JP2723451B2 - ワイヤ放電加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はワイヤ電極の張力を制御
するワイヤ放電加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワイヤ放電加工装置は、供給ボビンから
供給されるワイヤ電極とワークとの間隙に電圧を印加
し、その間隙に発生する放電によりワークを加工する。
放電加工後のワイヤ電極は牽引モータで牽引され、その
後、通常はそのまま垂れ流されるが、近年、放電加工後
のワイヤ電極は巻取ボビンで巻き取られるようになっ
た。これにより使用済のワイヤ電極の回収に伴う時間と
労力が軽減され生産性も向上した。このようなワイヤ放
電加工装置は、供給ボビンから供給され、巻取ボビンで
巻き取られるまでのワイヤ電極の張力を制御する、すな
わちワイヤ電極を所定速度で走行させ、かつ走行中の供
給ボビンおよび巻取ボビンの各ワイヤ巻付け径の変化に
応じてワイヤ電極が弛んだり張り過ぎたりしないように
ほぼ一定の張力でワイヤ電極を巻き取る必要がある。こ
のため従来技術によるワイヤ放電加工装置は、巻取ボビ
ンを駆動する巻取モータにトルクモータを使用し、巻取
ボビンのワイヤ巻取り径に応じて巻取モータに印加する
電圧を制御し、ひいてはワイヤ電極の張力を一定に制御
していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来技術
によるワイヤ放電加工装置は、ワイヤ電極が巻き取られ
て巻取ボビンのワイヤ巻取り径が大きくなると巻取ボビ
ンの慣性モーメントが大きくなり、巻取ボビンを駆動す
る巻取モータを一時停止すると巻取ボビンの慣性でワイ
ヤ電極が弛み、その後に巻取モータを再起動すると巻取
モータは負荷が軽くなったことにより急回転しワイヤ電
極を切断してしまうという問題がある。

【０００４】しかるに、従来技術によるワイヤ放電加工
装置には特開昭５６−１２６５３４号公報で開示された
装置がある。この装置は、ワイヤ電極を巻き取る巻取ボ
ビンの回転速度およびワイヤ電極の走行速度をデジタル
量として検出する検出装置と、それらのデジタル量から
ワイヤ電極を巻き取った巻取ボビンのワイヤ巻取半径を
算出するデジタル演算装置と、デジタル演算装置の演算
結果に応じて巻取モータや電磁ブレーキによるトルク発
生装置の電流を制御するトルク制御装置とを備え、前記
ワイヤ巻取半径の差によって生じるワイヤ電極の張力の
差を補正制御する装置である。この装置は巻取ボビンの
回転速度を検出するため巻取ボビンを駆動する巻取モー
タの駆動軸にエンコーダを設け、かつワイヤ電極の走行
速度を検出するためワイヤ電極を牽引する牽引モータの
駆動軸にエンコーダを設けており、これらのエンコーダ
を計数して回転速度と走行速度をデジタル量として捉
え、捉えたデジタル量から巻取ボビンのワイヤ巻取半径
を算出するが、このエンコーダの計数の分解能はワイヤ
電極の走行速度により大きく変化する。特に低速のとき
は分解能が低く、それゆえ巻取ボビンのワイヤ巻取半径
の算出値は不安定となり、したがってワイヤ電極の張力
制御も不安定となるという問題がある。これを安定させ
るために高分解能のエンコーダを使用すれば高価なもの
となり、エンコーダの代わりにタコジェネレータを用い
ればリップル電圧のため低速でさらに不安定となること
は言うまでもない。またこの装置は巻取ボビンのワイヤ
巻取半径を算出する回路を別途設ける必要があり制御回
路が高価となるという問題がある。

【０００５】したがって本発明の目的は、上述の問題点
のない、すなわち安価なエンコーダを使用しても低速か
ら高速まで安定なワイヤ電極の張力制御ができ、かつ巻
取ボビンのワイヤ巻取半径を算出する高価な制御回路を
設ける必要のないワイヤ放電加工装置を提供することに
ある。本発明の他の目的は、ワイヤ電極が巻き取られて
巻取ボビンのワイヤ巻取り径が大きくなってもその大き
くなった巻取ボビンの慣性モーメントによりワイヤ電極
が切断されることのないワイヤ放電加工装置を提供する
ことにある。本発明のその他の目的は、巻取ボビンに巻
き取られるワイヤ電極の巻き取り完了を検出し、オペレ
ータに知らせることにより、一人のオペレータで複数の
放電加工機を運転可能としたり、その検出信号を生産管
理用コンピュータに入力して生産管理に適用したりする
ことのできるワイヤ放電加工装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】図１は本発明のワイヤ放
電加工装置の基本構成図である。

【０００７】前記目的を達成する本発明のワイヤ放電加
工装置は、供給ボビン２０から供給されるワイヤ電極を
用いて被加工物（以下、ワークと記す）３４を放電加工
し、放電加工後のワイヤ電極を牽引モータ２４で牽引
し、巻取モータ２７で巻取ボビン２８に巻き取るワイヤ
放電加工装置において、ワイヤ電極の走行速度の設定値
に応じた巻取ボビン２８のワイヤ巻取り径が初期値のと
きの巻取ボビン２８の回転速度に比例する周波数の第１
出力パルスを出力する基準パルス幅演算回路５と、基準
パルス幅演算回路５から出力された第１出力パルスと巻
取ボビン２８のワイヤ巻取り径によって変化する刻々の
巻取ボビン２８の回転速度に比例する周波数の第２出力
パルスとの各パルス幅の比を演算し出力するパルス幅比
較回路１６と、巻取ボビン２８のワイヤ巻取り径が初期
値のときの巻取ボビン２８にワイヤ電極を巻き取る張力
を発生する巻取モータ２７のトルク値とパルス幅比較回
路１６の出力値とを掛け算したトルク値を出力する掛算
回路１７と、掛算回路１７からのトルク値の出力に応じ
て巻取モータ２７を駆動するモータ駆動回路１２と、を
備え、巻取モータ２７のトルクを制御して巻取ボビン２
８にワイヤ電極を巻き取る張力を所定値に維持するよう
に構成する。

【０００８】本発明のワイヤ放電加工装置は、ワイヤ電
極を走行開始して放電加工を開始する前に、巻取ボビン
２８に巻き取られた弛んだワイヤ電極の巻取張力を張ら
せるようにモータ駆動回路１２に指令する始動回路１
４、１５と、巻取張力が弛んでいる間のみこれらの始動
回路１４、１５をモータ駆動回路１２に接続するスイッ
チ回路１９と、をさらに備える。本発明のワイヤ放電加
工装置は、巻取ボビン２８が所定量のワイヤ電極を巻き
取り完了したことを検出する巻取完了検出回路１８をさ
らに備える。

【０００９】

【作用】本発明のワイヤ放電加工装置は、ワイヤ電極の
走行速度の設定値に応じた巻取ボビン２８のワイヤ巻取
り径が初期値のときの巻取ボビン回転速度に相当する第
１出力パルスを基準パルス幅演算回路５から出力し、第
１出力パルスと巻取中の巻取ボビン回転速度を検出する
第２出力パルスとから各パルス幅の比を演算してパルス
幅比較回路１６から巻取ボビンのワイヤ巻取り径の初期
値と走行中のワイヤ巻取り径との比を算出し、ワイヤ巻
取り径が初期値のときの巻取ボビン２８にワイヤ電極を
巻き取るトルクの設定値とパルス幅比較回路１６で演算
した比とを掛算回路１７で掛け算し、その出力に応じて
巻取張力を一定とするようモータ駆動回路１２により巻
取モータ２７を駆動制御するよう構成し、エンコーダの
パルス幅に基づいて演算処理するようにしたので分解能
の低いエンコーダを使用しても安定したワイヤ電極の張
力制御ができる。

【００１０】

【実施例】図１は本発明による実施例のワイヤ放電加工
装置の基本構成図である。本図において左方の一点鎖線
で囲まれた部分は、供給ボビンから送られたワイヤ電極
（以下単にワイヤという）でワークを放電加工し（以上
図示せず）、放電加工後のワイヤを牽引モータ２４で牽
引し、巻取ボビン２８へ巻き取る様を示す。実施例のワ
イヤ放電加工装置のワイヤのテンション制御部は本図に
おいて左方の一点鎖線で囲まれた部分を除く部分で構成
される。なお本図を含み本図以降の図中において、同一
参照番号を付した物は同一物を示すものとする。

【００１１】以下に本発明のワイヤ放電加工装置におけ
るワイヤのテンション制御部の構成と作用について詳細
に説明する。図１において、主制御部１００は放電加工
機全体の制御を行い、かつＤ／Ａ変換器１へワイヤの走
行速度の設定信号を送信し、かつＤ／Ａ変換器１０へ使
用する巻取ボビン２８のワイヤ巻取り径の初期値に応じ
たワイヤの張力の設定信号を送信する。Ｄ／Ａ変換器１
へ送信されたワイヤの走行速度の設定値はデジタル値で
入力され、Ｄ／Ａ変換器１はそのデジタル値をアナログ
値に変換して積分器２に出力する。積分器２はそのアナ
ログ値をコンデンサＣで積分しワイヤの走行速度の設定
信号の急激な変化を吸収し、モータ駆動回路３および電
圧を周波数に変換するＶ／Ｆ変換器からなる基準パルス
幅演算回路５へ出力する。

【００１２】モータ駆動回路３は、ワイヤの走行速度の
設定信号に応じた積分器２の出力を受け、および牽引モ
ータ２４の軸に連結されたタコジェネレータ２６による
牽引モータ２４の速度フィードバックの出力信号をアン
プ４を介して受け、牽引モータ２４をＰＷＭ（パルス幅
変調）方式により速度制御する。

【００１３】基準パルス幅演算回路５は、Ｖ／Ｆ変換器
からなり、ワイヤの走行速度の設定値としての出力を積
分器２から受け、その出力値と巻取ボビンのワイヤ巻取
り径の初期値とから巻取ボビン２８の初期の回転速度を
算出し、巻取ボビン２８を駆動する巻取モータ２７に連
結されるエンコーダ２９が発生するパルスに換算した周
波数のパルスを後述するパルス幅比較回路１６から出力
する。このパルスの周波数Ｎ(p/s）の算出式を以下に記
す。 Ｎ＝ｖ／２πｒ×Ｅp ×Ｋ…（１） ここで、ｖ（ｍ／ｓ）はワイヤの走行速度、２πｒ
（ｍ）は巻取ボビンの初期のワイヤ巻取り円周長、Ｅp
(p) は巻取モータ部のエンコーダの１回転に発生するパ
ルス数、そしてＫは減速ギアのギア比である。この式か
ら巻取ボビン２８のワイヤ巻取り半径の初期値ｒが与え
られれば、上述のパルスの周波数Ｎが求まる。

【００１４】一方、Ｄ／Ａ変換器１０へ送信された使用
する巻取ボビン２８のワイヤ巻取り径が初期値の時にワ
イヤを巻取ボビン２８に巻き取る張力の設定値はデジタ
ル値で入力され、Ｄ／Ａ変換器１０は、そのデジタル値
をアナログ値に変換してアンプ１１を介して掛算回路１
７に入力する。掛算回路１７は、アンプ１１の出力およ
び後述するパルス幅比較回路１６の出力を受け、これら
を掛け算してモータ駆動回路１２へ出力する。なお、掛
算回路１７の詳細説明については後述する。

【００１５】モータ駆動回路１２は、巻取ボビン２８の
ワイヤ巻取り径が初期値のときのワイヤ張力の設定信号
に応じた掛算回路１７の出力を受け、および巻取モータ
２７の電流フィードバックの出力信号をアンプ１３を介
して受け、トルクモータである巻取モータ２７をＰＷＭ
方式によりトルク制御する。なお本実施例ではモータ駆
動回路３および１２にはＰＷＭ方式の制御装置を使用し
たが、本発明は特にＰＷＭ方式に限定されるものではな
く他の制御装置を使用してもよい。

【００１６】また、巻取ボビン２８を駆動する巻取モー
タ２７の軸に連結されたエンコーダ２９からは巻取ボビ
ン２８の回転速度に比例した周波数のパルスがＦ／Ｖ変
換器１４に入力され、Ｆ／Ｖ変換器１４はこの入力パル
スの周波数をアナログ値に変換してアンプ１５へ出力す
る。Ｆ／Ｖ変換器１４とアンプ１５でなす始動回路の出
力はＳＣＲからなるスイッチ回路１９を経てモータ駆動
回路１２へフィードバックされる。また、アンプ１５は
主制御部１００へ巻取ボビン２８の回転速度の信号を出
力する。このスイッチ回路１９は放電加工機により放電
加工の生産を開始する直前に巻取ボビン２８を回転させ
放電加工終了時に弛んだワイヤの張力を張らせるために
使用する回路であり、主制御部１００は放電加工機の運
転回路からスイッチ回路１９をオンする指令をスイッチ
回路１９へ送り、かつアンプ１５からの信号を受けて巻
取ボビン２８が回転後停止したことを捕らえて即座にス
イッチ回路１９をオフする指令をスイッチ回路１９へ送
る。スイッチ回路１９の出力はアンプ１５の出力をその
ままモータ駆動回路１２へフィードバックする。そのフ
ィードバックは巻取ボビン２８が回転し弛んだワイヤの
張力が適度に張られるまで行われる。また、モータ駆動
回路１２はこのフィードバックに基づいて最高速度が調
整され、これにより巻取ボビンの暴走を防止している。

【００１７】パルス幅比較回路１６は、巻取ボビン２８
のワイヤ巻取り径が初期値のときにエンコーダ２９が発
生する周波数のパルス出力を基準パルス幅演算回路５か
ら受け、かつエンコーダ２９からワイヤの走行速度に比
例する、すなわち巻取ボビン２８の回転速度に比例する
周波数のパルス出力を受け、これらのパルスの各パルス
幅を比較し、これらのパルス幅の変化率から巻取ボビン
２８のワイヤ巻取り径の変化率を演算し、その演算結果
を掛算回路１７および巻取完了検出回路１８に出力す
る。この巻取ボビン２８の径の変化率の演算式を以下に
記す。 Ｔ ＝ｒ ×Ｐ…（２） Ｔ’＝ｒ’×Ｐ…（３） ここで、（２）式において巻取ボビンのワイヤ巻取り径
が初期値のときのＴ（Ｋｇ・ｍ）は巻取モータに要求さ
れるトルク、ｒ（ｍ）は巻取ボビンのワイヤ巻取半径、
そしてＰ（Ｋｇ）は巻取ボビンにおけるワイヤの張力で
あり、（３）式においてワイヤが巻き取られた巻取ボビ
ンのＴ’（Ｋｇ・ｍ）は巻取モータに要求されるトル
ク、ｒ’（ｍ）はワイヤが巻き取られた巻取ボビンのワ
イヤ巻取半径、そしてＰ（Ｋｇ）は巻取ボビンにおける
ワイヤの張力であり、Ｐは一定である。式（２）と式
（３）からワイヤが巻き取られた巻取ボビンを駆動する
巻取モータに要求されるトルクは、巻取ボビンのワイヤ
巻取り径が初期値のときの巻取モータに要求されるトル
クＴ（Ｋｇ・ｍ）と巻取ボビンのワイヤ巻取半径の比の
関係で表されることが判る。すなわち、次式で表せる。 Ｔ’＝Ｔ×（ｒ’／ｒ）…（４）

【００１８】それゆえ前述の掛算回路１７は、アンプ１
１の出力から巻取ボビン２８のワイヤ巻取り径が初期値
のときのワイヤ張力の設定値とパルス幅比較回路１６の
出力から得られる巻取ボビン２８のワイヤ巻取半径の比
（変化率）の値とを掛け算してモータ駆動回路１２へ出
力する。この変化率の値は巻取ボビン２８のワイヤ巻取
り径が初期値のとき１であり、巻取ボビン２８がワイヤ
を巻き取るに従って１より大となる。すなわち、巻取ボ
ビン２８のワイヤ巻取り径が大となるに連れてトルクＴ
は増大する。

【００１９】最後に、巻取完了検出回路１８は、巻取ボ
ビン２８のワイヤ巻取半径の変化率が最大のとき、すな
わち巻取ボビン２８が最大ワイヤ巻取半径となったとき
の前記変化率とワイヤ放電加工機運転中の巻取ボビン２
８のワイヤ巻取半径における前記変化率とを比較して検
出し、主制御部１００へ巻取ボビン２８へのワイヤの巻
き取りが完了したことを知らせる信号を送信する。

【００２０】図２はワイヤ放電加工機におけるワイヤの
テンション制御の説明図である。本図は、供給ボビン２
０からワイヤを送出モータ２１で送り出し、送り出され
たワイヤを張力検出プーリ２２を経由して放電加工部２
３へ送り図示しないワークを放電加工し、放電加工後の
ワイヤを牽引モータ２４の駆動によりワイヤ走行プーリ
２５で牽引し、巻取モータ２７で巻取ボビン２８へ巻き
取る様を示す。図示しないが、張力検出プーリ２２の支
持部には、張力検出プーリ２２上を通過するワイヤが張
力検出プーリ２２の軸を曲げようとする際のひずみを検
出するひずみゲージ（図示せず）からなるテンションピ
ックアップが取り付けられ、ワイヤの張力を検出する。
送出モータ２１のモータ駆動回路は、このテンションピ
ックアップのフィードバック出力により、送り出される
ワイヤの張力が一定となるように制御される。タコジェ
ネレータ２６は牽引モータ２４の速度フィードバックに
使用され、エンコーダ２９は主として巻取ボビン２８の
ワイヤ巻き取り径を測定するために使用される。

【００２１】なお、径の大きい供給ボビン２０を使用す
る場合は、供給ボビン２０の慣性モーメントが大きくな
るので電磁ブレーキが供給ボビン２０の把持軸に連結さ
れ暴走を防ぐために使用される。供給ボビン２０の慣性
モーメントが大きいときは、本発明により送出モータ２
１または電磁ブレーキ等を前述と同様に制御することに
より、巻き取り側のワイヤ張力だけでなく、送り出し側
のワイヤ張力の制御を行うことにより、供給ボビンから
巻取ボビンまで安定した張力制御のできる放電加工装置
が提供できる。

【００２２】図３は本発明のワイヤ放電加工装置の適用
例を示す図である。参照番号２０から２８までは、図２
と同様であるので説明は省略する。回転テーブル３１は
その上に載置された放電加工装置全体をＤＣモータ３２
の駆動によりＣ軸回りに回転できる。ワイヤ放電加工は
加工液の入った加工槽３３の内部に注入された加工液中
で行われる。送出ボビン２０から供給されたワイヤは、
張力検出プーリ２２を経由して送り出され下部ガイド３
５および上部ガイド３６で案内され、ワイヤ走行プーリ
２５を経由して牽引される。パンチ等の被加工物３４は
ワイヤとの間に印加される電圧により放電加工される。
なお、被加工物３４は放電加工装置と分離したワーク取
付台３７に固定され、ワーク取付台３７は本図の紙面に
垂直なＹ軸の方向と、該Ｙ軸に対し共に直交するＸ軸及
びＺ軸の方向とに位置決めでき、この位置決めによりパ
ンチのような加工精度を要求されるワークが放電加工さ
れる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のワイヤ放
電加工装置によれば、巻取ボビンの回転速度に比例する
周波数のパルスを出力するエンコーダのパルス幅を測定
し、巻取ボビンのワイヤ巻取り半径の初期値とワイヤが
巻き取られた巻取ボビンのワイヤ巻取半径との変化率を
算出して巻取モータのトルクを制御することにより、安
価なエンコーダを使用しても低速から高速まで安定なワ
イヤ電極の張力制御ができ、かつ巻取ボビンのワイヤ巻
取半径を算出する高価な制御回路を設ける必要のないワ
イヤ放電加工装置を提供することができる。

【００２４】また、本発明のワイヤ放電加工装置によれ
ば、ワイヤ電極を走行開始して放電加工を開始する前
に、巻取モータを駆動してワイヤの張力を張る工程を設
けることにより、ワイヤ電極が巻き取られて巻取ボビン
のワイヤ巻取り径が大きくなってもその大きくなった巻
取ボビンの慣性モーメントにより暴走してワイヤ電極が
切断されるという問題のないワイヤ放電加工装置を提供
することができる。

【００２５】さらに、本発明のワイヤ放電加工装置によ
れば、巻取ボビンに巻き取られるワイヤ電極が所定量に
なったことを検出するので、メンテナンスに利用でき
る。また、一人のオペレータで複数のワイヤ放電加工機
を運転可能としたり、その検出信号を生産管理用コンピ
ュータに入力して生産管理に適用したりすることのでき
るワイヤ放電加工装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施例のワイヤ放電加工装置の基
本構成図である。

【図２】ワイヤ放電加工装置におけるワイヤのテンショ
ン制御の説明図である。

【図３】本発明のワイヤ放電加工装置の適用例を示す図
である。

【符号の説明】

１、１０…Ｄ／Ａ変換器 ２…積分器 ３、１２…モータ駆動回路 ４、１１、１３、１５…アンプ ５…基準パルス幅演算回路 １４…Ｆ／Ｖ変換器 １６…パルス幅比較回路 １７…掛算回路 １８…巻取完了検出回路 １９…スイッチ回路 ２０…供給ボビン ２１…送出モータ ２４…牽引モータ ２６…タコジェネレータ ２７…巻取モータ ２８…巻取ボビン ２９…エンコーダ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 供給ボビン（２０）から供給されるワイ
   ヤ電極を用いて被加工物（３４）を放電加工し、放電加
   工後の前記ワイヤ電極を牽引モータ（２４）で牽引し、
   巻取モータ（２７）で巻取ボビン（２８）に巻き取るワ
   イヤ放電加工装置において、 前記ワイヤ電極の走行速度の設定値に応じた前記巻取ボ
   ビン（２８）のワイヤ巻取り径が初期値のときの前記巻
   取ボビン（２８）の回転速度に比例する周波数の第１出
   力パルスを出力する基準パルス幅演算回路（５）と、 前記基準パルス幅演算回路（５）から出力された前記第
   １出力パルスと前記巻取ボビン（２８）のワイヤ巻取り
   径によって変化する刻々の前記巻取ボビン（２８）の回
   転速度に比例する周波数の第２出力パルスとの各パルス
   幅の比を演算し出力するパルス幅比較回路（１６）と、 前記巻取ボビン（２８）のワイヤ巻取り径が初期値のと
   きの前記巻取ボビン（２８）に前記ワイヤ電極を巻き取
   る張力を発生する前記巻取モータ（２７) のトルク値と
   前記パルス幅比較回路（１６）の出力値とを掛け算した
   トルク値を出力する掛算回路（１７）と、 前記掛算回路（１７）からのトルク値の出力に応じて前
   記巻取モータ（２７）を駆動するモータ駆動回路（１
   ２）と、 を備え、 前記巻取モータ（２７）のトルクを制御して前記巻取ボ
   ビン（２８）に 前記ワイヤ電極を巻き取る張力を所定値
   に維持することを特徴としたワイヤ放電加工装置。
2. 【請求項２】 前記ワイヤ電極を走行開始して放電加工
   を開始する前に、前記巻取ボビン（２８）に巻き取られ
   た弛んだ前記ワイヤ電極の巻取張力を張らせるように前
   記モータ駆動回路（１２）に指令する始動回路（１４、
   １５）と、 前記巻取張力が弛んでいる間のみ前記始動回路（１４、
   １５）を前記モータ駆動回路（１２）に接続するスイッ
   チ回路（１９）と、 をさらに備えた請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
3. 【請求項３】 前記巻取ボビン（２８）が所定量の前記
   ワイヤ電極を巻き取り完了したことを検出する巻取完了
   検出回路（１８）をさらに備えた請求項１に記載のワイ
   ヤ放電加工装置。