CN101905360A - 具有加工状态判定功能的线切割放电加工机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有加工状态判定功能的线切割放电加工机。该线切割放电加工机种根据在工件和线电极之间施加的电压(极间电压)，针对各次电压施加中的每一次电压施加将加工状态至少分类为“开路”“放电”“短路”三种状态，并对与各状态对应的状态判定信号分别进行计数。根据这些计数结果来判定放电间隙是否变大、加工间隙是否变窄、加工屑是否滞留等加工状态。

Description

具有加工状态判定功能的线切割放电加工机
技术领域
本发明涉及一种线切割放电加工机，尤其涉及一种具有加工状态判定功能的线切割放电加工机。
背景技术
在放电加工中，向加工液中的电极和工件施加电压来产生弧光放电。在通过放电的热来溶化工件的同时加工液被急剧加热而引起气化爆炸，吹散溶化了的工件。通过高频度地重复以上动作来进行工件的加工。此外，由放电而产生的较小的放电痕迹集中在一起形成加工面，因此，由各个放电痕迹的大小决定表面粗糙度。
作为放电加工的一种的线切割放电加工，公知有：在线电极和工件之间(极间)施加作为电源输出电压的交流高频电压，以较高的频度重复进行短时间宽度的放电，由此可以得到细致的加工面。
图11A表示通过线切割放电加工机的电源生成的交流高频电压的例子。正极电压和负极电压以预定频率重复并从电源作为电源输出电压100而被输出。作为由电源生成的电源输出电压100的矩形波，通过经由到极间为止的区间的配线线缆等，而成为如图11B所示的正弦波状的钝化后的波形的电压102，并被施加到极间。
例如，在特开昭61-260915号公报中公开了以下内容：通过以1MHz～5MHz的交流高频电压加工工件来得到表面粗糙度在1μmRmax以下的加工面。
在线切割放电加工机中，一般测定极间的平均电压，从而判断加工状态，控制线电极的进给速度或者变更控制加工条件。但是，当为数兆赫以上的交流高频电压时，用于获得平均电压的整流电路无法响应，因而产生了测定误差变大这样的问题。
此外，当为高频时，在加工电源和极间之间产生所谓的“共振现象”的情况增多，当放电间隙长度或板厚、加工液的流动状态等发生变化时，极间的电气常数发生变化，加工电压也无法避免地产生变动，根据平均电压来判断加工状态也越发变得困难。
在像这样使用交流高频电压的精加工领域，由于测定电路的响应恶化因此难以准确地测定平均电压。此外，即使能够测定，由于“共振现象”等的影响平均电压会产生变动，也难以根据平均电压来判断加工状态。因此，判定加工状态从而进行反馈控制变得困难，而不得不使线电极的进给固定等，成为提高加工精度的障碍。
作为其对策，国际公开W2004/022275号公报公开了以下技术：与交流高频电压重叠地施加直流电压，通过低通滤波器仅提取出极间电压的低频电压成分，根据该电压成分的变化来控制电极的进给。在该技术中，由于平均电压不为零，因此有可能使工件或机床主体产生电腐蚀。此外，由于使用低通滤波器，因此在放电状态急剧变化的情况下有可能响应恶化而无法随动。并且，当极间的加工液的流动变化、加工屑的浓度变化时，有时即使放电状态没有变化，极间的阻抗也会变化，平均电压发生变动，因此，还会出现平均电压没有准确地反映出放电频度等加工状态的情况。
此外，在特开2002-254250号公报中公开了以下技术：通过检测每单位时间的放电次数来控制电极的进给速度和休止时间、加工液的强度。即，不将平均电压用作放电特性值。在该技术中，不使用平均电压而使用放电次数来作为放电特性值。放电次数虽然是比平均电压更难受到加工屑的密度或加工液的电阻率等干扰的影响的指标，但在交流高频中难以进行放电检测，无法在精加工领域中使用。
如上所述，在放电加工机中用交流高频电压来进行加工时，难以对加工状态进行详细判别，在加工精度这一方面还有很大的改进余地。
发明内容
因此，本发明的目的是鉴于以上现有技术的问题点，提供一种可以针对各次电压施加中的每一次电压施加来对极间状态进行分类判别、并判定加工状态的线切割放电加工机。
本发明的可以判定加工状态的线切割放电加工机，其用于在极间施加高频电压产生放电来对工件进行加工，所述极间是线电极与距该线电极预定间隔地配置的工件之间，该线切割放电加工机具备：电压施加单元，其在所述极间以1微秒以下的周期施加正极性和负极性两种极性的电压，并且在各次的电压施加之间设有施加时间以上的休止时间；极间电压检测单元，其检测在所述极间产生的极间电压。
本发明的线切割放电加工机的第一形态为，具备：三状态判定信号输出单元，其根据所述极间电压检测单元检测出的极间电压，针对所述电压施加单元进行的各次电压施加中的每一次电压施加，将加工状态分类为“开路”、“放电”、“短路”三种状态，并输出对应于各状态的状态判定信号；计数单元，其对从所述三状态判定信号输出单元输出的各状态判定信号进行计数，并求出状态判定数据。
并且，所述三状态判定信号输出单元具有绝对值在无负载电压以下并且在弧光电压以上的判定电平，在向极间开始施加电压的时刻，(1)当极间电压的绝对值为所述判定电平以上时，输出“开路”信号，(2)当前一次的电压施加开始以后绝对值一次都没有超过所述判定电平时，输出“短路”信号，(3)当与上述的(1)(2)中任意一种情况都不对应时，输出“放电”信号。
此外，将所述计数单元求出的状态判定数据的至少一个值，与预先设定的基准值进行比较，变更所述线电极的进给速度、所述休止时间的长度、加工液的流量、所述电压施加单元的正负电源电压设定值中的至少一个。
本发明的线切割放电加工机的第二形态为，具备：四状态判定信号输出单元，其根据所述极间电压检测单元检测出的极间电压，针对所述电压施加单元进行的各次电压施加中的每一次电压施加，将加工状态分类为“开路”、“放电”、“超前放电”、“短路”四种状态，并输出对应于各状态的状态判定信号；计数单元，其对从所述四状态判定信号输出单元输出的各状态判定信号进行计数，并求出状态判定数据。
并且，所述四状态判定信号输出单元具有绝对值在无负载电压以下并且在弧光电压以上的高电平和低电平两组判定电平，在向极间开始施加电压的时刻，(1)当极间电压的绝对值为所述高电平以上时，输出“开路”信号，(2)当前一次的电压施加开始以后绝对值一次都没有超过所述低电平时，输出“短路”信号，(3)当前一次的电压施加开始以后绝对值一度超过所述高电平、并且在下次施加电压时绝对值为所述低电平以下时，输出“放电”信号，(4)当与上述的(1)～(3)中任意一种情况都不对应时，输出“超前放电”信号。
此外，将所述计数单元求出的状态判定数据的至少一个值，与预先设定的基准值进行比较，变更所述线电极的进给速度、所述休止时间的长度、加工液的流量、所述电压施加单元的正负电源电压设定值中的至少一个。
本发明的线切割放电加工机的第三形态为，具备：五状态判定信号输出单元，其根据所述极间电压检测单元检测出的极间电压，针对所述电压施加单元进行的各次电压施加中的每一次电压施加，将加工状态分类为“开路”、“漏电”、“放电”、“超前放电”、“短路”五种状态，并输出对应于各状态的状态判定信号；计数单元，其对从所述五状态判定信号输出单元输出的各状态判定信号进行计数，并求出状态判定数据。
并且，所述五状态判定信号输出单元具有绝对值在无负载电压以下并且在弧光电压以上的高电平和低电平两组判定电平，在向极间开始施加电压的时刻，(1)当极间电压的绝对值为所述高电平以上时，输出“开路”信号，(2)当极间电压为所述高电平以下并且为所述低电平以上时，输出“漏电”信号；(3)当前一次的电压施加开始以后绝对值一次都没有超过所述低电平时，输出“短路”信号，(4)当前一次的电压施加开始以后绝对值一度超过所述高电平、并且在下次施加电压时绝对值为所述低电平以下时，输出“放电”信号，(5)当与上述的(1)～(4)中任意一种情况都不对应时，输出“超前放电”信号。
此外，将所述计数单元求出的状态判定数据的至少一个值，与预先设定的基准值进行比较，变更所述线电极的进给速度、所述休止时间的长度、加工液的流量、所述电压施加单元的正负电源电压设定值中的至少一个。
通过本发明能够提供一种可以针对各次电压施加中的每一次电压施加来对极间状态进行分类判别、并判定加工状态的线切割放电加工机。
附图说明
图1表示本发明的线切割放电加工机的一个实施方式中使用的两极性电压施加电路的一个例子。
图2A表示通过切换图1的两极性电压施加电路的直流电源来对线电极和工件之间即极间施加两极性的交流电压时的电源输出电压。
图2B是极间的电压通过图2A所示的电源输出电压而成为台形波状的示意图。
图3A表示具有加工状态判定功能的线切割放电加工机的一个实施方式中使用的为台形波状电压的极间电压、即发生放电时的极间电压。
图3B表示图11B所示的为交流高频状电压的极间电压、即发生放电时的极间电压。
图4是具有三状态判定信号输出单元的线切割放电加工机的一个实施方式的说明图。
图5是表示图4所示的三状态判定信号输出单元的动作的时序图。
图6是具有四状态判定信号输出单元的线切割放电加工机的一个实施方式的说明图。
图7A和图7B是表示图6所示的四状态判定信号输出单元的动作的时序图。
图8是具有五状态判定信号输出单元的线切割放电加工机的一个实施方式的说明图。
图9A和图9B是表示图8所示的五状态判定信号输出单元的动作的时序图。
图10是本发明的一个实施方式的线切割放电加工机的控制装置的主要部分的框图。
图11A是表示由现有的线切割放电加工机的电源生成的、正极性电压和负极性电压以预定频率重复的交流高频电压的一个例子的示意图。
图11B是表示极间的电压通过图11A所示的电源输出电压而成为正弦波状的钝化后的波形的示意图。
具体实施方式
本发明的特征在于，在正负两极性的电压施加之间，设置有电压施加时间以上的休止时间，使电压波形为台形波状来进行加工，并且，针对各次电压施加中的每一次电压施加，通过将极间的状态分类为若干个类型(category)，不依赖于平均电压地识别加工状态。
图1表示本发明的实施方式中使用的两极性电压施加电路的一个例子。
两极性电压施加电路9包含：一对直流电源3、一对开关元件4、一个制动电阻5、以及供电线缆6。符号7A是线电极；符号7B是工件，其相对于线电极7A隔预定间隔配置；在所述线电极7A和工件7B之间形成极间7。由控制电路(未图示)对图1中用4(+)、4(-)表示的一对开关元件4进行接通/断开控制，从而切换图1中用3(+)、3(-)表示的直流电源3，由此，在极间7施加两极性的交流电压(参照图2A)。
在两极性电压施加电路9的供电线缆6中存在有以下物理量：电感L、电阻R、以及线间电容C1。在极间7，在电极7A和工件7B之间的对置面还存在有以下物理量：杂散电容C2、漏泄电阻R2。在粗加工以及半精加工中，由于急剧上升的峰值较高的加工电流是很有利的，所以以电路整体的阻抗尽可能小的方式构成电压施加电路9，因此，其结果是电感L、电阻R较小，但线间电容C1变大。因此，当像精加工这样想要使面粗糙度较好从而减小来自电源的输出能量时，以高速来驱动杂散电容C2是比较困难的，当还包含线间电容C1时，能够对极间7施加的交流高频电压的频率极限为大约200～300kHz。
因此，在精加工中，一般通过切换为线间电容C1较小的供电线缆6、或者为了尽可能地减小极间7的杂散电容C2而对电路实施处理，来构成电压施加电路9以便于能够施加500kHz以上的交流高频电压。
在为了用于精加工而构成的两极性电压施加电路9中，当在极间7施加在正负电压施加之间插入休止时间而得的电压时，首先，在施加电压的期间在线间电容C1和杂散电容C2中蓄积电荷，从而极间7的极间电压Vbb上升。然后，当进入休止期间而不施加电压时，在线间电容C1和杂散电容C2中蓄积的电荷通过漏泄电阻R2而放电，从而电压缓缓降低，但是如本发明所示若电压的施加周期缩短为1微秒以下，则休止时间也相对缩短，因此休止期间中的电压下降小，达到基本可以忽略的程度。
并且，如果在电路中串联地插入制动电阻5等，从而在电压的施加或休止的过渡状态下不产生振动的话，能够使极间电压Vbb大致为台形波状(参照图2B)。该制动电阻5其电阻值R越大则振动抑制效果也越大，但是另一方面电压的变化速度也会延迟、波形会钝化。
因此，在两极性电压施加电路9(参照图1)中，设L＝供电线缆等的电路电感、C＝供电线缆等的线间电容C1+极间的杂散电容C2，此时，如果制动电阻的电阻值R满足临界条件
Figure GSA00000141365200071
则能够在抑制振动的同时得到最快速的响应。其中，当工件板厚或放电间隙长度在加工中发生变化时，极间7的杂散电容C2也发生变化，因此始终满足临界条件是比较困难的，但如果是些许的偏移，即使波形略微振动对加工特性的影响也很少，在实际使用方面没有问题。
使用图2A和图2B来说明在图1的两极性电压施加电路9中对直流电源3进行开关时的电源输出电压以及极间电压。
图2A所示的电源输出电压130是交替地输出正极性电压134和负极性电压136的电压，在输出正极性电压134和负极性电压136之后分别具有休止时间132。正极性电压134和负极性电压136的施加时间的长度用ta来表示，休止时间的长度用tb来表示。ta+tb＝tc，tc表示一个周期，等于从正极性的电压施加开始到负极性的电压施加为止的时间。
通过图2A所示的电源输出电压130，线电极和工件之间的极间电压成为图2B所示的台形波状电压138。
接下来，使用图3A和图3B来说明在极间产生放电时的该极间的电压变化。
图3A表示在本发明的实施方式中使用的台形波状电压158的极间电压Vbb。该图3A中的符号166、168、170表示产生放电时的极间电压Vbb。
此外，图3B表示图11B所示的(现有技术中使用的)交流高频状电压150的极间电压Vbb，该图3B中的符号152、154、156表示产生放电时的极间电压Vbb。
对于图3A所示的台形波状电压158的极间电压Vbb，与图3B所示的交流高频状电压150的极间电压Vbb相比，随着每一次放电的电压降低大、放电频度升高，线电极的静电引力也急速下降，直线度上升。此外，在台形波状电压158的各次放电之间，可靠地插入休止时间166、168、170，由此确保放电电弧的消弧、并且各个放电位置分散、不易引起放电集中。
在现有技术中使用的通常的交流高频电压(参照图11B以及图3B)中，极间电压Vbb的瞬时值总是变化，所以根据电压变化来判别有无放电或判别加工状态是非常困难的。一般来说，产生放电多在极间电压Vbb的峰值附近，通过放电极间电压Vbb一口气地下降到弧光电压附近，但若超过电压峰值则即使不放电电压也会下降，因此若产生放电略微延迟，则放电后的情况与没有放电的情况下的电压变化小。此外，由于电压高速变化，所以判定的时刻即使略微偏移一点点，也有可能误判断。因此，在交流高频下，若频率过高，则放电检测或详细的状态判定实际上是不可能的。
另一方面，如本发明的实施方式中使用的台形波状电压(参照图2B和图3A)那样，电压施加周期如果在1微秒以下，则即使断开电源后，在到下次电压施加为止的期间，极间7的杂散电容C2中还残留有相当数量的电荷，因此，如果不产生放电，则极间电压Vbb大致维持在峰值值，如果产生放电，则在直到下次电压施加为止的期间，极间电压Vbb保持为降低至弧光电压以下。因此，伴随加工状态变化的电压变化明显，通过在电压施加开始的时刻观察极间电压Vbb，可以确切地掌握加工状态的变化。
以下，对本发明的实施方式中使用的判定加工状态的变化的单元进行说明。该“判断加工状态的变化的单元”中包括三状态判定信号输出单元(参照图4)、四状态判定信号输出单元(参照图6)、以及五状态判定信号输出单元(参照图8)。
首先参照图4和图5来说明三状态判定信号输出单元。
图4是说明具有三状态判定信号输出单元的线切割放电加工机的实施方式的图。图5是表示图4所示的三状态判定信号输出单元的动作的时序图。
图4所示的三状态判定信号输出单元将加工状态分类为“开路”“放电”“短路”三种状态，其由比较器10、SR锁存器20、第一和第二D锁存器22、23、第一、第二、第三单稳态多谐振荡器50、51、52等构成。这些比较器10、SR锁存器20、第一和第二D锁存器22、23、第一、第二、第三单稳态多谐振荡器50、51、52是电子电路技术中一般使用的公知的元件。此外，为了简化说明，仅说明了施加正极性电压的情况，但施加负极性电压的情况也仅是符号变化，可以用同样的结构来实现。
如图4所示，电压施加时刻发生器1是如下一种电路：输出用于驱动驱动器电路2的电压施加指令“a”，该驱动器电路2控制开关元件4的接通和断开；向后述的SR锁存器20和D锁存器电路22、23输出锁存指令“b”；向D锁存器电路22、23输出复位指令“c”。
从电压施加时刻发生器1输出电压施加指令“a”，经驱动器电路2驱动开关元件4，并在极间7施加电压。极间电压Vbb通过分压器8被分压为预定电压，并被输入到第一比较器10。该第一比较器10的基准电压V1被设定为在弧光电压以上且在直流电源3的电源电压E以下。此外，如果更严格来讲，由于极间电压Vbb通过分压器8被分压为预定电压，所以基准电压V1也以与该分压后的比例对应的弧光电压、直流电源3的值为基准而被设定。第一比较器电路10的输出端子与第一SR锁存器20的S端子和第二D锁存器23的D端子相连接。
向第一D锁存器22输入来自第一SR锁存器20的Q端子的输出信号“i”和来自电压施加时刻发生器1的锁存指令“b”以及复位指令“c”。此外，向第二D锁存器23输入第一比较器10的输出信号“e”和锁存指令“b”以及复位指令“c”。
向第一与电路(AND gate)30输入来自第二D锁存器23的输出信号“f”和来自电压施加时刻发生器1的电压施加指令“a”，向第二与电路31输入来自第一D锁存器22的输出信号“j”和来自电压施加时刻发生器1的电压施加指令“a”。
向第一单稳态多谐振荡器50输入来自第一与电路30的输出信号“g”，并从第一单稳态多谐振荡器50输出输出信号“h”。向第三单稳态多谐振荡器52输入来自第二与电路31的输出信号“k”，并从第三单稳态多谐振荡器52输出输出信号“l”。并且，来自各个第一、第三单稳态多谐振荡器50、52的输出信号“h”“l”分别输入到第一、第二反相器(inverter)40、41。在第一、第二反相器40、41中各个输出信号“h”“l”反相，作为反相信号分别从第一、第二反相器40、41输出输出信号“m”、输出信号“n”。向三输入与电路36输入输出信号“m”、输出信号“n”以及电压施加指令“a”，将三输入与电路36的输出信号“o”输出到第二单稳态多谐振荡器51。从第二单稳态多谐振荡器51输出输出信号“p”。
并且，输出信号“h”被用作用于判断极间7是否为开路状态的信号(即，用作开路信号“h”)。输出信号“p”被用作用于判断极间7是否为放电状态的信号(即，用作放电信号“p”)。输出信号“l”被用作用于判断极间7是否为短路状态的信号(即，用作短路信号“l”)。通过计数电路(未图示)对这些开路信号“h”、放电信号“p”、短路信号“l”分别进行计数。
接下来，使用图4和图5对三状态判定信号输出单元的动作进行说明。
如图5的信号波形“a”所示，当电压施加时刻发生器1输出电压施加指令“a”时，驱动器电路2被驱动，开关元件4被进行接通/断开控制(参照“a1”)。当通过电压施加指令“a”经驱动器电路2使开关元件4接通时，极间电压Vbb通过直流电源3上升。
然后，当分压器8的输出信号“d”超过第一比较器10的基准电压V1时，第一比较器10的输出信号“e”从低电平变化为高电平，于是，用该输出信号“e”使第一SR锁存器20置位(set)。其结果是，第一SR锁存器20的Q输出“i”从低电平变化为高电平。此外，这里所谓的低电平、高电平是表示电子电路的动作电压的低电位、高电位。
即使来自电压施加时刻发生器1的电压施加指令“a”返回到OFF(参照“a2”)，也残留有在极间7的杂散电容C2中蓄积的电荷。因此，只要在极间7不产生放电，极间电压Vbb就缓慢下降，输出信号“d”“e”“i”各信号也不发生变化。
然后，在下一次电压施加指令“a”(参照“a3”)之前，将锁存指令“b”从电压施加时刻发生器1输出到第一SR锁存器20、第一D锁存器22以及第二D锁存器23。将锁存指令“b”输入到第一SR锁存器20的复位端子、第一D锁存器22的CK端子、以及第二D锁存器23的CK端子。由此，将第一比较器10的输出“e”保持在第二D锁存器23，将第一SR锁存器20的输出“i”保持在第一D锁存器22，在第一D锁存器22的*Q端子的输出信号“j”从高电平变换为低电平的同时，使第一SR锁存器20复位。这里，第一SR锁存器20的输出“i”一度降至低电平，但第一比较器10的输出“e”维持高电平的状态，因此第一SR锁存器20立即被置位，输出“i”返回高电平。
在接下来的瞬间，电压施加时刻发生器1的电压施加指令“a”为高电平时(参照“a3”)，第二D锁存器23的输出“f”为高电平，所以第一与电路30的输出“g”也为高电平，第一单稳态多谐振荡器50被触发而输出开路信号“h”。另一方面，由于第一D锁存器22的*Q端子的输出信号“j”为低电平，所以这里的第二与电路31的输出信号“k”保持低电平，不从第三单稳态多谐振荡器52输出短路信号“l”(即，保持低电平)。
此外，由于来自第二单稳态多谐振荡器51的开路信号“h”为高电平，所以三输入与电路36的输入“m”降至低电平，输出“o”保持低电平，第二单稳态多谐振荡器51没有被触发，不从第二单稳态多谐振荡器51输出放电信号“p”。
然后，在来自电压施加时刻发生器1的电压施加指令“a”的OFF(参照“a4”)的同时，输出复位指令“c”，使第一D锁存器22和第二D锁存器23复位，第一D锁存器22的*Q端子的输出“j”返回高电平，第二D锁存器23的Q端子的输出“f”返回低电平。
接下来，当在极间7产生放电时，极间电压Vbb一口气降低到弧光电压附近(参照“d1”)，第一比较器10的输出“e”返回至低电平。在该时刻，由于开关元件4已经为断开(OFF)，所以即使放电结束，电压也不会上升，极间电压Vbb维持在弧光电压以下。
此后，当在来自电压施加时刻发生器1的下一次(参照“a5”)电压施加指令“a”之前输出锁存指令“b”时，第一比较器10的输出“e”为低电平，所以第二D锁存器23的Q输出“f”也为低电平。另一方面，由于第一SR锁存器20的输出“i”维持为高电平，所以与前一次一样，第一D锁存器22的*Q端子的输出信号“j”降至低电平。
然后，当电压施加指令“a”变为高电平时(参照“a5”)，本次来自第二D锁存器23的Q端子的输出信号“f”和第一D锁存器22的*Q端子的输出信号“j”都为低电平，因此第一与电路30的输出“g”、第二与电路31的输出信号“k”都为低电平，所以不从第一单稳态多谐振荡器50输出开路信号“h”，也不从第三单稳态多谐振荡器52输出短路信号“l”。
另一方面，开路信号“h”、短路信号“l”分别被输入到反相器40、41。因此，其反相信号“m”“n”为高电平，电压施加指令“a”也为高电平，所以三输入与电路36的输出信号“o”为高电平，第二单稳态多谐振荡器51被触发，输出放电信号“p”。
接下来，在极间7为短路状态、当分压器8的输出“d”没有超过第一比较器10的基准电压V1时，第一SR锁存器20不被置位，输出信号“i”保持低电平。此时，第一D锁存器22的*Q端子的输出“j”保持高电平不变，第二D锁存器23的Q端子的输出信号“f”为低电平，因此，仅第二与电路31的输出“k”为高电平(参照“k1”)，从第三单稳态多谐振荡器52输出短路信号“l”(参照“l1”)。
接下来，参照图6以及图7A和图7B来说明四状态判定信号输出单元。
图6是说明具有四状态判定信号输出单元的线切割放电加工机的实施方式的图。图7A和7B是表示图6所示的四状态判定信号输出单元的动作的时序图。
图6所示的四状态判定信号输出单元将图4所示的三状态判定信号输出单元分类的“开路”、“放电”、“短路”、三种状态中的“放电”状态进一步细分为“放电”和“超前放电”，由此，将加工状态分类为“开路”、“放电”、“超前放电”、“短路”四种状态。
图6所示的四状态判定信号输出单元如下构成：在图4所示的三状态判定信号输出单元上附加了第二比较器12、第二SR锁存器21、第三D锁存器24、四输入与电路33、第四单稳态多谐振荡器53、第五单稳态多谐振荡器54；并且，使用三输入与电路32来代替三输入与电路36，使用第四单稳态多谐振荡器53来代替第二单稳态多谐振荡器51，作为输入到第五单稳态多谐振荡器54的四输入与电路33的输入而附加了第三反相器42。
电压施加指令“a”从电压施加时刻发生器1输出，并经驱动器电路2来驱动开关元件4，在极间7施加基于直流电源3的电源电压E的电压。极间电压Vbb通过分压器8被分压为预定电压，并被输入到第一比较器10和第二比较器12。第一比较器10的基准电压V1被设定为弧光电压以上，此外，第二比较器12的基准电压V2被设定为与考虑了休止时间中(参照图2A)的极间电压Vbb的电压下降的电源电压E相比要低的值。此外，由于通过分压器8将极间电压Vbb分压为预定电压，所以上述基准电压V1和基准电压V2以与所述分压的比例相对应的值为基准而被设定。
当极间电压Vbb上升、分压器8的输出信号“d”超过第一比较器10的基准电压V1时，第一比较器10的输出信号“e”从低电平变化为高电平，用该输出信号“e”使第一SR锁存器20置位。其结果是，第一SR锁存器20的Q端子的输出信号“i”从低电平变化为高电平。并且，当极间电压Vbb上升、分压器8的输出信号“d”超过第二比较器12的基准电压V2时，第二比较器12的输出信号“q”也从低电平变化为高电平，同样地使第二SR锁存器21置位。其结果是，第二SR锁存器21的Q端子的输出信号“r”也从低电平变化为高电平。
即使来自电压施加时刻发生器1的电压施加指令“a”返回到OFF，也在极间7的杂散电容C2中残留有蓄积的电荷。因此，只要不产生放电，极间电压Vbb就缓慢下降，输出信号“e”“i”“q”“r”各信号也不发生变化。
然后，当在下一次电压施加指令“a”之前从电压施加时刻发生器1输出锁存指令“b”时，将第一比较器10的输出信号“e”保持在第二D锁存器23，将第一SR锁存器20的Q端子的输出信号“i”保持在第一D锁存器22，在第一D锁存器22的*Q端子的输出信号“j”从高电平变换为低电平的同时，使第一SR锁存器20复位。由此，第一SR锁存器20的Q端子的输出信号“i”一度降至低电平，但第一比较器10的输出保持为高电平，因此第一SR锁存器20立即被置位，其Q端子的输出信号“i”返回高电平。同样地，第二SR锁存器21的Q端子的输出信号“r”也被保持在第三D锁存器24，同时使第二SR锁存器21复位，但第二比较器12的输出保持为高电平，因此第二SR锁存器21立即被置位。
在接下来的瞬间，当电压施加指令“a”为高电平时，第二D锁存器23的Q端子的输出信号“f”为高电平，所以第一与电路30的输出信号“g”也为高电平。该输出信号“g”触发第一单稳态多谐振荡器50，从而输出开路信号“h”。另一方面，由于第二D锁存器23的*Q端子的输出信号“t”为低电平，所以三输入与电路32的输出信号“o’”为低电平，其结果是，不从第四单稳态多谐振荡器53输出放电信号“p’”。此外，由于第一D锁存器22的*Q端子的输出信号“j”为低电平，所以第二与电路31的输出信号“k”也保持低电平，不从第三单稳态多谐振荡器52输出短路信号“l”。
进而，由于开路信号“h”为高电平，所以其反相信号“m”为低电平，四输入与电路33的输出信号“v”保持为低电平，也不从第五单稳态多谐振荡器54输出超前放电信号“w”。并且，与来自电压施加时刻发生器1的电压施加指令“a”的OFF同时，输出复位指令“c”，使第一D锁存器22、第二D锁存器23和第三D锁存器24三个D锁存器复位，第一D锁存器22的*Q端子的输出信号“j”返回到高电平，第二D锁存器23的Q端子的输出信号“f”返回到低电平、*Q端子的输出信号“t”返回到高电平，第三D锁存器24的Q端子的输出信号“s”返回到低电平。
接下来，当在极间7产生放电时，极间电压Vbb一口气降低到弧光电压附近，第一比较器10的输出信号“e”和第二比较器12的输出信号“q”都返回到低电平。此时刻，由于开关元件4已经为断开(OFF)，所以即使放电结束电压也不上升，维持在弧光电压以下。然后，当在下次的电压施加指令“a”之前输出锁存指令“b”时，由于第一比较器10的输出信号“e”为低电平，所以第二D锁存器23的Q端子的输出信号“f”为低电平，*Q端子的输出信号“t”为高电平。另一方面，由于第一SR锁存器20的输出信号“i”和第二SR锁存器21的输出信号“r”都保持高电平，所以第一D锁存器22的*Q端子的输出信号“j”为低电平，第三D锁存器24的Q端子的输出信号“s”为高电平。
然后，当电压施加指令“a”为高电平时，在本次中，来自第二D锁存器23的Q端子的输出信号“f”以及来自第一D锁存器22的*Q端子的输出信号“j”都为低电平。另一方面，来自第三锁存器24的Q端子的输出信号“s”以及来自第二D锁存器23的*Q端子的输出信号“t”为高电平，所以第一与电路30的输出信号“g”和第二与电路31的输出信号“k”都为低电平，仅三输入与电路32的输出信号“o’”为高电平，从第四单稳态多谐振荡器53输出放电信号“p’”。
接下来，在极间7为短路状态、分压器8的输出信号“d”没有超过第一比较器10的基准电压V1时，来自第一比较器10和第二比较器12两个比较器的输出信号“e”和“q”都保持低电平，第一SR锁存器20和第二SR锁存器21不被置位，输出信号“i”和输出信号“r”都保持为低电平。此时，仅第一D锁存器22的*Q端子的输出信号“j”和第二D锁存器23的*Q端子的输出信号“t”为高电平，因此，当电压施加指令“a”为高电平时，仅第二与电路31的输出信号k为高电平，输出短路信号“l”。
进而，通过施加电压分压器8的输出信号“d”超过第一比较器10的基准电压V1、第一SR锁存器20被置位以后，在达到第一比较器12的基准电压V2之前产生了放电的情况下，最终仅第二D锁存器23的*Q端子的输出信号“t”为高电平，所以第一、第二、第三与电路30、31、32的输出信号“g”“k”“o’”都为低电平，不从第一、第四、第三单稳态多谐振荡器50、53、52输出开路信号“h”，放电信号“p’”、短路信号“l”。因此，各输出信号“h”“l”“p’”的反相信号“m”“n”“u”都为高电平，四输入与电路33的输出信号“v”为高电平，从第五单稳态多谐振荡器54输出超前放电信号“w”。
接下来，参照图8以及图9A和图9B来说明五状态判定信号输出单元。
图8是说明具有五状态判定信号输出单元的线切割放电加工机的实施方式的图。图9A和9B是表示图8所示的五状态判定信号输出单元的动作的时序图。
图8所示的五状态判定信号输出单元，使用第四D锁存器25、与电路38和第七单稳态多谐振荡器56来代替图6所示的四状态判定信号输出单元的第二D锁存器23、第一与电路30和第一单稳态多谐振荡器50，还附加了三输入与电路37和第八单稳态多谐振荡器57。并且，该五状态判定信号输出单元还使用五输入与电路35和第九单稳态多谐振荡器58来代替图6的四输入与电路33和第五单稳态多谐振荡器54。即，与图6的四状态判定信号输出单元相比，图8的五状态判定信号输出单元除了追加用于保持第二比较器12的输出信号“q”的第四D锁存器25和漏电信号输出电路，还变更了开路判定电路，但其他的判定输出是相同的。即，输出信号“h’”表示开路状态、“p’”表示放电状态、“α”表示漏电状态(leak)、“l”表示短路状态、“w’”表示超前放电状态。因此，对于该五状态判定信号输出单元，仅说明开路状态信号和漏电状态信号。
根据来自电压施加时刻发生器1的电压施加指令“a”，开关元件4接通(ON)，极间电压Vbb上升，在分压器8的输出信号“d”超过第一、第二比较器10、12的基准电压V1、V2两个电平时，第一SR锁存器20和第二SR锁存器21都被置位，来自第一SR锁存器20的输出信号“i”和来自第二SR锁存器21的输出信号“r”为高电平。
在没有产生放电一直到下次施加电压为止持续保持该状态时，通过来自电压施加时刻发生器1的电压施加指令“a”的施加指令之前的锁存指令“b”的输出，第一D锁存器22、第二D锁存器23、第三D锁存器24以及第四D锁存器25所有D锁存器置位高电平信号。其结果是，第二D锁存器23、第三D锁存器24以及第四D锁存器25的Q端子的输出信号“f”、输出信号“s”以及输出信号“x”都为高电平，第一D锁存器22、第二D锁存器23、第四D锁存器25的*Q端子的输出信号“j”、“t”、“y”都为低电平，因此，当电压施加指令“a”为高电平时仅与电路38的输出信号“g’”为高电平，从第七单稳态多谐振荡器56输出开路信号“h’”。
接下来考虑如下情况：通过对极间7施加电压，来自分压器8的输出信号“d”超过第一、第二比较器10、12的基准电压V1、V2两个电平以后，缓缓下降，在下次锁存指令“b”的输出时刻降低到基准电压V2的电平以下的情况。第一SR锁存器20、第二SR锁存器21都被置位，第一比较器10的输出信号“e”为高电平，因此第一D锁存器22、第二D锁存器23和第三D锁存器24置位高电平信号。但是，由于第二比较器12的输出信号“q”为低电平，所以仅第四D锁存器25置位低电平信号。
其结果是，第二D锁存器23的Q端子的输出信号“f”、第三D锁存器24的Q端子的输出信号“s”以及第四D锁存器25的*Q端子的输出信号“y”为高电平。此外，第一D锁存器22的*Q端子的输出信号“j”、第二D锁存器23的*Q端子的输出信号“t”以及第四D锁存器25的Q端子的输出信号“x”为低电平。当电压施加指令“a”为高电平时，仅与电路37的输出信号“z”为高电平，下一次从第八单稳态多谐振荡器57输出漏电信号“α”。
进而考虑如下情况：通过向极间7施加电压，分压器8的输出信号“d”超过了第一比较器10的基准电压V1但没有达到第二比较器12的基准电压V2，在该状态下输出了下一次锁存指令“b”的情况(换言之，输出信号“d”维持在基准值V1和基准值V2之间的情况)。此时，第一SR锁存器20被置位，第一比较器10的输出信号“e”也为高电平，因此第一D锁存器22和第二D锁存器23都置位高电平信号，但第二SR锁存器21没有被置位，第二比较器12的输出信号“q”也为低电平，因此第三D锁存器24和第四D锁存器25置位低电平信号。
其结果是，第二D锁存器23的Q端子的输出信号“f”和第四D锁存器25的*Q端子的输出信号“y”为高电平，第一D锁存器22的Q端子的输出信号“j”、第三D锁存器24的Q端子的输出信号“s”、第二D锁存器23的*Q端子的输出信号“t”以及第四D锁存器25的Q端子的输出信号“x”为低电平，当电压施加指令“a”为高电平时，在本次中也是仅与电路37的输出信号“z”为高电平，从第八单稳态多谐振荡器57输出漏电信号“α”。
图10是本发明的一个实施方式中的线切割放电加工机的控制装置的主要部分的框图。
如图10所示，控制装置80具有：CPU81、经总线89与该CPU81相连接的、由ROM、RAM等构成的存储器82、显示器83、键盘等输入单元84、从外部存储介质输入或输出加工程序等的接口85、各轴控制单元86、控制加工液的流量的加工液流量控制单元88、以及电源电路98。并且，通过各轴控制单元86来控制工件工作台或线电极的引导位置，因此其结果是确定了线和线电极的相对位置和速度。
电源电路98是使用图4、图6以及图8说明过的电路，其包含向极间施加电压的电压施加电路、各种状态检测电路、以及计数电路。
各轴控制单元86控制用于分别驱动以下各轴的各电动机，并具有各轴(X、Y、Z、U、V轴)的位置、速度、电流的反馈控制单元等，所述各轴是：向正交的X、Y轴方向驱动装载有工件7B(参照图1)的工作台的X轴、Y轴；使上引导件在与这些X轴、Y轴正交的方向移动的Z轴；锥形加工用的正交的U轴、V轴。各轴伺服电动机94经各轴的伺服放大器90与该各轴控制单元86连接。此外，在各伺服电动机94上还安装有位置/速度检测器，将位置和速度反馈到各个轴控制电路，但在图10中省略了与该反馈相关的描述。
从电源电路98向控制装置80发送用计数电路对三状态判定信号、四状态判定信号或者五状态判定信号进行预定时间的计数而得的结果。在控制装置80中，根据从电源电路98发送的各状态的计数结果，根据需要进一步进行长时间计数从而检测出各状态的趋势等，从而取得状态判定数据。控制装置80通过比较状态判定数据和预先设定的基准数据，来进行线电极7A相对于工件7B的相对进给速度的控制、电源电压的休止时间的控制、加工液的流量的控制、正负电源电压的设定值变更等的控制。
如上所述，通过将加工状态分类，可以比现有的平均电压更详细地直接类推出极间7的加工状态。例如，无论是漏电状态增加、还是放电次数增加、还是短路次数增加，平均电压都下降，因此，无法根据平均电压来判断是那种原因，但是本发明中能够明确判断，能够进行如后所述的适当的应对。其中，在加工过程中，该状态由于线的振动状态或加工液的滞留状态等的影响而频繁更迭，因此若要按照每次电压施加的结果来直接控制加工状态，则系统会振动，从而容易不稳定。因此可知：通过观察某种程度的次数例如数十次～数百次的结果来进行控制操作在经验上能够更为熟练地进行控制。
所述控制操作的例子如下所示。
如果“开路状态”的比例增加，则可以类推为放电间隙变大，因此通过提高线电极的进给速度、或者延长休止时间，来减少每单位距离的加工量。
相反，如果“短路状态”增加，则可以料想为加工间隙变窄，因此通过减小线电极的进给速度、并且缩短休止时间或提高电源电压，来增加每单位时间的加工量。
如果“漏电状态”增加，则有加工屑滞留的可能性较高，因此通过增强加工液从而促进加工屑的排出。
如果“超前放电状态”的比例增加，则类推为转移到“短路状态”的可能性较高，因此提早实施“短路”时的对策。
此外，作为其他的想法，也可以始终以“放电状态”的比例为固定的方式来控制进给速度从而维持稳定加工。

Claims (7)

1.一种线切割放电加工机，其用于在极间施加高频电压产生放电来对工件进行加工，所述极间是线电极与距该线电极预定间隔地配置的工件之间，其特征在于，具备：
电压施加单元，其在所述极间以1微秒以下的周期施加正极性和负极性两种极性的电压，并且在各次的电压施加之间设有施加时间以上的休止时间；
极间电压检测单元，其检测在所述极间产生的极间电压；
三状态判定信号输出单元，其根据所述极间电压检测单元检测出的极间电压，针对所述电压施加单元进行的各次电压施加中的每一次电压施加，将加工状态分类为“开路”、“放电”、“短路”三种状态，并输出对应于各状态的状态判定信号；以及
计数单元，其对从所述三状态判定信号输出单元输出的各状态判定信号进行计数，并求出状态判定数据。
2.根据权利要求1所述的线切割放电加工机，其特征在于，
所述三状态判定信号输出单元具有绝对值在无负载电压以下并且在弧光电压以上的判定电平，在向极间开始施加电压的时刻，
当极间电压的绝对值为所述判定电平以上时，输出“开路”信号，
当前一次的电压施加开始以后绝对值一次都没有超过所述判定电平时，输出“短路”信号，
当与上述的任意一种情况都不对应时，输出“放电”信号。
3.一种线切割放电加工机，其用于在极间施加高频电压产生放电来对工件进行加工，所述极间是线电极与距该线电极预定间隔地配置的工件之间，其特征在于，具备：
电压施加单元，其在所述极间以1微秒以下的周期施加正极性和负极性两种极性的电压，并且在各次的电压施加之间设有施加时间以上的休止时间；
极间电压检测单元，其检测在所述极间产生的极间电压；
四状态判定信号输出单元，其根据所述极间电压检测单元检测出的极间电压，针对所述电压施加单元进行的各次电压施加中的每一次电压施加，将加工状态分类为“开路”、“放电”、“超前放电”、“短路”四种状态，并输出对应于各状态的状态判定信号；以及
计数单元，其对从所述四状态判定信号输出单元输出的各状态判定信号进行计数，并求出状态判定数据。
4.根据权利要求3所述的线切割放电加工机，其特征在于，
所述四状态判定信号输出单元具有绝对值在无负载电压以下并且在弧光电压以上的高电平和低电平两组判定电平，在向极间开始施加电压的时刻，
当极间电压的绝对值为所述高电平以上时，输出“开路”信号，
当前一次的电压施加开始以后绝对值一次都没有超过所述低电平时，输出“短路”信号，
当前一次的电压施加开始以后绝对值一度超过所述高电平、并且在下次施加电压时绝对值为所述低电平以下时，输出“放电”信号，
当与上述的任意一种情况都不对应时，输出“超前放电”信号。
5.一种线切割放电加工机，其用于在极间施加高频电压产生放电来对工件进行加工，所述极间是线电极与距该线电极预定间隔地配置的工件之间，其特征在于，具备：
电压施加单元，其在所述极间以1微秒以下的周期施加正极性和负极性两种极性的电压，并且在各次的电压施加之间设有施加时间以上的休止时间；
极间电压检测单元，其检测在所述极间产生的极间电压；
五状态判定信号输出单元，其根据所述极间电压检测单元检测出的极间电压，针对所述电压施加单元进行的各次电压施加中的每一次电压施加，将加工状态分类为“开路”、“漏电”、“放电”、“超前放电”、“短路”五种状态，并输出对应于各状态的状态判定信号；以及
计数单元，其对从所述五状态判定信号输出单元输出的各状态判定信号进行计数，并求出状态判定数据。
6.根据权利要求5所述的线切割放电加工机，其特征在于，
所述五状态判定信号输出单元具有绝对值在无负载电压以下并且在弧光电压以上的高电平和低电平两组判定电平，在向极间开始施加电压的时刻，
当极间电压的绝对值为所述高电平以上时，输出“开路”信号，
当极间电压为所述高电平以下并且为所述低电平以上时，输出“漏电”信号；
当前一次的电压施加开始以后绝对值一次都没有超过所述低电平时，输出“短路”信号，
当前一次的电压施加开始以后绝对值一度超过所述高电平、并且在下次施加电压时绝对值为所述低电平以下时，输出“放电”信号，
当与上述的任意一种情况都不对应时，输出“超前放电”信号。
7.根据权利要求1、3、5中任意一项所述的线切割放电加工机，其特征在于，
将所述计数单元求出的状态判定数据的至少一个值，与预先设定的基准值进行比较，变更所述线电极的进给速度、所述休止时间的长度、加工液的流量、所述电压施加单元的正负电源电压设定值中的至少一个。
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