WO2001081035A1 - Procede et appareil d'usinage par decharge electrique - Google Patents

Description

明 細 書 放電加工方法及び装置 技術分野

この発明は、 工具電極又は被加工物め C A D等の図形デ一夕を利用し て加工条件を設定することができる放電加工方法及び装置の改良に関す るものである。 背景技術

放電加工において、 設定する加工条件及び揺動条件等は、 工具電極形 状及び加工時の放電エネルギに応じて決定される。 たとえば、 荒加工で は大きなエネルギの加工条件を、 仕上加工では小さなエネルギの加工条 件を用い、 被加工物の目標加工形状に合わせて工具電極形状と相似形状 になるような揺動条件を選定する。

加工に用いられる加工条件は、 所期の被加工物形状、 加工深さ、 加 ェに用いる工具電極本数及び工具電極と最終形状の減寸量である縮小代 に応じて決定され、 仕上加工に用いられる加工条件は、 被加工物の最終 加工形状における目標精度、 面粗さ及び工具電極の消耗度合いに応じて 決定される。 揺動条件については、 被加工物の最終加工形状が角を重視 する場合には四角形又は多角形の揺動になるように工具電極と被加工物 との相対移動を制御し、 最終形状に丸みがある場合には円弧、 楕円又は 球の揺動になるように工具電極と被加工物との相対移動を制御する。 また、 加工初期時の加工面積が小さく、 荒加工条件で加工を行うとェ 具電極の消耗が大きくなる場合には、 小さいエネルギの加工条件で加工 を開始して徐々に本来の荒加工条件に変えていく、 いわゆる食付き制御 と呼ばれる制御が行われる。 さらに、 放電休止時間及びジャンプ運動等 の適応制御等も行われる。

このように、 放電加工では設定する加工条件が非常に多く、 また、 こ れらの加工条件は工具電極形状及び目的とする加工内容によって大きく 左右される。 したがって、 加工条件の設定には熟練した技能が必要とな る。

このような課題を解決するために、 日本国特開平 2— 2 1 8 5 1 7号 公報には、 操作者が、 使用する工具電極と被加工物の材質、 荒加工時の 最大加工面積及び最終仕上加工面粗さを入力し、 この入力情報に基づく 演算により多段揺動加工において最適な電気条件及び揺動量を求める放 電加工方法及び装置が開示されている。

また、 日本国特開平 3— 1 7 8 7 3 1号公報には、 加工槽内に設けら れた工具電極形状センサ又は N Cプログラムの工具電極形状情報を使用 して、 実際に放電加工した状態に置き換えた場合の最適な加工条件を自 動的に選択しながら加工を行う放電加工装置が開示されている。

日本国特開平 2— 2 1 8 5 1 7号公報に開示された放電加工方法及び 装置では、 加工内容の入力において、 工具電極及び被加工物の加工形状 の三次元的な情報を放電加工装置に認識させることができないため、 加 ェ形状が複雑な場合には、 加工面積を認識させるための機能及びこの加 工面積に対応した加工条件の生成が必要であるという問題点があった。 また、 日本国特開平 3— 1 7 8 7 3 1号公報に開示された放電加工装 置では、 加工条件の生成に工具電極の C A D等の図形データを用いてい るが、 図形データ本来の形状データを有効に利用するものではなく、 C A D Z C A Mで作成した三次元形状の工具電極の単位高さ当たりの表面 積情報を用いているのみである。 また、 複雑な形状の工具電極による加 ェにおける制御及び加工条件の生成方法等を何ら開示するものではなか つた。 発明の開示

この発明は、 前記のような課題を解決するためになされたものであり、 加工形状が複雑な場合においても、 効率的な加工を行うことができる放 電加工方法及び装置を得ることを目的とする。

この発明に係る放電加工方法は、 工具電極又は被加工物の形状情報と 加工条件データベースの加工条件データとを対応させ、 加工条件を選択 して加工を行う放電加工方法において、 前記工具電極の形状デ一夕又は 前記被加工物の加工形状データを読み込む第 1の工程と、 前記形状デ一 夕から前記工具電極の形状の特徴又は前記被加工物の加工形状の特徴を 抽出する第 2の工程と、 前記工具電極の形状の特徴又は前記被加工物の 加工形 の特徴と前記加工条件データベースの加工条件デ一夕とを対応 させ、 加工条件を選択して加工を行う第 3の工程とからなるものである。 また、 この発明に係る放電加工方法は、 工具電極又は被加工物の形状 情報と加工条件データベースの加工条件データとを対応させ、 加工条件 を選択して加工を行う放電加工方法において、 前記工具電極の形状デー 夕又は前記被加工物の加工形状データを読み込む第 1の工程と、 前記形 状データの複数の断面を抽出する第 2の工程と、 前記断面をメッシュ分 割し、 中実又は中空のメッシュデータを付与する第 3の工程と、 前記メ ッシュデータから前記工具電極の形状の特徴又は前記被加工物の加工形 状の特徴を抽出する第 4の工程と、 前記工具電極の形状の特徴又は前記 被加工物の加工形状の特徴と前記加工条件データベースの加工条件デー 夕とを対応させて加工条件を選択して加工を行う第 5の工程とからなる ものである。

また、 この発明に係る放電加工方法は、 前記メッシュデータによる、 前記工具電極の形状の特徴情報又は前記被加工物の加工形状の特徴情報 の中で最も構成比率が高いものを、 前記工具電極の形状の特徴又は前記 被加工物の加工形状の特徴として認識するものである。

この発明に係る放電加工装置は、 複数の加工条件デ一夕を記憶した加 ェ条件データベースを保存してなる加工条件記憶手段を備えた放電加工 装置において、 工具電極の形状データ又は被加工物の加工形状データを 読み込む入力手段と、 前記形状データの複数の断面を抽出し、 これらの 断面をメッシュ分割し、 各分割要素に中実又は中空のメッシュデータを 付与し、 これらのメッシュデ一夕から前記工具電極の形状の特徴又は前 記被加工物の加工形状の特徴を抽出する形状演算手段と、 前記工具電極 の形状の特徴又は前記被加工物の加工形状の特徴と前記加工条件記憶手 段の加工条件データベースの加工条件データとを対応させて加工条件を 選択する加工条件設定手段とを備えたものである。

また、 この発明に係る放電加工装置は、 前記メッシュデータによる、 前記工具電極の形状の特徴又は前記被加工物の加工形状の特徴情報の中 で最も構成比率が高いものを、 前記工具電極の形状の特徴又は前記被加 ェ物の加工形状の特徴として認識するものである。

この発明は、 以上説明したように構成されているので、 加工形状の特 徴を抽出し、 より詳細な形状情報を利用して適切な加工条件を設定でき るため、 加工形状が複雑な場合においても、 より効率的な加工を行うこ 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、 この発明の実施の形態に係る放電加工装置を示す構成図で ある。

第 2図は、 加工条件設定手段よつて加工条件を設定する過程を示すフ ローチャー卜である。

第 3図は、 工具電極の形状及び被加工物の加工形状の例を示す斜視図 である。

第 4図は、 工具電極の横断面の抽出の説明図である。

第 5図は、 メッシュ分割の説明図である。

第 6図は、 工具電極形状をメッシュ分割した横断面のメッシュデータ の例を示す図である。

第 7図は、 横断面成分及び縦断面成分の各分割要素のメッシュデータ から、 加工形状の特徴を抽出する例を示す説明図である。 発明を実施するための最良の形態

第 1図は、 この発明の実施の形態に係る放電加工装置を示す構成図で あり、 図において、 1、 2及び 3はモ一夕、 4はモータ 1により Z軸方 向に駆動される主軸、 5はモータ 2により X軸方向に駆動されるワーク テーブル、 6はモ一夕 3により Y軸方向に駆動されるワークテーブル、 7はワークテ一ブル 5、 6上に載置された加工槽、 8は加工液、 9は主 軸 4に取り付けられた工具電極、 1 0は加工用電源装置、 1 1は数値制 御装置、 1 2は加工条件設定手段、 1 3は加工条件記憶手段、 1 4は入 出力手段、 1 5は形状演算手段、 1 6は登録手段、 1 7は記録手段、 W は被加工物である。 加工用電源装置 1 0により工具電極 9と被加工物 W との極間に加工電力を供給し、 工具電極 9と被加工物 Wとを数値制御装 置 1 1により駆動制御されるモータ 1、 2及び 3により相対移動させな がら、 被加工物 Wの放電加工を行う。

加工条件記憶手段 1 3には、 予め加工条件のデータベースが記憶され ている。 作業者は、 登録手段 1 6から加工を指定する項目として、 被加 ェ物と工具電極の材料、 縮小代、 加工精度及び加工時間等の中の少なく とも一つを入力する。

入出力手段 1 4は、 N Cプログラム等を記録媒体又は通信ケーブル等 を介して外部演算装置等から取込むことが可能であり、 加工に要した時 間及び加工条件記憶手段 1 3によって演算された加工条件等を記録手段 1 7に記録すると共に記録媒体又は通信ケーブル等を介して外部演算装 置等に出力することができる。 '

形状演算手段 1 5は、 入出力手段 1 4から入力された工具電極 9又は 被加工物 Wの加工形状の C A D等の図形デ一夕を取込み、 加工形状の特 徴的な形状要素を抽出するものである。 図形データとしては、 C A Dデ 一夕の標準データ形式である I G E Sその他の形式を扱うことができる _c 加工条件設定手段 1 2によって加工条件を設定する過程を第 2図に示 す。 まず、 入出力手段 1 4において、 工具電極 9の形状データ又は被加 ェ物 Wの加工形状データを選択し、 図形データを読み込む （S 1 ) 。 ェ 具電極 9については、 たとえば凸型に加工され成形されるが、 この場合、 被加工物 Wは凹型に加工される。 すなわち、 工具電極 9の穴形状部分と の放電加工により、 被加工物 Wには柱形状が形成され、 工具電極 9及び 被加工物 Wの加工形状はその形状情報が異なるものとなる。 放電加工に おいては、 工作機械による切削における荒加工用の N Cデータ等と異な り、 加工形状の形状データが存在することは少ない。 工具電極は、 製品 形状からパーテイングライン、 抜き勾配及び減寸量を考慮して設計され、 形状データとして扱われるので、 多くの場合は工具電極 9の形状データ が存在する。 被加工物 Wと工具電極 9の形状データは多くの場合、 Z軸 の情報を反転させることで情報を共通化することができる。 減寸量は、 たとえば 1 mm以下と小さく、 減寸量より小さい形状要素が加工を左右 することはほとんどないので、 工具電極形状のデータから被加工物の形 状データを生成しても問題はない。 以下、 一例として、 工具電極 9の形状が第 3図の （a) 、 被加工物 W の加工形状が第 3図の （b) であり、 S 1で読み込んだ図形データがェ 具電極 9の図形データである場合について説明する。 第 4図のように、 工具電極 9において、 加工進行方向の Z軸方向に所定の分割幅で、 Z 0 乃至 Z kに対応する k + 1個の横断面を抽出する （S 2) 。 この横断面 の算出は、 好ましくは要求寸法精度毎になるが、 分割数が多くなると演 算の遅延につながるので、 工具電極の減寸量毎、 又は、 1mm程度毎で もよい。

次に S 2で求められた加工方向毎の横断面形状を小さなメッシュで分 割する。 メッシュ分割幅については、 好ましくは要求寸法精度毎である

'が、 分割数が多くなると演算の遅延につながるので、 工具電極の減寸量 毎、 又は、 1mm程度毎でもよい。 たとえば第 5図の （a) 及び （b) に示すように、 X軸方向に 1 + 1分割、 Y軸方向に j + 1分割し、 分割 したメッシュ形状内に、 図形データの位置座標が含まれる場合は、 第 5 図の （c) のように、 図形データの位置座標 （XD、 YD、 ZD) を、 メッシュデータの位置座標 （XM、 YM、 ZM) に変更し、 中実である ことを示すために、 たとえば " 1" という情報を与える。 また、 中空の 場合には、 分割したメッシュ形状内に、 図形デ一夕の位置座標が含まれ ない場合であり、 この場合には、 中空であることを示すために、 たとえ ば " 0" という情報を与える。 このように、 （Xn、 Ym、 Z 1 ) ( 0 ≤n≤ i、 0≤m≤ j 、 0≤ l≤k、 n、 m、 1は整数） の各分割要素 のメッシュデータを得るこができる。 （S 3) 。

また、 図形データがサーフェスモデルである場合には、 ソリッドモデ ルのデ一夕として取扱えるように、 C AD/C AM関連の公知技術であ るモデルデ一夕の変換を行えば、 各分割要素にメッシュデータ （たとえ ば " 1 " 又は " 0" ) を付与することができる。 このようにして、 第 3 図の （a) の工具電極 9の形状をメッシュ分割した横断面のメッシュデ 一夕の例を第 6図に示す。 . 次に、 S 3で付与した各分割要素のメッシュデータを用いて加工形状 の特徴を抽出する。 33で抽出した （ 11、 Ym、. Z l ) (0≤n≤ i、 0≤ ≤ j , 0≤ l≤k、 n、 m、 1は整数） の各分割要素のメッシュ デ一夕から、 第 7図の例のように横断面成分及び縦断面成分を得ること ができる。

凹部は、 横断面成分 （XY平面） のメッシュ形状内に少なくとも一つ 以上のメッシュデータ "0" が存在し、 隣接して連続するメッシュデー 夕 "0" の周囲を、 メッシュデータ " 1" が囲む場合であり、 凸部は、 横断面成分 （XY平面） のメッシュ形状内に少なくとも一つ以上のメッ シュデ一夕 " 1" が存在し、 隣接して連続するメッシュデ一夕 " 1" の 周囲を、 メッシュデータ "0" が周囲を囲む場合である。

凹部を検出した場合、 Z 0から Z kまでの k+ 1個の横断面 （XY平 面） のすべてでメッシュデータが "0" である箇所は 「穴形状」 であり (第 7図の （a) ) 、 Z 0から Z kまでの k + 1個の横断面 （XY平面） の少なくとも一つのメッシュデータが " 1" であれば 「袋形状」 である ことがわかる （第 7図の （b) ) 。

形状全体について凹部形状の抽出を行い、 その個数を数え、 少なくと も一つ以上の凹部が存在する場合には、 工具電極の形状情報に 「凹部あ り」 の情報を付加する。 複数の凹部が存在する場合には、 凹部形状に番 号を割り振り、 それぞれの凹部形状に 「袋形状」 又は 「穴形状」 等の形 状の特徴及び大きさの情報 （たとえばメッシュ数） を持たせる。 このと き、 凹部形状の大きさによって順位を付けておく。

また、 凸部を検出した場合、 第 7図の （c) のようなリブ形状、 第 7 図の （d) のような面積変化形状等の工具電極形状の特徴を抽出するこ とができる。 .

凹部形状の場合と同様に、 形状全体について凸形状の抽出を行い、 そ の個数を数え、 少なくとも一つ以上の凸部が存在する場合には、 工具電 極の形状情報に 「凸部あり」 の情報を付加する。 複数の ΰ部が存在する 場合には、 凸部形状に番号を割り振り、 それぞれの凸部形状に 「リブ形 状」 又は 「面積変化形状」 等の形状の特徴及び大きさの情報 （たとえば メッシュ数） を持たせる。 このとき、 凸部形状の大きさによって順位を 付けておく。

一般的に、 工具電極形状は前記のよ.うな様々な形状要素で構成される が、 前記の形状の特徴の組み合わせが複雑な場合は、 メッシュデータに よる形状の特徴情報から、 その頻度 （前記形状に割り振った形状の特徴 に対応する番号の数） 及び大きさを考慮して （たとえば、 頻度 X大きさ による） 、 最も構成比率が高いものをその工具電極形状の特徴として認 識する （S 4 ) 。

前記 S 2〜S 4は、 加工条件設定手段 1 2中の形状演算手段 1 5によ り行うことができる。

S 4により抽出した工具電極 （すなわち加工形状） の特徴的な形状要 素、 加工面積及び加工深さ等に応じて、 これらに対応した加工条件を加 工条件記憶手段 1 3の加工条件のデータべ一スから呼び出し、 加工条件 を設定する （S 5 ) 。 特徴的な形状要素に応じた加工条件は、 予め実験 により決定しておき、 加工条件記憶手段 1 3のデ一夕ベースに記憶して おけばよい。

このように、 特徴的な加工形状を抽出して、 この特徴的な加工形状に 適した加工条件を選択することにより、 複雑な加工形状の場合にも、 適 切な加工条件を設定できるため、 より効率的な加工を行うことができる。 産業上の利用可能性

以上のように、 この発明に係る放電加工方法及び装置は、 放電加工作 業に用いられるのに適している。

Claims

s 求 の 範 囲

1 . 工具電極又は被加工物の形状情報と加工条件デ一夕ベースの加工 条件データとを対応させ、 加工条件を選択して加工を行う放電加工方法 において、

前記工具電極の形状データ又は前記被加工物の加工形状デ一夕を読み 込む第 1の工程と、

前記形状データから前記工具電極の形状の特徴又は前記被加工物の加 ェ形状の特徴を抽出する第 2の工程と、 '

前記工具電極の形状の特徴又は前記被加工物の加工形状の特徴と前記 加工条件データベースの加工条件データとを対応させ、 加工条件を選択 して加工を行う第 3の工程とからなることを特徴とする放電加工方法。

2 . 工具電極又は被加工物の形状情報と加工条件デ一夕ベースの加工 条件データとを対応させ、 加工条件を選択して加工を行う放電加工方法 において、

前記工具電極の形状データ又は前記被加工物の加工形状データを読み 込む第 1の工程と、

前記形状データの複数の断面を抽出する第 2の工程と、

前記断面をメッシュ分割し、 中実又は中空のメッシュデータを付与す る第 3の工程と、

前記メッシュデータから前記工具電極の形状の特徴又は前記被加工物 の加工形状の特徴を抽出する第 4の工程と、

前記工具電極の形状の特徴又は前記被加工物の加工形状の特徴と前記 加工条件データベースの加工条件データとを対応させて加工条件を選択 して加工を行う第 5の工程とからなることを特徴とする放電加工方法。

3 . 請求の範囲 2において、 前記メッシュデ一夕による、 前記工具電 極の形状の特徴情報又は前記被加工物の加工形状の特徴情報の中で最も 構成比率が高いものを、 前記工具電極の形状の特徴又は前記被加工物の 加工形状の特徴として認識することを特徴とする放電加工方法。

4 . 複数の加工条件データを記憶した加工条件データべ一スを保存し てなる加工条件記憶手段を備えた放電加工装置において、

工具電極の形状デ一夕又は被加工物の加工形状データを読み込む入力 手段と、

' 前記形状デ一夕の複数の断面を抽出し、 これらの断面をメッシュ分割 し、 各分割要素に中実又は中空のメッシュデ一夕を付与し、 これらのメ ッシュデータから前記工具電極の形状の特徴又は前記被加工物の加工形 状の特徴を抽出する形状演算手段と、

前記工具電極の形状の特徴又は前記被加工物の加工形状の特徴と前記 加工条件記憶手段の加工条件データベースの加工条件データとを対応さ せて加工条件を選択する加工条件設定手段とを備えたことを特徴とする 放電加工装置。

5 . 請求の範囲 4において、 前記メッシュデ一夕による、 前記工具電 極の形状の特徴又は前記被加工物の加工形状の特徴情報の中で最も構成 比率が高いものを、 前記工具電極の形状の特徴又は前記被加工物の加工 形状の特徴として認識することを特徴とする放電加工装置。