JP5543282B2

JP5543282B2 - 回転軸を備えたワイヤカット放電加工機の数値制御装置

Info

Publication number: JP5543282B2
Application number: JP2010132278A
Authority: JP
Inventors: 正則小林; 靖雄荒川
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2010-06-09
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2030-06-09
Also published as: JP2011255463A

Description

本発明は、ワイヤカット放電加工機の数値制御装置であって、特に、回転軸を備えたワイヤカット放電加工機の数値制御装置に関する。

特許文献１や特許文献２には、ドリル等の工具の固定等に使用される高硬度のコレットチャック部品にスパイラル状の溝を加工する場合など、ワークを回転させ、同時にワイヤ電極を移動させて所望の加工を行うようなワイヤカット放電加工機が開示されている。なお、コレットチャックは、円筒内面全体で材料をつかむため、材料に傷がつきにくい把持具である。

図６は、ワイヤカット放電加工機を用いて、ワーク１を回転させ、同時にワイヤ電極２を移動させて所望の加工を行うことを説明する図である。図６に示されるようにワークを回転させ同時にワイヤ電極を移動させて所望の加工を行っている。ワイヤカット放電加工機を制御する数値制御装置は、ワークを回転させるための回転軸と、ワイヤ電極を移動させるための直線軸に対して、同時に移動指令を行う。

このとき、数値制御装置は、ワークを回転させるための回転軸と、ワイヤ電極を移動させるための直線軸に対して、同時に移動指令を行うが、移動速度に関して、従来、下記の（ａ）や（ｂ）の制御が行われている。
（ａ）直線軸（ワイヤ電極）が指令速度で移動し、回転軸（ワークの回転）はワイヤ電極の移動に追従する。
（ｂ）回転軸の移動指令単位［ｄｅｇ］と直線軸の移動指令単位［ｍｍ］を同じとみなして、直線軸と回転軸の合成速度が指令速度になるように制御する。

実開平２−９７５２４号公報特開平７−１３６８５３号公報

上記（ａ），（ｂ）の両方法の場合とも直線軸と回転軸の速度は一定であるが、ワーク１の加工が進むにつれて、ワーク１が加工される位置（ワーク加工点）と回転中心との距離（回転半径）が変化する。ワーク１が加工される位置における回転半径は、加工プログラムのブロック毎に変化したり、１つのブロックの始点から終点に向けて徐々に変化する場合もある。

図７は、ワーク１の加工が進むと、ワーク加工点における回転中心からワーク加工点までの距離が変化することを説明する図である。図７において、ワークの加工が進むと、ワーク加工点における回転中心からワーク加工点までの距離（回転半径）がｒ１→ｒ２と変化する。ワイヤ電極２によるワーク加工点７ａ，７ｂ、８ａ，８ｂとで、回転半径が異なることによって、ワイヤ電極２とワーク１の相対速度が変化するので、放電状態が変化し、加工が安定しないという問題点があった。

この対策として、従来、加工プログラムを微小な移動量のブロックに分割し、前記ブロック毎にワイヤ電極とワークの相対速度が等しくなるような指令速度を計算して指令する方法がある。しかし、指令する速度の計算や加工プログラムの作成に手間がかかり、また、加工プログラムが増大するという問題があった。

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、ワイヤカット放電加工機でワークを回転させて行う加工において、特に、回転半径が一定ではない場合の加工の安定化が可能な、回転軸を備えたワイヤカット放電加工機の数値制御装置を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、上ワイヤ電極ガイドと下ワイヤ電極ガイドとにより張架されたワイヤ電極とワークを互いに直交する方向に相対的に移動させる平面移動手段である直線軸と、前記ワークを回転させる回転駆動装置である回転軸と、を備えたワイヤカット放電加工機を加工プログラムに従って制御するワイヤカット放電加工機の数値制御装置において、前記加工プログラムの各ブロックの終点でのワーク加工点における回転半径を記憶する記憶手段と、実行するブロックの終点および前記実行するブロックの直前のブロックの終点でのそれぞれのワーク加工点における回転半径を前記記憶手段から読み出す読み出し手段と、前記記憶手段から読み出した前記実行するブロックの直前のブロックの終点の回転半径、実行するブロックの終点の回転半径、前記直線軸の移動量、および前記回転軸の移動量から所定周期毎に現在加工しているワーク加工点における回転半径を算出する算出手段と、前記算出手段により算出された回転半径から前記ワイヤ電極とワーク加工点の相対速度が指令速度となるように制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするワイヤカット放電加工機の数値制御装置である。
請求項２に係る発明は、前記加工プログラムを解析し各ブロックに対して指定された前記各ブロックの終点でのワーク加工点における回転半径を取得する回転半径取得手段を備え、前記回転半径取得手段で取得された回転半径を前記記憶手段に記憶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機の数値制御装置である。

本発明により、ワイヤカット放電加工機でワークを回転させて行う加工において、特に、回転半径が一定ではない場合の加工の安定化が可能な、回転軸を備えたワイヤカット放電加工機の数値制御装置を提供できる。

ワイヤカット放電加工機の数値制御装置の構成を説明する図である。ブロック終点での回転半径を加工プログラムで指令する例である。図２の加工プログラムでのワークの加工を図示したものである。ワイヤ電極の傾き方向によっては、上部のワーク加工点における回転半径と、下部のワーク加工点における回転半径が異なる場合があることを説明する図である。本発明にかかる処理のアルゴリズムを説明するフロチャートである。本発明にかかる処理のアルゴリズムを説明するフロチャートである。ワイヤ放電加工機を用いて、ワークを回転させ、同時にワイヤ電極を移動させて所望の加工を行うことを説明する図である。加工が進むと、ワーク加工点における回転中心からワーク加工点までの距離が変化することを説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。なお、従来技術と同じまたは類似の構成については同じ符号を用いて説明する。
図１は、ワイヤカット放電加工機の数値制御装置の構成を説明する図である。テーブル１２は図示しない案内構造に案内され、水平面内で２軸方向に移動可能である。テーブル１２はＸ軸モータ１４及びＹ軸モータ１６によりそれぞれの方向に移動される。テーブル１２上には図示省略した加工槽が固定され、加工槽内には加工液３０が満たされている。
テーブル１２の支柱部１８にはＡ軸をなす回転駆動装置２０が固定されており、回転軸２１はＡ軸モータ２２により回転駆動され、Ａ軸モータ２２にはＡ軸速度検出器２３及びＡ軸角度検出器２４が取り付けられている。回転軸２１の先端にはワーク１を把持するワーク固定金具２５が取り付けられている。

ワーク固定金具２５に把持されたワーク１と加工間隙を介して対向するワイヤ電極２は、図示しないローラ及びテンションローラにより所定の張力が与えられ、垂直に張架される。ワイヤ電極２は、図示しない駆動ローラ及びテンションローラにより所定の張力が与えられ、垂直に張架される。ワイヤ電極２は上下に配設されたダイス状の上ワイヤガイド９，下ワイヤガイド１０により案内される。その張架される水平面内の位置が決められる。ワイヤ電極２には図示しない給電子が摺接され、図示しない電源装置からパルス状の電圧が印加される。このパルス状の電圧によりワイヤ電極２とワーク１との間に放電を発生し加工を行う。

テーブル１２を水平面内において移動させるＸ軸及びＹ軸モータ１４，１６、ワーク１を回転させるＡ軸モータ２２は数値制御装置４０に接続され駆動制御される。Ａ軸速度検出器２３及びＡ軸角度検出器２４もＡ軸制御のため数値制御装置４０に接続される。数値制御装置４０は、加工プログラムの解析やワイヤカット放電加工機全体を制御するプロセッサであるＣＰＵ４１、各種データや加工プログラムを記憶するメモリ４２、各軸の制御回路４３，４４，４５、及び、各軸のアンプ４６，４７，４８を備えている。これらの構成は従来公知のものである。

テーブル１２を駆動するＸ軸，Ｙ軸モータ１４，１６、数値制御装置４０内のこれらの軸制御回路４３，４４及びアンプ４６，４７等は、張架されたワイヤ電極２に対してワーク１を相対的に一平面内において移動させる平面移動手段を構成する。また、Ａ軸モータ２２を制御するための各種検出器２３，２４、Ａ軸の軸制御回路４５及びＡ軸アンプ４８は回転制御装置を構成する。加工電源５０は、ワーク１とワイヤ電極２との間に加工用パルス電圧を印加する装置である。なお、加工電源５０からワーク１とワイヤ電極２間の回路は図示省略している。ＣＰＵ４１は加工電源５０から指令速度Ｆｃを取得することができる。

ワーク１は、回転軸２１のワーク固定金具２５に把持され、加工槽（図示せず）中の加工液１０に浸漬された状態で加工される。回転軸２１（Ａ軸）をＸ軸，Ｙ軸と同時３軸制御しつつ放電加工を行うことにより、ワーク１を加工することができる。なお、回転軸２１（Ａ軸）とＸ軸モータ１４とを同時制御することによりワーク１を加工することができる、あるいは、回転軸２１（Ａ軸）とＹ軸モータ１６とを同時制御することによりワーク１を加工することができる。

次に、本発明に係る加工を安定させるための制御について説明する。
ワイヤ電極２によるワーク１の加工を安定させるためには、ワーク加工点におけるワイヤ電極２とワーク１の相対速度が、指令速度Ｆｃとなるように制御すればよい（図７参照）。ワーク加工点における回転半径ｒが判れば、数１式を満たすように、直線軸の速度及び回転軸の速度を求める。

指令速度Ｆｃ＝√（Ｆｘ²＋Ｆａ²）・・・・・（数１式）
ただし、Ｆｘ＝直線軸の速度（ｍｍ／ｍｉｎ）
Ｆａ＝回転軸の速度（ｄｅｇ／ｍｉｎ）＊π＊ｒ（ｍｍ）／１８０（ｄｅｇ）
ワーク加工点における回転半径、すなわち、ワークのどの位置が加工されるかは、加工プログラム作成時には明確であるので、加工プログラム作成時に意図していた各ブロックにおける回転半径が判ればよい。

本発明では、ブロック終点における回転半径をブロック毎に指定する。ブロック終点での回転半径が、前ブロックにおける値から変化した場合、ブロックの始点から終点に向かうに従って、回転半径が徐々に変化することを意味する。与えられた回転半径から、加工点におけるワイヤ電極とワークの相対速度が指令速度となるように制御することにより、加工を安定させる。

図２は、ブロック終点での回転半径を加工プログラムで指令する例である。Ｒはブロック終点での回転半径である。Ｇ９９９は初期回転半径を明示する指令である。

Ｇ００Ｘ０Ｙ０．は、Ｘ０Ｙ０の加工開始位置へ位置決めを意味する。
Ｇ９９９Ｒ３０．は、初期回転半径＝３０とする。
Ｇ０１Ｘ１０．Ａ１０．Ｒ３０．は、Ｘ１０Ａ１０の位置の回転半径＝３０とする。
Ｇ０１Ｘ２０．Ａ０．Ｒ３５．は、Ｘ２０Ａ０の位置の回転半径＝３５とする。これによって、回転半径は３０→３５へ変化する。
Ｇ０１Ｘ３０．Ａ１０．Ｒ３５は、Ｘ３０Ａ１０の位置の回転半径＝３５とする。

図３は、図２の加工プログラムでのワークの加工を図示したものである。図中のＸ０，Ｘ１０，Ｘ２０，Ｘ３０は図２の各ブロックで指令されたものである。ワイヤ電極２はワイヤ電極移動方向（直線軸：Ｘ軸）４に相対的に移動する。また、ワーク１はワーク回転方向（回転軸：Ａ軸）５ａ，５ｂ，５ｃに回転する。

なお、上ワイヤガイド９を、図１には示していないＵ軸及びＶ軸モータより、下ワイヤガイドと相対的に移動させてワイヤ電極２を傾ける公知の技術がある。本発明の実施形態において、ワイヤ電極２を傾けることは何ら問題がない。ワイヤ電極２が傾いた状態においても、ワーク加工点における回転半径を指定すればよい。

図４は、ワイヤ電極２の傾き方向によっては、上部のワーク加工点８ａにおける回転半径Ｒａと、下部のワーク加工点８ｂにおける回転半径Ｒｂが異なる場合があることを説明する図である。この場合、上部及び下部のワーク加工点のうち、加工精度を重視する方の回転半径を指定してもよいし、要求される加工精度が同等の場合は、上部及び下部のワーク加工点における回転半径の半径値を回転半径として指定することで、上部と下部とで同程度の加工精度が得られる。

図５は、本発明にかかる処理のアルゴリズムを説明するフロチャートである。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＡ１００］加工プログラムの１ブロックを読み込む。
●［ステップＳＡ１０１］初期回転半径を明示する指令ブロックであるか否か判断し、指令するブロックである場合にはステップＳＡ１０２へ移行し、指令するブロックではない場合にはステップＳＡ１０４へ移行する。
●［ステップＳＡ１０２］初期回転半径Ｒを読み込む。
●［ステップＳＡ１０３］初期回転半径Ｒを現在の回転半径Ｒａに代入する。
●［ステップＳＡ１０４］直線軸の移動量Ｘ、及び、回転軸の移動量Ａを取得する。
●［ステップＳＡ１０５］現在の回転半径Ｒａを始点での回転半径Ｒｓに代入する。
●［ステップＳＡ１０６］回転半径指令があるか否か判断し、回転半径指令がある場合にはステップＳＡ１０７へ移行し、指令がない場合にはステップＳＡ１０８へ移行する。
●［ステップＳＡ１０７］回転半径Ｒを終点での回転半径Ｒｅに代入する。
●［ステップＳＡ１０８］現在の回転半径Ｒａを終点での回転半径Ｒｅに代入する。
●［ステップＳＡ１０９］終点での回転半径Ｒｅから始点での回転半径Ｒｓを減算して得られた値を回転半径の増分Ｒｉｎｃに代入する。
●［ステップＳＡ１１０］移動量積算値ＳＵＭａを初期値の０とする。
●［ステップＳＡ１１１］ブロック終点か否か判断し、ブロック終点の場合にはステップＳＡ１１６へ移行し、ブロック終点ではない場合にはステップＳＡ１１２へ移行する。
●［ステップＳＡ１１２］加工電源から、指令速度Ｆｃを取得する。
●［ステップＳＡ１１３］Ｆｃ・Ｘ／√（Ｘ²＋（Ｒａ・ｋ・Ａ）²）を移動量ΔＸに代入する。また、Ｆｃ・Ａ／√（Ｘ²＋（Ｒａ・ｋ・Ａ）²）を移動量ΔＡに代入する。ただし、ｋ＝π／１８０［ｄｅｇ］
●［ステップＳＡ１１４］移動量積算値ＳＵＭａに移動量ΔＡを加算した値を移動量積算値ＳＵＭａに代入する。
●［ステップＳＡ１１５］現在の回転半径Ｒａを、Ｒｓ＋Ｒｉｎｃ・ＳＵＭａ／Ａにより算出する。
●［ステップＳＡ１１６］終点での回転半径Ｒｅを現在の回転半径Ｒａに代入する。
●［ステップＳＡ１１７］次のブロックがあるか否か判断し、ある場合にはステップＳＡ１００へ移行し、次のブロックがない場合には処理を終了する。

１ワーク
２ワイヤ電極
３加工溝
７ａ，７ｂワーク加工点
８ａ，８ｂワーク加工点
９上ワイヤガイド
１０下ワイヤガイド
１２テーブル
１４Ｘ軸モータ
１６Ｙ軸モータ
１８支柱部
２０回転駆動装置
２１回転軸
２２Ａ軸モータ
２３Ａ軸速度検出器
２４Ａ軸角度検出器
２５ワーク固定金具
３０加工液
４０数値制御装置
５０加工電源

Ｆｃ指令速度
Ｆｘ直線軸の速度
Ｆａ回転軸の速度

Claims

上ワイヤ電極ガイドと下ワイヤ電極ガイドとにより張架されたワイヤ電極とワークを互いに直交する方向に相対的に移動させる平面移動手段である直線軸と、前記ワークを回転させる回転駆動装置である回転軸と、を備えたワイヤカット放電加工機を加工プログラムに従って制御するワイヤカット放電加工機の数値制御装置において、
前記加工プログラムの各ブロックの終点でのワーク加工点における回転半径を記憶する記憶手段と、
実行するブロックの終点および前記実行するブロックの直前のブロックの終点でのそれぞれのワーク加工点における回転半径を前記記憶手段から読み出す読み出し手段と、
前記記憶手段から読み出した前記実行するブロックの直前のブロックの終点の回転半径、実行するブロックの終点の回転半径、前記直線軸の移動量、および前記回転軸の移動量から所定周期毎に現在加工しているワーク加工点における回転半径を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された回転半径から前記ワイヤ電極とワーク加工点の相対速度が指令速度となるように制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするワイヤカット放電加工機の数値制御装置。
前記加工プログラムを解析し各ブロックに対して指定された前記各ブロックの終点でのワーク加工点における回転半径を取得する回転半径取得手段を備え、前記回転半径取得手段で取得された回転半径を前記記憶手段に記憶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機の数値制御装置。