JPH0677883B2 - 放電加工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は放電加工法、特に最適な放電加工状態を自動的
に実現、維持するための適応制御に関するものである。

［従来の技術］ 第５図は例えば特開昭61−56823号公報に開示されてい
る放電加工機のブロック図である。図において（１）は
加工用電源、（２）は加工電極、（３）は被加工物、
（４）は加工液、（５）は加工電極（２）を駆動する電
極駆動装置である。（６）は加工電極（２）と被加工物
（３）との間隙で起こる放電現象を検知する放電状態検
出器、（７）は電極制御器、（８）は電極制御器（７）
への基準指令値を与える基準指令値発生器、（９）は所
望の加工形状を実現するために電極制御器（７）への軌
跡指令を設定する軌跡指令値設定器である。

従来の放電加工機は前述のように構成され、加工用電源
（１）に接続された加工電極（２）と被加工物（３）を
加工液（４）の中で適切な加工間隙を保ちながら、その
間隙において連続的に放電を発生させることにより加工
を行う。

この時の加工間隙は、間隙での放電状態を放電状態検出
器（６）により加工電極（２）と被加工物（３）との間
の平均電圧値として検出し、その検出値が基準指令値発
生器（８）により決定された基準指令値に一致するよう
に、電極制御器（７）が軌跡指令値設定器（９）からの
軌跡指令に従い加工電極（２）の位置もしくは加工電極
（２）の送り速度を電極駆動装置（５）に指令すること
により制御される。

また、基準指令値発生器（８）における基準指令値は、
作業者の経験的な知識にもとづいて設定された加工条
件、例えば放電パルス時間幅、休止時間などの設定値に
合致して決定される。

［発明が解決しようとする課題］ 従って、従来の放電加工法においては、機械加工の進行
に伴って加工面積、加工深さ、加工間隙に存在する加工
くず量等が変化する場合にも、基準指令値発生器（８）
の基準指令値はその設定値が作業者により変更されない
限り一定であるため、もはや最適な加工間隙は維持でき
ず、アーク短絡状態或いはオープン状態の頻度が増大
し、加工速度の低下を招くという問題点がある。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもの
で、加工の進行に伴って加工間隙の状態が変化しても、
その加工間隙状態において加工速度が常に最適となるよ
うにした放電加工法を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の放電加工法（請求項１）は、放電加工中の加工
電極と被加工物との間隙の平均電圧値を検出し、検出さ
れた平均電圧値が予め設定された基準指令値に一致する
ように上記加工電極の駆動を抑制するとともに、放電加
工中の加工電極の位置を検出してその位置の変化のトレ
ンド成分を求めて加工速度を表わす量を推定し、また、
その位置の変化からトレンド成分を除外した信号の特徴
量を求めて加工間隙状態を表わす量を推定し、これらの
推定された加工速度と加工間隙状態を表わす量に基づき
基準指令値を変更制御する。

また、本発明の放電加工法（請求項２）は、放電加工中
に観測される間隙に電圧を印加してから放電が開始する
までの時間を検出して、その検出値のトレンド成分を求
め、また、その検出値からトレンド成分を除外した信号
の特徴量を求め、いずれかの量又は両方の量に基づき加
工間隙状態を表わす量を推定し、この推定された加工間
隙状態を表わす量を、加工電極の位置から推定される加
工間隙状態を表わす量の代わりに用いる。

また、本発明の放電加工法（請求項３）は、上記の放電
加工法（請求項1,2）において基準指令値を変更制御す
る際に、基準指令値の変更量を、加工速度を表わす量の
変化量と加工間隙状態を表わす量に基づき基準指令値が
最適基準指令値から離れている場合には大きく、最適基
準指令値に近い場合には小さく決定して、基準指令値を
変更制御する。

［作用］ 本発明（請求項1,2）においては、加工電極の位置検出
信号又は放電開始までの無負荷時間を統計処理すること
により実際の加工速度と加工間隙状態を表わす量が推定
され、その推定値に基づいて基準指令値の適応的な変更
が行なわれ、それが制御基準値として送出される。

また、本発明（請求項３）においては、基準指令値の変
更量を基準指令値が最適基準指令値から離れている場合
には大きく、最適基準指令値に近い場合には小さく決定
するので、探索時の不適切な基準指令値による不安定加
工状態をすばやく回避でき、効率が良く信頼性の高い探
索が実現できる。

［実施例］ 第１図は、本発明の一実施例に係る方法を実施する放電
加工機のブロック図である。（１）〜（７），（９）は
前述した従来の放電加工機と全く同一のものであり、
（12）が適応制御装置である。適応制御装置（12）は状
態推定器（10）と補償器（11）とから成り、状態推定器
（10）では加工電極（２）の位置検出信号を取込み系統
処理を施すことにより、加工速度と加工状態を表わす量
を推定する。補償器（11）ではその推定量をもとに電極
制御器（７）の基準指令値が予め定められた適応則に従
って自動決定される。

第１図のように構成された適応制御装置における状態推
定器（10）及び補償器（11）の機能は、主に第２図のフ
ローチャートに示すソフトウェア処理により実現され
る。

第２図のソフトウェア処理を説明するために、第３図に
従来の放電加工機において基準指令値が異なる場合の電
極位置信号の一例を示す。第３図の（ａ）は基準指令値
が最適値よりも大きい場合で、同図の（ｂ）は基準指令
値が最適値に近い場合である。また、Ps⁽k⁾（１）,Ps⁽k
⁾（ｉ）,Ps⁽k⁾（ｎ）はそれぞれ、周期tsでサンプル点T
l＝O,Ti＝ｉ・ts,Tn＝ｎ＋tsにおいてサンプルされた電
極位置信号であり、（20）は後述するP₁ ⁽k⁾（ｉ）＝a⁽k
⁾・ts・ｉ＋b⁽k⁾で定義されるサンプルデータのトレン
ドを表わす。これ以降、Ps⁽k⁾（ｉ）などの（ｋ）は、
ｋ回目の処理であることを示すものとする。

第２図にｋ回目の処理手順を示すが、ステップ（13）〜
（16）は状態推定動作を、またステップ（17）〜（19）
は補償動作を表わしている。

状態推定動作において、まずステップ（13）では周期ts
で第３図に示すような電極位置信号をサンプルすること
によりｎ個のサンプルデータPs⁽k⁾（ｉ），（ｉ＝1,2,
…ｎ）を取込み、ステップ（14）においてそのサンプル
データのトレンド成分P₁ ⁽k⁾（ｉ）を検出する。このト
レンド成分P₁ ⁽k⁾（ｉ）はε⁽k⁾（ｉ）を、 ε⁽k⁾（ｉ）＝Ps⁽k⁾（ｉ）−P₁ ⁽k⁾（ｉ） としたとき、 を最小とするa⁽k⁾,b⁽k⁾により P₁ ⁽k⁾（ｉ）＝a⁽k⁾・ts・ｉ＋b⁽k⁾ なる一次関数で定義される。

次に、ステップ（15）においてサンプルデータPs⁽k
⁾（ｉ）からトレンド成分P₁ ⁽k⁾（ｉ）を除去した信号P₂
⁽k⁾（ｉ）を求め、 P₂ ⁽k⁾（ｉ）＝Ps⁽k⁾（ｉ）−P₁ ⁽k⁾（ｉ） ステップ（16）でP₂ ⁽k⁾（ｉ）の分散値 ｛σ⁽k⁾｝^２を次式により計算する。

以上の演算から、加工速度に相当する量をa⁽k⁾、加工間
隙状態を表わす量を｛σ⁽k⁾｝^２と推定する。

すなわち、第３図において、加工速度に相当する量a⁽k⁾
は、サンプルされた電極位置信号Ps⁽k⁾（ｉ）のトレン
ドである一次直線（20）の傾きであり、加工間隙状態を
表わす量｛σ⁽k⁾｝^２は、一次直線（20）まわりでのサ
ンプルされた電極位置信号Ps⁽k⁾（ｉ）のばらつきであ
る。

次に、補償動作においては、ステップ（17）で加工速度
a⁽k⁾の変化分v⁽k⁾を求め、 v⁽k⁾＝a⁽k⁾−a⁽k^-1) ステップ（18）では加工間隙状態を表わす量 ｛σ⁽k⁾｝^２に重み係数ρを掛け、基準指令値の変更量
△Vs⁽k⁾を決定する。

△Vs⁽k⁾＝ρ｛σ⁽k⁾｝^２ さらに、ステップ（19）では、次回の基準指令値Vs⁽k
⁺¹⁾を Vs⁽k⁺¹⁾＝Vs⁽k⁾−v⁽k⁾・△Vs⁽k⁾ により変更する。

この適応則の基準動作は、（ｋ−１）回目の基準指令値
変更の結果、加工速度が増大した場合にはその基準指令
値を小さくすることで加工間隙を狭くし、逆に、加工速
度が減少した場合にはその基準指令値を大きくすること
で加工間隙を広くする。

ここで、基準指令値発生器（８）で指令される基準指令
値Vs^{( ＊ ）}を変化させた時、基準指令値Vs^{( ＊ ）}と加工速
度に相当する量a^{( ＊ ）}、および加工間隙状態を表わす量
｛σ^{（ ＊ ）}｝^２は、それぞれ第４図の（ａ），（ｂ）に
示すような関係がある。基準指令値Vs^{( ＊ ）}が大きい場
合には加工速度に相当する量a^{( ＊ ）}は小さく、加工間隙
状態を表わす量｛σ^{（ ＊ ）}｝^２は大きい。

そして、基準、指令値Vs^{( ＊ ）}を徐々に小さくしていく
とa^{( ＊ ）}は徐々に大きくなり、a^{( ＊ ）}の最大値付近で
｛σ^{（ ＊ ）}｝^２は最小となる。この時の基準指令値Vs^{(
＊ ）}が最適な加工速度を実現する最適基準指令値 である。さらに、基準指令値Vs^{( ＊ ）}を小さくすると、
間隙の短絡が頻発し、不安定な放電状態となるため、a^{(
＊ ）}は小さくなり｛σ^{（ ＊ ）}｝^２は急に大きくなる。

以上のことから、前述した基準指令値の変更手段では、
基準指令値の変更量△Vs^{( ＊ ）}を｛σ^{（ ＊ ）}｝^２から決
定しているため、第４図の（ａ）に示すようにＡ→Ｂ→
Ｃ→Ｄ→Ｅと最適基準指令値 に近づくにつれて細かな変更が行なわれ、一方、不安定
になるとＦ→Ｇのように大きな基準指令値の変更が行な
われ、すみやかに安定化される。

また、重み係数ρにより、荒・中・仕上げ加工に対応し
て、基準指令値の変更量△Vs⁽k⁾調節することが可能で
ある。

なお、上記実施例では加工間隙状態を表す量を電極位置
信号に統計処理を施すことにより推定したが、本発明に
おいては、加工間隙に電圧を印加してから放電が開始す
るまでの時間、すなわち無負荷時間を放電状態検出器
（６）の出力に基づいて検出し、その時間に統計処理を
施して、その平均値および分散値を計算し、同様にして
基準指令値の変更量△Vsを求めて、その値に基づいて制
御するようにすることもできる。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、加工電極の位置信号又は
無負荷時間を統計処理するようにしたので、加工の進行
に伴い加工面積、加工深さ、加工間隙に存在する加工く
ず等の変化に対応して複雑な動作をしている加工電極の
動きから的確に加工速度と加工間隙状態を表わす量を、
又は確率的な不規則性をもつ無負荷時間から的確に加工
間隙状態を表わす量を推定することができる。そして、
その加工速度を表わす量や加工間隙状態を表わす量に基
づき加工間隙制御の基準指令値を変更するようにしたの
で、作業者の指令値設定が不適切な場合や、加工進行に
伴って加工状態が大きな変動を起こした場合にも、きめ
細かくかつ速やかに最適な基準指令値が決定され、常に
適切な加工間隙距離に制御され、最適な加工速度が得ら
れる。また、基準指令値の変更量を基準指令値が最適基
準指令値から離れている場合には大きく、最適基準指令
値に近い場合には小さく決定するので、探索時の不適切
な基準指令値による不安定加工状態をすばやく回避で
き、効率が良く信頼性の高い探索が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による放電加工機のブロック
図、第２図は第１図の適応制御装置の機能である状態推
定動作と補償動作に関するフローチャート、第３図は基
準指令値が異なる場合の典型的な電極位置信号を示す
図、第４図は基準指令値と電極位置信号に統計処理を施
すことによって推定される加工速度に相当する量および
加工間隙状態を表わす量の関係を示す図、第５図は従来
の放電加工機のブロック図である。 図において、（10）は加工状態推定器、（11）は補償
器、（12）は適応制御装置である。 なお、図中同一符号は同一又は相当部を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】放電加工中の加工電極と被加工物との間隙
   の平均電圧値を検出し、検出された平均電圧値が予め設
   定された基準指令値に一致するように上記加工電極の駆
   動を制御するとともに、放電加工中の加工電極の位置を
   検出してその位置の変化のトレンド成分を求めて加工速
   度を表わす量を推定し、また、その位置の変化からトレ
   ンド成分を除外した信号の特徴量を求めて加工間隙状態
   を表わす量を推定し、これらの推定された加工速度と加
   工間隙状態を表わす量に基づき基準指令値を変更制御す
   ることを特徴とする放電加工法。
2. 【請求項２】放電加工中に観測される間隙に電圧を印加
   してから放電が開始するまでの時間を検出して、その検
   出値のトレンド成分を求め、その検出値からトレンド成
   分を除外した信号の特徴量を求め、いずれかの量又は両
   方の量に基づき加工間隙状態を表わす量を推定し、この
   推定された加工間隙状態を表わす量を、加工電極の位置
   から推定される加工間隙状態を表わす量の代わりに用い
   ることを特徴とする請求項１記載の放電加工法。
3. 【請求項３】基準指令値の変更量を、加工速度を表わす
   量の変化量と加工間隙状態を表わす量に基づき該基準指
   令値が最適基準指令値から離れている場合には大きく、
   最適基準指令値に近い場合には小さく決定し、上記基準
   指令値を変更制御することを特徴とする請求項１又は２
   記載の放電加工法。