WO1994017948A1 - Method and apparatus for discharge machining control - Google Patents

Description

明 細 書

放電加工制御方法及び放電加工制御装置

技 術 分 野

本発明は、 液体中で微小間隙を隔てて対向させた工具 電極と被加工物 との間 に電圧を印加 して放電を発生させ る放電加工装置に適用 され、 かかる放電加工装置によ る 加工中に放電状態を一定に保持するため、 工具電極と被 加工物 との間隙をサーボモー夕な どの駆動手段を用 いて 最適状態に調整する よ う に した放電加工制御方法及び及 びその装置に関する。

背 景 技 術

放電加工装置は、 工具電極 と被加工物との間に電圧を 印加 して放電を生 じせ しめて被加工物材料を除去 しつつ, プロ グラ ムさ れた加工軌跡に したがって工具電極を被加 ェ物に対 して相対的に移動させる こ と によ り、 所望の形 状を加工する ものである。 この放電加工装置によ る力 11ェ にお いて は、 工具電極 と被加工物 との間の平均加工電圧 ( ギツ ヤプ電圧 ） 、 或いは工具電極と被加工物 との間 に 電圧を印加 してから放電が生 じるまでの時間等 与え ら れる放電加工状態を一定に保っため、 検出 した放電加工 状態に応 じて工具電極を被加工物に対 して相対的に移動 させて放電間隙を調整 して い る。

と こ ろで、 従来の放電加工用制御装置では、 検出 した 放電加工状態に基づ いて工具電極を被加工物に対 して相 対的に退避させる と きのその退避方向と距離と を決定す る こ と に よ り 退避する先の位置を求め、 その求めた退避 位置を位置制御装置 （以下サーボ機構と い う ） に指令す る こ と に よ っ て上記放電間隙を調整 して い る。 なお、 こ のよ う な退避方向と しては、 例えば、 当該加工位置での 被加工物に対する工具電極の相対的移動方向と は逆向き の方向と 力 或いはヮ ィ ャ放電加工機における仕上げ加 ェゃ形彫放電加工機での場合のよ う に、 被加工物に対す る ワ イ ヤ電極の相対移動方向に垂直な方向、 すなわち、 加工面の法線の方向とかが選ばれる。 ま たは、 これ ら に 代えて、 直交三軸座標系における設定された方向が与え られる こ とがある。

図 6 は、 従来から行われて いる被加工物に対する工具 電極の相対送 り 制御を示すためのブロ ッ ク図である。 図 6 にお いて、 1 は工具電極、 2 は被加工物、 3 は該工具 電極 1 と被加工物 2間の間隙の放電加工状態を検出する (例えば、 平均加工電圧を検出する ） ギャ ップ状態検出 器である。 ま た、 4 は数値制御装置内部における D D A ( Digital Differenti al Anaiizer ) な どで構成さ れる 加エブロ グラ ムで指令された位置への指令値分配機镡で ある。 さ ら に、 5 x, δ y, 5 z は X， Y， Ζ軸のサー ボ機構、 6 x， 6 , 6 ζ はサ一ボモー夕、 7 χ， 7 y 7 z は各サーボモー夕の回転位置を検出する位置検出器 8 は伝動機構で、 工具電極 1 を被加工物 2 に対 して相対 的に移動 させる ものである （ なお、 図 6 の例では、 工具 電極の方を三台のサーボモ ー タ 6 X , 6 , 6 z で も つ て移動させて い る例を示 して いる

ギャ ヅプ状態検出器 3 が平均加ェ電圧等の工具電極 1 と被加ェ物 2 間の状態を検出 し、 該状態検出値 V g と g

1示 πΧ £. ) 状態値 V s ヒの差 ε ( = V g - V s ) を求め. 該差 £ の大き さ に比例 した距離だけ加工プロ グラムで指 令された移動位置方向に移動する よ う上記指令値分配機 構 4が各軸のサ一ボ機構 5 X , 5 y , 5 z に移動指令を 分配 （ Μ c x , M c y , M c z ) する。 これら各軸のサ一ボ機 構は対応する軸のサーボモ一夕 6 x， 6 y , 6 z をそれ それ駆動 して、 伝動機構 8 を介 して被加工物 2 に対 しェ 具電極 1 を相対的に移動させる。 なお、 各サーボモー夕 の回転位置は位置検出器 7 X , 7 y , 7 z でそれぞれ検 出され、 各サーボ機構 5 X , 5 y , 5 z によつて位置の フ ィ ー ドパ'ッ ク制御がなされる。 ま た、 こ れらサーボ機 構 5 X， 5 y , 5 z によって速度のフ ィ ー ドバッ ク制御 も行われ

図 7 は . 図 6 に示 したもの とは若干異なるタ イ プに属 する と こ ろの従来か ら実施さ れて いる工具電極送 り 制御 を示 したブ口 ッ ク図である。 図 6 の方法と相違する点は. プ口 グラ ムで指令さ れた位置へ移動させるために各軸に 移動指令を分配する指令値分配機構 4 と は別に、 放電間 隙を調整するための分配機構 4 ' が設け ら れて いる点で め る

この図 7 の工具電極送 り 制御では、 ギャ ップ状態検岀 器 3 で放電間隙の状態 （ 間隙の大き さ ） を検出 し、 該検 出値 v _g と設定目標値 V s と の差ど ( = . v g - V s ) の 大き さ に よっ て上記分配機構 4 ' が X， Y， Z軸の移動 量 P X ' , P ' , P z ' を求め、 指令値分配機構 4 か ら出力される各軸への分配量 P x， P , Ρ ζ にそれぞ れ加算 し、 各軸サーボモ一夕への移動指令と して いる _c 以上図 6， 図 7 に示された工具電極送 り 制御方法では. 放電間隙が大き く したがつて状態検出値 V gが大き く、 そのため、 V g — V s = £ > 0 ( V s ； 目標値） である 場合には、 放電間隙を小さ く する よ う に上記差 ε に比例 する距離だけ工具電極が被加工物に対 して前進するよ う 制御される。 一方、 放電間隙が小さ く したがつて状態検 出値 V gが小さ く、 V g - V s = ε く 0 となる場合には. 放電間隙を大き く する よ う に上記差 ε に比例する距離だ 'け工具電極が被加工物に対 して後退する よ う制御され る, なお、 図 6， 図 7 に示す方法のいずれの場合にも、 サ一 ボ機構 5 χ， δ y , 5 ζ は、 指令値分配機構 4 ま たは分 配機構 4 ' が放電状態に基づいて出力 した 目標位置と現 在の位置を比較 してェ具電極も し く は被加工物の移動速 度を決定 し、 工具電極も し く は被加工物を移動させる働 き を して いる。

と こ ろで、 放電加工装置において は、 被加工物の材料 を除去す る作用 を発揮する正常な放電を維持させる に は. 工具電極 と被加工物間の放電間隙の状態を適切な値に 持する必要があ る。 そのため、 放電によ って被加工物か ら除去さ れた被加工物材料の加工屑の堆積や異常放電の 発生があつた と き、 工具電極ま たは被加工物を一旦退避 させ （ 間隙を大き く し ） 、 加工屑の堆積を清浄に しかつ 異常放電を停止させ、 正常の放電が発生するよ う に間隙 を調整する必要があ る。

すなわち、 放電加工の進展や加工屑の堆積によって刻 —刻変化する放電間隙の状態を迅速に検出 しフ ィ 一 ドバ ッ ク して、 よ り 短時間に正常な状態に復帰させる こ とが 単位時間当た り の加工除去能力を改善させるために必要 である。 ま た、 加工屑の堆積や異常放電が発生 した時、 なるべ く 速やかにこれ ら を解除する動作を行う こ とが異 常の拡大を抑制するために有効である。 したがって、 放 電状態の検出に応じて工具電極ま たは被加工物を移動さ せる制御装置が高い応答性を もつ こ とが、 よ り高い放電 加工能率と、 加工異常の低減のために必要となる。

しか し、 従来の放電加工制御装置では、 上述 したよ う に、 指令値分配機構 4が分配周期毎にサーボ機構 5 X , 5 y , 5 z に工具電極 1 ま たは被加工物 2 の移動量 M c x M c y , M c zを指令 して いるため、 次のよ う な理由で応答 性を高める こ とができない。

まず、 指令値分配機構 4 は、 サーボ乇一夕 と送 り ね じ な どか らなる複数の軸 （ Χ， Υ， Ζ軸） の駆動機構に対 し、 放電間隙を最適に維持するための移動量を各軸に分 配 （ Ρ X， P y , P z ) する計算を行わねばな らない。 さ ら に、 予めプロ グラム されて い る工具電極の移動経路 に関 し、 工具の現在位置がその終点ま たは個々の移動単 位の境界点に達 したか否かを判断する作業が必要である, そのため、 各軸への移動指令値の分配に要する計算時間 には、 上記各処理に要する時間を越えて短 く する こ とが できず、 処理時間の下限値がある。 したがって、 指令値 分配計算が実行される周期は上記下限値よ り も大なる時 間間隔に しなければな らな い。 そのため、 放電間隙状態 の観測が行われた後、 次の指令値分配計算が行われる ま での間が無駄時間 と な り 遅れが生 じて しま う。

さ ら に、 サ一ボ機構 5 X， 5 y， 5 z は微小な移動量 の指令に対 しては、 その大き さ に比例 した微小な速度で しか追従運動 しないため （通常オーバシュー トが生 じな いよ う にゲイ ンが調整されて いる ） 、 その比例定数であ る位置フ ィ ー ド ノ ヅ ク制御ゲイ ンの逆数に相当する遅れ 時間を持つ。 ま た、 サーボ機構 5 x， 5 y , 5 z は位置 検出器 7 X , 7 y , 7 z から各サーボモ一夕の回転位置 の情報がフ ィ 一 ドバ ヅ ク さ れた閉ループ構成になって い るため、 位置制御ゲィ ンを高める と ゲイ ン余有が低下 し、 各サーボ機構の動作が不安定となる。 そのため、 むやみ に位置制御ゲイ ンを高める こ とができない。 したがっ て 遅れ時間を短 く する こ とが難 し く、 このサーボ機構の追 従遅れ時間に よ り、 放電間隙の制御の応答性が低下する ま た、 サーボ機構の応答性を改善するために、 位置の フ ィ ー ド フ ォ ワ ー ド制御が行われる こ とがある。 この方 法は指令値分配機構 4 か らの移動指令 P X , P y , P z をそれぞれ微分 した値に比例する値を通常の位置ル一ブ 処理で得 られた速度指令に加算 して速度ル一ブ処理にお ける速度指令 に する ものである。 このフ ィ 一 ド ォ ヮ一 ド 制御に よ って も、 指令値分配機構 4 が各軸への移動指令 量を求める分配計算を行う までの時間遅れを補償する こ と はできない。 さ ら に、 移動指令の微分は、 実際には指 令時間間隔 （分配周期 ） 毎分配さ れる移動指令の差を指 令時間間隔で除 して求める ものであるから、 微分値の精 度が指令時間間隔に比例 して悪化する。 このため、 フ ィ — ドフ ォ ワー ド制御において、 速度指令値に しめる微分 値に基づ く 部分の重みを大き く する こ とができな い。 し たがって、 フ ィ ー ド フ ォ ヮ一 ド制御によって も放電間隙 制御の応答性を高める こ と には限界がある。

以上のよ う に、 従来の各種方法によって も放電加工に おける放電間隙制御の応答性を十分高める こ とができず. 放電加工の能率が低 く 異常加工の防止が不完全であった, 発 明 の 開 示

本発明の目的は、 応答性がよ く、 かつ安定した放電間 隙制御ができ る放電加工用制御方法及び放電加工装置を 提供する こ と にある。

上記目的を達成するため、 本発明の方法は、 工具電極 と被加工物間の間隙の放電加工状態を検出 し、 該放電加 ェ状態の検出値が目標値と一致するよ う に上記被加工物 に対 して工具電極を相対的に移動させるサーボ機構を駆 動 し、 上記間隙長さ を制御する放電加工制御方法にお い て、 上記放電加工状態の検出値と 目標値 との偏差に基づ いて、 設定方向に上記サーボ機構の位置ループ制御部か ら出力 さ れる速度指令を補正 し、 速度ループの速度指令 と して い る

なお、 好ま し く «よ s —し し Ιτδ差に基づ く 速度指令の補正 量を積分 し、 該積分値を位置ループへの移動指令に加算 するよ う に して いる。

また、 好ま し く は、 上記速度指令に対する補正値は、 予め設定されて いる方向べク トルの各軸成分値を上記偏 差に乗 じて得 られた値に比例する ものを各軸サーボ機構 の速度ループへの速度指令への補正値と して構成される, さ ら に好ま し く は、 各軸毎の速度指令の補正値を積分 し、 該積分値を各軸の位置ループに対する移動指令に加 算する。

さ ら に 、 好ま し く ヽ 曰し偏差を積分 し、 該積分値に 予め設定されて いる方向べク トルの各軸成分値を乗 じて 得られた値に比例する ものを対応する各軸の位置ループ に対する移動指令に加算する

ま た、 本発明の装置は、 加ェプロ グラ ム を読み分配周 期毎に各軸に対する移動指令と該移動指令と と も に設定 されて い る退避方向 と をメ モ リ に書き込む放電加工撻を 制御する数値制御装置と、 上記メ モ リ か ら読みだ した移 動指令を等分になる よ う分割 して位置ループ処理周期每 の移動指令を求め、 位置ループ処理、 速度ループ処ョ I、 電流ル一プ処理をそれぞれ実行 し、 各軸のサ一ボモー 夕 を駆動 して工具電極を被加工物に対 して相対移動させる ためのサーボ機構と、 加工中の電極 と被加工物 と の間隙 における放電状態を監視する放電加工状態検出装置と、 上記サーボモー夕の回転位置及び速度を検出する位置検 出器とか らなる放電加工制御装置において ；'上記放電加 ェ状態検出装置からの出力 と 目標放電加工状態値との差 に、 上記メ モ リ に格納されて いる退避方向の各軸成分及 び所定の定数を乗 じる退避速度指令発生手段と、 上記各 軸の退避速度指令発生手段か らの出力である退避速度指 令と を、 それぞれ対応する軸のサーボ機構の速度制御部 に直接正帰還させるための速度指令補正手段を備えて い る。

好ま し く は、 さ ら に、 上記各軸の退避速度指令発生手 段からの出力である退避速度指令をそれぞれ加算する積 分器と、 上記各軸の積分器の出力を対応する軸のサーボ 機構の位置制御部に正帰還させる位置指令補正手段と備 えて いる。 或いはこれに代えて、 さ ら に、 上記放電加工 状態検出装置か らの出力 と 目標放電加工状態値との差を 積算する一つの積分器 ； 上記積分器の出力 と上記メ モ リ に格納さ れて いる退避方向の各軸成分及び所定の定数と を乗 じて各軸の退避量をそれぞれ得るための退避量算出 手段と、 上記退避量算出手段からの出力を対応する軸の サーボ機構の位置制御部に正帰還させる位置指令補正手 段と を備えて いる。

上述のよ う に、 本発明に よれば、 放電加工状態の検出 値 と 目標値と の偏差が求め ら れ、 この偏差に基づ いて速 度ループ処理への速度指令が修正さ れるか ら、 偏差が大 き ければば大き い程速度は増大 し、 偏差が零にな る よ う に工具電極と被加工物間の間隙は補正される。 ま た、 速 度が補正される こ と に よって被加工物に対する工具電極 の現在位置がプロ グラ ムで指令さ れた位置とずれる。 そ のため、 上記速度の補正量を積分 し、 補正移動量を求め この補正移動量を位置ループの移動指令に加算 して上記 現在位置のずれを防止でき る。

図 面 の 簡 単 な 説 明

図 1 は、 本発明に よ る被加工物に対する工具電極の相 対送 り 制御の第 1 の実施例にかかるブロ ッ ク図、

図 2 は、 同 じ く 第 2 の実施例にかかるブロ ッ ク図、 図 3 は、 本発明の第 1、 第 2の実施例を実施する放電 加工制御装置の要部ブロ ッ ク図、

図 4 は、 図 3 の放電加工装置におけるディ ジタルサー ボ回路のプロセ ッサが実行する第 1 の実施例における位 置ループ処理周期毎及び速度ループ処理周期毎の処理の フ ロ ーチ ヤ一 ト、

図 5 は同 じ く 第 2 の実施例における位置ループ処理局 期毎及び速度ループ処理周期毎の処理のフ ローチヤ一 ト、 図 6 は従来か ら行われて いる被加工物に対する工具電 極の相対送り 制御にかかるブロ ッ ク 図、 及び、

図 7 は図 6 と は別の従来か ら行われて いる被加工物 に 対する工具電極の相対送 り 制御にかかるブロ ッ ク図であ る。 発 明 を 実 施 す る た め の 最 良 の 形態

図 1 は本発明 によ る放電加工制御の一実施例にかかる ブロ ッ ク 図であ る。 図 1 にお いて、 図 6 で示す従来の被 加工物に対する工具電極の相対送 り 制御のプロ ッ ク図 と 同一の構成要素 には同一の参照番号が付されて いる。 な お この図 1 では、 サーボ機構 5 X , 5 y , 5 z を位置制 御部と速度制御部と に別けて示 して いる。

本実施例では、 図 6 の従来例と異な り、 指令値分配撻 構 4は加工プロ グラ ムで指令された移動指令値 （ P X , P y , P z ) を各軸毎に分配 して対応する軸のサ一ボ機 構 5 x， 5 y, 5 z に出力 して いる。 ま た、 ギャ ップ状 態検出器 3 は、 工具電極 1 と被加工物 2間の間隙の放電 加工状態 （例えば、 平均加工電圧や電圧印加か ら放電発 生までの時間等） を検出 し、 検出値 V gか ら 目標値 V s を減 じてその偏差 ε を求める。 この偏差 £ は、 本実施例 においては、 位置ループ処理によ って求め られる速度指 令を補正する補正量 と してのギャ ップ速度指令 となる- 乗算器 9 χ， 9 y, 9 z は、 上記ギャ ップ速度指令 £ に加工プログラ ム中に移動軌跡指令と共にプロ グラム さ れて いる退避方向の方向ベク トル a (なお、 退避方向が 加工軌跡に関係な く 一定方向である等の場合には加ェブ ロ グラ ム 中ではな く 手動に よ って この方向ベク ト ルを設 定 して も よ い ） の各軸成分 a x， a y, a z を乗 じて速 度指令を補正する X， Υ, Z軸成分の退避速度指令 V 2x V 2y, V 2zを求める。 ま た、 積分器 1 0 X , 1 0 , 1 0 z はそれぞれ対応 する各軸成分の退避速度指令 V 2x， V 2y, V 2zを積算す る。 すなわち、 上記積算器 1 0 X， 1 0 , 1 0 z は、 各軸成分の退避速度指令を積分 して各軸成分の退避移動 量を補正移動量 Q x， Q y , Q z と して出力する。 そ し て、 この補正移動量は、 指令値分配機構 4から分配さ れ る各軸の移動量 P X , P , P z にそれぞれ加算されて、 各軸のサーボ機構の位置制御部への移動指令 M cx， M cy M czと さ れる。 - - 1

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ま た、 上記退避速度指令 V 2x, V 2y, V 2zは、 各軸の サーボ機構 5 x， 5 , 5 z の位置ループ制御によって 得られる速度指令 V lx, V ly, V izにそれぞれ加算さ れ、 各軸サーボ機構の速度制御部への速度指令 V cx， V cy, V czと さ れる。

そ こで、 X軸のサ —ボ機構 5 x について説明する と、 指令値分配機構 4か ら分配さ れた X軸に対する移動指令 P X に積分器 1 O xの出力 Q xを加算 した値 （ M cx= P X + Q ) が該サ一ボ機構 5 Xの位置制御部への移動指 令と して入力さ れる それか ら該移動指令 M cxか ら位置 検出器 7 xで検出さ れた移動量を減 じて位置偏差が求め られ、 該位置偏差に位置ループゲイ ン K p を乗 じて速度 指令 V 1 Xが従来と 同様に求め ら れる。 そ して、 この速 度指令 V lxに上記 X軸に対する退避速度指令 V 2 Xが加 算されて、 速度制御部 5 2への速度指令 V cx ( = V 1 X - V 2x ) と なる。 一方、 速度制御部 5 2ではこの入力さ れ た速度指令 V exに基づ いて従来と 同様の速度のフ ィ 一 ド ノ ッ ク制御を行ってサーボモ一夕 6 X を駆動制御 し、 伝 動機構 8 を介 して工具電極 I を被加工物 2 に対 して移動 させる。 以上の X軸のサーボ機構 5 Xの動作は、 Y軸， Z軸のサーボ機構 5 y, 5 z の動作と同様である。

以上のよ う に、 被加工物 2 に対する工具電極 I の相対 移動は、 プロ グラム に よ る移動指令及び位置検出器の出 力 に基づき与え られる速度指令に対 して、 指令された方 向で且つギャ ップ状態検出器 1J 3で検出された放電加工状

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態に対応 した値の速度指令が加算補正される こ と によ り 制御さ れる。

そこで、 工具電極 1 と被加工物 2間の間隙が目標値よ り 大き い と （例えば、 その結果、 平均加工電圧が目標値 よ り高 く なつた と い う現象が現れる と ） 、 ギャ ップ状態 検出器 3の出力 V gが目標値 V s よ り大き く な り、 その 偏差であ るギャ ップ速度指令 £ は正の値となる。 その結 果、 各軸のサーボ機構の位置ループから出力される速度 指令 V lx， V ly, V lzに加算される各軸の退避速度指令 V 2x, V 2y, V 2z ( = x a x, <ε x a y , £ x a z ) は正の値となって、 工具電極 1 を被加工物 2 に対 して設 定方向に移動させる よ う、 すなわち、 被加工物 2 と工具 電極 1 間の間隙を減少する よ う に働 く こ と になる。

•一方、 工具電極 1 と被加工物 2間の間隙が目標値よ り 小さ い と、 ギャ ップ状態検出器 3の出力 V gが目標値 V s よ り 小さ く な り、 その偏差であるギャ ップ速度指令 ε は負の値となる。 その結果、 各軸のサーボ機構の位置ル —ブか ら出力さ れる速度指令 V lx， V ly, V izに加算さ れる各軸の退避速度指令 V 2x, V 2y, V 2 ま負の値と な つて、 工具電極 1 を被加工物 2 に対 して設定方向と反対 の向き に移動させる よ う、 すなわち、 被加工物 2 と工具 電極 1 間の間隙を増大する よ う に働 く こ とになる。

以上のよ う に、 各軸サーボ機構 5 x， 5 y, 5 z の速 度制御部に入力される速度指令 V lx, V ly, V izに、 正 ま たは負の値の退避速度指令 V 2x, V 2y, V 2zが加算さ れて対応する軸のサーボ機構の速度制御部に入力する こ とで、 工具電極 1 の被加工物 2 に対する速度指令を補正 して いる。 そ こで、 このよ う な速度指令の補正にあたつ て、 なお現在位置を失わな いよ う にするために、 本実施 例では、 上記退避速度指令 V 2x， V 2y, V 2zをそれぞれ 積分器 1 0 X , 1 0 y, Ι Ο ζ で積分する こ とで退避速 度指令に基づ く 移動量 Q x ， Q Y ， Q z を求め、 この求 めた移動量を指令値分配機構 4 か ら出力さ れる各軸への 移動指令 P X , P , P z に加算 し、 各サーボ機構 5 x, 5 y, 5 z の位置制御部への移動指令 M cx， M cy， M cz と して いる。

もっ と も、 このよ う な積分器 Ι Ο χ, 1 0 y , 1 0 z を設け各退避速度指令 V 2x, V 2y, V 2zを積分 し、 各軸 移動指令に加算する こ と は、 必ず必要と い うわ けではな いが、 よ り精度の高い もの にする と いう点では望ま し い こ とである。 このよ う に して、 工具電極 1 と被加工物 2 間の間隙は 正常な放電が生 じる よ う に適正な間隙長を維持する こ と と なる。

図 2 は本発明の第 2 の実施例のブロ ッ ク図で、 図 1 に 示す第 1 の実施例と構成上相違す•o ^?、は、 積分器を 1 つ に し、 乗算器を 3 つ増加 し合計 6 個 と した点である。

この図 2 の実施例では、 ギヤ ッブ状態検出器 3 で検出 される検出値 V gよ り 目標値 V s を減 じて求めたギャ ッ プ速度指令 ε に、 設定さ れて いる方向べク トルの各軸成 分を乗 じて X， Υ, Ζ軸に対する退避速度指令 V 2x, V 2y， V 2zを求め、 この退避速度指令 V 2x, V 2y, V 2zを 各サーボ機構 5 x, 5 y, 5 zの位置制御から出力さ れ る速度指令に加算 して速度制御部への速度指令とする。 この点は図 1 に示す第 1 の実施例と同一である。

ただ し、 この第 2実施例では上記ギャ ッブ速度 曰 TP t を一つの積分器 1 ◦ で積分 し、 この積分 した値に方向べ ク トルの各軸成分値を乗算器 1 1 X , 1 1 , 1 1 z で 乗 じて、 この各乗算器の出力 Q x ， Q y , Q z をそれそ れ指令値分配機構 4 か ら出力される対応する移動指令 P χ， P y , P z に加算する よ う に して いる。 この点でこ の第 2 の実施例は第 1 の実施例と は相違する。

すなわち、 サーボ機構 5 x, 5 , 5 z の各位置制御 部に補正移動量 Q X ， Q y ， Q z と して与える ものを、 ギャ ップ速度指令 （ V g _ V s ) に方向べク ト ルの各軸 成分をかけた ものをそれぞれ積分 した値と するか ( 1 の第 1 実施例） 、 或いは、 こ れに代えて、 ギャ ップ速度 指令を ま ず積分 してその積分 した値に方向べク ト ルの各 軸成分をかけた もの とするか （図 2 の第 2実施例） の相 違である。

以上の説明で明かなよ う に、 図 1 に示す第 1 の実施例 では積分器は軸の数と同数の 3 っ必要と したのに比べ、 図 2 に示す第 2 の実施例では積分器が 1 つで済む。 こ の こ とは、 第 2 の実施例を実施する と きの計算機の処理に お いては、 積算器が少ない分それだけ計算時間を短縮す る こ とができ る と い う こ と に帰着する。 なお、 第 2実施 例では乗算器を 6 個 （ 9 X 〜 9 2 , 1 1 χ〜 1 1 ζ ) 用 いて いるため、 計算の語長が有限である こ とから、 乗算 器を 3 個用 いて いる第 1 実施例と比ベてそれだけ誤差が 発生 しやすい と も考え られる。 しか しながら、 図 1 に示 す第 1 の実施例では、 各軸毎の積分器 Ι Ο χ〜 ： L O z に その誤差が個別 に累積 し、 その結果、 方向ベク トル と各 積分器 Ι Ο χ 〜 ： L O z の出力の合成である退避量 Q X , Q y , Q ζ は、 その移動べク トル方向に誤差が生 じる こ と になるが、 これに対 して、 図 2 に示す第 2実施例では, 積分器 1 0 が 1 つであつて、 この積分器 1 0 の出力 に方 向べク ト ルの各軸成分が乗 じ られて退避量 Q X , Q y , Q ζ がそれぞれ求め られるのであ るか ら、 方向ベク ト ル と退避量の方向は一致 し誤差は生 じない。

上述 した いずれの実施例において も、 放電間隙の放電 状態が検出さ れ、 その検出結果が極間間隙を制御するサ ーボ機構にお ける速度制御部に直接フ ィ ー ドバヅ ク さ れ る。 一方、 従来では、 図 6， 図 7 に関 して説明 した よ う に、 検出 した放電状態を位置ループへのみフ ィ ー ドバッ ク して いる。 と こ ろで、 速度ループ処理周期は一般的に 分配周期及び位置ループ処理周期に比べて短い （通常、 速度ループ処理周期は分配周期の 1 4若 し く は 1 8 である ） こ とか ら、 本発明の実施例によ る放電加工制御 に よれば、 遅れ時間が短 く、 高いバン ド幅を持つ と い う 利点が得 られる

一般に多重フ ィ ー ドバッ クル一ブにお いては、 全体の 系の安定化を図るためにはよ り 内側に位置するマイ ナー ループがよ り高い応答バン ド幅を持つべきである と いう こ とが当然に要求される こ とであるから、 上記第 1、 第 2 のいずれの実施例において も、 サーボ機構 5 X， 5 y , 5 z における速度ループは、 位置検出器 （ 7 x， 7 y , 7 z ) と位置ル一ブゲイ ン K p、 それに速度制御部 5 2 自体を含む位置ループに比べよ り高い周波数応答を有す る こ と になるので、 安定 した放電加工の制御を得る こ と ができ る。

図 3 は上記各実施例を実施する制御装置のブロ ッ ク 図 である。 図 3 に お い て 2 0 は放電加工機を制御する数値 制御装置、 2 1 は共有メ モ リ、 2 2 はサーボ機構を構成 するディ ジタルサ一ボ回路であ り、 プロ セ ッサ、 R O M , R A M等のメ モ リ 等で構成さ れて いる。 ま た、 2 3 はサ 一ボア ンブ、 6 X は X軸駆動用のサ一ボモータ、 7 x は 該サーボモータ の回転位置速度を検出する位置検出器で あ り、 3 は上記ギヤ ッブ状態検出器である。 なお、 図 3 では、 X軸のみを示 し他の軸 （ Y軸， Z軸） は図示する こ と を省略 して いる。 そ して、 従来の制御装置と相違す る点は、 ギャ ップ状態検出器 3 の出力が従来は数値制御 装置に入力さ れて いた点がディ ジタルサ一ボ回路に入力 されて いる点であ り、 他は同一である。

以上の構成で、 数値制御装置 2 0 は加工プロ グラ ム を 読み、 分配周期毎各軸に対する移動指令を共有メ モ リ 2 1 に書き込む と共に、 移動指令と共に設定されて いる方 向ベク ト ル a ( a , a y , a z ) を書き込む。 一方、 ディ ジタルサ一ボ回路 2 2 のプロセ ッサは共有メ モ リ 2 2 から各移動指令を読み、 該移動指令を等分になる よ う に分割 して位置ループ処理周期毎の移動指令を求め、 位 置ループ処理、 速度ループ処理、 上述 した退避処理、 さ ら には電流ループ処理を実行 しサ一ボモ タ 6 X を ¾動 する。

図 4 ( a ) , ( b ) は、 ディ ジタルサ一ボ回路 2 2 の プロセ ッサが、 図 1 で示 した本発明の第 1 の実施例を実 施する と きの位置ループ処理周期及び速度ル一ブ処 ¾周 期毎に実施す る処理のフ ロ ーチヤ一 トである。

ディ ジタルサ一ボ回路 2 2 のプロセ ッサは共有メ モ リ 2· 1 か ら読み取った分配周期毎の移動指令を読み、 D D A処理等によ って位置指令周期毎の各軸移動指令 P X ， P y , P z を求める （ ステ ップ 1 0 1 ) 。 さ ら に、 位置 検出器か らの位置フ ィ ー ドノ ッ ク値 P fx, P fy， P f z, を読む （ ステ ヅ プ 1 0 2 ) 。 次に積分器 1 0 x , 1 0 , 1 0 z と しての各軸毎のアキュム レータ A x, A y , A z に格納されて いる退避量 Q x， Q y , Q z と ステ ップ 1 ◦ 1 で求めた移動指令 P x， P y , P z を各軸毎に加 算 して、 サ一ボ機構 5 X， δ , 5 z における位置制御 部へ与える移動指令 M cx, M cy, M czを求める ( ステ ツ ブ 1 0 3 ) 。 次いでか く 求めた移動指令 M cx， M cy, M czか ら位置検出器 7 x， 7 y, 7 z から帰還される位置 検出出力を減 じるこ とで位置偏差を各軸毎求め、 この求 めた位置偏差にそれぞれ位置ループゲイ ン K p を乗 じる 位置ループ処理を行って、 速度指令 V lx， V ly, V izを 求め、 レ ジスタ に格納 して当該位置ループ処理周期の処 理を終了する ( ステ ップ 1 0 4 ) 。 以下、 この図 4 ( a ) で示す処理を位置ル一ブ処理周期毎繰 り返 し実行する- 次に、 ディ ジタルサ一ボ回路 2 2のプロセ ッサは、 図 4 ( b ) に示す速度ループ処理を上記位置ループ処理周 期内に N回 （速度ループ処理周期は位置ループ処理局期 の 1 Nで通常 N = l， 2 ま たは 4である ） 実行する： まず、 ギヤ ップ状態検出器 3の出力 V g、 共有メ モ リ 2 1 に格納さ れて いる方向ベク ト ル a ( a x, a y , a z ) 、 及び速度フ ィ ー ドノ' ヅ ク値を読む （ ステ ップ 1 1 1 ) 。 次に、 読み込んだギャ ップ状態検出器の出力 V §· か ら設定されて いる 目標値 V s を減 じた値 （ ど ） に、 方 向ベ ク ト ルの各軸成分 a x， a y, a z をそれぞれ桑 じ、 さ ら に比例定数 Kを乗 じて各軸毎の退避速度指令 V 2x，

V 2y, V 2zを求める ( ス テ ヅ ブ 1 1 2 ) 。 さ ら に、 この 求めた退避速度指令 V 2x, V 2y, V 2zを、 前述 した位置 ループ処理のス テ ヅ ブ 1 0 4で求めた速度指令 V lx， V ly, V lzに加算 してサ一ボ機構 5 , 5 y , 5 z にお け る位置制御部へ与える ¾度指令 V cx , V c , V czを求め る （ ステ ップ 1 1 3 ) 。 そ して この求めた速度指令 V cx:

V cy, V czと ステ ツブ 1 1 1 で読み出 した速度フ ィ ー ド ノ ッ ク値によ り 従来と 同様な速度ループ処理を行って各 軸への ト ルク指令を求めて電流ルーブに引 き渡す （ ス テ ッブ 1 1 4 ) 。 そ して、 ァキュム レー夕 A x, A y, A z にそれぞれステ ツプ 1 1 2で求めた退避速度指令 V 2x_:

V 2y，. V 2zを加算 し、 当該速度ルーブ処理周期の処理を 終了する。 '

なお、 電流ル一ブでは、 電流ループ処理を行い各軸サ ボモータ を駆動 し、 工具電極 1 と被加工物 2の間隙を調 整 しなが ら加エブ口 グラムでプロ グラム さ れた形状に被 加工物 2 を加工する こ と になる。 以下、 速度ループ処理 周期毎上記ス テ ップ S 1 1 1〜 1 1 5の処理を繰 り返 し 実行する。

図 5 ( a ) , ( b ) は、 図 2 に示す本発明の第 2 の実 施例を実施する と きのディ ジタルサーボ回路 2 2のプロ セ ッサが位置ル一ブ処理周期毎及び速度ループ処理周期 毎に実施する処理のフ ローチヤ一 ト であ る。

位置ループ処理にお けるステ ップ 2 0 1 , 2 0 2 は第 1 の実施例のス テ ツブ 1 0 1 , 1 0 2 と 同一処理である せ、 ス テ ッ プ 2 0 2 で共有メ モ リ 2 1 に格納さ れて い る 方向ベク ト ル a ( a x, a y, a z ) を読み出す点が異 なる。 そ して、 第 1 の実施例のステ ップ 1 0 3 に対応す る移動指令を求める処理のステ ップ 2 0 3， 2 0 4が第 1 の実施例と異なる。 すなわち、 ギャ ップ状態検出器の 出力 V g と 目標値 V s との差 £ ( = V g - V s ) を積算 記憶するアキュ ム レータ Aの積算値に方向べク トル aの 各軸成分をそれぞれ乗 じ、 さ ら に比例定数 Kを乗 じて各 軸毎の退避量 Q x ， Q y ， Q z を求め （ステップ 2 0 3 ) , この退避量と ステ ップ 2 0 1 で求めた移動指令 P x， P y, P z をそれぞれ加算 して各軸毎のサーボ機構 5 x， 5 y , 5 z における位置制御部へ与える移動指令 M cx， M cy, M czを求める （ ステ ップ 2 0 4 ) 。 そ して、 求め た移動指令と位置検出器 7 x， 7 y, 7 z からの出力で ある位置フ ィ ー ドバ ッ ク値によ り 位置ループ処理を実行 して速度指令 V lx, V ly, V lzを得て こ れを格納す る ( ステ ップ S 2 0 5 ) こ とで当該処理周期での位置ルー ブ処理を終了する。

—方、 図 5 ( b ) に示す速度ループ処理 （ この速度ル ーブ処理は第 1 の実施例と 同様に位置ループ処理周 ^内 に N回の処理を実行する ） は、 図 3 ( b ) に示す第 1 の 実施例の速度ループ処理と ほぼ同様で、 相違する点は第 1 の実施例のステ ップ 1 1 1 に対応するステ ップ 2 1 1 で、 方向ベク ト ル a はすで にステ ップ S 2 0 2で読ま れ

- 1

5

て いる こ とか ら、 こ こでは読み取る必要がない こ と、 及 び第 1 の実施例のス テ ップ 1 1 5 に対応するステ ップ 2

1 5での処理が、 こ の第 2実施例では、 アキュム レータ Aに、 読み取っ たギャ ップ状態検出器の出力 V g と 目標 値 V s との差 （ e = V g— V s ) を加算する点であ り、 他のステ ップ 2 1 2 〜 2 1 4 は第 1 の実施例のステ ップ

1 1 2 〜 1 1 4 と同一である。

以上 2つの実施例を説明 したが、 これ らの実施例で示 される よ う に、 ギャ ップ状態検出器 3で検出される工具

10 電極 1 と被加工物 2間の間隙の放電加工状態に応 じて該 間隙を調整するフ ィ ー ドバッ ク処理が分配周期及び位置 ループ処理周期よ り 短い速度ループ処理周期毎に実施さ れるか ら、 遅れが少な く、 その結果安定 した放電加工制 御ができ る。

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Claims

求 の 範 囲

. 工具電極 と被加工物間の間隙の放電加工状態を検出 し、 該放電加工状態の検出値が目標値と一致する よ う に上記被加工物に対 して工具電極を相対的に移動させ るサーボ機構を駆動 し、 上記間隙長さ を制御する放電 加工制御方法にお い 、 _t 5己 ft 加ェ状態の検出値と 目標値との偏差に基づいて、 設定方向に上記サ一ボ機 構の位置ループ制御部か ら出力さ れる速度指令を補正 し、 速度ループの速度指令 2 3とする こ と を特徴とする放 電加工制御方法。

. 上記偏差に基づ く 速度指令の補正量を積分 し、 該積 分値を位置ループへの移動指令に加算するよ う に した 請求の範囲第 1 記載の放電加工制御方法。

. 上記速度指令に対する補正値は、 予め設定さ れて い る方向ベク ト ルの各軸成分値を上記偏差に乗 じて得 ら れた値に比例する ものを各軸サーボ機構の速度ル一ブ への速度指令への補正値と して構成される請求の範囲 第 1 項ま たは第 2項記載の放電加工制御方法。

. 各軸毎の速度指令の補正値を積分 し、 該積分値を各 軸の位置ループに対する移動指令に加算する請求の範 囲第 3項記載の放電加工用制御方法。

. 上記偏差を積分 し 、 該積分値に予め設定さ れて い る '方向べク ト ル の各軸成分値を乗 じて得 られた値に比例 する ものを対応する各軸の位置ループに対する移動指 令に加算す る請求の範囲第 3項記載の放電加工制御方 法。

6 . 上記速度指令の補正は、 速度ループ処理周期毎実行 される請求の範囲第 1 項乃至 5 項のいずれか 1 項記載 の放電加工制御方

7 . 上記速度指令の補正及び位置指令の補正は、， それぞ れ位置、 速度ル一ブ処理周期毎実行さ れる請求の範囲 第 2項記載の放電加工制御方法。

8 . 加工プロ グラム を読み分配周期毎に各軸に対する移 動指令 と該移動指令 と と も に設定されて いる退避方向 と をメ モ リ に書き込む放電加工機を制御する数値制御 装置、

上記メ モ リ から読みだ した移動指令を等分になるよ う分割 して位置ループ処理周期毎の移動指令を求め、 位置ルーブ処理、 速度ループ処理、 電流ループ処理を それぞれ実行 し、 各軸のサ一ボモータ を駆動 して工具 電極を被加工物に対 して相対移動させるためのサーボ 構、

加工中の電極と被加工物 との間隙における放電状態 を監視する放電加ェ状態検出装置、 及び

上記サ一ボモー夕 の回転位置及び速度を検出する位 置検出器か らなる放電加工制御装置にお いて、

上記放電加工状態検出装置か らの出力 と 目標放電加 ェ状態値との差に 、 上記メ モ リ に格納されて いる. ϋ避 方向の各軸成分及び所定の定数を乗 じる退避速虔指令 発生手段、 及び 上記各軸の退避速度指令発生手段か らの出力であ る 退避速度指令を、 それぞれ対応する軸のサーボ機構の 速度制御部に直接正帰還させるための速度指令補正手 段

を備えてなる放電加工制御装置。

. さ ら に、 上記各軸の退避速度指令発生手段か らの出 力である退避速度指令をそれぞれ積算する積分器、 及 び、

上記各軸の積分器の出力を対応する軸のサーボ機構 の位置制御部に正帰還させる位置指令補正手段を備え てなる、 請求の範囲第 8項記載の放電加工制御装置。0 . さ ら に、 上記放電加工状態検出装置からの出力 と 目標放電加工状態値との差を積算する一つの積分器、 上記積分器の出力 と上記メ モ リ に格納されている退 避方向の各軸成分及び所定の定数とを乗 じて各軸の退 避量をそれぞれ得るための退避量算出手段、 及び、 上記退避量算出手段か らの出力を対応する軸のサー ボ機構の位置制御部に正帰還させる位置指令補正手段 を備えてなる、 請求の範囲第 8項記載の放電加工制御 装置。

1 . 上記サーボ機構はディ ジタルサーボ回路か ら構成 される請求の範囲第 8項、 9項ま たは 1 0項記載の放 電加工制御装置。