JP4260397B2 - 放電加工装置および放電加工方法 - Google Patents
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Description
【技術分野】
この発明は、電極と被加工物との間に電圧をかけて、両者の極間に発生する放電現象を利用して被加工物を加工する放電加工装置および放電加工方法に関し、特に、一定時間毎または加工状態に応じて極間距離を一時的に大きくするジャンプ動作を制御する放電加工装置および放電加工方法に関するものである。
【背景技術】
従来から、放電加工装置は、電極と被加工物との極間距離を一定時間毎または加工状態に応じて一時的に大きくするジャンプ動作を行わせ、このジャンプ動作によって、電極と被加工物との間に堆積した加工屑を効率的に排除し、放電加工の速度や精度を向上させている。
第１４図は、従来の放電加工装置の構成を示すブロック図である。また、第１５図は、従来の放電加工装置によるジャンプ動作を説明する説明図であり、第１５図（ａ）は、ジャンプ動作時における極間距離の変化を示すタイムチャートであり、第１５図（ｂ）は、ジャンプ動作時における速度変化を示すタイムチャートであり、第１５図（ｃ）は、ジャンプ動作時における加速度変化を示すタイムチャートであり、第１５図（ｄ）は、第１５図（ａ）のフーリエ変換結果を示す図である。
第１４図において、極間サーボ制御部３は、極間電圧検出部７が検出した電極１１と被加工物１２との間の極間電圧をもとに主軸１３の位置を制御し、極間の放電現象を用いて被加工物１２を放電加工する。一方、ジャンプ制御部１０２は、一定時間あるいは加工状態に応じて一時的に極間距離を大きくさせる制御を行う。極間サーボ制御部３とジャンプ制御部１０２との切換は、切換部ＳＷ１０の切換動作によって行われる。ジャンプ制御部１０２は、ジャンプ動作を行う際に、極間サーボ制御部３に通知するとともに、切換部ＳＷ１０を、極間サーボ制御部３からジャンプ制御部１０２側に切り換える。
ここで、第１５図を参照してジャンプ動作について説明する。ジャンプ制御部１０２は、一定時間が経過した時点あるいは所定の加工状態になった時点ｔ１においてジャンプ動作を開始する。ジャンプ動作は、まず、極間距離が、距離ｌ１から距離ｌ２になるまで電極１１を速度Ｖ１で上昇させる。極間距離が、距離ｌ２になった時点ｔ２において、電極１１を上昇から下降に切り替え、電極１１を速度−Ｖ１で下降させる。極間距離がｌ３になった時点ｔ３で電極１１の速度−Ｖ１を速度−Ｖ２に変え、電極１１を減速させ、極間距離を距離ｌ１に復させる。時点ｔ３において、速度−Ｖ１を速度−Ｖ２に減速させるのは、速度−Ｖ１のまま電極１１を下降させると、電極１１の惰性で電極１１と被加工物１２とが衝突する恐れがあるからである。
この従来の放電加工装置では、時点ｔ１，ｔ２，ｔ３において速度を急激に変化させるため、機械制御系の応答の遅れや目標の行き過ぎが生じる。また、極間距離の軌跡は、高周波成分を含んだ軌跡であるため、機械系の共振を加振し、ジャンプ動作終了後もしばらくの間、振動が残ることになる。ここで、放電加工は、電極１１と被加工物１２との極間距離を数〜数十μｍに保った状態で、極間に電圧をかけることによって加工するため、わずかな残振動によって加工精度や速度が大幅に低下するという問題点がある。
また、従来、残振動の影響や軸の行き過ぎによる加工精度の悪化を防ぐために減速距離（ｌ３−ｌ１）を大きくするものがあるが、この場合、ジャンプ動作に時間がかかり、全体の加工時間が増大するという問題点がある。
すなわち、従来の放電加工装置によるジャンプ動作は、速度や加速度を急激に変化させているため、残振動や減速距離の設定によって加工精度や加工速度が大幅に低下するという問題点があった。
また、現実には、被加工物１２や電極１１を放電加工装置の質量、加工条件、放電加工装置の経年変化などによって、ジャンプ動作時の最適な設定周波数および周波数の許容最大成分値が異なってくる。この場合、これらの２つの要素を調整することによってより加工時間を短縮し、かつ、加工精度を向上させることができるが、放電加工装置の使用者が、これらの設定周波数や許容最大成分値を最適に調整することは困難であった。
【発明の開示】
この発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、加工時間を短縮し、かつ加工精度を向上させることができる放電加工装置および放電加工方法を得ることを目的とする。
この問題点を解決するため、この発明にかかる放電加工装置は、電極と被加工物との間に所定の電圧を印加しつつ該電極と該被加工物との極間距離を制御する極間サーボ制御部と、一定時間毎または加工状態に応じて前記極間距離を一時的に大きくするジャンプ動作を制御するジャンプ制御部とを備えた放電加工装置において、前記ジャンプ制御部は、所定周波数以下または所定周波数未満の所定周波数領域内の周波数成分をもつ滑らかな指令軌跡を生成する指令軌跡生成手段を備え、前記ジャンプ制御部は、前記指令軌跡生成手段が生成した滑らかな指令軌跡を用いて前記ジャンプ動作を制御する。たとえば、指令軌跡生成手段は、機械系の共振周波数未満の低い周波数成分をもつ正弦波を用いて指令軌跡を生成するようにしているので、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができる。
つぎの発明にかかる放電加工装置は、電極と被加工物との間に所定の電圧を印加しつつ該電極と該被加工物との極間距離を制御する極間サーボ制御部と、一定時間毎または加工状態に応じて前記極間距離を一時的に大きくするジャンプ動作を制御するジャンプ制御部とを備えた放電加工装置において、前記ジャンプ制御部は、所定周波数未満の第１周波数から該所定周波数を超える第２周波数までの周波数領域以外の所定周波数領域内の周波数成分をもつ滑らかな指令軌跡を生成する指令軌跡生成手段を備え、前記ジャンプ制御部は、前記指令軌跡生成手段が生成した滑らかな指令軌跡を用いて前記ジャンプ動作を制御する。たとえば、指令軌跡生成手段は、機械系の共振周波数から十分離れた周波数成分をもつ正弦波を用いて指令軌跡を生成するようにしているので、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができる。
つぎの発明にかかる放電加工装置は、電極と被加工物との間に所定の電圧を印加しつつ該電極と該被加工物との極間距離を制御する極間サーボ制御部と、一定時間毎または加工状態に応じて前記極間距離を一時的に大きくするジャンプ動作を制御するジャンプ制御部とを備えた放電加工装置において、前記ジャンプ制御部は、所定周波数以上または所定周波数を超える所定周波数領域内の周波数成分の値を所定値以下または所定値未満に抑制した滑らかな指令軌跡を生成する指令軌跡生成手段を備え、前記ジャンプ制御部は、前記指令軌跡生成手段が生成した滑らかな指令軌跡を用いて前記ジャンプ動作を制御する。たとえば、指令軌跡生成手段は、機械系の共振周波数を超える高い周波数成分を所定値以下に抑制した滑らかな指令軌跡を生成するようにしているので、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができるとともに、振動の減少および行き過ぎ量の減少によって電極の減速距離を小さくすることができ、結果として全体のジャンプ動作時間が短縮され、加工速度を向上させることができる。
つぎの発明にかかる放電加工装置は、電極と被加工物との間に所定の電圧を印加しつつ該電極と該被加工物との極間距離を制御する極間サーボ制御部と、一定時間毎または加工状態に応じて前記極間距離を一時的に大きくするジャンプ動作を制御するジャンプ制御部とを備えた放電加工装置において、前記ジャンプ制御部は、所定周波数未満の第１周波数から該所定周波数を超える第２周波数までの所定周波数領域内の周波数成分の値を所定値以下または所定値未満に抑制した滑らかな指令軌跡を生成する指令軌跡生成手段を備え、前記ジャンプ制御部は、前記指令軌跡生成手段が生成した滑らかな指令軌跡を用いて前記ジャンプ動作を制御する。たとえば、指令軌跡生成手段は、機械系の共振周波数近傍における周波数成分の値を所定値以下に抑制する滑らかな指令軌跡を生成するようにしているので、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができる。
つぎの発明にかかる放電加工装置は、上記の発明において、前記ジャンプ制御部は、フィルタをさらに備え、前記フィルタは、前記所定周波数領域内の周波数成分の値を前記所定値以下または前記所定値未満に抑制した滑らかな軌跡に整形するようにしている。たとえば、フィルタとしてアナログフィルタを設け、機械系の共振周波数を超える高い周波数成分の値を所定値以下に抑制した滑らかな指令軌跡を生成するようにしているので、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができるとともに、振動の減少および行き過ぎ量の減少によって電極の減速距離を小さくすることができ、結果として全体のジャンプ動作時間が短縮され、加工速度を向上させることができる。
つぎの発明にかかる放電加工装置は、上記の発明において、前記指令軌跡生成手段は、前記所定周波数領域内の周波数成分の値を所定値以下または所定値未満に抑制した複数の軌跡を加算し、前記所定値以下または前記所定値未満に抑制した前記滑らかな指令軌跡を生成する。これによって、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができる。
つぎの発明にかかる放電加工装置は、上記の発明において、前記所定周波数領域または前記所定周波数領域および前記所定値を含む前記ジャンプ動作の条件情報を記憶する記憶手段をさらに備え、前記指令軌跡生成手段は、前記所定周波数領域または前記所定周波数範囲および前記所定値をもとに前記滑らかな指令軌跡を生成するようにし、ジャンプ動作を柔軟に変更設定できるようにしている。
つぎの発明にかかる放電加工装置は、上記の発明において、前記所定周波数領域または前記所定周波数領域および前記所定値のうちの少なくとも１つを設定入力する設定入力手段をさらに備え、前記指令軌跡生成手段は、前記設定入力手段によって設定された前記所定周波数領域または前記所定周波数および前記所定値をもとに前記滑らかな指令軌跡を生成する。これによって、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らないことによる高精度の加工を容易に設定することができる。
つぎの発明にかかる放電加工装置は、上記の発明において、前記ジャンプ制御部は、前記ジャンプ動作中の状態を検出し、該ジャンプ動作を評価するジャンプ動作評価手段と、前記ジャンプ動作評価手段による評価結果をもとに前記所定周波数領域または前記所定値または前記所定周波数領域および前記所定値を設定変更する設定変更手段と、をさらに備える。これによって、ジャンプ動作評価手段が、実際の電極の動きを評価し、設定変更手段が、この評価結果をもとに所定周波数領域や所定値などの最適な加工条件に自動設定変更するため、高速かつ高精度の加工を自動的に行うことができる。
つぎの発明にかかる放電加工装置は、上記の発明において、前記指令軌跡生成手段は、前記所定周波数領域または前記所定周波数領域および前記所定値を満足し、前記ジャンプ動作に対応する所定の関数を生成し、該所定の関数に対して１以上の積分処理あるいは１以上の微分処理を施して前記指令軌跡あるいは該指令軌跡に対応する制御指令を生成するようにしている。これによって、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができるとともに、振動の減少および行き過ぎ量の減少によって電極の減速距離を小さくすることができ、結果として全体のジャンプ動作時間が短縮され、加工速度を向上させることができる。
つぎの発明にかかる放電加工装置は、上記の発明において、前記ジャンプ制御部は、前記滑らかな指令軌跡に対応する指令速度あるいは指令加速度をもとに前記ジャンプ動作を制御するようにしている。これによって、柔軟な放電加工を高速かつ高精度に行うことができる。
つぎの発明にかかる放電加工方法は、極間サーボ制御部が、電極と被加工物との間に所定の電圧を印加しつつ該電極と該被加工物との極間距離を制御し、ジャンプ制御部が、一定時間毎または加工状態に応じて前記極間距離を一時的に大きくするジャンプ動作を制御する放電加工方法において、所定周波数以下または所定周波数未満の所定周波数領域内の周波数成分をもつ滑らかな指令軌跡を生成する指令軌跡生成工程と、前記指令軌跡生成工程が生成した滑らかな指令軌跡を用いて前記ジャンプ動作を制御するジャンプ動作制御工程と、を含むことを特徴とする。たとえば、指令軌跡生成工程は、機械系の共振周波数未満の低い周波数成分をもつ正弦波を用いて指令軌跡を生成するようにしているので、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができる。
つぎの発明にかかる放電加工方法は、極間サーボ制御部が、電極と被加工物との間に所定の電圧を印加しつつ該電極と該被加工物との極間距離を制御し、ジャンプ制御部が、一定時間毎または加工状態に応じて前記極間距離を一時的に大きくするジャンプ動作を制御する放電加工方法において、所定周波数未満の第１周波数から該所定周波数を超える第２周波数までの周波数領域以外の所定周波数領域内の周波数成分をもつ滑らかな指令軌跡を生成する指令軌跡生成工程と、前記指令軌跡生成工程が生成した滑らかな指令軌跡を用いて前記ジャンプ動作を制御するジャンプ動作制御工程と、を含むことを特徴とする。たとえば、指令軌跡生成工程は、機械系の共振周波数から十分離れた周波数成分をもつ正弦波を用いて指令軌跡を生成するようにしているので、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができる。
つぎの発明にかかる放電加工方法は、極間サーボ制御部が、電極と被加工物との間に所定の電圧を印加しつつ該電極と該被加工物との極間距離を制御し、ジャンプ制御部が、一定時間毎または加工状態に応じて前記極間距離を一時的に大きくするジャンプ動作を制御する放電加工方法において、所定周波数以上または所定周波数を超える所定周波数領域内の周波数成分の値を所定値以下または所定値未満に抑制した滑らかな指令軌跡を生成する指令軌跡生成工程と、前記指令軌跡生成工程が生成した滑らかな指令軌跡を用いて前記ジャンプ動作を制御するジャンプ動作制御工程と、を含むことを特徴とする。たとえば、指令軌跡生成工程は、機械系の共振周波数を超える高い周波数成分を所定値以下に抑制した滑らかな指令軌跡を生成するようにしているので、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができるとともに、振動の減少および行き過ぎ量の減少によって電極の減速距離を小さくすることができ、結果として全体のジャンプ動作時間が短縮され、加工速度を向上させることができる。
つぎの発明にかかる放電加工方法は、極間サーボ制御部が、電極と被加工物との間に所定の電圧を印加しつつ該電極と該被加工物との極間距離を制御し、ジャンプ制御部が、一定時間毎または加工状態に応じて前記極間距離を一時的に大きくするジャンプ動作を制御する放電加工方法において、所定周波数未満の第１周波数から該所定周波数を超える第２周波数までの所定周波数領域内の周波数成分の値を所定値以下または所定値未満に抑制した滑らかな指令軌跡を生成する指令軌跡生成工程と、前記指令軌跡生成工程が生成した滑らかな指令軌跡を用いて前記ジャンプ動作を制御するジャンプ動作制御工程と、を含むことを特徴とする。たとえば、指令軌跡生成工程は、機械系の共振周波数近傍における周波数成分の値を所定値以下に抑制する滑らかな指令軌跡を生成するようにしているので、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができる。
つぎの発明にかかる放電加工方法は、上記の発明において、前記指令軌跡生成工程は、前記所定周波数領域内の周波数成分の値を所定値以下または所定値未満に抑制した複数の軌跡を加算する加算工程と、前記加算工程によって加算された軌跡をもとに、前記所定値以下または前記所定値未満に抑制した前記滑らかな指令軌跡を生成する生成工程と、を含むことを特徴とする。これによって、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができる。
つぎの発明にかかる放電加工方法は、上記の発明において、前記所定周波数領域または前記所定周波数領域および前記所定値のうちの少なくとも１つを設定入力する設定入力工程をさらに含み、前記指令軌跡生成工程は、前記設定入力工程によって設定された前記所定周波数領域または前記所定周波数および前記所定値をもとに前記滑らかな指令軌跡を生成することを特徴とする。これによって、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らないことによる高精度の加工を容易に設定することができる。
つぎの発明にかかる放電加工方法は、上記の発明において、前記ジャンプ動作中の状態を検出し、該ジャンプ動作を評価するジャンプ動作評価工程と、前記ジャンプ動作評価工程による評価結果をもとに前記所定周波数領域または前記所定値または前記所定周波数領域および前記所定値を設定変更する設定変更工程と、をさらに含むことを特徴とする。これによって、ジャンプ動作評価工程が、実際の電極の動きを評価し、設定変更工程が、この評価結果をもとに所定周波数領域や所定値などの最適な加工条件に自動設定変更するため、高速かつ高精度の加工を自動的に行うことができる。
つぎの発明にかかる放電加工方法は、上記の発明において、前記指令軌跡生成工程は、前記所定周波数領域または前記所定周波数領域および前記所定値を満足し、前記ジャンプ動作に対応する所定の関数を生成し、該所定の関数に対して１以上の積分処理あるいは１以上の微分処理を施して前記指令軌跡あるいは該指令軌跡に対応する制御指令を生成することを特徴とする。これによって、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができるとともに、振動の減少および行き過ぎ量の減少によって電極の減速距離を小さくすることができ、結果として全体のジャンプ動作時間が短縮され、加工速度を向上させることができる。
つぎの発明にかかる放電加工方法は、上記の発明において、前記ジャンプ動作制御工程は、前記滑らかな指令軌跡に対応する指令速度あるいは指令加速度をもとに前記ジャンプ動作を制御することを特徴とする。これによって、柔軟な放電加工を高速かつ高精度に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明にかかる放電加工装置および放電加工方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。
まず、この発明の実施の形態１について説明する。第１図は、この発明を実施の形態１である放電加工装置の構成を示すブロック図である。第１図において、加工電源制御部５は、加工条件記憶部４に記憶された加工電源制御に関する情報をもとに加工電源１０を制御し、電極１１と被加工物１２との間に電圧を印加する。
極間サーボ制御部３は、電極１１と被加工物１２との間の極間電圧を検出する極間電圧検出部７の極間電圧検出結果および位置検出部８による電極１１の位置検出結果をもとに、極間距離を制御する。極間サーボ制御部３は、主軸用モータ制御部６を制御し、この制御のもとに主軸用モータ９を駆動し、主軸１３の位置を上下に移動させることによって、電極１１を移動させ、結果として電極１１と被加工物１２との極間距離を制御する。なお、極間サーボ制御部３は、加工条件記憶部４に記憶されたサーボ制御条件をもとに制御する。
一方、ジャンプ制御部２は、加工条件記憶部４に記憶されたジャンプ動作条件情報をもとに、一定時間毎または加工状態に応じて極間距離を一時的に大きくジャンプさせるジャンプ動作の制御を行う。ジャンプ制御部２は、極間サーボ制御部３による極間距離の制御と同様に、主軸用モータ制御部６、主軸用モータ９、主軸１３を介して電極１１と被加工物１２との極間距離を制御する。この際、ジャンプ制御部２は、電極１１の位置検出を行う位置検出部８の位置検出結果をもとに極間距離の制御を行う。
極間サーボ制御部３による制御とジャンプ制御部２による制御と切換は、切換部ＳＷによって行われる。ジャンプ制御部２は、ジャンプ動作を行う場合、ジャンプ動作を行うことを極間サーボ制御部３に通知するとともに、切換部ＳＷを制御し、極間サーボ制御部３側からジャンプ制御部２側に切り換える。
ジャンプ制御部２は、ジャンプ軌跡生成部１を有する。ジャンプ軌跡生成部１は、加工条件記憶部４に記憶されたジャンプ動作条件情報をもとに、第２図（ａ）に示した極間距離の指令軌跡を生成し、ジャンプ制御部２は、この指令軌跡をもとにジャンプ動作の制御を行う。なお、第２図（ｂ）は、第２図（ａ）に示した指令軌跡のフーリエ変換結果を示している。
第２図に示したジャンプ動作の指令軌跡は、基準周波数ｆｃに比して低い周波数ｆの正弦波によって生成した軌跡を用いている。ここで、極間距離を「Ｌ（ｔ）」とすると、
Ｌ（ｔ）＝（ｌ２−ｌ１）ｓｉｎ２πｆ１（ｔ−ｔ１）＋ｌ１
と表すことができる。ただし、ｆ＜ｆｃである。ここで、「ｆ１」は、指令軌跡の周波数成分である。また、「ｌ１」は、ジャンプ動作開始時点ｔ１およびジャンプ動作終了時点ｔ２における極間距離であり、「ｌ２」は、ジャンプ動作時における極間距離の最大値である。なお、基準周波数ｆｃとして、ここでは、放電加工装置（機械系）の共振周波数を用いている。
上述した極間距離Ｌ（ｔ）の式は、加工条件記憶部４に記憶されている。ジャンプ軌跡生成部１は、加工条件記憶部４から、この極間距離Ｌ（ｔ）の式をもとに指令軌跡を生成し、ジャンプ制御部２がこの指令軌跡をもとにジャンプ動作を制御する。
この実施の形態１では、ジャンプ軌跡生成部１は、共振周波数ｆｃに比して低い周波数ｆ１の成分のみの正弦波による滑らかな指令軌跡を生成するため、ジャンプ動作終了後に機械系の振動を残さず、高精度の加工を行うことができる。
なお、上述した実施の形態１では、基準周波数ｆｃに比して低い１つの周波数ｆ１の成分のみの正弦波によって指令軌跡を生成するようにしているが、基準周波数ｆｃ以下であってもよいし、基準周波数ｆｃ未満の条件を満たす２つ以上の周波数の成分を含む指令軌跡を生成するようにしてもよい。
また、上述した実施の形態１では、基準周波数ｆｃとして機械系の共振周波数を用いたが、制御系の周波数応答から求められる遮断周波数やディジタル制御器のサンプリング周波数の１／２、さらに、これらの設定された基準周波数、たとえば遮断周波数のＡ倍（０＜Ａ≦１）の周波数であってもよい。
さらに、上述した実施の形態１では、ジャンプ動作を指令軌跡、すなわち極間距離の位置を制御するようにしていたが、極間距離を速度制御または加速度制御するようにしてもよい。
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。この実施の形態２における放電加工装置の構成は、加工条件記憶部４に記憶された極間距離「Ｌ（ｔ）」の式およびジャンプ軌跡生成部１による指令軌跡の生成処理が第１図に示した放電加工装置と異なり、その他の構成は第１図に示した放電加工装置と同じである。
第３図は、この発明の実施の形態２による放電加工装置のジャンプ軌跡生成部１が生成するジャンプ動作の指令軌跡と、この指令軌跡のフーリエ変換結果を示す図である。第３図に示したジャンプ動作の指令軌跡は、基準周波数ｆｃの０．９倍から１．１倍までの周波数以外の周波数成分をもつ正弦波によって生成される。すなわち、指令軌跡「Ｌ（ｔ）」は、
Ｌ（ｔ）＝（ｌ２−ｌ１）ｓｉｎ２πｆ２（ｔ−ｔ２）＋ｌ１
と表すことができる。ただし、ｆ２＜ｆｃ×０．９またはｆ２＞ｆｃ×１．１である。ここで、「ｆ２」は、指令軌跡の周波数成分である。また、「ｌ１」は、ジャンプ動作開始時点ｔ１およびジャンプ動作終了時点ｔ２における極間距離であり、「ｌ２」は、ジャンプ動作時における極間距離の最大値である。なお、基準周波数ｆｃとして、ここでは、放電加工装置（機械系）の共振周波数を用いている。
上述した極間距離Ｌ（ｔ）の式は、加工条件記憶部４に記憶されている。ジャンプ軌跡生成部１は、加工条件記憶部４から、この極間距離Ｌ（ｔ）の式をもとに指令軌跡を生成し、ジャンプ制御部２がこの指令軌跡をもとにジャンプ動作を制御する。
この実施の形態２では、ジャンプ軌跡生成部１は、共振周波数ｆｃの０．９倍から１．１倍までの周波数以外の周波数ｆ２、すなわち共振周波数ｆｃから十分離れた周波数ｆ２の成分のみの正弦波による滑らかな指令軌跡を生成するため、ジャンプ動作終了後に機械系の振動を残さず、高精度の加工を行うことができる。
なお、上述した実施の形態２では、基準周波数ｆｃの０．９倍から１．１倍までの周波数以外の１つの周波数ｆ２のみの正弦波によって指令軌跡を生成するようにしているが、条件を満たす２つ以上の周波数の成分を含む指令軌跡を生成するようにしてもよい。
また、上述した実施の形態２では、基準周波数ｆｃの０．９倍から１．１倍までの周波数以外の周波数のみで指令軌跡を生成したが、基準周波数ｆｃのＡ倍（０＜Ａ≦１）からＢ倍（１≦Ｂ）までの周波数以外の周波数のみで指令軌跡を生成するようにしてもよい。
さらに、基準周波数ｆｃとして機械系の共振周波数を用いたが、制御系の周波数応答から求められる遮断周波数やディジタル制御器のサンプリング周波数の１／２を基準周波数としてもよい。
また、上述した実施の形態２では、ジャンプ動作を指令軌跡、すなわち極間距離の位置を制御するようにしていたが、極間距離を速度制御または加速度制御するようにしてもよい。
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。この実施の形態３における放電加工装置では、第１図に示した放電加工装置に加工条件入力部１４を追加した構成としている。
第４図は、この発明の実施の形態３である放電加工装置の構成を示すブロック図である。第４図において、加工条件入力部１４は、加工条件記憶部４に対してジャンプ動作条件情報、すなわちジャンプ動作用の軌跡生成に用いられるパラメータを入力する。たとえば、上述した基準周波数ｆｃおよび「ｆ＜ｆｃ」などの条件を設定入力する。
この実施の形態３では、加工条件入力部１４によって、使用者が基準周波数ｆｃなどを任意に設定入力することができるので、ジャンプ動作終了後の機械系の振動を抑制し、使用者が要求する高精度の加工を行うことができる。
つぎに、この発明の実施の形態４について説明する。この実施の形態４における放電加工装置の構成は、加工条件記憶部４に記憶された極間距離「Ｌ（ｔ）」の式およびジャンプ軌跡生成部１による指令軌跡の生成処理が第１図に示した放電加工装置と異なり、その他の構成は第１図に示した放電加工装置と同じである。
第５図は、この発明の実施の形態４である放電加工装置のジャンプ軌跡生成部１が生成するジャンプ動作の指令軌跡を示す図である。また、第６図は、第５図に示した指令軌跡のフーリエ変換結果を示す図である。第５図に示す指令軌跡は、時点ｔ１から時点ｔ４までは、ほぼ山形の形状をなす軌跡であるが、時点ｔ４における極間距離ｌ３から、ジャンプ動作終了の時点ｔ３における極間距離ｌ１に至るまでの距離を減速距離（ｌ３−ｌ１）として設定している。
一方、第５図に示した指令軌跡は、第６図に示すように、基準周波数（共振周波数）ｆｃ以上の周波数領域の周波数成分値が所定値Ｃ以下となるように抑制されている。
この結果、この実施の形態４では、共振周波数ｆｃ以上の高い周波数領域の周波数成分値が所定値Ｃ以下に抑制された指令軌跡を生成するようにしているので、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができるとともに、この振動の減少と行き過ぎ量の減少のために、減速距離（ｌ３−ｌ１）を小さくすることができ、この結果、全体のジャンプ動作時間（ｔ３−ｔ１）を短縮することができ、加工速度を向上させることができる。
なお、上述した実施の形態４では、基準周波数ｆｃとして機械系の共振周波数を用いたが、制御系の周波数応答から求められる遮断周波数やディジタル制御器のサンプリング周波数の１／２、さらに、これらの設定された基準周波数、たとえば遮断周波数のＡ倍（０＜Ａ≦１）の周波数であってもよい。
また、上述した実施の形態４では、ジャンプ動作を指令軌跡、すなわち極間距離の位置を制御するようにしていたが、極間距離を速度制御または加速度制御するようにしてもよい。
つぎに、この発明の実施の形態５について説明する。上述した実施の形態４では、共振周波数ｆｃ以上の周波数領域における周波数成分値が所定値Ｃ以下となる指令軌跡を生成するようにしていたが、この実施の形態５では、共振周波数ｆｃの０．９倍の周波数から、共振周波数ｆｃの１．１倍の周波数までの周波数領域における周波数成分値が所定値Ｃ以下となるようにしている。
第７図は、たとえば、第５図に近似した指令軌跡のフーリエ変換結果の一例を示す図である。第７図に示すように、この実施の形態５では、共振周波数ｆｃの０．９倍の周波数（０．９・ｆｃ）から共振周波数ｆｃの１．１倍の周波数（１．１・ｆｃ）までの周波数領域の周波数成分値が所定値Ｃ以下となるようにしている。
この実施の形態５では、機械系の共振周波数の近傍における周波数成分値を抑制した指令軌跡を生成するので、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができる。
なお、上述した実施の形態５では、基準周波数ｆｃとして機械系の共振周波数を用いたが、制御系の周波数応答から求められる遮断周波数やディジタル制御器のサンプリング周波数の１／２、さらに、これらの設定された基準周波数、たとえば遮断周波数のＡ倍（０＜Ａ≦１）の周波数であってもよい。
また、上述した実施の形態５では、共振周波数の０．９倍の周波数から１．１倍の周波数までの周波数領域における周波数成分値を所定値Ｃ以下に抑制したジャンプ動作の指令軌跡を生成するようにしていたが、共振周波数ｆｃのＡ倍（０＜Ａ≦１）の周波数から共振周波数ｆｃのＢ倍（１≦Ｂ）の周波数までの周波数領域における周波数成分値を所定値Ｃ以下に抑制させるようにしてもよい。
さらに、上述した実施の形態５では、ジャンプ動作を指令軌跡、すなわち極間距離の位置を制御するようにしていたが、極間距離を速度制御または加速度制御するようにしてもよい。
つぎに、この発明の実施の形態６について説明する。上述した実施の形態４，５では、いずれもジャンプ生成部１がそれぞれの周波数領域における周波数成分値を所定値Ｃ以下に抑制した指令軌跡を生成するようにしていたが、この実施の形態６では、ジャンプ制御部２の出力段に、共振周波数ｆｃ以上の周波数領域における周波数成分値を所定値Ｃ以下に抑制するフィルタ１５を設けるようにしている。
第８図は、この発明の実施の形態６である放電加工装置の構成を示すブロック図である。第８図において、フィルタ１５は、アナログフィルタであり、共振周波数ｆｃ以上の周波数領域における周波数成分値を所定値Ｃ以下に抑制して出力するようにしている。その他の構成は、第１図に示した放電加工装置の構成と同じである。
この実施の形態６では、アナログフィルタによって実現されるフィルタ１５をジャンプ制御部２の出力段に設け、共振周波数ｆｃ以上の周波数領域における周波数成分値を所定値Ｃ以下に抑制した指令軌跡を出力するようにしているため、ジャンプ動作終了後に機械系の振動を残さず、高精度の加工を行うことができる。また、振動が少ないことや行き過ぎ量が小さくなるために、減速距離（ｌ３−ｌ１）を小さくすることができ、全体のジャンプ動作時間（ｔ３−ｔ１）が短縮され、加工速度を向上させることができる。
なお、上述した実施の形態６では、アナログフィルタを用いて共振周波数ｆｃ以上の周波数領域における周波数成分値を所定値Ｃ以下に抑制するようにしているが、ジャンプ軌跡生成部１内に、ディジタルフィルタを導入し、共振周波数ｆｃ以上の周波数領域における周波数成分値が所定値Ｃ以下に抑制された滑らかな指令軌跡を生成するようにしてもよい。
また、上述した実施の形態６では、ジャンプ動作を指令軌跡、すなわち極間距離の位置を制御するようにしていたが、極間距離を速度制御または加速度制御するようにしてもよい。
つぎに、この発明の実施の形態７について説明する。この実施の形態７では、複数の軌跡を用いて、１つの指令軌跡を生成するようにしている。
第９図は、この発明の実施の形態７である放電加工装置のジャンプ軌跡生成部１によるジャンプ動作の指令軌跡生成処理の一例を説明する図である。第９図では、第９図（ａ）に示す正弦波Ｌ１（ｔ）と、第９図（ｂ）に示す矩形波Ｌ２（ｔ）とを用いて、第９図（ｃ）に示す指令軌跡Ｌ（ｔ）を生成する。すなわち、指令軌跡Ｌ（ｔ）は、
Ｌ（ｔ）＝Ｌ１（ｔ）＋Ｌ２（ｔ）
として表すことができる。
ここで、正弦波Ｌ１（ｔ）は、設定周波数すなわち共振周波数ｆｃに比して低い周波数成分をもつ正弦波である。したがって、正弦波Ｌ１（ｔ）は、共振周波数ｆｃ以上の周波数領域における周波数成分値は、零となる。
一方、矩形波Ｌ２（ｔ）は、
Ｌ２（ｔ）＝ ０（ｔ＜ｔ１）
Ｄ（ｔ１≦ｔ≦ｔ３）
０（ｔ３＜ｔ）
なる式によって表すことができる。
この矩形波Ｌ２（ｔ）をフーリエ級数展開すると、
Ｌ２（ｔ）＝（４Ｄ／π）m=0∞（ １／（２ｍ＋１）
・ｓｉｎ（２（２ｍ＋１）π／（ｔ３−ｔ１））（ｔ―ｔ１））
となる。この式を用いて周波数ｆ［Ｈｚ］の周波数成分値の大きさを求めると、
４Ｄ／πｆ（ｔ３−ｔ１）
となる。周波数ｆが大きくなるほど周波数成分値は小さくなるので、共振周波数ｆｃの周波数成分値が所定値Ｃ以下となるように十分に値「Ｄ」を小さくするか、時間値（ｔ３−ｔ１）を大きくすることによって、周波数ｆが共振周波数ｆｃ以上のすべての周波数領域における周波数成分値が所定値Ｃ以下となる。
ジャンプ動作の指令軌跡Ｌ（ｔ）は、これらの関数、すなわち正弦波Ｌ１（ｔ）と矩形波Ｌ２（ｔ）との和であるため、共振周波数ｆｃを超える周波数領域における周波数成分値を所定値Ｃ以下に設定することができる。
この実施の形態７では、各軌跡の関数の周波数成分値を考慮し、共振周波数ｆｃを超える周波数領域の各周波数成分値の和が所定値Ｃ以下となるようしたジャンプ動作の指令軌跡を生成するようにしているので、ジャンプ動作終了後に、機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができる。
なお、上述した実施の形態７では、正弦波Ｌ１（ｔ）と矩形波Ｌ２（ｔ）との和によって指令軌跡Ｌ（ｔ）を生成するようにしているが、正弦波Ｌ１（ｔ）および矩形波Ｌ２（ｔ）をそれぞれ２種類以上加えるようにしてもよい。さらに、正弦波Ｌ１（ｔ）または矩形波Ｌ２（ｔ）をそれぞれ２種類以上加えて指令軌跡Ｌ（ｔ）を生成するようにしてもよい。また、その他の軌跡の関数、たとえば三角波などを加えて指令軌跡を生成するようにしてもよい。
また、上述した実施の形態７では、指令軌跡としてジャンプ動作開始時点ｔ１からジャンプ動作終了時点ｔ３までの全ての時間領域で定義された関数のみの和として求めたが、時間領域を区分し、各時間領域毎に指令軌跡を生成して、これらの時間領域を接続した軌跡を指令軌跡として求めるようにしてもよい。
たとえば、図１０に示すように、時点ｔ１から時点ｔ４までの時間領域（ｔ１＜ｔ４＜ｔ３）までしか定義されていない関数Ｌ１１（ｔ），Ｌ２１（ｔ）と、時点ｔ４から時点ｔ３までの時間領域しか定義されていない関数Ｌ１２（ｔ），Ｌ２２（ｔ）と用い、時点ｔ１から時点ｔ４までの時間領域において関数Ｌ１１（ｔ）と関数Ｌ２１（ｔ）との和が、上述した周波数領域における周波数成分値が所定値以下となる条件を満足するように設定し、時点ｔ４から時点ｔ３までの時間領域において関数Ｌ１２（ｔ）と関数Ｌ２２（ｔ）との和が、上述した周波数領域における周波数成分値が所定値以下となる条件を満足するように設定するようにしてもよい。また、この場合、さらに複数の時間領域に区分してもよい。たとえば、３つ以上の時間領域に区分し、各時間領域毎に複数の軌跡の和によって指令軌跡を求めるようにしてもよい。
また、上述した実施の形態７では、ジャンプ動作を指令軌跡、すなわち極間距離の位置を制御するようにしていたが、極間距離を速度制御または加速度制御するようにしてもよい。
つぎに、この発明の実施の形態８について説明する。この実施の形態８では、ジャンプ制御部２がジャンプ動作の動作状態を評価し、この評価結果をもとに適正なジャンプ動作となるように指令軌跡を自動的に再設定するようにしている。
第１１図は、この発明の実施の形態８である放電加工装置の構成を示すブロック図である。この放電加工装置は、ジャンプ制御部２の構成が第１図に示した放電加工装置と異なり、その他の構成は第１図に示した放電加工装置と同じである。
第１１図において、ジャンプ制御部２は、評価部２１と設定変更部２２とを有す。評価部２１は、加工条件記憶部４に記憶されたジャンプ動作条件情報をもとにした指令軌跡をジャンプ軌跡生成部１に生成させ、この生成した指令軌跡をもとにジャンプ動作を実行させる。評価部２１は、このジャンプ動作の実行が振動的になっている場合には、共振周波数ｆｃを低くし、あるいは許容振動量（所定値Ｃ）を小さくする指令軌跡とする指示を設定変更部２２に行う。
設定変更部２２は、この指示を加工条件記憶部４に記憶させる。すなわち、加工条件記憶部４内のジャンプ動作条件情報の設定変更を自動的に行う。この設定変更によって、つぎのジャンプ動作時には設定変更すなわち修正されたジャンプ動作条件情報を用いた指令軌跡によってジャンプ動作が実行されることになる。
この実施の形態８では、主軸１３（電極１１）の実際の動きを評価し、共振周波数ｆｃや許容振動量（所定値Ｃ）の条件を設定変更するようにしているので、加工条件が自動的に最適化され、高速かつ高精度の加工を行うことができる。
なお、上述した実施の形態８では、評価部２１が評価したジャンプ動作のつぎのジャンプ動作時に設定変更したジャンプ動作の指令軌跡を適用するようにしたが、たとえば設定変更後、２回先以降のジャンプ動作時から設定変更した指令軌跡を適用するようにしてもよい。
つぎに、この発明の実施の形態９について説明する。この実施の形態９では、加速度の各関数の周波数成分値を考慮し、共振周波数ｆｃを超える周波数領域の周波数成分値の和が所定値Ｃ以下となるように加速度軌跡を２階積分し、これによって指令軌跡を生成するようにしている。
第１２図は、この発明の実施の形態９である放電加工装置のジャンプ軌跡生成部１が生成する指令軌跡の生成処理の一例を示す図である。まず、第１２図（ａ）に示すように、加速度軌跡を決定する。すなわち、時点ＴＡ１〜ＴＡ１６間の各区間についてつぎのような加速度軌跡を決定する。
ＴＡ１≦ｔ＜ＴＡ２：
ａ（ｔ）＝ａ１／２（１−ｃｏｓ（２πｆ１（ｔ−ＴＡ１）））
ただし、ｆ１＝１／（２（ＴＡ２−ＴＡ１））
ＴＡ２≦ｔ≦ＴＡ３：
ａ（ｔ）＝ａ１
ＴＡ３＜ｔ＜ＴＡ４：
ａ（ｔ）＝ａ１／２（１＋ｃｏｓ（２πｆ２（ｔ−ＴＡ３）））
ただし、ｆ２＝１／（２（ＴＡ４−ＴＡ３））
ＴＡ４≦ｔ≦ＴＡ５：
ａ（ｔ）＝０
ＴＡ５＜ｔ＜ＴＡ６：
ａ（ｔ）＝ａ２／２（−１＋ｃｏｓ（２πｆ３（ｔ−ＴＡ５）））
ただし、ｆ３＝１／（２（ＴＡ６−ＴＡ５））
ＴＡ６≦ｔ≦ＴＡ７：
ａ（ｔ）＝−ａ２
ＴＡ７＜ｔ＜ＴＡ８：
ａ（ｔ）＝ａ２／２（−１−ｃｏｓ（２πｆ４（ｔ−ＴＡ７）））
ただし、ｆ４＝１／（２（ＴＡ８−ＴＡ７））
ＴＡ８≦ｔ≦ＴＡ９：
ａ（ｔ）＝０
ＴＡ９＜ｔ＜ＴＡ１０：
ａ（ｔ）＝ａ３／２（−１＋ｃｏｓ（２πｆ５（ｔ−ＴＡ９）））
ただし、ｆ５＝１／（２（ＴＡ６−ＴＡ５））
ＴＡ１０≦ｔ≦ＴＡ１１：
ａ（ｔ）＝−ａ３
ＴＡ１１＜ｔ＜ＴＡ１２：
ａ（ｔ）＝ａ３／２（−１−ｃｏｓ（２πｆ６（ｔ−ＴＡ１１）））
ただし、ｆ６＝１／（２（ＴＡ１２−ＴＡ１１））
ＴＡ１２≦ｔ≦ＴＡ１３：
ａ（ｔ）＝０
ＴＡ１３＜ｔ＜ＴＡ１４：
ａ（ｔ）＝ａ４／２（１−ｃｏｓ（２πｆ７（ｔ−ＴＡ１３）））
ただし、ｆ７＝１／（２（ＴＡ１４−ＴＡ１３））
ＴＡ１４≦ｔ≦ＴＡ１５：
ａ（ｔ）＝ａ４
ＴＡ１５＜ｔ＜ＴＡ１６：
ａ（ｔ）＝ａ４／２（１＋ｃｏｓ（２πｆ８（ｔ−ＴＡ１５）））
ただし、ｆ８＝１／（２（ＴＡ１６−ＴＡ１５））
ここで、正弦波部分の周波数ｆｉ（ｉ＝１，２，…，８）は、共振周波数ｆｃに比して小さく設定する。
また、ＴＡ１≦ｔ＜ＴＡ４の区間における加速度軌跡の波形には、第１３図の実線で示す矩形波が含まれるものと考える。この矩形波は、それぞれ、
高さ：ａ１／２、幅：ＴＡ４−ＴＡ１
および
高さ：ａ１／２、幅：ＴＡ３−ＴＡ２
の２つの矩形波の和であるので、周波数ｆにおける周波数成分値
２ａ１／πｆ（ＴＡ４−ＴＡ１）＋２ａ１／πｆ（ＴＡ３−ＴＡ２）
が、所定値Ｃ以下となるように値「ａ１」を小さくするか、時間幅を長くするように設定する。
同様にして、ＴＡ５＜ｔ＜ＴＡ８，ＴＡ９＜ｔ＜ＴＡ１２，ＴＡ１３＜ｔ＜ＴＡ１６の各区間についても周波数ｆにおける周波数成分が所定値Ｃ以下となるようにし、かつ、最大極間距離ｌ２、最大速度Ｖ１、減速距離ｌ２、減速距離到達時の速度−Ｖ２がそれぞれ条件をみたすように加速度関数を決定する。
すなわち、第１２図（ａ）に示す加速度軌跡を１階積分した第１２図（ｂ）の速度軌跡を求め、さらに第１２図（ｂ）に示す速度軌跡をさらに積分、すなわち第１２図（ａ）の加速度軌跡を２階積分した第１２図（ｃ）に示す指令軌跡を最終的に求める。
この実施の形態９では、加速度の各関数の周波数成分を考慮し、共振周波数ｆｃを超える周波数領域の周波数成分値の和が所定値Ｃ以下となるように、加速度軌跡を２階積分して指令軌跡を生成するようにしているので、ジャンプ動作終了後に機械系の振動を残さず、高精度の加工を行うことができる。また、振動が少ないことや行き過ぎ量が小さくなるために減速距離（ｌ３−ｌ１）を小さくすることができ、全体のジャンプ動作時間（ｔ３−ｔ１）が短縮され、加工速度を向上させることができる。
なお、上述した実施の形態９では、ジャンプ動作の指令軌跡として加速度軌跡が条件を満たすように生成し、この加速度軌跡を２階積分することによって極間距離の指令値、すなわち指令軌跡としたが、ジャンプ制御部２は、この指令軌跡に代えて速度軌跡あるいは加速度軌跡にもとにした速度制御または加速度制御を行うようにしてもよい。
さらに、上述した指令軌跡の生成では、２階の積分処理を行うようにしているが、１階のみ、または３階以上の積分処理を行うようにしてもよい。また、積分処理に代えて微分処理を１階以上行って、所望の指定軌跡、速度軌跡、加速度軌跡を求めるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
この発明は、電極と被加工物との間に電圧をかけて、両者の極間に発生する放電現象を利用して被加工物を加工する放電加工装置および放電加工方法に利用することが可能で、特に、一定時間毎または加工状態に応じて極間距離を一時的に大きくするジャンプ動作を制御する放電加工装置および放電加工方法に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１図は、この発明の実施の形態１である放電加工装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 第２図は、この発明の実施の形態１である放電加工装置のジャンプ軌跡生成部が生成する指令軌跡の一例を示す図である。
【図３】 第３図は、この発明の実施の形態２である放電加工装置のジャンプ軌跡生成部が生成する指令軌跡の一例を示す図である。
【図４】 第４図は、この発明の実施の形態３である放電加工装置の構成を示すブロック図である。
【図５】 第５図は、この発明の実施の形態４である放電加工装置のジャンプ軌跡生成部が生成する指令軌跡の一例を示す図である。
【図６】 第６図は、第５図に示したフーリエ変換結果を示す図である。
【図７】 第７図は、この発明の実施の形態５である放電加工装置のジャンプ軌跡生成部が生成する指令軌跡に対するフーリエ変換結果の一例を示す図である。
【図８】 第８図は、この発明の実施の形態６である放電加工装置の構成を示すブロック図である。
【図９】 第９図は、この発明の実施の形態７である放電加工装置のジャンプ軌跡生成部が生成する指令軌跡の一例を示す図である。
【図１０】 第１０図は、この発明の実施の形態７の変形例である指令軌跡の一例を示す図である。
【図１１】 第１１図は、この発明の実施の形態８である放電加工装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】 第１２図は、この発明の実施の形態９であるジャンプ軌跡生成部が生成する指令軌跡の一例を示す図である。
【図１３】 第１３図は、第１２図の一部波形の分解波形の一例を示す図である。
【図１４】 第１４図は、従来の放電加工装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】 第１５図は、従来の放電加工装置によるジャンプ動作を説明する図である。
この発明は、電極と被加工物との間に電圧をかけて、両者の極間に発生する放電現象を利用して被加工物を加工する放電加工装置および放電加工方法に関し、特に、一定時間毎または加工状態に応じて極間距離を一時的に大きくするジャンプ動作を制御する放電加工装置および放電加工方法に関するものである。
【背景技術】
従来から、放電加工装置は、電極と被加工物との極間距離を一定時間毎または加工状態に応じて一時的に大きくするジャンプ動作を行わせ、このジャンプ動作によって、電極と被加工物との間に堆積した加工屑を効率的に排除し、放電加工の速度や精度を向上させている。
第１４図は、従来の放電加工装置の構成を示すブロック図である。また、第１５図は、従来の放電加工装置によるジャンプ動作を説明する説明図であり、第１５図（ａ）は、ジャンプ動作時における極間距離の変化を示すタイムチャートであり、第１５図（ｂ）は、ジャンプ動作時における速度変化を示すタイムチャートであり、第１５図（ｃ）は、ジャンプ動作時における加速度変化を示すタイムチャートであり、第１５図（ｄ）は、第１５図（ａ）のフーリエ変換結果を示す図である。
第１４図において、極間サーボ制御部３は、極間電圧検出部７が検出した電極１１と被加工物１２との間の極間電圧をもとに主軸１３の位置を制御し、極間の放電現象を用いて被加工物１２を放電加工する。一方、ジャンプ制御部１０２は、一定時間あるいは加工状態に応じて一時的に極間距離を大きくさせる制御を行う。極間サーボ制御部３とジャンプ制御部１０２との切換は、切換部ＳＷ１０の切換動作によって行われる。ジャンプ制御部１０２は、ジャンプ動作を行う際に、極間サーボ制御部３に通知するとともに、切換部ＳＷ１０を、極間サーボ制御部３からジャンプ制御部１０２側に切り換える。
ここで、第１５図を参照してジャンプ動作について説明する。ジャンプ制御部１０２は、一定時間が経過した時点あるいは所定の加工状態になった時点ｔ１においてジャンプ動作を開始する。ジャンプ動作は、まず、極間距離が、距離ｌ１から距離ｌ２になるまで電極１１を速度Ｖ１で上昇させる。極間距離が、距離ｌ２になった時点ｔ２において、電極１１を上昇から下降に切り替え、電極１１を速度−Ｖ１で下降させる。極間距離がｌ３になった時点ｔ３で電極１１の速度−Ｖ１を速度−Ｖ２に変え、電極１１を減速させ、極間距離を距離ｌ１に復させる。時点ｔ３において、速度−Ｖ１を速度−Ｖ２に減速させるのは、速度−Ｖ１のまま電極１１を下降させると、電極１１の惰性で電極１１と被加工物１２とが衝突する恐れがあるからである。
この従来の放電加工装置では、時点ｔ１，ｔ２，ｔ３において速度を急激に変化させるため、機械制御系の応答の遅れや目標の行き過ぎが生じる。また、極間距離の軌跡は、高周波成分を含んだ軌跡であるため、機械系の共振を加振し、ジャンプ動作終了後もしばらくの間、振動が残ることになる。ここで、放電加工は、電極１１と被加工物１２との極間距離を数〜数十μｍに保った状態で、極間に電圧をかけることによって加工するため、わずかな残振動によって加工精度や速度が大幅に低下するという問題点がある。
また、従来、残振動の影響や軸の行き過ぎによる加工精度の悪化を防ぐために減速距離（ｌ３−ｌ１）を大きくするものがあるが、この場合、ジャンプ動作に時間がかかり、全体の加工時間が増大するという問題点がある。
すなわち、従来の放電加工装置によるジャンプ動作は、速度や加速度を急激に変化させているため、残振動や減速距離の設定によって加工精度や加工速度が大幅に低下するという問題点があった。
また、現実には、被加工物１２や電極１１を放電加工装置の質量、加工条件、放電加工装置の経年変化などによって、ジャンプ動作時の最適な設定周波数および周波数の許容最大成分値が異なってくる。この場合、これらの２つの要素を調整することによってより加工時間を短縮し、かつ、加工精度を向上させることができるが、放電加工装置の使用者が、これらの設定周波数や許容最大成分値を最適に調整することは困難であった。
【発明の開示】
この発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、加工時間を短縮し、かつ加工精度を向上させることができる放電加工装置および放電加工方法を得ることを目的とする。
この問題点を解決するため、この発明にかかる放電加工装置は、電極と被加工物との間に所定の電圧を印加しつつ該電極と該被加工物との極間距離を制御する極間サーボ制御部と、一定時間毎または加工状態に応じて前記極間距離を一時的に大きくするジャンプ動作を制御するジャンプ制御部とを備えた放電加工装置において、前記ジャンプ制御部は、所定周波数以下または所定周波数未満の所定周波数領域内の周波数成分をもつ滑らかな指令軌跡を生成する指令軌跡生成手段を備え、前記ジャンプ制御部は、前記指令軌跡生成手段が生成した滑らかな指令軌跡を用いて前記ジャンプ動作を制御する。たとえば、指令軌跡生成手段は、機械系の共振周波数未満の低い周波数成分をもつ正弦波を用いて指令軌跡を生成するようにしているので、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができる。
つぎの発明にかかる放電加工装置は、電極と被加工物との間に所定の電圧を印加しつつ該電極と該被加工物との極間距離を制御する極間サーボ制御部と、一定時間毎または加工状態に応じて前記極間距離を一時的に大きくするジャンプ動作を制御するジャンプ制御部とを備えた放電加工装置において、前記ジャンプ制御部は、所定周波数未満の第１周波数から該所定周波数を超える第２周波数までの周波数領域以外の所定周波数領域内の周波数成分をもつ滑らかな指令軌跡を生成する指令軌跡生成手段を備え、前記ジャンプ制御部は、前記指令軌跡生成手段が生成した滑らかな指令軌跡を用いて前記ジャンプ動作を制御する。たとえば、指令軌跡生成手段は、機械系の共振周波数から十分離れた周波数成分をもつ正弦波を用いて指令軌跡を生成するようにしているので、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができる。
つぎの発明にかかる放電加工装置は、電極と被加工物との間に所定の電圧を印加しつつ該電極と該被加工物との極間距離を制御する極間サーボ制御部と、一定時間毎または加工状態に応じて前記極間距離を一時的に大きくするジャンプ動作を制御するジャンプ制御部とを備えた放電加工装置において、前記ジャンプ制御部は、所定周波数以上または所定周波数を超える所定周波数領域内の周波数成分の値を所定値以下または所定値未満に抑制した滑らかな指令軌跡を生成する指令軌跡生成手段を備え、前記ジャンプ制御部は、前記指令軌跡生成手段が生成した滑らかな指令軌跡を用いて前記ジャンプ動作を制御する。たとえば、指令軌跡生成手段は、機械系の共振周波数を超える高い周波数成分を所定値以下に抑制した滑らかな指令軌跡を生成するようにしているので、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができるとともに、振動の減少および行き過ぎ量の減少によって電極の減速距離を小さくすることができ、結果として全体のジャンプ動作時間が短縮され、加工速度を向上させることができる。
つぎの発明にかかる放電加工装置は、電極と被加工物との間に所定の電圧を印加しつつ該電極と該被加工物との極間距離を制御する極間サーボ制御部と、一定時間毎または加工状態に応じて前記極間距離を一時的に大きくするジャンプ動作を制御するジャンプ制御部とを備えた放電加工装置において、前記ジャンプ制御部は、所定周波数未満の第１周波数から該所定周波数を超える第２周波数までの所定周波数領域内の周波数成分の値を所定値以下または所定値未満に抑制した滑らかな指令軌跡を生成する指令軌跡生成手段を備え、前記ジャンプ制御部は、前記指令軌跡生成手段が生成した滑らかな指令軌跡を用いて前記ジャンプ動作を制御する。たとえば、指令軌跡生成手段は、機械系の共振周波数近傍における周波数成分の値を所定値以下に抑制する滑らかな指令軌跡を生成するようにしているので、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができる。
つぎの発明にかかる放電加工装置は、上記の発明において、前記ジャンプ制御部は、フィルタをさらに備え、前記フィルタは、前記所定周波数領域内の周波数成分の値を前記所定値以下または前記所定値未満に抑制した滑らかな軌跡に整形するようにしている。たとえば、フィルタとしてアナログフィルタを設け、機械系の共振周波数を超える高い周波数成分の値を所定値以下に抑制した滑らかな指令軌跡を生成するようにしているので、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができるとともに、振動の減少および行き過ぎ量の減少によって電極の減速距離を小さくすることができ、結果として全体のジャンプ動作時間が短縮され、加工速度を向上させることができる。
つぎの発明にかかる放電加工装置は、上記の発明において、前記指令軌跡生成手段は、前記所定周波数領域内の周波数成分の値を所定値以下または所定値未満に抑制した複数の軌跡を加算し、前記所定値以下または前記所定値未満に抑制した前記滑らかな指令軌跡を生成する。これによって、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができる。
つぎの発明にかかる放電加工装置は、上記の発明において、前記所定周波数領域または前記所定周波数領域および前記所定値を含む前記ジャンプ動作の条件情報を記憶する記憶手段をさらに備え、前記指令軌跡生成手段は、前記所定周波数領域または前記所定周波数範囲および前記所定値をもとに前記滑らかな指令軌跡を生成するようにし、ジャンプ動作を柔軟に変更設定できるようにしている。
つぎの発明にかかる放電加工装置は、上記の発明において、前記所定周波数領域または前記所定周波数領域および前記所定値のうちの少なくとも１つを設定入力する設定入力手段をさらに備え、前記指令軌跡生成手段は、前記設定入力手段によって設定された前記所定周波数領域または前記所定周波数および前記所定値をもとに前記滑らかな指令軌跡を生成する。これによって、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らないことによる高精度の加工を容易に設定することができる。
つぎの発明にかかる放電加工装置は、上記の発明において、前記ジャンプ制御部は、前記ジャンプ動作中の状態を検出し、該ジャンプ動作を評価するジャンプ動作評価手段と、前記ジャンプ動作評価手段による評価結果をもとに前記所定周波数領域または前記所定値または前記所定周波数領域および前記所定値を設定変更する設定変更手段と、をさらに備える。これによって、ジャンプ動作評価手段が、実際の電極の動きを評価し、設定変更手段が、この評価結果をもとに所定周波数領域や所定値などの最適な加工条件に自動設定変更するため、高速かつ高精度の加工を自動的に行うことができる。
つぎの発明にかかる放電加工装置は、上記の発明において、前記指令軌跡生成手段は、前記所定周波数領域または前記所定周波数領域および前記所定値を満足し、前記ジャンプ動作に対応する所定の関数を生成し、該所定の関数に対して１以上の積分処理あるいは１以上の微分処理を施して前記指令軌跡あるいは該指令軌跡に対応する制御指令を生成するようにしている。これによって、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができるとともに、振動の減少および行き過ぎ量の減少によって電極の減速距離を小さくすることができ、結果として全体のジャンプ動作時間が短縮され、加工速度を向上させることができる。
つぎの発明にかかる放電加工装置は、上記の発明において、前記ジャンプ制御部は、前記滑らかな指令軌跡に対応する指令速度あるいは指令加速度をもとに前記ジャンプ動作を制御するようにしている。これによって、柔軟な放電加工を高速かつ高精度に行うことができる。
つぎの発明にかかる放電加工方法は、極間サーボ制御部が、電極と被加工物との間に所定の電圧を印加しつつ該電極と該被加工物との極間距離を制御し、ジャンプ制御部が、一定時間毎または加工状態に応じて前記極間距離を一時的に大きくするジャンプ動作を制御する放電加工方法において、所定周波数以下または所定周波数未満の所定周波数領域内の周波数成分をもつ滑らかな指令軌跡を生成する指令軌跡生成工程と、前記指令軌跡生成工程が生成した滑らかな指令軌跡を用いて前記ジャンプ動作を制御するジャンプ動作制御工程と、を含むことを特徴とする。たとえば、指令軌跡生成工程は、機械系の共振周波数未満の低い周波数成分をもつ正弦波を用いて指令軌跡を生成するようにしているので、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができる。
つぎの発明にかかる放電加工方法は、極間サーボ制御部が、電極と被加工物との間に所定の電圧を印加しつつ該電極と該被加工物との極間距離を制御し、ジャンプ制御部が、一定時間毎または加工状態に応じて前記極間距離を一時的に大きくするジャンプ動作を制御する放電加工方法において、所定周波数未満の第１周波数から該所定周波数を超える第２周波数までの周波数領域以外の所定周波数領域内の周波数成分をもつ滑らかな指令軌跡を生成する指令軌跡生成工程と、前記指令軌跡生成工程が生成した滑らかな指令軌跡を用いて前記ジャンプ動作を制御するジャンプ動作制御工程と、を含むことを特徴とする。たとえば、指令軌跡生成工程は、機械系の共振周波数から十分離れた周波数成分をもつ正弦波を用いて指令軌跡を生成するようにしているので、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができる。
つぎの発明にかかる放電加工方法は、極間サーボ制御部が、電極と被加工物との間に所定の電圧を印加しつつ該電極と該被加工物との極間距離を制御し、ジャンプ制御部が、一定時間毎または加工状態に応じて前記極間距離を一時的に大きくするジャンプ動作を制御する放電加工方法において、所定周波数以上または所定周波数を超える所定周波数領域内の周波数成分の値を所定値以下または所定値未満に抑制した滑らかな指令軌跡を生成する指令軌跡生成工程と、前記指令軌跡生成工程が生成した滑らかな指令軌跡を用いて前記ジャンプ動作を制御するジャンプ動作制御工程と、を含むことを特徴とする。たとえば、指令軌跡生成工程は、機械系の共振周波数を超える高い周波数成分を所定値以下に抑制した滑らかな指令軌跡を生成するようにしているので、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができるとともに、振動の減少および行き過ぎ量の減少によって電極の減速距離を小さくすることができ、結果として全体のジャンプ動作時間が短縮され、加工速度を向上させることができる。
つぎの発明にかかる放電加工方法は、極間サーボ制御部が、電極と被加工物との間に所定の電圧を印加しつつ該電極と該被加工物との極間距離を制御し、ジャンプ制御部が、一定時間毎または加工状態に応じて前記極間距離を一時的に大きくするジャンプ動作を制御する放電加工方法において、所定周波数未満の第１周波数から該所定周波数を超える第２周波数までの所定周波数領域内の周波数成分の値を所定値以下または所定値未満に抑制した滑らかな指令軌跡を生成する指令軌跡生成工程と、前記指令軌跡生成工程が生成した滑らかな指令軌跡を用いて前記ジャンプ動作を制御するジャンプ動作制御工程と、を含むことを特徴とする。たとえば、指令軌跡生成工程は、機械系の共振周波数近傍における周波数成分の値を所定値以下に抑制する滑らかな指令軌跡を生成するようにしているので、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができる。
つぎの発明にかかる放電加工方法は、上記の発明において、前記指令軌跡生成工程は、前記所定周波数領域内の周波数成分の値を所定値以下または所定値未満に抑制した複数の軌跡を加算する加算工程と、前記加算工程によって加算された軌跡をもとに、前記所定値以下または前記所定値未満に抑制した前記滑らかな指令軌跡を生成する生成工程と、を含むことを特徴とする。これによって、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができる。
つぎの発明にかかる放電加工方法は、上記の発明において、前記所定周波数領域または前記所定周波数領域および前記所定値のうちの少なくとも１つを設定入力する設定入力工程をさらに含み、前記指令軌跡生成工程は、前記設定入力工程によって設定された前記所定周波数領域または前記所定周波数および前記所定値をもとに前記滑らかな指令軌跡を生成することを特徴とする。これによって、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らないことによる高精度の加工を容易に設定することができる。
つぎの発明にかかる放電加工方法は、上記の発明において、前記ジャンプ動作中の状態を検出し、該ジャンプ動作を評価するジャンプ動作評価工程と、前記ジャンプ動作評価工程による評価結果をもとに前記所定周波数領域または前記所定値または前記所定周波数領域および前記所定値を設定変更する設定変更工程と、をさらに含むことを特徴とする。これによって、ジャンプ動作評価工程が、実際の電極の動きを評価し、設定変更工程が、この評価結果をもとに所定周波数領域や所定値などの最適な加工条件に自動設定変更するため、高速かつ高精度の加工を自動的に行うことができる。
つぎの発明にかかる放電加工方法は、上記の発明において、前記指令軌跡生成工程は、前記所定周波数領域または前記所定周波数領域および前記所定値を満足し、前記ジャンプ動作に対応する所定の関数を生成し、該所定の関数に対して１以上の積分処理あるいは１以上の微分処理を施して前記指令軌跡あるいは該指令軌跡に対応する制御指令を生成することを特徴とする。これによって、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができるとともに、振動の減少および行き過ぎ量の減少によって電極の減速距離を小さくすることができ、結果として全体のジャンプ動作時間が短縮され、加工速度を向上させることができる。
つぎの発明にかかる放電加工方法は、上記の発明において、前記ジャンプ動作制御工程は、前記滑らかな指令軌跡に対応する指令速度あるいは指令加速度をもとに前記ジャンプ動作を制御することを特徴とする。これによって、柔軟な放電加工を高速かつ高精度に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明にかかる放電加工装置および放電加工方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。
まず、この発明の実施の形態１について説明する。第１図は、この発明を実施の形態１である放電加工装置の構成を示すブロック図である。第１図において、加工電源制御部５は、加工条件記憶部４に記憶された加工電源制御に関する情報をもとに加工電源１０を制御し、電極１１と被加工物１２との間に電圧を印加する。
極間サーボ制御部３は、電極１１と被加工物１２との間の極間電圧を検出する極間電圧検出部７の極間電圧検出結果および位置検出部８による電極１１の位置検出結果をもとに、極間距離を制御する。極間サーボ制御部３は、主軸用モータ制御部６を制御し、この制御のもとに主軸用モータ９を駆動し、主軸１３の位置を上下に移動させることによって、電極１１を移動させ、結果として電極１１と被加工物１２との極間距離を制御する。なお、極間サーボ制御部３は、加工条件記憶部４に記憶されたサーボ制御条件をもとに制御する。
一方、ジャンプ制御部２は、加工条件記憶部４に記憶されたジャンプ動作条件情報をもとに、一定時間毎または加工状態に応じて極間距離を一時的に大きくジャンプさせるジャンプ動作の制御を行う。ジャンプ制御部２は、極間サーボ制御部３による極間距離の制御と同様に、主軸用モータ制御部６、主軸用モータ９、主軸１３を介して電極１１と被加工物１２との極間距離を制御する。この際、ジャンプ制御部２は、電極１１の位置検出を行う位置検出部８の位置検出結果をもとに極間距離の制御を行う。
極間サーボ制御部３による制御とジャンプ制御部２による制御と切換は、切換部ＳＷによって行われる。ジャンプ制御部２は、ジャンプ動作を行う場合、ジャンプ動作を行うことを極間サーボ制御部３に通知するとともに、切換部ＳＷを制御し、極間サーボ制御部３側からジャンプ制御部２側に切り換える。
ジャンプ制御部２は、ジャンプ軌跡生成部１を有する。ジャンプ軌跡生成部１は、加工条件記憶部４に記憶されたジャンプ動作条件情報をもとに、第２図（ａ）に示した極間距離の指令軌跡を生成し、ジャンプ制御部２は、この指令軌跡をもとにジャンプ動作の制御を行う。なお、第２図（ｂ）は、第２図（ａ）に示した指令軌跡のフーリエ変換結果を示している。
第２図に示したジャンプ動作の指令軌跡は、基準周波数ｆｃに比して低い周波数ｆの正弦波によって生成した軌跡を用いている。ここで、極間距離を「Ｌ（ｔ）」とすると、
Ｌ（ｔ）＝（ｌ２−ｌ１）ｓｉｎ２πｆ１（ｔ−ｔ１）＋ｌ１
と表すことができる。ただし、ｆ＜ｆｃである。ここで、「ｆ１」は、指令軌跡の周波数成分である。また、「ｌ１」は、ジャンプ動作開始時点ｔ１およびジャンプ動作終了時点ｔ２における極間距離であり、「ｌ２」は、ジャンプ動作時における極間距離の最大値である。なお、基準周波数ｆｃとして、ここでは、放電加工装置（機械系）の共振周波数を用いている。
上述した極間距離Ｌ（ｔ）の式は、加工条件記憶部４に記憶されている。ジャンプ軌跡生成部１は、加工条件記憶部４から、この極間距離Ｌ（ｔ）の式をもとに指令軌跡を生成し、ジャンプ制御部２がこの指令軌跡をもとにジャンプ動作を制御する。
この実施の形態１では、ジャンプ軌跡生成部１は、共振周波数ｆｃに比して低い周波数ｆ１の成分のみの正弦波による滑らかな指令軌跡を生成するため、ジャンプ動作終了後に機械系の振動を残さず、高精度の加工を行うことができる。
なお、上述した実施の形態１では、基準周波数ｆｃに比して低い１つの周波数ｆ１の成分のみの正弦波によって指令軌跡を生成するようにしているが、基準周波数ｆｃ以下であってもよいし、基準周波数ｆｃ未満の条件を満たす２つ以上の周波数の成分を含む指令軌跡を生成するようにしてもよい。
また、上述した実施の形態１では、基準周波数ｆｃとして機械系の共振周波数を用いたが、制御系の周波数応答から求められる遮断周波数やディジタル制御器のサンプリング周波数の１／２、さらに、これらの設定された基準周波数、たとえば遮断周波数のＡ倍（０＜Ａ≦１）の周波数であってもよい。
さらに、上述した実施の形態１では、ジャンプ動作を指令軌跡、すなわち極間距離の位置を制御するようにしていたが、極間距離を速度制御または加速度制御するようにしてもよい。
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。この実施の形態２における放電加工装置の構成は、加工条件記憶部４に記憶された極間距離「Ｌ（ｔ）」の式およびジャンプ軌跡生成部１による指令軌跡の生成処理が第１図に示した放電加工装置と異なり、その他の構成は第１図に示した放電加工装置と同じである。
第３図は、この発明の実施の形態２による放電加工装置のジャンプ軌跡生成部１が生成するジャンプ動作の指令軌跡と、この指令軌跡のフーリエ変換結果を示す図である。第３図に示したジャンプ動作の指令軌跡は、基準周波数ｆｃの０．９倍から１．１倍までの周波数以外の周波数成分をもつ正弦波によって生成される。すなわち、指令軌跡「Ｌ（ｔ）」は、
Ｌ（ｔ）＝（ｌ２−ｌ１）ｓｉｎ２πｆ２（ｔ−ｔ２）＋ｌ１
と表すことができる。ただし、ｆ２＜ｆｃ×０．９またはｆ２＞ｆｃ×１．１である。ここで、「ｆ２」は、指令軌跡の周波数成分である。また、「ｌ１」は、ジャンプ動作開始時点ｔ１およびジャンプ動作終了時点ｔ２における極間距離であり、「ｌ２」は、ジャンプ動作時における極間距離の最大値である。なお、基準周波数ｆｃとして、ここでは、放電加工装置（機械系）の共振周波数を用いている。
上述した極間距離Ｌ（ｔ）の式は、加工条件記憶部４に記憶されている。ジャンプ軌跡生成部１は、加工条件記憶部４から、この極間距離Ｌ（ｔ）の式をもとに指令軌跡を生成し、ジャンプ制御部２がこの指令軌跡をもとにジャンプ動作を制御する。
この実施の形態２では、ジャンプ軌跡生成部１は、共振周波数ｆｃの０．９倍から１．１倍までの周波数以外の周波数ｆ２、すなわち共振周波数ｆｃから十分離れた周波数ｆ２の成分のみの正弦波による滑らかな指令軌跡を生成するため、ジャンプ動作終了後に機械系の振動を残さず、高精度の加工を行うことができる。
なお、上述した実施の形態２では、基準周波数ｆｃの０．９倍から１．１倍までの周波数以外の１つの周波数ｆ２のみの正弦波によって指令軌跡を生成するようにしているが、条件を満たす２つ以上の周波数の成分を含む指令軌跡を生成するようにしてもよい。
また、上述した実施の形態２では、基準周波数ｆｃの０．９倍から１．１倍までの周波数以外の周波数のみで指令軌跡を生成したが、基準周波数ｆｃのＡ倍（０＜Ａ≦１）からＢ倍（１≦Ｂ）までの周波数以外の周波数のみで指令軌跡を生成するようにしてもよい。
さらに、基準周波数ｆｃとして機械系の共振周波数を用いたが、制御系の周波数応答から求められる遮断周波数やディジタル制御器のサンプリング周波数の１／２を基準周波数としてもよい。
また、上述した実施の形態２では、ジャンプ動作を指令軌跡、すなわち極間距離の位置を制御するようにしていたが、極間距離を速度制御または加速度制御するようにしてもよい。
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。この実施の形態３における放電加工装置では、第１図に示した放電加工装置に加工条件入力部１４を追加した構成としている。
第４図は、この発明の実施の形態３である放電加工装置の構成を示すブロック図である。第４図において、加工条件入力部１４は、加工条件記憶部４に対してジャンプ動作条件情報、すなわちジャンプ動作用の軌跡生成に用いられるパラメータを入力する。たとえば、上述した基準周波数ｆｃおよび「ｆ＜ｆｃ」などの条件を設定入力する。
この実施の形態３では、加工条件入力部１４によって、使用者が基準周波数ｆｃなどを任意に設定入力することができるので、ジャンプ動作終了後の機械系の振動を抑制し、使用者が要求する高精度の加工を行うことができる。
つぎに、この発明の実施の形態４について説明する。この実施の形態４における放電加工装置の構成は、加工条件記憶部４に記憶された極間距離「Ｌ（ｔ）」の式およびジャンプ軌跡生成部１による指令軌跡の生成処理が第１図に示した放電加工装置と異なり、その他の構成は第１図に示した放電加工装置と同じである。
第５図は、この発明の実施の形態４である放電加工装置のジャンプ軌跡生成部１が生成するジャンプ動作の指令軌跡を示す図である。また、第６図は、第５図に示した指令軌跡のフーリエ変換結果を示す図である。第５図に示す指令軌跡は、時点ｔ１から時点ｔ４までは、ほぼ山形の形状をなす軌跡であるが、時点ｔ４における極間距離ｌ３から、ジャンプ動作終了の時点ｔ３における極間距離ｌ１に至るまでの距離を減速距離（ｌ３−ｌ１）として設定している。
一方、第５図に示した指令軌跡は、第６図に示すように、基準周波数（共振周波数）ｆｃ以上の周波数領域の周波数成分値が所定値Ｃ以下となるように抑制されている。
この結果、この実施の形態４では、共振周波数ｆｃ以上の高い周波数領域の周波数成分値が所定値Ｃ以下に抑制された指令軌跡を生成するようにしているので、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができるとともに、この振動の減少と行き過ぎ量の減少のために、減速距離（ｌ３−ｌ１）を小さくすることができ、この結果、全体のジャンプ動作時間（ｔ３−ｔ１）を短縮することができ、加工速度を向上させることができる。
なお、上述した実施の形態４では、基準周波数ｆｃとして機械系の共振周波数を用いたが、制御系の周波数応答から求められる遮断周波数やディジタル制御器のサンプリング周波数の１／２、さらに、これらの設定された基準周波数、たとえば遮断周波数のＡ倍（０＜Ａ≦１）の周波数であってもよい。
また、上述した実施の形態４では、ジャンプ動作を指令軌跡、すなわち極間距離の位置を制御するようにしていたが、極間距離を速度制御または加速度制御するようにしてもよい。
つぎに、この発明の実施の形態５について説明する。上述した実施の形態４では、共振周波数ｆｃ以上の周波数領域における周波数成分値が所定値Ｃ以下となる指令軌跡を生成するようにしていたが、この実施の形態５では、共振周波数ｆｃの０．９倍の周波数から、共振周波数ｆｃの１．１倍の周波数までの周波数領域における周波数成分値が所定値Ｃ以下となるようにしている。
第７図は、たとえば、第５図に近似した指令軌跡のフーリエ変換結果の一例を示す図である。第７図に示すように、この実施の形態５では、共振周波数ｆｃの０．９倍の周波数（０．９・ｆｃ）から共振周波数ｆｃの１．１倍の周波数（１．１・ｆｃ）までの周波数領域の周波数成分値が所定値Ｃ以下となるようにしている。
この実施の形態５では、機械系の共振周波数の近傍における周波数成分値を抑制した指令軌跡を生成するので、ジャンプ動作終了後に機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができる。
なお、上述した実施の形態５では、基準周波数ｆｃとして機械系の共振周波数を用いたが、制御系の周波数応答から求められる遮断周波数やディジタル制御器のサンプリング周波数の１／２、さらに、これらの設定された基準周波数、たとえば遮断周波数のＡ倍（０＜Ａ≦１）の周波数であってもよい。
また、上述した実施の形態５では、共振周波数の０．９倍の周波数から１．１倍の周波数までの周波数領域における周波数成分値を所定値Ｃ以下に抑制したジャンプ動作の指令軌跡を生成するようにしていたが、共振周波数ｆｃのＡ倍（０＜Ａ≦１）の周波数から共振周波数ｆｃのＢ倍（１≦Ｂ）の周波数までの周波数領域における周波数成分値を所定値Ｃ以下に抑制させるようにしてもよい。
さらに、上述した実施の形態５では、ジャンプ動作を指令軌跡、すなわち極間距離の位置を制御するようにしていたが、極間距離を速度制御または加速度制御するようにしてもよい。
つぎに、この発明の実施の形態６について説明する。上述した実施の形態４，５では、いずれもジャンプ生成部１がそれぞれの周波数領域における周波数成分値を所定値Ｃ以下に抑制した指令軌跡を生成するようにしていたが、この実施の形態６では、ジャンプ制御部２の出力段に、共振周波数ｆｃ以上の周波数領域における周波数成分値を所定値Ｃ以下に抑制するフィルタ１５を設けるようにしている。
第８図は、この発明の実施の形態６である放電加工装置の構成を示すブロック図である。第８図において、フィルタ１５は、アナログフィルタであり、共振周波数ｆｃ以上の周波数領域における周波数成分値を所定値Ｃ以下に抑制して出力するようにしている。その他の構成は、第１図に示した放電加工装置の構成と同じである。
この実施の形態６では、アナログフィルタによって実現されるフィルタ１５をジャンプ制御部２の出力段に設け、共振周波数ｆｃ以上の周波数領域における周波数成分値を所定値Ｃ以下に抑制した指令軌跡を出力するようにしているため、ジャンプ動作終了後に機械系の振動を残さず、高精度の加工を行うことができる。また、振動が少ないことや行き過ぎ量が小さくなるために、減速距離（ｌ３−ｌ１）を小さくすることができ、全体のジャンプ動作時間（ｔ３−ｔ１）が短縮され、加工速度を向上させることができる。
なお、上述した実施の形態６では、アナログフィルタを用いて共振周波数ｆｃ以上の周波数領域における周波数成分値を所定値Ｃ以下に抑制するようにしているが、ジャンプ軌跡生成部１内に、ディジタルフィルタを導入し、共振周波数ｆｃ以上の周波数領域における周波数成分値が所定値Ｃ以下に抑制された滑らかな指令軌跡を生成するようにしてもよい。
また、上述した実施の形態６では、ジャンプ動作を指令軌跡、すなわち極間距離の位置を制御するようにしていたが、極間距離を速度制御または加速度制御するようにしてもよい。
つぎに、この発明の実施の形態７について説明する。この実施の形態７では、複数の軌跡を用いて、１つの指令軌跡を生成するようにしている。
第９図は、この発明の実施の形態７である放電加工装置のジャンプ軌跡生成部１によるジャンプ動作の指令軌跡生成処理の一例を説明する図である。第９図では、第９図（ａ）に示す正弦波Ｌ１（ｔ）と、第９図（ｂ）に示す矩形波Ｌ２（ｔ）とを用いて、第９図（ｃ）に示す指令軌跡Ｌ（ｔ）を生成する。すなわち、指令軌跡Ｌ（ｔ）は、
Ｌ（ｔ）＝Ｌ１（ｔ）＋Ｌ２（ｔ）
として表すことができる。
ここで、正弦波Ｌ１（ｔ）は、設定周波数すなわち共振周波数ｆｃに比して低い周波数成分をもつ正弦波である。したがって、正弦波Ｌ１（ｔ）は、共振周波数ｆｃ以上の周波数領域における周波数成分値は、零となる。
一方、矩形波Ｌ２（ｔ）は、
Ｌ２（ｔ）＝ ０（ｔ＜ｔ１）
Ｄ（ｔ１≦ｔ≦ｔ３）
０（ｔ３＜ｔ）
なる式によって表すことができる。
この矩形波Ｌ２（ｔ）をフーリエ級数展開すると、
Ｌ２（ｔ）＝（４Ｄ／π）m=0∞（ １／（２ｍ＋１）
・ｓｉｎ（２（２ｍ＋１）π／（ｔ３−ｔ１））（ｔ―ｔ１））
となる。この式を用いて周波数ｆ［Ｈｚ］の周波数成分値の大きさを求めると、
４Ｄ／πｆ（ｔ３−ｔ１）
となる。周波数ｆが大きくなるほど周波数成分値は小さくなるので、共振周波数ｆｃの周波数成分値が所定値Ｃ以下となるように十分に値「Ｄ」を小さくするか、時間値（ｔ３−ｔ１）を大きくすることによって、周波数ｆが共振周波数ｆｃ以上のすべての周波数領域における周波数成分値が所定値Ｃ以下となる。
ジャンプ動作の指令軌跡Ｌ（ｔ）は、これらの関数、すなわち正弦波Ｌ１（ｔ）と矩形波Ｌ２（ｔ）との和であるため、共振周波数ｆｃを超える周波数領域における周波数成分値を所定値Ｃ以下に設定することができる。
この実施の形態７では、各軌跡の関数の周波数成分値を考慮し、共振周波数ｆｃを超える周波数領域の各周波数成分値の和が所定値Ｃ以下となるようしたジャンプ動作の指令軌跡を生成するようにしているので、ジャンプ動作終了後に、機械系の振動が残らず、高精度の加工を行うことができる。
なお、上述した実施の形態７では、正弦波Ｌ１（ｔ）と矩形波Ｌ２（ｔ）との和によって指令軌跡Ｌ（ｔ）を生成するようにしているが、正弦波Ｌ１（ｔ）および矩形波Ｌ２（ｔ）をそれぞれ２種類以上加えるようにしてもよい。さらに、正弦波Ｌ１（ｔ）または矩形波Ｌ２（ｔ）をそれぞれ２種類以上加えて指令軌跡Ｌ（ｔ）を生成するようにしてもよい。また、その他の軌跡の関数、たとえば三角波などを加えて指令軌跡を生成するようにしてもよい。
また、上述した実施の形態７では、指令軌跡としてジャンプ動作開始時点ｔ１からジャンプ動作終了時点ｔ３までの全ての時間領域で定義された関数のみの和として求めたが、時間領域を区分し、各時間領域毎に指令軌跡を生成して、これらの時間領域を接続した軌跡を指令軌跡として求めるようにしてもよい。
たとえば、図１０に示すように、時点ｔ１から時点ｔ４までの時間領域（ｔ１＜ｔ４＜ｔ３）までしか定義されていない関数Ｌ１１（ｔ），Ｌ２１（ｔ）と、時点ｔ４から時点ｔ３までの時間領域しか定義されていない関数Ｌ１２（ｔ），Ｌ２２（ｔ）と用い、時点ｔ１から時点ｔ４までの時間領域において関数Ｌ１１（ｔ）と関数Ｌ２１（ｔ）との和が、上述した周波数領域における周波数成分値が所定値以下となる条件を満足するように設定し、時点ｔ４から時点ｔ３までの時間領域において関数Ｌ１２（ｔ）と関数Ｌ２２（ｔ）との和が、上述した周波数領域における周波数成分値が所定値以下となる条件を満足するように設定するようにしてもよい。また、この場合、さらに複数の時間領域に区分してもよい。たとえば、３つ以上の時間領域に区分し、各時間領域毎に複数の軌跡の和によって指令軌跡を求めるようにしてもよい。
また、上述した実施の形態７では、ジャンプ動作を指令軌跡、すなわち極間距離の位置を制御するようにしていたが、極間距離を速度制御または加速度制御するようにしてもよい。
つぎに、この発明の実施の形態８について説明する。この実施の形態８では、ジャンプ制御部２がジャンプ動作の動作状態を評価し、この評価結果をもとに適正なジャンプ動作となるように指令軌跡を自動的に再設定するようにしている。
第１１図は、この発明の実施の形態８である放電加工装置の構成を示すブロック図である。この放電加工装置は、ジャンプ制御部２の構成が第１図に示した放電加工装置と異なり、その他の構成は第１図に示した放電加工装置と同じである。
第１１図において、ジャンプ制御部２は、評価部２１と設定変更部２２とを有す。評価部２１は、加工条件記憶部４に記憶されたジャンプ動作条件情報をもとにした指令軌跡をジャンプ軌跡生成部１に生成させ、この生成した指令軌跡をもとにジャンプ動作を実行させる。評価部２１は、このジャンプ動作の実行が振動的になっている場合には、共振周波数ｆｃを低くし、あるいは許容振動量（所定値Ｃ）を小さくする指令軌跡とする指示を設定変更部２２に行う。
設定変更部２２は、この指示を加工条件記憶部４に記憶させる。すなわち、加工条件記憶部４内のジャンプ動作条件情報の設定変更を自動的に行う。この設定変更によって、つぎのジャンプ動作時には設定変更すなわち修正されたジャンプ動作条件情報を用いた指令軌跡によってジャンプ動作が実行されることになる。
この実施の形態８では、主軸１３（電極１１）の実際の動きを評価し、共振周波数ｆｃや許容振動量（所定値Ｃ）の条件を設定変更するようにしているので、加工条件が自動的に最適化され、高速かつ高精度の加工を行うことができる。
なお、上述した実施の形態８では、評価部２１が評価したジャンプ動作のつぎのジャンプ動作時に設定変更したジャンプ動作の指令軌跡を適用するようにしたが、たとえば設定変更後、２回先以降のジャンプ動作時から設定変更した指令軌跡を適用するようにしてもよい。
つぎに、この発明の実施の形態９について説明する。この実施の形態９では、加速度の各関数の周波数成分値を考慮し、共振周波数ｆｃを超える周波数領域の周波数成分値の和が所定値Ｃ以下となるように加速度軌跡を２階積分し、これによって指令軌跡を生成するようにしている。
第１２図は、この発明の実施の形態９である放電加工装置のジャンプ軌跡生成部１が生成する指令軌跡の生成処理の一例を示す図である。まず、第１２図（ａ）に示すように、加速度軌跡を決定する。すなわち、時点ＴＡ１〜ＴＡ１６間の各区間についてつぎのような加速度軌跡を決定する。
ＴＡ１≦ｔ＜ＴＡ２：
ａ（ｔ）＝ａ１／２（１−ｃｏｓ（２πｆ１（ｔ−ＴＡ１）））
ただし、ｆ１＝１／（２（ＴＡ２−ＴＡ１））
ＴＡ２≦ｔ≦ＴＡ３：
ａ（ｔ）＝ａ１
ＴＡ３＜ｔ＜ＴＡ４：
ａ（ｔ）＝ａ１／２（１＋ｃｏｓ（２πｆ２（ｔ−ＴＡ３）））
ただし、ｆ２＝１／（２（ＴＡ４−ＴＡ３））
ＴＡ４≦ｔ≦ＴＡ５：
ａ（ｔ）＝０
ＴＡ５＜ｔ＜ＴＡ６：
ａ（ｔ）＝ａ２／２（−１＋ｃｏｓ（２πｆ３（ｔ−ＴＡ５）））
ただし、ｆ３＝１／（２（ＴＡ６−ＴＡ５））
ＴＡ６≦ｔ≦ＴＡ７：
ａ（ｔ）＝−ａ２
ＴＡ７＜ｔ＜ＴＡ８：
ａ（ｔ）＝ａ２／２（−１−ｃｏｓ（２πｆ４（ｔ−ＴＡ７）））
ただし、ｆ４＝１／（２（ＴＡ８−ＴＡ７））
ＴＡ８≦ｔ≦ＴＡ９：
ａ（ｔ）＝０
ＴＡ９＜ｔ＜ＴＡ１０：
ａ（ｔ）＝ａ３／２（−１＋ｃｏｓ（２πｆ５（ｔ−ＴＡ９）））
ただし、ｆ５＝１／（２（ＴＡ６−ＴＡ５））
ＴＡ１０≦ｔ≦ＴＡ１１：
ａ（ｔ）＝−ａ３
ＴＡ１１＜ｔ＜ＴＡ１２：
ａ（ｔ）＝ａ３／２（−１−ｃｏｓ（２πｆ６（ｔ−ＴＡ１１）））
ただし、ｆ６＝１／（２（ＴＡ１２−ＴＡ１１））
ＴＡ１２≦ｔ≦ＴＡ１３：
ａ（ｔ）＝０
ＴＡ１３＜ｔ＜ＴＡ１４：
ａ（ｔ）＝ａ４／２（１−ｃｏｓ（２πｆ７（ｔ−ＴＡ１３）））
ただし、ｆ７＝１／（２（ＴＡ１４−ＴＡ１３））
ＴＡ１４≦ｔ≦ＴＡ１５：
ａ（ｔ）＝ａ４
ＴＡ１５＜ｔ＜ＴＡ１６：
ａ（ｔ）＝ａ４／２（１＋ｃｏｓ（２πｆ８（ｔ−ＴＡ１５）））
ただし、ｆ８＝１／（２（ＴＡ１６−ＴＡ１５））
ここで、正弦波部分の周波数ｆｉ（ｉ＝１，２，…，８）は、共振周波数ｆｃに比して小さく設定する。
また、ＴＡ１≦ｔ＜ＴＡ４の区間における加速度軌跡の波形には、第１３図の実線で示す矩形波が含まれるものと考える。この矩形波は、それぞれ、
高さ：ａ１／２、幅：ＴＡ４−ＴＡ１
および
高さ：ａ１／２、幅：ＴＡ３−ＴＡ２
の２つの矩形波の和であるので、周波数ｆにおける周波数成分値
２ａ１／πｆ（ＴＡ４−ＴＡ１）＋２ａ１／πｆ（ＴＡ３−ＴＡ２）
が、所定値Ｃ以下となるように値「ａ１」を小さくするか、時間幅を長くするように設定する。
同様にして、ＴＡ５＜ｔ＜ＴＡ８，ＴＡ９＜ｔ＜ＴＡ１２，ＴＡ１３＜ｔ＜ＴＡ１６の各区間についても周波数ｆにおける周波数成分が所定値Ｃ以下となるようにし、かつ、最大極間距離ｌ２、最大速度Ｖ１、減速距離ｌ２、減速距離到達時の速度−Ｖ２がそれぞれ条件をみたすように加速度関数を決定する。
すなわち、第１２図（ａ）に示す加速度軌跡を１階積分した第１２図（ｂ）の速度軌跡を求め、さらに第１２図（ｂ）に示す速度軌跡をさらに積分、すなわち第１２図（ａ）の加速度軌跡を２階積分した第１２図（ｃ）に示す指令軌跡を最終的に求める。
この実施の形態９では、加速度の各関数の周波数成分を考慮し、共振周波数ｆｃを超える周波数領域の周波数成分値の和が所定値Ｃ以下となるように、加速度軌跡を２階積分して指令軌跡を生成するようにしているので、ジャンプ動作終了後に機械系の振動を残さず、高精度の加工を行うことができる。また、振動が少ないことや行き過ぎ量が小さくなるために減速距離（ｌ３−ｌ１）を小さくすることができ、全体のジャンプ動作時間（ｔ３−ｔ１）が短縮され、加工速度を向上させることができる。
なお、上述した実施の形態９では、ジャンプ動作の指令軌跡として加速度軌跡が条件を満たすように生成し、この加速度軌跡を２階積分することによって極間距離の指令値、すなわち指令軌跡としたが、ジャンプ制御部２は、この指令軌跡に代えて速度軌跡あるいは加速度軌跡にもとにした速度制御または加速度制御を行うようにしてもよい。
さらに、上述した指令軌跡の生成では、２階の積分処理を行うようにしているが、１階のみ、または３階以上の積分処理を行うようにしてもよい。また、積分処理に代えて微分処理を１階以上行って、所望の指定軌跡、速度軌跡、加速度軌跡を求めるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
この発明は、電極と被加工物との間に電圧をかけて、両者の極間に発生する放電現象を利用して被加工物を加工する放電加工装置および放電加工方法に利用することが可能で、特に、一定時間毎または加工状態に応じて極間距離を一時的に大きくするジャンプ動作を制御する放電加工装置および放電加工方法に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１図は、この発明の実施の形態１である放電加工装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 第２図は、この発明の実施の形態１である放電加工装置のジャンプ軌跡生成部が生成する指令軌跡の一例を示す図である。
【図３】 第３図は、この発明の実施の形態２である放電加工装置のジャンプ軌跡生成部が生成する指令軌跡の一例を示す図である。
【図４】 第４図は、この発明の実施の形態３である放電加工装置の構成を示すブロック図である。
【図５】 第５図は、この発明の実施の形態４である放電加工装置のジャンプ軌跡生成部が生成する指令軌跡の一例を示す図である。
【図６】 第６図は、第５図に示したフーリエ変換結果を示す図である。
【図７】 第７図は、この発明の実施の形態５である放電加工装置のジャンプ軌跡生成部が生成する指令軌跡に対するフーリエ変換結果の一例を示す図である。
【図８】 第８図は、この発明の実施の形態６である放電加工装置の構成を示すブロック図である。
【図９】 第９図は、この発明の実施の形態７である放電加工装置のジャンプ軌跡生成部が生成する指令軌跡の一例を示す図である。
【図１０】 第１０図は、この発明の実施の形態７の変形例である指令軌跡の一例を示す図である。
【図１１】 第１１図は、この発明の実施の形態８である放電加工装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】 第１２図は、この発明の実施の形態９であるジャンプ軌跡生成部が生成する指令軌跡の一例を示す図である。
【図１３】 第１３図は、第１２図の一部波形の分解波形の一例を示す図である。
【図１４】 第１４図は、従来の放電加工装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】 第１５図は、従来の放電加工装置によるジャンプ動作を説明する図である。
Claims (5)
- 電極と被加工物との間に所定の電圧を印加しつつ該電極と該被加工物との極間距離を制御する極間サーボ制御部と、一定時間毎または加工状態に応じて前記極間距離を一時的に大きくするジャンプ動作を制御するジャンプ制御部とを備えた放電加工装置において、
前記ジャンプ制御部は、前記放電加工装置の共振周波数以上の所定周波数領域内の周波数成分の値を所定値以下に抑制した滑らかな指令軌跡を生成する指令軌跡生成手段を備え、
前記ジャンプ制御部は、前記指令軌跡生成手段が生成した滑らかな指令軌跡を用いて前記ジャンプ動作を制御し、
前記指令軌跡生成手段は、所定周波数未満の正弦波と、前記所定周波数領域内の周波数成分をフーリエ級数展開を利用して所定値以下に抑制した矩形波と、を加算することにより、指令軌跡を、ジャンプ動作毎に毎回生成する
ことを特徴とする放電加工装置。 - 前記所定周波数領域、または前記所定周波数領域および前記所定値を含む前記ジャンプ動作の条件情報を記憶する記憶手段をさらに備え、
前記指令軌跡生成手段は、前記所定周波数領域、または前記共振周波数領域および前記所定値をもとに前記滑らかな指令軌跡を生成する
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の放電加工装置。 - 前記所定周波数領域、または前記所定周波数領域および前記所定値のうちの少なくとも１つを設定入力する設定入力手段をさらに備え、
前記指令軌跡生成手段は、前記設定入力手段によって設定された前記所定周波数領域、または前記共振周波数および前記所定値をもとに前記滑らかな指令軌跡を生成する
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の放電加工装置。 - 前記ジャンプ制御部は、
前記ジャンプ動作中の状態を検出し、該ジャンプ動作を評価するジャンプ動作評価手段と、
前記ジャンプ動作評価手段による評価結果をもとに前記所定周波数領域、または前記所定値、または前記所定周波数領域および前記所定値を設定変更する設定変更手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の放電加工装置。 - 前記ジャンプ制御部は、前記滑らかな指令軌跡に対応する指令速度あるいは指令加速度をもとに前記ジャンプ動作を制御する
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の放電加工装置。
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