(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工電極と被加工体とが相対向して形成する微小加工間隙に加工液を介在させ、前記加工間隙をサーボ送り制御によって所定に維持させながら休止時間を置いた間欠的な電圧パルスを印加し、繰り返し放電を発生させて加工する放電加工の前記サーボ送り制御方法において、
前記サーボ制御の送り機構が、加工電極または被加工体を取付けたクイルと、該クイルを送り方向に直線移動可能に加工ヘッド内に案内保持する直線案内装置と、前記クイルを可動子として送り移動させるように固定子とともに加工ヘッド部に組み込まれたリニアモータと、前記クイルの直線移動位置を検出して前記リニアモータの作動を制御するリニア位置検出装置とを備え、
前記のサーボ送り制御が、前記リニアモータへ出力するサーボアンプの出力電流を検出フィードバックして前記サーボアンプにトルク指令を出力するとともに、前記位置検出装置による検出速度と位置の信号がフィードバックしているＰＩＤ制御のサーボアルゴリズム部と、加工位置指令と加工速度指令が制御部から入力し、設定サーボ基準電圧と検出加工電圧との比較による偏差電圧と前記位置検出装置からのフィードバック位置信号とにより演算し、前記加工位置指令を微小に分割した移動量の指令に生成させて前記サーボアルゴリズム部へ出力する移動指令分割部とを備え、
さらに前記加工間隙の電圧検出部であって、前記検出加工電圧をローパスフィルタリングするとともにサンプリング検出及びＡ／Ｄ変換して順次に得たデータの平均値を取って蓄積し、前記移動指令分割部からの、サーボ制御の１ループの処理を繰り返す時間として設定された所定の短い時間毎のリクエスト信号に応じ、前記蓄積したデータを前記所定の短い時間中の加工平均電圧として前記基準電圧との比較演算処理に繰り返し出力させて前記サーボ送り制御することを特徴とする放電加工の送り制御方法。
【請求項２】
前記加工間隙電圧の検出部が、アナログローパスフィルタ、所定のサンプリング周波数のＡ／Ｄ変換検出回路、及び所定のサンプリング周波数のデジタルローパスフィルタとを有する請求項１に記載の放電加工の送り制御方法。
【請求項３】
放電電極と被加工体とが相対向して形成する微小加工間隙に加工液を介在させ、前記加工間隙をサーボ送り制御によって所定に維持させながら休止時間を置いた間欠的な電圧パルスを印加し、繰り返し放電を発生させて加工する放電加工のサーボ送り制御装置において、
前記サーボ制御の送り機構として、加工電極または被加工体を取付けたクイルと、該クイルを送り方向に直線移動可能に加工ヘッド内に案内保持する直線案内装置と、前記クイルを可動子として送り移動させるように固定子とともに加工ヘッド部に組み込まれたリニアモータと、前記クイルの直線移動位置を検出して前記リニアモータの作動を制御するリニア位置検出装置とを備え、
前記加工間隙の電圧を検出するアナログローパスフィルタと、該フィルタの検出電圧を所定のサンプリングタイムでサンプリングしてＡ／Ｄ変換する検出回路と、該検出回路の検出電圧を所定のサンプリングタイムで検出し、検出電圧の平均を取った検出平均加工電圧を記憶するデジタルローパスフィルタと、
前記デジタルローパスフィルタにリクエスト信号の入力があったとき出力する前記記憶平均加工電圧とＮＣ制御装置の出力サーボ基準電圧と演算して偏差電圧を出力する減算部と、前記ＮＣ制御装置から加工位置指令と加工速度指令が入力するとともに前記リニア位置検出装置から検出位置信号がフィードバック入力し、さらにサーボ制御の１ループの処理を繰り返す時間間隔として設定された所定の短い時間毎に前記リクエスト信号をデジタルローパスフィルタに出力し、前記減算部より偏差電圧が入力して演算し、前記加工位置指令を微細に分割した移動量指令信号として出力する移動指令分割部と、該分割部からの前記分割された移動量指令信号と前記リニア位置検出装置から検出フィードバックして入力する検出位置と速度の信号により演算してトルク指令を出力するＰＩＤ制御のサーボアルゴリズム部と、前記トルク指令の入力を受けてリニアモータの励磁コイルに制御された駆動電流を出力し、該出力駆動電流を検出して検出電流信号をサーボアルゴリズム部へフィードバックするサーボアンプとから成ることを特徴とする放電加工の送り制御装置。
【請求項４】
前記サーボ制御の送り機構が、可動子としてのクイルを重量に釣り合う反力を加えるエアバランサにより加工ヘッドまたは固定部に鉛直方向移動自在に保持される構成を備えているものであることを特徴とする請求項３に記載の放電加工の送り制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、棒状電極や所望形状の型電極を用い、被加工体と加工液が介在する微小加工間隙を隔てて相対向させ、前記加工間隙をサーボ制御送りによって維持させながら、休止時間を置いて間歇的に印加される電圧パルスにより発生する放電パルスにより加工する穿孔、形彫り等のラム型放電加工の前記サーボ送り制御方法及びその送り制御装置、そして特に前記加工間隙から発生加工屑を介在加工液と共に排出除去させる作用を、前記間隙維持のサーボ制御送りとは別の、電極または被加工体に対する相対的な所望ストローク開離後元の間隙位置へ復帰させて加工するいわゆる往復移動のジャンプ運動により主として行うようにした放電加工の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
斯種放電加工は、加工電極と被加工体とを加工液が介在する微小間隙を介して相対向させた状態で、間歇的な電圧パルスを繰り返し印加して放電を発生させ、該放電発生部位を被加工体から溶融飛散除去させ、該除去の遂次の進行に伴って、電極と被加工体とを前記微小間隙を維持するように相対的に加工送り制御することにより加工する非切削加工方法である。加工中加工電極と被加工体との間隙には、加工屑や加工液老廃物のタール等が生成、介在するが、上記間隙に何等かの手段によって加工液を流通介在させることにより排除乃至は所定値以下の濃度状態とすることにより良好な放電状態を保って加工を継続させている。しかし、何等かの原因で加工屑やタールが堆積したり、その濃度が所定値以上に増大したりして間隙状態が悪化すると、アーク状放電の連続及び集中状態等を生じ、加工進行の低下、不安定加工状態、及び加工電極・被加工体の損傷を生起させることになる。このため放電加工機には、加工電極と被加工体との微少な加工間隙距離を維持制御するためのサーボ送り機構とサーボ制御回路が設けられていると共に、該間隙距離維持のサーボ送り制御とは別に、加工間隙から発生堆積加工屑等を介在加工液と共に排出させる作用を生じさせる動作、即ち電極または被加工体を加工位置から相対的に所望距離後退開離させた後、元の間隙位置に復帰させ加工に復帰させる作動を周期的又は検出加工異常信号等により繰り返させながら加工する、いわゆる電極等往復移動のジャンプ運動機能付に構成されている。
【０００３】
しかして、従来型の放電加工機の送り機構は、回転型のモータ、該回転型のモータにより歯車列を介して回転駆動されるボールねじ、及び該ボールねじの回転運動を直線運動に変換する装置等の組合せから構成され、正常加工時の約１０から１００μｍの微小間隙距離のサーボ送り制御から、場合によっては、数１０ｍｍ以上にも及ぶ大きなストロークのジャンプ運動を、ジャンプ中の加工休止時間をできるだけ短く、応答速度を出来るだけ大きくしてやらせようとするものであった。しかし、上述のように回転型のモータを利用した送り装置では、モータの回転運動を直線運動に変換するために、歯車列やねじ・ナットの組合せから成るボールねじ等の動力変換機構が必要となるため、バックラッシュ、ガタ等の機械的不感帯が存在し、駆動力の伝達遅れが生じたり、構成部品が複雑になるため、必要な高速応答の可能な制御システムを構成することが困難であった。
【０００４】
即ち、近時上記回転型のモータ及びボールねじを使用した送り機構のもので、上述ジャンプ運動の送り速度が１，０００から５，０００ｍｍ／ｍｉｎに及ぶ高速度のものが、本発明者等によって提案されたが、従来多くのものは、速くても、例えば、特開平４−６３，６２３号公報に記載されているように、４００ｍｍ／ｍｉｎ程度のものであり、当該公報に記載の発明に従って、加工穴の深さが深くなってジャンプストロークを増大させた場合、加工電極が被加工体から離隔している加工休止時間の割合が増大し、加工効率が低いものとならざるを得なかった。
【０００５】
このような観点から、送り装置の機構部に動力変換機構がなくて、直線移動可能に主軸を案内支持する直線案内装置とリニアモータとの組み合わせ構成体とした形彫り放電加工装置が特開平５−１０４，３３２号公報によって提案されて居り、また、特開平８−３０９，６２０号公報によれば、形彫り放電加工装置のＺ軸のみならず、Ｘ及びＹの全軸をリニアモータを駆動手段として利用する送り装置を使用し、微小な放電加工間隙を所望目標値に微細に制御するものとして提案されている。
【０００６】
成程近時、Ｓｍ−Ｃｏ合金系やＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金系等の希土類金属系の強力な永久磁石の開発、及び新しい電磁構造体の開発考案により、小型、高推力、高効率のリニアモータが実現でき、工作機械のクロス・テーブル等の送り装置に於て利用されて来て居り、そのテーブル送り速度は数１０ｍ／ｍｉｎ以上数１００ｍ／ｍｉｎの高速に及んでいる。しかし、これは、移動体がほぼ水平方向に移動するように案内保持されている物の場合であって、移動体がほぼ鉛直等Ｚ軸に沿って案内保持されている場合には、その案内保持の仕方により、付与及び実現可能な送り速度の大きさは大きな制約を受ける。
【０００７】
例えば、前述の特開平５−１０４，３３２号公報に記載のものの場合、主軸に連結されているガイド機構には、工作機械の直線ガイド機構として用いられるリニア・モーション・ボール・ベアリング（直動球軸受）が組み込まれていて、循環するボールで直動方向に直角な２つの方向の引張り、圧縮（またはラジアル）荷重に対し等剛性となるように配置されていて、放電加工中の主軸の高速応答の位置制御に対して充分な剛性を有し、主軸の滑らかな運動を確保している等と開示しているが、主軸の落下防止の保持に就いては何等開示がない。前記落下防止の保持に、リニアモータによる上方への持ち上げ推力を連続的または間歇的に付与するように作用させているにしても、主軸をリニアモータに特有の数１０ｍ／ｍｉｎまたはそれ以上の高速でジャンプ等の運動をさせようとすると、その加速度が大きく、例えば、１Ｇ以上に大きくなる場合があると、上記のリニア・モーション・ボール・ベアリングによる直動案内のみでは、逆ラジアル荷重が高く作用する可能性があり、またリニアモータ３，５はコラム前面と主軸背面間の一面に形成されているのみであるから、主軸１とコラム前面間には強い磁気吸引力または反発力が作用するので、ベアリング案内に負荷を与え、撓みが発生し、送り作動が円滑に行えなくなる可能性があり、円滑で、高速度の上昇、下降は期待できない。このため、前述ジャンプ等の移動速度は、従来型の回転モータ使用の場合の数１００ｍｍ／ｍｉｎから、本発明者等が提案した２，０００ｍｍ／ｍｉｎ、高くても５，０００ｍｍ／ｍｉｎ程度以下の移動速度を想定していたものと思われる。
【０００８】
また、もう１つの形彫り放電加工に係る特開平８−３０９，６２０号公報に記載のものは、リニアモータによって、鉛直、Ｚ軸方向にコラムに対して送り移動される加工ヘッドには、該ヘッドをＺ軸方向の所定位置に停止させることも可能なカウンターバランス手段が設けられて居り、これでは前述のように加速度が１Ｇを超える場合がある高速ジャンプでの加工は不可能であり、従来型の送り装置による移動速度のジャンプ運動しか予定されていなかったものと考えられる。そしてこのことは、ヘッド３６のヘッドコラム３２への直線移動案内装置５４の取付、構成が、コラム３２に形成した一対の直線レール５６，５６に対するヘッド３６に設けた摺動足５８，５８の嵌挿摺接滑りによって行われる構成となっていることからも明らかである。また、前記直線移動案内とリニアモータが近い位置に設けられている点では好ましいものの、リニアモータが１個であるところから、可動子と固定子間の吸引力（または反発力）が直線移動案内に負担を与える欠点は改善されていないものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のリニアモータをＺ軸のサーボ制御送り及び上昇下降のストロークの大きいジャンプ往復移動に使用した送り機構に依れば、実際に製作、使用、及び販売等されていないためか、Ｚ軸または加工ヘッドの落下問題に対しての対策、直線移動案内装置の構成配置、及びリニアモータの構成配置等についての対応、処置等が不十分、かつ中途半端であり、せっかく駆動源としてリニアモータを使用しても、高応答や高速移動の性能を発揮させることが出来ず、形彫り放電加工の性能向上に寄与させることができなかったのではないかと思われる。
本発明の目的は、このような問題点を解決すべく、電極等を下方先端に取付けるクイル自体をリニアモータの可動子とし、リニアモータによる駆動による鉛直方向の直線往復運動を軸運動の直線性を向上させた状態で、バランスの良い高速移動を可能にすると共に、高応答性で、高い制御性を有するように構成し、かかる、サーボ送り機構を高速のサーボ制御方式、例えば、サーボ制御の１ループの処理を短時間で繰返えさせて応答処理させ、また、電極ジャンプ制御では、高加速度での高速、短時間のジャンプ運動とすることにより、従来よりの各種の難加工を高速度で容易に行われるようにすることにある。
【００１０】
而して、本発明者等の諸種の実験に依れば、後で詳しく説明するように、リニアモータを組込み構成した送り機構を機械的に高速応答作動が可能で、高速度の移動作動が可能に構成するとともに、サーボ制御送りの加工においては、該送り機構を作動させる加工間隙の放電加工状態の検出から処理判断、そして制御量の生成させて送り機構に駆動信号を与え、次の検出判断を開始する迄の送り機構信号処理の１ループの時間を所定に短く設定する高速サーボ制御方式を採用することとしたものである。その理由としては、加工屑の排出処理問題がないところから、安定加工が容易に可能で、サーボ送り制御の良否評価に用いられるチヨン掛け加工（加工面の一部をワーク端縁に掛けて、他は食み出させた状態で加工していく加工方法）をして評価をしたところ、矩形波パルスの所謂ノーマル主電源だけで、高圧電源を設けたり、電圧パルスの休止時間制御等の種々のパルス制御を行うことなく、間隙に高速応答で追従したサーボ制御送りにより安定して加工を進めることができ、従来の他のサーボ送り機構及びサーボ送り制御方法のものに比べ、短時間での加工処理を終わらせることが出来るようになることが判ったからである。
【００１１】
また、前記サーボ送り制御とは別の、加工電極と被加工体間に開離接近の往復運動、いわゆる電極ジャンプを行わせながら加工を進める場合にも、リニアモータを組込み構成した送り機構を前述のように機械的に高速応答作動が可能で、高速度の移動作動が可能な構成とするとともに、例えば、通常の放電加工機で必要とされる数１０ｍｍ程度以内のジャンプストロークの上昇及び下降を、好ましくはそのジャンプストロークの長短に関わらず、１ｓｅｃの半分の５００ｍｓｅｃ程度以内、好ましくは数１００ｍｓｅｃ程度以内、更に好ましくは、約２００ｍｓｅｃ程度、またはそれ以下と、常時加速が行われている高速度とすることにより、単に電極がジャンプして加工が休止している時間が短くなって、加工所要時間が短くなるだけでなく、高加速度及び高速度での開離近接の往復運動により、加工穴内は、加工屑及び加工液が強力に流動し、そのジャンプの毎に加工屑の大部分が排出された状態で近接時の放電加工が行われるようになるので、或程度以上加工面積が大きい場合の加工面中心部の加工屑残留による加工面の荒れ等の不良が生ずることなく、寸法・形状精度の高い加工を可能とし、さらに、これも難加工の一つであるリブ加工を、加工液無噴流で、ほぼノーマル主電源だけで、加工不安定を生じさせることなく、全く安定した状態で、従来に比較し、格段の短時間で加工処理を終わらせることができるようになることが判って来たことにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前述の本発明の目的は、（１）  加工電極と被加工体とが相対向して形成する微小加工間隙に加工液を介在させ、前記加工間隙をサーボ送り制御によって所定に維持させながら休止時間を置いた間欠的な電圧パルスを印加し、繰り返し放電を発生させて加工する放電加工の前記サーボ送り制御方法において、
前記サーボ制御の送り機構が、加工電極または被加工体を取付けたクイルと、該クイルを送り方向に直線移動可能に加工ヘッド内に案内保持する直線案内装置と、前記クイルを可動子として送り移動させるように固定子とともに加工ヘッド部に組み込まれたリニアモータと、前記クイルの直線移動位置を検出して前記リニアモータの作動を制御するリニア位置検出装置とを備え、
前記のサーボ送り制御が、前記リニアモータへ出力するサーボアンプの出力電流を検出フィードバックして前記サーボアンプにトルク指令を出力するとともに、前記位置検出装置による検出速度と位置の信号がフィードバックしているＰＩＤ制御のサーボアルゴリズム部と、加工位置指令と加工速度指令が制御部から入力し、設定サーボ基準電圧と検出加工電圧との比較による偏差電圧と前記位置検出装置からのフィードバック位置信号とにより演算し、前記加工位置指令を微小に分割した移動量の指令に生成させて前記サーボアルゴリズム部へ出力する移動指令分割部とを備え、
さらに前記加工間隙の電圧検出部であって、前記検出加工電圧をローパスフィルタリングするとともにサンプリング検出及びＡ／Ｄ変換して順次に得たデータの平均値を取って蓄積し、前記移動指令分割部からの、サーボ制御の１ループの処理を繰り返す時間として設定された所定の短い時間毎のリクエスト信号に応じ、前記蓄積したデータを前記所定の短い時間中の加工平均電圧として前記基準電圧との比較演算処理に繰り返し出力させて前記サーボ送り制御することを特徴とする放電加工の送り制御方法とすることにより達成される。
【００１３】
また、前述の本発明の目的は、（２）前記所定の短い時間が、大凡１０ｍｓｅｃ以内、好ましくは、５ｍｓｅｃまたはそれ以下、更に好ましくは大凡２ｍｓｅｃである前記（１）に記載の放電加工の送り制御方法とすることにより達成される。
【００１４】
また、前述の本発明の目的は、（３）前記加工間隙電圧の検出部が、アナログローパスフィルタ、所定のサンプリング周波数のＡ／Ｄ変換検出回路、及び所定のサンプリング周波数のディジタルローパスフィルタとを有する前記（１）、または前記（２）に記載の放電加工の送り制御方法とすることにより達成される。
【００１５】
また、前述の本発明の目的は、（４）加工電極と被加工体とが相対向して形成する加工間隙に加工液を介在させ、前記加工間隙をサーボ送り制御により維持させながら休止時間を置いて間欠的な電圧パルスを印加するとともに、加工中に電極または被加工体に前記サーボ送り制御とは別の相対的な開離近接の往復運動を間欠的に行わせ、前記近接時に前記印加電圧パルスに基づく放電を複数回行わせて加工を進行させる放電加工の制御方法において、前記サーボ送り制御の送り機構が、加工電極または被加工体を取付けたクイルと、該クイルを送り方向に直線移動可能に加工ヘッド内に案内保持する直線案内装置と、前記クイルを可動子として送り移動させるように固定子とともに加工ヘッド部に組み込まれたリニアモータと、前記クイルの直線移動位置を検出して前記リニアモータの作動を制御するリニア位置検出装置とを備え、前記リニアモータへ出力するサーボアンプの出力電流を検出フィードバックして前記サーボアンプにトルク指令を出力するとともに、前記位置検出装置による検出速度と位置の信号がフィードバックしているＰＩＤ制御のサーボアルゴリズム部と、開離上昇時間、移動速度、及び開離上昇距離の１つ以上が入力設定されてジャンプ軌跡を生成するジャンプ軌跡生成部とを有し、加工中に前記開離接近の往復運動の作動指令信号が発せられたとき、前記ジャンプ軌跡生成部からジャンプ軌跡信号を前記サーボアルゴリズム部に出力して前記往復運動を行わせて加工することを特徴とする放電加工の制御方法とすることにより達成される。
【００１６】
また、前述の本発明の目的は、（５）前記開離接近の往復運動の作動指令信号が、ジャンプ軌跡生成部を含む制御部に入力設定された所定の周期毎に、または、加工間隙の放電加工状態を検出した所望の判別信号により発せられる前記（４）に記載の放電加工の制御方法とすることにより達成される。
【００１７】
また、前述の本発明の目的は、（６）前記クイルの開離上昇の距離が、所定の設定された一定値、好ましくは加工の進行に伴う加工穴の深さの増大によって増大する所定値、そして更に好ましくは加工穴の深さとほぼ同一以上の所定値である前述（４）、または（５）に記載の放電加工の制御方法とすることにより達成される。
【００１８】
また、前述の本発明の目的は、（７）前記クイルの開離上昇中及び近接下降中の最大加速度が、少なくとも大凡０．５〜０．６Ｇ以上、好ましくは大凡１Ｇ、更に好ましくは開離上昇開始から降下近接終了迄の平均加速度が大凡１Ｇまたはそれ以上となるように前記リニアモータの駆動制御が行われる前記（４）、（５）、または（６）に記載の放電加工の制御方法とすることにより達成される。
【００１９】
また、前述の本発明の目的は、（８）前記クイルの開離上昇開始から降下近接終了迄の期間を少なくとも４００ｍｓｅｃ以内、好ましくは大凡３００ｍｓｅｃ以内、そして更に好ましくは大凡２００ｍｓｅｃとなるように前記上昇時間と、下降時間をセットして開離近接の往復運動を行わせるようにした前記（４）、（５）、（６）または（７）に記載の放電加工の制御方法とすることにより達成される。
【００２０】
また、前述の本発明の目的は、（９）加工電極と被加工体とが相対向して形成する微小加工間隙に加工液を介在させ、前記加工間隙をサーボ送り制御によって所定に維持させながら休止時間を置いた間欠的な電圧パルスを印加し、繰り返し放電を発生させて加工する放電加工のサーボ送り制御装置において、前記サーボ制御の送り機構として、加工電極または被加工体を取付けたクイルと、該クイルを送り方向に直線移動可能に加工ヘッド内に案内保持する直線案内装置と、前記クイルを可動子として送り移動させるように固定子とともに加工ヘッド部に組み込まれたリニアモータと、前記クイルの直線移動位置を検出して前記リニアモータの作動を制御するリニア位置検出装置とを備え、前記加工間隙の電圧を検出するアナログローパスフィルタと、該フィルタの検出電圧を所定のサンプリングタイムでサンプリングしてＡ／Ｄ変換する検出回路と、該検出回路の検出電圧を所定のサンプリングタイムで検出し、検出電圧の平均を取った検出平均加工電圧を記憶するデジタルローパスフィルタと、前記デジタルローパスフィルタにリクエスト信号の入力があったとき出力する前記記憶平均加工電圧とＮＣ制御装置の出力サーボ基準電圧と演算して偏差電圧を出力する減算部と、前記ＮＣ制御装置から加工位置指令と加工速度指令が入力するとともに前記リニア位置検出装置から検出位置信号がフィードバック入力し、さらにサーボ制御の１ループの処理を繰り返す時間間隔として設定された所定の短い時間毎に前記リクエスト信号をデジタルローパスフィルタに出力し、前記減算部より偏差電圧が入力して演算しリニアモータの作動による移動量指令信号を出力する移動指令分割部と、該分割部からの移動量指令信号と前記リニア位置検出装置から検出フィードバックして入力する検出位置と速度の信号により演算してトルク指令を出力するＰＩＤ制御のサーボアルゴリズム部と、前記トルク指令の入力を受けてリニアモータの励磁コイルに制御された駆動電流を出力し、該出力駆動電流を検出して検出電流信号をサーボアルゴリズム部へフィードバックするサーボアンプとから成ることを特徴とする放電加工の送り制御装置とすることにより、より良く達成される。
【００２１】
また、本発明の目的は、（１０）前記サーボ制御の送り機構が、可動子としてのクイルを重量に釣り合う反力を加えるエアバランサにより加工ヘッドまたは固定部に鉛直方向移動自在に保持される構成を備えている前記（９）に記載の放電加工の送り制御装置とすることにより、さらにより良く達成される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の放電加工の送り制御方法に用いる送り機構を搭載した一実施例の形彫り放電加工機の全体構成を示す斜視図で、１はベッド、２はベッド１の後側部または上面に立設されたコラム、３はコラム２前面のベッド１上に水平一軸（Ｙ軸）方向に移動可能に設けたサドル、４はサドル３上に他の水平一軸（Ｘ軸）方向に移動可能に設けたラム、５はラム４のコラム２前面側に設けた加工槽で、図示しない被加工体を取り付け、加工液中浸漬状態で加工電極６と相対向配置させる加工テーブルを備えている。
【００２３】
７は、コラム２上部の加工槽５側に延出したコラム前面２Ａに取付けられた加工ヘッドで、全体として中空柱状体で、下方先端に加工電極６の取付手段８Ａを有するほぼ四角柱状のクイル８を、クイル後面とコラム前面または加工ヘッド内面間等に設けた直線案内装置９により、鉛直方向への駆動により直線移動自在に内包保持して成る。１０Ａ及び１０Ｂは、前記クイル８の鉛直方向と直角な方向の対向側面夫々に移動方向に沿って所定個数列設される図示しない永久磁石と微小間隙を介して相対向するように加工ヘッド７の両側面に設けられるヨークと巻回励磁コイルとから成る一対の電磁石装置、即ち、所謂リニアモータの励磁固定子で、永久磁石を取付けたクイル８をリニアモータの磁石取付板の可動子として移動させるものである。
【００２４】
図２乃至図４に基づき、以下にその詳細を説明するように、本送り機構の実施例は、本発明送り制御方法に用いる送り機構移動構造体を、前記形彫り放電加工機の加工電極送りクイルに適用した場合の一例である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う加工ヘッド７部切断平面図、図３は同じくＢ−Ｂ線に沿う切断左側面図、また図４は同じくＣ−Ｃ線に沿う切断正面図である。
【００２５】
図２乃至４において、７は前述加工ヘッドで、該加工ヘッドは前記図２の平面図で示すように、この実施例の場合は断面コの字状であるから、図示では、例えば直線案内装置９のレール９Ａ、９Ａのように前記コラム前面２Ａに取付けられているが、例えば断面口の字状の場合には、前記レール９Ａ、９Ａやクイル８の位置を検出するリニアスケール等は加工ヘッド７の内壁面等の別の位置に設けられていることになる。また図示実施例の場合加工ヘッド７は前面が開閉可能で、内装や組立、調整を可能としている。
【００２６】
クイル８は後述する構成のリニアモータの可動子として駆動により、高速応答でかつ高速で、特に電極ジャンプ作動の場合には、好ましくは往復とも、そして少なくとも長いストロークのジャンプ後の近接復帰時には加速度が１Ｇ以上にも及ぶ高加速度で加速されて移動し得るよう、より軽量に構成することが望ましく、図示の場合四角柱状のクイル８は、中心に所望内径の貫通孔８Ｂを穿った中空柱状の構成とし、さらに該中空柱状のクイル８全体を、好ましくは一体の非金属の小比重の軽量体によって構成するようにするものである。
【００２７】
この非金属の小比重の軽量体としては、具体的には、繊維強化セラミックス、粒子分散強化セラミックス、または、ウイスカ強化セラミックス等のセラミックス系複合材であっても良い、例えばＡｌ２Ｏ３系やＺｒＯ２系等の酸化物系セラミックス、またはＳｉＣ系やＳｉ３Ｎ４系等の非酸化物系セラミックス等の全体が一体の焼結成形体とすることにより、クイル８本体のみの場合従来の鋼材による場合の約３分の1の重量とすることができる。
【００２８】
セラミックスの場合の一具体例を挙げると、窒化硅素焼結体は、窒化硅素（Ｓｉ３Ｎ４）の粉末粒子に焼結助剤を、或いは更に結晶化促進剤乃至は結晶成長コントロール作用等を期待して、酸化系物のものもあるが、多くは希土類元素酸化物、乃至は該希土類元素酸化物に焼結能を高めるＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＡｌＮ等、或いは更にＢｅ、ＳｒＯ等を適宜添加したものを混合し、アイソスタティックプレス乃至は準アイソスタティックプレス法により目的とする形状に成形した後、常圧焼結法とガス圧焼結法を組合せた二段焼結するか、ホットプレス又は熱間静水圧焼結をした後ガス圧焼結法による後処理を行い、ダイアモンド工具による旋削加工仕上げ後焼鈍処理するものである。かかるセラミックスによれば、前述軽量に止まらず、機械的強度が大きく高剛性で、耐熱衝撃性及び耐摩耗性に優れ、熱膨張や熱変形が少なく、前記クイルや工作機械の主軸等としても有用なものである。
【００２９】
上記実施例における非金属の小比重の軽量体としては、移動構成体の適用物によっては、例えば、炭素繊維と通常熱硬化性プラスチックとから成る炭素繊維強化プラスチックを使用するとができる。この場合、炭素繊維のトウに未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させて後硬化処理する製作態様のものの外、炭素繊維を短繊維状とした樹脂との混合物を射出成形する製作物も使用可能であり、前述セラミックス製のものより可動子構造体を一段と軽量に構成することができる。
【００３０】
このようにして製作等された四角柱状のクイル８は、移動軸に直角な背面側がコラム前面２Ａ等の直線案内装置９に取付けられた状態で鉛直方向にバランス良く直線に移動するように、クイル８の両側面に夫々リニアモータを構成配置して構造体のクイル８を可動子として作動せしめられる。このため、研削等して仕上げられた前記両側面に永久磁石片１１Ａ，１１Ｂを移動方向に接着剤やねじ止めにより接着固定し、列設して設けるのであるが、クイル８を前述のように非金属の小比重の軽量体、例えば、セラミックス、Ｓｉ３Ｎ４製とすると、リニアモータの可動子として張り付けられた永久磁石片１１Ａ、１１Ｂの相互間等において、良好な磁気回路が形成されないから、かかる場合の実施には、前記セラミックス製クイル８の両側面に鉄板や電磁軟鉄等の軟磁性材料の磁石板８Ｃを張りつけた上に永久磁石片１１Ａ、１１Ｂを張りつけ固定するようにするものである。クイル８をこのように、特にセラミックス製で、一体の中空柱状体にすると、軽量であるから、慣性が小で制御の応答性が高く、熱による膨張や変形も少ないから精度の高い加工を可能とする送り装置が得られる。
【００３１】
而して、軽量体のクイル８の鉛直方向の移動を案内する前記直線案内装置９は、図示実施例の場合、リニア・モーション・ボール（又はローラ）・ベアリングのレール９Ａ、９Ａが、２本、所定の間隔を置いて鉛直平行にコラム前面２Ａに取付けられ、これに対しベアリングブロック９Ｂ、９Ｂが、各レール９Ａ、９Ａ毎に２個、鉛直方向に所定の間隔を置いてクイル８に取付けられていて、両者を嵌合組み付け構成されている。
【００３２】
上記のように、案内装置９を構成した場合、クイル８が軽量体であっても、その上昇時及び下降停止時に、チャック及び電極を含むクイルの重量と加速度及びその変化による逆ラジアル方向の荷重が作用することは事実で、これがコラム２及び加工ヘッド７を前方及び下方へ撓ませる場合にはベアリング９、９の寿命を損なうので、かかる場合には、図５の変更実施例のように、加工ヘッド７の前面板７Ａとクイル前面との間に鉛直方向に延びる直線案内、例えば、クロスローラベアリング１７を設け、コラム前面２Ａに向けたラジアル荷重を付与することにより前記逆ラジアル荷重を受けて、クイル８の上昇及び下降を案内させるようにすれば良い。
【００３３】
１０Ａ、１０Ｂは、前記永久磁石片１１Ａ、１１Ｂを夫々鉛直移動方向に取付けた軽量体クイル８の両側面に微小間隙を介して相対向するように加工ヘッド７の側板の窓部７Ｂ、７Ｃに夫々取付板１２Ａ、１２Ｂにより取付けられたリニアモータ用の励磁固定子で、夫々ヨーク１０ＡＹ、１０ＢＹとヨークの櫛歯部に巻回した励磁コイル１０ＡＣ、１０ＢＣとから成り、硅素鋼板等の積層体から成るヨーク１０ＡＹ、１０ＢＹの櫛歯部後方の基部側の積層部には、冷却流体が流通する冷却パイプ１４Ａ、１４Ｂを挿通する千鳥状の穴が設けられている。
【００３４】
図示構成の場合、永久磁石片１１Ａ、１１Ｂを列状に片側２列張り付けた軽量体クイル８から成る可動子と、ヨーク１０ＡＹ、１０ＢＹと励磁コイル１０ＡＣ、１０ＢＣとから成る固定子とから成るリニアモータは、型式としては永久磁石可動型のリニア交流同期モータ（ＬＳＭ）で、磁石片列に応じ、励磁コイル１０ＡＣ、１０ＢＣも、片側夫々２列設けているが、磁石片列を各１列として励磁コイルを各１個としても良い。また、当該リニア交流同期モータ（ＬＳＭ）は、リニア直流モータ（ＬＤＭ）のコイル電流を３相としたものであるから、リニアモータとしては、このリニア直流モータ（ＬＤＭ）を使用することが出来るだけでなく、より高速駆動が可能なリニア交流誘導モータ（ＬＩＭ）も使用しても良い。但し、このリニア交流誘導モータ（ＬＩＭ）の場合には、可動子と固定子の間に磁気吸引力ではなく、磁気反発力が発生作用することになる。
【００３５】
何れにしても、軽量体からなるクイル８等の可動子構造体の移動方向と直角水平な左右の両側面にリニアモータを形成して設けることにより、クイル８の左右両側におけるリニアモータの可動子と固定子間の磁気吸引力（反発力）をバランスさせて打ち消させ、この水平左右方向の力の打消し合いによりクイル８の軸運動の真直性を向上させ、直線案内装置９に与える負荷を著しく軽減させることができる。
そしてこの、クイル８の左右両側面に於ける磁気吸引力（反発力）を平衡させて打消させ得るように、ヨーク１０ＡＹ、１０ＢＹの各取付板１２Ａ、１２Ｂの背板面に分布して設けた押しねじと引きねじにより、ヨーク１０ＡＹ、１０ＢＹの傾き調整及び／または前後進位置決めにより、可動子側永久磁石片１１Ａ、１１Ｂの板面と各ヨーク１０ＡＹ、１０ＢＹ間の間隙を等しく、図示の場合左右の各リニアモータの磁気吸引力が等しくなるように間隙調整が可能に構成されているものである。勿論、調整設定後は、前記押しねじと引きねじを、固定剤で固定するようにしてもよい。
【００３６】
１３は、軽量体クイル８の直線移動位置を検出する高検出速度のリニアスケールで、図示の場合スケール１３Ａがクイル８前面に、これに対向する加工ヘッド７前方内面にセンサ１３Ｂが取付けられ、検出位置信号を移動位置指令信号が与えられる駆動装置にフィードバックして、励磁コイル１０ＡＣ、１０ＢＣに制御された作動信号を出力する。而して、前記図５の変更実施例の場合は、このリニアスケール１３が、クイル８背面とコラム前面２Ａとの間に設けられているが、その機能や作動等は、前述のものと実質上同一のものである。
【００３７】
以上の構成であると、下方先端に電極取付手段８Ａを有する軽量体クイル８の荷重を重力に抗して持ち上げておく構成がない。このため前述の先行技術では、カウンターバランス手段が設けられているが、クイル８の上昇、下降に於ける加速度が重力の加速度１Ｇ程度、またはそれ以上になると、バランサが応答できず振動することになる。このため本発明ではクイル８をコラム２または加工ヘッド７に保持させる手段として、シリンダ１５Ａ、ピストン１５Ｂ、ロッド１５Ｃ及び図示しないバルブ、配管等から成るエアバランサ１５を少なくとも１個設けたもので、該エアバランサ１５は、シリンダ１５Ａまたはロッド１５Ｃの一方をコラム２（ヘッド７）またはクイル８の一方に固定し、かつ夫々他方同志を連結乃至固定することによりクイル８をコラム２（又はヘッド７）に保持させることができるものである。しかるところ、図示実施例の場合はバランス良く、かつ省スペース状態とするためにエアバランサ１５のシリンダ１５Ａをクイル８の貫通孔８Ｂに同軸状に挿入し、上縁部のフランジ部１５Ｄでクイル８と連結し、ロッド１５Ｃの上端を連結杆１６を介してコラム２に連結固定したものである。
【００３８】
そして、図６に示すように、このエアバランサ１５にはコンプレッサ等の空気圧源１８から、例えば約７ｋｇ／ｃｍ２の圧縮空気が、エアドライア１９、出力３ｋｇ／ｃｍ２のエアレギュレータ２０、及び出力２.５ｋｇ／ｃｍ２の精密エアレギュレータ２１を介して、シリンダ１５Ａの上室１５ＲＵに加圧空気が導入され、下室１５ＲＤは実質上開放された状態とすると、エアバランサ１５は、左右の両リニアモータが作動して可動子のクイル８を送り制御及び位置決めした位置にシリンダ１５Ａと一体に持ち上げ保持した状態を保ち、ここでクイル８が下降送りされると増圧するが、所定値を越えると、精密エアレギュレータ２１で一定圧に制御されている上室１５ＲＵのエアは排出されて一定圧に戻り、逆にクイル８が上昇すると減圧する上室１５ＲＵにエアが急速に送り込まれて一定圧となるようにハイ・レリーフバルブ付等の精密エアレギュレータ２１が作動し、低イナーシャ（低慣性モーメント）でクイル８の重量バランスを取り、高速応答を可能としている。
【００３９】
またクイル８の上昇、下降に伴うエアバランサ１５に対する精密エアレギュレータ２１からの加圧空気の供給と排気の作動の態様としては、正常な放電加工状態でのサーボ制御による間隙変化長さが、前述約１０〜１００μｍ程度以内の状態のときは応答せず、前記間隙変化長さが、上記正常状態中のサーボ制御による間隙変化長さ以上、例えば、約２００μｍを越える異常状態回避のサーボ制御送りの時、または周期的作動か、間隙状態検出判別による作動で、設定最低ストロークが約２００μｍ以上である電極ジャンプ時に、加圧空気の給排が応答するように、クイル８とエアバランサ１５間か、エアバランサ１５と連結杆１６の間等に、クイル８の前記約２００μｍ以内の上昇、下降の移動では、シリンダ上室１５ＲＵ内の圧力が、精密エアレギュレータ２１が作動する迄変動しないように、その機械的連結に、上記約２００μｍ程度の隙間等によるガタまたはバックラッシュを持たせておく構成とすることが、正常状態でのサーボ送り制御上好ましいようである。なおこの場合、例えば上記正常加工状態が継続して、加工送り込み長さの累計が、上記約２００μｍ以上に達したら、精密エアレギュレータが作動するようになること当然である。
【００４０】
上述図１〜６中に於ける本発明のサーボ送り制御方法に用いる送り機構の好ましい実施例は、図２又は図５の加工ヘッド部の切断平面図に於いて、第１に送り駆動手段としてリニアモータを用いることであるが、下方直下先端に電極等の取付手段を有するクイル自体をそのリニアモータの可動子として構成すること、そしてクイルの軸と直交する対向側面にリニアモータを夫々１個又は２個設けて強い磁気吸引力または反発力を相殺させた状態で軸方向に駆動送りする構成とし、この目的のためにリニアモータの可動子クイルとヨークと励磁コイルとから成る固定子間の対向微小間隙を調整設定し得るように構成し、そして、折角使用するリニアモータの高速応答及び高速移動特性が損なわれないように被駆動の可動子クイルを軽量とするためにクイル軸芯に穴を穿った中空柱状体とし、そして、さらにより軽量で熱影響の少ない可動子クイルとするために前記中空柱状体のクイルを焼結成形したセラミック製、または炭素繊維強化プラスチック製とするものであり、そしてこの軽量になった可動子クイルを、好ましくは、エアバランサを設けて支え、可動子クイルが低イナーシャで、バランス良く保持され、かくすることにより、サーボ制御送りに於て、０.１μｍ以下の最小設定単位長さの送りを数ｍｓｅｃまたはそれ以下の応答速度で制御を行うと共に、電極ジャンプに於いて、加速度が１Ｇ以上となる場合にも円滑に応答して高速で移動し、加工休止時間を少なくして、リブ加工等を効率よくを実行させ得る等の使用の態様となるものである。なお、送り長さが大きく、クイルが長尺になって、磁石可動子として高重量となる可能性がある場合には、クイル側にヨークと励磁コイルを取付けた、可動子コイル型のリニアモータの構成とすること当然である。
【００４１】
図７は、本発明サーボ送り制御方法の実施に使用する送り機構の別の実施例を示す前述図２及び図５と同様な形彫り放電加工機の図１Ａ−Ａ線に沿う切断平面図で、同一物または同一作用物には同一の符号が付されている。前述図２及び図５のものと相違する点は、セラミックス製等の構造体クイル８が、切断平面図に於て、口の字状の四角形中空柱状体であることと、励磁固定子１０Ａ，１０Ｂと永久磁石片１１Ａ，１１Ｂを設けた磁石板８Ｃ，８Ｃとから成る２つのリニアモータと、例えば、クロスローラベアリング等から成る直線案内装置９，９とが互いに直角にクロスして、加工ヘッド７に側面四方から案内支持及び直線送り駆動されるように構成されていること、及び前記クイル８を保持するエアバランサ１５のシリンダ１５Ａがコラム２等固定側に設けられ、クイル８がピストンロッド１５Ｃに連結杆１６を介して連結され、図示しないピストン１５Ｂと一体に昇降する構成となっている点のみである。かかる構成によれば、バランス良く確実に保持されている以上、リニアモータによるクイル８昇降の作動時に、クイル８に対する駆動軸芯と案内軸芯とが、クイル８の中心軸に重なってあるかの如くに作動することになり、直線案内装置９，９に負担がかかりにくく好ましいが、リニアモータの間隙や案内装置９，９の調整に配慮した構成とすることが必要な場合がある。また、必要ならば、エアバランサ１５のシリンダをコラム２の左右両側に２個設け、クイル８を支持させるようにしてもよい。
【００４２】
図８は、また本発明サーボ送り制御方法の実施に使用する送り機構の別の実施例を示す前述図７と同様な切断平面図で、セラミックス製等の構造体クイル８が、切断平面図に於て、Ｔ字型をしている点で前述迄の実施例のものと相違するが、この実施例はクイル８の前面８Ｄ（図では上方）に突出して、例えば回転割出し（Ｃ軸）を兼ねる回転駆動源モータ（Ｒ軸）を有する電極等工具主軸を取付けようとする物の一例である。この場合、構造体クイル８は、長尺の板状体の２枚の板を組合わせ結合した構成であっても良く、例えば、Ｔの字の柱の部分が前述図２に示した中空柱状のクイル８で、その前面に板状体を組合わせ結合した構成とすることが考えられる。又クイルの前面８Ｄを水平面と一致させて水平に配置すると、水平２軸の一方又は両方のサドルやラム、あるいはテーブルを載置して取付けた水平軸の駆動構造体の送り装置とすることができ、この水平方向の送り装置とするときには、前述したようなカウンタバランサやエアバランサ等は不要となる。
【００４３】
図９は、以上図示説明したようなリニアモータを送り駆動手段として組み込むとともに、そのリニアモータの可動子が、機械的に高速応答かつ高加速度で、高速度で移動し得るように構成された送り機構を、その機能及び性能を発揮し得る検出判断、処理、及び駆動を行うことにより本発明放電加工の送り制御方法及び加工制御方法を実現する高速サーボ処理方式の送り制御装置の一実施例の構成を示すブロックダイアグラム図である。
【００４４】
２２は、加工電極６と被加工体２３とが微小間隙を置いて相対向する加工液中加工部加工間隙であり、該微小間隙２２は、フィードバック制御によって生成されたサーボアンプ２８からのサーボ信号としての出力駆動電流により加工電極６または被加工体２３をリニアモータ１０によって駆動し送ることにより維持される。上記加工間隙２２には、加工用電源２４から休止時間を有する電圧パルス等の加工電圧が印加され、所定に保たれた間隙２２での間欠放電の発生により、所望とする正常放電加工が進行する。前記加工間隙の電圧は、ローパスフィルタリング処理により取出されると共にＡ／Ｄ変換によりデジタル信号に変換して判断処理に出力されるが、図示の実施例では、先ず間隙電圧をカットオフ周波数が５ＫＨｚのローパスアナログフィルタ２５を介して取り出され、次のＡ／Ｄ変換検出回路２６は１０ＫＨｚのサンプリング周波数でフィルタ２５から取り出した電圧を記憶すると共にデジタル化された平均電圧信号を造って記憶して行く。そして次段のカットオフ周波数１５０Ｈｚのデジタルローパスフィルタ２７は、検出回路２６が出力する平均電圧信号を１０ＫＨｚのサンプリング周波数で、サンプリングし、サンプリング電圧データを記憶すると共にＮＣ装置からの設定サーボ基準電圧ＳＶとの演算処理のための検出平均加工電圧信号を造って記憶して行く。
【００４５】
２９は、ＰＩＤ制御のサーボアルゴリズム部で、リニアモータ１０へ出力するサーボアンプ２８の出力駆動電流が出力トルク指令に合致したものかどうかを検出フィードバックして制御すると共に、前記リニア位置検出装置１３から検出位置信号と検出位置信号を速度変換機２９Ａを介し速度信号としてフィードバックしており、後述する移動指令分割部３０から入力する移動量指令値とで演算して、前記トルク指令を生成して出力する所謂位置、速度、及び電流の各制御ユニットの縦続接続体から成る位置制御回路である。
【００４６】
３０は、前記位置制御のサーボアルゴリズム部２９に、サーボ制御の１ループの処理を繰返すサンプリング時間として設定された所望の短い時間の経過毎に、制御された前記の移動量指令を供給する移動指令分割部で、前記の移動量の指令値は、ＮＣ等の制御装置から入力する目標深さの設定である加工位置指令３１とサーボ送り速度である加工速度指令３２と、位置検出装置１３からの検出位置のフィードバック信号とによって、前記加工位置指令を所定微小単位に分割した分割位置指令によって前記移動量指令を演算生成させるとき、該移動量指令の大きさを放電加工間隙の加工状態に適合依拠させるよう、前記検出平均加工電圧とサーボ基準電圧３３との比較器３４による比較偏差電圧を、前記サーボ制御の設定された短いサンプリングタイム毎に前記デジタルローパスフィルタ２７から時々刻々の前記検出平均加工電圧を取り出して入力させているものである。
【００４７】
本発明は、設定サーボ基準電圧ＳＶとの比較により前述偏差電圧を生成するよう比較器３４に入力する平均加工電圧を、検出部においてローパスフィルタリングするとともにサンプリング検出、およびＡ／Ｄ変換して得たデータの平均を順次に取って行くと共に記憶し、これを前記移動指令分割部３０からの所定の短い時間間隔を置いてより低い充分低周波のデジタルローパスフィルタ２７へのリクエスト・サンプリングに応じ、前記記憶しているデータを前記所定の短い時間中の平均加工電圧データとして出力し、この所定の短い時間間隔毎にサーボ基準電圧ＳＶとの比較演算でその短い時間毎の偏差電圧を得ると共に該偏差電圧に制御された移動量の指令信号を生成出力し、リニアモータ１０の作動を位置制御のサーボアルゴリズム部２９により制御するものである。
【００４８】
３５は、前述の加工電極６と被加工体２３が近接状態で約１０〜１００μｍの間隙を維持しながら安定加工をしているサーボ送り制御状態とは別に、加工間隙に堆積等して加工不安定化を惹起する加工屑等を加工間隙から排出させるための、電極６と被加工体２２を相対的に所定距離開離後、元の間隙位置近傍に迄近接復帰させる往復運動、電極ジャンプを行わせるために設けられたジャンプ軌跡生成部で、ジャンプ移動速度、ジャンプ開離上昇時間、または開離上昇距離の少なくとも１つ以上が入力設定され、或いは更に必要に応じ手動による選択設定のジャンプ周期等が入力設定され、生成ジャンプ軌跡データを前記位置制御のサーボアルゴリズム部２９に供給し、電極ジャンプを所定周期等で行わせる。なお、このジャンプ運動の軌跡データが位置制御のデータとして入力して、ジャンプ運動を開始した作動中は、例えば、前記移動指令分割部３０が、サーボ送り制御の検出部であるデジタルローパスフィルタ２７に平均加工電圧のデータ出力要求を出さずにサーボ送り制御の作動は一時停止等させるものである。
【００４９】
前記ジャンプ軌跡生成部３５の一具体例につき説明するに、図１０の表で示すように、設定されたジャンプ移動速度ＶＪと、該移動速度でのジャンプ上昇時間Ｔｍｓｅｃを入力設定すれば、電極６先端等の座標位置Ｌは、Ｔ×ＶＪ＝Ｌにより定まるものである。図に於て、座標位置Ｌについて見ると、ステップ１でＬ＝０は、ジャンプ開始時のスタート位置、ステップ２のＬ＝１００μｍは、上昇時間１００ｍｓｅｃの１／２の時間、５０ｍｓｅｃをかけたスローアップであり、ステップ３のＬ＝上昇距離−１００μｍは、スローアップ以外の所望上昇距離をほぼ移動速度ＶＪで移動させるようにするもので、ステップ４は、上昇頂点でのドウェル時間、ステップ５は全上昇距離の降下行程、またステップ６は、元の加工中の位置への復帰によるジャンプ動作の終了を示す。
【００５０】
図１１は、上述のようにしたジャンプ条件の設定により、図７の送り機構と図９の送り制御回路を用いてジャンプ動作を行わせた場合の、電極先端の時間に対するジャンプ速度の変化の特性曲線を示しており、縦軸に速度（０．１μｍ／ｓｅｃ）、横軸に時間（ｓｅｃ）が目盛ってある。この特性曲線の場合、上昇時における移動速度の立ち上がりから最高速度に達する迄の間の平均加速度は、約１０ｍ／ｓｅｃ２≒１Ｇであるが、前記立ち上がり時と最高速度に達する時点を除く途中の加速度は、約１５ｍ／ｓｅｃ２≒１．５Ｇで、これは最上昇位置（速度零）から下降に転じて、下降時最高速度に達する迄の間もほぼ同様である。
【００５１】
図１２は、前記図１１の速度の特性曲線Ａに、電極先端の位置（座標）を同一時相で重ねて特性曲線Ｂとして表記してある。なお、この図１２の場合の上昇時間は約０．０６ｓｅｃ（６０ｍｓｅｃ）となっているので、図１１のものとは合致しない。
そして、これらの特性曲線図によれば、ジャンプ加速度が大きいところから移動速度が大きく、さらに応答速度も相当に大きいものであるから、上昇距離が数１０ｍｍまたはそれ以上に及ぶ大ストロークのジャンプ作動を、約０．２ｓｅｃ程度、従って通常、常時は、全ての設定可能なストロークのジャンプを０．２ｓｅｃ以内で終了させることができ、従ってジャンプを必須とする加工に於ける加工休止時間を従来に比べ著しく短縮させることができ、そして、上記ジャンプ動作が高加速度で、高速度の移動で行われるところから、加工間隙や加工穴内の加工液等の攪拌、流動が強力かつ完全で、ポンプ作動等による加工穴等からの加工液等の排出も強力かつ完全なものとなり、加工拡大代が小さい、高い形状寸法精度の加工を、安定かつ高速に行うことができ、そして、従来この種の加工パルス電源に搭載されている多種多様の複雑なパルスや電流の制御等を必要としなくなる可能性が高く、斯種電源及び装置を簡単化して低価格化できる可能性を有するものである。
【００５２】
以下に、さらに実験例等を説明するが、使用したリニアモータを送り駆動手段として組み込んだ送り機構としては、前述図７に記載説明した送り機構のものを使用し、リニアモータとしては前記交流同期モータ（ＬＳＭ）で、定格推力５００Ｎで、推力定数８０Ｎ／Ａのモータを２個、合計１０００Ｎの推力を作用させて駆動したものである。
【００５３】
図１３は、前述チョン掛け加工の結果による、異なるサーボ送り機構間の性能評価を説明するための特性曲線図で、縦軸に加工深さ（ｍｍ）、横軸に加工時間（ｍｉｎ）が目盛ってあり、曲線Ａは、前段落で説明した図７のリニアモータを使用した送り機構に、図９のサーボ送り制御回路を前述所定の短い時間、即ちサーボ処理の繰り返しの時間間隔、サンプリングタイムを２ｍｓｅｃとした場合の加工進行特性、曲線Ｂは、送り機構の構成を従来型の交流サーボモータ、歯車列及びボールねじを使用した場合、また曲線Ｃは、上記曲線Ｂのものに於てさらにサーボ送り制御回路を上述図９以外の従来型のものを用いた場合で、加工深さ約３ｍｍで、その優劣は極めて顕著である。なお、加工条件等は表中に記入のものを用いた。
【００５４】
図１４は、前述図１３と同じチョン掛け加工で、曲線ＡとＣは図１３の曲線Ａ及びＣと同一のものであるが、その他の曲線Ａ−１，Ａ−２、及びＡ−３は、上述曲線Ａのものに於ける図９のサーボ処理のサンプリングタイムを、Ａ−１：３ｍｓｅｃ、Ａ−２：５ｍｓｅｃ、及びＡ−３：１０ｍｓｅｃにそれぞれ設定した場合の加工特性曲線で、この結果によれば、実験例の送り機構の場合、上記サーボ処理サンプリング間隔をより短く設定してサーボ送り制御をすることが有効なことが判る。
【００５５】
図１５乃至１８は、前述リニアモータを搭載した図２又は図７等の送り機構に図９のサーボ送り制御回路を組み合わせて、種々の放電加工条件のものを、高加速度及び高移動速度のジャンプ運動を行わせたときの放電加工性能を従来のジャンプ運動付き放電加工機の加工性能を対比して示した特性曲線図で、横軸に加工時間（ｍｉｎまたはｈｏｕｒ）、縦軸に加工深さ（ｍｍ）が目盛ってあり、さらに図中に加工条件やジャンプ特性の数値、或いは一部には加工特性の数値等が記入してある。なお、この図１５乃至１８の加工は、何れも加工液無噴流の加工である。
【００５６】
図１５は、電極材がＣｕで、断面が２ｍｍ×５ｍｍのストレートリブ加工で、加工穴の深さが深くなると加工継続が不可能になる場合がある等、従来より難加工と言われているものである。図中の特性曲線Ａ、Ｂ、及びＣは、前述の図１３のＡ、Ｂ、及びＣのものに対応するもので、曲線Ａは前述本発明のもの、曲線Ｂは従来の交流サーボモータ、歯車列、及びボールねじから成る送り機構に図９のサーボ送り制御回路を組み合わせた場合のもの、また、曲線ＣはＢのものに於けるサーボ送り制御回路が従来例の場合のものであり、ジャンプ動作数値は、Ａの場合のジャンプストローク約２２ｍｍ以外、Ａ、Ｂについては書込み記載の通り、Ｃについては移動速度及び最大移動速度ともＢより遅い以外はＢと同一条件である。そして、この図は、従来例のＣによれば、加工時間約４時間、加工深さ約２５ｍｍが加工限界で、これ以上は正常加工が不能であるが、Ｂのようにジャンプ速度を約４ｍ／ｍｉｎと言う従来あまり例がない高速度にすることにより、加工深さ約２５ｍｍには、加工時間約２時間４８分で到達して、更に加工を進行させることができること、そして本発明のＡによれば、一段と高速度のジャンプを行わせることにより、加工深さ約２５ｍｍには約１時間５５分で到達し、更に加工開始時と一貫したほぼ一定の加工速度で加工が進行することを示しているものである。そして、このＡ曲線の場合、前述のジャンプ移動及び加工速度を高速化する加速度は、約１Ｇ程度またはそれ以上である。
【００５７】
図１６の特性曲線図は、電極として断面が２ｍｍ×３０ｍｍの点、加工条件の電圧パルス幅の設定が少し大きい点以外は、前述図１５のものとほぼ同一で、特性曲線Ａ、Ｂに対応するもののみを示している。図によると、Ｂのものは加工深さが約２５ｍｍを過ぎる頃から寝てくるのに対し、Ａのものは、加工深さ２０ｍｍ前後から立ってきて加工速度がかえって速くなるようである。そして、この図１５と図１６の各特性曲線ＡとＢとの相違は、サーボ送り制御方式が、図９で両者同一であるところから、多くの割合で送り機構が相違する点にある可能性があるものの、それらの組合せの整合性の問題もあるようである。
【００５８】
図１７は、電極材がグラファイト、断面１ｍｍ×３８ｍｍ，テーパ１度のリブ加工と言う点以外は、前述図１５のものと実質上同一で、前述したＡ、Ｂ、Ｃ間の加工特性の傾向は、電極材等の違いに殆ど依存していないことが判る。
【００５９】
図１８のものは、前述図１７のものと殆ど同じで、曲線Ａの場合のジャンプ最大速度を図１７の１８ｍ／ｍｉｎから約３０ｍ／ｍｉｎ増大させた場合の特性図で、ジャンプストローク最大約５０ｍｍ、平均で約２５ｍ／ｍｉｎの移動速度に対し、ストローク約４１．６ｍｍに増大しているが、加工休止時間を殆ど増大させなくて作動させることができ、加工性能が向上しているものである。
【００６０】
以上は、本発明を図示した実施例をもとに説明を加えたが、上述した本発明の精神を逸脱しない範囲で、各部に種々の変更を加えての実施が可能なものである。例えば、電源が無停電電源でない場合、停電するとクイル８が落下することになるから、停電時に作動してクイル８をコラム２又は加工ヘッド７に固定するメカロック機構を設けることが推奨される。また、この可動子クイルの落下防止のための前述メカロックに代えて、設定下死点以下への移動を防止する、好ましくは調整可能な下ストッパをクイル８とコラム２または加工ヘッド７間、或いは電極取付手段８Ａと加工槽内加工テーブル間に設けるとか、図３等に示したように、リニアモータへの磁性塵埃の進入を防止するための加工ヘッド７の上下を閉塞する蛇腹の取付及びその構成、さらにリニアエンコーダ１３とともに、またはこれに代えて永久磁石１１Ａ又は１１Ｂの位置を検出する磁電変換素子等のポールセンサをヨーク１０ＡＹ又は１０ＢＹに設けるようにしても良い。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように、本発明のサーボ送り機構によれば、リニアモータを駆動送り手段として組み込んだクイル等の放電加工の送り装置を、駆動により往復等させる直線運動を軸運動の直線性を向上させた状態でバランス良く高速度で行わせ得ると共に、高応答性で、高い制御性を有するように構成することができるので、その鉛直方向の、加工のためのサーボ送り制御や加工屑等排除のための電極ジャンプ等の直線往復運動を軸運動の直線性を向上させた状態で、バランス良く、そして真に所定の高速度で移動させることができると共に、高速応答性で、高い制御性を有することとなり、上記サーボ送り制御状態での正常で良好な放電加工を実現させて、加工性能を一段と向上させると共に、電極ジャンプを使用する加工における加工性能を一段と向上させることができるようになるのである。
【００６２】
そして、本発明は上述のようなリニアモータを組込み構成したサーボ送り機構に、サーボ送り制御回路装置として、位置制御装置としてのサーボアルゴリズム部と、該サーボアルゴリズム部に移動量の指令を制御装置からの指令、設定、及び加工部被制御系からの検出位置信号と検出平均加工電圧により演算生成する移動指令分割部と、前記平均加工電圧の検出部とから成り、該平均加工電圧の検出部は、加工間隙の加工電圧を取り出すカットオフ周波数５ＫＨｚのアナログローパスフィルタ、該アナログローパスフィルタから１０ＫＨｚサンプリング周波数で電圧データを取り出してＡ／Ｄ変換する検出回路、該検出回路からサンプリング周波数でＡ／Ｄ変換された電圧データを取り出して平均値を求め検出平均加工電圧として記憶していくカットオフ周波数１５０Ｈｚのデジタルローパスフィルタとから成り、前記移動指令分割部が前記移動量指令を演算生成するとき、大凡１０ｍｓｅｃ程度またはそれ以下の短いサンプリングタイム毎に、前記デジタルローパスフィルタにリクエストして記憶している検出平均加工電圧を出力させ、該検出平均加工電圧と制御装置からのサーボ基準電圧との偏差電圧として入力させるようにし、前記短いサンプリングタイム毎にサーボアルゴリズム部に、入力移動量指令に応じたトルク指令を出力して、リニアモータに駆動電流を与えサーボ制御するようにしたから、高応答のリニアモータをその特性に従って高応答で作動させ、放電加工間隙を所望の一定値に維持させる一方で、変化が生じても高応答で復帰させ、所望良好な放電状態を維持させて放電加工性能を所望に高く発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の送り機構を搭載した形彫り放電加工機の全体構成を示す斜視図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う加工ヘッド部の一実施例の切断平面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿う加工ヘッド部の一実施例の切断左側面図。
【図４】図１のＣ−Ｃ線に沿う加工ヘッド部の一実施例の切断正面図。
【図５】図２と同じく、図１のＡ−Ａ線に沿う加工ヘッド部の異なる実施例の切断平面図。
【図６】図３の切断左側面図に一実施例のエアバランサ用エア供給源を付加して示した図。
【図７】図２又は図５と同じく、図１のＡ−Ａ線に沿う加工ヘッド部の異なる実施例の切断平面図。
【図８】図７と同じく、さらに異なる実施例の切断平面図。
【図９】送り機構に対して作動信号を供給するために設けられる高速サーボ送り制御回路の実施例ブロックダイアクラム図。
【図１０】電極ジャンプ動作条件の設定内容の一例を示す表。
【図１１】電極ジャンプ動作時のジャンプ中の移動速度の変化を示す特性曲線図
【図１２】図１１の移動速度の変化Ａ中に、移動体の移動座標Ｂを付加して示した図。
【図１３】送り機構の違いによる加工性能の相違を示す特性曲線図。
【図１４】サーボ信号の処理時間の違いによる加工性能の相違を示す特性曲線図。
【図１５】電極ジャンプの実験比較例を示す特性曲線図。
【図１６】他の電極ジャンプの実験比較例を示す特性曲線図。
【図１７】また、他の電極ジャンプの実験比較例を示す特性曲線図。
【図１８】また、他の電極ジャンプの実験比較例を示す特性曲線図。
【符号の説明】
１ ベッド
２ コラム
３ サドル
４ ラム
５ 加工槽
６ 加工電極
７ 加工ヘッド
８ クイル
８Ａ  電極取付手段
８Ｂ  中空貫通孔
８Ｃ  軟磁性板
９  直線案内装置
１０Ａ，１０Ｂ  励磁固定子
１０ＡＹ，１０ＢＹ  ヨーク
１０ＡＣ，１０ＢＣ 励磁コイル
１１Ａ，１１Ｂ 永久磁石
１２Ａ，１２Ｂ 固定子取付板
１３  リニアスケール
１４Ａ，１４Ｂ 冷却液パイプ
１５  エアバランサ
１５Ａ シリンダ
１５Ｂ ピストン
１５Ｃ ロッド
１５ＲＵ シリンダ上部室
１５ＲＤ シリンダ下部室
１６  連結杆
１７  リニアクロスローラベアリング
１８  エア供給源
１９  エアドライヤ
２０  エアレギュレータ
２１  精密エアレギュレータ
２２  加工間隙
２３  被加工体
２４  加工電圧源
２５  アナログローパスフィルタ
２６  Ａ／Ｄ変換器
２７  デジタルローパスフィルタ
２８  サーボアンプ
２９  サーボアルゴリズム部
３０  移動指令分割部
３１  加工位置指令
３２  加工速度指令
３３  サーボ基準電圧
３４  比較器
３５  ジャンプ軌跡生成部
【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】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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