JP5361783B2 - 形彫放電加工機及びジャンプ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、形彫放電加工機及びジャンプ制御方法に関する。

従来、放電加工機では、極間の加工屑の排出を目的として、加工中にジャンプ制御を間歇的に行っている。ジャンプ制御は、加工中に電極間距離を一旦広げてから戻す制御であり、加工工程→ジャンプ引上げ工程（ジャンプ引上げ動作）→ジャンプ引下げ工程（ジャンプ引下げ動作）→減速工程（減速接近動作）→加工工程という手順で行われる。

ジャンプ制御の減速工程は、ジャンプ引下げ工程から加工工程へ移行する際に、電極を支持している支持部材が弾性変形することによって電極がオーバシュートし、電極と被加工物とが衝突してしまうことを防ぐための工程である。減速工程では、被加工物まである距離の位置（減速開始位置）から微小速度で電極間距離を縮めていく。

電極のオーバシュート量は、電極の重量と正の相関関係にあるため、電極の重量に応じて減速開始位置を最適化することが理想的である。しかし、電極重量の測定は、放電加工機本来の目的とは異なるため、放電加工機はこのような機能を備えていない。したがって、電極と被加工物との衝突を防ぐために、用いる可能性のある電極の中で重量が最大のものを基準として減速開始位置を設定することとなる。このため、軽い電極を使用すると減速開始位置が必要以上に被加工物から遠ざかってしまい、減速期間が長くなって、実際に加工している時間の割合が小さくなってしまう。

この問題の解決を目的とする技術として、特許文献１には、ジャンプ制御の際に、ジャンプ引下げ工程における終了目標位置と実際に電極が停止した位置との位置偏差を求め、この位置偏差に基づいて次回のジャンプ制御における終了目標位置を補正する発明が開示されている。

特開２００２−１７２５２５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の発明は、初回のジャンプ制御時には、位置偏差が得られていないため、終了目標位置の補正を行えない。したがって、初回のジャンプ制御時に減速開始位置と被加工物との距離が小さすぎれば、電極と被加工物が衝突して電極や被加工物を破損する恐れがある。電極の破損は、交換作業による加工の中断で生産性が低下したり、電極の修理・再作成によるコスト増の原因となる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、１回目のジャンプ制御から減速開始位置の最適化を行える放電加工機及びジャンプ制御方法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、本発明は、交換可能に電極を保持する電極保持手段と、該電極保持手段に保持された電極を移動させて被加工物との間隔を変化させる駆動源としてのモータとを備え、電極を予め設定された速度で被加工物から遠ざける引上げ動作と、被加工物から遠ざけた電極を、放電加工を行う加工位置よりも被加工物から離れた減速開始位置まで第１の速度で移動させる引下げ動作と、減速開始位置から加工位置まで第１の速度よりも低速の第２の速度で電極を移動させる減速接近動作とを含むジャンプ制御を放電加工の合間に行う形彫放電加工機であって、引上げ動作におけるモータの駆動電流をフィードバックデータとして検出する手段と、電極保持手段に保持された電極の重量に応じた減速開始位置を、フィードバックデータに基づいて決定する手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、１回目のジャンプ制御から減速開始位置の最適化を行い、減速期間の長期化や、電極の破損を防止できるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる形彫放電加工機の構成を示す図である。 図２は、駆動電流値と減速開始距離との関係を示す図である。 図３は、放電加工時の電極間距離の変化の一例を模式的に示す図である。 図４は、駆動電流と減速開始位置との関係を示すテーブルの一例を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態２にかかる形彫放電加工機の構成を示す図である。 図６は、制御部からサーボアンプへ出力される位置指令データが示す位置と、実際の電極の位置との関係を示す図である。 図７は、減速開始距離とドループ量との関係を示す図である。

以下に、本発明にかかる形彫放電加工機及びジャンプ制御方法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．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる形彫放電加工機の構成を示す図である。実施の形態１に係る形彫放電加工機１は、制御装置１０、サーボアンプ１１、モータ１２、及び電極１３を有する。制御装置１０は、形彫放電加工機１を制御する装置であり、制御部１０１、減速開始位置決定部１０２、電流フィードバック検出部１０３を備えている。制御部１０１は、放電加工時の電極１３の動きや、電極１３に印加するパルス電圧の制御などを行う。電流フィードバック検出部１０３は、サーボアンプ１１の電流検出器１１１から入力される電流値を電流フィードバックデータとして取得する。減速開始位置決定部１１１は、電流フィードバック検出部１０３が取得した電流フィードバックデータに基づいて、電極１３の重量に応じた減速開始位置を決定する。

サーボアンプ１１は、制御部１０１からの指令に基づいてモータ１２を駆動し、被加工物としてのワーク２と電極１３との間の距離を変化させる。サーボアンプ１１は、制御部１０１からの指令に応じてモータ１２を駆動させる際に、実際にモータ１２へ送られる電流（駆動電流）の電流値を検出する電流検出器１１１を備えている。電流検出器１１１が検出した電流値は、電流フィードバック検出部１０３へと出力される。

電極１３は、電極保持手段としての不図示の支持部材によって支持された上で、モータ１２の駆動によって回転するボールネジ１４に取り付けられており、モータ１２の駆動によってワーク２との距離（電極間距離）が変化する。なお、モータ１２の駆動によって電極１３とワーク２との距離を変化させる構成であれば、図示した例とは異なる構成を採用することも可能である。支持部材には２種類以上の電極のうちの一つが取り外し可能に装着される。すなわち、形状や重量が異なる複数の電極の中から任意に選択したものを電極１３として装着することが可能であり、一度装着した電極１３を他のものと交換することも可能である。

定格トルク以下の領域では、モータ１２が発生させるトルクは、駆動電流の電流値と比例関係にある。また、電極を移動させるのに必要な力（モータ１２が発生させるトルク）は、可動部分重量（電極重量＋支持部材重量）と比例関係にある。したがって、駆動電流値と可動部分の重量とは比例関係にある。これにより、電流検出器１１１の検出値を基に電極１３の重量を特定することが可能である。そして、電極１３の重量が既知であれば、最適な減速開始位置を決定可能である。

本実施の形態において、減速開始位置決定部１０２は、ジャンプ引上げ工程中に電流検出器１１１が検出した駆動電流の電流値に基づいて、減速開始位置を決定する。図２は、駆動電流値と減速開始距離との関係を示す図である。具体的には、駆動電流値−トルクと、トルク−可動部分重量と、可動部分重量−減速開始距離（被加工物から最適減速開始位置までの距離）とがいずれも比例関係にあることから、駆動電流値−減速開始距離は図２に示すように一次関数で近似できることとなり、最適減速開始距離ｘは、ｘ＝αＩ＋βで算出可能である。ここで、αは予め定められた係数、Ｉは駆動電流値、βはオフセット値である。

係数α及びオフセット値βの求め方について説明する。係数α及びオフセット値βは、モータ１２やサーボアンプ１１の性能、支持部材の重量によって値が変化するため、実測値に基づいて決定する。具体的には、重量が既知の電極１３を支持部材に設置した上で、制御部１０１からサーボアンプ１１へ既知の指令値を送り、そのときの駆動電流の電流値を電流検出器１１１で検出し、電流フィードバック検出部１０３が電流フィードバックデータとして電流値（フィードバック電流値）を得る。そして、電極重量を変えて電流フィードバックデータの取得を繰り返す。さらに、別の指令値でも同様に電極重量を変化させて電流フィードバックデータの取得を繰り返す。このようにして、取得したフィードバック電流値に基づいて、電極重量−フィードバック電流値の直交座標系上における近似式を求め、この近似式の傾きを係数αとする。また、電極１３を未設置の状態でのフィードバック電流値（電極重量−フィードバック直交座標系におけるフィードバック電流値軸の切片）をオフセット値βとする。

以上のようにして求めた一次関数ｘ＝αＩ＋βを用いて、減速開始位置決定部１０２は、電流フィードバック検出部１０３から入力される電流フィードバックデータを基に電極１３の重量に応じた減速開始位置を決定する。制御部１０１は、電極１３の重量に応じた減速開始位置を設定し、ジャンプ引下げ工程及び減速工程を実行する。これにより、ジャンプ引下げ工程では電極１３をその重量に応じた距離まで近づけることが可能となり、減速工程での電極の移動距離を短くできる。

図３は、放電加工時の電極間距離の変化の一例を模式的に示す図である。図３において、縦軸は電極間距離、横軸は時間を示している。時刻ｔ_０において制御部１０１は加工を開始している。加工を開始すると、制御部１０１はモータ１２を駆動して電極１３をワーク２へ近づける。

時刻ｔ_１において、ワーク２から所定の電極間距離まで電極１３が到達する。これを受けて、制御部１０１は電極１３−ワーク２間に電圧を印加し、放電加工を開始する。

時刻ｔ_２において、制御部１０１はジャンプ制御を開始する。ジャンプ制御を開始すると、制御部１０１は電極１３−ワーク２間の電圧の印加を停止するとともに、モータ１２を駆動して、電極１３をワーク２から所定の電極間距離まで遠ざけるジャンプ引上げ工程を行う。この際のモータ１２の駆動電流は、電極重量とリニアな関係にある。減速開始位置決定部１０２は、ジャンプ引上げ工程中に電流フィードバックデータに基づいて電極１３の重量に応じた減速開始位置を決定する。

時刻ｔ_３において、制御部１０１はジャンプ引下げ工程を開始する。ジャンプ引下げ工程では、制御部１０１は、モータ１２を駆動し、電極１３をその重量に応じた減速開始位置まで移動させる。

時刻ｔ_４において、電極１３がその重量に応じた減速開始位置まで到達している。よって、制御部１０１は、モータ１２の回転数をジャンプ引下げ工程よりも小さくし、微速で電極１３をワーク２に近づける減速工程を開始する。

時刻ｔ_５において、ワーク２から所定の電極間距離まで電極１３が到達する。これを受けて、制御部１０１は電極１３−ワーク２間の電圧の印加を再開して放電加工を行う。

時刻ｔ_６において開始する２回目以降のジャンプ制御においても同様に、減速開始位置決定部１０２は、ジャンプ引上げ工程中に取得した電流フィードバックデータに基づいて電極１３の重量に応じた減速開始位置を決定し、ジャンプ引下げ工程では電極１３をその重量に応じた減速開始位置まで移動させる。

なお、ここでは減速開始位置決定部１０２が近似計算によって電極１３の重量に応じた減速開始距離を算出する場合を例としたが、駆動電流と減速開始位置との関係を示すテーブルを制御装置１００内に保持させておき、減速開始位置決定部１０２がこれを参照して電極１３の重量に応じた減速開始位置を決定することも可能である。図４は、駆動電流と減速開始位置との関係を示すテーブルの一例である。

このように、本実施の形態にかかる形彫放電加工機１は、１回目のジャンプ制御から減速開始位置の最適化を図れる。これにより、空走時間の短縮を実現できる。例えば、１回目のジャンプ制御時に減速開始距離を半分にすることができれば、空走時間も半分となり、機械動作時間中に対して加工時間が占める割合を増加させることができる。

一例として、１回目のジャンプ制御で減速開始位置の最適化を行わない場合に放電加工の時間が２５０ｍｓｅｃ、ジャンプ制御の時間が６００ｍｓｅｃ（ジャンプ引上げ工程＋ジャンプ引下げ工程（図３での時刻ｔ_２からｔ_４までの時間）が４００ｍｓｅｃ、減速工程（図３での時刻ｔ_４からｔ_５までの時間）が２００ｍｓｅｃ）であり、減速開始距離が３０μｍであったとする。この場合、１サイクル（ジャンプ引上げ工程＋ジャンプ引下げ工程＋減速工程＋加工工程）中に加工時間が占める割合は、２５０／（４００＋２００＋２５０）＝０．２９＝２９％である。減速開始位置の最適化によって減速開始距離を１５μｍにすることができたならば、減速工程の所要時間を半分の１００ｍｓｅｃに短縮し、その分加工時間を増やすことができる。すなわち、減速工程の所要時間を１００ｍｓｅｃ、加工時間を３５０ｍｓｅｃとすることができる。このため、１サイクル中に加工時間が占める割合は、３５０／（４００＋１００＋２５０）＝０．４７＝４７％となる。したがって、１サイクル中に加工時間が占める割合が約１６％増加する。これにより、１回目のジャンプ制御で減速開始位置の最適化を行わない場合よりも短時間で加工を終えることができ、形彫放電加工機１の動作時間を短縮して消費エネルギーを低減できる。

また、本実施の形態にかかる形彫放電加工機１は、１回目のジャンプ制御の際に電極１３が破損することを確実に防止できる。これにより、破損した電極を廃棄する必要が無くなり、生産設備としての形彫放電加工機１の環境負荷を低減できる。

なお、以上の説明においては、モータ１２がトルクを発生させる通常のモータである場合を例としたが、モータ１２がリニアモータである場合も、駆動電流値は電極重量と正の相関関係にあるため、同様の手法で電極１３の重量に応じた減速開始位置を決定可能である。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２にかかる形彫放電加工機の構成を示す図である。本実施の形態に係る形彫放電加工機１は、制御装置１０、サーボアンプ１１、モータ１２、電極１３、ボールネジ１４及びエンコーダ１５を有する。

本実施の形態においては、制御装置１０は、電流フィードバック検出部の代わりに位置フィードバック検出部１０４を備えており、エンコーダ１５から出力される位置フィードバックデータに基づいて減速開始位置決定部１０２が電極１３の重量に応じた減速開始位置を決定する点で実施の形態１とは相違する。

図６は、制御部１０１からサーボアンプ１１へ出力される位置指令データが示す位置と、実際の電極１３の位置との関係を示す図である。電極１３や不図示の支持部材には慣性力が作用するため、図６に示すように制御部１０１からサーボアンプ１１へ出力される位置指令データが示す位置と、実際の電極位置とは一致せず、ドループ量と呼ばれるずれが生じる。このドループ量は、位置指令データが同じであれば、電極１３に作用する慣性力、すなわち可動部分の質量に比例するため、電極１３の重量に応じた減速開始距離はドループ量を変数とする一次関数として表すことができる。図７は、減速開始距離とドループ量との関係を示す図である。

減速開始位置決定部１０２は、位置フィードバック検出部１０４から入力される位置フィードバック値を基に、上記一次関数により電極１３の重量に応じた減速開始距離を決定する。制御部１０１は、減速開始距離に電極１３の重量に応じた減速開始位置までの距離を設定し、ジャンプ引下げ工程及び減速工程を実行する。これにより、ジャンプ引下げ工程では電極１３の重量に応じた距離まで電極を近づけることが可能となり、減速工程での電極１３の移動距離を短くできる。

減速開始位置決定部１０２が位置フィードバックデータを基に電極１３の重量に応じた減速開始位置を決定することを除いては実施の形態１と同様であるため、重複する説明は割愛する。

以上のように、本発明にかかる形彫放電加工機及びジャンプ制御方法は、１回目のジャンプ制御から減速開始位置を最適化でき、電極を破損させる恐れが無い点で有用である。

１ 形彫放電加工機
２ ワーク
１０ 制御装置
１１ サーボアンプ
１２ モータ
１３ 電極
１４ ボールネジ
１５ エンコーダ
１０１ 制御部
１０２ 減速開始位置決定部
１０３ 電流フィードバック検出部
１０４ 位置フィードバック検出部
１１１ 電流検出器

Claims (6)

1. 交換可能に電極を保持する電極保持手段と、該電極保持手段に保持された前記電極を移動させて被加工物との間隔を変化させる駆動源としてのモータとを備え、前記電極を予め設定された速度で前記被加工物から遠ざける引上げ動作と、前記被加工物から遠ざけた電極を、放電加工を行う加工位置よりも前記被加工物から離れた減速開始位置まで第１の速度で移動させる引下げ動作と、前記減速開始位置から前記加工位置まで前記第１の速度よりも低速の第２の速度で前記電極を移動させる減速接近動作とを含むジャンプ制御を放電加工の合間に行う形彫放電加工機であって、
   前記引上げ動作における前記モータの駆動電流をフィードバックデータとして検出する手段と、
   前記電極保持手段に保持された電極の重量に応じた前記減速開始位置を、前記フィードバックデータに基づいて決定する手段とを有することを特徴とする形彫放電加工機。
2. 交換可能に電極を保持する電極保持手段と、該電極保持手段に保持された前記電極を位置指令データに基づいて移動させて被加工物との間隔を変化させる駆動源としてのモータとを備え、前記電極を予め設定された速度で前記被加工物から遠ざける引上げ動作と、前記被加工物から遠ざけた電極を、放電加工を行う加工位置よりも前記被加工物から離れた減速開始位置まで第１の速度で移動させる引下げ動作と、前記減速開始位置から前記加工位置まで前記第１の速度よりも低速の第２の速度で前記電極を移動させる減速接近動作とを含むジャンプ制御を放電加工の合間に行う形彫放電加工機であって、
   前記電極の位置を検出する電極位置検出手段と、
   前記位置指令データが示す位置と、前記電極位置検出手段が検出した前記電極の実際の位置との差をドループ量として検出する手段と、
   前記引上げ動作における前記ドループ量をフィードバックデータとして検出する手段と、
   前記電極保持手段に保持された電極の重量に応じた前記減速開始位置を前記フィードバックデータに基づいて決定する手段とを有することを特徴とする形彫放電加工機。
3. 前記フィードバックデータの値と前記被加工物からの距離との関係を示すテーブルを格納する手段をさらに有し、
   前記減速開始位置決定手段は、前記テーブルに基づいて、前記電極保持手段に保持された電極の重量に応じた減速開始位置を決定することを特徴とする請求項１又は２記載の形彫放電加工機。
4. 前記フィードバックデータの値と前記被加工物からの距離との関係を示す近似式を格納する手段をさらに有し、
   前記減速開始位置決定手段は、前記フィードバックデータを前記近似式に代入して、前記電極保持手段に保持された電極の重量に応じた減速開始位置を決定することを特徴とする請求項１又は２記載の形彫放電加工機。
5. 交換可能に電極を保持する電極保持手段と、該電極保持手段に保持された前記電極を移動させて被加工物との間隔を変化させる駆動源としてのモータとを備えた形彫放電加工機に、前記電極を予め設定された速度で前記被加工物から遠ざける引上げ動作と、前記被加工物から遠ざけた電極を、放電加工を行う加工位置よりも前記被加工物から離れた減速開始位置まで第１の速度で移動させる引下げ動作と、前記減速開始位置から前記加工位置まで前記第１の速度よりも低速の第２の速度で前記電極を移動させる減速接近動作とを含むジャンプ制御を行わせるジャンプ制御方法であって、
   前記引上げ動作中に前記モータの駆動電流を検出する工程と、
   前記電極保持手段に保持された電極の重量に応じた減速開始位置を、前記駆動電流に基づいて決定する工程と、
   前記被加工物から遠ざけた電極を、前記電極の重量に応じた減速開始位置まで移動させるように前記引下げ動作を行う工程と、
   前記電極の重量に応じた減速開始位置から加工位置まで前記電極を移動させるように前記減速接近動作を行う工程とを有することを特徴とするジャンプ制御方法。
6. 交換可能に電極を保持する電極保持手段と、該電極保持手段に保持された前記電極を位置指令データに基づいて移動させて被加工物との間隔を変化させる駆動源としてのモータとを備えた形彫放電加工機に、前記電極を予め設定された速度で前記被加工物から遠ざける引上げ動作と、前記被加工物から遠ざけた電極を、放電加工を行う加工位置よりも前記被加工物から離れた減速開始位置まで第１の速度で移動させる引下げ動作と、前記減速開始位置から前記加工位置まで前記第１の速度よりも低速の第２の速度で前記電極を移動させる減速接近動作とを含むジャンプ制御を行わせるジャンプ制御方法であって、
   前記引上げ動作中に、前記位置指令データが示す位置と、前記電極の実際の位置との差をドループ量として検出する工程と、
   前記電極保持手段に保持された電極の重量に応じた減速開始位置を、前記ドループ量に基づいて決定する工程と、
   前記被加工物から遠ざけた電極を、前記電極の重量に応じた減速開始位置まで移動させるように前記引下げ動作を行う工程と、
   前記電極の重量に応じた減速開始位置から加工位置まで前記電極を移動させるように前記減速接近動作を行う工程とを有することを特徴とするジャンプ制御方法。

Images