(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
旋回速度の変更及び揺動運動終了判定のために揺動形状を分割し、各分割形状毎に目標加工形状に到達したかどうかの判断を行い、全ての分割形状で揺動運動終了判定が行われたときに揺動加工を終了する放電加工方法において、
前記揺動形状の分割を、目標加工形状の各コーナ部及び各辺の中央部の一方又は両方が、分割角度の２等分線上に位置するように行うことを特徴とする放電加工方法。
【請求項２】
旋回速度の変更及び揺動運動終了判定のために揺動形状を分割し、各分割形状毎に目標加工形状に到達したかどうかの判断を行い、全ての分割形状で揺動運動終了判定が行われたときに揺動加工を終了する放電加工方法において、
前記揺動形状の分割は、目標加工形状の各コーナ部に近づくほど分割角度を小さくすることを特徴とする放電加工方法。
【請求項３】
旋回速度の変更及び揺動運動終了判定のために揺動形状を分割し、各分割形状毎に目標加工形状に到達したかどうかの判断を行い、全ての分割形状で揺動運動終了判定が行われたときに揺動加工を終了する放電加工方法において、
前記分割形状の任意の一つである第１の分割形状における、一周前の旋回時の残加工量により演算される第１の旋回速度と、前記第１の分割形状に至る前の所定の分割数だけ手前までの分割形状における、一周前の旋回時の残加工量により演算される第２の旋回速度とを比較し、（前記第２の旋回速度−前記第１の旋回速度）の値が所定の基準を超えて大きい場合に、前記所定の分割数だけ手前の分割形状から旋回速度を減速して前記第１の分割形状に電極を移動させることを特徴とする放電加工方法。
【請求項４】
旋回速度の変更及び揺動運動終了判定のために揺動形状を分割し、各分割形状毎に目標加工形状に到達したかどうかの判断を行い、全ての分割形状で揺動運動終了判定が行われたときに揺動加工を終了する機能を有する放電加工装置において、
前記揺動形状の分割を、目標加工形状の各コーナ部及び各辺の中央部の一方又は両方が、分割角度の２等分線上に位置するように行う機能を有する揺動形状分割部を備えることを特徴とする放電加工装置。
【請求項５】
旋回速度の変更及び揺動運動終了判定のために揺動形状を分割し、各分割形状毎に目標加工形状に到達したかどうかの判断を行い、全ての分割形状で揺動運動終了判定が行われたときに揺動加工を終了する機能を有する放電加工装置において、
目標加工形状の各コーナ部に近づくほど、前記揺動形状の分割角度を小さくする機能を有する揺動形状分割部を備えることを特徴とする放電加工装置。
【請求項６】
旋回速度の変更及び揺動運動終了判定のために揺動形状を分割し、各分割形状毎に目標加工形状に到達したかどうかの判断を行い、全ての分割形状で揺動運動終了判定が行われたときに揺動加工を終了する機能を有する放電加工装置において、
目標揺動形状と現在の電極位置の差から残加工量を演算する機能を有する残加工量演算部と、
前記残加工量演算部から求められた残加工量から予め用意された旋回速度データを用いて旋回速度を設定する機能、及び前記分割形状の任意の一つである第１の分割形状における、一周前の旋回時の残加工量により演算される第１の旋回速度と、前記第１の分割形状に至る前の所定の分割数だけ手前までの分割形状における、一周前の旋回時の残加工量により演算される第２の旋回速度とを比較し、（前記第２の旋回速度−前記第１の旋回速度）の値が所定の基準を超えて大きい場合に、前記所定の分割数だけ手前の分割形状から旋回速度を減速して前記第１の分割形状に電極を移動させる機能を有する揺動運動制御部とを備えることを特徴とする放電加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電極を被加工物に対して加工送り方向と垂直な平面内で揺動させながら加工（揺動加工）を行う放電加工方法及び装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
揺動加工は、加工送り方向と垂直な平面内で、電極を被加工物に対して相対的に移動させながら被加工物に放電加工を行うことで、攪拌による加工屑の排出を効率良く行うことを目的としている。また、揺動形状は一般に円形や四角形等の単純形状が用いられ、被加工物の加工後の形状は電極形状と相似な形状が得られる。
【０００３】
このような揺動加工においては、旋回速度を一定とした定速揺動を行うもの、日本国特開平６−１２６５４０号公報に開示されているような電極と被加工物間の極間電圧に応じて電極移動量を制御するもの、日本国特開平２−２１２０２６号公報に開示されているような電極位置と目標加工形状との差から算出される残加工量から電極移動量を制御するもの等がある。
【０００４】
また、旋回速度の変更及び揺動運動終了判定のために揺動形状を分割し、各分割形状毎に目標加工形状に到達したかどうかの判断を行い、全ての分割形状で揺動運動終了判定が行われたときに揺動加工を終了するものがあり、このような加工方法は、日本国特開平２−２１２０２６号公報、日本国特開平６−１２６５４０号公報、日本国特開平１０−１６６２２４号公報等に開示されている。
【０００５】
旋回速度の変更に極間電圧を用いる方法では、加工中の極間電圧を検出する必要があり、極間電圧データに基づいた電極移動量を予め決めておく必要がある。従って、極間電圧の検出及び演算を行う装置並びに極間電圧データに基づいた電極移動量のデータを備えておかなければならない。また、定速揺動では、揺動形状を分割して揺動終了判定を行った場合には、目標形状に到達して揺動終了判定が出ている分割形状内においても一定の旋回速度になるため、無駄時間が大きくなる。さらに、定速揺動では、放電集中若しくは短絡等の異常放電又は加工屑などを介して行われる二次放電等の加工面性状を劣化する要因が発生した場合、一定の旋回速度で揺動しているので、全ての位置で異常放電等が継続する時間が同じになり、揺動運動によって異常放電等の継続を断ち切ることが難しいため、加工が不安定になりやすい。
【０００６】
第７図は揺動経路を示す図であり、第７図の（ａ）のように、揺動座標原点からＸ軸正方向に移動してから所定の揺動量で加工を行う揺動経路、及び第７図の（ｂ）のように、揺動座標原点からＸ軸正方向に対して４５°（例えば、反時計回りを正とする）の方向に移動してから所定の揺動量で加工を行う揺動経路がある。また、第８図は揺動形状の分割例を示す図であり、従来の揺動形状の分割は揺動座標のＸ軸上から分割を開始するので、揺動形状を均等にｎ分割する場合、第８図の（ａ）のように一つの象限を偶数分割する場合、及び第８図の（ｂ）のように一つの象限を奇数分割する場合がある。このような分割の分割式は、分割形状の番号をＮ（Ｎ＝0、1、2、…、n-1）、揺動座標原点から見た電極位置の角度をθ（Ｘ軸正方向がθ＝0°）、揺動形状の分割数をＳとすると、Ｎ＝θ／360×Ｓ（小数点以下は切り捨て）で与えられる。終了判定を各分割形状毎に行った場合、分割数によっては（例えば、８の倍数で均等に偶数分割した場合）、第９図に示すように被加工物の目標加工形状のコーナ部で隣接する分割形状のＡ１とＡ２で終了判定が行われると、このコーナ部には大きな取り残しが生じ、形状精度が悪くなる。また、第１０図の（ａ）のような細長い電極形状の揺動加工では、各分割形状当たりの加工面積の差が大きくなり、第１０図の（ｂ）のように被加工物の目標加工形状の各辺の中央部では二つの分割形状が用いられるため、例えば第１０図の（ｂ）のようにＡ３とＡ４で終了判定が行われると大きな取り残しが生じ、形状精度が悪くなる。
【０００７】
第１１図は分割形状毎に旋回速度の切換が可能な揺動加工における揺動形状の分割例を示す図であり、このような揺動加工では、目標加工形状と現在の電極位置の差から算出される残加工量を基に旋回速度が決定され、取り残しが少ない場合には高速旋回速度（例えば第１１図のＶ１）が与えられ、取り残しが多い場合には低速旋回速度（例えば第１１図のＶ２）が与えられる。また、高速旋回速度Ｖ１が与えられている分割形状から低速旋回速度Ｖ２が与えられる分割形状に電極が移動する場合において、高速旋回速度Ｖ１と低速旋回速度Ｖ２の速度差が大きいときには、演算時間の遅れ等により、電極は高速旋回速度Ｖ１で低速旋回速度Ｖ２が与えられている分割形状内に到達してしまうことになる。従って、このような場合においては、取り残しが生じやすいため形状精度が悪化し、さらに、加工時間が長くなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明は前記の課題を解決するためになされたものであり、加工の安定性が高い、旋回速度の変更及び揺動運動終了判定のために揺動形状を分割し、各分割形状毎に目標加工形状に到達したかどうかの判断を行い、全ての分割形状で揺動運動終了判定が行われたときに揺動加工を終了する放電加工方法及び装置において、加工形状精度の向上及び加工時間の短縮を図ることができる放電加工方法及び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】
【０００９】
この発明に係る放電加工方法は、旋回速度の変更及び揺動運動終了判定のために揺動形状を分割し、各分割形状毎に目標加工形状に到達したかどうかの判断を行い、全ての分割形状で揺動運動終了判定が行われたときに揺動加工を終了する放電加工方法において、前記揺動形状の分割を、目標加工形状の各コーナ部及び各辺の中央部の一方又は両方が、分割角度の２等分線上に位置するように行うものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明は、前記のように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
第１の発明及び第４の発明は、取り残しを小さくすることができ、加工形状精度をより向上することができる効果がある。
第２の発明及び第５の発明は、コーナ部の取り残しを少なくすることができ、加工形状精度をより向上することができる効果がある。
第３の発明及び第６の発明は、取り残しを少なくすることができ、加工形状精度を向上させることができる効果がある。さらに、加工時間を短縮することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
第１図はこの発明の実施の形態１の放電加工装置を示す構成図であり、図において、１はＺ軸駆動用モータ、２はＺ軸駆動用モータ１によりＺ方向に駆動される主軸であるＺ軸、３はＺ軸２に固定された加工ヘッド、４は加工ヘッド３に装着された電極、５は被加工物、６はワークテーブル、７はワークテーブル６上に載置された加工槽であり、加工槽７内には加工液が注入されると共に被加工物５が固定されている。また、８はＸ軸駆動用モータ、９はＸ軸駆動用モータ８によりＸ方向に駆動されるＸ軸、１０はＹ軸駆動用モータ、１１はＹ軸駆動用モータ１０によりＹ方向に駆動されるＹ軸である。また、１２は電源装置、１３は数値制御装置、１４は揺動演算部、１５は加工条件設定部である。
【００１２】
また、第２図は揺動演算部１４の構成を示すブロック図であり、１６は加工条件設定部１５により与えられた加工条件中の揺動加工に関する情報に基づき揺動形状を分割する機能を有する揺動形状分割部、１７は加工中に目標揺動形状と現在の電極位置の差で求まる残加工量を算出する機能を有する残加工量演算部、１８は残加工量演算部１７により算出された残加工量が「０」で指令加工深さに達した分割形状ではその揺動形状の位置を記憶すると共に揺動運動終了信号を出力し、「０」でない場合には残加工量を記憶する機能を有する揺動運動終了判定部、１９は残加工量演算部１７によって算出された残加工量が多い場合には低速を、残加工量が少ない場合には高速の旋回速度を与える機能を有する揺動運動制御部である。分割された揺動形状の全てにおいて、揺動運動終了判定部１８により終了判定を行うことにより、加工を高精度に行うことができる。
【００１３】
次に、第１図及び第２図により動作について説明する。数値制御装置１３は電極位置検出部を有し、加工条件設定部１５によって設定された加工条件に従い、Ｚ軸駆動用モータ１、Ｘ軸駆動用モータ８及びＹ軸駆動用モータ１０を駆動することにより、電極４と被加工物５との相対移動の制御を行う。電極４と被加工物５とは、加工液中で放電間隙をもって相対向し、電極４と被加工物５との間に、電源装置１２より加工電力を供給し、加工条件設定部１５により予め組み込まれた（あるいはオペレータによって入力された）加工条件により被加工物５を放電により加工する。
【００１４】
次に、揺動動作について説明する。揺動演算部１４において、単位時間当たりのＸ軸９、Ｙ軸１１、Ｚ軸２の各々の移動量ΔＸ、ΔＹ、ΔＺを算出し、この算出データが数値制御装置１３に送出される。数値制御装置１３により、所定の揺動条件に基づいた揺動形状を描くように、Ｘ軸駆動用モータ８、Ｙ軸駆動用モータ１０及びＺ軸駆動用モータ１が駆動制御され、電極４と被加工物５が揺動形状に沿って相対的に揺動する。
【００１５】
次に、揺動形状の分割方法について説明する。第３図は揺動形状の分割方法を示す説明図であり、分割数を１６にした場合の例を示している。このような多角形の目標加工形状の加工においては、各コーナ部及び各辺の中央部の形状精度が重要である。第３図の（ａ）は従来の分割形状を示しており、第３図の（ｂ）はこの発明の分割形状を示している。この発明の分割形状（第３図の（ｂ））は、従来の分割形状（第３図の（ａ））を揺動座標原点を中心に分割角度θｓの半分だけ回転させたものである。このような分割の分割式は、分割形状の番号をＮ（Ｎ＝0、1、2、…、）、揺動座標原点から見た電極位置の角度をθ（Ｘ軸正方向がθ＝0°）、揺動形状の分割数をＳとすると、例えば、Ｎ＝θ／360×Ｓ＋0.5（小数点以下は切り捨て）で与えられる。
【００１６】
この発明の分割形状である第３図の（ｂ）では、目標加工形状の各コーナ部（θ＝45°、135°、225°、315°）及び各辺の中央部（θ＝0°、90°、180°、270°）が、分割角度θｓの２等分線上に位置している。
【００１７】
第３図の（ｃ）及び（ｄ）は、目標加工形状のコーナ部の分割形状について、従来の分割方法による場合とこの発明の分割方法による場合を重ねて示したものである。従来の分割方法による場合は、目標加工形状のコーナ部には２つの分割形状が隣接して配置されており、この発明の分割方法による場合は、目標加工形状のコーナ部には１つの分割形状のみが配置されている。従って、コーナ部を含む分割形状の分割角度を、従来の分割方法による場合をα、この発明の分割方法による場合をβとすると、β＝α／２となっており、コーナ部の加工状態の検出や終了判定に用いられる、コーナ部を含む分割形状の分割角度は、この発明の分割方法による場合（β）の方が従来の分割方法による場合（α）よりも小さい。従って、この発明の分割方法では、コーナ部の取り残しを小さくすることができ、形状精度をより向上することができる。
【００１８】
第３図の（ｅ）は、目標加工形状の辺の中央部の分割形状について、従来の分割方法による場合とこの発明の分割方法による場合を重ねて示したものである。第３図の（ｃ）及び（ｄ）のコーナ部の場合と同様に、辺の中央部を含む分割形状の分割角度を、従来の分割方法による場合をα、この発明の分割方法による場合をβとすると、β＝α／２となっており、辺の中央部の加工状態の検出や終了判定に用いられる、辺の中央部を含む分割形状の分割角度は、この発明の分割方法による場合（β）の方が従来の分割方法による場合（α）よりも小さい。従って、この発明の分割方法では、辺の中央部の取り残しを小さくすることができ、形状精度をより向上することができる。
【００１９】
以上のように、この発明の分割方法では、多角形の目標加工形状の加工において重要である、各コーナ部及び各辺の中央部の形状精度をより向上することができる。
以上においては、目標加工形状が多角形の場合について説明したが、多角形の一部と他の形状との組合せ等であってもよい。
また、揺動形状としては、目標加工形状に応じて、多角形若しくは円弧又はそれらの組合せ等を用いることができる。
また、以上の説明においては、目標加工形状の各コーナ部や各辺の中央部が分割角度の２等分線上に位置するように分割する場合を示したが、分割角度の２等分線上でなくても、この近傍であれば同様の効果を奏する。
【００２０】
実施の形態２．
第４図はこの発明の実施の形態２の放電加工方法に係る揺動形状の分割方法の説明図であり、第４図の（ａ）は従来の分割形状の例を示したもの、第４図の（ｂ）はこの発明に係る目標加工形状のコーナ部に近づくほど分割角度θｓが小さくなるように揺動形状を分割する方法を示している。第４図の（ｂ）に示すような分割は、例えば、分割式として三角関数を用いることにより実現することができる。即ち、分割形状の番号をＮ、分割数をＳ、揺動座標原点から見た電極位置の角度をθ（Ｘ軸正方向がθ＝0°）、目標加工形状のコーナ部の位置をＥ（第４図では第一象限では45°、第二象限では135°、第三象限では225°、第四象限では315°）とすると、第一、第三象限ではＮ＝Ｓ×Ｅ／360＋Ｓ×45／360×ｓｉｎ（2θ−90）（小数点以下は切り捨て）、第二、第四象限ではＮ＝Ｓ×Ｅ／360−Ｓ×45／360×ｓｉｎ（2θ−90）（小数点以下は切り捨て）で、目標加工形状のコーナ部に近づくほど分割角度θｓが小さくなるように揺動形状を分割することが可能となる。
従って、コーナ部の取り残しを少なくすることができ、形状精度をより向上することができる。
【００２１】
以上の説明においては、目標加工形状が四角形である場合について説明したが、目標加工形状が他の多角形である場合等のコーナ部を有する場合においても、同様の方法によりコーナ部に分割形状を集中させることが可能となる。従って、コーナ部の取り残しを少なくすることができ、形状精度をより向上することができる。
このように、分割角度θｓを変化させることにより、要求形状精度や要求加工時間等に応じた分割形状を得ることができる。
【００２２】
実施の形態３．
以下において、この発明の実施の形態３の放電加工装置について説明する。実施の形態１で示した第１図及び第２図と同様の構成において、残加工量演算部１７は、時々刻々の揺動座標における電極位置を電極位置検出部を有する数値制御装置１３から呼び出し、加工条件設定部１５により与えられた加工条件中の揺動形状の数値データから目標揺動形状に達した場合の電極位置を算出し、目標揺動形状と現在の電極位置の差から残加工量を演算し、この演算結果を揺動運動制御部１９に転送する。揺動運動制御部１９は、残加工量演算部１７から求められた残加工量から予め用意された旋回速度データを用いて旋回速度を設定し、数値制御装置１３に電極動作指令を送る機能を有する。また、揺動運動制御部１９は、旋回速度の差が大きい加工状態が検出された場合に、揺動運動終了判定部１８によって記憶された残加工量とそれに相応する旋回速度を残加工量が多い（即ち旋回速度が小さい）位置の手前から呼び出し、高速旋回部から旋回速度を減速させて低速旋回部に電極を移動させる先読み機能を有するものである。
【００２３】
第５図は残加工量と旋回速度の関係の一例を示す図であり、この例において、残加工量演算部１７により算出された残加工量が０〜５μｍのときの旋回速度は２０ｍｍ／ｍｉｎで、残加工量が１５〜２０μｍのときの旋回速度は５ｍｍ／ｍｉｎで与えられる。旋回速度を残加工量によって変化させることによって、仕上加工のような取り代が少ない場合においても、異常放電を継続させることなく安定した加工を行うことができる。
【００２４】
第６図は、この発明の実施の形態３の放電加工装置における揺動運動制御部の先読み機能の説明図であり、第６図の（ａ）は目標加工形状のコーナ部が直線的な場合、第６図の（ｂ）は目標加工形状のコーナ部が円弧である場合を示している。ここで、残加工量と旋回速度の関係は第５図と同様であるものとする。第６図において、分割形状１では残加工量が１５〜２０μｍであったとすると、旋回速度は５ｍｍ／ｍｉｎと低速で与えられる。また、分割形状２ではほぼ目標揺動形状まで達し、残加工量が０〜５μｍであったとすると、旋回速度は２０ｍｍ／ｍｉｎと高速で与えられる。この場合においては、分割形状２から分割形状１へ電極が移動するときの旋回速度の差は１５ｍｍ／ｍｉｎと大きい。旋回速度切換指令は、分割形状２から分割形状１へと電極が移動したときの位置検出時間並びに残加工量及び旋回速度の演算時間だけ遅れが生じ、例えば電極位置の検出時間等の遅れ時間が１０ｍｓで旋回速度が２０ｍｍ／ｍｉｎ（約３３３μｍ／ｓ）であった場合、電極は旋回速度が変わるまでに約３．３μｍ移動してしまうことになる。
【００２５】
このような旋回速度差による制御系の遅れを防止するために、この発明では、先読み機能として、旋回速度の差が所定の値を超えた場合には、電極の移動を予め減速制御する機能を有している。この先読み機能は、一周前の旋回時に揺動運動終了判定部１８によって記憶された分割形状１の残加工量により演算される旋回速度ＶＬと、電極位置が分割形状１に至る前の所定の分割数だけ手前までの一周前の旋回時に揺動運動終了判定部１８によって記憶された分割形状の残加工量より演算される旋回速度ＶＨとを比較し、（ＶＨ−ＶＬ）の値が所定の基準を超えて大きい場合、その所定の分割数だけ手前の分割形状から旋回速度を減速して分割形状１に電極が移動するものである。
【００２６】
例えば、一周前の旋回時の分割形状１の残加工量から演算される旋回速度ＶＬと、一周前の旋回時の３個手前の分割形状である分割形状３までの残加工量から演算される旋回速度とを比較し、分割形状２から分割形状３まではＶＬに比べて所定の基準を超えて大きい旋回速度が与えられる場合には、揺動運動制御部１９は分割形状３の旋回速度指令時に減速指令を与え、分割形状１と同じ旋回速度を与えて電極を移動させる。
【００２７】
以上の説明においては、先読み機能として、旋回速度の差が所定の値を超えた場合に電極の移動を減速制御する場合を示したが、残加工量の差が所定の値を超えた場合に電極の移動を減速制御するようにしてもよい。
このような先読み機能により、旋回速度差による制御系の遅れを防止することが可能となるため、取り残しを少なくすることができ、形状精度を向上させることができる。さらに、加工時間を短縮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上のように、この発明に係る放電加工方法及び装置は、揺動加工に用いられるのに適している。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の実施の形態１の放電加工装置を示す構成図である。
第２図は、この発明の揺動演算部の構成を示すブロック図である。
第３図は、この発明の揺動形状の分割方法を示す説明図である。
第４図は、この発明の実施の形態２の放電加工方法に係る揺動形状の分割方法の説明図である。
第５図は、残加工量と旋回速度の関係の一例を示す図である。
第６図は、この発明の実施の形態３の放電加工装置における揺動運動制御部の先読み機能の説明図である。
第７図は、揺動経路を示す図である。
第８図は、従来の揺動形状の分割例を示す図である。
第９図は、従来の加工例を示す説明図である。
第１０図は、従来の加工例を示す説明図である。
第１１図は、従来の加工例を示す説明図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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