WO1998039128A1

WO1998039128A1 - Systeme et procede d'usinage par decharge pour le decoupage par fil-electrode

Info

Publication number: WO1998039128A1
Application number: PCT/JP1998/000966
Authority: WO
Inventors: Tatsuo Toyonaga; Yuji Kaneko; Masateru Minamikawa
Original assignee: Sodick Co., Ltd.
Priority date: 1997-03-07
Filing date: 1998-03-09
Publication date: 1998-09-11
Also published as: US6028282A; DE69834465T2; CN1099933C; EP0916440A4; DE69834465D1; EP0916440B1; CN1217677A; EP0916440A1

Description

明細書

ワイヤカツト放電加工装置及ぴ方法技術分野

本発明は、所定の張力が付与された状態でワイヤ搬送経路に沿ってワイヤ電極を搬送させながら、ワイヤ電極とワークピースの間に放電を発生させてワークピースを加工するワイヤカット放電加工装置に関する。特に、ワイヤ搬送経路に沿って走行するワイヤ電極に付与される張力を制御する装置を備えたワイヤカツト放電加工装置に関する。

背景技術

一般に、ワイヤカット放電加工装置では、ワイヤ電極とヮ一クピースの一方が他方に相対的に X—Y平面内で移動しながら、ワイヤ電極は一対のワイヤガイド間で X— Y平面にほぼ垂直な方向に走行する。加工中、ワイヤ電極とワークピースの間に形成される間隙に電圧パルスが印加されその間隙に放電を発生させることによつてあたかも糸のこのようにワークピースが加工される。このようなワイヤカット放電加工装置は、加工精度が高く精密加工に適している。

0 . 0 1〜0 . 3 mmの径を有するワイヤ電極は、通常、ワイヤボビンから多数のプーリ及びワイヤへ張力を付与する装置を経由して、ワークピースに関してそれぞれ上下に配置された一対のワイヤガイドへ搬送される。さらに、ワイヤ電極は、多数のプーリ及びワイヤ引き取り装置を経由して適当な回収装置へ搬送される。ヮィャ引き取り装置は、ワイヤ電極の走行速度が設定値に維持されるよう制御される。張力付与装置は、ワイヤ電極に付与される張力が設定値となるよう制御される。ヮィャ電極の張力は、例えば、ワイヤ電極の径ゃ材質、及ぴ加工のタイプに応じて設定される。その張力が大きい値に設定されれば一対のワイヤガイド間でワイヤ電極の良好な真直度（straightoess) が確保される。しかし、過度に大きい張力は、望ましくないワイヤ電極の断線を引き起こすかもしれない。

発明の開示

本発明の目的は、ワイヤ電極の張力を確実に設定値に維持するワイヤカツト放電加ェ装置を提供することである。

本発明の別の目的は、ワイヤ電極の張力の変動を減少させるワイヤカット放電加ェ装置を提供することである。

その他の本発明の目的は、以下に続く説明の中に部分的に述べられ、発明を実践することにより、当業者に部分的に明らかになるであろう。

上述の目的を達成するため、本発明のワイヤカット放電加工装置は、ワイヤ電極が所定の搬送経路に沿って走行するようワイヤ電極を搬送する装置と、走行するヮィャ電極に張力を付与するサーボモータと、張力の設定値を示す信号を発生する N C装置と、ワイヤ電極に付与されている張力を検出しその検出値を示す信号を発生する張力検出器と、張力の設定値と張力の検出値の差に基づいて、サーボモータの回転速度を指令する速度指令信号を修正する張力制御装置を含み、その張力制御装置は、不要な周波数を設定しその設定値を示す信号を発生する不要周波数設定装置と、不要周波数設定装置の出力信号に基づき不要な周波数を阻止する電気フィルタ装置を含む。

好ましくは、その不要周波数設定装置は、張力検出器の出力信号に基づいて不要な周波数を設定する。

本発明のワイヤカット放電加工装置は、さらに、ワイヤ電極の径ゃ材質と不要な周波数の関係を示すデータを記憶するメモリを含み、不要周波数設定装置は、そのメモリに記憶されたデータに基づいて不要な周波数を設定するようにしてもよい。さらに、モータによって張力が付与された状態で搬送経路に沿つて走行するワイャ電極とヮ一クピ一スの間に放電を発生させてワークピースを加工する本発明のヮィャカット放電加工方法は、ワイヤ電極の張力の設定値を示す信号を発生するステップと、

ヮィャ電極を搬送経路に沿つて搬送するステップと、

モータの回転速度を指令する速度指令信号を発生するステップと、走行するワイヤ電極に付与されている張力を検出しその検出値を示す信号を発生するステップと、

ワイヤ電極の張力の設定値と検出値の差に基づき速度指令信号を修正するステツプと、

ワイヤ電極の張力の検出値を示す信号に基づいて、張力を変動させる不要な周波数を設定するステップと、

その設定に基づいて不要な周波数を阻止するフィルタを提供するステツプを含む。

図面の簡単な説明

F I G. 1は、本発明のワイヤカット放電加工装置をイラストする図である。 F I G. 2は、 F I G. 1の張力制御装置をイラストする図である。

F I G. 3は、 F I G. 2のノッチフィルタの一例をイラストする図である。

F I G. 4は、種々のワイヤ電極に関して、ワイヤ電極の張力の関数として共振周波数を示すグラフ図である。

F I G. 5は、 F I G. 2の張力制御装置の動作を示すフローチャートである。 F I G. 6 (A) , F I G. 6 (B) 、 F I G. 6 (C) 及び F I G. 6 (D) は、フィルタ装置が張力制御のフィードバック系に含まれない場合に、ワイヤ電極に付与されている張力を示す信号の波形を表示するグラフ図である。

F I G. 7 (A) 、 F I G. 7 (B) 、 F I G. 7 (C) 及び F I G. 7 (D) は、フィルタ装置が張力制御のフィードバック系に提供された場合に、ワイヤ電極に付与されている張力を示す信号の波形を表示するグラフ図である。

発明を実施するための最良な形態一

4

F I G. 1及ぴ F I G. 2を参照して、本発明によるワイヤカット放電加工装置が説明される。

F I G. 1中にイラストされているように、ワイヤ電極 1は、ワイヤボビン 2から、多数のプーリ 3A、ブレーキプーリ 4 A及び張力検出器 9を経由して、一対のワイヤガイド 7へ搬送される。一対のワイヤガイド 7は、ワイヤ電極 1の走行を案内し、 X— Y平面におけるワイヤ電極 1の位置を定める。ワークピース 8は、それらワイヤガイド 7間に形成される領域 5で加工される。ワイヤ引き取り装置 6は、さらに、ワイヤ電極 1を、多数のプーリ 3 Bを経由して、適当なワイヤ電極回収装置（図示されていない）へ搬送する。ワイヤ引き取り装置 6は、ワイヤ搬送経路に配置されたプーリ 6 Aと、プーリ 6 Aに連結されたモータ 6 Bを含む。ワイヤ電極 1の走行速度を制御する装置（図示されていない）は、 NC装置 1 0に記憶されている設定値に基づいてモータ 6 Bの回転速度を決定する。

張力付与装置 4は、一対のワイヤガイド 7間を走行するワイヤ電極 1の真直度を維持するための張力をワイヤ電極 1へ付与する。その張力は、例えば、ワイヤ電極 1の径ゃ材質及ぴ加工のタイプに応じて、 NC装置 1 0内で設定され記憶される。張力付与装置 4は、ワイヤ電極 1に摩擦を与えるブレーキプーリ 4 A、ブレーキブ —リ 4 Aに連結されたサ一ボモータ 4 B、及びドライバ回路 4 Cを含む。サ一ボモータ 4 Bには、モータ 4 Bの回転速度を検出する速度検出器が取り付けられている。ワイャ電極 1の張力は、例えば歪みゲージから成る張力検出器 9によって検出される。張力検出器 9の出力は、增幅回路 1 1及びアナログ—デジタル変換器 1 2を通つて、ワイヤ電極 1の張力を示すデジタル信号 TMとして、張力制御装置 1 3へ提供される。さらに、張力制御装置 1 3は、 NC装置 1 0の出力信号 RUN、 T S及ぴ S Sを受け取る。信号 RUNはワイヤ電極 1の走行を指令する信号であり、張力制御装置 1 3はこの信号 RUNを受け取ると、その動作を開始する。信号 T S及び S Sは、それぞれ、ワイヤ張力の設定値とワイヤ走行速度の設定値を示す。張力制御装置 1 3は、サーボモータ 4 Bの回転速度を指令する信号 S Cをドライバ回路 4 Cへ供給し、ドライバ回路 4 Cは、その信号 S Cに応じた電流をサーボモータ 4 B へ供給する。

F I G . 2を参照して、張力制御装置 1 3の詳細が説明される。張力制御装置 1 3は、信号 T S及び S Sを受け取りサーボモータ 4 Bの回転速度を示す速度指令信号を提供する速度指令発生回路 1 4を含む。速度指令発生回路 1 4は、ワイヤ電極 1の張力を設定値にするために適当なモータ回転速度を求める。張力制御装置 1 3 は、さらに、加算回路 1 5、增幅回路 1 6、積分器 1 7及び加算回路 1 8を含む。これら要素は、ワイヤ張力の設定値と検出値の偏差に基づいて速度指令信号を修正する。加算回路 1 5は、信号 T S及び TMを受け取り、それら値の偏差を示す信号 T Cを提供する。この偏差を示す信号 T Cは、增幅回路 1 6を通って加算回路 1 8 の 1つの入力へ、さらに積分器 1 7を通って加算回路 1 8の別の入力へ供給される。加算回路 1 8は、速度指令発生回路 1 4から供給された速度指令信号を修正しサーボモータ 4 Bの回転速度を示す信号 S Cをドライバ回路 4 Cへ供給する。

このように、張力制御装置 1 3、張力付与装置 4、ワイヤ電極 1、張力検出器 9、增幅回路 1 1及びアナログ—デジタル変換器 1 2は、固有の振動数をもつフィードバック系を構成する。このフィードバック系は、外部の力、例えば、ワイヤ搬送経路に沿って設けられた、プーリのような要素が生み出す力によって共振する。この共振はワイヤ電極 1の張力を変動させる。その張力変動の結果、ワイヤ電極 1の走行方向に延びる望ましくない筋がワークピース 8の加工面に形成されるかもしれなレ、。共振に起因するこのような張力変動を抑制するため加算回路 1 5の出力信号 T Cからフィードバック系の共振周波数を阻止する電気フィルタ装置が、張力制御装置 1 3に設けられる。イラストされた実施例において、この電気フィルタ装置は、予め定められた帯域の周波数の信号を遮断するノッチフィルタ 1 9である。例えば、このノッチフィルタ 1 9は、 F I G . 3中に示されるように、再帰的な差分方程式を実行するデジタルフィルタとして構成される。このデジタルフィルタは、 D l、 D 2、 N 1及び N 2の 4つの変更可能なフィルタ係数を有し、これらフィルタ係数次第でノツチフィルタやローパスフィルタの機能を果たすことができる。

しかし、フィードバック系にとって不要な共振周波数は、 F I G . 4中にイラストされるように、ワイヤ電極 1の径ゃ材質によって異なる。 F I G . 4は、ワイヤ電極の張力に対して共振周波数の測定値がプロッ卜されたグラフ図である。マーク A及び Bは、それぞれ、 0 . 1 mm径の黄銅被覆された鋼ワイヤと 0 . 1 mm径のモリブデンワイヤを表わす c マーク C、 D、 E、 F及ぴ Gは、それぞれ、 0 . l m m、 0 . 1 5 mm, 0 . 2 mm, 0 . 2 5 mm及び 0 . 3 mmの径を有する黄銅ヮィャを表わす。マ一ク£、 F及び Gを参照すれば、使用されているワイヤ電極の径の違いによって共振周波数が異なることが理解されるであろう。同様に、ワイヤ電極に付与されている張力が 8 0 0 gから 2 0 0 0 gの範囲内である場合、ワイヤ電極の径及ぴ材質が同じであればその張力の違いにかかわらず共振周波数はほとんど同じである。マ一ク、 B及ぴ Cを参照すれば、使用されているワイヤ電極の材質の違いによって共振周波数が異なることが理解されるであろう。そこで、本発明による張力制御装置 1 3は、電気フィルタ装置が不要な周波数だけを確実に阻止するよう電気フィルタ装置が阻止する周波数を設定する不要周波数設定装置 2 0を含む。不要周波数設定装置 2 0は、高速フーリエ変換（F F T) によって信号 TMをその周波数成分へ分解し最も振幅の大きい周波数を求め、この最も振幅の大きい周波数に応じてノッチフィルタ 1 9が阻止する周波数帯域を設定する。イラストされた実施例において、不要周波数設定装置 2 0は、 4つのフィルタ係数、すなわち、 D l、 D 2、 N 1及び N 2を示す信号をノッチフィルタ 1 9へ提供する。ノッチフィルタ 1 9が阻止する周波数帯域は、これらフィルタ係数によって定まる。張力制御装置 1 3は、さらに、不要周波数設定装置 2 0が出力信号をノッチフィルタ 1 9へ提供するまで、ノッチフィルタ 1 9をワイヤ張力制御のフィードバック系からバイパスする切換回路 2 1を含む。切換回路 2 1は、ノッチフィルタ 1 9の出力信号を受け取る入力 Aと加算回路 1 5の出力信号を受け取る入力 Bを有し、不要周波数設定装置 20の指令信号に応じて、入力 A及び Bのどちらか一方を增幅回路 1 6と積分器 1 7のそれぞれへ提供する。

F I G. 5を参照して、張力制御装置 1 3の動作が説明される。張力制御装置 1 3の動作に先立ち、 NC装置 1 0内でワイヤ電極の張力及ぴ走行速度が設定されそれら設定値が記憶される。まず、張力制御装置 1 3は、ステップ S 1で、 NC装置 1 0から信号 RUNを受け取ると、その動作を開始する。ステップ S 2で、不要周波数設定装置 20の入力データの大きさ "n" 力 S "0" にセットされる。ステップ S 3で、不要周波数設定装置 20は、切換回路 2 1がその入力 Bを出力信号とするよう指示する指令信号を発生する。その結果、ノッチフィルタ 1 9はワイヤ張力制御のフィードバック系から排除される。ステップ S 4で、張力制御装置 1 3は、信号 TM、 TS及び S Sを入力しそれらの信号の処理を開始する。ステップ S 5で、速度指令発生回路 14は、信号 TS及び S Sを受け取りサ一ボモータ 4 Bの回転速度を示す速度指令信号を提供する。この速度指令信号は、ワイヤ張力の設定値と検出値の偏差を增幅した値とその偏差の積分値によつて修正される。ステップ S 6で、加算回路 1 8は、この修正された速度指令信号を示す信号 SCの出力を開始する。ステップ S 7で、不要周波数設定装置 20は、デジタル信号 TMを入力し、ワイヤ張力を表わすデータの大きさ "n" が所定の大きさ、例えば 1 00に達するまで、デ一タを収集する。不要周波数設定装置 20がワイヤ張力を表わすデータを収集する間にステップ S 8で信号 RUNの受け取りが停止すると張力制御装置 1 3の動作は終了する。ステップ S 9でデータの大きさ "n" が 1 00に達すると、動作はステツプ S 1 0へ進む。ステップ S 1 0で、不要周波数設定装置 20は、収集したデータを処理しフィードバック系の固有振動数を求めノツチフィルタ 1 9のフィルタ係数を設定する。不要周波数設定装置 20は、この設定値を示す信号をノッチブイルタ 1 9 送るとともに、ステップ S 1 1で、切換回路 2 1がその入力 Aを出力信号とするよう指示する指令信号を発生する。その結果、ノッチフィルタ 1 9はワイャ張力制御のフィードバック系に提供される。張力制御装置 1 3の動作は、ステツプ S 1 2で信号 RUNの受け取りが停止するまで継続する。

F I G. 6 (A) , F I G. 6 (B) , F I G. 6 (C) 及び F I G. 6 (D) は、 F I G. 2の切換回路 2 1がその入力 Bを出力信号とする場合に、 0. 2 mm 0の黄銅ワイヤに付与されている張力の検出値を示す電圧信号を表示している。この張力信号の波形に関して、グラフ図の縦軸は張力（g) を示し、横軸は時間（m s) を示している。さらに、高速フーリエ変換（FFT) によって張力信号をその周波数成分へ分解することによって得られた、それぞれの周波数の振幅が表示されている。この振幅に関して、グラフ図の縦軸は振幅（d B) を示し、横軸は周波数 (Hz) を示している。それぞれの波形は、 F I G. 6 (A) において、張力が 1 600 gへ設定され走行速度が 4 分へ設定されたワイヤに関する。同様に、 F I G. 6 (B) において、ワイヤ張力は 800 g、走行速度は 4m/分であり、 F I G. 6 (C) において、ワイヤ張力は 1 600 g、走行速度は 8 mZ分であり、 F I G. 6 (D) において、ワイヤ張力は 800 g、走行速度は 8 mZ分である。これらの図から明らかなように、 0, 2 mm φの黄銅ワイヤが使用されるとき、張力制御のフィードバック系の共振周波数は、ワイヤ張力及びワイヤ走行速度にかかわらず、 55 59 Hzの範囲内にある。また、これらの図から、走行速度が大きいと、共振周波数の振幅が大きくなることが理解される。

F I G. 7 (A) F I G. 7 (B) F I G. 7 (C) 及び F I G. 7 (D) は、 F I G. 2の切換回路 2 1がその入力 Aを出力信号とする場合に、 0. 2 mm Φの黄銅ワイヤに付与されている張力の検出値を示す電圧信号と、その信号のそれぞれの周波数の振幅を表示している。ワイヤ張力及びワイヤ走行速度に関して、 F I G. 7 (A) F I G. 7 (B) F I G. 7 (C) 及び F I G. 7 (D) は、それぞれ、 F I G. 6 (A) , F I G. 6 (B) 、 F I G. 6 (C) 及ぴ F I G. 6 (D) と同じである。これらのグラフ図から、 F I G. 2のノッチフィルタ 1 9 がフィードバック系に提供されることによりワイヤ張力の変動が抑制されることが理解される。

本発明を開示されたフォームに限定することは意図されていない。上述の記述を参照して多くの改良及ぴバリエーションが可能であることは明らかである。例えば、 F I G. 2中にイラストされているように、不要な周波数を阻止するフィルタ装置としてノッチフィルタ 1 9が使用されているが、その代わりに F I G. 3のデジタルフィルタが口一パスフィルタの機能を果たしても良い。その場合、不要周波数設定装置 20は、そのデジタルフィルタの遮断周波数がフィードバック系の共振周波数となるよう、デジタルフィルタへフィルタ係数を示す信号を提供する。また、ノツチフィルタ 1 9の代わりに、阻止する周波数が異なる複数のフィルタが設けられても良い。その場合、これら複数のフィルタのそれぞれの出力は、切換回路 2 1のそれぞれ異なる入力へ接続される。不要周波数設定装置 20は、切換回路 2 1へ指令信号を送ることによって複数のフィルタから適当なものを選択できる。また、ノツチフィルタ 1 9の位置は、 F I G. 2の実施例に限定されない。ノツチフィルタ 1 9は、張力付与装置 4の入力である速度指令信号 S Cが、張力付与装置 4の出力であるワイャ張力の検出値と張力の設定値の差に基づいて修正されるフィードバック制御ループ中のどこに提供されてもよい。

F I G. 5中にイラストされるように、不要周波数設定装置 20は、 NC装置 1 0からの信号 RUNを受け取った後に、信号 TMを入力して共振周波数を求め始める。その代わりに、 F I G. 4中にイラストされるように、使用されるワイヤ電極に関する情報、例えば、その径及び材質と共振周波数の関係を予め測定によって求め、その関係を示すデータを適当なメモリに記憶させてもよい。不要周波数設定装置 20は、その記憶されたデータに基づいて、信号 RUNを受け取る前に、ノッチフィルタ 1 9へフィルタ係数を示す信号を供給するようにしてもよい。

ィラストされた実施例は、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。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。

Claims

請求の範囲

1 . ワイヤ電極がワイヤ搬送経路に沿って走行するようワイヤ電極を引き取る手段と、走行するワイヤ電極に張力を付与するモータと、張力の設定値を示す信号を発生する手段と、ワイヤ電極に付与されている張力を検出しその検出値を示す信号を発生する張力検出手段と、張力の設定値と張力の検出値の差に基づいて、前記モータの回転速度を指令する速度指令信号を修正する張力制御装置を含み、走行するヮィャ電極とワークピースの間に放電を発生させてワークピ一スを加工するワイヤ力ット放電加工装置において、

前記張力制御装置は、不要な周波数を設定しその設定値を示す信号を発生する不要周波数設定手段と、不要周波数設定手段の出力信号に基づき不要な周波数を阻止する電気フィルタ装置を含むワイヤカット放電加工装置。

2 . 前記不要周波数設定手段は、前記張力検出手段の出力信号に基づいて不要な周波数を設定するクレーム 1のワイヤカツト放電加工装置。

3 . さらに、ワイヤ電極に関する情報と不要な周波数の関係を示すデータを記憶するメモリを含み、前記不要周波数設定手段はそのメモリに記憶されたデータに基づいて不要な周波数を設定するクレーム 1のワイヤ力ット放電加工装置。

4、モータによって張力が付与された状態で搬送経路に沿つて走行するワイヤ電極とワークピースの間に放電を発生させてワークピースを加工するワイヤカツト放電加工方法において、

ワイヤ電極の張力の設定値を示す信号を発生するステップと、

ワイヤ電極を搬送経路に沿って搬送するステップと、

前記モータの回転速度を指令する速度指令信号を発生するステップと、ワイヤ電極に付与されている張力を検出しその検出値を示す信号を発生するワイャ電極の張力の設定値と検出値の差に基づき速度指令信号を修正するステツプと、

その設定に基づいて不要な周波数を阻止するフィルタを提供するステップを含むワイヤカツト放電加工方法。