JP2997380B2 - 精密ワイヤ放電加工方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、限定された精度お
よび安定性を有する放電加工装置に備えられたワイヤ状
電極手段によって少なくとも一回の予備切削により予め
機械加工された被加工物に対して少なくとも一回の精密
表面仕上げのための放電加工を行う精密ワイヤ放電加工
方法に関し、さらに、被加工物を切削するためのワイヤ
状または線状の電極を有し、制御要素ならびに付加的な
精密制御要素を備えた精密ワイヤ放電加工装置に関す
る。

【０００２】本発明は周知のワイヤ放電加工方法を徹底
的に改良し、これによって加工中に生ずる装置の熱的歪
み、又は振動、さらには被加工物に生ずる歪みといった
広範囲にわたる有害作用にも拘らず、比較的簡単な装置
によっても高品質の加工表面を得ることができるように
することをその目的の一つとしている。

【０００３】

【従来の技術】十分な空気調和の施されている環境下で
非常に高精度のワイヤ放電加工装置を使えば、０．１μ
ｍ程度の面粗度で被加工物を加工できることはよく知ら
れている。

【０００４】ワイヤ放電加工によって加工したものを、
同じワイヤ電極と強力な電解液とを用いて電気化学的に
研磨することもまたよく知られている。約３Ａの直流電
流を使用すれば、より高精度で表面隆起部を除去するこ
とが可能である。

【０００５】しかしながら、非常に精度の高いワイヤ放
電加工装置には欠点がある。それは、中程度の精度によ
る放電加工装置の約３倍のコストを要する上、２４時間
にわたって１Ｋ以下の温度勾配での運転が要求されるこ
とから、平均的な工場にそれを設備することは不可能で
ある。

【０００６】他方、加工作業が単に非常に平滑な表面を
要求し、必ずしも非常に正確な輪郭を要求するものでな
い場合が殆どである。

【０００７】電気化学的手法を放電加工システムに併用
することは極めて困難である。何故ならば、誘電体は通
常１０μＳ／ｃｍの導電率を有しており、それと電解液
を分離することは殆ど不可能であるからである。

【０００８】さらに、著しく結晶性の高いある種の材料
を電気化学的に研磨することも殆ど不可能である。何故
なら、作用剤は異なる相毎に異なる割合で浸食するから
である。

【０００９】ここで、その他の先行技術を補足引用する
が、これらは必ずしも中程度の精度を有するワイヤ放電
加工装置を用いて平滑な表面を得ることを目的とするも
のではない。

【００１０】ドイツ公開特許公報ＯＳ３９２９１１１Ａ
１は粗加工および仕上げ加工に必要なワイヤ電極オフセ
ットを保持するための相当データの登録を要しない放電
加工用ワイヤ電極の変位量計算方法を開示している。

【００１１】ヨーロッパ特許０３１２０５６Ａ１は放電
加工用ワイヤ電極の位置を検出するセンサを開示してい
る。

【００１２】Ｋ．ＳｐａｎｎｅｒおよびＬ．Ｄｉｅｔｒ
ｉｃｈ両氏は、文献「Ｆｅｉｎｗｅｒｋｔｅｃｈｎｉｋ
＆ Ｍｅｓｓｔｅｃｈｎｉｋ（８７、（１９７９）、
４、Ｓ、１８１）」に「圧電駆動による高精度位置決
め」と題して、高精度の位置調整に圧電駆動機構を利用
することを述べている。しかしながら、この論文は研究
室レベルの機器について述べているものであって、現実
の工作機械について述べているものではない。

【００１３】ドイツ公開特許公報ＯＳ３９０７６５６Ａ
１はワイヤ電極の位置を検知するシステムと、それを制
御する機構とを備えた高精度の装置を開示している。

【００１４】また、ドイツ公開特許３５２４３７７Ｃ２
はＣ字形の装置を通してワイヤ電極を案内するシステム
を開示している。

【００１５】ドイツ公開特許公報ＯＳ３８１３３０６は
所定の経路に沿って移動するワイヤ電極と非加工製品の
端縁間の距離を計測して表面形成誤差を検出する装置を
備えた放電加工装置を開示している。

【００１６】所定経路のフレームは装置自体、或いはそ
の座標系である。高精度放電による誤差は負帰還によっ
て補償される。中位の高精度装置に於けるセンサの目的
は、高い精度の輪郭と形を得ることであって、平滑な表
面を得ることではない。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、普通の工場
で見られる中程度の精度を備えたワイヤ放電加工装置に
よる加工によって０．１μｍ以下の面粗度を有する非常
に平滑な面を形成することを意図するものであり、また
本発明の方法を実施するのに特に適したワイヤ放電加工
装置を指向するものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明のこれらの課題
は、請求項１の特徴部分に記載の構成、すなわち、精密
表面加工の間に、最適側面間隙が少なくとも一つのセン
サ手段および精密サーボ動作により前記被加工材（２）
自体の輪郭から所定間隔に保持されて、精密表面加工を
行うこと、からなる精密ワイヤ放電表面加工方法によっ
て解決され、さらに請求項２１の特徴部分に記載の構
成、すなわち、精密制御要素（ＸＦ、ＹＦ、ＵＦ、Ｖ
Ｆ）は、幾何学的加工経路に対して直角に指向する精密
サーボ動作を行うように配列されていること、少なくと
も１つのセンサ手段が被加工物（２）と前記電極（４）
との間隙を測定するために設けられていて、前記精密制
御要素（ＸＦ、ＹＦ、ＵＦ、ＶＦ）と相互作用せしめる
ことにより前記間隙を最適範囲内に保持するように配列
されていること、および、精密切削の際に、前記被加工
物（２）自体の輪郭から最適範囲内に保持されるように
制御されること、を特徴とする精密ワイヤ放電加工装置
によって有利に解決される。

【００１９】

【作用】ワイヤ電極を使用して中位の精度と安定性を備
えたワイヤ放電加工装置によって実施する放電加工方法
は、少なくとも一度粗加工を受けた被加工物の輪郭を、
少なくとも一度の精密表面仕上げ加工のための輪郭形状
基準として利用することを特徴としている。

【００２０】本発明による方法の特段の利点は、金属鋳
造パターンとして使用するのに十分な精度の製品を製作
するために、例えばワイヤ放電加工による仕上げ加工を
行うための極めて高精度の装置を使用する必要がないと
いう点である。さらに他の利点としては、本方法が装置
に対して多額の費用加算を要求するものでない点であ
る。

【００２１】さらに、本発明の方法を際立たせている点
は、通常の加工工場で稼働する中位の精度を備えたワイ
ヤ放電加工装置によって鏡面（面粗度０．１μｍ以下）
を形成するのに十分な弱いパルスを使用することができ
ること、すなわち火花間隙が加工公差より狭くなること
である。

【００２２】本発明の特に好ましい一実施例では、被加
工物とワイヤ電極の間隙幅は火花間隙における電気的パ
ラメータの一つによって決定され、粗加工輪郭に対して
重畳される微調整は粗加工輪郭に対して直角に、かつ一
定の仕上げ加工スピードで実施され、間隙パラメータを
一定にし、それによって間隙値を一定に保つようにして
いる。

【００２３】被加工物の上下に設けた光センサが被加工
物の上下面の加工領域近傍における放電の輝度を検出
し、粗加工輪郭に対してワイヤ電極を直角方向に傾斜さ
せて、被加工物の上下面における放電輝度を同一のレベ
ルに保持するようにし、かつワイヤ電極を被加工物側面
に対して垂直に平行になるようにして微調整が実施され
る。

【００２４】直線的部分、または僅かに曲がった曲線部
分に沿って数回にわたって仕上げ加工を行なう場合に
は、それら加工中ある程度ワイヤ電極をカットに沿って
前後に傾けることも可能である。

【００２５】被加工物の位置および形は、仕上げ加工の
開始直前にセンサによって検出され、その結果は仕上げ
品に適合するように、座標変換、回転、オフセット補正
によってプログラムを改変するのに用いられる。

【００２６】本発明の他の好ましい実施例では、ワイヤ
放電加工装置の固有軸にしたがって微調整を実施する。
間隙の電気パラメータの測定、または光センサによって
一定に保たれ、それ故間隙幅を一定に保つ装置固有のオ
フセット補正によって微調整を決定していくこともまた
有利な方法である。

【００２７】また、微調整を圧電アクチュエータ型のサ
ーボ機構によって実施する場合には、特に有利な結果を
得ることができる。他方、このサーボ機構は弾性要素を
線形変形させるアクチュエータでもある。

【００２８】この弾性要素は、装置または被加工物保持
装置の一部であって、空気圧または油圧による調整可能
であるものが好ましい。本発明のさらに他の実施例で
は、アクチュエータは電磁気的作用力を発生するもの、
または感温（感熱）性物質が加熱および／または冷却に
対応する伸縮による作用力を発生するものを利用するこ
とができる。

【００２９】サーボ機構は被加工物保持装置についての
み作用し、粗加工段階以前に被加工物の位置微調整動作
に入ることが望ましい。

【００３０】さらに好ましい本発明の実施例では、光セ
ンサの代わりに超音波センサが利用され、それらからの
信号は加工電源と同期して処理され、それによって被加
工物の上部と底部との間における火花分布が、音の持続
期間と強さとによって決定される。

【００３１】さらに他の有利な本発明の実施例では、微
調整の偏差が作業者に対して数値的に、或いはグラフを
用いて示され、許容最大偏差の範囲から逸脱したときに
は警報が鳴り、少なくともこの偏差範囲からの逸脱があ
る限り加工は中止される。

【００３２】さらに、微調整からの偏差を被加工物の輪
郭からの不一致形状として大きく拡大して被加工物の輪
郭とともにモニタ上に示すことは特に有利である。

【００３３】本発明の特に好ましい進んだ変形実施例に
おけるサーボ機構は主軸または装置誤差を補正したり、
被加工物またはワイヤ電極を正しく位置決めしたり、ワ
イヤ電極位置センサによって検出されたワイヤ電極の位
置ずれを正確に補正したり、オフセット補正、仕上げ加
工誤差補正、またはこれら機能のすべてを補正すること
が可能である。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を参照して
詳述する。

【００３５】図１は一部粗加工された被加工物２がウエ
ブ３を介して物理的かつ電気的に基材１につながってい
る状態を示している。粗加工が材料固有テンションの力
線を横切るとき被加工物２に生じる変位は誇張して図示
してある。

【００３６】粗加工はまた熱およびストレスを発生し、
これが装置自体を容易に変形させ、ワイヤ電極４に関し
て被加工物２に垂直方向に対する角度変位もたらす原因
となる。

【００３７】工作機械に使用される鋼材は、温度１Ｋの
変化に対し、長さ１ｍ当たり１２μｍの膨張を示すもの
が代表的である。この性質は、かなりの誤差が常に残る
ものの、巧妙な設計によってある程度補償することがで
きることは勿論である。

【００３８】図２は上記基材１の断面図で、被加工物２
が材料固有のテンションから開放された場合にどの程度
垂直方向から傾いたかを誇張して示している。

【００３９】本発明によってまだ補正されていない状態
での仕上げ加工ストロークは、被加工物２の左上部と、
右底部にのみ加えられることになる。被加工物が垂直方
向に厚ければ厚いほど、誤差はより明確になる。

【００４０】しかしながら、仮令特別の空気調和を施し
た環境下で稼働する極めて高精度のワイヤ放電加工装置
でも、こうした誤差を補正することは不可能である。

【００４１】図３は従来型の中位の精度を有するワイヤ
放電加工装置を示している。中位の精度とは、軸位置決
めの絶対精度が約５μｍ、ターンアラウンド公差が約２
μｍ、そして軸内経路の分解能が１μｍ程度の精度をい
う。

【００４２】加工装置は、ベース５、下部アーム６、上
部アーム７、Ｘ−Ｙテーブル８、Ｕ−Ｖテーブル９、お
よび被加工物保持装置１０からなっている。

【００４３】上部アーム７はＺ軸に沿って上下すること
ができる。上部ワイヤガイド１１はＵ軸およびＶ軸に沿
って移動可能となっていて、下部ワイヤガイドに対して
ワイヤを傾斜させて、傾斜端面を切削形成する。

【００４４】基材１から被加工物２を切り出すための初
めの粗加工においては、加工パルスの最大振幅は数百ア
ンペア、その周期は約２μｓｅｃである。

【００４５】その際のワイヤ電極４と被加工物２の間の
間隙は通例６０μｍであり、加工表面の面粗度は約２μ
ｍで、これは殆どの使用に耐え得る十分な平滑度とは言
い難い。

【００４６】加工表面を改善したり、細かい加工形状誤
差を補正するための仕上げ加工はかなり以前から試みら
れてきた。この技術は、オフセットに適当な補正を加え
ながら、連続的に振幅を小さくし、周期を短くした加工
パルスによって被加工物を数回にわたって再加工するも
のであった。

【００４７】こうした加工によって、加工表面の平滑度
が増すばかりではなく、放電間隙はより狭められるとい
う結果が得られている。最大振幅が約２Ａ、周期が約
０．３μｓｅｃの加工パルスで加工した場合には、面粗
度は約０．２μｍ、そして放電間隙幅は約３μｍとな
る。

【００４８】中位の精度を具備するワイヤ放電加工装置
において遭遇する種々の機械的誤差は、特にここを限界
点として述べられている。これらの誤差には熱的にもた
らされる誤差や、図１、２について述べた誤差を伴って
いる。

【００４９】この限界点以下では、再現可能な好結果を
得ることは不可能である。その理由は、短絡の発生やア
イドリングによって被加工物のある部分が全く浸食され
ないからである。

【００５０】十分な空気調和がなされている環境下で常
に高精度のワイヤ放電加工装置を使用することは全く意
味がない。

【００５１】何故ならば、一つには図１、２に示した誤
差は高精度装置でも依然発生するものであり、また装置
そのものが受け入れ難い程高価のものとなるからであ
る。本発明はこの限界点を決定的に克服する簡単な方法
を提供するものである。

【００５２】本発明の主たるアイデアは仕上げ加工時の
絶対基準として加工装置自体の代わりに、既に一回以上
粗加工を受けた中間製品の輪郭を利用することにある。
粗加工回数は形状誤差の範囲をどこまで許容し得るかに
よって決まる。

【００５３】まず第一の方策としては、加工装置の絶対
精度を上げることなしに、サブミクロン領域での移動を
可能にするための座標分解能を上げることである。加工
装置がステッパーモータを使用している場合の最善の解
決策は、電子的な増分幅（ステップ幅）を低減すること
である。

【００５４】その他のタイプのモータを使用する場合
は、ルート測定部の分解能を向上させることにより対応
可能である。勾配または正接・余接比を意味する加工方
向は数値制御から知ることができるし、加工方向に対す
る法線は９０度の回転によって決定できる。

【００５５】本発明による微調整は、放電間隙を常に理
想幅に保つことを目標にして、この横方向から始める。
適当なオフセット補正、電源パラメータおよび一定の加
工速度等については、既に知られている仕上げ加工技術
と同様に選択する。

【００５６】本発明において新規なことは少なくとも一
つの電気的間隙パラメータ、例えば平均加工電圧、平均
加工電流、または平均点火遅延等を計測し、基準値と比
較することができる。

【００５７】もし不一致が検出されれば、この不一致が
ゼロになるまで被加工物を前進または後退させて微調節
を開始する。これらの方法は図１に示した被加工物の正
しくない位置にワイヤ電極を一致させることになる。

【００５８】不正確に選択されたオフセット補正や、加
工装置の一部に熱的または機械的に生じた機能不全は、
被加工物の全縁から一様な厚さで材料を浸食加工するた
めに修正しなければならない。

【００５９】しかし、この修正によって図２に示した被
加工物２の垂直方向における角度変位の訂正が不可能で
あることは勿論である。これを訂正するためには、被加
工物の高さ方向に沿った火花分布を検出する更にもう一
つのセンサが必要になる。

【００６０】図３はこの場合の一例を示している。光フ
ァイバからなる上部光センサ１４と下部光センサ１５は
被加工物２の上下面における加工領域近傍において放電
の輝度を検出する。

【００６１】これら輝度の差は処理装置１３によって計
算される。処理装置１３からの信号によって、被加工物
上下面における放電輝度を同一のレベルに保つためのＵ
−Ｖ面における微調整が始まる。

【００６２】したがって、この場合、ワイヤ電極４は数
値制御装置によって加工方向に対してある角度で傾けら
れる。

【００６３】被加工物の高さ方向に沿って火花分布を検
出する方法としては、この他にも幾つかの方法がある。
例えば、超音波センサは放電輝度を検出する光センサに
代わって火花音の強さを検出することができる。

【００６４】音波は被加工物の高さに沿ってかなり減衰
するので、その振幅が距離についての情報を与えてくれ
る。しかし、もし音の発生からセンサによって傍受され
るまでの時間間隔が計測されれば、どの位音波が継続し
たかによって距離を割り出すことも可能である。

【００６５】火花分布を検出するその他の技術では、微
分電流電圧計測と共にワイヤ電極４のインピーダンスを
利用している。

【００６６】しかし、この方法は電流振幅が減少するの
でさらに信頼性に欠けるので、適当な方法とは言えな
い。いずれにしても、これらの微調整の結果、ワイヤ電
極は図２に示した被加工物２の垂直方向誤差に一致する
ことになる。

【００６７】図４は仕上げ加工を繰り返したにも拘ら
ず、依然として殆ど目視不能の縦縞１６の模様を見せて
いる被加工物２を示している。縦縞１６は殆どがサブミ
クロンオーダの低い隆起で、例えば０．５ミリ間隔に互
いに離隔している。

【００６８】これら隆起の発生には多くの理由がある。
例えば、被加工物の結晶構造内に在る小さい点状の欠陥
であるとか、ワイヤ電極の直径の誤差によるものである
とか、あるいは加工装置全体に衝撃を与える振動である
といったものである。

【００６９】問題は各縞１６が仕上げ加工中に極めて短
い時間で生成され、平らに均すことが殆ど不可能だとい
うことである。

【００７０】しかしながら、本発明によれば、直線また
は僅かにカーブした曲線部に沿う仕上げ加工時に、ワイ
ヤ電極を加工方向に沿って僅かに前後に傾斜させること
ができる。

【００７１】数値制御装置によって、Ｕ−Ｖ座標テーブ
ル９を移動することによって傾斜を作り、仕上げ加工の
間にワイヤ電極がある角度で各縞１６の模様に更に長く
接するようにして、縞模様の処理を優先させてやる。

【００７２】上部ワイヤガイド１１が下部ワイヤガイド
１２から、一つの縞模様と次のものとの距離である約
０．５ｍｍだけ変位した場合に理想的な角度が生ずる
が、０．１ｍｍ変位させただけでも好結果を生むことが
できる。

【００７３】平滑な仕上げ面が特には重要でない場合、
そして特に加工が十分に空気調和された環境において高
精度加工装置によって行なわれる場合には仕上げ加工に
入る直前に、被加工物の位置と形状を検出することで十
分に満足な結果を得られる。

【００７４】ドイツ特許２８２６２７０（米国特許４２
３２２０８）に開示されているワイヤ電極位置センサと
同様のものは、現在入手、利用できる状態にある。この
種のセンサはワイヤガイド１１、１２に対するワイヤ電
極４の位置の検出、補正に使用することができる。

【００７５】この種のセンサはサブミクロンオーダで高
精度の非電気的検出操作を可能にするものである。

【００７６】いかなる形状の被加工物であっても、その
Ｘ−Ｙ軸に平行な変位、およびＸ、ＹまたはＺ軸のまわ
りの回転角（オイラー回転マトリクッス）は、内蔵固有
プログラムによって検出することができる。

【００７７】また、被加工物の実サイズを測定し、それ
から適切なオフセット補正量を導出することも可能であ
る。この特徴によって、ワイヤ電極の直径誤差に対する
補正のみならず、被加工物の熱膨張に対する補正も可能
となる。

【００７８】数値制御プログラムに記憶されている座標
は実際に検出、決定された被加工物の位置に対応して変
換、回転される。必要な数学的マトリックス計算は既に
知られているところである（例えば、Ｗ．Ｋｎａｐｐ，
Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｇｅｏｍｅｔｒｉｅｋｏｒｒｅｋｔ
ｕｒ，Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｎ Ｒｕｎｄｓｃｈａｕ３
９（１９８７），Ｈａｌｌｗａｇ，Ｂｅｒｎ，Ｓｗｉｔ
ｚｅｒｌａｎｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ
ｓ ｃｉｔｅｄ ｔｈｅｒｅｉｎ）。

【００７９】図５は、下部ワイヤガイド１２に関するサ
ーボ機構ＸＦ、ＹＦならびに上部ワイヤガイド１１に関
するサーボ機構ＵＦ，ＶＦを備えた本発明の実施例を示
している。

【００８０】サーボ機構ＸＦ、ＹＦ、およびＵＦ、ＶＦ
はドイツ特許３０４８６３１（米国特許４４２３３４
７）に開示されているタイプの圧電アクチュエータであ
ってもよい。これら構成要素によって、サブミクロン領
域においてさえ極めて正確、かつ迅速な動作が可能にな
る。

【００８１】この装置設計は、機械的にはクッションで
防止することが難しい装置の低周波振動を補正するのに
特に実効性がある。サーボ機構ＸＦ、ＹＦ、およびＵ
Ｆ、ＶＦは電磁的に作動するものであっても良いことは
勿論である。

【００８２】図６は、微調整に対するもう一つの対処法
を示すものである。この実施例の裏にある考え方は、ア
クチュエータＸＫ、ＹＫ、ＵＫ、およびＶＫを加工装置
の弾性要素に作用させ、制御された減衰手段１７を導入
しようとするものである。

【００８３】これらのアクチュエータＸＫ、ＹＫ、Ｕ
Ｋ、およびＶＫは例えば、上部アーム７および下部アー
ム６に設けることも可能である。

【００８４】電磁的要素を用いることも可能であるが、
圧力によって駆動される短ストロークの空気圧または油
圧ピストン−シリンダ機構によって作用力を加えること
もできる。

【００８５】ゆっくりとした高精度の動作が要求される
場合には、真鍮とか適当な合金（例えば、形状記憶合
金）と言った、特定の温度に対応して伸縮する感温（感
熱）性材料の作用力を利用することも可能である。

【００８６】図７は、中位の精度を備えたワイヤ加工装
置に上記サーボ機構を再装備するのに特に適した実施例
を示すものである。

【００８７】この実施例では、サーボ機構ＸＦ、ＹＦ、
およびＵＦ、ＶＦは被加工物保持装置１０に設けられて
いる。アクチュエータＸＫ、ＹＫ、ＵＫ、およびＶＫを
同様に用いることが可能であることは当然である。

【００８８】この実施例で、傾斜軸サーボ機構ＵＦ，Ｖ
Ｆの回転点は必ずしもワイヤ電極の軸とは一致しない
が、この状態は被加工物が十分小さく、微調整も重要で
ないという場合には、無視しても良い。その結果は、簡
単な改造性によって得られる利益によって十分に補償さ
れたものとなる。

【００８９】もう一つの利点は、加工装置の準備段階
で、基材１を自動的に正確に位置決めすることが可能で
あるという点である。偏差はセンサによって検出され、
直ちにサーボ機構ＸＦ、ＹＦ、およびＵＦ、ＶＦまたは
アクチュエータＸＫ、ＹＫ、ＵＫ、およびＶＫによって
補正される。

【００９０】したがって、基材１の主軸は、数値制御に
よって、加工装置のＸ、Ｙ、Ｕ、Ｖ、Ｚ軸方向に直線補
完誤差を導入することなくこれらの軸に一致する。

【００９１】微調整の開始点を作業者に報知することは
実際に有効である。サーボ機構ＸＦ、ＹＦ、およびＵ
Ｆ、ＶＦによって実施される微調整過程で生ずる偏差は
本発明にしたがって数値的に、または図形によって表示
される。

【００９２】偏差が許容範囲を越えたときに微調整過程
を中断できるようにしておくこともまた実際的である。
偏差の許容範囲からの逸脱は、例えば加工装置が加熱し
過ぎたときに生ずるものである。加熱による歪みが加工
装置から消えたときに作業は自動的に再開される。

【００９３】さらに、作業者に対する数値的情報は、仕
上げ加工時に、基準輪郭からのずれを拡大表示した微調
整分を含む被加工物の輪郭の形でモニタ上に表示され
る。この表示では異なる色または点線等が使用される。

【００９４】作業者はこれらの情報から間違ったオフセ
ット補正をしていないかどうか、また輪郭からの過剰な
ずれによって生じた作業の中断直前に加工装置がどのよ
うに動作していたかを知ることができる。この場合のモ
ニタは顕微鏡的働きをし拡大監視が可能である。

【００９５】サーボ機構ＸＦ、ＹＦ、およびＵＦ、ＶＦ
は、そのデザインによっては、ある程度同時的にその他
の追加的機能として利用することができる。

【００９６】前述の基材１の正確な位置決め機能もその
可能なものの一つであり、これまで１μｍ刻みで行なわ
れていた主軸補正や、装置の補正をもっと正確なものと
することもできる。

【００９７】この方法で前述のセンサによるワイヤ電極
の位置決めも可能であり、オフセット補正も広い範囲で
可能となる。

【００９８】この最後の特徴の結果、オフセット補正が
加工経路の補完操作から分離され、輪郭全体にわたって
オフセット補正が変化することを許容することになる。
よりきついカーブの加工経路で生じがちなひどい歪みを
改善するための割り込みに関連しても利点が得られる。

【００９９】

【発明の効果】本発明は周知のワイヤ放電加工方法を徹
底的に改良し、これによって加工中に生ずる装置の熱的
歪み、又は振動、さらには被加工物に生ずる歪みと言っ
た広範囲にわたる有害作用にも拘らず、比較的簡単な装
置によっても高品質の加工表面を得ることができるよう
にしたものである。

【０１００】この結果、例えばワイヤ放電加工による仕
上げ加工によらずに金属鋳造パターンとして使用するの
に十分な精度の製品を製作するのに極めて高精度の装置
を使用する必要がなく、さらに他の利点としては、本方
法が装置に対して多くの費用加算を要求するものでない
点にある。

【図面の簡単な説明】

【図１】材料内の歪みによって被加工物に生じた水平方
向の角度変位を強調して描いた図。

【図２】材料内の歪みによって被加工物内に生じた垂直
方向の角度変位を強調して描いた図１のＡ−Ａ線に沿っ
てとった断面図。

【図３】光センサを備えた中位の精度を具備するワイヤ
放電加工装置を示す斜視図。

【図４】切り込み方向に沿って傾斜したワイヤ電極によ
って被加工物から除去されつつある垂直縞模様を示す
図。

【図５】ワイヤガイドを微調整する機構を備えた中位の
精度を具備するワイヤ放電加工装置を示す斜視図。

【図６】装置構造に作用するアクチュエータを備えた中
位の精度を具備するワイヤ放電加工装置を示す斜視図。

【図７】被加工物保持装置を微調整する機構を備えた中
位の精度を具備するワイヤ放電加工装置を示す斜視図。

【符号の説明】

１ 基材 ２ 被加工物 ４ ワイヤ電極 ５ ベース ６ 下部アーム ７ 上部アーム ８ Ｘ−Ｙテーブル ９ Ｕ−Ｖテーブル １０ 被加工物保持装置 １１ 上部ワイヤガイド １２ 下部ワイヤガイド １３ 処理装置 １４、１５ 光センサ １６ 縦縞 ＸＦ、ＹＦ、ＵＦ、ＶＦ サーボ機構 ＸＫ、ＹＫ、ＵＫ、ＶＫ アクチュエータ

フロントページの続き (72)発明者 ダマリオ・リノ イタリア国、タベルネ、ビア・ライネド （番地なし) (56)参考文献 特開 昭51−71595（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23H 7/06 B23H 7/02

Claims (32)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 限定された精度および安定性を有する放
   電加工装置に備えられたワイヤ状電極手段によって一回
   または多数回の予備切削を受けて予め粗加工された被加
   工物（２）に対して少なくとも一回の精密表面仕上げの
   ための放電加工を行う精密ワイヤ放電加工方法におい
   て、 精密表面加工の間に、最適側面間隙が少なくとも一つの
   センサ手段および精密サーボ動作により前記被加工材
   （２）自体の輪郭から所定間隔に保持されて、精密表面
   加工を行うこと、を特徴とする精密ワイヤ放電表面加工
   方法。
2. 【請求項２】 前記被加工物（２）と前記ワイヤ電極
   （４）との間の間隙幅が少なくとも１つの電気的間隙パ
   ラメータ測定手段によって決定されること、および、 一定の精密切削速度での外形形成送りに一致する精密サ
   ーボ動作が送り方向に対して直角方向に行われ、それに
   よって前記電気的間隙パラメータを介して前記間隙幅が
   一定に保持されること、を特徴とする請求項１に記載の
   精密ワイヤ放電表面加工方法。
3. 【請求項３】 光センサ（１４、１５）が、前記被加工
   物（２）の加工領域における上下面に配設されること、 これら両光センサ（１４、１５）が、放電輝度を検出す
   ること、および、 ワイヤ電極（４）が、付加的精密サーボ動作によって送
   り方向に対して直角方向に傾斜せしめられ、それによっ
   て被加工物上下面における放電輝度が同一レベルに保持
   され、かつワイヤ電極（４）の垂直位置が被加工物
   （２）に一致せしめられること、を特徴とする請求項１
   または２のいずれかに記載の精密ワイヤ放電加工方法。
4. 【請求項４】 直線部または僅かに曲がった曲線部に沿
   って数回の表面仕上げ加工を施す場合、この加工の間、
   加工経路に沿ってワイヤ電極を前方側ならびに後方側に
   所定角度で傾斜させること、を特徴とする請求項１ない
   し３のいずれかに記載の精密ワイヤ放電加工方法。
5. 【請求項５】 仕上げ加工の直前にセンサによって被加
   工物の実際の位置および形状を走査によって決定するこ
   と、および、 その結果に基づいて予め切削された被加工物（２）に一
   致せしめるために、加工プログラムが座標転移、座標回
   転ならびにオフセット補正を行うこと、を特徴とする請
   求項１に記載の精密ワイヤ放電加工方法。
6. 【請求項６】 前記精密サーボ動作が、ワイヤ放電加工
   装置に固有の軸（Ｘ、Ｙ、Ｕ、Ｖ）について実施される
   こと、を特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載
   の精密ワイヤ放電加工方法。
7. 【請求項７】 前記精密サーボ動作が、予め実施されて
   いるオフセット補正を介して決定され、同時に該オフセ
   ット補正を前記間隙の電気的パラメータの計測、および
   ／または光センサ（１４、１５）による計測に適合せし
   めることにより間隙幅を常時一定に保持すること、を特
   徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の精密ワイ
   ヤ放電加工方法。
8. 【請求項８】 前記精密サーボ動作が、付加的な精密制
   御要素（ＸＦ、ＹＦ、ＵＦ、ＶＦ）によって実施される
   こと、を特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載
   の精密ワイヤ放電加工方法。
9. 【請求項９】 前記精密制御要素（ＸＦ、ＹＦ、ＵＦ、
   ＶＦ）が、圧電形アクチュエータであること、を特徴と
   する請求項８に記載の精密ワイヤ放電加工方法。
10. 【請求項１０】 前記精密制御要素が、弾性要素に線形
    領域での変形を与える作用力アクチュエータ（ＸＫ、Ｙ
    Ｋ、ＵＫ、ＶＫ）であること、を特徴とする請求項８に
    記載の精密ワイヤ放電加工方法。
11. 【請求項１１】 前記弾性要素が、ワイヤ放電加工装置
    の構成部材（５、６、７）または被加工物保持装置（１
    ０）であること、を特徴とする請求項１０に記載の精密
    ワイヤ放電加工方法。
12. 【請求項１２】 前記作用力アクチュエータ（ＸＫ、Ｙ
    Ｋ、ＵＫ、ＶＫ）が、制御された空気圧または油圧によ
    り作動すること、を特徴とする請求項１０に記載の精密
    ワイヤ放電加工方法。
13. 【請求項１３】 前記作用力アクチュエータ（ＸＫ、Ｙ
    Ｋ、ＵＫ、ＶＫ）が、電磁気的作用力を発生すること、
    を特徴とする請求項１０に記載の精密ワイヤ放電加工方
    法。
14. 【請求項１４】 前記作用力アクチュエータ（ＸＫ、Ｙ
    Ｋ、ＵＫ、ＶＫ）が、加熱および／または冷却によっ
    て、感熱性伸縮部材の長さを変化させることによって力
    を発生すること、を特徴とする請求項１０に記載の精密
    ワイヤ放電加工方法。
15. 【請求項１５】 前記付加的精密制御要素（ＸＦ、Ｙ
    Ｆ、ＵＦ、ＶＦ）が、被加工物保持装置（１０）を介し
    てのみ作用すること、を特徴とする請求項８に記載の精
    密ワイヤ放電加工方法。
16. 【請求項１６】 前記精密制御要素（ＸＦ、ＹＦ、Ｕ
    Ｆ、ＶＦ）が、粗加工を行う以前に被加工物素材（１）
    の配置を微調整するために動作せしめられること、を特
    徴とする請求項８ないし１５のいずれかに記載の精密ワ
    イヤ放電加工方法。
17. 【請求項１７】 前記光センサ（１４、１５）に代わっ
    て超音波センサを使用し、その信号を加工電源制御シー
    ケンスと同期せしめて評価し、これと同時に被加工物の
    上部と下部間にある放電分布を、群遅延または音響強度
    の測定によって決定すること、を特徴とする請求項３に
    記載の精密ワイヤ放電加工方法。
18. 【請求項１８】 前記精密サーボ動作の偏差が、数値的
    にあるいは図形的に作業者に表示されること、そして、 許容最大偏差からの逸脱が発生しているときに警報が発
    せられ、少なくともこの状態が持続している間は加工作
    業が中断されること、を特徴とする請求項１ないし１７
    のいずれかに記載の精密ワイヤ放電加工方法。
19. 【請求項１９】 被加工物の輪郭が、可視表示手段に記
    録されること、そして、精密サーボ動作に生じている偏
    差が、被加工物の輪郭からずれている形状もまた拡大し
    た形態で前記可視表示手段に記録されること、を特徴と
    する請求項１８に記載の精密ワイヤ放電加工方法。
20. 【請求項２０】 精密サーボ機構が、以下の諸動作、す
    なわち、主軸または装置の誤差を補正すること、素材被
    加工物（１）を正確に配列すること、ワイヤ電極（４）
    を正確に位置決めすること、ワイヤ電極位置センサによ
    って検出されたワイヤ電極のずれを正確に補正するこ
    と、オフセット補正または仕上げ加工経路の誤差を補正
    すること、の１またはそれ以上を同時に満たし得る機能
    を有すること、を特徴とする請求項１乃至１９に記載の
    精密ワイヤ放電加工方法。
21. 【請求項２１】 被加工物（２）を切削するためのワイ
    ヤ状または線状の電極（４）を有し、制御要素（Ｘ、
    Ｙ、Ｕ、Ｖ）ならびに付加的精密制御要素（ＸＦ、Ｙ
    Ｆ、ＵＦ、ＶＦ）を備えた精密ワイヤ放電加工装置にお
    いて、 精密制御要素（ＸＦ、ＹＦ、ＵＦ、ＶＦ）は、幾何学的
    加工経路に対して直角に指向する精密サーボ動作を行う
    ように配列されていること、 少なくとも１つのセンサ手段が被加工物（２）と前記電
    極（４）との間隙を測定するために設けられていて、前
    記精密制御要素（ＸＦ、ＹＦ、ＵＦ、ＶＦ）と相互作用
    せしめることにより前記間隙を最適範囲内に保持するよ
    うに配列されていること、および、 精密切削の際に、前記被加工物（２）自体の輪郭から最
    適範囲内に保持されるように制御されること、を特徴と
    する精密ワイヤ放電加工装置。
22. 【請求項２２】 被加工物上下面の加工領域近傍におけ
    る放電の輝度を測定するための光センサ（１４、１５）
    が、前記被加工物の上部および下部に設けられたこと、
    を特徴とする請求項２１に記載のワイヤ放電加工装置。
23. 【請求項２３】 精密制御要素（ＸＦ、ＹＦ、ＵＦ、Ｖ
    Ｆ）が、圧電アクチュエータであること、を特徴とする
    請求項２１または２２のいずれかに記載のワイヤ放電加
    工装置。
24. 【請求項２４】 前記精密制御要素が、少なくとも一つ
    の弾性要素に線型領域での変形を与える作用力アクチュ
    エータ（ＸＫ、ＹＫ、ＵＫ、ＶＫ）によって構成される
    こと、を特徴とする請求項２１、２２、または２３のい
    ずれかに記載のワイヤ放電加工装置。
25. 【請求項２５】 １ないし複数の弾性要素が、ワイヤ放
    電加工装置自体または被加工物保持手段（１０）の構成
    部分（５、６、または７）であること、を特徴とする請
    求項２４に記載のワイヤ放電加工装置。
26. 【請求項２６】 前記作用力アクチュエータ（ＸＫ、Ｙ
    Ｋ、ＵＫ、ＶＫ）が、制御された空気圧または油圧によ
    り作動すること、を特徴とする請求項２４または２５の
    いずれかに記載のワイヤ放電加工装置。
27. 【請求項２７】 前記作用力アクチュエータ（ＸＫ、Ｙ
    Ｋ、ＵＫ、ＶＫ）が、電磁気的作用力を発生すること、
    を特徴とする請求項２４または２５のいずれかに記載の
    ワイヤ放電加工装置。
28. 【請求項２８】 前記作用力アクチュエータ（ＸＫ、Ｙ
    Ｋ、ＵＫ、ＶＫ）が、加熱および／または冷却により感
    温性物質の長さを変化させることによって力を発生する
    こと、を特徴とする請求項２４に記載のワイヤ放電加工
    装置。
29. 【請求項２９】 前記付加的精密制御要素（ＸＦ、Ｙ
    Ｆ、ＵＦ、ＶＦ）が、被加工物保持装置（１０）を介し
    てのみ作用すること、を特徴とする請求項２４ないし２
    ８のいずれかに記載のワイヤ放電加工装置。
30. 【請求項３０】 前記光センサの代わりに超音波センサ
    を使用したこと、を特徴とする請求項２２ないし２９の
    いずれかに記載のワイヤ放電加工装置。
31. 【請求項３１】 被加工物輪郭を記録することのできる
    可視表示手段を有し、精密サーボ動作の際の偏差もまた
    被加工物の輪郭からのずれが拡大された状態で前記可視
    表示手段に記録されること、を特徴とする請求項２１な
    いし３０のいずれかに記載のワイヤ放電加工装置。
32. 【請求項３２】 精密サーボ動作が、主軸の誤差を補正
    し、素材被加工物（１）を正確に配列し、ワイヤ電極位
    置センサによって検出されたワイヤ電極のずれを正確に
    補正し、オフセット補正または仕上げ加工経路の誤差を
    補正すること、を特徴とする請求項２１ないし３１のい
    ずれかに記載のワイヤ放電加工装置。