JP5067952B2 - ワイヤカット放電加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、板厚が変わる段差部位で加工条件を板厚に適応する加工条件に変更設定して加工するワイヤカット放電加工方法に関する。特に、段差部位の手前で放電エネルギを減少させたときにサーボ基準電圧を変更設定して加工するワイヤカット放電加工方法に関する。

ワイヤカット放電加工において、ファーストカットと称される被加工物を大まかに切断加工する荒加工工程では、ワイヤ電極が被加工物に形成される加工溝に挟まれている状態であるため、加工が安定して行なわれるように、加工間隙を一定に維持しながらワイヤ電極を加工送りする方法で加工が行なわれる。加工間隙の極間電圧に依存して加工間隙の距離を一定に維持するサーボ方式（以下、電圧比例サーボ方式という）でワイヤ電極を被加工物に対して相対移動させる場合は、ワイヤ電極の送り速度（相対移動速度）が加工進行方向における加工状態の影響を受ける。

同一の加工条件で板厚が変わる段差を有する被加工物を加工すると、段差位置で単位距離当たりの加工体積（加工除去量）の増減によって単位時間当たりに加工する距離で示される距離加工速度（ｍｍ／ｍｉｎ）が変動してワイヤ電極の送り速度が変化する。送り速度が遅くなるほど放電ギャップが拡大するから、段差付近の加工領域（以下、段差部位という）で加工溝幅が変わってしまい、加工面に縦筋状の形状損失部位が形成される。

段差位置における板厚の差が大きいほど放電ギャップの差が大きくなるので、荒加工工程後の形状出しの加工工程で修正することができないほどの形状損失部位が形成される。このような形状損失部位が加工面に残されていると、磨き工程でも取り除くことができないことがあるため、結果的に要求される加工形状精度を得ることができなくなる。

特許文献１に開示される加工制御方法は、単位距離当たりの加工体積の変化に合わせて送り速度が一定であるようにサーボ基準電圧を変更設定して、加工溝幅の変動を小さくするとともにサーボ制御が振動的にならないようにしている。しかしながら、放電エネルギに直接影響を与えるピーク電流値、オン時間、あるいはオフ時間のような電気的加工条件が単位距離当たりの加工体積の変化に関わらず一定であるので、安全のために加工体積の少ない加工位置を基準にして加工条件を設定せざるを得ず、加工体積の多い加工位置における加工速度が相対的に遅く、不必要に加工時間がかかりすぎる不利な点がある。

そこで、一般的には、段差部位で発生する加工溝幅の差を低減し、またはワイヤ電極の断線の発生を抑止するために、段差位置で送り速度が変化しないように単位時間当たりの取り量を変えることができる放電エネルギに直接影響を与える特定種類の電気的加工条件を変更設定するようにされている。ただし、電気的加工条件を変更設定すると放電ギャップが変動するから、板厚に対する特定種類の加工条件と送り速度および加工溝幅との関係から適する加工条件のパラメータ値を計算して変更設定するようにされている。

ところで、ワイヤカット放電加工においては、加工間隙の絶縁回復のために加工媒体として常に新しい加工液が供給されていることが要求される。また、加工間隙に供給される加工液は、加工間隙から加工で発生した加工屑を除去し、放電による発熱で高温になるワイヤ電極と被加工物を速やかに冷却する作用を有する。そのため、被加工物を挟んで上下に設けられる加工液噴流ノズルから所定の圧力の加工液が加工液噴流として加工間隙に噴射供給されている。

加工液噴流ノズルから高圧の加工液噴流を供給するときは、加工液が飛散せずに加工間隙に確実に流通するようにするために、加工液噴流ノズルは、開口が僅かな隙間を隔てて被加工物の表面に位置するように可能な限り被加工物の表面に近接されるように配置される。加工液噴流の設定圧力は、０．５ＭＰａ〜３ＭＰａ（５ｋｇｆ／ｃｍ^２〜３０ｋｇｆ／ｃｍ^２）程度である。

段差部位では、加工液噴流が段差に形成されるエッジに当って乱流になる。加工液噴流がエッジに当たって乱流になると、整形されている円柱形状の加工液噴流柱が崩れて高圧の加工液噴流がワイヤ電極に振幅が大きくばらつきのある不規則な振動を生じさせ、ワイヤ電極がバタついた状態になる。そのため、ワイヤ電極が繰返し被加工物に接触して短絡が頻発する。また、加工液噴流がワイヤ電極を十分に包囲することができず、ワイヤ電極の冷却が不十分になり、気中放電が発生することすらある。その結果、ワイヤ電極の断線が誘発され、あるいは加工が進展せずに予期しない加工形状精度の損失を生じる。

数値制御装置に与えられる加工液噴流の設定圧力は、上下加工液噴流ノズルが被加工物の上面と下面にそれぞれ近接している場合を想定して決められているので、加工液噴流ノズルを被加工物の表面から離すことが避けられない加工位置においては、ワイヤ電極の好ましくない挙動を抑制するために加工液噴流の圧力を十分に低下させるようにすることが考えられる。ところが、加工液噴流の圧力が比較的小さく加工液の流量が不十分であると、加工間隙から加工屑が十分に排除されず、加工屑による短絡が原因でワイヤ電極が断線するおそれがある。

特許文献２に開示されるワイヤカット放電加工装置は、加工液噴流ノズルにおける加工液の負荷圧力を検出して段差部位を検知し、段差部位で放電エネルギが十分に小さくなるように特定種類の加工条件を変更設定するようにしている。このようなワイヤカット放電加工装置は、短絡が頻発し加工が不安定になる段差位置の手前における加工液の負荷圧力が変化する所定位置で放電反力を小さくしてワイヤ電極の振動が拡大しないようにするとともに発熱を小さく抑えるので、ワイヤ電極の断線のおそれを低減することができるとともに加工を安定させることができる。

特許第２７１１８５２号公報（第３頁右欄第２５行−第４頁左欄第２１行） 特開平６−１１４６３２号公報（段落００３８−００４４）

ところで、放電エネルギを減少させるように平均加工電流を低下させると平均加工電圧も低下して放電ギャップが小さくなるから、加工溝幅が初期設定の加工条件と送り速度で予定している加工溝幅よりも小さくなってしまい、今度は段差位置の手前で縦筋状の形状損失部位が発生して加工形状精度が低下する。そこで、放電エネルギを小さくしたときに、同時にサーボ基準電圧を放電ギャップの変動を可能な限り小さく抑えることができる適正なサーボ基準電圧に変更設定して放電ギャップを予定している加工溝幅に合うように拡大させることによって、加工溝幅を一定に維持させるようにすることが考えられる。

しかしながら、放電エネルギを小さくすることで平均加工電圧が低下するので、サーボ基準電圧を一度に高くするとサーボ基準電圧が平均加工電圧を超えてしまうことがある。電圧比例サーボ方式は、実質的にサーボ速度が平均加工電圧とサーボ基準電圧との差電圧に比例するので、サーボ基準電圧が平均加工電圧を上回る場合は、正常に加工が進展している状態では発生しない現象である加工進行方向に対して反対の方向にワイヤ電極が相対的に戻される、いわゆるサーボバックが発生してしまい、結局は修正することができない致命的な縦筋状の形状損失部位が形成される。

サーボ基準電圧が平均加工電圧を超えないようにするために、平均加工電圧の上昇に合わせてサーボ基準電圧を徐々に高くするように変更することが考えられる。ところが、サーボ基準電圧を段階的に増加させていく間にサーボ基準電圧が平均加工電圧を超えることが許されないので、安全のために平均加工電圧が上昇する変化の度合いをより緩やかに想定してサーボ基準電圧を増加させることが要求される。そのため、適正なサーボ基準電圧に変更設定されるまでに許容できない時間を要してしまい加工形状精度の低下を十分に阻止することができない。

本発明は、上記課題に鑑みて、板厚が変化する段差位置の手前で特定種類の加工条件を変更して放電エネルギを小さくするときにサーボ基準電圧が平均加工電圧を超えることがなく放電ギャップの変動が可能な限り小さく抑えられる適正なサーボ基準電圧に変更設定することができるワイヤカット放電加工方法を提供することを目的とする。本発明のワイヤカット放電加工方法による利益は、発明の実施の形態を説明するときに発明の実施の形態に対応させて詳細に記述される。

本発明は、上記課題を解決するために、板厚が変化する段差位置から加工液噴流ノズルの開口の半径手前の所定位置で加工液噴流ノズルから供給される加工液噴流の圧力を低下させるとともに放電エネルギを小さくするときに初期設定のサーボ基準電圧を所定のステップ数で段階的に増加させながら放電ギャップの変動を可能な限り小さく抑える適正なサーボ基準電圧に変更設定するワイヤカット放電加工方法において、所定位置から所定単位時間毎に初期設定のサーボ基準電圧と適正なサーボ基準電圧の差に所定のステップ数を除算して得られる単位電圧増大した１ステップ増加後のサーボ基準電圧が所定の比較基準値を超えないときに単位電圧を増分として現在のサーボ基準電圧を１ステップ増加させるようにしながらサーボ基準電圧を段階的に増加させて適正なサーボ基準電圧に変更設定するようにする。

具体的に、比較基準値は、現在のサーボ電圧に所定単位時間毎の平均加工電圧と現在のサーボ基準電圧との差電圧の１／２を加算した値である。また、１ステップ増加後のサーボ基準電圧が比較基準値を超えるときは平均加工電圧と現在のサーボ基準電圧との差電圧の１／２を増分として現在のサーボ基準電圧を１ステップ増加させるとともにステップ数を１ステップ増加させるようにする。

好ましくは、所定のステップ数でワイヤ電極の断線が発生しない小さい放電エネルギになる値に到達するようにサーボ基準電圧を１ステップ増加する毎に放電エネルギを減少させるように放電エネルギに影響を与える特定種類の加工条件を１ステップずつ変更設定するようにする。

本発明のワイヤカット放電加工方法は、段差位置の手前で加工液噴流の圧力を低下させるので、ワイヤ電極の断線のおそれが小さい。また、放電エネルギを小さくするので、加工液噴流の圧力が比較的小さくてもワイヤ電極が断線するおそれが小さい。また、放電エネルギを減少させるときにサーボ基準電圧を放電ギャップの変動を可能な限り小さく抑える適正なサーボ基準電圧にするので、平均加工電圧が上昇して放電ギャップが拡大し、加工溝幅の変化が最小限度にされるとともに加工が安定する。加えて、サーボ基準電圧を段階的に高くするので、変更されるサーボ基準電圧が平均加工電圧を超えにくくされている。

そして、所定単位時間毎に１ステップ増加後のサーボ基準電圧と所定の比較基準値とを比較してサーボ基準電圧が比較基準値を超えないようにしながらサーボ基準電圧を段階的に高くするので、サーボ基準電圧が平均加工電圧を超えることがなく、比較的短時間で放電ギャップの変動を適正なサーボ基準電圧に変更設定することができる。そのため、サーボバックが発生することがなく加工溝幅の変化が最小限度にされる。その結果、ワイヤ電極の断線が発生せず、加工が安定し、致命的な縦筋状の形状損失部位が形成されず、加工溝幅の変化が小さく、高い加工形状精度が得られる。

本発明のワイヤカット放電加工方法のプロセスを示すフローチャートである。 本発明のワイヤカット放電加工方法を実施するワイヤカット放電加工装置を示すブロック図である。 本発明の実施の形態におけるサーボ基準電圧と平均加工電圧の変化を示すタイミングチャートとそのときのワイヤ電極の相対位置を示す被加工物を上面から見たときの模式図である。

図１に本発明のワイヤカット放電加工方法の最適なプロセスが具体的に示される。図２に本発明のワイヤカット放電加工方法を実施することができるワイヤカット放電加工装置の一例が示される。また、図３に本発明のワイヤカット放電加工方法を実施したときのサーボ基準電圧と平均加工電圧の変化が示される。以下、実施の形態の加工方法を具体的に説明する。

本発明の基本的な概念は、図３に示されるように段差位置Δの手前から距離λ離れた所定位置αで少なくとも加工液噴流の圧力を最大板厚時の液圧に比べてワイヤ電極のバタつきが発生しない程度十分に小さくしておき、所定位置αで放電エネルギを小さくするとともに平均加工電圧を超えない範囲でサーボ基準電圧を１ステップずつ段階的に高くしていき、放電エネルギに直接影響を与える特定種類の電気的加工条件を変更設定したことによる放電ギャップの変動を可能な限り小さく抑える適正なサーボ基準電圧に変更設定することである。

段差位置Δは、被加工物ＷＰにおける板厚が変化する段差に形成されるエッジにある加工位置である。数値制御上の段差位置Δは、プログラム平面の段差を表わす線上に存在するＮＣプログラム軌跡上のワイヤ電極ＥＬの相対位置である。ワイヤカット放電加工におけるＮＣプログラム軌跡は、所望の加工形状の輪郭を表わす加工形状軌跡に対してワイヤ電極ＥＬの半径と放電ギャップと安全代の和だけ加工形状の外側に軌跡をずらしたオフセット軌跡を示す。

放電エネルギを小さくする所定位置αは、段差位置Δの手前から加工液噴流が乱流にならない十分な距離λ離れるワイヤ電極ＥＬの相対位置であり、加工液噴流ノズルＮＺの開口が段差位置Δに到達して加工液噴流が乱流になる直前のワイヤ電極ＥＬの相対位置である。したがって、加工液噴流ノズルＮＺの開口の半径ｄを距離λとして段差位置Δから開口の半径ｄ手前におけるＮＣプログラム軌跡上の相対位置に所定位置αを置くことができる。

初期設定の基本的な加工液噴流の圧力を最大板厚時に上下加工液噴流ノズルＮＺが被加工物ＷＰの表面に対して近接して配置される密着状態にあるときの圧力とする。板厚の変化によって加工液噴流ノズルＮＺが被加工物ＷＰの表面から離れる浮き状態のときに加工液噴流の圧力を初期設定の圧力よりもワイヤ電極が加工液噴流に起因する振動によって断線しない程度十分に小さくする。実施の形態の加工方法は、段差位置Δの手前の所定位置αで加工液噴流が乱流になる片当たり状態のときに加工液噴流の圧力を低下させるようにする。

したがって、実施の形態の加工方法では、少なくとも加工液噴流が乱流になり始める所定位置αでは加工液噴流の圧力がワイヤ電極に不規則な振動を抑制できるように十分に小さくされているので、ワイヤ電極が段差位置Δ付近の段差部位でバタつくことがない。その結果、ワイヤ電極が断線しにくく、加工が進展しなくなることがない。同時に、所定位置αにおいて放電エネルギが減少するように放電エネルギに直接影響を与える特定種類の加工条件を変更設定するので、加工液噴流の圧力が比較的小さいことによる加工屑のはけの悪さを原因とするワイヤ電極の断線が発生しない。

サーボ基準電圧の段階的変更を開始する所定位置は、本質的には放電エネルギを小さくする所定位置αと同じ相対位置である。初期設定のサーボ基準電圧を予め設定されている放電ギャップの変動を可能な限り小さく抑えることができる適正なサーボ基準電圧に変更設定するときは、適正なサーボ基準電圧に到達するまで所定単位時間毎に所定のステップ数（変更段階数）で所定の単位電圧を増分として現在のサーボ基準電圧を１ステップずつステップ状に段階的に増加させる。

初期設定のサーボ基準電圧は、ワイヤカット放電加工に要求される他の種類の加工条件と共に板厚毎に設定されている。初期設定のサーボ基準電圧は、板厚に対する平均加工電流と送り速度および加工溝幅との関係で得ることができ、計算で求めた理論値でも加工で測定した実加工値であってもよい。また、所定位置αにおいて放電エネルギを小さくする特定種類の加工条件を変更設定したときの適正なサーボ基準電圧は、放電エネルギを小さくしたときの加工溝幅が初期設定の加工条件における加工溝幅と一致するような値が予め設定されている。

サーボ基準電圧を段階的に増加する所定単位時間は、放電エネルギがワイヤ電極の断線が発生しない程度十分小さくなる電気的加工条件において縮小する放電ギャップを拡大して加工条件を変更設定した後の加工溝幅と初期設定の加工条件における加工溝幅と一致させることができる適正なサーボ基準電圧になるまで平均加工電圧が上昇するのに要する時間と演算装置が制御プロセスを処理する時間とを考慮して決定される。

実施の形態の加工方法は、各ステップ毎に次のステップでサーボ基準電圧を１ステップ増加させるかどうかを決定しながら適正なサーボ基準電圧になるまで増加させていくので、所定単位時間はサーボ基準電圧を安定して増加させる目安に過ぎず、所定単位時間を厳密に設定する必要がない。したがって、所定単位時間の設定が比較的容易であり、所定単位時間が安全のために不必要に長い時間に設定されることがない利点がある。

サーボ基準電圧を適正なサーボ基準電圧まで段階的に増加するステップ数は、所定単位時間で平均加工電圧の変化の度合いに合うようにサーボ基準電圧を段階的に増加できる数である。平均加工電圧の変化の度合いは、ワイヤ電極と被加工物の材質で一定の電気的加工条件におけるサーボ基準電圧に対する平均加工電圧のデータから得ている。実施の形態の加工方法では、所定単位時間を１００ｍｓ（ミリ秒）としたときにステップ数を１０に設定している。したがって、およそ１ｓの短時間で初期設定のサーボ基準電圧を適正なサーボ基準電圧に変更設定することができる。

１ステップ毎のサーボ基準電圧の増分である単位電圧は、所定単位時間毎に所定のステップ数で上昇する平均加工電圧の変化の度合いに合うようにサーボ基準電圧を増加できる電圧である。したがって、単位電圧は、初期設定のサーボ基準電圧とワイヤ電極ＥＬの断線が発生しない程度十分に放電エネルギを小さくするように特定種類の電気的加工条件を変更設定したときに変化する放電ギャップの変動を可能な限り小さく抑える適正なサーボ基準電圧との差をステップ数で除算して得ることができる。

実施の形態の加工方法は、サーボ基準電圧を段階的に増加させるときは、変更設定されるべき適正なサーボ基準電圧に到達するまで所定単位時間毎にその時点における現在のサーボ基準電圧を単位電圧増大させた１ステップ増加後のサーボ基準電圧と予め設定されている所定の比較基準値とを比較して、１ステップ増加後のサーボ基準電圧が所定の比較基準値を超えないときに、単位電圧を増分として現在のサーボ基準電圧を増加させる。

現在のサーボ基準電圧に単位電圧を増分として１ステップ増加させた１ステップ増加後のサーボ基準電圧が予想される平均加工電圧を超えないためには、所定単位時間毎に検出される平均加工電圧と現在のサーボ基準電圧との差電圧が十分に大きいことが要求される。このとき、平均加工電圧が上昇する変化の度合いから現在のサーボ基準電圧における所定単位時間後の平均加工電圧が少なくとも現在のサーボ基準電圧に上記差電圧の半分を加えた電圧を下回ることがないことが確実であることが判明している。

そこで、実施の形態の加工方法は、比較基準値を現在のサーボ基準電圧に所定単位時間毎に検出される加工間隙の平均加工電圧と現在のサーボ基準電圧との差電圧の２分の１を加算した値にしている。したがって、実施の形態の方法は、適正なサーボ基準電圧に変更設定されるまでの期間中でサーボ基準電圧が平均加工電圧を超える可能性がなく、可能な限り短い時間で適正なサーボ基準電圧に変更設定される点で優れる。

ところで、現在のサーボ基準電圧における所定単位時間後の平均加工電圧が少なくとも現在のサーボ基準電圧に上記差電圧の半分を加えた電圧を下回ることがないことが判明しており、平均加工電圧が低下することがないことから、現在のサーボ基準電圧に現在の平均加工電圧と現在のサーボ基準電圧との差電圧の半分を増加しても、所定単位時間後の推定される平均加工電圧を超えることがないことが明らかである。

そこで、実施の形態の放電加工方法は、１ステップ増加後のサーボ基準電圧が上記比較基準値を超えるときは、検出される平均加工電圧と現在のサーボ基準電圧との差電圧の１／２を増分として現在のサーボ基準電圧を１ステップ増加させるようにする。僅かでもサーボ基準電圧が増加される限りはサーボ基準電圧に対応して平均加工電圧が上昇するので、実施の形態の放電加工方法は、適正なサーボ基準電圧に変更設定するまでの時間をより短縮できる点で有利である。

このとき、初期設定のステップ数でサーボ基準電圧を増加しても適正なサーボ基準電圧に到達しなくなるので、サーボ基準電圧を増大するステップ数が自動的に１ステップ増加される。そのため、増加したステップ数に対応する所定単位時間だけ適正なサーボ基準電圧に変更設定されるまでに要する時間が長くなる。しかしながら、サーボ基準電圧を変更しない場合に比べてサーボ基準電圧を増加させることで平均加工電圧が上昇するので、結果的に適正なサーボ基準電圧に到達する時間が短縮される。

以下に、サーボ基準電圧を変更する実施の形態の放電加工方法における具体的なプロセスを説明する。サーボ基準電圧を変更するプロセスは、図２に示されるワイヤカット放電加工装置の制御装置１で実行される。サーボ基準電圧を変更するプロセスは、具体的には、数値制御装置１０の変更装置１１で実行される。

数値制御装置１０の入力装置１２から入力されるＮＣプログラムは、解読装置１３で解読される。指令装置１４は、解読装置１３で得られるＮＣデータに基づいて移動指令データをモータ制御装置２０に出力する。モータ制御装置２０から出力される駆動電流によってテーブルのような移動装置２に設けられるサーボモータが駆動する。その結果、ワイヤ電極ＥＬは、ＮＣプログラムに基づくＮＣプログラム軌跡（オフセット軌跡）に従って所定の送り速度で相対移動される。

記憶装置１５に加工液噴流の圧力とサーボ基準電圧を含む初期設定の加工条件が記憶されている。記憶装置１５は、板厚毎に板厚に適応する初期設定の加工条件をそれぞれ記憶している。段差で板厚が変化するごとに板厚に適する初期設定の加工条件に変更設定される。したがって、以下の説明において初期設定のサーボ基準電圧に同一の符号が付されている場合であっても、必ずしもパラメータ値が同一であることを意味しない。

記憶装置１５は、所定位置αにおけるワイヤ電極ＥＬの振動を抑制し断線を発生させない十分に小さい加工液噴流の圧力と、所定位置αにおいて放電エネルギを減少させる相応のピーク電流値、オン時間、あるいはオフ時間のような特定種類の電気的加工条件のパラメータ値ＣＦｔと、所定位置αにおいて放電ギャップの変動を可能な限り小さく抑えることができる適正なサーボ基準電圧ＳＶｔと、を設定値として予め記憶している。

サーボ装置３０は、所定のサーボ周期毎に電圧検出装置３から加工間隙における平均加工電圧を取得して検出される平均加工電圧と現在設定されているサーボ基準電圧との差電圧に比例するサーボ指令データをモータ制御装置２０に出力している。モータ制御装置２０は、移動指令データに基づいてワイヤ電極ＥＬがＮＣプログラム軌跡に沿って加工進行方向に加工送りしながらサーボ指令データに応動して加工間隙を維持するように相対移動されるように移動装置２を制御する。

加工液制御装置４０は、指令装置１４から出力される記憶装置１５に記憶されている加工液噴流の圧力に相当する液圧指令データを入力する。加工液制御装置４０は、加工液供給装置４のポンプに液圧指令データに対応する駆動信号を出力し、設定されている加工液噴流の圧力で加工液噴流が加工液噴流ノズルＮＺから供給されるように加工液供給装置４のポンプを駆動する。

数値制御装置１０は、指令装置１４からモータ制御装置２０に出力する移動指令データに基づいて現在位置Ｐを認識している。変更装置１１は、ワイヤ電極ＥＬの現在位置Ｐが段差位置Δから加工液噴流ノズルＮＺの半径ｄに相当する距離λ手前の所定位置αに到達したことを検出したときに（Ｓ１）、記憶装置１５に記憶されている十分に小さい加工液噴流の圧力のデータを取得して指令装置１４から加工液制御装置４０に液圧指令データを出力させ、初期設定されている加工液噴流の圧力を低下させる（Ｓ２）。

同時に、変更装置１１は、記憶装置１５に記憶されている適正なサーボ基準電圧ＳＶｔを取得するとともに、所定位置αで放電エネルギを減少させる特定種類の電気的加工条件のパラメータ値ＣＦｔを取得して変更目標値としてそれぞれ設定装置１６にセットする（Ｓ３）。また、変更装置１１は、所定単位時間のカウントを開始する。そして、記憶装置１５に記憶されている初期設定のステップ数ｎを取得して変更されるべき適正なサーボ基準電圧をＳＶｔ、初期設定のサーボ基準電圧をＳＶとするときに、数１に基づいて各ステップ毎に増加させる単位電圧ｖｅを算出して設定装置１６にセットする（Ｓ４）。

所定単位時間が経過したときに（Ｓ５）、変更装置１１は、電圧検出装置３で検出される加工間隙の平均加工電圧Ｖｇを取得する（Ｓ６）。ここで、現在のサーボ基準電圧ＳＶｎに数１で算出されている単位電圧ｖｅを増大した１ステップ増加後のサーボ基準電圧ＳＶｃを求めるとともに（Ｓ７）、数２に基づいて比較基準値ＳＶｒを算出する（Ｓ８）。ただし、最初のステップにおける現在のサーボ基準電圧ＳＶｎは、初期設定のサーボ基準電圧ＳＶに相当する。

変更装置１１は、１ステップ増加後のサーボ基準電圧ＳＶｃと数２に基づいて算出された比較基準値ＳＶｒを比較する（Ｓ９）。そして、１ステップ増加後のサーボ基準電圧ＳＶｃが比較基準値ＳＶｒを超えないときは、単位電圧ｖｅを増分として現在のサーボ基準電圧ＳＶｎを１ステップ増加させる（Ｓ１０）。一方、１ステップ増加後のサーボ基準電圧ＳＶｃが比較基準値ＳＶｒを超えるときは、数３で得られる平均加工電圧Ｖｇと現在のサーボ基準電圧ＳＶｎとの差電圧の半分の電圧ｖｅｈを増分電圧として現在のサーボ基準電圧ＳＶｎを１ステップ増加させる（Ｓ１１）。

電圧ｖｅｈを増分電圧として現在のサーボ基準電圧ＳＶｎを増加させた場合、初期設定のステップ数ｎでサーボ基準電圧を増加しても適正なサーボ基準電圧ＳＶｔに到達しないので、サーボ基準電圧を段階的に増大させるステップ数ｎを変更する必要がある。そのため、現在のサーボ基準電圧ＳＶｎを電圧ｖｅｈ増加させた場合は、１ステップ多くするように初期設定のステップ数ｎを変更する（Ｓ１２）。また、ステップ数ｎが変更されると単位電圧ｖｅが変わるため、数１に基づいて単位電圧ｖｅを再度算出し直す（Ｓ１３）。

次に、変更装置１１は、所定位置αにおいて放電エネルギを１ステップ減少させる（Ｓ１４）。図１に示される実施の形態の放電加工方法では、放電エネルギに直接影響を与える特定種類の加工条件をワイヤ電極が断線しない程度に小さい放電エネルギになるパラメータ値ＣＦｔに一度に変更設定するのではなく、所定位置αからステップ状に段階的に変更設定するようにされる。そのため、所定単位時間毎における放電エネルギの減少による加工溝幅の縮小とサーボ基準電圧の増大による加工溝幅の拡大との差が小さく、全体的な加工溝幅の誤差を一層小さくできる点で優位である。

このとき、放電エネルギに影響を与える特定種類の加工条件を変更設定する制御における概念上は、所定位置αから加工条件の段階的変更が開始されるが、実用上は、放電エネルギの減少直後にサーボバックが発生することがないように、ワイヤ電極ＥＬが所定位置αに到達してサーボ基準電圧を１ステップ増加させてから僅かな所定の遅延時間後に放電エネルギを１ステップ減少するように加工条件が変更される。したがって、実施の形態の放電加工方法では、厳密に実際の加工状況においては、ワイヤ電極ＥＬが所定位置αを少し過ぎてから放電エネルギが減少する。

特定種類の加工条件を段階的に変更させるステップ数は、加工を安定させるとともに加工溝幅の誤差をより小さくするために放電エネルギを段階的に減少させることから、すでに設定されているサーボ基準電圧を段階的に変更させるステップ数ｎと同じである。したがって、図１のプロセスに示されていないが、特定種類の加工条件を各ステップ毎に減少させる単位減少量ｃｅが、ワイヤ電極ＥＬが断線しない十分小さい放電エネルギにする変更目標値をＣＦｔ、初期設定値をＣＦとして数４に基づいて算出され、設定装置１６に予めセットされている。

同様に、サーボ基準電圧が平均加工電圧Ｖｇと現在のサーボ基準電圧ＳＶｎとの差電圧の半分の電圧ｖｅｈを増分電圧として増加されたときは、特定種類の加工条件は、１ステップ変更前の値と現在値との差の半分の値を単位減少量として減少される。そのため、サーボ基準電圧と放電エネルギに影響を与える特定種類の加工条件は、所定の遅延時間を無視すると常に同一のタイミングで変更設定されるので、特定種類の加工条件が変更される１ステップ毎における期間は、サーボ基準電圧が１ステップ毎に増加される所定単位時間と実質的に同一期間である。

実施の形態の放電加工方法は、放電エネルギを１ステップ減少させるために、平均加工電流を低下させる特定種類の加工条件であるオン時間とオフ時間のパラメータ値を記憶装置１５から取得してパルス制御装置５０に加工指令データを出力し、オン時間とオフ時間を変更設定する。パルス制御装置５０は、加工電源装置５を操作して加工間隙に供給する平均加工電流を小さくし、放電エネルギが減少する。

変更装置１１は、サーボ基準電圧を１ステップ増加させるたびに現在のサーボ基準電圧ＳＶｎが最終的に変更設定されるべき適正なサーボ基準電圧ＳＶｔに到達したかどうかを判別する（Ｓ１５）。そして、現在のサーボ基準電圧ＳＶｎが適正なサーボ基準電圧ＳＶｔになるまでの間、所定単位時間毎に１ステップ増加後のサーボ基準電圧ＳＶｃが比較基準値ＳＶｒを超えないときはサーボ基準電圧ＳＶｎを単位電圧ｖｅ増加させ、１ステップ増加後のサーボ基準電圧ＳＶｃが比較基準値ＳＶｒを超えるときはサーボ基準電圧ＳＶｎを電圧ｖｅｈ増加させることを繰り返す（Ｓ５−Ｓ１４）。

現在のサーボ基準電圧ＳＶｎが適正なサーボ基準電圧ＳＶｔに到達したら、所定の遅延時間後に放電エネルギに影響を与える特定種類の加工条件も変更目標値ＣＦｔまで変更され、その後、適正なサーボ基準電圧ＳＶｔを維持して小さい放電エネルギで加工を続ける。その結果、所定位置αにおいて加工液噴流の圧力と放電エネルギが十分に小さくされるので、ワイヤ電極ＥＬが断線せず、安定した加工が継続されるとともに、サーボバックが発生することなくサーボ基準電圧が１ｓ前後の短時間で適正なサーボ基準電圧に変更設定され、加工溝幅の変動が最小限度にされる。

変更装置１１は、ワイヤ電極ＥＬの現在位置Ｐが段差位置Δから所定距離手前の予め定められた所定位置βに到達したことを検出したときに（Ｓ１６）、加工条件を段階的に増減させて記憶装置１５に記憶されている変化する板厚に適する初期設定の加工条件に変更する（Ｓ１７）。

このとき、サーボ基準電圧ＳＶが初期設定の加工条件の１種類として他の種類の加工条件と共に記憶装置１５に記憶されており、他の種類の加工条件が変更されるのに合わせて段階的に変更され、板厚に適する初期設定のサーボ基準電圧ＳＶに変更設定される（Ｓ１８）。図３は、段差で板厚が大きくなる例を示す。なお、ワイヤ電極ＥＬの現在位置Ｐが段差位置Δに到達したときから加工条件を段階的に変更するようにすることができる。

実施の形態の加工方法では、段差位置Δで急激に初期設定の加工条件に変更設定するのではなく、加工条件を段階的に徐々に変更するようにして、ワイヤ電極ＥＬが段差位置Δからワイヤ電極ＥＬの半径進んで完全にワイヤ電極ＥＬが段差を超えたときに変化後の板厚に適する初期設定の加工条件に変更設定するようにしている。そのため、ワイヤ電極ＥＬが突っ込みすぎたり、反対に加工速度に加工送りが間に合わなくなったりして、サーボ制御が振動的になって加工が不安定になることが低減される。そして、サーボ基準電圧を他の種類の加工条件が変更するのに合わせて変更するので、加工溝幅の変化が最小限度にされている。

段差位置Δにおいて板厚が大きくなる場合と板厚が小さくなる場合で大体同じ現象が発生するので、何れの場合においても同じプロセスで加工液噴流の圧力と放電エネルギが小さくされ、狭くなる放電ギャップに対して放電ギャップを拡大させて結果的に放電ギャップの変動を可能な限り小さく抑える適正なサーボ基準電圧に変更設定される。その結果、加工溝幅の変化が小さく、加工形状精度の低下が防止される。

本発明のワイヤカット放電加工方法は、すでに開示されている本発明の基本的な技術思想で本発明の作用効果を得ることができるならば、実施の形態で具体的に説明されている加工方法と全く同一であることは要求されない。実施の形態のワイヤカット放電加工方法は、発明の詳細な説明に開示されているかどうかに関わらず、段差を有する被加工物を加工するための他の加工方法と適宜組み合わせて実施することができる。

本発明は、段差を有する被加工物を加工するワイヤカット放電加工方法に有益である。本発明は、段差を有する被加工物を加工するときに、段差部位においてワイヤ電極が断線したり、加工が不安定に陥ることがなく、加工溝幅の変化を許容加工形状誤差の範囲内にとどめて高い加工形状精度を得ることができるので、金型あるいは部品の製造技術の発展に寄与する。

１ 制御装置
２ 移動装置
３ 電圧検出装置
４ 加工液供給装置
５ 加工電源装置
１０ 数値制御装置
１１ 変更装置
１２ 入力装置
１３ 解読装置
１４ 指令装置
１５ 記憶装置
１６ 設定装置
２０ モータ制御装置
３０ サーボ装置
４０ 加工液制御装置
５０ パルス制御装置

Claims (4)

1. 板厚が変化する段差位置から加工液噴流ノズルの開口の半径手前の所定位置で前記加工液噴流ノズルから供給される加工液噴流の圧力を低下させるとともに放電エネルギを小さくするときに初期設定のサーボ基準電圧を所定のステップ数で段階的に増加させながら放電ギャップの変動を可能な限り小さく抑える適正なサーボ基準電圧に変更設定するワイヤカット放電加工方法において、前記所定位置から所定単位時間毎に前記初期設定のサーボ基準電圧と前記適正なサーボ基準電圧の差に前記ステップ数を除算して得られる単位電圧増大した１ステップ増加後のサーボ基準電圧が所定の比較基準値を超えないときに前記単位電圧を増分として現在のサーボ基準電圧を１ステップ増加させるようにしながらサーボ基準電圧を段階的に増加させて前記適正なサーボ基準電圧に変更設定することを特徴とするワイヤカット放電加工方法。
2. 前記比較基準値は、前記現在のサーボ電圧に前記所定単位時間毎の平均加工電圧と前記現在のサーボ基準電圧との差電圧の１／２を加算した値である請求項１に記載のワイヤカット放電加工方法。
3. 前記１ステップ増加後のサーボ基準電圧が前記比較基準値を超えるときは前記平均加工電圧と前記現在のサーボ基準電圧との差電圧の１／２を増分として前記現在のサーボ基準電圧を１ステップ増加させるとともに前記ステップ数を１ステップ増加させるようにすることを特徴とする請求項１に記載のワイヤカット放電加工方法。
4. 前記ステップ数でワイヤ電極の断線が発生しない小さい放電エネルギになる値に到達するようにサーボ基準電圧を１ステップ増加する毎に放電エネルギを減少させるように放電エネルギに影響を与える特定種類の加工条件を１ステップずつ変更設定することを特徴とする請求項１に記載のワイヤカット放電加工方法。

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