CN102905832A - 线电极放电加工装置 - Google Patents

Abstract

一种线电极放电加工装置，其具有：线电极，其与被加工物隔开间隔而配置；以及恒压电源，其用于向所述被加工物和所述线电极之间施加高频电压，该线电极放电加工装置通过施加所述高频电压，在所述被加工物和所述线电极之间产生放电，对所述被加工物进行加工，该线电极放电加工装置还具有：电流测量单元，其测量从所述恒压电源流出的电流的电流值；判别单元，其基于测得的所述电流值和所述电流值的变化值，判别所述被加工物和所述线电极之间的状态即极间状态；以及控制单元，其基于判别出的所述极间状态，对所述被加工物与所述线电极的间隔进行控制。

Description

线电极放电加工装置

技术领域

本发明涉及线电极放电加工装置，其在线电极和与该线电极隔着规定间隔相对配置的作为另一个电极的被加工物之间即极间，施加电压而产生间歇性放电，对被加工物进行加工。 

背景技术

放电加工装置是向线电极等刀具电极和被加工物之间（以下称为“加工间隙”或“极间”）施加电压，产生放电而进行加工的装置。已知在放电加工装置中，通过向极间施加高频电压而以高重复频率发生持续时间短的放电，从而得到精细加工面，已公开有多种技术（例如，参照专利文献1至6）。 

例如，公开了下述技术，即，在放电加工用电源中，通过向极间施加1.0MHz至5.0MHz的高频电压，得到小于或等于1μmRmax的加工面（例如，参照专利文献1）。 

另外，公开了下述技术，即，在放电加工方法及其装置、以及可用于该放电加工装置的电容可变装置及电感可变装置中，通过在极间施加7.0MHz至30MHz的高频电压，得到小于或等于0.5μmRmax的加工面（例如，参照专利文献2）。 

但是，在线电极放电加工装置中，为了维持稳定的加工状态，进行基于极间电压的轴进给控制。如果线电极和被加工物接近而开始放电，则极间电压下降，但进一步接近，则放电的周期变得越短、即放电越频繁发生，极间电压变得越低。由此可以判别极间距离是窄还是宽。 

因此，通常，在线电极放电加工装置中，对加工过程中的极间电压进行整流，变换为一种极性的电压，基于该极间电压的高低，判别极间状态是放电开始前的开路状态（断开状态）、短路状态或放电 开始而达到短路状态之前的放电中状态中的哪一种状态。 

由此，根据极间电压进行线电极与被加工物的相对位置移动即轴进给的速度调整，可以维持稳定的加工。另外，公开了下述技术，即，通过利用传感器线圈检测极间电流，从检测到的电流中去除重叠的偏移（offset）分量，从而即使在放电能量小的情况下，也可以正确地检测出放电状态（例如，参照专利文献3）。 

另外，还公开了一种在从电源至充电电容器的通电路径中设置分流电阻，将流过分流电阻的电流作为放电检测信号进行提取的方法（例如，参照专利文献4）。 

但是，在上述使用高频电源的情况下，频率大于或等于几MHz的高频电压会超过整流电路的动作极限。因此，通常很难根据整流后的电压，判别极间状态是开路状态、放电中状态、或短路状态中的哪一种。 

即，在使用高频电源的情况下，有时很难进行与极间电压相对应的轴进给的速度调整，有时无法维持稳定的加工状态。反之，所谓可以使用高频电源维持稳定的加工状态的具体情况，例如是指可以利用定速进给应对的加工。更具体地说，作为一个例子，可以列举像加工量不易发生变化的精加工这样，沿着完成粗加工后的表面进行精加工的加工。 

但是，即使是精加工，在由于被加工物的变形等使得所需的加工量变化的情况下，利用定速进给，则会在加工面上形成纹路而残留该痕迹。即，在加工量容易发生变动的情况下，很难使用高频电源。另外，在第一次切割中，也很难使用高频电源。 

由此，在使用高频电源的线电极放电加工装置中，可以改善加工面粗糙度，但为了对应最近市场的严格的要求质量，需要解决上述高频电源相关的问题。 

专利文献1：日本特开昭61－260915号公报 

专利文献2：日本特开平7－9258号公报 

专利文献3：日本特开2007－044813号公报 

专利文献4：日本特开昭61－219521号公报 

专利文献5：日本特开平07－001237号公报 

专利文献6：日本特开平11－226816号公报 

发明内容

另外，如果为了进行轴进给控制而在极间设置用于判断极间状态的检测电路或配线，则由于在极间导入寄生成分，从而会因该寄生成分的影响而使加工变得不稳定。由此会导致在加工面上形成纹路或表面粗糙度恶化，对于高频电源而言，该影响尤为显著。 

本发明是鉴于上述情况提出的，其目的在于可以得到一种线电极放电加工装置，该线电极放电加工装置为高频电源用线电极放电加工装置，其在线电极和隔着规定间隔而与该线电极相对配置的作为另一个电极的被加工物之间即极间，施加高频电压而产生放电，具有可以高精度地对被加工物进行加工的轴进给速度控制方式。 

为了解决上述课题、实现目的，本发明的线电极放电加工装置具有：线电极，其与被加工物隔开间隔而配置；以及恒压电源，其用于向所述被加工物和所述线电极之间施加高频电压，该线电极放电加工装置通过施加所述高频电压，在所述被加工物和所述线电极之间产生放电，对所述被加工物进行加工，该线电极放电加工装置的特征在于，还具有：电流测量单元，其测量从所述恒压电源流出的电流的电流值；判别单元，其基于测得的所述电流值和所述电流值的变化值，判别所述被加工物和所述线电极之间的状态即极间状态；以及控制单元，其基于判别出的所述极间状态，对所述被加工物与所述线电极的间隔进行控制。 

发明的效果 

根据本发明，实现下述效果，即，由于无需在极间设置配线、检测电路等寄生电容成分，就可以判定极间状态，因此，在使用高频电源的线电极放电加工装置中，可以进行能够使加工稳定性的维持和防止表面粗糙度的恶化得到兼顾的高加工精度的轴进给速度控制。 

附图说明

图1是表示本发明的实施方式涉及的轴进给控制方式的主要电路结构的框图。 

图2是表示在对某个线电极及被加工物进行加工的情况下，利用数控装置对流过分流电阻的电流值的时间变化进行测量而得到的结果的图。 

图3是表示在对其他线电极及被加工物进行加工的情况下，利用数控装置对流过分流电阻的电流值的时间变化进行测量而得到的结果的图。 

图4是表示使用电流绝对值和电流变化值这两者判别极间状态的方法的一个例子的图。 

图5是表示判断出极间状态为“断开”或“放电（间隙大）”的情况下的轴进给控制方式的框图。 

图6是表示判断出极间状态为“放电（间隙稳定）”的情况下的轴进给控制方式的框图。 

图7是表示判断出极间状态为“放电（间隙小）”状态的情况下的轴进给控制方式的框图。 

具体实施方式

作为避免上述问题而不在极间安装检测电路及其配线的方法，可以考虑在恒压电源和加工电源内的开关电路之间设置分流电阻，提取流过分流电阻的电流而作为放电检测信号。 

但是，在高频电源的情况下，由被加工物材质、被加工物的板厚、线电极的线径、线电极的材质、轴的位置、加工液面的高度等引起的极间阻抗的变化的影响变大，导致反射电流不同。因此，只用电流值或只用电流的变化值均无法对极间状态进行判别，很难进行轴进给控制。 

另外，在高频电源中，以几MHz进行振荡，如果不以几百ns的采样周期进行测量，则无法知道极间状态的变化，因此很难进行轴进给控制。但是，如果要以几百ns的采样周期进行采样，则存在数 控装置等变得非常昂贵的问题。 

下面，基于附图，对于本发明的实施方式涉及的使用了高频电源的线电极放电加工装置中的轴进给速度控制方式详细地进行说明。此外，本发明并不限定于本实施方式。 

实施方式. 

图1是表示本实施方式的线电极放电加工装置的轴进给控制方式涉及的电路结构的框图。在线电极101和被加工物102之间连接有高频电源111。高频电源111具有进行高频开关动作的开关电路103和对其开关进行控制的开关控制电路104。 

恒压电源107向开关电路103供给电压，而在恒压电源107和开关电路103之间配置有分流电阻106和电压计105。数控装置108对恒压电源107和开关电路103间的电流进行测量。 

数控装置108基于测量到的电流，根据其电流绝对值和电流变化值判别极间状态，对应于判别出的极间状态，改变对伺服放大器109的指令值，并利用电动机110改变轴进给速度、即指令速度v（t）。如上所述地进行轴进给速度控制，从而对线电极101与被加工物102间的相对距离、即极间距离进行控制。 

将由电压计105测得的流过分流电阻106的电流值，利用数控装置108以几十ms的采样周期进行测量，其结果，电流随时间的变动如图2所示，即，断开时的电流如电流时间变化201所示，加工时的电流如电流时间变化202所示，短路时的电流如电流时间变化203所示。 

另外，针对得到图2的结果的情况，如果变更线电极、被加工物，则可以得到图3的结果。即，电流随时间的变动为，断开时的电流如电流时间变化301所示，加工时的电流如电流时间变化302所示，短路时的电流如电流时间变化303所示。 

在这里，比较图2和图3可知，根据线电极或被加工物，断开时、加工时、短路时的电流值的时间变化趋势不同。因此，仅根据电流值（电流绝对值）或仅根据电流的变化值，无法判别极间状态，很难基于二者其中之一进行轴进给控制。 

因此，在本实施方式中，通过使用电流值（电流绝对值）和电流变化值（当前电流值与在前一个采样中测得的电流值的差）这两者，可以进行线电极等刀具电极与被加工物间的状态即极间状态的判别。 

图4表示使用电流绝对值和电流变化值这两者实现的具体的极间状态的判别方法的一个例子。该极间状态的判别例如由数控装置108执行。但是，也可以与数控装置108独立地设置极间状态判别单元而执行判别。并且，也可以构成为基于该判别结果，由数控装置108经由伺服放大器109及电动机110对轴进给速度进行控制。 

在这里，图4的横轴表示电流绝对值ia，纵轴表示电流变化值ic，可以根据这两者的值判别各极间状态。其中，Ia1、Ia2、Ia3是电流绝对值阈值，Ic1、Ic2、Ic3、Ic4是电流变化值阈值，分别在下述极间状态的判别中使用。Ia2是基准电流绝对值，Ic3是基准电流变化值。 

例如，极间状态为“断开”、即“开路”状态时，表示电流绝对值ia位于电流绝对值阈值Ia1和Ia3之间，且电流变化值ic小于或等于电流变化值阈值Ic1。换言之，电流绝对值ia相对于基准电流绝对值Ia2例如落在一定幅度以内，电流变化值ic与基准电流变化值Ic3相比较小，其差值大于或等于一定的值。 

另外，在处于放电状态且极间稍微远离、即“放电（间隙大）”状态时，表示电流绝对值ia处于电流绝对值阈值Ia1和Ia3之间，且电流变化值ic处于电流变化值阈值Ic1与Ic2之间或者大于或等于Ic4。换言之，电流绝对值ia相对于基准电流绝对值Ia2例如落在一定幅度以内，电流变化值ic与基准电流变化值Ic3的距离例如大于或等于一定幅度，但并未成为“断开”状态。 

另外，在处于放电状态且加工稳定时，即，“放电（间隙稳定）”状态时，表示电流绝对值ia处于Ia1和Ia3之间，且电流变化值ic处于Ic2和Ic4之间。换言之，电流绝对值ia相对于基准电流绝对值Ia2例如落在一定幅度以内，电流变化值ic相对于基准电流变化值Ic3例如也落在一定幅度以内。 

此外，在处于放电状态且极间稍近、即“放电（间隙小）”状 态时，表示电流绝对值ia小于或等于Ia1或者大于或等于Ia3，换言之，表示电流绝对值ia与基准电流绝对值Ia2的距离例如大于或等于一定幅度，且电流变化值ic大于或等于Ic1。 

并且，极间状态为“短路”状态时，电流绝对值ia小于或等于Ia1或者大于或等于Ia3，即，电流绝对值ia与基准电流绝对值Ia2的距离例如大于或等于一定幅度，且电流变化值ic小于或等于电流变化值阈值Ic1。 

在本实施方式中设置如下机构：如上所述，使用电流绝对值和电流变化值这两者检测极间状态，并基于检测出的极间状态进行与加工状态相对应的轴进给控制。由此，在使用高频电源的线电极放电加工装置中，可以进行高精度的加工。在这里，如何构成与各种极间状态相对应的轴进给控制机构成为问题。 

在本实施方式中，在使用高频电源111的线电极放电加工装置中，基于恒压电源107的电流值和电流变化值判别极间状态，并根据判别出的结果，按照下述方式变更轴进给控制方式。图5、图6及图7分别表示对应于上述极间状态所使用的轴进给控制方式的框图。 

<“断开”状态、“放电（间隙大）”状态时的控制方式> 

在图4中，在判断出极间状态为“断开”状态或“放电（间隙大）”状态的情况下，执行图5的框图所示的轴进给速度控制方式。其中，Kp1是比例增益，Ki1是积分增益，V是基准指令速度，v（t）是指令速度。 

在判断出极间状态为“断开”状态或“放电（间隙大）”状态的情况下，由于极间距离稍远，因此进行提高指令速度v（t）的控制。具体地说，在图5的减法器11中，计算出从由数控装置108测得的电流变化值ic中减去电流变化值阈值Ic3的第1差值。并且，加法器15将乘法器12在第1差值上乘以比例增益Kp 1得到的值、和积分器13对第1差值进行积分后由乘法器14在该积分值上乘以积分增益Ki 1得到的值相加，计算出第1相加值。最后，加法器16将第1相加值与基准指令速度V相加，确定指令速度v（t）。 

即，对电流变化值ic与电流变化值阈值Ic3的差值进行比例积 分控制（比例控制、比例积分微分控制），将其输出与基准指令速度V相加，提高指令速度v（t）。由此，执行使极间距离变近的控制。 

这种运算及控制，例如，可以在数控装置108内实际设置图5的减法器11、积分器13等运算器而由硬件执行，或者，也可以利用设置在数控装置108内的CPU及计算机程序而由软件执行。数控装置108经由伺服放大器109及电动机110，以使轴进给速度达到上述指令速度v（t）的方式进行控制。 

<放电（间隙稳定）状态时的控制方式> 

在图4中，在判断出极间状态为“放电（间隙稳定）”状态的情况下，执行图6的框图所示的轴进给速度控制方式。其中，Kp1及Kp2是比例增益，Ki1及Ki2是积分增益，V是基准指令速度，v（t）是指令速度。 

在判断出极间状态为“放电（间隙稳定）”状态的情况下，以维持该极间状态的方式，对指令速度v（t）进行控制。具体地说，在图6的减法器11中，计算出从由数控装置108测得的电流变化值ic中减去电流变化值阈值Ic3得到的第1差值。并且，加法器15将乘法器12在第1差值上乘以比例增益Kp1得到的值、和积分器13对该第1差值进行积分后由乘法器14在该积分值上乘以积分增益Ki1得到的值相加，计算出第1相加值。 

此外，在图6的减法器21中，计算出从由数控装置108测得的电流绝对值ia中减去电流绝对值阈值Ia2得到的第2差值。并且，加法器25将乘法器22在第2差值上乘以比例增益Kp2得到的值、和积分器23对第2差值进行积分后由乘法器24在该积分值上乘以积分增益Ki2得到的值相加，计算出第2相加值。并且，减法器36计算并输出从第2相加值减去第1相加值得到的值。最后，加法器37将减法器36的输出值与基准指令速度V相加，确定指令速度v（t）。 

即，对电流变化值ic与电流变化值阈值Ic3的差值进行比例积分控制（比例控制、比例积分微分控制），另外，对电流绝对值ia与电流绝对值阈值Ia2的差值进行比例积分控制（比例控制、比例积分微分控制），将各个输出的差值与基准指令速度V相加，确定指 令速度v（t）。由此，以使极间状态维持“放电（间隙稳定）”的方式，对极间距离进行控制。 

上述运算及控制，例如，可以在数控装置108内实际设置图6的减法器11、21、积分器13、23等运算器而由硬件执行，或者，也可以利用设置在数控装置108内的CPU及计算机程序而由软件执行。数控装置108经由伺服放大器109及电动机110，以使轴进给速度达到上述指令速度v（t）的方式，进行控制。 

<“放电（间隙小）”状态时的控制方式> 

在图4中，在判断出极间状态为“放电（间隙小）”状态的情况下，执行图7的框图所示的轴进给速度控制方式。其中，Kp2是比例增益，Ki2是积分增益，V是基准指令速度，v（t）是指令速度。 

在判断出极间状态为“放电（间隙小）”状态的情况下，由于极间距离稍近，因此进行减小指令速度v（t）的控制。具体地说，在图7的减法器21中，计算出从由数控装置108测得的电流绝对值ia减去电流绝对值阈值Ia2得到的第2差值。并且，加法器25将乘法器22在第2差值上乘以比例增益Kp2得到的值、和积分器23对第2差值进行积分后由乘法器24在该积分值上乘以积分增益Ki2得到的值相加，计算出第2相加值。最后，减法器26从基准指令速度V中减去第2相加值，确定指令速度v（t）。 

即，对电流绝对值ia与电流绝对值阈值Ia2的差值进行比例积分控制（比例控制、比例积分微分控制），从基准指令速度V中减去该输出而使指令速度v（t）减小。由此，执行增大极间距离的控制。 

上述运算及控制，例如，可以在数控装置108内实际设置图7的减法器21、积分器23等运算器而由硬件执行，或者，也可以利用设置在数控装置108内的CPU及计算机程序而由软件执行。数控装置108经由伺服放大器109及电动机110，以使轴进给速度达到上述指令速度v（t）的方式，进行控制。 

<“短路”状态时的控制方式> 

在图4中，在判断出极间状态为“短路”状态的情况下，使轴 进给返回至极间状态成为除了“短路”之外的状态。 

如上述说明，在本实施方式中，对应于基于电流绝对值和电流变化值这两者作出的极间状态的判定结果，数控装置108确定轴进给速度v（t），向伺服放大器109发送驱动信号。由此，电动机110对线电极101与被加工物102的相对距离进行控制。 

目前，为了利用线电极放电加工装置进行稳定的加工，必须使用极间电压等对轴进给进行控制，从而调整加工电极与被加工物的极间距离。但是，高频电源容易受到极间寄生成分的影响。因此，即使仅附加极间电压读入用电路，也会产生加工不稳定、表面粗糙度恶化等不良影响。 

为了解决上述问题，在本实施方式中，不在极间安装任何电路，而是根据来自高频电源的电力供给源即恒压电源的电流绝对值和电流变化量对极间状态进行判别，取代极间电压伺服器而进行控制。即，根据来自恒压电源的电流绝对值和电流变化量，数控（NC）装置按照下述方式执行轴进给速度的控制。 

即，在极间状态为“断开”或“放电（间隙大）”状态的情况下，计算出基准电流变化值与当前电流变化值的误差，进行比例积分控制等处理，提高轴进给速度，在“放电（间隙小）”状态的情况下，计算出基准电流绝对值与当前电流绝对值的误差，进行比例积分控制等处理，降低轴进给速度。并且，在“短路”状态的情况下，使轴进给返回至成为除了“短路”之外的状态。 

如上所述，在本实施方式中，在向极间施加高频电压的线电极放电加工装置中，在恒压电源和向极间施加高频电压的高频电源之间，设置用于检测电流的分流电阻和测量该电阻的输出的电压计。此外，还设置对检测结果进行解析的数控装置，基于测得的电流值和电流变化值判别极间状态，对应于判别出的极间状态，变更轴进给控制方式。 

通过实行上述构成的轴进给速度控制方式，在使用高频电源的线电极放电加工机中，可以实现与极间的放电状态相对应的轴进给速度控制。因此，可以同样地实施通常进行的所谓的极间间隙伺服，在 第一次切割或加工量容易发生变动的情况下，也可以实现稳定的加工。而且，由于在极间没有设置用于判别极间状态的电路，因此可以不受不必要的寄生成分的影响，所以可以防止加工不稳定化或表面粗糙度恶化等。 

此外，本发明并不受上述实施方式的限定，也可以在实施阶段在不脱离其主旨的范围内进行多种变形。另外，上述实施方式包含多个阶段的技术方案，可以通过所公开的多个结构要素的适当组合提取多种技术方案。例如，在从实施方式所公开的全部结构要素中删除几个结构要素，也可以解决在发明内容的段落中说明的课题，能够实现发明的效果的段落中说明的效果的情况下，可以将删除该结构要素后的结构提取作为技术方案。此外，也可以将不同实施方式涉及的结构要素进行适当组合。 

工业实用性 

如上所述，本发明涉及的线电极放电加工装置适用于进行轴进给速度控制的线电极放电加工装置，特别地，适合于使用高频电源进行精细加工的线电极放电加工装置。 

标号的说明 

101线电极 

102被加工物 

103开关电路 

104开关控制电路 

105电压计 

106分流电阻 

107恒压电源 

108数控装置 

109伺服放大器 

110电动机 

111高频电源 

201、202、203、301、302、303电流时间变化 

11、21减法器 

12、22、14、24乘法器 

13、23积分器 

15、25加法器 。

Claims (6)

1.一种线电极放电加工装置，其具有：

线电极，其与被加工物隔开间隔而配置；以及

恒压电源，其用于向所述被加工物和所述线电极之间施加高频电压，

该线电极放电加工装置通过施加所述高频电压，在所述被加工物和所述线电极之间产生放电，对所述被加工物进行加工，

该线电极放电加工装置的特征在于，还具有：

电流测量单元，其测量从所述恒压电源流出的电流的电流值；

判别单元，其基于测得的所述电流值和所述电流值的变化值，判别所述被加工物和所述线电极之间的状态即极间状态；以及

控制单元，其基于判别出的所述极间状态，对所述被加工物与所述线电极的间隔进行控制。

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，

具有开关电路部，其向所述被加工物和所述线电极之间施加高频电压，

所述电流测量单元包含：电流检测用电阻，其连接在所述恒压电源与所述开关电路部之间；以及电压计，其测量所述电流检测用电阻的电压。

3.根据权利要求1或2所述的线电极放电加工装置，其特征在于，

在通过所述判别单元判别出的所述极间状态是开路状态的情况、或是处于放电状态且所述间隔大于期望的范围的值的情况下，

所述控制单元基于所述变化值与电流变化值阈值的差值，以减小所述间隔的方式进行控制。

4.根据权利要求1或2所述的线电极放电加工装置，其特征在于，

在通过所述判别单元判别出的所述极间状态是处于放电状态且所述间隔小于期望的范围的值的情况下，

所述控制单元基于所述电流值的绝对值与电流绝对值阈值的差值，以增大所述间隔的方式进行控制。

5.根据权利要求1或2所述的线电极放电加工装置，其特征在于，

在通过所述判别单元判别出的所述极间状态是处于放电状态且所述间隔是期望的范围的值的情况下，

所述控制单元基于所述变化值与电流变化值阈值的差值、和所述电流值的绝对值与电流绝对值阈值的差值，以使所述间隔维持期望的范围的值的方式进行控制。

6.根据权利要求1或2所述的线电极放电加工装置，其特征在于，

在通过所述判别单元判别出的所述极间状态为短路状态的情况下，

所述控制单元以增大所述间隔的方式进行控制，直至所述极间状态不是短路状态为止。

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