JP5084974B1 - 放電加工機の制御装置 - Google Patents

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Abstract

放電加工機により実際に被加工物を加工しながら極間の放電状態を正確に判別できる放電加工機の制御装置を得るために、本発明の放電加工機の制御装置では、電極と被加工物との極間に放電を発生させる放電加工機を制御する放電加工機の制御装置であって、前記放電加工機による加工条件を制御する制御部と、前記極間に正常放電が発生するように前記制御部により加工条件が制御された状態で、前記極間の放電状態を示すパラメータを取得する取得部と、前記取得されたパラメータの確率密度分布を求める演算部と、前記求められた確率密度分布に基づいて、前記極間の正常放電と異常放電との境界を規定する閾値を決定する決定部と、前記決定された閾値を用いて、前記極間の放電状態が正常放電及び異常放電のいずれであるのかを判別する判別部とを備え、前記制御部は、前記判別部の判別結果に基づいて、前記放電加工機による加工条件を制御する制御装置とした。
【選択図】図1

Description

本発明は、放電加工機の制御装置に関する。
従来から、放電加工機の電極と被加工物との極間における放電状態を判断し、その判断結果を用いて放電加工機を制御する技術が存在する。
特許文献1には、放電加工装置において、極間に放電を発生させて、放電の電圧変化の勾配、放電レベル、高周波分を検出し、それらの検出信号の2種以上を組み合わせて放電状態を判断することが記載されている。これにより、特許文献1によれば、正確な検出観測ができ、これによる各部の制御をより最適な制御にできるとされている。
特許文献2には、放電加工装置において、極間に放電を発生させて、ハイパスフィルタが極間の電圧波形の高周波成分のみを取り出し、整流装置が高周波成分を整流し、積分装置が整流出力を積分し、比較装置が積分電圧と基準電圧とを比較し、加工条件制御装置が休止時間中に比較装置の出力をチェックし放電状態が悪いと判別された場合に休止時間を延長することが記載されている。これにより、特許文献2によれば、放電加工状態の検出を的確に行うことができ、極間での連続アークの発生を防止でき、電極あるいは被加工物の損傷を防ぐことができるとされている。
特開昭47−13795号公報 特開平5−293714号公報
放電加工機の制御装置において、極間の放電状態を判別するための基準電圧(閾値)は、放電加工機の出荷前において、作業者が測定器で測定された値を読み取り制御装置に入力することで、予め決められた一定の値として設定しておくことが一般的である。
しかし、放電加工機の出荷後において同様の方法で閾値の設定を行うと、作業者により読み取る値にばらつきが生じるので、設定される閾値が適正な値からずれる可能性がある。これにより、極間の放電状態が正常放電であるのか異常放電であるのかを正確に判別することが困難になる傾向にある。
さらに、本発明者は、検討を行った結果、放電加工機により実際に被加工物を加工する場合、極間の放電状態に対応した極間の電圧変化の高周波成分が、放電加工機による加工形状や加工の進行状況など出荷前に想定しておくことが困難な要因によっても変化することを見出した。このため、閾値が出荷前に予め決められた一定の値のままであると、加工形状や加工の進行状況などによっては、閾値が適切な値からずれやすく、極間の放電状態が正常放電であるのか異常放電であるのかを正確に判別することが困難になると考えられる。
また、極間の放電状態を判別するための閾値を放電加工機の出荷前に決める場合、極間の放電状態を異常放電が多く含まれる状態にして取得した積分電圧から、閾値を決めることが一般的である。
しかし、放電加工機の出荷後において、放電加工機により実際に被加工物を加工する場合、極間の放電状態を異常放電が多く含まれる状態にしてしまうと、被加工物の加工が失敗しやすく、被加工物が製品として使い物にならなくなる可能性がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、放電加工機により実際に被加工物を加工しながら極間の放電状態を正確に判別できる放電加工機の制御装置を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の1つの側面にかかる放電加工機の制御装置は、電極と被加工物との極間に放電を発生させる放電加工機を制御する放電加工機の制御装置であって、前記放電加工機による加工条件を制御する制御部と、前記極間に正常放電が発生するように前記制御部により加工条件が制御された状態で、前記極間の放電状態を示すパラメータを取得する取得部と、前記取得されたパラメータの確率密度分布を求める演算部と、前記求められた確率密度分布に基づいて、前記極間の正常放電と異常放電との境界を規定する閾値を決定する決定部と、前記決定された閾値を用いて、前記極間の放電状態が正常放電及び異常放電のいずれであるのかを判別する判別部とを備え、前記制御部は、前記判別部の判別結果に基づいて、前記放電加工機による加工条件を制御することを特徴とする。
本発明によれば、異常放電時の確率密度分布を用いることなく、正常放電と異常放電との境界を規定する閾値を決定することができるので、放電加工機により実際に被加工物を加工しながら極間の放電状態を正確に判別できる。
図1は、実施の形態1にかかる放電加工機の制御装置の構成を示す図である。 図2は、実施の形態1にかかる放電加工機の制御装置の動作を示す図である。 図3は、実施の形態1にかかる放電加工機の制御装置の動作を示すフローチャートである。 図4は、実施の形態1における演算部の動作を説明するための図である。 図5は、実施の形態1における演算部の動作を説明するための図である。 図6は、実施の形態1における決定部の動作を説明するための図である。 図7は、実施の形態2にかかる放電加工機の制御装置の構成を示す図である。 図8は、実施の形態3にかかる放電加工機の制御装置の構成を示す図である。 図9は、実施の形態3における決定部の動作を説明するための図である。 図10は、実施の形態4にかかる放電加工機の制御装置の構成を示す図である。
以下に、本発明にかかる放電加工機の制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
実施の形態1にかかる放電加工機EDMの制御装置100について図1を用いて説明する。図1は、放電加工機EDMの制御装置100の構成を示す図である。
制御装置100は、放電加工機EDMの動作を制御する。例えば、放電加工機EDMにおいて、加工電源1は、加工電極2と被加工物3との極間に加工用電圧を印加し、極間にパルス放電を発生させて、被加工物3の加工を行う。制御装置100は、以下の構成を有する。
取得部70は、極間に正常放電が発生するように制御部60により加工条件が制御された状態で、極間の放電状態を示すパラメータ(すなわち、正常放電のパラメータ)を取得する。具体的には、取得部70は、電圧検出部71、抽出部72、及び積分部73を有する。
電圧検出部71は、極間の放電電圧(図2(a)参照)を検出する。電圧検出部71は、例えば、極間の両端から差動信号を2つの入力端子で受けて、入力された差動信号に応じた差動信号(例えば、差動電圧)を、検出された放電電圧として2つの出力端子から出力する。電圧検出部71は、例えば、並走する2つのラインの間にインピーダンス素子が接続されたものであってもよいし、あるいは、単に並走する2つのラインを有するものであってもよい。電圧検出部71は、検出した放電電圧を抽出部72へ供給する。
抽出部72は、検出された放電電圧の高周波成分を抽出する。抽出部72は、ハイパスフィルタ4及び整流装置5を有する。ハイパスフィルタ4は、極間に加工放電が発生しているときの放電電圧に重畳されている高周波成分(図2(b)参照)を抽出する。整流装置5は、ハイパスフィルタ4にて抽出された高周波成分を整流し(図2(c)参照)さらに平滑化して(図2(d)参照)を積分部73へ供給する。
積分部73は、抽出された放電電圧の高周波成分を積分し、積分された電圧(積分電圧)を、極間の放電状態を示すパラメータとして出力する(図2(e)、図4(a)参照)。積分部73は、積分回路6及びリセット用トランジスタ7を有する。積分回路6は、演算増幅器OP、抵抗器R1、及びコンデンサC1を有する。リセット用トランジスタ7は、論理積回路13の出力レベルが、Lレベルである場合にオン動作状態になり、Hレベルである場合にオフ動作状態になる。
記憶部80は、取得部70の積分部73から出力された積分電圧を記憶する。記憶部80は、例えば、その記憶内容が消去されるまで、積分回路6から積分電圧が出力されるたびに、それまで記憶していた積分電圧に追加していき、複数の積分電圧を記憶する。
演算部30は、取得部70により取得されたパラメータ(すなわち正常放電のパラメータ)の確率密度分布を求める。例えば、演算部30は、記憶部80に記憶された複数の積分電圧(図4(a)参照)のそれぞれを、複数の値の区間のいずれかに分類し、複数の値の区間ごとの頻度を求める。そして、演算部30は、複数の値の区間についてのヒストグラムを作成し(図6(a)参照)、作成されたヒストグラムから積分電圧に対して例えば正規分布でフィッティングを行い、フィッティングされた正規分布を積分電圧の確率密度分布として求める(図4(b)参照)。すなわち、演算部30は、正常放電の確率密度分布を求める。演算部30は、例えば、積分電圧の確率密度分布を求めた後に、記憶部80の記憶内容を消去する。
決定部40は、求められた確率密度分布に基づいて、極間の正常放電と異常放電との境界を規定する閾値Vrefを決定する。決定部40は、候補決定部41、比較部42、及び閾値決定部43を有する。
候補決定部41は、求められた確率密度分布から、極間の正常放電と異常放電との境界を規定する閾値Vrefの候補となる候補閾値VrefNewを決定する。すなわち、候補決定部41は、正常放電の確率密度分布から、正常放電と異常放電との境界を規定する閾値を統計的に推定し、推定した閾値を候補閾値VrefNewとする。候補決定部41は、決定した候補閾値VrefNewを比較部42へ供給する。
比較部42は、候補閾値VrefNewを候補決定部41から受ける。また、比較部42は、閾値決定部43にアクセスして、直前に決定された閾値VrefOldを閾値決定部43から取得する。比較部42は、候補閾値VrefNewと直前に決定された閾値VrefOldとを比較して、比較結果を閾値決定部43へ供給する。
閾値決定部43は、比較部42による比較結果に応じて、極間の正常放電と異常放電との境界を規定する閾値Vrefを決定する。すなわち、閾値決定部43は、比較部42による比較結果から、候補閾値VrefNewと直前に決定された閾値VrefOldとの差が許容範囲から外れると判断される場合、直前に決定された閾値VrefOldに代えて候補閾値VrefNewを閾値Vrefとして決定する。閾値決定部43は、比較部42による比較結果から、候補閾値VrefNewと直前に決定された閾値VrefOldとの差が許容範囲内に収まると判断される場合、直前に決定された閾値VrefOldを閾値Vrefとして決定する。閾値決定部43は、決定した閾値Vrefを保持する。
判別部50は、決定部40により決定された閾値Vrefを用いて、極間の放電状態が正常放電及び異常放電のいずれであるのかを判別する。判別部50は、比較器8及び放電パルス良否判定装置23を有する。
比較器8は、積分電圧を積分回路6から受け、閾値Vrefを閾値決定部43から取得する。比較器8は、積分電圧と閾値Vrefとを比較して、比較結果を放電パルス良否判定装置23へ供給する。例えば、比較器8は、積分電圧が閾値Vrefを超える場合、(例えば異常放電を示す)Hレベルを出力し、積分電圧が閾値Vrefを超えない場合、(例えば正常放電を示す)Lレベルを出力する。放電パルス良否判定装置23は、比較器8による比較結果を用いて、極間の放電状態が正常放電及び異常放電のいずれであるのかを判別する。放電パルス良否判定装置23の動作の詳細は後述する。
放電電圧検出装置9は、極間に加工放電が発生しているときの放電電圧を検出して論理積回路11に出力する。放電電流検出装置10は、極間に加工放電が発生しているときに流れる放電電流を検出し、それを電圧変換して論理積回路11に出力する。論理積回路11は、2入力が共にHレベルである期間内、出力レベルをLレベルにする。論理積回路11の出力は、時定数計測装置12と論理積回路13とに入力される。
時定数計測装置12は、論理積回路11の出力レベルがHレベルからLレベルに立ち下がったタイミングを、ハイパスフィルタ4の時定数に相当する時間だけ遅延させて論理積回路13に出力するいわゆる遅延回路である。論理積回路13は、2入力が共にLレベルである期間内、出力レベルをLレベルにする。
加工電圧レベル検出装置20は、極間に加工放電が発生しているときの放電電圧のレベルを検出して比較器21へ供給する。なお、加工電圧レベル検出装置20と放電電圧検出装置9とは、共通化されていてもよい。
基準値設定装置15には、予め基準値Vcが設定されている。
比較器21は、放電電圧のレベルを加工電圧レベル検出装置20から受け、基準値Vcを基準値設定装置15から取得する。比較器21は、放電電圧のレベルと基準値Vcとを比較して、比較結果を放電パルス制御装置22及び放電良否判定装置23へ供給する。例えば、比較器21は、積分電圧が基準値Vcを超える場合、(例えば異常放電を示す)Hレベルを出力し、積分電圧が基準値Vcを超えない場合、(例えば正常放電を示す)Lレベルを出力する。
判別部50の放電パルス良否判定装置23は、放電加工時における本来の放電時間の終了時において、比較器8の比較結果と、比較器21の比較結果とに基づき、極間に生じている放電パルスが、正常放電パルス(正常パルス)であるか、異常放電パルス(不良パルス)であるかの良否判定を行う。
具体的には、放電パルス良否判定装置23は、比較器21の出力レベルがLレベルで、かつ比較器8の出力レベルがLレベルであるときに正常パルスと判定する。また、放電パルス良否判定装置23は、比較器21の出力レベルがHレベルであるときに、或いは、比較器21の出力レベルはLレベルであるが、比較器8の出力レベルがHレベルであるときに、不良パルスと判定する。
放電パルス良否判定装置23は、正常パルスと判定した場合はその正常判定パルスを第1のパルスカウンタ24のカウント入力端と第2のパルスカウンタ25のリセット入力端とに出力する。また、放電パルス良否判定装置23は、不良パルスと判定した場合はその不良判定パルスを第2のパルスカウンタ25のカウント入力端と第1のパルスカウンタ24のリセット入力端とに出力する。
制御部60は、判別部50の判別結果に基づいて、放電加工機EDMによる加工条件を制御する。具体的には、制御部60は、第1のパルスカウンタ24、第2のパルスカウンタ25、休止パルス制御装置26、及び放電パルス制御装置22を有する。
第1のパルスカウンタ24の出力端は、休止パルス制御装置26と自カウンタのリセット入力端とに接続されている。同様に、第2のパルスカウンタ25の出力端は、休止パルス制御装置26と自カウンタのリセットリセット入力端とに接続されている。
第1のパルスカウンタ24は、放電パルス良否判定装置23から入力する正常判定パルスをカウントし、そのカウント値を逐一休止パルス制御装置26に出力する。カウント動作の途中で放電パルス良否判定装置23が不良判定パルスを出力すると、その時点でリセットされる。そして、正常判定パルスを連続してM個カウントできると、そのカウント値Mを休止パルス制御装置26に出力した後に、自カウンタをリセットするようになっている。
第2のパルスカウンタ25は、放電パルス良否判定装置23から入力する不良判定パルスをカウントし、そのカウント値を逐一休止パルス制御装置26に出力する。カウント動作の途中で放電パルス良否判定装置23が正常判定パルスを出力すると、その時点でリセットされる。そして、不良判定パルスを連続してL個カウントできると、そのカウント値Lを休止パルス制御装置26に出力した後に、自カウンタをリセットするようになっている。
休止パルス制御装置26は、第1のパルスカウンタ24のカウント値が値Mであるか否かと、第2のパルスカウンタ25のカウント値が値Lであるか否かとに基づき、最適な休止時間の設定制御を行い、設定した休止時間をパルス幅とする休止パルス28を生成して放電パルス制御装置22に出力する。
放電パルス制御装置22は、放電加工時における本来の放電時間内において比較器21の出力レベルとその変化有無とを監視し、比較器21の出力レベルが本来の放電時間内、安定的にLレベルに維持している場合は、正常放電が行われていると判断する。この場合は、加工電源1に対して、極間に規定の放電電圧・パルス幅の放電パルスを所定の休止時間を挟んで繰り返し発生させる電圧印加を実行させる制御を行う。
また、放電パルス制御装置22は、放電加工時における本来の放電時間内において比較器21の出力レベルとその変化有無とを監視し、比較器21の出力レベルが本来の放電時間内の途中でLレベルからHレベルに立ち上がった場合は、本来の放電時間内において正常放電後に異常放電が生じていると判断する。この場合は、加工電源1に対して、極間に生じさせている放電パルスのパルス幅を正常放電時間幅で遮断させ、その縮小したパルス幅の放電パルスを休止パルス制御装置26から入力する休止パルス28が示す休止時間を挟んで繰り返し発生させる電圧印加を実行させる制御を行う。
なお、制御部60により判別部50の判別結果に基づいて制御される加工条件は、上記した休止時間に限定されず、例えば、ピーク電流値、パルス幅、休止時間、ジャンプダウン時間、ジャンプアップ距離、及び加工深さのうち少なくとも1つを含んでもよい。あるいは、それらのうちの少なくとも2つ以上が、制御部60により並行して制御されてもよい。
次に、放電加工機EDMの制御装置100の動作について図3を用いて説明する。図3は、放電加工機EDMの制御装置100の動作を示すフローチャートである。
ステップS1では、制御部60が、極間に正常放電が発生するように加工条件を制御した状態で、放電加工機EDMの極間に放電を発生させる。制御部60は、極間に正常放電が発生するような加工条件として、例えば、直前に正常放電を発生させていた加工条件を用いることができる。
ステップS2では、制御部60が、極間に放電が発生したか否かを判断する。例えば、制御部60は、電圧検出部71を介して極間の放電電圧を検出し、その検出結果に応じて極間に放電が発生したか否かを判断する。制御部60は、極間に放電が発生した場合、処理をステップS3へ進め、極間に放電が発生していない場合、処理をステップS2へ進める。
ステップS3では、取得部70が、制御部60による制御のもと、極間の放電状態を示すパラメータとしての積分電圧の取得を開始する。すなわち、取得部70は、次のような一連の動作を開始する。電圧検出部71は、極間の放電電圧(図2(a)参照)を検出する。抽出部72は、検出された放電電圧の高周波成分を抽出する(図2(b)〜(d)参照)。積分部73は、抽出された放電電圧の高周波成分を積分し、積分された電圧(積分電圧)を、極間の放電状態を示すパラメータとして比較器8及び記憶部80へ出力する。
ステップS4では、記憶部80が、制御部60による制御のもと、取得部70により取得された積分電圧を記憶する。記憶部80は、例えば、その記憶内容が消去されるまで、積分回路6から積分電圧が出力されるたびに、それまで記憶していた積分電圧に追加していき、複数の積分電圧を記憶する。
ステップS5では、演算部30が、制御部60による制御のもと、取得部70により取得されたパラメータの確率密度分布を求める。例えば、演算部30は、記憶部80に記憶された複数の積分電圧のそれぞれを、複数の値の区間のいずれかに分類し、複数の値の区間ごとの頻度を求める。そして、演算部30は、複数の値の区間についてのヒストグラムを作成し(図6(a)参照)、作成されたヒストグラムから例えば正規分布のフィッティングを行い、フィッティングされた正規分布を、積分電圧の確率密度分布として求める(図4(b)参照)。
ここで、取得部70により取得されたパラメータは、極間に正常放電が発生するように制御部60により加工条件が制御された状態で取得されたものであるため、異常放電をほとんど含まない正常放電についてのパラメータである(図4(a)参照)。そのため、演算部30により求められる確率密度分布も異常放電の確率密度分布を含まない正常放電の確率密度分布になっている(図4(b)参照)。
なお、演算部30は、例えば、積分電圧の確率密度分布を求めた後に、記憶部80の記憶内容を消去してもよい。
ステップS10では、決定部40が、求められた確率密度分布に基づいて、極間の正常放電と異常放電との境界を規定する閾値Vrefを決定する。具体的には、決定部40は、ステップS11〜S18の処理を行う。
ステップS11では、候補決定部41が、求められた確率密度分布から、極間の正常放電と異常放電との境界を規定する閾値Vrefの候補となる候補閾値VrefNewを決定する。すなわち、候補決定部41は、正常放電の確率密度分布から、正常放電と異常放電との境界を規定する閾値を統計的に推定し、推定した閾値を候補閾値VrefNewとする。
ここで、演算部30により求められた確率密度分布は、異常放電の確率密度分布を含まない正常放電の確率密度分布になっている(図4(b)参照)。候補決定部41は、正常放電の確率密度分布における異常放電側(になると予想される側)の裾の位置を統計的に求め、その位置に対応した積分電圧値を、極間の正常放電と異常放電との境界を規定する閾値Vrefとして推定する。
例えば、図6(a)に示すように、積分電圧の確率密度分布(図4(b)参照)のピークに対応した積分電圧XOKを基準として、積分電圧の確率密度分布における高い値側の裾の位置を統計的に求め、求められた裾の位置に対応する積分電圧値Xrefを、例えば下記の数式1を用いて決定する。
Xref=XOK+mσ・・・数式1
数式1において、σは標準偏差を表し、mは1以上3以下の定数である。候補決定部41は、例えば数式1を用いて決定した積分電圧値Xrefを候補閾値VrefNewとする。
そして、候補決定部41は、決定した候補閾値VrefNewを比較部42へ供給する。
ステップS12では、比較部42が、候補閾値VrefNewを候補決定部41から受ける。また、比較部42は、閾値決定部43にアクセスして、直前に決定された閾値VrefOldを閾値決定部43から取得する。比較部42は、候補閾値VrefNewと直前に決定された閾値VrefOldとを比較して、比較結果を閾値決定部43へ供給する。閾値決定部43は、比較部42による比較結果から、候補閾値VrefNewが直前に決定された閾値VrefOldより大きいか否かを判断する。
閾値決定部43は、候補閾値VrefNewが直前に決定された閾値VrefOldより大きい場合(ステップS12でYes)、処理をステップS13へ進め、候補閾値VrefNewが直前に決定された閾値VrefOld以下である場合(ステップS12でNo)、処理をステップS14へ進める。
ステップS13では、閾値決定部43が、直前に決定された閾値VrefOldに1より大きい定数Aをかけた値VrefNew*Aと候補閾値VrefNewとを比較し、候補閾値VrefNewが値VrefNew*Aより大きいか否かを判断する。Aは、候補閾値VrefNewが直前に決定された閾値VrefOldに対して高い値側に大きくずれているか否かを判断するための定数であり、例えば、1.1である。
閾値決定部43は、候補閾値VrefNewが値VrefNew*Aより大きい場合(ステップS13でYes)、候補閾値VrefNewが直前に決定された閾値VrefOldに対して高い値側に大きくずれているとして、処理をステップS17へ進める。閾値決定部43は、候補閾値VrefNewが値VrefNew*A以下である場合(ステップS13でNo)、候補閾値VrefNewが直前に決定された閾値VrefOldに対して高い値側に大きくずれていないとして、処理をステップS16へ進める。
ステップS14では、閾値決定部43が、比較部42による比較結果から、候補閾値VrefNewが直前に決定された閾値VrefOldより小さいか否かを判断する。閾値決定部43は、候補閾値VrefNewが直前に決定された閾値VrefOldより小さい場合(ステップS14でYes)、処理をステップS15へ進める。閾値決定部43は、候補閾値VrefNewが直前に決定された閾値VrefOld以上である場合(ステップS14でNo)、候補閾値VrefNewが直前に決定された閾値VrefOldに等しいものとして、処理をステップS16へ進める。
ステップS15では、閾値決定部43が、直前に決定された閾値VrefOldに1より小さい正の定数Bをかけた値VrefNew*Bと候補閾値VrefNewとを比較し、候補閾値VrefNewが値VrefNew*Bより小さいか否かを判断する。Bは、候補閾値VrefNewが直前に決定された閾値VrefOldに対して低い値側に大きくずれているか否かを判断するための定数であり、例えば、0.9である。
閾値決定部43は、候補閾値VrefNewが値VrefNew*Bより小さい場合(ステップS15でYes)、候補閾値VrefNewが直前に決定された閾値VrefOldに対して低い値側に大きくずれているとして、処理をステップS17へ進める。閾値決定部43は、候補閾値VrefNewが値VrefNew*B以上である場合(ステップS15でNo)、候補閾値VrefNewが直前に決定された閾値VrefOldに対して低い値側に大きくずれていないとして、処理をステップS16へ進める。
ステップS16では、閾値決定部43が、候補閾値VrefNewと直前に決定された閾値VrefOldとの差が許容範囲内にあるものとして、直前に決定された閾値VrefOldを閾値Vrefとして決定する。閾値決定部43は、決定した閾値Vrefを保持する。
ステップS17では、閾値決定部43が、候補閾値VrefNewと直前に決定された閾値VrefOldとの差が許容範囲から外れるものとして、直前に決定された閾値VrefOldに代えて、候補閾値VrefNewを閾値Vrefとして決定する。閾値決定部43は、決定した閾値Vrefを保持する。
ここで、仮に、放電加工機EDMにより実際に被加工物3を加工しながら、積分回路6の出力を作業者が測定器で測定された値を読み取り制御装置100に入力することで、比較器8の用いる閾値Vrefを制御装置100に設定する場合について考える。この場合、測定器の準備や調整に時間がかかり、かつ作業者による閾値のばらつきが発生する傾向にある。これにより、設定される閾値が適正な値からずれる可能性があり、極間の放電状態が正常放電であるのか異常放電であるのかを正確に判別することが困難になる傾向にある。
これに対して、実施の形態1では、取得部70が、極間の放電状態を示すパラメータを取得し、演算部30が、取得されたパラメータの確率密度分布を求め、決定部40が、求められた確率密度分布に基づいて、極間の正常放電と異常放電との境界を規定する閾値Vrefを決定する。これにより、測定器の準備や調整が不要になるとともに、閾値の決定における作業者によるばらつきの影響を排除できるので、放電加工機EDMにより実際に被加工物3を加工しながら極間の放電状態を正確に判別できる。
あるいは、仮に、放電加工機EDMにより実際に被加工物3を加工しながら、制御装置100において、出荷前に予め設定された一定の閾値を用いて極間の放電状態の判別を行う場合について考える。この場合、閾値が出荷前に予め決められた一定の値のままであるので、加工面積に起因する静電容量による影響や加工形状や加工の進行状況により刻一刻と閾値が変化することなど出荷前に想定しておくことが困難な要因により、設定されている閾値が適正な値からずれやすく、極間の放電状態が正常放電であるのか異常放電であるのかを正確に判別することが困難になる傾向にある。
これに対して、実施の形態1では、極間の放電状態を判別するための閾値を一定の値に維持するのではなく、決定部40が、求められた確率密度分布に基づいて、極間の正常放電と異常放電との境界を規定する閾値Vrefを決定する。これにより、極間の放電状態の変化に対応して、極間の放電状態を判別するための閾値を動的に調節できるので、出荷前に想定しておくことが困難な要因により閾値としての適正な値が変化した場合に、閾値が適正な値に近づくように動的に調整できる。これにより、出荷前に想定しておくことが困難な要因により閾値としての適正な値が変化した場合でも、放電加工機EDMにより実際に被加工物3を加工しながら極間の放電状態を正確に判別できる。
あるいは、仮に、放電加工機EDMにより実際に被加工物3を加工しながら、制御部60が極間の放電状態を異常放電が多く含まれる状態に制御して取得された積分回路6の積分電圧を用いて、極間の放電状態を判別するための閾値を決定する場合について考える。この場合、積分回路6の出力を記憶部80が随時記憶し、演算部30が記憶部80に記憶された複数の積分電圧(図5(a)参照)についてヒストグラムを作成し(図6(b)参照)、作成されたヒストグラムから複数の分布の山を認識して、各分布の山ごとに例えば正規分布でフィッティングを行い、フィッティングされた各正規分布を正常放電(OK)、異常放電(NG)、アーク放電(AR)の確率密度分布としてそれぞれ求める(図5(b)参照)ことになる。このとき、図6(b)に示されるように、正常放電(OK)の分布と異常放電(NG)の分布との境界が認識できるので、正常放電と異常放電との境界を規定する閾値Xrefを求めることができる。
しかし、放電加工機EDMにより実際に被加工物3を加工する場合、極間の放電状態を異常放電が多く含まれる状態にしてしまうと、被加工物3の加工が失敗しやすく、被加工物3が製品として使い物にならなくなる可能性がある。
それに対して、実施の形態1では、取得部70が、極間に正常放電が発生するように制御部60により加工条件が制御された状態で、極間の放電状態を示すパラメータを取得し、演算部30が、取得された正常放電時の確率密度分布を求め、決定部40が、求められた正常放電時の確率密度分布に基づいて、極間の正常放電と異常放電との境界を規定する閾値を統計的に推定して決定する。これにより、極間に正常放電が発生した状態を維持しながら、極間の正常放電と異常放電との境界を規定する閾値を決定できるので、被加工物3の加工の失敗を低減でき、被加工物3を製品として使う際の加工歩留りを向上できる。
また、実施の形態1では、決定部40において、候補決定部41が、求められた確率密度分布から、極間の正常放電と異常放電との境界を規定する閾値の候補となる候補閾値VrefNewを決定し、比較部42が、候補閾値VrefNewと直前に決定された閾値VrefOldとを比較する。そして、閾値決定部43は、候補閾値VrefNewと直前に決定された閾値VrefOldとの差が許容範囲から外れる場合に、直前に決定された閾値VrefOldに代えて候補閾値VrefNewを閾値Vrefとして決定し、候補閾値VrefNewと直前に決定された閾値VrefOldとの差が許容範囲内に収まっている場合に、直前に決定された閾値VrefOldを閾値Vrefとして決定する。これにより、決定部40による閾値の調整動作について不感帯を設けることができ、決定部40による閾値の調整動作を安定化させることができる。
また、実施の形態1では、演算部30が、取得された正常放電時のパラメータのヒストグラムを求め、求められたヒストグラムを正規分布でフィッティングし、フィッティングされた正規分布を確率密度分布として求める。このとき、求められた確率密度分布は、正規分布であるため、正常放電と異常放電との境界を規定する閾値に対応した裾の位置を統計的に求めることができる(図6(a)、(b)参照)。すなわち、決定部40の候補決定部41は、求められた(正常放電の)確率密度分布における裾の位置を統計的に求め、求められた裾の位置に対応する値を候補閾値VrefNewとして決定する。これにより、異常放電の確率密度分布を求めることなく、正常放電と異常放電との境界を規定する閾値を正確に決定することができる。
実施の形態2.
次に、実施の形態2にかかる放電加工機EDMの制御装置100iについて説明する。以下では、実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
第1の実施形態では、取得部70がまず極間の放電電圧を検出しているが、第2の実施形態では、取得部70iがまず極間の放電電流を検出する。
具体的には、図7に示すように、制御装置100iの取得部70iは、電流検出部74i及び電流電圧変換部75iを有する。電流検出部74iは、極間の放電電流を検出する。電流検出部74iは、極間の放電電流を検出する。電流検出部74iは、例えば、極間の両端から差動信号を2入力端子で受けて、入力された差動信号に応じた電流を、検出された放電電流として1つの出力端子から出力する。
電流電圧変換部75iは、検出された放電電流を電圧に変換する。電流電圧変換部75iは、例えば、電流検出部74iから出力された電流を1つの入力端子で受けて、入力された信号を抵抗やトランスなどにより電圧に変換し、変換された電圧に対応した差動信号(例えば、差動電圧)を、変換された電圧として2つの出力端子から抽出部72へ出力する。
このように、第2の実施形態においても、取得部70iが、極間の放電状態を示すパラメータを取得することができる。
実施の形態3.
次に、実施の形態3にかかる放電加工機EDMの制御装置100jについて説明する。以下では、実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
実施の形態1では、決定部40による閾値の調整が定常的に行われているが、第3の実施形態では、決定部40による閾値の調整は、ユーザからの指示に応じて行われる。
具体的には、図8に示すように、制御装置100jの制御部60jは、操作部61j及びモード決定部62jを有する。制御装置100jは、動作モードとして、例えば、閾値の調整を行わないAモードと、閾値の調整を行うBモードとを有している。モード決定部62jは、初期状態において、制御装置100jの動作モードをAモードに決定しており、演算部30及び決定部40の動作を停止させている。これにより、初期状態において、決定部40による閾値の調整が行われない。そして、モード決定部62jは、閾値の調整を行うことの指示が操作部61jを介してユーザから受け付けられたら、制御装置100jの動作モードをAモードからBモードへ変更して決定し、Bモードに決定されたことに応じて演算部30及び決定部40の動作を開始させる。これにより、ユーザからの指示に応じたタイミングで、決定部40による閾値の調整を行うことができる。
なお、閾値の調整を行うBモードは、加工の安定性を重視した第1のモードと、加工の速度を重視した第2のモードとを含んでいてもよい。この場合、操作部61jは、閾値の調整を行うことの指示に加えて、第1のモード及び第2のモードのいずれかを選択する指示をさらに受け付けてもよい。
例えば、モード決定部62jは、第1のモードを選択する指示が操作部61jを介してユーザから受け付けられたら、制御装置100jの動作モードをBモードにおける第1のモードに変更して決定し、第1のモードに決定されたことに応じて演算部30及び決定部40の動作を制御する。例えば、決定部40の候補決定部41は、モード決定部62jによる制御のもと、図9(a)に示すように、積分電圧の確率密度分布(図4(b)参照)のピークに対応した積分電圧XOKを基準として、積分電圧の確率密度分布における高い値側の裾の位置を統計的に求め、求められた裾の位置に対応する積分電圧値Xref1を、例えば下記の数式2を用いて決定する。
Xref1=XOK+mσ・・・数式2
数式2において、σは標準偏差を表し、mは1以上3以下の(整数に限定されない)定数である。候補決定部41は、例えば数式2を用いて決定した積分電圧値Xrefを候補閾値VrefNewとする。
あるいは、例えば、モード決定部62jは、第2のモードを選択する指示が操作部61jを介してユーザから受け付けられたら、制御装置100jの動作モードをBモードにおける第1のモードに変更して決定し、第1のモードに決定されたことに応じて演算部30及び決定部40の動作を制御する。例えば、決定部40の候補決定部41は、モード決定部62jによる制御のもと、図9(a)に示すように、積分電圧の確率密度分布(図4(b)参照)のピークに対応した積分電圧XOKを基準として、積分電圧の確率密度分布における高い値側の裾の位置を統計的に求め、求められた裾の位置に対応する積分電圧値Xref1を、例えば上記の数式2を用いて決定する。そして、候補決定部41は、異常放電の確率密度分布のピークに対応した積分電圧XNGを下記の数式3を用いて推定する。
NG=Xref1/n・・・数式3
数式3において、nは2以上4以下の(整数に限定されない)定数である。なお、本発明者は、この積分電圧XNGが、実際の異常放電のピークに対応していることを確認した(図9(b)参照)。そして、候補決定部41は、例えば下記の数式4を用いて積分電圧値Xref2を決定する。
Xref2=Xref1+(XNG−Xref1)×k・・・数式4
数式4において、kは0より大きく1より小さい定数である。数式2及び数式3を数式4に代入すると、次の数式5が得られる。
Xref2=XOK+mσ+(Xref1/n−Xref1)×k
・・・数式5
候補決定部41は、例えば数式5を用いて決定した積分電圧値Xref2を候補閾値VrefNewとする。
このように、モード決定部62jは、ユーザからの指示に応じて制御装置100jの動作モードを切り替え、決定部40は、求められた確率密度分布に基づいて、第1のモードにおいて第1の閾値を決定し、第2のモードにおいて第2の閾値を決定する。これにより、放電加工機EDMにより実際に被加工物3を加工しながら、ユーザの意図に応じた閾値を介して放電加工機EDMがユーザの意図に応じた動作を行うように、極間の放電状態を判別できる。
例えば、加工の速度を重視した第2のモードにおいて決定される候補閾値VrefNew(=Xref2)は、加工の安定性を重視した第1のモードにおいて決定される候補閾値VrefNew(=Xref1)より異常放電のピーク(XNG)に近い値である。すなわち、第1のモードでは放電加工機EDMが安定動作するように、極間の放電状態を判別でき、第2のモードでは放電加工機EDMが高速動作するように、極間の放電状態を判別できる。
実施の形態4.
次に、実施の形態4にかかる放電加工機EDMの制御装置100kについて説明する。以下では、実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
実施の形態1では、加工電圧レベルとの比較に使用される基準値Vcが、基準値設定装置15(図1参照)に予め設定されているが、実施の形態4では、加工電圧レベルとの比較に使用される基準値Vcの調整も行う。
具体的には、制御装置100kは、基準値設定装置15を備えず、記憶部17k、演算部16k、及び決定部90kをさらに備える。
記憶部17kは、加工電圧レベル検出装置20から出力された放電電圧のレベルを記憶する。記憶部17kは、例えば、その記憶内容が消去されるまで、加工電圧レベル検出装置20から放電電圧のレベルが出力されるたびに、それまで記憶していた放電電圧のレベルに追加していき、複数の放電電圧のレベルを記憶する。
演算部16kは、取得部70により取得されたパラメータ(すなわち正常放電のパラメータ)の確率密度分布を求める。例えば、演算部16kは、記憶部17kに記憶された複数の放電電圧のレベルのそれぞれを、複数の値の区間のいずれかに分類し、複数の値の区間ごとの頻度を求める。そして、演算部16kは、複数の値の区間についてのヒストグラムを作成し、作成されたヒストグラムから放電電圧のレベルに対する正常放電の確率密度分布を求める。演算部16kは、例えば、放電電圧のレベルの確率密度分布を求めた後に、記憶部17kの記憶内容を消去する。
決定部90kは、求められた確率密度分布に基づいて、極間の正常放電と異常放電との境界を規定する基準値Vcを決定する。決定部90kは、候補決定部91k、比較部92k、及び基準値決定部93kを有する。
候補決定部91kは、求められた確率密度分布から、極間の正常放電と異常放電との境界を規定する基準値Vcの候補となる候補基準値VcNewを決定する。すなわち、候補決定部91kは、正常放電の確率密度分布から、正常放電と異常放電との境界を規定する基準値を統計的に推定し、推定した基準値を候補基準値VcNewとする。候補決定部91kは、決定した候補基準値VcNewを比較部92kへ供給する。
比較部92kは、候補基準値VcNewを候補決定部91kから受ける。また、比較部92kは、基準値決定部93kにアクセスして、直前に決定された基準値VcOldを基準値決定部93kから取得する。比較部92kは、候補基準値VcNewと直前に決定された基準値VcOldとを比較して、比較結果を基準値決定部93kへ供給する。
基準値決定部93kは、比較部92kによる比較結果に応じて、極間の正常放電と異常放電との境界を規定する基準値Vcを決定する。すなわち、基準値決定部93kは、比較部92kによる比較結果から、候補基準値VcNewと直前に決定された基準値VcOldとの差が許容範囲から外れると判断される場合、直前に決定された基準値VcOldに代えて候補基準値VcNewを基準値Vrefとして決定する。基準値決定部93kは、比較部92kによる比較結果から、候補基準値VcNewと直前に決定された基準値VcOldとの差が許容範囲内に収まると判断される場合、直前に決定された基準値VcOldを基準値Vrefとして決定する。基準値決定部93kは、決定した基準値Vcを保持する。
このように、実施の形態4では、極間に正常放電が発生するように制御部60により加工条件が制御された状態で、放電電圧の高周波成分の積分出力との比較に使用される閾値Vrefの調整に加えて、加工電圧レベルとの比較に使用される基準値Vcの調整も動的に行うことができる。これにより、放電加工機EDMにより実際に被加工物3を加工しながら極間の放電状態をさらに正確に判別できる。
以上のように、本発明にかかる放電加工機の制御装置は、極間の放電状態の判別に有用である。
1 加工電源
2 加工電極
3 被加工物
4 ハイパスフィルタ
5 整流装置
6 積分回路
7 リセット用トランジスタ
8 比較器
9 放電電圧検出装置
10 放電電流検出装置
11 論理積回路
12 時定数計測装置
13 論理積回路
15 基準値設定装置
16k 演算部
17k 記憶部
20 加工電圧レベル検出装置
21 比較器
22 放電パルス制御装置
23 放電パルス良否判定装置
24 第1のパルスカウンタ
25 第2のパルスカウンタ
26 休止パルス制御装置
30 演算部
40 決定部
41 候補決定部
42 比較部
43 閾値決定部
50 判別部
60、60j 制御部
61j 操作部
62j モード決定部
70 取得部
71 電圧検出部
72 抽出部
73 積分部
74i 電流検出部
75i 電流電圧変換部
80 記憶部
90k 決定部
91k 候補決定部
92k 比較部
93k 基準値決定部
100、100i、100j、100k 制御装置

Claims (7)

  1. 電極と被加工物との極間に放電を発生させる放電加工機を制御する放電加工機の制御装置であって、
    前記放電加工機による加工条件を制御する制御部と、
    前記極間に正常放電が発生するように前記制御部により加工条件が制御された状態で、前記極間の放電状態を示すパラメータを取得する取得部と、
    前記取得されたパラメータの確率密度分布を求める演算部と、
    前記求められた確率密度分布に基づいて、前記極間の正常放電と異常放電との境界を規定する閾値を決定する決定部と、
    前記決定された閾値を用いて、前記極間の放電状態が正常放電及び異常放電のいずれであるのかを判別する判別部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記判別部の判別結果に基づいて、前記放電加工機による加工条件を制御する
    ことを特徴とする放電加工機の制御装置。
  2. 前記決定部は、
    前記求められた確率密度分布から、前記極間の正常放電と異常放電との境界を規定する閾値の候補となる候補閾値を決定する候補決定部と、
    前記候補閾値と直前に決定された閾値との差が許容範囲から外れる場合に、前記直前に決定された閾値に代えて前記候補閾値を前記閾値として決定し、前記候補閾値と直前に決定された閾値との差が許容範囲内に収まっている場合に、前記直前に決定された閾値を前記閾値として決定する閾値決定部と、
    を有する
    ことを特徴とする請求項1に記載の放電加工機の制御装置。
  3. 前記演算部は、前記取得されたパラメータのヒストグラムを求め、求められたヒストグラムを正規分布でフィッティングし、フィッティングされた正規分布を前記確率密度分布として求め、
    前記候補決定部は、前記求められた確率密度分布における裾の位置を統計的に求め、求められた前記裾の位置に対応する値を前記候補閾値として決定する
    ことを特徴とする請求項2に記載の放電加工機の制御装置。
  4. 前記取得部は、
    前記極間の放電電圧を検出する電圧検出部と、
    前記検出された放電電圧の高周波成分を抽出する抽出部と、
    前記抽出された放電電圧の高周波成分を積分し、積分された電圧を前記パラメータとして出力する積分部と、
    を有する
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の放電加工機の制御装置。
  5. 前記取得部は、
    前記極間の放電電流を検出する電流検出部と、
    前記検出された放電電流を電圧に変換する電流電圧変換部と、
    前記変換された電圧の高周波成分を抽出する抽出部と、
    前記抽出された電圧の高周波成分を積分し、積分された電圧を前記パラメータとして出力する積分部と、
    を有する
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の放電加工機の制御装置。
  6. 前記決定部は、前記求められた確率密度分布に基づいて、第1のモードにおいて第1の閾値を決定し、第2のモードにおいて第2の閾値を決定する
    ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の放電加工機の制御装置。
  7. 前記第1のモードは、加工の安定性を重視したモードであり、
    前記第2のモードは、加工の速度を重視したモードであり、
    前記第2の閾値は、前記第1の閾値より異常放電のピークに近い値である
    ことを特徴とする請求項6に記載の放電加工機の制御装置。
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