JP3024541B2 - 放電加工用電極送り装置 - Google Patents

放電加工用電極送り装置

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    • B23H1/00Electrical discharge machining, i.e. removing metal with a series of rapidly recurring electrical discharges between an electrode and a workpiece in the presence of a fluid dielectric
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、放電加工用電極送
り装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、特開昭57−132929号
公報、特開昭61−274813号公報、特開昭63−
207510号公報に開示されているように、電極とワ
ークとの間に高電圧を印加して放電させ、ワークを加工
する放電加工装置が知られている。
【0003】このような従来の放電加工装置では、電極
を電極ホルダに保持させているものもある。電極ホルダ
には位置検出用のスケールが備わっており、スケールの
値から電極ホルダの位置を検出できる。このような放電
加工装置において電極がワークを貫通したこと検知する
ためには、放電加工前に電極をワークに接触させてその
接触位置を原点とし、そこからワークの加工厚分だけ電
極ホルダが移動したときに電極がワークを貫通したと判
断する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前述したような電極ホ
ルダを有する放電加工装置の貫通検出方法では、放電加
工による電極の消耗を考慮して電極ホルダの移動距離を
調整し、貫通タイミングを検出している。しかし、例え
ば銅電極のように消耗が激しく消耗の仕方が不安定な電
極を用いる場合、正確に貫通タイミングを検出すること
は困難である。また、電極ホルダを用いず圧電素子の伸
縮により電極を移動させる方式のものでは、スケールに
より電極の位置を検出することは困難である。
【0005】電極とワーク間の絶縁回復を電気的に検出
したり、電極とワーク間に所望の加工電圧を供給する電
源ユニットのサーボ電圧の変化パターンと所定電圧パタ
ーンとを比較したりすることにより電気的に電極の貫通
を検出する放電加工装置もあるが、貫通検出精度が高く
ないという問題がある。本発明はこのような問題を解決
するためになされたものであり、電極によるワーク貫通
タイミングを高精度に検出する放電加工用電極送り装置
を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1または
2記載の放電加工用電極送り装置によると、電極がワー
クを加工中に発生する短絡電流の発生頻度と、電極がワ
ークを貫通したときの短絡電流の発生頻度の違いを利用
することにより、電極によるワークの貫通を高精度に検
出できる。
【0007】本発明の請求項3記載の放電加工用電極送
り装置によると、請求項1または2記載の構成に加え、
ホルダで電極を保持し、このホルダの移動距離に基づい
て電極の貫通を検出することにより、さらに高精度に電
極の貫通を検出することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。 (第1実施例)本発明の第1実施例による放電加工用電
極送り装置を用いた放電加工機および放電加工制御ユニ
ットのシステム構成図を図2に示す。
【0009】放電加工用の電極送り装置2は放電加工機
1のNC軸3に取付けられている。放電加工用の電極4
はワーク台6に取付けられたワーク5に対して対向する
ように電極送り装置2に取付けられている。電極送り装
置2には図示しない圧電素子が収容されており、この圧
電素子の伸縮によりワーク4に向けて電極5が送り出さ
れる。放電加工機1の下方に設けられた加工液供給装置
7は、ポンプ、フィルタ、タンク等で構成され、放電加
工時ワーク4に加工液を供給する。
【0010】放電加工制御ユニット10の制御用パソコ
ン11は、ワーク5に対して電極4の位置を一定に保つ
ように圧電素子に送出する駆動信号を生成することによ
り、電極4とワーク5間により多くの放電を発生させて
いる。駆動用アンプ12は制御用パソコン11で生成し
た圧電素子駆動信号を高電圧に増幅する。貫通検出装置
13は、電極4とワーク5間に流れる電流を入力し、制
御用パソコン11に貫通検出信号を送出する。放電電源
14から電極4とワーク5間に放電加工用の高電圧を印
加する。制御用パソコン11は、この印加電圧をモニタ
しながらより多くの放電が発生するように圧電素子の伸
縮を制御し、電極4の位置を一定に保持する。
【0011】放電加工時、電極4とワーク5間の間隙は
非常に小さいため、被加工物であるワーク5が電極4の
進行方向に存在するかぎり、放電加工中電極4とワーク
5間に電極4とワーク5との接触による短絡電流が発生
する。以下、図1、図3および図4に基づき貫通検出手
段としての貫通検出回路の構成と作動を説明する。図4
は、左側に付した符号に対応する図1の回路構成部分か
らの出力信号を示している。
【0012】図1に示す貫通検出回路は、主に図2の貫
通検出装置13に収容されている。RC型放電回路20
に接続されている充電抵抗21は、コンデンサ22への
充電電流を制限するものである。充電抵抗21には電極
4とワーク5間の放電電流および接触電流が流れる。図
3に示すように、放電加工中、電極4はステップ動作を
しながらワーク5を加工する。したがって、このステッ
プ動作に応じて電極4はワーク5と接触し、図4の符号
21の欄で示すようにパルス幅が大きく発生周期の長い
短絡電流が発生する。符号21の欄で示される幅の狭い
パルスは放電電流である。短絡電流は電極4がワーク5
を貫通するまで発生し、電極4がワーク5を貫通すると
発生頻度が0になるか急激に減少する。短絡電流の周波
数は電極駆動周波数に対応している。
【0013】電圧分圧回路31は、充電抵抗21の両端
に発生する電圧を分圧するものであり、複数の直列抵抗
により構成されている。バンドパスフィルタ32は、電
圧分圧回路31で分圧された信号の所定帯域の周波数成
分を抽出することにより雑音を除去し、図4に示すよう
に電極送り装置2の電極駆動周波数(300Hz程度)付
近の信号だけを取り出す。このようにして取り出された
信号は短絡電流の発生タイミングでレベルが高くなって
おり、この高レベルの発生頻度が短絡電流の発生頻度を
表している。絶対値回路33は、バンドパスフィルタ3
2により雑音を除去された信号の負信号を正信号に変換
することにより絶対値信号を出力する。ローパスフィル
タ34は、絶対値回路33から出力された信号の低周波
部分を残し、高周波部分を除去することにより信号の平
均化を図っている。ローパスフィルタ34で平均化され
た信号は、短絡電流の発生頻度が高ければレベルも高
く、短絡電流の発生頻度が低ければレベルも低い。
【0014】貫通検出判断回路35は、貫通電圧設定回
路36から送出される貫通電圧信号とローパスフィルタ
34の出力信号とを比較し、貫通電圧信号の電圧値がロ
ーパスフィルタ34の出力信号の電圧値よりも小さけれ
ばLow 、大きければHighの2値信号を出力する。誤検出
防止回路37は所定時間(0.01〜0.2秒程度)に
設定したタイマを有し、貫通検出判断回路35のLow 出
力がこの設定時間よりも短い場合、Low 信号をHigh信号
とみなす。これにより、放電加工中の電極4の不安定な
移動、または放電加工中の放電ノイズ等により極めて短
い時間で発生する貫通検出判断回路35からのLow 信号
を無視できる。また、放電加工中の加工粉づまりの際に
一時的に短絡信号が途絶えても貫通と誤認することを防
止できる。
【0015】貫通検出出力回路38は、誤検出防止回路
37の出力信号に基づき、High(貫通)またはLow (放
電加工中)の貫通検出信号を出力する。制御用パソコン
11はこの貫通検出信号を入力し、電極4の貫通を認識
する。第1実施例による電極の貫通位置検出精度は±2
0μm程度である。通常、細線電極を用いた微細加工に
おいては、電極がワークを貫通した後電極振動による加
工穴側面への短絡が多く発生し、この短絡電流の発生に
より貫通検出が妨げられ誤動作の原因となる。しかしな
がら第1実施例では、短絡信号の周波数が電極駆動信号
の周波数と等しいことを利用して他の周波数を有する短
絡信号を除去し、短絡電流の発生頻度に基づいて電極に
よるワーク貫通を検出するので貫通検出精度が向上す
る。例えば、図5に示すノズル100の放電加工のよう
に、貫通後電極近傍にワークの対向面が存在する場合、
従来の放電加工では電極の消耗量を予め考慮して電極送
り量を設定するが、電極の消耗率が大きくしかもばらつ
きのある材質を用いている場合電極の突き出し精度が悪
い。つまり、加工穴の先端が十分に開口していなかった
り、対向面を傷つけたりする等の問題があった。これに
対して本発明の第1実施例では、一定周波数を有する短
絡電流以外の周波数成分を除去することにより貫通検出
精度が向上するので、貫通穴が確実に加工されるととも
に対向面を傷付けることを防止できる。
【0016】電極駆動信号が一定の周波数をもたない場
合、電極に故意に一定の高周波振動を付与して一定周波
数の短絡電流を発生させることも可能である。 (第2実施例)本発明の第2実施例を図6および図7に
示す。図7は、左側に付した符号の回路構成部分からの
出力信号を示している。第1実施例と実質的に同一構成
部分には同一符号を付す。
【0017】充電抵抗21を流れる電流信号には短絡電
流を含む低周波成分と、放電電流を含む高周波成分とが
混在しているので、ローパスフィルタ41は、高周波成
分を除去することにより短絡電流信号を抽出する。充電
抵抗21に代えて電流プローブを用いることも可能であ
る。パルス変換回路42はローパスフィルタ41の出力
信号と短絡基準電圧との比較を行い、高周波成分を除去
された充電抵抗21を流れるアナログの電流信号を2値
化しデジタル処理を可能にする。この2値化信号は短絡
でHighを表しており、この2値化信号と基準クロックパ
ルス(Duty50%、パルス幅7μsec)とのAN
Dをとる。AND処理されたパルス信号の周期の短い部
分が短絡している箇所であり、周期の長い部分が短絡し
ていない箇所である。このAND処理されたパルス信号
は、電極がワークを貫通するまでは所定時間内に所定数
以上発生する。逆に、電極がワークを貫通するとこのパ
ルス信号の発生数が減少するので、パルス信号をカウン
トすることにより電極の貫通を検出することができる。
【0018】カウンタ回路43は、パルス変換回路42
から出力されたパルス数をカウントし、設定時間内に設
定パルス数を越えると1パルス出力する。カウンタ回路
44はカウンタ回路43から出力されたパルス数をカウ
ントし、設定時間内に設定パルス数を越えると1パルス
出力する。貫通検出出力回路45は、設定時間内にカウ
ンタ回路44からパルスが出力されない場合、電極がワ
ークを貫通したと判断して貫通検出信号をHighからLow
におとす。
【0019】このように2段階のカウンタ回路を設けた
のは次の理由による。実際の放電加工においては、電
極とワーク間の加工粉つまりに際して、放電加工中でも
電極が一時的に後退して短絡信号が途絶えることがあ
る。この短絡信号の一時的な途絶えを貫通と検出しない
ように、カウンタ回路44で所定のタイマ値を設定し、
設定時間内にパルスが入力されない場合に始めて貫通し
たと判断するのである。また、貫通後の偶発的な電極
振動、または加工粉を介しての加工穴への接触等により
発生する短絡電流は発生頻度が低いのでカウンタ回路4
4でカウントされない。カウンタ回路43、44のタイ
マ設定時間、設定パルス数は、放電加工機の電極応答周
波数、加工条件等により異なる。
【0020】以上説明した本発明の第1実施例および第
2実施例では、圧電素子の伸縮により電極を移動させる
電極送り装置について説明したが、電極をホルダで保持
しホルダとともに電極を移動させる電極送り装置を用い
ることも可能である。さらに、電極をホルダで保持する
構成において、短絡電流の発生頻度に基づいて電極の貫
通を検出する構成に加え、放電加工前に電極とワークと
を接触させてその接触状態におけるホルダ位置を原点と
し、放電加工中にホルダが原点からワークの加工厚だけ
移動したときに電極がワークを貫通したと判断する制御
を兼ね備えることにより、さらに高精度に電極の貫通を
検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例による貫通検出回路を示す
ブロック図である。
【図2】第1実施例の電極送り装置を用いたシステム構
成図である。
【図3】第1実施例の電極の動きを示す模式図である。
【図4】第1実施例による電極とワーク間に流れる電流
の処理過程を示す特性図である。
【図5】第1実施例による電極貫通時の状態を示す模式
図である。
【図6】本発明の第2実施例による貫通検出回路を示す
ブロック図である。
【図7】第2実施例による電極とワーク間に流れる電流
の処理過程を示す特性図である。
【符号の説明】
2 電極送り装置 4 電極 5 ワーク 31 電圧分圧回路 32 バンドパスフィルタ 33 絶対値回路 34 ローパスフィルタ 35 貫通検出判断回路 36 誤検出防止回路 37 貫通検出出力回路 41 ローパスフィルタ 42 パルス変換回路 43、44 カウンタ回路 45 貫通検出出力回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 孝 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−283022(JP,A) 特開 昭63−237813(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23H 1/00 - 9/16

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電極とワークとの間で放電させ、前記ワ
    ークを加工する放電加工用電極送り装置であって、 前記電極と前記ワークとが接触する際に流れる短絡電流
    の発生頻度に基づき、前記電極による前記ワーク貫通を
    検出する貫通検出手段を備えることを特徴とする放電加
    工用電極送り装置。
  2. 【請求項2】 前記貫通検出手段は、前記電極が前記ワ
    ークを貫通してから短絡電流の発生頻度が減少すること
    により前記電極が前記ワークを貫通したと判断すること
    を特徴とする請求項1記載の放電加工用電極送り装置。
  3. 【請求項3】 前記電極はホルダに保持され、放電加工
    前に前記電極と前記ワークとを接触させてその接触状態
    における前記ホルダ位置を原点とし、放電加工中に前記
    ホルダが前記原点から前記ワークの加工厚だけ移動した
    ときに前記電極が前記ワークを貫通したと判断すること
    を特徴とする請求項1または2記載の放電加工用電極送
    り装置。
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