JPH0144454B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は放電加工制御装置、特に加工電極及び
被加工物間の放電加工間隙を位置決め制御系によ
つて制御する放電加工制御装置に関するものであ
る。

斯種放電加工制御装置は、加工電極及び被加工
物間の放電加工間隙を所定の値に維持することに
よつて最適な加工を行なうため、放電状態の変化
に応じて高速で応答して加工放電間隙を適正化す
ることが要求され、加工電極を移送させるサーボ
アクチユエータとしては油圧シリンダ、パルスモ
ータ、直流サーボモータ等が適用され、特に加工
間隙を精密に制御するためにサンプリング、論理
演算、ホールド機能を有するサーボ系（例えばマ
イクロプロセツサ、ミニコンピユータ等による制
御）を使用する試みがなされている。

従来の制御装置は、第１図に示すように構成さ
れている。即ち、被加工物１０に放電加工間隙Ｔ
を隔てて加工電極１２が対向され、電極１２は直
流サーボモータ１４の回転軸に直結されたボール
ネジ１６にナツト１８を介して連結された主軸１
９に着脱自在に取付けられ、モータ１４の回転に
応じて被加工物１０に対して進退駆動される。

被加工物１０及び加工電極１２間には電源２０
から制御されたパルス状電圧が印加されており、
放電加工間隙Ｔに放電を生じさせて被加工物１０
を加工する。

このとき極間間隙に実際にかかつている電圧は
その放電状態に応じて変化する。そして、この放
電状態は極間間隙、つまり放電加工間隙によつて
変化するので、この極間電圧を放電加工間隙の位
置決め制御のための信号として用いることができ
る。ここで、極間電圧はパルス状なので平滑回路
等適当な周知手段によつて平均的な値を連続的に
出力する信号とされる。そして、この極間電圧は
比較回路２１で基準電圧V_Rと比較されてその差
電圧V_gがアナログ・デイジタル変換器２２に供
給されデイジタル化された後、サンプリング、論
理演算、ホールド機能を有する制御装置２４に供
給され、装置内の入力ラツチ回路２６によつて一
定時間毎にサンプリングされた後、論理演算回路
２８によつて極間電圧に応じた主軸位置指令値に
変換され、出力ラツチ回路３０によつてホールド
信号として次の指令値が出力されるまで保持され
る。

ラツチ回路３０の出力は一定時間毎の並列デイ
ジタル出力を直列デイジタル出力に変換するバイ
ナリーレートマルチプライヤ３２に供給されて直
列パルス信号Z_Pに変換され、位置のサーボ系を構
成する誤差カウンタ３４のカウント入力端に供給
され、このカウンタ３４には主軸変位検出器４２
によつて検出された主軸変位量を表わす検出パル
ス信号がフイードバツクされており、この検出パ
ルス信号が直列パルス信号Z_Pから減算されその差
を表わすカウント出力（位置誤差値）がデイジタ
ル・アナログ変換器３６に供給されてアナログ信
号に変換され位置補正信号V_Zとして出力される。

この位置補正信号V_Zが駆動アンプ３８、直流
サーボモータ１４及びタコジエネレータ４０から
構成される速度のサーボ系に速度指令として供給
され、サーボモータ１４を回転駆動させてボール
ネジ１６を回転させ、電極１２が固定されている
主軸１９を進退させて主軸の変位が変位検出器４
２で検出されこれが位置指令に等しくなるまでサ
ーボモータ１４が回転を継続し放電加工間隔Ｔを
一定値に制御する。

以上の制御方法は公知の数値制御による位置決
め制御に使用されており、所謂追従制御であるた
め位置のサーボゲインは20Hz程度に選定するのが
一般的である。

次に以上の従来装置の動作を説明すると、極間
差電圧V_gが第２図Ａに示すように変化したとき、
この電圧V_gに基づき制御装置２４で位置指令信
号に変換され、マルチプライヤ３２から第２図Ｂ
に示す如く歩進パルス信号＋Z_P又は−Z_Pが出力さ
れる。

而して歩進パルス信号Z_Pに遅延時間を生じるこ
となくモータ１４が駆動されるものとすれば、第
２図Ｃにおいて実線４４で示す如く、主軸従つて
加工電極１２が移動されるものであるが、実際に
は制御系の遅延時間や、制御装置の処理時間等が
存在するので、加工電極１２は第２図Ｃにおいて
点線４６で示す如く作動されるものである。又サ
ーボモータ１４の回転速度はタコジエネレータ４
０の出力電圧V_Mでみると第２図Ｄに示す点線図
示の極間電圧V_gに対して一般の速度ループのみ
による系の特性（鎖線図示のV_M1）に比較して実
線図示のV_M2となり極めて応答性が低下したもの
として得られる欠点を有するものであつた。この
ことは位置サーボ系に於いては、位置の指令がパ
ルス列に置換されたランプ出力であるので、速度
サーボ系がステツプ状入力であつても出力はラン
プ状にならざるを得ずこれを避けることはできな
いものであつた。

又放電加工では放電加工間隙の状態に対する追
従制御であるため加工を安定に行なうには少なく
とも応答周波数として50Hz以上が必要とされる
が、第１図の従来装置では静的な精密電極位置決
めやサーボ系の最適化は可能であつても実加工に
おけるサーボ系として評価するとその周波数応答
の面で速度サーボ系のみの単純な電極送り制御系
即ち制御装置２４を有さざる制御系に比較して劣
るという致命的欠点があつた。

又前記従来装置の応答性を改善するために第３
図に示す制御装置が考えられる。

第３図において第１図との対応部分には同一符
号を附しその詳細説明はこれを省略するが、それ
らの構成がより具体化して図示されている。即
ち、マルチプライヤ３２から得られる正歩進パル
ス信号＋Z_P及び負歩進パルス信号−Z_Pが夫々オア
回路４４及び４６の一方の入力側を介して誤差カ
ウンタ３４の加算及び減算入力端に入力され、オ
ア回路４４及び４６の他方の入力側に主軸変位検
出器４２の負検出パルス信号−Z_S及び正検出パル
ス信号＋Z_Sが夫々供給され、又増幅器３８が速度
系の作動増幅器３８ａ及び電力増幅器３８ｂによ
つて構成され、増幅器３８ａの負側入力端にデイ
ジタル・アナログ変換器３６からの位置補正信号
V_Zが抵抗R₂を介して且つタコジエネレータ４０
からの速度電圧V_Mが抵抗R₀を介して夫々供給さ
れ、正側入力端が接地された構成を有する。

而して極間電圧V_Gを基準電圧V_Rと比較して得
た差電圧V_gをコンデンサＣ及び抵抗R₃を介して
前記作動増幅器３８ａの負側入力端に供給し、前
記位置補正信号V_Zに差電圧V_gの微分出力信V_Sを
加算重畳する。

この構成によると、コンデンサＣを通じて得ら
れる電圧V_Sは直流成分が除去された微分出力で
あるので、これを直流サーボモータ１４に供給し
てもその回転に何ら寄与することがなく、放電加
工間隙Ｔに変化が生じて放電状態が変化したとき
のみ電圧を発生させることになる。即ち、速度系
の制御入力である差電圧V_gを積分した値が位置
変位量であるから、電圧V_Sは速度の変化した時
点でのみ変位に影響し、しかも電圧V_Sはカウン
タ等の蓄積機能を有する回路を通じることがない
ので、それ自体が位置の変位に影響を与えること
がなく、単に速度サーボ系における動作の開始又
は転換時に影響することとなる。

第３図の装置の動作を第４図を伴なつて説明す
ると、差電圧V_gが第４図Ａに示す如く得られる
ものとして、マルチプライヤ３２から歩進パルス
＋Z_Pが得られ、これがオア回路４４を介して誤差
カウンタ３４に供給されて加算カウントされ、そ
のカウント内容を表わすデイジタル出力がデイジ
タル・アナログ変換器３６によりアナログ化され
て位置補正信号V_Zが第４図Ｃに示す如く得られ
る。この位置信号V_Zは動作増幅器３８ａに抵抗
R₂を介して供給されこれによつて増幅された信
号が電力増幅器３８ｂを介してサーボモータ１４
に供給され加工電極１２を移送させる。この状態
となると変位検出器４２から加工電極１２の移送
方向に応じて変位検出パルス信号＋Z_S又は−Z_Sが
出力され、オア回路４６又は４４を通じて誤差カ
ウンタ３４に供給されその内容が零に近ずくよう
になる。

一方差電圧V_gが得られると、これがコンデン
サＣに供給されるので微分出力信号V_Sが第４図
Ｂに示す如く得られ、抵抗R₃を介して作動増幅
器３８ａに供給される。従つてこの作動増幅器３
８ａの入力側で位置補正信号V_Zと微分出力信号
V_Sとが加算され第４図Ｄに示す如く両者の合成
信号V₀が得られ、差電圧V_gに対応するアナログ
信号が得られる。従つて合成信号V₀を増幅器し
てサーボモータ１４に供給することによりタコジ
エネレータ４０から第４図Ｅに示す如く差電圧
V_gに近似した速度電圧出力V_Mが得られる。

然し乍ら、この構成によると、位置補正信号
V_Zに対する微分出力信号V_Sの値が適切である場
合には良い結果が得られるが、微分出力信号V_S
の値が大きくなると第５図Ｂに示す如く速度制御
系のゲインが高すぎる応答をしたり、逆に小さく
なると第５図Ｃに示す如く応答が遅くなり、微分
出力信号V_Sの値を適正化するには問題がある。
特に微分出力信号V_Sの値はある程度一定となる
ものであるが、加工状態に応じて最適値が存在す
ることは否めず、加工状態、電極面積、加工条件
等によつて一々手動設定しなければならず操作上
極めて大きな問題を有するものである。

本発明は前述した従来の課題に鑑み為されたも
のであり、その目的は、位置決め制御系の指令値
に影響を与えることなく、系の応答速度のみを早
めると共に、加工内容に拘らず電圧加工間隙の状
態変化に高速で応答して放電加工間隙を正確に制
御し得る新規な放電加工制御装置を提供すること
にある。

上記目的を達成するために、本発明は加工電極
と被加工物との間に所定の加工間隙を形成してこ
れらを相対移動させる移送装置と、 上記加工電極と上記被加工物との間に所定の電
圧を印加する電源と、 上記加工電極と被加工物との間の間隙に実際に
かかつている電圧と基準電圧を比較し差電圧を出
力する回路と、 この差電圧を一定時間毎にサンプリングして上
記移送装置の位置指令値を演算し保持し出力する
制御装置と、 この制御装置の出力が入力され一定時間毎の歩
進パルス信号として出力するマルチプライヤと、 上記加工電極の位置に対応した変位検出パルス
信号を発生する変位検出器と、 この変位検出パルス信号と上記歩進パルス信号
が入力されこれらを比較し、誤差のカウントを行
う誤差カウンタと、 この誤差カウンタのカウント内容をアナログ信
号に変換するデイジタル・アナログ変換器と、 このアナログ信号を増幅して上記移送装置に供
給する増幅回路と、 上記差電圧を微分する微分回路と、 上記移送装置の移動速度を検出するタコジエネ
レータと、 このタコジエネレータからの信号と上記差電圧
を比較し補正係数を出力するゲイン補正回路と、 上記微分回路からの微分出力の振幅を上記補正
係数によつて調整し出力する回路と、 この回路からの出力を上記アナログ信号に重畳
する回路と、 からなることを特徴とする。

以下第６図について本発明の好適な実施例を説
明する。

第６図において、第１図及び第３図との対応部
分には同一符号を付しその詳細説明はこれを省略
するが、第３図の構成に於いて、コンデンサＣ及
び比較回路２１間が切断され、差電圧V_gが乗算
型デイジタル．アナログ変換器５０に供給され、
一方変換器５０のデイジタル値入力端には制御装
置２４から得られる補正係数出力ｋが供給される
と共にその出力がコンデンサｃに供給されること
を除いては第３図と同様の構成を有する。この場
合制御装置２４から得られる補正係数出力ｋは、
装置２４にタコジエネレータ４０の速度出力V_M
をアナログ・デイジタル変換器５２を介して微少
時間毎にサンプリングして入力し、これをアナロ
グ・デイジタル変換器２２を通じて供給された差
電圧V_gと比較して、速度出力V_Mの波形が差電圧
V_gの波形と略相似形となる零以上の正の値に設
定される。すなわち、制御装置２４内において、
第７図に示すごとき、演算処理を行う。まず、
V_gとV_Mを比較Ｆ（Ｆ＝V_g−ａ・V_M）し、更に、
これを１次遅れの形式としＧを求める。｛Ｇ＝Ｆ
（１−e_xp−ｔ／Ｔ）｝。尚、ａはV_gとV_Mの整合性を持 たせる補正係数、e_xpはエクスポネンシヤル、ｔ
は経過時間、Ｔはその１次遅れ時定数で、この場
合、演算上及び経験的に長時間のサンプリングタ
イムが必要となり、１〜10秒程度の値としてい
る。Ｇと定数Ｈの積がｋであつてこれを出力す
る。なお以上は計算機処理を想定したため第７図
に示すようなフローチヤートとしたが、このフロ
ーチヤート部分をハードウエアにより構成するこ
とも何等難しいことではない。

又乗算型デイジタル・アナログ変換器５０は入
力電圧V_gに補正係数出力ｋを乗じた出力kV_gが
得られるもので、例えば米国アナログデバイス社
製のAD7520等を適用し得る。

以上が本発明の一例構成であるが、その動作を
説明すると、今放電加工間隙に対応する差電圧
V_gが第５図Ａのように変化したとする。微分出
力V_Sの補正された出力電圧であるVcが位置補正
信号V_Zに比べ過大であつた場合は第５図Ｂに示
すようにタコジエネレータ４０の速度出力電圧
V_Mの波形が乱れ、V_gの波形とは異なつてしま
う。つまり、V_gが変化したときにはV_Mの応答が
過大になつている。このような場合、制御装置２
４によつて速度出力電圧V_Mと差電圧V_gが比較さ
れ、その結果補正係数ｋがより小さな値に変更さ
れ、出力される。その結果、V_cが小さくなり、
速度出力電圧V_Mは第５図Ｄの波形になる。

反対に出力電圧V_cが過少であつた場合には速
度出力電圧V_Mは第５図Ｃのようになる。この場
合、制御装置２４からの補正係数ｋはより大きい
値に変更されるので、速度出力電圧V_Mは第５図
Ｄのように修正される。

このように、制御装置２４によつて速度出力電
圧V_Mと差電圧V_gが比較され、V_Mが適切でない場
合は補正係数ｋが変更され、これが変換器５０に
入力される。微分出力電圧V_Sにこの補正係数ｋ
が重畳して得られた出力電圧V_cが増幅器３８に
入力され、ここで、位置補正信号V_Zに重畳され
る。このため、タコジエネレータ４０から得られ
る速度出力電圧V_Mは常に第５図Ｄに示す如く差
電圧V_gに対応した値となり、高速応答性が得ら
れる。

以上のように本発明に依れば、位置決め制御系
の位置補正信号に放電加工間隙に生じる電圧を、
実際の主軸従つて加工電極の移動速度を検出して
自動的に最適となるように補正し、その補正電圧
を微分して直流分を除去した出力電圧を重畳する
ようにしているので、加工状態、電極面積、加工
条件等の加工内容の如何に拘らず最適ゲインで、
しかも高応答性をもつて放電加工間隙を制御する
ことができる上、位置決め精度の高い位置追従制
御を行なうことができる大なる特徴を有する。

尚上例に於いては補正係数出力ｋを制御装置２
４から得るようにした場合について説明したが、
これに限らず、別途専用の補正係数出力回路を設
けるようにしても良い。又乗算型デイジタルアナ
ログ変換器５０を使用するに代え、差電圧V_gと
補正係数出力を加減算するようにしても良い。更
に制御装置２４は実際上ハードウエアロジツク、
マイクロプロセツサ、ミニコンピユータ等によつ
て構成されている。又上例では制御軸が１軸であ
る場合について説明したが、これに限らず多軸で
且つ補間機能を要求される場合にも適用し得るこ
と勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の放電加工制御装置を示す系統
図、第２図はその説明に供する信号波形図、第３
図は本発明の基礎となる放電加工制御装置を示す
系統図、第４図及び第５図はその説明に供する信
号波形図、第６図は本発明に依る放電加工制御装
置の一例を示す系統図、第７図は補正係数出力ｋ
を変更する方法の一例を示すフローチヤートであ
る。各図中同一部材には同一符号を付し、１０は
被加工物、１２は加工電極、１４は直流サーボモ
ータ、２４は制御装置、３２はマルチプライヤ、
３４は誤差カウンタ、３６はデイジタル・アナロ
グ変換器、４０はタコジエネレータ、４２は主軸
変位検出器、Ｃはコンデンサ、５０は乗算型デイ
ジタル・アナログ変換器である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 加工電極と被加工物との間に所定の加工間〓
   を形成してこれらを相対移動させる移送装置と、 上記加工電極と被加工物との間に所定の電圧を
   印加する電源と、 上記加工電極と被加工物との間の間〓に実際に
   かかつている電圧と基準電圧を比較し差電圧を出
   力する回路と、 この差電圧を一定時間毎にサンプリングして上
   記移送装置の位置指令値を演算し保持し出力する
   制御装置と、 この制御装置の出力が入力され一定時間毎の歩
   進パルス信号として出力するマルチプライヤと、 上記加工電極の位置に対応した変位検出パルス
   信号を発生する変位検出器と、 この変位検出パルス信号と上記歩進パルス信号
   が入力されこれらを比較し、誤差のカウントを行
   う誤差カウンタと、 この誤差カウンタのカウント内容をアナログ信
   号に変換するデイジタル・アナログ変換器と、 このアナログ信号を増幅して上記移送装置に供
   給する増幅回路と、 上記差電圧を微分する微分回路と、 上記移送装置の移動速度を検出するタコジエネ
   レータと、 このタコジエネレータからの信号と上記差電圧
   を比較し補正係数を出力するゲイン補正回路と、 上記微分回路からの微分出力の振幅を上記補正
   係数によつて調整し出力する回路と、 この回路からの出力を上記アナログ信号に重畳
   する回路と、 からなることを特徴とする放電加工制御装置。