JPH0360929A - 放電加工装置 - Google Patents

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） 本発明は放電加工間隙のサーボ制御を応答性よく行ない
得るようにした放電加工装置に関するものである。

（従来の技術） 従来の型彫或いはワイヤカット放電加工装置にあっては
、加工用電極がそのサーボ軸に沿って被加工物と相対的
に移動しうる構成とされ、加工用電極と被加工物との間
の相対的移動はステッピングモータ或いは直流モータの
如き回転モータにより与えられている。そして、加工用
電極と被加工物との間に形成される放電加工間隙の巾が
放電加工中所要の最適値に保たれるように、回転モータ
がその放電加工間隙にかかる電圧の大きさに応じてサー
ボ制御され、この間陣中の制御により放電加工が円滑に
行なわれる構成となっている。

（発明が解決しようとする課題） このように、放電加工間隙に生じる電圧が所要の状態に
維持されるように、加工用電極と被加工物との相対位置
を調節することにより、放電加工間隙の巾を常に所要の
値に維持しようとするサーボ制御が行なわれているが、
この従来のサーボ系におけるサーボの応答性は、直流モ
ータを使用した場合で１００（Ｈｚ）乃至２００（Ｈｚ
）程度であり、ステッピングモータを使用した場合でも
せいぜい１　ｋＨｚ　　程度である。

しかしながら、放電加工間隙の状態はその数１０〜数１
００倍の速さで変化しており、その実効放電加工間隙中
もそれと同じ速さで変化している。

したがって、ステッピングモータ又は直流モータを用い
た従来のサーボ系では、このような速い変化には追従す
ることができないものであり、この従来のサーボ系を使
用した放電加工装置の加工効率も充分なものとは言えな
いという問題点を有している。

本発明の目的は、したがって、極めて優れた応答性で放
電加工間隙制御を行なうことができる新規な放電加工装
置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 従来技術における上述の問題点を解決するための本発明
の特徴は、加工用電極と被加工物との間に所定のサーボ
軸に沿う相対的な移動を与えるための移動手段を含み、
上記加工用電極と上記被加工物との間に形成される放電
加工間隙の状態に関連した信号に応答し上記放電加工間
隙の巾が所要の値に維持されるように上記移動手段を制
御するサーボ系を備えて成る放電加工装置において、上
記サーボ軸に沿って上記加工用電極を上記被加工物に対
して相対的に移動させるための圧電式駆動手段と、上記
信号に応答し上記放電加工間隙の巾が所要の値から外れ
るのを抑えるように、上記圧電式駆動手段を駆動する手
段とを備えた点にある。

（作用） 放電加工間隙における放電加工の状態に従って放電加工
間隙の巾が時々刻々変化し、放電加工間隙の状態を示す
電気信号の値がそれに応じて変化する。この信号は、移
動手段を含んで構成されるサーボ系に与えられ、移動手
段によって加工用電極と被加工物との間に所要の相対運
動が与えられ、放電加工間隙の巾を所要の値に維持する
ためのサーボ制御が実行される。

これと同時に、圧電式駆動手段も放電加工間隙の状態に
応じた信号に応答して作動し、放電加工間隙の巾が所要
の値に維持されるように加工用電極と被加工物との間の
距離が調節される。圧電式駆動手段は、高い周波数応答
特性を有しており、例えば、３００　（ｋＨｚ）程度ま
での周波数に応答しうるものである。このため、移動手
段によるサーボによっては追従できない間隙間の速い変
化は、圧電式駆動手段を含む制御系により処理される。

（実施例） 以下、図面を参照しながら本発明の一実施例につき詳細
に説明する。

第１図には、本発明による放電加工装置の一実施例が示
されている。この一実施例として示されている放電加工
装置１は、型彫り用のＺ軸制御の放電加工装置であり、
加工機本体２と、該加工機本体２に加工用パルスを供給
する加工用電源部３と、加工機本体２の電極送りサーボ
制御のための制御ユニット４とを備えている。なお、多
くの場合、制御ユニット４と加工用電源３とは単一の筺
体内に組み込まれ、加工用電源装置と称される。

加工機本体２は、加工台２１と、加工台２１に設けられ
たコラム２２によって支持されているヘッド部２３とを
具えている。加工台２１上には、ベツド２４上に載置さ
れた被加工物２５がセットされている加工タンク２６が
設けられている。加工タンク２６内には適宜の放電加工
液２７が満たされており、ヘッド部２３側に装着される
加工用電極２８によって被加工物２５が放電加工液２７
中において放電加工される構成である。ヘッド部２３は
、ヘッド部２３のケーシング２９内に固設された案内部
材３０によってその軸方向に沿う移動のみが可能なよう
に案内されているクイル３１を有している。クイル３１
の一端部３１ａには、直流モータ又はステッピングモー
タの如き回転モータ３２によって回転駆動せしめられる
ボールねし３３が螺入しており、回転モータ３２が正逆
に回転することにより、クイル３１がその軸方向に進退
する構成となっている。

クイル３１の他端３１ｂには、圧電アクチエータ３４を
介して一対の電極取付具３５．３６が設けられている。

電極取付具３５は圧電アクチエータ３４に公知のフラン
ジ止めの方法で堅固に取付けられ、一方、電極取付具３
６は加工用電極２８に固着されているステム３７をしっ
かりと固定しており、これにより加工用電極２８は電極
取付具３６に固着されている。一対の電極取付具３５．
３６は、電極取付具３６の突部３６ａが、これに相応し
た形状の電極取付具３５のへこみ部３５ａにはめ合され
るようにして位置決めされ、これらの内部に設けられた
図示しない磁石の吸引力で両者は所定の位置決め状態で
しっかりと連結されると共に、所望により両者の連結を
解くことができるようになっている。電極取付具３５．
３６の上述の構成自体は公知であるから、その詳細な説
明は省略する。なお、圧電アクチエータ３４とクイル３
１との間の連結もまた公知のフランジ止めにより行なわ
れている。本実施例では、圧電アクチエータ３４とクイ
ル３１との間の連結及び圧電アクチエータ３４と電極取
付具３５との間の連結は、上述の如く、夫々フランジ止
めにより行なっているが、この連結の態様はこれに限定
されるものではない。

圧電アクチエータ３４は、加工用電極２８をそのサーボ
軸方向（すなわちクイル３１の軸方向）に沿って、回転
モータ３２によるサーボ動作よりも速い速度で最大数１
０〔μｍ〕の微少距離だけ移動させるために設けられた
ものであり、その構成が第２図に詳細に示されている。

圧電アクチエータ３４は、比較的肉薄のフランジ部４１
．４２と、これらのフランジ部４１．４２を平行状態に
支持、固定する支持部４３．４４とから成る枠体４５を
有し、枠体４５によって形成される空間４６内に圧電素
子４７を配設して成っている。

圧電素子４７は、例えば角柱状の形状を有し、一対の電
極４８．４９が対向する側壁に夫々図示の如く設けられ
ている。圧電素子４７は電極４８．４９間に電圧を印加
することにより、その印加電圧のレベルに応じて所定の
方向に伸長する素子である。図示の圧電素子４７は電圧
の印加によりその軸方向に伸長するものである。この伸
長により枠体４５のフランジ部４１．４２をその厚み方
向に押圧するため、圧電素子４７は、電圧無印加の状態
においてその軸方向の端面４７ａ、４７ｂが夫々フラン
ジ部４１．４２の内面に当接するように寸法決めされて
空間４６内に配設されている。図示の実施例では、端面
４７ａ、４７ｂは適宜の接着剤で対応するフランジ部に
接着されており、振動その他により圧電素子４７が枠体
４５から外れないように構成されている。

このような構成によると、圧電素子４７の電極４８．４
９間に印加される電圧のレベルが高くなるにつれて圧電
素子４７がその軸方向に伸長し、肉薄のフランジ部４１
．４２を外方に押し広げ、第２図中−点鎖線で示される
ようにフランジ部４１．４２を変形させる。従って、そ
の印加電圧のレベルを調節することにより、回転モータ
３２の回転による加工用電極２８の送り動作とは別に、
加工用電極２８を被加工物２５に向けて送り、又は被加
工物２５から離反させることができる。なお、第２図で
は説明を解りやすくするために枠体４５の変形を誇張し
て示したが、実際には、その伸長は最大数１０　〔μｍ
〕程度である。

次に、第３図を参照しながら、第１図及び第２図に基づ
いて説明した放電加工装置１の電気的制御系統の構成に
ついて説明する。

加工用電源部３の出力線３ａは電極取付具３６を介して
加工用電極２日と電気的に接続されており、もう一方の
出力線３ｂはアースされることにより被加工物２５と電
気的に接続されている（第１図参照）。したがって、加
工用電源部３から出力される加工用パルスは加工用電極
２８と被加工物２５との間に形成される放電加工間隙Ｇ
に印加され、ここで放電加工が行なわれる。

放電加工間隙Ｇにおいて発生した出力電圧Ｅは制御ユニ
ット４内の間隙状態検出回路５１に人力され、ここで、
放電加工間隙Ｇの間隙中Ｗが所要の値より広いか狭いか
の判別が行なわれ、その時の間隙中Ｗの大きさに応じた
レベルの検出電圧りが出力される。検出電圧りのレベル
は、出力電圧Ｅのレベルが所望の間隙中に相応したレベ
ルとなっている場合には零であり、間隙中Ｗが所望の間
陣中より広くなって出力電圧Ｅのレベルが上昇すると、
検出電圧りのレベルはそれに従って正の方向に増大する
。一方、間隙中Ｗが所望の間隙中より狭くなって出力電
圧Ｅのレベルが低下すると、検出電圧りのレベルはそれ
に従ってより負のレベルとなる。出力電圧Ｅと検出電圧
りとの間の上述の関係が第４図に示されている。なお、
検出電圧りのレベルが零となる出力電圧Ｅのレベルは、
間隙状態検出回路５１に接続されている可変抵抗器５２
の抵抗値を調節することにより任意に設定することがで
き、これによりこの制御系により調節される間隙中を所
要の値とすることができる。上述した間隙状態検出回路
５１の構成は公知であるので、ここではその詳細な説明
は省略する。

検出信号りは、可動接点５３ａが一定レベルの直流電源
＋Ｖに接続されている切換スイッチ５３の切換制御信号
として切換スイッチ５３に印加されている。切換スイッ
チ５３の固定接点５３ｂ、５３ｃは、回転モータ３２の
駆動制御を行なうためのモータ駆動回路５４の制御端子
Ｕ、Ｄに夫々接続されている。モータ駆動回路５４は、
その制御端子Ｕに高レベルの電圧が印加された時に回転
モータ３２を正方向に回転させ、これにより加工用電極
２８をサーボ軸（Ｚ軸）に沿って被加工物２５に向けて
前進せしめ、一方、その制御端子りに高レベルの電圧が
印加された時に回転モータ３２を逆方向に回転させ、こ
れにより加工用電極２８をサーボ軸（Ｚ軸〉に沿って被
加工物２５から離れるように後退せしめるための第１制
御信号Ｓ、を出力する。

切換スイッチ５３は、検出電圧りのレベルが零又は正の
場合にその可動接点５３ａが実線で示される状態に切り
換えられ、検出信号りのレベルが負の場合にその可動接
点５３ａが点線で示される状態に切り換えられる構成で
ある。この結果、放電加工間隙Ｇの間隙中Ｗが所定の値
か又はそれより広い場合には、切換スイッチ５３は実線
で示されるように切り換えられ、モータ駆動回路５４の
制御端子Ｕに直流電源＋Ｖの高レベルの電圧が印加され
、回転モータ３２が正方向に回転せしめられ、加工用電
極２８がサーボ軸に沿って前進する。−方、−放電加工
間隙Ｇの間隙中Ｗが所要の値よりも狭くなった場合には
、切換スイッチ５３は点線で示されるように切換えられ
、モータ駆動回路５４の制御端子りに直流電源＋Ｖの高
レベルの電圧が印加され、回転モータ３２が逆方向に回
転せしめられ、加工用電極２８がサーボ軸に沿って後退
する。上述の回転制御が行なわれる結果、間隙中Ｗが常
に適正な値に保たれるように電極送りのサーボ制御が行
なわれることになる。

なお、上述の実施例において、検出電圧りのレベルが零
の場合にも加工用電極２８を前進させる構成としたが、
放電加工間隙の状態は常に速い速度で変化しているので
、検出電圧りのレベルが零となった場合に回転モータ３
２の送りを停止させる構成としなくても全く問題は生じ
ない。しかしながら、勿論、検出電圧りのレベルが零と
なった場合に、切換スイッチ５３の可動接点５３ａを固
定接点５３ｂ、５３ｃのいずれにも接触しない状態とし
、これにより回転モータ３２の回転を停止させる構成と
してもよい。さらに、検出電圧りをモータ駆動回路５４
に印加し、回転モータ３２の正逆の回転の速度が、検出
電圧りのレベルの絶対値に従って変化するようにモータ
駆動回路５４を構成してもよい。

検出電圧りは、また、レベルシフト回路５５にも入力さ
れ、ここで所定の一定しベルＶｆだけ検出信号りが正の
方向にレベルシフトされる。このレベルｖｆは、第４図
に示されるように、出力電圧Ｅのレベルが零となった場
合の検出電圧りのレベル−Ｖｆの絶対値となっている。

従って、レベルシフト回路５５から出力される出力電圧
■、の特性は第４図中点線で示される如くなる。

この出力電圧Ｖ、は、正相の直流増幅器５６によって電
圧増幅され、それによって得られた増幅出力電圧信号が
第２制御信号Ｓ２として取り出され、圧電素子４７に印
加される。

第５図には、第２制御信号Ｓ２のレベルと圧電素子４７
の伸長量Δｌとの間の関係を示す特性図が示・されてい
る。ここで、縦軸には圧電素子４７が初期化された場合
の長さに対する伸長量が目盛られている。第５図の特性
線（イ）は、初期化された圧電素子４７に第２制御信号
Ｓ２を印加し、そのレベルを零から徐々に上げていった
場合の伸長量Δｌの様子を示すものであり、印加電圧レ
ベルの上昇に従ってその伸長量ΔＥが増大していくこと
が判る。第２制御信号Ｓ２のレベルが例えば最大定格値
Ｅｍにまで達した後、そのレベルを徐々に下げていくと
、そのヒステリシス特性のために、その伸長量は特性線
（ロ）に沿って減少していく。このため、第２制御信号
Ｓ２のレベルが零になったとき、その伸長量Δ２は零に
はならず、所定の値Δ７！１　となる。その後、第２制
御信号Ｓ２のレベルを零からＥｍの間で変化させた場合
、その時々の伸長量Δｌは特性線（ロ）に従って決定さ
れることとなる。

すなわち、圧電素子４７に１回だけＥｍのレベルの電圧
を印加しておけば、その後Ｅｍより大きい電圧を印加し
ない限り、特性線（ロ）に従ってその時の印加電圧レベ
ルと伸長量との間の関係が一義的に定まることになる。

第５図中符号Ｅ。で示されるレベルは、検出電圧りのレ
ベルが零のときの第２制御信号Ｓ２のレベルであり、し
たがって、サーボ制御中においては、レベルＥ０を中心
に第２制御信号Ｓ２のレベルが変動する傾向を有するも
のである。

すなわち、放電加工間隙Ｇの間隙中Ｗが所要の値より大
きい場合には、第２制御信号Ｓ２のレベルはＥｏより大
きくなり、電圧素子４７はその間隙の広がりに応じて伸
長し、加工用電極２８を被加工物２５に向けて押し下げ
るので、間隙中はそれより小さくなる。一方、放電加工
間隙Ｇの間隙中が所要の値より小さい場合には、第２制
御信号Ｓ２のレベルはＥｏより小さくなり、圧電素子４
７はその間隙のせばまりに応じて伸長量が減少し、これ
により、加工用電極２８が後退するので、間隙中はそれ
により大きくなる。このように、圧電アクチエータ３４
もまた、検出電圧りのレベルに従って、放電加工間隙中
Ｗを高い応答性で微小変化させ、間隙中Ｗの最適制御に
寄与する構成となっている。

このような構成によると、放電加工間隙Ｇにおいて放電
加工が行なわれた場合、主として回転モータ３２により
、加工用電極２８がサーボ軸に沿って前進又は後退せし
められ、放電加工間隙中を所要の値に維持するためのサ
ーボ制御が行なわれる。これと同時に、圧電アクチエー
タ３４によってもサーボ制御が行なわれる。ここにおい
て、回転モータ３２によるサーボ制御は１００〜２００
Ｈｚ程度までの応答性を有し、間隙中の調節範囲の広い
サーボ制御であり、量的な意味において放電加工装置１
のサーボ制御の大半を担う第１のサーボ制御として位置
付けられる。これに対し、圧電アクチエータ３４によっ
て行なわれるサーボ制御は、加工用電極２８と被加工物
２５との間の相対距離を調節する能力は第１のサーボ制
御のそれに比べて小さいが、その周波数応答特性は数１
００ｋＨｚ　　にも達するものであり、放電加工間隙Ｇ
において時々刻々生じている変化に即応して作動し、そ
の間隙中Ｗの調節を極めて迅速に行なうことができる。

このように、圧電アクチエータ３４により、第１のサー
ボ制御によって追従しきれない間隙中の高速変化に応答
してこれを調節することのできる第２のサーボ制御が与
えられる。この結果、第１のサーボ制ｆｌｉｔと第２の
サーボ制御とにより、放電加工間隙に生しる様々な変化
に対して迅速且つ適確に放電加工間隙中の調節を行なう
ことができ、従来の装置に比べて放電加工間隙において
生じる放電加工状態をより一層適切な状態に維持するこ
とが可能となり、加工速度の著しい向上を図ることがで
きる。

上記実施例では、第２サーボ制御を行なうために、第２
図に示す圧電アクチエータ３４を使用した場合を一例と
して説明したが、本発明は実施例に示されているこの圧
電アクチエータ３４を用いた装置に限定されるものでは
なく、例えば圧電素子４７を直接クイル３１と電極取付
具３５との間に設け、例えば接着剤によって、圧電素子
４７の各端面をクイル３１と電極取付具３５とに固着す
るようにしてもよい。また、圧電アクチエータ３４或い
は圧電素子４７の取付位置は第１図に示される実施例の
位置に限定されるものではなく、例えば、ベツド２４と
被加工物２５との間に設けてもよいことは、上述の説明
から明らかに理解されるところである。

さらに、上記実施例では、本発明を２軸制御のみの型彫
式放電加工装置に適用した場合をその一実施例として説
明したが、本発明はこの型式の放電加工装置にのみ限定
されるものではなく、多軸制御の放電加工装置、各種の
ワイヤカット放電加工装置など、放電加工間隙のサーボ
制御を行なうあらゆる形式の放電加工装置に同様にして
適用することができ、同様の効果を得ることができるも
のであることは勿論である。

（発明の効果） 本発明によれば、上述の如く、回転モータの如き手段に
よって加工用電極と被加工物との間の相対的な移動運動
を与えるサーボ制御に加えて、高応答性の圧電式駆動手
段を用いたサーボ制御を行なうので、放電加工間隙中の
制御を迅速且つ適確に行なうことができ、放電加工間隙
における放電加工状態をより一層適切な状態に維持する
ことが可能となり、加工速度の著しい向上を図ることが
できる格別の優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は第１
図に示す圧電式アクチエータを拡大して示す拡大詳細図
、第３図は第１図に示した放電加工装置の電気系統の回
路図、第４図は第３図に示す各部の電圧の関係を示す特
性図、第５図は第２図に示した圧電素子の特性図である
。 １・・・放電加工装置、２・・・加工機本体、４・・・
制御ユニ７）、２５・・・被加工物、２８・・・加工用
電極、３２・・・回転モータ、３４・・・圧電アクチエ
ータ、４７・・・圧電素子、５１・・・間隙状態検出回
路、５５・・・レベルシフト回路、５６・・・直流増幅
器、Ｅ・・・出力電圧、Ｄ・・・検出電圧、Ｓ、・・・
第１制御信号、　ｓ２・・・第２制御信号。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、加工用電極と被加工物との間に所定のサーボ軸に沿
   う相対的な移動を与えるための移動手段を含み前記加工
   用電極と前記被加工物との間に形成される放電加工間隙
   の状態に関連した信号に応答し前記放電加工間隙の巾が
   所要の値に維持されるように前記移動手段を制御するサ
   ーボ系を備えて成る放電加工装置において、前記サーボ
   軸に沿って前記加工用電極を前記被加工物に対して相対
   的に移動させるための圧電式駆動手段と、前記信号に応
   答し前記放電加工間隙の巾が所要の値から外れるのを抑
   えるように前記圧電式駆動手段を駆動する手段とを備え
   たことを特徴とする放電加工装置。