JPH03270821A

JPH03270821A - 放電加工装置

Info

Publication number: JPH03270821A
Application number: JP6963290A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Kishi; 岸　雅一; Shizuo Araya; 荒屋　静夫; Hideyoshi Yoshizawa; 吉沢　秀良; Torao Sugano; 菅野　寅雄
Original assignee: Hitachi Seiko Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 1990-03-22
Filing date: 1990-03-22
Publication date: 1991-12-03
Anticipated expiration: 2013-12-16
Also published as: JP2839628B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コ本発明は、放電加工における加工条件を、加工面積の変
化に応じて自動的に制御する制御装置に関するものであ
る。

［従来技術］放電加工においては、加工面積に対して過大な放電エネ
ルギーで加工をすると電極消耗が多くなり、加工も不安
定になる。また、適正な加工条件よりも過小なエネルギ
ーで加工すると加工能率が低下する。すなわち、単位面
積あたりに供給する放電エネルギーの大きさには適切な
条件範囲があり、加工面積に対応して適切な加工条件範
囲を選定する必要のあることが古くから知られている。

適正な加工条件は加工深さ方向の電極面積を机上で演算
することにより決定できる。しかしながら、複雑な形状
の場合には多大な演算時間を必要とするため、加工中の
加工面積に相当する値を求め、その結果により適正な加
工条件を設定する方法が提案されている。

すなわち、Ｚ軸だけを用いた加工の場合、一般に加工面
積に対して側面の加工間隙が占める面積は非常に小さい
ので電極と工作物の間の加工間隙を無視し、また、電極
の消耗速度は工作物の消耗速度（加工速度）に比べて非
常に小さいので、電極と工作物の相対送り速度■を電極
送り速度と見なす。

すると、加工送り方向に投影した加工面積Ｓ、電極と工
作物の相対送り速度Ｖ、体積加工速度Ｖｗとの間には、
概略式（１）の関係が成り立つから、相対送り速度■と
体積加工速度Ｖｗを測定して加工面積を計算すればよい
ことになる。

Ｓ＝Ｖｗ／Ｖ　　　　　（１）しかしながら、上記式（１）において、加工中の電極送
り速度は比較的容易に検出できるが、体積加工速度ＶＷ
を直接測定することはできない。

そこで、例えば、特公昭５１−３５２７３号公報では、
ある時間内の電極送り量と正常放電の発生回数を検出し
、正常放電の発生回数を体積加工速度に関連付けている
。

また、特開昭５９−１１２３号公報では、パルス（矩形
）状の電流波形を用いることにより、体積加工速度Ｖｗ
を式（２）に書き換えている。

Ｖｗ＝ｙ）　・Ｉ　ｒ　・Ｖａ　　　　（２）Ｉｒ＝Ｉ
ｐ−ｒ−ｆ　　　　　（３）ここで、ηは効率、Ｉｒは式（３）で表される真加工電
流、ｖｏはギャップ電圧、Ｉｐはピーク電流、ｒは実電
流パルス幅、ｆは放電周波数である。

そして、加工中に電極と工作物の材質が変化しなければ
効率ηとギャップ電圧■。はほぼ一定とみなしていいと
している。

すなわち体積加工速度Ｖｗを求めるのに、前者は正常放
電の発生回数を、また、後者は効率ηとギャップ電圧■
。を電極と工作物の材質で決まる定数として、真加工電
流を用いている。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上記前者のように、正常放電の発生回数
を体積加工速度に関連付けることができるのは、単発放
電エネルギーが一定の場合だけである。すなわち、単発
放電エネルギーを加工面積に応じて制御することが考慮
されていない。

また、上記後者では、効率ηを電極と工作物の材質で決
まる定数として加工速度を式（２）で推定しているが、
効率ηは電極と工作物の材質だけでは決まらず、パルス
発生方式、パルス電流のパルス幅とピーク電流により変
化する。

さらに、真加工電流を加工に寄与する電流としているも
のの、この真加工電流は実質的に加工に寄与する有効放
電と加工に寄与しない持続アーク放電とが混在した状態
の電流を検出するので、体積加工速度を正確に推定する
ことができない。

本願の目的は、上記した課題を解決し、加工面積に対応
して適切な加工条件範囲を自動的に選定する放電加工の
自動加工条件制御装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］上記した課題は、加工時の工作物と電極との相対速度を
検出する手段と、有効放電時間率（単位時間当りの有効
放電パルスの放電時間の比率）を検出する手段と、電流
効率を求める手段と、上記した値から加工面積に相当す
る値を演算する手段と、上記演算結果に応じて加工条件
を変更する手段とを設けるとともに、上記した電流効率
を電極と工作物の材質、ピーク電流、パルス幅、電源の
出力方式のいずれか、または組合せとしてあらかじめ関
係を持たせておくことにより解決される。

［作用コ有効放電時間率および電流効率を用いて演算することに
より正確に体積加工速度を求めることができ、求めた体
積加工速度と電極送り速度とから加工面積を高い精度で
推定することができる。そして、求めた加工面積に対応
して適正な加工条件を設定するので、能率の良い加工が
可能となる。

［実施例コ以下、電源出力として電流波形が矩形でパルス幅を一定
とした、すなわち電源出力方式が電流パルス幅一定方式
の場合を例にとり、図面を用いて説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示す結線図である。

同図において、電極１と工作物２は狭い隙間を介して対
向しており、その隙間には図示しない加工液が満たされ
ている。電極１は電極送り駆動装置（Ｚ軸）３ａに取付
けられている。工作物もＸ軸３ｂとＹ軸駆動装置３Ｃに
取り付けられている。

電極１と工作物２には加工電源４、放電状態検出回路５
およびローパスフィルタ６が接続されている。放電状態
検出回路５からは、有効放電パルスの放電時間信号Ｃが
出力される。そして信号Ｃはカウンタ１１でカウントさ
れ、その出力りがＣＮＣ装置９に入力され、そこで有効
放電時間率Φとして処理される。

比較器７にはローパスフィルタ６の出力τとサーボ基準
電圧ｅ　ｒｅｆが入力され、その出力ΔｅはＡ／Ｄ変換
器８を介してＣＮＣ装置９に入力され、ＣＮＣ装置９の
内部で電極送り信号に変換されて、電極送り駆動装置３
に出力される。なお、サーボ基準電圧ｅ　ｒｅｆはプロ
グラムされた値または入力装置１０のいずれかの値が使
われる。

放電状態検出回路５の一例を第２図に、またその動作説
明図を第３図に示す。電極１と工作物２の電圧が差動ア
ンプ１６に入力され、その出力はコンパレータ１２に入
力される。

コンパレータ１２のもう一方の入力には基準電圧ｅｏが
入力される。なお、基準電圧ｅｏは無負荷電圧Ｅの６０
から８０％の値である。コンパレータ１２の出力信号Ａ
は第３図（ａ）で示すように有効放電パルスの場合は信
号Ｃを出力する。ここで、信号Ｃのパルス幅Ｔｅは有効
放電パルスの放電時間に相当する。一方、第３図（ｂ）
に示す持続アーク放電の場合あるいは、第３図（ｃ）に
示す短絡の場合には、信号Ｃは出力されない。

１３はフリップフロップで、フリップフロップ１３のリ
セット信号としては加工電源内のパワートランジスタを
駆動している制御信号Ｂが入力される。フリップフロッ
プ１３の出力信号Ｑ１はアンドゲート回路１４に入力さ
れる。アンドゲート回路１４のもう一方の入力には上記
信号Ｂが入力される。

カウンタ１１には信号Ｃおよび２０ＭＨｚ程度のクロッ
クパルスＧＫが入力されて信号りが得られる。

なお、クロックパルスＣＫが２０ＭＨｚとすると放電時
間の検出分解能は５０ｎｓとなるが、通常の加工に使わ
れるパルス幅は数１０〜数１０００μｓなので、この程
度のクロックで十分な分解能が得られる。

信号りはＣＮＣ装置９に入力されて上記した有効放電パ
ルスの放電時間Ｔｅがカウントされる。

次にＣＮＣ装置内でのデータ処理の内容について、まず
、メインルーチンを第４図を用いて説明する。

ＣＮＣ装置のプログラムの実行が開始されると、後に詳
述する第５図に示す加工条件データ表がＣＮＣ装置内部
のメモリまたはフロッピーディスクなどの外部メモリか
ら読み込まれ、ＣＮＣ装置のデイスプレィに表示される
。

なお、第５図に示す加工条件データ表には電源出力方式
（例えば、電圧パルス幅一定方式と電流パルス幅一定方
式）、ピーク電流■、パルス幅Ｔ、および実際の加工を
行うのに必要な加工パラメータ（例えばパルスのデユー
ティファクタτ、サーボ基準電圧ｅｒｅｆ）および後述
する電流効率Ｋｏなどが加工条件ごとに決められている
。なお、加工条件は面粗さが細かい条件から粗い条件の
順で並べられている。また、第５図に示す加工条件デー
タ表は電極と工作物の材質の絹み合わせだけでなく、電
極消耗の領域ごとにも用意されており、加工能率を重視
するか、電極消耗を重視するかの選択ができるようしで
ある。

上記したように加工条件データ表は電極と工作物の材質
の組み合わせおよび目標電極消耗値に応じて使用するも
のであるから、作業者は表示されたデータ表の中から電
極と工作物の材質、目標加工深さ、電極消耗率などの加
工仕様に適した加工条件を選定し、初期加工条件Ｍ１お
よび最終加工条件Ｍｒなどを入力する。

ここで、加工条件番号（Ｎｏ、）を特に入力しない場合
には、例えば初期加工条件Ｍ１＝Ｎｏ、１、最終加工条
件Ｍｒ＝Ｎｏ、ｎとするように、デフォルト値を決めて
おくようにしてもよい。なお、ｎは使用する加工電源の
電源容量で決まる値である。

次に、加工が開始される。

加工が開始されると自動設定ルーチンがスタートし、自
動設定ルーチンが終わると加工深さのチエツクが行われ
る。そして、所定の加工深さに達するまで自動設定ルー
チンと加工深さのチエツクが交互に繰り返し実行される
。

上記した自動設定ルーチンについて、第６図により説明
する。

自動設定ルーチンがスタートすると、まず加工条件Ｍｔ
が最終加工条件Ｍｒになっていないかをチエツクする。

Ｍｔ≧Ｍｒであれば、このルーチンをスキップして加工
条件Ｍｒで加工を続行する。

そして、Ｍ　ｔ　＜　Ｍ　ｒであれば、このルーチンを
実行し、タイマーＴ１がスタートする。このタイマーが
タイムアツプすると、次の検出ルーチンが実行される。

この検出ルーチンでは、ある一定の時間Ｔｓ内の電極送
り量りと有効放電時間Ｔｅがカウントされる。これらは
式（４）、式（５）により電極送り速度Ｖと、有効放電
時間率Φに変換される。なお、上記したある一定の時間
Ｔｓはパルス幅より十分大きな値でなければならず、Ｏ
，１〜数十秒である。

Ｖ＝Ｌ／Ｔｓ　　　　　　　　　　（４）Φ＝Ｔｅ／Ｔ
ｓ　　　　　　　　　（５）ところで、本実施例ではパ
ルス状の電流波形を用いていることから、体積力Ｕ工速
度ＶＷを式（６）％式％（６）ここで、Ｋａは放電エネルギー効率（単位放電エネルギ
ー当りの加工速度）、Φは有効放電時間率、■はピーク
電流である。さらに、Ｋｏ＝Ｋａ−Ｅａ　　　　　　　　（７）とすると、Φ
・■は有効放電電流に相当するから、ＫＯは電流効率（
単位有効放電電流当りの加工速度）であり、式（６）を
式（８）に書き直すことがてきる。

Ｖｗ＝ＫＯ・Φ・■　　　　　　（８）そして、式（４
）および式（５）で得られた値を式（１）と式（８）に
代入して加工速度Ｖｗと加工面積Ｓを演算し、メモリＶ
ｗｏとΦＯに演算値ＶｗとΦを入力する。

次に、求めた加工面積Ｓにもとづき、試行条件Ｍｔが決
められる。試行条件Ｍｔは第５＠を用いて、Ｓ≧ＳＬを
満足し、かつ最終加工条件Ｍｒ以下となる最大Ｎｏ、の
加工条件とする。

ただし、その選定された条件が現在設定されている条件
よりかなり大きい場合、短時間に放電エネルギーを急激
に増加させることになるので、加工状態が不安定になり
易い。そこで、本実施例においては、−回の条件切り替
えで増加できるステップ数に制限を設けている。すなわ
ち、現在加工中の加工条件をＭ　ｉ−１、演算結果の試
行条件をＭＬ、制限するステップ幅をΔＭとすると、Ｍ
ｉ−Ｍｉ−１≦ΔＭの場合の実行する試行条件はＭ　ｔ
　＝　Ｍ　ｉとし、また、Ｍｉ−Ｍｉ−１）ΔＭの場合
に実行する試行条件（まＭｕ−Ｍｉ−１＋ΔＭとする。

そして、加工条件は以上のように選定された試行条件Ｍ
ｔに切り換わりタイマーＴ２がスタートする。タイマー
Ｔ２にセットされている時間が経過すると、再び検出ル
ーチンが開始する。ここて検出された有効放電時間率Φ
ｉが、先の条件で得られているΦ１−１（メモリΦＯの
値）と比較して、ある割合α＜０＜α＜１）以上である
かが比較される。

Φｊ≧αΦｉ−１の場合は１段目の条件（試行条件）が
良好と判定されて加工を続行する。

Φ１くαΦｉ−１の場合は、加工が不安定になったと判
定して、−段前の加工条件に戻って加工を行なう。なお
、αは一般の加工で０．４〜０．６である。

また、加工速度の演算値（ここで検出したＶｗとメモリ
Ｖｗｏの値）を比較して、もし前段の加工速度よりも低
い値になった場合には、−旦前の加工条件に戻して加工
を続行するような判定を行っても良い。

なお、本実施例においては電流効率Ｋｏを第５図に示す
加工条件データ表から選択するようにしたが、この電流
効率Ｋｏをある前提条件もとに数式化して用いてもよい
。例えば、グラファイトで鋼材を加工する場合は、電流
効率を式（９）で表わすことができる。ここで、定数ａ
、ｂ、ｃは電極と工作物の材質、および電源方式に関係
する係数で、例えば、電流パルス幅一定方式で、グラフ
ァイトの電極で鋼材を加工する時には、ａ　＝１．１〜
１．４　Ｘ　１０−６、ｂ＝１．２〜１．４、ｃ＝−０
，９〜−１，１である。ただし、ピーク電流の単位はＡ
、パルス幅の単位はμＳである。

これを式（８）に代入すると式（１０）となり、この式
を用いて加工面積を推定してもよい。

また、上述の実施例では、比較器７をＣＮＣ装置９の外
部に配置したが、ローパスフィルタ６の出力をＡ／Ｄ変
換器８に入力し、その出力をＣＮＣ装置９へ入力し、Ｃ
ＮＣ装置９の内部で比較演算を行い誤差電圧を求めて電
極送り制御をしてもよい。

なお、電流効率Ｋｏは上記したように、放電時間Ｔｅに
よって影響されるが、電源出力方式が電圧パルス幅一定
の場合、放電時間Ｔｅはばらつくので、電流効率ＫＯが
変動することになる。そこで、第５図の加工条件データ
表の電流効率ＫＯとして、第５図の加工条件で標準加工
を行ったときの平均的な値を記入しておけば、実用的に
は大きな誤差は生じない。

以上述べた方法は、加工速度の推定に電流効率を用いた
方法であるが、加工速度の推定に放電エネルギー効率Ｋ
ａを用いている第２の実施例を第７図により説明する。

なお、同図において第１図と同じものは同一の記号を付
しである。

１７はアーク電圧検出回路で、加工時のアーク電圧を検
出し、検出結果をＡ／Ｄ変換してＣＮＣ装置９に入力す
る。１８は電流検出器で、加工中のパルスの電流を直接
検出する。１９はピーク電流検出回路で、ピーク電流を
Ａ／Ｄ変換し、ＣＮＣ装置に入力する。なお、第５図の
加工条件データ表には、電流効率Ｋｏの代わりに放電エ
ネルギー効率Ｋａが記載される。

そして、式（６）に検出した値を代入して体積加工速度
Ｖｗを推定する。このようにアーク電圧とピーク電流を
検出することにより、より正確に加工速度を推定するこ
とができる。

なお、上記の実施例では、加工時のアーク電圧を検出す
るようにしたが、この値も加工条件データ表に記載して
おき、その値を演算に用いてもよい。

［発明の効果コ有効放電時間率を検出しているので、加工速度を正確に
推定できる。したがって、推定した加工速度と、検出し
た電極送り速度から正確な加工面積が推定できることに
なるので、加工面積に応じた適正な加工条件で加工が出
来るので、能率の高い加工が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例の構成図である。第２
図は、加工状態検出回路の一実施例である。第３図は、
第２図の動作説明図である。第４図、第６図は第１図の
動作を説明するためのフローチャートである。第５図は
、加工条件データ表の一例である。第７図は、第２の実
施例の構成図である。１：電極、２：工作物、３：電極駆動装置、４：加工電
源、５：放電状態検出回路、６：ローパスフィルタ、７
：比較器８　：　Ａ／Ｄ変換器、９　：　ＣＮＣ装置第１図第２図こ−−ゴー１− 渇Ｚ図

Claims

【特許請求の範囲】１、加工時の工作物と電極との相対速度を検出する手段
と、有効放電時間率を検出する手段と、電流効率を求め
る手段と、上記相対速度と有効放電時間率および電流効
率から加工面積に相当する値を演算する手段と、上記演
算結果に応じて加工条件を変更する手段とを有したこと
を特徴とする放電加工装置。２、電流効率を求める手段が電極と工作物の材質、ピー
ク電流、パルス幅、電源の出力方式のいずれか、または
組合せとしてあらかじめ関係を持たせた表からの選択で
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項の放電加工
装置。３、電流効率を求める手段が電極と工作物の材質、ピー
ク電流、パルス幅、電源出力方式のいずれか、または組
合せとしてあらかじめ関係を持たせた式からの演算であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項の放電加工装
置。４、電源出力方式が電流パルス幅一定であることを特徴
とする特許請求の範囲第２または第３項記載の放電加工
装置。５、電源出力方式が電圧パルス幅一定であることを特徴
とする特許請求の範囲第２または第３項記載の放電加工
装置。