JP4864936B2

JP4864936B2 - ワイヤ放電加工装置

Info

Publication number: JP4864936B2
Application number: JP2008131493A
Authority: JP
Inventors: 勝隆村中
Original assignee: Sodick Co Ltd
Current assignee: Sodick Co Ltd
Priority date: 2008-05-20
Filing date: 2008-05-20
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2028-05-20
Also published as: JP2009279670A

Description

本発明は、ワイヤ電極とワーク間に形成される加工間隙に放電を発生させてワークを加工するワイヤ放電加工装置に関する。特に、本発明は、水を主成分とする加工液と油を主成分とする加工液を択一的に加工間隙に供給し、両加工液の温度をただ１つの加工液冷却装置を使用して制御するワイヤ放電加工装置に関する。

一般に、放電によって微小量の材料をワークから除去できるワイヤ放電加工装置は、数μｍ以下の形状精度および数μｍＲｚ以下の面粗さを実現できる。ワイヤ放電加工装置は、加工間隙に加工液を供給する加工液供給装置を備えている。加工液は絶縁体であるが、高電圧の印加によって加工間隙で導電体に変化する。加工液の主成分は水又は油である。水は、通常、電気伝導度が数〜数十μＳ／ｃｍに制御された脱イオン水である。ほとんどの場合、ワイヤ放電加工装置では、除去速度（ｍｍ^２／ｍｉｎ）の点で優る水が使用されている。

水に加えて、安定した絶縁特性をもつ油が使用されるワイヤ放電加工機が知られている。水と油は択一的に加工間隙に供給される。多くの場合、ワークを高速に切断する荒加工に水が使用された後、ワークの切断面を所要の寸法精度に仕上る仕上げ加工に油が使用される。荒加工では大きな電流が、仕上げ加工では小さな電流が加工間隙に供給される。こうして、水と油の使用により、除去速度と寸法精度が調和される。

高精度を確保するため加工液供給装置は１つの加工液冷却装置を備えている。特許文献１は、加工液の温度を設定する温度設定器と、加工液の温度を検出する温度センサと、インバータを備えた加工液冷却装置を開示している。増幅器が温度設定器と温度センサの出力の差に応じて指令電圧を出力する。インバータは、指令電圧に応じて、加工液を冷却するコンプレッサのモータ回転数を制御する。

水および油が使用される場合、通常、荒加工で使用されることの多い水が、ただ１つの加工液冷却装置によって冷却される。特許文献２は、さらに熱交換器を設けた加工液供給装置を開示している。熱交換器によって油は水と等しい温度に維持されるので、加工液の交換時にワークの温度が急激に変化することが防止される。

特開平３−２９４１２０号公報特公昭６２−１９９７５号公報

このように、水はただ１つの加工液冷却装置によって冷却され設定値に維持される。しかし、油は水を冷媒として冷却されている。したがって、厳密には、加工槽へ供給される油の温度は常に水よりもやや高くなってしまう。本発明の目的は、加工間隙に供給される加工液の温度がより素早くより正確に目標温度に維持されるワイヤ放電加工装置を提供することである。

本発明の一側面によれば、水供給槽と油供給槽を有する加工液供給装置と、水温センサを有し前記水供給槽の水を冷却して前記水の温度を目標温度に維持する加工液冷却装置と、機械の温度を検知して出力信号を前記目標温度として前記加工液冷却装置へ供給する温度センサと、前記水を冷媒として油を冷却する熱交換器とを備え、前記水と前記油をワークへ供給し前記ワークを加工するワイヤ放電加工装置は、前記加工液冷却装置にモードを表すモード信号を提供する制御装置をさらに備え、前記加工液冷却装置は前記目標温度を下げるオフセットフィードフォワード値を前記モードに応じて設定し、前記モードが前記油を使用する加工期間を示すときは、前記モードが前記水を使用する加工期間を示すときよりも前記オフセットフィードフォワード値を増大することを特徴とする。

前記加工液冷却装置は、前記モードが前記油を使用する加工に備える段取り期間を示すときは、前記モードが前記水を使用する加工に備える段取り期間を示すときよりも前記オフセットフィードフォワード値を増大することとしてもよい。

前記モードは、前記水を使用する加工に備える段取り期間を示す第１のモードと、前記油を使用する加工に備える段取り期間を示す第２のモードと、前記水を使用する仕上げ加工期間を示す第３のモードと、前記油を使用する仕上げ加工期間を示す第４のモードと、前記水を使用する荒加工期間を示す第５のモードと、前記油を使用する荒加工期間を示す第６のモードを含み、前記加工液冷却装置は、前記第１のモードから、前記第２のモード、前記第３のモード、前記第４のモード、前記第５のモード、前記第６のモードへ向かう順に、前記オフセットフィードフォワード値を大きくすることとしてもよい。

本発明の他の側面によれば、水供給槽と油供給槽を有する加工液供給装置と、水温センサを有し前記水供給槽の水を冷却して前記水の温度を目標温度に維持する加工液冷却装置と、前記水を冷媒として油を冷却する熱交換器と、機械の温度を検知して出力信号を前記目標温度として前記加工液冷却装置へ供給する温度センサと、を備え、前記水と前記油をワークへ供給し前記ワークを加工するワイヤ放電加工装置は、前記加工液冷却装置にモードを表すモード信号を提供する制御装置をさらに備え、前記加工液冷却装置はモード切替直後の所定時間有効な冷却能力フィードフォワード値を前記モードに応じて設定し、前記モードが前記油を使用する加工期間を示すときは、前記モードが前記水を使用する加工期間を示すときよりも前記冷却能力フィードフォワード値を増大することを特徴とする。

前記加工液冷却装置は、前記モードが前記油を使用する加工に備える段取り期間を示すときは、前記モードが前記水を使用する加工に備える段取り期間を示すときよりも前記冷却能力フィードフォワード値を増大することとしてもよい。

前記モードは、前記水を使用する加工に備える段取り期間を示す第１のモードと、前記油を使用する加工に備える段取り期間を示す第２のモードと、前記水を使用する仕上げ加工期間を示す第３のモードと、前記油を使用する仕上げ加工期間を示す第４のモードと、前記水を使用する荒加工期間を示す第５のモードと、前記油を使用する荒加工期間を示す第６のモードを含み、前記加工液冷却装置は、前記第１のモードから、前記第２のモード、前記第３のモード、前記第４のモード、前記第５のモード、前記第６のモードへ向かう順に、前記冷却能力フィードフォワード値を大きくすることとしてもよい。

本発明によれば、加工液冷却装置によって直接に冷却されない油が使用される加工期間では、水が使用される加工期間に比べて、加工液冷却装置はより大きなオフセットフィードフォワード値又は冷却能力フィードフォワード値を設定する。また、油を使用する加工に備える段取り期間では、水を使用する加工に備える段取り期間に比べて、加工液冷却装置はより大きなオフセットフィードフォワード値又は冷却能力フィードフォワード値を設定する。したがって、ワークを取り囲む加工液の温度がより素早くより正確に一定に維持される。

本発明のワイヤ放電加工装置の一実施例を図面を参照して説明する。図１中に示されるように、門形コラム４がＹ軸の方向に移動可能にベッド２に固定されている。テーブル６がベッド２上に載置されている。ワーク１４を取り囲む加工槽１０がテーブル６に固定されている。図１は、側壁を部分的に切り欠いて加工槽１０を示している。加工中は、加工槽１０は加工液で満たされる。ワークスタンド１２が加工槽１０の底面に設けられている。ワーク１４はワークスタンド１２の上面に固定される。

上側アーム３がＸ軸の方向に移動可能に門形コラム４の前面に固定されている。上側アーム３は加工槽１０中を下方に延びている。上側ワイヤガイド組体１３が上側アーム３の先端に取り付けられている。下側アーム５がＸ軸の方向に移動可能に門形コラム４の背面に固定され、加工槽１０中を下方に延びている。下側アーム５の先端に下側ワイヤガイド組体１５が取り付けられている。ワイヤ電極８は上側および下側ワイヤガイド組体１３、１５の間を、通常、垂直に支持されている。上側および下側ワイヤガイド組体１３、１５はそれぞれ、ワーク１４へ向けて加工液を噴射するノズルを有している。

加工液供給装置３０は、水又は油の加工液を加工槽１０に供給するとともに廃液を再生する。加工液供給装置３０は、コンプレッサがインバータによって制御される加工液冷却装置又はクーラー５０を備えている。加工液冷却装置５０は水温センサを有し、水温を目標温度に維持するよう動作する。ワイヤ放電加工装置の機械の温度を検知する温度センサ１８が門形コラム４の背面に取り付けられている。好ましくは、温度センサ１８はワーク１４と同じ高さに配置される。温度センサ１８の出力信号は目標温度として加工液冷却装置５０へ供給される。

また、制御装置２０がモード信号を加工液冷却装置５０へ提供する。モード信号は１番から６番までのモードの一つを表し、冷却能力フィードフォーワード値とオフセットフィードフォーワード値の組合せを定める。図３中には、冷却能力フィードフォーワード値とオフセットフィードフォーワード値の組合せが異なる６つのモードが示されている。冷却能力は、モード切替直後に水温を直ちに目標温度に近づけるための値である。冷却能力フィードフォーワード値は、モード切替直後の所定時間、例えば１分間だけ有効であれば十分であり、最大冷却能力に対する比率（％）によって表される。例えば、加工液冷却装置５０が７５０Ｗの最大冷却能力をもつとき、「１５」の冷却能力は１１２．５Ｗを示す。ただし、冷却能力は、比率（％）の代わりに、電力（Ｗ）または熱量（Ｃａｌ／ｈ）によって表してもよい。

オフセットは、目標温度を下げる補正値（℃）である。例えば、温度センサ１８が表す目標温度が２３℃であるとき、「１．５」のオフセットは目標温度を２１．５℃へ補正する。冷却能力フィードフォーワード値とオフセットフィードフォーワード値は、各モードごとに、実験に基づいて予め設定される。

例えば、油を使用する荒加工期間を示すモード（モード「６」）では、冷却能力フィードフォーワード値は次のように求められる。まず、油を使用する荒加工を擬似的に２時間程度行う。加工液冷却装置５０は水を冷却し始め油の温度がゆっくりと目標温度に達すると、冷却能力は通常、ある値で安定する。その冷却能力の値を、モード「６」における冷却能力フィードフォーワード値とする。

図２中に示されるように、加工槽１０中の汚れた加工液は、適時、排出弁１７を開放することによって、排出管１６を介して加工液供給装置３０へ排出される。廃水は水回収槽３２へ、廃油は油回収槽４２へ回収される。廃水はポンプ３３によってフィルタ３４へ送られた後、水供給槽３６へ貯留される。水供給槽３６中の水はポンプ３７によって弁３８を通って加工槽１０へ供給される。廃油はポンプ４３によってフィルタ４４へ送られた後、油供給槽４６へ貯留される。油供給槽４６中の油はポンプ４７によって弁４８を通って加工槽１０へ供給される。

水供給槽３６中の水は、ポンプ３７によって加工液冷却装置５０および熱交換器５２に通され水供給槽３６へ戻されている。油供給槽４６中の油は、ポンプ４７によって熱交換器５２に通され油供給槽４６へ戻されている。このように、加工液冷却装置５０は直接に水を冷却し、熱交換器５２は水の冷媒によって油を冷却している。

図３を参照して、制御装置２０が加工液冷却装置５０を制御するプロセスを説明する。ワイヤ放電加工装置が起動するとプロセスが開始する。制御装置２０は「１」から「６」までの６つのモードのうち一つを表すモード信号を加工液冷却装置５０に供給する。モードの値が大きくなれば、加工液冷却装置５０は冷却能力フィードフォーワード値とオフセットフィードフォーワード値を増大する。

まずステップＳ１で、制御装置２０はモードを段取り用の「１」に設定する。モード「１」は、水を使用する加工に備える段取り期間を示している。段取り期間とは、ワイヤ放電加工装置が起動しているがワーク１４の加工が開始されていない期間である。ステップＳ２で、作業者入力又はプログラムによって、加工槽１０へ供給される加工液として水が指定されていると、プロセスはステップＳ３へ進む。ステップＳ２で、加工槽１０へ供給される加工液として油が指定されていると、プロセスはステップＳ７へ進む。ステップＳ７で、制御装置２０はモードを「２」に切り替える。モード「２」は、油を使用する加工に備える段取り期間を示している。水供給槽３６中の加工液又は油供給槽４６中の加工液のいずれの温度も同じになるように、モードが「１」から「２」へ切り替えられ加工液冷却装置５０は冷却能力フィードフォーワード値とオフセットフィードフォーワード値のそれぞれを大きな値にする。

段取り期間中に、ワーク１４は適当な締め付け具によってワークスタンド１２に固定される。一方、ワイヤ電極８は上側および下側ワイヤガイド組体１３、１５の間を垂直に張架される。さらに、また、水供給槽３６又は油供給槽４６から指定された加工液が、ワーク１４が浸かるまで加工槽１０へ供給される。

ステップＳ３で加工が開始されると、プロセスはステップＳ４へ進む。制御装置２０は、ステップＳ４で荒加工が開始されたと判断すると、ステップＳ５でモードを「５」に切り替える。モード「５」は、水を使用する荒加工期間を示している。制御装置２０は、ステップＳ４で仕上げ加工が開始されたと判断すると、ステップＳ５でモードを「３」に切り替える。モード「３」は、水を使用する仕上げ加工期間を示している。荒加工は、ワーク１４を高速に切断する加工であり、仕上げ加工は、荒加工されたワーク１４の切断面を所要の寸法精度に仕上る加工である。

ステップＳ７に続いて、ステップＳ８で加工が開始されると、プロセスはステップＳ９へ進む。制御装置２０は、ステップＳ９で荒加工が開始されたと判断すると、ステップＳ１０でモードを「６」に切り替える。モード「６」は、油を使用する荒加工期間を示している。モードが「６」であるとき、加工液冷却装置５０は冷却能力フィードフォーワード値とオフセットフィードフォーワード値をそれぞれの最も大きな値に設定する。制御装置２０はステップＳ９で仕上げ加工が開始されたと判断すると、ステップＳ１１でモードを「４」に切り替える。モード「４」は、油を使用する仕上げ加工期間を示している。

加工中、加工液が水供給槽３６又は油供給槽４６から噴流ポンプ（図示しない）によって上側および下側ワイヤガイド組体１３、１５へ供給され、上側および下側ノズルからワーク１４へ噴射される。大きな電流がワーク１４へ供給される荒加工では、仕上げ加工よりも、ワーク１４へ噴射される加工液の圧力が大きい。したがって、噴流ポンプがより高い周波数で回転する荒加工では、仕上げ加工に比べて、モードの値を大きくしている。加工槽１０のオーバーフロー液は、水回収槽３２又は油回収槽４２へ排出される。廃液はフィルタ３４又は４４によって濾過されて、水供給槽３６又は油供給槽４６へ送られる。水供給槽３６中の水は、常に、加工液冷却装置５０および熱交換器５２を通して循環させられる。油供給槽４６中の油は、常に、熱交換器５２を通して循環させられる。

制御装置２０は、例えば、ワーク１４へ噴射される加工液の圧力設定によって、ステップＳ４又はＳ９における判断を行う。しかしながら、制御装置２０は、他の加工条件の設定に基づいて、荒加工と仕上げ加工のうちどちらが開始されたかを判断するようにしてもよい。

加工中いずれのモードが選ばれていても、ステップＳ１２で加工が終了すると、プロセスはステップＳ１３へ進む。ステップＳ１３で次の加工が予定されていれば、プロセスはステップＳ１へ戻る。そうでなければ、ワイヤ放電加工装置への電力が遮断されプロセスは終了する。

本発明では、加工液冷却装置５０によって直接に冷却されない油が使用される加工期間では、水が使用される加工期間に比べて、制御装置２０はモードの値を大きくしている。また、油を使用する加工に備える段取り期間では、水を使用する加工に備える段取り期間に比べて、制御装置２０はモードの値を大きくしている。したがって、ワーク１４を取り囲む加工液の温度がより素早くより正確に一定に維持される。

本発明のワイヤ放電加工装置を示す正面図である。図１の加工液供給装置を示す配管図である。図１の制御装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

２・・・ベッド
３・・・上側アーム
４・・・門形コラム
５・・・下側アーム
６・・・テーブル
８・・・ワイヤ電極
１０・・・加工槽
１２・・・ワークスタンド
１３・・・上側ワイヤガイド組体
１４・・・ワーク
１５・・・下側ワイヤガイド組体
１６・・・排出管
１７・・・排出弁
１８・・・温度センサ
２０・・・制御装置
３０・・・加工液供給装置
３２・・・水回収槽
３３・・・ポンプ
３４・・・フィルタ
３６・・・水供給槽
３７・・・ポンプ
３８・・・弁
４２・・・油回収槽
４３・・・ポンプ
４４・・・フィルタ
４６・・・油供給槽
４７・・・ポンプ
４８・・・弁
５０・・・加工液冷却装置
５２・・・熱交換器

Claims

水供給槽と油供給槽を有する加工液供給装置と、水温センサを有し前記水供給槽の水を冷却して前記水の温度を目標温度に維持する加工液冷却装置と、前記水を冷媒として前記油供給槽の油を冷却する熱交換器と、機械の温度を検知して出力信号を前記目標温度として前記加工液冷却装置へ供給する温度センサと、を備え、前記水と前記油をワークへ供給し前記ワークを加工するワイヤ放電加工装置において、前記加工液冷却装置にモードを表すモード信号を提供する制御装置を設け、前記加工液冷却装置は前記目標温度を下げるオフセットフィードフォワード値を前記モードに応じて設定し、前記モードが前記油を使用する加工期間を示すときは、前記モードが前記水を使用する加工期間を示すときよりも前記オフセットフィードフォワード値を増大することを特徴とするワイヤ放電加工装置。
前記加工液冷却装置は、前記モードが前記油を使用する加工に備える段取り期間を示すときは、前記モードが前記水を使用する加工に備える段取り期間を示すときよりも前記オフセットフィードフォワード値を増大する請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
前記モードは、前記水を使用する加工に備える段取り期間を示す第１のモードと、前記油を使用する加工に備える段取り期間を示す第２のモードと、前記水を使用する仕上げ加工期間を示す第３のモードと、前記油を使用する仕上げ加工期間を示す第４のモードと、前記水を使用する荒加工期間を示す第５のモードと、前記油を使用する荒加工期間を示す第６のモードを含み、前記加工液冷却装置は、前記第１のモードから、前記第２のモード、前記第３のモード、前記第４のモード、前記第５のモード、前記第６のモードへ向かう順に、前記オフセットフィードフォワード値を大きくする請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
水供給槽と油供給槽を有する加工液供給装置と、水温センサを有し前記水供給槽の水を冷却して前記水の温度を目標温度に維持する加工液冷却装置と、前記水を冷媒として油を冷却する熱交換器と、機械の温度を検知して出力信号を前記目標温度として前記加工液冷却装置へ供給する温度センサと、を備え、前記水と前記油をワークへ供給し前記ワークを加工するワイヤ放電加工装置において、前記加工液冷却装置にモードを表すモード信号を提供する制御装置を設け、前記加工液冷却装置はモード切替直後の所定時間有効な冷却能力フィードフォワード値を前記モードに応じて設定し、前記モードが前記油を使用する加工期間を示すときは、前記モードが前記水を使用する加工期間を示すときよりも前記冷却能力フィードフォワード値を増大することを特徴とするワイヤ放電加工装置。
前記加工液冷却装置は、前記モードが前記油を使用する加工に備える段取り期間を示すときは、前記モードが前記水を使用する加工に備える段取り期間を示すときよりも前記冷却能力フィードフォワード値を増大する請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
前記モードは、前記水を使用する加工に備える段取り期間を示す第１のモードと、前記油を使用する加工に備える段取り期間を示す第２のモードと、前記水を使用する仕上げ加工期間を示す第３のモードと、前記油を使用する仕上げ加工期間を示す第４のモードと、前記水を使用する荒加工期間を示す第５のモードと、前記油を使用する荒加工期間を示す第６のモードを含み、前記加工液冷却装置は、前記第１のモードから、前記第２のモード、前記第３のモード、前記第４のモード、前記第５のモード、前記第６のモードへ向かう順に、前記冷却能力フィードフォワード値を大きくする請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。