JP5264769B2 - 放電加工装置及びプログラミング装置 - Google Patents

Description

この発明は、放電加工を行うための加工プログラムを作成するプログラミング装置及び該装置を有する放電加工装置に関するものである。

従来、ワークを貫通して、ネジ加工、ヘリカル加工する場合には、例えば実開昭61-5528号公報に示されるような、荒加工用の電極と仕上げ加工用の電極を同軸上に並べて一体化した電極を用い、放電加工が行われている。

例えば、同軸上に荒加工用電極、仕上げ加工用電極を有する一体電極の一例として、図６に示されるものが存在している。
図６（ａ）は、貫通雌ネジを放電加工で作成するための電極とワークを示し、ワークには、電極がそのまま入る大きさの下穴があけられており、電極をワークの下穴に挿入した状態で、横に徐々に広げながら円揺動加工をすることにより、電極の形状が転写され、ワークの内側に雌ネジが生成される。
そして、この荒加工が終わったら、電極を中央位置に戻し、さらにＺ方向に一定量移動し、再度仕上げ加工の放電加工を行う。
なお、場合によっては３回目の放電加工を行い、仕上げ加工を繰り返して雌ネジの精度を高める場合がある。
図６（ｂ）は、貫通ヘリカルギヤ雌型を放電加工で製作するための電極とワークを示し、ワークには、ある程度の大きさの下穴があけられており、電極をＺ方向に降ろすと同時に一定の回転角度だけ回転させつつ放電加工することにより、電極の形状が転写され、ワークの内側にヘリカルギヤ雌型が生成される。
そして、この荒加工が終わったら、放電を行わずに電極をＺ方向に一定の回転角だけ降下させた後、再度次の電極部分で仕上げ加工の放電加工を行う。
なお、場合によっては３回目の放電加工を行い、仕上げ加工を繰り返して雌型の精度を高める場合がある。
このように、ワークを貫通する加工を行うケースでは、同軸上に形成された各電極部位が、荒加工電極、仕上げ加工１、仕上げ電極２のように、分割して順に放電加工を行い、ワークを加工する形態が存在する。

実開昭61−5528号公報 図３

放電加工装置では、一般的に荒加工用電極と仕上げ加工用電極は別々のものとしてそれぞれ製作し、電極を交換した際に同じ位置に合わせて加工を行うのが通常であり、プログラミングの方法についても、それを前提に考えられている。
そのため、上述のような一体型の電極を使った加工に関しては、従来の放電加工装置のプログラミング方法では特別な考慮が行われていない。

図７は、例えば、従来のプログラミング装置で、図６に示したネジ加工、ヘリカル加工を行うためのプログラム作成時のユーザ入力画面である。
図７（ａ）は、雌ネジの加工を行う場合を示し、シーケンス番号Ｐが１の列が荒加工、２の列が一回目の仕上げ加工、３の列が二回目の仕上げ加工、４の列が電極をワークから抜くために元の位置に戻す動作を表す。
そして、これらの列に入力されている開始位置Ｚ、加工深さＺは、ワーク厚さ、各電極厚さ、電極間の１ピッチ分の逃げ部の長さ、を加算或いは減算を行って、作業者が入力する。
また、加工条件E、揺動パターンD等の行は、適宜作業者により設定される加工条件である。
また、図７（ｂ）は、ヘリカルギヤ雌型の加工を行う場合を示し、シーケンス番号Pの列は、図７（ａ）と同様の荒、仕上げ等の加工工程を示す。なお、シーケンス番号Pが４の列は、加工を行うことなく電極をワークから逆回転させながら元の位置に戻すために、加工サーボを行わない補助コードＭに２７が設定されている。
そして、これらの列に入力されている開始位置Ｚ，Ｃ、加工深さＺ，Ｃは、ワーク厚さ、各電極厚さ、電極間の逃げ部の長さ、ねじれ角の情報を、加算、減算、あるいは三角関数計算を行って、作業者が入力する。

このように、作業者が一体型の電極を使って加工を行うプログラムを作成する場合は、同軸上に配置された電極のうち、どの部位が荒加工用或いは仕上げ加工用であるか、仕上げ電極は１箇所或いは２箇所か、それらの位置関係はどうか、加工するワークの厚さはいくらか、等の情報を勘案しながら自身で幾何計算を行い、その結果をキー入力して、動作を数行に分けてプログラミングをしなければならず、計算ミス、転記ミス等による間違いを犯しやすいという問題点があった。
特に、一体型電極が放電加工電極の軸を中心に所定の回転を行いつつ加工を行うものである場合には、作業者は、プログラム作成に必要な回転量を、図面上に示されたピッチ、ねじれ角、または単位深さあたりの回転角度、等の情報を元に、幾何計算を行って求める必要があり、プログラミング効率が低かった。

この発明に係る放電加工装置は、上記問題を解決するために、上記一体型電極を使う場合も考慮に入れた構成としたものである。
具体的には、一体型電極の、どの部位が荒加工用であり仕上げ加工用であるか、仕上げ電極は１箇所か２箇所か、それらの位置関係はどうか、加工するワークの厚さはいくらか、等の情報を入力できる、専用入力画面が用意されており、それらのパラメータを入力するだけで簡単にプログラムを自動作成することを可能としている。

本発明による放電加工装置の加工プログラム作成装置は、複数の加工形態に対応する電極が同軸上に連続して複数配置された一体電極を用いた加工方法を選択する加工方法選択手段と、該加工方法選択手段により選択された上記加工方法に応じ、同軸上に配置された各電極間の逃がし部の長さ、各電極仕様を入力する電極仕様入力手段と、上記一体電極を用いて放電加工する際の被加工物の厚さデータを入力する加工内容入力手段と、これら入力された逃がし部の長さ、電極仕様、被加工物の厚さデータを基に、各電極を用いて放電加工する際の、加工開始位置、加工深さ、前記複数の加工形態間の電極送り量からなる加工プログラムを生成する加工プログラム生成手段と、を備えたものである。

この発明によれば、複数の加工形態に対応する電極が同軸上に連続して複数配置された一体電極の加工プログラムを、実際の電極データ、ワークの板厚入力に伴い自動作成するため、作業者が計算ミス等による間違いを犯す危険性を排除でき、プログラムに要する時間も短縮できるという効果がある。

本実施の形態における放電加工装置の概略構成図である。 加工プログラム作成装置における画面表示例である。 加工プログラム生成部における動作フローチャートである。 加工プログラム作成装置における画面表示例である。 加工プログラム生成部における動作フローチャートである。 一体型電極の説明図である。 一体電極を用いた放電加工における加工プログラム例である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施形態１の構成を示す概念図であり、特に加工プログラム作成から放電加工までの概略動作を示している。
放電加工装置１は、装備する加工プログラム作成装置２で作成された加工プログラム３及び加工条件データ４に基づき、加工制御部５が電極６、ワーク７の相対的移動、加工エネルギー供給制御等を行い、放電加工が行われる。

加工プログラム作成装置２には、キーボードからプログラムを入力するためのプログラム入力画面２１が表示され、従来と同様に作業者がキー入力により加工プログラム３を作成することが可能である。
また、本実施の形態の加工プログラム作成装置２には、電極種類毎に対して用意されている専用画面であり、目的の加工を行うための加工条件をデータベースから検索するためのパラメータを入力するための加工条件検索用パラメータ入力画面２２、及び、一体電極のパラメータを入力するための一体電極形状パラメータ入力画面２３が用意されており、作業者が表示を切り替え、必要なパラメータを入力することで加工プログラム３作成を行うことが可能である。

また、加工プログラム作成装置２においては、加工条件検索用パラメータ入力画面２２及び一体電極形状パラメータ入力画面２３から必要なパラメータを読み出し、自動的に各種計算を行って加工プログラム３を作成する加工プログラム生成部２４、加工条件検索用パラメータ入力画面２２の入力を元に加工条件データベースから加工条件４を検索し出力する加工条件生成部２５を有している。

図２は、本実施の形態１における加工プログラム作成装置２の入力画面例であり、一体型雌ネジ加工電極用の入力画面を示している。
具体的には、図２（ａ）が、加工条件検索用パラメータ入力画面２２であり、図２(ｂ)が一体電極形状パラメータ入力画面２３である。
本実施例では、この２つの画面の切り替えは、上部のタブ部分を選択することによって切り替え可能である。

次に、各画面における作業者の入力すべき事項について説明する。
作業者は、加工プログラム作成装置２における初期画面にて、被加工物に対する加工の呼称（例えば、ネジ加工、ヘリカル加工等）が一覧表示された画面より、加工すべき加工方法を選択することにより、画面が遷移し、図２（ａ）の加工条件検索用パラメータ入力画面２２が表示される。
作業者は、加工条件検索用パラメータ入力画面２２にて、ワーク７と電極６の加工内容を描画された概念図により確認すると共に、ワーク７や電極６の材質、ワーク板厚、ネジ外径等の電極仕様、被加工物の厚さデータを入力する。
また、加工設定として、食付き制御、面粗さRz、液処理等の所望の加工設定をすると共に、長いネジ電極をいくつの部分に分けて加工するかを縮小代の入力項目において、何本目まで入力したかによって設定する。本縮小代の入力において、３本目まで入力することは、図６（ａ）で示したネジ加工用一体電極を用いて、荒加工用電極、仕上げ加工用電極１、仕上げ加工用電極２による３回の加工を行うことを示している。
また、加工詳細には下穴径を入力する。

図２（ａ）の加工条件検索用パラメータ入力画面２２での必要なパラメータ設定が完了すると、作業者は、画面上部のタブを切り替え、図２（ｂ）の一体電極形状パラメータ入力画面２３に画面を切り替え、一体電極のパラメータを入力する。
具体的には、作業者は、一体電極形状パラメータ入力画面２３にて、一体電極における、同軸上に配置された各電極間の逃げ部の長さであるピッチ、電極をワークの上面どれだけの位置において加工を開始するかを示すＺ軸開始位置、Ｚ軸開始位置よりＺ方向に電極を下げる値を定義する一本目加工深さを入力する。

そして、加工条件検索用パラメータ入力画面２２及び一体電極形状パラメータ入力画面２３での必要情報入力後、プログラム作成を指示することにより、図７（ａ）と同様の加工プログラムが作成される。
実際の加工動作としては、荒加工として、電極開始位置（Ｚ軸：5mm）から電極を１本目加工深さ分（15mm）Ｚ方向に下ろし、別途設定された横方向に揺動させながら放電加工する。
荒加工が終わったら、仕上げ加工１として、電極を中央位置に戻し、さらにワーク板厚分（10mm）＋ピッチ分（1.5mm）だけＺ方向に下ろして、横方向に揺らしながら一回目の仕上げ加工を行う。なお、ピッチ分だけ余分に足し込んでＺ方向に降ろすのは、ネジの上下方向の位置を確実に合わせるためである。
そして、一回目の仕上げ加工が終わったら、さらにワーク板厚分（10mm）＋ピッチ分（1.5mm）だけＺ方向に下ろして、横方向に揺らしながら二回目の仕上げ加工を行う。
この例では、使用電極数は３本であるので、ここで電極を中央に戻し、Ｚ方向に最初の位置（Ｚ軸：5mm）まで上げて加工を終了する。
なお、もしも使用電極数がもっと多い場合は、仕上げ加工を繰り返す。

次に、加工プログラム生成部４における、加工条件検索用パラメータ入力画面２２及び一体電極形状パラメータ入力画面２３入力に基づく加工プログラム作成について、図３のフローチャートを用いて説明する。
作業者による加工条件検索用パラメータ入力画面２２及び一体電極形状パラメータ入力画面２３での図２で示されるデータ入力に伴い、ステップS1にて加工プログラム自動作成が開始される。
作業者により、ワーク材質／電極材質／ワーク板厚／ネジ外径等の加工内容、食付き制御／面粗さRz／液処理／揺動パターン／縮小代等の加工設定、下穴径等の加工詳細、ピッチ／Z開始位置／１本目加工深さ等の一体電極情報が設定されていることから、これら情報を基に従来、作業者自らが演算し求めていたZ軸の加工深さを加工プログラム生成部が求め、プログラミングする。

具体的には、縮小代のデータより、３回の放電加工を実施することが判断されるので、まずシーケンス番号Pが１番のプログラムが作成され、作業者により入力されたZ開始位置を放電加工開始するためのＺ軸位置に設定すると共に、該Ｚ軸位置から加工時に電極を下ろす加工深さのＺ軸位置を設定する。（ステップS2）
なお、加工条件Ｅは、あらかじめ登録されている加工条件のデータベースの中から、ワーク、電極材質、面粗さなどの条件に合致するものが自動で選択され、揺動パターンＤ、縮小代Ｒは、作業者の入力値が設定される。

そして、ステップS3にて、使用電極数分（本実施例の場合は３）のプログラム列を計算したかを判断し、使用電極数分のプログラム列を計算していない場合には、ステップS4に移行し、シーケンス番号Pをインクリメントし、全ての使用電極数分のプログラム列を計算するまで繰り返し実行する。
ここで、例えばシーケンス番号Pが２番目の時には、加工開始のＺ軸（5mm）に対し、15mmの加工深さ下がった位置が１番目の加工終了位置であるため、その位置からワーク板厚分（10mm）及びッチ（1.5mm）を考慮した位置（-26.5mm）が２番目の加工における加工深さとなる。

ステップS3において、全ての使用電極数分のプログラム列の計算が終了すると、ステップS5にて、放電加工の電極を元の位置に戻すためのシーケンス番号Pの最終行のプログラムを作成すべく、電極の座標である開始位置のＺ軸（5mm）を設定し加工プログラム３を作成する。
そして、ステップS6にて、出来上がった加工プログラム３をプログラム入力画面に出力し、作業者に確認させると共に、加工制御部５に送り、電極６及び被加工物７とで放電加工を行う。

なお、加工条件生成部２５は、あらかじめ登録されている加工条件のデータベースの中から、ワーク、電極材質、面粗さなどの条件に合致するものを自動で選択する。

本実施の形態によれば、加工条件検索用パラメータ入力画面２２、一体電極形状パラメータ入力画面２３で設定された各種パラメータに基づいて、加工プログラム生成部２４が加工プログラム作成に必要なパラメータを演算しつつ自動生成することができる。
そのため、作業者自らがキー入力や、計算を行う必要がないため、ミスを防ぐことができ、プログラミング時間も大幅に短縮できる。

実施の形態２．
実施形態２は、上記一体型電極が、放電加工電極の軸を中心に所定の回転を行いつつ加工を行うヘリカル加工を説明するものであり、加工条件検索用パラメータ入力画面２２、一体電極形状パラメータ入力画面２３が図４に示されるような入力画面となる。

図４は、ヘリカルギヤ雌ネジ加工電極用の入力画面であり、図２（ａ）が、加工条件検索用パラメータ入力画面２２であり、図２(ｂ)が一体電極形状パラメータ入力画面２３である。
実施の形態１と異なる入力項目として、加工条件検索用パラメータ入力画面２２では、ねじれ角、ねじれ方向の入力が必要となり、一体電極形状パラメータ入力画面２３では、1本目電極極、２本目電極、３本目電極のそれぞれの長さと、その間の逃がし部１、２の寸法を入力する部分がある。
なお、これら加工条件検索用パラメータ入力画面２２、一体電極形状パラメータ入力画面２３は、放電加工に用いられる電極の形状に対応して予め設けられており、作業者の加工方法、加工電極の選択に応じた入力画面が表示される。
また、本実施例では３本目まで入力されているが、電極を２本しか使わない場合は、３本目部分の長さの入力を省略することで、対応する。

そして、加工条件検索用パラメータ入力画面２２及び一体電極形状パラメータ入力画面２３での必要情報入力後、プログラム作成を指示することにより、図７（ｂ）と同様の加工プログラムが作成される。
実際の加工動作としては、荒加工として、開始位置（Ｚ軸：5mm、Ｃ軸：7.448°）から電極を下ろす際に、同時にねじれ角から計算した一定のC軸回転を同時に行いながら加工深さ（Ｚ軸：-31.000mm、Ｃ軸-29.781°））となるように荒加工する。
この際、ワーク板厚分（10mm）は、放電加工が行われるが、一本目電極の長さからワーク厚さを引いた量（10mm）はワークへの放電加工が完了しており、また、逃がし部１（12mm）は放電に寄与する電極部が存在しないため、放電は行わずにＺ方向の動きと一定Ｃ軸回転を同時に行いながら電極を下ろす。
そして、この動作によって、一回目の仕上げ加工が開始できる位置に電極を合わせることができるので、ここから一回目の仕上げ加工を開始する。

荒加工が終わると、仕上げ加工１として、仕上げ加工の開始位置（Ｚ軸：-31mm、Ｃ軸：-29.781°）から加工条件を変更し、電極を下ろす際に、同時にねじれ角から計算した一定のC軸回転を同時に行いながら加工深さ（Ｚ軸：-62.000mm、Ｃ軸-77.457°）となるように仕上げ加工１を行う。
そして、同様に仕上げ加工２終了後に、加工を行うことなく電極をワークから逆回転させながらＺ方向に最初の位置（Ｚ軸：5mm）まで上げて加工を終了する。

次に、加工プログラム生成部４における、加工条件検索用パラメータ入力画面２２及び一体電極形状パラメータ入力画面２３入力に基づく加工プログラム作成について、図５のフローチャートを用いて説明する。
なお、動作説明において、図３のフローチャートと異なるステップS12、S14、S15の箇所を説明し、その他のステップは、図３の動作と同様である。

作業者による加工条件検索用パラメータ入力画面２２及び一体電極形状パラメータ入力画面２３での図４で示されるデータ入力に伴い、ステップS11にて加工プログラム自動作成が開始される。
そして、ステップS12にて、一体電極の電極情報の入力より、３本目までの３回の放電加工を実施することが判断されるので、まずシーケンス番号Pが１番のプログラムが作成され、作業者により入力された開始高さを放電加工開始するためのＺ軸位置に設定すると共に、該Ｚ軸位置から加工時に電極を下ろす加工深さのＺ軸位置、Ｃ軸の開始位置Ｃ、加工深さＣが設定される。
ここで、加工深さＺは、「ワークの上面高さ（＝0.0）」−「１本目電極（20mm）」−「ワーク厚さ（10mm）」−（「逃がし部１（12mm）」−「ワーク厚さ（10mm）」）／２で求められ、具体的には、「−31.000」が設定される。
また、開始位置Ｃ及び加工深さＣは、ねじれ角（20°）、回転方向（CW右）を基に、加工プログラム生成部４内部に予め設定された三角関数等の演算式を基に、設定される。
なお、加工条件Ｅは、あらかじめ登録されている加工条件のデータベースの中から、ワーク、電極材質、面粗さなどの条件に合致するものが自動で選択され、揺動パターンＤ、縮小代Ｒは、作業者の入力値が設定される。

そして、ステップS13にて、使用電極数分（本実施例の場合は３）のプログラム列を計算したかを判断し、使用電極数分のプログラム列を計算していない場合には、ステップS14に移行し、シーケンス番号Pをインクリメントし、全ての使用電極数分のプログラム列を計算するまで繰り返し実行する。
そして、全ての使用電極数分のプログラム列の計算が終了すると、ステップS15にて、放電加工の電極を元の位置に戻すためのシーケンス番号Pの最終行のプログラムを作成すべく、加工を行うことなく電極をワークから逆回転させながら元の位置に戻すための補助コードＭと、電極の座標である開始位置のＺ軸（5mm）を設定し加工プログラム３を作成する。

本実施の形態によれば、加工条件検索用パラメータ入力画面２２、一体電極形状パラメータ入力画面２３で設定された各種パラメータに基づいて、加工プログラム生成部２４が加工プログラム作成に必要なパラメータを演算しつつ自動生成することができる。
具体的には、プログラム作成に必要な回転量を、図面上に示されたピッチ、ねじれ角、または単位深さあたりの回転角度、等の情報を元に、自動的に計算してプログラムを作成するため、作業者自らがキー入力や、計算を行う必要がないため、ミスを防ぐことができ、プログラミング時間も大幅に短縮できる。

この発明は、放電加工装置のプログラミング装置に関し、特に、複雑だった一体電極を用いる放電加工プログラムを容易に作成することができる。

Claims (6)

1. 複数の加工形態に対応する電極が同軸上に連続して複数配置された一体電極における、各電極の電極仕様と、前記一体電極を用いる放電加工における被加工物の厚さデータを含む加工内容と、各電極の縮小代のデータを含む加工設定と、各電極間の逃がし部の長さのデータを含む一体電極情報と、の入力のための入力手段と、
   これら入力された前記逃がし部の長さ、前記電極仕様および前記厚さデータを基に、各電極を用いる放電加工における加工開始位置、加工深さ、前記複数の加工形態間の電極送り量からなる加工プログラムを生成する加工プログラム生成手段と、
   を備え、
   前記加工プログラム生成手段は、各電極による放電加工の回数を、前記縮小代のデータまたは前記一体電極情報から判断し、各回の放電加工について放電加工開始の位置からの前記加工深さを求め、電極数分のプログラム列を計算することを特徴とする放電加工装置のプログラミング装置。
2. 前記入力手段は、各電極寸法、電極間の位置関係の各電極仕様を入力することを特徴とする請求項１に記載の放電加工装置のプログラミング装置。
3. 前記一体電極は、放電加工電極の軸を中心に所定の回転を行いつつ加工を行う電極であって、
   前記入力手段は、電極間の位置関係の入力値として、各電極間の電極外径より径が小さい逃がし部の距離を入力することを特徴とする請求項２に記載の放電加工装置のプログラミング装置。
4. 前記加工プログラム生成手段は、所定の回転を示すデータ入力を受け、各電極間の逃がし部における加工進行方向及び回転量を求めることを特徴とする請求項３に記載の放電加工装置のプログラミング装置。
5. 前記入力手段において、各電極を用いた荒加工、仕上げ加工の加工形態、及びその加工回数を入力することを特徴とする請求項２または３に記載の放電加工装置のプログラミング装置。
6. 複数の加工形態に対応する電極が同軸上に連続して複数配置された一体電極における、各電極の電極仕様と、前記一体電極を用いる放電加工における被加工物の厚さデータを含む加工内容と、各電極の縮小代のデータを含む加工設定と、各電極間の逃がし部の長さのデータを含む一体電極情報と、の入力のための入力手段と、
   これら入力された前記逃がし部の長さ、前記電極仕様および前記厚さデータを基に、各電極を用いる放電加工における加工開始位置、加工深さ、前記複数の加工形態間の電極送り量からなる加工プログラムを生成する加工プログラム生成手段と、
   前記加工プログラム生成手段により生成された前記加工プログラムに基づき、予め格納された加工条件を用いて電極及びワーク間での放電加工を制御する加工制御部と、
   を備え、
   前記加工プログラム生成手段は、各電極による放電加工の回数を、前記縮小代のデータまたは前記一体電極情報から判断し、各回の放電加工について放電加工開始の位置からの前記加工深さを求め、電極数分のプログラム列を計算することを特徴とする放電加工装置。

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