JP5805333B1 - ワイヤ放電加工装置 - Google Patents

Abstract

ワイヤの抵抗値に影響されることなくワイヤ電極と接触検出対象との接触を検出することができるワイヤ放電加工装置を得るべく、本発明では、ワイヤ電極（Ｐ）とワーク（Ｗ）とを相対移動させつつワイヤ電極（Ｐ）とワーク（Ｗ）との間にパルス電圧を印加するワイヤ放電加工装置において、ワイヤ電極（Ｐ）に矩形の交流信号を与える電源（１）と、ワイヤ電極（Ｐ）に接触する対象物（ワーク（Ｗ））と直列に接続されたコンデンサ（Ｃ）およびシャント抵抗（Ｒ３）と、シャント抵抗（Ｒ３）に印加される電圧の変化を検出してワイヤ電極（Ｐ）とワーク（Ｗ）との接触を検出する接触検出部（８）と、を備えるワイヤ放電加工装置を構成した。

Description

本発明は、ワイヤ放電加工装置に関するものである。

ワイヤ放電加工装置では、被加工物（以下「ワーク」）の加工を行う前段階の準備として、ワークとワイヤ電極の相対位置を判定する必要がある。そのためワイヤ放電加工装置には、ワークとワイヤ電極との接触を検出して、ワイヤ電極とワークとの相対的な位置を決定するための位置決め装置が設けられている。また、自動でワイヤ電極を張架する際、ワイヤ電極の先端位置やその状態を知る必要があるため、ワイヤ放電加工装置は、ワイヤ電極の経路の途中に設けられた検出板とワイヤ電極との接触を検出する接触検出機能を有する。

例えば、下記特許文献１に示される従来技術は、ワイヤ電極とワークとの間の電解作用によるワークの腐食や、位置決め用信号（ワイヤ電極とワークとの相対的な位置を決定するための信号）がワークへ放電することによる傷を防ぐため、ワイヤ電極と接触検出対象（ワークや接触検出板など）との間に、平均電圧が零になるような交流のパルス信号を位置決め用信号として印加し、ワイヤ電極と接触検出対象とが接触（以下「電極等の接触」）した際の前記パルス信号の電圧変化により、電極等の接触を検出するように構成されている。すなわち、電極等の接触が生じていないときには、ワークと並列に接続された抵抗（引用文献の図２に示されるＲ２）に印加される電圧値（電圧振幅）が所定値よりも高いため、接触検出回路では非接触状態であると判定され、電極等の接触が生じたときには、ワイヤ電極と接触検出対象が短絡することにより前記抵抗に流れる電流が低下して前記電圧値が所定値より低下するため、接触検出回路では接触状態であると判定される。

特開昭６０−１３５１２７号公報

ところが、極細のワイヤ線（たとえば直径０．０７ｍｍ以下のワイヤ線）がワイヤ電極として用いられる場合、位置決め用信号の供給部分（接触検出対象）とワイヤ電極との接触面積が相対的に狭くなるため、接触検出対象とワイヤ電極との接触抵抗が大きくなり、電極等の接触が生じたときの短絡電流がワイヤ電極へ流れ難くなる。また、ワイヤ電極が細くなるほどその断面積が狭くなるため、ワイヤ電極の単位長さ当たりの抵抗値が大きくなり、電極等の接触が生じたときの短絡電流がワイヤ電極へ流れ難くなる。特に位置決め用信号の供給源（位置決め用信号の電源）から接触検出対象までの距離が遠くなるほどワイヤ電極の抵抗値が増加するため短絡電流が流れ難くなる。このように極細のワイヤ電極を用いた場合、上記特許文献１に示される従来技術では、電極等の接触が生じたときのパルス信号の電圧変化が小さくなるため、電極等の接触の検出が困難になるという問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ワイヤの抵抗値に影響されることなくワイヤ電極と接触検出対象との接触を検出する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。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、極細のワイヤに矩形の交流信号を与える信号源と、前記ワイヤと接触する対象物と直列に接続されたコンデンサおよび抵抗体と、前記抵抗体に印加される電圧の変化を検出して前記ワイヤと前記対象物との接触を検出する検出部と、を備え、前記抵抗体は、前記対象物と前記ワイヤとの間である極間に直列に接続され、前記検出部は、前記ワイヤと前記対象物との接触の検知結果を絶縁して出力する絶縁素子を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、ワイヤの抵抗値に影響されることなくワイヤ電極と接触検出対象との接触を検出することができる、という効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１に係るワイヤ放電加工装置の構成を示す図である。 図２は、図１に示される電源から出力される信号の電圧波形とシャント抵抗に印加される電圧波形を説明するための図である。 図３は、図１に示されるワイヤ放電加工装置の変形例を示す図である。 図４は、本発明の実施の形態２に係るワイヤ放電加工装置の構成を示す図である。

以下に、本発明に係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に係るワイヤ放電加工装置の構成を示す図である。ワイヤ放電加工装置は、主たる構成として、一定周期の矩形波状のパルス信号（接触判定用または位置決め用の信号）を発生させる電源１と、ワークＷの加工用電源が電源１に入ったとき電源１を保護するため電源１をワイヤ電極Ｐから切り離すリレー２と、リレー２を介して電源１に接続されワイヤ電極Ｐと摺動しながら加工電圧を供給する給電子７と、一端がワークＷに接続され他端がシャント抵抗Ｒ_３に接続されたコンデンサＣと、コンデンサＣに直列に接続されたシャント抵抗（シャント抵抗Ｒ_３）と、シャント抵抗Ｒ_３の両端に接続されシャント抵抗Ｒ_３に印加される電圧の変化によりワイヤ電極Ｐと接触検出対象との接触を検出する接触検出部８とを有して構成されている。ワイヤボビン５から供給されるワイヤ電極Ｐは、予め決められた経路で金属製のプーリー３やメインテンションモータ４に張架され、給電子７を介して電源１に接続されている。

コンデンサＣとシャント抵抗Ｒ_３により直列回路が形成される。この直列回路と接触検出部８は、ワイヤ電極Ｐと接触検出対象との接触の有無を検出して接触判定信号８ａとして出力する接触検出回路１６を形成する。なお、接触検出回路１６は、ワイヤ電極ＰとワークＷとの相対的な位置を決定するための位置決め手段、あるいはワイヤ電極Ｐと接触検出対象との接触を検出するための接触検出手段として機能する。

図２は、図１に示される電源から出力される信号の電圧波形Ｖ_ｓｉｇとシャント抵抗Ｒ _３に印加される電圧波形Ｖ_Ｒ３を説明するための図である。図１のワイヤ放電加工装置は図２の上側に示される等価回路で表すことができ、図２では、電源１から出力されるパルス信号の電圧波形Ｖ_ｓｉｇとシャント抵抗Ｒ_３に印加される電圧波形Ｖ_Ｒ３とワイヤ電極Ｐの抵抗値Ｒ_Ｗとが示されている。図２の下側にはパルス信号の電圧波形Ｖ_ｓｉｇとシャント抵抗Ｒ_３に印加される電圧波形Ｖ_Ｒ３が示されている。

図１のワイヤ放電加工装置において、ワイヤ電極Ｐと接触検出対象とが接触したとき、コンデンサＣが充電され、シャント抵抗Ｒ_３と抵抗値Ｒ_ＷとコンデンサＣの静電容量とによって決まる過渡時間内ではシャント抵抗Ｒ_３に電流が流れる。そのため接触検出部８はシャント抵抗Ｒ_３に印加される電圧波形Ｖ_Ｒ３の変化を検出することができる。また電源１からは交流の矩形波が繰返し出力されるため、ワイヤ電極Ｐと接触検出対象とが接触したとき、電源１のパルス信号が変化する度、すなわちパルス信号の電圧波形Ｖ_ｓｉｇが立ち上がりまたは立ち下がる度に過渡応答がおこる。このときシャント抵抗Ｒ_３に印加される電圧波形Ｖ_Ｒ３の変化をモニタすることにより、ワイヤ電極Ｐと接触検出対象とが接触状態であるか非接触状態であるかを判定することができる。

電圧波形Ｖ_Ｒ３の変化を具体的に説明する。電源１から出力される電圧波形Ｖ_ｓｉｇの振幅をＥ、ワイヤ電極Ｐの抵抗値をＲ_Ｗ、コンデンサＣに蓄えられる電荷量をｑ、コンデンサＣの静電容量をＣ、シャント抵抗Ｒ_３の抵抗値をＲ_３、シャント抵抗Ｒ_３に流れる電流をｉとした場合、振幅Ｅ、電流ｉは（１）式、（２）式により表される。

（１）式、（２）式により、過渡解は（３）式により表され、定常解は（４）式により表される。

したがってコンデンサＣに蓄えられる電荷量ｑは（５）式により表される。

矩形波のパルス信号が正負に同じ振幅で発振していると仮定したとき、初期値（ｔ＝０）における電荷量ｑはｑ＝−ＣＥで表すことができるため、Ａ＝−２ＣＥとなる。これを（１）式に代入すると、電流ｉは（６）式で求めることができる。

またシャント抵抗Ｒ_３に印加される電圧波形Ｖ_Ｒ３は（７）式で表される。

（７）式から分かるとおり、ワイヤ電極Ｐの抵抗値Ｒ_Ｗが大きい場合でも、シャント抵抗Ｒ_３の値の取り方次第で、ワイヤ電極Ｐと接触検出対象とが接触状態または非接触状態のときの電圧変化の幅ｗ（図２参照）を任意に決定することができる。従って、極細のワイヤ線をワイヤ電極Ｐとして使用した場合に抵抗値Ｒ_Ｗが大きくなった場合でも、抵抗値を調整可能な可変抵抗器をシャント抵抗Ｒ_３として用いることにより、比較的簡単な構成でワイヤ電極Ｐと接触検出対象との接触の有無を検出することができる。

さらに、ワークＷとワイヤ電極Ｐとの間に意図しない放電が生じた場合、ワークＷへのダメージはその時に移動する電荷量ｑに依存する。そのため、静電容量Ｃ値を小さくしておくことにより、ワークＷへのダメージを軽減する効果も期待できる。ただし、静電容量Ｃが小さすぎた場合、電圧変動の時間が短くなり信号の検出が難しくなる。そのため、コンデンサＣは、適切な静電容量Ｃを選べるようにバリコン（可変コンデンサ）を用いることが望ましい。

また、従来技術では並列回路の形態をとっていたため、ワイヤ電極Ｐと接触検出対象との接触時に電圧の振幅が所定値よりも小さくなることを検出して接触判定を行っていたが、本実施の形態に係るワイヤ放電加工装置では、直列回路の形態をとっているため、ワイヤ電極Ｐが接触検出対象と非接触のときにはシャント抵抗Ｒ_３に印加される電圧が零であり、ワイヤ電極Ｐが接触検出対象と接触したときにはシャント抵抗Ｒ_３に印加される電圧が立ち上がる。このため本実施の形態に係るワイヤ放電加工装置は、接触信号（パルス信号）を発生させる電源１の構成部品によるバラつき（例えば発振器における振幅のバラつき）に左右され難いという特徴もある。

図３は、図１に示されるワイヤ放電加工装置の変形例を示す図である。図３に示される接触検出部８は、シャント抵抗Ｒ_３に印加された電圧と予め設定された基準電圧とを比較することによりワイヤ電極Ｐと接触検出対象との接触の有無を判定する比較器１１と、比較器１１からの接触判定信号８ａを絶縁して例えばＮＣ制御装置９（図１参照）へ出力する絶縁素子（フォトカプラ１２）とを有して構成されている。このように比較器１１の後段にフォトカプラ１２を設けることにより、万が一、接触検出部８へ加工電圧が入り込んできた場合でも、ＮＣ制御装置９を含むシステム全体の破損を防止することができる。なお、比較器１１における接触の有無の判定は、前述したパルス信号の周期で行う必要があるため、接触検出部８には電源１からの信号を参照信号として取り込んでおく。

ワークＷを設置する定盤（図示せず）にはさまざまな配線が接続されているため、対地に対する浮遊容量によるノイズが接触検出部８へ流れ込み易くなる。このような対策として、図示例のようにチョークコイル１０を電源１とリレー２との間に挿入することで、ワイヤ電極ＰとワークＷとの接触時以外の対地から接触検出部８へ流れ込むノイズを抑えることができ、ノイズレベルが大きい場合でも誤検出を回避することができる。

以上に説明したように本実施の形態に係るワイヤ放電加工装置は、ワイヤ（ワイヤ電極Ｐ）に矩形の交流信号を与える信号源（電源１）と、ワイヤに接触する対象物（例えばワークＷ）と直列に接続されたコンデンサＣおよび抵抗体（シャント抵抗Ｒ_３）と、抵抗体に印加される電圧の変化を検出してワイヤと対象物との接触を検出する検出部（接触検出部８）と、を備える。この構成により、極細線を使用することによりワイヤの接触抵抗が増えた場合でもシャント抵抗Ｒ_３の値を大きくとることにより電圧の変化が顕著になり、容易に接触を検出することができる。また、シャント抵抗Ｒ_３の大きさに合わせて任意の静電容量のコンデンサＣを選ぶことにより、シャント抵抗Ｒ_３に印加される電圧が減衰する時定数を自由に決めることができ、コンデンサＣの静電容量を小さくすれば、ワークＷへのダメージを軽減することもできる。またワイヤが接触した場合にのみシャント抵抗Ｒ _３に電圧が印加されるため、電源１の構成部品によるバラつきに左右され難いワイヤ放電加工装置を得ることができる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係るワイヤ放電加工装置の構成を示す図である。ワイヤ放電加工装置には、加工中にワイヤ電極Ｐが断線した場合でも加工を継続するために、自動でワイヤ電極Ｐを張架するワイヤ自動供給機能が備え付けられている。この機能を実現するためには、ワイヤ電極Ｐが正常に経路を通過できているか、または経路上のどこかでワイヤ電極Ｐの先端が引っかかっていないかなどの情報が必要不可欠である。そしてワイヤ放電加工装置は、この情報をもとにワイヤ電極Ｐの巻き上げや送り出し、またワイヤ電極Ｐの張架のやり直しなどを判断する。実施の形態２に係るワイヤ放電加工装置は、この機能を実現する手段として実施の形態１の接触検出回路１６を用いたものである。以下、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

図４に示されるワイヤ放電加工装置では、実施の形態１と同様にワイヤボビン５から供給されるワイヤ電極Ｐが予め決められた経路で金属製のプーリー３やメインテンションモータ４に張架され、ワイヤ自動供給装置１４に通されている。実施の形態１との相違点は、導電性のワイヤ下部ガイド１５に接触検出回路１６−１が接続され、また撓み検出板１３に接触検出回路１６−２が接続されている点である。

図示例のように張架されたワイヤ電極Ｐが断線した場合、自動でワイヤ電極Ｐを張架するためには、先ずＮＣ制御装置９からメインテンションモータ４に対してワイヤ電極Ｐを送り出す指令が出力される。メインテンションモータ４により送り出されたワイヤ電極Ｐがワイヤ経路の途中で引っ掛かることなくワイヤ下部ガイド１５を通過した場合、シャント抵抗Ｒ_３−１に電圧が印加され、接触検出部８−１ではその電圧値によりワイヤ電極Ｐがワイヤ下部ガイド１５を通過できたことが検出される。

ワイヤ電極Ｐを送り出しているときにワイヤ電極Ｐの先端がワイヤ経路の途中で引っ掛かった場合、ワイヤ電極Ｐは、メインテンションモータ４とワイヤ自動供給装置１４との間で撓み、撓み検出板１３に接触する。このとき、撓み検出板１３に接続されたシャント抵抗Ｒ_３−２には電圧が印加され、接触検出部８−２ではその電圧値によりワイヤ電極Ｐが撓み検出板１３に接触していること、すなわちワイヤ電極Ｐの撓みが生じていることが検出される。ワイヤ電極Ｐの撓みが検出された場合、接触検出部８−２からＮＣ制御装置９に対して接触判定信号８ａが出力され、接触判定信号８ａを受信したＮＣ制御装置９は、ワイヤ電極Ｐを巻き上げて再びワイヤ電極Ｐの張架を試みるようにメインテンションモータ４を制御する。このようにして連続的な自動運転が実現される。

以上に説明したように本実施の形態に係るワイヤ放電加工装置は、ワイヤ下部ガイド１５に接続された接触検出回路１６−１と撓み検出板１３に接続された接触検出回路１６−２とを備えるため、ワイヤ自動供給機能を達成することができる。

なお、本発明の実施の形態は、本発明の内容の一例を示すものであり、更なる別の公知技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは無論である。

以上のように、本発明は、ワイヤ放電加工装置に適用可能であり、特に、ワイヤの抵抗値に影響されることなくワイヤ電極と接触検出対象との接触を検出することができる発明として有用である。

１ 電源、２ リレー、３ プーリー、４ メインテンションモータ、５ ワイヤボビン、６ リレー、７ 給電子、８ 接触検出部（検出部）、８ａ 接触判定信号、９ ＮＣ制御装置、１０ チョークコイル、１１ 比較器、１２ フォトカプラ、１３ 撓み検出板、１４ ワイヤ自動供給装置、１５ ワイヤ下部ガイド、１６，１６−１，１６−２
接触検出回路。

Claims (5)

1. 極細のワイヤに矩形の交流信号を与える信号源と、
   前記ワイヤと接触する対象物と直列に接続されたコンデンサおよび抵抗体と、
   前記抵抗体に印加される電圧の変化を検出して前記ワイヤと前記対象物との接触を検出する検出部と、
   を備え、
   前記抵抗体は、前記対象物と前記ワイヤとの間である極間に直列に接続され、
   前記検出部は、前記ワイヤと前記対象物との接触の検知結果を絶縁して出力する絶縁素子を備えたことを特徴とするワイヤ放電加工装置。
2. 前記コンデンサは可変コンデンサであ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。
3. 前記対象物と前記ワイヤとの間の極間と前記信号源との間に挿入されるコモンモードチョークコイルを備えた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。
4. 前記検出部は、被加工物の下部に配置され前記ワイヤをガイドするワイヤ下部ガイドを前記対象物として、前記ワイヤと前記ワイヤ下部ガイドとの接触を検出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。
5. 前記検出部は、ワイヤ自動供給装置の上部に配置された撓み検出板を前記対象物として、前記ワイヤと前記撓み検出板との接触を検出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。

Images