CN102470469A - 线电极放电加工装置 - Google Patents

Abstract

一种线电极放电加工机，其向线电极(1)和被加工物(2)之间施加脉冲电压而进行放电加工，具有：加工速度检测单元(14)，其对被加工物(2)和线电极(1)的相对加工速度进行检测；加工能量运算单元(13)，其对放电脉冲的加工能量进行计算；板厚计算单元(12)，其基于由加工速度检测单元(14)检测出的加工速度和由加工能量运算单元(13)计算出的加工能量，对被加工物(4)的板厚进行运算；稳定状态判断单元(16)，其在与由板厚计算单元(12)计算出的被加工物(4)的板厚相对应而使加工条件切换后，根据加工中的加工状态，对加工是否处于稳定状态进行判断；以及加工条件切换单元(11)，其在由该稳定状态判断单元(16)判断为稳定状态时，切换至与板厚计算单元(12)所计算出的板厚相对应的加工条件，在判断为不是稳定状态时，不向与计算出的板厚相对应的加工条件进行切换。

Description

线电极放电加工装置

技术领域

本发明涉及一种线电极放电加工装置。

背景技术

通常，在线电极放电加工中，在被加工物的板厚为40～60mm的范围内线电极的断线极限最高，可以设定加工能量最大的加工条件。

其原因是，可流过线电极的加工电流存在上限，但由于被加工物越厚则每单位线电极长度的电流密度越小，由此断线极限变高。另一方面，如果超过一定的板厚，则有时利用加工液产生的线电极的冷却效果或加工粉末的去除效果降低，由此断线极限降低，产生线电极断线。

即，如上述所示，在板厚为40～60mm的范围内可投入的能量成为最大，越远离上述板厚范围，可投入的能量越小。

在线电极放电加工机中，对具有不同板厚的被加工物进行加工时，如果与断线极限高的板厚部相对应而设定加工条件，则在对断线极限低的板厚部进行加工时，存在线电极断线的问题，如果与断线极限低的板厚部相对应而设定加工条件，则在对断线极限高的板厚部进行加工时，存在加工速度降低的问题。

因此，为了利用线电极放电加机不断线且高效地进行加工，必须与被加工物的板厚变化相对应而设定适当的加工条件，在专利文献1中公开了下述技术，即，通过计算加工速度和能量之间的比而求出被加工物的板厚，并根据计算出的板厚选择适当的加工条件，由此高效地进行放电加工。

专利文献1：日本特开平10-29117号公报

发明内容

在专利文献1所公开的加工条件的变更中，根据加工进给量以及加工能量的比计算板厚而变更加工条件。

具体地说，在放电加工中，每单位时间的加工体积是利用被加工物的板厚、加工余量、每单位时间的加工进给量的乘积进行计算的。

(参照式1)

板厚＝加工体积/(加工进给量×加工余量)    式1

由于加工体积与加工能量存在正比关系，所以式1表示为式2。

板厚＝(常数×加工能量)/(加工进给量×加工余量)式2

例如，在从断线极限低(较薄)的板厚向断线极限高(较厚)的板厚方向进行加工的情况下，基于式2，对板厚变化进行检测，并与检测到的板厚相对应而切换至预先设定的加工能量较大的加工条件。

另外，在刚变更加工条件后(与加工伺服的响应性相对应的过渡状态中)，可能由于加工能量的变化使得加工不稳定，而产生加工表面粗糙度的恶化或线电极断线。

根据本发明人的实验发现：与板厚变化相伴的加工条件刚变更后的问题是由加工余量的变化引起的。

即，在将加工从较薄的板厚向较厚的板厚切换时，由于变更后的加工能量使加工余量变大，相反地，在从板厚较厚的状态向较薄的状态变化的情况下，切换至加工能量较小的加工条件后，加工余量变小，从加工精度的角度出发，无论是否将加工余量控制(加工伺服)为恒定，都由于实际上加工伺服的响应与加工电源的条件切换相比较慢，而使刚变更加工条件后的加工余量并非是恒定的。

具体地说，相比于由于变更后的加工能量使加工余量变大这一说法，也可以说是无论加工能量是否改变，都发生由于加工伺服的响应较慢而没有迅速地成为与加工能量对应的加工速度，加工余量变大(或者变小)的现象。

用于决定加工能量的板厚是基于上述所示的式2确定的，但在板厚变化后的过渡状态中，由于加工余量变化，所以随着式2中的加工余量的变化而对板厚进行错误检测，如果与该错误检测出的板厚相对应而进一步变更加工条件，则切换至不适当的加工条件，在此情况下或切换至与适当的加工条件相比能量更大的加工条件的情况下，可能产生线电极断线。

另外，由于在端面、角部处容易使加工不稳定，所以可能对板厚进行错误检测，存在与上述相同的问题。

即，发明人明确发现：如果仅是与基于式2计算出的板厚相对应而切换加工条件，则由于没有切换至适当的加工条件或切换至不适当的加工条件，而产生线电极断线。

本发明就是为了解决上述的课题而提出的，由于在与板厚变化相对应而刚切换加工条件后的过渡状态中，可能引起板厚变化的错误检测，所以本发明的目的在于，防止该错误检测，通过提供与实际的板厚相对应的加工条件而高精度地进行加工。

为了解决上述的课题，本发明的线电极放电加工装置通过与所设定的加工条件相对应地，向线电极和被加工物之间施加脉冲电压，产生放电脉冲，从而进行被加工物的放电加工，其中，该线电极放电加工装置具有：加工速度检测单元，其对所述被加工物和所述线电极之间的相对加工速度进行检测；加工能量运算单元，其对所述放电脉冲的加工能量进行计算；板厚计算单元，其基于由所述加工速度检测单元检测出的所述加工速度、以及由所述加工能量运算单元计算出的所述加工能量，对所述被加工物的板厚进行运算；稳定状态判断单元，其在与由所述板厚计算单元计算出的所述被加工物的板厚相对应而使加工条件切换后，根据加工中的加工状态，对加工是否处于稳定状态进行判断；以及加工条件切换单元，其在由该稳定状态判断单元判断为稳定状态时，切换至与所述板厚计算单元所计算出的板厚对应的加工条件，在判断为没有处于稳定状态时，不向与计算出的板厚对应的加工条件进行切换。

发明的效果

根据本发明，可以利用稳定状态判断装置，对可能错误检测板厚的加工伺服的过渡状态时、以及能够准确地计算板厚的加工伺服的稳定状态时进行判别。

并且，通过在可能错误检测板厚的过渡状态时，将与计算出的板厚相对应的加工条件的切换进行待机，在成为稳定状态并能够准确地计算板厚后，与计算出的板厚相对应而切换加工条件，从而可以避免由板厚错误检测导致的向不适当的加工条件进行的切换。

附图说明

图1是表示实施方式1的线电极放电加工装置的结构的框图。

图2是用于说明在实施方式1中加工条件切换时的板厚检测的原因的图。

图3是表示稳定状态指标的计算过程的图。

图4是表示实施方式1的加工条件切换控制动作的流程图。

图5是表示实施方式2的线电极放电加工装置的结构的框图。

符号的说明

1 线电极，2 被加工物，6 振荡器，9 控制单元，10 加工条件输入单元，11 加工条件切换单元，12 板厚计算单元，13 加工能量计算单元，14 加工速度测量单元，15 放电脉冲计数单元，16 稳定状态判断单元，17 稳定状态阈值设定单元，18 稳定状态指标计算单元，19加工状态量测量单元，20 加工条件分步输出单元，21 分步输出设定单元。

具体实施方式

实施方式1

图1是表示本发明的实施方式1中所记述的线电极放电加工机的装置整体的框图。

该线电极放电加工机具有：线电极1；一对供电点4，其与线电极1接触；加工电源5，其与振荡器6的输出相对应而向供电点4施加脉冲电压；伺服电动机7，其使搭载有被加工物2的被加工物工作台3和线电极1移动；伺服放大器8，其对伺服电动机7进行驱动；控制单元9，其对振荡器6及伺服放大器8进行控制；以及加工条件输入单元10，其对加工条件进行设定。

另外，使线电极1和被加工物2以规定的速度相对移动，同时在线电极1和被加工物2之间产生放电而进行加工。

另外，本发明的线电极放电加工机具有：放电脉冲计数单元15，其对预先确定的采样期间中在加工间隙中产生的所有放电脉冲数量进行计数；加工能量计算单元13，其根据放电脉冲计数单元15所输出的放电脉冲数量，计算加工能量；加工速度测量单元14，其对每单位时间的加工进给量、即加工速度进行测量；以及板厚计算单元12，其根据加工能量计算单元13所输出的加工能量和加工速度测量单元14所输出的加工速度，计算被加工物2的板厚。

另外，具有：加工状态量测量单元19，其对加工状态量进行测量；稳定状态指标计算单元18，其根据加工状态量测量单元19所输出的加工状态量，对基于线电极和被加工物之间的极间电压的控制稳定状态指标进行计算；稳定状态阈值设定单元17，其对判断加工伺服是否为稳定状态的阈值进行设定；以及稳定状态判断单元16，其对从稳定状态指标计算单元18输出的稳定状态指标和稳定状态阈值设定单元17中设定的稳定状态阈值进行比较，对加工伺服是否为稳定状态进行判断。

另外，具有加工条件切换单元11，其基于板厚计算单元12所计算出的被加工物2的板厚和稳定状态判断单元16所输出的稳定状态判断结果，对加工条件进行切换。

此外，在本实施方式中，控制装置9至加工状态量测量单元19作为数控装置的各功能而构成。

下面，在说明本发明的实施方式1的动作之前，说明本发明的原理。

如背景技术中的记述所示，为了利用线电极放电加工机不断线且高效地对具有多个不同板厚的被加工物进行加工，必须与被加工物的板厚相对应而适当地切换加工条件。

因此，放电脉冲计数单元15对预先确定的采样期间(单位时间)中在加工间隙中产生的所有放电脉冲数量进行计数，加工能量计算单元13根据从放电脉冲计数单元15输出的放电脉冲数量和放电电流峰值的乘积，计算加工能量。

另外，加工速度测量单元14使用线位移传感器(linear scale)等，对每单位时间的加工进给量进行测量，将每单位时间的加工进给量作为加工速度。

在使用加工伺服进行加工时，由于加工余量恒定，所以如果预先求出加工余量，则对于板厚，可以使用2式，根据加工能量和加工速度进行计算。

另外，板厚计算单元12根据加工能量计算单元13所输出的加工能量和加工速度测量单元14所输出的加工速度，使用式2对被加工物2的板厚进行计算，加工条件切换单元11向NC装置9发出指令，以与该计算出的板厚相对应的加工条件，进行加工。

此外，如背景技术的说明所示，在刚切换至加工能量较大的加工条件后的过渡状态中，与稳定状态时相比，加工余量变大，相反地，在切换至加工能量较小的加工条件后的过渡状态中，与稳定状态相比，加工余量变小，因此，根据式2，与稳定状态时相比，在过渡状态时加工余量变大时，板厚与实际相比计算得较薄，与稳定状态相比，在过渡状态时加工余量变小时，板厚与实际相比计算得较厚。

图2是表示加工从断线极限低的板厚进行至断线极限高的板厚时的计算出的板厚、加工能量、加工余量的图。

在定时(timing)1，板厚发生变化，计算出的板厚也变化为较大的值。

这样，在延迟规定的时间后，加工能量被切换至与计算出的板厚的变化对应的加工条件，加工能量变大。

此外，定时1时的板厚计算和加工能量变更的时间延迟，是由于从控制单元9进行条件切换输出后，至加工电源5按照切换输出所示的条件进行动作为止的延迟而产生的，但该时间为几十至几百μ秒左右，对加工几乎不产生影响。

在加工条件切换后的过渡状态时，如上述所示加工余量不是恒定的，在定时2至定时4之间，由于加工余量成为比稳定状态时大的值，所以板厚与实际相比计算得较薄，如果仅是与计算出的板厚相对应而切换加工条件，则存在无法顺利地切换至适当的加工条件的情况。

此外，在经过了过渡状态的定时4以后，加工余量也成为恒定值，板厚被正确地计算出。

即，本发明的思路为，在加工条件刚切换后的过渡状态(定时2～4的期间)时或加工不稳定时，不进行与计算出的板厚相对应的加工条件切换，而是以与准确的板厚相对应的加工条件进行加工。

此外，着眼于与加工余量关系密切的加工伺服的响应，在可能对板厚进行错误检测的过渡状态时或不稳定状态时，加工伺服不稳定的状态被认为是加工伺服没有稳定于稳定状态的状态，通过对加工伺服是否稳定于稳定状态进行检测，从而控制板厚变化时的加工条件变更。

另外，在以下的说明中，将加工伺服不稳定的状态也包含在加工伺服为过渡状态的情况中。

图3是表示根据极间电压计算加工伺服稳定状态指标的过程的图，图3(a)是表示极间电压波形的图，图3(b)是为了从(a)的波形中仅提取AC成分而进行高通滤波处理后的波形，图3(c)是在取得(b)的波形的绝对值后进行低通滤波处理后的波形。

如果与板厚变化相对应而从加工能量较小的加工条件向加工能量较大的加工条件切换，则如图3(a)所示直至极间电压稳定于稳定状态为止需要时间。

在该极间电压变化的期间，如上述所示为加工伺服过渡状态，无法准确地计算板厚。

因此，利用仅提取AC成分的高通滤波求出极间电压的变化量，在取得该波形的绝对值后，通过实施低通滤波处理而去除高频噪声，由此得到图3(c)的波形，如果通过设定某个阈值而对是否为加工伺服过渡状态进行判断，则图3(c)的波形可以作为加工伺服稳定状态指标使用。

此外，上述阈值是通过取得稳定状态指标值，以及事先在计算板厚的同时进行加工，对产生板厚错误检测的期间的稳定状态指标值进行调查而求出的。

此外，在这里所示出的是稳定状态指标的一个例子，除了极间电压之外，也可以根据放电脉冲数量、伺服指令速度及加工速度中的某一个，计算稳定状态指标。

另外，根据极间电压等加工状态量计算稳定状态指标的处理，也并不限定于上述流程，也可以将例如移动平均值或离散值作为稳定状态指标使用。

另外，虽然是开始稳定状态的判断的定时，但如果加工条件切换后立即对稳定状态进行判断，则将在稳定状态指标变化之前判断为稳定状态。

其原因是，稳定状态指标的响应与比较缓慢的加工伺服的响应大致相等。

因此，对于是否为稳定状态的判断，必须在以考虑了稳定状态指标的响应的时间待机后进行。

如上述所示，通过在进行加工伺服是否为稳定状态的判断，并判断为加工伺服为过渡状态的期间，使与计算出的板厚相对应的加工条件切换进行待机，在判断为加工伺服为稳定状态而可以正确地计算板厚后，对与计算出的板厚相对应的加工条件进行切换，由此，可以避免因板厚错误检测而向不适当的加工条件切换。

下面，参照图1及图4，说明实施方式1的动作。

图4是表示对加工条件进行切换的控制动作的流程图。

如图1所示，在加工开始前，从加工条件输入单元10向控制单元9输入加工条件。加工条件通常由放电加工机的机械制造商提供，但也可以由用户生成条件并向加工条件输入单元10输入。

利用未图示的线电极移动单元使线电极1移动，控制单元9将输入的加工条件向振荡器6发送，加工电源5根据振荡器6的振荡指令，经由供电点4向线电极1和被加工物2之间施加脉冲电压，由此进行放电加工。

另外，伺服放大器8根据从控制单元9输出的加工速度指令，对伺服电动机7进行驱动，伺服电动机7通过使被加工物工作台移动，由此使线电极1和被加工物2相对移动。

控制单元9根据输入至加工条件输入单元10的加工条件，发出指令，另一方面，根据加工条件切换单元11的指令，切换加工条件。

一并参照图4，说明加工条件切换单元11的详细动作。

如图4所示，用户在加工开始前将加工条件向加工条件输入单元10输入(步骤S1)。也可以采用预先由制造商向加工条件输入单元10中输入条件的方式。

如果用户使加工开始，则数控装置9根据所输入的加工条件进行加工。(步骤S2)。

在开始加工后，利用放电脉冲数量计数单元15对放电脉冲数量进行计数，将计数得到的放电脉冲数量向加工能量计算单元13实时地发送。

加工能量计算单元13通过对放电脉冲数量和放电电流峰值的乘积进行计算而计算加工能量，并向板厚计算单元12发送。

另外，加工速度测量单元14将使用线位移传感器测量出的每单位时间的加工进给量作为加工速度，并向板厚计算单元12发送。

板厚计算单元12根据加工能量和加工速度，使用式2计算板厚(步骤S3)。

在这里，式2的常数为加工体积和加工能量的比例系数，是根据以下的流程预先求出的。

首先，由于利用加工伺服使加工余量恒定，所以按照适当的条件进行加工，根据其加工尺寸对加工余量进行测量。

然后，按照与求出加工余量时相同的条件，对提前获知了板厚的平板的被加工物进行加工。此时，如果对加工能量和加工速度进行计算，并使用提前测量出的加工余量，则在式2中，除了常数以外的值为已知量，可以根据下式计算常数。

常数＝(板厚×加工进给量×加工余量)/加工能量    …式3

计算出的板厚被发送至加工条件切换单元11，加工条件切换单元11根据该板厚判断是否进行加工条件的切换(步骤S4)。是否切换加工条件，是根据是否计算出与上一次计算出的板厚不同的板厚而进行判断的。

在判断为对加工条件进行切换时，进入步骤S5，否则，继续进行加工，返回步骤S3对板厚进行计算。

在加工中，与板厚的计算并行地，利用稳定状态判断单元16对加工伺服是否为稳定状态进行判断。

稳定状态指标计算单元18根据由加工状态量测量单元19测量出的加工状态量，使用图3，按照上述流程对稳定状态指标进行计算，并向稳定状态判断单元16发送(步骤5)。在这里，加工状态量如前述所示，是极间电压、放电脉冲、伺服指令速度、加工速度中的某一个，加工状态量测量单元是电压传感器、脉冲数量计数器、线位移传感器中的某一个。

另外，在稳定状态指标的计算中使用各种滤波处理等。

用于判断加工伺服是否为稳定状态的阈值，由稳定状态阈值设定单元17设定，并向稳定状态判断单元16实时地发送。

稳定状态判断单元16在以考虑了稳定状态指标的响应性的时间待机后(步骤S6)，对稳定状态指标计算单元18计算出的稳定状态指标和稳定状态阈值设定单元17中设定的稳定状态阈值进行比较，对是否为加工伺服稳定状态进行判断(步骤S7)。

如果稳定状态指标比稳定状态阈值小，则判断为加工伺服为稳定状态，并进入步骤S8，进行与计算出的板厚相对应的加工条件的切换。

另一方面，如果稳定状态指标比稳定状态阈值大，则判断为加工伺服为过渡状态，不进行向与计算出的板厚的变化相对应的加工条件的切换，返回步骤S3的板厚计算。

然后，直至加工结束为止反复进行步骤S3至步骤S8的处理(步骤S9)。

根据以上的结构，在通过与被加工物的板厚相对应而选择适当的加工条件，由此不发生线电极断线且高效地进行加工的放电加工装置中，可以避免由加工条件切换时的板厚错误检测所引起的不适当的加工条件切换。并且，通过避免向不适当的加工条件的切换，从而也可以避免由于向与适当的加工条件相比能量更大的加工条件切换所引起的线电极断线、或由于向不适当的加工条件切换所引起的精度恶化。

实施方式2

下面，在说明本发明的实施方式2的动作之前，说明本发明的概念。

针对因与板厚变化相伴的加工条件的切换使计算出的板厚产生误差，并由于该计算出的板厚的误差而向不适当的加工条件切换的问题，在实施方式1中，公开了避免不适当的加工条件的切换的技术。

但是，在板厚的变化较大的情况下，由于在板厚变化前后切换的加工条件的加工能量差变大，所以在加工条件切换后，直至利用稳定状态判断单元16判断为加工伺服处于稳定状态为止需要时间。

因此，在本实施方式中，在进行加工能量差较大的加工条件切换时，通过逐步地对作为加工条件的伺服指令电压、间歇时间控制或放电电流峰值进行切换，由此可以将直至判断为加工伺服处于稳定状态为止的时间抑制在最小限度。

下面，参照图5，说明实施方式2的动作。

图5是表示本发明的实施方式1所记述的线电极放电加工机的装置整体的框图，在图1的结构中，追加了加工条件分步输出单元20和分步输出设定单元21。

通常，在线电极放电加工机中，将电气加工条件分级进行设定，用户向分步输出设定单元21中设定分步输出设定值即加工条件等级的分步输出标记、以及分步输出时间。

在这里，加工条件等级的分步输出标记是用户或制造商在对加工中的稳定状态指标值进行确认的同时，以使加工伺服成为过渡状态的时间变短的方式事先设定的。

另外，如果分步输出时间过短，则在稳定状态指标变化之前，输出在下一个加工条件等级中设定的加工条件变更输出值，而失去了分步输出的意义。

因此，用户或者制造商对在按照分步输出标记而输出加工条件等级后至稳定状态指标值稳定下来所花费的时间进行调查，而设定分步输出时间。

在与板厚变化相伴，加工条件切换单元11进行了比分步输出设定单元21中设定的加工条件等级的分步输出标记更大的等级的加工条件切换输出时，加工条件分步输出单元20在分步输出设定单元21所设定的每个分步输出时间，按照分步输出设定单元21所设定的每个分步输出标记等级，向控制单元9输出条件指令。

然后，在加工条件切换单元11所输出的等级的切换结束后，再次如实施方式1所记述的那样，加工条件切换单元11与计算出的板厚和稳定状态判断结果相对应而进行加工条件的切换。

根据以上的结构，即使在进行加工能量差较大的加工条件切换时，也可以将在加工条件切换后直至加工伺服成为稳定状态为止的时间抑制在最小限度。

工业实用性

本发明可以应用于对发生板厚变化的被加工物进行切断加工的线电极放电加工装置的电源控制技术中。

Claims (10)

1.一种线电极放电加工机，其通过与所设定的加工条件相对应地，向线电极和被加工物之间施加脉冲电压，产生放电脉冲，从而进行被加工物的放电加工，

其特征在于，具有：

加工速度检测单元，其对所述被加工物和所述线电极之间的相对加工速度进行检测；

加工能量运算单元，其对所述放电脉冲的加工能量进行计算；

板厚计算单元，其基于由所述加工速度检测单元检测出的所述加工速度、以及由所述加工能量运算单元计算出的所述加工能量，对所述被加工物的板厚进行运算；

稳定状态判断单元，其在与由所述板厚计算单元计算出的所述被加工物的板厚相对应而使加工条件切换后，根据加工中的加工状态，对加工是否处于稳定状态进行判断；以及

加工条件切换单元，其在由该稳定状态判断单元判断为稳定状态时，切换至与所述板厚计算单元所计算出的板厚对应的加工条件，在判断为没有处于稳定状态时，不向与计算出的板厚对应的加工条件进行切换。

2.根据权利要求1所述的线电极放电加工装置，其特征在于，

稳定状态判断单元通过将对加工中的极间电压进行检测并实施滤波处理后获得的稳定状态指标、和预先确定的阈值进行比较，从而对加工是否为稳定状态进行判断。

3.根据权利要求1所述的线电极放电加工装置，其特征在于，

稳定状态判断单元通过对根据放电脉冲数量的变化量求出的稳定状态指标、和预先确定的阈值进行比较，从而对加工是否为稳定状态进行判断。

4.根据权利要求1所述的线电极放电加工装置，其特征在于，

稳定状态判断单元通过对根据加工速度的变化量求出的稳定状态指标、和预先确定的阈值进行比较，从而对加工是否为稳定状态进行判断。

5.根据权利要求1所述的线电极放电加工装置，其特征在于，

稳定状态判断单元对根据伺服指令速度、移动量中的某一个求出的稳定状态指标、和预先确定的阈值进行比较，从而对加工是否为稳定状态进行判断。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的线电极放电加工装置，其特征在于，

稳定状态判断单元在与板厚相对应而使加工条件切换后，以考虑了稳定状态指标的响应的时间进行待机后，与预先确定的指标进行比较。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的线电极放电加工装置，其特征在于，

在与由所述板厚计算单元计算出的所述被加工物的板厚相对应而切换加工条件时，与预先设定的加工条件等级的分步输出标记、以及分步输出时间相对应而逐步地切换加工条件。

8.根据权利要求7所述的线电极放电加工装置，其特征在于，

加工条件为，逐步地切换伺服指令电压。

9.根据权利要求7所述的线电极放电加工装置，其特征在于，

加工条件为，逐步地切换间歇时间长度。

10.根据权利要求7所述的线电极放电加工装置，其特征在于，

加工条件为，逐步地切换放电电流峰值。

Images