JP6276245B2

JP6276245B2 - 中子固定判定機能を備えたワイヤ放電加工機

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Publication number: JP6276245B2
Application number: JP2015249428A
Authority: JP
Inventors: 薫平賀
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2018-02-07
Anticipated expiration: 2035-12-22
Also published as: EP3184225B1; US10399163B2; US20170173715A1; CN106903385A; CN106903385B; KR20170074803A; EP3184225A1; JP2017113820A

Description

本発明は、ワイヤ放電加工機に関し、特に、放電加工により形成された加工溝の一部に、加工屑を被加工物と中子に付着・堆積させることによって、中子を切り抜いたとき、該中子の落下を防止する中子固定機能を有するワイヤ放電加工機に関する。

ワイヤ放電加工機において、ワイヤ成分の被加工物への付着現象を利用し、被加工物の加工溝に加工屑を付着・堆積（溶着）させ、加工した中子を被加工物に固定する機能（以下、中子固定機能と称す）は公知である。この中子固定機能は、多数個発生する各中子を固定しながら加工を行い、すべての加工が終了した後に、固定した各中子に外力を加えるなどして、中子を被加工物から除去する方法がとられていた。この方法は効率的であるから、多数個の中子が生じる加工でその効力を発揮する。

例えば、特許文献１には、加工形状を加工する際、該加工形状の少なくとも一か所において、電気的加工条件を加工サイクルから溶着サイクルに代え、ワイヤ電極の一部を溶融し、工作物と切り抜き物とをワイヤ電極溶融物で溶着させて、切り抜き物の脱落を防止し、放電加工終了後に、溶着部を外力で破壊し切り抜き物を工作物から切り離すようにした発明が記載されている。さらに、特許文献２には、加工用プログラムを解析し、加工物から切り抜く加工部材の加工周長、および加工部材の形状の上面面積を演算し、求めた加工周長、上面面積、加工物の板厚、比重から加工部材の質量を演算し、さらに、加工部材の質量と加工部材を保持可能な溶着部の長さとの関係を記憶したマップより、求めた質量に対する加工部材の溶着部の長さを求めるワイヤ放電加工機用の加工プログラム編集方法が記載されている。

また、特許文献３には、加工溝に加工屑を付着・堆積させることによって、中子をワーク母材に固定する際に、その固定箇所を、任意に設定できるワイヤ放電加工機およびワイヤ放電加工機用自動プログラミング装置が記載されている。
さらに、特許文献４にも、中子の落下を防止するために、中子の形状、重量からワイヤ電極の成分を付着させる付着領域を設定し、それに基づいて加工プログラムを生成するワイヤ放電加工機の加工プログラム生成装置が記載されている。

特開２０１２−１６６３３２号公報特開２０１４−２４１３２号公報特開２０１４−１４９０７号公報特開２０１３−１４４３３５号公報

上述した中子固定機能によって中子を固定する方法を採用したとき、必ずしも中子が固定されるとは限らない。各種設定の間違いや加工液の水質の変化、ワイヤ放電加工機自体の経年変化など、何らかの原因によって中子が被加工物に固着しないという問題があった。例えば、中子６が固定されずにその中子６が図５（Ｂ）に示すようにノズル５ａに引っ掛かったような場合、このような状態でノズル５ａを右方向に移動させると、中子６をノズル５ａと被加工物３で挟むことになって、ノズル５ａやワイヤガイド部を破損するという問題が生じる。当然ながら連続加工もできなくなり、機械の修理も必要になるので長時間のマシンダウンを生むことにもなる。また、加工中にワイヤ電極の断線が発生した場合、自動結線後に断線点へ復帰する際に固着部を破壊してしまうという問題もある。このような問題があるため、中子固定機能は怖くて使えないというワイヤ放電加工機の使用者も存在した。

そこで、本発明は、中子固定機能を用いた加工で中子が固定されたことを確認し、固定されていなかった場合には、加工を停止できるようにすることを目的とするものである。

ワイヤ電極と被加工物を加工プログラムにしたがって相対移動させ、前記ワイヤ電極と前記被加工物との間に発生させる放電によって前記被加工物を放電加工し、前記放電加工によって生じる加工屑を加工溝に付着・堆積させることによって、前記放電加工により生成される中子と前記被加工物を固定する中子固定機能を有するワイヤ放電加工機において、請求項１に係る発明は、前記中子の画像を取得する中子画像取得手段と、該中子画像取得手段によって取得した画像から前記中子が固定されているか否かを判定する中子固定状態判定手段と、該中子固定状態判定手段が中子は固定されていないと判定した場合に、前記放電加工を停止する放電加工停止手段とを備え、中子の固定状態を確認しながら、加工を遂行できるようにした。

請求項２に係る発明は、前記中子固定状態判定手段を、前記画像から、前記放電加工によって形成された中子を囲む加工溝の幅が一定か、または、予め決められた許容範囲内に収まっているかによって、中子が固定されているか否かを判定するものとした。請求項３に係る発明は、前記中子固定状態判定手段を、前記画像から、前記放電加工によって生じる加工屑の付着・堆積物が加工溝に存在するかによって、前記中子が固定されているか否かを判定するものとした。請求項４に係る発明には、前記中子固定状態判定手段を、前記画像から、前記中子と前記被加工物の表面光の状態の差によって、前記中子が固定されているか否かを判定するものとした。

請求項５に係る発明は、前記中子固定状態判定手段を、中子を切り出す加工経路の終点まで加工が終了した段階で、若しくは中子固定機能による固定処理が終了した段階で、前記中子画像取得手段により得られる画像から、中子が固定されているか否か判定するものとした。
請求項６に係る発明は、前記中子画像取得手段をロボットに搭載することで、前記中子画像取得手段を移動可能にするものとした。

中子の固定を確認して加工が進められるから安全に連続加工ができる。また、中子が固定されずに落下している場合には、加工が停止されるから、ノズルやワイヤガイド部等の破損を防止できる。

本発明の一実施形態の概要図である。本発明の別の実施形態の概要図である。画像の加工溝の幅から中子固定状態を判定する説明図である。画像の加工溝に固着部があるかにより中子固定状態を判定する説明図である。中子の固定状態、非固定状態を説明する図である。中子、被加工物の表面光の状態より中子固定状態を判定する説明図である。複数の中子加工の例の説明図である。ワイヤ放電加工機の制御装置のプロセッサが実施する中子固定状態判定処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
本発明は、中子が加工物に固定されていることを確認する確認手段を設けるものであり、この確認手段として、視覚センサや撮像装置等の中子画像取得手段を設ける点に特徴を有するものである。

図１は、本発明の一実施形態の概要図である。視覚センサ若しくは撮像装置で構成される中子画像取得手段１はワイヤ放電加工機の上ガイド部４など被加工物３を載置したテーブル２を見下ろす位置に取り付けられる。この図１に示した実施形態では上ガイド部４の上方に取り付けられている。そして、この中子画像取得手段１は、ワイヤ放電加工機を制御する制御部（図示せず）に接続され、該制御部からの指令で被加工物３の画像を取得し、該制御部に送信する構成となっている。なお、符号４ａは上ノズル、５ａは下ノズル、５は下ガイド部である。

図２は、本発明の別の実施形態の概要図で、中子画像取得手段１がロボット１０に取り付けられている。そして、ロボット１０の制御装置は、図示していないワイヤ放電加工機の制御装置に接続されている。この実施形態の場合、中子画像を取得する際には、上ガイド部４を退避させ、ロボット１０を駆動し、加工プログラムで指令した中子画像取得位置に中子画像取得手段１を移動させて画像を取得するか、若しくは、予め登録しておいた中後の画像データをもとに中子画像取得手段で中子位置を探して撮像する。

本発明は、中子画像取得手段１で取得した画像に基づいて、中子の固定状態を判定するものである。この判定方法として、加工溝幅が一定であるか、加工溝に加工屑の付着・堆積物（固着部）があるか、又は、中子と被加工物の表面の光の反射状況に差があるか等の判定方法がある。

１）加工溝幅が一定であるかによる中子固定状態判定方法。
図３は、中子画像取得手段１で取得した画像から、加工溝の幅から中子固定状態を判定する説明図である。
ワイヤ放電加工によって作られる加工溝幅はワイヤ径に応じてほぼ一定であり、予め決められた許容範囲内に収まる。そのため、中子画像取得手段１で取得した画像は、中子の切り抜きが完了した後でも中子固定機能によって中子６が固定されていれば、図３（Ａ）に示すように加工溝７の幅は一定に保持された画像となる。一方、中子６が固定されていない場合には、中子６は切り落ちているので、中子画像取得手段１で取得した画像は、図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、加工溝７の幅は一定とならない。よって、中子画像取得手段１で取得した画像から加工溝幅が決められた許容範囲内に収まっているか否かで中子固定状態を判定することができる。

２）加工溝に固着部があるかによる中子固定状態判定方法。
中子固定機能は、加工溝内に加工屑を付着・堆積させることによって、中子を固定するものである。そのため、中子画像取得手段１で取得した画像には、中子６が被加工物３に連結され固定されている場合には、図４（Ａ）に示すように加工溝７内に、加工屑の付着・堆積物（固着部）１１が存在する画像が得られる。一方、中子６が固定されていない場合には、中子６は切り落ちているので、図４（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、加工屑の付着・堆積物（固着部）が存在せず、その画像は得られない。よって、中子画像取得手段１で取得した画像から加工溝中に固着部があるか否かで中子固定状態を判定することができる。

３）中子と被加工物の表面の光の反射状況の差による中子固定状態判定方法。
中子６が被加工物３に固定されていれば、図５（Ａ）に示すように、中子６と被加工物３の表面は同一平面上に存在し、両者の表面からの光の反射状況は同じとなる。一方、中子６が固定されていない場合には、図５（Ｂ）に示すように、中子６と被加工物３の表面は同一平面上に存在しないので、両者の表面からの光の反射状況は異なる。図６は、中子画像取得手段１で取得した画像の中子と被加工物の表面の光の反射状況を示す例である。図６（Ａ）は、中子６が固定され、中子６と被加工物３の表面の光の反射状況は同じとなっていることを示している。また、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）は、中子６が固定されず中子６と被加工物３の表面の光の反射状況が異なっていることを示している。よって、中子６と被加工物３の表面光の強度やスペクトル分析することで中子６の固定状態を判定することができる。

次に、図７（Ａ）に示すような、Ｘ軸方向１０の長さ、Ｙ軸方向８の長さの矩形の中子６を、図７（Ｂ）に示すように、被加工物３から（イ）→（ロ）→（ハ）→（ニ）の順に中子を固定しながら４個加工する例を説明する。なお、中子６のＸ軸、Ｙ軸方向の長さの中間位置（Ｘ＝５、Ｙ＝４の位置）に加工開始孔ｈが加工されており、中子６の間隔は１５である。

この加工の加工プログラムは次のようになる。
〈メインプログラム〉
O2000;
S1D1; ・・・１ｓｔ加工条件，オフセット設定
M98P200; ・・・サブプログラム１呼出し
G00X-45.0;
Ｍ00；・・・プログラムストップ

S2D2; ・・・２ｎｄ加工条件，オフセット設定
M98P230; ・・・サブプログラム３呼出し
G00X-45.0;

S3D3; ・・・３ｒｄ加工条件，オフセット設定
M98P230; ・・・サブプログラム３呼出し
M30;

〈サブプログラム１〉
O200;
M60; ・・・ワイヤ結線
M98P220; ・・・サブプログラム２呼出し（（イ）の中子の加工）
M50; ・・・ワイヤ切断
M123; ・・・中子固定状態判定
G00X15.0;

M60; ・・・ワイヤ結線
M98P220; ・・・サブプログラム２呼出し（（ロ）の中子の加工）
M50; ・・・ワイヤ切断
M123; ・・・中子固定状態判定
G00X15.0;

M60; ・・・ワイヤ結線
M98P220; ・・・サブプログラム２呼出し（（ハ）の中子の加工）
M50; ・・・ワイヤ切断
M123; ・・・中子固定状態判定
G00X15.0;

M60; ・・・ワイヤ結線
M98P220; ・・・サブプログラム２呼出し（（ニ）の中子の加工）
M50; ・・・ワイヤ切断
M123; ・・・中子固定状態判定
M99;

〈サブプログラム２〉
O220;
G92X0.0Y0.0; ・・・座標系設定
G91G01G42Y-4.0; ・・・切削送り（放電加工区間）
X-5.0; ・・・切削送り（放電加工区間）
Y8.0; ・・・切削送り（放電加工区間）
X10.0; ・・・切削送り（放電加工区間）
Y-8.0; ・・・切削送り（放電加工区間）
X-5.0; ・・・切削送り（放電加工区間）
G40Y4.0; ・・・切削送り（放電加工区間）
M99;

〈サブプログラム３〉
O230;
M60; ・・・ワイヤ結線
M98P220; ・・・サブプログラム２呼出し（（イ）の中子の加工）
M50; ・・・ワイヤ切断
G00X15.0;

M60; ・・・ワイヤ結線
M98P220; ・・・サブプログラム２呼出し（（ロ）の中子の加工）
M50; ・・・ワイヤ切断
G00X15.0;

M60; ・・・ワイヤ結線
M98P220; ・・・サブプログラム２呼出し（（ハ）の中子の加工）
M50; ・・・ワイヤ切断
G00X15.0;

M60; ・・・ワイヤ結線
M98P220; ・・・サブプログラム２呼出し（（ニ）の中子の加工）
M50; ・・・ワイヤ切断
M99;

メインプログラム（Ｏ２０００）では、「Ｓ1Ｄ1」で１ｓｔカットの加工条件が設定された後、「Ｍ98Ｐ200」でサブプログラム１（Ｏ２００）が読みだされる。該サブプログラム１（Ｏ２００）では、「Ｍ60」でワイヤ結線が指令され、「Ｍ98Ｐ220」でサブプログラム２（Ｏ２２０）が呼び出される。該サブプログラム２（Ｏ２２０）では、「Ｇ92Ｘ0.0Ｙ0.0」で現在位置（イ）の中子６の加工開始孔ｈの位置を原点とする座標系を設定し、「Ｇ91Ｇ01Ｇ42Ｙ-4.0」の指令で、インクリメンタル（Ｇ91）による切削送り（Ｇ01）、ワイヤオフセット左（Ｇ42）の指令で、Ｙ軸マイナス方向に４移動、次にＸ軸マイナス方向に５、Ｙ軸プラス方向に８、Ｘ軸プラス方向に１０、Ｙ軸マイナス方向に８、Ｘ軸マイナス方向に５、ワイヤオフセットをキャンセル（Ｇ40）し、Ｙ軸プラス方向に４移動して、（イ）の中子６の加工開始孔ｈより、Ｙ-４、Ｘ-５、Ｙ+８、Ｘ+１０、Ｙ-８、Ｘ-５、Ｙ+４移動して中子を固定しながら放電加工が行われて、加工開始孔ｈの位置に戻る。そして、「Ｍ99」の指令でサブプログラム２（Ｏ２２０）よりサブプログラム１（Ｏ２００）に戻り、サブプログラム１（Ｏ２００）の「Ｍ50」でワイヤを切断し、「Ｍ123」の指令で、中子固定状態の判定処理（この処理は後述する）を行い、中子が固定されていると判定したときは、「Ｇ00Ｘ15.0」の指令で、Ｘ軸方向に１５移動させて位置決めする。すなわち、（ロ）の中子６の加工開始孔ｈの位置に位置決めし、（イ）の中子６の加工と同様に加工を行う、以下、（ロ）、（ハ）、（ニ）の中子６の加工を順次行う。そして、「Ｍ99」でメインプログラム（Ｏ２０００）に戻り、メインプログラム（Ｏ２０００）では、「Ｇ00-45.0」の位置決め指令で、（ニ）の中子６の加工開始孔ｈからＸ軸マイナス方向に４５移動させて（イ）の中子６の加工開始孔ｈの位置に移動させ、図７に示すように４つの中子６を加工する。なお、１ｓｔカット終了後、「Ｍ00」が指令されてプログラム運転がストップしたところで、中子６は作業者がハンマーによって外力を加えるなどして除去され、以下、２ｎｄカット、３ｒｄカットの仕上加工がサブプログラム３（Ｏ２３０）にしたがって行われる。

上述した加工プログラムで「Ｍ123」の中子固定状態判定指令が出されると、ワイヤ放電加工機の制御装置（図示せず）のプロセッサは、図８で示す処理を開始する。
この図８に示す処理は、図２に示すように中子画像取得手段１をロボットに取り付けたときの処理を示している。そのため、Ｍ１２３指令により、まず、ステップＳ１で、上ガイド部を退避させて（すでに「Ｍ50」の指令でワイヤは切断されているので移動可能）、次に、ロボット１０の制御装置に撮像指令を出力する（ステップＳ２）。ロボット１０の制御装置は加工プログラム中のＧ９２の座標系設定で指令した座標位置（加工開始孔ｈの位置）を目標に中子画像取得手段を移動させて撮影する。または、予め登録しておいた中子の画像データを基にして中子画像取得手段で中子の位置を探し出して撮影する。そして撮像した画像をワイヤ放電加工機の制御装置に送る。

ワイヤ放電加工機の制御装置は送られて来た中子の画像データを取得し（ステップＳ３）、前述した、３つの方法（加工溝幅が一定かによる判定、加工屑の付着・堆積物が加工溝中に存在するかによる判定、中子と被加工物の表面の光の反射状況による判定）のいずれかによって、中子が固定されているか判定する（ステップＳ４）。
中子が固定されていると判定されたときには、ロボット１０の制御装置へ中子画像取得手段１の退避指令を出力し（ステップＳ９）、ロボット１０により中子画像取得手段１を退避位置に退避させ、その後上、ガイドを退避前位置に戻し（ステップＳ１０）、このＭ１２３指令の処理を終了し、元のサブプログラム１に戻り、Ｍ１２３指令以降のプログラム運転を再開する。
一方、ステップＳ４で中子が固定されていないと判定されたときには、ロボット１０の制御装置へ中子画像取得手段１の退避指令を出力し（ステップＳ５）、中子画像取得手段１を退避位置に退避させ、その後、上ガイドを退避前位置に戻し（ステップＳ６）、プログラム運転を停止させ（ステップＳ７）、アラーム表示をして（ステップＳ８）、放電加工を停止し終了する。

なお、上述した実施形態では、「Ｍ１２３」のような中子固定状態判定用コードを用いて中子固定状態判定を指令する例を示したが、専用のＭコードを設けなくても、中子固定機能を用いた場合には、Ｍ５０指令のワイヤ切断後に上述した図８の処理と同様な処理を行うようにしてもよい。

また、図８に示した処理は、図２に示すような中子画像取得手段１をロボットに取り付けたときの処理であるが、図１に示すように中子画像取得手段１を、上ガイド部４などの被加工物３を載置したテーブル２を見下ろす位置に取り付けられて構成する場合には、ステップＳ１、Ｓ６、Ｓ１０、の上ガイド部の退避、退避前の位置に戻す処理は必要がなく、さらに、ステップＳ５、Ｓ９の中子画像取得手段の退避処理（ロボットへの退避指令）も必要がない。そして、ステップＳ２の撮像指令は、ロボット１０ではなく中子画像取得手段１に出力するようにすればよいものである。また、図１に示すように中子画像取得手段１を、被加工物３を載置したテーブル２を見下ろす位置に取り付けられている場合、常に中子６の画像を得ることができるので、中子固定機能による固定処理が終了すると、中子画像取得手段１に撮像指令を出力して、撮像し、得られた画像から、中子が固定されているか判定し、固定されていると判定されれば、加工を続行し、固定されていないと判定すれば、運転を停止しアラーム表示をするようにしてもよい。

以上のように、本実施形態では、中子固定機能を用いて中子を固定しながら行うワイヤ放電加工において、中子が固定されているか確認することができるようにしたから、安全に加工を遂行することができる。

１中子画像取得手段
２テーブル
３被加工物
４上ガイド部
５下ガイド部
４a 上ノズル
５a 下ノズル
６中子
７加工溝
９ワイヤ電極
１０ロボット
１１固着部

Claims

ワイヤ電極と被加工物を加工プログラムにしたがって相対移動させ、前記ワイヤ電極と前記被加工物との間に発生させる放電によって前記被加工物を放電加工し、該放電加工によって生じる加工屑を加工溝に付着・堆積させることによって、前記放電加工により生成される中子と前記被加工物を固定する中子固定機能を有するワイヤ放電加工機において、
前記中子の画像を取得する中子画像取得手段と、
該中子画像取得手段によって取得した画像から前記中子が固定されているか否かを判定する中子固定状態判定手段と、
該中子固定状態判定手段が中子は固定されていないと判定した場合に、前記放電加工を停止する放電加工停止手段と、
を有することを特徴とするワイヤ放電加工機。
前記中子固定状態判定手段は、前記画像から、前記放電加工によって形成された中子を囲む加工溝の幅が一定か、または、予め決められた許容範囲内に収まっているかによって、前記中子が固定されているか否かを判定する請求項１に記載のワイヤ放電加工機。
前記中子固定状態判定手段は、前記画像から、前記放電加工によって生じる加工屑の付着・堆積物が加工溝に存在するかによって、前記中子が固定されているか否かを判定する請求項１に記載のワイヤ放電加工機。
前記中子固定状態判定手段は、前記画像から、前記中子と前記被加工物の表面光の状態の差によって、前記中子が固定されているか否か判定する請求項１に記載のワイヤ放電加工機。
前記中子固定状態判定手段は、中子を切り出す加工経路の終点まで加工が終了した段階で、若しくは中子固定機能による固定処理が終了した段階で、前記中子画像取得手段により得られる画像から、中子が固定されているか否か判定する請求項１乃至４のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工機。
前記中子画像取得手段をロボットに搭載することで、前記中子画像取得手段を移動可能にすること、を特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工機。