JP2013154461A - 加工状態を検出し極間の平均電圧を求めるワイヤ放電加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】正しい加工状態に依存した平均電圧を求めることができ、電極の送り速度などを加工状態に応じて正しく制御できるワイヤ放電加工機を提供する。
【解決手段】加工電源４は、直流電圧源４１、ブリッジ回路を構成する高速スイッチング素子４２、電圧印加直列抵抗４３を備え、数値制御装置９によって制御される加工電源制御装置８からの指令によって、給電線５，給電部６を介して極間に加工電源出力を印加する。加工状態検出装置７は、極間に発生する電圧を検出し、検出された極間に発生した電圧から加工状態判定回路によって、単位時間あたりの印加サイクル回数（ｑ）と開放回数（ｒ）、放電回数（ｓ）、短絡回数（ｗ）のデータを求め、数値制御装置９に送る。数値制御装置９は、加工状態検出装置７から送られる単位時間あたりのｑ，ｒ，ｓ，ｗのデータに基づいて、サーボモータ３ａ，３ｂを駆動するサーボ駆動装置１０を制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ワイヤ放電加工機の加工状態を検出することが可能なワイヤ放電加工機に関する。

放電加工では、加工液中の電極とワークに電圧を印加して、アーク放電を発生させる。この放電の熱で、ワークが溶融すると同時に、加工液が急激に加熱され、気化爆発を起し、溶融したワークを吹き飛ばす。これを高頻度で繰返すことにより、加工が進行する。また、放電によって出来る小さな放電痕が集まって、加工面を形成するので、個々の放電痕の大きさが、面粗さを決定することになる。

このため、極間に交流高周波電圧（図１参照）を印加し、短い時間巾の放電を高い頻度で繰り返すことにより、微細な加工面が得られることが知られている。例えば、特許文献１には、１ＭＨzから５ＭＨzの交流高周波電圧で加工することにより、１μｍＲｍａｘ以下の面粗さの加工面が得られることが、開示されている。しかしながら、交流高周波電圧で加工する場合には、加工状態の詳しい検出が困難で、加工精度の点で改良の余地が大きかった。

放電加工では、一般的に極間電圧の絶対値の平均を測定して、加工状態を判断し、電極の送り速度を制御したり、加工条件を変更制御したりしている。極間の平均電圧は、概ね極間の間隙距離を表すので、極間の平均電圧が一定になるように電極の送り制御を行えば、高精度な加工形状を得ることができる。
しかし、数ＭＨz以上の交流高周波電圧になると、平均電圧を得るための検出回路の応答が悪化し、測定誤差が大きくなるという問題がある。また、高周波になると、電圧印加回路の部品の僅かな特性バラツキも無視出来なくなるため、機械毎に加工電圧のバラツキが生じてしまう。従って、このような情報に基づいて軸の送り制御を行うと、機械ごとに加工結果が異なるという問題が発生する。このため、平均電圧を検出して制御を行うことには問題が多く、電極の送りも一定にせざるを得ないなど、加工精度向上の障害になっていた。

この対策として、特許文献２には、交流高周波に直流電圧を重畳して印加し、ローパスフィルタによって極間電圧の低周波電圧成分のみを抽出して、この電圧の変化に従って電極の送りを制御する技術が開示されている。この方法では、平均電圧がゼロにならないので、加工液として水を使用する場合には、ワークや加工機本体に電蝕を起こす恐れがある。また、ローパスフィルタを使用するので、放電状態が急変するような場合には応答が悪く、追従できない恐れがある。更に、極間の加工液の流れが変化し、加工屑の濃度が変化すると、放電状態が変化していなくとも、極間のインピーダンスが変化し、平均電圧が変動する場合があるので、平均電圧が放電頻度などの加工状態を正しく反映していないこともある。
平均電圧以外の放電特性値としては、単位時間当りの放電回数があり、これを検出して、電極の送り速度や休止時間、加工液の強さを制御する技術が特許文献３に開示されている。放電回数は、平均電圧より加工屑の密度や加工液の比抵抗などの外乱の影響を受け難い指標であり、交流高周波加工時に放電回数を判別計数する技術もが特許文献４に開示されている。

特開昭６１−２６０９１５号公報 国際公開第２００４／０２２２７５号 特開２００２−２５４２５０号公報 特開２０１０−２８００４６号公報

しかしながら、交流高周波電圧で加工する高仕上げ領域については、従来、放電回数の検出が不可能であったため、放電回数と最適電極送り制御の関係が十分解明されておらず、放電回数が計数できるようになっても、加工制御に有効に利用する具体的な手段が無かった。
そこで、本発明は、交流高周波電圧による高仕上げ加工領域において、各電圧印加サイクル毎の加工状態を判定して、その単位時間当りの回数から平均電圧を求めることにより、様々な外乱によってアナログ的な平均電圧が変動した場合にも、正しい加工状態に依存した平均電圧を求めることができ、電極の送り速度などを加工状態に応じて正しく制御できるワイヤ放電加工機を提供することを課題とする。

本願の請求項１に係る発明は、ワイヤ電極とワークとの極間に、正極性と負極性の両極性の電圧を１マイクロ秒以下の周期で、個々の電圧印加の間に、少なくとも印加時間以上の休止時間を設けて電圧を印加する電圧印加部と、前記極間に発生する極間電圧を検出する極間電圧検出部と、前記電圧印加部によって印加される電圧の印加回数を単位時間毎に計数する印加回数計数部と、前記極間電圧検出部により検出された極間電圧に基づき、極間電圧が所定の開放判定電圧レベル以上になった後、放電が発生しない開放状態を判別する開放判別部と、前記開放判別部が開放状態と判定した印加回数を単位時間毎に計数する開放回数計数部と、極間が所定の放電判定電圧レベル以上になった後、放電が発生して極間電圧が前記放電判定電圧レベル以下となる放電状態を判別する放電判別部と、前記放電判別部が放電状態と判定した印加回数を単位時間毎に計数する放電回数計数部とを備え、少なくとも予め定めた開放状態の極間電圧に対応する第１の電圧と、放電状態の極間電圧に対応する第２の電圧と、少なくとも前記印加回数計数部が計数した単位時間当りの印加回数と、前記開放回数計数部が計数した単位時間当りの開放回数と、前記放電回数計数部が計数した単位時間当りの放電回数に基づいて、前記極間の平均電圧を求めることを特徴とするワイヤ放電加工機である。
請求項２に係る発明は、前記極間の平均電圧を、
（極間平均電圧）＝｛（開放回数）×（第１の電圧）+（放電回数）×（第２の電圧）｝
／（印加回数）
により求めることを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工機である。
請求項３に係る発明は、前記開放状態、放電状態を判別する各判定電圧レベルの少なくとも１つを、前記電圧印加部の電源電圧、ワーク板厚、ワイヤ径、ワーク材質の少なくともいずれか１つに従って、可変とすることを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工機である。
請求項４に係る発明は、予め定めた第１の電圧または第２の電圧の少なくとも１つを、前記電圧印加部の電源電圧、ワーク板厚、ワイヤ径、ワーク材質の少なくともいずれか１つに従って、可変とすることを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工機である。

請求項５に係る発明は、ワイヤ電極とワークとの極間に、正極性と負極性の両極性の電圧を１マイクロ秒以下の周期で、個々の電圧印加の間に、少なくとも印加時間以上の休止時間を設けて電圧を印加する電圧印加部と、前記極間に発生する極間電圧を検出する極間電圧検出部と、前記電圧印加部によって印加される電圧の印加回数を単位時間毎に計数する印加回数計数部と、前記極間電圧検出部により検出された極間電圧に基づき、極間電圧が所定の開放判定電圧レベル以上になった後、放電が発生しない開放状態を判別する開放判別部と、前記開放判別部が開放状態と判定した印加回数を単位時間毎に計数する開放回数計数部と、極間が所定の放電判定電圧レベル以上になった後、放電が発生して極間電圧が前記放電判定電圧レベル以下となる放電状態を判別する放電判別部と、前記放電判別部が放電状態と判定した印加回数を単位時間毎に計数する放電回数計数部と、極間電圧が所定の短絡判定電圧レベル以上にならない短絡状態を判別する短絡判別部と、前記短絡判別部が短絡状態と判定した印加回数を単位時間毎に計数する短絡回数計数部とを備え、予め定めた開放状態の極間電圧に対応する第１の電圧と、放電状態の極間電圧に対応する第２の電圧と、短絡状態の極間電圧に対応する第３の電圧と、前記印加回数計数部が計数した単位時間当りの印加回数と、前記開放回数計数部が計数した単位時間当りの開放回数と、前記放電回数計数部が計数した単位時間当りの放電回数と、前記短絡回数計数部が計数した単位時間当りの短絡回数に基づいて、前記極間の平均電圧を求めることを特徴とするワイヤ放電加工機である。
請求項６に係る発明は、前記極間の平均電圧を、
（極間平均電圧）＝｛（開放回数）×（第１の電圧）+（放電回数）×（第２の電圧）
+（短絡回数）×（第３の電圧）｝／（印加回数）
により求めることを特徴とする請求項５に記載のワイヤ放電加工機である。
請求項７に係る発明は、前記開放状態、放電状態、短絡状態を判別する各判定電圧レベルの少なくとも１つを、前記電圧印加部の電源電圧、ワーク板厚、ワイヤ径、ワーク材質の少なくともいずれか１つに従って、可変とすることを特徴とする請求項５または６のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工機である。
請求項８に係る発明は、予め定めた第１の電圧〜第３の電圧の少なくとも１つを、前記電圧印加部の電源電圧、ワーク板厚、ワイヤ径、ワーク材質の少なくともいずれか１つに従って、可変とすることを特徴とする請求項５または６のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工機である。

請求項９に係る発明は、ワイヤ電極とワークとの極間に、正極性と負極性の両極性の電圧を１マイクロ秒以下の周期で、個々の電圧印加の間に、少なくとも印加時間以上の休止時間を設けて電圧を印加する電圧印加部と、前記極間に発生する極間電圧を検出する極間電圧検出部と、前記電圧印加部によって印加される電圧の印加回数を単位時間毎に計数する印加回数計数部と、前記極間電圧検出部により検出された極間電圧に基づき、極間電圧が所定の短絡判定電圧レベル以上にならない短絡状態を判別する短絡判別部と、前記短絡判別部が短絡状態と判定した印加回数を単位時間毎に計数する短絡回数計数部とを備え、少なくとも予め定めた開放及び放電状態の極間電圧に対応する第４の電圧と、少なくとも前記印加回数計数部が計数した単位時間当りの印加回数と、前記短絡回数計数部が計数した単位時間当りの短絡回数に基づいて、前記極間の平均電圧を求めることを特徴とするワイヤ放電加工機である。
請求項１０に係る発明は、前記極間の平均電圧を、
（極間平均電圧）＝｛（印加回数）-（短絡回数）｝×（第４の電圧）／（印加回数）
により求めることを特徴とする請求項９に記載のワイヤ放電加工機である。
請求項１１に係る発明は、前記短絡状態を判別する判定電圧レベルを、前記電圧印加部の電源電圧、ワーク板厚、ワイヤ径、ワーク材質の少なくともいずれか１つに従って、可変とすることを特徴とする請求項９または１０のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工機である。
請求項１２に係る発明は、前記予め定めた第４の電圧を、前記電圧印加部の電源電圧、ワーク板厚、ワイヤ径、ワーク材質の少なくともいずれか１つに従って、可変とすることを特徴とする請求項９または１０のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工機である。

本発明により、交流高周波電圧による高仕上げ加工領域において、各電圧印加サイクル毎の加工状態を判定して、その単位時間当りの回数から平均電圧を求めることにより、様々な外乱によってアナログ的な平均電圧が変動した場合にも、正しい加工状態に依存した平均電圧を求めることができ、電極の送り速度などを加工状態に応じて正しく制御できるワイヤ放電加工機を提供できる。

ワイヤ放電加工機の概略構成図である。 ワイヤ電極１と被加工物２との間の極間に、正極性と負極性の両極性の電圧を１マイクロ秒以下の周期で、個々の電圧印加の間に、少なくとも印加時間以上の休止時間を設けて電圧を印加する例を説明する図である。 図２の極間電圧印加方法を用いた加工における開放、放電、短絡の各状態の判別方法を説明する図である。 加工状態検出装置に含まれる加工状態判定回路の一例を説明する図である。 図４の加工状態判定回路のタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
本発明は、正負両極性の電圧印加の間に、少なくとも印加時間以上の休止時間を設けて、電圧波形を台形波状にして加工すると共に、個々の電圧印加毎に、極間状態を開放、放電、短絡などに分別して計数し、その回数に基づいて平均加工電圧を算出して、加工状態を認識し、電極送り速度などの制御を行うワイヤ放電加工機である。
図１は、ワイヤ放電加工機の概略構成図である。ワイヤ放電加工機内の放電加工部には、ワイヤ電極１の走行路に加工槽（図示せず）が配置されている。加工槽は加工液で満たされている。ワイヤ電極１と被加工物２とは、加工電圧供給ケーブルである給電線５を介してワイヤ放電加工用の高周波電源装置である加工電源４に接続されている。

加工電源４は、直流電圧源４１、ブリッジ回路を構成する高速スイッチング素子４２、電圧印加直列抵抗４３を備えている。電圧印加直列抵抗４３は、加工電源４からの出力電流を制限すると共に、加工電源４と極間との振動を抑制する効果も合わせ持っている。加工電源４は、加工電源制御装置８からの指令によって、ワイヤ電極１と被加工物２との間の極間に加工電源出力（図２参照）を、給電線５，給電部６を介してワイヤ電極１に印加する。被加工物２は加工電源４に給電線５を介して接続されている。なお、図１において簡単のため一方の極性のみ図示している。

加工電源制御装置８は、数値制御装置９から印加時間、休止時間、および検出時間に関する指令を受ける。加工電源制御装置８は、数値制御装置９からの指令に基づいて加工電源４を制御する。加工電源制御装置８は、検出時間に対応してパルスを１印加サイクル毎に発生する。なお、印加時間、休止時間、および検出時間については、図２，図３を用いて後述する。
加工状態検出装置７は、ワイヤ電極１と被加工物２との間の極間に発生する電圧を検出する。検出された極間に発生した電圧から加工状態検出装置７に含まれる加工状態判定回路（図４参照）によって、単位時間あたりの印加サイクル回数と開放回数、放電回数、短絡回数が求められる。これら単位時間あたりの印加サイクル回数（ｑ）と開放回数（ｒ）、放電回数（ｓ）、短絡回数（ｗ）のデータは数値制御装置９に送られる。
数値制御装置９は、加工状態検出装置７から送られる単位時間あたりの印加サイクル回数と開放回数、放電回数、短絡回数に基づいて、サーボ駆動装置１０を制御する。サーボ駆動装置１０によってサーボモータ３ａ，３ｂを駆動し、ワイヤ電極１と被加工物２とを相対的に移動させることによって、被加工物２に放電加工を行う。

図２は、ワイヤ電極１と被加工物２との間の極間に、正極性と負極性の両極性の電圧を１マイクロ秒以下の周期で、個々の電圧印加の間に、少なくとも印加時間以上の休止時間を設けて電圧を印加する例を説明する図である。図２（１）は図１に示される高速スイッチング素子４２のオン指令を表している。図２（２）は加工電源４から出力される加工電源出力の波形である。図２（３）は（２）の加工電源出力によって生じる極間１１に印加される極間電圧の波形である。図２では正極性と負極性が交互に印加されているが、正極性が２回以上連続してもよいし、負極性が２回以上連続してもよい。この方式では、極間１１および給電線５に浮遊容量が存在するために、放電が発生しない場合には電圧の低下が無視できる程度であるため、休止時間中は電圧波形がほぼ平坦となり、極間電圧波形は概ね台形状となる。

次に、図２の極間電圧印加方法を用いた加工における開放、放電、短絡の各状態の判別方法を、図３にて説明する。ここで、正極性または負極性の電圧を印加開始し、印加停止して次に正極性または負極性の電圧を印加開始するまでの期間を１印加サイクルとし、Ｔ１は各印加サイクルの印加開始を時間の起点とし、各印加サイクルおいて状態判定を行うまでの時間を表す。Ｖ１は開放判定電圧レベルであって、Ｔ１の終了時点において極間電圧の絶対値が、開放判定電圧レベルＶ１以上の場合に、開放状態と判定する。Ｖ２は放電判定電圧レベルであって、電圧印加開始後、一旦この放電判定電圧レベルＶ２以上となった後、Ｔ１の終了時点において極間電圧の絶対値が、放電判定電圧レベルＶ２以下になった場合を放電状態と判定する。Ｖ３は短絡判定電圧レベルであって、電圧印加開始からＴ１の終了時点までの間、一度も短絡判定電圧レベルＶ３以上にならなかった場合を短絡状態と判定する。

なお、図３（２）では、Ｔ１の終了時刻は１印加サイクルの終了時刻としているが、図３（３）に示すように、１印加サイクルの印加時間後であって休止時間内のいずれかの時点である極間１１への電圧印加のある一定時間後としても差し支えない。また、図３では、判定電圧レベルの絶対値がＶ１＞Ｖ２＞Ｖ３と記載されているが、Ｖ１≧Ｖ２且つＶ１≧Ｖ３の条件さえ満たせば、適宜に設定して構わない。一般には、加工電源電圧が高い程、印加時間が長い程、あるいは、ワーク板厚が薄いほど、開放電圧、放電後の電圧、短絡電圧が高くなる傾向があるので、各判定電圧もそれに応じて、高く設定する方が、誤判定を防止することができる。

図４は加工状態検出装置７に含まれる加工状態判定回路の一例、図５はそのタイミングチャートである。本実施形態では、簡単のため一方の極性のみに付いて記載しているが、他方の極性についても同様にして加工状態判定を行い、その計数値を合算することにより両極性電圧印加についても加工状態回数を計数することが可能である。加工電源制御装置８に含まれる電圧印加タイミング発生器１４からは、加工電源４に含まれる高速スイッチング素子４２（図１参照）をオン状態にするための電圧印加指令（ａ）、ＳＲラッチのリセット指令（ｂ）、判定時刻指令（ｃ）の各信号が出力される。なお、リセット指令（ｂ）およびＴ１の終了時刻で出力される判定時刻指令（ｃ）の各信号は図５に示されるようにいずれもワンショットパルス信号である。

図５に示されるタイミングチャートに従い、動作を説明する。電圧印加指令（ａ）がオンすると極間１１に電圧が印加され、極間電圧分圧器１２の出力（ｄ）が上昇する。信号（ｄ）が開放判定電圧レベルＶ１、放電判定電圧レベルＶ２、短絡判定電圧レベルＶ３以上になると、これに対応してコンパレータ２１，２２，２３の各々の出力（ｅ）、（ｇ）、（ｋ）がＨＩレベルとなる。これによって、ＳＲラッチ２５，２６がセットされ、ＳＲラッチ２５のＱ端子からの出力（ｉ）はＨＩ、ＳＲラッチ２６の^*Ｑ端子からの出力（ｍ）はＬＯとなる。更にコンパレータ２２の出力（ｇ）はインバータ２４によって反転され、信号（ｈ）はＬＯとなる。この状態が判定時刻まで持続し、判定時刻指令パルス（ｃ）が出力されると、ＡＮＤゲート２７の出力（ｆ）はＨＩ、ＡＮＤゲート２８の出力の出力（ｊ）およびＡＮＤゲート２９の出力（ｎ）はＬＯとなって、カウンタ３１およびカウンタ３２だけが計数され、印加サイクル回数（ｑ）と開放回数（ｒ）が＋１される。

その後、リセット指令（ｂ）が電圧印加タイミング発生器１４から出力されると、ＳＲラッチ２５，２６はリセットされ、ＳＲラッチ２５のＱ端子からの出力（ｉ）はＬＯ、ＳＲラッチ２６の^*Ｑ端子からの出力（ｍ）はＨＩとなるが、この例では、コンパレータ２２，２３の出力がＨＩであるので、再度ＳＲラッチ２５，２６がセットされ出力（ｉ）はＨＩ、出力（ｍ）はＬＯに戻る。

その後、電圧印加タイミング発生器１４から再度電圧印加指令（ａ）が出力され、極間電圧は開放判定電圧レベルＶ１以上の状態を維持する。この後、放電が発生すると、極間電圧はアーク電圧程度まで急落し、コンパレータ２１，２２，２３の出力（ｅ）、（ｇ）、（ｋ）は、いずれもＬＯとなる。この時、電圧印加指令（ａ）は既にＬＯになっており、高速スイッチング素子４２はオフしているので、少なくとも、次の電圧印加まで、この状態が維持される。次の判定時刻に到達すると、電圧印加タイミング発生器１４から判定時刻指令パルス（ｃ）が出力される。今回は、コンパレータ２１の出力（ｅ）がＬＯであるので、ＡＮＤゲート２７の出力もＬＯ、またＳＲラッチ２６の出力（ｍ）もＬＯで、ＡＮＤゲート２９の出力（ｎ）もＬＯなので、カウンタ３２，３４は計数されない。一方、ＡＮＤゲート２８は、入力（ｈ）、（ｉ）がＨＩなので、出力もＨＩとなり、カウンタ３３が計数される。以上のように、今回は、カウンタ３１，３３だけが計数され、印加サイクル回数（ｑ）と放電回数（ｓ）が＋１される。

その後、リセット指令（ｂ）が電圧印加タイミング発生器１４から出力されると、ＳＲラッチ２５，２６はリセットされ、その出力（ｉ）はＬＯ、（ｍ）はＨＩとなる。そして、再度電圧印加指令（ａ）が出力されるが、極間１１が短絡状態で極間電圧が上がらず、開放判定電圧レベルＶ１、放電判定電圧レベルＶ２、短絡判定電圧レベルＶ３いずれにも到達しない場合は、リセット後の状態がそのまま維持される。このまま次の判定時刻Ｔ１に到達し、電圧印加タイミング発生器１４から判定時刻指令パルス（ｃ）が出力されると、ＡＮＤゲート２７〜２９の入力は、インバータ２４の出力（ｈ）とＳＲラッチ２６の出力（ｍ）だけがＨＩで、その他は、ＬＯである。この結果、ＡＮＤゲート２７の出力（ｆ）およびＡＮＤゲート２８の出力（ｊ）はＬＯ、ＡＮＤゲート２９の出力（ｎ）のみがＨＩとなり、カウンタ３４が計数され、印加サイクル回数（ｑ）と短絡回数（ｗ）が＋１される。以上のようにして、電圧印加の各サイクル毎に加工状態がカウンタによって計数される。

次に、上記カウンタ３１，３２，３３，３４によって計数された、単位時間当りの印加サイクル回数（ｑ）、開放回数（ｒ）、放電回数（ｓ）、短絡回数（ｗ）から極間の平均電圧を求める方法について、説明する。
図２を用いて説明したように、電圧印加回路の出力は、概ね台形波状となるが、電圧印加時間や、電圧印加直列抵抗４３、極間１１の電気定数などによって、極間電圧のピーク値は、直流電圧源４１の電圧と同じになるとは限らず、従って、極間開放時の電圧も変化するので、予め測定して制御装置に記憶させておく。これを第１の電圧と呼ぶ。また、放電状態になった場合も、放電発生のタイミングによって、１サイクルの平均電圧は変化するので、概略平均的な値を、予め制御装置に記憶させておく。これを第２の電圧と呼ぶ。更に、短絡状態の場合も、極間電圧が完全にゼロになる訳では無く、ワイヤ電極１、被加工物２間の接触電圧やワイヤ電極１の電気抵抗やインダクタンスによる誘起電圧が計測される。この電圧も加工電源電圧や、ワイヤ径、ワーク板厚、材質などによって変化するが、第１や第２の電圧程には変動しない。これを第３の電圧とする。これら、各計数値と予め記憶しておく電圧から極間平均電圧は、以下の式に従って、計算される。
（極間平均電圧）＝｛（開放回数）×（第１の電圧）+（放電回数）×（第２の電圧）
+（短絡回数）×（第３の電圧）｝／（印加サイクル回数）

上記の例では、開放、放電、短絡の全ての状態に基づいて、平均電圧を計算したが、一般に短絡時の電圧（第３の電圧）は、その他の電圧に比べてかなり小さいので、短絡を無視して簡略化し、以下の式で計算しても、概ね同じような結果を得ることができる。
（極間平均電圧）＝｛（開放回数）×（第１の電圧）+（放電回数）×（第２の電圧）｝
／（印加サイクル回数）

図２では、極間電圧は、台形波状になっているが、実際の回路では、電圧印加部と極間との間で振動が発生して、電圧が上がった後、一定にならず、低下するように見えたり、放電しても、電圧がゼロまで低下せず、アーク電圧程度を維持したりする場合がある。そのため、実際のワイヤ放電加工機においては、開放状態と放電状態を確実に見分けることが難しい場合もある。一方で、短絡状態では、前述のように、極間電圧は比較的低い電圧に保たれるので、短絡状態と開放・放電状態を判定するのは、問題が少ない。そこで、平均電圧の検出精度は前記２つの方法より劣るが、短絡状態のみを検出して、誤判定の起き難い極間平均電圧を求める方法もある。
（極間平均電圧）＝｛（印加サイクル回数）-（短絡回数）｝×（第４の電圧）／（印加
サイクル回数）

ここで、第４の電圧は、開放状態と放電状態における極間１１の平均的な電圧であるが、前述のように放電状態の電圧は変動が大きいので、開放状態の電圧で代表させても良く、その場合であっても極端に大きな誤差は生じない。

なお、誤判定を低減するため、前記開放状態、放電状態、短絡状態を判別する各判定電圧レベルの少なくとも１つを、前記電圧印加部の電源電圧、ワーク板厚、ワイヤ径、ワーク材質の少なくともいずれか１つに従って、可変としたり、予め定めた第１〜第４の電圧の少なくとも１つを、前記電圧印加部の電源電圧、ワーク板厚、ワイヤ径、ワーク材質の少なくともいずれか１つに従って、可変とすることが望ましい。

以上のようにして、交流高周波電圧による高仕上げ加工領域において、各電圧印加サイクル毎の加工状態を判定して、その単位時間当りの回数から平均電圧を求めることにより、様々な外乱によってアナログ的な平均電圧が変動した場合にも、正しい加工状態に依存した平均電圧を求めることができ、電極の送り速度などを加工状態に応じて正しく制御できるようになる。

１ ワイヤ電極
２ 被加工物
３ａ，３ｂ サーボモータ
４ 加工電源
４１ 直流電圧源
４２ 高速スイッチング素子
４３ 電圧印加直列抵抗
５ 給電線
６ 給電部
７ 加工状態検出装置
８ 加工電源制御装置
９ 数値制御装置
１０ サーボ駆動装置
１１ 極間
１２ 極間電圧分圧器
１３ ドライバ回路
１４ 電圧印加タイミング発生器

２１，２２，２３ コンパレータ
２４ インバータ
２５，２６ ＳＲラッチ
２７，２８，２９ ＡＮＤゲート

３１，３２，３３，３４ カウンタ

ａ 電圧印加指令
ｂ リセット指令
ｃ 判定時刻指令

Ｖ１ 開放判定電圧レベル
Ｖ２ 放電判定電圧レベル
Ｖ３ 短絡判定電圧レベル
Ｔ１ 判定時刻

ｑ 印加サイクル回数
ｒ 開放回数
ｓ 放電回数
ｗ 短絡回数

この対策として、特許文献２には、交流高周波に直流電圧を重畳して印加し、ローパスフィルタによって極間電圧の低周波電圧成分のみを抽出して、この電圧の変化に従って電極の送りを制御する技術が開示されている。この方法では、平均電圧がゼロにならないので、加工液として水を使用する場合には、ワークや加工機本体に電蝕を起こす恐れがある。また、ローパスフィルタを使用するので、放電状態が急変するような場合には応答が悪く、追従できない恐れがある。さらに、加工形状によって極間の加工液の流れが変化し、極間に滞留する加工屑の濃度が変化すると、放電状態が変化していなくとも、極間のインピーダンスが変化し、平均電圧が変動する場合があるので、平均電圧が放電頻度などの加工状態を正しく反映していないこともある。
平均電圧以外の放電特性値としては、単位時間当りの放電回数があり、これを検出して、電極の送り速度や休止時間、加工液の強さを制御する技術が特許文献３に開示されている。放電回数は、平均電圧より加工屑の密度や加工液の比抵抗などの外乱の影響を受け難い指標であり、交流高周波加工時に放電回数を判別計数する技術もが特許文献４に開示されている。

本願の請求項１に係る発明は、ワイヤ電極とワークとの極間に、正極性と負極性の両極性の電圧を１マイクロ秒以下の周期で、個々の電圧印加の間に、少なくとも印加時間以上の休止時間を設けて電圧を印加する電圧印加部と、前記極間に発生する極間電圧を検出する極間電圧検出部と、前記電圧印加部によって印加される電圧の印加サイクル回数を単位時間毎に計数する印加サイクル回数計数部と、前記極間電圧検出部により検出された極間電圧に基づき、極間電圧が所定の開放判定電圧レベル以上になった後、放電が発生しない開放状態を判別する開放判別部と、前記開放判別部が開放状態と判定した電圧の印加サイクル回数を、開放回数として、単位時間毎に計数する開放回数計数部と、極間が所定の放電判定電圧レベル以上になった後、放電が発生して極間電圧が前記放電判定電圧レベル以下となる放電状態を判別する放電判別部と、前記放電判別部が放電状態と判定した電圧の印加サイクル回数を、放電回数として、単位時間毎に計数する放電回数計数部とを備え、少なくとも予め定めた開放状態の極間電圧に対応する第１の電圧と、放電状態の極間電圧に対応する第２の電圧と、少なくとも前記印加サイクル回数計数部が計数した単位時間当りの印加サイクル回数と、前記開放回数計数部が計数した単位時間当りの開放回数と、前記放電回数計数部が計数した単位時間当りの放電回数に基づいて、前記極間の平均電圧を求めることを特徴とするワイヤ放電加工機である。
請求項２に係る発明は、前記極間の平均電圧を、
（極間平均電圧）＝｛（開放回数）×（第１の電圧）+（放電回数）×（第２の電圧）｝ ／（印加サイクル回数）
により求めることを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工機である。
請求項３に係る発明は、前記開放状態、放電状態を判別する各判定電圧レベルの少なくとも１つを、前記電圧印加部の電源電圧、ワーク板厚、ワイヤ径、ワーク材質の少なくともいずれか１つに従って、可変とすることを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工機である。
請求項４に係る発明は、予め定めた第１の電圧または第２の電圧の少なくとも１つを、前記電圧印加部の電源電圧、ワーク板厚、ワイヤ径、ワーク材質の少なくともいずれか１つに従って、可変とすることを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工機である。

請求項５に係る発明は、ワイヤ電極とワークとの極間に、正極性と負極性の両極性の電圧を１マイクロ秒以下の周期で、個々の電圧印加の間に、少なくとも印加時間以上の休止時間を設けて電圧を印加する電圧印加部と、前記極間に発生する極間電圧を検出する極間電圧検出部と、前記電圧印加部によって印加される電圧の印加サイクル回数を単位時間毎に計数する印加サイクル回数計数部と、前記極間電圧検出部により検出された極間電圧に基づき、極間電圧が所定の開放判定電圧レベル以上になった後、放電が発生しない開放状態を判別する開放判別部と、前記開放判別部が開放状態と判定した電圧の印加サイクル回数を、開放回数として、単位時間毎に計数する開放回数計数部と、極間が所定の放電判定電圧レベル以上になった後、放電が発生して極間電圧が前記放電判定電圧レベル以下となる放電状態を判別する放電判別部と、前記放電判別部が放電状態と判定した電圧の印加サイクル回数を、放電回数として、単位時間毎に計数する放電回数計数部と、極間電圧が所定の短絡判定電圧レベル以上にならない短絡状態を判別する短絡判別部と、前記短絡判別部が短絡状態と判定した電圧の印加サイクル回数を、短絡回数として、単位時間毎に計数する短絡回数計数部とを備え、予め定めた開放状態の極間電圧に対応する第１の電圧と、放電状態の極間電圧に対応する第２の電圧と、短絡状態の極間電圧に対応する第３の電圧と、前記印加サイクル回数計数部が計数した単位時間当りの印加回数と、前記開放回数計数部が計数した単位時間当りの開放回数と、前記放電回数計数部が計数した単位時間当りの放電回数と、前記短絡回数計数部が計数した単位時間当りの短絡回数に基づいて、前記極間の平均電圧を求めることを特徴とするワイヤ放電加工機である。
請求項６に係る発明は、前記極間の平均電圧を、
（極間平均電圧）＝｛（開放回数）×（第１の電圧）+（放電回数）×（第２の電圧）
+（短絡回数）×（第３の電圧）｝／（印加サイクル回数）
により求めることを特徴とする請求項５に記載のワイヤ放電加工機である。
請求項７に係る発明は、前記開放状態、放電状態、短絡状態を判別する各判定電圧レベルの少なくとも１つを、前記電圧印加部の電源電圧、ワーク板厚、ワイヤ径、ワーク材質の少なくともいずれか１つに従って、可変とすることを特徴とする請求項５または６のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工機である。
請求項８に係る発明は、予め定めた第１の電圧〜第３の電圧の少なくとも１つを、前記電圧印加部の電源電圧、ワーク板厚、ワイヤ径、ワーク材質の少なくともいずれか１つに従って、可変とすることを特徴とする請求項５または６のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工機である。

請求項９に係る発明は、ワイヤ電極とワークとの極間に、正極性と負極性の両極性の電圧を１マイクロ秒以下の周期で、個々の電圧印加の間に、少なくとも印加時間以上の休止時間を設けて電圧を印加する電圧印加部と、前記極間に発生する極間電圧を検出する極間電圧検出部と、前記電圧印加部によって印加される電圧の印加サイクル回数を単位時間毎に計数する印加サイクル回数計数部と、前記極間電圧検出部により検出された極間電圧に基づき、極間電圧が所定の短絡判定電圧レベル以上にならない短絡状態を判別する短絡判別部と、前記短絡判別部が短絡状態と判定した電圧の印加サイクル回数を、短絡回数として、単位時間毎に計数する短絡回数計数部とを備え、少なくとも予め定めた開放及び放電状態の極間電圧に対応する第４の電圧と、少なくとも前記印加サイクル回数計数部が計数した単位時間当りの印加サイクル回数と、前記短絡回数計数部が計数した単位時間当りの短絡回数に基づいて、前記極間の平均電圧を求めることを特徴とするワイヤ放電加工機である。
請求項１０に係る発明は、前記極間の平均電圧を、
（極間平均電圧）＝｛（印加サイクル回数）-（短絡回数）｝×（第４の電圧）／（印加サイクル回数）
により求めることを特徴とする請求項９に記載のワイヤ放電加工機である。
請求項１１に係る発明は、前記短絡状態を判別する判定電圧レベルを、前記電圧印加部の電源電圧、ワーク板厚、ワイヤ径、ワーク材質の少なくともいずれか１つに従って、可変とすることを特徴とする請求項９または１０のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工機である。
請求項１２に係る発明は、前記予め定めた第４の電圧を、前記電圧印加部の電源電圧、ワーク板厚、ワイヤ径、ワーク材質の少なくともいずれか１つに従って、可変とすることを特徴とする請求項９または１０のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工機である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
本発明は、正負両極性の電圧印加の間に、少なくとも印加時間以上の休止時間を設けて、電圧波形を台形波状にして加工すると共に、個々の電圧の印加サイクル毎に、極間状態を開放状態、放電状態、短絡状態などに分別して、各状態の回数を計数し、その回数に基づいて平均加工電圧を算出して、加工状態を認識し、電極送り速度などの制御を行うワイヤ放電加工機である。
図１は、ワイヤ放電加工機の概略構成図である。ワイヤ放電加工機内の放電加工部には、ワイヤ電極１の走行路に加工槽（図示せず）が配置されている。加工槽は加工液で満たされている。ワイヤ電極１と被加工物２とは、加工電圧供給ケーブルである給電線５を介してワイヤ放電加工用の高周波電源装置である加工電源４に接続されている。

Claims (12)

1. ワイヤ電極とワークとの極間に、正極性と負極性の両極性の電圧を１マイクロ秒以下の周期で、個々の電圧印加の間に、少なくとも印加時間以上の休止時間を設けて電圧を印加する電圧印加部と、
   前記極間に発生する極間電圧を検出する極間電圧検出部と、
   前記電圧印加部によって印加される電圧の印加回数を単位時間毎に計数する印加回数計数部と、
   前記極間電圧検出部により検出された極間電圧に基づき、
   極間電圧が所定の開放判定電圧レベル以上になった後、放電が発生しない開放状態を判別する開放判別部と、
   前記開放判別部が開放状態と判定した印加回数を単位時間毎に計数する開放回数計数部と、
   極間が所定の放電判定電圧レベル以上になった後、放電が発生して極間電圧が前記放電判定電圧レベル以下となる放電状態を判別する放電判別部と、
   前記放電判別部が放電状態と判定した印加回数を単位時間毎に計数する放電回数計数部とを備え、
   少なくとも予め定めた開放状態の極間電圧に対応する第１の電圧と、放電状態の極間電圧に対応する第２の電圧と、少なくとも前記印加回数計数部が計数した単位時間当りの印加回数と、前記開放回数計数部が計数した単位時間当りの開放回数と、前記放電回数計数部が計数した単位時間当りの放電回数に基づいて、前記極間の平均電圧を求めることを特徴とするワイヤ放電加工機。
2. 前記極間の平均電圧を、
   （極間平均電圧）＝｛（開放回数）×（第１の電圧）+（放電回数）×（第２の電圧）｝
   ／（印加回数）
   により求めることを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工機。
3. 前記開放状態、放電状態を判別する各判定電圧レベルの少なくとも１つを、前記電圧印加部の電源電圧、ワーク板厚、ワイヤ径、ワーク材質の少なくともいずれか１つに従って、可変とすることを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工機。
4. 予め定めた第１の電圧または第２の電圧の少なくとも１つを、前記電圧印加部の電源電圧、ワーク板厚、ワイヤ径、ワーク材質の少なくともいずれか１つに従って、可変とすることを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工機。
5. ワイヤ電極とワークとの極間に、正極性と負極性の両極性の電圧を１マイクロ秒以下の周期で、個々の電圧印加の間に、少なくとも印加時間以上の休止時間を設けて電圧を印加する電圧印加部と、
   前記極間に発生する極間電圧を検出する極間電圧検出部と、
   前記電圧印加部によって印加される電圧の印加回数を単位時間毎に計数する印加回数計数部と、
   前記極間電圧検出部により検出された極間電圧に基づき、極間電圧が所定の開放判定電圧レベル以上になった後、放電が発生しない開放状態を判別する開放判別部と、
   前記開放判別部が開放状態と判定した印加回数を単位時間毎に計数する開放回数計数部と、
   極間が所定の放電判定電圧レベル以上になった後、放電が発生して極間電圧が前記放電判定電圧レベル以下となる放電状態を判別する放電判別部と、
   前記放電判別部が放電状態と判定した印加回数を単位時間毎に計数する放電回数計数部と、
   極間電圧が所定の短絡判定電圧レベル以上にならない短絡状態を判別する短絡判別部と、
   前記短絡判別部が短絡状態と判定した印加回数を単位時間毎に計数する短絡回数計数部とを備え、
   予め定めた開放状態の極間電圧に対応する第１の電圧と、放電状態の極間電圧に対応する第２の電圧と、短絡状態の極間電圧に対応する第３の電圧と、前記印加回数計数部が計数した単位時間当りの印加回数と、前記開放回数計数部が計数した単位時間当りの開放回数と、前記放電回数計数部が計数した単位時間当りの放電回数と、前記短絡回数計数部が計数した単位時間当りの短絡回数に基づいて、前記極間の平均電圧を求めることを特徴とするワイヤ放電加工機。
6. 前記極間の平均電圧を、
   （極間平均電圧）＝｛（開放回数）×（第１の電圧）+（放電回数）×（第２の電圧）
   +（短絡回数）×（第３の電圧）｝／（印加回数）
   により求めることを特徴とする請求項５に記載のワイヤ放電加工機。
7. 前記開放状態、放電状態、短絡状態を判別する各判定電圧レベルの少なくとも１つを、前記電圧印加部の電源電圧、ワーク板厚、ワイヤ径、ワーク材質の少なくともいずれか１つに従って、可変とすることを特徴とする請求項５または６のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工機。
8. 予め定めた第１の電圧〜第３の電圧の少なくとも１つを、前記電圧印加部の電源電圧、ワーク板厚、ワイヤ径、ワーク材質の少なくともいずれか１つに従って、可変とすることを特徴とする請求項５または６のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工機。
9. ワイヤ電極とワークとの極間に、正極性と負極性の両極性の電圧を１マイクロ秒以下の周期で、個々の電圧印加の間に、少なくとも印加時間以上の休止時間を設けて電圧を印加する電圧印加部と、
   前記極間に発生する極間電圧を検出する極間電圧検出部と、
   前記電圧印加部によって印加される電圧の印加回数を単位時間毎に計数する印加回数計数部と、
   前記極間電圧検出部により検出された極間電圧に基づき、極間電圧が所定の短絡判定電圧レベル以上にならない短絡状態を判別する短絡判別部と、
   前記短絡判別部が短絡状態と判定した印加回数を単位時間毎に計数する短絡回数計数部とを備え、
   少なくとも予め定めた開放及び放電状態の極間電圧に対応する第４の電圧と、少なくとも前記印加回数計数部が計数した単位時間当りの印加回数と、前記短絡回数計数部が計数した単位時間当りの短絡回数に基づいて、前記極間の平均電圧を求めることを特徴とするワイヤ放電加工機。
10. 前記極間の平均電圧を、
    （極間平均電圧）＝｛（印加回数）-（短絡回数）｝×（第４の電圧）／（印加回数）
    により求めることを特徴とする請求項９に記載のワイヤ放電加工機。
11. 前記短絡状態を判別する判定電圧レベルを、前記電圧印加部の電源電圧、ワーク板厚、ワイヤ径、ワーク材質の少なくともいずれか１つに従って、可変とすることを特徴とする請求項９または１０のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工機。
12. 前記予め定めた第４の電圧を、前記電圧印加部の電源電圧、ワーク板厚、ワイヤ径、ワーク材質の少なくともいずれか１つに従って、可変とすることを特徴とする請求項９または１０のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工機。

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