JP3851332B2 - EDM machine - Google Patents
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Description
この発明は、単純な形状の電極を3次元制御して、金型製作や部品加工を行う放電加工装置に関するものである。 The present invention relates to an electric discharge machining apparatus that performs three-dimensional control of an electrode having a simple shape and performs mold fabrication and component machining.
従来から、円柱、円筒、角柱などの比較的単純な形状をした電極をNC制御装置により3次元制御を行い、所望の3次元形状を加工する放電加工装置が知られている。このような放電加工装置においては、複雑な3次元形状の総型電極を製作しなくてよく、金型製作コストおよび製作時間を大きく改善することができる。また、電極形状をあらかじめ規定できることからCAMシステムなどの導入が容易となり加工工程の自動化が期待できる。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known an electric discharge machining apparatus that processes a desired three-dimensional shape by performing three-dimensional control on an electrode having a relatively simple shape such as a column, cylinder, or prism by an NC controller. In such an electric discharge machining apparatus, it is not necessary to produce a complicated three-dimensional shape total electrode, and the die production cost and production time can be greatly improved. In addition, since the electrode shape can be defined in advance, it is easy to introduce a CAM system and the like, and automation of the machining process can be expected.
しかしながら、このような放電加工では、総型電極による放電加工に比べて加工精度の点で電極消耗が大きな問題となる。このような問題を解決するために、山形大学の土屋、金子氏らによる一連の研究報告「円筒電極による三次元制御放電加工(第1報)」電気加工学会誌,Vol.17,No.33,p31/44(1983)、「円筒電極による三次元制御放電加工(第2報)」電気加工学会誌,Vol.17,No.34,p.1/12(1984)にて、円柱や円筒電極を回転させながらZ軸に一定量切り込んだのちX,Y軸によって平面加工を行う場合、あらかじめ実測データから求めた電極消耗長さの補正データをプログラム中に与えて加工の進行に伴い予測された消耗分だけ電極を送る方法が提案されている。 However, in such electric discharge machining, electrode consumption becomes a serious problem in terms of machining accuracy as compared with electric discharge machining using a total-type electrode. In order to solve such problems, a series of research reports “three-dimensional controlled electrical discharge machining with cylindrical electrodes (1st report)” by Tatsuya Kaneko and others at Yamagata University, Vol. 17, no. 33, p31 / 44 (1983), “Three-Dimensional Controlled Electrical Discharge Machining with a Cylindrical Electrode (2nd Report)” Journal of the Electromachining Society, Vol. 17, no. 34, p. In 1/12 (1984), when cutting a certain amount into the Z axis while rotating a columnar or cylindrical electrode and then performing planar machining with the X and Y axes, correction data for the electrode wear length obtained in advance from measured data is obtained. A method has been proposed in which the electrode is fed by the amount of wear that is given during the program and predicted as the machining progresses.
図7は上記のような電極消耗の補正が採用された従来の放電加工装置の構成を示すブロック図である。
図において、1は各駆動モータ2、3によってX、Y方向に駆動されるXYテーブル、4はこのXYテーブル3上に載置された被加工物、5は主軸、6はこの主軸5の先端に被加工物4と対応して固着され、例えば円柱、円筒等のように単純な形状をした加工電極、7は駆動モータの駆動力を主軸5を介して加工電極6に伝達し回転させる電極回転機構である。
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of a conventional electric discharge machining apparatus that employs the above-described correction of electrode wear.
In the figure, 1 is an XY table driven in the X and Y directions by
9は加工電極6と被加工物4との間にパルス状の電流を加える加工電源、10は補正が考慮されていない加工経路が格納された加工経路格納手段、11は加工電極6の消耗を補正するための補正データが格納された補正データ格納手段、12はこの補正データ格納手段11に格納された補正データを用いて、加工経路格納手段10に格納されている加工経路を補正し電極経路を生成する電極経路生成手段、13はこの電極経路生成手段12で生成された電極経路に基づいて電極経路指令を送出する電極経路指令手段、14はこの電極経路指令手段13により送出される電極経路指令に基づいて、各駆動モータ2、3を制御することにより加工電極6の位置を設定する電極位置制御手段である。
9 is a machining power source for applying a pulsed current between the
次に、上記のように構成された従来の放電加工装置の動作について説明する。
まず、加工に先立って予備実験により消耗補償パラメータを決定する。電極消耗が定常状態であれば軌道送り長さLと電極消耗長さzの間には補正データmを介してz=mLの関係が成立するので、適当な加工長さLにわたって加工を行い、電極消耗長さzを測定してmを計算すればよい。もちろん、以前行った実験、既知の経験や知識、理論などによりmが決定できる場合、予備実験は不要である。
Next, the operation of the conventional electric discharge machining apparatus configured as described above will be described.
First, prior to machining, a wear compensation parameter is determined by a preliminary experiment. If the electrode wear is in a steady state, the relationship z = mL is established between the trajectory feed length L and the electrode wear length z via the correction data m, so that machining is performed over an appropriate machining length L, What is necessary is just to calculate m by measuring the electrode consumption length z. Of course, if m can be determined based on previous experiments, known experience, knowledge, theory, etc., preliminary experiments are unnecessary.
さて、被加工物4の加工形状に応じて設定され加工経路格納手段10に格納された加工経路は、加工電極6の消耗については考慮されていないため、電極経路生成手段12により補正データ格納手段11に格納された補正データmを用いて、単位軌道送り長さΔL毎に電極長手方向の消耗長さΔz=m・ΔLの軌道を付加し電極消耗量を補償した、修正軌道データを生成するための電極経路を作成し電極経路指令手段13に送出される。
Now, since the machining path set according to the machining shape of the
次いで、電極経路指令手段13によりこの電極経路に基づいて電極経路指令が送出され、この電極経路指令により電極位置制御手段14は各駆動モータ2、3を制御することによりXYテーブル1を移動させ、被加工物4に対する加工電極6の位置を設定して、被加工物4を所望の形状に加工する。
すなわち、図8にそのフローを示すように、補正データmを用いて加工経路を補正して電極経路を生成し、この電極経路に基づいて加工を行うものである。
Next, an electrode path command is sent out based on this electrode path by the electrode path command means 13, and the electrode position control means 14 moves the XY table 1 by controlling each
That is, as shown in the flow in FIG. 8, the machining path is corrected using the correction data m to generate an electrode path, and the machining is performed based on the electrode path.
なお、当然のことながら、加工電極6の消耗量の決定は加工軌跡によって生じる加工量の差を考慮に入れる必要があり、加工量によって補正データmには係数がかかる。
又、上述したと同様の消耗補正方法については、例えば特開平5−345229号公報においても述べられている。
Needless to say, the amount of consumption of the
Further, a consumption correction method similar to that described above is described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-345229.
さらに又、山形大学による研究報告「輪郭放電加工における学習予測補正制御」電気加工学会誌,Vol.11,No.33,p7/11(1987)にて、補正データmをより正確なものとするために、加工中に接触検知を行って実際の消耗量を確かめ、補正データ格納手段11に格納された補正データmを消耗量に応じて変更する方法も提案されている。 Furthermore, a research report by Yamagata University "Learning prediction correction control in contour electric discharge machining", Journal of Electromachining Society, Vol. 11, no. 33, p7 / 11 (1987), in order to make the correction data m more accurate, contact data is detected during processing to confirm the actual consumption amount, and the correction data stored in the correction data storage means 11 A method for changing m in accordance with the amount of wear has also been proposed.
図9は上記のような電極消耗の補正が採用された放電加工装置の構成を示すブロック図である。
図において、図7に示す放電加工装置と同様な部分は同一符号を付して説明を省略する。15は一定の計測区間ΔL毎に接触検知で電極消耗を計測する電極消耗計測手段、16はこの電極消耗計測手段15で計測され電極消耗に応じて、補正データ格納手段11内の補正データmを修正する補正データ修正手段、17はこの補正データ修正手段16で修正された補正データmに基づいて、電極位置制御手段14による制御量を補正して加工電極6の位置設定を修正する補正手段である。
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of an electric discharge machining apparatus that employs the above-described correction of electrode consumption.
In the figure, the same parts as those in the electric discharge machining apparatus shown in FIG.
次に、上記のように構成された従来の放電加工装置の動作について説明する。
まず、補正手段17は補正データ格納手段11に予め格納されている補正データmを用いて、単位軌道送り長さΔL毎に電極長手方向の消耗長さΔz=m・ΔLの軌道を付加することによって、電極経路指令手段13から電極位置制御手段14に指令される電極経路を補正する。次いで、この補正された電極経路に基づいて、電極位置制御手段14は加工電極6の位置設定を行い加工電極6により加工が進行する。
Next, the operation of the conventional electric discharge machining apparatus configured as described above will be described.
First, the correction means 17 uses the correction data m stored in advance in the correction data storage means 11 to add a trajectory having a consumption length Δz = m · ΔL in the electrode longitudinal direction for each unit trajectory feed length ΔL. Thus, the electrode path commanded from the electrode path command means 13 to the electrode position control means 14 is corrected. Next, based on the corrected electrode path, the electrode position control means 14 sets the position of the
一方、電極消耗計測手段15は電極位置制御手段14によって設定される加工電極6の位置から、その位置が平面進行方向にX進むごとに、加工電源9に信号を送出して加工電源9を切り、接触検知により実際の電極消耗長さΔzを計測する。そして、計測が終了すると加工電極6を元の位置に戻して加工電源9を投入し、補正データ修正手段16は補正データ格納手段11に格納される補正データmによって計算で得られるΔz=m・ΔLと、上記したように接触検知によって実際に得られたΔz2とを比較し補正データmを修正する。なお、図10は上記動作をフローで示す図である。
On the other hand, the electrode consumption measuring
従来の3次元加工を行う放電加工装置は以上のように構成されていた。ところで、放電加工は非接触加工のため、外乱が含まれ必ずしも予測通りに加工が行われるわけではない。例えば、加工時に発生する加工粉は、加工間隙の状態に影響を及ぼし、クリアランスを変化させる。 A conventional electric discharge machining apparatus for performing three-dimensional machining is configured as described above. By the way, since electric discharge machining is non-contact machining, disturbance is included and machining is not necessarily performed as expected. For example, machining powder generated during machining affects the state of the machining gap and changes the clearance.
例えば、加工電極6の回転方向を例にすると、図11(A)に示すように加工電極6の回転方向を加工液を排出しながら加工が進行するようにした場合に比べて、図11(B)に示すように加工電極6の回転方向を加工液を巻き込みながら加工が進行するようにした場合は、加工電極6の周囲に加工粉が溜まりやすくなる。したがって加工が不安定となりクリアランスが広くなるというように少しの外乱で、加工前に行った予測が大きくはずれてしまうことになる。そして、さらにある点で発生した誤差はその後の加工にも影響を及ぼし誤差を蓄積させる。
For example, taking the rotation direction of the
又、図9にその構造を示す従来の装置では、加工電極6の消耗誤差の問題については一部解決する。しかしながら、ある区間毎に電極消耗誤差をいちいち測定するのは無駄を含む上に、測定以前に発生した誤差による形状の乱れについては考慮されていない。又、通常、3次元放電加工は所望の加工深さを一回の動作で進むのではなく、少しずつ薄く何層にもわたって加工を行う、いわゆる多層加工を行うが、前の層の形状のみだれに対し考慮がなされていない。
Further, in the conventional apparatus whose structure is shown in FIG. 9, the problem of the consumption error of the
又、なるべく加工が安定し理想に近い状態で加工を行うことができれば、そもそも消耗誤差は最小限ですむはずであるが、そのような考慮がなされていない。又、多層加工において、どのようにそれぞれの層の厚みを決定するか、どのように加工条件を切り替えるかについては何ら考慮がされていない。又、単純な形状の加工電極を用いた加工では、総型電極を用いた場合に比べて電極の消耗が多いため、何らかのタイミングで電極の交換を行う必要があるが、その点についても考慮がなされていない等、数多くの問題点があった。 In addition, if the processing is as stable as possible and the processing can be performed in an ideal state, the wear error should be minimized in the first place, but such consideration is not made. In multilayer processing, no consideration is given to how the thickness of each layer is determined and how the processing conditions are switched. In addition, since machining with a simple-shaped machining electrode consumes more electrode than with a total electrode, it is necessary to replace the electrode at some timing. There were many problems, such as not being done.
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、加工状態が常に一定となり均一な加工面を得ることが可能な放電加工装置を提供する。また、高速、高精度の加工を可能にする放電加工装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an electric discharge machining apparatus in which the machining state is always constant and a uniform machining surface can be obtained. It is another object of the present invention to provide an electric discharge machining apparatus that enables high-speed and high-precision machining.
この発明に係る放電加工装置は、回転する単純形状の電極を用いて3次元形状加工を行う放電加工装置において、加工経路に電極の消耗分の補正を加えた電極経路に対して加工量を計算し、加工量に比例して電極の回転数を制御する電極回転数制御手段を備えたことを特徴とする。 The electric discharge machining apparatus according to the present invention is a discharge machining apparatus that performs three-dimensional shape machining using a rotating electrode having a simple shape, and calculates a machining amount with respect to an electrode path obtained by correcting the consumption of the electrode in the machining path. And electrode rotation speed control means for controlling the rotation speed of the electrode in proportion to the processing amount.
この発明によれば、回転する単純形状の電極を用いて3次元形状加工を行う放電加工装置において、加工経路に電極の消耗分の補正を加えた電極経路に対して加工量を計算し、加工量に比例して電極の回転数を制御する電極回転数制御手段を備えたので、加工状態が常に一定となり均一な加工面を得ることが可能な放電加工装置を提供することができる。 According to the present invention, in an electric discharge machining apparatus that performs three-dimensional shape machining using a rotating electrode having a simple shape, a machining amount is calculated for an electrode path obtained by correcting the consumption of the electrode in the machining path. Since the electrode rotation speed control means for controlling the rotation speed of the electrode in proportion to the amount is provided, it is possible to provide an electric discharge machining apparatus in which the machining state is always constant and a uniform machining surface can be obtained.
この発明の参考形態.
以下、この発明の参考形態を図について説明する。図1はこの発明の参考形態における放電加工装置の構成を示すブロック図、図2は図1における放電加工装置の動作を示すフロー図、図3は図1における放電加工装置の加工電極の回転方向と加工代の位置との関係を説明するための図、図4は図1における放電加工装置の加工電極の加工粉の排出が困難な箇所における回転方向の制御を説明するための図である。
Reference form of the present invention.
Hereinafter, a reference embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a block diagram showing the configuration of an electric discharge machining apparatus according to a reference embodiment of the present invention , FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the electric discharge machining apparatus in FIG. 1, and FIG. 3 is the rotation direction of the machining electrode of the electric discharge machining apparatus in FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining the control of the rotation direction at a location where it is difficult to discharge the machining powder of the machining electrode of the electric discharge machining apparatus in FIG. 1.
図において、図7に示す従来装置と同様な部分は同一符号を付して説明を省略する。18は電極経路生成手段12で生成された電極経路に対して加工粉の排出状態を予測し、この排出状態に応じて加工電極6の回転方向を決定する電極回転方向決定手段、19はこの電極回転方向決定手段18で決定された回転方向に基づいて、電極回転機構7を介して加工電極6の回転方向を制御する電極回転方向制御手段である。
In the figure, the same parts as those of the conventional apparatus shown in FIG.
次に、上記のように構成された参考形態における放電加工装置の動作を図2に示すフローに基づいて説明する。
まず、補正データ格納手段11に格納された補正データに基づいて、電極経路生成手段12により加工経路格納手段10に格納された加工経路に、電極消耗量の補正がなされて電極経路が生成される(ステップS1)。次いで、電極回転方向決定手段18により電極経路に対して加工粉の排出状態が予測され、この排出状態に応じて加工粉が排出されやすいように加工電極6の回転方向が決定される(ステップS2)。例えば図3に示すように、加工電極6が点Aの位置にあって、加工代が加工電極6の進行方向に対して右側にある場合は、図中矢印で示すように左回転に決定される。
Next, the operation of the electric discharge machining apparatus according to the reference embodiment configured as described above will be described based on the flow shown in FIG.
First, based on the correction data stored in the correction
このようにして加工電極6の回転方向が決定されると、所定の区間K毎に電極経路のチェックが行われる。そして、例えば図3に示すように、加工電極6が点Bの位置に移動して、加工代が加工電極6の進行方向に対して左側に変わったことが確認(ステップS3)されると、電極回転方向決定手段18は電極逆回転指令を送出(ステップS4)して、加工粉が排出されやすいようにする。又、加工代の方向とともに加工粉が排出されやすいか否かも順次確認(ステップS5)され、例えば加工電極6が図4に点Aで示すように、窪んだ位置で加工粉が溜まりやすい箇所にある場合は、右に10回転、左に10回転というように、適当な回数毎に回転方向を切り換える(ステップS6)。
When the rotation direction of the
このようにして、電極経路生成手段12によって電極経路が生成され、電極回転方向決定手段18によって加工電極6の回転方向が決定(ステップS7)されると、電極経路指令手段13により電極経路に基づいた電極経路指令が送出され、この電極経路指令により電極位置制御手段14は各駆動モータ2、3を制御することによりXYテーブル1を移動させ、加工電極6に対する被加工物4の位置を設定するとともに、電極回転方向制御手段19は電極回転機構7を介して加工電極6の回転方向を設定して、被加工物4を所定の形状に加工する(ステップS8)。
In this manner, when the electrode path is generated by the electrode
このように上記参考形態によれば、電極経路生成手段12によって生成された電極経路に対して、加工代が加工電極6の進行方向に対して左側にある場合は加工電極6を右回転に、加工代が右側にある場合は加工電極6を左回転に電極回転方向決定手段18で設定して、加工粉が排出されやすいようにするとともに、加工粉の排出が困難な箇所では、予め設定された回数毎に加工電極6の回転方向を切り換えて制御するようにしているので、加工状態が常に一定になり均一な加工面が得られるという効果がある。
As described above , according to the reference embodiment , when the machining allowance is on the left side with respect to the traveling direction of the
実施の形態1.
図5はこの発明の実施の形態1における放電加工装置の構成を示すブロック図、図6は図5における放電加工装置の動作を示すフロー図である。
図において、図1に示す参考形態と同様な部分は同一符号を付して説明を省略する。20は電極経路生成手段12で生成された電極経路に対して加工量を計算し、この加工量に比例して加工電極6の回転数を決定する電極回転数決定手段、21はこの電極回転数決定手段20で決定された回転数に基づいて、電極回転機構7を介して加工電極6の回転数を制御する電極回転数制御手段である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the electric discharge machining apparatus according to Embodiment 1 of the present invention , and FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the electric discharge machining apparatus in FIG.
In the figure, parts similar to those of the reference embodiment shown in FIG.
次に、上記のように構成された実施の形態1における放電加工装置の動作を図6に示すフローに基づいて説明する。
まず、補正データ格納手段11に格納された補正データに基づいて、電極経路生成手段12により加工経路格納手段10に格納された加工経路に、電極消耗量の補正がなされて電極経路が生成される(ステップS11)。次いで、電極回転数決定手段20により電極経路に対して加工量の計算をし、この加工量に比例して加工電極6の回転数が決定される(ステップS12)。
Next, the operation of the electric discharge machining apparatus according to Embodiment 1 configured as described above will be described based on the flow shown in FIG.
First, based on the correction data stored in the correction
このようにして加工電極6の回転数が決定されると、所定の区間K毎に電極経路のチェックが行われる。そして、加工量の変化が確認(ステップS13)されると、電極回転数決定手段20は電極回転数変更指令を送出(ステップS14)して、加工粉が排出されやすいようにする。又、電極経路のチェック中には加工粉が排出されやすいか否かも順次確認(ステップS15)され、加工電極6が加工粉の溜まりやすい箇所にある場合は、回転数を所定の値Cr・p・mだけさらに増速させる(ステップS16)。
When the rotational speed of the
このようにして、電極経路生成手段12によって電極経路が生成され、電極回転数決定手段20によって加工電極6の回転数が決定(ステップS17)されると、電極経路指令手段13により電極経路に基づいた電極経路指令が送出され、この電極経路指令により電極位置制御手段14は各駆動モータ2、3を制御することによりXYテーブル1を移動させ、加工電極6に対する被加工物4の位置を設定するとともに、電極回転数制御手段21は電極回転機構7を介して加工電極6の回転方向を設定して、被加工物4を所定の形状に加工する(ステップS18)。
In this way, when the electrode path is generated by the electrode
このように上記実施の形態1によれば、電極経路生成手段12によって生成された電極経路に対して、電極回転数決定手段20により加工量を計算し、この加工量に比例させて加工電極6の回転数を設定して、加工粉が排出されやすいようにするとともに、加工粉の排出が困難な箇所では、回転数をさらに所定の値Cr・p・mだけ増速させて加工粉の排出を促進させるようにしているので、加工状態が常に一定になり均一な加工面が得られるという効果がある。
As described above, according to the first embodiment, the machining amount is calculated by the electrode rotation
1 XYテーブル、2,3,8 駆動モータ、4 被加工物、5 主軸、
6 加工電極、7 電極回転機構、9 加工電極、10 加工経路格納手段、
11 補正データ格納手段、12 電極経路生成手段、13 電極経路指令手段、
14 電極位置制御手段、18 電極回転方向決定手段、19 電極回転方向制御手段、
20 電極回転数決定手段、21 電極回転数制御手段。
1 XY table, 2, 3, 8 drive motor, 4 workpiece, 5 spindle,
6 machining electrodes, 7 electrode rotation mechanisms, 9 machining electrodes, 10 machining path storage means,
11 correction data storage means, 12 electrode path generation means, 13 electrode path command means,
14 electrode position control means, 18 electrode rotation direction determination means, 19 electrode rotation direction control means,
20 electrode rotation speed determination means, 21 electrode rotation speed control means.
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