JP2821918B2

JP2821918B2 - 放電加工機用サーボ装置

Info

Publication number: JP2821918B2
Application number: JP1275657A
Authority: JP
Inventors: 雄二金子; 伸嘉鍋倉; 孝浩荒木
Original assignee: Sodick Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Sodick Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 1989-10-23
Filing date: 1989-10-23
Publication date: 1998-11-05
Anticipated expiration: 2013-11-05
Also published as: JPH03136726A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、放電加工機用サーボ装置に関する。

［従来の技術］従来の放電加工機用サーボ装置は、油圧方式の採用か
らDCサーボモータ、ACサーボモータの採用に代わってき
ているが、DCサーボモータ、ACサーボモータの時定数は
最近でも、少なくとも5msは存在する。

［発明が解決しようとする課題］上記従来装置においては、サーボモータの応答速度を
向上させるには制限があり、特に、微細放電加工におけ
る放電加工機においてはサーボモータの安定を望むこと
ができず、このために加工速度を上げることができない
という問題がある。

本発明は、消耗、加工速度ともに向上し、精度よく加
工することができる放電加工機用サーボ装置を提供する
ことを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］本発明は、電極とワークとの間に形成されるギャップ
の電圧を検出する電圧検出手段と、上記検出されたギャ
ップの電圧が所定の上限値と所定の下限値との間に存在
するときに、上記検出されたギャップの電圧に応じて上
記所定軸を移動させる圧電素子を駆動する圧電素子駆動
手段と、上記検出されたギャップの電圧が上記所定の上
限値よりも高くなったときに、上記所定軸を前進させ、
上記検出されたギャップの電圧が上記所定の下限値より
も低くなったときに、上記所定軸を後退させるようにサ
ーボモータを制御するサーボモータ制御手段とを有する
放電加工機用サーボ装置である。

［作用］本発明は、所定軸をサーボモータと圧電素子とで移動
させるようにし、圧電素子の変位量が上限値または下限
値に達したときに、上記サーボモータによって上記所定
軸を前進または後退させるので、消耗、加工速度ともに
向上し、精度よく加工することができる。

［実施例］第１図は、本発明の一実施例の説明図である。

サーボモータ10は、ボールネジ11、圧電素子20を介し
て電極ＥについてＺ軸を移動させるものであり、圧電素
子20は、直接電極ＥについてＺ軸を移動させるものであ
る。ただし、圧電素子20は、サーボモータ10の変位量よ
りも非常に少ない変位量を有し、その変位量はたとえば
±９μｍ程度である。

電極ＥとワークＷとの間にギャップＧが構成され、ゲ
ータ信号に応じてオン、オフされるトランジスタＴによ
って、バッテリの電圧がギャップＧに印加される。

また、ギャップ平均電圧検出手段30は、ギャップＧと
並列に設けられた抵抗R1、R2の直列回路と、抵抗R2と並
列に設けられたコンデンサＣとによって構成され、コン
デンサＣによって平滑されたギャップ平均電圧信号が出
力される。

電圧発生回路40と圧電素子駆動回路50とによって、電
圧素子20を駆動する圧電素子駆動手段が構成されてい
る。

圧電素子の変位量検出回路60は、電圧発生回路40の出
力信号に応じて、圧電素子20の変位量が上限値を越えて
いるか、下限値未満であるか、上限値と下限値との間に
存在するかを検出し、その検出結果をNC装置70に供給す
るものである。

NC装置70は、圧電素子の変位量検出回路60の出力信号
（第２図に示す第１信号、第２信号）に基づいて、その
上限値、下限値に達したときに、サーボモータ10によっ
てＺ軸をそれぞれ下降、上昇させるように制御するもの
である。

圧電素子の変位量検出回路60とNC装置70とは、圧電素
子の変位量が上限値または下限値に達したときに、サー
ボモータによって所定軸を前進（正転）または後退（逆
転）させる制御手段の一例である。

第２図は、上記実施例における電圧発生回路40、圧電
素子駆動回路50、電圧素子の変位量検出回路60を詳細に
示す回路図である。

電圧発生回路40は、ギャップ平均電圧検出手段30から
のギャップ平均電圧信号に基づいて、圧電素子駆動回路
50に対して圧電素子駆動電圧を供給するものであり、ま
た、圧電素子の変位量検出回路60に対して、圧電素子の
変位量を判別する圧電を供給するものである。また、電
圧発生回路40は、ギャップ平均電圧信号を増幅するOPア
ンプ41と、ギャップ平均電圧の下限電圧を定めるツェナ
ーダイオード42と、フォトカプラ43と、増幅トランジス
タ44、45と、バッテリ46とを有する。なお、バッテリ46
の出力電圧は上記実施例においては140Vである。

圧電素子駆動回路50は、電圧発生回路40から電源電圧
を供給され、トランジスタ51、52とゲート回路53とを有
するものである。トランジスタ51は、電圧素子駆動回路
50と圧電素子20との間に設けられ、トランジスタ52は、
圧電素子20と並列に接続されている。

圧電素子の変位量検出回路60は、ギャップ平均電圧が
その上限電圧よりも高いことを検出する上限コンパレー
タ61と、その上限電圧に対応した基準電源63と、シュミ
ットトリガ回路65と、ギャップ平均電圧がその下限電圧
よりも高いことを検出する下限コンパレータ62と、その
下限電圧に対応した基準電源64と、シュミットトリガ回
路66とを有する。

ギャップ平均電圧がその上限電圧よりも高いことを上
限コンパレータ61が検出したときに、第１信号が「１」
になり、ギャップ平均電圧がその下限電圧よりも高いこ
とを下限コンパレータ62が検出したときに、第２信号が
「１」になる。

なお、ゲート回路53は、第１スイッチング素子がオ
ン、オフであるときに、第２スイッチング素子をそれぞ
れオフ、オンするスイッチング素子制御手段の一例であ
る。

次に、上記実施例の動作について説明する。

第３図（１）〜（４）は、上記実施例の動作説明図で
ある。

NC装置70を起動して、電極ＥがワークＷの近傍に位置
するようにサーボモータ10を駆動する。このときに圧電
素子20には、電圧が印加されておらず、圧電素子20の変
位量が0mmである。また上限電圧、下限電圧を予め設定
する。

そして、トランジスタＴのベースにゲート信号を印加
することによって、電極ＥとワークＷとの間で放電が開
始される。この放電が開始された後に、抵抗R1、R2の接
続点でコンデンサＣによって平滑されたギャップ平均電
圧信号が発生し、この信号が電圧発生回路40に供給され
る。このときにギャップ平均電圧が下限電圧よりも高く
上限電圧よりも低ければ、圧電素子の変位量検出回路60
の出力信号の１つ（第１信号）が「０」になり、第２信
号が「１」になり、サーボモータ10の動作が停止する。

また、ギャップ平均電圧に応じた電圧が電圧発生回路
40のOPアンプ41で出力され、この出力電圧がフォトカプ
ラ43を介してトランジスタ44、45に送られる。したがっ
て、ギャップ平均電圧に応じた電圧が圧電素子駆動回路
50に供給される。このために、ギャップ平均電圧が高け
れば高い程、圧電素子20に印加される電圧が高くなり、
圧電素子20のプラス変位量が大きくなる。このような状
態が続くとやがてギャップ平均電圧が次第に上限電圧に
近づき、そのギャップ平均電圧が上限電圧を越える。

ギャップ平均電圧が上限電圧を越えたときに、圧電素
子駆動回路50の出力電圧が最大値（140V）に到達し、圧
電素子の変位量検出回路60の第１信号、第２信号が共に
「１」になり、この状態をNC装置70が検出する。このと
きに、サーボモータ10が正転し、ボールネジ11、圧電素
子20を介して、電極Ｅが進め（下降しろ）という命令を
受けたことになる。これによって、ギャップ平均電圧が
徐々に上限電圧よりも低下する。

このときに、検出回路60の第１信号、第２信号が、そ
れぞれ「０」、「１」になり、サーボモータ10が停止す
る。このときにギャップ平均電圧の値に応じて、圧電素
子駆動回路50の出力電圧が決定され、その出力電圧に応
じて電圧素子20の変位量が変化する。

その後、ギャップ平均電圧が下限電圧よりも下がる
と、検出回路60の第１信号、第２信号が、ともに「０」
になり、この信号をNC装置70が検出すると、サーボモー
タ10に対して逆転せよという指令を出す。これによって
サーボモータ10が逆転し、電極Ｅが戻る（上昇する）。
その後、ギャップ平均電圧が下限電圧よりも高くなると
検出回路60の第１信号、第２信号はそれぞれ、「０」、
「１」になり、サーボモータ10が停止する。これに伴な
って圧電素子振動回路50の出力電圧が徐々に上昇し、圧
電素子の変位量がプラス方向に変化する。

上記のようにギャップ平均電圧がその上限電圧よりも
高くなったときに、サーボモータ10が正転し、ギャップ
平均電圧がその下限電圧よりも低くなったときにモータ
10が逆転し、それ以外のとき、つまりギャップ平均電圧
が下限電圧よりも高く上限電圧よりも低い場合には、サ
ーボモータ10が停止し、そのギャップ平均電圧に応じた
変位量だけ圧電素子20が変位する。

上記実施例は、ギャップＧの電圧に比例して圧電素子
20を高速動作させ、圧電素子20の変位量が上限値に達し
た場合、サーボモータ10を下降させ、逆に圧電素子20の
変位量が下限値になった場合、サーボモータ10を上昇さ
せるように動作するので、圧電素子20の動作範囲（10〜
20μｍ）内では、高速サーボで安定して加工でき、圧電
素子20の上限値、下限値を越える範囲では、従来のサー
ボコントロールを行なう。したがって、微細放電加工で
は、電極、ワークのショートがなく、消耗、加工速度と
もに向上し、精度よく加工が可能である。

ところで、トランジスタ51、52は、圧電素子をサーボ
として動作させる場合には、トランジスタ51をオンし、
トタンジスタ52をオフする。一方、圧電素子20によって
電極Ｅを振動させる場合（ギャップＧの間のチップ排除
を促す場合）、ゲート回路53からパルス列をトランジス
タ51、52に供給し、この場合、トランジスタ51がオンで
ある場合トランジスタ52をオフし、トランジスタ51がオ
フである場合、トランジスタ52をオンするように動作さ
せる。つまり、トランジスタ51をオンしている場合、圧
電素子20に電圧を印加し、このときにトランジスタ52を
オフする。トランジスタ51をオフした場合、圧電素子20
に帯電した電荷を放電させるためにトランジスタ52をオ
ンさせる。これによって、圧電素子20を高速で振動させ
ることができ、ギャップＧの間に存在するチップを強力
に排除することができる。なお、ギャップのチップ排除
を、大型電極でも有効に利用することができる。

上記実施例は、サーボモータ10と圧電素子20とによっ
てＺ軸を移動させる例であるが、サーボモータと圧電素
子とによって、Ｘ軸、Ｙ軸等、他の軸を移動させるよう
にしてもよい。

また、上記実施例は圧電素子20を１つのみ設けてある
が、圧電素子20を複数個シリーズに設けてもよく、これ
によって圧電素子20による変位量が増加する。

［発明の効果］本発明によれば、圧電素子の動作範囲を超えたときに
モータを動作させるので、モータの応答遅れや軸移動機
構（ヘッド）等のイナーシャによるギャップのショート
や電極とワークとの衝突の危険が少なく、したがって、
電極の消耗が少なく、加工速度が向上するという効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示すブロック図である。第２図は、上記実施例における主要回路の具体例を示す
回路図である。第３図（１）〜（４）は、上記実施例の動作説明図であ
る。 10……サーボモータ、 20……圧電素子、 30……ギャップ平均電圧検出手段、 40……電圧発生回路、 50……圧電素子駆動回路、 60……圧電素子の変位量検出回路、 70……NC装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者荒木孝浩神奈川県横浜市港北区新横浜１丁目５番１号株式会社ソディック内 (56)参考文献特開昭62−292322（ＪＰ，Ａ) 特開昭48−46997（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23H 7/30 B23H 1/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電極とワークとの間に形成されるギャップ
の電圧を検出する電圧検出手段と；上記検出されたギャップの電圧が所定の上限値と所定の
下限値との間に存在するときに、上記検出されたギャッ
プの電圧に応じて上記所定軸を移動させる圧電素子を駆
動する圧電素子駆動手段と；上記検出されたギャップの電圧が上記所定の上限値より
も高くなったときに、上記所定軸を前進させ、上記検出
されたギャップの電圧が上記所定の下限値よりも低くな
ったときに、上記所定軸を後退させるようにサーボモー
タを制御するサーボモータ制御手段と；を有することを特徴とする放電加工機用サーボ装置。
【請求項２】請求項（１）において、上記駆動手段と上記圧電素子との間に設けられた第１ス
イッチング素子と；上記圧電素子と並列に設けられた第２スイッチング素子
と；上記第１スイッチング素子がオンであるときに上記第２
スイッチング素子をオフし、上記第１スイッチング素子
がオフであるときに、上記第２スイッチング素子をオン
するスイッチング素子制御手段と；を有することを特徴とする放電加工機用サーボ装置。