放电加工机的加工条件优化方法

摘要

本发明提供一种放电加工机以及该放电加工机的加工条件优化方法，在放电电压检测部(7)中，在检测放电电压的同时求解一定时间内的平均放电电压。在最佳加工条件计算部(8)中，求解用于使放电电压检测部7所检测出的平均放电电压与使用了新品加工液的平均放电电压变得相同的放电电流。根据已经被存储在加工条件数据库存储部(9)中的作为最佳加工条件的放电电流、放电时间、停止时间和伺服基准电压的关系式，求解与已经被求出的放电电流相应的放电时间、停止时间和伺服基准电压，在加工时通过伺服控制部(6)以该最佳的加工条件来控制伺服系统(4)和加工用电极(5)。

说明书

技术领域

本发明涉及使被加工物(加工对象物)和加工电极经由微小的加工间隙相对置，并在被加工物和加工电极之间的间隙外加脉冲状电压来进行加工的放电加工机。尤其涉及根据加工液物理性质的变化将加工条件自动地进行优化的放电加工机的加工条件优化方法。

背景技术

一般而言，在放电加工(电火花加工、电弧加工)中由于因加工所产生的金属屑、水、碳酸的发生等而使加工液劣化、加工液的体积电阻率降低。存在若由于该体积电阻率的降低而异常放电且流过电弧电流，则加工速度就会降低、或被加工物的加工表面变质的问题。

作为以往的放电加工方法，有如下的方法：为了回避异常放电，监控加工间隙的电压，若偏离基准值就通过伺服控制来提供成为可以正常放电那样的加工间距的伺服基准值(例如，参考专利文献1)。

专利文献1：日本专利公开特开平6-262435号公报(第2页～第4页，图1、图5)

以往的放电加工方法如以上构成，故可以回避异常放电。但是，没有实现放电时间、停止时间等的加工条件的优化，不能获得充分的加工特性。一般地，在放电加工机中，至少要满足加工速度、低电极消耗、工件表面质量的这3个加工特性。在以往的例子中，是主要回避由于异常放电引起的工件表面质量的恶化的放电加工方法，存在其他的加工特性(加工速度、低电极消耗)不充分等的课题。

本发明就是为了解决上述那样的课题而实现的，其目的在于：与加工液的种类和劣化度无关地，得到不仅回避由于异常放电引起的工件表面质量的恶化，还满足加工速度和低电极消耗的放电加工机的加工条件优化方法。

发明内容

涉及本发明的放电加工机的加工条件的优化方法是如下实现的：检测放电加工时的一定时间内的平均的放电电压，根据采用了新品加工液的放电电压、新品加工液的体积电阻率和放电电流的关系，求解用于使该检测出的放电电压与使用了新品加工液的放电电压相同的放电电流，从作为最优的加工条件的放电电流、放电时间、停止时间和伺服基准电压的关系，求解与被求出的放电电流相应的放电时间、停止时间和伺服基准电压。

由此，就可以达到如下的效果：可以求出与加工液的物理性质相应的放电时间、停止时间以及伺服基准电压的最优加工条件，通过用该最优的加工条件进行加工，则能够与加工液的种类和劣化度无关地，始终得到不仅回避由于异常放电引起的工件表面质量的恶化，还满足加工速度和低电极消耗的最好的加工特性。

附图说明

图1是表示根据本发明的实施方式1的放电加工机的结构图。

图2是表示粗加工速度和体积电阻率之间的关系的特性图，A和C表示新品的情况、A劣化品是表示使用3年的情况、C劣化品是表示使用1年的情况。

图3是表示完工面粗糙度和体积电阻率的关系的特性图。A和C以及A劣化品和C劣化品是与图2相同的情况。

图4是表示根据本发明的实施方式1的放电加工机的加工条件优化方法的流程图。

图5(a)是表示正常放电时、(b)是表示异常放电时的电压波形的波形图，其中，Vg表示无负荷电压、OFF表示停止时间、ON表示放电时间、eg表示放电电压、Td表示无负荷放电时间、SV表示伺服基准电压。

具体实施方式

以下为了对本发明进行比较详细的说明，根据附图对用于实施本发明的优选方式进行说明。

实施方式1

图1是表示根据本发明的实施方式1的放电加工机的结构图。如下构成：在图中，在加工槽1内，装满i-石蜡系碳氢化合物等的加工液2，并其中配置有工件(被加工物)3。在伺服系统4的前端设有加工用电极5，根据由伺服控制部6发生的伺服基准电压来控制加工用电极5和工件3之间的间隙，并通过将电压外加到加工电极5，经由加工液2从加工电极5到工件3放电来加工工件3。

放电电压检测部7，在检测该放电电压的同时，求出一定时间内的平均放电电压。最优加工条件计算部8，根据平均放电电压、体积电阻率、放电电流和加工间隙的关系式，求解用于使由放电电压检测部7所检测出的平均放电电压与使用了新品加工液的平均放电电压相同的放电电流。根据已经被存储在加工条件数据库存储部9中的成为最优的加工条件的放电电流、放电时间、停止时间和伺服基准电压的关系式，来求解与被求出的放电电流相应的放电时间、停止时间和伺服基准电压，在加工时，通过伺服控制部6以该最优的加工条件来控制伺服系统4和加工用电极5。

其次就动作进行说明

在该实施方式1中所用的加工液是被使用于放电加工机、特别是电火花成型加工机中的加工液。作为在电火花成型加工液中被要求的性能举出以下7点：

(1)低粘度，容易将加工屑和焦油等排出到放电间隙外；

(2)很好的绝缘性；

(3)很好的冷却性；

(4)异味较低，不会给操作者带来不快；

(5)着火点、沸点较高；

(6)在化学性能上稳定，不产生有害的气体；

(7)不腐蚀加工机、工件。

考虑这些的性能，一般而言使用低粘度的碳氢系化合物或在低粘度的碳氢化合物中添加了防氧化剂和冷却特性提高剂等的加工液。加工液，由于放电能量而热劣化或氧化劣化，生成分解物、聚合物、脂肪酸、脂肪酸金属盐等，因此，依照使用时间物理性质发生变化。

一般是考虑新品的加工液的体积电阻率、粘度等的物理性质来设定加工条件，若加工液劣化、体积电阻率降低，绝缘就不能充分恢复，因此，就会导致集中放电、在工件上发生污点(黑点)、加工特性降低，从而不能得到初期的加工特性。因此，与加工液的种类和劣化度无关而得到充分的加工特性是重要的。

图2是表示粗加工速度和体积电阻率的关系的特性图。图3是表示完工面粗糙度和体积电阻率的关系的特性图。是本发明的发明者们与电火花成型加工液的新品和劣化品相关将加工液物理性质和加工特性(加工速度和加工后的工件完工面粗糙度)进行详细分析评价以后的结果。

如图2所示，可以认为，伴随加工液的劣化，体积电阻率降低，但是，相反粗加工速度上升。例如，若体积电阻率从1.E+14降低到1.E+13，粗加工速度大约增加1.6倍。这就可以认为：由于放电能量而发生热劣化和氧化劣化，并生成分解物、聚合物、脂肪酸、脂肪酸金属盐等和加工屑(金属粉)，所以体积电阻率降低。这时，可以认为：从放电加工来看导电性上升了，由此直到绝缘破坏的时间缩短，其结果加工速度就上升了。

又，如图3所示，可以知道：若体积电阻率降低则完工面粗糙度就变得恶化。这就可以认为：若加工液劣化、体积电阻率降低，则绝缘就不会充分地恢复，因此，就会集中放电、在工件上发生污点(黑点)等，所以加工面质量降低、表面粗糙度降低了。

这样，由于加工液的种类和加工液的劣化度，而导致加工液的体积电阻率不同，因此，即使在同一条件下进行加工，如果加工液的体积电阻率不同，就不能得到同样的加工特性。因此，为了得到要求的加工特性，有必要根据加工液的体积电阻率而变更加工条件。例如，用体积电阻率已经降低了的劣化加工液的话，由于与新品加工液比较绝缘恢复较慢，所以，发生集中放电。因此，为了得到与新品加工液同等的加工特性，有必要用已经与此时的加工液的体积电阻率相对应了的最佳加工条件来进行加工。

图4是表示根据本发明的实施方式1的放电加工机的加工条件优化方法的流程图。

图5是表示正常放电时和异常放电时的电压波形的波形图。

以下，一边参考图1、图4、图5，一边对放电加工机的加工条件优化方法进行说明。

首先，在最优加工条件计算部8中，如果在加工槽1内被使用的加工液2是新品加工液，则设定与该新品加工液相应的加工条件，如果是上次被使用过的加工液，设定该上次使用时的最新的加工条件(步骤ST1)。这里，所谓加工条件就是放电时间、停止时间和伺服基准电压，各加工条件通过读取被存储在加工条件数据库存储部9中的数据而得到。

如图5(a)所示，在伺服控制部6中通过使已经被设定的伺服基准电压SV在伺服系统4中发生，来控制加工用电极5和工件3之间的间隙，同时在加工用电极5上外加无负荷电压Vg，由此在无负荷放电时间Td后，将加工用电极5和工件3之间的加工液2绝缘破坏并进行放电。在伺服控制部6中与已经被设定的放电时间ON相应地发生放电电压eg和放电电流Ip，借助于该放电电流Ip来溶解工件3进行加工。在加工的同时将产生工件3的加工屑，但是，由于加工中的加工液2的气化/爆炸而吹掉该加工屑。其结果，加工液2的绝缘降低，但是，在伺服控制部6中通过与已经被设定的停止时间OFF相应地停止电压的发生，使加工液2的绝缘恢复，然后，再次对加工用电极5外加无负荷电压Vg。

在放电电压检测部7中，在检测在该加工时的放电电压eg的同时，求解一定时间内的平均放电电压egav(步骤ST2：放电电压检测步骤)。

在这种电火花成型加工机中，由于为使放电电流Ip为一定而进行了电路设计，如图5(b)表示的异常放电时的电压波形所示，在加工液2劣化并发生异常放电那样的状态下，由于加工液2的体积电阻率R降低，故如根据下式(1)表示的关系式可知那样平均放电电压egav降低。

egav[V/cm]＝R*Ip/(加工间隙)            (1)

在最优加工条件计算部8中，根据上述式(1)所示的关系式，求解用于使在放电电压检测部7所检测出的平均放电电压egav与使用了新品加工液的平均放电电压相同的放电电流Ip(步骤ST3：放电电流运算步骤)。这就能够例如，在加工条件数据存储部9中，事先存储好使用了新品加工液的平均放电电压和放电电流，如果由于加工液2的劣化而在放电电压检测部7检测出的平均放电电压egav相对于使用了新品加工液的平均放电电压成为其3/4倍，则根据相对于使用了新品加工液的放电电流成为其4/3倍来求解用于使与使用了新品加工液的平均放电电压相同的放电电流Ip。此外，对于放电电流Ip由于进行电路设计使其恒定，因此，也可以与平均放电电压egav一起检测放电电流Ip，并设定为该检测出的放电电流Ip的4/3倍。

在最优加工条件计算部8中，根据在步骤ST3中被求出的放电电流Ip和通过专心研究而导出的下式(2)～(4)所示的关系式求解最优加工条件(步骤ST4：最优加工条件运算步骤)。

ON＝A*Ip-B

(A、B是系数，A＝7～10，B＝1.0～3.5)          (2)

OFF＝C*EXP(D*ON)

(C、D是系数，C＝25～35，D＝0.01～0.02)       (3)

SV＝E*ON^-F

(E、F是系数，E＝200～250，F＝0.2～0.4)       (4)

式中，ON是放电时间、OFF是停止时间，SV是伺服基准电压，Ip是放电电流，^表示累乘。

上述式(2)～(4)所示的关系式，被存储在加工条件数据库存储部9中，在最优加工条件计算部8中，如果放电电流Ip被决定，就可以求出最优的放电时间ON、停止时间OFF和伺服基准电压SV。

然后，在加工时，通过伺服控制部6以该最优的加工条件来控制伺服系统4和加工用电极5，检查是否已经满足3个加工特性，也就是，加工速度、低电极消耗、工件表面质量，在3个加工特性中的任何一个不被满足的情况下，设为在最优加工条件设定中存在不完备，而返回到步骤ST2，再次重新进行加工条件的优化。在3个加工特性全部都被满足的情况下，结束加工条件的优化(步骤ST5)。

此外，如下实现：将运算出的加工条件逐次覆盖写入到加工条件数据库存储部9来进行存储，为了在下次继续使用同一的加工液的情况，而将最新的加工条件存储起来。

如上所述，根据该实施方式1，由于检测在一定时间内的平均的放电电压egav，运算与新品加工液的放电电压egav相同的放电电流Ip，根据已经求出的放电电流Ip和被存储在加工条件数据库存储部9中的关系式，计算与加工液2的物理性质相应的最佳加工条件，并可以根据该最佳的加工条件来进行加工，所以就能够与加工液的种类和劣化度无关地，总是得到满足加工速度、低电极消耗、工件表面质量的最好的加工特性。

另外，在放电加工中，如果按每个规定时间间隔逐次进行如图4所示的加工条件的优化，则即使加工液物理性质时时刻刻地变化，也可以总是得到最好的加工特性。

产业上的可利用性

如上所述，本发明适用于与加工液的种类和劣化度无关地，得到满足加工速度、低电极消耗和工件表面质量的加工特性的放电加工机的加工条件优化方法。