JP5276731B1 - ワイヤ電極切断機構を備えたワイヤ放電加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】加工中の断線修復モードで発生する極端に屈曲したワイヤ電極線の自動結線成功率を飛躍的に向上することが可能なワイヤ電極切断機構を備えたワイヤ放電加工機を提供すること。
【解決手段】断線時のＡＷＦパイプノズル９とピックアップユニット８の間の距離を最小にする脱線防止装置１５は、実行プログラム、パイプストッパ用切欠付ＡＷＦユニットベース板１１、エアシリンダ１３により作動するパイプストッパアーム１２を備えたパイプストッパ装置１４で構成され、エアシリンダ１３への作動エアの入出力により、ストッパアーム１２を水平に出し入れし、断線修復動作時には、パイプストッパ装置１４はパイプストッパアーム１２をパイプストッパ用切欠付ＡＷＦユニットベース板１１のストッパアーム用切欠部に挿入するように制御され、ＡＷＦパイプユニット１０の作動範囲を標準位置からピックアップユニット８の直前位置まで制御することが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明はワイヤ放電加工機に関し、特に、ワイヤ電極切断機構を備えたワイヤ放電加工機に関する。

ワイヤ放電加工では、加工形状の難易性、加工条件、加工物素材の物性等により、断続的に予期せぬワイヤ電極線の断線が発生する場合がある。加工中に発生する断線に対応するため、ワイヤ放電加工機に断線修復プログラムを備え、該断線修復プログラムに予め設定されたプロセスに従い、加工中の断線発生→ワイヤ電極線巻戻し→駆動軸を制御することによる上，下ガイドの加工開始点復帰→ワイヤ電極線の先端の切断→結線動作→結線完了→上，下ガイドの断線位置復帰→加工再開の順に断線修復プロセスが実行され、断線修復が完了する。
特許文献１には、ワイヤ放電加工中に、放電加工部においてワイヤ断線が生じると、ワイヤ供給側のワイヤ先端部を一部切断除去し、加工開始孔でワイヤを自動結線し、ワイヤ断線位置までリトレースして、ワイヤ電極線が断線した位置から放電加工を再開する技術が開示されている。

特開平８−３０９６２２号公報

図６は従来技術を説明する図である。加工中に発生した断線を修復する断線修復モードでは、ワイヤ放電加工機の各駆動軸を制御し、上ガイド，下ガイドの位置が加工開始点に相対的に復帰した後に、ワイヤ電極線１のアニールによる真直化及び先端切断が実施され結線動作に移行する。ワイヤ電極線１の断線の主な原因は、ワーク内でワークとワイヤ電極線１の間で突発的に発生する異常放電等のストレスが挙げられる。突発的に発生する異常放電は局部的に大電流が発生するため、ワイヤ電極線１を一気に破断させてしまう。

加工中のワイヤ電極線１には加工条件で適正化されたワイヤ張力が常時掛かっており、突発的破断が発生すると、張力が瞬間的に開放され反力によりワイヤ電極線１がスプリング状に曲がってしまう。特にテーパ加工中の断線修復ではワイヤ電極線１の巻戻しの際、テーパ形状の加工溝を通して巻戻すため、ワイヤ電極線１の先端がワークとの接触により激しく屈曲した状態で巻取られてしまう事がある。

巻取り−開始点復帰完了後に作動する切断・結線モードでは、ＡＷＦパイプ４を通して巻取られたワイヤ電極線１のアニールによるワイヤ真直化及び傷んだ先端の切断及のため、ブレーキローラ６をワイヤ電極線送り出し方向１０１方向に回転させ、ディテクト部電極５へワイヤ電極線１を送り出す。
その後、ブレーキローラ６で切断開始アニールトルクを発生させてワイヤ電極線１を真直化しつつ、ディテクト部電極５及びチャック部切断電極７に通電してディテクト部電極５近傍のＡＷＦパイプノズル９の部分で切断するためには、ワイヤ電極線１の先端部をピックアップユニット８でクランプする必要がある。

断線修復時のワイヤ電極線１の先端は前述の様に極端に屈曲している場合が多く、その程度が著しい場合は送り出されたワイヤ電極線１の先端がピックアップユニット８の枠内に入らず外側へ脱線してしまう場合がある（極端に屈曲したワイヤ電極線先端部１００で示す破線部参照）。脱線によりピックアップユニット８がクランプし損ねたワイヤ電極線１は、クランプする支点が得られず、ブレーキローラ６による切断・アニールトルクおよび切断電流が掛からないため、切断不良が発生しワイヤ放電加工機全体を停止させてしまう。
上述したように、ワイヤ電極線１の脱線とは、断線修復時にピックアップユニット８にワイヤ電極線１の先端がクランプされない状態をいう。なお、この従来技術では、ワイヤ電極線巻き戻し方向１０２に示されるように、ＡＷＦパイプノズル９とピックアップユニット８の距離が大きい。

そこで本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、加工中の断線修復モードで発生する極端に屈曲したワイヤ電極線の自動結線成功率を飛躍的に向上することが可能なワイヤ電極切断機構を備え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、上ガイドの上流側に設けられ、先端にノズルを有し、前記上ガイドの近傍の自動結線位置と退避位置の間を移動する自動結線パイプと、該自動結線パイプの入口側と出口側にそれぞれ設けられた第１、第２のワイヤ切断用電極と、前記第２のワイヤ切断用電極の下に設けられ、ワイヤ電極を切断する際に該ワイヤ電極をクランプするピックアップユニットからなるワイヤ切断機構を備えたワイヤ放電加工機において、前記ワイヤ電極の切断時に前記自動結線パイプのノズルの先端が前記第２のワイヤ切断用電極と前記ピックアップユニットとの間に位置するように前記自動結線パイプの移動を規制するストッパ機構を備えたことを特徴とするワイヤ電極切断機構を備えたワイヤ放電加工機である。
請求項２に係る発明は、前記ストッパ機構は、前記自動結線パイプが取り付けられる取り付けベースに切欠部を設け、該切欠部に対して接近および退避移動可能なシリンダ機構から構成されることを特徴とする請求項１に記載のワイヤ電極切断機構を備えたワイヤ放電加工機である。
請求項３に係る発明は、前記シリンダ機構は水圧または油圧によって駆動されることを特徴とする請求項２に記載のワイヤ電極切断機構を備えたワイヤ放電加工機である。
請求項４に係る発明は、前記シリンダ機構はサーボモータによって駆動されることを特徴とする請求項２に記載のワイヤ電極切断機構を備えたワイヤ放電加工機である。
請求項５に係る発明は、前記ストッパ機構は、ロボットに設けられたハンドであって、該ハンドで前記自動結線パイプを把持することを特徴とする請求項１に記載のワイヤ電極切断機構を備えたワイヤ放電加工機である。

本発明により、加工中の断線修復モードで発生する極端に屈曲したワイヤ電極線の自動結線成功率を飛躍的に向上することが可能なワイヤ電極切断機構を備えたワイヤ放電加工機を提供できる。

断線発生時のワイヤ脱線防止装置の作動を説明する図である。 ワイヤ巻き戻し時ワイヤ脱線防止装置の作動を説明する図である。 ワイヤ脱線防止装置を適用しワイヤ電極線のクランプが成功した状態を説明する図である。 脱線防止装置を備えたワイヤ放電加工機の概要を説明する図である。 ワイヤ脱線防止装置の作動を説明するフローチャートである（その１）。 ワイヤ脱線防止装置の作動を説明するフローチャートである（その２）。 ワイヤ脱線防止装置の作動を説明するフローチャートである（その３）。 従来技術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。
図１は断線発生時のワイヤ脱線防止装置の作動を説明する図である。図２はワイヤ脱線防止装置の断線修復時のワイヤ巻き戻し時の作動を説明する図である。図３はワイヤ脱線防止装置を適用しワイヤ電極線のクランプが成功した状態を説明する図である。

発明が解決しようとする課題で説明したように、ワイヤ電極線１の断線を修復する断線修復モードにおけるワイヤ電極線１が脱線する原因として、ワイヤ電極線１の先端形状が著しく屈曲することが挙げられる。ワイヤ電極線１の先端部が極端に屈曲していると、ワイヤ電極線１の先端部がピックアップユニット８の枠状の貫通部を通過できない。他の原因としては、ＡＷＦパイプノズル９の先端からディテクト部電極５の下部に位置するピックアップユニット８までの距離が離れていることである（図６の離間距離１０３参照）。

変形の少ないワイヤ電極線１の先端形状であれば、ピックアップユニット８の枠内へワイヤ電極線１を送り出す事は十分可能である。しかし、前述のように先端が著しく屈曲したワイヤ電極線１では、ＡＷＦパイプノズル９の直後からピックアップユニット８の枠を大きくはみ出す方向へ先端が向かうため、ＡＷＦパイプノズル９とピックアップユニット８の間の距離が離れている事で、屈曲したワイヤ電極線１はピックアップユニット８へ到達する前に脱線する可能性が大きくなる。（図６参照）なお、ＡＷＦは「ａｕｔｏ ｗｉｒｅ ｆｅｅｄｅｒ」の略である。

そこで本発明に係るワイヤ放電加工機の実施形態は、ワイヤ電極線１の脱線の発生を抑制するため、断線時のＡＷＦパイプノズル９とピックアップユニット８の間の距離（図３の符号１０６を参照）を最小にする脱線防止装置１５を備える。脱線防止装置１５は、実行プログラム、ＡＷＦパイプユニット１０とパイプストッパ装置１４で構成される。ＡＷＦパイプユニット１０は自動結線用パイプであるＡＷＦパイプ４とＡＷＦパイプ４に固定されるパイプストッパ用切欠付ＡＷＦユニットベース板１１とで構成され、パイプストッパ装置１４はパイプストッパアーム１２とエアシリンダ１３で構成される。

パイプストッパ装置１４に備わったパイプストッパアーム１２は、エアシリンダ１３により駆動され、エアシリンダ１３への作動エアの入出力により水平に出し入れする（図１の矢印１１０）。ピックアップユニット８は、貫通する枠形状を有しており、くさび状部材１６が対向する面に設けられた摺動孔に沿って移動可能となっている。ワイヤ電極線１がピックアップユニット８の枠形状を貫通した後に杵１７を作動させ、くさび状部材１６とピックアップユニットの枠形状の一内側面との間でクランプする。パイプストッパ装置１４において、パイプストッパアーム１２は、エアシリンダ１３に替えて、水圧または油圧によって駆動される構成、サーボモータによって駆動される構成としてもよい。

断線修復動作時には図２，図３に示されるように、パイプストッパ装置１４とピックアップユニット８は連動して駆動される。ＡＷＦパイプユニット１０は図示しないエアシリンダなどの駆動手段によってブレーキローラ６と上ガイド２の間の自動結線位置と退避位置の間を上下方向に駆動される。または、ＡＷＦパイプユニット１０は、ロボットに設けられたハンドによって把持され、移動されるようにしてもよい。パイプストッパ装置１４はパイプストッパアーム１２をパイプストッパ用切欠付ＡＷＦユニットベース板１１に設けられたパイプストッパアーム用切欠部１１ａに挿入することによって、ＡＷＦパイプユニット１０の作動範囲を標準位置からピックアップユニット８の直前位置まで制御することが出来る。

加工中にワイヤ電極線１が断線すると、図２に示されるように、断線発生と同時に断線したワイヤ電極線１の先端を検出するディテクト部電極５が閉じ、ワイヤ電極線巻き戻し方向１０２で示されるワイヤ巻き戻し方向にブレーキローラ６を回転させる。その後、図３に示されるようにワイヤ電極線送り出し方向１０１の方向にブレーキローラ６を回転させワイヤ電極線１を送り出す。

ＡＷＦパイプユニット１０は、ワイヤ電極線１の切断時に、屈曲したワイヤ電極線１が送り出されるＡＷＦパイプノズル９の位置を、ＡＷＦパイプユニット１０ごとピックアップユニット８の直前まで下げる（符号１１２）。ＡＷＦパイプユニット１０の作動と同期してパイプストッパ装置１４を作動させ、パイプストップアームを矢印１１４方向に突き出す。

これによって、離間距離１０６が小さくなる。離間距離１０６が小さくなり、ワイヤ電極線１の先端部がピックアップユニット８の枠内を容易に通過でき、ワイヤ電極線１の脱線を避けることができる。そして、ワイヤ電極線１の先端部を切断するために、チャック部切断電極７（第１のワイヤ切断電極）とディテクト部電極５（第２のワイヤ切断電極）に必要な電力を供給し、両電極間の部分のワイヤ電極線１を加熱する。

図４は脱線防止装置を備えたワイヤ放電加工機の概要を説明する図である。ワイヤ放電加工機の制御装置５０は、マイクロプロセッサからなる中央演算処理装置（以下、単に「ＣＰＵ」という）５１を備えており、ＣＰＵ５１にはプログラムメモリ５２，データメモリ５３、液晶ディスプレイＬＣＤを備えた操作盤５４及び入出力回路５５が各々バス５６を介して接続されている。

プログラムメモリ５２には、ワイヤ放電加工機の各部及びワイヤ放電加工機の制御装置５０自身を制御するための種々のプログラムが格納されている。そして、本発明を実行するために必要な断線修復プログラムと脱線防止装置が同期して作動するためのプログラムも格納されている。

また、データメモリには加工プログラムに付随した位置データ、その他の加工条件を定める各種設定データが格納されると共に、ＣＰＵ５１が行う各種計算のためのデータの一時記憶用のメモリとしても利用される。断線修復を行うか否かの設定や、脱線防止装置を起動するかを設定した設定データもデータメモリ５３に格納される。また、エンコーダ７１の出力パルスを計算するレジスタ領域および障害発生位置データを記憶するレジスタ領域を有している。

入出力回路５５には、ワークテーブル駆動部６０、加工電源部６１、ワイヤ切断電源部６２、ワイヤ巻上げ／巻取り制御部６３、ワイヤ送り制御部６４、エンコーダ７１、ワイヤ断線検出部６５、電極機能切換部６６、ワイヤ撓み検出部６７、ワイヤ通過検出部６８、表示装置６９、およびその他のワイヤ放電加工各部を制御する各部移動制御部７０が各々接続されている。

ワークテーブル駆動部６０及び加工電源部６１は周知の構成を有するものであり、加工実行時には通常の方式に従って各々制御される。ワイヤ切断電源部６２は、結線時にワイヤ電極線１をＡＷＦパイプ４内の加熱領域で切断する為に、チャック部切断電極７とディテクト部電極５に必要な電力を供給するものである。加工ワイヤ巻上げ／巻取り制御部６３はワイヤ巻取りロールを駆動するモータ及び巻上げモータを駆動するものである（図示省略）。

また、ワイヤ送り制御部６４はワイヤ送りロールを駆動するモータの駆動制御を行なう部分であり、該モータの回転量がエンコーダ７１によって検出される。ワイヤ断線検出部６５は、加工実行中に断線が発生した際にこれを検知するもので、従来方式（例えば、ワイヤに流れる電流を検知する方式や巻き取りロールのテンションを検出する方式等）の機構が利用される。

電極機能切換部６６は、チャック部切断電極７の機能をワイヤ切断電極とワイヤ通過検出電極のいずれかに切換選択する為のもので、ワイヤ通過検出部６８は、ワイヤ電極線１がワイヤ通過検出用電源（図示せず）に接続された際に、ワイヤ電極線１の電位を検出するものである。一方、ワイヤ撓み検出部６７は、前述したワイヤ撓み検出電極（図示せず）に接続され、該電極の電位を検出するもので、該電極とワイヤとの接触／非接触を該電極の電位の変化で判別する。

表示装置６９は種々の形態でワイヤ障害位置情報を表示する為の表示装置であり、プログラムメモリ５２に格納される表示プログラムに応じて、例えばワイヤ障害発生箇所をリアルタイムに警告表示したり、区間別の障害発生頻度をグラフで表わしたりする際に用いられる。そして、各部移動制御部７０は、ブレーキローラ６の駆動、切断用電極であるディテクト部電極５の開閉、ワイヤ電極線１の結線時のＡＷＦパイプユニット１０の降下・上昇（ＡＷＦパイプ４の降下移動及び結線終了後のＡＷＦパイプ４の上昇）、パイプストッパ装置１４、ピックアップユニット８等を制御する部分を一括して表わしたものである。

以下、ワイヤ電極線１の断線修復時の脱線防止装置１５の作動形態を説明する。
＜１＞断線修復プログラムと脱線防止装置が同期して作動するためのプログラムがワイヤ放電加工機の制御装置５０にあらかじめ格納されており＜２＞以下の状況で順次自動的に作動する。
＜２＞断線発生と同時に断線したワイヤ電極線１の先端を検出するディテクト部電極５が閉じる。（図２参照）
＜３＞ワイヤ巻戻しを開始し、先端がディテクト部電極５を通過した時点で巻戻しを完了する。（図２参照）
＜４＞ワイヤ放電加工機の各駆動軸を駆動することによって、加工開始点へ上，下ガイド２，１８を移動する。
＜５＞脱線防止装置プログラムを起動する。

＜６＞断線したワイヤ電極線１の先端部切断のため、ピックアップユニット８によるワイヤ電極線１のクランプ動作と同期したＡＷＦパイプユニット１０がディテクト部電極５より下に位置するピックアップユニット８の直前まで下降開始する。
＜７＞同時にピックアップユニット８と連動する断線防止装置の一部であるパイプストッパ装置１４はエアシリンダ１３により作動するパイプストッパアーム１２を備え、作動エアのエアシリンダ１３への入出力によりパイプストッパアーム１２を水平に出し入れする。パイプストッパ用切欠付ＡＷＦユニットベース板１１のパイプストッパアーム用切欠部１１ａに挿入してＡＷＦパイプユニット１０の作動範囲を標準位置からピックアップユニット８の直前位置まで制御することが出来る（図３参照）。断線防止装置プログラムが起動すると、ＡＷＦパイプノズル９の延長線がピックアップユニット８の枠を貫通するようにピックアップユニットの枠状部が移動する。

＜８＞ピックアップユニット８の位置まで下降したＡＷＦパイプユニット１０から先端処理のためワイヤ電極線１が送り出され、先端が断線により極端に屈曲していても（図３の破線部１０５）、ピックアップユニット８の枠内に断線したワイヤ電極線１を至近位置から送り出す事ができるため、確実に枠内でワイヤ電極線１をクランプすることが可能であり、クランプしたワイヤ電極線１の先端をアニール、切断処理することが出来る。
＜９＞切断後、パイプストッパ装置１４は断線修復プログラムによって解除され結線モードに遷移し、結線完了後、断線位置に上，下ガイド２，１８が復帰し加工を再開して断線修復が完了する。

図５は本発明に係る断線修復時のワイヤ脱線防止装置の作動を説明するフローチャートである。なお、図５のフローチャートは上述した＜１＞〜＜９＞をフローチャートとして説明したものである。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＡ０１］加工開始する。
●［ステップＳＡ０２］断線発生を検知し、断線発生を検知した場合（ＹＥＳ）にはステップＳＡ０４へ移行し、断線を検知しない場合（ＮＯ）にはステップＳＡ０３へ移行する。
●［ステップＳＡ０３］加工プログラムによる加工終了か否か判断し、加工終了の場合（ＹＥＳ）には処理を終了し、加工終了ではない場合（ＮＯ）にはステップＳＡ０２に戻る。
●［ステップＳＡ０４］加工を中断する。
●［ステップＳＡ０５］断線修復設定ありか否か判断し、設定ありの場合（ＹＥＳ）にはステップＳＡ０６に移行し、設定なしの場合（ＮＯ）には処理を終了する。なお、断線修復を行うか否かの設定は予め記憶しておく。
●［ステップＳＡ０６］ディテクト部電極を閉鎖する。
●［ステップＳＡ０７］ワイヤ電極線を巻き戻す。
●［ステップＳＡ０８］上，下ガイドを加工開始点へ移動する。
●［ステップＳＡ０９］脱線防止装置の設定ありか否か判断し、設定ありの場合（ＹＥＳ）にはステップＳＡ１０へ移行し、設定なしの場合（ＮＯ）にはステップＳＡ１９へ移行する。なお、脱線防止装置を起動するか否かは予め記憶しておく。
●［ステップＳＡ１０］ＡＷＦパイプユニットを下降し、ピックアップユニットを作動させ、パイプストッパを作動させる。
●［ステップＳＡ１１］ワイヤ電極線を送り出す。
●［ステップＳＡ１２］ピックアップユニットによりワイヤ電極線の先端をクランプする。
●［ステップＳＡ１３］切断電極によるワイヤ電極線の先端を切断する。
●［ステップＳＡ１４］ピックアップユニットを解除し、パイプストッパを解除する。
●［ステップＳＡ１５］ＡＷＦパイプユニットを上昇させる。
●［ステップＳＡ１６］ワイヤ電極線を結線する。
●［ステップＳＡ１７］断線点へ復帰する。
●［ステップＳＡ１８］加工を再開し、ステップＳＡ０２へ戻る。
●［ステップＳＡ１９］ピックアップユニットを作動させる。
●［ステップＳＡ２０］ワイヤ電極線を送り出す。
●［ステップＳＡ２１］ピックアップユニットによりワイヤ電極線の先端をクランプする。
●［ステップＳＡ２２］切断電極によるワイヤ電極線の先端を切断する。
●［ステップＳＡ２３］ピックアップユニットを解除する。
●［ステップＳＡ２４］ワイヤ電極線を結線する。
●［ステップＳＡ２５］断線点へ復帰する。
●［ステップＳＡ２６］加工再開し、ステップＳＡ０２へ戻る。

１ ワイヤ電極線
２ 上ガイド
３ ワーク
４ ＡＷＦパイプ
５ ディテクト部電極
６ ブレーキローラ
７ チャック部切断電極
８ ピックアップユニット
９ ＡＷＦパイプノズル
１０ ＡＷＦパイプユニット
１１ パイプストッパ用切欠付ＡＷＦユニットベース板
１１ａ パイプストッパアーム用切欠部
１２ パイプストッパアーム
１３ エアシリンダ
１４ パイプストッパ装置
１５ 脱線防止装置
１６ くさび状部材
１７ 杵
１８ 下ガイド

１００ 極端に屈曲したワイヤ電極線先端部
１０１ ワイヤ電極線送り出し方向
１０２ ワイヤ電極線巻き戻し方向
１０３ 離間距離
１０６ 離間距離

Claims (5)

1. 上ガイドの上流側に設けられ、先端にノズルを有し、前記上ガイドの近傍の自動結線位置と退避位置の間を移動する自動結線パイプと、該自動結線パイプの入口側と出口側にそれぞれ設けられた第１、第２のワイヤ切断用電極と、前記第２のワイヤ切断用電極の下に設けられ、ワイヤ電極を切断する際に該ワイヤ電極をクランプするピックアップユニットからなるワイヤ切断機構を備えたワイヤ放電加工機において、
   前記ワイヤ電極の切断時に前記自動結線パイプのノズルの先端が前記第２のワイヤ切断用電極と前記ピックアップユニットとの間に位置するように前記自動結線パイプの移動を規制するストッパ機構を備えたことを特徴とするワイヤ電極切断機構を備えたワイヤ放電加工機。
2. 前記ストッパ機構は、前記自動結線パイプが取り付けられる取り付けベースに切欠部を設け、該切欠部に対して接近および退避移動可能なシリンダ機構から構成されることを特徴とする請求項１に記載のワイヤ電極切断機構を備えたワイヤ放電加工機。
3. 前記シリンダ機構は水圧または油圧によって駆動されることを特徴とする請求項２に記載のワイヤ電極切断機構を備えたワイヤ放電加工機。
4. 前記シリンダ機構はサーボモータによって駆動されることを特徴とする請求項２に記載のワイヤ電極切断機構を備えたワイヤ放電加工機。
5. 前記ストッパ機構は、ロボットに設けられたハンドであって、該ハンドで前記自動結線パイプを把持することを特徴とする請求項１に記載のワイヤ電極切断機構を備えたワイヤ放電加工機。