JP2005066738A - ワイヤカット放電加工機の加工制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 仕上げ加工時において、均一な加工面粗度を得る。
【解決手段】 所定周期毎に放電パルス数を検出しする。目標放電パルス数との偏差を求める。求めた偏差に基づいて、加工経路２の法線方向に加工経路を補正する補正値を求め補正し補正経路２’を得る。この補正経路２’沿ってワイヤ電極３をワーク１に対して相対移動させる。ワーク１の形状精度が悪い場合でも、放電パルス数が目標パルス数と一致するように加工経路補正されることから、ワーク１の加工面に対して均一な放電パルス数による加工がなされることになるから、均一な面粗度を得ることができる。また、目標放電パルス数と検出放電パルス数の偏差の積算値に基づいて、さらには、目標平均加工電圧と検出平均加工電圧の偏差の積算値に基づいて補正値を求めるてもよい。
【選択図】 図８

Description

本発明はワイヤカット放電加工機に関する。特に、安定な仕上げ加工を実現可能な軸送りを制御する加工制御方法に関する。

仕上げ加工時の軸送り制御として、ワイヤとワーク間の放電パルス数、または加工電圧といった加工特性値を検出して、この加工特性値が目標値と一致するように軸送り速度を制御し、予め決められた経路に沿って軸送りを制御する方法がある。この制御方法は、加工終了後一定な加工溝幅が得られることを目的とした制御方法である。しかし、実際の仕上げ加工においてこの方法を用いると、特にコーナ付近において、予想された加工形状を得られない場合がある。

図１（ａ）に示すように、このようなワーク１に形状精度の悪い個所が含まれる場合、ワーク１の仕上げ加工面と加工経路２が所定のオフセット値が保持されず、ワイヤとワーク間の間隙が広過ぎて放電せず、面が仕上げられない場合がある。又、図２（ａ）に示すように、逆に間隙が狭すぎてハンチングしたり、更には極間が短絡状態となり、面が仕上げられないばかりでなく加工停止に陥る場合がある。
一方、上記制御方法と同様に軸を送る速度を一定とする一定送り速度制御があるが、この制御法でも間隙が広い個所では放電できず、間隙が狭い個所では短絡したまま軸を送るので、全ての加工面において一様な面粗度を得ることはできない。

仕上げ加工時の面粗度をよくする方法として、ワークとワイヤ電極との間隙の電圧を検出し、該検出間隙電圧と基準電圧との差がゼロになるように加工経路と略直交する方向にワイヤを相対移動させて、加工面のうねり形成を防止する方法が公知である（特許文献１参照）。

また、放電パルス数を用いた従来の軸送り制御方法としては、加工中に検出された放電パルス数と基準となる放電パルス数との比率を求め、所定時間毎に求められるワイヤとワークの相対移動距離を制御する手法や、検出放電パルス数が基準放電パルス数と一致するように放電休止時間を制御する等の方法によって、コーナ部の加工でのワイヤ断線を防止し、加工速度を向上させ、かつ加工精度をも向上させるようにした発明も知られている（特許文献２参照）。

また、放電パルス数の変化が増加しているときと減少しているときで、しきい値となる平均放電パルスを求める期間を変えて求め、検出放電パルス数と求めたしきい値とを比較して、放電パルスの休止幅を制御するようにして、隅角部加工においてワイヤ断線を防止するようにした発明も知られている（特許文献３参照）。

特開平１１−１７０１１８号公報 特開２００２−２５４２５０号公報 特公平７−９０４２３号公報

仕上げ加工において、一様な面粗度に仕上げる方法として、特許文献１に記載された方法が提案されているが、この方法は、ワイヤ電極とワーク間の間隙電圧が基準電圧になるように制御するものであり間隙電圧による制御である。全ての加工面を効率よく一様な面粗度に仕上げるには単位距離当たりの放電パルス数を一定に制御する必要がある。間隙電圧が一定であれば、放電パルス数も一定となるものと想定しがちであるが、必ずしも間隙電圧が一定でも放電パルス数は一定とはならない。何故なら加工電圧は、ワイヤとワーク間に電圧を印加してから放電するまでの放電遅れ時間に大きく依存しており、通常の放電加工においては放電遅れ時間に疎密が存在するため、放電パルス数が同じでも加工電圧が異なる場合が存在する。よって特許文献１に記載された加工電圧に基づいて制御する方法では十分な面粗度を得ることができない。

又、放電パルス数によって加工を制御する方法として特許文献２，３に記載された方法があるが、これらの方法は、送り速度や放電休止時間等を制御するものであり、主にワイヤ断線等を防止することを主の目的とし、形状精度の悪い個所を含む複雑な形状の加工において一様な加工面粗度を得ることは難しい。

そこで、本発明は、従来の軸送り制御法では解決できない形状精度の悪い個所を含む複雑な形状の加工において、ハンチングや加工不能状態に陥ることなく、要求通り全ての加工面において一様な加工面粗度を得る加工方法を提供することにある。

本発明は、ワイヤとワークの相対位置を変更可能な送り軸駆動機構と、放電パルス数を検出する機能を有するワイヤカット放電加工機の加工制御方法であって、
１）上記放電パルス数を検出するステップと、
２）検出された放電パルス数に応じて、加工経路に与える補正値を計算するステップと、
３）予め決められた加工経路を前記補正値により補正するステップと、
４）前記補正後の加工経路に沿うように前記送り軸を制御するステップと
により、加工経路の補正を行うことによって、放電パルス数を均一として加工面の面粗度を均一とするようにしたものである。加工経路の補正は加工経路の法線方向に求めた補正値だけ補正する。若しくは、前記補正値でオフセット値を補正することによって同様に加工経路を補正し、加工面の面粗度を均一とする。前記補正値は、検出された放電パルス数とその目標値との差分に予め決められたゲインを掛けて求めるようにした。若しくは、この補正値を検出された放電パルス数とその目標値との差分に予め決められたゲインを掛けて求めた値を一定周期毎に加算して積算した値とした。

また、放電パルス数に代えて加工電圧を検出し、検出された加工電圧とその目標値との差分に予め設定されたゲインを掛けて求めた値を一定周期毎に加算して積算して補正値として、加工経路の法線方向を求めて該法線方向に補正値だけ補正して加工経路を補正するようにした。若しくは、オフセット値を補正してこの補正オフセット値により加工経路を求めて加工を行うようにした。
又、軸送り速度を予め決められた一定値として上述した各加工を行うようにした。

放電パルス数が均一となることで、加工面は均一な面粗度を得ることができる。

まず、本発明の加工制御方法の概要について説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、形状精度が悪い突部コーナ部の仕上げ加工の説明図である。指令されている加工経路２に対して、ワーク１の突部コーナ部の加工面の形状精度が悪いことから、加工経路２とワーク１間に大きな間隙が生じ、放電が発生しない場合があり、その分加工面の面粗度が低下する。このような場合、本発明は、図１（ｂ）に示すように放電パルス数が均一となるようにしてワークの加工面形状に合わせて加工経路２を補正して補正加工経路２’とすることにより、一様な面粗度を得るようにしたものである。

又、図２（ａ）は、ワーク１の凹部コーナ部の形状精度が悪く、指令されている加工経路２とワーク１間の間隙が狭くなりすぎている場合であり、この場合、ハンチングや短絡が発生して、このコーナ部の加工面粗度は低下する。しかしながら、本発明は、図２（ｂ）に示すように、放電パルス数が均一となるようにしてワーク１の加工面形状に合わせた補正加工経路２’になるように加工経路２を補正する。これにより、一様な面粗度を得るようにしたものである。

即ち、本発明は、図３（ａ）に示すように、荒加工等で加工されたワーク１の形状精度が悪く、仕上げ加工における加工経路２とワーク１との間の間隙に変動があり、間隙が大きく放電が発生しない場合や、間隙が狭くハンチングや短絡が発生するような場合においても、図３（ｂ）に示すようにワーク１の加工面形状に合うように補正加工経路２’を得るようにしたものである。図３（ｃ）に示すように、予め計画されている加工経路２に対して、ワーク加工面形状に対して、放電パルス数が目標放電パルス数になるように補正値ΔＰ(t)を求めて、加工経路２を補正して実際にワイヤ電極３が通る補正加工経路２’を求めて加工を行うものである。

図４は、本発明の放電加工方法を実施するワイヤカット放電加工機の要部ブロック図である。このワイヤ放電加工機の構成は、従来のワイヤカット放電加工機の構成と同様であるので、本発明に関係する要部だけを図示している。
ワイヤカット放電加工機を制御する制御装置１０は、プロセッサ１１と、バス１７で接続されたメモリ１２，表示器１３，キーボード等のデータや指令の入力機器１４，ワーク１をワイヤ電極３に対して相対的に移動させる各サーボモータを駆動制御する軸制御回路１５，入出力回路１６等を有する。

メモリ１２にはワイヤカット放電加工機を制御するシステムプログラムや、ワーク１を加工するための加工プログラム等が表示器１３及び入力機器を介して入力されているか、図示しない入力インタフェースを介して入力され格納されている。さらに、加工条件が設定記憶されている。また、軸制御回路１５には、ワーク１が取り付けられたテーブルを直交するＸ、Ｙ軸方向に駆動するサーボモータや上ワイヤガイドをＸ，Ｙ軸に直交するＺ軸方向に駆動するサーボモータ、さらには、テーパ加工のためのＵ，Ｖ軸を駆動するサーボモータの各アンプが接続される。
入出力回路１６には、加工電源２０、放電パルス計数回路２１等が接続されている。加工電源２０は、ワーク１とワイヤ電極３に接続され、このワーク１とワイヤ電極３との間に電圧を印加し、このワーク１とワイヤ電極３の間隙に放電を発生せしめて加工を行う。

また、ワーク１とワイヤ電極３間の電圧を検出する放電間隙電圧検出回路２２がワーク１とワイヤ電極３間に接続されており、該放電間隙電圧検出回路２２で検出された電圧に基づいて、放電パルス計数回路２１は、放電パルスの発生を検出して計数するものである。なお、符号２３は、ワイヤ電極３に電流を流す通電子である。

以上の構成で、プロセッサ１１は、設定加工条件に基づいて加工電源２０を駆動し、かつメモリ１２に格納された加工プログラムに基づいて軸制御回路１５を介して各軸サーボモータを駆動してワーク１をワイヤ電極３に対して相対的に移動させて放電加工を行う。加工プログラムに基づいてプロセッサ１１は、所定周期毎にワイヤ電極のワークに対する相対移動位置指令を求め、各送り軸への指令を分配するが、本発明においては、この各軸への移動指令を求める処理が従来と相違する。
まず、従来から行われている軸送り速度一定制御により仕上げ加工を開始する。そして、加工プログラムに基づいて従来と同様に、各制御周期毎に各軸への移動指令を求めるが、さらに、本発明の第１の実施形態では、図５に示す経路補正処理を行う。

図５は、本発明の第１の実施形態の経路補正処理のフローチャートである。プロセッサ１１は、放電パルス計数回路２１から、放電パルス数Ｎ(t)を読み取り、該放電パルス数を計数する計数器をリセットする（ステップ１００）。予め設定されている目標放電パルス数Ｎｇから検出した放電パルス数Ｎ(t)を減じてゲインＧ１をかけて補正値ΔＰ1(t)を求める（ステップ１０１）。次に加工プログラム指令により当該周期で求めた移動指令に基づいてワイヤ電極の移動経路の法線方向を求め（ステップ１０２）、この法線方向に求めた補正値ΔＰ1(t)だけ、加工プログラム指令により求められる当該周期の移動指令を補正し、この補正された移動指令を当該移動指令として出力する（ステップ１０３）。即ち、検出放電パルス数Ｎ(t)が目標放電パルス数Ｎｇより小さい場合は、補正値ΔＰ1(t)は正となり、この値分だけ法線方向でワーク１にワイヤ電極３が近づくように当該制御周期の移動指令が補正されることになる。逆に、検出放電パルス数Ｎ(t)が目標放電パルス数Ｎｇより大きくなると補正値ΔＰ1(t)は負となり、ワイヤ電極３はワーク１から遠ざかるように補正されることになる。以下この処理を制御周期毎に繰り返し実行する。

図８は、この経路補正動作の説明図である。この図８は、ワーク１の一部を大きく拡大した図である。ワークの形状が図８に示すように、一部突出しているとする。一方加工プログラムで指令された経路は破線で示す加工経路２であったとする。ワイヤ電極３がこの突出部の位置にくると、ワイヤ電極３とワーク１の間隙が狭くなることから、放電パルス数が増大する。その結果、検出放電パルス数Ｎ(t)は目標放電パルス数Ｎｇを越えて補正値ΔＰ1(t)は負となり、ワイヤ電極３の経路は、法線方向でワークから遠ざかる方向に補正値ΔＰ1(t)だけ補正されて補正加工経路２’となり、放電パルス数Ｎ(t)は目標放電パルス数Ｎｇに一致するように制御されることになる。したがって、ワークの形状精度が悪い場合でも、加工面での放電パルス数は均一となり、加工面は一様な面粗度が得られる。

図６は本発明の第２の実施形態の経路補正処理のフローチャートである。図５に示した第１の実施形態においては、目標放電パルス数Ｎｇから検出放電パルス数Ｎ(t)を減じて補正値ΔＰ1(t)を求めた。そのため、補正値の変化が大きく加工の安定性に欠ける面がある。そこで、この補正値の変化を滑らかにして制御の安定性を図ったものが、この第２の実施形態である。第１の実施形態と相違する点は、目標放電パルス数Ｎｇと検出放電パルス数Ｎ(t)の偏差に対応する値を積算して補正値とする点である。

まず、プロセッサ１１は、放電パルス計数回路２１から、放電パルス数Ｎ(t)を読み取り、該放電パルス数を計数する計数器をリセットする（ステップ２００）。予め設定されている目標放電パルス数Ｎｇから検出した放電パルス数Ｎ(t)を減じてゲインＧ２を掛けてこのパルス数の偏差に比例した値Δｐ2(t)を求める（ステップ２０１）。そして、補正値を求めるレジスタに記憶する値ΔＰ2(t-1)にこの求めた値Δｐ2(t)を加算して補正値ΔＰ2(t)を求める（ステップ２０２）。即ち、目標放電パルス数Ｎｇと放電パルス数Ｎ(t)との偏差に比例した値Δｐ2(t)を積算して補正値ΔＰ2(t)を求める。以後は、第１の実施形態と同一で、ワイヤ電極の移動経路の法線方向を求め（ステップ２０３）、この法線方向に求めた補正値ΔＰ2(t)だけ、加工プログラム指令により求められる当該周期の移動指令を補正し、この補正された移動指令を当該移動指令として出力する（ステップ２０４）。以下この処理を制御周期毎に繰り返し実行する。この第２の実施形態の場合、目標放電パルス数Ｎｇと放電パルス数Ｎ(t)との偏差を積算した値に比例する補正値ΔＰ2(t)となるから、急激に補正値ΔＰ2(t)が変化せず、滑らかに変化することになるから、加工の安定性が得られ、かつ加工面は均一な面粗度を得ることができる。

図７は、本発明の第３の実施形態の経路補正処理のフローチャートである。この第３の実施形態は、放電パルス数ではなく平均加工電圧を用いて、制御するものである。この第３の実施形態を実施する場合、図４における放電パルス数計数回路２１が、平均加工電圧算出回路に変えられるものである。

プロセッサ１１は、平均加工電圧算出回路から平均加工電圧Ｖ(t)を読み取り（ステップ３００）。予め設定されている目標平均加工電圧Ｖｇから検出した平均加工電圧Ｖ(t)を減じてゲインＧ３を掛けてこの平均加工電圧の偏差に比例した値Δｐ3(t)を求める（ステップ３０１）。そして、補正値を求めるレジスタに記憶する値ΔＰ3(t-1)にこの求めた値Δｐ3(t)を加算して積算した補正値ΔＰ3(t)を求める（ステップ３０２）。以後は、第１、２の実施形態と同一で、ワイヤ電極の移動経路の法線方向を求め（ステップ３０３）、この法線方向に求めた補正値ΔＰ3(t)だけ、加工プログラム指令により移動指令を補正し、この補正された移動指令を当該移動指令として出力する（ステップ３０４）。以下この処理を制御周期毎に繰り返し実行する。
この第３の実施形態の場合、目標平均加工電圧Ｖｇと検出平均加工電圧Ｖ(t)との偏差を積算した値に比例する補正値ΔＰ3(t)により、経路補正が行われるから、急激な補正値の変化はなく、安定した加工電圧を得ることができるので、特殊な事情で放電パルス数の代替として加工電圧を使用せざるを得ない場合にも、加工の安定性が得られ、均一な面粗度を得ることができる一定の効果を得ることができる。

なお、上記各実施形態においては、ステップ１０２、２０３，３０３で法線方向を求めたが、加工プログラムで指令した経路に対してワイヤ電極３とワーク１間を、所定間隙をもってワイヤ電極３を相対的に移動させるために、プログラムで指令されたオフセット量だけオフセット方向（法線方向）にオフセットさせるオフセット処理がなされるが、このオフセット処理を利用して、ステップ１０１，２０２，３０２で求めた補正値でオフセット値を補正して、補正されたオフセット値でオフセット処理をしてステップ１０３，２０４，３０４に進むようにしてもよい。

形状精度が悪い突部コーナ部の仕上げ加工の説明図である。 形状精度が悪い凹部コーナ部の仕上げ加工の説明図である。 本発明の仕上げ加工時の加工説明図である。 本発明の各実施形態を実施するワイヤ放電加工機の要部ブロック図である。 本発明の第１の実施形態の経路補正処理のフローチャートである。 本発明の第２の実施形態の経路補正処理のフローチャートである。 本発明の第３の実施形態の経路補正処理のフローチャートである。 本発明の各実施形態による経路補正動作の説明図である。

符号の説明

１ ワーク
２ 加工経路
３ ワイヤ電極
１０ 制御装置

Claims (9)

1. 放電パルス数を検出する機能を有するワイヤカット放電加工機の加工制御方法であって、
   １）上記放電パルス数を検出するステップと、
   ２）検出された放電パルス数に応じて、加工経路に与える補正値を計算するステップと、
   ３）予め決められた加工経路を前記補正値により補正するステップと、
   ４）前記補正後の加工経路に沿うようにワイヤに対してワークを相対移動させる送り軸を制御するステップと、
   により、加工経路の補正を行うことを特徴とする前記ワイヤカット放電加工機の加工制御方法。
2. 前記補正値は、予め決められた加工経路の法線方向への補正値である請求項１記載のワイヤカット放電加工機の加工制御方法。
3. 放電パルス数を検出する機能を有するワイヤカット放電加工機の加工制御方法であって、
   １）上記放電パルス数を検出するステップと、
   ２）検出された放電パルス数に応じて、加工経路に与える補正値を計算するステップと、
   ３）指令されたオフセット値を前記補正値で補正し、補正オフセット値を求めるステップと、
   ４）プログラムで指令された経路と前記補正オフセット値に基づいて補正後の加工経路を求め、該加工経路に沿うように、ワイヤに対してワークを相対移動させる送り軸を制御するステップと、
   により加工経路の補正を行うことを特徴とする前記ワイヤカット放電加工機の加工制御方法。
4. 前記補正値は、検出された放電パルス数とその目標値との差分に予め決められたゲインを掛けて求める請求項１乃至３の内いずれか１項に記載のワイヤカット放電加工機の加工制御方法。
5. 前記補正値は、検出された放電パルス数とその目標値との差分に予め決められたゲインを掛けて求めた値を一定周期毎に加算して積算した値とした請求項１乃至３の内いずれか１項に記載のワイヤカット放電加工機の加工制御方法。
6. 加工電圧を検出する機能を有するワイヤカット放電加工機の加工制御方法であって、
   １）上記加工電圧を検出するステップと、
   ２）検出された加工電圧とその目標値との差分に予め設定されたゲインを掛けて求めた値を一定周期毎に加算して積算して補正値を計算するステップと、
   ３）予め決められた加工経路を前記補正値により補正するステップと、
   ４）前記補正後の加工経路に沿うようにワイヤに対してワークを相対移動させる送り軸を制御するステップと、
   により、加工経路の補正を行うことを特徴とする前記ワイヤカット放電加工機の加工制御方法。
7. 前記補正値は、予め決められた加工経路の法線方向への補正値である請求項６記載のワイヤカット放電加工機の加工制御方法。
8. 加工電圧を検出する機能を有するワイヤカット放電加工機の加工制御方法であって、
   １）上記加工電圧を検出するステップと、
   ２）検出された加工電圧とその目標値との差分に予め設定されたゲインを掛けて求めた値を一定周期毎に加算して積算して補正値を計算するステップと、
   ３）指令されたオフセット値を前記補正値により補正して補正オフセット値を求めるステップと、
   ４）プログラムで指令された経路と前記補正オフセット値に基づいて補正後の加工経路を求め、該加工経路に沿うように、ワイヤに対してワークを相対移動させる送り軸を制御するステップと、
   により、加工経路の補正を行うことを特徴とする前記ワイヤカット放電加工機の加工制御方法。
9. 軸送り速度を予め決められた一定値とすることを特徴とする請求項１乃至８の内いずれか１項に記載のワイヤカット放電加工機の加工制御方法。
   

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