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JP6404968B2 - ワイヤ放電加工機 - Google Patents

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Description

本発明は、ワイヤ放電加工機に関する。
下記特許文献1には、片持ちで支持されたワークの自重による傾きを求めるために、加工装置のアームに取り付けられた距離計測センサによって、加工装置とワークと距離を複数箇所計測するものが開示されている。
特開2014−067158号公報
ワイヤ放電加工機で加工対象物(ワーク)の上面と下面とを異なる形状に加工する場合、加工対象物の上面の鉛直方向の位置および下面の鉛直方向の位置を正確に求める必要がある。上記特許文献1の技術を、ワイヤ放電加工機に適用しようとしても、加工対象物の上面の鉛直方向の位置および下面の鉛直方向の位置を求めることができなかった。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、加工対象物の上面の鉛直方向の位置および下面の鉛直方向の位置を求めることができるワイヤ放電加工機を提供することを目的とする。
本発明の態様は、加工対象物の上面と下面とを異なる形状に加工するワイヤ放電加工機であって、前記ワイヤ放電加工機の加工領域内を移動して、測距対象物との距離を測定する測距センサと、前記加工領域内に基準面を設定し、前記測距センサが測定した前記基準面と前記測距センサとの距離と、前記測距センサが前記加工対象物の上方から測定した前記上面と前記測距センサとの距離と、前記測距センサが前記加工対象物の下方から測定した前記下面と前記測距センサとの距離とから、前記基準面と前記上面との距離、および、前記基準面と前記下面との距離を算出する算出部と、を有する。
本発明によれば、ワークの上面の鉛直方向の位置および下面の鉛直方向の位置を求めることができる。
ワイヤ放電加工機の全体構成の概略を示す図である。 加工対象物を上下異形状加工する様子を示す模式図である。 加工対象物の上面の鉛直方向の位置を求める方法について説明する図である。 加工対象物の下面の鉛直方向の位置を求める方法について説明する図である。 数値制御装置の構成を示すブロック図である。 数値制御装置の処理演算部において行われる処理の流れを示すフローチャートである。 加工対象物を上下異形状加工する様子を示す模式図である。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。下記の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施の形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
[ワイヤ放電加工機の構成]
図1はワイヤ放電加工機10の全体構成の概略を示す図である。ワイヤ放電加工機10は、ワイヤ電極12と加工対象物W(図2)とにより形成される極間(隙間)に電圧を印加して放電を発生させることで、加工対象物Wに対して放電加工を施す工作機械である。ワイヤ電極12の材質は、例えば、タングステン系、銅合金系、黄銅系等の金属材料である。一方、加工対象物Wの材質は、例えば、鉄系材料または超硬材料等の金属材料である。
ワイヤ放電加工機10は、加工機本体14、加工液処理装置16および数値制御装置18を備えている。加工機本体14は、加工対象物Wに向けてワイヤ電極12を供給する供給系統20、および、加工対象物Wを通過したワイヤ電極12を回収する回収系統40を備えている。
供給系統20は、ワイヤ電極12が巻かれたワイヤボビン22、ワイヤボビン22に対してトルクを付与するトルクモータ24、ワイヤ電極12に対して摩擦による制動力を付与するブレーキローラ26、ブレーキローラ26に対してブレーキトルクを付与するブレーキモータ28、および、加工対象物Wの上方でワイヤ電極12をガイドする上ワイヤガイド30を備えている。ブレーキモータ28と上ワイヤガイド30との間には、張力検出部32が設けられている。張力検出部32は、ワイヤ電極12の張力を検出するセンサである。
回収系統40は、加工対象物Wの下方でワイヤ電極12をガイドする下ワイヤガイド42、下ワイヤガイド42内に設けられた下ガイドローラ44、ワイヤ電極12を挟持するピンチローラ46とフィードローラ48、フィードローラ48に対してトルクを付与するトルクモータ50、および、ワイヤ電極12を回収するワイヤ回収箱52を備えている。
加工機本体14は、放電加工の際に使用される脱イオン水または油等の加工液を貯留可能な加工槽60を備え、加工槽60内に上ワイヤガイド30および下ワイヤガイド42が設置されている。加工槽60は、ベース部62上に載置されている。
加工槽60内には加工対象物Wが設置されるワークテーブル64が配置されている。ワークテーブル64は、図示しないサーボモータにより、水平面上のX軸方向、および、X軸に直交するY軸方向に移動可能に設けられている。ワークテーブル64は、上ワイヤガイド30と下ワイヤガイド42との間に設けられている。
上ワイヤガイド30および下ワイヤガイド42は、ワイヤ電極12を支持する上ダイスガイド30aおよび下ダイスガイド42aを有している。上ワイヤガイド30は、図示しないサーボモータにより、X軸に平行なU軸方向、Y軸に平行なV軸方向、および、X軸およびY軸に直交するZ軸方向に移動することが可能である。これにより、加工機本体14は、加工対象物Wの上面Wa(図2)の形状と下面Wb(図2)の形状とが異なる上下異形状加工を行う。
上ワイヤガイド30および下ワイヤガイド42は、スラッジ(加工屑)を含まない清浄な加工液を噴出する。これにより、ワイヤ電極12と加工対象物Wとの隙間(極間)を、放電加工に適した清浄な加工液で満たすことができ、放電加工によって発生したスラッジによって放電加工の精度が低下することを防止することができる。加工対象物Wは、加工槽60内に貯留された加工液に浸漬された状態で、放電加工が行われる。
加工液処理装置16は、加工槽60内の加工液に含まれスラッジを除去するとともに、加工液の電気抵抗率・温度の調整等を行い、加工液の液質を管理する装置である。この加工液処理装置16によって液質が管理された加工液が再び加工槽60に戻される。数値制御装置18は、NCプログラムに応じて加工機本体14を制御する。数値制御装置18の構成は、後に詳述する。
[上下異形状加工について]
図2は加工対象物Wを上下異形状加工する様子を示す模式図である。図2に示す加工対象物Wは、本体部70から突出した突出部分である。本体部70がワークテーブル64に図示しない治具によって固定されている。
ワイヤ電極12による加工対象物Wの加工位置は、あらかじめCAM等により作成されたNCプログラムによって規定される。NCプログラムでは、加工対象物Wの上面Waにおける加工位置PをXY座標上の座標値(X、Y)によって規定し、下面Wbにおける加工位置QをUV座標上の座標値(U、V)によって規定する。XY座標は原点が固定された絶対座標であるが、UV座標は加工位置Pを原点とする相対座標である。つまりUV座標は、加工位置Pから下面Wbに向けて下した垂線位置を原点Oqとしている。加工位置Pに対して、加工位置Qが相対的に規定されることにより、上面Waの加工形状と下面Wbの加工形状とが異なる上下異形状加工を行うことができる。
なお、加工対象物Wの厚さが厚くなるほど、XY座標上の座標値(X、Y)およびUV座標上の座標値(U、V)が同じであっても、加工機本体14は、加工対象物Wの厚さ方向に対するワイヤ電極12の傾きが小さくなるように制御される。
[加工対象物の上面の鉛直方向の位置および下面の鉛直方向の位置の測定]
加工対象物Wの上下異形状加工を行う場合は、加工対象物Wの上面Waの鉛直方向の位置と下面Wbの鉛直方向の位置を正確に求めて、数値制御装置18に入力する必要がある。図3は加工対象物Wの上面Waの鉛直方向の位置を求める方法について説明する図である。図4は加工対象物Wの下面Wbの鉛直方向の位置を求める方法について説明する図である。加工対象物Wの上面Waの鉛直方向の位置と下面Wbの鉛直方向の位置は、測距センサ72の測定値から求める。測距センサ72は、赤外線レーザ等を用いて測距センサ72と測距対象物との間の距離を測定する。測距センサ72は、ロボット68のエンドエフェクタとして取り付けられ、加工機本体14の加工領域74内を移動する。
加工対象物Wの上面Waの鉛直方向の位置および下面Wbの鉛直方向の位置は、基準面Sからの鉛直方向距離として求められる。基準面Sは、ワークテーブル64の上面64aに設定される。以下、基準面Sに対する加工対象物Wの上面Waの鉛直方向距離を、単に上面Waの位置と称し、基準面Sに対する加工対象物Wの下面Wbの鉛直方向距離を、単に下面Wbの位置と称することがある。
ワークテーブル64の上面64aには、ワークテーブル64の上面64aからはみ出すように固定された延出部材66が設けられている。延出部材66は、下面66aがワークテーブル64の上面64a(基準面S)と同一平面となるように設けられている。
加工対象物Wの上面Waの位置を求める場合には、ロボット68により測距センサ72をワークテーブル64の上方に移動させ、測距センサ72とワークテーブル64の上面64aとの鉛直方向距離を測定する。次に、ロボット68により測距センサ72を加工対象物Wの上面Waの上方に平行移動(XY平面と平行する平面上において移動)させて、測距センサ72と加工対象物Wの上面Waとの鉛直方向距離を測定する。測距センサ72とワークテーブル64の上面64aとの鉛直方向距離と、測距センサ72と加工対象物Wの上面Waとの鉛直方向距離との差分をとることで、基準面Sに対する加工対象物Wの上面Waの鉛直方向距離を求める。
加工対象物Wの下面Wbの位置を測定する際には、ロボット68により測距センサ72を延出部材66の下方に移動させ、測距センサ72と延出部材66の下面66aとの鉛直方向距離を測定する。次に、ロボット68により測距センサ72を加工対象物Wの下面Wbの下方に平行移動させて、測距センサ72と加工対象物Wの下面Wbとの鉛直方向距離を測定する。測距センサ72と延出部材66の下面66aとの鉛直方向距離と、測距センサ72と加工対象物Wの下面Wbとの鉛直方向距離との差分をとることで、基準面Sに対する加工対象物Wの下面Wbの鉛直方向距離を求める。
[数値制御装置の構成]
図5は数値制御装置18の構成を示すブロック図である。数値制御装置18は、処理演算部80および記憶部82を有している。処理演算部80は、プロセッサ、メモリ等から構成されており、各種の処理および演算等を行う。記憶部82は、CAM等により生成され、加工機本体14により加工対象物Wを任意の形状に加工するNCプログラム等が記憶されている。
処理演算部80は、上下面位置算出部84および指令値演算部86を有している。上下面位置算出部84は、測距センサ72から入力された測定値に基づいて、加工対象物Wの上面Waの位置、下面Wbの位置、および、加工対象物Wの厚さを算出する。指令値演算部86は、記憶部82に記憶されているNCプログラムを実行し、加工機本体14を制御する指令値を演算する。
[制御フロー]
図6は、数値制御装置18の処理演算部80において行われる処理の流れを示すフローチャートである。
ステップS1では、上下面位置算出部84により、測距センサ72が測定した、測距センサ72とワークテーブル64の上面64aとの鉛直方向距離と、測距センサ72と加工対象物Wの上面Waとの鉛直方向距離との差分をとることで、基準面Sに対する加工対象物Wの上面Waの鉛直方向距離を算出し、ステップS2へ移行する。
ステップS2では、上下面位置算出部84により、測距センサ72が測定した、測距センサ72と延出部材66の下面66aとの鉛直方向距離と、測距センサ72と加工対象物Wの下面Wbとの鉛直方向距離との差分をとることで、基準面Sに対する加工対象物Wの下面Wbの鉛直方向距離を算出し、ステップS3へ移行する。
ステップS3では、上下面位置算出部84により、基準面Sに対する加工対象物Wの上面Waの鉛直方向距離と、基準面Sに対する加工対象物Wの下面Wbの鉛直方向距離との差分をとることで、加工対象物Wの厚さを算出し、ステップS4へ移行する。
ステップS4では、指令値演算部86により、算出した基準面Sに対する加工対象物Wの上面Waの鉛直方向距離、基準面Sに対する加工対象物Wの下面Wbの鉛直方向距離、加工対象物Wの厚さ、および、NCプログラムに基づいて、ワークテーブル64を駆動する図示しないサーボモータ、上ワイヤガイド30を駆動する図示しないサーボモータの指令値を演算し、処理を終了する。
[作用効果]
加工対象物Wの上下異形状加工を行う場合は、加工対象物Wの上面Waの位置と下面Wbの位置を正確に求めて、NCプログラムを実行する数値制御装置18に設定する必要がある。加工対象物Wの上面Waの位置および下面Wbの位置として、誤った位置が数値制御装置18に設定されると、加工対象物Wの加工精度を確保することができない。
図7は加工対象物Wを上下異形状加工する様子を示す模式図である。ここで、例えば、数値制御装置18には、加工対象物Wの上面Waの位置が、上面Waよりも上方の位置Aとして設定され、加工対象物Wの下面Wbの位置が、下面Wbよりも下方の位置Bとして設定されているとする。
この場合、数値制御装置18は、NCプログラムで規定された加工対象物Wの上面Waの加工位置P(X、Y)を、位置Aの面上の加工位置であるとして指令値を演算するとともに、NCプログラムで規定された加工対象物Wの下面Wbの加工位置Q(U、V)を、位置Bの面上の加工位置であるとして指令値を演算する。そのため、実際の加工対象物Wの上面Wa上の加工位置はP’(X’、Y’)、下面Wb上の加工位置はQ’(U’、V’)となり、NCプログラムにより規定された位置とは異なることとなる。
従来、オペレータがインジケータ等を用いて、加工対象物Wの上面Waの位置および下面Wbの位置を測定し、測定結果を数値制御装置18に設定していた。しかし、測定に手間がかかる上、測定ミスや数値制御装置18へ測定値を設定する際の入力ミス等により、加工対象物Wの上面Waの位置および下面Wbの位置が正しく数値制御装置18に設定されないことがあった。
そこで本実施の形態では、測距センサ72が測定した、測距センサ72と基準面Sとの鉛直方向距離と、測距センサ72と加工対象物Wの上面Waとの鉛直方向距離と、測距センサ72と加工対象物Wの下面Wbとの鉛直方向距離とに基づいて、数値制御装置18において、加工対象物Wの上面Waの位置および下面Wbの位置を算出するようにした。
これにより、測距センサ72による測定が自動的に行われ、数値制御装置18により加工対象物Wの上面Waの位置および下面Wbの位置の算出が行われるため、オペレータの工数を低減するとともに、正確な加工対象物Wの上面Waの位置および下面Wbの位置が数値制御装置18に設定される。よって、加工対象物Wの加工精度を高めることができる。
〔他の実施の形態〕
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることはもちろんである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
例えば、上記実施の形態では、延出部材66の下面66aを基準面Sとしたが、本体部70がワークテーブル64からはみ出した部分であって、その下面を基準面Sとしてもよい。
また、上記実施の形態では、ワークテーブル64の上面64aを基準面Sとしたが、ワークテーブル64の下面を基準面Sとしてもよい。また、あらかじめワークテーブル64の厚さが正確に分かっている場合には、ワークテーブル64の上面64aを基準面Sとしつつ、ワークテーブル64の下面に対する、加工対象物Wの下面Wbの鉛直方向距離を求め、求めた鉛直方向距離にワークテーブル64の厚さを加えることで、基準面Sに対する加工対象物Wの下面Wbの鉛直方向距離を求めるようにしてもよい。
〔実施の形態から得られる技術的思想〕
上記実施の形態から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。
加工対象物(W)の上面(Wa)と下面(Wb)とを異なる形状に加工するワイヤ放電加工機(10)であって、前記ワイヤ放電加工機(10)の加工領域(74)内を移動して、測距対象物との距離を測定する測距センサ(72)と、前記加工領域(74)内に基準面(S)を設定し、前記測距センサ(72)が測定した前記基準面(S)と前記測距センサ(72)との距離と、前記測距センサ(72)が前記加工対象物(W)の上方から測定した前記上面(Wa)と前記測距センサ(72)との距離と、前記測距センサ(72)が前記加工対象物(W)の下方から測定した前記下面(Wb)と前記測距センサ(72)との距離とから、前記基準面(S)と前記上面(Wa)との距離、および、前記基準面(S)と前記下面(Wb)との距離を算出する算出部(84)と、を有する。これにより、加工対象物(W)の上面(Wa)の位置と、下面(Wb)の位置とを簡単に、かつ、高精度に求めることができる。
上記ワイヤ放電加工機(10)であって、前記算出部(84)は、前記基準面(S)と前記上面(Wa)との距離と、前記基準面(S)と前記下面(Wb)との距離とから、前記加工対象物(W)の厚さを算出するようにしてもよい。これにより、加工対象物(W)の厚さを正確に求めることができる。
上記ワイヤ放電加工機(10)であって、前記加工対象物(W)を放電加工するワイヤ電極(12)と、前記ワイヤ電極(12)の前記加工対象物(W)の厚さ方向に対する前記ワイヤ電極(12)の傾きを変更するワイヤ電極駆動部(30)と、前記ワイヤ電極駆動部(30)を制御する制御部(86)と、を有し、前記制御部(86)は、前記基準面(S)と前記上面(Wa)との距離、および、前記基準面(S)と前記下面(Wb)との距離に応じて、前記ワイヤ電極(12)の傾きを設定してもよい。これにより、加工対象物(W)の上面(Wa)と下面(Wb)の加工精度を向上させることができる。
上記ワイヤ放電加工機(10)であって、前記加工対象物(W)を保持するワークテーブル(64)を有し、前記基準面(S)は、前記ワークテーブル(64)の上面(64a)または下面であるようにしてもよい。これにより、平面度が高いワークテーブル(64)を基準面(S)とすることにより、基準面(S)に対する加工対象物(W)の上面(Wa)および下面(Wb)の位置を高精度に求めることができる。
上記ワイヤ放電加工機(10)であって、前記ワークテーブル(64)の上面(64a)に、前記ワークテーブル(64)の外周からはみ出すように取り付けられる下側基準面部材(66)を有し、前記下側基準面部材(66)は、前記ワークテーブル(64)の外周からはみ出した部分において、前記ワークテーブル(64)の上面(64a)と同一の面であって、下向きの面(66a)を有するようにしてもよい。これにより、測距センサ(72)と基準面(S)との距離測定、および、測距センサ(72)と加工対象物(W)の下面(Wb)との距離測定を、加工対象物(W)の下方側から行うことができ、基準面(S)と加工対象物(W)の下面(Wb)との距離を高精度に求めることができる。
上記ワイヤ放電加工機(10)であって、前記測距センサ(72)は、前記測距対象物との鉛直方向距離を測定し、前記算出部(84)は、前記測距センサ(72)が測定した、前記基準面(S)と前記測距センサ(72)との鉛直方向距離と、前記上面(Wa)と前記測距センサ(72)との鉛直方向距離と、前記下面(Wb)と前記測距センサ(72)との鉛直方向距離とから、前記基準面(S)と前記上面(Wa)との鉛直方向距離、および、前記基準面(S)と前記下面(Wb)との鉛直方向距離を算出するようにしてもよい。これにより、加工対象物(W)の上面(Wa)の位置と、下面(Wb)の位置とを高精度に求めることができる。
10…ワイヤ放電加工機 12…ワイヤ電極
30…上ワイヤガイド(ワイヤ電極駆動部) 64…ワークテーブル
66…延出部材(下側基準面部材) 66a…下面(下向きの面)
72…測距センサ 74…加工領域
84…上下面位置算出部(算出部) 86…指令値演算部(制御部)
S…基準面 W…加工対象物
Wa…上面 Wb…下面

Claims (6)

  1. 加工対象物の上面と下面とを異なる形状に加工するワイヤ放電加工機であって、
    前記ワイヤ放電加工機の加工領域内を移動して、測距対象物との距離を測定する測距センサと、
    前記加工領域内に基準面を設定し、前記測距センサが測定した前記基準面と前記測距センサとの距離と、前記測距センサが前記加工対象物の上方から測定した前記上面と前記測距センサとの距離と、前記測距センサが前記加工対象物の下方から測定した前記下面と前記測距センサとの距離とから、前記基準面と前記上面との距離、および、前記基準面と前記下面との距離を算出する算出部と、
    を有する、ワイヤ放電加工機。
  2. 請求項1に記載のワイヤ放電加工機であって、
    前記算出部は、前記基準面と前記上面との距離と、前記基準面と前記下面との距離とから、前記加工対象物の厚さを算出する、ワイヤ放電加工機。
  3. 請求項1または2に記載のワイヤ放電加工機であって、
    前記加工対象物を放電加工するワイヤ電極と、
    前記ワイヤ電極の前記加工対象物の厚さ方向に対する前記ワイヤ電極の傾きを変更するワイヤ電極駆動部と、
    前記ワイヤ電極駆動部を制御する制御部と、
    を有し、
    前記制御部は、前記基準面と前記上面との距離、および、前記基準面と前記下面との距離に応じて、前記ワイヤ電極の傾きを設定する、ワイヤ放電加工機。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載のワイヤ放電加工機であって、
    前記加工対象物を保持するワークテーブルを有し、
    前記基準面は、前記ワークテーブルの上面または下面である、ワイヤ放電加工機。
  5. 請求項4に記載のワイヤ放電加工機であって、
    前記ワークテーブルの上面に、前記ワークテーブルの外周からはみ出すように取り付けられる下側基準面部材を有し、
    前記下側基準面部材は、前記ワークテーブルの外周からはみ出した部分において、前記ワークテーブルの上面と同一の面であって、下向きの面を有する、ワイヤ放電加工機。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載のワイヤ放電加工機であって、
    前記測距センサは、前記測距対象物との鉛直方向距離を測定し、
    前記算出部は、前記測距センサが測定した、前記基準面と前記測距センサとの鉛直方向距離と、前記上面と前記測距センサとの鉛直方向距離と、前記下面と前記測距センサとの鉛直方向距離とから、前記基準面と前記上面との鉛直方向距離、および、前記基準面と前記下面との鉛直方向距離を算出する、ワイヤ放電加工機。
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