WO2013085063A1 - ワイヤ放電加工装置および方法 - Google Patents

ワイヤ放電加工装置および方法 Download PDF

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WO2013085063A1
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short circuit
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tension
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PCT/JP2012/081993
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Inventor
山崎清幸
松井竜生
Original Assignee
株式会社ソディック
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Publication date
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    • B23H1/024—Detection of, and response to, abnormal gap conditions, e.g. short circuits
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Definitions

  • the present invention relates to a wire electric discharge machining apparatus and method for machining a workpiece by generating an electric discharge in a machining gap formed between a wire electrode and a workpiece.
  • the present invention relates to a wire electric discharge machining apparatus and method for releasing an unintended short circuit when an unintended short circuit between a wire electrode and a work is detected.
  • a wire electrode moves in a plane ("XY plane") relatively horizontal to a work.
  • the wire electrodes Prior to processing, the wire electrodes must be supported perpendicularly to the XY plane between a pair of wire guides. If necessary, starting holes for passing the wire electrodes are formed in the work.
  • the size of the starting hole may be limited to a small size, and the gap between the wire electrode and the starting hole (hereinafter referred to as the clearance) may be small.
  • FIG. 8 (a) shows a state where a machining gap is not formed due to such unintended contact and electric discharge machining can not be performed.
  • Patent Document 1 discloses a method of releasing the short circuit by moving the wire electrode 2 relative to the work 3 in the XY plane as shown in FIG. 8 (b).
  • An object of the present invention is to provide a wire electric discharge machining apparatus and method capable of reliably releasing a short circuit between a wire electrode and a work.
  • the present invention relates to a wire electric discharge machining apparatus which generates electric discharge in a machining gap formed between a wire electrode (2) inserted into a start hole (4) in a workpiece (3) and the workpiece to start machining of the workpiece .
  • the wire electric discharge machining device of the present invention comprises a tension control device (56) for controlling the tension of the wire electrode to be maintained at a set value.
  • a short circuit detector (57) that detects a short circuit between the wire electrode and the work; When the short circuit detector detects a short circuit, it includes a short circuit release system that reduces tension on the wire electrode and vibrates the wire electrode to release the short circuit. According to the present invention, the short circuit release system can bend the wire electrode in the starting hole to reliably release the short circuit.
  • the short circuit release system may be configured to reduce the tension setting when the short circuit detector detects a short circuit.
  • the set value of tension may be reduced to 10 to 50%.
  • the short circuit release system may include a vibrating device that sprays high-pressure dielectric liquid to the wire electrode to vibrate the wire electrode.
  • the short circuit release system may include a vertical movement device (30) which moves the wire electrode up and down minutely by compressed air.
  • the up and down motion device may supply compressed air to the wire electrode to cross it and cause the wire electrode to vibrate laterally.
  • the vertical movement device includes a wire guide (32) having a guide hole through which the wire electrode passes, and the wire guide may be movable upward by compressed air.
  • the tension control device may generate a command output based on the detected value of the tension of the wire electrode and the gain, and the short circuit cancellation system may reduce the gain when the short circuit detector detects a short circuit.
  • the short circuit release system may reduce the traveling speed of the wire electrode.
  • the present invention relates to a wire electric discharge machining method in which electric discharge is generated in a machining gap formed between a wire electrode and a work to start machining of the work.
  • the wire electric discharge machining method of the present invention comprises the steps of: inserting the wire electrode (2) into the start hole (4) in the work (3); Causing the wire electrode to run with a predetermined tension; Applying a voltage between the wire electrode and the work to generate a discharge in the machining gap; Detecting a short between the wire electrode and the workpiece; Reducing tension of the wire electrode and vibrating the wire electrode to release the short circuit.
  • the short circuit between the wire electrode and the work is reliably released. Even when burrs are formed in the opening of the start hole on the top or bottom of the work, the short circuit between the wire electrode and the work is reliably released.
  • FIG. 1 is a view showing a wire electric discharge machining apparatus of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the vertically moving device in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the flow of compressed air in the vertical movement device of FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the flow of compressed air in the vertical movement device of FIG.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the numerical control device in FIG.
  • FIG. 6 is a flow chart showing the operation of the numerical control apparatus of FIG.
  • FIG. 7 illustrates a method of releasing a short according to the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing a conventional method of releasing a short circuit.
  • FIG. 9 is a diagram showing a conventional method of releasing a short circuit.
  • the wire electric discharge machining device of the present invention includes a short circuit release system that reduces the tension of the wire electrode 2 and vibrates the wire electrode 2 in order to release a short circuit.
  • FIG. 1 shows a wire electric discharge machining apparatus of the present invention.
  • the feeding mechanism 5 continuously feeds new wire electrodes 2 to the work 3.
  • the supply mechanism 5 includes a reel 52, a servo pulley 53, a disconnection detector 54, a feed roller 10, and a tension detector 55.
  • the wire bobbin 51 is mounted on the reel 52.
  • the reel 52 has a brake motor that applies a reverse tension to the wire electrode 2.
  • the servo pulley 53 prevents tension fluctuation.
  • the disconnection detector 54 is provided to detect breakage of the wire electrode 2 and is, for example, a limit switch.
  • the feed roller 10 comprises a drive roller 12 and a pinch roller 13.
  • the drive roller 12 is rotated by the servomotor 11.
  • the pinch roller 13 follows the drive roller 12 and presses the wire electrode 2.
  • the feed roller 10 feeds the wire electrode 2 toward the collection roller 63. Further, the feed roller 10 cooperates with the collection roller 63 to apply a predetermined tension to the traveling wire electrode 2.
  • the tension for maintaining the straightness of the wire electrode 2 is set in accordance with the diameter and material of the wire electrode 2 and the type of processing.
  • the set value of the wire tension is stored in the numerical controller 80.
  • the tension detector 55 is provided to detect the tension of the wire electrode 2 and is, for example, a strain gauge.
  • the output of the tension detector 55 is supplied to a tension controller 56.
  • the numerical control unit 80 supplies the tension control unit 56 with a set value indicating the wire tension and a set value indicating the wire speed.
  • the tension control device 56 determines the rotational speed of the servomotor 11 so as to maintain the wire tension detection value at the set value.
  • the command value of the rotational speed of the servomotor 11 is determined based on a tension command obtained by multiplying the deviation between the detection value of the wire tension and the setting value by a gain.
  • the short circuit detector 57 is provided to detect a short circuit between the wire electrode 2 and the work 3.
  • the upper guide assembly 7 accommodates an upper wire guide 71, an upper conductor 72, and an AWT nozzle (not shown).
  • the upper guide assembly 7 has a jet nozzle 73 at its lower end.
  • the lower guide assembly 8 also has a wire guide, a conductor and a jet nozzle 74.
  • the dielectric liquid supply apparatus includes a liquid reservoir, a pump, and appropriate piping. Jet nozzles 73, 74 are provided for injecting dielectric liquid into the processing gap during processing. The openings of the jet nozzles 73, 74 are directed to the machining gap.
  • the dielectric liquid supply device constitutes a vibrating device that vibrates the wire electrode 2 by the injection of high pressure liquid.
  • a vertically moving device 30 is provided between the feed roller 10 and the start hole 4.
  • the vertically moving device 30 slightly vertically moves the wire electrode 2 by compressed air and vibrates it in the lateral direction.
  • the minute up and down movement means that the wire electrode 2 repeatedly moves up and down along the wire traveling path in several hundreds of milliseconds to several seconds.
  • the distance of the vertical movement is several mm to twenty and several mm in the vertical direction.
  • the automatic wire threading device 1 is provided to automatically insert the wire electrode 2 into the start hole 4 formed in the work 3.
  • the automatic wire insertion device 1 has a feed roller 10 for feeding the wire electrode 2 toward the start hole 4 and a guide pipe 20 for guiding the wire electrode 2.
  • the automatic wire insertion device 1 further has a cutter 41 for cutting off the roughened tip of the wire electrode 2.
  • a clamp 43 is provided for transferring the cut wire piece to the waste box 42.
  • the automatic wire insertion device 1 includes a tip detector 50 that detects the tip of the wire electrode 2 and a buckling detector 60 that detects deflection of the wire electrode 2.
  • the automatic wire insertion device 1 includes a jet supply device 70 capable of supplying a high-pressure dielectric liquid to an AWT nozzle.
  • the AWT nozzle forms a fluid jet that restrains the wire electrode 2. Fluid jets increase the success rate of automatic wire penetration.
  • the jet delivery device 70 is selectively used if the success rate of automatic wire penetration is likely to be low.
  • a jet supply device 70 is required. Alternatively, it is used when the clearance of the starting hole 4 is small.
  • the feed roller 10 feeds the wire electrode 2 slowly by forward rotation.
  • the feed roller 10 rolls up the wire electrode 2 by reverse rotation.
  • the tip detector 60 detects the tip of the wire electrode 2
  • the reverse rotation of the feed roller 10 is stopped.
  • the guide pipe 20 is provided between the feed roller 10 and the upper wire guide 71.
  • An elevating device 21 operated by an actuator raises and lowers the guide pipe 20.
  • FIG. 1 shows the guide pipe 20 waiting at the upper limit position. During the automatic wire insertion operation, the lower end of the guide pipe 20 is lowered to a position just above the upper wire guide 71 in order to guide the wire electrode 2 to the upper wire guide 71.
  • the used wire electrode 2 is sent to the bucket 64 via the idling roller 61 and the collection roller 63.
  • the recovery roller 63 is provided to recover the wire electrode 2.
  • a motor 62 is connected to the drive pulley of the collection roller 63.
  • a device that controls the speed at which the wire electrode 2 travels determines the rotational speed of the motor 62 based on the set value of the wire speed.
  • the set value of the wire speed is stored in the numerical controller 80.
  • the vertical movement device 30 is shown in detail. Arrows in FIGS. 3 and 4 indicate the flow of air.
  • the wire electrode 2 only vibrates in the lateral direction simply by ejecting compressed air toward the wire electrode 2.
  • the wire electrode 2 needs to be reciprocated up and down in a short time in small increments.
  • the vertical movement device 30 moves the wire electrode 2 in the vertical direction by several mm to twenty and several mm in several hundred milliseconds to several seconds by the force of air.
  • the vertically moving device 30 includes a rectangular block 28, a first wire guide 31, a second wire guide 32, and a compressed air supply device 35.
  • the vertical movement device 30 has a vertical passage through which the wire electrode 2 passes.
  • a vertically extending cylindrical sealed space 37 is formed in the block 28.
  • the wire electrode 2 passes through the closed space 37, and the closed space 37 forms a vertical passage.
  • Two horizontally extending air supply passages 33, 34 are formed in the block 28.
  • the first wire guide 31 and the second wire guide 32 guide the wire electrode 2.
  • the first wire guide 31 is provided between the feed roller 10 and the start hole 4. Specifically, the first wire guide 31 is provided between the feed roller 10 and the guide pipe 20. The first wire guide 31 can not move downward.
  • the first wire guide 31 is in the shape of a die and has a guide hole through which the wire electrode 2 passes.
  • the gap between the guide hole of the wire guide and the wire electrode 2 is referred to as a guide clearance.
  • the first wire guide 31 has a guide clearance of 3 ⁇ m to 20 ⁇ m, and compressed air can hardly pass through this small guide clearance.
  • the enclosed space 37 is defined by the first wire guide 31 and the guide pipe 20. “Sealed” in the enclosed space 37 means that the space 37 is not open to anything other than the guide clearance of the first wire guide 31 and the inlet of the guide pipe 20.
  • the second wire guide 32 is provided between the feed roller 10 and the first wire guide 31.
  • the second wire guide 32 is in the shape of a die and has a guide hole through which the wire electrode 2 passes.
  • the guide holes of the first and second wire guides 31, 32 form vertical passages.
  • the second wire guide 32 has the same guide clearance in size as the first wire guide.
  • a cap 36 is secured to the top of the block 28.
  • a funnel shaped chamber is formed in the cap 36.
  • the second wire guide 32 has a similar profile to this funnel shaped chamber and is located at the bottom of the chamber by its own weight.
  • the second wire guide 32 is loosely fitted in the funnel shaped chamber.
  • the second wire guide 32 is provided immediately above the first wire guide 31, and a sealed space 38 is formed between the guide holes of the two wire guides 31 and 32.
  • the enclosed space 38 forms a vertical passage. "Sealing" in the enclosed space 38 means that the space 38 is not open to anything other than the two guide clearances.
  • the enclosed space 38 mainly consists of a cylindrical chamber extending vertically in the first wire guide 31.
  • the first and second wire guides 31, 32 are exchangeably mounted to the block 28. Therefore, the first and second wire guides 31, 32 can be replaced according to the diameter of the wire electrode 2.
  • the second air supply passage 34 communicates with the sealed space 38 to supply compressed air.
  • the vertical movement device 30 can supply the compressed air which has passed through the second air supply passage 34 to the sealed space 38 so as to cross the wire electrode 2 from a plurality of directions. Furthermore, the compressed air spouts upward from the enclosed space 38. As a result, the second wire guide 32 floats up and tilts slightly. Since the second wire guide 32 has a small guide clearance, the inner surface of the guide hole of the second wire guide 32 contacts the wire electrode 2. A frictional force is generated between the second wire guide 32 and the wire electrode 2.
  • the second wire guide 32 moves upward while holding the wire electrode 2 until it collides with the ceiling of the chamber of the cap 36.
  • the second wire guide 32 helps the wire electrode 2 to move straight upward a predetermined distance, so that extremely high pressure or high speed compressed air is not required.
  • the predetermined distance is defined by the height of the chamber in the cap 36.
  • the first air supply passage 33 communicates with the passage 37 for supplying compressed air.
  • the compressed air supply device 35 can supply compressed air to the first air supply passage 33 at the same time as stopping the supply of the compressed air via the second air supply passage 34.
  • the vertically moving device 30 can supply the compressed air having passed through the first air supply passage 33 to the passage 37 so as to cross the wire electrode 2 from one direction. Since the first wire guide 31 has a small guide clearance that the compressed air can hardly pass, the compressed air in the enclosed space 37 goes downward along the wire traveling path. As a result, as shown in FIG. 4, a strong downdraft is generated, and the wire electrode 2 which has been lifted moves downward along the wire traveling path.
  • the compressed air supply device 35 supplies compressed air alternately to the first air supply passage 33 and the second air supply passage 34 at predetermined time intervals.
  • the compressed air supply device 35 includes an air compressor, an air regulator, a two-way solenoid valve operating at high speed, and a flow control valve.
  • the air regulator holds the compressed air at a predetermined pressure.
  • the two-way solenoid valve switches the connection between the first air supply passage 33 and the second air supply passage 34 at predetermined time intervals.
  • a flow control valve is provided between the air regulator and the two-way solenoid valve to control the supply of compressed air.
  • the numerical control device 80 will be described in detail with reference to FIG.
  • the numerical control device 80 comprises an input device 81, a storage device 82, and a processing device 90.
  • the input device 81 is configured of a keyboard, a mouse, a touch panel, etc., and the input information is sent to the processing device 90.
  • the operator can use the input device 81 to set processing conditions such as wire tension (WT), wire speed (WS), hydraulic pressure (WP) and the like.
  • the hydraulic pressure (WP) is the pressure of the dielectric liquid injected from the jet nozzles 73, 74 into the processing gap during processing.
  • the storage device 82 is configured of a hard disk or the like.
  • the storage device 82 stores information necessary for the processing device 90, for example, a wire electric discharge machining program and an operation of automatic wire insertion.
  • the set values of the processing conditions input by the operator are also stored in the storage device 82.
  • the CPU and the memory cooperate to perform the function of the processor 90.
  • the processing device 90 includes an AWT control unit 92, a counter 93, a tension reduction unit 94, a gain reduction unit 95, a wire speed reduction unit 96, a vertical movement device control unit 97, and a hydraulic pressure increase unit 98.
  • the AWT control unit 92 is configured to control the automatic wire insertion device 1 and to receive the output of the tension detector 55.
  • the AWT control unit 92 compares the detected value of the wire tension with the set value (WT) to determine the completion of the automatic wire insertion.
  • the counter 93 is configured to be able to receive the output of the short circuit detector 57, and stores the short circuit release time. When a short circuit is detected at the start of electrical discharge machining, the counter 93 supplies a signal instructing the start of operation to the sections 94, 95, 96, 97 and 98, and starts the short circuit release time.
  • the tension reducing unit 94 changes the set value (WT) of the wire tension to a lower value.
  • a new setpoint (WT) is provided to the tension controller 56. It is stored in the tension reducing unit 94.
  • the new set value (WT) may be 10 to 50% of the original set value (WT).
  • the gain reducing unit 95 changes the gain in the tension control device 56 to a lower value. As a result, the responsiveness of tension control is reduced, and the wire electrode 2 is easily vibrated.
  • the wire speed reduction unit 96 changes the set value (WS) of the wire speed to a lower value, and supplies a new set value (WS) to the wire speed controller 66 and the tension controller 56.
  • the new set value (WS) is, for example, 60% or less of the original set value (WS).
  • the wire speed reduction unit 96 intentionally generates an uneven discharge to promote the vibration of the wire electrode 2.
  • the vertical movement device control unit 97 starts the operation of the vertical movement device 30, particularly the compressed air supply device 35, in order to vibrate the wire electrode 2.
  • the fluid pressure increasing portion 98 increases the set value (WP) of the pressure of the dielectric fluid injected from the jet nozzles 73 and 74 to the wire electrode 2 in the processing gap in order to vibrate the wire electrode 2.
  • step S1 the operator uses the input device 81 to set processing conditions such as wire tension (WT), wire speed (WS), fluid pressure (WP) and the like.
  • WT wire tension
  • WP fluid pressure
  • the AWT control unit 92 starts the operation of the automatic wire insertion device 1.
  • the wire electrode 2 is inserted into the start hole 4 and reaches the recovery roller 63, automatic wire insertion is completed, and the process proceeds to step S3.
  • step S3 the processing device 90 supplies control signals to each device to start electric discharge processing based on the processing conditions.
  • the dielectric liquid supply device supplies the dielectric liquid to the guide assemblies 7 and 8 from the liquid storage tank.
  • the dielectric liquid is jetted from the jet nozzles 73, 74 into the processing gap.
  • the wire electrode 2 is allowed to travel along the wire traveling path in accordance with the wire speed setting value (WS).
  • a power supply (not shown) applies a voltage pulse between the wire electrode 2 and the work 3 in order to generate the discharge repeatedly.
  • the wire electrode 2 and the work 3 may contact unintentionally and the discharge may not occur.
  • the counter 93 receives a signal indicating a short circuit in step S4, and starts the operations of the sections 94, 95, 96, 97 and 98 in step S5 and starts the short circuit release time.
  • the tension reducing unit 94 changes the setting value (WT) of the wire tension to a lower value.
  • WT setting value
  • the vertical movement device control unit 97 starts the operation of the vertical movement device 30.
  • the compressed air supply 35 alternately delivers compressed air to the second air supply path 34 and the first air supply path 33.
  • the fluid pressure increasing portion 98 increases the fluid pressure setting value (WP).
  • the wire electrode 2 is bent due to the large decrease in wire tension and the vibration of the wire electrode 2. As a result, the wire electrode 2 is separated from the work 3 and a processing gap is formed. Arrows in FIG. 7 indicate vertical and horizontal vibrations of the wire electrode 2. A discharge occurs at a point where the wire electrode 2 is closest to the work 3 and the repulsive force of the discharge maintains the machining gap at an appropriate size.
  • the short circuit release time is a sufficient time for repeated discharges to occur.
  • the gain reduction unit 95 changes the gain in the tension control device 56 to a lower value
  • the wire speed reduction unit 96 changes the set value (WS) of the wire speed to a lower value. Do.
  • the short circuit release time ends in step S7, the process proceeds to step S8.
  • the processing device 90 stops the vibration of the wire electrode 2.
  • the operation of the vertical movement device 30 is stopped, and the set value (WP) of the hydraulic pressure is returned to the original value.
  • the wire speed setpoint (WS) is returned to its original value, and the gain in tension control 56 is also returned to its original value.
  • the wire tension (WT) setting is gradually returned to the original value.
  • the vibrating device by the injection of the high pressure liquid and the vertical movement device 30 vibrate the wire electrode 2, but only one of the two devices may operate. Also, instead of both devices, a magnetic or electrical vibration device may be used.
  • the scope of the invention is defined by the appended claims.

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Abstract

　ワイヤ電極とワーク間の短絡を確実に解除することができるワイヤ放電加工装置および方法を提供する。　本願発明は、ワーク（３）中の開始穴（４）に挿通されたワイヤ電極（２）とワーク間に形成された加工間隙に放電を発生させてワークの加工を開始するワイヤ放電加工装置に関し、本願発明のワイヤ放電加工装置は、ワイヤ電極の張力を設定値へ維持されるように制御する張力制御装置（５６）と、ワイヤ電極とワーク間の短絡を検出する短絡検出器（５７）と、短絡検出器が短絡を検出したとき、短絡を解除するため、ワイヤ電極の張力を低減すると共にワイヤ電極を振動させる短絡解除システムを含むワイヤ放電加工装置とした。

Description

ワイヤ放電加工装置および方法
本発明は、ワイヤ電極とワークとの間に形成される加工間隙に放電を発生させてワークを加工するワイヤ放電加工装置および方法に関する。特に、本発明は、ワイヤ電極とワーク間の意図しない短絡が検出されたときに、意図しない短絡を解除するワイヤ放電加工装置および方法に関する。
一般に、ワイヤ放電加工装置では、ワイヤ電極がワークに相対的に水平な平面（「ＸＹ平面」）内で移動する。加工に先だって、ワイヤ電極は一対のワイヤガイド間でＸＹ平面に垂直に支持されなければならない。必要に応じて、ワイヤ電極を通すための開始穴がワークに形成されている。開始穴のサイズが小さく制限され、ワイヤ電極と開始穴との隙間（以下、クリアランスという）が小さいこともある。
ワイヤ電極は上側のワイヤガイドから開始穴を介して下側のワイヤガイドへ送られなければならない。ワイヤ電極が所定の張力を与えられた状態で上側と下側のワイヤガイド間に張架された後、開始穴中のワイヤ電極とワークとの意図しない接触が電気的に検出されることがある。図８（ａ）は、そのような意図しない接触によって、加工間隙が形成されず放電加工を行うことができない状態を示している。特許文献１は、図８（ｂ）中に示されるようにワイヤ電極２をＸＹ平面内でワーク３に相対的に移動させて短絡を解除する方法を開示している。
特公平７－０９０４２４号公報
しかしながら、図９（ａ）中に示されるように、小さい開始穴４が、加工精度により、鉛直に形成されていないことがある。そのような場合、ワイヤ電極２がワーク３の上面又は底面の一方に意図せず接触してしまう。この短絡を解除するためにワイヤ電極２がＸＹ平面内でワーク３に相対的に移動させられても、図９（ｂ）中に示されるように、ワイヤ電極２がワーク３の上面又は底面の他方に接触してしまう。本発明の目的は、ワイヤ電極とワーク間の短絡を確実に解除することができるワイヤ放電加工装置および方法を提供することである。
本発明は、ワーク（３）中の開始穴（４）に挿通されたワイヤ電極（２）とワーク間に形成された加工間隙に放電を発生させてワークの加工を開始するワイヤ放電加工装置に関する。
本発明のワイヤ放電加工装置は、ワイヤ電極の張力を設定値へ維持されるように制御する張力制御装置（５６）と、
ワイヤ電極とワーク間の短絡を検出する短絡検出器（５７）と、
短絡検出器が短絡を検出したとき、短絡を解除するため、ワイヤ電極の張力を低減すると共にワイヤ電極を振動させる短絡解除システムを含む。
本発明によれば、短絡解除システムは開始穴中のワイヤ電極を撓ませて短絡を確実に解除できる。
短絡解除システムは、短絡検出器が短絡を検出したとき張力の設定値を低減するようにすればよい。張力の設定値は１０～５０％へ低減されればよい。
短絡解除システムは、高圧の誘電性液をワイヤ電極へ噴射してワイヤ電極を振動させる振動装置を含むようにすればよい。あるいは、短絡解除システムは圧縮空気によってワイヤ電極を微小に上下動させる上下動装置（３０）を含むようにすればよい。上下動装置は、圧縮空気をワイヤ電極に交差するように供給してワイヤ電極を横方向に振動させてもよい。上下動装置はワイヤ電極が通過する案内孔を有するワイヤガイド（３２）を含み、ワイヤガイドは圧縮空気によって上方向に移動可能であればよい。
張力制御装置はワイヤ電極の張力の検出値とゲインとに基づいて指令出力を発生し、短絡検出器が短絡を検出したとき短絡解除システムはゲインを低減するようにすればよい。短絡検出器が短絡を検出したとき短絡解除システムはワイヤ電極の走行速度を低減するようにすればよい。
また、本発明は、ワイヤ電極とワーク間に形成された加工間隙に放電を発生させてワークの加工を開始するワイヤ放電加工方法に関する。
本発明のワイヤ放電加工方法は、ワイヤ電極（２）をワーク（３）中の開始穴（４）に挿通するステップと、
ワイヤ電極を所定の張力を与えて走行させるステップと、
加工間隙に放電を発生させるためワイヤ電極とワーク間に電圧を印加するステップと、
ワイヤ電極とワーク間の短絡を検出するステップと、
短絡を解除するため、ワイヤ電極の張力を低減すると共にワイヤ電極を振動させるステップとを含む。
本発明によれば、開始穴が鉛直に形成されていない場合でも、ワイヤ電極とワーク間の短絡が確実に解除される。ワークの上面又は底面で開始穴の開口にバリが形成されている場合でも、ワイヤ電極とワーク間の短絡が確実に解除される。
図１は、本発明のワイヤ放電加工装置を示す図である。 図２は、図１中の上下動装置を示す断面図である。 図３は、図２の上下動装置における圧縮空気の流れを示す断面図である。 図４は、図２の上下動装置における圧縮空気の流れを示す断面図である。 図５は、図１中の数値制御装置を示すブロック図である。 図６は、図５の数値制御装置の動作を示すフローチャートである。 図７は、本発明により短絡を解除する方法を示す図である。 図８は、短絡を解除する従来の方法を示す図である。 図９は、短絡を解除する従来の方法を示す図である。
本発明のワイヤ放電加工装置は、短絡を解除するために、ワイヤ電極２の張力を低減するとともにワイヤ電極２を振動させる短絡解除システムを含んでいる。図１に、本発明のワイヤ放電加工装置が示されている。供給機構５は新しいワイヤ電極２をワーク３へ連続して供給している。供給機構５は、リール５２と、サーボプーリ５３と、断線検出器５４と、送りローラ１０と、張力検出器５５とを含んでいる。ワイヤボビン５１がリール５２に装着されている。リール５２はワイヤ電極２に逆張力を与えるブレーキモータを有する。サーボプーリ５３は張力の変動を防止している。断線検出器５４はワイヤ電極２の破断を検出するために設けられ、例えばリミットスイッチである。
送りローラ１０は駆動ローラ１２とピンチローラ１３とで成る。駆動ローラ１２はサーボモータ１１によって回転させられる。ピンチローラ１３は駆動ローラ１２に従動し、ワイヤ電極２を押さえる。送りローラ１０は回収ローラ６３へ向けてワイヤ電極２を送る。また、送りローラ１０は、回収ローラ６３と協働して、走行しているワイヤ電極２に所定の張力を与えている。ワイヤ電極２の真直度を維持するための張力は、ワイヤ電極２の径や材質および加工のタイプに応じて設定される。ワイヤ張力の設定値は数値制御装置８０に記憶されている。
張力検出器５５はワイヤ電極２の張力を検出するために設けられ、例えば歪ゲージである。張力検出器５５の出力は張力制御装置５６へ供給されている。数値制御装置８０はワイヤ張力を示す設定値とワイヤ速度を示す設定値とを張力制御装置５６へ供給している。張力制御装置５６はワイヤ張力の検出値を設定値に維持するようサーボモータ１１の回転速度を決定している。サーボモータ１１の回転速度の指令値は、ワイヤ張力の検出値と設定値との偏差にゲインを乗じた張力指令に基づいて、決定されている。短絡検出器５７はワイヤ電極２とワーク３間の短絡を検出するために設けられている。
ガイドアッセンブリ７、８がワーク３の上下にそれぞれ設けられている。上側ガイドアッセンブリ７は、上側ワイヤガイド７１と、上側通電体７２と、ＡＷＴノズル（図示されていない）とを収容している。上側ガイドアッセンブリ７はその下端に噴流ノズル７３を有している。下側ガイドアッセンブリ８も、ワイヤガイドと通電体と噴流ノズル７４を有している。
ガイドアッセンブリ７、８は、高圧の誘電性液を供給する誘電性液供給装置の一部を構成している。誘電性液供給装置は、液貯留槽、ポンプ、および適当な配管を含んでいる。噴流ノズル７３、７４は加工中に誘電性液を加工間隙へ噴射するために設けられている。噴流ノズル７３、７４の開口は加工間隙へ向けられている。誘電性液供給装置は、高圧液の噴射によってワイヤ電極２を振動させる振動装置を構成している。
上下動装置３０が送りローラ１０と開始穴４との間に設けられている。上下動装置３０は、圧縮空気によってワイヤ電極２を微小に上下動させると共に横方向に振動させる。微小な上下動は、数百ミリ秒～数秒間にワイヤ電極２がワイヤ走行経路に沿って繰り返し上下動することをいう。上下動の距離は上下各方向に数ｍｍ～二十数ｍｍである。
自動ワイヤ挿通装置（Automatic Wire Threader）１は、ワイヤ電極２をワーク３に形成された開始穴４に自動的に挿通するために設けられている。自動ワイヤ挿通装置１は、ワイヤ電極２を開始穴４へ向けて送る送りローラ１０と、ワイヤ電極２を案内する案内パイプ２０とを有している。自動ワイヤ挿通装置１は、さらに、ワイヤ電極２の荒れた先端を切除するカッタ４１を有する。切除されたワイヤ片を廃棄ボックス４２へ搬送するクランプ４３が設けられている。自動ワイヤ挿通装置１は、ワイヤ電極２の先端を検出する先端検出器５０と、ワイヤ電極２の撓みを検出する座屈検出器６０とを備えている。
自動ワイヤ挿通装置１は、ＡＷＴノズルに高圧の誘電性液を供給できるジェット供給装置７０を備えている。ＡＷＴノズルはワイヤ電極２を拘束する流体ジェットを形成する。流体ジェットは自動ワイヤ挿通の成功率を高める。ジェット供給装置７０は、自動ワイヤ挿通の成功率が低そうな場合に、選択的に使用される。０．０５ｍｍ～０．０８ｍｍφの黄銅のワイヤ電極２が使用されるとき、ジェット供給装置７０が必要とされる。あるいは、開始穴４のクリアランスが小さいときにそれは使用される。
送りローラ１０は、正転によって、ゆっくりとワイヤ電極２を送り出す。送りローラ１０は、逆転によって、ワイヤ電極２を巻き上げる。先端検出器６０がワイヤ電極２の先端を検出すると、送りローラ１０の逆転は停止される。案内パイプ２０は、送りローラ１０と上側ワイヤガイド７１との間に設けられている。アクチュエータで作動する昇降装置２１が案内パイプ２０を昇降する。図１は、上限位置で待機している案内パイプ２０を示している。自動ワイヤ挿通の動作中、ワイヤ電極２を上側ワイヤガイド７１まで案内するため、案内パイプ２０の下端は上側ワイヤガイド７１の直上まで下降させられる。
使用済のワイヤ電極２はアイドリングローラ６１と回収ローラ６３を経由してバケット６４へ送られている。回収ローラ６３はワイヤ電極２を回収するために設けられている。モータ６２が回収ローラ６３の駆動プーリへ連結されている。ワイヤ電極２が走行する速度を制御する装置が、ワイヤ速度の設定値に基づいて、モータ６２の回転速度を決定する。ワイヤ速度の設定値は数値制御装置８０に記憶されている。
図２、図３および図４を参照して、上下動装置３０が詳しく示される。図３および図４中の矢印は、空気の流れを示している。単に圧縮空気をワイヤ電極２に向けて噴出するだけでは、ワイヤ電極２は横方向に振動するだけである。ワイヤ電極２を短時間に小刻みに上下方向に往復させる必要がある。上下動装置３０は、図２中に示される構造によって、空気の力でワイヤ電極２を数百ミリ秒～数秒間に上下方向にそれぞれ数ｍｍ～二十数ｍｍ移動させる。
上下動装置３０は、矩形のブロック２８と、第１のワイヤガイド３１と、第２のワイヤガイド３２と、圧縮空気供給装置３５とを含んでなる。上下動装置３０はワイヤ電極２が通過する鉛直通路を有している。鉛直に伸びる円筒状の密閉空間３７がブロック２８に形成されている。ワイヤ電極２が密閉空間３７を通過し、密閉空間３７は鉛直通路を形成している。水平に伸びる２本の空気供給路３３、３４がブロック２８に形成されている。第１のワイヤガイド３１と第２のワイヤガイド３２はワイヤ電極２を案内する。
第１のワイヤガイド３１は送りローラ１０と開始穴４との間に設けられている。具体的には、第１のワイヤガイド３１は送りローラ１０と案内パイプ２０との間に設けられている。第１のワイヤガイド３１は下方向へ移動できない。第１のワイヤガイド３１はダイス形状であり、ワイヤ電極２が通過する案内孔を有する。ワイヤガイドの案内孔とワイヤ電極２との間隙をガイドクリアランスという。第１のワイヤガイド３１は３μｍ～２０μｍのガイドクリアランスを有し、圧縮空気はこの小さいガイドクリアランスをほとんど通過できない。
密閉空間３７は、第１のワイヤガイド３１と案内パイプ２０によって定められている。密閉空間３７における「密閉」は、空間３７が第１のワイヤガイド３１のガイドクリアランスと案内パイプ２０の入口以外へ開放されていないことを意味する。第２のワイヤガイド３２は送りローラ１０と第１のワイヤガイド３１との間に設けられている。第２のワイヤガイド３２はダイス形状であり、ワイヤ電極２が通過する案内孔を有する。第１および第２のワイヤガイド３１、３２の案内孔は鉛直通路を形成している。第２のワイヤガイド３２は、第１のワイヤガイドと大きさにおいて同じガイドクリアランスを有する。キャップ３６がブロック２８の上面に固定されている。漏斗形状のチャンバがキャップ３６の中に形成されている。第２のワイヤガイド３２はこの漏斗形状のチャンバと相似な外形を有し、自重によってチャンバの底に位置している。第２のワイヤガイド３２は漏斗形状のチャンバの中に遊嵌されている。
第２のワイヤガイド３２は第１のワイヤガイド３１の直上に設けられ、２つのワイヤガイド３１、３２の案内孔の間に密閉空間３８が形成されている。密閉空間３８は鉛直通路を形成している。密閉空間３８における「密閉」は、空間３８が２つのガイドクリアランス以外へ開放されていないことを意味する。密閉空間３８は、主に、第１のワイヤガイド３１中で鉛直に伸びる円筒状のチャンバ（chamber）から成っている。第１および第２のワイヤガイド３１、３２は、ブロック２８に交換可能に装着されている。したがって、第１および第２のワイヤガイド３１、３２は、ワイヤ電極２の直径に応じて交換することができる。
第２の空気供給路３４は圧縮空気を供給するため密閉空間３８に連通している。上下動装置３０は、第２の空気供給路３４を通過した圧縮空気を複数の方向からワイヤ電極２に交差するように密閉空間３８へ供給できる。さらに圧縮空気は密閉空間３８から上向きに噴出する。その結果、第２のワイヤガイド３２は浮上し僅かに傾く。第２のワイヤガイド３２は小さいガイドクリアランスを有するので、第２のワイヤガイド３２の案内孔の内面とワイヤ電極２とが接触する。第２のワイヤガイド３２とワイヤ電極２との間に摩擦力が発生する。
図３中に示されるように、第２のワイヤガイド３２は、ワイヤ電極２を保持した状態でキャップ３６のチャンバの天井に衝突するまで上方向に移動する。第２のワイヤガイド３２はワイヤ電極２が上方向に真直ぐに所定距離移動することを助けるので、極端に高圧または高速の圧縮空気が必要とされない。所定距離はキャップ３６中のチャンバの高さによって定められている。
第１の空気供給路３３は圧縮空気を供給するため通路３７へ連通している。圧縮空気供給装置３５は、第２の空気供給路３４を介した圧縮空気の供給を停止すると同時に、第１の空気供給路３３へ圧縮空気を供給できる。上下動装置３０は、第１の空気供給路３３を通過した圧縮空気を一方向からワイヤ電極２に交差するように通路３７へ供給できる。第１のワイヤガイド３１は圧縮空気がほとんど通過できない程度の小さいガイドクリアランスを有するので、密閉空間３７中の圧縮空気はワイヤ走行経路に沿って下方向に向かう。その結果、図４中に示されるように、強い下降気流が発生して、持ち上げられていたワイヤ電極２はワイヤ走行経路に沿って下方向に移動する。
圧縮空気供給装置３５は、第１の空気供給路３３と第２の空気供給路３４に所定の時間間隔で交互に圧縮空気を供給する。圧縮空気供給装置３５は、エアコンプレッサと、エアレギュレータと、高速で動作する二方向電磁弁と、流量調整弁とを含んでなる。エアレギュレータは、圧縮空気を所定の圧力に保持する。二方向電磁弁は、所定の時間間隔で第１の空気供給路３３と第２の空気供給路３４との接続を切り換える。流量調整弁は、圧縮空気の供給を制御するためエアレギュレータと二方向電磁弁との間に設けられている。
図６を参照して、数値制御装置８０が詳細に説明される。数値制御装置８０は、入力装置８１、記憶装置８２、および処理装置９０からなる。入力装置８１は、キーボード、マウス、タッチパネル等で構成され、入力された情報は処理装置９０へ送られる。操作者は、入力装置８１を使って、ワイヤ張力（ＷＴ）、ワイヤ速度（ＷＳ）、液圧（ＷＰ）などの加工条件を設定することができる。液圧（ＷＰ）は、加工中に噴流ノズル７３、７４から加工間隙へ噴射される誘電性液の圧力である。記憶装置８２はハードディスク等で構成されている。記憶装置８２は、処理装置９０に必要な情報、例えば、ワイヤ放電加工プログラム、自動ワイヤ挿通の動作を記憶している。操作者が入力した加工条件の設定値も、記憶装置８２に記憶されている。
ＣＰＵおよびメモリが協働して処理装置９０の機能を果たす。処理装置９０は、ＡＷＴ制御部９２、カウンタ９３、張力低減部９４、ゲイン低減部９５、ワイヤ速度低減部９６、上下動装置制御部９７、および液圧増加部９８を含んでいる。ＡＷＴ制御部９２は自動ワイヤ挿通装置１を制御し、張力検出器５５の出力を受け取ることができるよう構成されている。ＡＷＴ制御部９２は、ワイヤ張力の検出値を設定値（ＷＴ）と比較し、自動ワイヤ挿通の完了を判断する。
カウンタ９３は短絡検出器５７の出力を受け取ることができるよう構成され、短絡解除時間を記憶している。放電加工の開始時に短絡が検出されると、カウンタ９３は部９４、９５、９６、９７および９８へ動作の開始を指令する信号を供給するとともに短絡解除時間を開始する。張力低減部９４はワイヤ張力の設定値（ＷＴ）をより低い値へ変更する。新しい設定値（ＷＴ）は張力制御装置５６へ供給される。張力低減部９４に記憶されている。新しい設定値（ＷＴ）は、元の設定値（ＷＴ）の１０～５０％であればよい。
ゲイン低減部９５は張力制御装置５６中のゲインをより低い値へ変更する。その結果、張力制御の応答性が低下し、ワイヤ電極２が振動しやすくなる。ワイヤ速度低減部９６はワイヤ速度の設定値（ＷＳ）をより低い値へ変更し、新しい設定値（ＷＳ）をワイヤ速度制御装置６６と張力制御装置５６へ供給する。新しい設定値（ＷＳ）は、例えば、元の設定値（ＷＳ）の６０％以下である。一般に、ワイヤ速度が極端に低下すると、ワイヤ電極の激しい消耗により、不均一な放電が繰り返される。ワイヤ速度低減部９６は、不均一な放電を意図的に発生させてワイヤ電極２の振動を助長する。
上下動装置制御部９７は、ワイヤ電極２を振動させるため上下動装置３０、特に圧縮空気供給装置３５の動作を開始する。液圧増加部９８は、ワイヤ電極２を振動させるため、噴流ノズル７３、７４から加工間隙中のワイヤ電極２へ噴射される誘電性液の圧力の設定値（ＷＰ）を増加する。
図６を参照して、数値制御装置８０の動作プロセスの一例が説明される。ステップＳ１で、操作者は、入力装置８１を使って、ワイヤ張力（ＷＴ）、ワイヤ速度（ＷＳ）、液圧（ＷＰ）などの加工条件を設定する。加工に先だって、ＡＷＴ制御部９２は自動ワイヤ挿通装置１の動作を開始させる。ワイヤ電極２が開始穴４に挿通され回収ローラ６３に到達すると、自動ワイヤ挿通が完了しプロセスはステップＳ３へ進む。
ステップＳ３で、処理装置９０は、加工条件に基づいて、放電加工を開始するため各装置へ制御信号を供給する。誘電性液供給装置は液貯留槽から誘電性液をガイドアッセンブリ７、８へ供給する。誘電性液は噴流ノズル７３、７４から加工間隙へ噴射される。ワイヤ電極２は、ワイヤ速度の設定値（ＷＳ）に従って、ワイヤ走行経路を走行させられる。そして、電源装置（図示されていない）が、放電を繰り返し発生させるためワイヤ電極２とワーク３間に電圧パルスを印加する。
しかしながら、図９（ａ）に示されるように、ワイヤ電極２とワーク３が意図せず接触してしまって、放電が発生しないことがある。そのような場合、カウンタ９３はステップＳ４で短絡を示す信号を受け取り、ステップＳ５で部９４、９５、９６、９７および９８の動作を開始させるとともに短絡解除時間を開始する。ステップＳ６で、張力低減部９４はワイヤ張力の設定値（ＷＴ）をより低い値へ変更する。新しい設定値（ＷＴ）は、元の設定値（ＷＴ）の１０～５０％であれば、ワイヤ電極２の振動によって短絡が効果的に解除されることが確認されている。ワイヤ電極２を振動させるため、上下動装置制御部９７は上下動装置３０の動作を開始する。圧縮空気供給装置３５は圧縮空気を第２の空気供給路３４と第１の空気供給路３３へ交互に送る。さらに、ワイヤ電極２を振動させるため、液圧増加部９８は液圧の設定値（ＷＰ）を増加する。
図７中に示されるように、ワイヤ張力の大きな低下とワイヤ電極２の振動によって、ワイヤ電極２は撓まされる。その結果、ワイヤ電極２がワーク３から離れ、加工間隙が形成される。図７中の矢印は、ワイヤ電極２の縦方向と横方向の振動を示している。ワイヤ電極２がワーク３に最も近い箇所で放電が発生し、放電の反発力によって加工間隙は適当なサイズに維持される。短絡解除時間は、放電が繰り返し発生するために十分な時間である。ワイヤ電極２の振動を助長するため、ゲイン低減部９５は張力制御装置５６中のゲインをより低い値へ変更し、ワイヤ速度低減部９６はワイヤ速度の設定値（ＷＳ）をより低い値へ変更する。ステップＳ７で短絡解除時間が終了すると、プロセスはステップＳ８へ進む。
ステップＳ８で、処理装置９０はワイヤ電極２の振動を停止する。上下動装置３０の動作は停止し、液圧の設定値（ＷＰ）は元の値へ戻される。ワイヤ速度の設定値（ＷＳ）は元の値へ戻され、張力制御装置５６中のゲインも元の値へ戻される。ワイヤ張力（ＷＴ）の設定値は、徐々に、元の値へ戻される。
実施例は発明の本質とその実用的な応用を説明するために選ばれた。上述の記述を参照して種々の改良が可能である。実施例では、高圧液の噴射による振動装置と上下動装置３０がワイヤ電極２を振動させているが、両装置の一方のみが動作するようにしても良い。また、両装置に代えて、磁気的又は電気的な振動装置が使用されても良い。発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって定義される。
１：自動ワイヤ挿通装置、２：ワイヤ電極、３：ワーク、４：開始穴、５：供給機構、７、８：ガイドアッセンブリ、１０：送りローラ、１１：サーボモータ、１２：駆動ローラ、１３：ピンチローラ、２０：案内パイプ、２１：昇降装置、２８：ブロック、３０：上下動装置、３１：第１のワイヤガイド、３２：第２のワイヤガイド、３３：第１の空気供給路、３４：第２の空気供給路、３５：圧縮空気供給装置、３６：キャップ、３７、３８：密閉空間、３９：パイプホルダ、４１：カッタ、４２：廃棄ボックス、４３：クランプ、５０：先端検出器、５１：ワイヤボビン、５２：リール、５３：サーボプーリ、５４：断線検出器、５５：張力検出器、５６：張力制御装置、５７：短絡検出器、６０：座屈検出器、６１：アイドリングローラ、６２：モータ、６３：回収ローラ、６４：バケット、６６：ワイヤ速度制御装置、７０：ジェット供給装置、７１：上側ワイヤガイド、７２：上側通電体、７３、７４：噴流ノズル、８０：数値制御装置、８１：入力装置、８２：記憶装置、９０：処理装置、９２：ＡＷＴ制御部、９３：カウンタ、９４：張力低減部、９５：ゲイン低減部、９６：ワイヤ速度低減部、９７：上下動装置制御部、９８：液圧増加部

Claims (10)

  1. ワーク中の開始穴に挿通されたワイヤ電極と前記ワーク間に形成された加工間隙に放電を発生させて前記ワークの加工を開始するワイヤ放電加工装置において、
    前記ワイヤ電極の張力を設定値へ維持されるように制御する張力制御装置と、
    前記ワイヤ電極と前記ワーク間の短絡を検出する短絡検出器と、
    前記短絡検出器が前記短絡を検出したとき、前記短絡を解除するため、前記ワイヤ電極の張力を低減すると共に前記ワイヤ電極を振動させる短絡解除システムを含むワイヤ放電加工装置。
  2. 前記短絡解除システムは、前記短絡検出器が前記短絡を検出したとき張力の前記設定値を低減する、請求項１に記載のワイヤ放電加装置。
  3. 前記短絡解除システムは、前記短絡検出器が前記短絡を検出したとき張力の前記設定値を１０～５０％へ低減する、請求項１に記載のワイヤ放電加装置。
  4. 前記短絡解除システムは、高圧の誘電性液を前記ワイヤ電極へ噴射して前記ワイヤ電極を振動させる振動装置を含む、請求項１に記載のワイヤ放電加装置。
  5. 前記短絡解除システムは圧縮空気によって前記ワイヤ電極を微小に上下動させる上下動装置を含む、請求項１に記載のワイヤ放電加装置。
  6. 前記上下動装置は、圧縮空気を前記ワイヤ電極に交差するように供給して前記ワイヤ電極を横方向に振動させる、請求項５に記載のワイヤ放電加装置。
  7. 前記上下動装置は前記ワイヤ電極が通過する案内孔を有するワイヤガイドを含み、前記ワイヤガイドは前記圧縮空気によって上方向に移動可能である、請求項５４に記載のワイヤ放電加装置。
  8. 前記張力制御装置は前記ワイヤ電極の張力の検出値とゲインとに基づいて張力指令を発生し、前記短絡検出器が前記短絡を検出したとき前記短絡解除システムは前記ゲインを低減する、請求項１に記載のワイヤ放電加装置。
  9. 前記短絡検出器が前記短絡を検出したとき前記短絡解除システムは前記ワイヤ電極の走行速度を低減する、請求項１に記載のワイヤ放電加装置。
  10. ワイヤ電極とワーク間に形成された加工間隙に放電を発生させて前記ワークの加工を開始するワイヤ放電加工方法において、
    前記ワイヤ電極を前記ワーク中の開始穴に挿通するステップと、
    前記ワイヤ電極を所定の張力を与えて走行させるステップと、
    前記加工間隙に放電を発生させるため前記ワイヤ電極と前記ワーク間に電圧を印加するステップと、
    前記ワイヤ電極と前記ワーク間の短絡を検出するステップと、
    前記短絡を解除するため、前記ワイヤ電極の張力を低減すると共に前記ワイヤ電極を振動させるステップとを含むワイヤ放電加工方法。
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