CN1905978A - 放电加工装置及放电加工方法 - Google Patents

Abstract

一种放电加工装置，其以使得规定的采样时间Ts内的平均电压Vg成为伺服基准电压SV的方式进行加工轴控制，具有：电源单元(9)，其向工具电极(8)和被加工物(W)的极间供给电力；放电检测单元(13)，其检测基于由该电源单元(9)供给的电力所产生的极间的放电波形；放电发生次数计数器单元(14)，其计数该放电波形中在规定的采样时间Ts内的放电发生次数Nd；运算单元(12)，其根据放电发生次数Nd，运算极间的假想平均电压Vgs；以及电极位置控制单元(10)，其以使得由该运算单元(12)运算出的假想平均电压Vgs成为采样时间Ts内的伺服基准电压SV的方式，进行加工轴控制。

Description

放电加工装置及放电加工方法

技术领域

本发明涉及放电加工装置及放电加工方法，特别是，涉及放电加工状态的识别和根据其识别结果进行加工轴的进给控制的技术。

背景技术

放电加工装置是一种使设置于加工液中的工具电极和被加工物之间产生放电，在加工液中熔融去除被加工物的装置。

众所周知，在放电加工中，在产生放电的工具电极和被加工物之间(以下称为加工间隙)，会产生由于被加工物的熔融去除而生成的加工屑，如果该加工屑不采用某种方法从加工间隙排去，则加工间隙的绝缘恢复、放电的重复就不能保持正常状态，产生加工效率低下、加工表面形状恶化等不良影响。

为了排去加工屑和维持加工间隙，要在放电加工装置中检测放电电压，对应其各个时刻的放电电压的变化，进行加工轴控制。例如，在特公昭44-13195号公报等的方法中，将特定的采样时间内的平均电压(Vg)作为放电状态使用，与预先设定的目标平均电压即伺服基准电压(SV)进行比较，通过进行加工轴进给控制、即放电加工机上的伺服控制，维持加工过程中的放电稳定性。

具体地说，在由工具电极和被加工物形成的加工间隙之间设置检测线路，利用检测器获取各个时刻加工间隙的电压，使此时的放电电压通过滤波电路而平均化、平滑化，将在指定的采样时间内提取出的电压作为平均电压(Vg)使用，与在轴控制装置中预先设定的伺服基准电压(SV)比较，当比较的结果是所检测出的平均电压比作为目标的平均电压低时，使加工轴向与加工方向相反的方向返回，高时则向加工轴方向进给。

在根据加工间隙的电压变动，通过滤波器来检测极间状态，以进行加工轴控制的方法中，采样时间和滤波电路的时间常数关系密切，如果使用远小于采样时间的时间常数，则作为电路易受到干扰，如果使得滤波电路的时间常数至少为采样时间的2～3倍，则会影响所构成的滤波器的充放电特性而产生与目标值之间的识别误差(参照图8)，存在根据机器的固有振动特性来设计滤波器非常困难的问题。

另外，为了进行电压检测必须要有检测线路，或者，有时候虽然不需要专用的检测线路，但也要与来自电源的供电线路并用来作为检测线路，但无论哪一种情况，如果长度加长就会在电路上增加L成分，因为加工间隙状态和检测出的电压成分中有通过L成分的电压，所以存在与实际的加工状态不同的问题。

在特开平6-262435号公报中，提出了这样一种放电加工装置，其具有使用时钟脉冲对无负载时间(Td)、脉冲宽度(Ton)、间歇时间(Toff)进行计数的单元。

在该方法中，因为没有检测放电的滤波电路，所以似乎可以解决上述问题，控制对象是伺服基准电压(SV)本身，根据加工状态来改变伺服基准电压(SV)，能够在稳定性方面有所改善，但作为结果，成为在伺服基准电压高、即加工效率低下的状态下的加工，存在加工速度大幅度降低的问题。

在特开平7-246518号公报中，提出了对放电频率和短路次数进行计数，由其结果和另外设定的无负载时间(Td)推定放电间隔长度来进行控制的方法，但只不过是以与脉冲宽度(Ton)相比，间歇时间(Toff)和无负载时间(Td)长而放电能量小的精加工作为对象，如果将该技术用于通常的加工中，则需要增长无负载时间，其结果，存在加工速度低下的问题。

在特开平6-170645号公报中，提出了这样一种方法，即，以同样的方式对放电频率进行计数，并根据模糊推论校正放电频率的波动或判定放电良否，准备与状态变化相关的隶属函数进行控制，以进行适当控制。

在该方法中，除了特开平7-246158号公报的问题外，还提及了在不稳定性的情况下应该怎样避免的问题，但是在隶属函数的定义中，其设计本身需要很多技术秘密，加工的稳定性或结果受到隶属函数本身的影响很强。

专利文献1：特公昭44-13195号公报

专利文献2：特开平6-262435号公报

专利文献3：特开平7-246518号公报

专利文献4：特开平6-170645号公报

然而，现有的问题点是，无法正确检测出放电间隙中的放电状态，无论是在使用滤波电路的情况下，还是在通过计数器检测放电频率的情况下，只要伺服控制能够正确检测出极间的放电状态，则基本的控制本身没有很大的差别。

发明内容

本发明是着眼于上述问题而提出的，其使得即使是较简单的装置结构，也将正确检测由工具电极和被加工物构成的加工间隙的状态，反映为放电状态，并能够对应该状态而进行应对各个时刻的变化的这种加工轴的进给控制即所谓的伺服控制。

为了实现上述目的，根据第1观点，本发明是一种放电加工装置，其以使得在规定的采样时间Ts内的加工平均电压Vg成为伺服基准电压SV的方式进行加工轴控制，具有：电源单元，其向工具电极和被加工物的极间供给电力；放电检测单元，其检测基于由该电源单元供给的电力产生的上述极间的放电波形；放电发生次数计数器单元，其计数该放电波形中，规定的采样时间内的放电发生次数Nd；运算单元，其根据上述放电发生次数，运算极间的假想平均电压Vgs；以及电极位置控制单元，其以使得利用该运算单元运算出的上述假想平均电压Vgs成为上述采样时间Ts内的伺服基准电压SV的方式，进行加工轴控制。

附图说明

图1是表示实施方式1中的放电加工装置的大致结构的结构图。

图2是用于对某一采样时间内的放电发生次数的检测进行说明的图。

图3是表示某一放电现象的图。

图4是表示加工间隙的平均电压和放电发生次数之间的关系的图。

图5是表示实际加工间隙的平均电压和放电发生次数之间的关系的图。

图6是表示实际加工间隙的平均电压和放电发生次数之间的关系的图。

图7是表示本发明的控制流程的流程图。

图8是表示加工间隙电压波形和滤波电路电压波形的关系的图。

具体实施方式

实施方式1

图1是表示本发明的放电加工装置的实施方式。此外，在本实施方式中，是以工作台在X轴和Y轴方向可动的情况为例进行说明的，但也可以是主轴侧相对X轴和Y轴可动的方式的放电加工装置，放电加工装置的轴机构和机械结构本身对实施方式无影响。放电加工装置具有：主轴4，其由电动机1在Z轴方向上被驱动；工作台5，其由电动机2在X轴方向上被驱动；主轴工作台6，其由电动机3在Y轴方向上被驱动；以及加工槽7，其设置在工作台5、6上，在主轴4上安装有工具电极8，在加工槽7内注入加工液，同时配置被加工物W。

工具电极8和被加工物W，在加工液中隔着加工间隙而相对，在工具电极8和被加工物W之间，通过由电源装置9供给电力而产生放电，进行被加工物W的熔融去除。

如果由加工条件设定部11设定加工程序等加工条件，则电极位置控制装置10根据该程序内容，控制电动机1、电动机2、电动机3，进行各轴的位置控制或伺服控制。另外，电极位置控制装置10还进行主轴4的断续(jump)控制以及摆动控制，该摆动控制是一边使工具电极8相对加工物W移动特定的轨迹一边进行加工。

在加工条件设定部11中，使用输入装置登记并存储作为在进行放电加工过程中设定的基本加工条件的放电电流(IP)、脉冲宽度(Ton)、间歇时间(Toff)、施加电压(V0)、伺服基准电压(SV)、断续控制设定(JUMP)、摆动控制设定(Orb)、目标加工位置(Zref)等。

此外，例如作为加工状态的判别，还可以设定发生正常放电时的放电电压(eg)、异常放电电压阈值(Vng)、短路电压阈值(Vsh)、最小无负载时间(Tdo)、异常放电发生时进行延长间歇时间的控制时的间歇时间(Toffs)，另外，在已经知道作为加工对象的工具电极8的放电加工部的加工面积(S)的情况下，还可以输入加工面积(S)。这些信息可以针对每个所使用的条件分别设定并预先存储，在电源装置9调出规定的基本加工条件时一起调出，并被读入各个控制装置中。

放电检测电路13每隔某个采样时间(Ts)，记录在工具电极8和被加工物W之间产生的全部放电发生次数(Nd)，检测结果传送至主运算装置12。

并且，传送后，放电检测电路13检测出的各个值被重置，开始下一次的采样。

另外，在加工条件设定部11中设定了短路电压阈值(Vsh)的情况下，利用放电检测电路13，根据短路电压阈值(Vsh)，将低于阈值的放电作为短路，记录其次数(N1)。

同样地，在设定了最小无负载时间(Tdo)的情况下，将比其小的无负载时间的放电作为小无负载放电次数(N2)，在设定了异常放电电压阈值(Vng)的情况下，将比其小的放电作为异常放电次数(N3)，分别单独地进行记录。

在这里，所谓正常放电，是具有比最小无负载时间(Tdo)长的无负载时间(Td)，放电电压(eg)比异常放电电压阈值(Vng)高的情况。

所谓短路，是工具电极8和被加工物W接触的状态，虽然此时不产生放电，但由于工具电极8和被加工物W导通，所以会产生短路电流。

因为短路时产生0～十几V的短路电压，所以比短路电压阈值(Vsh)小的电压都识别为短路。

短路还考虑了工具电极8和被加工物W通过加工屑导通的情况，但作为加工间隙的状态识别起来困难，而在发生短路的情况下，因为成为物理接触，所以严重时会造成工具电极变形，或者在轻微的情况下也是污迹等的主要原因，损坏加工表面质量。

设定最小无负载时间(Tdo)的原因是，较短的无负载时间的连续表示在产生了放电的附近连续进行放电，此时成为放电集中的状态。

放电的集中成为局部的消耗或加工，是导致加工面的起伏或形状复制的恶化的主要原因。

所谓异常放电，既不是短路也不是短的无负载时间，但不是正常放电，举一个例子，存在以下情况，即，虽然存在无负载时间，但在无负载时间期间施加电压(V0)比设定值低而流过漏电流等，这种情况下从发生漏电流的这一点可知，因为在加工间隙产生电流，所以绝缘恢复不充分，可想而知，下一次放电将造成集中放电或短路，在未进行绝缘恢复的情况下会变为电弧，更加损坏加工表面品质。

加工是在有短路、集中或异常放电混入正常放电中的同时进行的，各自是什么原因造成的还没有定性、定量地明确，在现有情况下，根据加工内容或加工对象的材质等，设定各个问题的严重程度，为了进行通过产生问题后延长间歇等来抑制问题继续的控制，使用对于每个事件现象所设定的间歇设定。

下面，使用图2说明放电检测电路13的具体动作。

图2(A)利用电压和电流，表示某个采样时间(Ts)中的工具电极8和被加工物W的加工间隙的放电状态。

图2(B)是表示向极间施加电压的时间的电压信号，生成对应于无负载电压时间(Td)和脉冲宽度(Ton)的时间。

该信号的相反是间歇时间(Toff)。

图2(C)表示极间发生绝缘破坏，电流产生时的与脉冲宽度(Ton)的时间相当的放电时间信号。

图2(D)是图2(B)和图2(C)的差，表示无负载电压时间(Td)。

图2(E)是由加工条件设定部11进行最小无负载时间(Tdo)设定时，为了与无负载电压时间(Td)比较，在间歇时间(Toff)产生后，在施加电压的定时产生的比较用的信号。

图2(F)是在比较无负载电压时间(Td)和最小无负载电压时间(Tdo)的结果中，在低于最小无负载时间(Tdo)的无负载电压时间(Td)的情况下生成为单稳态。

图2(G)是在由加工条件部11进行短路电压阈值(Vsh)设定时，在脉冲宽度(Ton)时间内比较短路电压阈值(Vsh)和放电电压(eg)，在判定为低于短路电压阈值(Vsh)的情况下生成的单稳态信号。

这里，因为在短路时没有产生施加电压，所以由无负载时间短而识别为小无负载放电，因而，检测时必须从小无负载放电次数(N2)中减去短路次数(N1)。

图2(H)是在由加工条件设定部11设定异常放电电压阈值(Vng)，例如与施加电压(V0)比较的情况下，与图2(D)的信号比较，判定在无负载时间中低于异常放电电压阈值(Vng)的情况下所生成的单稳态信号。

利用放电检测电路13，通过由计数器读取图2(C)的信号来识别全部放电发生次数(Nd)，分别地，读入图2(G)的信号、从图2(F)减去图2(G)的信号的信号、图2(H)的信号，用计数器计量，分别得到短路次数(N1)、小无负载放电次数(N2)、异常放电次数(N3)。

在这里，正常放电(Nn)是从全部放电发生次数(Nd)中减去短路次数(N1)和小无负载放电次数(N2)以及异常放电次数(N3)的值。

这样，在本发明中，通过读取到此为止加工间隙的状态作为电压变动来评价，而更加定量地掌握各个状态的现象，由此，识别更正确的放电状态，反映给加工轴进给控制。

具体地说，对于从放电检测电路13获得的各个状态量，变换为与迄今为止使用的平均电压相当的量，根据该信号进行加工轴进给控制。

对与本实施方式所涉及的加工轴的进给控制相关的考虑方法进行说明。

首先，作为基本概念，对假定由放电检测电路13得到的全部放电发生次数(Nd)全部是正常放电，进行加工轴进给控制的情况进行说明。使某个采样时间(Ts)内的放电发生次数(Nd)为N次。

一次放电由无负载时间(Td)、脉冲宽度(Ton)、间歇时间(Toff)构成，脉冲宽度(Ton)、间歇时间(Toff)是由加工条件设定部11设定的值。

无负载时间(Td)不可设定，是因加工状态而变化的量，在依据平均电压(Vg)的加工轴进给控制中，以将加工间隙的平均电压(Vg)保持为伺服基准电压(SV)的方式进行加工轴进给控制，如图3所示，某放电一次的平均电压(Vg)可以用下式表示：

$\mathrm{Vg}=\frac{V0\×\mathrm{Td}+\mathrm{eg}\×\mathrm{Ton}}{\mathrm{Td}+\mathrm{Ton}+\mathrm{Toff}}$  式1

在这里，因为脉冲宽度(Ton)、间歇时间(Toff)、施加电压(V0)都是由加工条件设定部11设定的已知值，放电电压(eg)是根据工具电极8和被加工物W的组合以及极性等确定的20～30V的值，因此可知，使平均电压(Vg)与伺服基准电压(SV)一致，与控制使得作为未知量的无负载时间(Td)恒定是相同的。

由此，如果想在将加工状态控制为恒定的理想情况下无负载时间(Td)相同，则求取某个采样时间(Ts)中的放电发生次数(Nd)，可以表示为

Ts＝∑(Td+Ton+Toff)＝Nd×(Td+Ton+Toff)                 式2

即，如果知道某个采样时间(Ts)中的放电发生次数(Nd)，则此时的无负载时间(Td)为

$\mathrm{Td}=\frac{\mathrm{Ts}}{\mathrm{Nd}}-\mathrm{Ton}-\mathrm{Toff}$  式3

式1是某一次放电的平均电压，但因为某个采样时间(Ts)中的平均电压(Vg)考虑该一次放电的集合有Nd次即可，因此式1可以通过式3表示为

$\mathrm{Vgs}=V0-\frac{\mathrm{Nd}}{\mathrm{Ts}}\×\{\mathrm{Ton}\×(V0-\mathrm{eg})+\mathrm{Toff}\×V0\}$  式4

由此，不检测加工间隙的电压而只检测放电发生次数(Nd)来作为放电的状态量，可以求得某个采样时间(Ts)的平均电压(Vg)，通过代替现有技术的检测出的平均电压(Vg)并将该平均电压(Vgs)用于加工轴进给控制，可以实现不受电子干扰的影响而反映了正确的状态量的加工轴进给控制。

通过式(4)，加工间隙的平均电压可以用放电发生次数(Nd)的一次式表示。

这是因为，当采样时间(Ts)的平均电压(Vg)是和施加电压(V0)相同的值的时候，放电发生次数(Nd)为0，即表示未发生放电，在某个采样时间(Ts)的平均电压(Vg)为0，即短路的情况下，由式(4)或者式(3)可知

$\mathrm{Nd}=\frac{\mathrm{Ts}}{\mathrm{Ton}+\mathrm{Toff}}$  式5

但是，并不能说，式(5)时的放电发生次数(Nd)就是可产生的最大放电发生次数(Ndmax)。

之所以这样说，是因为实际上在确定的脉冲宽度(Ton)和间歇时间(Toff)的基础上，在无负载时间(Td)为0时仅脉冲宽度(Ton)和间歇时间(Toff)的反复所发生的最大放电次数已经确定，式(1)中无负载时间(Td)为0的情况下，

$V{g}_{\mathrm{Td}=0}=\frac{\mathrm{eg}\×\mathrm{Ton}}{\mathrm{Ton}+\mathrm{Toff}}$  式6

因为在该平均电压(Vg)时放电发生次数也成为最大放电发生次数(Ndmax)，所以式(4)从施加电压(V0)到式(6)的范围内都是正比关系，其不会超过式(5)所表示的放电发生次数(Nd)。

即，有如图4所示的关系。

也就是说，在某个采样时间(Ts)的平均电压(Vg)是从0到式(6)的范围内，放电发生次数(Nd)与最大放电发生次数(Ndmax)相同，在将全部放电发生次数(Nd)全部作为正常放电处理的情况下，该区域中成为无法计算正确的平均电压(Vgs)的界限。

本发明的方法的问题点为，在将全部放电发生次数(Nd)都作为正常放电处理的情况下，在某个采样时间(Ts)的平均电压(Vg)从0到式(6)的范围内，将无法正确识别平均电压(Vg)，但因为已知在该范围内是处于无负载时间(Td)短的小无负载放电、或者短路、或者二者皆有的状态频繁发生的状态，所以可以识别、反映这两种状态，因为从式(6)可知无负载时间(Td)为0的状态在该范围内，所以实际上只要识别短路产生到哪种程度即可。

因此，利用放电检测电路13，测定低于由加工条件设定部11确定的短路电压阈值(Vsh)的放电，作为短路次数(N1)。只要知道该短路次数(N1)与全部放电发生次数(Nd)的依存程度即可，式(2)表示为

Ts＝∑(Td+Ton+Toff)＝(Nd-N1)×(Td+Ton+Toff)+N1×(Ton+Toff)

                                                       式7

另外，在短路时没有无负载时间(Td)的情况下，如果考虑产生了短路电压(Vsh)，则式(4)可根据式(7)表示为

$\mathrm{Vgs}=V0-\frac{\mathrm{Nd}-N1}{\mathrm{Ts}}\{\mathrm{Ton}(V0-\mathrm{eg})+\mathrm{Toff}\×V0\}-\frac{N1}{\mathrm{Ts}}\{\mathrm{Ton}(V0-\mathrm{Vsh})+\mathrm{Toff}\×V0\}$

                                                       式8

当产生短路时，短路电压几乎在所有的情况下都是0V，如果使短路电压阈值(Vsh)为0，则式(8)可以成为

$\mathrm{Vgs}=V0-\frac{\mathrm{Nd}-N1}{\mathrm{Ts}}\{\mathrm{Ton}(V0-\mathrm{eg})+\mathrm{Toff}\×V0\}-\frac{N1}{\mathrm{Ts}}\{V0\×(\mathrm{Ton}+\mathrm{Toff})\}$

                                                       式9

由此，每当求取某个采样时间(Ts)的平均电压(Vgs)时，即使在全部放电发生次数(Nd)中混有短路次数(N1)的情况下，也能够正确地进行平均电压换算。

图5表示，在工具电极8使用10mm的铜，被加工物W使用钢材，使用现有方法进行加工轴进给控制，在表1表示的试验条件下进行加工时的加工间隙的平均电压(Vg)和全部放电发生次数(Nd)之间的关系。

表1

	No.1
		轴进给方式	现有技术
工具电极	10mm Cu
		被加工物	钢材
IP(A)	8
		Ton(μsec)	64
Toff(μsec)	64
		V0(V)	80
SV(V)	40
		断续	无

在图5中，直线是在该图表中使用式(9)描绘的，如果本发明涉及的加工轴进给控制中所使用的平均电压(Vgs)正确，则使用每个采样时间(Ts)的平均电压(Vg)标绘的全部放电发生次数(Nd)都在直线上，从试验结果可知两者是大致相等的。

也就是说，可知可以将本发明中重新生成的平均电压(Vgs)代替现有的加工轴进给控制的平均电压(Vg)来使用。

下面，说明在识别为除了正常放电以外的放电的情况下，通过将间歇时间(Toff)延长为(Toffs)，利用现有技术进行实现加工稳定化的控制，进行该间歇时间的延长的情况下的对式(9)的修正。

因为考虑由放电检测电路13获得的短路次数(N1)和小无负载放电次数(N2)和异常放电次数(N3)，所以可以把握除了正常放电以外的放电状态。

基本上，只要知道进行了几次延长间歇时间的间歇控制即可，如果使由短路引起的间歇控制中的间歇为Toffs1，由小无负载放电引起的间歇控制中的间歇为Toffs2，由异常放电引起的间歇控制中的间歇为Toffs3，则因为只要知道某个采样时间(Ts)内的间歇成分达到何种程度即可，所以式7可以表示为

Ts＝∑(Td+Ton+Toff)＝(Nd-N1)×(Td+Ton+Toff)+N1×(Ton+Toff)

         +N1×Toffs1+N2×Toffs2+N3×Toffs3

                                                       式10

由此，式(9)可以表示为

$\mathrm{Vgs}=V0-\frac{\mathrm{Nd}-N1}{\mathrm{Ts}}\{\mathrm{Ton}(V0-\mathrm{eg})+\mathrm{Toff}\×V0\}$

$-\frac{N1}{\mathrm{Ts}}\left\{V0(\mathrm{Ton}+\mathrm{Toff})\right\}-\frac{1}{\mathrm{Ts}}\left\{V0(N1\×\mathrm{Toffs}1+N2\×\mathrm{Toffs}2+N3\×\mathrm{Toffs}3)\right\}$

                                                       式11

为了使其一般化，使进行间歇控制的种类有n种，使间歇控制时的间歇时间分别为Toffn，则

Ts＝(Nd-N1)×(Td+Ton+Toff)+N1×(Ton+Toff)+∑(Nn×Toffsn)

                                                       式12

根据该式，式(9)可表示为

$\mathrm{Vgs}=V0-\frac{\mathrm{Nd}-N1}{\mathrm{Ts}}\{\mathrm{Ton}(V0-\mathrm{eg})+\mathrm{Toff}\×V0\}$

$-\frac{N1}{\mathrm{Ts}}\{V0\×(\mathrm{Ton}+\mathrm{Toff})\}-\frac{1}{\mathrm{Ts}}\{V0\×\mathrm{\Σ}(\mathrm{Nn}\×\mathrm{Toffsn})\}$

                                                       式13

也就是说，表明了在除了短路、小无负载放电、异常放电之外也进行间歇控制的情况下，也可以进行处理。

图6表示，在工具电极8使用10mm的铜，被加工物W使用钢材，使用现有方法进行加工轴进给控制，在表2所示的试验条件下进行加工时，在识别异常放电的控制中根据式(8)识别平均电压(Vgs)得到的值(a)、在识别异常放电的控制中根据式(11)识别平均电压(Vgs)得到的值(b)、以及全部放电发生次数(Nd)之间的关系。

表2

	No.1
		轴进给方式	现有
工具电极	10mm Cu
		被加工物	钢材
IP(A)	8
		Ton(μsec)	64
Toff(μsec)	64
		V0(V)	80
SV(V)	40
		断续	无

在图6中，直线是在该图中使用式(11)绘制的，如果由本发明得到的加工轴进给控制中使用的平均电压(Vgs)正确，则作为每个采样时间(Ts)的平均电压(Vg)描绘的全部放电发生次数(Nd)会在直线上。

在图示的加工结果中，因为在前者的加工中加入间歇控制，所以不仅不能识别正确的平均电压(Vgs)，而且在全部放电发生次数(Nd)为0时，平均电压(Vgs)也为0V，原本全部放电发生次数(Nd)为0是应该在加工间隙施加施加电压(V0)的状态，即所谓的断开状态，但也有不同的情况。

虽然短路和断开的状态有很大的不同，但如果在式(11)中考虑间歇控制，则可以如后者那样正确地识别平均电压。

作为间歇控制的一个例子，如图2所示，在施加电压(V0)在无负载时间(Td)中下降的情况下，如果放电检测电路识别为异常放电，则增加异常放电次数(N3)。电源装置9随之进行间歇控制，以将间歇时间(Toff)变更为异常放电用的间歇时间(Toff3)的方式进行控制。另外，对于同时对短路或小无负载放电进行间歇控制的情况也同样地，在进行这种间歇控制时，如式(11)所示，识别出考虑了延长间歇时间的正确的平均电压(Vgs)。

另外，异常放电的定义各种各样，在当前的放电加工机中检测方法或识别方法等也都不同，但在识别了异常放电的情况下，以上述方式进行间歇控制是大致相同的，即使在检测方法或识别方法不同的情况下，只要是在异常放电后进行间歇控制的装置，则即使在进行了间歇控制的情况下，也能够正确识别加工间隙的平均电压。

下面，在图7中表示本发明中的实施方式1的控制流程图。

图7(a)为现有的直接检测加工间隙的放电电压，由滤波电路生成平均电压(Vg)，进行加工轴进给控制的情况的流程图，图7(b)为本发明中的由放电发生次数生成平均电压(Vgs)，进行加工轴进给控制的情况的流程图。

基本的控制流程没有不同，不同的地方在于，利用电极位置控制装置10进行加工轴进给控制的情况下作为基准的信号，是由滤波电路生成(现有技术：a)，还是由利用放电检测电路13识别的放电发生次数生成(本发明：b)。

作为控制，通过是否有进行间歇控制的加工来区分控制流程，如果进行间歇控制，则根据式(11)运算平均电压(Vgs)，如果不进行间歇控制，则根据式(9)求取平均电压(Vg)。

根据本实施方式，如果现有技术的问题点在于检测线路的特性或噪声，则由于本发明的方法，并不是直接检测平均电压，而是使用根据全部放电发生次数(Nd)计算出的平均电压(Vgs)进行加工轴进给控制，所以不仅可以去除作为现有技术的问题的滤波电路，还可以去除专用的电压检测线路，排除噪音成分等的不良影响，可以实现利用正确的平均电压(Vg)进行加工轴进给控制。

其结果，对于提高加工表面的精度等有很大作用。

另外，在平均电压(Vgs)减小等的情况下，考虑短路发生次数(N1)，通过从全部放电发生次数(Nd)中减去的方式，能够正确地检测出加工间隙的平均电压。

并且，本发明的实施方式是使用了形状雕刻放电加工机的例子，但不用说，只要是判断放电现象，根据平均电压(Vg)来进行加工轴进给控制，则即使进给机构有差异，也可以利用相同的概念进行控制。

实施方式2

下面，作为本发明的实施方式2，对进行本发明的加工轴进给控制的放电加工装置中的小无负载时间(Tdo)的设定进行说明。

担心在加工中产生的小无负载放电转换为集中放电，可以考虑利用加工条件设定部11，设定小无负载时间(Tdo)，利用放电检测电路13，如实施方式1所说明的，比较该小无负载时间(Tdo)和每一次放电加工的无负载时间(Td)。

通常，因为小无负载放电多的加工容易变为集中放电而变换为电弧，所以需要设定无负载时间(Td)使其具有一定的余地。

反之，因为该无负载时间(Td)本身不发生放电，所以如果过长则会降低加工效率。

因此，在要提高加工速度的情况下，除了要减小间歇时间(Toff)以外，还要减小伺服基准电压(SV)，其结果，减小无负载时间(Td)。

由此，如果能够将无负载时间(Td)设定到不产生集中放电的程度，则可以获得理想的加工速度。

另外，提高加工速度时必要的要素之一，是加工中的平均电流密度(Id)。

这是因为已知：每个加工部的面积、即工具电极8的面积所可以投入的能量，大致由工具电极8和被加工物W的组合决定，如果不超过该平均电流密度(Id)，则一般的情况都可以维持稳定的加工。

在进行加工的情况下，如果已知工具电极8的面积(S)和由加工条件设定部11设定的加工条件中的放电电流(IP)、脉冲宽度(Ton)、间歇时间(Toff)、伺服基准电压(SV)、施加电压(V0)，则可由式(1)计算作为加工中的目标的无负载时间(Td)，加工中的平均电流密度(Id)表示为

$\mathrm{Id}=\mathrm{IP}\frac{\mathrm{Ton}}{\mathrm{Td}+\mathrm{Ton}+\mathrm{Toff}}/S$  式14

从而，计算每个单位面积的能量投入量。

根据各种实验结果可知，在工具电极8使用铜、被加工物W使用钢铁材料，以工具电极8侧作为正极进行加工的情况下，虽然与工具电极8的形状也相关，但只要平均电流密度(Id)不超过5～15A/cm²，加工就是稳定的。

同样地已知，在工具电极8使用石墨，被加工物W使用钢铁材料，以工具电极8侧作为正极进行加工的情况下，虽然与工具电极8的形状相关，但只要平均电流密度(Id)不超过2～5A/cm²，加工就是稳定的。

同样地已知，在工具电极8使用铜钨合金，被加工物W使用超硬合金，以工具电极8侧作为负极进行加工的情况下，虽然与工具电极8的形状相关，但只要平均电流密度(Id)不超过3～10A/cm²，加工就是稳定的。

本发明中的发电加工装置的加工条件设定部11，除了基本的加工条件设定之外，当输入加工对象的被加工物W的面积(S)时，如果确定了由式(14)设定的放电电流(IP)、脉冲宽度(Ton)、间歇时间(Toff)，则作为目标的无负载时间(Td)就确定，通过将该结果应用到式(1)中，就可以确定应在加工条件中设定的伺服基准电压(SV)。

如果将此时计算的无负载时间(Td)作为临界无负载时间(Tds)，并将该值作为小无负载时间(Tdo)使用，则可以感知集中放电时的危险状态。

为了实际求得适当的小无负载时间(Tdo)，在表3所示的条件下进行加工。

表3

	No.1	No.2	No.3	No.4	No.5	No.6	No.7
								工具电极	CuW	CuW	CuW	CuW	CuW	Cu	Cu
被加工物	WC	WC	WC	WC	WC	St	St
								IP(A)	65	65	65	65	65	6	6
Ton(μsec)	20	20	20	20	20	0.8	0.8
								Toff(μsec)	50	50	50	50	50	8.0	8.0
V0(V)	80	20	20	20	20	150	150
								SV(V)	40	40	40	40	40	90	90
Tds(μsec)	60	60	60	60	60	60	-
								Tdo(μsec)	0	60	10	20	20	0	-

速度(g/min)	0.085	0.074	0.102	0.098	0.092	0.002	0.0002
								消耗(％)	18.5	16.8	18.0	17.2	17.5	16.1	19.3
表面品质	有污点	良好	少量污点	良好	良好	良好	污点
								电极消耗	角部消耗	良好	良好	良好	良好	良好	良好
轴进给控制	新方法	新方法	新方法	新方法	现有	新方法	现有

在工具电极8使用10mm正方的铜钨合金、被加工物W使用超硬合金，以电极侧的极性为负的加工中，在表2(No.1)所示的粗加工条件的条件下进行加工的情况下，如果使平均电流密度(Id)为10A/cm²，则伺服基准电压(SV)为40V，临界无负载时间(Tds)为60μsec。

在该试验中，如果不设定最小负载时间(Tdo)，而是即使产生低于临界无负载时间(Tds)的无负载时间(Td)的放电也不进行间歇控制，则不会变为大的电弧，但在加工表面可以看到残留变黑的污点，在电极的角部有局部较大消耗的地方。

因此，为了观察由于改变小无负载时间(Tdo)引起的加工状态的变化，将小无负载时间(Tdo)设定为与临界无负载时间(Tds)相同的60μsec(No.2)、10μsec(No.3)、20μsec(No.4)，以小无负载放电(Tdo)连续发生2次时，多加入一个间歇时间(Toff)的间歇控制为基础进行试验。

如表2所示，在No.2的条件下，加工表面和电极消耗没有问题，但在加工时间延迟一成以上，在No.4的条件下，可以使加工表面和电极消耗没有问题，并提高速度。

由该结果，考虑小无负载时间(Tdo)设定为临界无负载时间(Tds)的0～1.0倍左右的值，优选设定为0.3～0.5倍左右，即可以实现良好的加工。

也就是说，虽然在与临界无负载时间(Tds)相同地连续放电的情况下，在该状态下不会超过电流密度的限制，但在对该状态的无负载时间(Td)的放电进行间歇控制的情况下，反而会降低加工速度。

如果考虑由于小无负载放电连续进行而变为集中放电，则认为小于临界无负载时间(Tds)的无负载时间(Td)的放电连续进行的情况是危险的。

因此，根据本实验，认为临界无负载时间(Tds)的1/3左右较好。

此外，在该实验中进行了利用本发明的加工轴进给控制，但利用现有的加工轴进给控制进行了加工(No.5)时，是与加工结果良好的No.4的实验基本相同的加工结果，但本发明加工轴进给控制其结果良好。

认为这是因为，能够正确识别加工中的平均电压，反映给加工轴进给控制。

同样地，在工具电极8使用10mm角状铜，被加工物W使用钢铁材料，以电极侧的极性为负极的加工中，在以表2(No.6)所示的精加工条件的条件下进行加工的情况下，当平均电流密度(Id)为10A/cm²时，临界无负载时间(Tds)为负，可知不会由于超过电流密度而在加工中产生异常。

因此，不需要进行小无负载放电中的间歇控制。

在这种小加工能量的情况下，因为加工间隙小，所以最担心的是短路，因而这样进行实验，即，伺服基准电压(SV)设定为比施加电压(V0)的1/2大一定程度的值，使加工间隙具有余地，对于间歇控制，在产生一次短路的情况下进行。

在本发明的加工轴进给控制中，精加工也可以得到良好的结果。在现有方式(No.7)中，加工中的短路有几处之多，其结果，可以看到消耗增加以及表面上的污点。

这是由于，因为在现有方式中是使用了滤波电路的平均电压(Vg)，所以在突然产生短路的情况下，在达到0V之前有由于滤波电路的时间常数引起的延迟，因此电压变化的识别也产生了延迟，而在新方法中，因为不依赖于滤波电路的时间常数，所以可以在刚产生短路之后就进行识别，反映给加工轴进给控制。

已知在临界无负载时间(Tds)小于或等于0的情况下，可以不进行小无负载放电中的间歇控制。

在面积(S)小的情况下，或者放电电流(IP)或脉冲宽度(Ton)大、临界无负载时间(Tds)大的情况下，可以与粗加工同样地，将小无负载时间(Tdo)设定为临界无负载时间(Tds)的0.3～0.5倍左右。

实施方式3

以异常放电时的间歇控制方法为基础，反过来在持续正常放电，并不超过电流密度(Id)的情况下，也可以缩减间歇时间(Toff)。

例如，在连续5次发生正常放电时的定时生成识别信号，在此时缩短间歇时间的情况下，通过使正常放电5次连续发生的次数成为间歇缩短次数(N4)，将间歇时间预先设定为缩短间歇(Toff4)，每隔一定采样时间(Ts)由放电检测电路13检测间歇缩短次数(N4)，使用式(13)计算平均电压(Vgs)，由此，不只是短路、小无负载放电、异常放电，即使在稳定状态下进行缩短间歇控制的情况下也适用。

如上所述，通过使加工轴进给控制成为使用了由全部放电发生次数(Nd)计算出的平均电压(Vgs)的平均电压方法，可以实现与现有技术同样的控制，通过使用放电发生次数的计数器，不仅能够去除作为现有技术中的问题的滤波电路，还能够去除专用的电压检测线路，排除噪音成分等的不良影响。

另外，在平均电压(Vgs)小等的情况下，考虑短路发生次数(N1)，通过从全部放电发生次数(Nd)中减去的方法，能够正确地检测加工间隙的平均电压。

并且，在加工轴进给控制中，在由电流密度(Id)计算出的临界无负载时间(Tds)的0～1.0倍的范围内，优选将0.3～0.5倍时间作为小无负载时间(Tdo)，进行间歇控制，可以得到良好的加工效果。

并且，不仅可以在识别为正常放电以外进行间歇控制的情况下，计算正确的平均电压来进行加工，而且在稳定状态下进行缩短间歇这种控制的情况下，也能够计算出正确的平均电压来进行加工。

Claims (13)

1.一种放电加工装置，其以使得在规定的采样时间Ts内的加工平均电压Vg成为伺服基准电压SV的方式进行加工轴控制，其特征在于，具有：

电源单元，其向工具电极和被加工物的极间供给电力；

放电检测单元，其检测基于由该电源单元供给的电力在上述极间产生的放电波形；

放电发生次数计数器单元，其计数该放电波形中，规定的采样时间内的放电发生次数Nd；

运算单元，其根据上述放电发生次数，运算极间的假想平均电压Vgs；以及

电极位置控制单元，其以使得利用该运算单元运算出的上述假想平均电压Vgs成为上述采样时间Ts内的伺服基准电压SV的方式，进行加工轴控制。

2.如权利要求1所述的放电加工装置，其特征在于，

运算单元对假想平均电压Vgs的运算，是根据所计数的放电发生次数Nd、预先设定的无负载电压V0、脉冲宽度Ton、间歇时间Toff、放电电压eg、采样时间Ts，利用

$\mathrm{Vs}=V0-\frac{\mathrm{Nd}}{\mathrm{Ts}}\×\{\mathrm{Ton}\×(V0-\mathrm{eg})+\mathrm{Toff}\×V0\}$

求出的。

3.如权利要求1所述的放电加工装置，其特征在于，

除了放电发生次数计数器单元之外，还具有短路发生次数计数器单元，其计数伴随电源单元施加的电压而产生的放电电压低于预先设定的短路电压阈值Vsh的短路放电的短路次数N1，

校正运算单元对假想平均电压Vgs的运算。

4.如权利要求3所述的放电加工装置，其特征在于，

假想平均电压Vgs是利用

$\mathrm{Vgs}=V0-\frac{\mathrm{Nd}-N1}{\mathrm{Ts}}\{\mathrm{Ton}(V0-\mathrm{eg})+\mathrm{Toff}\×V0\}-\frac{N1}{\mathrm{Ts}}\{V0\×(\mathrm{Ton}+\mathrm{Toff})\}$

求出的。

5.如权利要求1所述的放电加工装置，其特征在于，

除了放电发生次数计数器单元之外，还具有：

短路发生次数计数器单元，其计数伴随电源单元施加的电压而产生的放电电压低于预先设定的短路电压阈值Vsh的短路放电的短路次数N1；

小无负载时间放电发生次数计数器单元，其计数从电源单元施加电压开始，在预先设定的小无负载时间Tdo以内变为放电的小无负载时间放电次数N2；以及

异常放电发生次数计数器单元，其计数成为低于预先设定的异常放电阈值Vng的放电电压的异常放电次数N3，

校正运算单元对假想平均电压Vgs的运算。

6.如权利要求5所述的放电加工装置，其特征在于，

上述校正，考虑基于除了正常放电以外放电发生的间歇时间延长来进行。

7.如权利要求6所述的放电加工装置，其特征在于，

如果使由短路造成的间歇控制为Toffs1，由小无负载放电造成的间歇控制为Toffs2，由异常放电造成的间歇控制为Toffs3，则利用

$\mathrm{Vgs}=V0-\frac{\mathrm{Nd}-N1}{\mathrm{Ts}}\{\mathrm{Ton}(V0-\mathrm{eg})+\mathrm{Toff}\×V0\}$

$-\frac{N1}{\mathrm{Ts}}\left\{V0(\mathrm{Ton}+\mathrm{Toff})\right\}-\frac{1}{\mathrm{Ts}}\left\{V0(N1\×\mathrm{Toffs}1+N2\×\mathrm{Toffs}2+N3\×\mathrm{Toffds}3)\right\}$

求出假想平均电压Vgs。

8.如权利要求1所述的放电加工装置，其特征在于，

除了放电发生次数计数器单元之外，还具有小无负载时间放电发生次数计数器单元，其计数从电源单元施加电压开始，在预先设定的小无负载时间Tdo以内变为放电的小无负载时间放电次数N2，

校正运算单元对假想平均电压Vgs的运算。

8.如权利要求8所述的放电加工装置，其特征在于，

小无负载放电时间Tdo，是根据平均电流密度Id计算出的临界无负载时间Tds的0.3～0.5倍的时间。

9.一种放电加工方法，其用于以使得规定的采样时间Ts内的平均加工电压Vg成为伺服基准电压SV的方式，进行加工轴控制的放电加工装置中，包括以下工序：

检测基于向工具电极和被加工物的极间供给的电力而发生的放电波形；

计数在该放电波形中，规定的采样时间Ts内的放电发生次数Nd；

根据上述放电发生次数Nd，运算极间的假想平均电压Vgs；以及

以使得该运算出的上述假想平均电压Vgs成为上述采样时间Ts内的伺服基准电压SV的方式，进行加工轴控制。

10.如权利要求9所述的放电加工方法，其特征在于，

假想平均电压Vgs，是根据所计数的放电发生次数Nd、预先设定的无负载电压V0、脉冲宽度Ton、间歇时间Toff、放电电压eg、采样时间Ts，利用

$\mathrm{Vs}=V0-\frac{\mathrm{Nd}}{\mathrm{Ts}}\×\{\mathrm{Ton}\×(V0-\mathrm{eg})+\mathrm{Toff}\×V0\}$

求出的。

11.如权利要求9所述的放电加工方法，其特征在于，

计数伴随电源单元施加的电压而产生的放电电压低于预先设定的短路电压阈值Vsh的短路放电的短路次数N1，利用

$\mathrm{Vgs}=V0-\frac{\mathrm{Nd}-N1}{\mathrm{Ts}}\{\mathrm{Ton}(V0-\mathrm{eg})+\mathrm{Toff}\×V0\}-\frac{N1}{\mathrm{Ts}}\{V0\×(\mathrm{Ton}+\mathrm{Toff})\}$

进行校正，求出假想平均电压Vgs。

12.如权利要求9所述的放电加工方法，其特征在于，

计数伴随电源单元施加的电压而产生的放电电压低于预先设定的短路电压阈值Vsh的短路放电的短路次数N1、从电源单元施加电压施加开始在预先设定的小无负载时间Tdo以内变为放电的小无负载时间放电次数N2、以及成为低于预先设定的异常放电阈值Vng的放电电压的异常放电次数N3，使由短路引起的间歇控制为Toffs1、由小无负载放电引起的间歇控制为Toffs2、由异常放电引起的间歇控制为Toffs3，利用

$\mathrm{Vgs}=V0-\frac{\mathrm{Nd}-N1}{\mathrm{Ts}}\{\mathrm{Ton}(V0-\mathrm{eg})+\mathrm{Toff}\×V0\}$

$-\frac{N1}{\mathrm{Ts}}\left\{V0(\mathrm{Ton}+\mathrm{Toff})\right\}-\frac{1}{\mathrm{Ts}}\left\{V0(N1\×\mathrm{Toffs}1+N2\×\mathrm{Toffs}2+N3\×\mathrm{Toffs}3)\right\}$

求出假想平均电压Vgs。

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