线放电加工机及端面位置确定方法与流程

本发明涉及涉及一种确定加工对象物的端面的位置的线放电加工机及端面位置确定方法。

背景技术：

如日本专利第3390652号公报所记载的那样，在线放电加工机中，为了进行定位，使线电极接近加工对象物，通过检测两者电接触的情况来求出加工对象物的端面的位置。

技术实现要素：

但是，如果在使线电极接近加工对象物时线电极振动，则不能适当地确定加工对象物的端面的位置。因此，存在不能高精度地进行定位的问题。

因此，本发明的目的在于提供一种能够高精度地确定加工对象物的端面的位置的线放电加工机及端面位置确定方法。

本发明的第1形态是一种线放电加工机，其通过使线电极朝向加工对象物相对移动，来确定所述加工对象物的端面的位置，该线放电加工机具备：施加电压控制部，其在所述线电极与所述加工对象物之间连续地施加脉冲电压；电压检测部，其检测所述线电极与所述加工对象物之间的电压；脉冲产生比例计算部，其计算脉冲产生比例，该脉冲产生比例是由所述电压检测部检测出的所述脉冲电压的数量相对于每个规定时间内所述施加电压控制部所施加的所述脉冲电压的数量的比例；以及端面位置确定部，其根据所述脉冲产生比例，确定所述加工对象物的端面的位置。

本发明的第2形态是一种线放电加工机的端面位置确定方法，其通过使线电极朝向加工对象物相对移动来确定所述加工对象物的端面的位置，该端面位置确定方法包括：施加电压控制步骤，在所述线电极与所述加工对象物之间连续地施加脉冲电压；电压检测步骤，检测所述线电极与所述加工对象物之间的电压；脉冲产生比例计算步骤，计算脉冲产生比例，该脉冲产生比例是在所述电压检测步骤中检测出的所述脉冲电压的数量相对于每个规定时间内在所述施加电压控制步骤中所施加的所述脉冲电压的数量的比例；以及端面位置确定步骤，根据所述脉冲产生比例来确定所述加工对象物的端面的位置。

根据本发明，能够高精度地确定加工对象物的端面的位置。

从参照附图说明的以下实施方式的说明中，可以容易地了解上述目的、特征以及优点。

附图说明

图1是实施方式中的线放电加工机的概略构成图。

图2a是表示“开路”状态下的线电极的位置与根据位置检测出的脉冲电压的波形的关系的图。图2b是表示“端面附近”状态下的线电极的位置与根据位置检测出的脉冲电压的波形的关系的图。图2c是表示“短路”状态下的线电极的位置与根据位置检测出的脉冲电压的波形的关系的图。

图3是表示步进进给中的线电极相对于加工对象物的相对位置的变化以及与相对位置对应的脉冲产生比例的图。

图4是说明实施方式中的基于步进进给的端面位置确定方法的流程图。

图5是表示在变形例1中用近似函数近似脉冲产生比例的情况的图。

图6是说明变形例2中的确定加工对象物的端面的位置的方法的图。

具体实施方式

下面，列举优选的实施方式并参照附图对本发明的线放电加工机及端面位置确定方法进行详细说明。

[实施方式]

图1是实施方式中的线放电加工机10的概略构成图。线放电加工机10一边按照加工程序使线电极14相对于支承在工作台12上的加工对象物w相对移动，一边在由线电极14和加工对象物w形成的极间施加电压而进行放电，由此对加工对象物w进行放电加工。

如以下说明的那样，本实施方式的线放电加工机10通过一边使线电极14沿行进方向行进，一边使线电极14在与行进方向交叉的平面上朝向加工对象物w相对移动，来确定加工对象物w的端面的位置。

线放电加工机10具有：在加工对象物w的上方侧(+z方向侧)支承线电极14的上导线器16a、在加工对象物w的下方侧(-z方向侧)支承线电极14的下导线器16b、位置位移驱动部20、行进驱动部22、电压检测部24、加工电源26以及数值控制装置30。以下，将上导线器16a以及下导线器16b统称为上下导线器16。图1所示的x方向、y方向及z方向相互正交。-z方向为重力方向。

位置位移驱动部20使上下导线器16相对于支承加工对象物w的工作台12相对移动。位置位移驱动部20为了使线电极14相对于加工对象物w在x方向及y方向上相对移动而对上下导线器16进行驱动。

位置位移驱动部20具备马达(未图示)、检测马达的旋转位置的编码器(未图示)以及驱动传递机构(未图示)。马达是为了使上下导线器16分别在x方向和y方向上移动而分别设置的。驱动传递机构由滚珠丝杠及螺母等构成，该滚珠丝杠及螺母用于将x方向用及y方向用的马达的各自的旋转运动转换为上下导线器16的x方向及y方向的直线运动。此外，在本实施方式中，上导线器16a和下导线器16b以x方向和y方向上的位置相同的方式移动。并且，将用于确定加工对象物w的端面的位置的相对移动的方向设为x方向。

此外，由于只要能够使上下导线器16相对于支承加工对象物w的工作台12相对移动即可，所以位置位移驱动部20也可以驱动工作台12来代替驱动上下导线器16。另外，位置位移驱动部20也可以驱动上下导线器16及工作台12这两者。

行进驱动部22具有送出线电极14的辊(未图示)以及驱动辊的马达(未图示)，从卷线筒(未图示)以预先确定的速度送出线电极14，使线电极14在上导线器16a和下导线器16b之间行进。即，行进驱动部22使线电极14从上导线器16a朝向下导线器16b向行进方向即-z方向行进。

加工电源26与线电极14及工作台12连接，在线电极14与加工对象物w之间供给脉冲电压。在本实施方式中，施加在线电极14与加工对象物w之间的脉冲电压是值比加工用的脉冲电压小的电压，是不产生加工的脉冲电压。电压检测部24与线电极14及工作台12连接，检测线电极14与加工对象物w之间的电压。

数值控制装置30具备驱动控制部32、行进控制部33、施加电压控制部34、脉冲产生比例计算部36以及端面位置确定部38。数值控制装置30具有cpu等处理器和存储器，通过执行存储在存储器中的程序，来作为本实施方式的数值控制装置30发挥功能。端面位置确定部38进行本实施方式的端面位置确定方法的整体控制。

驱动控制部32根据来自位置位移驱动部20的编码器的位置信息对马达进行反馈控制，使线电极14在与线电极14的行进方向交叉的平面(xy平面)上朝向加工对象物w相对移动。具体而言，驱动控制部32根据来自端面位置确定部38的指令信号控制位置位移驱动部20，使上下导线器16以反复移动和停止的步进进给朝向工作台12相对移动。所谓步进进给，是反复移动规定距离的移动状态和停止预先规定的停止时间的停止状态的动作。

此外，线电极14随着行进而在与行进方向垂直的方向上振动。因此，为了提高后述的脉冲产生比例的计算精度，优选步进进给中的停止时间为行进中的线电极14的振动周期以上的时间。另外，作为线电极14的振动的原因，除了线电极14的行进以外，还考虑与加工液的相互作用、来自外部的振动等。

行进控制部33根据来自端面位置确定部38的指令信号，使行进驱动部22使线电极14沿行进方向行进。

施加电压控制部34由端面位置确定部38控制，而控制加工电源26，在线电极14与加工对象物w之间连续施加脉冲电压。

脉冲产生比例计算部36在使线电极14沿行进方向行进的状态下，计算脉冲产生比例，该脉冲产生比例是由电压检测部24检测出的脉冲电压的数量相对于每个预先确定的规定时间内施加电压控制部34在线电极14与加工对象物w之间施加的脉冲电压的数量的比例。在执行步进进给的情况下，脉冲产生比例计算部36由端面位置确定部38控制，至少在停止时间计算脉冲产生比例。停止时间为上述规定时间以上。此外，优选规定时间为行进中的线电极14的振动周期以上的时间。

端面位置确定部38根据脉冲产生比例计算部36计算出的脉冲产生比例，来确定加工对象物w的端面的位置。

图2a～图2c是表示线电极14相对于加工对象物w的位置与根据位置检测出的脉冲电压的波形的关系的图。图2a是表示“开路”状态下的线电极14的位置与根据位置检测出的脉冲电压的波形的关系的图。图2b是表示“端面附近”状态下的线电极14的位置与根据位置检测出的脉冲电压的波形的关系的图。图2c是表示“短路”状态下的线电极14的位置与根据位置检测出的脉冲电压的波形的关系的图。

此外，在本实施方式中，线电极14在与行进方向垂直的方向上振动，但在图2a～图2c中，示出了线电极14的上述振动的中心位置。因此，图2a～图2c中的线电极14相对于加工对象物w的位置可以视为上下导线器16的位置。

如图2a所示，在线电极14离开加工对象物w而两者电开路的状态的情况下，即使在线电极14行进而在与行进方向垂直的方向上振动的状态下，也能够保持线电极14与加工对象物w的绝缘状态。其结果，施加电压控制部34连续施加的脉冲电压直接被电压检测部24检测到。

如图2b所示，在线电极14接近加工对象物w的端面附近的状态的情况下，由于行进状态的线电极14的振动，线电极14与加工对象物w的电接触变得不稳定。其结果，施加电压控制部34连续施加的脉冲电压的一部分的脉冲电压被电压检测部24检测到，电压检测部24所进行的脉冲电压的检测成为间歇性的。

如图2c所示，在线电极14与加工对象物w完全接触而两者电短路的状态的情况下，施加电压控制部34连续施加的脉冲电压完全不会被电压检测部24检测到。

图3是表示步进进给中的线电极14相对于加工对象物w的相对位置的变化以及与相对位置对应的脉冲产生比例的图。在本实施方式中，由于加工对象物w固定，所以线电极14相对于加工对象物w的相对位置即为线电极14的x方向上的位置。图3所示的线电极14表示在步进进给的过程中上下导线器16朝向工作台12停止的状态下的线电极14的振动的中心位置。因此，图3所示的线电极14的位置可以视为上下导线器16的位置。

在图3所示的脉冲产生比例相对于线电极14的相对位置的曲线图中，纵轴是脉冲产生比例，横轴是相对位置(μm)。横轴的相对位置的值0(μm)表示加工对象物w的端面的位置，正的方向是图1的+x方向。在上述曲线图中，使线电极14(上下导线器16)朝向加工对象物w移动，随着相对位置的值从负变为正，脉冲产生比例从100％降低到0％。

端面位置确定部38使驱动控制部32控制位置位移驱动部20而进行步进进给，从驱动控制部32获取停止状态下的上下导线器16相对于工作台12的相对位置。与此同时，端面位置确定部38在各停止的状态下，获取脉冲产生比例计算部36计算出的脉冲产生比例。由于预先知道加工对象物w相对于工作台12的位置的偏移，所以通过获取上述数据，端面位置确定部38就能够获取图3所示的、线电极14相对于加工对象物w的相对位置(上下导线器16的相对位置)与脉冲产生比例的关系。

在图3中，使线电极14(上下导线器16)接近加工对象物w，使相对位置的值向正的方向增加，脉冲产生比例变为阈值以下的最初的相对位置的值的点为点a。端面位置确定部38根据点a的相对位置，确定加工对象物w的端面的位置。在此，确定点a的相对位置为加工对象物w的端面的位置，将其值设为0(μm)。此外，只要通过脉冲产生比例与阈值的比较来确定加工对象物w的端面的位置即可，因此也可以将脉冲产生比例即将成为阈值以下之前的点的相对位置确定为加工对象物w的端面的位置。

图4是说明实施方式中的基于步进进给的端面位置确定方法的流程图。

首先，根据来自端面位置确定部38的指令信号，行进控制部33使线电极14开始向行进方向(-z方向)行进(步骤s1)。

接着，施加电压控制部34开始在线电极14与加工对象物w之间连续施加脉冲电压(步骤s2)。

然后，电压检测部24开始检测线电极14与加工对象物w之间的脉冲电压(步骤s3)。

接着，驱动控制部32使上下导线器16在与行进方向交叉的xy平面上向加工对象物w移动规定距离，由此使线电极14移动(步骤s4)。

在步骤s4之后，驱动控制部32在停止时间的期间停止上下导线器16的移动，使其成为停止状态(步骤s5)。

然后，在停止状态下，脉冲产生比例计算部36根据来自端面位置确定部38的指令信号计算脉冲产生比例，该脉冲产生比例是由电压检测部24检测出的脉冲电压的数量相对于每个规定时间内施加电压控制部34所施加的脉冲电压的数量的比例(步骤s6)。

在步骤s6之后，端面位置确定部38判定在步骤s6中由脉冲产生比例计算部36计算出的脉冲产生比例是否在阈值以下(步骤s7)。在脉冲产生比例大于阈值的情况下(步骤s7：否)，返回步骤s4。在脉冲产生比例为阈值以下的情况下(步骤s7：是)，进入步骤s8。

然后，端面位置确定部38根据在脉冲产生比例为阈值以下的情况下的线电极14(上下导线器16)相对于加工对象物w(工作台12)的相对位置，来确定加工对象物w的端面的位置(步骤s8)。

如以上说明的那样，根据线放电加工机10，基于脉冲产生比例来确定所述加工对象物w的端面的位置。因此，即使在线电极14振动的状态下接近加工对象物w的端面而与加工对象物w的电接触变得不稳定，也能够高精度地确定加工对象物w的端面的位置。

另外，通过步进进给使上下导线器16朝向工作台12相对移动，在使其停止的状态下计算脉冲产生比例，由此，能够提高脉冲产生比例的计算精度。并且，通过将停止的状态维持在行进中的线电极14的振动周期以上的时间，提高统计的精度地计算脉冲产生比例，从而能够以更高的精度确定加工对象物w的端面的位置。

另外，在图4的流程图中，说明了即使在步进进给的移动状态下，施加电压控制部34也连续地施加脉冲电压的情况。但是，在步进进给的移动状态下，施加电压控制部34也可以不施加脉冲电压，而在停止的状态下在停止时间中连续地施加脉冲电压，使脉冲产生比例计算部36计算脉冲产生比例。

此外，在上述实施方式中，是一边使线电极14沿行进方向(-z方向)行进，一边由脉冲产生比例计算部36计算脉冲产生比例，但也可以不使线电极14行进，而由脉冲产生比例计算部36计算脉冲产生比例。

[变形例]

上述实施方式也可以进行如下变形。

(变形例1)

图5是表示在变形例1中用近似函数近似脉冲产生比例的情况的图。图5表示线电极14(上下导线器16)相对于加工对象物w(工作台12)的相对位置与脉冲产生比例的关系。纵轴表示脉冲产生比例，横轴表示线电极14相对于加工对象物w的相对位置，相对位置的值为+的方向为图1的+x方向。用黑圆点表示端面位置确定部38在步进进给的停止状态下获取到的表示各相对位置的脉冲产生比例的数据。

在上述实施方式中，是根据端面位置确定部38在停止状态下获取到的脉冲产生比例相对于有限个相对位置的数据，来确定加工对象物w的端面的位置，但在变形例1中，是用近似函数近似上述有限个数据。即，如图5所示，利用以上下导线器16相对于工作台12的相对位置为变量的近似函数40，对脉冲产生比例相对于该相对位置的关系进行近似。

近似函数40可以是直线(一次函数)、曲线(二次以上的函数)或者其他函数，并没有限定。另外，为了提高近似精度，也可以仅使用从在脉冲产生比例即将变得比第1设定值小之前获取到的数据即点b1到在脉冲产生比例刚变得比第2设定值小之后获取到的数据即点b2的数据，使用最小二乘法等以近似函数进行近似。此外，将第1设定值设定为比以下所使用的阈值大的值，将第2设定值设定为比该阈值小的值。

然后，根据近似函数40的值成为阈值的相对位置l0，来确定加工对象物w的端面的位置。例如，端面位置确定部38将相对位置l0确定为加工对象物w的端面的位置。由于用近似函数40对端面位置确定部38获取到的有限个数据进行近似后，使用阈值确定加工对象物w的端面的位置，所以能够以更高的精度确定加工对象物w的端面的位置。

(变形例2)

图6是说明变形例2中的确定加工对象物w的端面的位置的方法的图。在上述实施方式中，端面位置确定部38是通过脉冲产生比例与阈值的比较，来确定加工对象物w的端面的位置，但也可以求出步进进给前后的停止状态下的脉冲产生比例的差与基于该步进进给的相对位置的变化量的比，根据求出的比与针对比的阈值的大小关系的比较，来确定加工对象物w的端面的位置。

图6的纵轴、横轴以及表示各相对位置的脉冲产生比例的数据的黑圆点与图5相同。通过步进进给使上下导线器16(线电极14)接近加工对象物w，在停止状态下逐次获取到的脉冲产生比例及相对位置的数据为点c1、…、c7。端面位置确定部38针对逐次获取到的点c1、…、c7，逐次求出脉冲产生比例的差p12～p67以及基于步进进给的相对位置的变化量l12～l67、以及脉冲产生比例的差与相对位置的变化量的比r12～比r67。比r12～比r67表示连接相邻的数据的线段的斜率。具体而言，以r12＝p12/l12、r23＝p23/l23、…的方式求出。另外，由于p12～p67为负值，l12～l67为步进进给的规定距离，为正值，因此，比r12～比r67为负值。如以下说明的那样，在端面位置确定部38确定了加工对象物w的端面的位置的时刻，脉冲产生比例及相对位置的数据的获取结束。

端面位置确定部38将逐次求出的比r12、r23、…、与针对比的阈值r的大小关系进行比较。例如，虽然比r12～r34比阈值r大，但若比r45变得比阈值r小，则大小关系会发生变化，因此将成为比r45的计算基础的数据点即点c4的相对位置的值l4或点c5的相对位置的值l5确定为加工对象物w的端面的位置。此外，也可以将值l4和值l5的平均值，或者以任意的比内分而得的值确定为加工对象物w的端面的位置。

此外，也可以不是如上述那样逐次地计算出比并使用阈值r来确定为端面的位置，而是在取得了全部的比r12～比r67之后，使用在获取到的表示2个数据之间的斜率的比r12～比r67中值变为最小值的位置的前后的点的相对位置的值来确定加工对象物w的端面的位置。

(变形例3)

在上述实施方式中，位置位移驱动部20使上下导线器16朝向工作台12步进进给，但也可以不进行步进进给，而是极其缓慢地进行轴进给，使其连续地相对移动。在该情况下，位置位移驱动部20进行连续的相对移动，并且执行施加电压控制部34的脉冲电压的连续施加和电压检测部24对脉冲电压的检测，脉冲产生比例计算部36在每个规定时间内计算脉冲产生比例。然后，端面位置确定部38根据计算出的脉冲产生比例，确定加工对象物w的端面的位置。

(变形例4)

上述实施方式及变形例1～3可以在不产生矛盾的范围内任意组合。

[能够根据实施方式得到的发明]

以下，对能够根据上述实施方式掌握的发明进行记载。

(第1发明)

一种线放电加工机(10)，通过使线电极(14)朝向加工对象物(w)相对移动，来确定加工对象物(w)的端面的位置。线放电加工机(10)具备：施加电压控制部(34)，其在线电极(14)与加工对象物(w)之间连续地施加脉冲电压；电压检测部(24)，其检测线电极(14)与加工对象物(w)之间的电压；脉冲产生比例计算部(36)，其计算脉冲产生比例，该脉冲产生比例是由电压检测部(24)检测出的脉冲电压的数量相对于每个规定时间内施加电压控制部(34)所施加的脉冲电压的数量的比例；以及端面位置确定部(38)，其根据脉冲产生比例，确定加工对象物(w)的端面的位置。

由此，能够高精度地确定加工对象物(w)的端面的位置。

线放电加工机(10)也可以具备：上导线器(16a)，其在加工对象物(w)的上方侧支承线电极(14)；下导线器(16b)，其在加工对象物(w)的下方侧支承线电极(14)；以及位置位移驱动部(20)，其使上导线器(16a)及下导线器(16b)相对于支承加工对象物(w)的工作台(12)相对移动。

位置位移驱动部(20)也可以使上导线器(16a)及下导线器(16b)以反复移动和停止的步进进给朝向工作台(12)相对移动。脉冲产生比例计算部(36)也可以在停止的状态下计算脉冲产生比例。由此，能够提高脉冲产生比例的计算精度。

位置位移驱动部(20)也可以将停止的状态维持行进中的线电极(14)的振动周期以上的时间。由此，能够以更高的精度确定加工对象物(w)的端面的位置。

端面位置确定部(38)也可以根据脉冲产生比例变为阈值以下的情况下的上导线器(16a)及下导线器(16b)相对于工作台(12)的相对位置，来确定加工对象物(w)的端面的位置。

端面位置确定部(38)也可以利用以上导线器(16a)及下导线器(16b)相对于工作台(12)的相对位置为变量的近似函数(40)，来对脉冲产生比例相对于该相对位置的关系进行近似，根据近似函数(40)的值成为阈值的相对位置，来确定加工对象物(w)的端面的位置。由此，能够以更高的精度确定加工对象物(w)的端面的位置。

端面位置确定部(38)也可以根据步进进给前后的停止状态下的脉冲产生比例的差与基于步进进给的相对位置的变化量的比和针对该比的阈值的大小关系，来确定加工对象物(w)的端面的位置。

施加电压控制部(34)也可以在上导线器(16a)及下导线器(16b)朝向工作台(12)移动的情况下不施加脉冲电压，而在停止的状态下连续地施加脉冲电压。

(第2发明)

一种线放电加工机(10)的端面位置确定方法，通过使线电极(14)朝向加工对象物(w)相对移动，来确定加工对象物(w)的端面的位置。端面位置确定方法包括：施加电压控制步骤，在线电极(14)与加工对象物(w)之间连续地施加脉冲电压；电压检测步骤，检测线电极(14)与加工对象物(w)之间的电压；脉冲产生比例计算步骤，计算脉冲产生比例，该脉冲产生比例是在电压检测步骤中检测出的脉冲电压的数量相对于每个规定时间内在施加电压控制步骤中所施加的脉冲电压的数量的比例；以及端面位置确定步骤，根据脉冲产生比例，确定加工对象物(w)的端面的位置。

由此，能够高精度地确定加工对象物(w)的端面的位置。

线放电加工机(10)也可以具备：上导线器(16a)，其在加工对象物(w)的上方侧支承线电极(14)；以及下导线器(16b)，其在加工对象物(w)的下方侧支承线电极(14)。端面位置确定方法也可以包括位置位移驱动步骤，在该位置位移驱动步骤中，使上导线器(16a)及下导线器(16b)相对于支承加工对象物(w)的工作台(12)相对移动。

在位置位移驱动步骤中，也可以使上导线器(16a)及下导线器(16b)以反复移动和停止的步进进给朝向工作台(12)相对移动。在脉冲产生比例计算步骤中，也可以在停止的状态下计算脉冲产生比例。由此，能够提高脉冲产生比例的计算精度。

在位置位移驱动步骤中，也可以将停止的状态维持行进中的线电极(14)的振动周期以上的时间。由此，能够以更高的精度确定加工对象物(w)的端面的位置。

在端面位置确定步骤中，也可以根据在脉冲产生比例为阈值以下的情况下的上导线器(16a)及下导线器(16b)相对于工作台(12)的相对位置，来确定加工对象物(w)的端面的位置。

在端面位置确定步骤中，也可以利用以上导线器(16a)及下导线器(16b)相对于工作台(12)的相对位置为变量的近似函数(40)，来对脉冲产生比例相对于该相对位置的关系进行近似，根据近似函数(40)的值成为阈值的相对位置，来确定加工对象物(w)的端面的位置。由此，能够以更高的精度确定加工对象物(w)的端面的位置。

在端面位置确定步骤中，也可以根据步进进给前后的停止状态下的脉冲产生比例的差与基于步进进给的相对位置的变化量的比和针对该比的阈值的大小关系，来确定加工对象物(w)的端面的位置。

在施加电压控制步骤中，也可以在上导线器(16a)及下导线器(16b)朝向工作台(12)移动的情况下，不施加脉冲电压，而在停止的状态下连续地施加脉冲电压。