JP5657715B2 - ワイヤ電極位置補正機能を有するワイヤ放電加工機 - Google Patents

ワイヤ電極位置補正機能を有するワイヤ放電加工機 Download PDF

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Description

本発明は、ワイヤ放電加工機に関し、特に、加工液の液圧によるワイヤ電極の変位を補正する機能を有するワイヤ放電加工機に関する。
図３は従来のワイヤ放電加工機における、ワイヤ電極３と工作物４の関係を示す図である。ワイヤ放電加工機はワイヤ電極３と、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。加工液１０を貯留する加工槽１２内に放電加工により加工する工作物４を載置する工作物取付け台１１が配設される。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。上部ノズル１および上部ワイヤガイド５は上ガイドブロック１３に備わっており、下部ノズル２および下部ワイヤガイド６は下アーム１４に備わっている。
ワイヤ放電加工機はワイヤ電極３と工作物４の間で加工液を介して放電加工を行う。ワイヤ電極３と工作物４間の加工部に加工液が供給されない状態で放電を行うと加工が不安定化し、最悪の場合、ワイヤ電極３の断線が起こってしまう。また、加工を行うと加工部で加工屑が発生するが、加工部に加工屑が存在した状態のまま放電加工を行うと、加工が安定化しない。そのため、安定した加工を行うため、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ことで、加工屑を吹き飛ばしながら加工を行っている。
しかし、図３で示すように、上部ノズル１及び下部ノズル２から加工液を高圧で噴出させた場合、噴出させた加工液の反発力をうけて機械（上ガイドブロック１３や下アーム１４）が変形することで、上部ワイヤガイド５及び下部ワイヤガイド６の位置とワイヤ電極３の位置が正常な位置から変位してしまう。図３において、実線は加工液の液圧によって変位したワイヤ電極３と機械状態（上ガイドブロック１３や下アーム１４の状態）を、破線は加工液の液圧によって引き起こされる変位がないワイヤ電極３と機械状態（上ガイドブロック１３や下アーム１４の状態）を示している。
上部ノズル１及び下部ノズル２から噴出された加工液の液圧の反発力によって、機械（上ガイドブロック１３や下アーム１４）が変形し、ワイヤ電極３を保持している上部ワイヤガイド５および下部ワイヤガイド６のガイド位置が変位してしまうと、ワイヤ電極３と工作物４との相対位置がずれてしまい、加工プログラムに基づく加工指令からずれた位置を加工することになってしまう。従って、上部ノズル１及び下部ノズル２から高圧で加工液を噴出させることは、安定した加工を行うためには必要不可欠な半面、加工精度を悪化させる要因にもなっているという問題があった。
この問題に対し、上部，下部ノズル１，２からの加工液噴出時の反発力により発生するガイド位置の変位を補正する従来方法として、特許文献１には、加工を開始する前に予め、行う加工条件での加工液圧を噴出し、その際のガイド位置の変位量をインジケータなどで測定し、その変位量をワイヤ放電加工機の制御装置に入力しておくことで、加工時には変位量分だけ補正して加工を行う点が開示されている。
特開平２−１６０４２４号公報
しかし、噴出される加工液の液圧は工作物４の形状、加工の形状、加工条件により変化するため一定ではなく加工中に変化する。そのため、予め加工液の液圧を測定したとしても、測定の際に噴出させた加工液圧と実際の加工中に噴出される加工液圧とでは異なる場合があり、さらに、加工中の加工液圧の変化にも対応できないため、適正な液圧による変位に対する補正を与え続けることができない。また、加工条件を変えたり、工作物４を取り替えたりするたびに、上部ノズル１と下部ノズル２の変位量を測定し、ワイヤ放電加工機の制御装置に入力していてはその分、時間と工数が必要となる。さらに、上部ノズル１と下部ノズル２変位量を測定する際、計測ミスにより補正量を誤ってしまう可能性もある。
従って、加工前に加工液圧による上部ワイヤガイド５及び下部ワイヤガイド６の変位量を測定し、補正量を決定する補正方法では、実際の加工で適正な補正を与え続けることができず、工数の多さからも現実的ではない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を鑑み、上部ノズル及び下部ノズルから噴出される加工液の液圧を検出し、予め記憶された関係式に基づいて、前記検出した加工液の液圧に応じてワイヤ電極の変位を補正する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、加工プログラムに従って、上部ノズルおよび下部ノズル内にそれぞれ設けられたワイヤガイドによって支持されたワイヤ電極と被加工物とを相対移動させると共に、前記上部，下部ノズルから加工液の供給を行いながら放電加工を行うワイヤ放電加工機において、放電加工中に前記上部，下部ノズルから供給される加工液の液圧を検出する液圧検出手段と、前記加工液の液圧と前記ワイヤ電極と前記被加工物との相対位置の変位量の関係を表す関係式を記憶する記憶装置と、前記液圧検出手段で検出した加工液の液圧に対応する補正値を前記記憶装置の関係式に基づいて求め、該補正値を用いて前記加工プログラムの指令値を補正して前記ワイヤ電極の位置を補正する制御装置と、を備えたことを特徴とするワイヤ電極位置補正機能を有するワイヤ放電加工機である。
請求項２に係る発明は、前記液圧検出手段は、上部ノズル用液圧検出手段と下部ノズル用液圧検出手段であることを特徴とする請求項１に記載のワイヤ電極位置補正機能を有するワイヤ放電加工機である。
請求項３に係る発明は、前記加工プログラムの指令値を前記補正値により補正するにあたり、前記加工プログラムの指令値を補正する補正時間間隔、および該補正時間間隔１回あたりに補正する出力補正値を設定する設定手段と、前記補正値を前記設定手段により設定された補正時間間隔および前記出力補正値に基づいて出力する補正値出力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１つに記載のワイヤ電極位置補正機能を有するワイヤ放電加工機である。
本発明により、上部ノズル及び下部ノズルから噴出される加工液の液圧を検出し、予め記憶された関係式に基づいて、前記検出した加工液の液圧に応じてワイヤ電極の変位を補正するワイヤ放電加工機を提供できる。
本発明に係るワイヤ放電加工機の実施形態を説明する概略構成図である。 図１の破線部分を拡大して説明する図である。 従来技術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、従来技術と同一または類似する構成は同じ符号を用いて説明する。
図１は本発明に係るワイヤ放電加工機の実施形態の構成図である。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、ベット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軸方向に移動するサドル（Ｘ軸）１９を備え、サドル（Ｘ軸）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軸方向に移動するテーブル（Ｙ軸）１８を備える。テーブル（Ｙ軸）１８上には内部に工作物４を載置する工作物取付け台１１を備えた加工槽１２が固定されている。
コラム２１はベット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は工作物取付け台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サドル（Ｖ軸）１５を備える。Ｖサドル（Ｖ軸）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サドル（Ｖ軸）１５にはサドル（Ｕ軸）１６が取り付けられている。サドル（Ｕ軸）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。
サドル（Ｕ軸）１６にはヘッド１７が取り付けられている。ヘッド１７はＺ軸モータ２７が駆動するボールネジ３２によってＺ軸方向に移動する。ヘッド１７には上ガイドブロック１３が固定されている。上ガイドブロック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がテーブル（Ｙ軸）１８上に取り付けられている。加工槽１２の槽内に工作物取付け台１１が配設される。工作物取付け台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。ワイヤ電極３と工作物４間の加工部に加工液が供給されない状態で放電を行うと加工が不安定化し、最悪の場合、ワイヤ電極３の断線が起こってしまう。また、加工を行うと加工部で加工屑が発生するが、加工部に加工屑が存在した状態のまま放電加工を行うと、加工が安定化しない。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。
管路２３に配設される上部加工液圧検出器７は上部ノズル１から噴出される加工液の液圧を検出する。管路２４に配設される下部加工液圧検出器８は下部ノズル２から噴出される加工液の液圧を検出する。上部加工液圧検出器７と下部加工液圧検出器８で検出されたそれぞれの検出液圧値は、信号線４１，４２を介して制御装置５０に送られる。なお、上部ノズル１と下部ノズル２から噴出される加工液の液圧は、工作物４と各ノズル１，２間の間隔が相違する場合、それぞれのノズル１，２から噴出される加工液の液圧は異なる。そのため、上部ノズル１と下部ノズル２のそれぞれから噴出される加工液の液圧をそれぞれの管路に設けられた液圧検出器を用いて検出する。
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。なお、記憶装置５１を制御装置５０に接続される外部記憶装置を用いてもよい。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。制御装置５０が加工液の検出液圧値に応じた値を算出できるように、加工液の液圧と上部ワイヤガイド５と下部ワイヤガイド６の変位量の関係は数式の形で予め記憶装置５１内に記憶されている。関係式は上部加工液圧検出器７用と下部加工液圧検出器８用とそれぞれ用意する。制御装置５０の演算処理装置５２は、上部加工液圧検出器７及び下部加工液圧検出器８により検出したそれぞれの検出液圧値に応じた上，下ガイド５，６の変位量を、記憶装置５１に記憶した関係式を基に求め、変位量を基に上，下ガイド５，６の上部ワイヤガイド位置補正値Ａ，下部ワイヤガイド位置補正値Ｂを算出し、加工プログラムによる加工指令を前記補正値により補正した加工指令に基づいてワイヤ放電加工機６０の各軸の制御を行う（表１，表２参照）。
上部加工液圧検出器７及び下部加工液圧検出器８は加工液ポンプ９と上部ノズル１及び下部ノズル２を結ぶ管路２３，２４の途中に設置され、上部ノズル１及び下部ノズル２各々から噴出される加工液の液圧は加工中、常に上部加工液圧検出器７及び、下部加工液圧検出器８によって検出される。これにより工作物４の形状、加工形状及び加工条件の変化による、加工液圧の変化にも、正確かつ即時対応することが可能になり、ワイヤ電極３の位置変位に対して適正な補正を与え続けることが可能になる。
制御装置５０は、上部加工液圧検出器７及び下部加工液圧検出器８で検出した液圧値をもとに記憶装置５１内に記憶された関係式を基に、上部ワイヤガイド５及び下部ワイヤガイド６それぞれについての位置変位量を求める。そして、加工プログラムに基づく移動指令を、上部ワイヤガイド５と下部ワイヤガイド６の求めた位置変位量に基づいて補正する補正値を求める。表１は加工液の液圧と上部ワイヤガイド５、表２は加工液の液圧と下部ワイヤガイド６の補正値の一例を示した表である。なお、表１で加工液の水圧が１．５［Ｍｐａ］の時、上部ワイヤガイド位置補正値Ａの１０−Ｂで、数値の１０が上部ワイヤガイド５の位置変位量である。下部ワイヤガイド位置補正量Ｂの数値の４が下部ワイヤガイド６の位置変位量である。
Figure 0005657715
Figure 0005657715
上部ワイヤガイド位置補正値をＡ、下部ワイヤガイド位置補正値をＢとすると、上部ワイヤガイド位置補正値Ａは上ガイドブロック１３のＶ軸移動の移動指令値に加えられ、下部ワイヤガイド位置補正値ＢはＹ軸移動の移動指令値に加えられる。ワイヤ電極３と工作物４との相対的な位置関係を補正するため、下部ワイヤガイド位置補正値Ｂは記憶装置５１の数式により求めた位置変位量が補正値となるが、上部ワイヤガイド位置補正値Ａは記憶装置５１の数式により求めた位置変位量から下部ワイヤガイド位置補正値Ｂを引いた値である。これにより、ワイヤ放電加工機６０の使用者が、補正値を計測する必要はなく、液圧検出器７，８により検出した液圧の変化に応じて制御装置５０が自動的に記憶装置５１に記憶された関係式を基にして補正値を算出する。これによって、使用者が、ガイド位置の変位や液圧、工作物の高さを入力する必要もない。また、使用者による人為的なミスが減り、補正を行うための計測や入力などの工数を削減しつつ適正な補正を加え続けることができる。
制御装置５０が加工指令に加える補正値は、上部加工液圧検出器７及び下部加工液圧検出器８で検出された液圧が変化するたびに、制御装置５０が記憶装置５１に記憶された上部ワイヤガイド５及び下部ワイヤガイド６それぞれの関係式を基に補正値を算出し、上部ワイヤガイド５及び下部ワイヤガイド６それぞれの加工指令位置に補正値を加え直し続ける。これにより、加工中に上部ノズル１及び下部ノズル２から噴出される加工液の液圧が変化してもワイヤ電極３と工作物４との相対的な位置関係は常に元々の加工指令の位置関係になるように補正を与えることが可能となる。
上述した本発明の実施形態では、上部加工液圧検出器７と下部加工液圧検出器８とを用いた。上部ノズル１と下部ノズル２から噴出される加工液の液圧値が等しい場合、あるいは、２つの液圧値の関係が既知の場合には、上部加工液圧検出器７あるいは下部加工液圧検出器８のいずれか１つの加工液検出器のみを用いてもよい。
ところで、加工中に加工プログラムの移動指令の補正を行う場合、たとえば液圧が急激に変化し大きな補正値が求められ、短時間で補正位置に移動を行うと適正な位置に即座に補正することができるが、その補正移動が加工形状や面荒さに影響を与える可能性がある。
この可能性に対して、加工中に加工指令（加工プログラムの移動指令）へ加算される補正値は、補正値の加算を行う時間間隔を補正間隔として任意に設定することができ、補正時間間隔毎に加算する補正値の最大値についても、最大補正移動値として任意に設定することができるようにすることで解決する。制御装置５０には時間間隔や補正時間間隔毎に加算する補正値の最大値を図示しない入力手段を用いて入力し、記憶装置５１に入力した時間間隔や補正値の最大値を記憶することができる。たとえば、補正時間間隔を１秒ごと、補正時間間隔１回あたりに補正する出力補正値である最大補正移動値を１μｍと設定すると、加工液の液圧を検出し、算出された補正値が２．５μｍだった場合、１秒ごとに１μｍずつで２回、０．５μｍで１回に補正値を分けて加工指令に加算することで一度に加工指令へ補正値を加算するよりも滑らかな補正を与えることができるようになる。この補正時間間隔と最大補正移動値を設定することで、放電加工を行っている工作物４の加工形状や面荒さに、より適した補正の条件を与えることができるようになる。
上述したように、本発明を用いることで、上部ノズル１及び下部ノズル２から噴出する加工液の液圧によって起こるワイヤ電極３と工作物４との相対位置の変位は常に減らすことができる。
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 上部加工液圧検出器
８ 下部加工液圧検出器
９ 加工液ポンプ
１０ 加工液
１１ 工作物取付け台
１２ 加工槽
１３ 上ガイドブロック
１４ 下アーム
１５ Ｖサドル（Ｖ軸）
１６ サドル（Ｕ軸）
１７ ヘッド
１８ テーブル（Ｙ軸）
１９ サドル（Ｘ軸）
２０ ベット
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
４１ 信号線
４２ 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)

  1. 加工プログラムに従って、上部ノズルおよび下部ノズル内にそれぞれ設けられたワイヤガイドによって支持されたワイヤ電極と被加工物とを相対移動させると共に、前記上部，下部ノズルから加工液の供給を行いながら放電加工を行うワイヤ放電加工機において、
    放電加工中に前記上部，下部ノズルから供給される加工液の液圧を検出する液圧検出手段と、
    前記加工液の液圧と前記ワイヤ電極と前記被加工物との相対位置の変位量の関係を表す関係式を記憶する記憶装置と、
    前記液圧検出手段で検出した加工液の液圧に対応する補正値を前記記憶装置の関係式に基づいて求め、該補正値を用いて前記加工プログラムの指令値を補正して前記ワイヤ電極の位置を補正する制御装置と、
    を備えたことを特徴とするワイヤ電極位置補正機能を有するワイヤ放電加工機。
  2. 前記液圧検出手段は、上部ノズル用液圧検出手段と下部ノズル用液圧検出手段であることを特徴とする請求項１に記載のワイヤ電極位置補正機能を有するワイヤ放電加工機。
  3. 前記加工プログラムの指令値を前記補正値により補正するにあたり、前記加工プログラムの指令値を補正する補正時間間隔、および該補正時間間隔１回あたりに補正する出力補正値を設定する設定手段と、
    前記補正値を前記設定手段により設定された補正時間間隔および前記出力補正値に基づいて出力する補正値出力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１つに記載のワイヤ電極位置補正機能を有するワイヤ放電加工機。
JP2013003644A 2013-01-11 2013-01-11 ワイヤ電極位置補正機能を有するワイヤ放電加工機 Active JP5657715B2 (ja)

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