JP5474214B2 - ワイヤ電極アニール処理方法及びワイヤ放電加工機 - Google Patents
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Description
図1は、本発明にかかるワイヤ放電加工機の実施の形態1の構成を示す図である。ワイヤ放電加工機100は、図1に示すように、ワイヤ電極6の経路に沿って、テンション設定ローラ1、第1アニール用電極2、第1切断用電極3、第2アニール用電極(第2切断用電極を兼ねる)4、ピンチローラ5、上部ガイドブロック7、下部ガイドブロック8、下部ローラ9、及び回収部ローラ10がこの順序で装備されている。
R = R0{1+α0(t-t0)}
ここで、RおよびR0はそれぞれ温度tおよびt0での抵抗値、α0[1/℃]は抵抗値に対する温度係数である。この式を変形すると以下の数式(a)のようになる。
(R-R0)/R0 = α0(t-t0) …数式(a)
即ち、抵抗値RとR0、および温度係数α0が分かれば、温度の変化 t-t0 が分かることになる。
R0 = RW + RC+ RL、R = RW + dr + RC+ RL …数式(b)
と考えられるから、負荷抵抗を用いて温度上昇を推定する場合、数式(a)の左辺は、{(RW + dr + RC + RL) - (RW+ RC + RL)} / (RW + RC + RL)= dr / (RW + RC + RL) となる。即ち、分母に含まれる RC や RL の値の分だけ温度係数α0と差異が生じることになる。さらに、RWはアニールをおこなう度に変化し、値も大きいため、温度の推定結果に有る一定値の補正をおこなうなどをして影響を取り除くことは難しい。
(R-Rideal)/Rideal
によって数式(a)の左辺を算出することも考えられる。しかし、実際にはこの方法では十分に精度を高めることは出来ない。なぜならば、R= RW + dr + RC + RL であり、Rideal = RW とすると、
(R-Rideal)/Rideal= (dr + RC + RL)/ RW
となるため、数式(a)からワイヤ温度上昇を算出する際に接触抵抗や配線抵抗の影響を受けることになるためである。
ワイヤ電極6のアニール処理の際には、ワイヤ電極6の温度上昇に伴って熱膨張が生じ、ワイヤ電極6が伸びてたるみが生じる。たるんだ状態でアニール処理を行うと十分な真直化が為されないため、アニールを行う際にはワイヤ電極6にテンションを与えて引っ張り、常に真っ直ぐな状態に保つ必要がある。これは、例えば図1中で、ワイヤ電極6をピンチローラ5で挟んで固定し、テンション設定ローラ1によってワイヤ電極6へテンションをかけることによって行われる。更に、ワイヤ電極6を引っ張って延ばし、真直性を高めたり、細くして穴を通しやすくしたりする等の処理が行われる。
加熱時には熱膨張によってワイヤ電極6に熱伸びが生じているが、この値は膨張率から算出できる。例えば黄銅の膨張率は約1.8×10−5[1/℃]であり、100℃の温度上昇につき約0.18%の熱伸びとなる。実施の形態2において、アニール処理中にワイヤ電極6のたるみを生じない様にテンション設定ローラ1でワイヤ電極6を引っ張っている際に、テンション設定ローラ1の回転量からワイヤ電極6の伸びの量を知ることができるが、この伸びの量にはワイヤ電極6への張力によってワイヤ電極6を引き伸ばし、塑性変形をさせた伸び量の他に、ワイヤ電極6が加熱によって温度上昇した結果生じた熱伸びが含まれている。実施の形態2では、生じた伸びの量をすべて引き伸ばしによって生じた塑性変形として扱ったが、実際には熱伸び量も含まれており、すべて引き伸ばしによる塑性変形として扱うと過剰に線径が細くなったという仮定の下で、より抵抗値R’を大きく算出してしまう可能性がある。
比抵抗や比抵抗の温度係数の値は、ある温度下の物体の抵抗値や、その抵抗値が温度に対してどれだけ変化するかということを表している。これは、ある体積をもった物体に対しての値であるので、温度変化による膨張、伸びといった形状変化を含んだ値と考えられる。一方、ワイヤ放電加工機100においては、加熱対象であるワイヤ電極6は加熱によって伸張するが、加熱を行うための電流をワイヤ電極6へ通電する電極間の距離は加工機本体に固定されているために一定で、加熱による伸びには追従しないことが一般的である。このため、加熱の際にワイヤ電極6に熱伸びが生じると、ワイヤ電極6の端部は通電を行う区間から徐々に外れていく事になる。実施の形態1で述べた様に、電極間の電圧と電流からワイヤ電極の抵抗値を測る場合、温度が上昇してから計測したワイヤ電極6の長さは、加熱直後のほぼ常温に近い状態で計測したワイヤ電極6よりも熱伸びの分だけ短い長さを計測した事になる。もし熱伸びによって実際に計測しているワイヤ電極6の長さが短くなることを考慮しない場合、抵抗値の増加が少なめに算出され、結果、温度上昇が少なく見積もられる。
黄銅ワイヤ電極には一般的によく使用されるワイヤ(ハードワイヤ)の他に、ソフトワイヤと呼ばれる比較的柔らかいものがある。両者の差は伸線加工後の熱処理の差によって生じる。上記非特許文献1の図53をみると、冷間加工のままと焼き鈍しをおこなった黄銅では、同一組成でも電気抵抗(比抵抗)が異なることが示されている。また、焼き鈍しを行ったものの値はほぼ同じであるのに対し、冷間加工のままの場合には、電気抵抗の値は焼き鈍しされたものより大きく、かつ、温度係数の値は小さいことが分かる。さらに、両者の値は温度が上昇するにつれて近づいて行き、およそ400℃付近で一致すると予想される。両者の値が近づくのは、冷間加工のままのものの温度を上げることは、焼き鈍しを施していることに近い意味を持つためと考えられる。
2 第1アニール用電極
3 第1切断用電極
4 第2アニール用電極(第2切断用電極を兼ねる)
5 ピンチローラ
6 ワイヤ電極
7 上部ガイドブロック
8 下部ガイドブロック
9 下部ローラ
10 回収部ローラ
60 記憶部
65 推定部
70 制御部
75 電流電圧測定部
80 制御装置
85 加熱用電源装置
100 ワイヤ放電加工機
Claims (8)
- 工作物とワイヤ電極との間に放電現象を発生させて工作物の加工を行うワイヤ放電加工機の、前記ワイヤ電極の所定の2点に一対のアニール用電極を配置し、前記ワイヤ電極に張力を与えた状態で前記アニール用電極を介して電流を流し前記ワイヤ電極を加熱して、前記2点間の曲がり癖を矯正するワイヤ放電加工機のアニール処理方法において、
前記ワイヤ電極に通電することによって加熱する加熱用電源装置からの電流値と電圧値を計測し、計測した電流値で電圧値を除することで負荷抵抗値を計算し、加熱開始直後の負荷抵抗値を基準とした負荷抵抗値の増加量と、前記ワイヤ電極自体の常温での抵抗値から前記ワイヤ電極の抵抗値増分を計算し、予め設定した前記ワイヤ電極の比抵抗及び比抵抗の温度係数に基づいて前記ワイヤ電極の温度上昇値を推定し、
推定した温度上昇値に基づいて前記ワイヤ電極への通電状態を制御する
ことを特徴とするワイヤ電極アニール処理方法。 - 加熱開始直後の負荷抵抗値Rinit、加熱中の負荷抵抗値R、およびワイヤ電極自体の常温での理論抵抗値Ridealに基づいて、(R−Rinit)をRidealで除した比率を前記ワイヤ電極の抵抗値増分として用いる
ことを特徴とする請求項1に記載のワイヤ電極アニール処理方法。 - 加熱開始直後の負荷抵抗値Rinit、加熱中の負荷抵抗値R、および予め決定しておいた配線の抵抗値Rbaseに基づいて、(R−Rinit)を(Rinit−Rbase)で除した比率を前記ワイヤ電極の抵抗値増分として用いる
ことを特徴とする請求項1に記載のワイヤ電極アニール処理方法。 - アニール処理中の前記ワイヤ電極に対して張力を設定し、アニール処理時の前記ワイヤ電極の伸びを検知し、検知した伸び量に基づいてワイヤ電極の断面積の減少を推定し、これに基づいた前記ワイヤ電極の抵抗値の増加量を算出し、この増加量を用いて、ワイヤ電極の温度の推定値の補正を行う
ことを特徴とする請求項1に記載のワイヤ電極アニール処理方法。 - 推定した前記ワイヤ電極の温度からワイヤ電極の熱膨張による伸びを算出し、その熱膨張による伸びの長さをアニール処理時の伸び量より減じてから、ワイヤ電極の伸びによる抵抗増加の補正を行う
ことを特徴とする請求項4に記載のワイヤ電極アニール処理方法。 - 推定した前記ワイヤ電極の温度と予め設定した膨張率を基にワイヤ電極の温度上昇による熱伸び量を推定し、この熱伸び量の値を基に推定した前記ワイヤ電極の抵抗値増分を補正する
ことを特徴とした請求項1に記載のワイヤ電極アニール処理方法。 - 前記ワイヤ電極として黄銅を用いる際、ハードワイヤとソフトワイヤとで用いる比抵抗と温度係数の値を別にし、ハードワイヤの場合は冷間加工のままの場合の値を用い、ソフトワイヤの場合は焼き鈍し後の値を用いるとともに、ハードワイヤを使用する際は、推定温度が350℃〜450℃の範囲のいずれかで、用いる比抵抗の温度係数の値を焼き鈍し後の値に切り替える
ことを特徴とした請求項1から6のいずれか1項に記載のワイヤ電極アニール処理方法。 - 工作物とワイヤ電極との間に放電現象を発生させて工作物の加工を行うとともに、前記ワイヤ電極の所定の2点に一対のアニール用電極を配置し、前記ワイヤ電極に張力を与えた状態で前記アニール用電極を介して電流を流し前記ワイヤ電極を加熱して、前記ワイヤ電極の前記2点間の曲がり癖を矯正するワイヤ放電加工機において、
前記ワイヤ電極に電力を供給することによって加熱する加熱用電源装置と、
前記ワイヤ電極に通電する前記加熱用電源装置からの電流値と電圧値を計測する電流電圧測定部と、
計測した電流値で電圧値を除することで負荷抵抗値を計算し、加熱開始直後の負荷抵抗値を基準とした負荷抵抗値の増加量と、前記ワイヤ電極自体の常温での抵抗値とから前記ワイヤ電極の抵抗値増分を計算し、予め設定したワイヤ電極の比抵抗及び比抵抗の温度係数に基づいて前記ワイヤ電極の温度上昇値を推定する推定部と、
推定した温度上昇値に基づいて前記ワイヤ電極への通電状態を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とするワイヤ放電加工機。
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