JP2007276026A - ワイヤカット放電加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】シール部分の清掃、メンテナンスの必要時を自動的に知らせるワイヤカット放電加工機を提供する。
【解決手段】下部アーム３は加工槽２に設けられた長穴をとおり加工槽２内に突出している。加工槽２の長穴は板状のシール部材７ａでシールするシール部７が設けられている。サーボモータ４によりボールネジ５を介して可動テーブル１及び加工槽２，可動テーブル１に取り付けられた被加工物を移動させる。シール部７では、加工槽２側のシール部材が板状のシール部材７ａに対して摺動し摺動抵抗が生じる。この抵抗は放電加工によって生じたスラッジがシール部に付着することによって増大し、下部アーム３を歪ませ、加工精度に影響を与える。サーボモータにかかる負荷を検出してシール部の摺動抵抗負荷を求めて、該負荷抵抗が基準負荷を超えるとメンテナンス時期として表示して知らせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワイヤ放電加工機に関し、特に、加工槽のシール部のメンテナンスに関連する発明である。

ワイヤカット放電加工機においては加工速度、加工精度を高めるために被加工物を加工液の中で加工する浸漬加工が一般的になっている。

浸漬加工を行うには、被加工物を浸漬させるために加工液（水）を溜める加工槽が必要となる。通常、ワイヤ電極を支えるワイヤガイドを被加工物の上方、下方に配置し、この上下のワイヤガイド間にワイヤ電極を張設して配置し、該ワイヤ電極を走行させながら、ワイヤ電極と被加工物間に電圧を印加し、被加工物をワイヤ電極に対して相対的に移動させながら放電加工を行う。

ワイヤガイドを備える上部、下部アームが被加工物の上下に配置され、かつ、被加工物及び加工槽をワイヤ電極の張設方向（この方向をＺ軸方向とする）に対して直交する２つのＸＹ軸方向に移動させる駆動機構が設けられている。ワイヤ電極をガイドする下ワイヤガイドを有する下部アームの先端（下ワイヤガイドが設けられる位置）は加工槽内に位置しなければならず、下部アームと加工槽は相対移動する。そのため、加工槽側面に下部アームを貫通させる長穴が設けられ、該長穴からの加工液の漏れを防止するためのシール手段が施されている。

一般的にシール手段は長穴周辺部に配置された低摩擦材料で作られたシール部材と長穴を覆う板状のシール部材を対向に配置、接触させることで加工液の漏れを防止している。しかし、加工槽と下部アームが相対移動することにより摺動摩擦が生じる。この摺動摩擦が、加工槽と共に移動する被加工物のワイヤ電極に対する位置決め精度を阻害し、加工精度を低下させる原因となる。

シール手段の厚み誤差や反りなどによる加工液の漏れを防止し、加工精度の低下を防止するために、シール部材を圧力制御によって加工槽に押し付けるシール保持手段を設け、被加工物や加工槽が取り付けられている可動テーブルを駆動する可動テーブル駆動機構の負荷を検出し、シール部を加工槽に押し付けるシール保持手段の保持力を制御するようにした発明、又は加工槽内に突出する下アームの変形量を検出して、この検出変形量に応じてシール部を加工槽に押し付けるシール保持手段の保持力を制御するようにした発明が知られている（特許文献１参照）。

又、加工液中で放電加工を行うと電極ワイヤ、被加工物が直径数μｍ程度のスラッジとなり水中に飛散、浮遊する。そのため、対向して接触するシール部材同士のわずかな間隙にスラッジが入り込むと摩擦抵抗が大きくなり機械の位置決め精度に悪影響を与える。

このシール部の摺動位置の間隙に加工液を噴出させるノズルを配置することによって、シール部での加工液の漏れをなくし、スラッジのシール部への侵入を防止するようにした発明も知られている（特許文献２、３参照）。

特開平７−１３２４１８号公報 特公平７−９６１６７号公報 国際公開ＷＯ０１／０６２４２３号パンフレット

シール部にスラッジが侵入し、シール部材にスラッジが付着すると摺動抵抗が増大し、下ワイヤガイドを支える下部アームが歪み、機械の位置決め精度が低下し、加工精度を悪化させる。そのため、特許文献２、３に示すように、このシール部へのスラッジの侵入を防止する手段を設けている。しかし、シール部材に付着するスラッジをゼロにすることは技術的に非常に困難であり、又、ワイヤカット放電加工機のコストを上昇させることになる。さらに、長年の使用の内には必ず摺動抵抗負荷が増大し位置決め精度の低下が起こる。

そのため、シール部材に付着したスラッジを取り除くためにシール部分の清掃、メンテナンスを頻繁に行うことが理想的である。しかし、現実的にはこの部分の構造が複雑で、清掃後の調整が難しいなどの理由で頻繁なメンテナンスは一般ユーザには大きな負担となる。
そこで、本発明の目的は、シール部分の清掃、メンテナンスの必要時を自動的に知らせるワイヤカット放電加工機を提供することにある。

本発明は、加工槽と、該加工槽の側面を貫通して下部アームが加工槽と相対的に前後左右に移動し、前記加工槽からの水漏れを防止するシール部を備えたワイヤカット放電加工装置において、前記シール部の摺動抵抗負荷を検出する負荷検出手段と、前記負荷検出手段で検出された負荷が予め設定された所定の負荷を超えたか否かを判別する判別手段と、前記判別手段が所定の負荷を超えたと判別した時に、前記シール部の保守を促す警告を出力する出力手段とを設けることによって、シール部の摺動抵抗負荷の増大を検知して、メンテナンス時期を告知するようにした。

前記出力手段は、表示装置、信号灯、警報音を発生する警報装置等で構成するものとした。また、前記負荷検出手段は前記可動テーブルを駆動する駆動モータの負荷を検出するもの、又は駆動モータの負荷を推定する外乱推定オブザーバで構成するか、シール部の摺動抵抗負荷の影響を受ける部材に取り付けられたロードセルで構成するようにした。

シール部の摺動抵抗負荷が検出され、シール部の保守、メンテナンス時期が自動的に告知されるから、シール部の摺動抵抗負荷の増大によって、機械の位置決め精度が低下し、加工精度を低下させる前に、メンテナンスが実行されシール部の摺動抵抗負荷を低減させることが可能となる。

以下、本発明の一実施形態を図面と共に説明する。
図１は、一般的なワイヤカット放電加工機の駆動部及び加工槽におけるシール部を示す要部概要図であり、本発明の実施形態はこの一般的なワイヤカット放電加工機の駆動部及び加工槽におけるシール部の構成と同じものである。
可動テーブル１には加工槽２が取り付けられており、かつ、可動テーブル１には被加工物を取り付ける被加工物受け台及び治具が加工槽２内に設けられ、被加工物は被加工物受け台に治具で固定され、加工槽に溜められた加工液中に浸漬され加工が行われる。可動テーブル１は、水平面上で下部アーム３の軸方向と該軸方向に直交する方向に駆動され移動するように構成されている。

図１では、可動テーブル１を下部アーム３の軸方向（Ｙ軸方向）と直交するＸ軸方向に駆動する駆動手段のみ示している。この実施形態では、可動テーブル１の駆動する駆動モータとしてサーボモータ４を用いており、該サーボモータ４の出力軸に連結されたボールネジ５を回転させ、該ボールネジ５に螺合する可動テーブル１に設けられたボールナットによって、回転運動を直線運動に変換して該可動テーブル１をＸ軸方向に駆動するものである。なお、図１において、６は、可動テーブルのＸ軸方向への移動をガイドするガイド機構である。

なお、可動テーブル１及び加工槽２を下部アーム３の軸方向であるＹ軸方向へ移動させる駆動機構も設けられているものであるが、図１ではこのＹ軸方向への駆動手段は図示していない。

加工槽２の側面にはＸ軸方向に長い長穴が設けられ、該長穴を貫通して下部アーム３が配置され、該下部アーム３の先端にはワイヤ電極をガイドする下ワイヤガイドが設けられている。加工槽２に設けられた長穴の部分には、該長穴から加工液が漏れないようにシール部７が設けられており、該シール部７は長穴の回りに設けられたシール部材と該シール部材に押し付けて長穴をシールする板状のシール部材７ａ等で構成されている。又、下部アーム３とシール部材７ａ間もシール部材でシールされている。

サーボモータ４を駆動すると、可動テーブル１及び加工槽２はＸ軸方向に移動し、加工槽２は、板状のシール部材７ａの加工槽２に設けられたシール部材間で摺動しながら移動し、長穴はシール部材７ａでシールされ加工液が漏れることはない。

又、図示しないＹ軸駆動手段のサーボモータを駆動して可動テーブル１及び加工槽２を駆動すると、加工槽２は下部アーム３とシール部材７ａ間に設けられたシール部でシールされて摺動しながらＹ軸方向に移動する。

加工槽２内に加工液が溜められ、可動テーブル１に設けた被加工物受け台に被加工物が取り付けられて、被加工物は加工液内に浸漬される。又、図示しない上ワイヤガイドと下部アーム３の先端に設けられた下ワイヤガイド間にワイヤ電極が張設され、該ワイヤ電極を上下ワイヤガイド間で走行させながら、可動テーブル１をＸ，Ｙ軸駆動機構によって、Ｘ，Ｙ軸方向に駆動し、ＸＹ平面の任意の方向に移動させ、かつ該可動テーブル１に固定された被加工物とワイヤ電極間に電圧を印加して、放電を生じせしめて、被加工物を放電加工する。

この放電によって被加工物から除去されたが被加工物の一部やワイヤ電極の消耗等によって発生したスラッジは、加工液中に飛散し、浮遊する。このスラッジがシール部７に侵入すると、シール部での摺動抵抗負荷が増大し、下部アーム３を歪め、下ワイヤガイドの位置に変動し、ワイヤ電極に対する被加工物の位置決め精度が低下し、加工精度の低下の原因となる。

そこで、本実施形態は、このシール部７での摺動抵抗負荷を検出し、該検出摺動抵抗負荷が、予め設定された所定の基準負荷を超えたか判断し、検出摺動抵抗負荷が基準負荷を超えているときには、警報を出力し、保守、メンテナンスを促すようにした。

この摺動抵抗負荷の検出は、可動テーブル１（被加工物）を移動させるサーボモータにかかる負荷を検出することによって行う。サーボモータはその位置、速度が制御されるものであり、位置又は速度を制御するためにトルク（駆動電流）も制御される。トルク制御するためにサーボモータの駆動電流を電流検出器で検出し、フィードバックし電流ループ制御を行ってサーボモータを駆動制御している。駆動電流はサーボモータが出力するトルクと比例し、サーボモータにかかる負荷と比例する。そのため、この電流ループ制御に使用されている電流フィードバックの検出電流値によって、摺動抵抗負荷を求めメンテナンス時期を判別する。

又、サーボモータを駆動制御するサーボ制御手段中に、該サーボモータにかかる負荷をソフトウェアの処理で推定する外乱推定オブザーバを設けるものもすでに開発され公知である。この外乱推定オブザーバによって、サーボモータにかかる負荷を求めて、摺動抵抗負荷の増大を検出するようにする。

なお、シール部７にスラッジが付着し、摺動抵抗負荷の増大により、位置決め精度に影響を与えるのは、図１において、長穴の長手方向であるＸ軸方向に可動テーブル１，加工槽２を移動させるときである。Ｙ軸方向の下部アーム３の軸方向への加工槽２の移動では、その摺動により発生する摺動抵抗負荷は下部アーム３の軸方向の力であり、下部アーム３の歪みは少ないので、少なくとも、Ｘ軸を駆動するサーボモータ４にかかる負荷をその駆動電流、又は外乱推定オブザーバで検出するようにすればよい。

図２は、本発明の一実施形態におけるワイヤカット放電加工機の制御装置を中心とした概要ブロック図である。符号１０は、ワイヤカット放電加工機を制御する数値制御装置等で構成される制御装置である。該制御装置１０には、プロセッサ１１と該プロセッサ１１にバス１８で結合されている、ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなるメモリ１２、表示器１３，キーボード等の入力手段１４、加工プログラム等を外部記憶媒体から入力又は出力するインターフェース１５、各軸制御手段１６、入出力回路１７等で構成されている。

軸制御手段１６は、被加工物、加工槽２が設けられた可動テーブル１を直交するＸ，Ｙ軸方向に駆動するＸ軸、Ｙ軸、上ワイヤガイドを該Ｘ軸、Ｙ軸に直交する方向に移動させるＺ軸、テーパ加工のための直交するＵ軸、Ｖ軸をそれぞれ駆動する各サーボモータを制御するもので、各軸の位置、速度、電流のフィードバック制御手段等を備える。この各軸制御手段１６には、各軸のサーボアンプ２１を介して各軸サーボモータが接続されている。なお各サーボモータには位置・速度検出器が取り付けられ、位置、速度をそれぞれの軸制御回路にフィードバックするように構成されているが、この図２では省略している。

又、入出力回路１７には、ワイヤ放電加工機のワイヤとワーク間に電圧を印加して放電を生じせしめるための電源回路２２、メンテナンス時期を警告する信号灯２３が接続されている。さらに、図示していないが、この入出力回路１７、ワークの加工開始孔である挿通孔にワイヤ電極を挿通させるための自動結線装置や、ワイヤ電極を供給するワイヤ電極供給装置、その他の周辺機器が接続されている。

このワイヤカット放電加工機の構成も、従来から公知のワイヤカット放電加工機の構成と変わりはない。本発明は、従来の放電加工機が有するハードウエアを利用して、新たなメンテナンス時期告知の機能を付加したものである。

図３は、ワイヤカット放電加工機の稼働中、プロセッサ１１が所定周期ごと実施するメンテナンス時期検出告知処理のフローチャートである。
まず、Ｘ軸を駆動するサーボモータ４にかかる負荷Ａを検出する（ステップＳ１）。この負荷をモータの駆動電流によって求める場合は、軸制御手段１６を介して電流検出器からフィードバックされてくる検出駆動電流値を読み取ることになる。又、外乱推定オブザーバによって負荷を推定する場合には、Ｘ軸の軸制御手段１６に設けられたサーボモータ４のサーボ制御処理内に外乱推定オブザーバ処理を組み込んでおき、該オブザーバでサーボモータにかかる負荷を推定するようにする。

こうして求められた負荷Ａと予め設定された基準負荷Ａｓを比較し（ステップＳ２）、求めた負荷Ａが基準負荷Ａｓを超えていなければ、このメンテナンス時期検出告知処理は終了する。求めた負荷Ａが基準負荷Ａｓを超えているときは、警告出力を出し、表示器１３に、メンテナンス時期であることのメッセージ等を表示すると共に、入出力回路１７に介して信号灯２３を点灯させて、メンテナンス時期であることを作業者に知らせる（ステップＳ３）。なお、信号灯２３の代わりに警報音を発生する警報発生装置を設けて警報音でメンテナンス時期を知らせるようにしてもよい。

メンテナンス時期の判断基準となる基準負荷Ａｓは、最良に調整された状態での電流検出器からのフィードバック信号に基づいて、若しくは最良に調整された状態で、外乱推定オブザーバで推定された負荷値に基づいて求め、予めメモリ１２に設定記憶させておくものとする。

ただし、可動テーブル１に被加工物等の重量物を乗せている状態で、メンテナンスしようとするときは、その被加工物等の重量物の重量を予め測定し、重量を制御装置１０に入力し、該重量より基準負荷Ａｓの補正量を算出し補正するようにする。又、予め重量に対する補正量の対応表をテーブル形式でメモリ１２に記憶させておき、入力された重量に対応する補正量を求めて、基準負荷Ａｓを補正するようにしてもよい。

このように、可動テーブル１に載置するものの重量によって基準負荷Ａｓを補正するようにすることによって、治具を用いて被加工物を可動テーブル１に取り付け加工をするような場合、治具を外して摺動抵抗負荷を測定する必要もなく、治具を付けたまま、さらには被加工物を取り付けたまま摺動抵抗負荷を測定しメンテナンス時期を判別するようにすることができる。

又、サーボモータ４にかかる負荷としては、シール部７での摺動抵抗負荷の他にガイド機構、ボールネジ／ナット機構等の送り機構からの抵抗が加わる。自動潤滑機構やグリスニップルなどを設けて定期的に潤滑材を補充することで抵抗負荷の経年変化をシール部の摺動抵抗負荷の経年変化に比べて非常に小さく押さえられるため、シール部の摺動抵抗負荷の測定、及び基準負荷とを比較する際においてシール部以外からの影響は無視することができる。又、潤滑材を補充して送り機構等をメンテナンスしたときや、シール部７の清掃を行ったとき、このメンテナンス終了後に、サーボモータ４を駆動し、負荷（駆動電流値又は推定外乱負荷）を検出し、これより基準負荷Ａｓを求めて設定するようにすれば、基準負荷Ａｓがメンテナンス後の機械状態に合わせて更新設定されることになるので、機械が経年変化しても、メンテナンス時期を適切に自動的に警告されることになるから、位置決め精度を低下させることはなく、加工精度の低下を防止することができるものである。

また、負荷を検出する方法としてサーボモータの駆動電流を検出したり、外乱推定オブザーバで負荷を検出するではなく、下部アーム３等のシール部７の摺動抵抗負荷を受ける場所にロードセル等の歪み検出器を配置して、シール部の摺動抵抗負荷を検出し、この検出負荷が基準負荷を超えるか否かによって、メンテナンス時期を判別するようにしてもよい。
又、上述した実施形態では、加工槽が移動し、下部アームが固定されたタイプのワイヤ放電加工機の例を示したが、加工槽が固定され、下部アームが移動するタイプのワイヤカット放電加工機にも本発明は適用できるものである。

本発明を適用した一実施形態のワイヤカット放電加工機の駆動部及び加工槽におけるシール部を示す要部概要図である。 同実施形態における制御装置を中心とした概要ブロック図である。 同実施形態におけるメンテナンス時期告知処理のフローチャートである。

符号の説明

１ 可動テーブル
２ 加工槽
３ 下部アーム
４ サーボモータ
５ ボールネジ
６ ガイド機構
７ シール部
７ａ シール部材
１０ 制御装置

Claims (5)

1. 加工槽と、該加工槽の側面を貫通して下部アームが加工槽と相対的に前後左右に移動し、前記加工槽からの水漏れを防止するシール部を備えたワイヤカット放電加工装置において、
   前記シール部の摺動抵抗負荷を検出する負荷検出手段と、
   前記負荷検出手段で検出された負荷が予め設定された所定の負荷を超えたか否かを判別する判別手段と、
   前記判別手段が所定の負荷を超えたと判別した時に、前記シール部の保守を促す警告を出力する出力手段、
   とを備えたワイヤカット放電加工機。
2. 前記出力手段は表示装置、信号灯、警報音を発生する警報装置のいずれかである請求項１に記載のワイヤカット放電加工機。
3. 前記負荷検出手段は前記可動テーブルを駆動する駆動モータの負荷を検出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。
4. 前記負荷検出手段は前記可動テーブルを駆動する駆動モータの負荷を推定する外乱推定オブザーバで構成されてい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。
5. 前記負荷検出手段はシール部の摺動抵抗負荷の影響を受ける部材に取り付けられたロードセルであ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。

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