WO1989007032A1 - Gap voltage detector for wire cut electric discharge machines - Google Patents

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Haruki Obara
Syunzo Izumiya
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Fanuc Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H7/00—Processes or apparatus applicable to both electrical discharge machining and electrochemical machining
    • B23H7/02—Wire-cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H7/00—Processes or apparatus applicable to both electrical discharge machining and electrochemical machining
    • B23H7/02—Wire-cutting
    • B23H7/04—Apparatus for supplying current to working gap; Electric circuits specially adapted therefor

Definitions

  • the present invention relates to a gap voltage detection device for wire cut electrical discharge machining, which can accurately detect a gap voltage between a wire electrode and a workpiece.
  • a correction value representing a voltage drop caused by the inductance between the current-carrying electron and the work is subtracted from the detection voltage. It is known to correct the detection voltage. However, also in this case, the correction value reflects the fluctuation of the voltage drop. The corrected detection voltage does not represent an accurate gear voltage. Similarly, when compensating for the voltage drop due to the wire resistance, the gear voltage cannot be accurately detected.
  • An object of the present invention is to provide a gapped voltage detecting device of a wire cut electric discharge machine capable of accurately detecting a gear voltage between a wire electrode and a workpiece by excluding an influence of a variation in a discharge position. .
  • a gap voltage detecting device g of a wire cut electric discharge machine comprises: a means for detecting a first voltage between a first conductive member and a work; Means for detecting a second voltage between the second conductive member and the workpiece, which are arranged opposite to the first conductive member, and adding the first and second voltages thus detected; Means for detecting the gear voltage based on the value.
  • the gap voltage detecting device includes a means for detecting a discharge current and a means for detecting a differential value of the discharge current, and the gap voltage detecting means includes the discharge current detected as described above. And a first voltage drop due to a wire resistance between the first and second electrons and a second voltage drop due to an inductance between the two electrons based on the differential value thereof.
  • the gap voltage is detected by correcting the added value of the first and second voltages using the detected first and second voltage drops.
  • the gap voltage is detected based on the sum of the voltage between the first conductive member and the work and the voltage between the second conductive member and the work. Since the added value is corrected based on the voltage drop due to the wire resistance and inductance between the passing electrons, the accurate gap voltage can be detected without being affected by the fluctuation of the discharge position.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a main part of a wire-cut electric discharge machine equipped with a gap voltage detecting device according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the operation principle of the device shown in FIG. FIG.
  • a wire-cut electric discharge machine equipped with a gap voltage detecting device includes an upper guide roller 6 and an upper wire guide 8 arranged above a peak 3, respectively.
  • a lower wire guide 9 and a lower guide roller 7 are provided opposite to the elements 6 and 8 with respect to the workpiece 3, respectively, and the wires 2 are guided by the elements 6 to 9.
  • the upper electronic 4 and the lower electronic 5 are arranged so as to be able to contact the wire 2 respectively, and each electronic is connected to one output terminal of the machining power supply 1. .
  • the other output terminal of machining power supply 1 is connected to grounded work 3.
  • the upper communication electron 4 is composed of resistors R11 and R12, and is the first voltage dividing circuit for detecting the voltage between the upper conductor 4 and the work 3. Connected to the work 3 via the path, and the connection point of both resistors is connected to the operational amplifier (adder) 1 for detecting the gap voltage between the wire 2 and the work 3. Connected via R13.
  • the lower communication 5 is connected to the work 3 through a second voltage divider circuit comprising resistors R 21 1 and R 22 for detecting a voltage between the lower communication 5 and the work 3. The connection point between the two resistors is connected to the first input terminal of the operational amplifier 11 via the resistor R23.
  • Reference numeral 10 denotes a detection coil for detecting a differential value of the discharge current, and a lead wire connecting the machining power supply 1 and the work 3 passes through the detection coil 10.
  • One end of the detection coil 10 is grounded, and the other end is connected to a second input terminal of the operational amplifier 11 via a first variable resistor RVI, and is connected to an integration circuit 1 for detecting a discharge current. It is connected to the input terminal of 2.
  • the output terminal of the integrating circuit 12 is connected to the second input terminal of the operational amplifier 11 via the second variable resistor R V2.
  • the winding direction of the detection coil 10 is determined so that the polarities of voltages applied to both input terminals of the operational amplifier 11 are opposite to each other.
  • V U V g + r 1 ⁇ i 1 + L 1 ⁇ (d i 1 / d t)
  • V L V g + r 2 »i 2 + L 2 » (d i 2 / d t)
  • V G 2 V g + r l ⁇ i 1 + r 2 ⁇ i 2 +
  • V g is the gap voltage
  • rl is the wire resistance between upper electron 4 and discharge position SP
  • L 1 is the inductance between upper electron 4 and discharge position P
  • r 2 Is the wire resistance between the lower electron 5 and the discharge position 3 ⁇ 4P
  • L2 is the inductance between the lower electron 5 and the discharge position P
  • i1 is the current flowing through the upper electron 4
  • i2 is the lower electron.
  • Each represents the current flowing through 5 (see Figure 2).
  • the inductances L 1 and L 2 above are the inductance L 1 ′ between the machining power source 1 and the upper and lower electronics 4, 5, and the inductance L 2 ′ between the power supply 3 and the machining power source 1. Rimo phase This little shrimp. Therefore, the currents i 1 and i 2 are approximately equal to each other (ili 2 i? I), and the following approximate expression (4) is obtained by modifying the expression (3).
  • Equation (4) (L l + L 2) di / dt ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ (4)
  • the values r 1 + r 2 and L 1 + L 2 are the junction resistance between the two-way electrons 4 and 5 and the two-way electron. These values represent the inductance between them, and both are uniquely determined according to the configuration of the electric discharge machine, and do not fluctuate with the fluctuation of the electric discharge position P.
  • the value on the right side of Equation (4) exactly corresponds to the gap voltage Vg.
  • the voltage representing the voltage VU appears at the connection point of the resistors R 11 and R 12 of the first voltage dividing circuit connecting the upper electronic 4 and the work 3
  • the lower A voltage representing the voltage VL appears at the connection point of the resistors R 21 and R 22 of the second voltage dividing circuit that connects the electron 5 and the work 3, and the sum of the two voltages is used as the operational amplifier 11 1 Applied to the first input terminal.
  • the added value applied to the terminal corresponds to the value on the right side of Equation (4), and therefore accurately corresponds to the gear voltage Vg.
  • a voltage corresponding to the time change (differential value) di Z dt of the discharge current flowing between the machining power supply 1 and the work 3 is induced in the detection coil 10, and the detection coil 10 discharges the discharge current.
  • An output signal representing the differential value of the differential amplifier is applied to the second input terminal of the operational amplifier 11 via the first variable resistor RV 1.
  • the integration circuit 12 receives the output signal of the detection coil 10 Then, an output signal representing the discharge current i is applied to the second input terminal of the amplifier 11 via the second variable resistor RV2.
  • the voltage applied to the second input terminal of the amplifier 11 via the respective variable resistors RV1 and RV2 is the third term ((L1 + L2) di / dt) and the second term (i (rl + r2)>), the resistance values of both the variable resistors are adjusted in advance.
  • the operational amplifier 11 inputs a voltage corresponding to the sum of the first to third terms on the right side of Equation (4) via the first input terminal, and inputs a voltage corresponding to the sum ( 4> Input a voltage that corresponds to the sum of the second and third terms in Eq. (4) and that has the opposite polarity to the voltage applied to the first input terminal.
  • the output voltage of the operational amplifier 11 is not affected by the variation of the discharge potential gP, so that the voltage corresponding to the gap voltage Vg and the wire between the two conductors 4 and 5 are output. It corresponds to the value obtained by subtracting the voltage drop from the sum of the voltage drop caused by the resistance and the inductance, and therefore accurately represents the gear voltage.
  • the gap voltage is detected by correcting the added value of the voltage between the upper communication electron 4 and the work 3 and the voltage between the lower communication electron 5 and the work 3 by the voltage drop.
  • the added value may be detected as a gap voltage.

Description

明 細 害
ワイヤカ ツ ト故電加工機のギャップ電圧検出装置 技 術 万 Sr
本発明は、 ワイヤ電極とワーク間のギャ ップ電圧を正 確に検出でき るワイヤカッ ト放電加工接のギャ ップ電圧 検出装蚩に閬する。
背 景 技 術
ワイヤカッ ト 放電加工機において、 ワイヤ電極 （以下 ワイヤと云う） とワーク間のギャ ップ電圧の検出値に基 づいて適正な放電加工制御を行う ことが知られている。 従来、 ワークの上方または下方に配され加工電源とワイ ャとを接続する通電子とワークとの間の電圧をギヤ ッブ 電圧と して検出している。 しかしながら、 この検出電圧 は通電子とワーク間のワイヤ抵抗に起因する電圧降下分 および通電子とワーク間のインダク タンスに起因する電 圧降下分を含み、 これらの電圧降下分はワイヤとワーク 間での放電位置の変動に伴って変動し、 特に、 ワークの 厚さが大きいほど変動が大き く なる。 このよ うに、 検出 電圧は放電位 gの変動に伴う変動分を含み、 正確なギヤ ップ電圧を表さない。
また、 曰本国特閗昭 6 0— 1 8 0 7 1 9号公報に閗示 されたよ うに、 通電子とワーク間のインダク タンスに起 因する電圧降下分を表す補正値を検出電圧から差し引い て検出電圧を補正するこ とが知られている。 しかしなが ら、 この場合にも、 補正値が電圧降下分の変動を反映す るものではないので、 補正した検出電圧は正確なギヤッ ブ電圧を表さない。 ワイヤ抵抗による電圧降下分につい て補正を行う場合も同様にギヤッブ電圧を正確に検出で きない。
発 明 の 開 示
本発明の目的は、 放電位置の変動の影響を除外してヮ ィャ電極とワーク間のギヤッブ電圧を正確に検出できる ようにしたワイヤカッ ト放電加工機のギャッブ電圧検出 装置を提供することにある。
上述の目的を達成するため、 本発明のワイヤカッ ト放 電加工機のギャップ電圧検出装 gは、 第 1 の通電子とヮ ーク間の第 1の電圧を検出するための手段と、 ワークに 閬して第 1の通電子と対向して配された第 2の通電子と ワーク間の第 2の電圧を検出するための手段と、 斯く検 出された第 1 および第 2の電圧の加算値に基づいてギヤ ッブ電圧を検出するための手段とを備える。
好ま し くは、 ギャップ電圧検出装置は、 放電電流を検 出するための手段と、 放電電流の微分値を検出するため の手段とを含み、 ギャップ電圧検出手段は、 斯く検出さ れた放電電流およびその微分値に基づいて第 1 および第 2の通電子間のワイヤ抵抗に起因する第 1 の電圧降下分 および両該通電子問のインダクタンスに起因する第 2の 電圧降下分を検出し、 斯く検出した第 1 および第 2の電 圧降下分を用いて第 1および第 2の電圧の加算値を補正 することによりギャップ電圧を検出する。 上述のように、 本発明は、 第 1 の通電子とワーク間の 電圧と第 2の通電子とワーク間の電圧との加算値に基づ いてギャップ電圧を検出するようにし、 好ましく は、 両 通電子間のワイヤ抵抗およびインダクタンスによる電圧 降下分で加算値を補正するようにしたので、 放電位蚩の 変動の影響を受けずに正確なギャップ電圧を検出できる。
図 面 の 簡 単 な 説 明
第 1 図は本発明の一実施例によるギャップ電圧検出装 置を装備したワイヤカツ ト放電加工機の要部を示す概略 図、 および、 第 2図は第 1図の裝蘆の作動原理を説明す るための図である。
発明を実施するための最良の形態
第 1 図を参照すると、 本発明の一実施例のギャップ電 圧検出装置を搭載したワイヤカッ ト放電加工機は、 ヮー ク 3の上方にそれぞれ配された上ガイ ドローラ 6および 上ワイヤガイ ド 8と、 ワーク 3に閬してそれぞれ要素 6， 8に対向して配された下ワイヤガイ ド 9および下ガイ ド ローラ 7 とを備え、 要素 6〜 9によりワイヤ 2をガイ ド するようにしている。 ワイヤガイ ド 8， 9の近傍にはヮ ィャ 2と当接自在に上通電子 4および下通電子 5がそれ ぞれ配され、 各通電子は加工電源 1の一出力端子に接続 されている。 加工電源 1 の他方の出力端子は、 接地され たワーク 3に接続されている。
上通電子 4は、 抵抗器 R 1 1 , R 1 2よ りなり上通電 子 4とワーク 3間の電圧を検出するための第 1 の分圧回 路を介してワーク 3に接統ざれ、 両抵抗器の接続点は、 ワイヤ 2とワーク 3間のギャップ電圧を検出するための 演算増幅器 （加算器） 1 1の第 1の入力端子に抵抗器 R 1 3を介して接続されている。 また、 下通電子 5は、 抵 抗器 R 2 1 , R 2 2よりなり下通電子 5とワーク 3間の 電圧を検出するための第 2の分圧回路を介してワーク 3 に接統され、 両抵抗器の接続点は抵抗器 R 2 3を介して 演算増幅器 1 1 の第 1の入力端子に接続されている。
参照符号 1 0は放電電流の微分値を検出するための検 出コイルを示し、 加工電源 1 とワーク 3とを接続するリ ー ド線が検出コイル 1 0を揷通している。 検出コイル 1 0の一端は接地され、 他端は、 第 1の可変抵抗器 R V I を介して演算増幅器 1 1 の第 2の入力端子に接続される と共に、 放電電流を検出するための積分回路 1 2の入力 端子に接銃されている。 そして、 積分回路 1 2の出力端 子は第 2の可変抵抗器 R V 2を介して演算増幅器 1 1 の 第 2の入力端子に接続されている。 なお、 検出コイル 1 0の巻線方向は、 演算増幅器 1 1 の両入力端子に印加さ れる電圧の極性が互いに反対になるように定められてい る。
以下、 上述の構成の放電加工機の作動を説明する。 放電加工檨を稼働させる'と、 第 1図に示す要素 6〜 9 に沿ってかつワーク 3の加工開始孔または加工溝を通つ て図中上から下に向かって走行するワイヤ 2に加工電源 1 から放電電力が供耠され、 ワイヤ 2とワーク 3間に放 電が生じて放電加工が行われる。
ここで、 第 2図に参照符号 Pで示す放電位萤において 放電が生じたとすると、 上通電子 4とワーク 3間の電圧 V U, 下通電子 5とワーク 3間の電圧 V Lおよび両電圧 の加算値 VG ( = V U + V L ) は下言己の第 （ 1 ) 式から 第 （ 3 ) 式によ りそれぞれ表される。 但し、 ここでは抵 抗器 R l l， R 1 2, R 2 1. R 22等を考慮していな い。
V U = V g + r 1 ♦ i 1 + L 1 ♦ ( d i 1 / d t )
♦ — ( 1 )
V L = V g + r 2 » i 2 + L 2 « ( d i 2 / d t )
• ♦ ♦ ( 2〉
V G = 2 V g + r l ♦ i 1 + r 2 ♦ i 2 +
L 1 ♦ ( d i l / d t ) + L 2 * ( d i 2 / d t )
· ♦ ♦ ( 3 ) ここで、 符号 V gはギャップ電圧， r l は上通電子 4 と放電位 SP間のワイヤ抵抗， L 1 は上通電子 4と放電 位匿 P間のインダク タンス， r 2は下通電子 5と放電位 ¾P間のワイヤ抵抗， L 2は下通電子 5と放電位置 P間 のインダク タンス， i 1 は上通電子 4を通って流れる電 流， i 2は下通電子 5を通って流れる電流をそれぞれ表 す （第 2図参照） 。
上記イ ンダク タ ンス L 1 および L 2は、 加工電源 1 と 上， 下通電子 4, 5間のインダク タンス L 1 ' およひヮ -ク 3 と加工電源 1 間のインダク タンス L 2 ' よ り も相 当小ざい。 従って、 電流 i 1 および i 2は近似的には互 いに等し く （ i l i 2 i? i )、 第 （3 ) 式を変形して 下記の近似式 （4 ) を得る。
V G 2 V g + i ( r 1 + r 2 ) +
(L l + L 2 ) d i / d t · · · ( 4 ) 第 （ 4 ) 式において、 値 r 1 + r 2および L 1 + L 2 は両通電子 4， 5間のヮィャ抵抗および両通電子間のィ ンダクタンスをそれぞれ表し、 双方共に放電加工機の構 成に応じて一義的に定ま り、 放電位置 Pの変動に伴って 変動することはない。 結局、 第 （4) 式の右辺の値はギ ヤップ電圧 V gに正確に対応する。
さて、 放電加工中、 上通電子 4とワーク 3とを接続す る第 1の分圧回路の抵抗器 R 1 1， R 1 2の接統点には 電圧 V Uを表す電圧が現れ、 下通電子 5とワーク 3とを 接統する第 2の分圧回路の抵抗器 R 2 1, R 22の接続 点には電圧 V Lを表す電圧が現れ、 両該電圧の加算値が 演算増幅器 1 1の第 1の入力端子に印加される。 当該端 子に印加される加算値は第 （4) 式の右辺の値に対応し、 従って、 ギヤッブ電圧 V gに正確に対応する。
放電加工中、 検出コイル 1 0には加工電源 1 とワーク 3間に流れる放電電流の時間的変化高 （微分値） d i Z d tに応じた電圧が誘起し、 検出コイル 1 0は、 放電電 流の微分値を表す出力信号を第 1 の可変抵抗器 R V 1 を 介して演算増幅器 1 1 の第 2の入力端子に印加する。 積 分回路 1 2は、 検出コ イル 1 0の出力信号を入力してこ れを積分し、 放電電流 i を表す出力信号を第 2の可変抵 抗器 R V 2を介して増幅器 1 1の第 2の入力端子に印加 する。 なお、 夫々の可変抵抗器 R V 1, R V 2を介して 増幅器 1 1の第 2の入力端子に印加ざれる電圧が第 （4) 式の右辺第 3項 （ （L 1 + L 2) d i / d t ) および第 2項 （ i ( r l + r 2) 〉 を表すように、 両該可変抵抗 器の抵抗値を予め調整しておく。
演算増幅器 1 1 は第 1の入力端子を介して第 （4) 式 の右辺の第 1項ないし第 3項の和に対応する電圧を入力 し、 また、 第 2の入力端子を介して第 （4〉 式の第 2項 および第 3項の和に対応しかつ第 1の入力端子に加わる 電圧と極性が反対の電圧を入力し、 第 （4〉 式の第 1項 ( 2 V g ) に対応する電圧を出力する。 結局、 演算増幅 器 1 1 の出力電圧は、 放電位 gPの変動の影響を受けず 従ってギャップ電圧 V gに正確に対応する電圧と両通電 子 4， 5間のワイヤ抵抗およびインダクタンスに起因す る電圧降下分との和から当該電圧降下分を差し引いたも のに対応し、 従って、 ギヤッブ電圧を正確に表す。
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、 種々 の変形が可能である。 例えば、 上記実施例では上通電子 4とワーク 3間の電圧と下通電子 5とワーク 3間の電圧 との加算値を電圧降下分で補正してギャップ電圧を検出 するようにしたが、 単に、 加算値をギャップ電圧として 検出しても良い。

Claims

32 - 8 一 請 求 の 範 囲
1 . 第 1 の通電子とワーク間の第 1の電圧を検出するた めの手段と、 前記ワークに関して前記第 1の通電子と 対向して Kされた第 2の通電子と前記ヮーク間の第 2 の電圧を検出するための手段と、 斯く検出された第 1 および第 2の電圧の加算値に基づいてギヤッブ電圧を 検出するための手段とを備えるワイヤカツ ト放電加工 機のギヤッブ電圧検出裝匿。
2. 放電電流を検出するための手段と、 前記放電電流の 微分値を検出するための手段とを含み、 前記ギヤッブ 電圧検出手段は、 斯く検出された放電電流およびその 微分値に基づいて前記第 1 および第 2の通電子間のヮ ィャ抵抗に起因する第 1の電圧降下分および両該通電 子間のインダクタンスに起因する第 2の電圧降下分を 検出し、 斯く検出した第 1.および第 2の電圧降下分を 用いて前記第 1 および第 2の電圧の加算値を補正する ことによりギヤッブ電圧を検出する請求の範囲第 1項 記载のギヤッブ電圧検出装置。
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