JP6247260B2 - 様々な面の加工が可能なワイヤ放電加工機 - Google Patents

Description

本発明はワイヤ放電加工機に関し、特にワークの姿勢を変更することなく自由度の高い加工をすることが可能なワイヤ放電加工機に関する。

放電加工の一つであるワイヤ放電加工は、導電性を持ったワイヤ電極と被加工物（以下、ワーク）との間に放電現象を発生させることによって被加工物の一部が溶融飛散させることにより被加工物を輪郭形状に加工するものである。ワイヤ放電加工を行う機械はワイヤ放電加工機と呼ばれ、被加工物とワイヤ電極を支持する機構部と、放電現象に伴って消耗するワイヤ電極を連続的に供給する構造を備え、数値制御装置などの制御装置によりワイヤ電極と被加工物の相対位置を制御している。

ワイヤ放電加工機で用いられるワイヤ電極は一般に、円筒形状のボビンにまとまった形態で巻きつけられていて、ワイヤ放電加工機が備えるワイヤ電極を連続的に供給する構造によってボビンから引き出される。ワイヤ放電加工機は、ワイヤ電極の位置を正確に支持する構造であるガイドを持ち、制御装置によってワイヤ電極に対して張力を制御する機構および機能を有している。また、ワイヤ電極と被加工物との間に発生する放電の状態を、制御装置によって監視および制御する機能を有している。そして、制御装置に任意の移動指令をし、該移動指令に従って制御装置がワイヤ放電加工機を制御することで、ワイヤ電極によって被加工物に対して輪郭形状を加工することができる。ワイヤ放電加工機では、ワイヤ電極と被加工物とを平面上で相対移動させて輪郭形状を加工する２次元加工や、特許文献１などに開示されるように、ワイヤに傾きを持たせて行う２．５次元加工（テーパ加工、フィレット加工など）を行うことができる。

特開２００７−０８３３７２号公報

ワイヤ放電加工機は１対のガイド間に支持されるワイヤ電極による輪郭加工を行う加工機であり、２次元加工または２．５次元加工を超える多面体の形状を加工する場合は、ワイヤ放電加工を一時中断してワークを固定する姿勢を変える必要があり、作業者の手間がかかるという問題があった。

そこで本発明の目的は、ワークの姿勢を変更することなく２次元加工または２．５次元加工を超えた自由度の高い加工を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、ワイヤ電極と被加工物を相対移動させて前記被加工物に放電加工を行うワイヤ放電加工機において、前記ワイヤ電極を張架するワイヤ張架機構を備え、前記ワイヤ張架機構の位置および姿勢を制御するワイヤ張架装置と、前記ワイヤ放電加工機を制御する制御装置と、前記ワイヤ張架機構を移動した際の座標位置を前記ワイヤ張架装置から前記制御装置に伝達する伝達手段と、を有し、前記制御装置は、該伝達手段より伝達された前記座標位置を基準として前記ワイヤ放電加工機の各軸の位置を前記ワイヤ張架機構の移動に同期させ、前記ワイヤ張架装置は、手先に前記ワイヤ張架機構を備えた多関節ロボットと、該多関節ロボットを制御するロボットコントローラとにより構成される、ことを特徴とするワイヤ放電加工機である。

本願の請求項２に係る発明は、前記ワイヤ放電加工機に張架された前記ワイヤ電極に対して、前記ワイヤ張架機構の位置および姿勢を制御することにより前記ワイヤ張架機構に前記ワイヤ電極を張架する、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。

本願の請求項３に係る発明は、前記ワイヤ張架機構に対して、前記ワイヤ放電加工機の各軸を駆動制御して前記ワイヤ電極を移動させることにより前記ワイヤ張架機構に前記ワイヤ電極を張架する、ことを特徴とする請求項１または２に記載のワイヤ放電加工機である。

本願の請求項４に係る発明は、前記ワイヤ張架機構は、前記ワイヤ張架装置に対して着脱自在に設けられる、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工機である。

本発明により、ロボットの姿勢を変えることによりワイヤの角度を自由に変更できるようになるため、加工中にワークの姿勢を変更することなく２次元加工あるいは２．５次元加工を超えた自由度の高い加工をすることが可能となる。ワークの向きを変える作業を省略することができることから加工のサイクルタイムを向上させることができ、また、作業者の労力を軽減することができる。

本発明の実施形態におけるロボットを備えたワイヤ放電加工機の要部構成図である。 本発明の実施形態におけるワイヤ張架機構の要部構成図である。 本発明の実施形態におけるワイヤ張架機構に対するワイヤ電極の張架方法を説明する図である。 本発明の実施形態におけるワイヤ放電加工機による加工時の状態を説明する図である。 本発明の実施形態におけるワイヤ放電加工機で加工できるワークの位置を説明する図である。 本発明の実施形態におけるワイヤ電極の角度の限界を説明する図である。 本発明の実施形態におけるロボットとワイヤ張架機構との連結構造について説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
上記したように、従来の問題点は、１対のガイド間と被加工物の相対位置、および１対すなわち２つのガイドの相対位置をずらす制御だけでは、ワイヤ放電加工で２次元加工または２．５次元加工を超える形状の加工を行うことができず、ワイヤ電極とワークの姿勢を変更するか、ワイヤ放電加工の途中でワークの固定方法を変更するしかなかった。
そこで、本発明においては多関節ロボット（以下、ロボット）の先端にワイヤ電極を張架できる構造を持たせ、ロボットの動作によってワイヤ電極の姿勢を変えることにより、ワイヤ放電加工中にワークの固定方法を変更せずに２次元加工または２．５次元加工を超える形状のワイヤ放電加工を可能とする。

図１は、本発明の一実施形態におけるロボットを備えたワイヤ放電加工機の要部構成図である。ワイヤ放電加工機１はワイヤ電極２によってワーク１１に対する放電加工を行う数値制御工作機械であり、数値制御装置３およびサーボモータ４によってワイヤ電極２とワーク置き台５の相対的な位置が制御される。なお、図１ではサーボモータは１つしか図示されていないが、実際にはワイヤ放電加工機１が備える軸毎にサーボモータなどの駆動部が設けられている。また、図中ではワイヤ放電加工に用いられる加工液および該加工液を溜める加工槽の記載については省略している。

ワイヤ放電加工機１にはロボットコントローラ７により制御されるロボット６が取り付けられている。ロボットコントローラ７と数値制御装置３とは有線または無線の伝達手段２１によって接続され、互いに制御している対象の情報を共有することにより、ワイヤ放電加工機１の数値制御装置３はロボット６の位置および姿勢を逐次認識しており、また、ロボットコントローラ７はワイヤ電極２およびワーク置き台５の位置を逐次認識しており、それぞれが認識した内容に応じて同期制御を行なう。例えば、ロボットコントローラ７はロボット６の姿勢を変化させた場合、ロボット６の各部の座標位置および姿勢に係る情報を有線又は無線により数値制御装置３へと伝達し、数値制御装置３は伝達されたロボット６の各部の座標位置および姿勢に係る情報を基準としてワイヤ放電加工機１の各軸の位置を同期させて制御する。

ロボット６は、ロボットコントローラ７によって姿勢や動作が制御され、ロボット６の手首先端部分にはワイヤ張架機構８が取り付けられている。ロボット６の手首先端部分に取り付けられたワイヤ張架機構８とワイヤ電極２との相対位置は、あらかじめワイヤ放電加工機１の数値制御装置３とサーボモータ４がワーク置き台５を制御上の原点（機械原点）の位置にあるときに、ロボット６を手動操作によってワイヤ張架機構８を上ガイド部９と下ガイド部１０の間に張架させたワイヤ電極２の近傍に位置決めまたは接触させて、数値制御装置３またはロボットコントローラ７に現在位置を記憶させることにより共有される。

図２は、ロボット６の手首先端部分に取り付けられたワイヤ張架機構８の要部構成図である。ワイヤ張架機構８は、複数の回転するプーリ１２や、ワイヤ電極２を案内する支持ガイド１３から形成されている。プーリ１２、支持ガイド１３のワイヤ電極２が当たる部分は、電流を通さない材質が用いられている。本実施形態のワイヤ張架機構８においては、図２に示すように支持ガイド１３はＬ字型をした構造であって、図中矢印Ａの方向からワイヤ電極２を引っ掛けるための溝が形成されたものとしているが、支持ガイド１３の構造は張架時にワイヤ電極２が外れないように支持できるのであればどのような構造としてもよい。

そして、ロボット６およびロボットコントローラ７は、図３に示すように、ロボット６を姿勢変化させることによりワイヤ電極２をワイヤ張架機構８のプーリ１２に引っ掛けた後（図３（ｉ））、更なるロボット６の姿勢変化によりワイヤ電極２を支持ガイド１３に引っ掛けることにより（図３（ｉｉ））、ワイヤ放電加工機１に張架されたワイヤ電極２をワイヤ張架機構８に張架してプログラムにより指令される加工位置へと移動させる。なお、ワイヤ張架機構８に対してワイヤ電極２を張架する動作はロボット６の姿勢変化による方法だけではなく、ワイヤ放電加工機１の各軸を制御して上ガイド部９および下ガイド部１０の位置を駆動することでワイヤ電極２を移動させてワイヤ張架機構８に対して張架するようにしてもよく、また、ロボット６の姿勢変化とワイヤ電極２の移動とを同期させて張架するようにしてもよい。

ワイヤ放電加工機１の数値制御装置３は、ロボット６のロボットコントローラ７と接続されてお互いに情報を共有しているため、数値制御装置３はロボット６の姿勢を認識すると同時に、ロボット６の手首先端部分のワイヤ張架機構８の位置と姿勢を認識している。
また、ワイヤ放電加工機１の数値制御装置３は、ロボット６の手首先端部分のワイヤ張架機構８の位置と姿勢に同期して、ワイヤ放電加工機１のワイヤ電極２を支持する上ガイド部９および下ガイド部１０の位置を調整する。

図４は、ロボット６に取付けられたワイヤ張架機構８にワイヤ電極２を張架してワーク１１の加工位置へと移動した状態を示す図である。ワイヤ放電加工機１のワイヤ電極２を支持する上ガイド部９および下ガイド部１０の位置は、ワーク１１の形状や固定方法およびワーク１１に加工する形状に応じたプログラムによって、固定または可変であるが、上ガイド部９および下ガイド部１０の位置に応じて、ロボット６の姿勢を変化させることにより手首先端部分のワイヤ張架機構８に対してワイヤ電極２が張架される姿勢を維持する。

ワイヤ放電加工機１の数値制御装置３はロボット６および手首先端部分のワイヤ張架機構８の位置や姿勢に関する情報を有していて、操作者は任意にディスプレイ上にて加工する形状に応じたロボット６および手首先端部分のワイヤ張架機構８の動作および動作軌跡を確認することができる。

このような構成を備えることにより、例えば図５に示すように、ワークに対して加工部位ａと加工部位ｂを加工するときに、従来技術においては加工部位ａを加工してから加工部位ｂを加工する前にワークの向きを変更する必要があるのに対して、本発明では、加工部位ａを加工してからロボット６の姿勢を変えることによって加工部位ｂの加工が可能となり、ワークの向きの変更を省略することが可能となることから、ワークの向きを変える作業を省略することができ、このようにワークの向きの変更を省略することができることから、ワークの向きに変更時に発生するワークの位置ずれを防止することができる。

また、従来技術において上ガイド部９と下ガイド部１０の相対位置をずらすことによって、ワイヤ電極２を垂直状態から傾斜させてワイヤ放電加工を行うテーパ加工を行っていた。一般に、ワイヤ電極のガイドは、中心にワイヤ電極が通る穴の開いたすり鉢状となっており、ワイヤ電極がガイド表面を摺動する構造となっており、上ガイド部９と下ガイド部１０の相対位置の変位によってワイヤ電極の角度が４５度を超える角度となった場合、ワイヤ電極２を支持している部分に負荷がかかるため、ワイヤ電極２が断線することがある。そのため、現状では垂直位置から４５度までが限度となっていた。
しかしながら、本実施形態においては、ロボット６の姿勢変化によってワイヤ張架機構８によって、プーリ―などの回転体を用いた支持が可能となるため、垂直位置から４５度を超える角度となってもワイヤ電極２への負荷は大きくなりにくいため、従来よりも大きな角度のテーパ加工が可能となる。例えば、図６に示すように、従来技術におけるワイヤ電極２の限界角度をＴ１（図６（ｉ））、本実施形態におけるワイヤ電極２の限界角度をＴ２（図６（ｉｉ））とした時、Ｔ２をＴ１よりも大きい角度とすることができるようになる。

なお、ロボット６の手首先端部に取り付けられたワイヤ張架機構８は、ロボット６の動作または作業者の手動によって、ロボット６との結合および分離を可能とする、鉄道の連結器と同様の構造を持っている。
図７は、ロボット６とワイヤ張架機構８との連結構造の一例を示す図である。本実施形態のロボット６の手首先端部とワイヤ張架機構８を結合している部分には連結構造１４を互いに備え、ガイド（オス）１５がガイド（メス）１６に挿入される構造となっている。

また、回転錠１７は戻しバネ１８によって連結構造１４に対して図７右上に示す状態を保つが、ガイド（オス）１５がガイド（メス）１６に挿入される時、および解放棒１９を連結構造１４の外側方向に引いた時、加わった力に応じて円周方向に回転するように、連結構造１４内に設けられた円筒溝に組み付けられている。
ロボット６の手首先端部とワイヤ張架機構８とがそれぞれ備えている連結構造１４を結合する場合、図７（ｉ）の＜１＞に示すように、それぞれのガイド（オス）１５がガイド（メス）１６に挿入されるように近づけて、そのまま挿入すると図７（ｉ）の＜２＞に示すように回転錠１７がガイド（オス）１５に押される形で円周方向に回転し、ガイド（オス）１５をガイド（メス）１６の奥まで挿し込むことができ、さらに結合部分が密着すると図７（ｉ）の＜３＞に示すように回転錠１７が戻しバネ１８によって元の位置に戻るため、結合部分は分離しない状態となる。

一方で、連結構造１４を分離する場合には、図７（ｉｉ）の＜１＞に示すように、作業者が手動で分離する場合は手動で、数値制御装置３またはロボットコントローラ７による指令の場合は空圧シリンダ２０などによって、解放棒１９を操作することにより回転錠１７が円周方向に回転し、図７（ｉｉ）の＜２＞に示すように結合部分を分離することが可能となり、図７（ｉｉ）の＜３＞に示すように結合部分が完全に分離すると、回転錠１７は戻しバネ１８によって元の位置に戻る。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例のみに限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。

例えば、上記した実施形態ではワイヤ張架機構８を多関節ロボット６に連結して制御する構成を示したが、これに限定されるものではなく、ワイヤ張架機構８を所定の姿勢に変化するように駆動制御できる構成であればどのようなものを用いてもよい。
また、上記ではコの字型のワイヤ張架機構８で説明しているが、例えば先端にプーリなどのワイヤ電極２を支持する構成を備えた２つの駆動部を設け、これら２つの駆動部と上ガイド部９、下ガイド部１０を同期して駆動制御することでワイヤ電極２を張架するようにしてもよい。

１ ワイヤ放電加工機
２ ワイヤ電極
３ 数値制御装置
４ サーボモータ
５ ワーク置き台
６ ロボット
７ ロボットコントローラ
８ ワイヤ張架機構
９ 上ガイド部
１０ 下ガイド部
１１ ワーク
１２ プーリ
１３ 支持ガイド
１４ 連結構造
１５ ガイド（オス）
１６ ガイド（メス）
１７ 回転錠
１８ 戻しバネ
１９ 解放棒
２０ 空圧シリンダ
２１ 伝達手段

Claims (4)

1. ワイヤ電極と被加工物を相対移動させて前記被加工物に放電加工を行うワイヤ放電加工機において、
   前記ワイヤ電極を張架するワイヤ張架機構を備え、前記ワイヤ張架機構の位置および姿勢を制御するワイヤ張架装置と、
   前記ワイヤ放電加工機を制御する制御装置と、
   前記ワイヤ張架機構を移動した際の座標位置を前記ワイヤ張架装置から前記制御装置に伝達する伝達手段と、
   を有し、
   前記制御装置は、該伝達手段より伝達された前記座標位置を基準として前記ワイヤ放電加工機の各軸の位置を前記ワイヤ張架機構の移動に同期させ、
   前記ワイヤ張架装置は、手先に前記ワイヤ張架機構を備えた多関節ロボットと、該多関節ロボットを制御するロボットコントローラとにより構成される、
   ことを特徴とするワイヤ放電加工機。
2. 前記ワイヤ放電加工機に張架された前記ワイヤ電極に対して、前記ワイヤ張架機構の位置および姿勢を制御することにより前記ワイヤ張架機構に前記ワイヤ電極を張架する、
   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. 前記ワイヤ張架機構に対して、前記ワイヤ放電加工機の各軸を駆動制御して前記ワイヤ電極を移動させることにより前記ワイヤ張架機構に前記ワイヤ電極を張架する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のワイヤ放電加工機。
4. 前記ワイヤ張架機構は、前記ワイヤ張架装置に対して着脱自在に設けられる、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工機。