CN102380677B - 检测加工状态的电火花线加工机 - Google Patents

Abstract

检测加工状态的电火花线加工机，以一微秒以下的周期，在电压施加和下一次电压施加之间设置比电压施加时间长的停歇时间，在线电极和被加工物之间(极间)施加电压，检测该施加次数和极间电压。从检出的极间电压判别在施加电压后未发生放电的开放状态，计数其开放次数。然后，根据每单位时间的施加次数和每单位时间的开放次数和电源电压或者一施加周期的平均电压求极间的平均电压。

Description

检测加工状态的电火花线加工机

技术领域

本发明涉及不容易受每一机械的极间电压的检测电路的波动影响的、能够检测加工状态的电火花线加工机。

背景技术

在电火花线加工机中，在作为线电极和被加工物之间的极间施加电压、发生放电的同时，使线电极和被加工物的相对位置变化，把被加工物加工成希望的形状。由于汇集通过放电生成的放电痕迹形成加工面，所以以各个放电痕迹大小决定被加工物的表面光洁度。因此可知，如果在极间施加高频电压，以高的频度重复短时间宽度的放电，则能够得到良好的加工面。例如在日本特开昭61-260915号公报中，公开了通过在极间施加1MHz～5MHz的交流高频电压加工被加工物，得到表面光洁度为1μmRmax以下的加工面的技术。

在精加工中，要求能够用更高的精度修正在粗加工中加工的被加工物的形状。需要进行控制，对于粗加工后比目标尺寸大的位置，在精加工时增加加工量，反之，粗加工后比目标尺寸小的位置，在精加工时减小加工量。亦即在精加工时，需要从加工状态检测是比目标尺寸大还是小，根据该检测结果控制线电极和被加工物的相对位置，或者进行加工条件的变更控制。

图7表示一般的高频电压波形。如图7的(1)所示，在施加和下次施加之间，设置不使电源电路中具有的桥电路短路的最低必要限度的死区时间。极间电压的波形如图7的(3)所示为正弦波形。

作为表示加工形状的指标的最一般的指标是极间电压的绝对值的平均值。因为极间的平均电压大体表示极间的间隙距离，所以如果进行轴的进给控制使极间的平均电压成为恒定，则能够得到高精度的加工形状。但是，为得到良好的表面光洁度，在极间施加图7那样的高频电压进行精加工的情况下，在高频区域极间电压的检测电路的响应性恶化，很难得到正确的平均电压信息。另外，因为在高频区域检测电路的部件特性波动变大，所以对于每一机械产生检测值的波动，如果根据这样的信息进行轴的进给控制，则在每一机械的加工结果中产生差别。

作为它的对策，在国际公开第2004/022275号公报中公开了一种技术，在交流高频电压上重叠施加直流电压，通过低频滤波器仅抽出极间电压的低频电压成分，根据该抽出的电压成分的变化控制线电极的进给。在该技术中，因为平均电压不为零，所以有使被加工物或者加工机本体发生电蚀的可能性。另外因为使用低频滤波器所以在放电状态急剧变化的情况下响应差，有不能追随的可能性。

作为平均电压以外的指标，有每单位时间的放电次数。在日本特开2002-254250号公报中，公开了根据放电次数控制轴的进给速度或者停歇时间的技术。为实现这点需要把极间状态分为开放、放电、短路的三种状态。这里，所谓开放是在施加电压后一次也不放电的情况，所谓短路是线电极和被加工物接触不发生放电的状态，哪一种都无助于加工。

但是在如图7所示施加正弦波形的高频电压的情况下，如图7的(1)所示，因为一施加周期(一次的施加时间加死区时间)中的施加时间非常长，所以即使放电而当极间的绝缘状态恢复时电压立即施加，极间电压上升，其结果，实际上极间电压降低的时间变短。这样对于非常快的频率，检测电路不能响应，不能区别放电和开放。

如上所述，在现有技术中，作为高频加工状态的指标仅使用检出的极间电压。但是，在高频区域内通过检测电路的响应性或者部件的波动的影响，对于每一电火花线加工机在极间电压的检测值中产生差异，因此有在加工结果中表现该差异这样的问题。

发明内容

因此本发明的目的是，鉴于上述现有技术的问题，提供一种电火花线加工机，其不容易受每一机械的极间电压的检测电路的波动的影响，检测加工状态。

本发明的电火花线加工机，给线电极和对该线电极隔开规定间隔配置的被加工物之间的极间施加高频电压，使发生放电来加工被加工物，具有：电压施加单元，其以一微秒以下的周期，在电压施加和下一次电压施加之间设置比电压施加时间长的停歇时间，在上述线电极和被加工物之间的极间施加正极性和反极性的两极性的电压；极间电压检测单元，用于检测上述极间发生的极间电压；施加次数计数单元，用于在每一单位时间计数通过上述电压施加单元施加的电压的施加次数；开放判别单元，用于根据通过上述极间电压检测单元检出的极间电压，在电压施加后判别未发生放电的开放状态；和开放次数计数单元，用于对于每一单位时间计数上述开放判别单元判别的开放状态。

在上述电火花线加工机的一种实施方式中，根据上述施加次数计数单元计数的每单位时间的施加次数和上述开放计数单元计数的每单位时间的开放次数和电源电压或者一施加周期的平均电压，求出上述极间的平均电压。

上述开放状态判别单元可以在上述停歇时间内比较全波整流的极间电压波形和预定的基准电压，在比该基准电压高的情况下判断为开放状态，在比该基准电压低的情况下判断为非开放状态。

在上述电火花线加工机的再一种实施方式中，从开放比例、和单位时间内的对于开放比例的放电比例以及短路比例的关系求放电比例，使用上述计数的每单位时间的施加次数和上述求得的放电比例求每单位时间的放电次数或者每单位距离的放电次数，其中，上述开放比例从上述施加次数计数单元计数的每单位时间的施加次数和上述开放计数单元计数的每单位时间的开放次数求。

可以从上述放电比例和上述短路比例和每单位时间的施加次数求每单位时间的放电次数和短路次数，求每单位时间的加工量或者每单位距离的加工量。

上述开放状态判别单元，可以在上述停歇时间内，比较全波整流的极间电压波形和预定的基准电压，在比该基准电压高的情况下判断为开放状态，另一方面，在比该基准电压低的情况下判断为非开放状态。

根据本发明，能够提供不容易受每一机械的极间电压的检测电路的波动影响的电火花线加工机。

附图说明

从参照附图的以下的实施例的说明中可以明了本发明的上述以及其他的目的及特征。附图中：

图1是本发明的电火花线加工机的概略结构图。

图2是说明以一微秒以下的周期，在电压施加和下一次电压施加之间设置至少比该电压施加的时间长的停歇时间，在线电极和被加工物之间(极间)施加正极性和反极性电压的例子的图。

图3是说明电火花加工中在极间施加的电压的波形的各种例子的图。

图4是表示使用图2表示的极间电压的施加方法的加工中的开放状态的判别方法的图。

图5是表示从极间发生的电压的检测值判定该极间的开放状态的判定电路、和计数用该判定电路判定的开放的次数的计数器的图。

图6是说明单位时间内的开放比例和单位时间内的放电比例加短路比例的关系的图，

图7是说明一般的高频电压的一例的图。

具体实施方式

图1是电火花线加工机的概略结构图。在电火花线加工机内的电火花加工部中，在线电极1的行驶路径内配置加工槽(未图示)。加工槽灌满加工液。线电极1和被加工物2通过作为加工电压供给电缆的供电线5与作为线放电加工用的高频电源装置的加工电源4连接。

加工电源4具有直流电压源41、构成桥电路的高速开关元件42、电流限制电阻43。加工电源4根据来自加工电源控制装置8的指令，在线电极1和被加工物2之间的极间通过供电线5以及供电部6施加加工电源输出。

加工电源控制装置8从数值控制装置9接受关于施加时间、停歇时间以及检测时间的指令。加工电源控制装置8根据来自数值控制装置9的指令控制加工电源4。加工电源控制装置8与检测时间相对应地在每一施加周期中发生脉冲。此外，关于施加时间、停歇时间、以及检测时间，使用图2、图4、图5后述。

加工状态检测装置7检测在线电极1和被加工物2之间的极间发生的电压。从在极间发生的电压的检测值使用图5并通过后述的判定电路求出每单位时间的施加周期次数和开放次数。向数值控制装置9发送这些求得的每单位时间的施加周期次数和开放次数的数据。

数值控制装置9根据从加工状态检测装置7发送的、每单位时间的施加周期次数和开放次数，控制伺服驱动装置10。通过使用伺服驱动装置10驱动伺服电动机(未图示)，使线电极1和被加工物2相对移动，对于被加工物2进行电火花加工。

图2是说明以一微秒以下的周期，在电压施加和下一次电压施加之间设置至少比该电压施加的时间长的停歇时间，在线电极和被加工物之间(极间)施加正极性和反极反极性的两极性的电压的例子的图。

在图2中，(1)表示图1表示的高速开关元件42的导通指令。(2)是从加工电源4输出的加工电源输出的波形。(3)是通过(2)的加工电源输出产生的、在极间施加的极间电压的波形。在图2中交互地施加正极性和反极性，但是正极性也可以连续两次以上，反极性也可以连续两次以上。在该方式中，因为在极间以及供电线5上存在寄生电容，所以在不发生放电的情况下电压的降低为可忽略的程度。其结果，停歇时间中的电压波形如图2的(3)所示为平坦状，极间电压的波形为梯形。

但是，即使在该梯形的极间电压的波形中，区别短路和放电仍然是困难的。这是由于在短路时和在施加后达到电弧电压后不久放电时两者的电压波形近似的缘故。亦即，向加工状态检测装置7发送极间电压的一对电缆中，其一在图1的供电部6上安装，其另一在固定被加工物2的工作台(未图示)上安装，但是供电部6中的供电器(未图示)和线电极1之间的接触阻抗、线电极1自身的阻抗、线电极1和被加工物2之间的接触阻抗、和被加工物2和工作台之间的接触阻抗成为极间的阻抗的主要的原因，这些阻抗随频率升高而增大。因此，特别在高频下即使在短路时在极间也发生电压，很难与放电时区别。作为判别是短路还是放电的方法的例子，设置某一放电判定电平，如果一次也不超过该放电判定电平则判断为短路，即使超过一次也判别为放电(开放如后述能够明确地判别)。

和极间的平均电压同样，因为在高频下检测电路的响应性或者部件特性的波动的影响大，所以如图3的(1)中用虚线所示，需要把放电判定电平提高到短路时的波形的波动的影响不存在的电平，但是在图3的(1)中的放电波形(b)或者放电波形(c)那样的情况下，因为还有检测电路的响应性或者部件特性的波动的影响，所以根据机械判定是短路或者判定是放电，虽然不像平均电压那样的程度，但是在每一机械的加工结果中产生差别。

因此，在本发明中使用在电压施加和其次的电压施加之间设置停歇时间施加高频电压的方法(参照图2的(1))，从极间的电压中仅检测开放状态(图3的(2)中的极间电压波形(e))，根据该检测结果进行电火花线加工机的轴进给控制。本发明的电火花加工机通过采用该方式，不受上述那样的检测电路的波动的影响，在加工结果中不产生差异。

接着使用图4说明图2表示的使用极间电压的施加方法的加工中的开放状态的判别方法。这里把开始施加正极性或者反极性的电压、停止施加电压而到下次开始施加正极性或者反极性的电压为止的时间作为一施加周期。设V1是开放判定电平。T1表示从施加开始的时点开始到一施加周期内的、进行开放判定的时点为止的时间。开放判定电平V1选择电源电压的50～60％左右最合适。在开放状态下从施加开始的时点起到经过时间T1的时点极间电压的绝对值比判定电平V1高，相反，在放电或者短路状态下从施加开始的时点起到经过时间T1的时点极间电压的绝对值比判定电平V1低。因此，为在施加高频电压时检测开放状态，如图2那样设置停歇时间的电压施加方法非常有效。

此外，在图4的(2)中，把从施加开始的时点起到经过时间T1的时点作为一施加周期的结束时点，但是也可以如图4的(3)所示，把从施加开始的时点起到经过时间T1的时点不作为一施加周期的结束时点而是作为其前的停歇时间内的某个时点。

图5图示判定极间的开放状态的判定电路的一例。

加工状态检测装置7具有判定电路。极间电压输入至由第一、第二运算放大器71、72构成的差动放大电路，被放大或者衰减成规定电平。这里，对于第二运算放大器72输入与第一运算放大器71极性相反的电压。

使通过由第一、第二运算放大器71、72构成的差动放大电路放大或者衰减后的极间电压、和开放判定电平V1输入至比较器73、74，读取从施加开始时点起到经过时间T1的时点的第一、第二比较器73、74的输出信号电平。如果第一、第二比较器73、74的至少一方的输出成为高电平，则为开放；如果双方都成为低电平，则为放电或者短路。图4的(2)以及(3)表示的开放判定电平V1在图5中用基准电压VR给出。第一、第二比较器73、74的各个的输出输入OR门75，它们的逻辑和从OR门75向AND门76输出。给AND门76还输入在各一施加周期内施加电压后的停歇时间内预先设定的时点发生的脉冲。AND门76在第一比较器73或者第二比较器74判定为开放状态的情况下输出高电平的信号。第二计数器78计数从AND门76输出的高电平的次数(即开放次数)。另一方面，通过第一计数器77计数在一施加周期中发生的脉冲的数来得到施加周期数。

通过用第二计数器78在每单位时间计数开放次数，向数值控制装置9(参照图1)传送其计数结果，数值控制装置9能够得到每单位时间的开放次数。同时通过用第一计数器77在每单位时间对施加周期次数进行计数，向数值控制装置9传送其计数结果，数值控制装置9能够得到每单位时间的施加周期次数。因此，能够通过第二计数器78和第一计数器77计算与施加周期次数相对应的开放次数，即开放比例。另外，使用该每一单位时间的开放次数，能够从下述(1)式以及(2)式近似求极间的平均电压。

式中，一施加周期的平均电压需要事前通过实验求出与加工条件对应的值。在用上面的(1)式或(2)式计算的平均电压中，现有技术中成为问题的每一机械的检测电路的波动的影响非常小。因此，通过使平均电压恒定那样进行轴的进给，能够得到对于每一机械无波动的均一的加工精度。

接着说明从开放比例求出放电次数和短路次数的方法。从实验得出单位时间内的放电比例和短路比例可以根据单位时间内的开放比例近似决定的事实。而且知道该单位时间内的放电比例和短路比例的、与单位时间内的开放比例的关系几乎不随机械改变。此外，在实验中，使用能够高精度地测定的电压波形测定器测定极间电压，进行放电状态的判别。从该事实出发，通过仅检测可明确地判别的开放状态，能够推定每单位时间的放电次数和短路次数。

开放次数＝施加次数×开放比例……(3)

放电次数＝施加次数×放电比例……(4)

短路次数＝施加次数×短路比例……(5)

此外，放电比例+短路比例＝1-开放比例，

从图6的图表中表示的“单位时间内的放电比例”的曲线、和测定的“单位时间内的开放比例”求出单位时间内的放电比例和短路比例。

如图3的(1)的极间电压波形(a)～(e)所示，在放电中也混有各种各样的能量，一次放电的加工量并不恒定。根据这种情况，作为表示加工状态的指标，也可以考虑使用通过下述的(6)式以及(7)式表示的量。它们近似地表示每单位时间的加工量。

这里，(6)式中的α、β分别表示放电一次、短路一次对于加工的贡献度，是通过实验求的常数。一般β的值为0(零)。这些加工量因为在现有技术中成为问题的每一机械的检测电路的波动的影响非常小，所以例如通过使每单位距离的加工量成为一定那样进行轴的进给，能够得到对于每一机械没有波动的均一的加工精度。

因为这样求得的每单位时间的放电次数、平均电压都在高频以外，在历来的用于高精度加工的轴进给控制中利用，所以能够原样不变地使用在过去积累的电火花线加工机的控制算法(软件)。

Claims (2)

1.一种电火花线加工机，其向线电极和对该线电极隔开规定间隔配置的被加工物之间的极间施加高频电压，由此发生放电来加工被加工物，其特征在于，具有：

电压施加单元，其以一微秒以下的周期，在电压施加和下一次电压施加之间设置比电压施加时间长的停歇时间，在上述线电极和被加工物之间的极间施加正极性和反极性的两极性的电压；

极间电压检测单元，其检测上述极间发生的极间电压；

施加次数计数单元，其在每一单位时间对通过上述电压施加单元施加的电压的施加次数进行计数；

开放判别单元，其根据通过上述极间电压检测单元检测出的极间电压，判别在电压施加后未发生放电的开放状态；和

开放次数计数单元，其在每一单位时间对上述开放判别单元判别的开放状态进行计数，

根据上述施加次数计数单元计数的每单位时间的施加次数、上述开放计数单元计数的每单位时间的开放次数、和电源电压或一施加周期的平均电压，求出上述极间的平均电压。

2.根据权利要求1所述的电火花线加工机，其特征在于，上述开放判别单元在上述停歇时间内比较全波整流的极间电压波形和预定的基准电压，在比该基准电压高的情况下判断为开放状态，在比该基准电压低的情况下判断为非开放状态。