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JP4339601B2 - Electric discharge state detection method and electric discharge machine - Google Patents
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JP4339601B2 - Electric discharge state detection method and electric discharge machine - Google Patents

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  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Description

【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、放電状態検出方法及び放電加工機、特にマイクロ波放電加工をする際に適用して好適な、放電状態検出方法及び放電加工機に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、放電加工機によりワークを加工する際には、加工時における放電を安定させたいという要望が強い。そのためには、放電加工時の3状態、つまり▲1▼無放電、▲2▼加工に寄与する放電、▲3▼短絡の各状態を、それぞれ確実に捉えることが重要であり、中でも特に▲2▼の放電状態において加工速度に関連する情報を検知することが重要である。
【0003】
加工速度に影響する因子には、ピーク電流、パルス時間幅、平均電流があり、これらをパラメータにした加工速度の計算式が公表されている(例えば、非特許文献1参照)。
【0004】
従来より、最も普通に行なわれている加工速度に関連する情報を検知する方法には、平均電流をモニタする方法がある。この方法は、非特許文献1に記載されている式に従えば、加工速度も把握できるし、短絡状態も確実に検知することができる。
【0005】
【非特許文献1】
「放電加工技術−基礎から将来展望まで」第31頁、斎藤長男他3名共著、1997年9月30日、日刊工業新聞社発行
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記平均電流をモニタする方法の場合には、電流検出回路の時定数が問題となる。即ち、放電は1秒当り数万回から数十万回という非常に速いパルスの繰り返しで発生させるのに対し、モニタされる電流の平均化時定数は、0.01秒〜1秒程度となる。つまり、この方法は、短絡頻度が低く放電が一定強度で数秒間継続する場合、例えば荒加工のような加工速度の大きい場合には有効であるが、放電状態が時々刻々と頻繁に変化するような対象の場合には、変化に直ぐに追従できないという問題がある。
【0007】
なお、他にも、パルス印加から放電開始までの時間、即ち放電パルス1回毎に放電に至るまでの時間を測定する方法がある。しかし、この方法は、放電ギャップ長と放電ギャップ中の加工屑の濃度に左右されるため、加工速度とは何の関係も見出せず、単に放電であったか短絡であったかの区別しかできない。
【0008】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、放電と短絡とが頻繁に入り混じり、放電状態が頻繁に変化する場合でも、加工に寄与する放電を正確に検出し、放電の強弱を監視することができる放電状態検出方法を提供することを第1の課題とする。
【0009】
本発明は、又、上記放電状態検出方法を適用することにより、安定した放電加工を実現できる放電加工機を提供することを第2の課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、放電状態検出方法において、パルス電源より発生するパルス電圧を、該電源に2本のリード線を介してそれぞれ接続されたワークと電極との間に形成されるギャップに印加して放電させ、該ギャップ位置の前記ワークを放電加工する際、前記2本のリード線及びワークと電極とで形成されるループに沿って、それぞれ開放端を有し、且つ電磁的に結合された二つの環状の導体からなる、2回路のループアンテナを配設すると共に、各ループアンテナの前記開放端にそれぞれ負荷抵抗を接続し、前記二つのループアンテナにそれぞれ接続された負荷抵抗の少なくとも一方を、放電だけに感応し、短絡には感応しない値に調節し、一方のループアンテナの負荷抵抗両端に発生する高周波電圧を検波し、検波された高周波電圧の発生頻度を計数して、該発生頻度に基づいて放電状態を検出することにより、前記第1の課題を解決したものである。
【0011】
即ち、本発明においては、放電加工時における放電時に発生する高周波の発生頻度を検出できるようにしたので、加工に寄与した放電だけをカウントし、所定の単位時間内におけるカウント数であるカウント密度をもって放電の強度とし、放電の強弱を監視することが可能となる。このような放電強度のモニタ値は、加工速度と極めて相関が強いため、加工状態を正確に把握することが可能となる。
【0013】
請求項の発明は、請求項1の放電状態検出方法において、前記ループアンテナに接続された負荷抵抗両端に発生する高周波電圧を、ベース接地されたトランジスタにより検波するようにしたものである。
【0014】
請求項の発明は、請求項1の放電状態検出方法において、前記ループアンテナに接続された負荷抵抗両端に発生する高周波電圧を、バイポーラロジックICによって検波し、且つ該ICによりロジックレベルに変換するようにしたものである。
【0015】
請求項の発明は、請求項1の放電状態検出方法において、前記ループアンテナに接続された負荷抵抗両端から検波された信号を、別途定める周波数で連続的にリフレッシュされるカウンタに入力し、該カウンタによるリフレッシュ直前の計数値を前記高周波電圧の発生頻度とするようにしたものである。
【0016】
請求項の発明は、請求項の放電状態検出方法において、前記カウンタのリフレッシュ直前の計数値をDA変換器によってアナログ値に変換し、変換後のアナログ電圧に基づいて放電発生頻度を判定することを特徴とするようにしたものである。
【0017】
請求項の発明は、放電加工機において、請求項1乃至のいずれかに記載の放電状態検出方法を適用して、計数された高周波電圧の発生頻度に基づいて、前記ワークと電極との間の放電ギャップを調整する駆動手段に帰還を施す制御手段を備えたことにより、前記第2の課題を解決したものである。
【0018】
請求項の発明は、請求項の放電加工機において、放電ギャップを調整する前記駆動手段が、前記ワークを装着可能な、位置検出機能を有するワーク装着手段から出力される位置信号に、請求項における前記アナログ電圧を重畳させて得られる制御信号に基づいて、前記制御手段により駆動制御されるようにしたものである。
【0019】
請求項の発明は、請求項の放電加工機において、前記駆動手段が、前記ワーク装着手段を1軸方向に移動させるモータであるようにしたものである。
【0020】
請求項の発明は、請求項の放電加工機において、放電ギャップを調整する前記駆動手段が、前記ワークを装着可能な、位置検出機能を持たないアクチュエータであり、該アクチュエータが、請求項における前記アナログ電圧に基づいて、前記制御手段により駆動制御されるようにしたものである。
【0021】
請求項10の発明は、請求項の放電加工機において、前記アクチュエータが、移動テーブル又は固定台に取付けられた圧電素子であるようにしたものである。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0023】
図1には、本発明に係る第1実施形態の放電加工機の全体構成の概要を示す。本実施形態の放電加工機には、パルス電圧を時間幅を制御して発生することができる直流パルス化電源(パルス電源)10と、該パルス電源10のプラス極と加工対象であるワークWとを電気的に接続する+リード線12Aと、該パルス電源10のマイナス極と加工用電極14とを接続する−リード線12Bとを備え、パルス電源10からパルス電圧を、ワークWと電極14との間に形成されるギャップに印加して放電を生じさせ、該ギャップに位置するワークWを部分的に溶解させることにより、該ワークWに対する放電加工を行なうことができるようになっている。
【0024】
又、この放電加工機では、上記+リード線12A及びワークWと、−リード線12B及び電極14とで形成されるループに沿って、円環状の導体を電磁的に密に結合させた二重(2回路)のループアンテナ16が配設されている。この二重ループアンテナ16は、図2(A)に拡大して模式的に示すように、それぞれ開放端を有する2本の円環状の導体からなるループアンテナ16Aと16Bとで構成され、各ループアンテナ16A、16Bの開放端にはそれぞれ固定抵抗R1と可変抵抗R2からなる負荷抵抗が接続されている。そして、一方の固定側の負荷抵抗R1の両端には、加工時に発生する高周波電圧を検波する検波手段18が接続されていると共に、該検波手段18により検波された高周波電圧を計数するカウンタ20と、該カウンタ20から出力される計数信号を、アナログの放電強度信号に変換するDA変換器22とが設置され、該変換器22から出力される信号が、前記ワークWを装着するワーク装着手段24が有する移動テーブル24Aの駆動制御部に出力され、該ワークWと電極14とのギャップが適切に制御されるようになっている。
【0025】
この放電加工機について更に詳述すると、前記二重ループアンテナ16は、+リード線12A・ワークW・電極14・−リード線12Bからなる前記ループに沿って括り付ける(配設する)ことにより、ワークWと電極14の間で放電が起きたときの高周波成分のみを検出することが可能となっている。このように、2つのループアンテナ16A、16Bを用いることにより、後の信号処理の自由度を増やすことができる。又、この2つのループアンテナ16A、16Bは、信号の同一性を確保するために電磁的に密に結合させる必要があるため、バイファイラー巻にすることが有効である。
【0026】
又、この二重ループアンテナ16では、一方(固定側)のループアンテナ16Aに接続されている負荷抵抗R1の両端から信号を検波して放電発生時の検出信号とするが、その際可変側の負荷抵抗R2を調整することにより、加工に寄与する放電だけに感応し、短絡には感応しないようにすることができる。なお、負荷抵抗の調整は、検波側で調整しても、両方で調整しても良いことは言うまでもない。
【0027】
又、この検波信号が入力される前記カウンタ20は、一定時間間隔で後述するリフレッシュ信号が入力され、リフレッシュされるようになっているため、この時間間隔で発生する放電回数を計数することになり、この計数値が前記DA変換器22を通してアナログ電圧に換算されるようになっている。
【0028】
このDA変換器22の出力は、放電発生頻度を表わし、この発生頻度が少ない場合には放電ギャップが狭くなる方向に、逆に発生頻度が多すぎる場合には放電ギャップが広くなる方向に、前記移動テーブル24Aを動かす帰還(フィードバック)をかける制御が実行される。この制御については後述する。
【0029】
前記図2(B)には、前記パルス電源10により、周期Tでパルス幅tpのパルス電圧を印加した場合に、ループアンテナ16に誘起され、検波されたオシログラフの波形を示す。この図に示されるように、加工に寄与する放電とそれ以外の状態とが明確に区別できることが分る。即ち、上述したように放電状態が明確に区別できるように可変抵抗R2の値を決めている。この例では、同図(A)に併記したように、各ループアンテナ16A、16Bの負荷抵抗R1、R2として、いずれも47Ωとすることにより、ちょうど良い峻別性が得られた。これらの抵抗値は、大きくすると短絡時の波形が大きくなって具合が悪く、逆に小さくすると加工に寄与する放電の波形も小さくなるため、適切な値に調整することが重要である。
【0030】
図3に、検波手段18を構成する具体的な回路の例を示す。パルス幅は1nsecと狭いために、一般的な高速ダイオードでは上手く検波できない。そこで、トランジスタによるベース接地回路を利用している。このようなベース接地動作のトランジスタとしては、一般に市販されている6GHz程度のものを利用できる。又、ここでは閾値Vthを設けて、入力波形をスライスするようになっている。なお、検波出力は、高速コンパレータを介してロジックICへ接続するべきであるが、バイアス条件をマッチさせれば、このままでもロジックICへ接続可能である。
【0031】
図4(A)には、検波手段18の他の例として、一般に市販されているJKフリップフロップからなるバイポーラロジックIC18Aを使って検波し、且つ同一のICによりそのままロジックレベルに変換する場合を示す。
【0032】
このロジックIC18Aの内部には、入力側に前記ベース接地回路と非常によく似た回路を備えているため、図3に示す回路は不要である。又、このようにフリップフロップを使うことによりチャタリングを防止できる利点もある。
【0033】
又、図4(B)には、このバイポーラロジックIC18Aにより検波され、デジタル化された放電時の信号の例を示すように、放電発生の頻度が正確に検出されることが分かる。
【0034】
図5(A)には、前記バイポーラロジックIC18Aにより検波された高周波信号をカウント密度(リフレッシュ時間毎の放電発生頻度)に変換する機能部分を具体的に示す。このロジックIC18Aに形成されているフリップフロップの出力周波数は、放電が全て加工に寄与する放電であったとしても、最大で前記パルス電源10が発生するパルスレートの半分になる。そこで、カウンタ20には、タイムインターバル発生器26からこの最高周波数の概ね1/100の周波数でリフレッシュ信号を出力し、該カウンタ20を定期的にリフレッシュさせ続ける。なお、ここで設定するリフレッシュ周波数は、低すぎると応答が遅くなる。逆に、高すぎて最高周波数に近くなると放電発生密度の検出分解能が粗くなる。
【0035】
具体例としては、カウンタ20が7bit、パルス電源10が発生するパルスレートが600キロパルス/秒、リフレッシュ周波数が2.5kHzを挙げることができる。この場合には、更新(リフレッシュ)間隔が0.4msec、放電密度の最大検出値と最小検出値の比が127となる。
【0036】
このような条件下で実際に検出して得られた、カウンタ20への入力波形とDA変換器22からの出力波形との関係を同図(B)に対応させて示したように、加工に寄与する放電の発生密度をアナログ電圧信号として確実に捉えることができ、変換後のアナログ電圧の大小に基づいて放電発生頻度を判定することができることが分かる。
【0037】
図6には、前記DA変換器22から出力される放電発生密度に基づいて、前記ワーク装着手段24が有する1軸移動テーブル24Aを矢印方向に進退動させるモータ(駆動手段)28をフィードバック制御する制御手段の概要を示す。
【0038】
ワーク装着手段24は、ワークの装着が可能な移動テーブル24Aと共に固定テーブル24Bを有し、該移動テーブル24AにワークWを装着して移動させると、該テーブル24Aに付設されているスケール24Cが、固定テーブル24Bに取り付けられている位置検出ヘッド24Dにより読み取られ、移動量が検出されるようになっている。そして、上記位置検出ヘッド24Dによる検出信号は増幅器30を介してテーブル位置信号として重畳器32に出力される。
【0039】
この重畳器32では、入力された位置信号と、前記DA変換器22から時定数を考慮して入力される放電発生密度の電圧信号とが重畳され、その結果がモータドライバ34に出力されることにより、前記モータ28が駆動制御され、電極14とワークWの間の放電ギャップが適切に調整されるようになっている。
【0040】
即ち、重畳器32では、DA変換器22の出力を図示しない目標値と比較し、その結果に基づいて増幅器30から入力される位置信号に、該変換器22の出力を加算又は減算した信号を、前記モータドライバ34に出力することにより、DA変換器22の出力が目標値より上昇したときに放電ギャップが広くなる方向へ、逆のときは狭くなる方向へ、移動テーブル24Aを動かすことにより、適切な放電ギャップに維持できるようになっている。
【0041】
上記時定数は、移動テーブル24Aの制御性能に合わせて、例えば0.03秒とすることができる。このように、DA変換器22の後に大きな時定数を挿入し、テーブル24Aの運動性能と整合させることにより、放電ギャップを適切に制御することができる。その結果、マイクロ波放電加工の場合は、従来の平均電流方式では電流値そのものが小さく放電が不安定であったが、安定性を大幅に改善することができた。
【0042】
以上詳述した本実施形態によれば、加工に寄与する放電と短絡とが頻繁に入り混じるような放電加工時でも、放電を正確に検出することができる。従来の平均電流方式では、このような場合は、放電電流が大きいと見なされてしまう。
【0043】
又、カウント数を更新するための基準時間は設定自由度が大きく、放電パルスレートを考慮して決めることができる。具体的には、0.000001秒〜0.001秒で任意であり、平均電流方式の場合より数桁速くできる。
【0044】
従って、放電強度を検出してモニタすることにより、そのモニタ値(放電発生密度)を使って放電ギャップを制御する前記図6等に示したシステムを構築するようにしたことにより、従来よりも応答を極めて速くすることができるため、放電強度を安定させることができた。特に、マイクロ放電加工機より鏡面加工を行なう場合においては、ピーク電流を極限まで低くして加工しなければならないため、短絡が起き易いので有効である。
【0045】
又、応答性を自由に決められるので、遅いギャップ制御システムには遅い対応も可能であり、従来の放電加工機にもそのまま搭載可能である。
【0046】
図7には、本発明に係る第2実施形態の放電加工機の要部を示す。
【0047】
本実施形態では、前記図6に示したような移動テーブル(移動台)24Aに取り付けられているアクチュエータ(駆動手段)36にワークWを装着すると共に、DA変換器22の出力が比較器32Aに入力され、図示しない目標値と比較され、その偏差信号がアクチュエータドライバ38にフィードバックされ、該偏差が0になるようにアクチュエータ36を駆動し、ワークWを移動させることにより、放電ギャップが適切に調整されるようになっている。なお、アクチュエータ36は移動機能がない固定台に取り付けるようにしてもよい。
【0048】
本実施形態は、前記図6に示したような、質量が大きいテーブルを移動させる必要がない場合に好適である。例えば、マイクロ放電の場合は、移動距離としては10μmもあれば十分であるので、このような微小な距離を変位させるには、例えば圧電素子のようなアクチュエータ36の方が適している。又、マイクロ放電の場合は、ワークWが小さいために質量も小さいので、応答周波数はアクチュエータ36の性能限界まで振らせることが可能である。
【0049】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、加工に寄与する放電と短絡とが頻繁に入り混じり、放電状態が頻繁に変化する場合でも、加工に寄与する放電状態を正確に検出することができる。
【0050】
従って、検出された放電状態をモニタし、そのモニタ値に基づいて放電加工機の駆動部を制御することにより、加工電極とワークとのギャップを適切に制御することが可能となることから、加工精度を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1実施形態の放電加工機の概要を示す説明図
【図2】高周波電圧を検出する二重ループアンテナの一例と、その特徴を示す線図
【図3】高周波電圧を検波する検波手段を構成するベース接地検波回路を示す回路図
【図4】高周波電圧を検波する検波手段の他の一例と、その特徴を示す説明図
【図5】検波された高周波電圧をカウント密度に変換する機能部を示すブロック図と、その作用を示す線図
【図6】第1実施形態の放電加工機が有する駆動制御系の要部を抽出して示すブロック図
【図7】第2実施形態の放電加工機が有する駆動制御系の要部を抽出して示すブロック図
【符号の説明】
10…直流パルス化電源(パルス電源)
12…リード線
14…加工電極
16…2重ループアンテナ
16A、16B…ループアンテナ
18…検波手段
20…カウンタ
22…DA変換器
24…ワーク装着手段
24A…移動テーブル
28…モータ
32…重畳器
32A…比較器
36…アクチュエータ
W…ワーク
R1、R2…負荷抵抗
[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to an electric discharge state detection method and an electric discharge machine, and more particularly to an electric discharge state detection method and an electric discharge machine suitable for application in microwave electric discharge machining.
[0002]
[Prior art]
In general, when machining a workpiece with an electric discharge machine, there is a strong demand for stabilizing the electric discharge during machining. For that purpose, it is important to surely grasp the three states at the time of electric discharge machining, that is, (1) no discharge, (2) electric discharge that contributes to machining, and (3) short-circuit states. It is important to detect information related to the machining speed in the discharge state ▼.
[0003]
Factors affecting the processing speed include a peak current, a pulse time width, and an average current, and a processing speed calculation formula using these as parameters has been published (for example, see Non-Patent Document 1).
[0004]
Conventionally, there is a method of monitoring an average current as a method for detecting information related to the machining speed that is most commonly performed. According to this method, according to the formula described in Non-Patent Document 1, the processing speed can be grasped, and the short-circuit state can be reliably detected.
[0005]
[Non-Patent Document 1]
"Electric Discharge Machining Technology-From Basics to Future Prospects", page 31, co-authored by Nagao Saito and three others, published on September 30, 1997, Nikkan Kogyo Shimbun [0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method of monitoring the average current, the time constant of the current detection circuit becomes a problem. That is, the discharge is generated by repeating very fast pulses of tens of thousands to hundreds of thousands per second, while the average time constant of the monitored current is about 0.01 seconds to 1 second. . That is, this method is effective when the short-circuit frequency is low and the discharge continues for a few seconds at a constant intensity, for example, when the machining speed is high, such as rough machining, but the discharge state changes frequently from moment to moment. In the case of a simple target, there is a problem that it cannot immediately follow the change.
[0007]
In addition, there is another method for measuring the time from the pulse application to the start of discharge, that is, the time to discharge for each discharge pulse. However, since this method depends on the length of the discharge gap and the concentration of the processing waste in the discharge gap, it has no relationship with the processing speed, and it can only be distinguished whether it was a discharge or a short circuit.
[0008]
The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and even when discharge and short-circuit are frequently mixed and the discharge state frequently changes, the discharge that contributes to machining is accurately detected, and the discharge It is a first object to provide a discharge state detection method capable of monitoring the strength of the discharge.
[0009]
It is a second object of the present invention to provide an electric discharge machine capable of realizing stable electric discharge machining by applying the electric discharge state detection method.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, in the discharge state detection method, a pulse voltage generated from a pulse power source is applied to a gap formed between a workpiece and an electrode respectively connected to the power source via two lead wires. When the workpiece at the gap position is subjected to electric discharge machining, each of the two lead wires and the loop formed by the workpiece and the electrode has an open end and is electromagnetically coupled. Two loop antennas comprising two annular conductors, a load resistor connected to the open end of each loop antenna, and at least one of the load resistors connected to the two loop antennas, respectively. and sensitive only to the discharge, and adjusted to a value that does not sensitive to short circuit detects the high-frequency voltage generated in the load resistance across the one of the loop antenna, the detection high-frequency voltage By counting the raw frequency, by detecting the discharge state based on the emitting raw frequency is obtained by solving the first problem.
[0011]
That is, in the present invention, since the frequency of the high frequency generated during the electric discharge during the electric discharge machining can be detected, only the electric discharge contributing to the machining is counted, and the count density which is the count number within a predetermined unit time is used. It is possible to monitor the strength of the discharge with the strength of the discharge. Such a monitor value of the discharge intensity has an extremely strong correlation with the machining speed, so that the machining state can be accurately grasped.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, in the discharge state detecting method according to the first aspect, a high frequency voltage generated at both ends of a load resistor connected to the loop antenna is detected by a transistor whose base is grounded.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, in the discharge state detection method according to the first aspect, a high frequency voltage generated across a load resistor connected to the loop antenna is detected by a bipolar logic IC and converted to a logic level by the IC. It is what I did.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, in the discharge state detecting method according to the first aspect, a signal detected from both ends of the load resistor connected to the loop antenna is input to a counter that is continuously refreshed at a separately defined frequency, The count value immediately before the refresh by the counter is the frequency of the high-frequency voltage.
[0016]
According to a fifth aspect of the present invention, in the discharge state detecting method according to the fourth aspect , the count value immediately before the refresh of the counter is converted into an analog value by a DA converter, and the discharge occurrence frequency is determined based on the analog voltage after the conversion. It is made to feature.
[0017]
According to a sixth aspect of the present invention, in the electric discharge machine, the discharge state detection method according to any one of the first to fifth aspects is applied, and the work and the electrode are The second problem is solved by providing control means for performing feedback to the drive means for adjusting the discharge gap therebetween.
[0018]
According to a seventh aspect of the present invention, in the electric discharge machine according to the sixth aspect, the position signal output from the work mounting means having a position detecting function, wherein the driving means for adjusting the discharge gap can mount the work. Drive control is performed by the control means based on a control signal obtained by superimposing the analog voltage in Item 5 .
[0019]
According to an eighth aspect of the present invention, in the electric discharge machine according to the seventh aspect , the drive means is a motor that moves the work mounting means in one axial direction.
[0020]
According to a ninth aspect of the present invention, in the electric discharge machine according to the sixth aspect , the drive means for adjusting the discharge gap is an actuator capable of mounting the workpiece and having no position detection function, and the actuator is the fifth aspect. Is driven and controlled by the control means based on the analog voltage.
[0021]
According to a tenth aspect of the present invention, in the electric discharge machine according to the ninth aspect , the actuator is a piezoelectric element attached to a moving table or a fixed base.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0023]
In FIG. 1, the outline | summary of the whole structure of the electric discharge machine of 1st Embodiment which concerns on this invention is shown. The electric discharge machine of the present embodiment includes a DC pulsed power supply (pulse power supply) 10 that can generate a pulse voltage by controlling the time width, a positive pole of the pulse power supply 10, and a workpiece W to be processed. A lead wire 12A for electrically connecting the negative electrode of the pulse power source 10 and a negative lead wire 12B for connecting the machining electrode 14. A pulse voltage is supplied from the pulse power source 10 to the workpiece W and the electrode 14. An electric discharge is generated by applying to the gap formed between the two, and the work W located in the gap is partially melted, so that the electric discharge machining for the work W can be performed.
[0024]
Further, in this electric discharge machine, a double conductor in which an annular conductor is electromagnetically tightly coupled along a loop formed by the + lead wire 12A and the workpiece W, the-lead wire 12B and the electrode 14. A (two-circuit) loop antenna 16 is provided. As schematically shown in an enlarged view in FIG. 2A, the double loop antenna 16 includes loop antennas 16A and 16B each formed of two annular conductors each having an open end. A load resistor composed of a fixed resistor R1 and a variable resistor R2 is connected to the open ends of the antennas 16A and 16B. A detection means 18 for detecting a high-frequency voltage generated during machining is connected to both ends of one fixed-side load resistor R1, and a counter 20 for counting the high-frequency voltage detected by the detection means 18; A DA converter 22 for converting the count signal output from the counter 20 into an analog discharge intensity signal is installed, and the signal output from the converter 22 is a workpiece mounting means 24 for mounting the workpiece W. Is output to the drive control unit of the moving table 24A, and the gap between the workpiece W and the electrode 14 is appropriately controlled.
[0025]
The electric discharge machine will be described in more detail. The double loop antenna 16 is bundled (arranged) along the loop including the + lead wire 12A, the work W, the electrode 14, and the-lead wire 12B. It is possible to detect only a high-frequency component when a discharge occurs between the workpiece W and the electrode 14. As described above, the use of the two loop antennas 16A and 16B can increase the degree of freedom in later signal processing. In addition, since the two loop antennas 16A and 16B need to be electromagnetically tightly coupled to ensure the signal identity, it is effective to use a bifilar winding.
[0026]
Further, in this double loop antenna 16, signals are detected from both ends of the load resistor R1 connected to one (fixed side) loop antenna 16A and used as a detection signal at the time of occurrence of discharge. By adjusting the load resistance R2, it is possible to respond only to electric discharge that contributes to machining and not to short circuit. Needless to say, the load resistance may be adjusted on the detection side or on both sides.
[0027]
Further, the counter 20 to which this detection signal is input is refreshed by a refresh signal which will be described later at a constant time interval, so that the number of discharges generated at this time interval is counted. The count value is converted into an analog voltage through the DA converter 22.
[0028]
The output of the DA converter 22 represents the discharge occurrence frequency. When the occurrence frequency is low, the discharge gap is narrowed. Conversely, when the occurrence frequency is too high, the discharge gap is widened. Control for applying feedback (feedback) for moving the moving table 24A is executed. This control will be described later.
[0029]
In FIG. 2 (B), by the pulsed power supply 10, a case of applying a pulse voltage of the pulse width t p with period T, is induced in the loop antenna 16 shows the waveform of the detection by the oscillograph. As shown in this figure, it can be seen that the discharge contributing to machining and the other states can be clearly distinguished. That is, as described above, the value of the variable resistor R2 is determined so that the discharge state can be clearly distinguished. In this example, as shown in FIG. 6A, the load resistances R1 and R2 of the loop antennas 16A and 16B are both set to 47Ω, so that a good distinction can be obtained. If these resistance values are increased, the waveform at the time of a short circuit becomes larger and worse, and conversely, if the resistance value is decreased, the waveform of the electric discharge contributing to machining also decreases, so it is important to adjust these resistance values to appropriate values.
[0030]
FIG. 3 shows an example of a specific circuit constituting the detection means 18. Since the pulse width is as narrow as 1 nsec, it cannot be detected well with a general high-speed diode. Therefore, a transistor base grounding circuit is used. As such a base-grounded transistor, a commercially available transistor of about 6 GHz can be used. Further, here, a threshold value Vth is provided to slice the input waveform. The detection output should be connected to the logic IC via a high-speed comparator, but can be connected to the logic IC as it is if the bias conditions are matched.
[0031]
FIG. 4A shows another example of the detection means 18 in which detection is performed using a bipolar logic IC 18A composed of a commercially available JK flip-flop, and the signal is directly converted to a logic level by the same IC. .
[0032]
Since the logic IC 18A includes a circuit very similar to the base ground circuit on the input side, the circuit shown in FIG. 3 is unnecessary. Further, there is an advantage that chattering can be prevented by using the flip-flop in this way.
[0033]
FIG. 4B shows that the frequency of occurrence of discharge is accurately detected as shown in the example of the signal at the time of discharge detected and digitized by the bipolar logic IC 18A.
[0034]
FIG. 5A specifically shows a functional part that converts a high-frequency signal detected by the bipolar logic IC 18A into a count density (discharge occurrence frequency for each refresh time). The output frequency of the flip-flop formed in the logic IC 18A is half the pulse rate generated by the pulse power supply 10 at the maximum even if the discharge is a discharge that contributes to machining. Therefore, a refresh signal is output to the counter 20 from the time interval generator 26 at a frequency approximately 1/100 of the maximum frequency, and the counter 20 is continuously refreshed periodically. Note that if the refresh frequency set here is too low, the response becomes slow. On the other hand, if it is too high and approaches the maximum frequency, the detection resolution of the discharge generation density becomes coarse.
[0035]
As a specific example, the counter 20 has 7 bits, the pulse rate generated by the pulse power supply 10 is 600 kilopulses / second, and the refresh frequency is 2.5 kHz. In this case, the update (refresh) interval is 0.4 msec, and the ratio between the maximum detection value and the minimum detection value of the discharge density is 127.
[0036]
The relationship between the input waveform to the counter 20 and the output waveform from the DA converter 22 obtained by actual detection under such conditions is shown in correspondence with FIG. It can be seen that the generation density of the contributing discharge can be reliably grasped as an analog voltage signal, and the discharge occurrence frequency can be determined based on the magnitude of the converted analog voltage.
[0037]
In FIG. 6, feedback control is performed on a motor (driving means) 28 that moves the uniaxial moving table 24 </ b> A of the work mounting means 24 in the direction of the arrow based on the discharge generation density output from the DA converter 22. An outline of the control means is shown.
[0038]
The workpiece mounting means 24 has a fixed table 24B together with a movable table 24A on which workpieces can be mounted. When the workpiece W is mounted on the movable table 24A and moved, the scale 24C attached to the table 24A is It is read by the position detection head 24D attached to the fixed table 24B, and the amount of movement is detected. Then, the detection signal from the position detection head 24D is output to the superimposer 32 as a table position signal via the amplifier 30.
[0039]
In the superimposer 32, the input position signal and the voltage signal of the discharge generation density input in consideration of the time constant from the DA converter 22 are superimposed, and the result is output to the motor driver 34. Thus, the motor 28 is driven and controlled, and the discharge gap between the electrode 14 and the workpiece W is appropriately adjusted.
[0040]
That is, the superimposer 32 compares the output of the DA converter 22 with a target value (not shown), and adds a signal obtained by adding or subtracting the output of the converter 22 to the position signal input from the amplifier 30 based on the result. By moving the moving table 24A in the direction in which the discharge gap becomes wider when the output of the DA converter 22 rises above the target value, and in the opposite direction, the direction becomes narrower by outputting to the motor driver 34. An appropriate discharge gap can be maintained.
[0041]
The time constant can be set to 0.03 seconds, for example, in accordance with the control performance of the movement table 24A. In this way, by inserting a large time constant after the DA converter 22 and matching the motion performance of the table 24A, the discharge gap can be controlled appropriately. As a result, in the case of microwave electric discharge machining, the current value itself was small and discharge was unstable in the conventional average current method, but the stability could be greatly improved.
[0042]
According to the present embodiment described in detail above, the discharge can be accurately detected even during the electric discharge machining in which the discharge and the short circuit contributing to the machining are frequently mixed. In the conventional average current method, in such a case, it is considered that the discharge current is large.
[0043]
In addition, the reference time for updating the count number has a high degree of freedom in setting and can be determined in consideration of the discharge pulse rate. Specifically, it is arbitrary from 0.000001 seconds to 0.001 seconds, and can be several orders of magnitude faster than the case of the average current method.
[0044]
Therefore, by detecting and monitoring the discharge intensity, the system shown in FIG. 6 and the like that controls the discharge gap by using the monitored value (discharge generation density) is constructed. The discharge intensity can be stabilized since the discharge current can be made extremely fast. In particular, when mirror machining is performed by a micro electric discharge machine, the peak current must be lowered to the limit, which is effective because a short circuit easily occurs.
[0045]
In addition, since the responsiveness can be freely determined, it is possible to cope with a slow gap control system, and it can be mounted on a conventional electric discharge machine as it is.
[0046]
In FIG. 7, the principal part of the electric discharge machine of 2nd Embodiment which concerns on this invention is shown.
[0047]
In the present embodiment, the workpiece W is mounted on the actuator (driving means) 36 attached to the moving table (moving table) 24A as shown in FIG. 6, and the output of the DA converter 22 is sent to the comparator 32A. Input, compared with a target value (not shown), the deviation signal is fed back to the actuator driver 38, the actuator 36 is driven so that the deviation becomes zero, and the work W is moved, so that the discharge gap is adjusted appropriately. It has come to be. The actuator 36 may be attached to a fixed base having no moving function.
[0048]
This embodiment is suitable when it is not necessary to move a table having a large mass as shown in FIG. For example, in the case of micro discharge, a moving distance of 10 μm is sufficient. Therefore, an actuator 36 such as a piezoelectric element is more suitable for displacing such a small distance. In the case of micro discharge, since the work W is small and the mass is small, the response frequency can be swung to the performance limit of the actuator 36.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the discharge state contributing to the machining can be accurately detected even when the discharge and the short circuit contributing to the machining are frequently mixed and the discharge state frequently changes.
[0050]
Therefore, it is possible to appropriately control the gap between the machining electrode and the workpiece by monitoring the detected discharge state and controlling the drive unit of the electric discharge machine based on the monitored value. The accuracy can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of an electric discharge machine according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an example of a double loop antenna that detects a high-frequency voltage and a diagram showing its characteristics. FIG. 4 is a circuit diagram showing a grounded base detection circuit constituting a detection means for detecting a voltage. FIG. 4 is a diagram illustrating another example of a detection means for detecting a high-frequency voltage and its characteristics. FIG. FIG. 6 is a block diagram showing a functional unit for converting to a count density and a diagram showing the operation thereof. Block diagram extracting and showing the main part of the drive control system of the electric discharge machine of the second embodiment
10 ... DC pulsed power supply (pulse power supply)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Lead wire 14 ... Processing electrode 16 ... Double loop antenna 16A, 16B ... Loop antenna 18 ... Detection means 20 ... Counter 22 ... DA converter 24 ... Work mounting means 24A ... Moving table 28 ... Motor 32 ... Superimposer 32A ... Comparator 36 ... Actuator W ... Work R1, R2 ... Load resistance

Claims (10)

パルス電源より発生するパルス電圧を、該電源に2本のリード線を介してそれぞれ接続されたワークと電極との間に形成されるギャップに印加して放電させ、該ギャップ位置の前記ワークを放電加工する際、
前記2本のリード線及びワークと電極とで形成されるループに沿って、それぞれ開放端を有し、且つ電磁的に結合された二つの環状の導体からなる、2回路のループアンテナを配設すると共に、各ループアンテナの前記開放端にそれぞれ負荷抵抗を接続し、
前記二つのループアンテナにそれぞれ接続された負荷抵抗の少なくとも一方を、放電だけに感応し、短絡には感応しない値に調節し、
一方のループアンテナの負荷抵抗両端に発生する高周波電圧を検波し、検波された高周波電圧の発生頻度を計数して、該発生頻度に基づいて放電状態を検出することを特徴とする放電状態検出方法。
A pulse voltage generated from a pulse power supply is applied to a gap formed between a workpiece and an electrode respectively connected to the power supply via two lead wires and discharged to discharge the workpiece at the gap position. When processing
A two-circuit loop antenna comprising two annular conductors each having an open end and electromagnetically coupled is provided along a loop formed by the two lead wires and the workpiece and the electrode. And connecting a load resistor to each open end of each loop antenna,
At least one of the load resistors connected to the two loop antennas is adjusted to a value that is sensitive only to discharge and not sensitive to short circuit,
A discharge state detection method comprising: detecting a high frequency voltage generated at both ends of a load resistance of one loop antenna; counting a frequency of occurrence of the detected high frequency voltage; and detecting a discharge state based on the frequency of occurrence. .
請求項1において、
前記ループアンテナに接続された負荷抵抗両端に発生する高周波電圧を、ベース接地されたトランジスタにより検波することを特徴とする放電状態検出方法。
In claim 1,
A discharge state detection method, comprising: detecting a high-frequency voltage generated at both ends of a load resistor connected to the loop antenna by a transistor whose base is grounded.
請求項1において、
前記ループアンテナに接続された負荷抵抗両端に発生する高周波電圧を、バイポーラロジックICによって検波し、且つ該ICによりロジックレベルに変換することを特徴とする放電状態検出方法。
In claim 1,
A discharge state detection method comprising: detecting a high-frequency voltage generated at both ends of a load resistor connected to the loop antenna by a bipolar logic IC and converting the detected high-frequency voltage to a logic level by the IC.
請求項1において、
前記ループアンテナに接続された負荷抵抗両端から検波された信号を、別途定める周波数で連続的にリフレッシュされるカウンタに入力し、該カウンタによるリフレッシュ直前の計数値を前記高周波電圧の発生頻度とすることを特徴とする放電状態検出方法。
In claim 1,
The signal detected from both ends of the load resistor connected to the loop antenna is input to a counter that is continuously refreshed at a separately defined frequency, and the count value immediately before the refresh by the counter is set as the frequency of generation of the high-frequency voltage. A discharge state detection method characterized by the above.
請求項において、
前記カウンタのリフレッシュ直前の計数値をDA変換器によってアナログ値に変換し、変換後のアナログ電圧に基づいて放電発生頻度を判定することを特徴とする放電状態検出方法。
In claim 4 ,
A discharge state detection method comprising: converting a count value immediately before refreshing the counter into an analog value by a DA converter, and determining a discharge occurrence frequency based on the converted analog voltage.
請求項1乃至のいずれかに記載の放電状態検出方法を適用して、計数された高周波電圧の発生頻度に基づいて、前記ワークと電極との間の放電ギャップを調整する駆動手段に帰還を施す制御手段を備えたことを特徴とする放電加工機。Applying the discharge state detection method according to any one of claims 1 to 5 , feedback is made to a drive means that adjusts a discharge gap between the workpiece and the electrode based on the frequency of occurrence of the counted high-frequency voltage. An electric discharge machine comprising control means for applying. 請求項において、
放電ギャップを調整する前記駆動手段が、前記ワークを装着可能な、位置検出機能を有するワーク装着手段から出力される位置信号に、請求項における前記アナログ電圧を重畳させて得られる制御信号に基づいて、前記制御手段により駆動制御されることを特徴とする放電加工機。
In claim 6 ,
Said drive means for adjusting the discharge gap, can be attached to the workpiece, the position signal output from the workpiece mounting means having a position detecting function, based on a control signal obtained by superimposing the analog voltage at claim 5 The electric discharge machine is controlled by the control means.
請求項において、
前記駆動手段が、前記ワーク装着手段を1軸方向に移動させるモータであることを特徴とする放電加工機。
In claim 7 ,
An electric discharge machine characterized in that the driving means is a motor for moving the work mounting means in one axial direction.
請求項において、
放電ギャップを調整する前記駆動手段が、前記ワークを装着可能な、位置検出機能を持たないアクチュエータであり、該アクチュエータが、請求項における前記アナログ電圧に基づいて、前記制御手段により駆動制御されることを特徴とする放電加工機。
In claim 6 ,
The drive means for adjusting a discharge gap is an actuator that can mount the work and does not have a position detection function, and the actuator is driven and controlled by the control means based on the analog voltage in claim 5 . An electric discharge machine characterized by that.
請求項において、
前記アクチュエータが、移動台又は固定台に取付けられた圧電素子であることを特徴とする放電加工機。
In claim 9 ,
An electric discharge machine, wherein the actuator is a piezoelectric element attached to a movable table or a fixed table.
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