JP3980625B2

JP3980625B2 - 放電加工装置

Info

Publication number: JP3980625B2
Application number: JP2006266852A
Authority: JP
Inventors: 知子千代; 祥人今井; 達志佐藤; 英孝三宅; 卓司真柄; 昭弘後藤; 由香三谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2022-09-26
Also published as: JP2006341373A

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。

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。

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。

図８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。

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。

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。

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。

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９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。

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。

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。

図１０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８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。

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。

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Δｚ_２とを比較し補正データｍを修正する。なお、図１１は上記動作をフローで示す図である。

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。

例えば、加工電極６の回転方向を例にすると、図１２（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１２（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。

又、図１０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。

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。

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、クリアランスを一定に保って安定な加工を行い、誤差が発生した場合に加工で誤差が蓄積するのを防止し、効率の良い加工を行い、複雑な形状に対応する処理を行い、加工時間を短く精度の高い経路を生成することにより、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。

この発明の請求項１に係る放電加工装置は、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、加工条件にそれぞれ対応する水平面内における理想加工速度を予め設定して格納する理想加工速度格納手段と、所定区間毎に加工が進行している水平面内における実加工速度を検出する加工速度検出手段と、上記実加工速度と理想加工速度とを比較し上記両速度の差異に応じて次層の深さ補正を含む電極経路を修正する電極経路修正手段とを備え、多層加工を行うことを特徴とする。

この発明の請求項２に係る放電加工装置は、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、加工条件にそれぞれ対応する水平面内における理想加工速度を予め設定して格納する理想加工速度格納手段と、所定区間毎に加工が進行している実加工速度を検出する加工速度検出手段と、上記実加工速度と理想加工速度とを比較し上記両速度の差異に応じて深さ方向の上記電極の位置を修正する電極位置修正手段とを備えたことを特徴とする。

この発明の請求項１によれば、加工条件にそれぞれ対応する水平面内における理想加工速度を予め設定して格納する理想加工速度格納手段と、所定区間毎に加工が進行している水平面内における実加工速度を検出する加工速度検出手段と、上記実加工速度と理想加工速度とを比較し上記両速度の差異に応じて次層の深さ補正を含む電極経路を修正する電極経路修正手段とを備えたので、多層加工を行う際に、誤差の累積を防止して高精度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。

この発明の請求項２によれば、加工条件にそれぞれ対応する水平面内における理想加工速度を予め設定して格納する理想加工速度格納手段と、所定区間毎に加工が進行している実加工速度を検出する加工速度検出手段と、上記実加工速度と理想加工速度とを比較し上記両速度の差異に応じて深さ方向の上記電極の位置を修正する電極位置修正手段とを備えたので、誤差の累積を防止して高精度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。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
図１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２は図１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８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。３５は電極経路生成手段１２で生成される電極経路に関し、理想状態で加工を行った場合の進行方向の理想加工速度を、加工条件データ格納手段３０に格納されたデータに基づいて計算し格納する理想加工速度格納手段、３６は各駆動モータ２、３の動きにより進行方向の実際の加工速度を測定する実加工速度計測手段、３７は理想加工速度格納手段３５に格納された理想加工速度と、実加工速度測定手段３６によって測定される実加工速度とを比較する加工速度比較手段、３８はこの加工速度比較手段３７の比較結果に応じて、電極位置の補正を行い電極経路指令手段１３に伝達する電極位置修正手段である。

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Ｓ_９１）。このようにして電極経路が生成されると、理想加工速度格納手段３５は生成された電極経路に関し、理想状態で加工を行った場合の進行方向の理想加工速度を、加工条件データ格納手段３０に格納されたデータに基づいて計算（ステップＳ_９２）し格納する。

一方、実加工速度計測手段３６は、加工時間ａ秒間毎に進行方向に進んだ加工距離ｂを測定し、これら加工時間ａおよび加工距離ｂから実加工速度を計算する（ステップＳ_９３）。次いで、加工速度比較手段３７はステップＳ_９３で計算された実加工速度に対応する理想加工速度を、理想加工速度格納手段３５から抽出（ステップＳ_９４）し、この抽出された理想加工速度と実加工速度とを比較する（ステップＳ_９５）。そして、比較の結果両速度に差異があれば、電極位置修正手段３８によりこの差異に応じた電極位置の修正（ステップＳ_９６）が行われ、この修正値は電極経路指令手段１３に伝達されて電極経路に加味される。

ところで、深さ方向を含めた加工速度がほぼ一定であるとすると、進行方向の加工速度の変化は加工深さに反比例する。すなわち前述したように、放電加工は非接触加工なので電極深さと加工深さは一致しない。そこで、極間の誤差が加工プログラムにおける加工深さの見積もり誤差となってきいてくる。例えば加工時間ａ秒間の加工距離ｂであるはずなのに、実際の加工距離が２・ｂであったとすると、実際の加工深さは所望の加工深さの１／２しか加工していないことになる。

これは、つまり見積もり誤差であり、このまま加工を行うと所望の加工深さの１／２の深さの加工になってしまう。したがって、電極位置修正手段３８は電極位置をもととなる補正値の２倍分補正するという動作を行う。すなわち、設定された深さ方向の電極送りが、加工距離ｂ毎にｃであったとすると、ｂ毎に２・ｃ送るように電極経路指令手段１３に修正を送るようにすれば良い。

このように上記実施の形態１によれば、実加工速度測定手段３６によって測定される実加工速度を、理想加工速度格納手段３５に格納された対応する理想加工速度と加工速度比較手段３７によって比較し、電極位置修正手段３８によって両速度の差異に応じて電極の位置の修正を行うようにしているので、実加工状態に応じた電極消耗の補償を行うことができ、誤差の累積を防止して高精度な加工面が得られるという効果がある。

実施の形態２．
尚、上記実施の形態１では、電極位置修正手段３８で理想加工速度と実加工速度との差異に応じて、電極の位置の修正を行うようにしているが、図３にその構成を示すように、補正手段３９により両加工速度の差異に応じて、補正データ格納手段１１に格納された補正データを補正するようにしても良く、上記実施の形態１の場合と同様に高精度な加工面が得られるという効果がある。

実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３における放電加工装置の構成を示すブロック図、図５は図４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、上記各実施の形態におけるものと同様な部分は同一符号を付して説明を省略する。４０は電極経路生成手段１２で生成された電極経路の各層毎の理想加工速度を計算して格納する理想加工速度格納手段、４１は実加工速度測定手段３６によって測定される実加工速度を順次１層ずつ格納する実加工速度格納手段、４２はこの実加工速度格納手段４１に格納される実加工速度と、この実加工速度に対応する理想加工速度を理想加工速度格納手段４０から抽出して順次比較する加工速度比較手段、４３はこの加工速度比較手段４２の比較結果から実際の加工形状を予測し、次の層の電極経路を順次修正する電極経路修正手段である。

次に、上記のように構成された実施の形態３における放電加工装置の動作を図５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Ｓ_１１１）。このようにして電極経路が生成されると、理想加工速度格納手段４０は生成された電極経路に関し、理想状態で加工を行った場合の進行方向の各層毎の理想加工速度を、加工条件データ格納手段３０に格納されたデータに基づいて順次計算し格納される（ステップＳ_１１２）。

一方、実加工速度計測手段３６は、加工時間ａ秒間毎に進行方向に進んだ加工距離ｂを測定し、これら加工時間ａおよび加工距離ｂから実加工速度を１層毎に計算し、実加工速度格納手段４１に１層ずつ格納される（ステップＳ_１１３）。次いで、加工速度比較手段４２は実加工速度格納手段４１から実加工速度を抽出するとともに、この実加工速度に対応する理想加工速度を、理想加工速度格納手段４０から抽出（ステップＳ_１１４）し、この抽出された理想加工速度と実加工速度とを比較する（ステップＳ_１１５）。そして、比較の結果両速度に差異があれば、電極経路修正手段４３によりこの差異に応じた電極位置の修正（ステップＳ_１１６）が行われ、この修正値は電極経路指令手段１３に伝達されて電極経路の修正が行われる。なお、この修正は例えば前の層の加工速度の差、すなわち加工深さの加工軌跡に沿った断面が、図６（Ａ）中破線で示した目標面粗さに対してａのようになっていたとすると、次の層の加工経路が図６（Ｂ）に示すｂとなるようにしてなされる。

このように上記実施の形態３によれば、実加工速度測定手段３６により測定されて実加工速度格納手段４１に格納される１層毎の実加工速度を抽出するとともに、理想加工速度格納手段４０に格納されるものの中から抽出された実加工速度に対応する理想加工速度を抽出して、加工速度比較手段４２によって両加工速度を比較し、電極経路修正手段４３によりその差異に応じて次の層の電極経路を修正するようにしているので、誤差の累積を防止し高精度な加工面が得られるという効果がある。

実施の形態４．
尚、上記実施の形態３では、電極経路修正手段４３により理想加工速度と実加工速度との差異に応じて、次の層の電極経路の修正を行うようにしているが、図７にその構成を示すように、例えばカメラで撮影した画像データやレーザ波長を用いる等して実加工形状を測定する実加工形状測定手段４５により、１層毎の実加工形状を順次測定して実加工形状格納手段４６に格納し、この実加工形状と理想加工形状格納手段４４に格納された各層毎の理想加工形状の中の対応する理想加工形状とを比較し、両加工形状の差異に応じて、電極経路修正手段４８により次層の電極経路を修正するようにしても良く、上記実施の形態３の場合と同様の効果が得られることは言うまでもない。

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である。図１における放電加工装置の動作を示すフロー図である。この発明の実施の形態２における放電加工装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態３における放電加工装置の構成を示すブロック図である。図４における放電加工装置の動作を示すフロー図である。前層における加工経路を次層における加工経路で修正を行う例を示す断面図である。この発明の実施の形態４における放電加工装置の構成を示すブロック図である。従来の放電加工装置の構成を示すブロック図である。図８における放電加工装置の要部の動作を示すフロー図である。図８に示すものとは異なる他の従来の放電加工装置の構成を示すブロック図である。図１０における放電加工装置の要部の動作を示すフロー図である。加工電極の回転方向と加工代の位置との関係で加工液の排出程度が異なることを説明するための図である。

符号の説明

１ＸＹ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、９，２８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、３０加工条件データ格納手段、
３５，４０理想加工速度格納手段、３６実加工速度測定手段、
３７，４２加工速度比較手段、３８電極位置修正手段、３９補正手段、
４１実加工速度格納手段、４３，４８電極経路修正手段、
４４理想加工形状格納手段、４５実加工形状測定手段、４６実加工形状格納手段、
４７加工形状比較手段。

Claims

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、加工条件にそれぞれ対応する水平面内における理想加工速度を予め設定して格納する理想加工速度格納手段と、所定区間毎に加工が進行している水平面内における実加工速度を検出する加工速度検出手段と、上記実加工速度と理想加工速度とを比較し上記両速度の差異に応じて次層の深さ補正を含む電極経路を修正する電極経路修正手段とを備え、多層加工を行うことを特徴とする放電加工装置。
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、加工条件にそれぞれ対応する水平面内における理想加工速度を予め設定して格納する理想加工速度格納手段と、所定区間毎に加工が進行している実加工速度を検出する加工速度検出手段と、上記実加工速度と理想加工速度とを比較し上記両速度の差異に応じて深さ方向の上記電極の位置を修正する電極位置修正手段とを備えたことを特徴とする放電加工装置。