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    公开号:WO1990014193A1
    申请号:PCT/JP1990/000604
    申请日:1990-05-11
    公开日:1990-11-29
    发明作者:Hideaki Kawamura
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:B23H7-00
    专利说明:
    [0001] 明 放電加工機のジャ ンプ制御方式 技 術 分 野
    [0002] 本発明は放電加工機のジャ ンプ制御方式に関し、 特に放電 状態に応じたジャ ンプ周期及びジャ ンプ距離をファジィ制御 で自動的に決定するようにした放電加工機のジャ ンプ制御方 式に関する。 背 景 技 術
    [0003] 型彫放電加工機等の放電加工機での電極送り制御では、 放 電電圧波形の平均電圧や放電開始までの遅延時間等を検出し て、 これらの検出値を基準目標電圧や基準目標遅延時間にな るように、 サ一ボモータで極間を制御する方式がとられてい
    [0004] ^> o
    [0005] 極間の制御は概略次のようにおこなわれる。
    [0006] ( a ) 放電電圧波形の平均電圧や放電開始までの遅延時間等 を検出する。
    [0007] ( b ) この検出値とあらかじめ設定されている基準目標電圧 や基準目標遅延時間等との差を求める。
    [0008] ( c ) この差にあるゲイ ンを掛けた値を、 サーボモータへの 移動指令とする。
    [0009] ( d ) 前記 （ a ) 〜 （ c ) を一定周期毎に繰り返す。
    [0010] このようにして、 電極をたえず基準目標距離になるように 制御している。
    [0011] このような放電加工では、 極間にスラ ッジ （加工カス） が 溜るので、 このスラ ッジを排出するために電極を大きく逃が して、 再び元の位置まで戻すジャ ンプとよばれる制御が行わ れている。
    [0012] しかし、 このジャンプ制御は放電加工にとつては必要なも のであるが、 放電加工そのものには寄与しない制御である。 従って、 ジャ ンプ制御のジャ ンプ周期が短すぎたり、 ジヤ ン プ距離が大き過ぎたりすると放電加工の加工時間が長くかか る。 逆にジャ ンプ周期が長すぎたり、 ジャ ンプ距離が短かす ぎると、 アークやショー トなどの無効放電がおおくなり、 放 電状態が不安定になり、 加工速度や加工面を悪化させる。 一方、 放電状態は極間のスラ ッジ量、 加工の深さ、 加工部 分のィォン状態及び加工形状等の種々の要因で時々刻々変化 するため放電状態の検出を正確に行うのは難しく、 あいまい な要素が多い。 このため、 従来の放電加工では最悪の状態を 想定し、 経験と実験によりジャ ンプ条件を加工前に決定して いた。
    [0013] しかし、 高速にしかも安定に加工を行うためには、 ジヤ ン プ制御の条件を加工中に、 その放電状態に応じて最適に制御 する必要がある。 従って、 ジャ ンプ周期及びジャ ンプ距離を 加工中にどのように制御するかは、 現在の放電加工における 最も重要な課題の一つである。 発 明 の 開 示 本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、 放電 状態に応じたジャ ンプ周期及びジャ ンプ距離をファジィ制御 で自動的に決定できる放電加工機のジャ ンプ制御方式を提供 することを目的とする。
    [0014] 本発明では上記課題を解決するために、
    [0015] 放電加工機のジャ ンプを制御する放電加工機のジャ ンプ制 御方式において、 前記放電加工機の放電状態を入力とするフ ァジィ制御によって、 前記ジャ ンプの周期及び距離を最適値 に自動設定しながら加工を行うことを特徵とする放電加工機 のジャ ンプ制御方式が、 提供される。
    [0016] 放電状態をもとにしたファジィ制御により最適なジャ ンプ 周期と距離を制御し、 加工速度の向上と放電加工状態の改善 による加工面の改善を実現する。 図 面 の 簡 単 な 説 明 第 1図は本発明の一実施例の C N C型彫放電加工機の全体 構成を示す図、
    [0017] 第 2図は放電安定状態度の時間変化の様子を示す図、 第 3図はジャ ンプ距離の増分を推論するためのファジィル ールの一例を示す図、
    [0018] 第 4図はジャ ンプ周期の増分を推論するためのファジィル 一ルの一例を示す図、
    [0019] 第 5図は本発明の他の実施例を示す図、
    [0020] 第 6図は放電安定状態度を推論するためのファジィルール の一例を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
    [0021] 以下、 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
    [0022] 第 1図は本発明の一実施例の C N C型彫放電加工機の全体 構成を示す図である。
    [0023] 放電加工機は電極 3 4と、 X Y移動テーブル 3 6 と、 加工 電源 3 ？ と、 X軸用、 Y軸用及び Z軸用のサーボモータ 3 1、 3 2及び 3 3とで構成される。 X Y移動テーブル 3 6は X及 び Y軸用のサーボモータ 3 1及び 3 2によって駆動され、 被 加工物 3 5を X及び Y方向に移動する。 電極 3 4は Z軸用サ ーボモータ 3 3によって駆動され、 Z方向に移動する。 加工 電源 3 7は電極 3 と被加工物 3 5 との間に高周波の放電電 圧を印加する。 被加工物 3 5は、 X Y移動テーブル 3 6 と、 電極 3 との間の相対的移動によって生じる電極 3 4と被加 ェ物 3 5 との間の放電によつて所望の形状に加工される。
    [0024] X軸用、 Y軸用及び Z軸用のサーボモータ 3 1、 3 2及び 3 3と、 加工電源 3 7は数値制御装置によって制御される。 以下、 数値制御装置の構成を説明する。
    [0025] 加工条件設定手段 1 3は放電加工機の全体を制御するため の各種の制御パラメ ータを出力する。 加工条件設定手段 1 3 の各種データは C R T Z M D I 1 1を介して入力される。 加 ェ条件設定手段 1 3は加工電源 3 7に加工電源用パラメ ータ を出力し、 加工電源 3 7の出力を制御する。 さらに、 加工条 件設定手段 1 3は電極揺動制御手段 1 4及び電極サーボ送り 制御手段 1 5に制御パラ メ ータを出力する。 電極揺動制御手 段 1 4及び電極サーボ制御送り手段 1 5の出力はサーボ制御 手段 1 6に入力される。 サーボ制御手段 1 6 はこれらの出力 に基づいてサーボモータ 3 1、 3 2及び 3 3を制御する。
    [0026] ギヤ ップ電圧波形検出手段 1 7 aは電極 3 4 と被加工物 3 5 との間のギヤ ップ電圧波形を検出し、 A Z D変換器 1 8に 出力する。 また放電電流検出手段 1 7 bは放電電流を検出し、 A Z D変換器 1 8に出力する。 A Z D変換器 1 8はギヤ ップ 電圧波形検出手段 1 7 aと放電電流検出手段 1 7 bの出力電 圧波形をディ ジタル化し、 波形特徴抽出手段 1 9 に出力する。 波形特徵抽出手段 1 9はディ ジタル化された電圧波形から平 均電圧 V m、 放電遅れ時間 T n、 放電電流値 I η等を抽出し て放電状態推定手段 2 0に送る。 放電状態推定手段 2 0 はこ れらのデータを基に放電状態を推定すると共に、 これを数値 化する。 数値化されたデータ S i 及び S i はフアジィ制御 部 1 2のフアジィ推論部 1 2 aの入力として取り込まれる。
    [0027] フアジィ推論部 1 2 は入力されたデータ S i 及び d S i を基にフアジィ推論を実行し、 その出力データ 3 t及び δ d を解釈部 1 2 bに出力する。 5 t はジャ ンプ周期の増分、 δ dはジャ ンプ距離の増分をそれぞれ示す。 解釈部 1 2 bはデ ータ δ tおよび S dを非フアジィ化したデータ <5 Τ及び 5 D をジャ ンプ周期距離変更手段 2 3へ出力する。 ジャ ンプ周期 距離変更手段 2 3はデータ δ Τ及び δ Dに基づいて、 ジャ ン プ周期とジャ ンプ距離に修正を加え、 修正されたジャ ンプ周 期 Τ及びジャ ンプ距離 Dをジャ ンプ制御手段 2 4へ出力する。 ジャ ンプ制御手段 2 4 はジャ ンプ周期 Τ及びジャ ンプ距離 D に基づいた制御値をサーボ制御手段 1 6に出力する。 このよ うにして、 放電加工機のジャ ンプ制御は実行される。 なお、 フアジィ制御部 1 2におけるフアジィ推論の詳細については 後述する。
    [0028] 一方、 極間距離推定手段 2 1 は波形特徴抽出手段 1 9の平 均電圧 V mの出力から極間距離を推定し、 演算器 2 2に送る。 演算器 2 2は加工条件設定手段 1 3からの目標基準値と、 極 間距離推定手段 2 1で推定された推定極間距離との差分をと り、 その変位量を電極サーボ送り制御手段 1 5に送る。 電極 サーボ送り制御手段 1 5は加工条件設定手段 1 3の制御パラ メ ータ及び演算器 2 2の変位量に基づいて、 サーボの移動指 令をサーポ制御手段 1 6に出力する。 サ一ボ制御手段 1 6は 電極揺動制御手段 1 4、 電極サーボ送り制御手段 1 5及びジ ャ ンプ制御手段 2 4から出力される移動指令に基づいて、 サ ーボモータ 3 1、 3 2及び 3 3を駆動し、 電極 3 4と被加工 物 3 5 との間の極間距離及び相対的位置関係を加工条件設定 手段 1 3に設定されている目標値になるように制御する。
    [0029] フアジィ制御部 1 2の動作を説明する前に、 極間距離推定 手段 2 1の動作を説明する。 電極 3 4と被加工物 3 5 との間 の放電波形の種類を第 6図の右側に示す。 波形 C 1 はショー ト （short) の状態、 波形 C 2はアーク （arc) の状態、 波形。 3は通常のスパーク I (spar k I ) の状態、 波形 C 4は放電遅 れ時間の大きいスパーク Π (spark fl ) の状態、 波形 C 5はォ ープン（open)の状態をそれぞれ示す。 これらの波形から理解 できるように放電波形の平均電圧 V mが大きい場合は、 ォー プン状態であり、 小さい場合はショー ト状態である。 従って、 極間距離推定手段 2 1 は放電のオープン状態を 0 とし、 ショ ― ト状態を 1 として規格化し、 その値を演算器 2 2に出力す る。 加工条件設定手段 1 3はスパーク I状態の放電を目標基 準値として演算器 2 2に出力する。 このようにして電極間距 離の変位量は求められる。
    [0030] 放電状態推定手段 2 0 も極間距離推定手段 2 1 と同様に波 形特徴抽出手段 1 9から平均電圧 V mと放電遅れ時間 T nを 入力する。 入力された平均電圧 V mと放電遅れ時間 T nを基 に、 スパーク I状態の放電を 0 とし、 オープン状態の放電を + 1 とし、 ショー ト状態の放電を一 1 として規格する。 そし て、 それらの値 S i を放電安定状態度とする。 この放電安定 状態度 S i の時間変化の様子を第 2図に示す。 第 2図から明 らかなように放電安定状態度 S i は時間と共に変化する。 こ の変化の割合、 即ち放電安定状態度 S i の微分値 5 S i を放 電安定状態度の変化 δ S i とする。 放電状態推定手段 2 0は 放電安定状態度 S i とこの変化の割合 3 S i を算出し、 ファ ジィ制御部 1 2へ出力する。 なお、 平均電圧 V mと放電遅れ 時間 T nに加えて放電電流 I nを使って放電安定状態をより 正確に推定する方法もある。
    [0031] フアジィ制御部 1 2 はこの放電安定状態度 S i及びその変 ィ匕 S S i に基づいてファジィ推論を実行する。 このフアジィ 推論のルールを第 3図及び第 4図に示す。 第 3図はジャ ンプ 距離の増分 δ dを推論するためのファジィルールの一例を示 す図であり、 第 4図はジャ ンプ周期の増分 S tを推論するた めのフアジィルールの一例を示す図である。 各ルール共 4個 のルールで構成される。
    [0032] まず、 第 3図のジャ ンプ距離の増分 5 dを推論するルール を説明する。 図中の All、 A 12. A13及び A14は放電安定状 態度 S i に関するメ ンバーシップ関数を、 A21、 A 22. A 23 及び A24は放電安定状態度の変化 δ S i に関するメ ンバーシ ップ闋数を、 B l、 B 2、 B 3及び B 4はジャ ンプ距離の増 分 S dに関するメ ンバーシップ関数をそれぞれ示す。 このメ ンバーシップ闋数の縦軸は各推論の適合度を示す。
    [0033] 第 1のルール R 1 は Γ S i が大きくて、 かつ、 d S iが正 の大きい値ならば、 ジャ ンプ距離の増分 d άは負の大きい値 でめる ( if l is Big and δ S ι is Positive Big tnen δ d is Negative Big) J を意味する。
    [0034] 第 2のルール R 2は Γ S iが中く らいで、 かつ、 S S iが 正の中く らいの値ならば、 ジャ ンプ距離の増分 5 dは負の小 い でめる (if Si is Medium and δ S ι is Positive Med ium then δ d is Negative Smal 1) J を意味する。
    [0035] 第 3のルール R 3は Γ S i が小さくて、 かつ、 d S iが負 の中く らいの値ならば、 ジャンプ距離の増分 δ dは正の小さ い値である い f l is Small and δ S i is Negative Med i u m then 6 d is Positive Smal 1) J を意味する。
    [0036] 第 4のルール R 4は Γ s i が小さ くて、 かつ、 d S i が負 の大きい値ならば、 ジャ ンプ距離の増分 δ dは正の大きい値 でめる ( if Si is mal 1 and δ S i is Negative Big then δ d is Positive Big) j を意味する。 次に、 第 4図のジャ ンプ周期の増分 5 tを推論するルール を説明する。 図中の All、 A 12. A13及び A14は放電安定状 態度 S i に関するメ ンバーシッ プ関数を、 A 21、 A 22、 A 23 及び A24は放電安定状態度の変化 δ S i に関するメ ンバーシ ップ関数を、 B l、 B 2、 B 3及び B 4はジャ ンプ距離の増 分 δ t に関するメ ンバーシップ闋数をそれぞれ示す。 このメ ンバーシップ関数の縦軸は各推論の適合度を示す。
    [0037] 第 5のルール R 5は Γ S iが大きくて、 かつ、 d S iが正 の値ならば、 ジャ ンプ周期の増分 t は正の大きい値である い f Si is Big and δ S ι is Positive then δ t is Posit ive Bi ) J を意味する。
    [0038] 第 6のルール R 6は Γ S iが大きくて、 かつ、 δ S iがゼ 口 （ 0 ) ならば、 ジャ ンプ周期の増分 t は正の小さい値で ある { 1 f Si is Big and δ S ι is Zero then δ t is Posit ive Small) J を意味する。
    [0039] 第 7のルール R 7 は Γ S iが中く らいで、 かつ、 S S iが 負の小さい値ならば、 ジャ ンプ周期の増分 5 t は負の小さい 値である (if Si is Medium and δ S i is Negative Small then δ t is Negative Small)」 を意味する。
    [0040] 第 8のルール R 8は Γ s iが小さ くて、 かつ、 δ S iが負 の大きい値ならば、 ジャ ンプ周期の増分 S t は負の大きい値 である [ i f Si is Small and δ S ι is Negative Big then δ t is Negative Big) J を意味する。
    [0041] フアジィ推論部 1 2 aは上述の 8つのルールに基づいて、 推論を実行し、 ジャ ンプ距離の増分 S d及びジャ ンプ周期の 増分 5 tの値を解釈部 1 2 bに出力する。 ジャ ンプ距離の増 分 5 d及びジャ ンプ周期の増分 5 tの値は上述のファジィル ールに基づいて重心法等によつて求められる。 求められたジ ャ ンプ距離の増分 S d及びジャ ンプ周期の増分 S t は解釈部 1 2 bで数値化され、 ジャ ンプ周期距離変更手段 2 3に出力 され、 ジャ ンプ制御手段 2 4を介して、 ジャ ンプ制御が行わ れる。
    [0042] また、 これらのフアジィルールとメ ンバ一シップ関数をデ ータベースと して保存し、 フアジィ推論はこのデータべ一ス を使用して行うようにすることもできる。
    [0043] さらに、 これらのデータベースを被加工物の材質や加工方 法等に応じて、 複数のデータベースを設け、 データベースを 選択して、 フアジィ推論を行うようにすることもできる。
    [0044] 第 5図は本発明の他の実施例を示す図である。 第 1図と同 —の構成要素には同一の符合が付してあるので、 その説明は 省略する。 本実施例では、 放電状態フアジィ推定手段がファ ジィ推論によって放電安定状態度 S i及びその変化 5 S i を 出力する。 即ち、 本実施例では波形特徴抽出手段 4 1から出 力される放電電圧の最大値 V n及び放電遅れ時間 T IIに基づ いて、 その放電状態をフアジィ推論によって推定する。
    [0045] 従って、 本実施例が第 1図のものと異なる点は、 波形特徵 抽出手段 4 1が放電電圧の最大値 V n及び放電遅れ時間 T II を放電状態フアジィ推定手段 4 0に出力し、 この出力に基づ いて放電状態ファジィ推定手段 4 0がファジィ推論を行う点 である。 '. - 一 11— ' 放電状態ファジィ推定手段 4 0内のフアジィ制御部は放電 電圧の最大値 V n及び放電遅れ時間 T nに基づいてファジィ 推論を実行する。 このフアジィ推論のルールを第 6図に示す。 第 6図は放電安定状態度 S i を推論するためのファジィルー ルの一例を示す図である。 フアジィ ルールは 5個のルールで 構成される。
    [0046] 図中の All、 A 12. A13及び A14は放電電圧の最大値 V n に関するメ ンバーシップ関数を、 A21、 A22、 A23、 A24及 び A25は放電遅れ時間 T ηに関するメ ンバーシップ関数を、 Β 1、 Β 2、 Β 3、 Β 4及び Β 5は放電安定状態度 S i に関 するメ ンバーシップ関数をそれぞれ示す。 このメ ンバーシッ プ関数の縦軸は各推論の適合度を示す。 各ルールの右側にそ のルールに対応する放電状態の波形を示している。
    [0047] 第 1のルール R 1 は Γ V nが小さ くて、 かつ、 T nがゼ口 ( 0 ) ならば、 放電安定状態度 S i は負の大きい値 （シ ョ ー ト状態） である （if Vn is Small and Tn is Zero then Si is Negative Big) J を意味する。
    [0048] 第 2のルール R 2は Γ V nが中く らいで、 かつ、 T nが小 さいならば、 放電安定状態度 S i は負の小さい値 （アーク状 態） である （if Vn is Medium and Tn is Small then Si i s Negative Small) J を意味する 0
    [0049] 第 3のルール R 3は Γ V nが大きくて、 かつ、 T nが中く らいならば、 放電安定状態度 S i はゼロ （ 0 ) の値 （スパー ク I状態） である （if Vn is Big and Tn is Medium then Si is Zero) J を意味する。 第 4のルール R 4は Γ V nが大きくて、 かつ、 T nが大き いならば、 放電安定状態度 S i は正の小さい値 （スパーク Π 状態） である （if Vn is Big and Tn is Big then Si is P ositive Small) J を意味する。
    [0050] 第 5のルール R 5は 「T nが非常に大きいならば、 放電安 定状態度 S i は正の大きい値 （オープン状態） である （if T n is Very Big then Si is Positive Big) J ¾r意味する 0 放電状態ファジィ推定手段 4 0のファジィ制御部は上述の 5つのルールに基づいて、 推論を実行し、 放電安定状態度 S i と、 その放電安定状態度 S iから求められる放電安定状態 度の変化 δ S i とを解釈部にて数値化してファジィ制御部 1 2に出力する。 フアジィ制御部 1 2では上述と同様にファジ ィ推論を実行し、 ジャ ンプ制御を行う。
    [0051] 以上説明したように本実施例によれば、 放電状態を入力と してフアジィ推論を実行し、 最適なジャ ンプ距離及びジヤ ン プ周期を求め、 それに基づいてジャンプ制御を実行するよう にしたので、 時々刻々変化する放電状態に对応して最適なジ ヤ ンプ制御が実現できる。 また、 従来のような無駄なジヤ ン プ制御を減少できるので、 加工速度が増し、 放電状態の安定 によつて加工面の精度が向上するという優れた効果がある。 さらに、 自動的にジャ ンプ距離とジャ ンプ周期が決定され、 制御されるので加工条件としてジャ ンプに関するデータを設 定する必要がなくなる。
    [0052] 以上説明したように本発明によれば、 従来のように経験と 実験により ジャ ンプ条件を設定してジャ ンプ制御を行うもの に比べて、 放電状態に応じた最適でかつ高度な制御が可能と なり、 加工精度、 加工速度を大幅に向上することが可能とな る o
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    1 . 放電加工機のジャ ンプを制御する放電加工機のジャン プ制御方式において、
    前記放電加工機の放電状態を入力とするファジィ制御によ つて、 前記ジャ ンプの周期及び距離を最適値に自動設定しな がら加工を行うことを特徵とする放電加工機のジャンプ制御
    2 . 前記フアジィ制御のフ アジィルールとメ ンバーシップ 関数とをデータベースとして複数個保存しておき、 加工の種 類に応じて選択できるようにしたことを特徵とする特許請求 の範園第 1項記載の放電加工機のジャ ンプ制御方式。
    3 . 前記放電加工機の電極と被加工物との間のギャップ電 圧の波形から前記放電状態を数値化し、 数値化された放電状 態と、 放電状態の時間変化とを前記フアジィ制御の入力とす ることを特徵とする特許請求の範囲第 1項記載の放電加工機 のジャ ンプ制御方式。
    4 . 前記放電状態は前記ギヤップ電圧の波形又は放電電流 波形に基づいて算出することを特徴とする特許請求の範囲第 2項記載の放電加工機のジャンプ制御方式。
    5 . 前記放電状態は前記ギャ ップ電圧及び放電電流の少な く とも一つを入力とするファジィ推論によって算出すること を特徵とする特許請求の範囲第 2項記載の放電加工機のジャ ンプ制御方式。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    DE69010625T2|1994-11-03|
    EP0426870A1|1991-05-15|
    JPH02303720A|1990-12-17|
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    EP0426870B1|1994-07-13|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1990-11-29| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US |
    1990-11-29| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): CH DE FR GB |
    1990-12-31| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1990907411 Country of ref document: EP |
    1991-05-15| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1990907411 Country of ref document: EP |
    1994-07-13| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1990907411 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP12085589A|JPH02303720A|1989-05-15|1989-05-15|Control method for jump of discharging machine|
    JP1/120855||1989-05-15||DE1990610625| DE69010625T2|1989-05-15|1990-05-11|Sprungsteuersystem einer funkenerosionsmaschine.|
    EP19900907411| EP0426870B1|1989-05-15|1990-05-11|Jump control system of electric spark machine|
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