JP4603605B2 - 電極ピンの切り離し・押し当て検出機能を備えたワイヤ放電加工機 - Google Patents

Description

本発明は、加工条件に応じて選択される複数の加工電源および給電線を有し、対向配置されたワイヤ電極と被加工物との間（極間）に電圧を印加し、間欠的な放電を発生させて被加工物を加工するワイヤ放電加工機に関する。

ワイヤ放電加工機には、加工速度および仕上面の面粗さを向上させるため、荒加工用の加工電源と仕上加工用の加工電源を別に設けたものがある。高精度加工では１つの形状を加工するために複数回の加工を行う。はじめに荒加工用の加工電源を用い比較的大きいパワーで高速加工を行い（荒加工）、続いて仕上加工用の加工電源を用いて加工パワーを絞って加工面を除去し（仕上加工）、所望の加工精度、面粗度を得る。

ワイヤ放電加工機はワイヤ電極を走行させながら被加工物の加工を行うため、加工電源からワイヤ電極への給電は、給電線の片方の極性がワイヤ電極に摺動接触する電極ピンを通じてワイヤ電極に電気的に接続され、他方の極性が被加工物に電気的に接続されることによって行われる。

ここで、荒加工用電源と仕上加工用電源を用いたワイヤ放電加工機に関する公知文献として特許文献１〜３を提示する。
特許文献１には、荒加工用の固定電極ピンと仕上加工用の固定電極ピンを設けたワイヤ放電加工機の技術が開示されている。この技術は、リールを移動させることによってワイヤ電極の走行路を変更し、ワイヤ電極が荒加工用の固定電極ピンと摺動接触するか仕上加工用の固定電極ピンと摺動接触するかを選択するものである。

特許文献２や特許文献３には、荒加工用の可動電極ピンと仕上加工用の可動電極ピンを設け、可動電極ピンを移動させることによってワイヤ電極に接触する可動電極ピンを選択するワイヤ放電加工機の技術が開示されている。

また、特許文献４には、ワイヤ電極が経路から脱落したことを検出する技術が開示されている。この技術は、ワイヤ電極が脱落したら接触検知板に当接するように接触検知板を配置し、接触検知板とワイヤ電極との間に接触検知パルスを印加するものである。

特許文献５および特許文献６には、ワイヤ電極と通電子（給電子）の接触状態を検出する技術が開示されている。この技術は、接触状態を検出するためのワイヤ電極と通電子（給電子）間に専用の検出回路を設けるものである。

特公平４−６４８９号公報 特公平４−５９０９２号公報 特許第３４０４１１９号公報 特許第２９３２３４０号公報 特開昭６３−２２１９２７号公報 特開平５−９６４２１号公報

荒加工用の加工電源か仕上加工用の加工電源を選択するためにワイヤ電極の走行路を移動させたり可動電極ピンを用いたりすることは、そのための駆動機構をワイヤ放電加工機に備える必要がある。例えば特許文献１では、２つの通電部組立体にそれぞれリールを移動させるための駆動機構が設けられている（特許文献１の第１図参照）。

また、特許文献２では、ワイヤ電極の２つのガイドホルダに可動電極ピンを移動させるための油圧シリンダやソレノイドを用いた通電端子移動機構が設けられている。また、特許文献３では、ワイヤ電極のガイドホルダに固定されたアクチュエータとして、油圧シリンダ、空気シリンダ、またはソレノイド（段落番号０００７参照）が例示されている。

上述したように、ワイヤ電極あるいは電極ピンを可動にするために、ワイヤ電極のガイド機構に空気シリンダや油圧などの流体シリンダなどの駆動機構を設け、荒加工用の加工電源からの給電と仕上加工用の電源からの給電との切り換えをなすことは、電源の切り換えが確実になされたかどうかの信頼性の問題がある。ワイヤ放電加工機の制御装置からの指令どおりに動作しないと、荒加工時に加工速度の低下を招き、また、仕上加工時には面粗度の悪化を招き高価な被加工物を損傷することになる。

そこで本発明は、ワイヤ電極の電極ピンの接触および非接触を検出することが可能なワイヤ放電加工機を提供することを目的とする。

本願の請求項１に係る発明は、加工条件に応じて選択される複数の給電線を有し、各給電線の一方の極性がワイヤ電極に接触する電極ピンを通じてワイヤ電極に電気的に接続され、他方の極性が被加工物に電気的に接続されるワイヤ放電加工機において、ワイヤ電極と電極ピン間の押し当て・切り離しを行う駆動機構と、一方の極性が前記電極ピンに電気的に接続され、他方の極性が被加工物に電気的に接続されるワイヤ電極と被加工物間の短絡・非短絡を検出する短絡検出手段と、ワイヤ電極と被加工物とを同電位にするためのスイッチとを備え、該短絡検出手段と該スイッチを用いてワイヤ電極と電極ピン間の接触・非接触を検出することを特徴とするワイヤ放電加工機である。

請求項２に係る発明は、前記短絡検出手段がワイヤ電極と被加工物間の短絡・非短絡を検出する時には前記スイッチをオフし、前記短絡検出手段がワイヤ電極と電極ピン間の接触・非接触を検出する時には前記スイッチをオンすることを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工機である。
請求項３に係る発明は、前記駆動機構に洗浄液体または洗浄気体を噴射する装置と、前記噴射の作動を制御する制御装置とを備え、ワイヤ電極と電極ピン間の接触・非接触を検出し、検出結果が異常である場合には前記駆動機構に洗浄液体または洗浄気体を噴射後、前記駆動機構によってワイヤ電極と電極ピン間の押し当て・切り離し動作を行うことを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工機である。

本発明により、ワイヤ電極と被加工物の短絡および非短絡を検知する機能を用いて、ワイヤ電極と電極ピンとの接触および非接触を検出することが可能なワイヤ放電加工機を提供することができる。

以下本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、加工条件に応じて選択される複数の電源を備えたワイヤ放電加工機の概略ブロック図である。図中１はワイヤ電極、２は被加工物、３は被加工物を載置するテーブルである。被加工物２は加工槽６内で加工液に浸漬されている。ワイヤ電極１は、図示省略したワイヤリールから送り出され、上ガイド４と下ガイド５の貫通孔に挿通され、図示省略した巻き取りリールに巻き取られる。ワイヤ電極１への通電は上ガイド４と下ガイド５に設けられた電子ピンによって行われる。電子ピンについては図２を用いて後述する。

図示するように、荒加工用電源７は、一方の極性を同軸ケーブル等の低インダクタンスケーブルである荒加工用給電線９、上延長ケーブル１２ａ，下延長ケーブル１２ｂを介して上ガイド４および下ガイド５に接続可能である。また、仕上加工用電源８は一方の極性を低静電容量であるツイストペア線等の仕上加工用給電線１０、上延長ケーブル１２ａを介して上ガイド４に接続可能である。なお、荒加工用電源７および仕上加工用電源８の他方の極性は、それぞれテーブル３に給電線１２ｃ、１２ｄを介して接続されている。

ワイヤ電極１と被加工物２の極間には、荒加工用電源７と仕上加工用電源８からの電圧が切り換えリレー１１により選択的に接続される。なお、図中では給電線１２ｃ，１２ｄが切り換えリレー１１内を介するように記載されている。給電線１２ｃ，１２ｄを切り換えリレー１１内部に通してもよいし外部に通してもよい。

荒加工時には、荒加工用電源７からの給電は、上述したように低インダクタンス（低インピーダンス）の同軸ケーブルを荒加工用給電線９、上延長ケーブル１２ａ、下延長ケーブル１２ｂを介して上ガイド４と下ガイド５の双方から行う。荒加工時は、加工速度が速く放電加工電流の立ち上がりおよび立ち下がり時間を短くしてピーク電流を高い値にするとともに、パルス休止時間を十分に確保するため、低インダクタンス（低インピーダンス）の同軸線の給電線を用いる。

一方、仕上加工時は、静電容量が小さいツイストペア線を仕上加工用給電線１０に用いる。仕上加工用電源８からの給電は図１に示すように上ガイド４からのみ行い、下ガイド５ではワイヤ電極１と電極ピン５１を切り離す（図２参照）。仕上加工時は、通電電流が比較的小さいので通電は上ガイド４からの一箇所で足りる。これにより、下延長ケーブル１２ｂとテーブル３間の（極間と並列に接続される）浮遊容量を低減することができ、仕上加工による面粗度を向上できる。なお、加工槽６内での上ガイド４と下ガイド５の上下の配置位置を換えて仕上加工用電源８から給電するようにしてもよい。

図２は下ガイド５の縦断面図と横断面図である。図２（ａ）は下ガイド５を上側から見た図である。図２（ｂ），（ｃ）は、ワイヤ電極１と直交する面で切断した下ガイド５の横断面を示している。また、図２（ｄ）は下ガイド５を側面から見た図である。図２（ｅ），（ｆ）は、ワイヤ電極１を含む面で切断した下ガイド５の縦断面を示している。

図中５１は電極ピン、５２は可動ブロック、５３は固定ブロック、５４は可動ブロック５２を移動させるエアシリンダ、５５は短絡ケーブル、５６は洗浄用媒体供給管である。固定ブロック５３には下延長ケーブル１２ｂが接続されている。電極ピン５１は可動ブロック５２に固定されており、エアシリンダ５４によって可動ブロック５２と一体動作する。

荒加工用電源７から給電する際には、エアシリンダ５４を駆動し電極ピン５１をワイヤ電極１に押し当てるように可動ブロック５２を押し出す（紙面左方向）。図２（ｂ）と図２（ｅ）は、荒加工時の状態を示している。このようにして、荒加工用電源７の一方の極性が下延長ケーブル１２ｂを介してワイヤ電極１に電気的に接続される。

仕上加工用電源８から給電する際には、エアシリンダ５４を駆動し電極ピン５１をワイヤ電極１から切り離すように可動ブロック５２を引き戻す（紙面右方向）。図２（ｃ）と図２（ｆ）は、仕上加工時の状態を示している。このようにして、荒加工用電源７および仕上加工用電源８から切断される。

加工槽６内に満たされている水などの加工液は、被加工物２やワイヤ電極１からの加工屑が混入する。この加工屑が下ガイド５の機械的動作不良の原因となる。ワイヤ電極１と電極ピン５１の接触不良や可動ブロック５２の機械的動作不良の予防策として、ワイヤ放電加工機が被加工物を加工している期間、一定時間おきにワイヤ電極１と電極ピン５１の接触面、および、可動ブロック５２と固定ブロック５３の摺動面に目掛けて水や空気などの洗浄用媒体を洗浄用媒体供給管５６から噴射する（例えば、５分間隔おきに１０秒間噴射）。

しかし、荒加工から仕上加工、あるいは、仕上加工から荒加工に切り換えて加工作業を行なう際に、ワイヤ電極１と電極ピン５１の接触面、および、可動ブロック５２と固定ブロック５３の摺動面に目掛けて水や空気などの洗浄用媒体を洗浄用媒体供給管５６から噴射しても、ワイヤ電極１と電極ピン５１が確実に接触状態あるいは非接触状態にあるかどうかは確認することができない。

そこで、本発明では、ワイヤ電極１と被加工物２の間の極間の短絡・非短絡を検出する手段を用いて、ワイヤ電極１と電極ピン５１の接触および非接触状態の検出をおこなう。なお、ここでワイヤ電極１と電極ピン５１の接触は「短絡」に相当し、非接触は「非短絡」に対応する。

図３は本発明であるワイヤ電極１と電極ピン５１間の接触・非接触を検出するワイヤ放電加工機の一実施形態の概略ブロック図である。短絡検出回路２３は、非加工中のワイヤ電極１と被加工物２の極間の短絡および非短絡の判定を行う手段である。短絡検出回路２３は、通常、ワイヤ放電加工機に設けられている。ワイヤ電極１と電極ピン５１間の接触・非接触を検出する際には、短絡検出回路２３は、第１のリレー２１、第２のリレー２２、延長ケーブル１２ｅ，ｆを介して、回路を形成できる。

まず、通常行われるワイヤ電極１と被加工物２の極間の短絡・非短絡判定を説明する。第１のリレー２１および第２のリレー２２の設定は、第１のリレー２１＝オフ、第２のリレー２２＝オンである。短絡検出パルス発生源２３ａから極間に微弱な短絡検出パルス（例えば、ピーク値が５Ｖ程度のパルス）を印加すると、極間が非短絡時は短絡検出パルス発生源２３ａからのそのままの電圧が短絡・非短絡判定回路２３ｂに検出される。極間が短絡時は短絡検出パルス発生源２３ａからの電圧が短絡・非短絡判定回路２３ｂに検出されない。短絡・非短絡判定回路２３ｂは、検出される電圧の差異に基づいて極間が短絡しているか非短絡であるかを判定する。なお、加工用電源７，８からワイヤ電極１と被加工物２との極間に電圧を印加して被加工物２を加工している時は、第１のリレー２１と第２のリレー２２の設定は、第１のリレー２１＝オフ、第２のリレー２２＝オフとし、短絡検出回路２３に電源電圧が印加されることを防止し回路を保護する。

つぎに、本発明の課題であるガイドに設けられた電極ピン５１の切り離しと押し当ての検出機能について説明する。本発明の課題であるワイヤ電極１との電極ピン５１の切り離しと押し当ての判定は、ワイヤ電極１と電極ピン５１の接触・非接触を判定することにより行う。なお、上述したワイヤ電極１と電極ピン５１との接触および非接触の検出処理のための制御や、ワイヤ放電加工機全体の制御は、図４に示されるように数値制御装置２４によって行われる。

第１のリレーおよび第２のリレーの設定は、第１のリレー２１＝オン、第２のリレー２２＝オンである。ワイヤ電極１は、導電性のローラ１３、第１のリレー２１を通じてアース電位となる。これにより、ワイヤ電極１はテーブル３に取り付けられた被加工物２と同電位となる。短絡検出回路２３の片方の極性はテーブル３を介して被加工物２に接続され、他方の極性は下ガイド５の固定ブロック５３および可動ブロック５２を介して電極ピン５１に接続される。このように設定すれば、ワイヤ電極１と電極ピン５１の接触時には、短絡・非短絡判定回路２３ｂは短絡判定を出力し、非接触時には非短絡判定を出力する。

換言すると、ワイヤ電極１と電極ピン５１の切り離しと押し当ての検出を行なう際には、短絡検出パルス発生源２３ａ、第２のリレー２２、テーブル３、下ガイド５の電極ピン５１（図２参照）、ケーブル１２ｅ、１２ｆ、第１のリレー２１、ワイヤ電極１、ローラ１３からなる回路が形成されている。そし、ワイヤ電極１と電極ピン５１の切り離し（非接触状態）の時にはこの回路は開の状態であり、ワイヤ電極１と電極ピン５１の押し当て（接触状態）の時にはこの回路は閉の状態である。

ワイヤ電極１と電極ピン５１の接触・非接触の判定処理が終了すると、第１のリレー２１と第２のリレー２２はオフに切り換えられ、短絡検出回路２３は荒加工用電源７および仕上加工用電源８により被加工物を加工する時に影響を受けない。

荒加工と仕上加工との加工条件の切り換え時、加工開始前に電極ピン５１の動作検出を行う。図５は本発明の仕上げ加工から荒加工へ切り換えた際の電極ピン動作検出を行うアルゴリズムのフローチャートである。また、図６は本発明の荒加工から仕上げ加工へ切り換えた際の電極ピン動作検出を行うアルゴリズムのフローチャートである。

先ず、図５の本発明の仕上げ加工から荒加工へ切り換えた際の電極ピン動作検出を行うアルゴリズムのフローチャートを各ステップに従って説明する。第１のリレー２１をオン、第２のリレー２２をオンとする（ステップＳＡ１）。そして、再試行回数を初期値（Ｎ＝０）に設定する（ステップＳＡ２）。仕上げ加工から荒加工へ切り換えるために、制御装置から電極ピン５１をワイヤ電極１に押し当てる指令を出力する（ステップＳＡ３）。

駆動機構が電極ピン５１をワイヤ電極１に押し当てる指令を受け取ってから動作完了するまでの遅れを考慮するためにタイマを起動し所定時間が経過するのを待つ（ステップＳＡ４、ＳＡ５）。

ワイヤ電極１が電極ピン５１と短絡か否か（換言すれば、ワイヤ電極１が電極ピン５１と接触したか否か）を検出し、短絡している場合（ＹＥＳの場合）にはステップＳＡ７に移行し、短絡していない場合にはステップＳＡ８に移行する（ステップＳＡ６）。

ステップＳＡ６で短絡と判断された場合（ＹＥＳの場合）には、仕上加工から荒加工への切り換えがなされているので、第１のリレー２１および第２のリレー２２をオフとし、電極ピン５１の押し当て検出処理を終了する（ステップＳＡ７）。
一方、ステップＳＡ６で短絡と判断されなかった場合（ＮＯの場合）には、再試行回数Ｎに１を加算しステップＳＡ９へ移行する（ステップＳＡ８）。再試行回数Ｎが最大試行回数以下であるか否か判断し、最大試行回数以下の場合（ＹＥＳの場合）には電極ピン５１の切り離し指令を出力し、ワイヤ電極１と電極ピン５１の接触面、および、可動ブロック５２と固定ブロック５３の摺動面に目掛けて水や空気などの洗浄用媒体を洗浄用媒体供給管５６から噴射指令を出力し、洗浄液の噴射処理を実行し、次に、電極ピン５１の押し当て指令を出力し、ステップＳＡ６へ戻る（ステップＳＡ９〜ステップＳＡ１２）。

他方、ステップＳＡ９で再試行回数Ｎが最大試行回数を超えたと判断された場合（ＮＯの場合）には、第１のリレー２１および第２のリレー２２をオフし、アラームを発生し、電極ピン５１の押し当て検出処理を終了する（ステップＳＡ１３、ステップＳＡ１４）。これにより、仕上加工から荒加工への切り換えに問題が発生していることを認識でき、被加工物２の荒加工による加工を中断することが可能となり、高価な被加工物を損傷することがなくなる。

次に、図６の本発明の荒加工から仕上げ加工へ切り換えた際の電極ピン動作検出を行うアルゴリズムのフローチャートを各ステップに従って説明する。
第１のリレー２１をオン、第２のリレー２２をオンとする（ステップＳＢ１）。そして、再試行回数を初期値（Ｎ＝０）に設定する（ステップＳＢ２）。荒加工から仕上加工へ切り換えるために、制御装置から電極ピン５１をワイヤ電極１から切り離す指令を出力する（ステップＳＢ３）。

駆動機構が電極ピン５１をワイヤ電極１から切り離す指令を受け取ってから動作完了するまでの遅れを考慮するためにタイマを起動し所定時間が経過するのを待つ（ステップＳＢ４、ＳＢ５）。

ワイヤ電極１が電極ピン５１と非短絡か否か（換言すれば、ワイヤ電極１が電極ピン５１から離れたか否か）を検出し、非短絡している場合（ＹＥＳの場合）にはステップＳＢ７に移行し、非短絡していない場合にはステップＳＢ８に移行する（ステップＳＢ６）。

ステップＳＢ６で非短絡であると判断された場合（ＹＥＳの場合）には、荒加工から仕上加工への切り換えがなされているので、第１のリレー２１および第２のリレー２２をオフとし、電極ピン５１の切り離し検出処理を終了する（ステップＳＢ７）。
ステップＳＢ６で非短絡と判断されなかった場合（ＮＯの場合）には、再試行回数Ｎに１を加算しステップＳＢ９へ移行する（ステップＳＢ８）。再試行回数Ｎが最大試行回数以下であるか否か判断し、最大試行回数以下の場合（ＹＥＳの場合）には電極ピン５１の押し当て指令を出力し、ワイヤ電極１と電極ピン５１の接触面、および、可動ブロック５２と固定ブロック５３の摺動面に目掛けて水や空気などの洗浄用媒体を洗浄用媒体供給管５６から噴射指令を出力し、洗浄液の噴射処理を実行し、次に、電極ピン５１の切り離し指令を出力し、ステップＳＢ６へ戻る（ステップＳＢ９〜ステップＳＢ１２）。

ステップＳＢ９で再試行回数Ｎが最大試行回数を超えたと判断された場合（ＮＯの場合）には、第１のリレー２１および第２のリレー２２をオフし、アラームを発生し、電極ピンの切り離し検出処理を終了する（ステップＳＢ１３、ステップＳＢ１４）。これにより、荒加工から仕上加工への切り換えに問題が発生していることを認識でき、被加工物２の仕上加工による加工を中断することが可能となり、高価な被加工物を損傷することがなくなる。

加工条件に応じて選択される複数の電源を備えたワイヤ放電加工機の概略ブロック図である。 下ガイドの縦断面図と横断面図である。 本発明の電極ピン動作検出回路を備えたワイヤ放電加工機の一実施形態の概略ブロック図である。 数値制御装置によりワイヤ放電加工機が制御されることを説明する図である。 本発明の仕上げ加工から荒加工へ切り換えた際の電極ピン動作検出を行うアルゴリズムのフローチャートである。 本発明の荒加工から仕上げ加工へ切り換えた際の電極ピン動作検出を行うアルゴリズムのフローチャートである。

符号の説明

１ ワイヤ電極
２ 被加工物
３ テーブル
４ 上ガイド
５ 下ガイド
５１ 電極ピン
５２ 可動ブロック
５３ 固定ブロック
５４ エアシリンダ
５５ 短絡ケーブル
５６ 洗浄用媒体供給管
６ 加工槽
７ 荒加工用電源
８ 仕上加工用電源
９ 荒加工用給電線
１０ 仕上加工用給電線
１１ 切り換えリレー
１２ａ 上延長ケーブル
１２ｂ 下延長ケーブル
１３ ローラ
２１ 第１のリレー
２２ 第２のリレー
２３ 短絡検出回路
２３ａ 短絡検出パルス発生源
２３ｂ 短絡・非短絡判定回路
２４ 数値制御装置

Claims (3)

1. 加工条件に応じて選択される複数の給電線を有し、各給電線の一方の極性がワイヤ電極に接触する電極ピンを通じてワイヤ電極に電気的に接続され、他方の極性が被加工物に電気的に接続されるワイヤ放電加工機において、
   ワイヤ電極と電極ピン間の押し当て・切り離しを行う駆動機構と、
   一方の極性が前記電極ピンに電気的に接続され、他方の極性が被加工物に電気的に接続されるワイヤ電極と被加工物間の短絡・非短絡を検出する短絡検出手段と、
   ワイヤ電極と被加工物とを同電位にするためのスイッチとを備え、
   該短絡検出手段と該スイッチを用いてワイヤ電極と電極ピン間の接触・非接触を検出することを特徴とするワイヤ放電加工機。
2. 前記短絡検出手段がワイヤ電極と被加工物間の短絡・非短絡を検出する時には前記スイッチをオフし、
   前記短絡検出手段がワイヤ電極と電極ピン間の接触・非接触を検出する時には前記スイッチをオンすることを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工機。
3. 前記駆動機構に洗浄液体または洗浄気体を噴射する装置と、
   前記噴射の作動を制御する制御装置とを備え、
   ワイヤ電極と電極ピン間の接触・非接触を検出し、検出結果が異常である場合には前記駆動機構に洗浄液体または洗浄気体を噴射後、前記駆動機構によってワイヤ電極と電極ピン間の押し当て・切り離し動作を行うことを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工機。

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