(57)【要約】【課題】加工速度、加工精度を向上させ、ワイヤ状電極の断線をも回避できるワイヤ放電加工機の制御装置を得る。【解決手段】所定時間毎ワイヤ状電極４と被加工物５間で生じた放電パルス数を計数装置７で計数する。この計数値Ｐｘと基準放電パルス数記憶装置８に記憶するパルス数Ｐｓを比較し、比率Ｐｘ／Ｐｓを比較判断装置９で求める。この比較結果により、放電休止時間制御装置１６によって、検出電圧発生装置２で制御される休止時間を制御する。さらにこの比率Ｐｘ／Ｐｓに応じて、液量制御装置１７で冷却液の量を制御する。さらに、この比率に応じて、送りパルス演算装置１３で求める所定時間内の送り量を制御する。これにより、余剰エネルギーの投与を防止し、加工速度、加工精度を向上させ、ワイヤ状電極の断線を回避する。【選択図】図１
2006130656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤ状電極と被加工物とを相対移動させながら、前記ワイヤ状電極と被加工物との間に放電パルス電流を投入して放電加工を行うワイヤ放電加工機の制御装置において、
投入した放電パルス数を所定時間ごとに計数する放電パルス数計数手段と、
移動指令に基づいて前記ワイヤ状電極と被加工物を加工経路に沿って相対移動させる移動手段と、
予め設定された基準となる放電パルス数を記憶する基準放電パルス数記憶手段と、
前記放電パルス数計数手段が所定時間ごとに得た数値と前記基準放電パルス数記憶手段に記憶した数値とを比較する比較手段と、
前記比較結果に応じて、前記放電パルス数計数手段が所定時間ごとに得た数値が前記基準放電パルス数記憶手段に記憶した数値と一致するように、放電休止時間を制御する手段とを有することを特徴とするワイヤ放電加工機の制御装置。
【請求項２】
ワイヤ状電極と被加工物とを相対移動させながら、前記ワイヤ状電極と被加工物との間に放電パルス電流を投入して放電加工を行うワイヤ放電加工機の制御装置において、
投入した放電パルス数を所定時間ごとに計数する放電パルス数計数手段と、
移動指令に基づいて前記ワイヤ状電極と被加工物を加工経路に沿って相対移動させる移動手段と、
予め設定された基準となる放電パルス数を記憶する基準放電パルス数記憶手段と、
前記放電パルス数計数手段が所定時間ごとに得た数値と前記基準放電パルス数記憶手段に記憶した数値とを比較する比較手段と、
該比較結果に応じてエネルギーの余剰投入を抑えるよう放電休止時間を制御する休止時間制御装置とを備えたワイヤ放電加工機の制御装置。
【請求項３】
ワイヤ状電極と被加工物とを相対移動させながら、前記ワイヤ状電極と被加工物との間に放電パルス電流を投入して放電加工を行うワイヤ放電加工機の制御装置において、
投入した放電パルス数を所定時間ごとに計数する放電パルス数計数手段と、
移動指令に基づいて前記ワイヤ状電極と被加工物を加工経路に沿って相対移動させる移動手段と、
予め設定された基準となる放電パルス数を記憶する基準放電パルス数記憶手段と、
前記放電パルス数計数手段が所定時間ごとに得た数値と前記基準放電パルス数記憶手段に記憶した数値との比率を求める手段と、
該比率が増加した場合には冷却液量を増加させ、該比率が減少した場合には冷却液量を減少させるように制御する液量制御装置とを備えたワイヤ放電加工機の制御装置。
【請求項４】
設定送り速度と前記所定時間とで求まる前記ワイヤ状電極と被加工物の相対移動距離に前記比率を乗じて求めた距離を移動指令として前記所定時間毎前記移動手段に出力する手段を備える請求項３に記載のワイヤ放電加工機の制御装置。
【請求項５】
前記比較手段は前記放電パルス数計数手段が所定時間ごとに得た数値と前記基準放電パルス数記憶手段に記憶した数値との比率をも求め、該比率が増加した場合には冷却液量を増加させ、該比率が減少した場合には冷却液量を減少させるように制御する液量制御装置を備える請求項１又は請求項２に記載のワイヤ放電加工機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はワイヤ放電加工機の制御装置に係り、特に加工速度向上と加工精度の向上を可能とする制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１８は従来のワイヤ放電加工機の制御装置の概要を示す図である。放電パルス発生装置１は放電加工を行うため、ワイヤ状電極４と被加工物５間の間隙に電圧を印加するもので、直流電源、トランジスタ等のスイッチング素子からなる回路やコンデンサの充放電回路などで構成している。検出電圧発生装置２はワイヤ状電極４と被加工物５間の間隙が放電可能か否かを検出するためにワイヤ状電極４と被加工物５間にパルス電圧を印加する装置で、トランジスタなどの能動素子と抵抗、コンデンサ等からなる回路、直流電源等で構成している。
【０００３】
通電ブラシ３はワイヤ状電極４に通電するためのもので、放電パルス発生装置１及び検出電圧発生装置２の一方の端子にそれぞれ接続している。また被加工物５は放電パルス発生装置１及び検出電圧発生装置２の他方の端子にそれぞれ接続されている。走行するワイヤ状電極４と被加工物５間には、放電パルス発生装置１及び検出電圧発生装置２から発生するパルス電圧が印加される。
【０００４】
放電間隙検出装置６は被加工物５とワイヤ状電極４に接続され、検出電圧発生装置２からの検出パルス電圧の推移によって放電間隙が放電可能状態かを判断して放電パルス投入信号を生成する。さらに送り制御のために数μ秒から数十μ秒以上のパルス状間隙電圧を基準電圧と比較して送りパルス演算装置の処理速度に整合するための平均化処理回路２２を通して、送り基準電圧設定装置２３の出力と比較し電圧偏差を得る。そしてこの電圧偏差に基づいて送りパルス演算装置２４は送りパルス間隔を制御したパルス列を生成し、送りパルス分配装置１２に出力する。送りパルス分配装置１２はこのパルス列より加工プログラムにしたがってＸ軸、Ｙ軸の駆動パルスに分配し被加工物５を載置したテーブルを駆動するＸ軸モータ駆動装置１０、Ｙ軸モータ駆動装置１１に出力する構成となっている。
【０００５】
まず、前述のように被加工物５とワイヤ状電極４との間で放電可能か否かを検出するために、検出電圧発生装置２より検出パルス電圧を発生させて被加工物５とワイヤ状電極４との間隙に印加する。被加工物５とワイヤ状電極４との間に通電を生じ、被加工物５とワイヤ状電極４との間に電圧降下が生じると、放電間隙検出装置６は、この電圧降下を検出し放電可能と判断し、放電パルス発生装置１に放電パルス投入信号を送り、該放電パルス発生装置１より放電パルスを発生させて、上記被加工物５とワイヤ状電極４の間隙に放電パルス電流を流す。しかる後に間隙が冷却する適当な休止時間を経て、再度上記検出パルスを上記間隙に印加する。この動作サイクルをくり返し実行し放電加工を行う。
【０００６】
このようにして被加工物５から放電パルス発生ごとにその被加工物５の一部を除去する加工を行う。即ち、検出パルス電圧によって、対向するワイヤ状電極４と被加工物５との間隙に形成する数十μｍ以下の微小な導電路を捜し、即座に放電パルス電流を投入して加熱、蒸散又は溶融飛散することによって放電を開始させる。放電パルス一発の除去量や加工性能は放電パルス電流の大きさやワイヤ状電極４及び被加工物５の材料の融解熱や熱伝導率、融解時の粘度などの特性と冷却液（加工液）による冷却やスラッジ排出に関連する特性等によって異なる。また前述の放電生成から続く次なる放電は主に放電終了直後の発生スラッジを介した微小導電路の多く存在する近傍で集中して発生する傾向がある。そのため次々に発生する放電が一ヶ所に集中しないように的確なサーボ送り制御と休止時間制御が必要となる。
【０００７】
図１９は、図１３に示すダイス鋼の角柱を従来方法によって切り出した時の加工電圧と加工電流及び加工速度のモニタ波形を示す図である。加工方向が直角に変わるコーナは一瞬、間隙分だけ空送りすることになる。そのために加工電流は減少して加工電圧も高くなる。したがって送り速度指令が大きくなる。方向変更後はワイヤ状電極と被加工物は必要以上に近接して間隙が狭まり、スムーズなスラッジの排出が行われない。その結果スラッジ密度が高まって放電集中を起こして短絡したり、ワイヤ状電極が断線するようになる。そのため従来制御ではコーナ直後から一定の期間又は距離でサーボ送り（ワイヤ状電極と被加工物の相対的な送り）や放電休止時間、さらには加工液の液圧を予め加工確認して評価した別処理を追加する必要があった。しかも被加工物の板厚変化やコーナ形状に対応する精度補正が非常に煩雑で困難な処理になっていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の送り制御は前述のように検出が間隙電圧で行うため送りの正確さに欠け、特にワイヤ状電極を強く張った状態では断線し易く加工速度向上の要望に応えることができなかった。また加工形状の特にコーナ部などでは断線し易く、これを防止するために予め送り速度や加工電流を落とすなどのコーナ制御処理などを追加する必要があった。本発明はこのような課題を解決することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願請求項１、２に係る発明は、ワイヤ状電極と被加工物とを相対移動させながら、前記ワイヤ状電極と被加工物との間に放電パルス電流を投入して放電加工を行うワイヤ放電加工機の制御装置において、投入した放電パルス数を所定時間ごとに計数する放電パルス数計数手段と、移動指令に基づいて前記ワイヤ状電極と被加工物を加工経路に沿って相対移動させる移動手段と、予め設定された基準となる放電パルス数を記憶する基準放電パルス数記憶手段と、前記放電パルス数計数手段が所定時間ごとに得た数値と前記基準放電パルス数記憶手段に記憶した数値とを比較する比較手段とを備え、請求項１に係る発明は、前記比較結果に応じて、前記放電パルス数計数手段が所定時間ごとに得た数値が前記基準放電パルス数記憶手段に記憶した数値と一致するように、放電休止時間を制御する手段とを備え、又、請求項２に係る発明は、前記比較結果に応じてエネルギーの余剰投入を抑えるよう放電休止時間を制御する休止時間制御装置とを備えることによって、ワイヤ状電極の断線を防止し、高精度加工ができ、高速加工を可能にした。
【００１０】
又、請求項３に係る発明は、休止時間制御装置の代わりに、前記比率が増加した場合には冷却液量を増加させ、該比率が減少した場合には冷却液量を減少させるように制御する液量制御装置を備えることによってワイヤ状電極の断線を防止し、高精度加工ができ、高速加工を可能にした。請求項４に係る発明は、さらに、設定送り速度と前記所定時間とで求まる前記ワイヤ状電極と被加工物の相対移動距離に前記比率を乗じて求めた距離を移動指令として前記所定時間毎前記移動手段に出力する手段をも設けて、相対移動の速度制御もするようにして、ワイヤ状電極の断線を防止し、高精度加工ができ、高速加工を可能にした。
【００１１】
又、請求項５に係る発明は、前記請求項１、２に係る発明において、さらに、前記比較手段は前記放電パルス数計数手段が所定時間ごとに得た数値と前記基準放電パルス数記憶手段に記憶した数値との比率をも求め、該比率が増加した場合には冷却液量を増加させ、該比率が減少した場合には冷却液量を減少させるように制御する液量制御装置を備えることによって、ワイヤ状電極の断線を防止し、高精度加工ができ、高速加工を可能にした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にて放電パルス数に対応する加工送りが実現できたので次の効果が得られた。
ａ．最適な加工電流を維持することが可能となり、
ｂ．加工量の変化する切込み開始時やコーナ通過直後などでのワイヤ断線を回避できた。
ｃ．高いワイヤ張力での加工速度が大幅に向上した。
ｄ．コーナ部の加工精度が向上した。
ｅ．加工拡大しろのばらつきが少なくなった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
まず、本発明の動作原理について説明する。図３は、ワイヤ放電加工における投入加工エネルギーと加工量の関係の説明図である。被加工物５に対して、ΔS部分とΔX部分の加工が行われた場合、次の関係式が成り立つ。
ＰS＊ｗ＝ΔS＊ｔ＊ｇ
ＰX＊ｗ＝ΔX＊ｔ＊ｇ    …・・（１）
すなわち、
Ｐｓ／Δｓ＝Ｐｘ／Δｘ＝ｔ＊ｇ／ｗ    …・・（２）
となる。
【００１４】
ここで、ｔは被加工物５の板厚、ＰS及びＰXはそれぞれの部分において単位時間Ｔに発生する放電パルス数、ｗは放電パルス１発あたりの加工量、ΔSは放電パルス数ＰSで移動できる距離、ΔXは放電パルス数ＰXで移動できる距離、ｇは加工溝幅である。また、放電パルス１発あたりの加工量ｗが一定であれば、放電パルス数ＰS及びＰXは単位時間Ｔに発生する加工量に比例する値を示している。
【００１５】
板厚ｔに変化がないことを条件として加工溝幅ｇを一定とすれば次式を得る。
ＰS／ＰX＝ΔS／ΔX    ……・（３）
即ち、単位時間Ｔ当たりの放電パルス数の変化とそれによる送り移動量の変化をそれぞれ等しくなるように送ることができれば加工溝幅ｇは一定になることを意味する。
【００１６】
単位時間Ｔ当たりの基準移動量ΔSは設定入力する基準となる設定送り速度ＳＰＤから次式により得る。  
ΔS＝ＳＰＤ＊Ｔ      ……・（４）
（３）式と（４）式から移動量ΔXは次式より得る。
ΔX＝ＳＰＤ＊Ｔ＊（ＰX／ＰS）    ……・（５）
なお、上記（５）式は、設定送り速度ＳＰＤが変更され、ＳＰＤ＊（Ｐｘ／Ｐｓ）の送り速度にすることを意味する。  
図４は横軸を移動量Δ、縦軸を放電パルス数Ｐとして（３）、及び（５）式の関係を表している。基準となる放電パルス数ＰSと基準となる設定送り速度ＳＰＤを予め点線のごとく設定すれば加工中の時々刻々変化する単位時間Ｔ当たりの放電パルス数ＰXを計数することによって移動量ΔXを生成することができる。
この移動量Δxは、（１）式から、
Δx＝（Ｐx＊ｗ）／（ｔ＊ｇ）
と表わすこともできる。この式のＰx＊ｗは、放電パルスがＰxだけ発生した時の加工量である。移動量Δxはこの加工量を被加工物の板厚と加工溝幅との積で除したものであるから、移動量Δxだけワイヤ電極を移動させるということは、Ｐxの放電パルスによって加工された量だけワイヤ電極を移動させることとなる。すなわち、（５）式は、基準となる放電パルス数Ｐsと単位時間Ｔ当たりの放電パルス数の計数値Ｐxから、放電パルスによる加工量に対応するワイヤ電極の移動量Δxを生成するものである。
【００１７】
一般的に、移動量Δと放電パルス数Ｐとの関係は、被加工物の材質、被加工物の板厚ｔ、加工溝幅ｇなどによって変化する。  
例えば、被加工物の板厚ｔと加工溝幅ｇを一定とした場合、移動量Δと放電パルス数Ｐの関係は図５（ａ）に示すようになる。図５（ａ）の直線の傾きαは、（２）式の（ｔ＊ｇ／ｗ）に相当するが、ｔとｇを一定としているため、傾きαは（２）式の（１／ｗ）を表している。図５（ａ）において、超硬ＷＣの方がダイス鋼よりも傾きαが大きいということは、超硬ＷＣの方がダイス鋼よりも放電パルス１発あたりの加工量ｗが小さいことを意味している。これは、超硬ＷＣの方がダイス鋼よりも放電加工がしにくいことと一致している。
【００１８】
又、加工溝幅ｇを一定とし、同じ材質の被加工物で板厚ｔを変化させた場合、移動量Δと放電加工パルス数Ｐとの関係は図５（ｂ）に示すようになる。この場合（２）式におけるｇとｗが一定なので、図５（ｂ）の直線の傾きβは、被加工物の板厚ｔを表している。
【００１９】
さらに、図５（ｃ）は、加工溝幅ｇを一定とし、放電パルス数Ｐと移動量Δとの比（Ｐ／Δ）と、被加工物の板厚ｔとの関係を示す（２）式から、
ｔ＝（ｗ／ｇ）＊（Ｐ／Δ）
なので、図５（ｃ）の直線の傾きγは、（ｗ／ｇ）となる。ここで、加工溝幅ｇを一定としているので、直線の傾きγは、放電パルス１発あたりの加工量ｗを表している。図５（ｃ）において、アルミの傾きγが大きく、超硬ＷＣの傾きγが小さいということは、放電パルス１発あたりの加工量ｗが、アルミは大きく、超硬ＷＣでは小さいことを意味している。これは、一般に、アルミは放電加工がしやすく、超硬ＷＣは放電加工がしにくいことと一致する。
【００２０】
上述したように、移動量Δと放電パルス数Ｐとの関係は、被加工物の材質、被加工物の板厚ｔ、加工溝幅ｇなどによって変化するため、（５）式に基づいてワイヤ状電極に移動量Δｘを制御するに当たっては、基準となる放電パルス数Ｐｓと基準となる設定送り速度ＳＰＤ（＝Δｓ／Ｔ）との関係を予め求めておく。即ち、種々の材質の被加工物について、被加工物の板厚とワイヤ電極の径（加工溝幅）を種々変化させて、単位時間Ｔ当たりの放電パルス数Ｐ／Ｔ（＝Ｐｓ）と単位時間Ｔあたりの移動速度Δ／Ｔ（＝Δｓ）との関係を求め、放電パルス数Ｐと移動量Δとの比、
κ＝Ｐ／Δ…・・（６）
を表１〜表３に示すように求めておく。なお、求めておいたκに設定送り速度ＳＰＤを乗じれば、基準となる放電パルス数Ｐｓ（＝κ＊ＳＰＤ）を求めることができる。
【００２１】
【表１】
2006130656.tif 000003
【００２２】
【表２】
2006130656.tif 000004
【００２３】
【表３】
2006130656.tif 000005
【００２４】
放電加工を始めるに当たり、加工条件として設定された被加工物の材質・被加工物の板厚・ワイヤ状電極の径に基づいて、κを上記の表から読み出し、読み出したκに設定送り速度ＳＰＤを乗じて基準となる放電パルス数Ｐｓ（＝κ＊ＳＰＤ）を求める。そして、放電加工を行っている際は、単位時間当たりの放電パルス数Ｐを検出しながら（５）式に基づいて被加工物に対するワイヤ状電極の移動量（相対移動量）を制御する。
【００２５】
なお、加工条件として設定された板厚が上記の表に存在するとは限らないが、そのような場合は、表に存在する既知のκから設定板厚に対応するκを求めればよい。例えば、設定板厚が板厚１と板厚２との間にある場合は、板厚１に対応するκ１と板厚２に対応するκ２とから比例配分などの方法によって、設定板厚に対応するκを求めることができる。又、板厚１〜板厚Ｎに対応するκの値から板厚に対するκの近似曲線を求めて、設定板厚に対応するκを求めることもできる。あるいは、表を参照しながら、κを手動で設定することも可能である。
【００２６】
又、実際に放電加工しようとする被加工物の材質が上記の表に存在しない場合も、以下のような考え方でκを設定することができる。（６）式に示すように、κが大きいことは、同じ距離を加工するのに必要な放電パルス数が多いということ、即ち、放電パルス１発当たりの加工量ｗが小さいということを意味する。逆に、κが小さいということは、同じ距離を加工するのに必要な放電パルス数が少ないということ、即ち、放電パルス１発当たりの加工量ｗが大きいということを意味する。このことから、放電加工が容易だとされる材質ではκが小さくなり、放電加工が難しいとされる材質ではκが大きくなる。従って、実際に放電加工しようとする被加工物の材質が上記の表に存在しない場合でも、過去の経験等から、その材質の加工難易度がわかる場合は、その材質の加工難易度と同じ位の加工難易度の材質を上記の表から探して、被加工物の材質として設定すればよい。あるいは、実際に放電加工しようとする被加工物の加工難易度が、材質Ａの加工難易度と材質Ｂの加工難易度との中間位であるということが分かる場合は、材質Ａのκと材質Ｂのκとの中間の値を手動で設定してもよい。
【００２７】
次に、休止時間の制御について説明する。
【００２８】
図８は、休止時間を説明するための被加工物５の加工状態と被加工物５とワイヤ状電極４間における加工電圧、電流の状態を示す図である。  
図８において、ＰX及びＰX+1はΔX及びΔX+1位置での単位時間Ｔあたりの放電パルス数、ＶX、ＶX+1はそれぞれの平均加工電圧、ＶPは無負荷電圧、ＴONは電流パルス巾、ＴOFFは休止時間、ＴW(X)及びＴW(X+1)はそれぞれ単位時間Ｔあたりの平均無負荷時間とする。又、ＰS、ＶS、ＴW(S)は、単位時間Ｔあたりの基準となる放電パルス数、平均加工電圧、平均無負荷時間とする。
ＰX＝Ｔ／（ＴW(X)＋ＴON＋ＴOFF）
ＰX+1＝Ｔ／（ＴW(X+1)＋ＴON＋ＴOFF）
ＰS＝Ｔ／（ＴW(S)＋ＴON＋ＴOFF）  
ＶX＝ＶP＊ＴW(X)／（ＴW(X)＋ＴON＋ＴOFF）
ＶX+1＝ＶP＊ＴW(X+1)／（ＴW(X+1)＋ＴON＋ＴOFF）
ＶS＝ＶP＊ＴW(S)／（ＴW(S)＋ＴON＋ＴOFF）
さらに、ＴON＜＜ＴW＋ＴOFFとして、それぞれのＴW＋ＴON＋ＴOFFを実質の休止時間τに置き換え上式を整理する。
ＴW(X)＋ＴOFF＝τX           ……・（７）
ＴW(X+1)＋ＴOFF＝τX+1    ……・（８）
ＴW(S)＋ＴOFF＝τS                ……・（９）
ＰX＝Ｔ／τX                  ……・（１０）
ＰX+1＝Ｔ／τX+1             ……・（１１）
ＰS＝Ｔ／τS                  ……・（１２）
ＶX＝ＶP＊(τX―ＴOFF)/τX ＝ＶP＊(１―ＴOFF/τX) …（１３）
ＶX+1＝ＶP＊(τX+1―ＴOFF)/τX+1
＝ＶP＊(１―ＴOFF/τX+1)……・（１４）
ＶS＝ＶP＊(τS―ＴOFF)/τS
＝ＶP＊(１―ＴOFF/τS) ……・（１５）
また、それぞれの単位時間Ｔあたりの平均加工電流Ｉm(S)、Ｉm(X)、Ｉm(X+1)、及び平均加工電流密度Ｉd(S)、Ｉd(X)、Ｉd(X+1)は次式により得られる。なおｔは板厚、ｇは加工溝幅である。
Ｉm(S)＝Ｉp＊ＴON＊ＰS               ……・（１６）
Ｉd(S)＝Ｉm(S)／（ｔ＊ｇ）               ……・（１７）
Ｉm(X)＝Ｉp＊ＴON＊ＰX               ……・（１８）
Ｉd(X)＝Ｉm(X)／（ｔ＊ｇ）               ……・（１９）
Ｉm(X+1)＝Ｉp＊ＴON＊ＰX+1         ……・（２０）
Ｉd(X+1)＝Ｉm(X+1)／（ｔ＊ｇ）           ……・（２１） 
前記（３）式と上式により次式を得る。
ΔS／ΔX＝ＰS／ＰX＝Ｉd(S)／Ｉd(X)    ……・（２２）
ΔS／ΔX+1＝ＰS／ＰX+1＝Ｉd(S)／Ｉd(X+1)……・（２３）
即ち、この（２２）式、（２３）式が意味することは、前記（５）式に基づいて加工送りすると、単位時間Ｔあたりの平均加工電流密度も増減することを意味している。
【００２９】
この点、図６について説明する。図６（ａ）は、横軸は放電間隙内のスラッジ濃度ＳC、縦軸は平均加工電圧Ｖｍである。グラフは放電加工時のスラッジ濃度ＳCと平均加工電圧Ｖｍの推移を表している。スラッジ濃度ＳCが高くなり始めるとスラッジを介した微小導電路が放電のきっかけとして数多く検出されて平均加工電圧Ｖｍはグラフのような曲線を辿ると考えられる。図６（ｂ）について説明する。横軸は放電間隙内のスラッジ濃度ＳC、縦軸は単位時間当たりに発生する放電パルス数Ｐと実質休止時間τである。グラフは放電加工時の時々刻々変化するスラッジ濃度ＳCと単位時間当たりの放電パルス数Ｐ及び実質休止時間τの推移を表している。スラッジ濃度ＳCが高くなり始めるとスラッジを介した微小導電路が放電のきっかけとして数多く検出されて放電パルスの投入が増加し、実質休止時間τが最小になるグラフのような曲線を辿る。無負荷時間ＴWも短くなり、前述の放電生成の特殊性から集中放電に移行して、ワイヤ断線や面荒さの悪化及び溝幅の不均一の原因となる。従来は予め休止時間ＴOFFを大きめに設定してこのような最悪の状況となるのを回避した。さらに被加工物端面の切込み時に加工面積が小さいために放電が集中したり、また放電部への加工液量が逃げて冷却が不足する場合も予め大きめの休止時間ＴOFFを設定していた。
【００３０】
本発明ではかかる問題に対し放電パルス数が限度を越えて増加しないよう自動的に休止時間（ＴOFF）を変えることで解決した。図７（ａ）について説明する。
【００３１】
横軸は実質の休止時間τ、縦軸は単位時間Ｔあたりの放電パルス数Ｐをとり、（１１）、（１２）式を図示したものである。前記（５）式に基づいて加工すると単位時間Ｔあたりの放電パルス数Ｐと実質休止時間τは加工量とスラッジ濃度ＳCにしたがって図７（ａ）に示す実線を辿るようにして変化する。いま最適な放電パルス密度が得られる基準放電パルス数ＰSとその時の実質休止時間τSを線上のＢ点に設定して、基準放電パルス数ＰSを越える放電パルス数ＰX+1が発生する時の休止時間制御について説明する。
【００３２】
図７（ａ）のＰX+1＞ＰSなるＡ点の放電パルス数ＰX+1を基準放電パルス数ＰSに近づけるようにするためには実質休止時間τX+1とτSの差だけ、即ち無負荷休止時間ＴWが短くなった分だけ設定基準休止時間ＴOFF(S)を図９のように延長すればよい。図９は、ワイヤ状電極と被加工物間の電圧波形を示す図であり、図９（ｃ）は図７（ａ）におけるＢ点の電圧波形で、基準電圧波形である。又、図９（ｂ）は図７（ａ）におけるＡ点の電圧波形で、本発明を適用する前の波形である。そして、図９（ａ）は図７（ａ）における本発明を適用したときのＡ点の電圧波形を示すものである。この図９から明かのように、図９（ｂ）では放電回数が多いが、図９（ａ）では少なくなっていることが分かる。
【００３３】
制御する休止時間をＴOFF(X+1)とすれば次式を得る。
τS−τX+1＝ＴOFF(X+1)−ＴOFF(S)   ……・（２４）
∴  ＴOFF(X+1)＝τS−τX+1＋ＴOFF(S)……・（２５）
（１１）、（１２）式より次式を得る。
ＴOFF(X+1)＝（１／ＰS−１／ＰX+1）＊Ｔ＋ＴOFF(S) 
……（２６）
即ち、最適な放電パルス密度を得るＢ点に一致させるよう休止時間を制御するには、Ｂ点の基準となる放電パルス数ＰSの逆数とＡ点における放電パルス数ＰX+1の逆数との差分を単位時間Ｔごとに求め、その差分だけ基準休止時間ＴOFF(S)から延長することにより達成される。
【００３４】
次に図７（ｂ）において基準放電パルス数ＰSを下回るＣ点、即ち放電パルス数ＰXが発生する時の休止時間制御について説明する。図７（ａ）と同様に横軸は実質の休止時間τ、縦軸に放電パルス数Ｐ及び平均加工電圧Ｖｍをとり（１０）、（１２）及び（１３）、（１５）式からそれぞれのグラフを辿るようにして変化する。通常Ｃ点は加工量が少ないために、長い無負荷時間ＴW(X)をもつ実質休止時間の長い放電パルスが図１０（ｂ）のように発生する。しかし、前述の放電生成の特殊性からスラッジを介する無負荷時間ＴW(x)の短い放電パルスの連続する可能性も内包してワイヤ断線の原因となっていた。即ち、平均加工電圧のＣ'点からＢ'点を越えて瞬時に電圧が低下、無負荷時間ＴW(X)の短い放電パルスが間隙に投入される現象をよく観察する。したがってこの短い放電パルスが間隙に投入されないようにするには平均加工電圧が加工中にＢ'点を越えて低下しても実質休止時間τXがτSを越えてそれ以下にならないよう図１０（ａ）で示すように予め休止時間を延長しておけば本目的は達成される。
【００３５】
即ち、点Ｂ'とＣ'の平均加工電圧を等しくすることから制御する休止時間をＴOFF(X)とすれば（１３）、（１５）式より次式を得る。
ＶP＊(τX−ＴOFF(X))／τX＝ＶP＊（τS−ＴOFF(S)）／τS
……・（２７）
∴  ＴOFF(X)＝ＴOFF(S)＊τX／τS           ……・（２８）
（１０）、（１２）式より整理すれば次式を得る。
ＴOFF(X)＝ＴOFF(S)＊（ＰS／ＰX）           ……・（２９）
即ち、基準休止時間ＴOFF(S)に基準となる放電パルス数ＰSと放電パルス数ＰXの比率の逆数を乗じた値に休止時間ＴOFF(X)を変更することにより本目的は達成される。このように（２６）式、（２９）式に基づく評価関数に基づいて、予めエネルギーの余剰投入を抑えるように放電休止時間を制御する。
【００３６】
なお、（２６）、（２９）式に基づいて放電休止時間を制御するに当たっては、上述したのと同様に、種々の材質、板厚、ワイヤ状電極の径について予め求めておいたκを用いることができる。この場合、求めたκに設定送り速度ＳＰＤを乗じて基準となる放電パルス数Ｐｓ（＝κ＊ＳＰＤ）を求め、この放電パルス数Ｐｓを用いて、（２６）、（２９）式の演算を行う。
【００３７】
図１０は、ワイヤ状電極と被加工物間の電圧波形を示す図であり、図１０（ｃ）は図７（ｂ）におけるＢ点の電圧波形で、基準電圧波形である。又、図１０（ｂ）は図７（ｂ）におけるＣ点の電圧波形で、本発明を適用する前の波形である。そして、図１０（ａ）は図７（ｂ）における本発明を適用したときのＣ点の電圧波形を示すものである。
【００３８】
加工開始時やコーナ部での空送りが生じる部分の加工では、ワイヤ状電極と被加工物間に電圧を印加しても放電が発生しにくく（無負荷休止時間ＴWが大きい）、放電パルス数Ｐｘは基準パルス数Ｐｓよりも小さい。そのため、（２９）式で求められる休止時間ＴOFF(X)は、基準の休止時間ＴOFF(S)よりも大きなものとなる。しかし、その間被加工物に対してワイヤ状電極は相対的に移動してそのギャップは小さくなることから、無負荷休止時間ＴWが小さくなり放電が早く生じ単位時間Ｔ内の放電パルス数Ｐｓは増加することになる。放電パルス数Ｐｓが増加すれば、（２９）式で求められる休止時間ＴOFF(X)は短くなり、基準の休止時間ＴOFF(S)に近づいてくる。
【００３９】
放電パルス数Ｐｘが基準パルス数Ｐｓを越えると、（２６）式の演算によって、休止時間ＴOFF(X+1)が求められ、この休止時間ＴOFF(X+1)は、基準の休止時間ＴOFF(S)より長くなる。休止時間ＴOFF(X+1)が長くなればなるほど放電パルス数ＰX+1は小さくなる方に作用する（無負荷休止時間ＴWが一定であるとすると、休止時間ＴOFF(X+1)が長くなれば放電パルス数ＰX+1は小さくなる）。
【００４０】
このようにして、放電パルス数Ｐｘが基準パルス数Ｐｓに一致するように休止時間ＴOFF(X)が制御されることになる。
【００４１】
一方、放電パルス数が変動すれば、その放電によって加工される加工量、及び温度上昇が変動することになる。そこで、本発明は、単位時間Ｔあたりの放電パルス数の増減に伴う間隙の温度上昇を制御し、加工によって生じるスラッジを排出するための冷却液（加工液）の液量（流量）を制御する。すなわち、単位時間Ｔ当たりの放電パルス数が増大し加工量が多い時には間隙の温度上昇を抑えるために冷却液量を増大し、スムーズにスラッジを排除する。また加工量が小さく単位時間Ｔあたりの放電パルス数が少ない時は冷却液量を少なくして過冷却を防ぎ、ワイヤの振動を抑制して放電を安定させる。
【００４２】
図１１、図１２は、加工状態と冷却液量の関係を説明するための説明図である。この図１１から次の関係を得る。
ＰS∝ＱS／ｗ                                     ……・（３０）
ＰX∝ＱX／ｗ                                     ……・（３１）
ＱX／ＦＲX∝ＱS／ＦＲS                         ……・（３２）
ここでｗは放電パルス１発あたりのスラッジ量、ＱS、ＱXは放電パルス数ＰS、ＰXで除去されるスラッジ量、ＦＲS、ＦＲXはそれぞれの液量である。  
上式（３０）、（３１）、（３２）より次式を得る。
ＦＲX∝ＦＲS＊（ＰX／ＰS）                         ……・（３３）
即ちスラッジの量に応じて液量を制御するには基準となる設定ＦＲSに基準となる放電パルス数ＰSと変化時の放電パルス数ＰXの比率を乗じた値になるような評価関数を作成して液量ＦＲを変更することにより達成される。
【００４３】
なお、（３３）式に基づいて液量ＦＲを変更するに当たっては、上述したのと同様に、種々の材質、板厚、ワイヤ状電極の径について予め求めておいたκを用いることができる。すなわち、求めたκに設定送り速度ＳＰＤを乗じて基準となる放電パルス数Ｐｓ（＝κ＊ＳＰＤ）を求め、この放電パルス数Ｐｓを用いて（３３）式の演算を行う。
【００４４】
以上説明した本発明の原理に基づいて、以下本発明の実施形態を説明する。  
図１は本発明の一実施形態のワイヤ放電加工機の制御装置の要部を示すブロック図である。なお、図１８に示した従来例と同一の要素は同一符号を付している。図１において１は放電パルス電流を生成するトランジスタなどの能動素子からなる回路、コンデンサの充放電回路、直流電源等から構成する放電パルス発生装置で、出力の一方は上下にある通電ブラシ３に接続され、他方は被加工物５に接続され、走行するワイヤ状電極４と被加工物５の間に放電パルス電流を供給する。２は間隙の状況を検出するための検出電圧を生成するトランジスタなどの能動素子と抵抗、コンデンサ等からなる回路、直流電源等から構成する検出電圧発生装置で、出力の一方は被加工物５に接続され、もう一方は上下にある通電ブラシ３に接続されている。被加工物５を搭載したテーブル（図示せず）は、移動手段を構成するＸ軸モータ駆動装置１０，Ｙ軸モータ駆動装置１１及び送りパルス分配装置１２によって駆動制御される。
【００４５】
６は検出電圧によって間隙が放電可能か否かを判別する放電間隙検出装置で、入力の一方は被加工物５に接続され、もう一方は上下にある通電ブラシ３に接続されている。そして放電可能と判断されたとき放電パルス投入信号を放電パルス発生装置１に出力する。同時に放電パルス数計数装置７にも出力する。
【００４６】
放電パルス数計数装置７は、演算クロック１４から出力される単位時間（所定周期）Ｔ毎の信号に基づいて、該周期間の放電パルス投入信号を計数するものであり、実質的にワイヤ状電極４と被加工物５間に生じる放電パルスを計数するものである。
【００４７】
８は予め入力する基準となる放電パルス数Ｐｓを記憶しておく基準放電パルス数記憶装置である。  
放電パルス数比較判断装置９は、放電パルス数計数装置７で単位時間（所定周期）Ｔ毎計数し記憶した放電パルス数Ｐｘと基準放電パルス数記憶装置８から入力される予め記憶している基準放電パルス数Ｐｓとを前記単位時間（所定周期）Ｔ毎比較し、放電パルス数Ｐｘと基準放電パルス数Ｐｓ比率（Ｐｘ／Ｐｓ）を送りパルス演算装置１３、放電休止時間制御装置１６及び液量制御装置１７に出力する。
【００４８】
送りパルス演算装置１３は、演算クロック１４からの所定周期Ｔ毎の信号ごとに、送り速度設定手段１５から送られてくる送り速度ＳＰＤと所定周期Ｔより求められる距離（ＳＰＤ＊Ｔ）に、放電パルス数比較判断装置９から送られてくる放電パルス数Ｐｘと基準放電パルス数Ｐｓとの比率（Ｐｘ／Ｐｓ）を乗じて移動量（距離）Δｘを求める。すなわち前記（５）式の演算を行って移動量Δｘを求め、この移動量Δｘだけのパルス列を、送りパルス分配装置１２に出力する。送りパルス分配装置１２は、このパルス列より加工プログラムに従ってＸ軸、Ｙ軸の駆動パルスをＸ軸モータ駆動装置１０，Ｙ軸モータ駆動装置１１に分配し、被加工物を搭載したテーブルを駆動するＸ軸モータ、Ｙ軸モータをそれぞれ駆動する。
【００４９】
放電休止時間制御装置１６は放電パルス数比較判断装置９から出力される比率（Ｐｘ／Ｐｓ）に応じて、Ｐｘ≦Ｐｓの場合には、（２９）式の演算を行い、Ｐｘ＞Ｐｓの場合には、（２６）式の演算を行い、休止時間ＴOFFを求め、検出電圧発生装置２に出力する。検出電圧発生装置２は、この休止時間ＴOFFだけ休止した後に、ワイヤ状電極４と被加工物５間に電圧を印加することになる。このようにして、予めエネルギーの余剰投入を抑えるように設定した評価関数に基づき放電休止時間を制御する。  
又、液量制御装置１７は放電パルス数比較判断装置９から出力される放電パルス数Ｐｘと基準放電パルス数Ｐｓ比率（Ｐｘ／Ｐｓ）に基づいて、（３３）式で示されるような評価関数に基づいて液量を制御する。
【００５０】
以上のようにして、所定時間毎に、放電パルス数Ｐｘと基準放電パルス数Ｐｓとの比率（Ｐｘ／Ｐｓ）等に基づいて、移動距離、休止時間、冷却液量が制御されエネルギーの過剰投入を抑え、加工速度を向上させると共に加工精度をも向上させることができた。
【００５１】
図２は本発明の第２の実施形態に係わるワイヤ放電加工機の制御装置の要部ブロック図である。図１に示す第１の実施形態と異なる部分のみを説明する。この第２の実施形態では、放電パルス数を計数記憶する代わりに放電パルス電流の積分値を電流検出回路１８と放電パルス電流積分値演算記憶装置１９とから求め、基準となる放電パルス数の代わりに基準放電パルス電流積分値記憶装置２０を設け、そして比較する放電パルス電流積分値比較判断回路２１によって送りパルス、放電休止時間、液量制御のための比率を演算出力する。
【００５２】
即ち、基準となる放電パルス数Ｐｓの代わりに、基準となる放電パルス電流積分値を設定し、加工中の時々刻々変化する単位時間Ｔ当たりの放電パルス数Ｐｘを計数する代わりに、加工中の放電パルス電流積分値を演算すればよい。又、κを求めたのと同様に、種々の材質、板厚、ワイヤ状電極の径について基準となる値を求めておき、これを利用することもできる。
【００５３】
この第２実施形態では、放電パルス数の代わりに、放電パルス電流積分値を用いる点で相違するものであり、他は第１の実施形態と同一であり、動作作用、効果も同一である。
【００５４】
図１４はφ０．２ｍｍ（材質真鍮）のワイヤ状電極を使って板厚６０ｍｍの被加工物（材質ＳＫＤ１１）に端面から切込み加工した時のモニタ波形である。横軸は加工経過時間（１０秒／目盛）、左側の縦軸に加工電圧（Ｖ）、休止時間（μ秒）、単位時間あたりの放電パルス数を、右側の縦軸に加工速度（ｍｍ／分）、加工電流（Ａ）を取る。以下、加工経過時間にしたがって説明する。
【００５５】
モニタを始めてから１８秒経過位までは加工電圧７０Ｖ、休止時間は１２μ秒、放電パルス数は０レベル、加工電流は０Ａ、加工速度は３．５ｍｍ／分で推移、従来方法による加工送りを実行している。１８秒から２０秒に至るまでに加工電圧が６０Ｖ以下まで下がり、加工電流が流れ始める。この時点を検出して本発明の送りが始まる。加工量が増えるにつれて放電パルス数も対応して徐々に増え、同時に休止時間も徐々に設定休止時間に漸近する。加工速度は約１ｍｍ／分から徐々に速度を上げ、約６０秒後にほぼ目標の加工性能レベルに達している。この結果から端面切込みの際の課題である集中放電と加工液の逃げによる放電部分への液量不足などによる断線から回避できていることが確認できた。
【００５６】
図１５は図１３に示すパンチ形状を切り取り加工した時のコーナ部分通過時のモニタ波形である。ワイヤ状電極はφ０．２ｍｍ（材質真鍮）、被加工物は板厚６０ｍｍ（材質ＳＫＤ１１）である。横軸は加工経過時間（１０秒／目盛）、左側の縦軸に加工電圧（Ｖ）、休止時間（μ秒）、単位時間あたりの放電パルス数を、右側の縦軸に加工速度（ｍｍ／分）、加工電流（Ａ）を読む。加工時間の経過にしたがって説明する。
【００５７】
モニタを始めてから２６秒経過まではコーナ直前を示している。加工電圧は約４２Ｖ、休止時間は約１２μ秒、放電パルス数は約３０レベル、加工電流は約３．６Ａ、加工速度は約１．５ｍｍ／分で推移している。２６秒過ぎで直角コーナに入り、約３２秒経過時点で間隙分を追い込むまでに加工電圧は約５０Ｖ、休止時間は約２０μ秒、放電パルス数は約２０レベル、加工電流は約２Ａ、加工速度は約１ｍｍ／分に推移し、投入エネルギーを低下させている。
【００５８】
その後、徐々に速度を上げて約６０秒後にほぼコーナ直前の加工状態に復帰している。従来制御によるコーナでの課題、即ち送り過ぎと投入エネルギー過多による集中放電が回避されていることが確認できる。
【００５９】
図１６はφ０．２ｍｍ（材質：真鍮）のワイヤ状電極を使って板厚６０ｍｍの被加工物（材質：ダイス鋼）を図１７に示す１辺が１０ｍｍでピッチが１．５ｍｍのジグザグ形状を約１時間に亘って連続加工を行い、加工電圧、加工電流、休止時間、加工速度をモニタしたものである。横軸は加工経過時間（２分／目盛）、左側の縦軸に加工電圧（Ｖ）、休止時間（μ秒）を、右側の縦軸に加工速度（ｍｍ／分）、加工電流（Ａ）を読む。加工時間の経過にしたがって説明する。加工スタートは端面からの切込みになるので本発明の制御により休止時間が約２０μ秒に延長され、また対応して加工電流、加工速度もそれぞれ制御されている。加工速度の最大はコーナから約５ｍｍ程度のところで迎える。その時の加工電圧は約３５Ｖ、休止時間は約１０μ秒、加工電流は約６．７Ａ、加工速度は約２．６ｍｍ／分である。コーナ通過直後は本発明の制御により加工電圧が約４７Ｖ前後まで上がるが、加工速度は逆に約１．５ｍｍ／分に低下し、加工電流は約３．６Ａに減少している。
【００６０】
このように従来制御における課題、即ち被加工物端面の切込み加工直後、及びコーナ通過直後における断線回避が本発明による長時間に亘る加工で確認されている。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施例を示すワイヤ放電加工機の制御装置の要部ブロック図である。
【図２】本発明の他の実施例を示すワイヤ放電加工機の制御装置の要部ブロック図である。
【図３】加工量変化による移動量の生成を説明するための図である。
【図４】加工量変化に対する移動量の説明図である。
【図５】被加工物の材質による放電加工の特性を説明する説明図である。
【図６】スラッジ濃度と平均加工電圧、放電パルス数、実質休止時間の関係を説明する図である。
【図７】実質休止時間と放電パルス数、平均加工電圧の関係を説明するための図である。
【図８】休止時間と加工量等の関係を説明するための図である。
【図９】図７（ａ）におけるＡ点での休止時間制御を説明するための図である。
【図１０】図７（ｂ）におけるＣ点での休止時間制御を説明するための図である。
【図１１】加工量変化による液量の制御を説明するための図である。
【図１２】同加工量変化による液量の制御を説明するための図である。
【図１３】図１４、図１５、図１９のモニタ波形を取得したときの被加工物の形状である。
【図１４】図１３に示す形状を加工したときの加工開始直後の加工電圧、加工電流、放電パルス数、加工速度、休止時間のモニタ波形である。
【図１５】図１３に示す形状を加工したときのコーナ通過直後の加工電圧、加工電流、放電パルス数、加工速度、休止時間のモニタ波形である。
【図１６】図１７の形状を加工した時の加工電圧、加工電流、放電パルス数、加工速度、休止時間のモニタ波形である。
【図１７】加工形状の例を示す図である。
【図１８】従来の放電加工機の制御装置の要部ブロック図である。
【図１９】従来の放電加工機にて図１３を加工したときの加工電圧、加工電流、放電パルス数、加工速度、休止時間のモニタ波形である。
【符号の説明】
【００６２】
１  放電パルス発生装置
２  検出電圧発生装置
３  通電ブラシ
４  ワイヤ状電極
５  被加工物
６  放電間隙検出装置
７  放電パルス数計数装置
８  基準放電パルス数記憶装置
９  放電パルス数比較判断装置
１０  Ｘ軸モータ駆動装置
１１  Ｙ軸モータ駆動装置
１２  送りパルス分配装置
１３  送りパルス演算装置
１４  演算クロック
１５  送り速度設定手段
１６  放電休止時間制御装置
１７  液量制御装置
１８  電流検出回路
１９  放電パルス電流積分値演算記憶装置
２０  基準放電パルス電流積分値記憶装置
２１  放電パルス電流積分値比較判断装置
【図１】
2006130656.tif 000006
【図２】
2006130656.tif 000007
【図３】
2006130656.tif 000008
【図４】
2006130656.tif 000009
【図５】
2006130656.tif 000010
【図６】
2006130656.tif 000011
【図７】
2006130656.tif 000012
【図８】
2006130656.tif 000013
【図９】
2006130656.tif 000014
【図１０】
2006130656.tif 000015
【図１１】
2006130656.tif 000016
【図１２】
2006130656.tif 000017
【図１３】
2006130656.tif 000018
【図１４】
2006130656.tif 000019
【図１５】
2006130656.tif 000020
【図１６】
2006130656.tif 000021
【図１７】
2006130656.tif 000022
【図１８】
2006130656.tif 000023
【図１９】
2006130656.tif 000024