JP7498047B2 - 精度補正方法及びワイヤ放電加工機 - Google Patents

Description

本発明は、精度補正方法及びワイヤ放電加工機に関し、特に、ワイヤ放電加工機における精度補正方法等に関する。

特許文献１には、テーパ角度補正機能を実現することが記載されている。

特開２０１４－１５９０５５号公報

しかしながら、特許文献１記載のテーパ角度補正機能では、測定値に応じて上ワイヤガイドと下ワイヤガイドをそれぞれ独立に制御するために、複雑な計算と制御が必要であった。

よって、本発明は、シンプルな計算によるパラメータ補正に適した精度補正方法等を提供することを目的とする。

本願発明の第１の観点は、ワイヤ放電加工機における精度補正方法であって、前記ワイヤ放電加工機は、テーパ加工を行うためのパラメータを記憶するパラメータ記憶部と、前記パラメータを利用してワイヤ電極を用いてテーパ加工を行う放電加工部を備え、前記放電加工部は、上ヘッド部と、下ヘッド部を備え、上ヘッド支持点は、上ヘッド部において最も下ヘッド部側でワイヤ電極を支持する位置であり、下ヘッド支持点は、下ヘッド部において最も上ヘッド部側でワイヤ電極を支持する位置であり、放電加工部が、修正前のパラメータを用いてテスト加工を行うテスト加工ステップと、計算処理部が、テスト加工のために指定されたテーパ面の指定角度とテスト加工により得られたテーパ面の角度を利用して、上ヘッド支持点と下ヘッド支持点の間の距離に関するパラメータを計算する計算ステップと、パラメータ修正部が、計算ステップにおいて得られたパラメータにより前記パラメータ記憶部に記憶されたパラメータを修正する修正ステップと、放電加工部が、修正後のパラメータを用いて放電加工を行う加工ステップを含む。

本願発明の第２の観点は、第１の観点の精度補正方法であって、前記テスト加工ステップにおいて、前記放電加工部は、補正前のパラメータを用いた標準処理によりテーブル部に設置された加工対象物に対するテスト加工を行い、前記計算ステップにおいて、前記計算処理部は、上ヘッド支持点及び下ヘッド支持点の、前記テーブル部に対する相対的な位置関係を共に上又は下に変更するためのパラメータを計算し、前記修正ステップにおいて、前記パラメータ修正部は、計算ステップにおいて得られたパラメータを用いて前記パラメータ記憶部に記憶されたパラメータを修正し、前記加工ステップにおいて、前記放電加工部は、補正後のパラメータを用いた前記標準処理により放電加工を行う。

本願発明の第３の観点は、第２の観点の精度補正方法であって、前記計算ステップにおいて、前記計算処理部は、テスト加工のために設定された上ガイド支持点水平面と下ガイド支持点との間の距離ＤＢ₀、テスト加工のために指定されたテーパ面の指定角度θ、テスト加工により得られたテーパ面の角度θ₀、テスト加工のための下ガイド支持点距離ＤＡ₀、テスト加工による上部誤差ΔＷＵ又は下部誤差ΔＷＬ、ワーク上部高さＨ又はワーク下部高さｈを用いて、上ヘッド支持点と下ヘッド支持点の間の距離に関するパラメータＤＢと上ヘッド支持点及び下ヘッド支持点の前記テーブル部に対する位置を共に上又は下に変更するためのパラメータΔＤＡを、それぞれ、式(eq1)及び式(eq2)又は(eq3)により計算する。

本願発明の第４の観点は、ワイヤ放電加工機において、テーパ加工を行うためのパラメータを記憶するパラメータ記憶部と、前記パラメータを利用してワイヤ電極を用いてテーパ加工を行う放電加工部と、計算処理部と、パラメータ修正部を備え、前記放電加工部は、上ヘッド部と、下ヘッド部を備え、上ヘッド支持点は、上ヘッド部において最も下ヘッド部側でワイヤ電極を支持する位置であり、下ヘッド支持点は、下ヘッド部において最も上ヘッド部側でワイヤ電極を支持する位置であり、前記放電加工部は、修正前のパラメータを用いてテスト加工を行い、前記計算処理部は、テスト加工のために指定されたテーパ面の指定角度とテスト加工により得られたテーパ面の角度を利用して、上ヘッド支持点と下ヘッド支持点の間の距離に関するパラメータを計算し、前記パラメータ修正部は、計算ステップにおいて得られたパラメータにより前記パラメータ記憶部に記憶されたパラメータを修正し、前記放電加工部が、修正後のパラメータを用いて放電加工を行う。

本願発明の各観点によれば、パラメータを修正して、放電加工部によるパラメータを利用した放電加工のために通常行われる計算（例えば、パラメータ修正部がガイドスパンのパラメータを修正することにより、放電加工部において、これを用いて計算される上ヘッドの移動距離を修正することなど）を利用して、加工精度を向上させることができる。

本願発明の実施の形態に係るワイヤ放電加工機１の（ａ）構成の一例を示すブロック図と、（ｂ）その動作の一例を示すフロー図である。 計算処理部１５による計算処理の一例を説明するための第１図である。 計算処理部１５による計算処理の一例を説明するための第２図である。 計算処理部１５による計算処理の一例を説明するための第３図である。 計算処理部１５による計算処理の一例を説明するための第４図である。 検証結果を示す第１図である。 検証結果を示す第２図である。

以下、図面を参照して、本願発明の実施例について述べる。なお、本願発明の実施の形態は、以下の実施例に限定されるものではない。

図１は、本願発明の実施の形態に係るワイヤ放電加工機１の（ａ）構成の一例を示すブロック図と、（ｂ）その動作の一例を示すフロー図である。

図１（ａ）を参照して、ワイヤ放電加工機１の構成の一例を説明する。ワイヤ放電加工機１は、放電加工部３（本願請求項の「放電加工部」の一例）と、測定部５と、テーブル部９と、パラメータ記憶部１１（本願請求項の「パラメータ記憶部」の一例）と、入出力部１３と、計算処理部１５（本願請求項の「計算処理部」の一例）と、パラメータ修正部１７（本願請求項の「パラメータ修正部」の一例）と、パラメータ記憶部１１のパラメータを使用して放電加工部３の動作を制御する制御部２７を備える。

放電加工部３は、上ヘッド部２１と、ワイヤ電極部２３と、下ヘッド部２５と、制御部２７を備える。ワイヤ電極部２３は、図示を省略するワイヤボビンから上ヘッド部２１及び下ヘッド部２５を経由して放電加工部３の外に排出される。ワイヤ電極部２３は、上ヘッド部２１及び下ヘッド部２５との間に張られる。上ヘッド部２１において、ワイヤ電極部２３が通る経路の最も下ヘッド部２５に近い個所を上ガイド支持点という。下ヘッド部２５において、ワイヤ電極部２３が通る経路の最も上ヘッド部２１に近い個所を下ガイド支持点という。放電加工部３は、ワイヤ電極部２３を利用して、テーブル部９に設置された加工対象物を放電加工する。

テーブル部９には、加工対象物（例えばテスト加工対象物７など）が設置される。測定部５は、テーブル部９に設置された加工対象物を測定する。測定部５は、測定結果を入出力部１３により表示してもよく、パラメータ記憶部１１に記憶させてもよい。

パラメータ記憶部１１は、テーパ加工を行うために使用するテーパ諸元を含むパラメータを記憶するものである。パラメータ記憶部１１は、入力パラメータ群２９及び計算パラメータ群３１を記憶する。入力パラメータ群２９は、入力されたパラメータであり、例えば利用者が入出力部１３から入力したものである。なお、入力パラメータは、ネットワークを通じて他の情報処理装置から入力したものであってもよい。計算パラメータ群３１は、計算処理部１５による計算時に使用されるパラメータである。

入出力部１３は、例えばタッチパネルであり、利用者にデータを表示したり、利用者からデータを入力したりする。

計算処理部１５は、テーパ諸元の修正値を得るための計算を行う。

パラメータ修正部１７は、計算処理部１５の計算結果を利用して、パラメータ記憶部１１に記憶されたテーパ諸元に関するパラメータを修正する。

図１（ｂ）を参照して、ワイヤ放電加工機１の動作の一例を説明する。

入出力部１３は、利用者から入力されたテーパ諸元に関するパラメータを、パラメータ記憶部１１における入力パラメータ群２９に記憶する（ステップＳＴ１）。

制御部２７は、利用者から入力されたテーパ諸元に関するパラメータを利用して、通常使用されている標準処理（本願発明の「標準処理」の一例）に従って上ヘッド部２１及び下ヘッド部２５並びにテーブル部９の相対的な位置関係を調整して、テスト加工対象物７に対してテスト加工を行う（ステップＳＴ２）。

測定部５は、テスト加工対象物７を測定し、理論値と測定値の誤差を計算して、パラメータ記憶部１１の入力パラメータ群２９に記憶させる（ステップＳＴ３）。なお、誤差は、利用者が入出力部１３から入力してパラメータ記憶部１１に設定してもよい。例えば、測定部５の測定結果を入出力部１３に表示して利用者が設定してもよい。また、利用者がテスト加工対象物７を測定して誤差を設定してもよい。

計算処理部１５は、設定された誤差を利用して、テーパ諸元の修正値を計算する（ステップＳＴ４）。パラメータ修正部１７は、計算された修正値を利用してパラメータ記憶部１１に記憶されたパラメータを修正する（ステップＳＴ５）。

制御部２７は、修正後のパラメータを利用して、標準処理により上ヘッド部２１及び下ヘッド部２５を並びにテーブル部９の相対的な位置関係を調整して、加工対象物に対して放電加工を行う（ステップＳＴ６）。

図２～図５を参照して、計算処理部１５による計算処理の一例を説明する。なお、説明をわかりやすくするために誤差を大きく表示しているが、実際には極めて微小なものである。また、各図における位置は、相対的な位置を示すものであり、例えば、上ヘッド部２１と下ヘッド部２５とテーブル部９の相対的な位置関係を変更するときに、すべてを変更するものであってもよく、いずれかを固定して他のものを変更するものであってもよい。例えば、図５において下ヘッド部２５の位置をＰ_L0からＰ_Lにして下ヘッド部２５とテーブル部９をΔＤＡ近づけている。

事前に、原点と、鉛直上下に基準鉛直軸が設定される。テーブル部９の加工対象物の設置面は、水平である。「上ガイド支持点水平面」は、上ガイド支持点が存在する水平面である。「設置水平面」は、テーブル部９において加工対象物を設置するための設置面を含む水平面である。下ガイド支持点は、基準鉛直軸上に存在し、設置水平面から下に下ガイド支持点距離を離れた位置に存在する。

この例では、初期処理により設定される入力パラメータは、以下のものである。ワーク上部高さＨ及びワーク下部高さｈは、それぞれ、加工対象物に対して放電加工が行われる部分の上部及び下部について、設置水平面からの高さである。下ガイド支持点距離ＤＡ₀は、設置水平面から下ガイド支持点までの距離である。ガイドスパンＤＢ₀は、上ガイド支持点水平面と下ガイド支持点との間の距離である（図２の場合、ガイドスパンは、基準鉛直軸における上ガイド支持点と下ガイド支持点の上下方向の距離を示すパラメータであり、高さの差を示すパラメータである。）。指令角度θは、テスト加工におけるテーパ加工の角度である。

図２を参照して、他の入力パラメータを説明する。線分Ｔ_UＴ_Lは、ＤＡ₀及びＤＢ₀を利用したテスト加工によるテーパ面である。線分Ｒ_UＲ_Lは、理論値によるテーパ面である。上部誤差ΔＷＵは、線分Ｔ_UＲ_Uの長さである。下部誤差ΔＷＬは、線分Ｔ_LＲ_Lの長さである。上部誤差ΔＷＵ及び下部誤差ΔＷＬは、テスト加工による結果により得られる。

計算パラメータを説明する。θ₀は、テスト加工により得られたテーパ面の角度である。なお、数式の導出にあたりｍ₀及びｎを使用する。ｍ₀及びｎは、計算パラメータには含まれない。ｍ₀は、制御部２７がテスト加工にあたり使用した上ガイド支持点の移動量である。ｎは、テスト加工における上寸法の理論値である。図２では、ｎは、Ｃ₃を加工対象物の上面の基準鉛直軸上の点として、Ｃ₃とＲ_Uとの間の距離である。

図２～図５の例は、θ₀はθよりも大きく、テスト加工後の寸法は理論値よりも大きい場合である。

計算処理部１５は、テスト加工で、下ガイド支持点が、基準鉛直軸上にあり、設置水平面から下に下ガイド支持点距離ＤＡ₀を離れた位置Ｐ_L0にあったこととする。

制御部２７は、指令角度θとガイドスパンＤＢ₀を利用して、ｍ₀を計算する。すなわち、ｍ₀＝ＤＢ₀ｔａｎθである。制御部２７は、上ガイド支持点をｍ₀移動する。制御部２７は、上ガイド支持点が位置Ｃ₁にあるとしている。Ｃ₂は、Ｃ₁を通る水平面が基準鉛直軸と交わる位置である。

しかし、実際の上ガイド支持点は、直線Ｔ_UＴ_Lにおいてｍ₀離れた位置Ｐ_U0である。Ｐ_U2は、Ｐ_U0を通る水平面が基準鉛直軸と交わる位置である。Ｐ_U1は、直線Ｐ_L0Ｃ₁と直線Ｐ_U0Ｐ_U2が交わる位置である。Ｃ₁とＰ_U0の位置には、違いが存在している。

パラメータ修正部１７が、ガイドスパンを、ＤＢ₀からＤＢに修正することにより、制御部２７は、指令角度θとガイドスパンＤＢを利用して、ｍ＝ＤＢｔａｎθにより計算して、上ガイド支持点をｍ移動させ、上ガイド支持点をＰ_U1にして、適切なテーパ角度θによる加工を実現することができる。

さらに、パラメータ修正部１７が、上ガイド支持点と下ガイド支持点の位置を、それぞれ、Ｐ_U1及びＰ_L0からΔＤＡ上に位置させてＰ_U及びＰ_Lにすることにより、制御部２７は、寸法の誤差がない加工を実現することができる。

計算処理部１５は、実際上の位置も計算上の位置も、ともに、上ガイド支持点の位置をＰ_U0からＰ_Uにし、下ガイド支持点をＰ_L0からＰ_Lにするためのテーパ諸元のパラメータの計算を行う。パラメータ修正部１７は、テーパ諸元のパラメータを修正する。

図３は、角度θ₀を計算することを説明するための図である。ワーク下部におけるＲ_L及びＴ_Lの垂線の足をそれぞれＳ₁及びＳ₂とする。線分Ｓ₁Ｒ_Lの長さは、Ｈ－ｈである。三角形Ｒ_UＳ₁Ｒ_Lより、線分Ｒ_UＳ₁は（Ｈ－ｈ）ｔａｎθである。線分Ｓ₁Ｓ₂の長さは、下部誤差ΔＷＬである。よって、線分Ｔ_UＳ₂の長さは、ΔＷＵ＋（Ｈ－ｈ）ｔａｎθ－ΔＷＬである。

三角形Ｔ_LＴ_UＳ₂より、ｔａｎθ₀＝線分Ｔ_UＳ₂／線分Ｔ_LＳ₂となる。よって、式(1)が成り立つ。

図４は、実際の上ガイド支持点と下ガイド支持点の距離ＤＢを計算することを説明するための図である。三角形Ｃ₁Ｃ₂Ｐ_L0より、式(2)が成り立つ。三角形Ｐ_U0Ｐ_U2Ｐ_L0より、式(3)が成り立つ。式(3)において、式(2)より計算されたｍ₀を代入して、ＤＢについて整理すると式(4)が成り立つ。式(4)において、ＤＢ₀及びθは入力パラメータであり、ｔａｎθ₀は式(1)により計算することができる。式(4)より、実際の上ガイド支持点と下ガイド支持点の距離ＤＢを計算することができる。

図５は、寸法誤差を減少させる下ガイド支持点距離ＤＡを計算することを説明するための図である。三角形Ｐ_LＣ₃Ｒ_Uより、式(5)が成り立つ。三角形Ｔ_UＣ₃Ｐ_L0より、式(6)が成り立つ。式(5)において、式(6)より計算されたｎを代入して、ＤＡについて整理すると式(7)が成り立つ。式(7)において、ＤＡ₀、Ｈ、ΔＷＵ及びθは入力パラメータであり、ｔａｎθ₀は式(1)により計算することができる。式(7)より、寸法誤差を減少させる下ガイド支持点距離ＤＡを計算することができる。ΔＤＡは、式(8)より計算することができる。なお、ΔＤＡは、下部誤差を利用して式(9)によっても計算することができる。

図２～図５の例では、θ₀はθよりも大きく、テスト加工後の寸法は理論値よりも大きい場合である。この状況であれば、図１（ｂ）のステップＳＴ４において、計算処理部１５は、式(4)及び式(8)によりそれぞれＤＢ及びΔＤＡを計算する。ステップＳＴ５において、パラメータ修正部１７は、ＤＢ₀をＤＢに小さく修正し、上ガイド支持点及び下ヘッド部支持点の位置をΔＤＡ上方に修正して、テーパ諸元のパラメータを修正する。ステップＳＴ６において、放電加工部３は、修正後のパラメータによる加工処理を行う。

θ₀がθよりも小さいならば、パラメータ修正部１７は、ＤＢ₀を大きく修正すればよい。修正後の値ＤＢは、同様に計算することができる。

テスト加工後の寸法が理論値よりも小さいならば、パラメータ修正部１７は、上ガイド支持点及び下ヘッド支持点の位置を下方に修正すればよい。下方に修正する値ΔＤＡは、同様に計算することができる。

発明者は、標準ガイドで異なる角度で検証を行った。検証は、下記のように行った。Ｘ＋方向でテーパ定数測定・登録を行う。テスト加工として、板厚３０ｍｍで角度５度の単一テーパ加工を行い測定した。テスト加工の結果から本実施例のテーパ補正機能を使い、補正を行う。そして、再度角度５度の単一テーパ加工を行い測定した。補正前と補正後での寸法精度、角度精度の変化を検証する。同一補正において、他の角度（１度、３度、７度、１０度）も検証する。

図６は、角度について、（ａ）補正前の５度、（ｂ）補正後の１度、（ｃ）補正後の３度、（ｄ）補正後の５度、（ｅ）補正後の７度、及び、（ｆ）補正後の１０度のテーパ加工についての検証結果を示す。補正前は、最大寸法誤差９．１μｍ、最大角度誤差０．０３３０度であった。補正後は、最大寸法誤差－４．２μｍ、最大角度誤差０．００５６度であった。

発明者は、標準ガイドで異なる板厚で検証を行った。検証は、下記のように行った。Ｘ＋方向でテーパ定数測定・登録を行う。テスト加工として、板厚３０ｍｍで角度５度の単一テーパ加工を行い測定した。テスト加工の結果から本実施例のテーパ補正機能を使い、補正を行う。そして、再度角度５度の単一テーパ加工を行い測定した。補正前と補正後での寸法精度、角度精度の変化を検証する。同一補正において、他の板厚（１０ｍｍ、５０ｍｍ）も検証する。

図７は、板厚について、（ａ）補正前の３０ｍｍ、（ｂ）補正後の１０ｍｍ、（ｃ）補正後の３０ｍｍ、及び、（ｄ）補正後の５０ｍｍのテーパ加工についての検証結果を示す。補正前は、最大寸法誤差９．１μｍ、最大角度誤差０．０３３０度であった。補正後は、最大寸法誤差１．５μｍ、最大角度誤差０．００６４度であった。

標準ガイドでの検証をまとめると、実能力は、補正前には寸法誤差±１０μｍ、角度誤差±０．０５度であったのに対し、補正後には寸法誤差±５μｍ、角度誤差±０．００７度となる。保証精度は、補正前には寸法誤差±１５μｍ、角度誤差±０．１０度であったのに対し、補正後には寸法誤差±７μｍ、角度誤差±０．０１度となる。ただし、保証精度は、下記の条件とする。設置環境は、標準仕様書記載の推奨条件とし、温度変化は±０．５度以内とする。機械使用としてＸＹ軸及びＵＶ軸にリニアスケールを取り付けた機械とする。加工は、単一テーパ加工で板厚５０ｍｍ以下、テーパ角度１０度以下とする。

１ ワイヤ放電加工機、３ 放電加工部、５ 測定部、７ テスト加工対象物、９ テーブル部、１１ パラメータ記憶部、１３ 入出力部、１５ 計算処理部、１７ パラメータ修正部、２１ 上ヘッド部、２３ ワイヤ電極部、２５ 下ヘッド部、２７ 制御部、２９ 入力パラメータ群、３１ 計算パラメータ群

Claims (3)

1. ワイヤ放電加工機における精度補正方法であって、
   前記ワイヤ放電加工機は、
   テーパ加工を行うためのパラメータを記憶するパラメータ記憶部と、
   前記パラメータを利用してワイヤ電極を用いてテーパ加工を行う放電加工部を備え、
   前記放電加工部は、上ヘッド部と、下ヘッド部を備え、
   上ヘッド支持点は、上ヘッド部において最も下ヘッド部側でワイヤ電極を支持する位置であり、
   下ヘッド支持点は、下ヘッド部において最も上ヘッド部側でワイヤ電極を支持する位置であり、
   放電加工部が、修正前のパラメータを用いてテスト加工を行うテスト加工ステップと、
   計算処理部が、テスト加工のために指定されたテーパ面の指定角度とテスト加工により得られたテーパ面の角度を利用して、上ヘッド支持点と下ヘッド支持点の間の距離に関するパラメータを計算する計算ステップと、
   パラメータ修正部が、計算ステップにおいて得られたパラメータにより前記パラメータ記憶部に記憶されたパラメータを修正する修正ステップと、
   放電加工部が、修正後のパラメータを用いて放電加工を行う加工ステップを含み、
   前記計算ステップにおいて、前記計算処理部は、上ヘッド支持点及び下ヘッド支持点の、テーブル部に対する相対的な位置関係を共に上又は下に変更するためのパラメータを計算する、精度補正方法。
2. 前記計算ステップにおいて、前記計算処理部は、テスト加工のために設定された上ガイド支持点水平面と下ガイド支持点との間の距離ＤＢ₀、テスト加工のために指定されたテーパ面の指定角度θ、テスト加工により得られたテーパ面の角度θ₀、テスト加工のための下ガイド支持点距離ＤＡ₀、テスト加工による上部誤差ΔＷＵ又は下部誤差ΔＷＬ、ワーク上部高さＨ又はワーク下部高さｈを用いて、上ヘッド支持点と下ヘッド支持点の間の距離に関するパラメータＤＢと上ヘッド支持点及び下ヘッド支持点の前記テーブル部に対する位置を共に上又は下に変更するためのパラメータΔＤＡを、それぞれ、式(eq1)及び式(eq2)又は式(eq3)により計算する、請求項１記載の精度補正方法。
   

   
3. ワイヤ放電加工機において、
   テーパ加工を行うためのパラメータを記憶するパラメータ記憶部と、
   前記パラメータを利用してワイヤ電極を用いてテーパ加工を行う放電加工部と、
   計算処理部と、
   パラメータ修正部を備え、
   前記放電加工部は、上ヘッド部と、下ヘッド部を備え、
   上ヘッド支持点は、上ヘッド部において最も下ヘッド部側でワイヤ電極を支持する位置であり、
   下ヘッド支持点は、下ヘッド部において最も上ヘッド部側でワイヤ電極を支持する位置であり、
   前記放電加工部は、修正前のパラメータを用いてテスト加工を行い、
   前記計算処理部は、テスト加工のために指定されたテーパ面の指定角度とテスト加工により得られたテーパ面の角度を利用して、上ヘッド支持点と下ヘッド支持点の間の距離に関するパラメータを計算し、
   前記計算処理部は、上ヘッド支持点及び下ヘッド支持点の、テーブル部に対する相対的な位置関係を共に上又は下に変更するためのパラメータを計算し、
   前記パラメータ修正部は、前記計算処理部により得られたパラメータを用いて前記パラメータ記憶部に記憶されたパラメータを修正し、
   前記放電加工部が、修正後のパラメータを用いて放電加工を行う、ワイヤ放電加工機。

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