JP4850316B1 - 放電加工装置 - Google Patents

Abstract

第１接触体および第２接触体の接触を通電により検出する通電検出センサ（２１）と、主軸の駆動を制御する主軸駆動制御部（３０）を備え、工具電極および被加工物の位置関係を認識する数値制御装置（１３）と、を有する放電加工装置であって、第１接触体と第２接触体とが接触する以前の非接触段階において、第１接触体および第２接触体の間があらかじめ設定された残距離となったときに検出信号を出力する非接触位置検出センサ（２４）と、主軸に加わる負荷を検出するドライブユニット（２７）と、の少なくとも一方を有し、主軸駆動制御部（３０）は、非接触位置検出センサ（２４）が検出信号を出力してからの主軸の移動量が残距離を超えた場合、およびドライブユニット（２７）による検出結果から過負荷である旨が判定された場合、の少なくとも一方において、主軸の移動を停止させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、放電加工装置、特に、放電加工全般における位置決め動作を補うための機能を備える放電加工装置に関する。

放電加工装置は、一般的に、主軸に取り付けられた工具電極と、作業テーブルに取り付けられた被加工物との間にあらかじめ決められた電圧を印加し、工具電極と被加工物とが接触した際の通電により、工具電極と被加工物との位置関係の把握がなされている。主軸は、工具電極と被加工物との間に電圧を印加した状態で、被加工物へ工具電極を近接させるように移動し、工具電極および被加工物の通電が認められたときに停止する。数値制御装置は、工具電極および被加工物の通電が認められた位置を、工具電極および被加工物が接触した位置と認識する。

工具電極および被加工物が物理的に接触する前に放電現象が生じた場合、数値制御装置は、放電現象による通電を工具電極および被加工物の接触と誤認識することで、工具電極と被加工物との正確な位置関係の把握が困難となる。工具電極および被加工物の間の放電現象は、工具電極および被加工物の間の印加電圧が高いほど生じ易くなる。工具電極と被加工物との正確な位置関係を把握するには、工具電極および被加工物の間の印加電圧をできるだけ低くすることで放電現象を抑え、工具電極および被加工物が物理的に接触する限界にて通電を生じさせることが望ましいとされている。

例えば、形彫放電加工装置等は、工具電極あるいは被加工物の形状によっては、被加工物に工具電極を直接接触させることが困難な場合がある。このような場合に、放電加工装置は、基準球と呼ばれる測定子を、主軸や被加工物の任意の位置に配置し、使用することがある。放電加工装置は、工具電極や被加工物の代わりに測定子同士を通電させた後、主軸に取り付けられた測定子と被加工物との通電による被加工物の位置決め、被加工物に取り付けられた測定子と工具電極との通電による工具電極の位置決めを実施する。

近年、放電加工装置は、より高精度な位置決め性能が求められている。放電加工装置は、工具電極および被加工物の間の印加電圧を例えば数ボルトから数十ボルトに抑え、より正確な位置関係を得る傾向にある。しかし、工具電極、被加工物あるいは測定子に微小な加工屑等の付着物がある場合、付着物の電気抵抗が高いほど、また印加電圧が低いほど、通電性が悪化することとなる。工具電極、被加工物あるいは測定子の接触に付着物が介在すると、工具電極、被加工物あるいは測定子にキズや圧痕が生じることもある。印加電圧が低いと、被加工物の材質の電気抵抗、熱処理の有無等によっては、物理的な接触が始まったときにようやく通電が検出されることもあり得る。この場合も、主軸が停止するまでに工具電極、被加工物あるいは測定子に過剰な負荷がかかることにより、キズや圧痕等が生じることとなる。

工具電極、被加工物あるいは測定子の物理的な接触の際に、衝突による衝撃があった場合、過渡応答による位置情報の誤差を生じさせることがある。このため、主軸は、通電を一旦検出してから、それまでの移動方向とは逆に移動し、通電による接触の検知のための動作を再度あるいは任意回数繰り返すことがある。このとき、主軸の移動速度を小さくすると過渡応答による誤差を小さくできる一方、位置決め動作に要する時間が長くなる。主軸の移動速度を大きくすると、工具電極、被加工物あるいは測定子の形状や剛性によっては振動や弾性変形を生じさせ、正確な位置情報が得られないこともある。このため、放電加工装置は、通電による接触の検知のための主軸の移動速度を適切に制限することも課題の一つとされている。

近年、工具電極にワイヤ線を用いるワイヤ放電加工装置や工作機械等の位置決め動作において、主軸の過負荷により工具電極等の干渉を検出する技術が実現されている（例えば、特許文献１参照）。過負荷が検出された場合に、それ以降の位置決め動作を停止させることで、工具電極、測定子等の治具、装置本体、被加工物の損傷の抑制を図ることとしている。なお、形彫放電加工装置では、作業者が位置決めを行う場合が多いことから、干渉が無い場所における位置決めを作業者が実施することで損傷を抑制することができる。

特開平４−１２９６４６号公報

放電加工装置は、テーブル定盤が絶縁体である場合や被加工物の電気抵抗が高い場合、通電による工具電極、被加工物あるいは測定子の接触の検出が有効に機能しない場合がある。また、通電による接触の検出が電気抵抗等によって機能していないことを作業者が認識できていない場合や、接触の検出のための機構が故障により機能しない場合もあり得る。このような場合に位置決め動作を続行すると、工具電極、測定子等の治具、装置本体、被加工物を損傷させてしまうことがある。主軸の過負荷の検出により主軸を停止させる従来の技術は、主軸自体の保護が可能であっても、位置決め動作における異常によって生じ得る不具合の十分な抑制が困難となる。なお、主軸の過負荷は、装置本体の故障へとつながるものであるため、自動的、あるいはアラームに応じた操作による強制停止による作業の中断ややり直しを要することにもなる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、位置決め動作による工具電極、測定子等の治具、装置本体、被加工物の損傷を低減可能とし、異常によって生じ得る不具合の十分な抑制を可能とする放電加工装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、主軸に取り付けられる工具電極、および前記工具電極に代えて取り付けられる測定子のいずれかを第１接触体、前記工具電極を使用する加工の対象とする被加工物、および前記被加工物に取り付けられる測定子のいずれかを第２接触体として、前記第１接触体および前記第２接触体の間の通電により、前記第１接触体および前記第２接触体の接触を検出する接触検出部と、前記主軸の駆動を制御する主軸駆動制御部を備え、前記接触検出部による検出結果を基に、前記工具電極および前記被加工物の位置関係を認識する数値制御装置と、を有する放電加工装置であって、前記第１接触体と前記第２接触体とが接触する以前の非接触段階において、前記第１接触体および前記第２接触体の間があらかじめ設定された残距離となったときに検出信号を出力する非接触位置検出部と、前記主軸に加わる負荷を検出する負荷検出部と、の少なくとも一方を有し、前記主軸駆動制御部は、前記非接触位置検出部が前記検出信号を出力してからの前記主軸の移動量が前記残距離を超えた場合、および前記負荷検出部による検出結果から過負荷である旨が判定された場合、の少なくとも一方において、前記主軸の移動を停止させることを特徴とする。

本発明にかかる放電加工装置は、通電による接触検出機能に故障が生じた場合や、検出の遅れが生じた場合に、工具電極、測定子等の治具、装置本体、被加工物の損傷を低減させる。また、放電加工装置は、工具電極、測定子等の治具、装置本体、被加工物の治具の損傷等の異常によって生じ得る二次的な不具合の発生を抑制させることが可能となる。さらに、放電加工装置は、主軸の過負荷を未然に、あるいは瞬時に解消可能とすることで、強制停止による作業の中断ややり直しを低減させることもできる。

図１は、本発明にかかる放電加工装置の構成を示すブロック図である。 図２は、実施の形態１にかかる放電加工装置のうち、主軸の駆動を制御するための構成を示すブロック図である。 図３は、放電加工装置による位置決め動作の処理手順を示すフローチャートである。 図４は、被加工物へ向けて工具電極を移動させている状態を示す模式図である。 図５は、被加工物および工具電極の間の距離があらかじめ設定された残距離となった状態を示す模式図である。 図６は、被加工物に工具電極が衝突している状態を示す模式図である。 図７は、被加工物に工具電極を衝突させた場合における主軸移動量と負荷検出値との関係の例を示す図である。 図８は、実施の形態２にかかる放電加工装置のうち、主軸の駆動を制御するための構成を示すブロック図である。 図９は、放電加工装置による位置決め動作の処理手順を示すフローチャートである。 図１０は、実施の形態２の比較例の場合における工具電極の移動について説明する模式図である。 図１１は、実施の形態２の場合における工具電極の移動について説明する模式図である。 図１２は、アプローチ速度と、過渡応答による位置情報の誤差との関係の例を示す図である。 図１３は、過渡応答について説明する図である。 図１４は、実施の形態３にかかる放電加工装置のうち、主軸の駆動を制御するための構成を示すブロック図である。 図１５は、過負荷判定閾値データベースに格納されているデータの例を示す図である。 図１６は、放電加工装置の処理手順を示すフローチャートである。

以下に、本発明にかかる放電加工装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる放電加工装置の構成を示すブロック図である。放電加工装置１は、主軸１１、電源制御装置１２、数値制御装置１３、駆動装置１４、加工槽１５および工具電極１６を有する。

放電加工装置１は、主軸１１に取り付けられた工具電極１６と、加工槽１５に設置された被加工物１７との加工間隙に加工液を供給して、放電加工を行う。駆動装置１４は、数値制御装置１３による制御に応じて主軸１１を駆動する。電源制御装置１２は、工具電極１６と被加工物１７との間に電力を供給する電源を制御する。

図２は、実施の形態１にかかる放電加工装置のうち、主軸の駆動を制御するための構成を示すブロック図である。放電加工装置１は、主軸１１に取り付けられた第１接触体である工具電極１６と、第２接触体である被加工物１７との間にあらかじめ決められた電圧を印加し、工具電極１６と被加工物１７とが接触した際の通電により、数値制御装置１３において工具電極１６と被加工物１７との位置関係を認識する。

ここでは、主軸１１に取り付けられる第１接触体として工具電極１６を使用し、第２接触体とする被加工物１７の位置決めを行う場合を例とする。第１接触体としては、工具電極１６に代えて取り付けられる測定子を使用しても良い。放電加工装置１は、第２接触体として、被加工物１７の任意の位置に取り付けられる測定子を使用しても良い。測定子としては、例えば基準球等を使用する。

数値制御装置１３は、通電検出入力部２２、第１の停止判定部２３、非接触位置検出入力部２５、第２の停止判定部２６、負荷検出入力部２８、第３の停止判定部２９、主軸駆動制御部３０、座標位置記憶部３１および異常状態表示部３２を有する。

通電検出センサ２１は、第１接触体および第２接触体の間の通電により、第１接触体および第２接触体の接触を検出する接触検出部として機能する。通電検出入力部２２は、通電検出センサ２１からの検出結果の入力を受け付ける。第１の停止判定部２３は、通電検出入力部２２へ入力された検出結果に応じて、主軸１１の移動を停止させるか否かを判定する。数値制御装置１３は、通電検出センサ２１による検出結果を基に、工具電極１６および被加工物１７の位置関係を認識する。

非接触位置検出センサ２４は、第１接触体と第２接触体とが接触する以前の非接触段階において、第１接触体および第２接触体の間があらかじめ設定された残距離となったときに検出信号を出力する非接触位置検出部として機能する。非接触位置検出入力部２５は、非接触位置検出センサ２４からの検出信号の入力を受け付ける。第２の停止判定部２６は、非接触位置検出入力部２５への検出信号の入力の有無に応じて、主軸１１の移動を停止させるか否かを判定する。

ドライブユニット２７は、主軸駆動制御部３０による制御に応じて主軸１１を駆動する。また、ドライブユニット２７は、主軸１１に加わる負荷を検出する負荷検出部として機能する。負荷検出入力部２８は、ドライブユニット２７からの検出結果の入力を受け付ける。第３の停止判定部２９は、負荷検出入力部２８へ入力された検出結果に応じて、主軸１１の移動を停止させるか否かを判定する。

主軸駆動制御部３０は、ドライブユニット２７を制御する。主軸駆動制御部３０は、第１の停止判定部２３、第２の停止判定部２６および第３の停止判定部２９のいずれかが主軸１１の移動を停止させる旨の判定を行った場合に、主軸１１の移動を停止させる。座標位置記憶部３１は、第１接触体および第２接触体の接触が検知された位置の座標を記憶する。

異常状態表示部３２は、第２の停止判定部２６および第３の停止判定部２９の少なくとも一方が主軸１１の移動を停止させる旨の判定を行った場合に、通電による接触検出機能に異常が生じたことを表示によって報知する。

このような構成を有する放電加工装置１の動作処理手順について、図３のフローチャートを参照しながら説明する。図３は、放電加工装置による位置決め動作の処理手順を示すフローチャートである。作業者は、工具電極１６および被加工物１７による位置決め動作を開始するに際し、過負荷判定閾値を設定する（ステップＳ１０）。過負荷判定閾値は、第３の停止判定部２９における過負荷判定の基準とする。

主軸駆動制御部３０は、測定開始位置へ主軸１１を移動させる（ステップＳ１１）。次に、主軸駆動制御部３０は、測定開始位置から所定のアプローチ速度で、被加工物１７へ工具電極１６を近づけていき、被加工物１７の端面の位置決めを開始する（ステップＳ１２）。主軸駆動制御部３０は、例えば、図４に示すように、被加工物１７の端面１９に向けて移動方向Ａへ工具電極１６を近づけていく。

非接触位置検出センサ２４は、例えば、光を射出する射出部と、光を検出する光検出部とを備える。移動方向Ａへ工具電極１６を移動させていき、図５に示すように端面１９および工具電極１６の間の距離があらかじめ設定された残距離Ｌとなったときに、非接触位置検出センサ２４は、射出部から射出し被加工物１７で反射した光を、光検出部にて検出する。非接触位置検出センサ２４は、射出部から射出し被加工物１７で反射した光を光検出部にて検出すると、検出信号を出力する。第２の停止判定部２６は、工具電極１６および被加工物１７の間の通電による接触を検出するまでの間に、ステップＳ１３において、非接触位置検出センサ２４から非接触位置検出入力部２５への検出信号の入力の有無を判定する。

非接触位置検出入力部２５への検出信号の入力がある場合（ステップＳ１３、Ｙｅｓ）、第２の停止判定部２６は、非接触位置検出入力部２５への検出信号の入力があった時点からの主軸１１の移動量を監視する（ステップＳ１４）。非接触位置検出入力部２５への検出信号の入力が無い場合（ステップＳ１３、Ｎｏ）、数値制御装置１３は主軸１１の移動を続行しつつ、非接触位置検出センサ２４から非接触位置検出入力部２５への検出信号の入力を待機する。

第１の停止判定部２３は、ステップＳ１５において、通電検出センサ２１から通電検出入力部２２への検出信号の入力の有無を判定する。通電検出入力部２２への検出信号の入力があった場合（ステップＳ１５、Ｙｅｓ）、第１の停止判定部２３は、主軸１１の移動を停止させる旨の判定を行う。主軸駆動制御部３０は、第１の停止判定部２３による判定結果に応じて、主軸１１の移動を停止させる。数値制御装置１３は、被加工物１７および工具電極１６の接触が検知された位置の座標を座標位置記憶部３１が記憶することで、位置決め動作を完了する（ステップＳ１６）。これにより、放電加工装置１は、位置決め動作の処理を終了する。

通電検出入力部２２への検出信号の入力が無い場合（ステップＳ１５、Ｎｏ）、第２の停止判定部２６は、ステップＳ１４における監視開始からの主軸１１の移動量が残距離Ｌを超えたか否かを判定する（ステップＳ１７）。

第２の停止判定部２６は、主軸１１の移動量が残距離Ｌを超えたと判定した場合（ステップＳ１７、Ｙｅｓ）、通電による接触検出機能に異常が生じているとして、主軸１１の移動を停止させる旨の判定を行う。主軸駆動制御部３０は、第２の停止判定部２６による判定結果に応じて、主軸１１の移動を停止させる。異常状態表示部３２は、通電による接触検出機能に異常が生じた旨を表示する（ステップＳ１８）。これにより、放電加工装置１は、位置決め動作の処理を終了する。

主軸１１の移動量が残距離Ｌと一致したときに、工具電極１６は、端面１９に到達している。工具電極１６および被加工物１７の間の通電による接触を検出する以前であるにもかかわらず主軸１１の移動量が残距離Ｌを超える場合とは、図６に示すように、工具電極１６が既に端面１９に衝突し、さらに移動方向Ａへ移動している状態を示している。このような場合に主軸１１の移動を停止させることで、放電加工装置１は、工具電極１６が被加工物１７に接触しているにもかかわらずそのまま主軸１１の移動を継続させようとすることを抑制させる。これにより、放電加工装置１は、通電による接触検出機能の異常による工具電極１６や被加工物１７、装置本体の損傷を抑制させることができる。

主軸１１の移動量が残距離を超えたことが第２の停止判定部２６において判定されない場合（ステップＳ１７、Ｎｏ）、第３の停止判定部２９は、ドライブユニット２７から負荷検出入力部２８へ入力された検出結果から、工具電極１６および被加工物１７に過負荷が生じているか否かを判定する（ステップＳ１９）。第３の停止判定部２９は、負荷検出入力部２８へ入力された負荷検出値と、ステップＳ１０で設定された過負荷判定閾値との比較により、過負荷であるか否かを判定する。

負荷検出値が過負荷判定閾値を超える場合、第３の停止判定部２９は、工具電極１６および被加工物１７に過負荷が生じていると判定する（ステップＳ１９、Ｙｅｓ）。この場合、第３の停止判定部２９は、通電による接触検出機能に異常が生じているとして、主軸１１の移動を停止させる旨の判定を行う。主軸駆動制御部３０は、第３の停止判定部２９による判定結果に応じて、主軸１１の移動を停止させる。異常状態表示部３２は、通電による接触検出機能に異常が生じた旨を表示する（ステップＳ１８）。これにより、放電加工装置１は、位置決め動作の処理を終了する。

負荷検出値が過負荷判定閾値を超えていない場合、第３の停止判定部２９は、工具電極１６および被加工物１７に過負荷が生じていないと判定する（ステップＳ１９、Ｎｏ）。この場合、数値制御装置１３は、工具電極１６の移動を続行しつつ、ステップＳ１５からの手順を繰り返す。

負荷検出値が過負荷判定閾値を超える場合とは、工具電極１６が既に端面１９に衝突し、さらに移動方向Ａへ移動しようとしている状態を示している。放電加工装置１は、過負荷であることを検知した場合に主軸１１の移動を停止させることで、工具電極１６が被加工物１７に接触しているにもかかわらずそのまま主軸１１の移動を継続させようとすることを抑制させる。これにより、放電加工装置１は、通電による接触検出機能の異常による、工具電極１６や被加工物１７、装置本体の損傷を抑制させることができる。

図７は、被加工物に工具電極を衝突させた場合における主軸移動量と負荷検出値との関係の例を示す図である。主軸１１は、停止状態（主軸移動量ゼロ）から加速状態Ｃ１、定速状態Ｃ２、衝突状態Ｃ３および停止状態Ｃ４と移行する。

定速状態Ｃ２にて工具電極１６が被加工物１７に衝突した場合、衝突があった位置から主軸１１が移動を続けるに従い、ドライブユニット２７が検出する負荷検出値は増加していく。過負荷判定閾値をＴｈ２とする場合における、衝突後のオーバーシュート量がＯｓ２であるとすると、過負荷判定閾値をＴｈ２より大きいＴｈ１とした場合、オーバーシュート量はＯｓ２より大きいＯｓ１に増加する。ただし、過負荷判定閾値を小さく設定するほど、第３の停止判定部２９は、負荷検出値のばらつきによる誤判定を起こし易くなる。

衝突後の主軸１１の移動量と負荷検出値との関係は、第１接触体とする工具電極１６あるいは測定子、第２接触体とする被加工物１７あるいは測定子の形状、材質の電気抵抗、熱処理の有無等に依存する。そのため、過負荷判定閾値は、工具電極１６、被加工物１７、測定子の形状、材質、熱処理の有無等に応じて適宜設定可能であることが望ましい。

過負荷による主軸１１の停止制御は、特に、工具電極１６、被加工物１７、測定子の剛性が十分に大きく、衝突後の負荷検出値に変化が生じる場合に適している。過負荷判定の適切な閾値を設定することで、工具電極１６、被加工物１７、測定子の接触に付着物が介在する等による通電検出の異常の場合に、工具電極１６、被加工物１７、測定子にキズや圧痕が付くことを抑制できる。

また、主軸１１の移動量が残距離を超えることによる主軸１１の停止制御は、特に、工具電極１６、被加工物１７、測定子の剛性が比較的小さく、衝突後の負荷検出値に変化が生じにくい場合に適している。これにより、衝突の状態が負荷検出値に現れにくいような工具電極１６、被加工物１７、測定子についても、通電検出の異常の場合に、キズや圧痕が付くことを抑制できる。

放電加工装置１は、過負荷による主軸１１の停止制御、主軸１１の移動量が残距離を超えることによる主軸１１の停止制御の少なくとも一方を実施するものであれば良いものとする。これにより、放電加工装置１は、通電による接触検出機能に異常が生じた場合におけるキズや圧痕を抑制させる効果を得ることができる。なお、放電加工装置１は、第１接触体の移動により被加工物１７の位置決めを実施する場合の手順を、第２接触体の移動による工具電極１６の位置決めを実施する場合の手順に応用しても良い。

実施の形態２．
図８は、実施の形態２にかかる放電加工装置のうち、主軸の駆動を制御するための構成を示すブロック図である。数値制御装置４０は、通電検出入力部２２、第１の停止判定部２３、非接触位置検出入力部２５、主軸速度制御部４１、主軸駆動制御部３０および座標位置記憶部３１を有する。

主軸速度制御部４１は、非接触位置検出入力部２５へ入力された検出結果に応じて、アプローチ速度を決定する。主軸駆動制御部３０は、第１の停止判定部２３が主軸１１の移動を停止させる旨の判定を行った場合に、主軸１１の移動を停止させる。また、主軸駆動制御部３０は、主軸速度制御部４１により決定されたアプローチ速度で主軸１１を移動させる制御を実施する。

なお、本実施の形態にかかる放電加工装置１は、実施の形態１と同様に、過負荷による主軸１１の停止制御、主軸１１の移動量が残距離を超えることによる主軸１１の停止制御の少なくとも一方を実施するものとする。過負荷による主軸１１の停止制御、主軸１１の移動量が残距離を超えることによる主軸１１の停止制御について、実施の形態１と同様の構成については、説明を適宜省略するものとする。

ここでは、主軸１１に取り付けられる第１接触体として工具電極１６を使用し、第２接触体とする被加工物１７の位置決めを行う場合を例とする。第１接触体としては、工具電極１６に代えて取り付けられる測定子を使用しても良い。さらに、放電加工装置１は、第２接触体として、被加工物１７の任意の位置に取り付けられる測定子を使用しても良い。

このような構成を有する放電加工装置１の動作処理手順について、図９のフローチャートを参照しながら説明する。図９は、放電加工装置による位置決め動作の処理手順を示すフローチャートである。作業者は、工具電極１６および被加工物１７による位置決め動作を開始するに際し、過負荷判定閾値を設定する（ステップＳ２０）。

主軸駆動制御部３０は、測定開始位置へ主軸１１を移動させる（ステップＳ２１）。次に、主軸駆動制御部３０は、測定開始位置から一定のアプローチ速度で、被加工物１７へ工具電極１６を近づけていき、被加工物１７の端面の位置決めを開始する（ステップＳ２２）。

一定のアプローチ速度で主軸１１を移動させていき、被加工物１７および工具電極１６の間の距離があらかじめ設定された残距離Ｌとなったときに、非接触位置検出センサ２４は、被加工物１７で反射した光を検出する。主軸速度制御部４１は、ステップＳ２３において、非接触位置検出センサ２４から非接触位置検出入力部２５への検出信号の入力の有無を判定する。

非接触位置検出入力部２５への検出信号の入力がある場合（ステップＳ２３、Ｙｅｓ）、主軸速度制御部４１は、アプローチ速度をそれまでよりも減速させる（ステップＳ２４）。非接触位置検出入力部２５への検出信号の入力が無い場合（ステップＳ２３、Ｎｏ）、数値制御装置１３は、それまでのアプローチ速度での主軸１１の移動を続行しつつ、非接触位置検出センサ２４から非接触位置検出入力部２５への検出信号の入力を待機する。

図１０は、本実施の形態の比較例の場合における工具電極の移動について説明する図である。図１１は、本実施の形態の場合における工具電極の移動について説明する図である。ここでは、第１接触体である工具電極１６を、第２接触体である測定子４２へ接触させる場合を例とする。

図１０に示す比較例の場合、測定時間の短縮のために、測定開始位置から測定子４２へ接触するまでの移動Ｍ１におけるアプローチ速度を高速にしている。工具電極１６を高速に移動させ、測定子４２との接触により停止させる場合、過渡応答による位置情報の誤差を生じさせることがある。過渡応答による位置情報の誤差は、工具電極１６および測定子４２の形状や剛性によっても変化し得る。このため、工具電極１６は、通電を一旦検出してから、それまでの移動方向とは逆に移動し、接触による通電のための低速な移動Ｍ２を再度あるいは任意回数繰り返すこととなる。

図１２は、アプローチ速度と、過渡応答による位置情報の誤差との関係の例を示す図である。ここでは、アプローチ速度３．０、６．０、３０．０、３００．０および５７０．０（ｍｍ／ｍｉｎ）におけるドループ（μｍ）およびオーバーシュート量（μｍ）を示している。例えば、アプローチ速度５７０．０ｍｍ／ｍｉｎでは、過渡応答によるオーバーシュート量が最大で５５．０μｍ発生している。このような過渡応答による誤差を考慮して、一般的には、３０．０ｍｍ／ｍｉｎ程度のアプローチ速度を採用する場合が多い。この場合、過渡応答による誤差を低減可能である一方、測定時間を増大させることとなる。

図１３は、アプローチ速度５７０．０ｍｍ／ｍｉｎの場合における過渡応答について説明する図である。図示するグラフの縦軸は位置（μｍ）、横軸は時間（ｓｅｃ）とする。通電信号Ｓの立ち上がりのタイミングで工具電極１６を一旦逆方向へ移動させてから、通電信号Ｓの立ち上がりがあった位置の付近へ工具電極１６を戻す位置指令Ｐ０に対して、工具電極１６は過渡応答により最大でおよそ５５μｍのオーバーシュートＯｓを生じさせた後、通電信号Ｓの立ち上がりがあった位置へ調整される。

図１１に示す本実施の形態の場合、主軸速度制御部４１は、非接触位置検出センサ２４が検出信号を出力してからの主軸１１の移動速度を、非接触位置検出センサ２４が検出信号を出力する前における主軸１１の移動速度に対して低くする。主軸速度制御部４１は、測定開始位置から非接触位置検出入力部２５への検出信号の入力があるまでの移動Ｍ１についてはアプローチ速度を高速、例えば５７０．０ｍｍ／ｍｉｎ程度とする。また、主軸速度制御部４１は、非接触位置検出入力部２５への検出信号の入力から測定子４２への接触までの移動Ｍ２については、過渡応答による位置情報の誤差を抑制可能な程度、例えば３０．０ｍｍ／ｍｉｎ程度にまでアプローチ速度を減速させる。

非接触位置検出センサ２４が検出信号を出力する残距離Ｌ（図５参照）は、過渡応答により生じ得る誤差に対して大きくなるように設定される。例えば、移動Ｍ１におけるアプローチ速度を５７０．０ｍｍ／ｍｉｎとする場合、残距離Ｌは例えば１００μｍ以上と設定される。

第１の停止判定部２３は、ステップＳ２５において、通電検出センサ２１から通電検出入力部２２への検出信号の入力の有無を判定する。通電検出入力部２２への検出信号の入力があった場合（ステップＳ２５、Ｙｅｓ）、第１の停止判定部２３は、主軸１１の移動を停止させる旨の判定を行う。主軸駆動制御部３０は、第１の停止判定部２３による判定結果に応じて、主軸１１の移動を停止させる。数値制御装置１３は、被加工物１７および工具電極１６の接触が検知された位置の座標を座標位置記憶部３１が記憶することで、位置決め動作を完了する（ステップＳ２６）。

通電検出入力部２２への検出信号の入力が無い場合（ステップＳ２５、Ｎｏ）、通電検出入力部２２への検出信号の入力が認められた時点で位置決め動作を完了する（ステップＳ２６）。これにより、放電加工装置１は、位置決め動作の処理を終了する。

実施の形態２によれば、放電加工装置１は、位置決め動作においてアプローチ速度を大きくした場合でも非接触位置検出センサ２４による検出信号の出力後はアプローチ速度を減速するため、過渡応答による位置誤差を小さくすることが可能となる。放電加工装置１は、非接触位置検出センサ２４による検出信号の出力までのアプローチ速度を高速にできることで、測定時間を短縮させることが可能となる。過渡応答による位置誤差と位置決め動作に要する時間の増大との低減を図り得る最適なアプローチ速度は、作業者自身によって確定することは非常に困難である。放電加工装置１は、主軸速度制御部４１を備える数値制御装置４０を採用することで、容易かつ早急に、最適化されたアプローチ速度を確定することができる。

放電加工装置１は、通電検出センサ２１により通電を確認してから、それまでの移動方向とは逆に工具電極１６を移動させ、低速な移動を再度あるいは任意回数繰り返す動作を不要とすることができる。また、放電加工装置１は、工具電極１６、被加工物１７、測定子の形状や剛性による振動の発生や、弾性変形により正確な位置情報が得られないという問題点を解決することも可能となる。なお、放電加工装置１は、第１接触体の移動により被加工物１７の位置決めを実施する場合の手順を、第２接触体の移動による工具電極１６の位置決めを実施する場合の手順に応用しても良い。

実施の形態３．
図１４は、実施の形態３にかかる放電加工装置のうち、主軸の駆動を制御するための構成を示すブロック図である。数値制御装置５０は、通電検出入力部２２、第１の停止判定部２３、負荷検出入力部２８、第３の停止判定部２９、主軸駆動制御部３０、座標位置記憶部３１、異常状態表示部３２、過負荷判定閾値データベース５１および過負荷判定閾値決定部５２を有する。

過負荷判定閾値データベース５１は、過負荷の判定のための過負荷判定閾値を格納する。過負荷判定閾値決定部５２は、諸元データ５３を参照し、過負荷判定閾値データベース５１から読み出す過負荷判定閾値５４を決定する。諸元データ５３は、工具電極１６、被加工物１７、測定子のサイズや材質等にかかるデータとする。

図１５は、過負荷判定閾値データベースに格納されているデータの例を示す図である。ここでは、過負荷判定閾値データベース５１は、分類（部位名）、材質およびサイズごとに、過負荷判定閾値を対応付けて格納している。過負荷判定閾値は、例えば、過負荷ではないと判定される負荷検出値の上限値と、あらかじめ設定された標準値との差分を割合として表したものとする。

このような構成を有する放電加工装置１の動作処理手順について、図１６のフローチャートを参照しながら説明する。図１６は、放電加工装置の処理手順を示すフローチャートである。作業者は、放電加工装置１の自動運転による加工作業の開始に際し、図面等を参照して、工具電極１６による被加工物１７の加工位置を入力する（ステップＳ３０）。

作業者は、使用する加工条件を設定するため、諸元データの入力により加工条件を検索する（ステップＳ３１）。加工条件とは、電源制御装置１２（図１参照）に設定する加工電圧のパルス幅、電圧レベル等のデータの他、加工屑を排出するための主軸１１の上下移動動作に関するデータ、第１接触体および第２接触体の間の電圧を一定にするための主軸１１の動作に関するデータ等を含む。

加工条件の検索のための諸元データとは、工具電極１６や被加工物１７の材質、サイズ、および目標加工面粗さ等とする。放電加工装置１は、加工条件の検索のために入力された諸元データの中で過負荷判定閾値を決定するために必要な材質、サイズ等のデータを、付帯データとして、加工条件と一緒に出力する（ステップＳ３２）。

次に、作業者は、工具電極１６および被加工物１７の位置決めを自動実行するために必要な諸元データ５３を放電加工装置１へ入力し、測定プログラムを作成する（ステップＳ３３）。測定プログラムを作成すると、作業者は、測定プログラムを開始させる（ステップＳ３４）。測定プログラムを開始させると、作業者は、被加工物１７の位置決めのために、主軸１１に測定子を取り付ける（ステップＳ３５）。

過負荷判定閾値決定部５２は、過負荷判定閾値データベース５１への諸元データ５３の照合により、被加工物１７の位置決めにおける過負荷判定閾値を決定する（ステップＳ３６）。放電加工装置１は、実施の形態１と同様に、過負荷による接触検知機能を有効とした状態で、被加工物１７の位置決め動作を実施する（ステップＳ３７）。

次に、作業者は、工具電極１６の位置決めのために、主軸１１に工具電極１６を取り付ける（ステップＳ３８）。過負荷判定閾値決定部５２は、過負荷判定閾値データベース５１への諸元データ５３の照合により、工具電極１６の位置決めについての過負荷判定閾値を決定する（ステップＳ３９）。放電加工装置１は、実施の形態１と同様に、過負荷による接触検知機能を有効とした状態で、工具電極１６の位置決め動作を実施する（ステップＳ４０）。

以上により位置決め動作を完了すると、放電加工装置１は、加工シーケンスを実行する（ステップＳ４１）。次に、被加工物１７の加工に使用する工具電極１６の全てのうち位置決め動作および加工シーケンスの実行を完了してないものがある場合は（ステップＳ４２、Ｎｏ）、作業者は、他の工具電極１６について、ステップＳ３８からの手順を繰り返す。被加工物１７の加工に使用する工具電極１６の全てについて位置決め動作および加工シーケンスの実行を完了している場合（ステップＳ４２、Ｙｅｓ）、放電加工装置１は、自動運転による加工作業を終了する。

実施の形態３によれば、放電加工装置１は、加工条件の検索や測定プログラムの作成において入力する諸元データを利用して最適な過負荷判定閾値を算出し、加工条件列のデータとして過負荷判定閾値を組み込む。作業者は、工具電極１６等に応じて最適な過負荷判定閾値を採用して、過負荷を監視することができる。このため、例えば加工屑の排出のための主軸１１の上下移動について移動量の設定を誤って工具電極１６を被加工物１７に衝突させてしまった場合や、プログラムミスにより自動運転中に非通電部分に工具電極１６を衝突させてしまった場合等に、衝突時のオーバーシュート量を小さくすることが可能となる。

なお、本実施の形態にかかる放電加工装置１は、実施の形態１と同様に、主軸１１の移動量が残距離を超えることによる主軸１１の停止制御を実施するものしても良い。

１ 放電加工装置
１１ 主軸
１２ 電源制御装置
１３ 数値制御装置
１４ 駆動装置
１５ 加工槽
１６ 工具電極
１７ 被加工物
１９ 端面
２１ 通電検出センサ
２２ 通電検出入力部
２３ 第１の停止判定部
２４ 非接触位置検出センサ
２５ 非接触位置検出入力部
２６ 第２の停止判定部
２７ ドライブユニット
２８ 負荷検出入力部
２９ 第３の停止判定部
３０ 主軸駆動制御部
３１ 座標位置記憶部
３２ 異常状態表示部
４０ 数値制御装置
４１ 主軸速度制御部
４２ 測定子
５０ 数値制御装置
５１ 過負荷判定閾値データベース
５２ 過負荷判定閾値決定部
５３ 諸元データ
５４ 過負荷判定閾値

Claims (5)

1. 主軸に取り付けられる工具電極、および前記工具電極に代えて取り付けられる測定子のいずれかを第１接触体、前記工具電極を使用する加工の対象とする被加工物、および前記被加工物に取り付けられる測定子のいずれかを第２接触体として、前記第１接触体および前記第２接触体の間の通電により、前記第１接触体および前記第２接触体の接触を検出する接触検出部と、
   前記主軸の駆動を制御する主軸駆動制御部を備え、前記接触検出部による検出結果を基に、前記工具電極および前記被加工物の位置関係を認識する数値制御装置と、を有する放電加工装置であって、
   前記第１接触体と前記第２接触体とが接触する以前の非接触段階において、前記第１接触体および前記第２接触体の間があらかじめ設定された残距離となったときに検出信号を出力する非接触位置検出部と、
   前記主軸に加わる負荷を検出する負荷検出部と、の少なくとも一方を有し、
   前記主軸駆動制御部は、前記非接触位置検出部が前記検出信号を出力してからの前記主軸の移動量が前記残距離を超えた場合、および前記負荷検出部による検出結果から過負荷である旨が判定された場合、の少なくとも一方において、前記主軸の移動を停止させることを特徴とする放電加工装置。
2. 前記主軸駆動制御部は、前記移動量が前記残距離を超えた場合であって、かつ前記接触検出部において前記第１接触体および前記第２接触体の接触が検出されない場合に、前記主軸の移動を停止させることを特徴とする請求項１に記載の放電加工装置。
3. 前記主軸駆動制御部は、前記負荷検出部による検出結果から過負荷である旨が判定された場合であって、かつ前記接触検出部において前記第１接触体および前記第２接触体の接触が検出されない場合に、前記主軸の移動を停止させることを特徴とする請求項１または２に記載の放電加工装置。
4. 前記主軸を移動させる速度を制御する主軸速度制御部をさらに有し、
   前記主軸速度制御部は、前記非接触位置検出部が前記検出信号を出力してからの前記主軸の移動速度を、前記非接触位置検出部が前記検出信号を出力する前の前記主軸の移動速度より低くすることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の放電加工装置。
5. 前記負荷検出部による検出結果から過負荷であるか否かを判定するための過負荷判定閾値を、前記工具電極、前記被加工物および前記測定子の少なくともいずれかにかかる諸元データに応じて決定する過負荷判定閾値決定部をさらに有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の放電加工装置。

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