JP2003266247A - ワイヤ放電加工機のワイヤ張力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワイヤ放電加工機にあってオーバーシュート
や張力制御の追従遅れによる断線、軸移動に伴う断線や
加工面の筋つき、電磁ノイズ等による誤動作の発生、デ
ータを得るための試運転による断線を防止して、張力制
御を高性能化すること。 【解決手段】 張力検出信号と張力設定値および張力制
御開始信号に基づいて生成される張力指令信号とを差動
・増幅演算して得た張力制御信号にワイヤ速度指令信号
と速度検出信号とを増幅・差動演算して得た信号を加算
処理し、この結果をブレーキモータのサーボドライバへ
の電流指令として与え、張力指令信号を張力制御開始時
のワイヤ電極の初期値として、予め設定しておいた張力
制御開始からの時間幅および増加パターンで張力設定値
まで到達するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、従来よりも張力
制御を高性能化させたワイヤ放電加工機のワイヤ張力制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワイヤ放電加工機は、ブレーキ部から回
収部に向かって常に新たなワイヤ電極を繰り出しつつワ
イヤ電極と被加工体との放電により被加工体を加工する
ものであり、加工品質や加工精度を上げるためにはきめ
細かなワイヤ電極の張力制御が必要となる。従来のワイ
ヤ放電加工機にあっては、例えば特開平１０−３０９６
３１号公報に示されるように、ワイヤ走行時の張力変動
を低減させるべく、ワイヤ張力を検出してブレーキモー
タであるサーボモータで張力を一定にするような制御を
施している。

【０００３】図２０及び図２１は、典型的な従来例であ
る特開平１０−３０９６３１号公報に記載するワイヤ放
電加工機及び張力制御装置を示し、この張力制御はＮＣ
装置Ｐ１０に設定されたワイヤ張力設定信号ＴＳに張力
検出器Ｐ１１の出力信号が追従するように行われてい
る。図２０にあって、ワイヤ電極Ｐ１はブレーキプーリ
Ｐ４Ａ及びサーボモータＰ４Ｂからなるブレーキ部Ｐ４
より、引き取りプーリＰ６Ａ及び引き取りモータＰ６Ｂ
からなる回収部Ｐ６に至る経路を辿る。途中経路のブレ
ーキプーリＰ４ＡとガイドプーリＰ３Ｂとの間には張力
検出器Ｐ１１及び被加工体Ｐ８を挟むように放電加工部
分Ｐ５を形成する一対の位置決めガイドＰ７が存在す
る。ここで、ブレーキプーリＰ４Ａへは、ワイヤボビン
Ｐ２からプーリＰ３Ａを介してワイヤ電極Ｐ１が送給さ
れる。また、張力制御系として、引取りモータＰ６Ｂの
サーボドライバＰ６Ｃに速度指令が出されるＮＣ装置Ｐ
１０からは、ワイヤ走行開始信号、ワイヤ速度設定値Ｓ
Ｓ、張力設定信号ＴＳが張力制御装置Ｐ１３に送られ
る。張力制御装置Ｐ１３では、上記ワイヤ走行開始信
号、ワイヤ速度設定値ＳＳ、張力設定信号ＴＳの他、張
力検出器Ｐ１１によって検出され増幅回路Ｐ１２にて増
幅された張力検出信号ＴＭが入力され、サーボドライバ
Ｐ４Ｃに速度指令ＳＣが出力される。サーボドライバＰ
４Ｃでは、張力制御装置Ｐ１３からの速度指令ＳＣとサ
ーボモータＰ４Ｂの速度検出器からのフィードバック速
度検出信号とによって、サーボモータＰ４Ｂに電流指令
を送る。この結果、引き取りモータＰ６Ｂのモータ速度
に基づくワイヤ電極Ｐ１の走行スピードに対して、ブレ
ーキモータであるサーボモータＰ４Ｂが速度制御を行い
ワイヤ電極Ｐ１に一定の張力を与えている。

【０００４】図２１は、図２０の張力制御装置の回路ブ
ロックを示しており、前述のＮＣ装置Ｐ１０からの張力
設定信号ＴＳと張力検出器Ｐ１１からの張力検出信号Ｔ
Ｍとの偏差をとり張力補償信号ＴＣを出力する加算回路
Ｐ１５、例えばノッチフィルタ等からなり張力補償信号
ＴＣの位相遅れ補償のためのフィルタ装置Ｐ１８、フィ
ルタ装置Ｐ１８による出力とこのフィルタ装置Ｐ１８を
経ない加算回路Ｐ１５の出力ＴＣとを切り替える切り替
え回路Ｐ２０、制御ゲインを得る増幅回路Ｐ１６を有
し、更に、ワイヤ走行信号を前提として張力検出信号Ｔ
Ｍが入力され、この張力検出信号ＴＭを高速フーリエ変
換（ＦＦＴという）して周波数成分を取り出し共振周波
数を得てフィルタ選定・調整指令を前述のフィルタ装置
Ｐ１８に出力し、及び前述の切り替え回路Ｐ２０に切り
替え信号を出力するフィルタ決定演算指令装置Ｐ１９を
有し、また、ＮＣ装置Ｐ１０から得られあるいはプログ
ラム等の読み出しにより得られたワイヤ速度設定値ＳＳ
と張力設定信号ＴＳとが入力され、ワイヤ電極Ｐ１の基
準速度指令信号を得る基準速度設定回路Ｐ１４を有す
る。そして、この基準速度設定回路Ｐ１４の基準速度指
令信号と増幅回路Ｐ１６で増幅された張力補償信号との
偏差をとり、張力を加味した速度指令ＳＣを出力する加
算回路Ｐ１７を有する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２０
及び図２１にて示すワイヤ放電加工機及び張力制御装置
にあっては、ワイヤ放電加工機の電源を入れワイヤ電極
Ｐ１を指し回し自動結線を行った後引き取りモータＰ６
Ｂ及びサーボモータＰ４Ｂを駆動し張力制御を開始した
時、ワイヤ電極Ｐ１の初期張力に関わらず、ワイヤ張力
設定値すなわち張力設定信号ＴＳが一定値で与えられる
ことになる。このとき、ワイヤ電極Ｐ１の初期張力とワ
イヤ張力設定値との誤差が大きいと、加算回路Ｐ１５へ
の入力偏差大きくなり、加算回路Ｐ１７の出力速度指令
ＳＣが過小となってブレーキ部Ｐ４のサーボモータＰ４
Ｂへの電流指令がステップ状に落ち込み、ワイヤ張力設
定値に対して張力検出器Ｐ１１による張力検出値はオー
バーシュート（図４（ａ）参照）を生じてしまう。例え
ば、φ０．１ｍｍ以下のワイヤ電極Ｐ１のように破断張
力の小さいものを用いて張力制御をした場合には、張力
制御の起動に伴いワイヤ電極Ｐ１の断線が生じやすいと
いう問題があった。

【０００６】また、図２１に示す張力制御装置において
は、図２０に示す引き取りモータＰ６Ｂとサーボモータ
Ｐ４Ｂとを駆動し加工工程に入るまでの時間を短縮する
ためにワイヤ回収動作と張力制御の起動とを同時に行お
うとした場合、すなわち図２０に示すＮＣ装置Ｐ１０か
らのサーボドライバＰ６Ｃへの速度指令による引取りモ
ータＰ６Ｂの駆動と、図２１に示す張力設定値ＴＳ、ワ
イヤ速度設定値ＳＳ及びワイヤ走行開始信号、更には張
力検出信号ＴＭに基づく張力制御装置Ｐ１３からのサー
ボドライバＰ４Ｃへの速度指令ＳＣと速度検出信号とに
基づくサーボモータＰ４Ｂの駆動とを同時に行おうとし
た場合、前述の張力制御のオーバーシュートの発生に加
えてワイヤ回収動作に対する張力制御の追従遅れが重な
り過剰な張力が発生する程度が極めて高くなり、φ０．
１ｍｍ以下のワイヤ電極を用いた場合に起動時の断線を
生じてしまうという問題もあった。

【０００７】また、図２０及び図２１に示す従来のワイ
ヤ放電加工機及び張力制御装置においては、回収ローラ
Ｐ６ＡとブレーキプーリＰ４Ａとの間の相対距離が被加
工体Ｐ８とワイヤ電極Ｐ１との間の相対位置によって変
化するような機械構造（例えばＹ軸駆動系）に対して
も、引き取りモータＰ６Ｂへは常に一定の速度指令信号
が与えられているため、回収ローラＰ６Ａとブレーキプ
ーリＰ４Ａとの間の相対距離変化に基づく軸移動に伴い
ワイヤ電極Ｐ１のたるみや引っ張りが発生し、これによ
ってワイヤ電極Ｐ１の断線あるいは被加工体Ｐ８の加工
面の筋つきが発生してしまうという問題もあった。

【０００８】また、図２１に示す従来の張力制御装置に
おいては、すべてのワイヤ電極Ｐ１に対して増幅回路Ｐ
１６の制御ゲインを固定にしているので、ワイヤ電極Ｐ
１の変化によって固有振動数が低下すると振動が発生し
やすくなるという問題点があった。この固有振動数の低
下よって生じる振動を抑える方策として、張力フィード
バックループ内のフィルタ装置Ｐ１８に設けたノッチフ
ィルタのノッチ周波数を張力検出値ＴＭのＦＦＴによる
周波数分析で推定するようにもできる。しかしながら、
このような方法は、工場内の環境が非常に悪い場合、電
磁ノイズや電源の基本高調波などによる誤動作が発生す
る。また、ＦＦＴによる周波数分析のためのデータを得
るべく、不適当なノッチ周波数で制御される張力制御装
置によってワイヤ電極を走行させる必要が生じることか
ら、例えばφ０．０３ｍｍのワイヤ電極のような二百グ
ラム程度の張力で破断してしまうようなワイヤ電極Ｐ１
では、周波数分析のためのデータを得るためにワイヤを
走行させた時点で破断が生じるという問題点があった。

【０００９】最近では、電源や駆動系の位置決め性能の
向上、φ０．１ｍｍ以下のワイヤ電極を用いた加工の精
度向上、加工時間短縮についての要求が高まっており、
張力制御装置の高性能化はワイヤ放電加工機の重要な課
題となっている。

【００１０】この発明は上記に鑑みてなされたもので、
前述のオーバーシュートや張力制御の追従遅れによる断
線、軸移動に伴う断線や加工面の筋つき、電磁ノイズ等
による誤動作の発生、データを得るための試運転による
断線を防止して、張力制御を高性能化したワイヤ放電加
工機のワイヤ張力制御装置を得ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明にかかるワイヤ張力制御装置は、ブレーキ
部のブレーキモータの速度検出信号とワイヤ電極から検
出した張力検出信号、ＮＣ装置からの張力設定値及び張
力制御開始信号とに基づいて生成されるブレーキ部のブ
レーキモータの電流指令により回収部の回収モータの速
度指令に対して張力制御を行いつつブレーキ部と回収部
間で張力を付与した状態で一対の位置決めガイド間にワ
イヤ電極を走行させるワイヤ放電加工機のワイヤ張力制
御装置において、張力検出信号と張力検出信号、張力設
定値および張力制御開始信号に基づいて生成される張力
指令信号とを差動・増幅演算して得た張力制御信号にワ
イヤ速度指令信号と速度検出信号とを増幅・差動演算し
て得た信号を加算処理し、この結果をブレーキモータの
サーボドライバへの電流指令として与え、張力検出信号
を張力制御開始時のワイヤ電極の初期値として、予め設
定しておいた張力制御開始からの時間幅および増加パタ
ーンで張力設定値まで到達するようにしたことを特徴と
する。

【００１２】この発明によれば、張力指令信号をワイヤ
電極の張力制御開始時の張力から張力制御帯域幅よりも
遅い時定数で張力設定値に到達する張力指令値とするこ
とによって、張力制御起動時のワイヤ電極の張力のオー
バーシュートの発生を防止できる。制御開始時の過剰な
張力が生じないので、φ０．１ｍｍ以下の極細線ワイヤ
電極を用いた場合において特に顕著に張力制御起動時の
断線を防止できる。

【００１３】つぎの発明にかかるワイヤ張力制御装置
は、上記の発明において、回収モータの回収動作をブレ
ーキ部でのブレーキモータの張力制御が張力設定値に到
達するまでに開始させるようにしたことを特徴とする。

【００１４】この発明によれば、張力制御の起動と回収
モータの起動とをほぼ同時に開始することで、張力制御
開始から加工開始までの時間が短縮でき、全体の加工時
間を短縮できる効果がある。

【００１５】つぎの発明にかかるワイヤ張力制御装置
は、上記の発明において、張力指令信号を、張力検出信
号とＮＣ装置からの張力設定値とを張力制御開始信号に
よって切り換える信号切り換え手段と、この信号切り換
え手段からの出力信号を波形処理するフィルタ手段と、
を用いて生成するようにしたことを特徴とする。

【００１６】この発明によれば、ブレーキ装置への張力
指令信号を、張力制御応答時定数以下の時定数を持つロ
ーパスフィルタによって生成することで、張力制御開始
時のワイヤ電極の張力のオーバーシュートの発生を防止
できる。また、ハードウェア、ソフトウェアの両方で構
成可能であり、例えば、ＮＣ装置から張力制御装置への
指令信号がアナログ回路で構成されている場合、１個の
アナログスイッチと１個の抵抗と１個のコンデンサの追
加のみというような簡単かつ低コストの構成で実現でき
る利点がある。

【００１７】つぎの発明にかかるワイヤ張力制御装置
は、上記の発明において、張力制御開始信号に基づいて
張力制御開始時の張力検出信号である初期張力とＮＣ装
置からの張力設定値とを切り替える信号切り換え手段を
有し、この信号切り替え手段の出力信号から電流指令値
までの伝達関数が、張力検出信号からブレーキモータへ
の電流指令値までの伝達関数と張力フィードバックルー
プの交差周波数よりも低い遮断周波数を有する波形処理
用のフィルタの伝達関数との積になるように構成したこ
とを特徴とする。

【００１８】この発明によれば、ブレーキ装置への張力
指令信号を、張力制御応答時定数以下の時定数を持つロ
ーパスフィルタによって生成することで、張力制御開始
時のワイヤ電極の張力のオーバーシュートの発生を防止
できる。また、ハードウェア、ソフトウェアの両方で構
成可能であり、例えば、ＮＣ装置から張力制御装置への
指令信号がアナログ回路で構成されている場合、１個の
アナログスイッチと１個の抵抗と１個のコンデンサの追
加のみというような簡単かつ低コストの構成で実現でき
る利点がある。

【００１９】つぎの発明にかかるワイヤ張力制御装置
は、上記の発明において、被加工体とワイヤ電極との間
の相対位置の変化を検出し、この検出した情報に基づい
て回収モータへの速度指令を生成するようにしたことを
特徴とする。

【００２０】この発明によれば、回収部とブレーキ部の
相対距離が被加工体及びワイヤ電極間の位置決めによっ
て変化するようなワイヤ放電加工機においては、位置決
め時の回収部とブレーキ部の相対距離の急峻な変化があ
ったとしても、回収部の動きを上記相対距離の変化に応
じて速度を変化させることで、ワイヤ電極の引っ張りや
たるみを低減できるので、断線、加工時の筋つきを防止
できる利点がある。

【００２１】つぎの発明にかかるワイヤ張力制御装置
は、上記の発明において、ＮＣ装置から与えられるワイ
ヤ電極の諸元に基づいて、張力制御信号を生成する張力
制御ゲインを決定するようにしたことを特徴とする。

【００２２】この発明によれば、ユーザがＮＣ装置に与
えたワイヤ電極の線径や材質などの情報から張力制御ゲ
インを決定するようにしているので、常に適正な制御ゲ
インによる運転が可能であり、工場内の電気ノイズによ
るＦＦＴの誤動作も無くなり、従来より安定したワイヤ
張力制御装置が構成できる利点がある。

【００２３】つぎの発明にかかるワイヤ張力制御装置
は、上記の発明において、張力制御ゲインを、張力制御
系の開ループ伝達特性の交差周波数がワイヤ走行系の固
有振動数の１／５以下になるように与えたことを特徴と
する。

【００２４】この発明によれば、張力制御系の開ループ
伝達特性における交差周波数がワイヤ電極の固有振動数
の１／５以下に設定するように張力制御ゲインを与えて
いるので、十分な位相余裕とゲイン余裕が確保でき、従
来の装置に比べて固有振動数推定誤差による性能劣化が
なく、固有振動数の数Ｈｚの変動に対しても従来装置よ
りは性能劣化の程度を少なくできる利点がある。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に図１〜図１９を参照して、
この発明にかかる好適な実施の形態を詳細に説明する。
なお、この発明にかかる図１〜図１９では、既に図２
０、図２１にて説明した部分は、説明を簡略化する。

【００２６】実施の形態１．図１は、この発明の実施の
形態１の前提となるワイヤ放電加工機の全体構成であ
る。ワイヤ電極１は、ワイヤボビン２からガイドプーリ
３Ａ、ブレーキ部４のブレーキプーリ４Ａなどの複数の
プーリを経由して、一対の位置決めガイド７が所望間隔
を置いて配置された加工部分５に供給され、更に下部ロ
ーラ３Ｂを経由して回収部６の回収ローラ６Ａを経て回
収されるようになっている。ブレーキプーリ４Ａと下部
ローラ３Ｂとの間は、一対の位置決めガイド７間の被加
工体８による加工部分５にてワイヤ電極１が所定の直線
状態を維持して走行するように、張力がワイヤ電極１に
付与されるようになっている。

【００２７】一方、回収部６には回収モータ６Ｂとサー
ボドライバ６Ｃが備えられ、ブレーキ部４にはブレーキ
モータ４Ｂとサーボドライバ４Ｃが備えられ、張力制御
装置１２からサーボドライバ６Ｃには速度指令信号、サ
ーボドライバ４Ｃには電流指令信号がそれぞれ送られ
る。張力制御装置１２には、コンピュータ制御のＮＣ装
置９からワイヤ走行開始信号、ワイヤ速度設定値、張力
設定値、張力制御開始信号、自動結線識別信号が入力さ
れ、また張力変動検出のための張力検出器１０及び増幅
回路１１からの張力検出信号が入力され、更にはブレー
キモータ４Ｂの速度検出器からの速度検出信号が入力さ
れる。このワイヤ放電加工機は、回転速度が制御された
回収モータ６Ｂを有する回収部６によって走行移動する
ワイヤ電極１に対し、ブレーキプーリ４Ａを介してブレ
ーキモータ４Ｂによる制動力を付与するようになってい
る。ブレーキプーリ４Ａから引き出されるワイヤ電極１
は、一対の位置決めガイド７、７間の加工部分５におい
て、ブレーキプーリ４Ａの偏心やブレーキモータ４Ｂに
よる制動力の変動などの外乱などによってワイヤ電極１
に張力変動を生じる。このため、ブレーキモータ４Ｂの
サーボドライバ４Ｃに電流指令値を回収モータ６Ｂのサ
ーボドライバ６Ｃに速度指令値をそれぞれ出力する張力
制御装置１２にてブレーキモータ４Ｂを制御して、ワイ
ヤ電極１の張力検出器１０からの張力検出値とＮＣ装置
９からの張力設定値との偏差を減少させている。

【００２８】図２は、張力制御装置１２の詳細ブロック
図を示す。図２において、図１にも示すＮＣ装置からの
ワイヤ走行開始信号、ワイヤ速度設定値、張力設定値、
張力制御開始信号は、指令値生成処理部１３に入力さ
れ、自動結線識別信号は、ＰＩ制御器１４に入力され
る。ここで、指令値生成処理部１３はＮＣ装置９の設定
入力またはプログラムなどの読み出しによって得られる
ワイヤ電極１のワイヤ速度設定値、張力設定値、ワイヤ
走行開始信号、張力制御開始信号、及び張力検出器１０
からの張力検出信号に基づきブレーキモータ速度指令、
回収モータ速度指令、及び張力指令信号を生成する。Ｐ
Ｉ制御器１４は、指令値生成処理部１３からの張力指令
信号と張力検出器１０からの張力検出信号とを差動演算
した偏差信号を比例倍および積分して比例倍して張力制
御信号を得る演算器で、自動結線識別信号にて制御され
る。ＰＩ制御器１４で算出した張力制御信号は、指令値
生成処理部１３の出力であるブレーキモータの速度指令
を増幅部１５で増幅した信号と、フィードバックされた
ブレーキモータ速度検出信号を増幅部１６で増幅した信
号とを加算（あるいは減算）することで得られた信号に
加算（あるいは減算）することで、ブレーキモータ４Ｂ
への電流指令としてサーボドライバ４Ｃに出力するよう
になっている。なお、ＰＩ制御器１４は、自動結線識別
信号によってワイヤ電極１の自動結線作業中かどうかを
判別し、自動結線作業中であればＰＩ制御器１４の出力
は零、自動結線作業中でなければ（張力制御中であれ
ば）ＰＩ制御器１４は入力偏差信号を比例倍および積分
して比例倍して出力するようになっている。

【００２９】次に、図２の指令値生成処理部１３の詳細
な動作について説明する。指令値生成処理部１３は張力
指令信号、ブレーキモータ速度指令、回収モータ速度指
令の３つの信号を生成するので、これらの信号を生成す
る３つのプログラムの内容を以下に順次示す。

【００３０】図３は、指令値生成処理部１３の張力指令
信号を生成するためのプログラムのフローチャートであ
る。まず、プログラムを開始し（ステップＳｔ１（以下
「ステップ」を省略する））、ＮＣ装置９からの張力制
御開始信号と張力設定値Ｔｃと張力検出器１０からの張
力検出信号Ｔｗとを読み取る（Ｓｔ２）。次に、Ｓｔ３
にて張力制御開始信号がＯＮを示していればＳｔ５へ進
み、張力制御開始信号がＯＦＦを示していればＳｔ４へ
進む。ここで、張力制御開始信号がＯＦＦのときは、ブ
レーキモータ４Ｂへ電圧をかけないようにつまりブレー
キモータ４Ｂがフリーとなるようにサーボドライバ４Ｃ
をハード制御している。そして、Ｓｔ４では、計数を開
始している時間カウンタのカウント値tcntを零に初期化
し、張力指令値Ｔ^*に張力検出値Ｔｗを設定し、張力検
出値の初期値Ｔｗ０に張力検出値Ｔｗを保存して、Ｓｔ
２へ戻る。またＳｔ３にて、張力制御開始信号がＯＮの
ときは、Ｓｔ５にて制御周期tsと時間カウンタtcntとの
積から現在の時間ts・tcntを計算し、この値ts・tcntが
あらかじめ設定しておいた起動時間Ｔｓよりも大きけれ
ば前述したオーバーシュートや開始時での張力制御の追
従遅れの危険性はなくなるのでＳｔ７へ進み、張力指令
値Ｔ^*を張力設定値Ｔｃとする。このとき、ワイヤ放電
加工機の張力制御は通常の制御となり、ＰＩ制御器１４
の次段に位置する加算装置から出力される電流指令値Ｃ
Ｃに基づいて、サーボドライバ４Ｃでブレーキモータ４
Ｂが制御される。また、Ｓｔ５にて現在時間ts・tcntが
起動時間Ｔｓを経過していないときはＳｔ６へ進む。Ｓ
ｔ６では、制御周期ｔｓと時間カウンタtcntとの積から
得られた現在の時間ｔを用いて、次式（１）によって張
力指令値Ｔ^*を算出する。

【００３１】 Ｔ^*＝（Ｔｃ−Ｔｗ０）・ｆ（ｔ）＋Ｔｗ０・・・（１） すなわち、張力検出値の初期値Ｔｗ０に、張力設定値Ｔ
ｃと張力検出値の初期値Ｔｗ０との差分をｆ（ｔ）にて
変化させた値を加えたものを、張力指令値Ｔ*とするも
のである。そしてこの関数ｆ（ｔ）がステップ状ではな
く時定数の遅い徐々に変化するものであれば前述のオー
バーシュートや開始時での張力制御の追従遅れの危険性
は回避できる。例えば関数ｆ（ｔ）としては、張力制御
開始時の張力検出値Ｔｗ０からＮＣ装置９からの張力設
定値Ｔｃまで少なくとも２サンプリング周期以上で到達
するように与えた関数またはデータテーブルの数値列が
あげられる。また、Ｓｔ６では、時間カウンタのカウン
ト値tcntに＋１加算してカウント値を更新する。Ｓｔ７
では、張力指令信号Ｔ^*を出力し、Ｓｔ２へ戻る。

【００３２】例えばｆ（ｔ）が張力設定値Ｔｃまで少な
くとも２サンプリング周期となるような場合、初期張力
をＴｗ０を零、張力設定値をＴｃ、１サンプリング時間
後の張力指令値をＴｃ／２、２サンプリング時間後の張
力指令値をＴｃとすれば、張力制御開始後の誤差は、次
のようになる。

【００３３】 １サンプリング時間後 Δｅ＝Ｔｃ／２ ２サンプリング時間後 Δe≒Ｔｃ ここでは、張力制御系の応答がサンプリング時間に対し
て十分遅いものとしている。またこのとき、図２のＰＩ
制御器１４の２サンプリング時間後の張力制御信号は次
式（２）のようになる。

【００３４】 ２サンプリング時間後のＰｉ制御器１４の張力制御信号 ＝Ｋｐ・Δe＋Ｋｉ・∫Δeｄｔ ＝Ｋｐ・Ｔｃ＋Ｋｉ・Ｔｃ／２・ts+Ｋｉ・Ｔｃ・ts ・・・（２） なおここで、Ｋｐ、Ｋｉは張力制御ゲインである。

【００３５】比較のためにｆ（ｔ）がステップ状に変化
することとした場合には、次のようになる。 １サンプリング時間後 Δe＝Ｔｃ ２サンプリング時間後 Δe＝Ｔｃ このときの２サンプリング時間後のＰＩ制御器１４の出
力である張力制御信号は次式（３）で得られる。

【００３６】 ２サンプリング時間後のＰＩ制御器１４の張力制御信号 ＝Ｋｐ・Δe＋Ｋｉ・∫Δeｄｔ ＝Ｋｐ・Ｔｃ＋Ｋｉ・Ｔｃ・ts+Ｋｉ・Ｔｃ・ts ・・・（３） 式（２）は式（３）よりもＫｉ・Ｔｃ／２・tsだけ張力
制御信号が小さくできている。

【００３７】具体的に、張力制御開始初期では、ブレー
キモータ４Ｂ、回収モータ６Ｂとも停止しているとする
と、ブレーキモータ４Ｂの速度指令およびブレーキモー
タ速度検出信号は零となるので、式（２）、式（３）の
張力制御信号は張力制御開始直後の電流指令になる。こ
こで、２サンプリング時間にて二段階で張力指令値が張
力設定値に到達する場合の張力制御信号については、張
力制御系が十分追従できる時間でゆるやかに張力指令値
Ｔ^*を張力制御開始時の初期張力から増加させれば、Ｐ
Ｉ制御器１４の張力制御信号の発生も緩やかになるの
で、ブレーキモータ４Ｂへの急峻なモータ電流の通電に
よるワイヤ電極１の張力のオーバーシュートが防止でき
ることは明らかである。

【００３８】次に、ｆ（ｔ）を時定数の遅い緩やかな関
数、ここでは、張力フィードバックループの交差周波数
以下の遅い時定数で増加する関数を例示する。例えばｆ
（ｔ）＝０.５・（１−cosωt） ・・・（４）とする。
ここで、ωは張力制御の起動速度を決める定数、ｔは張
力制御開始後の時間である。起動時間をＴｓとすると、
Ｔｓ＝π／ω ・・・（５）の関係がある。

【００３９】式（４）のωをワイヤ走行系の張力フィー
ドバックループの交差周波数よりも小さくして、ワイヤ
張力の初期値Ｔｗ０からワイヤ張力設定値Ｔｃへと張力
指令値Ｔ^*が増加する時間を長くした場合、張力制御開
始時の張力検出値Ｔｗの時間波形を図４（ｂ）に示す。
図４（ｂ）では、式（４）に示すｆ（ｔ）と図３のフロ
ーチャートを用いてワイヤ初期張力からゆるやかに張力
設定値に漸近するように張力指令信号を与えた場合であ
る。図４（ｂ）では、張力検出値Ｔｗの過剰なオーバー
シュートをほとんど生じることなく、張力設定値Ｔｃに
追従していることがわかる。このように、ワイヤ初期張
力からゆるやかに張力設定値Ｔｃに漸近するように張力
指令信号を与えることによって、張力制御開始直後のワ
イヤ張力の過剰な増加を防止できるので、ワイヤ電極の
断線を防止できることは明らかである。因みに、図４
（ａ）は従来の方法に用いて張力制御開始信号とともに
張力指令値を張力設定値になるようにした場合であり、
かなり大きい張力検出値Ｔｗのオーバーシュートが生じ
ている。例えばφ０．１ｍｍ以下の破断張力の余裕の少
ないワイヤ電極１においては、ワイヤ電極１の断線が容
易に生じうる。

【００４０】次に、図２の指令値生成処理部１３におけ
る回収モータ６Ｂへの速度指令とブレーキモータ４Ｂへ
の速度指令とを生成するプログラムのフローチャートの
一例を図５に示す。なお、本例では、指令値生成処理部
１３の出力として回収モータ６Ｂへの速度指令とブレー
キモータ４Ｂへの速度指令とについて、同じ速度指令値
を用いているため、図５では一つのプログラムで構成し
ているが、これらの指令値は独立したプログラムによっ
て生成するようにしてもよい。

【００４１】図５のフローチャートにおいて、まず、プ
ログラムを開始し（Ｓｔ１０）、ＮＣ装置９からのワイ
ヤ速度設定値Ｖｃとワイヤ走行開始信号とを読み込む
（Ｓｔ１１）。次に、Ｓｔ１２にてＮＣ装置９からのワ
イヤ走行開始信号がＯＦＦであればＳｔ１３へ進む（Ｓ
ｔ１２）。Ｓｔ１３では、時間カウンタのカウント値tc
ntを零に初期化し、速度指令値Ｖ^*に零を保存して、Ｓ
ｔ１１に戻る。Ｓｔ１２にてワイヤ走行開始信号がＯＮ
であればＳｔ１４へ進む。Ｓｔ１４では、時間カウンタ
のカウント値と制御周期との積である現在の時間tcnt・
tsがあらかじめ設定しておいた起動時間Tsより大きけれ
ば速度指令値Ｖ^*としてワイヤ速度設定値Ｖｃを出力す
るようにＳｔ１６へ進み、それ以外はＳｔ１５へ進む。
Ｓｔ１５では、制御周期tsと時間カウンタtcntとの積か
ら現在の時間ｔを用いて、次式によって速度指令値Ｖ^*
を算出する。

【００４２】Ｖ^*＝Ｖc・ｆ（ｔ）・・・（６） そして、時間カウンタのカウント値tcntに１を加算して
更新する。Ｓｔ１６では、回収モータ６Ｂへの速度指令
とブレーキモータ４Ｂへの速度指令としてＶ^*を出力
し、Ｓｔ１１へ戻る。なお、ｆ（ｔ）は図３の例と同様
の関数またはデータテーブルの数値列があげられ、式
（４）の具体例を適用できる。

【００４３】図６は、張力制御開始信号とワイヤ走行開
始信号を同時にＯＮしたときの張力検出信号Ｔｗと回収
モータ速度検出信号それぞれの時間波形である。張力制
御とワイヤ回収を同時に開始することで、張力検出値と
回収モータ速度検出値ほぼ同時に立ち上がり同様の波形
になっている。そして、張力制御の起動と回収モータの
起動を同時に行っている分だけ制御立ち上げ時間が短縮
される。

【００４４】従来のＮＣ装置の張力設定値をそのまま張
力指令値として用いる方法では、張力制御開始時のオー
バーシュートのために張力が大きくなり、細いワイヤ電
極では断線してしまうことは前述したとおりである。そ
して、張力検出値と回収モータ速度検出値とを同時に開
始した場合、張力制御の応答遅れによる張力変動が張力
制御系のオーバーシュートに重畳し、さらにワイヤ電極
に生じる張力が大きくなっていたことも前述したとおり
である。このため、細いワイヤ電極１を走行させようと
した場合には、張力制御が張力設定値Ｔｃに整定した後
にワイヤ送りを開始しなければならなくなり、加工を開
始するまでの時間が多くかかることになる。本実施の形
態では、図３、図５のように、回収モータと張力制御そ
れぞれの指令値を緩やかに変化となるように与えるとと
もに、両者の起動を同時に行っているので、張力制御系
のオーバーシュートによる断線を防止できるとともに、
加工を開始するまでの時間を大幅に短縮できる。

【００４５】実施の形態２．つぎに、この発明の実施の
形態２について説明する。上述した実施の形態１では、
図３、図５にて図２に示す指令値生成処理部１３を構成
した。これに対し、図７は、指令値生成処理部１３の張
力指令信号を生成する部分と速度指令を生成する部分の
別の構成例を示す。図７（ａ）は張力指令信号を生成す
る部分であり、１７は張力設定値Ｔｃと張力検出値Ｔｗ
とを入力としてフィルタ１８へ一つの信号を出力するス
イッチである。フィルタ１８はスイッチ１７から出力さ
れた信号を波形処理して張力指令信号Ｔ^*を出力するも
のである。ここでは、制御入力である張力制御開始信号
がＯＦＦのときに張力検出値Ｔｗをフィルタ１８へ出力
し、張力制御開始信号がＯＮのときに張力設定値Ｔｃを
フィルタ１８へ出力するようにしており、スイッチ１７
から出力される信号は、図中にて示すようなステップ状
に変化する信号になる。フィルタ１８を、張力フィード
バックループの交差周波数よりも低い遮断周波数を有す
るローパスフィルタとすることにより、出力波形である
張力指令信号Ｔ^*は図７（ａ）のフィルタ１８の出力に
示すような張力制御開始時の張力から張力設定値へと緩
やかに増加する信号となる。このように、張力制御開始
時の張力から張力設定値へ緩やかに増加する信号が得ら
れるので前述の実施の形態１の図３の場合と同様の効果
が得られる。

【００４６】図７（ｂ）は指令値生成処理部１３の回収
モータ速度指令とブレーキモータ速度指令とを生成する
部分の別の構成例である。図７（ｂ）の装置において、
１９はワイヤ速度設定値Ｖｃおよび速度零とを入力とし
てフィルタ２０へ一つの信号を出力するスイッチであ
る。フィルタ２０はスイッチ１９から出力された信号を
波形処理して速度指令Ｖ^*を出力するものである。この
装置において、制御入力であるワイヤ走行開始信号がＯ
ＦＦのときに零をフィルタ２０へ出力し、ワイヤ走行開
始信号がＯＮのときに張力設定値Ｖｃをフィルタ２０へ
出力するようにしており、スイッチ１９から出力される
信号は、図中にて示すようにステップ状に変化する信号
になる。フィルタ２０を、張力フィードバックループの
交差周波数よりも低い遮断周波数を有するローパスフィ
ルタとすることにより、出力波形である速度指令信号は
フィルタ２０の出力に示すような速度零からワイヤ速度
設定値へ緩やかに増加する信号となる。図７（ａ）と図
７（ｂ）のローパスフィルタは立ち上がり時定数を任意
に設定可能であり、例えば図６に示した場合とほぼ同様
の時定数で立ち上がるようにローパスフィルタを設定す
れば、実施の形態１の図６の結果とほぼ同様の結果が得
られる。

【００４７】実施の形態３．実施の形態３は、図８に示
すように実施の形態２を変形させたもので図２に対応す
る張力制御装置の別の構成例である。図８において、図
２、図７と同一部分には同符号を付す。図８（ａ）にお
いて、スイッチ１７、フィルタ２１、ＰＩ制御器１４の
電流指令系及びスイッチ１９、フィルタ２０増幅器１
５、１６の速度指令系からなり、ここでは、図２のＰＩ
制御器１４の伝達関数をＫ（ｓ）、図７のフィルタ２０
の伝達関数をＦ_２（ｓ）と表記する。そして、フィルタ
２１は、スイッチ１７とＰＩ制御器１４の次段の加算回
路との間に備えられ、実施の形態２にて述べた図７のフ
ィルタ１８の伝達関数Ｆ_１（ｓ）を用いて、次の伝達関
数が与えられる。 Ｋ（ｓ）・｛Ｆ_１（ｓ）−１｝ ここで、図８（ａ）において、自動結線識別信号が自動
結線ＯＮを示しているときはＫ（ｓ）＝０、自動結線Ｏ
ＦＦを示しているときはＫ（ｓ）がＰＩ制御器として動
作する。

【００４８】図８（ｂ）は、図８（ａ）と等価の構成例
であり、図８（ａ）の動作を説明するために示した張力
制御装置である。そして、図８（ｂ）では、図７のスイ
ッチ１７とフィルタ１８、及びＰＩ制御器１４にて図２
に示す張力指令に基づく電流指令Ｉｃを得ることにな
り、図７のスイッチ１９とフィルタ２０及び増幅器１
５、１６にて図２に示すブレーキモータ及び回収モータ
それぞれの速度指令を得る。

【００４９】図８（ａ）、（ｂ）において、スイッチ１
７の出力Ｔｓｗから電流指令値Ｉｃまでの伝達関数を求
めると、図８（ａ）では、次のようになる。 Ｉｃ／Ｔｓｗ＝Ｋ（ｓ）・｛Ｆ_１（ｓ）−１｝＋Ｋ
（ｓ）＝Ｋ（ｓ）・Ｆ_１（ｓ） 一方、図８（ｂ）では、次のようになる。 Ｉｃ／Ｔｓｗ＝Ｋ（ｓ）・Ｆ_１（ｓ） このように、両者の伝達関数は同じで張力検出値Ｔｗか
らブレーキモータ電流指令値Ｉｃまでの伝達関数は両者
ともＫ（ｓ）・Ｆ_１（ｓ）、ブレーキモータの速度誤差
信号ΔＶｂの入力点は同じ位置であり、図８（ａ）のよ
うな構成でも図８（ｂ）の構成と同じ張力制御系の特性
が得られることになる。

【００５０】なお、本実施の形態における張力制御装置
の構成は図８（ａ）、（ｂ）の構成に限るものではな
く、張力制御開始時の張力検出値Ｔｗと張力設定値Ｔｃ
とによって決めた信号Ｔｓｗから電流指令値Ｉｃまでの
伝達関数が、張力検出値Ｔｗからブレーキモータ電流指
令値Ｉｃまでの伝達関数Ｋ（ｓ）と張力フィードバック
ループの交差周波数よりも低い遮断周波数を有するフィ
ルタＦ_１（ｓ）との積になるように制御系を構成するこ
とで、実施の形態１、２と同様の特性と効果が得られる
ことになる。

【００５１】実施の形態４．実施の形態４におけるワイ
ヤ放電加工機と張力制御装置の全体構成の別の例を図
９、図１０に示す。図９、図１０において、図１、図２
と同一部分には同符号を付し、相違点を説明する。ワイ
ヤ放電加工機は、被加工体８の加工上Ｘ軸及びＹ軸の移
動が可能となっており、このうちワイヤ電極１の搬送系
はＹ軸駆動系の可動部と連動する。その構成は図１１に
て示し、説明は後述する。

【００５２】図９においてリニアエンコーダ２２は、ワ
イヤ放電加工機のＹ軸駆動系に取り付けられ、カウンタ
アンプ２３に接続される。このリニアエンコーダ２２は
ワイヤ放電加工機のＹ軸駆動系の移動速度に応じた周期
のパルスを発生し、カウンタアンプ２３へ出力する。カ
ウンタアンプ２３はリニアエンコーダ２２から出力され
るパルスをカウントし、機械移動速度信号に変換して、
張力制御装置１２へ機械移動速度信号として出力するよ
うになっている。

【００５３】図９における張力制御装置１２の詳細ブロ
ック図である図１０においては、指令値生成処理部１３
の出力である回収モータ速度指令信号から機械移動速度
検出信号を加算回路にて差し引いて回収モータ６Ｂのサ
ーボアンプ６Ｃに速度指令を与えている。

【００５４】図１１は図９、１０の動作の基礎となるワ
イヤ放電加工機のＹ軸駆動系の一例である。図９におけ
る回収部６とＮＣ装置９と被加工物８を除き、サドルＳ
上に搭載されたワイヤ電極１の搬送系がＹ軸駆動系可動
部とともにＹ軸駆動用モータＹＭとボールねじＢＴによ
ってＹ軸方向に位置決めされる。なお、回収部６はサド
ルＳに固定されており、Ｙ軸方向に固定されている。こ
のような構成のワイヤ放電加工機のワイヤ張力制御装置
においては、図１２にて概略を示すように、Ｙ軸送り時
には、ブレーキプーリ４Ａと回収ローラ６Ａの相対距離
が変化し、Ｙ軸駆動時の相対距離の時間変化（相対速
度）によって生じるワイヤのたるみや引っ張りによっ
て、張力変動が過渡的に生じる。この張力変動は、加工
時の筋付きや破断張力の小さい細いワイヤ電極を用いた
ときに速いＹ軸送りを与えた場合に断線を引き起こす要
因になることは前述したとおりである。このような問題
は、Ｙ軸送り時停止時に関わらず、回収モータの回転速
度を一定としているために生じており、本実施の形態で
は、Ｙ軸送り速度に合わせて回収モータ６Ｂの回転速度
を変化させるようにして、張力制御の追従遅れによる過
渡的なワイヤ電極のたるみや引っ張りの発生を防止する
ようにしている。すなわち、図９のリニアエンコーダ２
２の移動を図１０に示す回収モータの速度指令に加味す
ることでＹ軸送りによる過渡状態を補償している。

【００５５】図１３（ａ）、（ｂ）は、図９、図１０の
構成において張力制御を行ったときの定常走行状態にお
ける張力検出値の時間波形とＹ軸駆動速度検出値の時間
波形である。図１３（ａ）は図１、図２に示す張力制御
系を用いた場合、図１３（ｂ）は本実施の形態である図
９、図１０の張力制御系を用いた場合である。図１３
（ａ）では、Ｙ軸駆動速度の時間変化の大きいところで
張力変動が大きくなっている。図１３（ｂ）ではＹ軸送
りを与えた場合でも張力変動はほとんど変化していな
い。

【００５６】このように、機械移動速度を回収モータ速
度指令値から差し引いて、回収ローラ６ＡのＹ軸可動部
に対する接線方向の相対速度が一定になるように回収モ
ータ６Ｂの速度を変化させることによって、Ｙ軸送り時
の張力変動の過渡的変化を小さくできるので、Ｙ軸送り
時の張力変動に起因する加工時の筋付き、ワイヤ電極の
断線を防止できる。

【００５７】実施の形態５．実施の形態５におけるワイ
ヤ放電加工機と張力制御装置の全体構成の別の例を図１
４、図１５に示す。図１４、図１５において、図１、図
２と同一部分には同符号を付し、相違点を説明する。図
１４では、ワイヤ放電加工機の構成を示し、ここではＮ
Ｃ装置９から張力制御装置１２へ送られる信号としてワ
イヤ電極諸元データを追加している。このワイヤ電極諸
元データは、例えば使用するワイヤ電極１の線径及び種
類、加工の種類や目的等である。そしてこのワイヤ電極
諸元データに応じた張力がワイヤ電極１に付与されるよ
うになっている。

【００５８】図１５は、張力制御装置１２の詳細ブロッ
ク図の構成例である。図１５において、ブロック２４は
ＮＣ装置９からのワイヤ電極諸元データ（例えば線種や
線径）に基づいて、ＰＩ制御器１４へＰＩ制御ゲインを
出力する張力制御ゲイン決定処理部である。

【００５９】ＮＣ装置９からのワイヤ電極情報は、通
常、ＮＣ画面からの入力や外部設定スイッチ、プログラ
ムなどによってユーザからＮＣ装置へ与えるようにして
いる。また、その他の手段として、外部のセンサによっ
て測定されるワイヤの色、反射率、ワイヤの曲げ剛性、
ワイヤの形状などの情報からワイヤ電極の種別を識別す
るようにしてもよい。張力制御ゲイン決定処理部２４に
おけるＰＩ制御ゲインの出力は、予め記憶させておいた
関数あるいはデータベースによって決定し、出力するよ
うにしている。ＰＩ制御器１４は、張力制御ゲイン決定
処理部２４から出されたＰＩ制御ゲインを用いて張力制
御信号を演算し、出力するようにしている。このように
すれば、図２０の従来の装置にあるような、例えばノッ
チフィルタの遮断周波数を決定するためのＦＦＴ周波数
分析処理が不要となる。

【００６０】ＦＦＴ動作が不要になる利点は次のとおり
である。従来の張力制御装置のように、ノッチフィルタ
の周波数の決定をワイヤの固有振動数をＦＦＴなどの周
波数分析を用いて決定するような場合、工場の環境が悪
い場合には、電磁ノイズや電源の基本高調波などによる
誤動作を発生することは前述したとおりである。本実施
の形態では、ＮＣ装置９からの諸元データ（情報）に基
づいてＰＩ制御ゲインを変更するようにしているのでこ
のような誤動作は防止できる。また、従来の張力制御装
置では、ＦＦＴ周波数分析のためのデータを得るために
ワイヤ電極１を走行させる必要があり、例えばφ０．０
３ｍｍのワイヤ電極のような二百グラム程度の張力で破
断してしまうような電極では、周波数分析のためのデー
タを得るためにワイヤを走行させた時点で破断してしま
うことも前述したとおりである。本実施の形態では、制
御パラメータを決定するためのワイヤ電極の走行動作は
不要であるので、このような問題は生じない。

【００６１】なお、本実施の形態においては、張力制御
ゲイン決定処理部２４におけるＰＩ制御ゲインは、ワイ
ヤ線種、ワイヤ線径の変化に対して張力制御系の開ルー
プ伝達特性における交差周波数がワイヤ固有振動数の１
／５以下になるように決定しており、共振ピークが張力
フィードバック制御によって増大するのを防止してい
る。

【００６２】ワイヤ電極１の線径およびその線種によっ
て変化する固有振動数に応じて、制御ゲインの変更につ
いて説明する。図１４、図１５の張力制御装置１２にφ
０．２５ｍｍ、ＢＳ（黄銅）のワイヤ電極１を走行させ
たときの張力検出器１０の出力を測定した結果を図１６
に示す。図１６（ａ）は、ＰＩ制御器１４の制御ゲイン
を零にした状態で回収モータ６Ｂのみを速度制御し、ワ
イヤ電極１を走行させたときの張力検出器１０の出力波
形である。図示のようにブレーキモータ４Ｂの回転に同
期した張力変動１３１ｇが生じている。この張力変動は
ブレーキモータ４Ｂのモータ軸の偏芯によって生じる回
転速度変動によって生じているものと思われる。図１６
（ｂ）は、固有振動数３０Ｈｚ以上に対して図１７に示
すような制御帯域幅５Ｈｚの張力フィードバックループ
の周波数応答特性を持つようにＰＩ制御器１４の制御ゲ
インを設定した場合である。ここでは、図１６（ａ）に
対して、約１／２０に張力変動を低減できている。

【００６３】次に、φ０．０３ｍｍ、ＳＰ（高張力鋼）
のワイヤ電極１を走行させたときの、張力制御系の張力
指令値から張力検出器出力までの周波数伝達特性を測定
した結果を図１８に示す。φ０．０３ｍｍ、ＳＰのワイ
ヤ電極を用いた場合、共振周波数が１２Ｈｚ程度にある
が、張力フィードバックループの交差周波数を固有振動
数の１／５以下になるようにＰＩ制御ゲインをあらかじ
め設定することで、共振ピークは−２０ｄＢ以下に小さ
く抑えられる。逆に、張力フィードバックループの交差
周波数を固有振動数に接近させた場合には、１２Ｈｚの
共振ピークが大きくなり、張力変動が大きくなる。

【００６４】図１９はφ０．０３ｍｍ、ＳＰのワイヤ電
極に対して、ＰＩ制御器１４に図１６の場合と同じＰＩ
制御ゲインを与え、実際にワイヤ電極を走行させたとき
の張力検出値Ｔｗと回収モータ速度指令Ｖ^*の実測結果
である。図１６のφ０．２５ｍｍ、ＢＳのワイヤ電極の
ときよりも張力フィードバックループの制御帯域幅を小
さくしたにも拘らず、振動を生じることなくワイヤ電極
の張力をほぼ一定に制御できている。

【００６５】以上のように、φ０．０３ｍｍ、ＳＰのワ
イヤ電極を用いた場合の共振周波数１２Ｈｚの共振ピー
クを大きくしないように張力フィードバックループの制
御帯域幅を小さくした場合においても、図１６（ｂ）の
場合と同等以上に張力変動を低減できる理由は次のとお
りである。

【００６６】上述のように、ワイヤ張力変動は、ブレー
キモータ４Ｂの回転速度が変動することによってブレー
キプーリ４Ａと回収プーリ６Ａとの間のワイヤ送り量の
差Δθが発生することで生じる。このときのワイヤ張力
変動量ΔＴｗはワイヤ送り量の差Δθとワイヤ電極のば
ね定数ｋｗとの積で与えられる。ブレーキモータ４Ｂの
回転速度変動は、ブレーキモータ４Ｂの速度をフィード
バックしているので、ワイヤ電極の線径が変化しても速
度変動幅はあまり変わらない。また、ワイヤ電極のばね
定数ｋｗはワイヤ電極の線径の２乗に比例して小さくな
ることから、ワイヤ電極の線径が細くなるほどブレーキ
モータ４Ｂの回転速度変動の影響が張力変動に生じにく
くなる。張力制御系の張力変動の大きさは張力検出値の
フィードバック制御を用いているので、ＰＩ制御器１４
のゲインの大きさに反比例することから、ワイヤ電極の
線径を細くする影響の方が制御ゲインを小さくする影響
よりも大きい。

【００６７】例えば、図１７、１８に示すようなφ０．
０３ｍｍのワイヤ電極を走行させた場合において、ＰＩ
制御器１４のゲインをφ０．２５ｍｍのときの１／５に
小さくしても、ワイヤ電極のばね定数が約１／７０に小
さくなるので、φ０．０３ｍｍのワイヤ電極の走行時に
生じる張力変動量は図１６（ｂ）に示したよりも同等以
上に低減できる。

【００６８】以上のように、張力制御系の開ループ伝達
特性における交差周波数がワイヤ電極の固有振動数の１
／５以下に設定するように張力制御ゲインを与えること
によって、固有振動数と張力制御応答周波数の接近によ
るワイヤ走行系の固有振動数における共振ピークの増大
を防止できるので、ワイヤ電極の線径に関わらず張力変
動の小さいワイヤ電極の走行が実現できる。これによっ
て、信頼性の高いワイヤ張力制御装置が得られるという
効果がある。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、張力検出信号と張力検出信号、張力設定値および張
力制御開始信号に基づいて生成される張力指令信号とを
差動・増幅演算して得た張力制御信号にワイヤ速度指令
信号と速度検出信号とを増幅・差動演算して得た信号を
加算処理し、この結果をブレーキモータのサーボドライ
バへの電流指令として与え、張力指令信号を張力制御開
始時のワイヤ電極の初期値として、予め設定しておいた
張力制御開始からの時間幅および増加パターンで張力設
定値まで到達するようにしたことにより、張力指令信号
をワイヤ電極の張力制御開始時の張力から張力制御帯域
幅よりも遅い時定数で張力設定値に到達する張力指令値
とすることによって、張力制御起動時のワイヤ電極の張
力のオーバーシュートの発生を防止できる。制御開始時
の過剰な張力が生じないので、φ０．１ｍｍ以下の極細
線ワイヤ電極を用いた場合において特に顕著に張力制御
起動時の断線を防止できる。

【００７０】つぎの発明によれば、回収モータの回収動
作をブレーキ部でのブレーキモータの張力制御が張力設
定値に到達するまでに開始させるようにしたことによ
り、張力制御の起動と回収モータの起動とをほぼ同時に
開始することで、張力制御開始から加工開始までの時間
が短縮でき、全体の加工時間を短縮できる効果がある。

【００７１】つぎの発明によれば、張力指令信号を、張
力検出信号とＮＣ装置からの張力設定値とを張力制御開
始信号によって切り換える信号切り換え手段と、この信
号切り換え手段からの出力信号を波形処理するフィルタ
手段と、を用いて生成するようにしたことにより、ブレ
ーキ装置への張力指令信号を、張力制御応答時定数以下
の時定数を持つローパスフィルタによって生成すること
で、張力制御開始時のワイヤ電極の張力のオーバーシュ
ートの発生を防止できる。また、ハードウェア、ソフト
ウェアの両方で構成可能であり、例えば、ＮＣ装置から
張力制御装置への指令信号がアナログ回路で構成されて
いる場合、１個のアナログスイッチと１個の抵抗と１個
のコンデンサの追加のみというような簡単かつ低コスト
の構成で実現できる利点がある。

【００７２】つぎの発明によれば、張力制御開始信号に
基づいて張力制御開始時の張力検出信号である初期張力
とＮＣ装置からの張力設定値とを切り替える信号切り換
え手段を有し、この信号切り替え手段の出力信号から電
流指令値までの伝達関数が、張力検出信号からブレーキ
モータへの電流指令値までの伝達関数と張力フィードバ
ックループの交差周波数よりも低い遮断周波数を有する
波形処理用のフィルタの伝達関数との積になるように構
成したことにより、ブレーキ装置への張力指令信号を、
張力制御応答時定数以下の時定数を持つローパスフィル
タによって生成することで、張力制御開始時のワイヤ電
極の張力のオーバーシュートの発生を防止できる。ま
た、ハードウェア、ソフトウェアの両方で構成可能であ
り、例えば、ＮＣ装置から張力制御装置への指令信号が
アナログ回路で構成されている場合、１個のアナログス
イッチと１個の抵抗と１個のコンデンサの追加のみとい
うような簡単かつ低コストの構成で実現できる利点があ
る。

【００７３】つぎの発明によれば、被加工体とワイヤ電
極との間の相対位置の変化を検出し、この検出した情報
に基づいて回収モータへの速度指令を生成するようにし
たことにより、回収部とブレーキ部の相対距離が被加工
体及びワイヤ電極間の位置決めによって変化するような
ワイヤ放電加工機においては、位置決め時の回収部とブ
レーキ部の相対距離の急峻な変化があったとしても、回
収部の動きを上記相対距離の変化に応じて速度を変化さ
せることで、ワイヤ電極の引っ張りやたるみを低減でき
るので、断線、加工時の筋つきを防止できる利点があ
る。

【００７４】つぎの発明によれば、ＮＣ装置から与えら
れるワイヤ電極の諸元に基づいて、張力制御信号を生成
する張力制御ゲインを決定するようにしたことにより、
ユーザがＮＣ装置に与えたワイヤ電極の線径や材質など
の情報から張力制御ゲインを決定するようにしているの
で、常に適正な制御ゲインによる運転が可能であり、工
場内の電気ノイズによるＦＦＴの誤動作も無くなり、従
来より安定したワイヤ張力制御装置が構成できる利点が
ある。

【００７５】つぎの発明によれば、張力制御ゲインを、
張力制御系の開ループ伝達特性の交差周波数がワイヤ走
行系の固有振動数の１／５以下になるように与えたこと
により、張力制御系の開ループ伝達特性における交差周
波数がワイヤ電極の固有振動数の１／５以下に設定する
ように張力制御ゲインを与えているので、十分な位相余
裕とゲイン余裕が確保でき、従来の装置に比べて固有振
動数推定誤差による性能劣化がなく、固有振動数の数Ｈ
ｚの変動に対しても従来装置よりは性能劣化の程度を少
なくできる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１にかかるワイヤ放電
加工機を示す構成図である。

【図２】 図１に示した張力制御装置を示すブロック図
である。

【図３】 図２に示した指令値生成処理部での張力指令
信号のフローチャートである。

【図４】 張力検出特性図である。

【図５】 図２に示した指令値生成処理部での速度指令
値のフローチャートである。

【図６】 張力及びモータ速度の各特性図である。

【図７】 この発明の実施の形態２にかかる指令値生成
処理部を示す構成図である。

【図８】 この発明の実施の形態３にかかる張力制御装
置示す構成図である。

【図９】 この発明の実施の形態４にかかるワイヤ放電
加工機を示す構成図である。

【図１０】 図１０に示した張力制御装置を示すブロッ
ク図である。

【図１１】 Ｙ軸駆動を説明する構成図である。

【図１２】 Ｙ軸送り方向の説明図である。

【図１３】 Ｙ軸駆動に対する張力検出波形図である。

【図１４】 この発明の実施の形態５にかかるワイヤ放
電加工機を示す構成図である。

【図１５】 図１４に示した張力制御装置を示すブロッ
ク図である。

【図１６】 張力変動を表す波形図である。

【図１７】 ＰＩ制御器のゲイン及び位相特性図であ
る。

【図１８】 ＰＩ制御器のゲイン及び位相特性図であ
る。

【図１９】 張力及びモータ速度の各特性図である。

【図２０】 従来例にかかるワイヤ放電加工機を示す構
成図である。

【図２１】 従来例の張力制御装置を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

４ ブレーキ部、６ 回収部、９ ＮＣ装置、１０ 張
力検出器、１２ 張力制御装置、１３ 指令値生成処理
部、１４ ＰＩ制御器、１５、１６ 増幅器、１７、１
９ スイッチ、１８、２０、２１ フィルタ、２２ リ
ニアエンコーダ、２４ 張力ゲイン決定処理部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 久 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 種田 淳 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3C059 AA01 AB05 CB18 CF03 CH09 DA06 FB05

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブレーキ部のブレーキモータの速度検出
   信号とワイヤ電極から検出した張力検出信号、ＮＣ装置
   からの張力設定値及び張力制御開始信号とに基づいて生
   成されるブレーキ部のブレーキモータの電流指令により
   回収部の回収モータの速度指令に対して張力制御を行い
   つつブレーキ部と回収部間で張力を付与した状態で一対
   の位置決めガイド間にワイヤ電極を走行させるワイヤ放
   電加工機のワイヤ張力制御装置において、 張力検出信号と張力検出信号、張力設定値および張力制
   御開始信号に基づいて生成される張力指令信号とを差動
   ・増幅演算して得た張力制御信号にワイヤ速度指令信号
   と速度検出信号とを増幅・差動演算して得た信号を加算
   処理し、この結果をブレーキモータのサーボドライバへ
   の電流指令として与え、張力検出信号を張力制御開始時
   のワイヤ電極の初期値として、予め設定しておいた張力
   制御開始からの時間幅および増加パターンで張力設定値
   まで到達するようにしたことを特徴とするワイヤ張力制
   御装置。
2. 【請求項２】 回収モータの回収動作をブレーキ部での
   ブレーキモータの張力制御が張力設定値に到達するまで
   に開始させるようにしたことを特徴とする、請求項１に
   記載のワイヤ張力制御装置。
3. 【請求項３】 張力指令信号を、張力検出信号とＮＣ装
   置からの張力設定値とを張力制御開始信号によって切り
   換える信号切り換え手段と、この信号切り換え手段から
   の出力信号を波形処理するフィルタ手段と、を用いて生
   成するようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の
   ワイヤ張力制御装置。
4. 【請求項４】 張力制御開始信号に基づいて張力制御開
   始時の張力検出信号である初期張力とＮＣ装置からの張
   力設定値とを切り替える信号切り換え手段を有し、この
   信号切り替え手段の出力信号から電流指令値までの伝達
   関数が、張力検出信号からブレーキモータへの電流指令
   値までの伝達関数と張力フィードバックループの交差周
   波数よりも低い遮断周波数を有する波形処理用のフィル
   タの伝達関数との積になるように構成したことを特徴と
   する、請求項１に記載のワイヤ張力制御装置。
5. 【請求項５】 被加工体とワイヤ電極との間の相対位置
   の変化を検出し、この検出した情報に基づいて回収モー
   タへの速度指令を生成するようにしたことを特徴とす
   る、請求項１に記載のワイヤ張力制御装置。
6. 【請求項６】 ＮＣ装置から与えられるワイヤ電極の諸
   元に基づいて、張力制御信号を生成する張力制御ゲイン
   を決定するようにしたことを特徴とする、請求項１に記
   載のワイヤ張力制御装置。
7. 【請求項７】 張力制御ゲインを、張力制御系の開ルー
   プ伝達特性の交差周波数がワイヤ走行系の固有振動数の
   １／５以下になるように与えたことを特徴とする、請求
   項６に記載のワイヤ張力制御装置。