JP5538351B2

JP5538351B2 - ワイヤ放電加工装置

Info

Publication number: JP5538351B2
Application number: JP2011266776A
Authority: JP
Inventors: 孝幸中川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-12-06
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2031-12-06
Also published as: JP2013119124A

Description

本発明は、工作物と、ワイヤ状の加工電極の間に放電を繰り返し発生させることにより工作物の一部の除去または切断を行うワイヤ放電加工装置に関するものである。

従来のワイヤ放電加工装置では、ワイヤ送給モータで巻き戻す方向に一定のトルクを発生させている（例えば、特許文献１参照）。また、ワイヤ加工電極の断線を検出した場合に、ワイヤ加工電極の通過抵抗を調整してワイヤ加工電極の巻上げ速度を制御している（例えば、特許文献２参照）。また、速度制御系を構成し、その際のトルクが設定範囲を超える場合にトルクを制限する技術が開示されている。

特開昭５６−１２６５３４号公報特開平０５−３０５５２５号公報

しかしながら、上記従来の技術によるワイヤ放電加工装置にあっては、ワイヤ送給モータで巻き戻す方向に一定のトルクをかけるため、ワイヤ加工電極が断線した場合や、ワイヤ加工電極張架中に作業者の手からワイヤ加工電極が離れた場合、巻き戻し速度が次第に大きくなり短時間でワイヤ加工電極がワイヤ送給部から抜けてしまう。また、ワイヤ加工電極をワイヤボビンから過大に引き出した状態でワイヤ送給モータがワイヤ加工電極を巻き戻すと、速度が大きい状態でワイヤ加工電極が張られることになり、ワイヤボビンやモータの慣性で引き続きワイヤ加工電極が引っ張られ、引き千切られることがあった。また、速度制御系のトルクを制限すると速度制御系のゲイン次第ではワイヤ走行が停止している場合でもトルクが所望の値よりも小さくなることがあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ワイヤ加工電極が断線した場合やワイヤ張架中に誤ってワイヤ加工電極が作業者の手から離れた場合でも、早急にワイヤ送給モータの動作を減速あるいは停止させることでワイヤ加工電極の過大な巻き上げを防ぐことができるワイヤ放電加工装置を得ることを目的とする。また、特にφ０．１ｍｍ以下の細いワイヤ加工電極を使用した場合でもワイヤ加工電極を断線させることなくワイヤ加工電極のたるみを取ることを目的としている。また、ワイヤ走行が停止している状態でも指定の張力をかけることを目的としている。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ワイヤ加工電極を巻きつけた状態で回転しながら前記ワイヤ加工電極を送り出すワイヤボビンと、前記ワイヤボビンに連結され前記ワイヤボビンの回転方向にトルクを発生させるワイヤ送給モータと、前記ワイヤ加工電極を引っ張って走行させるワイヤ回収ローラと、前記ワイヤ回収ローラに連結され前記ワイヤ回収ローラを回転させるワイヤ回収モータと、前記ワイヤ送給モータが送り出し方向に回転している、或いは前記ワイヤ送給モータが巻き取り方向に回転してその回転角速度の絶対値が第１設定値より小さい場合は、前記トルクが第２設定値となるように前記ワイヤ送給モータを制御し、前記ワイヤ送給モータが巻き取り方向に回転してその回転角速度の絶対値が第１設定値以上の場合は、前記トルクの絶対値が第２設定値の絶対値より小さくなるように前記ワイヤ送給モータを制御する制御部と、を備え、前記ワイヤボビンと前記ワイヤ回収ローラとの間において前記ワイヤ加工電極により工作物をワイヤ放電加工することを特徴とする。

本発明によれば、ワイヤ加工電極のたるみを取る際の断線を防止できるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置の加工中の状態を示す概略図である。図２は、本発明の実施の形態１におけるワイヤ加工電極断線後、または、ワイヤ未張架状態を示す概略図である。図３は、本発明の実施の形態１におけるワイヤ張架状態ながらワイヤ加工電極２がたるんでいる場合を示す概略図である。図４は、本発明の実施の形態１におけるワイヤ送給モータ回転角速度とワイヤ送給モータトルクの関係を示した図である。図５は、本発明の実施の形態１におけるワイヤ送給モータ回転角速度（ワイヤ電極巻取り速度）の時間変化を示した図である。図６は、本発明の実施の形態２におけるワイヤ送給モータ回転角速度とワイヤ送給モータトルクの関係を示した図である。図７は、本発明の実施の形態３におけるワイヤ送給モータ回転角速度とワイヤ送給モータトルクの関係を示した図である。図８は、本発明の実施の形態４におけるワイヤ送給モータ回転角速度およびワイヤ送給モータトルクの時間変化を示した図である。図９は、本発明の実施の形態５にかかるワイヤ放電加工装置の加工中の状態を示す概略図である。

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にかかるワイヤ放電加工装置１００の加工中の状態を示す概略図である。ワイヤボビン３から繰り出されるワイヤ加工電極２が第１ガイドローラ７、第２ガイドローラ８、回収ローラ４Ａ及び４Ｂの順にかかっており、第１ガイドローラ７と第２ガイドローラ８の間で工作物１に対向している。ここで、第１ガイドローラ７及び第２ガイドローラ８は摩擦以外のトルクを発生させない。加工電源（図示せず）によりワイヤ加工電極２と工作物１の間にパルス状に電圧を印加する。ワイヤ回収モータ検出器１０により検出した状態を用いて回収モータ速度制御装置（図示せず）により回転速度制御されたワイヤ回収モータ６に直結した回収ローラ４Ａによって一定速度でワイヤ加工電極２を引き込み、ワイヤ送給モータ５でワイヤ加工電極２の張力を制御している。

図２は、本発明の実施の形態１におけるワイヤ加工電極２の断線後、または、ワイヤ加工電極２が未張架状態の場合を示す概略図である。ワイヤボビン３から繰り出されるワイヤ加工電極２が第１ガイドローラ７にはかかっているものの、その先の第２ガイドローラ８や回収ローラ４Ａ及び４Ｂには未張架状態である。この場合、ワイヤ送給モータ５の巻き取り方向のトルクによってワイヤ加工電極２がワイヤボビン３に巻き取られる。

図３は、本発明の実施の形態１におけるワイヤ加工電極２が張架状態でありながらたるんでいる場合を示す概略図である。ワイヤボビン３から繰り出されるワイヤ加工電極２が弛んだ状態で第１ガイドローラ７にかかり、その先の第２ガイドローラ８や回収ローラ４Ａ及び４Ｂに張架されている。これは、作業者がワイヤ張架中にワイヤ加工電極２を必要以上に引き出した場合や、回収モータ６を急激に停止させたもののワイヤボビン３が惰性で回転した場合に起きる。この場合、ワイヤ送給モータ５の巻き取り方向のトルクによってワイヤ加工電極２がワイヤボビン３に巻き取られる。

図４は、本発明の実施の形態１におけるワイヤ送給モータ５の回転角速度とワイヤ送給モータ５のトルクとの関係を示した図である。ワイヤ送給モータ５の回転角速度はワイヤ加工電極２の走行速度に比例している。ワイヤ送給モータ検出器９を用いて検出したワイヤ送給モータ５の回転角速度が送り出し方向になっている、または、巻き取り方向でもその絶対値が設定角速度（Ａ）の絶対値（第１設定値）より小さい場合、設定値（Ｂ）（第２設定値）通りのトルクをワイヤ送給モータ５に発生させる。ワイヤ送給モータ５の回転角速度が巻き取り方向であってその絶対値が設定角速度（Ａ）の絶対値以上となる場合は、回転角速度の絶対値が設定角速度（Ａ）の絶対値を超えた量に対して、トルクの絶対値が設定値（Ｂ）の絶対値から単調減少となるようにワイヤ送給モータ５のトルクを発生させる。ワイヤ送給モータ５へのこのような制御は図示せぬ制御部により実行される。

図５は、本実施の形態におけるワイヤ送給モータ５の回転角速度（（ワイヤ加工電極２の走行速度＝ワイヤ電極巻取り速度）に比例）の時間変化を示した図である。本実施の形態にかかるワイヤ放電加工装置１００の構成によれば、図４に示したようにワイヤ送給モータ５とワイヤボビン３による巻き取り方向の回転角速度の絶対値が設定角速度（Ａ）の絶対値以上となる場合にその速度超過量に応じてワイヤ送給モータ５のトルクを小さくする。このため、ワイヤ送給モータ５とワイヤボビン３の回転角速度が設定角速度（Ａ）の絶対値以上のある絶対値の巻取り速度で制限される。

これにより、図２のようにワイヤ断線した場合でもワイヤ巻取り速度を制限しているため、ワイヤ加工電極２が第１ガイドローラ７から外れるまでの時間を確保することができる。作業者はその間にワイヤ送給モータ５の停止指令をすることで、再度ワイヤ加工電極２を第１ガイドローラ７へかける手間を削減できる。また、図３のようにワイヤ加工電極２が弛んだ状態からワイヤ加工電極２を巻き取り始めると図５に示すようにワイヤ巻取り速度を制限できるため、ワイヤ加工電極２が張った瞬間に発生する過大な張力を抑制でき、ワイヤ加工電極２の断線を防止できる。

即ち、ワイヤ加工電極２が断線した場合、ワイヤ張架中に作業者が誤ってワイヤ加工電極２を手から離した場合などワイヤ加工電極２の先端が拘束されていない場合でも、ワイヤ巻き上げ速度を抑制することができるため、短時間でワイヤ走行経路から抜けることを防ぎ、その間に動作の停止指令やワイヤ加工電極２の先端を作業者が握るなどワイヤ加工電極２の過大な巻き上げを防ぐことができる。また、ワイヤ加工電極２がワイヤボビン３から過大に引き出された状態でワイヤ送給モータ５がワイヤ加工電極２を巻き戻すと、速度が大きい状態でワイヤ加工電極２が張られることになるが、その後もワイヤ送給モータ５が発生するトルクに加えて、ワイヤボビン３やモータの慣性の影響によりワイヤ加工電極２が過大な力で引っ張られていたが、特にφ０．１ｍｍ以下の細いワイヤ加工電極２を使用した場合でもワイヤ加工電極２を引き千切ることなくワイヤ加工電極２のたるみを取ることができる。また、巻き戻し時のワイヤ走行速度が設定値よりも小さい場合は設定張力（設定したトルク値）を維持することができる。

なお、本実施の形態では回収モータ６と回収ローラ４Ａを直結しているが、カップリングを介して接続する場合や、ギヤを介して接続する場合でも同様の効果が得られる。同様にワイヤ送給モータ５とワイヤボビン３の間にもカップリングやギヤを設置しても同様の効果が得られる。また、本実施の形態では第１ガイドローラ７は摩擦以外のトルクを発生させないとしているが、第１ガイドローラ７にモータを取り付けて工作物１との対向部付近の張力をより高精度に制御するようにしてもよい。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２におけるワイヤ送給モータ５の回転角速度とワイヤ送給モータ５のトルクとの関係を示した図である。ワイヤ送給モータ５の回転角速度はワイヤ加工電極２の走行速度に比例している。ワイヤ送給モータ検出器９を用いて検出したワイヤ送給モータ５の回転角速度が送り出し方向になっている、または、巻き取り方向でもその絶対値が設定角速度（Ａ）の絶対値（第１設定値）より小さい場合、設定値（Ｂ）（第２設定値）通りのトルクをワイヤ送給モータ５に発生させる。ワイヤ送給モータ５の回転角速度が巻き取り方向であってその絶対値が設定角速度（Ａ）の絶対値以上となる場合は、ワイヤ送給モータ５のトルクを０とする。

本実施の形態にかかるワイヤ放電加工装置１００の構成によれば、ワイヤ送給モータ５の回転角速度と設定角速度（Ａ）の大小関係によりワイヤ送給モータ５のトルクを決めるため、ワイヤ送給モータ５の制御部の規模を抑制しつつ、ワイヤ加工電極巻取り速度を抑制できるため、実施の形態１で説明したのと同様の効果が得られる。

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３におけるワイヤ送給モータ５の回転角速度とワイヤ送給モータ５のトルクとの関係を示した図である。ワイヤ送給モータ５の回転角速度はワイヤ加工電極２の走行速度に比例している。ワイヤ送給モータ検出器９を用いて検出したワイヤ送給モータ５の回転角速度が送り出し方向になっている、または、巻き取り方向でもその絶対値が設定角速度（Ａ）の絶対値（第１設定値）より小さい場合、設定値（Ｂ）（第２設定値）通りのトルクをワイヤ送給モータ５に発生させる。ワイヤ送給モータ５の回転角速度が巻き取り方向であってその絶対値が設定角速度（Ａ）の絶対値以上となる場合は、回転角速度の絶対値が設定角速度（Ａ）の絶対値を超えた量に比例してトルクの絶対値が設定値（Ｂ）の絶対値から減少するようにワイヤ送給モータ５のトルクを発生させる。

本実施の形態にかかるワイヤ放電加工装置１００の構成によれば、ワイヤ送給モータ５とワイヤボビン３による巻き取り方向の速度の絶対値が設定角速度（Ａ）の絶対値以上となる場合にその速度超過量に比例してワイヤ送給モータ５のトルクを小さくする。このため、ワイヤ送給モータ５とワイヤボビン３の回転角速度が設定角速度（Ａ）の絶対値以上のある絶対値の巻取り速度で制限される。また、ワイヤ送給モータ５の回転角速度とトルクの関係を連続的にすることができるため、ワイヤ送給モータ５の速度変動幅を抑制することができる。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４においてもワイヤ送給モータ５の回転角速度はワイヤ加工電極２の走行速度に比例している。ワイヤ送給モータ検出器９を用いて検出したワイヤ送給モータ５の回転角速度が送り出し方向になっている、または、巻き取り方向でもその絶対値が設定角速度（Ａ）の絶対値（第１設定値）より小さい場合、設定値（Ｂ）（第２設定値）通りのトルクをワイヤ送給モータ５に発生させる。ワイヤ送給モータ５の回転角速度が巻き取り方向であってその絶対値が設定角速度（Ａ）の絶対値以上となる場合は、回転角速度の絶対値が設定角速度（Ａ）の絶対値を超えた量を時間積分した値に比例してトルクの絶対値が減少するようにワイヤ送給モータ５のトルクを発生させる。

本実施の形態にかかるワイヤ放電加工装置１００の構成によれば、ワイヤ送給モータ５とワイヤボビン３による巻き取り方向の速度の絶対値が設定角速度（Ａ）の絶対値以上となる場合に超過量の積分値に比例してワイヤ送給モータ５のトルクを小さくする。このときのワイヤ送給モータ５の回転角速度およびワイヤ送給モータ５のトルクの時間変化の様子を示したのが図８である。図８の上の図からもわかるように、ワイヤ送給モータ５とワイヤボビン３の回転角速度が設定角速度（Ａ）に近づいて行くように制限される。すなわち、このようにトルクを制御することによりワイヤボビン３の回転角速度と設定角速度（Ａ）の定常偏差が残らない。また、ワイヤ送給モータ５の回転角速度とトルクの関係を連続的に変化させることができるため、ワイヤ送給モータ５の速度変動幅を抑制することができる。

実施の形態５．
図９は、本発明の実施の形態５によるワイヤ放電加工装置２００の加工中の状態を示す概略図である。ワイヤボビン３から繰り出されるワイヤ加工電極２が第１ガイドローラ７、第２ガイドローラ８、回収ローラ４Ａ及び４Ｂの順にかかっており、第１ガイドローラ７と第２ガイドローラ８の間で工作物１に対向している。ここで第１ガイドローラ７及び第２ガイドローラ８は摩擦以外のトルクを発生させない。加工電源（図示せず）によりワイヤ加工電極２と工作物１の間にパルス状に電圧を印加する。ワイヤ回収モータ検出器１０により検出した状態を用いて回収モータ速度制御装置（図示せず）により回転速度制御されたワイヤ回収モータ６に直結した回収ローラ４Ａによって一定速度でワイヤ加工電極２を引き込み、ワイヤ送給モータ５でワイヤ加工電極２の張力を制御している。

また、ガイドローラ検出器１１により第１ガイドローラ７の回転情報を取得している。ワイヤ加工電極２が第１ガイドローラ７に張架されている状態で、ワイヤ送給モータ検出器９とガイドローラ検出器１１の回転角度の比率よりワイヤ残量（ｒ）を計算するワイヤ残量推定器（図示せず）がある。

ここで、ワイヤ加工電極２の走行速度（Ｖ）、ワイヤボビン３の回転角速度（ω）、ワイヤボビン３のワイヤ巻きつけ部分の半径（Ｒ）の関係は、
Ｖ＝ｋ×Ｒ×ω （ｋは定数）
である。ここで、ワイヤ巻きつけ部分の半径（Ｒ）はワイヤ加工電極２を使用するに従って小さくなる。そこで、直前のワイヤ走行時にワイヤ残量推定器で求めたワイヤ巻きつけ部分の半径（Ｒ）を用いて、ワイヤ加工電極２の巻取り時の走行速度Ｖの設定値からワイヤボビン３およびワイヤ送給モータ５の回転角速度（ω）の設定角速度（Ａ）を演算する速度換算器を備える。この速度変換器は上記実施の形態１乃至４にて利用することが可能である。この構成によれば、ワイヤ残量に依らず、ワイヤの巻き取り速度を抑制することができる。

なお、本実施の形態では第１ガイドローラ７は摩擦以外のトルクを発生させないとしているが、第１ガイドローラ７にモータを取り付けて工作物１との対向部付近の張力をより高精度に制御するようにしてもよい。

以上説明したように上記実施の形態１乃至５においては、ワイヤ放電加工装置において、ワイヤ加工電極２の巻取り速度が設定値を超えた場合にワイヤ送給モータ５のトルクを調整して巻き取り速度を制御する。これにより、ワイヤ加工電極２が張った瞬間にワイヤボビン３やモータの慣性による過大な張力の発生を防止でき、ワイヤ加工電極２の断線を防止することができる。

さらに、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、異なる実施の形態にわたる構成要素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、ワイヤ加工電極のたるみを取った際の断線を防止するのに有用であり、特に、φ０．１ｍｍ以下の細いワイヤ加工電極を使用したワイヤ放電加工装置に適している。

１工作物
２ワイヤ加工電極
３ワイヤボビン
４Ａ、４Ｂ回収ローラ
５ワイヤ送給モータ
６ワイヤ回収モータ
７第１ガイドローラ
８第２ガイドローラ
９ワイヤ送給モータ検出器
１０ワイヤ回収モータ検出器
１１ガイドローラ検出器
１００、２００ワイヤ放電加工装置

Claims

ワイヤ加工電極を巻きつけた状態で回転しながら前記ワイヤ加工電極を送り出すワイヤボビンと、
前記ワイヤボビンに連結され前記ワイヤボビンの回転方向にトルクを発生させるワイヤ送給モータと、
前記ワイヤ加工電極を引っ張って走行させるワイヤ回収ローラと、
前記ワイヤ回収ローラに連結され前記ワイヤ回収ローラを回転させるワイヤ回収モータと、
前記ワイヤ送給モータが送り出し方向に回転している、或いは前記ワイヤ送給モータが巻き取り方向に回転してその回転角速度の絶対値が第１設定値より小さい場合は、前記トルクが第２設定値となるように前記ワイヤ送給モータを制御し、前記ワイヤ送給モータが巻き取り方向に回転してその回転角速度の絶対値が第１設定値以上の場合は、前記トルクの絶対値が第２設定値の絶対値より小さくなるように前記ワイヤ送給モータを制御する制御部と、
を備え、
前記ワイヤボビンと前記ワイヤ回収ローラとの間において前記ワイヤ加工電極により工作物をワイヤ放電加工する
ことを特徴とするワイヤ放電加工装置。
前記制御部は、前記ワイヤ送給モータが巻き取り方向に回転してその回転角速度の絶対値が第１設定値以上の場合は、前記回転角速度の絶対値が第１設定値を超えた量に対して、前記トルクの絶対値が第２設定値の絶対値から単調減少となるように前記トルクを制御する
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。
前記制御部は、前記ワイヤ送給モータが巻き取り方向に回転してその回転角速度の絶対値が第１設定値以上の場合は、前記トルクを０とする
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。
前記制御部は、前記ワイヤ送給モータが巻き取り方向に回転してその回転角速度の絶対値が第１設定値以上の場合は、前記回転角速度の絶対値が第１設定値を超えた量に比例して前記トルクの絶対値が第２設定値の絶対値より減少するように前記トルクを制御する
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。
前記制御部は、前記ワイヤ送給モータが巻き取り方向に回転してその回転角速度の絶対値が第１設定値以上の場合は、前記回転角速度の絶対値が第１設定値を超えた量を時間積分した値に比例して前記トルクの絶対値が第２設定値の絶対値より減少するように前記トルクを制御する
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。
前記ワイヤボビンのワイヤ巻きつけ部分の半径および前記ワイヤ加工電極の巻取り時の所定走行速度に基づいて、第１設定値を演算する速度換算器を備える
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工装置。