JP5607767B2 - ワイヤ電極を所望の角度に保つ制御手段を備えたワイヤ放電加工機 - Google Patents
ワイヤ電極を所望の角度に保つ制御手段を備えたワイヤ放電加工機 Download PDFInfo
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Description
本発明は、ワイヤ電極を所望の角度に保つ制御手段を備えたワイヤ放電加工機に関する。
ワイヤ放電加工機では、通常５〜１５ｋｇのワイヤ電極として使用されるワイヤが巻かれたリールを使用する。そのリールは、ワイヤ放電加工機の機械前面のコラム上部付近に取り付けられることが多い。特許文献１には、ワイヤ放電加工機に装着されているリールに残っているワイヤの残量を自動的に計測する技術が開示されている。
放電加工の進行に伴ってワイヤ電極がリールから連続的に送り出されていくと、リール内のワイヤ電極の量が徐々に少なくなり、最終的にはリール自体の重量である数１００ｇになる。このように、ワイヤ電極が巻かれた当初のリールの重量に対して最終的には当初の重量に対して数十分の１の重量になる。
そのため、図１に示されるように、加工開始時にはリール７の重量によりコラム２１がＸ方向またはＹ方向またはその両方向に撓んだ状態になり、放電加工が進むとリール７の重量が軽くなり、コラム２１の撓みが解消される。図１は、リール７の重量によりコラム２１がＹ方向（図１（ａ））およびＸ方向（図１（ｂ））に撓んだ状態を説明する図である。図２は、リール７の重量が軽くコラム２１がＹ方向（図２（ａ））およびＸ方向（図２（ｂ））の撓みが解消された状態を説明する図である。
ワイヤ電極３はコラム２１に固定されている上部，下部ワイヤガイド５，６に支持されている。放電加工が進行するに従ってワイヤの残量が減少しリール７の重量が変化することによりコラム２１の撓みが変動することで、テーブル１１の水平面に対するワイヤ電極３の角度も変化してしまい、結果として放電加工の加工精度が劣化する。
そこで、コラム２１を大型化し剛性を確保することにより、コラム２１の変形を抑える手法がとられてきたが、装置が大型化してしまい不経済である。また、リール７を機械本体から分離した別置きのワイヤ供給装置に取り付ける方法もあるが、これもまた別置きのワイヤ供給装置の分のコストがかかり不経済である。また、特許文献２には、リール７の重量の影響を最小限にするためにリール７を支持する部材をコラムの根元付近から出す方法が記されているが、この方法もまたリール７を支持する部材の追加が必要であり不経済である。
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、リール７の重量変化に伴って発生するコラムの撓みの影響を除外するために新たな部材を用いることなく、ワイヤ電極を所望の角度に保つ制御手段を備えたワイヤ放電加工機を提供することである。
本願の請求項１に係る発明は、コラムに支持され、ワイヤ電極が巻回されたリールと、該リールから引き出された前記ワイヤ電極を支持する上，下ワイヤガイドと、加工プログラムの指令により該上，下ワイヤガイド間に張架されたワイヤ電極とテーブルに固定された工作物とを相対移動させて前記工作物に放電加工を行うワイヤ放電加工機において、
前記リールの重量と前記ワイヤ電極の傾き量との関係を記憶するワイヤ電極傾き量記憶手段と、放電加工中のリールの重量を求めるリール重量取得手段と、前記リール重量取得手段により求められる前記放電加工中のリールの重量と、前記ワイヤ電極傾き量記憶手段に記憶された前記リールの重量と前記ワイヤ電極の傾き量との関係とを基に前記ワイヤ電極の傾き量の補正量を求める補正量算出手段と、前記補正量算出手段により求めたワイヤ電極の傾き量の補正量だけ前記ワイヤ電極の傾きを補正して前記ワイヤ電極を前記工作物に対して相対移動させる制御手段と、を備えたことを特徴とするワイヤ放電加工機である。
前記リールの重量と前記ワイヤ電極の傾き量との関係を記憶するワイヤ電極傾き量記憶手段と、放電加工中のリールの重量を求めるリール重量取得手段と、前記リール重量取得手段により求められる前記放電加工中のリールの重量と、前記ワイヤ電極傾き量記憶手段に記憶された前記リールの重量と前記ワイヤ電極の傾き量との関係とを基に前記ワイヤ電極の傾き量の補正量を求める補正量算出手段と、前記補正量算出手段により求めたワイヤ電極の傾き量の補正量だけ前記ワイヤ電極の傾きを補正して前記ワイヤ電極を前記工作物に対して相対移動させる制御手段と、を備えたことを特徴とするワイヤ放電加工機である。
請求項２に係る発明は、前記補正量算出手段は、前記放電加工中のリールの重量に対応する前記ワイヤ電極傾き量記憶手段から抽出した前記ワイヤ電極の傾き量と前記上，下ワイヤガイド間の垂直距離とを基に前記ワイヤ電極の傾き量の補正量を算出し、前記制御手段は、前記ワイヤ電極の傾き量の補正量だけ前記上，下ワイヤガイドの少なくとも一方を水平面上で移動させ、前記加工プログラムで指令された角度を保つように前記ワイヤ電極を前記工作物に対して相対移動させることを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工機である。
請求項３に係る発明は、前記ワイヤ電極傾き量記憶手段に前記リール重量取得手段により求めたリールの重量と一致するリールの重量がない場合、前記求めたリールの重量と前記記憶したリールの重量との関係から前記ワイヤ電極の傾き量を算出するワイヤ電極の傾き量算出手段を有することを特徴とする請求項１または２の何れか一つに記載のワイヤ放電加工機である。
本発明により、リールの重量変化に伴って発生するコラムの撓みの影響を除外するために新たな部材を用いることなく、ワイヤ電極を所望の角度に保つ制御手段を備えたワイヤ放電加工機を提供できる。
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図３を用いて、ワイヤ放電加工機の概略構成を説明する。
ワイヤ放電加工機６０はワイヤ電極３と、被加工物である工作物４との間に放電を発生させることで工作物４の加工を行う機械である。ワイヤ放電加工機６０は、基台２０上に、Ｘ軸モータ２６が駆動するボールネジ３１によってＸ軸方向に移動するＸ軸サドル１９を備え、Ｘ軸サドル１９の上に、Ｙ軸モータ２５が駆動するボールネジ３０によってＹ軸方向に移動するＹ軸サドル１８を備える。Ｙ軸サドル１８上には内部に工作物４を載置するテーブル１１を備えた加工槽１２が固定されている。
図３を用いて、ワイヤ放電加工機の概略構成を説明する。
ワイヤ放電加工機６０はワイヤ電極３と、被加工物である工作物４との間に放電を発生させることで工作物４の加工を行う機械である。ワイヤ放電加工機６０は、基台２０上に、Ｘ軸モータ２６が駆動するボールネジ３１によってＸ軸方向に移動するＸ軸サドル１９を備え、Ｘ軸サドル１９の上に、Ｙ軸モータ２５が駆動するボールネジ３０によってＹ軸方向に移動するＹ軸サドル１８を備える。Ｙ軸サドル１８上には内部に工作物４を載置するテーブル１１を備えた加工槽１２が固定されている。
コラム２１は基台２０に垂直に立てられる。コラム２１の側面部には下アーム１４が水平に取り付けられる。下アーム１４の先端には下部ノズル２と下部ワイヤガイド６が取り付けられている。下部ノズル２と下部ワイヤガイド６はテーブル１１に載置される工作物４の下方に位置する。コラム２１はその上部にＶ軸サドル１５を備える。Ｖ軸サドル１５はＶ軸モータ２９が駆動するボールネジ３４によってＶ軸方向に移動する。Ｖ軸方向はＹ軸方向と同じである。Ｖ軸サドル１５にはＵ軸テーブル１６が取り付けられている。Ｕ軸テーブル１６はＵ軸モータ２８が駆動するボールネジ３３によってＵ軸方向に移動する。Ｕ軸方向はＸ軸方向と同じである。
Ｕ軸テーブル１６には上アーム支持部材１７が取り付けられている。上アーム支持部材１７はＺ軸モータが駆動するボールネジ３２によってＺ軸方向に移動する。上アーム支持部材１７には上アーム１３が固定されている。上アーム１３の端部に上部ノズル１および上部ワイヤガイド５が取り付けられている。Ｙ軸モータ２５，Ｘ軸モータ２６，Ｚ軸モータ２７，Ｕ軸モータ２８，Ｖ軸モータ２９はそれぞれ、制御装置５０と動力・信号線３５，３６，３７，３８，３９によって接続されており、各モータは図示しないアンプを備えた制御装置５０から動力（電力）が供給されると共に、制御装置５０との間で各種信号の授受を行う。なお、図１では、Ｘ軸およびＵ軸は紙面に垂直な方向、Ｙ軸およびＶ軸は紙面の左右方向、Ｚ軸は紙面の上下方向である。
加工槽１２がＹ軸サドル１８上に取り付けられている。加工槽１２の槽内にテーブル１１が配設される。テーブル１１には、放電加工により加工する工作物４が載置される。放電加工は加工槽１２内に加工液１０を貯留した状態で実行される。上部ノズル１は工作物４の上部から加工液を噴出させる。下部ノズル２は工作物４の下部から加工液を噴出させる。上部ワイヤガイド５は工作物４の上部でワイヤ電極３を保持し、下部ワイヤガイド６は工作物４の下部でワイヤ電極３を保持する。
ワイヤ放電加工機６０はワイヤ電極３と工作物４の間で加工液１０を介して放電加工を行う。そのため、安定した加工を行うため、加工液ポンプ９は図示省略した加工液を貯留する貯留槽（例えば清水槽）から加工液を汲み上げ、管路２２，管路２３，管路２４を経由して上部ノズル１及び下部ノズル２から加工液を加工部に高圧で噴出させる。噴出された加工液で加工屑を吹き飛ばしながらワイヤ放電加工を行う。
加工液ポンプ９は図示しないアンプを備えた制御装置５０と動力・信号線４０で接続され、制御装置５０によって駆動制御される。制御装置５０から加工液ポンプ９に動力（電力）が供給され、制御装置５０と加工液ポンプ９との間で信号の授受を行う。加工液ポンプ９は、分岐管路２２、管路２３を介して上部ノズル１に加工液を供給すると共に、分岐管路２２、管路２４を介して下部ノズル２に加工液の供給を行う。上部ノズル１から放電加工中の加工部に加工液が噴射される。下部ノズル２から放電加工中の加工部に加工液が噴射される。
制御装置５０はワイヤ放電加工機を全体的に制御する装置であり、図示しない演算装置、表示装置、各種信号の入出力用インタフェース、アンプを備えており、さらに、各種データを記憶する記憶装置５１を備えている。図１では図示しない演算装置、表示装置、各種信号の入出力用インタフェース、アンプを総称して演算処理装置５２と称する。
本発明に係るワイヤ放電加工機は、新たな部材を用いず、ワイヤ放電加工機の記憶装置に格納されたソフトウェアを用いてワイヤ電極３を所望の角度に保つことが可能なワイヤ放電加工機である。その内容としては、ワイヤ電極３を巻きつけたリール７の重量を計測し、その重量に応じてテーブル１１の水平面に対するワイヤ電極３の角度が加工プログラムに指令された所望の角度を保つように上ワイヤガイド５を工作物４に相対的に動かし補正するものである。
放電加工中において、ワイヤ電極３が巻かれた状態のリール７の重量を計測する手段としては、幾つかの方法が従来からワイヤ放電加工機において実施されており、例えば特許文献１に示されているような方法がある。通常、ワイヤ放電加工機は、加工途中でワイヤ電極３の供給ができなくなることを防ぐ為に、リール７に残っているワイヤ量（ワイヤ電極３の残りの長さ）を計測する手段が備わっている。例えば、リール７に残っているワイヤ電極３の長さとワイヤ線径がわかればワイヤ重量に換算することが出来るため、リール７の重量を求めるために新たな装置は必要としない。
以下、リール７の重量変化に伴って発生するコラム２１の撓みの影響を除外するために新たな部材を用いることなく、ワイヤ電極３を所望の角度に保つ制御手段を備えたワイヤ放電加工機を提供するための構成を説明する。
１−１．予め、リール７の重量と、上，下ワイヤガイド間のワイヤ電極の傾き量の関係を測定し記憶しておく。図４はリール７の重量と上下ワイヤガイド間のワイヤの傾き量の関係を測定し記憶することを説明する図である。表１は、リール７の重量とＵ軸方向のワイヤ傾き量θＵとＶ軸方向のワイヤ傾き量θＶとを対応させて記憶装置に記憶することを説明する表である。
１−１．予め、リール７の重量と、上，下ワイヤガイド間のワイヤ電極の傾き量の関係を測定し記憶しておく。図４はリール７の重量と上下ワイヤガイド間のワイヤの傾き量の関係を測定し記憶することを説明する図である。表１は、リール７の重量とＵ軸方向のワイヤ傾き量θＵとＶ軸方向のワイヤ傾き量θＶとを対応させて記憶装置に記憶することを説明する表である。
１−２．加工開始前に、ワイヤ電極の垂直調整を行う。
この垂直調整を行った時のリール７の重量Ｗ０を計測、記憶しておく。
また、表１からＷ０に対応するワイヤの傾き量θＵ０，θＶ０を抽出する。
１−３．放電加工を開始する。
１−４．リール７の重量Ｗａを計測する。
また、計測したリール７の重量Ｗａに対応するワイヤ電極の傾き量θＵａ，θＶａを表１から抽出する。
１−５．数１式により、ワイヤ電極を垂直に保つためのＵ軸およびＶ軸の補正量ｄＵａ，ｄＶａを数１式により算出する。
この垂直調整を行った時のリール７の重量Ｗ０を計測、記憶しておく。
また、表１からＷ０に対応するワイヤの傾き量θＵ０，θＶ０を抽出する。
１−３．放電加工を開始する。
１−４．リール７の重量Ｗａを計測する。
また、計測したリール７の重量Ｗａに対応するワイヤ電極の傾き量θＵａ，θＶａを表１から抽出する。
１−５．数１式により、ワイヤ電極を垂直に保つためのＵ軸およびＶ軸の補正量ｄＵａ，ｄＶａを数１式により算出する。
ｄＵａ ＝ ｄＺ×ｔａｎ（θＵ０−θＵａ）
ｄＶａ ＝ ｄＺ×ｔａｎ（θＶ０−θＶａ）
（ｄＺ：上下ワイヤガイド間の垂直方向の距離）
１−６．ワイヤ電極が垂直になるように、Ｕ軸およびＶ軸を動かす。
１−７．１．４→１．６を繰り返す。
なお、１−５．で使用したｄＺ：上，下ワイヤガイド間の垂直方向の距離については、例えば図５に示したように、下ワイヤガイド−テーブル上面間の距離ｄＺ０と、テーブル上面−上ワイヤガイド間の距離ｄＺＺを足し合わせることで求めることが出来る。ここでｄＺ０は部品の寸法、組付け精度により決まる機械固有の一定値であり、ｄＺＺは、Ｚ軸が垂直方向に上下することにより変化する値で、例えばＺ軸の機械座標がわかれば算出することができる。
ｄＶａ ＝ ｄＺ×ｔａｎ（θＶ０−θＶａ）
（ｄＺ：上下ワイヤガイド間の垂直方向の距離）
１−６．ワイヤ電極が垂直になるように、Ｕ軸およびＶ軸を動かす。
１−７．１．４→１．６を繰り返す。
なお、１−５．で使用したｄＺ：上，下ワイヤガイド間の垂直方向の距離については、例えば図５に示したように、下ワイヤガイド−テーブル上面間の距離ｄＺ０と、テーブル上面−上ワイヤガイド間の距離ｄＺＺを足し合わせることで求めることが出来る。ここでｄＺ０は部品の寸法、組付け精度により決まる機械固有の一定値であり、ｄＺＺは、Ｚ軸が垂直方向に上下することにより変化する値で、例えばＺ軸の機械座標がわかれば算出することができる。
計測したリール７の重量が、１−１．で記憶した重量と一致しない場合には、例えば下記の方法でワイヤの傾き量を算出する。
２−１．計測したリール重量Ｗａが、例えば表１のＷ１とＷ２の間の重量であるとする。（Ｗ１＜Ｗａ＜Ｗ２）
２−２．数２式によりリール重量Ｗａの時のワイヤの傾き量θＵａ、θＶａを算出する。
２−１．計測したリール重量Ｗａが、例えば表１のＷ１とＷ２の間の重量であるとする。（Ｗ１＜Ｗａ＜Ｗ２）
２−２．数２式によりリール重量Ｗａの時のワイヤの傾き量θＵａ、θＶａを算出する。
２−２．は、計測したリール重量を挟む表１中の２つの重量、傾き量から直線近似を行うことにより、計測したリール重量に対応する傾き量を算出したが、曲線近似をする方法でも良い。
なお、上部ワイヤガイド５がＺ軸方向に移動しないワイヤ放電加工機の場合、ワイヤ電極３の傾きを補正するために、上部ワイヤガイド５または下部ワイヤガイド６を移動させる移動量をリールの重量に対応するワイヤ電極の傾き量として表１に替えて記憶しておいてもよい。
また、上部ワイヤガイド５をＵ軸あるいはＶ軸方向に移動させ水平方向に移動することに替えて、下部ワイヤガイド６をＸ軸あるいはＹ軸方向に移動させ水平方向に移動してもよい。図７は、コラム２１が基台２０上においてＹ軸方向に移動するワイヤ放電加工機を説明する図である。また、コラム２１が基台２０上においてＸ軸方向に移動するワイヤ放電加工機の構成とすることもできる。
また、上部ワイヤガイド５をＵ軸あるいはＶ軸方向に移動させ水平方向に移動することに替えて、下部ワイヤガイド６をＸ軸あるいはＹ軸方向に移動させ水平方向に移動してもよい。図７は、コラム２１が基台２０上においてＹ軸方向に移動するワイヤ放電加工機を説明する図である。また、コラム２１が基台２０上においてＸ軸方向に移動するワイヤ放電加工機の構成とすることもできる。
１ 上部ノズル
２ 下部ノズル
３ ワイヤ電極
４ 工作物
５ 上部ワイヤガイド
６ 下部ワイヤガイド
７ リール
９ 加工液ポンプ
１０ 加工液
１１ テーブル
１２ 加工槽
１３ 上アーム
１４ 下アーム
１５ Ｖ軸サドル
１６ Ｕ軸テーブル
１７ 上アーム支持部材
１８ Ｙ軸サドル
１９ Ｘ軸サドル
２０ 基台
２１ コラム
２２ 管路
２３ 管路
２４ 管路
２５ Ｙ軸モータ
２６ Ｘ軸モータ
２７ Ｚ軸モータ
２８ Ｕ軸モータ
２９ Ｖ軸モータ
３０ ボールネジ
３１ ボールネジ
３２ ボールネジ
３３ ボールネジ
３４ ボールネジ
３５ 動力・信号線
３６ 動力・信号線
３７ 動力・信号線
３８ 動力・信号線
３９ 動力・信号線
４０ 動力・信号線
５０ 制御装置
５１ 記憶装置
５２ 演算処理装置
６０ ワイヤ放電加工機
２ 下部ノズル
３ ワイヤ電極
４ 工作物
５ 上部ワイヤガイド
６ 下部ワイヤガイド
７ リール
９ 加工液ポンプ
１０ 加工液
１１ テーブル
１２ 加工槽
１３ 上アーム
１４ 下アーム
１５ Ｖ軸サドル
１６ Ｕ軸テーブル
１７ 上アーム支持部材
１８ Ｙ軸サドル
１９ Ｘ軸サドル
２０ 基台
２１ コラム
２２ 管路
２３ 管路
２４ 管路
２５ Ｙ軸モータ
２６ Ｘ軸モータ
２７ Ｚ軸モータ
２８ Ｕ軸モータ
２９ Ｖ軸モータ
３０ ボールネジ
３１ ボールネジ
３２ ボールネジ
３３ ボールネジ
３４ ボールネジ
３５ 動力・信号線
３６ 動力・信号線
３７ 動力・信号線
３８ 動力・信号線
３９ 動力・信号線
４０ 動力・信号線
５０ 制御装置
５１ 記憶装置
５２ 演算処理装置
６０ ワイヤ放電加工機
Claims (3)
- コラムに支持され、ワイヤ電極が巻回されたリールと、該リールから引き出された前記ワイヤ電極を支持する上，下ワイヤガイドと、加工プログラムの指令により該上，下ワイヤガイド間に張架されたワイヤ電極とテーブルに固定された工作物とを相対移動させて前記工作物に放電加工を行うワイヤ放電加工機において、
前記リールの重量と前記ワイヤ電極の傾き量との関係を記憶するワイヤ電極傾き量記憶手段と、
放電加工中のリールの重量を求めるリール重量取得手段と、
前記リール重量取得手段により求められる前記放電加工中のリールの重量と、前記ワイヤ電極傾き量記憶手段に記憶された前記リールの重量と前記ワイヤ電極の傾き量との関係とを基に前記ワイヤ電極の傾き量の補正量を求める補正量算出手段と、
前記補正量算出手段により求めたワイヤ電極の傾き量の補正量だけ前記ワイヤ電極の傾きを補正して前記ワイヤ電極を前記工作物に対して相対移動させる制御手段と、
を備えたことを特徴とするワイヤ放電加工機。 - 前記補正量算出手段は、前記放電加工中のリールの重量に対応する前記ワイヤ電極傾き量記憶手段から抽出した前記ワイヤ電極の傾き量と前記上，下ワイヤガイド間の垂直距離とを基に前記ワイヤ電極の傾き量の補正量を算出し、
前記制御手段は、前記ワイヤ電極の傾き量の補正量だけ前記上，下ワイヤガイドの少なくとも一方を水平面上で移動させ、前記加工プログラムで指令された角度を保つように前記ワイヤ電極を前記工作物に対して相対移動させることを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工機。 - 前記ワイヤ電極傾き量記憶手段に前記リール重量取得手段により求めたリールの重量と一致するリールの重量がない場合、前記求めたリールの重量と前記記憶したリールの重量との関係から前記ワイヤ電極の傾き量を算出するワイヤ電極の傾き量算出手段を有することを特徴とする請求項１または２の何れか一つに記載のワイヤ放電加工機。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013008316A JP5607767B2 (ja) | 2013-01-21 | 2013-01-21 | ワイヤ電極を所望の角度に保つ制御手段を備えたワイヤ放電加工機 |
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| EP14150506.5A EP2756903B8 (en) | 2013-01-21 | 2014-01-08 | Wire electric discharge machine including control means for holding wire electrode at desired angle and wire electric discharge machining method |
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