JP5722382B2 - コーナ部で加工経路の補正を行うワイヤ放電加工機 - Google Patents

Description

本発明は、コーナ部で加工経路の補正を行うワイヤ放電加工機に関する。

ワイヤ放電加工においては、ワイヤ電極と被加工物との間に生じる放電反発力や加工液の乱流などによって、ワイヤ電極が撓むことが知られている。直線上を加工するとき、ワイヤ電極は加工進行方向と逆の方向に撓みを生じるが、加工形状には悪影響を及ぼさない。

被加工物２のコーナ部を加工するとき、ワイヤ電極３の撓みがない場合には、図１のように加工方向６の方向に加工経路４に沿った加工が行われ加工溝が形成される。しかし、実際には、図２のように、ワイヤ電極の撓み量９（ワイヤ電極の遅れ量）によってコーナ部で加工経路４と実際のワイヤ軌跡（コーナ部のワイヤ電極軌跡１２）との間にズレが生じ、被加工物２に凸部欠損１１や凹部取残し１０が発生する。このように、コーナ部においてはワイヤ電極の撓み量９の影響が大きく現れてコーナ部の形状精度が大きく低下してしまい、いわゆる「コーナだれ」が発生し、意図したような形状が得られない問題がある。

このような問題を解決するために様々な対応策が考案されている。
大別すれば、主に２種類の対応策が考案されている。
＜対応策１＞
コーナ部では加工速度や加工液の量を抑え、放電休止時間を延長するなどによって、ワイヤ電極の撓みを緩和する方法（いわゆる「加工液量制御」や「エネルギー制御」）
＜対応策２＞
ワイヤ電極の撓みを考慮して加工経路を補正する方法
上記対応策のうち加工経路を補正する方法は加工時間を短くすることができるという利点があり、これまでもいくつかの補正方法が考案されてきた。

特許文献１には、ワイヤ電極の相対的移動量を制御する制御部、ワイヤ電極のワーク加工面での撓み量を記憶する記憶部と、演算によって逐次にワイヤ電極の加工方向を決定する演算部と、ワイヤ電極の撓み量に等しい補正量をもってワイヤ電極を駆動する駆動部を具備する制御装置が開示されている。

特許文献２には、ワイヤ電極の相対的移動量を制御する制御部、加工経路中のコーナ部を検出するコーナ検出部と、検出されたコーナ部について所定距離の接線移動・所定距離の沿出移動・漸近復帰移動の補正を順次に行う加工経路補正部をもったワイヤ放電加工装置が開示されている。

特許文献３には、コーナ部で加工進行方向に第１の加工経路を接線上に延長し、そして加工コーナの角度よりも大きな角度で第２及び第３の補正経路を設定し、第４の経路で元の加工経路に復帰するように加工経路を補正する方法と、これを実現するためのワイヤ放電加工装置が開示されている。

しかしながら、これらの先行技術は、単純な形状の一般的な凸コーナの補正方法について提案されたもので、この補正方法を凹コーナに適用すると、製品となる加工面にワイヤ電極が食い込み、凹コーナ部にキズが生じ、加工された製品は不良品となる問題がある（図３参照）。また、凸コーナであっても、図１１のような円弧ブロックを伴うような形状にこの補正方法を適用すると、加工溝が交差して、加工不良を引き起こす原因となる中子と呼ばれる部位が発生する問題がある（図１４参照）。

凹コーナの補正方法に触れたものは特許文献４に開示されるような技術に限られていた。特許文献４には、加工条件ごとにワイヤカット放電加工における加工中のワイヤ電極の撓み量を保存し、この撓み量に基づいて、パンチ加工のときはワイヤ電極を進行方向に対して余分に逃し、ダイ加工のときは切り込みを入れるように加工経路を補正するシャープエッジの加工方法が開示されている。

特開昭６１−２１９５２９号公報 特開平７−２４６４５号公報 特開平１１−２０７５２７号公報 特開平７−２８５０２９号公報

特許文献４に開示される技術は、ダイ加工を例にして凹コーナ部の補正方法について提案されているが、その方法が交角の半角の延長方向に補正を行うというものであり、その方向はワイヤ電極の撓みを相殺する方向とは一致せず、角度が大きくなるほどその方向とのズレが大きくなるので、凹コーナに対して効果的な補正方法とは言えない。

また、特許文献４の技術を用いて図５のような補正を行うと加工した製品を傷つける可能性がある。具体的に説明すると、図２に示すようにワイヤ電極３の撓みはワイヤ電極の加工方向６とは逆方向に発生し、ワイヤ電極（実位置）７はワイヤ電極（指令位置）８からずれる。ワイヤ電極３の加工方向６が変わると実際のワイヤ電極３はコーナ部をショートカットするように進む。すなわち、撓みによって遅れたワイヤ電極３は加工経路上を遅れて追従するわけではないので、図５のＢ点からＣ点へ補正するときにショートカットによって製品に傷がつくことになり、また、補正方向が交角の半角の延長方向ということは交角が大きくなるほどショートカットの影響が大きくなり、傷がより深くなってしまうという課題があった。

このように、特許文献４は、ワイヤ電極の撓み量に基づいて補正を掛ける方法を採用しているが、正方形のダイ加工を行う場合しか考慮されておらず、任意の角度を持った凹コーナ部の適切な加工方法を提案したものではなかった。

そこで本発明の目的は、凹コーナ部の加工経路を適切に補正し、凹コーナ部での加工時間を短縮することができる加工経路の補正方法を持ったワイヤ放電加工機を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、加工プログラムの軸移動指令に基づいて加工経路を作成し、該加工経路にしたがってワイヤ電極と被加工物を相対移動させて加工を行うワイヤ放電加工機であって、前記作成された加工経路中の２つの連続する移動ブロックが交わって形成される凹角コーナ部において、先に加工するブロックの終点を延長して補正経路を生成し、該延長されて作成された新たなブロック終点まで達すると補正前のブロック終点まで戻るような加工経路を作成し、続けて、後に加工するブロックの加工を行うように加工経路を補正する加工経路補正手段を有し、前記凹角コーナ部頂点手前、および、前記加工経路補正手段で補正された加工経路中で減速および停止することなく加工することを特徴とするワイヤ放電加工機である。
請求項２に係る発明は、前記先に加工するブロックの終点を延長する距離をワイヤ電極の撓み量としたことを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工機である。
請求項３に係る発明は、前記凹角コーナ部において、後に加工するブロックを加工する際、先に加工するブロックを加工するときよりも加工エネルギーを下げて加工を行うことを特徴とする請求項１または請求項２の何れか一つに記載のワイヤ放電加工機である。 請求項４に係る発明は、前記凹角コーナ部において、後に加工するブロックを加工する際、先に加工するブロックを加工するときよりも加工液量を下げて加工を行うことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一つに記載のワイヤ放電加工機である。

本発明により、凹コーナ部の加工経路を適切に補正し、凹コーナ部での加工時間を短縮することができる加工経路の補正方法を持ったワイヤ放電加工機を提供することが可能となる。

コーナ部を加工するとき、ワイヤ電極の撓みがない場合に加工経路に沿った加工が行われることを説明する図である。 ワイヤ電極の撓みによってコーナ部で加工経路と実際のワイヤ軌跡との間にズレが生じ、被加工物に凸部の欠損や凹部の取り残しが発生することを説明する図である。 特許文献１〜３に開示される技術を凹コーナ部に適用した場合に補正経路が製品に食い込んでしまい、結果として製品を傷つけるような加工が行われることを説明する図である。 円弧ブロックを伴うコーナ部の加工において中子が発生しないように補正する方法を説明する図である。 特許文献４の技術を説明する図である。 凸コーナ部の加工を説明する図である。 凹コーナ部の加工を説明する図である。 凹コーナ部の加工において後に加工するブロックの途中で本来の加工経路に戻るように補正した場合の問題を説明する図である。 本発明の実施形態１を説明する図である。 本発明の実施形態１におけるワイヤ放電加工機の要部を説明するブロック図である。 円弧ブロックを伴うコーナ部の加工を説明する図である。 本発明の実施形態１における処理を説明する図である。 本発明の実施形態２を説明する図である。 円弧ブロックを伴うコーナ部の加工において中子が発生する問題を説明する図である。 本発明の実施形態２におけるワイヤ放電加工機の要部を説明するブロック図である。 先に加工するブロックが円弧形状の場合にブロックの終点を延長する方向を説明する図である。 本発明の実施形態２における処理を説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
本発明は、凹コーナや円弧ブロックを伴うコーナの特性に着目して加工経路の補正を行うもので、加工液や加工エネルギーを制御してこのようなコーナ部を加工するよりも加工時間を短縮できる、ワイヤ放電加工機である。

＜実施形態１＞
連続する２つのブロックで形成される凹コーナで先に加工するブロックを延長するように補正して、その補正距離が長くなると前述のように製品に傷をつける危険性がある。しかしながら凹コーナの場合には、そもそも凸コーナのように補正距離を長く延ばす必要はない。

図６のように、一般的な凸コーナの頂点部ではワイヤ電極３がコーナ部を折り返すときに一度頂点部から離れて行ったワイヤ電極３が後に加工するブロックの加工に移ると再び頂点部に近づいてくるので、頂点部１７では放電の集中が起こる。この集中放電もコーナ部の形状精度を悪化させる１つの原因となるので、これを避けるためにもワイヤ電極３をコーナ頂点部１７から遠くまで逃がさなければならないという事情がある。

しかしながら凹コーナの頂点部の場合には図７に示されるように、ワイヤ電極３がコーナ部を折り返すときにワイヤ電極３が自ら進行方向を変えて逃げていくので、集中放電を危惧する必要はない。したがって、ワイヤ電極の撓みによってワイヤ電極３の位置が遅れる分だけ補正すれば良いことになる。ワイヤ電極の撓み量９だけ加工ブロックの終点を延長すれば、撓みにより遅れたワイヤ電極３はちょうどコーナの頂点（補正前の加工ブロックの終点）に位置することになる。また、ワイヤ電極の撓み量９や方向はコーナ角度θには依存しないので、先に加工するブロックの終点をワイヤ電極の撓み量９だけ延長すれば、コーナ角度θに依らず、実際のワイヤ電極３はコーナ頂点に位置することになる。

先に加工するブロックの終点を延長した後、一般的な凸コーナの場合には後に加工するブロックの途中で本来の加工経路に戻るように補正を行ってきたが、このように補正を行うと図８に示すように、ワイヤ電極３が本来の加工経路から外れて製品側に近寄って来ることになるので、加工面（製品側）１５の製品に食い込む部位１４に示されるように、補正が終了するまでの区間ではやはり製品に傷をつける可能性がある（なお、一般的な凸コーナの場合は、集中放電を回避するために、このように頂点部から遠ざける処理が効果的である）。

また、凹コーナの場合には集中放電の心配がないので、ワイヤ電極３がコーナ頂点に達した後はそのまま加工経路に沿って進むようになれば良い。したがって、先に加工するブロックの終点からワイヤ電極の撓み量９の分ブロック終点を延長補正した後は、そのまま同じ経路を戻って延長前のブロック終点（コーナ頂点）に戻るような補正方法（頂点に戻る移動１８）とし（図９参照）、その後、後に加工するブロックの始点から加工経路に沿って進むようにすれば良い。

一方、凸コーナの場合でも、図１１のコーナＡのように円弧ブロックを伴うような形状では、一般的な凸コーナと同様に先に加工するブロックを長く延長するように補正を行うと、加工溝５が交差して中子２２が発生し、短絡や断線の原因となったり、切り落ちた中子２２が製品を傷つけたりする問題がある（図１４参照）。
このような場合にも、前述の凹コーナと同様に、先に加工するブロックの終点からワイヤ電極の撓み量９の分ブロック終点を延長補正した後、そのまま同じ経路を戻って延長前のブロック終点（コーナ頂点）に戻るような補正を行えば、ワイヤ電極３はコーナの頂点（補正前の加工ブロックの終点）に位置することになるので、中子２２が発生する危険を伴うことはなく、その後、後に加工するブロックの始点から加工経路に沿って進むようにすれば良い（図４参照）。
前述のように、一般的な凸コーナの場合は、集中放電を回避するために頂点部から遠ざけるように補正する処理も効果的であるが、このように、コーナの頂点（補正前の加工ブロックの終点）でワイヤ電極３の撓みが解消されるように補正し、その後、後に加工するブロックの始点から加工経路に沿って進むようにしても、凸部欠損１１が軽減される効果が得られる。

なお、ここでは円弧ブロックを伴うコーナとして、先に加工するブロックが直線形状で、後に加工するブロックが円弧形状のコーナについて説明したが、先に加工するブロックが円弧形状（先に加工するブロック（円弧）２３）で、後に加工するブロックが直線形状（後に加工するブロック（直線）２４）のコーナ、あるいは両ブロック共に円弧形状のコーナに適用しても、同様に問題はない。
また、先に加工するブロックが円弧形状の場合、補正を行うために終点を延長する方向は、円周方向２５であっても接線方向２６であっても構わない（図１６参照）。

ところで、コーナにおける従来の技術では、形状の凹凸に依らず、先に加工を行うブロックの終点（コーナ頂点）手前から放電エネルギーや加工液量を下げることによって放電反発力や加工液によるワイヤ電極の逃げを抑えながらコーナ頂点部へ進入するようにしていた。そのため、ワイヤ電極３の断線や短絡を防ぐために、コーナ進入時の加工速度も減速させねばならなかった。また、コーナ頂点部ではワイヤ電極３の撓みがなくなるまで停止し、凹コーナ部の取残しが出なくなるようにその場で待っていた。そのため、加工精度上の問題はなかったが、加工時間が長くなってしまうという課題があった。

このような課題に対して本発明の補正を行うと、コーナ頂点手前で減速を行うことなくワイヤ電極３がコーナ頂点まで到達することができるので、従来よりも加工時間を短縮することが可能となった。また、ここでは補正距離としてワイヤ電極の撓み量９を例にして説明したが、この補正距離は実験的に求めたワイヤ電極の撓み量であっても、加工条件によって決まる放電反発力や加工液流の強さなどから推測される、ワイヤ電極の撓み量に相当するおおよその定数であってもよい。

本発明の実施形態１のワイヤ放電加工機の要部の構成を図１０を用いて説明する。加工プログラム記憶手段４０は、加工プログラムが記憶されており、加工プログラムを加工プログラム解析手段４１に渡す。加工プログラム解析手段４１は、加工プログラムを解析し、加工経路に関するデータを加工経路作成手段４４に渡すと共に、コーナ部が検出された場合、加工経路補正手段４３に経路補正の指示を出す。補正距離記憶手段４２は、加工経路を補正する際の補正距離が記憶されており、補正距離を加工経路補正手段４３に渡す。加工経路補正手段４３は、加工プログラム解析手段４１から経路補正の指示を受取った場合、補正距離記憶手段４２から補正距離を受取り、コーナ部の補正経路を作成し、作成した補正経路を加工経路作成手段４４に渡す。加工経路作成手段４４は、加工プログラム解析手段４１から加工経路に関するデータを受取り、加工経路を作成する。また、加工経路補正手段４３から補正経路を受取った場合、補正経路を反映した加工経路を作成し、作成した加工経路を加工経路制御手段４５に渡す。加工経路制御手段４５は、加工経路作成手段４４から受取った加工経路にしたがって、ワイヤ電極を被加工物に対して相対移動させる。

また、ワイヤ放電加工機の処理としては図１２のようになる。以下、各ステップにしたがって説明する。
●［ステップＳＡ０１］加工プログラムのブロックの読み込みと解析を行う。
●［ステップＳＡ０２］加工経路を作成する。
●［ステップＳＡ０３］加工経路がコーナか否か判断し、コーナの場合にはステップＳＡ０４へ移行し、コーナではない場合にはステップＳＡ０６へ移行する。
●［ステップＳＡ０４］補正距離を読み込む。
●［ステップＳＡ０５］補正距離にしたがって加工経路を補正する。
●［ステップＳＡ０６］全てのブロックを解析したか否か判断し、解析していない場合にはステップＳＡ０１に戻り処理を継続し、解析した場合には処理を終了する。
なお、上述のコーナは、凹コーナまたは凸コーナを意味する。

＜実施形態２＞
実施形態１では加工経路の補正を行って凹コーナや円弧ブロックを伴う凸コーナを加工する処理について説明した。実施形態１により高速加工を行う場合や厚板の加工を行う場合は、放電反発力や加工液流が強くなる加工条件を使用するため、前述したコーナ特有の性質によって、加工経路の補正だけでは十分なコーナ精度が得られないというケースも考えられる。

その課題を具体的に示すと、先に加工するブロックの加工が終了した後、コーナを折り返して後に加工するブロックの加工に入る際、強力な放電反発力や加工液流の影響でワイヤ電極に大きな加工反力が作用し、ワイヤ電極が既に加工が済んだ加工溝の方向へ引っ張られるために、コーナ部に取残しが生じるということである（図１３の取残し２０を参照）。また、この課題はコーナ部のコーナ角度が小さくなるほど顕著に現れる傾向にある。

そこで、本発明の実施形態２は、実施形態１に、放電反発力や加工液流の影響を低減するために、後に加工するブロックを加工する際に加工液や加工エネルギーを制御する機能を付加したもので、コーナ部を加工する加工時間を従来よりも短縮できるワイヤ放電加工機である。

本発明の第２の実施形態のワイヤ放電加工機の要部の構成を図１５を用いて説明する。加工プログラム記憶手段４０は、加工プログラムが記憶されており、加工プログラムを加工プログラム解析手段４１に渡す。加工プログラム解析手段４１は、加工プログラムを解析し、加工経路に関するデータを加工経路作成手段４４に渡すと共に、コーナ部が検出された場合、加工経路補正手段４３に経路補正の指示を出す。補正距離記憶手段４２は、加工経路を補正する際の補正距離が記憶されており、補正距離を加工経路補正手段４３に渡す。加工経路補正手段４３は、加工プログラム解析手段４１から経路補正の指示を受取った場合、補正距離記憶手段４２から補正距離を受取り、コーナ部の補正経路を作成し、作成した補正経路を加工経路作成手段４４に渡す。加工経路作成手段４４は、加工プログラム解析手段４１から加工経路に関するデータを受取り、加工経路を作成する。また、加工経路補正手段４３から補正経路を受取った場合、補正経路を反映した加工経路を作成し、作成した加工経路を加工経路制御手段４５に渡す。
加工経路制御手段４５は、加工経路作成手段４４から受取った加工経路にしたがって、ワイヤ電極を被加工物に対して相対移動させる。また、加工エネルギー制御手段４６は、加工プログラム解析手段４１から制御の指示を受取った場合、放電休止時間やオン時間、電流ピーク値などを制御することによって加工エネルギーを制御する。加工液量制御手段４７は、加工プログラム解析手段４１から制御の指示を受取った場合、加工スラッジの排出とワイヤ電極の冷却を行うための加工液量を制御する。

また、実施形態２のワイヤ放電加工機の処理としては図１７のようになる。以下、各ステップにしたがって説明する。
●［ステップＳＢ０１］加工プログラムのブロックの読み込みと解析を行う。
●［ステップＳＢ０２］加工経路を作成する。
●［ステップＳＢ０３］加工経路がコーナか否か判断し、コーナの場合にはステップＳＢ０４へ移行し、コーナではない場合にはステップＳＢ０８へ移行する。
●［ステップＳＢ０４］先に加工するブロックか否か判断し、先に加工するブロックの場合にはステップＳＢ０６へ移行し、後に加工するブロックの場合にはステップＳＢ０５へ移行する。
●［ステップＳＢ０５］加工エネルギーの制御および加工液量の制御の少なくとも一方の制御を実行し、ステップＳＢ０８へ移行する。
●［ステップＳＢ０６］補正距離を読み込む。
●［ステップＳＢ０７］補正距離にしたがって加工経路を補正する。
●［ステップＳＢ０８］全てのブロックを解析したか否か判断し、解析していない場合にはステップＳＢ０１に戻り処理を継続し、解析した場合には処理を終了する。
なお、上述のコーナは、凹コーナまたは凸コーナを意味する。

２ 被加工物
３ ワイヤ電極
４ 加工経路
５ 加工溝
６ 加工方向
７ ワイヤ電極（実位置）
８ ワイヤ電極（指令位置）
９ ワイヤ電極の撓み量
１０ 凹部取残し
１１ 凸部欠損
１２ コーナ部のワイヤ電極軌跡
１３ 補正経路
１４ 製品に食い込む部位
１５ 加工面（製品側）
１６ オフセット
１７ 頂点部
１８ 頂点に戻る移動
１９ 加工反力
２０ 取残し
２１ 加工溝交差点
２２ 中子
２３ 先に加工するブロック（円弧）
２４ 後に加工するブロック（直線）
２５ 円周方向
２６ 接線方向

４０ 加工プログラム記憶手段
４１ 加工プログラム解析手段
４２ 補正距離記憶手段
４３ 加工経路補正手段
４４ 加工経路作成手段
４５ 加工経路制御手段
４６ 加工エネルギー制御手段
４７ 加工液量制御手段

Claims (4)

1. 加工プログラムの軸移動指令に基づいて加工経路を作成し、該加工経路にしたがってワイヤ電極と被加工物を相対移動させて加工を行うワイヤ放電加工機であって、
   前記作成された加工経路中の２つの連続する移動ブロックが交わって形成される凹角コーナ部において、先に加工するブロックの終点を延長して補正経路を生成し、該延長されて作成された新たなブロック終点まで達すると補正前のブロック終点まで戻るような加工経路を作成し、続けて、後に加工するブロックの加工を行うように加工経路を補正する加工経路補正手段を有し、
   前記凹角コーナ部頂点手前、および、前記加工経路補正手段で補正された加工経路中で減速および停止することなく加工することを特徴とするワイヤ放電加工機。
2. 前記先に加工するブロックの終点を延長する距離をワイヤ電極の撓み量としたことを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工機。
3. 前記凹角コーナ部において、後に加工するブロックを加工する際、先に加工するブロックを加工するときよりも加工エネルギーを下げて加工を行うことを特徴とする請求項１または請求項２の何れか一つに記載のワイヤ放電加工機。
4. 前記凹角コーナ部において、後に加工するブロックを加工する際、先に加工するブロックを加工するときよりも加工液量を下げて加工を行うことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一つに記載のワイヤ放電加工機。