JP2003181725A - 放電加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 高い加工精度と高速性を兼ね備え、特に微細
加工に適した放電加工装置。 【解決手段】 電極６と被加工物５によって形成される
間隔に加工用電源１から電圧を印加して放電を発生させ
るとともに、電極６と被加工物５を相対移動させて被加
工物６の加工を行う放電加工装置において、電極６と被
加工物５との極間隔と並列に設けられて放電極間の電圧
を分圧する放電極間電圧分圧手段８を設けるとともに、
放電極間電圧分圧手段８から検出された極間隔に発生す
る電位差に比例した電圧と基準電圧を比較して論理信号
を出力するコンパレータ手段１１と、論理信号の立ち上
がり、または立ち下がりのいずれか一方をトリガとして
一定時間論理値を保持するパルス幅伸長手段１２と、パ
ルス幅伸長手段１２の入力と出力とで論理和をとる論理
和手段１３と、論理和手段１３の論理信号出力を平滑し
てアナログ電圧に変換する平滑手段１４とからなる放電
状態検出手段１０を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放電加工によって
被加工物を加工する放電加工装置に関し、特にワイヤ放
電研削加工によって５０マイクロメートル以下の微細軸
を高い加工精度で短時間で加工する放電加工装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】放電加工は、放電現象を媒体として高精
度・微細形状の加工が容易であることなど多くの特色を
持つとともに、非接触加工である。このために、電極と
被加工物との間隔を常に放電発生に適した間隔に保持す
ることが必要になる。形彫り放電加工では、加工の進行
に従って電極と被加工物とが除去される量だけ常に極間
隔を追い込まなければならないが、、極間の加工くずや
ガスの発生、放電面形状の変化などに対応して放電極間
隔を維持することが必要になる。

【０００３】また、特開平１−１０３２３４号で示され
るようなワイヤ放電研削加工は、通常の研削の砥石に相
当する部分にワイヤガイド上をゆっくり走行するワイヤ
の外部エッジを用い、回転する被加工物を円筒研削のよ
うにして加工する方法であるが、切れ込みをとる場合
に、加工の進行に従って電極と被加工物が除去される量
だけ常に極間隔を追い込まなければならず、形彫り放電
加工と同様に放電極間隔を維持することが必要になる。
ワイヤ放電加工では、被加工物の板厚が変化する場合に
は放電面積も変化するために放電加工量も変化し、一定
の電気的条件、一定速度で送った場合には溝幅が大きく
変化し、加工精度が大幅に低下する。つまり、加工面積
の変化に伴い、放電極間隔が変化するため、板厚の変化
に対応して放電極間隔を維持することが必要になる。

【０００４】このような課題を解決するために、一般的
には放電間隔の極間平均電圧をある基準電圧と比較し
て、極間平均電圧が一定になるように送り速度を変化さ
せる方法がとられている。さらに、送り速度だけでな
く、最適な電気的条件を計算機を用いて出力する方式も
ある（精密工学会 新版精密工作便覧 コロナ社 P46
5,P494 <1992>）。極間平均電圧検出によって、電極と
被加工物との短絡も検知可能である。

【０００５】特開昭５９−７５２３号では、極間平均電
圧を一定になるように送り速度を制御する方法に加え
て、さらに、平均加工電流を検出し、被加工物とワイヤ
電極との相対速度、所望の加工溝幅から板厚検出を行
い、電気的加工条件を切り替えるワイヤカット放電加工
機を提供している。

【０００６】特開平１０−２３５５２１号では、前記ワ
イヤ放電研削加工において、単位時間当たりの放電回数
を計数し、この計数値を所定値と比較して、送り速度や
電極と被加工物間距離の放電加工条件を制御する放電加
工装置を提供している。これは、放電極間隔が狭くなる
にしたがって、放電回数が増加する性質を利用したもの
である。例えば、被加工物にうねりがある場合、山部で
は除去すべき放電加工量が多くなるため、放電回数が増
すので、送り速度を遅くすれば所望の放電加工量を供給
することが可能となり、短絡を防止し、放電間隔も一定
にできる。また、逆に谷部では除去すべき放電加工量が
少なくなるため、放電回数が減り、送り速度を速くする
ことによって、加工速度を速くすることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の放電加工機において、極間平均電圧や平均加
工電流を検出することによって、放電加工条件を制御す
る方法は、一定周期、一定幅のパルス電圧を極間に供給
するようなスイッチング素子を使用した回路に非常に有
効であるが、極間への電圧供給が不定期で、かつ放電エ
ネルギの供給期間が無供給期間に比較して無視できるほ
ど急峻なパルスを供給するコンデンサと抵抗の充放電を
利用した回路においては、極間平均電圧や平均加工電流
は無放電時とほとんど違いはみられないため、制御が難
しいという課題があった。また、極間平均電圧や極間平
均電流は、放電エネルギと放電頻度が組み合わされて出
力された結果であるので、粗加工と仕上げ加工とで放電
エネルギを変える場合などはピーク値やパルス幅などの
パラメータを考慮しなければならないため、基準点を比
例式などの単純計算では決められないという課題があっ
た。

【０００８】この点、特開平１０−２３５５２１号で
は、放電回数値を制御に用いているため、抵抗とコンデ
ンサの充放電を利用した回路においても有効である。し
かしながら、少なくとも一定時間の計数時間が必要であ
り、応答性の面で不利となるし、また別途短絡検出手段
が必要になるなど部品点数も多くなりコスト面の課題も
あった。さらに、５０マイクロメートル以下の微細軸を
加工するといった微細加工が必要な場合には、放電間隔
が短くなるとともに、放電を抑制する働きのある絶縁液
が進入しにくくなるため、放電パルスの減衰特性が悪化
し、１回の放電で数回の放電パルスの計数が行われるこ
ともあり、実際の放電回数の倍以上の放電回数を誤計数
する危険性がある。

【０００９】本発明は、上記課題を解決するものであ
り、高い加工精度と高速性を兼ね備え、特に微細加工に
適した放電加工装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段および作用・効果】上記目
的を達成するために請求項第１項記載の発明は、電極と
被加工物によって形成される間隔に加工用電源から電圧
を印加して放電を発生させるとともに、前記電極と前記
被加工物を相対移動させて前記被加工物の加工を行う放
電加工装置において、前記電極と前記被加工物との極間
隔と並列に設けられて放電極間の電圧を分圧する放電極
間電圧分圧手段を設けるとともに、前記放電極間電圧分
圧手段から検出された極間隔に発生する電位差に比例し
た電圧と基準電圧を比較して論理信号を出力するコンパ
レータ手段と、前記論理信号の立ち上がり、または立ち
下がりのいずれか一方をトリガとして一定時間論理値を
保持するパルス幅伸長手段と、前記パルス幅伸長手段の
入力と出力とで論理和をとる論理和手段と、前記論理和
手段の論理信号出力を平滑してアナログ電圧に変換する
平滑手段とからなる放電状態検出手段を設けた。本発明
によれば、放電極間隔に応じて変化する放電頻度を、誤
計数することなく、しかも速い応答でアナログ電圧に変
換することができるとともに、短絡検知も兼ね備えるこ
とができる。また、抵抗とコンデンサの充放電を利用し
た加工用電源を使用する場合においても放電頻度の差を
認識しやすい。さらに、放電頻度のみを検出することに
なるので、制御する上での基準点を求めやすく、よっ
て、高精度な加工を実現する上での極間隔の検知が可能
になる。

【００１１】請求項第２項記載の発明は、前記放電状態
検出手段から出力されるアナログ電圧データと記憶手段
に記録されている加工用電源の設定値データとから前記
電極と前記被加工物との推定放電極間隔を演算する放電
極間隔演算手段と、前記放電極間隔演算手段の演算結果
から前記記憶手段に記録された前記電極と前記被加工物
の相対移動条件を修正する軸移動制御手段と、前記軸移
動制御手段により制御され前記修正された相対移動条件
に基づき前記電極と前記被加工物とが相対移動するよう
駆動する軸移動駆動手段とを備えるようにした。本発明
によれば、前記放電状態検出手段の出力から放電極間隔
を推定し、放電極間隔を一定に保つような機械的制御が
可能になり、高精度の加工が短時間で可能となる。

【００１２】請求項第３項記載の発明は、前記放電極間
隔演算手段の演算結果から前記記憶手段に記録された加
工用電源の電気的条件を修正する加工用電源制御手段を
備えるようにした。本発明によれば、前記放電状態検出
手段の出力から放電極間隔を推定し、放電極間隔を一定
に保つような電気的制御が可能になり、高精度の加工が
可能となる。

【００１３】請求項第４項記載の発明は、前記加工用電
源が直流電源と、抵抗と、コンデンサとからなる放電加
工装置において、前記直流電源の両極と並列に前記放電
極間電圧分圧手段で検出する無放電時の分圧電圧よりも
低い電圧になるような分圧比をもつ直流電源電圧分圧手
段を設けるとともに、前記直流電源電圧分圧手段の出力
電圧が前記コンパレータ部の基準電圧となるよう構成し
た。本発明によれば、直流電源が供給する印加電圧が変
化しても自動的にコンパレータ部のしきい値を補正する
ことができるため、高精度加工を行う上での条件設定が
簡易になる。

【００１４】請求項第５項記載の発明は、前記電極がワ
イヤ電極であり、前記被加工物が回転手段によって回転
する微細軸である前記放電加工装置において、前記ワイ
ヤ電極と前記微細軸の軸方向とが直交して走行するため
のワイヤガイドを備えた。本発明によれば、５０マイク
ロメートル以下の微細軸を高精度に加工することが出来
る。

【００１５】請求項第６項記載の発明は、前記電極を所
望の３次元形状にあらかじめ加工した工具電極とすると
ともに、該工具電極の３次元形状を前記被加工物に転写
するようにした。本発明によれば、形彫り放電加工装置
においても高精度の加工が可能となる。

【００１６】請求項第７項記載の発明は、前記電極がワ
イヤ電極であり、前記被加工物が板状導電体である放電
加工装置において、前記ワイヤ電極と板状導電体の面方
向とを直交させるとともに、前記ワイヤ電極と前記板状
導電体の相対位置を変化させるための少なくとも２軸以
上の軸移動手段を備えるようにした。本発明によれば、
ワイヤカット放電加工装置においても高精度の加工が可
能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の形態により添付図
面を参照して説明する。

【００１８】図１は本発明の実施に係る放電加工装置の
第１の構成例を示す。加工用電源１は、直流電源２、抵
抗３、およびコンデンサ４から構成される。直流電源２
のプラス極は被加工物５に接続され、直流電源２のマイ
ナス極は電極６に接続される。被加工物５と電極６との
間隔は、水や放電油などで満たされる。また、被加工物
５は上下左右に動作する軸移動駆動部７に接続されてい
る。直流電源２が直流電圧を印加すると、コンデンサ４
に電荷が充電され、コンデンサ４の端子間電圧が徐々に
上昇する。コンデンサ４の端子間電圧が、被加工物５と
電極６との間の間隔の放電開始電圧を超えたとき、被加
工物６と電極６との間で放電が発生する。このプロセス
の被加工物５と電極６との間の電位差の変化を放電極間
電圧分圧手段８で検出する。放電極間電圧分圧手段８
は、例えば、８．２メガオームの抵抗と１メガオームの
抵抗を直列に接続して、１メガオームの抵抗の両端にか
かる電位差を検出するといった十分に高い抵抗値での分
圧によって実現する。

【００１９】また、直流電源２の両極間の電位差を直流
電源電圧分圧手段９によって検出する。直流電源電圧分
圧手段９も、十分に高い抵抗値での分圧によって実現す
るが、分圧比を放電極間電圧分圧手段８の分圧比よりも
やや大きくとるようにして、無放電時に放電極間電圧分
圧手段８が検出する電圧よりも常に直流電源電圧分圧手
段９が検出する電圧が低くなるようにする。例えば、放
電極間電圧分圧手段８が、８．２メガオームの抵抗と１
メガオームの抵抗で構成されるとき、直流電源電圧分圧
手段９を１０メガオームの抵抗と１メガオームの抵抗で
構成する。このとき、直流電源２の印加電圧を１００ボ
ルトにしたときには、十分にコンデンサ４が充電してい
るときの放電極間電圧分圧手段８の１メガオーム抵抗の
両端の電圧は、１０．８６ボルトになり、直流電源電圧
分圧手段９の１メガオーム抵抗の両端の電圧は、９．０
６ボルトになる。直流電圧２の印加電圧を変化すると、
それに応じて放電極間電圧分圧手段８の出力と直流電源
電圧分圧手段９が両者の比が常に一定値を保ちながら変
化する。つまり、コンデンサ４が十分に充電している状
態では、常に放電極間隔電圧分圧手段８よりも直流電源
電圧分圧手段９の方が小さい値となる。なお、放電極間
電圧分圧手段８の分圧比と直流電源電圧分圧手段９の分
圧比を等しい値にして、直流電源電圧分圧手段９の出力
をオペアンプなどを使って、任意の電圧値で減算する方
法により、コンデンサ４が十分に充電している状態のと
き常に放電極間電圧分圧手段８よりも直流電源電圧分圧
手段９の方が小さい値となるようにしてもよい。

【００２０】直流電源電圧分圧手段９の出力電圧を、放
電状態検出手段９内にあるコンパレータ手段１１の基準
電圧と入力し、放電極間電圧分圧手段８の出力電圧をコ
ンパレータ手段１１に入力する。さらに、パルス幅伸長
手段１２、論理和手段１３、平滑手段１４を経由して、
放電極間隔演算装置１５に放電頻度に比例するアナログ
信号を出力する。放電極間隔演算装置１５で、放電極間
隔を推定し、その推定値に基づいて、軸移動制御手段１
６に対して、速度変更指令や送り動作の一時的逆方向動
作指令などを行い、軸移動駆動手段を放電極間隔が一定
になるように動作させる。

【００２１】図２は本発明の実施に係る放電状態検出手
段の各部の波形を示す。放電極間電圧分圧手段８からの
出力１９の波形は２５のとおりであり、被加工物５と電
極６との極間隔で放電が発生すると、極間電位差は急激
に下降し、再度充電が開始される。下降した際に、極間
隔に放電油の進入が遅い場合など条件によっては振動が
見られる場合もある。

【００２２】一方、直流電源電圧分圧手段９からの出力
２０の波形は２６のとおりであり、直流電源２の印加電
圧が一定ならば放電のあるなしに依らず一定であり、そ
の値は、コンデンサ２が十分に充電したときの放電極間
電圧分圧手段の出力よりも低い値となっており、その差
がコンパレータ手段１１の出力２１が反転するしきい値
となっている。つまり、直流電源電圧分圧手段９の出力
電圧を、放電状態検出手段９内にあるコンパレータ手段
１１の基準電圧と入力し、放電極間電圧分圧手段８の出
力電圧をコンパレータ手段１１に入力した際に、コンデ
ンサ２が十分に充電しているときには放電極間電圧分圧
手段８の出力は基準電圧よりも高い状態であり、このと
きコンパレータ手段１１の出力がＬＯＷになるようにす
る。そして、放電が開始し、放電極間電圧分圧手段８の
出力が基準電圧よりも低い状態になったときには、コン
パレータ手段１１の出力はＨＩＧＨになり、波形２７の
ようになる。

【００２３】なお、仕上げ加工などで、被加工物５と電
極６との放電極間隔が狭く、水や放電油が進入しにくい
場合には、電圧が振動してしまう場合もあるため、１回
の放電で数回のパルスが放電時コンパレータ手段出力波
形２７に発生する可能性がある。放電時コンパレータ手
段出力２１は、２つに分岐され、一方はパルス幅伸長手
段１２に、他方は論理和手段１３に入力される。なお、
後者のパルス幅伸長手段１２を経由しない経路には、タ
イミングを調整するための遅延回路を挿入するのが望ま
しい。パルス幅伸長手段１２は、例えば単安定マルチバ
イブレータが使用され、入力パルスをトリガとして、任
意に設定した時間幅のパルスを出力し、その時間幅内に
入力されたパルスの立ち上がりについては無視さる。こ
れにより、放電時コンパレータ手段出力波形２７に、１
回の放電で複数のパルスが発生していても、１つのパル
ス、しかも一定の時間幅のパルスを出力するような放電
時パルス幅伸長手段出力波形２８になる。

【００２４】また、放電周期はランダムであり、しかも
放電極間電圧分圧手段８から出力される電圧パルス幅は
放電周期に対して非常に短いので、放電極間電圧分圧手
段８の出力を直接平滑しても放電頻度の変化による平滑
信号の変化幅は小さいが、パルス幅伸長手段１２によっ
て、１回の放電によるパルス幅を長くすることによっ
て、放電頻度による平滑信号の変化幅を大きくすること
が可能となる。つまり、放電によるパルス幅は一定であ
るが、放電周期がランダムなために、放電頻度によって
平滑信号が大きく変化するのである。放電時パルス幅伸
長手段出力２２は、論理和手段１３に入力され、コンパ
レータ手段出力２１で分岐された片方の信号と論理和が
とられる。放電時には、パルス幅伸長手段出力波形２７
の波形がそのまま論理和手段出力波形２９となり、平滑
手段１４に入力され、放電頻度に応じて変化するアナロ
グ信号波形３０となる。

【００２５】以上は、被加工物５と電極６との間で正常
に放電が発生している場合であるが、短絡事故発生時に
は平滑手段出力２４が最大電圧で一定となり、短絡が検
知できる。

【００２６】図３は本発明の実施に係る短絡を検知した
場合の放電検出回路の各部の波形を示す。短絡が発生す
ると、放電極間電圧分圧手段８の出力は０ボルト、また
は０ボルトに近い値となる。従って、短絡によりコンパ
レータ手段１１の出力１９は、波形３３のように短絡発
生時から短絡が解除されるまでＨＩＧＨの状態を継続す
ることになる。このとき、パルス幅伸長手段１２は、短
絡発生時に一定幅のパルスを出力した後、その後、短絡
が解消されるまでＬＯＷのままとなる。

【００２７】一方、コンパレータ手段１１の出力１９に
ついて、短絡後はＨＩＧＨ状態を継続するため、論理和
手段１３の出力２３は波形３５のように短絡後はＨＩＧ
Ｈ状態を継続する。従って、平滑手段１４の出力２４は
波形３６のように最大電圧で一定となり、これを監視す
ることにより短絡を検出することができる。また、図２
のとおり、放電頻度が多くなるほど放電時の平滑手段出
力波形３０は高い値のアナログデータとなり、放電頻度
が多くなり過ぎた結果として短絡が生じ、図３の波形３
６のとおり最大電圧になるということで制御上の論理も
整合性があり、制御しやすくなっている。

【００２８】図４は本発明の実施に係る放電加工装置の
第２の構成例を示す。放電極間演算手段１４で、推定さ
れる放電極間隔に基づいて、記憶手段１７に記録された
加工用電源１の設定値と比較して、加工用電源制御手段
１８は加工用電源に対して、印加電圧変更指令などを行
い、放電極間隔が一定になるように動作させる。

【００２９】以上の実施例では、主にワイヤ放電研削加
工を例として説明したが、これに限定されるものではな
く、形彫り放電加工やワイヤカット放電加工に適用して
もよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に係る放電加工装置の第１の構成
例を示す図である。

【図２】本発明の実施に係る放電状態検出手段の各部の
波形を示す図である。

【図３】本発明の実施に係る短絡を検知した場合の放電
検出回路の各部の波形を示す図である。

【図４】本発明の実施に係る放電加工装置の第２の構成
例を示す図である。

【符号の説明】

１…加工用電源、２…直流電源、３…抵抗、４…コンデ
ンサ、５…被加工物、６…電極、７…軸移動駆動手段、
８…放電極間電圧分圧手段、９…直流電源電圧分圧手
段、１０…放電状態検出手段、１１…コンパレータ手
段、１２…パルス幅伸長手段、１３…論理和手段、１４
…平滑手段、１５…放電極間演算部、１６…軸移動制御
部、１７…記憶部、１８…加工用電源制御部、１９…放
電極間電圧分圧手段分圧電圧、２０…直流電源電圧分圧
手段分圧電圧、２１…コンパレータ部出力、２２…パル
ス幅伸長手段出力、２３…論理和手段出力、２４…平滑
手段出力、２５…放電時放電極間分圧手段分圧電圧波
形、２６…放電時直流電源電圧分圧手段分圧電圧波形 ２７…放電時コンパレータ部出力波形、２８…放電時パ
ルス幅伸長手段出力波形、２９…放電時論理和手段出力
波形、３０…放電時平滑手段出力波形 ３１…短絡時放電極間分圧手段分圧電圧波形、３２…短
絡時直流電源電圧分圧手段分圧電圧波形 ３３…短絡時コンパレータ部出力波形、３４…短絡時パ
ルス幅伸長手段出力波形、３５…短絡時論理和手段出力
波形、３６…短絡時平滑手段出力波形

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極と被加工物によって形成される間隔
   に加工用電源から電圧を印加して放電を発生させるとと
   もに、前記電極と前記被加工物を相対移動させて前記被
   加工物の加工を行う放電加工装置において、前記電極と
   前記被加工物との極間隔と並列に設けられて放電極間の
   電圧を分圧する放電極間電圧分圧手段を設けるととも
   に、前記放電極間電圧分圧手段から検出された極間隔に
   発生する電位差に比例した電圧と基準電圧を比較して論
   理信号を出力するコンパレータ手段と、前記論理信号の
   立ち上がり、または立ち下がりのいずれか一方をトリガ
   として一定時間論理値を保持するパルス幅伸長手段と、
   前記パルス幅伸長手段の入力と出力とで論理和をとる論
   理和手段と、前記論理和手段の論理信号出力を平滑して
   アナログ電圧に変換する平滑手段とからなる放電状態検
   出手段を設けたことを特徴とする放電加工装置。
2. 【請求項２】 前記放電状態検出手段から出力されるア
   ナログ電圧データと記憶手段に記録されている加工用電
   源の設定値データとから前記電極と前記被加工物との推
   定放電極間隔を演算する放電極間隔演算手段と、前記放
   電極間隔演算手段の演算結果から前記記憶手段に記録さ
   れた前記電極と前記被加工物の相対移動条件を修正する
   軸移動制御手段と、前記軸移動制御手段により制御され
   前記修正された相対移動条件に基づき前記電極と前記被
   加工物とが相対移動するよう駆動する軸移動駆動手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の放電加工装
   置。
3. 【請求項３】前記放電極間隔演算手段の演算結果から前
   記記憶手段に記録された加工用電源の電気的条件を修正
   する加工用電源制御手段を備えたことを特徴とする請求
   項１及至２記載の放電加工装置。
4. 【請求項４】 前記加工用電源が直流電源と、抵抗と、
   コンデンサとからなる放電加工装置において、前記直流
   電源の両極と並列に前記放電極間電圧分圧手段で検出す
   る無放電時の分圧電圧よりも低い電圧になるような分圧
   比をもつ直流電源電圧分圧手段を設けるとともに、前記
   直流電源電圧分圧手段の出力電圧が前記コンパレータ部
   の基準電圧となるよう構成したことを特徴とする請求項
   １及至３記載記載の放電加工装置。
5. 【請求項５】 前記電極がワイヤ電極であり、前記被加
   工物が回転手段によって回転する微細軸である前記放電
   加工装置において、前記ワイヤ電極と前記微細軸の軸方
   向とが直交して走行するためのワイヤガイドを備えたこ
   とを特徴とする請求項１及至４の放電加工装置。
6. 【請求項６】 前記電極を所望の３次元形状にあらかじ
   め加工した工具電極とするとともに、該工具電極の３次
   元形状を前記被加工物に転写することを特徴とする請求
   項１及至４記載の放電加工装置。
7. 【請求項７】 前記電極がワイヤ電極であり、前記被加
   工物が板状導電体である放電加工装置において、前記ワ
   イヤ電極と板状導電体の面方向とを直交させるととも
   に、前記ワイヤ電極と前記板状導電体の相対位置を変化
   させるための少なくとも２軸以上の軸移動手段を備えた
   ことを特徴とする請求項１及至４記載の放電加工装置。