JP6110353B2 - フィルタの交換時期の予測機能を有するワイヤ放電加工機 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤ放電加工機に関し、特に、フィルタの交換時期を予測する機能を有するワイヤ放電加工機に関する。

ワイヤ放電加工機などの放電加工機では、加工に用いられる加工液を循環させて使用している。そのため、放電加工で発生した加工液中に含まれる加工くずをフィルタによって濾過されている。このフィルタは消耗品であるので、濾過能力が低下ないしなくなると交換する必要がある。

従来、フィルタに対する通水時間が規定時間に到達した場合、フィルタのまたは、フィルタ前後の管路に水圧計、または水量計等の計器を取り付け、前記計器からの出力がある閾値に達した場合に、ＣＮＣ画面に注意および警告を出し、フィルタの交換を促すことが行われている。

また、フィルタ交換を行う時期を把握する目安として、濾過能力が低下ないしなくなる時期を事前に予測する技術がある。特許文献１には、フィルタの残り使用時間を過去のフィルタ圧と時間の履歴より推測して出力する技術が開示されている。特許文献１に開示される技術は、過去の履歴を必要とし、放電加工のように加工条件等が変更されるとフィルタへの負荷が大きく変化するため、過去の履歴から類推しても、予測精度がかなり落ちる。

特許文献２，３には、ワイヤカットの消耗品寿命時間また回数に到達したとき、または、到達前にアラームを表示する技術が開示されている。特許文献４には、ワイヤ切断装置の刃物の消耗率を算出し、消耗率により寿命を判断する技術が開示されている。特許文献５には、自動結線の結線失敗箇所について、記録し、失敗の数が多いところに保守を促す技術が開示されている。

特許第２５９５６８５号公報 特開昭５９−１１５１２４号公報 特開平２−１３１８２１号公報 特開２００５−３３４９８９号公報 特許第５３８３２１３号公報

背景技術で説明したように、フィルタ交換時期について、上記のような注意報知および警告報知を行う技術があるが、ユーザごとに機械の使用状況が異なるので、フィルタが何時ごろに交換時期になるのか不明確である。つまり、フィルタの交換周期は使用時間、加工内容によって、数日、数週間、数ヶ月など、幅広く存在するため、特に長い交換周期の場合、次の交換までの日数を予測できず、効率的に行うフィルタ交換の計画を立てることが困難である。

また、フィルタの交換時期がわかりにくいため、予め多めにフィルタを在庫しておく必要が生じる場合や、アラームになることを極力回避するために、まだフィルタが使用できる時間があるにもかかわらずに早めにフィルタを交換し、フィルタの使用個数が増加する場合があり、ユーザの負担も増大する。また、注意が表示されてからフィルタを購入しても、納期が間に合わないケースがあり警告時にはフィルタの交換が出来なくなり、マシンダウンの期間が発生する可能性もある。

また、ワイヤ放電加工は一回の加工時間が非常に長いケースが多いため、交換周期が短い場合では、加工中にフィルタ交換の警告が出る可能性もある。放電加工中のフィルタ交換は手間と時間がかかる面倒な作業である。フィルタ交換を行わないで放電加工を続けると、フィルタの濾過能力が低下しているため、加工槽に供給される濾過した加工液量が不足し、ワイヤ断線や加工精度不良を起こす可能性もあり、最終的には、加工液の水位低下アラームとなり加工停止になる。

そこで本発明の目的は、機械の使用状況に合わせたフィルタ交換時期を予測可能なフィルタの交換時期の予測機能を有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、加工液を噴流させながら放電加工をおこない、前記放電加工によって排出される加工くずをフィルタによって濾過する濾過装置を備えたワイヤ放電加工機において、前記フィルタに加工液を供給するフィルタ管路に設けられた水圧を検出する水圧検出手段と、加工条件、加工材質、加工板厚、ワイヤ線径、ワイヤ材質、加工液質に対応した単位時間あたりの前記フィルタの水圧変動量を記憶したデータベースと、
現在の加工条件、加工材質、加工板厚、ワイヤ線径、ワイヤ材質、加工液質により、前記データベースから現在の単位時間あたりの水圧変動量を取得する水圧変動量取得手段と、
前記取得した単位時間あたりの水圧変動量と、前記水圧検出手段で検出した現在の前記水圧と、フィルタを使用することが可能な水圧の上限値とから、前記フィルタが使用できる残り時間を算出する残使用時間算出手段と、ワイヤ放電加工機の稼働率と、前記残り使用時間と、現在の日時とから、前記フィルタが寿命に達するまでの日時を演算する寿命日時演算手段と、前記演算された寿命日時を表示する表示手段と、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、前記データベースは、各前記加工条件、加工材質、加工板厚、ワイヤ線径、ワイヤ材質、加工液質の種類間ごとに単位時間あたりの水圧変動量に関する係数を有し、前記加工条件、加工材質、加工板厚、ワイヤ線径、ワイヤ材質、加工液質のいずれかのデータを変更した場合、変更前後の単位時間あたりの水圧変動に関する係数の比と、変更する前の水圧変動量より、変更したデータの単位時間あたりの水圧変動量を算出する水圧変動量算出手段を有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、前記フィルタの単位時間あたりの水圧変動量を前記現在の水圧によって変更することを特徴とする請求項１または２の何れか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、前記フィルタの単位時間あたりの水圧変動量を前記フィルタに流す加工液の流量によって変更することを特徴とする請求項１乃至３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、機械の使用状況に合わせたフィルタ交換時期を予測可能なフィルタの交換時期の予測機能を有するワイヤ放電加工機を提供できる。

加工液処理装置を備えたワイヤ放電加工機を示す図である。 ワイヤ放電加工機のフィルタの時間と水圧の関係を示す図である。 単位時間当たりの水圧変動量のデータベースの一例を示す図である。 単位時間当たりの水圧変動量の各加工状況の係数の一例を示す図である。 係数による単位時間あたりの水圧変動量の計算の一例を示す図である。 単位時間当たりの水圧変動量のフィルタの水圧（水圧値）およびフィルタに供給する水量の係数である。 本発明に係るワイヤ放電加工機の制御装置が実行する処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
ワイヤ放電加工機において、フィルタの水圧変動が生じる。そして、ワイヤ放電加工機に使用する加工液浄化用のフィルタは、加工条件、加工材質、加工板厚、ワイヤ線径、ワイヤ材質、加工液質などによって単位時間あたりのフィルタの水圧変動量が大よそ決まっている。これは、放電加工によって生じる単位時間当たりに発生する量が、加工条件、加工材質、加工板厚、ワイヤ線径、ワイヤ材質、加工液質などの物理量に依存すると考えられるからである。なお、フィルタの圧力変動については後述する。

そこで、本発明は、前記単位時間あたりのフィルタの水圧変動量のデータベースをワイヤ放電加工機に備え、水圧計で測定している現在のフィルタの水圧のデータ、フィルタの使用できる水圧データ、および、前記データベースのデータに基づいて、フィルタを使用できる時間（残りの使用できる時間）を演算する。前記残りの使用できる時間と、機械の稼動率から、フィルタ交換の日時を予測表示する。

本発明は、これによりユーザごとの使用状況にあわせたフィルタ交換時期を予測表示することができ、フィルタ交換の計画、フィルタ在庫の管理がし易くなる。また、フィルタの交換を怠ることがなくなり、ワイヤ断線、加工精度不良、機械の停止（マシンダウン）等を防止することが可能になる。

図１は加工液処理装置を備えたワイヤ放電加工機を示す図である。ワイヤ放電加工機１は、機構部２上に配置される加工槽３、汚水槽４、清水槽５を備え、制御装置２０により機械全体が制御される。制御装置２０は、演算装置、各種データを記憶する記憶装置、各種表示を行う表示装置を備えている。

ワイヤ放電加工機１により図示しないワークが加工槽３内で放電加工される。放電加工は、ポンプ９により清水槽５から汲み上げられた加工液を、加工槽３内で上下ガイド（少なくとも上ガイド）より噴流しながら行われる。放電加工により加工くずが発生し、加工槽３内の加工液に浮遊するようになる。加工槽３内の加工くずが含まれる加工液は汚水槽４へ排出される。

加工槽３から排出され汚水槽４に貯留された加工くずを含む加工液はポンプ７により汚水槽４から汲み上げられ、ポンプ７の下流側に配置されたフィルタ８へ送水され、フィルタ８によって加工液中の加工くずが濾過される。フィルタ８で濾過され浄化された加工液は清水槽５へ供給される。このとき、フィルタ８を配設する管路の前後もしくはフィルタ内部に水圧を検出するセンサー１１を配置する。センサー１１で検出される圧力を現在のフィルタの水圧という。フィルタが加工くずを捕集するにしたがって設置されたセンサー１１によって検出される水圧が変動する。この水圧の変動をフィルタの水圧変動という。

清水槽５の加工液はポンプ９により汲み上げられ、上下ガイド６から加工液噴流として噴射される。また、ポンプ１０によって清水槽５から加工液を汲み上げ、汲み上げられた加工液は加工糟３内への循環および水溜に使用する。なお、図示しないが、ワイヤ放電加工機１において、ポンプ９、ポンプ１０や加工糟３から汚水槽４などの加工液を流す管路に加工くずを濾過するフィルタを設置する構成としてもよい。

一般的にフィルタを使用できる期間である寿命は、フィルタ後（フィルタの下流側）に設置された水圧計の場合、フィルタを使用する時間経過とともに水圧が下降し、規定の水圧を下回った場合に寿命とする（図２（ａ）参照）。また、フィルタ前（フィルタの上流側）に設置された水圧計で監視する場合、フィルタを使用する時間経過とともに水圧が上昇し、規定の水圧を超した場合に寿命とする（図２（ｂ）参照）。

フィルタ使用時の単位時間ΔＴあたりのフィルタの水圧変動量ΔＰは、前述したように、加工条件、加工材質、加工板厚、ワイヤ線径、ワイヤ材質、加工液質等でおおよそ決まる。ここで、加工条件には放電条件、噴流条件、加工回数を含む。また、加工液質は加工液の種類や成分、導電率、液温を意味する。以下、本発明では、加工条件、加工材質、加工板厚、ワイヤ線径、ワイヤ材質、加工液質等を加工状況と呼ぶ。

本発明では、まず、各加工状況で単位時間ΔＴあたりの水圧変動量ΔＰを実験等で取得する。各加工状況で実験等により取得された単位時間ΔＴあたりの水圧変動量ΔＰをデータベース化したものを図３に示す。図３は単位時間ΔＴ当たりの水圧変動量ΔＰのデータベースの一例である。Ａ１〜Ａｎ，Ｂ１〜Ｂｎ，Ｃ１〜Ｃｎ，Ｄ１〜Ｄｎ，Ｅ１〜Ｅｎ，Ｆ１〜Ｆｎは、データ１〜データｎの加工状況の各データである。ΔＰは単位時間ΔＴあたりの水圧変動量である。

図３に示すこのデータベースをワイヤ放電加工機１の制御装置２０のメモリ（図示せず）に記憶させる。ここで、図３に示すように加工状況ごとに単位時間ΔＴあたり水圧変動量ΔＰをデータベースとして制御装置２０のメモリに記憶させることは、記憶するために必要なメモリ容量が非常に大きくなってしまう。

ところで、水圧変動量ΔＰは、加工条件、加工材質、加工板厚などの加工状況の各データ間（図３のデータ１〜データｎを参照）には、おおよそ比例的な相関がある。そこで、実験等でフィルタの水圧変動量のデータを取得すると、図４のような水圧変動量の係数が得られる。図４は水圧変動量の各加工状況（加工条件、加工材質、加工板厚）の係数の一例である。

例として図３と図４のデータより、図５のようにデータ１の加工状況の中の一つのデータである加工条件をＡ１からＡ２に変更したときのデータ１Ａの水圧変動量ΔＰは、α１×ε２÷ε１になる。さらに加工材質をＢ１からＢ２に変更したときのデータ１Ｂの水圧変動量ΔＰはα１×（ε２÷ε１）×（ζ２÷ζ１）になる。このように、各加工状況間の係数をデータベース化し、上記の演算式（係数の乗除）のように水圧変動量ΔＰを演算できることから、加工状況の全てのデータの組み合わせを保存する必要がなく、データベースの規模を小さくできる（請求項２に対応する事項である）。

フィルタを使用する時間の経過とともに目詰まりが進行し、フィルタの濾過能力が低下するので、フィルタの水圧（水圧値）によっても、水圧変動量ΔＰが変化する。水圧変動量ΔＰとセンサーによって検出される水圧値の関係も比例的な相関があり、加工状況に影響を受けにくい関係である。

そこで、正確な水圧の変動値を求めるために、加工状況の係数と同じように水圧ごとに係数を測定しデータベース化する（図６（ａ）参照）。そして、現在フィルタを監視している検出器から得られるフィルタの水圧値の係数と現在の加工状況からの水圧変動量ΔＰを掛けて求めることができる（請求項３に対応する事項である）。

また、一般的にフィルタに対して一定の流量を送水して使用するが、フィルタに送水する流量が変化することによって、単位時間当たりにフィルタに送る加工くずの量も変化する。そのため、水圧変動量ΔＰは加工液の流量に依存して水圧と同様に変化する。水圧変動量ΔＰと流量の関係も比例的な相関があるため、水圧と同様に流量ごとの係数を測定してデータベース化する（図６（ｂ）参照）。

フィルタに対して加工液を一定の流量を流さない場合は、図１に示されるワイヤ放電加工機１のフィルタ管路に送水する流量を測定する手段を備え、現在の流量からのデータベース上の流量の係数と現在の加工状況からの水圧変動量ΔＰを掛けて流量変化を含んだ水圧変動量ΔＰを求めることができる（請求項４に対応する事項である）。

なお、水圧および流量の係数はおおよそ一次関数的な増加とみなせるので、測定してない水圧および流量の係数は、前後の水圧および流量および各係数から補間して換算することも可能である。

ここで、加工状況の変更、または、水圧変化、または、流量変化、または、これらの組み合わせによる水圧変動量ΔＰに掛かる係数は、互いに独立した係数であるから、水圧変動量ΔＰは、各変更、変化に応じて組み合わせて演算することも可能である（加工状況の変更、水圧変化、流量変化の係数を全て使用しても、この内のいずれかを使用しもよい。）。

上記の水圧変動量ΔＰおよび係数のデータベースと演算方法より、フィルタを使用できる時間Ｔｒの演算方法は、現在のフィルタの水圧Ｐｎ、フィルタの寿命圧力をＰｄとすると、
Ｔｒ＝｜（Ｐｄ−Ｐｎ）÷ΔＰ｜ （数１）
で表される。

ここで、フィルタを使用できる時間Ｔｒは連続で使用した場合の時間であるから、実際のフィルタの交換予測の使用には使用し難い。そこで、所定期間の機械の稼動率（単位時間当たりの機械の使用時間）Ｗを用いることによって、より精度の高い予測が可能である。ここでの所定期間はユーザの指定した期間もしくは機械を使用し始めてから現在までの累積の使用期間である。あとどのくらいフィルタを使うことが可能かの時間であるところの、機械の稼働率を考慮した残りのフィルタの使用時間Ｔｄは、
Ｔｄ＝Ｔｒ÷Ｗ （数２）
で表される。

演算して求めた機械の稼働率を考慮したフィルタの使用時間Ｔｄを使用して、ワイヤ放電加工機１上の制御装置２０の表示器（図示せず）に、フィルタの使用できる残り時間として表示する。また表示方法は、フィルタの交換周期が一般的に長いので、残り日数と時間や交換する日付で表示することでよりわかりやすくなる。これらの演算は周期的にもしくは、加工状況、水圧、流量が変化した場合に演算、表示を行い、加工状況、水圧、流量の変化に対応する。

図７は本発明に係るワイヤ放電加工機の制御装置が実行する処理を示す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ＳＡ０１］予測シーケンスを開始する。
●［ステップＳＡ０２］現在の加工状況、現在のフィルタの水圧、および機械の稼動率Ｗを取得する。
●［ステップＳＡ０３］ステップＳＡ０２のデータから、単位時間ΔＴ当たりの水圧変動量ΔＰおよび係数のデータベースを参照して、現在の水圧変動量ΔＰを取得、または、算出する。
●［ステップＳＡ０４］現在の水圧変動量ΔＰ、現在のフィルタの水圧Ｐｎとフィルタの寿命圧力Ｐｄより、フィルタの使用できる時間Ｔｒを、数１式を用いて算出する。
●［ステップＳＡ０５］フィルタの使用できる時間Ｔｒと稼働率Ｗより、機械の稼働率を考慮した残りのフィルタの使用時間Ｔｄを、数２式より算出する。
●［ステップＳＡ０６］機械の稼働率を考慮した残りのフィルタの使用時間Ｔｄよりフィルタの交換までの残り時間、または交換日時を表示機に表示する。以後、周期的もしくは、加工状況、現在のフィルタの水圧、フィルタが設けられた管路の現在の流量に変動があった場合にステップＳＡ０２に戻り、処理を繰り返す。

上記フローチャートを補足して説明する。
ステップＳＡ０２において、フィルタが設けられた管路の現在の流量を取得するようにしてもよい。
ステップＳＡ０３において、現在の水圧変動量ΔＰを取得するとは、例えば、図３のデータベースの値をそのまま利用する場合、または、図５に示す水圧変動量の計算により算出して取得することを含む。

なお、本発明に係るデータベース記憶装置、各演算装置、表示器はワイヤ放電加工機の制御装置を使用することを想定して記述しているが、パソコンなどの外部演算表示機に、ワイヤ放電加工機の制御装置で監視（検出）している現在のフィルタの水圧や流量、加工状況等のデータをワイヤ放電加工機から外部演算表示機に送り、外部演算表示機で水圧変動量ΔＰのデータベースの記憶領域を持ち、水圧変動量ΔＰ、寿命予測を演算または表示してもよい。

１ ワイヤ放電加工機
２ 機構部
３ 加工槽
４ 汚水槽
５ 清水槽
６ 上下ガイド
７ 第１ポンプ
８ 圧力センサー付きフィルタ
９ 第２ポンプ
１０ 第３ポンプ
１１ 圧力センサー

２０ 制御装置

Ｗ 機械の稼動率
Ｔｒ フィルタを使用できる時間
Ｔｄ 機械の稼働率を考慮した残りのフィルタの使用時間
ΔＰ 水圧変動量
Ｐｎ 現在のフィルタの水圧
Ｐｄ フィルタの寿命圧力

Claims (4)

1. 加工液を噴流させながら放電加工をおこない、前記放電加工によって排出される加工くずをフィルタによって濾過する濾過装置を備えたワイヤ放電加工機において、
   前記フィルタに加工液を供給するフィルタ管路に設けられた水圧を検出する水圧検出手段と、
   加工条件、加工材質、加工板厚、ワイヤ線径、ワイヤ材質、加工液質に対応した単位時間あたりの前記フィルタの水圧変動量を記憶したデータベースと、
   現在の加工条件、加工材質、加工板厚、ワイヤ線径、ワイヤ材質、加工液質により、前記データベースから現在の単位時間あたりの水圧変動量を取得する水圧変動量取得手段と、
   前記取得した単位時間あたりの水圧変動量と、前記水圧検出手段で検出した現在の前記水圧と、フィルタを使用することが可能な水圧の上限値とから、前記フィルタが使用できる残り時間を算出する残使用時間算出手段と、
   ワイヤ放電加工機の稼働率と、前記残り使用時間と、現在の日時とから、前記フィルタが寿命に達するまでの日時を演算する寿命日時演算手段と、
   前記演算された寿命日時を表示する表示手段と、
   を備えたことを特徴とするワイヤ放電加工機。
2. 前記データベースは、各前記加工条件、加工材質、加工板厚、ワイヤ線径、ワイヤ材質、加工液質の種類間ごとに単位時間あたりの水圧変動量に関する係数を有し、前記加工条件、加工材質、加工板厚、ワイヤ線径、ワイヤ材質、加工液質のいずれかのデータを変更した場合、変更前後の単位時間あたりの水圧変動に関する係数の比と、変更する前の水圧変動量より、変更したデータの単位時間あたりの水圧変動量を算出する水圧変動量算出手段を有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. 前記フィルタの単位時間あたりの水圧変動量を前記現在の水圧によって変更することを特徴とする請求項１または２の何れかに記載のワイヤ放電加工機。
4. 前記フィルタの単位時間あたりの水圧変動量を前記フィルタに流す加工液の流量によって変更することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載のワイヤ放電加工機。

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