檢測加工狀態(tài)的電火花線加工的制造方法
【專利摘要】以一微秒以下的周期，在電壓施加和下一次電壓施加之間設置比電壓施加時間長的停歇時間，在線電極和被加工物之間(極間)施加電壓，檢測該施加次數和極間電壓。從檢出的極間電壓判別在施加電壓后未發(fā)生放電的開放狀態(tài)，計數其開放次數。然后，根據每單位時間的施加次數和每單位時間的開放次數和電源電壓或者一施加周期的平均電壓求極間的平均電壓。
【專利說明】檢測加工狀態(tài)的電火花線加工機
[0001]本申請是申請日為2011年8月24日、申請?zhí)枮?01110253651.8、發(fā)明名稱為“檢測加工狀態(tài)的電火花線加工機”的申請的分案申請。
【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及不容易受每一機械的極間電壓的檢測電路的波動影響的、能夠檢測加工狀態(tài)的電火花線加工機。
【背景技術】
[0003]在電火花線加工機中，在作為線電極和被加工物之間的極間施加電壓、發(fā)生放電的同時，使線電極和被加工物的相對位置變化，把被加工物加工成希望的形狀。由于匯集通過放電生成的放電痕跡形成加工面，所以以各個放電痕跡大小決定被加工物的表面光潔度。因此可知，如果在極間施加高頻電壓，以高的頻度重復短時間寬度的放電，則能夠得到良好的加工面。例如在日本特開昭61 - 260915號公報中，公開了通過在極間施加IMHz?5MHz的交流高頻電壓加工被加工物，得到表面光潔度為IymRmax以下的加工面的技術。
[0004]在精加工中，要求能夠用更高的精度修正在粗加工中加工的被加工物的形狀。需要進行控制，對于粗加工后比目標尺寸大的位置，在精加工時增加加工量，反之，粗加工后比目標尺寸小的位置，在精加工時減小加工量。亦即在精加工時，需要從加工狀態(tài)檢測是比目標尺寸大還是小，根據該檢測結果控制線電極和被加工物的相對位置，或者進行加工條件的變更控制。
[0005]圖7表示一般的高頻電壓波形。如圖7的(I)所示，在施加和下次施加之間，設置不使電源電路中具有的橋電路短路的最低必要限度的死區(qū)時間。極間電壓的波形如圖7的(3)所示為正弦波形。
[0006]作為表示加工形狀的指標的最一般的指標是極間電壓的絕對值的平均值。因為極間的平均電壓大體表示極間的間隙距離，所以如果進行軸的進給控制使極間的平均電壓成為恒定，則能夠得到高精度的加工形狀。但是，為得到良好的表面光潔度，在極間施加圖7那樣的高頻電壓進行精加工的情況下，在高頻區(qū)域極間電壓的檢測電路的響應性惡化，很難得到正確的平均電壓信息。另外，因為在高頻區(qū)域檢測電路的部件特性波動變大，所以對于每一機械產生檢測值的波動，如果根據這樣的信息進行軸的進給控制，則在每一機械的加工結果中產生差別。
[0007]作為它的對策，在國際公開第2004/022275號公報中公開了一種技術，在交流高頻電壓上重疊施加直流電壓，通過低頻濾波器僅抽出極間電壓的低頻電壓成分，根據該抽出的電壓成分的變化控制線電極的進給。在該技術中，因為平均電壓不為零，所以有使被加工物或者加工機本體發(fā)生電蝕的可能性。另外因為使用低頻濾波器所以在放電狀態(tài)急劇變化的情況下響應差，有不能追隨的可能性。
[0008]作為平均電壓以外的指標，有每單位時間的放電次數。在日本特開2002 - 254250號公報中，公開了根據放電次數控制軸的進給速度或者停歇時間的技術。為實現這點需要把極間狀態(tài)分為開放、放電、短路的三種狀態(tài)。這里，所謂開放是在施加電壓后一次也不放電的情況，所謂短路是線電極和被加工物接觸不發(fā)生放電的狀態(tài)，哪一種都無助于加工。
[0009]但是在如圖7所示施加正弦波形的高頻電壓的情況下，如圖7的(I)所示，因為一施加周期(一次的施加時間加死區(qū)時間)中的施加時間非常長，所以即使放電而當極間的絕緣狀態(tài)恢復時電壓立即施加，極間電壓上升，其結果，實際上極間電壓降低的時間變短。這樣對于非?？斓念l率，檢測電路不能響應，不能區(qū)別放電和開放。
[0010]如上所述，在現有技術中，作為高頻加工狀態(tài)的指標僅使用檢出的極間電壓。但是，在高頻區(qū)域內通過檢測電路的響應性或者部件的波動的影響，對于每一電火花線加工機在極間電壓的檢測值中產生差異，因此有在加工結果中表現該差異這樣的問題。

【發(fā)明內容】

[0011 ] 因此本發(fā)明的目的是，鑒于上述現有技術的問題，提供一種電火花線加工機，其不容易受每一機械的極間電壓的檢測電路的波動的影響，檢測加工狀態(tài)。
[0012]本發(fā)明的電火花線加工機，給線電極和對該線電極隔開規(guī)定間隔配置的被加工物之間的極間施加高頻電壓，使發(fā)生放電來加工被加工物，具有:電壓施加單元，其以一微秒以下的周期，在電壓施加和下一次電壓施加之間設置比電壓施加時間長的停歇時間，在上述線電極和被加工物之間的極間施加正極性和反極性的兩極性的電壓；極間電壓檢測單元，用于檢測上述極間發(fā)生的極間電壓；施加次數計數單元，用于在每一單位時間計數通過上述電壓施加單元施加的電壓的施加次數；開放判別單元，用于根據通過上述極間電壓檢測單元檢出的極間電壓，在電壓施加后判別未發(fā)生放電的開放狀態(tài)；和開放次數計數單元，用于對于每一單位時間計數上述開放判別單元判別的開放狀態(tài)。
[0013]在上述電火花線加工機的一種實施方式中，根據上述施加次數計數單元計數的每單位時間的施加次數和上述開放計數單元計數的每單位時間的開放次數和電源電壓或者一施加周期的平均電壓，求出上述極間的平均電壓。
[0014]上述開放狀態(tài)判別單元可以在上述停歇時間內比較全波整流的極間電壓波形和預定的基準電壓，在比該基準電壓高的情況下判斷為開放狀態(tài)，在比該基準電壓低的情況下判斷為非開放狀態(tài)。
[0015]在上述電火花線加工機的再一種實施方式中，從開放比例、和單位時間內的對于開放比例的放電比例以及短路比例的關系求放電比例，使用上述計數的每單位時間的施加次數和上述求得的放電比例求每單位時間的放電次數或者每單位距離的放電次數，其中，上述開放比例從上述施加次數計數單元計數的每單位時間的施加次數和上述開放計數單元計數的每單位時間的開放次數求。
[0016]可以從上述放電比例和上述短路比例和每單位時間的施加次數求每單位時間的放電次數和短路次數，求每單位時間的加工量或者每單位距離的加工量。
[0017]上述開放狀態(tài)判別單元，可以在上述停歇時間內，比較全波整流的極間電壓波形和預定的基準電壓，在比該基準電壓高的情況下判斷為開放狀態(tài)，另一方面，在比該基準電壓低的情況下判斷為非開放狀態(tài)。
[0018]根據本發(fā)明，能夠提供不容易受每一機械的極間電壓的檢測電路的波動影響的電火花線加工機?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0019]從參照附圖的以下的實施例的說明中可以明了本發(fā)明的上述以及其他的目的及特征。附圖中:
[0020]圖1是本發(fā)明的電火花線加工機的概略結構圖。
[0021]圖2是說明以一微秒以下的周期，在電壓施加和下一次電壓施加之間設置至少比該電壓施加的時間長的停歇時間，在線電極和被加工物之間(極間)施加正極性和反極性電壓的例子的圖。
[0022]圖3是說明電火花加工中在極間施加的電壓的波形的各種例子的圖。
[0023]圖4是表示使用圖2表示的極間電壓的施加方法的加工中的開放狀態(tài)的判別方法的圖。
[0024]圖5是表示從極間發(fā)生的電壓的檢測值判定該極間的開放狀態(tài)的判定電路、和計數用該判定電路判定的開放的次數的計數器的圖。
[0025]圖6是說明單位時間內的開放比例和單位時間內的放電比例加短路比例的關系的圖，
[0026]圖7是說明一般的高頻電壓的一例的圖。
【具體實施方式】
[0027]圖1是電火花線加工機的概略結構圖。在電火花線加工機內的電火花加工部中，在線電極I的行駛路徑內配置加工槽(未圖示)。加工槽灌滿加工液。線電極I和被加工物2通過作為加工電壓供給電纜的供電線5與作為線放電加工用的高頻電源裝置的加工電源4連接。
[0028]加工電源4具有直流電壓源41、構成橋電路的高速開關元件42、電流限制電阻43。加工電源4根據來自加工電源控制裝置8的指令，在線電極I和被加工物2之間的極間通過供電線5以及供電部6施加加工電源輸出。
[0029]加工電源控制裝置8從數值控制裝置9接受關于施加時間、停歇時間以及檢測時間的指令。加工電源控制裝置8根據來自數值控制裝置9的指令控制加工電源4。加工電源控制裝置8與檢測時間相對應地在每一施加周期中發(fā)生脈沖。此外，關于施加時間、停歇時間、以及檢測時間，使用圖2、圖4、圖5后述。
[0030]加工狀態(tài)檢測裝置7檢測在線電極I和被加工物2之間的極間發(fā)生的電壓。從在極間發(fā)生的電壓的檢測值使用圖5并通過后述的判定電路求出每單位時間的施加周期次數和開放次數。向數值控制裝置9發(fā)送這些求得的每單位時間的施加周期次數和開放次數的數據。
[0031]數值控制裝置9根據從加工狀態(tài)檢測裝置7發(fā)送的、每單位時間的施加周期次數和開放次數，控制伺服驅動裝置10。通過使用伺服驅動裝置10驅動伺服電動機(未圖示)，使線電極I和被加工物2相對移動，對于被加工物2進行電火花加工。
[0032]圖2是說明以一微秒以下的周期，在電壓施加和下一次電壓施加之間設置至少比該電壓施加的時間長的停歇時間，在線電極和被加工物之間(極間)施加正極性和反極反極性的兩極性的電壓的例子的圖。[0033]在圖2中，(I)表示圖1表示的高速開關元件42的導通指令。(2)是從加工電源4輸出的加工電源輸出的波形。(3)是通過⑵的加工電源輸出產生的、在極間施加的極間電壓的波形。在圖2中交互地施加正極性和反極性，但是正極性也可以連續(xù)兩次以上，反極性也可以連續(xù)兩次以上。在該方式中，因為在極間以及供電線5上存在寄生電容，所以在不發(fā)生放電的情況下電壓的降低為可忽略的程度。其結果，停歇時間中的電壓波形如圖2的
(3)所示為平坦狀，極間電壓的波形為梯形。
[0034]但是，即使在該梯形的極間電壓的波形中，區(qū)別短路和放電仍然是困難的。這是由于在短路時和在施加后達到電弧電壓后不久放電時兩者的電壓波形近似的緣故。亦即，向加工狀態(tài)檢測裝置7發(fā)送極間電壓的一對電纜中，其一在圖1的供電部6上安裝，其另一在固定被加工物2的工作臺(未圖示)上安裝，但是供電部6中的供電器(未圖示)和線電極I之間的接觸阻抗、線電極I自身的阻抗、線電極I和被加工物2之間的接觸阻抗、和被加工物2和工作臺之間的接觸阻抗成為極間的阻抗的主要的原因，這些阻抗隨頻率升高而增大。因此，特別在高頻下即使在短路時在極間也發(fā)生電壓，很難與放電時區(qū)別。作為判別是短路還是放電的方法的例子，設置某一放電判定電平，如果一次也不超過該放電判定電平則判斷為短路，即使超過一次也判別為放電(開放如后述能夠明確地判別)。
[0035]和極間的平均電壓同樣，因為在高頻下檢測電路的響應性或者部件特性的波動的影響大，所以如圖3的⑴中用虛線所示，需要把放電判定電平提高到短路時的波形的波動的影響不存在的電平，但是在圖3的(I)中的放電波形(b)或者放電波形(c)那樣的情況下，因為還有檢測電路的響應性或者部件特性的波動的影響，所以根據機械判定是短路或者判定是放電，雖然不像平均電壓那樣的程度，但是在每一機械的加工結果中產生差別。
[0036]因此，在本發(fā)明中使用在電壓施加和其次的電壓施加之間設置停歇時間施加高頻電壓的方法(參照圖2的(I))，從極間的電壓中僅檢測開放狀態(tài)(圖3的(2)中的極間電壓波形(e))，根據該檢測結果進行電火花線加工機的軸進給控制。本發(fā)明的電火花加工機通過采用該方式，不受上述那樣的檢測電路的波動的影響，在加工結果中不產生差異。
[0037]接著使用圖4說明圖2表示的使用極間電壓的施加方法的加工中的開放狀態(tài)的判別方法。這里把開始施加正極性或者反極性的電壓、停止施加電壓而到下次開始施加正極性或者反極性的電壓為止的時間作為一施加周期。設Vl是開放判定電平。Tl表示從施加開始的時點開始到一施加周期內的、進行開放判定的時點為止的時間。開放判定電平VI選擇電源電壓的50?60%左右最合適。在開放狀態(tài)下從施加開始的時點起到經過時間Tl的時點極間電壓的絕對值比判定電平Vl高，相反，在放電或者短路狀態(tài)下從施加開始的時點起到經過時間Tl的時點極間電壓的絕對值比判定電平Vl低。因此，為在施加高頻電壓時檢測開放狀態(tài)，如圖2那樣設置停歇時間的電壓施加方法非常有效。
[0038]此外，在圖4的(2)中，把從施加開始的時點起到經過時間Tl的時點作為一施加周期的結束時點，但是也可以如圖4的(3)所示,把從施加開始的時點起到經過時間Tl的時點不作為一施加周期的結束時點而是作為其前的停歇時間內的某個時點。
[0039]圖5圖示判定極間的開放狀態(tài)的判定電路的一例。
[0040]加工狀態(tài)檢測裝置7具有判定電路。極間電壓輸入至由第一、第二運算放大器71、72構成的差動放大電路，被放大或者衰減成規(guī)定電平。這里，對于第二運算放大器72輸入與第一運算放大器71極性相反的電壓。[0041]使通過由第一、第二運算放大器71、72構成的差動放大電路放大或者衰減后的極間電壓、和開放判定電平Vl輸入至比較器73、74，讀取從施加開始時點起到經過時間Tl的時點的第一、第二比較器73、74的輸出信號電平。如果第一、第二比較器73、74的至少一方的輸出成為高電平，則為開放；如果雙方都成為低電平，則為放電或者短路。圖4的(2)以及⑶表示的開放判定電平Vl在圖5中用基準電壓VR給出。第一、第二比較器73、74的各個的輸出輸入OR門75，它們的邏輯和從OR門75向AND門76輸出。給AND門76還輸入在各一施加周期內施加電壓后的停歇時間內預先設定的時點發(fā)生的脈沖。AND門76在第一比較器73或者第二比較器74判定為開放狀態(tài)的情況下輸出高電平的信號。第二計數器78計數從AND門76輸出的高電平的次數(即開放次數)。另一方面，通過第一計數器77計數在一施加周期中發(fā)生的脈沖的數來得到施加周期數。
[0042]通過用第二計數器78在每單位時間計數開放次數，向數值控制裝置9 (參照圖1)傳送其計數結果，數值控制裝置9能夠得到每單位時間的開放次數。同時通過用第一計數器77在每單位時間對施加周期次數進行計數，向數值控制裝置9傳送其計數結果，數值控制裝置9能夠得到每單位時間的施加周期次數。因此，能夠通過第二計數器78和第一計數器77計算與施加周期次數相對應的開放次數，即開放比例。另外，使用該每一單位時間的開放次數，能夠從下述(I)式以及(2)式近似求極間的平均電壓。
[0043]平均電壓N (電源電壓)X (每單位時間的開放次數)+ (每單位時間的施加次數)……⑴
[0044]平均電壓N ( 一施加周期的平均電壓)X (每單位時間的開放次數)+ (每單位時間的施加次數)......(2)
[0045]式中，一施加周期的平均電壓需要事前通過實驗求出與加工條件對應的值。在用上面的(I)式或(2)式計算的平均電壓中，現有技術中成為問題的每一機械的檢測電路的波動的影響非常小。因此，通過使平均電壓恒定那樣進行軸的進給，能夠得到對于每一機械無波動的均一的加工精度。
[0046]接著說明從開放比例求出放電次數和短路次數的方法。從實驗得出單位時間內的放電比例和短路比例可以根據單位時間內的開放比例近似決定的事實。而且知道該單位時間內的放電比例和短路比例的、與單位時間內的開放比例的關系幾乎不隨機械改變。此外，在實驗中，使用能夠高精度地測定的電壓波形測定器測定極間電壓，進行放電狀態(tài)的判別。從該事實出發(fā)，通過僅檢測可明確地判別的開放狀態(tài)，能夠推定每單位時間的放電次數和短路次數。
[0047]開放次數=施加次數X開放比例......(3)
[0048]放電次數=施加次數X放電比例......(4)
[0049]短路次數=施加次數X短路比例......(5)
[0050]此外，放電比例+短路比例=1-開放比例，
[0051] 從圖6的圖表中表示的“單位時間內的放電比例”的曲線、和測定的“單位時間內的開放比例”求出單位時間內的放電比例和短路比例。
[0052]如圖3的(I)的極間電壓波形(a)~(e)所示，在放電中也混有各種各樣的能量，一次放電的加工量并不恒定。根據這種情況，作為表示加工狀態(tài)的指標，也可以考慮使用通過下述的(6)式以及(7)式表示的量。它們近似地表示每單位時間的加工量。[0053](每單位時間的加工量)Nα X (每單位時間的放電次數)+ β X (每單位時間的短路次數)……(6)
[0054](每單位距離的加工量)N(每單位時間的加工量)+ (每單位時間的移動距離)……⑵
[0055]這里，(6)式中的α、β分別表示放電一次、短路一次對于加工的貢獻度，是通過實驗求的常數。一般β的值為0(零)。這些加工量因為在現有技術中成為問題的每一機械的檢測電路的波動的影響非常小，所以例如通過使每單位距離的加工量成為一定那樣進行軸的進給，能夠得到對于每一機械沒有波動的均一的加工精度。
[0056]因為這樣求 得的每單位時間的放電次數、平均電壓都在高頻以外，在歷來的用于高精度加工的軸進給控制中利用，所以能夠原樣不變地使用在過去積累的電火花線加工機的控制算法(軟件)。
【權利要求】
1.一種電火花線加工機，其向線電極和對該線電極隔開規(guī)定間隔配置的被加工物之間的極間施加高頻電壓，由此發(fā)生放電來加工被加工物，其特征在于，具有: 電壓施加單元，其以一微秒以下的周期，在電壓施加和下一次電壓施加之間設置比電壓施加時間長的停歇時間，在上述線電極和被加工物之間的極間施加正極性和反極性的兩極性的電壓； 極間電壓檢測單元，其檢測上述極間發(fā)生的極間電壓； 施加次數計數單元，其在每一單位時間計數通過上述電壓施加單元施加的電壓的施加次數； 開放判別單元，其根據通過上述極間電壓檢測單元檢測出的極間電壓，判別在施加電壓后未發(fā)生放電的開放狀態(tài)；和 開放次數計數單元，其在每一單位時間對上述開放判別單元判別的開放狀態(tài)進行計數， 根據開放比例和相對于預先求出的開放比例的放電比例以及短路比例的關系求出放電比例，使用上述計數的每單位時間的施加次數和上述求出的放電比例來求出每單位時間的放電次數、每單位距離的放電次數、每單位時間的短路次數、每單位距離的短路次數中的至少一個，其中，根據上述施加次數計數單元計數的每單位時間的施加次數和上述開放計數單元計數的每單位時間的開放次數求出上述開放比例。
2.根據權利要求1所述的電火花線加工機，其特征在于， 根據上述放電比例、上述短路比例和每單位時間的施加次數求出每單位時間的放電次數和短路次數，從而求出每單位時間的加工量或者每單位距離的加工量。
3.根據權利要求1或2所述的電火花線加工機，其特征在于，上述開放判別單元，在上述停歇時間內，比較全波整流的極間電壓波形和預定的基準電壓，在比該基準電壓高的情況下判斷為開放狀態(tài)，另一方面，在比該基準電壓低的情況下判斷為非開放狀態(tài)。
【文檔編號】B23H1/02GK103949733SQ201410200320
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2011年8月24日 優(yōu)先權日:2010年8月26日
【發(fā)明者】川原章義, 村井正生, 古田友之 申請人:發(fā)那科株式會社