JPS61111827A - 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
的に行うワイヤカット放電加工装置に関とは、従来広く
行われておシ周知であるが、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（極間間隙）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Ｔ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
ヤ巻取シ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（ＮＯ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１５ａ１スイツチング素子１５ｂ１電流制限抵抗１
５ｅ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。

正常な加工状態では、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
敷させる。この場合、極間は高温で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
依シ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シ相当低くならざ
るを得々い。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
あシ放電が集中した場合にはワイヤ電極２の溶断は避け
られ々い。

〔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。

この発明はかかる問題点を解決するためにガされたもの
で、ワイヤ電極の断線事故を未然に防止して加工速度の
向上を図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で放電した際の極
間間隙における音声信号中の周波数成分の分布を検知す
る検知手段および該検知手段の検知周波数成分の分布を
設定周波数成分の分布と比較することによ多極間間隙状
態を判断して信号を出力する極間間隙状態判別手段を設
け、この極間間隙状態判別手段の出力に基づいて上記ワ
イヤ電極と被加工物の極間間隙長サーボを行う際のサー
ボゲイン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、放電発生時の極間間隙における音
声信号の周波数成分の分布を検知手段で検知し、この検
知された周波数成分の分布と予め設定した周波数成分の
分布との比較結果にょシ、極間間隙が異常放電であるか
正常放電であるかを極間間隙状態判別手段で判別し、制
御手段は上記極間間隙状態判別手段から異常放電判別信
号を受けたときには、極間間隙長サーボのサーボゲイン
を増加させて間隙の開離と接近速度を増加させることＫ
より、迅速に間隙状態を正常化し、正常判別信号を受け
ているときは上記サーボゲインを低下させ、正常状態を
維持するために間隙長を変えないように制御して加工速
度の向上を図る。

〔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検出原理を説明するため
の説明図で、前記第７図と同一部分には同一符号を付す
る。上、下ガイド８Ａ、８Ｂ間に張設されたワイヤ電極
２には検知手段としての音声センサ１６が接し、ワイヤ
電極２を介して伝わってくる極間の音声信号を感知して
いる。

１７は、音声センサ１６から出力された音声信号を増幅
→周波数弁別→分析処理を行う極間間隙状態判別手段で
ある。

第２図は、上記極間間隙状態判別手段１７よシ得られた
信号に基すいて、音声周波数スペクトルと極間状態の関
係を示す図表であって Ａ、無放電時はほぼ無音に近く、ワイヤ電極２のガイド
間スパンに相当する弦振動周波数ｆＬ（以下、ｆＬと略
記する）が若干見うけられる。

Ｂ、正常放電時は弦振動（数ＫＨｚ　）から高周波振動
数１００　ＫＨｚまで広く分布している。

Ｃ，ワイヤ電極の断線直前時には弦振動は減少し、加工
電源１５からのパルスの周波数ｆｏ（以下、ｆＯと略記
する）付近の非分布性の音となる。これは放電点が集中
し、パルス周期に同期して放電するためと、弦振動を発
生するだけの放電による反力も減少しているからと考え
られる。

Ｄ、短絡時には弦振動は零で、電、流がワイヤ電極→被
加工物を流れる際の磁歪振動だけが観測される。

尚、短絡時とワイヤ電極の断線直前時の周波数Ｖは初期
値 第２図の周波数スペクトル分析結果から以下のことがわ
かる。

（１）加工が良好状態の時は、高周波ｆ　Ｈ（以下、ｆ
Ｈと略記する）における分布が大きく量も大である。

（２）帰路あるいはワイヤ電極の断線直前の状況では高
周波ｆＨ１ｄはとんど存在しない。

（３）　　ｆｏの時の出力が低くｆＨでの出力が大であ
れば、正常放電とみなせる。

（４）　　ワイヤ電極の弦振動は、正常放電時が最大で
以下、ワイヤ電極の断紳直前→無放電→短絡（６）の順
であるが、被加工物の板厚によってスパン距離は変化し
周波数も変わるので、判断要素としては扱いすらい。

上記の結果よ！Ｄ、（３）項のような状態にあることを
判別できれば放電状態の異常識別が可能となることがわ
かる。

第３図は極間間隙状態判別手段１７を示す概要図であっ
て、基本的には周波数スペクトル分析器と同様の構成と
なっている。音声センサ１６で検出され増幅器１８で増
幅された極間間隙の音声信号Ｆ　（ｔ）は、ＦＭ変調器
１９の出力信号ｆ（ｔ）と混合器２０によって混合され
、ヘテロダイン検波によってＦ　（ｔ）と１　（１）の
和の周波数のうち中間周波ｊ　（ｔ）の周波数のみが取
シ出され、これは中間周波数増幅器２１により増幅され
、検波器２２により振幅分が検波されて低周波増幅器２
３によって増幅される。

前述のＦＭ変調器１９は、アナログ電圧ＡＶによって同
波数変調されているので、このアナログ電圧ＡＶを時間
に比例して変化させることにより時間と周波数の関係が
直線的となシ、時間毎にＦ（ｔ）のうちのｊ　（ｔ）の
周波数分多いだけの川波数スペクトルの振幅を低周波増
幅器２３の出力として取り出すことができる。

よって、アナログ電圧ＡＶが前記のｆｏ、ｆＨに相当す
る電圧になる時間は正確な発振器２４及びこの出力を数
えていくカウンター２５によって判別できる。２６はｆ
ｏの判別器、２７はｆ功判別器である。カウンター２５
の内容はＤ／Ａ変換器２８によってアナログ電圧ＡＶと
なり、前記ＦＭ変調器１９を変調する。

レベル比較器２９はｆＯ判別器あるいはｆＨ判別器よシ
のタイミング信号に応答して、そのタイミングにおける
所定の基準値よシも低周波増幅された振幅すなわち周波
数スペクトルが大か小かの判別をし、この結果に基づい
て異常放電の時は信号ＳＡを出す。例えばｆＱが３　Ｋ
Ｈｚ　ｆｄｉ　５　Ｍ　Ｈ，とする。また中間周波数１
０．７Ｍ　）ｌ、とすれば、ｆ（ｔ）が、１０．６９３
ＭＨ，の時にｆ′ｏが５．７００　Ｍ　Ｈ２０時ｆＨの
各スペクトルが検出できる。

ＦＭ変調器１９が広帯域のものであって、入力電圧ＯＶ
　ノＦＩｊ　５　ＭＨｚ、　　１０　Ｖ　Ｆ）時１０　
Ｍ　ＨｚＯものとし、Ｄ／Ａ変換が１６　ｂｉｔタイプ
のものなら、±８０Ｈｚ程度の分解能のスペクトル分析
器となる。

また、ｆｏに関しては常に加工の条件選択の毎に変イム
とオフタイムの和）の演算制御を行う必要がある。

上記異常放電信号ｓＡについて、第３図のレベル比較器
２９の詳細説明を第４図を用いてよシ詳しく説明する。

低周波増幅器２３の出力はアナログスイッチ３０．３１
により、各ｋｆＱ判別とｆＨ判別のタイミング以外に比
較器３２．３３に接続されないようになっている。

そして、１０判別タイミングにおいて、スペクトル振幅
ＶＯがｖｌよシ大であると、比較器３２の出力は１＃と
なｊ５、ＡＮＤゲート３４を介してカウンター３５をカ
ウントアツプする。また、ｆＨ判別タイミングにおいて
、上記Ｖ（、がｖ２よシ大であると、比較器３３の出力
は１′″となり、ＡＮＤゲート３６を介してカウンター
３５をリセットするので、このカウンター３５はｆｏタ
イミングでのスペクトル振幅（Ｖ（、がｖｌよシ）大の
時内容が増加して異常放電信号を出力し、ｆＨタイミン
グでのスペクトル振幅ＶＱがｖ２よ）犬の時はただちに
カウンタ内容が零になる。よって高周波成分があれば零
、ｆｏ酸成分犬であると増加という状態をくシかえずの
で、このカウンター内容を嘔変換器３Ｔを用いてアナロ
グ電圧ｖ５を観察することによっても、極間間隙状態の
良否を判別できる。すなわち、”３が犬でちれば異常放
電に近づいていることとなシ、例えば加工粉の滞留によ
って極間間隙スラッジがたまっている等の不具合が容易
に検出できる。

第５図は上記極間間隙状態判別手段１Ｔで判別された極
間間隙状態を、加工モニターとしてより見やすくした表
示回路であって、第５図（、）は正常放電信号ｖ１〈を
Ｒ端子に、異常放電信号ｖ１〜Ｖ２をＣＶ端子に供給印
加する前記カウンタ３５の出力を、表示ドライバ３８に
接続し該表示ドライバの出力でバー表示ＬＥＤ　３９を
駆動して、カウンタ内容に応じたバー状表示を行う実施
例である。第５図（ｂ）は、正常放電信号Ｖｌ（をカウ
ントダウン端子ＣＤに入力し、異常放電信号ｖ１〜ｖ２
をカウントアツプ端子ＣＵに入力し、連続的な状態変化
を検出表示するようにしたものである。

上記カウンタ３５の内容にもとすいて、極間間隙を制御
する手段のサーボゲイン、すなわち感度を変化させるこ
とにより、短絡や開放状態、あるいはワイヤ電極の断線
直前状態を回復させることができる。

すなわち上記のような悪い極間状態の場合、サボゲイン
を増加させ、間隙の開離と接近の速度を増加させること
により、すみやかに機械的な悪状態からの回避ができる
ようになシ、極間状態を回復させることができる。

上記のよう彦制御を行なう制御手段４０の１例を第６図
を用いて詳細に説明する。１００は乗算型のディジタル
アナログ変換器で、前記カウンタ３５の出力に従い速度
指令電圧Ｆｘに乗算した形式で出力できる素子であって
、米国アナログデバイス社製のＡＤ７５２０等が公知で
ある。すなわち、入力信号に対してボリュームの働きを
させるものと考えればよい。そしてこのボリュームの値
が上記カウンタ３５の出力（ディジタル値）によって変
化するのである。

よって本例によれば、極間状態の悪化に従ってサーボゲ
インが乗算型ディジタルアナログコンバータ１００によ
り増加し、抵抗１０２．１０３とオペアンプ１０４によ
って構成される増幅器１０１を介し、本来上記速度指令
電圧Ｆｘが直接入力されていた制御装置１４の中のモー
ター駆動アンプ１０５の入力端を、上記増幅器１０１の
出力端に接続することにより、テーブル送シモーターＭ
Ｋの速度は変化する。

なお、本例では極間状態の悪さに比例してほぼ直線的に
サーボゲインを増加させているが、必ずしも直線的に変
化させる必要はなく、２次関数的あるいは入折れ線的変
化によってもよい。上記カウンタ３５の検出信号を用い
２段階の制御を行なう場合、容易でかつ低価格となる。

また、実験によれば、極間状態が悪化した時、少くとも
２０ｍ／分以上の速度がないと、ワイヤ電線の断線に移
行し、多量の加工粉が極間間隙に滞留した時は、２００
ｗｎ／分程度の速度が必要であることが判明している。

また、安定な加工の際は、面粗度１５μＲｍａｘ以下の
仕上加工において５〜１０ｍｍ／分の速度の時加工能率
が高いということも確認されておシ、おおむねこれらの
領域で速度設定が必要と考察される。

〔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
極との対向する極間間隙で放電した際の該極間間隙にお
ける音声信号中の周波数成分の分布を検知し、この検知
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、極間間隙状態の異常が判別されたときは該判別結
果をもとにして極間間隙状態の回復をはかるために、極
間間隙サーボ手段の感度を変化させてサーボモーターの
速度を制御し、極間間隙における間隙の開離と接近をす
みやかに行なわせるもので、ワイヤ電極の断線事故を確
実に防止し、加工速度の向上を図ることができるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す原理説明図、第２図
は周波数スペクトルと極間状態の関係を示す説明図、第
３図は周波数スペクトル分析回路図、第４図はレベル比
較器の回路構成を示すブロック図、第５図は極間状態の
表示回路図、第６図は制御手段の回路構成を示すブロッ
ク図、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は被加工物、２はワイヤ電極、１６は検知手段（音声
センサ）、１７は極間間隙状態判別手段、４０は制御手
段。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ワイヤ電極と被加工物と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で
   放電した際の該極間間隙における音声信号中の周波数成
   分の分布を検知する検知手段と、この検知手段により検
   知される周波数成分の分布を予め設定した周波数成分の
   分布と比較することにより上記極間間隙の状態を判断し
   て信号を出力する極間間隙状態判別手段と、この極間間
   隙状態判別手段の出力に基づいて上記ワイヤ電極と被加
   工物の極間間隙長サーボを行う際のサーボゲインを制御
   する制御手段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。