JPS5921738B2

JPS5921738B2 - 放電加工制御方法

Info

Publication number: JPS5921738B2
Application number: JP5284077A
Authority: JP
Inventors: 和彦小林; 茂高木; 長男斎藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1977-05-09
Filing date: 1977-05-09
Publication date: 1984-05-22
Also published as: JPS5387091A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、被加工物と電極の対向した加工間隙に、パル
ス電圧を印加して放電を発生させることにより、加工を
行なう放電加工において、上記パルスが効率よく放電す
るようにパルスの波形を制御する方法と、その制御され
たパルス波形に基づいて、加工状態が安定になるように
加工間隙を制御する方法に関するものである。

極間に印加するパルスの発生回路（放電回路）は、たと
えば第１図に示すようなもので、直流電源１からの電流
をスイッチングトランジスタ２をＯＮ−ＯＦＦさせるこ
とにより、抵抗３で制御されたパルス電流が、電極４と
被加工物５で形成される加工間隙に流れる。

トランジスタ２のスイッチング周波数は、制御回路６か
らの信号によつて種々に変化させることができる。一方
、加工間隙長は、通常は一定になるように、油圧シリン
ダ７、およびその油量を制御するサーボバルブ８等で構
成されるサーボ機構によつて制御される。その方法とし
ては、極間電圧（４と５の間の電圧）に対応する制御電
圧Ｖと、基準電圧Ｅ。（至）を比較し、その差が零にな
るように制御する方法である。９と１０は極間電圧を分
圧する抵抗器、１１はフィルターを構成するコンデンサ
、１２はサーボ感度を調整するための可変抵抗器である
。

さて、第１図に示される場合の極間電圧形ならびに放電
電流波形は、第２図に示すようなものが普通である。す
なわち、第２図ａは極間電圧Ｖ、第２図ｂは放電電流１
の波形をそれぞれ時間ｔに対して示している。極間電圧
波形の１３はパルス電圧が極間に印加されてからある遅
延があつた後に、放電が発生している場合、１４は遅延
なしに最初から放電した場合、１５は全然放電しなかつ
た場合を示し、また極間電圧波形１３，１４に対応する
放電電流波形を第２図ｂにそれぞれ１６，１７として示
している。第２図の場合の大きな欠点は、上記説明から
れかるように放電電流のパルスの時間幅（パルス幅）が
極間の状態によつて種々に変化し一定に揃わないという
ことである。

それ故に、パルス幅によつて非常に影響を受ける。電極
消耗比、加工面あらさ等の加工特性が低下するという欠
点があつた。さらに、第１図で示すようなサーボ機構の
電気回路で、加工間隙長が制御される場合を考えよう。
この場合の平均極間電圧に対応する制御電圧ｅは次式で
表わされる。こ＼でｋ：抵抗器９と１０による分圧比等
で求められる定数Ｖ：第２図ａに示す極間電圧また、パルス波形の諸元値を第２図Ａ，ｂのように定め
ると、（１）式はつぎのようになる。

ただし、Ｔｌ．ｔ２，ｔ３は平均的な値で示す。（２）
式よりわかるように、制御電圧ｅは、極間電圧パルス幅
（ｔ１＋ｔ〆休止時間Ｔ３によつて非常に影響を受ける
。そのため、これらの条件を変える場合は、当然基準電
圧Ｅ。も変化させる必要があり、とくに電圧パルス幅（
ｔ１＋Ｔ，）に対して休止時間Ｔ３を大きく選ぶ場合は
ｅは非常に小さくなり、極間問隙長が制御不能というよ
うなこともあり得るようになる。第３図はこれらの関係
を示したもので、制御電圧ｅは、Ｔｌ，ｔ２，ｔ３，の
値によつて斜線の範囲を種々に変化する。以上の如く、
第２図で示されるような極間電圧波形で加工を行なう場
合、加工特性とりわけ電極消耗や加工面あらさが低下す
ることと、さらに平均極間電圧で極間間隙長を制御する
場合、充分に安定な制御が得難くなるというような欠点
が存在している。ところで、上記の加工特性の改善につ
いては、第４図に示すように、パルスの立上り時にパル
ス電圧よりも高い。高電圧インパルス１８を極間に印加
する方法が提案されている。この方法においては、放電
した場合には電圧波形１９，２０のようになり、放電し
なかつた場合には２１のようになる傾向が強く出てくる
ので、電流波形におけるパルス幅が一定に揃い易く、そ
の結果、電極消耗や面あらさ等についての加工特性が向
上するという利点があつた。しかしながら、極間間隙長
の制御についての問題は、第２図の場合とやはり同じよ
うに存在しており、特に休止時間が長い場合には、平均
極間電圧が極めて低くなるので、極間間隙長の制御が難
しくなるという欠点があつた。

また、第２図と第４図の場合を比較すると、極間間隙長
と平均極間電圧の関係において本質的な違いが存在する
。

いま、第４図における電圧インパルス１８の時間幅がパ
ルス幅に比べて非常に狭く、平均極間電圧値には殆んど
寄与しないものとし、さらに極間間隙長ｄと平均極間電
圧との関係を、第２図に示すパルス波形を用いる場合に
ついては、第５図の曲線２２で示されるようになつてい
るものと仮定しよう。すなわち、ｄとＶの関係は、必ず
しも明確でなく、極間状態によつて変化し易いが、一般
的には、ｄはの増加とともに増大するといわれている。
ところで、第４図に示すような高電圧インパルスが重畳
されると、第２図の場合に比べて、広い極間間隙からで
も放電が起るようになるので、定性的に見れば、曲線２
２に対して、曲線２３に示されるような関係が成立する
はずである。したがつて、同一基準電圧で加工しても、
実際には、極間間隙長が異なるわけで、極間間隙長を変
化させずに加工を行なう目的には、不都合なことが生じ
易い。極間間隙長を広くして加工することは、良い場合
と悪い場合があり、加工目的によつて使い分ける必要が
あるからである。そこで、第２図で示すようなパルス波
形の時間フアクタ（ｔ１十Ｔ３）や休止時間Ｔ３等には
、殆んど影響を受けずに極間間隙長が制御でき、しかも
加工特性が改善されるようなパルス波形ならびにそれを
用いた場合の極間間隙長の制御方法が最も望ましい。本
発明の目的は極間間隙長を一定に保ちつつパルス電流の
パルス幅をほぼ一定にすることである。

上記目的を達成するための技術的手段たる本発明の構成
は、電極と被加工物を対向させた極間に、制御されたパ
ルス電圧を印加して放電を起させ、それにより加工を行
う放電加工制御方法において、上記パルスの時間幅を第
１区分時間τ１、第２区分時間τ２、及び第３区分時間
τ３に３区分すると共に上記第１及び第２区分時間の和
（τ１＋τ２）を全上記パルス時間幅（τ１＋τ２＋τ
３）に比較して小さく選び、上記第１区分時間τ１では
、極間にアーク電圧よりも高い所定の電圧，を印加し、
第２区分時間τ２では上記電圧１よりも高い電圧Ｖ２を
印加し、さらに第３区分時間τ３では初めだけに上記電
圧２よりも高いインパルス電圧Ｖ３を印加し、その後の
時間は、殆んど放電が起きないようにするために、上記
第１区分τ１に印加する電圧Ｖ１よりも低い電圧Ｖ４を
印加し、極間に電圧を印加した上記第１区分時間τ１内
に放電が発生すれば、極間間隙が狭い状態にあると判断
して該間隙を広げる方向に上記電極の送りを制御し、つ
ぎに上記第２区分時間τ２内で放電が発生すれば、極間
間隙が適当な状態にあると判断して、この状態をできる
かぎり維持するように電極送りを制御し、さらに少なく
とも上記第１及び第２の区分時間τ１，τ２内で放電が
発生しなかつた場合には、極間間隙は広い状態にあると
判断して、該間隙を狭くする方向に電極送りを制御する
如くなしたことを特徴としている。以下、実施例でもつ
て説明する。

第６図は本発明の極間に印加される電圧パルス波形であ
る。

このパルスは時間的に３区分され、各区分時間において
それぞれ異なつた電圧値を持つている。すなわち、第６
図において、第１区分時間τ１では１の電圧値、第２区
分時間τ２ではＶ２、さらに第３区分時間τ３では最初
の比較的短い時間△τ間は３の電圧値であるが、その後
はＶ４に降下するという具合に変化する。電圧Ｖ，，２
，３は当然アーク電圧よりも高く、またその大きさの順
は、１くＶ２〈Ｖ３であり、Ｖ４についてはＶ４くＶ，
が望ましく、Ｏになる場合もあり得る。つぎに、この電
圧パルスを極間に印加して実際に加工を行なう場合の原
理について説明する。

第７図ａは極間電圧のパルス波形、ｂはそのパルス電流
波形、さらにｃは極間間隙長を制御するための制御信号
をそれぞれ示している。極間に現われる電圧波形２４，
２５，２６，２７の場合と制御信号ｅ′との関係は、一
例としてつぎのように定めることができる。．なお、休
止時間中の制御信号ｅ′は、パルス印加時に選定された
電圧Ｅｌ，ｅ２，ｑ３がそのまま保持されるものとする
。

第１区分時間内で放電が発生した場合は、印加電圧が最
も低い上に、電圧を印加してから殆んど遅延せずに放電
が発生している故、極間間隙長が狭い状態にあるか、あ
るいは極間に介在する加工液の絶縁耐力が十分に回復し
ていないかの状態にあると判断することができ、この場
合極間間隙長を広くする方向に制御を行なう（電極上げ
動作）。

つぎに、第２区分時間内で放電が発生した場合は、上記
の場合よりも高い電圧Ｖ２で、しかも適当な時間の遅延
後で放電していることから、極間間隙は、適当な距離に
保たれ、絶縁耐力も十分に回復しているものと判断し、
この状態をできるかぎり保持するように、極間間隙長を
制御することが望ましい（電極静止動作）、第３区分時
間内で放電が発生するか、あるいは全然発生しなかつた
場合（即ち、第１乃至第３の区分時間を通じて放電が発
生しなかつた場合）は、前記の２つの場合に比べて、極
間間隙長が大き過ぎるものと考えられるので、それを小
さくするように制御を行なう（電極下げ動作）。第３区
分時間の初期に、比較的狭いパルス幅△τを待つた高電
圧Ｖ３のインパルスを印加するのは、ある程度極間間隙
長が広くても高電圧で強制的に放電を起すことによつて
、パルスの放電する効率を高めることと、ざらに上記高
電圧のインパルスによつて放電が起きなかつた場合でも
、インパルスの消失した後の低い電圧４で、放電が発生
する確率は一層少なくなるので、極端に狭いパルス幅の
電流が流れるようなことがないようにして、加工特性を
向上させることが主目的である。

さらに、このインパルス放電によつて、極間における、
放電痕のもり上り等によつて生ずる橋絡をある程度防止
することができるので、加工状態が安定するという利点
もある。以上のように、第２区分時間内に放電が発生す
るように、極間間隙長を積極的に制御し、その上、第３
区分時間内の低電圧Ｖ４の部分で放電の発生する確率が
非常に少ないので、放電電流パルスのパルス幅が、第６
図におけるτ３よりも短かくなるようなことはほとんど
起らなくなる。

したがつて、（Ｒ，十τ，）を全体の電圧パルス幅（Ｔ
，十τ，＋Ｒ３）に比較して、小さく選んでおけば、放
電電流パルス幅はほとんど一定に揃つていると見てよい
ので、前述した従来装置の欠点である電流パルス幅の不
揃いによる電極消耗、加工面あらさ等の加工特性の低下
を改善することができる。なお、これらの効果は、第６
図においてＶ４＝Ｕとすれば、なお一層効果的になる。
さらに本発明におけるもう一つの大きな特長は、前述の
従来方法に存在しているような、休止時間ないしは電圧
パルス幅の選定条件によつて、極間間隙長が変化したり
、あるいは制御不能になるという問題が完全に解決でき
るということである。

すなわち、第６図よりわかるように、パルスの比較的初
期の時間（ｒ１＋τ，穴ζ極間間隙の状態を検出し、第
３時間区分や休止時間中でもその状態が保持されるとい
う考え方に立つて、制御信号ｅ′が求められるので、極
間間隙長の制御が、休止時間や全体の電圧パルス幅さら
に、高電圧インパルスによつて大幅に変化するというよ
うなことは起り得ず、非常に安定な加工が得られる。つ
ぎに、本発明の方法の実施例について説明する。

第８図は第６図に示す電圧パルスを発生させる装置で、
，，，は電圧，（ｖ），，（ｖ），，（ｖ）を持つ直流
電源、２ａ，２ｂ，２ｃと３ａ，３ｂ，３ｃは第１図で
示したものと同じ働きをするトランジスタと抵抗器２８
ａ，２８ｂ，２８ｃは電流が逆流してトランジスタを破
損させないためのダイオード、２９は極間が完全に開放
になるのを防ぐための抵抗器である。まず最初に、トラ
ンジスタ２ａを導通させ、つぎにτ１時間後にトランジ
スタ２ｂをτ，時間だけ導通させ、さらに（τ１＋τ２
）後に、トランジスタ２ｃをΔτ時間だけ導通させ、そ
の後τ３時間の経過後、トランジスタ２ａを遮断するよ
うにすれば、第６図で示す波形と全く同一の電圧パルス
を極間に与えることができる。

実際に加工を寄与するのは、直流電源Ｖ１からトランジ
スタ２ａを通る電流で、Ｖ，，Ｖ３の直流電源は、極間
に放電が発生していないとき、単に極間に比較的高い電
圧だけ与えるのが目的なので、電流としては、上記電流
よりもはるかに小さくてよく、したがつて抵抗器３ｂ及
び３ｃの抵抗値は、３ａに比べて一般に大きくなる。

また、放電中は、同様な理由から、２ｂ，２ｃを遮断し
ていた方がよい。すなわち、まずトランジスタ２ａの導
通により、Ｖ，の電圧が極間に印加され、τ１時間内に
放電が発生すれば、２ｂ，２ｃは導通させないが、放電
が発生しなければ、つぎに２ｂを導通させる。同様に、
その後のτ，時間内で放電が発生しなければ、２ｃを導
通させるという具合に、前の放電の状態（有無）によつ
て、つぎのトランジスタの導通を決定するように行なう
。この場合、２ｂと２ｃに関しては、一旦導通した後で
、放電が発生した場合は、瞬時に遮断して２ｂ，２ｃの
導通による放電パルス電流の増加を、無視できる程度に
までおさえることができる。さらに、前述したように、
第６図における第３区分時間において、高電圧インパル
スの印加にもか＼わらず、極間で放電が発生しなかつた
場合、十分に極間が広い状態にあるので、その後まで電
圧Ｖ４を極間に与えておく必要はないと考えられるよう
な場合には、上記インパルスの印加（第８図におけるト
ランジスタ２ｃのΔτ時間の導通）後に、トランジスタ
２ａを遮断することもできる。

この場合は、完全に第３区分時間での放電の発生はなく
なるので、電流パルス幅は、τ３より小さくなるような
ことは完全に起り得ない。なお、第６図における諸元値
の実際的な値は、実施例によると、Ｖ１＝４＝８０ＶＶ
，＝８０〜３００ｖを可変となり、さらに、τ１≦１〜２μｓに固定して、Ｖ１１ − ４ − ０となるような関係のもとに、τ２とτ３を変化させる。

たとえば、τ１＋τ２＋τ３＋１００Ｉｔｓの場合τ２
−２５μＳという具合に各数値が求められる。

第２区分時間における印加電圧２を実施例では可変にし
たのは、電圧を高くすれば、極間間隙を広く保つことが
できることを利用して、仕上加工や微細加工などの比較
的極間間隙の狭い加工においても安定に加工ができるよ
うにすることが目的である。

また、荒加工などで、極間間隙が広くなり過ぎて、加工
特性が劣化するような場合には、むしろ低電圧が良いの
で、適当な比較的低い電圧に設定できるようにしている
。また、第６図とその実施例の第８図においては、第２
区分時間中の電圧変化は、１段階だけであつたが、数段
階に変化させることも技術的には何ら困難はない。

つまり、第８図におけるトランジスタの数を増加して、
所定時間の間隔で順次導通させて行けばよい。つぎに、
極間間隙長の制御信号ｅ′を求めるための実施例は、第
９図に示すような論理回路が用いられる。

第９図において、３０と３１はＳｌ，ＲｌおよびＳ２，
Ｒ２で駆動されるＲ−Ｓフリツプフロツプ素子、３２，
３３，３４はその出力にもとづいて論理演算を行なうた
めのＮＡＮＤ回路素子である。そして、それらの出力に
よつてトランジスタ３５，３６，３７のスイツチングが
行なわれる。これらのトランジスタは、２個以上同時に
は０ＦＦにはならず、必ず一つだけ０ＦＦ（他の２個は
０Ｎ）になつているので、制御信号ｅ′は、Ｅｌ，ｅ２
，ｅ３のうちのいづれかの値になつている。ただし、Ｓ
ｌ，Ｒｌ及びＳ２，Ｒ２を第１０図に示すような場合に
発生する信号とする。すなわち、第１区分時間で放電が
発生している場合には、Ｓ１＝１、同様に、第２区分時
間で放電が発生している場合は、Ｓ２−１となり、また
逆に放電が発生しなかつた場合には、それぞれＲ］＝１
，Ｒ２＝１が出るフようになつている。

Ｅｌ，ｅ２，ｅ３の実施例における値は、論理回路を用
いたため、比較的低く、Ｅ，＝０ｖ，ｅ２＝６Ｖ，ｅ３
＝１２に設定した。この場合の基準電圧（第１図におけ
るＥ。に相当）は、第２区分時間で放電が発生するよう
に制御することが主目的なので、６ｖ付近に設定する。
なお、制御信号ｅ′は、第７図においては、ステツプ状
で変化しているが、この信号に、第１図で示すような抵
抗とコンデンサないしはリアクトルを用いたフイルタを
通して、波形整形を行なうような操作は、通常の制御回
路に用いられている方法と全く変わりはない。以上述べ
た本発明に係る放電加工制御方法によれば次の効果が得
られる。

（１）第１又は第２区分時間で強制的に放電させるので
平均極間電圧が低下するのを防止でき、またパルス幅が
ほぼ一定になるため極間間隙長の制御が休止時間やパル
ス幅に影響されにくく放電加工が安定するとともに電極
の消耗が減少する。

（２）第１又は第２区分時間で強制的に放電させるので
、第３区分時間内で放電することが少なく加工効率が向
上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、制御されたパルスを極間に与えて加．工を行
なう放電加工の従来装置の原理図、第２図は従来の方法
による極間電圧波形及び電流波形の一例を示し、第３図
は第２図における電気条件と極間間隙の制御電圧との関
係線図、第４図はもう一つの従来の方法による極間電圧
波形及び電流波形の一例を示し、第５図は第２図と第４
図の場合について、平均極間電圧と極間間隙長の関係の
比較を示す線図、第６図は本発明の極間に印加される電
圧パルス波形を示し、第７図は本発明の方法による極間
電圧波形、電流波形及び制御電圧の一例を示し、第８図
は第６図に示す極間電圧波形及び電流波形を発生させる
ための実施例、第９図及び第１０図は第７図に示す極間
間隙制御電圧を検出するための実施例である。なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。図中、
４は電極、５は被加工物、τ１，τ２，τ３はそれぞれ
第１区分時間、第２区分時間および第３区分時間、Ｖｌ
，Ｖ２，３，４は電圧、２４，２５，２６，２７は極間
電圧波形。

Claims

【特許請求の範囲】

１電極と被加工物を対向させた極間に、制御されたパ
ルス電圧を印加して放電を起させ、それにより加工を行
う放電加工制御方法において、上記パルスの時間幅を第
１区分時間τ＿１、第２区分時間τ＿２、及び第３区分
時間τ＿３に３区分すると共に上記第１及び第２区分時
間の和（τ＿１＋τ＿２）を全上記パルス時間幅（τ＿
１＋τ＿２＋τ＿３）に比較して小さく選び、上記第１
区分時間τ＿１では、極間にアーク電圧よりも高い所定
の電圧Ｖ＿１を印加し、第２区分時間τ＿２では上記電
圧Ｖ＿１よりも高い電圧Ｖ＿２を印加し、さらに第３区
分時間τ＿３では初めだけ上記電圧Ｖ＿２よりも高いイ
ンパルス電圧Ｖ＿３を印加し、その後の時間は、殆んど
放電が起きないようにするため、上記第１区分時間τ＿
１に印加する電圧Ｖ＿１よりも低い電圧Ｖ＿４を印加し
、極間に電圧を印加した上記第１区分時間τ＿１内に放
電が発生すれば、極間間隙が狭い状態にあると判断して
該間隙を広げる方向に上記電極の送りを制御し、つぎに
上記第２区分時間τ＿２内で放電が発生すれば、極間間
隙が適当な状態にあると判断して、この状態をできるか
ぎり維持するように電極送りを制御し、さらに少なくと
も上記第１及び第２の区分時間τ＿１、τ＿２内で放電
が発生しなかつた場合には、極間間隙は広い状態にある
と判断して、該間隙を狭くする方向に電極送りを制御す
る如くなしたことを特徴とする放電加工制御方法。