JP5409962B1 - ワイヤ放電加工装置、加工制御装置および加工制御プログラム - Google Patents

Abstract

簡易な構成でワイヤの断線を防止するために、本発明のワイヤ放電加工装置では、張力制御ローラを制御することにより、張力制御ローラと巻き取りローラとの間に張架されたワイヤの張力および送出速度を制御する張力制御モータ（４Ａ）と、張力制御モータ（４Ａ）にかかる外力の推定値を、外力推定値として算出する外力推定器と、外力推定値に基づいて、ワイヤが断線する予兆を有しているか否かを判定する外力判定器と、ワイヤが断線する予兆を有していると判定された場合に、ワイヤと被加工物との間に与える放電加工エネルギを低下させるよう加工電源を制御する加工電源制御装置と、張力制御モータ（４Ａ）の回転位置を検出するモータ位置検出器と、ワイヤの送出速度が所定範囲内に保たれるよう、張力制御モータ（４Ａ）の回転位置に基づいて張力制御モータ（４Ａ）を制御するモータ制御装置（６Ａ）とを備える構成とした。

Description

本発明は、送り出されたワイヤを所定の速度で巻き取りながら被加工物を加工するワイヤ放電加工装置、加工制御装置および加工制御プログラムに関する。

従来のワイヤ放電加工装置は、ワイヤ送り制御用モータの速度とワイヤ引き取り用モータの速度とをそれぞれ検出している。そして、ワイヤ放電加工装置は、検出した速度の差分からワイヤの伸び量を演算し、伸び量と基準値とを比較し、比較結果に基づいて加工電源を制御している。

このようなワイヤ放電加工装置は、ワイヤ張力を一定に保ちながら被加工物へのワイヤ放電加工を実施している。このため、ワイヤの伸び量が所定値よりも大きくなった場合には、ワイヤの断線を防止するために、放電加工パルスの単位時間あたりのエネルギが抑制される（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６０−１４１４３０号公報

上記従来の技術では、放電加工パルスのエネルギが抑制されてからワイヤ温度が冷却されるまでに時間を要するので、ワイヤ温度が冷却されるまでの間もワイヤが伸び続ける。しかしながら、ワイヤが伸び始めてから実際にワイヤが断線するまでの時間は短いので、ワイヤの断線を防止することは困難である。また、２つのモータの速度差を高速に演算する必要があるので、高価な２つの検出器と、検出信号の高速転送処理と、が必要になるという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成でワイヤの断線を防止したワイヤ放電加工装置、加工制御装置および加工制御プログラム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、ワイヤと被加工物との間に電圧を印加する加工電源と、前記ワイヤを送り出す側に配置されて前記ワイヤを送り出すワイヤ送出ローラと、前記ワイヤを回収する側に配置されて前記ワイヤを一定速度で巻き取る巻き取りローラと、前記ワイヤ送出ローラを制御することにより、前記ワイヤ送出ローラと前記巻き取りローラとの間に張架された前記ワイヤの張力および送出速度を制御する張力制御モータと、前記張力制御モータにかかる外力の推定値を、外力推定値として算出する外力推定器と、前記外力推定値に基づいて、前記ワイヤが断線する予兆を有しているか否かを判定する判定部と、前記ワイヤが断線する予兆を有していると判定された場合に、前記加工電源が前記ワイヤと前記被加工物との間に与える放電加工エネルギを低下させるよう前記加工電源を制御する電源制御装置と、前記張力制御モータの回転位置を検出するモータ位置検出器と、前記ワイヤの送出速度が所定範囲内に保たれるよう、前記回転位置に基づいて前記張力制御モータを制御するモータ制御装置と、を備え、前記外力推定器へは、前記ワイヤ送出ローラの動作に関する情報として、前記モータ位置検出器が検出した前記張力制御モータの回転位置および前記モータ制御装置が前記張力制御モータに供給する電流に対して検出された電流検出信号が入力され、前記外力推定器は、入力された回転位置および電流検出信号を用いて、前記外力推定値を算出することを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構成でワイヤの断線を防止することができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態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、外力推定器の構成を示す図である。 図３は、モータ制御装置の構成を示す図である。 図４は、外力推定値に基づく断線抑制制御処理を説明するための図である。 図５は、張力制御モータのモータ速度制御を説明するための図である。 図６は、張力制御モータのモータ速度変化に基づく断線抑制制御処理を説明するための図である。 図７は、外力推定値の推移に基づくワイヤ断線判定方法を説明するための図である。 図８は、ワイヤの断線判定結果例を示す図である。 図９は、モータ制御装置を備えたコンピュータのハードウェア構成を示す図である。

以下に、本発明に係るワイヤ放電加工装置、加工制御装置および加工制御プログラム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
図１は、実施の形態に係るワイヤ放電加工装置の構成を示す図である。ワイヤ放電加工装置１は、ワイヤボビン９から送り出されたワイヤ１０を所定の回収速度で巻き取るとともに、ワイヤ１０と被加工物３０との間に発生させた放電によって被加工物３０を加工する装置である。

ワイヤ放電加工装置１は、ワイヤ１０にかかる張力の変化を検出しておき、ワイヤ１０の送り出し方向への張力が減少したことを検出した場合に、放電加工パルスの単位時間あたりのエネルギ（以下、放電加工エネルギという）を抑制する。本実施の形態のワイヤ放電加工装置１は、ワイヤ１０の張力を制御する張力制御モータ４Ａのモータ速度（回転速度）の変動を抑制することで、ワイヤ１０が伸びた場合は張力が低下するように制御する。これにより、ワイヤ放電加工装置１は、ワイヤ１０が断線するまでの時間を十分に確保し、この間に放電加工エネルギを低下させることで、ワイヤ１０の断線を防止する。

ワイヤ放電加工装置１は、ワイヤボビン９と、張力制御ローラ２と、巻き取りローラ３と、を備えている。ワイヤボビン９は、ワイヤ（ワイヤ電極）１０を張力制御ローラ２に送り出す。

張力制御ローラ（ワイヤ送出ローラ）２は、ワイヤ１０を送り出す側に配置されている。張力制御ローラ２は、ワイヤボビン９から送り出されてくるワイヤ１０を、被加工物３０側へ送り出すことによって、ワイヤ１０の張力を制御する。張力制御ローラ２は、ワイヤボビン９と被加工物３０との間に設置され、主にワイヤ１０の走行方向に対して逆方向に張力を与える。

巻き取りローラ３は、ワイヤ１０を回収する側に配置されている。巻き取りローラ３は、張力制御ローラ２を介してワイヤボビン９から送り出されてくるワイヤ１０を略一定の回収速度で巻き取る。この構成により、ワイヤ１０は、張力制御ローラ２と巻き取りローラ３との間に張架される。そして、張架されたワイヤ１０によって被加工物３０への加工が行われる。

また、ワイヤ放電加工装置１は、張力制御モータ４Ａと、モータ位置検出器５Ａと、モータ制御装置６Ａと、外力推定器１１と、外力判定器（判定部）１２と、加工電源制御装置１３と、回収モータ４Ｂと、回収検出器５Ｂと、回収制御装置６Ｂと、を備えている。

張力制御モータ４Ａは、張力制御ローラ２を制御するモータである。張力制御モータ４Ａは、張力制御ローラ２に接続されており、張力制御ローラ２からワイヤ１０に与える張力やワイヤ１０の送り出し方向の速度（送出速度）を制御する。モータ位置検出器５Ａは、張力制御モータ４Ａの回転位置を検出し、検出値（位置検出値）をモータ制御装置６Ａおよび外力推定器１１に送る。

モータ制御装置６Ａは、張力制御モータ４Ａを制御する装置である。モータ制御装置６Ａは、モータ位置検出器５Ａから送られてくる信号（位置検出値）と、制御装置から送られてくる電流指令値と、を入力信号とする。

モータ制御装置６Ａは、位置検出値と電流指令値とに基づいて、張力制御モータ４Ａが発生させるトルクや回転速度を制御するための電流（ワイヤ制御電流）を生成する。モータ制御装置６Ａから送り出されたワイヤ制御電流は、後述する電流検出器８で検出され、電流検出値として外力推定器１１に入力される。

本実施の形態のモータ制御装置６Ａは、ワイヤ１０の送出速度変化が所定範囲内に保たれるよう、モータ位置検出器５Ａから送られてくる位置検出値に基づいて張力制御モータ４Ａを制御する。

外力推定器（外力演算器）１１は、モータ位置検出器５Ａとモータ制御装置６Ａに接続されている。外力推定器１１には、予め張力制御モータ４Ａに供給される電流と発生するトルク、トルクと加速度との間の対応関係を格納しておく。

外力推定器１１は、格納しておいた対応関係と、モータ制御装置６Ａが張力制御モータ４Ａに供給する電流と、モータ位置検出器５Ａから送られてくる信号（位置検出値）と、を用いて、ワイヤ１０の送り出し方向にかかる張力を推定する。ワイヤ１０にかかる張力は、ワイヤ１０から張力制御ローラ２を経由して張力制御モータ４Ａに伝わる外力である。このため、外力推定器１１は、摩擦やワイヤ張力によってかかる外力の推定値を外力推定値として算出する。外力推定器１１は、外力推定値を外力判定器１２に送る。

外力判定器１２は、外力推定器１１に接続されている。外力判定器１２は、外力推定値に基づいて、ワイヤ１０が断線する予兆を有しているか否かを判定する。具体的には、外力判定器１２は、外力推定器１１から送られてくる外力推定値が所定の判定値（閾値）よりも小さくなった場合に、ワイヤ送り出し方向への外力が減少したと判定する。外力判定器１２は、外力推定値が判定値よりも小さくなると、外力が減少したことを示す判定結果（異常判定情報）を加工電源制御装置１３に送る。外力判定器１２は、外力推定値が判定値以上であれば、外力が許容範囲内であることを示す判定結果（正常判定情報）を加工電源制御装置１３に送る。

加工電源制御装置１３は、外力判定器１２に接続されている。加工電源制御装置１３は、外力判定器１２から送られてくる判定結果に基づいて、加工電源２１を制御する。例えば、加工電源制御装置１３は、判定結果が異常判定情報の場合に、放電加工エネルギが抑制されるよう加工電源２１を制御する。換言すると、加工電源制御装置１３は、ワイヤ１０が断線する予兆を有していると判定された場合に、加工電源２１がワイヤ１０と被加工物３０との間に与える放電加工エネルギを低下させるよう加工電源２１に指示を送る。これにより、ワイヤ送り出し方向への外力が減少した場合に、放電加工エネルギが抑制される。

具体的には、加工電源制御装置１３は、判定結果が異常判定情報の場合に、発振抑制信号または加工条件変更信号を加工電源２１に送る。発振抑制信号は、例えば、放電加工パルスの周波数を下げさせる指示である。発振抑制信号としては、例えば、放電加工パルスを停止させる指示や放電加工パルスの周波数を所定値まで下げさせる指示などが加工電源２１に送られる。

また、加工条件変更信号は、加工電源２１で用いられる加工条件を変更させる指示である。加工条件変更信号としては、例えば、放電加工パルスのパルスエネルギをゼロにする指示や放電加工パルスの１パルス当たりのパルスエネルギを所定値まで下げさせる指示などが加工電源２１に送られる。

また、加工電源制御装置１３は、表示部２３に接続されている。加工電源制御装置１３は、放電加工エネルギを低下させたこと、放電加工エネルギを低下させた加工位置などを、表示部２３に通知する。

回収モータ（ワイヤ巻き取りモータ）４Ｂは、巻き取りローラ３を制御するモータである。回収モータ４Ｂは、巻き取りローラ３に接続されており、巻き取りローラ３がワイヤ１０を巻き取る速度を制御する。

回収検出器（ワイヤ巻き取り部）５Ｂは、回収モータ４Ｂの回転角度を検出することによって、ワイヤ１０の巻き取り状態を検出する。回収検出器５Ｂは、検出値（回転角度検出結果）を回収制御装置６Ｂに送る。

回収制御装置（ワイヤ巻き取り制御装置）６Ｂは、回収検出器５Ｂから送られてくる回転角度検出結果と、制御装置から送られてくる速度指令と、を入力信号とする。回収制御装置６Ｂは、回転角度検出結果と速度指令とに基づいて、回収モータ４Ｂを略一定速度で回転させる。

また、ワイヤ放電加工装置１は、加工電源２１と、給電子２２と、表示部２３と、を備えている。加工電源２１は、加工電源制御装置１３に接続されている。加工電源２１は、予め設定されている加工条件に基づいて、ワイヤ１０と被加工物３０との間に電圧を印加する電源装置である。加工電源２１は、ワイヤ送り出し方向への外力が減少した場合に、加工電源装置１３からの信号を受けて放電加工エネルギを低下させる。

加工電源２１は、給電子２２および被加工物３０に対して電気的に接続されている。そして、給電子２２は、ワイヤ１０に接触するよう配置されている。表示部２３は、液晶モニタなどの表示装置であり、放電加工エネルギを低下させたこと、放電加工エネルギを低下させた加工位置などを表示する。

つぎに、外力推定器１１の構成について説明する。図２は、外力推定器の構成を示す図である。ここでは、モータ制御装置６Ａの構成を説明した後、張力制御モータ４Ａの物理モデルである張力制御モータモデル４０Ａについて説明し、その後、外力推定器１１の構成について説明する。

モータ制御装置６Ａは、電流制御器７（サーボアンプなど）と電流検出器８とを有している。電流制御器７は、制御装置から送られてくる電流指令値と、モータ位置検出器５Ａから送られてくる位置検出値と、電流検出器８から送られてくる電流検出値と、を入力信号とする。電流制御器７は、電流指令値と、位置検出値と、電流検出値と、を用いて、ワイヤ１０に張力および速度を与えるためのワイヤ制御電流を生成する。電流制御器７は、生成したワイヤ制御電流を、電流検出器８を介して張力制御モータ４Ａに送る。電流検出器８は、電流制御器７から張力制御モータ４Ａに送られるワイヤ制御電流の電流値を検出し、電流検出値として電流制御器７および外力推定器１１に送る。

張力制御モータモデル４０Ａは、モータ電流からトルクへの換算部４１、慣性モーメントによるトルクから加速度への換算部４２、加速度から速度への換算部４３、速度から位置への換算部４４、加算部４５を有している。換算部４１は、モータ制御装置６Ａから送られてくるワイヤ制御電流と、張力制御モータ４Ａのトルク定数Ｋｔとを乗算する。換算部４１は、乗算結果を加算部４５に送る。

加算部４５は、換算部４１から送られてくる乗算結果に張力制御モータ４Ａに作用する外力を加算したものを、換算部４２に送る。換算部４２は、加算部４５から送られてくる加算結果（外力）を、張力制御モータ４Ａの慣性モーメントＪで除算することにより、張力制御モータ４Ａの加速度を算出する。換算部４２は、除算結果（加速度）を換算部４３に送る。

換算部４３は、換算部４２から送られてくる加速度を時間で積分処理（∫ｄｔ）することによって、張力制御モータ４Ａの速度（モータ速度）を算出する。換算部４３は、算出したモータ速度を換算部４４に送る。

換算部４４は、換算部４３から送られてくるモータ速度を時間で積分処理（∫ｄｔ）することによって、張力制御モータ４Ａの位置を算出する。換算部４４は、算出した張力制御モータ４Ａの位置をモータ位置検出器５Ａに送る。モータ位置検出器５Ａは、張力制御モータ４Ａの位置を位置検出値として、モータ制御装置６Ａおよび外力推定器１１に送る。

外力推定器１１は、微分処理部５１，５２、慣性モーメント乗算部５３、トルク定数乗算部５４、減算部５５を有している。微分処理部５１は、モータ位置検出器５Ａから送られてくる位置検出値を、時間で微分処理（ｄ／ｄｔ）することによって張力制御モータ４Ａのモータ速度を算出する。微分処理部５１は、算出したモータ速度を微分処理部５２に送る。

微分処理部５２は、微分処理部５１から送られてくるモータ速度を、さらに時間で微分処理（ｄ／ｄｔ）することによって張力制御モータ４Ａの加速度を算出する。微分処理部５２は、算出した加速度を慣性モーメント乗算部５３に送る。

慣性モーメント乗算部５３は、微分処理部５２から送られてくる加速度と慣性モーメントＪｍ（推定値）とを乗算する。慣性モーメント乗算部５３は、乗算結果（位置検出値に基づいて算出した外力）を減算部５５に送る。

トルク定数乗算部５４は、モータ制御装置６Ａ（電流検出器８）から送られてくる電流検出値に、張力制御モータ４Ａのトルク定数Ｋｔ（推定値）を乗算する。トルク定数乗算部５４は、乗算結果（電流検出値に基づいて算出した外力）を減算部５５に送る。

減算部５５は、トルク定数乗算部５４から送られてくる乗算結果から、慣性モーメント乗算部５３から送られてくる乗算結果を減算する。減算部５５は、減算結果（推定結果）を外力推定値として外力判定器１２に送る。このように、外力推定器１１は、張力制御モータモデル４０Ａとは反対の計算処理（逆算処理）をすることによって、外力を推定している。

ワイヤ放電加工装置１では、放電加工パルスによって被加工物３０だけでなく、ワイヤ１０も加工される。また、放電加工パルスによってワイヤ１０の温度が上昇することでワイヤ１０が軟化する。この場合において、仮にワイヤ１０が放電加工によって細くなり、ワイヤ１０が引き伸ばされ続けると、ワイヤ１０が断線する場合がある。

このため、本実施の形態では、モータ制御装置６Ａが、ワイヤ１０にかかる張力を制御するとともに、短時間（例えば、１（ｍｓｅｃ）〜１０（ｍｓｅｃ））の範囲内では張力制御モータ４Ａのモータ速度変動を抑制するよう制御する。換言すると、本実施の形態のモータ制御装置６Ａは、張力制御機能とモータ速度制御機能（速度制御器）とを具備している。

このように、本実施の形態のモータ制御装置６Ａは、短時間の範囲内ではモータ速度が所定範囲内に保たれるよう、モータ速度変動を抑制するので、モータ制御を切り替えることなく、ワイヤ１０が伸び始めた場合には自動的にワイヤ張力を低下させることができる。

ここで、モータ制御装置６Ａの構成について説明する。図３は、モータ制御装置の構成を示す図である。モータ制御装置６Ａは、微分処理部６１、反転部６２、ＨＰＦ（High-pass filter）６３、ＰＩ制御器６４、加算部６５、電流制御器７、電流検出器８を有している。

微分処理部６１は、モータ位置検出器５Ａから送られてくる位置検出値を時間で微分処理（ｄ／ｄｔ）することによって張力制御モータ４Ａのモータ速度を算出する。微分処理部６１は、算出したモータ速度を反転部６２に送る。反転部６２は、微分処理部６１から送られてくるモータ速度の符号を反転させて、ＨＰＦ６３に送る。

ＨＰＦ６３は、所定値より大きなモータ速度を通過させ、所定値未満のモータ速度を遮断させるフィルタである。ＨＰＦ６３は、所定時間内（例えば、過去１０ｍｓｅｃ内）における信号の中から所定値より大きな信号（モータ速度）を通過させる。換言すると、ＨＰＦ６３は、ゆるやかな信号の変動をカットし、急激な信号変化を通過させる。これにより、ＨＰＦ６３は、所定時間以内に発生した信号の変化量を抽出し、ＰＩ制御器６４に送る。

ＰＩ制御器６４は、ＨＰＦ６３から送られてくる情報（信号の変化量）に基づいて、ＰＩ制御を行う。ＰＩ制御器６４は、モータ速度が低下すると、低下した値に応じた電流値を加算部６５に送る。加算部６５は、ＰＩ制御器６４から送られてくる電流値と、制御装置から送られてくる電流指令値と、を加算する。加算部６５は、加算結果を電流制御器７に送る。

この構成により、電流制御器７には、電流検出器８から送られてくる電流検出値と、モータ位置検出器５Ａから送られてくる位置検出値と、加算部６５から送られてくる加算結果（電流指令値）と、が入力される。そして、電流制御器７は、電流検出値と、位置検出値と、電流指令値と、を用いて、ワイヤ制御電流を生成し、張力制御モータ４Ａに送る。

このように、モータ制御装置６Ａは、ワイヤ１０の送出速度（張力制御モータ４Ａのモータ速度）が略一定（所定範囲内）となるよう制御している。このため、ワイヤ１０が放電加工によって細くなり伸び始めたであっても、ワイヤ１０の送出速度を略一定に保つことができるので、ワイヤ１０の張力を低下させることができる。

これにより、ワイヤ１０が断線するまでの時間を引き延ばすことができる。したがって、加工電源２１がワイヤ１０に与えるエネルギを抑制するまでの時間、加工電源２１のエネルギを抑制してからワイヤ温度が低下するまでの時間、伸びた部分のワイヤ１０が回収されるまでの時間に、ワイヤ１０が断線することを防止できる。

なお、モータ制御装置６Ａにモータ速度を入力する場合には、モータ制御装置６Ａは、微分処理部６１を有していなくてもよい。この場合、モータ位置検出器５Ａなどのモータ制御装置６Ａの外部で、位置検出値に応じたモータ速度が算出されて反転部６２に送られる。

つぎに、外力推定値に基づく断線抑制制御（ワイヤ１０の断線を抑制する制御）処理について説明する。図４は、外力推定値に基づく断線抑制制御処理を説明するための図である。ワイヤ放電加工時には、巻き取りローラ３が一定の速度でワイヤ１０を巻き取っているので、ワイヤ１０の送り出し方向に外力がかかっている。そして、ワイヤ放電加工時には、ワイヤ１０の送り出し方向にかかっている張力（張力制御モータ４Ａへの外力）の推定値（外力推定値）が、外力推定器１１によって算出される。

算出された外力推定値が、所定の判定値以上の場合、ワイヤ１０が断線する可能性が低いので、外力判定器１２は、外力が許容範囲内であることを示す判定結果（正常判定情報）を加工電源制御装置１３に送る。この場合、加工電源制御装置１３は、発振抑制信号や加工条件変更信号を加工電源２１に送らない。換言すると、加工電源制御装置１３は、断線抑制制御（ワイヤ１０の断線を抑制する制御）を無効にする。これにより、加工電源２１は、加工条件に従った通常の電圧を、ワイヤ１０と被加工物３０との間に印加する。

また、算出された外力推定値が、所定の判定値以上の場合、モータ位置検出器５Ａは、張力制御モータ４Ａの位置として正常な値の位置検出値を検出し、モータ制御装置６Ａに送る。モータ制御装置６Ａは、正常な値の位置検出値が送られてきた場合には、正常な値のワイヤ制御電流を張力制御モータ４Ａへ送る。これにより、モータ制御装置６Ａは、電流指令値および電流検出値に従った通常のワイヤ制御電流を張力制御モータ４Ａへ送る。

ワイヤ放電加工装置１は、張力制御モータ４Ａへの外力の変化を検出し、ワイヤ送り出し方向への外力が減少したことを検出した場合に、放電加工エネルギを抑制する。具体的には、算出された外力推定値が、所定の判定値未満の場合、ワイヤ１０が断線する可能性が高いので、外力判定器１２は、外力が許容範囲外であることを示す判定結果（異常判定情報）を加工電源制御装置１３に送る。この場合、加工電源制御装置１３は、発振抑制信号や加工条件変更信号を加工電源２１に送る。換言すると、加工電源制御装置１３は、断線抑制制御を有効にする。これにより、加工電源２１は、発振抑制信号または加工条件変更信号に従った電圧を、ワイヤ１０と被加工物３０との間に印加する。

ワイヤ放電加工装置１は、ワイヤ送り出し方向への外力が外力低下前の状態に戻ったことを検出すると、放電加工エネルギを外力低下前の状態に戻す。なお、ワイヤ放電加工装置１は、ワイヤ１０のうち伸びた部分が、巻き取りローラ３によりも下段の回収部（図示せず）に回収されたことを確認した後に、放電加工エネルギを外力低下前の状態に戻してもよい。また、ワイヤ放電加工装置１は、放電加工エネルギを外力推定値の大きさに応じたエネルギ量に制御してもよい。

図５は、張力制御モータのモータ速度制御を説明するための図である。図５の横軸は時間であり、縦軸は張力制御モータの速度（モータ速度）である。なお、ここでのモータ速度は、ワイヤ１０の送り出し方向の速度に対応している。図５では、ワイヤ１０の巻き取り速度を点線で示している。ワイヤ放電加工装置１がワイヤ放電加工を行なっている際には、ワイヤ１０が一定の巻き取り速度で巻き取りローラ３によって巻き取られている。

このため、ワイヤ１０への張力が張力制御ローラ２および張力制御モータ４Ａに伝わる。したがって、この状態では、外力推定器１１は、送り出し方向に大きな外力が存在していることを演算によって推定している。この状態では、モータ速度７０は、略一定値である。

例えば、ワイヤ１０の温度が上昇してワイヤ１０が伸び始めると、ワイヤ１０への張力が一時的に減少する。このため、外力の推定値が送り出し方向に小さな値となる。また、ワイヤボビン９の摩擦の影響などによって、外力（推定値）が巻き取り方向の力となる場合がある。

送り出し方向の外力推定値が下がると、モータ速度７０も下がる。そして、外力推定値が所定の判定値未満となる場合には、断線抑制制御が行われる。外力が所定の判定値未満となったことを検出してから、実際に断線抑制制御が開始されるまで（加工電源２１が停止するまで）には停止時間Ｔ１を要する。

この場合において、モータ速度の制御を行わなければ、モータ速度は下がり続ける。図５では、モータ速度の制御を行わなかった場合の速度特性を、速度特性７１で示している。モータ速度が下がるに従って、ワイヤ１０にかかる張力が大きくなるので、ワイヤ１０が断線しやすくなる。

本実施の形態では、モータ速度の低下を抑制するようワイヤ１０を制御しつつ、外力推定値が所定の判定値未満となった場合に、断線抑制制御を行なっている。図５では、モータ速度の制御を行なった場合の速度特性を速度特性７２で示している。このように、モータ速度の低下を抑制するようワイヤ１０を制御することにより、ワイヤ１０にかかる張力が所定値以上となる前に（ワイヤ１０が断線する前に）、断線抑制制御を開始することができる。また、ワイヤ１０にかかる張力が所定値以上となるまでの時間が長くなるので、ワイヤ１０が断線する前にワイヤ張力が大きくなった原因のワイヤ部分を巻き取ることができる。ワイヤ張力が大きくなった原因のワイヤ部分が巻き取りローラ３で巻き取られることにより、モータ速度は正常な値に戻る。

なお、モータ速度が通常の値に回復した後に、断線抑制制御が行われてもよい。この場合であっても、モータ速度の制御を行なっているので、モータ速度が所定値未満となることはない。したがって、ワイヤ１０にかかる張力が所定値以上となることはない。

このように、本実施の形態では、モータ速度の制御を行なうことによりワイヤ１０にかかる張力の上昇を抑えつつ、断線抑制制御を実行できるので、ワイヤ１０の断線を防止することができる。

また、ワイヤ放電加工装置１では、モータ位置検出器５Ａが検出した位置検出値を用いて外力を推定しているので、遠方から信号を取り込む必要がない。このため、モータ制御装置６Ａ内に、外力推定器１１を組み込むことで高速処理や低価格化を実現できる。

なお、本実施の形態では、外力推定値に基づいて、ワイヤ１０にかかる張力の変化を検出する場合について説明したが、張力制御モータ４Ａのモータ速度変化に基づいて、ワイヤ１０にかかる外力の変化を検出してもよい。この場合、例えば、モータ位置検出器５Ａが検出した位置検出値に基づいて、張力制御モータ４Ａのモータ速度が算出される。

図６は、張力制御モータのモータ速度変化に基づく断線抑制制御処理を説明するための図である。張力制御モータ４Ａのモータ速度変化に基づく断線抑制制御処理では、張力制御モータ４Ａのモータ速度が、所定の判定値未満となった場合に、外力判定器１２は、外力が許容範囲外であることを示す判定結果（異常判定情報）を加工電源制御装置１３に送る。

ワイヤ１０の送り出し方向の外力が急激に小さくなると、ワイヤ１０への速度制御に基づくトルク制御だけでは、制御量が一時的に不足する。このため、ワイヤ１０の速度が急激に低下するか、巻き取り方向となる。したがって、張力制御モータ４Ａのモータ速度変化に基づいて、ワイヤ１０にかかる張力の変化を検出することにより、張力制御モータ４Ａにかかる外力の演算やモータ速度制御のパラメータ調整が容易になる。

また、外力判定器１２は、外力推定値の推移（履歴）に基づいて、ワイヤ１０が断線するか否かを判定してもよい。図７は、外力推定値の推移に基づくワイヤ断線判定方法を説明するための図である。

外力判定器１２は、例えば、過去直近の所定時間（例えば、過去１ｓｅｃ間）内における外力推定値を保存しておく。そして、外力判定器１２は、過去直近の所定時間内における外力推定値に基づいて、現在の外力推定値によってワイヤ１０が断線予兆を有しているか否かを判定する。このとき、外力判定器１２は、例えば、外力推定値の推移を統計学的に判断することにより、現在の外力推定値は、ワイヤ１０を断線させるものであるか否かを判定する。

外力判定器１２は、例えば、過去１ｓｅｃ間の外力推定値の統計データを算出しておく。ここでの統計データは、例えば、最大値、最小値、範囲、標準偏差、分散値、平均値、中央値、分布などである。外力判定器１２は、算出した統計データと、現在の外力推定値と、に基づいて、ワイヤ１０が断線する予兆であるか否かを判断する。

外力判定器１２は、例えば、過去１ｓｅｃ間の外力推定値の中から最低値を抽出し、現在の外力推定値が、最低値のＸ％（Ｘは１００以下の値）未満である場合に、ワイヤ１０が断線すると判断する。

例えば、外力推定値が図７のように推移した場合、時刻ＴＡでは、外力推定値が、過去１ｓｅｃ間の変動範囲９１内に入っている。このため、外力判定器１２は、ワイヤ１０が断線する予兆であるとは判断しない。一方、時刻ＴＢでは、過去１ｓｅｃ間の変動範囲９２から下方に外れている。このため、外力判定器１２は、ワイヤ１０が断線する予兆であると判断する。

このように、外力推定値の推移を統計学的に判断することにより、現在の外力（推定値）が、ワイヤ１０を断線させるものであるか否かを判定するので、ワイヤ１０の径や張力に応じて断線判定に関するパラメータを調整する必要がない。したがって、容易にワイヤ１０の断線判定を行うことが可能となる。なお、外力判定器１２は、外力の推定値が巻き取り方向の値になった場合に、ワイヤ１０が断線する予兆であると判断してもよい。

ワイヤ放電加工装置１は、ワイヤ１０の断線判定結果を記憶しておいてもよい。また、ワイヤ放電加工装置１は、ワイヤ１０の断線判定結果を表示部２３に表示させてもよいし、ワイヤ１０の断線判定結果を外部装置などに出力してもよい。

図８は、ワイヤの断線判定結果例を示す図である。図８では、ワイヤ１０による加工経路１００を示している。加工経路１００に沿ってワイヤ放電加工が行われると、ワイヤ１０が断線する予兆であると判断される加工位置が発生する場合がある。このような場合、ワイヤ放電加工装置１は、ワイヤ１０の断線判定結果として、加工経路１００上に断線予兆位置を記憶しておく。図８では、断線予兆位置が断線予兆位置１０１，１０２，１０３である場合を示している。ワイヤ放電加工装置１は、被加工物３０の加工中や加工後に、加工経路１００や断線予兆位置１０１，１０２，１０３を表示部２３に表示させてもよい。

これにより、加工条件（加工電源２１におけるエネルギ調整など）へのフィードバックを容易に行うことが可能となる。また、表示部２３を表示ランプなど用いて構成しておき、断線予兆であると判断した際（放電加工エネルギを低下させた際）に表示ランプを点灯させてもよい。

なお、モータ制御装置６Ａが、外力推定器１１と、外力判定器１２と、加工電源制御装置１３と、の少なくとも１つを備える構成としてもよい。また、モータ制御装置６Ａ、外力推定器１１、外力判定器１２、加工電源制御装置が行う処理は、それぞれハードウェアを用いて行ってもよいし、ソフトウェアを用いて行ってもよい。

図９は、モータ制御装置６Ａを備えたコンピュータのハードウェア構成を示す図である。コンピュータ２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）２０３、表示部２０４、入力部２０５を有している。コンピュータ２００では、これらのＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、表示部２０４、入力部２０５がバスラインＢを介して接続されている。

ＣＰＵ２０１は、コンピュータプログラムであるモータ制御プログラム２１０を用いて張力制御モータ４Ａを制御する。表示部２０４は、液晶モニタなどの表示装置であり、ＣＰＵ２０１からの指示に基づいて、位置検出値などを表示する。入力部２０５は、マウスやキーボードを備えて構成され、使用者から外部入力される指示情報（張力制御モータ４Ａの制御に必要なパラメータ等）を入力信号とする。入力部２０５へ入力された指示情報は、ＣＰＵ２０１へ送られる。

モータ制御プログラム２１０は、ＲＯＭ２０２内に格納されており、バスラインＢを介してＲＡＭ２０３へロードされる。ＣＰＵ２０１はＲＡＭ２０３内にロードされたモータ制御プログラム２１０を実行する。具体的には、コンピュータ２００では、使用者による入力部２０５からの指示入力に従って、ＣＰＵ２０１がＲＯＭ２０２内からモータ制御プログラム２１０を読み出してＲＡＭ２０３内のプログラム格納領域に展開して各種処理を実行する。ＣＰＵ２０１は、この各種処理に際して生じる各種データをＲＡＭ２０３内に形成されるデータ格納領域に一時的に記憶させておく。

コンピュータ２００で実行されるモータ制御プログラム２１０は、モータ制御装置６Ａを含むモジュール構成となっており、これらが主記憶装置上にロードされ、これらが主記憶装置上に生成される。なお、外力推定器１１、外力判定器１２、加工電源制御装置が行う処理を、モータ制御プログラム２１０に実行させてもよい。

このように、実施の形態によれば、張力制御モータ４Ａのモータ速度が低下することを抑制することで、ワイヤ１０が伸びた場合であっても、張力制御の方式を切り替えることなくワイヤ１０の張力を低下させることができる。このため、ワイヤ１０が断線するような大きな張力がワイヤ１０にかかるまでの時間を引き延ばすことができる。したがって、ワイヤ１０が断線するような大きな張力がワイヤ１０にかかるまでの間に、放電加工パルスのエネルギを低下させることができる。これにより、ワイヤ１０の引き伸ばされた部分が冷却される。そして、ワイヤ１０を被加工物３０よりも巻き取りローラ３側に送り出すことで、ワイヤ１０の引き伸ばされた部分での放電を完了させることができる。したがって、簡易な構成でワイヤ１０の断線を防止することが可能となる。

以上のように、本発明に係るワイヤ放電加工装置、加工制御装置および加工制御プログラムは、ワイヤ電極を用いた被加工物への放電加工に適している。

１ ワイヤ放電加工装置、２ 張力制御ローラ、３ 巻き取りローラ、４Ａ 張力制御モータ、４Ｂ 回収モータ、５Ａ モータ位置検出器、６Ａ モータ制御装置、７ 電流制御器、８ 電流検出器、１０ ワイヤ、１１ 外力推定器、１２ 外力判定器、１３ 加工電源制御装置、２１ 加工電源、３０ 被加工物、６１ 微分処理部、６２ 反転部、６３ ＨＰＦ、６４ ＰＩ制御器、６５ 加算部。

Claims (5)

1. ワイヤと被加工物との間に電圧を印加する加工電源と、
   前記ワイヤを送り出す側に配置されて前記ワイヤを送り出すワイヤ送出ローラと、
   前記ワイヤを回収する側に配置されて前記ワイヤを一定速度で巻き取る巻き取りローラと、
   前記ワイヤ送出ローラを制御することにより、前記ワイヤ送出ローラと前記巻き取りローラとの間に張架された前記ワイヤの張力および送出速度を制御する張力制御モータと、
   前記張力制御モータにかかる外力の推定値を、外力推定値として算出する外力推定器と、
   前記外力推定値に基づいて、前記ワイヤが断線する予兆を有しているか否かを判定する判定部と、
   前記ワイヤが断線する予兆を有していると判定された場合に、前記加工電源が前記ワイヤと前記被加工物との間に与える放電加工エネルギを低下させるよう前記加工電源を制御する電源制御装置と、
   前記張力制御モータの回転位置を検出するモータ位置検出器と、
   前記ワイヤの送出速度が所定範囲内に保たれるよう、前記回転位置に基づいて前記張力制御モータを制御するモータ制御装置と、
   を備え、
   前記外力推定器へは、前記ワイヤ送出ローラの動作に関する情報として、前記モータ位置検出器が検出した前記張力制御モータの回転位置および前記モータ制御装置が前記張力制御モータに供給する電流に対して検出された電流検出信号が入力され、
   前記外力推定器は、入力された回転位置および電流検出信号を用いて、前記外力推定値を算出することを特徴とするワイヤ放電加工装置。
2. 前記判定部は、前記外力推定値の推移に基づいて、前記ワイヤが断線する予兆を有しているか否かを判定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装置。
3. 前記ワイヤが断線する予兆を有していると判定された場合に前記ワイヤが断線する予兆を有していることを示す表示部をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のワイヤ放電加工装置。
4. ワイヤを送り出す側に配置されて前記ワイヤを送り出すワイヤ送出ローラと、前記ワイヤを回収する側に配置されて前記ワイヤを一定速度で巻き取る巻き取りローラとの間に張架された前記ワイヤの張力および送出速度を、前記ワイヤ送出ローラを制御することによって制御する制御部と、
   前記張力の大きさに応じて前記張力制御モータにかかる外力の推定値を、外力推定値として算出する外力推定器と、
   前記外力推定値に基づいて、前記ワイヤが断線する予兆を有しているか否かを判定する判定部と、
   前記ワイヤが断線する予兆を有していると判定された場合に、前記ワイヤと前記被加工物との間に与える放電加工エネルギを低下させるよう加工電源を制御する電源制御装置と、
   を備え、
   前記制御部は、前記ワイヤの送出速度変化が所定範囲内に保たれるよう、前記ワイヤに張力および送出速度を与える張力制御モータの回転位置に基づいて、前記張力制御モータを制御することにより、前記ワイヤの張力および送出速度を制御し、
   前記外力推定器へは、前記ワイヤ送出ローラの動作に関する情報として、前記回転位置および前記制御部が前記張力制御モータに供給する電流に対して検出された電流検出信号が入力され、
   前記外力推定器は、入力された回転位置および電流検出信号を用いて、前記外力推定値を算出することを特徴とする加工制御装置。
5. ワイヤを送り出す側に配置されて前記ワイヤを送り出すワイヤ送出ローラと、前記ワイヤを回収する側に配置されて前記ワイヤを一定速度で巻き取る巻き取りローラとの間に張架された前記ワイヤの送出速度が所定範囲内に保たれるよう、前記ワイヤに張力および送出速度を与える張力制御モータの回転位置に基づいて、前記張力制御モータを制御することにより、前記ワイヤの張力および送出速度を制御するワイヤ制御ステップと、
   前記ワイヤ送出ローラの動作に関する情報として、前記回転位置および前記張力制御モータに供給される電流に対して検出された電流検出信号が入力されると、入力された回転位置および電流検出信号を用いて、前記張力制御モータにかかる外力の推定値を、外力推定値として算出する外力算出ステップと、
   前記外力推定値に基づいて、前記ワイヤが断線する予兆を有しているか否かを判定する判定ステップと、
   前記ワイヤが断線する予兆を有していると判定された場合に、前記ワイヤと前記被加工物との間に与える放電加工エネルギを低下させるよう加工電源を制御する電源制御ステップと、
   を、コンピュータに実行させることを特徴とする加工制御プログラム。

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