JP2870836B2 - 放電加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、加工速度を向上させるようにした放電加工
装置に関する。

（従来の技術） 各種放電加工装置において放電加工速度の向上を図る
ため、種々の工夫がなされている。例えば、放電加工間
隙に加工用パルス電圧が印加されてから実際に放電が開
始されるまでの所謂待ち時間を短縮し、これにより加工
速度の向上を図るため、加工用パルス電圧に所定の高電
圧を重畳させ、これにより放電加工用パルスの印加後速
やかに放電を開始させ、放電が開始したならば高電圧を
除去する構成が知られている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、加工用パルス電圧に高電圧を重畳する方式で
は、電源部の回路構成が複雑となる上に、高電圧重畳の
ため放電加工間隙において放電が開始されたときにそこ
に流れる電流が急激に立上ることとなるため、特にコー
ナーにおける加工量の増大により、コーナー部分がだれ
るという問題点を有している。

本発明の目的は、したがって、高電圧の重畳なしに上
記待ち時間を短縮させ、これにより放電加工速度を向上
させるようにした放電加工装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するための本発明の特徴は、加工用電
極と被加工物との間に形成される放電加工間隙に加工用
パルス電圧を供給することにより上記被加工物を放電加
工するようにした放電加工装置において、上記放電加工
間隙に生じる電気信号に応答し上記加工用パルス電圧が
上記放電加工間隙に印加されてから放電加工間隙に電流
が流れるまでの期間を検出する検出手段と、上記加工用
電極と上記被加工物とが周期的に接近するよう上記加工
用電極と上記被加工物との間に上記加工用パルス電圧の
周期よりも小さい周期の相対接近運動を与えるための電
気制御式のアクチェータ手段と、上記検出手段に応答し
上記期間内の少なくとも一部分において上記アクチェー
タ手段を振動運動させるための制御手段とを備えた点に
ある。

（作 用） 加工用パルス電圧が放電加工間隙に印加されると、放
電加工間隙に放電が生じて加工電流が流れ、これにより
被加工物が加工される。加工間隙に電圧が印加されてか
ら放電が開始されるまでの期間、所謂放電待ち時間が検
出手段により検出され、この検出された待ち時間の全部
又は一部においてアクチェータ手段が制御手段の制御に
より作動し、所要の相対接近運動が加工用電極と被加工
物との間に与えられる。このようにして、待ち時間中に
放電加工間隙巾の値が周期的に小さくなるので、放電が
生じ易い状況となり、待ち時間の短縮に役立つ。この結
果、放電効率が上昇し、加工速度の上昇を期待すること
ができる。

（実施例） 以下、図示の一実施例により本発明を詳細に説明す
る。

第１図には、本発明による放電加工装置の一実施例が
示されている。この一実施例として示されている放電加
工装置１は、型彫り用のＺ軸制御の放電加工装置であ
り、加工機本体２と、該加工機本体２に加工用パルス電
圧を供給する加工用電源部３と、加工機本体２の電極送
りサーボ制御を行なうための制御ユニット４とを備えて
いる。なお、多くの場合、制御ユニット４と加工用電源
部３とは単一の筐体に組み込まれ、加工用電源装置と称
される。

加工機本体２は、加工台21と、加工台21に設けられた
コラム22によって支持されているヘッド部23とを具えて
いる。加工台21上には、ベッド24上に載置された被加工
物25がセットされている加工タンク26が設けられてい
る。加工タンク26内には適宜の放電加工液27が満たされ
ており、ヘッド部23側に装着される加工用電極28によ
り、被加工物25が放電加工液27中において放電加工され
る構成である。ヘッド部23は、ヘッド部23のケーシング
29内に固設された案内部材30によってその軸方向に沿う
移動のみが可能なように案内されているクイル31を有し
ている。クイル31の一端部31aには、直流モータ又はス
テッピングモータの如き回転モータ32によって回転駆動
せしめられるボールねじ33が螺入しており、回転モータ
32が制御ユニット４からのサーボ制御信号Ｓに応答して
正逆に回転することにより、クイル31がその軸方向に進
退する構成となっている。

クイル31の他端31bには、周波数特性が良好であり高
周波の振動を行なわせることが可能な電気制御式のアク
チェータである圧電アクチェータ34を介して一対の電極
取付具35、36が設けられている。電極取付具35は圧電ア
クチェータ34に公知のフランジ止めの方法で堅固に取付
けられ、一方、電極取付具36は加工用電極28に固着され
ているステム37をしっかりと固定しており、これにより
加工用電極28は電極取付具36に固着されている。一対の
電極取付具35、36は、電極取付具36の突部36aが、これ
に相応した形状の電極取付具35のへこみ部35aにはめ合
わされるようにして位置決めされ、これらの内部に設け
られた図示しない磁石の吸引力で両者は所定の位置決め
状態でしっかりと連結されると共に、所望により両者の
連結を解くことができるようになっている。電極取付具
の上述の構成自体は公知であるから、その詳細な説明は
省略する。なお、圧電アクチェータ34とクイル31との間
の連結もまた公知のフランジ止めにより行なわれてい
る。本実施例では、圧電アクチェータ34とクイル31との
間及び圧電アクチェータ34と電極取付具35との間の連結
は、上述の如く、フランジ止めにより行なっているが、
この連結の態様はこれに限定されるものではない。

圧電アクチェータ34は、放電加工間隙Ｇに加工用パル
ス電圧PAが印加されてからそこで実際に放電が生じるま
での放電待ち時間中において加工用電極28に高周波の振
動運動を与えることができ、これより放電加工間隙の状
態を変化させて放電の開始を促すものである。なお、図
示の実施例では、加工用電極28をその軸方向に振動させ
るようにその取り付けがなされているが、被加工物25側
に設けてもよいし、またその運動方向は例えば加工方向
に対して直角の方向としてもよい。要するに、放電加工
間隙Ｇを形成する加工用電極と被加工物との間に相対的
な高周波の振動運動を待ち時間の一部又は全部において
与え、これにより放電の開始を惹起せしめるという目的
に沿って適宜に構成しうるものである。

第２図には圧電アクチェータ34の構成が詳細に示され
ている。圧電アクチェータ34は、比較的肉薄のフランジ
部41、42と、これらのフランジ部41、42を平行状態に支
持、固定する支持部43、44とから成る枠体45を有し、枠
体45によって形成される空間46内に圧電素子47を配設し
て成っている。

圧電素子47は、例えば、角柱状の形状を有し、一対の
電極48、49が対向する側壁に夫々図示の如く設けられて
いる。圧電素子47は電極48、49間に電圧を印加すること
によりその印加電圧のレベルに応じて所定の方向に伸長
する素子である。図示の圧電素子47は電圧の印加により
その軸方向に伸長するものであり、この伸長により枠体
45のフランジ部41、42をその厚み方向に押圧するため、
圧電素子47は、電圧無印加の状態でその軸方向の端面47
a、47bが夫々フランジ部41、42の内面に当接するように
寸法決めされて空間46内に配設されている。図示の実施
例では、端面47a、47bは適宜の接着剤で対応するフラン
ジ部に接着されており、振動その他により圧電素子47が
枠体45から外れないように構成されている。

このような構成によると、圧電素子47の電極48、49間
に印加される電圧のレベルが高くなるにつれて圧電素子
47がその軸方向に伸長し、肉薄のフランジ部41、42を外
方に押し広げ、第２図中一点鎖線で示されるようにフラ
ンジ部41、42を変形させる。従って、その印加電圧のレ
ベルを調節することにより、回転モータ32の回転による
加工用電極28の送り動作とは別に、加工用電極28を被加
工物25に向けて送り、又は被加工物25から離反させるこ
とができる。なお、第２図では説明を解りやすくするた
めに枠体45の変形を誇張して示したが、実際には、その
伸長量は極く小さいものである。

したがって、圧電素子47に所望の周波数の電圧信号を
印加することにより、加工用電極28をその加工方向に沿
って振動せることができ、これにより加工用電極28と被
加工物25との間に相対振動運動を与えることができる。
圧電アクチェータ34による上記振動運動が放電待ち時間
において実行されるよう圧電アクチェータ34を駆動する
ため、駆動ユニット５が設けられている。

駆動ユニット５は、加工用パルス電圧信号PAを発生さ
せるために使用される制御パルス信号PBを加工用電源部
３から受け取ると共に、放電加工間隙Ｇに生じる出力電
圧Ｅを受け取っており、圧電アクチェータ34を駆動する
ための駆動パルス信号PDを出力する。駆動パルス信号PD
は圧電アクチェータ34の電極48−49間に印加される。

次に、第３図を参照しながら、第１図及び第２図に基
づいて説明した放電加工装置１の電気的制御系統の構成
について説明する。

加工用電源部３は、直流電源31、制御用パルス発生器
32、該制御用パルス発生器32から出力される制御パルス
信号PBに応答してスイッチング動作を行なうスイッチン
グトランジスタ33、スイッチングトランジスタ33がオン
状態となった場合にそこに流れる電流を制限するための
可変抵抗器34が図示の如く接続されて成る公知の構成の
加工用パルス電圧発生回路として構成されている。スイ
ッチングトランジスタ33のエミッタに接続される出力線
3aは電極取付具36を介して加工用電極28と電気的に接続
されており、直流電源31の負極に接続される出力線3bは
アースされることにより被加工物25と電気的に接続され
ている。スイッチングトランジスタ33が制御パルス信号
PBに応答してオン，オフすることにより得られる加工用
パルス電圧信号PAは、加工用電極28と被加工物25との間
に形成される放電加工間隙Ｇに印加され、ここで放電加
工が行なわれる。

放電加工間隙Ｇに生じた出力電圧Ｅは制御ユニット４
内の間隙状態検出回路51に入力され、ここで、放電加工
間隙Ｇの間隙巾Ｗが所要の値より広いか狭いかの判別が
行なわれ、その時の間隙巾Ｗの大きさに応じたレベルの
検出電圧Ｄが出力される。検出電圧Ｄは、出力電圧Ｅの
レベルが所望の間隙巾に相応したレベルとなっている場
合には零であり、間隙巾Ｗが所望の間隙巾より広くなっ
て出力電圧Ｅのレベルが上昇すると、検出電圧Ｄのレベ
ルはそれに従って正の方向に増大する。一方、間隙巾Ｗ
が所望の間隙巾より狭くなって出力電圧Ｅのレベルが低
下すると、検出電圧Ｄのレベルはそれに従ってより負の
レベルとなる。出力電圧Ｅと検出電圧Ｄとの間の関係が
第４図に示されている。なお、検出電圧Ｄのレベルが零
となる出力電圧Ｅのレベルは、間隙状態検出回路51に接
続されている可変抵抗器52の抵抗値を調節することによ
り任意に設定することができ、これによりこの制御系に
より調節される間隙巾の設定を行なうことができる。上
述した間隙状態検出回路51の構成は公知であるので、こ
こではその詳細な説明は省略する。

検出信号Ｄは、可動接点53aが一定レベルの直流電源
＋Ｖに接続されている切換スイッチ53の切換制御信号と
して切換スイッチ53に印加されている。切換スイッチ53
の固定接点53b、53cは、回転モータ32の駆動制御を行な
うためのモータ駆動回路54の制御端子Ｕ、Ｄに夫々接続
されている。モータ駆動回路54は、その制御端子Ｕに高
レベルの電圧が印加された時に回転モータ32を正方向に
回転させ、これにより加工用電極28をサーボ軸に沿って
被加工物25に向けて前進せしめ、一方、その制御端子Ｄ
に高レベルの電圧が印加された時に回転モータ32を逆方
向に回転させ、これにより加工用電極28をサーボ軸に沿
って被加工物25から離れるように後退せしめるためのサ
ーボ制御信号Ｓを出力する構成である。

切換スイッチ53は、検出電圧Ｄのレベルが零又は正の
場合に、その可動接点53aが実線で示される状態に切り
換えられ、検出信号Ｄのレベルが負の場合に、その可動
接点53aが点線で示される状態に切り換えられる構成で
ある。この結果、放電加工間隙Ｇの間隙巾が所定の値か
又はそれより広い場合には、切換スイッチ53は実線で示
されるように切り換えられ、モータ駆動回路54の制御端
子Ｕに直流電源＋Ｖの高レベルの電圧が印加され、回転
モータ32が正方向に回転せしめられ、加工用電極28がサ
ーボ軸に沿って前進する。一方、放電加工間隙Ｇの間隙
巾が所定の値よりも狭くなった場合には、切換スイッチ
53は点線で示されるように切り換えられ、モータ駆動回
路54の制御端子Ｄに直流電源＋Ｖの高レベルの電圧が印
加され、回転モータ32が逆方向に回転せしめられ、加工
用電極28がサーボ軸に沿って後退する。上述の回転制御
が行なわれる結果、間隙巾が常に適正な値に保たれるよ
うに電極送りのサーボ制御が行なわれることになる。な
お、上述の実施例において、検出電圧Ｄのレベルが零の
場合にも加工用電極28を前進させる構成としたが、放電
加工間隙の状態は常に速い速度で変化しているので、検
出電圧Ｄのレベルが零となった場合に回転モータ32の送
りを停止させる構成としなくても全く問題は生じない。
しかしながら、勿論、検出電圧Ｄのレベルが零となった
場合に、切換スイッチ53の可動接点53aが固定接点53b、
53cのいずれにも接触しない状態とし、これにより回転
モータ32の回転を停止させる構成としてもよい。さら
に、検出電圧Ｄをモータ駆動回路54に印加し、回転モー
タ32の正逆の回転の速度が、検出電圧Ｄのレベルの絶対
値に従って変化するようにモータ駆動回路54を構成して
もよい。

駆動ユニット５は、出力電圧Ｅに応答し放電加工間隙
Ｇにおいて放電が開始したタイミングを検出して出力パ
ルスPSを出力する放電開始検出回路61、制御パルス信号
PBに応答してセットされ該放電開始検出回路61からの出
力パルスPSの立上りに応答してリセットされるフリップ
・フロップ回路62、制御パルス信号PBの周期より短かい
周期のパルス列信号PTを出力する駆動用パルス発生器63
及びフリップ・フロップ回路62のＱ出力に従ってパルス
列信号PTの通過を制御するアンド回路64から成ってい
る。

フリップ・フロップ回路62は、制御パルス信号PBの立
上りタイミングにおいてセットされる構成であり、した
がって、そのＱ出力端子のレベルは、制御パルス信号PB
のレベルが「Ｌ」から「Ｈ」へ変化してから放電が開始
されるまでの間「Ｈ」となり、アンド回路64は、Ｑ出力
端子のレベルが「Ｈ」となっている間だけパルス列信号
PTの通過を許し、この通過を許されたパルス列信号PTが
駆動パルス信号PDとして圧電アクチェータ34に供給され
る。圧電アクチェータ34の圧電素子47は、駆動パルス信
号PDのレベル変化に応じて伸長することにより振動運動
が生じ、加工用電極28と被加工物25との間に高周波数の
相対振動運動を与えることになる。

第５図には、圧電素子47に印加される電圧Ｕのレベル
と圧電素子47の伸長量Δｌとの間の関係を示す特性図が
示されている。ここで、縦軸には初期化された状態の圧
電素子47の長さに対する伸長量Δｌが目盛られている。
第５図中の特性線（イ）は、初期化された圧電素子47に
電圧Ｕを印加しそのレベルを零から徐々に上げていった
場合の伸長量Δｌの変化の様子を示すものであり、印加
電圧Ｕのレベルの上昇に従ってその伸長量Δｌが増大し
ていくことが判る。印加電圧Ｅのレベルが例えば最大定
格値Emにまで達し、Δｌ＝Δl₂となった後、そのレベル
を徐々に下げていくと、そのヒステリシス特性のために
伸長量Δｌは特性線（ロ）に沿って減少して行く。この
ため、印加電圧Ｅのレベルが零になったとき、その伸長
量Δｌは零に戻らず、所定の値Δl₁となる。その後、印
加電圧Ｕのレベルを零からEmの間で変化させた場合は、
その時々の伸長量Δｌは特性線（ロ）に従って決定され
ることになる。すなわち、圧電素子47に１回だけEmのレ
ベルの電圧を印加しておけば、その後印加電圧Ｕのレベ
ルをEmより大きくしない限り、特性線（ロ）に従ってそ
の時の印加電圧Ｕのレベルと伸長量との間の関係が一義
的に定まることになる。

次に、第６図（ａ）乃至第６図（ｆ）に示す波形図を
参照しながら放電加工装置１の動作について説明する。

第６図（ａ）に示される制御パルス信号PBのレベルが
時刻ｔ＝t₁において低レベル状態から高レベル状態に変
化すると、スイッチングトランジスタ33がオンとなり、
放電加工間隙Ｇには放電加工のための所要の電圧が印加
される。これと同時にフリップ・フロップ62がセットさ
れ、そのＱ出力端子のレベルが「Ｌ」から「Ｈ」に変化
する（第６図（ｄ））。この結果、パルス発生器63から
のパルス列信号PT（第６図（ｅ））はアンド回路64を通
過し、駆動パルス信号PDとして圧電素子47に印加され
る。

パルス列信号PTは、第６図（ｅ）に示されるように、
制御パルス信号PBの繰り返し周期よりも短かい繰り返し
周期を有するパルス列信号であり、したがって、これと
同じ周期の駆動パルス信号PDが圧電素子47に印加される
ことにより、圧電素子47はパルス列信号PTの周波数と同
一の周波数で繰り返し伸長し、加工用電極28をこの周波
数で振動運動させることとなる。駆動パルス信号PDの波
高値レベルはVaであり、したがって、第５図から判るよ
うに所定の初期化を行なっておくことにより、圧電素子
47の伸長量は、駆動パルス信号PDが低レベル状態にある
場合はΔl₁であり、その高レベル状態にあってはΔl₂と
なる。

このため、第６図（ｆ）に示される駆動パルス信号PD
の印加により、圧電アクチェータ34は加工用電極28をそ
の加工軸方向に沿ってΔl₂−Δl₁の振巾をもって所定の
周期で振動させる。このため、放電加工間隙Ｇの巾Ｗの
値が周期的にせばめられ、これにより放電加工間隙Ｇに
おける放電の発生が促されることになる。

ｔ＝t₂において放電が開始されると、放電開始検出回
路61からはｔ＝t₂において立上り所定のパルス巾を有す
る出力パルスPSが出力され、フリップ・フロップ62はこ
れに応答してリセットされる（第６図（ｃ），
（ｄ））。このため、ｔ＝t₂においてアンド回路64は閉
じられ、駆動パルス信号PDの出力が停止する。したがっ
て、ｔ＝t₂以後において放電加工間隙Ｇに放電が生じて
いる期間にあっては、その巾Ｗが圧電アクチェータ34に
より変化せしめられることはなく、所要の放電動作が安
定に行われる。ｔ＝t₃において制御パルス信号PBのレベ
ルが「Ｈ」から「Ｌ」に変化すると、スイッチングトラ
ンジスタ33がオフとなり、放電動作が終了する。第６図
（ｂ）には、出力電圧Ｅのレベルの変化の様子が示され
ている。

上記では、１つの加工用パルス電圧の印加の場合の動
作について説明したが、これと同様の動作が繰り返し行
なわれ、被加工物25の加工が制御ユニット４により実行
されるサーボ制御動作と相俟って進行する。

第６図（ｂ）に示される放電の待ち時間W₁,W₂,W₃にお
いて加工用電極28と被加工物25との間に上述の如くして
与えられる相対振動運動のために、放電加工間隙Ｇにお
いて放電が生じやすい状態となり、第６図（ｂ）に示さ
れる放電の待ち時間W₁,W₂,W₃が、このような相対振動運
動を与えない従来の場合に比べて有効に短縮され、放電
加工速度の向上に大きく役立つものである。

なお、上記では、型彫り用の放電加工装置に本発明を
適用した場合の一実施例について説明したが、本発明
は、例えばワイヤカット放電加工装置の場合においても
同様に適用でき、同様の優れた格別の結果を得ることが
できるものであり、本発明は他の種々の型式の放電加工
装置についても適用されるものである。

（発明の効果） 本発明によれば、上述の如く、放電の待ち時間におい
て、被加工物と加工用電極との間にアクチェータ手段に
よって加工用パルス電圧の周期よりも小さい周期の相対
接近運動が与えられるので、放電加工間隙の巾が周期的
にせばめられることとなり、これにより放電の発生が促
されるから、放電の待ち時間を短縮し、加工速度の向上
を図ることができる優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は第１
図に示す圧電アクチェータを拡大して示す拡大詳細図、
第３図は第１図に示した放電加工装置の電気系統の回路
図、第４図は第３図に示す間隙状態検出回路の入出力電
圧の関係を示す特性図、第５図は第２図に示した圧電素
子の特性図、第６図（ａ）乃至第６図（ｆ）は第３図の
各部の信号の波形図である。 １……放電加工装置、２……加工機本体、４……制御ユ
ニット、５……駆動ユニット、25……被加工物、28……
加工用電極、32……回転モータ、34……圧電アクチェー
タ、47……圧電素子、51……間隙状態検出回路、Ｄ……
検出電圧、Ｓ……サーボ制御信号、Ｇ……放電加工間
隙、Ｅ……出力電圧、PA……加工用パルス電圧信号、PB
……制御パルス信号、PC……駆動パルス信号。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−205233（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−34223（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23H 7/26 - 7/32

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加工用電極と被加工物との間に形成される
   放電加工間隙に加工用パルス電圧を供給することにより
   前記被加工物を放電加工するようにした放電加工装置に
   おいて、前記放電加工間隙に生じる電気信号に応答し前
   記加工用パルス電圧が前記放電加工間隙に印加されてか
   ら前記放電加工間隙に放電電流が流れるまでの期間を検
   出する検出手段と、前記加工用電極と前記被加工物とが
   周期的に接近するよう前記加工用電極と前記被加工物と
   の間に前記加工用パルス電圧の周期よりも小さい周期の
   相対接近運動を与えるための電気制御式のアクチェータ
   手段と、前記検出手段に応答し前記期間内の少なくとも
   一部において前記アクチェータを作動させるための制御
   手段とを備えたことを特徴とする放電加工装置。