JP5734270B2 - コーナ角度に応じて自動的に加工経路の補正を行うワイヤ放電加工機 - Google Patents

コーナ角度に応じて自動的に加工経路の補正を行うワイヤ放電加工機 Download PDF

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Description

本発明は、ワイヤ放電加工機に関し、特に、コーナ角度に応じて自動的に加工経路の補正を行うワイヤ放電加工機に関する。
ワイヤ放電加工においては、ワイヤ電極と被加工物との間に生じる放電反発力や加工液の乱流などによって、ワイヤ電極が加工進行方向と異なる方向(反対方向あるいは一定の角度をなす方向)に撓むことが知られている。ワイヤ電極によって直線状に加工するとき、ワイヤ電極が加工進行方向と逆の方向に撓みを生じるが、加工形状には影響しない。しかし、コーナ部の加工においては撓みの影響が大きく現れて、コーナ部の形状精度を大きく低下させてしまい、いわゆる「コーナだれ」が発生し、意図したような形状が得られない。
図1はワイヤ放電加工機のワイヤ電極3でコーナ部の加工を行うことを説明する模式図である。ワイヤ放電加工において、被加工物2を所望される寸法通りに加工するためには、実際の製品形状の寸法に対してワイヤ電極3の半径と放電ギャップを加算したオフセット経路を作成し、作成したオフセット経路に沿ってワイヤ電極3を移動させるのが一般である。なお、オフセット経路を加工経路4という。なお、ワイヤ電極3の半径と放電ギャップを加算した値をオフセット値という。
図1に示すように、被加工物2のコーナ部ではワイヤ電極3が撓みによって加工経路4に沿って移動せず、加工経路4の内側(破線で示されるワイヤ電極軌跡5を参照)を移動し、被加工物2を過剰に加工してしまう。そのため、所謂「コーナだれ」(ワイヤ電極の撓みに起因するコーナだれ6を参照)が形成され、所望の加工仕上がり形状が得られない。このような問題に対応するために様々な対応策が提案されている。様々な対応策を大別すれば、主に2種類の対応策に大別できる。
<対応策1>コーナ部では加工速度や加工液の量を抑え、放電休止時間を延長するなどによって、ワイヤ電極の撓みを緩和する方法(いわゆる「エネルギー制御」)
<対応策2>ワイヤ電極の撓みを考慮して加工経路を補正する方法
図2はワイヤ電極の撓みによって被加工物が過剰に加工されることを回避するために、加工経路を補正する上記対応策2を説明する図である。
ワイヤ電極3の加工経路4を補正経路7によって補正しワイヤ放電加工を行うと、ワイヤ電極3はワイヤ電極軌跡8に示されるように移動する。これによって、被加工物2が過剰に加工されることを回避することができる。
上記対応策1,対応策2のうち、対応策2の加工経路を補正する方法は、対応策1のエネルギーを制御する方法よりワイヤ放電加工機による加工時間が短いという利点があり、これまでもいくつかの補正方法が提案されてきた。いくつかの補正方法の提案の中で、ワイヤ電極の撓み量に着目し、その撓み量に基づいて加工経路を補正する技術が、例えば下記の文献に開示されている。
特許文献1には、ワイヤ電極の相対的移動量を制御する制御部、ワイヤ電極のワーク加工面での撓み量を記憶する記憶部と、演算によって逐次にワイヤ電極の加工方向を決定する演算部と、ワイヤ電極の撓み量に等しい補正量をもってワイヤ電極を駆動する駆動部を備えたワイヤ放電加工機の制御装置が開示されている。
特許文献2には、加工条件ごとにワイヤカット放電加工における加工中のワイヤ電極の撓み量を保存し、この撓み量に基づいて、パンチ加工のときはワイヤ電極を進行方向に対して余分に逃し、ダイ加工のときは切り込みを入れるように加工経路を補正するシャープエッジの加工方法が開示されている。
特許文献3には、ワイヤ電極の相対的移動量を制御する制御部、加工経路中のコーナ部を検出するコーナ検出部と、検出されたコーナ部について所定距離の接線移動・所定距離の沿出移動・漸近復帰移動の補正を順次に行う加工経路補正部を備えたワイヤ放電加工装置が開示されている。
特許文献4には、コーナ部で加工進行方向に第1の加工経路を接線上に延長し、そして加工コーナの角度よりも大きな角度で第2及び第3の補正経路を設定し、第4の経路で元の加工経路に復帰するように加工経路を補正する方法と、これを実現するためのワイヤ放電加工装置が開示されている。
特開昭61−219529号公報 特開平7−285029号公報 特開平7−24645号公報 特開平11−207527号公報
特許文献1や特許文献2に開示される技術は、ワイヤ電極の撓み量を補正量とし加工経路を補正する技術であるが、これらの補正方法はコーナ角度が90度の場合の加工を主眼としたものであり、その他のコーナ角度に関しては詳細に検討していない。コーナ角度が小さくなると(<90度)、ワイヤ電極がコーナ頂点部における加工液の流れなどの外乱による影響が大きくなり、コーナ部の加工精度がさらに悪化することが広く知られている。そのため、コーナ角度に依らずにすべてのコーナ角度に対して同様な補正量で補正すると、必ずしも所望の加工形状が得られない問題がある。
特許文献3や特許文献4に開示される技術は、それぞれ加工経路を3ステップ以上で補正し、そのうち一部の補正量をコーナ角度に応じて変化させ、その他の補正量を実験値によって決定する技術と、コーナ角度に応じて加工種別または加工物の板厚のいずれかによって補正量を決定する技術である。これらの特許文献に開示される技術は、いずれも多数のステップによって加工経路を補正するため、複数の補正量が必要である。
特許文献3に開示される技術では、一部の補正量がコーナ角度に応じて決まるが、具体的にどのようにコーナ角度に応じて補正量を変化させるのか、ということについては記載も示唆もされていない。また、その他の補正量が設定値となり、ユーザが必要とする世の中に存在する多様な加工パターンに対応できる各種の設定値を求めるには、多大な時間と煩雑な手間がかかり、実際に補正量を決めるのは非常に困難な問題がある。
特許文献4に開示される技術では、四つの補正量がコーナ角度に応じて、加工種別または被加工物の板厚のいずれかによって決定される。同じ加工種別であっても、被加工物の材質や板厚などによって、ワイヤ電極の撓み具合が異なり、同様な補正量で補正を行うと、必ずしも所望の形状精度が得られない。同様な理由で被加工物の板厚が同じであっても、加工種別や被加工物の材質などが異なると、補正量を調整しなければ所望の形状精度は得られない問題がある。また、この特許文献4にはコーナ角度に応じて具体的にどのように補正量を変化させると良いのか示されていない。
そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、コーナ部を形成する2つの移動ブロックの成す角に応じて加工経路を補正し、加工時の形状精度を向上することが可能な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、加工プログラムの軸移動指令に基づいて加工経路を作成し、該作成された加工経路中の2つの連続する移動ブロックで形成されるコーナ部において、先に加工するブロックの終点を延長するように補正し、次に加工するブロックを始点からブロック途中まで削除し、前記先に加工されるブロックが延長されて作成された新たなブロック終点と前記次に加工するブロックの途中までが削除されて作成された新たなブロック開始点とを直線または円弧で繋ぐように加工経路を補正して加工を行うワイヤ放電加工機であって、前記コーナ部のコーナ角度を求めるコーナ角度取得手段と、前記コーナ角度に応じて前記加工経路を補正する加工経路補正手段とを備え、前記加工経路補正手段は、前記先に加工するブロックの終点を延長するように補正する際の終点を延長する距離を補正距離aとし、前記次に加工するブロックの前記削除前のブロック開始点と削除されて作成された新たなブロック開始点との距離を戻し距離bとし、前記コーナ角度が大きくなるにしたがって前記補正距離aまたは前記戻し距離bのいずれか一方または両方が小さくなるように前記コーナ部の加工経路を補正する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、
前記加工経路補正手段は、
前記補正距離aと前記戻し距離bを、
a=P
b=Q/tan(θ/2)+R
ただし、θ:コーナ角度
P:ワイヤ電極の撓み量
Q:オフセット量
R:ワイヤ電極径に関する定数
により求めて前記加工経路を補正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機である。
請求項3に係る発明は、
前記加工経路補正手段は、
前記補正距離aと前記戻し距離bを、
a=Q/tan(θ/2)
b=P
ただし、θ:コーナ角度
P:ワイヤ電極の撓み量
Q:オフセット量
により求めて前記加工経路を補正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機である。
請求項4に係る発明は、
前記加工経路補正手段は、
前記補正距離aと前記戻し距離bを、
a=b*sinα/sin(θ−α)
b=P
ただし、α=tan-1{P/(Q+R)}
θ:コーナ角度
P:ワイヤ電極の撓み量
Q:オフセット量
R:ワイヤ電極径に関する定数
により求めて前記加工経路を補正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機である。
請求項5に係る発明は、
前記加工経路補正手段は、
前記補正距離aと前記戻し距離bを、
a=P/sinθ
b=Q/tan(θ/2)+R
ただし、θ:コーナ角度
P:ワイヤ電極の撓み量
Q:オフセット量
R:ワイヤ電極径に関する定数
により求めて前記加工経路を補正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機である。
請求項6に係る発明は、
前記補正距離aと前記戻し距離bを、
a=b*sinα/sin(θ−α)
b=Q/tan(θ/2)+R
ただし、α=tan-1{P/(Q+R)}
θ:コーナ角度
P:ワイヤ電極の撓み量
Q:オフセット量
R:ワイヤ電極径に関する定数
により求めて前記加工経路を補正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機である。
請求項7に係る発明は、前記ワイヤ電極の撓み量に替えて、電気的な加工条件ごとに決まる定数、前記オフセット量は、ワイヤ電極の半径値、ワイヤ電極の半径値と放電ギャップの値を加算した値、または、電気的な加工条件ごとに決まる定数のうちのいずれか一つであることを特徴とする請求項2から6のいず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、コーナ部を形成する2つの移動ブロックの成す角に応じて加工経路を補正し、加工時の形状精度を向上することが可能なワイヤ放電加工機を提供できる。
ワイヤ放電加工機のワイヤ電極でコーナ部の加工を行うことを説明する模式図である。 ワイヤ電極の撓みによって被加工物が過剰に加工されることを回避するために、加工経路を補正する方法を説明する図である。 本発明における加工経路の補正方法を説明する図である(コーナ部の角度が90度である場合)。 本発明における加工経路の補正方法を説明する図である(コーナ部の角度が90度より小さい場合)。 ワイヤ電極が被加工物の加工溝に挟まれる場合に、ワイヤ電極が加工進行方向に振動したり撓んだりすることを説明する図である。 ワイヤ電極が被加工物の二つの加工溝の交点に存在する場合に、加工済みの溝内にワイヤ電極が撓むことを説明する図である。 本発明に係るワイヤ放電加工機の要部の構成を説明するブロック図である。 先に加工するブロックの終点を延長する距離を一定の補正距離aとし、加工経路の補正を行う実施形態1の方法を説明する図である。 次に加工するブロックを始点からブロック途中まで削除する距離を戻し距離bとし、加工経路の補正を行う方法を説明する図である。 補正距離aを一定とし、戻し距離bをコーナ角度に応じて変化させる場合を説明する図である。 本発明の実施形態における加工経路補正部で実行される処理を説明するフローチャートである。 補正距離aを固定し、戻し距離bをコーナ角度に応じて変化させる場合の補正経路を求める実施形態1を説明する図である。 戻し距離bを固定し、補正距離aをコーナ角度に応じて変化させる場合の補正経路を求める実施形態2を説明する図である。 実施形態1の場合の補正経路を説明する図である。 実施形態2の場合の補正経路を説明する図である。 コーナ角度が大きくなると、補正距離が小さくなり、コーナ角度が小さくなると、補正距離が大きくなるように補正量が変化することを説明するグラフである。 実施形態3を説明する図である(コーナ角度θが90度の場合)。 実施形態3を説明する図である(コーナ角度θが90度より小さい場合)。 補正距離aと戻し距離bの両方がコーナ角度に応じて変化することを説明する図である。 補正経路の交点の位置を求める他の例を説明する図である。 実施形態4を説明する図である(コーナ角度θが90度の場合)。 実施形態4を説明する図である(コーナ角度θが90度より小さい場合)。 図22を拡大して説明する図である。 コーナ角度が大きくなると、補正距離aと戻し距離bの両方が小さくなるという関係を説明する図である。 補正距離aおよび戻し距離bと角度αとの関係を説明する図である。 補正経路の交点の位置を求める方法を説明する図である。 実施形態1、実施形態3、および実施形態4の戻し距離b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。
本発明のワイヤ放電加工機は、加工経路中の2つの連続する移動ブロックで形成されるコーナ部において、先に加工するブロックの終点を延長するように補正し、次に加工するブロックを始点からブロック途中まで削除し、延長されて作成された新たなブロック終点と削除されて作成された新たなブロック開始点とを繋ぐように加工経路を補正するワイヤ放電加工において、各種の補正量を用意するために要する労力を大幅に軽減し、コーナ角度が90度以外の加工の場合にも、コーナ部の形状精度が向上するように加工経路の補正を行う。
そこで、本発明は、ワイヤ電極の撓み量で加工経路を補正することによる形状精度の不足を改善するために、コーナ角度に応じて補正経路を作成する。具体的には、本発明は、コーナ角度が小さくなると補正量が大きくなり、コーナ角度が大きくなると補正量が小さくなるようにコーナ部の加工経路を補正する。
ここで、ワイヤ放電加工における加工形状精度の向上するために、上述のように加工経路を補正する理由を、図3および図4に基づいて説明する。ワイヤ電極3によって被加工物2を加工し、加工溝壁15,加工溝壁16を両壁とする加工溝が加工される。図3,図4では、被加工物2のコーナの頂点Cから一点鎖線で示される加工経路9に下ろした垂線と加工経路9との交点がそれぞれBとDであって、補正前の加工経路の交点がAである。
図3に示されるようにコーナ部のコーナ角度θが90度の場合に四角形ABCDで形成される面積をSaとする。一方、図4に示されるようにコーナ部のコーナ角度θが90度より小さい場合に四角形ABCDで形成される面積をSbとする。放電ギャップが同じ場合、コーナ角度θ(<90度)である点A、B、CおよびDによって構成される四角形の面積Sb(図4参照)が、90度コーナの場合の面積Sa(図3参照)より大きくなる。
図5は、ワイヤ電極3が被加工物2の加工溝11に挟まれる場合に、ワイヤ電極3が加工進行方向に振動したり撓んだりすることを説明する図である。図6は、ワイヤ電極3が被加工物2の二つの加工溝11,12の交点の位置に存在する場合に、加工済みの溝内にワイヤ電極3が撓むことを説明する図である。
図5に示すようにワイヤ電極3が被加工物2の加工溝11に挟まれる場合、ワイヤ電極3が加工進行方向13に振動17したり撓んだりしてプログラム上のワイヤ電極位置14からずれるが、図6に示すように二つの加工溝11,12の交点の位置にワイヤ電極3が存在する場合、ワイヤ電極3が単純に加工進行方向13に振動17したり撓んだりするのではなく、加工溝11,12内に供給される加工液の流れなどの影響によって加工済みの溝に流れる(撓む)傾向がある(流れ(撓み)18を参照)。ワイヤ電極3が加工済み溝に進入したら、加工溝に挟まれ、加工形状に悪影響がない。
コーナ頂点にできる「遊び」空間が、上記した四角形ABCDの面積により規定される(図3,図4参照)。そのため、四角形ABCDの面積が大きければ大きいほど、ワイヤ電極3が先に加工された溝の方向に流れやすく(撓みやすく)、コーナ頂点の形状精度を悪化させてしまう。
図4に示すように、コーナ角度θ(<90度)の場合の四角形ABCDの面積Sbは、図3に示すコーナ角度θが90度の場合の四角形ABCDの面積Saより大きい。つまり「遊び」空間が大きい。そのため、加工経路の補正経路を作成するとき、この「遊び」空間を考慮し、補正量をコーナ角度が90度の場合より大きくしなければならない。また、同様な理由によってコーナ角度θが90度より大きい場合、「遊び」空間が小さくなるため、補正量をコーナ角度が90度の場合の補正量より小さくしなければならない。
以上の理由によって、本発明は、ワイヤ放電加工を用いて様々なコーナ角度θを有する被加工物のコーナ部を加工する場合に、コーナ部の加工精度を確実に向上するために、コーナ角度θが小さくなると補正量が大きくなり、コーナ角度θが大きくなると補正量が小さくなるようにコーナ部の加工経路を補正する。
ここで、コーナ角度θに応じて補正量を変更する労力を軽減する方法を説明する。
上述したように、コーナだれ(図1参照)が発生する最も大きな原因は、ワイヤ電極3の撓みである。そのため、このワイヤ電極3の撓み量を、加工経路を補正する補正量を算出するためのパラメータとして用いれば、コーナ角度θがどのような場合でも、ワイヤ電極3の撓み量がわかれば、効率よく補正経路を作成することができる。そして、加工経路を、先に加工するブロックの終点を延長するように補正し、次に加工するブロックを始点からそのブロックの途中まで削除し、延長されて作成された新たなブロック終点と削除されて作成された新たなブロック開始点とを繋ぐように補正するために補正距離と戻し距離を用いればよく、種々の補正量について考える手間を省くことができる。
次に、本発明に係るワイヤ放電加工機の要部の構成を説明する。
図7は本発明に係るワイヤ放電加工機の要部の構成を説明するブロック図である。本発明に係るワイヤ放電加工機は、コーナ部を形成する2つの移動ブロックの成す角に応じて加工経路を自動的に補正することができる。加工プログラム20が記憶されている加工プログラム記憶部21から加工プログラムのブロックを読み込んで解析し、コーナ角度検出部22によってコーナがあるかどうかを判断する。コーナがある場合、その角度に応じて補正経路を加工経路補正部23において作成し、加工経路制御部24によってワイヤ電極3を被加工物2に対して相対移動させる。コーナがない場合、補正経路を作成することなく、加工経路制御部24によってワイヤ電極3を被加工物に対して相対移動させる。
加工経路補正部23は、コーナ角度検出部22で検出されたコーナ角度に基づいて補正距離と戻し距離とを演算し、補正距離にしたがって先に加工するブロックの終点を延長するように補正し、戻し距離にしたがって次に加工するブロックを始点からブロック途中まで削除し、延長されて作成された新たなブロック終点と、削除されて作成された新たなブロック開始点とを繋ぐように加工経路を補正し、補正した加工経路を加工経路制御部24に出力する。
次に、本発明の各実施形態について説明する。前述したように先行技術ではワイヤ電極の撓み量を補正量とし補正経路を作成する方法が提案されたが、本来の加工経路にどのように戻すかという方法については具体的に示されてはいなかった。そこで、本発明の各実施形態は本来の加工経路に戻す方法について考えて、コーナ角度θに応じて補正経路を作成する。
<実施形態1>
(補正距離aをワイヤ電極の撓み量に固定し、戻し距離bをコーナ角度θに応じて変化させて補正経路を求める場合)
図8に示すように先に加工するブロックの終点を延長する距離を補正距離a、次に加工するブロックを始点からブロック途中まで削除する距離を戻し距離bとする。補正距離aをワイヤ電極の撓み量vとする。被加工物2の2aの部分は、ワイヤ電極3によって加工される。ワイヤ電極3が加工溝に進入すれば、溝に挟まれて加工進行方向と逆の方向にワイヤ電極3が撓むが、その他の方向に撓むことはほとんどない。
そこで、図9に示すように、被加工物2のコーナ頂点32から加工経路30に垂線を下ろして、その交点を交点33とする。コーナ頂点32から交点33までの距離がオフセット量(offset)である。コーナ頂点32は被加工物2を加工後の形状のコーナの頂点を意味する。
加工経路上のコーナ頂点34と交点33の距離をワイヤ電極3の戻し距離bとする。加工経路上のコーナ頂点34は、加工経路を補正する前の先に加工するブロックと次に加工するブロックの交点である。つまり、先に加工するブロックの終点であるとともに、次に加工するブロックの始点でもある。補正距離aと戻し距離bを求めるには、数1式のような演算式が考えられる。
Figure 0005734270
数1式から戻し距離bがコーナ角度θに応じて変化することがわかる。120度までの間でコーナ角度θが大きくなると、戻し距離bが小さくなり、コーナ角度θが小さくなると、戻し距離bが大きくなるように補正量が変化する(図10参照)。このように戻し距離bをコーナ角度θに応じて変化させる補正方法が、コーナ角度θに依らず、補正距離a,戻し距離b共にワイヤ電極3の撓み量で補正を行う場合より、コーナ部の形状精度を向上させることができる。なお、コーナ角度θは、先に加工するブロックと次に加工するブロックの内積を用いて計算することができる。
上記では補正距離aを一定とし、戻し距離bをコーナ角度θに応じて変化させる場合を例にして説明したが、戻し距離bを一定とし、補正距離aをコーナ角度θに応じて変化させることで、コーナ部の形状精度を向上させることもできる(図16参照)。また、加工条件や要求精度によって、上記の戻し距離bを求める式に定数を加えることも可能である。さらに、本実施形態は、オフセット値を用いて三角関数を利用し戻し距離bを算出したが、他のパラメータや計算方法によって戻し距離bを求めることも考えられる。
図11は本発明の実施形態における加工経路補正部で実行される処理を説明するフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。
●[ステップST01]ワイヤ電極の撓み量vによって補正距離aを決定する。
●[ステップST02]コーナ角度θを読み込む。
●[ステップST03]コーナ角度θによって戻し距離bを算出する。
●[ステップST04]戻し距離bを出力する。
●[ステップST05]補正経路を指令し、処理を終了する。
<実施形態2>
(戻し距離bをワイヤ電極の撓み量に固定し、補正距離aをコーナ角度θに応じて変化させ補正経路を求める場合)
実施形態1はコーナ角度θに依らず、ワイヤ電極3の撓み量vを補正距離aとし、戻し距離bをコーナ角度θに応じて変化させる加工経路の補正方法を例にして説明した。図12は、補正距離aを固定し、戻し距離bをコーナ角度に応じて変化させる場合の補正経路を求める実施形態1を説明する図である。コーナ角度θに応じて、戻し距離bを変化させる補正方法が、補正距離a,戻し距離b共にワイヤ電極3の撓み量で補正する場合よりコーナ部の形状精度が高いことが実施形態1によって明らかになった。そこで、戻し距離bを固定し、補正距離aをコーナ角度に応じて変化させることによって、コーナ部の形状精度を向上させることも考えられる。
実施形態2は戻し距離bを固定し、補正距離aをコーナ角度に応じて変化させる補正方法を例にして説明する。図13は、戻し距離bを固定し、補正距離aをコーナ角度に応じて変化させる場合の補正経路を求める実施形態2を説明する図である。
上述したように、ワイヤ電極3が加工溝に進入すれば、加工進行方向と逆の方向に撓みが発生するが、その他の方向に撓むことはほとんどない(図5参照)。そのため、先に加工するブロックの加工を終了し、コーナ部を折り返してワイヤ電極3が次に加工するブロックの加工溝に進入したら、コーナ部の形状精度に対する影響は無くなると考えられる。
したがって、実施形態1でも説明したように、図14(実施形態1の場合),図15(実施形態2の場合)に示した加工進行方向の場合、コーナ角度θによって補正前の加工経路の交点Aからoffset/tan(θ/2)を離れた点Bまでワイヤ電極3が移動すれば、ワイヤ電極3の撓みによるコーナ頂点への悪影響がなくなる。
また、同様な理由によって、交点Aからoffset/tan(θ/2)を離れた点Dまでワイヤ電極3が移動すれば、コーナ形状への悪影響が始まることがわかる。そのため、図12において四角形ABCDの面積はコーナ部の形状を左右するワイヤ電極3の「遊び」空間である。
実施形態1と同様に、コーナ角度θが90度の場合、補正距離aをワイヤ電極3の撓み量とし、そして戻し距離bをオフセットの値とすれば、コーナ部の形状精度を向上させることができる。つまり、四角形ABCDの面積による「遊び」空間を補正するために、補正距離aと戻し距離bを両辺とする三角形AEBの面積で補正すれば良い(図12(実施形態1))。
そのため、図14における四角形ABCD(図15における四角形A1111)と三角形AEB(三角形A111)との面積関係を利用すれば、戻し距離bを固定し、補正距離aをコーナ角度θに応じて変化させる場合の補正経路を求めることができる(図12,図13を参照)。
コーナ角度θおよびオフセットの値が同じである場合、図14における四角形ABCDの面積が図15における四角形A1111に等しい(図14,図15を参照)。そのため、図15における四角形A1111の「遊び」空間を補正するためには、図14の三角形AEBに等しい面積を有する図15における三角形A111の面積で補正すればよい。
図14において三角形AEBの面積は数2式で求められる。
Figure 0005734270
図15において三角形A111の面積は数3式で求められる。
Figure 0005734270
図15における三角形A111の面積が図14における三角形AEBの面積に等しい場合、図15における四角形A1111による「遊び」空間を補正できるため、この関係を利用し、補正距離aを数4式によって求めることができる。
Figure 0005734270
以上によって、補正距離aと戻し距離bを数5式によって求めることができる。
Figure 0005734270
数5式から補正距離aがコーナ角度θに応じて変化することがわかる。120度までの間でコーナ角度θが大きくなると補正距離aが小さくなり、コーナ角度θが小さくなると補正距離aが大きくなるように補正量が変化する(図16参照)。このように、戻し距離bを固定し、補正距離aをコーナ角度θに応じて変化させる補正方法が、コーナ角度θに依らず、補正距離aも戻し距離bもワイヤ電極の撓み量vで補正を行う場合より、コーナ部の形状精度を向上させることができる。
<実施形態3>
(補正距離a,戻し距離b共にコーナ角度θに応じて変化させ補正経路を求める場合)
実施形態1は、コーナ角度θに依らずワイヤ電極の撓み量vを補正距離aとし、戻し距離bをコーナ角度に応じて変化させて加工経路を補正する方法である。また、実施形態2は、コーナ角度θに依らずワイヤ電極の撓み量vを戻し距離bとし、補正距離aをコーナ角度に応じて変化させて加工経路を補正する方法である。
コーナ角度θに応じて、戻し距離b或いは補正距離aを変化させる補正方法が、先行技術の補正距離a,戻し距離b共にワイヤ電極の撓み量vで補正する場合よりコーナ部の形状精度が高いことが、実施形態1および実施形態2によって明らかになった。そのため、補正距離a,戻し距離b共にコーナ角度に応じて変化させることで、形状精度を更に高められることも考えられる。
そこで、実施形態3は補正距離aも戻し距離bもコーナ角度に応じて変化させる補正方法を図17,図18を用いて説明する。実施形態2にも説明したように、加工経路上のコーナ頂点A(A1)からコーナを成す二つの加工経路上においてoffset/tan(θ/2)離れた点をそれぞれ点B(B1)と点D(D1)とする。図17における加工経路上のコーナ頂点A、点B、点C、点Dと構成される四角形ABCDの面積と図18における加工経路上のコーナ頂点A1、点B1、点C1、点D1とによって構成される四角形A1111の面積は、ワイヤ電極がコーナの頂点部における「遊び」空間である。
実施形態1の場合、コーナ角度θが90度の場合に、補正距離aをワイヤ電極の撓み量vとし、戻し距離bをオフセットの値とすることで、コーナ部の形状精度を向上させることができる。つまり、コーナ角度θが90度の場合、頂点に形成される「遊び」空間を回避するために、補正距離aと戻し距離bを両辺とする三角形AEBの面積で補正を行う必要がある(図17参照)。そのため、同様の理由によって、図18においてコーナ角度θが任意角度のコーナ頂点に形成される四角形A1111を回避するための三角形A111の面積がわかれば、コーナ部の形状精度を向上させることができる。
三角形A111の面積を求めるには、図17に示されるコーナ角度θが90度の頂点にできる四角形ABCDと図18に示されるコーナ角度θが任意角度のコーナ頂点にできる四角形A1111の面積関係を利用すればよい。
図18においてコーナ角度θが任意角度のコーナにできる四角形A1111の面積S1は下記のように求められる。
三角形A111と三角形F111においては、
∠G111=∠D111
∠A111=∠F111
11=D11=offset
の関係があるため、
ΔA111≡ΔF111
であることがわかる。
したがって、四角形A1111の面積S1は数6式によって求められる。
Figure 0005734270
コーナ角度θが90度の場合に形成される四角形ABCDの面積Sは数7式により求められる。
Figure 0005734270
そのため、コーナ角度θのコーナ頂点にできる「遊び」面積とコーナ角度θが90度の場合の「遊び」面積の比は数8式のようになる。
Figure 0005734270
したがって、「遊び」空間を補正するための三角形A111(図18参照)とAEB(図17参照)の面積関係も数8式のようになれば、コーナ角度θが鋭角でもコーナ角度が90度のようにコーナ部の形状精度を向上できる。また、コーナ角度θが90度の場合における三角形AEBの面積(図17参照)が(v*offset)/2であるため、図18においてコーナ角度θが任意角度における三角形A1E1B1の面積S2は数9式のように求められる。
Figure 0005734270
よって、コーナ角度θが任意角度のコーナ部を補正するための補正距離aを三角形の面積関係および三角関数によって求めることができる。
Figure 0005734270
以上によって、補正距離aと戻し距離bは数11式で求めることができる。
Figure 0005734270
数11式からわかるように、補正距離aおよび戻し距離bの両方がコーナ角度に応じて変化することがわかる(図19参照)。120度までの間でコーナ角度θが小さくなると、補正距離aと戻し距離bの両方が大きくなり、コーナ角度θが大きくなると、補正距離aと戻し距離bの両方が小さくなるという関係がある。このように、補正距離aと戻し距離bをコーナ角度θに応じて変化させる補正方法が、先行技術の補正距離,戻し距離共に固定する補正方法より形状精度が高い。
また、実施形態3は補正経路の交点E(E1)の位置を、上記のように多角形の面積や三角関数を利用して求めたが、図20に示すように、加工経路AB(A11)に平行で加工経路AB(A11)からワイヤ電極3の撓み量v(=h)だけ被加工物2と反対側に離れた直線をEH(E11)とすれば、直線EH(E11)と加工経路CA(C11)を延長した直線との交点をE(E1)とする求め方もある。
<実施形態4>
実施形態3は、補正距離a,戻し距離b共にコーナ角度θに応じて変化させることによって、コーナ部の形状精度を向上できる。実施形態3の補正方法は、先行技術の補正距離a,戻し距離b共にワイヤ電極の撓み量vに固定する補正方法よりも、コーナ部の形状精度を向上できる。ここでは、実施形態4として、補正距離a,戻し距離b共にコーナ角度θに応じて変化させる補正方法について、他の例を説明する。
実施形態1および実施形態3にも説明したように、ワイヤ電極3が線分BCに到達すれば、加工溝に挟まれて加工進行方向と逆の方向に撓むことがあるが、その他の方向に撓むことがほとんどないため、コーナ部の形状に悪影響を与えることがない。そのため、戻し距離bを求めるにはb=offset/tan(θ/2)の式を用いればよい。
実施形態1はコーナ角度θが90度の場合、補正距離aをワイヤ電極の撓み量vとし、戻し距離bをoffset/tan(θ/2)とすれば、コーナ部において高い形状精度が得られることについて説明した。つまり、補正前のブロック交点Aから水平方向(X軸方向)にoffset/tan(θ/2)を離れた点をBとし、垂直方向(Y軸方向)にワイヤ電極の撓み量vを離れた点をEとすれば、ワイヤ電極3が加工経路ABと角度αをなす線分EBに沿って加工経路に戻すことによって、コーナ部の欠陥を補正することができる(図21)。そのため、図22に示されるように、コーナ角度θが任意角度の場合も同様な角度をもって加工経路上に戻すことによって、コーナ部の形状精度を向上できると考えられる。図21に示すように、角度α(=∠ABE)は数12式によって求めることができる。
Figure 0005734270
戻し距離bと角度αをそれぞれ上記したように算出できて、三角形の関係を利用して、補正距離aを求めることができる。図23を参照しながら、補正距離aの求め方を説明する。図23は図22の三角形A111の拡大図である。
三角形A111においては、数13式の関係がある。
Figure 0005734270
数13式の関係があるため、補正距離aを数14式によって求めることができる。
Figure 0005734270
そのため、補正距離aと戻し距離bについては、数15式により算出できる。
Figure 0005734270
数15式からわかるように、補正距離aおよび戻し距離bの両方がコーナ角度θに応じて変化することがわかる。さらに、120度までの間でコーナ角度θが小さくなると、補正距離aと戻し距離bの両方が大きくなり、コーナ角度θが大きくなると、補正距離aと戻し距離bの両方が小さくなるという関係がある(図24参照)。このような補正方法によって、先行技術の補正距離a,戻し距離b共に固定する補正方法より遥かに高い形状精度が得られる。
また、本実施形態は補正経路の交点E(E1)の位置が上記のように戻し経路EB(E11)と後に加工する加工経路AB(A11)となす角度αを一定にすることによって求めたが、図26に示すように求めることもできる。つまり、補正前の加工経路交点Aからoffset/tan(θ/2)を離れた点をB、点Bからオフセットだけ加工経路を戻った点をFとすれば、点Fから長さがワイヤ撓み量の垂線FGを被加工物とは反対方向に引いて、点Bと点Gとを結ぶ直線をBG方向に延長し、先に加工する加工経路との交点がEとなるような求め方もある。
さらに、戻し距離bを定数にし、補正距離aを数14式により求めて加工経路を補正する方法も考えられる。この場合も先行技術の補正距離も戻し距離も両方ワイヤ電極の撓み量に固定する方法より高い形状精度が得られる。
ここで、実施形態1、実施形態3、および実施形態4の戻し距離bについて追加して説明する。それぞれの実施形態では補正経路がB点(コーナ頂点から加工経路に垂線を引いた交点)で本来の加工経路に戻ってくるような仕組みで戻し距離bを定めた。しかしこの方法では、高速加工や厚板の加工を行うときなど加工液が強い加工条件を使って加工する場合には、強力な加工液流によって既に加工が済んだブロックの加工溝にワイヤ電極が流されてしまい、コーナ頂点部の形状を悪化させてしまうという懸念がある。
そこで、このような場合には加工溝の影響を受けないところまで戻し距離bを長くすると効果的である。具体的には図27のように、ワイヤ電極がB点を完全に通過するような位置、すなわち、B点からワイヤ径0.5本〜1.5本分程度進む位置としてワイヤ電極3の半径値や直径値、ワイヤ電極の撓み量vとワイヤ半径や直径を加算したような数値で決まる位置で本来の加工経路に戻るようにして、その延長分を任意の定数Rとして数16式のように戻し距離bを定めれば良い。以下、任意の定数Rをワイヤ電極径に関する定数という。
Figure 0005734270
ここで、定数Rを使って、それぞれの実施形態と同様な考え方によって補正距離aを求めることができる。
ここでは、実施形態4と同様な考え方によって補正距離aを求める方法を説明する。補正距離aと戻し距離bについては、数17式により算出できる。
Figure 0005734270
補正距離aおよび戻し距離bと角度αとの関係は図25に示すようになる。
次に、本発明の各実施形態の理解を助けるために、実施形態1〜4の共通点について説明する。
実施形態1〜4はコーナ角度θが小さくなると補正距離aまたは戻し距離bのいずれか一方または両方が大きくなり、コーナ角度θが大きくなると補正距離aまたは戻し距離bのいずれか一方または両方が小さくなるように、コーナ部の形状精度を向上させるものである。いずれも先行技術より高い形状精度が得られる。実施形態1〜4では、直角および鋭角を例にして説明したが、鈍角の場合も適用できる。
また、実施形態1〜4では、先に加工するブロックの終点が延長されて作成された新たなブロック終点と次に加工するブロックの始点からブロック途中まで削除されて作成された新たなブロック始点とを直線で繋ぐ例を上げて説明したが、この二点を繋ぐには、円弧など、直線でなくてもよい。
実施形態1〜4では、補正距離aや戻し距離bを求めるために用いたワイヤ電極の撓み量vは、実験によって求められた値でも、電気的な加工条件や加工液の強さ、ワイヤ径の太さなどから力学的に求められた理論的な定数などでもよい。
また、実施形態1〜4では、補正距離aや戻し距離bを求めるためにオフセット量(offset)を用いたが、その代わりにおおよそオフセット量に相当するワイヤ半径値や、ワイヤ半径と放電ギャップを加算した定数、あるいは電気的な加工条件ごとに決まる定数などでもよい。
これらをそれぞれの実施形態の式に適用すると、下記のように表すことができる。
(実施形態1)
a=P
b=Q/tan(θ/2)+R
ただし、Pはワイヤ電極の撓み量、Qはオフセット量、Rはワイヤ電極径に関する定数である。
(実施形態2)
a=Q/tan(θ/2)+R
b=P
ただし、Pはワイヤ電極の撓み量、Qはオフセット量、Rはワイヤ電極径に関する定数である。
(実施形態3)
a=P/sinθ
b=Q/tan(θ/2)+R
ただし、Pはワイヤ電極の撓み量、Qはオフセット量、Rはワイヤ電極径に関する定数である。
(実施形態4)
a=b*sinα/sin(θ−α) ただし、α=tan-1{P/(Q+R)}
b=Q/tan(θ/2)+R
ただし、Pはワイヤ電極の撓み量、Qはオフセット量、Rはワイヤ電極径に関する定数である。
次に、実施形態1、実施形態2、実施形態3、および実施形態3の相違点について説明する。
実施形態1は補正距離aを固定し、戻し距離bのみコーナ角度に応じて変化させることによって、コーナ部の形状精度を向上させる補正方法である。従来技術は補正経路について明確に論じたが、補正後にワイヤ電極がどのように元の加工経路に戻すことについて具体的に示されてはいなかった。実施形態1はこの問題を解決し、補正後のワイヤ電極が元の経路に戻す方法について説明したものである。
実施形態2は戻し距離bを固定し、補正距離aのみコーナ角度に応じて変化させることによって、コーナ部の形状精度を向上させる補正方法である。加工経路を補正するための距離を片方固定し、もう片方がコーナ角度に応じて変化させることが同じであるが、変化させる(固定させる)ものが異なる。本願の抜け道を潰すために権利化を考えたものである。
これらに対して、実施形態3は補正距離a,戻し距離b共にコーナ角度θに応じて変化させて、コーナ部の形状精度を高めるものである。実施形態1(実施形態2)に示したように、戻し距離b(補正距離a)をコーナ角度θに応じて変化させることによって、従来の補正距離と戻し距離の両方を固定する方法より形状精度がよくなることが明らかになった。
そのため、戻し距離b(補正距離a)だけではなく、補正距離a(戻し距離b)もコーナ角度に応じて変化させることによって、高い形状精度が得られると考えられる。実施形態3は両方の補正量をコーナ角度に応じて変化させることによって、望まれる形状を得られるための補正方法について説明したものである。実施形態4も補正距離aも戻し距離bもコーナ角度に応じて変化させて、コーナ部の形状向上を図る補正方法である。実施形態3と補正距離aの求め方が異なり、補正距離aがワイヤ電極の戻し経路と後に加工する元の加工経路と一定の角度をなすように補正距離aを求めて、加工経路を補正するものである。このような補正方法によって、先行技術より高い形状精度が得られる。
2 被加工物
3 ワイヤ電極
4 加工経路
5 ワイヤ電極軌跡
6 ワイヤ電極の撓みに起因するコーナだれ
7 補正経路
8 ワイヤ電極軌跡
9 加工経路
10 ワイヤ電極の撓みによる実際位置
11 加工溝
12 加工溝
13 加工進行方向
14 プログラム上のワイヤ電極位置
15 加工溝壁
16 加工溝壁
17 振動
18 流れ(撓み)

20 加工プログラム
21 加工プログラム記憶部
22 コーナ角度検出部
23 加工経路補正部
24 加工経路制御部

30 加工経路
31 補正経路
32 コーナ頂点
33 交点
34 加工経路上のコーナ頂点
35 ワイヤ電極(指令位置)
36 ワイヤ電極(実位置)

a 補正距離
b 戻し距離
θ コーナ角度
v ワイヤ電極の撓み量
offset オフセット量
P ワイヤ電極の撓み量
Q オフセット量
R ワイヤ電極径に関する定数

Claims (7)

  1. 加工プログラムの軸移動指令に基づいて加工経路を作成し、該作成された加工経路中の2つの連続する移動ブロックで形成されるコーナ部において、先に加工するブロックの終点を延長するように補正し、次に加工するブロックを始点からブロック途中まで削除し、前記先に加工されるブロックが延長されて作成された新たなブロック終点と前記次に加工するブロックの途中までが削除されて作成された新たなブロック開始点とを直線または円弧で繋ぐように加工経路を補正して加工を行うワイヤ放電加工機であって、
    前記コーナ部のコーナ角度を求めるコーナ角度取得手段と、
    前記コーナ角度に応じて前記加工経路を補正する加工経路補正手段とを備え、
    前記加工経路補正手段は、前記先に加工するブロックの終点を延長するように補正する際の終点を延長する距離を補正距離aとし、
    前記次に加工するブロックの前記削除前のブロック開始点と削除されて作成された新たなブロック開始点との距離を戻し距離bとし、
    前記コーナ角度が大きくなるにしたがって前記補正距離aまたは前記戻し距離bのいずれか一方または両方が小さくなるように前記コーナ部の加工経路を補正することを特徴とするワイヤ放電加工機。
  2. 前記加工経路補正手段は、
    前記補正距離aと前記戻し距離bを、
    a=P
    b=Q/tan(θ/2)+R
    ただし、θ:コーナ角度
    P:ワイヤ電極の撓み量
    Q:オフセット量
    R:ワイヤ電極径に関する定数
    により求めて前記加工経路を補正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機。
  3. 前記加工経路補正手段は、
    前記補正距離aと前記戻し距離bを、
    a=Q/tan(θ/2)
    b=P
    ただし、θ:コーナ角度
    P:ワイヤ電極の撓み量
    Q:オフセット量
    により求めて前記加工経路を補正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機。
  4. 前記加工経路補正手段は、
    前記補正距離aと前記戻し距離bを、
    a=b*sinα/sin(θ−α)
    b=P
    ただし、α=tan-1{P/(Q+R)}
    θ:コーナ角度
    P:ワイヤ電極の撓み量
    Q:オフセット量
    R:ワイヤ電極径に関する定数
    により求めて前記加工経路を補正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機。
  5. 前記加工経路補正手段は、
    前記補正距離aと前記戻し距離bを、
    a=P/sinθ
    b=Q/tan(θ/2)+R
    ただし、θ:コーナ角度
    P:ワイヤ電極の撓み量
    Q:オフセット量
    R:ワイヤ電極径に関する定数
    により求めて前記加工経路を補正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機。
  6. 前記補正距離aと前記戻し距離bを、
    a=b*sinα/sin(θ−α)
    b=Q/tan(θ/2)+R
    ただし、α=tan-1{P/(Q+R)}
    θ:コーナ角度
    P:ワイヤ電極の撓み量
    Q:オフセット量
    R:ワイヤ電極径に関する定数
    により求めて前記加工経路を補正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機。
  7. 前記ワイヤ電極の撓み量に替えて、電気的な加工条件ごとに決まる定数、前記オフセット量は、ワイヤ電極の半径値、ワイヤ電極の半径値と放電ギャップの値を加算した値、または、電気的な加工条件ごとに決まる定数のうちのいずれか一つであることを特徴とする請求項2から6のいずれか一つに記載のワイヤ放電加工機。
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