JP6490118B2

JP6490118B2 - 数値制御装置

Info

Publication number: JP6490118B2
Application number: JP2017012430A
Authority: JP
Inventors: 司花岡; 和彦村川
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2017-01-26
Filing date: 2017-01-26
Publication date: 2019-03-27
Anticipated expiration: 2037-01-26
Also published as: JP2018120481A; CN108356371B; CN108356371A; EP3354404A1; EP3354404B1; US20180207737A1; US10549369B2

Description

本発明は、数値制御装置に関し、特に加工面長を考慮したワイヤ電極補正を行う数値制御装置に関する。

ワイヤ放電加工は、被加工物のワークとワイヤ電極との間に電圧を印加して放電を発生させ、この放電現象によりワークを任意の形状に加工するものである。図７に示すように、ワイヤ放電加工では、ワイヤ電極を上ガイドと下ガイドとで支持しながら一定の速度でワークの上面から下面方向へと送り、ワークとワイヤ電極が対向する位置で放電を発生させてワークの一部を除去して加工を行っている。

ワイヤ放電加工では、ワークの加工が進むにつれてワイヤ電極もまたワークとの放電により消耗していく。例えば、図７に示すような状況では、ワークの上面から下面へ向けて送られていく間に、ワークとワイヤ電極との間で放電が発生するたびにワイヤ電極は消耗して細くなりその径が小さくなる。一方で、ワイヤ電極の中心と加工しようとする形状のプログラム経路からのオフセット量（ワイヤ電極の半径にワイヤ電極とワーク間のギャップ量を加算した値）は一定のため、ワイヤ電極が細くなった分、ワーク下側に行くにつれてギャップ量が増大し加工不足となり、加工溝幅や加工量が小さくなる。例えば、図７に示すように、ワーク厚ｈの分だけ送られる間にワイヤ電極がワイヤ電極消耗量ｄだけ消耗するとした場合、下面近辺でのワイヤ電極径ｂは、本来のワイヤ電極径ａからワイヤ電極消耗量ｄを減算した値となり、下面において幅ｄ／２の切残しが製品側に発生する。

従来技術では、ワイヤ電極の消耗が原因となる製品側に切残しが発生しないようにするために、図８に示すように、オフセット量を調整して上ガイドと下ガイドの経路を補正している（特許文献１）。ここで用いられるオフセット量は、ワーク厚、ワーク材質、ワイヤ電極の種類、ワイヤ電極の径、加工条件などの組み合わせによって一意に定まるため、これらの複数の組み合わせに対して事前に加工を行って測定した値を制御装置の不揮発性メモリにあらかじめ記憶しておき、後の加工においてはワーク厚ｈ、ワーク材質、ワイヤ電極の種類、ワイヤ電極の径、加工条件などが一致する組み合わせを不揮発性メモリから読み出すことでオフセット量を決定することができる。

特開２００４−１４２０２７号公報

しかしながら、特許文献１に開示する技術は、ワイヤ放電加工の最中にワイヤ電極消耗量ｄが変化する状況に対応したものではない。例えば、図９に示すように、加工の対象となるワークの上面と下面との距離が加工する位置によって変化する場合、１つの移動指令による移動経路の途中におけるワイヤ電極の位置（加工位置）に応じてワイヤ電極消耗量ｄもまた変化するため、設定されたオフセット値をそのまま用いる特許文献１のようなオフセットにて経路を補正する方法では、時々刻々変化するワイヤ電極消耗量ｄに従った補正が行えないため、切残しが発生するという問題がある。

また、図１０に例示されるテーパ加工を行うことを考えて見ると、図１０下に示すようにワークの加工面長（ｈ₁〜ｈ₅）が時々刻々変化し、やはり１つの移動指令による移動経路の途中におけるワイヤ電極の位置（加工位置）に応じてワイヤ電極消耗量ｄも変化する。そのため、特許文献１の技術のようなオフセットにて経路を補正する方法では、図１１に示すように、時々刻々変化するワイヤ電極消耗量に従った補正が行えないため、切残しが発生するという問題がある。

そこで本発明の目的は、加工面長を考慮したワイヤ電極補正を行う数値制御装置を提供することである。

本発明では、ワーク厚、ワーク材質、ワイヤ電極の種類、ワイヤ電極の径、加工条件などの組み合わせに応じたワイヤ電極消耗量は、加工条件データとしてテーブル等の形式で予めメモリに登録されていることを前提とし、ワイヤ放電加工の時々刻々変化する上ガイド位置及び下ガイド位置からワイヤの加工面長ｈ_iを求め、仮のワーク厚さｈ_vと加工面長ｈ_iとの比と、加工条件データから取得されるワイヤ電極消耗量ｄとから加工面長ｈ_iにおけるワイヤ電極消耗量ｄ_iを計算し、計算したワイヤ電極消耗量ｄ_iに基づいて上ガイド位置及び下ガイド位置を補間周期毎に補正することとで、上記課題を解決する。

そして、本発明の請求項１に係る発明は、ワイヤ電極を備え、該ワイヤ電極によりワークを加工するワイヤ放電加工機を制御する数値制御装置であって、加工プログラムに基づいて前記ワークと前記ワイヤ電極とを相対的に移動させて制御する数値制御装置において、前記加工プログラムのブロックを解析して、前記ワイヤ電極を移動させる加工経路を作成する加工経路作成部と、前記加工経路作成部が作成した加工経路に基づいて、該加工経路を通る補間周期毎の移動量を示す補間データを作成する補間部と、前記加工に用いられる前記ワイヤ電極の長さである加工面長を補間周期毎に計算する加工面長計算部と、補間周期毎の前記加工面長に基づいて、前記ワイヤ電極の消耗量を補間周期毎に計算する電極消耗量計算部と、前記電極消耗量計算部が計算した補間周期毎の前記ワイヤ電極の前記消耗量に基づいて、前記補間データによる移動量を補正するための補正量を計算する補正量計算部と、を備え、前記補正量計算部が計算した前記補正量により補正された前記補間データによる移動量に基づいて前記ワイヤ電極を移動させる数値制御装置である。

本発明の請求項２に係る発明は、前記ワイヤ放電加工機は、前記ワイヤ電極を支持する上ガイド及び下ガイドとを備え、前記補正量計算部が計算する補正量は、前記上ガイド及び下ガイドの補間周期毎の移動量の補正量である、請求項１に記載の数値制御装置である。

本発明により、加工面長が時々刻々変化する加工においても、切残しのない高精度な加工が実現できる。

本発明のワイヤ電極補正方法の概要を説明する図である。本発明の一実施形態による数値制御装置の概略的なハードウェア構成図である。本発明の一実施形態による数値制御装置の概略的な機能ブロック図である。本発明の一実施形態による数値制御装置の加工面長ｈ₁の計算方法について説明する図である。本発明の一実施形態による数値制御装置の補正量Ｄの計算方法について説明する図である。本発明の一実施形態による数値制御装置の上ガイド補正量及び下ガイド補正量の計算方法について説明する図である。ワイヤ電極消耗により切残しが発生する問題について説明する図である。従来技術によるワイヤ電極消耗による切残し問題を解決する方法について説明する図である。従来技術では解決できないワイヤ電極消耗による切残し問題について説明する図である。従来技術では解決できないワイヤ電極消耗による切残し問題について説明する図（２）である。従来技術では解決できないワイヤ電極消耗による切残し問題について説明する図（３）である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図２は、本発明の一実施形態による数値制御装置の要部を示すハードウェア構成図である。数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１は、数値制御装置１を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に格納されたシステム・プログラムをバス２０を介して読み出し、該システム・プログラムに従って数値制御装置１全体を制御する。ＲＡＭ１３には一時的な計算データや表示データ及び後述する表示器／ＭＤＩユニット７０を介してオペレータが入力した各種データ等が格納される。

不揮発性メモリ１４は、例えば図示しないバッテリでバックアップされるなどして、数値制御装置１の電源がオフされても記憶状態が保持されるメモリとして構成される。不揮発性メモリ１４には、インタフェース１５を介して読み込まれた加工プログラムや後述する表示器／ＭＤＩユニット７０を介して入力された加工プログラムが記憶されている。不揮発性メモリ１４には更に、加工プログラムを運転するために用いられる加工プログラム運転処理用プログラム等が記憶されるが、これらプログラムは実行時にはＲＡＭ１３に展開される。また、ＲＯＭ１２には、ワイヤ放電加工機の制御のために必要とされる各種のシステム・プログラム（ワイヤ電極補正のシステム・プログラムを含む）があらかじめ書き込まれている。

インタフェース１５は、数値制御装置１とアダプタ等の外部機器７２と接続するためのインタフェースである。外部機器７２側からは加工プログラムや各種パラメータ等が読み込まれる。また、数値制御装置１内で編集した加工プログラムは、外部機器７２を介して外部記憶手段に記憶させることができる。ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１６は、数値制御装置１に内蔵されたシーケンス・プログラムで加工機の周辺装置（例えば、工具交換用のロボットハンドといったアクチュエータ）にＩ／Ｏユニット１７を介して信号を出力し制御する。また、加工機の本体に配備された操作盤の各種スイッチ等の信号を受け、必要な信号処理をした後、ＣＰＵ１１に渡す。

表示器／ＭＤＩユニット７０はディスプレイやキーボード等を備えた手動データ入力装置であり、インタフェース１８は表示器／ＭＤＩユニット７０のキーボードからの指令，データを受けてＣＰＵ１１に渡す。インタフェース１９は各軸を手動で駆動させる際に用いる手動パルス発生器等を備えた操作盤７１に接続されている。

加工機が備える軸を制御するための軸制御回路３０はＣＰＵ１１からの軸の移動指令量を受けて、軸の指令をサーボアンプ４０に出力する。サーボアンプ４０はこの指令を受けて、加工機が備える軸を移動させるサーボモータ５０を駆動する。軸のサーボモータ５０は位置・速度検出器を内蔵し、この位置・速度検出器からの位置・速度フィードバック信号を軸制御回路３０にフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。なお、図２のハードウェア構成図では軸制御回路３０、サーボアンプ４０、サーボモータ５０は１つずつしか示されていないが、実際には加工機に備えられた軸の数だけ用意される。例えば、本実施形態のワイヤ放電加工機を制御する数値制御装置の場合、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｕ軸、Ｖ軸などを制御する為に軸制御回路３０、サーボアンプ４０、サーボモータ５０が用意される。

図３は、加工面長を考慮したワイヤ電極補正機能を実現するためのシステム・プログラムを図２で示した数値制御装置１に実装した場合の、本発明の一実施形態による数値制御装置の概略的な機能ブロック図である。図３に示した各機能ブロックは、図２に示した数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１が、ワイヤ放電加工機を制御する為に必要とされるシステム・プログラムを実行し、数値制御装置１の各部の動作を制御することにより実現される。本実施形態の数値制御装置１は、加工経路作成部１００、補間部１１０、加工面長計算部１２０、電極消耗量計算部１３０、補正量計算部１４０、移動パルス加算部１５０、座標更新部１６０、サーボ制御部１７０を備える。
加工経路作成部１００は、図示しないメモリに記憶される加工プログラム２００から制御対象となるワイヤ放電加工機の動作を指令するブロックを逐次読み出して解析し、解析結果に基づいてワークを加工する際の加工経路を作成する。加工プログラム２００の各ブロックにより指令されるプログラム経路は、加工しようとするワークの形状を示しているため、加工経路作成部１００は、プログラム経路に対してワイヤ電極の径やワイヤ電極とワーク間のギャップ量を考慮した加工経路を作成する。なお、図３では記載を省略しているが、加工経路作成部１００は加工経路を作成する際に、加工情報記憶部２１０に記憶される情報を利用する。

補間部１１０は、加工経路作成部１００が作成した加工経路に基づいて、該加工経路上を通る補間周期毎の移動量を示す補間データ（補間周期毎の各軸の移動量）を作成する。

加工面長計算部１２０は、補間部１１０が作成した補間データに対して、補間周期毎にワイヤ電極が加工を行う加工面長ｈ_iを計算する。加工面長計算部１２０は、加工情報記憶部２１０にあらかじめ記憶されているＣＡＤデータの中から現在加工中のワークの形状データを取得し、取得したワークの形状データと、該補間周期におけるワイヤ電極の位置に基づいて、加工面長ｈ_iを取得するようにしても良い。また、加工面長計算部１２０は、テーパ加工が行われている際には、図４に示すテーパ加工時の加工面長ｈ_iを、上ガイド位置におけるワークの高さｈと、上ガイドと下ガイドを結んだ線が鉛直方向と為す角度φとを用いて、以下の数１式により計算するようにしても良い。図４及び数１式において、更に、加工面長計算部１２０は、ＣＡＤデータによる加工面長計算方法と、テーパ加工時の加工面長の算出方法との両方を用いて、加工面長ｈ_iを取得するようにしても良い。

電極消耗量計算部１３０は、加工情報記憶部２１０にあらかじめ記憶されているワーク厚、ワーク材質、ワイヤ電極の種類、ワイヤ電極の径、加工条件などの加工に係る情報と、消耗量記憶部２２０にあらかじめ記憶されているワーク厚、ワーク材質、ワイヤ電極の種類、ワイヤ電極の径、加工条件などの加工に係る情報の組み合わせに対してワイヤ電極消耗量を対応付けたワイヤ電極消耗量テーブルと、加工面長計算部１２０が計算した補間周期毎の加工面長ｈ_iとに基づいて、補間周期毎のワイヤ電極消耗量ｄ_iを計算する。一般にワイヤ電極は加工面長に比例して消耗するため、電極消耗量計算部１３０は、仮のワーク厚をｈ_vとした場合におけるワイヤ電極消耗量ｄとすると、加工面長ｈ_iにおけるワイヤ電極消耗量ｄ_iは、次の数２式で表すことができる。

電極消耗量計算部１３０は、仮のワーク厚をｈ_vとした場合におけるワイヤ電極消耗量ｄを、消耗量記憶部２２０にあらかじめ記憶されているワイヤ電極消耗量テーブルから取得する。電極消耗量計算部１３０は、仮のワーク厚ｈ_vを加工情報記憶部２１０に記憶されているＣＡＤデータに含まれるワークの高さｈ（ワークの高さが位置によって異なる場合には、上ガイドの位置におけるワークの高さを用いればよい）としても良く、また、ワイヤ電極消耗量テーブルにワークの高さｈと一致する加工に係る情報の組み合わせに対応するワイヤ電極消耗量ｄが記憶されていない場合には、ワイヤ電極消耗量テーブルに登録されているワーク厚の内で、ワークの高さｈに最も近い値を仮のワーク厚ｈ_vとすれば良い。以下では、仮のワーク厚ｈ_vが上ガイドの位置におけるワークの高さｈであるものとして説明する。

補正量計算部１４０は、電極消耗量計算部１３０が算出した補間周期毎のワイヤ電極消耗量ｄ_iに基づいて、補間周期毎の上ガイド補正量と下ガイド補正量を計算する。図５に示すように、ワイヤ電極はワイヤ電極中心線の法線方向に消耗するので、（ワイヤ電極中心線の法線方向の消耗量である）ワイヤ電極消耗量ｄ_iを用いて、以下の数３式によりワイヤ補正量Ｄを求めることができる（テーパ加工が行われていない場合には、φ＝０とする）。

図６は、補正量計算部１４０が計算する上ガイド補正量と下ガイド補正量を図示したものである。補正量計算部１４０は、図６に示すワーク下平面方向における電極消耗率を、補正量計算部１４０は、以下に示す数４式を用いて、図５に示した上ガイド補正量及び下ガイド補正量を計算する（テーパ加工が行われていない場合には、φ＝０とする）。

移動パルス加算部１５０は、補正量計算部１４０が計算した上ガイド補正量と下ガイド補正量とに基づいて、当該補正量分の移動パルスを補間データに加算する。

座標更新部１６０は、移動パルス加算部１５０により加工面長を考慮した補正量に基づく移動パルスが加算された移動量に基づいてワイヤ放電加工機の各軸の機械座標値の更新を行う。
そして、サーボ制御部１７０は、座標更新部１６０が更新した機械座標値に基づいて、制御対象となるワイヤ放電加工機の軸を駆動するサーボモータ５０を制御する。

以上、ここまで本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態の例にのみ限定されるものでなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。
例えば、上記実施形態では加工面長を考慮したワイヤ電極の補正量を、上ガイド及び下ガイドの補正量として計算しているが、いずれか一方のガイドに対する補正量と、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に対する補正量として計算するように構成しても良い。

１数値制御装置
１１ＣＰＵ
１２ＲＯＭ
１３ＲＡＭ
１４不揮発性メモリ
１５インタフェース
１６ＰＭＣ
１７Ｉ／Ｏユニット
１８インタフェース
１９インタフェース
２０バス
３０軸制御回路
４０サーボアンプ
５０サーボモータ
６０スピンドル制御回路
６１スピンドルアンプ
６２スピンドルモータ
６３ポジションコーダ
７０表示器／ＭＤＩユニット
７１操作盤
７２外部機器
１００加工経路作成部
１１０補間部
１２０加工面長計算部
１３０電極消耗量計算部
１４０補正量計算部
１５０移動パルス加算部
１６０座標更新部
１７０サーボ制御部
２００加工プログラム
２１０加工情報記憶部
２２０消耗量記憶部

Claims

ワイヤ電極を備え、該ワイヤ電極によりワークを加工するワイヤ放電加工機を制御する数値制御装置であって、加工プログラムに基づいて前記ワークと前記ワイヤ電極とを相対的に移動させて制御する数値制御装置において、
前記加工プログラムのブロックを解析して、前記ワイヤ電極を移動させる加工経路を作成する加工経路作成部と、
前記加工経路作成部が作成した加工経路に基づいて、該加工経路を通る補間周期毎の移動量を示す補間データを作成する補間部と、
前記加工に用いられる前記ワイヤ電極の長さである加工面長を補間周期毎に計算する加工面長計算部と、
補間周期毎の前記加工面長に基づいて、前記ワイヤ電極の消耗量を補間周期毎に計算する電極消耗量計算部と、
前記電極消耗量計算部が計算した補間周期毎の前記ワイヤ電極の前記消耗量に基づいて、前記補間データによる移動量を補正するための補正量を計算する補正量計算部と、
を備え、
前記補正量計算部が計算した前記補正量により補正された前記補間データによる移動量に基づいて前記ワイヤ電極を移動させる数値制御装置。
前記ワイヤ放電加工機は、前記ワイヤ電極を支持する上ガイド及び下ガイドとを備え、
前記補正量計算部が計算する補正量は、前記上ガイド及び下ガイドの補間周期毎の移動量の補正量である、
請求項１に記載の数値制御装置。