(57)【要約】【課題】安定した加工を行うことができるワイヤ放電加工装置を得ること。【解決手段】ワイヤ放電加工装置は、ワイヤ電極と被加工物との極間に放電を発生させて前記被加工物を加工するワイヤ放電加工装置であって、第１の直流電源と第１のインバータとを有し、前記極間に高周波電力を供給するサブ電源回路と、第２の直流電源と第２のインバータとを有し、前記極間に高周波電力を供給するメイン電源回路と、前記極間に印加される極間電圧を測定する電圧測定部と、前記ワイヤ電極と前記被加工物とを相対的に移動させる移動部と、前記第２の直流電源と前記第２のインバータとの間を流れる電流を測定する電流測定部と、前記電圧測定部による測定結果と前記電流測定部による測定結果とに基づいて、前記移動部を制御する制御部とを備える。【選択図】図１
2014012323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤ電極と被加工物との極間に放電を発生させて前記被加工物を加工するワイヤ放電加工装置であって、
第１の直流電源と第１のインバータとを有し、前記極間に高周波電力を供給するサブ電源回路と、
第２の直流電源と第２のインバータとを有し、前記極間に高周波電力を供給するメイン電源回路と、
前記極間に印加される極間電圧を測定する電圧測定部と、
前記ワイヤ電極と前記被加工物とを相対的に移動させる移動部と、
前記第２の直流電源と前記第２のインバータとの間を流れる電流を測定する電流測定部と、
前記電圧測定部による測定結果と前記電流測定部による測定結果とに基づいて、前記移動部を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とするワイヤ放電加工装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記電圧測定部による測定結果と前記電流測定部による測定結果とに基づいて、前記極間の加工エネルギーを算出する算出部と、
前記算出された前記極間の加工エネルギーに応じて、前記ワイヤ電極及び前記被加工物の間の目標相対距離を決定する決定部と、
前記ワイヤ電極及び前記被加工物の間の相対距離が前記決定された目標相対距離に近づくように前記移動部を制御する移動制御部と、
を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
【請求項３】
前記ワイヤ電極の張力を調整するワイヤ張力調整部をさらに備え、
前記制御部は、前記電圧測定部による測定結果と前記電流測定部による測定結果とに基づいて、前記ワイヤ張力調整部を制御する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のワイヤ放電加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤ放電加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤ電極と被加工物の加工において、加工効率と加工精度を低下させる最大の原因はワイヤ電極の断線である。ワイヤ電極と被加工物の相対距離が短くなるほど、電界密度が高くなるため、連続放電の発生頻度が増加してワイヤが過熱されやすくなり、ワイヤ電極の断線が発生しやすくなる。また、ワイヤ電極と被加工物の相対距離が長くなるほど、絶縁破壊に至りにくくなるため、放電が起きにくくなり、加工速度が低下する傾向にある。
【０００３】
そのため、ワイヤ電極の断線を回避しながら、速い速度で加工するためには、ワイヤ電極と被加工物との相対距離を適正に維持する必要がある。この要求を充たすために、一般的には、極間電圧を測定して、ワイヤ電極と被加工物との極間の状態を検出し、極間の状態に基づいて、ワイヤ電極と被加工物との相対距離を適正に維持するためのサーボ制御を行う。
【０００４】
特許文献１には、放電加工装置において、電極と被加工物との間に電圧パルスを印加したときの極間電圧を検出し、検出された極間電圧波形より極間の放電状態が正常放電状態、ショート状態、及びリーク状態のいずれであるのかを識別し、測定された極間電圧波形より放電パルス数を計数して放電周波数を求め、求められた放電周波数と識別された放電状態に対応した加工効率とから加工エネルギーを演算し、その加工エネルギーから求めた加工速度となるように位置サーボ制御回路に位置指令を出力することが記載されている。これにより、特許文献１によれば、ショートやリークなどの正常放電と加工エネルギーの異なる加工パルスが発生するインコーナ部の加工においても安定したサーボ送り加工を実行できるとされている。
【０００５】
また、極間電流を測定して、ワイヤ電極と被加工物との極間の状態を検出し、極間の状態に基づいて、ワイヤ電極と被加工物との相対距離を適正に維持するためのサーボ制御を行う手法も存在する。
【０００６】
特許文献２、３には、放電加工機の制御装置において、ワイヤ状電極と被加工物との間に供給される放電パルス数を計数し、計数された放電パルス数と予め設定された基準放電パルス電流数との比率に基づいて、ワイヤ状電極の移動距離、放電休止時間、冷却液量を制御することが記載されている。また、特許文献２、３には、ワイヤ状電極と被加工物との間に供給される放電パルス電流を検出し、検出された放電パルス電流を積分して記憶し、放電パルス電流の積分値と予め設定された基準放電パルス電流積分値との比率に基づいて、ワイヤ状電極の移動距離、放電休止時間、冷却液量を制御することも記載されている。これにより、特許文献２、３によれば、エネルギーの過剰投入を抑え、加工速度を向上させるとともに加工精度をも向上させることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−１１０４３号公報
【特許文献２】特許第３７９５７９９号公報
【特許文献３】特許第４１５９５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の技術は、極間電圧波形を極間状態判別に使用し、極間状態（正常放電状態、リーク放電状態、ショート放電状態）ごとに放電パルス数を係数し、放電パルス数にそれぞれの加工エネルギー（トランジスタのオン幅）を乗じてサーボ制御するものであると考えられる。
【０００９】
しかし、特許文献１に記載の技術では、電流そのものをモニタリングするわけではないため、加工エネルギーの算出は、正確性に欠ける。例えば、ワークを加工定盤に設置するときの設置位置が変わると、同じトランジスタのオン幅であっても、微妙に加工中の電流波形は異なる。これは加工定盤の浮遊インピーダンスが影響するためである。また、ワイヤ電極に給電するための給電子の消耗状態によっては、接触抵抗が増加するため加工電流が低下する可能性もある。同様にワーク材に加工穴が複数あけられていたり、加工定盤から離れた位置を加工する場合もまた、ワーク材のインピーダンスが高くなるため加工電流が低下してしまう。このように、トランジスタのオン幅が同じであっても、加工環境ごとに実際の電流波形は異なり、極間電圧波形が実際の極間状態を反映することが困難であるため、極間電圧波形から加工エネルギーを正確に算出することが困難である。
【００１０】
さらに、極間電圧波形から極間状態を判別すると、放電の誤検出が生じたり、一度放電が生じても、途中で放電が途切れることも考えられる。このようにトランジスタがオンしている期間中に電流が流れない現象をカラ放電と呼ぶ。カラ放電期間中は実際には電流が流れないため、特許文献１の構成では、加工エネルギーを正確にモニタリングすることが困難である。
【００１１】
特許文献２、３に記載の技術は、極間放電周波数もしくは極間電流波形の積分値を用いて駆動軸を制御するものであると考えられる。
【００１２】
しかし、特許文献２、３に記載の技術では、極間放電周波数を用いる場合、特許文献１と同様に、一発一発の電流の大きさの情報がないため、極間に投入された加工エネルギーの正確な算出が困難である。
【００１３】
また、特許文献２、３に記載の技術では、極間電流波形を用いる場合、次の問題が生じる可能性があり、極間に投入された加工エネルギーの正確な算出が困難である。
【００１４】
第１の問題は、放電ノイズである。加工電源と加工槽との間（加工電源の出力側）で、電流を検出すると放電ノイズがのりやすい。スイッチングトランジスタのオン・オフにより極間に立上り、立下りの急峻な電流波形を印加するため、高周波成分が重畳し、積分（ローパスフィルタ）演算したとしても十分に正確な値を得ることが困難である。
【００１５】
第２の問題は、メイン電源（放電パルス発生装置）とサブ電源（検出電圧発生装置）の干渉にある。具体的には、サブ電源によりサブ電圧パルスを印加し、放電を検出した後にメイン電源からメイン電流パルスを供給する構成において、サブ電圧パルスの立上り状態やサブ電圧パルスの極性によっては、次に重畳して流れるメイン電流パルスの波形が異なってしまう。特許文献２、３に記載の技術では、メイン電源の出力端側に電流検出回路を接続している構成において、メイン電源の出力側とサブ電源の出力側とが接続されているために、メイン電源からのメイン電流パルスとサブ電源からのサブ電圧パルスとが干渉しやすい。これにより、メイン電流パルスのみを正しく検出して積分しようとしてもサブ電源の影響は少なからず残るため、極間電流の正しい検出が困難である。
【００１６】
このように、特許文献１乃至３に記載の技術はいずれも、カラ放電までも放電とみなすことや、環境による放電電流のバラつきの影響を無視している可能性があるため、正確な加工エネルギーの算出ができないことから、これをサーボゲインに流用したとしても安定した加工を行うことが困難であるため、加工効率が低下したり、ワイヤ電極の断線にいたる可能性もある。
【００１７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、安定した加工を行うことができるワイヤ放電加工装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかるワイヤ放電加工装置は、ワイヤ電極と被加工物との極間に放電を発生させて前記被加工物を加工するワイヤ放電加工装置であって、第１の直流電源と第１のインバータとを有し、前記極間に高周波電力を供給するサブ電源回路と、第２の直流電源と第２のインバータとを有し、前記極間に高周波電力を供給するメイン電源回路と、前記極間に印加される極間電圧を測定する電圧測定部と、前記ワイヤ電極と前記被加工物とを相対的に移動させる移動部と、前記第２の直流電源と前記第２のインバータとの間を流れる電流を測定する電流測定部と、前記電圧測定部による測定結果と前記電流測定部による測定結果とに基づいて、前記移動部を制御する制御部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電流測定部が、第２の直流電源と第２のインバータとの間を流れる電流を測定し、制御部が、電圧測定部による測定結果と電流測定部による測定結果とに基づいて、移動部を制御する。これにより、極間電流に関するパラメータとしてノイズや環境の影響が少ないパラメータを用いることができ、正確な加工エネルギーの算出ができるので、加工エネルギーに基づいて、ワイヤ電極と被加工物との相対距離を適正に維持することができ、安定した加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１におけるメイン電源回路、サブ電源回路、電圧測定部、及び電流測定部の構成を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置の動作を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態１における制御部の動作を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態２にかかるワイヤ放電加工装置の構成を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態２における制御部の動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明にかかるワイヤ放電加工装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２２】
実施の形態１．
実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置１００について図１を用いて説明する。図１は、ワイヤ放電加工装置１００の構成を示す図である。
【００２３】
ワイヤ放電加工装置１００は、ワイヤ電極Ｅと被加工物Ｗとの極間２９に高周波電力を供給し、極間２９に放電を生じさせることで、被加工物Ｗの加工（放電加工）を行う。この放電加工において、加工効率と加工精度とを低下させる最大の原因はワイヤ電極Ｅの断線である。ワイヤ電極Ｅの断線は、放電時にアーク放電から絶縁回復ができなくなり、ワイヤ電極Ｅと被加工物Ｗとの間に大電流が流れた場合か、もしくは、ワイヤ電極Ｅと被加工物Ｗとの間に放電が連続発生し、ワイヤ電極Ｅが過熱された場合に起きる現象であると考えられる。連続放電は、ワイヤ電極Ｅと被加工物Ｗとの相対距離が短くなるほど電界密度が高くなるため、発生頻度が増加する。逆に相対距離を長くすると、絶縁破壊に至りにくくなるため、放電が起きにくくなり、加工速度が著しく低下する傾向にある。
【００２４】
ワイヤ放電加工装置１００では、ワイヤ電極Ｅの断線を回避しながら、速い速度で加工するために、ワイヤ電極Ｅと被加工物Ｗとの相対距離を適正に維持する必要がある。そのため、ワイヤ放電加工装置１００では、安定に加工速度を増加させるサーボ制御が用いられる。ワイヤ電極Ｅの断線を回避しながら加工速度を増加させるためには、放電がどのように発生しているかについて、ワイヤ電極Ｅと被加工物Ｗとの間（極間２９）の状態を検出し、そのデータを基に、ワイヤ電極Ｅと被加工物Ｗとの相対距離を適正に維持するためのサーボ制御を行う必要がある。
【００２５】
ここで、仮に、ワイヤ電極Ｅと被加工物Ｗとの極間２９に印加される極間電圧を測定し、測定された極間電圧のみを用いて極間２９の状態を検出する場合を考える。この場合、極間電圧から加工エネルギーを算出しなければならないため、加工エネルギーを正確に算出することが困難である。
【００２６】
例えば、被加工物Ｗを加工定盤（図示せず）に設置するときの設置位置が変わると、インバータ４におけるスイッチングトランジスタＳＷ５（図２参照）のオン幅（オン状態の時間幅）が同じであっても、微妙に加工中の電流波形が異なる。これは加工定盤の浮遊インピーダンスが影響するためである。また、ワイヤ電極Ｅに給電するための給電子７の消耗状態によっては、接触抵抗が増加するため加工電流が低下する可能性もある。同様に被加工物Ｗに加工穴が複数あけられていたり、被加工物Ｗにおける加工定盤から離れた位置を加工する場合もまた、被加工物Ｗのインピーダンスが高くなるため加工電流が低下してしまう。このように、スイッチングトランジスタＳＷ５のオン幅が同じであっても、加工環境ごとに実際の極間２９の電流波形は異なり、極間電圧波形が実際の極間状態を反映することが困難であるため、極間電圧波形から加工エネルギーを正確に算出することが困難である。
【００２７】
さらに、極間電圧波形から極間状態を検出すると、放電の誤検出が生じたり、一度放電が生じても、途中で放電が途切れることも考えられる。このようにスイッチングトランジスタＳＷ５がオンしている期間中に電流が流れない現象をカラ放電と呼ぶ。カラ放電期間中は実際には電流が流れないため、極間電圧波形のみから極間状態を検出する方法では、加工エネルギーを正確にモニタリングすることが困難である。
【００２８】
あるいは、仮に、ワイヤ電極Ｅと被加工物Ｗとの極間２９に供給される極間電流を測定し、測定された極間電流のみを用いて極間２９の状態を検出する場合を考える。この場合、次の問題が生じる可能性があり、極間２９に投入された加工エネルギーの正確な算出が困難である。
【００２９】
第１の問題は、放電ノイズである。加工電源（メイン電源回路８、サブ電源回路９）と加工槽との間（加工電源の出力側）で、電流を検出すると放電ノイズがのりやすい。スイッチングトランジスタＳＷ５のオン・オフにより極間２９に立上り、立下りの急峻な電流波形が現れるため、高周波成分（放電ノイズ）が重畳され、積分（ローパスフィルタ）演算したとしても、極間電流の十分に正確な値を得ることが困難である。
【００３０】
第２の問題は、メイン電源回路８とサブ電源回路９との干渉にある。具体的には、サブ電源回路９により極間２９にサブ電圧パルスを印加し、放電を検出した後にメイン電源回路８からメイン電流パルスを極間２９に供給する構成において、サブ電圧パルスの立上り状態やサブ電圧パルスの極性によっては、次に重畳して流れるメイン電流パルスの波形が異なってしまう。仮に、メイン電源回路８の出力端側に電流検出回路を接続して極間電流を測定する場合、メイン電源回路８の出力側とサブ電源回路９の出力側とが接続されているために、メイン電源回路８からのメイン電流パルスとサブ電源回路９からのサブ電圧パルスとの干渉が生じる傾向にある。このとき、メイン電流パルスのみを正しく検出して積分しようとしてもサブ電圧パルスの影響は少なからず残るため、極間電流の正しい検出が困難である。
【００３１】
このように、正確な加工エネルギーの算出ができないと、加工エネルギーに基づいて、ワイヤ電極Ｅと被加工物Ｗとの相対距離を適正に維持するためのサーボ制御を行うことが困難になり、安定した加工を行うことが困難になるため、加工効率が低下したり、ワイヤ電極の断線にいたる可能性もある。
【００３２】
そこで、本実施の形態では、極間電圧を測定するとともに、極間電流ではなくメイン電源回路内で極間電流に変換される前の電源電流を測定し、極間電圧の測定結果と電源電流の測定結果とに基づいて、ワイヤ電極Ｅと被加工物Ｗとの相対距離を適正に維持するためのサーボ制御を行うことで、安定した加工を行うことを目指す。
【００３３】
具体的には、ワイヤ放電加工装置１００は、図１及び図２に示す構成を有する。図１は、ワイヤ放電加工装置１００の構成を示す。また、図２は、図１中の電源回路構成を詳細に説明するための図であり、特にサブ電源回路９の直流電源１、インバータ２、メイン電源回路８の直流電源３、インバータ４の具体的な回路構成と極間２９への接続状況を示している。これら図１、図２をもとにワイヤ放電加工装置１００における電源制御、サーボ制御の構成について説明する。
【００３４】
加工電源３０は、サブ電源回路９及びメイン電源回路８を有する。サブ電源回路９は、直流電源（第１の直流電源）１及びインバータ（第１のインバータ）２を有する。直流電源１は、電源制御部２８による制御のもと、直流電力を発生させてインバータ２へ供給する。インバータ２は、電源制御部２８による制御のもと、供給された直流電力を高周波電力へ変換して極間２９に供給する。メイン電源回路８は、直流電源（第２の直流電源）３及びインバータ（第２のインバータ）４を有する。直流電源３は、電源制御部２８による制御のもと、直流電力を発生させてインバータ４へ供給する。インバータ４は、電源制御部２８による制御のもと、供給された直流電力を高周波電力へ変換して極間２９に供給する。
【００３５】
加工電源３０は、例えば、サブ電源回路９による電力供給とメイン電源回路８による電力供給とを組み合わせて、ワイヤ電極Ｅと被加工物Ｗとの極間２９に例えば電圧（図３参照）を印加する。
【００３６】
極間電圧測定装置（電圧測定部）１０は、ワイヤ電極Ｅ及び被加工物Ｗの極間２９と加工電源３０との間に電気的に接続され、極間２９に印加される極間電圧を測定する。極間電圧測定装置１０は、測定結果を電源制御部２８へ供給するとともに極間状態（電圧）検出部６経由でサーボ制御部２７へ供給する。これにより、極間電圧測定装置１０による極間電圧の測定結果は、電源制御及びサーボ制御にフィードバックして用いられる。
【００３７】
極間状態（電圧）検出部６は、平均電圧演算装置１４、基準電圧記憶装置１５、及び放電電圧比較装置１６を有する。平均電圧演算装置１４は、極間電圧測定装置１０から極間電圧の測定結果の信号を受け、極間電圧を時間的に平均化し、平均電圧を算出する。平均電圧演算装置１４は、算出された平均電圧を放電電圧比較装置１６へ供給する。基準電圧記憶装置１５は、予め実験等により決定された基準電圧を記憶する。放電電圧比較装置１６は、基準電圧を基準電圧記憶装置１５から取得し、平均電圧と基準電圧とを比較して、比較結果をサーボ制御部２７へ供給する。
【００３８】
電流測定装置（電流測定部）ＣＴ１は、メイン電源回路８における直流電源３及びインバータ４の間に配され、直流電源３とインバータ４との間を流れる電源電流を測定する。電流測定装置ＣＴ１は、例えば、カレントトランスである。電流測定装置ＣＴ１は、測定結果を極間状態（電流）検出部５経由でサーボ制御部２７へ供給する。これにより、電流測定装置ＣＴ１による電源電流の測定結果は、サーボ制御にフィードバックして用いられる。
【００３９】
極間状態（電流）検出部５は、基準電流記憶装置１７及び放電電流比較装置１８を有する。基準電流記憶装置１７は、予め実験等により決定された基準電流を記憶する。放電電流比較装置１８は、電源電流の測定結果を電流測定装置ＣＴ１から受け、基準電流を基準電流記憶装置１７から取得し、電源電流と基準電流とを比較して、比較結果をサーボ制御部２７へ供給する。
【００４０】
サーボ制御部２７は、設定送り速度演算装置１９、設定送り速度切換装置２０、及びＸ軸、Ｙ軸モータ駆動部２１を有する。設定送り速度切換装置２０は、平均電圧及び基準電圧の比較結果を極間状態（電圧）検出部６から受け、電源電流及び基準電流の比較結果を極間状態（電流）検出部５から受ける。設定送り速度切換装置２０は、平均電圧及び基準電圧の比較結果と電源電流及び基準電流の比較結果とに応じて、発振クロック１１を用いて、設定送り速度を演算して設定送り速度切換装置２０へ供給する。
【００４１】
例えば、設定送り速度演算装置１９は、算出部１９ａ、決定部１９ｂ、及び移動制御部１９ｃを有する。算出部１９ａは、平均電圧及び基準電圧の比較結果と電源電流及び基準電流の比較結果とを用いて、極間２９の加工エネルギーを算出する。すなわち、算出部１９ａは、極間電圧測定装置１０による測定結果と電流測定装置ＣＴ１による測定結果とに基づいて、極間２９の加工エネルギーを算出する。算出部１９ａは、算出された加工エネルギーを決定部１９ｂへ供給する。決定部１９ｂは、算出部１９ａにより算出された極間２９の加工エネルギーに応じて、ワイヤ電極Ｅ及び被加工物Ｗの間の目標相対距離を決定する。決定部１９ｂは、決定された目標相対距離を移動制御部１９ｃへ供給する。移動制御部１９ｃは、ワイヤ電極Ｅ及び被加工物Ｗの間の相対距離が決定部１９ｂにより決定された目標相対距離に近づくように、移動部２２による設定送り速度を演算して設定送り速度切換装置２０及びＸ軸、Ｙ軸モータ駆動部２１経由で移動部２２へ供給する。すなわち、移動制御部１９ｃは、ワイヤ電極Ｅ及び被加工物Ｗの間の相対距離が決定部１９ｂにより決定された目標相対距離に近づくように移動部２２を制御する。
【００４２】
設定送り速度切換装置２０は、現在の設定送り速度を設定送り速度演算装置１９により演算された設定送り速度へ切り換えるように、例えば送り速度のゲインを調整し、調整された制御値をＸ軸、Ｙ軸モータ駆動部２１へ供給する。Ｘ軸、Ｙ軸モータ駆動部２１は、制御値に従って、Ｘ軸モータ制御信号及びＹ軸モータ制御信号を生成して移動部２２へ供給する。すなわち、サーボ制御部２７は、極間電圧測定装置１０による測定結果と電流測定装置ＣＴ１による測定結果とに基づいて、移動部２２を制御する。
【００４３】
移動部２２は、Ｘ軸モータ２２ａ及びＹ軸モータ２２ｂを有する。Ｘ軸モータ２２ａは、例えば、Ｘ軸モータ制御信号に従って、被加工物Ｗが載置された加工定盤をＸ軸方向に移動させ、Ｙ軸モータ２２ｂは、例えば、Ｙ軸モータ制御信号に従って、被加工物Ｗが載置された加工定盤をＹ軸方向に移動させる。これにより、移動部２２は、Ｘ軸モータ制御信号及びＹ軸モータ制御信号に従って、ワイヤ電極Ｅと被加工物Ｗとを相対的に移動させる。
【００４４】
電源制御部２８は、極間電圧測定装置１０による測定結果に応じて、加工電源３０の発振制御を行う。例えば、電源制御部２８は、極間電圧測定装置１０と発振クロック１１とを用いて、放電と放電の間の無負荷電圧時間を無負荷電圧時間測定装置１２にて測定する。無負荷電圧時間は放電が発生し、次の放電が発生するまでの時間であり、無負荷電圧時間が短いと、前回発生した放電から完全に絶縁回復がされてなかったり、同じ場所に放電が繰り返し発生したりすることで、結果ワイヤ電極Ｅが断線するという問題がある。そこで、無負荷時間の測定結果に基づきメイン電源オン時間制御装置１３にて、ワイヤ電極Ｅの断線を防止し適正な発振パターンが得られるように加工電源３０を制御している。
【００４５】
次に、図２を元に、サブ電源回路９及びメイン電源回路８の回路構成を説明する。
【００４６】
サブ電源回路９及びメイン電源回路８は、極間２９、浮遊容量Ｃ１、及び抵抗器Ｒ２に対して互いに並列に接続されている。浮遊容量Ｃ１は、例えば、上記の説明における加工定盤の浮遊インピーダンスに対応するものである。抵抗器Ｒ２は、例えば、電圧クランプ素子である。
【００４７】
サブ電源回路９は、直流電源１及びインバータ２を有する。直流電源１は、電源制御部２８による制御のもと、直流電力を発生させてインバータ２へ供給する。インバータ２は、電源制御部２８による制御のもと、供給された直流電力を高周波電力へ変換して極間２９に供給する。
【００４８】
具体的には、直流電源１は、直流電源Ｖ１を有する。直流電源Ｖ１のＰ側は、Ｐライン及び抵抗器Ｒ１を介してインバータ２に接続され、直流電源Ｖ１のＮ側は、Ｎラインを介してインバータ２に接続されている。直流電源Ｖ１は、電源制御部２８による制御のもと、直流電力をインバータ２へ供給する。インバータ２は、半導体のスイッチングトランジスタＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４を有する。各スイッチングトランジスタＳＷ１〜ＳＷ４は、電源制御部２８による制御のもと、所定のタイミングでオン・オフするスイッチング動作を行うことで、直流電力を高周波電力へ変換する。
【００４９】
メイン電源回路８は、直流電源３及びインバータ４を有する。直流電源３は、電源制御部２８による制御のもと、直流電力を発生させてインバータ４へ供給する。インバータ４は、電源制御部２８による制御のもと、供給された直流電力を高周波電力へ変換して極間２９に供給する。
【００５０】
具体的には、直流電源３は、直流電源Ｖ２を有する。直流電源Ｖ２のＰ側は、Ｐライン及び抵抗器Ｒ１を介してインバータ４に接続され、直流電源Ｖ２のＮ側は、Ｎラインを介してインバータ４に接続されている。直流電源Ｖ２は、電源制御部２８による制御のもと、直流電力をインバータ４へ供給する。インバータ４は、半導体のスイッチングトランジスタＳＷ５、ＳＷ６及びダイオードＤ１、Ｄ２を有する。各スイッチングトランジスタＳＷ５、ＳＷ６は、電源制御部２８による制御のもと、所定のタイミングでオン・オフするスイッチング動作を行うことで、直流電力を高周波電力へ変換する。
【００５１】
電流測定装置ＣＴ１は、メイン電源回路８における直流電源３とスイッチングトランジスタＳＷ５、ＳＷ６との間に設置する。ここで電流測定装置ＣＴ１は、センサの種類に関わらず、電流を測定する手段になる全てのものを称する。電流測定装置ＣＴ１をスイッチングトランジスタＳＷ５、ＳＷ６の前に設置することで、直流電源Ｖ２から流れる電流値を測定し、この電流測定結果、及び極間電圧検出装置１０で得られた極間電圧検出結果はサーボ制御部２７に供給され、サーボ制御のパラメータとして利用される。
次に、ワイヤ放電加工装置１００の動作について説明する。
【００５２】
この実施の形態１では、サブ電源回路９とメイン電源回路８と抵抗器Ｒ２とを並列に接続して、放電検出に必要な極間２９の適正電圧をサブ電源回路９の直流電源Ｖ１の電圧から分圧して設定している。
【００５３】
この実施形態１の放電加工装置は、ワイヤ放電加工装置について説明するが、電源回路の適用範囲としては、形彫り放電加工装置であってもよいし、ワイヤ放電加工であっても加工溶液として水、もしくは油を使用するものでもよい。
【００５４】
また、加工は、通常、荒加工、中仕上げ加工、仕上げ加工、高仕上げ加工など、何段階もの手順を経て行うことが一般的であるが、この実施の形態１では、特に高速化の要求が高く、断線する可能性が高い荒加工について述べるものである。
【００５５】
放電を誘起するためワイヤ電極Ｅと被加工物Ｗとの極間２９に電圧を印加するサブ電源回路９について説明する。直流電源Ｖ１から直流電圧を供給し、スイッチングトランジスタＳＷ１〜ＳＷ４を用いてワイヤ電極Ｅ、被加工物Ｗの極間２９に電圧を印加する。スイッチングトランジスタＳＷ１及びスイッチングトランジスタＳＷ４をオンにするとワイヤ電極Ｅ側はプラス、被加工物Ｗ側はマイナスになり、スイッチングトランジスタＳＷ２及びスイッチングトランジスタＳＷ３をオンにすると被加工物Ｗ側がプラス、ワイヤ電極Ｅ側がマイナスになる電源制御装置を用いる。
【００５６】
サブ電源回路９では、直流電源Ｖ１から印加される電圧から、抵抗器Ｒ１、Ｒ２を用いてワイヤ電極Ｅ及び被加工物Ｗの極間２９で絶縁破壊が起る適正な（例えば、最適な）電圧にし、極間２９に与える。ここで示す電源形態は、加工液に関らず共通に利用するため、場合によって、ワイヤ電極Ｅを正極、もしくは負極に設定できるようにスイッチング回路はインバータ構成で、電流の極性を自由に変えることができる。
【００５７】
サブ電源回路９側では、極間電圧測定装置１０及び電源制御部２８により、放電が発生し電圧の絶対値がＧＮＤの方に降下することを検出し、主な電力の供給元をサブ電源回路９からメイン電源回路８に切り換わる。すなわちスイッチングトランジスタＳＷ１〜ＳＷ４が動作しているときに、放電を検出した場合は、スイッチングトランジスタＳＷ５〜ＳＷ６がオンに切り換わるように発振制御を行う。これによりメイン電源回路８のスイッチングトランジスタＳＷ５〜ＳＷ６により極間２９にエネルギーが投入される。スイッチングトランジスタＳＷ５、ＳＷ６のオン時間が投入する電流パルスの幅になり、オフ時間が電流を流さない休止時間となる。スイッチングトランジスタＳＷ５、ＳＷ６は、極間電圧測定装置１０により測定された極間電圧と、発振クロック１１を用いて無負荷電圧時間測定装置１２により演算された無負荷電圧時間とに応じて、メイン電源オン時間制御装置１３によりオン時間が制御される。直流電源Ｖ２の電圧は、直流電源Ｖ１の電圧と比べて十分大きな電圧に設定する。
【００５８】
メイン電源回路８側から測定される電流波形と、極間２９側から測定される電流波形とを、「メイン電源電流波形」及び「極間電流波形」として、図３にそれぞれ示す。電圧が印加され、放電が発生すると電圧はアーク電圧まで降下し、主な電力の供給元について、サブ電源回路９からメイン電源回路８への切換えを行う。メイン電源回路８のオン時間は極間２９に流れる電流と比例関係にあり、そのときにメイン電源回路８側で測定される電流値は、実際の極間電流波形よりもなだらかな形状となる。
【００５９】
詳細には、「極間電流波形」は放電ノイズの影響により、高周波な振動成分を伴って観測される。それに比べると、「メイン電源電流波形」はなだらなに変化するため、ノイズの影響は少ない。このため、極間電流ではなくメイン電源回路内で極間電流に変換される前の電源電流を用いることで、極間２９に投入された加工エネルギーを容易に換算（算出）することができ、極間電流波形から加工エネルギーを算出するよりも精度の高い加工エネルギーの算出が可能となる。
【００６０】
また、極間電流波形を元に加工エネルギーを算出する場合には、注意が必要である。厳密には、極間電流波形はサブ電流とメイン電流とが合わさって形成されるためである。サブ電源回路９とメイン電源回路８とは切り替わるものの、その切り替わりの瞬間は２つの電源、あるいは浮遊容量Ｃ１とから電流が流れるため、極間電流は複雑な挙動を示す。これに対して、メイン電源電流を利用すれば、サブ電流の影響を考えることなく、加工に寄与しているメイン電流だけをモニタリングすることができる。
【００６１】
ただし電源電流だけを用いて軸送り制御を行うことはできない。これは、極間電流をメイン電源オン時間制御装置１３で発振制御するためである。例えば、短絡時にメイン電源オン時間制御装置１３がＯＮ時間を短く制御してしまうと、電源電流から流れる電流は少なくなる。このため、メイン電源電流だけでは、放電していない状態（オープン状態）のため電流が流れないのか、短絡状態のため放電が流れないのかを判別することができない。
【００６２】
そこで、極間電圧測定装置１０からの平均電圧もあわせて参照し、設定送り速度演算装置１９で演算する。
【００６３】
サーボ制御部２７の内部で行われているサーボ制御の方法について図４を用いて説明する。図４は、電源電流値によるサーボ制御のゲイン推移である。サーボゲインはメイン電源電流値と反比例するような関係にあり、メイン電源電流が小さく測定された場合、サーボゲインを上げ、加工速度を速くすることで、極間距離を短くし、放電頻度を上げる。またメイン電源電流が大きくなれば極間距離が短くなり、放電周波数が高いことを意味するため、サーボゲインを下げる。
【００６４】
この制御では、エネルギー過多供給判断閾値Ｉｔｈと短絡時ゲインＧｓとを設けている。
【００６５】
まず、エネルギー過多供給判断閾値Ｉｔｈについて説明する。電源電流値は放電と同時に変化するが、回路の配線上に存在するインピーダンスによって電流密度にも影響され、一発分の電流値だけではなく、電流の積分値の効果も持った波形になる。そのため、放電発生が頻繁になると、電源電流はどんどん大きくなっていく。電源電流値にも限界はあるが、密度と放電パルスの大きさを考慮した際、これ以上エネルギーが入った場合、同じ場所で集中放電が発生する可能性が高くなり、断線しやすい境界が存在する。任意の境界となる電源電流値（すなわち、エネルギー過多供給判断閾値Ｉｔｈ）以上になると、サーボゲインの符号を逆にし、ワイヤ電極Ｅと被加工物Ｗの相対距離を離す制御を行う。この場合、ワイヤ電極Ｅと被加工物Ｗの距離を離して、放電密度が低減し、電源電流密度が減り、集中放電の可能性が低くなると、通常のサーボ制御に戻す。この制御方法により別途に演算装置を設けていないため、放電状況をリアルタイムで反映できる。
【００６６】
２点目は、電流値だけでは判断できない短絡時のサーボ制御である。短絡した場合流れる電流は通常の放電電流に比べ非常に小さいため、電源電流側に流れる電流も小さくなる。しかし、通常通りの制御では電流値が小さくなると速度を上げる方向に働くため、短絡防止と回避とが困難になる。短絡時の制御のため、電源電流だけではなく極間電圧により補完を行う。もちろん極間電圧は、極間電圧測定装置１０の値を元に極間状態（電圧）検出部６を用いても良いし、極間電圧測定装置１０からデジタル信号処理された無負荷電圧時間測定装置１２の出力結果を元に判定しても良い。
【００６７】
なお、加工が不安定になりやすい端面加工の加工ノズル半径分の領域では、サーボゲインを通常加工の数十％に設定することで、電源電流による加工速度変化分を小さくし、かつ、通常加工より極間電流の補正割合を増やすことで、放電のバラつきが多くなった場合にも対応できるように制御してもよい。
【００６８】
本実施の形態で説明したように、直流電源の出力電流をサーボの制御に利用することで、ノイズに強く、実際の加工エネルギーを正しく算出して制御することができるため、安定した加工を行うことができる。
【００６９】
以上のように、実施の形態１では、電流測定装置ＣＴ１が、メイン電源回路８における直流電源３とインバータ４との間を流れる電流を測定し、サーボ制御部２７が、極間電圧測定装置１０による測定結果と電流測定装置ＣＴ１による測定結果とに基づいて、移動部２２を制御する。これにより、極間電流に関するパラメータとしてノイズや環境の影響が少ないパラメータを用いることができ、正確な加工エネルギーの算出ができるので、加工エネルギーに基づいて、ワイヤ電極Ｅと被加工物Ｗとの相対距離を適正に維持することができ、安定した加工を行うことができる。
【００７０】
また、実施の形態１では、電流測定装置ＣＴ１が、メイン電源回路８における直流電源３とインバータ４との間を流れる電源電流を測定する。この電源電流を用いることで、サーボ制御部２７は、極間電流で見られるノイズの影響が少なく、給電形態などに影響されないのはもちろん、別途に極間電流を演算する装置を設けなくても、放電周波数と放電電流の大きさを反映した加工エネルギーを求めることができる。
【００７１】
また、実施の形態１では、サーボ制御部２７が、極間電圧測定装置１０による測定結果と電流測定装置ＣＴ１による測定結果とに基づいて、移動部２２を制御する。例えば、送り速度は、電源電流をベースに極間電圧で補正をかけた結果で行う。基本的には電源電流が低いとサーボゲインを上げ、電源電流が高くなるとサーボゲインを下げる動きをする。また、電源電流を用いて、微細なパラメータの制御や、短絡を判別しサーボゲインをマイナスにし、被加工物Ｗからワイヤ電極Ｅを離す制御を行う。また予め断線時の極間状態を記憶し、その値（エネルギー過多供給判断閾値Ｉｔｈ）より電源電流が高くなるか、極間２９に放電周波数が多く発生すると、サーボゲインをプラスからマイナスにし、ワイヤ電極Ｅを被加工物Ｗから離す制御を行う。これにより、ワイヤ電極Ｅと被加工物Ｗとの相対距離を適正に維持することができ、ワイヤ電極Ｅの断線を避けることができ、加工速度を向上できる。すなわち、ワイヤ電極Ｅの断線を防止でき、加工効率を向上できる。言い換えると、安全マージンを無駄に大きくすることなく、効率の良い安定な加工を行うことができる。
【００７２】
また、実施の形態１では、サーボ制御部２７において、算出部１９ａが、極間電圧測定装置１０による測定結果と電流測定装置ＣＴ１による測定結果とに基づいて、極間２９の加工エネルギーを算出し、決定部１９ｂが、算出された極間２９の加工エネルギーに応じて、ワイヤ電極Ｅ及び被加工物Ｗの間の目標相対距離を決定し、移動制御部１９ｃが、ワイヤ電極Ｅ及び被加工物Ｗの間の相対距離が決定部１９ｂにより決定された目標相対距離に近づくように移動部２２を制御する。これにより、ワイヤ電極Ｅと被加工物Ｗとの相対距離を適正に維持することができる。
【００７３】
実施の形態２．
次に、実施の形態２にかかるワイヤ放電加工装置２００について説明する。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００７４】
実施の形態１では、ワイヤ電極Ｅの張力については特に考慮していないが、実施の形態２では、ワイヤ電極Ｅの張力もサーボ制御する。
【００７５】
具体的には、図５に示すように、ワイヤ放電加工装置２００は、サーボ制御部２７に代えてサーボ制御部２２７を備えるとともに、ワイヤ張力調整部２２６をさらに備える。ワイヤ張力調整部２２６は、ワイヤ電極Ｅの張力を調整する。サーボ制御部２２７は、極間電圧測定装置１０による測定結果と電流測定装置ＣＴ１による測定結果とに基づいて、ワイヤ電極Ｅの張力が適正な値になるように、ワイヤ張力調整部２２６を制御する。
【００７６】
より具体的には、サーボ制御部２２７は、設定送り速度演算装置２２３、設定送り速度切換装置２２４、及びワイヤ送給モータ駆動部２２５を有する。設定送り速度演算装置２２３は、平均電圧及び基準電圧の比較結果を極間状態（電圧）検出部６から受け、電源電流及び基準電流の比較結果を極間状態（電流）検出部５から受ける。設定送り速度演算装置２２３は、平均電圧及び基準電圧の比較結果と電源電流及び基準電流の比較結果とに応じて、発振クロック１１を用いて、ワイヤ電極Ｅの設定送り速度を演算して設定送り速度切換装置２２４へ供給する。
【００７７】
例えば、設定送り速度演算装置２２３は、算出部２２３ａ、決定部２２３ｂ、及び張力制御部２２３ｃを有する。算出部２２３ａは、平均電圧及び基準電圧の比較結果と電源電流及び基準電流の比較結果とを用いて、極間２９の加工エネルギーを算出する。すなわち、算出部２２３ａは、極間電圧測定装置１０による測定結果と電流測定装置ＣＴ１による測定結果とに基づいて、極間２９の加工エネルギーを算出する。算出部２２３ａは、算出された加工エネルギーを決定部２２３ｂへ供給する。決定部２２３ｂは、算出部２２３ａにより算出された極間２９の加工エネルギーに応じて、ワイヤ電極Ｅの目標張力を決定する。決定部２２３ｂは、決定された目標張力を張力制御部２２３ｃへ供給する。張力制御部２２３ｃは、ワイヤ電極Ｅの張力が決定部２２３ｂにより決定された目標張力に近づくように、ワイヤ張力調整部２２６によるワイヤ電極Ｅの設定送り速度を演算して設定送り速度切換装置２２４及びワイヤ送給モータ駆動部２２５経由でワイヤ張力調整部２２６へ供給する。すなわち、張力制御部２２３ｃは、ワイヤ電極Ｅの張力が決定部２２３ｂにより決定された目標張力に近づくようにワイヤ張力調整部２２６を制御する。
【００７８】
設定送り速度切換装置２２４は、現在の設定送り速度を設定送り速度演算装置２２３により演算された設定送り速度へ切り換えるように、例えば送り速度のゲインを調整し、調整された制御値をワイヤ送給モータ駆動部２２５へ供給する。ワイヤ送給モータ駆動部２２５は、制御値に従って、ワイヤ送給モータ制御信号を生成してワイヤ張力調整部２２６へ供給する。すなわち、サーボ制御部２２７は、極間電圧測定装置１０による測定結果と電流測定装置ＣＴ１による測定結果とに基づいて、ワイヤ張力調整部２２６を制御する。
【００７９】
ワイヤ張力調整部２２６は、ワイヤ送給モータ２２６ａ及びワイヤ送給ローラ２２６ｂを有する。ワイヤ送給モータ２２６ａは、例えば、ワイヤ送給モータ制御信号に従って、ワイヤ送給ローラ２２６ｂを回転させ、ワイヤ電極Ｅを極間２９へ送り出す。
【００８０】
例えば、サーボ制御部２２７では、図６に示すように、電源電流値がエネルギー過多供給判断閾値Ｉｔｈ以上になると、サーボゲインＧ’の値を値Ｇ１’からより小さな値Ｇ２’にし、ワイヤ電極Ｅの張力を緩和する制御を行う。この場合、ワイヤ電極Ｅと被加工物Ｗの距離を離して、放電密度が低減し、電源電流密度が減り、集中放電の可能性が低くなると、通常のサーボ制御に戻す。この制御方法により別途に演算装置を設けていないため、放電状況をリアルタイムで反映できる。
【００８１】
このように、実施の形態２では、サーボ制御部２２７が、極間電圧測定装置１０による測定結果と電流測定装置ＣＴ１による測定結果とに基づいて、ワイヤ電極Ｅの張力が適正な値になるように、ワイヤ張力調整部２２６を制御する。例えば、予め断線時の極間状態を記憶し、その値（エネルギー過多供給判断閾値Ｉｔｈ）より電源電流が高くなるか、極間に放電周波数が多く発生すると、サーボゲインＧ’の値を値Ｇ１’からより小さな値Ｇ２’にし、ワイヤ電極Ｅの張力を緩和する制御を行う。これにより、ワイヤ電極Ｅの張力を適正な値に維持することができ、ワイヤ電極Ｅの断線を避けることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
以上のように、本発明にかかるワイヤ放電加工装置は、ワイヤ電極を用いた放電加工に有用である。
【符号の説明】
【００８３】
１  直流電源
２  インバータ
３  直流電源
４  インバータ
５  極間状態（電流）検出部
６  極間状態（電圧）検出部
８  メイン電源回路
９  サブ電源回路
１０  極間電圧測定装置
１１  発振クロック
１２  無負荷電圧時間測定装置
１３  メイン電源オン時間制御装置
１４  平均電圧演算装置
１５  基準電圧記憶装置
１６  放電電圧比較装置
１７  基準電流記憶装置
１８  放電電流比較装置
１９  設定送り速度演算装置
１９ａ  算出部
１９ｂ  決定部
１９ｃ  移動制御部
２０  設定送り速度切換装置
２１  Ｘ軸、Ｙ軸モータ駆動部
２２  移動部
２２ａ  Ｘ軸モータ
２２ｂ  Ｙ軸モータ
２７  サーボ制御部
２８  電源制御部
２９  極間
３０  加工電源
１００  ワイヤ放電加工装置
２００  ワイヤ放電加工装置
２２３  設定送り速度演算装置
２２３ａ  算出部
２２３ｂ  決定部
２２３ｃ  張力制御部
２２４  設定送り速度切換装置
２２５  ワイヤ送給モータ駆動部
２２６  ワイヤ張力調整部
２２６ａ  ワイヤ送給モータ
２２７  サーボ制御部
ＳＷ１〜ＳＷ６  スイッチングトランジスタ
Ｒ１〜Ｒ２  抵抗器
Ｄ１〜Ｄ２  ダイオード
Ｖ１〜Ｖ２  直流電源
Ｅ  ワイヤ電極
Ｗ  被加工物
ＣＴ１  電流測定装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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