JPH0661659B2 - ワイヤカツト放電加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ワイヤ電極を用いて被加工物の切削を電気
的に行う加工装置に関するものである。

〔従来の技術〕

電気的エネルギによつて被加工物を加工することは従来
広く行われており、周知であるが、最近の技術として注
目をあびている加工装置にワイヤ状の電極を用いて、あ
たかも「糸のこ」のように被加工物を電気的エネルギで
加工するいわゆるワイヤカツト放電加工装置がある。

第７図は、上記ワイヤカツト放電加工装置を示す構成図
である。１は被加工物で、予じめドリルなどで明けられ
た初孔１ａにワイヤ電極２を通し、この孔壁とワイヤ電
極２との間に絶縁性の液３を介在させている。

上記絶縁性の液３を以下加工液と記述する。加工液は、
タンク４からポンプ５で、被加工物１とワイヤ電極２の
間隙にノズル６により噴射される。

被加工物１とワイヤ電極２との間の相対運動は、被加工
物１を載せているテーブル１１の移動により行われる。
テーブル１１は、Ｙ軸駆動モータ13とＸ軸モータ１２に
より駆動される。以上の構成により、被加工物１と電極
２の相対運動は前述のＸ，Ｙ軸平面内に於て２次元平面
の運動となる。

ワイヤ電極２は、ワイヤ供給リール７により供給され、
下部ワイヤガイド８Ａ、被加工物１中を通過して上部ガ
イド８Ｂに達し、電気エネルギ給電部９を介して、ワイ
ヤ巻取り兼テンシヨンローラ１０により巻取られる。

上記Ｘ，Ｙ軸の駆動モータ１２，１３の駆動及び制御を
行う制御装置１４は、数値制御装置（ＮＣ制御装置）や
倣い装置あるいは、電算機を用いた制御装置が用いられ
ている。

電気エネルギを供給する加工電源１５は、例えば、直流
電源１５ａ，スイツチング素子１５ｂ，電流制限抵抗１
５ｃ，及び前記スイツチング素子１５ｂを制御する制御
回路１５ｄによつて構成されている。

次に従来装置の動作について説明する。加工電源１５か
らは高周波パルス電圧が被加工物１とワイヤ電極２間に
印加され、１つのパルスによる放電爆発により被加工物
１の一部を溶融飛散させる。この場合、極間は高温によ
つてガス化及びイオン化しているため、次のパルス電圧
を印加するまでには一定の休止時間を必要とし、この休
止時間が短か過ぎると極間が充分に絶縁回復しないうち
に、再び同二場所に放電が集中してワイヤ電極２の溶断
を発生させる。

従つて、通常の加工電源では被加工物の種類、板厚等に
依り加工電源１５の休止時間等の電気条件をワイヤ切れ
を生じさせない程度の充分余裕を持つた条件で加工する
のが普通である。従つて、加工速度は理論的限界値より
相当低くならざるを得ない。更にワイヤ電極２が均一で
なく太さが変化する場合、もしくはワイヤ電極の一部に
突起やキズ等があり放電が集中した場合にはワイヤ電極
２の溶断は避けられない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上のように従来のワイヤカツト放電加工装置では、ワ
イヤ電極２の断線を引き起さないようにするため、加工
電源１５の出力エネルギーを少くする等、仮に放電の集
中がワイヤ電極２の一点に集中しても断線しないように
していたため、加工速度が著しく低いという問題点があ
つた。

そこで、従来は極間から各種信号成分を取り出して極間
状態を検出するこころみも行われている。しかし、ワイ
ヤ電極２は弦振動（ワイヤガイド間の定在波振動）によ
り被加工物内で振動し、加工中に極間開放→放電→短絡
→放電→開放の状態を数ＫHzの周波数で繰り返すため、
これが外乱となつて正確な極間状態の検出がきわめて困
難であるという問題点があつた。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
であり、正確な極間状態の検出ができ、該検出結果を利
用してワイヤ電極の断線事故の発生を確実に防止するこ
とのできるワイヤカツト放電加工装置を得ることを目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明にかかるワイヤカツト放電加工装置は、ワイヤ
電極と被加工物との対向する極間間隙における該ワイヤ
電極の弦振動に起因する極間開放状態及び短絡状態以外
の放電時のみについて、つまり、ワイヤ電極の弦振動に
おける放電発生のある時間のみ周期的にサンプリングし
て、上記極間間隙で放電した際の電圧印加後の時間の分
布状態を検知する検知手段と、この検知手段により検知
される電圧印加から放電発生までの時間の分布状態を予
め設定した極間間隙状態の良否を示す分布状態と比較
し、極間状態を判断して信号を出力する極間状態判別手
段と、この極間状態判別手段の出力に基づいて上記ワイ
ヤ電極の送り速度を制御する制御手段とを備えたもので
ある。

〔作 用〕

この発明においては、極間に電圧印加後、放電発生に至
るまでの時間分布状態をワイヤ電極の弦振動の影響を排
除して検知手段で検知し、この検知された時間分布状態
と予め設定した極間間隙の良否を示す分布状態とを極間
状態判別手段で比較し、制御手段は極間→状態判別手段
から異常判別信号を受けたときは、ワイヤ電極の送り速
度を早くして放電点の分散とワイヤ電極単位長さ当りの
電極消耗を減少させて断線しないように制御する。

〔実施例〕

以下、図面に基づいてこの発明の好適な実施例を説明す
る。第１図はこの発明における極間状態の検出原理を説
明するための極間の放電々圧波形と、その各放電圧波形
における電圧印加後放電開始までの無放電時間の分布状
態を示すもので、実験により得られた結果である。

尚、放電開始点は、電圧の立下りの時点を検出している
ため、パルスのオン→オフ時も信号が出る。この分布状
態と極間状態との関係から以下のことが判明している。

(A) 極間開放状態（電極、被加工物間が完全に離れて
おり加工していない状態）を除いては、電圧印加後２μ
秒以内に放電の開始する率が高い。

(B) ワイヤ電極の断線直前状態の時には、上記２μ秒
以内に放電を開始する比率が７０％を越す。

(C) 正常放電時は、電圧印加後２μ秒までの分布が３
０％程度あり、その後はなだらかに減少する分布とな
る。

(D) きわめて極間間隙を狭くした時、上記(B)のワイヤ
断線の断線直前状態に似てくるが、それでも２〜１０μ
秒の間における分布は１０％以上存在する。

(E) 極間間隙が開くように極間サーボを行うと、１０
〜２０％は２μ秒以内で放電し、それ以後なだらかに減
少する。

(F) 短絡時は放電が生じない。

なお、上記(A)〜(E)は第１図の(A)〜(E)に対応する。

以上の結果より次のような状態であれば、極間間隙状態
は異常ではない、つまり、正常状態であるという判断が
できる。

ワイヤ電極の弦振動による極間開放→放電→短絡→放電
→開放の周期中放電時のみについてサンプリングし、該
放電中における電圧印加後放電発生までの無負荷電圧印
加時間の分布状態において、 (1) ２〜１０μ秒に放電開始するパルスが１０％以上
存在する。

(2) ２μ秒以内に放電するパルスの比率が５０％を越
さない。

(3) τ_Pでも放電しない比率が５０％を越さない。

第２図は、この実施例を含む概要図であつて、極間間隙
に電圧を印加し、放電電流を流すスイツチングトランジ
スタ１５ｂは、スイツチングアンプ１６により駆動され
る。このスイツチングアンプ１６に入力されるパルス休
止信号はパルス休止発生回路１７によつて作られる。こ
のパルス休止発生回路１７の基本クロツクパルスはクロ
ツクパルス発生器１８によつて発生される。クロツクパ
ルスの周波数は極間印加電圧の放電までの時間のサンプ
リングにも使用するため１ＭHz以上の周波数を必要とす
る。

第２図中、１９は極間電圧の立下りを検出する回路で、
抵抗ｒ_１，ｒ_２によつて分圧され、コンパレータ１９ａ
で基準電圧Ｖ_rより下つた時点の信号を、抵抗ｒ_３，コ
ンデンサＣ_１で構成される立下り微分回路によつて信号
Ｓ_２として取り出している。

前記ワイヤ電極の弦振動による極間開放時と短絡時は、
極間電圧の立上りも立下りもないから、上記微分回路に
より弦振動による外乱要素を取り除くことができる。

間隙状態判別回路２０はクロツクパルス発生器１８から
クロツクパルスＣＬＫ、パルス休止発生回路１７から信
号Ｓ_１、微分回路から信号Ｓ_２を受けて、極間の放電状
態を判断するもので、その回路構成およびその動作を以
下、第３図と第４図を用いて説明する。電圧が極間間隙
に印加されリングカウンタ２１が動作し、ＯＲゲート２
２_１〜２２_ｎは、各時間毎にゲート開の状態となる。例
えば、ＯＲゲート２２_１は０〜５μ秒の間出力は“１”
となつている。この間に放電が発生して電圧立下り信号
Ｓ_２が入力されると、ＡＮＤゲート23₁〜２３ｎを介し
てカウンタ２４_１〜２４ｎに所定時間における区間毎の
放電分布に沿つたパルス数が計数される。所定時間とし
ては、極間間隙状態変化の速度から鑑み、１０〜３０ｍ
秒が、実験結果からも適切と考えられている。これらカ
ウンタ２４_１〜２４ｎの内容は、デイジタルコンパレー
タ２５_１〜２５ｎによつて判別され、所定時間において
何個以上あるいは以下のパルスがどのような無負荷電圧
印加時間の分布で放電したかが明らかとなる。

前述のように、分布状況は異常と判別される分布と、正
常とされる分布に分類され、異常と判断された場合にこ
れをカウンタ２６で更に計数する。

また正常と判断される分布の場合には、カウンタ２６を
リセツトするので、このカウンタ２６は、異常状態と判
断される時、すなわち電圧印加後２μ秒以内に放電して
いる率が５０％以上あるいは２０μ秒時点でも尚放電し
ない率が５０％以上の時はカウンタ内容が増加し、２〜
１０μ秒で放電するパルスが１０％以上存在する時には
ただちにカウンタ２６がリセツトされる。よつて正常で
あれば零、異常であればカウンタ内容増加という状態を
くりかえすので、このカウンタ内容をデイジタルアナロ
グ変換器２７を用いて、アナログ電圧Ｖ_０を観察するこ
とによつても極間間隙状態の良否を判別できる。すなわ
ちアナログ電圧Ｖ_０が大であれば異常放電に近ずいてい
ることとなり、例えば被加工粉の滞留によつて極間間隙
にスラツジがたまつている等のワイヤ電極の断線直前状
態の不具合が容易に検出できる。

しかしごく短時間であれば極間間隙状態は絶えず変化し
ており、短時間アナログ電圧Ｖ_０があつても必ずしも極
間間隙状態が悪いとは判断できない。そこで、デイジタ
ルアナログ変換器２７の出力Ｖ_０の所定値以上の存在が
ある時間続いたことを検出して、極間間隙状態の良否を
判断する必要がある。

第５図における電圧比較器２８はデイジタルアナログ変
換器２７の出力Ｖ_０が所定値Ｖ₁₁よりも大か小かを判別
している。Ｖ_０＞Ｖ₁₁になると、電圧比較器２８の出力
は負となり、ベース抵抗29を介してスイツチング用トラ
ンジスタ３０をオフ状態にする。このため、時間計測用
コンデンサ31は抵抗３２を介して充電される。このコン
デンサ３１の両端電圧Ｖは次式のようにあらわされる。

ただしｒは抵抗３２の抵抗値 ｃはコンデンサ３１の容量 ｔは時間 このコンデンサ３１の両端電圧Ｖ₃₁は基準電圧Ｖと電圧
比較器３３で比較される。Ｖ₃₁＜Ｖ₂₁の期間は電圧比較
器３３の出力が負にならないため、発光ダイオード３４
は点灯しない。そしてV₀＞V₁₁の状態が所定時間継続し
てＶ₃₁＞Ｖ₂₁になると、電圧比較器３３の出力が負とな
り、発光ダイオード３４を抵抗３５を介して点灯させて
極間間隙状態の異常発生を表示するものである。

スイツチ３６は、時間の関数だけで極間間隙状態を判断
するか、デイジタルアナログ変換器２７の出力Ｖ_０の大
きさと時間の積の関数として判断するかを切換えるため
のスイツチである。すなわち単に時間だけの検出では極
間間隙状態の異常判別の困難な加工の場合には、スイツ
チ３６を図示例のように接点３６ａ側に投入すると、デ
イジタルアナログ変換器２７の出力Ｖ_０と時間の積の関
数として、極間間隙状態の異常発生をすみやかに知るこ
とができる。上記の出力Ｖ_０が大であればコンデンサ３
１の充電電流が増え、ただちにコンデンサ３１の両端電
圧Ｖが基準電圧Ｖ₂₁に達するからである。

また、上記の出力Ｖ_０を直接電圧計で観測することによ
り、極間間隙状態のモニターとして使用できることは明
らかである。

以下、上記極間状態判別手段２０からの出力に基づいて
ワイヤ電極の送り速度を変化させる制御手段３７を第６
図を用いて説明する。供給リール７より送り出されたワ
イヤ電極２はワイヤ張力発生のテンシヨンモータ１０
０，テンシヨンリール１０１，補助リール１０２によつ
て所定テンシヨンを加えられ、加工間隙を通つて引つぱ
りキヤプスタン１０３，キヤプスタンローラ１０４，キ
ヤプスタンモータ１０５により引き出され、巻取りリー
ル１０により巻き取られる。

上記のように構成されたワイヤ電極送り機構において、
極間状態が悪化して放電集中やワイヤ断線の前駆状態が
検出されると、カウンタ２６からの出力が制御手段３７
内の増幅器１０６で増幅され、制御トランジスタ１０７
のベースにベース電圧Ｖ_２として供給される。

ここで、エミツタ抵抗１０８をＲとし、キヤプスタンモ
ータ１０５を流れる電流をＩとすると、 と表わされる。

なお、Ｖｓはカウンタ２６によるモータ制御電圧であ
り、制御トランジスタ１０７のベース・エミツタ電圧Ｖ
_BEは、約0.6Ｖと微弱で且つ一定であり、ほぼ無視でき
る。モータの電流は上記ベース電圧Ｖｓにより制御され
るが、このベース電圧Ｖｓはカウンタ２６の出力に基づ
いて高電圧となり、モータ電流を増加してワイヤ電極２
の送り速度を速くする。ワイヤ電極の高速走行により放
電点は、強制的に移動して分散し、放電集中がなくなる
とともに、ワイヤ単位長あたりの電極消耗量を減少させ
てワイヤ電極の切れを防止する。

ワイヤ電極２の送り速度は早いほどスラツジの排出作用
もよくなつて短絡も減少し加工スピードも増大するが、
ワイヤ電極の消費量が増加して経済的ではない。極間状
態が悪化した時、早く送り、極間状態が良好であれば、
ゆつくり送るように制御する。また、無加工状態の時、
従来装置ではワイヤ電極送りがされて不経済であつた
が、上記のように制御することにより、ワイヤ電極はゆ
つくり送られるために経済的である。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、被加工物とワイヤ電
極間に電圧印加後、放電発生に至るまでの時間分布状態
をワイヤ電極の弦振動の影響を排除して検出し該検出結
果をもとにして正常放電と異常放電の判別を行うもので
あるから、極間状態の良否を正確に判別できる。そし
て、極間状態の異常が判別されたときは、ワイヤ電極の
送り速度を早めるように変化させるので、ワイヤ電極の
断線事故を確実に防止すると同時に該ワイヤ電極を経済
的に使用することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の原理説明図、第２図はこの発明の装
置構成の概要図、第３図は極間間隙状態判別手段の回路
構成図、第４図は第３図の回路動作を説明するためのタ
イムチヤート、第５図は極間間隙状態判別結果の表示回
路図、第６図は判別信号に従つてワイヤ電極の送り速度
を制御する制御手段の１例を示す回路図、第７図は従来
のワイヤカツト放電加工装置を示す原理図である。 １は被加工物、２はワイヤ電極、３は加工液、１９は検
知手段（極間電圧の立下り検出回路）、２０は極間間隙
状態判別手段、３７は制御手段。 なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワイヤ電極と被加工物を絶縁性加工液を介
   在させて対向させ、そのワイヤ電極と被加工物間にパル
   ス電圧を印加して両者間に放電を発生させ、その放電エ
   ネルギで上記被加工物を加工するワイヤカット放電加工
   装置において、上記ワイヤ電極と被加工物との対向する
   極間間隙における該ワイヤ電極の弦振動に起因する極間
   開放状態及び短絡状態以外の放電時のみについて電圧印
   加後の時間の分布状態を検知する検知手段と、この検知
   手段により検知される電圧印加から放電発生までの時間
   の分布状態を予め設定した極間間隙状態の良否を示す分
   布状態と比較し、極間状態の正常と異常を判断する極間
   状態判別手段と、この極間状態判別手段からの正常判断
   出力に基づいて上記ワイヤ電極の送り速度を遅くし該極
   間状態判別手段からの異常判断出力に基づいて該ワイヤ
   電極の送り速度を早くする制御手段とを具備したことを
   特徴とするワイヤカット放電加工装置。