JP4348506B2 - 放電加工方法及び装置 - Google Patents

Description

技術分野
この発明は、電極を被加工物に対して加工送り方向と垂直な平面内で揺動させながら加工（揺動加工）を行う放電加工方法及び装置の改良に関るものである。
背景技術
放電加工は、電極と被加工物間（以下、極間）に放電を発生させて被加工物を溶融除去するものである。従って、被加工物の溶融除去により極間に発生する加工屑を何らかの手段によって排除しないと、極間の絶縁回復及び放電の繰返しを正常な状態に保つことができなくなり、加工効率の低下及び加工面性状の悪化等の弊害が生じる。
このような極間の加工屑の排除手段の一つとして、加工送り方向と垂直な平面内で電極を被加工物に対して相対的に揺動させながら加工を行うことで、攪拌により加工屑排出の効率化を図る揺動機能が知られている。この揺動機能に関するパラメータには、電極と被加工物との相対移動軌跡（以下、揺動形状）、相対移動量（以下、揺動半径）、相対移動速度（以下、揺動速度）と、終了判定に揺動形状を分割する手段を用いた場合には揺動形状の分割数と分割形状がある。
第７図は、日本国特開平６−１２６５４０号公報に開示された従来の放電加工装置の構成を示す図であり、図において、１は電極、２は被加工物、３は極間電圧検出部、４は演算部、５はメモリ、６は位置確認部、７は揺動速度演算部、８は電極１と被加工物２間の平均極間電圧とそれに適した揺動速度との対応を予め登録した揺動速度テーブルである。また、第８図は、正方形の揺動形状の周回路を１２分割した様子を示しており、図において、９は揺動形状、１０は分割された一つの領域である。第７図において、極間には加工電圧が電圧源（図示せず）から印加されており、極間電圧が極間電圧検出部３により検出される。演算部４は、極間電圧検出部３で検出された極間電圧とその領域の前回の演算データ（ギャップデータ）とを加重平均する。揺動形状周回路の全分割領域についてのギャップデータがすべてメモリ５に格納される。位置確認部６は、次の揺動形状周回時に、モータ制御部（図示せず）からの情報を受け、電極の現在位置を確認し、第８図の電極の揺動形状９のいずれかの分割領域１０に位置するかを確認し、確認した位置領域のアドレスに対応するギャップデータをメモリ５から読み出し、揺動速度設定部７に供給する。揺動速度設定部７は、メモリ５に格納されている当該領域の一周回前のギャップデータを読み出し、揺動速度テーブル８を参照して、メモリ５から読み出したギャップデータに対応する揺動速度を設定して、モータ制御部に揺動速度データとして出力する。
このように、日本国特開平６−１２６５４０号公報に開示された発明では、加工領域毎に最適な揺動速度を設定し、安定かつ高精度な放電加工を行うものである。しかし、平均極間電圧によって揺動速度の変更や終了判定が行われているが、平均極間電圧を検出し揺動運動を制御する方法では放電パルス毎の正確な放電状態を検出することが困難であり、安定放電時に休止時間等の加工条件を追い込むこと（例えば、加工効率を向上させるために休止時間を短縮し、休止時間の値を追い込むこと等のことであり、以下、安定加工時の追い込み加工）や異常放電時の回避を行うことが困難であった。さらに、揺動機能の制御は加工形状や加工量により行われるが、加工開始の食付き制御及び一度加工を終了させた後の追加工制御はなされていない。
また、作業者が加工状態の入力及び揺動機能に関するパラメータ設定を行う場合では、作業者が加工の開始から終了までに亘り加工状態を監視する必要があると共に作業者の熟練を要するという問題点があった。
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、揺動機能に関するパラメータ設定を作業者に強いることなく、検出した放電状態に応じた揺動機能に関するパラメータ設定を自動で行い、加工効率の向上及び加工の安定化を図る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、電極と被加工物とを加工送り方向と垂直な平面内で相対的に揺動させながら加工を行う放電加工方法において、極間短絡頻度及び不良放電頻度並びに前記電極の位置を検出することにより放電状態を検出し、前記放電状態に応じて揺動機能に関するパラメータを設定するものである。
また、前記電極及び被加工物の組み合わせ又は前記電極の形状若しくは揺動形状に応じて、揺動速度の初期設定を変更するものである。
また、電極と被加工物とを加工送り方向と垂直な平面内で相対的に揺動させながら加工を行う放電加工方法において、極間短絡頻度及び不良放電頻度並びに前記電極の位置を検出することにより放電状態を検出し、検出された前記放電状態が異常放電継続状態である場合には揺動速度を安定加工状態よりも速く設定し、検出された前記放電状態が安定継続状態である場合には揺動速度を安定加工状態よりも遅く設定するものである。
また、電極と被加工物とを加工送り方向と垂直な平面内で相対的に揺動させながら加工を行う放電加工方法において、食付き制御又は追加工制御が設定された場合に、揺動速度を食付き制御又は追加工制御の設定前の値よりも速く設定するものである。
また、揺動半径を食付き制御又は追加工制御の設定前の値よりも小さく設定するものである。
この発明に係る放電加工装置は、電極と被加工物とを加工送り方向と垂直な平面内で相対的に揺動させながら加工を行う放電加工装置において、極間短絡頻度及び不良放電頻度並びに前記電極の位置を検出する放電状態検出手段と、前記放電状態検出手段により検出された放電状態に応じて揺動機能に関するパラメータ設定を行う揺動機能設定手段とを備えるものである。
また、前記電極及び被加工物の組み合わせ又は前記電極の形状若しくは揺動形状に応じて、揺動速度の初期設定を変更する揺動機能設定手段を備えるものである。
また、電極と被加工物とを加工送り方向と垂直な平面内で相対的に揺動させながら加工を行う放電加工装置において、極間短絡頻度及び不良放電頻度並びに前記電極の位置を検出する放電状態検出手段と、前記放電状態検出手段により検出された放電状態が異常放電継続状態である場合には揺動速度を安定加工状態よりも速く設定し、前記放電状態検出手段により検出された放電状態が安定継続状態である場合には揺動速度を安定加工状態よりも遅く設定する揺動機能設定手段とを備えるものである。
また、電極と被加工物とを加工送り方向と垂直な平面内で相対的に揺動させながら加工を行う放電加工装置において、食付き制御又は追加工制御が設定された場合に、揺動速度を食付き制御又は追加工制御の設定前の値よりも速く設定する揺動機能設定手段を備えるものである。
また、揺動半径を食付き制御又は追加工制御の設定前の値よりも小さく設定する揺動機能設定手段を備えるものである。
この発明は以上のように構成されているので、放電パルス毎の正確な放電状態を検出することが可能となり、揺動運動による安定加工時の追い込み加工や異常放電時の回避を行うことができる。従って、加工効率の向上及び加工の安定化を図ることができるという効果がある。
また、電極及び被加工物の組み合わせ又は電極の形状若しくは揺動形状に応じて、揺動速度の初期設定を変更することにより、さらに加工効率の向上及び加工の安定化を図ることができるという効果がある。
さらに、食付き制御又は追加工制御を行うことができるという効果がある。
さらにまた、揺動機能に関するパラメータ設定を作業者に強いることなく、検出した放電状態に応じた揺動機能に関するパラメータ設定を自動で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
実施の形態１．
第１図は、この発明の実施の形態１に係る放電加工装置の構成図であり、図において、１１、１２及び１３はモータ、１１ａ、１２ａ及び１３ａは各々モータ１１、１２及び１３の位置検出手段、１４はモータ１１によりＺ軸方向に駆動される主軸、１５はモータ１２によりＸ軸方向に駆動されるワークテーブル、１６はモータ１３によりＹ軸方向に駆動されるワークテーブル、１７はワークテーブル１５上に載置された加工槽、１８は主軸１４に取り付けられた電極、１９は電極１８と被加工物Ｗとの極間に加工電力を供給する電源装置、２０は電極１８と被加工物Ｗの間に接続された放電状態検出手段、２１は加工プログラム等によって加工条件を設定する加工条件設定部、２２は電極位置制御手段であり、モータ１１、１２及び１３の駆動制御手段２２ａ、揺動機能に関するパラメータ設定を司る揺動機能設定手段２３及び揺動機能設定手段２３で設定された揺動機能に関するパラメータにより揺動機能を制御する揺動機能制御手段２４により構成されている。電極１８と被加工物Ｗとの相対位置は、位置検出手段１１ａ、１２ａ及び１３ａにより検出したモータ１１、１２及び１３の位置を基に、駆動制御手段２２ａの演算機能により演算して求めることができる。また、加工槽１７内には加工液が注入されると共に、被加工物Ｗが固定されている。
放電状態検出手段２０は、単位時間当たりの正常放電頻度、極間短絡頻度及び不良放電頻度並びに電極位置を検出記録する機能を有し、そのときの放電状態又は同一箇所の前回の放電状態を揺動機能設定手段２３に伝達するものである。
また、加工条件設定部２１は、パルス幅及び休止時間等の放電加工条件の他に、加工液の噴出及び吸引、加工開始時の食付き制御並びに電極及び被加工物の材質等の加工内容についての条件設定を行うものである。
また、揺動機能設定手段２３は、揺動形状、揺動半径及び揺動速度等の揺動機能に関するパラメータの設定を行うものである。
また、揺動機能制御手段２４は、加工条件設定部２１により設定された放電加工条件及び加工内容並びに揺動機能設定手段２３より設定された揺動機能に関するパラメータからなる電極１８と被加工物Ｗとの相対移動を、モータ１２及び１３を駆動制御することにより行うものである。
第２図は、検出された放電状態に応じて行う揺動機能の制御動作の例を示している。また、第３図は、第２図のように放電状態によって揺動速度を制御する場合のフローチャートの例を示したものである。第１図の放電状態検出手段２０によって、現在の放電状態又は同一箇所の前回の放電状態が不安定（異常放電継続）であると検出された場合には揺動速度を安定加工状態よりも速くなるように制御し、一定時間安定な状態が持続されている場合には揺動速度を安定加工状態よりも遅くなるように制御する。放電状態検出手段２０による放電状態の検出は、例えば下記の（ａ）〜（ｃ）のように行うことができる。
（ａ）安定継続状態の検出
一定時間内において極間短絡頻度と不良放電頻度の合計頻度が零又は所定の割合（例えば１０％）未満である場合を安定継続状態として検出する。
（ｂ）安定加工状態の検出
一定時間内において極間短絡頻度と不良頻度の合計頻度が所定の割合（例えば１０％以上で３０％以下）の範囲内であり、極間の短絡又は不良放電が同じ電極位置で起きていない場合を安定加工状態として検出する。
（ｃ）異常放電継続状態の検出
一定時間内において極間短絡と不良放電頻度の合計頻度が所定の割合（例えば４０％）以上である場合を異常放電継続状態として検出する。
このような放電状態の検出方法によれば、平均極間電圧を算出して揺動運動を制御する方法と比較して、放電パルス毎の正確な放電状態を検出することが可能となる。従って、揺動運動による安定加工時の追い込み加工や異常放電時の回避を行うことができる。
第４図は、揺動速度による放電状態の変化を示したものであり、図において、１８は電極、Ｗは被加工物、Ｖ_Ｈは揺動速度が速い場合、Ｖ_Ｎは揺動速度が基準の場合、Ｖ_Ｌは揺動速度が遅い場合を示している。揺動速度が速い場合（Ｖ_Ｈ）には、電極１８の移動速度が速いため単位時間当たりの加工量は一定でも同一箇所の加工量は少なくなるが、異常放電が同じ電極位置で継続しにくくなるため安定な放電状態に回復しやすくなる。また、単位時間当たりの電極移動量が大きいため加工屑が一箇所に留まることがなくなり、加工屑の排出効率が向上する。揺動速度が遅い場合（Ｖ_Ｌ）には、同一箇所で異常放電が継続しやすくなるため不安定加工時には適用できないが、単位時間当たりの電極移動量が小さいため同一箇所の加工量は多くなる。従って、安定な放電状態が持続している場合には加工効率が向上する。
以上の説明においては、検出された放電状態に応じて行う揺動機能に関するパラメータの制御動作の例として揺動速度を変化させる場合を示したが、揺動半径等の別の揺動機能に関するパラメータを変化させてもよい。
実施の形態２．
実施の形態１に示したように、揺動速度によって放電状態が変化することから、電極と被加工物の材質の組み合わせにより起因する異常放電が生じる場合にも、予め揺動機能設定手段で揺動速度を設定し揺動速度の初期設定を変更することにより、加工効率の向上及び加工の安定化をさらに図ることができる。
第５図は、この発明の実施の形態２に係る電極と被加工物の組み合わせによって揺動速度の初期設定を変更する場合の例を示したものである。電極をグラファイト、被加工物を超硬合金とする組み合わせは通常使用されないものであるため、空欄としている。第５図の例では、電極に銅を用いる場合は被加工物に鋼材を用いる場合を、電極にグラファイトを用いる場合は被加工物に亜鉛合金を用いる場合を基準としている。電極にグラファイト、被加工物に鋼材を用いる場合は、異常放電が発生しやすいため、これを回避するために揺動速度は予め速くして加工屑の排出効率を高めた設定とする。また、電極に銅、被加工物に亜鉛合金を用いる場合には放電加工性がよいので、揺動速度を予め遅くし、加工効率を高めた設定とする。さらに、電極に銅、被加工物に超硬合金を用いる場合は、加工が不安定になりやすいため、これを回避するために揺動速度を予め速くする。また、上記以外の特殊材を使用する場合は、作業者が別途入力することができる。
このような揺動速度の初期設定の変更設定は、具体的には、「遅くする」場合は「揺動速度の初期設定値×１／２」、「速くする」場合は「揺動速度の初期設定値×２」とすること等により行えばよい。あるいは、実験等により決定した所定の値を設定してもよい。
また、材質の組み合わせによる設定以外に、複雑な電極形状又は揺動形状の場合で異常放電が多くなるような加工では、揺動速度の初期設定の変更を予め揺動機能設定手段２３に設定することができる。
このように、電極及び被加工物の組み合わせ又は電極の形状若しくは揺動形状に応じて、揺動速度の初期設定を変更することにより、さらに加工効率の向上及び加工の安定化を図ることができる。
以上の説明においては、検出された放電状態に応じて行う揺動機能に関するパラメータの制御動作の例として揺動速度を変化させる場合を示したが、揺動半径等の別の揺動機能に関するパラメータを変化させてもよい。
実施の形態３．
揺動機能設定手段には、食付き制御又は追加工制御が設定された場合に揺動速度及び揺動半径を変更する機能を付加することができる。加工開始の食付き制御及び一度加工を終了させた後の追加工制御では、極間が清浄であることから、加工に寄与する加工屑が極端に少なくなることで、短絡や局所的な集中放電が頻繁に発生しやすい。従って、設定された揺動半径及び揺動速度での加工が行われると、加工が安定するまでにかなりの時間を要することになる。また、放電エネルギの小さい仕上加工では、特にこの傾向が強い。このようなことから、食付き制御及び追加工制御では、揺動機能に関するパラメータを適切に設定する必要性が高いといえる。
第６図は、この発明の実施の形態３に係る食付き制御又は追加工制御が設定された場合の揺動速度及び揺動半径の設定例を示す図であり、食付き制御又は追加工制御が設定された場合に、揺動速度を速くすると共に揺動半径を設定揺動半径よりも小さくしている。
食付き制御又は追加工制御が設定された場合には、揺動速度を速くすることにより同一箇所での異常放電の継続を抑制し、加工安定性を向上することができる。また、揺動半径を設定揺動半径よりも小さくして（例えば設定揺動半径の１／２）電極の側面による加工の影響を少なくし、電極の底面による加工を中心に行うことにより、加工安定性及び加工精度を向上することができる。
加工深さによっては電極の底面積よりも側面積の方が大きくなる場合がある。このような場合においては、揺動速度を速くすること及び揺動半径を小さくすることの両方を行うことにより、さらに加工安定性及び加工精度を向上することができる。
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揺動加工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１に係る放電加工装置の構成図である。
第２図は、この発明の実施の形態１に係る検出された放電状態に応じて行う揺動機能の制御動作の例を示す図である。
第３図は、この発明の実施の形態１に係る放電状態によって揺動速度を制御する場合のフローチャートの例を示す図である。
第４図は、この発明の実施の形態１に係る揺動速度による放電状態の変化を示す図である。
第５図は、この発明の実施の形態２に係る電極と被加工物の組み合わせによって揺動速度の初期設定を変更する場合の例を示す図である。
第６図は、この発明の実施の形態３に係る食付き制御又は加工制御が設定された場合の揺動速度及び揺動半径の設定例を示す図である。
第７図は、従来の放電加工装置の構成図である。
第８図は、正方形揺動形状の周回路の分割例を示す図である。

Claims (10)

1. 電極と被加工物とを加工送り方向と垂直な平面内で相対的に揺動させながら加工を行う放電加工方法において、
   単位時間当たりの極間短絡頻度及び不良放電頻度並びに前記電極位置を検出記録することにより、放電状態を検出し、
   前記放電状態に応じて、極間短絡頻度及び不良放電頻度が一定期間内に所定の割合以下である安定状態が持続する場合には、揺動機能に関するパラメータを同一箇所の加工量を多くするよう変化させ、極間短絡頻度及び不良放電頻度が一定期間内に所定の割合以上である異常放電継続状態が継続する場合には、前記パラメータを同一箇所の加工量が少なくなるように変化させることを特徴とする放電加工方法。
2. 請求項１において、前記電極及び被加工物の組み合わせ又は前記電極の形状若しくは揺動形状に応じて、揺動速度の初期設定を変更することを特徴とする放電加工方法。
3. 請求項１において、検出された前記放電状態が異常放電継続状態である場合には揺動速度を安定加工状態よりも速く設定し、検出された前記放電状態が安定継続状態である場合には揺動速度を安定加工状態よりも遅く設定することを特徴とする放電加工方法。
4. 請求項１において、食付き制御又は追加工制御が設定された場合に、揺動速度を食付き制御又は追加工制御の設定前の値よりも速く設定することを特徴とする放電加工方法。
5. 請求項４において、揺動半径を食付き制御又は追加工制御の設定前の値よりも小さく設定することを特徴とする放電加工方法。
6. 電極と被加工物とを加工送り方向と垂直な平面内で相対的に揺動させながら加工を行う放電加工装置において、
   単位時間当たりの極間短絡頻度及び不良放電頻度並びに前記電極位置を検出記録することにより、放電状態を検出する放電状態検出手段と、
   前記放電状態検出手段により検出された放電状態に応じて、極間短絡頻度及び不良放電頻度が一定期間内に所定の割合以下である安定状態が持続する場合には、揺動機能に関するパラメータを同一箇所の加工量を多くするよう変化させ、極間短絡頻度及び不良放電頻度が一定期間内に所定の割合以上である異常放電継続状態が継続する場合には、前記パラメータを同一箇所の加工量が少なくなるように変化させる揺動機能設定手段とを備えることを特徴とする放電加工装置。
7. 請求項６において、前記電極及び被加工物の組み合わせ又は前記電極の形状若しくは揺動形状に応じて、揺動速度の初期設定を変更する揺動機能設定手段を備えることを特徴とする放電加工装置。
8. 請求項６において、揺動機能設定手段は、放電状態が異常放電継続状態である場合には揺動速度を安定加工状態よりも速く設定し、放電状態が安定継続状態である場合には揺動速度を安定加工状態よりも遅く設定することを特徴とする放電加工装置。
9. 請求項６において、揺動機能設定手段は、食付き制御又は追加工制御が設定された場合に、揺動速度を食付き制御又は追加工制御の設定前の値よりも速く設定することを特徴とする放電加工装置。
10. 請求項９において、揺動機能設定手段は、揺動半径を食付き制御又は追加工制御の設定前の値よりも小さく設定することを特徴とする放電加工装置。

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