JPH05277833A - 超音波を利用した放電加工状態の検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波を利用して放電加工状態を直接的に監
視し、また、超音波を付与することにより電極と工作物
の寸法や、極間距離を加工中に測定して加工寸法の精度
を向上に寄与し、さらに加工液の状態も超音波を利用し
て監視し、放電加工状態を常に安定させ、かつ、加工寸
法の精度向上に寄与することができる放電加工状態の検
出方法を提供すること。 【構成】 放電電極を工作物に対し適宜タイミングで離
接（ジャンピング）させ乍ら放電加工をしているとき、
前記放電電極または工作物を介して放電加工点へ超音波
を照射し、その超音波が伝播する経路における各境界面
までの伝播時間を測定することにより、加工中における
工作物の寸法、電極と工作物の隙間、電極の消耗量、ま
たは工作物の加工量を測定するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は放電加工における加工状
態を超音波を利用して検出，測定することにより、この
検出，測定デ−タに基づいて最適状態での放電加工を実
現することに寄与する放電加工状態の検出方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】放電加工は、電極と工作物の間にパルス
状に電圧をかけると、電気的にみて最も近い面同士の間
で放電が生じて工作物の一部が除去されることにより進
行する。その際、電極と工作物の間には加工屑が滞留す
るため、通常、電極送りは極間の平均電圧とサ−ボ基準
電圧とを比較することにより、電極と工作物の隙間を加
工の進行とともに変化させているが、滞留した加工屑は
異常放電の一原因とされている。このような異常放電を
避けるため、加工中に適宜タイミングで電極をジャンプ
させ電極と工作物の間の加工屑を排出させるようにして
いる。

【０００３】しかし、従来技術では加工中の電極と工作
物の隙間の状態を正確に把握することが困難であったた
め、放電加工時に印加される電圧や電流の状態、或は、
工作物に対して送り位置決め制御される電極の位置など
から加工状態や電極と工作物の隙間に滞留する加工屑の
状態等を類推的に検出して、異常放電状態を回避するよ
うにしているのが現状である。

【０００４】一方、加工用の電極は放電加工の進行に伴
って消耗するため、上記の電極と工作物の隙間の状態の
正確な検出のためには電極の消耗量を加工中に把握する
ことが必要となるが、現状では電極の消耗量を加工中に
測定することが困難であるため、電極消耗量を当該電極
の大きさや材質等の条件に基づいて予めデ−タ・ベ−ス
化し、このデ−タを加工中に利用して電極消耗量を推定
する方法がしばしば用いられている。

【０００５】上記のように、従来の放電加工では放電点
（又は加工点ともいう）の状態を直接監視するのではな
く、間接的に検出されるデ−タに基づく推定によって電
極の送りなどの制御をしていたため、異常放電や不安定
な放電を完全に避けることができず、この結果、加工寸
法を正確に制御することも不可能であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
問題点に鑑み、超音波を利用して放電加工状態を直接的
に監視し、また、超音波を付与することにより電極と工
作物の寸法や、極間距離を加工中に測定して加工寸法の
精度を向上に寄与し、さらに加工液の状態も超音波を利
用して監視し、放電加工状態を常に安定させ、かつ、加
工寸法の精度向上に寄与することができる放電加工状態
の検出方法を提供することを課題とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
を目的としてなされた本発明の構成の一つは、放電加工
中に加工点乃至はその近傍に発生する超音波振動を検出
することにより、異常放電の前に生じる不安定な放電状
態を検出し、この検出に基づいて不安定放電の検出時点
において電極と工作物の隙間にある加工液を置換してそ
の隙間の加工液に混入している加工屑を排出し、安定な
放電状態を常に保つことができるようにすることを特徴
とするものである。

【０００８】また、本発明は上記方法により、又は、電
極，工作物，加工液のいずれかに超音波振動を照射して
放電加工をしているとき、加工液中を伝播する超音波振
動の減衰状態を検出することにより、加工液中の加工屑
の濃度を検知し、加工液中の加工屑が所定レベル以下に
なるようにしたり、或は、電極と工作物間の隙間を上記
超音波振動を付与することにより実測し、この実測した
隙間と電気的にみた電極と工作物との隙間との関係を求
めることにより、加工屑による加工液の汚れを判断し
て、加工屑濃度が一定以上になったときに電極のジャン
プを行なわせたり、更には、電極の消耗量や工作物の加
工寸法を上記超音波振動を利用して測定し、加工寸法や
加工精度を向上させるようにすることを特徴とするもの
である。

【０００９】

【実施例】次に本発明の実施例について図１〜図14によ
り説明する。図１は本発明検出方法を適用した放電加工
機を模式的に表わしたブロック図、図２〜図５は、それ
ぞれ図１の検出方法を適用した放電加工における放電電
圧の波形に対比して放電加工点に生じる超音波振動の波
形の関係を示す線図、図６は本発明における超音波振動
を付与した検出方法を適用して極間距離を検出するよう
にした放電加工機を模式的に表わしたブロック図、図７
〜図１２は、ぞれぞれ図６に示した放電加工機による放
電加工中の極問距離の変化と放電期間の関係を示す線
図、図13は従来の放電加工機による推定加工量（ＮＣ表
示量）と対比して超音波を利用して測定した実際の加工
量の関係を示す線図、図14は加工時間と放電電極と工作
物の隙間の大きさとの関係を示す線図である。

【００１０】図１において、１は放電加工用の電極、２
はこの電極１によって放電加工される工作物、３は放電
加工機の放電制御ユニットで、その制御出力によって前
記電極１が放電加工のために駆動される。４は加工槽、
５は加工液、６は工作物の載置台であって、これら１〜
６の各部材により従来の放電加工機の概要を構成する。

【００１１】上記の放電加工機において、その電極１に
放電加工用の電圧が印加されることにより、電極１とこ
れに対向した工作物２の間に放電現象が生じ、この放電
現象によって工作物２の表面が電極１の形状に則しては
ぎ取られて行き放電加工が進む。

【００１２】本発明では、上記の放電加工機の工作物１
に対して超音波受信子７を貼着し、この受信子７の出力
を受信器８に供給させ、受信子７の出力を陰極線オシロ
グラフ９を経由させてペンレコ−ダ10に記録させるよう
にしている。なお、この実施例では、放電制御ユニット
３の電圧出力も上記オシログラフ９を経由させてペンレ
コ−ダ10に記録させるようにしている。

【００１３】このようにすることにより、放電制御ユニ
ット３を作動させて電極１を駆動すると、工作物２が放
電による除去加工を受けるが、その放電時に前記電極１
に加えられる印加電圧の波形がペンレコ−ダ10に記録さ
れると共に、これと同期して超音波受信子７には、工作
物２と電極１との間に生じる放電現象に伴い工作物２に
発生する微振動（超音波振動）が検出され、その検出出
力がペンレコ−ダ10により記録される。

【００１４】上記のようにして、複数の工作物２に対し
放電加工を施し、各工作物２に対する放電加工のための
印加電圧の波形と、各印加電圧による放電加工時に受信
子７に検出される超音波振動波形とを検出したところ図
２〜図５に示す線図が得られた。

【００１５】上記図２〜図５の各線図から判明したこと
は、上記の各放電加工時に20MHzの超音波受信子７を用
いて各工作物２の加工点の振動状態を検出したところ、
正常放電中には連続した不規則な超音波振動が検出され
た（図２，図３参照）のに対し、不安定放電や異常放電
時には、放電制御ユニット３からは放電用の出力電圧が
印加中であるにも拘らず超音波振動が連続しないで途絶
え加減になることが検出され、また、発生している振動
もすぐ減衰する挙動を示した（図４，図５参照）。一
方、正常放電時の出力電圧（図２，図３）の波形と不安
定放電時の出力電圧（図４）波形のみを見比べても、一
見してこれら出力電圧の波形だけで正常放電と不安定放
電を直ちに識別することは困難である。

【００１６】このことから、放電加工時に加工点乃至は
その近傍に生じる超音波振動を、電極側（電極の表面又
は内部）、又は、工作物側（工作物の表面又は内部）、
あるいは加工液中にセンサ−の一例として設置される超
音波受信子７により常時検出してその波形を表示させ、
これを監視しておけば、放電が正常に生じているか、或
は、不安定放電や異常放電が生じたかを直ちに検出する
ことができる。

【００１７】図１〜図５に示した実施例の線図は、放電
加工時に工作物の加工点乃至はその近傍に生じる超音波
振動を検出してその波形をペンレコ−ダ10等により表示
させ、これを監視することにより放電状態の当否をより
迅速，適切に判別できることを示した例であるが、本発
明方法は図６〜図12に示すように、超音波送受信子７'
を利用して放電加工中における電極１と工作物２との隙
間Ｇ、つまり極間距離Ｇを監視することにより、不安定
放電や異常放電を容易かつ迅速，正確に検出，判別する
ことが出来るので、以下、この点について説明する。

【００１８】図６に示す放電加工機において、図１と同
一符号は同一部材を示すが、ここでは超音波振動子に送
受信子７'を用い、また、ペンレコ−ダ10に代え、オシ
ログラフ９に表示される波形を撮影するための８ミリカ
メラ10'を用いている。

【００１９】いま、図６の放電加工機により、極間距離
を放電電圧が所定になるようにするため、電極１を１mm
弱のストロ−クにおいて上下往復動させつつ、その往復
動の下死点近傍において放電電圧を印加し放電現象を起
させる加工をしているとき、超音波送受信子７'から超
音波振動を工作物２にその底面側から付与し、工作物２
の加工点（加工穴の底）と電極の先端からの反射波の位
相差から、極間距離の変化を検出してプロットしたもの
が、図７〜図12である。

【００２０】図７〜図12の線図において、極間距離のプ
ロットが途絶えている区間が放電中であることを示して
いる。これらの図によれば、正常な放電が実現している
ときは、電極１が工作物２の加工点と適正距離になった
とき放電が生じているが（図７，図８参照）、放電が不
安定であったり異常放電であると、電極１と工作物２の
距離、つまり電極間距離が適切な距離になっても、直ち
に放電が生じずに遅れて放電現象が生じている（図９〜
図12参照）。

【００２１】この放電遅れ現象は、極間に位置した加工
液中に加工屑があって、この加工屑が放電を阻害してい
ることを意味する。従って、このように放電遅れ現象が
超音波送受信子７'により検出されると、加工液が加工
屑で汚れていると判断できるから、例えば、電極１をジ
ャンプさせて加工液の浄化を促進させるなどの措置を講
じ、不安定な放電や異常放電による不良加工を未然に回
避するのである。

【００２２】一方、上記図６の超音波送受信子７'を用
いて超音波振動の伝播時間を測定することにより、工作
物２の加工深さの変化、つまり、加工量や電極１の寸法
の変化を測定することができる。即ち、放電加工の場
合、電極１の送り量と工作物２の加工量とは見かけ上一
致するが、実際には、工作物２の加工点に加工屑が付着
したり、電極１が消耗したりすることにより、実際の加
工量は電極１の送り量と一致しない。しかし乍ら、本発
明では上記のように超音波送受信子７'を用いることに
よって、実際の加工量を測定することができるのであ
る。因に、図13は制御ユニット３に表示された加工量、
即ち、電極１の送り量と超音波振動を利用して実測した
加工量とを示した線図である。この図13から判ること
は、予定加工量が大きくなるほど実際加工量との偏差が
大きくなっていることである。従って、本発明方法によ
り上述のように超音波を利用して放電加工中に加工点の
深さ等の加工量を実測しながら、放電加工を進行させれ
ばより高精度の放電加工を容易に実現することが出来る
こととなる。

【００２３】他方、一定の放電電圧による放電加工中に
上記超音波送受信子７'を用いて極間距離を継続して測
定したところ、図14に示すような極間距離の変化が測定
できた。これは、一定電圧による放電をさせて加工して
いるのであるか、放電が生じる極間距離は電気的にみた
場合一定とみることができる。しかし乍ら、実際の電極
１の先端と工作物２の加工点間の距離は、ある加工時間
が経過するまではほぼ横ばい状態で一定であるが、その
後急激に大きくなっていることを示している。これは、
前述したように放電加工点に加工屑が残って電極との間
隙を埋め、みかけ上の極間距離を、一定電圧による放電
が生じる距離に形成するからである。従って、本発明で
は、電極１と工作物２の極間距離，間隙を超音波送受信
子７'を利用して実測することにより、図14のような実
際の隙間が異常増大して加工精度の低下を招くような放
電を未然に阻止することが可能となる。また、上記のよ
うな隙間の急変によって、隙間にある加工液に含まれる
加工屑濃度が極間距離を電気的に小さくしてしまうほど
濃くなっていることを検知することが可能になる。

【００２４】

【発明の効果】本発明では、放電加工における電極と工
作物とに関する様々な挙動を超音波を利用して測定，検
出をすることにより、異常放電状態や不安定状態を容易
に検出でき、また、放電加工による工作物の寸法変化や
電極の消耗量及び極間距離や工作物と電極との隙間を直
接測定することができるので、高精度で安定した放電加
工を行うための放電加工制御を実施する上できわめて有
用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明検出方法の一例を適用した放電加工機を
模式的に表わしたブロック図。

【図２】図１の検出方法を適用した１番目の工作物に対
する放電加工における放電電圧波形と加工点に生じる超
音波振動波形の関係を示す線図。

【図３】図１の検出方法を適用した２番目の工作物に対
する放電加工における放電電圧波形と加工点に生じる超
音波振動波形の関係を示す線図。

【図４】図１の検出方法を適用した３番目の工作物に対
する放電加工における放電電圧波形と加工点に生じる超
音波振動波形の関係を示す線図。

【図５】図１の検出方法を適用した４番目の工作物に対
する放電加工における放電電圧波形と加工点に生じる超
音波振動波形の関係を示す線図。

【図６】本発明検出方法の別例を適用して極間距離を検
出するようにした放電加工機を模式的に表わしたブロッ
ク図。

【図７】図６に示した放電加工機により５番目の工作物
に対する放電加工中の極問距離の変化と放電時期の関係
を示す線図。

【図８】図６に示した放電加工機により６番目の工作物
に対する放電加工中の極問距離の変化と放電時期の関係
を示す線図。

【図９】図６に示した放電加工機により７番目の工作物
に対する放電加工中の極問距離の変化と放電時期の関係
を示す線図。

【図10】図６に示した放電加工機により８番目の工作物
に対する放電加工中の極問距離の変化と放電時期の関係
を示す線図。

【図11】図６に示した放電加工機により９番目の工作物
に対する放電加工中の極問距離の変化と放電時期の関係
を示す線図。

【図12】図６に示した放電加工機により10番目の工作物
に対する放電加工中の極問距離の変化と放電時期の関係
を示す線図。

【図13】従来の放電加工機における電極送り量による推
定加工量（ＮＣ表示量）と本発明による超音波を利用し
て測定した実際の加工量の関係を示す線図。

【図14】電極と工作物の隙間の大きさと加工時間との関
係を示す線図

【符号の説明】

１ 電極 ２ 工作物 ３ 放電加工制御ユニット ４ 加工槽 ５ 加工液 ６ 工作物載置台 ７ 超音波受信子 7' 超音波送受信子 ８ 受信器 ９ オシログラフ 10 ペンレコ−ダ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放電電極を工作物に対し適宜タイミング
   で離接（ジャンピング）させ乍ら放電加工をしていると
   き、前記放電電極または工作物を介して放電加工点へ超
   音波を照射し、その超音波が伝播する経路における各境
   界面までの伝播時間を測定することにより、加工中にお
   ける工作物の寸法、電極と工作物の隙間、電極の消耗
   量、または工作物の加工量を測定することを特徴とする
   放電加工状態の検出方法。
2. 【請求項２】 放電加工中に放電加工点から発生する超
   音波信号、又は、アコ−スティック・エミッション（Ａ
   Ｅ）の波形を、工作物の表面又は内部，電極の表面又は
   内部，あるいは加工液中に設置したセンサ−で検出し、
   その波形から放電加工が正常放電による加工状態か、又
   は、不安定放電或は異常放電による加工状態にあるかを
   判断することを特徴とする放電加工状態の検出方法。
3. 【請求項３】 加工液中を伝播する超音波の減衰を測定
   することにより、加工液中の加工屑濃度を検出する請求
   項１又は２の放電加工状態の検出方法。
4. 【請求項４】 放電電極と工作物間の隙間の測定値に基
   づいて電極のジャンプ動作のタイミング制御をする請求
   項１又は２の放電加工状態の検出方法。