JP2009095905A - 放電加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加工電源制御回路の動作周波数によらず、その最小単位以下の加工エネルギーを供給することで、高精度な加工が行えるワイヤ放電加工装置を得る。
【解決手段】 加工電源制御手段からの駆動信号によって放電電流パルスを加工間隙に供給する加工電源と、を備えた放電加工装置において、加工電源制御手段は、所定の電流パルス個数のうちパルス幅変調を行うパルス個数が規定される変調パルス個数、該変調パルス個数でのパルス幅変調量を示す変調パルス幅を記憶し、該記憶された変調パルス個数及び変調パルス幅に応じて、ＮＣプログラム或いは加工条件パラメータによって定められた加工電源への駆動信号を変調するものである。
【選択図】 図２

Description

この発明は放電加工装置の制御装置に関し、特にワイヤ放電加工における高精度加工を実現すべく、放電電流をきめ細かく制御するものである。

従来のワイヤ放電加工装置において、ワイヤ断線を防止するために、加工電源制御回路が、電圧印加から放電が発生するまでの無負荷時間が短い場合（即放電）には、極間の状態が短絡またはアークなどの異常状態に近いと判断し、パルス幅が小さくピークの低い電流波形を供給し、逆に無負荷時間が比較的長い場合には、正常放電と判別し、パルス幅が大きくピーク幅の高い電流波形を供給する技術が、特開平８−９０３４２号公報に開示されている。

特開平８−９０３４２号公報

従来のワイヤ放電加工装置において、無負荷時間を検出し、検出結果に応じてパルス幅信号を制御することで放電の状態に応じて電流波形を制御する技術は存在するが、通常加工時の放電パルス幅信号は、予め定められた所定幅の基準パルス信号を供給することで所定時間の放電電流を供給し、即放電が発生する場合にのみ、該パルス信号の幅を小さくし、ワイヤが断線しないように小さな加工エネルギーを供給するものである。
すなわち、従来のワイヤ放電加工装置においては、NCプログラムまたは加工条件パラメータにより予め定められた加工条件に基づく所定幅の基準パルス信号を繰り返し供給することで、放電加工を行っている。

さて、放電エネルギーは電流波形の面積に比例するため、加工電流を投入するパルスの幅を仮に２倍にした場合、加工エネルギーは２倍ではなく４倍になってしまう。
例えば、最小パルス幅が仮に100nsである場合、100ns単位のパルス幅しか制御できないため、仮に２倍のパルス幅200nsに変更すると、放電エネルギーはパルス幅100nsの４倍となり、100nsを基本とした場合の２倍、３倍といったきめ細かい放電エネルギーの供給を制御することができない。
しかしながら、高精度な加工を安定して行うためには放電エネルギーの調整を行い、加工速度、取り量を同等にすることが極めて重要である。
なお、特開平８−９０３４２号公報には、積算パルス数から放電エネルギー量を算出し、演算結果に基づいて加工条件を変更するワイヤ放電加工機の技術が開示されているが、これは、加工形態によっては予め設定された放電エネルギーに達しない或いは超過した場合に、予め設定したＮＣプログラム或いはパラメータで設定された放電エネルギーとなるように制御するものである。

この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、加工電源制御回路の動作周波数によらず、その最小単位以下の加工エネルギーを供給することができる放電加工装置及び放電加工方法を得ることを目的とする。

この発明に係る放電加工装置は、ＮＣプログラムに基づき、電極及び被加工物を相対移動させるための軸駆動指令を出力する軸駆動制御手段と、この軸駆動制御手段からの軸駆動指令を受け、電極及び被加工物を相対移動させる軸駆動手段と、ＮＣプログラム或いは加工条件パラメータに基づき、電極及び被加工物との加工間隙に放電電流パルスを供給すべく加工電源を制御する加工電源制御手段と、この加工電源制御手段からの駆動信号によって放電電流パルスを加工間隙に供給する加工電源と、を備え、加工電源制御手段は、所定の電流パルス個数のうちパルス幅変調を行うパルス個数が規定される変調パルス個数、該変調パルス個数でのパルス幅変調量を示す変調パルス幅を記憶し、該記憶された変調パルス個数及び変調パルス幅に応じて、ＮＣプログラム或いは加工条件パラメータによって定められた加工電源への駆動信号を変調するものである。

この発明に係るワイヤ放電加工装置及び加工方法は以上のように構成されているため、同パルス数での加工エネルギーの調整がきめ細かくでき、高精度な形状加工を行うことができる。

実施の形態１．
本発明の実施の形態を図１〜３を用いて説明する。
図１は、本実施の形態１に係るワイヤ放電加工装置の概略構成を示す図である。
図において、ワイヤ電極１は、所定のワイヤ駆動装置により走行し、所定間隙離間したワイヤ電極１と被加工物２間に供給された放電電流パルスに基づき放電が発生し、被加工物２が切断加工される。
ここで、被加工物２はテーブル４上に載置され、該テーブル４がＸ軸駆動モータ５ａ、Ｙ軸駆動モータ５ｂに基づきＸＹ軸方向に駆動され、所定の形状に切断加工される。
なお、テーブル４は、ＮＣプログラム１２に記載された加工プログラムに基づきＮＣ制御装置１０が軸駆動制御装置６に対して軸駆動指令を出力することにより駆動される。

また、ワイヤ電極１及び被加工物２には、ＮＣプログラム１２或いは予めセットされた加工条件パラメータに基づきＮＣ制御装置１０から加工電源制御回路８にパラメータ情報が送られ、該加工電源制御回路８が、所定の電流ピーク、パルス幅、休止時間を持った駆動信号を加工電源７に出力する。そして、加工電源７がこの駆動信号によって駆動され、所定の放電電流パルスが加工間隙３に供給され、加工が行われる。
そして、電圧検出回路９は加工間隙３における電圧波形により放電の発生を検出するとともに、電圧が加工間隙３に印加されてから放電が発生するまでの遅れ時間（以下、無負荷時間とする）を計測し、この結果を加工電源制御回路８に出力する。
平均電圧検出回路１１は、加工中の平均電圧を検出するものであり、この検出された平均電圧に基づいて、ＮＣ制御装置１０が駆動指令を軸駆動制御装置６に出力し、電極送り制御(軸移動速度)を増大させ、平均電圧が所定値以下の場合には電極送り速度（軸移動速度）を減少させるよう、制御が行われている。

次に、本実施の形態におけるワイヤ放電加工装置を用いた設定について説明する。
NCプログラム１２をNC制御装置１０に読み込ませ、加工条件を設定する際に、ユーザは、本ワイヤ放電加工装置の加工条件入力画面において、予め設定された所定時間における放電回数である「電流パルス個数」、該電流パルス個数のうち基準パルスに対してパルス幅の変調を行うパルス個数である「変調パルス個数」、スイッチング回路の最小動作周波数に対応して、基準パルス幅信号の幅を変更する「変調パルス幅」、該電流パルス個数のうちいかほどの基準パルスを間引くかが規定された「間引きパルス個数」を入力設定する。
そして、これら入力は、NC制御装置１０内部でパラメータ情報に変換され、加工電源制御回路８に転送される。

加工電源制御回路８では、NC制御装置１０より送信されたパラメータ情報に基づき、所定の電流ピーク、パルス幅、休止時間を持った駆動信号を加工電源７に出力する。
ここで、電圧検出回路９の放電発生の検出信号に同期し、放電電流を流すための基準パルス幅を制御すべくパルス列を加工電源７に供給し、スイッチング動作により初手インパルス幅分放電電流が流れるように制御される。

図２、図３は、加工間隙の電圧波形、電流波形、加工電源制御回路８の出力するパルス幅信号を示したものである。
本実施の形態における基準パルス幅信号は、加工電源制御回路８の動作周波数に依存し、例えば、加工電源制御回路８におけるスイッチング回路が50nsで駆動する際、４つのパルス列により基準パルス幅信号（200ns）となるように予め設定される。
なお、基準パルス信号は、NCプログラム或いは加工条件パラメータに基づき所定の放電電流を流す時間が決定されるものであり、本実施の形態では、４つのパルス列として説明する。

本実施の形態は、従来では、最初に定められた基準パルス信号を、パルス幅、放電電流供給回数といった項目について、ユーザ自ら変更し、任意の電流波形を供給することで放電加工をおこなうものである。
そのため、ユーザにより、NC制御装置１０に対して、例えば、放電電流パルス個数を「４」、変調パルス個数を「２」、変調パルス幅を「+100ns」、間引きパルス個数「０」と設定した際の動作について説明する。
図２において、所定の無負荷時間経過後に放電が発生した際の正常放電は、電圧波形２１ａ〜２１ｄに示されるとおりである。
ここで、本来の基準パルス信号は、４つのパルス列により200nsの放電電流が、所定時間に４回流れ加工が行われるのであるが、上述の設定がなされている場合には、変調パルス個数に設定されたパルス個数分、基準パルス信号を+100nsとなるようにパルス列が加工電源制御回路８より出力され、図２に示される如き波形となる。

一例としては、４つの放電電流パルス個数であることから、全ての放電電流パルスの個数に応じて偏りが少なく平均化すべく、が放電電流パルスの周期に応じて同じパターンが連続して発生するように設定された交互の基準パルス信号、変調されたパルス信号に基づいて、加工間隙３に放電電流パルスが供給される。
具体的には、電圧波形２１ａにおける放電を電圧検出回路９が検出すると、４つのパルス列２４ａが加工電源７に出力され、200nsの基準パルス幅信号２３ａとなり、放電電流２２ａに基づき放電加工が行われる。
そして、電圧波形２１ｂによる放電検出を検出すると、基準パルス幅信号に対して、100ns伸ばした変調パルス幅信号２３ｂを供給すべく、100nsに相当する２つのパルス列が加えられた合計６つのパルス列２４ｂが加工電源７に出力され、300nsの基準パルス幅信号２３ｂとなり、放電電流２２ｂに基づき放電加工が行われる。
なお、図２においては、間引きパルス個数が「０」であるため、放電を検出したとしても加工電流を流さない間引き制御は行われていない。

図３は、NC制御装置１０に対して、例えば、放電電流パルス個数を「８」、変調パルス個数を「０」、変調パルス幅を「0ns」、間引きパルス個数を「４」と設定した際の動作を示している。
図３において、所定の無負荷時間経過後に放電が発生した際の正常放電は、電圧波形３１ａ〜３１ｈに示されるとおりである。
ここで、本来の基準パルス信号は、４つのパルス列により200nsの放電電流が、所定時間に８回流れ加工が行われるのであるが、上述の設定がなされている場合には、間引きパルス個数に設定されたパルス個数分、放電が検出されても加工電源からは放電電流が供給されず、加工が行われない図３に示される如き波形となる。

次に、図２，３の場合と、従来の放電加工の場合における供給される加工エネルギーについて説明する。
なお、説明に際しては、200nsの基準パルス信号に基づく加工エネルギーを、基準値１として説明する。
具体的には、図２において、従来の如き200nsの基準パルス信号を４回供給することで加工を行う場合には、基準値１×４パルスの合計「４」のエネルギーが供給され加工が行われる。
一方、２つの変調パルス個数に対して+100nsの変調を行った場合には、本願発明では、基準値１×２と、２．２５×２との合計「７」のエネルギーを供給することができる。
なお、２つの変調パルス個数に対して、例えば、-100nsの変調を行った場合には、基準値１×２と、０．２５×２との合計「２．５」のエネルギー供給となる。

すなわち、本実施の形態では、変調パルス個数、変調パルス幅を可変とすることで、加工電源制御回路の動作周波数によらず、その最小単位以下の加工エネルギーを供給することができる。
なお、従来技術において、合計「７」のエネルギーを供給することは、１パルスあたり、「１．７５」のエネルギーを４回供給しなければならず、加工電源制御回路の動作周波数に大きく左右され、現実的ではない。
また、「２．５」のエネルギー供給の場合には、１パルスあたり「０．６２５」のエネルギーを供給することとなり、このような様々な加工エネルギーを調整しつつ加工を行うことはできない。

同様に、図３の場合においては、従来技術の加工方法では、基準値１×８の合計「８」となるのに対し、本実施の形態では、基準値１×４の合計「４」となり、加工電源制御回路の動作周波数によらず、その最小単位以下の加工エネルギーを容易に供給することができる。

すなわち、本実施の形態によれば、同パルス数での加工エネルギーの調整が従来の装置より微少量で設定でき、加工の取り量、加工速度の微少調節ができるため高精度な形状加工を行うことができる。
また、加工位置の変化、フィーダ線の形態変化、加工装置全体での電気的の変化などによって、ユーザが変調パルス個数、変調パルス幅、間引きパルス個数を変更し、減少する加工エネルギーの変化に応じて調整できるため、加工の取り量、加工速度の調節ができ高精度な形状加工を行なえる。
また、最小単位の制御幅より小さな加工エネルギーを擬似的に投入できることになり、調整範囲を大きくでき、加工の取り量、加工速度の変化を増やすことができる。

なお、上述した本実施の形態では、ユーザにより変調パルス数、変調パルス幅等を設定し、変調を行ったが、加工位置や機械のバラツキによって変化するピーク電流値をフィードバックする手段を設け、該フィードバックされたピーク電流値によってパルス幅を変更してもよい。
そのときのフィードバック手段としては、図４のようにテーブル４と加工電源７の間に電流測定手段１３を追加して、NC制御装置１０にピーク電流値をフィードバックする。
なお、電流測定手段４０としてはカレントトランス、電流計などを用いる。

本実施の形態にかかるワイヤ放電加工装置の構成を示す図である。 放電電流パルス個数を４、変調パルス個数を２、変調パルス幅を+100ns、間引きパルス個数を０と設定した際の波形図である。 放電電流パルス個数を８、変調パルス個数を０、変調パルス幅を0ns、間引きパルス個数を４と設定した際の波形図である。 本実施の形態にかかるワイヤ放電加工装置の構成を示す図である。

符号の説明

２１、３２ 電圧波形、２２、３２ 電流波形、２３、３３ パルス幅信号、２４、３４ パルス列。

Claims (4)

1. 電極及び被加工物を相対移動させるための軸駆動指令を出力する軸駆動制御手段と、
   この軸駆動制御手段からの軸駆動指令を受け、上記電極及び被加工物を相対移動させる軸駆動手段と、
   上記ＮＣプログラム或いは加工条件パラメータに基づき、上記電極及び被加工物との加工間隙に放電電流パルスを供給すべく加工電源を制御する加工電源制御手段と、
   この加工電源制御手段からの駆動信号によって放電電流パルスを上記加工間隙に供給する加工電源と、
   を備えた放電加工装置において、
   上記加工電源制御手段は、所定の電流パルス個数のうちパルス幅変調を行うパルス個数が規定される変調パルス個数、該変調パルス個数でのパルス幅変調量を示す変調パルス幅を記憶し、該記憶された変調パルス個数及び変調パルス幅に応じて、上記ＮＣプログラム或いは加工条件パラメータによって定められた上記加工電源への駆動信号を変調することを特徴とする放電加工装置。
2. 加工位置や機械のバラツキによって変化するピーク電流値をフィードバックするピーク電流フィードバック手段を備え、
   加工電源制御手段は、ピーク電流フィードバック手段ピーク電流値によってパルス幅を変調することを特徴とする放電加工装置。
3. 加工電源制御手段は、所定の電流パルス個数のうち、基準パルスを間引く回数が規定された間引きパルス個数を記憶し、加工電源への駆動信号を変調することを特徴とする請求項１または２に記載の放電加工装置。
4. 加工電源制御手段による駆動信号の変調は、全ての放電電流パルスの個数に応じて偏りが少なく平均化すべく、同じパターンが連続して発生するように変調を行うことを特徴とする請求項１乃至４何れかに記載の放電加工装置。

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