JPH0661658B2 - 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の駆動及び制御を
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及び前記スイツチング素子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、板厚等に
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
相当低くならざるを得ない。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ＫＨ_Ｚの周波数で繰り返えすた
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絶縁
性加工液の噴出圧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、加工液の噴射圧
を増加してスラツジの排出能力を増加させ、スラツジ要
因によるインピーダンス低下にともなう放電集中を解消
して、ワイヤ電極の断線を防止するように制御する。

〔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、その各放電々圧波
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３
０％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) ２〜１０μ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１ＭＨ_Z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
で規準電圧Ｖ_r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２
２_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２２_１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２３_１〜２３_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
の放電分布に沿つた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、１０〜３０
ｍ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２４_１〜２４_ｎの内容は、デイジタルコンパレ
ータ２５_１〜２５_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秒で放電するパルスが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づいてい
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々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_ｏ＞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。

以下、上記極間状態判別手段２０の異常検出カウント２
６からの検出信号Ｓ_Aに応じて極間々隙への加圧液噴出
圧力を変化させる制御手段３７の１例を第６図について
説明する。第６図において、加工液タンク４から加工液
供給ポンプ５より吸い上げられた加工液３は、電磁バル
ブ１０１、手動バルブ１０２を介してパイプ１０３を通
り、ノズル６に導かれる。この加工液圧を液圧メータリ
レー１０５により観測され、しかも所定圧力を越すと上
記液圧メータリレー１０５からフイードバツク信号Ｓ_B
がコントローラ１０６にフイードバツクされ、このコン
トローラ１０６の出力で電磁バルブ１０１が制御されて
適切な設定圧力を維持する。

なお、手動バルブ１０２は、電磁バルブ１０１が動作し
ない時の最低圧力を維持するためのものである。

加工状態が悪化し、極間々隙に加工粉が滞留すると、異
常検出カウンタ２６から出力された検出信号Ｓ_Ａがバル
ブコントローラ１０６に入力されるため、電磁バルブ１
０１は開放となり、液圧メータリレー１０５からフイー
ドバツク信号Ｓ_Ｂが出力されるまで開き続ける。

この強い噴出圧力によつて、極間々隙に存在していた加
工粉はすみやかに除去されて極間状態は正常状態に回復
する。回復すると、検出信号Ｓ_Ａは出力されなくなり、
電磁バルブ１０１は閉じ、手動バルブ１０２のみで設定
された弱い圧力に戻る。

なお、何故２種の圧力が必要かについて述べると、一般
に、0.05kg／cm²程度の圧力の時、最も極間インピーダ
ンスが適切で（適度に汚れているほうが放電しやすく、
加工の安定性がよい。）、また0.5kg／cm²以上となる
と、極間々隙のインピーダンスが高くなりすぎて放電の
ための間隙長が狭くなりすぎ、短絡が発生しやすくなつ
て加工が不安定になる等の不具合があるため、通常は0.
05kg／cm²以下で加工しているのが望ましく、極間が汚
れすぎたり、加工のスラツジが一部に滞留した時のみ、
高圧の液流を必要とするのである。

〔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、極間々隙状態の異常が判別されたときは、加工液噴
出圧力を増加させるので、極間々隙に生成する加工粉の
排出が能率的に行なわれることになり、加工能率を著し
く改善できる。すなわち、加工粉が極間々隙に存在する
と放電の火花は電極→加工粉→被加工物の経路で発生す
るため、放電エネルギーのかなりの割合が加工粉と加工
液の熱分解に費やされ、加工速度が低下するという現象
を防止でき、ワイヤ電極の局部消耗や、放電集中による
断線を未然に防ぐことができるという効果がある。

尚、本実施例では噴出、噴射の事例で説明してきたが、
吸引による加工の場も全く同様の効果を得ることは明ら
かである。

【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図は極間々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加工液の噴出圧力を制
御する制御手段の１例を示す概略構成図、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……被加工物、２……ワイヤ電極、３……加工液、１
９……検知手段（極間電圧の立下り検出回路）、２０…
…極間々隙状態判別手段、３７……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絶縁性加工液の噴出圧力を減少させ
   該極間状態判別手段からの異常判断出力に基づいて該絶
   縁性加工液の噴出圧力を増加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。