JPH0343119A - 電解仕上げ加工装置の異常検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は、ワークを電解作用によって仕上げる電解仕
上げ加工装置に係り、特に加工パルス供給中のアーク等
の異常発生を予知して、短絡等を未然に防止し得る異常
検出回路に関する。

［従来の技術］ 従来、電極に送りを与え、ワークと微小間隙を維持させ
ながら電解加工を行い、電極とワーク間に発生するスパ
ークを検出する電解加工における極間異常現象検出装置
としては、特公昭５６−３０１２４号公報に開示のもの
が知られており、また、細線を電極としてパルス電流を
流すことによりワークを電解加工する電解加工の短絡予
知方法としては、特公昭５７−２２６９０号公報に開示
のものが知られている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、前者の検出装置にあっては、スパーク発生時
の電圧降下現象と電流上昇現象とを検出して、極間の異
常現象を検出するものであるが、この装置にあっては、
異常現象であるスパークの発生そのものを検出するため
、検出した時点において、既にスパークによりワークが
焼損していることになる。したがって、例えば、特開昭
６３−２１６６２８号公報に開示のように、ワークの加
工面に倣った電極面を有する電極によって、ワークを仕
上げる電解仕上げ加工に使用した場合、三次元等の所望
形状に加工したワークを一瞬にして焼損させてしまうと
いう、仕上げ加工としては致命的な問題点があった。

また、後者の短絡予知方法にあっては、異常現象の発生
そのものを検出するのではなく、短絡の発生を予知する
ものであるが、この予知方法にあっては、加工パルス休
止時間中における極間電圧を検出し、正常時にほぼ一定
の値を示す極間電圧の異常低下に基づいて短絡を予知す
る方法であるため、加工パルスの供給中に発生する短絡
を予知することはできない。したカずって、特に前記し
た電解仕上げ加工のように、供給する加工パルスのパル
ス幅が比較的大きい場合に、加工パルス供給中に間隙に
生成される加工屑等により短絡が発生し、ワークを焼損
させてしまうという、前者と同様の問題点があった。

そこで、この発明の目的は、上述の問題点を解決し、特
に加工パルス供給中のアーク等の異常発生を予知するこ
とにより、短絡を未然に防止し、ワークを焼損させるこ
とのない電解仕上げ加工装置の異常検出回路を実現する
にある。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために、この発明は、ワークと、こ
のワークの加工面に倣った電極面を有する電極とを、電
解液中で所定間隙で対設させその極間に加工パルスを供
給してワークを電解仕上げ加工するものにおいて、前記
極間の電圧を検出する極間電圧検出回路と、この極間電
圧検出回路で検出した極間電圧の、ピーク値を検出する
とともにそのピーク値以降の異常上昇現象を検出する第
１の検出回路と、前記極間電圧と所定の基準電圧とを比
較し、極間電圧の異常上昇現象を検出する第２の検出回
路と、前記第１及び第２の検出回路の少なくとも一方か
らの信号により、前記加工パルスを遮断する遮断回路と
を具備することを特徴とする。

［作用コ この発明の構成によれば、電解液中で所定間隙で対設し
た電極とワークとの極間に加工パルスを供給すると、短
絡の前兆であるアークが発生する直前に極間電圧が異常
に上昇するという、実験によって得られた知見に基づい
て、第１の検出回路によって、極間電圧のピーク値を検
出するとともに、このピーク値以降の異常上昇現象を検
出する。

また、第２の検出回路によって、例えば極間電圧のピー
ク値以前の異常上昇現象を検出する。そして、第１及び
第２の検出回路の少なくとも一方からの検出信号により
、遮断回路が加工パルスの供給を遮断し、加工パルス供
給中の短絡等によるワークの焼損を未然に防止する。

［実施例コ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を詳細かつ具
体的に説明する。

第１図はこの発明を実施し得る電解仕上げ加工装置１を
示す。図において、電解仕上げ加工装置ｌは、電極２を
固定する電極固定装置３、ワーク４を固定するワーク固
定装置５、モータ６の回転運動を往復運動に変換する駆
動変換部７、加工パルスを発生する電源装置８、ヘッド
駆動制御部９と加工条件制御部ｌＯと電解液流制御部１
１等からなる制御装置１２、各種データ等を入力する入
力装置１３、電解液を濾過する電解液濾過装置１４、加
工槽１５等からなる。

前記電極固定装置３は、例えばその下部に設けたロッド
１６の下端に、純銅もしくはグラファイト等からなる電
極２を、その電極面２ａとワーク４の加工面４ａとが三
次元方向に−様な間隙１７を保つように固定する。この
電極固定装置３は、前記ヘッド駆動制御部９の制御信号
によるモータ６の回転により上下動し、電極面２ａと加
工面４ａとを所定の間隙１７に設定する。また、前記ワ
ーク固定装置５は、絶縁性の高いグラナイトもしくはセ
ラミックス製のテーブルで、その上面にワーク４を図示
しないセット治具等により固定する。なお、第１図中、
符号１８は間隙１７に清浄な電解液を噴出するためのノ
ズルである。

前記入力装置１３は、ワーク４の材質と加工面積、目標
とする加工量、加工パルスの条件、初期電極間隙等を入
力し、これらの各信号を制御装置１２のヘッド駆動制御
部９及び加工条件制御部１ｏに出力する。また、前記電
解液濾過装置１４は、加工で生じた電解生成物等を含む
電解液をｍ遇するもので、前記電解液流制御部１１０制
御信号に基づいて、加工開始時に加工槽１５に電解液を
供給するとともに、加工中に電極２とワーク４の間隙１
７に生成した加工屑を排除するために、加工パルスの供
給毎に上昇動作する電極２と同期して、該間隙１７に清
浄な電解液を前記ノズル１８を介して噴出する。

前記電極２とワーク４との極間に、所定の加工パルスを
供給する電源装置８と、この電源装置８を制御する前記
加工条件制御部１ｏは、例えば第２図に示す如く構成す
る。

即ち、電源装置８は直流電源部１９と充放電部２゜とて
構成され、直流電源部１９は、変圧器２１と整流器２２
とからなり、変圧器２１により電圧を所定値に降下させ
、整流器２２により整流して直流電流を得て、後述する
蓄電器２３−１〜２３−ｎに供給する。

また、充放電部２０は、極間に電荷を放電する複数個の
蓄電器２３−１〜２３−ｎと、これらの各蓄電器２３−
１〜２３−ｎに接続し直流電源部１９側への電荷の逆流
を阻止するダイオード２４−１〜２４−ｎと、放電側へ
電荷を放電させるべく開閉される放電スイッチ２５−１
〜２５−ｎと、前記各蓄電器２３−１〜２３−ｎを所定
に充電すべく前記直流電源部１９からの電源を給断する
充電スイッチ２６等とからなる。

前記加工条件制御部１０は、蓄電器２３−１〜２３−ｎ
の充電電圧値を検出する電圧検出器２７と、この電圧検
出器２７て検出した充電電圧値とＤ／Ａ変換器２８から
の出力値とを比較する電圧比較器２９と、極間に放電さ
れる電荷の電流値を検出する電流検出器３０と、この電
流検出器３０で検出した電流値のピーク値をホールドす
る電流ピークホールド回路３１と、この電流ピークホー
ル１回路３１でホールドしたピーク値とＤ／Ａ変換器３
２の出力値とを比較する電流比較器３３と、電極２とワ
ーク４の極間電圧を検出する極間電圧検出器３４と、こ
の極間電圧検出器３４で検出した極間電圧に基づいて、
その変化を判別する電圧変化判別器３５と、この電圧変
化判別器３５と所定時間幅のパルスを発生するパルス発
生器３８からの人力信号により前記各放電スイッチ２５
−１〜２５−ｎに開閉駆動信号を出力するゲート回路３
６と、前記各蓄電器２３−１〜２３−ｎへ供給する充電
電圧値を設定しその信号を前記Ｄ／Ａ変換器２８に出力
する充電電圧設定器３７と、極間に流れる電流値を設定
しその信号を前記Ｄ／Ａ変換器３２に出力する電流設定
器３９と、前記各回路からの入力信号に基づき加工条件
等を演算・処理するＣＰＵ４０等からなる。

第３図は、前記電圧変化判別器３５を示す。以下これに
ついて説明する。

電圧変化判別器３５は、ピークホールド回路３５ａ、第
１比較回路３５ｂ、ピーク通“過記憶回路３５ｃ、遮断
回路３５ｄ１オフセット加算回路３５ｅ、基準電圧回路
３５ｆ、第２比較回路３５ｇ等からなる。

前記ピークホールド回路３５ａは、前記極間電圧検出器
３４の出力側をアナログスイッチ４１を介して一方の入
力端に接続した増幅器４２と、この増幅器４２の出力側
をダイオード４３と抵抗４４を介して一方の入力側に接
続した増幅器４５を有し、増幅器４２の一方の入力端は
抵抗４６を介して接地するとともに、他方の入力側はダ
イオード４３の出力側に接続する。また、増幅器４５の
一方の入力側は、コンデンサ４７を介して接地し、この
コンデンサ４７の両端に、直列接続した抵抗４８とアナ
ログスイッチ４９を接続するとともに、増幅器４５の他
方の入力側をその出力側に接続する。なお、アナログス
イッチ４９はゲー）８０に接続する。

また前記第１比較回路３５ｂは、前記増幅器４５の出力
側が抵抗５０を介して一方の入力端に接続される比較器
５１を有し、この比較器５１の他方の入力側は抵抗５２
を介して後述する加算器６５の出力側に接続する。また
、比較器５Ｉの一方の入力側は抵抗５３を介してその出
力側に接続するとともに、出力側には抵抗５４を接続し
、ダイオード５５を介して接地する。

前記ピーク通過記憶回路３５ｃは、フリップフロップ（
以下ＦＦという）５６を有し、このＦＦ５６のトリガ一
端子に前記比較器５１の出力側を抵抗５４を介して接続
する。このＦＦ５６のトリガ一端子は、コンデンサ５７
を介して接地するとともに、ゲート５８を介して前記ア
ナログスイッチ４１に接続する。

また、ＦＦ５６のトリガ一端子は、ゲート５９の一方の
入力端に接続し、このゲート５９の他方の入力端にはＦ
Ｆ５６の一方の出力Ｑを接続する。ＦＦ５６のＤ端子は
抵抗６０を介して電源にプルアップし、Ｓ端子を接地す
るとともに、Ｒ端子はゲー）８０を介して前記パルス発
生器３８に接続する。

前記遮断回路３５ｄはＦＦ６１を有し、このＦＦ６１の
トリガ一端子には前記ゲート５９の出力側を接続すると
ともに、コンデンサ６２を介して接地する。

また、ＦＦ６１の他方の出力Ｑは、その出力側が端子８
１に接続されたゲート６４の°一方の入力側に接続する
。なお、ゲート６４の他方の入力端は後述する前記第２
比較回路３５ｇに接続する。図中符号６３はＦＦ６１を
電源にプルアップするための抵抗である。

前記オフセット加算回路３５ｅは、加算器６５を有し、
この加算器６５の一方の入力端は、抵抗６６を介して前
記極間電圧検出器３４に接続するとともに、抵抗６７〜
６９（但し抵抗６８は一端を接地した可変抵抗〉を介し
て電源に接続する。また、加算器６５の他方の入力側は
、抵抗７０を介してその出力側に接続するとともに、抵
抗７１を介して接地する。

前記基準電圧回路３５ｆは、他方の入力側をその出力側
に接続した増幅器７２を有し、この増幅器７２の一方の
入力側に可変抵抗７３を接続する。可変抵抗７３の両端
には端子７７．７８にそれぞれ接続された抵抗７４．７
５を接続する。また、端子７７．７８間にはコンデンサ
７６を接続する。

前記第２比較回路３５ｇは、比較器７９を有し、この比
較器７９の一方の入力側に前記基準電圧回路３５ｆの増
幅器７２の出力側を接続し、他方の入力端には、前記ピ
ークホールド回路３５ａの増幅器４５の出力側を接続す
る。そして、この比較器７９の出力側は、前記遮断回路
３５ｄのゲート６４の他方の入力端に接続する。

以上がこの発明を実施し得る電解仕上げ加工装置１の構
成の説明である。次に、この発明に係る基本的な原理を
第４図に基づいて説明する。

第４図（ａ）は、前記電解仕上げ加工装置１の電極２と
ワーク４とを、硝酸ナトリウム溶液（濃度４０％）中で
電極間隙を一定とし、その極間に、同図（Ｃ）に示すよ
うなパルス幅ｔの加工パルスを供給した場合の、極間電
圧の波形を実験によって求めたものであり、図中の波形
ア〜工は、極間が正常な安定領域にある状態アから、前
記充電電圧設定器３７の設定電圧を上昇、即ち蓄電器２
３−１〜２３−ｎの充電電圧を上げた（充電電圧がア〈
イくつく工の関係）場合の波形である。

この図から極間電圧の変化を観察すると、加工パルスの
オンと同時に極間電圧は上昇してピークに達し、その後
、極間が正常な場合（ア）は単調に減少するが、極間で
の加工゛状態が異常になる（電圧を上昇させる）につれ
て極間電圧が振動的になり、波形上のように、極間にア
ークが発生する状態では、極間の電圧が異常に上昇して
、ピーク値を大幅に越える現象が発生する。

なお、第４図（ｂ）は、この波形上に対応する電流波形
であるが、この図から、極間にアークが発生し短絡に至
るまでの経緯については、次のことが推察される。

即ち、極間電流値が異常に低下するまでの図のＡが、通
常の加工が行われる部分であり、気泡や加工屑等の発生
により極間電流値がピーク値から徐々に低下する。そし
て、気泡等の大量発生により、極間が２時的に絶縁状態
となって、極間電流値が異常に低下し、その後、−旦絶
縁状態が解消されて極間電流値が上昇するが、極間が極
めて不安定な状態にあり、再び極間が一時的に絶縁状態
となって、極間電流値が異常低下して、極間に放電現象
（アーク）が発生する。このアークが発生する部分が図
のＢである。そして、アークの発生により、電極２とワ
ーク４が部分的に溶着く短絡）し、極間電流値が異常に
上昇する。これが図のＣとなる。

なお、実験によれば、ワーク４に形成される放電痕の大
きさは、Ｂの電気量の大きざに比例することが確認され
ている。まｋ、第４図は供給する加工パルスのパルス幅
ｔが２０ｍ５ｅｃの場合を示すが、例えばパルス幅ｔを
５ｍ５ｅｃと短くした場合は、ピーク値以降の極間電圧
の異常上昇現象は一度で、アークが発生することが確認
されている。

このように、パルス幅ｔの大小により極間電圧の波形形
状に若干の差異は認められるものの、アークが発生して
短絡に至る直前には、必ず極間電圧が異常に上昇すると
いう現象が発生する。この発明は、実験によって得られ
たこの現象に着目し、極間電圧の異常上昇現象を検出す
ることにより、アークの発生を予知し、極間の短絡を未
然に防止するものである。

ここで、この発明の異常検出回路の動作について説明す
る。まず、第５図に°示すように、極間電圧がピーク値
Ｖｐを過ぎてから、アーク発生の前兆現象である極間電
圧の異常上昇現象が発生する場合の、前記電圧変化判別
器３５の動作について説明する。

パルス発生器３８から加工指令パルスが出力されると、
アナログスイッチ４９、ＦＦ５６．６１のリセット状態
が解除されてセット状態になるとともに、放電スイッチ
２５−１〜２５−ｎがオンして加工パルスが供給され、
極間電圧検出器３４により極間電圧が検出される。この
極間電圧は、オフセット加算回路３５ｅを介して第１比
較回路３５ｂに人力されるとともに、ピークホールド回
路３５ａに人力されて、そのピーク値がホールドされる
。

極間電圧が上昇してピーク値Ｖｐに達し、オフセット加
算回路３５ｅを通った極間電圧が、ピークホールド回路
３５ａでホールドされているピーク値Ｖｐ以下になると
、比較器５１の出力が反転（Ｌ→Ｈ）　Ｌ／、ＦＦ５６
のトリガ一端子にオン信号（Ｈ）が入力されて、該ＦＦ
５６をオン状態とし、極間電圧のピークが過ぎたことを
記憶するとともに、比較器５１０反転信号（Ｈ）がゲー
ト５８てオフ信号（Ｌ）となって、アナログスイッチ４
１をオフさせ、ピークホールド回路３５ａへの極間電圧
検出器３４からの入力を禁止する。

極間の状態が正常で短絡の発生が無い場合は、ピーク値
Ｖｐ以下の電圧が加工パルスのパルス幅に相当する時間
を検出され、加工パルスのオフ後に極間電圧はＯｖにな
るが、極間に異常が発生し、極間電圧が上昇してピーク
値Ｖｐ以上（第５図才点）になると、比較器５１の出力
が反転（Ｈ）Ｌ）して、ＦＦ５６をオフ状態とするとと
もに、ゲート５９の出力を反転（Ｌ−＞Ｈ）させ、ＦＦ
６１をオンさせる。このＦＦ５６のオンにより、その出
力Ｑからオフ信号（Ｌ）がゲート６４に人力され、該ゲ
ート６４の出力を反転（Ｌ）Ｈ）させる。

このゲート６４のオン信号（Ｈ）が端子８１からゲート
回路３６に入力され、該ゲート回路３６の各ゲー）５４
−１〜５４−ｎがオフし、放電スイッチ２５−１〜２５
−ｎをオフさせて、加工パルスの供給をパルス幅ｔ１で
もって遮断する。そして、°このオフ状態は、パルス発
生器３８からのパルスがＦＦ６１のリセット端子に入力
されるまで保持される。

以上が、ピーク値Ｖｐ以降の極間電圧の異常上昇現象を
検出する動作である。次に、第６図に示すように、極間
電圧がピーク値Ｖｐに達する以前に、何らかの原因によ
り、極間電圧が異常に上昇した場合、前記電圧変化判別
器３５は次のように動作する。

即ち、前記基準電圧回路３５ｆの端子７７．７８を蓄電
器２３−１〜２３−ｎに接続し、該基準電圧回路３５ｆ
によって、蓄電器２３−１〜２３−ｎの充電電圧値Ｖｃ
を検出する。モして゛、この電圧値Ｖｃと、前記ピーク
ホールド回路３５ａで検出される電圧値Ｖｐ（徐々に上
昇していく値）とを第２比較回路３５ｇで比較し、Ｖｐ
≧Ｖｃになった時点（第６図力点）で、比較器７９の出
力が反転（Ｌ　＋Ｈ）　シ、前記遮断回路３５ｄのゲー
ト６４をオンさせ、前述したと同様に、加工パルスをパ
ルス幅ｔ２でもって遮断する。

このように、上記実施例にあっては、極間電圧がピーク
値Ｖｐを過ぎてから異常上昇した場合は、この現象をピ
ークホールド回路３５ａ、第２比較回路３５ｂ、ピーク
通過記憶回路３５ｃ等からなる第１の検出回路によって
検出して、遮断回路３５ｄで加工パルスの供給を遮断す
る。また、極間電圧がピーク値Ｖｐに達する以前に異常
上昇した場合は、基準電圧回路３５ｆ、第２比較回路３
５ｇ等からなる第２の検出回路によってこの現象を検出
し、遮断回路３５ｄによって加工パルスの供給を遮断す
る。

したがって、極間電圧のピーク値Ｖｐ以降のアーク発生
直前の異常上昇現象と、ピーク値Ｖｐ以前の異常上昇現
象とを検出でき、加工パルス供給中におけるアーク発生
等を予知し得て、例えば三次元の所望形状に加工された
ワーク、電極等の焼損を防止することができる。また、
第１及び第２の検出回路が並列使用されるため、第１の
検出回路の故障時にも、第２の検出回路によって、極間
電圧が蓄電器２３−１〜２３−ｎの充電電圧以上になる
のを防止することができ、極間への異常電圧の供給を確
実に防止することができる。

なお、上記実施例においては、基準電圧回路３５ｆで蓄
電器２３−１〜２３−ｎの充電電圧値を検出したが、こ
の発明はこれに何ら限定されず、予め所定の基準電圧を
設定するようにしてもよい。また、上記実施例における
各ゲートは、実施例に限定されるものではなく、適宜の
ゲートが使用できることはいうまでもなく、検出回路も
説明の便宜上区分けしたにすぎず、例えば各回路を一つ
もしくは複数の部品で構成する等、適宜に変更し得るも
のである。

［発明の効果］ この発明は上述の通りに構成したので、次に記載する効
果を奏する。

■　加工パルス供給中の極間電圧のピーク値以降及び以
前の異常上昇現象を検出して、加工パルスの供給を遮断
するため、アーク発生等を予知することができ、アーク
の発生による短絡を未然に防ぎ、ワーク等の焼損を防止
することができる。

したがって、特に電解仕上げ加工に使用した場合、三次
元等の所望形状に加工した高価なワークを焼損させるこ
となく、ワークを短時間かつ高精度に仕上げることがで
きる。

■　第２の検出回路によって、極間電圧が所定値以上に
なるのを防ぐことができ、極間電圧の異常上昇を確実に
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を実施し得る電解仕上げ加工装置のブ
ロック図、第２図は同要部のブロック図、第３図は電圧
変化判別器の回路図、第４図は極間電圧等を示す波形図
、第５図、第６図は作用を説明するためのタイミングチ
ャートである。 １・・！電解仕上げ加工装置、２・・・電極、４・・・
ワーク、８・・・電源装置、１２・・・制御装置、３４
・・・極間電圧検出器、３５・・・電圧変化判別器、３
５ａ・・・ピークホールド回路、３５ｂ・・・第１比較
回路　３５ｄ・・・遮断回路、３５ｆ・・・基準電圧回
路、３５ｇ・・・第２比較回路、３６・◆・ゲート回路
、４０・・・ＣＰＵ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）イ、ワークと、このワークの加工面に倣った電極
   面を有する電極とを、電解液中で所定間隙で対設させそ
   の極間に加工パルスを供給してワークを電解仕上げ加工
   するものにおいて、 ロ、前記極間の電圧を検出する極間電圧検出回路と、 ハ、この極間電圧検出回路で検出した極間電圧の、ピー
   ク値を検出するとともにそのピーク値以降の異常上昇現
   象を検出する第１の検出回路と、ニ、前記極間電圧と所
   定の基準電圧とを比較し、極間電圧の異常上昇現象を検
   出する第２の検出回路と、 ホ、前記第１及び第２の検出回路の少なくとも一方から
   の信号により、前記加工パルスを遮断する遮断回路と、 を具備する電解仕上げ加工装置の異常検出回路。