１はこの発明の実施例１の制御回路の詳細を示す図である。図において、１０１は接触子、１０２および１０３は分圧抵抗であり、ワイヤ電極の電位を分圧抵抗１０２と１０３の抵抗値の比により所定の電圧値に変換して検出する。１０４はローパスフィルタであり、１０５の可変抵抗器、１０６のコンデンサから構成され、ローパスフィルタ１０４の入力端は分圧抵抗１０２および１０３に接続されている。１０７はハイパスフィルターであり、１０８のコンデンサ、１０９の可変抵抗器から構成され、ハイパスフィルター１０７の入力端はローパスフィルタ１０４の出力端に接続される。ローパスフィルタ１０４およびハイパスフィルタ１０７からバンドパスフィルター１１０が構成され、可変抵抗器１０５および１０９を所定の値に設定してパスバンドを設定する。さらに、１１１はコンパレータ、１１２は図７に示すスイッチング素子７０２のスイッチングを制御するパルス発振器、１１３はインバータ回路であり、コンパレータの入力端の一方はバンドパスフィルタ１１０の出力端と接続され、他方は所定の電位に保持され、さらに出力端はインバータ回路１１３の入力端に接続されている。１１４はＮＡＮＤ回路、１１５はＡＮＤ回路であり、ＮＡＮＤ回路の一方の入力端はインバータ回路１１３の出力、もう一方はパルス発振器の出力端１１２ａに接続されており、出力端１１２ａには加工電流ＯＮ時間ＴＯＮの信号のみが出力される。ＮＡＮＤ回路１１４の出力端はＡＮＤ回路１１５の一方の入力端に接続され、ＡＮＤ回路１１５の一方の入力端はパルス発振器の出力端１１２ｂに接続されており、出力端１１２ｂにはスイッチング素子７０２のスイッチング制御信号が出力され、ＡＮＤ回路１１５の出力端はスイッチング素子に接続されている。
【００１１】
次に、実施の形態１の制御回路の動作について、図を用いて説明する。図２は図１の各部の出力信号の一例を示す図であり、２０１はバンドパスフィルター１１０の入力信号波形、つまり極間電圧波形であり、２０２はバンドパスフィルター１１０の出力波形、２０３はコンパレータ１１１の出力波形、２０４はＴＯＮつまりパルス発振器１１２ａの出力波形、２０５は発振停止信号、２０６はパルス発振器１１２ｂの出力波形、２０７はＡＮＤ回路１１５の出力波形である。
【００１２】
ここで、バンドパスフィルター１１０の出力信号２０２の意味を図３を用いて説明する。図はワイヤ電極１が被加工物を加工する際のワイヤ電極の振動の挙動であり、荒加工、つまり溝を加工する例である。ワイヤ電極の振動は一般には図に示すような１次、２次、３次・・・・といった高次の振動モードの重ねあわせで形成される。さらにワイヤ電極が振動することによって、ワイヤ電極と工作物間の距離がある程度縮まるまで接近する際に放電が開始し、逆にある程度離れた際に放電が終了するといった現象が繰り返されて放電が継続することがわかっている。したがって、ワイヤ電極１が被加工物２に近づくほど放電頻度が高くなり無負荷時間Ｔｄが短くなることで極間電圧は低下し、逆にワイヤ電極１が被加工物２から遠ざかって放電頻度が低くなれば無負荷時間Ｔｄが長くなることで極間電圧は高くなることになる。特に被加工物２がワイヤガイド３の中央にあれば、そのワイヤ電極と工作物の距離は１次の振動モードに最も影響されると考えられる。その１次の振動モードの周波数はワイヤガイド間の距離ｚ、ワイヤ張力Ｔ、ワイヤ電極の材質および線径から決まる線密度ｍから求めることができる固有振動数に近い値であり、２次はその倍、ｎ次はｎ倍となる。１次の固有振動数ｐは式１で与えられる。
【数１】

したがって、上式で求めた１次の固有振動数近傍、かつ、大きくても２次の固有振動数までの周波数域を通過させるバンドパスフィルタを構成するように可変抵抗器１０５、可変抵抗器１０９のパラメータを設定して２次の固有振動数帯域以上を除去することでワイヤ振動波形に近い信号を出力できる。同様にして、ワイヤガイド３と被加工物２の位置関係によりワイヤ電極１の振動検出に最適なモードを選択し、それ以外のモード近傍の周波数帯域以外を除去するようにすればよい。
【００１３】
次に、コンパレータ出力２０３はバンドパスフィルター１１０の出力信号２０２が基準電位Ｖｃより高い場合に”１”が出力される。つまり、ワイヤ電極１と被加工物との相対的な距離に相当する所定のＶｃを決定することで、ワイヤ電極１が被加工物２に所定距離近接したことを検出できる。パルス発振器１１２からは所定のパルスＯＮ時間ＴＯＮが１１２ａから２０４の様に出力されるとＮＡＮＤ回路１１４の出力に２０５のような発振停止信号が出力される。この信号と、２０６に示すパルス発振器１１２ｂの出力波形より、両者のＡＮＤ信号が２０７のように出力される。つまり、ワイヤ電極が所定距離より被加工物に接近している期間はＴＯＮ時間のスイッチング素子７０２は停止するため放電による外力が作用せず、ワイヤ電極の振動振幅は増大しないことになり、ワイヤ電極の振動が効率よく抑制される。
【００１４】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２を図について説明する。図４はこの発明の実施の形態２の制御回路の詳細を示す接続図である。図において、接触子１０１、分圧抵抗１０２、１０３、バンドパスフィルタ１１０、パルス発振器１１２は実施例１の図１に示されたものと同様であるので説明を省略する。４０１は微分回路であり、４０２のコンデンサ、４０３の抵抗器、４０４のオペアンプから構成されており、４０５はコンパレータ、４０６はインバータ回路であり、コンパレータの入力端の一方は微分回路４０１の出力端と接続され、他方は所定の電位Ｖｃに保持され、さらに出力端はインバータ回路４０６の入力端に接続されている。４０７はＮＡＮＤ回路、４０８はＡＮＤ回路であり、ＮＡＮＤ回路４０７の一方の入力端はインバータ回路４０６の出力、もう一方はパルス発振器の出力端１１２ａに接続されており、出力端１１２ａには加工電流ＯＮ時間ＴＯＮの信号のみが出力される。ＮＡＮＤ回路４０７の出力端はＡＮＤ回路４０８の一方の入力端に接続され、ＡＮＤ回路４０８の一方の入力端はパルス発振器の出力端１１２ｂに接続されており、出力端１１２ｂにはスイッチング素子７０２のスイッチング制御信号が出力され、ＡＮＤ回路４０８の出力端はスイッチング素子に接続されている。
【００１５】
次にこの制御回路の動作について図を用いて説明する。図５は図４の各部の出力信号の一例を示す図であり、５０１はバンドパスフィルター１１０の入力信号波形、つまり極間電圧波形であり、５０２はバンドパスフィルター１１０の出力波形、５０３は微分回路４０１の出力波形、５０４はコンパレータ４０５の出力波形、５０５はＴＯＮつまりパルス発振器１１２ａの出力波形、５０６は発振停止信号、５０７はパルス発振器１１２ｂの出力波形、５０８はＡＮＤ回路４０８の出力波形である。バンドパスフィルター１０５の出力信号５０２およびパルス発振器１１２ｂの出力信号５０５は実施の形態１における図３と同様であるので説明を省略する。
【００１６】
図５における微分回路４０１では、ハイパスフィルター１０７の出力信号の値が減少する際に＋電位が出力され、逆に出力信号５０２の値が増加する際に−電位が出力される。さらに、コンパレータ４０５の比較電圧を微分回路４０１から出力される負電位と０Ｖの間の所定の負電位に比較電位を設定することによって、ハイパスフィルター１０５の出力信号の値が増加する際に”０”が出力され、それ以外に”１”が出力される。すなわち、コンパレータ４０５の出力信号には、ワイヤ電極１が工作物２に接近する際および停止している際には”１”が出力され、逆にワイヤ電極１が工作物２から離れる際”０”が出力される。その結果、実施の形態１と同様に本実施の形態の制御回路はワイヤ電極１が工作物２から離れる際にＴＯＮ時間のスイッチングを停止するように動作する。したがって、ワイヤ電極１が工作物２から離れる場合に放電が発生しないため、ワイヤ電極１に作用する放電反発力はワイヤ電極の振動を抑制する方向のみ働くこととなり、ワイヤ電極の振動を抑制することができる。
【００１７】
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ワイヤ状電極の走行を案内支持する複数のガイド間を張力付加状態で走行するワイヤ状電極と所望の形状の加工される被加工物とで形成される加工間隙の状態を検出し、加工間隙に供給する加工パルスを制御するワイヤ放電加工機の制御装置において、加工間隙の電圧を検出する電圧検出手段と、電圧検出手段の出力信号から複数のガイド間におけるワイヤ電極の固有振動に基づいた所定周波数帯域を通過させるバンドパスフィルター（帯域フィルター）と、バンドバスフィルターの出力を微分する微分器と、微分器の出力を、所定の比較電位と比較する比較器と、を備え、比較器の出力に基づいてワイヤ電極が被加工物から離れる際に加工電流の供給を停止するように加工パルスを制御するので、ワイヤ電極の振幅が所定の大きさ以上になった際に放電電流の供給を停止することにより、ワイヤ電極の振動の増大を抑制することができ、太鼓精度、角部の形状精度等の加工精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の制御回路を示す接続図である。
【図２】実施の形態１の制御回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】実施の形態１のワイヤ電極の振動モードを説明する図である。
【図４】実施の形態２の制御回路を示す接続図である。
【図５】実施の形態２の制御回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】従来例を説明するためのワイヤ放電加工機を示すブロック図である。
【図７】従来の加工用電源装置の一例を示す接続図である。
【図８】従来のワイヤ放電加工機の極間波形を示す図である。
【符号の説明】
１・・・ワイヤ電極、２・・・被加工物、３・・・ワイヤガイド、
７・・・加工用電源、８・・・加工用電源制御回路、
１０１・・・接触子、１０２・・・分圧抵抗、１０３・・・分圧抵抗、
１１０・・・バンドパスフィルター、１１１・・・コンパレータ
４０１・・・微分回路、４０５・・・コンパレータ

Claims

ワイヤ状電極の走行を案内支持する複数のガイド間を張力付加状態で走行するワイヤ状電極と所望の形状の加工される被加工物とで形成される加工間隙の状態を検出し、前記加工間隙に供給する加工パルスを制御するワイヤ放電加工機の制御装置において、
前記加工間隙の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段の出力信号から前記複数のガイド間における前記ワイヤ電極の固有振動に基づいた所定周波数帯域を通過させるバンドパスフィルター（帯域フィルター）と、
前記バンドバスフィルターの出力を微分する微分器と、
前記微分器の出力を、所定の比較電位と比較する比較器と、
を備え、前記比較器の出力に基づいて前記ワイヤ電極が被加工物から離れる際に加工電流の供給を停止するように加工パルスを制御することを特徴とするワイヤ放電加工機の制御装置。