WO2002055249A1 - Dispositif d'usinage par electro-erosion - Google Patents

Dispositif d'usinage par electro-erosion Download PDF

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WO2002055249A1
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machining
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electrode
workpiece
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Naotake Mohri
Nagao Saitoh
Mitsuaki Akune
Hajime Ogawa
Takayuki Nakagawa
Yoshihito Imai
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Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
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    • B23H7/14—Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply
    • B23H7/20—Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply for programme-control, e.g. adaptive

Definitions

  • the present invention relates to an improvement in an electric discharge machining apparatus for machining a workpiece by generating a discharge between an electrode and a workpiece in a machining fluid, and more particularly to machining generated by a change in the gap distance.
  • the present invention relates to an improvement in an electric discharge machine capable of suppressing a reaction force to a specified value or less.
  • Fig. 4 is a block diagram of a conventional electric discharge machine, in which 1 is an electrode, 2 is a workpiece, 3 is a machining fluid, 4 is a machining tank, 5 is an electrode holding jig, and 6 is a workpiece.
  • a platen 7 for fixing the object 2 7 and 8 are X and Y axes for performing relative movement in the XY plane between the electrode 1 and the work 2, 9 is a relation between the electrode 1 and the work 2
  • the Z-axis, 10, 11, and 12, which are the main axes for relative movement in the Z direction, are X-axis servo amplifiers and Y-axes that drive and control servo motors (not shown) that drive the X-axis, Y-axis, and Z-axis.
  • 13 is a machining power supply means
  • 14 is an NC device.
  • machining tank 4 Fill the machining tank 4 with the machining fluid 3 and supply machining power, which is the discharge energy, between the electrode 1 and the workpiece 2 by the machining power supply means 13.
  • machining power which is the discharge energy
  • the X-axis and Y-axis positioning means The electrode 1 and the workpiece 2 are relatively moved by an axis, a Z axis, or the like, and the workpiece 2 is processed by the discharge generated between the electrodes.
  • the relative positioning control of the electrode 1 and the workpiece 2 and the control of the electric machining conditions by the positioning means are controlled by the NC device 14.
  • the electrode 1 and the workpiece 2 are In addition to controlling the distance between the poles, it is necessary to provide a means to remove the machining waste generated by electric discharge machining so that it does not stay between the poles.
  • a so-called jump operation is used in which the processing is interrupted at regular intervals and the electrode 1 reciprocates with respect to the workpiece 2 at high speed. By the boping action by this jumping operation, machining waste is removed from the gap and stable electric discharge machining can be maintained.
  • Fig. 5 shows the measurement of the force F generated when the distance G between the electrode and the workpiece changes, using a hydraulic servo discharge machine, and the electrode area S was 9. 6 cm 2 , and the relative moving speed V between the electrode and the workpiece is 4 band / s.
  • the magnitude of the generated reaction force F is about 44 ON (about 45 kgi, the processing stress is about 46 NZCA1 2 (about 4.7 kgf / cm 2 ) ).
  • the relative movement speed V between the electrode and the workpiece is 4 mm / s, which is about two orders of magnitude smaller than that of a linear motor, for example, because of the hydraulic support. (Working stress of about 46 N / cm 2 ).
  • FIG. 6 (a) shows the magnitude of the processing reaction force F generated when the electrode area S force is 9.6 cm 2 and the relative movement speed V between the electrode and the workpiece is 400 thigh Zs. It is shown. This is the relative moving speed of the electrode and the workpiece that can be realized with a linear motor servo.
  • FIG. 6 (b) shows the magnitude of the machining reaction force F generated when the electrode area S is 100 cm 2 and the relative moving speed V between the electrode and the workpiece is 4 band / s. It is an indication of the degree. In both cases (a) and (b) in Fig. 6, the magnitude of the generated reaction force F can increase to a maximum of about 4400 N (450 kgf). Understand.
  • a machining reaction force always occurs when the gap distance changes due to a jump operation, and such a strong machining reaction force is repeatedly applied between the poles.
  • the protection circuit in the NC unit is activated and stops in the middle of machining, and in the worst case, the electrodes and spindle drive parts are damaged.
  • the deformation of the entire spindle supporting the electrode increases in proportion to the processing reaction force, the final processing accuracy of the workpiece is deteriorated.
  • the machining reaction force becomes large. It is necessary to take measures such as suppressing the speed during operation.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-128482 discloses that a detected value of a peak value of a motor torque in one step of a jump operation is compared with a predetermined reference value, and the comparison result is stored in advance. There is disclosed a spindle load reducing device of an electric discharge machine that determines the acceleration / deceleration of the next jump operation using the correction data that has been stored.
  • the prior art is based on the concept of suppressing the machining reaction force F by reducing the relative moving speed V between the electrode and the workpiece from the relationship of Stefan's equation (1). Therefore, there is a problem that decreasing the value of V increases the ratio of the jump time, which is a dead time that does not contribute to machining, and therefore increases the overall machining time and reduces the productivity.
  • vibration of the electric discharge machine is excited by the machining reaction force at the time of the jump operation, and this vibration causes a problem that machining accuracy is reduced, machining time is increased, and machining productivity is reduced. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and can reduce a machining reaction force to a value substantially equal to or less than a specified value and reduce a jump operation time.
  • An object of the present invention is to provide a discharge heating device capable of preventing a decrease in machining accuracy and improving machining productivity.
  • An electric discharge machining apparatus supplies machining power between an electrode provided in a machining fluid and a workpiece by a machining power supply unit, and relatively moves the electrode and the workpiece by a positioning unit.
  • An electric discharge machining apparatus that performs a machining operation on the workpiece by performing a jump operation of moving the electrode relative to the workpiece so as to temporarily increase the inter-electrode distance by the positioning means.
  • a processing reaction force detecting means for detecting a processing reaction force; a processing reaction force specified value setting means for setting a specified value of the processing reaction force; and a processing reaction force detected value detected by the processing reaction force detecting means.
  • a machining reaction force comparison means for comparing a prescribed value of the machining reaction force set in the machining reaction force prescribed value setting means with the machining reaction force comparison value; And a movement trajectory changing means for changing a trajectory of the jump operation so as to reduce the machining reaction force when the reaction force is larger than a specified value.
  • the operation trajectory changing means may detect the machining reaction force by the machining reaction force comparing means during the operation in the direction in which the gap increases.
  • the operation is performed with the relative moving speed V of the electrode and the workpiece substantially constant, and the machining reaction force comparison is performed during the operation in the direction in which the distance between the electrodes decreases.
  • a machining power supply unit supplies machining power between an electrode provided in a machining fluid and a workpiece
  • a positioning unit supplies the machining power to the electrode and the workpiece.
  • a deformation amount detecting means for detecting a deformation amount of the electric discharge machine body, a deformation amount specified value setting means for setting a specified value of the deformation amount of the electric discharge machine body, and the deformation amount detection Means for comparing the detected value of the amount of deformation detected by the means with the specified value of the amount of deformation set in the specified amount of deformation value setting means, and the detection of the amount of deformation by comparison by the amount of deformation comparing means Value before Is greater than the amount of deformation of the prescribed value, operation path changing means for performing the track jump change operation to reduce the amount of deformation It is provided with.
  • a machining power supply unit supplies machining power between an electrode provided in a machining fluid and a workpiece
  • a positioning unit supplies the machining power to the electrode and the workpiece.
  • a machining stress detection means for detecting a machining stress
  • a machining stress prescribed value setting means for setting a prescribed value of the machining stress
  • a machining stress detection value detected by the machining stress detecting means is not limited to a machining stress.
  • a processing stress comparison means for comparing a specified value of the processing stress set in the processing stress specified value setting means, and a detected value of the processing stress obtained by the comparison by the processing stress comparison means. It is larger than the value, in which a moving locus changing means for performing the track jump change operation to reduce the machining stress.
  • the specified value is changed according to a machining area, an applied condition, and the like.
  • the electric discharge machining apparatus is characterized in that the command value of the relative movement speed between the electrode and the workpiece in the 'jump operation' is synthesized as a Fourier series, and When the resonance frequency matches or approximates the resonance frequency of the system, the synthesis is performed by removing the n-th component of the Fourier earth series component, or by removing the n-th or higher order component.
  • the electric discharge machining apparatus is characterized in that the command value of the relative movement speed between the electrode and the workpiece in the jump operation is synthesized as a Fourier series, and the Fourier series is converted into a mechanical system in which the n-th frequency component is a mechanical system. When the resonance frequency matches or approximates the resonance frequency, the amplitude of the n-th component of the Fourier series component is minutely combined, or the amplitude of the n-th or higher-order component is minutely combined. Things.
  • the electric discharge machining apparatus is configured as described above, the machining reaction force and the like are substantially reduced to a specified value by fine-grained control of comparing the applied force and the like with a specified value in real time.
  • the jump operation time can be reduced, and therefore, there is an effect that damage to the spindle drive parts and the like and reduction in machining accuracy can be prevented and machining productivity can be improved.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an electric discharge machine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram for explaining a jump operation of the electric discharge machine according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of jump operation control performed based on the comparison result of the machining reaction force comparison means in the electric discharge machine according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional electric discharge machining apparatus.
  • FIG. 5 is a diagram showing a measurement example of a processing reaction force generated when the distance between the electrode and the workpiece changes.
  • FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a processing reaction force and a gap distance.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an electric discharge machining apparatus according to an embodiment of the present invention, in which 1 is an electrode, 2 is a workpiece, 3 is a working fluid, 4 is a processing tank, and 5 is an electrode holding jig. , 6 is a surface plate for fixing the workpiece 2, 7 and 8 are electrodes X and Y axes for performing relative movement in the XY plane between 1 and the workpiece 2; 9 is a Z axis which is a main axis for performing relative movement in the Z direction between the electrode 1 and the workpiece 2; 10, 11, and 12 are axes, Y-axis, and Z-axis. Drive control of a servo motor (not shown).
  • machining power supply means Is an NC device.
  • the inside of the machining tank 4 is filled with the machining fluid 3, and the machining power, which is the discharge energy, is supplied between the electrode 1 and the workpiece 2 by means of the applied power supply means 13 and the X-axis and the Y-positioning means are provided.
  • the electrode 1 and the workpiece 2 are moved relative to each other by the axis and the Z axis, and the workpiece 2 is processed by the discharge generated between the electrodes.
  • the relative positioning control between the electrode 1 and the workpiece 2 and the control of the electric machining conditions by the above-mentioned positioning means are controlled by the NC device 15, and the NC device 15 performs a predetermined machining operation for discharging the machining servo operation and the machining debris.
  • the jump operation is controlled.
  • FIG. 2 is a block diagram for explaining a jump operation of the electric discharge machine according to the embodiment of the present invention, and the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts.
  • 9a is a Z-axis driving thermocouple
  • 9b is a position detector
  • 9c is a speed detector
  • 9d is a pole screw
  • 16 is a processing condition setting section such as electric conditions and jump operation conditions
  • Reference numeral 17 denotes an operation locus initial parameter storage unit for creating an operation locus corresponding to the processing condition set in the processing condition setting unit 16
  • 18 denotes a processing condition set in the processing condition setting unit 16
  • the initial motion trajectory calculation unit that calculates the motion trajectory using the parameters of the motion trajectory initial parameter storage unit 17 corresponding to this processing condition
  • 19 is the servo trajectory that adds a correction amount such as backlash correction.
  • Operation control parameter calculator that sends the command value data for each command cycle to the servo amplifier 12, 20 is the Z-axis drive support module 9 a current detector, and 21 is the module constant memory , 22 is a processing reaction force and deformation amount calculation unit, 23 is a processing reaction force specified value setting means, 2 4 is a machining reaction force comparing means, 25 is an operation locus changing means, and 26 is an operation locus changing parameter storage section.
  • the position data of the Z axis 9, which is the main axis, is detected by the position detector 9b, and is input to the Z-axis servo amplifier 12.
  • the rotation speed of the Z-axis drive support 9a is detected by the speed detector 9c and input to the Z-axis support amplifier 12.
  • a Z-axis 9 drive device consisting of a Z-axis drive support motor 9a and a pole screw 9d, etc.
  • the motor constant of the Z-axis drive support motor 9a is used.
  • the part 22 calculates the driving load, and the machining reaction force can be obtained by subtracting the inertial force of the movable part accompanying the Z-axis operation from the driving load.
  • the machining reaction force and deformation amount calculator 22 has a table for converting the force and the deformation, the deformation amount of the electric discharge machine main body can be obtained from the machining reaction force.
  • the current detection unit 20 the motor constant storage unit 21 and the machining reaction force and deformation amount calculation unit 22 are used as machining reaction force detection means and deformation amount detection means. Equivalent to.
  • the prescribed value of the machining reaction force set in the machining reaction force prescribed value setting means 23 is, for example, the most permissible load considering the permissible load of the spindle drive part and the permissible load due to the mounting strength of the electrode and the electrode holding jig. May be set to a small value. Further, the setting of the specified value of the processing reaction force may be manually input, or a calculated value based on the electrode shape data or the like may be set. Since such a specified value changes depending on a processing area, a processing condition, and the like, the configuration of the specified value can be changed even during processing. '
  • the processing reaction force comparison means 24 compares the specified value set in the processing reaction force specified value setting means 23 with the processing reaction force calculated by the processing reaction force and deformation amount calculating section 22 in real time. .
  • the motion trajectory changing means 25 performs an operation for changing the motion trajectory when the applied reaction force is equal to or more than a specified value according to the determination result of the processing reaction force comparison means 24.
  • the motion locus change parameter storage unit 26 stores the motion locus change control parameters when the motion locus changing means 25 operates.
  • the control of the motion trajectory determined by the operation trajectory change means 25 is stored in the motion trajectory change parameter data storage unit 26, and when it is not necessary to change the motion trajectory in the next jump operation.
  • the operation control parameter calculation unit 19 retrieves the control parameters from the operation locus change parameter storage unit 26, adds the correction amount, and sends the command value data for each servo command cycle to the servo amplifier 12. I do.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of jump operation control performed based on the comparison result of the machining reaction force comparison means 24.
  • FIGS. 3 (a) to (c) show the gap distance G, machining reaction force F and electrode, respectively. And an example of the change over time of the relative movement speed V of the workpiece.
  • LG1 is the initial motion trajectory
  • LG2 is the motion trajectory after changing the trajectory (hereinafter referred to as the changed motion trajectory)
  • LF1 is the machining reaction force detected by the operation of the initial motion trajectory
  • LF2 is the changed motion trajectory.
  • LV1 indicates the relative moving speed of the electrode and the workpiece on the initial motion trajectory
  • LV2 indicates the relative moving speed of the electrode and the workpiece on the changed motion trajectory.
  • the operation trajectory changing means 2 According to 5, the motion trajectory is set to the same shape as the initial motion trajectory LV1.
  • the operation locus The absolute value of the relative movement speed V is reduced to the set speed Vs or less by the change means 25 to operate.
  • the reason for this operation is that at time t3, the operation is in the direction of decreasing the distance G between the poles.
  • the machining reaction force F is equal to the distance between the poles according to Stefan's equation (1). Since the machining reaction force F, which tends to increase as the distance G between poles decreases, is inversely proportional to the cube of the distance G, as described above, the relative movement speed V is set to be equal to or less than the set speed Vs, as described above. It is necessary to do it. Thereafter, when the distance G between the poles further decreases and the absolute value of the machining reaction force F becomes the specified value ⁇ or more again (time t4), the same calculation as the control at the time t3 is performed by the operation trajectory changing means. 25 Perform relative movement speed V and set speed Vs or less The operation is performed with the absolute value of the relative movement speed V further reduced.
  • the machining reaction force LF2 detected by the changed motion trajectory LG2 can be substantially equal to or less than the specified value ⁇ of the machining reaction force.
  • the fine grained control that compares the machining reaction force with the specified value in real time as described above does not simply change the acceleration / deceleration as the entire jump operation, so the machining reaction force can be reduced to approximately the specified value or less.
  • the jump operation time can be reduced, and therefore, the processing productivity can be improved.
  • the present invention can be applied to a case where a complicated electrode shape frequently used in actual electric discharge machining is used.
  • the increase in machining time is further suppressed by synthesizing the command value v (t) of the relative movement speed between the electrode and the workpiece as a Fourier series as in the following equation. be able to.
  • the command value V of the relative movement speed between the electrode and the workpiece is The composition is performed by removing the n-th component of the Fourier series component of (t), or by removing the n-th and higher-order components.
  • the Fourier series component is synthesized by minimizing the amplitude of the nth component, or by minimizing the amplitude of the nth or higher order component.
  • the resonance frequency of the mechanical system of the electric discharge machine can be grasped in advance by experiments such as vibration mode analysis, and as described above, the frequency component that matches or approximates the resonance frequency of the mechanical system of the electric discharge machine is removed, Alternatively, by using a speed command synthesized with a small Fourier series, etc., even when the trajectory during a jump operation is suddenly changed due to an increase in the machining reaction force, the machining accuracy due to the excitation of machine resonance can be reduced. Reduction and increase in machining time due to residual vibration Can be suppressed.
  • the prescribed value of the machining reaction force was set in the prescribed value of the machining reaction force 23, and the specified value of the machining reaction force was compared with the detected value of the machining reaction force. Since the force and deformation amount calculating section 22 can convert the force and the deformation, the specified value of the deformation amount is set instead of the specified value of the processing reaction force of the specified reaction force setting means 23, and this deformation amount is calculated. The specified value may be compared with the machining reaction force and the deformation amount detected by the deformation amount calculation unit 22, and control may be performed based on the comparison result.
  • the processing stress F / S is obtained from the processing reaction force F and the electrode area S, and the specified value of the processing stress is set in place of the specified value of the processing reaction force of the specified processing reaction force value setting means 23.
  • the specified value of the processing stress may be compared with the processing stress F / S, and the control may be performed based on the comparison result.
  • the detection of the processing reaction force and the amount of deformation are obtained by calculation based on the current detection of the Z-axis driving servo motor and the motor constant, but may be directly detected by a sensor.
  • a processing reaction force can be detected by using a force sensor and a pressure sensor, and a deformation amount can be detected by using a laser displacement meter, a capacitance type displacement sensor, and the like.
  • the electric discharge machining apparatus is used for electric discharge machining in which a discharge is generated between an electrode and a workpiece in a machining fluid and the workpiece is processed by the discharge energy. Suitable for

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Description

明 細 書 放電加工装置 技術分野
この発明は、 加工液中で電極と被加工物との極間に放電を発生させて 被加工物を加工する放電加工装置の改良に関し、 より詳しくは、 前記極 間距離の変化により発生する加工反力を規定値以下に抑えることができ る放電加工装置の改良に関するものである。 背景技術
第 4図は、 従来の放電加工装置の構成図であり、 図において、 1は電 極、 2は被加工物、 3は加工液、 4は加工槽、 5は電極保持冶具、 6は 被加工物 2を固定するための定盤、 7及び 8は電極 1と被加工物 2との X Y平面内の相対移動を行うための X軸及び Y軸、 9は電極 1と被加工 物 2との Z方向の相対移動を行うための主軸である Z軸、 1 0、 1 1及 び 1 2は X軸、 Y軸及び Z軸を駆動する図示しないサーボモータを駆動 制御する X軸サーポアンプ、 Y軸サ一ポアンプ及び Z軸サーポアンプ、 1 3は加工電力供給手段、 1 4は N C装置である。
加工槽 4内に加工液 3を満たし、 電極 1と被加工物 2との極間に加工 電力供給手段 1 3により放電エネルギである加工電力を供給し、 位置決 め手段である X軸、 Y軸及び Z軸等により電極 1と被加工物 2とを相対 移動させて、 前記極間に発生する放電により被加工物 2の加工を行う。 前記位置決め手段による電極 1と被加工物 2との相対位置決め制御及 び電気加工条件の制御等は N C装置 1 4により統括される。
放電カロェ装置においては、 放電加工中における電極 1と被加工物 2と の極間距離の制御 （加エサ一ポ） とは別に放電加工で発生した加工屑を 極間に滞留しないように除去する手段が必要になる。 このような手段の 一つとして、 一定時間ごとに加工を中断して電極 1を被加工物 2に対し て高速で往復運動させる、 いわゆるジャンプ動作が用いられる。 このジ ヤンプ動作によるボンピング作用により、 極間から加工屑が排除され安 定な放電加工を維持することができる。
放電加工装置は、 粘性流体である加工液中で加工プロセスを実行する ため、 極間距離が変化すると、 加工液の粘性による流体力を発生する。 この加工反力 Fの大きさは次式 （ステフアンの式） で表される。
F= (3· ν -V-S 2)/ (2- 7T -G 3) ( 1 ) ここで、 リは加工液の粘性係数、 Vは電極と被加工物の相対移動速度、 Sは電極面積、 Gは極間距離である。
式 （1 ) から、 電極面積 Sが大きい場合、 ジャンプ動作等による電極 と被加工物の相対移動速度 Vが大きい場合及び極間距離 Gが小さい場合 に、 特に強い加工反力 Fが発生することがわかる。
第 5図は、 電極と被加工物の極間距離 Gが変化した場合に発生する加 ェ反カ Fを油圧サ一ボ放電加工装置を用いて測定したものであり、 電極 面積 Sが 9. 6 cm2, 電極と被加工物の相対移動速度 Vが 4 匪/ sの 場合を示している。極間距離 Gが約 7 程度になる加工条件において、 発生する加工反力 Fの大きさは、 約 44 O N (約 4 5 kgi、 加工応力は 約 46NZCA12 (約 4. 7 kgf/cm 2) ) である。 この場合の電極と被加 ェ物の相対移動速度 Vは油圧サ一ポのため 4 mm/sと例えばリニアモー タサ一ポに比べ 2桁程度小さいが、 それでもなお、. 約 44 O Nの加工反 力 （約 46 N/cm2の加工応力） を生じている。
第 5図の結果を用いると、 式 （1) の関係から電極と被加工物の相対 移動速度 Vや電極面積 Sが変化した場合に発生する加工反力 Fの大きさ を計算することができる。 第 6図の （a ) は、 電極面積 S力 9 . 6 cm 2 で、 電極と被加工物の相対移動速度 Vが 4 0 0 腿 Zsである場合に発生 する加工反力 Fの大きさを示したものである。 これはリニアモータサー ポならば実現し得る電極と被加工物の相対移動速度である。 また、 第 6 図の （b ) は、 電極面積 S が 1 0 0 c m 2で、 電極と被加工物の相対移 動速度 Vが 4 匪/ sである場合に発生する加工反力 Fの大きさを示した ものである。 第 6図の （a ) 及び （b ) のいずれの場合においても、 発 生する加工反力 Fの大きさは最大 4 4 0 0 0 N ( 4 5 0 0 kgf) 程度に まで増大することがわかる。
このような加工液中で放電加工を行う放電加工装置においては、 ジャ ンプ動作により極間距離が変化すると必ず加工反力が発生し、 このよう な強い加工反力が繰返し極間にかかるため、 N C装置内の保護回路が作 動して加工途中で停止したり、 最悪の場合には電極や主軸駆動部品の損 傷が生じることになる。 また加工反力に比例して、 電極を支持する主軸 部全体の変形も大きくなるため、 被加工物の最終加工精度を悪化させる ことになる。 特に面積の大きい電極を使用する場合、 ジャンプ動作速度 が速い場合及び狭い極間距離を維持するような仕上げ加工の場合等には， 加工反力が大きくなるため、 加工条件設定時に予め主軸のジャンプ動作 時の速度を抑える等の対策を講じる必要がある。
例えば、 日本国特開平 7— 1 2 4 8 2 1号公報には、 ジャンプ動作の 1工程中におけるモータトルクのピーク値の検出値と所定の基準値とを 比較し、 この比較結果により予め記憶しておいた補正データを用いて次 のジャンプ動作の加減速度を決定する放電加工装置の主軸負荷軽減装置 の開示がある。
このよう従来技術は、 ステファンの式 （1 ) の関係から、 電極と被加 ェ物の相対移動速度 Vを小さくして加工反力 Fを抑制する考え方に基づ くものであり、 V を小さくすることは加工に寄与しない無駄時間である ジャンプ時間の比率が増大し、 したがって全体の加工時間が増大して加 ェ生産性が低下するという問題点があった。
また、 ジャンプ動作時の加工反力によって放電加工装置の振動が励起 され、 この振動により加工精度が低下すると共に加工時間が増大して加 ェ生産性が低下するという問題点があった。 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、 加工反力を略規定値以下にできると共にジャンプ動作時間を減少させる ことができ、 したがって、 主軸駆動部品等の損傷及び加工精度の低下を 止することができると共に加工生産性を向上することができる放電加 ェ装置を得ることを目的とする。
また、 ジャンプ動作に伴って発生する振動を抑制でき、 したがって、 さらに加工精度の低下を防止することができると共に加工生産性を向上 することができる放電加工装置を得ることを目的とする。
この発明に係る放電加工装置は、 加工電力供給手段により加工液中に 設けられた電極と被加工物との極間に加工電力を供給し、 位置決め手段 により前記電極及び被加工物を相対移動させて前記被加工物の加工を行 うと共に、 前記位置決め手段により前記電極を前記被加工物に対して前 記極間距離を一時的に増大させるように相対移動させるジャンプ動作を 行う放電加工装置において、 加工反力を検出する加工反力検出手段と、 加工反力の規定値を設定してなる加工反力規定値設定手段と、 前記加工 反力検出手段により検出した加工反力の検出値と前記加工反力規定値設 定手段に設定した加工反力の規定値とを比較する加工反力比較手段と、 前記加工反力比較手段による比較により前記加工反力の検出値が前記加 ェ反力の規定値よりも大きい場合に、 前記加工反力を低減させるように 前記ジャンプ動作の軌跡変更を行う動作軌跡変更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、 前記動作軌跡変更手段が、 前 記極間が増大する方向への動作中に前記加工反力比較手段による比較に より前記加工反力の検出値が前記加工反力の規定値よりも大きい場合に は、 前記電極と被加工物の相対移動速度 Vを略一定にして動作させ、 前 記極間が減少する方向への動作中に前記加工反力比較手段による比較に より前記加工反力の検出値が前記加工反力の規定値よりも大きい場合に は、 前記相対移動速度 Vの絶対値を設定速度 Vs = k ' Vmax ( 0 <k< l、 Vmaxは可能最大到達速度であり、 Vmax= ( f · 2 · ττ · G 3 ) / (3 · ν · S 2 ) 、 ίは前記加工反力の規定値、 Gは前記極間距離、 レは前記加工液 の粘性係数、 S は前記電極面積） 以下に下げて動作させるように前記ジ ヤンプ動作の軌跡変更を行うものである。
また、 この発明に係る放電加工装置は、 加工電力供給手段により加工 液中に設けられた電極と被加工物との極間に加工電力を供給し、 位置決 め手段により前記電極及び被加工物を相対移動させて前記被加工物の加 ェを行うと共に、 前記位置決め手段により前記電極を前記被加工物に対 して前記極間距離を一時的に増大させるように相対移動させるジャンプ 動作を行う放電加工装置において、 放電加工装置本体の変形量を検出す る変形量検出手段と、 放電加工装置本体の変形量の規定値を設定してな る変形量規定値設定手段と、 前記変形量検出手段により検出した変形量 の検出値と前記変形量規定値設定手段に設定した変形量の規定値とを比 較する変形量比較手段と、 前記変形量比較手段による比較により前記変 形量の検出値が前記変形量の規定値よりも大きい場合に、 前記変形量を 低減させるように前記ジャンプ動作の軌跡変更を行う動作軌跡変更手段 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、 加工電力供給手段により加工 液中に設けられた電極と被加工物との極間に加工電力を供給し、 位置決 め手段により前記電極及び被加工物を相対移動させて前記被加工物の加 ェを行うと共に、 前記位置決め手段により前記電極を前記被加工物に対 して前記極間距離を一時的に増大させるように相対移動させるジャンプ 動作を行う放電加工装置において、 加工応力を検出する加工応力検出手 段と、 加工応力の規定値を設定してなる加工応力規定値設定手段と、 前 記加工応力検出手段により検出した加工応力の検出値と前記加工応力規 定値設定手段に設定した加工応力の規定値とを比較する加工応力比較手 段と、 前記加工応力比較手段による比較により前記加工応力の検出値が 前記加工応力の規定値よりも大きい場合に、 前記加工応力を低減させる ように前記ジャンプ動作の軌跡変更を行う動作軌跡変更手段とを備えた ものである。
また、 この発明に係る放電加工装置は、 前記規定値を加工面積及び加 ェ条件等に応じて変更するものである。
また、 この発明に係る放電加工装置は、 前記'ジャンプ動作における前 記電極と被加工物の相対移動速度の指令値をフーリエ級数として合成し， このフーリエ級数を、 n番めの周波数成分が機械系の共振周波数と一致 又は近似する場合には、 前記フーリ土級数成分の n番目の成分を取り除 いて合成、又は n番目以上の高次成分を取り除いて合成するものである。 また、 この発明に係る放電加工装置は、 前記ジャンプ動作における前 記電極と被加工物の相対移動速度の指令値をフーリエ級数として合成し， このフーリエ級数を、 n番めの周波数成分が機械系の共振周波数と一致 又は近似する場合には、 前記フ一リエ級数成分の n番目の成分の振幅を 微小にして合成、 又は n番目以上の高次成分の振幅を微小にして合成す るものである。
この発明に係る放電加工装置は以上のように構成されているため、 加 ェ反カ等と規定値とをリアルタイムに比較して行う木目細かな制御によ り、 加工反力等を略規定値以下にできると共にジャンプ動作時間を減少 させることができ、 したがって、 主軸駆動部品等の損傷及び加工精度の 低下を防止することができると共に加工生産性を向上することができる という効果を奏する。
' また、 加工反力等の増加に伴ってジャンプ動作中の軌跡を急激に変更 する場合においても、 機械共振の励起による加工精度の低下及び残留振 動による加工時間の増大を抑制することができるという効果を奏する。 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の構成図である。 第 2図は、 この発明の実施の形態に係る放電加工装置のジャンプ動作 を説明するためのブロック図である。
第 3図は、 この発明の実施の形態に係る放電加工装置における加工反 力比較手段の比較結果により行うジャンプ動作制御の説明図である。 第 4図は、 従来の放電加工装置の構成図である。
第 5図は、 電極と被加工物の極間距離が変化した場合に発生する加工 反力の測定例を示す図である。
第 6図は、 加工反力と極間距離との関係を示す図である。 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の構成図であり、 図において、 1は電極、 2は被加工物、 3は加工液、 4は加工槽、 5は 電極保持冶具、 6は被加工物 2を固定するための定盤、 7及び 8は電極 1と被加工物 2との X Y平面内の相対移動を行うための X軸及び Y軸、 9は電極 1と被加工物 2との Z方向の相対移動を行うための主軸である Z軸、 1 0、 1 1及び1 2は 軸、 Y軸及び Z軸を駆動する図示しない サーポモータを駆動制御する X軸サーポアンプ、 Y軸サーポアンプ及び Z軸サ一ポアンプ、 1 3は加工電力供給手段、 1 5は N C装置である。 加工槽 4内部に加工液 3を満たし、 電極 1と被加工物 2との極間に加 ェ電力供給手段 1 3により放電エネルギである加工電力を供給し、 位置 決め手段である X軸、 Y軸及び Z軸等により電極 1と被加工物 2とを相 対移動させて、前記極間に発生する放電により被加工物 2の加工を行う。 前記位置決め手段による電極 1と被加工物 2との相対位置決め制御及 び電気加工条件の制御等は N C装置 1 5により統括され、 N C装置 1 5 により加工サーポ動作及び加工屑を排出するための所定のジャンプ動作 の制御が行われる。
第 2図は、 この発明の実施の形態に係る放電加工装置のジャンプ動作 を説明するためのプロック図であり、 第 1図と同一符号は同一又は相当 部分を示している。 第 2図において、 9 aは Z軸駆動用サーポモー夕、 9 bは位置検出器、 9 cは速度検出器、 9 dはポールネジ、 1 6は電気 条件及びジャンプ動作条件等の加工条件設定部、 1 7は加工条件設定部 1 6に設定された加工条件に対応した動作軌跡を作るための動作軌跡初 期パラメ一夕記憶部、 1 8は加工条件設定部 1 6に設定された加工条件 及びこの加工条件に対応する動作軌跡初期パラメ一夕記憶部 1 7のパラ メータを用いて動作軌跡を演算する初期動作軌跡演算部、 1 9はバック ラッシュ補正等の補正量を足し込んでサ一ボ指令周期ごとの指令値のデ 一夕をサーポアンプ 1 2へ送信する動作制御パラメータ演算部、 2 0は Z軸駆動用サ一ポモー夕 9 aの電流検知部、 2 1はモ一夕定数記憶部、 2 2は加工反力及び変形量演算部、 2 3は加工反力規定値設定手段、 2 4は加工反力比較手段、 2 5は動作軌跡変更手段、 2 6は動作軌跡変更 パラメ一夕記憶部である。
主軸である Z軸 9の位置データは、 位置検出器 9 bにより検出され Z 軸サーポアンプ 1 2に入力される。 また、 Z軸駆動用サ一ポモー夕 9 a の回転速度は、 速度検出器 9 cにより検出され Z軸サ一ポアンプ 1 2に 入力される。
Z軸駆動用サ一ポモータ 9 a及びポールネジ 9 d等からなる Z軸 9の 駆動装置では、 駆動力とモ一夕電流は比例するので、 Z軸駆動用サーポ モー夕 9 aのモータ定数を用いて加工反力を求めることができる。 すな わち、 Z軸駆動用サーポモー夕 9 aに関する定数一式を記憶し モータ 定数記憶部 2 1のデータと電流検知部 2 0で検知したモータ電流値を基 に、 加工反力及び変形量演算部 2 2が駆動負荷を計算し、 この駆動負荷 から Z軸動作に伴う可動部の慣性力を差し引いて加工反力を求めること ができる。 きらに、 加工反力及び変形量演算部 2 2は力と変形とを換算 するテ一ブルを備えているため、 加工反力から放電加工装置本体の変形 量を求めることができる。
第 2図に示したブロック図の構成においては、 電流検知部 2 0、 モー 夕定数記憶部 2 1及び加工反力及び変形量演算部 2 2が加工反力検出手 段及び変形量検出手段に相当する。
加工反力規定値設定手段 2 3に設定する加工反力の規定値は、 例えば 主軸駆動部品の許容負荷及び電極と電極保持冶具の取付強度による許容 負荷等を総合的に勘案して最も許容負荷が小さい値を設定すればよい。 また、 加工反力の規定値の設定は手動により入力してもよいし、 電極形 状データ等を基にした計算値を設定してもよい。 このような規定値は、 加工面積及び加工条件等により変化するため、 加工進行中においても前 記規定値の設定を変更することができる構成とする。' 加工反力比較手段 2 4は、 加工反力規定値設定手段 2 3に設定された 規定値と、 加工反力及び変形量演算部 2 2により求めた加工反力とをリ アルタイムに比較する。
動作軌跡変更手段 2 5は、 加工反力比較手段 2 4の判定結果により加 ェ反力が規定以上であった場合に、 動作軌跡の変更を行うための演算を 行う。
動作軌跡変更パラメータ記憶部 2 6は、 動作軌跡変更手段 2 5が動作 する場合の動作軌跡変更制御パラメ一夕を記憶する。
動作軌跡変更手段 2 5の演算により確定した動作軌跡についての制御 パラメ一夕は動作軌跡変更パラメ一夕記憶部 2 6へ保存され、 次のジャ ンプ動作で動作軌跡を変更する必要が無い場合に、 動作制御パラメ一夕 演算部 1 9が動作軌跡変更パラメータ記憶部 2 6から制御パラメ一夕を 引き出し補正量を足し込んでサーポ指令周期ごとの指令値のデ一夕をサ ーボアンプ 1 2へ送信する。
第 3図は、 加工反力比較手段 2 4の比較結果により行うジャンプ動作 制御の説明図であり、 第 3図の （a ) 乃至（c ) はそれぞれ極間距離 G、 加工反力 F及び電極と被加工物の相対移動速度 Vの時間変化の例を示し ている。 また、 第 3図において、 LG1は初期動作軌跡、 LG2は軌跡変更後 の動作軌跡 （以下変更動作軌跡） 、 LF 1 は初期動作軌跡の動作で検出さ れる加工反力、 LF2 は変更動作軌跡の動作で検出される加工反力、 LV1 は初期動作軌跡における電極と被加工物の相対移動速度、 LV2 は変更動 作軌跡における電極と被加工物の相対移動速度を示している。
第 3図において、 初期動作軌跡 LG1で動作して、 加工反力比較手段 2 4の比較結果により加工反力 Fの絶対値が規定値 f を超過した場合 （時 刻 t l) には、 動作軌跡変更手段 2 5により相対移動速度 Vを例えば略一 定にして動作させる。 このように動作させる理由は、時刻 t lの時点は極 間距離 Gを増大させる方向への動作中であり、 この状態においては極間 距離 G及び相対移動速度 Vが増大しているが、 ステファンの式 （1 ) よ り、 加工反力 Fは相対移動速度 Vに比例し、 極間距離 Gの 3乗に反比例 するため、 相対移動速度 Vを略一定にしておけば、 極間距離 Gの増大に 伴い、 加工反力 Fが減少するためである。
この後極間距離 Gが増大して加工反力比較手段 2 4の比較結果により 加工反力 Fの絶対値が規定値 f 以下になった場合 （時刻 t 2) に、 動作軌 跡変更手段 2 5により、 動作軌跡を初期動作軌跡 LV1と同様の形状の動 作軌跡とする。
極間距離 Gを減少させる方向への動作中 （時刻 t 3) に加工反力比較手 段 2 4の比較結果により加工反力 Fの絶対値が規定値 f を超過した場合 には、 動作軌跡変更手段 2 5により相対移動速度 Vの絶対値を設定速度 Vs以下に下げて動作させる。 この設定速度 Vsはステフアンの式 （1 ) を変形した式、 Vmax= ( f · 2 · π · G 3 ) Z ( 3 · リ · S 2 ) により、 加 ェ反カ Fの規定値 f を基に可能最大到達速度 Vmaxが求められるため、こ の可能最大到達速度 Vmaxに所定の係数を掛けて求めればよい。すなわち、 相対移動速度 Vを設定速度 Vs (Vs = k - Vmax ( 0 <k< 1 ) ) 以下として 動作させる。 ，
このように動作させる理由は、時刻 t 3の時点は極間距離 Gを減少させ る方向への動作中であり、 この状態においてはステフアンの式 （1 ) よ り、 加工反力 Fは極間距離 Gの 3乗に反比例するため、 極間距離 Gの減 少に伴い増大する傾向にある加工反力 Fを減少させるためには、 前記の ように、相対移動速度 Vを設定速度 Vs以下とする必要があるためである。 この後極間距離 Gがさらに減少して加工反力 Fの絶対値が再度規定値 ί以上になった場合 （時刻 t4) には、 前記時刻 t 3 における制御と同様 の演算を動作軌跡変更手段 2 5が行い相対移動速度 Vを設定速度 Vs以下 としてさらに相対移動速度 Vの絶対値を下げて動作させる。
以上のような動作軌跡の制御により、 変更動作軌跡 LG2で検出される 加工反力 LF2を略加工反力の規定値 ί以下とすることができる。
以上のような加工反力と規定値とをリアルタイムに比較して行う木目 細かな制御により、 ジャンプ動作全体として加減速度を単純に変更する ものではないため、 加工反力を略規定値以下にできると共にジャンプ動 作時間を減少させることができ、 したがって、 加工生産性を向上するこ とができる。 さらに、 実際の放電加工で多用させる複雑な電極形状を用 いる場合にも適用することもできる。
以上のようなジャンプ動作を行う場合において、 電極と被加工物の相 対移動速度の指令値 v(t)を次式のようにフーリエ級数として合成する ことにより、 さらに加工時間の増大を抑制することができる。
V(t) =∑ (Ak'sin(cok- t +0)+Bk - cos (ωΐί· t +0)) (2) ここで、 k= l、 2、 ···、 tは時間、 Θは初期位相であり、 式 （2) において、 η番めの周波数成分が放電加工装置の機械系の共振周波数と 一致又は近似する場合には、 電極と被加工物の相対移動速度の指令値 V(t)のフーリエ級数成分の n番目の成分を取り除いて合成、 又は n番目 以上の高次成分を取り除いて合成する。 あるいは、 前記フーリエ級数成 分の n番目の成分の振幅を微小にして合成、 又は n番目以上の高次成分 の振幅を微小にして合成する。
放電加工装置の機械系の共振周波数は振動モード解析等の実験により 予め把握することができ、 前記のように放電加工装置の機械系の共振周 波数と一致又ば近似する周波数成分を取り除くか、 又は微小としたフー リェ級数等により合成した速度指令を用いることにより、 加工反力の増 加に伴ってジャンプ動作中の軌跡を急激に変更する場合においても、 機 械共振の励起による加工精度の低下及び残留振動による加工時間の増大 を抑制することができる。
以上の説明においては、 加工反力規定値設定手段 2 3に加工反力の規 定値を設定して、 この加工反力の規定値と加工反力の検出値とを比較し たが、 加工反力及び変形量演算部 2 2は力と変形を換算できるので、 加 ェ反カ規定値設定手段 2 3の加工反力の規定値の代わりに変形量の規定 値を設定して、 この変形量の規定値と加工反力及び変形量演算部 2 2で 検出した変形量とを比較し、 この比較結果に基づいて制御を行ってもよ い。 あるいは、 加工反力 Fと電極面積 Sにより加工応力 F/Sを求めて、 加工反力規定値設定手段 2 3の加工反力の規定値の代わりに加工応力の 規定値を設定して、この加工応力の規定値と前記加工応力 F/Sとを比較 して、 この比較結果に基づいて制御を行ってもよい。
また、 以上の説明においては、 加工反力及び変形量の検出を Z軸駆動 用サ一ボモー夕の電流検知及びモー夕定数により演算により求めたが、 センサにより直接検出してもよい。 例えば、 力センサ及び圧力センサ等 を用いて加工反力を、 レーザ変位計及び静電容量型変位センサ等を用い て変形量を検出できる。
さらに、 以上の説明においては、 第 2図のようにポールネジ 9 dを介 して駆動力を伝達する放電加工装置の例について説明したが、 ポールネ ジ 9 dを使用しないリニアモー夕駆動の放電加工装置であってもよい。 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装置は、 加工液中にて電極と 被加工物との極間に放電を発生させ、 この放電エネルギにより被加工物 を加工する放電加工作業に用いられるのに適している。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 加工電力供給手段により加工液中に設けられた電極と被加工物と の極間に加工電力を供給し、 位置決め手段により前記電極及び被加工物 を相対移動させて前記被加工物の加工を行うと共に、 前記位置決め手段 により前記電極を前記被加工物に対して前記極間距離を一時的に増大さ せるように相対移動させるジャンプ動作を行う放電加工装置において、 加工反力を検出する加工反力検出手段と、
加工反力の規定値を設定してなる加工反力規定値設定手段と、 前記加工反力検出手段により検出した加工反力の検出値と前記加工反 力規定値設定手段に設定した加工反力の規定値とを比較する加工反力比 較手段と、
前記加工反力比較手段による比較により前記加工反力の検出値が前記 加工反力の規定値よりも大きい場合に、 前記加工反力を低減させるよう に前記ジャンプ動作の軌跡変更を行う動作軌跡変更手段とを備えたこと を特徴とする放電加工装置。
2 . 請求の範囲 1において、 前記動作軌跡変更手段が、 前記極間が増 大する方向への動作中に前記加工反力比較手段による比較により前記加 ェ反力の検出値が前記加工反力の規定値よりも大きい場合には、 前記電 極と被加工物の相対移動速度 Vを略一定にして動作させ、 前記極間が減 少する方向への動作中に前記加工反力比較手段による比較により前記加 ェ反力の検出値が前記加工反力の規定値よりも大きい場合には、 前記相 対移動速度 Vの絶対値を設定速度 Vs = k · Vmax ( 0く kく 1、 Vmaxは可能 最大到達速度であり、 Vmax= ( f · 2 · π · G 3 ) Z (3 · リ · S 2 ) 、 f は前記加工反力の規定値、 G は前記極間距離、 レは前記加工液の粘性係 数、 S は前記電極面積） 以下に下げて動作させるように前)
作の軌跡変更を行うことを特徴とする放電加工装置。
3 . 加工電力供給手段により加工液中に設けられた電極と被加工物と の極間に加工電力を供給し、 位置決め手段により前記電極及び被加工物 を相対移動させて前記被加工物の加工を行うと共に、 前記位置決め手段 により前記電極を前記被加工物に対して前記極間距離を一時的に増大さ せるように相対移動させるジャンプ動作を行う放電加工装置において、 放電加工装置本体の変形量を検出する変形量検出手段と、
放電加工装置本体の変形量の規定値を設定してなる変形量規定値設定 手段と、
前記変形量検出手段により検出した変形量の検出値と前記変形量規定 値設定手段に設定した変形量の規定値とを比較する変形量比較手段と、 前記変形量比較手段による比較により前記変形量の検出値が前記変形 量の規定値よりも大きい場合に、 前記変形量を低減させるように前記ジ ヤンプ動作の軌跡変更を行う動作軌跡変更手段とを備えたことを特徴と する放電加工装置。
4 . 加工電力供給手段により加工液中に設けられた電極と被加工物と の極間に加工電力を供給し、 位置決め手段により前記電極及び被加工物 を相対移動させて前記被加工物の加工を行うと共に、 前記位置決め手段 により前記電極を前記被加工物に対して前記極間距離を一時的に増大さ せるように相対移動させるジャンプ動作を行う放電加工装置において、 加工応力を検出する加工応力検出手段と、
加工応力の規定値を設定してなる加工応力規定値設定手段と、 前記加工応力検出手段により検出した加工応力の検出値と前記加工応 力規定値設定手段に設定した加工応力の規定値とを比較する加工応力比 較手段と、
前記加工応力比較手段による比較により前記加工応力の検出値が前記 加工応力の規定値よりも大きい場合に、 前記加工応力を低減させるよう , に前記ジャンプ動作の軌跡変更を行う動作軌跡変更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 1〜4のいずれかにおいて、 前記規定値を加工面積及 び加工条件等に応じて変更することを特徴とする放電加工装置。
6 . 請求の範囲 1〜 5のいずれかにおいて、 前記ジャンプ動作におけ る前記電極と被加工物の相対移動速度の指令値をフーリエ級数として合 成し、 このフーリエ級数を、 n番めの周波数成分が機械系の共振周波数 と一致又は近似する場合には、 前記フーリエ級数成分の n番目の成分を 取り除いて合成、 又は n番目以上の高次成分を取り除いて合成すること を特徴とする放電加工装置。
7 . 請求の範囲 1〜 5のいずれかにおいて、 前記ジャンプ動作におけ る前記電極と被加工物の相対移動速度の指令値をフーリェ級数として合 成し、 このフーリエ級数を、 n番めの周波数成分が機械系の共振周波数 と一致又は近似する場合には、 前記フーリエ級数成分の n番目の成分の 振幅を微小にして合成、 又は n番目以上の高次成分の振幅を微小にして 合成することを特徴とする放電加工装置。
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