JP3882751B2 - ワイヤ放電加工装置のワイヤ電極自動供給装置 - Google Patents

Description

技術分野
この発明は、走行するワイヤ電極と被加工物との間で放電を発生させ、放電エネルギによって前記被加工物を加工するワイヤ放電加工装置のワイヤ電極自動供給装置に関するものである。
背景技術
ワイヤ放電加工装置により被加工物を加工する場合、一般には加工初期段階でワイヤ電極（以下、ワイヤと称する。）をイニシャルホールに挿通した状態から加工を開始し、加工終了時にはワイヤを切断して次の形状加工開始位置に移る。したがって、加工の自動化のためにはワイヤをイニシャルホールに挿通、結線し、さらに結線済みのワイヤを切断、回収する工程を自動化する必要がある。そのため、従来より前記の工程を自動化するためにワイヤ自動供給装置としてワイヤの結線、切断を自動化する技術が実用化されている。
ところで、自動結線の際には、切断されたワイヤの先端をモータ等により自動的に送り出すことにより、被加工物の上下でワイヤを支持する上部および下部ワイヤガイド、加工電流をワイヤに供給する上部および下部通電子、被加工物のイニシャルホール、回収機構等の挿通経路上のクリアランスが狭い各部分を挿通させる必要がある。そのため、自動結線中に前記の各部分での摩擦負荷が大であったり、引っ掛かりがあるとワイヤ挿通の妨げになり、ワイヤには挿通経路上の一部で座屈が発生する。このワイヤに座屈が発生すると、ワイヤの送り出しの継続によりワイヤは座屈箇所で挿通経路からはみ出し、ワイヤの先端部の送り出しが停止するために結線動作が機能しないといった問題が発生する。
上記の問題に対し、日本国特開平０１−２７４９２６号公報にはワイヤ電極が自動送給中にワイヤ回収装置と係合しないことを検出すると初期状態に戻し、復帰を検出すると再度ワイヤ送給を指令する技術が開示されている。この技術によれば確実に摩擦負荷が大であったり、引っ掛かりがあった場合の結線の失敗をやり直すことができるが、ワイヤ回収装置と係合するまでの時間が長いため検出までの時間が長くなるとともに、毎回初期状態に戻すため結線失敗を検出して再度結線が成功するまでの全工程時間が非常に長くなる欠点がある。
さらに、この座屈箇所が切断機構より下方であれば座屈箇所を切断して排除することにより復旧可能であるが、切断機構より上方である場合には座屈箇所を排除できないために自動的に復旧することが困難であり、これを回避しない場合にはマシンダウンの原因になる。
これに対し、日本国特開平０２−１６０４２２号公報にはワイヤガイドパイプの上部に導電性の材料からなる大径の通路を備えた座屈検出部材を設けると共に、この座屈検出部材と上部ガイドブロックの通電子間に印加した電圧の変化を検知する座屈検出回路を設け、ワイヤの座屈を検知すると始めの状態に巻き戻して結線作業を繰り返す技術が開示されている。しかしながら、前記のように電気的に座屈を検出しようとした場合、座屈箇所を検出部で特定しなければならない欠点があり、また、検出感度を上げるためには通電部とワイヤのクリアランスをできる限り狭くする必要がある。検出部のクリアランスを狭くすると、その箇所での座屈が発生しにくくなり、別の開放部分で座屈が発生してしまうという矛盾が生じる。
さらに、日本国特公平６２−１６２４２５号公報には、ワイヤが一定経路から逸脱したことを光センサにより検出し、ワイヤ引き戻し手段を動作させて所定量ワイヤを引き上げてワイヤの弛緩を除去させ、再度自動結線を開始する技術が開示されている。しかし、確実にワイヤの弛緩を除去するのにワイヤ引き戻し手段としての機構が必要であるとともに、前記ワイヤ引き戻し手段でワイヤの弛緩を除去しきれないときに送り出しモータにより巻き上げる動作を実行しなければならないため、再度自動結線を開始するまでの所要時間が長くなる欠点がある。
したがって、ワイヤ自動結線中のワイヤ挿通経路におけるワイヤの座屈を防止するとともに、挿通経路に負荷があった場合でも高速な自動結線を実現するには、ワイヤ挿通経路上に広範囲な開放部を設けた上に、検出感度の高いセンサーを使用し、送り出しモータにより、送り出しと巻き戻しの動作を確実にかつ俊敏に行うことが必要である。ただし、送り出しと巻き戻しの動作を連続して行う際には、ワイヤに振動が発生する。したがって、ワイヤの挿通径路上でのワイヤのたわみと、たわみは小さいがワイヤが振動している状態とを確実に、且つ、瞬間的に判別する必要がある。
発明の開示
この発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、ワイヤ自動結線中の挿通負荷による座屈を確実に検出するとともに、再結線の時間短縮と信頼性を向上させることを目的とする。
第１の発明によるワイヤ放電加工装置のワイヤ自動供給装置は、ワイヤを送り出す送り出しローラと上部ワイヤガイド間の挿通経路におけるワイヤの位置情報を検出する光学式検出センサーと、前記光学式検出センサーの位置情報に応じて前記ワイヤの振動またはたわみの状態を判別するとともに、ワイヤのたわみ量に応じて前記送り出しローラの送り出し動作および巻き戻し動作を制御する制御装置を具備したものである。
第２の発明に係るワイヤ放電加工装置のワイヤ自動供給装置は、送り出しローラの送り出し動作中にワイヤのたわみ量が所定量増加した際に送り動作を停止させ、所定時間後に巻き戻し動作を開始し、巻き戻し動作中にワイヤのたわみ量が所定量減少した際に巻き戻し動作を停止させ、所定時間後に送り出し動作を開始する制御装置を具備するものである。
第３の発明に係るワイヤ放電加工装置のワイヤ自動供給装置は、巻き戻し動作の実行回数に応じて前記送り出しローラの送り速度を遅くする速度切換手段を具備するものである。
第４の発明に係るワイヤ放電加工装置のワイヤ自動供給装置は、光学式検出センサーの指向性の狭い方向を前記ピンチローラおよびキャプスタンローラ表面の放線方向とすることを特徴とするものである。
発明を実施するための最良の形態
実施の形態１．
この発明の第１の実施の形態におけるワイヤ放電加工装置の構成について第１図を用いて説明する。
第１図において、１はワイヤ電極（以下、ワイヤと称する。）、２は被加工物、３はワイヤ１を供給するワイヤボビン、４および５はワイヤ１の走行経路を変換するプーリ、６は張力制御装置を構成する例えば、トルクモータ、７はトルクモータ６が接続されたキャプスタンローラ、８および９はキャプスタンローラ７と一対であるピンチローラ、１０はプーリ５とピンチローラ８間のワイヤ経路上のワイヤ１のたわみを吸収するたわみ取りプーリである。１１は上部ワイヤガイド、１２は下部ワイヤガイド、１３は被加工物２の上方から加工液を噴出する上部加工液ノズル、１４は同様に被加工物２の下方から加工液を噴出する下部加工液ノズルであり、１５は被加工物２の加工時に、その加工部分から下部ワイヤガイド１２を通過したワイヤ１の走行方向を変換するローラ、１６は案内パイプ、１７はワイヤ１を挟持し、ワイヤ１を巻き上げる巻き上げローラである。なお、トルクモータ６、ピンチローラ８、キャプスタンローラ７、ピンチローラ９により、張力制御部２００が構成されている。
上記のように構成されたワイヤ放電加工装置において、ワイヤ１はワイヤボビン３から送り出され、プーリ４および５によって方向変換され、たわみ取りローラ１０、張力制御部２００、後述するワイヤ自動供給装置本体３００、上部ワイヤガイド１１を通り、被加工物２との間で放電加工を行った後、下部ワイヤガイド１２、ローラ１５、案内パイプ１６を通り、巻き上げローラ１７によって巻き上げられ、回収箱（図示せず）に回収される。一方、加工液供給装置（図示せず）よりイオン交換水が高圧ポンプにより上部加工液ノズル１３および下部加工液ノズル１４に供給され、被加工物２の加工部にワイヤ１と同軸状に噴出される。
また、張力制御部２００を構成するピンチローラ８および９はキャプスタンローラ７にワイヤ１が十分な摩擦力をもって接触することができるようにワイヤ１を押さえ込むローラであり、また、トルクモータ６は、加工時には、ワイヤ１の送り方向と反対方向に一定のトルクを発生するように制御されることにより、キャプスタンローラ７を介してワイヤ１を一定の張力に制御する。また、トルクモータ６としてサーボモータを使用し、送り速度をタコジェネレータまたはロータリーエンコーダ等でフィードバックすることにより、自動結線時にはワイヤ１を送り出す方向あるいは巻き戻しを行う方向に一定速になるようキャプスタンローラ７の回転を制御することができる。
次に、ワイヤ自動供給装置の本体３００の構成について説明する。
第１図において、２０はワイヤ自動供給装置本体内のワイヤ１の挿通経路を拘束するパイプガイド、２１はパイプガイド２０をエアー圧により上下に昇降させるリニアシリンダ、２２は上部ワイヤガイド１１から被加工物２の加工開始穴、さらに下部ワイヤガイド１２までの間のワイヤ１の挿通を拘束するための水柱を形成させるジェットノズルである。
ワイヤ自動結線動作が開始されると、後述する切断通電部２３にあるワイヤ１の先端が、一定速度で回転制御されるキャプスタンローラ７により送り出され（第１図では右回転）、同時にパイプガイド２０が下降して、その先端が上部ワイヤガイド１１の近傍に達する機構となっている。前記キャプスタンローラ７の送り出しにより、ワイヤ１の先端は、パイプガイド２０の中を通過し、上部ワイヤガイド１１、ジェットノズル２２を通過した後は被加工物２の加工開始穴を通り、下部ワイヤガイド１２に達するが、この間はジェットノズル２２から噴出された水柱によって拘束される。さらに、ローラ１５によってほぼ９０度に方向変換された後、回収パイプ１６内を通り、巻き上げローラ１７に達した際に自動結線完了となる。また、１００は負荷検出装置、例えば光学式センサーで、上記のように自動結線の工程において、ワイヤ電極１が挿通経路の摩擦や付着物等による負荷や被加工物２の加工開始穴内面性状に基づく負荷等による障害により、自動結線が不可能になる状態を検出するもので、例えば光学式の近接センサーを用いることができる。
ところで、ワイヤ自動供給装置には、自動結線の機能に加えて、自動結線動作が完了しない場合にワイヤ１を切断して最初からやり直すリトライ動作時やワイヤ断線時、および加工終了時に、自動的にワイヤ電極１を切断する自動切断の機能を有する。第１図において、２３は切断通電部、２４は切断用キャプスタンローラ、２５は切断用ピンチローラであり、リトライ動作時やワイヤ断線時にはキャプスタンローラ７と切断用キャプスタンローラ２４および切断用ピンチローラ２５との間で張力を与えながら、切断通電部２３の一対の給電子間に電流を流すことにより、切断通電部２３の近傍でワイヤ１を溶断する。同様に加工終了時にはキャプスタンローラ７と巻き上げローラ１７および１８との間で張力を与えながら、切断通電部２３の一対の給電子間に電流を流すことにより、切断通電部２３の近傍でワイヤ１を溶断する。
次に、この発明の第１の実施形態に使用される光学式センサー１００の動作について第１図〜第３図を用いて説明する。
第１図および第２図において、光学式センサー１００は、自動結線工程のワイヤ１がキャプスタンローラ７によって送り出される際に、キャプスタンローラ７とパイプガイド２０間におけるワイヤ１の座屈に対して拘束されない個所に配置される。即ち、パイプガイド２０の入り口から巻き取りローラ１７の間はワイヤ１が座屈に対して拘束される機構になっているので、光学式センサー１００は上記の拘束されない個所に配置される。なお、４００は後述する制御装置である。
第３図は光学式センサー１００とワイヤ１との位置関係を上方から見た図を示している。第３図において、１０１は発光部、１０２は受光部であり、発光部１０１から発光された赤外光がワイヤ１の表面で反射して、その反射光を受光部１０２により検出する。１０３は検出領域であり、自動結線工程における挿通負荷の小さいときには、ワイヤ１は若干の振動を伴って検出領域内に位置しているが、挿通負荷が大きくなると検出領域から外側にはみ出し、座屈に至る。その際、キャプスタンローラ７とピンチローラ９の接線方向にはワイヤ１が拘束されないために、ある程度移動幅を持っている。そのため、接線方向と法線方向で図に八チングで示すような指向性のあるセンサーを用いるのが望ましく、キャプスタンローラ７とピンチローラ９の接線方向のワイヤ１の振れに対して検出範囲を広くすることで過検出を防止でき、逆に、法線方向に対しては検出範囲を狭くすることで検出感度を上げることができる。
４００は制御装置で、自動結線工程におけるワイヤ１の座屈現象を回避するため、光学式センサー１００の出力により、トルクモータ６のワイヤ１の送り出しおよび巻き戻しを制御する。
次に、第４図は挿通負荷を検出して座屈を防止するための自動結線工程のタイミングチャートを、第５図はフローチャートを示し、第４図において、Ｓ１は光学式センサー１００の出力で、ワイヤ１が光学式センサー１００の検出領域にある場合にＨｉｇｈ、検出領域から外れた際にＬｏｗとなるように出力される。以降、自動結線工程の動作について、第４図のタイミングチャート、および第５図のフローチャートを用いて説明する。Ｓ２はトルクモータ６の送り出し方向の回転（正転）をＯＮ／ＯＦＦする信号で、Ｓ３はモータ６の巻き戻し方向の回転（逆転）を同様にＯＮ／ＯＦＦする信号であり、いずれの信号もＨｉｇｈでＯＮ、ＬｏｗでＯＦＦである。Ｓ２をＯＮしてワイヤ１の結線を開始した後（Ｓ２０１、Ｓ２０２）、ワイヤ１は送り出されるが、ワイヤ１に振動が発生し、その振幅が光学式センサー１００の検出距離以上であると光学式センサー１００の出力はＨｉｇｈとＬｏｗを繰り返す（Ｓ２１５、Ｓ２０３）。さらに、挿通負荷が増大して所定時間（Ｔ１）以上連続してＳ１がＬｏｗとなった際（Ｓ２０４）にワイヤ１は光学式センサー１００の検出範囲から完全にはみ出し、その際、Ｓ２をＯＦＦ（Ｓ２０７）してワイヤ１の送り出しを停止するとともにＳ３をＯＮ（Ｓ２０８）することにより巻き戻し動作を行う。
次に、Ｓ１がＨｉｇｈとなり（Ｓ２０９、Ｓ２１０）、挿通負荷が解除されてワイヤ１がほぼ真直性を回復したときにＳ３をＯＦＦ（Ｓ２１１）し、所定時間Ｔ２後（Ｓ２１２）に再度Ｓ２をＯＮ（Ｓ２０６）してワイヤ１の送り出しを開始する。巻き戻しによりワイヤ１の真直性を回復してもしばらくワイヤ１が振動しているが、その際、所定時間Ｔ２だけＳ２およびＳ３を停止する期間を設けることによって、この振動が静止して再度結線を行う際の結線確率をより向上させることができる。
ここで、第５図において逆転送りＳ３をＯＮさせる際、回数をカウンタＰでカウント（Ｓ２０５）すれば、挿通負荷により同一箇所で逆転送り動作を行った回数を記憶できる。もし、所定回数以上、上記動作を繰り返したら（Ｓ２０６）、ワイヤ１を切断して（Ｓ２１４）、再度自動結線工程を開始するようにする。このようにすれば、正転送りおよび逆転送りを繰り返した際にワイヤ１に損傷を与えた場合に自動結線のエラーを防止することができる。挿通負荷のある同一の箇所で所定回数以内で復帰できたことを判別するには、ワイヤ送り（正転）ＯＮが所定時間以上経過した際（Ｓ２１５）に回数カウンタＰをリセット（Ｓ２１６）すればよい。
第５図において、前記の（Ｓ２０１）〜（Ｓ２１６）の動作を繰り返すことにより、自動結線時の再結線可能な挿通負荷に対して座屈防止の高速な処理が可能となり、さらに結線信頼性が向上する。したがって、再結線回数を低減できるため、トータルの自動結線時間の短縮が可能である。
実施の形態２．
挿通負荷に対しては、正転送り速度を遅くするほど自動結線の信頼性を向上させることができる。そこで、第６図に示す第１の実施の形態において、所定回数正転送りと逆転送りを繰り返したら、正転送りの速度を減少させるようにしてもよい。この実施例を示すのが第２の実施の形態である。
即ち、第６図において、第１の実施の形態と同一の動作に関しては説明を省略する。回数カウントＰが所定回数より大きくなったら（Ｓ２０６）、正転送り速度を所定比率だけ低下させ（Ｓ２１７）、ワイヤ１を切断して再度、自動結線工程を開始する。また、挿通負荷に対して正転送りが所定時間継続したら（Ｓ２１５）、回数カウントＰをリセットするとともに（Ｓ２１６）、正転送り速度を初期値にリセットする（Ｓ２１８）。このようにすれば、挿通負荷が大きいときにはワイヤ１を送り出す速度を小さくし、挿通負荷の小さいときにはワイヤ１を送り出す速度を大きくすることができるため、自動結線の信頼性を向上させることができると同時に、自動結線の所要時間を短縮することができる。
以上説明したように、第１の発明に係るワイヤ放電加工装置のワイヤ自動供給装置は、ワイヤ電極を送り出す送り出しローラと上部ワイヤガイド間の挿通経路におけるワイヤ電極の位置情報を検出する光学式検出センサーと、前記光学式検出センサーの位置情報に応じて前記ワイヤ電極の振動またはたわみの状態を判別するとともに、ワイヤ電極のたわみ量に応じて前記送り出しローラの送り出し動作および巻き戻し動作を制御する制御装置を具備したので、ワイヤ自動結線中の挿通負荷による座屈を確実に検出することができ、信頼性が高く、再結線の繰り返しを低減させることができる。
また、第２の発明に係るワイヤ放電加工装置のワイヤ自動供給装置は、送り出しローラの送り出し動作中にワイヤ電極のたわみ量が所定量増加した際に送り動作を停止させ、所定時間後に巻き戻し動作を開始し、巻き戻し動作中にワイヤ電極のたわみ量が所定量減少した際に巻き戻し動作を停止させ、所定時間後に送り出し動作を開始する制御装置を具備したので、再結線時の信頼性を向上させることができる。
更にまた、第３の発明に係るワイヤ放電加工装置のワイヤ自動供給装置は、巻き戻し動作の実行回数に応じて前記送り出しローラの送り速度を遅くする速度切換手段を具備したことを特徴とした制御装置を具備したので、自動結線の信頼性を向上させることができると同時に、所要時間を短縮することができる。
第４の発明に係るワイヤ放電加工装置のワイヤ自動供給装置は、前記光学式検出センサーの指向性の狭い方向を前記ピンチローラおよびキャプスタンローラ表面の放線方向とすることを特徴としたので、接線方向のワイヤ電極の振れに対して検出範囲を広くすることで過検出を防止でき、逆に、法線方向に対しては検出範囲を狭くすることで検出感度を上げることができる。
産業上の利用可能性
以上のように、この発明に係るワイヤ放電加工装置のワイヤ自動供給装置によれば、ワイヤ電極の自動結線中の挿通負荷による座屈を確実に検出するとともに、再結線の信頼性を向上させる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の第１の実施例を示す構成図である。
第２図は、この発明に使用される光学式センサーを説明するための図である。
第３図は、この発明に使用される光学式センサーの原理を説明するための図である。
第４図は、この発明に使用される光学式センサーの動作を説明するための図である。
第５図は、この発明の第１の実施例を示すワイヤ電極自動結線工程の動作を説明するためのフローチャートである。
第６図は、この発明の第２の実施例を示すワイヤ電極自動結線工程の動作を説明するためのフローチャートである

Claims (4)

1. 所定のトルクを発生すると共に、正逆回転可能なトルクモータと、このトルクモータが接続されるキャプスタンローラと、このキャプスタンローラと一対であるピンチローラと、から構成される張力制御部；
   この張力制御部のトルクモータに対し、正逆回転方向制御、加工時のワイヤ送り方向と反対方向へのトルク発生を制御する制御装置；
   上記キャプスタンローラ及びピンチローラで構成される送り出しローラと、上部ワイヤガイドの上部に設けられたパイプガイド間の挿通経路におけるワイヤ電極の位置情報を検出する、上記張力制御部下方に位置する光学式センサー；を備え、
   上記制御装置は、上記光学式センサーの位置情報に応じて、ワイヤ電極の振動またはたわみの状態を判別するとともに、ワイヤ電極のたわみ量に応じて前記トルクモータを制御し、ワイヤ電極の送り出し動作及び巻き戻し動作を制御することを特徴とするワイヤ放電加工装置のワイヤ自動供給装置。
2. 制御装置は、巻き戻し動作中にワイヤ電極のたわみ量が所定量減少した際に巻き戻し操作を停止させ、ワイヤ電極の振動を静止させる所定時間後に送り出し動作を開始するものであることを特徴とする請求項１に記載のワイヤ自動供給装置。
3. ワイヤ電極を送り出す送り出しローラと上部ワイヤガイド間の挿通経路におけるワイヤ電極の位置情報を検出する光学式センサーと、前記光学式センサーの位置情報に応じて前記ワイヤ電極の振動またはたわみの状態を判別するとともに、ワイヤ電極のたわみ量に応じて前記送り出しローラの送り出し動作及び巻き戻し動作を制御する際、巻き戻し動作の実行回数に応じて送り出しローラの送り速度を遅くするよう制御する制御装置を具備するワイヤ放電加工装置のワイヤ自動供給装置。
4. ワイヤ電極を送り出す送り出しローラと上部ワイヤガイド間の挿通経路におけるワイヤ電極の位置情報を検出し、指向性の狭い方向を前記送り出しローラの回転軸に垂直な方向とする光学式センサーと、前記光学式センサーの位置情報に応じて前記ワイヤ電極の振動またはたわみの状態を判別するとともに、ワイヤ電極のたわみ量に応じて前記送り出しローラの送り出し動作及び巻き戻し動作を制御する制御装置を具備するワイヤ放電加工装置のワイヤ自動供給装置。

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