JP2013121627A - 回転軸を備えたワイヤ放電加工機 - Google Patents

回転軸を備えたワイヤ放電加工機 Download PDF

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Abstract

【課題】ワークを回転させて行うワイヤ放電加工において、回転半径が一定ではない場合の加工の安定化が可能な、回転軸を備えたワイヤ放電加工機を提供すること。
【解決手段】ワーク１は、回転軸２１のワーク固定金具２５に把持され、加工槽（図示せず）中の加工液３０に浸漬された状態で加工される。回転軸２１（Ａ軸）を回転体ワークの外周および内周半径値とＸ軸，Ｙ軸の移動量から最適な加工速度を算出し同時３軸制御しつつワイヤ放電加工を行うことにより、肉厚が変化するワーク１を安定加工することができる。なお、回転軸２１（Ａ軸）とＸ軸モータ１４とを同時制御することによりワーク１を加工することができる、あるいは、回転軸２１（Ａ軸）とＹ軸モータ１６とを同時制御することによりワーク１を加工することができる。符号４はワイヤ電極の移動方向を示す。符号５はワークの回転を示す。符号６はワーク１の回転中心軸を示す。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転軸を備え、回転体の加工を安定加工するワイヤ放電加工機に関する。
特許文献１や特許文献２には、ドリル等の工具の固定等に使用される高硬度のコレットチャック部品にスパイラル状の溝を加工する場合など、ワークを回転させ、同時にワイヤ電極を移動させて所望の加工を行うようなワイヤ放電加工機が開示されている。なお、コレットチャックは、円筒内面全体で材料をつかむため、材料に傷がつきにくい把持具である。
実開平２−９７５２４号公報 特開平７−１３６８５３号公報
図１９は、ワイヤ放電加工機を用いて、ワーク１を回転させ、同時にワイヤ電極２を移動させて所望の加工を行うことを説明する図である。図１９に示されるようにワーク１を回転中心軸６を回転軸としてワーク回転５の方向に回転させ同時にワイヤ電極２をワイヤ電極移動方向４に相対移動させて所望の加工を行っている。ワイヤ放電加工機を制御する数値制御装置は、ワーク１を回転させるための回転軸と、ワイヤ電極２を相対移動させるための直線軸に対して、同時に移動指令を行う。
このとき、数値制御装置は、ワーク１を回転させるための回転軸と、ワイヤ電極２を相対移動させるための直線軸に対して、同時に移動指令を行うが、移動速度に関して、従来、下記の（ａ）や（ｂ）の制御が行われている。
（ａ）直線軸（ワイヤ電極）が指令速度で移動し、回転軸（ワークの回転）はワイヤ電極の移動に追従する。
（ｂ）回転軸の移動指令単位［ｄｅｇ］と直線軸の移動指令単位［ｍｍ］を同じとみなして、直線軸と回転軸の合成速度が指令速度になるように制御する。
上記（ａ），（ｂ）の両方法の場合とも直線軸と回転軸の速度は一定であるが、ワーク１の加工が進むにつれて、ワーク１が加工される位置（ワーク加工点）と回転中心との距離（以下、「回転半径」という）が変化する。ワーク１が加工される位置における回転半径は、加工プログラムのブロック毎に変化したり、１つのブロックの始点から終点に向けて徐々に変化する場合もある。
図２０は、ワーク１の加工が進むと、ワーク加工点における回転中心からワーク加工点までの距離が変化することを説明する図である。図２０において、ワーク１の加工が進むと、ワーク加工点における回転中心からワーク加工点までの距離（回転半径）がｒ１→Ｒｒ２と変化する。ワイヤ電極２によるワーク加工点７ａ，７ｂ、８ａ，８ｂとで、回転半径が異なることによってワイヤ電極２とワーク１の相対速度が変化するので、放電状態が変化し、加工が安定しないという問題点があった。この対策として、従来、加工プログラムを微小な移動量のブロックに分割し、前記ブロック毎にワイヤ電極２とワーク１の相対速度が等しくなるような指令速度を計算して指令する方法がある。しかし、指令する速度の計算や加工プログラムの作成に手間がかかり、また、加工プログラムが増大するという問題があった。
更には、図２１のような、ワーク１の内側が空洞になっており、しかも、内径が変化し肉厚が変化するようなワークに対しては、加工中の厚みも変化するため、放電状態が変化し、加工が安定しないという問題点があった。
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、ワークを回転させて放電加工を行う際に、ワークの肉厚が一定で外径が変化する場合、または、ワークの肉厚が変化場合、加工を安定させる制御を行うことが可能なワイヤ放電加工機を提供することを課題とする。
本願の請求項１に係る発明は、加工電源と、少なくとも一つの直動軸と方向が該直動軸と平行な回転軸を有し、加工プログラムに従って上ワイヤガイドと下ワイヤガイドとにより張架されたワイヤ電極に対しワークを直動軸方向に相対的に移動させ、かつ、前記ワークを回転させて前記ワークを加工するワイヤ放電加工機において、前記加工プログラムの各ブロックで指令されたワークの外周半径と内周半径に基づいて平均回転半径を算出する平均回転半径算出部と、前記平均回転半径算出部において算出された実行するブロックの終点における平均回転半径および前記ブロックの一つ前のブロックにおける平均回転半径、並びに前記回転軸の移動量に基づいて所定周期毎に現在加工しているワーク加工点における現在の平均回転半径を算出する現在の平均回転半径算出部と、前記現在の回転半径算出部により算出された現在の平均回転半径に基づいて前記ワイヤ電極と前記ワーク加工点の相対速度が前記加工電源から取得された指令速度となるように制御する制御部と、を備えた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、前記平均回転半径は、各ブロックの外周半径および内周半径として指令される加工プログラムを解析することにより得られる値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機である。
請求項３に係る発明は、前記平均回転半径算出部は、外周半径から内周半径を引き、その値の１／２に内周半径を足した値以上で外周半径以下の値とする算出部であることを特徴とする請求項２に記載のワイヤ放電加工機である。
請求項４に係る発明は、加工電源と少なくとも一つの直動軸と回転軸を有し、加工プログラムに従って上ワイヤ電極ガイドと下ワイヤ電極ガイドとにより張架されたワイヤ電極に対しワークを直動軸方向に相対的に移動させ、かつ、前記ワークを回転させて前記ワークを加工するワイヤ放電加工機の数値制御装置において、前記加工プログラムの各ブロックで指令されたワークの外周半径と内周半径に基づいて前記ワークの厚さを算出するワーク厚さ算出部と、前記ワーク厚さ算出部で算出された実行するブロックの終点における厚さおよび前記ブロックの一つ前のブロックの終点における厚さ、並びに前記回転軸の移動量に基づいて所定周期毎に現在加工しているワーク加工点における現在の厚さを算出するワーク現在の厚さ算出部と、前記ワーク現在の厚さ算出部により算出された現在の厚さを基に前記ワイヤ電極と前記ワーク加工点の相対速度が加工電源から取得された指令速度となるように制御する制御部と、を備えたことを特徴とするワイヤ放電加工機である。
請求項５に係る発明は、前記ワーク厚さ算出部は、各ブロックの外周半径と内周半径として指令される加工プログラムを解析することにより、前記外周半径と前記内周半径の差の２倍として算出することを特徴とする請求項４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、前記直動軸を２つ有し、前記ワーク厚さ算出部は、ワイヤ電極の加工位置が、回転軸中心線近傍でない場合には、ワイヤ電極位置の中心線に直交する軸座標の値と各ブロックの外周半径と内周半径として指令される加工プログラムを解析することにより、ワイヤ電極による加工位置でのワークの厚さを算出することを特徴とする請求項４に記載のワイヤ放電加工機である。
請求項７に係る発明は、加工電源と少なくとも一つの直動軸と回転軸を有し、加工プログラムに従って上ワイヤ電極ガイドと下ワイヤ電極ガイドとにより張架されたワイヤ電極に対しワークを直動軸方向に相対的に移動させ、かつ、前記ワークを回転させて前記ワークを加工するワイヤ放電加工機において、実行するブロックの終点におけるワークの回転半径および前記実行するブロックの一つ前のブロックの終点におけるワークの回転半径、並びに前記回転軸の移動量に基づいて所定周期毎に現在加工しているワーク加工点における回転半径を算出する算出部と、前記算出部により算出された回転半径に基づいて前記ワイヤ電極と前記ワーク加工点の相対速度が加工電源から取得された指令速度となるように制御する制御部と、を備えたことを特徴するワイヤ放電加工機である。
請求項８に係る発明は、前記回転半径は、各ブロックに対して加工プログラムの中で指令され、該加工プログラムを解析することにより得られる値であることを特徴とする請求項７に記載のワイヤ放電加工機である。
本発明により、回転軸でワークを回転させて行う加工において、ワークの回転半径が一定ではない、特に、回転半径の外半径および内半径が一定ではない場合の加工の安定化が可能な、数値制御装置を備えたワイヤ放電加工機を提供できる。
本発明に係るワイヤ放電加工機を説明する概略図である。 本発明に係るワイヤ放電加工機の数値制御装置の構成を説明する図である。 加工が進むと、ワーク加工点における回転中心からワーク加工点までの距離が変化することを説明する図である。 ブロック終点での回転半径を加工プログラムで指令する例である。 図４の加工プログラムでのワークの加工を図示したものである。 本発明にかかる処理のアルゴリズムを説明するフローチャートである（その１）。 本発明にかかる処理のアルゴリズムを説明するフローチャートである（その２）。 ワイヤ電極の傾き方向によっては、上部のワーク加工点８ａにおける平均回転半径Ｒｍａと、下部のワーク加工点８ｂにおける平均回転半径Ｒｍｂが異なる場合があることを説明する図である。 平均回転半径Ｒｍの値を算出する説明図である。 内半径が変化する場合の平均回転半径Ｒｍの算出例である。 板厚を求める第１の例である。 板厚を求める第２の例である。 板厚を求める第３の例である。 加工が進むと、ワーク加工点における回転中心からワーク加工点までの距離が変化することを説明する図である。 内径が外径に近い板厚の薄いワークを加工すうワイヤ放電加工機の制御装置を説明する図である。 ブロック終点での回転半径を加工プログラムで指令する例である。 図１５の加工プログラムでのワークの加工を図示したものである。 ワイヤ電極の傾き方向によっては、上部のワーク加工点における回転半径と、下部のワーク加工点における回転半径Ｒｂが異なる場合があることを説明する図である。 図１８は内径が外径に近い板厚のワークの場合の処理を説明するフローチャートである（その１）。 図１８は内径が外径に近い板厚のワークの場合の処理を説明するフローチャートである（その２）。 ワイヤ放電加工機を用いて、ワークを回転させ、同時にワイヤ電極を移動させて所望の加工を行うことを説明する図である。 加工が進むと、ワーク加工点における回転中心からワーク加工点までの距離（回転半径）が変化することを説明する図である。 加工が進むと、ワーク加工点における回転中心からワーク加工点までの距離（回転半径）が変化することを説明する図である。
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。なお、従来技術と同じまたは類似の構成については同じ符号を用いて説明する。
図１は本発明に係るワイヤ放電加工機を説明する概要図である。また、図２は本発明に係るワークを回転させる回転軸を有するワイヤ放電加工機を説明する概要図である。
ワイヤ放電加工機１００はワイヤ放電加工機本体とワイヤ放電加工機本体を制御する制御装置４０を備えている。ワイヤ電極２が巻かれたワイヤボビン６１は、送り出し部トルクモータ６０で、ワイヤ電極２の引き出し方向とは逆方向に指令された所定低トルクが付与される。ワイヤボビン６１から繰り出されたワイヤ電極２は、複数のガイドローラを経由し（図示せず）、ブレーキモータ６２により駆動されるブレーキシュー６３により、ブレーキシュー６３とワイヤ電極送りモータ（図示せず）で駆動されるフィードローラ６７の間の張力が調節される。張力検出器６８は上ワイヤガイド９と下ワイヤガイド１０間を走行するワイヤ電極２の張力の大きさを検出する検出器である。回転軸２１は回転体であるワーク１を回転軸回りに回転させる駆動軸である。ブレーキシュー６３を通過したワイヤ電極２は、上ワイヤガイド９、下ワイヤガイド１０、下ガイドローラ６４を経由し、ピンチローラ６６とワイヤ電極送りモータ（図示せず）で駆動されるフィードローラ６７で挟まれ、ワイヤ電極回収箱６５に回収される。
図２は、ワイヤ放電加工機の数値制御装置の構成を説明する図である。テーブル１２は図示しない案内構造に案内され、水平面内で２軸方向に移動可能である。テーブル１２はＸ軸モータ１４及びＹ軸モータ１６によりそれぞれの方向に移動される。テーブル１２上には図示省略した加工槽が固定され、加工槽内には加工液３０が満たされている。Ｘ軸およびＹ軸は直動軸である。
テーブル１２の支柱部１８にはＡ軸をなす回転駆動装置２０が固定されており、回転軸２１はＡ軸モータ２２により回転駆動され、Ａ軸モータ２２にはＡ軸速度検出装置２３及びＡ軸角度検出装置２４が取り付けられている。回転軸２１の先端にはワーク１を把持するワーク固定金具２５が取り付けられている。ワーク１は回転中心軸６を軸として外径あるいは内径が軸方向に対して一定ではなく肉厚が変化する軸対称な形状を有する。
ワーク固定金具２５に把持されたワーク１と加工間隙を介して対向するワイヤ電極２は、図示しないローラ及びテンションローラにより所定の張力が与えられ、垂直に張架される。ワイヤ電極２は、図示しない駆動ローラ及びテンションローラにより所定の張力が与えられ、垂直に張架される。ワイヤ電極２は上下に配設されたダイス状の上ワイヤガイド９，下ワイヤガイド１０により案内される。その張架される水平面内の位置が決められる。ワイヤ電極２には図示しない給電子が摺接され、図示しない電源装置からパルス状の電圧が印加される。このパルス状の電圧によりワイヤ電極２とワーク１との間に放電を発生し加工を行う。
テーブル１２を水平面内において移動させるＸ軸及びＹ軸モータ１４，１６、ワーク１を回転させるＡ軸モータ２２は数値制御装置４０に接続され駆動制御される。Ａ軸速度検出装置２３及びＡ軸角度検出装置２４もＡ軸制御のため数値制御装置４０に接続される。数値制御装置４０は、加工プログラムの解析やワイヤ放電加工機全体を制御するプロセッサであるＣＰＵ４１、各種データや加工プログラムを記憶するメモリ４２、各軸の制御回路４３，４４，４５、及び、各軸のアンプ４６，４７，４８を備えている。これらの構成は従来公知のものである。
テーブル１２を駆動するＸ軸，Ｙ軸モータ１４，１６、数値制御装置４０内のこれらの軸制御回路４３，４４及びアンプ４６，４７等は、張架されたワイヤ電極２に対してワーク１を相対的に一平面内において移動させる平面移動手段を構成する。また、Ａ軸モータ２２を制御するための各種検出装置２３，２４、Ａ軸の軸制御回路４５及びＡ軸アンプ４８は回転制御装置を構成する。加工電源５０は、ワーク１とワイヤ電極２との間に加工用パルス電圧を印加する装置である。なお、加工電源５０からワーク１とワイヤ電極２間の回路は図示省略している。ＣＰＵ４１は従来のワイヤ放電加工機と同様に加工電源５０から指令速度Ｆｃを取得することができる。
ワーク１は、回転軸２１のワーク固定金具２５に把持され、加工槽（図示せず）中の加工液３０に浸漬された状態で加工される。回転軸２１（Ａ軸）をＸ軸，Ｙ軸と同時３軸制御しつつ放電加工を行うことにより、ワーク１を加工することができる。なお、回転軸２１（Ａ軸）とＸ軸モータ１４とを同時制御することによりワーク１を加工することができる、あるいは、回転軸２１（Ａ軸）とＹ軸モータ１６とを同時制御することによりワーク１を加工することができる。
上述したように、本発明に係るワイヤ放電加工機を制御する数値制御装置は、少なくとも１つの直動軸と前記直動軸に平行な軸を中心軸としてワーク１を回転させる回転軸を駆動することができる。
なお、符号４はワイヤ電極２の移動方向を示す。符号５はワーク１の回転軸による回転を示す。符号６はワーク１の回転中心軸を示す。
次に、本発明に係る放電加工を安定させるための制御について説明する。
ワイヤ電極２によるワーク１の加工を安定させるためには、ワーク加工点におけるワイヤ電極２とワーク１の相対速度が、指令速度Ｆｃとなるように制御すればよい（図２参照）。図２は、加工が進むと、ワーク加工点における回転中心からワーク加工点までの距離が変化することを説明する図である。
ワーク加工点において、ワーク１が回転してできる外半径と内半径から求められた扇状の範囲内で外側にある部分と内側にある部分が、扇状の面積のそれぞれ半分に分けられる半径値Ｒｍ（以下、「平均半径値Ｒｍ」もしくは「平均回転半径Ｒｍ」いう）が判れば、数１式を満たすように、直線軸の速度及び回転軸の速度を求められる。なお、Ｒｍ１はワーク加工点７ａ，７ｂにおける平均回転半径、Ｒｍ２はワーク加工点８ａ，８ｂにおける平均回転半径である。平均回転半径は、外周半径から内周半径を引き、その値の１／２に内周半径を足した値以上で外周半径以下の値とする。
指令速度Ｆｃ＝√（Ｆｘ2＋Ｆａ2） ・・・・・（数１式）
ただし、
Ｆｘ＝直線軸の速度（ｍｍ／ｍｉｎ）
Ｆａ＝回転軸の速度（ｄｅｇ／ｍｉｎ）＊π＊Ｒｍ（ｍｍ）／１８０（ｄｅｇ）
ワーク加工点における平均回転半径Ｒｍ、すなわち、ワーク１のどの位置が加工されるかは、加工プログラム作成時には明確であるので、加工プログラム作成時に意図していた各ブロックにおけるワーク１の外半径と内半径が判ればよい。
本発明では、ブロック終点におけるワークの回転半径の外半径と内半径をブロック毎に指定する。ブロック終点での回転半径の外半径と内半径が、前ブロックにおける値から変化した場合、ブロックの始点から終点に向かうに従って、回転半径の外半径と内半径が徐々に変化することを意味する。与えられた回転半径の外半径と内半径から、ワーク加工点におけるワイヤ電極とワークの相対速度が指令速度となるように制御することにより、加工を安定させる。
図４は、直動軸の移動指令とブロック終点での回転半径の外半径（外周半径）と内半径（内周半径）を加工プログラムで指令する例である。Ｒはブロック終点での回転半径の外半径で、Ｋは、回転半径の内半径である。Ｇ９９９は初期回転半径を明示する指令である。ここでは外半径と内半径とが指定されている。各ブロックについて説明する。なお、図４に示すプログラム例では、Ｇ００Ｘ０Ａ０．（Ｘ０Ａ０の加工開始位置へ位置決めを意味するブロック）は記載を省略している。
Ｇ９９９Ｒ３０．Ｋ２５．は、初期回転半径の外半径Ｒ＝３０．と内半径Ｋ＝２５．とする指令である。
Ｇ０１Ｘ１０．Ａ１０．Ｒ３０．Ｋ２５．は、Ｘ１０．Ａ１０．の位置の回転半径の外半径＝３０．と内半径＝２５．とする指令である。
Ｇ０１Ｘ２０．Ａ０．Ｒ６０．Ｋ５．は、Ｘ２０．Ａ０．の位置の回転半径の外半径＝６０．、内半径＝５．とする指令である。これによって、回転半径は、外半径で３０．→６０．へ、内半径で２５．→５．へ変化する。
Ｇ０１Ｘ３０．Ａ１０．Ｒ６０．Ｋ５．は、Ｘ３０．Ａ１０．の位置の回転半径の外半径＝６０．、内半径＝５．とする指令である。
図５は、図４に示される加工プログラムを実行する際のワークの加工を図示したもので、上ワイヤガイド９から下ワイヤガイド１０の方向に見た図である。図中のＸ１０．，Ｘ２０．，Ｘ３０．は図４の各ブロックで指令されたものである。４ａ，４ｂ，４ｃはワイヤ電極２の相対的な移動方向を示す。ワイヤ電極２はワイヤ電極移動方向４（直線軸：Ｘ軸）にワーク１に対して相対的に移動する。また、ワーク１はワーク回転方向（回転軸：Ａ軸）５ａ，５ｂ，５ｃに回転する。
図６は、本発明にかかる処理のアルゴリズムを説明するフローチャートである。以下、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回転半径の指令を含むブロックの処理を説明するものであって、加工開始位置への位置決めブロックなど単なる移動のブロックの処理の説明は省略している。
●［ステップＳＡ１００］加工プログラムの１ブロックを読み込む。
●［ステップＳＡ１０１］初期回転半径を指令するブロックであるか否か判断し、指令するブロックである場合にはステップＳＡ１０２へ移行し、指令するブロックではない場合にはステップＳＡ１０４へ移行する。
●［ステップＳＡ１０２］初期回転半径Ｒ、Ｋを読み込み、平均回転半径Ｒｍを算出する。
●［ステップＳＡ１０３］平均回転半径Ｒｍを現在の回転半径Ｒａに代入し、ステップＳＡ１００に戻る。
●［ステップＳＡ１０４］直線軸の移動量Ｘ、及び、回転軸の移動量Ａを取得する。
●［ステップＳＡ１０５］現在の回転半径Ｒａを始点での回転半径Ｒｓに代入する。
●［ステップＳＡ１０６］回転半径指令があるか否か判断し、回転半径指令がある場合にはステップＳＡ１０７へ移行し、指令がない場合にはステップＳＡ１０９へ移行する。
●［ステップＳＡ１０７］指令半径Ｒ，Ｋを読み込み平均回転半径Ｒｍを算出する。
●［ステップＳＡ１０８］平均回転半径Ｒｍを終点での回転半径Ｒｅに代入する。
●［ステップＳＡ１０９］現在の回転半径Ｒａを終点での回転半径Ｒｅに代入する。
●［ステップＳＡ１１０］終点での回転半径Ｒｅから始点での回転半径Ｒｓを減算して得られた値を回転半径の増加分Ｒｉｎｃに代入する。
●［ステップＳＡ１１１］移動量積算値ＳＵＭａを初期値の０とする。
●［ステップＳＡ１１２］ブロック終点か否か判断し、ブロック終点の場合にはステップＳＡ１１７へ移行し、ブロック終点ではない場合にはステップＳＡ１１３へ移行する。
●［ステップＳＡ１１３］加工電源から、指令速度Ｆｃを取得する。
●［ステップＳＡ１１４］Ｆｃ＊Ｘ／√（Ｘ2＋（Ｒａ＊p＊Ａ）2）を移動量ΔＸに代入する。また、Ｆｃ＊Ａ／√（Ｘ2＋（Ｒａ＊p＊Ａ）2）を移動量ΔＡに代入する。ただし、p＝π／１８０［ｄｅｇ］である。
●［ステップＳＡ１１５］移動量積算値ＳＵＭａに移動量ΔＡを加算した値を移動量積算値ＳＵＭａに代入する。
●［ステップＳＡ１１６］現在の回転半径Ｒａを、Ｒｓ＋Ｒｉｎｃ＊ＳＵＭａ／Ａにより算出し、ステップＳＡ１１２に戻る。
●［ステップＳＡ１１７］終点での回転半径Ｒｅを現在の回転半径Ｒａに代入する。
●［ステップＳＡ１１８］次のブロックがあるか否か判断し、ある場合にはステップＳＡ１００へ戻り、次のブロックがない場合には処理を終了する。
上記フロ−チャートを補足して説明する。ステップＳＡ１０２，ステップＳＡ１０７は請求項１における平均回転半径算出部に相当する。ステップＳＡ１１６は請求項１における現在の回転半径算出部に相当する。ステップＳＡ１１４は請求項１における制御部に相当する。
なお、加工プログラムの各ブロックから得られた外周半径、内周半径、平均回転半径は一時的に記憶手段に記憶される。
なお、上ワイヤガイド９を、図２には示していないＵ軸及びＶ軸モータにより、Ｘ軸とＹ軸とがなすＸＹ平面に対して平行に、下ワイヤガイド１０に対して相対的に移動させて、ワイヤ電極２をＸＹ平面に対して傾ける公知の技術がある。本実施形態において、ワイヤ電極２を傾けることは何ら問題がない。ワイヤ電極２が傾いた状態においても、ワーク加工点における回転半径を指定すればよい。
図７は、ワイヤ電極２の傾き方向によっては、上部のワーク加工点８ａにおける平均回転半径Ｒｍａと，下部のワーク加工点８ｂにおける平均回転半径Ｒｍｂが異なる場合があることを説明する図である。この場合、上部及び下部のワーク加工点８ａ，８ｂのうち、加工精度を重視する方のワーク加工点の平均回転半径を指定してもよいし、要求される加工精度が同等の場合は、上部及び下部のワーク加工点８ａ，８ｂにおける平均回転半径の平均値を平均回転半径Ｒｍとして指定することで、上部と下部との加工点で同程度の加工精度が得られる。
図８は、平均回転半径Ｒｍの値を算出する説明図である。ワイヤ電極２はワーク１に対してＸ軸方向と回転軸方向に符号２ａから符号２ｂの位置に相対的に移動する。
もし、直線軸Ｘによる移動量Ｘと外周半径Ｒ１上での角度Ａの回転方向移動量ＬＡとが同じ距離になるよう制御した場合、加工面積での比較では、（Ｘ軸で加工する面積）Ｓｘ＞（Ａ軸で加工する面積）Ｓａとなり、直線軸Ｘと回転軸Ａによる加工量に差が生じる。
そこで、安定した加工を行うためには、加工面積が等しくなるように、Ｘ軸の速度制御とＡ軸の速度制御の係数を算出し、適正に制御する必要がある。この為には、移動量Ｘと平均回転半径Ｒｍ上での角度Ａの回転方向移動量ＬＲｍが等しくなる平均回転半径Ｒｍを求める必要がある。
中空ではなく、中実のワークの場合、内半径Ｋ１＝０になり、平均回転半径ＲｍはＲ１の１／２となる。これは、以下のとおりである。
Ｘ軸方向の加工面積Ｓｘ＝２＊Ｘ＊Ｒ１
Ａ軸回転方向の加工面積Ｓａ＝２＊Ｒ１＊Ｒ１＊π＊Ａ／３６０
Ｓｘ＝Ｓａであるから、両辺を２＊Ｒ１で除し、
Ｘ＝Ｒ１＊π＊Ａ／３６０となる。
また、移動距離Ｘは、Ｒｍ上での移動距離ＬＲｍと同じとすると、
Ｘ＝ＬＲｍ＝２＊Ｒｍ＊π＊Ａ／３６０となる。
この２式より、
Ｘ＝Ｒ１＊π＊Ａ／３６０＝２＊Ｒｍ＊π＊Ａ／３６０
すなわち、
Ｒｍ＝Ｒ／２となる。
なお、Ｋ１が０以上の場合、Ｒｍは、Ｒ／２より大きくＲ以下となる。
この場合、Ｒｍ＝（Ｒ１−Ｋ１）／２＋Ｋ１ とすると良い。
図９は、内半径が変化する場合の平均回転半径Ｒｍの算出例である。
内半径の始点の半径Ｋ１と終点の半径Ｋ２より、現在の加工位置での内半径Ｋを算出し、このＫと外半径Ｒ１とで、平均回転半径Ｒｍを求める。
なお、外半径が変化する場合も、同様に、加工位置での外半径Ｒと内半径Ｋにより、平均半径Ｒｍを算出する。
図１０は、外周半径と内周半径より板厚を算出する第１の例である。図１０に示される板厚を算出する第１の例は請求項４，５に対応する。この実施形態では、請求項１の平均回転半径算出部、現在の回転半径算出部、現在の平均回転半径に基づく制御部に替えて、ワーク厚さ算出部、ワーク現在の厚さ算出部、ワークの現在の厚さに基づく制御部を備える。ワイヤ電極２による加工位置が、回転軸中心線上もしくは近傍にある場合は、外半径Ｒと内半径Ｋの差の２倍が加工板厚となり、この加工板厚に応じて、直線軸と回転軸の送り速度を制御する事で安定した加工を行うことが出来る。ワーク厚さ算出部は、各ブロックの外周半径と内周半径として指令される加工プログラムを解析することにより、前記外周半径と前記内周半径の差の２倍として算出する。
図１１および図１２は、半径より板厚を算出する第２、第３の例である。図１１，図１２に示される板厚を算出する第２，第３の例は請求項６に対応する。この実施形態ではワイヤ放電加工機は直動軸を少なくとも２つ備えている。
ワイヤ電極２による加工位置が、回転軸中心線上より離れている場合は、回転軸中心軸線に直行する軸の座標系において、回転軸中心位置を座標原点（Ｙ＝０）とし、この座標値と、外半径Ｒと内半径Ｋより、加工板厚を算出する。この算出した加工板厚に応じて、直線軸と回転軸の送り速度を制御する事で安定した加工を行うことが出来る。ワーク厚さ算出部は、ワイヤ電極の加工位置が、回転軸中心線近傍でない場合には、ワイヤ電極位置の中心線に直交する軸座標の値と各ブロックの外周半径と内周半径として指令される加工プログラムを解析することにより、ワイヤ電極による加工位置でのワークの厚さを算出する。
なお、ワークの板厚の変化にともなう処理のアルゴリズムおよびフローチャートは、図６の処理と同様に考えられるため、省略する。
上述した本発明では加工部分の肉厚が異なるワークの加工を安定して行うことができる。
ところで、内径が外径に近い板厚の薄いパイプ状のワークに対しては、Ｘ軸の移動量とＡ軸の回転角を、外半径で計算して制御する方法でも、誤差が少ない加工を行うことができる。図１３は、ワーク１の加工が進むと、ワーク加工点における回転中心からワーク加工点までの距離が変化することを説明する図である。図１３において、ワークの加工が進むと、ワーク加工点における回転中心からワーク加工点までの距離（回転半径）がｒ１→ｒ２と変化する。ワイヤ電極２によるワーク加工点７ａ，７ｂ、８ａ，８ｂとで、回転半径が異なることによって、ワイヤ電極２とワーク１の相対速度が変化するので、放電状態が変化し、加工が安定しないという問題点があった。
以下に、ワークを回転させて行うワイヤ放電加工において、特に、肉厚が一定であって回転半径が一定ではない場合の加工の安定化が可能な制御装置と、回転軸を備えたワイヤ放電加工機の態様について説明する。
この態様の回転軸を備えたワイヤ放電加工機は、加工プログラムに従って上ワイヤ電極ガイドと下ワイヤ電極ガイドとにより張架されたワイヤ電極に対しワークを互いに直交する軸方向に相対的に移動させ、かつ、前記ワークを回転させるワイヤ放電加工機において、前記加工プログラムの各ブロックの終点でのワーク加工点における回転半径を記憶する記憶部と、実行するブロックにおける終点および前ブロックにおける終点でのワーク加工点における回転半径を前記記憶部から読み出す読み出し部と、前記記憶部から読み出した前ブロックの終点の回転半径、実行するブロックの終点の回転半径、および前記回転軸の移動量から所定周期毎に現在加工しているワーク加工点における回転半径を算出する算出部と、前記算出部により算出された回転半径から前記ワイヤ電極とワーク加工点の相対速度が指令速度となるように制御する制御部と、を備えたことを特徴とするワイヤ放電加工機である。
この態様の数値制御装置は、前記記憶部に記憶される回転半径は、各ブロックに対して加工プログラムの中で指令され、該加工プログラムを解析することにより得られる値であることを特徴とする。これによって、ワイヤ放電加工機でワークを回転させて行う加工において、特に、肉厚が一定で回転半径が一定ではない場合の加工の安定化が可能な、回転軸を備えたワイヤ放電加工機を提供できる。
図１４は、ワイヤ放電加工機の数値制御装置の構成を説明する図である。テーブル１２は図示しない案内構造に案内され、水平面内で２軸方向に移動可能である。テーブル１２はＸ軸モータ１４及びＹ軸モータ１６によりそれぞれの方向に移動される。テーブル１２上には図示省略した加工槽が固定され、加工槽内には加工液３０が満たされている。
テーブル１２の支柱部１８にはＡ軸をなす回転駆動装置２０が固定されており、回転軸２１はＡ軸モータ２２により回転駆動され、Ａ軸モータ２２にはＡ軸速度検出装置２３及びＡ軸角度検出装置２４が取り付けられている。回転軸２１の先端にはワーク１を把持するワーク固定金具２５が取り付けられている。
ワーク固定金具２５に把持されたワーク１と加工間隙を介して対向するワイヤ電極２は、図示しないローラ及びテンションローラにより所定の張力が与えられ、垂直に張架される。ワイヤ電極２は、図示しない駆動ローラ及びテンションローラにより所定の張力が与えられ、垂直に張架される。ワイヤ電極２は上下に配設されたダイス状の上ワイヤガイド９，下ワイヤガイド１０により案内される。その張架される水平面内の位置が決められる。ワイヤ電極２には図示しない給電子が摺接され、図示しない電源装置からパルス状の電圧が印加される。このパルス状の電圧によりワイヤ電極２とワーク１との間に放電を発生し加工を行う。
テーブル１２を水平面内において移動させるＸ軸及びＹ軸モータ１４，１６、ワーク１を回転させるＡ軸モータ２２は数値制御装置４０に接続され駆動制御される。Ａ軸速度検出装置２３及びＡ軸角度検出装置２４もＡ軸制御のため数値制御装置４０に接続される。数値制御装置４０は、加工プログラムの解析やワイヤ放電加工機全体を制御するプロセッサであるＣＰＵ４１、各種データや加工プログラムを記憶するメモリ４２、各軸の制御回路４３，４４，４５、及び、各軸のアンプ４６，４７，４８を備えている。これらの構成は従来公知のものである。
テーブル１２を駆動するＸ軸，Ｙ軸モータ１４，１６、数値制御装置４０内のこれらの軸制御回路４３，４４及びアンプ４６，４７等は、張架されたワイヤ電極２に対してワーク１を相対的に一平面内において移動させる平面移動手段を構成する。また、Ａ軸モータ２２を制御するための各種検出装置２３，２４、Ａ軸の軸制御回路４５及びＡ軸アンプ４８は回転制御装置を構成する。加工電源５０は、ワーク１とワイヤ電極２との間に加工用パルス電圧を印加する装置である。なお、加工電源５０からワーク１とワイヤ電極２間の回路は図示省略している。ＣＰＵ４１は加工電源５０から指令速度Ｆｃを取得することができる。
ワーク１は、回転軸２１のワーク固定金具２５に把持され、加工槽（図示せず）中の加工液３０に浸漬された状態で加工される。回転軸２１（Ａ軸）をＸ軸，Ｙ軸と同時３軸制御しつつ放電加工を行うことにより、ワーク１を加工することができる。なお、回転軸２１（Ａ軸）とＸ軸モータ１４とを同時制御することによりワーク１を加工することができる、あるいは、回転軸２１（Ａ軸）とＹ軸モータ１６とを同時制御することによりワーク１を加工することができる。
次に、本態様に係る加工を安定させるための制御について説明する。
ワイヤ電極２によるワーク１の加工を安定させるためには、ワーク加工点におけるワイヤ電極２とワーク１の相対速度が、指令速度Ｆｃとなるように制御すればよい。ワーク加工点における回転半径ｒが判れば、数２式を満たすように、直線軸の速度及び回転軸の速度を求める。
指令速度Ｆｃ＝√（Ｆｘ2＋Ｆａ2） ・・・・・（数２式）
ただし、Ｆｘ＝直線軸の速度（ｍｍ／ｍｉｎ）
Ｆａ＝回転軸の速度（ｄｅｇ／ｍｉｎ）＊π＊ｒ（ｍｍ）／１８０（ｄｅｇ） ワーク加工点における回転半径、すなわち、ワークのどの位置が加工されるかは、加工プログラム作成時には明確であるので、加工プログラム作成時に意図していた各ブロックにおける回転半径が判ればよい。
本態様では、ブロック終点における回転半径をブロック毎に指定する。ブロック終点での回転半径が、前ブロックにおける値から変化した場合、ブロックの始点から終点に向かうに従って、回転半径が徐々に変化することを意味する。与えられた回転半径から、加工点におけるワイヤ電極とワークの相対速度が指令速度となるように制御することにより、加工を安定させる。
図１５は、ブロック終点での回転半径を加工プログラムで指令する例である。Ｒはブロック終点での回転半径である。Ｇ９９９は初期回転半径を明示する指令である。なお、Ｇ００Ｘ０Ｙ０．は、Ｘ０Ｙ０の加工開始位置へ位置決めを意味するブロックは省略している。
Ｇ９９９Ｒ３０．は、初期回転半径＝３０とする。
Ｇ０１Ｘ１０．Ａ１０．Ｒ３０．は、Ｘ１０Ａ１０の位置の回転半径＝３０とする。 Ｇ０１Ｘ２０．Ａ０．Ｒ３５．は、Ｘ２０Ａ０の位置の回転半径＝３５とする。これによって、回転半径は３０→３５へ変化する。
Ｇ０１Ｘ３０．Ａ１０．Ｒ３５は、Ｘ３０Ａ１０の位置の回転半径＝３５とする。
図１６は、図１５の加工プログラムでのワークの加工を図示したものである。図中Ｘ１０，Ｘ２０，Ｘ３０は図１５の各ブロックで指令されたものである。ワイヤ電極２はワイヤ電極移動方向（直線軸：Ｘ軸）４に相対的に移動する。また、ワーク１はワーク回転方向（回転軸：Ａ軸）５ａ，５ｂ，５ｃに回転する。
なお、上ワイヤガイド９を、図１４には示していないＵ軸及びＶ軸モータにより、ＸＹ平面と平行に、下ワイヤガイド１０に対して相対的に移動させてワイヤ電極２を傾ける公知の技術がある。本態様において、ワイヤ電極２を傾けることは何ら問題がない。ワイヤ電極２が傾いた状態においても、ワーク加工点における回転半径を指定すればよい。
図１７は、ワイヤ電極２の傾き方向によっては、上部のワーク加工点８ａにおける回転半径Ｒａと、下部のワーク加工点８ｂにおける回転半径Ｒｂが異なる場合があることを説明する図である。この場合、上部及び下部のワーク加工点のうち、加工精度を重視する方の回転半径を指定してもよいし、要求される加工精度が同等の場合は、上部及び下部のワーク加工点における回転半径の半径値を回転半径として指定することで、上部と下部とで同程度の加工精度が得られる。
図１８は内径が外径に近い板厚のワークの場合の処理を説明するフローチャートである。なお、このフローチャートは回転半径の指令を含むブロックの処理を説明するものであって、加工開始位置への位置決めブロックなど単なる移動のブロックの処理の説明は省略している。
●［ステップＳＢ１００］加工プログラムの１ブロックを読み込む。
●［ステップＳＢ１０１］初期回転半径を明示する指令ブロックであるか否か判断し、指令するブロックである場合にはステップＳＢ１０２へ移行し、指令するブロックでない場合にはステップステップＳＢ１０４へ移行する。
●［ステップＳＢ１０２］初期回転半径Ｒを読み込む。
●［ステップＳＢ１０３］初期回転半径Ｒを現在の回転半径Ｒａに代入し、ステップＳＢ１００に戻る。
●［ステップＳＢ１０４］直線軸の移動軸Ｘ、及び、回転軸の移動量Ａを取得する。直動軸、回転軸の移動量は加工プログラムのブロックに指令されている。
●［ステップＳＢ１０５］現在の回転半径Ｒａを始点での回転半径Ｒｓに代入する。
●［ステップＳＢ１０６］回転半径指令があるか否か判断し、回転半径指令がある場合にはステップＳＢ１０７へ移行し、回転半径指令がない場合にはステップＳＢ１０８へ移行する。
●［ステップＳＢ１０７］回転半径Ｒを終点での回転半径Ｒｅに代入する。
●［ステップＳＢ１０８］現在の回転半径Ｒａを終点での回転半径Ｒｅに代入する。
●［ステップＳＢ１０９］終点での回転半径Ｒｅから始点での回転半径Ｒｓを減算して得られた値を回転半径の増分Ｒｉｎｃに代入する。
●［ステップＳＢ１１０］移動量積算値ＳＵＭａを初期値の０とする。
●［ステップＳＢ１１１］ブロック終点か否か判断し、ブロック終点の場合にはステップＳＢ１１６へ移行し、ブロック終点ではない場合にはステップＳＢ１１２へ移行する。
●［ステップＳＢ１１２］加工電源から、指令速度Ｆｃを取得する。
●［ステップＳＢ１１３］Ｆｃ・Ｘ／√（Ｘ2＋（Ｒａ・ｋ・Ａ）2）を移動量ΔＸに代入する。また、Ｆｃ・Ａ／√（Ｘ2＋（Ｒａ・ｋ・Ａ）2）を移動量ΔＡに代入する。ただし、ｋ＝π／１８０［ｄｅｇ］
●［ステップＳＢ１１４］移動量積算値ＳＵＭａに移動量ΔＡを加算した値を移動量積算値ＳＵＭａに代入する。
●［ステップＳＢ１１５］現在の回転半径Ｒａを、Ｒｓ＋Ｒｉｎｃ・ＳＵＭａ／Ａにより算出する。
●［ステップＳＢ１１６］終点での回転半径Ｒｅを現在の回転半径Ｒａに代入する。
●［ステップＳＢ１１７］次のブロックがあるか否か判断し、ある場合にはステップＳＢ１００へ移行し、次のブロックがない場合には処理を終了する。
１ ワーク
２ ワイヤ電極

７ａ，７ｂ ワーク加工点
８ａ，８ｂ ワーク加工点
９ 上ワイヤガイド
１０ 下ワイヤガイド
１２ テーブル
１４ Ｘ軸モータ
１６ Ｙ軸モータ
１８ 支柱部
２０ 回転駆動装置
２１ 回転軸
２２ Ａ軸モータ
２３ Ａ軸速度検出装置
２４ Ａ軸角度検出装置
２５ ワーク固定金具
３０ 加工液
４０ 数値制御装置
５０ 加工電源

６０ 送り出し部トルクモータ
６１ ワイヤボビン
６２ ブレーキモータ
６３ ブレーキシュー
６４ 下ガイドローラ
６５ ワイヤ電極回収箱
６６ ピンチローラ
６７ フィードローラ

１００ ワイヤ放電加工機

Ｆｃ 指令速度
Ｆｘ 直線軸の速度
Ｆａ 回転軸の速度

Claims (8)

  1. 加工電源と、少なくとも一つの直動軸と方向が該直動軸と平行な回転軸を有し、加工プログラムに従って上ワイヤガイドと下ワイヤガイドとにより張架されたワイヤ電極に対しワークを直動軸方向に相対的に移動させ、かつ、前記ワークを回転させて前記ワークを加工するワイヤ放電加工機において、
    前記加工プログラムの各ブロックで指令されたワークの外周半径と内周半径に基づいて平均回転半径を算出する平均回転半径算出部と、
    前記平均回転半径算出部において算出された実行するブロックの終点における平均回転半径および前記ブロックの一つ前のブロックにおける平均回転半径、並びに前記回転軸の移動量に基づいて所定周期毎に現在加工しているワーク加工点における現在の平均回転半径を算出する現在の平均回転半径算出部と、
    前記現在の回転半径算出部により算出された現在の平均回転半径に基づいて前記ワイヤ電極と前記ワーク加工点の相対速度が前記加工電源から取得された指令速度となるように制御する制御部と、
    を備えたことを特徴とするワイヤ放電加工機。
  2. 前記平均回転半径は、各ブロックの外周半径および内周半径として指令される加工プログラムを解析することにより得られる値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機。
  3. 前記平均回転半径算出部は、外周半径から内周半径を引き、その値の１／２に内周半径を足した値以上で外周半径以下の値とする算出部であることを特徴とする請求項２に記載のワイヤ放電加工機。
  4. 加工電源と少なくとも一つの直動軸と回転軸を有し、加工プログラムに従って上ワイヤ電極ガイドと下ワイヤ電極ガイドとにより張架されたワイヤ電極に対しワークを直動軸方向に相対的に移動させ、かつ、前記ワークを回転させて前記ワークを加工するワイヤ放電加工機の数値制御装置において、
    前記加工プログラムの各ブロックで指令されたワークの外周半径と内周半径に基づいて前記ワークの厚さを算出するワーク厚さ算出部と、
    前記ワーク厚さ算出部で算出された実行するブロックの終点における厚さおよび前記ブロックの一つ前のブロックの終点における厚さ、並びに前記回転軸の移動量に基づいて所定周期毎に現在加工しているワーク加工点における現在の厚さを算出するワーク現在の厚さ算出部と、
    前記ワーク現在の厚さ算出部により算出された現在の厚さを基に前記ワイヤ電極と前記ワーク加工点の相対速度が加工電源から取得された指令速度となるように制御する制御部と、
    を備えたことを特徴とするワイヤ放電加工機。
  5. 前記ワーク厚さ算出部は、各ブロックの外周半径と内周半径として指令される加工プログラムを解析することにより、前記外周半径と前記内周半径の差の２倍として算出することを特徴とする請求項４に記載のワイヤ放電加工機。
  6. 前記直動軸を２つ有し、
    前記ワーク厚さ算出部は、ワイヤ電極の加工位置が、回転軸中心線近傍でない場合には、ワイヤ電極位置の中心線に直交する軸座標の値と各ブロックの外周半径と内周半径として指令される加工プログラムを解析することにより、ワイヤ電極による加工位置でのワークの厚さを算出することを特徴とする請求項４に記載のワイヤ放電加工機。
  7. 加工電源と少なくとも一つの直動軸と回転軸を有し、加工プログラムに従って上ワイヤ電極ガイドと下ワイヤ電極ガイドとにより張架されたワイヤ電極に対しワークを直動軸方向に相対的に移動させ、かつ、前記ワークを回転させて前記ワークを加工するワイヤ放電加工機において、
    実行するブロックの終点におけるワークの回転半径および前記実行するブロックの一つ前のブロックの終点におけるワークの回転半径、並びに前記回転軸の移動量に基づいて所定周期毎に現在加工しているワーク加工点における回転半径を算出する算出部と、
    前記算出部により算出された回転半径に基づいて前記ワイヤ電極と前記ワーク加工点の相対速度が加工電源から取得された指令速度となるように制御する制御部と、
    を備えたことを特徴するワイヤ放電加工機。
  8. 前記回転半径は、各ブロックに対して加工プログラムの中で指令され、該加工プログラムを解析することにより得られる値であることを特徴とする請求項７に記載のワイヤ放電加工機。
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