JP2015104756A - 駆動部品の摩耗を抑える機能を有するワイヤ放電加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】揺動運動を伴う加工を行う場合に、効果的に駆動部品の短期間での摩耗を防ぐワイヤ放電加工機を提供することを目的とする。
【解決手段】ワイヤ電極を揺動運動させながら加工を行うワイヤ放電加工機において、ワイヤ電極の揺動回数をカウントする揺動回数カウント手段と、揺動回数が所定回数に達した後に、ワイヤ電極による加工を停止する加工停止手段と、加工停止手段による加工停止後に軸駆動部の駆動により前記ワイヤ電極を前記加工物に対し所定距離移動させ、その後前記ワイヤ電極を加工を停止した位置に戻して加工を再開する加工再開手段とを備える。これにより、ベアリング等の転動体と転動面との間に潤滑剤が供給されて、新たな油膜が形成されることで、転動体や転動面の早期摩耗を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明はワイヤ放電加工機に関し、特に駆動部品の摩耗を抑える機能を有するワイヤ放電加工機に関する。

ワイヤ放電加工機は、２つのワイヤガイド間にワイヤ電極を張って架け渡し、ワイヤ電極を移動させながら、２つのワイヤガイド間に配置されたワークとワイヤ電極の間隙に電圧を印加して放電加工を行うものである。
従来のワイヤカット放電加工機では、ワイヤ電極でワークを切断加工している加工溝の幅が、ワークの上下端面に比べ、板厚の中央部が広くなる現象が生じ、ワークの加工形状が太鼓状となる現象が発生し、加工精度の劣化を招いていた。特に、ワークの板厚が厚い場合、ワーク中でワイヤ電極の振動が大きく、この現象が顕著に発生する。

このような太鼓形状の発生を抑制するためのワイヤ放電加工機の加工方法として、以下の特許文献１，２に記載されているような技術がある。
特許文献１には、図６に示されているように、ワイヤ放電加工機におけるワイヤカット放電加工方法において、上ワイヤガイドとワークを左右に互いに異なる方向に揺動させることによって、加工方法に対して垂直な平面内でワイヤ電極を連続的に左右に交互に傾斜させながら加工する技術が開示されている。この例の場合、揺動する軸はＹ軸及びＶ軸となる。

特許文献２には、図７（ａ）に示されているように、ワイヤ放電加工方法において、ワークを左右に揺動させることによって、ワイヤ電極又は工作物を加工進行方向に所定の幅で揺動進行させて工作物を揺動加工を行う技術が開示されている。図７（ｂ）には、この場合の加工状態が示されており、ワークの加工領域を左右に揺動しながら加工が進められている。この例の場合、揺動する軸はＹ軸となる。
また、特許文献３には、型彫り放電加工装置において、電極のジャンプ上昇量が、放電加工装置の機械系駆動部品の摺動部分に用いられるボールやころが１回転以上する距離よりも小さい場合には、ボールやころが１回転以上するだけの電極ジャンプ動作を行う技術が開示されている。

特許第４７１２８８７号公報 特開２００９−２３３８４２号公報 特許第３５４１８０６号公報

特許文献１や特許文献２に開示されている技術は、ワークの厚み方向の真直精度の向上や、加工面の筋目の抑制、加工速度の向上に対して効果を有するが、ワイヤ電極の揺動の際にワイヤ電極を支持しているワイヤガイドもしくはワーク置き台に接続されている、Ｘ軸駆動部、Ｙ軸駆動部、Ｕ軸駆動部、Ｖ軸駆動部の少なくともいずれかの駆動部を揺動駆動させる必要がある。しかしながら、駆動部の揺動距離（振幅）は０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度にすぎない。また、加工形状によっては、揺動する軸の揺動中心位置が変わらずに、同じ位置を中心に長時間の揺動を続けてしまうこともある。
そのため、揺動する軸に使用されている、軸受ベアリング、リニアガイド、ボールネジといった駆動部品において、転動体と転動面との間で油膜切れが起き、短期間で摩耗を引き起こすおそれがある。

特許文献３に開示されている技術は、型彫り放電加工機における機械系駆動部品の摺動部分に用いられているボールやころの潤滑効果を維持するために、ボールやころが１回転以上するだけの電極ジャンプ動作を行わせているが、電極ジャンプ動作を行わせる際の判定基準が、ジャンプ上昇量の大小によって判断しているために、小さいジャンプ上昇量のものが続いたりした場合などは、必要以上にボールやころを転がすための電極ジャンプ動作が行われることとなり、効率が悪化してしまうおそれがある。

そこで本発明は、揺動運動を伴う加工を行う場合に、効果的に駆動部品の短期間での摩耗を防ぐワイヤ放電加工機を提供することを目的とする。

本願の請求項１に係る発明では、ワイヤ電極と、前記ワイヤ電極を支持するワイヤガイドと、加工物に対して前記ワイヤ電極を揺動運動させる少なくとも１つの軸駆動部とを備え、前記ワイヤ電極を前記加工物に対し揺動運動させながら加工を行うワイヤ放電加工機において、前記ワイヤ電極の揺動回数をカウントする揺動回数カウント手段と、前記揺動回数が所定回数に達した後に、前記ワイヤ電極による加工を停止する加工停止手段と、前記加工停止手段による加工停止後に前記軸駆動部の駆動により前記ワイヤ電極を前記加工物に対し所定距離移動させ、その後前記ワイヤ電極を加工を停止した位置に戻して加工を再開する加工再開手段とを備えたことを特徴とするワイヤ放電加工機が提供される。

請求項１に係る発明では、ワイヤ電極の揺動回数をカウントして、揺動回数が所定回数に達した後に、軸を所定距離動かして、元の位置に戻すことによって、ベアリング等の転動体と転動面との間に潤滑剤が供給されて、新たな油膜が形成されることで、転動体や転動面の早期摩耗を防止することができる。

本願の請求項２に係る発明では、前記ワイヤ電極を前記加工物に対し所定距離移動させる前に、前記ワイヤ電極を切断し、加工を再開する前に、前記ワイヤ電極を結線する自動結線装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工機が提供される。
請求項２に係る発明では、軸を所定距離移動させる前にワイヤ電極を切断して、その後ワイヤ電極を結線した後に加工を再開するようにすることで、軸を所定距離動かすにあたって、ワイヤ電極とワークが干渉しないようにすることが可能となる。

本願の請求項３に係る発明では、前記軸駆動部として、少なくとも前記ワイヤガイドを、前記加工物の載置面に対して垂直な方向に沿って移動させる第１軸駆動部と、前記第１軸駆動部とは異なる方向に前記ワイヤ電極を前記加工物に対し移動させる第２軸駆動部とを備え、前記第１軸駆動部により前記ワイヤガイドを設定距離移動させた後に、前記第２軸駆動部により前記ワイヤ電極を前記加工物に対し所定距離移動させることを特徴とする請求項１又は２に記載のワイヤ放電加工機が提供される。
請求項３に係る発明では、軸を所定距離動かす前に、異なる軸も動かすようにしたことによって、ワイヤガイドとワークや冶具が干渉することを防ぐことができる。

本願の請求項４に係る発明では、前記揺動回数が所定回数に達した時点の加工ブロックの実行が終了した時に、前記軸駆動部の駆動により前記ワイヤ電極を前記加工物に対し所定距離移動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のワイヤ放電加工機が提供される。
本願の請求項５に係る発明では、前記揺動回数が所定回数に達した後、加工が停止した時に、前記軸駆動部の駆動により前記ワイヤ電極を前記加工物に対し所定距離移動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のワイヤ放電加工機が提供される。

請求項４又は５に係る発明では、揺動回数が所定回数に達した後の、加工ブロックの実行が終了した時や、加工が停止した時に、軸駆動部を駆動させて軸を所定距離移動させるようにしたことによって、加工途中で加工を停止させて、軸を動かすことによる加工面への影響を低減することが可能となる。

本願の請求項６に係る発明では、前記揺動回数が所定回数に達する前に前記ワイヤ電極が前記加工物に対し加工により所定距離以上動いた場合、前記揺動回数カウント手段による前記揺動回数のカウントをリセットすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のワイヤ放電加工機が提供される。

請求項６に係る発明では、揺動回数が所定回数に達する前に揺動していた軸が加工によって所定距離以上動いた場合は、ベアリング等の転動体と転動面との間に潤滑剤が供給されて新たな油膜が形成されていると判断して、揺動回数カウント手段による揺動回数のカウントをリセットするようにしたことによって、油膜切れが生じていないにもかかわらず、必要のない軸の駆動を行うことを防止することが可能となる。

本発明により、揺動運動を伴う加工を行う場合に、効果的に駆動部品の短期間での摩耗を防ぐワイヤ放電加工機を提供することが可能となる。

本発明の実施形態におけるワイヤ放電加工機の概略構成と動作について説明する図である。 各サーボモータの内部構成を示した図である。 ベアリング等の駆動部品における転動体と転動面との間の油膜の様子を示した図である。 軸を所定距離動かすタイミングを説明するための図である。 本発明の実施形態の動作の流れを示すフローチャートである。 ワイヤ放電加工方法において、上ワイヤガイドとワークを左右に互いに異なる方向に揺動させる加工方法を示した図である。 ワイヤ放電加工方法において、ワークを左右に互いに異なる方向に揺動させる加工方法を示した図である。

本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、本実施形態のワイヤ放電加工機の概略構成と動作について説明する図である。４０は加工対象となるワークであり、３２はワーク４０を設置して固定するワーク置き台である。ワーク置き台３２は、上面が平坦となった載置面３４を有し、加工時にワーク４０が、その底面が載置面３４に接するようにワーク置き台３２に設置され固定される。

５０はワイヤ電極であり、ワイヤ電極５０は、ワーク４０に放電加工を施すために、図示しないワイヤ電極送り出しリールから給電ローラ５６、上ガイドローラ５２、上ワイヤガイド２２を経て加工箇所５８に供給される。加工時には、ワイヤ電極５０は結線操作により上下ワイヤガイド２２，２４間に張架され、ワイヤ電極５０に、ワーク４０との間に放電を起こさせるための電圧が印加される。

ワイヤ電極５０は加工箇所５８を経て更に、下ワイヤガイド２４、下ガイドローラ５４を経て、ワイヤ電極５０を所定の張力で引っ張る図示しない巻き取りリールに巻き取られる。なお、巻き取りリールに替えて、図示しないワイヤ回収箱に回収するように構成することもできる。
ワイヤ電極５０には、放電加工電源１１０から給電ローラ５６を介して放電加工用の電気エネルギーが供給される。また、加工箇所５８には、冷却水が注がれたり、あるいは、ワーク４０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。

通常、ワーク置き台３２の載置面３４は水平方向（ＸＹ平面に平行な面上）に延在し、ワーク置き台３２は、Ｘ軸駆動用サーボモータ１６及びＹ軸駆動用サーボモータ１８により、Ｘ軸およびＹ軸を直交軸とする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２２は、Ｕ軸駆動用サーボモータ１２及びＶ軸駆動用サーボモータ１４により、ＸＹ平面に平行な面上で駆動可能である。また、上ワイヤガイド２２は、Ｚ軸駆動用サーボモータ１０により、ＸＹ平面に垂直なＺ軸方向に駆動可能となっている。ここで、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である。

ワーク４０における加工箇所５８を変えるには、ワーク４０とワイヤ電極５０の相対的な位置を変えればよく、数値制御装置１００から出力される各軸サーボモータへの指令（Ｘ軸駆動指令、Ｙ軸駆動指令、Ｕ軸駆動指令、Ｖ軸駆動指令、Ｚ軸駆動指令）により行われる。その指令内容は、通常、加工プログラムで規定される。加工プログラムは、ワイヤ電極５０の移動指令、つまり、各軸サーボモータへの移動指令などを規定するプログラムであり、前述のＸＹ平面に平行な平面に定義される。

図２は、Ｚ軸、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｕ軸、Ｖ軸の各サーボモータの内部構成を示した図であり、いずれの軸のサーボモータも同様の構成とされている。サーボモータには、モータ８２を備えられており、モータ８２とボールネジのネジ軸７４とが、カップリング８６と軸受ベアリング８８とを介して結合され、モータ８２の回転運動が、ボールネジのネジ軸７４に伝達されるようにされている。また、カップリング８６及び軸受ベアリング８８は、モータハウジング８４により周囲を覆われており、軸受ベアリング８８は押さえぶた９０によって押さえられている。

ボールネジのネジ軸７４には、ボールネジのナット７２が取り付けられており、ナット７２はナットホルダ７６によって保持され、ナットホルダ７６はヘッド６２と接合されている。また、ヘッド６２の下部２か所には、内部に図示しないベアリングを有するリニアガイド６０を有しており、レール６６上に載置されている。

これらの構成によって、モータ８２の駆動により、ボールネジのネジ軸７４が回転し、ネジ軸７４の回転によって、ボールネジのナット７２が相対的に左右に移動することによって、ヘッド６２もレール６６上を左右に移動することとなる。図示していないが、ヘッド６２に上ワイヤガイド２２やワーク置き台３２を接続することによって、上ワイヤガイド２２をＺ軸方向、Ｕ軸方向、Ｖ軸方向に自由に移動させることが可能となり、ワーク置き台３２もＸ軸方向、Ｙ軸方向に自由に移動させることが可能となる。

図３は、ベアリング６０等の駆動部品における転動体と転動面との間の油膜の様子を示した図である。図２に示されている各サーボモータに用いられている、軸受ベアリング８８、リニアガイド６０内の図示しないベアリング、ボールネジのネジ軸７４やナット７２の、揺動する軸に使用されている駆動部品は、小さい揺動距離で長時間駆動していると、揺動する軸の揺動中心位置が変わらずに同じ位置を中心に長時間の揺動を続けることとなるため、当初図３（ａ）のように、ベアリング６０の周囲全体に油膜が形成されていたものが、図３（ｂ）のように一部油膜切れとなる状態となることがある。このような状態でさらに長時間駆動していると、ベアリング６０等の早期摩耗を引き起こすおそれがある。

そこで、本実施形態においては、軸ごとに揺動回数をカウントし、揺動回数が所定回数に達した後に、軸を所定距離動かした後に、元の位置に戻すようにする。これにより、例えば図３（ｂ）に示された状態から、図３（ｃ）に示された状態となり、ベアリング６０等の駆動部品の転動体と転動面との間に潤滑剤が供給されて、油膜切れとなった箇所に新たな油膜が形成されるため、駆動部品の早期摩耗を防止することが可能となる。

図４は、軸を所定距離動かすタイミングを説明するための図である。１１２は加工経路を示している。加工開始時から、軸の揺動回数をカウントする。１１４は加工経路１１２において、揺動回数が予め定められた所定回数に到達した地点である。また、１１６は揺動回数が予め定められた所定回数に到達した時点の加工ブロックが終了する地点である。さらに、１１８は揺動回数が予め定められた所定回数に到達した後で、加工経路において加工が停止する地点である。軸を所定距離動かすタイミングとしては、これらの地点のいずれかを用いるのが好適である。

図５は、本実施形態の動作の流れを示すフローチャートである。以下、ステップ毎に説明する。
・（ステップＳＡ１）軸の揺動回数をカウントする。
・（ステップＳＡ２）カウントした揺動回数が、予め設定した所定回数を超えたかどうかを判定する。超えた場合（ＹＥＳ）には、ステップＳＡ３に進み、超えていない場合（ＮＯ）は、ステップＳＡ１に戻って軸の揺動回数のカウントを継続する。

・（ステップＳＡ３）位置が、加工ブロックの終点かどうかを判定する。終点の場合（ＹＥＳ）は、ステップＳＡ４に進み、終点でない場合（ＮＯ）は、終点に到達するまでステップＳＡ３を繰り返す。
・（ステップＳＡ４）加工を停止する。
・（ステップＳＡ５）ワイヤ電極を切断する。
・（ステップＳＡ６）Ｚ軸駆動用サーボモータを駆動させる。

・（ステップＳＡ７）軸を所定距離動かすために、Ｖ軸駆動用サーボモータ１４、又はＶ軸駆動用サーボモータ１４とＹ軸駆動用サーボモータ１８とを所定距離分駆動する。Ｖ軸、Ｙ軸に代えて、Ｕ軸、Ｘ軸とすることもできる。
・（ステップＳＡ８）Ｚ軸、Ｖ軸、Ｙ軸等を、所定距離動かす前の位置に戻す。
・（ステップＳＡ９）ワイヤ電極を結線する。
・（ステップＳＡ１０）加工を再開する。
・（ステップＳＡ１１）揺動回数を０にリセットし、ステップＳＡ１に戻る。

軸を動かす所定距離としては、軸受けベアリング、リニアガイド内のベアリング、ボールネジ等の転動体が１回転以上回転する距離が望ましい。これにより、転動体が転動面と接触して油膜切れを起こしていても、１回転以上回転することによって、再度油膜に覆われるようにすることができる。
また、本実施形態においては、軸を所定距離動かす前に、ワイヤ電極を切断して、軸を所定距離動かした後に、元の位置に戻して再度結線している。このようにすることにより、軸を所定距離動かす際に、ワイヤ電極とワークが干渉しないようにすることが可能であるが、必ずしも軸を所定距離動かす際にワイヤ電極を切断しなければならないものではなく、ワイヤ電極を切断することなしに、軸を所定距離動かすようにすることもできる。

本実施形態においては、Ｚ軸駆動用サーボモータを駆動させて、上ワイヤガイドとワーク及び冶具が干渉しないようにしている。しかしながら、Ｚ軸の駆動は必ずしも行わなければならないものではなく、Ｚ軸の駆動を行わずに、Ｖ軸やＹ軸の駆動を行うようにすることも可能である。
また、本実施形態においては、軸の揺動回数が予め定められた所定回数を超えた後に、加工ブロックが終了したタイミングにおいて加工を停止させて、軸を所定の距離移動させるようにしているが、必ずしもこのようにする必要はなく、軸の揺動回数が所定回数を超えた地点において、加工を停止させて軸を所定の距離移動させたり、軸の揺動回数が所定回数を超えた後に、次に加工が停止した地点において、軸を所定の距離移動させるようにすることも可能である。

さらに、揺動回数のカウントが所定回数に達する前に、加工動作により軸が所定距離以上動いた場合には、その移動によって転動体の全面に油膜が再度形成されるため、揺動回数のカウントをリセットして、再度カウントをスタートさせるようにすることもできる。

１０ Ｚ軸駆動用サーボモータ
１２ Ｕ軸駆動用サーボモータ
１４ Ｖ軸駆動用サーボモータ
１６ Ｘ軸駆動用サーボモータ
１８ Ｙ軸駆動用サーボモータ
２２ 上ワイヤガイド
２４ 下ワイヤガイド
３２ ワーク置き台
３４ 載置面
４０ ワーク
５０ ワイヤ電極
５２ 上ガイドローラ
５４ 下ガイドローラ
５６ 給電ローラ
５８ 加工箇所
６０ リニアガイドのベアリング
６２ ヘッド
６６ レール
７２ ナット
７４ ネジ軸
７６ ナットホルダ
８２ モータ
８４ モータハウジング
８６ カップリング
８８ 軸受ベアリング
９０ 押さえぶた
１００ 数値制御装置
１１０ 放電加工電源
１１２ 加工経路
１１４ 加工経路において揺動回数が所定回数に到達した地点
１１６ 揺動回数が所定回数に到達した時点の加工ブロックが終了する地点
１１８ 揺動回数が所定回数に到達した後に、加工経路において加工が停止する地点

Claims (6)

1. ワイヤ電極と、
   前記ワイヤ電極を支持するワイヤガイドと、
   加工物に対して前記ワイヤ電極を揺動運動させる少なくとも１つの軸駆動部とを備え、
   前記ワイヤ電極を前記加工物に対し揺動運動させながら加工を行うワイヤ放電加工機において、
   前記ワイヤ電極の揺動回数をカウントする揺動回数カウント手段と、
   前記揺動回数が所定回数に達した後に、前記ワイヤ電極による加工を停止する加工停止手段と、
   前記加工停止手段による加工停止後に前記軸駆動部の駆動により前記ワイヤ電極を前記加工物に対し所定距離移動させ、その後前記ワイヤ電極を加工を停止した位置に戻して加工を再開する加工再開手段
   とを備えたことを特徴とするワイヤ放電加工機。
2. 前記ワイヤ電極を前記加工物に対し所定距離移動させる前に、前記ワイヤ電極を切断し、加工を再開する前に、前記ワイヤ電極を結線する自動結線装置を備えた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. 前記軸駆動部として、少なくとも前記ワイヤガイドを、前記加工物の載置面に対して垂直な方向に沿って移動させる第１軸駆動部と、前記第１軸駆動部とは異なる方向に前記ワイヤ電極を前記加工物に対し移動させる第２軸駆動部とを備え、
   前記第１軸駆動部により前記ワイヤガイドを設定距離移動させた後に、前記第２軸駆動部により前記ワイヤ電極を前記加工物に対し所定距離移動させることを特徴とする請求項１又は２に記載のワイヤ放電加工機。
4. 前記揺動回数が所定回数に達した時点の加工ブロックの実行が終了した時に、前記軸駆動部の駆動により前記ワイヤ電極を前記加工物に対し所定距離移動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のワイヤ放電加工機。
5. 前記揺動回数が所定回数に達した後、加工が停止した時に、前記軸駆動部の駆動により前記ワイヤ電極を前記加工物に対し所定距離移動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のワイヤ放電加工機。
6. 前記揺動回数が所定回数に達する前に前記ワイヤ電極が前記加工物に対し加工により所定距離以上動いた場合、前記揺動回数カウント手段による前記揺動回数のカウントをリセットすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のワイヤ放電加工機。