JP2571711B2 - ワイヤ放電加工機のワイヤ供給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ワイヤ放電加工機の電極であるワイヤの張
力変動を軽減させてワイヤの安定な走行を得ることので
きるワイヤ供給装置に関するものである。

［従来の技術］ 第４図は例えば特開昭61-121831号公報に示されてい
る従来のこの種装置の第１の例を示す構成図である。

図において、１は電極となるワイヤ２を繰り出し供給
するボビン、３はボビン１にプレ張力Tpを与えるための
ヒステリシスモータ、４はヒステリシスモータ３に所要
の電流を供給するための駆動回路、５はボビン１から引
き出されたワイヤ２にメイン張力Tmをを与えるためのブ
レーキプーリ、６はブレーキプーリ５に直結されたブレ
ーキ、７はブレーキ６に所要の電流を供給するための駆
動回路であって、メイン張力設定部7aと、電力増幅器7b
と、電力フィードバック回路7cとで構成される。

しかして、８はワイヤ送給経路中に複数箇所設置され
たガイドプーリであり、ワイヤの走行方向を変え、或い
はワイヤを安定して走行させる機能を有する。９はブレ
ーキプーリ５よりもワイヤ送給経路の下流側に位置する
ガイドプーリ8a,8b間に配置された被加工物であり、ワ
イヤ２はガイドプーリ8a,8b部を通過する間に、被加工
物９との間でパルス状の放電を発生させ、放電エネルギ
により被加工物９を加工する。10はワイヤ２を挟み込ん
でこれに所要の走行速度Ｖを与えるための回収ローラ、
11は回収ローラ10を駆動するためのサーボモータ、12は
サーボモータ11の回転速度を検出するための速度検出
器、13はサーボモータ11の駆動回路であって、ワイヤ走
行速度設定部13aと、電力増幅器13bと、速度検出器12の
信号を受けた速度フィードバック回路13cとで構成され
ている。したがって、回収ローラ10は駆動回路13によっ
て、設定された速度を維持するように制御される。

ところで、ワイヤ放電加工機においては、被加工物９
を高精度に加工するため、加工条件に応じて使用するワ
イヤの径、ワイヤ走行速度、被加工物位置におけるワイ
ヤ張力を変える必要があり、ワイヤ供給装置は、その回
収ローラ側駆動回路13のワイヤ走行速度設定部13aやブ
レーキプーリ側駆動回路４のメイン張力設定部7aの設定
値が上述の加工条件に応じて決定されるようになってい
る。

この第１従来例のワイヤ放電加工機のワイヤ供給装置
において、ワイヤ２はボビン１から供給されるが、ワイ
ヤ２にはボビン１の回転を安定化するためにヒステリシ
スモータ３でプレ張力Tpが与えられ、さらにブレーキ６
と直結されたブレーキプーリ５でメイン張力Tmが加えら
れ、そして速度制御された回収ローラ10で一定の走行速
度Ｖで回収される。ここで、ボビン１、ブレーキプーリ
５、及び被加工物９よりもワイヤ送給経路上流側にある
ガイドプーリ8,8aの摩擦力をTfとすると、被加工物９の
位置におけるワイヤの静的張力はTp＋Tm＋Tfとなる。

しかしながら、上記第１従来例のワイヤ放電加工機の
ワイヤ供給装置は、以上のように慣性を有するボビン
１、ブレーキプーリ５、ガイドプーリ8,8a,8b、及び回
収ローラ10が、弾性体である一条のワイヤ２で結ばれて
いるために振動系を構成し、この振動系はボビン１部で
のワイヤ２の跳ね、ヒステリシスモータ３やブレーキ６
の発生力（制動力）の変動、プーリの偏心等による外乱
などとの共振によって大きな張力変動を発生させていた
が、このような張力変動を検知して制御する手段が設け
られておらず、上述の張力変動によって加工精度が低下
したり、ワイヤ２が切れるなどの問題があった。

そこで、ワイヤ送給系の固有振動数と外乱との共振な
どで発生する張力変動を検知して制御することにより、
張力変動を軽減させるようにしたものが提案されてい
る。これを第５図乃至第８図により説明する。第５図は
従来のワイヤ放電加工機のワイヤ供給装置の第２の例を
示す全体構成図であり、上述の第１従来例と同一部分に
は同一符号を付しその説明は省略する。

図において、14はブレーキプーリ５を駆動するための
ブレーキ６に取り付けた速度検出器、15はこの速度検出
器14の信号Vb及び回収ローラ10側の速度検出器12の信号
Vaを受けて張力変動の制御信号を生成する張力変動制御
回路であり、この張力変動制御回路15で生成された制御
信号は、ブレーキ６の駆動回路７へと送られる。

第６図は第５図における張力変動制御回路15の詳細を
示す構成図で、図中、15aはブレーキプーリ５の直径を
考えてワイヤ２の走行速度へ変換するための増幅回路、
15bは回収ローラ10の直径を考えてワイヤ２の走行速度
へ変換するための増幅回路、15cはブレーキプーリ５と
回収ローラ10の速度差Vb−Vaを得るための差動回路、15
dは速度差Vb−Vaの信号をｇ倍して適正なゲインを得る
ための増幅回路である。なお、各速度検出器14,12から
送られてくる速度信号は差動回路15cにて直流成分がカ
ットされるようになっている。

この第２従来例のワイヤ放電加工機のワイヤ供給装置
において、今、被加工物９の位置におけるワイヤ２で張
力変動が生じると、この張力変動はワイヤ２を介してブ
レーキプーリ５及び回収ローラ10へと伝わって外乱とな
り、ブレーキプーリ５及び回収ローラ10は速度変動を生
じる。これらの速度変動は速度検出器14及び12で検出さ
れる。張力変動制御回路15は直ちに速度差信号をｇ倍し
た張力変動制御信号ｇ（Vb−Va）を生成し、ブレーキ６
の駆動回路７へ出力する。駆動回路７では、張力変動制
御回路15からの信号をメイン張力設定部7aの信号に加算
し、これを電力増幅器7bを介してブレーキ６へ出力す
る。この時、ブレーキ６が発生する制御力Tm′（ｔ）は
次のようになる。

Tm′（ｔ）＝Tm＋ｇ（Vb−Va） …（１） ここで、Tmはメイン張力設定部7aの信号に対する力で
あるが、外乱のためにｇ（Vb−Va）だけ変化したことに
なる。

式（１）において、Vb−Va＞０すなわちワイヤ送給系
の上流側の方が下流側よりも遠くなるような速度差が生
じたとすると、Tm′（ｔ）は設定張力Tmよりも大きくな
る。つまり、反走行方向の力がワイヤ２に加えられるこ
とになり、その結果、ブレーキプーリ５の速度が低下し
て速度差Vb−Vaが抑制される。

被加工物９の位置におけるワイヤ２の張力変動は、ブ
レーキプーリ５と回収ローラ10間の１ワイヤ２の伸びの
変動であり、式（１）で制御することは、制御によって
ワイヤ２に減衰を付加したことに相当することは明らか
である。

第７図（ａ），（ｂ）は被加工物９の位置に張力セン
サを取付け、制御しないときの張力変動と制御したとき
の張力変動の実験結果を比較して示す図、第８図はワイ
ヤ２の走行速度を変えて、制御しないときの張力変動と
制御したときの張力変動の大きさをまとめた図である。
これらの図からも明らかなように、ワイヤ送給系は慣性
を有するプーリやローラが弾性体である一条のワイヤで
結ばれているために振動系を構成し、ワイヤの走行速度
でその周波数が変化する外乱との共振で大きな張力変動
を発生するが、この第２従来例装置のように制御を行う
ことで張力変動が大幅に軽減されることが分かる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述の第２従来例の装置において、ブ
レーキプーリ５、ブレーキ６、速度検出器14はそれぞれ
直結され、また回収ローラ10、サーボモータ11、速度検
出器12も直結されていて、これらは各々振動系を構成し
ているため、高周波数領域においては、ブレーキプーリ
５と速度検出器14の動きは等しくならず、これは回収ロ
ーラ10と速度検出器12についても同様で、このような状
況が発生すると式（１）に基づく制御は、張力変動を増
大させる虞れがあった。

また、式（１）に基づく制御は、速度差信号のみから
張力変動制御信号を生成しているため、低周波数領域に
おける張力変動で生じる速度差が小さく、低周波数の外
乱に対する効果も小さくなってしまうという難点があっ
た。

本発明は以上の点に鑑み、高周波数および低周波数の
いずれの領域においても張力変動を効果的に抑制するこ
とのできるワイヤ放電加工機のワイヤ供給装置を得るこ
とを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係るワイヤ放電加工機のワイヤ供給装置は、
電極となるワイヤを繰り出し供給するボビンと、繰り出
されたワイヤを所要の速度で走行させる速度制御された
回収ローラと、ボビンから回収ローラに至るワイヤ送給
経路内の被加工物位置よりも上流側に配置されかつボビ
ンから繰り出されたワイヤを巻き取りこれに所要の張力
を与えるブレーキプーリと、ワイヤの走行の安定化およ
び走行方向の変換のためにワイヤ送給経路内の複数箇所
に設置したガイドプーリと、ボビンおよび各プーリ中の
いずれか１に設置された回転速度検出器と、この回転速
度検出器の検出値と回収ローラの実際の速度または予め
設定された速度との速度差から張力変動制御信号を生成
し、ブレーキプーリの駆動回路へ出力して制御力を発生
させる張力変動制御回路とを備え、この張力変動制御回
路を、回転速度検出器の検出値と回収ローラの実際の速
度または予め設定された速度との速度差を算出して出力
する差動回路と、この差動回路から速度差信号を入力し
て、高周波数領域における回転速度検出器とこの検出器
によって回転速度が検出されるボビンまたはプーリとの
間に発生する位相ズレを補正する回路と、差動回路から
速度差信号を入力して、この速度差信号を拡大する積分
回路と、積分回路にて拡大された速度差信号を適正な割
合の信号に変換する位相補償回路と、位相補償回にて適
正な割合に変換された速度差信号と位相ズレ補正回路に
て位相ズレが補正された速度差信号とを加算して張力変
動制御信号とし、ブレーキプーリの駆動回路へ出力する
加算回路とから構成したものである。

［作用］ 本発明においては、差動回路が算出した回転速度検出
器の検出値と回収ローラの実際の速度または予め設定さ
れた速度との速度差を、位相ズレ補正回路により補正す
ることによって、高周波数領域における回転速度検出器
とこの検出器によって回転速度が検出されるボビンまた
はプーリとの間に発生する位相ズレを補正するようにし
ているので、高周波数領域の張力変動の増大が防止され
る。

また、差動回路が算出した回転速度検出器の検出値と
回収ローラの実際の速度または予め設定された速度との
速度差を、積分回路にて拡大し、拡大された速度差を位
相補償回路にて適正な割合の信号に変換し、この適正な
割合に変換された速度差信号と位相ズレ補正回路にて位
相ズレが補正された速度差信号とを加算することにより
張力変動制御信号を得るようにしているので、低周波数
領域においても張力変動を効果的に制御することができ
る。

［実施例］ 以下、図示実施例により本発明を説明する。第１図は
本発明の一実施例に係るワイヤ放電加工機のワイヤ供給
装置の要部である張力変動制御回路の詳細を示す構成図
であり、図中、上述の第２従来例と同一部分には同一符
号を付しその説明は省略する。

図において、15a〜15dは上述の第２従来例の第６図と
同等であるが、本実施例のものは、増幅回路15dからの
信号ｇ（Vb−Va）をローパスフィルタ回路あるいは位相
補償回路からなる位相ズレ補正回路15eへ送り、高周波
数領域の張力変動の増大を防止するとともに、差動回路
15cから増幅回路15dへ出力される速度差信号Vb−Vaを分
けて積分回路15fへも送り、積分回路15fにてこの速度差
信号を拡大するようにしている。そして、この拡大され
た速度差信号は、ゲインを調節するための増幅回路15g
及び位相補償回路15hにて上記速度差信号Vb−Vaに対し
適正な割合の信号へと変換され、さらに加算回路15iに
て、位相ズレ補正回路15eからの信号と加算されて出力
されるようになっていて、これにより低周波数領域の張
力変動をより効果的に制御する信号が得られるようにな
っている。それ以外のワイヤ放電加工機などの構成は上
述の第２従来例と同様である。

このように、本実施例においては、増幅回路15dから
の信号ｇ（Vb−Va）を位相ズレ補正回路15eへ送って、
高周波数領域の張力変動の増大を防止するとともに、差
動回路15cから増幅回路15dへ出力される速度差信号Vb−
Vaを積分回路15fへも送って、積分回路15fにてこの速度
差信号を拡大してからゲインを調節するための増幅回路
15g及び位相補償回路15hにて上記速度差信号Vb−Vaに対
し適正な割合の信号へと変換するようにしているので、
高周波数および低周波数のいずれの領域においても張力
変動を効果的に抑制することができる。

第２図は本発明の他の実施例に係るワイヤ放電加工機
のワイヤ供給装置を示す全体構成図、第３図はその張力
変動制御回路の詳細を示す構成図であり、図中、上述の
第２実施例と同一部分には同一符号を付しその説明は省
略する。

この実施例のものは、張力変動制御回路15への入力信
号がブレーキ６に取り付けられた速度検出器14からの信
号Vbのみで構成されている。張力変動制御回路15への入
力信号を信号Vbのみで構成した理由は、回収ローラ10を
駆動するためのサーボモータ11には、速度検出器12の信
号がフィードバックされ、外乱が加わっても速度の変動
が非常に小さく抑えられるため、被加工物９の位置にお
けるワイヤ２の張力変動の大半は、ブレーキプーリ５の
回転変動で発生しており、このブレーキプーリ５側の回
転変動を抑制すると張力変動が軽減できるからである。

しかし、ブレーキ６に取り付けられた速度検出器14の
信号にはワイヤ２が一定速度で走行するために発生する
直流状の信号が含まれており、これが外乱となってい
る。したがって、ここではこのような直流状の信号をハ
イパスフィルタ回路15jを用いてカットし、この信号を
増幅回路15aで増幅して適正なゲインを得、さらに位相
ズレ補正回路15eで高周波数の信号をカットしている。

この実施例においては、 ワイヤ２が一定速度で走行する際に発生する直流状の信
号をハイパスフィルタ回路15jによってカットするとと
もに、位相ズレ補正回路15eによって高周波数の信号を
カットしているため、直流状の信号による外乱の影響を
防止できるととも、高周波数および低周波数のいずれの
領域においても張力変動を効果的に抑制することがで
き、さらに張力変動制御回路15を安価に構成することが
できるという利点がある。

なお、上述の各実施例ではいずれもブレーキプーリ５
の速度検出に速度検出器14を用いたものを示したが、こ
れをエンコーダなどの回転角度検出器に替え、この回転
角度検出器の信号から速度信号えの変換をＦ−Ｖ変換器
で行うようにしても良い。

また、上述した各実施例ではいずれもブレーキプーリ
よりも下流側、特に被加工物位置におけるワイヤの張力
変動の制御について述べたが、ボビンに速度検出器を取
り付けて本発明を適用すれば、ボビンとブレーキプーリ
の間はもとよりボビンから回収ローラに至るワイヤ送給
系内全域の等速度化が図れ、この結果、ワイヤ送給系内
全域の張力変動の制御が可能になることは言うまでもな
い。

なおまた、ワイヤを支えるガイドプーリに速度検出器
を取り付けて本発明を適用することもでき、このような
場合でも被加工物位置あるいはボビンとブレーキプーリ
間の張力変動が抑制できる。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、張力変動制御回
路を、回転速度検出器の検出値と回収ローラの実際の速
度または予め設定された速度との速度差を算出して出力
する差動回路と、この差動回路から速度差信号を入力し
て、高周波数領域における回転速度検出器とこの検出器
によって回転速度が検出されるボビンまたはプーリとの
間に発生する位相ズレを補正する回路と、差動回路から
速度差信号を入力して、この速度差信号を拡大する積分
回路と、積分回路にて拡大された速度差信号を適正な割
合の信号に変換する位相補償回路と、位相補償回にて適
正な割合に変換された速度差信号と位相ズレ補正回路に
て位相ズレが補正された速度差信号とを加算して張力変
動制御信号とし、ブレーキプーリの駆動回路へ出力する
加算回路とから構成したので、高周波数領域の張力変動
の増大を防止できるばかりでなく、高周波数および低周
波数のいずれの領域においても張力変動を効果的に抑制
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るワイヤ放電加工機のワ
イヤ供給装置の要部である張力変動制御回路の詳細を示
す構成図、第２図は本発明の他の実施例に係るワイヤ放
電加工機のワイヤ供給装置を示す全体構成図、第３図は
第２図における張力変動制御回路の詳細を示す構成図、
第４図は従来装置の第１の例を示す全体構成図、第５図
は従来装置の第２の例を示す全体構成図、第６図は第５
図における張力変動制御回路の詳細を示す構成図、第７
図は（ａ），（ｂ）は制御しないときの張力変動と制御
したときの張力変動の実験結果を比較して示す図、第８
図は制御しないときの張力変動と制御したときの張力変
動の大きさをワイヤの走行速度を変えて示す図である。 1:ボビン、2:ワイヤ、5:ブレーキプーリ、7:ブレーキプ
ーリの駆動回路、8,8a,8b:ガイドプーリ、9:被加工物、
10:回収ローラ、12,14:速度検出器（回転速度検出
器）、13:回収ローラの駆動回路、15:張力変動制御回
路、15c:差動回路、15e:位相ズレ補正回路、15f:積分回
路、15h:位相補償回路、15i:加算回路。 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

フロントページの続き (72)発明者 森下 宏昭 愛知県名古屋市東区矢田南５丁目１番14 号 三菱電機株式会社名古屋製作所内 (72)発明者 伊藤 彰康 愛知県名古屋市東区矢田南５丁目１番14 号 三菱電機株式会社名古屋製作所内 (56)参考文献 特開 昭54−159797（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電極となるワイヤを繰り出し供給するボビ
   ンと、 繰り出されたワイヤを所要の速度で走行させる速度制御
   された回収ローラと、 上記ボビンから回収ローラに至るワイヤ送給経路内の被
   加工物位置よりも上流側に配置されかつボビンから繰り
   出されたワイヤを巻き取りこれに所要の張力を与えるブ
   レーキプーリと、 ワイヤの走行の安定化および走行方向の変換のために上
   記ワイヤ送給経路内の複数箇所に設置したガイドプーリ
   と、 上記ボビンおよび各プーリ中のいずれか１に設置された
   回転速度検出器と、 この回転速度検出器の検出値と回収ローラの実際の速度
   または予め設定された速度との速度差から張力変動制御
   信号を生成し、ブレーキプーリの駆動回路へ出力して制
   御力を発生させる張力変動制御回路とを備え、 この張力変動制御回路を、 上記回転速度検出器の検出値と回収ローラの実際の速度
   または予め設定された速度との速度差を算出して出力す
   る差動回路と、 この差動回路から速度差信号を入力して、高周波数領域
   における上記回転速度検出器と該検出器によって回転速
   度が検出される上記ボビンまたはプーリとの間に発生す
   る位相ズレを補正する回路と、 上記差動回路から速度差信号を入力して、該速度差信号
   を拡大する積分回路と、 この積分回路にて拡大された速度差信号を適正な割合の
   信号に変換する位相補償回路と、 この位相補償回路にて適正な割合に変換された速度差信
   号と上記位相ズレ補正回路にて位相ズレが補正された速
   度差信号とを加算して張力変動制御信号とし、ブレーキ
   プーリの駆動回路へ出力する加算回路とから構成したこ
   とを特徴とするワイヤ放電加工機のワイヤ供給装置。