JP7128014B2

JP7128014B2 - ワイヤ放電加工機およびワイヤ放電加工方法

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Publication number: JP7128014B2
Application number: JP2018074702A
Authority: JP
Inventors: 倫明松永
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-04-09
Filing date: 2018-04-09
Publication date: 2022-08-30
Anticipated expiration: 2038-04-09
Also published as: JP2019181617A

Description

本発明は、ワイヤ電極を用いて加工対象物を加工するワイヤ放電加工機およびワイヤ放電加工方法に関する。

下記に示す特許文献１には、ワイヤ電極と加工対象物との間に形成される極間に電圧を印加して放電を発生させることで、加工対象物を加工するワイヤ放電加工機が開示されている。

特許第３２４５０８７号公報

ここで、ワイヤ電極と加工対象物との間に生ずる浮遊容量は、加工対象物の形状および大きさによって変動する。この浮遊容量が変動すると、極間の電圧波形が変動してしまうため、加工が不安定になってしまう。

そこで、本発明は、浮遊容量の変動によって加工が不安定になることを防止するワイヤ放電加工機およびワイヤ放電加工方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、ワイヤ電極と加工対象物との間で形成される極間に電圧を印加して放電を発生させることで、前記加工対象物に対して放電加工を行うワイヤ放電加工機であって、前記極間に所定電圧を印加する電源部と、前記電源部を制御して、前記極間のピーク電圧が予め決められた基準電圧となるように前記所定電圧の印加時間を、前記加工対象物の形状および大きさに応じて変化させる電源制御部と、を備える。

本発明の第２の態様は、ワイヤ電極と加工対象物との間で形成される極間に所定電圧を印加する電源部を有するワイヤ放電加工機が、前記加工対象物に対して放電加工を行うワイヤ放電加工方法であって、前記電源部を制御して、前記極間のピーク電圧が予め決められた基準電圧となるように前記所定電圧の印加時間を、前記加工対象物の形状および大きさに応じて変化させる電源制御ステップを含む。

本発明によれば、浮遊容量の変動によって加工が不安定になることを防止することができる。

実施形態に係るワイヤ放電加工機の概略的な構成を例示する図である。図２Ａは、加工対象物が小さい場合における浮遊容量と極間電圧とを例示する図であり、図２Ｂは、加工対象物が大きい場合における浮遊容量と極間電圧とを例示する図である。実施形態に係るワイヤ放電加工機による加工処理のフローチャートである。

本発明に係るワイヤ放電加工機およびワイヤ放電加工方法について、好適な実施形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。

［実施の形態］
図１は、本実施形態に係るワイヤ放電加工機１０の概略的な構成を例示する図である。ワイヤ放電加工機１０は、ワイヤ電極１２と加工対象物（ワーク）１４との間に形成される極間１６に電圧を印加して放電を発生させることにより、加工対象物１４に対し放電加工を施す工作機械である。

ワイヤ放電加工機１０は、電源部１８、電源制御部２０、およびテーブル２２等を備える。なお、テーブル２２は、導電性の部材、例えば、金属で形成されている。

電源部１８は、極間１６に所定電圧（一定電圧）を印加する。電源部１８は、正極性の電圧と負極性の電圧とを極間１６に印加することができる。

電源部１８は、直流電源２４、および、４つのスイッチ２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄを有する。本実施の形態では、この直流電源２４の電圧を所定電圧とする。

スイッチ２６Ａは、直流電源２４の負極端子とワイヤ電極１２とに接続されており、スイッチ２６Ｂは、直流電源２４の負極端子とテーブル２２とに接続されている。スイッチ２６Ｃは、直流電源２４の正極端子とテーブル２２とに接続されており、スイッチ２６Ｄは、直流電源２４の正極端子とワイヤ電極１２とに接続されている。

スイッチ２６Ａ、２６Ｃがオンになると、正極性の電圧が極間１６に印加される。一方、スイッチ２６Ｂ、２６Ｄがオンになると、負極性の電圧が極間１６に印加される。このスイッチ２６Ａ、２６Ｃがともにオンになる時間が、極間１６に所定電圧が印加される印加時間Ｔとなる。また、スイッチ２６Ｂ、２６Ｄがオンになる時間が、極間１６に所定電圧が印加される印加時間Ｔとなる。

電源制御部２０は、電源部１８を制御することで、所定電圧を印加する印加時間Ｔを変える。詳しくは、電源制御部２０は、電源部１８のスイッチ２６Ａ～２６Ｄのオンオフを制御することで、所定電圧を印加する印加時間Ｔを変える。なお、電源制御部２０は、正極性の電圧と負極性の電圧とが交互に極間１６に印加されるように、電源部１８を制御する場合もあるが、理解容易のために、電源制御部２０が、極間１６に正極性の電圧を印加する場合を例に挙げて説明する。

電源制御部２０は、極間１６のピーク電圧Ｖｐが基準電圧Ｖｂとなるように、所定電圧の印加時間Ｔを加工対象物１４の形状および大きさに応じて変化させるよう電源部１８を制御する。基準電圧Ｖｂは、予め決められた電圧であり、予め決められた加工速度および加工後の加工面の表面粗さに応じて決定される。なお、上述したように、加工対象物１４の形状および大きさに応じて、ワイヤ電極１２と加工対象物１４との間に生じる浮遊容量の大きさが変わり、極間１６の電圧波形が変わる。そのため、極間１６に所定電圧を印加する印加時間Ｔを変える必要がある。なお、浮遊容量は、ワイヤ電極１２とテーブル２２との間にも生じうるが、テーブル２２の形状および大きさは一定であることから、ここでは、ワイヤ電極１２とテーブル２２との間に生じる浮遊容量については考慮せずに説明する。

以下、電源制御部２０の制御について、図２Ａ、図２Ｂを参照して説明する。図２Ａは、加工対象物１４が小さい場合における、浮遊容量と、極間１６の電圧（極間電圧とも記載する）とを例示する図である。図２Ｂは、加工対象物１４が大きい場合における浮遊容量と極間電圧とを例示する図である。図２Ａ、図２Ｂにおいては、理解容易のために、加工対象物１４の形状を直方体とする。

図２Ａに示す場合においては、ワイヤ電極１２と加工対象物１４との間に生じる浮遊容量は小さいが、図２Ｂに示す場合では、図２Ａに示す場合に比べて、ワイヤ電極１２と加工対象物１４との間に生じる浮遊容量は大きい。

図２Ａの場合は、浮遊容量が小さいため、極間１６に所定電圧を印加してから極間電圧が基準電圧Ｖｂとなるまでの時間が短い。図２Ａにおけるｔ_０は、印加開始時刻を示す。ｔ_１は、極間電圧が基準電圧Ｖｂとなる時刻を示すとともに印加終了時刻を示す。したがって、加工対象物１４が小さい場合における、極間電圧が基準電圧Ｖｂになるまでの印加時間Ｔは、Ｔ＝ｔ_１－ｔ_０、となる。この印加終了時刻ｔ_１における極間１６の電圧が、ピーク電圧Ｖｐとなる。

図２Ｂの場合は、浮遊容量が大きいため、極間１６に所定電圧を印加してから極間電圧が基準電圧Ｖｂとなるまでの時間が長い。図２Ｂにおけるｔ_０は、印加開始時刻を示す。ｔ_２は、極間電圧が基準電圧Ｖｂとなる時刻を示すとともに印加終了時刻を示す。図２Ｂに示されるように時刻ｔ_２は、時刻ｔ_１より後の時刻となっている。また、時刻ｔ_１では、極間電圧は基準電圧Ｖｂには達していない。したがって、加工対象物１４が大きい場合における、極間電圧が基準電圧Ｖｂになるまでの印加時間Ｔは、Ｔ＝ｔ_２－ｔ_０、となり、極間電圧が基準電圧Ｖｂとなるまでの印加時間Ｔが、図２Ａの場合よりも長くなっている。この印加終了時刻ｔ_２における極間１６の電圧が、ピーク電圧Ｖｐとなる。

なお、極間１６に生じる浮遊容量は、加工対象物１４の形状によっても変化しうる。このため、極間電圧が基準電圧Ｖｂになるまでの印加時間Ｔも加工対象物１４の形状によっても変化しうる。このため、電源制御部２０は、加工対象物１４の大きさのみではなく、形状によっても、極間１６への所定電圧の印加時間Ｔを変化させる。なお、ここでの加工対象物１４の大きさと形状とは、テーブル２２に載置された際のものとする。

上記制御を行うための機能ブロックとして、電源制御部２０は、図１に示すようにスイッチ制御部２８および記憶部３０等を有する。

記憶部３０には、加工対象物１４の形状および大きさに応じて印加時間（印加時間を示す情報）Ｔが記憶されている。

スイッチ制御部２８は、オペレータによる図示しない入力部の操作に基づいて、または、加工対象物１４を撮像するカメラが撮像した画像に基づいて、加工を行う加工対象物１４の形状および大きさを取得する。スイッチ制御部２８は、当該加工対象物１４の形状および大きさに対応した印加時間Ｔを記憶部３０から読み出す。そして、スイッチ制御部２８は、読み出した印加時間Ｔだけ電圧が印加されるように、スイッチ２６Ａ、２６Ｃを制御する。

以下、記憶部３０に記憶される、加工対象物１４の形状および大きさに応じた印加時間Ｔの決定方法について説明する。

印加時間Ｔの決定のため、図１に示すように、ワイヤ放電加工機１０は更に電圧検出部３２を備え、電源制御部２０は更に決定部３４を備える。

電圧検出部３２は、極間１６の電圧を検出するセンサである。電圧検出部３２は、検出した極間１６の電圧を電源制御部２０（決定部３４）に出力する。

決定部３４は、電圧検出部３２から取得した極間１６の電圧とその時間変化量等を用いて印加時間Ｔを決定する。決定部３４は、取得した極間電圧Ｖの上昇の傾きを算出する。決定部３４は、算出した傾きから、どの時点まで電圧を印加すれば極間電圧Ｖが基準電圧Ｖｂに達するかを計算する。なお、電圧検出部３２から取得した極間電圧Ｖの値が直線として近似できない場合には、決定部３４は、極間電圧Ｖを曲線として近似し、この曲線上で極間電圧ＶがＶｂとなる時刻を算出し、印加時間Ｔを決定してもよい。

また、上述したような印加時間Ｔの決定以外にも、決定部３４は、極間電圧ＶがＶｂになるまで（極間電圧ＶがＶｂとなったことを電圧検出部３２が検出するまで）の時間を不図示のタイマで測定することにより、印加時間Ｔを求めてもよい。

決定部３４は、印加時間Ｔを、加工対象物１４の形状および大きさに対応付けて記憶部３０に記憶する。加工対象物１４の形状および大きさの取得には、不図示の入力部を介してのオペレータからの操作内容や、カメラ等が用いられる。決定部３４は、テーブル２２に載置されたときの加工対象物１４の形状および大きさを取得する。

次に、ワイヤ放電加工機１０が、上述のようにして決定され記憶された印加時間Ｔを用いて実行する加工処理について、図３に示すフローチャートを参照しながら説明する。図３は、ワイヤ放電加工機１０による加工処理のフローチャートである。スイッチ制御部２８は、テーブル２２に載置された加工対象物１４の形状および大きさを取得する（ステップＳ１）。スイッチ制御部２８は、ステップＳ１にて取得された加工対象物１４の形状および大きさに対応づけられた印加時間Ｔを、記憶部３０から取得する（ステップＳ２）。

スイッチ制御部２８は、取得した印加時間Ｔの間、スイッチ２６Ａ、２６ＣをＯＮにする。これにより、電源部１８から極間１６に所定電圧が印加されて加工処理が実行される（ステップＳ３）。

本実施形態における電源制御部２０は、例えば、プロセッサ、メモリ、およびスイッチ駆動回路等を用いて実現される。プロセッサは、例えば、シングルコア、デュアルコア、またはマルチコアのプロセッサである。メモリは、例えば、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等のメモリである。スイッチ駆動回路は、スイッチのＯＮ／ＯＦＦの切り替え動作を実行するための既存の回路である。

メモリにより上記記憶部３０の機能が実現される。プロセッサが、メモリに記憶された印加時間Ｔやプログラム等の情報を用いて処理を実行することにより、決定部３４の機能が実現される。また、プロセッサがメモリに記憶された情報を用いて処理を行い、スイッチ駆動回路を制御することにより、スイッチ制御部２８の機能が実現される。なお、電源制御部２０は、上記構成以外にも、専用のハードウェア等により構成されてもよい。

本実施形態に係るワイヤ放電加工機１０は、上述したように、加工対象物１４の形状および大きさに応じて、所定電圧を印加する印加時間Ｔを変化させる。これにより、加工対象物１４の形状および大きさに応じて極間１６に生じる浮遊容量が変動した場合であっても、加工が不安定になることを防止することができる。

なお、加工が不安定になるとは、加工面の面粗さや加工速度が変動してしまうことを意味する。具体的には、印加電圧が一定であれば、極間１６のピーク電圧Ｖｐが、所望の基準電圧Ｖｂからずれてしまい、これにより、加工面の面粗さが所望の面粗さにならなくなりうる。また、ピーク電圧Ｖｐが基準電圧Ｖｂより低くなると放電が発生し難くなりワイヤ電極１２が断線してしまう虞があり、断線しないように加工速度を低くすると、加工時間が長くなってしまう。

［変形例］
上記実施の形態は、以下のような変形も可能である。
上記実施形態における記憶部３０は、印加時間Ｔを示す情報として印加時間Ｔそのものを記憶したが、印加時間Ｔを示す情報であれば何でもよい。例えば、記憶部３０は、基準印加時間Ｔｂを補正する補正値（印加時間を示す情報）を記憶してもよい。基準印加時間Ｔｂは、予め決められた時間であり、基準電圧Ｖｂに応じて決定される。この基準印加時間Ｔｂは、記憶部３０に記憶されている。

基準印加時間Ｔｂを補正する補正値は、基準印加時間Ｔｂを、加工対象物１４の形状および大きさに応じた印加時間Ｔとなるよう補正するためのものである。例えば、補正値は、加工対象物１４の形状および大きさに応じた印加時間Ｔと基準印加時間Ｔｂとの差を示す情報であってもよい。また、補正値は、加工対象物１４の形状および大きさに応じた印加時間Ｔと基準印加時間Ｔｂの比を示す情報であってもよい。記憶部３０は、加工対象物１４の形状および大きさに応じて補正値を記憶する。

スイッチ制御部２８は、基準印加時間Ｔｂと補正値とを用いて得られる印加時間Ｔの間、所定電圧を極間１６に印加するよう電源部１８を制御する。

本実施形態に係るワイヤ放電加工機１０によれば、記憶部３０に記憶すべき情報量の削減を図ることができる。

［実施の形態から得られる技術的思想］
上記実施の形態から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。

＜第１の技術的思想＞
ワイヤ電極（１２）と加工対象物（１４）との間で形成される極間（１６）に電圧を印加して放電を発生させることで、加工対象物（１４）に対して放電加工を行うワイヤ放電加工機（１０）は、極間（１６）に所定電圧を印加する電源部（１８）と、電源部（１８）を制御して、極間（１６）のピーク電圧（Ｖｐ）が予め決められた基準電圧（Ｖｂ）となるように所定電圧の印加時間（Ｔ）を、加工対象物（１４）の形状および大きさに応じて変化させる電源制御部（２０）と、を備える。

これにより、浮遊容量の変動によって加工が不安定になることを防止することができる。

ワイヤ放電加工機（１０）は、加工対象物（１４）の形状および大きさに応じた印加時間（Ｔ）を示す情報を記憶した記憶部（３０）を有してもよく、電源制御部（２０）は、記憶部（３０）から加工対象物（１４）の形状および大きさに応じた印加時間（Ｔ）を示す情報を取得してもよい。これにより、加工対象物（１４）の加工の度に印加時間（Ｔ）をどれだけにするか決定する必要がなくなり、加工時における処理負荷の低減を図ることができる。

ワイヤ放電加工機（１０）において、記憶部（３０）に記憶されている印加時間（Ｔ）を示す情報は、予め決められた基準印加時間（Ｔｂ）を補正する補正値であってもよく、電源制御部（２０）は、印加時間（Ｔ）を示す情報に基づいて補正した基準印加時間（Ｔｂ）だけ、極間（１６）に所定電圧を印加させてもよい。これにより、印加時間（Ｔ）そのものを記憶する場合に比べ、記憶部（３０）に記憶されるデータ量の削減を図ることができる。

＜第２の技術的思想＞
ワイヤ電極（１２）と加工対象物（１４）との間で形成される極間（１６）に所定電圧を印加する電源部（１８）を有するワイヤ放電加工機（１０）が、加工対象物（１４）に対して放電加工を行うワイヤ放電加工方法は、電源部（１８）を制御して、極間（１６）のピーク電圧（Ｖｐ）が予め決められた基準電圧（Ｖｂ）となるように所定電圧の印加時間（Ｔ）を、加工対象物（１４）の形状および大きさに応じて変化させる電源制御ステップを含む。

ワイヤ放電加工方法は、加工対象物（１４）の形状および大きさに応じた印加時間（Ｔ）を示す情報を記憶部（３０）に記憶する記憶ステップを含んでもよく、電源制御ステップは、記憶部（３０）から加工対象物（１４）の形状および大きさに応じた印加時間（Ｔ）を示す情報を取得してもよい。これにより、加工対象物（１４）の加工の度に印加時間（Ｔ）をどれだけにするか決定する必要がなくなり、加工時における処理負荷の低減を図ることができる。

ワイヤ放電加工方法において、記憶部（３０）に記憶されている印加時間（Ｔ）を示す情報は、予め決められた基準印加時間（Ｔｂ）を補正する補正値であってもよく、電源制御ステップは、印加時間（Ｔ）を示す情報に基づいて補正した基準印加時間（Ｔｂ）だけ、極間（１６）に所定電圧を印加させるステップでもよい。これにより、印加時間（Ｔ）そのものを記憶する場合に比べ、記憶部（３０）に記憶されるデータ量の削減を図ることができる。

１０…ワイヤ放電加工機１２…ワイヤ電極
１４…加工対象物１６…極間
１８…電源部２０…電源制御部
２２…テーブル２４…直流電源
２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ…スイッチ
２８…スイッチ制御部３０…記憶部
３２…電圧検出部３４…決定部
Ｔ…印加時間Ｔｂ…基準印加時間
Ｖ…極間電圧Ｖｂ…基準電圧
Ｖｐ…ピーク電圧

Claims

ワイヤ電極と加工対象物との間で形成される極間に電圧を印加して放電を発生させることで、前記加工対象物に対して放電加工を行うワイヤ放電加工機であって、
前記極間に所定電圧を印加する電源部と、
前記電源部を制御して、前記極間のピーク電圧が予め決められた基準電圧となるように前記所定電圧の印加時間を、前記加工対象物の形状および大きさに応じて変化させる電源制御部と、
を備える、ワイヤ放電加工機。
請求項１に記載のワイヤ放電加工機であって、
前記加工対象物の形状および大きさに応じた前記印加時間を示す情報を記憶した記憶部を有し、
前記電源制御部は、前記記憶部から前記加工対象物の形状および大きさに応じた前記印加時間を示す情報を取得する、ワイヤ放電加工機。
請求項２に記載のワイヤ放電加工機であって、
前記記憶部に記憶されている前記印加時間を示す情報は、予め決められた基準印加時間を補正する補正値であり、
前記電源制御部は、前記印加時間を示す情報に基づいて補正した前記基準印加時間だけ、前記極間に前記所定電圧を印加させる、ワイヤ放電加工機。
ワイヤ電極と加工対象物との間で形成される極間に所定電圧を印加する電源部を有するワイヤ放電加工機が、前記加工対象物に対して放電加工を行うワイヤ放電加工方法であって、
前記電源部を制御して、前記極間のピーク電圧が予め決められた基準電圧となるように前記所定電圧の印加時間を、前記加工対象物の形状および大きさに応じて変化させる電源制御ステップを含む、ワイヤ放電加工方法。
請求項４に記載のワイヤ放電加工方法であって、
前記加工対象物の形状および大きさに応じた前記印加時間を示す情報を記憶部に記憶する記憶ステップを含み、
前記電源制御ステップは、前記記憶部から前記加工対象物の形状および大きさに応じた前記印加時間を示す情報を取得する、ワイヤ放電加工方法。
請求項５に記載のワイヤ放電加工方法であって、
前記記憶部に記憶されている前記印加時間を示す情報は、予め決められた基準印加時間を補正する補正値であり、
前記電源制御ステップは、前記印加時間を示す情報に基づいて補正した前記基準印加時間だけ、前記極間に前記所定電圧を印加させる、ワイヤ放電加工方法。