JPH068053A - 放電加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放電間隙長を応答性よく制御する。 【構成】 加工工具電極１と被加工物２の間の放電間隙
長を制御する機構を、大きな可動距離をもつサーボモー
タ６，伝動機構７等で構成する第１の駆動機構と、該第
１の駆動機構より可動距離が小さく高速の応答速度をも
つ圧電素子３等で構成する第２の駆動機構の組み合わせ
で構成する。放電間隙長の修正指令を第１の駆動機構へ
の移動指令とし、該移動指令の位置と第１の駆動機構の
現実の変位との位置偏差を上記第２の駆動機構の移動指
令として、第１，第２の駆動機構を駆動して上記間隙を
制御する。第１の駆動機構の応答遅れによる位置偏差が
応答性のよい第２の駆動機構の移動指令とされ、放電間
隙は第２の駆動機構で素早く修正される。第１の駆動機
構で位置偏差が生じる限り第２の駆動機構でそれを補正
する。全体的に応答がよい放電間隙制御ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、放電加工方法に関し、
特に、形彫放電加工機に適した放電加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】放電加工機は、加工工具電極と被加工物
を微小な間隙を隔てて対向させ、該間隙に加工液を満た
し両者の間に電圧を印加し、放電を生じせしめて被加工
物を部分的に除去し、かつ、順次放電位置を変えて被加
工物を加工するものであり、上記加工工具電極と被加工
物の間の間隙を所定値に保持しながら、加工を行うもの
である。この放電間隙の制御は、通常加工工具電極をサ
ーボモータ等で移動させてサーボモータの位置，速度制
御により放電間隙を所定値に保持するものが一般的であ
る。さらに、上記放電間隙長を、駆動可能移動量の大き
い駆動装置と駆動可能移動量は小さいが応答性のよい駆
動装置の２つの駆動装置で制御する方法も開発されてい
る。

【０００３】図４は、放電間隙長の制御機構として、大
きな可動距離をもつ第１の駆動機構と、該第１の駆動機
構より小さい可動距離をもち、かつこの第１の駆動機構
より高速の運動速度または応答時間をもつ第２の駆動機
構を備えた、放電加工装置の１つの制御方式の制御ブロ
ック図である。図４中、１０１は放電間隙長設定器であ
り、該放電間隙長設定器１０１で設定された放電間隙長
ｚs と実際の放電加工プロセス１１０から放電間隙検出
装置１１１で検出された放電間隙長ｚr との誤差εを求
め、要素１０２，１０３でこの誤差εに上記第１の駆動
機構と第２の駆動機構への分配比率α，βを乗じて得ら
れる変位指令に、検出器１０８，１０９で検出さける第
１，第２の駆動機構の変位量を減じて位置偏差を求め、
この各位置偏差に第１の駆動機構の位置制御ゲインｋp
1，第２の駆動機構の位置制御ゲインｋp2をそれぞれ乗
じて第１，第２のアクチュエータ１０６，１０７を駆動
し、放電加工プロセス１１０の状態を変化させる。すな
わち、アクチュエータ１０６，１０７は、加工工具電極
もしくは被加工物を駆動し放電間隙が放電間隙長設定器
１０１で設定された放電間隙長と一致するように制御す
る。なお、加工工具電極もしくは被加工物の移動量は第
１，第２の駆動機構のアクチュエータ１０６，１０７の
移動量の和である。

【０００４】放電加工プロセス１１０における放電加工
による被加工物の除去や工具加工電極の消耗を含む放電
間隙長は、放電間隙検出装置１１１で検出されフィード
バックされ前述したフィードバック制御が行われること
になる。

【０００５】図５に示すブロック図も、大きな可動距離
をもつ第１の駆動機構と該第１の駆動機構より小さい可
動距離をもち、かつこの第１の駆動機構より高速の運動
速度または応答時間をもつ第２の駆動機構を備えた放電
間隙長制御機構を備えた放電加工装置の制御方式の制御
ブロック図である。この図５で示す例は、放電間隙長設
定器２０１で設定された放電間隙長ｚs から放電間隙検
出装置２０８で検出された放電間隙長ｚr を減じて誤差
εを求め、この誤差εから、検出器２０６で検出した第
１，第２の駆動機構のアクチュエータ２０４，２０５の
移動量の和を減じて位置偏差を求め、該位置偏差に第
１，第２の駆動機構の位置制御ゲインＫp1，Ｋp2を乗じ
た値で第１，第２のアクチュエータ２０４，２０５を駆
動する。第１，第２の駆動機構のアクチュエータ２０
４，２０５の移動量の総和が加工工具電極または被加工
物の移動量となり、放電加工プロセス２０７の状態は変
化する。そして、放電間隙検出装置２０８で上記放電加
工プロセス２０７の放電間隙が検出され、前述したよう
にフィードバックされて該放電間隙が設定値Ｚs になる
ように制御させることになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した図４に示す制
御方式であると、設定放電間隙長ｚs と実際に検出され
た放電間隙長ｚr の差の誤差は修正指令として、ある分
配比率αとβをもって第１，第２の駆動機構に同時に指
令される。第２の駆動機構は最大移動量が小さく応答速
度が高い。そのため、第２の駆動機構の移動が終了して
も第１の駆動機構による移動は終了せず、全体として、
指令された放電間隙長を変化させるために要する時間は
応答の遅い第１の駆動機構の応答時間によって決まり遅
くなる。その結果、高い応答性をもつ第２の駆動機構の
特性を有効に利用できていない。

【０００７】また、図５に示す方式においては、設定放
電間隙長ｚs と実際に検出された放電間隙長ｚr の差で
ある誤差εが修正指令として指令され、第１，第２の駆
動機構のアクチュエータ２０４，２０５の移動量の和と
比較し、その位置偏差に比例する値を第１，第２の駆動
機構のアクチュエータ２０４，２０５に指令するもので
あるから、指令入力後、応答が速い第２の駆動機構のア
クチュエータ２０５が先に移動し、上記偏差を縮小して
しまうから、第１の駆動機構への変位指令が小さくな
り、結果的には、指令された放電間隙長の修正量だけ変
位するのに要する時間が長くなっていた。

【０００８】また、上記図４，図５で示すの方式では、
放電間隙の修正指令が可動距離が短い第２の駆動装置の
変位量の限界を越えた場合、第２の駆動機構はその最大
位置まで変位して固定された状態となり、放電間隙長の
修正指令が変化した場合でも、これに対する応答性は第
１の駆動機構の応答速度によって制限されることになる
等の欠点がある。そこで、本願発明の目的は、放電間隙
長の制御機構に大きな可動距離をもつ第１の駆動機構と
該第１の駆動機構より小さい可動距離をもち、かつこの
第１の駆動機構より高速の運動速度または応答時間をも
つ第２の駆動機構を備えた放電加工装置において、応答
性のよい放電間隙長の制御ができる放電加工方法を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、加工工具電極
と被加工物のどちらか一方もしくは両者を移動させ放電
間隙長を制御する機構を、大きな可動距離をもつ第１の
駆動機構と、該第１の駆動機構より可動距離が小さく高
速の応答速度をもつ第２の駆動機構の組み合わせで構成
し、該第１の駆動機構への移動指令値と第１の駆動機構
の現実の変位との位置偏差を上記第２の駆動機構の移動
指令として、第１，第２の駆動機構を駆動して上記間隙
を制御する。また、上記第１の駆動機構への移動指令値
を目標間隙長と現実の間隙長の誤差とする。特に、上記
第２の駆動機構を印加される電気量に比例して伸縮する
手段等で構成し、該第２の駆動機構に指令された上記第
１の駆動機構への移動指令値と第１の駆動機構の現実の
変位との位置偏差量に比例して変位するものとする。

【００１０】

【作用】加工工具電極と被加工物の間の間隙を調整する
ために、上記第１の駆動機構へ移動指令が入力されて
も、該第１の駆動機構は応答性が十分ではないと上記間
隙の修正は遅れることになる。しかし、上記第２の駆動
機構は応答性がよいため、上記第１の駆動機構への移動
指令値と第１の駆動機構の現実の変位との位置偏差を上
記第２の駆動機構に移動指令値として与えれば、第２の
駆動機構が第１の駆動機構の遅れを補正し、全体的に
は、応答よく上記間隙長は調整されることになる。

【００１１】特に、第１の駆動機構は移動指令に対して
追従するように制御されるものであるから、この第１の
駆動機構における移動指令値と現実の変位との位置偏差
量は、該移動指令の最大速度と第１の駆動機構の応答性
によって決まる一定の限界を越えて大きくなることはな
い。そのため、可動距離は小さいが応答性のよい第２の
駆動機構の可動距離を上記第１の駆動機構の偏差量の限
界に基づいて設計しておけば、運転中にその可動距離が
不足することはなく、高い応答性の運動を常に利用でき
ることになる。また、第１の駆動機構の位置偏差を応答
性のよい第２の駆動機構の移動指令値とするから、機構
全体的な追従偏差は応答性のよい第２の駆動機構の応答
特性によって決まる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明を実施する一実施例の要部ブロ
ック図である。本実施例においては、大きな可動距離を
もつ第１の駆動機構ととしてサーボモータで構成される
機構とし、該第１の駆動機構より小さい可動距離をも
ち、かつこの第１の駆動機構より高速の運動速度または
応答時間をもつ第２の駆動機構として、圧電素子によっ
て構成される機構とするものである。

【００１３】図１において、工具加工電極１は被加工物
２に対して微小間隙をもって対向し、かつ図示してはい
ないが、該間隙には加工液が満たされている。加工工具
電極１は結合手段５を介して圧電素子３に固定されてい
る。さらに上記圧電素子３はフレーム４に取り外し自在
に固定され、該フレーム４はサーボモータ６によって駆
動され回転運動を直線運動に変換する伝動機構７の出力
軸に固定されている。上記圧電素子３は圧電材料を多数
積層して構成され、該圧電素子３に電圧が印加されると
変形し、電圧の大きさに応じてその変形量が変化するも
のであり、結局加工工具電極１が移動させられるもので
ある。また、上記サーボモータ６によって移動する上記
フレーム４の移動量を検出するリニアスケール等の位置
センサ１０、上記圧電素子３によって移動する加工工具
電極１の移動量を検出するリニアスケール等の位置セン
サ９がそれぞれ設けられている。

【００１４】放電間隙制御装置１１は加工工具電極１と
被加工物２間の放電間隙の電圧を検出し、その平均電圧
より上記放電間隙長ｚr を求め、放電間隙長設定器１２
で設定された放電間隙長ｚs から上記検出放電間隙長ｚ
r を減じてその誤差を求め、この誤差を修正指令として
工具電極駆動制御装置１３に送出する。工具電極駆動制
御装置１３は後述するように、位置センサ９，１０から
の信号と上記修正指令を受けてサーボモータ駆動装置１
４及び圧電素子駆動装置１５をフィードバック制御して
駆動する。

【００１５】図２は、この実施例の放電間隙制御の制御
ブロック図である。放電間隙長設定器１２で設定された
放電間隙長ｚs から放電間隙制御装置１１内に設けられ
ている放電間隙検出手段２４で検出された放電間隙長ｚ
r を減じて誤差εを求め、この誤差を修正指令として第
１の駆動機構のサーボモータ６への移動指令とする。上
記修正指令εから位置センサ１０で検出される移動量ｚ
１を減じて位置偏差ｘ１を求め、この位置偏差ｘ１に要
素２０の位置制御ゲインＫp1を乗じてサーボモータ６へ
の移動指令（トルク指令）とし、サーボモータ駆動装置
１４を介してサーボモータ６を駆動する。サーボモータ
６が駆動されると、伝動機構７を介してフレーム４が移
動し、圧電素子３、結合手段５を介して加工工具電極１
が移動する。また、上記フレーム４が移動すると、この
移動量は位置センサ１０によって検出され、フィードバ
ックされる。

【００１６】一方、修正指令εと位置センサ１０で検出
した移動量ｚ１との位置偏差ｘ１は、圧電素子４で構成
される第２の駆動機構の移動指令ともされる。この第２
駆動機構の圧電素子４に対しての移動指令は、上記修正
指令εと位置センサ１０で検出した移動量ｚ１とのの差
である第１の駆動機構の位置偏差ｘ１に、さらに上記誤
差εにフィードフォワード係数Ｋf を乗じた値を加算し
た値とされ（なおこのフィードフォワード係数Ｋf は
「０」でもよい）、この値に位置センサ９で検出した移
動量が減じられて求められた誤差に位置制御ゲインＫp2
が乗じられて圧電素子３への移動指令とされる。この指
令に応じた電圧が圧電素子駆動装置１５から出力され、
圧電素子３を変位させる。圧電素子３が変位すると結合
部材５を介して加工工具電極１は移動し、この移動は位
置センサ９で検出されフィードバックされる。こうし
て、加工工具電極１は移動し、放電加工プロセスの状態
は変化し、放電加工電極１はサーボモータ６の移動と圧
電素子３による移動に基づいて移動することになり、こ
の移動により放電間隙は変化し、この放電間隙は放電間
隙検出手段２４によって検出され、この検出放電間隙が
設定放電間隙ｚs に一致するように制御される。

【００１７】以上のように、この実施例は動作するもの
であるが、この作動をさらに詳しく検討すると、指令放
電間隙長ｚs と検出放電間隙長ｚr との誤差εが修正指
令としてサーボモータで構成される第１の駆動機構に入
力され、サーボモータ６はこの修正指令εと位置センサ
１０で検出される移動量ｚ１との差の位置偏差ｘ１が
「０」になるまで移動することになる。一方、上記位置
偏差ｘ１は第２駆動装置の圧電素子３への移動指令とし
て、圧電素子３を駆動するから、サーボモータ６ととも
に圧電素子３も同時に駆動され、加工工具電極１は移動
することになる。加工工具電極１が移動すると上記誤差
（修正指令）εも上記位置偏差ｘ１も「０」に近付く
が、上記修正指令ε、位置偏差ｘ１が「０」に近付く
と、圧電素子３への指令（ｘ１＋Ｋf ・ε）も小さくな
り、この指令と位置センサ９で検出される移動量ｚ２と
の差の位置偏差ｘ２の値は小さな値もしくは負となる。
その結果、圧電素子３への指令電圧はＫp2・ｘ２に比例
するものであるから、この指令電圧は小さな値か負の値
になる。そのため圧電素子３による加工工具電極１の移
動は指令（ｘ１＋Ｋf ・ε）が小さくなった分、逆方向
に移動することになる。なお、圧電素子３はバイアス電
圧がかけられ、上記位置偏差ｘ２が「０」で圧電素子３
に移動指令電圧が入力されないときは、上記バイアス電
圧に応じた長さを保持しており、上記位置偏差ｘ２の正
負に応じ該位置より伸び縮みし、その量は上記位置偏差
ｘ２の絶対値の大きさに比例する。

【００１８】そして、最終的には、加工工具電極１は設
定放電間隙長ｚs を保持する位置に移動し上記位置偏差
（修正指令）εは「０」となるものであり、また、第１
の駆動機構のサーボモータ６における位置偏差ｘ１も
「０」に漸近させられるものであるから、圧電素子３へ
の入力は「０」となり、最終的には、圧電素子３による
加工工具電極１の移動は「０」となって、サーボモータ
６による位置決めによって放電間隙長が設定長に保持さ
れることになる。このことは、修正指令εが出されると
サーボモータ６も圧電素子３も同時に駆動され、応答の
速い圧電素子３によって加工工具電極１は速い応答速度
で移動し、続いてサーボモータ６による駆動で加工工具
電極１は重畳されて移動し、サーボモータ６の移動を位
置センサ１０が検出すれば、上記誤差ｘ１が小さくなる
ため、圧電素子３への指令値は小さくなり圧電素子３に
よる加工工具電極１の移動速度は低下もしくは逆方向に
移動することになる。すなわち、圧電素子３により加工
工具電極１を移動させることは、サーボモータによる移
動の応答遅れを補正する作用を行うもので、結局全体的
にみれば、修正指令εに対する加工工具電極の移動の応
答は速く達成されるものである。

【００１９】上記修正指令εに対して第１の駆動機構の
サーボモータはこの修正指令に追従するように制御され
るものであるから、修正指令とサーボモータ６の追従遅
れである上記位置偏差ｘ１の大きさは、修正指令の最大
速度とこの第１の駆動機構の応答性によって決まる一定
の限界を越えて大きくなることはない。そのため、応答
性の高い上記第２の駆動機構である圧電素子３の最大可
動距離を上記位置偏差ｘ１の限界に基づいて設計してお
けば、運転中に可動距離が不足することが避けられ、高
い応答性の運動を常に利用することができる。

【００２０】図３は工具電極駆動制御装置１３のプロセ
ッサが所定周期Ｔ毎実施する上記加工工具電極制御処理
のフローチャートである。まず、プロセッサは放電間隙
制御装置１１から送信される修正指令（誤差）εを読み
取ると共に、位置センサ１０，９から前周期の区間Ｔに
おける移動量ｚ１，ｚ２を読み取る（ステップＳ２，Ｓ
３）。そして、修正指令εからセンサ１０から読み取っ
た前周期での移動量ｚ１を減じ位置偏差ｘ１を求め（ス
テップＳ４）、この位置偏差ｘ１に設定された位置制御
ゲインＫp1を乗じてサーボ駆動装置１４に出力する（ス
テップＳ５）。さらに、上記修正指令εに設定係数Ｋf
を乗じた値に上記位置偏差ｘ１を加算し、さらにステッ
プＳ３で求めた移動量ｚ２を減じて圧電素子３に対する
位置偏差ｘ２を求め（ステップＳ６）、この位置偏差ｘ
２に設定された位置制御ゲインＫp2を乗じて圧電素子駆
動装置１５に出力する。以下所定周期Ｔ毎に上記ステッ
プＳ１〜Ｓ７の処理を工具電極駆動制御装置１３のプロ
セッサは実行し加工工具電極１と被加工物２間の放電間
隙が設定値ｚsに一致するように制御されることにな
る。

【００２１】上記実施例において、可動距離は短いが応
答速度の速い第２の駆動機構として圧電素子３を用いた
が、この圧電素子に変わるものとして、磁界をかけるこ
とによって変形し伸縮する磁歪素子を用いてもよい。

【００２２】

【発明の効果】本発明は、放電間隙長を制御する機構と
して、大きな可動距離をもつ第１の駆動機構と該第１の
駆動機構より可動距離が小さく高速の応答速度をもつ第
２の駆動機構の組み合わせで構成し、第１の駆動機構に
おける移動指令と実際の変位との差である位置偏差を第
２の駆動機構の移動指令としたので、放電間隙長を制御
する機構全体の応答性は、第２の駆動機構の応答特性に
よって決まる。そのため、応答性のよい放電間隙制御方
法を得ることができる。特に、第１の駆動機構の追従特
性が多少劣っていても、あるいは第１の駆動機構の運動
に多少の振動があっても、第２の駆動機構が、第１の駆
動機構の追従の不良や振動を補正するように動作するこ
とになるから、放電間隙長は常に最適に保持されること
になる。

【００２３】また、第１駆動機構のフィードバック制御
を低い周波数特性、低いゲインによって行うことによ
り、第２駆動機構の制御において高い周波数特性、高い
ゲインを持つフィードバック制御を行っても、低い応答
特性しかもたない第１の駆動機構の制御を不安定にする
ことはない。

【００２４】さらに、本願発明は、放電間隙長の修正指
令を大きな可動距離をもつ第１の駆動機構に指令し、こ
の第１の駆動機構の応答性の不足から生じる指令位置と
実際の位置との偏差を高い応答性を持つ第２の駆動機構
の移動指令としたから、第１の駆動機構に指令される移
動指令は第２の駆動機構が付加されない場合と同じもの
となる。このため、放電加工装置が第２の駆動機構を備
えず第１の駆動機構のみの場合においても、また、第２
の駆動機構を備えるものにおいても放電間隙調整のため
の加工工具電極もしくは被加工物の送りの指令方法を同
一とすることができる。さらに、加工工具電極や被加工
物の大きさ，質量にしたがって高い応答性をもつ第２の
駆動機構を一時的に着脱して使用するようにした放電加
工装置においても、第１の駆動機構への指令方法は第２
の駆動機構の着脱にしたがって切換える必要もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を実施するの放電加工機の要
部ブロック図である。

【図２】同実施例における放電間隙長制御の作用ブロッ
ク図である。

【図３】同実施例における工具電極駆動制御装置のプロ
セッサが実行する放電間隙制御処理のフローチャートで
ある。

【図４】大きな可動距離をもつ第１の駆動機構と、該第
１の駆動機構より小さい可動距離をもち、かつこの第１
の駆動機構より高速の運動速度または応答時間をもつ第
２の駆動機構の組み合わせからなる放電間隙長の制御機
構を備えた放電加工装置の従来の制御方式の制御ブロッ
ク図である。

【図５】従来例における他の制御方式の制御ブロック図
である。

【符号の説明】

１ 加工工具電極 ２ 被加工物 ３ 圧電素子 ４ フレーム ５ 結合部材 ６ サーボモータ ７ 伝動機構 ９，１０ 位置センサ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工工具電極と被加工物を加工液を満た
   した微小な間隙を隔てて対向させ、両者の間に電圧を印
   加し、放電を生じせしめて被加工物を除去加工する放電
   加工方法において、加工工具電極と被加工物のどちらか
   一方もしくは両者を移動させ上記間隙長を制御する機構
   を、大きな可動距離をもつ第１の駆動機構と該第１の駆
   動機構より可動距離が小さく高速の応答速度をもつ第２
   の駆動機構の組み合わせで構成し、上記第１の駆動機構
   への移動指令値と該第１の駆動機構の現実の変位との位
   置偏差を上記第２の駆動機構の移動指令として、第１，
   第２の駆動機構を駆動して上記間隙を制御する放電加工
   方法。
2. 【請求項２】 上記第１の駆動機構への移動指令値を目
   標間隙長と現実の間隙長の誤差とした請求項１記載の放
   電加工方法。
3. 【請求項３】 上記第２の駆動機構に移動指令として、
   上記第１の駆動機構の位置偏差に上記誤差に定数を乗じ
   た値を加算したものとした請求項２記載の放電加工方
   法。
4. 【請求項４】 上記第２の駆動機構は該第２の駆動機構
   への上記移動指令値と現実の変位との位置偏差量に比例
   して変位する機構である請求項１，請求項２または請求
   項３記載の放電加工方法。
5. 【請求項５】 上記第２の駆動機構は印加される電気量
   に比例して伸縮する手段で構成されている請求項４記載
   の放電加工方法。