JPH0430917A - ワイヤ放電加工機の適応制御方法と装置 - 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、ワイヤ放電加工機の加工作用を最適条件に適
応制御するワイヤ放電加工機の適応制御方法と装置に関
し、特に、ワイヤ電極と被加工ワークとの間の放電エネ
ルギーを制御してワイヤ電極の断線を防止し、加工能率
の向上を達成するためのワイヤ放電加工機の適応制御方
法と、それを実施するための装置に関する。

〔従来の技術〕

ワイヤ放電加工は、導電性の被加工ワークを平面内で二
次元方向に送り制御すると共にワイヤ電極を上記平面に
対して交叉する方向に送り動作させ、同ワイヤ電極と被
加工ワークとの間でパルス放電させることにより被加工
ワークを所望の形状に放電加工する原理を有し、そのよ
うなワイヤ放電加工を遂行するための加工機械が、ワイ
ヤ放電加工機として既に汎用されている。ワイヤ放電加
工機による被加工ワークとしては、機械加工に適さない
硬質の金属材料や脆い焼結材料等が対象とされ、焼結材
料にはグラファイト、導電粉を含んだ砥粒の焼結素材等
が多く対象とされている。

このようなワイヤ放電加工機によるワイヤ放電加工に当
たっては、加工速度の向上とワイヤ電極の断線防止によ
り加工能率を向上させることが従来から課題とされ、ワ
イヤ電極と被加工ワークとの間の放電ギャップにおける
放電状態、即ち、加工屑による短絡状態が発生している
場合と、正常な放電状態が継続して場合の２状態を放電
電流の変化を検出することにより監視し、短絡状態が発
生したときには放電電流の時間当たりのパワーを低減さ
せ、正常放電が回復すると、再びパワーを増加させるよ
うにしてワイヤ電極の断線発生を防止ながら、極力、加
工速度の増大を図り、延いては加工能率の向上を図る制
御方法（これを通量はワイヤ放電加工の適応制御と言う
）を遂行している。

〔発明が解決すべき課題〕

然しなから、上述した適応制御方法はスチール系等の金
属材料を被加工ワークとしたワイヤ放電加工には適する
が、焼結材料、特に、上述したグラファイト材等には必
ずしも有効では無く、従って、他の適応制御方法の開発
による加工能率の向上が要望されていた。

依って、本発明の目的は、このような従来の放電ギャッ
プにおける短絡状態と正常放電状態とを監視して放電加
工エネルギーレベルを制御する適応制御が適用不可な被
加工ワークを対象とした新規なワイヤ放電加工における
適応制御方法と装置とを提供せんとするものである。

〔解決手段〕

本発明は、グラファイトや導電粉を含んだ砥粒の焼結素
材等を被加工対象としたときには、ワイヤ電極と被加工
ワークとの放電ギャップを流れる放電電流、特にパルス
放電電流が一定の特性、つまり、ワイヤ電極の断線発生
前になると、正常放電時に比較して大きなピーク電流値
を呈することを見出し、放電電流を継続的に検出しなが
ら、該放電電流のピーク電流値が一定又は加工状態の変
化に追従して設定される閾値以上に成る状態を異常状態
として検出し、当該異常状態の発生頻度が一定の設定頻
度を越えた時には、放電電流のエネルギーレベルを低減
させるように適応制御し、以てワイヤ電極の断線を防止
し、ワイヤ放電加工の中断を防止して加工能率の向上を
図るものである。

即ち、本発明によれば、一定送り路に沿って走行するワ
イヤ電極と平面内で送り動作を付与される被加工ワーク
との間で行われる放電によって該被加工ワークを所望形
状に加工するワイヤ放電加工機による放電加工加工方法
において、上記放電時の放電電流を継続的に検出し、上
記放電電流の検出値から該放電電流のピーク値を検出し
、 該ピーク値が所定の閾値を越えた頻度を検出すると共に
、該頻度が予め設定した頻度以上のとき、上記ワイヤ電
極と前記被加工ワークとの間のパルス放電のオフタイム
間隔を増大する、またばオンタイムを減少させるように
制御するワイヤ放電加工機の適応制御方法を提供するも
のである。

又、本発明によれば、上ヘッドと下ヘッドによって規定
される一定送り路に沿って走行するワイヤ電極と平面内
で直交二軸方向に送り動作を付与される被加工ワークと
の間で行われる放電によって該被加工ワークを所望の形
状に加工するワイヤ放電加工機において、 上記放電の電流値を検出する電流検出手段と、上記電流
検出手段が検出した放電電流のピーク値を記憶するピー
ク値ホールド手段と、上記放電電流のピーク値と設定さ
れた閾値とを比較する比較手段と、 上記比較手段の比較結果から、前記放電電流のピーク値
が前記閾値レベル以上になる発生頻度に応じて被加工ワ
ークとワイヤ電極間の放電レベルを低減させるように制
御する加工条件制御手段とを具備したワイヤ放電加工機
の適応制御装置を提供するものである。

〔作　用〕

上述したワイヤ放電加工機の適応制御方法と装置とによ
れば、ワイヤ電極と被加工ワークとの間の放電ギャップ
における放電加工電流のピーク値が閾値を越える発生頻
度から加工条件の異常を検出し、そのとき、パルス放電
のオンタイムを減少させるか又はオフタイムを増加させ
る等放電電流のエネルギーレベルを低減させるように適
応制御し、常に、ワイヤ電極の断線を事前に防止するの
で、放電加工の中断が回避でき、従って、ワイヤ放電加
工作用を連続させることにより、加工能率の向上を図る
ものである。以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細
に説明する。

〔実施例〕

第１図は、ワイヤ放電加工機の基本的構成と本発明に係
るワイヤ放電加工機の適応制御装置の１実施例を示した
略示機構図、第２図は、ワイヤ電極と被加工ワークとの
放電ギャップにおけるパルス放電電流の波形図、第３図
はグラファイトを被加工ワークとする場合のパルス放電
電流の特性を示すグラフ図、第４図は、本発明に係るワ
イヤ放電加工機の適応制御をマイクロコンピュータを利
用して実施する場合の接続、構成を示す略示ブロック図
である。

さて、第１図に示すように、ワイヤ放電加工機は、同加
工機の機体に具備された上ヘッド１２と下ヘッド１４と
の間に適宜のワーク台１６に取付られた被加工ワークＷ
が設けられ、上記の上下ヘッド１２．１４が有するワイ
ヤガイド１２ａ１１４ａの案内の下に一定の送り路に沿
って定行するワイヤ電極１８が上記被加工ワークＷとの
間で形成するギャップにおいて、放電加工電源ＥからＲ
Ｌ回路２０で略示したケーブルインピーダンスを介して
通常は数十キロＨｚのパルス化された放電電力が供給さ
れることによりパルス放電が行われ、このパルス放電に
よるエネルギーにより被加工ワークＷは放電加工作用を
受ける。放電電力は、ワイヤ電極１８に対しては一般に
上下１対の給電子２２ａ、２２ｂを介して供給されるこ
とにより、放電加工部に安定した放電電力の供給が行わ
れるように構成され、放電ギャップを介して被加工ワー
クＷも上記放電加工電源Ｅに接続される閉電気回路が形
成され、上記放電ギャップ間で放電が行われるようにな
っている。このとき、被加工ワークＷ′は、ワーク台１
６と共に平面内で直交二次元方向く例えば、Ｘ及びＹ方
向）に送り動作の制御を与えられるから、放電加工は被
加工ワークＷ内で所望の加工経路に沿って進捗し、故に
所望形状の製品が放電加工されるのである。

第２図は、被加工ワークＷとワイヤ電極１８とのギャッ
プにおいてパルス放電が行われた場合の放電電流を示し
たもので、パルス電流ＬＡｐｌｔ、休止時間τＯＦＦ毎
に通電時間τ。Ｎに渡ってギャップ間を流れる尖頭形を
有したパルス放電電流である。ここで、被加工ワークＷ
が、グラファイト材料や導電粉を含有した砥粒の焼結材
料等である場合に就き、発明者が実験、観察の結果、パ
ルス放電電流工。、は、第３図に示すような特性を呈す
ることが発見された。即ち、正常な放電加工作用が進捗
しているときに検出されるパルス電流波形■、。、は成
る程度のバラツキＩ。内で変化しているが、放電加工の
進捗中に時に立ち上がりの早いパルス放電電流Ｉ　ＡＲ
Ｍが発生することが観測され、しかもこのような立ち上
がりの早いパルス放電電流が多発すると、ワイヤ電極１
８の断線がやがて発生することが繰り返し、観察された
のである。

これは、被加工ワークＷであるグラファイトの電気的な
特性等、゛例えば、放電時のインピーダンスの変化特性
等に起因するものと考察される。依って、本発明は、こ
のような放電時のパルス電流ＩＧＡＰの特性に着目して
、ワイヤ電極１８と被加工ワークＷとのギャップにおけ
るパルス放電電流を常時、検出し、同パルス放電電流の
波形から上記立ち上がりの早いパルス電流ＩＡＢＮの発
生を検出し、発生頻度の変化に従ってギャップにおける
放電作用を制御するようにするものである。具体的には
、ワイヤ電極１８が断線するまでに起こるパルス電流Ｉ
　ＡＢＨの発生頻度を予め実験的に求め、同発生頻度に
達する前にパルス電流Ｉ　ＧＡＰにおける休止時間Ｔ。

ＦＦを制御して単位時間当たりの放電回数を低減させて
放電のエネルギーレベルを低減させるか、又はパルス電
流ＩＧＡＰの通電時間τ。ドを短縮するようにして放電
のエネルギーレベルを低減させるようにするものである
。

ここで、再び第１図を参照すると、本発明の１実施例に
よれば、放電加工電源Ｅから上下の各給電子２２ａ、２
２ｂに到る放電回路には放電パルス電流Ｉ　ＧＡＰの休
止時間τ。□を制御する実施例のためにスイッチ手段２
４が設けられている。このスイッチ手段２４は図示のよ
うな機械的に開閉するスイッチ手段ばかりでなく、電子
スイッチ手段に形成される場合も含んで代表的に図示し
たものである。また、上下の給電子２２ａ、２２ｂの手
前には、パルス放電電流を検出する電流検出器２６ａ、
２６ｂが設けられ、継続的に被加工ワークＷとワイヤ電
極１８の放電ギャップにおける放電パルス電流を個別に
検出している。これらの電流検出器２６ａ、２６ｂによ
り検出された放電パルス電流は加算回路２８にて加算さ
れる。第２図の放電パルス電流ＩＧＡＰの各波形は、こ
れらの上下の放電パルス電流が加算された結果のパルス
電流であると理解すれば良い。加算回路２８にはピーク
値ホールド部３０が接続され、加算回路２８にて加算さ
れた各放電パルス電流Ｉ　ＧＡＰのピーク値が検出、記
憶される。従って、このとき、被加工ワークＷがグラフ
ァイト材等の場合には、放電パルス電流ｒｃＡｐのピー
ク値を検出、記憶することにより、立ち上がりの早いパ
ルス電流Ｉ　Ａ’Ｂ　ｙが発生していることを検出する
ことができるのである。ピーク値ホールド部３０の出力
は自動閾値設定部３２と比較部３４に接続され、前者の
自動閾値設定部３２は、ピーク値ホールド部３０が記憶
した放電パルス電流のピーク値から放電加工部における
現在の放電加工条件を検知し、その検知結果に応じて正
常な放電パルス電流Ｉ　Ｎｏｔのピーク値に対応した一
定値を正常、異常の判別基準値、つまり、閾値として設
定する。この自動閾値設定部３２の出力は比較部３４の
１つの入力端に印加され、故に、各放電パルス電流のピ
ーク値は同比較Ｂ３４において、閾値と比較することに
より、各放電パルス電流が立ち上がりの早い電流である
か正常な放電によるパルス電流であるか否かの判断が行
われる。比較部３４の出力端は異常頻度検出８３６に接
続され、同比較部３４の比較結果によりピーク値が所定
の閾値以上になった場合の異常頻度、つまり、単位時間
当たりにピーク値が閾値を越えた場合の回数の検出が、
同異常頻度検出部３６によって行われる。この異常頻度
検出部３６は、検出結果の異常頻度が予め設定した頻度
数以上になると、制御部３８を駆動する。このとき制御
部３８は、指令信号を発して上述したスイッチ手段２４
のオン・オフを制御して、放電ギャップにおけるパルス
電流■。、の休止時間τ。、Ｆを増加させるように適応
制御する。この結果、ワイヤ電極１８と被加工ワークＷ
とのギャップにおける放電現象は、単位時間当たりの放
電パルス電流の全エネルギーレベルが低減されるから、
延いては放電加工条件が緩和される。故に、ワイヤ電極
１８の断線発生が起き易い危険状態を脱してワイヤ電極
１８の断線を防止できるのである。なお、上述の第１図
の実施例では、自動閾値設定Ｂ３２により、ピーク値ホ
ールド部３０の検出したピーク値に従って現在の放電加
工条件を加味した閾値を設定するようにしたが、閾値を
常に一定値に固定して比較部３４の一方の入力端子には
該固定された閾値が常に設定されるようにし、この固定
閾値と各放電パルス電流のピーク値とを該比較部３４で
比較して立ち上がりの早い放電パルス電流を判別するよ
うにしても略同様に放電加工状態の危険域を検出するこ
とが可能である。

また、異常頻度検出部３６の具体的な構成例としては、
周波数−電圧変換回路によって構成すれば、比較部３４
の出力パルスを正規化し、積分することにより、異常頻
度が所定頻度数以上に達した検出値を電圧信号として制
御部３８に送出し、該検出値に応じて放電パルス電流Ｉ
ＧＡＰの休止時間τ。ＦＦを増加させるように周知のオ
ーバライド回路により放電パルス電流の休止時間τ。、
Ｆを変化、増大させるように適応制御することができる
。又、放電パルス電流工。、の休止時間τ。ＦＦを増加
させることに代えて、放電パルス電流■。、の通電時間
τ。、を短縮するように適応制御するようにしても良い
。

ワイヤ放電加工機に上述した適応制御を応用した場合と
応用しない場合に就き、グラファイト材料を被加工ワー
クＷに選定して実験を行った結果が下表１．２に示され
ている。

なお、これらの実験は、厚さ３０ｍｍのグラファイト材
料に直線で１００ｍｍのワイヤ放電加工を施す条件の下
に実施したものであり、下表１は、ピーク値の判別用閾
値を一定固定値に設定した場合を示し、下表２は放電加
工条件に追従してピーク値の判別閾値が自動設定される
ようにした場合である。

表　　１ 表 Ｎｏ、　６ １．７２ 上述した表１．２の結果から明らかなように、本発明に
よる適応制御をワイヤ放電加工機の放電加工に適用する
と、グラファイト材等の特定の材料に就いては、ワイヤ
電極の断線発生を略防止することが可能になり、ワイヤ
放電加工を連続して持続させることができるので、断線
による加工中断に依って引き起こされる加工能率の低下
が阻止でき、加工能率を大幅に向上させることが可能と
成ったのである。

第４図は、上述した第１図に示す適応制御機構部をマイ
クロコンピュータまたはプロセッサで実現する場合の構
成を略示したものである。

同第４図に示すように、放電電流Ｉ　ＧＡＰを電流検出
器２６ａ、２６ｂで検出した結果をそれぞれＡ／Ｄ変換
器４０ａ、４０ｂでディジタル値に変換し、ディジタル
加算手段４２に送出して加算を行う。ついで、このディ
ジタル加算手段４２の加算結果から放電パルス電流Ｉ　
ＧＡＰのピーク値をマイクロプロセッサ４４のＣＰＵ４
６を介してランダムアクセスメモリーから成る第１のメ
モリー手段４８に一時的に記憶し、これらの記憶値と読
出し専用メモリーから成る第２のメモリー手段５０に予
め格納、記憶した閾値と異常頻度設定値に基づき、ＣＰ
Ｕ４６で比較及び異常頻度の検出を行うようにすれば、
マイクロプロセッサ４４を用いてワイヤ放電加工機の放
電加工作用に本発明の適応制御を簡単に適用することが
できる。

〔発明の効果〕

以上の実施例の説明を介して理解できるように、本発明
によれば、特に、被加工ワークがグラファイト材や導電
粉を含有した砥粒の焼結材料等の場合、放電加工過程で
ワイヤ電極の断線発生の前には放電パルス電流の立ち上
がりが早まり、大きなピーク値を呈するパルス電流が多
発することを発見し、この発見に基づき、ワイヤ電極の
断線発生を事前に防止できるようにしたもので、つまり
、ワイヤ放電加工に当たり、ワイヤ電極と被加工ワーク
とのギャップにおける放電電流を継続的に検出し、その
放電電流の検出値から該放電電流のピーク値を検出し、
該ピーク値が所定の閾値を越えた頻度を検出すると共に
、該頻度が予め設定した頻度以上のとき、被加工ワーク
とワイヤ電極間の放電のエネルギーレベルを適応的に低
減させるように制御し、ワイヤ電極の断線発生を防止す
るようにしたから、ワイヤ電極の断線防止が達成され、
従って、ワイヤ放電加工の中断を未然に防止して加工能
率を大幅に増大させることができたのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ワイヤ放電加工機の基本的構成と本発明に係
るワイヤ放電加工機の適応制御装置の１実施例を示した
略示機構図、第２図は、ワイヤ電極と被加工ワークとの
放電ギャップにおけるパルス放電電流の波形図、第３図
はグラファイトを被加工ワークとする場合のパルス放電
電流の特性を示すグラフ図、第４図は、本発明に係るワ
イヤ放電加工機の適応制御をマイクロコンピュータを利
用して実施する場合の接続、構成を示す略示ブロック図
。 １２・・・上ヘッド、　　　　１４・・・下ヘッド、１
６・・・ワーク台、　　　　１８・・・ワイヤ電極、２
０・・・ケーブルインピーダンス、 ２２ａ、２２ｂ・・・給電子、 ２４・・・スイッチ手段、 ２６ａ、２６ｂ・・・電流検出器、 ２８・・・加算回路、 ３０・・・ピーク値ホールド部、 ３２・・・自動閾値設定部、３４・・・比較部、３６・
・・異常頻度検出部、３８・・・制御部、Ｗ・・・被加
工ワーク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一定送り路に沿って走行するワイヤ電極と平面内で
   送り動作を付与される被加工ワークとの間で行われる放
   電によって該被加工ワークを所望形状に加工するワイヤ
   放電加工機による放電加工において、 前記放電時の放電電流を継続的に検出し、 前記放電電流の検出値から該放電電流のピーク値を検出
   し、 該ピーク値が所定の閾値を越えた頻度を検出すると共に
   、該頻度が予め設定した頻度以上のとき、前記ワイヤ電
   極と前記被加工ワークとの間のパルス放電のオフタイム
   間隔を増大するように制御することを特徴としたワイヤ
   放電加工機の適応制御方法。 ２、前記ワイヤ電極と前記被加工ワークとの間のパルス
   放電のオフタイム間隔を増大するように制御することに
   代え、前記ワイヤ電極と前記被加工ワークとの間のパル
   ス放電のオンタイムを減少させるように制御する請求項
   １に記載のワイヤ放電加工機の適応制御方法。 ３、上ヘッドと下ヘッドによって規定される一定送り路
   に沿って走行するワイヤ電極と平面内で直交二軸方向に
   送り動作を付与される被加工ワークとの間で行われる放
   電によって該被加工ワークを所望の形状に加工するワイ
   ヤ放電加工機において、 前記放電の電流値を検出する電流検出手段と、前記電流
   検出手段が検出した放電電流のピーク値を記憶するピー
   ク値ホールド手段と、 前記放電電流のピーク値と設定された閾値とを比較する
   比較手段と、 前記比較手段の比較結果から、前記放電電流のピーク値
   が前記閾値レベル以上になる発生頻度に応じて被加工ワ
   ークとワイヤ電極間の放電レベルを低減させるように制
   御する加工条件制御手段とを、 具備したことを特徴とするワイヤ放電加工機の適応制御
   装置。 ４、前記加工条件制御手段は、前記ピーク値ホールド手
   段の記憶した放電電流のピーク値に応じて閾値レベルを
   自動設定する閾値設定手段と、該閾値設定手段の設定し
   た前記閾値レベル以上のピーク値発生頻度を異常頻度と
   して検出する異常頻度検出手段と、該異常頻度検出手段
   の検出結果から単位時間当たりの放電パルス電流を制御
   する放電パルス制御手段とを具備して構成された請求項
   ３に記載のワイヤ放電加工機の適応制御装置。