JP5478532B2 - 放電加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、被加工物を放電により加工する放電加工装置に関し、特にワイヤ放電加工装置に関するものである。

放電加工装置は、加工用電極と被加工物との間にアーク放電を発生させることにより被加工物の加工を行う装置である。放電加工装置には、アーク放電を発生させるための電力源（加工用電源）が必要となる。この加工用電源の構成に関しては、従来から種々のものが存在している。

例えば、荒加工用電源部と、４つのスイッチング素子で構成されるフルブリッジ回路および放電電流を制限するための電流制限抵抗器を設けた仕上げ用電源部とによる２つの電源部で構成した放電加工用電源装置が存在する（例えば、特許文献１，２等）。

この特許文献１では、特に仕上げ用電源部のみを用いた仕上げ加工方法について開示している。簡単に説明すると、フルブリッジ回路の対角アームを形成する２つのスイッチング素子を断続的にＯＮ／ＯＦＦ駆動して発生する群パルスを被加工物と加工用電極とで構成される電極間隙に印加すると、極間電圧が徐々に上昇し、放電開始電圧を超えると絶縁破壊が生じ、アーク放電が発生する。放電により放電電流が電極間隙に流れ、極間電圧が低下する。この放電電流は、最大でもスイッチング素子のＯＮ幅で規定され、スイッチング素子がＯＦＦすると放電が停止する。その後、スイッチング素子がＯＮすることにより再び、電極間隙の充電が再開して上記の動作を繰り返す。任意の時間、スイッチング素子に断続的なＯＮ／ＯＦＦ動作を行わせた後、他方の対角アームを形成する２つのスイッチング素子に切り替えて、同様のＯＮ／ＯＦＦ動作を断続的に行わせる。加工液に水を用いる場合は、電気分解を防ぐために平均的な極間電圧をゼロＶに保つ必要がある。そこで、このように対角アームを交互に切り替えて、極性を反転させ、平均的な極間電圧をゼロＶに制御することが一般的である。

また、特許文献２では、特許文献１と同様に、仕上げ用電源部と荒加工用電源部の２つの電源を用いており、特に荒加工時における放電のばらつき（むら）を改善する方法について開示している。

一方、極間距離を一定に保つ方法としては、極間電圧の平均値がおよそ一定となるように軸の走行速度を制御する「平均電圧サーボ」を利用することが一般的である。この方法では、軸の制御に必要な電圧の時間変動と加工現象として生じる電圧の時間変動との間に大きな隔たりが存在するため、平均的な電圧が同じであっても、放電にむら（ばらつき）が生じる。放電が時間的に集中するとワイヤ断線を引き起こすため、放電のばらつきを低減する必要がある。そこで、単位時間当たりの放電数が一定値となるように休止時間を設けている。

まず、仕上げ用電源部から矩形電圧パルスを印加する。放電の発生は、極間電圧をコンパレータによりモニタすることで検知する。放電により、極間電圧が低下すると放電が発生したものとみなし仕上げ用電源部のパルス印加を停止し、荒加工用電源部に切り替えて加工電流を極間に供給する。任意のパルス幅のパルス電流を印加した後に、荒加工用電源を停止する。任意の休止時間を設けた後に、再度、仕上げ用電源部から矩形電圧パルスを印加し、上記動作を繰り返す。

仕上げ用電源部から極間に電圧を印加してから、放電が発生するまでの時間を無負荷時間と呼ぶ。単位時間当たりの無負荷時間を計測することで、放電のばらつきを評価する。平均的に無負荷時間が短くなったときは、放電密度が高くなったと判断して上記休止時間を長く設定し、単位時間当たりの放電数が一定になるように制御する。これによって、放電のむらが低減し、安定した加工を行うことができる。

国際公開第２００９／０９６０２５号 特開２００１−１１３４１９号公報

特に加工液に油を用いる放電加工装置においては、特許文献２で開示されるような放電のむらは生じやすい。つまり、ワイヤ放電加工装置では、ワイヤが断線しやすいという問題が存在する。また、ワイヤ電極がφ０．０５以下の細線領域であれば、荒加工として仕上げ用電源部のみを用いて加工を行うこともあるため、仕上げ用電源にて群パルス印加を行う際の放電むらの改善は、加工性能の向上に必要不可欠である。この点について従来技術では次のような問題がある。

まず、特許文献２に開示される制御方法を、特許文献１に開示される加工方法に適用する場合の弊害について、特許文献２と特許文献１の構成を比較しつつ説明する。特許文献２では、仕上げ電源部からは矩形電圧パルスが印加されており、一度パルスが印加されると基本的には、放電が発生するまでスイッチング素子はＯＮし続ける。パルスを印加して極間電圧が上昇し、コンパレータの基準電圧（放電検出電圧）よりも高くなれば、無負荷時間の計測を開始する。その後、放電の発生により極間電圧が低下し、コンパレータの基準電圧よりも低くなると、放電発生とみなし、仕上げ電源部からのパルス印加を停止するとともに、無負荷時間の計測を終了する。一方、特許文献１では、放電・非放電に関わらず単純な群パルスを電極間に印加する。無負荷状態（オープン状態とも呼ぶ）であれば、極間電圧は群パルスの印加に伴って徐々に上昇する。しかし、放電開始電圧は極間距離や極間状態に応じて変化するため、どの電圧レベルで放電したかは、特許文献２のコンパレータでは判別することができない。すなわち、放電タイミングや無負荷時間を正確に測定することができないため、放電のむらを解消することができない。

仮に特許文献２に開示される以外の方法で、無負荷時間を検出できた場合であっても、無負荷時間の持つ意味は、特許文献１と特許文献２とでは異なるため、単純に同じ制御手法をとることはできない。特許文献２はオープン状態において、一定の電圧値（電源電圧）が電極間に印加されるため、そのときの無負荷時間のみを計測すればよい。しかし、特許文献１では、オープン状態、特に電圧の印加開始時においては、無負荷時間と極間電圧との両方が変化する。単純な群パルスを極間に印加するため、極間電圧はある時定数を伴って上昇する。例えば、極間電圧が電源電圧よりも十分低く、ゼロＶに近ければ、１回のパルス印加により上昇する電圧は高くなるが、極間電圧が電源電圧に近づくと、１回のパルス印加により上昇する電圧は低くなる。このため、放電と放電の間隔、放電のむらは、無負荷時間の計測だけでは正しく管理することができない。

また、特許文献２では、仕上げ電源部にてオープン状態における電圧パルスを印加し、荒加工電源部にて加工に必要な電流パルスを供給する。このように放電開始のためのパルスと加工のためのパルスとが分離されているのに対し、特許文献１では、これらの機能が兼用されている。群パルスにおける加工電流は、主に極間浮遊容量に蓄えられた電荷でまかなわれており、放電したときの極間電圧に依存する。極間電圧は、パルスのＯＮ幅とＯＦＦ幅とのデューティー比で定まる時定数で上昇するため、放電から次の放電までの時間によっては、放電エネルギーを制御することができず、充電時定数で決まる極間電圧分の加工エネルギーが投入されてしまう。このため、最適な加工が行われず、加工速度の低下や加工の不安定化を引き起こすことがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、仕上げ加工電源を用いた群パルス印加方法であっても、放電のむらを防ぎ、加工の安定化、加工速度の向上が図れる放電加工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、本発明は、加工用電極と被加工物との間に群パルスを印加して加工を行う放電加工装置において、前記群パルスの印加による前記加工用電極と前記被加工物との間の極間の状態を検出するために、前記加工用電極と前記被加工物との間の極間電圧を検出し、検出した極間電圧の変化を演算する極間状態検出手段と、前記極間電圧の変化に基づき前記群パルスの印加パターンを制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、仕上げ加工電源を用いた群パルス印加方法であっても、群パルスの印加パターンを非放電状態であるか放電状態であるかの極間状態に応じて設定することができるので、放電のむらを防ぎ、加工の安定化、加工速度の向上が図れるという効果を奏する。

図１は、本発明の一実施の形態による放電加工装置の構成を示すブロック図である。 図２は、図１に示す放電状態検出回路の構成例を示す回路図である。 図３は、基本的な放電制御動作を説明するためのスイッチング信号波形および極間電圧波形の一例を示す図である。 図４は、実施例１による放電制御動作を説明するためのスイッチング信号波形および極間電圧波形の一例を示す図である。 図５は、実施例２による放電制御動作を説明するためのスイッチング信号波形および極間電圧波形の一例を示す図である。 図６は、実施例３による放電制御動作を説明するためのスイッチング信号波形および極間電圧波形の一例を示す図である。 図７は、実施例４による放電制御動作を説明するためのスイッチング信号波形および極間電圧波形の一例を示す図である。 図８は、実施例５による放電制御動作を説明するためのスイッチング信号波形および極間電圧波形の一例を示す図である。

以下、本発明にかかる放電加工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。

図１は、本発明の一実施の形態による放電加工装置の構成を示すブロック図である。図１において、放電加工装置１は、電源部および放電加工部３と制御部４とを備えている。

電源部および放電加工部３では、対向して配置された被加工物１１および加工用電極１２が放電加工部であり、その周囲に配置されるスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４および電流制限抵抗器１３が仕上げ加工電源部に対応している。被加工物１１はグランドに接地されている。この構成において、本実施の形態では、極間状態検出回路１６が配置されている。

４つのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４は、フルブリッジ接続されてフルブリッジ回路を構成している。スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４およびスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３が、それぞれ対角アームを構成するスイッチング素子である。

このフルブリッジ回路では、スイッチング素子ＳＷ１の一端とスイッチング素子ＳＷ３の一端とが接続される端子Ｄ１と、スイッチング素子ＳＷ２の一端とスイッチング素子ＳＷ４の一端とが接続される端子Ｄ２とが、一対の直流端子を構成する。また、スイッチング素子ＳＷ１の他端とスイッチング素子ＳＷ２の他端とが接続される端子Ｄ３と、スイッチング素子ＳＷ３の他端とスイッチング素子ＳＷ４の他端とが接続される端子Ｄ４とが、一対の交流端子を構成する。

このように構成されたフルブリッジ回路において、一対の直流端子の一方の端子Ｄ１には直流電源１０の正極端が接続され、他方の端子Ｄ２には直流電源１０の負極端が接続される。また、一対の交流端子の一方の端子Ｄ３には電流制限抵抗器１３を介して被加工物１１が接続され、他方の端子Ｄ４には加工用電極１２が直接接続される。

なお、図１の構成では、電流制限抵抗器１３を被加工物１１側に接続する場合を示しているが、加工用電極１２側に接続しても構わない。そして、図１の構成は、特に加工液に水を用いる場合に交流駆動を行うための回路構成である。加工液に油を用いる場合であれば、片方のアームだけで構成してもよく。例えば、スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３を取り外した構成でもよい。

また、破線で示すように、被加工物１１と加工用電極１２との間には、被加工物１１および加工用電極１２の形状や大きさ、あるいは被加工物１１と加工用電極１２との間の距離（極間距離）などによって決まる浮遊容量成分１４が存在し、同時に、加工液の種類、被加工物１１の材質等によって決まる浮遊抵抗成分１５が存在する。加工液には、大きく水と油の２種類に分けられる。水の比抵抗値は油に比べて低く、電流が流れやすい。すなわち、浮遊抵抗成分１５の値は、水では油よりも低くなる。

そして、極間状態検出回路１６が被加工物１１と加工用電極１２との間の極間状態を検出するために設けられ、検出され極間状態が制御部４へ入力される。

放電加工装置１で行われる放電加工の内容は、上位コントローラ５により制御される。上位コントローラ５は、加工パラメータが格納される記憶部６と動作識別処理部７とを備えている。記憶部６に格納される加工パラメータには、加工動作や加工条件などを示す情報が含まれている。動作識別処理部７は、記憶部６から読み出した加工パラメータの情報に基づき、放電加工を行う際に必要な制御情報（以下「加工情報」という）を識別し制御部４に伝達する。ここで、この制御情報には、例えば加工速度、面粗さ、電極消耗、真直度の何れを重視するかといった情報などが含まれている。

制御部４は、動作識別処理部７から出力される加工情報を用いて被加工物１１と加工用電極１２との間に印加すべき電圧（以下「極間印加電圧」という）を決定するとともに、極間状態検出回路１６が出力する検出信号を元に、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４をスイッチング制御するためのパルス信号におけるパルス幅（パルス印加時間）、パルス休止幅（パルス休止時間）、パルス周期（パルス幅＋パルス周期幅）に対するパルス幅の比（デューティー比）、群パルスの長さ、群パルスと群パルスの休止時間などを決定する。スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４は、制御部４から出力されるスイッチング信号に基づいて制御され、被加工物１１と加工用電極１２とに印加する群パルスを発生する。これによって被加工物１１と加工用電極１２との間には所望の極間印加電圧が供給される。被加工物１１と加工用電極１２との間で群パルスにより放電が発生すると、その放電状態が極間状態検出回路１６にて逐一検出され、制御部４へ通知される。

図２は、極間状態検出回路１６の構成例を示す回路図である。図２において、極間状態検出回路１６は、極間電圧を分圧するための分圧抵抗部２１と、極間電圧が変化したときに変化点を検出するための微分回路部２２と、微分波形のプラス側のみ、マイナス側のみを抽出するための極性抽出部２３と、抽出された微分波形のプラス側電圧、マイナス側電圧をそれぞれデジタル化し制御部４へ出力するＡ／Ｄ変換部２４とを備えている。但し、極間電圧によっては、分圧抵抗部２１を特に設ける必要は無い。

＜基本的な放電制御動作＞
図３は、基本的な放電制御動作を説明するためのスイッチング信号波形および極間電圧波形の一例を示す図である。図３において、同図（ａ）は、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４に印加されるスイッチング信号を示し、同図（ｂ）は、スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３に印加されるスイッチング信号を示している。

同図（ａ）（ｂ）に示すように、本実施の形態では、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４は、ＯＮ（導通状態）とＯＦＦ（非導通状態）とを繰り返すようにスイッチング制御されるのに対し、スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３は、スイッチング動作を行わず常時ＯＦＦとなるように制御される。つまり、本実施の形態でのフルブリッジ回路は、被加工物１１がグランド電位になり、加工用電極１２がマイナス電圧となるように群パルスを発生する単極性動作を行っている。

そして、同図（ｃ）は、同図（ａ）（ｂ）に示すスイッチング信号によって生ずる被加工物１１と加工用電極１２との間の極間電圧波形である。同図（ｄ）は、極間状態検出回路１６の微分回路部２２の出力波形を示している。本実施の形態では、特に加工液に油を用いる場合の駆動波形を用いて説明する。すなわち、水のように交流波形を印加する必要が無く、単に単極性の波形を印加している。

また、図３において、タイミング（１）からタイミング（２）の間、タイミング（３）からタイミング（４）の間は電極間の浮遊容量１４に充電している様子を示し、タイミング（２）、タイミング（４）の瞬間に放電が発生することを示している。

充電波形は、電流制限抵抗器１３と浮遊容量１４とで定まる時定数と、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４のＯＮ時間，ＯＦＦ時間のデューティー比で定まり、極間電圧と電源電圧との差が大きいほど、電圧波形の傾きは大きくなり、微分回路部２２の出力値も大きくなる。放電は任意のタイミングで生じ、極間電圧はアーク電圧まで降下する。このとき、充電により極間電圧を高める方向と、放電により極間電圧を下げる方向とは極性が異なっていることに留意する。すなわち、極間状態検出回路１６が図２に示す構成であれば、極性抽出部２３により、同図（ｄ）のプラス極性のもののみを抽出し、Ａ／Ｄ変換後に制御部に極間状態信号を送ることになる。

極間に流れる放電電流は、電源から電流制限抵抗器１３を介して流れるものと、浮遊容量１４を介して流れるものとに分けられる。電流制限抵抗器１３の抵抗値にもよるが、一般的には、仕上げ条件に近づくほど、加工エネルギーを弱める必要があるため、電流制限抵抗器１３の抵抗値は大きくなり、浮遊容量１４の影響が支配的になる。つまり、放電電流は、放電開始時の極間電圧に依存し、微分回路部２２からの出力波形の大きさが加工エネルギーの指標となる。Ａ／Ｄ変換部２４が、この値をデジタル的に読み取り、放電の頻度と強さを制御部４に出力する。

極間状態検出回路１６での基本的な信号の流れは、図２に示すようになるが、動作周波数や環境によっては、周辺回路を組み込む必要がある。例えば、極性抽出部２３やＡ／Ｄ変換部２４のいずれかにサンプルホールド機能を備え、信号入力の立ち上がりと同期してリセットするように働かせてもよいし、耐ノイズ性を高めるためにフィルタを挿入してもよい。

制御部４は、極間状態検出回路１６が検出した極間状態を元に、制御アルゴリズムに従い、群パルスの発生パターンを決定し、それに基づきフルブリッジ回路に上記した単極性動作を行わせる。つまり、図３に示す群パルスの発生パターンは、制御部４が放電の発生の有無を検出していないときのものである。例えば、極間状態検出回路１６を用いずに制御していないときの単純な群パルス発生パターンを示していると考えればよい。以下、実施例として、極間状態検出回路１６が検出した極間状態を制御部４が非放電状態であるか放電状態であるかを判断したときに行う群パルスのパルス休止時間や群パルス休止時間などの制御例について述べる。

＜実施例１＞
図４は、実施例１による放電制御動作を説明するためのスイッチング信号波形および極間電圧波形の一例を示す図である。図４における（ａ）から（ｄ）は図３における（ａ）から（ｄ）と同じ内容である。

図４において、タイミング（１）からタイミング（２）の間は、極間に連続的に印加された群パルス波形の途中の状態（充電途中の状態）を示している。タイミング（２）で放電が発生すると、極間状態検出回路１６の微分回路部２２からパルスが出力され、これを元に制御部４に信号を送る。制御部４は、放電の発生を検知し、群パルスにおけるパルス休止時間（放電を発生させたパルスＯＮ直後のパルスＯＦＦの時間）を伸ばすように制御する。

すなわち、同図（ａ）に示すように、タイミング（１）からタイミング（２）までの非放電時（オープン時）のパルス休止時間Ｔ１に対し、放電検出後のパルス休止時間Ｔ２（放電を発生させたパルスＯＮ直後のパルスＯＦＦの時間）は、Ｔ２＞Ｔ１の関係となる。パルス休止時間Ｔ２は、任意の時間が経過しても次の放電を検出しなければ、元のパルス休止時間Ｔ１となるように設定される（図示しない）。このパルス休止時間Ｔ２の状態からパルス休止時間Ｔ１の状態に戻す経過時間は、充電完了（電源電圧と極間電圧とがほぼ同電圧となる状態）の時間としてもよいし、それ以上に設定してもよい。タイミング（３）では、パルス休止時間Ｔ２の後に、再度、パルスをＯＮすることで電極間への充電が再開する。タイミング（４）まで充電が行われる。

タイミング（４）では、再度、放電が発生した様子を示している。タイミング（２）で発生した放電よりも充電電圧が不十分であるため、放電電流は低く、微分回路部２２の出力パルスも小さい。すなわち、極間距離が狭く極めて放電しやすい状態にあると考えてよい。この状態は、ワイヤ電極の同一箇所に放電が連続しやすく断線に至りやすい状態である。そこで、制御部４は、極間状態検出回路１６が出力する放電強度の信号を元に放電頻度を判定し、タイミング（４）後の休止時間を、パルス休止時間Ｔ２よりも長いパルス休止時間Ｔ３に設定する。すなわち、パルス休止時間は、Ｔ３＞Ｔ２＞Ｔ１の関係となる。このパルス休止時間Ｔ３も任意の時間経過後にパルス休止時間Ｔ２、パルス休止時間Ｔ１と、放電が連続しないことを確認して、順次、休止時間を元に戻すように動作する。もちろん、パルス休止時間Ｔ３からパルス休止時間Ｔ１に直接戻すように設定してもよい。

ここでは、放電の連続性の指標に、極間の充電電圧を微分した波形の波高値を利用している。しかし、放電の連続性の指標としては、放電と放電の時間間隔を直接計測して利用してもよいし、あるいは、時間間隔とともに微分波形の波高値を併用して、制御に利用してもよい。放電と放電の間隔だけを計測するのであれば、極間状態検出回路１６のＡ／Ｄ変換部２４を省略し、放電の発生を２値化して利用すればよいため、回路構成の簡略化が可能である。

もちろん、放電強度を利用する場合であっても、ある基準値を設け、該基準値以上であれば、十分な充電時間を経過した後の放電としてパルス休止時間をＴ１とし、該基準値以下であれば、充電時間内の放電としてパルス休止時間Ｔ２ないしはパルス休止時間Ｔ３に切り替えてもよい。このように制御することで、極間状態検出回路１６のＡ／Ｄ変換部２４を省略し、回路構成の簡略化が図れる。

加工液に水を用いる場合は、水の抵抗成分により、極間電圧波形（ｃ）は、パルスのＯＮ，ＯＦＦに同期してリップルを伴い、放電は概してパルスＯＮ時に極間電圧が上昇に転じたときに発生しやすい。しかし、加工液に油を用いる場合であれば、極間の浮遊抵抗１５は大きく、パルスＯＦＦ（パルス休止時間）中であっても、極間電圧が低下することはない。微分回路部２２を利用する本実施の形態では、加工液に水を用いる場合は、このリップル成分がノイズとして誤判定を引き起こす要因になる。これに対し、加工液に油を用いる場合は、放電判定の精度は高くなる。すなわち、本実施の形態で示す構成は、油を用いた加工に適したものと言える。

＜実施例２＞
図５は、実施例２による放電制御動作を説明するためのスイッチング信号波形および極間電圧波形の一例を示す図である。図５における（ａ）から（ｄ）は実施例１における（ａ）から（ｄ）と同じ内容である。

実施例１では、群パルス中で１回の放電が発生すると、該放電を発生させたパルスＯＮ直後のパルスＯＦＦの時間（パルス休止時間）を変化させるように制御していた。これに対し、本実施例２では、所定パルス数からなる群パルスと群パルスとの間の群パルス休止時間を調整する場合を述べる。

一つの群パルスのパルス数は、極間への充電時間を元に算出し、一つの群パルスによりグランド電位から充電完了（例えば電源電圧の９５％程度）に至るまでのパルス数としている。この限りではないが、特に加工液に油を用いる放電加工においては、前述のごとく極間の浮遊抵抗値が極めて大きいため、群パルス休止時間が長くても極間電圧が低下することはなく、図５（ｃ）に示すように保持されたままである。さらに、放電電流は、極間電圧が最高値のときに最大となるため、群パルスの一群に対して、最大となる放電電流は所定値に限定することができる。あるいは、群パルス印加中に複数回の放電が発生したとしてもそれぞれでの放電電流は、微小電流であるため、断線に至り難い可能性もある。

但し、一つの群パルスの中で複数回の放電が発生している状態、あるいは単に充電期間中に放電する状態は、極間距離が短く、放電が集中しやすい状況とみなすこともできる。すなわち、極間距離の回復、あるいは絶縁状態の回復のために休止時間を伸ばした方が、良好な加工が得られる。

そこで、本実施例２では、充電時間中の放電を検出したタイミング（２）後の群パルス休止時間Ｓ２は、本来の放電を検出したタイミング（１）後の群パルス休止時間Ｓ１よりも長くなるように設定している。図５では、本来の放電を検出したタイミング（３）後も同じ群パルス休止時間Ｓ２であるが、群パルス休止時間Ｓ２から群パルス休止時間Ｓ１への復帰は、単に数周期後（数μｓ後）と設定してもよいし、次の充電期間中に放電を検出しなければ、元に戻すというように制御してもよい。

本実施例２では、放電の頻度を一群の群パルスに１回ないしは数回程度のものを検出して、群パルス休止時間の制御に反映しているが、複数の群パルスでの放電頻度を計測し、数百μｓ〜数ｍｓの範囲で群パルス休止時間を制御してもよい。すなわち、単位時間当たりの放電パルス数の計測にフィルタをかけ、例えば、群パルス１００群の中の放電数を計測して、その放電数に応じて次の１００群の休止時間を決定するなど、制御動作を鈍感にすることで、放電現象のばらつきを考慮した統計的な処理を行うことができ、安定した加工を得ることができる。

つまり、制御部４は、極間状態検出回路１６が検出した極間状態が示す単位時間当たりの放電回数が設定値よりも多いとき、群パルスの印加を休止する群パルス休止時間を、設定値よりも少ない場合と比べて長くする機能を備えている。

また、単に放電パルス数の計測により、単位時間当たりの放電数を制御対象とするのではなく、極間状態検出回路１６のＡ／Ｄ変換後の数値を積算し、単位時間当たりの放電エネルギーを制御対象としてもよい。断線原因が単位時間当たりに投入されるエネルギーの過多にあるとすれば、放電エネルギーを指標とすることでより正確な制御が可能となる。

具体的には、制御部４は、極間状態検出回路１６が検出した極間状態が放電開始を示すとき、該放電開始時の極間電圧値と単位時間経過後の極間電圧値との差分を単位時間当たりに投入される放電エネルギーとして検出し、それを積算し、該積算値が設定値に近づくように、印加する群パルスの各パルス休止時間を制御する機能を備えている。

＜実施例３＞
図６は、実施例３による放電制御動作を説明するためのスイッチング信号波形および極間電圧波形の一例を示す図である。図６における（ａ）から（ｄ）は実施例１，２における（ａ）から（ｄ）と同じ内容である。但し、図６（ｄ）では、放電したときの様子は示しておらず、単に非放電時（オープン時）の様子を示しており、図６（ｃ）では、電圧印加開始初期ならびに放電後、短絡が回避されたあとの充電波形の様子を示している。

実施例１においては、オープン状態であれば、群パルスの各パルスＯＦＦの時間（パルス休止時間）は常に同じ時間としていた。これに対し、本実施例３では、オープン状態のときの群パルスの各パルス休止時間を変化させる場合を述べる。

充電開始直前のパルスがグランド電位に近い場合、同一パルスＯＮ時間、パルスＯＦＦ時間（パルス休止時間）であれば、ある時定数をもつ曲線で充電が行われていく。このとき、充電の性質上、充電の開始直後のパルスは急峻な傾きで電圧が印加され、充電が進むにつれて徐々にその傾きは緩やかになる。しかし、放電の観点から考えれば、先の放電が終了した直後に極間距離が狭く、放電しやすい状態にあるのであれば、急峻な傾きの電圧波形の印加は好ましくない。むしろ印加開始直後は波形の傾きは緩やかで、時間の経過とともに徐々に立ち上がりが速くなるような波形が好ましい。このような波形とすることで、仮に放電が連続しやすい状況にあった場合でも、流れる放電電流を低くすることができる。あるいは、低電圧で放電しないことを確認した後に、高電圧の充電波形で放電させることができる。

図６は、上記概念を元にして調整されたオープン時の充電波形を示している。ここでは、充電の傾斜がおよそ一定となるように、群パルス印加初期はパルス休止時間が長く、徐々にパルス休止時間が短くなるようにしている。放電の発生は、実施例１，２のように極間状態検出回路１６の出力をもとに判断する。パルスＯＮの印加方法をこのような形態とすることで、放電のむらや放電集中の少ない、安定した加工を得ることができる。

すなわち、制御部４は、極間状態検出回路１６が検出した極間状態が非放電状態であるとき、印加する電圧と前記極間状態検出手段が検出した極間電圧との差分が大きくなるほど、印加する群パルスの各休止時間が長くなるように制御する機能を備えている。

本実施例３と実施例１との違いを述べる。実施例１では、放電電流の頻度や強度に従って、単位時間当たりの放電量が多くならないように放電１回ごとのパルス休止時間を調整している。これに対し本実施例３では、単に放電の後の充電波形の傾きに着目している。放電が発生する前後では、どちらもパルス休止時間が短いものから長いものへの変化する制御であるが、実施例１は、起きてしまった放電に対する制御であるのに対して、本実施例３は、これから放電する可能性のあるものに対する制御と考えてよい。

＜実施例４＞
図７は、実施例４による放電制御動作を説明するためのスイッチング信号波形および極間電圧波形の一例を示す図である。図７における（ａ）から（ｄ）は実施例１〜３における（ａ）から（ｄ）と同じ内容である。

実施例３では、オープン時のパルス休止時間を制御することで充電電圧の立ち上がり波形を制御していた。充電波形の最適化という観点に立てば、パルス休止時間だけでなく、パルスＯＮ時間を制御しても良い。この場合、パルス休止時間を一定のまま、充電開始時にはパルスＯＮ時間を短く、充電完了に近づくほどパルスＯＮ時間を長く設定する。図７は、このときの信号波形を示す。電極間への充電の傾きはおよそ図６と同等程度であり、図６と同じく、放電のむらや放電集中を抑制し、安定した加工特性を得ることができる。

すなわち、制御部４は、極間状態検出回路１６が検出した極間状態が非放電状態であるとき、印加する電圧と前記極間状態検出手段が検出した極間電圧との差分が大きくなるほど、印加する群パルスの各パルスＯＮ時間が短くなるように制御する機能を備えている。

＜実施例５＞
図８は、実施例５による放電制御動作を説明するためのスイッチング信号波形および極間電圧波形の一例を示す図である。図８における（ａ）から（ｄ）は実施例１〜４と同じ内容である。

加工液に油を用いる場合は、パルス休止時間中や群パルスの休止時間中に極間電圧が低下しないことは既に述べた。つまり、一度充電が完了すれば、放電が発生しない限りにおいては、パルスを印加する必要は無い。そこで、本実施例５では、図８に示すように、充電完了を検出してパルスの印加を停止することにしている。

図８において、充電開始からタイミング（１）にて充電の完了を確認した後、タイミング（２）で放電の発生を確認するまでの間は、パルスの発生を停止している。充電完了のタイミング（１）は、例えば、パルスＯＮのタイミングにて極間状態検出回路１６の出力が低い状態とすればよい。タイミング（２）からタイミング（３）の間は連続的に放電が発生している状態であり、常に充電と放電を繰り返している。あるいは、パルスＯＮのタイミングで微分回路部２２の出力レベル（ｄ）は十分に高く、充電完了でないと判断するため、群パルスは連続的にＯＮ，ＯＦＦ動作を繰り返している。タイミング（３）にて、パルスＯＮのタイミングで微分回路部２２の出力レベル（ｄ）が低いことを検出すると、充電完了とみなして再度、パルスの印加を停止する。

すなわち、制御部４は、極間状態検出回路１６が検出した極間状態が非放電状態であるとき、印加する電圧と前記極間状態検出手段が検出した極間電圧との差分が所定値になると、群パルスの印加を停止する機能を備えている。

放電時に流れる電流は、極間浮遊容量１４に蓄えられた電荷の極間への流入が支配的ではあるが、電源側から流れるものも少なからず存在する。これは、電流制限抵抗器１３の抵抗値にも依存する。すなわち、パルスＯＮ中に、放電が発生すると電源側から電極間に流れる電流のため、面粗さが悪化する可能性がある。これに対して、本実施例５に示すように、充電完了に伴ってパルス発生を停止すれば、電源電流を不必要に流す必要が無くなるため、面精度の向上が期待できる。さらに、不必要なスイッチング動作を削減することで、電源としての効率も向上する。

ここで、実施例１〜５では、放電の検出や充電の完了検出のため、極間状態検出回路１６に微分回路部２２を設け、極間電圧の変化を検出していた。極間電圧の変動を検出するものであればよいので、これに限るものではなく、微分回路部に代えてコンパレータを複数段設けた構成であってもよい。この場合、回路規模は大きくなるもののノイズに強い検出回路を構成することができる。

また、実施例１〜５では、加工液に油を用いるものを中心として単極性動作の例を述べた。すなわち、仕上げ電源部の構成はフルブリッジ回路であるものの、片方のアームでしか駆動していない。油加工だけであれば、フルブリッジである必要は無く、ハーフブリッジ回路としてもよい。あるいは逆に、実施例１〜５において、単極性動作を行うのではなく、両極性動作（群パルスを周期的に対角アームごとに切り替え、出力の極性を反転する動作）を行ってもよい。この場合、図示した信号波形はおのおの極性が反転することになる。

なお、図３〜図８に示したスイッチング信号波形は、その一例を示すものであり、種々の観点に基づいて生成した様々なものを用いてもよいことは無論である。

加えて、極間状態検出回路１６の検出結果をサーボ駆動に適用してもよい。極間の平均電圧を極間状態の指標として用いることが一般的ではあるが、これは、加工エネルギーそのものを捉えているものではない。仕上げ加工において、走行速度と加工エネルギーとのバランスが崩れると真直形状は悪化するため、より直接的に加工エネルギーをモニタし、制御に適用すれば、最適な加工を行うことができる。加工エネルギーは極間浮遊容量に蓄えられた電荷の極間への流入が支配的であるから、放電時における極間の充電電圧（極間状態検出回路１６の出力）を用いることで、形状精度の高い加工物を得ることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、断続的にＯＮ、ＯＦＦ動作を繰り返す群パルスを印加する方法であっても、極間状態を検出し、放電時では放電状態に応じて群パルスの休止時間を制御するので、放電の集中を防止し、加工の安定化、加工速度の向上を図ることができる。

以上のように、本発明にかかる放電加工装置は、仕上げ加工電源を用いた群パルス印加方法であっても、放電のむらを防ぎ、加工の安定化、加工速度の向上が図れる放電加工装置として有用である。

１ 放電加工装置
３ 電源部および放電加工部
４ 制御部
５ 上位コントローラ
６ 加工パラメータを格納する記憶部
７ 動作識別処理部
１０ 直流電源
１１ 被加工物
１２ 加工用電極
１３ 電流制限抵抗器
１４ 浮遊容量成分
１５ 浮遊抵抗成分
１６ 極間状態検出回路
ＳＷ１〜ＳＷ４ フルブリッジ回路を構成するスイッチング素子
Ｄ１，Ｄ２ 直流端子
Ｄ３，Ｄ４ 交流端子

Claims (7)

1. 加工用電極と被加工物との間に群パルスを印加して加工を行う放電加工装置において、
   前記群パルスの印加による前記加工用電極と前記被加工物との間の極間の状態を検出するために、前記加工用電極と前記被加工物との間の極間電圧を検出し、検出した極間電圧の変化を演算する極間状態検出手段と、
   前記極間電圧の変化に基づき前記群パルスの印加パターンを制御する制御手段と
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記極間電圧の変化に基づき前記極間での放電開始を検出したとき、該放電開始時から単位時間経過までの極間電圧の変化を単位時間当たりに投入される放電エネルギーとして検出し、それを積算し、該積算値が設定値に近づくように、印加する群パルスの各パルス休止時間を制御する
   ことを特徴とする放電加工装置。
2. 加工用電極と被加工物との間に群パルスを印加して加工を行う放電加工装置において、
   前記群パルスの印加による前記加工用電極と前記被加工物との間の極間の状態を検出するために、前記加工用電極と前記被加工物との間の極間電圧を検出し、検出した極間電圧の変化を演算する極間状態検出手段と、
   前記極間電圧の変化に基づき前記群パルスの印加パターンを制御する制御手段と
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記極間電圧の変化に基づき前記極間で放電が発生していないと判断したとき、印加する電圧と前記極間電圧との差分が大きくなるほど、印加する群パルスの各休止時間が長くなるように制御する
   ことを特徴とする放電加工装置。
3. 加工用電極と被加工物との間に群パルスを印加して加工を行う放電加工装置において、
   前記群パルスの印加による前記加工用電極と前記被加工物との間の極間の状態を検出するために、前記加工用電極と前記被加工物との間の極間電圧を検出し、検出した極間電圧の変化を演算する極間状態検出手段と、
   前記極間電圧の変化に基づき前記群パルスの印加パターンを制御する制御手段と
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記極間電圧の変化に基づき前記極間で放電が発生していないと判断したとき、印加する電圧と極間電圧との差分が大きくなるほど、印加する群パルスの各パルスＯＮ時間が短くなるように制御する
   ことを特徴とする放電加工装置。
4. 加工用電極と被加工物との間に群パルスを印加して加工を行う放電加工装置において、
   前記群パルスの印加による前記加工用電極と前記被加工物との間の極間の状態を検出するために、前記加工用電極と前記被加工物との間の極間電圧を検出し、検出した極間電圧の変化を演算する極間状態検出手段と、
   前記極間電圧の変化に基づき前記群パルスの印加パターンを制御する制御手段と
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記極間電圧の変化に基づき前記極間で放電が発生していないと判断したとき、印加する電圧と極間電圧との差分が所定値になると、群パルスの印加を停止する
   ことを特徴とする放電加工装置。
5. 前記極間状態検出手段は、
   前記極間電圧の変化を検出するための微分回路
   を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の放電加工装置。
6. 前記極間状態検出手段は、
   前記極間電圧を検出するための複数のコンパレータ
   を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の放電加工装置。
7. 前記加工用電極と前記被加工物との間の極間を満たす加工液は、油であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の放電加工装置。

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