JP2004345066A - ワイヤカット放電加工機のワイヤの張力制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ワイヤカット放電加工機において、広い範囲にわたって必要な張力を正確に付与することが可能なワイヤの張力制御装置を提供すること。
【解決手段】ワイヤカット放電加工機において、引取部６０と送出部１０の間にダンサローラ２１とワーク加工部５０を配置し、ダンサローラ２１を所定位置に維持するように制御して、任意の速度でワイヤ２を走行させ、ダンサローラ２１とワーク加工部５０の間に歪みゲージ４５を配置するとともに、ダンサローラ２１を支持するダンサアーム２２に、ワイヤ２に張力を付与するためのトルクモータ２４を連設してダンサ部２０を構成し、歪みゲージ４５およびトルクモータ２４をコントローラ７０と接続し、ワイヤ２に所定張力を付与するように制御した。
【選択図】 図１
【解決手段】ワイヤカット放電加工機において、引取部６０と送出部１０の間にダンサローラ２１とワーク加工部５０を配置し、ダンサローラ２１を所定位置に維持するように制御して、任意の速度でワイヤ２を走行させ、ダンサローラ２１とワーク加工部５０の間に歪みゲージ４５を配置するとともに、ダンサローラ２１を支持するダンサアーム２２に、ワイヤ２に張力を付与するためのトルクモータ２４を連設してダンサ部２０を構成し、歪みゲージ４５およびトルクモータ２４をコントローラ７０と接続し、ワイヤ２に所定張力を付与するように制御した。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤカット放電加工機の放電加工領域におけるワイヤの張力制御の安定化および高精度化に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ワイヤカット放電加工機として、所定の張力を付与した状態のワイヤを走行させて、ワイヤとワーク（被加工材）との間に所定の放電加工用電圧を印加し、走行するワイヤに対してワークを移動させることにより、ワークを加工するものが知られている。
このようなワイヤカット放電加工機においては、ワイヤの張力と、ワークの加工精度や面質との間には密接な関係があり、加工精度や面質を向上させるために、様々なワイヤの張力制御が考案されている。
例えば、張力付与ローラの回転トルクを変えることによりワイヤに張力を付与する方法や、ワイヤの張力が変動しないように、ワイヤの張力を検出し、検出張力が設定張力と一致するように回転トルクをフィードバックして制御する方法（例えば、特許文献１参照）が考案されている。
【０００３】
また、近年、加工形状の微細化に伴い、使用されるワイヤ径が細径化してきており、例えば、ワイヤ径が０．０３ｍｍ程度の極細ワイヤも使用されている。このようなワイヤ径の細径化に伴い、張力制御範囲も広く、高精度なワイヤカット放電加工機が求められるようになってきている。
極細ワイヤに対応するために、例えば、高低二つの張力付与ローラを備え、これらをクラッチ等の切り替え手段を用いることにより、広い張力設定範囲で極細ワイヤに張力を付与する方法（例えば、特許文献２参照）が考案されている。
【０００４】
さらに、テンションアームによりワイヤの送り出し張力を付与する方法（例えば、特許文献３参照）が考案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平３−１１１１２９号公報
【特許文献２】
特公平８−３３６号公報
【特許文献３】
特開２００３−８９０１６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記特許文献１および特許文献２のワイヤカット放電加工機においては、ローラに対して慣性力による過大な慣性負荷が作用することにより、ワイヤに正確で安定した張力を付与することが難しく、特に、極細ワイヤ使用時に必要とされる低い張力になるほど張力制御精度が悪化するという問題点があった。
また、前記特許文献３のワイヤカット放電加工機においては、ワイヤにかかる張力の変動分を、テンションアームの回転角度の変化によって吸収することとしているため、張力変動時にはテンションアームの回転にともない発生するテンションアーム自身の慣性によりさらに張力が変動してしまい、また張力フィードバック制御のような、外乱に対して高応答かつ高精度な張力制御を行うことが難しいという問題点があった。
そこで、本発明では、ワイヤカット放電加工機において、広い範囲にわたって必要な張力を正確に付与することが可能なワイヤの張力制御装置を提供することを第１の課題とする。
【０００７】
さらに、ワイヤカット放電加工機の放電加工時には、ワイヤとワークと間の放電現象に起因するワイヤの振動現象がしばしば発生する。このようなワイヤの振動現象は、振動状態が一定のものではなく、ワークの厚みや加工速度、放電電圧、放電周波数の変化等によって、振動状態が経時的に変化するものであるため、この影響により加工精度が悪化するという問題点があった。
そこで、本発明では、ワイヤカット放電加工機において、放電加工領域でのワイヤの振動現象に起因する加工精度の悪化を低減させることが可能なワイヤ電極の張力制御装置を提供することを第２の課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
すなわち、請求項１においては、引き取り手段と巻出し手段の間にダンサローラとワーク加工部を配置し、該ダンサローラを所定位置に維持するように制御して任意の速度にてワイヤを走行するワイヤカット放電加工機において、前記ダンサローラを支持するアームに、ワイヤに張力を付与するためのアクチュエータを連設して第１の張力付与手段を構成し、前記第１の張力付与手段とワーク加工部の間に張力検出手段を配置するとともに、前記第１の張力付与手段および前記張力検出手段を制御装置と接続し、前記張力検出手段により検出された張力が所定の張力と同じになるように、前記第１の張力付与手段を制御することでワイヤに所定の張力を付与するようにしたものである。
【０００９】
請求項２においては、前記第１の張力付与手段とワーク加工部の間に、ブレーキ手段を有する第２の張力付与手段を配置したものである。
【００１０】
請求項３においては、前記張力検出手段により検出されたワイヤの張力の変動からワイヤの振動状態を検出し、該振動状態に基づいてワイヤの張力を制御するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態を添付の図面を用いて説明する。
図１は本発明を適用するワイヤカット放電加工機の一実施例を示す模式図、図２はワイヤカット放電加工機における張力制御を示すブロック図である。
【００１２】
図１、図２を用いて、ワイヤカット放電加工機１の全体的な構成について説明する。
ワイヤカット放電加工機１には、ワイヤ２の走行経路の上流側から下流側へ順に、送出部１０、ダンサ部２０、張力付与部３０、張力検出部４０、ワーク加工部５０、引取部６０が配置されている。
【００１３】
また、ワイヤカット放電加工機１には、制御手段としてのコントローラ７０が備えられている。コントローラ７０は、後述するように、送出モータ１２、トルクモータ２４、角度センサ２８、パウダーブレーキ３３、歪みゲージ４５、回転数センサ４６、テーブル駆動用のアクチュエータ５４、引取モータ６３とそれぞれ接続されている。
【００１４】
送出部１０には、送出リール１１、送出モータ１２が備えられており、該送出モータ１２の駆動により送出リール１１が回転し、該送出リール１１に巻かれているワイヤ２が下流側へ送り出される（巻き出される）。送出モータ１２は、コントローラ７０と接続されており、該コントローラ７０の指令（回転速度指令）により駆動される。そして、送出部１０は、本実施例において、ワイヤ２の巻出し手段として機能する。
【００１５】
引取部６０には、引取ローラ６１、ピンチローラ６２、引取モータ６３が備えられている。ピンチローラ６２は引取ローラ６１に向けて付勢して取り付けられており、該引取ローラ６１とピンチローラ６２との間にワイヤ２が挟持されている。そして、引取モータ６３が駆動すると引取ローラ６１が回転し、これにより、ワイヤ２が下流側に引き取られる（または、巻き取られる）。引取モータ６３は、コントローラ７０と接続されており、該コントローラ７０の指令（回転速度指令）により駆動される。そして、引取部６０は、本実施例において、引き取り手段として機能する。
【００１６】
このように、ワイヤカット放電加工機１において、送出リール１１および引取ローラ６１が回転することによって、ワイヤ２が所定の走行速度で、送出部１０から引取部６０へ、走行経路に沿って走行する。ワイヤ２の走行速度は、送出リール１１および引取ローラ６１の回転速度によって定まり、コントローラ７０によって送出モータ１２および引取モータ６３を制御することにより、ワイヤ２の走行速度を調節できる。そして、後述するように、ワイヤ２の走行速度が略一定となるような制御が行われている。なお、引取部６０の下流側では、ワイヤ２をスタッカ等に排出するようにしている。
【００１７】
ダンサ部２０は第１の張力付与手段として機能し、該ダンサ部２０には、ダンサローラ２１、連結部材であるダンサアーム２２、トルクモータ２４、支持ローラ２６・２７、角度センサ２８が備えられている。ダンサローラ２１は、棒状に形成されるダンサアーム２２の一端側に回転自在に支持されており、該ダンサアーム２２の他端（基部）側は、トルクモータ２４の駆動軸２５に固定して支持されている。支持ローラ２６・２７が略水平に配置され、該支持ローラ２６・２７より下方にダンサローラ２１が位置している。そして、ワイヤ２が上流側から支持ローラ２６、ダンサローラ２１、支持ローラ２７の順に張架され、ワイヤ２と当接するダンサローラ２１によってワイヤ２が所定の張力で下方に押し付けられている。
【００１８】
ダンサアーム２２は略水平に配置されており（図１）、この水平に位置する状態をダンサアーム２２の基準位置としている。トルクモータ２４の駆動軸２５がダンサアーム２２の回動軸となっており、ダンサアーム２２の回動角を、駆動軸２５に取り付けられる角度センサ２８によって検出するようにしている。角度センサ２８はコントローラ７０と接続されており、該コントローラ７０に角度センサ２８により検出された回動角が入力される。
【００１９】
トルクモータ２４は、ダンサアーム２２およびダンサローラ２１を介して、ワイヤ２に張力を付与するためのアクチュエータとして設けられている。トルクモータ２４を駆動することによりトルクモータ２４の回転トルクを、ダンサアーム２２およびダンサローラ２１を介して、ワイヤ２に伝達することによって、ワイヤ２に張力が付与される。トルクモータ２４はコントローラ７０と接続されており、該コントローラ７０の指令（トルク指令）により作動する。コントローラ７０によりトルクモータ２４は、予め設定されている張力（目標値（図２の設定値設定手段により設定され、コントローラ７０に記憶されている））と、ワイヤ２の張力との偏差をフィードバック信号として、例えば、Ｐ制御、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御のような制御によって制御されている。なお、トルクモータ２４に替えて、アクチュエータをロータリーソレノイド、ＤＣモータ、サーボモータ等として構成してもよい。
【００２０】
張力付与部３０は第２の張力付与手段として機能し、該張力付与部３０には、ブレーキローラ３１、ピンチローラ３２、ブレーキ手段であるパウダーブレーキ３３が備えられている。ピンチローラ３２はブレーキローラ３１に向けて付勢して取り付けられており、該ブレーキローラ３１とピンチローラ３２との間にワイヤ２が挟持されている。パウダーブレーキ３３はブレーキローラ３１に接続されており、該パウダーブレーキ３３の作動によりブレーキローラ３１が制動される。パウダーブレーキ３３は、コントローラ７０と接続されており、該コントローラ７０の指令（トルク指令）により駆動される。なお、パウダーブレーキ３３に替えて、ブレーキローラ３１にサーボモータを接続したり、摩擦板式のクラッチ等を接続したりする構成としてもよい。
【００２１】
パウダーブレーキ３３を作動させない状態では、ブレーキローラ３１はワイヤ２の走行に連動して回転する。これに対して、パウダーブレーキ３３を作動させた状態では、パウダーブレーキ３３による制動トルクによってブレーキローラ３１の回転が制動される。これにより、ワイヤ２に対して張力が付与される。そして、後述するように、この張力付与部３０では、パウダーブレーキ３３を作動させて、ブレーキローラ３１の回転を制動することにより、ワイヤ２に付与される張力を制御している。なお、後述するように、電磁クラッチ３４を備える構成としてもよい。そして、電磁クラッチ３４を、コントローラ７０と接続し、該コントローラ７０の指令（断接指令）により作動させるようにしておく。この場合、電磁クラッチ３４が「接」の状態ではパウダーブレーキ３３の制動トルクをブレーキローラ３１に伝達し、また、電磁クラッチ３４が「断」の状態ではパウダーブレーキ３３の制動トルクをブレーキローラ３１に伝達しないようにする。
【００２２】
張力検出部４０には、張力検出ローラ４１、ガイドローラ４３・４４、歪みゲージ４５、回転数センサ４６が備えられている。
ワイヤ２は、上流側からガイドローラ４３、張力検出ローラ４１、ガイドローラ４４の順に張架され、ワイヤ２にかかる張力によって、張力検出ローラ４１が下方に押し付けられている。この場合、張力検出ローラ４１を下方に押し付ける力を、張力検出ローラ４１の軸部４２に配置される張力検出手段となる歪みゲージ４５によって検出することにより、ワイヤ２にかかる張力を検出するようにしている。歪みゲージ４５はコントローラ７０と接続されており、該コントローラ７０に歪みゲージ４５により検出された張力が入力される。そして、後述するように、この張力検出部４０で検出されたワイヤ２の張力に基づいて、ワイヤ２の張力制御が行われている。なお、張力検出手段は歪みゲージ４５に替えて、差動トランス等を用いる構成としてもよい。
【００２３】
また、張力検出ローラ４１には回転数センサ４６が取り付けられており、該回転数センサ４６によって張力検出ローラ４１の回転数を検出することとしている。回転数センサ４６はコントローラ７０と接続されており、該コントローラ７０に回転数センサ４６により検出された回転数が入力される。このように、回転数センサ４６により張力検出ローラ４１の回転数を検出することによって、ワイヤ２の走行速度を測定するようにしている。
【００２４】
ワーク加工部５０において、ワイヤ２は上ガイド５１と下ガイド５２との間に張架されており、上下方向に走行する。ワーク加工部５０には、ワーク３を載置して固定するためのテーブル５３が水平に備えられている。テーブル５３は、平面視で「コ」字状または「ロ」字状に形成され、該テーブル５３が水平移動した場合であっても、テーブル５３とワイヤ２とが干渉しないようにしている。そして、テーブル駆動用のアクチュエータ５４を作動させることにより、ワイヤ２に対してテーブル５３を水平移動可能としている。ワーク３はテーブル５３上に固定されており、テーブル５３の水平移動に伴い、テーブル５３上のワーク３もワイヤ２に対して水平移動する。テーブル駆動用のアクチュエータ５４は、コントローラ７０と接続されており、該コントローラ７０の指令により作動する。
このように、上下に走行するワイヤ２に対して、ワーク３が水平方向に移動することにより、ワーク３への加工が行われる。この場合、ワイヤ２とワーク３との間には、所定の放電加工用電圧が印加されている。
【００２５】
ワーク加工部５０において、ワーク３の加工時には、例えば、ワイヤ２の振動現象のような外乱が発生する場合（図１の２点鎖線で示すような場合）があり、この場合には、ワイヤ２の振動（外乱）の影響により、ワーク３の加工精度や面質を損なうことがある。このため、ワーク加工部５０におけるワイヤ２の張力を一定に保って、ワイヤ２の振動の影響をできる限り抑制して、ワイヤ２の振動に起因するの加工精度の悪化を低減させる必要がある。したがって、本実施例では、以下に述べるような、ワイヤ２の張力制御を行うこととしている。
【００２６】
以上のように構成されるワイヤカット放電加工機１におけるワイヤ２の張力制御について、図１、図２を用いて説明する。
ダンサ部２０では、トルクモータ２４の駆動によるトルクモータ２４の回転トルクを、ダンサアーム２２およびダンサローラ２１を介して、ワイヤ２に伝達することによって、ワイヤ２に張力を付与している。そして、ワイヤ２に付与される張力は、トルクモータ２４の回転トルクに応じて定まる。
【００２７】
本実施例では、走行するワイヤ２に所定の張力が付与された状態でワイヤ２の走行速度を略一定に維持するように、次のような制御を行っている。例えば、引取モータ６３が一定の回転数で駆動している場合には、送出モータ１２の回転数を制御することにより、ダンサアーム２２が基準位置（水平位置）にあるように制御することによって（言い換えれば、ダンサローラ２１を所定位置に維持するように制御することによって）、ワイヤ２の走行速度を略一定に維持することとしている。このために、送出モータ１２の回転速度は、ダンサアーム２２の回動角をフィードバック信号として制御するようにしている。
【００２８】
送出モータ１２の制御方法について説明する。ダンサアーム２２の回動角は、角度センサ２８によって検出され、コントローラ７０に入力される。コントローラ７０は、入力されたダンサアーム２２の回動角と、基準位置（水平位置）にある場合のダンサアーム２２の回動角との回動角偏差を演算する。そして、コントローラ７０は、該回動角偏差を０に近づけるように、送出モータ１２へ指令を送って、送出モータ１２の回転速度を決定する。この場合、回動角偏差をフィードバック信号として、例えば、Ｐ制御、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御のような制御によって送出モータ１２は回転速度制御されている。
このように、ダンサアーム２２が基準位置（水平位置）にあるようにフィードバック制御している。この結果、ワイヤ２に所定の張力が付与された状態で、ワイヤ２の走行速度が、引取モータ６３の回転速度により決定された引取速度と略一定に維持されるように制御される。
【００２９】
なお、より簡単な送出モータ１２の制御方法として、例えば、ダンサローラ２１の可動範囲の上限に上限センサを、また、ダンサローラ２１の可動範囲の下限に下限センサを設けて、ダンサローラ２１が上限センサの位置に達した場合には送出モータ１２の回転速度を一定量速くし、逆に、ダンサローラ２１が下限センサの位置に達した場合には送出モータ１２の回転速度を一定量遅くすることにより、ダンサローラ２１が上限センサと下限センサとの間を行ったり来たりするようなリミットサイクル制御等を用いてもよい。この場合には、ダンサローラ２１の移動時に生じるダンサローラ２１やダンサアーム２２の慣性が送出部１０のワイヤ２の張力に対して外乱となり得る。このような外乱を回避するためには、送出モータ１２の回転速度制御は、ダンサローラ２１の位置が一定位置に保持されるような制御が好ましい。
【００３０】
そして、ワイヤ２の走行速度が、引取部６０により決定されたワイヤ速度と略一定の状態において、トルクモータ２４の回転トルクを変更することにより、ダンサアーム２２を基準位置に位置させたまま（ダンサアーム２２を回動させることなく）、つまり、ダンサローラ２１を所定位置に維持させたまま、ワイヤ２に付与される張力が変更される。したがって、トルクモータ２４の回転トルクを任意に変更することにより、ワイヤ２に対して任意の張力を付与することができる。このため、ワイヤカット放電加工機１において、広い範囲にわたってワイヤ２に正確で安定した張力を付与でき、ワイヤ２の張力を一定に保つことができる。
また、制動トルク制御のローラとは異なり、慣性力による慣性負荷を極力小さくでき、これにより、高精度の張力制御を行うことができる。また、応答性の速い張力制御を可能としている。
【００３１】
そして、ワーク３の放電加工時に、ワーク加工部５０でのワイヤ２の振動現象が発生した場合であっても、ダンサ部２０における張力制御により、ワイヤ２の振動による張力の変動分を吸収して、ワイヤ２の振動の影響をできる限り抑制することができる。これにより、ワイヤカット放電加工機１において、ワーク加工部５０でのワイヤ２の振動に起因するの加工精度の悪化を低減させることができる。
【００３２】
張力付与部３０では、次のように、パウダーブレーキ３３を作動させ、ブレーキローラ３１の回転を制動することによって、ワイヤ２の張力制御を行っている。前述したように、張力付与部３０では、パウダーブレーキ３３を作動させ、該パウダーブレーキ３３の制動トルクによってブレーキローラ３１の回転を制動することにより、ワイヤ２に対して張力が付与される。ワイヤ２に付与される張力は、パウダーブレーキ３３の制動トルクに応じて定まる。したがって、パウダーブレーキ３３の制動トルクを決定することにより、張力付与部３０におけるワイヤ２に対する張力を決定することができる。つまり、パウダーブレーキ３３の制動トルクを増加すれば、このトルクの増加量に応じて、ワイヤ２に付与される張力が増加し、逆に、パウダーブレーキ３３の制動トルクを減少すれば、このトルクの減少に応じて、ワイヤ２に付与される張力が減少する。
そして、パウダーブレーキ３３の制動トルクは、コントローラ７０のトルク指令により決定される。なお、張力付与部３０における張力制御は、主として、ワイヤ２に対して大きな張力を付与する場合に行うようにしている。
【００３３】
ダンサ部２０および張力付与部３０でワイヤ２に付与された張力は、張力検出部４０で検出されて、コントローラ７０に入力される。このとき検出される張力は、ダンサ部２０で付与される張力と、張力付与部３０で付与される張力とを加算したものとなる。
張力検出部４０で検出されるワイヤ２の張力に基づく張力制御について説明する。この張力制御は、張力検出部４０により検出されたワイヤ２の張力に基づいて、ダンサ部２０のトルクモータ２４の回転トルクを決定し、この決定された回転トルクを用いて、トルクモータ２４を駆動することによって、ワイヤ２に付与する張力を決定するとともに、張力検出部４０により検出されたワイヤ２の張力に基づいて、張力付与部３０のパウダーブレーキ３３の制動トルクを決定し、この決定された制動トルクを用いて、パウダーブレーキ３３を作動させることによって、ブレーキローラ３１の回転を制動してワイヤ２に付与する張力を決定することにより、張力検出部４０により検出されたワイヤ２の張力と、予め設定されたワイヤ２の張力（図２の設定値設定手段により設定され、コントローラ７０に記憶されている）とを一致させるように行われている。
【００３４】
コントローラ７０は、入力されたワイヤ２の張力と、予め設定されている張力（目標値）とを比較して、その偏差を演算する。ここで、予め設定されている張力とは、トルクモータ２４へのトルク指令に基づいてワイヤ２に付与されるべき張力と、パウダーブレーキ３３へのトルク指令に基づいてワイヤ２に付与されるべき張力とを加算した張力である。そして、コントローラ７０は、この張力の偏差を０に近づけるように、ダンサ部２０および張力付与部３０においてワイヤ２の張力制御を行う。言い換えれば、コントローラ７０は、ワイヤ２の張力についてフィードバック制御を行う張力制御手段として機能して、実際に張力検出部４０で検出された張力と、予めコントローラ７０に設定されている張力とを、一致させるようにしている。つまり、張力の偏差をフィードバック信号として、例えば、Ｐ制御、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御のような制御によってトルクモータ２４およびパウダーブレーキ３３はトルク制御されている。
【００３５】
具体的には、目標値の方が大きい場合には、トルクモータ２４の回転トルクの増加、およびパウダーブレーキ３３の制動トルクの増加のうち少なくとも一方を行うことにより、ワイヤ２の張力を増加するように制御する。逆に、目標値の方が小さい場合には、トルクモータ２４の回転トルクの減少、およびパウダーブレーキ３３の制動トルクの減少のうち少なくとも一方を行うことにより、ワイヤ２の張力が減少するように制御する。このように、ダンサ部２０による張力制御、および張力付与部３０による張力制御のうち少なくとも一方を行うことにより、ワイヤ２に正確で安定した張力を付与でき、ワイヤ２の張力を一定に保つことができる。
なお、ダンサ部２０で付与可能な張力を大きくすると、付与可能な張力に応じて機構的にも堅牢な構造にてダンサ部２０を製作することが必要になり、必然的にダンサローラ２１やダンサアーム２２の質量が大きく、つまり慣性が大きくなり、張力制御応答性が悪くなる。このため、ダンサ部２０では付与可能な張力を小さくする代わりに応答性の速い張力制御を可能とし、設定張力が大きい場合には張力付与部３０による張力付与を主たる張力付与方法とすることで、設定張力が大きくても応答性の速い張力制御が可能となる。
また、極細径のワイヤを使用するような、設定張力が小さい場合には張力付与部３０のパウダーブレーキ３３への制動トルク指令を小さくすることにより、あるいは電磁クラッチ３４等を用いてパウダーブレーキ３３とブレーキローラ３１を切り離すことにより、ダンサ部２０のみでの張力制御も可能となるため、設定張力が大きい場合よりもさらに応答性の速い張力制御が可能となる。
加えて、ワイヤカット放電加工機１において異なる径のワイヤを用いる場合であっても、ワイヤ径に対応した張力制御を行うことが可能となり、特に、極細径のワイヤにも容易に対応でき、この極細径ワイヤを用いる場合には、極細径ワイヤを破断させることなく、ワイヤカット放電加工機１において、加工形状の微細化を実現できる。
【００３６】
また、張力の偏差が予め設定された範囲（図２の設定値設定手段により設定され、コントローラ７０に記憶されている）にある場合には、ダンサ部２０における張力制御のみを行うようにし、偏差が所定の範囲を超えた場合には、ダンサ部２０および張力付与部３０における張力制御を行うようにしてもよい。つまり、ワイヤ２の張力制御を分担して、ワイヤ２の張力の微調節に対してはダンサ部２０による張力制御、ワイヤ２の張力の大きな変動に対しては張力付与部３０による張力制御とすることにより、ワイヤカット放電加工機１において、広い範囲にわたってワイヤ２の張力制御を行うことができ、さらに、この広範囲にわたって、高精度かつ高応答の張力制御を行うことができる。
【００３７】
そして、ワーク３の放電加工時に、ワーク加工部５０でのワイヤ２の外乱による張力変動が発生した場合であっても、ダンサ部２０および張力付与部３０における張力制御により、ワイヤ２の外乱による張力の変動分を素早く吸収して、ワイヤ２の振動の影響を応答性よくできる限り抑制することができる。これにより、ワイヤカット放電加工機１において、ワーク加工部５０でのワイヤ２の張力の変動に起因するの加工精度の悪化を低減させることができる。
【００３８】
また、張力検出部４０においてワイヤ２の張力の検出することにより、ワイヤ２の張力の変動が分かる。コントローラ７０は、ワイヤ２の張力の変動からワイヤ２の振動状態を検出して、検出されたワイヤ２の振動状態に基づき、トルクモータ２４およびパウダーブレーキ３３に対してトルク指令を出力し、ダンサ部２０および張力付与部３０におけるワイヤ２の張力制御を行うこととしている。例えば、ワーク３に対する放電加工時に、ワーク加工部５０でのワイヤ２の振動現象が発生すると、その振動が張力検出部４０に伝わり、張力検出部において、ワイヤ２の張力の変動として検出される。このワイヤ２の振動の振幅が小さくなるようにあるいは一定の振動状態となるようにワイヤ２の張力制御を行う。これにより、ワーク加工部５０でのワイヤ２の振動に起因する加工精度の悪化を防止できる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、請求項１に示す如く、引き取り手段と巻出し手段の間にダンサローラとワーク加工部を配置し、該ダンサローラを所定位置に維持するように制御して、一定速度でワイヤを走行するようにしたワイヤカット放電加工機において、ダンサローラを支持するアームに、ワイヤに張力を付与するためのアクチュエータを連設して第１の張力付与手段を構成し、ワイヤに所定張力を付与するように制御したので、アクチュエータの回転トルクを任意に変更することにより、ワイヤに対して任意の張力を付与することができ、前記第１の張力付与手段とワーク加工部の間に張力検出手段を配置したのでワーク加工部でのワイヤ張力が検出可能となり、前記第１の張力付与手段および前記張力検出手段を制御装置と接続したので、ワイヤに正確で安定した張力を付与でき、ワイヤの張力を一定に保つことができる。これにより、外乱による張力変動に起因する加工精度の悪化を低減させる事ができる。
また、制動トルク制御のローラとは異なり、加減速時に発生する慣性力による慣性負荷を極力小さくでき、これにより、高精度かつ高応答な張力制御を行うことができる。
【００４０】
請求項２に示す如く、前記第１の張力付与手段とワーク加工部の間に、ブレーキ手段を有する第２の張力付与手段を配置したので、ワイヤの張力制御を分担して、ワイヤの張力の微調節に対しては第１の張力付与手段による張力制御、ワイヤの張力の大きな変動に対しては第２の張力付与手段による張力制御とすることにより、ワイヤカット放電加工機において、広い範囲にわたってワイヤに正確で安定した張力を付与できる。また、前記張力検出手段によりワーク加工部での張力検出が可能な為、ワイヤ速度の加減速時などあらゆる状況でワイヤの張力を一定に保つことができ、高精度かつ高応答の張力制御を行うことができることから、放電加工領域でのワイヤの張力変動に起因するの加工精度の悪化を低減させることができる。
さらに、ワイヤカット放電加工機において異なる径のワイヤを用いる場合であっても、低い張力での張力一定制御が必要な極細ワイヤを用いる場合には前記第１の張力付与手段のみを単独で用いて、あるいは高い張力での張力一定制御が必要な太いワイヤを用いる場合には前記第１の張力付与手段と前記第２の張力付与手段を併用して用いることにより、ワイヤ径に対応した幅広い張力制御を高精度かつ高応答に行うことができる。
【００４１】
請求項３に示す如く、前記張力検出手段により検出されたワイヤの張力の変動からワイヤの振動状態を検出し、検出されたワイヤの振動状態に基づいて、ワイヤの張力を制御するので、ワイヤの振動の影響を応答性よく、できる限り抑制してワイヤの振動状態を良好に保つことができる。また、放電加工領域でのワイヤの振動に起因するの加工精度の悪化を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用するワイヤカット放電加工機の一実施例を示す模式図。
【図２】ワイヤカット放電加工機における張力制御を示すブロック図。
【符号の説明】
１ ワイヤカット放電加工機
２ ワイヤ
１０ 送出部
２０ ダンサ部
２１ ダンサローラ
２２ ダンサアーム
２４ トルクモータ
４５ 歪みゲージ
６０ 引取部
７０ コントローラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤカット放電加工機の放電加工領域におけるワイヤの張力制御の安定化および高精度化に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ワイヤカット放電加工機として、所定の張力を付与した状態のワイヤを走行させて、ワイヤとワーク（被加工材）との間に所定の放電加工用電圧を印加し、走行するワイヤに対してワークを移動させることにより、ワークを加工するものが知られている。
このようなワイヤカット放電加工機においては、ワイヤの張力と、ワークの加工精度や面質との間には密接な関係があり、加工精度や面質を向上させるために、様々なワイヤの張力制御が考案されている。
例えば、張力付与ローラの回転トルクを変えることによりワイヤに張力を付与する方法や、ワイヤの張力が変動しないように、ワイヤの張力を検出し、検出張力が設定張力と一致するように回転トルクをフィードバックして制御する方法（例えば、特許文献１参照）が考案されている。
【０００３】
また、近年、加工形状の微細化に伴い、使用されるワイヤ径が細径化してきており、例えば、ワイヤ径が０．０３ｍｍ程度の極細ワイヤも使用されている。このようなワイヤ径の細径化に伴い、張力制御範囲も広く、高精度なワイヤカット放電加工機が求められるようになってきている。
極細ワイヤに対応するために、例えば、高低二つの張力付与ローラを備え、これらをクラッチ等の切り替え手段を用いることにより、広い張力設定範囲で極細ワイヤに張力を付与する方法（例えば、特許文献２参照）が考案されている。
【０００４】
さらに、テンションアームによりワイヤの送り出し張力を付与する方法（例えば、特許文献３参照）が考案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平３−１１１１２９号公報
【特許文献２】
特公平８−３３６号公報
【特許文献３】
特開２００３−８９０１６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記特許文献１および特許文献２のワイヤカット放電加工機においては、ローラに対して慣性力による過大な慣性負荷が作用することにより、ワイヤに正確で安定した張力を付与することが難しく、特に、極細ワイヤ使用時に必要とされる低い張力になるほど張力制御精度が悪化するという問題点があった。
また、前記特許文献３のワイヤカット放電加工機においては、ワイヤにかかる張力の変動分を、テンションアームの回転角度の変化によって吸収することとしているため、張力変動時にはテンションアームの回転にともない発生するテンションアーム自身の慣性によりさらに張力が変動してしまい、また張力フィードバック制御のような、外乱に対して高応答かつ高精度な張力制御を行うことが難しいという問題点があった。
そこで、本発明では、ワイヤカット放電加工機において、広い範囲にわたって必要な張力を正確に付与することが可能なワイヤの張力制御装置を提供することを第１の課題とする。
【０００７】
さらに、ワイヤカット放電加工機の放電加工時には、ワイヤとワークと間の放電現象に起因するワイヤの振動現象がしばしば発生する。このようなワイヤの振動現象は、振動状態が一定のものではなく、ワークの厚みや加工速度、放電電圧、放電周波数の変化等によって、振動状態が経時的に変化するものであるため、この影響により加工精度が悪化するという問題点があった。
そこで、本発明では、ワイヤカット放電加工機において、放電加工領域でのワイヤの振動現象に起因する加工精度の悪化を低減させることが可能なワイヤ電極の張力制御装置を提供することを第２の課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
すなわち、請求項１においては、引き取り手段と巻出し手段の間にダンサローラとワーク加工部を配置し、該ダンサローラを所定位置に維持するように制御して任意の速度にてワイヤを走行するワイヤカット放電加工機において、前記ダンサローラを支持するアームに、ワイヤに張力を付与するためのアクチュエータを連設して第１の張力付与手段を構成し、前記第１の張力付与手段とワーク加工部の間に張力検出手段を配置するとともに、前記第１の張力付与手段および前記張力検出手段を制御装置と接続し、前記張力検出手段により検出された張力が所定の張力と同じになるように、前記第１の張力付与手段を制御することでワイヤに所定の張力を付与するようにしたものである。
【０００９】
請求項２においては、前記第１の張力付与手段とワーク加工部の間に、ブレーキ手段を有する第２の張力付与手段を配置したものである。
【００１０】
請求項３においては、前記張力検出手段により検出されたワイヤの張力の変動からワイヤの振動状態を検出し、該振動状態に基づいてワイヤの張力を制御するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態を添付の図面を用いて説明する。
図１は本発明を適用するワイヤカット放電加工機の一実施例を示す模式図、図２はワイヤカット放電加工機における張力制御を示すブロック図である。
【００１２】
図１、図２を用いて、ワイヤカット放電加工機１の全体的な構成について説明する。
ワイヤカット放電加工機１には、ワイヤ２の走行経路の上流側から下流側へ順に、送出部１０、ダンサ部２０、張力付与部３０、張力検出部４０、ワーク加工部５０、引取部６０が配置されている。
【００１３】
また、ワイヤカット放電加工機１には、制御手段としてのコントローラ７０が備えられている。コントローラ７０は、後述するように、送出モータ１２、トルクモータ２４、角度センサ２８、パウダーブレーキ３３、歪みゲージ４５、回転数センサ４６、テーブル駆動用のアクチュエータ５４、引取モータ６３とそれぞれ接続されている。
【００１４】
送出部１０には、送出リール１１、送出モータ１２が備えられており、該送出モータ１２の駆動により送出リール１１が回転し、該送出リール１１に巻かれているワイヤ２が下流側へ送り出される（巻き出される）。送出モータ１２は、コントローラ７０と接続されており、該コントローラ７０の指令（回転速度指令）により駆動される。そして、送出部１０は、本実施例において、ワイヤ２の巻出し手段として機能する。
【００１５】
引取部６０には、引取ローラ６１、ピンチローラ６２、引取モータ６３が備えられている。ピンチローラ６２は引取ローラ６１に向けて付勢して取り付けられており、該引取ローラ６１とピンチローラ６２との間にワイヤ２が挟持されている。そして、引取モータ６３が駆動すると引取ローラ６１が回転し、これにより、ワイヤ２が下流側に引き取られる（または、巻き取られる）。引取モータ６３は、コントローラ７０と接続されており、該コントローラ７０の指令（回転速度指令）により駆動される。そして、引取部６０は、本実施例において、引き取り手段として機能する。
【００１６】
このように、ワイヤカット放電加工機１において、送出リール１１および引取ローラ６１が回転することによって、ワイヤ２が所定の走行速度で、送出部１０から引取部６０へ、走行経路に沿って走行する。ワイヤ２の走行速度は、送出リール１１および引取ローラ６１の回転速度によって定まり、コントローラ７０によって送出モータ１２および引取モータ６３を制御することにより、ワイヤ２の走行速度を調節できる。そして、後述するように、ワイヤ２の走行速度が略一定となるような制御が行われている。なお、引取部６０の下流側では、ワイヤ２をスタッカ等に排出するようにしている。
【００１７】
ダンサ部２０は第１の張力付与手段として機能し、該ダンサ部２０には、ダンサローラ２１、連結部材であるダンサアーム２２、トルクモータ２４、支持ローラ２６・２７、角度センサ２８が備えられている。ダンサローラ２１は、棒状に形成されるダンサアーム２２の一端側に回転自在に支持されており、該ダンサアーム２２の他端（基部）側は、トルクモータ２４の駆動軸２５に固定して支持されている。支持ローラ２６・２７が略水平に配置され、該支持ローラ２６・２７より下方にダンサローラ２１が位置している。そして、ワイヤ２が上流側から支持ローラ２６、ダンサローラ２１、支持ローラ２７の順に張架され、ワイヤ２と当接するダンサローラ２１によってワイヤ２が所定の張力で下方に押し付けられている。
【００１８】
ダンサアーム２２は略水平に配置されており（図１）、この水平に位置する状態をダンサアーム２２の基準位置としている。トルクモータ２４の駆動軸２５がダンサアーム２２の回動軸となっており、ダンサアーム２２の回動角を、駆動軸２５に取り付けられる角度センサ２８によって検出するようにしている。角度センサ２８はコントローラ７０と接続されており、該コントローラ７０に角度センサ２８により検出された回動角が入力される。
【００１９】
トルクモータ２４は、ダンサアーム２２およびダンサローラ２１を介して、ワイヤ２に張力を付与するためのアクチュエータとして設けられている。トルクモータ２４を駆動することによりトルクモータ２４の回転トルクを、ダンサアーム２２およびダンサローラ２１を介して、ワイヤ２に伝達することによって、ワイヤ２に張力が付与される。トルクモータ２４はコントローラ７０と接続されており、該コントローラ７０の指令（トルク指令）により作動する。コントローラ７０によりトルクモータ２４は、予め設定されている張力（目標値（図２の設定値設定手段により設定され、コントローラ７０に記憶されている））と、ワイヤ２の張力との偏差をフィードバック信号として、例えば、Ｐ制御、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御のような制御によって制御されている。なお、トルクモータ２４に替えて、アクチュエータをロータリーソレノイド、ＤＣモータ、サーボモータ等として構成してもよい。
【００２０】
張力付与部３０は第２の張力付与手段として機能し、該張力付与部３０には、ブレーキローラ３１、ピンチローラ３２、ブレーキ手段であるパウダーブレーキ３３が備えられている。ピンチローラ３２はブレーキローラ３１に向けて付勢して取り付けられており、該ブレーキローラ３１とピンチローラ３２との間にワイヤ２が挟持されている。パウダーブレーキ３３はブレーキローラ３１に接続されており、該パウダーブレーキ３３の作動によりブレーキローラ３１が制動される。パウダーブレーキ３３は、コントローラ７０と接続されており、該コントローラ７０の指令（トルク指令）により駆動される。なお、パウダーブレーキ３３に替えて、ブレーキローラ３１にサーボモータを接続したり、摩擦板式のクラッチ等を接続したりする構成としてもよい。
【００２１】
パウダーブレーキ３３を作動させない状態では、ブレーキローラ３１はワイヤ２の走行に連動して回転する。これに対して、パウダーブレーキ３３を作動させた状態では、パウダーブレーキ３３による制動トルクによってブレーキローラ３１の回転が制動される。これにより、ワイヤ２に対して張力が付与される。そして、後述するように、この張力付与部３０では、パウダーブレーキ３３を作動させて、ブレーキローラ３１の回転を制動することにより、ワイヤ２に付与される張力を制御している。なお、後述するように、電磁クラッチ３４を備える構成としてもよい。そして、電磁クラッチ３４を、コントローラ７０と接続し、該コントローラ７０の指令（断接指令）により作動させるようにしておく。この場合、電磁クラッチ３４が「接」の状態ではパウダーブレーキ３３の制動トルクをブレーキローラ３１に伝達し、また、電磁クラッチ３４が「断」の状態ではパウダーブレーキ３３の制動トルクをブレーキローラ３１に伝達しないようにする。
【００２２】
張力検出部４０には、張力検出ローラ４１、ガイドローラ４３・４４、歪みゲージ４５、回転数センサ４６が備えられている。
ワイヤ２は、上流側からガイドローラ４３、張力検出ローラ４１、ガイドローラ４４の順に張架され、ワイヤ２にかかる張力によって、張力検出ローラ４１が下方に押し付けられている。この場合、張力検出ローラ４１を下方に押し付ける力を、張力検出ローラ４１の軸部４２に配置される張力検出手段となる歪みゲージ４５によって検出することにより、ワイヤ２にかかる張力を検出するようにしている。歪みゲージ４５はコントローラ７０と接続されており、該コントローラ７０に歪みゲージ４５により検出された張力が入力される。そして、後述するように、この張力検出部４０で検出されたワイヤ２の張力に基づいて、ワイヤ２の張力制御が行われている。なお、張力検出手段は歪みゲージ４５に替えて、差動トランス等を用いる構成としてもよい。
【００２３】
また、張力検出ローラ４１には回転数センサ４６が取り付けられており、該回転数センサ４６によって張力検出ローラ４１の回転数を検出することとしている。回転数センサ４６はコントローラ７０と接続されており、該コントローラ７０に回転数センサ４６により検出された回転数が入力される。このように、回転数センサ４６により張力検出ローラ４１の回転数を検出することによって、ワイヤ２の走行速度を測定するようにしている。
【００２４】
ワーク加工部５０において、ワイヤ２は上ガイド５１と下ガイド５２との間に張架されており、上下方向に走行する。ワーク加工部５０には、ワーク３を載置して固定するためのテーブル５３が水平に備えられている。テーブル５３は、平面視で「コ」字状または「ロ」字状に形成され、該テーブル５３が水平移動した場合であっても、テーブル５３とワイヤ２とが干渉しないようにしている。そして、テーブル駆動用のアクチュエータ５４を作動させることにより、ワイヤ２に対してテーブル５３を水平移動可能としている。ワーク３はテーブル５３上に固定されており、テーブル５３の水平移動に伴い、テーブル５３上のワーク３もワイヤ２に対して水平移動する。テーブル駆動用のアクチュエータ５４は、コントローラ７０と接続されており、該コントローラ７０の指令により作動する。
このように、上下に走行するワイヤ２に対して、ワーク３が水平方向に移動することにより、ワーク３への加工が行われる。この場合、ワイヤ２とワーク３との間には、所定の放電加工用電圧が印加されている。
【００２５】
ワーク加工部５０において、ワーク３の加工時には、例えば、ワイヤ２の振動現象のような外乱が発生する場合（図１の２点鎖線で示すような場合）があり、この場合には、ワイヤ２の振動（外乱）の影響により、ワーク３の加工精度や面質を損なうことがある。このため、ワーク加工部５０におけるワイヤ２の張力を一定に保って、ワイヤ２の振動の影響をできる限り抑制して、ワイヤ２の振動に起因するの加工精度の悪化を低減させる必要がある。したがって、本実施例では、以下に述べるような、ワイヤ２の張力制御を行うこととしている。
【００２６】
以上のように構成されるワイヤカット放電加工機１におけるワイヤ２の張力制御について、図１、図２を用いて説明する。
ダンサ部２０では、トルクモータ２４の駆動によるトルクモータ２４の回転トルクを、ダンサアーム２２およびダンサローラ２１を介して、ワイヤ２に伝達することによって、ワイヤ２に張力を付与している。そして、ワイヤ２に付与される張力は、トルクモータ２４の回転トルクに応じて定まる。
【００２７】
本実施例では、走行するワイヤ２に所定の張力が付与された状態でワイヤ２の走行速度を略一定に維持するように、次のような制御を行っている。例えば、引取モータ６３が一定の回転数で駆動している場合には、送出モータ１２の回転数を制御することにより、ダンサアーム２２が基準位置（水平位置）にあるように制御することによって（言い換えれば、ダンサローラ２１を所定位置に維持するように制御することによって）、ワイヤ２の走行速度を略一定に維持することとしている。このために、送出モータ１２の回転速度は、ダンサアーム２２の回動角をフィードバック信号として制御するようにしている。
【００２８】
送出モータ１２の制御方法について説明する。ダンサアーム２２の回動角は、角度センサ２８によって検出され、コントローラ７０に入力される。コントローラ７０は、入力されたダンサアーム２２の回動角と、基準位置（水平位置）にある場合のダンサアーム２２の回動角との回動角偏差を演算する。そして、コントローラ７０は、該回動角偏差を０に近づけるように、送出モータ１２へ指令を送って、送出モータ１２の回転速度を決定する。この場合、回動角偏差をフィードバック信号として、例えば、Ｐ制御、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御のような制御によって送出モータ１２は回転速度制御されている。
このように、ダンサアーム２２が基準位置（水平位置）にあるようにフィードバック制御している。この結果、ワイヤ２に所定の張力が付与された状態で、ワイヤ２の走行速度が、引取モータ６３の回転速度により決定された引取速度と略一定に維持されるように制御される。
【００２９】
なお、より簡単な送出モータ１２の制御方法として、例えば、ダンサローラ２１の可動範囲の上限に上限センサを、また、ダンサローラ２１の可動範囲の下限に下限センサを設けて、ダンサローラ２１が上限センサの位置に達した場合には送出モータ１２の回転速度を一定量速くし、逆に、ダンサローラ２１が下限センサの位置に達した場合には送出モータ１２の回転速度を一定量遅くすることにより、ダンサローラ２１が上限センサと下限センサとの間を行ったり来たりするようなリミットサイクル制御等を用いてもよい。この場合には、ダンサローラ２１の移動時に生じるダンサローラ２１やダンサアーム２２の慣性が送出部１０のワイヤ２の張力に対して外乱となり得る。このような外乱を回避するためには、送出モータ１２の回転速度制御は、ダンサローラ２１の位置が一定位置に保持されるような制御が好ましい。
【００３０】
そして、ワイヤ２の走行速度が、引取部６０により決定されたワイヤ速度と略一定の状態において、トルクモータ２４の回転トルクを変更することにより、ダンサアーム２２を基準位置に位置させたまま（ダンサアーム２２を回動させることなく）、つまり、ダンサローラ２１を所定位置に維持させたまま、ワイヤ２に付与される張力が変更される。したがって、トルクモータ２４の回転トルクを任意に変更することにより、ワイヤ２に対して任意の張力を付与することができる。このため、ワイヤカット放電加工機１において、広い範囲にわたってワイヤ２に正確で安定した張力を付与でき、ワイヤ２の張力を一定に保つことができる。
また、制動トルク制御のローラとは異なり、慣性力による慣性負荷を極力小さくでき、これにより、高精度の張力制御を行うことができる。また、応答性の速い張力制御を可能としている。
【００３１】
そして、ワーク３の放電加工時に、ワーク加工部５０でのワイヤ２の振動現象が発生した場合であっても、ダンサ部２０における張力制御により、ワイヤ２の振動による張力の変動分を吸収して、ワイヤ２の振動の影響をできる限り抑制することができる。これにより、ワイヤカット放電加工機１において、ワーク加工部５０でのワイヤ２の振動に起因するの加工精度の悪化を低減させることができる。
【００３２】
張力付与部３０では、次のように、パウダーブレーキ３３を作動させ、ブレーキローラ３１の回転を制動することによって、ワイヤ２の張力制御を行っている。前述したように、張力付与部３０では、パウダーブレーキ３３を作動させ、該パウダーブレーキ３３の制動トルクによってブレーキローラ３１の回転を制動することにより、ワイヤ２に対して張力が付与される。ワイヤ２に付与される張力は、パウダーブレーキ３３の制動トルクに応じて定まる。したがって、パウダーブレーキ３３の制動トルクを決定することにより、張力付与部３０におけるワイヤ２に対する張力を決定することができる。つまり、パウダーブレーキ３３の制動トルクを増加すれば、このトルクの増加量に応じて、ワイヤ２に付与される張力が増加し、逆に、パウダーブレーキ３３の制動トルクを減少すれば、このトルクの減少に応じて、ワイヤ２に付与される張力が減少する。
そして、パウダーブレーキ３３の制動トルクは、コントローラ７０のトルク指令により決定される。なお、張力付与部３０における張力制御は、主として、ワイヤ２に対して大きな張力を付与する場合に行うようにしている。
【００３３】
ダンサ部２０および張力付与部３０でワイヤ２に付与された張力は、張力検出部４０で検出されて、コントローラ７０に入力される。このとき検出される張力は、ダンサ部２０で付与される張力と、張力付与部３０で付与される張力とを加算したものとなる。
張力検出部４０で検出されるワイヤ２の張力に基づく張力制御について説明する。この張力制御は、張力検出部４０により検出されたワイヤ２の張力に基づいて、ダンサ部２０のトルクモータ２４の回転トルクを決定し、この決定された回転トルクを用いて、トルクモータ２４を駆動することによって、ワイヤ２に付与する張力を決定するとともに、張力検出部４０により検出されたワイヤ２の張力に基づいて、張力付与部３０のパウダーブレーキ３３の制動トルクを決定し、この決定された制動トルクを用いて、パウダーブレーキ３３を作動させることによって、ブレーキローラ３１の回転を制動してワイヤ２に付与する張力を決定することにより、張力検出部４０により検出されたワイヤ２の張力と、予め設定されたワイヤ２の張力（図２の設定値設定手段により設定され、コントローラ７０に記憶されている）とを一致させるように行われている。
【００３４】
コントローラ７０は、入力されたワイヤ２の張力と、予め設定されている張力（目標値）とを比較して、その偏差を演算する。ここで、予め設定されている張力とは、トルクモータ２４へのトルク指令に基づいてワイヤ２に付与されるべき張力と、パウダーブレーキ３３へのトルク指令に基づいてワイヤ２に付与されるべき張力とを加算した張力である。そして、コントローラ７０は、この張力の偏差を０に近づけるように、ダンサ部２０および張力付与部３０においてワイヤ２の張力制御を行う。言い換えれば、コントローラ７０は、ワイヤ２の張力についてフィードバック制御を行う張力制御手段として機能して、実際に張力検出部４０で検出された張力と、予めコントローラ７０に設定されている張力とを、一致させるようにしている。つまり、張力の偏差をフィードバック信号として、例えば、Ｐ制御、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御のような制御によってトルクモータ２４およびパウダーブレーキ３３はトルク制御されている。
【００３５】
具体的には、目標値の方が大きい場合には、トルクモータ２４の回転トルクの増加、およびパウダーブレーキ３３の制動トルクの増加のうち少なくとも一方を行うことにより、ワイヤ２の張力を増加するように制御する。逆に、目標値の方が小さい場合には、トルクモータ２４の回転トルクの減少、およびパウダーブレーキ３３の制動トルクの減少のうち少なくとも一方を行うことにより、ワイヤ２の張力が減少するように制御する。このように、ダンサ部２０による張力制御、および張力付与部３０による張力制御のうち少なくとも一方を行うことにより、ワイヤ２に正確で安定した張力を付与でき、ワイヤ２の張力を一定に保つことができる。
なお、ダンサ部２０で付与可能な張力を大きくすると、付与可能な張力に応じて機構的にも堅牢な構造にてダンサ部２０を製作することが必要になり、必然的にダンサローラ２１やダンサアーム２２の質量が大きく、つまり慣性が大きくなり、張力制御応答性が悪くなる。このため、ダンサ部２０では付与可能な張力を小さくする代わりに応答性の速い張力制御を可能とし、設定張力が大きい場合には張力付与部３０による張力付与を主たる張力付与方法とすることで、設定張力が大きくても応答性の速い張力制御が可能となる。
また、極細径のワイヤを使用するような、設定張力が小さい場合には張力付与部３０のパウダーブレーキ３３への制動トルク指令を小さくすることにより、あるいは電磁クラッチ３４等を用いてパウダーブレーキ３３とブレーキローラ３１を切り離すことにより、ダンサ部２０のみでの張力制御も可能となるため、設定張力が大きい場合よりもさらに応答性の速い張力制御が可能となる。
加えて、ワイヤカット放電加工機１において異なる径のワイヤを用いる場合であっても、ワイヤ径に対応した張力制御を行うことが可能となり、特に、極細径のワイヤにも容易に対応でき、この極細径ワイヤを用いる場合には、極細径ワイヤを破断させることなく、ワイヤカット放電加工機１において、加工形状の微細化を実現できる。
【００３６】
また、張力の偏差が予め設定された範囲（図２の設定値設定手段により設定され、コントローラ７０に記憶されている）にある場合には、ダンサ部２０における張力制御のみを行うようにし、偏差が所定の範囲を超えた場合には、ダンサ部２０および張力付与部３０における張力制御を行うようにしてもよい。つまり、ワイヤ２の張力制御を分担して、ワイヤ２の張力の微調節に対してはダンサ部２０による張力制御、ワイヤ２の張力の大きな変動に対しては張力付与部３０による張力制御とすることにより、ワイヤカット放電加工機１において、広い範囲にわたってワイヤ２の張力制御を行うことができ、さらに、この広範囲にわたって、高精度かつ高応答の張力制御を行うことができる。
【００３７】
そして、ワーク３の放電加工時に、ワーク加工部５０でのワイヤ２の外乱による張力変動が発生した場合であっても、ダンサ部２０および張力付与部３０における張力制御により、ワイヤ２の外乱による張力の変動分を素早く吸収して、ワイヤ２の振動の影響を応答性よくできる限り抑制することができる。これにより、ワイヤカット放電加工機１において、ワーク加工部５０でのワイヤ２の張力の変動に起因するの加工精度の悪化を低減させることができる。
【００３８】
また、張力検出部４０においてワイヤ２の張力の検出することにより、ワイヤ２の張力の変動が分かる。コントローラ７０は、ワイヤ２の張力の変動からワイヤ２の振動状態を検出して、検出されたワイヤ２の振動状態に基づき、トルクモータ２４およびパウダーブレーキ３３に対してトルク指令を出力し、ダンサ部２０および張力付与部３０におけるワイヤ２の張力制御を行うこととしている。例えば、ワーク３に対する放電加工時に、ワーク加工部５０でのワイヤ２の振動現象が発生すると、その振動が張力検出部４０に伝わり、張力検出部において、ワイヤ２の張力の変動として検出される。このワイヤ２の振動の振幅が小さくなるようにあるいは一定の振動状態となるようにワイヤ２の張力制御を行う。これにより、ワーク加工部５０でのワイヤ２の振動に起因する加工精度の悪化を防止できる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、請求項１に示す如く、引き取り手段と巻出し手段の間にダンサローラとワーク加工部を配置し、該ダンサローラを所定位置に維持するように制御して、一定速度でワイヤを走行するようにしたワイヤカット放電加工機において、ダンサローラを支持するアームに、ワイヤに張力を付与するためのアクチュエータを連設して第１の張力付与手段を構成し、ワイヤに所定張力を付与するように制御したので、アクチュエータの回転トルクを任意に変更することにより、ワイヤに対して任意の張力を付与することができ、前記第１の張力付与手段とワーク加工部の間に張力検出手段を配置したのでワーク加工部でのワイヤ張力が検出可能となり、前記第１の張力付与手段および前記張力検出手段を制御装置と接続したので、ワイヤに正確で安定した張力を付与でき、ワイヤの張力を一定に保つことができる。これにより、外乱による張力変動に起因する加工精度の悪化を低減させる事ができる。
また、制動トルク制御のローラとは異なり、加減速時に発生する慣性力による慣性負荷を極力小さくでき、これにより、高精度かつ高応答な張力制御を行うことができる。
【００４０】
請求項２に示す如く、前記第１の張力付与手段とワーク加工部の間に、ブレーキ手段を有する第２の張力付与手段を配置したので、ワイヤの張力制御を分担して、ワイヤの張力の微調節に対しては第１の張力付与手段による張力制御、ワイヤの張力の大きな変動に対しては第２の張力付与手段による張力制御とすることにより、ワイヤカット放電加工機において、広い範囲にわたってワイヤに正確で安定した張力を付与できる。また、前記張力検出手段によりワーク加工部での張力検出が可能な為、ワイヤ速度の加減速時などあらゆる状況でワイヤの張力を一定に保つことができ、高精度かつ高応答の張力制御を行うことができることから、放電加工領域でのワイヤの張力変動に起因するの加工精度の悪化を低減させることができる。
さらに、ワイヤカット放電加工機において異なる径のワイヤを用いる場合であっても、低い張力での張力一定制御が必要な極細ワイヤを用いる場合には前記第１の張力付与手段のみを単独で用いて、あるいは高い張力での張力一定制御が必要な太いワイヤを用いる場合には前記第１の張力付与手段と前記第２の張力付与手段を併用して用いることにより、ワイヤ径に対応した幅広い張力制御を高精度かつ高応答に行うことができる。
【００４１】
請求項３に示す如く、前記張力検出手段により検出されたワイヤの張力の変動からワイヤの振動状態を検出し、検出されたワイヤの振動状態に基づいて、ワイヤの張力を制御するので、ワイヤの振動の影響を応答性よく、できる限り抑制してワイヤの振動状態を良好に保つことができる。また、放電加工領域でのワイヤの振動に起因するの加工精度の悪化を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用するワイヤカット放電加工機の一実施例を示す模式図。
【図２】ワイヤカット放電加工機における張力制御を示すブロック図。
【符号の説明】
１ ワイヤカット放電加工機
２ ワイヤ
１０ 送出部
２０ ダンサ部
２１ ダンサローラ
２２ ダンサアーム
２４ トルクモータ
４５ 歪みゲージ
６０ 引取部
７０ コントローラ
Claims (3)
- 引き取り手段と巻出し手段の間にダンサローラとワーク加工部を配置し、該ダンサローラを所定位置に維持するように制御して、任意の速度でワイヤを走行するようにしたワイヤカット放電加工機において、前記ダンサローラとワーク加工部の間に張力検出手段を配置するとともに、ダンサローラを支持するアームに、ワイヤに張力を付与するためのアクチュエータを連設して第１の張力付与手段を構成し、前記張力検出手段および前記アクチュエータを制御装置と接続し、ワイヤに所定張力を付与するように制御したことを特徴とするワイヤカット放電加工機のワイヤの張力制御装置。
- 前記第１の張力付与手段とワーク加工部の間に、ブレーキ手段を有する第２の張力付与手段を配置したことを特徴とする請求項１に記載のワイヤカット放電加工機のワイヤの張力制御装置。
- 前記張力検出手段によりワイヤの振動状態を検出し、該振動状態に基づいてワイヤの張力を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のワイヤカット放電加工機のワイヤの張力制御装置。
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