JPWO2018189809A1 - 放電加工機の電源制御装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、放電加工機における加工間隙に生じさせるパルス放電を制御する電源制御装置(100)であって、加工間隙に生じた放電電圧の電圧レベルを検出する電圧レベル検出装置(4)と、電圧レベルと電圧レベル基準値とを比較し、比較結果を出力する電圧レベル比較器(5)と、比較結果に基づき、複数の判定方式のうちの指定された判定方式に基づいて放電パルスが異常であるか否かを判定する判定部(7)と、を備え、判定方式を加工中に指定可能である。

Description

本発明は、加工用電源を用いて加工電極と被加工物との間に放電を生じさせる放電加工機において、加工用電源を制御する電源制御装置に関する。
放電加工機は、対向配置された加工電極と被加工物との間である加工間隙に、パルス状の短い期間の放電であるパルス放電を繰り返し生じさせて被加工物を放電加工する放電加工機である。放電加工機は、加工間隙に加工用の電圧である加工電圧を印加する加工電源を有し、加工電源は電源制御装置により制御される。例えば、電源制御装置は、加工間隙に生じさせるパルス放電の放電パルス幅すなわち放電時間幅と、加工電圧を印加しない期間である休止時間とを制御する。
放電加工機においては、いわゆるアーク放電と呼ばれる異常放電が発生することがあるが、この異常放電の発生は、放電電圧の低下となって現れる。異常放電の状態が継続すると、電極の異常摩耗、突起物の発生といった問題が生じる可能性がある。したがって、放電加工機の電源制御装置には、異常放電を抑制するように、放電時間幅、休止時間などを制御する機能が求められている。
例えば、特許文献1には、異常放電を抑制するために、放電電圧が基準電圧を下回ったときに放電時間幅を短縮させる技術が開示されている。また、特許文献1には、放電電圧の高周波成分と放電電圧とに基づいて放電パルスが正常パルスであるか異常パルスであるかを判定し、連続して異常パルスと判定された回数および連続して正常パルスと判定された回数に基づいて休止時間を変更する技術が開示されている。
特許第5264789号公報
特許文献1に記載の技術では、放電パルスが正常パルスであるか異常パルスであるかの判定に用いる基準値が固定であり、加工状態によっては基準値が適切でない場合もあるという問題がある。例えば、特許文献1に記載の技術では、基準値が適切でなく異常パルスと判定される回数が必要以上に多くなると、休止時間の延長が必要以上に行われ加工速度が低下する可能性がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、加工速度の低下を抑制しつつ異常放電を抑制することができる放電加工機の電源制御装置を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、放電加工機における加工間隙に生じさせるパルス放電を制御する電源制御装置であって、加工間隙に生じた放電電圧の電圧レベルを検出する電圧レベル検出部と、電圧レベルと電圧レベル基準値とを比較し、比較結果を出力する電圧レベル比較器と、を備える。また、電源制御装置は、比較結果に基づき、複数の判定方式のうちの指定された判定方式により放電パルスが異常であるか否かを判定する判定部と、を備える。本発明の電源制御装置は、判定方式を加工中に指定可能である。
本発明にかかる放電加工機の電源制御装置は、加工速度の低下を抑制しつつ異常放電を抑制することができるという効果を奏する。
実施の形態1にかかる放電加工機の電源制御装置の構成例を示す図 実施の形態1の電源制御装置のハードウェア構成例を示す図 実施の形態1のプロセッサを備える処理回路の構成例を示す図 実施の形態1の電源制御装置における各信号の一例を示す図 実施の形態1の電源制御装置における動作の一例を示すフローチャート 実施の形態1による加工性能を比較例と比較して示す加工特性図 実施の形態2にかかる放電加工機の電源制御装置の構成例を示す図 実施の形態2の電源制御装置における各信号の一例を示す図 実施の形態2の判定制御装置における処理手順の一例を示すフローチャート 実施の形態3にかかる放電加工機の電源制御装置の構成例を示す図
以下に、本発明の実施の形態にかかる放電加工機の電源制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる放電加工機の電源制御装置の構成例を示す図である。図1に示した電源制御装置100は、本発明にかかる放電加工機の電源制御装置であり、放電加工機において加工電源1を制御する。放電加工機は、加工電源1、加工電極2および電源制御装置100を備える。本実施の形態の放電加工機は、例えば形彫放電加工機である。放電加工機は、加工電極2と被加工物3との間である加工間隙にパルス放電を生じさせることにより被加工物3を加工する。電源制御装置100は、放電加工機における加工間隙に生じさせるパルス放電を制御する。加工間隙にパルス放電を生じさせるため、被加工物3は導体である。
電源制御装置100は、加工電源1を制御する。加工電源1は、電源制御装置100からの制御に従って、規定のパルス幅の放電であるパルス放電を加工間隙に生じさせるための加工電圧を加工電極2と被加工物3とに印加する。電源制御装置100により加工電圧の印加が開始された後、加工放電が開始される。本実施の形態では、規定のパルス幅に対応する時間を加工放電時間と呼ぶ。加工放電時間の間、加工放電が行われた後、電源制御装置100は加工放電を休止させる。その後、電源制御装置100は、あらかじめ定められた休止時間が経過すると、再び加工電圧の印加が開始される。このように、加工放電が繰り返えされることにより、被加工物3が加工される。ただし、後述するように、電源制御装置100は、加工放電時間の途中で異常パルスと判定した場合には放電パルスを遮断する。この場合、放電パルスの遮断により放電パルスのパルス幅は規定のパルス幅より短縮される。
電源制御装置100は、電圧レベル検出装置4、電圧レベル比較器5、基準値設定装置6、判定部7、判定設定装置8および放電パルス制御装置9を備える。
電圧レベル検出装置4は、加工間隙に生じた放電電圧の電圧レベルを検出する電圧レベル検出部である。基準値設定装置6は、放電電圧レベルに対する基準電圧レベルの電圧である基準電圧VCを出力する。電圧レベル比較器5の反転入力端すなわち図1において−と記載された入力端は、電圧レベル検出装置4の出力端に接続される。電圧レベル比較器5の非反転入力端すなわち図1において+と記載された入力端は基準値設定装置6に接続される。これにより、電圧レベル比較器5の反転入力端には、電圧レベル検出装置4により検出された放電電圧レベルが入力され、電圧レベル比較器5の非反転入力端には、基準値設定装置6から出力される基準電圧VCが入力される。したがって、電圧レベル比較器5は、電圧レベル検出装置4により検出された電圧レベルと電圧レベル基準値とを比較し、比較結果を出力する。
すなわち、電圧レベル比較器5は、電圧レベル検出装置4から出力された放電電圧レベルが基準電圧VCを上回る場合は、電圧レベルが正常であることを示す信号であるL(Low)レベルの信号を出力する。また、電圧レベル比較器5は、電圧レベル検出装置4から出力された放電電圧レベルが基準電圧VCを下回る場合は、電圧レベルが異常であることを示す信号であるH(High)レベルの信号を出力する。電圧レベル比較器5から出力された信号は、判定部7に入力される。なお、ここでは、Lレベルが正常であり、Hレベルが異常である例を説明するが、正常と異常の論理を反転させ、Lレベルが異常でありHレベルが正常となるように構成してもよい。
電圧レベル比較器5は、電圧レベル検出装置4から出力された放電電圧レベルが基準電圧VCを放電時間内の途中から下回る場合は、放電電圧レベルが基準電圧VCを下回った時点でLレベルからHレベルに立ち上げることで、1回の放電パルスの放電時間の終了をまたずに、電圧レベルの異常を判定部7に通知することができる。
判定部7は、電圧レベル比較器5から入力される信号に基づいて、放電パルスが正常パルスであるか否かを判定する。判定部7は、判定設定装置8から、後述する設定情報を受け取った場合には、設定情報に基づいて判定に関するパラメータを設定する。判定部7はA方式およびB方式の2つの方式の判定を行うことが可能である。第1の方式であるA方式は、放電電圧レベルが基準電圧VCを下回る累積時間が基準判定時間TR以上となった場合に異常パルスと判定して放電パルスを遮断する方式である。第2の方式であるB方式は、放電電圧レベルが基準電圧VCを下回ると異常パルスと判定し、異常パルスと判定してから遅延時間Td後に放電パルスを遮断する方式である。判定方式を指定する情報、基準判定時間TRおよび遅延時間Tdの初期値はあらかじめ判定部7に設定されていてもよいし、これらの初期値についても判定設定装置8が入力を受け付けてもよい。
判定部7は、A方式が指定されているとき、以下の動作を実施する。判定部7は、電圧レベル比較器5から入力される信号がHレベルである累積時間を求め、累積時間と判定設定装置8から入力される基準判定時間TRとに基づいて、放電パルスが正常パルスであるか否かを判定する。具体的には、電圧レベル比較器5から出力された信号は一定周期で入力されるとし、判定部7は、電圧レベル比較器5からHレベルの信号が入力されると累積時間を増加させ、電圧レベル比較器5からLレベルの信号が入力されると累積時間を増加させないことを繰り返す。そして、判定部7は、累積時間と基準判定時間TRとの大小関係を比較する。判定部7は、累積時間が基準判定時間TRを下回る場合は、加工間隙に生じている放電パルスを正常パルスと判定し、累積時間が基準判定時間TRに達した場合は、加工間隙に生じている放電パルスを異常パルスと判定して累積時間を0にリセットする。そして、判定部7は、判定結果を示す信号を放電パルス制御装置9へ出力する。また、判定部7は、加工放電の開始からあらかじめ定められた加工放電時間が経過すると、この累積時間を0にリセットする。
判定部7は、B方式が指定されているとき、以下の動作を実施する。判定部7は、電圧レベル比較器5から入力される信号がLレベルである間は放電パルスを正常パルスと判定し、判定結果を示す信号を放電パルス制御装置9へ出力する。また、判定部7は、電圧レベル比較器5から入力される信号がHレベルとなると放電パルスを異常パルスと判定し、異常パルスであるという判定結果を、異常パルスと判定してから遅延時間Tdが経過した後に放電パルス制御装置9へ出力する。
以上のように、判定部7は、電圧レベル比較器5の比較結果に基づき、複数の判定方式のうちの指定された判定方式により放電パルスが異常であるか否かを判定する。また、本実施の形態では、判定方式を加工前にあらかじめ指定することも可能であり、加工中に指定可能である。複数の判定方式は、電圧レベル比較器5の比較結果に基づき、電圧レベルが電圧レベル基準値を下回る累積時間に基づいて、放電パルスが異常であるか否かを判定する第1の判定方式を含む。また、複数の判定方式は、比較結果に基づき、電圧レベルが電圧レベル基準値を下回った後、遅延時間後に放電パルスを遮断させる第2の判定方式を含む。
判定設定装置8は、判定部7における放電異常の判定に関するパラメータを示す設定情報の入力を受け付けることが可能であり、設定情報の入力を受け付けた場合、受け付けた設定情報を判定部7へ出力する。すなわち、判定設定装置8は、判定方式を指定する入力を受け付け、受け付けた判定方式を判定部7へ設定する判定設定部である。設定情報は、判定方式を指定する情報、基準判定時間TRおよび遅延時間Tdのうち少なくとも1つを含む。本実施の形態では、後述するように判定部7はA方式およびB方式の2つの方式の判定を行うことが可能である。判定方式を指定する情報は、これら2つの方式のうちどちらを指定するかを示す情報である。基準判定時間TRは、A方式が指定されている場合に、判定部7の判定において用いられるパラメータである。遅延時間Tdは、B方式が指定されている場合に、判定部7の判定において用いられるパラメータである。基準判定時間TRおよび遅延時間Tdの詳細は後述する。
放電パルス制御装置9は、あらかじめ定められた加工放電時間と休止時間とに基づいて放電パルスが生成されるよう加工電源1を制御する。放電パルス制御装置9は、判定部7により異常パルスであると判定されたことを示す信号が入力されると放電パルスを遮断する。詳細には、放電パルス制御装置9は、例えば、加工電圧の印加を停止させるように加工電源1を制御することにより、放電パルスを遮断する。または、放電パルス制御装置9は、加工電圧を印加したままで、加工電極と被加工物との間の距離を絶縁距離まで物理的に広げるなどにより放電パルスを遮断してもよく、放電パルスの遮断方法は、上述した例に限定されない。
次に、本実施の形態の電源制御装置100のハードウェア構成について説明する。図2は、本実施の形態の電源制御装置100のハードウェア構成例を示す図である。図2に示すように、電源制御装置100は、処理回路201、入力部202および出力部203を備える。入力部202は、キーボード、マウスなど、ユーザからの入力を受け付ける手段である。出力部203は、モニタ、ディスプレイなど画面表示を行う手段である。入力部202と出力部203とは、一体化されて、タッチパネルなどにより実現されてもよい。なお、ここでは、電源制御装置100が直接、ユーザからの入力を受け付け可能な構成例を説明するが、電源制御装置100は、外部の機器がユーザから受け付けた情報を取得するように構成されてもよい。この場合、入力部202は、外部の機器から情報を受信する回路であり、出力部203は外部の機器へ情報を送信する回路である。図2では、処理回路201を1つ図示しているが、処理回路201は複数であってもよい。
図1に示した判定設定装置8は、処理回路201、入力部202および出力部203により実現される。判定設定装置8が、ユーザからの入力を受け付ける場合、出力部203に入力を促す画面を表示し、入力部202により入力を受け付ける。
図1に示した電圧レベル検出装置4、電圧レベル比較器5、判定部7および放電パルス制御装置9は、処理回路201により実現される。処理回路201は、デジタル回路であってもアナログ回路であってもよい。電圧レベル検出装置4を実現する処理回路201は、電圧検出回路であり、基準値設定装置6は基準電圧VCの電圧を出力する電圧生成回路である。また、判定設定装置8の一部、電圧レベル検出装置4、電圧レベル比較器5、判定部7および放電パルス制御装置9を実現する処理回路201は、専用のハードウェアとして実装される処理回路であってもよいし、プロセッサを備える回路であってもよい。専用のハードウェアとして実装される処理回路は、例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、またはこれらを組み合わせたものである。
判定設定装置8の一部、電圧レベル検出装置4、電圧レベル比較器5、判定部7および放電パルス制御装置9を実現する処理回路201がプロセッサを備える回路である場合、この処理回路201は例えば図3に示す構成の回路である。図3は、プロセッサを備える処理回路201の構成例を示す図である。プロセッサを備える処理回路201は、CPU(Central Processing Unit)などであるプロセッサ301およびメモリ302を備える。プロセッサ301は、CPU、マイクロプロセッサ等である。メモリ302は、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク等が該当する。
上記の処理回路201が図3に示した構成により実現される場合、判定設定装置8の一部、電圧レベル検出装置4、電圧レベル比較器5、判定部7および放電パルス制御装置9を実現する機能が実現されるためのプログラムが、プロセッサ301により実行されることにより実現される。メモリ302は、プロセッサ301によりプログラムが実行される際の記憶領域としても用いられる。また、判定設定装置8の一部、電圧レベル検出装置4、電圧レベル比較器5、判定部7および放電パルス制御装置9は、一部が専用のハードウェアである処理回路により実現され、残部が上述した図3に示した処理回路201により実現されてもよい。
次に、本実施の形態の動作について説明する。ここで、電圧レベル比較器5が異常を示す信号を出力した場合に直ちに放電パルスを遮断する例を比較例とすると、比較例では瞬間的な電圧脈動による放電電圧レベルの低下と異常放電による放電電圧レベルの低下とを正確に判定することができない。このため、比較例では瞬間的な電圧脈動によって放電パルスの遮断が行われ、加工速度が低下するという問題がある。
そこで、実施の形態1では、A方式の判定が指定されている場合、瞬間的な電圧脈動による放電電圧レベルの低下の場合には放電パルスの遮断が行われないように、放電電圧レベルが基準電圧VCを下回った累積時間が基準判定時間TR以上となったときに放電パルスの遮断を実施する。これにより、異常放電の影響を抑制しつつ加工速度の低下を抑制することができる。さらに、基準判定時間TRを固定とせずに変更できるようにすることで、放電加工機の特性、加工条件などに応じて、適切に放電電圧レベルの低下と瞬間的な電圧脈動とを判別することができる。加工条件とは、加工時間、電極消耗といった加工結果に、影響を与えるパラメータであり、使用者が任意に設定可能なパラメータである。例えば、加工条件は、印加電圧値、パルス幅、休止時間などである。
また、実施の形態1では、B方式の判定が指定されている場合、電圧レベル比較器5が異常を示す信号を出力してから遅延時間Tdの後に放電パルスを遮断する。これにより、異常放電の影響を抑制しつつ加工速度の低下を抑制することができる。さらに、遅延時間Tdを固定とせずに変更できるようにすることで、放電加工機の特性、加工条件などに応じて、異常放電の影響の抑制と加工速度の低下の抑制とのバランスを適切に調整することができる。
さらに、本実施の形態では、A方式およびB方式の2つの方式のいずれを用いるかを指定することができる。放電加工機の特性、加工条件などに応じて判定方式が選択されることで、より適切に異常放電の影響の抑制と加工速度の低下の抑制とのバランスを適切に調整することができる。
図4は、本実施の形態の電源制御装置100における各信号の一例を示す図である。図4は、A方式の判定が行われる場合の電源制御装置100における各信号の一例を示している。
図4において横軸は時間を示している。図4の(A)には、加工間隙の電圧の一例が示され、図4の(B)には、電圧レベル検出装置4により検出された電圧レベルの一例が示されている。図4の(A)および(B)において破線で示されている波形は、放電パルスの遮断が行われなかったと仮定した場合の波形を示している。図4の(C)には、電圧レベル比較器5から出力される信号の一例が示されている。図4の(D)の下段には、判定部7において算出される累積時間の一例が示されている。図4の(D)の上段には判定部7に設定される基準判定時間TRの値が示されている。図4に示した例では、はじめは基準判定時間TRがT0に設定され、時刻taで基準判定時間TRが、T0より大きいT1に変更される例を示している。
図4では、3種類の放電状態(1)〜(3)での各信号が示されている。電圧降下30a,30b,30cは、加工電圧の印加後に加工間隙の電圧があらかじめ定められた放電電圧レベルに降下する電圧降下を示している。放電電圧があらかじめ定められた放電電圧レベルに降下すると加工放電が始まる。正常な状態では、加工放電の開始後、加工放電時間の間放電が行われる。正常状態31aは、電圧降下30a,30b,30cの後、加工間隙の電圧が、基準電圧VCを上回っている状態を示している。異常状態31bは、電圧レベル比較器5が基準電圧VCを下回っている状態を示している。
放電状態(1)は、加工放電時間の途中で、電圧レベル比較器5が異常を示す値となり、累積時間がT0に達するため、判定部7により異常パルスと判定され、異常放電が生じたため、放電パルス幅の遮断制御が行われる例を示している。放電状態(2)では、いわゆる正常放電が行われ、すなわち加工放電時間の途中で異常パルスと判定されない例を示している。また、放電状態(2)における加工放電時間の終了後の時刻taに基準判定時間TRがT0からT1に変更される。放電状態(3)は、基準判定時間TRがT1に変更されているため、図4の(B)には、電圧レベル検出装置4により検出された電圧レベルの波形が放電状態(1)と同様であっても、正常放電が行われる例を示している。
放電状態(1)では、図4の(A)に示した加工間隙の電圧が、加工間隙に印加された加工電圧から電圧降下30aにより正常状態31aとなる。その後、電圧の脈動により一時的に異常状態31bとなる。この脈動は一時的なものであり、放電パルスが遮断されなければ加工間隙の電圧は異常状態31bの後再び正常状態31aとなる。電圧レベル検出装置4から出力される電圧の検出値は、図4の(B)に示すように、異常状態31bでは、電圧レベルの異常を示す値となる。したがって、電圧レベル比較器5の出力レベルが基準電圧VCを下回っている間、電圧レベル比較器5から出力される信号は異常を示すHレベル状態32となる。
判定部7において算出される累積時間、すなわち電圧レベル比較器5の出力レベルがHレベルとなる累積時間は、図4の(D)に示すように、Hレベル状態32の間増加する。そして、累積時間がT0に達すると、判定部7は、異常パルスと判定し、この判定結果を放電パルス制御装置9へ出力し、放電パルス制御装置9により放電パルスが遮断される。判定部7は、累積時間がT0に達すると累積時間を0にリセットする。
放電状態(2)では、加工放電時間の間、加工間隙の電圧が、基準電圧VCを上回っているので、放電パルスの遮断は行われない。上述した通り、放電状態(2)の加工放電時間の後、基準判定時間TRがT1に変更されたとする。
ここで、仮に、基準判定時間TRがT0に固定されている場合、上述した脈動による一時的な電圧の降下があった場合、放電状態(1)に示すように異常パルスと判定され放電パルスが遮断される。これに対し、基準判定時間TRがT1に変更された後の放電状態(3)では、放電状態(1)と同様の脈動による電圧の降下があり、電圧レベル比較器5から出力される信号は異常を示すHレベル状態33となっても、累積時間がT1に達しないうちに、再び電圧レベル比較器5の出力レベルが基準電圧VCを上回るようになるため、累積時間は増加しなくなる。これにより、累積時間がT1に達しないため、放電パルスの遮断は行われない。本実施の形態では、基準判定時間TRを変更可能であるため、このように、例えば、正常放電の状態がある程度続いている場合に、ユーザからの入力により基準判定時間TRをT0からT1に変更することにより、放電パルスの遮断を抑制することができる。
図5は、本実施の形態の電源制御装置100における動作の一例を示すフローチャートである。図4では、A方式の判定を行った例を説明したが、図5を用いて電源制御装置100における全体動作を説明する。まず、判定部7は、判定のためのパラメータを初期値に設定する(ステップS1)。このパラメータは、A方式およびB方式のうちどちらを用いるかを示す情報を含む。初期値のパラメータとしてA方式が指定される場合には、初期値として設定されるパラメータには基準判定時間が含まれる。初期値のパラメータとしてB方式が指定される場合には、初期値として設定されるパラメータには遅延時間が含まれる。
加工電源1は、放電パルス制御装置9の制御に従って加工間隙に加工電圧を印加する(ステップS2)。判定部7は、判定方式がA方式に設定されている場合(ステップS3 Yes)、電圧レベル比較器5から出力される信号に基づいて、加工電圧レベルが基準値を下回るか否かを判断し(ステップS4)、加工電圧レベルが基準値を下回らない場合(ステップS4 No)、加工放電の開始から加工放電時間が経過したか否かを判断する(ステップS5)。なお、判定部7は、加工電圧の印加後一定時間が経過したことにより加工放電の開始と判定してもよいし、電圧レベル検出装置4により検出される電圧値が規定値以下となった場合に加工放電の開始と判定してもよい。これらの加工放電の開始の判定方法を加工内容などによって使い分けてもよい。
加工放電の開始から加工放電時間が経過していない場合(ステップS5 No)、判定部7はステップS4へ戻る。加工放電の開始から加工放電時間が経過した場合(ステップS5 Yes)、累積時間を0にリセットし(ステップS6)、判定部7はパラメータ変更の入力があったか否かを判断する(ステップS7)。具体的には、ステップS7では、判定部7は、判定設定装置8から設定情報が入力されたか否かを判断する。パラメータ変更の入力があった場合(ステップS7 Yes)、判定部7は、入力されたパラメータすなわち設定情報により示されるパラメータに基づいて、パラメータを変更する(ステップS8)。パラメータ変更の入力がない場合(ステップS7 No)、処理はステップS9へ進む。なお、ここでは、判定部7は判定設定装置8から任意の時刻で設定情報を受信可能であるが、判定部7がパラメータを変更するのは加工放電時間が終了した時点である例を説明する。しかしながら、パラメータを変更するタイミングはこの例に限定されない。すなわち、ステップS7およびステップS8は任意のタイミングで実施可能である。
ステップS8の後、放電パルス制御装置9は、休止時間が経過したか否かを判断し(ステップS9)、休止時間が経過していない場合(ステップS9 No)、ステップS9を繰り返す。休止時間が経過した場合(ステップS9 Yes)、ステップS2からの処理が再び実施される。
ステップS4で、加工電圧レベルが基準値を下回った場合(ステップS4 Yes)、判定部7は、累積時間を増加させる(ステップS10)。次に、判定部7は、累積時間が基準判定時間以上であるか否かを判断し(ステップS11)、累積時間が基準判定時間以上でない場合(ステップS11 No)、ステップS5へ処理を進める。累積時間が基準判定時間以上である場合(ステップS11 Yes)、判定部7は、異常放電、すなわち異常パルスであると判定する(ステップS12)。ステップS12では、さらに、判定部7は、異常パルスであるという判定結果を示す信号を放電パルス制御装置9へ出力し、累積時間を0にリセットする。放電パルス制御装置9は異常パルスであることを示す信号を受信し、放電パルスを遮断する(ステップS13)。ステップS13の後、処理はステップS5へ進む。
また、ステップS3で、判定方式がA方式に設定されていない場合、すなわちB方式に設定されている場合(ステップS3 No)、判定部7は、加工電圧レベルが基準値を下回るか否かを判断する(ステップS14)。なお、ここでは、判定方式は、A方式またはB方式のどちらかに設定されているとする。加工電圧レベルが基準値を下回る場合(ステップS14 Yes)、B方式において判定部7は、瞬時に異常放電、すなわち異常パルスであると判定し(ステップS15)、遅延時間Tdの経過後、放電パルスの遮断が行われる(ステップS16)。ステップS16では、具体的には、遅延時間Tdの経過後、異常パルスと判定したことを示す判定結果を放電パルス制御装置9へ出力し、放電パルス制御装置9により放電パルスが遮断される。ステップS16の後、処理はステップS5へ進む。加工電圧レベルが基準値を下回らない場合(ステップS14 No)、処理はステップS5へ進む。なお、B方式が選択されているときは、ステップS6の処理は実施されなくてもよい。
次に、本実施の形態の効果について具体例を挙げて説明する。図6は、実施の形態1による加工性能を比較例と比較して示す加工特性図である。図6では、加工性能として、加工時間および電極消耗が示されている。図6の左側では、縦軸は加工時間(min(分))を示し、図6の右側では、縦軸は加工電極2先端付近での電極消耗すなわち加工電極2の側面の消耗量(μm)を示している。図6における加工時間および電極消耗のそれぞれのグラフにおいて、左側が比較例による加工性能を示し、右側が実施の形態1による加工性能を示している。比較例では、加工電圧レベルが基準値を下回るとパルス遮断を行うこととする。
図6に示した例では、加工深さを20mmとして放電加工を行った場合の加工特性が示されている。図6に示した例では、加工電極2は、15mm角のグラファイトであり、被加工物3は鋼であり、液処理は無噴流である。加工条件は、ピーク電流値80A、パルス幅すなわち加工放電時間256μs、休止時間128μsである。
図6に示すように、実施の形態1による加工性能において、電極消耗は比較例と同等のまま、加工時間を比較例より短縮できることがわかる。このように、実施の形態1によれば、加工電圧レベルが基準電圧を下回った累積時間が基準判定時間以上となった場合に放電パルスを遮断するようにした。または、加工電圧レベルが基準値を下回った後遅延時間の後に放電パルスを遮断するようにした。このため、異常パルスによる影響を抑制しつつ、加工電圧レベルが基準値を下回るとパルス遮断を行う場合に比べ、加工速度の低下を抑制することができる。また、放電パルスが異常パルスであるか否かに用いる判定に用いるパラメータを変更可能とした。これにより、より適切にパラメータを設定することができる。適切にパラメータを設定することで、加工間隙での異常放電の発生を抑制して加工電極2および被加工物3の損傷を防ぐことができ、また、炭化物の付着などの粒状突起物を防ぎつつ、過剰に放電パルスを遮断することなく的確に放電パルスを遮断し、加工速度を向上させることができる。
また、累積時間が基準判定時間以上となった場合に放電パルスを遮断する場合には、異常放電による放電電圧レベルの低下とノイズに起因するような電圧の脈動などによる放電電圧レベルの低下とを的確に判断することができ、放電パルスの不要な遮断を抑制することができる。
また、本実施の形態では、加工中に応じて判定方式、基準判定時間、遅延時間などを変更可能である。したがって、本実施の形態では、加工状況に応じて基準判定時間、遅延時間などを変更可能である。加工状況とは、加工結果に影響を与える制御できない要因であり、加工間隙での加工屑の滞留状態、加工機間のバラつきなどが例示される。使用者が、加工状況に応じて、加工中に応じて判定方式、基準判定時間、遅延時間などを変更することで、加工間隙での異常放電の発生を抑制しつつ放電パルスの不要な遮断を抑制することができる。
なお、本実施の形態では、判定方式、基準判定時間、遅延時間を入力により変更可能としたが、これに限らず、以下のような構成としてもよい。
(1)判定方式をA方式だけとし、基準判定時間を変更可能とする。
(2)判定方式をB方式だけとし、遅延時間を変更可能とする。
(3)基準判定時間および遅延時間を固定とし、判定方式を変更可能とする。
なお、A方式が指定されているときに、基準判定時間が変更された場合も、一種の判定方式の変更と考えることができる。すなわち、同じA方式の判定を行っていても基準判定時間が異なれば判定方式が異なると考えることができる。同様に、B方式の判定を行っているときに、遅延時間を変更した場合も判定方式を変更したと考えることができる。したがって、上記の(1)、(2)の場合であっても、判定部7は複数の判定方式に対応可能であり、複数の判定方式のうち指定された判定方式により判定を行うことになる。すなわち、複数の判定方式は、第1の判定方式において基準判定時間の異なる複数の判定方式を含み、第2の判定方式において遅延時間の異なる複数の判定方式を含む。
また、以上の例では、判定方式を2つの方式から指定可能としたが、3つ以上の判定方式に対応可能なように構成し、3つ以上の判定方式のなかから判定方式を指定できるようにしてもよい。例えば、特許文献1に記載されているように、高周波成分と基準電圧Vrefとの比較結果に基づいて異常パルスであるか否かを判定する判定方式を追加し、3つの判定方式のなかから判定方式を指定可能としてもよい。なお、この場合には、高周波成分と基準電圧Vrefとの比較により異常と判定された場合にただちに放電パルスを遮断するのではなく上述した通り異常と判定された累積時間が基準判定時間異常となった場合に放電パルスを遮断するようにしてもよい。すなわち、複数の判定方式は、放電電圧に重畳される高周波成分が高周波成分基準値を下回る累積時間に基づいて、放電パルスが異常であるか否かを判定する第3の判定方式を含んでいてもよい。この場合の基準判定時間についても変更可能なように構成してもよい。
なお、基準電圧VCについても判定設定装置8により入力可能とし、基準電圧VCを変更可能としてもよい。
実施の形態2.
図7は、本発明の実施の形態2にかかる放電加工機の電源制御装置の構成例を示す図である。実施の形態2の電源制御装置100aは、実施の形態1の電源制御装置100に、第2判定部10、判定基準設定装置11および判定制御装置12を追加し、判定部7の代わりに第1判定部7aを備える。実施の形態1と同様の機能を有する構成要素には実施の形態1と同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下では、実施の形態1と異なる部分を主に説明する。
第1判定部7aは、実施の形態1の判定部7と同様に、電圧レベル比較器5から出力される信号に基づいて、異常パルスであるか否かを判定し、判定結果を放電パルス制御装置9へ出力する。第1判定部7aは、さらに、規定時間内の異常パルス数を計数し、規定時間内の異常パルス数を第2判定部10へ出力する。また、第1判定部7aは、判定設定装置からの設定情報に基づいて判定における各パラメータを設定する。
判定基準設定装置11は、規定時間内の異常パルス数が適切であるか否かを判定するための基準範囲である下限値NLおよび上限値NHの入力を受け付け可能である。判定基準設定装置11は、下限値NLおよび上限値NHを第2判定部10へ出力する。第2判定部10は、第1判定部7aから入力された、規定時間内の異常パルス数と、判定基準設定装置11から入力された下限値NLおよび上限値NHとに基づいて、異常パルス判定に関する設定が適切であるか否かを判定し、判定結果を判定制御装置12へ出力する。すなわち、判定基準設定装置11は、規定時間内に異常と判定された放電パルスの数に基づいて、指定されている判定方式が適切であるか否かを判定する設定判定部である。異常パルス判定に関する設定は、実施の形態1で述べた各パラメータとして設定可能な各項目の設定であり、基準電圧の設定が含まれていてもよい。
詳細には、第2判定部10は、規定時間内の異常パルス数が下限値NLから上限値NHまでの間である基準範囲内であれば、異常パルス判定に関する設定が適切であると判定する。また、第2判定部10は、規定時間内の異常パルス数が下限値NLから上限値NHまでの間である基準範囲内でなければ、異常パルス判定に関する設定が適切でないと判定する。第2判定部10は、異常パルス判定に関する設定が適切でないと判定した場合は、規定時間内の異常パルス数が下限値NLを下回ったか、または規定時間内の異常パルス数が上限値NHを超えたかのいずれであるかを示す情報も判定結果として判定制御装置12へ出力する。
判定制御装置12は、規定時間ごとに第2判定部10から出力される判定結果を監視し、判定結果が、設定が適切であることを示す場合は、現在の設定を維持するよう制御する、すなわち現在の設定を変更しない。また、判定制御装置12は、規定時間ごとの第2判定部10からの出力される判定結果を監視し、判定結果が、設定が適切でないことを示す場合は、パラメータのうちの少なくとも1つを変更するよう第1判定部7aへ指示する。判定制御装置12は、規定時間内に異常と判定された放電パルスの数に基づいて、指定されている判定方式が適切でないと判定された場合、指定されている判定方式を変更する判定制御部である。例えば、判定制御装置12は、判定方式を切替えてもよいし、第1判定部7aがA方式で判定を行っている場合は基準判定時間を変更してもよいし、第1判定部7aがB方式で判定を行っている場合は遅延時間を変更してもよいし、基準電圧を変更してもよい。または、これらを組み合わせて実施してもよい。例えば、判定制御装置12は、第1判定部7aがA方式で判定を行っているときに、規定時間内の異常パルス数が上限値NHを超えた場合、基準判定時間を延長する。これにより、規定時間内の異常パルス数を減らすことができる。なお、第1判定部7aがどの判定方式により判定を行っているかは、例えば第1判定部7aが判定制御装置12へ通知する。
本実施の形態の第1判定部7a、第2判定部10、判定基準設定装置11および判定制御装置12は、実施の形態1の判定部7などと同様に処理回路により実現される。
次に、本実施の形態の動作について説明する。図8は、本実施の形態の電源制御装置100aにおける各信号の一例を示す図である。図8は、A方式の判定が行われる場合の電源制御装置100aにおける各信号の一例を示している。図8における(A)から(D)までは、実施の形態1で説明した図4における(A)から(D)と同様である。図8の(E)は、第1判定部7aにより計数される規定時間t0における異常パルス数を示している。
実施の形態1では、ユーザからの入力などにより基準判定時間をT0からT1へ変更していた、しかし、ユーザからの入力によりパラメータを変更するには、ユーザである作業者または加工条件作成者が、加工条件に応じて適切に判定手段および判定基準をあらかじめ選択する必要があるため、熟練度を要するという問題がある。そこで、実施の形態2では、第2判定部10が、第1判定部7aにより計数される規定時間t0における異常パルス数が基準範囲内でない場合、電源制御装置100aがパラメータを変更する。図8に示した例では、規定時間t0が終了した時点で第1判定部7aにより計数される規定時間t0における異常パルス数が基準範囲を超えているので、第2判定部10は、設定が不適切であり基準範囲の上限値NHを超えているという判定結果を判定制御装置12へ出力する。図8に示した例では、判定制御装置12は、これにより、基準判定時間をT0からT1へ延長する。これにより、実施の形態1と同様に、放電状態(3)においては、異常パルスと判定されず放電パルスの遮断は行われない。
図9は、実施の形態2の判定制御装置12における処理手順の一例を示すフローチャートである。判定制御装置12は、第2判定部10から出力された判定結果に基づいて、規定時間における異常パルス数が下限値を下回るか否かを判断し(ステップS21)、規定時間における異常パルス数が下限値を下回る場合(ステップS21 Yes)、パラメータを変更し(ステップS22)、処理を終了する。判定制御装置12は、規定時間における異常パルス数が下限値を下回らない場合(ステップS21 No)、規定時間における異常パルス数が上限値を上回るか否かを判断する(ステップS23)。規定時間における異常パルス数が上限値を上回る場合(ステップS23 Yes)、パラメータを変更し(ステップS24)、処理を終了する。規定時間における異常パルス数が上限値を上回らない場合(ステップS23 No)、処理を終了する。
判定制御装置12が、規定時間における異常パルス数が基準範囲を超えた場合に、どのパラメータをどのように変更するかについては、上限値を超えた場合と下限値を下回った場合とでそれぞれあらかじめ設定しておけばよい。または、判定設定装置8が、これらの設定についてもユーザからの入力を受け付けて判定制御装置12へ出力するようにしてもよい。
このように、実施の形態2によれば、作業者または加工条件作成者の熟練度に依らず、異常パルスであるか否かの判定に関するパラメータを適切に設定することができる。このため、作業者または加工条件作成者の熟練度に依らず、加工間隙での異常放電の発生を抑制して加工電極2および被加工物3の損傷を防ぐことができ、また、炭化物の付着などの粒状突起物を防ぎつつ、過剰に放電パルスを遮断することなく的確に放電パルスを遮断し、加工速度を向上させることができる。
また、実施の形態2においても、実施の形態1と同様に判定方式をA方式とB方式との間で切替え可能である。例えば、第1判定部7aがB方式で判定を行っているときに、規定時間内の異常パルス数が上限値NHを超えた場合、遅延時間を変更しても、基本的に異常パルス数は変わらないため、第2判定部10において異常パルス数は基準範囲NL〜NHの範囲に収まらないと判定される。このような場合には、判定方式をB方式からA方式に切替えることで、第2判定部10において異常パルス数を基準範囲NL〜NHに収まるよう制御できることがある。なお、判定方式の切替え方法は、どのような方法を用いてもよく、上述した例に限定されない。
実施の形態3.
図10は、本発明の実施の形態3にかかる放電加工機の電源制御装置の構成例を示す図である。実施の形態3の電源制御装置100bは、実施の形態2の電源制御装置100aに、放電電流検出装置13、平均放電電流算出装置14および平均放電電流比較器15を追加し、判定基準設定装置11および判定制御装置12の代わりに判定基準設定装置11aおよび判定制御装置12aを備える。実施の形態2と同様の機能を有する構成要素には実施の形態2と同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下では、実施の形態2と異なる部分を主に説明する。
放電電流検出装置13は、加工放電が行われている間の、加工間隙の放電電流値を検出する。すなわち、放電電流検出装置13は、加工間隙の放電電流を検出する放電電流検出部である。平均放電電流算出装置14は、放電電流検出装置13より出力される放電電流値に基づいて、規定時間tIにおける平均電流値を算出し、算出した平均電流値を平均放電電流比較器15へ出力する。すなわち、放電電流の平均値を算出する平均放電電流算出部である。平均放電電流比較器15は、平均放電電流算出装置14から出力された平均放電電流値と、判定基準設定装置11aから出力される基準平均電流値ICとの比較を行い、比較結果を判定制御装置12aへ出力する。すなわち、平均放電電流比較器15は、平均値と平均放電電流基準値とを比較する。
判定基準設定装置11aは、実施の形態2の判定基準設定装置11と同様の機能を有するとともに、さらに基準平均電流値ICの入力を受け付け、基準平均電流値ICを平均放電電流比較器15へ出力する。判定制御装置12aは、第2判定部10から入力される判定結果と、平均放電電流比較器15から出力される比較結果とに基づき、異常パルスの判定における設定が適切であるか否かを判定し、判定結果に基づいて第1判定部7aを制御する。すなわち、判定制御装置12aは、平均放電電流比較器15による比較結果に基づいて指定されている判定方式が適切であるか否かを判定する。
判定制御装置12aは、例えば、第2判定部10から入力される判定結果が、設定が適切であることを示す場合でも、平均放電電流比較器15から出力される比較結果が、平均放電電流値が基準平均電流値IC未満である場合には、第1判定部7aの設定を変更するといったように2つの結果を用いた制御を実施することができる。または、逆に、第2判定部10から入力される判定結果と、平均放電電流比較器15から出力される比較結果とのうちどちらかが少なくとも一方が、設定が適切であることを示している場合は、第1判定部7aの設定を変更しないといった制御を行うことも可能である。
判定基準設定装置11a、判定制御装置12a、放電電流検出装置13、平均放電電流算出装置14および平均放電電流比較器15は、実施の形態2の判定基準設定装置11および判定制御装置12と同様に処理回路により実現される。なお、放電電流検出装置13を実現する処理回路としては、抵抗などを含む電流検出回路を用いることができる。
このように、実施の形態3によれば、第2判定部10による判定結果以外に、1つの別の基準を設ける例を説明したが、さらに別の基準を設けて、これらを用いて第1判定部7aの設定の制御を行ってもよい。
また、実施の形態3では、第2判定部10から入力される判定結果と平均放電電流比較器15から入力される比較結果とに基づき、判定制御装置12aが第1判定部7aの設定を制御する例を説明したが、平均放電電流比較器15から入力される比較結果だけに基づいて判定制御装置12aが第1判定部7aの設定を制御してもよい。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
1 加工電源、2 加工電極、3 被加工物、4 電圧レベル検出装置、5 電圧レベル比較器、6 基準値設定装置、7 判定部、7a 第1判定部、8 判定設定装置、9 放電パルス制御装置、10 第2判定部、11,11a 判定基準設定装置、12,12a 判定制御装置、13 放電電流検出装置、14 平均放電電流算出装置、15 平均放電電流比較器、100,100a,100b 電源制御装置。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、放電加工機における加工間隙に生じさせるパルス放電を制御する電源制御装置であって、加工間隙に生じた放電電圧の電圧レベルを検出する電圧レベル検出部と、電圧レベルと電圧レベル基準値とを比較し、比較結果を出力する電圧レベル比較器と、を備える。また、電源制御装置は、比較結果に基づき、複数の判定方式のうちの指定された判定方式により放電パルスが異常であるか否かを判定する判定部と、を備える。本発明の電源制御装置は、判定方式を加工中に指定可能であり、複数の判定方式は、電圧レベルが電圧レベル基準値を超えた後、遅延時間後に放電パルスを遮断させる判定方式を含む
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、放電加工機における加工間隙に生じさせるパルス放電を制御する電源制御装置であって、加工間隙に生じた放電電圧の電圧レベルを検出する電圧レベル検出部と、電圧レベルと電圧レベル基準値とを比較し、比較結果を出力する電圧レベル比較器と、を備える。また、電源制御装置は、比較結果に基づき、複数の判定方式のうちの指定された判定方式により放電パルスが異常であるか否かを判定する判定部と、を備える。本発明の電源制御装置は、判定方式を加工中に指定可能であり、複数の判定方式は、電圧レベルが電圧レベル基準値を下回った後、遅延時間後に放電パルスを遮断させる判定方式を含む。

Claims (9)

  1. 放電加工機における加工間隙に生じさせるパルス放電を制御する電源制御装置であって、
    前記加工間隙に生じた放電電圧の電圧レベルを検出する電圧レベル検出部と、
    前記電圧レベルと電圧レベル基準値とを比較し、比較結果を出力する電圧レベル比較器と、
    前記比較結果に基づいて、複数の判定方式のうちの指定された前記判定方式により放電パルスが異常であるか否かを判定する判定部と、
    を備え、
    前記判定方式を加工中に指定可能であることを特徴とする放電加工機の電源制御装置。
  2. 前記複数の判定方式は、前記電圧レベルが電圧レベル基準値を下回る累積時間に基づいて、放電パルスが異常であるか否かを判定する第1の判定方式を含むことを特徴とする請求項1に記載の放電加工機の電源制御装置。
  3. 前記判定部は、前記第1の判定方式により判定を行う場合、前記累積時間が基準判定時間以上となる場合に放電パルスが異常であると判定し、
    前記複数の判定方式は、前記第1の判定方式において前記基準判定時間の異なる複数の判定方式を含むことを特徴とする請求項2に記載の放電加工機の電源制御装置。
  4. 前記複数の判定方式は、前記電圧レベルが電圧レベル基準値を超えた後、遅延時間後に放電パルスを遮断させる第2の判定方式を含むことを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の放電加工機の電源制御装置。
  5. 前記複数の判定方式は、前記第2の判定方式において前記遅延時間の異なる複数の判定方式を含むことを特徴とする請求項4に記載の放電加工機の電源制御装置。
  6. 前記複数の判定方式は、前記放電電圧に重畳される高周波成分が高周波成分基準値を下回る累積時間に基づいて、放電パルスが異常であるか否かを判定する第3の判定方式を含むことを特徴とする請求項4または5に記載の放電加工機の電源制御装置。
  7. 規定時間内に異常と判定された放電パルスの数に基づいて、指定されている判定方式が適切であるか否かを判定する設定判定部と、
    前記設定判定部により前記指定されている判定方式が適切でないと判定された場合、前記指定されている判定方式を変更する判定制御部、
    を備えることを特徴とする請求項1から6のいずれか1つに記載の放電加工機の電源制御装置。
  8. 前記加工間隙の放電電流を検出する放電電流検出部と、
    前記放電電流の平均値を算出する平均放電電流算出部と、
    前記平均値と平均放電電流基準値とを比較する平均放電電流比較器と、
    を備え、
    前記判定制御部は、前記平均放電電流比較器による比較結果に基づいて前記指定されている判定方式が適切であるか否かを判定することを特徴とする請求項7に記載の放電加工機の電源制御装置。
  9. 判定方式を指定する入力を受け付け、受け付けた前記判定方式を前記判定部へ設定する判定設定部、を備えることを特徴とする請求項1から8のいずれか1つに記載の放電加工機の電源制御装置。
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