JP6824916B2

JP6824916B2 - ワイヤ放電加工装置

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Publication number: JP6824916B2
Application number: JP2018015883A
Authority: JP
Inventors: 坂口昌志; 松浦紘平; 井上浩利
Original assignee: Sodick Co Ltd
Current assignee: Sodick Co Ltd
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2021-02-03
Anticipated expiration: 2038-01-31
Also published as: JP2019130628A; US11097365B2; US20190232407A1; CN110091017A; CN110091017B

Description

本発明はワイヤ放電加工装置、特に詳しくは、ワイヤ電極を巻回保持するワイヤボビンが空状態になったことを検出する機能を備えたワイヤ放電加工装置に関するものである。

ワイヤ電極を巻回保持するワイヤボビンを用いるワイヤ放電加工装置においては、ワイヤボビンを新しいものと交換する時期を適切に把握する等のために、ワイヤボビンにおけるワイヤ電極の残量を正確に検出することが求められる。そして、検出しているワイヤ電極の残量が０（ゼロ）になったこと、つまりワイヤボビンが空状態になったことを検出したなら、そこでワイヤ電極の送りを停止する必要が有ることも多い。つまり、ワイヤボビンが空状態になった後もワイヤ電極の送りを続けると、ワイヤ電極の後端が被加工物の加工間隙内に進入して、被加工物の加工面を傷付けることが有るからである。また、ワイヤボビンが空状態になった後もワイヤ電極の送りを続けると、ワイヤ電極の後端が被加工物の加工間隙内に進入する前であっても、ワイヤ電極の後端がワイヤ電極に張力（テンション）を付与している手段を通過してしまうことによって、ワイヤ電極にかかる張力が加工時に比べて低下して、わずかにブレが生じるワイヤ電極によって被加工物の加工面を傷つけるおそれも有るからである。被加工物の加工面を比較的粗くワイヤ放電加工する際に、上述のような傷が付いても、後続するより精密なワイヤ放電加工（例えば中加工や仕上げ加工等）によって傷を無くすことも可能であるが、仕上げ加工等においては、上記傷が付くことは絶対避けなければならないことが多い。

上述のような要求に応える従来技術として、例えば特許文献１の段落００２７や００６６等には、ワイヤボビンにおけるワイヤ電極の残量を計算して、ワイヤボビンが空状態になる加工途中の位置を計算する機能を備えたワイヤ放電加工装置が示されている。
また、特許文献２の段落００２３や００３７等には、ワイヤボビンにおけるワイヤ電極の残量を計算して、ワイヤボビンが空状態になる前の加工工程でワイヤ電極の送りを停止させる機能を備えたワイヤ放電加工装置が示されている。

特開２００３−２５１５５号公報特許第５５０７０２４号公報

しかし、上述したような従来のワイヤ放電加工装置においては、ワイヤボビンが空状態になる前にワイヤ電極の送りを停止させるようにしているので、送りを停止した時点でワイヤボビンにはワイヤ電極が残存していることになる。このワイヤボビンを新しいものと交換すると、その残存しているワイヤ電極は無駄になってしまう。こうしてワイヤ電極が無駄になる問題は、特に、ワイヤボビンが空状態になることを回避する安全性のために、より長いワイヤ電極が残っている段階でワイヤ電極の送りを停止させる場合はより顕著となる。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、ワイヤボビンが空状態になったことを速やかに検出して、ワイヤ電極の送りを速やかに停止して、ワイヤ電極の後端が被加工物の加工間隙内に進入することを防止可能で、さらにはワイヤ電極の後端が当該ワイヤ電極に張力を付与している手段を通過してしまうことによって、ワイヤ電極にかかる張力が加工時に比べて低下して、ワイヤ電極にわずかなブレが生じることを防止可能で、しかもワイヤ電極の無駄を極力少なくすることができるワイヤ放電加工装置を提供することを目的とする。

本発明によるワイヤ放電加工装置は、
ワイヤ電極を巻回保持するワイヤボビンと、被加工物の加工部位から前記ワイヤ電極を巻き取って回収する巻取ローラと、ワイヤボビンと加工部位との間に設けられ巻取ローラとの間でワイヤ電極を緊張状態に配置するようにワイヤ電極を挟持しながら前記ワイヤボビンからワイヤ電極を引き出して被加工物に向けて連続的に送る送出ローラと、送出ローラがワイヤ電極を送り出す方向とは反対の方向に所定のトルクでワイヤボビンを回転駆動して前記ワイヤボビンにワイヤ電極の引き出しに抗する向きの負荷を与える手段とを備えたワイヤ放電加工装置において、
前記ワイヤボビンの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記回転速度検出手段によって検出されたワイヤボビンの回転速度の急激な変化に基づいて、前記ワイヤボビンが空状態になったと判別する空判別手段と、
前記空判別手段が、ワイヤボビンが空状態になったと判別した際に、前記送出ローラの駆動を停止させる制御部と、
を備えたことを特徴とする
ものである。

本発明の好ましい態様においては、
回転速度検出手段によって検出されたワイヤボビンの回転速度と、送出ローラによるワイヤ電極の送り速度とに基づいて、ワイヤボビンにおけるワイヤ電極の巻径を演算する巻径演算部がさらに設けられ、
空判別手段は、ワイヤボビンの回転速度の急激な変化を、巻径演算部が演算したワイヤ電極の巻径の急激な変化から間接的に検知するものとされる。

ただし、それに限らず空判別手段は、ワイヤボビンの回転速度の急激な変化を、この回転速度を示す信号に基づいて直接的に検知するように構成されてもよい。

本発明のワイヤ放電加工装置によれば、ワイヤボビンが空状態になったことが速やかに検知された後に、送出ローラの駆動が速やかに停止するように構成されているので、ワイヤ電極の後端が被加工物の加工間隙内に進入することが防止され、さらにはワイヤ電極の後端がワイヤ電極に張力を付与している手段を通過してしまうことによって、ワイヤ電極にかかる張力が加工時に比べて低下して、ワイヤ電極にわずかなブレが生じることが防止され、しかも新しいものと替えられるワイヤボビンにワイヤ電極が残存しなくなって、ワイヤ電極が無駄になることが防止される。

本発明の一実施形態によるワイヤ放電加工装置を示す概略構成図上記ワイヤ放電加工装置の主に電気的構成を示すブロック図上記ワイヤ放電加工装置の一部を示す一部破断側面図ワイヤ放電加工装置に用いられ得るワイヤボビンを示す斜視図ワイヤボビンにおけるワイヤ巻径とワイヤ残量との関係例を示すグラフ上記ワイヤ放電加工装置におけるワイヤ張力、ワイヤ速度およびワイヤ巻径の時間経過に伴う変化の様子を示すグラフ上記ワイヤ放電加工装置において近接センサが発するパルス信号の波形を示すグラフ

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。図１は、本発明の一実施形態によるワイヤ放電加工装置の概略構成を示す図である。また図２は、上記ワイヤ放電加工装置の主に電気的構成を示す図である。まず図１を参照して、ワイヤ放電加工装置の全体構成について説明する。

図１に示されるワイヤ放電加工装置は、自動結線装置１と、ワイヤ電極２を被加工物３の加工部位に連続して供給する供給機構３０と、使用済のワイヤ電極２を被加工物３の加工部位から回収する排出機構７０とを備える。自動結線装置１は、ワイヤ電極２を被加工物３に形成された下穴４に自動的に挿通させる手段である。なお、未使用のワイヤ電極２は、ワイヤボビン３１に巻回保持されている。ワイヤボビン３１から引き出されたワイヤ電極２は、供給機構３０、自動結線装置１、排出機構７０の順に送られる。

供給機構３０は、未使用のワイヤ電極２を加工部位に連続して供給する。供給機構３０は、ワイヤ電極２にいわゆるバックテンションが掛かるように、ワイヤボビン３１に、ワイヤ電極２の引き出しに抗する向きの負荷を与えるブレーキモータ４０を有するリール３２と、ワイヤ電極２の張力の変動を防止するサーボプーリ３３と、ワイヤボビン３１からワイヤ電極２を引き出して送ると共に張力を与える送出ローラ２０と、リミットスイッチ等からなりワイヤ電極２の断線を検出する断線検出器３４と、歪ゲージ等からなりワイヤ電極２の張力を検出する張力検出器３５とを含む。ワイヤボビン３１から引き出されたワイヤ電極２は、サーボプーリ３３および送出ローラ２０を経て自動結線装置１に達する。

ワイヤ送出部を構成する送出ローラ２０は、サーボモータ２１によって正逆回転する駆動ローラ２２と、駆動ローラ２２に従動してワイヤ電極２を押さえるピンチローラ２３、２４とから構成されている。一例としてピンチローラ２３のローラ部分はセラミックから、ピンチローラ２４のローラ部分はゴムからなる。

自動結線装置１は、張力が付与されたワイヤ電極２に加熱電流を供給する一対の通電電極４１、４２と、一対の通電電極４１、４２間に設けられてワイヤ電極２を案内するガイドパイプ１０と、ガイドパイプ１０の供給機構３０側に設けられてガイドパイプ１０の中に流体を供給する流体供給装置１６とを有する。

通電電極４１は、ワイヤ電極２を送り出したり巻き上げたりする正逆転ローラとして兼用される。すなわち、ローラ状に形成された通電電極４１は、接続されたモータ４５によって正逆回転し、対向配置されたピンチローラ４３との間でワイヤ電極２を挟み込んで、ワイヤ電極２を正逆方向に送る。一方、通電電極４２は、対向配置されたピンチローラ４４との間でワイヤ電極２を保持する。通電電極４１およびピンチローラ４３は供給機構３０側に、通電電極４２およびピンチローラ４４は排出機構７０側に、ガイドパイプ１０を挟んでそれぞれ配置されている。

一対の通電電極４１、４２は、通電電源４７に接続され、ワイヤ電極２に加熱電流を供給する。このときワイヤ電極２には、ワイヤ電極２を破断させない程度の、加工中の張力よりも弱い張力が付与されている。加熱電流と張力は、ワイヤ電極２の線径や材質に合わせて設定される。通電電源４７から供給される加熱電流は、通電電源４７の抵抗値を変えることによって変更することができる。また、一対の通電電極４１、４２間におけるワイヤ電極２の張力は、サーボモータ２１のトルクを変えることによって変更することができる。

ガイドパイプ１０は、通電電極４１と後述する上側ワイヤガイド６２との間に配置されている。ガイドパイプ１０は、アクチュエータで作動する昇降装置１５によって昇降する。ガイドパイプ１０は、自動結線を行わないときは、上限位置まで上昇して停止している。ガイドパイプ１０は、ワイヤ電極２を下穴４に挿通させるときは、ワイヤ電極２を送り出すのに合わせて少なくとも上側ワイヤガイド６２の直上位置まで下降して、ワイヤ電極２を上側ワイヤガイド６２に案内する。ガイドパイプ１０は、自動結線装置１の本体側に支持された上下動部材（図示せず）に、キャップ１４で締め付けて取り付けられている。

流体供給装置１６は、例えば圧縮空気供給装置であり、図示しないエアコンプレッサのような圧縮空気供給源と、レギュレータとを含む。この構成とされたとき、流体供給装置１６から供給される流体は圧縮空気である。流体供給装置１６は、自動結線時に圧縮空気供給源の高圧の圧縮空気をレギュレータで所定の圧力に調整し、ガイドパイプ１０内に圧縮空気を供給する。こうして流体供給装置１６は、排出機構７０の方を向く下降気流を発生させて、ワイヤ電極２を走行経路に沿って下方向すなわち排出機構７０側に送り出すとともに、ワイヤ電極２に直進性を与える。

自動結線装置１はさらに、ワイヤ電極２の荒れた先端を切断して廃棄する先端処理装置５０を有する。先端処理装置５０は、ワイヤ電極２を切断する切断装置５１と、切断装置５１より切断されて不要になったワイヤ電極２の切断片を回収する廃棄ボックス５２と、ワイヤ電極２の切断片を把持して廃棄ボックス５２まで搬送するクランプユニット５３と、ワイヤ電極２の先端を検出する先端検出器５４とを含む。

また、このワイヤ放電加工装置においては、上側ガイドアッセンブリ６０と下側ガイドアッセンブリ６１とが設けられている。被加工物３の上側つまり供給機構３０側に設けられる上側ガイドアッセンブリ６０は、上側ワイヤガイド６２と、上通電体６３と、加工液噴流ノズル６４とがハウジングに一体的に組み込まれてなるユニットである。また、被加工物３の下側つまり排出機構７０側に設けられる下側ガイドアッセンブリ６１は、図示しない下側ワイヤガイドと、下通電体と、加工液噴流ノズルとがハウジングに一体的に組み込まれてなるユニットである。上側ワイヤガイド６２と下側ワイヤガイドは、被加工物３に可能な限り近い位置でワイヤ電極２を位置決めして案内する。上通電体６３と下通電体は、ワイヤ電極２に放電加工のための電流を供給する。

さらに、このワイヤ放電加工装置においては、上側ガイドアッセンブリ６０の加工液噴流ノズル６４および下側ガイドアッセンブリ６１の加工液噴流ノズルのチャンバに、高圧の放電加工液を供給する高圧加工液供給装置６５が設けられている。高圧加工液供給装置６５からは、必要に応じて選択的に加工液噴流ノズルのチャンバに高圧加工液が供給される。このチャンバに溜められた所定圧力の加工液噴流は、加工液噴流ノズルから被加工物３の加工間隙つまり下穴４に向けて、ワイヤ電極２の走行経路軸線に対して同軸に噴射される。こうしてワイヤ電極２は、加工液噴流で拘束されながら、下穴４に挿通される。

排出機構７０は、被加工物３の加工に供されて消耗した使用済のワイヤ電極２を、加工部位から回収する。この排出機構７０は、被加工物３において垂直に張架されるワイヤ電極２の走行経路に対してオフセットを与えると共に、送り出されるワイヤ電極２の進行方向を転換するアイドリングローラ７１と、ワイヤ電極２を流体で搬送する搬送装置７２と、ワイヤ電極２を巻き取る巻取ローラ７３と、使用済のワイヤ電極２を回収するバケット７４とを含む。

上記構成を有するワイヤ放電加工装置においては、上述した上通電体６３および下通電体から給電されるワイヤ電極２と、図示外の通電体を介して給電される被加工物３との間の加工間隙（下穴４）において加工液中で放電が生じ、それにより被加工物３が加工される。その際、被加工物３を載置している図示外のテーブルがワイヤ電極２に対して相対移動されることにより、被加工物３が所望の形状に加工され得る。

なお、張架されているワイヤ電極２を意図的に切断して新たに被加工物３の加工開始孔に挿通する場合や、ワイヤ電極２が不慮の断線をした場合には、自動結線装置１によってワイヤ電極２が自動的に結線される。この自動結線装置１による自動結線は、例えば特開２０１６−２２１６５４号公報等に示される従来公知の手法が適用可能であり、その詳細についての説明は省略する。

次に、図２に示す構成からなるワイヤ残量検出装置について説明する。なおこの図２は、電気的な構成についてはブロック図として示している。また図２ではブロック図以外に、図１に示したものと同じサーボモータ２１、駆動ローラ２２、ピンチローラ２３、２４およびワイヤボビン３１に加えて、後述する近接センサ３８を示している。

ここで図３に、ワイヤボビン３１周りの構成を示す。図示の通りワイヤボビン３１は、ボビン保持板３６を貫通する回転軸先端のリール３２に装填されて回転自在に保持されており、前述したようにブレーキモータ４０が直結されているリール３２によってワイヤ電極２を送り出す方向とは反対の方向に所定のトルクで回転駆動される。したがって、ワイヤボビン３１に負荷がないときは、ワイヤボビン３１は、所定の回転速度で逆回転するが、ワイヤ電極２が送出ローラ２０によって加工間隙に向けて送り出されているときは、ワイヤボビン３１に所定のブレーキ力が発生し、ワイヤ電極２にバックテンションが付与される。リール３２には、リール３２と一体的に回転する近接センサ検知板３７がリール３２の回転軸心と同軸状態に固定されている。近接センサ検知板３７は、例えば１５個の貫通孔が周方向に均等に設けられた円板である。ボビン保持板３６には、近接センサ検知板３７の上記貫通孔に向き合う位置に配された近接センサ３８が取り付けられている。近接センサ３８は例えば誘導形や静電容量形のものであり、近接センサ検知板３７に設けられている上記貫通孔が正対位置を通過する度にパルス信号を発するので、ワイヤボビン３１が１回転する毎に１５個のパルス信号が出力される。ボビン保持板３６を挟んで上記貫通孔に対向するように機械式のボビンブレーキ３９が取り付けられており、上記貫通孔にストッパを嵌入して、負荷がないときにブレーキモータ４０によって逆回転するワイヤボビン３１を、必要に応じて一時的に回転不能に固定させておくことができる。

図２に戻って説明を続けると、ワイヤ残量検出装置は基本的に、上記近接センサ３８と、近接センサ３８が出力するパルス信号Ｓ１が入力される回転数演算器８０と、回転数演算器８０が出力する回転速度信号Ｓ２が入力される巻径演算器８１と、巻径演算器８１が出力する巻径信号Ｓ３が入力されるワイヤ演算器８２と、ワイヤ演算器８２が出力するワイヤ残量信号Ｓ４が入力される表示装置８３と、駆動ローラ２２を回転させるサーボモータ２１のエンコーダパルスＳ５が入力される速度検出器８４と、入力部８５と、記憶部８６とから構成されている。速度検出器８４は、上記エンコーダパルスＳ５に基づいてワイヤ電極２の送り速度を検出し、ワイヤ送り速度信号Ｓ６を出力する。このワイヤ送り速度信号Ｓ６は、上記巻径演算器８１および後述する測長器８７に入力される。

図２の構成においてはさらに、記憶部８６に接続された測長器８７と、回転数演算器８０が出力する回転速度信号Ｓ２および巻径演算器８１が出力する巻径信号Ｓ３が入力される空判別器８８と、この空判別器８８が出力するボビン空信号Ｓ７が入力されるモータ制御装置８９とが設けられている。

一般にワイヤボビン３１としては複数の規格のものが存在し、放電加工に際してはそれらのワイヤボビン３１から、加工に適した１つのものが選択して使用される。表１には、そのような複数の規格の各々におけるワイヤボビン３１の各部の寸法例を示す。なお、各規格が規定する鍔径Ｄ等の寸法は、それぞれ図４に示す部分についての寸法である。

また、ワイヤボビン３１に巻回するワイヤ電極２としては、例えば０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ等と互いに異なる外径φのワイヤ電極２の中から１種のワイヤ電極２が選択して使用される。ワイヤ電極２がワイヤボビン３１に巻回されたとき、巻回されているワイヤ電極２の長さ（ワイヤ残量）と、ワイヤ電極２の巻回外径（ワイヤ巻径）との関係は、ワイヤボビン３１の胴径ｄと、ワイヤボビン３１の内幅Ｗと、ワイヤ電極２の外径φとによって一義的に定まる。本実施形態では、上記胴径ｄおよび内幅Ｗが、ワイヤ巻径に関与するワイヤボビン３１の仕様であり、上記外径φが、ワイヤ巻径に関与するワイヤ電極２の仕様である。

図２に示す記憶部８６は、後述するようにして実測された、ワイヤボビン３１およびワイヤ電極２の仕様毎のワイヤ巻径Ｒとワイヤ残量Ｓとの関係を、該仕様と対応付けて記憶している。図５には、上記ワイヤ巻径Ｒとワイヤ残量Ｓとの関係を、それぞれα、βとして２例示す。

次に図２を参照して、ワイヤ放電加工中になされるワイヤ残量の検出について説明する。ワイヤ放電加工を開始するのに先行して、入力部８５には、使用されるワイヤボビン３１およびワイヤ電極２の仕様が入力される。この入力は、ワイヤボビン３１の胴径ｄ、内幅Ｗおよびワイヤ電極２の外径φの数値を入力することによってなされる。あるいは、ワイヤボビン３１の胴径ｄおよび内幅Ｗは、表１に示したようにワイヤボビン３１の規格毎に定まっているから、ワイヤボビン３１の仕様の入力は、この規格を入力することによって間接的になされてもよい。入力されたワイヤボビン３１およびワイヤ電極２の仕様は、巻径演算器８１を経てワイヤ演算器８２に入力される。

ワイヤ放電加工がなされているとき、ワイヤ送出部を構成する駆動ローラ２２によって、ワイヤボビン３１からワイヤ電極２が略一定の速度で引き出される。それにより、ワイヤボビン３１が回転するので、近接センサ３８は前述したパルス信号Ｓ１を刻々出力する。回転数演算器８０は、このパルス信号Ｓ１に基づいて、ワイヤボビン３１の所定の検出周期における回転数つまり回転速度を検出する。このように本実施形態では、近接センサ３８と回転数演算器８０とによって、ワイヤボビン３１の回転速度を検出する回転速度検出手段が構成されている。回転数演算器８０は、検出したワイヤボビン３１の回転速度を示す回転速度信号Ｓ２を出力し、この回転速度信号Ｓ２は巻径演算器８１に入力される。

また、ワイヤ放電加工がなされているとき、サーボモータ２１のエンコーダパルスＳ５が速度検出器８４に入力される。速度検出器８４はこのエンコーダパルスＳ５に基づいて、ワイヤ電極２の送り速度を検出し、検出した速度を示すワイヤ送り速度信号Ｓ６を出力する。このワイヤ送り速度信号Ｓ６も、巻径演算器８１に入力される。巻径演算器８１は、このワイヤ送り速度信号Ｓ６が示すワイヤ送り速度、および上記回転速度信号Ｓ２が示すワイヤボビン回転速度に基づいて、ワイヤボビン３１におけるワイヤ電極２の巻回外径、つまりワイヤ巻径を演算する。この演算は、例えば下記の式によってなされる。なお一例としてワイヤ送り速度は、１０ｍ/ｍｉｎ≒１６７ｍｍ/ｓ程度とされる。
ワイヤ巻径（ｍｍ）＝
ワイヤ送り速度（ｍｍ/ｓ）／{π・ワイヤボビン回転速度（回/ｓ）}・・・（1）

巻径演算器８１は、以上のようにして求めたワイヤ巻径を示す巻径信号Ｓ３を出力し、この巻径信号Ｓ３はワイヤ演算器８２に入力される。ワイヤ残量検出部としてのワイヤ演算器８２は、巻径信号Ｓ３が示すワイヤ巻径と、記憶部８６が記憶しているワイヤボビン３１およびワイヤ電極２の仕様毎のワイヤ巻径Ｒとワイヤ残量Ｓとの関係とに基づいて、ワイヤボビン３１におけるワイヤ残量Ｓを求める。

すなわちワイヤ演算器８２は、ワイヤ放電加工を開始する前に入力部８５に入力されたワイヤボビン３１およびワイヤ電極２の仕様に基づいて、この仕様と対応付けて記憶部８６に記憶されているワイヤ巻径Ｒとワイヤ残量Ｓとの関係を記憶部８６から読み出し、この関係を示す信号Ｓ８を取り込む。そしてワイヤ演算器８２は、巻径信号Ｓ３が示すワイヤ巻径を上記関係におけるワイヤ巻径Ｒに当てはめて、ワイヤ残量Ｓを求める。ワイヤ演算器８２は、求めたワイヤ残量Ｓを示すワイヤ残量信号Ｓ４を出力し、このワイヤ残量信号Ｓ４は表示装置８３に入力される。例えば液晶表示装置等からなる表示装置８３は、ワイヤ残量信号Ｓ４が示すワイヤ残量Ｓを表示画面に表示させる。ワイヤ放電加工を行っている作業者等は、表示装置８３の表示を見て、ワイヤボビン３１においてワイヤ電極２がどの程度の長さ残っているかを知ることができる。

以上説明した通り、本実施形態において適用されたワイヤ残量検出装置によれば、実測したワイヤ巻径Ｒとワイヤ残量Ｓとの関係を利用してワイヤ残量を求めているので、ワイヤボビン３１におけるワイヤ残量を高精度で求めることが可能になる。

なお、図２に示す表示装置８３においてワイヤ残量は、単純にワイヤボビン３１に残っているワイヤ電極２の長さで示してもよいし、あるいはこの残っているワイヤ電極２の長さと、速度検出器８４が検出するワイヤ送り速度とから、以後継続可能と考えられるワイヤ放電加工時間を求め、その加工時間をワイヤ残量として表示装置８３に示してもよい。さらに、このような加工時間と、ワイヤボビン３１に残っているワイヤ電極２の長さと共に表示装置８３に示してもよい。

ここで、図５に示したようなワイヤ巻径Ｒとワイヤ残量Ｓとの関係を、それらの実測値に基づいて求める点について説明する。ある仕様のワイヤボビン３１について上記関係を求める際には、ワイヤ電極２の巻回全長が正確に分かっているワイヤボビン３１が用意される。そしてワイヤ放電加工は行わないものの、そのワイヤボビン３１からワイヤ放電加工時と同様に、駆動ローラ２２によってワイヤ電極２が引き出される。このとき速度検出器８４は、前述したのと同様にして、サーボモータ２１のエンコーダパルスＳ５に基づいて、ワイヤ電極２の送り速度を示すワイヤ送り速度信号Ｓ６を出力する。

このワイヤ送り速度信号Ｓ６は測長器８７に入力され、測長器８７は、例えば、ワイヤ送り速度信号Ｓ６を積分して求めることにより、あるいは、ワイヤ送り速度信号Ｓ６を累積記録して送出ローラ２０の回転数から直接求めることによって、ワイヤボビン３１から引き出されたワイヤ電極２の長さを求める。そして測長器８７は、ワイヤ電極２の巻回全長から、この引き出されたワイヤ電極２の長さを引くことにより、ワイヤボビン３１に残っているワイヤ残量Ｓを求める。また測長器８７には、ワイヤ放電加工時と同様に、巻径演算器８１が出力する巻径信号Ｓ３が入力される。測長器８７は、上記ワイヤ残量Ｓを示す信号と巻径信号Ｓ３とを適当な時間間隔でサンプリングして、ワイヤ巻径Ｒとワイヤ残量Ｓとの関係を求め、この関係を示す信号Ｓ９を記憶部８６に入力する。この関係は、該関係を求める上で用いられたワイヤボビン３１およびワイヤ電極２の仕様と対応付けて記憶部８６に記憶される。

なお図５のワイヤ巻径Ｒとワイヤ残量Ｓとの関係αおよびβは、ワイヤボビン３１およびワイヤ電極２の仕様が互いに異なる２つの場合について求められたものである。ワイヤボビン３１およびワイヤ電極２の仕様が一定である場合は、このような関係は基本的に１つだけ求められるものである。

しかし、上記仕様が一定の場合でも、ワイヤ巻径Ｒおよびワイヤ残量Ｓの実測を複数回行えば実測誤差等に起因して、ワイヤ巻径Ｒとワイヤ残量Ｓとの関係が複数通り求められることも有り得る。そのような場合は、複数通りの上記関係から、それらの平均的な関係を求め、それを記憶部８６において記憶させればよい。あるいは、複数通りの上記関係から１つだけ選択して、その選択した関係を記憶部８６に記憶させてもよい。ただし、直接ワイヤ電極２の残りの長さを検出しない限りは、計算上の誤差が生じることを避けることができず、何れにしても安全を考慮してワイヤ残量を見積もらないとならないので、実際上は上記のような実測誤差は特に問題となる大きさではない。つまり、ワイヤボビンの製品の品質にもよるが、計算上のワイヤ残量の値を補償するためのデータを複数のワイヤボビン３１を使って登録する要求は小さい。むしろ、多数のワイヤボビン３１の実測値を累積しても計算上のワイヤ残量の不確定さを小さくすることができる訳ではなく、データを採取する作業の負担を大きくし、ワイヤ電極２をより多く消費するだけであるので、１巻のワイヤボビン３１のデータのみを登録するようにする方が望ましい。

上述のように、選択した１つの関係を記憶部８６に記憶させる場合は、以下の点に注意することが望ましい。以下、図５の関係αおよびβを例に挙げて説明する。ワイヤボビン３１が使用に供される前、このワイヤボビン３１におけるワイヤ残量はＳ_０で、ワイヤ巻径はＲ_０であるとする。またワイヤ巻径の最小値がＲ_１まで減少したときのワイヤボビン３１におけるワイヤ残量は、関係αが選択された場合はＳ_１で、関係βが選択された場合はＳ_２であるとする。そしてワイヤ残量がかなり少ない設定量になったところで、ワイヤ放電加工作業を一時中断して、ワイヤ電極２を巻回保持しているワイヤボビン３１を別の新しい物と交換する要望があるものとする。

ワイヤボビン３１およびワイヤ電極２の仕様が一定であるのに、αおよびβの２つの関係が求められたということは、実際の関係はαおよびβの中間的な関係である可能性が高い。事実そうであったならば、ワイヤ巻径が最小値Ｒ_１近辺の値であるときのワイヤ残量は、関係αが選択された場合は実際のワイヤ残量よりも少なめに求められ、関係βが選択された場合は実際のワイヤ残量よりも多めに求められることになる。したがって、ワイヤボビン３１におけるワイヤ電極２の残量が０（ゼロ）になるまでワイヤボビン３１の交換をせずに、ワイヤ放電加工作業を続けてしまう事態を避けるという安全性を重視するならば、ワイヤ巻径に対してワイヤ残量がより少なく見積もられる関係、つまり上記例では関係αを選択するのが望ましいと言える。

なお本実施形態では、図２の巻径演算器８１がワイヤ巻径を演算する上でのワイヤ送り速度として、速度検出器８４が実測した速度を用いているが、このワイヤ送り速度が例えば入力部８５やワイヤ放電加工装置の制御部等から加工条件（パラメータ）の一つとして入力されるような場合は、その入力された値をそのままワイヤ送り速度として用いるようにしてもよい。

本実施形態においては、図２に示す空判別器８８を用いて、ワイヤ放電加工時にワイヤボビン３１が空状態、つまりワイヤ電極２が全く残っていない状態になったことが検出される。以下、この空状態検出について説明する。

図６は、図２の巻径演算器８１が出力する巻径信号Ｓ３が示すワイヤ巻径と、同じく図２の速度検出器８４が出力するワイヤ送り速度信号Ｓ６が示すワイヤ送り速度（ワイヤ速度）と、図１の張力検出器３５が検出するワイヤ電極２の張力（ワイヤ張力）の、時間経過に伴う変化の様子を示すグラフである。空判別器８８には、上記巻径信号Ｓ３と、回転数演算器８０が出力する回転速度信号Ｓ２が入力される。

ワイヤ放電加工装置においては、被加工物３の加工間隙においてワイヤ電極２を緊張状態に配置する必要があるので、一般に、図１に示すテンションローラを兼用する送出ローラ２０と巻取ローラ７３とからなる、ワイヤ電極２を挟持する手段が設けられる。その一方、ワイヤボビン３１が装着されるリール３２には、前述した通りのブレーキモータ４０が組み合わされているので、ワイヤボビン３１と送出ローラ２０との間のワイヤ電極２に所定のバックテンションが付与されている。リール３２から巻取ローラ７３までの間を走行中のワイヤ電極２は、僅かに振動しているので、例えば図６の時間０からＴ１までの範囲に示す通り、張力検出器３５によって検出される張力には微小な振動成分が含まれているが、加工間隙におけるワイヤ電極２には、概ね一定の張力が発生している。

ここで、図６に示す時間Ｔ１においてワイヤボビン３１が空状態、つまりワイヤ電極２が全く巻回されていない状態になったとすると、それに次いでワイヤ巻径には、同図中に「Ｑ」を付した円で示すように急激に低下する変化が生じる。以下、この点について詳しく説明する。時間Ｔ１において、ワイヤボビン１に巻回保持されていたワイヤ電極２の終端がワイヤボビン３１から離れると、ワイヤボビン３１には上記ブレーキモータ４０によって、ワイヤ電極２が引き出される際の回転方向（正方向）とは逆方向の力が作用していることから、ワイヤボビン３１は瞬間的に回転停止してから、上記逆方向に回転するようになる。

図７には、このときの近接センサ３８からのパルス信号Ｓ１の波形を示す。図示されるようにパルス信号Ｓ１は、上記のようにワイヤボビン３１が瞬間的に回転停止している期間は立ち上がらなくなり、この期間が過ぎると、上記ブレーキモータ４０によるワイヤボビン３１の逆方向への回転に伴って再度立ち上がるようになる。本例では、このワイヤボビン３１の逆方向回転は、加速期間を経て、ワイヤ電極２の引き出し時の正方向回転の回転速度よりも高速になるので、パルス信号Ｓ１のパルス幅および周期は最終的に、上記回転停止より前の期間におけるものよりも短くなっている。

ワイヤボビン３１の回転が一瞬停止して所定の演算期間中のパルス信号Ｓ１の数が極端に少なくなると、検出されるワイヤボビンの回転速度が急に著しく遅くなるから、送出ローラ２０の送り速度とワイヤボビン３１の回転速度とで算出される計算上の巻径は、一度増大する。実施の形態においては、実用上１秒ないし数秒程度の所定の演算周期で巻径を算出するようにしているため、図６に示されるグラフの時刻Ｔ１において、僅かに巻径の上昇が見られるが、仮に演算周期を極限まで短縮させていくと、ワイヤボビン３１の回転が瞬間的に停止したときの演算期間中のワイヤボビン３１の回転速度が極限まで０に近付いていくので、図６のグラフ上の巻径の増大の現象がよりはっきりと表れる。その直後に、ブレーキ力によってワイヤボビン３１が逆回転を始めて回転数を上げていくと、検出されるワイヤボビン３１の回転速度が上昇して、今度は、巻径が急激に小さく算出される。所定の演算周期が１秒ないし数秒であるので、図７のパルス信号Ｓの発生度合と照らし合わせると、図６に示される時刻Ｔ１から暫らく後のＱ点において巻径を示す線に段差が生じる。したがって、図６に示すワイヤ巻径の急激な低下は、ワイヤボビン３１が瞬間的に回転停止した直後に高速に逆回転したことによるものである。そして、この急激な低下に続くやや低い値での推移は、ワイヤボビン３１の上記逆回転が定速に移行したことによるものである。

空判別器８８は、入力された巻径信号Ｓ３から、ワイヤ巻径の急激な低下を検出すると、ワイヤボビン３１が空状態になったと判別する。具体的には、例えば、常時１秒ないし数秒の演算周期毎に新しく算出した巻径を前に算出した巻径と比較することによって、時刻Ｔ１における巻径が増大する現象とその後のＱ点における巻径の低下を検出することができる。より具体的には、前に算出した巻径よりも後に算出した巻径が大きいときに、時刻Ｔ１において、ワイヤボビン３１にワイヤ電極２が無くなってワイヤボビン３１の回転が一瞬停止したとことを判別することができ、その次の演算期間後には、すでにワイヤボビンが正常な回転速度を超える高速で逆回転し始めているので、パルス信号Ｓ１の急激な増加から巻径の急激な低下を検知することができる。このワイヤ巻径の急激な低下の現象だけでワイヤボビン３１が空状態になったことを判別しようとする場合は、例えば、前に算出した巻径と後に算出した巻径との差が所定の閾値を超えるほど大きく変化した場合に「急激な低下」であると見なすようにすることができる。上記の閾値は、例えば、前後の演算期間の短期間にワイヤ電極の直径を超えて巻径が減少するはずがないことを考えると、上記巻径の差としてワイヤ電極の直径の１．５倍から２倍程度とした値に設定する。空判別器８８はこの判別がなされると、ワイヤボビン３１が空状態であることを示すボビン空信号Ｓ７をモータ制御装置８９に入力する。モータ制御装置８９はボビン空信号Ｓ７を受けると、サーボモータ２１に駆動停止を指示する制御信号Ｓ１０を送り、このサーボモータ２１の回転つまりは駆動ローラ２２の回転を停止させる。

図６に示すワイヤ張力およびワイヤ速度（実質送り速度）は、以上述べたようにワイヤボビン３１が空状態になってからもそのまま駆動ローラ２２の回転を継続させた場合の変化を示している。こうした場合に、ワイヤボビン３１から離れたワイヤ電極２の終端が駆動ローラ２２とピンチローラ２３との間に到達する時間をＴ２とし、ワイヤ電極２の終端が駆動ローラ２２とピンチローラ２４（図１参照）との間に到達する時間をＴ３とする。同図に示される通りワイヤ張力は、ワイヤ電極２の終端が駆動ローラ２２とピンチローラ２３との間を通過すると大きく低下し、さらに該終端が駆動ローラ２２とピンチローラ２４との間を通過するとさらに大きく低下する。他方ワイヤ速度は、ワイヤ電極２の終端が駆動ローラ２２とピンチローラ２３との間を通過するとこれらのローラによる挟持が無くなったことにより大きく増大（実際には所定のワイヤ張力まで上げようとして駆動ローラ２２の回転数が増加）し、さらに該終端が駆動ローラ２２とピンチローラ２４との間を通過すると、送り力を失って大きく低下して実質０になる（実際にはワイヤ張力がワイヤ断線を検出する閾値を下回ったため、駆動ローラ２２が制御を停止したもの）。

ワイヤ電極２の終端がワイヤボビン３１から離れた後、駆動ローラ２２とピンチローラ２３との間に到達するには、一般的なワイヤ放電加工において設定される送り速度でワイヤ電極２を供給しているときで、少なくとも５秒程度の時間を要する。一方、空判別器８８がワイヤボビン３１の空状態を判別してから、モータ制御装置８９が出力した制御信号Ｓ１０によってサーボモータ２１の回転が停止するまでに要する時間は、５秒程度よりも明らかに短い。したがって、上述の通りにしてサーボモータ２１の回転を停止させれば、ワイヤ電極２の終端よりも前の部分を駆動ローラ２２とピンチローラ２３とで挟持して、該終端が被加工物の加工間隙に入ってしまうことを防止できる。そこで、ワイヤ電極２の終端によって被加工物の加工面が傷付けられることを防止可能となる。また、ワイヤボビン３１は空状態になってから新しいものと替えられることになるから、そのワイヤボビン３１にワイヤ電極２が残存して、ワイヤ電極２が無駄になることも防止できる。

以上説明した実施形態における空判別器８８は、巻径演算器８１が演算したワイヤ電極２の巻径の急激な変化から、ワイヤボビン３１の回転速度の急激な変化を検知するようにしている。しかしそれに限らず空判別器８８は、回転数演算器８０が出力する回転速度信号Ｓ２を直接利用して、ワイヤボビン３１の回転速度の急激な変化を検知するように構成されてもよい。

そのようにする場合、回転速度信号Ｓ２がワイヤボビン３１の回転速度を回転方向も区別して示すものであるならば、回転速度の絶対値を、例えば前述したような閾値と比較することにより、回転速度の急激な変化を検知するようにすればよい。また、回転速度信号Ｓ２がワイヤボビン３１の回転速度を回転方向も区別して示すものである場合は、回転方向が反転したことを、回転速度の急激な変化として検知してもよい。

また、回転数演算器８０が出力する回転速度信号Ｓ２を直接利用して、ワイヤボビン３１の回転速度の急激な変化を検知する場合においても、回転速度信号Ｓ２がワイヤボビン３１の回転速度を大きさだけ（つまり回転方向は無視して）示すことがあり得る。その場合も、ワイヤ電極２の巻径の急激な変化を利用する場合と同様に、正値を取る回転速度に対して同じく正値の閾値を設定し、該閾値を回転速度が超えることを検知して、ワイヤボビン３１の回転速度の急激な変化を検知することができる。

本発明は、図面に示される実施形態の構成に限定されず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変形または応用が可能である。

２ワイヤ電極
２０送出ローラ
２２駆動ローラ
２３、２４ピンチローラ
３１ワイヤボビン
３８近接センサ
４０ブレーキモータ
８０回転数演算器
８１巻径演算器
８２ワイヤ演算器（ワイヤ残量検出部）
８３表示装置
８４速度検出器（ワイヤ速度検出手段）
８５入力部
８６記憶部
８７測長器
８８空判別器
８９モータ制御装置

Claims

ワイヤ電極を巻回保持するワイヤボビンと、被加工物の加工部位から前記ワイヤ電極を巻き取って回収する巻取ローラと、前記ワイヤボビンと前記加工部位との間に設けられ前記巻取ローラとの間で前記ワイヤ電極を緊張状態に配置するように前記ワイヤ電極を挟持しながら前記ワイヤボビンから前記ワイヤ電極を引き出して前記被加工物に向けて連続的に送る送出ローラと、前記送出ローラが前記ワイヤ電極を送り出す方向とは反対の方向に所定のトルクで前記ワイヤボビンを回転駆動して前記ワイヤボビンにワイヤ電極の引き出しに抗する向きの負荷を与える手段とを備えたワイヤ放電加工装置において、
前記ワイヤボビンの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記回転速度検出手段によって検出されたワイヤボビンの回転速度の急激な変化に基づいて、前記ワイヤボビンが空状態になったと判別する空判別手段と、
前記空判別手段が、ワイヤボビンが空状態になったと判別した際に、前記送出ローラの駆動を停止させる制御部と、
を備えたことを特徴とするワイヤ放電加工装置。
前記回転速度検出手段によって検出されたワイヤボビンの回転速度と、前記送出ローラによるワイヤ電極の送り速度とに基づいて、前記ワイヤボビンにおけるワイヤ電極の巻径を演算する巻径演算部がさらに設けられ、
前記空判別手段は、前記ワイヤボビンの回転速度の急激な変化を、前記巻径演算部が演算したワイヤ電極の巻径の急激な変化から検知するものである、
請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。