JP3668607B2 - ワイヤカット放電加工方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定のＮＣプログラム軌跡に鋭角のアウトコーナを含んだ加工形状を放電加工するワイヤカット放電加工方法およびワイヤカット放電加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ワイヤカット放電加工装置では、ワイヤ電極は、一対のワイヤガイドに所定のクリアランスをもって支持され、被加工物に対してほぼ垂直方向に所定の張力が付与された状態で張架されるとともに、一方向に走行し更新されている。ワイヤ電極は、所定の間隙をおいて被加工物に対向配置され、その間隙に加工のための電圧を間欠的に印加しつつワイヤ電極を被加工物に対して予め設定された経路に沿って相対移動させて、被加工物を所望の形状に加工する。
【０００３】
通常、ワイヤ電極をマイナス極とし、被加工物をプラス極として、両極間に形成される放電ギャップに所定の電流値のパルス状の加工電流が供給される。このとき、ワイヤ電極と被加工物との間隙に印加される電圧パルスのオン時間やオフ時間、平均加工電流値、サーボ基準電圧値などの放電加工エネルギに影響する電気的な加工条件は、要求される加工面粗度、加工形状精度、加工時間などに応じて初期設定される。また、ワイヤカット放電加工装置のタイプによっては、異なる電気特性を有する複数の放電加工回路を使い分けている。
【０００４】
被加工物が全く放電加工されていない状態から被加工物を放電加工するときは、ワイヤ電極の被加工物上の相対移動経路に沿った少なくともワイヤ電極の径と放電ギャップの距離とを含むワイヤ電極に対向する被加工物の部分は、全て放電により除去される部分である。このような加工除去量の多い加工に際しては、放電エネルギを大きくして一放電毎の加工除去量を多くし、加工時間をより短くすることが望ましい。そのため、より大きな値の平均加工電流値が得られるように、比較的高い値のピーク電流値あるいは長い時間幅を有するパルス状の加工電流が断続的に供給される。
【０００５】
ところで、比較的大きな放電エネルギで加工を行うと、詳細な説明は省略するが種々の理由により、加工品の加工面粗度や加工形状精度は期待に対してあまりよくないことが知られている。このため、多くの場合、先に切断された加工品を被加工物として、その加工面をならすように比較的小さな放電エネルギで再度被加工物を放電加工するようにされている。以下では、この種の加工工程を端面仕上げ加工と称し、先述した最初の加工工程を荒加工工程として説明する。
【０００６】
端面仕上げ加工は、しばしば、要求される加工面粗度や加工形状精度に応じて複数の加工工程に区分され、同じような加工工程が段階的に放電エネルギを小さくしながら何回か繰り返される。そこで、ワイヤカット放電加工では、荒加工工程をファーストカット、端面仕上げ加工工程はさらにその加工順にセカンドカット、サードカットと呼ばれて区別されている。したがって、電気的加工条件は、加工全体を通して常に同じ値が設定されるわけではなく、要求される加工面粗度、加工形状精度、加工時間などに応じて段階的に初期設定される。
【０００７】
通常、工具を所定の経路に沿って相対移動させて、被加工物を切断ないし輪郭加工する場合には、工具は、所望の加工形状を表すＮＣプログラム（加工プログラム）軌跡ではなく、工具径を考慮してＮＣプログラム軌跡の外側にシフトされたオフセット経路に沿って相対移動される。特に、ワイヤカット放電加工では、上述したようにワイヤ電極と被加工物との間に概ね電気的な加工条件により推定される放電ギャップがあるので、ワイヤ電極は、ワイヤ電極の径と放電ギャップとを考慮した所定補正量（オフセット値）だけ補正されたオフセット経路上を相対移動される。
【０００８】
このとき、被加工物に対して必要な部品を切り出すタイプの加工では、加工形状のラインの外側にオフセット経路が設定される。また、被加工物に対して不要な部分を取り除いて必要な部品を得るタイプの加工では、加工形状のラインの内側にオフセット経路が設定される。したがって、コーナ部分を加工するときは、ＮＣプログラム軌跡が同一であっても、そのコーナに対してオフセットされる方向が外側（アウトコーナ）あるか内側（インコーナ）であるかにより、その加工方法がいくつかの点で異なる。
【０００９】
ＮＣ（数値制御）装置を備えたワイヤカット放電加工装置では、予め作成されたＮＣプログラムに、座標値や相対移動方向を含む所望の加工形状の要素とともにオフセット方向およびオフセット値が設定されている。また、初期加工条件のようなパラメータ値もＮＣコードを用いて実質的に設定されている。複数回の加工工程により被加工物を加工するときは、いくつかの電気的な加工条件が段階的に小さく設定されるのにともなって、推定される放電ギャップが小さくなるから、オフセット値も加工工程毎に段階的に小さな値に設定される。
【００１０】
もっぱら、放電ギャップの絶縁状態をコントロールする放電加工媒体として放電加工液が使用される。加工液は、ワイヤ電極を冷却するクーラントとしても使用でき、放電や供給される電流による発熱にともなうワイヤ電極および間隙の温度の上昇を抑制する。また、加工液は、噴流として供給することにより、放電によって溶融し飛散した金属粉や加工液に含まれる物質が分解して生成される不純物などの間隙に滞留する加工屑を速やかに除去して、間隙を浄化させる作用も有する。
【００１１】
その一方で、加工液の噴流は、ワイヤ電極に不規則で測定しにくい力を作用させて、しばしばワイヤ電極の振動の発生源の一つになる。しかも、ワイヤ電極には、放電の発生点において、放電反力と静電気力との影響により複雑な動きをしているから、加工液の振動を増長することがある。このため、ワイヤ電極は複雑に常に振動し、ワイヤ電極のワイヤガイドに支持されている部位と放電が発生している部位との水平面方向の相対位置が常時異なっている。
【００１２】
このようなワイヤ電極の振動の影響により、コーナ角度が９０度よりも小さい鋭角のアウトコーナに“だれ”が生じて、加工品に所望のシャープなエッジが得られないことがある。特に、コーナ角度が１０数度以下で小さいときにはコーナの形状が歪んでしまうこともある。以下に、図５と図６を用いて、上記点についてより具体的に説明する。なお、図５はある加工の形態の一例であり、図６はその一部分の鋭角のアウトコーナの部分の拡大図である。
【００１３】
図５に示されるように、例えば、加工品ＷＤを被加工物ＷＰから切り出す加工を行う場合に、符号ＳＰで示される鋭角のアウトコーナ部分が存在することがある。なお、図５に示された加工形状の加工面は、一部にテーパ面を有するものであるが、所望の加工形状を表すＮＣプログラム軌跡は、図５に符号ＰＮで示された軌跡とする。
【００１４】
ファーストカットの場合には、被加工物ＷＰに形成された加工溝にワイヤ電極ＥＬが挟まれた状態で被加工物ＷＰが加工されていくので、放電反力Ｇと加工液噴流の力Ｆが加工の進行方向に直交する方向に作用しにくく、その方向のワイヤ電極ＥＬの振動は抑制されている。しかし、被加工物ＷＰの既に加工された部分は開放された状態であるので、図６Ａに示されるように放電反力Ｇと加工液噴流の力Ｆが作用して、加工の進行方向と反対の方向に対しては、ワイヤ電極ＥＬに振動が生じている。このため、見かけ上、ワイヤ電極ＥＬの一対のワイヤガイドで位置決めされている部位よりもその加工部位が遅れた状態で、ワイヤ電極ＥＬが相対移動している。
【００１５】
鋭角のアウトコーナ部分のオフセット経路ＰＯのコーナの頂点Ｏ1において、ワイヤ電極ＥＬの相対移動方向を転換したときには、加工の進行方向に働いている力Ｖに対して放電反力Ｇと加工液噴流の力Ｆとが、概ね図６Ｂに示されるように作用している。このとき、ワイヤ電極ＥＬの振動の最大振幅Ｌは、ＮＣプログラム軌跡ＰＮにおけるコーナの頂点ＣＰの方向にまで及ぶ。そのため、図６Ｂに示されるように、被加工物ＷＰの加工品ＷＤとして切り出される部分のコーナエッジは、“コーナだれ”が生じてシャープに形成されない。
【００１６】
ワイヤ電極ＥＬが頂点Ｏ1を通過すると、加工の進行方向に対して直交する方向のワイヤ電極ＥＬの振動は次第に抑制されていき、その振動の振幅は徐々に小さくなっていく。その後、ワイヤ電極ＥＬの相対位置が図６Ｂに示される点Ｏ2に到達する頃には、ワイヤ電極にＥＬは再び加工溝に挟まれる状態になり、上記方向のワイヤ電極ＥＬの振動が収束される。
【００１７】
端面仕上げ加工が複数の加工工程で何回行われても、コーナだれによる加工形状の誤差は、修正されないまま加工形状精度との相対的な関係で徐々に拡大する。そして、端面仕上げ加工の最終段階の加工工程では、要求される加工形状精度にもよるが、このコーナだれは、もはや無視できない程度に大きくなり、結局所望の形状が得られない結果になる。
【００１８】
一般的には、オフセット経路のコーナ部分で予め設定された時間だけワイヤ電極と被加工物との相対移動を一時的に停止させるとともに、加工のための電圧パルスの印加を休止して、一対のワイヤガイド間におけるワイヤ電極の全体的な撓みを小さくしてから、再び所定の速度でワイヤ電極と被加工物とを相対移動させ、上記電圧パルスの印加を再開するようにした加工方法が採用されている。
【００１９】
また、特に高い形状精度を得る場合、特殊な加工方法として、オフセット経路ＰＯのコーナへの進入経路を外側に広がるように修正し、この修正されたオフセット経路に沿って加工する方法がある。この方法によれば、加工品の側面側のワイヤ電極の撓みが加工品ＷＤの側面に直接影響しにくくなり、アウトコーナの歪みが小さくなる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、放電加工と相対移動送りとを一時的に休止する加工方法においては、放電加工と相対移動送りとを再開したときに、やはり同様の作用が生じてしまう。また、コーナへの進入経路を外側に広がるように修正する加工方法でも、コーナ部分を折り返してコーナから脱出するときには、やはり同様の作用を生じてしまう。そして、上述した何れの方法においても、ワイヤ電極の振動、特に加工液噴流の力による振動の影響を殆ど考慮していないため、ワイヤ電極の撓みによる影響は取り除けてもワイヤ電極の振動による影響は十分に取り除けず、コーナのだれを抑制する方法として不十分である。
【００２１】
さらに、作業者にとって、ワイヤ電極の相対移動を停止させる時間やオフセット経路を外側に広がるように修正する補正量をＮＣプログラムなどに予め設定することは容易ではない。
【００２２】
本発明は、鋭角のアウトコーナを含む加工形状を放電加工する加工方法を改良して、より容易に鋭角のアウトコーナの加工形状精度を向上し得るワイヤカット放電加工方法を提供することを主たる目的とする。また、そのワイヤカット放電加工方法を実現するワイヤカット放電加工装置を提供することを目的とする。その他の本発明の技術の有利な点については、具体的な実施の形態とともに説明する。
【００２３】
【課題を解決する手段】
上記点に鑑みて、具体的には、本発明のワイヤカット放電加工方法は、所望の加工形状を表すＮＣプログラム軌跡（ＰＮ）における鋭角のアウトコーナ（ＳＰ）において、アウトコーナ（ＳＰ）の頂点（ＣＰ）からＮＣプログラム軌跡（ＰＮ）を所定補正量シフトさせたオフセット経路（ＰＯ）に向かって下ろした２つの垂線とオフセット経路（ＰＯ）との交点（Ｏ ３ ），（Ｏ ６ ）からそれぞれオフセット経路（ＰＯ）の外側に広がるようにアウトコーナ（ＳＰ）の外側に向かって延長され互いに交わることがない所定の長さの第１の補助経路（Ｏ ３ −Ｏ ４ ）および第２の補助経路（Ｏ ５ −Ｏ ６ ）と、アウトコーナ（ＳＰ）の頂点（ＣＰ）を中心とし上記所定補正量を半径とする円弧の外側に位置するとともに第１の補助経路（Ｏ ３ −Ｏ ４ ）と第２の補助経路（Ｏ ５ −Ｏ ６ ）とを接続する第３の補助経路（Ｏ ４ −Ｏ ５ ）と、により修正されたオフセット経路に沿ってワイヤ電極ＥＬを相対移動させながらアウトコーナを放電加工するようにするものである。
【００２４】
好ましくは、第１の補助経路と第２の補助経路を同じ長さにする。また、それら補助経路のうちの少なくとも１つの補助経路を直線とする。さらに、第１の補正経路と第２の補正経路がオフセット経路ＰＯとの間で形成する角度が１０°以上になるようにする。
【００２５】
また、本発明のワイヤカット放電加工方法は、所望の加工形状を表すＮＣプログラム軌跡（ＰＮ）を所定補正量シフトさせたオフセット経路（ＰＯ）を設定する工程と、ＮＣプログラム軌跡（ＰＮ）に含まれる鋭角のアウトコーナ（ＳＰ）を探索する工程と、鋭角のアウトコーナ（ＳＰ）が存在する場合にアウトコーナ（ＳＰ）の頂点（ＣＰ）からオフセット経路（ＰＯ）に向かって下ろした２つの垂線とオフセット経路（ＰＯ）との２つの交点（Ｏ３）、（Ｏ６）を算出する工程と、２つの交点（Ｏ３）、（Ｏ６）からそれぞれ予め設定された所定角度（θ）でオフセット経路（ＰＯ）の外側に広がるようにアウトコーナ（ＳＰ）の外側に向かって延長され上記所定補正量を予め設定された所定倍率（ｋ）で乗算した長さを有する第１の補助経路（Ｏ３−Ｏ４）および第２の補助経路（Ｏ５−Ｏ６）を設定する工程と、アウトコーナ（ＳＰ）の頂点（ＣＰ）を中心とし上記所定補正量を半径とする円弧の外側に位置するとともに第１の補助経路（Ｏ３−Ｏ４）および第２の補助経路（Ｏ５−Ｏ６）とを接続する第３の補助経路（Ｏ４−Ｏ５）を設定する工程と、第１の補助経路（Ｏ３−Ｏ４）、第２の補助経路（Ｏ５−Ｏ６）、第３の補助経路（Ｏ４−Ｏ５）によりオフセット経路（ＰＯ）を修正する工程と、その修正されたオフセット経路に基づいてワイヤ電極（ＥＬ）と被加工物（ＷＰ）とを相対移動させる工程と、を含んでなるものである。
【００２６】
本発明のワイヤカット放電加工装置は、所望の加工形状を表すＮＣプログラム軌跡（ＰＮ）とＮＣプログラム軌跡（ＰＮ）を所定補正量シフトさせたオフセット経路（ＰＯ）を演算する手段（９１１）と、ＮＣプログラム軌跡（ＰＮ）に鋭角のアウトコーナ（ＳＰ）が含まれるかどうかを判別する手段（９１２）と、鋭角のアウトコーナ（ＳＰ）が存在する場合にアウトコーナ（ＳＰ）の頂点（ＣＰ）からオフセット経路（ＰＯ）に向かって下ろした２つの垂線とオフセット経路（ＰＯ）との２つの交点（Ｏ３）、（Ｏ６）からそれぞれ予め設定された所定角度（θ）でオフセット経路（ＰＯ）の外側に広がるようにアウトコーナ（ＳＰ）の外側に向かって延長され上記所定補正量を予め設定された所定倍率（ｋ）で乗算した長さを有する第１の補助経路（Ｏ３−Ｏ４）および第２の補助経路（Ｏ５−Ｏ６）とアウトコーナ（ＳＰ）の頂点（ＣＰ）を中心とし上記所定補正量を半径とする円弧の外側に位置するとともに第１の補助経路（Ｏ３−Ｏ４）と第２の補助経路（Ｏ５−Ｏ６）とを接続する第３の補助経路（Ｏ４−Ｏ５）とを演算する手段（９１３）と、オフセット経路（ＰＯ）を第１の補助経路（Ｏ３−Ｏ４）、第２の補助経路（Ｏ５−Ｏ６）、第３の補助経路（Ｏ４−Ｏ５）により修正する手段（９１３）と、修正されたオフセット経路に基づいて相対移動指令値を演算して出力する手段（９１）と、を具備する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１および図２には、本発明のワイヤカット放電加工方法を実施することができるワイヤカット放電加工装置の一例が示されている。図１には、ワイヤカット放電加工装置本機と加工液供給装置の全体の概略構成が示されている。また、図２には、加工電源ユニットの主要な構成が示されている。
【００２８】
ワイヤカット放電加工装置は、主にワイヤカット放電加工装置本機と、それに併設されるＮＣ装置や加工電源装置を含む加工電源ユニットから構成されている。本機のベースとなる機体構造物１は、ベッド１１と、その後部上面に立設されるコラム１２とからなる。
【００２９】
被加工物移動機構２は、ベッド１１に搭載されたサーボモータにより移動可能なクロステーブルで構成される。クロステーブルは、サーボモータ２１Ｘで駆動するＸ軸方向に移動可能なＸテーブル２Ｘとサーボモータ２１Ｙで駆動するＹ軸方向に移動可能なＹテーブル２Ｙが段状に搭載され、被加工物ＷＰを水平２軸方向に移動できる。Ｘ軸テーブル２Ｘ上には、被加工物ＷＰを取り付けられるワークスタンド２２と、そのワークスタンド２２に設置された被加工物ＷＰを囲むように加工槽２３が載置されている。
【００３０】
ワイヤ案内機構３は、上アーム３Ｕの先端に取り付けられる上側ガイドユニット３１と下アーム３Ｌの先端に取り付けられる下側ガイドユニット３２を含んでなる。上側ガイドユニット３１内の上側ワイヤガイドＧＵと下側ガイドユニット３２内の下側ワイヤガイドＧＬとの一対のワイヤガイド間にワイヤ電極ＥＬが張架され、位置決め案内される。下アーム３Ｌは、加工槽２４の後背部側壁を貫通してコラム１２に固定されている。
【００３１】
ワイヤ送給機構４は、コラム１２の全面パネル部に設けられていて、ワイヤ電極の供給部であるボビン４１と、ワイヤ電極ＥＬに張力を付与するテンションローラ４２と、ワイヤ電極を送給する送出ローラ４３と、自動結線ユニット４４とを含んでなる。自動結線ユニット４４は、被加工物ＷＰに予め設けられた貫通孔を通過させ、下側ワイヤガイドＧＬを介して、図示しないワイヤ回収機構に、ワイヤ電極ＥＬを自動的に張架させることができる。
【００３２】
図示されないワイヤ電極回収機構は、下アームＧＬを通過したワイヤ電極ＥＬを方向転換して送出するワイヤ搬送装置と、ワイヤ電極ＥＬを巻き取る巻取ローラと、巻き取られたワイヤ電極を回収するバケットを含んでいる。
【００３３】
テーパユニット５は、サーボモータ５１ＵによりＸ軸方向に平行なＵ軸方向に移動されるＵテーブル５Ｕと、サーボモータ５１ＶでＹ軸方向に平行なＶ軸方向に移動するＶテーブル５Ｖとを有している。Ｕテーブル５Ｕから上アーム３Ｕが垂下され、その前面端部に自動結線ユニット４４が取り付けられているので、上側ガイドユニット３１を下側ガイドユニット３２に対して自在に移動させることができる。そのため、テーパユニット５を移動することにより、ワイヤ電極ＥＬを垂直方向に対して傾斜させることができる。
【００３４】
ポンプ６１、フィルタ６２、純水器６３を含む加工液供給装置６から出力される加工液は、上側ガイドユニット３１と下側ガイドユニット３２にそれぞれ設けられたノズル３１Ｎとノズル３２Ｎより、ワイヤ電極ＥＬの張架された方向にほぼ同軸に噴流として供給される。また、加工槽２４内に残留する加工液は、ドレインパイプ６４を通って加工液貯溜槽６５に戻される。
【００３５】
加工ヘッド７は、サーボモータ７１により、Ｘ軸とＹ軸のそれぞれに垂直なＺ軸方向に昇降する。加工ヘッド７の移動にともなって、加工ヘッド７の下側に取り付けられたテーパユニット５を介して上側ワイヤガイドＧＵと自動結線ユニット４４も同時に昇降する。
【００３６】
加工電源ユニット８は、本機に隣接して設置される筐体内にＮＣユニット９や加工用電源回路８１などの電気回路が収納されている。前記筐体の前面パネル部には、ＣＲＴやＬＥＤなどの表示装置８２が取り付けられ、その近傍にスイッチやキーボードを含む入力装置８３と読取装置８４が設置されている。
【００３７】
ＮＣユニット９の演算装置９１は、所定の処理プログラムを記憶した記憶部を含み、その処理プログラムにしたがって、入力装置８３から入力されるパラメータデータあるいは読取装置８４から入力されるＮＣプログラムを解読する。また、その処理プログラムにしたがって、必要な計算を行い、各装置を制御する。記憶装置９２は、必要なデータを所定の記憶領域に一時的に記憶する。このとき、検出回路８５で得られる間隙の検出信号や図示しない位置検出装置のフィードバック信号は、適宜演算装置９１に入力されている。
【００３８】
例えば、ワイヤ電極ＥＬと被加工物ＷＰとの間隙に印加される加工電圧パルスに関する指令信号は、加工制御回路８６へ出力され、ゲート回路からゲート信号を発信して加工用電源回路８１の少なくとも１つのスイッチング素子のオンオフを制御する。また、可変直流電源や図示しない可変電流制限抵抗器などの値を調節する。ここで出力されるパルス状の加工電流は、同軸ケーブルＣＢを介して放電ギャップに供給される。
【００３９】
なお、図示しないが、ワイヤ供給機構４、ワイヤ回収機構、あるいは加工液供給装置６も同様にして制御することが可能であり、加工液噴流の圧力、ワイヤ電極の走行速度、ワイヤ電極の張力なども一括して管理できる。
【００４０】
特に、所定の処理プログラムにしたがって種々の演算を行える演算装置９１が図２に機能的に分割して示されている。主演算部９１１では、所望の加工に関する情報がプログラムされたＮＣプログラムが解読される。そして、解読して得られた相対移動に関するＮＣデータに基づく補間を行って、ＮＣプログラム軌跡ＰＮとＮＣプログラム軌跡ＰＮを所定方向に所定補正量シフトしたオフセット経路のデータが演算される。このとき、ＮＣプログラム軌跡やオフセット経路は、主演算部９１１を介して表示用データに変換され、表示装置８２に表示させることができる。
【００４１】
鋭角のアウトコーナを探索するコーナ判別部９１２では、主演算部９１１で得られたＮＣデータに基づき、ＮＣプログラム軌跡の中、すなわち所望の加工形状に鋭角のアウトコーナが含まれるかどうかを調べる。オフセット経路修正部９１３では、鋭角のアウトコーナが存在する場合には、そのアウトコーナを形成する２つのプログラムブロックで表されるＮＣプログラム軌跡のブロックと、それらに対応する２つのオフセット経路のブロックとから、後述する第１ないし第３の補助経路が求められる。そして、これらの補助経路により修正したオフセット経路が設定される。
【００４２】
この修正されたオフセット経路のデータから各軸の移動量が得られ、各軸について相対移動指令値が指令信号発生装置９３へ出力される。なお、この修正されたオフセット経路に基づく相対移動軌跡についても、主演算部９１１を介して表示装置８２に表示でき、また、これらのデータは記憶装置９２に記憶させておくことができる。
【００４３】
指令信号発生装置９３からは、オフセット経路修正部９１３から出力される修正されたオフセット経路に基づく相対移動指令値がモータ制御パルスに変換されて各軸のモータドライバ８７に分配出力される。モータドライバ８７により各軸のサーボモータ２１Ｘ、２１Ｙ、５１Ｕ、５１Ｖ、７１が同期して制御され、各軸方向の移動装置であるテーブル２Ｘ、２Ｙ、５Ｕ、５Ｖ、および加工ヘッド７の少なくとも１つが駆動され、ワイヤ電極ＥＬは、修正されたオフセット経路に沿って相対移動する。このとき、所定の軸方向（一般にＸ軸とＹ軸方向）に対しては、図示しないサーボ装置からサーボ信号が移動指令信号に割り込まれ、ワイヤ電極ＥＬをサーボ運動させる。
【００４４】
次に、本発明の加工方法により鋭角のアウトコーナを放電加工する例を図３を用いて説明する。なお、図３Ａと図３Ｂは、図６に示されるＮＣプログラム軌跡と同一にしている。
【００４５】
まず、ＮＣプログラムを解読し、解読されて得られるＮＣプログラム軌跡ＰＮのデータとオフセットの方向およびオフセット値のデータとにより、各形状要素に対応するファーストカットの基礎となるオフセット経路ＰＯを設定する。このとき、ＮＣプログラム軌跡ＰＮは、形状要素毎にプログラムされている（プログラムブロック）ので、上記設定されたオフセット経路ＰＯもプログラムブロック毎に対応する。
【００４６】
座標データ、形状データ、移動方向データを含むＮＣプログラム軌跡ＰＮのデータを走査することにより、図５に示されるようなコーナ角度が９０度よりも小さい鋭角のアウトコーナＳＰの存在を調べる。そして、アウトコーナＳＰが存在した場合には、そのコーナを形成する２つのＮＣプログラム軌跡ブロックの接続点であるコーナの頂点ＣＰからオフセット経路ＰＯに下ろした２つの垂線とオフセット経路ＰＯとの交点を、それぞれ所望の加工形状が損なわれることがない変更点Ｏ3およびＯ6とする。
【００４７】
次に、オフセット経路ＰＯのコーナの頂点Ｏ1の方向に、換言すれば、アウトコーナＳＰの外側の方向に、変更点Ｏ3を始点としてオフセット経路ＰＯに対して外側に離れるように所定角度θ傾斜した所定の長さの直線を第１の補助経路として設定する。また、同様に、頂点Ｏ1の方向に、変更点Ｏ6からオフセット経路ＰＯに対して外側に離れるように所定角度θ傾斜した第１の補助経路と同じ長さの線分を第２の補助経路として設定する。
【００４８】
そして、図３Ｂに示されるように、先に求められた第１および第２の補助経路の終点Ｏ4とＯ5とを接続する線分を第３の補助経路として設定する。この第３の補助経路は、コーナの頂点ＣＰを侵食させないためには、少なくとも、図３Ａに斜線で示されるような、コーナの頂点ＣＰを中心とし半径をオフセット値とした円弧の外側の領域に位置する必要がある。
【００４９】
ところで、上記補助経路を設定する場合には、第１および第２の補助経路の上記所定角度θとその長さが決められなければならない。なぜなら、これら補助経路の外側への広がり具合いは、ワイヤ電極の振動の振幅に特に密接に関わり、上記所定角度θが小さいと、加工形状の側面が余分に歪めて加工されるからである。また、それらの長さは、既述した第３の補助経路の位置に特に密接に関わるものであり、具体的には、第１および第２の補助経路の上記所定角度が小さければ、第３の補助経路をワイヤ電極が相対移動するときに、コーナＣＰの先端を除去してしまうからである。
【００５０】
そして、種々の実験の結果、第１および第２の補助経路の長さはオフセット値を所定倍率ｋで乗算して算出するものとし、所定角度θを１０°、所定倍率ｋを１．２としたときには、これらの値が固定値であっても、コーナ角度の大きさに関わらず、実加工上殆ど問題がないことが判明した。これは、通常のファーストカットにおける種々のパラメータや加工条件、またオフセット値も所定の設定し得る範囲内に収まっているからだと考えられる。この通常の範囲内であれば、所定角度θが概ね１０°よりも大きければ、加工精度上の問題が殆どなく、所定倍率は所定角度θの大きさに依存する。なお、所定角度θを必要以上大きくすると、それだけ所定倍率ｋが大きくなり、放電加工しなければならない距離が長くなって加工時間を不必要に長くすることに注意を要する。
【００５１】
このように、補助経路を設定する加工方法で鋭角のアウトコーナを高精度に加工しようとする場合には、常に補正値の設定の困難さが問題となっていたが、本発明では、難しい補正値の設定が殆ど不要であるという利点を有する。
【００５２】
一対のワイヤガイド間距離が大きい場合は、理論上のワイヤ電極の振動の振幅の大きさに影響することがわかっている。したがって、そのワイヤカット放電加工装置が加工可能な被加工物の板厚の範囲が幅広い（スペックが大きい）ケースでは、繊細である必要はないが、板厚の所定の範囲毎（例えば１０ｍｍ毎）に板厚に対応する好ましい所定角度θと所定倍率ｋを予め定めておくとよい。このとき、加工条件の初期値を設定するときに用いられてきた公知の設定値の設定システムを採用することができ、板厚などのパラメータと所定角度θと所定倍率ｋとの関係を記憶装置に記憶させておいて、特定の入力値に基づいて選択設定するようにすれば、作業者の負担が増大することはない。
【００５３】
なお、ワイヤ電極の振動の振幅を計算する公知の演算方法を用いて、ワイヤ電極の振動の振幅を演算することで、特定の範囲内では、上述した板厚などのパラメータや電気的な加工条件などに応じて所定角度θと所定倍率ｋを詳細な値に設定することは、演算装置が発達した今日においては、それほど困難なことではない。しかし、ワイヤ電極ＥＬの振動に関しては、多くの研究者により今なお研究されているところであり、理論値から実際の加工で常に好ましい効果を得られるとは限らない。このため、演算により所定角度θと所定倍率ｋを求めたとしても、所定角度θと所定倍率ｋの設定をかえって難しくしてしまうことがあるので、実施に際しては、加工実験を行ってから設定するのがよい。
【００５４】
以上のようにして設定された第１ないし第３の補助経路によりオフセット経路ＰＯを修正した修正オフセット経路に沿ってワイヤ電極と被加工物とを相対移動させながら被加工物を放電加工する。なお、ＮＣプログラムにプログラムされた相対移動に関するＮＣデータから、直線形状や円弧形状を補間し、各軸移動装置に移動指令値を出力する基本的な方法は、従来公知の方法が採用される。
【００５５】
セカンドカット以降は、加工形状を損ねないようにするために、何等かの事情でやむ得ない場合を除いて、ファーストカットと相似形の経路で加工することが望ましい。したがって、セカンドカット以降についても、その加工工程毎に設定されているオフセット値を使用して、同様に補助経路を設定し、修正されたオフセット経路に沿って放電加工する。
【００５６】
このようにして設定された第１の補助経路では、ワイヤ電極が加工品の外側に広がることにより、ワイヤ電極の振動の振幅がコーナの頂点で拡大する誤差を、実際の加工形状精度上問題のない範囲で補正して、コーナエッジがシャープに形成されなくなることを防止する。また、第２の補助経路では、ワイヤ電極がコーナの頂点を折り返してコーナから脱出するときに、コーナエッジが歪んで変形することを防止する。そして、第３の補助経路では、コーナの頂点を除去してしまうことを防止するとともに、第１と第２の補助経路をほぼ最短距離で接続して、不必要に加工効率を低下させない。
【００５７】
上述したオフセット経路ＰＯ上の変更点Ｏ3、Ｏ6を、コーナの頂点ＣＰから基礎オフセット経路ＰＯへ下ろした垂線とオフセット経路ＰＯとの交点としたのは、加工形状精度上の問題がなく、ＮＣデータからの計算が容易であるからであり、変更点Ｏ3、Ｏ6から離れ過ぎなければ、オフセット経路ＰＯ上の別の点を変更点として設定することができる。
【００５８】
なお、コーナの頂点ＣＰを中心としオフセット値を半径とする円弧の外側に位置し、コーナを形成するＮＣプログラム軌跡ＰＮに対応するオフセット経路ＰＯの２つのブロックと交差する第３の補正経路を先に設定してから、所定角度θでオフセット経路ＰＯの外側に広がる第１および第２の補正経路を設定することも可能である。
【００５９】
図４は、図３Ｂに示された実施の形態を変形した第２の実施の形態を示す図である。図４では同一の意味を有する事項は、図３Ｂと同一の符号を用いている。この実施の形態では、比較的直線に近い緩やかな円弧形状の第１ないし第３の補助経路が設定されている。このような補助経路を設定しても、上述した第１の実施の形態と殆ど変わらない効果が期待できる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明のワイヤカット放電加工方法および装置によれば、種々の要因により生じる複雑なワイヤ電極を考慮して、ワイヤ電極のオフセット経路を設定したので、鋭角のアウトコーナの加工形状精度が向上する。また、加工形状精度を得るために、加工時間を大きく犠牲にすることがないから、効率よく加工形状精度を得ることができるという効果を奏する。
【００６１】
また、作業者が難しいパラメータを設定する必要がなく、容易に鋭角のアウトコーナにおける加工形状精度を得ることができ、ひいては作業時間を短縮し得る効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のワイヤカット放電加工方法を実施するワイヤカット放電加工装置本機の全体を示す概略構成図である。
【図２】本発明のワイヤカット放電加工装置の要部構成図である。
【図３】本発明のワイヤカット放電加工方法の一実施の形態による鋭角のアウトコーナ部分の加工例であって、（Ａ）は補助経路の設定領域を示す平面図、（Ｂ）はワイヤ電極がコーナを通過した後を示す平面図である。
【図４】本発明のワイヤカット放電加工方法の別の実施の形態による鋭角のアウトコーナ部分の加工例を示す図である。
【図５】鋭角のアウトコーナを含んだ加工の形態を示す被加工物の斜視図である。
【図６】従来のワイヤカット放電加工方法による鋭角のアウトコーナ部分の加工例であって、（Ａ）はワイヤ電極がコーナを通過する前、（Ｂ）はワイヤ電極がコーナを通過した後を示す図である。
【符号の説明】
１，機体構造物
２，被加工物移動機構
３，ワイヤ案内機構
４，ワイヤ供給機構
５，テーパユニット
６，加工液供給装置
７，加工ヘッド
８，加工電源ユニット
８１，加工用電源回路
９，ＮＣユニット
９１，演算装置
９１１，主演算部
９１２，コーナ判別部
９１３，オフセット経路修正部
９２，記憶装置
ＥＬ，ワイヤ電極
ＷＰ，被加工物
ＷＤ，加工品
ＣＰ，コーナの頂点
ＰＮ，ＮＣプログラム軌跡
ＰＯ，オフセット経路
ＧＰ，放電ギャップ
Ｌ，最大振幅
Ｏ3，Ｏ6，変更点
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定のＮＣプログラム軌跡に鋭角のアウトコーナを含んだ加工形状を放電加工するワイヤカット放電加工方法およびワイヤカット放電加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ワイヤカット放電加工装置では、ワイヤ電極は、一対のワイヤガイドに所定のクリアランスをもって支持され、被加工物に対してほぼ垂直方向に所定の張力が付与された状態で張架されるとともに、一方向に走行し更新されている。ワイヤ電極は、所定の間隙をおいて被加工物に対向配置され、その間隙に加工のための電圧を間欠的に印加しつつワイヤ電極を被加工物に対して予め設定された経路に沿って相対移動させて、被加工物を所望の形状に加工する。
【０００３】
通常、ワイヤ電極をマイナス極とし、被加工物をプラス極として、両極間に形成される放電ギャップに所定の電流値のパルス状の加工電流が供給される。このとき、ワイヤ電極と被加工物との間隙に印加される電圧パルスのオン時間やオフ時間、平均加工電流値、サーボ基準電圧値などの放電加工エネルギに影響する電気的な加工条件は、要求される加工面粗度、加工形状精度、加工時間などに応じて初期設定される。また、ワイヤカット放電加工装置のタイプによっては、異なる電気特性を有する複数の放電加工回路を使い分けている。
【０００４】
被加工物が全く放電加工されていない状態から被加工物を放電加工するときは、ワイヤ電極の被加工物上の相対移動経路に沿った少なくともワイヤ電極の径と放電ギャップの距離とを含むワイヤ電極に対向する被加工物の部分は、全て放電により除去される部分である。このような加工除去量の多い加工に際しては、放電エネルギを大きくして一放電毎の加工除去量を多くし、加工時間をより短くすることが望ましい。そのため、より大きな値の平均加工電流値が得られるように、比較的高い値のピーク電流値あるいは長い時間幅を有するパルス状の加工電流が断続的に供給される。
【０００５】
ところで、比較的大きな放電エネルギで加工を行うと、詳細な説明は省略するが種々の理由により、加工品の加工面粗度や加工形状精度は期待に対してあまりよくないことが知られている。このため、多くの場合、先に切断された加工品を被加工物として、その加工面をならすように比較的小さな放電エネルギで再度被加工物を放電加工するようにされている。以下では、この種の加工工程を端面仕上げ加工と称し、先述した最初の加工工程を荒加工工程として説明する。
【０００６】
端面仕上げ加工は、しばしば、要求される加工面粗度や加工形状精度に応じて複数の加工工程に区分され、同じような加工工程が段階的に放電エネルギを小さくしながら何回か繰り返される。そこで、ワイヤカット放電加工では、荒加工工程をファーストカット、端面仕上げ加工工程はさらにその加工順にセカンドカット、サードカットと呼ばれて区別されている。したがって、電気的加工条件は、加工全体を通して常に同じ値が設定されるわけではなく、要求される加工面粗度、加工形状精度、加工時間などに応じて段階的に初期設定される。
【０００７】
通常、工具を所定の経路に沿って相対移動させて、被加工物を切断ないし輪郭加工する場合には、工具は、所望の加工形状を表すＮＣプログラム（加工プログラム）軌跡ではなく、工具径を考慮してＮＣプログラム軌跡の外側にシフトされたオフセット経路に沿って相対移動される。特に、ワイヤカット放電加工では、上述したようにワイヤ電極と被加工物との間に概ね電気的な加工条件により推定される放電ギャップがあるので、ワイヤ電極は、ワイヤ電極の径と放電ギャップとを考慮した所定補正量（オフセット値）だけ補正されたオフセット経路上を相対移動される。
【０００８】
このとき、被加工物に対して必要な部品を切り出すタイプの加工では、加工形状のラインの外側にオフセット経路が設定される。また、被加工物に対して不要な部分を取り除いて必要な部品を得るタイプの加工では、加工形状のラインの内側にオフセット経路が設定される。したがって、コーナ部分を加工するときは、ＮＣプログラム軌跡が同一であっても、そのコーナに対してオフセットされる方向が外側（アウトコーナ）あるか内側（インコーナ）であるかにより、その加工方法がいくつかの点で異なる。
【０００９】
ＮＣ（数値制御）装置を備えたワイヤカット放電加工装置では、予め作成されたＮＣプログラムに、座標値や相対移動方向を含む所望の加工形状の要素とともにオフセット方向およびオフセット値が設定されている。また、初期加工条件のようなパラメータ値もＮＣコードを用いて実質的に設定されている。複数回の加工工程により被加工物を加工するときは、いくつかの電気的な加工条件が段階的に小さく設定されるのにともなって、推定される放電ギャップが小さくなるから、オフセット値も加工工程毎に段階的に小さな値に設定される。
【００１０】
もっぱら、放電ギャップの絶縁状態をコントロールする放電加工媒体として放電加工液が使用される。加工液は、ワイヤ電極を冷却するクーラントとしても使用でき、放電や供給される電流による発熱にともなうワイヤ電極および間隙の温度の上昇を抑制する。また、加工液は、噴流として供給することにより、放電によって溶融し飛散した金属粉や加工液に含まれる物質が分解して生成される不純物などの間隙に滞留する加工屑を速やかに除去して、間隙を浄化させる作用も有する。
【００１１】
その一方で、加工液の噴流は、ワイヤ電極に不規則で測定しにくい力を作用させて、しばしばワイヤ電極の振動の発生源の一つになる。しかも、ワイヤ電極には、放電の発生点において、放電反力と静電気力との影響により複雑な動きをしているから、加工液の振動を増長することがある。このため、ワイヤ電極は複雑に常に振動し、ワイヤ電極のワイヤガイドに支持されている部位と放電が発生している部位との水平面方向の相対位置が常時異なっている。
【００１２】
このようなワイヤ電極の振動の影響により、コーナ角度が９０度よりも小さい鋭角のアウトコーナに“だれ”が生じて、加工品に所望のシャープなエッジが得られないことがある。特に、コーナ角度が１０数度以下で小さいときにはコーナの形状が歪んでしまうこともある。以下に、図５と図６を用いて、上記点についてより具体的に説明する。なお、図５はある加工の形態の一例であり、図６はその一部分の鋭角のアウトコーナの部分の拡大図である。
【００１３】
図５に示されるように、例えば、加工品ＷＤを被加工物ＷＰから切り出す加工を行う場合に、符号ＳＰで示される鋭角のアウトコーナ部分が存在することがある。なお、図５に示された加工形状の加工面は、一部にテーパ面を有するものであるが、所望の加工形状を表すＮＣプログラム軌跡は、図５に符号ＰＮで示された軌跡とする。
【００１４】
ファーストカットの場合には、被加工物ＷＰに形成された加工溝にワイヤ電極ＥＬが挟まれた状態で被加工物ＷＰが加工されていくので、放電反力Ｇと加工液噴流の力Ｆが加工の進行方向に直交する方向に作用しにくく、その方向のワイヤ電極ＥＬの振動は抑制されている。しかし、被加工物ＷＰの既に加工された部分は開放された状態であるので、図６Ａに示されるように放電反力Ｇと加工液噴流の力Ｆが作用して、加工の進行方向と反対の方向に対しては、ワイヤ電極ＥＬに振動が生じている。このため、見かけ上、ワイヤ電極ＥＬの一対のワイヤガイドで位置決めされている部位よりもその加工部位が遅れた状態で、ワイヤ電極ＥＬが相対移動している。
【００１５】
鋭角のアウトコーナ部分のオフセット経路ＰＯのコーナの頂点Ｏ1において、ワイヤ電極ＥＬの相対移動方向を転換したときには、加工の進行方向に働いている力Ｖに対して放電反力Ｇと加工液噴流の力Ｆとが、概ね図６Ｂに示されるように作用している。このとき、ワイヤ電極ＥＬの振動の最大振幅Ｌは、ＮＣプログラム軌跡ＰＮにおけるコーナの頂点ＣＰの方向にまで及ぶ。そのため、図６Ｂに示されるように、被加工物ＷＰの加工品ＷＤとして切り出される部分のコーナエッジは、“コーナだれ”が生じてシャープに形成されない。
【００１６】
ワイヤ電極ＥＬが頂点Ｏ1を通過すると、加工の進行方向に対して直交する方向のワイヤ電極ＥＬの振動は次第に抑制されていき、その振動の振幅は徐々に小さくなっていく。その後、ワイヤ電極ＥＬの相対位置が図６Ｂに示される点Ｏ2に到達する頃には、ワイヤ電極にＥＬは再び加工溝に挟まれる状態になり、上記方向のワイヤ電極ＥＬの振動が収束される。
【００１７】
端面仕上げ加工が複数の加工工程で何回行われても、コーナだれによる加工形状の誤差は、修正されないまま加工形状精度との相対的な関係で徐々に拡大する。そして、端面仕上げ加工の最終段階の加工工程では、要求される加工形状精度にもよるが、このコーナだれは、もはや無視できない程度に大きくなり、結局所望の形状が得られない結果になる。
【００１８】
一般的には、オフセット経路のコーナ部分で予め設定された時間だけワイヤ電極と被加工物との相対移動を一時的に停止させるとともに、加工のための電圧パルスの印加を休止して、一対のワイヤガイド間におけるワイヤ電極の全体的な撓みを小さくしてから、再び所定の速度でワイヤ電極と被加工物とを相対移動させ、上記電圧パルスの印加を再開するようにした加工方法が採用されている。
【００１９】
また、特に高い形状精度を得る場合、特殊な加工方法として、オフセット経路ＰＯのコーナへの進入経路を外側に広がるように修正し、この修正されたオフセット経路に沿って加工する方法がある。この方法によれば、加工品の側面側のワイヤ電極の撓みが加工品ＷＤの側面に直接影響しにくくなり、アウトコーナの歪みが小さくなる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、放電加工と相対移動送りとを一時的に休止する加工方法においては、放電加工と相対移動送りとを再開したときに、やはり同様の作用が生じてしまう。また、コーナへの進入経路を外側に広がるように修正する加工方法でも、コーナ部分を折り返してコーナから脱出するときには、やはり同様の作用を生じてしまう。そして、上述した何れの方法においても、ワイヤ電極の振動、特に加工液噴流の力による振動の影響を殆ど考慮していないため、ワイヤ電極の撓みによる影響は取り除けてもワイヤ電極の振動による影響は十分に取り除けず、コーナのだれを抑制する方法として不十分である。
【００２１】
さらに、作業者にとって、ワイヤ電極の相対移動を停止させる時間やオフセット経路を外側に広がるように修正する補正量をＮＣプログラムなどに予め設定することは容易ではない。
【００２２】
本発明は、鋭角のアウトコーナを含む加工形状を放電加工する加工方法を改良して、より容易に鋭角のアウトコーナの加工形状精度を向上し得るワイヤカット放電加工方法を提供することを主たる目的とする。また、そのワイヤカット放電加工方法を実現するワイヤカット放電加工装置を提供することを目的とする。その他の本発明の技術の有利な点については、具体的な実施の形態とともに説明する。
【００２３】
【課題を解決する手段】
上記点に鑑みて、具体的には、本発明のワイヤカット放電加工方法は、所望の加工形状を表すＮＣプログラム軌跡（ＰＮ）における鋭角のアウトコーナ（ＳＰ）において、アウトコーナ（ＳＰ）の頂点（ＣＰ）からＮＣプログラム軌跡（ＰＮ）を所定補正量シフトさせたオフセット経路（ＰＯ）に向かって下ろした２つの垂線とオフセット経路（ＰＯ）との交点（Ｏ ３ ），（Ｏ ６ ）からそれぞれオフセット経路（ＰＯ）の外側に広がるようにアウトコーナ（ＳＰ）の外側に向かって延長され互いに交わることがない所定の長さの第１の補助経路（Ｏ ３ −Ｏ ４ ）および第２の補助経路（Ｏ ５ −Ｏ ６ ）と、アウトコーナ（ＳＰ）の頂点（ＣＰ）を中心とし上記所定補正量を半径とする円弧の外側に位置するとともに第１の補助経路（Ｏ ３ −Ｏ ４ ）と第２の補助経路（Ｏ ５ −Ｏ ６ ）とを接続する第３の補助経路（Ｏ ４ −Ｏ ５ ）と、により修正されたオフセット経路に沿ってワイヤ電極ＥＬを相対移動させながらアウトコーナを放電加工するようにするものである。
【００２４】
好ましくは、第１の補助経路と第２の補助経路を同じ長さにする。また、それら補助経路のうちの少なくとも１つの補助経路を直線とする。さらに、第１の補正経路と第２の補正経路がオフセット経路ＰＯとの間で形成する角度が１０°以上になるようにする。
【００２５】
また、本発明のワイヤカット放電加工方法は、所望の加工形状を表すＮＣプログラム軌跡（ＰＮ）を所定補正量シフトさせたオフセット経路（ＰＯ）を設定する工程と、ＮＣプログラム軌跡（ＰＮ）に含まれる鋭角のアウトコーナ（ＳＰ）を探索する工程と、鋭角のアウトコーナ（ＳＰ）が存在する場合にアウトコーナ（ＳＰ）の頂点（ＣＰ）からオフセット経路（ＰＯ）に向かって下ろした２つの垂線とオフセット経路（ＰＯ）との２つの交点（Ｏ３）、（Ｏ６）を算出する工程と、２つの交点（Ｏ３）、（Ｏ６）からそれぞれ予め設定された所定角度（θ）でオフセット経路（ＰＯ）の外側に広がるようにアウトコーナ（ＳＰ）の外側に向かって延長され上記所定補正量を予め設定された所定倍率（ｋ）で乗算した長さを有する第１の補助経路（Ｏ３−Ｏ４）および第２の補助経路（Ｏ５−Ｏ６）を設定する工程と、アウトコーナ（ＳＰ）の頂点（ＣＰ）を中心とし上記所定補正量を半径とする円弧の外側に位置するとともに第１の補助経路（Ｏ３−Ｏ４）および第２の補助経路（Ｏ５−Ｏ６）とを接続する第３の補助経路（Ｏ４−Ｏ５）を設定する工程と、第１の補助経路（Ｏ３−Ｏ４）、第２の補助経路（Ｏ５−Ｏ６）、第３の補助経路（Ｏ４−Ｏ５）によりオフセット経路（ＰＯ）を修正する工程と、その修正されたオフセット経路に基づいてワイヤ電極（ＥＬ）と被加工物（ＷＰ）とを相対移動させる工程と、を含んでなるものである。
【００２６】
本発明のワイヤカット放電加工装置は、所望の加工形状を表すＮＣプログラム軌跡（ＰＮ）とＮＣプログラム軌跡（ＰＮ）を所定補正量シフトさせたオフセット経路（ＰＯ）を演算する手段（９１１）と、ＮＣプログラム軌跡（ＰＮ）に鋭角のアウトコーナ（ＳＰ）が含まれるかどうかを判別する手段（９１２）と、鋭角のアウトコーナ（ＳＰ）が存在する場合にアウトコーナ（ＳＰ）の頂点（ＣＰ）からオフセット経路（ＰＯ）に向かって下ろした２つの垂線とオフセット経路（ＰＯ）との２つの交点（Ｏ３）、（Ｏ６）からそれぞれ予め設定された所定角度（θ）でオフセット経路（ＰＯ）の外側に広がるようにアウトコーナ（ＳＰ）の外側に向かって延長され上記所定補正量を予め設定された所定倍率（ｋ）で乗算した長さを有する第１の補助経路（Ｏ３−Ｏ４）および第２の補助経路（Ｏ５−Ｏ６）とアウトコーナ（ＳＰ）の頂点（ＣＰ）を中心とし上記所定補正量を半径とする円弧の外側に位置するとともに第１の補助経路（Ｏ３−Ｏ４）と第２の補助経路（Ｏ５−Ｏ６）とを接続する第３の補助経路（Ｏ４−Ｏ５）とを演算する手段（９１３）と、オフセット経路（ＰＯ）を第１の補助経路（Ｏ３−Ｏ４）、第２の補助経路（Ｏ５−Ｏ６）、第３の補助経路（Ｏ４−Ｏ５）により修正する手段（９１３）と、修正されたオフセット経路に基づいて相対移動指令値を演算して出力する手段（９１）と、を具備する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１および図２には、本発明のワイヤカット放電加工方法を実施することができるワイヤカット放電加工装置の一例が示されている。図１には、ワイヤカット放電加工装置本機と加工液供給装置の全体の概略構成が示されている。また、図２には、加工電源ユニットの主要な構成が示されている。
【００２８】
ワイヤカット放電加工装置は、主にワイヤカット放電加工装置本機と、それに併設されるＮＣ装置や加工電源装置を含む加工電源ユニットから構成されている。本機のベースとなる機体構造物１は、ベッド１１と、その後部上面に立設されるコラム１２とからなる。
【００２９】
被加工物移動機構２は、ベッド１１に搭載されたサーボモータにより移動可能なクロステーブルで構成される。クロステーブルは、サーボモータ２１Ｘで駆動するＸ軸方向に移動可能なＸテーブル２Ｘとサーボモータ２１Ｙで駆動するＹ軸方向に移動可能なＹテーブル２Ｙが段状に搭載され、被加工物ＷＰを水平２軸方向に移動できる。Ｘ軸テーブル２Ｘ上には、被加工物ＷＰを取り付けられるワークスタンド２２と、そのワークスタンド２２に設置された被加工物ＷＰを囲むように加工槽２３が載置されている。
【００３０】
ワイヤ案内機構３は、上アーム３Ｕの先端に取り付けられる上側ガイドユニット３１と下アーム３Ｌの先端に取り付けられる下側ガイドユニット３２を含んでなる。上側ガイドユニット３１内の上側ワイヤガイドＧＵと下側ガイドユニット３２内の下側ワイヤガイドＧＬとの一対のワイヤガイド間にワイヤ電極ＥＬが張架され、位置決め案内される。下アーム３Ｌは、加工槽２４の後背部側壁を貫通してコラム１２に固定されている。
【００３１】
ワイヤ送給機構４は、コラム１２の全面パネル部に設けられていて、ワイヤ電極の供給部であるボビン４１と、ワイヤ電極ＥＬに張力を付与するテンションローラ４２と、ワイヤ電極を送給する送出ローラ４３と、自動結線ユニット４４とを含んでなる。自動結線ユニット４４は、被加工物ＷＰに予め設けられた貫通孔を通過させ、下側ワイヤガイドＧＬを介して、図示しないワイヤ回収機構に、ワイヤ電極ＥＬを自動的に張架させることができる。
【００３２】
図示されないワイヤ電極回収機構は、下アームＧＬを通過したワイヤ電極ＥＬを方向転換して送出するワイヤ搬送装置と、ワイヤ電極ＥＬを巻き取る巻取ローラと、巻き取られたワイヤ電極を回収するバケットを含んでいる。
【００３３】
テーパユニット５は、サーボモータ５１ＵによりＸ軸方向に平行なＵ軸方向に移動されるＵテーブル５Ｕと、サーボモータ５１ＶでＹ軸方向に平行なＶ軸方向に移動するＶテーブル５Ｖとを有している。Ｕテーブル５Ｕから上アーム３Ｕが垂下され、その前面端部に自動結線ユニット４４が取り付けられているので、上側ガイドユニット３１を下側ガイドユニット３２に対して自在に移動させることができる。そのため、テーパユニット５を移動することにより、ワイヤ電極ＥＬを垂直方向に対して傾斜させることができる。
【００３４】
ポンプ６１、フィルタ６２、純水器６３を含む加工液供給装置６から出力される加工液は、上側ガイドユニット３１と下側ガイドユニット３２にそれぞれ設けられたノズル３１Ｎとノズル３２Ｎより、ワイヤ電極ＥＬの張架された方向にほぼ同軸に噴流として供給される。また、加工槽２４内に残留する加工液は、ドレインパイプ６４を通って加工液貯溜槽６５に戻される。
【００３５】
加工ヘッド７は、サーボモータ７１により、Ｘ軸とＹ軸のそれぞれに垂直なＺ軸方向に昇降する。加工ヘッド７の移動にともなって、加工ヘッド７の下側に取り付けられたテーパユニット５を介して上側ワイヤガイドＧＵと自動結線ユニット４４も同時に昇降する。
【００３６】
加工電源ユニット８は、本機に隣接して設置される筐体内にＮＣユニット９や加工用電源回路８１などの電気回路が収納されている。前記筐体の前面パネル部には、ＣＲＴやＬＥＤなどの表示装置８２が取り付けられ、その近傍にスイッチやキーボードを含む入力装置８３と読取装置８４が設置されている。
【００３７】
ＮＣユニット９の演算装置９１は、所定の処理プログラムを記憶した記憶部を含み、その処理プログラムにしたがって、入力装置８３から入力されるパラメータデータあるいは読取装置８４から入力されるＮＣプログラムを解読する。また、その処理プログラムにしたがって、必要な計算を行い、各装置を制御する。記憶装置９２は、必要なデータを所定の記憶領域に一時的に記憶する。このとき、検出回路８５で得られる間隙の検出信号や図示しない位置検出装置のフィードバック信号は、適宜演算装置９１に入力されている。
【００３８】
例えば、ワイヤ電極ＥＬと被加工物ＷＰとの間隙に印加される加工電圧パルスに関する指令信号は、加工制御回路８６へ出力され、ゲート回路からゲート信号を発信して加工用電源回路８１の少なくとも１つのスイッチング素子のオンオフを制御する。また、可変直流電源や図示しない可変電流制限抵抗器などの値を調節する。ここで出力されるパルス状の加工電流は、同軸ケーブルＣＢを介して放電ギャップに供給される。
【００３９】
なお、図示しないが、ワイヤ供給機構４、ワイヤ回収機構、あるいは加工液供給装置６も同様にして制御することが可能であり、加工液噴流の圧力、ワイヤ電極の走行速度、ワイヤ電極の張力なども一括して管理できる。
【００４０】
特に、所定の処理プログラムにしたがって種々の演算を行える演算装置９１が図２に機能的に分割して示されている。主演算部９１１では、所望の加工に関する情報がプログラムされたＮＣプログラムが解読される。そして、解読して得られた相対移動に関するＮＣデータに基づく補間を行って、ＮＣプログラム軌跡ＰＮとＮＣプログラム軌跡ＰＮを所定方向に所定補正量シフトしたオフセット経路のデータが演算される。このとき、ＮＣプログラム軌跡やオフセット経路は、主演算部９１１を介して表示用データに変換され、表示装置８２に表示させることができる。
【００４１】
鋭角のアウトコーナを探索するコーナ判別部９１２では、主演算部９１１で得られたＮＣデータに基づき、ＮＣプログラム軌跡の中、すなわち所望の加工形状に鋭角のアウトコーナが含まれるかどうかを調べる。オフセット経路修正部９１３では、鋭角のアウトコーナが存在する場合には、そのアウトコーナを形成する２つのプログラムブロックで表されるＮＣプログラム軌跡のブロックと、それらに対応する２つのオフセット経路のブロックとから、後述する第１ないし第３の補助経路が求められる。そして、これらの補助経路により修正したオフセット経路が設定される。
【００４２】
この修正されたオフセット経路のデータから各軸の移動量が得られ、各軸について相対移動指令値が指令信号発生装置９３へ出力される。なお、この修正されたオフセット経路に基づく相対移動軌跡についても、主演算部９１１を介して表示装置８２に表示でき、また、これらのデータは記憶装置９２に記憶させておくことができる。
【００４３】
指令信号発生装置９３からは、オフセット経路修正部９１３から出力される修正されたオフセット経路に基づく相対移動指令値がモータ制御パルスに変換されて各軸のモータドライバ８７に分配出力される。モータドライバ８７により各軸のサーボモータ２１Ｘ、２１Ｙ、５１Ｕ、５１Ｖ、７１が同期して制御され、各軸方向の移動装置であるテーブル２Ｘ、２Ｙ、５Ｕ、５Ｖ、および加工ヘッド７の少なくとも１つが駆動され、ワイヤ電極ＥＬは、修正されたオフセット経路に沿って相対移動する。このとき、所定の軸方向（一般にＸ軸とＹ軸方向）に対しては、図示しないサーボ装置からサーボ信号が移動指令信号に割り込まれ、ワイヤ電極ＥＬをサーボ運動させる。
【００４４】
次に、本発明の加工方法により鋭角のアウトコーナを放電加工する例を図３を用いて説明する。なお、図３Ａと図３Ｂは、図６に示されるＮＣプログラム軌跡と同一にしている。
【００４５】
まず、ＮＣプログラムを解読し、解読されて得られるＮＣプログラム軌跡ＰＮのデータとオフセットの方向およびオフセット値のデータとにより、各形状要素に対応するファーストカットの基礎となるオフセット経路ＰＯを設定する。このとき、ＮＣプログラム軌跡ＰＮは、形状要素毎にプログラムされている（プログラムブロック）ので、上記設定されたオフセット経路ＰＯもプログラムブロック毎に対応する。
【００４６】
座標データ、形状データ、移動方向データを含むＮＣプログラム軌跡ＰＮのデータを走査することにより、図５に示されるようなコーナ角度が９０度よりも小さい鋭角のアウトコーナＳＰの存在を調べる。そして、アウトコーナＳＰが存在した場合には、そのコーナを形成する２つのＮＣプログラム軌跡ブロックの接続点であるコーナの頂点ＣＰからオフセット経路ＰＯに下ろした２つの垂線とオフセット経路ＰＯとの交点を、それぞれ所望の加工形状が損なわれることがない変更点Ｏ3およびＯ6とする。
【００４７】
次に、オフセット経路ＰＯのコーナの頂点Ｏ1の方向に、換言すれば、アウトコーナＳＰの外側の方向に、変更点Ｏ3を始点としてオフセット経路ＰＯに対して外側に離れるように所定角度θ傾斜した所定の長さの直線を第１の補助経路として設定する。また、同様に、頂点Ｏ1の方向に、変更点Ｏ6からオフセット経路ＰＯに対して外側に離れるように所定角度θ傾斜した第１の補助経路と同じ長さの線分を第２の補助経路として設定する。
【００４８】
そして、図３Ｂに示されるように、先に求められた第１および第２の補助経路の終点Ｏ4とＯ5とを接続する線分を第３の補助経路として設定する。この第３の補助経路は、コーナの頂点ＣＰを侵食させないためには、少なくとも、図３Ａに斜線で示されるような、コーナの頂点ＣＰを中心とし半径をオフセット値とした円弧の外側の領域に位置する必要がある。
【００４９】
ところで、上記補助経路を設定する場合には、第１および第２の補助経路の上記所定角度θとその長さが決められなければならない。なぜなら、これら補助経路の外側への広がり具合いは、ワイヤ電極の振動の振幅に特に密接に関わり、上記所定角度θが小さいと、加工形状の側面が余分に歪めて加工されるからである。また、それらの長さは、既述した第３の補助経路の位置に特に密接に関わるものであり、具体的には、第１および第２の補助経路の上記所定角度が小さければ、第３の補助経路をワイヤ電極が相対移動するときに、コーナＣＰの先端を除去してしまうからである。
【００５０】
そして、種々の実験の結果、第１および第２の補助経路の長さはオフセット値を所定倍率ｋで乗算して算出するものとし、所定角度θを１０°、所定倍率ｋを１．２としたときには、これらの値が固定値であっても、コーナ角度の大きさに関わらず、実加工上殆ど問題がないことが判明した。これは、通常のファーストカットにおける種々のパラメータや加工条件、またオフセット値も所定の設定し得る範囲内に収まっているからだと考えられる。この通常の範囲内であれば、所定角度θが概ね１０°よりも大きければ、加工精度上の問題が殆どなく、所定倍率は所定角度θの大きさに依存する。なお、所定角度θを必要以上大きくすると、それだけ所定倍率ｋが大きくなり、放電加工しなければならない距離が長くなって加工時間を不必要に長くすることに注意を要する。
【００５１】
このように、補助経路を設定する加工方法で鋭角のアウトコーナを高精度に加工しようとする場合には、常に補正値の設定の困難さが問題となっていたが、本発明では、難しい補正値の設定が殆ど不要であるという利点を有する。
【００５２】
一対のワイヤガイド間距離が大きい場合は、理論上のワイヤ電極の振動の振幅の大きさに影響することがわかっている。したがって、そのワイヤカット放電加工装置が加工可能な被加工物の板厚の範囲が幅広い（スペックが大きい）ケースでは、繊細である必要はないが、板厚の所定の範囲毎（例えば１０ｍｍ毎）に板厚に対応する好ましい所定角度θと所定倍率ｋを予め定めておくとよい。このとき、加工条件の初期値を設定するときに用いられてきた公知の設定値の設定システムを採用することができ、板厚などのパラメータと所定角度θと所定倍率ｋとの関係を記憶装置に記憶させておいて、特定の入力値に基づいて選択設定するようにすれば、作業者の負担が増大することはない。
【００５３】
なお、ワイヤ電極の振動の振幅を計算する公知の演算方法を用いて、ワイヤ電極の振動の振幅を演算することで、特定の範囲内では、上述した板厚などのパラメータや電気的な加工条件などに応じて所定角度θと所定倍率ｋを詳細な値に設定することは、演算装置が発達した今日においては、それほど困難なことではない。しかし、ワイヤ電極ＥＬの振動に関しては、多くの研究者により今なお研究されているところであり、理論値から実際の加工で常に好ましい効果を得られるとは限らない。このため、演算により所定角度θと所定倍率ｋを求めたとしても、所定角度θと所定倍率ｋの設定をかえって難しくしてしまうことがあるので、実施に際しては、加工実験を行ってから設定するのがよい。
【００５４】
以上のようにして設定された第１ないし第３の補助経路によりオフセット経路ＰＯを修正した修正オフセット経路に沿ってワイヤ電極と被加工物とを相対移動させながら被加工物を放電加工する。なお、ＮＣプログラムにプログラムされた相対移動に関するＮＣデータから、直線形状や円弧形状を補間し、各軸移動装置に移動指令値を出力する基本的な方法は、従来公知の方法が採用される。
【００５５】
セカンドカット以降は、加工形状を損ねないようにするために、何等かの事情でやむ得ない場合を除いて、ファーストカットと相似形の経路で加工することが望ましい。したがって、セカンドカット以降についても、その加工工程毎に設定されているオフセット値を使用して、同様に補助経路を設定し、修正されたオフセット経路に沿って放電加工する。
【００５６】
このようにして設定された第１の補助経路では、ワイヤ電極が加工品の外側に広がることにより、ワイヤ電極の振動の振幅がコーナの頂点で拡大する誤差を、実際の加工形状精度上問題のない範囲で補正して、コーナエッジがシャープに形成されなくなることを防止する。また、第２の補助経路では、ワイヤ電極がコーナの頂点を折り返してコーナから脱出するときに、コーナエッジが歪んで変形することを防止する。そして、第３の補助経路では、コーナの頂点を除去してしまうことを防止するとともに、第１と第２の補助経路をほぼ最短距離で接続して、不必要に加工効率を低下させない。
【００５７】
上述したオフセット経路ＰＯ上の変更点Ｏ3、Ｏ6を、コーナの頂点ＣＰから基礎オフセット経路ＰＯへ下ろした垂線とオフセット経路ＰＯとの交点としたのは、加工形状精度上の問題がなく、ＮＣデータからの計算が容易であるからであり、変更点Ｏ3、Ｏ6から離れ過ぎなければ、オフセット経路ＰＯ上の別の点を変更点として設定することができる。
【００５８】
なお、コーナの頂点ＣＰを中心としオフセット値を半径とする円弧の外側に位置し、コーナを形成するＮＣプログラム軌跡ＰＮに対応するオフセット経路ＰＯの２つのブロックと交差する第３の補正経路を先に設定してから、所定角度θでオフセット経路ＰＯの外側に広がる第１および第２の補正経路を設定することも可能である。
【００５９】
図４は、図３Ｂに示された実施の形態を変形した第２の実施の形態を示す図である。図４では同一の意味を有する事項は、図３Ｂと同一の符号を用いている。この実施の形態では、比較的直線に近い緩やかな円弧形状の第１ないし第３の補助経路が設定されている。このような補助経路を設定しても、上述した第１の実施の形態と殆ど変わらない効果が期待できる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明のワイヤカット放電加工方法および装置によれば、種々の要因により生じる複雑なワイヤ電極を考慮して、ワイヤ電極のオフセット経路を設定したので、鋭角のアウトコーナの加工形状精度が向上する。また、加工形状精度を得るために、加工時間を大きく犠牲にすることがないから、効率よく加工形状精度を得ることができるという効果を奏する。
【００６１】
また、作業者が難しいパラメータを設定する必要がなく、容易に鋭角のアウトコーナにおける加工形状精度を得ることができ、ひいては作業時間を短縮し得る効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のワイヤカット放電加工方法を実施するワイヤカット放電加工装置本機の全体を示す概略構成図である。
【図２】本発明のワイヤカット放電加工装置の要部構成図である。
【図３】本発明のワイヤカット放電加工方法の一実施の形態による鋭角のアウトコーナ部分の加工例であって、（Ａ）は補助経路の設定領域を示す平面図、（Ｂ）はワイヤ電極がコーナを通過した後を示す平面図である。
【図４】本発明のワイヤカット放電加工方法の別の実施の形態による鋭角のアウトコーナ部分の加工例を示す図である。
【図５】鋭角のアウトコーナを含んだ加工の形態を示す被加工物の斜視図である。
【図６】従来のワイヤカット放電加工方法による鋭角のアウトコーナ部分の加工例であって、（Ａ）はワイヤ電極がコーナを通過する前、（Ｂ）はワイヤ電極がコーナを通過した後を示す図である。
【符号の説明】
１，機体構造物
２，被加工物移動機構
３，ワイヤ案内機構
４，ワイヤ供給機構
５，テーパユニット
６，加工液供給装置
７，加工ヘッド
８，加工電源ユニット
８１，加工用電源回路
９，ＮＣユニット
９１，演算装置
９１１，主演算部
９１２，コーナ判別部
９１３，オフセット経路修正部
９２，記憶装置
ＥＬ，ワイヤ電極
ＷＰ，被加工物
ＷＤ，加工品
ＣＰ，コーナの頂点
ＰＮ，ＮＣプログラム軌跡
ＰＯ，オフセット経路
ＧＰ，放電ギャップ
Ｌ，最大振幅
Ｏ3，Ｏ6，変更点
Claims (3)
- 所望の加工形状を表すＮＣプログラム軌跡における鋭角のアウトコーナにおいて、前記アウトコーナの頂点から前記ＮＣプログラム軌跡を所定補正量シフトさせたオフセット経路に向かって下ろした２つの垂線と前記オフセット経路との交点からそれぞれ前記オフセット経路の外側に広がるように前記アウトコーナの外側に向かって延長され互いに交わることがない所定の長さの第１の補助経路および第２の補助経路と、前記アウトコーナの頂点を中心とし前記所定補正量を半径とする円弧の外側に位置するとともに前記第１の補助経路と前記第２の補助経路とを接続する第３の補助経路と、により修正されたオフセット経路に沿ってワイヤ電極を相対移動させながら前記アウトコーナを放電加工するワイヤカット放電加工方法。
- 所望の加工形状を表すＮＣプログラム軌跡を所定補正量シフトさせたオフセット経路を設定する工程と、前記ＮＣプログラム軌跡に含まれる鋭角のアウトコーナを探索する工程と、前記鋭角のアウトコーナが存在する場合に前記アウトコーナの頂点から前記オフセット経路に向かって下ろした２つの垂線と前記オフセット経路との２つの交点を算出する工程と、前記２つの交点からそれぞれ予め設定された所定角度で前記オフセット経路の外側に広がるように前記アウトコーナの外側に向かって延長され前記所定補正量を予め設定された所定倍率で乗算した長さを有する第１の補助経路および第２の補助経路を設定する工程と、前記アウトコーナの頂点を中心とし前記所定補正量を半径とする円弧の外側に位置するとともに前記第１の補助経路と前記第２の補助経路とを接続する第３の補助経路を設定する工程と、前記第１の補助経路ないし前記第３の補助経路により前記オフセット経路を修正する工程と、前記修正されたオフセット経路に基づいてワイヤ電極と被加工物とを相対移動させる工程と、を含んでなるワイヤカット放電加工方法。
- 所望の加工形状を表すＮＣプログラム軌跡と前記ＮＣプログラム軌跡を所定補正量シフトさせたオフセット経路を演算する手段と、前記ＮＣプログラム軌跡に鋭角のアウトコーナが含まれるかどうかを判別する手段と、前記鋭角のアウトコーナが存在する場合に前記アウトコーナの頂点から前記オフセット経路に向かって下ろした２つの垂線と前記オフセット経路との２つの交点からそれぞれ予め設定された所定角度で前記オフセット経路の外側に広がるように前記アウトコーナの外側に向かって延長され前記所定補正量を予め設定された所定倍率で乗算した長さを有する第１の補助経路および第２の補助経路と前記アウトコーナの頂点を中心とし前記所定補正量を半径とする円弧の外側に位置するとともに前記第１の補助経路と前記第２の補助経路とを接続する第３の補助経路とを演算する手段と、前記オフセット経路を前記第１の補助経路ないし第３の補助経路により修正する手段と、前記修正されたオフセット経路に基づいて相対移動指令値を演算して出力する手段と、を含む演算装置を具備したワイヤカット放電加工装置。
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