JP5005116B1 - ワイヤ放電加工装置 - Google Patents

Abstract

実施の形態のワイヤ放電加工装置は、ワイヤ電極と、前記ワイヤ電極を供給するワイヤ供給部と、前記ワイヤ電極を所定の速度で回収する回収モータと、前記ワイヤ供給部と前記回収モータとの間にて前記ワイヤ電極の張力を制御する張力モータと、前記ワイヤ電極の走行速度を所定の時間間隔で算出する速度算出手段と、前記速度算出手段により算出された前記走行速度を記憶する速度記憶手段と、前記速度算出手段から出力される現在の前記走行速度と前記速度記憶手段に記憶された過去の前記走行速度との差分速度を算出する差分速度算出手段と、前記差分速度と所定の閾値とを比較することにより前記ワイヤ電極の断線を検出する断線検出手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワイヤ電極の断線検出が可能なワイヤ放電加工装置に関するものである。

ワイヤ放電加工装置では、加工速度を向上させるためにできるだけ加工エネルギが大きくなるように加工条件を調整するが、加工エネルギを大きくするとワイヤ電極が断線しやすくなる。また、加工が不安定になりやすい形状を加工する時にもワイヤ断線しやすくなる。その他にも、ワイヤ走行系要素の経年変化によってワイヤ走行が不安定になることでワイヤ断線しやすくなるなど、ワイヤ放電加工装置にとってワイヤ断線はつきものである。

ワイヤ断線したことを正確、かつ高速に検出して加工電源やワイヤ走行を停止しないと、ワーク以外の場所で放電が発生して大変危険である。従って、ワイヤ放電加工装置には必ず断線検出手段が必要となる。

これまで断線検出手段として、ワイヤ走行経路にリミットスイッチ、光センサ、張力センサなど設ける方式が用いられてきた。また、特許文献１では、ワイヤ走行経路上に配された２箇所の回転要素の回転速度差からワイヤ断線を検出する方式が開示されている。この方式では、ワイヤ電極を巻き回したワイヤ供給ボビン、該ボビンから繰り出されたワイヤ電極に張力を張架する張力ローラ、ワイヤ電極を所定の速度で走行させる回収ローラ、およびワイヤ電極走行の安定化や走行方向を変更するガイドプーリーのいずれか２箇所の回転速度を検出し、２箇所の回転速度の差が所定の閾値を超えたら断線と判断することによって、誤動作なく断線検出できるとしている。

特許第２５９９２９０号公報

しかしながら、上記従来の技術、例えば特許文献１に記載の断線検出方式においては、ワイヤ走行開始や停止時、ワイヤ走行速度を変更した時に、ワイヤ断線していないにも関わらずワイヤ走行要素の２箇所に回転速度差が生じて断線と誤検出する可能性がある。

また、ワイヤ電極径が等しい場合は設定ワイヤ張力が大きいほど、設定ワイヤ張力が等しい場合はワイヤ電極径や材質によって伸びやすいワイヤ電極であるほど、ワイヤ走行時の回収ローラと張力ローラの速度差は大きくなる。したがって、ワイヤ走行中はワイヤ電極の伸びによってワイヤ走行系の回転要素にはそれぞれ速度差が生じており、ワイヤ断線していないにも関わらず断線と誤検出する可能性がある。

さらに、ワイヤ電極の張力変動を抑制するために張力ローラの回転速度変動を抑制する制御を適用する場合、ワイヤ断線した後も張力モータは回転速度を維持しようと働くため、ワイヤ走行経路上の２箇所の回転要素に速度差が生じずにワイヤ断線を検出できないか、回転速度差が生じるまでに長時間を要してワイヤ断線検出が遅れるという問題を有していた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ワイヤ走行速度が過渡的に変化しているとき或いはワイヤ走行系の回転要素に速度差が生じているときにも誤検出をせずに適切なワイヤ断線の検出が可能なワイヤ放電加工装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ワイヤ電極と、前記ワイヤ電極を供給するワイヤ供給部と、前記ワイヤ電極を所定の速度で回収する回収モータと、前記ワイヤ供給部と前記回収モータとの間にて前記ワイヤ電極の張力を制御する張力モータと、前記ワイヤ電極の走行速度を所定の時間間隔で算出する速度算出手段と、前記速度算出手段により算出された前記走行速度を記憶する速度記憶手段と、前記速度算出手段から出力される現在の前記走行速度と前記速度記憶手段に記憶された過去の前記走行速度との差分速度を算出する差分速度算出手段と、前記差分速度と所定の閾値とを比較することにより前記ワイヤ電極の断線を検出する断線検出手段とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、ワイヤ走行速度が過渡的に変化しているとき或いはワイヤ走行系の回転要素に速度差が生じているときにもワイヤ断線の誤検出をせず、張力モータの速度変動を抑制する制御を適用しているときでも即座にワイヤ断線の検出が可能になるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１に係るワイヤ放電加工装置の構成を示す図である。 図２は、ワイヤ断線前後の張力モータの回転速度の時間変化を示す図である。 図３は、ワイヤ断線前後の張力モータの回転速度をサンプリングしたときに、サンプリングタイミングに依存してワイヤ断線前後の急減速幅が小さくサンプリングされる様子を示す図である。 図４は、本発明の実施の形態２に係るワイヤ放電加工装置の構成を示す図である。 図５は、張力モータの速度変動抑制制御を適用中にワイヤ断線した時のワイヤ断線前後の張力モータの回転速度の時間変化を示す図である。 図６は、本発明の実施の形態３に係るワイヤ放電加工装置の構成を示す図である。

以下に、本発明にかかるワイヤ放電加工装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係るワイヤ放電加工装置１００の装置全体の構成を示す図である。ワイヤ放電加工装置１００は、ワイヤ電極１と、ワイヤ電極１を供給するワイヤボビン３（ワイヤ供給部）と、ワイヤ電極１が走行する経路上に配されるワイヤガイドローラ４、５、６、７、１０と、ワイヤ電極１を所定の速度で回収する回収ローラ１１ａと１１ｂと、回収ローラ１１ａを駆動する回収モータ１２と、回収モータ１２の回転速度を制御する速度制御手段１５と、ワイヤ電極１の張力を張架する張力ローラ９とピンチローラ８ａ、８ｂ、張力ローラ９を駆動する張力モータ１３と、張力モータ１３に取り付けられたエンコーダ１４と、張力モータ１３を制御するサーボアンプ１６と、速度制御手段１５およびサーボアンプ１６を上位で制御する数値制御（ＮＣ）手段１７と、を備える。

さらに本実施の形態に係るワイヤ放電加工装置１００は、張力モータ１３に取り付けられたエンコーダ１４の信号から回転速度、即ち、ワイヤ電極１の走行速度を算出する速度算出手段１８と、速度算出手段１８により算出された速度を記憶する速度記憶手段１９と、速度算出手段１８から出力される現在の速度と速度記憶手段１９から出力される過去のサンプル速度から差分速度を算出する差分速度算出手段２０と、断線検出閾値を設定する断線検出閾値設定手段２１と、断線検出閾値設定手段２１で設定した断線検出閾値と差分速度算出手段２０から出力される差分速度を比較することによりワイヤ電極１の断線を検出する断線検出手段２２とを備える。

次に実施の形態１に係るワイヤ放電加工装置１００について図１を用いて説明する。ワイヤ電極１は所定の張力と走行速度に制御されながら被加工物２に対向するように繰り出される。この時、図示しない加工電源からワイヤ電極１にパルス電圧が印加されており、図示しない駆動装置によりワイヤ電極１と被加工物２の相対距離が適切に制御されることによってワイヤ電極１と被加工物２の間で次々と放電火花が発生し、加工が進められる。

ワイヤ電極１の走行速度と張力は次のように制御される。ワイヤ電極１はワイヤボビン３からワイヤガイドローラ４、５、６、７、１０を通り、回収ローラ１１ａ、１１ｂにより回収される。ガイドローラの数、および配置は様々な形態が考えられる。回収ローラ１１ａ、１１ｂは回収モータ１２により駆動される。ワイヤ電極１の走行速度は加工条件によって決められており、数値制御手段１７は速度制御手段１５へ速度指令を送出し、速度制御手段１５は回収モータ１２を速度制御する。

また、ワイヤ電極１は張力ローラ９との間で滑らないようにピンチローラ８ａ、８ｂによって押さえつけられており、張力モータ１３が生成するトルクは張力ローラ９を介してワイヤ電極１に伝達される。ワイヤ電極１の張力は加工条件によって決められており、数値制御手段１７からサーボアンプ１６へ張力指令が送出され、サーボアンプ１６は所定の張力となるように張力モータ１３をトルク制御する。ここで、ワイヤ電極１の自動結線や切断を行う時など、張力モータ１３を速度制御する場合もあるため、張力モータ１３には一般的にエンコーダ１４が取り付けられており、サーボアンプ１６によって速度制御されることもある。

ここで、本実施の形態におけるワイヤ断線検出方式の原理を説明する。加工中のワイヤ電極１は、張力ローラ９と回収ローラ１１ａ、１１ｂの間で張力が張られた状態で、回収ローラ１１ａ、１１ｂによって一定速度で回収されている。ワイヤ断線が生じると、断線点より回収ローラ１１ａ、１１ｂ側のワイヤ電極１は回収ローラ１１ａ、１１ｂによって一定速度で回収されるのに対して、断線点より張力ローラ９側のワイヤ電極１は回収ローラによって回収されなくなるため、ワイヤ走行速度は低下する。さらに、ワイヤ断線前のワイヤ電極１は回収ローラ１１ａ、１１ｂによって支持された状態であったのに対して、ワイヤ断線後の断線点より張力ローラ９側のワイヤ電極１は断線点が自由端となることによって、ワイヤ断線直後に急減速が起きる。

この急減速は図２のように張力モータ１３の回転速度にも現れる。図２は、張力モータ１３の回転速度（張力モータ回転速度）の時間変化を示す図である。そこで、張力モータ回転速度の急減速に着目することによってワイヤ断線を検出できる。この急減速はワイヤ断線と同時に起きるので、急減速に着目する断線検出方式ではワイヤ断線を即座に検出することができる。

張力モータ回転速度の急減速は、ワイヤ電極１の両端が支持されているか否かに起因するものである。これに対して、ワイヤ走行開始時、ワイヤ停止時、ワイヤ走行速度変更時など、張力モータ１３の回転速度が過渡的に変化する時に回転速度が脈動することがあるが、ワイヤ電極１の両端とも支持された状態であることは変わらないため、回転速度の急減速は生じない。したがって、回転速度の急減速に着目する断線検出方式では、張力モータ回転速度が過渡的に変化している間であっても誤検出しない。

具体的に張力モータの急減速に着目して断線検出する方法を以下に説明する。ワイヤ走行中の張力モータ１３の回転量はエンコーダ１４が計測し、速度算出手段１８はエンコーダ１４が計測した回転量から回転速度に換算し、速度記憶手段１９と差分速度算出手段２０へ送出する。差分速度算出手段２０は現サンプルと前回サンプルの張力モータ回転速度から差分速度を算出し、断線検出手段２２に送出する。

断線検出手段２２には断線検出閾値設定手段２１によってワイヤ断線と検出する差分速度幅が断線検出閾値として設定されている。張力モータ回転速度の差分速度幅が設定された断線検出閾値を超えた時に、断線検出手段２２は断線と判断し、断線検出信号を数値制御手段１７に送出する。数値制御手段１７は、断線検出信号を受け取った時にサーボアンプ１６に張力モータ１３の回転を停止する指令を送出する。また数値制御手段１７は、図示しない加工電源、およびワイヤ電極１と被加工物２の相対距離を制御する駆動装置にも停止指令を送出する。

本実施の形態の断線検出方式を実装するにあたっては、速度記憶手段１９が差分速度算出手段２０に送出するサンプル速度は２サンプル以上前のサンプル速度とすることが好ましい。ワイヤ断線前後の速度の急減速は極短時間の現象であるが、速度サンプリングのタイミングによっては、図３に示した例のようにワイヤ断線直後の急減速幅を小さくサンプルする可能性がある。そこで、差分速度は現在のサンプル速度と２サンプル以上前のサンプル速度から算出することで、急減速幅を実際の変動幅より小さくサンプルすることを回避する。

実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２に係るワイヤ放電加工装置２００の装置全体の構成を示す図である。本実施の形態のワイヤ放電加工装置２００を用いた断線検出方式によってさらなる効果を奏することが可能となる。図４のワイヤ放電加工装置２００の構成は、図１のワイヤ放電加工装置１００の構成に移動平均速度算出手段２３、速度変動算出手段２４、速度変動抑制手段２５を加えたものである。図４の他の構成要素の機能および動作は実施の形態１にて図１について説明したのと同様であるので説明を省略する。

図４において、移動平均速度算出手段２３は速度算出手段１８によって算出された張力モータ１３の回転速度から移動平均速度を算出し、速度変動算出手段２４に送出する。速度算出手段２４は、速度算出手段１８から与えられた張力モータ１３の回転速度と移動平均速度算出手段２３から与えられた移動平均速度との差から、張力モータ１３の速度変動（速度のＡＣ成分）を算出し、速度変動抑制手段２５に送出する。速度変動抑制手段２５は張力モータ１３の速度変動を抑制する制御指令をサーボアンプ１６に送出し、サーボアンプ１６はトルク制御に加えて、速度変動を抑制するように張力モータ１３を制御する。

張力モータ１３の速度変動を抑制することによって、ワイヤ電極１に生じる張力変動を抑制することができるが、張力モータ１３の速度変動を抑制することによってワイヤ断線後も張力モータ１３は断線前の速度を維持しようとする。このため、ワイヤ走行経路上の２箇所の回転要素に速度差が生じずにワイヤ断線を検出できないか、回転速度差が生じるまでに長時間を要してワイヤ断線検出が遅れるという問題がある。これに対して、図５のようにワイヤ断線した瞬間は張力モータ１３の回転速度が急減速するため、張力モータ１３の差分速度から即座に断線を検出することができる。

実施の形態３．
図６は本発明の実施の形態３に係るワイヤ放電加工装置３００の装置全体の構成を示す図である。実施の形態１では、回収モータ１２を速度制御手段１５により速度制御するとして説明したが、実施の形態３においては、図１の回収モータ１２の代わりに図６に示すようにトルク制御される回収モータ１２ａに変更し、図１の張力モータ１３の代わりに図６に示すサーボモータ１３ａに変更して速度制御する構成とする。

即ち、速度制御手段１５は回収モータ１２ａをトルク制御し、サーボアンプ１６はサーボモータ１３ａを速度制御する。本実施の形態においては、回収モータ１２ａにエンコーダ１４が取り付けられており、回収モータ１２ａの回転量を計測する。速度算出手段１８はエンコーダ１４が計測した回転量から回転速度に換算し、速度記憶手段１９と差分速度算出手段２０へ送出する。他の構成要素および動作は実施の形態１と同様である。本実施の形態のワイヤ放電加工装置３００においても、上記実施の形態と同様の効果を奏する断線検出方式を実施することが可能である。

本実施の形態のワイヤ放電加工装置３００においてワイヤ断線すると、断線点より回収ローラ１１ａ、１１ｂ側のワイヤ電極１は断線点で自由端となるため、回収モータ１２ａが張力制御されることによってワイヤ電極１を回収する方向に急加速する。ゆえに、回収モータ１２ａの急加速を検出することでワイヤ断線を検出できる。

ここで図６の回収モータ１２ａはワイヤ電極１の張力を制御するモータでもあり、換言すれば張力モータと呼ぶこともできる。したがって、実施の形態１（図１）、実施の形態２（図４）、および実施の形態３（図６）の構成はともに張力モータの急激な速度変動によりワイヤ断線の検出を行っている。

以上説明したように、本発明の実施の形態１乃至３のワイヤ放電加工装置の構成によれば、ワイヤ走行開始時、ワイヤ停止時、ワイヤ走行速度変更時など、張力モータ１３（回収モータ１２ａ）の回転速度が過渡的に変化する時でも断線の誤検出をしない。また、ワイヤ電極１の伸びによってワイヤ走行中にワイヤ走行系の回転要素に速度差が生じていても断線の誤検出をしない。さらに、実施の形態２においては張力モータ１３の速度変動を抑制する制御を適用している時でも断線検出が可能である。そして、ワイヤ断線と同時に急激な速度変化が検出されるため、即座にワイヤ断線を検出することができる。

更に、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。

例えば、上記実施の形態１乃至３それぞれに示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、上記実施の形態１乃至３にわたる構成要件を適宜組み合わせてもよい。

以上のように、本発明にかかるワイヤ放電加工装置は、ワイヤ電極の断線検出に有用であり、特に、ワイヤ走行速度が過渡的に変化しているとき或いはワイヤ走行系の回転要素に速度差が生じているときにも適切な検出が可能なワイヤ放電加工装置に適している。

１ ワイヤ電極
２ 被加工物
３ ワイヤボビン（ワイヤ供給部）
４、５、６、７、１０ ワイヤガイドローラ
８ａ、８ｂ ピンチローラ
１１ａ、１１ｂ 回収ローラ
１２、１２ａ 回収モータ
１３ 張力モータ
１３ａ サーボモータ
１４ エンコーダ
１５ 速度制御手段
１６ サーボアンプ
１７ 数値制御（ＮＣ）手段
１８ 速度算出手段
１９ 速度記憶手段
２０ 差分速度算出手段
２１ 断線検出閾値設定手段
２２ 断線検出手段
２３ 移動平均速度算出手段
２４ 速度変動算出手段
２５ 速度変動抑制手段
１００、２００、３００ ワイヤ放電加工装置

Claims (5)

1. ワイヤ電極と、
   前記ワイヤ電極を供給するワイヤ供給部と、
   前記ワイヤ電極を所定の速度で回収する回収モータと、
   前記ワイヤ供給部と前記回収モータとの間にて前記ワイヤ電極の張力を制御する張力モータと、
   前記ワイヤ電極の予め定めた箇所における走行速度を所定の時間間隔で算出する速度算出手段と、
   前記速度算出手段により算出された過去の前記走行速度の移動平均速度を算出する移動平均速度算出手段と、
   前記速度算出手段から出力される現在の前記走行速度と前記移動平均速度との差を速度変動として算出する速度変動算出手段と、
   前記速度変動と所定の閾値とを比較することにより前記ワイヤ電極の断線を検出する断線検出手段と、
   を備えることを特徴とするワイヤ放電加工装置。
2. 前記速度変動に基づいて前記張力モータを制御することにより前記速度変動を抑制する
   速度変動抑制手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
3. 前記速度変動算出手段は、前記張力モータの回転速度に基づいて前記ワイヤ電極の走行速度
   を算出する
   ことを特徴とする請求項１または２記載のワイヤ放電加工装置。
4. 前記速度変動算出手段は、前記回収モータの回転速度に基づいて前記ワイヤ電極の走行速度
   を算出する
   ことを特徴とする請求項１または２記載のワイヤ放電加工装置。
5. 前記速度変動算出手段は、前記所定の時間間隔で２サンプル以上離れた前記走行速度に
   基づいて差分速度を算出する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工装置。

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