JPS5923935B2 - 放電加工方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は放電加工に於て、使用する電極の不均一な消耗
を防止し、且つ加工速度を低下させることなく、高精度
、良質の仕上面を得ることができるような放電加工方法
及び装置に関する。

従来加工パルスのパルス幅、波高値等は電極材質、加工
面積、仕上度等加工条件によつてきめられ、それによれ
ば電極低消耗加工が可能であるとされていた。

しかしながら電極全体としては低消耗加工が行なえても
電極先端とかコーナー等の尖つたエツヂ部分の消耗は大
きく、これが加工精度を低下させる原因となつていた。
そこで本発明は放電が起動した初期のある短い時間内に
放電状態を検出判別し、その判別出力信号により当該放
電のｐ／τを所定値に制御して１パルス放電を完了させ
るもので、加工間隙に発生する全ての放電が自身の放電
状態によつて判別検出され、それによつて自身の放電が
最適に制御されるようにしたものである。

以下一実施例の図面により本発明を説明すると第１図は
電極形状及びその放電点の模型図、第２図は電極放電点
に対応する放電電圧、放電電流の特性図であり、図中Ｖ
ａ，Ｉａは電極の先端、コーナー等の角部Ａに放電が発
生した場合の放電電圧、放電電流を示し、Ｖｂ，Ｉｂは
電極の平坦部Ｂに放電が発生したときの放電電圧、放電
電流で、又Ｖｃ，Ｉｃは電極角部近傍の部分Ｃに放電が
発生したときの放電電圧、放電電流の特性図を示す。

Ｖａｒｃ，ａｒｃはアーク放電の電圧、電流特性である
。放電起動は電極と被加工体より成る加工間隙に電圧を
印加して後絶縁破壊によつて発生し、この放電起動時ｔ
１に図の如く間隙の電圧Ｖは急激に低下し、放電電流１
は急激な立上り特性を示す。

そしてこの放電起動ｔ１から極く短時間のＴ２までの間
に放電電圧、電流は定常状態になり、印加電圧をオフす
るまでは放電を続ける。放電電圧及び電流は直流成分及
び高周波成分よりなり、一般的に直流成分の放電電圧が
低いａとき電極角部を放電点とする場合が多く、放電電
圧が高いＶｂとき電極平坦部を放電点とする場合が多く
てＶｂ〉Ｖｃ＞Ｖａの関係になり、放電電流は、１ａ〉
Ｉｃ＞Ｉｂとなり、又高周波成分は図の通りでＶｂ＞Ｖ
ｃ＞Ｖａ．．Ｉｂ＞Ｉｃ＞１ａとなることが多い。した
がつて各放電の放電起動初期のｔ１〜Ｔ２期間中に放電
電圧又は放電電流の直流成分だけでなく、これと前記高
周波成分との組合せ判別によつて比較的確率高く当該発
生放電の放電点を想定することができる。

又直流成分の値から算出される加工間隙の抵抗、インピ
ーダンスの変化、或いはこれら諸種の結合組合せ判別に
よつても当該発生放電の放電点を想定できる。第３図は
このような放電発生状態の検出と、それによる放電波形
の制御原理図である。

毎放電起動の印加パルスは電極及び被加工体の材質、組
合せ、荒加工、中加工、仕上加工等の加工条件に応じて
一応低消耗加工を満たすような設定パルスを加えて放電
起動させるが、その放電起動時の判別チエツクは前記し
た如く放電起動初期のｔ１〜Ｔ２期間中に行なわれ、例
えばパルス幅が１０μｓ以下程度の精密仕上加工では放
電起動直後のＴ，〜Ｔ２は０．５μＳ程度、パルス幅１
０〜５０ｐＳの加工ではＴ，〜Ｔ２は１μｓ程度、パル
ス幅５０〜１００μＳの加工ではｔ１〜Ｔ２は約３μｓ
程度、パルス幅１００〜１０００ｔｔｓの荒加工では約
５μｓ程度の期間中に判別検出を行なうようにする。即
ちｔ１〜Ｔ２は加工条件に応じて設定したパルス幅の大
体１／１０以下の短い期間に設定される。そして放電起
動時のＴ，〜Ｔ２期間中にＩｐを判別したときイの如く
直流成分が最大であつたとすれば又このとき同時に図示
しないが、電流の高周波成分が最小であれば、この両信
号の判別結果により当該放電の放電点は大体電極角部Ａ
であることが多く、このときは放電電流の波高値１ｐを
小さく押さえＩｐａｌパルス幅τを長く引き延ばしたτ
ａの放電を行なわせる。又ハの如くＴ，〜Ｔ２期間中の
ｐを判別して最小であつたとすれば、又同時に電流の高
周波成分が最大であれば当該放電の放電点は大体電極平
坦部Ｂであることが多く、このときは電極消耗をあまり
考慮する必要がないからＩｐを大きくＩｐｂとし、τを
短くτｂに制御した放電を行ない、又口の如くｔ１〜Ｔ
２期間中にＩｐを判別してイ及びハの中間であつたとす
れば当該放電点は電極の角部近傍Ｃであることが多いか
ら、中間のＩｐｃ、τｃに制御して当該１パルス放電を
終える。勿論想定放電点以外の放電によつて同様の検出
信号が得られることもあると思われるが、前記電流の検
出判別によつては想定放電点の確率が高いのでそのよう
判定する。このように間隙で間歇的に繰返される各放電
を放電起動初期の加工条件に応じて設定される平均的パ
ルス幅の１／１０以下の短い期間ｔ１〜Ｔ２中に判別チ
エツクし、その判別にもとずいて被高値１ｐ、パルス幅
τを制御し常に最適な放電を行なわせることにより、電
極コーナー等の消耗し易い部分の消耗を防止し、常に高
精度の加工を高能率で行ない得るものである。尚、実験
によれば放電点が電極角部Ａであると想定されたときの
１パルス加工量を１とすれば電極近傍Ｃで１．５倍、平
坦部Ｂで約２倍程度の加工量が得られるようなエネルギ
ー条件で又波高値１ｐ／パルス幅τの関係は角部Ａで１
以下、各部近傍Ｃで１〜３、平坦部Ｂで３〜３０程度の
範囲で各部、角部近傍、平坦部に於ける発生放電のパル
ス制御をするとよい。尚、このＩＰ／／Ｔの設定は荒加
工、仕上加工等の仕上度だけでなく、電極、被加工体の
材質組合せ、加工液及びその汚れ状態によつて変更設定
するとよい。又電極の凹部Ｄを放電点とする場合の放電
は、平坦部Ｂよりも更にエネルギーを高めて１パルス加
工量が３〜５倍にもなるよう、又１ｐ／τは３０〜５０
程度にしても電極消耗の問題はないので、このようなと
きは第２図に図示してないが、平坦部よりも放電電圧は
高く、放電電流は低くなるから、これが判別検出された
ときは前記条件でのパルス制御を行なうようにすれば加
工速度の向上に有利である。次に第４図により本発明の
一実施例を説明すると、１は加工用電極及び被加工体に
よつて形成される加工間隙、２は直流電圧源、３は電子
スイツチで、電源２をこのスイツチ３を直列に介して間
隙１に並列接続し、スイツチ３のオン・オフ制御によつ
て加工間隙１に加工パルスを供給する。スイツチ３はス
イッチングトランジスタ３１，３２，３３，３４と電流
制限用抵抗Ｒ，，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の直列回路を各々並
列に接続してなるもので、この切換えにより放電回路抵
抗が切換えられＩｐの切換制御が行なわれる。ここで抵
抗値はＲ１〉Ｒ２〉Ｒ３〉Ｒ４の条件に設定されるもの
とする。４はスイツチ３にゲートパルスを供給するパル
ス発生回路で、２個のワンシヨツトマルチ４１，４２を
直列結合して、マルチ４２の出力をゲート出力とし、間
隙１の放電起動によりシユミツト４３がそれを検出して
マルチ４１に信号を加え、この作動により所定時間遅延
して後マルチ４２に信号を加えるよう発振作動する。

したがつて４１は放電電流パルス幅τを、４２は休止時
間幅を決定する。又直列抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８は
マルチ４１の作動時間制御用抵抗で、この切換制御によ
つて作動時間、即ち放電パルス幅τが変更制御される。
５はその抵抗切換回路で、トランジスタＴｒ，，Ｔｒ２
，Ｔｒ３が抵抗回路に並列接続されている。

６はスイツチ３の作動トランジスタの切換回路で、ゲー
トパルスを複数トランジスタＴｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６で
切換供給する。

７は加工間隙１の放電起動時の放電電流判別によつて放
電点を検出する回路で、直流成分検出回路７６の検出信
号を複数のシユミツト７１，７２，７３でレベル判別を
、又高周波成分の検出回路７７の検出信号を複数のシユ
ミツト７８，７９，８０でレベル判別をし、シユミット
７４は放電起動を検出し、７５がその放電起動初期のｔ
１〜Ｔ２期間中のチエツクパルス発生回路で、このチエ
ツクパルス発生中だけ判別シユミツト７１，７２，７３
，７８，７９，８０を作動させるようにしてある。

ＡＮＤｌ，ＡＮＤ２，ＡＮＤ３，ＡＮＤ４：ＮＯＴ，，
ＮＯＴ２：０Ｒ１，０Ｒ２，０Ｒ３はマトリツクス８を
構成するアンド、ノツト、オア回路である。９はマトリ
ツクスの切換制御信号を維持する信号保持回路でフリツ
プフロツプ９１，９２，９３で構成され、この出力信号
を端子Ａ，Ｂ，Ｃより前記各切換回路５，６に供給する
。

以上の回路の動作はゲート回路４のマルチ４２が作動時
間を完了すると、オンパルスをスイツチ３に加えてこれ
をオン導通させて間隙１に電圧を加える。この電圧印加
によつて間隙に放電が起動すると電圧は急激に低下し、
これをシユミツト４３で検出しマルチ４１に信号を加え
る。マルチ４１はこの信号人力により作動開始し、所定
の作動時間が完了すると他のマルチ４２に信号を加える
からスイツチ３はオフして１回のパルス放電が終了する
。そしてマルチ４２は再び作動開始し、所定時間完了時
にオンパルスをスイツチ３に加え、再度放電を行なう如
くこれが繰返されて間隙には間歇的なパルス放電が発生
して加工が行なわれる。しかして加工間隙１に放電が発
生すると、第２図の如く間隙の電圧は急激に低下し放電
電流が急増し、放電回路に直列に挿入した検出抵抗には
、電流に比例した電圧が検出される。したがつて、判別
検出回路７のシユミツト７４の反転によつて放電起動が
検出されパルス発生回路７５から放電起動初期のＴ，〜
Ｔ２時間幅のチエツクパルスが出力し、各レベル判別の
シユミツト７１〜７３，７８〜８０を作動せしめる。放
電電流の直流成分の信号は検出回路７６で検出されシユ
ミツト７１〜７３で判別され、又放電電流の高周波成分
の信号は検出回路７７で検出されてシユミツト７８〜８
０で判別される。ここで各シユミツトの判別レベルは直
流成分の場合電極の角部Ａを放電点とする放電電流ａに
比例する電圧程度にシユミツト７１を設定し、角部近傍
Ｃを放電点とする放電電流ｃに比例する電圧程度にシユ
ミツト７２を設定し、又電極平坦部Ｂを放電点とする放
電電流１ｂに比例する電圧程度にシユミツト７３のレベ
ルが設定してあり、又高周波成分に於いては電極の平坦
部Ｂを放電点とする放電電流に比例する電圧程度にシユ
ミツト７８を設定し、角部近傍Ｃを放電点とする放電電
流に比例する電圧程度にシユミツト７９を設定し、又角
部Ａを放電点とする放電電流に比例する電圧程度にシユ
ミツト８０を設定してあるとする。

今チエツクパルスの入力時にシユミツト７１が反転作動
したとすると当然ながらこれより低いレベル設定が行な
われているシユミツト７２，７３も反転し、一方高周波
成分を判別するシユミツトはシユミツト８０だけが反転
したとすると、このときは当該放電が電極角部Ａを放電
点とするものであることが検出され、この各シユミツト
７１，７２，７３，８０の判別信号はマトリツクス８の
アンド回路ＡＮＤｌで結合され、アンド出力がオア０Ｒ
１を通してフリツプフロツプ９１に加わり端子Ａに切換
信号を出力する。即ち、この信号は放電が角部に発生し
たことの信号であり、この切換信号はパルス発生回路７
５の出力であるｔ１〜Ｔ２期間中のチエツクパルス完了
によるオフ遮断後も出力が持続して切換回路５，６に信
号を加える。回路５はトランジスタＴｒｌに信号が加わ
つてオンし、抵抗Ｒ５を短絡するが、他の直列抵抗Ｒ６
，Ｒ７，Ｒ８は短絡されないので、マルチ４１によつて
決められるパルス幅τは回路抵抗に比例して延長され、
第３図イの長いパルス幅τａに選択される。一方回路６
に加わる切換信号はトランジスタＴｒ４をオンし、ゲー
トパルスをスイツチ３のトランジスタ３２に加え、常に
働くトランジスタ３１と並列作動させるが、この直列抵
抗Ｒ２は大きな値に設定してあり、放電電流波高値は増
大せず低く押えられる（Ｉｐａ）。かくしてイ図の如く
、低いＩｐａと長いτａのパルス放電が行なわれ、ゲー
ト回路４のマルチ４１が完了するとスイツチ３はオフし
て放電を遮断するが、このときマルチ４１の出力パルス
が０Ｒ１に加わりフリツプフロツプ９１を反転して端子
Ａの切換信号をオフせしめる。

又放電起動時に判別検出のシユミツト７２が反転し、７
１が反転しないとき、及びこれとともに７９が反転した
ときは当該放電が電極の角部近傍Ｃを放電点とするもの
と想定し、このときは当然ながらシユミツト７３及び８
０も反転し、各シユミツト７２，７３，７９，８０の判
別信号がＡＮＤ２で結合され、この出力とＡＮＤｌ出力
をＮＯＴｌで反転した出力が更にＡＮＤ３で結合され、
このＡＮＤ３出力が０Ｒ２を通してフリツプフロツプ９
２に加わり端子Ｃに切換信号を出力する。この切換信号
は切換回路５のトランジスタＴｒ２に加わつてオンし、
抵抗Ｒ５，Ｒ６を短絡し、他の短絡されない抵抗Ｒ７，
Ｒ８に比例してマルチ４１が制御され、第３図口に示す
如く放電パルス幅はパルス幅τｃに選択される。一方回
路６に加わる切換信号は端子ＣからトランジスタＴｒ５
に加わつてオンし、ゲートパルスをスイツチ３のトラン
ジスタ３３に加えてスイツチング制御させるが、これに
直列な抵抗Ｒ３は他のＲ２よりも小さく設定してあり、
この抵抗制御に応じた波高値１ｐｃに選択される。した
がつて口の如くＰｃとτｃのパルス放電が行なわれる。
かくしてゲート回路のマルチ４１が完了するとスイツチ
３はオフして放電を遮断し、マルチ４１出力は０Ｒ２回
路にも加わつてフリップフロップ９２を反転して端子Ｃ
切換信号をオフ遮断する。又更に放電起動時に反転レベ
ルを最低に設定した判別シユミツト７３だけが反転し、
及びシユミット７８が反転したときは当該放電が電極の
平坦部Ｂを放電点とするものであると想定され、当然な
がらこのときシユミツト７９，８０も反転する。シユミ
ツト７３，７８の判別信号がＡＮＤ４に加わる。このＡ
ＮＤ４には他のＡＮＤ２の出力をＮＯＴ２で反転した信
号も加わり両結合信号が０Ｒ３を通してフリツプフロツ
プ９３に加わり端子Ｂに切換信号を出力する。この切換
信号は切換回路５のトランジスタＴｒ３に加わつてオン
させ抵抗Ｒ，，Ｒ６，Ｒ７を短絡し、抵抗Ｒ８だけでマ
ルチ４１が制御され、第３図ハに示す如く放電パルス幅
はτｂと最も短い値に選択される。又回路６に加わる切
換信号はトランジスタＴｒ６に加わつてオンし、ゲート
パルスをスイツチ３のトランジスタ３４に加えスイツチ
ング制御させるが、これに直列な抵抗Ｒ４は他より小さ
く最小に設定してあり、この抵抗制御によつて波高値１
ｐｂに選択される。したがつてハ図に示す如く高いＩｐ
ｂと短いτｂのパルス放電が行なわれ、ゲート回路４の
マルチ４１が完了するとスイツチ３がオフして放電を終
え、マルチ４１の出力が０Ｒ３に加わり、フリツプフロ
ツプ９３を反転して端子Ｂの切換信号をオフせしめる。
このようにして加工間隙１に繰返される各放電の放電起
動初期に当該放電を検出判別し、角部を放電点とするこ
とが想定されたときは当該放電電流の波高値１ｐを押え
て小さく制御するよう抵抗Ｒ２を大きく調整し、又パル
ス幅τを長くするよう抵抗Ｒ６，Ｒ７を調整しておくこ
とにより目的とするＩｐ／τを小さく制御したパルス放
電を行なわせることができ、これにより電極コーナー部
の消耗を少なくして高精度に加工でき、又当該放電が電
極平坦部に発生したものと想定されたときは、その放電
電流のＩｐを抵抗Ｒ４を小さく設定しておくことにより
、大きく制御し、τは抵抗Ｒ８を小さく調整設定してお
くことにより、短く制御してＩｐ／τの大きなパルス放
電を行なわせ加工することができ、１パルス放電による
加工量を増大制御し、全体として高精度で高速度の能率
の良い放電加工を可能ならしめることができる。

尚、放電起動初期に当該放電の判別チエツクは前記した
放電電流の直流成分と高周波成分の信号電圧をレベル判
別するものに限らず放電電圧の直流成分、高周波成分、
加工間隙の直流抵抗、インピーダンス等の諸量を組合わ
せて判別することができるが、少なくとも、放電電圧、
放電電流、又はインピーダンスの直流成分の内の少なく
とも１つの信号と、放電電圧又は放電電流の高周波成分
の内の少なくとも１つの信号とを組合せて検出し判別す
ることにより直流成分だけ判別するものに比べて判定正
確度を高めることができる。

又前記判別は検出信号により、放電電圧の直流成分が所
定の基準値以上であること、放電電流の直流成分が所定
の基準値以下であること、又はインピーダンスが所定の
基準値以上であることと、及び放電電圧の高周波成分が
所定の基準値以上であること、又は放電電流の高周波成
分が所定の基準値以上であることとを判別した場合に第
１の信号を発生し、又放電電圧の直流成分が前記基準値
以下であること、放電電流の直流成分が前記基準値以上
であることＪ又はインピーダンスが前記基準値以下であ
ることと、及び放電電圧の高周波成分が前記基準値以下
であること、又は放電電流の高周波成分が前記基準値以
下であることを判別した場合に第２の信号を出力し、Ｉ
ｐ／τの変更制御をするから精度の良い放電加工を行な
うことができる。放電の検出判別回路は諸種な構成のも
のが利用でき、又その検出に応じてパルス幅τ、波高値
１ｐの変更制御も例えばＩｐの制御用抵抗Ｒ２，Ｒ３、
Ｒ４を直接切換回路６で切換えるようにするなど諸種な
回路構成のものが利用できることは勿論である。又放電
電流のパルス幅τ及び波高値１ｐは両者を同時に制御し
なくても電極コーナー消耗を防止できる範囲でτ、Ｉｐ
いずれかを変更制御しｐ／τの関係を目的に応じて制御
するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を説明するための一実施例電極形状及び
その放電点の模型図、第２図は電極放電点に対応する放
電電圧Ｖ及び放電電流の特性図、第３図は本発明の制御
原理を説明する放電電流の波形図、第４図は本発明を実
施するための一実施例回路図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電極と被加工体を対向配置して形成される加工間隙
   に放電が起動したとき、加工条件に応じて設定したパル
   ス幅の１／１０以下の放電起動初期の短い期間に、放電
   電圧、放電電流、又はインピーダンス（直流抵抗のみの
   場合を含む）の直流成分の内の少なくとも１つの信号と
   、放電電圧、又は放電電流の高周波成分の内の少なくと
   も１つの信号を検出し、前記検出信号により、放電電圧
   の直流成分が所定の基準値以上であること、放電電流の
   直流成分が所定の基準値以下であること、又はインピー
   ダンスが所定の基準値以上であることと、及び放電電圧
   の高周波成分が所定の基準値以上であること、又は放電
   電流の高周波成分が所定値以上であることとを判別した
   場合に第１の信号を発生し、又放電電圧の直流成分が前
   記基準値以下であること、放電電流の直流成分が前記基
   準値以上であること、又はインピーダンスが前記基準値
   以下であることと、及び放電電圧の高周波成分が前記基
   準値以下であること、又は放電電流の高周波成分が前記
   基準値以下であることを判別した場合に第２の信号を発
   生し、放電電流の波高値をＩ＿ｐ、放電電流のパルス幅
   をτとするとき、前記判別結果の第１の信号によりＩ＿
   ｐ／τを予め設定した大きい値に制御し、前記判別結果
   の第２の信号によりＩ＿ｐ／τを予め設定した小さい値
   に制御することを特徴とする放電加工方法。 ２ 電極と被加工体を対向配置して形成される加工間隙
   と、電圧源をオン・オフスイッチングすることにより所
   望の波高値を有する加工パルスを前記加工間隙に供給す
   るスイッチング回路と、該スイッチング回路に所望のパ
   ルス幅を有するゲートパルス信号を加えるゲート回路と
   を設けた放電加工装置において、放電電流の波高値をＩ
   ＿ｐ放電電流のパルス幅をτとするとき、前記スイッチ
   ング回路とゲート回路内の少なくとも一方の回路を制御
   することによりＩ＿ｐ／τを予め設定した少なくとも大
   きい値と小さい値の２段階に切換える切換回路を設ける
   と共に、前記加工間隙に放電が起動したとき、加工条件
   に応じて設定したパルス幅の１／１０以下の放電起動初
   期の短い期間に、放電電圧、放電電流、又はインピーダ
   ンス（直流抵抗のみの場合も含む）の直流成分の内の少
   なくとも１つの信号と、放電電圧、又は放電電流の高周
   波成分の内の少なくとも１つの信号とを検出する検出回
   路と、前記検出信号により、放電電圧の直流成分が所定
   の基準値以上であること、放電電流の直流成分が所定の
   基準値以下であること、又はインピーダンスが所定の基
   準値以上であることと、及び放電電圧の高周波成分が所
   定の基準値以上であること、又は放電電流の高周波成分
   が所定の基準値以上であることを判別した場合に第１の
   信号を発生し、又放電電圧の直流成分が前記基準値以下
   であること、放電電流の直流成分が前記基準値以上であ
   ること、又はインピーダンスが前記基準値以下であるこ
   とと、及び放電電圧の高周波成分が前記基準値以下であ
   ること、又は放電電流の高周波成分が前記基準値以下で
   あることとを判別した場合に第２の信号を発生する判別
   回路とを設け、該判別回路の出力を前記切換回路に加え
   て、前記第１の信号により前記Ｉ＿ｐ／τを設定した大
   きい値に切換え、前記第２の信号により前記Ｉ＿ｐ／τ
   を設定した小さい値に切換えるよう前記切換回路を作動
   させるようにしたことを特徴とする放電加工装置。