JP4142140B2 - ワイヤカット放電加工装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤ電極を走行させつつこれと被加工物との間で間欠的に放電を生ぜしめつつ放電加工を行なうワイヤカット放電加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走行するワイヤ電極と被加工物との間で微細な放電を生ぜしめつつ、加工を行なって金型等を作る装置としてワイヤカット放電加工装置が知られている。この種の装置では、一般に、被加工物を比較的大きい放電エネルギを得られる加工条件で切断し、その後に比較的小さい放電エネルギを得られる加工条件で上記切断された被加工物の端面（加工面）を仕上げ加工している。加工面を仕上げ加工するときには、段階的に加工条件の値を小さくして繰り返し行なうことが多い。これらの複数の加工工程は、その順番に従って、ファーストカット、セカンドカットと呼ばれている。現在、仕上げ工程の簡略化或いは最終的な仕上げ加工面の凹凸をなくす磨き工程の簡略化の要請により、加工面粗度がより小さくなる加工装置或いは加工方法が求められている。
【０００３】
このような要請に応えて、例えば、特開平７−２６６１３８号公報に開示されたようなワイヤカット放電加工装置においては、水系加工液を媒体としてワイヤ電極と被加工物との間隙に１ＭＨｚ程度の高周波交流電圧を印加して加工することができるようになり、前後のパルス電流の波形がつながることなく、すなわち放電を持続させずに放電エネルギをより小さくすることが可能になった。その結果、最終的な仕上げ加工面が１μｍＲｍａｘ程度までの加工面粗度で加工できるようになった。
また、例えば［電気加工学会誌］１９９１年Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．４８，Ｐ４５〜Ｐ６３に発表された［ワイヤ放電加工における高精度仕上の研究］の記事も、１ＭＨｚ以上の高周波の交流電圧を供給できることが可能であれば、０．５μｍＲｍａｘかそれ以下の加工面粗度も期待できることが説示されている。
【０００４】
通常、ワイヤカット放電加工によって加工された被加工物の加工面は、放電加工に特有の面状態になっているので、その面粗度に応じて被加工物の加工面に対して所定の磨き工程を必要としている。上述したワイヤカット放電加工の進歩は、加工工程数を減らしたり、この磨き工程が不要になるか、短縮できるものとして、期待されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、微細な加工面粗度（特に１μｍＲｍａｘ前後以下）を得ようとする場合には、前述の通り放電エネルギを小さくしなければならないために、ワイヤ電極と加工面との間隙の距離が狭くなり、静電気力の影響を受け易くなる。
すなわち、間隙の距離が比較的大きく、放電反発力も十分にある場合には、静電気力の影響はほとんど現われないが、１μｍＲｍａｘ以下、特に、０．５μｍＲｍａｘ以下の面粗度を得られるような加工条件になってくるとワイヤ電極は静電気力の支配下に置かれてしまう。図８は間隙距離と静電気力との関係を種々の板厚について示したグラフであり、間隙距離が小さいとそれに略逆比例的に静電気力が大きくなる。
【０００６】
ここで問題となるのは、ワイヤ電極とそのワイヤ電極に給電する通電体との接触や加工液噴流などによる影響（以下、外乱という）により、また、ワイヤガイドに微小なクリアランスがあるためにワイヤ電極の軸中心位置が移動することによりワイヤ電極と被加工物との間隙の距離は、加工中も常に微小に変化しているという点である。上述のように静電気力が間隙距離の２乗に反比例する関係にあるため、間隙の距離が変化すると大きな力の変化としてその力がワイヤ電極に働くので、その力が外乱等による微小な間隙の距離の変化を増幅するように作用したとき、ワイヤ電極が被加工物面側に向かって急に引き付けられるように動く。
【０００７】
このように、ワイヤ電極が予定された間隙の距離よりも狭くなると、より放電が発生し易くなって放電頻度も多くなり、その結果、ギャップの電圧は低下するので、今度は静電気力が低下してワイヤ電極が被加工物側から本来の位置に向かって戻るように運動する。そして、このような運動が繰り返し生じる結果、加工面形状が所望の平坦な面にはならず、“うねり”が生じた形状になってしまう。上述したような、端面仕上げ加工であって放電エネルギを小さくして加工するワイヤカット放電加工の仕上げ加工において、とりわけ顕著に生じる。
【０００８】
この”うねり”は実際上は１μｍ程度の深さ、或いは高さの縦線状の凹凸であり、加工面に筋が発生しているように見える。これまでのような仕上げ面粗度が３〜５μｍＲｍａｘ以上の場合では、このような小さなうねりはほとんど識別できず、その存在と問題の重要性があまり気が付かれていなかった。しかし、１〜２μｍＲｍａｘ以下の仕上げ面粗度の加工が可能になってくると、このようなうねりも重要な問題になってきた。
【０００９】
図１０はこのようなうねりが発生する状態を説明する図であり、被加工物の加工面とワイヤ電極との位置関係を拡大して示している。被加工物２の加工面４に沿って例えば直径０．２ｍｍ程度のワイヤ電極６を移動させて仕上げ加工を行なうが、ワイヤ電極６は予定の経路８を移動せず、前述のように外乱と静電気力等との関係でワイヤ電極６は加工面４に接近したり、離反したりして例えばジグザグ状に移動する電極軌跡１０を描くことになる。尚、図示例では、加工面の基準線１２に対して予定の面粗度は１μｍＲｍａｘに設定している。
この結果、放電ギャップは推定で１〜５μｍ程度の範囲内で変化すると考えられるので加工面４に波状のうねりが発生してしまう。電気的な加工条件や送り速度、或いはワイヤ電極径などにもよるが、概ねこのうねりの長さＬ１は０．１〜０．５ｍｍ程度、幅Ｌ２は１〜２μｍ程度である。
実際問題としてこのような被加工物が例えばプラスティック用金型であった場合には、うねりの溝部分から樹脂材料が入り込むことにより金型の寿命が短くなってしまう。また、被加工物が例えば押出ダイスであった場合には、そのダイスで成形される製品にうねり（筋）がはっきりと転写されてしまう。そのため、せっかく極めて高い面粗度の加工を行いながら、結局のところ磨き工程などの加工品の仕上げ工程を従来通りに行なわなければならないといった問題がある。
【００１０】
更に、放電ギャップを所要の加工が行えるように維持するために、間隙の電圧が一定になるように加工送りを制御するサーボ方式により間隙の距離をコントロールしているものもあるが、このような加工送り方式は、単位時間当たりの放電の発生する頻度が多くなって間隙の平均加工電圧が低くなったときに、加工送り速度が減速するようにされるので、上述した静電気力の影響による間隙の距離の変化を解消することはできない。そればかりか、予め想定されている加工送り速度よりも遅くなったときには、その場所の加工が他の箇所に比べて進んでしまうので、しばしばうねりを悪化させてしまうことさえある。
【００１１】
尚、特開平５−８１２２号公報には、板厚の変化などにより静電気力と放電反力とのバランスが変化することにより生じるワイヤ電極の撓みに起因して加工形状が太鼓形状になることを防止しようとする点が記載されているので、加工面上に形成されるうねり（筋ないし溝状の窪み）を防止する技術を開示するものではないが、静電気力と放電反力の作用について参照される。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、加工面にうねりが形成されることを防止することができるワイヤカット放電加工装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に規定する発明は、一対のワイヤガイド間に張架されるワイヤ電極と被加工物との間隙に放電加工用の電圧を印加する電源装置と、間隙の電圧を検出する検出装置と、ワイヤ電極と被加工物とを相対的に移動させる相対移動装置と、予め設定された所定の加工経路に沿ってワイヤ電極と被加工物とを相対移動させると共に間隙の電圧に応じて所定の加工経路に対して直交する方向にサーボさせるように相対移動装置を制御する制御装置と、を有するワイヤカット放電加工装置において、制御装置は、少なくとも加工経路に沿ってワイヤ電極と被加工物とが相対移動する方向と移動量とを示す軌跡データと予め設定された送り速度を示す設定速度データとを含む軌跡指令信号と、加工経路が加工面に対してその進行方向のどちら側に位置するかを示すオフセット方向データを含むオフセット方向信号と、を加工経路に基づく相対移動軌跡を所定に分割して得られる分割距離に基づいて出力する主演算装置と、主演算装置から出力された分割距離に基づく軌跡データとオフセット方向データから加工経路に直交する軌跡の方向を示す直交方向データを得るとともに、検出された間隙の電圧と基準電圧とを比較して偏差電圧を得て、ワイヤ電極と被加工物とが加工経路に沿って分割距離相対移動する間に直交方向に偏差電圧に従う移動量相対移動するように得られた直交方向データと偏差電圧とを含むサーボ指令信号を出力するサーボ制御装置と、主演算装置から出力された軌跡指令信号とサーボ制御装置から出力されたサーボ指令信号とから相対移動装置の各移動装置を同期させて移動させるとともに加工経路に基づく相対移動軌跡と直交する方向のサーボに基づく相対移動軌跡との合成された相対移動軌跡にしたがってワイヤ電極と被加工物とを相対移動させる相対移動指令信号を出力する相対移動指令装置と、を含んでなることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に規定する発明は、一対のワイヤガイド間に張架されるワイヤ電極と被加工物との間隙に放電加工用の電圧を印加する電源装置と、間隙の電圧を検出する検出装置と、ワイヤ電極と被加工物とを相対的に移動させる相対移動装置と、予め設定された所定の加工経路に沿ってワイヤ電極と被加工物とを相対移動させると共に間隙の電圧に応じて所定の加工経路に対して直交する方向にサーボさせるように相対移動装置を制御する制御装置と、を有するワイヤカット放電加工装置において、制御装置は、少なくとも加工経路に沿ってワイヤ電極と被加工物とが相対移動する方向と移動量とを示す軌跡データと予め設定された送り速度を示す設定速度データとを含む軌跡指令信号と、加工経路が加工面に対してその進行方向のどちら側に位置するかを示すオフセット方向データに基づいて得られる加工経路に直交する軌跡の方向を示すデータを含む直交方向信号と、を加工経路に基づく相対移動軌跡を所定に分割して得られる分割距離に基づいて出力する主演算装置と、検出された間隙の電圧と基準電圧とを比較して偏差電圧を得て、ワイヤ電極と被加工物とが加工経路に沿って分割距離相対移動する間に直交方向に偏差電圧に従う移動量相対移動するように偏差電圧信号を出力するサーボ制御装置と、主演算装置から出力された軌跡指令信号および直交方向信号とサーボ制御装置から出力された偏差電圧信号とから相対移動装置の各移動装置を同期させて移動させるとともに加工経路に基づく相対移動軌跡と直交する方向のサーボに基づく相対移動軌跡との合成された相対移動軌跡にしたがってワイヤ電極と被加工物を相対移動させる相対移動指令信号を出力する相対移動指令装置と、を含んでなることを特徴とする。
【００１５】
これにより、ワイヤ電極と被加工物の加工面とが過度に接近しようとすると間隙の電圧が下がってワイヤ電極を加工面から遠ざける方向に作用し、逆に、加工面から過度に遠ざかろうとすると間隙の電圧が上がってワイヤ電極を加工面に近付ける方向に作用する。結果的に、ワイヤ電極は被加工面から略一定の距離を維持しつつ、略加工経路に沿って相対移動して行くので、加工面にうねりが発生することを防止することができる。
【００１６】
制御装置には、予め設定された所定の加工経路に基づいて前記加工経路に沿って相対移動させる軌跡指令信号を出力する主演算装置と、前記検出された間隙の電圧と基準電圧とを比較して得られた偏差に基づいて前記加工経路に略直交する方向へ相対移動させるサーボ指令信号を出力するサーボ制御装置と、前記サーボ指令信号と前記軌跡指令信号とに基づいて前記ワイヤ電極と被加工物を相対移動させる相対移動指令信号を出力する相対移動指令装置と、前記相対移動指令信号を前記相対移動装置の各モータの制御パルスに変換して出力する駆動パルス発生装置とを含んだ構成とする。或いは前記軌跡指令信号と前記加工経路に略直交する軌跡方向を示す直交方向信号とを出力する主演算装置と、前記偏差に基づく偏差電圧信号を出力するサーボ制御装置と、前記軌跡指令信号と前記直交方向信号と前記偏差電圧信号とに基づいて前記ワイヤ電極と被加工物とを相対移動させる相対移動指令信号を出力する相対移動指令装置と、前記相対移動指令信号を前記相対移動装置の各モータの制御パルスに変換して出力する駆動パルス発生装置とを含んだ構成としてもよい。
また、電源装置から供給する加工用の電圧は、周波数が１ＭＨｚ以上の高周波とするのが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のワイヤカット放電加工装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明の第１実施例のワイヤカット放電加工装置を示す構成図、図２は図１に示す装置の制御装置を示すブロック構成図である。
図１において、２は被加工物であり、これは超硬鋼、鉄、アルミニウム、ステンレス等の導電性材料よりなる。６はワイヤ電極であり、これは主成分が黄銅、タングステン、鉄等の導電性材料よりなる。
【００１８】
＜ガイド装置＞
１４は上側ワイヤガイドであり、実施例装置の場合には、ワイヤ電極６は図面上側から供給されて上側ワイヤガイド１４に位置決め案内されつつ、被加工物２の加工部を通過し、図示しない下側ワイヤガイドを経て回収される。ワイヤ電極６の供給及び排出の機構は従来公知の装置が利用できる。ワイヤ電極６は、これら少なくとも上下一対のワイヤガイド１４に位置決め案内されながら、上方から下方へ走行してワイヤ電極６の新しい部分が常に加工部に供給されて使用した部分が回収される。また、これらのワイヤガイドは、Ｕ、Ｖ軸方向へ移動可能になされている。
１６は通電体であり、電源装置２８の直流電源または交流電源の一方の端子に接続されており、これがワイヤ電極６と電気的に接触してワイヤ電極に給電する。尚、図示しないが、通電体は下側ワイヤガイドの近傍にも設置されている。
【００１９】
＜相対移動装置＞
次に、相対移動装置１８について説明する。この相対移動装置１８は、加工テーブル２０Ｘ、２０Ｙと、サーボモータ２２Ｘ、２２Ｙと、位置検出器２４Ｘ、２４Ｙとよりなる。
一方の、例えばＹ方向へ移動する加工テーブル２０Ｙは、ベッド２６上にＹ軸方向に移動可能に載置されて、更にこの加工テーブル２０Ｙの上部にＸ軸方向に移動可能に他方の加工テーブル２０Ｘが搭載されている。このような構造以外に、例えば図示しないコラム上部に設けられた加工ヘッド部を移動可能にする構造など種々のタイプがあり、何れの構造であってもよい。
図示しないＺ，Ｕ，Ｖの各軸方向についてもそれらの軸を駆動するモータが設置される。
【００２０】
各位置検出器２４Ｘ、２４Ｙは実施例ではロータリエンコーダを各サーボモータ２２Ｘ、２２Ｙと同軸に設けているが、好ましくは、検出精度の高いリニアスケールを設置するのがよい。尚、ワイヤ電極の位置は、加工テーブル２０Ｘ、２０Ｙとワイヤガイド１４の相対位置によって決まるのは勿論である。
【００２１】
＜電源装置＞
加工用の電源装置２８は直流電源を含み、その一端子を上記通電体１６に、他の端子を被加工物２に接続する。極間に交流電流を供給する場合は、例えば電源装置の直流電源と加工間隙との間に直流−交流変換装置を設ける。電源装置中に少なくとも１つのスイッチング素子と、必要に応じて電流制限抵抗やインダクタンス素子などの部材を設け、また、スイッチング素子をオンオフ制御するゲート信号を供給するパルス発生装置が含まれる。
検出装置３１はワイヤ電極６と被加工物２との間の加工間隙の電圧を検出する。これは従来公知の構成の装置が利用できる。実施例では、検出した間隙電圧をサンプルホールドしてＡ／Ｄ変換し、この平均加工電圧の信号としてサーボ制御装置３２に出力している。
【００２２】
＜制御装置とその付属装置＞
次に、制御装置３０とその付属装置について説明する。
この制御装置３０は、サーボ制御装置３２、主演算装置３４、記憶装置３６、相対移動指令装置３８及び駆動パルス発生装置４０を含んで構成される。また、ＬＣＤやＣＲＴといった図示しない表示装置が適宜併設される。
【００２３】
サーボ制御装置３２は検出装置３１からの平均加工電圧を入力し、これと予め設定された基準電圧との差を求める。求めた偏差電圧値に基づいて所定のゲインを付与された偏差電圧信号を得る。この偏差電圧信号は、平均加工電圧と基準電圧との差がプラスの時はプラス、マイナスの時はマイナスの信号として連続的に出力される。ある検出期間において出力された信号は、次の検出期間において信号が出力されるまではその信号を出力し続けるので、サーボの応答性が高すぎる場合には、次の検出期間の信号が出力されるまでに目的の位置を通り過ぎてしまい、いわゆるハンチングを発生させる恐れがある。このため、サーボゲインと基準電圧は、間隙の距離を決定する加工条件に応じて適切な値が設定される。更に、この実施例の構成では、サーボ制御装置３２は、解読されたＮＣプログラムで得られる所定の加工経路のデータに基づいて求められた所定分割軌跡毎の移動方向のデータを含む軌跡信号と、前記加工経路が加工面（プログラム軌跡）に対してその進行方向のどちら側に位置するかを示すオフセット方向データを含むオフセット方向信号を入力し、前記加工経路に直交する方向に対してワイヤ電極をサーボ移動させるようなサーボ指令信号を出力する。
【００２４】
主演算装置３４はＮＣプログラムの解読、解読されたＮＣデータやその他の設定データ（変更可能な内部の設定データや入力装置４２のスイッチ等を解して入力された所定値）に基づく各装置への指令信号の出力、図示しない表示装置への信号の出力、所要の計算を行う機能などを有する。少なくとも１つのＣＰＵやＲＯＭなどの電子部品で構成される回路で成り、制御プログラムにしたがって駆動する。コンパレータなどの他の電子部品でも一定の演算が可能であるので、必ずしも全ての動作をＣＰＵで管理する必要ない。また、各種演算を複数のＣＰＵに分散させて複数の動作を平行に処理できるようにしてもよく、主演算装置の機能を必ずしもこの実施例のように構成する必要はない。
【００２５】
この実施例における主演算装置３４の重要な機能は、ＮＣプログラムを解読し、解読された相対移動に関するＮＣデータから所望の加工形状に基づく相対移動軌跡の補間を行って、軌跡信号（所定分割軌跡毎の移動方向と移動量のデータを含む）をサーボ制御装置３２と相対移動指令装置３８へ出力することである。また、予め設定された送り速度（Ｆ値）を示すデータを含む設定速度データを相対移動指令装置３８へ、予め設定されたオフセット方向データに関するオフセット方向信号をサーボ制御装置３２へそれぞれ出力することである。２つ以上の直線軸方向に移動する相対移動装置１８（ＸＹ軸方向に移動する加工テーブル等）により相対移動軌跡に沿ってワイヤ電極と被加工物を相対移動させる構成の装置では、一般に、予めＮＣプログラムでプログラムされた所望の加工形状（ＮＣプログラム軌跡）が円弧形状（円弧補間）である場合は、その円弧軌跡を微小な直線に分割して相対移動指令値を演算している。図３はその時の状態を模式的に示している。従って、実際の移動軌跡は、微小な直線の集合である。主演算装置３４において演算可能な相対移動装置１８の［最小駆動単位］以下の移動が不可能になる長さに分割しても、実際にそれよりも小さい移動量で相対移動装置１８を動かすことができない。
【００２６】
図３に示されるように、ここでは、サーボによる相対移動が、加工経路に基づく相対移動軌跡に対して±９０°方向にサーボ動作を行わせるようにしている。サーボ制御装置３２において、現在ワイヤ電極が存在する相対位置を基準にして移動方向を求めても、ワイヤ電極の位置は常に移動していて、加工面に対して接近させるか開離させるかというサーボの方向も変わるので、上記加工経路が直線である場合（直線補間）でも、サーボの方向を決定するために微小な直線に分割して演算する。このように、直線補間においても微小な直線に分割してサーボ方向を決定する場合は、最小駆動単位に基づいて分割することが、演算処理上も実際の加工の上でも都合がよい。尚、以下では、前記軌跡データと前記設定速度データを含む加工経路に基づく相対移動軌跡に関する相対移動制御に必要なデータ軌跡指令として説明する。
【００２７】
尚、ここでは、モータ制御パルスの１パルス（１指令信号）で各相対移動装置が移動する距離を最小駆動単位としており、最小駆動単位は、サーボモータの分解能等の機械装置の条件に基づいて設定され、現在多くは、１パルスで１μｍ移動するように設定されているが、最近では１パルスで０．１μｍ移動するように設定できる装置もある。このとき、サーボ制御装置３２と相対移動指令装置３８には、それぞれに同一の軌跡指令信号が出力されればよい。
【００２８】
入力装置４２は実施例の装置では、各種スイッチやセンサの他、例えばフロッピーディスクドライブ装置のような外部データを読み取る装置を含む。
記憶装置３６はそれぞれの加工に必要なデータを一時的に記憶させておく装置である。
相対移動指令装置３８には、サーボ制御装置３２のサーボ指令信号と主演算装置３４からの軌跡指令信号とが入力される。１つの軸方向に対して移動装置は１つであるから時間的にはそれぞれの信号が同期することになり、各軸において２つの信号が加算された値が相対移動指令信号として出力される。そのため、実際の相対移動装置１８は、加工経路に基づく相対移動軌跡の方向とその軌跡に対して±９０°の方向とが合成された軌跡に沿って移動するものであり、ワイヤ電極は加工経路に基づく相対移動軌跡の方向とその軌跡に対して±９０°方向とに交互に相対移動されるわけではない。テーパカット加工のような場合は、Ｘ軸とＹ軸方向の相対移動の他に、例えばＵ軸とＶ軸の相対移動を行うが、その場合は、それらの移動軸のモータ制御ドライバを含むＵＶ軸の相対移動装置を設ける。テーパカット加工では、移動に伴って上下のワイヤガイドの相対座標位置が変化するが、ワイヤ電極の傾きは維持されるので、サーボ動作だけを取り出して考えれば、上側ワイヤガイドと下側ワイヤガイドとの相対位置関係は変化しない。
【００２９】
従って、Ｕ軸とＶ軸に限って言えば、ＮＣプログラムにしたがった軌跡指令に基づいて制御されるもので、従来の装置の構成を採用すればよい。このときの実際のワイヤ電極の動きは、ＮＣプログラムでプログラムされた加工経路とテーパ角度に基づく各軸の相対移動と、サーボ指令に基づく相対移動とが合成された動作になる。
【００３０】
駆動パルス発生装置４０は相対移動指令装置３８からの相対移動指令信号（速度指令値）に応じて各軸のモータ制御ドライバ４４Ｘ、４４Ｙ等にモータ制御パルスを所定の比率で分配出力する。従って、所定時間内に出力されるモータ制御パルス数分それぞれの移動装置が同期して移動することにより、換言すれば、各軸の移動装置の速度が制御された状態で、結果的に所定の軌跡にしたがってワイヤ電極と被加工物とが相対移動される。ここでは便宜上、加工テーブル移動用のドライバに言及しているが、実際にはワイヤガイドの移動用のドライバ（Ｚ軸、Ｕ軸、Ｖ軸）へのパルス分配も行なわれる。
このモータ制御ドライバ４４Ｘ、４４Ｙは、モータ制御パルスにしたがって各軸のモータ２２Ｘ，２２Ｙを駆動制御する。また、位置検出器２４Ｘ、２４Ｙからの信号をフィードバックして位置決め制御を行っている。
【００３１】
次に、図２に基づいて制御装置３０のブロック図について説明する。
サーボ制御装置３２は、基準電圧設定部４６、減算器４８、直交方向演算部５０及びサーボ指令発生部５２を含む。
基準電圧設定部４６は主演算装置３４から出力される予め設定されているサーボ基準電圧に基づいて基準電圧信号を得てホールドする。この基準電圧信号は、減算器４８に常時出力される。基準電圧は、一般に間隙の距離を決定する他の加工条件やパラメータに応じて、加工条件として設定される。
【００３２】
減算器４８はコンパレータなどで構成され、検出装置３１からの平均加工電圧が入力されると、これを基準電圧と比較してその偏差を出力する。平均加工電圧が基準電圧よりも高い場合は、間隙の距離が予定された値よりも離れているので近づける方向に偏差電圧信号を出力し、平均加工電圧が基準電圧よりも低い場合は間隙の距離が近いので離れる方向に偏差電圧信号を出力する。
直交方向演算部５０は主演算装置３４からの所定の分割された軌跡毎の軌跡方向データ（軌跡信号）と加工面方向データ（オフセット方向信号）を得てその経路に対して直交方向（±９０°）を演算し、その方向に関するデータを直交方向信号として出力する。すなわち、最小駆動単位の軌跡からその軌跡に直交する直線の方向を求める。サーボ指令発生部５２は偏差電圧信号に比例し、且つ直交方向演算部５０から得た直交方向に従うサーボ指令信号を出力する。
【００３３】
次に、主演算装置３４について説明する。
この主演算装置３４は、主演算部５４、軌跡指令発生部５６及び設定値出力部５８を含む。
主演算部３４はＮＣプログラムの解読などの加工プログラムの実行などを行っている。軌跡指令発生部５６は解読された相対移動に関するデータに従って加工経路に基づく相対移動軌跡を補間して軌跡信号を出力する。設定値出力部５８は主演算装置３４に入力された設定値を各装置へ出力する。ここでは、特にサーボ制御装置３２に基準電圧とオフセット方向データを出力し、相対移動指令装置３８に設定速度データを出力する。
【００３４】
以下に、相対移動指令装置３８において、そこに入力される信号と出力される相対移動指令信号の関係をより具体的に説明する。図４は、入力される信号が含むデータと出力される信号が含むデータとの関係を示す概念図を仮想座標上に描いたものであり、実線で示される２本の座標軸線の方向は相対移動装置１８の２つの加工テーブルが移動するＸ軸及びＹ軸方向を示すものとし、各軸の最小駆動単位は１μｍとする。
加工経路に基づく相対移動軌跡は、その形状に関わらず所定の距離に分割される。図４に示されるように、分割されたある一つの加工経路方向の相対移動指令値は、概念上ベクトルで表すことができる。このベクトルの示す方向が相対移動方向であり、その長さは予め設定された送り速度で移動する移動量すなわち上記分割距離である。従って、この相対移動指令値は、主演算装置３４から出力される少なくとも相対移動方向と移動量を示す軌跡データと予め設定された送り速度を示す設定速度データとを含んだ軌跡指令信号を入力して得られる。
【００３５】
一方、サーボ制御装置３２から出力されるサーボ指令値は、加工経路に基づく相対移動軌跡と直交する相対移動軌跡の方向を示す直交方向データと偏差電圧に従う移動量のデータとを含んでいる。加工経路方向の相対移動指令値と同様にベクトルで表すと、このベクトルの示す方向がサーボする方向であり、このベクトルの長さは、前記設定された送り速度で加工経路方向に前記分割距離移動する間に、相対移動軌跡と直交する方向に移動する移動量である。このとき、加工面に対する加工経路の位置が予めＮＣコードＧ４１（進行方向左）とＧ４２（進行方向右）を解読したオフセット方向データによりわかるので、［加工面方向］が識別でき、直交方向演算部５０において、このオフセット方向データと主演算装置３４から入力される軌跡信号に含まれる軌跡方向データとにより、直交方向データが得られている。そして、偏差電圧を得た時点で±９０°何れの方向にどれくらいの量サーボさせるかが決定される。尚、上述の通り、加工経路方向の送り速度は一定であり、その間に得られるサーボ方向の移動量は偏差電圧により変化するから、サーボ速度は間隙の状態により変化する。
【００３６】
軌跡指令信号（相対移動指令値）とサーボ指令信号（サーボ指令値）が合成された相対移動軌跡指令値は、図４に示されるように、上記２つのベクトル和で求められる。そのベクトルの方向は、前記合成された相対移動軌跡における移動方向を示し、そのベクトルの長さは加工経路方向に設定された送り速度で分割距離移動する間に前記合成された相対移動軌跡方向に移動する移動量を示している。この合成された相対移動指令値のベクトルを相対移動装置１８が実際に移動できる方向であるＸ軸成分とＹ軸成分に分解すると、図４に示されるようなベクトルで表される。このＸ軸方向のベクトルがＸ軸方向の相対移動指令、Ｙ軸方向のベクトルがＹ軸方向の相対移動指令であり、駆動パルス発生装置４０に出力される。この時、相対移動指令信号は、従来の相対移動指令装置がそうであったように、［速度指令値］（速度に比例する電圧信号）として出力される。
【００３７】
図４に示される例では、最小駆動単位を１μｍとすると、所定時間にＸ軸はマイナス方向におよそ０．７５μｍ、Ｙ軸はプラス方向におよそ０．１μｍ移動するように、各軸の相対移動指令値を得る。尚、最小駆動単位以下は実際には移動されないので、最小駆動単位以下の値は修正されなければならない。例えば、最小駆動単位以下の端数を四捨五入してＸ軸を−１μｍ、Ｙ軸を３μｍとする。このような修正は、演算回路により演算して信号を出力しても、論理回路によりモータ制御パルスの出力のタイミングを調整するようにしても可能である。このような修正の結果、駆動パルス発生装置４０から所定のタイミングで、モータ制御ドライバ４４Ｘに戻る方向に１パルス、Ｙ軸のモータ制御ドライバ４４Ｙに進む方向に３パルスそれぞれモータ制御パルスが分配出力されて、ワイヤ電極６の相対位置は、ＯからＯ’に移動する。
【００３８】
上述した相対移動指令信号を得る手法は１つの概念を示したものであり、必ずしも相対移動指令装置の論理回路をこの演算過程をそのままま辿るように構成する必要はなく、結果的に偏差電圧に応じて加工経路と略直交する方向にサーボされればよい。勿論、データ乃至信号がいかなる呼称であるかに関わらず、実質的に同じ情報を含むものであればよい。
【００３９】
次に、以上のように構成された装置に基づいて行なわれる本発明方法を説明する。
入力装置４２から取り込まれたＮＣプログラムは、主演算部５４にて解読され、これに基づいて軌跡指令発生部５６はＮＣプログラム軌跡を補間して加工経路に基づく相対移動軌跡のデータを得て、所定の分割単位毎に移動方向と移動量のデータを含む軌跡信号を出力する。また、設定値出力部５８は、解読結果に基づいてサーボ制御装置３２に対しては、基準電圧信号とオフセット方向信号を出力し、相対移動指令装置３８に対しては設定速度信号を出力する。
相対移動指令装置３８は、入力される軌跡指令信号（軌跡信号＋設定速度信号）に応じて相対移動指令信号を出力し、この信号に基づいて駆動パルス発生装置４０は、Ｘ、Ｙ方向に応じたモータ制御パルス信号を各モータ制御ドライバ４４Ｘ、４４Ｙに出力する。これと同時に、電源装置２８からの例えば１ＭＨｚ以上の高周波電圧がワイヤ電極６と被加工物２との間に印加され、これにより、相対移動装置１８の加工テーブル２０Ｘ、２０Ｙはワイヤ電極６に対して相対移動し、ワイヤ電極６は、被加工物２に対して、予め設定された加工経路に沿って相対移動しつつ、放電加工が行なわれる。
【００４０】
これと同時に、被加工物２と走行移動するワイヤ電極６との間隙の電圧は、検出装置３０によって常時検出されており、この検出値に基づいてワイヤ電極６は予め設定された加工経路に対して略直交する方向へ相対的に移動されて加工間隙を維持するように、すなわちワイヤ電極が過度に加工面に接近したり、或いは過度に加工面から遠ざかったりしないようにサーボ制御される。ここでワイヤ電極を相対的に移動させるには、ワイヤ電極６と加工テーブル２０Ｘ、２０Ｙのいずれか一方、或いは双方を動かす場合がある。結果的に、外乱や静電気力等により間隙の距離が所定の値よりもずれようとしても、上記したサーボ制御によりこの間隙の距離を略一定に維持することができ、加工面にうねり等が発生することを阻止することができる。
【００４１】
すなわち、ここではワイヤ電極６が加工軌跡方向に一定速で進みつつ基準電圧と間隙電圧を比較し、間隙電圧が基準電圧よりも低い場合には、加工間隙が狭まったと判断してワイヤ電極６が離れる方向（加工経路に基づく相対移動軌跡に対して９０度又は−９０度の方向）に移動させる。逆に基準電圧よりも高い場合にはワイヤ電極が加工面から離れて、加工間隙が広がったと判断してワイヤ電極を加工間隙が狭まる方向（相対移動軌跡に対して−９０度又は９０度）に移動させる。このようなサーボ制御によってワイヤ電極の位置変位を補償する。
具体的には、検出装置３０からは、所定の時間毎の平均値が平均加工電圧信号としてサーボ制御装置３２に向けて出力される。このサーボ制御装置３２の減算器４８では、この平均加工電圧と基準電圧との差を求め、これに所定のゲインを付与した偏差電圧信号を出力する。
【００４２】
また、直交方向演算部５０では、現在の加工経路の方向に対して水平面内において略直交する方向（±９０°）を求め、その結果を直交信号として出力する。サーボ指令発生部５２は、この偏差電圧信号と比例し、且つ直交方法演算部５０から得られる直交方向に従うサーボ指令信号を出力する。そして、相対移動指令装置３８は、主演算装置３４から入力される予め設定された相対移動軌跡に上記サーボ指令により表される相対移動軌跡を合成し、実際にワイヤ電極が相対移動すべき相対移動軌跡を速度指令値として出力することになる。すなわち、検出された間隙の電圧と基準電圧の差がゼロを維持するようにワイヤ電極は、予め設定された加工経路に沿って移動しつつ加工面から離れる方向（例えば＋９０°）、或いは近づく方向（例えば−９０°）にサーボ制御されることになる。これにより、上述したように、外乱や静電気力等により間隙の距離が所定の値よりずれようとしても上記したサーボ制御によりこの間隙の距離を略一定に維持することができ、加工面にうねり等が発生することを阻止することができる。尚、上述したように、加工経路方向に沿ったワイヤ電極の送り速度（相対移動速度）は、一定値となるように設定されている。
【００４３】
図５は上記した本発明装置におけるワイヤ電極の相対移動を模式的に示した拡大図である。図示するように、予定の加工経路に対して略直交する方向（±９０°）にワイヤ電極を適宜移動させることによってワイヤ電極６と被加工物２の加工面４とが略一定の間隙（ギャップ）を維持するように制御している。例えば、外乱等によって間隙が小さくなる傾向の部分Ｃ１、Ｃ３では、ワイヤガイドすなわちワイヤ電極を加工面４から離れる方向（＋９０°）へ移動させ、逆に間隙が大きくなる傾向の部分Ｃ２ではワイヤガイドすなわちワイヤ電極を加工面４に近づく方向（−９０°）へ移動させ、結果的に、間隙が略一定値に維持された状態でワイヤ電極６は予定の加工経路に沿って相対移動して行き、図９と比較すると明らかなように加工面４には、ほとんどうねりが生ずることはない。この時の予定の面粗度は１μｍＲｍａｘであり、放電ギャップは１〜５μｍ程度に設定されている。
【００４４】
図６は本発明方法と従来の加工電圧一定制御方法で加工を行なった時の相対移動軌跡とＸ、Ｙ方向の速度の関係を模式的に示す図である。ここでは、便宜上、加工方向をＸとし、これと直交する方向をＹとしている。
図６（Ａ）に示すように従来の加工電圧一定制御方法では、ワイヤガイドはＸ方向に対しては加工電圧に応じて速度を変えているが、Ｙ方向に対しては何ら移動されていない。この場合には、ワイヤガイドはＸ方向に直線状に相対的に進むが、ワイヤ電極は外乱等によってぶれる結果、加工面側に接近した時には静電気力によってより加工面側に接近して振幅が増幅され、加工面にうねりが発生した。
【００４５】
これに対して、図６（Ｂ） に示す本発明方法では、ワイヤガイドはＸ方向へは一定の速度で相対的に進むと同時に、Ｙ方向へは、加工電圧（間隙の電圧）の大きさに応じて、すなわち基準電圧との差に応じてＹ方向（±９０°）へ移動させており、結果的にワイヤ電極と加工面との間隙を略一定に保つことができる（図５参照）。
実際に、従来の電圧一定制御方法と従来の速度一定制御方法と本発明方法の３種類で加工仕上げを行なったところ、ワイヤ走行方向の面粗度は、それぞれ０．４μｍＲｍａｘ、０．４μｍＲｍａｘ、及び０．４μｍＲｍａｘであり、加工進行方向の面粗度は、それぞれ２．０μｍＲｍａｘ、１．５μｍＲｍａｘ及び０．５μｍＲｍａｘであり、本発明方法によれば、加工面の加工進行方向におけるうねりを防止して面粗度を小さくできた。
【００４６】
尚、上記した実施例では、直交方向演算部５０をサーボ制御装置３２内に含ませたが、この機能を図７及び図８に示すように主演算装置３４側に含ませるようにしてもよい。図７は本発明装置の第２実施例を示す構成図、図８は図７中の制御装置を示すブロック構成図である。
この場合には、主演算装置３４に軌跡指令出力部６０を設けて、これに軌跡指令発生部５６からの軌跡指令信号と直交方向演算部５０からの直交方向信号を相対移動指令装置３８へ向けて出力する。相対移動指令装置３８では、この軌跡指令（軌跡データ＋設定速度データ）と、直交方向信号とサーボ指令発生部５２から入力する偏差電圧信号とで得られるサーボ指令とを合成し、相対移動指令を出力することになる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のワイヤカット放電加工装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。加工間隙の電圧に応じて、加工経路に対して直交する方向へワイヤ電極を移動させて位置補償するようにしたので、被加工物の加工面にうねり（筋状の不良）が形成されることを防止することができる。特に、所望の仕上げ面粗度が１μｍＲｍａｘ程度以下の面粗度の加工において有益である。その結果、面粗度と形状精度が良好な加工品を得ることができ、ひいては磨き工程における負担を軽くするという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例のワイヤカット放電加工装置を示す構成図である。
【図２】図１に示す装置の制御装置を示すブロック構成図である。
【図３】加工軌跡を微小な直線部分にサーボ分割する時の状態を示す図である。
【図４】本発明における相対移動指令装置の相対移動指令信号を出力する方式の一例を説明するための各入出力データの関係を示す図である。
【図５】本発明装置におけるワイヤ電極の相対移動を模式的に示した拡大図である。
【図６】本発明方法と従来の加工電圧一定制御方法で加工を行なった時のワイヤガイドの軌跡とＸ、Ｙ方向の速度の関係を模式的に示す図である。
【図７】本発明装置の第２実施例を示す構成図である。
【図８】図７中の制御装置を示すブロック構成図である。
【図９】間隙距離と静電気力との関係を種々の板厚について示したグラフを示す図である。
【図１０】従来の加工方法によって加工面にうねりが発生する状態を示す図である。
【符号の説明】
２ 被加工物
４ 加工面
６ ワイヤ電極
１４ 上側ワイヤガイド
１６ 通電体
１８ 相対移動装置
２０Ｘ、２０Ｙ 加工テーブル
３０ 制御装置
３１ 検出装置
３２ サーボ制御装置
３４ 主演算装置
３８ 相対移動指令装置
４０ 駆動パルス発生装置
４６ 基準電圧設定部
４８ 減算器
５０ 直交方向演算部
５２ サーボ指令発生部

Claims (2)

1. 一対のワイヤガイド間に張架されるワイヤ電極と被加工物との間隙に放電加工用の電圧を印加する電源装置と、
   前記間隙の電圧を検出する検出装置と、
   前記ワイヤ電極と前記被加工物とを相対的に移動させる相対移動装置と、
   予め設定された所定の加工経路に沿って前記ワイヤ電極と前記被加工物とを相対移動させると共に前記間隙の電圧に応じて前記所定の加工経路に対して直交する方向にサーボさせるように前記相対移動装置を制御する制御装置と、を有するワイヤカット放電加工装置において、
   前記制御装置は、
   少なくとも前記加工経路に沿って前記ワイヤ電極と前記被加工物とが相対移動する方向と移動量とを示す軌跡データと予め設定された送り速度を示す設定速度データとを含む軌跡指令信号と、前記加工経路が加工面に対してその進行方向のどちら側に位置するかを示すオフセット方向データを含むオフセット方向信号と、を前記加工経路に基づく相対移動軌跡を所定に分割して得られる分割距離に基づいて出力する主演算装置と、
   前記主演算装置から出力された分割距離に基づく軌跡データとオフセット方向データから前記加工経路に直交する軌跡の方向を示す直交方向データを得るとともに、前記検出された間隙の電圧と基準電圧とを比較して偏差電圧を得て、前記ワイヤ電極と前記被加工物とが前記加工経路に沿って前記分割距離相対移動する間に前記直交方向に前記偏差電圧に従う移動量相対移動するように前記得られた直交方向データと前記偏差電圧とを含むサーボ指令信号を出力するサーボ制御装置と、
   前記主演算装置から出力された軌跡指令信号と前記サーボ制御装置から出力されたサーボ指令信号とから前記相対移動装置の各移動装置を同期させて移動させるとともに前記加工経路に基づく相対移動軌跡と前記直交する方向のサーボに基づく相対移動軌跡との合成された相対移動軌跡にしたがって前記ワイヤ電極と前記被加工物とを相対移動させる相対移動指令信号を出力する相対移動指令装置と、
   を含んでなることを特徴とするワイヤカット放電加工装置。
2. 一対のワイヤガイド間に張架されるワイヤ電極と被加工物との間隙に放電加工用の電圧を印加する電源装置と、
   前記間隙の電圧を検出する検出装置と、
   記ワイヤ電極と前記被加工物とを相対的に移動させる相対移動装置と、
   予め設定された所定の加工経路に沿って前記ワイヤ電極と前記被加工物とを相対移動させると共に前記間隙の電圧に応じて前記所定の加工経路に対して直交する方向にサーボさせるように前記相対移動装置を制御する制御装置と、
   を有するワイヤカット放電加工装置において、
   前記制御装置は、
   少なくとも前記加工経路に沿って前記ワイヤ電極と前記被加工物とが相対移動する方向と移動量とを示す軌跡データと予め設定された送り速度を示す設定速度データとを含む軌跡指令信号と、前記加工経路が加工面に対してその進行方向のどちら側に位置するかを示すオフセット方向データに基づいて得られる前記加工経路に直交する軌跡の方向を示すデータを含む直交方向信号と、を前記加工経路に基づく相対移動軌跡を所定に分割して得られる分割距離に基づいて出力する主演算装置と、
   前記検出された間隙の電圧と基準電圧とを比較して偏差電圧を得て、前記ワイヤ電極と前記被加工物とが前記加工経路に沿って前記分割距離相対移動する間に前記直交方向に前記偏差電圧に従う移動量相対移動するように偏差電圧信号を出力するサーボ制御装置と、
   前記主演算装置から出力された軌跡指令信号および直交方向信号と前記サーボ制御装置から出力された偏差電圧信号とから前記相対移動装置の各移動装置を同期させて移動させるとともに前記加工経路に基づく相対移動軌跡と前記直交する方向のサーボに基づく相対移動軌跡との合成された相対移動軌跡にしたがって前記ワイヤ電極と前記被加工物を相対移動させる相対移動指令信号を出力する相対移動指令装置と、
   を含んでなることを特徴とするワイヤカット放電加工装置。

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