JP2007307661A - ワイヤ放電加工のモニタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工形状精度が低下している可能性のある被加工物を容易に検出することが可能なワイヤ放電加工のモニタ装置を提供すること。
【解決手段】モニタ装置１は、液温センサ６０が検出する加工液２１の液温が、予め設定した所定温度範囲内にあるか否かを判定し、判定結果をディスプレイ３に表示する。したがって、ワーク９０の加工形状精度に影響を与える支持アーム３１の温度寸法変化量が、許容できる範囲にあるか否かを知ることができ、ワイヤ電極３０とワーク９０群との相対的位置ずれにより加工形状精度が低下している可能性のあるワーク９０群を容易に検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワイヤ放電加工のモニタ装置に関し、特に加工形状精度低下の可能性がある被加工物の検出に用いて好適なモニタ装置に関する。

従来技術として、下記特許文献１に開示されたワイヤ放電加工機のモニタ装置がある。この従来技術のモニタ装置は、ワイヤ放電加工における被加工物の板厚、電流密度、送り速度、加工電流を表示し、放電加工状態を把握できるようになっている。
特開平１１−３４７８４６号公報

しかしながら、上記従来技術の放電加工機では、被加工物をワイヤ状の電極に対して相対的に移動するときに、電極を支持する支持部の寸法変化を考慮しておらず、加工形状精度が低下した被加工物を製造してしまう場合があるという問題がある。

一般的に、ワイヤ放電加工機では、ワイヤ状電極の支持部はアーム形状をなしている。このアーム状の支持部が加工中に温度変化して寸法変化した場合には、被加工物とワイヤ状電極との相対的な位置関係にズレを生じる。したがって、支持部が大きく温度変化したときには、被加工物の加工形状精度が著しく低下するという不具合を発生する場合がある。

本発明者は、モニタ装置において支持部の温度もしくはその関連特性に着目した監視をすれば、例えば大量の被加工物を放電加工するときに、被加工物の全数形状検査を行わくとも、加工形状精度が低下している可能性のある被加工物を検出できることを見出した。

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、加工形状精度が低下している可能性のある被加工物を容易に検出することが可能なワイヤ放電加工のモニタ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
アーム状の支持部（３１）に支持されたワイヤ状の電極（３０）と被加工物（９０）との間の放電により、被加工物（９０）を放電加工するワイヤ放電加工のモニタ装置であって、
支持部（３１）の温度もしくはその関連温度（Ｔ１、Ｔ２）が、予め設定された所定温度範囲内にあるか否かを判定する判定手段（２、１０７）と、
判定手段（２、１０７）の判定結果を告知する告知手段（３）と、を備えることを特徴としている。

これによると、告知手段（３）により告知された判定結果から、ワイヤ状の電極（３０）を支持する支持部（３１）の温度もしくはその関連温度（Ｔ１、Ｔ２）が、予め設定された所定温度範囲内にあるか否かを知ることができる。

すなわち、被加工物（９０）の加工形状精度に影響を与える支持部（３１）の温度寸法変化量が、許容できる範囲にあるか否かを知ることができる。したがって、告知手段（３）により告知された判定結果から、加工形状精度が低下している可能性のある被加工物（９０）を容易に検出することが可能である。

また、請求項２に記載の発明では、前記関連温度は、放電加工時に電極（３０）と被加工物（９０）とを浸漬する加工液（２１）の温度であることを特徴としている。

放電加工時には、電極（３０）と被加工物（９０）との間には加工液（２１）を介在させるため、支持部（３１）は少なくとも一部が加工液（２１）中に浸漬される。したがって、加工液（２１）の温度は支持部（３１）温度に近似する関連温度であり、温度検出が容易である。

また、請求項３に記載の発明では、判定手段（２、１０７）は、放電加工開始時および放電加工終了時における支持部（３１）の温度もしくはその関連温度（Ｔ１、Ｔ２）が、前記所定温度範囲内にあるか否かを判定することを特徴としている。

支持部（３１）の温度もしくはその関連温度（Ｔ１、Ｔ２）は、周囲の環境条件や放電に伴なう発熱により、放電加工中は上昇もしくは下降の一定方向の温度変化をすることが極めて多い。したがって、請求項３に記載の発明によれば、放電加工中における支持部（３１）の温度もしくはその関連温度（Ｔ１、Ｔ２）を常時監視していなくても、良好な判定を行うことができる。

また、請求項４に記載の発明では、判定手段（２、１０７）は、放電加工の加工時間が、予め設定された所定時間範囲内にあるか否かを判定することを特徴としている。

一般的に放電加工機は、電極（３０）と被加工物（９０）との間隔を放電加工に良好な間隔に保つ機能を有しているので、加工時間が比較的長い場合には、電極（３０）と被加工物（９０）との間隔の補正に時間を要していると考えることができる。したがって、請求項４に記載の発明によれば、支持部（３１）の温度もしくはその関連温度（Ｔ１、Ｔ２）に基づく判定結果に合わせて、加工時間の判定結果から加工形状精度が低下している可能性のある被加工物（９０）を容易に検出することができる。

また、請求項５に記載の発明では、判定手段（２、１０７）は、放電加工における電極（３０）と被加工物（９０）との間の短絡回数が、予め設定された所定回数内にあるか否かを判定することを特徴としている。

これによると、支持部（３１）の温度もしくはその関連温度（Ｔ１、Ｔ２）に基づく判定結果に合わせて、電極（３０）と被加工物（９０）との間の短絡回数の判定結果から加工形状精度が低下している可能性のある被加工物（９０）を容易に検出することができる。

また、請求項６に記載の発明では、判定手段（２、１０７）は、放電加工における電極（３０）の断線回数が、予め設定された所定回数内にあるか否かを判定することを特徴としている。

これによると、支持部（３１）の温度もしくはその関連温度（Ｔ１、Ｔ２）に基づく判定結果に合わせて、異常放電に起因する電極（３０）の断線回数の判定結果から加工形状精度が低下している可能性のある被加工物（９０）を容易に検出することができる。

なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

図１は、本発明を適用したワイヤ放電加工のモニタ装置１と、モニタ装置１により監視されるワイヤ放電加工機（以下、放電加工機）１０の概略構成を示す模式図であり、図２は、本実施形態の放電加工機１０により加工される被加工物であるワーク９０の概略構造を示す平面図である。

図２に示すように、本実施形態の被加工物であるワーク９０は、中央に孔部９１を有する板状部材であり、この孔部９１から径外方向に向かって掘り込まれる矩形状のキー溝９２が、ワイヤ放電加工により形成される。

図１に示すように、放電加工機１０はＸＹテーブル４０を備えており、ワーク９０は保持治具４１によって保持され、ＸＹテーブル４０上に載置されている。図１では詳細図示を省略しているが、ＸＹテーブル４０上にはワーク９０を各３０枚積層した加工ステージが９箇所に形成されている。

放電加工機１０のワイヤ状の電極であるワイヤ電極３０は、柱状の支持柱３２から水平方向に延びる一対の支持アーム３１間に張架されている。すなわち、ワイヤ電極３０は支持柱３２とともに略コの字形状をなす支持部である支持アーム３１に支持されている。

そして、ＸＹテーブル４０には、ＸＹテーブル４０を図示左右方向に移動させるアクチュエータ４２と、ＸＹテーブル４０を紙面表裏方向に移動させるアクチュエータ４３とが設けられており、ＸＹテーブル４０上のワーク９０を、ワイヤ電極３０に対して移動できるようになっている。すなわち、アクチュエータ４２、４３により、ＸＹテーブル４０上のワーク９０とワイヤ電極３０との相対的位置関係を変更できるようになっている。

ワイヤ電極３０とワーク９０が載置されたＸＹテーブル４０とには、加工電源５１の出力端が接続されており、放電加工時には、ワイヤ電極３０とワーク９０との間に高周波パルス電圧が印加できるようになっている。

放電加工時のワイヤ電極３０とワーク９０との間における放電は、加工槽２０内に貯留された絶縁性の加工液２１中で行われるようになっている。したがって、図１に示すように、ワイヤ電極９０と支持アーム３１の少なくとも一部は加工液２１中に浸漬している。なお、放電加工時には、支持アーム３１の電極根元部からワイヤ電極３０に沿って加工液が噴出するようになっているが、その構成の図示は省略している。

放電加工機１０の符号５０を付した構成は制御手段としての制御装置であり、制御装置５０は、図示しないスタートスイッチ等からワイヤ放電加工の開始を指示する信号を入力すると、加工電源５１に対し印加電圧を制御する信号を出力しつつ、ワイヤ電極３０とワーク９０との間の放電状態（放電電圧）を監視している。

また、制御装置５０は、アクチュエータ４２、４３に対し信号を出力し、加工形状に応じたＸＹテーブル４０の位置制御を行うとともに、加工電源５１からの放電状態情報に基づいて、ワイヤ電極３０とワーク９０との間隔が放電加工に良好な間隔となるように微調整制御を行うようになっている。

放電加工機１０の符号６０を付した構成は温度検出手段としての液温センサであり、液温センサ６０は、加工槽２０内の加工液２１の温度を検出し、制御装置５０に出力するようになっている。

本実施形態のモニタ装置１には、所謂パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣ）を採用しており、モニタ装置１は、ＰＣ本体２と表示部であるディスプレイ３とにより構成されている。ＰＣ本体２は制御装置５０からの情報に基づいて放電加工機１０の加工状態を監視するようになっている。

ＰＣ本体２は、モニタ装置１が放電加工機１０を監視する際の本実施形態における判定手段に相当し、ディスプレイ３は、判定結果を告知する本実施形態における告知手段に相当する。

次に、上記構成に基づきモニタ装置１の作動について説明する。

図３は、モニタ装置１のＰＣ本体２の概略監視動作を示すフローチャートである。図３に示すように、モニタ装置１に給電され監視プログラムが起動しているときには、まず、制御装置５０が放電加工を開始したか否かを監視している（ステップ１０１）。そして、放電加工の開始を検出したら、制御装置５０が取り込んだ液温センサ６０からの温度情報を入力する（ステップ１０２）。

ＸＹテーブル４０上の９箇所の加工ステージにおいて順次放電加工が行われていくが、ＰＣ本体２は、９箇所の加工ステージのうち各加工ステージの加工が終了したか否かを判断する（ステップ１０３）。各加工ステージの加工が終了したと判断した時点で、制御装置５０から、当該加工ステージにおいて要した加工時間、ワイヤ電極３０とワーク９０との短絡回数、ワイヤ電極３０の断線回数を入力する（ステップ１０４）。

すなわち、ステップ１０３、１０４では、加工ステージ毎の加工時間、短絡回数、断線回数を入力する。ちなみに、放電加工機１０は、ワイヤ電極３０が断線すると、断線部分に連続するワイヤを順次繰り出して、一対の支持アーム３１間にワイヤ電極３０を復元張架するようになっている。

加工ステージ毎の加工時間、短絡回数、断線回数を入力したら、全ステージ（本例では９ステージ）の加工が終了したか否か判断する（ステップ１０５）。全ステージの加工が終了したと判断した場合には、制御装置５０を介して液温センサ６０からの温度情報を再度入力する（ステップ１０６）。

ステップ１０６までを実行したら、入力した加工液の温度、加工時間、短絡回数、ワイヤ断線回数を、予め設定した基準値（閾値）と比較判定し、この判定結果をディスプレイ３に対し表示出力する（ステップ１０７）。このステップ１０７は、本実施形態における実質的な判定手段に相当する。

ステップ１０７では、加工液の温度に基づく判定は、具体的には、ステップ１０２、１０６で入力した加工液の温度、すなわち全ステージに対する加工開始時および加工終了時の加工液の温度が、予め設定された所定温度範囲内にあるか否かを判定する。例えば、図４（ａ）に示すように、加工開始時の加工液温Ｔ１および加工終了時の加工液温Ｔ２が、基準温度を中心に設定した上限温度（高温側閾値）および下限温度（低温側閾値）の間にあるか否か判定する。

図４（ａ）、（ｂ）に示すように、加工液温Ｔ１、Ｔ２がいずれも上限、下限温度間にある場合には、良好な放電加工が行われたものと判断する。図４（ｃ）に示すように、加工液温Ｔ１、Ｔ２のいずれかが上限温度、下限温度を超えた場合（図４（ｃ）の例ではＴ２が上限温度を超えた場合）には、良好ではない放電加工が行われた可能性があるものと判断する。

これは、加工液温Ｔ１、Ｔ２が上下限温度を超えた場合には、加工液２１に浸漬する支持アーム３１が基準温度時より大きく寸法変化していると判断できる。したがって、支持アーム３１が支持するワイヤ電極３０の位置精度が低下している可能性が大きく、ワーク９０の加工形状精度が低下している可能性が大きいと判断される。

加工液２１の温度は、周囲の環境温度条件や放電に伴なう発熱により、放電加工中は上昇もしくは下降の一定方向の温度変化をすることが極めて多い。したがって、放電加工開始時と放電加工終了時の加工液温Ｔ１、Ｔ２を検出して判定すれば、放電加工中加工液温を常時検出していなくても、全ステージに対してばかりでなく、各ステージについても比較的精度よく良好な判定を行うことが可能である。

ここで、ステップ１０７における判定結果の表示出力に応じて、ディスプレイ３が行う表示形態の例について説明する。

図５に示すように、ディスプレイ３の表示画面には、放電加工監視時に９箇所の加工ステージがブロック表示される。そして、ステップ１０７で行われた加工液の温度、加工時間、短絡回数、ワイヤ断線回数の判断結果に基づいて、良好な加工ブロックは緑色に表示され、良好でない可能性がある加工ブロックは赤色に点滅表示され、当該ブロックのワーク９０を調査することを促す。また、未加工のブロックは白色に表示される。

具体的には、加工液温Ｔ１、Ｔ２が前述した上限値もしくは下限値を超えた場合、各ステージの加工時間が予め設定した上限値を超えた場合、各ステージの短絡回数が予め設定した上限回数を超えた場合、および各ステージのワイヤ電極の断線回数が予め設定した上限回数を超えた場合の少なくともいずれかの場合には、当該ステージに対応する加工ブロック表示を「要調査」である赤色点滅表示とする。

また、この表示画面において各ステージの加工状況を知りたい場合には、そのステージのブロックをクリックする。すると、例えば図６に示すように、新しいウィンドが開き、その加工ステージにおける加工時間、短絡回数、断線回数の棒グラフとそれぞれの判断基準値（閾値）とが表示される。

そして、各検出値の推移を知りたい場合には、図示を省略した画面上の推移グラフ作成ボタンをクリックし、グラフ作成条件を指定すると、例えば図７に示すように、新しいウィンドが開き、所望の項目の検出結果の推移がグラフ表示される。

上述の構成および作動によれば、加工液の液温が、予め設定した所定温度範囲内にあるか否かにより、ワーク９０の加工形状精度に影響を与える支持アーム３１の温度寸法変化量が、許容できる範囲にあるか否かを知ることができる。したがって、ディスプレイ３により告知された判定結果から、ワイヤ電極３０とワーク９０群との相対的位置ずれにより加工形状精度が低下している可能性のあるワーク９０群（加工ステージ）を容易に検出することが可能である。

また、放電加工の加工時間が、予め設定された所定時間範囲内にあるか否かにより、加工形状精度が低下している可能性のあるワーク９０群（加工ステージ）を容易に検出することができる。

放電加工機１０は、前述したように、ワイヤ電極３０とワーク９０との間隔が放電加工に良好な間隔となるように微調整制御する機能を有している。したがって、加工時間が比較的長い場合には、異常放電が発生し、良好な放電が行えるように電極３０とワーク９０との間隔の補正に時間を要していると考えることができる。

また、異常放電の極端な状態であるといえる電極３０とワーク９０との間の短絡回数が、予め設定された所定回数内にあるか否かによっても、加工形状精度が低下している可能性のあるワーク９０群（加工ステージ）を容易に検出することができる。

また、異常放電により引き起こされることが多いワイヤ電極３０の断線回数が、予め設定された所定回数内にあるか否かによっても、加工形状精度が低下している可能性のあるワーク９０群（加工ステージ）を容易に検出することができる。

ワイヤ電極３０とワーク９０との間の異常放電は、保持治具４１によるワーク９０群の固定力の緩みによる一部ワーク９０の位置ずれ、保持治具４１のＸＹテーブル４０に対する緩みによるワーク９０群全体もしくは一部ワーク９０の位置ずれ、および、放電に伴ないワイヤ電極３０とワーク９０間に生成したスラッジの排出不良等が要因となって発生することが考えられる。

したがって、ステップ１０７の判定結果から「要調査」となったステージについて、異常放電の要因を取り除く作業や、加工液温を基準温度方向に戻す作業を速やかに行うことができる。

また、加工寸法精度（加工形状精度）が低下したワーク９０や、放電加工において異常放電が発生したワーク９０（所謂白層厚さが増加したワーク９０）は、耐久強度等の特性が低下する場合があるが、モニタ装置１によりワイヤ電極３０とワーク９０群との相対的位置ずれや異常放電を常時監視することができるので、特性が低下したワーク９０を後工程に流出させることを防止することができる。

本実施形態の例では、１テーブル上に９箇所のステージが形成され、１回に２７０枚のワーク９０が放電加工される。ところが、加工ステージ毎に異常放電等の有無が監視できるので、３０枚単位のワーク９０について特性低下の可能性を検出できる。このように、１品ずつ全数検査することが困難な大量生産において、特性低下の可能性のあるワーク９０群を容易に検出できる効果は極めて大きい。

また、本実施形態では、液温センサ６０により検出した加工液の温度を支持アーム３１の温度の関連温度としているので、支持アーム３１の温度を直接検出する場合より、構成を簡素化することができる。

（他の実施形態）
上記一実施形態では、加工液２１の温度検出を、全ステージの放電加工開始時と放電加工終了時とに行っていたが、これに限定されるものではない。例えば、検出精度を向上するために、各ステージの放電加工開始時と放電加工終了時とに行うものであってもよいし、温度を常時監視するものであってもよい。

また、上記一実施形態では、支持アーム３１の温度の関連温度として、加工液２１の温度を検出していたが、支持アーム３１の温度を直接検出するものであってもよいし、他の関連温度を検出するものであってもよい。例えば、外郭体により装置全体が覆われている場合には、内部の雰囲気温度を前記関連温度として検出するものであってもよい。

また、上記一実施形態では、ディスプレイ３を告知手段としていたが、これに限定されるものではない。例えば、ブザー等の発音手段によって調査が必要である旨を告知するものであってもよい。

また、上記一実施形態では、ワーク９０は板状部材であり、ワイヤ放電加工される部位はキー溝９２であったが、被加工物はこれに限定されるものではなく、本発明は他の形状の被加工物に広く適用して有効である。

本発明を適用した一実施形態におけるワイヤ放電加工のモニタ装置１と、モニタ装置１により監視されるワイヤ放電加工機１０の概略構成を示す模式図である。 放電加工機１０により加工される被加工物であるワーク９０の概略構造を示す平面図である。 モニタ装置１ＰＣ本体２の概略監視動作を示すフローチャートである。 加工液温の検出判定動作を説明するためのグラフであり、（ａ）、（ｂ）は良好と判断される場合、（ｃ）は要調査と判断される場合を示している。 ディスプレイ３の表示画面の表示例である。 ディスプレイ３の表示画面の表示例である。 ディスプレイ３の表示画面の表示例である。

符号の説明

１ モニタ装置
２ ＰＣ本体（判定手段）
３ ディスプレイ（告知手段）
１０ ワイヤ放電加工機
２１ 加工液
３０ ワイヤ電極（電極）
３１ 支持アーム（支持部）
５０ 制御装置
５１ 加工電源
６０ 液温センサ
９０ ワーク（被加工物）
Ｔ１ 放電加工開始時の加工液温度
Ｔ２ 放電加工終了時の加工液温度

Claims (6)

1. アーム状の支持部（３１）に支持されたワイヤ状の電極（３０）と被加工物（９０）との間の放電により、前記被加工物（９０）を放電加工する際のモニタ装置であって、
   前記支持部（３１）の温度もしくはその関連温度（Ｔ１、Ｔ２）が、予め設定された所定温度範囲内にあるか否かを判定する判定手段（２、１０７）と、
   前記判定手段（２、１０７）の判定結果を告知する告知手段（３）と、を備えることを特徴とするワイヤ放電加工のモニタ装置。
2. 前記関連温度は、前記放電加工時に前記電極（３０）と前記被加工物（９０）とを浸漬する加工液（２１）の温度であることを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工のモニタ装置。
3. 前記判定手段（２、１０７）は、前記放電加工開始時および前記放電加工終了時における前記支持部（３１）の温度もしくはその関連温度（Ｔ１、Ｔ２）が、前記所定温度範囲内にあるか否かを判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のワイヤ放電加工のモニタ装置。
4. 前記判定手段（２、１０７）は、前記放電加工の加工時間が、予め設定された所定時間範囲内にあるか否かを判定することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工のモニタ装置。
5. 前記判定手段（２、１０７）は、前記放電加工における前記電極（３０）と前記被加工物（９０）との間の短絡回数が、予め設定された所定回数内にあるか否かを判定することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工のモニタ装置。
6. 前記判定手段（２、１０７）は、前記放電加工における前記電極（３０）の断線回数が、予め設定された所定回数内にあるか否かを判定することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工のモニタ装置。

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