JP3820988B2 - 放電加工方法及び装置 - Google Patents

Description

技術分野
この発明は、工具電極又は被加工物のＣＡＤ等の図形データを利用して加工条件を設定することができる放電加工方法及び装置の改良に関するものである。
背景技術
放電加工において、設定する加工条件及び揺動条件等は、工具電極形状及び加工時の放電エネルギに応じて決定される。たとえば、荒加工では大きなエネルギの加工条件を、仕上加工では小さなエネルギの加工条件を用い、被加工物の目標加工形状に合わせて工具電極形状と相似形状になるような揺動条件を選定する。
荒加工に用いられる加工条件は、所期の被加工物形状、加工深さ、加工に用いる工具電極本数及び工具電極と最終形状の減寸量である縮小代に応じて決定され、仕上加工に用いられる加工条件は、被加工物の最終加工形状における目標精度、面粗さ及び工具電極の消耗度合いに応じて決定される。揺動条件については、被加工物の最終加工形状が角を重視する場合には四角形又は多角形の揺動になるように工具電極と被加工物との相対移動を制御し、最終形状に丸みがある場合には円弧、楕円又は球の揺動になるように工具電極と被加工物との相対移動を制御する。
また、加工初期時の加工面積が小さく、荒加工条件で加工を行うと工具電極の消耗が大きくなる場合には、小さいエネルギの加工条件で加工を開始して徐々に本来の荒加工条件に変えていく、いわゆる食付き制御と呼ばれる制御が行われる。さらに、放電休止時間及びジャンプ運動等の適応制御等も行われる。
このように、放電加工では設定する加工条件が非常に多く、また、これらの加工条件は工具電極形状及び目的とする加工内容によって大きく左右される。したがって、加工条件の設定には熟練した技能が必要となる。
このような課題を解決するために、日本国特開平２−２１８５１７号公報には、操作者が、使用する工具電極と被加工物の材質、荒加工時の最大加工面積及び最終仕上加工面粗さを入力し、この入力情報に基づく演算により多段揺動加工において最適な電気条件及び揺動量を求める放電加工方法及び装置が開示されている。
また、日本国特開平３−１７８７３１号公報には、加工槽内に設けられた工具電極形状センサ又はＮＣプログラムの工具電極形状情報を使用して、実際に放電加工した状態に置き換えた場合の最適な加工条件を自動的に選択しながら加工を行う放電加工装置が開示されている。
日本国特開平２−２１８５１７号公報に開示された放電加工方法及び装置では、加工内容の入力において、工具電極及び被加工物の加工形状の三次元的な情報を放電加工装置に認識させることができないため、加工形状が複雑な場合には、加工面積を認識させるための機能及びこの加工面積に対応した加工条件の生成が必要であるという問題点があった。
また、日本国特開平３−１７８７３１号公報に開示された放電加工装置では、加工条件の生成に工具電極のＣＡＤ等の図形データを用いているが、図形データ本来の形状データを有効に利用するものではなく、ＣＡＤ／ＣＡＭで作成した三次元形状の工具電極の単位高さ当たりの表面積情報を用いているのみである。また、複雑な形状の工具電極による加工における制御及び加工条件の生成方法等を何ら開示するものではなかった。
発明の開示
この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、加工形状が複雑な場合においても、効率的な加工を行うことができる放電加工方法及び装置を得ることを目的とする。
この発明に係る放電加工方法は、工具電極又は被加工物の形状情報と加工条件データベースの加工条件データとを対応させ、加工条件を選択して加工を行う放電加工方法において、前記工具電極の形状データ又は前記被加工物の加工形状データを読み込む第１の工程と、前記形状データから袋形状若しくは穴形状等の凹部形状の特徴又はリブ形状若しくは面積変化形状等の凸部形状の特徴等の特徴的な加工形状を抽出する第２の工程と、前記特徴的な加工形状と前記加工条件データベースの加工条件データとを対応させ、加工条件を選択して加工を行う第３の工程とからなるものである。
また、この発明に係る放電加工方法は、工具電極又は被加工物の形状情報と加工条件データベースの加工条件データとを対応させ、加工条件を選択して加工を行う放電加工方法において、前記工具電極の形状データ又は前記被加工物の加工形状データを読み込む第１の工程と、前記形状データの複数の断面を抽出する第２の工程と、前記断面をメッシュ分割し、中実又は中空のメッシュデータを付与する第３の工程と、前記メッシュデータから前記工具電極の形状の特徴又は前記被加工物の加工形状の特徴を抽出する第４の工程と、前記工具電極の形状の特徴又は前記被加工物の加工形状の特徴と前記加工条件データベースの加工条件データとを対応させて加工条件を選択して加工を行う第５の工程とからなるものである。
また、この発明に係る放電加工方法は、前記メッシュデータによる、前記工具電極の形状の特徴情報又は前記被加工物の加工形状の特徴情報の中で最も構成比率が高いものを、前記工具電極の形状の特徴又は前記被加工物の加工形状の特徴として認識するものである。
この発明に係る放電加工装置は、複数の加工条件データを記憶した加工条件データベースを保存してなる加工条件記憶手段を備えた放電加工装置において、工具電極の形状データ又は被加工物の加工形状データを読み込む入力手段と、前記形状データの複数の断面を抽出し、これらの断面をメッシュ分割し、各分割要素に中実又は中空のメッシュデータを付与し、これらのメッシュデータから前記工具電極の形状の特徴又は前記被加工物の加工形状の特徴を抽出する形状演算手段と、前記工具電極の形状の特徴又は前記被加工物の加工形状の特徴と前記加工条件記憶手段の加工条件データベースの加工条件データとを対応させて加工条件を選択する加工条件設定手段とを備えたものである。
また、この発明に係る放電加工装置は、前記メッシュデータによる、前記工具電極の形状の特徴又は前記被加工物の加工形状の特徴情報の中で最も構成比率が高いものを、前記工具電極の形状の特徴又は前記被加工物の加工形状の特徴として認識するものである。
この発明は、以上説明したように構成されているので、加工形状の特徴を抽出し、より詳細な形状情報を利用して適切な加工条件を設定できるため、加工形状が複雑な場合においても、より効率的な加工を行うことができるという効果がある。
発明を実施するための最良の形態
第１図は、この発明の実施の形態に係る放電加工装置を示す構成図であり、図において、１、２及び３はモータ、４はモータ１によりＺ軸方向に駆動される主軸、５はモータ２によりＸ軸方向に駆動されるワークテーブル、６はモータ３によりＹ軸方向に駆動されるワークテーブル、７はワークテーブル５、６上に載置された加工槽、８は加工液、９は主軸４に取り付けられた工具電極、１０は加工用電源装置、１１は数値制御装置、１２は加工条件設定手段、１３は加工条件記憶手段、１４は入出力手段、１５は形状演算手段、１６は登録手段、１７は記録手段、Ｗは被加工物である。加工用電源装置１０により工具電極９と被加工物Ｗとの極間に加工電力を供給し、工具電極９と被加工物Ｗとを数値制御装置１１により駆動制御されるモータ１、２及び３により相対移動させながら、被加工物Ｗの放電加工を行う。
加工条件記憶手段１３には、予め加工条件のデータベースが記憶されている。作業者は、登録手段１６から加工を指定する項目として、被加工物と工具電極の材料、縮小代、加工精度及び加工時間等の中の少なくとも一つを入力する。
入出力手段１４は、ＮＣプログラム等を記録媒体又は通信ケーブル等を介して外部演算装置等から取込むことが可能であり、加工に要した時間及び加工条件記憶手段１３によって演算された加工条件等を記録手段１７に記録すると共に記録媒体又は通信ケーブル等を介して外部演算装置等に出力することができる。
形状演算手段１５は、入出力手段１４から入力された工具電極９又は被加工物Ｗの加工形状のＣＡＤ等の図形データを取込み、加工形状の特徴的な形状要素を抽出するものである。図形データとしては、ＣＡＤデータの標準データ形式であるＩＧＥＳその他の形式を扱うことができる。
加工条件設定手段１２によって加工条件を設定する過程を第２図に示す。まず、入出力手段１４において、工具電極９の形状データ又は被加工物Ｗの加工形状データを選択し、図形データを読み込む（Ｓ１）。工具電極９については、たとえば凸型に加工され成形されるが、この場合、被加工物Ｗは凹型に加工される。すなわち、工具電極９の穴形状部分との放電加工により、被加工物Ｗには柱形状が形成され、工具電極９及び被加工物Ｗの加工形状はその形状情報が異なるものとなる。放電加工においては、工作機械による切削における荒加工用のＮＣデータ等と異なり、加工形状の形状データが存在することは少ない。工具電極は、製品形状からパーティングライン、抜き勾配及び減寸量を考慮して設計され、形状データとして扱われるので、多くの場合は工具電極９の形状データが存在する。被加工物Ｗと工具電極９の形状データは多くの場合、Ｚ軸の情報を反転させることで情報を共通化することができる。減寸量は、たとえば１ｍｍ以下と小さく、減寸量より小さい形状要素が加工を左右することはほとんどないので、工具電極形状のデータから被加工物の形状データを生成しても問題はない。
以下、一例として、工具電極９の形状が第３図の（ａ）、被加工物Ｗの加工形状が第３図の（ｂ）であり、Ｓ１で読み込んだ図形データが工具電極９の図形データである場合について説明する。第４図のように、工具電極９において、加工進行方向のＺ軸方向に所定の分割幅で、Ｚ０乃至Ｚｋに対応するｋ＋１個の横断面を抽出する（Ｓ２）。この横断面の算出は、好ましくは要求寸法精度毎になるが、分割数が多くなると演算の遅延につながるので、工具電極の減寸量毎、又は、１ｍｍ程度毎でもよい。
次にＳ２で求められた加工方向毎の横断面形状を小さなメッシュで分割する。メッシュ分割幅については、好ましくは要求寸法精度毎であるが、分割数が多くなると演算の遅延につながるので、工具電極の減寸量毎、又は、１ｍｍ程度毎でもよい。たとえば第５図の（ａ）及び（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向にｉ＋１分割、Ｙ軸方向にｊ＋１分割し、分割したメッシュ形状内に、図形データの位置座標が含まれる場合は、第５図の（ｃ）のように、図形データの位置座標（ＸＤ、ＹＤ、ＺＤ）を、メッシュデータの位置座標（ＸＭ、ＹＭ、ＺＭ）に変更し、中実であることを示すために、たとえば“１”という情報を与える。また、中空の場合には、分割したメッシュ形状内に、図形データの位置座標が含まれない場合であり、この場合には、中空であることを示すために、たとえば“０”という情報を与える。このように、（Ｘｎ、Ｙｍ、Ｚｌ）（０≦ｎ≦ｉ、０≦ｍ≦ｊ、０≦ｌ≦ｋ、ｎ、ｍ、ｌは整数）の各分割要素のメッシュデータを得るこができる。（Ｓ３）。
また、図形データがサーフェスモデルである場合には、ソリッドモデルのデータとして取扱えるように、ＣＡＤ／ＣＡＭ関連の公知技術であるモデルデータの変換を行えば、各分割要素にメッシュデータ（たとえば“１”又は“０”）を付与することができる。このようにして、第３図の（ａ）の工具電極９の形状をメッシュ分割した横断面のメッシュデータの例を第６図に示す。
次に、Ｓ３で付与した各分割要素のメッシュデータを用いて加工形状の特徴を抽出する。Ｓ３で抽出した（Ｘｎ、Ｙｍ、Ｚｌ）（０≦ｎ≦ｉ、０≦ｍ≦ｊ、０≦ｌ≦ｋ、ｎ、ｍ、ｌは整数）の各分割要素のメッシュデータから、第７図の例のように横断面成分及び縦断面成分を得ることができる。
凹部は、横断面成分（ＸＹ平面）のメッシュ形状内に少なくとも一つ以上のメッシュデータ“０”が存在し、隣接して連続するメッシュデータ“０”の周囲を、メッシュデータ“１”が囲む場合であり、凸部は、横断面成分（ＸＹ平面）のメッシュ形状内に少なくとも一つ以上のメッシュデータ“１”が存在し、隣接して連続するメッシュデータ“１”の周囲を、メッシュデータ“０”が周囲を囲む場合である。
凹部を検出した場合、Ｚ０からＺｋまでのｋ＋１個の横断面（ＸＹ平面）のすべてでメッシュデータが“０”である箇所は「穴形状」であり（第７図の（ａ））、Ｚ０からＺｋまでのｋ＋１個の横断面（ＸＹ平面）の少なくとも一つのメッシュデータが“１”であれば「袋形状」であることがわかる（第７図の（ｂ））。
形状全体について凹部形状の抽出を行い、その個数を数え、少なくとも一つ以上の凹部が存在する場合には、工具電極の形状情報に「凹部あり」の情報を付加する。複数の凹部が存在する場合には、凹部形状に番号を割り振り、それぞれの凹部形状に「袋形状」又は「穴形状」等の形状の特徴及び大きさの情報（たとえばメッシュ数）を持たせる。このとき、凹部形状の大きさによって順位を付けておく。
また、凸部を検出した場合、第７図の（ｃ）のようなリブ形状、第７図の（ｄ）のような面積変化形状等の工具電極形状の特徴を抽出することができる。
凹部形状の場合と同様に、形状全体について凸形状の抽出を行い、その個数を数え、少なくとも一つ以上の凸部が存在する場合には、工具電極の形状情報に「凸部あり」の情報を付加する。複数の凸部が存在する場合には、凸部形状に番号を割り振り、それぞれの凸部形状に「リブ形状」又は「面積変化形状」等の形状の特徴及び大きさの情報（たとえばメッシュ数）を持たせる。このとき、凸部形状の大きさによって順位を付けておく。
一般的に、工具電極形状は前記のような様々な形状要素で構成されるが、前記の形状の特徴の組み合わせが複雑な場合は、メッシュデータによる形状の特徴情報から、その頻度（前記形状に割り振った形状の特徴に対応する番号の数）及び大きさを考慮して（たとえば、頻度×大きさによる）、最も構成比率が高いものをその工具電極形状の特徴として認識する（Ｓ４）。
前記Ｓ２〜Ｓ４は、加工条件設定手段１２中の形状演算手段１５により行うことができる。
Ｓ４により抽出した工具電極（すなわち加工形状）の特徴的な形状要素、加工面積及び加工深さ等に応じて、これらに対応した加工条件を加工条件記憶手段１３の加工条件のデータベースから呼び出し、加工条件を設定する（Ｓ５）。特徴的な形状要素に応じた加工条件は、予め実験により決定しておき、加工条件記憶手段１３のデータベースに記憶しておけばよい。
このように、特徴的な加工形状を抽出して、この特徴的な加工形状に適した加工条件を選択することにより、複雑な加工形状の場合にも、適切な加工条件を設定できるため、より効率的な加工を行うことができる。
産業上の利用可能性
以上のように、この発明に係る放電加工方法及び装置は、放電加工作業に用いられるのに適している。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の実施の形態に係る放電加工装置を示す構成図である。
第２図は、加工条件設定手段よって加工条件を設定する過程を示すフローチャートである。
第３図は、工具電極の形状及び被加工物の加工形状の例を示す斜視図である。
第４図は、工具電極の横断面の抽出の説明図である。
第５図は、メッシュ分割の説明図である。
第６図は、工具電極形状をメッシュ分割した横断面のメッシュデータの例を示す図である。
第７図は、横断面成分及び縦断面成分の各分割要素のメッシュデータから、加工形状の特徴を抽出する例を示す説明図である。

Claims (5)

1. 工具電極又は被加工物の形状情報と加工条件データベースの加工条件データとを対応させ、加工条件を選択して加工を行う放電加工方法において、
   前記工具電極の形状データ又は前記被加工物の加工形状データを読み込む第１の工程と、
   前記形状データから袋形状若しくは穴形状等の凹部形状の特徴又はリブ形状若しくは面積変化形状等の凸部形状の特徴等の特徴的な加工形状を抽出する第２の工程と、
   前記特徴的な加工形状と前記加工条件データベースの加工条件データとを対応させ、加工条件を選択して加工を行う第３の工程とからなることを特徴とする放電加工方法。
2. 工具電極又は被加工物の形状情報と加工条件データベースの加工条件データとを対応させ、加工条件を選択して加工を行う放電加工方法において、
   前記工具電極の形状データ又は前記被加工物の加工形状データを読み込む第１の工程と、
   前記形状データの複数の断面を抽出する第２の工程と、
   前記断面をメッシュ分割し、中実又は中空のメッシュデータを付与する第３の工程と、
   前記メッシュデータから前記工具電極の形状の特徴又は前記被加工物の加工形状の特徴を抽出する第４の工程と、
   前記工具電極の形状の特徴又は前記被加工物の加工形状の特徴と前記加工条件データベースの加工条件データとを対応させて加工条件を選択して加工を行う第５の工程とからなることを特徴とする放電加工方法。
3. 請求の範囲２において、前記メッシュデータによる、前記工具電極の形状の特徴情報又は前記被加工物の加工形状の特徴情報の中で最も構成比率が高いものを、前記工具電極の形状の特徴又は前記被加工物の加工形状の特徴として認識することを特徴とする放電加工方法。
4. 複数の加工条件データを記憶した加工条件データベースを保存してなる加工条件記憶手段を備えた放電加工装置において、
   工具電極の形状データ又は被加工物の加工形状データを読み込む入力手段と、
   前記形状データの複数の断面を抽出し、これらの断面をメッシュ分割し、各分割要素に中実又は中空のメッシュデータを付与し、これらのメッシュデータから前記工具電極の形状の特徴又は前記被加工物の加工形状の特徴を抽出する形状演算手段と、
   前記工具電極の形状の特徴又は前記被加工物の加工形状の特徴と前記加工条件記憶手段の加工条件データベースの加工条件データとを対応させて加工条件を選択する加工条件設定手段とを備えたことを特徴とする放電加工装置。
5. 請求の範囲４において、前記メッシュデータによる、前記工具電極の形状の特徴又は前記被加工物の加工形状の特徴情報の中で最も構成比率が高いものを、前記工具電極の形状の特徴又は前記被加工物の加工形状の特徴として認識することを特徴とする放電加工装置。

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