JP4159566B2 - ワイヤ放電加工機の制御装置 - Google Patents
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Description
また、加工開始時での加工を安定させるために、加工開始時から一定距離まで加工が進む間、通常の加工条件と異なる加工条件に切り換える技術も提案されている(特許文献2〜6参照)。
また、電圧変化を検出してから動作させるということは、それを検出するまでは通常状態の強い条件で加工することを意味しており、加工開始点や被加工物端面での現象を考えた場合、放電した直後に、すなわち電圧変化による異常放電を検出する前に、断線してしまうという危険性がある。このため、加工開始点や被加工物端面では、予め安定して加工できる条件を設定して、断線を回避する必要がある。
また、前記したと同様に、安定して加工できる条件を用意するには手間がかかるという問題がある。プログラム指令または画面設定でこの機能の有効/無効を切換えることが開示されているが、オペレータの手間が必要となる。また、このような制御の要不要を的確に判断するのは困難である。
また、特許文献6においても、様々な加工に対する切り込み条件を用意するには手間がかかり、手間を省くために安全マージンを大きく設定すると加工効率が落ちるという問題がある。
また、特許文献7では、特許文献4と同様に、短絡を検出してから動作させるということは、それを検出するまでは通常状態の強い条件で加工することを意味しており、加工開始点や被加工物端面での現象を考えた場合、放電した直後に、すなわち短絡による異常放電を検出する前に、断線してしまうという危険性がある。このため、加工開始点や被加工物端面では、予め安定して加工できる条件を設定して、断線を回避する必要がある。
このように、特許文献7は電源の焼き付けを防ぐことを目的としているため、加工開始点に適用することには無理がある。
さらに、様々な加工に対する安定条件を用意するには手間がかかるという問題もある。
そこで、本発明は、ワイヤ放電加工機において、加工開始点での加工安定を図ることを目的とし、また、加工制御による加工効率の低下を減少させることを目的とする。
本発明のワイヤ放電加工機の制御装置は、ワイヤ状電極と被加工物とを相対移動させながら、前記ワイヤ状電極と被加工物との間に放電パルス電流を投入して放電加工を行うワイヤ放電加工機の制御装置であって、前記したように、放電加工量を検出して、その変化に応じて加工速度、加工エネルギー、加工液量等の制御を行う加工量制御を行う。
はじめに、本発明のワイヤ放電加工機の制御で行う加工量制御について説明する。
ワイヤ放電加工における投入加工エネルギーと加工量の関係は、以下の式で表わされる。以下の式でtを被加工物の板厚とし、Ps及びPxをそれぞれの単位時間Tに発生する放電パルス数とし、wを放電パルス1発当たりの加工量とし、△sを放電パルス数Ps(すなわち、単位時間Tで)で移動できる距離とし、△xを放電パルス数Pxで移動できる距離とし、gを加工溝幅とする。
Px*w=△x*t*g (1)
すなわち、
Ps/△s=Px/△x=t*g/w (2)
となる。なお、放電パルス1発当たりの加工量wが一定であれば、単位時間Tに発生する放電パルス数Ps及びPxは単位時間Tに発生する加工量に比例する値を示している。
Ps/Px=△s/△x (3)
すなわち、式(3)は、単位時間T当たりの放電パルス数の変化(Ps/Px)と、それによる送り移動量の変化(△s/△x)をそれぞれ等しくなるように送ることができれば、加工溝幅gは一定になることを意味している。
△s=SPD*T (4)
式(3)と式(4)から移動量△xは次式より得る。
なお、上記式(5)は、設定送り速度SPDから、SPD*(Px/Ps)に変更されたことを意味する。
△x=(Px*w)/(t*g)
と表わすことができる。この式のPx*wは、放電パルスがPxだけ発生した時の加工量である。移動量△xはこの加工量(Px*w)を被加工物の板厚tと加工溝幅gとの積(t*g)で除したものであるから、移動量△xだけワイヤ電極を移動させるということは、Pxの放電パルスによって加工された量だけワイヤ電極を移動させることとなる。
t=(w/g)*(P/△)
なので、(P/△)とtとの比例係数は(w/g)となる。ここで、加工溝幅gを一定としているので、比例係数は放電パルス1発当たりの加工量wに依存する。例えば、アルミの比例係数が大きく、超硬WCの比例係数が小さいということは、放電パルス1発当たりの加工量wが、アルミは大きく、超硬WCでは小さいことを意味している。これは、一般に、アルミは放電加工がしやすく、超硬WCは放電加工がしにくいことと一致する。
κ=P/△ (6)
を求めておく。なお、求めておいた比κに設定送り速度SPDを乗じれば、単位時間当たりの基準放電パルス数Ps(=κ*SPD)を求めることができる。
被加工物とワイヤ状電極間における加工電圧、電流の関係は以下の式で表わされる。以下の式で、Px及びPx+1を△x及び△x+1の位置での単位時間T当たりの放電パルス数とし、Vx,Vx+1をそれぞれの平均加工電圧とし、Vpを無負荷電圧とし、Tonを電流パルス幅とし、Toffを休止時間とし、Tw(x)及びTw(x+1)をそれぞれ単位時間T当たりの平均無負荷時間とする。また、Ps,Vs,Tw(s)を単位時間T当たりの基準放電パルス数,基準平均加工電圧,基準平均無負荷時間とする。
Px+1=T/(Tw(x+1)+Ton+Toff)
Ps=T/(Tw(s)+Ton+Toff)
Vx=Vp*Tw(x)/(Tw(x)+Ton+Toff)
Vx+1=Vp*Tw(x+1)/(Tw(x+1)+Ton+Toff)
Vs=Vp*Tw(s)/(Tw(s)+Ton+Toff)
さらに、Ton<<Tw+Toffとして、それぞれのTw+Ton+Toffを実質の休止時間τに置き換えて上式を整理する。
Tw(x+1)+Toff=τx+1 (8)
Tw(s)+Toff=τs (9)
Px=T/τx (10)
Px+1=T/τx+1 (11)
Ps=T/τs (12)
Vx=Vp*(τx−Toff)/τx=Vp*(1−Toff/τx) (13)
Vx+1=Vp*(τx+1−Toff)/τx+1
=Vp*(1−Toff/τx+1) (14)
Vs=Vp*(τs−Toff)/τs
=Vp*(1−Toff/τs) (15)
また、それぞれの単位時間T当たりの平均加工電流Im(s),Im(x),Im(x+1)、及び平均加工電流密度Id(s),Id(x),Id(x+1)は次式により得られる。なお、tは板厚、gは加工溝幅である。
Id(s)=Im(s)/(t*g) (17)
Im(x)=Ip*Ton*Px (18)
Id(x)=Im(x)/(t*g) (19)
Im(x+1)=Ip*Ton*Px+1 (20)
Id(x+1)=Im(x+1)/(t*g)(21)
前記式(5)と上式により次式を得る。
△s/△x+1=Ps/Px+1=Id(s)/Id(x+1) (23)
すなわち、この式(22)、式(23)は、前記式(5)に基づいて加工送りすると、単位時間T当たりの平均加工電流密度も増減することを意味している。
加工量制御では、かかる問題に対し放電パルス数が限度を越えて増加しないよう自動的に休止時間(Toff)を変えることで解決する。
τs−τx+1=Toff(x+1)−Toff(s) (24)
Toff(x+1)=τs−τx+1+Toff(s) (25)
式(11),式(12)式より次式を得る。
すなわち、最適な放電パルス密度を得る点に一致させるよう休止時間を制御するには、その最適点の基準放電パルス数Psの逆数と、Px+1>Psなる点における放電パルス数Px+1の逆数との差分を単位時間Tごとに求め、その差分だけ基準休止時間Toff(s)から延長することにより達成される。
Vp*(τx−Toff(x))/τx=Vp*(τs−Toff(s))/τs (27) Toff(x)=Toff(s)*τx/τs (28)
式(10),式(12)式より整理して次式を得る。
すなわち、基準休止時間Toff(s)に単位時間当たりの基準放電パルス数Psと放電パルス数Pxの比率の逆数を乗じた値に休止時間Toff(x)を変更することにより達成される。このように式(26),式(29)に基づく評価関数に基づいて、予めエネルギーの余剰投入を抑えるように放電休止時間を制御する。
Ps∝Qs/w (30)
Px∝Qx/w (31)
Qx/FRx∝Qs/FRs (32)
上記式(30),(31),(32)より次式(33)を得る。
すなわち、スラッジの量に応じて液量を制御するには基準冷却液量FRsに単位時間当たりの基準放電パルス数Psと変化時の放電パルス数Pxの比率を乗じた値になるような評価関数を作成して液量FRを変更することにより達成される。
図2において、SPDは通常制御における設定送り速度であり、SPD/2は切り込み制御で用いる設定送り速度である。ここでは、切り込み制御での設定送り速度を通常の設定送り速度SPDの1/2の大きさとしているが、切り込み制御での設定送り速度は必ずしも1/2であることに限らず、他の1以下の比率とすることができる。
この切り込み制御は、ワイヤ電極と被加工物との距離がこの所定距離を越えた時点で解除し、その後は通常制御として元の設定送り速度に戻して加工を継続する。
また、図1(b)の間において、所定距離内において短絡が発生しない場合には、基準送り速度は通常の設定送り速度を維持する。
図3において符号1は放電パルス電流を生成するトランジスタなどの能動素子からなる回路、コンデンサの充放電回路、直流電源等から構成する放電パルス発生装置であり、出力の一方は上下にある通電ブラシ3に接続され、他方は被加工物5に接続され、走行するワイヤ状電極4と被加工物5の間に放電パルス電流を供給する。
また、この放電間隙検出装置6は、加工中のワイヤと被加工物間の電圧を加工条件中の設定電圧と比較する等の方法によって、短絡を検出する手段を備える。
放電パルス数比較装置9は、放電パルス数計数装置7で単位時間(所定周期)T毎計数し記憶した放電パルス数Pxと基準放電パルス数記憶装置8から入力される予め記憶している単位時間当たりの基準放電パルス数Psとを前記単位時間(所定周期)T毎に比較し、放電パルス数Pxと基準放電パルス数Psとの比率(Px/Ps)を算出して、送りパルス演算装置13、放電休止時間制御装置16及び液量制御装置17に出力する。
検出電圧発生装置2は、この休止時間Toffだけ休止した後に、ワイヤ状電極4と被加工物5間に電圧を印加する。このようにして、予めエネルギーの余剰投入を抑えるように設定した評価関数に基づき放電休止時間を制御する。
比較手段26は、加工移動距離が所定距離以内である場合には、放電開始位置から所定距離以内という条件を満たしていることを設定送り速度切換装置27に報告する。本発明は、加工移動距離が所定距離以内であるという条件と短絡発生という条件の両方が成立した場合に、送り速度の切換えを行うことを特徴としている。
そこで、設定送り速度切換装置27は、比較手段26からの比較結果に基づいて加工移動距離が所定距離以内であるという条件が満たされ、且つ、短絡検出手段である放電間隙検出装置6からの検出出力に基づいて短絡が発生したという条件が満たされた場合に、送り速度設定手段15から送りパルス演算装置13に送られる設定送り速度を切り換える。その送り速度設定手段15は切り換えられた設定送り速度(例えば、SPD/2)を送りパルス演算装置13に送る。
送りパルス演算装置13は、送られた設定送り速度(例えば、SPD/2)に基づいて送りパルス数を演算する。演算される送りパルス数は、基準となる設定送り速度が切り換えられることによって減速される。
そこで、短絡が発生して設定送り速度の切り換えが行われている場合において、加工が進み、加工移動距離が所定距離を越えた場合には、比較手段26は放電開始位置から所定距離の範囲を越えたと判断して、設定送り速度切換装置27に信号を送る。設定送り速度切換装置27は比較手段26からの信号を受け、短絡発生によって設定送り速度の切り換えを行っていた場合には、設定送り速度を元の設定送り速度(例えば、SPD)に切り換えて、送りパルス演算装置13に送る。送りパルス演算装置13は、送られた設定送り速度(例えば、SPD)に基づいて送りパルス数を演算する。演算される送りパルス数は、基準送り速度が元に戻されることによって通常制御における送りパルス数となる。
加工量制御である場合(ステップS1)、加工プログラム中で加工開始位置が確定されていることを確認する。この開始位置の確定は、例えば、「G92」等の位置設定のコードの実行によって確認することができる。なお、加工開始穴への位置移動は、上記「G92」等のコードに限らず他の指令によって判断してもよい(ステップS2)。
なお、ステップS5において放電が発生しない場合には、ステップS7と同様に、切り込み制御設定区間判定用のフラグA、及び短絡判定用フラグBに“0”が設定された状態で(ステップS5)、加工量制御が行われる。
次に、前記ステップS9の加工量制御について図5のフローチャートを用いて説明する。
ここで、短絡検出フラグCの設定状態を判定して(ステップS25)、その設定状態に基づいて送り速度の設定を切り換える。
前記ステップS26,27で設定した送り速度SPD´によって加工量制御を行う(ステップS28)。
また、減速の作用により放電パルス数が減少するため、エネルギーの制御効果及び加工液の制御による効果が増し、加工条件の面においても自動的に安定する方向に向かわせることができる。
つまり、加工量制御を行った場合、加工量が減少すると、それに連動して自動的にエネルギーや液量といった加工条件が低く抑えられるようになり、加工が安定するようになる。したがって、ワイヤの断線は自動的に回避され、先行技術のように弱い加工条件を前もって用意しておく必要がないという効果を奏することができる。
この第二の実施形態では、放電パルス数を計数記憶する代わりに放電パルス電流の積分値を電流検出回路18と放電パルス電流積分値演算記憶装置37とから求め、基準放電パルス数の代わりに基準放電パルス電流積分値記憶装置38を設け、そして比較する放電パルス電流積分値比較装置39によって送りパルス、放電休止時間、液量制御のための比率を演算出力する。
また、切り込み制御においても同様とすることができる。
2 検出電圧発生装置
3 通電ブラシ
4 ワイヤ状電極
5 被加工物
6 放電間隙検出装置
7 放電パルス数計数装置
8 基準放電パルス数記憶装置
9 放電パルス数比較装置
10 X軸モータ駆動装置
11 Y軸モータ駆動装置
12 送りパルス分配装置
13 送りパルス演算装置
14 演算クロック
15 送り速度設定手段
16 放電休止時間制御装置
17 液量制御装置
18 電流検出回路
21 加工位置検出装置
22 放電開始位置検出装置
23 放電開始位置記憶装置
24 加工移動距離演算装置
25 所定距離記憶装置
26 比較手段
27 設定送り速度切換装置
37 放電パルス電流積分値演算記憶装置
38 基準放電パルス電流積分値記憶装置
39 放電パルス電流積分値比較装置
Claims (9)
- ワイヤ状電極と被加工物とを相対移動させながら、前記ワイヤ状電極と被加工物との間に放電パルス電流を投入して放電加工を行うワイヤ放電加工機の制御装置において、
投入した放電パルス数を所定時間ごとに計数する放電パルス数計数手段と、
移動指令に基づいて前記ワイヤ状電極と被加工物を加工経路に沿って相対移動させる移動手段と、
基準となる放電パルス数を記憶する基準放電パルス数記憶手段と、
前記放電パルス数計数手段が得た数値と前記基準放電パルス数記憶手段に記憶した数値とを比較して比率を求める放電パルス数比較手段と、
設定送り速度と前記所定時間とで求まる前記ワイヤ状電極と被加工物の相対移動距離に前記比率を乗じて求めた距離を移動指令として前記所定時間毎に前記移動手段に出力する送りパルス演算手段と、
放電の発生を検出することによって放電の開始位置を検出する放電開始位置検出手段と、放電開始位置からの加工移動距離を算出する加工移動距離演算手段と、
前記加工移動距離と所定距離を比較する比較手段と、
ワイヤと被加工物間の短絡を検出する短絡検出手段と、
前記設定送り速度を切り換える設定送り速度切換手段とを備え、
前記設定送り速度切換手段は、前記比較手段の比較結果及び前記短絡検出手段の検出出力に基づいて、加工移動距離が所定距離内で短絡を検出したときに低い設定送り速度に切り換え、加工移動距離が所定距離を越えたときに通常の設定送り速度に切り換えることを特徴とするワイヤ放電加工機の制御装置。 - 前記放電開始位置検出手段は放電パルス数によって放電の開始位置を検出することを特徴とする請求項1に記載のワイヤ放電加工機の制御装置。
- ワイヤ状電極と被加工物とを相対移動させながら、前記ワイヤ状電極と被加工物との間に放電パルス電流を投入して放電加工を行うワイヤ放電加工機の制御装置において、
投入した放電パルス電流を所定時間ごとに積分演算する放電パルス電流積分演算手段と、移動指令に基づいて前記ワイヤ状電極と被加工物を加工経路に沿って相対移動させる移動手段と、
基準となる放電パルス電流の時間積分値を記憶する基準放電パルス電流積分値記憶手段と、
前記放電パルス電流積分値演算手段が得た数値と前記基準放電パルス電流積分値記憶手段に記憶した数値とを比較して比率を求める放電パルス電流積分値比較手段と、
設定送り速度と前記所定時間とで求まる前記ワイヤ状電極と被加工物の相対移動距離に前記比率を乗じて求めた距離を移動指令として前記所定時間毎に前記移動手段に出力する送りパルス演算手段と、
放電の発生を検出することによって放電の開始位置を検出する放電開始位置検出手段と、
放電開始位置からの加工移動距離を算出する加工移動距離演算手段と、
前記加工移動距離と所定距離を比較する比較手段と、
ワイヤとワーク間の短絡を検出する短絡検出手段と、
前記設定送り速度を切り換える設定送り速度切換手段とを備え、
前記設定送り速度切換手段は、前記比較手段の比較結果及び前記短絡検出手段の検出出力に基づいて、加工移動距離が所定距離内で短絡を検出したときに低い設定送り速度に切り換え、加工移動距離が所定距離を越えたときに通常の設定送り速度に切り換えることを特徴とするワイヤ放電加工機の制御装置。 - 前記放電開始位置検出手段は放電パルス電流積分値によって放電の開始位置を検出する請求項3に記載のワイヤ放電加工機の制御装置。
- 前記放電パルス数比較手段の比較結果に応じて、前記放電パルス数計数手段が所定時間ごとに得た数値が前記基準放電パルス数記憶手段に記憶した数値と一致するように、放電休止時間を制御する放電休止時間制御手段を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のワイヤ放電加工機の制御装置。
- 前記放電パルス数比較手段の比較結果に応じて、エネルギーの余剰投入を抑えるよう放電休止時間を制御する放電休止時間制御手段を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のワイヤ放電加工機の制御装置。
- 前記放電パルス電流積算値比較手段の比較結果に応じて、エネルギーの余剰投入を抑えるよう放電休止時間を制御する放電休止時間制御手段を備えることを特徴とする請求項3又は4に記載のワイヤ放電加工機の制御装置。
- 前記放電パルス数比較手段の比率に応じて、冷却液量を制御することを特徴とする請求項1,2,5,6の何れかに記載のワイヤ放電加工機の制御装置。
- 前記放電パルス電流積算値比較手段の比率に応じて、冷却液量を制御することを特徴とする請求項3,4,7の何れかに記載のワイヤ放電加工機の制御装置。
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