JPS61111833A - 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
的に行な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ｆ加工することは従来
広く行なわれており、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
で力１１工するいわゆるワイヤカット故市、加工装置が
ある。

第７図は、上ｉ己ワイヤカット放電力１ビＬ装置を示す
構成図でおる。１は被加工物で、予じめドリルなどで明
けられた紡孔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ｌ己絶縁性の液３を以下加工液と峠己述する。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ｌを載せているテーブル１１の移動により行なわれる
。テーブル１１は、Ｙ軸Ｊ［動−１１−１１３とＸ軸モ
ータ１２によシ駆動される。以上の構成により、被加工
物ｌと電極２の相対運動は前述のＸ、Ｙ軸平面内に於て
２次元子面の運動となる。

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
行なう制御装置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１５ａ１スイツチング素子１５ｂ１電流制限抵抗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
ｌの一部を溶齢飛散させる。

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′醒
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１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シ
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の断線を引き起さ彦いようにするため、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シ出して極間
状態を検出するこころみも行なわれている。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
よシ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ＫＨｚの周波数で繰シかえず
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、正確々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間隙で放電した際
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間隙状態の良否
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
力に基づいて上記ワイヤ電極と被加工物の間隙長サーボ
を行なう際のサーボ基準電圧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、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、サーボ基準電圧
を大きくして間隙長を広げ、放電の集中によるワイヤ電
極の消耗断線を防止して極間を正常状態に復帰させ、正
常判別信号を受けたときには、サーボ基準電圧を下げて
間隙長を狭くシ、放電頻度を増して加工速度を増大させ
るように制御する。

〔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電圧波形と、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。

同、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。

（Ａ）　　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チを越す。

（Ｃ）　　正常放電時は、電圧印加後２μ秒までの分布
が３０優程度あり、その後はなだらかに減少する分布と
なる。

（Ｄ）　　きわめて極間間隙を狭くした時、上記ＣＢ）
のワイヤ断線直前状態に似てくるが、それでも２〜１０
μ秒の間における分布は１０チ以上存在する。

（Ｅ）　　極間間隙が開くように極間サーボを行なうと
、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（Ａ）〜（Ｅ）は第１図の（Ａ）〜（Ｅ）に
対応する。

以上の結果より次のような状態であれば、極間間隙状態
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秒に放電開始するパルスが１０−以上
存在する。

（２）２μ秒以内に放電するパルスの比率が５０チを越
さない。

（３）　　τｐ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、極間間隙
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によシ駆動され
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ＩＭＨｚ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ｒ１．　ｒ、によって分圧され、コンパレータ１９
ａで基準電圧Ｖｒより下った時点の信号を、抵抗ｒｌ　
＋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８．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。

」二重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ＣＬＫ１パルス休止発生回路１７から信
号８ｍ、微分回路から信号Ｓ、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。電圧が極間間隙
に印加されリングカウンタ２１が動作し、ＯＲゲート２
２１〜２２ｎは、各時間毎にゲート開の状態となる。例
えば、ＯＲゲー１２２．は０〜５μ秒の聞出力は％ｌ〃
となっている。この間に放電が発生して電圧立下り信号
Ｓ、が入力されると、ＡＮＤゲート２３１〜２３ｎ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
しては、極間間隙状態変化の速度から鑑み、１０〜３０
ｍ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２５．〜２５ｎによって判別され、所定時間におい
て伺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、異常と判断され九場合にこ
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には、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ｆｌｋ２μ秒以内に放電
している率が５０係以上あるいは２０μ秒時点でも伺放
電しない率が５０％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％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
態ヲくりかえすので、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■。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
なわちアナログ電圧■。が太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によって極間
間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先ず変化し
ており、短時間アナログ電圧■ｏがあっても必ずしも極
間間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■。

の所定値以上の存在がある時間続いたことを検出して、
極間間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■ｏが所定値■１ｍよりも大、か小かを
判別している。Ｖｏ＞　Ｖ、１になると、電圧比較器２
８の出力は負となシ、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■は次式のようにあ
られされる。

■１１＝Ｖ４１　（１ｅ　　Ｔ′Ｔ） ｐ ただしｒは抵抗３２の抵抗値 Ｃはコンデンサ３１の容１ １は時間 このコンデンサ３１の両端電圧ＶＳ、は基準電、圧■と
電圧比較器３３で比較される。■□〈Ｖ□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。セして■。〉■１゜
の状態が所定時間継続してＶｓ＞　＞　Ｖ□になると、
電圧比較器３３の出力が負となシ１発光ダイオード３４
を抵抗３５を介して点灯させて極間間隙状態の異常発生
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間隙状態を判断
するか、ディジタルアナログ変換器２７の出力■ｏ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
間間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３６ａ側に投入すると、デ
ィジタルアナログ変換器２７の出力■。と時間の積の関
数として、極間間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ｖ０が大であればコンデンサ３
１の充電電流が増え、ただちにコンデンサ３１の両端電
圧■が基準電圧■□に達するからである。

また、上記の出力■。を直接電圧針で観測することによ
り、極間間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内の異常カウンタ２６
からの検出信号８Ａに基づいて、極間間隙制御、すなわ
ち、極間サーボ電圧の基準値Ｖｌｌを変化させることに
よシ、異常の際には基準電圧を太きくシ、これによって
平均極間電圧が増加するように制御されるため１間隙長
が広がり、放電しずらくなって集中放電を防ぐことがで
きる本ので、このサーボ基準電圧を制御する制御手段３
７の１例を第６図を用いて詳細に説明する。

検出信号８Ａが′１〃の時、すなわち異常時の場合、イ
ンバータ１００の出力に１０１なので、アナログスイッ
チ１０１．１ｏ２ｉスイツチ１０１がオン、スイッチ１
０２がオフとなる。よって積分回路（オペアンプ１０３
．抵抗Ｒ１゜、コンデンサＣ１゜、ゼナダイオードＺＤ
で構成されている。）の入力電圧ｅｉは、ｅｉ＝−ｅと
なう、サーボ基準電圧Ｖｒは、以下のように表わされる
。

ただし、■は１＝０における初期値 よって、検出信号ＳＡが１１〃であるかぎシ、基準電圧
Ｖｒは増加し続け、これに応動して極間間隙の平均電圧
Ｖｓも負に増加するので、オペアンプ１０５、抵抗’１
　ｍ　’！よりなる出力回路１０６の出力変化によって
極間間隙は拡大方向に向う。

次に検出信号ＳＡが１０１すなわち放電集中や極間間隙
に異常がない時には入力電圧ｅｉが０となシ、積分コン
デンサＣ１゜の電圧は放電してしまう。

よって、基準電圧Ｖｒは減少して極間間隙は狭くなる方
向に制御されるようになり、放電頻度は増加し加工速度
も増える。積分の時定数を決定する抵抗Ｒ１゜、コンデ
ンサＣＩ０は、この場合、数十秒程度のオーダーとなる
ような値であって、あｔａ短時間に基準電圧Ｖｒを変更
制御しても、極間間隙の間隙長変化が急激となり、ハン
チング現象や、電極の振動といった不具合が生じて好ま
Ｌ　＜ない。

また基準電圧Ｖｒの値は、ゼナダイオードＺＩ″）によ
って、子方向はゼナ電圧まで、一方向け０で抑えられ制
御範囲に制限をもうけｒいる。また、電源ＭＥ、ボリュ
ームＲｎは手動による設定のためであって、この設矩値
を中心として自動的に極間間隙制御を行うようにしてい
る。オペアンプ１０４、抵抗ｒ３、ｒ４は、極間間隙の
平均電圧Ｖｓを基準電圧Ｖｒと加算制御するための反転
回路および減衰器の役割を持っている。

同、上記実施例では、検出信号８ｈを積分して基準電圧
Ｖｒを変化させるようにしているが、カウンタ２６の内
容をディジタル値からアナログ値に変換し、大きな時定
数の一次遅れ回路を介することにより、よシ細かな制御
が可能となる。

〔発明の効果〕

以−ヒのように、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該検出結果をもとに
して放電状態の正常化をはかるために、極間間隙サーボ
の基準電圧値を変化させることにより、異常の際には間
隙長を広げて放電頻度を低下させ、極間状態を回復させ
、正常の際には間隙長を狭くして放電頻度を増して加工
速度の向上を図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だめのタ
イムチャート、第５図は極間間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サーボの基準電圧値を
制御する制御手段の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は被加工物、２はワイヤ電極、３は加工液、１９は検
知手段（極間電圧の立下シ検出回路）、２０は極間間隙
状態判別手段、３７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、上記極間間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間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
   上記ワイヤ電極と被加工物の間隙長サーボを行なう際の
   サーボ基準電圧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。