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技術 ワイヤ放電加工機における放電すきま検出装置

出願人 株式会社ミツトヨ
発明者 原外満古賀聡
出願日 2001年3月8日 (19年11ヶ月経過) 出願番号 2001-064433
公開日 2002年9月17日 (18年5ヶ月経過) 公開番号 2002-263959
状態 未査定
技術分野 放電加工、電解加工、複合加工
主要キーワード 加工性状 電流直流電源 パルス状放電 感応抵抗 非接触検出 溶融痕 溶解痕 強制開放
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2002年9月17日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

課題

このようなワイヤ状放電電極被加工物間のすきまに直接影響するワイヤ揺れを正確に検出できるワイヤ放電加工機における放電すきま検出方法を得るにある。

解決手段

懸架されたワイヤ状放電電極を長さ方向へ走行させながら、ワイヤ状放電電極と被加工物間にパルス電圧印加して放電を生じさせ、前記被加工物を部分的に溶解・加工する放電加工機において、前記ワイヤ状放電電極の走行時のワイヤの揺れを検出する非接触検出手段を有し、この検出手段からの情報から放電点における前記ワイヤ状放電電極と前記被加工物間のすきまを推定し、前記すきまが過小であるときは放電を起こさないようにすると共に被加工物をワイヤ状放電電極より遠ざけ、前記すきまが過大である時は、すきまの位置を前記ワイヤ状放電電極に近づけて、すきまの適切化を図る。

概要

背景

ワイヤ状放電電極被加工物間に生じる放電で被加工物を部分的に溶解・加工するワイヤ放電加工機においては、ワイヤ揺れは放電の安定性に大きく影響する。すなわち、ワイヤ状放電電極と被加工物とが機械的に接触すれば打痕ができる。またワイヤ状放電電極と被加工物間の距離が狭すぎると短絡を起こし、過度放電電流が過大な放電溶解痕を発生させ、逆に広すぎると、放電が発生せず加工能率が低下する。このようにワイヤの揺れは放電加工における重要な要素であるにもかかわらず、従来はこの揺れの処置に言及したものは見当たらない。

概要

このようなワイヤ状放電電極と被加工物間のすきまに直接影響するワイヤの揺れを正確に検出できるワイヤ放電加工機における放電すきま検出方法を得るにある。

懸架されたワイヤ状放電電極を長さ方向へ走行させながら、ワイヤ状放電電極と被加工物間にパルス電圧印加して放電を生じさせ、前記被加工物を部分的に溶解・加工する放電加工機において、前記ワイヤ状放電電極の走行時のワイヤの揺れを検出する非接触検出手段を有し、この検出手段からの情報から放電点における前記ワイヤ状放電電極と前記被加工物間のすきまを推定し、前記すきまが過小であるときは放電を起こさないようにすると共に被加工物をワイヤ状放電電極より遠ざけ、前記すきまが過大である時は、すきまの位置を前記ワイヤ状放電電極に近づけて、すきまの適切化を図る。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

懸架されたワイヤ状放電電極を長さ方向へ走行させながら、ワイヤ状放電電極と被加工物間にパルス電圧印加して放電を生じさせ、前記被加工物を部分的に溶解・加工する放電加工機において、前記ワイヤ状放電電極の走行時のワイヤ揺れを検出する非接触検出手段を有し、この検出手段からの情報から放電点における前記ワイヤ状放電電極と前記被加工物間のすきま推定し、前記すきまが過小である時は、放電を起こさないようにすると共に被加工物をワイヤ状放電電極より遠ざけ、前記すきまが過大である時は、被加工物の位置を前記ワイヤ状放電電極に近づけて、すきまの適切化を図ることを特徴とするワイヤ放電加工機における放電すきま検出方法

請求項2

請求項1記載のワイヤ放電加工機における放電すきま検出方法において、ワイヤ状放電電極の揺れを検出する検出手段は、電気的には良導体固定基板からは電気的に絶縁された状態で放電発生点の近傍の両側に位置された一対のプーリガイドと、これらのプーリ状ガイドに設けた溝にワイヤを緊張状態で懸架することによって前記ワイヤ状放電電極の位置を限定し、かつ両プーリ状ガイドとこの間のワイヤ状放電電極とからなる閉ループ電流を流し、前記両プーリ状ガイドの間であって放電電流の発生する磁場には影響を受けずかつ前記閉ループに流す電流の発生する磁場にのみ感応する場所に位置されかつワイヤ状放電電極の磁場の強弱を検出できるように同ワイヤ状放電電極に接近配置された磁場センサとを有し、前記ワイヤ状放電電極と前記磁場センサとのすきまの磁場変化を捕らえることを特徴とする放電加工機における放電すきま検出装置

請求項3

磁場の強弱を検出する磁場センサはGMR素子であることを特徴とする請求項2記載の放電加工機における放電すきま検出装置。

請求項4

前記閉ループ電流は、変調を作用させた高周波電流とし、前記磁場センサの出力高周波信号復調して得られた復調信号の強弱により、ワイヤ状放電電極の揺れを検出することを特徴とする請求項2記載の放電加工機における放電すきま検出装置。

技術分野

0001

本発明はワイヤ状放電電極被加工物間にパルス電圧印加して放電を生じさせ、前記被加工物を部分的に溶解・加工する放電加工機に関し、特に、懸架されたワイヤ状放電電極を長さ方向へ走行させながら、常に新しい電極面を放電発生点とするワイヤ放電加工機の放電すきま検出部に関する。

背景技術

0002

ワイヤ状放電電極と被加工物間に生じる放電で被加工物を部分的に溶解・加工するワイヤ放電加工機においては、ワイヤ揺れは放電の安定性に大きく影響する。すなわち、ワイヤ状放電電極と被加工物とが機械的に接触すれば打痕ができる。またワイヤ状放電電極と被加工物間の距離が狭すぎると短絡を起こし、過度放電電流が過大な放電溶解痕を発生させ、逆に広すぎると、放電が発生せず加工能率が低下する。このようにワイヤの揺れは放電加工における重要な要素であるにもかかわらず、従来はこの揺れの処置に言及したものは見当たらない。

発明が解決しようとする課題

0003

本発明の目的は、このようなワイヤ状放電電極と被加工物間のすきまに多大な影響を与えるワイヤの揺れを正確に検出できるワイヤ放電加工機における放電すきま検出方法を得るにある。

課題を解決するための手段

0004

この目的を達成するため、本発明は、懸架されたワイヤ状放電電極を長さ方向へ走行させながら、ワイヤ状放電電極と被加工物間にパルス電圧を印加して放電を生じさせ、前記被加工物を部分的に溶解・加工する放電加工機において、前記ワイヤ状放電電極の走行時のワイヤの揺れを検出する非接触検出手段を有し、この検出手段からの情報から放電点における前記ワイヤ状放電電極と前記被加工物間のすきまを推定し、前記すきまが過小であるときは放電を起こさないようにすると共に被加工物をワイヤ状放電電極より遠ざけ、前記すきまが過大である時は、すきまの位置を前記ワイヤ状放電電極に近づけて、すきまの適切化を図るワイヤ放電加工機における放電すきま検出方法を提案するものである。

0005

後述する本発明の好ましい実施例の説明においては、
1)ワイヤ状放電電極の揺れを検出する前記検出手段は、電気的には良導体固定基板からは電気的に絶縁された状態で放電発生点の近傍の両側に位置された一対のプーリガイドと、これらのプーリ状ガイドの間であって放電電流の発生する磁場には影響を受けずかつ前記閉ループに流す電流の発生する磁場にのみ感応する場所に位置されかつワイヤ状放電電極の磁場の強弱を検出できるように同ワイヤ状放電電極に接近配置された磁場センサとを有し、前記両プーリ状ガイドに設けた溝にワイヤを緊張状態で懸架することによって前記ワイヤ状放電電極の位置を限定し、かつ両プーリ状ガイドとこの間のワイヤ状放電電極とからなる閉ループに電流を流し、前記ワイヤ状放電電極と前記磁場センサとのすきまの磁場変化を捕らえる放電加工機における放電すきま検出装置
2)磁場の強弱を検出する磁場センサはGMR素子であるもの、
3)前記閉ループ電流は、変調を作用させた高周波電流とし、前記磁場センサの出力高周波信号復調して得られた復調信号の強弱により、ワイヤ状放電電極の揺れを検出する放電加工機における放電すきま検出装置
が説明される。

発明を実施するための最良の形態

0006

図1は本発明の第1実施例によるワイヤ放電加工機要部の概念を示し、ワイヤ状放電電極Dは電気的絶縁体である支持基板1に取付けられた一対のプーリ状ガイド2とプーリ状ガイド3との間に緊張状態で懸架され、この緊張状態を保って略一定の速度で矢印方向に走行される。すなわち、これらのプーリ状ガイド2及びプーリ状ガイド3はワイヤ状放電電極Dを落し込めるガイド溝2a,3aを外周面に形成された耐摩耗性導電材料でできており、それらの支持軸2b,3bを介して回転しないように支持基板1にそれぞれ固定されている。

0007

また、ワイヤ状放電電極Dはこれらのプーリ状ガイド2とプーリ状ガイド3との間に略一定の張力で懸架してあり、図示を省略する送り装置で矢印方向に略一定の速度で送られるが、これらのプーリ状ガイド2とプーリ状ガイド3との略中間には、可動台4に固定された被加工物Wが位置され、この被加工物Wとワイヤ状放電電極Dとの間にはパルス発生器5からパルス電圧が印加され、被加工物Wとワイヤ状放電電極Dとの間で放電が行われ、被加工物Wが部分的に溶解されて加工が行われる。この場合、パルス発生器5の出力端子の一方は被加工物Wに直接に結合されるが、走行するワイヤ状放電電極Dに対しては導電体であるプーリ状ガイド3を介して、または、ブラシ6を介してパルス発生器5からのパルス電圧が間接的に与えられる。

0008

図1から図3に示された本発明の第1実施例では、プーリ状ガイド2とプーリ状ガイド3との間に定電流直流電源Eが設けられ、この定電流直流電源Eからプーリ状ガイド2、両プーリ状ガイド2とプーリ状ガイド3との間のワイヤ状放電電極Dの部分、プーリ状ガイド3を通って1A程度のワイヤ変位検出用電流iが印加される。この場合、ワイヤ状放電電極D自体が良導電体であり、抵抗が低いために、電力損失は微々たるものであり、このために加工性状に影響を与えることはない。

0009

本発明においては、走行するワイヤ状放電電極Dの振れを検出するため、非接触の磁場センサがプーリ状ガイド2とプーリ状ガイド3との間のワイヤ状放電電極Dに臨んで設けられる。すなわち、図示例の場合、この磁場センサとしては、感度がきわめて高く、直流から高い周波数まで良好な平坦特性をもったGMR素子7(巨大磁気抵抗素子Gyant Magnetic Resistance 素子)が用いられる。つまり、プーリ状ガイド2とプーリ状ガイド3との間に張架されたワイヤ状放電電極Dに着目した場合、パルス発生器5からの加工電流は被加工物Wの下流側には流れるけれども、その上流側には流れないから、GMR素子7は同加工電流の流れない側、すなわちプーリ状ガイド2と被加工物Wとの間のワイヤ状放電電極Dに僅かに離間させて対向配置される。

0010

プーリ状ガイド2と被加工物Wとの間のワイヤ状放電電極Dには、ワイヤ検出電流iが流れ、同ワイヤ状放電電極Dの部分にはワイヤ検出電流iによる磁場が生じ、磁場の強さは、GMR素子7とワイヤ状放電電極Dとの距離に反比例し、ワイヤ変位検出用電流に比例する。したがって、ワイヤ変位検出電流iを一定にしておけば、GMR素子7の出力電圧は、GMR素子7の検出面とワイヤ状放電電極Dとの距離に対応したものとなる。一般的にはこの相関は、一次関数であり、前記GMR素子7とワイヤ状放電電極Dの距離に、オフセット加算(または減算)し定数掛けることで、前記被加工物とワイヤ状放電電極Dとのすきまを簡単に求めることができる。なお、ワイヤ状放電電極Dと被加工物Wとは互いに直角に配置されるので、被加工物Wを流れる加工電流が発生する磁場はGMR素子7にとって感応しない向きとなる。したがって、加工電流が変位信号に悪影響を与えることはない。

0011

図3はGMR素子7を直流駆動する場合の駆動・検出回路であり、直流電源電圧がGMR素子7に印加され、磁場感応抵抗を含むブリッジで構成するGMR素子7の信号がオペアンプ8で増幅処理され、リニアライザ9を通すことによって出力電圧VX が得られる。そして、GMR素子7の検出回路16の出力電圧VX をコンパレータ10で基準電圧11と比較し、同出力電圧VX が基準電圧よりも大きな場合、パルス発生器5の出力ゲートに組み込む開閉スイッチ12を強制開放し、被加工物Wを支持する可動台4を駆動する駆動モータ13のモータドライバ17に信号が与えられ、駆動モータ13により被加工物Wがワイヤ状放電電極Dから離間されて、放電溶解痕の発生が防止される。前述したワイヤ変位検出電流を一定化するには、演算増幅素子等を用いた電流負帰還回路が一般的であるが、簡単には図1のように定電圧電源eと抵抗の直列接続で済ませることができる。流れる電流iは、定電圧源の電圧をe、直列に接続される抵抗の抵抗値をRとすれば、e/Rで与えられる。この場合、プーリ状ガイド2、プーリ状ガイド3、ワイヤ状放電電極Dの抵抗は充分に低いので無視できる。

0012

図2はワイヤ状放電電極D、プーリ状ガイド2、プーリ状ガイド3、GMR素子7を含む面と直角な方向から見た拡大図であるが、同図プーリ状ガイドから理解されるように、GMR素子7の場所におけるワイヤ状放電電極Dに流れる電流の作り出す磁場Hは次式で与えられる。
ID=000003HE=015 WI=050 LX=1250 LY=2600
ただし、x GMR素子7とワイヤ状放電電極Dとのすきま
ε0 空気の誘導率
C 光の速度
iワイヤに流れる電流(e/R)
したがって、GMR素子7と後段の検出回路は、磁場Hに比例した次の電圧VX を出力する。
VX =定数× H
この定数は、GMR素子7そのものの感度や後段の検出回路16の利得に依存するものであるが、磁場Hがすきまxの関数であるから、VX を測定すれば、すきまxを知ることができるわけである。

0013

このようにして得られたすきま信号VX が、ある決められた基準電圧以下であれば、ワイヤ状放電電極Dと被加工物W間は短絡状態かまたは短絡に至る可能性が高いとみなして、放電加工のためのパルス電圧を遮断できる。具体的には、すきま信号VX と、放電加工状態の観察に基づき設定される基準電圧とをコンパレータ10によって比較し、その出力でパルス発生器5の出力ゲートに設ける出力スイッチ12がON/OFされる。同時に、モータドライバ17に対してすきまxを大きくするように移動指令が行われる。

0014

図4及び図5は、前述した直流電源の代わりに高周波電源を使用した場合の本発明の第2実施例を示す。この高周波電源を用いる本発明の第2実施例は、加工のための、ワイヤ状放電電極Dと被加工物Wとの間に印加するパルス電圧によって流れるパルス状放電電流は常に大きく10A〜100A程度であり、前記ワイヤ状放電電極Dのすきまxの検出のために用いる電流iよりも桁違いに大きいことに着目してなされたものである。つまり、この巨大電流はGMR素子7に対して場所的に近いところで発生するために、定電流直流電源は簡単ではあるものの誤検出を起こす可能性を完全には排除できないからである。

0015

前述した直流電源を高周波電源に置き換えた第2実施例について述べると、GMR素子7から得られる高周波信号を侠帯域同調回路を介して検出すれば、耐ノイズ性の強い検出装置を得ることができる。この際、高周波電源に変調をかけ、GMR素子7で検出される、(変調された)高周波電流から元の変調信号を復調することも容易にできる。これによって耐ノイズ性をさらに向上させることができる。

0016

図5は、GMR素子7を高周波駆動する場合の駆動回路とその後段の検出回路を示す。この図では高周波電源に振幅変調をかける方式を示しており、この振幅変調は公知のものでよく実現は極めて簡単である。高周波電源22は数MHzから数100MHzの搬送波を出力する。一方変調波信号23は数KHzから数100KHzで、高周波電源22の搬送波周波数より低い一定周波数fmとする。変調器24はこれら二つの信号を掛け算し、搬送波に変調波信号を重畳させる。

0017

復調は、同調回路25によって(振幅変調された)搬送波を取り出し、ダイオード26によって搬送波から変調信号を得る。その後段に、中心周波数が前記fmであるバンドパスフィルタ27を接続する。通常帯域幅は狭い方が耐ノイズ性は向上するが、ワイヤの揺れの最高周波数成分よりも充分に広くする必要がある。その後オペアンプ28とリニアライザ29を通すことによって、すきまxにリニアに対応したすきま信号VX を得ることは、直流駆動の場合と同様である。

発明の効果

0018

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ワイヤ状放電電極と被加工物間のすきまがある決められた値以下の場合に、放電加工を行なうためのパルス電圧を印加しないことによって、短絡状態または短絡に至りやすい状態の時の放電を回避できる。また、本発明によれば、前記すきまを適切な値に維持することができるので、ワイヤ状放電電極Dと被加工物Wとの接触による打痕の生成をなくし、放電不能の状態を回避し、生産性低下を防せいで、一様な放電溶融痕を生成でき、放電加工面の表面粗さを改良できる。

図面の簡単な説明

0019

図1本発明を施したワイヤ放電加工機の概念図である。
図2同ワイヤ放電加工機の放電すきま検出部の要部拡大説明図である。
図3直流駆動されるGMR素子の駆動・検出回路である。
図4高周波駆動される場合の図2相当説明図である。
図5高周波駆動されるGMR素子の駆動・検出回路である。

--

0020

Dワイヤ状放電電極
E 定電流直流電源
W被加工物
e直流電源
1支持基板
2プーリ状ガイド
3 プーリ状ガイド
4可動台
5パルス発生器
7GMR素子
8オペアンプ
10コンパレータ
11基準電源
12開閉スイッチ
14モータドライバ
16検出回路
22高周波電源
23変調波信号
24変調器
25同調回路
26ダイオード
27バンドパスフィルタ
28 オペアンプ
29 リニアライザ

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