JP2015136768A - ワイヤ放電加工機の加工液供給制御装置 - Google Patents

ワイヤ放電加工機の加工液供給制御装置 Download PDF

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正之 吉田
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Abstract

【課題】放電加工状態が変化する加工経路においても安定した放電加工が可能になるワイヤ放電加工機の加工液供給制御装置を提供する。【解決手段】ワイヤ1とワーク2の極間に上下ノズル3a,3bから加工液を供給するポンプ15a,15b、上下加工液の各圧力を検出する圧力センサ16a,16bを設ける。目標とする上下加工液の各圧力値に、検出した各圧力値が追従するように、各ポンプ15a,15bからの加工液の供給量を独立制御する。ワイヤ放電加工機は、ワイヤ1とワーク2の極間に電圧を印加しつつ放電パルス電流を投入して放電加工を行い、単位時間または単位距離あたりの放電パルス数を計数する。ここで、目標とする上下加工液の各圧力値は、放電加工中の単位時間または単位距離あたりの放電パルス数の計数値や上下加工液圧の検出値に応じて設定することにより、放電加工状態が変化する加工経路においても安定した放電加工が可能になる。【選択図】図1

Description

本発明はワイヤ放電加工機に関し、特に、ワイヤ放電加工機に用いられるワイヤ放電加工機の加工液供給制御装置に関する。
ワイヤ放電加工機は、ワイヤ電極(以下、「ワイヤ」という)と被加工物(以下、「ワーク」という)の極間に電圧を印加して放電を起こすと同時に、サーボモータでワイヤとワークの相対位置を変化させ、極間に加工液を供給しつつ、ワークを所望の形状に加工する。一般に、加工液は極間の上下に設けたノズルから供給され、放電加工部である極間の加工屑排出、及び冷却を行う。
そこで、従来の加工液の制御は、供給する加工液の圧力(以下、「加工液圧」という)を一定または所定値に保ち、加工液の流量(以下、「加工液量」という)を制御して、放電加工部への加工液の供給量を十分に維持することで、放電加工の安定化を図っている。
特許文献1には、加工液流量制御を放電パルス数に応じて行う技術が開示されている。特許文献2には、上下のノズル供給路にそれぞれ吐出量可変のポンプを設け、検出した加工液の圧力が指令した圧力値に追従するように前記ポンプの吐出量を制御する加工液供給制御装置が開示されている。特許文献3には、一定圧力で加工液を噴出するとともに、検出した加工液の流量が適正範囲にないと判別されたときに、パルス状の電力を低減する制御方法が開示されている。特許文献4には、加工液の圧力を検出し、ワイヤ電極の遅れ量(または振動)が予め定められた水準以下に維持されるように前記圧力の制限値を定め、前記圧力が前記制限値以下に維持されるようにポンプの作動を制御する加工液供給制御方法が開示されている。
特許文献5には、第1のポンプを作動させて、第1の放出口において必要とされる加工液流量条件を設定する工程と、第2のポンプを作動させて、第2の放出口において必要とされる加工液流量条件を設定する工程とからなる放電加工装置の制御方法が開示されている。特許文献6には、圧力ポケットを備えて成る上下一対の加工液供給ノズルと、前記圧力ポケット内の加工液の圧力を検出し、前記圧力ポケット内の加工液圧力が所要の値となるように加圧供給手段を制御する加工液噴流装置が開示されている。特許文献7には、加工屑の偏在状態を解消するように上、下加工液供給装置から供給される加工液量または加工液圧のバランスを調整する技術が開示されている。特許文献8には、検知された加工液圧力と数値制御装置で計算された加工板厚から最適な加工条件を設定する放電加工方法が開示されている。
特開2002−254250号公報 特開平4−261713号公報 特開平11−48040号公報 特開2001−87946号公報 特開平6−39645号公報 特開平10−43947号公報 特許第5166586号公報 特開平5−154717号公報
ここで、従来の加工液制御において次のような課題がある。図9は従来の加工液を供給する制御の例を示す図である。ワイヤ1とワーク2とを相対的に移動させつつワイヤ放電加工を行う。この際、上ノズル3aおよび下ノズル3bのそれぞれから加工液が噴射される。加工液圧が低下する加工経路において、加工液圧を一定に保とうとすると、加工液量が増加する。そして、加工液量が増加すると、ワイヤ振動が増加するので、加工精度が悪化する(図10参照)。また、ワイヤ1は消耗すると、振動の影響を受け易くなるので、加工液量増加によるワイヤ振動に起因した加工筋が発生すると考えられる。さらに、放電加工によるワイヤ消耗により、ワーク上下で加工量が異なり、またワーク2の上下でワイヤ振動も異なるので、ワーク下部で加工筋が発生する傾向がある(図11参照)。なお、ワイヤ1は図の上ノズル3aから下ノズル3b方向に送出される。
そこで、本発明の目的は、放電加工状態が変化する加工経路においても安定した放電加工が可能になるワイヤ放電加工機の加工液供給制御装置を提供することである。
本願の請求項1に係る発明は、ワイヤ電極とワーク間に上下ノズルから加工液を供給するポンプをそれぞれ独立に設けたワイヤ放電加工機の加工液供給制御装置において、前記上下ノズルから供給される上下加工液の各圧力の目標値を、放電加工状態に応じて設定する圧力設定手段と、前記上下ノズルそれぞれから供給された上下加工液の各圧力を検出する圧力検出手段と、前記設定した各圧力値に、前記検出した上下加工液の各圧力値が追従するように、各ポンプからの上下加工液の供給量を独立して制御する加工液供給制御手段とを備えたことを特徴とするワイヤ放電加工機の加工液供給制御装置である。
請求項2に係る発明は、前記圧力設定手段は、放電加工中の単位時間または単位距離あたりの放電パルス数に基づいて前記上下加工液の圧力を設定す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の加工液供給制御装置である。
請求項3に係る発明は、前記圧力設定手段は、放電加工中の単位時間または単位距離あたりの放電パルス数が少なくなるほど設定する圧力値を小さくし、放電加工中の単位時間または単位距離あたりの放電パルス数が多くなるほど設定する圧力値を大きくす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の加工液供給制御装置である。
請求項4に係る発明は、前記圧力設定手段は、放電加工中の単位時間または単位距離あたりの放電パルス電流の平均値に基づいて前記上下加工液の圧力を設定す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の加工液供給制御装置である。
請求項5に係る発明は、前記圧力設定手段は、放電加工中の単位時間または単位距離あたりの放電パルス電流の平均値が小さくなるほど設定する圧力値を小さくし、放電加工中の単位時間または単位距離あたりの放電パルス電流の平均値が大きくなるほど設定する圧力値を大きく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の加工液供給制御装置である。
請求項6に係る発明は、前記圧力設定手段は、放電加工中の加工液の圧力値に基づいて前記上下加工液の圧力を設定す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の加工液供給制御装置である。
請求項7に係る発明は、前記圧力設定手段は、放電加工中の加工液の圧力値が小さくなったときに設定する圧力値を小さくし、放電加工中の加工液の圧力値が大きくなったときに設定する圧力値を大きくすることを特徴とする請求項6に記載のワイヤ放電加工機の加工液供給制御装置である。
請求項8に係る発明は、前記圧力設定手段は、放電加工中の加工液の液量に基づいて前記上下加工液の圧力を設定す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の加工液供給制御装置である。
請求項9に係る発明は、前記圧力設定手段は、放電加工中の加工液の液量が多くなったときに設定する圧力値を小さくし、放電加工中の加工液の液量が少なくなったときに設定する圧力値を大きくすることを特徴とする請求項8に記載のワイヤ放電加工機の加工液供給制御装置である。
本発明により、放電加工状態が変化する加工経路においても安定した放電加工が可能になるワイヤ放電加工機の加工液供給制御装置を提供できる。
本発明の一実施形態を示すワイヤ放電加工機のブロック図である。 本発明の実施形態を示すフローチャートである(上加工液圧)。 本発明の実施形態を示すフローチャートである(下加工液圧)。 加工液圧の目標値の演算方法を説明する図である。 ワークの板厚が変化する段差加工における本発明による加工例を示す図である。 段差加工の例を示す図である(ワイヤ電極とワークの相対的位置を示す図)。 段差加工を行った場合の上加工液圧および上加工液量の変化を示す図である(図6の場合における上加工液圧および上加工液量の変化を示す図)。 段差加工を行った場合の下加工液圧および下加工液量の変化を示す図である(図6の場合における下加工液圧および下加工液量の変化を示す図)。 従来の加工液を供給する制御の例を示す図である。 従来の加工液供給制御によって加工液を供給した場合に発生するワイヤ振動を示す図である。 ワイヤ電極の磨耗を示す図である。
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。なお、以下、従来技術の説明と同一または類似の構成について同じ符号を用いて説明する。
ワイヤとワークの極間に上下ノズルから加工液を供給するポンプをそれぞれ独立に設け、上下加工液の各圧力を検出する圧力計を設ける。そして、目標とする上下加工液の各圧力値に、検出した各圧力値が追従するように、各ポンプからの加工液の供給量を独立制御する。また、ワイヤ放電加工機は、ワイヤとワークの極間に電圧を印加しつつ放電パルス電流を投入して放電加工を行い、単位時間または単位距離あたりの放電パルス数を計数する。ここで、目標とする上下加工液の各圧力値は、放電加工中の単位時間または単位距離あたりの放電パルス数の計数値や上下加工液圧の検出値に応じて設定する。
つまり、放電加工状態に応じて、上下加工液の各圧力の目標値を設定でき、目標とする上下加工液の各圧力値に、検出した各圧力値が追従するように、各ポンプからの加工液の供給量を独立制御することができる。よって、放電加工状態が変化する加工経路においても安定した放電加工が可能になる。また、ワイヤ振動を抑制するように上下加工液圧及び上下加工液量を制御することが可能になるので、加工精度の向上ないし加工筋発生の抑制を図ることができる。
図1は、本発明の一実施形態を示すワイヤ放電加工機の概略のブロック図である。ワイヤ放電加工機は、上ノズル3aと下ノズル3bにワイヤ(電極)1が張架され、上ノズル3aと下ノズル3bからワイヤ1とワーク2の極間に上,下加工液を供給しつつ、ワイヤ1とワーク2とを相対移動させながら放電加工する。
上加工液圧目標値演算部11aは、制御開始時(初回の制御周期)に上加工液圧初期設定値FPU0 を読み込み、上加工液圧初期設定値FPU0 として減算器12aに出力する。次回の制御周期から上加工液圧目標値演算部11aは、圧力センサ16aからフィードバックされる上加工液圧検出値FPと放電パルス数計数手段21からフィードバックされる単位時間または単位距離あたりの放電パルス数に基づいて上加工液圧目標値FP を演算し、減算器12aに出力する。
減算器12aは、上加工液圧目標値演算部11aから出力される上加工液圧初期設定値FPU0 または上加工液圧目標値FP から、圧力センサ16aからフィードバックされる上加工液圧検出値FPを減算し差分を求め、減算した結果を制御部13aに出力する。
制御部13aは上加工液圧の目標値と上加工液圧の検出値のフィードバック制御回路であり、減算器12aから入力される上加工液圧の目標値(上加工液圧初期設定値FPU0 または上加工液圧目標値FP )と上加工液圧検出値FPの差分を用いてインバータ14aに指令する電流指令値を生成し、生成した電流指令値をインバータ14aに出力する。
インバータ14aは、制御部13aから入力した電流指令値に基づいて、上ノズル3aから上加工液を供給するポンプ15aの回転数を制御する上加工液ポンプ回転数電圧指令値rを生成し、生成した上加工液ポンプ回転数電圧指令値rをポンプ15aに出力する。
上加工液用の圧力センサ16aは放電加工中の上加工液圧を検出し、上加工液圧検出値FPとして、上加工液圧目標値演算部11aと減算器12aへフィードバックする。圧力センサ16aは上ノズル3aから供給された加工液の液圧を検出することで上加工液圧検出値FPを取得する。前述したように、上加工液圧目標値演算部11aは、圧力センサ16aで検出された上加工液圧検出値FP及び放電パルス数計数手段21で計数した単位時間または単位距離あたりの放電パルス数を上加工液圧目標値演算部11aに入力し、上加工液圧目標値FP を演算する。
下加工液圧目標値演算部11bは、制御開始時(初回の制御周期)に下加工液圧初期設定値FPL0 を読み込み、下加工液圧初期設定値FPL0 として減算器12bに出力する。次回の制御周期から下加工液圧目標値演算部11bは、圧力センサ16bからフィードバックされる下加工液圧検出値FPと放電パルス数計数手段21からフィードバックされる単位時間または単位距離あたりの放電パルス数に基づいて下加工液圧目標値FP を演算し、減算器12bに出力する。
減算器12bは、下加工液圧目標値演算部11bから出力される下加工液圧初期設定値FPL0 または下加工液圧目標値FP から、圧力センサ16bからフィードバックされる下加工液圧検出値FPを減算し差分を求め、減算した結果を制御部13bに出力する。
制御部13bは下加工液圧の目標値と下加工液圧の検出値のフィードバック制御回路であり、減算器12bから入力される下加工液圧の目標値(下加工液圧初期設定値FPL0 または下加工液圧目標値FP )と下加工液圧検出値FPの差分を用いてインバータ14bに指令する電流指令値を生成し、生成した電流指令値をインバータ14bに出力する。
インバータ14bは、制御部13bから入力した電流指令値に基づいて、下ノズル3bから下加工液を供給するポンプ15bの回転数を制御する下加工液ポンプ回転数電圧指令値rを生成し、生成した下加工液ポンプ回転数電圧指令値rをポンプ15bに出力する。
下加工液用の圧力センサ16bは放電加工中の下加工液圧を検出し、下加工液圧検出値FPとして、下加工液圧目標値演算部11bと減算器12bへフィードバックする。圧力センサ16bは下ノズル3bから供給された加工液の液圧を検出することで下加工液圧検出値FPを取得する。前述したように、下加工液圧目標値演算部11bは、圧力センサ16bで検出された下加工液圧検出値FP及び放電パルス数計数手段21で計数した単位時間または単位距離あたりの放電パルス数を下加工液圧目標値演算部11bに入力し、下加工液圧目標値FP を演算する。
図2は本発明の実施形態を示すフローチャートである(上加工液圧)。以下、各ステップに従って説明する。
ステップSU1で上加工液圧の初期設定値を読み込み、ステップSU2で放電加工中の上加工液圧を検出し、ステップSU3で放電加工中の単位時間または単位距離あたりの放電パルス数を計数する。ステップSU4で上加工液圧の検出値と制御開始加工液圧を比較し、ステップSU5で単位時間または単位距離あたりの放電パルス数と制御開始放電パルス数を比較し、この2項目において前者が小さくなったときに(YESの場合)、ステップSU6で上加工液圧の目標値を演算する。制御周期の2回目からは、ステップSU6において、圧力センサ16aからの上加工液圧検出値と放電パルス数計数手段21からフィードバックされる単位時間または単位距離あたりの放電パルス数に基づいて上加工液圧目標値を算出する。
ステップSU7で上加工液圧目標値から上加工液圧検出値を減算し差分を求める。そして、ステップSU10で上加工液量の指令値を生成する。ステップSU11で加工終了か否か判断し、加工終了の場合は処理を終了し、加工終了ではない場合にはステップSU2に戻り処理を継続する。
一方、ステップSU4またはステップSU5で小さくならなくなったときに(NOの場合)、ステップSU8で、再度、上加工液圧初期設定値を読み込み、ステップSU9で上加工液圧初期設定値から上加工液圧検出値を減算し差分を求め、ステップSU10へ移行する。
ここまで上加工液について述べたが、同様に下加工液も制御を行う。よって、上下加工液圧、及び上下加工液量は独立制御が可能である。なお、上加工液の供給を本発明の実施形態、下加工液の供給を従来の技術を用いて制御してもよい。あるいは、下加工液の供給を本発明の実施形態、上加工液の供給を従来の技術を用いて制御してもよい。
図3は本発明の実施形態を示すフローチャートである(下加工液圧)。以下、各ステップに従って説明する。
ステップSL1で下加工液圧の初期設定値を読み込み、ステップSL2で放電加工中の下加工液圧を検出し、ステップSL3で放電加工中の単位時間または単位距離あたりの放電パルス数を計数する。ステップSL4で下加工液圧の検出値と制御開始加工液圧を比較し、ステップSL5で単位時間または単位距離あたりの放電パルス数と制御開始放電パルス数を比較し、この2項目において前者が小さくなったときに(YESの場合)、ステップSL6で下加工液圧の目標値を演算する。制御周期の2回目からは、ステップSL6において、圧力センサ16bからの下加工液圧検出値と放電パルス数計数手段21からフィードバックされる単位時間または単位距離あたりの放電パルス数に基づいて下加工液圧目標値を算出する。
ステップSL7で下加工液圧目標値から下加工液圧検出値を減算し差分を求める。そして、ステップSL10で下加工液量の指令値を生成する。ステップSL11で加工終了か否か判断し、加工終了の場合は処理を終了し、加工終了ではない場合にはステップSL2に戻り処理を継続する。
一方、ステップSL4またはステップSL5で小さくならなくなったときに(NOの場合)、ステップSL8で、再度、下加工液圧初期設定値を読み込み、ステップSL9で下加工液圧初期設定値から下加工液圧検出値を減算し差分を求め、ステップSL10へ移行する。
上述のブロック図において、放電パルス数の計数手段21に代えて、放電パルス電流の測定手段を使用することもできる。さらに、ポンプ15a,15bから供給する加工液量の調整は、インバータ14a,14bに代えてサーボアンプなどを使用することもできる。また、流量弁を設けて加工液量を調整する方法も考えられる。
加えて、本発明において、加工液圧を検出する圧力センサ16a,16bに代えて、加工液量を検出する流量センサを使用することもできる。これは加工流量と加工液圧の定量的な関係から、加工液量を加工液圧に換算する考えであり、既知の技術を利用するものである。
図4は加工液圧の目標値の演算方法を説明する図である。図4(a)は上加工液圧を演算する方法、図4(b)は下加工液圧を演算する方法を示す図である。放電パルス数に応じて上下加工液圧をそれぞれ演算し、放電加工中の単位時間または単位距離あたりの放電パルス数が少なくなるほど設定する圧力値を小さくし、放電加工中の単位時間または単位距離あたりの放電パルス数が多くなるほど設定する圧力値を大きくする。また本制御は、放電加工中の単位時間または単位距離あたりの放電パルス数が制御開始放電パルス数より小さくなったときに行う。
図5はワークの板厚が変化する段差加工における本発明による加工例を示す図である。図5(a)は従来技術を用いて段差加工を行った場合、ノズルとワークの対向距離が変化するので、対向距離が長くなる加工、つまり薄板部分の加工を行う場面で、加工液圧を一定に保とうとすると加工液量が増加する。加工液量が増加すると、ワイヤ振動が増加するので、加工精度が悪化する。
そこで本発明を用いると、上下それぞれの加工液圧を検出し、所定の圧力値以下になった場合、放電パルス数に応じて加工液圧の目標値を小さくすることができる。つまり、上下加工液圧及び上下加工液量をワークの段差形状に応じて制御できるので、加工精度を向上することができる。
図6,図7,図8は、図5(a)のワーク形状を加工した場合の上加工液圧・液量、下加工液圧・液量の変化を示すグラフである。図6,図7,図8のように、放電加工状態に応じて、上下独立に加工液圧・液量を制御できる。つまり、加工液圧が低下する加工経路において、加工液量の増加を抑制し、ワイヤ振動を抑制することができるのである。
ここで、本願発明と公知文献に記載の技術との差異を補足して説明する。特許文献1に対して本願発明は、放電パルス数など加工状態に応じて上下加工液圧の目標値を設定し、設定した上下加工液圧の目標値に検出値が追従するように上下加工液量の制御を行うため、構成は明らかに異なる。
特許文献2に対して本願発明は、放電パルス数など加工状態に応じて上下加工液圧の目標値を設定し、設定した上下加工液圧の目標値に検出値が追従するように上下加工液量の制御を行うため、構成は明らかに異なる。
特許文献5に対して本願発明は、放電パルス数など加工状態に応じて上下加工液圧の目標値を設定し、設定した上下加工液圧の目標値に検出値が追従するように上下加工液量の制御を行うため、構成は明らかに異なる。
1 ワイヤ
2 ワーク
3a 上ノズル
3b 下ノズル
4 加工屑

11a 上加工液圧目標値演算部
11b 下加工液圧目標値演算部
12a,12b 減算器
13a,13b 制御部
14a,14b インバータ
15a,15b ポンプ
16a,16b 圧力センサ

Px 放電パルス数(計測値)
Pc 制御開始放電パルス数(設定値)
β 低減率
γ 低減率
FPU0 上加工液圧初期設定値
FP 上加工液圧目標値
FP 上加工液圧検出値
上加工液ポンプ回転数電圧指令値

FPL0 下加工液圧初期設定値
FP 下加工液圧目標値
FP 下加工液圧検出値
下加工液ポンプ回転数電圧指令値

Claims (9)

  1. ワイヤ電極とワーク間に上下ノズルから加工液を供給するポンプをそれぞれ独立に設けたワイヤ放電加工機の加工液供給制御装置において、
    前記上下ノズルから供給される上下加工液の各圧力の目標値を、放電加工状態に応じて設定する圧力設定手段と、
    前記上下ノズルそれぞれから供給された上下加工液の各圧力を検出する圧力検出手段と、前記設定した各圧力値に、前記検出した上下加工液の各圧力値が追従するように、各ポンプからの上下加工液の供給量を独立して制御する加工液供給制御手段と
    を備えたことを特徴とするワイヤ放電加工機の加工液供給制御装置。
  2. 前記圧力設定手段は、放電加工中の単位時間または単位距離あたりの放電パルス数に基づいて前記上下加工液の圧力を設定す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の加工液供給制御装置。
  3. 前記圧力設定手段は、放電加工中の単位時間または単位距離あたりの放電パルス数が少なくなるほど設定する圧力値を小さくし、放電加工中の単位時間または単位距離あたりの放電パルス数が多くなるほど設定する圧力値を大きくす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の加工液供給制御装置。
  4. 前記圧力設定手段は、放電加工中の単位時間または単位距離あたりの放電パルス電流の平均値に基づいて前記上下加工液の圧力を設定す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の加工液供給制御装置。
  5. 前記圧力設定手段は、放電加工中の単位時間または単位距離あたりの放電パルス電流の平均値が小さくなるほど設定する圧力値を小さくし、放電加工中の単位時間または単位距離あたりの放電パルス電流の平均値が大きくなるほど設定する圧力値を大きく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の加工液供給制御装置。
  6. 前記圧力設定手段は、放電加工中の加工液の圧力値に基づいて前記上下加工液の圧力を設定す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の加工液供給制御装置。
  7. 前記圧力設定手段は、放電加工中の加工液の圧力値が小さくなったときに設定する圧力値を小さくし、放電加工中の加工液の圧力値が大きくなったときに設定する圧力値を大きくすることを特徴とする請求項6に記載のワイヤ放電加工機の加工液供給制御装置。
  8. 前記圧力設定手段は、放電加工中の加工液の液量に基づいて前記上下加工液の圧力を設定す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の加工液供給制御装置。
  9. 前記圧力設定手段は、放電加工中の加工液の液量が多くなったときに設定する圧力値を小さくし、放電加工中の加工液の液量が少なくなったときに設定する圧力値を大きくすることを特徴とする請求項8に記載のワイヤ放電加工機の加工液供給制御装置。
JP2014010321A 2014-01-23 2014-01-23 ワイヤ放電加工機の加工液供給制御装置 Pending JP2015136768A (ja)

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