JP2018202606A - ワイヤ放電加工装置及びその制御方法並びに制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】組成の不均一なワークを加工する場合でも、安定した放電を維持でき、安定した品質および加工性能を実現することを目的とする。【解決手段】ワイヤ放電加工装置は、設定された目標電圧に合わせるようにワイヤとワークとの間の極間電圧に基づいてワイヤとワークとの間の極間距離を制御しながらワークを放電加工する。ワイヤ放電加工装置は、極間電圧を測定する極間電圧測定部４０と、測定された極間電圧の振幅を演算する実振幅演算部６２と、演算した振幅がゼロよりも大きな値に設定された目標振幅に近づくように、目標電圧を補正する目標電圧補正部６４とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、ワイヤ放電加工装置及びその制御方法並びに制御プログラムに関する。

従来、シリコンインゴットを多数の薄片にスライスするための装置として、ワイヤソーが知られている。また、従来のワイヤソーを代替する技術として、加工液に浸漬された状態のワイヤとワークとの間に電圧を印加してワイヤとワークとの間に放電電流を発生させてワークを切断するワイヤ放電加工装置が知られている。ワイヤ放電加工装置において安定した加工性能を保持するためには、ワイヤとワークとの間の極間間隔の調整が重要となる。

特許文献１には、ワイヤとワークとの微小間隔を最適な距離に維持するために、サーボ機構に対する比例ゲインを最適化する技術が開示されている。具体的には、特許文献１には、ワイヤとワークとの間の極間電圧のフィードバック系において、極間電圧の測定値の振幅を検出し、振幅に応じた係数を極間電圧の測定値に乗じることで評価電圧を演算し、極間設定電圧と評価電圧との差分に対して比例ゲインを乗じることで、サーボ機構に対する比例ゲインを間接的に最適化する技術が開示されている。

特許文献２には、サイドギャップ（加工進行方向に対して垂直の方向に生成される加工用電極とワークとの間の距離）を一定に保つために、加工速度に応じて極間平均電圧を補正し、補正後の極間平均電圧と極間電圧の目標値である設定電圧との差分を演算し、差分に基づいて加工速度を制御する技術が開示されている。

特許第５３７２２５２号公報 国際公開第２０１５／１４５４８４号

従来のワイヤ放電加工装置では、所望の加工形状に合わせて極間電圧の目標値である目標極間電圧が設定され、極間電圧がこの目標極間電圧に一致するように加工速度が制御される。このようなフィードバック制御は、組成が安定しているワークに対しては有効であり、安定した品質を保持することが可能である。

しかしながら、組成が不均一なワークを加工する場合は、加工のしやすさにばらつきがあるため、上記のような従来のフィードバック制御を行ってしまうと、ワークとワイヤとの間隙を必要以上に小さく制御してしまうおそれがある。この場合、ワークとワイヤとが短絡する可能性があり、安定した放電を維持できず、歩留まりの低下や品質低下を招くおそれがある。

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、組成の不均一なワークを加工する場合でも、安定した放電を維持でき、安定した品質および加工性能を実現することのできるワイヤ放電加工装置及びその制御方法並びに制御プログラムを提供することを目的とする。

本発明の第一態様は、設定された目標電圧に合わせるようにワイヤとワークとの間の極間電圧に基づいて前記ワイヤと前記ワークとの間の極間距離を制御しながら前記ワークを放電加工するワイヤ放電加工装置であって、前記極間電圧を測定する極間電圧測定手段と、測定された前記極間電圧の振幅を演算する実振幅演算手段と、演算した前記振幅がゼロよりも大きな値に設定された目標振幅に近づくように、前記目標電圧を補正する目標電圧補正手段とを備えるワイヤ放電加工装置である。

上記ワイヤ放電加工装置によれば、極間電圧測定手段によりワイヤとワークとの間の極間電圧が計測され、計測された極間電圧の振幅が実振幅演算手段により演算される。そして、演算された振幅が目標振幅に近づくように目標電圧が補正される。この場合において、目標振幅はゼロよりも大きな値に設定されている。これにより、目標振幅をゼロに設定する場合に比べて、ワイヤとワークとの間の間隙が必要以上に狭まることを抑制することができる。これにより、ワイヤとワークとの短絡を抑制することができ、安定した放電を維持することが可能となる。また、目標振幅をゼロよりも大きな値とすることで、極間電圧の振動を目標振幅の範囲で許容することができる。これにより、万一、ワイヤとワークとが短絡してしまった場合でも、極間電圧の振動に起因するワイヤの物理的な振動により、ワイヤをワークから再び離すことが可能となる。

上記ワイヤ放電加工装置において、前記目標電圧補正手段は、前記実振幅演算手段によって演算された前記振幅が前記目標振幅よりも大きい場合に、前記目標電圧を小さくする方向に補正し、前記実振幅演算手段によって演算された前記振幅が前記目標振幅よりも小さい場合に、前記目標電圧を大きくする方向に補正することとしてもよい。

上記ワイヤ放電加工装置によれば、極間電圧の振幅が目標振幅よりも大きい場合には、目標電圧が小さい方向に補正され、この結果、ワイヤとワークとの間の極間距離は補正前よりも短くなるように制御される。反対に、極間電圧の振幅が目標振幅よりも小さい場合には、目標電圧が大きい方向に補正され、この結果、ワイヤとワークとの間の極間距離は補正前よりも長くなるように制御される。これにより、極間電圧の振幅を適度な範囲に抑制することができる。

上記ワイヤ放電加工装置において、前記目標電圧補正手段は、前記実振幅演算手段によって演算された前記極間電圧の振幅と前記目標振幅とを用いて、目標電圧補正値を演算する補正値演算手段と、前記目標電圧補正値を用いて前記目標電圧を補正する補正手段と
を備えることとしてもよい。

上記ワイヤ放電加工装置によれば、極間電圧の振幅と目標振幅とを用いて、極間電圧の振幅を目標振幅に近づけるような目標電圧補正値が演算され、演算された目標電圧補正値に基づいて目標電圧が補正される。これにより、極間電圧の振幅を放電加工に適した範囲に制御することができ、安定した放電加工を実現することが可能となる。

上記ワイヤ放電加工装置において、前記目標電圧補正手段は、前記目標電圧補正値を予め設定された制限範囲内に制限する補正値制限手段を備え、前記補正手段は、前記補正値制限手段によって制限された前記目標電圧補正値を用いて、前記目標電圧を補正することとしてもよい。

上記ワイヤ放電加工装置によれば、目標電圧補正値を予め設定された制限範囲内に制限する補正値制限手段を備えているので、目標電圧の過度な補正を抑制することができる。

上記ワイヤ放電加工装置は、前記ワークの組成に基づいて、前記目標電圧補正手段による前記目標電圧の補正を行うか否かを切り替える切替手段を備えていてもよい。

上記ワイヤ放電加工装置によれば、ワークの組成に応じて適切な制御方法を選択することが可能となる。

上記ワイヤ放電加工装置において、前記ワークが炭化ケイ素を含んでいる場合に、前記目標電圧補正手段による前記目標電圧の補正を行うこととしてもよい。

例えば、ワークが炭化ケイ素を含んでいる場合、Ｓｉを材料とした均一なワークに比べて、組成がワーク内部で不均一となるため、極間電圧測定手段によって測定される極間電圧の振幅が急激に変化したり、振幅値が大きくなる可能性がある。したがって、このような炭化ケイ素を含んでいるワークを加工する場合には、極間電圧の振幅に基づいて目標電圧を補正することで、極間電圧の変動を抑制することができ、安定した放電加工を実現することが可能となる。

本発明の第二態様は、設定された目標電圧に合わせるようにワイヤとワークとの間の極間電圧に基づいて前記ワイヤと前記ワークとの間の極間距離を制御しながら前記ワークを放電加工するワイヤ放電加工装置の制御方法であって、前記極間電圧を測定する極間電圧測定工程と、測定された前記極間電圧の振幅を演算する実振幅演算工程と、演算した前記振幅がゼロよりも大きな値に設定された目標振幅に近づくように、前記目標電圧を補正する目標電圧補正工程とを有するワイヤ放電加工装置の制御方法である。

本発明の第三態様は、設定された目標電圧に合わせるようにワイヤとワークとの間の極間電圧に基づいて前記ワイヤと前記ワークとの間の極間距離を制御しながら前記ワークを放電加工するワイヤ放電加工装置に適用される制御プログラムであって、測定された前記極間電圧の振幅を演算する実振幅演算処理と、演算した前記振幅が、ゼロよりも大きな値に設定された目標振幅に近づくように、前記目標電圧を補正する目標電圧補正処理とをコンピュータに実行させるためのワイヤ放電加工装置の制御プログラムである。

本発明によれば、組成の不均一なワークを加工する場合でも、安定した放電を維持でき、安定した品質および加工性能を実現することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るワイヤ放電加工装置の全体構成図である。 本発明の一実施形態に係るワイヤ放電加工装置において、給電系及びサーボ制御系に関する構成を主に抽出して示した概略構成図である。 本発明の一実施形態に係るサーボ制御部が備える機能を展開してした機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係るサーボ制御部が備える実振動幅演算部の演算内容を概念的に説明するための説明図である。 本発明の一実施形態に係るサーボ制御部が備える実振動幅演算部の演算内容を概念的に説明するための説明図である。 本発明の一実施形態に係るサーボ制御部が備える実振動幅演算部の演算内容を概念的に説明するための説明図である。 本発明の一実施形態に係るサーボ制御部が備える実振動幅演算部の演算内容を概念的に説明するための説明図である。 本発明の一実施形態に係るサーボ制御部が備える補正値演算部の演算内容を概念的に説明するための説明図である。 本発明の一実施形態に係るサーボ制御部が備える補正値演算部の演算内容を概念的に説明するための説明図である。 本発明の一実施形態に係るサーボ制御部が備える補正値制限部の演算内容を概念的に説明するための説明図である。 本発明の一実施形態に係るサーボ制御部が備える補正値制限部の演算内容を概念的に説明するための説明図である。 本発明の一実施形態に係るサーボ制御部によって実行されるサーボ制御の処理手順を示したフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態に係るワイヤ放電加工装置１及びその制御方法並びに制御プログラムについて図面を参照して説明する。本実施形態において、上方向および下方向は、重力に反する方向および重力方向にそれぞれ対応している。また、左右方向は、重力方向に直交する水平方向に対応している。

図１は、本発明の一実施形態に係るワイヤ放電加工装置１の全体構成図であり、図２は給電系及びサーボ制御系に関する構成を主に抽出して示した概略構成図である。なお、図１及び図２に示す各機構の構成は一例であり、目的や用途に応じて様々な態様を取りうることが可能である。

図１に示すように、本実施形態に係るワイヤ放電加工装置１は、ワイヤ１５とワークＷとの間にパルス電圧を印加することにより、ワイヤ１５とワークＷとの間に放電電流を発生させ、ワークＷをワイヤ１５の位置で切断（スライス）する装置である。

ワイヤ放電加工装置１は、例えば、ワークＷを保持するとともに加工部５に向けて送るワーク送り部２と、ワイヤ１５を走行させてワーク送り部２により送られるワークＷを放電現象により発生する放電電流のエネルギーにより切断する加工部５と、ワークＷとワイヤ１５との間にパルス電圧を印加する給電部３とを備える。

ワーク送り部２は、例えば、後述するサーボ制御部（図２参照）５１によってサーボモータ（図示略）の回転駆動が制御されることにより、ワイヤ１５とワークＷとの間の間隙（ギャップ）を適切な距離に保ちながらワイヤ１５によるワークＷの切断を徐々に進行させる。

加工部５は、ワイヤ１５およびワークＷが浸漬される加工液を収容する加工槽４と、ワイヤ１５を加工液に浸漬された状態で走行させるメインローラ６およびメインローラ７からなる一対のメインローラと、一対のメインローラによって走行するワイヤ１５とを備える。

加工槽４は、ワークＷとワイヤ１５との間で発生する放電に必要な加工液を溜めるための容器である。加工液は、抵抗値が高い液体を用いるのが好ましく、例えば、純水や放電加工油等が用いられる。
メインローラ６およびメインローラ７は、外径が同一の筒状の構造体であり、金属製の中心軸を樹脂で覆った構造とされている。メインローラ６およびメインローラ７のそれぞれの外周面には、ワイヤ１５の走行方向に沿って延びる複数の溝（例えば、Ｖ型の溝）がワイヤ１５の走行方向に直交する方向に所定のピッチ（間隔）で形成されている。メインローラ６およびメインローラ７に形成される溝のピッチは、ワークＷから得るワーク片の枚数や厚さに応じて適宜設定される。一例として、例えば，０．３ｍｍ程度が挙げられる。

メインローラ６およびメインローラ７には、供給ボビン（図示略）から張力が調整された状態でワイヤ１５が巻き付けられ、巻き取りボビン（図示略）に送られる。ワイヤ１５は、１本に繋がっており、供給ボビンから供給されてメインローラ６およびメインローラ７の外周面に嵌め込まれながらメインローラ６およびメインローラ７の外側に形成された溝に従い、多数回（最大で２０００回程度）螺旋状に巻回された後に巻き取りボビンに巻き取られる。これにより、メインローラ６とメインローラ７との間には、メインローラ６、７の軸線方向に所定ピッチの間隔で平行に配列されたワイヤ群が形成される。ワイヤ１５は主成分を鉄とする電気伝導体であり、その直径は、例えば、約０．１２ｍｍである。

給電部３は、ワイヤ１５と電気的に接続されるワイヤ給電子８と、ワイヤ給電子８を保持する保持部材９と、ワークＷと接触する通電ローラ（図示略）とを有する。ワイヤ給電子８と通電ローラとの間には、図２に示すように、電源装置２０から供給されるパルス加工電圧が印加される。
ワイヤ給電子８は、上向きに露出するその表面を鉛直方向の下方を走行するワイヤ１５に接触させることにより、走行するワイヤ群に給電する。また、ワイヤ１５とワークＷとが近接して放電加工が行われる箇所は鉛直方向の上方を走行するワイヤ１５の部分となっている。
ワイヤ給電子８は、ワイヤ群に対して１つ設けられていても良いし、ワイヤ群を構成する各列のワイヤに対してそれぞれ設けられていてもよい。このように、ワイヤ１５に対する給電点の数は限定されず、様々な態様を取ることができる。

電源装置２０は、例えば、商用電源からワイヤ加工に適した所定のパルス電圧を生成する電源回路２１と、電源回路２１を制御する加工電圧制御部２２とを備えている。加工電圧制御部２２は、電源回路２１が備える各素子を制御し、放電加工に適したパルス加工電圧を生成させる。電源回路２１によって生成されたパルス加工電圧は、図２に示されるように、上述したワイヤ給電子８及び通電ローラ（図示略）を介してワイヤ１５とワークＷ間に印加される。

また、電源装置２０の加工電圧制御部２２は、ワイヤ１５とワークＷとが接触する短絡状態が検知された場合に、パルス電圧の印加を一時的に停止させる等、ワイヤ１５とワークＷとの間の放電状態に応じた各種の制御を行う。
なお、電源装置２０が備える電源回路２１は、各ワイヤ給電子８に対してそれぞれ一つずつ設けられていても良いし、一つの電源回路２１から複数のワイヤ給電子８に対してパルス電圧が供給される構成とされていても良い。

加工液供給装置３０は、ワイヤ放電加工装置１の本体部に設置された加工槽４に加工液を供給する。加工液は、加工部５において放電現象が発生する部分の冷却や、この部分で発生するワークＷの加工屑の除去等に用いられる。加工液は、抵抗値が高い液体を用いるのが好ましく、例えば、純水や放電加工油等が用いられる。ワイヤ１５とワークＷとの間に加工液を介在させることにより、ワイヤ１５とワークＷとの間に良好な放電を発生させ、ワークＷを削ることができる。
加工液供給装置３０から加工槽４へ供給される加工液の温度は、所望の温度（例えば、約２０℃）となるように調整されている。また、加工液は、電気伝導度が一定範囲内（例えば、１μＳ／ｃｍ〜２５０μＳ／ｃｍ）に収まるようにイオン交換樹脂等によって電気伝導度が適宜に調整されている。

また、ワイヤ放電加工装置１は、図２に示すように、ワイヤ１５とワークＷとの極間電圧を計測する極間電圧測定部４０、極間電圧測定部４０によって計測された極間電圧を用いてワーク送り部２の制御を行うサーボ制御部５１、及び加工部５の制御を行う加工制御部５２を備えている。

サーボ制御部５１は、極間電圧測定部４０によって計測された極間電圧に基づいてワーク送り部２のサーボモータ（図示略）を制御することにより、ワークＷの加工面とワイヤ１５との間の間隙（ギャップ）を適切な距離に制御し、安定した放電加工を実現させる。なお、サーボ制御部５１の詳細は後述する。

加工制御部５２は、メインローラ６、７を同じ方向及び同じ速度で回転させ、ワイヤ１５の走行速度を制御する。加工制御部５２は、ワイヤ１５の走行速度を、例えば１００ｍ／ｍｉｎ以上かつ９００ｍ／ｍｉｎ以下の範囲で任意の速度に調整することができる。

加工電圧制御部２２、サーボ制御部５１、及び加工制御部５２は、例えば、ＣＰＵ、ＣＰＵが実行するプログラム等を記憶するための補助記憶装置、各プログラム実行時のワーク領域として機能するメインメモリ等を備えている。補助記憶装置の一例として、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。
補助記憶装置には、各種プログラム（例えば、加工電圧制御プログラム、サーボ制御プログラム、加工制御プログラム等）が格納されており、ＣＰＵが補助記憶装置からメインメモリにこれらプログラムを読み出し、実行することにより後述する種々の機能を実現させる。加工電圧制御部２２、サーボ制御部５１、加工制御部５２は、それぞれ個別のＣＰＵ等を備えるハードウエア構成によって実現されてもよいし、共通のＣＰＵによって各制御部の機能が実現される構成とされていてもよい。また、サーボ制御部５１、加工制御部５２の設置場所については限定されず、例えば、電源装置２０に設けられていても良いし、ワイヤ放電加工装置１の本体部に設けられていてもよい。
また、加工電圧制御部２２、サーボ制御部５１、及び加工制御部５２は、ユーザが後述する目標電圧値や目標振幅値等を入力するための入力装置や、各種データを表示するための表示装置、及び外部装置と通信を行うための通信装置等と接続可能とされ、相互間の情報の授受が可能な構成とされていてもよい。

次に、本発明の一実施形態に係るサーボ制御部５１について図３を参照して詳しく説明する。図３は、本実施形態に係るサーボ制御部５１が備える機能を展開して示した機能ブロック図である。また、図４〜図１１はサーボ制御部５１が備える各部が行う演算処理の理解を助けるための説明図であり、横軸はワークＷのＺ軸方向（ワーク送り方向）における座標位置、縦軸は電圧を示している。

図３に示されるように、サーボ制御部５１は、目標電圧設定部６１と、実振幅演算部６２と、目標振幅設定部６３と、目標電圧補正部６４と、制御信号生成部６５とを主な構成として備えている。

目標電圧設定部６１は、例えば、ワークＷから形成される最終加工物の形状に合わせて予め用意された目標電圧情報を有している。この目標電圧情報は、ワークＷの加工位置のＺ軸方向（ワーク送り方向）における座標位置と目標電圧値Ｖｇ＿ｔａｇとが関連付けられた情報である。目標電圧設定部６１は、ワークＷの加工位置（Ｚ軸座標位置）に応じた目標電圧値Ｖｇ＿ｔａｇを目標電圧情報から取得し、設定する。例えば、図４、図５には、目標電圧値Ｖｇ＿ｔａｇの一例が破線で示されている。

実振幅演算部６２は、極間電圧測定部４０によって計測された極間電圧Ｖｇに基づいて極間電圧の振幅（変動幅）Ｖａを演算する。例えば、図４、図５に細実線で示されるように、実振幅演算部６２には、極間電圧測定部４０によって測定された時系列の極間電圧Ｖｇが入力される。

実振幅演算部６２は、極間電圧Ｖｇ（あるいは極間平均電圧）から極間電圧の振幅Ｖａを演算する。
具体的には、実振幅演算部６２は、まず、図５に示すように、極間電圧Ｖｇの所定期間毎の平均電圧Ｖｇ＿ａｖｅを演算する。図５において、平均電圧Ｖｇ＿ａｖｅは太実線で示されている。続いて、実振幅演算部６２は、所定期間毎に、極間電圧Ｖｇから平均電圧Ｖｇ＿ａｖｅを差し引くことにより、平均電圧Ｖｇ＿ａｖｅを基準とした極間電圧Ｖｇの変動幅Ｖｆ（＝Ｖｇ−Ｖｇ＿ａｖｅ）を演算する（図６参照）。これにより、平均電圧Ｖｇ＿ａｖｅを基準とする極間電圧Ｖｇの振幅が演算される。続いて、実振幅演算部６２は、図７に示すように、変動幅Ｖｆの絶対値を極間電圧の振幅Ｖａ（＝｜Ｖｆ｜）として演算する。実振幅演算部６２は、演算した極間電圧の振幅Ｖａを目標電圧補正部６４に出力する。
なお、実振幅演算部６２は、極間電圧Ｖｇの１振動における最大値（Ｍａｘ）と最小値（Ｍｉｎ）との差分を２で割った値（（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）／２）の絶対値を極間電圧の振幅Ｖａとして算出してもよい。

目標振幅設定部６３は、予め設定された目標振幅値Ｖａ＿ｔａｇを保有しており、その目標振幅値Ｖａ＿ｔａｇを設定する。なお、目標振幅値の決定手法については後述する。この目標振幅値Ｖａ＿ｔａｇはゼロよりも大きな値に設定されている。

目標電圧補正部６４は、実振幅演算部６２によって演算された振幅Ｖａが、ゼロよりも大きな値に設定された目標振幅値Ｖａ＿ｔａｇに近づくように、目標電圧値Ｖｇ＿ｔａｇを補正する。具体的には、目標電圧補正部６４は、図８に示すように、実振幅演算部６２によって演算された振幅Ｖａが目標振幅値Ｖａ＿ｔａｇよりも大きい場合に、目標電圧値Ｖｇ＿ｔａｇを減少させるための目標電圧補正値Ｖｎを生成し、振幅Ｖａが目標振幅値Ｖａ＿ｔａｇよりも小さい場合に、目標電圧値Ｖｇ＿ｔａｇを大きくする方向に補正するための目標電圧補正値Ｖｎを生成する。
また、その他の実施例として、具体的には、目標電圧補正部６４は、実振幅演算部６２によって演算された振幅Ｖａが目標振幅値Ｖａ＿ｔａｇよりも大きい場合に、目標電圧を補正する前より極間距離を広げるための目標電圧補正値Ｖｎを生成し、一方、振幅Ｖａが目標振幅値Ｖａ＿ｔａｇよりも小さい場合に、目標電圧を補正する前より極間距離を狭めるための目標電圧補正値Ｖｎを生成してもよい。

目標電圧補正部６４は、例えば、補正値演算部７１、補正値制限部７２、及び補正部７３を備えている。
補正値演算部７１は、実振幅演算部６２によって演算された極間電圧の振幅Ｖａと目標振幅値Ｖａ＿ｔａｇとを用いて、目標電圧補正値Ｖｎを演算する。例えば、補正値演算部７１は、極間電圧の振幅Ｖａと目標振幅値Ｖａ＿ｔａｇとをパラメータとして含む補正値演算式を有しており、この補正値演算式に対して、実振幅演算部６２によって演算された極間電圧の振幅Ｖａと目標振幅値Ｖａ＿ｔａｇを代入することにより、目標電圧補正値Ｖｎを演算する。補正値演算式は、例えば、以下の（１）式で与えられる。

Ｖｎ＝−ｋ＊（Ｖａ−Ｖａ＿ｔａｇ） （１）

上記（１）式において、ｋは係数であり、予め設定された値である。

補正値演算部７１は、（１）式を用いることにより、例えば、図９に示されるような目標電圧補正値Ｖｎを得る。
また、その他の実施例として、予め補正値演算式を用いて演算済みである極間電圧の振幅Ｖａと、目標電圧補正値Ｖｎとの相関関係を示す演算テーブル表を用いて、実振幅演算部６２によって演算された極間電圧の振幅Ｖａから目標電圧補正値Ｖｎを得てもよい。

補正値制限部７２は、補正値演算部７１によって得られた目標電圧補正値Ｖｎを予め設定された上下限範囲内に制限する。具体的には、補正値制限部７２は、図１０に示されるように、補正値の上限値Ｖｎ＿ｍａｘ及び下限値Ｖｎ＿ｍｉｘを有しており、目標電圧補正値Ｖｎが上限値Ｖｎ＿ｍａｘを超える場合にはその補正値を上限値Ｖｎ＿ｍａｘとし、目標電圧補正値Ｖｎが下限値Ｖｎ＿ｍｉｎを下回る場合にはその補正値を下限値Ｖｎ＿ｍｉｎとする。これにより、例えば、図１１に示すような、上下限値の範囲内に収められた目標電圧補正値Ｖｎ´が得られる。

補正部７３は、補正値制限部７２から出力された目標電圧補正値Ｖｎ´を用いて目標電圧設定部６１によって設定された目標電圧値Ｖｇ＿ｔａｇを補正する。具体的には、目標電圧補正値Ｖｎ´を目標電圧値Ｖｇ＿ｔａｇに加算することで、補正後の目標電圧値Ｖｇ＿ｔａｇ´を算出する。補正後の目標電圧値Ｖｇ＿ｔａｇ´は制御信号生成部６５に出力される。

制御信号生成部６５には、極間電圧測定部４０によって測定された極間電圧と、補正後の目標電圧値Ｖｇ＿ｔａｇ´が入力される。制御信号生成部６５は、極間電圧Ｖｇを補正後の目標電圧値Ｖｇ＿ｔａｇ´に近づけるようなワーク送り部２のサーボモータ（図示略）の制御信号を生成し、サーボモータに与える。これにより、補正後の目標電圧値Ｖｇ＿ｔａｇ´に基づいてワイヤ１５とワークＷとの間隙（ギャップ）が調整されることとなる。

次に、目標振幅設定部６３において用いられる目標振幅値Ｖａ＿ｔａｇの与え方について説明する。
まず、図３に示したサーボ制御部５１において、目標振幅値Ｖａ＿ｔａｇをゼロに設定し、ワークＷの放電加工を行い、そのときの実振幅Ｖａの平均値を得る。そして、この実振幅Ｖａの平均値に基づいて目標振幅値Ｖａ＿ｔａｇの初期値（例えば、実振幅Ｖａの平均値の１／２）を設定する。そして、この目標振幅値Ｖａ＿ｔａｇの初期値および所定の値に設定した係数ｋを用いてワークＷの放電加工を再度行い、最終加工物を得る。そして、メーカ等が希望する品質の最終加工物が安定して得られるようになるまで、目標振幅値Ｖａ＿ｔａｇ及び係数ｋの微調整を行いながら繰り返し試験を行い、目標振幅値Ｖａ＿ｔａｇ及び係数ｋの値を収束させる。そして、メーカ等が希望する品質の最終加工物が安定して得られるようになったときの目標振幅値Ｖａ＿ｔａｇを目標振幅設定部６３に与えるとともに、そのときの係数ｋを補正値演算部７１に与える。

また、補正値制限部７２が保持する上限値及び下限値は、例えば、目標電圧値Ｖｇ＿ｔａｇの±１０％程度に設定される。また、この上下限値についても事前試験のときに調整することとしてもよい。

次に、上述したサーボ制御部５１によるサーボ制御の処理手順について図を用いて説明する。図１２は本発明の一実施形態に係るサーボ制御の処理手順を示したフローチャートである。

まず、ワークＷの放電加工が開始されると、ワークＷの加工面がＺ軸方向（ワーク送り方向）における加工終了位置に到達したか否かを判定する（Ｓ１０１）。この結果、加工終了位置に到達した場合には（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、サーボ制御を終了する。一方、到達していないと判定した場合には（Ｓ１０１：ＮＯ）、ワークＷのＺ軸方向における位置座標に応じた目標電圧値Ｖｇ＿ｔａｇを目標電圧情報から取得し、設定する（Ｓ１０２）。これにより、ワークＷの加工位置に連動した適切な目標電圧値Ｖｇ＿ｔａｇが設定される。

続いて、目標振幅値Ｖａ＿ｔａｇを設定し（Ｓ１０３）、更に、極間電圧測定部４０によって測定された極間電圧に基づいて極間電圧の振幅Ｖａを演算する（Ｓ１０４）。
続いて、演算した極間電圧の振幅Ｖａと目標振幅値Ｖａ＿ｔａｇとを用いて目標電圧補正値Ｖｎを演算する（Ｓ１０５）。
続いて、目標電圧補正値Ｖｎが所定の上下限範囲内であるか否かを判定する（Ｓ１０６）。この結果、上下限範囲内であれば（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、目標電圧補正値Ｖｎを用いて目標電圧値Ｖｇ＿ｔａｇを補正する（Ｓ１０７）。一方、目標電圧補正値Ｖｎが所定の上下限範囲外である場合には（Ｓ１０６：ＮＯ）、上下限範囲内となるように目標電圧補正値Ｖｎを補正し、補正後の目標電圧補正値Ｖｎ´を用いて目標電圧値Ｖｇ＿ｔａｇを補正する（Ｓ１０８）。

そして、補正後の目標電圧値Ｖｇ＿ｔａｇ´を用いてサーボモータの制御信号を生成する。このサーボモータの制御信号は、極間電圧測定部４０によって測定された極間電圧を補正後の目標電圧値Ｖｇ＿ｔａｇ´に近づけるための信号である。例えば、サーボモータの制御信号は補正後の目標電圧値Ｖｇ＿ｔａｇ´と極間電圧Ｖｇとの差分に対してＰＩＤ制御等の公知の技術を用いることにより生成される。生成された制御信号に基づいてワーク送り部２のサーボモータが制御されることにより、ワークＷとワイヤ１５との間隙（ギャップ）が制御され、放電加工が進められる（Ｓ１０９）。

続いて、ワークＷの加工面のＺ座標位置が、次の目標電圧に対応する位置に到達したか否かを判定し（Ｓ１１０）、目標位置に達していなければ現在のサーボ制御が維持される（Ｓ１１０：ＮＯ）。一方、ワークＷの加工面が次の目標電圧値の取得位置に到達していた場合には（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、ステップＳ１０１に戻り、上述した以降の処理が繰り返し行われる。

上記サーボ制御が行われることにより、極間電圧Ｖｇの振幅が目標振幅値に近づくようにワークＷとワイヤ１５との間の間隙（ギャップ）が制御されながら、ワーク送り部２によってワークＷが下方に徐々に移動させられ、放電加工が進められることとなる。これにより、最終的にワークＷから複数のワーク片を製造することができる。

以上説明してきたように、本発明の一実施形態に係るワイヤ放電加工装置及びその制御方法並びに制御プログラムによれば、極間電圧測定部４０によりワイヤ１５とワークＷとの間の極間電圧Ｖｇが計測され、計測された極間電圧の振幅Ｖａが実振幅演算部６２により演算される。そして、演算された振幅Ｖａが目標振幅値Ｖａ＿ｔａｇに近づくように目標電圧値Ｖｇ＿ｔａｇが補正される。この場合において、目標振幅値Ｖａ＿ｔａｇはゼロよりも大きな値に設定されている。これにより、目標振幅をゼロに設定する場合に比べて、ワイヤ１５とワークＷとの間の間隙が必要以上に狭まることを抑制することができる。この結果、ワイヤ１５とワークＷとの短絡を抑制することができ、安定した放電を維持することが可能となる。また、目標振幅をゼロよりも大きな値とすることで、極間電圧の振動を目標振幅の範囲で許容することができる。これにより、万一、ワイヤ１５とワークＷとが短絡してしまった場合でも、極間電圧の振動に起因するワイヤ１５の物理的な振動により、ワイヤ１５をワークＷから再び離すことが可能となる。

以上、本発明について実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記実施形態を適宜組み合わせてもよい。
また、上記実施形態で説明したサーボ制御の流れも一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。

なお、上述した実施形態に係るワイヤ放電加工装置１は、ワークＷの組成に基づいて、目標電圧補正部６４による目標電圧の補正を行うか否かを切り替える切替部を更に備えていてもよい。例えば、ワークＷが炭化ケイ素を含んでいる場合や窒化ガリウム等を含んでいる場合、シリコン（Ｓｉ）を材料とした均一なワークＷに比べて、組成がワーク内部で不均一となるおそれがある。このため、極間電圧測定部４０によって測定される極間電圧の振幅が急激に変化したり、振幅値が大きくなる可能性がある。したがって、このような炭化ケイ素を含んでいるワークを加工する場合には、極間電圧の振幅に基づいて目標電圧を補正することで、極間電圧の変動を抑制することができ、安定した放電加工を実現することが可能となる。また、その一方で、Ｓｉなどのように組成が安定したワークＷを加工する場合には、目標電圧値を補正することなくサーボ制御を行っても高品質な最終加工物を得ることができる。このような場合には、例えば、目標電圧補正部６４の機能を無効化したり、目標振幅設定部６３が設定する目標振幅値をゼロに設定したりすることで、目標電圧の補正を行うことなく、ワイヤ１５とワークＷとの間隙を適切に制御することができる。切替の手段は、回路を物理的に切り替えるスイッチのような構成を用いても良いし、ソフトウェア的に機能を無効化したり、目標振幅値の設定値をゼロに切り替えたりする手法をとることができる。

１ ワイヤ放電加工装置
２ ワーク送り部
３ 給電部
４ 加工槽
５ 加工部
６ メインローラ
７ メインローラ
８ ワイヤ給電子
１５ ワイヤ
２０ 電源装置
２１ 電源回路
２２ 加工電圧制御部
４０ 極間電圧測定部
５１ サーボ制御部
５２ 加工制御部
６１ 目標電圧設定部
６２ 実振幅演算部
６３ 目標振幅設定部
６４ 目標電圧補正部
６５ 制御信号生成部
７１ 補正値演算部
７２ 補正値制限部
７３ 補正部

Claims (8)

1. 設定された目標電圧に合わせるようにワイヤとワークとの間の極間電圧に基づいて前記ワイヤと前記ワークとの間の極間距離を制御しながら前記ワークを放電加工するワイヤ放電加工装置であって、
   前記極間電圧を測定する極間電圧測定手段と、
   測定された前記極間電圧の振幅を演算する実振幅演算手段と、
   演算した前記振幅がゼロよりも大きな値に設定された目標振幅に近づくように、前記目標電圧を補正する目標電圧補正手段と
   を備えるワイヤ放電加工装置。
2. 前記目標電圧補正手段は、前記実振幅演算手段によって演算された前記振幅が前記目標振幅よりも大きい場合に、前記目標電圧を小さくする方向に補正し、前記実振幅演算手段によって演算された前記振幅が前記目標振幅よりも小さい場合に、前記目標電圧を大きくする方向に補正する請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
3. 前記目標電圧補正手段は、
   前記実振幅演算手段によって演算された前記極間電圧の振幅と前記目標振幅とを用いて、目標電圧補正値を演算する補正値演算手段と、
   前記目標電圧補正値を用いて前記目標電圧を補正する補正手段と
   を備える請求項１または２に記載のワイヤ放電加工装置。
4. 前記目標電圧補正手段は、前記目標電圧補正値を予め設定された制限範囲内に制限する補正値制限手段を備え、
   前記補正手段は、前記補正値制限手段によって制限された前記目標電圧補正値を用いて、前記目標電圧を補正する請求項３に記載のワイヤ放電加工装置。
5. 前記ワークの組成に基づいて、前記目標電圧補正手段による前記目標電圧の補正を行うか否かを切り替える切替手段を備える請求項１から４のいずれかに記載のワイヤ放電加工装置。
6. 前記ワークが炭化ケイ素を含んでいる場合に、前記目標電圧補正手段による前記目標電圧の補正を行う請求項５に記載のワイヤ放電加工装置。
7. 設定された目標電圧に合わせるようにワイヤとワークとの間の極間電圧に基づいて前記ワイヤと前記ワークとの間の極間距離を制御しながら前記ワークを放電加工するワイヤ放電加工装置の制御方法であって、
   前記極間電圧を測定する極間電圧測定工程と、
   測定された前記極間電圧の振幅を演算する実振幅演算工程と、
   演算した前記振幅がゼロよりも大きな値に設定された目標振幅に近づくように、前記目標電圧を補正する目標電圧補正工程と
   を有するワイヤ放電加工装置の制御方法。
8. 設定された目標電圧に合わせるようにワイヤとワークとの間の極間電圧に基づいて前記ワイヤと前記ワークとの間の極間距離を制御しながら前記ワークを放電加工するワイヤ放電加工装置に適用される制御プログラムであって、
   測定された前記極間電圧の振幅を演算する実振幅演算処理と、
   演算した前記振幅が、ゼロよりも大きな値に設定された目標振幅に近づくように、前記目標電圧を補正する目標電圧補正処理と
   をコンピュータに実行させるためのワイヤ放電加工装置の制御プログラム。

Images