JPS61109618A - ワイヤカツト放電加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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っ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、濃近の技術として注
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ット放電加工装置がある。

第７図は、上記ワイヤカッ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
た切孔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を供給介在させている。

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とワイヤ見隠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
ヤ巻取り兼テンションローラ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、スイッチング素子１５ｂ、電流制御抵抗１
５Ｃ及び前記スイッチング素子１５ｂを制御する制御回
路１５ｄによって構成されている。

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、極間は高温によっ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。

従って、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った条件で加工する
のが普通である。従って、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　１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ッ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
った。

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ＫＨ２の周波数で
繰りかえすため、これが外乱となっ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った。

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
のできるワイヤカッ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ット放電加工装置は、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開放状態と短絡状態を除去つま
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比抵抗を制御する
制御手段と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て極間状態を判断し、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、比抵抗の低い加工液を極間に供給して談極間間隙が
広くても放電するようにし、これにより、放電を分散さ
せて放電の集中によるワイヤ電極の消耗断線を防止する
とともに極間を正常状態に復帰させ、正常状態が検出さ
れたときは、比抵抗の高い加工液を極間に供給して該極
間間隙を狭くして高精度な加工を行なうように制御する
。

〔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。

囚　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２
μ秒以内に放電を開始する比率が７０俤を越す。

（ｑ　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
。

（至）　きわめて極間々隙を狭くした時、上記（Ｂｌ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。

（ト）極間々隙が開くように極間サーボを行うと、１０
〜２０チは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（５）〜■は第１図の囚〜橙に対応する。

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秒忙放
電開始するパルスが１０％以上存在する。

（２）２μ秒以内忙放電するパルスの比率が５０％を越
さない。

（３）　　τ、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って、極間々隙
に電圧を印加し、放電電流を流すスイッチングトランジ
スタ１５ｂは、スイッチングアンプ１６により駆動され
る。このスイッチングアンプ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によって作られる。こ
のパルス休止発生回路１７の基本クロックパルスはクロ
ックパルス発生器１８によって発生される。クロックパ
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ＩＭＨ２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ｒｌ、ｒ２によって分圧され、コンパレータ１９ａ
で基準電圧ｖｒより下った時点の信号を、抵抗ｒ３、コ
ンデンサＣ１で構成される立下り微分回路によって信号
Ｓ２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はクロックパルス発生器１８から
クロックパルスＣＬＫ、パルス休止発生回路１７から信
号８１％微分回路から信号Ｓ２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が動作すると、０几ゲー
ト２２１〜２２ｎは各時間毎にゲート開の状態となる。

例えば、ＯＲゲート２２、は０〜５μ秒の聞出力は１″
となっている。この間に放゛亀が発生して電正立下り信
号Ｓ２が入力されると、ＡＮＤゲート２３１〜２３．を
介してカウンタ２４．〜２４ｎに所定時間における区間
毎の放電分布に沿ったパルス数が計数される。所定時間
・とじては、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２４．〜２４ｎの内容は、ディジタルコン
パレータ２５１〜２５ｎによって判別され、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圧は、カウンタ２６を
リセットするので、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チ以上の時は、カウンタ内容が増加し、２
〜１０μ秒で放電するパルスが１０チ以上存在する時に
はただちにカウンタ２６がリセットされる。よって正常
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ィジタルアナ
ログ変換器２７を用いて、アナログ電圧ｖｏを観察する
ことによっ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。が大であれば異常放電に近すいて
いることとなり、例えば被加工粉の滞留忙よって極間々
隙にスラッジがたまっ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断えず変化し
ており、短時間アナログ電圧ｖｏがあっても必ずしも極
間々隙状態が悪いとは判断できない。そこで、ディジタ
ルアナログ変換器２７の出力ｖｏ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はディジタルアナログ変
換器２７の出力ｖｏが所定値Ｖｔｔよりも大か小かを判
別している。ＶＯ＞Ｖｌｌ　　になると、電圧比較器２
８の出力は負となり、ペース抵抗２９を介してスイッチ
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
られされる。

Ｖｓ１＝Ｖ４ｔ　（１６ｒｅ） ｐ 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３１０両端電圧Ｖ３１は基準電圧■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。モしてＶｏ　　＞Ｖｌｌの状態
が所定時間継続してｖ３□〉■□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。

スイッチ３６は、時間の関数だけで極間々隙状態を判断
するか、ディジタルアナログ変換器２７の出力ｖｏ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
のスイッチである。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、スイッ
チ３６を図示例のように接点３６　ａ　１１１１に投入
すると、ディジタルアナログ変換器２７の出力ｖｏ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ｖｏが大であればコ
ンデンサ３１の充電電流が増え、ただちにコンデンサ３
１の両端電圧ｖ３、が基準電圧ｖ２□に達するからであ
る。

また、上記の出力■ｏ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のカウンタ２６からの
出力信号ＳＡに基いて絶縁性加工液の比抵抗を制御する
制御手段３７０１例を第７図について説明する。加工液
噴射ノズル６は加工供給ポンプ５ａおよび５ｂから加工
液の供給を受けるが、ポンプ５ａは比抵抗の低い液３ａ
の入ったタンク４に接続され、ポンプ５ｂは比抵抗の高
い液３ｂの入ったタンク４に接続されている。

ポンプ５ａと５ｂは、それぞれポンプ制御回路１００ａ
、１００ｂＫよって人、切すれ、コノ制御回路１００ａ
には前記判別手段２０かもの出力信号８人が直接、また
、制御回路１００ｂＫは上記出力信号Ｓ＾が反転回路１
０１を介して入力される。従って、出力信号８人＝Ｏの
時、すなわち、正常放電の時には反転回路１０１、制御
回路１０１ｂを介してポンプ５ｂを動作させ、比抵抗の
高い液３ｂを極間に供給する。

一旦加工が異常となり、ワイヤ電極２が断線直前状態と
なると、上記出力信号５Ａ＝１となり、制御回路１００
ａを介してポンプ５ａを動作させ、°′　　比抵抗の低
い液３ａを極間に供給するので、極間間隙は広くても放
電が発生しやすくなる。すなわち、それまでの極間の一
部でスラッジ等による比・　抵抗低下が発生し局部的放
電集中があったのを、全放電領域に対して一様に比抵抗
を下げることにより放電分散させることができてワイヤ
電極の断線を防げる。また、放電のしやすさは全面的に
増大し、広いギャップで放電するようになるため、短絡
も減少しくワイヤ電極の振動幅だけで接触していたのを
２０〜５０μｍ広げられる）安定加工状態となる。

ただし、このように加工液の比抵抗を下げた状態で加工
を続けると、加工ギャップが広がりすぎて高精度のワイ
ヤカットができなくなるため、極間が安定に復帰したと
きは、元の高比抵抗の加工液供給忙戻す必要がある。そ
こで、上記出力信号Ｓムが再び０になると、高比抵抗の
加工液を用い極間間隙の狭い高精度な加工を行うもので
ある。

なお、上記実施例では、比抵抗を異にする２梗類の加工
液を選択的に使用したが、異常検出カウンタ２６の出力
に応動して、より多種類の比抵抗を異にする加工液を連
続的に選定していくことも当然可能である。

〔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、異常状態が検出されたときは、比抵抗の低い加工液
を極間に供給して該極間間隙が広くても放電するように
して該放電を分散させて、放電の集中によるワイヤ電極
の消耗断線を防止するとともに極間を正常状態に復帰さ
せる。また、正常状態が検出されたときは、比抵抗の高
い加工液を極間に供給して該極間間隙を狭くして高精度
な加工を行うことができるなどという効果がある。

【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
イムチャート、第５図は極間々隙状態判別結果の表示回
路図、第６図は判別信号に従って比抵抗を異にする加工
液を選択する制御手段の１例を示す回路図、第７図は従
来のワイヤカッ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、　１９・・・検知手段（極間電圧の立下り検
出回路）、　２０・・・極間間隙状態判別手段、　３７
・・・制御手段。 特許゛出願人　三菱電機株式会社 第１図 第２図 ２　：　ワイギ電謙垂 １つ：検知手段 ２０：　櫓Ｍ収！！ＰＩ別チ段 第５図 第６図 ３：加工歳

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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開放状態と短絡状
   態を除去して、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比抵抗を制御す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。