(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸頭に取り付けられた電極とワークとの極間にパルス電圧を印加して前記ワークを放電加工すると共に、ジャンプ要求に応じて前記電極にジャンプ動作を行わせる放電加工機において、
前記主軸頭に、前記主軸頭の軸線方向と平行な方向へ送り移動し、該送り移動が前記主軸頭と独立して制御可能な副主軸と、
前記副主軸に取り付けられた電極のジャンプ動作を上昇、下降の送り速度が２０ｍ／ｍｉｎ以上で、送りの加減速加速度が１．０Ｇ以上で行うよう制御するジャンプ動作制御手段と、を具備し、
前記ジャンプ動作制御手段は、
前記電極が放電加工中かジャンプ動作中かを判別する極間状態検出手段と、
前記極間状態検出手段で前記電極が放電加工中と判別されたとき、前記極間に印加されるパルス電圧の有効放電パルス数を計数し、所定のサンプリング周期ごとに読み取る有効放電カウンタと、
ジャンプ周期における放電加工開始からそのサンプリング時刻までに計数された前記有効放電パルス数を累積し、前記累積した有効放電パルス数とジャンプ周期におけるジャンプ所要時間と放電加工開始からそのサンプリング時刻までの放電加工時間とから加工効率を演算する加工効率演算手段と、
前記加工効率演算手段で演算した加工効率と前回の加工効率とを比較し、前回の処理周期に演算した加工効率が今回の処理周期に演算した加工効率よりも大きい場合に、前記ジャンプ要求を指令するジャンプ時期設定手段と、
を備えて構成されることを特徴とした放電加工機。
【請求項２】
前記副主軸は前記主軸頭の内部または側面に送り移動可能に設けられる請求項１に記載の放電加工機。
【請求項３】
前記主軸頭または副主軸の送り駆動手段はリニアモータで構成される請求項１または２に記載の放電加工機。
【請求項４】
前記ジャンプ動作制御手段は、前記電極のジャンプ動作の毎回の上昇をワーク表面の加工開始点以上の位置まで行うよう制御する請求項１から３の何れか１項に記載の放電加工機。
【請求項５】
前記ジャンプ動作制御手段は、前記電極が予め設定された第１ジャンプ距離でジャンプ動作を実行したときの第１ジャンプ周期における第１最大加工効率を演算し、
前記電極が前記第１ジャンプ距離に所定長さを加減した第２ジャンプ距離でジャンプ動作を実行したときの第２ジャンプ周期における第２最大加工効率を演算し、
前記第１最大加工効率と前記第２最大加工効率とを比較し、高い効率を与えるジャンプ距離を前記電極のジャンプ距離として設定するジャンプ距離設定手段を更に備えて構成される請求項１に記載の放電加工機。
【請求項６】
電極とワークとの極間にパルス電圧を印加して前記ワークを放電加工すると共に、ジャンプ要求に応じて上昇、下降の送り速度が２０ｍ／ｍｉｎ以上で、送りの加減速加速度が１．０Ｇ以上で前記電極にジャンプ動作を行わせる放電加工機のジャンプ制御方法において、
前記電極が放電加工中かジャンプ制御中かを判別し、
前記電極が放電加工中と判別されたとき、前記極間に印加されるパルス電圧の有効放電パルス数を累積し、
前記累積した有効放電パルス数とジャンプ周期におけるジャンプ所要時間と放電加工開始からそのサンプリング時刻までの放電加工時間とから加工効率を演算し、
前記演算した加工効率と前回の加工効率とを比較し、前回の処理周期に演算した加工効率が今回の処理周期に演算した加工効率よりも大きい場合に、前記ジャンプ要求を指令することを特徴とした放電加工機のジャンプ制御方法。
【請求項７】
前記電極のジャンプ動作の毎回の上昇をワーク表面の加工開始点以上の位置まで行う請求項６に記載の放電加工機のジャンプ制御方法。
【請求項８】
前記電極が予め設定された第１ジャンプ距離でジャンプ動作を実行したときの第１ジャンプ周期における第１最大加工効率を演算し、
前記電極が前記第１ジャンプ距離に所定長さを加減した第２ジャンプ距離でジャンプ動作を実行したときの第２ジャンプ周期における第２最大加工効率を演算し、
前記第１最大加工効率と前記第２最大加工効率とを比較し、高い効率を与えるジャンプ距離を前記電極のジャンプ距離として設定する請求項６に記載の放電加工機のジャンプ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は放電加工機及びそのジャンプ制御方法に関し、特に加工効率を最大にする電極のジャンプ周期及びジャンプ距離を自動的に決定する放電加工機及びそのジャンプ制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放電加工機は、連続的に放電加工を行うと加工間隙に加工屑（スラッジ）が溜まり加工不良が発生する。この加工不良を防止するため、従来技術による放電加工機は、加工液供給ノズルを設け該ノズルから加工間隙に向けて加工液を噴出して加工屑を除去しながら放電加工を行ったり、或いは、所定のジャンプ周期にて放電加工を中断して電極を所定のジャンプ距離を以てワークから短時間離反させ（ジャンプさせ）、その後電極を再びワークに接近させ放電加工を再開する所謂ジャンプ制御を行っている。このジャンプ動作中に加工間隙に生じる加工液の流動動作によるポンピング作用により加工屑を加工間隙から排出し、異常放電による電極やワークの損傷を防止するのである。従来技術では、放電加工機のジャンプ制御における、ジャンプ周期とジャンプ距離は、オペレータの経験に基づき設定されている。
【０００３】
特開平６−１２６５３４公報に開示された放電加工装置は、ジャンプ周期毎の総電流を求め、これを基準にして加工状態の変化に応じた最適加工電流を供給するよう制御すると共に、加工屑の発生量の変化に応じてジャンプ動作としてのジャンプ所要時間またはジャンプ距離のうち少なくとも一方を自動的に設定することにより、加工の安定化、加工速度及び加工精度の向上を図るものである。
【０００４】
特開平２−３０３７２０公報に開示の放電加工機のジャンプ制御方法は、放電状態に応じてジャンプ周期とジャンプ距離とをファジィ制御により自動的に設定して加工速度と加工精度の向上を図るものである。
【０００５】
特開平１０−３０９６３０公報に開示の放電加工制御方法は、加工位置における電極の加工面積と加工深さのデータから、ジャンプ距離とジャンプ速度をファジィ推論により自動設定しジャンプ動作を開始するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、放電加工機のジャンプ制御の従来技術として様々な技術開示がなされているが、未だ適切な制御がなされるものが存しないため、実際には、オペレータが放電状態を監視しながら手操作にて調整しているのが現状である。特に、リブ加工のようなテーパ形状の深穴を形成する放電加工においては、図１６に示すように、電極Ｅの下方部位の側面にタール状の加工屑Ｃt が付着し、このタール状の加工屑Ｃt を介して２次放電が発生し、ワークＷに加工された深穴の奥側、つまり、下方部位が目標とする加工面よりも過剰に加工され損傷を受けることがある。こうした異常放電による加工面の損傷は、仕上加工を行っても損傷を受けた粗加工面を仕上げきれず加工精度が低下する。従来技術はタール状の加工屑の付着を防止することには寄与しないため、加工精度の向上を図ることができない。
【０００７】
また、加工効率向上の観点から、加工ストローク及び加工面積が大きい放電加工と細かい放電加工とを同一の放電加工機により実施できるようにすることが望まれている。一般的には加工形状によって電極を適宜交換して使用するが、機械の大きさや仕様によって好ましい加工エリアが異なる。一方、例えばリブ加工等の細かい放電加工を行う場合には、放電加工中のジャンプ動作の送り速度が加工精度や加工速度を左右するので、大形の放電加工機で細かい放電加工を行おうとすると、主軸頭の慣性のためにジャンプ動作の送り速度を上げられず、従って、小形の主軸頭に比較して加工性能が悪くなる。
【０００８】
従って本発明は、電極とワークとの加工間隙から加工屑を確実かつ迅速に排除して、ワークの加工時間を短縮するジャンプ制御を行うことができる放電加工機及びその放電加工機のジャンプ制御方法を提供することを課題とする。
本発明は、更に、大形の主軸頭で小形電極を使用する際に生じる問題を解消し、放電加工機の加工性能の向上を図ることを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、主軸頭に取り付けられた電極とワークとの極間にパルス電圧を印加して前記ワークを放電加工すると共に、ジャンプ要求に応じて前記電極にジャンプ動作を行わせる放電加工機において、前記主軸頭に、前記主軸頭の軸線方向と平行な方向へ送り移動し、該送り移動が前記主軸頭と独立して制御可能な副主軸と、前記副主軸に取り付けられた前記電極のジャンプ動作を上昇、下降の送り速度が２０ｍ／ｍｉｎ以上で、送りの加減速加速度が１．０Ｇ以上で行うよう制御するジャンプ動作制御手段を具備し、前記ジャンプ動作制御手段は、前記電極が放電加工中かジャンプ動作中かを判別する極間状態検出手段と、前記極間状態検出手段で前記電極が放電加工中と判別されたとき、前記極間に印加されるパルス電圧の有効放電パルス数を計数し、所定のサンプリング周期ごとに読み取る有効放電カウンタと、ジャンプ周期における放電加工開始からそのサンプリング時刻までに計数された前記有効放電パルス数を累積し、前記累積した有効放電パルス数とジャンプ周期におけるジャンプ所要時間と放電加工開始からそのサンプリング時刻までの放電加工時間とから加工効率を演算する加工効率演算手段と、前記加工効率演算手段で演算した加工効率と前回の加工効率とを比較し、前回の処理周期に演算した加工効率が今回の処理周期に演算した加工効率よりも大きい場合に、前記ジャンプ要求を指令するジャンプ時期設定手段とを備えて構成される放電加工機を要旨とする。
【００１１】
好ましくは、前記副主軸は前記主軸頭の内部または側面に送り移動可能に設けられる。また、前記主軸頭または副主軸の送り駆動手段はリニアモータで構成することができる。更に好ましくは、前記ジャンプ動作制御手段は、前記電極のジャンプ動作の毎回の上昇をワーク表面の加工開始点以上の位置まで行うよう制御する。
【００１３】
好ましくは、前記ジャンプ動作制御手段は、前記電極が予め設定された第１ジャンプ距離でジャンプ動作を実行したときの第１ジャンプ周期における第１最大加工効率を演算し、前記電極が前記第１ジャンプ距離に所定長さを加減した第２ジャンプ距離でジャンプ動作を実行したときの第２ジャンプ周期における第２最大加工効率を演算し、前記第１最大加工効率と前記第２最大加工効率とを比較し、高い効率を与えるジャンプ距離を前記電極のジャンプ距離として設定するジャンプ距離設定手段を更に備えて構成される。
【００１４】
請求項６に記載の本発明は、電極とワークとの極間にパルス電圧を印加して前記ワークを放電加工すると共に、ジャンプ要求に応じて上昇、下降の送り速度が２０ｍ／ｍｉｎ以上で、送りの加減速加速度が１．０Ｇ以上で前記電極にジャンプ動作を行わせる放電加工機のジャンプ制御方法において、
前記電極が放電加工中かジャンプ制御中かを判別し、前記電極が放電加工中と判別されたとき、前記極間に印加されるパルス電圧の有効放電パルス数を累積し、前記累積した有効放電パルス数とジャンプ周期におけるジャンプ所要時間と放電加工開始からそのサンプリング時刻までの放電加工時間とから加工効率を演算し、前記演算した加工効率と前回の加工効率とを比較し、前回の処理周期に演算した加工効率が今回の処理周期に演算した加工効率よりも大きい場合に、前記ジャンプ要求を指令する放電加工機のジャンプ制御方法を要旨とする。
【００１５】
好ましくは、前記電極のジャンプ動作の毎回の上昇をワーク表面の加工開始点以上の位置まで行うようにする。
【００１６】
更に、前記電極が予め設定された第１ジャンプ距離でジャンプ動作を実行したときの第１ジャンプ周期における第１最大加工効率を演算し、前記電極が前記第１ジャンプ距離に所定長さを加減した第２ジャンプ距離でジャンプ動作を実行したときの第２ジャンプ周期における第２最大加工効率を演算し、前記第１最大加工効率と前記第２最大加工効率とを比較し、高い効率を与えるジャンプ距離を前記電極のジャンプ距離として設定することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明による放電加工機の一実施形態を示す概略ブロック構成図である。
【００１８】
本実施形態において、ジャンプ動作制御手段としての放電加工制御装置３１は、加工条件設定部３３、表示装置３５、入力装置３７、軸送り制御部３９、ジャンプパラメータ演算部４１、サーボ信号演算部４３、パルス演算部４５、ジャンプ時期決定部４７、加工電源制御部４９、極間状態検出部５３、加工効率演算部５７及びこれらのブロックを制御するためのマイクロコンピュータを備えた公知の制御部（図示せず）を主要構成要素として含んでいる。
【００１９】
図１に一例として示す放電加工機１１は、ワークＷに対してＸ、Ｙ、Ｚの直交３軸方向に相対移動可能に設けられた主軸１３、該主軸１３の先端に絶縁プレート１５、電極クランプ１７を介して取り付けられたリブ加工用電極１９とを具備している。放電加工機１１は主軸１３をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動可能とするために、各々の軸方向に主軸１３を駆動するサーボモータ及びその駆動装置を具備しているが、特に、図１には主軸１３をＺ軸方向へ送るための駆動装置としてリニアモータ２３と、該リニアモータ２３のためのモータ駆動装置５１と、主軸１３のＺ軸方向の位置を検出するためのスケール２５が図示されており、後述するように、非放電加工中における電極１９のＺ軸方向の位置決めと放電加工中における極間距離（ギャップ）の制御とが行われる。
【００２０】
ワークＷは、電極１９に対面するように加工槽２１に貯留された加工液内に浸漬、固定されている。電極１９とワークＷとの極間には加工電源装置５５からパルス電圧が印加され、これにより発生する放電によりワークＷが加工される。加工電源装置５５は、放電加工中に使用されるメイン電圧を供給する主電源と、極間における放電を点弧させるために使用されるサーチ電圧を供給するサーチ電源とを有し、加工条件設定部３３にて設定された極間への印加電圧、τON（放電時間）、τOFF （休止時間）等の加工電源用パラメータを加工電源制御部４９を介して受け、これらに従って電極１９とワークＷとの極間にパルス電圧を供給する。
【００２１】
加工条件設定部３３には入力装置３７が接続されており、該入力装置３７から入力されるＮＣプログラムや各種パラメータに基づき、ワークＷを加工するために必要な加工電源パラメータ、各サーボモータへの制御パラメータ及び目標基準値を設定する。入力装置３７は、加工条件設定部３３に種々のデータを入力するための手段であり、不図示のキーボード、フロッピーディスクドライブまたは光磁気ディスクドライブ等の読取装置、またはＬＡＮ経由にて加工条件設定部３３に接続されたＣＡＤ、ＣＡＭ装置等から構成することができる。表示装置３５は、入力装置３７から入力される各種パラメータ、電極１９の現在のＸ、Ｙ、Ｚ座標値等を表示する液晶表示装置やＣＲＴ等から構成することができる。
【００２２】
極間状態検出部５３は、加工電源装置５５に対して並列的に電極１９及びワークＷの極間に接続されている。極間状態検出部５３は、極間に印加されたパルス電圧を検出する。すなわち、放電加工制御装置３１は、極間状態検出部５３が検出する極間電圧から、電極１９とワークＷとの極間の現在の状態が、(1) 加工電源装置５５から極間にサーチ電圧を印加した後で未だ放電を開始していない状態か、(2) 短絡状態か、(3) 極間にメイン電圧を印加した後の有効放電状態か、或いは(4) 異常放電状態か等を検出することが可能となっている。
【００２３】
サーボ信号演算部４３は、極間状態検出部５３から受けた検出量と加工条件設定部３３からの目標基準値との差分からサーボ信号を軸送り制御部３９に出力する。軸送り制御部３９は、加工条件設定部３３から送られた制御パラメータとサーボ信号演算部４３から送られたサーボ信号とに基づいて主軸１３の前進、後退量をモータ駆動装置５１に出力する。
【００２４】
パルス演算部４５は、極間状態検出部５３から出力される有効放電パルスを所定のサンプリング周期、例えば１０ｍｓ毎に計数すると共に、これを所定の周期、例えば１０ｍｓ毎にその間の５回分の有効放電パルス数を平均化した平均有効放電パルス数を演算する。また、パルス演算部４５は、１回のジャンプ周期を１フレームとして、複数のフレーム間で平均有効放電パルス数を更に平均化してフレーム平均有効放電パルス数を演算し、加工効率演算部５７へ出力する。パルス演算部４５は、更に、極間状態検出部５３から極間の異常状態を示す異常放電パルス信号を受け、これを計数する。
【００２５】
加工効率演算部５７は、パルス演算部４５から平均有効放電パルス数とフレーム平均有効放電パルス数とを各々受け、後述する処理に従って加工効率と平均加工効率とを演算し、これをジャンプ時期決定部４７及びジャンプパラメータ演算部４１へ出力する。ジャンプ時期決定部４７は、加工効率演算部５７からの加工効率と平均加工効率とに基づいて後述するようにジャンプ時期を決定し、ジャンプパラメータ演算部４１にジャンプ要求信号を出力する。このジャンプ要求信号は、極間の状態に応じて略所定のジャンプ周期毎に生成される。またジャンプ時期決定部４７は、パルス演算部４５からの極間の異常状態を示す異常放電パルス数が所定値を越えたとき、極間が異常放電であると判定し、ジャンプパラメータ演算部４１にジャンプ要求信号を出力する。
【００２６】
ジャンプ時期決定部４７は、所定のワークＷの放電加工開始時に加工条件設定部３３からジャンプ周期に関するジャンプパラメータの初期設定値を受け、放電加工開始後はジャンプ周期を演算して、ジャンプパラメータ演算部４１へジャンプ要求信号を送出する。ジャンプパラメータ演算部４１は、後述するようにジャンプ距離ＬJMP 、ジャンプ速度ＶJMP 及びジャンプ加減速時定数ＴJMP 等のジャンプパラメータを演算し、ジャンプ時期決定部４７からのジャンプ要求信号に応じて、電極１９のジャンプ動作開始の信号及び上記ジャンプパラメータを軸送り制御部３９に送出する。
【００２７】
上述した各手段の機能を遂行する放電加工制御装置３１は、例えば不図示の双方向バスにより相互に接続されたＣＰＵ、ＲＡＭ、バックアップＲＯＭ、各種入力インターフェース及び各種出力インターフェースを備えたマイクロコンピュータシステムで構成できる。入力インターフェースは、例えば入力装置３７や、Ａ／Ｄコンバータを介してが接続される。前記Ａ／Ｄコンバータには、例えば極間のアナログ電圧がアッテネータを介してローレベルで入力され、デジタルデータに変換される。出力インターフェースには表示装置３５及びＤ／Ａコンバータ等が接続される。
【００２８】
次に、図１に示す本発明による放電加工機により実行されるジャンプ制御について説明する。
図２は、本実施形態によるジャンプ制御のメインルーチンを示すフローチャートであり、起動指令により、加工条件設定部３３が加工プログラムを解読し、加工電源装置５５、軸送り制御部３９へのパラメータ設定等、必要な前処理を行った後の放電加工主要部の制御を、加工工程の開始から終了までの流れを記したものである。このメインフローは所定の周期毎、例えば１０ｍｓ毎に実行することができる。
【００２９】
先ず、ステップＳ２０１において、加工条件設定部３３は、加工中であることを示すフラグEDFLG を１に設定し、かつ、ジャンプ中であることを示すフラグJPFLG を０に設定する。次いで、加工条件設定部３３は、ジャンプ動作中か否かをフラグJPFLG により判定しJPFLG ＝１のときはジャンプ動作中と判定してステップＳ２０９へ進み（ステップＳ２０２においてＹｅｓ）、JPFLG ＝０のときはジャンプ動作終了と判定してステップＳ２０３へ進む（ステップＳ２０２においてＮｏ）。ステップＳ２０９のジャンプ制御については図５を参照して後述する。
【００３０】
ステップＳ２０３では、ジャンプ時期決定部４７からジャンプパラメータ演算部４１にジャンプ要求指令が入力された否かを判定し、その判別結果がＹｅｓの場合は、放電加工中フラグEDFLG を０にリセットし（ステップＳ２０６）、次いでステップＳ２０７においてジャンプ動作中を示すフラグJPFLG を１に設定した後、ステップＳ２０８に進みジャンプ設定を行う。ステップＳ２０８のジャンプ設定については図４を参照して後述する。ステップＳ２０３においてＮｏのときは、ステップＳ２０４に進み電極送り制御を実行する。ステップＳ２０４の電極送り制御については図３を参照して後述する。
【００３１】
加工条件設定部３３は、ステップＳ２０５においてワークＷの加工が終了したか否かを電極１９のＺ軸方向の位置から判定し、電極１９が所定の加工深さに到達したとき加工終了と判定し本ルーチンが終了する。一方、電極１９が所定の加工深さまで到達していないとき、加工終了と判定しステップＳ２０２に戻る。
【００３２】
ステップＳ２１０では、電極１９がジャンプ動作を終了し、ジャンプ終了位置に到達した否かを判定し、その判定結果がＹｅｓのときは、ステップＳ２１１に進み、ジャンプ中フラグJPFLG を０にリセットし、次いでステップＳ２１２に進み、計測されたジャンプ所要時間を例えばＲＡＭに格納し、その後ステップＳ２１３へ進む。ステップＳ２１０の判定結果がＮｏのときはステップＳ２１３に進む。ステップＳ２１３において、加工中フラグEDFLG を１に再設定した後、ステップＳ２０２に戻り加工を再開する。ステップＳ２１０における電極１９がジャンプ終了位置に到達したことの判定は、例えば電極１９をＺ軸方向に移動させるＺ軸用モータ（リニアモータ２３）を制御するモータ駆動装置５１への移動指令値がジャンプ終了位置に到達したことで行うことができる。すなわち、ジャンプ要求指令の発生から電極１９が後述するジャンプ距離ＬJMP だけＺ軸方向にワークＷから離反し、再びジャンプ距離ＬJMP だけワークＷに接近したことを上記移動指令値を読み取り、記憶されているジャンプ終了位置と比較して、上記判定を行う。
【００３３】
次に、ステップＳ２０４の電極送り制御について説明する。
図３はステップＳ２０４の電極送り制御を示すフローチャートであり、先ず、サーボ信号演算部４３において、極間状態検出部５３により検出された極間パルス電圧が読み取られる（ステップＳ３０１）。次いで、サーボ信号演算部４３において、極間状態検出部５３が検出した極間の間隙長データと加工条件設定部３３を介して設定した目標基準値との差分が演算される。サーボ信号演算部４３は演算されたサーボ信号を軸送り制御部３９に送出し、軸送り制御部３９は、加工条件設定部３３から送られた制御パラメータに基づいて、リニアモータ２３の前進、後退（Ｆ／Ｂ）の移動量に変換してモータ駆動装置５１に出力する（ステップＳ３０２）。ステップＳ３０３では、モータ駆動装置５１が補間演算を行い、各軸への移動量を演算する。ステップＳ３０４において、モータ駆動装置５１は各軸モータを駆動し電極１９の位置決め制御を行う。
【００３４】
ステップＳ３０５では、パルス演算部４５から出力される有効放電パルス数をパルス演算部４５により所定の周期、例えば１０ｍｓ毎に計数した計数値を複数回読み取ると共に、これらを平均して平均有効放電パルス数を演算する有効放電数フィルタ処理を実行する。ステップＳ３０６では、前記平均有効放電パルス数を読み取り、１回のジャンプ周期を１フレームとする複数のフレーム間で更に平均してフレーム平均有効放電パルス数を演算する有効放電フレームフィルタ処理を実行し、その演算結果をジャンプ時期決定部４７に出力する。
【００３５】
ジャンプ時期決定部４７は以下の式に従って加工効率ηを演算する（ステップＳ３０７）。
η＝ΣＮi (t) ／（ＪT ＋  ＭT ）  …  （１）
ここで、Ｎi (t) はサンプリング周期毎の平均有効放電パルス数の計数値を示し、ΣＮi (t) は今回のジャンプ周期ＴJ の放電加工開始時期からそのサンプリング時期までのＮi (t) の累積値を示し、ＪT は今回のジャンプ周期の放電加工直前のジャンプ動作におけるジャンプ所要時間を示し、ＭT は、今回のジャンプ周期の放電加工直前の放電加工開始時期からそのサンプリング時期までの放電加工時間を示している。
【００３６】
再び図３を参照すると、ジャンプ時期決定部４７は、一回のジャンプ周期を１フレームとする複数のフレーム間でステップＳ３０７で演算されたηを更に平均化して平均加工効率ηF を演算し（ステップＳ３０８）、最大加工効率を与える加工サイクル終了時期か否かを判定する（ステップＳ３０９）。すなわち、本ルーチンの前回の処理周期に演算した加工効率η(i-1) と今回の処理周期に演算した加工効率η(i) とを比較してη(i-1) ＞η(i) であるとき（ステップＳ３０９においてＹｅｓの場合）は、加工効率が最大値に到達したのでステップＳ３１０に進み、ジャンプ時期決定部４７からジャンプパラメータ演算部４１にジャンプ要求指令を出力する。或いは、ステップＳ３０９において加工効率η(i) ＜＜ηF となる状態が継続する場合には、加工を継続すべきではないと判断してステップＳ３１０に進み、ジャンプ時期決定部４７からジャンプパラメータ演算部４１にジャンプ要求指令を出力する。一方、η(i-1) ≦η(i) のとき（ステップＳ３０９においてＮｏの場合）は、加工効率はまだ最大値に達していないので加工を継続すべきと判断し本ルーチンを終了する。
【００３７】
図６は放電加工中の有効放電パルス数と加工効率の実験結果を示す図である。横軸はジャンプ周期において放電加工を開始する時期を０とした加工時間を示し、縦軸は単位時間あたりの、例えば１０ｍｓ内の有効放電パルス数と加工効率を示す。単位時間あたりの有効放電パルス数は、加工速度を示す。曲線５１は平均有効放電パルス数を示し、曲線５２はフレーム平均有効放電パルス数を示す。曲線５３は単位時間当りの加工効率を示し、曲線５４は平均加工効率を示す。
【００３８】
次に、図２のステップＳ２０８のジャンプ設定について説明する。
図４は、ジャンプ制御サブルーチンを示すフローチャートであり、図４に示すジャンプ距離の設定は図２から理解されるように、ジャンプ要求によりジャンプ動作が開始される毎に１回だけ実行される。
【００３９】
先ず、軸送り制御部３９からモータ駆動装置５１への放電加工時の移動指令の出力を一時停止する（ステップＳ６０１）。次いで、その加工サイクルにおける放電加工時間を例えばＲＡＭに格納する（ステップＳ６０２）。ステップＳ６０３では、ジャンプ距離評価フラグJPLFLGが０（ステップＳ６０３においてＮｏ）のとき、ジャンプパラメータ演算部４１により設定されたジャンプ距離ＬJMP が適切に設定されたか、つまり、ジャンプ距離ＬJMP の評価を実行するか否かを判定し、その判定結果がＮｏのときはステップＳ６０４に進む。ステップＳ６０４では、ジャンプ距離の評価、その修正を行うか、また、例えば加工位置が０．５ｍｍ進む毎にジャンプ距離等を調査するか否かを判定し、その判定結果がＮｏのときはジャンプ距離ＬJMP が適切に設定されたと判定し、ステップＳ６０５に進みジャンプ距離ＬJMP を設定し、本ルーチンを終了する。
【００４０】
ステップＳ６０３でジャンプ距離評価フラグJPLFLGが１（ステップＳ６０３においてＹＥＳ）のとき、ジャンプ距離ＬJMP の評価を行うと判定した場合は、ステップＳ６０６に進む。ステップＳ６０６では、前回の処理周期に演算された平均加工効率ηF(i-1)と、前々回の処理周期に演算された平均加工効率η(i-2) とがＲＡＭから読み込まれ、ステップＳ６０７においてηF(i-1)とη(i-2) とが比較され、ηF(i-1)≧ηF(i-2)のとき、つまりステップＳ６０７においてＮｏのときは、前回の平均加工効率が前々回の平均加工効率以上となったものと判定し本ルーチンを終了する。
【００４１】
また、ステップＳ６０７においてηF(i-1)＜η(i-2) のときは前回の平均加工効率が前々回よりも低下したものと判定し、ステップＳ６０８に進み、ジャンプ距離ＬJMP から所定距離αだけ減算して（ＬJMP −α）を前々回のジャンプ距離ＬJMP として、ジャンプパラメータ演算部４１は、最大加工効率を与えるジャンプ距離ＬJMP を演算する。そして、ステップＳ６０９に進み、ジャンプ距離評価フラグJPLFLGを０にリセットし、本ルーチンを終了する。
【００４２】
更に、ステップＳ６０４では、ジャンプ距離フラグにより、或いは、ジャンプ距離の調査を行うと判定した場合は、ステップＳ６１０に進み、ジャンプ要求が指定されたときの電極１９のＺ軸上の現在位置から電極１９をワークＷから離反させるべくＺ軸方向に戻す距離、いわゆるジャンプ距離ＬJMP を予めＲＡＭに格納したジャンプ距離ＬJMP に所定距離αだけ加算して（ＬJMP ＋α）を新たなジャンプ距離ＬJMP として設定する。そして、ステップＳ６１１に進み、ジャンプ距離評価フラグJPLFLGを１に設定し、本ルーチンを終了する。
【００４３】
つまり、本実施形態によれば、加工効率演算部５７は、電極１９が予め設定された第１ジャンプ距離ＬJMP でジャンプ動作を実行したときの第１ジャンプ周期における第１最大加工効率を演算し、電極１９が第１ジャンプ距離ＬJMP に所定長さαを加減した第２ジャンプ距離（ＬJMP ±α）でジャンプ動作を実行したときの第２ジャンプ周期における第２最大加工効率を演算し、第１最大加工効率と第２最大加工効率との比較結果に応じて電極１９のジャンプ距離を設定するのである。
【００４４】
次に、図２のフローチャートにおけるステップＳ２０９のジャンプ制御について説明する。
上述したジャンプ距離設定の実施形態では、連続する２つのジャンプ周期おける各加工効率を比較してジャンプ距離を設定する例を説明したが、連続する複数回のジャンプ周期における加工効率に基づき、ジャンプ距離を設定することもでき、これにより信頼性の高いジャンプ距離の決定が可能となる。
【００４５】
図５は、ジャンプ制御のサブルーチンを示すフローチャートである。図５のジャンプ制御サブルーチンはジャンプパラメータ演算部４１により実行され、ジャンプ距離ＬJMP 、ジャンプ速度ＶJMP 及びジャンプ加減速時定数ＴJMP が設定される。モータ駆動装置５１は、ジャンプパラメータ演算部４１により設定されたジャンプ距離ＬJMP 、ジャンプ速度ＶJMP 及びジャンプ加減速時定数ＴJMP を受け、これらに基づいてジャンプブロックの加減速を演算する（ステップＳ７０１）。
【００４６】
ここで、本願出願人は、ジャンプ距離ＬJMP は、電極１９が少なくともワークＷの表面の加工開始点、好ましくは、ワークＷの表面の加工開始点よりも上方の位置まで移動できる距離とし、ジャンプ速度ＶJMP は２０ｍ／min 以上で、かつ、送りの加減速加速度が１．０Ｇ（Ｇは重力加速度）以上とすることにより良好な加工屑の排出が可能となることを見いだした。
【００４７】
ステップＳ７０２では、ステップＳ７０１で演算したジャンプブロックの加減速に基づき、ジャンプブロックの補間を演算する。ステップＳ７０３では、ステップＳ７０２における補間演算に基づき送り指令データをモータ駆動装置５１に出力し、リニアモータ２３を駆動して電極１９のＺ軸方向位置決め制御を行う。
【００４８】
図７はジャンプ周期の説明図であり、本実施形態によるジャンプ制御方法を適用してジャンプ動作を行いながら放電加工を進捗しているときの電極１９の位置と、それに対応させて加工電源のオン、オフ、すなわち放電加工中か放電加工休止中かを示す加工電源装置５５の波形を表わした図である。図７において、横軸は時間ｔ、縦軸は電極１９とワークＷとの極間距離Ｌを示す。１つのジャンプ周期ＴJ は、ジャンプ所要時間ＪT と放電加工時間ＭT とから成り、本発明ではジャンプ時期決定部４７により加工効率が最大となった時を判定し、ジャンプ要求の指令をジャンプパラメータ演算部４１に出力する。ジャンプ所要時間ＪT は、ジャンプ要求の指令が出力されてからジャンプ距離ＬJMP だけ電極１９をワークＷから離反させ、電極１９を再びワークＷに接近させて放電加工を再開するまでに要する時間である。
【００４９】
既述したように、本実施形態では、ジャンプ動作は、ジャンプ動作の上昇、下降の送り速度を２０ｍ／min 以上、送りの加減速加速度を１．０Ｇ以上で、予め設定されたワークＷの表面の加工開始点以上の位置まで行う。こうした条件下では、より長いストロークをより高速かつ俊敏にジャンプ動作させることができる。つまり、図７から明らかなように、ジャンプ動作の時間が短く、放電加工時間が放電加工休止時間より長くなる。図８に示す従来のジャンプ動作における放電加工と比較しても、加工効率の差は歴然としている。
【００５０】
次に、図９から図１４を参照して、本発明の方法を実施するために適した放電加工機の一例を説明する。図９は、本発明の一実施形態の放電加工機を示す正面図、図１０は、図９の放電加工機の側面図である。
【００５１】
本実施形態による放電加工機１１は、ベッド１０１上にワーク１０３を載置するテーブル１０５が設けられ、テーブル１０５上にワーク１０３を加工液に浸すための加工槽１０７が設けられ、加工槽１０７に充満させる加工液が漏れないようテーブル１０５と加工槽１０７との間にシール１０９が設けられている。そして放電加工は加工液中のワークＷとリブ加工用電極１３１との間で行われる。図９から図１３は、加工槽１０７が上下動する形式のものを示しているが、加工槽１０７を上下動させずにテーブル１０５上に固定した形式のものを採用してもよい。
【００５２】
図１０において、ベッド１０１の後方にはコラム１１１が設けられている。コラム１１１の上面をサドル１１３がＸ軸方向へ移動するよう設けられ、サドル１１３の上面をＹ軸方向へ移動するようラム１１５が設けられている。また、ラム１１５の前面には主軸頭１１７が適当な駆動手段（図示省略、例えばリニアモータまたはサーボモータ）によりＺ軸方向へ移動するよう設けられており、結局、主軸頭１１７がワーク１０３に対してＸ、Ｙ、Ｚ軸方向へ移動可能な構成となっている。
【００５３】
図９、１０に示す本発明実施形態の放電加工機においては、図１０の矢視線Ａ−Ａに沿う断面図である図１１及び図１１の矢視線Ｂ−Ｂに沿う断面図である図１２に示すように、主軸頭１１７内にＺ軸と平行なＷ軸方向に移動できるよう副主軸１２５を設け、副主軸１２５の下端に絶縁プレート１２７及び電極ホルダ１２９を介してリブ加工用電極１３１が取り付けられている。ここで、リブ加工用電極とは、先端部に向かって勾配を持っている薄板形状、例えば図１４に示すように、先端部の厚みが２mm、幅が５０mm、先端部に向かって片側１°のテーパを有するよう形成された電極のことをいう。
なお、副主軸１２５を使用しない場合は、従来の放電加工機と同様の状態となるよう主軸頭１１７内に副主軸１２５を収納して主軸頭１１７の下端図１３に示すよう形彫加工用電極１２３を取り付けてワークＷを放電加工するようにできる。
【００５４】
なお、絶縁プレート１１９及び電極ホルダ１２１は着脱自在となっており、細かい放電加工を行うときは、これらを取り外して主軸頭１１７内に収納されている副主軸１２５を主軸頭１１７より突出させ、その下端にリブ加工用電極１３１を取り付けてＷ軸方向に駆動することにより、ワーク１０３に細くて深い放電加工を行うようになっている。ここで、副主軸１２５のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の位置決めは主軸頭１１７の場合と同様に行われるが、位置決め後の放電加工に際しては、Ｗ軸方向の移動は、図１の実施形態の如く適当な送り駆動手段であるリニアモータ２３を用いて行うことができる。然しながら、前記送り駆動手段は他の構成、例えばボールねじとサーボモータとの組み合わせによる送り駆動装置を用いてもよい。
【００５５】
本発明において、副主軸１２５を用いてリブ溝等の細かい放電加工を行うのは、主軸頭１１７は慣性が大きく細かい放電加工におけるジャンプ動作に適しておらず、主軸頭１１７に比べ慣性の小さい副主軸１２５を用い、加工屑排除のためのジャンプ動作を効率よく行うためである。よって、主軸頭１１７を停止させ副主軸１２５だけを移動させるするように構成し、主軸頭１１７と副主軸１２５とを併用するという考えはない。つまり、大形の放電加工機でも細かい放電加工に適した状態にして使用できる放電加工機を得ることが本発明の１つの要旨である。
【００５６】
次に、図１１、１２を参照して、副主軸１２５の構成について説明する。図１１、１２において、斜線部分が主軸頭１１７の外筐となるＺ軸クイル１３３であり、Ｚ軸クイル１３３の背面に設けられたＺ軸レール１３５がラム１１５に設けられたＺ軸ガイド１３７に沿ってＺ軸方向へ案内され、適当な送り駆動手段（リニアモータまたはサーボモータ等）により主軸頭１１７がＺ軸方向へ移動するよう構成されており、更に、Ｚ軸クイル１３３内を副主軸１２５がＷ軸方向へＺ軸クイル１３３の下部開口部を通って移動する。
【００５７】
Ｚ軸クイル１３３の内部奥側、つまり、図１１においてＺ軸クイル１３３内部の上方部位には、副主軸１２５の案内、移動のためのＷ軸レール１３９及びリニアモータ用マグネット１４１を取り付けるブラケット１４３が設けられ、副主軸１２５の外筐となるＷ軸クイル１４５には、Ｗ軸レール１３９に係合するＷ軸ガイド１４７、リニアモータ用マグネット１４１と対をなすコイル１４９が取り付けられ、コイル１４９とマグネット１４１との係合によりリニアモータを形成し、副主軸１２５のＷ軸方向の送り駆動手段となっている。図１１に示すように、副主軸１２５外筐となるＷ軸クイル１４５の下端には、絶縁プレート１２７及び電極ホルダ１２９を介してリブ加工用電極１３１が取り付けられている。
【００５８】
なお、図９、１０に示す本発明実施形態の放電加工機は、主軸頭１１７内に副主軸１２５が内蔵された形式のものが示されているが、これに限定されることはなく、図１３に示すように、主軸頭１１７の側面部に内蔵形の副主軸１２５と同様の副主軸をＷ軸方向へ移動可能に設けることもできる。
【００５９】
また、既述したように、副主軸１２５を移動させるＷ軸の送り駆動手段（図１の実施形態ではリニアモータ２３）は、その送り速度が２０ｍ／min 以上、送りの加減速加速度が１．０Ｇ（Ｇは重力加速度）以上を出せるような能力を有している。また、本実施形態の如く副主軸１２５を設けたことから、その慣性質量が小さいために、既述した本発明のジャンプ制御方法を効果的に実施することが可能となる。
【００６０】
図１５は、本発明の放電加工機におけるジャンプ制御を適用して図１４に示すようなリブ加工用電極１３１でワークＷを放電加工したときと、従来の放電加工機におけるジャンプ制御を適用したときの実験結果とを比較した図である。図１５において、縦軸は放電加工が進捗するときの加工深さ、横軸はそのときの加工時間を示している。ジャンプ動作における具体的な条件としては、従来の技術は、図８に示すような大きなストロークの後に小さなストロークを行うジャンプ動作のパターンで、かつ例えば１０ｍ／min 、０．２Ｇという標準的な送り速度及び送りの加減速加速度で行い、本発明は、図７に示すようなあらかじめ設定されたワーク１０３の表面の加工開始点以上の位置まで上昇させるジャンプ動作のパターンで、かつ２０ｍ／min 以上、１．０Ｇ以上という送り速度及び送りの加減速加速度で行った。
【００６１】
図１５から明らかなように、本発明のジャンプ制御を適用したときの方が、従来のジャンプ制御を適用したときと比較して、同一の加工深さまでの放電加工時間がはるかに短い。つまり、１往復のジャンプ動作の間に、リブ加工用電極１３１をワーク１０３の表面の加工開始点以上の位置まで上昇させて、広い加工屑排出通路を確保するとともに、高速かつ俊敏なジャンプ動作で十分なポンピング作用を働かせて、リブ加工用電極１３１とワーク１０３との加工間隙から加工屑を加工液の液流で確実、迅速に排除できたことを意味している。よって、加工屑介在の異常放電による放電加工速度の低下が起こらないのである。
【００６２】
なお、大型の電極による放電加工を行う場合は、形彫加工用電極１２３を主軸頭１１７の下端に取り付け、主軸頭１１７のＺ軸の駆動手段として大形のリニアモータを用い、Ｚ軸方向にジャンプ動作を行わせることも可能である。このときにも、送り速度を２０ｍ／min 以上で、送りの加減速加速度を１．０Ｇ以上で、ワーク１０３の表面の加工開始点以上の位置まで毎回上昇させるジャンプ動作を行えば、大きな放電加工でも、副主軸１２５を用いた放電加工と同様に効率よく放電加工を行うことができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の放電加工機のジャンプ制御方法によれば、オペレータの経験に頼らずに加工効率を最大にするジャンプ周期及びジャンプ距離を自動的に決定できる。
【００６４】
更に、本発明の放電加工機では、大形の放電加工に際しては主軸頭に取り付けた電極を用いてワークを放電加工し、比較的小形の放電加工に際しては、Ｗ軸方向に移動する副主軸に切り換えてワークを放電加工するよう構成した。このため、小形の放電加工に際しては副主軸の使用により慣性が小さく、加工屑排除のためのジャンプ動作の送り速度及び加減速加速度を大きくすることが容易となり、加工効率のよい放電加工機を提供することができる。
【００６５】
更に、本発明の放電加工機においては、小形の放電加工に際して慣性の小さい副主軸を用いてＷ軸方向の移動を行わせるようにしたので、位置決めなどは従来通りのＸ、Ｙ、Ｚ軸移動を利用し、比較的小形の放電加工やそのときのジャンプ動作はＷ軸方向の駆動手段を用いるので、ジャンプ動作を短時間で行い効率のよい放電加工を行うことができる。
【００６６】
更に、本発明の放電加工機のジャンプ制御方法を用いてワークの放電加工を行うと、電極とワークとの加工間隙から加工屑を確実かつ迅速に排除でき、ワークの加工時間の短縮及び加工面品位の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による放電加工機の一実施形態を示す概略ブロック構成図である。
【図２】本発明によるジャンプ制御のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図３】電極送り制御のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図４】ジャンプ設定のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図５】ジャンプ制御のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図６】放電加工中の有効放電パルス数と加工効率の実験結果を示す図である。
【図７】本発明の放電加工機のジャンプ制御を適用してジャンプ動作を行いながら放電加工を進捗しているときの電極の位置を、それに対応させて加工電源のオン、オフ、すなわち放電加工中か放電加工休止中かを示す加工電源の波形と共に表わした図である。
【図８】従来の放電加工機におけるジャンプ制御を適用した場合の図７と同様の図である。
【図９】本発明の放電加工機の一実施形態を示す正面図である。
【図１０】図９の放電加工機の側面図である。
【図１１】図１０の矢視線Ａ−Ａに沿う断面図である。
【図１２】図１１の矢視線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。
【図１３】本発明の放電加工機の他の実施形態を示す正面図である。
【図１４】リブ加工用の電極の斜視図である。
【図１５】本発明の放電加工機におけるジャンプ制御を適用してリブ加工用電極ワークＷを放電加工したときと、従来の放電加工機におけるジャンプ制御を適用したときの実験結果とを比較した図である。
【図１６】従来技術の問題点を説明するための、リブ加工におけるリブ加工用電極とワークとの部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１１…放電加工機
１３…主軸
１９…電極
２３…リニアモータ
３１…放電加工制御装置
３３…加工条件設定部
３９…軸送り制御部
４１…ジャンプパラメータ演算部
４３…パルス電圧差分演算部
４５…パルス演算部
４７…ジャンプ時期判定部
４９…加工電源制御部
５３…極間状態検出部
５７…加工効率演算部
１１７…主軸頭
１２５…副主軸
１３１…リブ加工用電極
１３３…Ｚ軸クイル
１３５…Ｚ軸レール
１３７…Ｚ軸ガイド
１３９…Ｗ軸レール
１４１…マグネット
１４５…Ｗ軸クイル
１４７…Ｗ軸ガイド
１４９…コイル
【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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【図１２】
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【図１３】
0003902713.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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