JP3082317B2

JP3082317B2 - ワイヤ放電加工機の断線検出装置

Info

Publication number: JP3082317B2
Application number: JP03165244A
Authority: JP
Inventors: 靖夫鈴木
Original assignee: Hitachi Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 1991-06-11
Filing date: 1991-06-11
Publication date: 2000-08-28
Anticipated expiration: 2015-08-28
Also published as: JPH04365515A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、放電加工中にワイヤ電
極が断線したことを検出するワイヤ放電加工機の断線検
出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワイヤ放電加工機は、ワイヤ電極を被加
工物に所定の間隙を介して対向せしめ、当該間隙に放電
を発生させることにより被加工物を任意の形状に加工す
る装置である。このようなワイヤ放電加工機を図１１に
より説明する。図１１はワイヤ放電加工機の概略構成図
である。図で、１は被加工物、２は被加工物１と放電間
隙を介して対向せしめられたワイヤ電極である。このワ
イヤ電極２は放電加工中、常時新しいワイヤ部分が被加
工物１に対向するように移送せしめられる。３、４、５
はそれぞれ案内ローラであり、ワイヤ電極２が巻回され
ている繰出しボビン（図示されていない）から繰出され
たワイヤ電極２を案内する。６ａ、６ｂはワイヤ電極２
を引出して移行させる引張りローラである。７はピンチ
ローラ、８はブレーキローラ、９はテンションローラで
あり、いずれも引出されたワイヤ電極２に適切な張力を
与えるための機能を有する。１０はワイヤ電極２の放電
終了部分を収納するワイヤタンクを示す。１１は被加工
物１の上側に配置されたワイヤガイド、１２は下側に配
置されたワイヤガイドである。１３はワイヤ電極２と被
加工物１との間に放電を発生させるための加工パルス電
源である。１４、１５はそれぞれ加工パルス電源１３の
負側に接続された上側給電子、下側給電子であり、上側
給電子１４は被加工物１の上側においてワイヤ電極２と
摺動接触し、下側給電子１５は被加工物１の下側におい
てワイヤ電極２と摺動接触する。１６はワイヤ電極２と
被加工物１との間の放電間隙に加工液を供給する加工液
ノズルを示す。

【０００３】上記ワイヤ放電加工機では、ワイヤ電極２
が所定の張力に維持され、かつ、被加工物１に対して所
定の間隙で対向して移送されている状態で、加工パルス
電源１３から間歇的にパルス状電圧を出力して放電加工
が実施される。即ち、被加工物１は加工パルス電源１３
の正側に接続されており、一方ワイヤ電極２は上側給電
子１４および下側給電子１５を介して加工パルス電源１
３の負側に接続されているので、加工パルス電源１３か
らのパルス状電圧出力の都度、被加工物１とワイヤ電極
２との間に放電が発生し、この放電により被加工物１の
加工が行われることとなる。ところで、ワイヤ電極２
は、前述のように放電加工中常時張力が付与されている
とともに、各ローラ、各ワイヤガイド、各給電子との間
で摺動が存在し、かつ、放電を発生する一方の放電体と
なっているので、加工中に断線を生じる場合がある。こ
のようなワイヤ電極２の断線は放電加工を不能とするの
で、断線発生時には速やかに加工パルス電源１３の出力
を遮断し、自動結線装置（図示されていない）により再
度ワイヤ電極２を結線して図示の状態とし、放電加工を
再開する必要がある。このため、ワイヤ放電加工機に
は、断線検出手段が備えられている。この断線検出手段
が図１１に示されている。

【０００４】図１１で、１７はリミットスイッチ、１８
はパルス発生器、１９は光学的検出器を示し、いずれも
断線検出機能を有する。即ち、リミットスイッチ１７
は、ワイヤ電極２の断線時にその張力が失われ、テンシ
ョンローラ９が落下してリミットスイッチ１７を閉とす
ることにより加工パルス電源１３を遮断する信号を出力
する。又、パルス発生器１８は、案内ローラ４と連結さ
れており、ワイヤ電極２の断線により案内ローラ４とと
もに回転が停止し、パルス出力がなくなることにより加
工パルス電源１３を遮断する信号を出力する。さらに、
光学的検出器１９は、光源１９ａ、その受光器１９ｂお
よびスリット１９ｃより成り、ワイヤ電極２の断線によ
りワイヤ電極２の影がなくなり、これを受光器１９ｂが
検出して加工パルス電源１３を遮断する信号を出力す
る。このような断線検出手段は、図示のように１つ又は
複数（同一方式又は異なる方式）設けられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のワイヤ放電
加工機の各断線検出手段は、ワイヤ電極２の断線を確実
に検出することができる。しかし、これら断線検出手段
は、実際の断線発生時点からこれを検出して加工パルス
電源１３へ信号を出力するまでに相当の時間を要し、こ
の時間は実験によって約６０ｍｓであることが確認され
ている。ところで、このような検出遅延時間の間、加工
パルス電源１３からは加工パルスの出力が継続されるこ
とになるが、ワイヤ電極２の断線状態において加工パル
スが出力されると種々の悪影響が生じる。これを以下に
述べる。

【０００６】ワイヤ電極２が断線すると、短時間ではあ
るが、ワイヤ電極２と、各給電子１４、１５との間、又
は被加工物１との間に、軽接触状態や開離状態が生じ
る。これにより、上側給電子１４、下側給電子１５、被
加工物１には確実に放電損傷を生じる。そして、上側給
電子１４および下側給電子１５が放電損傷すると、放電
加工再開後、給電状態が究めて悪化し、接触抵抗が増大
してワイヤ電極２が断線し易くなる。これを防ぐために
は、断線の都度各給電子１４、１５を研磨しなければな
らず、この研磨には多くの手間と時間が必要となる。
又、被加工物１が放電損傷すると、所期の加工面が得ら
れなくなる場合が生じ、この場合、この被加工物１は廃
棄しなければならず大きな損失となる。さらに、上記軽
接触や開離状態により生じる放電により、ワイヤ電極２
の側に再度の断線（２次断線）が生じる場合がしばしば
あり、この場合、２次断線したワイヤ電極２の切断片は
加工液の粘着力により加工壁に接着し、加工溝内に残留
する。この状態においては、自動結線装置による自動結
線も不能となり、又自動結線ができたとしても、放電加
工再開時、当該切断片によりワイヤ電極２と被加工物１
との間が短絡され、放電加工不能となる。

【０００７】以上のような悪影響を回避するため、断線
検出の応答性を向上すべく、例えば特開昭６４−１１７
２６号公報に記載されているような手段が提案されてい
る。この手段は、上側給電子１４と下側給電子１５に流
れる電流値を比較し、両者の差の値が所定値以上になる
とワイヤ断線検出信号を出力する構成となっている。し
かし、実際の加工電流は、数アンペアから数百アンペア
の間で大幅に変化すること、および各給電子の摩耗によ
る接触抵抗の差が存在することにより、誤動作の発生を
避けることはできない。さらに、放電加工のパルス電流
のパルス幅は、０．５〜５μｓであり、このように微小
なパルス幅で、かつ、前述のような大電流を検出するの
は困難であり、又、これを行うには極めて高価な検出器
を要し、実用上採用し難いという問題もある。

【０００８】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、容易かつ迅速にワイヤ電極の断線を検出す
ることができるワイヤ放電加工機の断線検出装置を提供
するにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は次のような構成を採用する。被加工物と放
電間隙を介して対向するワイヤ電極と、前記ワイヤ電極
と前記被加工物との間に放電電圧を印加する加工パルス
電源と、前記加工パルス電源に接続されるとともに前記
被加工物の両側で前記ワイヤ電極に摺接する第１の給電
子及び第２の給電子と、を備えたワイヤ放電加工機にお
いて、前記第１の給電子と前記第２の給電子との間を抵
抗で接続し、前記加工パルス電源に基づく前記抵抗の両
端電圧の絶対値がワイヤ電極の断線によって予め定めら
れた基準電圧以上のとき断線検出信号を出力する断線判
別手段を設け、前記断線判別手段は、前記両端電圧が正
電圧のとき、前記正電圧が前記基準電圧以上のとき断線
検出信号を出力する第１の判別手段と、前記両端電圧が
負電圧のとき、前記負電圧が前記基準電圧以上のとき検
出信号を出力する第２の判別手段と、で構成されるワイ
ヤ放電加工機の断線検出装置。

【００１０】

【作用】放電加工中、第１の給電子と第２の給電子との
間の電圧が断線判別手段に取込まれる。この断線判別手
段は、取込んだ電圧（絶対値）と予め定められた基準電
圧とを比較し、前者が後者以上のとき検出信号を出力す
る。さらに、断線判別手段から検出信号が出力される
と、遮断信号出力手段は、電源に対して電源を遮断する
ための所定期間の信号を出力する。断線判別手段では、
断線の検出が極めて高速で行われるので、電源の遮断も
迅速に実行される。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。図１は本発明の実施例に係るワイヤ放電加工機の
概略構成図である。図で、図１１に示す部分と同一又は
等価な部分には同一符号を付して説明を省略する。２０
は上側給電子１４と下側給電子１５に接続されたシール
ドケーブルであり、そのシールド部（接地される）が破
線で示されている。２１は上側給電子１４と下側給電子
１５との間（ケーブル２０の端部）に接続された終端抵
抗であり、両給電子１４、１５間の電圧と放電加工時に
生じる放電ノイズとの比（Ｓ／Ｎ比）を大きくするため
に設けられている。実験によると、この終端抵抗２１の
値は約４００Ω程度でよく、これ以下の値では断線時に
おける電圧が低下する。２２、２３は両給電子間の電圧
を分圧する分圧抵抗であり、以下に接続される回路に適
した電圧（ＩＣ回路使用の場合は約５Ｖ）が得られるよ
うにそれらの抵抗値が選定されている。２４はバッファ
増幅器であり、分圧抵抗２３の両端電圧を増幅するとと
もにその極性を反転する。２５、２６はそれぞれ比較増
幅器を示し、基準電圧Ｅ_ref （比較増幅器２６では−Ｅ
_ref ）とバッファ増幅器２４の出力電圧とを比較し、入
力電圧が基準電圧以上のとき高レベル信号を出力する。
２７は比較増幅器２５、２６の出力を入力とするＯＲ回
路、２８はＯＲ回路の出力が高レベルのとき一定時間高
レベル信号を出力する単安定マルチバイブレータであ
る。この単安定マルチバイブレータ２８の高レベル出力
により加工パルス電源１３が遮断される。

【００１２】ここで、本実施例の動作を説明する前に、
その動作原理を図２〜７を参照しながら説明する。図
２、３、４はワイヤ放電加工機の一部の概略図であり、
図１に示す部分と同一部分には同一符号が付してある。
Ｌ_u 、Ｌ_d はそれぞれ加工パルス電源１３と上側給電子
１４および下側給電子１５との間を接続する各ケーブル
２０のインダクタンス、ｉ_u 、ｉ_d は当該各ケーブル２
０を流れる電流、Ｅ_g は両給電子１４、１５間の電圧を
示す。又、×印はワイヤ電極２の断線個所を示し、Ｚは
断線時に発生する放電個所を示す。前述のように、ワイ
ヤ電極２には通常状態では適正な張力が付与されている
ので、断線が生じるとワイヤ電極２は断線点を境として
加工溝内でフリーな状態となる。図２、３はこのような
状態を示す図であり、図２では、上側のワイヤ電極２は
上側給電子１４から離れ、下側のワイヤ電極２は下側給
電子１５と接触した瞬間の状態が示され、又、図３で
は、上側のワイヤ電極２は上側給電子１４と接触し、下
側のワイヤ電極２は下側給電子１５から離れた瞬間の状
態が示されている。

【００１３】ところで、加工パルス電源１３は断線と同
時には遮断されないので、図２、３に示す状態において
はワイヤ電極２と被加工物１との間の放電個所Ｚで放電
を生じる。この放電により、図２に示す場合は放電電流
ｉ_d が、又、図３に示す場合には放電電流ｉ_u が流れ各
インダクタンスＬ_d 、Ｌ_u の存在により両給電子１４、
１５間には電圧Ｅ_g が発生する。これら電圧Ｅ_g は、例
えば図２に示す場合、（Ｌ_d ・ｄｉ_d ／ｄｔ）であり、
０．１μｓ程度の細いパルス状電圧となる。なお、ワイ
ヤ電極２と給電子とが離れている側のケーブル２０には
放電電流は流れず、インダクタンスによる起電力は発生
しない。上記電圧Ｅ_g 発生の状態を図５に示す電流、電
圧波形図により説明する。なお、当該波形図中、電圧Ｅ
_g の波形は下側給電子１５を基準点として表されてい
る。図２に示す場合、電流ｉ_d が流れると電圧Ｅ_g が発
生する。図５では、この電圧Ｅ_g を符号Ｅ_g2で表してい
る。この場合の電圧Ｅ_g2は負極性を有する。図３に示す
場合の電圧Ｅ_g は図５に示すように電圧Ｅ_g3で表され、
正極性を有する。以上、ワイヤ電極２の断線時に両給電
子１４、１５間に発生する電圧Ｅ_g について説明した。
この断線時の状態と比較するため、非断線時に両給電子
１４、１５間に発生する電圧Ｅ_g について説明する。図
４は非断線時の状態を示す図で、この場合、両側のケー
ブル２０にはそれぞれ電流ｉ_u 、ｉ_d が流れるが、各イ
ンダクタンスＬ_u 、Ｌ_d の値はほぼ等しいので、両給電
子１４、１５間に発生する電圧Ｅ_g は小さい。この電圧
が図５に電圧Ｅ_g4として示されている。図６は両給電子
間の距離に対する電圧Ｅ_g の実験値のグラフである。断
線時の両給電子１４、１５間の電圧Ｅ_g （電圧Ｅ_g2、Ｅ
_g3）は２５０〜３００Ｖであるが、非断線時の電圧Ｅ_g
（電圧Ｅ_g4）は２０〜６０Ｖ程度である。なお、図７は
上記実験を行ったときの終端抵抗２１の値に対するＳ／
Ｎ比の実験値のグラフである。終端抵抗２１の抵抗値を
約４００Ωとしたとき、ケーブル２０上に重畳される放
電による高周波成分が低減され、Ｓ／Ｎ比が改善される
ことが確かめられた。

【００１４】以上のように、両給電子１４、１５間の電
圧は、非断線時の場合と断線時の場合とでは明確に区別
することができる。本実施例はこの原理を利用するもの
であり、図１に示す基準電圧Ｅ_ref （−Ｅ_ref ）を、図
６に示すような適切な値（例えば、８０〜１００Ｖ）に
設定することにより、迅速な断線検出、ひいては加工パ
ルス電源１３の迅速な遮断が可能となる。

【００１５】ここで、図１に示す本実施例の動作を説明
する。ワイヤ電極２に断線が発生し、例えば図２に示す
状態が出現したとすると、電流ｉ_d が流れて分圧抵抗２
３の両端には図５に示す負の電圧Ｅ_g2が生じる。バッフ
ァ増幅器２４はこの電圧Ｅ_g2を反転増幅して出力する。
したがって、その出力電圧は正極性の電圧Ｅ_g2となる。
この電圧Ｅ_g2は比較増幅器２５、２６に入力され基準電
圧Ｅ_ref （−Ｅ_ref ）と比較されるが、電圧Ｅ_g2の絶対
値は基準電圧Ｅ_ref の絶対値より大きいので、比較増幅
器２５からのみ高レベル信号が出力される。したがっ
て、ＯＲ回路２７から高レベル信号が出力され、単安定
マルチバイブレータ２８は所定の一定期間高レベル信号
を加工パルス電源１３に対して出力する。この結果、加
工パルス電源１３は直ちに遮断され、有害な放電の発生
を阻止する。図３に示す状態の場合、電圧Ｅ_g3は正極性
であるので、比較増幅器２６のみから高レベル信号が出
力される。勿論、非断線時にはいずれの比較増幅器２
５、２６からも信号は出力されない。なお、加工パルス
電源１３においては、単安定マルチバイブレータ２８か
ら高レベル信号が入力されると、先ずこの信号を図示さ
れていないスイッチングトランジスタのゲートに入力し
て次のパルス電圧の発生をカットしておき、次いで、パ
ルス大電流を供給するための直流電源のリレーを遮断す
る処理がなされる。当該リレーを遮断するまでの所要時
間は通常数１０ｍｓｅｃ程度であるので、前記スイッチ
ングトランジスタはこの所要時間以上カット状態に保持
される必要があり、したがって、単安定マルチバイブレ
ータ２８に設定される期間は当該所要時間に基づいて決
定される。

【００１６】このように、本実施例では、両給電子間の
電圧を基準電圧と比較し、両給電子間の電圧が基準電圧
以上のとき、加工パルス電源に対して単安定マルチバイ
ブレータから一定期間高レベル信号を出力して電源を遮
断するようにしたので、迅速に断線を検出することがで
き、ひいては断線時の電源遮断を迅速に行って両給電子
および被加工物の損傷を著しく低減することができる。
又、ワイヤ電極断線の都度、又は数回断線が続いた場合
でも両給電子を研磨する必要がないので、加工能率を向
上させることができる。図８は従来の断線検出装置にお
ける両給電子電圧の波形図、図９は図１に示す本実施例
の装置における両給電子電圧の波形図である。図８にみ
られるように従来の断線検出手段を用いた場合、両給電
子には断線後も引続いてパルス電圧が印加されているの
に対して、本実施例の手段を用いた場合、断線後直ちに
パルス電圧がカットされていることが判る。これによ
り、確実に上記効果が発揮されることが明らかである。

【００１７】図１０は本発明の他の実施例に係るワイヤ
放電加工機の断線検出装置の概略構成図である。図で、
図１に示す部分と同一部分には同一符号を付して説明を
省略する。図で、３１、３２は終端抵抗を兼ねた分圧抵
抗、３３、３７は限流抵抗、３４、３８は安定抵抗、３
５、３９は逆電圧防止用ダイオードである。３６、４０
はホトカプラであり、それぞれ発光ダイオード３６ａ、
４０ａ、およびホトトランジスタ３６ｂ、４０ｂで構成
されている。ホトダイオード３６ａ、４０ａは、両給電
子１４、１５間の電圧Ｅ_g が基準電圧Ｅ_ref 以上のとき
発光するように、限流抵抗３３、３７および安定抵抗３
４、３８の値が選定されている。各ホトカプラ３６、４
０の出力はＯＲ回路２７の入力となる。

【００１８】次に、本実施例の動作を説明する。ワイヤ
電極２に断線が発生し、両給電子１４、１５間に電圧Ｅ
_g が発生すると、この電圧Ｅ_gは分圧抵抗３１、３２で
分圧されホトカプラ３６、４０に入力される。電圧Ｅ_g
が正極性の場合ホトカプラ３６から高レベル信号が出力
され、電圧Ｅ_g が負極性の場合ホトカプラ４０から高レ
ベル信号が出力される。ホトカプラ自体の動作は周知で
あるので説明は省略する。ホトカプラ３６又はホトカプ
ラ４０から高レベル信号が出力されると、さきの実施例
と同様、ＯＲ回路２７を経て単安定マルチバイブレータ
２８が作動し、加工パルス電源１３に対して高レベル信
号が出力される。これにより、加工パルス電源１３が遮
断される。本実施例はさきの実施例と同じ効果に加え
て、回路素子を減らすことができるとともに、ホトカプ
ラを用いたので、これに入力する信号レベルを高いレベ
ルとすることができ、ノイズに影響され難い回路構成と
することができる。

【００１９】なお、上記実施例の説明では、断線状態と
して図２、図３に示す状態を例示したが、これらに限る
ことはなく、例えば、断線したワイヤ電極の一方側の一
部が被加工物と接触し同じ側のワイヤ電極と給電子との
間で放電が発生している状態の場合にも断線検出可能で
あるのは明らかである。又、比較増幅器およびホトカプ
ラを２つずつ設ける例について説明したが、入力電圧の
絶対値を取出すことができるものであれば、これらは１
つ設ければよい。又、加工パルス電源の電源遮断機構の
構成によっては、ＯＲ回路２７の出力を直接当該電源遮
断機構へ入力することもできる。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、両給電
子間の電圧を基準電圧と比較し、両給電子間の電圧が基
準電圧以上のとき、検出信号を出力するようにしたの
で、迅速に断線を検出することができ、ひいては断線時
の電源遮断を迅速に行って両給電子および被加工物の損
傷を著しく低減することができる。又、ワイヤ電極断線
の都度、又は数回断線が続いた場合でも両給電子を研磨
する必要がないので、加工能率を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るワイヤ放電加工機の断線
検出装置の概略構成図である。

【図２】図１に示す断線検出装置の一部の概略図であ
る。

【図３】図１に示す断線検出装置の一部の概略図であ
る。

【図４】図１に示す断線検出装置の一部の概略図であ
る。

【図５】図２〜４に示す装置の所定個所の電流、電圧の
波形図である。

【図６】両給電子間の距離に対する両給電子間電圧の実
験値のグラフである。

【図７】図１に示す終端抵抗値に対するＳ／Ｎ比の実験
値のグラフである。

【図８】従来装置の断線時の両給電子電圧の波形図であ
る。

【図９】本実施例の断線時の両給電子電圧の波形図であ
る。

【図１０】本発明の他の実施例に係るワイヤ放電加工機
の断線検出装置の概略構成図である。

【図１１】従来のワイヤ放電加工機の概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１被加工物２ワイヤ電極１３加工パルス電源１４、１５給電子２０ケーブル２４バッファ増幅器２５、２６比較増幅器２７ＯＲ回路２８単安定マルチバイブレータ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工物と放電間隙を介して対向するワ
イヤ電極と、前記ワイヤ電極と前記被加工物との間に放
電電圧を印加する加工パルス電源と、前記加工パルス電
源に接続されるとともに前記被加工物の両側で前記ワイ
ヤ電極に摺接する第１の給電子及び第２の給電子と、を
備えたワイヤ放電加工機において、前記第１の給電子と前記第２の給電子との間を抵抗で接
続し、前記加工パルス電源に基づく前記抵抗の両端電圧
の絶対値がワイヤ電極の断線によって予め定められた基
準電圧以上のとき断線検出信号を出力する断線判別手段
を設け、前記断線判別手段は、前記両端電圧が正電圧のとき、前
記正電圧が前記基準電圧以上のとき断線検出信号を出力
する第１の判別手段と、前記両端電圧が負電圧のとき、
前記負電圧が前記基準電圧以上のとき検出信号を出力す
る第２の判別手段と、で構成されることを特徴とするワ
イヤ放電加工機の断線検出装置。