JP2008062303A

JP2008062303A - ワイヤ放電加工機の制御方法

Info

Publication number: JP2008062303A
Application number: JP2006239349A
Authority: JP
Inventors: Masahito Suzuki; 雅人鈴木
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 2006-09-04
Filing date: 2006-09-04
Publication date: 2008-03-21

Abstract

【課題】ワイヤ電極の振動を低減させ、被加工物の加工面の直線性を向上させると共に、被加工物の厚さが急激に変化する段差部におけるスジの発生を抑制する。
【解決手段】ワイヤ放電加工では、被加工物とワイヤ電極との極間にサーチパルス出力部１９からサーチ電圧を印加して極間状態を検出する極間状態検出段階と、極間における放電を検出部２３で検出した後に加工用パルス電圧をメインパルス出力部２１から極間に印加する放電加工段階と、放電加工段階の後に極間に対する電圧印加を予め定められた休止時間にわたって休止する放電休止段階とからなるサイクルを繰り返すことによりワイヤ放電加工を行う。この放電加工段階において、加工用パルス電圧を複数の離散的パルスとして極間に印加する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被加工物とワイヤ電極との間に形成される極間に電圧を印加して放電を発生させ、被加工物を加工するワイヤ放電加工機の制御方法に関する。

ワイヤ放電加工の１サイクルは、図４に示されているように、極間にサーチ電圧をサーチパルスとして印加し極間状態を検出する極間状態検出段階と、絶縁破壊（時刻Ｔ１）が起こって極間に放電が発生したことを検出した後に極間に加工用パルス電圧をメインパルスとして印加して放電を継続させ被加工物の加工を行う放電加工段階と、放電加工段階の後に絶縁回復を図るべく極間に対する電圧印加を予め定められた休止時間τ_OFFにわたって休止する放電休止段階とからなる。放電発生の検出は、極間電圧が予め定められた値以下に低下したときに放電が発生したと判断することにより行われる。ワイヤ放電加工では、上記の１サイクルが終了した後に、再度時刻Ｔ２において極間へのサーチ電圧の印加を開始し、同様のサイクルを繰り返すことにより、被加工物とワイヤ電極との間すなわち極間に発生させた放電で被加工物の一部を除去していき、被加工物の加工を行う。

一般に、極間にサーチ電圧を印加するための電源回路は、極間がショートしているときや放電時に極間に流れる電流がメインパルスの場合と比較して小さくなるように構成される。

このように、放電加工段階に先立って極間にサーチ電圧を印加する段階を設けることで、非同期に加工用パルスを印加した場合に比べて、加工用パルス電圧を高く設定してもワイヤ切れを起こしづらくなり、加工時間の短縮を図っている。また、サーチ電圧による絶縁破壊後には、放電が発生しやすくなるので、極間に大きい電流Ｉｐｄを流れさせる加工用パルス電圧をメインパルスとして極間に印加することにより、大きいエネルギ量の放電を安定して発生させ、１サイクル当たりの加工量を多くするようにしている。さらに、加工用パルス電圧に先立ってサーチ電圧を印加することにより、極間状態の検出を可能とさせている。

上記のように、サーチ電圧又はサーチパルスを用いる極間状態検出段階と、加工用パルス電圧又はメインパルスを用いる放電加工段階と、電圧パルスの印加を停止する放電休止段階とからなるサイクルを繰り返す放電加工機の制御方法は、例えば、特許文献１に記載されている。
また、このようにサーチパルスを用いず、メインパルスを一連のパルス（群パルス）として発生させる放電加工機の制御方法もある（特許文献２ないし４を参照）。

特開２００５−１６１４４６号公報特公昭５９−２１７３３号公報特公昭６３−４７５６７号公報特開昭６３−１３４１１５号公報

ワイヤ放電加工では、被加工物とワイヤ電極との間すなわち極間において放電を発生させることにより、被加工物を加工する。このため、ワイヤ電極が極間で発生した放電の衝撃で被加工物の上面及び下面を支点として振動し、加工面が平面ではなく僅かに凹状になるという問題点があった。また、被加工物の板厚が急激又は非連続的に変化する段差が被加工物に存在する場合、当該段差部においてワイヤ電極の走行方向にスジ状の切り込みが発生することがあるという問題点があった。このスジ状の切り込みは、段差部において、極間で発生した放電によるワイヤ電極の振動の支点が急激に変化することによって生じると推測される。

本発明は前述の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、上記従来技術に存する問題を解消して、ワイヤ電極の振動を低減させ、被加工物の加工面の直線性を向上させると共に、被加工物の厚さが急激に変化する段差部におけるスジの発生を抑制することにある。

前述の目的を達成するため、極間にサーチ電圧を印加して極間状態を検出する極間状態検出段階と、極間における放電を検出した後に加工用パルス電圧を極間に印加する放電加工段階と、放電加工段階の後に極間に対する電圧印加を予め定められた休止時間にわたって休止し極間に絶縁状態を回復させる放電休止段階とからなる加工サイクルを繰り返すことによりワイヤ放電加工を行うワイヤ放電加工機の制御方法であって、前記放電加工段階において、前記加工用パルス電圧を複数のパルスとして前記極間に印加するワイヤ放電加工機の制御方法が提供される。

本発明のワイヤ放電加工機の制御方法では、パルス状のサーチ電圧すなわちサーチパルスの印加により、極間における放電を検出した後に、加工用パルス電圧を複数の離散的パルスとして極間に印加する。よって、加工に寄与するパルス１回当たりの電圧印加時間（オン時間）を短くして１パルス当たりに極間に付与されるエネルギ量（すなわち放電１回当たりのエネルギ量）を微小化しても、１回の放電加工段階中に加工に寄与するパルスを断続的に複数印加することで、１パルス当たりのエネルギ量の不足分を補うことができる。また、１加工サイクル当たりの被加工物の加工量は、１加工サイクル中に極間に付与される総エネルギ量に依存すると考えられるので、１回のパルス当たりのエネルギ量を小さくしても、１加工サイクル中に複数のパルスにより極間に付与されるエネルギの総量が維持されるようにすれば、１加工サイクル中に行われる放電加工の量が減少することはない。

上記ワイヤ放電加工機の制御方法において、前記極間に前記サーチ電圧を印加して予め定められた時間経過しても前記極間に放電が発生しないとき、極間がショートしていると判断することができる。また、前記極間がショートしていると判断されたときに、前記加工用パルス電圧を前記極間に印加する時間を短くすることができる。

本発明によれば、１加工サイクル中に極間に付与すべきエネルギが複数のパルスに分割されて極間に付与されるので、１回のパルスによって極間に付与するエネルギ量を小さくすることができる。また、加工中のワイヤ電極の振動は１回の放電のエネルギ量に依存するので、１パルス当たりのエネルギ量を小さくして当該パルスによって発生する放電１回当たりのエネルギ量を小さくすれば、ワイヤ電極の振動を小さくすることができる。この結果、被加工物の加工面の平面度を高め、また、被加工物の厚さが不連続的に変化する段差部におけるスジの発生を抑制することが可能となった。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
最初に、図１を参照して、本発明のワイヤ放電加工機の制御方法を実施するワイヤ放電加工機の全体構成を説明する。ワイヤ放電加工機１１は、ワイヤ電極１３と、ワイヤ電極１３と被加工物Ｗとの間に電圧を印加する電源回路１５と、加工プログラムに基づいて電源回路１５、ワイヤ電極１３と被加工物Ｗとを相対移動させる移動機構（図示せず）の動作を制御するＮＣ装置１７とを備え、ワイヤ電極１３と被加工物Ｗとを相対移動させつつワイヤ電極１３と被加工物Ｗとの間すなわち極間で放電を発生させて被加工物Ｗの一部を除去していくことにより被加工物の加工を行う。

電源回路１５は、サーチパルス出力部１９と、メインパルス出力部２１と、検出部２３と、パルス制御部２５とによって構成されている。サーチパルス出力部１９は、パルス制御部２５からの指令に従って、極間にサーチ電圧をサーチパルスとして印加する。例えば、サーチ電圧は６０〜１８０Ｖ程度に設定される。一方、メインパルス出力部２１は、パルス制御部２５からの指令に従って、加工用パルス電圧を短い時間間隔の複数の離散的パルスにより構成されるメインパルスとして極間に印加する。例えば、加工用パルス電圧は１５０〜３５０Ｖ程度に設定される。一方、サーチパルス出力部１９及びメインパルス出力部２１の回路は、例えばメインパルス出力部２１の電流制限用抵抗器よりも高い抵抗値を持つ電流制限用抵抗器をサーチパルス出力部１９の回路に組み込むことにより、極間に流れ得る電流が極間にメインパルスを印加している場合よりも極間にサーチパルスを印加している場合の方が少なくなるように構成されている。このようにサーチパルスを設定することにより、極間電圧を高くして極間の絶縁破壊を生じやすくすることができると共に、放電時又はショート時に極間に短時間に大きなエネルギが付与されることを抑制し、ワイヤ電極１３の断線の可能性を低減させることができる。

次に、図２及び図３を参照してメインパルス出力部２１によって出力されるメインパルスの形態についてさらに詳しく説明する。図２及び図３において、上側の波形は極間電圧、下側の波形は極間電流を示している。
上述したように、１回のサーチパルスの後に極間に印加されるメインパルスは、複数の離散的パルスによって構成されている。個々の離散的パルスの形態は、操作者によって適宜に設定することができる。詳細には、サーチ電圧の印加による放電が検出されたときにメインパルス出力部２１から出力される放電用メインパルスについて、操作者は、放電用メインパルスを構成する離散的パルスの数Ｎｄ、周波数ｆｄを適宜に設定できる。また、放電用メインパルスにおける個々の離散的パルスの形状は、第１の電圧の持続時間ＢＯＮＤ１、第１の電圧よりも小さい第２の電圧の持続時間ＢＯＮＤ２などによって規定され、これらのパラメータの値も操作者によって適宜に設定され得る。同様に、サーチ電圧の印加により極間のショートが検出されたときにメインパルス出力部２１から出力されるショート用メインパルスについて、操作者は、ショート用メインパルスを構成する離散的パルスの数Ｎｓ及び周波数ｆｓ、また、各離散的パルスの形状を規定する第１の電圧の持続時間ＢＯＮＳ１、第２の電圧の持続時間ＢＯＮＳ２などを適宜に設定できる。さらに、操作者は、加工用パルス電圧の印加期間（図２及び図３においてＢＯＮＤ又はＢＯＮＳで表される）の終了から次のサーチ電圧の印加が開始されるまでのパルス休止時間τ_OFFも適宜に設定することができる。なお、放電用メインパルス及びショート用メインパルスにおいて、離散的パルスの周波数ｆｄ又はｆｓに代えて、隣接する離散的パルスの間のパルス電圧の印加を休止する休止時間ＢＯＦＦを操作者による任意又はＢＯＮＤ１、ＢＯＮＤ２の設定値を元にしたＮＣ装置による演算やロジック回路により自動設定としてもよい。

次に、パルス制御部２５による印加電圧の制御方法について説明する。パルス制御部２５は、検出部２３によって検出された極間電圧に基づいて、サーチパルス出力部１９及びメインパルス出力部２１の動作を制御する。詳細には、パルス制御部２５は、ワイヤ放電加工が開始されると、サーチパルス出力部１９にサーチパルス出力指令を発し、サーチパルス出力部１９によって極間にサーチ電圧をサーチパルスとして印加させる。このとき、極間が絶縁状態になっていれば極間に電位差が生じ、極間がショートして絶縁状態が回復していなければ極間にはほとんど電位差が生じない。このことを利用して、パルス制御部２５は、検出部２３によって検出される極間電圧が予め定められた値を超えたときに極間が絶縁状態にあると判断する一方、極間にサーチ電圧を印加したにもかかわらず、検出部２３によって検出される極間電圧が予め定められた値を超えないときには、電極間がショートしていると判断する。また、極間で放電が発生すると、放電によって極間に電流が流れることになるので、極間の電圧が低下する。このことを利用して、パルス制御部２５は、検出部２３によって検出される極間電圧が予め定められた値を超えた後に予め定められた時間内に予め定められた値以下に低下したとき（図２及び図３における時刻Ｔ１）に、極間に放電が発生したと判断する。

パルス制御部２５は、サーチ電圧の印加によって極間に放電が発生したと判断すると、サーチパルス出力部１９による極間へのサーチパルス（サーチ電圧）の印加を停止させ、メインパルス出力部２１によって極間に放電用メインパルス（加工用パルス電圧）を印加させて極間における放電を継続させる。予め定められた数の離散的パルスによって構成されるメインパルスの印加が終了すると、パルス制御部２５は、予め定められた休止時間τ_OFFにわたって極間への電圧パルスの印加を休止させ、極間の絶縁状態を回復させた後、再びサーチパルス出力部１９による極間へのサーチ電圧の印加を開始する（図２及び図３における時刻Ｔ２）。

従来のワイヤ放電加工機の制御方法では、放電用メインパルスは一つのパルスによって構成されていたのに対し、本発明によるワイヤ放電加工機の制御方法では、放電用メインパルスは上述したように短い時間間隔の複数（例えば２〜７個）の離散的パルスによって構成されている。すなわち、本発明によるワイヤ放電加工機の制御方法では、１回のサーチパルスに対して短い時間間隔の群パルスを、その間にサーチパルスをはさむことなく、極間に印加する。例えば、図２に示されている実施の形態では、放電用メインパルスは三つの離散的パルスによって構成され、１回のサーチパルスの後に、極間に三つの離散的パルスを印加している。

一般に、放電による被加工物の加工量は、放電エネルギ、すなわち極間に印加されるメインパルスのエネルギ量に依存すると考えられる。したがって、１サイクルで加工する加工量が同じである場合、すなわち１サイクルで極間に付与する総エネルギ量が同じであるとすれば、本発明のようにメインパルスを複数のパルスすなわち群パルスによって構成し、総エネルギ量を分割して極間に付与することにより、群パルス（離散的パルス）の個々のパルスが極間に付与するエネルギ量を小さくすることができる。例えば、メインパルスを構成する離散的パルスの数Ｎｄを２〜７個、周波数Ｆｄを０．５〜２Ｈｚと設定し、各離散的パルスの形状が従来のメインパルスの形状と相似形となるように第１の電圧の持続時間ＢＯＮＤ１及び第２の電圧の持続時間ＢＯＮＤ２をそれぞれ設定する。この条件下で、従来のようにメインパルスを一つのパルスによって構成した場合に、極間で検出される電流のピーク値Ｉｐｄ（図４を参照）が６００〜８００Ａとなるとすれば、本発明のように複数の離散的パルスを極間に印加する場合には、離散的パルスの各々に対応して極間で検出される電流のピーク値Ｉｐｄｂは１００〜４００Ａになる。したがって、１回の放電によりワイヤ電極１３に与えられる衝撃が小さくなり、加工中におけるワイヤ電極１３の振動が低減される。この結果、加工面の平面度が向上し、また、被加工物Ｗの厚さに段差があっても段差部において加工面にスジが発生しにくくなる。

また、放電用メインパルスを構成する複数の離散的パルスは極めて短い時間間隔で極間に印加されるので、隣接するパルス間で極間状態はほとんど変化しないと考えられる。したがって、各離散的パルスの間で極間状態を検出する必要性もない。

一方、パルス制御部２５は、サーチ電圧の印加によって極間がショートしていると判断すると、サーチパルス出力部１９による極間へのサーチパルス（サーチ電圧）の印加を停止させ、メインパルス出力部２１によって極間にショート用メインパルスを印加させる。ショート用メインパルスの第１の電圧の持続時間ＢＯＮＳ１及び第２の電圧の持続時間ＢＯＮＳ２は、放電用メインパルスの第１の電圧の持続時間ＢＯＮＤ１及び第２の電圧の持続時間ＢＯＮＤ２よりも短くなるように設定されることが好ましい。これにより、極間に流れる電流の最大値を低減させて一つのパルスによって極間に付与するエネルギを小さくし、ワイヤ電極の断線の発生を抑制することが可能になる。例えば、ショート用メインパルスを構成する離散的パルスの第１の電圧の持続時間ＢＯＮＳ１及び第２の電圧の持続時間ＢＯＮＳ２を、放電用メインパルスを構成する離散的パルスの第１の電圧の持続時間ＢＯＮＤ１及び第２の電圧の持続時間ＢＯＮＤ２の半分にすれば、離散的パルスの各々に対応して極間で検出される電流のピーク値Ｉｐｓｂは５０〜２００Ａになる。

図３に示されている実施の形態では、パルス制御部２５は、サーチ電圧の印加によって極間がショートしていると判断すると、メインパルス出力部２１によって二つの離散的パルスからなるショート用メインパルスを極間に印加させている。しかしながら、ショート用メインパルスを構成する離散的パルスの数を放電用メインパルスの数（図２に示されている実施の形態の場合、三つ）と同じにしてもよい。また、ショート用メインパルスは直接加工に寄与しないことから、ショート用メインパルスを構成する離散的パルスの数を一つにしてもよい。

また、パルス制御部２５は、サーチ電圧の印加によって極間が絶縁状態にあると判断すると、極間距離が適正な距離より離れていると判断し、メインパルス出力部２１にメインパルスを出力させずに、予め定められた時間が経過した後、再度、サーチパルス出力部１９によって極間にサーチ電圧を印加させ、極間の状態を検出させる。

このように、パルス制御部２５は、通常、サーチパルス出力部１９によって極間にサーチ電圧をサーチパルスとして印加させ極間状態を検出する極間状態検出段階と、絶縁破壊が起こって極間に放電が発生したことを検出した後にメインパルス出力部２１によって極間に加工用パルス電圧をメインパルスとして印加して放電を継続させ被加工物Ｗの加工を行う放電加工段階と、放電加工段階の後に絶縁回復を図るべく極間に対する電圧印加を予め定められた休止時間τ_OFFだけ休止する放電休止段階とを一つの加工サイクルとして、サーチパルス出力部１９及びメインパルス出力部２１の動作を制御する。

ＮＣ装置１７は、加工プログラムに従って、ワイヤ電極１３と被加工物Ｗとを相対移動させつつ、パルス制御部２５によって制御される上述した加工サイクルを所望される加工が終了するまで繰り返させる。

以上、図示される実施の形態を参照して本発明の放電加工機の制御方法を説明したが、本発明は図示及び説明された実施の形態に限定されるものではない。例えば、図示及び説明された実施の形態では、メインパルスは極間に第１の電圧を印加する第１の部分と極間に第２の電圧を印加する第２の部分とによって構成されているが、一定の電圧を印加するように構成してもよい。また、検出部２３は極間の電圧のみを検出するようにしているが、極間の電流も検出するようにすることも可能である。

本発明のワイヤ放電加工機の制御方法を実施するワイヤ放電加工機の機能ブロック図である。本発明のワイヤ放電加工機の制御方法における放電検出後の極間電圧及び電流の波形を示すタイムチャートである。本発明のワイヤ放電加工機の制御方法におけるショート検出後の極間電圧及び電流の波形を示すタイムチャートである。従来のワイヤ放電加工機の制御方法における放電検出後の極間電圧及び電流の波形を示すタイムチャートである。

符号の説明

１０ワイヤ放電加工機
１３ワイヤ電極
１７ＮＣ装置
１９サーチパルス出力部
２１メインパルス出力部
２３検出部
２５パルス制御部

Claims

極間にサーチ電圧を印加して極間状態を検出する極間状態検出段階と、極間における放電を検出した後に加工用パルス電圧を極間に印加する放電加工段階と、放電加工段階の後に極間に対する電圧印加を予め定められた休止時間にわたって休止し極間に絶縁状態を回復させる放電休止段階とからなる加工サイクルを繰り返すことによりワイヤ放電加工を行うワイヤ放電加工機の制御方法であって、
前記放電加工段階において、前記加工用パルス電圧を複数のパルスとして前記極間に印加することを特徴としたワイヤ放電加工機の制御方法。
前記極間に前記サーチ電圧を印加して予め定められた時間経過しても前記極間に放電が発生しないとき、極間がショートしていると判断し、前記加工用パルス電圧を前記極間に印加する時間を短くする請求項１に記載のワイヤ放電加工機の制御方法。