JP5197886B1 - ワイヤ放電加工装置 - Google Patents

Abstract

アウトシャープエッジコーナを高精度に加工するために、本発明では、仕上加工で被加工物のコーナ部を加工する際に、コーナ部以外の部分を加工する際よりもワイヤの送り速度を速くするコーナ制御を行いつつワイヤと被加工物との間で放電加工を複数回行うワイヤ放電加工装置において、仕上加工における今回の放電加工でのコーナ制御の開始点及び終了点で示す目標制御区間を加工パラメータに基づいて算出する目標制御区間算出部（８２）と、仕上加工における前回の放電加工でのコーナ部の形状誤差の大きさに基づいて、目標制御区間算出部（８２）が算出した目標制御区間が示すコーナ制御の開始点及び終了点を補正し、実制御区間を算出する実制御区間算出部（８３）と、実制御区間における単位時間当たりの加工量がコーナ部以外の部分を加工する際と同じとなるようにワイヤの送り速度を制御する速度制御部（８７）とを有する構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、ワイヤ放電加工装置に関する。

従来技術では、荒加工コーナ精度向上方法として、コーナ部での形状誤差はワイヤの撓みによって発生していると考え、その対策としてコーナ加工中のワイヤの撓みを抑制するために、放電パワーの調整、張力の増加、ドゥエルの使用、ワイヤの撓みの補正の為の軌跡制御などが行われている（特許文献１、２参照）。

また、仕上加工におけるコーナ精度向上方法として、コーナ部の加工量変化に応じた速度制御を行う方法（特許文献３、４参照）やコーナ部を加工する前に加工量の変化を予測しこの予測結果に基づいてワイヤ電極の側面間隙の変化をコーナ部で補正する方法（特許文献５参照）がある。

特開昭５８−１１４８２３号公報 特開昭５８−１２０４２８号公報 特開昭６３−２２９２２８号公報 特開平０６−１２６５３６号公報 特開２００４−１４８４７２号公報

しかし、荒加工ではコーナ加工中のワイヤの撓みを完全に排除することはできないため、被加工物の上面から下面まで形状誤差のないコーナに加工することは困難である。

アウトシャープエッジコーナ（外側に凸となる鋭角の角）は、ワイヤの撓みの影響を最も受けやすく、形状誤差が発生しやすい。従来技術の仕上加工におけるコーナ制御では、アウトシャープエッジコーナ制御区間に関して明確なコーナ制御の区間が示されていない。また、コーナ制御の区間が示されている場合においても、実際には荒加工で形状誤差が発生しているにも関わらず、その形状誤差が発生していないことを前提とした制御区間を算出しているため、仕上加工時に従来技術のコーナ制御を用いても、形状誤差が発生してしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高精度なアウトシャープエッジコーナ制御を実現できるワイヤ放電加工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、仕上加工でコーナ部を加工する際に、コーナ部以外の部分を加工する際よりもワイヤの送り速度を速くするコーナ制御を行いつつワイヤと被加工物との間で放電加工を複数回行うワイヤ放電加工装置であって、仕上加工における今回の放電加工でのコーナ制御の開始点及び終了点で示す目標制御区間を加工パラメータに基づいて算出する目標制御区間算出部と、仕上加工における前回の放電加工でのコーナ部の形状誤差の大きさに基づいて、目標制御区間算出部が算出した目標制御区間が示すコーナ制御の開始点及び終了点を補正し、実制御区間を算出する実制御区間算出部と、実制御区間における単位時間当たりの加工量がコーナ部以外の部分を加工する際と同じとなるようにワイヤの送り速度を制御する速度制御部とを備えることを特徴とする。

本発明にかかるワイヤ放電加工機は、アウトシャープエッジコーナを高精度に加工できるという効果を奏する。

図１は、本発明にかかるワイヤ放電加工装置の実施の形態１の構成を示す図である。 図２は、実施の形態１のＮＣ制御装置の機能構成を示す図である。 図３は、一般的なワイヤ放電加工装置によるアウトシャープエッジコーナ部分におけるコーナ制御区間の一例を示す図である。 図４Ａは、一般的なワイヤ放電加工装置のアウトシャープエッジコーナ制御の一例を示す図である。 図４Ｂは、一般的なワイヤ放電加工装置のアウトシャープエッジコーナ制御の一例を示す図である。 図４Ｃは、一般的なワイヤ放電加工装置のアウトシャープエッジコーナ制御の一例を示す図である。 図４Ｄは、一般的なワイヤ放電加工装置のアウトシャープエッジコーナ制御の一例を示す図である。 図５は、ワイヤ中心位置Ａ〜Ｅの位置関係を示す図である。 図６Ａは、一般的なワイヤ放電加工装置での移動量と加工取り量との関係を示す図である。 図６Ｂは、一般的なワイヤ放電加工装置での移動量と加工速度との関係を示す図である。 図７は、実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置によるアウトシャープエッジコーナ部分におけるコーナ制御区間の一例を示す図である。 図８Ａは、実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置での移動量と加工取り量との関係を示す図である。 図８Ｂは、実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置での移動量と加工速度との関係を示す図である。 図９は、アウトシャープエッジコーナの加工時のワイヤの動きを示す図である。 図１０は、実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置の動作の流れを示すフローチャートである。 図１１は、実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置及び一般的なワイヤ放電加工装置のコーナ誤差を示す図である。 図１２は、実施の形態２のＮＣ制御装置の構成を示す図である。 図１３Ａは、実験から得られた加工エネルギーとコーナ誤差距離の関係を示す図である。 図１３Ｂは、実験から得られた加工エネルギーとコーナ誤差距離の関係を示す図である。 図１４Ａは、実験から得られたワイヤ張力とコーナ誤差距離の関係を示す図である。 図１４Ｂは、実験から得られたワイヤ張力とコーナ誤差距離の関係を示す図である。 図１５は、実施の形態２にかかるワイヤ放電加工装置の動作の流れを示すフローチャートである。 図１６は、実施の形態３のＮＣ制御装置の構成を示す図である。 図１７は、実施の形態３にかかるワイヤ放電加工装置の動作の流れを示すフローチャートである。 図１８Ａは、実験から得られたノズル間隙とコーナ誤差距離の関係を示す図である。 図１８Ｂは、実験から得られたノズル間隙とコーナ誤差距離の関係を示す図である。

以下に、本発明にかかるワイヤ放電加工装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、こ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、本発明にかかるワイヤ放電加工装置の実施の形態１の構成を示す図である。ワイヤ放電加工装置は、ワイヤ１、テーブル３、加工用電源４、極間検出回路５、サーボモータ６、サーボアンプ７、ＮＣ制御装置８、張力付加機構９、ワイヤボビン１０、ワイヤ走行装置１１、ワイヤ回収容器１２及び加工液ノズル１３ａ、１３ｂを有する。実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置は、仕上加工では、被加工物２のコーナ部を加工する際に、単位時間当たりの加工量が一定となるようにワイヤ１の加工送り速度を制御するコーナ制御を行いつつ、ワイヤ１と被加工物２との間で放電加工を複数回行う。

テーブル３は、被加工物２を固定し移動させる。極間検出回路５は、加工中の極間平均電圧を検出する。サーボモータ６は、テーブル３を駆動させる。サーボアンプ７は、サーボモータ６の駆動制御を行う。ＮＣ制御装置８は、ＮＣプログラムに基づき、加工中のテーブル送りなどの制御を行う。

ワイヤ１と被加工物２との間には、加工用電源４によって加工電流が供給され、両者の間に放電を発生させることによって加工を進行させる。その際、ＮＣ制御装置８に予め与えられたＮＣプログラムに基づいてテーブル３が駆動されることにより所望形状の加工が可能となる。すなわち、ＮＣ制御装置８からの速度信号に応じてサーボアンプ７がサーボモータ６を駆動し、被加工物２の移動が行われ、加工が進行する。

加工中の移動速度は極間の状態によって変化させられる。すなわち、極間の間隙が広がっている場合には移動速度を速くし、極間の間隙が狭くなっている場合には移動速度を遅くすることにより、ワイヤ１と被加工物２との接触を防ぎ、最適な加工を行うことができる。加工中の間隙距離は加工中の平均電圧に基づいて判断できるため、一般には極間平均電圧が所定の目標値に一致するように移動速度の制御が行われる。

図２は、実施の形態１のＮＣ制御装置８の機能構成を示す図である。ＮＣ制御装置８は、加工進行方向判別部８１、目標制御区間算出部８２、実制御区間算出部８３、実制御区間記憶部８４、制御区間判別部８５、コーナ制御速度演算部８６及び速度制御部８７を有する。加工進行方向判別部８１は、アウトシャープエッジコーナの加工をどちら側に向かって行うかをＮＣプログラムに基づいて判断する。目標制御区間算出部８２は、一般的なワイヤ放電加工装置と同様の制御区間を目標制御区間として算出する。目標制御区間は、仕上加工における前回の放電加工において形状誤差が発生していないと仮定した場合のコーナ制御における制御区間である。実制御区間算出部８３は、コーナ誤差を考慮した制御区間を実制御区間として算出する。なお、目標制御区間及び実制御区間については後段で詳細に説明する。実制御区間記憶部８４は、実制御区間算出部８３が算出した実制御区間を記憶する。制御区間判別部８５は、アウトシャープエッジコーナの加工時に実制御区間内にワイヤ１が入ったか否かをＮＣプログラムに基づいて判別する。コーナ制御速度演算部８６は、制御区間内において単位時間当たりの加工量が一定となるようにワイヤ１の移動速度を算出する。

実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置によるアウトシャープエッジコーナ部分におけるコーナ制御について説明するのに先立って、一般的なワイヤ放電加工装置によるアウトシャープエッジコーナ部分におけるコーナ制御について説明する。図３は、一般的なワイヤ放電加工装置によるアウトシャープエッジコーナ部分におけるコーナ制御区間の一例を示す図である。一般的なワイヤ放電加工装置は、荒加工又は仕上加工における前回の放電加工で形状誤差が発生していないことを前提としてワイヤ中心位置Ａ〜Ｅの区間を制御区間として算出し、その区間において加工速度制御を行う。すなわち、放電ギャップ面７１と加工前加工面７２とが重なる領域７８が形成されるように設定したワイヤ中心位置の軌跡７７に沿ってワイヤ１を移動させる。これにより、被加工物２には、放電ギャップ面７１に沿って加工後加工面７６が形成される。

図４Ａ〜図４Ｄは、一般的なワイヤ放電加工装置のアウトシャープエッジコーナ制御の一例を示す図である。アウトシャープエッジコーナでの加工量は直線加工時のワイヤ中心位置Ａまでは一定であるが、ワイヤ中心位置Ａを通過後は放電ギャップ面７１と加工前加工面７２とが重なる領域７８が減少してくるので加工量は減少し（図４Ａ）、ワイヤ中心位置Ｂにて放電ギャップ面７１と加工前加工面７２とが重ならなくなり、加工量はゼロとなる（図４Ｂ）。さらに、ワイヤ中心位置Ｃ（方向転換点）までは、放電ギャップ面７１と加工前加工面７２とが重ならないため、加工量はゼロのまま一定である。進行方向が変わった後もワイヤ中心位置Ｄまでは放電ギャップ面７１と加工前加工面７２とが重ならないため、加工量はゼロのままである（図４Ｃ）。ワイヤ中心位置Ｄを通過した後、放電ギャップ面７１と加工前加工面７２とが再び重なり始めて放電ギャップ面７１と加工前加工面７２とが重なる領域７８が生じ、加工量は徐々に増加してワイヤ中心位置Ｅにおいて直線加工時の加工量に戻る（図４Ｄ）。

図５は、ワイヤ中心位置Ａ〜Ｅの位置関係を示す図である。図５に示すようにワイヤ半径をｒ、放電ギャップをｈ、加工取り代をｓ、アウトシャープエッジコーナの角度（加工後加工面７６がなすコーナの角度）をθ、ワイヤ径＋放電ギャップ（ｒ＋ｈ）を半径とする放電ギャップ面７１と加工前加工面７２との交点７３とワイヤ中心位置７４を結んだ直線７５と加工前加工面７２とがなす角度をαで表す場合、ワイヤ中心位置の軌跡７７上におけるワイヤ中心位置Ａ〜Ｂ、Ｂ〜Ｃ、Ｃ〜Ｄ及びＤ〜Ｅのそれぞれの区間Ｌ_Ａ−Ｂ、Ｌ_Ｂ−Ｃ、Ｌ_Ｃ−Ｄ、Ｌ_Ｄ−Ｅは、ワイヤ半径ｒ、放電ギャップｈ、加工取り代ｓ、アウトシャープエッジコーナの角度θ、ワイヤ径＋放電ギャップ（ｒ＋ｈ）を半径とする放電ギャップ面７１と加工前加工面７２との交点７３とワイヤ中心位置７４を結んだ直線７５と加工前加工面７２とがなす角度αを加工パラメータとした場合に、加工パラメータに基づいて下記式（１）〜（４）で表すことができる。なお、一般的には、Ｌ_Ａ−Ｂ及びＬ_Ｂ−Ｃは前区間、Ｌ_Ｃ−Ｄ及びＬ_Ｄ−Ｅは後区間と呼ばれる。

図６Ａ、図６Ｂは、一般的なワイヤ放電加工装置の加工条件を示す図であり、図６Ａは移動量と加工取り量との関係を示し、図６Ｂは移動量と加工速度との関係を示している。必要取り量が減少するコーナ部（ワイヤ中心位置Ａ〜Ｅの区間）でも直線部と同様に加工速度を制御すると加工過多となるため、形状誤差が発生する。これを抑制するために、単位時間当たりの加工量が直線部と同等になるように加工速度を制御する必要がある。具体的には、図６Ｂに示すようにワイヤ中心位置Ａ〜Ｂの区間では加工量の減少に従って加工速度を増やし、ワイヤ中心位置Ｂ〜Ｃの区間及びワイヤ中心位置Ｃ〜Ｄの区間では加工量がゼロであるが、ワイヤ中心位置Ｄ〜Ｅの区間で速やかに加工速度を減速できるように所定の加工速度に制御する。ワイヤ中心位置Ｄ〜Ｅの区間では加工量の増加に従って加工速度を低下させ、ワイヤ中心位置Ｅよりも後の区間ではワイヤ中心位置Ａよりも前の区間と同様の加工速度に戻すように速度制御する。

ワイヤ放電加工では、ワイヤ１を上下で支持している箇所同士の間に被加工物２が位置する。被加工物２を加工していく際、放電による熱エネルギーによって、局所的に被加工物２を溶融させるだけでなく、周囲を取り巻く加工液を気化・爆発させる。その爆発によってワイヤ１は外力を受けて撓む。プログラム加工軌跡はワイヤ１を支持している点での軌跡であり、支持点以外の部分ではワイヤ１の撓みにより少なからずプログラム加工軌跡から外れている。被加工物２はワイヤ１を支持している箇所同士の間に位置するため、撓みによりプログラム上の加工軌跡から外れたワイヤ１によって加工される。

直線加工の場合、ワイヤ１の撓みの方向は加工進行方向に対して後方又は斜め後方となる。したがって、ワイヤ１の撓みによる形状誤差は後方又は斜め後方に発生するが、加工進行方向が変わらないため、形状誤差は一律後方又は斜め後方に発生している形となるため、オフセットの調整等で修正可能であり、大きな問題とはならない。

しかし、コーナ加工の場合は加工の進行方向が変わるため、加工進行方向が変わると撓みの方向が加工進行方向の後方又は斜め後方にあることにより、撓んだワイヤ１の軌跡はコーナの頂点をショートカットすることになるため、一律な方向の形状誤差とならず問題となる。

図７は、実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置によるアウトシャープエッジコーナ部分におけるコーナ制御区間の一例を示す図である。上記のように、実際のアウトシャープエッジコーナでは形状誤差（以下、コーナ誤差という）３１が生じているため、加工量の変化が始まるのは図３におけるワイヤ中心位置Ａにワイヤ１が到達した時ではなく、図７におけるワイヤ中心位置Ａ’にワイヤ１が到達した時である。すなわち実際の加工では、荒加工又は仕上加工における前回の放電加工でコーナ誤差３１が発生している加工面を加工するため、従来のコーナ制御区間では図７のワイヤ中心位置Ａ’から図３のワイヤ中心位置Ａに相当する区間では単位時間当たりの加工量が一定とならず、コーナ誤差３１がさらに発生してしまう。したがって、コーナ誤差３１を考慮することによって計算される正確なコーナ制御区間Ａ’〜Ｅ’（実制御区間）において加工量が一定となる速度制御を行うことにより、アウトシャープエッジコーナ部の仕上げ精度を向上させることができる。

図８Ａ、図８Ｂは、実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置の加工条件を示す図であり、図８Ａは移動量と加工取り量との関係を示し、図８Ｂは移動量と加工速度との関係を示している。実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置は、形状誤差を考慮することにより加工取り量の変化が始まる位置を正確に算出し、その位置から始まる実制御区間において図８Ａ、図８Ｂに示すように単位時間当たりの加工量が一定となる速度制御を行うことで高精度なアウトシャープエッジコーナ加工を実現する。

図９は、アウトシャープエッジコーナの加工時のワイヤの動きを示す図である。アウトシャープエッジコーナの加工の場合、加工方向の転換点はコーナの頂点であり、プログラム加工軌跡９２上のワイヤ１がコーナの頂点を通過する時、撓んだワイヤ１の軌跡９３は図９に示すようにコーナの頂点をショートカットすることになるため、コーナの部分では放電ギャップ面９１がワイヤ１よりも内側を通過してコーナ誤差を生じ、コーナの頂点から直線加工の２方向にコーナ誤差Ｌ_１、Ｌ_２が発生している距離が存在する。このコーナ誤差を考慮した制御区間が実制御区間であり、この区間において加工量が一定となる速度制御をすることで高精度なアウトシャープエッジコーナ加工を実現できる。

ＮＣ制御装置８は、実制御区間算出部８３によって実制御区間を求め、その区間で加工量が一定となる速度制御をするために以下のような動作を行う。

図１０は、実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置の動作の流れを示すフローチャートである。本実施の形態では、コーナ誤差距離を入力する欄を設け、コーナ誤差距離を指定することで、従来の制御区間と同様の目標制御区間にコーナ誤差距離を加算又は減算することによって求められる実制御区間を記憶し、記憶した実制御区間において加工量が一定となる速度制御を行うことにより高精度なアウトシャープエッジコーナ加工を実現する。

具体的には、ユーザはまずコーナ制御を用いずにアウトシャープエッジコーナ形状の加工を行い、アウトシャープエッジコーナの頂点から直線加工方向の２方向に向かうコーナ誤差距離Ｌ_１、Ｌ_２を仕上加工の各回の放電加工について測定する。ここで、コーナ誤差距離Ｌ_１、Ｌ_２は、仕上加工でのアウトシャープエッジコーナの入口側に生じたコーナ誤差距離をＬ_１、出口側に生じたコーナ誤差をＬ_２とする。このようにして測定したコーナ誤差距離Ｌ_１、Ｌ_２をアウトシャープエッジコーナ加工に先だって入力欄へ入力する（ステップＳ１０１）。

次に、加工進行方向判別部８１により加工進行方向を判別する（ステップＳ１０２）。さらに目標制御区間算出部８２が目標制御区間を従来の制御区間と同様の演算で算出する（ステップＳ１０３）。なお、目標制御区間算出部８２が行う演算は、一般的なワイヤ放電加工装置における制御区間を算出する場合の演算と同様であり、公知の手法を適用できる。そして、実制御区間算出部８３は、コーナ誤差Ｌ_１、Ｌ_２と目標制御区間とに基づいて、コーナ誤差Ｌ_１、Ｌ_２を考慮した実制御区間を算出する（ステップＳ１０４）。すなわち、コーナ制御の開始点と終了点とコーナ誤差Ｌ_１及びＬ_２に基づいて補正する。

測定したコーナ誤差距離Ｌ_１、Ｌ_２が仕上加工における前回の放電加工の加工結果であるとすると、次回の放電加工が図９のような加工進行方向であった場合、加工量の変化は方向転換点（コーナの頂点）からＬ_１手前の位置から始まるので、ワイヤ中心位置Ｃまでの実制御区間は目標制御区間Ｌ_Ａ−Ｂ、Ｌ_Ｂ−ＣにＬ_１を加算した距離となる。また、ワイヤ中心位置Ｃを通過後の加工量が直線部の加工量に戻るまでの距離は、Ｌ_２により目標制御区間Ｌ_Ｃ−Ｄが微小量長くなるため、Ｌ_Ｄ−Ｅがその分短くなるが、Ｌ_Ｃ−Ｄ、Ｌ_Ｄ−Ｅの総和はほとんど変わらない。また、次回の放電加工が図９と反対方向の加工であった場合、実制御区間はＬ_Ａ−Ｂ、Ｌ_Ｂ−ＣにＬ_２を加算した距離となる。したがって、加工進行方向が前回の放電加工と同一方向か反対方向かにより目標制御区間に加算又は減算するコーナ誤差距離が変わるため、加工進行方向判別部８１により加工進行方向を判別した上で、実制御区間算出部８３が実制御区間を計算する。

コーナ部を加工する際の実制御区間は下記式（５）〜（８）によって算出できる。式（５）〜式（８）において、ｓは式（１）〜式（４）と同様に加工取り代を表している。

なお、加工進行方向が前回の加工方向と同じ場合は、実制御区間算出部８３は、式（５）〜式（８）中のＬ_１とＬ_２とを入れ替えて演算を行う。すなわち、実制御区間算出部８３は、実制御区間の前区間を算出するのにＬ_１を用い、実制御区間の後区間を算出するのにＬ_２を用いて演算を行う。

上記式（５）〜式（８）を使用して算出された正確な制御区間を実制御区間記憶部８４にて記憶し（ステップＳ１０５）、制御距離に応じて図８Ａ、図８Ｂに示したように加工量が一定となる制御速度をコーナ制御速度演算部８６にて算出し（ステップＳ１０６）、仕上加工を行う。仕上加工中は、実制御区間記憶部８４に記憶させた実制御区間に達したか否か、すなわちアウトシャープエッジの制御区間の加工中であるか否かを制御区間判別部８５で判別する（ステップＳ１０７）。記憶された実制御区間に達したと制御区間判別部８５が判断したら（ステップＳ１０７／Ｙｅｓ）、速度制御部８７がワイヤ１の送り速度の制御を行う（ステップＳ１０８）。これにより、高精度なアウトシャープエッジコーナを実現できる。実制御区間記憶部８４に記憶された実制御区間に達していないと制御区間判別部８５が判断した場合は（ステップＳ１０７／Ｎｏ）、ステップＳ１０７に戻り、実制御区間記憶部８４に記憶された実制御区間に達したか否かの判断を繰り返す。

図１１は、実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置及び一般的なワイヤ放電加工装置のコーナ誤差を示す図である。横軸は仕上加工の実行回数を示している。仕上加工の１回目の場合は、前回の加工が荒加工であり、前回の加工結果に基づいたコーナ制御は行えないため、コーナ誤差は一般的なワイヤ放電加工装置と同程度となっている。しかし、仕上加工２回目以降では、前回の加工結果に基づいたコーナ制御を行うことができるため、実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置のコーナ誤差は、従来のワイヤ放電加工装置のコーナ誤差と比べて小さくなっている。

実施の形態１によれば、仕上加工における前回の放電加工で発生しているコーナ誤差に基づいて実制御区間を算出し、その区間において単位時間当たりの加工量が一定となる速度制御を行うことにより、より高精度なアウトシャープエッジコーナ制御を実現できる。これにより、製品歩留まりを向上させることが可能となる。

実施の形態２．
コーナ誤差は、加工条件の内容及び構成、例えば加工エネルギーやワイヤ張力の設定に従い異なる。加工エネルギーが強ければ放電反力が大きくなるためワイヤの撓みが大きくなり、コーナ誤差距離も大きくなる。また、ワイヤ張力が弱ければワイヤの撓み量が大きくなるため、コーナ誤差距離も大きくなる。この関係を調べるため、加工エネルギーとコーナ誤差距離との関係、ワイヤ張力とコーナ誤差距離との関係を実験により求めた。

図１２は、実施の形態２のＮＣ制御装置８の構成を示す図である。ＮＣ制御装置８は、加工進行方向判別部８１、目標制御区間算出部８２、実制御区間算出部８３、実制御区間記憶部８４、制御区間判別部８５、コーナ制御速度演算部８６及び速度制御部８７に加え、第１形状誤差算出部８８、第２形状誤差算出部８９を有する。第１形状誤差算出部８８は、放電加工の加工エネルギーに応じてコーナ部に発生したコーナ誤差距離（第１の形状誤差）を算出する。第２形状誤差算出部８９は、ワイヤ張力に応じてコーナ部に発生したコーナ誤差距離（第２の形状誤差）を算出する。

実験は、１０ｍｍ、２０ｍｍ、６０ｍｍの被加工物を用意し、被加工物にアウトシャープエッジコーナの加工を行い、その時のコーナ誤差距離Ｌ_１、Ｌ_２を測定して行った。図１３Ａ、図１３Ｂは、実験から得られた加工エネルギーとコーナ誤差距離の関係を示す図である。図１４Ａ、図１４Ｂは、実験から得られたワイヤ張力とコーナ誤差距離の関係を示す図である。図１３Ａ、図１３Ｂ、図１４Ａ及び図１４Ｂから加工エネルギーによるコーナ誤差距離（第１の形状誤差）Ｌ＿ｅ_１、Ｌ＿ｅ_２とワイヤ張力によるコーナ誤差距離（第２の形状誤差）Ｌ＿ｗｔ_１、Ｌ＿ｗｔ_２を得られるテーブルを用意し、加工条件に応じてそのテーブルから仕上加工における前回の放電加工によって発生したコーナ誤差距離Ｌ_１＝Ｌ＿ｅ_１＋Ｌ＿ｗｔ_１、Ｌ_２＝Ｌ＿ｅ_２＋Ｌ＿ｗｔ_２を演算する。また、加工進行方向判別部８１により次回の放電加工でのワイヤの送り方向である加工進行方向を判別する。上記の加工条件が使用された仕上加工における放電加工が実施された際には制御距離として事前に計算された目標制御区間にコーナ誤差距離を加算又は減算することによって求められる次回の放電加工での正確な制御区間を実制御区間算出部８３にて演算する。演算された実制御区間において、それぞれの制御区間で加工量が一定となる制御速度を演算し、制御区間判別部８５にてアウトシャープエッジコーナの制御区間と判別されたら速度制御部８７が速度制御を行う。これにより、本実施の形態のワイヤ放電加工機は、高精度なアウトシャープエッジコーナ加工を実現する。

図１５は、実施の形態２にかかるワイヤ放電加工装置の動作の流れを示すフローチャートである。第１形状誤差算出部８８及び第２形状誤差算出部８９は、加工エネルギーによるコーナ誤差距離Ｌ＿ｅ_１、Ｌ＿ｅ_２とワイヤ張力によるコーナ誤差距離Ｌ＿ｗｔ_１、Ｌ＿ｗｔ_２をテーブルに基づいて算出する（ステップＳ１３１、Ｓ１３２）。

以下、ステップＳ１３３〜Ｓ１３９の動作は実施の形態１のステップＳ１０２〜Ｓ１０８の動作と同様である。ただしステップＳ１３５の処理では、実制御区間算出部８３は、仕上加工における前回の放電加工によって発生したコーナ誤差距離Ｌ_１＝Ｌ＿ｅ_１＋Ｌ＿ｗｔ_１、Ｌ_２＝Ｌ＿ｅ_２＋Ｌ＿ｗｔ_２を加工条件に応じて演算し、これを、目標制御区間に加減算することにより実制御区間を算出する。

本実施の形態においては、加工エネルギーの大きさやワイヤ張力の強さに応じて高精度のアウトシャープエッジコーナ加工を実現できる。

実施の形態３．
ワイヤ放電加工は上下ノズルと被加工物の隙間（以下、ノズル間隙という。）が０．１ｍｍ程度の接近した状態から数十ｍｍ離れた状態まで様々な状態で行われる。ノズル間隙が離れているほど、ワイヤを拘束している距離が離れるため、ワイヤの撓みが大きくなり、コーナ誤差距離も大きくなる。したがって、ノズル間隙の状態に合わせたコーナ誤差距離を用いて制御区間を計算し、その区間で速度制御をする必要がある。そのため、実施の形態３ではノズル間隙に応じたコーナ誤差距離を求める。

図１６は、実施の形態３のＮＣ制御装置８の構成を示す図である。ＮＣ制御装置８は、加工進行方向判別部８１、目標制御区間算出部８２、実制御区間算出部８３、実制御区間記憶部８４、制御区間判別部８５、コーナ制御速度演算部８６、速度制御部８７、第１形状誤差算出部８８及び第２形状誤差算出部８９に加え、第３形状誤差算出部６１、被加工物高さ位置検出部６２、ノズル間隔検出部６３、被加工物板厚演算部６４及びノズル間隙演算部６５を有する。被加工物板厚演算部６４は、被加工物２の位置の判断及び被加工物２の板厚の算出を行う。ノズル間隙演算部６５は、ノズル間隙を算出する。

図１７は、実施の形態３にかかるワイヤ放電加工装置の動作の流れを示すフローチャートである。まず、被加工物高さ検出部６２は、被加工物の高さ位置を判断する（ステップＳ１６０１）。この際は、被加工物２が近い側のノズルの加工液圧が高くなることを利用し、上下の加工液圧の差又は比によって判断する。又は、被加工物２がどの位置にあるかをユーザが入力する機能を設け、入力が無い場合は被加工物が中央にあるものとして制御を行うことも可能である。次に、ノズル間隔検出部６３が上下ノズル間隔を機械のＺ軸高さから認識し、被加工物板厚演算部６４で被加工物の板厚ｔを荒加工時の加工状況から演算する（ステップＳ１６０２）。なお、被加工物の板厚ｔの算出には、特公平２−２９４５３号公報や特開平９−２９０３２８号公報等に開示されている公知の手法を適用可能である。上下ノズル間隔と被加工物の板厚との差からノズル間隙演算部６５にてノズル間隙を求める（ステップＳ１６０３）。そして、予め実験によって求めておいたノズル間隙とコーナ誤差距離との関係からノズル間隙によるコーナ誤差距離Ｌ＿ｚ_１、Ｌ＿ｚ_２を得られるテーブルに基づいて、第３形状誤差算出部６１が、仕上加工における前回の放電加工でのワイヤ間隙に応じてコーナ部に発生したコーナ誤差距離（第３の形状誤差）Ｌ＿ｚ_１、Ｌ＿ｚ_２を演算する（ステップＳ１６０４）。図１８Ａ、図１８Ｂは、実験から得られたノズル間隙とコーナ誤差距離の関係を示す図である。

ノズル間隙とコーナ誤差距離との関係についての実験は、板厚２０ｍｍの被加工物を任意のノズル間隙に設定してアウトシャープエッジコーナ加工を行い、コーナ誤差距離を測定して行った。加工実施の際、実際の加工において上ノズルが離れている場合、下ノズルが離れている場合、上下ノズルとも離れている場合（上下密着を含む）の３パターンに大別できるため、被加工物の位置を上下ノズル間の上側、中央、下側にした状態でそれぞれ加工を行った。

ステップＳ１６０５〜Ｓ１６１３の処理は、実施の形態２でのステップＳ１３１〜Ｓ１３９と同様である。ただし、ステップＳ１６０９の処理では、実施の形態２に加えてノズル間隙によるコーナ誤差距離Ｌ＿ｚをさらに加味して実制御区間を計算する。すなわち、ステップＳ１６０４〜Ｓ１６０６において加工エネルギー、ワイヤ張力、ノズル間隙からテーブルに基づいて求めた仕上加工における前回の放電加工のそれぞれのコーナ誤差距離を合計して、コーナ誤差距離Ｌ_１＝Ｌ＿ｅ_１＋Ｌ＿ｗｔ_１＋Ｌ＿ｚ_１、Ｌ_２＝Ｌ＿ｅ_２＋Ｌ＿ｗｔ_２＋Ｌ＿ｚ_２を算出し、ステップＳ１６０８で事前に計算した目標制御区間にコーナ誤差距離Ｌ_１、Ｌ_２を加算又は減算することによって実制御区間を演算する。

本実施の形態においては、ノズル間隙を加味してコーナ誤差距離を求めるため、高精度のアウトシャープエッジコーナ加工を実現できる。

以上のように、本発明にかかるワイヤ放電加工装置は、アウトシャープエッジコーナを高精度に加工できる点で有用である。

１ ワイヤ
２ 被加工物
３ テーブル
４ 加工用電源
５ 極間検出回路
６ サーボモータ
７ サーボアンプ
８ ＮＣ制御装置
９ 張力付加機構
１０ ワイヤボビン
１１ ワイヤ走行装置
１２ ワイヤ回収容器
１３ａ、１３ｂ 加工液ノズル
３１ 形状誤差（コーナ誤差）
６１ 第３形状誤差算出部
６２ 被加工物高さ位置検出部
６３ ノズル間隔検出部
６４ 被加工物板厚演算部
６５ ノズル間隙演算部
７１、９１ 放電ギャップ面
７２ 加工前加工面
７３ 交点
７４ ワイヤ中心位置
７５ 直線
７６ 加工後加工面
７７ ワイヤ中心位置の軌跡
７８ 放電ギャップ面と加工前加工面とが重なる領域
８１ 加工進行方向判別部
８２ 目標制御区間算出部
８３ 実制御区間算出部
８４ 実制御区間記憶部
８５ 制御区間判別部
８６ コーナ制御速度演算部
８７ 速度制御部
８８ 第１形状誤差算出部
８９ 第２形状誤差算出部
９２ プログラム加工軌跡
９３ ワイヤの軌跡

Claims (4)

1. 仕上加工で被加工物のコーナ部を加工する際に、該コーナ部以外の部分を加工する際よりもワイヤの送り速度を速くするコーナ制御を行いつつ前記ワイヤと前記被加工物との間で放電加工を複数回行うワイヤ放電加工装置であって、
   前回の放電加工で前記コーナ部に形状誤差が発生していないものとして、前記仕上加工における今回の放電加工での前記コーナ制御の開始点及び終了点で示す目標制御区間を加工パラメータに基づいて算出する目標制御区間算出部と、
   前記仕上加工における前回の放電加工での前記コーナ部の形状誤差の大きさを測定し、該測定した形状誤差の大きさに基づいて、前記目標制御区間算出部が算出した前記目標制御区間が示す前記コーナ制御の開始点及び終了点を補正し、実制御区間を算出する実制御区間算出部と、
   前記実制御区間における単位時間当たりの加工量が前記コーナ部以外の部分を加工する際と同じとなるように前記ワイヤの送り速度を制御する速度制御部とを備えることを特徴とするワイヤ放電加工装置。
2. 放電加工のエネルギーに応じて前記コーナ部に発生した第１の形状誤差を算出する第１形状誤差算出部と、
   前記ワイヤの張力に応じて前記コーナ部に発生した第２の形状誤差を算出する第２形状誤差算出部と、
   を備え、
   前記実制御区間算出部は、前記仕上加工における前回の放電加工での前記コーナ部の形状誤差の大きさを、前記第１の形状誤差と前記第２の形状誤差とを加算して算出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装置。
3. ノズル同士の間隔を検出するノズル間隔検出部と、
   前記被加工物の厚さを前記仕上加工における前回の放電加工での加工状況に基づいて検出する被加工物板厚演算部と、
   前記ノズル同士の間隔と前記被加工物の厚さとに基づいて、前記ノズルと前記被加工物との間隙であるノズル間隙を算出するノズル間隙演算部と、
   前記ノズル同士の間での前記被加工物の高さ位置を検出する被加工物高さ位置検出部と、
   前記ノズル間隙と前記被加工物の高さ位置とに応じて前記コーナ部に発生した第３の形状誤差を算出する第３形状誤差検出部とを有し、
   前記実制御区間演算部は、前記仕上加工における前回の放電加工での前記コーナ部の形状誤差の大きさを、前記第１の形状誤差及び前記第２の形状誤差に加え、前記第３形状誤差検出部が検出した前記第３の形状誤差をさらに加算して算出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装置。
4. 前記仕上加工における今回の放電加工での加工進行方向を判別する加工進行方向判別部を備え、
   前記実制御区間算出部は、前記仕上加工における前回の放電加工で前記ワイヤが前記コーナ部の頂点を通過する前後の前記コーナ部の形状誤差の大きさを別々に算出し、前記加工進行方向判別部が判別した前記加工進行方向に応じて、前記目標制御区間のうち前記ワイヤが前記コーナ部の頂点を通過する前後の部分に異なる前記形状誤差を加減算して前記実制御区間を算出することを特徴とする請求項２又は３に記載のワイヤ放電加工装置。

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