JP2006123036A - ワイヤ放電加工方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 曲線加工部の形状精度を向上させることができるワイヤ放電加工方法及び装置を得る。
【解決手段】 ワイヤ電極と被加工物との極間にパルス状の放電エネルギーを供給し、前記ワイヤ電極及び被加工物を相対移動させて前記被加工物を加工するワイヤ放電加工装置において、予め入力されたワイヤ電極進行方向に対するオフセット方向、及び曲線部でのワイヤ電極回転移動方向とにより、所望形状の曲線輪郭線が曲線部の内側かもしくは外側かを判別する判別器と、曲線部の半径情報より、直線部と曲線部の加工間隙の変化を求める演算器と、前記判別器と前記演算器の計算結果に基づき、内側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーを大きくするように制御し、外側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーを小さくするように制御する制御器と、を備える。
【選択図】 図１

Description

ワイヤ電極と被加工物との極間に放電エネルギーを供給し、前記ワイヤ電極及び被加工物を相対移動させて前記被加工物を加工するワイヤ放電加工方法及び装置において、曲線加工部の形状精度向上を行うワイヤ放電加工制御方法及び装置に関するものである。

従来のワイヤ放電加工装置は、曲線部加工の形状精度を向上させる場合、ワイヤ電極進行方向に対するオフセット方向、及び曲線部でのワイヤ電極回転移動方向とにより、所望形状の曲線輪郭線が曲線部の内側かもしくは外側かを判別した後、ワイヤ電極と被加工物との相対速度を内側の曲線部に対しては減少させ、外側の曲線部に対しては逆に増加させるように動作する。（例えば、特許文献１参照）

また、曲線部加工の形状精度を向上させる場合、指令加工半径と加工誤差量から指令半径を補正するように動作する。（例えば、特許文献２参照）

特開平２−１１３７１号公報（第１−６頁） 特公昭６３−９９３３号公報（第１−６頁）

特許文献１のようなワイヤ放電加工方法及び装置では、ワイヤ電極と被加工物との相対速度を変えていたため、内側の曲線部では加工速度が遅くなるという問題があり、外側の曲線部では加工速度を増加させ過ぎるとワイヤ電極が断線してしまうため、加工速度を増加させるのに限界があり、そのため形状精度向上に限界があるという問題点があった。
また、特許文献２のようなワイヤ放電加工方法及び装置では、複雑な形状や曲線部が連続しているような形状では複雑な計算が必要となるとともに、実際にワイヤ電極が走行する軌跡を変えているため形状が変わってしまうという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、曲線加工部の形状精度を向上させることができるワイヤ放電加工方法及び装置を得ることを目的としている。

本発明にかかるワイヤ放電加工装置は、ワイヤ電極と被加工物との極間にパルス状の放電エネルギーを供給し、前記ワイヤ電極及び被加工物を相対移動させて前記被加工物を加工するワイヤ放電加工装置において、予め入力されたワイヤ電極進行方向に対するオフセット方向、及び曲線部でのワイヤ電極回転移動方向とにより、所望形状の曲線輪郭線が曲線部の内側かもしくは外側かを判別する判別器と、曲線部の半径情報より、直線部と曲線部の加工間隙の変化を求める演算器と、前記判別器と前記演算器の計算結果に基づき、内側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーを大きくするように制御し、外側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーを小さくするように制御する制御器と、を具備するものである。

この発明によれば、内側の曲線部では加工間隙を広く、外側の曲線部にでは加工間隙を狭くなるように、加工間隙の制御を行うため、内側の曲線部では加工速度を低下させることなく、また、外側の曲線部ではワイヤ電極が断線することなく加工することができる。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態１に係るワイヤ放電加工装置を示すもので、所定の速度で走行されるワイヤ電極１と対向する被加工物２との間に、加工電力供給装置１８よりパルス状の電圧を印加することにより放電エネルギーを発生せしめ加工を行うものである。
ここで、予め与えられた加工軌跡プログラムに基づいてサーボアンプ１４、１５に移動指令信号が送信され、その信号によりサーボモータ１６、１７がＸテーブル１２、Ｙテーブル１３を駆動して所望の形状の加工が行われる。
なお、ワイヤ放電加工装置は周知の如く、ワイヤボビン７に巻き取られたワイヤ電極１がキャプスタンローラ１０及びピンチローラ１１により回収されることにより、ワイヤガイド４で位置決めされた後、加工液ノズル９ａ、９ｂより加工液８と共に被加工物２側へ搬送される。
本実施の形態では、それら周知のワイヤ放電加工装置に対し、加工すべき曲線加工形状が内側曲線（図２ａ参照）或いは外側曲線（図２ｂ参照）かを判別する第１の判別器１９と、該第１の判別器１９の結果により、内側或いは外側の曲線に応じて曲線部でのエネルギー投入量を演算する第１の演算機２０を設け、これら演算結果に応じて、このような直線部に対する曲線部の形状誤差を少なくするために、直線加工部に対して、曲線加工部の加工間隙を変えることにより、曲線加工部の形状精度向上を図るものである。

第１の判別器１９では、ＮＣプログラムより加工開始前にワイヤ電極進行方向に対するオフセット方向、及び曲線部でのワイヤ電極回転移動方向とにより、所望形状の曲線輪郭線が曲線部の内側か外側かの判別を行う。図３において、斜線部が必要な形状である場合、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｆが外側曲線部であり、ｅが内側曲線部となる。
第１の演算器２０では、ＮＣプログラムの曲線部の半径情報から、直線部と曲線部の加工間隙の変化を求め、曲線部での必要なエネルギーを求める。
加工部分が曲線部となると、第１の判別器１９より曲線部であるという情報が制御器２１に送られ、曲線加工時に必要なエネルギーとなるように電源の制御を行う。
曲線部が終わると、第１の判別器１９より曲線部が終わったという情報が制御器２１に送られ、もとのエネルギーとなるように電源の制御を行なう。

第１の演算器２０で行われる外側曲線部における投入エネルギーの演算について図５を用いて説明する。
直線部での単位時間あたりのワイヤ電極の移動距離をＦ、加工間隙をｄとすると、直線部での単位時間あたりの片側加工面積Ｓ_１は
Ｓ_１＝ｄＦ
となる。
片側加工面積とは図５の２７であり、単位時間当たりの加工面積の半分を指す。

一方、外側曲線部の場合、ワイヤ中心部の軌跡の半径をｒ（図５の２２）としたとき、直線部と同じエネルギーで加工したときに形成される形状の半径をｒ_１（図５の２３）とすると、
ｒ_１＝√（ｒ^２−２ｄｒ）
となる。
すなわち、直線部と曲線部での単位時間あたりの加工面積が同じとすると、外側曲線部での加工間隙ｄ_１は、
ｄ_１＝ｒ−ｒ_１＝ｒ−√（ｒ^２−２ｄｒ）
となり、直線部と外側曲線部の加工間隙の差Δｄ_１は、
Δｄ_１＝ｄ_１−ｄ＝ｒ−√（ｒ^２−２ｄｒ）−ｄ
となる。

よって、外側曲線部において直線部と同じ加工間隙を形成させるためには、直線部でのエネルギーをＥとすると、外側曲線部での必要なエネルギーＥ_１は
Ｅ_１＝Ｅ・ｄ／ｄ_１
となる。

次に、第１の演算器２０で行われる内側曲線部における投入エネルギーの演算について図５を用いて説明する。
内側曲線部の場合、直線部と同じエネルギーで加工したときに形成される形状の半径をｒ_２（図５の２４）とすると、
ｒ_２＝√（ｒ^２＋２ｄｒ）
となる。
直線部と曲線部での単位時間あたりの加工面積が同じとすると、内側曲線部での加工間隙ｄ_２は
ｄ_２＝ｒ_２−ｒ＝√（ｒ^２＋２ｄｒ）−ｒ
となり、
直線部と内側曲線部の加工間隙の差Δｄ_２は
Δｄ_２＝ｄ−ｄ_２＝ｄ−√（ｒ^２＋２ｄｒ）＋ｒ
となる。

よって、内側曲線部において直線部と同じ加工間隙を形成させるためには、直線部でのエネルギーをＥとすると、内側曲線部での必要なエネルギーＥ_２は
Ｅ_２＝Ｅ・ｄ／ｄ_２
となる。

次に、制御器２１で行われる電源の制御について説明する。
なお、直線部でのパルス状の印加電圧の印加時間をＴ_ON、休止時間をＯＦＦ、ピーク電流をＰとする。
まず、休止を制御する場合について説明する。
外側曲線部での休止時間ＯＦＦ_１は、
ＯＦＦ_１＝ＯＦＦ・ｄ_１／ｄ
となり、内側曲線部での休止時間ＯＦＦ_２は、
ＯＦＦ_２＝ＯＦＦ・ｄ_２／ｄ
となる。

次に、印加電圧の印加時間を制御する場合について説明する。
外側曲線部での印加電圧の印加時間Ｔ_ON１は、
Ｔ_ON１＝Ｔ_ON×ｄ／ｄ_１
となり、
内側曲線部での印加電圧の印加時間Ｔ_ON２は、
Ｔ_ON２＝Ｔ_ON×ｄ／ｄ_２
となる。

次にピーク電流を制御する場合について説明する。
外側曲線部でのピーク電流Ｐ_１は、
Ｐ_１＝Ｐ×ｄ／ｄ_１
となり、内側曲線部での印加電圧Ｐ_２は、
Ｐ_２＝Ｐ×ｄ／ｄ_２
となる。

本実施の形態によれば、第１の判別器１９と前記第１の演算器２０の計算結果に基づき、内側曲線部の場合、直線部での加工速度を維持しつつ、極間に供給されるパルス状の印加電圧の休止時間を直線部より短くすることにより、または放電エネルギーのピーク電流を大きくすることにより、またはその両方を行うことにより、極間に投入されるエネルギーを大きくすることで極間間隙が広くなる。
そのため、内側曲線部でも直線部と同じ加工間隙で加工することができ、曲線部の加工精度を向上させることが出来る。
また、外側曲線部の場合、直線部での加工速度を維持しつつ、極間に供給されるパルス状の印加電圧の休止時間を長くすることにより、または放電エネルギーのピーク電流を小さくすることにより、またはその両方を行うことにより極間に投入されるエネルギーを小さくすることで極間間隙を狭くするように動作する。
そのため、外側曲線部でも直線部と同じ加工間隙で加工することができ、曲線部の加工精度を向上させることが出来る。

なお、上述の実施の形態では、休止を制御する場合、印加電圧の印加時間を制御する場合、ピーク電流を制御する場合について説明したが、それら制御を組み合わせ、休止＋ピークの制御、印加時間の制御＋ピークの制御、印加時間の制御＋休止時間の制御、休止時間の制御＋印加時間の制御＋ピーク電流の制御を行ってもよい。

実施の形態２．
上述した実施の形態１では、第１の判別器１９において、曲線加工が内側曲線部か外側曲線部かを判別し、第１の演算器２０により、内側曲線部の場合は、相対移動速度を落とすことなく、投入エネルギーを大きくし、外側曲線部の場合は、投入エネルギーを小さくする制御を行うことについて説明したが、相対移動速度を遅くすると加工間隙は広くなり、加工速度を速くすると加工間隙は狭くなることは一般に知られていることであり、これらを組み合わせて、内側曲線部の場合は、ワイヤ電極と被加工物との相対移動速度を遅くするとともに極間に供給されるパルス状の印加電圧の休止時間を直線部より短くする、または放電エネルギーのピーク電流を大きくする、またはその両方を行うことにより極間間隙を広くし、外側曲線部の場合は、ワイヤ電極と被加工物との相対移動速度を速くするとともに極間に供給されるパルス状の印加電圧の休止時間を長くする、またはまたは放電エネルギーのピーク電流を小さくする、またはその両方を行うことにより極間間隙を狭くするように動作するように制御してもよい。

本実施の形態によれば、加工エネルギーのみで加工間隙を変えるよりもより大きく加工間隙を変更することができるため、加工エネルギーのみでは修正しきれない加工間隙の違いを修正することができる効果がある。

本実施の形態１に係るワイヤ放電加工装置を示す構成図である。 外側曲線部、内側曲線部の説明をする図である。 曲線加工の状態を示す図である。 本実施の形態の制御を示すフローチャートである。 直線部と曲線部の加工間隙の違いを示す図である。

符号の説明

１ ワイヤ電極、２ 被加工物、１９ 第１の判別器、２０ 第１の演算器、２１ 制御器、２２ ワイヤ電極１の軌跡、２３ 直線部と同じエネルギーを投入したときの外側曲線部の形状、２４ 直線部と同じエネルギーを投入したときの内側曲線部の形状、２５ 直線部での加工間隙、２６ 直線部での単位時間あたりのワイヤ電極１の移動距離、２７ 直線部での単位時間あたりの片側加工面積。

Claims (18)

1. ワイヤ電極と被加工物との極間にパルス状の放電エネルギーを供給し、前記ワイヤ電極及び被加工物を相対移動させて前記被加工物を加工するワイヤ放電加工装置において、
   予め入力されたワイヤ電極進行方向に対するオフセット方向、及び曲線部でのワイヤ電極回転移動方向とにより、所望形状の曲線輪郭線が曲線部の内側かもしくは外側かを判別する判別器と、
   曲線部の半径情報より、直線部と曲線部の加工間隙の変化を求める演算器と、
   前記判別器と前記演算器の計算結果に基づき、内側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーを大きくするように制御し、外側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーを小さくするように制御する制御器と、
   を具備することを特徴とするワイヤ放電加工装置。
2. 制御器は、内側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーのピーク電流を大きくするように制御し、外側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーのピーク電流を小さく制御することを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
3. 制御器は、内側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーの休止時間を短くするように制御し、外側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーの休止時間を長くするよう制御することを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
4. 制御器は、内側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーのパルス状の印加電圧の印加時間を長くするように制御し、外側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーのパルス状の印加電圧の印加時間を短くするよう制御することを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
5. 制御器は、内側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーの休止時間を短くするとともにピーク電流を大きくするように制御し、外側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーの休止時間を長くするとともにピーク電流を小さくなるように制御することを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
6. 制御器は、内側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーのパルス状の印加電圧の印加時間を長くするとともにピーク電流を大きくするように制御し、外側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーのパルス状の印加電圧の印加時間を短くするとともにピーク電流を小さくなるように制御することを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
7. 制御器は、内側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーのパルス状の印加電圧の印加時間を長くするとともに休止時間を短くするように制御し、外側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーのパルス状の印加電圧の印加時間を短くするとともに休止時間を長くするように制御することを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
8. 制御器は、内側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーのパルス状の印加電圧の印加時間を長くするとともに休止時間を短くし、ピーク電流を大きくするように制御し、外側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーのパルス状の印加電圧の印加時間を短くするとともに休止時間を長くし、ピーク電流を小さくするように制御することを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
9. 制御器は、内側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との相対移動速度を遅くし、外側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との相対移動速度を速くすることを特徴とする請求項１〜８何れかに記載のワイヤ放電加工装置。
10. ワイヤ電極と被加工物との極間にパルス状の放電エネルギーを供給し、前記ワイヤ電極及び被加工物を相対移動させて前記被加工物を加工するワイヤ放電加工方法において、
    予め入力されたワイヤ電極進行方向に対するオフセット方向、及び曲線部でのワイヤ電極回転移動方向とにより、所望形状の曲線輪郭線が曲線部の内側かもしくは外側かを判別する第１の工程と、
    曲線部の半径情報より、直線部と曲線部の加工間隙の変化を求める第２の工程と、
    前記第１及び２の工程の結果に基づき、内側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーを大きくするように制御し、外側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーを小さくするように制御する第３の工程と、
    を有することを特徴とするワイヤ放電加工方法。
11. 第３の工程では、内側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーのピーク電流を大きくするように制御し、外側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーのピーク電流を小さく制御することを特徴とする請求項１０に記載のワイヤ放電加工方法。
12. 第３の工程では、内側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーの休止時間を短くするように制御し、外側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーの休止時間を長くするよう制御することを特徴とする請求項１０に記載のワイヤ放電加工方法。
13. 第３の工程では、内側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーのパルス状の印加電圧の印加時間を長くするように制御し、外側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーのパルス状の印加電圧の印加時間を短くするよう制御することを特徴とする請求項１０に記載のワイヤ放電加工方法。
14. 第３の工程では、内側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーの休止時間を短くするとともにピーク電流を大きくするように制御し、外側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーの休止時間を長くするとともにピーク電流を小さくなるように制御することを特徴とする請求項１０に記載のワイヤ放電加工方法。
15. 第３の工程では、内側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーのパルス状の印加電圧の印加時間を長くするとともにピーク電流を大きくするように制御し、外側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーのパルス状の印加電圧の印加時間を短くするとともにピーク電流を小さくなるように制御することを特徴とする請求項１０に記載のワイヤ放電加工方法。
16. 第３の工程では、内側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーのパルス状の印加電圧の印加時間を長くするとともに休止時間を短くするように制御し、外側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーのパルス状の印加電圧の印加時間を短くするとともに休止時間を長くするように制御することを特徴とする請求項１０に記載のワイヤ放電加工方法。
17. 第３の工程では、内側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーのパルス状の印加電圧の印加時間を長くするとともに休止時間を短くし、ピーク電流を大きくするように制御し、外側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との極間に供給する放電エネルギーのパルス状の印加電圧の印加時間を短くするとともに休止時間を長くし、ピーク電流を小さくするように制御することを特徴とする請求項１０に記載のワイヤ放電加工方法。
18. 第３の工程では、内側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との相対移動速度を遅くし、外側の曲線部ではワイヤ電極と被加工物との相対移動速度を速くすることを特徴とする請求項１０〜１７何れかに記載のワイヤ放電加工方法。

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