WO2014068678A1 - ワイヤ放電加工機および冷却制御装置 - Google Patents

Abstract

　加工液の温度制御応答性を向上させるとともに、加工槽内の加工液の温度変動を抑制させるために、本発明では、ワイヤ放電加工機の加工液の液温度を制御する冷却制御装置（１２）において、冷却装置で冷却された直後の加工液の温度を冷却後液温度として測定する冷却後温度センサ（２１）と、加工槽１内の加工液の温度を槽内液温度として測定する槽内温度センサ（２２）とを備える構成とし、、冷却制御装置（１２）は、冷却装置への指令値である冷却指令値に、冷却後液温度をフィードバックする第１の温度フィードバック制御部（３１Ｘ）と、第１の温度フィードバック制御部（３１Ｘ）の外側に配置されるとともに、槽内液温度を目標温度に追従させるために、槽内液温度をフィードバックすることによって、冷却指令値を調整する第２の温度フィードバック制御部（３３）とを有する構成とした。

Description

ワイヤ放電加工機および冷却制御装置

　本発明は、加工液の温度制御を行うワイヤ放電加工機および冷却制御装置に関する。

　ワイヤ放電加工機は、ワイヤ電極とワーク（被加工物）との間に形成される間隙に電圧を印加し、放電を発生させることによってワークへの加工を行う装置である。ワイヤ放電加工機では、ワイヤ電極とワークとの間に、絶縁、冷却および加工屑の排除などを目的として、加工液を介在させている。この加工液は、電極とワークとの間で発生する放電と、ワークが配置された加工槽に加工液を供給するためのポンプの発熱と、によって温度上昇する。

　加工槽内の加工液の温度が上昇した場合、ワークと、ワークを固定するためのテーブルと、機械構造体とが、熱膨張によって変形し、加工精度の悪化または面荒さの悪化につながる。また、極間部の冷却効率が低下するので、ワイヤ電極が断線する場合がある。そのため、ワイヤ放電加工機は、加工槽内の加工液を冷却するための冷却装置を備えている。

　加工液の熱影響に起因する加工精度の悪化を抑制するためには、加工液の温度上昇を単純に抑制させるだけでなく、加工液を所定の温度に保つ必要がある。加工液の温度制御を行うためには、例えば、加工槽内などに温度センサが配置される。そして、温度センサで測定する温度が、目標温度に追従するように、加工槽内に供給する加工液が冷却（温度制御）されている。

　例えば、従来のワイヤ放電加工機は、冷却装置と、複数の温度センサ（第１～第３の温度センサ）と、加工液の液面の高さを検出する液面検出器とを有している。そして、第１の温度センサは、冷却装置で冷却された加工液の温度を検出し、第２の温度センサは、加工槽の温度を検出し、第３の温度センサは、機械温度を検出している。このワイヤ放電加工機は、液面検出器が液面の高さに応じて出力する信号に基づいて、第１の温度センサおよび第２の温度センサの何れかを選択する。そして、ワイヤ放電加工機は、選択した温度センサが検出する加工液の温度が、第３の温度センサで検出された目標温度に、近付くよう加工液を冷却している（例えば、特許文献１参照）。

　また、従来のワイヤ放電加工機としては、水と油などの２種類の加工液を使い分けるワイヤ放電加工機がある。このワイヤ放電加工機では、例えば、水を冷媒にして油を冷却する方式を採用している。この方式の場合、油の加工液は、水の加工液よりも温度が高くなる傾向にある。そのため、ワイヤ放電加工機は、油使用時の目標温度を、水使用時の目標温度よりも下げるための、オフセットフィードフォワード量を用いている。そして、油を使用する加工モード時は、水を使用する加工モード時よりも、前記オフセットフィードフォワード量を増大させている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１０－１２５５５６号公報 特開２００９－２７９６７０号公報

　しかしながら、上記前者の従来技術では、選択する温度センサが切替えられた場合、切替え前後の加工槽内の温度を一定温度に制御することが困難になる。例えば、加工槽外に設置された温度センサを用いる場合、加工槽内の正確な温度を測定できないためである。一方、加工槽内の温度センサを用いる場合においては、加工液を冷却する箇所と温度センサの位置が離れているので、温度制御の応答性が低下する。温度制御の応答性を向上させるために制御ゲインを増加させると、温度変動幅が悪化する。特に、温度外乱が生じる環境においては、加工槽内の加工液の温度を一定に維持する事が困難になる。

　また、上記後者の従来技術では、目標温度を下げるためのオフセットフィードフォワード量は、発熱量に応じて条件毎に設定する必要があるが、外部環境の変化によって発熱量が変化する。ところが、発熱量の変化によってオフセットフィードフォワード量を変更することができない。外部環境の変化によっては、加工槽内の温度を一定に保つことが困難になるという問題がある。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、加工液の温度制御応答性を向上させるとともに、加工槽内の加工液の温度変動を抑制させることができるワイヤ放電加工機および冷却制御装置を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、加工液で満たされるとともにワークへの加工が行なわれる加工槽と、前記加工槽へ前記加工液を供給する加工液供給装置と、前記加工液を冷却する冷却装置と、前記冷却装置を制御することによって前記加工液の液温度を制御する冷却制御装置と、前記冷却装置で冷却された直後の加工液の温度を冷却後液温度として測定する冷却後温度センサと、前記加工槽内の前記加工液の温度を槽内液温度として測定する槽内温度センサと、を備え、前記冷却制御装置は、前記冷却装置に前記加工液を所定温度まで冷却させるための指令値である冷却指令値に、前記冷却後液温度をフィードバックする第１の温度フィードバック制御部と、前記第１の温度フィードバック制御部の外側に配置されるとともに、前記槽内液温度を目標温度に追従させるために、前記槽内液温度をフィードバックすることによって、前記冷却指令値を調整する第２の温度フィードバック制御部と、を有することを特徴とする。

　本発明によれば、加工液の温度制御応答性を向上させるとともに、加工槽内の加工液の温度変動を抑制させることが可能になるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の構成を示す図である。 図２は、実施の形態１に係る液温度制御方法の第１例の概念を説明するための図である。 図３は、実施の形態１に係る液温度制御方法の第２例の概念を説明するための図である。 図４－１は、従来の液温度制御結果を示す図である。 図４－２は、実施の形態１の液温度制御結果を示す図である。 図５は、実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の他の構成例を示す図である。 図６は、実施の形態２に係る液温度制御方法の概念を説明するための図である。 図７は、加工工程と初期オフセット量との対応関係を示す図である。 図８は、加工工程毎に初期オフセット量を切替えるとともに、外部環境の変化に応じてオフセット量を補正する場合の、液温度制御処理手順を示すフローチャートである。 図９は、加工工程が切替えられた後の、液温度制御処理手順を示すフローチャートである。

　以下に、本発明の実施の形態に係るワイヤ放電加工機および冷却制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の構成を示す図である。ワイヤ放電加工機１０１は、ワイヤ電極２とワーク（被加工物）３との間に形成される間隙に電圧を印加し、放電を発生させることによってワーク３への加工を行う装置である。

　ワイヤ放電加工機１０１は、加工槽１と、汚液槽５と、清液槽８と、フィルタポンプ６と、加工液ポンプ９と、循環用ポンプ１０と、フィルタ７と、を備えている。また、ワイヤ放電加工機１０１は、冷却装置１１と、冷却制御装置１２と、機械構造体１３と、第１～第３の温度センサと、を備えている。

　第１の温度センサは、冷却装置１１で冷却された直後の加工液４の温度を測定する温度センサ（以下、冷却後温度センサ２１という）である。第２の温度センサは、加工槽１内の加工液４の温度を測定する温度センサ（以下、槽内温度センサ２２という）である。第３の温度センサは、機械構造体１３の温度を測定する温度センサ（以下、機械温度センサ２３という）である。なお、以下では、加工液４の温度を液温度といい、機械構造体１３の温度を機械温度という。

　加工槽１は、ワーク３への加工が行なわれる槽である。汚液槽５は、加工槽１内で加工屑が混ざってしまった加工液４を回収する槽である。清液槽８は、汚液槽５によって回収された後に濾過された加工液４を貯留する槽である。

　フィルタポンプ６は、汚液槽５によって回収された加工液４を汲み上げてフィルタ７に送るポンプである。フィルタ７は、フィルタポンプ６によって汲み上げられた加工液４を濾過する。加工液ポンプ９は、清液槽８に貯留されている加工液４を汲み上げて加工槽１に送るポンプである。循環用ポンプ１０は、清液槽８に貯留されている加工液４を汲み上げて冷却装置１１に送るポンプである。

　冷却装置１１は、冷却制御装置１２からの指示に従って加工液４を冷却する。本実施の形態の冷却装置１１は、加工槽１内の加工液４の温度変動が抑制されるよう、加工液４を所望の温度に冷却する。

　冷却制御装置１２には、第１の温度センサである冷却後温度センサ２１と、第２の温度センサである槽内温度センサ２２と、第３の温度センサである機械温度センサ２３と、が接続されている。冷却制御装置１２は、第１～第３の温度センサで検出された液温および機械温度に基づいて、冷却装置１１を制御する。

　加工槽１の中には、ワイヤ電極２に対向する位置にワーク３が配置される。また、加工槽１内は、加工液４で満たされている。加工槽１内に溜められた加工液４は、放電によって生じた加工屑が混ざり合っているので、加工液４が加工槽１から汚液槽５に流出するよう加工槽１は構成されている。

　ここで、加工液４の循環手順について説明する。加工槽１内の加工液４は、汚液槽５によって回収される。汚液槽５によって回収、貯留された加工液４は、フィルタポンプ６によって汲み上げられ、フィルタ７を通して濾過される。そして、フィルタ７で濾過された加工液４は、加工屑が取り除かれた状態で清液槽８に供給される。

　清液槽８に供給された加工液４は、加工液ポンプ９と循環用ポンプ１０とによって加工槽１へ再び供給されるサイクルになっている。ただし、循環用ポンプ１０によって加工槽１に供給される加工液４は、冷却装置１１を介することによって目標温度に冷却される。

　このとき、冷却制御装置１２は、第１～第３の温度センサで検出された液温および機械温度に基づいて、冷却装置１１を制御する。このように、ワイヤ放電加工機１０１は、第１～第３の温度センサで検出された温度に基づいて、加工液４への温度制御を行う。

　図２は、実施の形態１に係る液温度制御方法の第１例の概念を説明するための図である。ワイヤ放電加工機１０１は、液温度制御機構２０１を備えている。液温度制御機構２０１は、加工液４の液温度を制御するものであり、冷却制御装置１２、冷却装置１１（ここでは図示せず）、加工槽１、冷却後温度センサ２１、槽内温度センサ２２などを含んで構成されている。

　本実施の形態の冷却制御装置１２は、第１の温度フィードバック制御部３１Ｘと、第２の温度フィードバック制御部３３とを有している。第２の温度フィードバック制御部３３は、前記第１の温度フィードバック制御部３１Ｘの外側（時系列的な後段側）に配置され、第１の温度フィードバック制御部３１Ｘの指令値を調整する。具体的には、第２の温度フィードバック制御部３３は、加工液４を所望の温度にするための温度指令値と、槽内温度センサ２２によって測定された液温度（以下、槽内液温度という）と、に基づいて、第１の温度フィードバック制御部３１Ｘの指令値を調整する。換言すると、第２の温度フィードバック制御部３３は、第１の温度フィードバック制御部３１Ｘの指令値に、加工槽１内の液温度である槽内液温度と温度指令値の差分をフィードバックする。これにより、加工液４の温度制御の高精度化と高応答化が実現される。

　外部環境（外部温度）の変化がある場合にも高精度加工を行うためには、加工槽１内の温度を機械構造体１３の温度に追従させることが一般的である。そのため、本実施の形態では、加工液４を所望の温度にするための温度指令値（追従指令値）を、例えば、機械温度センサ２３で測定された機械温度とする。なお、加工液４を所望の温度にするための温度指令値は、機械温度以外の温度であってもよい。

　第１の温度フィードバック制御部３１Ｘは、第２の温度フィードバック制御部３３から出力された指令値と、冷却後温度センサ２１によって測定された液温度（以下、冷却後液温度という）と、に基づいて、冷却装置１１に出力する指令値を調整する。換言すると、第１の温度フィードバック制御部３１Ｘは、冷却装置１１に出力する指令値に、冷却装置１１で冷却された直後の加工液４の温度をフィードバックする。これにより、加工液４を温度制御する際に、加工工程に応じて発熱量が変化しても、発熱量を補償することが可能となる。

　冷却装置１１は、第１の温度フィードバック制御部３１Ｘから出力された指令値に基づいて、加工液４を冷却する。冷却装置１１で冷却された加工液４は、温度外乱が加算されて加工槽１に供給される。加工槽１における加工液４の温度（槽内液温度）は、槽内温度センサ２２によって測定され、第２の温度フィードバック制御部３３に送られる。

　なお、第１の温度フィードバック制御部３１Ｘは、加工工程に応じた発熱量を補償するための、フィードフォワード量を用いて、冷却装置１１への指令値を生成してもよい。図３は、実施の形態１に係る液温度制御方法の第２例の概念を説明するための図である。なお、図３の各構成要素のうち図２に示す液温度制御機構２０１と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。

　ここでのワイヤ放電加工機１０１は、液温度制御機構２０２を備えている。液温度制御機構２０２は、液温度制御機構２０１と比較して、第１の温度フィードバック制御部３１Ｘの代わりに第１の温度フィードバック制御部３１Ｙを有している。また、液温度制御機構２０２は、第１の温度フィードバック制御部３１Ｙの外側に、記憶部３０とフィードフォワード制御部３５とを有している。このように、液温度制御機構２０２では、液温度制御機構２０１の一部を変えている。

　記憶部３０は、加工工程に応じた発熱量を補償するためのフィードフォワード量３２を記憶するメモリなどである。フィードフォワード量３２としては、各加工工程の発熱量に応じた値が設定される。

　フィードフォワード制御部３５は、第２の温度フィードバック制御部３３から出力された指令値と、記憶部３０で記憶されているフィードフォワード量３２と、に基づいて、第１の温度フィードバック制御部３１Ｙの指令値を調整する。

　具体的には、フィードフォワード制御部３５は、第２の温度フィードバック制御部３３からの出力値に、加工工程の種類に応じたフィードフォワード量３２を加算する。換言すると、フィードフォワード制御部３５は、第２の温度フィードバック制御部３３からの出力値に、加工工程の種類に応じたフィードフォワード量３２をフィードフォワードする。第１の温度フィードバック制御部３１Ｙは、フィードフォワード制御部３５から出力された指令値と、冷却後液温度と、に基づいて、冷却装置１１に出力する指令値を調整する。

　これにより、加工工程（加工モード）の種類を切替える際の発熱量の変化を速やかに補償することができる。そして、発熱補償を行なうことによって、加工槽１内の温度を、機械温度センサ２３からの温度指令値に追従させることが可能となる。また、加工工程が切替えられた直後の加工液４の温度変動を抑制することが可能となる。

　図４－１は、従来の液温度制御結果を示す図であり、図４－２は、実施の形態１の液温度制御結果を示す図である。図４－１および図４－２における横軸は時間であり、縦軸は温度である。図４－１では、加工槽内の液温度の推移を温度推移Ｔ１で示し、冷却装置の出口における液温度の推移を温度推移Ｔ２で示し、機械温度の推移を温度推移Ｔ３で示している。また、図４－２では、槽内液温度の推移を温度推移Ｔ１１で示し、冷却装置１１の出口における液温度（冷却後液温度）（冷却装置出口温度）の推移を温度推移Ｔ１２で示し、機械温度の推移を温度推移Ｔ１３で示している。図４－１および図４－２では、段取り工程、荒加工工程、仕上げ加工工程の順番でワイヤ放電加工の各加工工程が実施される場合の液温度制御結果を示している。

　従来の液温度制御方法では、加工槽内の温度推移Ｔ１において、温度変動４１，４２などが生じるとともに、冷却装置の出口における温度推移Ｔ２において、工程切替え時の制御追従の遅れ４３が生じている。また、従来の液温度制御方法では、機械温度（目標温度）と加工槽内の液温度との間（温度推移Ｔ３と温度推移Ｔ１の間）に制御誤差４４が生じている。

　本実施の形態の液温度制御方法では、発熱量を補償するためのオフセット量（補正前のオフセット量および補正後のオフセット量の少なくとも一方）を加工工程（段取り工程時、荒加工工程時、仕上げ加工工程時）毎に切替えている。図４－２では、段取り工程時に発熱補償５１を行い、荒加工工程時に発熱補償５２を行い、仕上げ加工工程時に発熱補償５３を行った場合の液温度制御結果を示している。

　加工槽１内の温度推移Ｔ１１に示すように、温度変動は、ほとんど生じていない。また、冷却後液温度の温度推移Ｔ１２に示すように、加工工程が切替られた際の制御追従の遅れは、ほとんど生じていない。また、機械温度（目標温度）と槽内液温度との間（温度推移Ｔ１３と温度推移Ｔ１１との間）に制御誤差は、ほとんど生じていない。

　このように、発熱量を補償するためのオフセット量を加工工程毎に切替えることによって、槽内液温度を機械温度に対して常に追従させることが可能となる。また、加工工程が切替えられた際に発熱量が急激に変化しても、槽内液温度の変化を最小限に抑制することができる。

　なお、加工液４を加工槽１に供給する加工液供給系は、図１に示した構成に限らない。図５は、実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の他の構成例を示す図である。なお、図５の各構成要素のうち図１に示すワイヤ放電加工機１０１と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。ワイヤ放電加工機１０２は、図１に示したワイヤ放電加工機１０１と同様の構成要素を備えている。

　ワイヤ放電加工機１０２では、清液槽８の加工液４を循環用ポンプ１０で汲み上げるとともに、汲み上げた加工液４を冷却装置１１および加工槽１に送っている。冷却装置１１に送られた加工液４は、冷却装置１１で温度制御された後、清液槽８に戻される。

　加工液供給系が、ワイヤ放電加工機１０２に示す構成であっても、加工液供給系がワイヤ放電加工機１０１に示す構成である場合と同様の効果を奏する。これは、加工槽１に加工液４を供給する際に、加工液４が、発熱要素となる加工液ポンプ９と循環用ポンプ１０とを必ず介するので、発熱量の補償が必要となるからである。このように、ポンプを介して加工液４を供する全ての加工液供給系（加工液回路系）において、本実施の形態の液温度制御方法は有効である。

　以上説明したように、本実施の形態のワイヤ放電加工機１０１，１０２は、冷却装置１１を制御することによって加工液４の液温度を制御する冷却制御装置１２を備えている。また、ワイヤ放電加工機１０１，１０２は、冷却装置１１で冷却された直後の加工液４の温度を冷却後液温度として測定する冷却後温度センサ２１と、加工槽１内の加工液４の温度を槽内液温度として測定する槽内温度センサ２２と、を備えている。

　そして、冷却制御装置１２は、冷却装置１１に加工液４を所定温度まで冷却させるための指令値である冷却指令値に、冷却後液温度をフィードバックする第１の温度フィードバック制御部３１Ｘを有している。また、冷却制御装置１２は、第１の温度フィードバック制御部３１Ｘの外側に配置され、槽内液温度を目標温度に追従させるために、槽内液温度をフィードバックすることによって、冷却指令値を調整する第２の温度フィードバック制御部３３を有している。

　また、記憶部３０は、フィードフォワード量３２を加工工程の種類毎に記憶している。さらに、フィードフォワード制御部３５は、加工工程の種類に応じたフィードフォワード量３２を、第１の温度フィードバック制御部３１Ｙの指令値に加算している。

　このように、実施の形態１によれば、槽内液温度と冷却後液温度を用いて冷却装置１１の指令値を調整するので、加工液４の温度制御応答性を向上させることができるとともに、外部環境の変化によらず槽内液温度の変動を抑制できる。したがって、槽内液温度を目標温度に一致させることができる。

　また、ワイヤ放電加工機１０１，１０２が、冷却装置１１に出力する指令値を、フィードフォワード量３２を用いて調整するので、加工工程が切替えられた際の発熱量の変化を速やかに補償できる。これにより、加工工程が切替えられた直後の加工液４の温度変動を抑制することができる。したがって、槽内液温度を目標温度に速やかに一致させることができる。

　このように、槽内液温度を目標温度に一致させることができるので、高精度な加工および面荒さの向上を実現できるとともに、ワイヤ電極２の断線を防止することが可能となる。

実施の形態２．
　つぎに、図６～図９を用いてこの発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、冷却装置１１への指令値に初期オフセット量を与える。また、加工工程毎に初期オフセット量を変更する。また、外部環境の変化に応じて初期オフセット量を補正する。

　実施の形態２では、実施の形態１で説明したワイヤ放電加工機１０１，１０２の何れかを用いて、加工液４の液温度制御を行う。なお、以下では、ワイヤ放電加工機１０１を用いて加工液４の液温度制御を行う場合について説明する。

　図６は、実施の形態２に係る液温度制御方法の概念を説明するための図である。本実施の形態のワイヤ放電加工機１０１は、液温度制御機構２０３を備えている。液温度制御機構２０３は、加工液４の液温度を制御するものであり、記憶部４０、冷却制御部３６、補正部３７などを含んで構成されている。記憶部４０、冷却制御部３６、補正部３７は、冷却制御装置１２内に配置されている。

　記憶部４０は、発熱量を補償するための初期オフセット量４１を記憶するメモリなどである。初期オフセット量４１は、加工工程で発生する発熱量を補償するための値である。そのため、初期オフセット量４１は、加工工程毎に設定される。

　冷却制御部３６は、機械温度センサ２３で測定された機械温度（温度指令値）に対して初期オフセット量４１を加算した値と、冷却後温度センサ２１によって測定された液温度（冷却後液温度）と、に基づいて、冷却装置１１に出力する指令値を調整する。

　具体的には、冷却制御部３６は、温度指令値に対して初期オフセット量４１を加算した値が、冷却後液温度に一致するよう温度制御を行う。このように、冷却制御部３６は初期オフセット量４１を用いることによって、発熱量を補償した温度制御を行っている。したがって、加工液４の温度制御を高応答化させること、加工槽１内の温度変動を低減させること、および、槽内液温度を機械温度と一致させることが可能となる。

　また、補正部３７は、槽内温度センサ２２で測定された槽内液温度と機械温度センサ２３で測定された機械温度との差分（以下、液温度差分という）を用いて、初期オフセット量４１を補正する。具体的には、液温度差分が初期オフセット量４１に加算される。補正部３７は、補正した初期オフセット量４１を冷却制御部３６の指令値に加算する。

　このように、補正部３７は、液温度差分を用いて初期オフセット量４１を補正するので、外部環境の変化が発生した場合、または加工工程毎の発熱量が変化した場合であっても、槽内液温度を、機械温度に追従させることが可能となる。

　なお、ここで説明した初期オフセット量４１は、フィードフォワード量３２に対応している。また、冷却制御部３６が、第１の温度フィードバック制御部３１Ｙに対応している。また、補正部３７が、第２の温度フィードバック制御部３３と、フィードフォワード制御部３５に対応している。

　また、冷却制御部３６および補正部３７による処理が、後述するステップＳ６の処理に対応する。また、液温度差分を補正部３７に出力する処理が、後述するステップＳ９の処理に対応する。

　初期オフセット量４１は、各加工工程で発生する発熱量を補償するための値であるので、加工工程を切替えることによって発熱量が変化する場合には、初期オフセット量４１も変更後の加工工程に応じた値に変更する。

　図７は、加工工程と初期オフセット量との対応関係を示す図である。補正部３７は、加工工程に応じた初期オフセット量４１を用いて、冷却制御部３６への指令値を生成する。例えば、段取り工程（槽循環）（ＳＴ１）においては、図１に示した加工液供給系において、加工液ポンプ９が停止し、循環用ポンプ１０が動作する。このように、加工槽１内のテーブル下部のみに加工液４が供給されることによって、加工槽１内の温度ならし運転が開始される。循環用ポンプ１０の運転に起因する加工液４の発熱は、冷却装置１１によって低減されるので、加工槽１内に発生する発熱量は、外気温からの影響のみとなる。このため、段取り工程においては、外気温からの影響に応じた初期オフセット量Ａが設定される。

　また、荒加工工程（ＳＴ２）においては、冷却装置１１を介さない加工液ポンプ９から、大量の加工液４が加工槽１内に供給される。加工液ポンプ９からは、例えば、上下ワイヤノズルを介して加工槽１内に加工液４が供給される。このため、加工液ポンプ９の動作に起因する加工液４の発熱と、放電による発熱に起因して加工槽１内に発生する発熱量と、が大幅に増加する。このため、荒加工工程においては、加工液ポンプ９が大量の加工液４を供給する動作に起因する発熱量と、放電に起因する発熱量と、の合計発熱量に応じた初期オフセット量Ｂが設定される。

　また、仕上げ加工工程（ＳＴ３）においては、冷却装置１１を介さない加工液ポンプ９から、加工液４が供給されるものの、荒加工工程時よりは供給量が絞られている。このため、加工液ポンプ９の動作に起因する加工液４の発熱と、放電に起因する発熱と、は荒加工工程と同様に発生するが、加工槽１内に発生する発熱量は荒加工工程時よりも低下する。このため、仕上げ加工工程においては、加工液ポンプ９が小量の加工液４を供給する動作に起因する発熱量と、放電に起因する発熱量と、の合計発熱量に応じた初期オフセット量Ｃが設定される。このように、本実施の形態では、発熱量を補償するための初期オフセット量４１を加工工程毎に予め設定しておき、加工工程毎に初期オフセット量４１を切替える。

　図８は、加工工程毎に初期オフセット量を切替えるとともに、外部環境の変化に応じてオフセット量を補正する場合の、液温度制御処理手順を示すフローチャートである。なお、本実施の形態におけるオフセット量は、補正前の初期オフセット量４１および補正後の初期オフセット量４１の少なくとも一方である。発熱量の変化は、段取り工程時、荒加工工程時、仕上げ加工工程時で区分可能であるので、一例として、前記３つの工程で初期オフセット量４１を切替える場合の、液温度制御処理手順について説明する。

　ワイヤ放電加工機１０１が運転を開始した後、冷却制御装置１２では、加工中か非加工中かの判定が行われる（ステップＳ１）。非加工中の場合は（ステップＳ１、Ｙｅｓ）、初期オフセット量Ａが選択される（ステップＳ２）。そして、図３で説明した液温度制御が行われる（ステップＳ６）。

　加工中の場合には（ステップＳ１、Ｎｏ）、冷却制御装置１２は、荒加工工程であるか否かの判断を行う（ステップＳ３）。荒加工工程である場合（ステップＳ３、Ｙｅｓ）、荒加工工程での発熱量に応じた初期オフセット量Ｂが選択される（ステップＳ４）。また、仕上げ加工工程である場合（ステップＳ３、Ｎｏ）、仕上げ加工工程に応じた初期オフセット量Ｃが選択される（ステップＳ５）。

　そして、初期オフセット量Ｂまたは初期オフセット量Ｃが選択されると、図３で説明した液温度制御が行われる（ステップＳ６）。このように、加工工程毎に最適な初期オフセット量４１が選択されることによって、槽内液温度は機械温度に追従することとなる。

　冷却制御装置１２は、液温度制御中に加工工程が変化するか否かを監視している。加工工程が切替えられる（モード切替が行われる）と（ステップＳ７、Ｙｅｓ）、冷却制御装置１２は、再び初期オフセット量４１を選択するフローに戻る。これにより、ステップＳ１～Ｓ６の処理が繰り返される。

　初期オフセット量４１は、発熱量を補償した値であるものの、外部環境の変化によって実際の発熱量が変化する場合がある。このため、冷却制御装置１２は、槽内液温度に基づいて初期オフセット量４１を補正する（図６参照）。具体的には、加工工程が切替えられなければ（ステップＳ７、Ｎｏ）、冷却制御装置１２（補正部３７）は、外部環境の変化に応じて初期オフセット量を補正する。加工工程が切替えられた直後は、槽内液温度の偏りが大きい。このため、加工工程が切替えられた後、冷却制御装置１２は、冷却後温度センサ２１によって測定された液温度が、冷却制御部３６に入力される指令値（以下、冷却指令値という）に最初に到達したか否かを判断する（ステップＳ８）。換言すると、冷却装置１１を通過した直後の液温度が、冷却指令値に最初に到達するまでの期間が判断される。

　冷却後液温度が、冷却指令値に最初に到達していなければ（ステップＳ８、Ｎｏ）、冷却制御装置１２は、第２の温度フィードバック制御部３３によるフィードバック処理、または液温度差分を用いてオフセット量を補正する処理（図６参照）を無効化する。

　冷却制御装置１２は、冷却後液温度が、冷却指令値に最初に到達した後には（ステップＳ８、Ｙｅｓ）、第２の温度フィードバック制御部３３による処理、または液温度差分を用いて初期オフセット量４１を補正する処理、補正された初期オフセット量４１をさらに補正する処理（図６参照）を行う（ステップＳ９）。これにより、加工工程が切替えられた直後の液温度制御安定性を維持することができる。

　なお、図７および図８で説明した、荒加工工程と仕上げ加工工程とは、加工液４の供給量の設定値、または加工液４を供給する径路に備えられた流量計の値に基づいて判別してもよい。これは、加工槽１内に生じる発熱は、加工液ポンプ９から供給される加工液４の量に大きく依存するためである。そのため、オフセット量（初期オフセット量または補正後のオフセット量）を荒加工工程と仕上げ加工工程とで区分するのではなく、加工液４の供給量毎にオフセット量を細分化したテーブルを用意しておいてもよい。この場合、前記テーブルにおいて、加工液４の供給量とオフセット量とを対応付けしておく。そして、冷却制御装置１２は、テーブル内から加工液４の供給量に応じたオフセット量を抽出して液温度制御に用いる。また、冷却制御装置１２は、加工液４の供給量を変数としてオフセット量を算出する算出式を用いて、加工液４の供給量に応じたオフセット量を算出してもよい。

　図９は、加工工程が切替えられた後の、液温度制御処理手順を示すフローチャートである。図８では、加工工程が切替えられたことで発熱量が変化した場合に、加工槽１内の温度を発熱量の変化に応じた制御に速やかに切替えるためのフローを示している。

　冷却制御装置１２は、加工工程が切替えられた後、冷却後液温度が冷却指令値に最初に到達したか否かを判断する機能（判断部）を備えている。ワイヤ放電加工機１０１が液温度制御機構２０１または液温度制御機構２０２を備えている場合には、第２の温度フィードバック制御部３３が判断部として動作する。また、ワイヤ放電加工機１０２が液温度制御機構２０３を備えている場合には、冷却制御部３６が判断部として動作する。

　判断部は、加工工程が切替えられた後、冷却後液温度が冷却指令値に最初に到達したか否かを判断する（ステップＳ１１）。判断部は、冷却後液温度が冷却指令値に最初に到達するまでの期間は（ステップＳ１１、Ｎｏ）、温度制御の応答性に関する制御ゲインを高設定に変更（制御パラメータを高ゲインに設定）する（ステップＳ１２）。そして、加工工程がこのまま切替えられなければ（ステップＳ１３、Ｙｅｓ）、判断部は、制御ゲインを高設定の状態で維持して次のステップに進む。一方、加工工程が切替えられた場合（ステップＳ１３、Ｎｏ）、判断部は、ステップＳ１１～Ｓ１４の処理を繰り返す。

　一方、判断部は、冷却後液温度が指令値に到達した後には（ステップＳ１１、Ｙｅｓ）、制御ゲインを低設定に変更し（ステップＳ１４）、次のステップに進む。このように、加工工程が切替えられた直後は、制御ゲインが高い値に設定されるので液温度の制御応答性を向上させることができる。また、通常の液温度制御時には、制御ゲインが低い値に設定されるので、液温度の変動幅を抑制することができる。

　図８または図９で説明した液温度制御方法を用いることによって、図４－２に示したような液温度制御結果を得ることができる。本実施の形態では、発熱量を補償するためのオフセット量を加工工程毎に切替えることによって、槽内液温度を機械温度に常に追従させることができる。また、加工工程が切替えられた際の発熱量の急激な変化に対しても、槽内液温度の変化を最小限に抑制することができる。また、本実施の形態においても、図１で示した加工液供給系だけでなく、図５に示したような加工液供給系に対しても同様の効果を得ることができる。

　以上説明したように、本実施の形態のワイヤ放電加工機１０１，１０２は、機械構造体１３の温度を機械温度として測定する機械温度センサ２３を備えている。そして、追従指令値を、例えば機械温度としている。また、冷却制御装置１２は、発熱量を補償するための初期オフセット量４１を記憶しておく記憶部４０を有している。そして、冷却制御部３６は、機械温度に初期オフセット量４１が加算された指令値を冷却指令値とし、当該冷却指令値に、冷却後液温度をフィードバックしている。

　また、冷却制御装置１２は、槽内液温度と機械温度との差分を用いて初期オフセット量４１を補正する補正部３７を有している。また、冷却制御装置１２は、加工工程の種類が切替えられた後、第１の温度フィードバック制御部３１Ｙに入力される冷却指令値に、冷却後液温度が最初に到達するまで、第２の温度フィードバック制御部３３が冷却指令値を調整する処理を無効化している。

　また、冷却制御装置１２は、加工工程の種類が切替えられた後、第１の温度フィードバック制御部３１Ｙに入力される冷却指令値に、冷却後液温度が最初に到達するまで、補正部３７がオフセット量を補正する処理を無効化している。

　また、冷却制御装置１２は、加工工程の種類が切替えられた後、第１の温度フィードバック制御部３１Ｙに入力される冷却指令値に、冷却後液温度が最初に到達するまでの期間は、温度制御の応答性に関する制御ゲインを高設定にし、到達後には制御ゲインを低設定にしている。

　また、記憶部４０は、初期オフセット量４１を加工工程の種類毎に記憶しておき、冷却制御部３６は、加工工程の種類に応じた初期オフセット量が機械温度に加算された指令値を、冷却指令値としている。

　このように、実施の形態２によれば、温度指令値に対して初期オフセット量４１を加算した値が、冷却後液温度に一致するよう温度制御を行うので、温度制御応答性を向上させることが可能となる。

　また、液温度差分を用いて初期オフセット量４１を補正するので、外部環境の変化が発生した場合、または加工工程毎の発熱量が変化した場合であっても、槽内液温度の変動を抑制することができる。

　このように、液温度の温度制御応答性を向上させることができるとともに、槽内液温度の変動を抑制することができるので、槽内液温度を機械温度に追従させることが可能となる。

　また、冷却後液温度が冷却指令値に最初に到達するまでは、冷却後液温度を用いたフィードバック処理、または液温度差分を用いたオフセット量の補正処理を無効化している。このため、加工工程を切替えた直後に加工槽１内に温度の偏りが発生した場合であっても、液温度制御を安定化させることが可能となる。また、発熱量を補償するためのフィードフォワード量３２およびオフセット量を正確に補正することが可能となる。

　また、冷却後液温度が冷却指令値に最初に到達するまでは、制御ゲインを高設定にし、到達後には制御ゲインを低設定にしているので、加工工程を切替えた直後の発熱量変化によって槽内液温度が変化したとしても、液温度制御の追従性を向上させることが可能となる。

　また、フィードフォワード量３２および初期オフセット量４１が、加工工程に応じた値に変更されるので、加工工程を切替えた場合であっても、各加工工程で発生する発熱量を適切に補償することが可能となる。

　以上のように、本発明に係るワイヤ放電加工機および冷却制御装置は、加工液の温度制御に適している。

　１　加工槽、２　ワイヤ電極、３　ワーク、４　加工液、５　汚液槽、６　フィルタポンプ、７　フィルタ、８　清液槽、９　加工液ポンプ、１０　循環用ポンプ、１１　冷却装置、１２　冷却制御装置、１３　機械構造体、２１　冷却後温度センサ、２２　槽内温度センサ、２３　機械温度センサ、３０，４０　記憶部、３１Ｘ，３１Ｙ　第１の温度フィードバック制御部、３３　第２の温度フィードバック制御部、３５　フィードフォワード制御部、３６　冷却制御部、３７　補正部、１０１，１０２　ワイヤ放電加工機、２０１～２０３　液温度制御機構。

Claims (11)

1. 　加工液で満たされるとともにワークへの加工が行なわれる加工槽と、
   　前記加工槽へ前記加工液を供給する加工液供給装置と、
   　前記加工液を冷却する冷却装置と、
   　前記冷却装置を制御することによって前記加工液の液温度を制御する冷却制御装置と、
   　前記冷却装置で冷却された直後の加工液の温度を冷却後液温度として測定する冷却後温度センサと、
   　前記加工槽内の前記加工液の温度を槽内液温度として測定する槽内温度センサと、
   　を備え、
   　前記冷却制御装置は、
   　前記冷却装置に前記加工液を所定温度まで冷却させるための指令値である冷却指令値に、前記冷却後液温度をフィードバックする第１の温度フィードバック制御部と、
   　前記第１の温度フィードバック制御部の外側に配置されるとともに、前記槽内液温度を目標温度に追従させるために、前記槽内液温度をフィードバックすることによって、前記冷却指令値を調整する第２の温度フィードバック制御部と、
   　を有することを特徴とするワイヤ放電加工機。
2. 　前記冷却制御装置は、
   　前記第１の温度フィードバック制御部の外側に配置されるとともに、加工工程で発生する発熱量を補償するためのフィードフォワード量を記憶しておく第１の記憶部と、
   　前記フィードフォワード量を、前記冷却指令値に加算するフィードフォワード制御部と、
   　をさらに有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. 　機械構造体の温度を機械温度として測定する機械温度センサ、
   　をさらに備え、
   　前記目標温度は、前記機械温度であり、
   　前記冷却制御装置は、
   　前記発熱量を補償するためのオフセット量を記憶しておく第１の記憶部、
   　をさらに有し、
   　前記第１の温度フィードバック制御部は、前記機械温度に前記オフセット量が加算された指令値を前記冷却指令値とし、当該冷却指令値に、前記冷却後液温度をフィードバック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。
4. 　前記冷却制御装置は、前記槽内液温度と前記機械温度との差分を用いて前記オフセット量を補正する補正部、
   　をさらに有することを特徴とする請求項３に記載のワイヤ放電加工機。
5. 　前記冷却制御装置は、加工工程の種類が切替えられた後、前記第１の温度フィードバック制御部に入力される冷却指令値に、前記冷却後液温度が最初に到達するまで、前記第２の温度フィードバック制御部が前記冷却指令値を調整する処理を無効化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。
6. 　前記冷却制御装置は、加工工程の種類が切替えられた後、前記第１の温度フィードバック制御部に入力される冷却指令値に、前記冷却後液温度が最初に到達するまで、前記補正部が前記オフセット量を補正する処理を無効化することを特徴とする請求項４に記載のワイヤ放電加工機。
7. 　前記冷却制御装置は、加工工程の種類が切替えられた後、前記第１の温度フィードバック制御部に入力される冷却指令値に、前記冷却後液温度が最初に到達するまでの期間は、温度制御の応答性に関する制御ゲインを高設定にし、到達後には前記制御ゲインを低設定に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。
8. 　前記第１の記憶部は、前記フィードフォワード量を加工工程の種類毎に記憶しておき、
   　前記フィードフォワード制御部は、前記加工工程の種類に応じたフィードフォワード量を、前記出力指令値に加算することを特徴とする請求項２に記載のワイヤ放電加工機。
9. 　前記第１の記憶部は、前記オフセット量を加工工程の種類毎に記憶しておき、
   　前記第１の温度フィードバック制御部は、前記加工工程の種類に応じたオフセット量が前記機械温度に加算された指令値を、前記冷却指令値とすることを特徴とする請求項３に記載のワイヤ放電加工機。
10. 　前記加工工程の種類は、段取り工程、荒加工工程および仕上げ加工工程の何れかであることを特徴とする請求項５～９のいずれか１つに記載のワイヤ放電加工機。
11. 　加工液で満たされるとともにワークへの加工が行なわれる加工槽と、
    　前記加工槽へ前記加工液を供給する加工液供給装置と、
    　前記加工液を冷却する冷却装置と、
    　前記冷却装置で冷却された直後の加工液の温度を冷却後液温度として測定する冷却後温度センサと、
    　前記加工槽内の前記加工液の温度を槽内液温度として測定する槽内温度センサと、
    　を備えたワイヤ放電加工機に対し、
    　前記冷却装置を制御することによって前記加工液の液温度を制御するともに、
    　前記冷却装置に前記加工液を所定温度まで冷却させるための指令値である冷却指令値に、前記冷却後液温度をフィードバックする第１の温度フィードバック制御部と、
    　前記第１の温度フィードバック制御部の外側に配置されるとともに、前記槽内液温度を目標温度に追従させるために、前記槽内液温度をフィードバックすることによって、前記冷却指令値を調整する第２の温度フィードバック制御部と、
    　を有することを特徴とする冷却制御装置。

Images