JP2012254505A - 被加工物を傾けてテーパ加工を行うワイヤ放電加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤ電極を垂直に、あるいは、テーパ加工における弊害が起こらない、または、軽減できる程度に垂直に近い状態に張ってテーパ加工を行うことが可能なワイヤ放電加工機を提供すること。
【解決手段】ＸＹＺの座標系に対して、Ｙ軸回りに４５°回転させ、Ｘ’Ｙ’Ｚ’の座標系を新しく設ける。被加工物もＹ軸回りに回転しており、機械のテーブル面（ＸＹ平面）から４５°傾くことになる。このＸ’Ｙ’Ｚ’の座標系で４５°傾いた加工面を有する直線ブロックＡＢを加工する加工プログラムを運転すると、直線ブロックＡＢは、テーブル面（ＸＹ平面）に対して垂直な面となる。そして、この座標系の変換を行うために、通常の加工プログラムに対して「Ｇ１３４Ｗ１」、「Ｇ１３４Ｗ０」を追加する。
【選択図】図１５

Description

本発明は、ワイヤ放電加工機に関し、特に、被加工物を傾けてテーパ加工を行うワイヤ放電加工機に関する。

ワイヤ放電加工機を用いた加工は図１に示されるように、通常、上ノズル１０内の上ワイヤガイドと下ノズル１１内の下ワイヤガイドとの間に張られたワイヤ電極４に電圧を印加し、ワイヤ電極４に対して相対的に駆動させられる被加工物置き台１上に固定された被加工物（ワーク）３を、水平方向に直交するＸ軸及びＹ軸の２軸（図示せず）により軸移動させ、そのワイヤ電極４と被加工物３との間（加工間隙）に生じる連続的な放電により被加工物３を溶融除去させて溝状の加工を行い、所望の形状に加工する方法である。そして、除去された被加工物３は、いわゆる加工屑となって上ノズル１０と下ノズル１１から噴出される加工液で溝外へ排出される。

図２は、従来のテーパ加工による加工例を説明する図であり、図３は、従来のテーパ加工を行う際にワイヤ電極の動作を説明する図である。図４は図３のテーパ加工を行うプログラム例である。直方体の被加工物３から図３のような４５°の傾斜面を持った部材を切り出す加工を例として説明する。そのテーパ加工の際、上ワイヤガイド１２の下ワイヤガイド１３に対する水平方向位置（ＸＹ位置）を相対的にずらせることで、ワイヤ電極４を図示しない被加工物載置面に対して斜めに張った状態とすれば、いわゆるテーパ加工が実行される。テーパ加工は、円錐形状や四角錐形状、または、任意の傾き面を持った形状を得たい際に利用される周知の加工方法である。

上ワイヤガイド１２の下ワイヤガイド１３に対する相対移動量は、計算によって求めることができる。上，下ワイヤガイドは、一般に、ワイヤ電極４を貫通させる案内孔を有する「ダイスガイド」あるいは「ワイヤダイスガイド」と呼ばれる部材で構成されている。

図４に示される加工プログラム（Ｏ０００１）において、「Ｍ１５」の指令コードによってテーパ加工の機能が有効になり、「Ｇ９２」によって加工プログラム用の座標系と加工開始点（０，−５）が設定される。加工開始点においては、ワイヤ電極４は、テーブル面（ＸＹ平面）に対して垂直になっている。そして「Ｇ０１Ｘ−５．０」の指令でワイヤ電極４はＡ点に向かって移動を始めるが、それと同時に指令された「Ｇ５１」（ワイヤ左傾斜のコマンド），「Ｔ４５．０」（「Ｔ」はワイヤ電極４の傾斜角度を指令するコマンド）によって次ブロック（直線ブロックＡＢ）での傾斜面の加工に備えてワイヤ電極４の姿勢は傾き始め、Ａ点到達時にワイヤ電極４の傾斜角度は４５°になる。次に、「Ｙ６０．０」が指令されると、ワイヤ電極４が進行方向に対して左側に４５°傾いた状態で傾斜面の加工が始まり、Ｂ点まで進む。そして、最後に、「Ｘ５．０」の指令でワイヤ電極４は加工終了点に向かって移動を始め、それと同時に指令された「Ｇ５０」（ワイヤ電極４の傾斜をキャンセルするコマンド），「Ｔ０」によってワイヤ電極４の傾きは徐々に戻り始め、加工終了点到達時にワイヤ電極４は垂直状態（ワイヤ電極４の傾斜角度が０°）に戻って加工が終了する。

上記の加工例は、テーパ角度が単一な加工例であるが、複数のテーパ角度を有する加工の場合は次のようになされる。
図５のように、４５°と２５°のテーパを持つ加工の場合、従来のテーパ加工を行うとワイヤ電極４は垂直状態から最大で４５°傾く。図６は、図５に示される４５°と２５°のテーパを持つ加工を行うプログラム例（Ｏ０００２）である。「Ｍ１５」の指令コードによりテーパ加工が有効になり、「Ｇ９２」によって加工プログラム用の座標系と加工開始点（０，−５）が設定される。加工開始点においては、ワイヤ電極４は、テーブル面（ＸＹ平面）に対して垂直になっている。そして「Ｇ０１Ｘ−５．０」の指令でワイヤ電極４はＡ点に向かって移動を始めるが、それと同時に指令された「Ｇ５１」，「Ｔ４５．０」によって次ブロック（直線ブロックＡＣ）での傾斜面の加工に備えてワイヤ電極４の姿勢は傾き始め、Ａ点到達時にワイヤ電極４の傾斜角度は４５°になる。次に、「Ｙ３０．０」が指令されると、ワイヤ電極４が進行方向に対して左側に４５°傾いた状態で傾斜面の加工が始まり、Ｃ点まで進む。Ｃ点に到達すると、「Ｔ２５．０」の指令によって、ワイヤ電極４の傾斜角度は２５°になる。次に、「Ｙ３０．０」が指令されると、ワイヤ電極４が進行方向に対して２５°傾いた状態で傾斜面の加工が始まり、Ｂ点まで進む。そして、最後に、「Ｘ５．０」の指令でワイヤ電極４は加工終了点に向かって移動を始め、それと同時に指令された「Ｇ５０」，「Ｔ０」によってワイヤ電極４の傾きは徐々に戻り始め、加工終了点到達時にワイヤ電極４は垂直状態（ワイヤ電極４の傾斜角度が０°）に戻って加工が終了する。

上述したように、テーパ加工実行時に必要なワイヤ電極４の傾斜角は、加工面の傾斜角（テーパ角）に対応しており、通常、加工プログラム中で数値をもって指定される。例えば、被加工物載置面をＸＹ平面［Ｚ＝０の面］として、“Ｚ方向に対して４５度＝「Ｔ４５．０」”、“Ｚ方向に対して２５度＝「Ｔ２５．０」”のように指定される。そして、実際のワイヤ電極４の傾斜が指定された傾斜角となるようにするために、上ワイヤガイド１２の下ワイヤガイド１３に対する相対位置（相対的なＸＹ位置）を、上，下ワイヤガイド１２，１３が上下に整列された位置から、プログラムで指定された傾きを持った面にワイヤ電極４が正しく沿う位置へと、移動させる。この相対移動は、一方のみのワイヤガイド（例えば、上ワイヤガイド１２）を支える駆動部の移動（Ｘ軸に平行な軸方向のＵ軸移動、及びＹ軸に平行な軸方向のＶ軸移動）によって行われる。

特許文献１には、ワイヤ放電加工機において、テーブルに載置された被加工物の平行度を補正するためのワイヤ放電加工機の平行度補正方法および装置が開示されている。この方法あるいは装置は、被加工物をテーブルに取り付け、その平行度を測定し、測定値に応じてワイヤ電極が被加工物に対して垂直になるようにワイヤガイドを移動することにより、被加工物の取り付けの調整を行う必要がなく、調整に要する手間と時間を省くことができ、ひいては、加工段取りを大幅に簡素化することができる。また、加工に際しては、制御装置に補正手段を設け、被加工物とワイヤ電極との相対移動距離を指定値に合致させるようにしたので、正確な加工を行うことができる。つまり、テーブル面に対して任意の角度を持って載置された被加工物に対してワイヤ電極が垂直になるように平行度を補正して加工プログラム用の座標系を変換し、変換された座標系に基づいて加工指令値も補正されてワイヤ放電加工が行われる技術が開示されている。これはすなわち、被加工物がテーブル面に対して任意の角度を持って載置されていても、テーブル面に平行に載置されている場合と同様な加工が実現できる、ということである。

特許文献２には、テーパ加工時のワイヤ電極の断線や加工面に発生するスジの問題を、ワイヤガイドの形状を工夫することで解決しようとする技術が開示されている。
特許文献３には、広角なテーパ加工においてもワイヤ電極が振動しないようにし、良好な加工面が得られるようにワイヤガイドの形状を工夫した技術が開示されている。

特許文献４には、所要形状の切刃形状を持った総形工具を高能率、高精度の下に自動加工できる加工装置を用いて、基本形状を前加工した総形工具の素材の切刃形成部分に得るべき所望形状の切刃形状を加工し、かつ、逃げ面を加工するために、テーパ加工機能と割り出し位置決め可能な回転割出軸とを具備したワイヤ放電加工機を備え、かつ、ワイヤ放電加工機を数値制御により制御する制御手段を備え、同ワイヤ放電加工機の回転割出軸に上記総形工具の素材を被加工物として装着し、予め得るべき所望形状の切刃形状に応じて作成された数値制御プログラムに基づいて、ワイヤ電極と被加工物との相対的な移動を制御することによって放電加工により総形工具の切刃形成部分に切刃と逃げ面との加工を自動的に遂行する技術が開示されている。
特許文献５には、被加工物の上面の非一直線上の３点の３次元位置を測定し、測定した３点から、傾いた被加工物に垂直な方向を計算し、ワイヤ電極が被加工物に垂直な方向になるように位置決めし、その位置を基準として加工プログラムで指定された傾きを得るようにワイヤ電極の位置を制御し、被加工物を設置した際の誤差を補正する技術が開示されている。

特許第２６６７４７５号公報 特開２０００−５２１５３号公報 特開２００６−５５９２３号公報 特開平９−２６７２１９号公報 特開２００６−１５９３９６号公報

背景技術で説明した特許文献１に開示された技術は、テーブルに被加工物を載置した後、煩わしい段取り作業を行なわずに加工を行えるようにするものである。しかし、被加工物をテーブル面に載置することを前提にしており、被加工物を故意に傾けて載置することについては記載も示唆もされていないし、テーパ加工の弊害についても記載も示唆もされていない。特許文献２、３に開示された技術は、ワイヤ電極を傾けて張ることを前提としたワイヤガイドの形状に関するものであって、ワイヤ電極をテーブル面に対して垂直に張る場合にはこのような対処は不要である。また、特許文献４に開示された技術は、テーブル面に平行な回転軸に被加工物を取り付けて、回転軸を回転させながら切刃形状や逃げ面を加工するものであるが、被加工物自体が回転軸回りに動くので、被加工物の傾きに合わせて座標系や加工のための指令値を補正するというものではない。加工としては、テーブル面を基準とした直交座標系で、ワイヤ電極を垂直走行姿勢から傾けてテーパ加工を施すという、一般的なテーパ加工の方式になっている。また、特許文献５に開示された技術は、被加工物載置時の被加工物姿勢の誤差を補正するために、被加工物に対してワイヤ電極が垂直になるようにワイヤ垂直位置を調整するものであり、意図的に被加工物を傾けてワイヤ電極をテーブル面に対して垂直に近い状態にしてテーパ加工を行うものではない。

ワイヤ放電加工機において、テーブル面に対して上ワイヤガイド部（上ワイヤガイド１２）を平行移動することで、ワイヤガイド部にて支持されたワイヤ電極４を斜めに張って加工するテーパ加工は、ワイヤ電極４を垂直に張って加工を行う垂直加工に比べると、技術的な課題を多く抱えている。例えば、１）加工屑の排出が困難であり加工速度を上げることができない、２）ワイヤガイドでワイヤ電極に摩擦力が加わり、加工精度に悪影響を及ぼす、３）ワイヤガイドで曲げられるワイヤ電極の支点が、ワイヤガイドの形状精度や加工状態により変動するため、高精度な加工が困難であり、４）加工条件を設定することが難しい、５）上下ガイド１２，１３の移動可能範囲を越えてしまい被加工物を加工できない可能性がある、などである。

上記１）〜５）の課題について説明する。
１）加工屑の排出が困難であり加工速度を上げることができない点
ワイヤ放電加工においては、ワイヤ電極４と被加工物３の間で放電を繰り返しながら、被加工物３をワイヤ電極４の周りで溶融除去する加工が行われ、加工溝８を形成しながら加工が進行する。加工中におけるワイヤ電極４、被加工物３、および、加工液の関係は図７に示される。
ワイヤ放電加工中には上，下ノズル１０，１１から加工液７が噴出され、加工溝（ワイヤ電極４と被加工物３の間）８に溜まった加工屑を加工溝８から排出して、ワイヤ電極４と被加工物３との短絡あるいはワイヤ電極４の断線を防止し、効率よく被加工物３の加工を行えるようになっている。

図７はワイヤ電極４、被加工物３、および加工液７の関係を説明する図である。図７（ａ）に示されるように、垂直加工を行うとき、図示しないテーブル面に対してワイヤ電極４が垂直に張られて放電加工が行われる。この場合、加工液７の噴出方向とワイヤ電極４の走行方向とが一致することによって、加工液７は加工溝８にスムーズに流れ込み、加工屑を効率よく加工溝８から排出することができる。
一方、図７（ｂ）に示されるように、テーパ加工をおこなうとき、テーブル面に対してワイヤ電極４が傾斜して張られて加工が行われることで、加工液７の噴出方向とワイヤ電極４の走行方向とが一致せず、加工液７は加工溝８に流れ込み難くなって、加工屑を効率よく加工溝８から排出することができなくなる。また、この傾向はテーパ角度θが大きくなるほど顕著になる。なお、テーブル面は、図７において紙面に垂直であり被加工物３の底面に平行な平面である。

さらには、ワイヤ電極４をワイヤガイド部で屈曲させて走行させるため、加工液７の噴出を真っ直ぐにガイドするノズル１０，１１に干渉することがあり、同じ加工液流量で流速が遅くなる内径の大きなノズルを使用する必要がある。
したがって、テーパ加工の場合には、加工屑の排出効率が悪化して短絡やワイヤ電極４の断線が起こり易くなるので、放電のための加工条件を弱くして加工しなければならず、その結果として速い加工速度で加工することができなくなる。

２）ワイヤガイドでワイヤ電極４に摩擦力が加わり、面粗さに悪影響を及ぼす点
テーブル面に対してワイヤ電極４を斜めに張って加工するテーパ加工では、ワイヤ電極４がワイヤガイド部分で急激に曲げられるため、ワイヤ電極４のワイヤガイド孔内の移動で円滑にされず、振動が生じたりしてワイヤ電極４が断線したり被加工面に筋（スジ）が入り、面粗さが悪化したりすることもある。そして、この傾向はテーパ角度が大きくなるほど顕著になる。このような問題を解消すべく、特許文献２や特許文献３に開示された技術では、ワイヤガイド部の形状を工夫しワイヤ電極４の振動を抑えようと試みているが、ワイヤ電極４とワイヤガイド部との間に発生する摩擦力を完全に無くすことにはならいない。

したがって、図８に示されるように、ワイヤ電極４に生じる振動を完全に押さえ込むことには無理がある。図８はワイヤガイド部におけるワイヤ電極４の屈曲を説明する図である。図８（ａ）は、曲率半径が小さいワイヤガイド１３ａを用いた場合を説明する図である。曲率半径が小さいワイヤガイドを用いる場合、ワイヤ電極４が曲がり難く、ワイヤ電極４の振動を抑えることができず、放電加工が不安定となる問題がある。図８（ｂ）は、曲率半径が大きいワイヤガイド１３ｂを用いた場合を説明する図である。曲率半径が大きいワイヤガイドでは、ワイヤ電極４が曲がり易く加工は安定するものの、支点誤差が大きくなり、これも後述するように問題である。

３）ワイヤガイドで曲げられるワイヤ電極４の支点が、ワイヤガイドの形状精度や加工状態により変動するため、高精度な加工が困難である点
図９は、テーパ加工時の角度指令方法を説明する図である。ワイヤ電極４を傾斜させる角度θと上，下ワイヤガイド１２，１３間距離Ｈを用いることにより、上ワイヤガイド１２の移動量を算出することができる。特許文献３のように曲率半径の大きなワイヤガイドを使用すると、ワイヤ電極４の振動を軽減することが可能であるが、支点誤差という精度に関わる大きな問題が発生する。図１０は、曲率半径が大きいワイヤガイドにおいて発生する支点誤差を説明する図である。テーパ角度によりワイヤ電極４の支点位置が異なるため、支点位置のずれによる誤差を補正しないと角度にずれが生じる。

４）加工条件を設定することが難しい点
上記１）の課題において指摘したが、ワイヤ放電加工機によるテーパ加工の場合には、加工屑の排出効率が悪化して短絡やワイヤ電極４の断線が起こり易くなる。その対策として、従来は放電のための加工条件を弱くして加工しなければならなかった。
しかしながら、加工条件を弱くすればするほどワイヤ電極４の断線は少なくなるが、その分、加工速度が遅くなり、加工時間も余計に要してしまう。効率の良い放電加工を行うためには、なるべく加工条件を弱めずに加工したいところである。
ところが、加工屑の排出効率はテーパ角度によっても変わってくることから、どのような角度のときにどれほど加工条件を弱くすればよいのか、調整するのが非常に難しいというのが現実であった。
５）上下ガイド１２，１３の移動可能範囲を越えてしまう可能性がある点
図１１に示されるように、テーブル面に対してワイヤ電極４が傾き、指令されたテーパ角度が大きい場合や、上下ガイド１２，１３間の距離が長い場合には、上下ガイド１２，１３の移動量が大きくなり、移動可能範囲を越えて加工できない可能性がある。

これら１）〜５）の課題はワイヤ電極４を斜めに張ることによって生じる課題であり、テーパの角度が大きくなるほど顕著化する性質がある。

そこで本発明の目的は、ワイヤ電極を垂直に、あるいは、テーパ加工における弊害が起こらない、または、軽減できる程度に垂直に近い状態に張ってテーパ加工を行うことが可能なワイヤ放電加工機を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、直交する２軸からなる平面と座標系を有して被加工物を載置するテーブルを備え、テーパ加工を行う加工プログラムにしたがってワイヤ電極と該被加工物とを相対移動させながら放電加工を行うワイヤ放電加工機であって、前記被加工物を前記平面に対して傾けて載置する載置部と、傾けて載置された前記被加工物と前記平面とがなす傾斜角度を設定する傾斜角設定部と、前記傾斜角度に基づいて前記座標系を前記傾斜角度傾ける座標系変換部と、前記変換された座標系に基づいて前記加工プログラムによって指令される加工指令値を補正する加工指令値補正部と、を有することを特徴とするワイヤ放電加工機である。
請求項２に係る発明は、前記加工プログラムで指令されるテーパ角度が１つの場合、前記載置部で前記被加工物を傾斜させる角度を、前記加工プログラムで指令されるテーパ部分の角度または指令された角度の近傍とすることを特徴とする請求項１記載のワイヤ放電加工機である。

請求項３に係る発明は、前記加工プログラムで指令されるテーパ角度が複数の場合、前記載置部で前記被加工物を傾斜させる角度を、前記テーパ角度の最大値と最小値の中間の角度または該中間の角度の近傍とすることを特徴とする請求項１記載のワイヤ放電加工機である。
請求項４に係る発明は、前記載置部は角度が設定可能な割り出し盤、割り出し位置決め機能を持った回転軸、あるいは、サインバー構造を有する固定ジグのいずれかであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工機である。
請求項５に係る発明は、前記被加工物の板厚毎に用意された加工条件を記憶する加工条件記憶部と、前記傾斜角度で前記被加工物の板厚を補正する板厚補正部と、前記板厚補正部で補正された板厚で加工条件を設定する加工条件設定部と、を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工機である。
請求項６に係る発明は、前記加工指令補正部は、前記変換された座標系における現在のワイヤ電極の角度と指令されるテーパ角度との角度差を演算し、該演算された角度差に基づいてワイヤガイドを移動することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工機である。

本発明により、ワイヤ電極を垂直に、あるいは、テーパ加工における弊害が起こらない、または、軽減できる程度に垂直に近い状態に張ってテーパ加工を行うことが可能なワイヤ放電加工機を提供できる。つまり、本発明では、被加工物を回転して設置し、被加工物に対する垂直方向を基準に指令されたテーパ角度となるようにワイヤ電極の位置を制御し、被加工物の回転角度を指令されるテーパ角度とほぼ同じ値にすることで、ワイヤ電極は、テーブル面に対してほぼ垂直な状態で加工できるので、テーパ加工における従来の弊害を回避することができる。

ワイヤ電極を用いた放電加工を説明する図である。 従来のテーパ加工による加工例を説明する図である。 従来のテーパ加工を行う際にワイヤ電極の動作を説明する図である。 従来のテーパ加工を行う加工プログラム例である。 従来の複数のテーパ角度を持つテーパ加工を説明する図である。 従来の複数のテーパ角度を持つ加工を行う加工プログラム例である。 ワイヤ電極、被加工物、および加工液の関係を説明する図である。 ワイヤガイドにおけるワイヤ電極が屈曲することを説明する図である。 テーパ加工時の角度指令方法を説明する図である。 曲率半径が大きいワイヤガイドにおいて発生する支点誤差を説明する図である。 指令されたテーパ角度が大きいと、上下ガイドの移動量が大きくなり、移動可能範囲を越えて加工できない可能性があることを説明する図である。 被加工物を傾けたときのワイヤ電極と被加工物の相対移動量を説明する図である。 従来のテーパ加工と本発明のテーパ加工とを比較して説明する図である。 垂直加工時の板厚と本発明のテーパ加工を行う際の板厚の関係を説明する図である。 本発明に係るテーパ加工を説明する図である。 本発明に係るテーパ加工を行う加工プログラム例である。 本発明に係る複数のテーパ角度を持つテーパ加工を説明する図である。 本発明に係る複数のテーパ角度を持つテーパ加工を行うプログラム例である。 サインバー構造の被加工物固定治具により被加工物を傾けた加工例を説明する図である。 割り出し盤、割り出し軸により被加工物を傾けた加工例を説明する図である。 本発明の適用が可能なワイヤ放電加工機の基本構成を説明する図である。 本発明の実施形態２に係るテーパ加工を行う処理を説明するフローチャートである。 ワイヤ電極をテーブル面に対してほぼ垂直な状態で被加工物を加工できる本発明の実施形態２を説明する図である。 本発明の実施形態２に係るテーパ加工を行う処理を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
まず、本発明の概略を説明する。
背景技術で説明した特許文献１において、テーブル面に対して任意の角度をもって載置された被加工物３に対してワイヤ電極４が垂直になるように平行度を補正して加工プログラム用の座標系を変換し、変換された座標系に基づいて加工指令値も補正されてワイヤ放電加工が行われるという技術が確立されている。換言すれば、被加工物３がテーブル面に対して任意の角度を持って載置されていても、テーブル面に平行に載置されている場合と同様な加工が実現できる、ということである。

本発明は、テーパ加工にこの技術を応用し、ワイヤ電極４をテーブル面に対して垂直に、あるいは、テーパ加工における弊害が起こらない、または、軽減できる程度に垂直に近い状態に張り、ワイヤ電極４を傾ける代わりに被加工物３をテーブル面に対して傾斜させて載置して、テーパ加工を行うというものである。

これによって、テーパ加工における発明が解決しようとする課題が解決され、テーパ加工における加工性能が飛躍的に向上する。また、通常のテーパ加工用の加工プログラムをそのまま利用することができるので、被加工物３を傾斜させて載置した場合の加工プログラムを改めて検討したり作成したりといった煩わしさがない。

ここで、被加工物３を傾けて加工することについて検討する。
ワイヤ電極４の代わりに被加工物３を傾けたとしても、両者の相対的な位置関係が同じであれば、通常のテーパ加工と同様な加工を実現できるはずである。

しかしながら、ここで一つの問題が発生する。テーブル面と被加工物３のなす角がθのとき、テーブル面における移動量をＬ、ワイヤ電極４と被加工物３の相対移動量をＬ’とすると、両者は、数１式の関係になる。図１２は、被加工物３を傾けたときのワイヤ電極４と被加工物３の相対移動量を説明する図である。

Ｌ’＝Ｌ＊ｃｏｓθ （数１式）
従来の方法では、被加工物３をテーブル面に平行となるように載置するので、θ＝０°ゆえにＬ’＝Ｌとなって、ワイヤ電極４と被加工物３の相対移動量とテーブル面における移動量は同じになる。ところが、被加工物３をテーブル面に対して傾けて載置した場合には、加工プログラムによってＬ’の移動量が指令されたときに、数１式の関係で補正してテーブルを移動させなければならない。

しかしながら、この問題を解決するような加工指令値を補正する手段は、例えば、特許文献１に開示されているように容易に実現できる。本発明では、このような補正手段を用いる構造となっている。

従来も、被加工物３のみを傾けて加工を行うというアイデアはあったが、その場合は傾いた被加工物３を加工するための加工プログラムを改めて作り直す必要があり、その労力を考えると現実的ではなかった。しかしながら、傾けた座標系とこの補正手段とを合わせて用いることによって、通常のテーパ加工用の加工プログラムをそのまま使用することが可能となり、余計な労力をかける必要がなくなった。

以下、上述した各課題について検討する。
１）加工屑の排出が困難なので加工速度を上げられない点
図１３は、従来のテーパ加工と本発明のテーパ加工とを比較して説明する図である。従来のテーパ加工は図１３（ａ）に示されるように、テーブル面に垂直な位置からワイヤ電極がテーパ角度分だけ傾く。一方、本発明では図１３（ｂ）に示されるように、テーブル面から被加工物３をテーパ角度分だけ傾けるが、ワイヤ電極４の被加工物３との相対的な位置関係は、従来のテーパ加工と同じである。
しかしながら、テーブル面に対して垂直な位置を維持しているので、加工液は垂直加工と同様に加工溝（ワイヤ電極４―被加工物３間）にスムーズに流れ込む。したがって、加工屑を効率よく排出することができるので、「加工屑の排出が困難なので加工速度を上げられない」という課題は解消され、垂直加工と同等の加工速度が得られるようになり、加工時間を大幅に短縮することができる。

２）ワイヤガイド部でワイヤ電極４に摩擦力が加わり、面粗さに悪影響を及ぼす点
ワイヤ電極４がテーブル面に対して垂直な位置を維持することができれば、ワイヤ電極４はワイヤガイド部で急激に曲げられることもなくなるので、「ワイヤガイド部でワイヤ電極４に摩擦力が加わり、面粗さに悪影響を及ぼす」という課題も解消され、垂直加工と同等の面粗さが得られるようになる。

３）ワイヤガイド部で曲げられるワイヤ電極４の支点が、ワイヤガイドの形状精度や加工状態により変動し、高精度加工が困難である点
ワイヤ電極４がテーブル面に対して垂直な位置を維持することができれば、ワイヤ電極４はワイヤガイド部で急激に曲げられることもなくなるので、「ワイヤガイド部でワイヤ電極４の支点位置がずれ、精度に悪影響を及ぼす」という課題も解消され、垂直加工と同等の精度が得られるようになる。

４）加工条件を設定するのが難しい点
ワイヤ放電加工における加工条件は、通常、垂直加工用のものが被加工物３の板厚ごとに用意されているが、テーパ加工用のものは用意されていない。それは、「テーパ加工の課題について」でも説明した理由によって、テーパ加工時の最適な加工条件を決めるということは非常に難しいからである。

しかしながら、本発明は、ワイヤ電極４が垂直になっているので、加工屑の排出能力は垂直加工時と同等である。そこで、図１４のように、本発明の加工における板厚をｔ’と考え、被加工物３の本来の板厚をｔとすると、数２式の関係が成り立つ。図１４は、垂直加工時の板厚と本発明のテーパ加工を行う際の板厚の関係を説明する図である。

ｔ’＝ｔ／ｃｏｓθ （数２式）
これはすなわち、被加工物３の板厚とテーパ角度から本発明の加工における板厚ｔ’を求め、被加工物３の板厚がｔ’となる垂直加工用の加工条件を設定すれば、テーパ加工用の加工条件が得られるということである。そして、本発明のようなテーパ加工を行えば、このような加工条件設定装置を設けることによって、オペレータが容易にテーパ加工用の加工条件を設定することができる。そして、従来のような加工条件を設定するための労力は不要になり、加工効率が垂直加工と同等で、非常に効率の良いテーパ加工を行うことができるようになる。

５）上，下ガイドの移動可能範囲を越えてしまう可能性がある点
本発明において、ワイヤ電極はテーブル面に対してほぼ垂直な状態で加工できるので、テーパ加工における弊害を解決できる。
本発明のテーパ加工について、図１５を用いて説明する。図１５は、図３をＹ軸回りに４５°回転させたもので、図３のＸＹＺの座標系に対して、Ｘ’Ｙ’Ｚ’の座標系を新しく設けたものである。ただし、この場合、Ｙ軸とＹ’軸は一致している。
図１５を見てわかるように、被加工物３もＹ軸回りに回転しており、機械のテーブル面（ＸＹ平面）から４５°傾くことになる。そして、このＸ’Ｙ’Ｚ’の座標系で先ほどの加工プログラムを運転すると、従来の加工方法の図３では傾斜面として加工していた直線ブロックＡＢは、テーブル面に対して垂直な面となる。そして、この座標系の変換を行うために、通常の加工プログラム（図４参照）に対して図１６に示される加工プログラム（Ｏ０００３）ように、「Ｇ１３４Ｗ１」、「Ｇ１３４Ｗ０」を追加する。

図１６に示される加工プログラム（Ｏ０００３）にしたがった動きを説明すると、まず、「Ｇ１３４Ｗ１」の指令で座標系変換機能を有効にする。座標系傾斜角度は「Ｓ」で指令される。すると、本発明のテーパ加工用のＸ’Ｙ’Ｚ’座標系が設けられ、ワイヤ電極４は加工開始点でＸ’Ｙ’平面に対して垂直になるように傾く。ここでは「Ｓ４５．０」であるから、座標系傾斜角度は４５°である。

ワイヤ電極４がＸ’Ｙ’平面に対して垂直になると、「Ｍ１５」が指令されてテーパ加工機能が有効になり、「Ｇ９２」によって加工プログラム用の座標系と加工開始点（０，−５）が設定される。加工開始点においては、ワイヤ電極４はＸ’Ｙ’平面に対して垂直になっている。そして、「Ｇ０１Ｘ−５．０」の指令でワイヤ電極４はＡ点に向かって移動を始めるが、それと同時に指令された「Ｇ５１」、「Ｔ４５．０」によって次ブロック（直線ブロックＡＢ）の加工に備えてワイヤ電極４の姿勢はテーブル面（ＸＹ平面）に対して垂直になるように変わり始め、Ａ点到達時にワイヤ電極４はテーブル面に対して垂直になる。次に、「Ｙ６０．０」が指令されると、ワイヤ電極４はそのままの姿勢でＢ点まで進む。そして、「Ｘ５．０」の指令でワイヤ電極４は加工終了点に向かって移動を始め、それと同時に指令された「Ｇ５０」、「Ｔ０」によってワイヤ電極４の姿勢はＸ’Ｙ’平面に対して垂直になるように徐々に戻り始め、加工終了点到達時にワイヤ電極４はＸ’Ｙ’平面に対して垂直な状態に戻る。そして、最後に、「Ｇ１３４Ｗ０」の指令で座標系変換機能は無効になり、ワイヤ電極４はテーブル面に対して垂直な状態に戻って加工が終了する。

上記の例は、本発明の特徴を分かり易く説明するためにテーパ角度が単一な加工を例示したが、図５で示したように複数のテーパ角度を有する加工の場合は次のように対応するとよい。図１７のとおり、被加工物３をテーブル面に対して（４５＋２５）／２＝３５の計算により、３５°傾けて本発明によるテーパ加工を行えば、ワイヤ電極４は垂直方向に対して最大でも±１０°しか傾かないことになる。確かに、加工時のワイヤ電極４は垂直状態を保つことはできないが、最大４５°傾くことに比べれば、各課題が加工に与える影響の度合いは軽微なものとなり、効率よく正確な加工ができるようになることは明らかである。

図１７を見てわかるように、被加工物３もＹ軸回りに回転しており、機械のテーブル面（ＸＹ平面）から３５°傾くことになる。そして、このＸ’Ｙ’Ｚ’の座標系で先ほどの加工プログラムを運転すると、図５では４５°の傾斜面として加工していた直前ブロックＡＣは、テーブル面に垂直な面からワイヤ電極４の進行方向に対して左側に１０°傾いた面、また、２５°の傾斜面として加工していた直線ブロックＣＢは、テーブル面に垂直な面からワイヤ電極４の進行方向に対して右側に１０°傾いた面となる。そして、この座標系の変換を行うために、通常の加工プログラム（図６参照）に対して図１８に示される加工プログラム（Ｏ０００４）ように、「Ｇ１３４Ｗ１」、「Ｇ１３４Ｗ０」を追加する。

図１８に示される加工プログラム（Ｏ０００４）にしたがった動きを説明すると、まず、「Ｇ１３４Ｗ１」の指令で座標系変換機能を有効にする。すると、本発明のテーパ加工用のＸ’Ｙ’Ｚ’座標系が設けられ、ワイヤ電極４は加工開始点でＸ’Ｙ’平面に対して垂直になるように傾く。座標系傾斜角度は「Ｓ」で指令される。ここでは「Ｓ３５．０」であるから、座標系傾斜角度は３５°である。

ワイヤ電極４がＸ’Ｙ’平面に対して垂直になると、「Ｍ１５」が指令されてテーパ加工機能が有効になり、「Ｇ９２」によって加工プログラム用の座標系と加工開始点（０，−５）が設定される。加工開始点においては、ワイヤ電極４はＸ’Ｙ’平面に対して垂直になっている。そして、「Ｇ０１Ｘ−５．０」の指令でワイヤ電極４はＡ点に向かって移動を始めるが、それと同時に指令された「Ｇ５１」、「Ｔ４５．０」によって次ブロック（直線ブロックＡＣ）の加工に備えてワイヤ電極４の姿勢は変わり始め、Ａ点到達時にワイヤ電極４は次ブロックでのワイヤ電極４の進行方向に対して左側に１０°傾いた姿勢になる。次に、「Ｙ３０．０」が指令されると、ワイヤ電極４はそのままの姿勢でＣ点まで進む。

Ｃ点に到達すると、「Ｔ２５．０」によりワイヤ電極４の傾斜角度は進行方向に対して右側に１０°傾く。次に、「Ｙ３０．０」が指令されると、ワイヤ電極４が進行方向に対して右側に１０°傾いた状態で傾斜面の加工が始まり、Ｂ点まで進む。そして、「Ｘ５．０」の指令でワイヤ電極４は加工終了点に向かって移動を始め、それと同時に指令された「Ｇ５０」，「Ｔ０」によってワイヤ電極４の姿勢はＸ’Ｙ’平面に対して垂直になるように徐々に戻り始め、加工終了点到達時にワイヤ電極４はＸ’Ｙ’平面に対して垂直な状態に戻る。そして、最後に、「Ｇ１３４Ｗ０」の指令で座標系変換機能は無効になり、ワイヤ電極４はテーブル面に対して垂直な状態に戻って加工が終了する。

次に、被加工物３をテーブルに載置する方法を説明する。図２の座標系変換を行わない場合のテーパ加工例に対し、図１９のとおり、まず、角度調整が可能な専用のジグ（サインバー構造２０）で被加工物３をテーブルに固定する方法が考えられる。このような、ジグに被加工物３を載置して、加工前の段取り時に傾斜角を正確に調整してから加工を行うようにしてもよい。この方法は段取り時の手間が掛かるが、手間を省いて効率よく加工を行うならば、上ワイヤガイド部に測定子を取り付けて、その測定子によりテーブル面に対する被加工物３の傾斜角を測定するようにしてもよい。

また、図２０のとおり、テーブルに載置された割り出し位置決め機能を持った回転割出軸２２に被加工物３を取り付けて、回転割出軸を回転させることによって傾斜角度を与えるようにしてもよい。この場合は、測定子で傾斜角度を測定してもよいし、回転割出軸の位置決め機能を用いて傾斜角度を確定してもよい。回転割出軸２２に替えて割り出し盤を用いてもよい。

そして、このようにして確定した被加工物３の傾斜角度を、座標系の傾斜角度として、上記例のように加工プログラムの引数「Ｓ４５．０」，「Ｓ３５．０」や手動入力、あるいは、ソフトウェアによる自動設定でワイヤ放電加工機の制御装置に与えれば、その内部に備えられたワイヤガイド位置決め手段を介してワイヤ電極４と被加工物３とが垂直になる位置にワイヤガイドが移動し（なお、この技術は、例えば、特許第２６６７４７５号において確立されている）、本発明によるテーパ加工が可能となる。

なお、上記の例ではＸ軸を傾ける加工を取り上げて説明したが、Ｙ軸を傾けるような加工の場合、あるいは、Ｘ，Ｙの両軸を傾けるような加工の場合であっても、所望の傾斜角度が確定し、座標系が正しく変換されることは言うまでもない。

図２１は、本発明の適用が可能なワイヤ放電加工機の基本構成と動作について説明する図である。同図において、符号１は加工対象とされる被加工物（ワーク）３を設置・固定する被加工物置き台１で、高精度の平坦度を持つ、上向きの被加工物載置面２を有している。加工時に、被加工物３はその底面が被加工物載置面２に接するように被加工物置き台１に設置・固定される。

被加工物３は、上面３１の全体が底面３２と平行な面となっている。ここでは被加工物３として直方体形状のものが例示されており、上面３１の全体が底面３２と平行な面となっているが、これも例示であり、例えば上面の一部領域のみが底面と平行な面であっても構わない。被加工物３に放電加工を施すためにワイヤ電極４は、送出しリールから給電ローラ、上ワイヤガイド１２等を経て供給されるワイヤ電極４で、加工時には、結線操作により上下ワイヤガイド１２，１３間に張架され、被加工物３との間に放電を起こさせるための電圧（パルス状電圧）が印加される。

ワイヤ電極４は更に、下ワイヤガイド１３、ガイドローラ等を経て、ワイヤ電極４を所定の張力で引っ張る巻取りリールで巻取られる。なお、巻取りリールに換えて、２つのローラで挟み込み回転しながら引っ張り、ワイヤ回収箱に回収することもある。
また、詳細は省略するが、加工箇所には冷却水が注がれたり、あるいは、被加工物３全体を加工液（例えば純水）中に浸漬するなどの手法が採用される。被加工物置き台１の載置面２は水平方向（ＸＹ平面に平行な面上）に延在し、被加工物置き台１はＸＹ各軸のサーボモータにより、ＸＹ平面に平行な面上で駆動可能となっている。また、上ワイヤガイド１２は、ＵＶ各軸のサーボモータにより、ＸＹ平面に平行な面上で駆動可能であるとともに、Ｚ軸のサーボモータにより、ＸＹ平面に垂直な方向（±Ｚ方向）に駆動可能となっている。Ｕ軸による移動方向とＸ軸による移動方向は平行、また、Ｖ軸による移動方向とＹ軸による移動方向は平行となっている。

加工箇所を変えるには、被加工物３とワイヤ電極４の相対的な位置を変えれば良く、ワイヤ電極４の張架方向を変えれば、加工断面の方向が変わる。これらの変化は、ＸＹＵＶＺ各軸の移動の適当な組み合わせで実現できる。これら軸の移動は、数値制御装置から出力される各軸の指令（Ｘ軸指令、Ｙ軸指令、Ｕ軸指令、Ｖ軸指令、及びＺ軸指令）により行われ、その指令内容は、通常、加工プログラムで規定される。なお、数値制御装置の構成自体は、ＣＰＵ、メモリ、サーボ制御装部、各種インターフェイス等を備えた周知のものであり、詳細の説明は省略する。数値制御装置のメモリには、板厚毎に用意された加工条件、傾斜角度で加工物の板厚を補正する板厚補正手段（計算式）、加工プログラムとその「関連データ」が予め格納されている。図２１に示されるワイヤ放電加工機を用いて、被加工物の傾斜角度にしたがって板厚が補正され、補正された加工条件にしたがって被加工物を加工することができる。

図２２は、例えば、図２１に示される数値制御装置において、本発明の実施形態１に係るテーパ加工を行う処理を説明するフローチャートである。なお、被加工物は予め傾きを設定して固定されているものとする。
●［ステップＳＡ０１］１ブロックを読み込む。
●［ステップＳＡ０２］座標系変換機能を有効にするブロックか否か判断し、有効にするブロックであればステップＳＡ０３に移行する。
●［ステップＳＡ０３］指令された座標系傾斜角度でテーパ加工用の座標系を設ける。
●［ステップＳＡ０４］１ブロック読み込む。
●［ステップＳＡ０５］テーパ加工は有効か否か判断し、有効であればステップＳＡ０６へ移行し、有効でない場合にはステップＳＡ０９へ移行する。なお、ステップＳＡ０５は加工プログラムにＭ１５が記述されるブロックがあれば、テーパ加工有効と判断する。Ｍ１５はモーダル情報として記憶され、テーパ加工無効が記述されるブロックまでの期間、テーパ加工有効として扱われる。
●［ステップＳＡ０６］ワイヤ電極の傾き指令があるか否か判断し、ある場合にはステップＳＡ０７へ移行し、ない場合にはステップＳＡ１３へ移行する。
●［ステップＳＡ０７］ワイヤ電極の傾きを指令するテーパ加工用の座標系により変換する。
●［ステップＳＡ０８］変換されたワイヤ電極の傾きとなるようにワイヤガイドを移動する。
●［ステップＳＡ０９］プログラム終了か否か判断し、終了の場合には処理を終了し、終了でない場合には、ステップＳＡ１０へ移行する。
●［ステップＳＡ１０］１ブロック読み込む
●［ステップＳＡ１１］座標系変換機能を無効にするブロックであるか否か判断し、無効にするブロックの場合にはステップＳＡ１２に移行し、無効にするブロックでない場合にはステップＳＡ０５へ移行する。
●［ステップＳＡ１２］テーパ加工用の座標系を、元の座標系に戻す。
●［ステップＳＡ１３］移動指令のブロックであるか否か判断し、移動指令のブロックであればステップＳＡ１４へ移行し、移動指令のブロックでない場合にはステップＳＡ０９へ移行する。
●［ステップＳＡ１４］移動指令をテーパ加工用の座標系により変換する。
●［ステップＳＡ１５］変換された移動指令によりテーブルまたはワイヤガイドを移動する。

以上で上記１）〜４）の課題は解決できるが、図１５，図１６で「Ｇ１３４Ｗ１」の指令で座標系変換機能を有効とし、テーパ加工用のＸ’Ｙ’Ｚ’の座標系が設けられ、ワイヤ電極は加工開始点でＸ’Ｙ’平面に対して垂直になるように傾くため、まだ、５）上，下ガイドの移動可能範囲を越えてしまう可能性が残っている。

そこで、上，下ガイドの移動可能範囲を越えてしまう可能性がある弊害を解決できることを図２３，図２４を用いて説明する。
図２３は、ワイヤ電極をテーブル面に対してほぼ垂直な状態で被加工物を加工できる本発明の実施形態２を説明する図である。被加工物３を回転して設置し、その回転角度は座標系傾斜角度で指令される。ここで、座標系変換機能を有効にすると、動作１のように加工開始点で被加工物３に対して垂直になるように傾くため、上，下ガイドの移動可能範囲を越えてしまう可能性がある。そこで、加工指令補正部では、変換された座標系における現在のワイヤ電極の角度と指令されるテーパ角度との角度差を演算し、演算された角度差に基づいてワイヤガイドを制御する。これにより、図２３の動作２のようにワイヤ電極４はテーブル面に対してほぼ垂直な状態で移動できるので、上，下ガイドの移動可能範囲を越えてしまう弊害を解決できる。

図２４は、例えば、図２１に示される数値制御装置において実行される本発明の実施形態２に係るテーパ加工を行う処理を説明するフローチャートである。以下、図２３を参照しながら、各ステップに従って説明する。なお、このフローチャートは、座標変換機能を有効とするブロックを含む加工プログラムを前提として記載している。

●［ステップＳＢ０１］被加工物の傾きを設定する。例えば、図２０に示される手段によって被加工物の傾きを設定する。
●［ステップＳＢ０２］傾いた状態で設置された被加工物に対する垂直方向を計算する。
●［ステップＳＢ０３］ワイヤ電極の現在の傾きを記憶する。図２３を参照すれば、ワイヤ電極の現在の傾き角度は指令されたテーパ角度と同じ値である。
●［ステップＳＢ０４］１ブロック読み込む。
●［ステップＳＢ０５］ワイヤ電極の傾き指令があるか否か判断し、ある場合にはステップＳＢ０６に移行し、ない場合にはステップＳＢ０７へ移行する。
●［ステップＳＢ０６］被加工物に垂直な方向を基準としてワイヤ電極の次の傾きを計算する。
●［ステップＳＢ０７］ワイヤ電極の次の傾きをワイヤ電極の現在の傾きとする。
●［ステップＳＢ０８］ブロック終了か否か判断し、終了でない場合にはステップＳＢ０４へ移行し、終了の場合には処理を終了する。

１ 被加工物置き台
２ 載置面
３ 被加工物
４ ワイヤ電極

１０ 上ノズル
１１ 下ノズル
１２ 上ワイヤガイド
１３ 下ワイヤガイド

２０ サインバー構造
２２ 割出軸
３１ 上面
３２ 底面

Claims (6)

1. 直交する２軸からなる平面と座標系を有して被加工物を載置するテーブルを備え、テーパ加工を行う加工プログラムにしたがってワイヤ電極と該被加工物とを相対移動させながら放電加工を行うワイヤ放電加工機であって、
   前記被加工物を前記平面に対して傾けて載置する載置部と、
   傾けて載置された前記被加工物と前記平面とがなす傾斜角度を設定する傾斜角設定部と、
   前記傾斜角度に基づいて前記座標系を前記傾斜角度傾ける座標系変換部と、
   前記変換された座標系に基づいて前記加工プログラムによって指令される加工指令値を補正する加工指令値補正部と、
   を有することを特徴とするワイヤ放電加工機。
2. 前記加工プログラムで指令されるテーパ角度が１つの場合、前記載置部で前記被加工物を傾斜させる角度を、前記加工プログラムで指令されるテーパ部分の角度または指令された角度の近傍とすることを特徴とする請求項１記載のワイヤ放電加工機。
3. 前記加工プログラムで指令されるテーパ角度が複数の場合、前記載置部で前記被加工物を傾斜させる角度を、前記テーパ角度の最大値と最小値の中間の角度または該中間の角度の近傍とすることを特徴とする請求項１記載のワイヤ放電加工機。
4. 前記載置部は角度が設定可能な割り出し盤、割り出し位置決め機能を持った回転軸、あるいは、サインバー構造を有する固定ジグのいずれかであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工機。
5. 前記被加工物の板厚毎に用意された加工条件を記憶する加工条件記憶部と、
   前記傾斜角度で前記被加工物の板厚を補正する板厚補正部と、
   前記板厚補正部で補正された板厚で加工条件を設定する加工条件設定部と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工機。
6. 前記加工指令補正部は、前記変換された座標系における現在のワイヤ電極の角度と指令されるテーパ角度との角度差を演算し、該演算された角度差に基づいてワイヤガイドを移動することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工機。