JPH0661657B2 - ワイヤカツト放電加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ワイヤ電極を用いて被加工物の切削を電気
的に行う加工装置に関するものである。

〔従来の技術〕

電気的エネルギによつて被加工物を加工することは従来
広く行われており、周知であるが、最近の技術として注
目をあびている加工装置にワイヤ状の電極を用いて、あ
たかも「糸のこ」のように被加工物を電気的エネルギで
加工するいわゆるワイヤカツト放電加工装置がある。

第７図は、上記ワイヤカツト放電加工装置を示す構成図
である。１は被加工物で、予じめドリルなどで明けられ
た初孔１ａにワイヤ電極２を通し、この孔壁とワイヤ電
極２との間に絶縁性の液３を介在させている。

上記絶縁性の液３を以下加工液と記述する。加工液は、
タンク４からポンプ５で、被加工物１とワイヤ電極２の
間隙にノズル６により噴射される。

被加工物１とワイヤ電極２との間の相対運動は、被加工
物１を載せているテーブル１１の移動により行われる。
テーブル１１は、Ｙ軸駆動モータ13とＸ軸モータ１２に
より駆動される。以上の構成により、被加工物１と電極
２の相対運動は前述のＸ，Ｙ軸平面内に於て２次元平面
の運動となる。

ワイヤ電極２は、ワイヤ供給リール７により供給され、
下部ワイヤガイド８Ａ被加工物１中を通過して上部ガイ
ド８Ｂに達し、電気エネルギ給電部９を介して、ワイヤ
巻取り兼テンシヨンローラ１０により巻取られる。

上記Ｘ，Ｙ軸の駆動モータ１２，１３と駆動及び制御を
行う制御装置１４は、数値制御装置（ＮＣ制御装置）や
倣い装置あるいは、電算機を用いた制御装置が用いられ
ている。

電気エネルギを供給する加工電源１５は、例えば、直流
電源１５ａ、スイツチング素子１５ｂ、電流制限抵抗１
５ｃ及び前期スイツチング素子15ｂを制御する制御回路
１５ｄによつて構成されている。

次に従来装置の動作について説明する。加工電源１５か
らは高周波パルス電圧が被加工物１とワイヤ電極２間に
印加され、１つのパルスによる放電爆発により被加工物
１の一部を溶融飛散させる。この場合、極間は高温によ
つてガス化及びイオン化しているため、次のパルス電圧
を印加するまでには一定の休止時間を必要とし、この休
止時間が短か過ぎると極間が充分に絶縁回復しないうち
に、再び同一場所に放電が集中してワイヤ電極２の溶断
を発生させる。

従つて、通常の加工電源では被加工物の種類、板厚に依
り加工電源１５の休止時間等の電気条件をワイヤ切れを
生じさせない程度の充分余裕を持つた条件で加工するの
が普通である。従つて、加工速度は理論的限界値より相
当低くならざる得ない。更にワイヤ電極２が均一でなく
太さが変化する場合、もしくはワイヤ電極の一部に突起
やキズ等があり放電が集中した場合にはワイヤ電極２の
溶断は避けられない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上のように従来のワイヤカツト放電加工装置では、ワ
イヤ電極２の断線を引き起さないようにするため、加工
電源１５の出力エネルギーを少くする等、仮に放電の集
中がワイヤ電極２の一点に集中しても断線しないように
していたため、加工速度が著しく低いという問題点があ
つた。

そこで、従来は極間から各種信号成分を取り出して極間
状態を検出するこころみも行われている。しかし、ワイ
ヤ電極２は弦振動（ワイヤガイド間の定在波振動）によ
り被加工物内で振動し、加工中に極間開放→放電→短絡
→放電→開放の状態を数ＫHzの周波数で繰りかえすた
め、これが外乱となつて正確な極間状態の検出がきわめ
て困難であるという問題点があつた。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
であり、正確な極間状態の検出ができ該検出結果を利用
してワイヤ電極の断線事故の発生を確実に防止すること
のできるワイヤカツト放電加工装置を得ることを目的と
する。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明にかかるワイヤカツト放電加工装置は、ワイヤ
電極と被加工物との対向する極間間隙における該ワイヤ
電極の弦振動に起因する極間開放状態及び短絡状態以外
の放電時のみについて、つまりワイヤ電極の弦振動にお
ける放電発生のある時間のみ周期的にサンプリングし
て、上記極間々隙で放電した際の電圧印加後の時間の分
布状態を検知する検知手段と、この検知手段により検知
される電圧印加から放電発生までの時間の分布状態を予
め設定した極間々隙状態の良否を示す分布状態と比較
し、極間状態を判断して信号を出力する極間状態判別手
段と、この極間状態、判別手段の出力に基づいて上記ワ
イヤ電極の張力を制御する制御手段を備えたものであ
る。

〔作用〕

この発明においては、極間に電圧印加後、放電発生に至
るまでの時間分布状態をワイヤ電極の弦振動の影響を排
除して検知手段で検知し、この検知された時間分布状態
と予め設定した極間間隙状態の良否を示す分布状態とを
極間状態判別手段で比較し、制御手段は極間状態判別手
段から異常判別信号を受けたときには、ワイヤ電極の張
力を減じて、消耗により耐張力の弱くなつたワイヤ電極
の断線を防止し、正常判別信号を受けたときには、徐々
にワイヤ電極の張力を増して短絡事故を減じ、加工速度
の向上を図るように制御する。

〔実施例〕

以下、図面に基づいてこの発明の好適な実施例を説明す
る。第１図はこの発明における極間状態の検出原理を説
明するための極間の放電々圧波形と、そと各放電電圧波
形における電圧印加後放電開始までの無放電時間の分布
状態を示すもので、実験により得られた結果である。

尚、放電開始点は、電圧の立下りの時点を検出している
ため、パルスのオン→オフ時も信号が出る。この分布状
態と極間状態との関係から以下のことが判明している。

(Ａ)極間開放状態（電極、被加工物間が完全に離れてお
り加工していない状態）を除いては、電圧印加後２μ秒
以内に放電の開始する率が高い。

(Ｂ)ワイヤ電極の断線直前状態の時には、上記２μ秒以
内に放電を開始する比率が７０％を越す。

(Ｃ)正常放電時は、電圧印加後２μ秒までの分布が３０
％程度あり、その後はなだらかに減少する分布となる。

(Ｄ)きわめて極間々隙を狭くした時、上記(B)のワイヤ
断線の断線直前状態に似てくるが、それでも２〜１０μ
秒の間における分布は１０％以上存在する。

(Ｅ)極間々隙が開くように極間サーボを行うと、１０〜
２０％は２μ秒以内で放電し、それ以後なだらかに減少
する。

(Ｆ)短絡時は放電が生じない。

なお、上記(A)〜(E)は第１図の(A)〜(E)に対応する。以
上の結果より次のような状態であれば、極間々隙状態は
異常ではないつまり、正常状態であるという判断ができ
る。

ワイヤ電極の弦振動による極間開放→放電→短絡→放電
→開放の周期中放電時のみについてサンプリングし、該
放電中における電圧印加後放電発生までの無負荷電圧印
加時間の分布状態において、 (1)２μ〜１０μ秒に放電開始するパルスが１０％以上
存在する。

(2)２μ秒以内に放電するパルスの比率が５０％を越さ
ない。

(3)τ_ｐでも放電しない比率が５０％を越さない。

第２図は、この実施例を含む概要図であつて、極間々隙
に電圧を印加し、放電電流を流すスイツチングトランジ
スタ１５ｂは、スイツチングアンプ１６により駆動され
る。このスイツチングアンプ１６に入力されるパルス休
止信号はパルス休止発生回路１７によつて作られる。こ
のパルス休止発生回路１７の基本クロツクパルスはクロ
ツクパルス発生器１８によつて発生される。クロツクパ
ルスの周波数は極間印加電圧の放電までの時間のサンプ
リングにも使用するため１MHz 以上の周波数を必要とす
る。

第２図中、１９は極間電圧の立下りを検出する回路で、
抵抗ｒ_１，ｒ_２によつて分圧され、コンパレータ１９ａ
で基準電圧Ｖｒより下つた時点の信号を、抵抗ｒ_３、コ
ンデンサＣ_１で構成される立下り微分回路によつて信号
Ｓ_２として取り出している。

前記ワイヤ電極の弦振動による極間開放時と短絡時は、
極間電圧の立上りも立下りもないから、上記微分回路に
より弦振動による外乱要素を取り除くことができる。

極間状態判別回路２０はクロツクパルス発生器１８から
クロツクパルスＣＬＫ、パルス休止発生回路１７から信
号Ｓ_１、微分回路から信号Ｓ_２を受けて、極間の放電状
態を判断するもので、その回路構成およびその動作を以
下、第３図と第４図を用いて説明する。電圧が極間々隙
に印加されリングカウンタ２１が動作し、ＯＲゲート22
₁〜22_nは、各時間毎にゲート開の状態となる。例えば、
ＯＲゲート22₁は０〜５μ秒の間出力は“１”となつて
いる。この間に放電が発生して電圧立下り信号Ｓ_２が入
力されると、ＡＮＤゲート23₁〜23_nを介してカウンタ24
₁〜24_nに所定時間における区間毎の放電分布に沿つてパ
ルス数が計数される。所定時間としては、極間々隙状態
変化の速度から鑑み、１０〜３０ｍ秒が、実験結果から
も適切と考えられている。これらカウンタ24₁〜24_nの内
容は、デイジタルコンパレータ25₁〜25_nによつて判別さ
れ、所定時間において何個以上あるいは以下のパルスが
どのような無負荷電圧印加時間の分布で放電したかが明
らかとなる。

前述のように、分布状況は異常と判別される分布と、正
常とされる分布に分類され、異常と判断された場合にこ
れをカウンタ２６で更に計数する。

また正常と判断される分布の場合には、カウンタ２６を
リセツトするので、このカウンタ２６は、異常状態と判
断される時、すなわち電圧印加後２μ秒以内に放電して
いる率が５０％以上あるいは２０μ秒時点でも尚放電し
ない率が５０％以上の時はカウンタ内容が増加し、２〜
１０μ秒で放電するパネルが１０％以上存在する時には
ただちにカウンタ２６がリセツトされる。よつて正常で
あれば零、異常であればカウンタ内容増加という状態を
くりかえすので、このカウンタ内容をデイジタルアナロ
グ変換器２７を用いて、アナログ電圧Ｖ_０を観察するこ
とによつても極間々隙状態の良否を判別できる。すなわ
ちアナログ電圧Ｖ_０が大であれば異常放電に近ずいてい
ることとなり、例えば被加工粉の滞留によつて極間々隙
にスラツジがたまつている等のワイヤ電極の断線直前状
態の不具合が容易に検出できる。

しかしごく短時間であれば極間間隙状態は絶えず変化し
ており、短時間アナログ電圧Ｖ_０があつても必ずしも極
間々隙状態が悪いとは判断できない。そこで、デイジタ
ルアナログ変換器２７の出力Ｖ_０の所定値以上の存在が
ある時間続いたことを検出して、極間々隙状態の良否を
判断する必要がある。

第５図における電圧比較器２８はデイジタルアナログ変
換器２７の出力Ｖ_０が所定値Ｖ₁₁よりも大か小かを判別
している。Ｖ_０＞Ｖ₁₁になると、電圧比較器２８の出力
は負となり、ベース抵抗29を介してスイツチング用トラ
ンジスタ３０をオフ状態にする。このため、時間計測用
コンデンサ31は抵抗３２を介して充電される。このコン
デンサ３１の両端電圧Ｖは次式のようにあらわされる。

ただしｒは抵抗３２の抵抗値 ｃはコンデンサ３１の容量 ｔは時間 このコンデンサ３１の両端電圧Ｖ₃₁は基準電圧Ｖと電圧
比較器３３で比較される。Ｖ₃₁＜Ｖ₂₁の期間は電圧比較
器３３の出力が負にならないため、発光ダイオード３４
は点灯しない。そしてＶ_０＞Ｖ₁₁の状態が所定時間継続
してＶ₃₁＞Ｖ₂₁になると、電圧比較器３３の出力が負と
なり、発光ダイオード３４を抵抗３５を介して点灯させ
て極間々隙状態の異常発生を表示するものである。

スイツチ３６は、時間の関数だけで極間々隙状態を判断
するか、デイジタルアナログ変換器２７の出力Ｖ_０の大
きさと時間の積の関数として判断するかを切換えるため
のスイツチである。すなわち単に時間だけの検出では極
間々隙状態の異常判別の困難な加工の場合には、スイツ
チ３６を図示例のように接点３６ａ側に投入すると、デ
イジタルアナログ変換器２７の出力Ｖ_０と時間の積の関
数として、極間々隙状態の異常発生をすみやかに知るこ
とができる。上記の出力Ｖ_０が大であればコンデンサ３
１の充電電流が増え、ただちにコンデンサ３１の両端電
圧Ｖが基準電圧Ｖ₂₁に達するからである。

また、上記の出力Ｖ_０を直接電圧計で観測することによ
り、極間々隙状態のモニターとして使用できることは明
らかである。

以上、上記極間状態判別手段２０内の異常検出カウンタ
２６からの出力信号Ｓ_Ａに基いてワイヤ電極の張力（テ
ンシヨン）を変化させる制御手段３７の１例を第６図を
用いて説明する。第６図において、供給リール７より送
り出されたワイヤ電極２はワイヤ張力発生のテンシヨン
モータ１００、テンシヨンリール１０１、補助リール１
０２によつて所定テンシヨンを付与され、被加工物１を
貫通して引張りキヤプスタン１０３、キヤプスタンロー
ラ１０４、キヤプスタンモータ１０５により引き出さ
れ、巻取りリール１０により巻き取られる。

極間状態が悪化して放電集中やワイヤ断線のおそれが検
出されると、異常検出カウンタ２６に出力が生じ、この
出力電圧が増幅器１０６で増幅され制御トランジスタ１
０７にベース電圧として出力される。

ここで、エミツタ抵抗１０８をＲとし、モータを流れる
電流をＩとすると、 ここで、Ｖ_Ｓは異常検出カウンタ２６によるモータ制御
電圧であり制御トランジスタ１０７のベースエミツタ電
圧Ｖ_BEは約０．６Ｖと微弱で且つ一定であつてほぼ無視
でき、モータの電流は上記ベース電圧Ｖ_Ｓにより制御さ
れるが、上記モータ制御電圧Ｖ_Ｓは、低下し、テンシヨ
ンモータ１００の駆動電流が減少して、ワイヤテンシヨ
ンは減少し、消耗（放電集中による異常消耗）により耐
張力と弱まつたワイヤ電極の切断事故を防止することが
できるとともにテンシヨンの減少で短絡を生じしめ、ワ
イヤ電極の断線を防ぎつて短絡バツクを行わしめ、他の
放電集中防止策（電流減少、バツク運動による無負荷
化）によりより確実に異常加工状態からの脱出が可能と
なる。また、極間が正常状態になつたら徐々にワイヤ電
極の張力を増加させるので、ワイヤ電極の剛性が増し、
短絡は少く加工速度も向上する。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、被加工物とワイヤ電
極間に、電圧印加後、放電発生に至るまでの時間分布状
態をワイヤ電極の弦振動の影響を排除して検出し該検出
結果をもとにして正常放電と異常放電の判別を行なうも
のであるから、極間状態の良否を正確に判別できる。そ
して、異常が判別されたときにはワイヤ電極の張力を減
じて、消耗により耐張力の弱くなったワイヤ電極の断線
を防止し、政情が判別されたときには、徐々にワイヤ電
極の張力を増して短絡事故を減じ、加工速度の向上を図
ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の原理説明図、第２図はこの発明の装
置構成の概要図、第３図は極間間隙状態判別手段の回路
構成図、第４図は第３図の回路動作を説明するためのタ
イムチヤート、第５図は極間々隙状態判別結果の表示回
路図、第６図は判別信号に従つてワイヤ電極の張力を制
御する制御手段の１例を示す回路図、第７図は従来のワ
イヤカツト放電加工装置を示す原理図である。 １は被加工物、２はワイヤ電極、３は加工液、１９は検
知手段（極間電圧の立下り検出回路）、２０は極間間隙
状態判別手段、３７は制御手段。 なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワイヤ電極と被加工物を絶縁性加工液を介
   在させて対向させ、そのワイヤ電極と被加工物間にパル
   ス電圧を印加して両者間に放電を発生させ、その放電エ
   ネルギで上記被加工物を加工するワイヤカット放電加工
   装置において、上記ワイヤ電極と被加工物との対向する
   極間間隙における該ワイヤ電極の弦振動に起因する極間
   開放状態及び短絡状態以外の放電時のみについて電圧印
   加後の時間の分布状態を検知する検知手段と、この検知
   手段により検知される電圧印加から放電発生までの時間
   の分布状態を予め設定した極間間隙状態の良否を示す分
   布状態と比較し、極間状態の正常と異常を判断する極間
   状態判別手段と、この極間状態判別手段からの正常判断
   出力に基づいて上記ワイヤ電極の張力を増加させ該極間
   状態判別手段からの異常判断出力に基づいて該ワイヤ電
   極の張力を減少させる制御手段とを具備したことを特徴
   とするワイヤカット放電加工装置。