JP2008068381A - ワイヤカット放電加工機の張力検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】省スペース、省コストでワイヤ放電加工機に設けることができるワイヤ張力検出装置。
【解決手段】ワイヤ電極２０は、ワイヤ電極供給部から上ガイドヘッド、放電加工部、下ガイドヘッドを通り、方向転換用のローラ１０を経て、ワイヤ回収装置へ到るワイヤ経路が形成される。ローラ１０の支持部材１３にひずみゲージ１４を設け、ワイヤ電極２０からローラ１０に及ぼされる力によって支持部材１３に生じるひずみをひずみゲージ１４により測定し、それに基づいてワイヤ電極２０の張力を検出する。ローラ１０にはワイヤ電極２０を受け入れる溝１０ａが形成される。上ガイドヘッドや下ガイドヘッドに装備されているダイスガイドにひずみゲージを設け、ワイヤ張力を測定することもできる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ワイヤ放電加工機に、ワイヤ電極の張力を検出するために設けられるワイヤ張力検出装置に関する。

周知のように、ワイヤ放電加工機においては、ワイヤ電極を走行させながら、該ワイヤ電極に張力を与え、該ワイヤ電極とワーク間に放電を生じせしめて、ワークに所望の加工を施す。ここで、ワイヤ電極に与えられる張力（以下、「ワイヤ張力」とも云う）は、加工精度を左右する重要なファクタの１つである。即ち、ワイヤ張力が不足するとワイヤ電極に振動が発生し、加工精度を低下させる原因となる。また、不必要なワークとワイヤ電極の短絡を起こすことも有り得る。従って、ワイヤ張力は大きい程良いことになるが、ワイヤ電極の引っ張りに対する強度にも限りがあり、過大なワイヤ張力はワイヤ電極の断線を招く。

このような観点から、ワイヤ張力を適正に制御する必要がある。ところで、ワイヤ張力は、ワイヤ供給側に走行するワイヤに対してブレーキ力を与えるブレーキ装置を設ける一方、ワイヤ電極回収側（巻き取り側）にワイヤ電極を走行駆動させる走行駆動装置（モータ）を配置し、上記ブレーキ装置のブレーキ力を調整することによってワイヤ電極に設定張力を付与するようにしている（下記特許文献１参照）。
そして、例えばフィードバック制御により設定張力を維持するために、ワイヤ電極の張力を検出する手段をワイヤ放電加工機に装備させることが、下記特許文献２〜９等で提案されている。

先ず、特許文献２、３では、一般的な張力検出装置をワイヤ走行系に設置し、ワイヤ電極の張力を測定することが提案されている。また、特許文献４、５、６、７は、ワイヤ電極の張力に伴って変位する専用ローラの変位量をリニアセンサーや変位計、もしくは液圧を介して測定し、張力を検出する方式を開示している。そして、特許文献８、９では、張力を検出するための専用ローラの支持部にひずみゲージを貼り付け、ひずみ量を検出することにより、ワイヤ電極の張力を検出することが説明されている。

特開平１−１１５５４８号公報 特開平１０−３０９６３１号公報 特開昭６３−２５６３１６号公報 特開平３−１１１１２９号公報 特開平７−３２８８４９号公報 特開平２−１５２７２６号公報 特開平３−１５４７１６号公報 特開平７−６０５５２号公報 特開２０００−２４６５４５号公報

このように従来技術においては、ワイヤ電極の走行経路に、ローラなどから構成される専用の張力検出装置を追加して、ワイヤ電極の張力を測定するのが通例であった。しかし、従来技術には共通して、「ワイヤ張力の検出装置を取り付ける設置スペースが必要となる」、「専用の検出装置には新規に種々の機構部品が必要となり、その分コストが上昇する」、といった問題があった。
本発明は、このような問題を生じ難いワイヤ放電加工機におけるワイヤ張力検出装置を提供することを目的としている。即ち、本発明は、ワイヤ張力検出のために特にスペースを必要とすることが無く、また、コスト的にも有利なワイヤ放電加工機におけるワイヤ張力検出装置を提供しようとするものである。

本発明では、上記課題を解決するために、「一般的なワイヤ放電加工機に元々装備されており、ワイヤ張力に応じて歪みを生じる部材」にひずみゲージを設置し、このひずみゲージによる測定結果に基づいてワイヤ張力を検出するという手法を採用する。
ここで、「一般的なワイヤ放電加工機に元々装備されており、ワイヤ張力に応じて歪みを生じる部材」としては、先ず、「下ガイドヘッドからワイヤ回収装置へワイヤ経路を方向転換するローラの支持部材」が利用できる。即ち、下ガイドヘッドからワイヤ回収装置へワイヤ経路を方向転換する部分にローラとそれを支持する部材を設ける構成は、極めて一般的なものであり、同ローラの支持部材は、ワイヤ張力の測定とは無関係に既に装備されている部材の１つである。また、同様の部材としては、上ガイドヘッドや下ガイドヘッドの構成要素として一般的に用いられているダイスガイドがある。

より具体的に云えば、発明は、ワイヤ電極を供給するワイヤ電極供給部から上ガイドヘッド、放電加工部、下ガイドヘッドを通り、更に前記下ガイドヘッドから前記ワイヤ回収装置へ向けて方向転換するローラを経て、ワイヤ回収装置へ到るワイヤ経路を有し、前記放電加工部へ前記ワイヤ電極が送られる過程で該ワイヤ電極に張力が付与されるワイヤ放電加工機に設けられるワイヤ張力検出装置に適用されるものである。

そして、請求項１に記載された発明の特徴は、前記ローラの支持部材にひずみゲージが設けられており、前記ワイヤ電極から前記ローラに及ぼされる力によって前記支持部材に生じるひずみを前記ひずみゲージにより測定することによって、前記ワイヤ電極の張力を検出することである。ここで、前記ローラに、前記ワイヤ電極を受け入れる溝を形成することができる（請求項２）。
請求項３に記載された発明の特徴は、上記ワイヤ放電加工機において、前記上ガイドヘッド及び前記下ガイドヘッドの少なくとも一方は、ひずみゲージを設けたダイスガイドを有しており、前記ワイヤ電極から該ダイスガイドに及ぼされる力によって該ダイスガイドに生じたひずみを、前記ひずみゲージにより測定することによって、前記ワイヤ電極の張力を検出することである。

上記の如く、本発明では、一般的なワイヤ放電加工機に元々装備されており、ワイヤ張力に応じて歪みを生じる部材にひずみゲージを設置し、このひずみゲージによる測定結果に基づいてワイヤ張力を検出しているので、ワイヤ張力測定のために必要となるスペースは僅か（ひずみゲージ設置とひずみゲージ付属配線のためのスペースのみ）で済む。また、ひずみゲージと付属配線を使用するだけなので、専用の張力検出装置を構成するための諸部品、諸機構の追加が不要であり、コスト的にも有利となる。

図１は、本発明に係るワイヤ張力検出装置が設けられるワイヤカット放電加工機のワイヤ走行系の概略を例示する図である。同図を参照すると、符号１はワイヤボビンで、ワイヤ電極２０はこのワイヤボビン１から引き出され、ローラ２、３を介して方向転換される。ついで、ワイヤ電極２０は、ピンチローラ４及び７によりブレーキローラ６に対して圧接された状態でブレーキローラ６の半周以上を周回した後、上ヘッド８へ向かう。ここまでの部分をワイヤ電極供給部と呼ぶことにする。

ワイヤ電極供給部から供給されたワイヤ電極２０は、上ガイドヘッド８と下ガイドヘッド９との間でガイドされた後、下ガイドヘッド９の下方に配置されたローラ１０によりワイヤ回収経路へ方向転換される。ワイヤ電極２０によるワーク（図示省略）に放電加工を施す放電加工部３０（破線で表示）は、周知の態様で上下ガイドヘッド８、９間に設けられている。

下ガイドヘッド９の下方でローラ１０によって方向転換されたワイヤ電極２０は、最後に、回収モータ１１により回転駆動される回収ローラ１２によりピンチされた状態で牽引され、機外（例えば図示しない回収箱）に排出される。回収ローラ１２の回転速度（毎分回転数）は、加工条件などにより設定された速度でワイヤ電極２０が走行するように制御される。この制御は、ワイヤ放電加工機の制御装置（図示省略）により回収モータ１１の回転速度（毎分回転数）を制御することによって達成される。

このようなワイヤ経路を形成するワイヤ電極２０に張力を与えるために、ブレーキローラ６にはパウダブレーキ５が装置されている。パウダブレーキ５は、ワイヤ放電加工機の制御装置（図示省略）からの指令に従って、加工条件などに応じて設定されたワイヤ張力が維持されるよう、ブレーキローラ６に与えるブレーキ力を制御する。

しかし、パウダブレーキ５によるオープンループの制御を行った場合には、ワイヤ電極２０の張力は安定せず、かなりの張力変動が発生することが知られている。例えば、径（φ）が0.25mmのワイヤ電極で設定張力1500g重とした場合、約100g重程度の張力変動が発生する。ワイヤカット放電加工では、上下ワイヤガイド８、９間の張力が変動すると、ワイヤ電極２０が振動し、加工面にスジを発生させる原因となる。

そこで、上下ワイヤガイド８、９間の張力を検出してフィードバック制御により張力を一定に維持する制御を行えるようにする。
既述の通り、本発明では、ワイヤ放電加工機に元々装備されており、ワイヤ張力に応じて歪みを生じる部材」にひずみゲージを設置し、このひずみゲージによる測定結果に基づいてワイヤ張力を検出するという手法を採用する。 そして、ひずみゲージを設置する具体的な箇所（部材）として、（１）下ガイドヘッド９から回収ローラ１２（ワイヤ回収装置）へワイヤ経路を方向転換するローラ１０の支持部材、あるいは、（２）上ガイドヘッド８や下ガイドヘッド９の構成要素として一般的に用いられているダイスガイド、を選択する。

図２（ａ）、（ｂ）は、上記（１）を選んだ２つの例を示し、各々図１中に示したローラ１０とその支持部を側面図で拡大描示したものである。ここでは、図２（ａ）に対応する実施形態を第１実施形態、図２（ｂ）に対応する実施形態を第２実施形態と呼ぶことにする。第１実施形態と第２実施形態の違いは、ローラ１０の支持部材１３の形態の差異によるものである。

先ず、図２（ａ）に示した第１実施形態では、ローラ１０を支持する支持部材１３は、ローラ１０とは反対側の一端をベース（ハッチングで表示）の垂直壁面に固定されて水平に延在する部材である。ローラ１０の周面には、ワイヤ電極２０（図１参照）を受け入れるＶ字状の溝１０ａが形成されている。図１を参照すると理解されるように、ワイヤ電極２０に張力が与えられると、ローラ１０を図１中で左斜め上方へ変位させようとする外力が作用する。この力は、支持部材１３を曲げようとする。その結果、支持部材１３に応力が発生する。第１実施形態では、この応力の成分の内、軸方向（水平方向）の応力を打ち消し、曲げ応力成分を測定するために、図示されている如く、ひずみゲージ１４を支持部材１３の上下に夫々配置（貼り付け）している。各ひずみゲージ１４の出力は、図示を省略した制御装置（ＣＮＣ）へ送られ、所定の計算により、支持部材１３の曲げ応力成分が計算される。この曲げ応力成分の大きさは、ワイヤ張力とほぼ正比例の関係があるので、曲げ応力成分の計算結果に基づいて、ワイヤ張力乃至その変動を定量的に検出することができる。検出結果は、パウダブレーキ５によりブレーキローラ３に与えるブレーキ力のフィードバック制御に利用される。

図２（ｂ）に示した第２実施形態では、ローラ１０を支持する支持部材１３はＬ字状をなし、ローラ１０とは反対側の一端がベース（ハッチングで表示）の水平面に固定されている。ローラ１０の周面にＶ字状の溝が形成されていることは同様である。上述の通り、ワイヤ電極２０の張力により、ローラ１０にはローラ１０を図１中で左斜め上方に変位させようとする外力が作用する。この力は、支持部材１３を曲げようとする。その結果、支持部材１３に応力が発生する。各ひずみゲージ１４の出力は、図示を省略した制御装置（ＣＮＣ）へ送られ、所定の計算により、支持部材１３の圧縮応力成分が計算される。この曲げ応力成分の大きさも、ワイヤ張力とほぼ正比例の関係があるので、圧縮応力成分の計算結果に基づいて、ワイヤ張力乃至その変動を定量的に検出することができる。検出結果は、パウダブレーキ５によりブレーキローラ３に与えるブレーキ力のフィードバック制御に利用される。

なお、これら実施形態のように、ローラ１０の周面にワイヤ電極２０を受け入れる溝（ここではＶ字状の溝１０ａ）を形成した場合、従来のローラのように走行面を平坦（Ｖ字状の溝なし）とした場合とは異なり、ワイヤ電極２０の走行時にワイヤ電極２０の位置がローラの周面上で横滑り（ローラの回転軸に平行な方向に移動）してしまい、ワイヤ電極２０がローラに与える荷重点が移動し、張力が変動するといた事態を生じるおそれがなくなる。つまり、ローラ１０の周面に形成された「ワイヤ電極２０を受け入れる溝」には、ワイヤ電極２０の走行位置の安定（横ずれ防止）と張力安定化の作用がある。また、走行位置が安定するということは、支持部材１３上に設けられるひずみゲージ１４で測定される応力（曲げ応力や圧縮応力）と張力の間の関係も安定するということにつながり、その結果張力測定の精度も向上することが期待される。

次に図３は、上記（２）を選んだ例を示し、図１中に示した上ガイドヘッド８の内部構造を表わしている。これに対応する実施形態を第３実施形態と呼ぶことにする。図３に示されているように、上ガイドヘッドはトンネル状のワイヤ電極通路を提供しており、その入り口側と出口側に、それぞれワイヤ電極２０を挟むように接触する接触部１５ａ、１５ｂを有するダイスガイド１５を備えている。そして、上下の接触部１５ａ、１５ｂの間には、ワイヤ電極２０に電圧を付与するための通電子１６が設けられている。通電子１６は、ワイヤ電極２０の走行を妨害せずにワイヤ電極２０と確実に接触できるよう、滑らかな凸面を有しており、その凸面の頂点が上下の接触部１５ａ、１５ｂを結ぶ直線から一方側（本例では左側）に適当な小距離出っ張った位置にくるように配置されている。

従って、接触部１５ａから通電子１６の接触部（凸面の頂点付記）を経て接触部１５ｂへ至るワイヤ電電極経路は、「くの字状」になる。一方、接触部１５ａの上流側と接触部１５ｂの下流側（即ち、上ガイドヘッド８の通過前後）のワイヤ電極経路は略一直線上にあるので、接触部１５ａと接触部１５ｂには、ワイヤ張力に応じた（ほぼ正比例した）外力が作用する。第３実施形態では、ひずみゲージ１４を、ダイスガイド１５上の接触部１５ａ近傍位置に設け（貼り付け）、ワイヤ電極２０の張力を検出している。即ち、ワイヤ電極２０からの力を受ける接触部１５ａによりダイスガイド１５の接触部１５ａ周辺に応力が生じ、それに応じたひずみがひずみゲージ１４で測定される。

第１、第２実施形態の場合と同様、ひずみゲージ１４による測定結果は制御装置に送られ、パウダブレーキ５によりブレーキローラ３に与えるブレーキ力のフィードバック制御に利用される。
なお、第３実施形態では上ガイドヘッド８に装備されているダイスガイド１５にひずみゲージ１４を設けたが、下ガイドヘッド９も上ガイドヘッド８と同様に、上下に接触部を持つダイスガイドを設けられており、そこに屈曲した内部経路が形成されるならば（例えば、上記通電子１６と同様のものが存在する場合）には、下ガイドヘッド９に装備されているダイスガイドにひずみゲージ１４を設けて、ワイヤ張力を測定しても良い。

以上の実施形態において、ローラ１０とその支持部材、あるいは、ダイスガイド１５は、ワイヤカット放電加工機に一元々装備されているものであり、ワイヤ張力検出のために追加される部材ではない。従って、従来技術のように新たに検出装置を追加する必要がない。また、当然の結果として、特別な配置スペースも必要でなく、コスト上昇を招かない。

本発明に係るワイヤ張力検出装置が設けられるワイヤカット放電加工機のワイヤ走行系の概略を例示する図である。 （ａ）は本発明の第１実施形態について説明する図、（ｂ）は本発明の第２実施形態について説明する図で、いずれも下ガイドヘッドからワイヤ回収装置へワイヤ経路を方向転換するローラの支持部材にひずみゲージを設ける例を表わしている。 本発明の第３実施形態について説明する図で、上ガイドヘッドに装備されているダイスガイドにひずみゲージを設けた例を表わしている。

符号の説明

１ ワイヤボビン
２ ローラA
３ ローラB
４ ピンチローラA
５ パウダブレーキ
６ ブレーキローラ
７ ピンチローラB
８ 上ガイドヘッド
９ 下ガイドヘッド
１０ ローラC（下ガイドヘッドからワイヤ回収装置へワイヤ経路を方向転換するローラ）
１１ 回収モータ
１２ 回収ローラ
１３ 支持部材（ローラCを支持する部材）
１４ ひずみゲージ
１５ ダイスガイド
１６ 通電子
２０ ワイヤ電極

Claims (3)

1. ワイヤ電極を供給するワイヤ電極供給部から上ガイドヘッド、放電加工部、下ガイドヘッドを通り、更に前記下ガイドヘッドから前記ワイヤ回収装置へ向けて方向転換するローラを経て、ワイヤ回収装置へ到るワイヤ経路を有し、前記放電加工部へ前記ワイヤ電極が送られる過程で該ワイヤ電極に張力が付与されるワイヤ放電加工機に設けられるワイヤ張力検出装置であって、
   前記ローラの支持部材にひずみゲージが設けられており、
   前記ワイヤ電極から前記ローラに及ぼされる力によって前記支持部材に生じるひずみを前記ひずみゲージにより測定することによって、前記ワイヤ電極の張力を検出することを特徴とする、ワイヤカット放電加工機の張力検出装置。
2. 前記ローラに前記ワイヤ電極を受け入れる溝が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のワイヤカット放電加工機の張力検出装置。
3. ワイヤ電極を供給するワイヤ電極供給部から上ガイドヘッド、放電加工部、下ガイドヘッドを通り、更に前記下ガイドヘッドから前記ワイヤ回収装置向けて方向転換するローラを経て、ワイヤ回収装置へ到るワイヤ経路を有し、前記放電加工部へ前記ワイヤ電極が送られる過程で該ワイヤ電極に張力が付与されるワイヤ放電加工機に設けられるワイヤ張力検出装置おいて、
   前記上ガイドヘッド及び前記下ガイドヘッドの少なくとも一方は、ひずみゲージを設けたダイスガイドを有しており、
   前記ワイヤ電極から該ダイスガイドに及ぼされる力によって該ダイスガイドに生じたひずみを、前記ひずみゲージにより測定することによって、前記ワイヤ電極の張力を検出することを特徴とする、ワイヤカット放電加工機の張力検出装置。

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