JP4864960B2

JP4864960B2 - ワイヤ放電加工装置

Info

Publication number: JP4864960B2
Application number: JP2008302571A
Authority: JP
Inventors: 泰明有川
Original assignee: Sodick Co Ltd
Current assignee: Sodick Co Ltd
Priority date: 2008-11-27
Filing date: 2008-11-27
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2028-11-27
Also published as: JP2010125556A

Description

本発明は、放電加工機、特にワイヤ放電加工装置における加工液の温度制御装置に関する。

ワイヤ放電加工装置は、ワイヤ電極とワーク間に形成される加工間隙に、電圧を印加し、放電を発生させてワークを加工するものである。ワイヤ電極とワーク間に供給する加工液により、特許文献１に示されるように、放電加工時に発生する加工屑の除去および放電加工部の冷却が行なわれる。この加工液は、加工液冷却装置によって一定の温度になるよう冷却されている。加工槽に供給される加工液は、放電による発熱または供給時のポンプの汲み上げ時に発生する熱損失などの影響を受けて温度上昇してしまう。

温度上昇した加工液は、ワークと機体を熱変形させてしまう。精密な加工が要求されるワイヤ放電加工装置では、加工液の温度上昇は、加工面の面粗度の悪化や加工精度の低下の要因になる。高精度な加工を維持するためには、加工槽内の加工液温度の上昇を抑え、温度を均一に維持することが重要である。

加工液温度を均一に維持するため、複数の温度検出手段を設けて加工液温度を検出することが知られている。
特許文献２は、清水槽の加工液の温度を検出する第１の温度検出手段と、加工槽内の加工液の温度を検出する第２の温度検出手段を設けたワイヤ放電加工装置を開示している。第１の温度検出手段と第２の温度検出手段は加工条件に基づいて選択される。

特開平３−２９４１２０号公報特開２００７−３１９９４３号公報

本発明の目的は、簡単な構成で、加工液を目標温度に素早く正確に維持するワイヤ放電加工装置を提供することである。

本願請求項１に係る発明は、ワークが収容される加工槽と、前記加工槽へ加工液を供給する加工液供給装置と、前記加工液供給装置に設けられ前記加工液供給装置中の加工液を冷却する加工液冷却装置とを備えるワイヤ放電加工装置において、前記加工槽中に設けられ前記加工槽中の加工液の液面を検出して前記加工槽が前記加工液で満たされているかどうかを示す検出信号を出力する液面検出器と、前記加工液供給装置に設けられ前記加工液供給装置中の加工液の温度を検出し第１の温度検出信号を発生する第１の温度センサと、前記加工槽中の前記液面検出器よりも下側に設けられ前記加工槽中の加工液の温度を検出し第２の温度検出信号を発生する第２の温度センサと、機械に設けられ前記機械の温度を検出して目標温度として第３の温度検出信号を供給する第３の温度センサと、前記液面検出器に接続され前記液面検出器の前記検出信号に基づいて前記加工槽中の液面が所定レベルより低いとき前記第１の温度検出信号を選択し加工槽中の液面が所定レベルに到達したとき前記第２の温度検出信号を選択する制御装置とを備え、前記制御装置は、選択した前記第１の温度検出信号または前記第２の温度検出信号と前記第３の温度センサから供給される前記第３の温度検出信号とに基づいて前記加工液冷却装置を制御して前記加工液の温度を前記目標温度に維持することに維持することとした。

また、請求項２に係る発明は、ワークが収容される加工槽と、前記加工槽へ加工液を供給する加工液供給装置と、前記加工液供給装置に設けられ前記加工液供給装置中の加工液を冷却する加工液冷却装置と、前記加工槽中の加工液を前記加工液供給装置へ排出するドレインとを備えるワイヤ放電加工機において、前記加工槽中に設けられ前記加工槽中の加工液の液面を検出して前記加工槽が前記加工液で満たされているかどうかを示す検出信号を出力する液面検出器と、前記加工液供給装置に設けられ前記加工液供給装置中の加工液の温度を検出し第１の温度検出信号を発生する第１の温度センサと、前記ドレイン中に設けられ前記ドレイン中の前記加工槽から排出されてくる前記加工槽中の加工液の温度を検出し第２の温度検出信号を発生する第２の温度センサと、機械に設けられ前記機械の温度を検出して目標温度として第３の温度検出信号を供給する第３の温度センサと、前記液面検出器に接続され前記液面検出器の前記検出信号に基づいて加工槽中の液面が所定レベルより低いとき前記第１の温度検出信号を選択し加工槽中の液面が所定レベルに到達したとき前記第２の温度検出信号を選択する制御装置とを備え、前記制御装置は、選択した前記第１の温度検出信号または前記第２の温度検出信号と前記第３の温度センサから供給される前記第３の温度検出信号とに基づいて前記加工液冷却装置を制御して前記加工液の温度を前記目標温度に維持することとした。

本発明によれば、簡単な構成で、加工槽の加工液を目標温度に素早く正確に維持できる。これにより、加工液の温度変化に応じて精密に温度制御された加工液が加工槽と加工部に供給されるので、ワイヤ放電加工装置とワークの熱変位を防ぐことができ、加工精度の劣化が抑制され、安定した放電加工が行なえる。

本発明のワイヤ放電加工装置の一実施例を図面を参照して説明する。図１中に示されるように、門形コラム４がＹ軸の方向に移動可能にベッド２に設けられている。テーブル６がベッド２上に載置されている。ワーク１４を取り囲む加工槽９がテーブル６に固定されている。図１は、側壁を部分的に切り欠いて加工槽９を示している。加工中は、加工槽９は加工液で満たされる。ワークスタンド１２が加工槽９の底面に設けられている。ワーク１４はワークスタンド１２の上面に固定される。

上側アーム３がＸ軸の方向に移動可能に門形コラム４の前面に取り付けられている。上側アーム３は加工槽９中を下方に延びている。自動結線装置１０が上側アーム３の前面に取り付けられている。上側ワイヤガイド組体１３が上側アーム３の先端に取り付けられている。下側アーム５がＸ軸の方向に移動可能に門形コラム４の背面に設けられ、加工槽９中を下方に延びている。下側アーム５の先端に下側ワイヤガイド組体１５が取り付けられている。ワイヤ電極８は上側および下側ワイヤガイド組体１３，１５の間を、通常、垂直に支持されている。上側および下側ワイヤガイド組体１３，１５はそれぞれ、ワーク１４へ向けて加工液を噴射するノズルを有している。

ドレイン１６は、加工液を加工液供給装置３０に排出するための流路として加工槽９に接続されている。加工液供給装置３０は、加工液を加工槽９に供給するとともに廃液を再生する。加工液供給装置３０は、加工槽９からドレイン１６を通って排出された加工液を貯留する汚水槽３８と、フィルタ４０を介して浄化された加工液を貯留する清水槽３２と、加工液を所定温度に冷却する加工液冷却装置５０と、清水槽３２の加工液を汲み上げて加工槽９と加工液冷却装置５０に送液する送液用ポンプ３３と、清水槽３２の加工液を汲み上げて自動結線装置１０および上下ワイヤガイド１３，１５に送水する噴流用ポンプ３４と、汚水槽３８の加工液を汲み上げてフィルタ４０を介して清水槽３２に排出する循環用ポンプ３９と、を備える。

加工液冷却装置５０は、制御装置２０からの出力信号に基づいて清水槽３２に貯留された加工液を所定温度に冷却する。制御装置２０はモードを表すモード信号を加工液冷却装置５０に提供する。モード信号は１番から６番までのモードの一つを表し、冷却能力値とオフセット値の組合せを定める。冷却能力値は、単位時間当たりの冷却能力を示す。冷却能力値はモード切り替え直後の所定時間、例えば１分だけ有効であれば十分であり、最大冷却能力に対する比率（％）によって表される。例えば、加工液冷却装置が７５０Ｗの最大冷却能力をもつとき、「１５」の冷却能力は１１２．５Ｗを示す。ただし、冷却能力を、比率（％）の代わりに、電力（Ｗ）または熱量（Ｃａｌ／ｈ）によって表してもよい。

また冷却能力値は、予め行った実験結果に基づいて推定することが可能である。各モードに冷却能力値を設定してフィードフォワード制御を行う。ポンプの回転数が大きくなる荒加工では、冷却能力値は大きく設定される。一方、仕上げ加工では、荒加工時に比べて回転数が小さくなるので、冷却能力値は小さく設定される。冷却能力値は、モード信号のモードの値が１番から６番までの増加にともなって大きくなるよう設定される。

オフセットは、目標温度を下げる補正値（℃）である。例えば、温度センサが表す目標温度が２３℃であるとき、「１．５」のオフセットは目標温度を２１．５℃へ補正する。加工槽９に供給される加工液は、ポンプの回転数によって温度上昇幅が異なる。加工液の温度は、ポンプの回転数が大きいほど温度上昇が大きくなり、回転数が小さいほど温度上昇が小さくなる。加工液の温度を目標温度に維持するため、インバータ制御によりポンプの回転数を制御し、その回転数に応じて各モードのオフセット値を決める必要がある。オフセット値は、モード信号のモードの値が１番から６番までの増加にともなって大きくなるよう設定される。

加工液冷却装置５０は、温度センサを複数有している。全ての温度センサの検出信号は制御装置２０へ供給される。本実施例においては、第１の温度センサ１７は、加工液冷却装置５０に冷却された加工液の温度を検出する。第２の温度センサ１８は、加工槽９の加工液を汚水槽３８に排出するためのドレイン１６に設け、ドレイン１６内を流れる加工液の温度を検出する。実施の形態の構成では、温度センサは、ノイズの影響を受け正確な温度測定が困難なためドレインに設けているが、ノイズの影響を受けない温度センサを使用する場合は、ドレイン以外の箇所、例えば加工槽などに設けてもよい。第３の温度センサ１９は、機械の温度を検出するためにワイヤ放電加工装置４６の門形コラム４の背面に取り付けられている。この第３の温度センサ１９の出力信号は目標温度として制御装置２０へ供給される。

図２中に示されるように、加工槽９中の加工液はドレイン１６を通って汚水槽３８へ排出される。加工槽９中に備えた液面検出器４７は液面を検出している。液面検出器４７は、例えば、公知のフロートスイッチである。加工液供給装置３０から加工槽９に供給される加工液が所定の高さに到達すると、液面検出器４７は「ＯＮ」の検出信号を制御装置２０に出力する。また、加工液が所定の高さにまで満たされなければ、液面検出器４７は「ＯＦＦ」の検出信号を出力する。廃液は、循環用ポンプ３９によって汲み上げられ、フィルタ４０を介して浄化された後、清水槽３２へ貯留される。清水槽３２の加工液は、送液用ポンプ３３によって汲み上げられ、弁３５が閉じている時は加工液冷却装置５０を通って所定温度に冷却された後、清水槽３２に戻される。一方、弁３５が開いている時は加工槽９に送液される。送液用ポンプ３３は適宜選択的に作動する。

また、自動結線装置１０が開始されると、清水槽の加工液は、噴流用ポンプ３４によって汲み上げられ、ガイドパイプ１１に結線用ジェットとして供給される。一方、加工が開始されと上下ワイヤガイド組体１３，１５内の加工用ノズルへ噴流として供給される。

図３を参照して、制御装置２０が加工液冷却装置５０を制御するプロセスを説明する。ワイヤ放電加工装置が起動するとプロセスが開始する。制御装置２０は「１」から「６」までの６つのモードのうち１つを表すモード信号を加工液冷却装置５０に供給する。モードに設定される冷却能力値とオフセット値は、モード信号が「１」から「６」になるに従って増大するよう設定される。

まず、制御装置２０は送液用ポンプ３３を作動させる。送液用ポンプ３３は、加工液供給装置３０の清水槽３２の加工液を加工液冷却装置５０に通して所定温度になるよう循環する。このときは、弁３５は閉じている。作業者により、ワーク１４は適当な締め付け具によってワークスタンド１２に固定される。

ステップＳ１で、加工槽９内の加工液が所定位置まで満たしたかどうかを判断するための液面検出器４７が「ＯＦＦ」の検出信号を出力するとき、プロセスはステップＳ２に進む。ステップＳ２で、第１の温度センサ１７により、加工液冷却装置５０で冷却された加工液の温度の検出が開始される。続いて、ステップＳ３で、制御装置２０はモードを「１」に設定する。モード「１」は、液面検出器４７が「ＯＦＦ」の検出信号を出力している状態の段取期間（以下、水無し段取期間という）を示す。水無し段取期間とは、ワイヤ放電加工装置が起動しているが液面検出器４７が「ＯＦＦ」を検出している期間である。

ステップＳ４で自動結線の指令を受け取ると、ステップＳ５で制御装置２０は噴流用ポンプ３４を開始させる。噴流用ポンプ３４は加工液を汲み上げて自動結線装置１０のガイドパイプ１１に結線用ジェットを送る。さらにステップＳ５で、制御装置２０はモードを「３」に設定する。このとき加工液は弁３６を介して送液されるため弁３７は閉じている。モード「３」は、液面検出器４７が「ＯＦＦ」の検出信号を出力する状態で、かつ、自動結線が実行している期間を示す。自動結線によって、ワイヤ電極８は上側および下側ワイヤガイド組体１３，１５の間を垂直に張架される。

一方、制御装置２０は、加工液冷却装置５０で所定温度に冷却された加工液を、弁３５を開いて加工槽９に供給する。加工槽９に供給される加工液が予め設定された高さにまで到達し、ステップＳ１で液面検出器４７が「ＯＮ」の検出信号を出力すると、プロセスはステップＳ６に進む。ステップＳ６で制御装置２０は、温度センサの切替指令信号を加工液冷却装置３０に出力する。温度センサは、直ちに第１の温度センサ１７から第２の温度センサ１８に切り替えられ、加工槽９内の加工液の温度検出を開始する。
制御装置２０は、さらにステップＳ７で循環用ポンプ３９を作動させ、モードを「２」に設定する。循環用ポンプ３９は、加工液供給装置３０の汚水槽３８に排出された廃液を汲み上げてフィルタ４０に送液している。

高い加工精度を維持するためには、加工液の温度変化を少なくしてワーク１４とワイヤ放電加工装置４６の温度を一定に保つことが必要である。制御装置２０は、第２の温度センサ１８が検出する加工液の温度を、ワイヤ放電加工装置４６に設けた第３の温度センサ１９で検出する目標温度に直ちに近づけるよう常時制御している。

モード「２」は、液面検出器４７が「ＯＮ」の検出信号を出力している状態でワーク１４の加工が開始されていない段取期間（以下、水有り段取期間という）を示す。水有り段取り期間では、送液用ポンプ３３によって加工液を加工槽９に少量ずつ送液している。

ステップＳ８で加工が開始されると、制御装置２０は噴流用ポンプ３４を開始させる。噴流用ポンプ３４は、清水槽３２の加工液を汲み上げて上下ワイヤガイド組体１３，１５及び自動結線装置１０に送液する。ステップＳ８では、上下ワイヤガイド組体１３，１５の加工用ノズルに加工液の供給を開始する。このとき加工液は弁３７を介して送液されるため弁３６は閉じている。

ステップＳ９で、制御装置２０は荒加工が開始されたと判断すると、プロセスはステップ１０に進む。ステップＳ１０では、モードは「６」に設定される。荒加工はワークを高速に切断する加工であり、モード「６」は、荒加工期間を示す。荒加工では、噴流用ポンプ３４の回転数が大きくなるため、ポンプの熱損失により温度上昇した加工液が放電加工部に供給されてしまう。また、放電による発熱の影響で加工液が温度上昇する。従って、モード信号の冷却能力値とオフセット値は、モード「１」〜「６」の中で最も大きい値が設定される。さらに、モード「６」では、噴流用ポンプ３４の回転数に応じた冷却能力値とオフセット値が設定される。これにより、温度変化が激しい荒加工において精密な温度管理を行うことができ、ワイヤ放電加工装置４６とワーク１４の熱変位を防ぐことができる。

一方、ステップＳ９で、制御装置２０は仕上げ加工が開始されたと判断すると、プロセスはステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、モードは「５」に設定される。仕上げ加工は、荒加工されたワークの切断面を所要の寸法制度に仕上げる加工であり、モード「５」は、仕上げ加工期間を示す。仕上げ加工では、噴流用ポンプ３４の回転数が抑えられるため著しい温度変化はほとんどない。

加工中ステップＳ１０又はＳ１１のモードが選ばれていても、ステップＳ１２で加工が終了すると、プロセスはステップＳ１３へ進む。ステップＳ１３で次の加工が予定されていれば、プロセスはステップＳ１４へ進む。そうでなければ、ワイヤ放電加工装置への電力が遮断されプロセスは終了する。

ステップＳ１４で自動結線の指令を受け取ると、ステップＳ１５で制御装置２０は噴流用ポンプ３４を開始させる。噴流用ポンプ３４は加工液を汲み上げて自動結線装置１０のガイドパイプ１１に結線用ジェットを送る。このとき加工液は弁３６を介して送液されるため弁３７は閉じている。ステップＳ１５では、モードは「４」に設定される。モード「４」は、液面検出器４７が「ＯＮ」を検出した状態で、かつ、自動結線が実行されている期間を示す。

また、ステップＳ１４で制御装置２０は、自動結線装置１０が開始されなかったと判断すると、プロセスはＳ１へ戻る。

本発明では、加工槽９に設けた液面検出器４７が「ＯＦＦ」の検出信号を出力する時は、加工液供給装置３０の清水槽の加工液温度を所定温度に維持するため第１の温度センサ１７が温度を検出する。液面検出器４７が「ＯＮ」の検出信号を出力すると、制御装置２０は、検出信号に基づいて加工液供給装置３０に切替指令信号を出力して、直ちに第１の温度センサ１７から第２の温度センサ１８に切り替えて、第２の温度センサ１８がドレイン１６を流れる加工液温度を検出する。そして制御装置２０は、第３の温度センサ１９で検出した目標温度に速やかに近づけるよう、モードに応じたモード信号を加工液冷却装置５０に送る。これにより、加工槽９の加工液の温度を素早く正確に一定に維持することができる。

本発明のワイヤ放電加工装置を示す正面図である。図１の加工液供給装置を示す配管図である。図１の制御装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

２・・・ベッド
３・・・上側アーム
４・・・門形コラム
５・・・下側アーム
６・・・テーブル
８・・・ワイヤ電極
９・・・加工槽
１０・・・自動結線装置
１１・・・ガイドパイプ
１２・・・ワークスタンド
１３・・・上側ワイヤガイド組体
１４・・・ワーク
１５・・・下側ワイヤガイド組体
１６・・・ドレイン
１７、１８、１９・・・温度センサ
２０・・・制御装置
３０・・・加工液供給装置
３２・・・清水槽
３３・・・ポンプ
３４・・・ポンプ
３５、３６、３７・・・弁
３８・・・汚水槽
３９・・・ポンプ
４０・・・フィルタ
４６・・・ワイヤ放電加工装置
４７・・・液面検出器
５０・・・加工液冷却装置

Claims

ワークが収容される加工槽と、前記加工槽へ加工液を供給する加工液供給装置と、前記加工液供給装置に設けられ前記加工液供給装置中の加工液を冷却する加工液冷却装置とを備えるワイヤ放電加工機において、前記加工槽中に設けられ前記加工槽中の加工液の液面を検出して前記加工槽が前記加工液で満たされているかどうかを示す検出信号を出力する液面検出器と、前記加工液供給装置に設けられ前記加工液供給装置中の加工液の温度を検出し第１の温度検出信号を発生する第１の温度センサと、前記加工槽中の前記液面検出器よりも下側に設けられ前記加工槽中の加工液の温度を検出し第２の温度検出信号を発生する第２の温度センサと、機械に設けられ前記機械の温度を検出して目標温度として第３の温度検出信号を供給する第３の温度センサと、前記液面検出器に接続され前記液面検出器の前記検出信号に基づいて前記加工槽中の液面が所定レベルより低いとき前記第１の温度検出信号を選択し加工槽中の液面が所定レベルに到達したとき前記第２の温度検出信号を選択する制御装置とを備え、前記制御装置は、選択した前記第１の温度検出信号または前記第２の温度検出信号と前記第３の温度センサから供給される前記第３の温度検出信号とに基づいて前記加工液冷却装置を制御して前記加工液の温度を前記目標温度に維持することを特徴とするワイヤ放電加工機。
ワークが収容される加工槽と、前記加工槽へ加工液を供給する加工液供給装置と、前記加工液供給装置に設けられ前記加工液供給装置中の加工液を冷却する加工液冷却装置と、前記加工槽中の加工液を前記加工液供給装置へ排出するドレインとを備えるワイヤ放電加工機において、前記加工槽中に設けられ前記加工槽中の加工液の液面を検出して前記加工槽が前記加工液で満たされているかどうかを示す検出信号を出力する液面検出器と、前記加工液供給装置に設けられ前記加工液供給装置中の加工液の温度を検出し第１の温度検出信号を発生する第１の温度センサと、前記ドレインに設けられ前記ドレイン中の前記加工槽から排出されてくる前記加工槽中の加工液の温度を検出し第２の温度検出信号を発生する第２の温度センサと、機械に設けられ前記機械の温度を検出して目標温度として第３の温度検出信号を供給する第３の温度センサと、前記液面検出器に接続され前記液面検出器の前記検出信号に基づいて加工槽中の液面が所定レベルより低いとき前記第１の温度検出信号を選択し加工槽中の液面が所定レベルに到達したとき前記第２の温度検出信号を選択する制御装置とを備え、前記制御装置は、選択した前記第１の温度検出信号または前記第２の温度検出信号と前記第３の温度センサから供給される前記第３の温度検出信号とに基づいて前記加工液冷却装置を制御して前記加工液の温度を前記目標温度に維持することを特徴とするワイヤ放電加工機。