JP3889175B2 - ワイヤ電極の張力制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤカット放電加工機に設けるワイヤ電極の張力制御装置に関するものであり、特に、線径の如何にかかわらずワイヤ電極に必要な張力を正確に付与することができる装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤカット放電加工機は、被加工物を挟んで備えられた２つのワイヤガイドユニットの間にワイヤ電極を張架し、これをワイヤボビンから供給して走行させるとともにこれと被加工物との間に相対的な移動を与え、ワイヤ電極と被加工物とを適当な間隔を開けて対峙させて水等の加工液を介在させて放電加工パルス電流を加え、ワイヤ電極と被加工物との間に放電を発生させて被加工物を切断するものであり、加工後のワイヤ電極は引出し装置によってスタッカに排出される。ワイヤ電極の走行速度は引出し装置のローラを回転するモータによって制御されており、ワイヤ電極の張力は上側のワイヤガイドユニットにより更に上流側に配置した張力制御装置によって付与される。
【０００３】
ワイヤカット放電加工機は、線径が０．０２〜０．３５ｍｍ程度の金属線を工具電極とするものであるが、近年、加工形状の微細化に伴い、細線（直径φ０．０３ｍｍ、φ０．０５ｍｍ等）のワイヤ電極を使用することも多くなっている。従来の張力制御装置は、φ０．２ｍｍのワイヤ電極を使用するとき１２００ｇ程度に、φ０．０３ｍｍのワイヤ電極使用時に５０ｇ程度に張力を調整している。加工形状精度や面質の向上のために、また、特に細線使用時は断線防止のために正確で安定した張力を付与する必要がある。このような要望に応えて太いワイヤ電極から細線ワイヤ電極までに必要な張力を正確に付与することができるワイヤ電極の張力制御装置が提唱されている（例えば、特公平８−３３６号公報、特許２６８６７８３号公報、特許第２６６１８４０号公報参照）。
【０００４】
特公平８−３３６号の装置は、図１０に示すように、小トルク電磁ブレーキ１に連結されたピンチローラ４６と大トルク電磁ブレーキ３に連結されたブレーキローラ４７とを互いに当接させた状態で、機枠パネル５にそれぞれ軸着し、ワイヤ電極６を両方のローラ４６、４７にＳ字状に巻回したものである。ワイヤ電極６が太線である場合は、大トルク電磁ブレーキ３のクラッチ７を連結してブレーキローラ４７で大トルクを作用させ、ワイヤ電極６が細線である場合には、大トルク電磁ブレーキ３のクラッチ７を切り離して、小トルク電磁ブレーキ１に連結されたピンチローラ４６で小トルクのみを作用させるというものである。
【０００５】
特許２６８６７８３号の装置は、図１１に示すように、ブレーキローラ４７の回転軸を機枠パネル５に軸支し、機枠パネルの裏側に突出したブレーキローラの回転軸に切換手段８を介して大ブレーキ３と小ブレーキ１の接続を切換える。ワイヤ電極６が太線であるときは、大ブレーキ３の切換手段８を連結して大ブレーキ３を作用させ、ワイヤ電極６が細線であるときは、大ブレーキ３の切換手段を切り離して小ブレーキ１を作用させるものである。特許第２６６１８４０号公報に掲載されたものも同様なものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のものは、いずれも小ブレーキと大ブレーキとを備え、クラッチ等の切換手段を操作してワイヤ電極に必要な張力を正確に付与するものであるが、２つのブレーキ装置が必要である。
【０００７】
本発明は、細線のワイヤ電極から太線のワイヤ電極まで広い範囲にわたって、１つの制御手段によって必要な張力を正確に付与できる張力制御装置を提供するものである。また、張力制御装置を接離可能に設けて、張力制御装置が離隔したときにワイヤ電極に機械的に微小張力を付与できる張力付与ユニットを備える張力制御装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、ワイヤカット放電加工機に設けるワイヤ電極の張力制御装置において、ワイヤ電極６が巻回される回転自在なテンションローラ２と、このテンションローラの外周面に直接押圧されるドライブローラ４とを備えており、当該ドライブローラ４は、テンションローラ２より小径で、その外周面にワイヤ電極６との干渉を避けるための円周溝１３、２８を備え、トルク制御される制動手段１１に連結されていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載のワイヤ電極の張力制御装置において、ドライブローラ４がテンションローラに対して接離可能に設けられており、ワイヤボビン３５とテンションローラ２との間に張架されたワイヤ電極６に所定重量の錘を懸垂したバランシングローラ３９が懸吊されていることを特徴とするものである。
【００１０】
【作用】
請求項１記載のワイヤ電極の張力制御装置は、ワイヤ電極６が巻回される回転自在な大径のテンションローラ２の外周面にテンションローラより小径のドライブローラ４を押圧し、このドライブローラ４を制動手段１１でトルク制御するものであるから、制動手段１１は、小さな出力トルクのモータで済み、かつトルク調整も容易であるから、細線のワイヤ電極から太線のワイヤ電極まで広い範囲にわたって、１つの制御手段によって必要な張力を正確に付与できる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、上記請求項１の構成に加えて、ドライブローラ４をテンションローラに接離可能に設けると共にワイヤ電極６に所定重量の錘を懸垂したバランシングローラ３９を懸吊したので、ドライブローラ４を離隔させてワイヤ電極に機械的な微小張力を付与できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の張力制御装置の実施形態を示したもので、ワイヤ電極６を巻回する回転自在な大径のテンションローラ２と、このテンションローラ２の外周面に押圧された小径のドライブローラ４とを機枠のパネル５に設けたものであり、ドライブローラ４の回転軸はサーボモータ１１の出力軸に連結されている。ワイヤ電極を巻き付けるテンションローラの外周面に摩擦抵抗の大きな材料を貼りつけて、テンションローラとワイヤ電極及びドライブローラとの間でスリップが発生しないようにする。ドライブローラ４には、ワイヤ電極に干渉しない溝１３がを形成されている。上記構成において、ワイヤ電極６の張力は、テンションローラ２が回転するときの回転抵抗を与えることにより、即ちこれに当接するドライブローラ４の制動トルクを制御することによって制御することができる。テンションローラに所望のトルクを作用させたとき、ドライブローラ４がテンションローラ２より小径であるから、ドライブローラ４のトルクの方がテンションローラ２のそれより直径の比率分だけ小さくて済む。したがって、小径のドライブローラを制動するサーボモータ１１は、大径のテンションローラ２を直接制動する場合に比べて小さなトルクで回転を制動することができる。このように、ワイヤ電極６の張力を制動トルクの小さいサーボモータ１１によって制御することができるので、小さい容量のモータを採用することができる。しかも、小トルク用の制御手段によって小さいトルク領域でのトルク制御を行うのでその制御をより正確に行うことができる。
【００１３】
さらに、テンションローラ２を直接制御する場合と比べて、ドライブローラを制御する方が、ワイヤ電極の張力調整すなわち、テンションローラの制動トルクを制御しやすい。ワイヤ電極の張力とテンションローラ自身によるテンションローラ２の慣性モーメント、すなわち、これに相当するＧＤ^２がドライブローラ４の出力軸に換算すると、上記ローラの直径比による減速比率の２乗の値を積算したものになり、ドライブローラ４の出力軸に換算したＧＤ^２がはるかに小さくなって、加減速が容易になり、その結果微少なトルク変動の調整の応答性が良くなるからである。テンションローラ本体をアルミニュームやセラッミックスとして、それ自体の慣性モーメントを小さくすることが最も好ましい。
【００１４】
図２は、前述本発明の実施形態に対する参考例の実施の形態を示すもので、ワイヤ電極６を巻回する大径のテンションローラ２を機枠のパネル５の表側に回転自在に軸支し、機枠のパネル５の裏側にテンションローラ２の回転軸を突出させ、この突出端にテンションローラと略同径の中間ローラ１２を固着し、テンションローラより小径のドライブローラ４を中間ローラ１２の外周面に押圧したものであり、ドライブローラ４の回転軸にサーボモータ１１の出力軸を連結したものである。この参考例の本実施形態では、機枠のパネル５の表面であるテンションローラ側でドライブローラ４を当接させる必要がないので、表側が簡素になる。また、中間ローラとドライブローラとが機枠のパネル５の裏側に位置することとなるので、これらの直径比を選定する自由度が増す。さらに、中間ローラとドライブローラとの間にワイヤ電極が存在しないので、ドライブローラに溝を形成する必要がない。しかし、この方式は、前記中間ローラ１２等が余計に必要になるだけでなく、その設置及び作動上の問題が少なくないのである。
【００１５】
【実施例】
図３ないし図７は前述本発明の実施形態の具体例を示したものである。ワイヤカット放電加工機におけるワイヤ電極６は、トルクモータ５１に連結されたワイヤボビン３５から方向変換ローラ５２を経てテンションローラ２とこれにばねによって付勢された大径のピンチローラ１９に巻回され、テンションローラ２にさらに巻回される。このとき、テンションローラ２とこれに接離可能に設けられたドライブローラ４との間、テンションローラ２とこれにばねによって付勢された小径のピンチローラ１８との間を順に通ってワイヤ電極がテンションローラに対してスリップしないようになっている。その後、ワイヤ電極は、テンション検出ローラ５３を経て、上アームのワイヤガイド５４、被加工物５５、下アームのワイヤガイド５６を通り、方向変換ローラ５２を経て引出しローラ５８とこれにばねによって付勢された小径のピンチローラ１８により挟持され、引出しローラ５８のモータ５７によって引き出し速度が制御されてストッカ５９に排出される。テンション検出ローラは、図示省略した片持梁に軸支されており、梁のたわみ量を歪みゲージで検出することにより、ワイヤ電極のテンションを検出する。サーボモータ１１にローラで検出されたテンションがフィードバックされてサーボモータの制動トルクが所望のトルクに制御される。トルクモータ５１は、ワイヤボビンとテンションローラとの間のワイヤ電極の張力、すなわちバックテンションを調整する。
【００１６】
本発明の張力制御装置の詳細は、図４ないし図７に示されており、ワイヤ電極６が巻回された大径のテンションローラ２と、該テンションローラの外周面上側にコイルばね１４によって押しつけられた小径のドライブローラ４を備えている（図４参照）。
【００１７】
テンションローラ２は機枠パネル５に突設された軸１５にベアリングを介して回転自在に支承されており、その外周にはウレタンゴム１７が貼着されてワイヤ電極６がその上面でスリップしないようになっている（図６参照）。また、図３に示したように、テンションローラ２の外周面の左右両側にワイヤ電極がスリップしないように、大小のピンチローラ１８、１９が押圧されている。テンションローラ及びピンチローラは、ワイヤ電極がＳ字状に巻回されるので大径になっている（図７参照）。
【００１８】
ドライブローラの制動トルクを制御するサーボモータ１１は、図５に示すように、機枠のパネル５の裏面に突設されたピン２１で回動自在に支持された揺動レバー２２の先端にホルダ２３を介して装着されており、ホルダ２３の先端は機枠パネル５の長孔２４を通ってパネルの表面に臨出している。ドライブローラ４はホルダに内蔵されたベアリング２５で軸支されたローラ軸２６の先端に固着されており、ドライブローラとサーボモータの出力軸とがカップリング２９によって接続されている。ドライブローラの外周面にはテンションローラ２に巻回されたワイヤ電極６との干渉を避けるために円周溝２８が形成されており、ドライブローラとテンションローラとが直接当接するようにしてスリップを防止している。ドライブローラ４を例えばステンレス製の円柱ローラで作製したときは、ドライブローラとテンションローラとが当接部で相互にスリップしないように、ウレタンゴム２７等を貼着して摩擦力を高めるのがよい。また、テンションローラの外周面にウレタンゴムを貼付してもよい。
【００１９】
機枠のパネル５の裏面にはブラケット３２が固定されており、このブラケットに先端を揺動レバー２２に向けて押ボルト３１が螺合されている。揺動レバー２２の先端がブラケット３２にコイルバネ１４で張力を付与された状態で当接している。保守点検をする場合等に、必要に応じて押しボルト３１を進出させるとその先端が揺動レバー２２を押してドライブローラ４をテンションローラ２から離隔させることができる。ドライブローラ４をテンションローラ２に自動的に接離する手段として、図９に示す流体圧シリンダ４５を採用することもできる。
【００２０】
なお、上記構成において、ドライブローラ４がテンションローラ２より小径であるから、当然上記モータ１１の回転数が高くなるが、元々モータにとって非常に低い回転数（３０ｒｐｍ程度）でテンションローラが回転しているので、例えば、テンションローラとドライブローラとの直径比を５：１としても、１５０ｒｐｍ程度である。したがって、モータにとっては低回転であることに変わりはなく、高回転数になることはない。この程度の回転数であれば、ＡＣモータでトルク制御する場合には、回転数が高い方がむしろ制御に好都合となるものである。
【００２１】
図８は、前述参考例の具体例を示したものである。テンションローラ２の軸１５は、同様に本機パネルに回転自在に軸支され、この軸の一端が本機のパネル５の背面に突出し、突出端にテンションローラ２とほぼ同径の中間ローラ３３が固定されている。本機パネルの背面にはさらに支持ブロック３４が立設されており、この支持ブロック３４に設けたピン２１に揺動レバー２２の基端が軸支されている。揺動レバー２２の先端にドライブローラ４とサーボモータ１１とが図５に示したと同様な構造で装着されている。揺動レバーを操作することにより、ドライブローラ４が中間ローラ３３に接離可能であることも同様である。
【００２２】
図９は請求項２記載の発明の実施例であり、特に細線ワイヤ電極を使用する場合において、ワイヤ電極に機械的に微小な張力を確実に付与するための張力付与ユニットを付設したものである。図９の実施例では、張力の切換をより容易にできるように、図４に示した押しボルトに変えて液圧シリンダを取付け、この流体圧シリンダ４５によってドライブローラ４がテンションローラ２に接離される構造としている。
【００２３】
ワイヤボビン３５とテンションローラ２との間のワイヤ経路に２個の支持ローラ３６、３７が設けられ、上流側の支持ローラ３７には送りモータ３８が連結され、支持ローラ３７の外周面に押圧されたピンチローラがワイヤのスリップを防止している。バランシングローラ３９は、支持ローラ３６、３７からＵ字形に垂下したワイヤ電極に懸吊され、指針を兼用する揺動レバーによって上下動可能にパネルに取付けられている。バランシングローラ３９には、バランスウエイト４１が懸垂されている。このバランスウエイトは、ワイヤ電極に微小な張力を付与するものであるから、その重量は小さく（張力５０ｇが必要な場合には１００ｇ）てよい。
【００２４】
バランシングローラ３９の上下動位置はバランシングローラの軸に取り付けた指針４２の回動角に変換され、この回動角をエンコーダ等で検出している。また指針４２の先端に沿って設けたスケール４３のパルス信号（デジタル信号）または濃淡信号（アナログ信号）を先端の光電式センサ４４で読みとるようにすることもできる。バランシングローラ３９が上がりすぎた場合には、送りモータ３８の回転を速くしてワイヤ電極を過剰に送り出して（増速して）バランシングローラを下げるように調整し、逆の場合も同じ要領で調整する。
【００２５】
上記構成において、ドライブローラ４をテンションローラ２から流体圧シリンダによって離隔させることにより、ワイヤ電極に付与されるテンションをバランシングローラ３９によって付与されるように切り換えることができる。即ちワイヤ電極に通常の張力を付与するときには、流体圧シリンダによってドライブローラをテンションローラに押圧してドライブローラによってテンションローラを制御し、ワイヤ電極に所定の微小な張力を付与するときには、ドライブローラをテンションローラから離隔して、バランシングローラ３９でワイヤ電極に微小な張力を付与する。こうすることによって最小のワイヤテンションを機械的に正確に付与することができる。また、テンションローラ２とドライブローラ４との直径比を選定してサーボモータによる制御可能な制動トルク幅を最小テンションを除く部分で正確に制御できるようにして、残りのより狭い範囲での制動トルク制御の精度をさらに向上することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明装置によれば、次に掲げる効果がある。
１) １つの制動制御手段によって細線ワイヤ電極から通常のワイヤ電極までに必要な張力を正確に付与することができる。
２) 制動制御手段として小さい容量のモータで済むだけでなく、小さいトルク領域でのトルク制御に限られるので、微小なトルク制御までより正確に安定した状態で行うことができる。
３) 切り換え装置を付けると共に、バランシングローラを備えつけた場合には、特に微小な張力制御を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す模式図
【図２】参考例の実施形態を示す模式図
【図３】第１実施例を示す正面図
【図４】ドライブローラの押圧手段を示す正面図
【図５】図４のＸ−Ｘ部の断面図
【図６】テンションローラの軸着構造を示す平面図
【図７】図５のＹ−Ｙ部の断面図
【図８】参考例の具体例を示す断面図
【図９】第２実施例を示す正面図
【図１０】第１従来例を示す模式図
【図１１】第２従来例を示す模式図
【符号の説明】
２ テンションローラ
４ ドライブローラ
６ ワイヤ電極
11 サーボモータ
35 ワイヤボビン
39 バランシングローラ

Claims (2)

1. ワイヤカット放電加工機に設けるワイヤ電極の張力制御装置において、ワイヤ電極が巻回される回転自在な大径のテンションローラと、トルク制御される制動手段に連結されている小径のドライブローラとを備え、当該ドライブローラは前記ワイヤ電極との干渉を避けるための円周溝を外周面に備え、当該ドライブローラの外周面が前記テンションローラの外周面に直接押圧されていることを特徴とする、ワイヤ電極の張力制御装置。
2. 前記ドライブローラがテンションローラに対して接離可能に設けられており、ワイヤボビンとテンションローラとの間に張架されたワイヤ電極に所定重量の錘を懸垂したバランシングローラが懸吊されていることを特徴とする請求項１に記載のワイヤ電極の張力制御装置。

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