特許 5911913 自動結線時に加工液の液面位置を調整するワイヤ放電加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5911913

(24)【登録日】2016年4月8日

(45)【発行日】2016年4月27日

(54)【発明の名称】自動結線時に加工液の液面位置を調整するワイヤ放電加工装置

(51)【国際特許分類】

   B23H 7/10 20060101AFI20160414BHJP

   B23H 7/02 20060101ALI20160414BHJP

【ＦＩ】

   B23H7/10 A

   B23H7/02 B

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2014-118191(P2014-118191)

(22)【出願日】2014年6月6日

(65)【公開番号】特開2015-229236(P2015-229236A)

(43)【公開日】2015年12月21日

【審査請求日】2015年7月15日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】390008235

【氏名又は名称】ファナック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001151

【氏名又は名称】あいわ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】羽田 啓太

【審査官】 岩瀬 昌治

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０６−３２０３３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２０５９３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２３０２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２３１４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０５４４２２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｈ ７／１０

Ｂ２３Ｈ ７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

加工液を貯留する加工槽と、該加工槽内に設けられたテーブルに被加工物を載置し、上下ワイヤガイド間に張架されるワイヤ電極と前記テーブルを相対移動させて前記被加工物を加工すると共に、前記上下ワイヤガイド間に張架されるワイヤ電極を自動的に結線する自動結線機能を有するワイヤ放電加工装置において、
前記被加工物の形状情報を取得する形状情報取得手段と、
上下ワイヤガイドの相対位置からワイヤ電極の結線位置情報を取得する結線位置情報取得手段と、
前記被加工物の形状情報から前記結線位置の近傍における、被加工物の高さを取得し、自動結線時に加工液の液面位置を調整する液面位置調整手段と、
を有することを特徴とするワイヤ放電加工装置。

【請求項2】

前記形状情報取得手段は、加工位置と被加工物の板厚を対応させるデータを入力することで取得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。

【請求項3】

前記液面位置調整手段は、結線位置近傍における被加工物の高さに加え、前記被加工物の上面の形状に基づいて自動結線時に加工液の液面位置を調整することを特徴とする請求項１または２に記載のワイヤ放電加工装置。

【請求項4】

前記液面位置調整手段は、結線位置近傍における被加工物の高さに加え、前記ワイヤ電極の剛性に関連する物理特性に応じて、自動結線時に加工液の液面位置を調整することを特徴とする請求項１または２に記載のワイヤ放電加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はワイヤ放電加工機に関し、特に、自動結線時に加工液の液面位置を調整するワイヤ放電加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ワイヤ放電加工において、ワークの加工途中でワイヤ電極が断線した場合、加工開始点まで後退して結線する必要があり、結線に時間がかかるという問題が生じる。一方、結線動作にかける時間を短縮するために加工開始点まで後退せずに断線箇所で結線する手法がある。しかし、板厚が変化する形状のワークの場合、断線箇所によって上部ノズルからワーク上面までの距離が異なるため結線条件が異なる。そのため、断線箇所によっては自動結線時にワイヤ電極がまっすぐ繰り出されず加工溝に通りにくくなり、結線時間短縮の効果を得られないという問題がある。これらの問題を解決するためには、断線箇所での自動結線の成功率を向上させることが必要である。

【0003】

従来技術として、特許文献１に記載のワイヤ放電加工機がある。これは、ワイヤ電極が横方向に走行する形式のワイヤ放電加工機において、自動結線時に加工液を排出して自動結線時にワイヤ電極が通過する部分を空気中に露出させることにより、結線成功率を向上させるものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第２８６７１０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

一般的に、ワイヤ電極が縦方向に走行する形式のワイヤ放電加工機で自動結線を行う場合、ワイヤ電極がワークの加工溝に挿入されるまでは空気中に露出させると結線成功率が高くなる。また、ワイヤ電極がワークの加工溝に挿入された後は加工液に水没させると結線成功率が高くなる。

【0006】

背景技術の欄で説明した従来技術は、ワイヤ電極が横方向に走行する形式のワイヤ放電加工機における技術であり、ワイヤ電極が縦方向に走行する形式のワイヤ放電加工機で用いると、下側のワイヤガイドが空気中に露出するまで加工液を排出することになる。そのため、ワイヤ電極がワークの加工溝に挿入された後でもワークが空気中に露出し、結線成功率が低下する。また、加工液の排出と注入に時間がかかるという問題点もある。

【0007】

上述したように、加工液の液面高さをワーク上面近傍に調整すれば、ワイヤ電極がワークの加工溝に挿入される前後ともに結線成功率が高くなるが、板厚が変化する形状のワークでは、結線位置によってワーク上面高さが異なる。そのため、ワークの板厚に応じて加工液の液面高さを変える必要がある。

【0008】

そこで、本発明は、ワイヤ電極の結線位置近傍のワーク形状によって加工液の液面高さを調整することで、板厚が変化する形状のワークにおける、結線成功率を向上させるとともに、自動結線にかかる時間を短縮して加工能率を向上したワイヤ放電加工装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本願の請求項１に係る発明は、加工液を貯留する加工槽と、該加工槽内に設けられたテーブルに被加工物を載置し、上下ワイヤガイド間に張架されるワイヤ電極と前記テーブルを相対移動させて前記被加工物を加工すると共に、前記上下ワイヤガイド間に張架されるワイヤ電極を自動的に結線する自動結線機能を有するワイヤ放電加工装置において、前記被加工物の形状情報を取得する形状情報取得手段と、上下ワイヤガイドの相対位置からワイヤ電極の結線位置情報を取得する結線位置情報取得手段と、前記被加工物の形状情報から前記結線位置の近傍における、被加工物の高さを取得し、自動結線時に加工液の液面位置を調整する液面位置調整手段と、を有することを特徴とするワイヤ放電加工装置である。

【0010】

請求項２に係る発明は、前記形状情報取得手段は、加工位置と被加工物の板厚を対応させるデータを入力することで取得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である。
請求項３に係る発明は、前記液面位置調整手段は、結線位置近傍における被加工物の高さに加え、前記被加工物の上面の形状に基づいて自動結線時に加工液の液面位置を調整することを特徴とする請求項１または２に記載のワイヤ放電加工装置である。
請求項４に係る発明は、前記液面位置調整手段は、結線位置近傍における被加工物の高さに加え、前記ワイヤ電極の剛性に関連する物理特性に応じて、自動結線時に加工液の液面位置を調整することを特徴とする請求項１または２に記載のワイヤ放電加工装置である。

【発明の効果】

【0011】

本発明により、ワイヤ電極の結線位置近傍のワーク形状によって加工液の液面高さを調整することで、板厚が変化する形状のワークにおける、結線成功率を向上させるとともに、自動結線にかかる時間を短縮して加工能率を向上したワイヤ放電加工装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】厚みが変化する形状のワークを加工する場合を説明する図である。

【図2】加工中のワークを上方から見た図である。

【図3】本発明に係る処理を説明するフローチャートである。

【図4】制御装置を備えたワイヤ放電加工装置を示す図である。

【図5】本発明に係るワイヤ放電加工機の制御装置が備えた機能を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
＜請求項１，２に対する実施形態＞
図１のような厚みが変化する形状のワークを加工する場合について説明する。ここでは、板厚ｈ_１、ｈ_２、ｈ_３の段差形状を持つワークＷａを、加工機のテーブル７から取り付け治具８によりｈ_０の高さかさ上げをした場合を考え、結線点のワーク上面の高さに応じて加工液の液面高さを調整する例を説明する。上ノズル６ａはワークＷａの最上面と一定の隙間を開けた高さにあるものとする。

【0014】

まず、３Ｄデータや、加工位置とワーク上面の高さを対応させるデータなどの、加工経路のワーク形状がわかるデータを取得する。
加工中に断線が生じた場合、自動結線時の上，下ワイヤガイド５ａ，５ｂの座標から、自動結線時に上ワイヤガイド５ａから送り出されたワイヤ電極４が、下ワイヤガイド５ｂに挿入されるまでに通過する経路を取得する。

【0015】

段落番号「００１４」で説明した処理において取得したワーク形状のデータと、ワイヤ電極４が通過する経路のデータを用いて、結線点の近傍のワーク形状を調べる。そして、ワーク形状の情報から結線点におけるワーク上面の高さを算出し、加工液の液面高さをワーク上面の高さ近傍に調整し、自動結線動作を行う。

【0016】

例えば、図１の点Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３で結線を行う場合は、加工液の液面高さを各々結線点のワーク上面の高さｈ_０＋ｈ_１、ｈ_０＋ｈ_２、ｈ_０＋ｈ_３の近傍に合わせる。加工中の液面高さと、結線点のワーク上面の高さが同程度にある場合は、液面高さの調整は不要である。

【0017】

ワークＷａの形状データを取得できない機械においても、例えば、ノズルから噴出された加工液の水圧を測定する、ワイヤＷａを振動させながら送り出し動作を行い、ワークＷａに接触する位置を調べる、などの手段を用いて、結線点のワーク上面の高さを推測し、その推測したデータから加工液の液面高さの調整を行うことも可能である。

【0018】

次に、任意の結線点におけるワークＷａの形状データを取得できず、段落「００１７」で説明した手段でワーク上面の高さの推測も行えない機械において、結線点のワーク形状がわからない状態であっても、結線成功率を上げることのできる例を説明する。

【0019】

図１に示される形状のワークＷａを加工する場合を説明する。本例の場合では、最も板厚の薄い部分、最も板厚の厚い部分の板厚ｈ_１、ｈ_３については取得できるものとする。加工中に断線が生じた場合、例えば最も板厚の薄い部分と厚い部分の中間にあたる高さの近傍（数１式参照）に加工液の液面高さを調整し、自動結線動作を行う。この場合、加工液の液面を、結線点におけるワーク上面の高さの近傍に調整することは必ずしもできないが、調整しない場合と比べて、結線成功率を向上させることができる。

【0020】

【数1】

【0021】

＜請求項３に対応する実施形態＞
次に、請求項３に対応する実施形態を説明する。
図２に示される形状のワークＷｂを加工する場合を説明する。図２は加工中のワークＷａを上面から見た形状を表しており、図中に示す加工溝２に沿って加工を行い、加工溝２の近傍に別の穴形状（穴部３）がある場合を示している。また、ワーク上面の高さは一定である。Ｐは断線検出位置を示している。

【0022】

加工中に断線が生じて、図２の点Ｐの位置で自動結線を行う場合、送り出されたワイヤ電極４が近傍の別の穴に挿入されてしまい、結線に失敗する恐れがある。

【0023】

一般に、ワイヤ電極４を送り出す際には上部ノズルから加工液ジェットを噴出し、ジェットの液圧によってワイヤ電極４の送り出される方向を制御する。しかし、送り出されているワイヤ電極４の先端が加工液中にある場合、粘性抵抗によって噴出するジェットの液圧が弱まり、ワイヤ電極の送り出される方向の制御ができなくなる場合がある。

【0024】

本例のような場合、加工液の水位を低くしてワーク上面を空気中に露出させて自動結線を行う。この場合、ワイヤ電極４が適切な加工溝に挿入されるまで、噴出するジェットの液圧が弱まらず、ワイヤ電極４の送り出される方向の制御が効果的に働くため、結線成功率を向上させることが可能である。

【0025】

＜請求項４に対応する実施形態＞
次に請求項４について、実施例を説明する。
ワイヤ電極４の物理特性として剛性を考える。ワイヤ電極４の剛性が大きい場合について、結線点のワーク板厚が薄く、上部ノズルからの距離が大きい例をとり、結線動作にかかる時間を短縮する方法を説明する。例えば、図１に示される形状のワークＷａについて、板厚ｈ_１の点Ａ_１で結線する場合を考える。

【0026】

まず、使用するワイヤ電極４の剛性データを取得しておく。例えば、材質やワイヤ径と剛性値を対応させるデータなどがある。
加工中に断線が生じた場合、取得したワイヤ電極４の剛性があらかじめ設定しておいた閾値より小さかった場合は、加工液の液面高さをワーク上面にあたる高さｈ_０＋ｈ_１の近傍に合わせる。一方、ワイヤ電極４の剛性が閾値より大きかった場合は、加工液の液面高さを、あらかじめ設定しておいた調整量Ｈを用いて、ワーク上面高さに調整量を加えた高さｈ_０＋ｈ_１＋Ｈの近傍に合わせて自動結線を行う。

【0027】

一般にワイヤ電極４の剛性が大きい場合は、加工液の液面高さがｈ_０＋ｈ_１の近傍より高くても、高い結線成功率を示す。本例では、ワイヤ電極４の剛性が大きい場合、ワーク上面近傍よりも高い位置に加工液の液面高さを調整することで、加工液の液面高さがｈ_０＋ｈ_１の近傍である場合と比べて、加工液の液面高さの調整にかかる時間を短縮することが可能である。

【0028】

図３は本発明に係る処理を説明するフローチャートである。以下、各ステップにしたがって説明する。なお、この処理は図４に示される制御装置５０によって実行することができる。

【0029】

●［ステップｓａ０１］ワイヤ電極の断線を検出。
●［ステップｓａ０２］ワイヤ電極が通過する経路情報を取得する。
●［ステップｓａ０３］ワイヤ電極の結線位置のワーク高さがわかるか否かを判断し、高さがわかる（ＹＥＳ）の場合、ステップｓａ０４へ移行し、高さがわからない（ＮＯ）の場合、ステップｓａ０５へ移行する。

【0030】

●［ステップｓａ０４］加工液液面をワーク高さと同程度に合わせ、ステップｓａ０８へ移行する。
●［ステップｓａ０５］ワークの高さを推測できるか否か判断し、推測できる場合（ＹＥＳ）、ステップｓａ０６へ移行し、推測できない場合（ＮＯ）、ステップｓａ０７へ移行する。
●［ステップｓａ０６］加工液液面を推測したワーク高さと同程度に合わせ、ステップｓａ０８へ移行する。
●［ステップｓａ０７］加工液液面のワークの最厚・最薄部の中間の高さと同程度に合わせ、ステップｓａ０８へ移行する。

【0031】

●［ステップｓａ０８］結線位置近傍に穴形状（穴部）があるか否か判断し、穴形状がある場合（ＹＥＳ）、ステップｓａ０９へ移行し、穴形状がない場合（ＮＯ）、ステップｓａ１０へ移行する。
●［ステップｓａ０９］加工液の水位を下げる。
●［ステップｓａ１０］ワイヤ電極の剛性は高いか否か判断し、剛性が高い場合（ＹＥＳ）、ステップｓａ１１へ移行し、剛性が高くない場合（ＮＯ）、ステップｓａ１２へ移行する。
●［ステップｓａ１１］加工液の水位を上げる。
●［ステップｓａ１２］ワイヤ電極の結線を実行する。

【0032】

図４は制御装置を備えたワイヤ放電加工装置（特開２０１１−１３６４０９号公報参照）を示す図である。制御装置５０は、マイクロプロセッサからなる中央演算処理装置（以下、ＣＰＵという）５１を備えており、ＣＰＵ５１にはプログラムメモリ５２、データメモリ５３、液晶ディスプレイＬＣＤを備えた操作盤５４及び入出力装置５５が各々バス５６を介して接続されている。

【0033】

プログラムメモリ５２には、ワイヤカット放電加工機の各部及びワイヤカット放電加工機の制御装置５０自身を制御する為の種々のプログラムが格納されている。前述のフローチャートのアルゴリズムに示す本発明を実施するためのプログラムも格納されている。また、データメモリ５３には加工プログラムに付随した位置データ、その他の加工条件を定める各種設定データ、ＣＰＵ５１が行なう各種計算の為のデータ一時記憶用のメモリとしても利用される。

【0034】

入出力装置５５には、テーブル駆動部６０、加工電源部６１、ワイヤ電極溶断電源部６２、ワイヤ電極巻き上げ／巻き取り制御部６３、ワイヤ電極送り制御部６４、パルスコーダ６５、電極機能切換部６６、ワイヤ電極先端検出部６７、表示装置６８及びその他のワイヤカット放電加工機各部を制御する各部移動制御部６９が各々接続されている。

【0035】

テーブル駆動部６０及び加工電源部６１は周知の構成を有するものであり、加工実行時には通常の方式に従って各々制御される。ワイヤ電極溶断電源部６２はワイヤ電極４に溶断するのに必要な電力を供給するものである。ワイヤ電極巻き上げ／巻き取り制御部６３はワイヤ電極巻き取りローラを駆動するモータ（図示省略）及び巻き上げモータ（図示省略）を駆動するものである。

【0036】

ワイヤ電極送り制御部６４はブレーキローラを駆動するブレーキ用モータの駆動制御を行う部分であり、ブレーキローラの回転量がパルスコーダ６５によって検出されることは、既に述べた通りである。電極機能切換部６６は、ワイヤ電極溶断用電極（ワイヤ電極溶断手段）とワイヤ電極先端検出手段のいずれかに切換選択する為のものであり、ワイヤ電極先端検出手段としての電極からのワイヤ電極先端検出信号はワイヤ電極先端検出部６７に入力される。そして、各部移動制御部６９は、第２のワイヤ電極溶断用電極の進退移動、自動結線時のワイヤ電極送りパイプ構造の降下移動等を制御する部分を一括して表わしたものである。

【0037】

ＣＰＵ５１はワイヤ電極４の通常走行時（放電加工時）においてパルスコーダ６５から出力されるフィードバックパルスを逐次検出しており、このフィードバックパルスが一定時間以上検出されなくなると、ワイヤ電極４に放電加工部での断線が生じてワイヤ電極巻き取りローラの回転によるワイヤ電極４の送り、要するに、ブレーキローラの回転が停止したものと見做し、断線修復処理を開始する。

【0038】

ワイヤ電極４の断線の発生を検出したＣＰＵ５１は、テーブル駆動部６０，加工電源部６１，ワイヤ電極巻き上げ／巻き取り制御部６３に停止指令を出力して各軸の送りと加工用上，下電極とワーク間への加工電源の供給およびワイヤ電極巻き取りローラの駆動を停止させた後、設定所定時間ワイヤ電極巻き取りローラを駆動して、断線した放電加工部より下側のワイヤ電極を巻き取る。

【0039】

そして、パルスコーダ６５からのフィードバックパルスを積算するカウンタの値をリセットし電極の機能をワイヤ電極先端検出手段に切り替え、ワイヤ電極巻き上げ／巻き取り制御部６３に駆動指令を出力して供給リールの正転つまりワイヤ電極４の巻き戻し作業を開始し、ワイヤ電極先端検出部６７から先端検出信号が入力されるまで、即ち、ワイヤ電極先端検出手段としての第２のワイヤ電極溶断用電極の位置までワイヤ電極４の上流側の先端が巻き戻されるまで、供給リールを正転させる。

【0040】

その後、前記カウンタの値によって示されるワイヤ電極４の巻き戻し量と各種設定データとに基づいて、放電によって消耗した部分を除去する。即ち、各部移動制御部６９に駆動指令を出力してエアシリンダを作動させ、開放状態で待機位置に位置していたグリップ部作動位置へと移動させ、ブレーキ用モータを駆動すると共にパルスコーダ６５からのフィードバック信号に基づいてブレーキローラを位置制御しながらワイヤ電極４を加工領域方向に所定量送り、グリップ部を閉じてワイヤ電極４を把持させる。

【0041】

次いで、ＣＰＵ５１は第２のワイヤ電極溶断用電極１の機能をワイヤ電極溶断手段に切り替えてワイヤ電極溶断電源部６２を作動し、放電加工によって消耗したワイヤ電極の部分を除去する。

【0042】

自動結線処理は、上ワイヤガイド５ａの上ノズル６ａから噴射される加工液流によってワイヤ電極４を拘束し、ワークＷａ，Ｗｂの加工溝２を貫通させて、下ノズル６ｂから下ワイヤガイド５ｂに通す、あるいは下ノズル６ｂから加工液を吸い込み、その加工液の流れはワイヤ電極４を拘束し、下ワイヤガイド５ｂへワイヤ電極４を導く処理である。

【0043】

図５は本発明に係るワイヤ放電加工機の制御装置が備えた機能を説明する図である。制御装置５０は、被加工物の形状情報を取得する形状情報取得手段７１と、上，下ワイヤガイド５ａ，５ｂの相対位置からワイヤ電極４の結線位置情報を取得する結線位置情報取得手段７２と、ワークの形状情報から前記結線位置の近傍における、ワークの高さの情報を取得し、自動結線時に加工液の液面位置を調整する液面位置調整手段７３と、を備えている。

【0044】

形状情報取得手段７１は、加工位置とワーク（被加工物）の板厚を対応させるデータを入力することにより、ワークの形状情報を取得できる。
液面位置調整手段７３は、結線位置近傍におけるワークの高さに加え、ワークの上面の形状に基づいて自動結線時に加工液の液面位置を調整する。また、液面位置調整手段７３は、結線位置近傍における高さに加え、ワイヤ電極４の物理特性に応じて、自動結線時に加工液の液面位置を調整する。

【符号の説明】

【0045】

Ｗａ ワーク
Ｗｂ ワーク
Ｐ 断線検出位置

２ 加工溝
３ 穴部
４ ワイヤ電極
５ａ 上ワイヤガイド
５ｂ 下ワイヤガイド
６ａ 上ノズル
６ｂ 下ノズル
７ テーブル
８ 取り付け治具

５０ 制御装置
５１ ＣＰＵ
５２ プログラムメモリ
５３ データメモリ
５４ 操作盤
５５ 入出力装置
５６ バス

６０ テーブル駆動部
６１ 加工電源部
６２ ワイヤ電極溶断電源部
６３ ワイヤ電極巻き上げ／巻き取り制御部
６４ ワイヤ電極送り制御部
６５ パルスコーダ
６６ 電極機能切換部
６７ ワイヤ電極先端検出部
６８ 表示装置
６９ 各部移動制御部

７１ 形状情報取得手段
７２ ワイヤ電極結線位置取得手段
７３ 液面位置調整手段
７４ ワイヤ電極の物理特性記憶手段

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図1】