(57)【要約】  ワイヤ放電加工機は、ワイヤ電極と被加工物との間に印加する加工電圧による放電で被加工物を加工するワイヤ放電加工機であって、ワイヤ電極と被加工物との間の極間電圧を検出する極間電圧検出部と、極間電圧の検出値に基づいて、ワイヤ電極の振動の周波数を抽出する周波数抽出部（１４２１）と、極間電圧の検出値と極間電圧の指令値との差とワイヤ電極送り速度との比が、ワイヤ電極の振動の周波数が大きい程大きく、ワイヤ電極の振動の周波数が小さい程小さい値をとるように、極間電圧の指令値の比例積分制御に用いる第１のゲインを補正する第１のゲイン処理部（１４２３）とを備える。
2017130272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤ電極と被加工物との間に印加する加工電圧による放電で被加工物を加工するワイヤ放電加工機であって、
前記ワイヤ電極と前記被加工物との間の極間電圧を検出する極間電圧検出部と、
前記極間電圧の検出値に基づいて、前記ワイヤ電極の振動の周波数を抽出する周波数抽出部と、
前記極間電圧の検出値と前記極間電圧の指令値との差とワイヤ電極送り速度との比が、前記ワイヤ電極の振動の周波数が大きい程大きく、前記ワイヤ電極の振動の周波数が小さい程小さい値をとるように、前記極間電圧の指令値の比例積分制御又は比例制御に用いるゲインを補正する補正処理部とを備えることを特徴とするワイヤ放電加工機。
【請求項２】
ワイヤ電極と被加工物との間に印加する加工電圧による放電で被加工物を加工するワイヤ放電加工機であって、
前記ワイヤ電極と前記被加工物との間の極間電圧を検出する極間電圧検出部と、
前記極間電圧の検出値に基づいて、ワイヤ電極の振動の周波数を抽出する周波数抽出部と、
前記極間電圧の検出値と前記極間電圧の指令値との差とワイヤ電極送り速度との比が、前記ワイヤ電極の振動の周波数が大きい程大きく、前記ワイヤ電極の振動の周波数が小さい程小さい値をとるように前記極間電圧の検出値と前記極間電圧の指令値との差を補正する補正処理部とを備えることを特徴とするワイヤ放電加工機。
【請求項３】
前記補正処理部は、前記極間電圧の指令値及び前記極間電圧の検出値の少なくとも一方を変化させて、前記極間電圧の検出値と前記極間電圧の指令値との差を補正することを特徴とする請求項２に記載のワイヤ放電加工機。
【請求項４】
前記周波数抽出部は、前記極間電圧の検出値の時間変動に対して高速フーリエ変換を行って得られた周波数スペクトルが最大となる周波数を前記ワイヤ電極の振動の周波数とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工機。
【請求項５】
前記周波数抽出部は、前記極間電圧の検出値が継続して設定電圧以下となっている時間の逆数を前記ワイヤ電極の振動の周波数とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工機。
【請求項６】
被加工物の板厚を検出する板厚推定部を有し、
前記補正処理部は、前記板厚の推定結果に基づいて、前記板厚の推定値が大きいほど値が大きく、前記板厚の推定値が小さいほど値が小さくなるように前記ゲインを補正することを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工機。
【請求項７】
前記被加工物の上方で前記ワイヤ電極を支持する上ガイドと前記被加工物の下方で前記ワイヤ電極を支持する下ガイドとの間隔を検出するガイド間隔検出部を有し、
前記補正処理部は、前記ガイド間隔検出部の検出結果に基づいて、前記上ガイドと前記下ガイドとの間隔が大きくなるにつれて値が小さくなる上限値及び下限値を前記ゲインに設定することを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工機。
【請求項８】
前記周波数抽出部は、前記極間電圧の検出値の時間変動に対して高速フーリエ変換を行って得られた周波数スペクトルの設定値以上のピークの中で最も低周波のピークの周波数を前記ワイヤ電極の振動の周波数とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工機。
【請求項９】
前記周波数抽出部は、前記極間電圧の検出値の時間変動に対して高速フーリエ変換を行って得られた周波数スペクトルの設定値以上のピークの中で、前記極間電圧の変動の周波数からワイヤ電極固有振動周波数を除いて周波数スペクトルが最大となる周波数を前記ワイヤ電極の振動の周波数とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工機。
【請求項１０】
ワイヤ電極と被加工物間の極間電圧によりワイヤ電極の送り速度を制御するワイヤ放電加工機において、
極間電圧の振動周波数の大きさに基づき、極間電圧の変動に対するワイヤ電極の送り速度の変化の応答性を変更することを特徴とするワイヤ放電加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤ電極と被加工物との間で放電を発生させて被加工物を加工するワイヤ放電加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤ放電加工機は、ワイヤ電極と被加工物との間の極間距離を制御するため、極間距離と相関がある極間電圧を計測し、極間電圧の値が指令値と一致するように、ワイヤ電極と被加工物との相対位置を制御する極間制御系を備えている。ワイヤ電極と被加工物との相対位置の制御は、静止させている被加工物にワイヤ電極近づける方法と、静止させているワイヤ電極に被加工物を近づける方法と、移動方向により両者を使い分ける方法とがある。【０００３】
ワイヤ電極と被加工物が接触、すなわち短絡していると、電流が流れるだけで、両者の間に放電は発生しない。また、極間距離が長い場合も放電は発生しない。そのため、ワイヤ放電加工では、放電するために最適な距離を保ち続けることで、放電発生の頻度を向上させることができる。極間距離を保つためには、極間距離が短い場合は素早く極間距離が長くなるように動作させ、極間距離が長い場合は短くなるように動作させることが有効である。【０００４】
被加工物を静止させたままワイヤ電極を移動させる場合、ワイヤガイドの進行に対して、ワイヤ電極の上下方向の中心位置がワイヤガイドよりも遅れる現象が発生する。ワイヤガイドの動きに対してワイヤ電極の高さ方向の中央部が遅れることにより、５００Ｈｚから１ｋＨｚ程度であるワイヤ電極の固有振動とは異なる周波数でワイヤ電極が振動する。以下、ワイヤ電極の上下方向の中央部がワイヤガイドの動きに対して遅れることにより発生する固有振動数とは異なる周波数でのワイヤ電極の振動を、単にワイヤ電極の振動という。ワイヤ電極の振動により、極間電圧に変動が発生するが、上下のワイヤガイドの間隔が広くなれば、ワイヤ電極の上下方向の中央部の遅れがより大きくなるため、機敏な制御が困難になる。【０００５】
また、ワイヤ放電加工機の極間制御系が極間距離を近づける動作が過剰になるとワイヤ電極と被加工物が接触し、両者の間にアーク放電を発生できなくなる。ワイヤ電極の遅れが小さい場合は、ワイヤ電極を素早く移動させた方が放電発生頻度を高くでき、ワイヤ電極の遅れが大きい場合は、ワイヤ電極の移動を遅くした方が短絡状態と開放状態との繰り返しを防いで放電発生頻度を高くできる。極間制御系は、極間電圧の指令値と極間電圧の検出値との差にゲインを乗算してワイヤ電極送り速度を算出するが、このゲインを変更することによって応答性を調整している。【０００６】
加工状態によって最適なゲインが存在するが、従来はユーザの感覚で調整するなど経験が必要であった。【０００７】
特許文献１には、加工状況の量からゲインを含む加工条件を変更する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特公平７−４１４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ワイヤの動きの振幅、すなわち短絡状態と開放状態とを繰り返す場合にワイヤ電極又は被加工物の動く範囲が同じであっても、ワイヤ電極径及びワイヤ電極材料により、振動状態は異なる。したがって、ワイヤ電極の振動の周波数、すなわちワイヤ電極と被加工物とが短絡状態と開放状態とを繰り返す頻度が高ければ、ワイヤ電極送り速度を早めてもワイヤ電極の振動は大きくなりにくいが、特許文献１に開示される発明は、ワイヤ電極の動きの振幅を考慮するものの、ワイヤ電極の振動の周波数を考慮していなかった。【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ワイヤ電極の振動の周波数を考慮してフィードバック制御の内容を変更できるワイヤ放電加工機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ワイヤ電極と被加工物との間に印加する加工電圧による放電で被加工物を加工するワイヤ放電加工機であって、ワイヤ電極と加工物との間の極間電圧を検出する極間電圧検出部と、極間電圧の検出値に基づいてワイヤ電極の振動の周波数を抽出する周波数抽出部を備える。本発明は、極間電圧の検出値と極間電圧の指令値との差とワイヤ電極送り速度との比が、ワイヤ電極の振動の周波数が大きい程大きく、ワイヤ電極の振動の周波数が小さい程小さい値をとるように、極間電圧の指令値の比例積分制御又は比例制御に用いるゲインを補正する補正処理部を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るワイヤ放電加工機は、ワイヤ電極の振動の周波数を考慮してフィードバック制御の内容を変更できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の構成を示す図
【図２】実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の制御装置の構成を示す図
【図３】実施の形態１に係るワイヤ放電加工機のワイヤ電極送り速度決定部の構成を示す図
【図４】実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の周波数抽出部の構成を示す図
【図５】実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の第１のゲイン処理部のゲイン変更機能を模式的に示す図
【図６】本発明の実施の形態２に係るワイヤ放電加工機のワイヤ電極送り速度決定部の構成を示す図
【図７】本発明の実施の形態３に係るワイヤ放電加工機の周波数抽出部の構成を示す図
【図８】実施の形態３に係るワイヤ放電加工機の周波数抽出部の周波数抽出機能を模式的に示す図
【図９】本発明の実施の形態４に係るワイヤ放電加工機の制御装置の構成を示す図
【図１０】実施の形態４に係るワイヤ放電加工機の板厚推定部の板厚推定機能を模式的に示す図
【図１１】実施の形態４に係るワイヤ放電加工機のワイヤ電極送り速度決定部の構成を示す図
【図１２】実施の形態４に係るワイヤ放電加工機のワイヤ電極送り速度決定部の第１のゲインの変更機能を模式的に示す図
【図１３】本発明の実施の形態５に係るワイヤ放電加工機の制御装置の構成を示す図
【図１４】実施の形態５に係るワイヤ放電加工機のワイヤ電極送り速度決定部の構成を示す図
【図１５】実施の形態５に係るワイヤ放電加工機の第１のゲイン処理部の上限値及び下限値の設定機能を模式的に示す図
【図１６】実施の形態５に係るワイヤ放電加工機の第１のゲイン処理部のゲイン変更機能を模式的に示す図
【図１７】本発明の実施の形態６に係るワイヤ放電加工の周波数抽出部の構成を示す図
【図１８】実施の形態６に係るワイヤ放電加工機のピーク周波数抽出部の周波数抽出機能を模式的に示す図
【図１９】本発明の実施の形態７に係るワイヤ放電加工機の周波数抽出部の構成を示す図
【図２０】実施の形態７に係るワイヤ放電加工機のピーク周波数抽出部の周波数抽出機能を模式的に示す図
【図２１】実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の制御装置の機能をハードウェアで実現した構成を示す図
【図２２】実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の制御装置の機能をソフトウェアで実現した構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態に係るワイヤ放電加工機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の構成を示す図である。ワイヤ放電加工機は、ワイヤ電極１を供給するワイヤボビン２、ワイヤ電極１を加工領域に送るワイヤ電極送り機構３、被加工物Ｗの上方でワイヤ電極１をガイドする上ガイド４、被加工物Ｗの下方でワイヤ電極１をガイドする下ガイド５、放電加工後のワイヤ電極１を回収箱７へ送るワイヤ電極回収機構６、被加工物Ｗが設置される定盤８、上ガイド４を上下方向に移動させる上下送り機構９、上ガイド４及び下ガイド５を前後方向に移動させる前後送り機構１０、上ガイド４及び下ガイド５を左右方向に移動させる左右送り機構１１、ワイヤ電極１と被加工物Ｗとの間に電圧を印加する加工電源１２、被加工物Ｗとワイヤ電極１との間の電圧である極間電圧を検出する極間電圧検出部１３並びに加工プログラムを実行してワイヤ電極１と被加工物Ｗとの相対移動及びワイヤ電極１と被加工物Ｗとの間の放電を制御する制御装置１４を有する。加工電源１２は、上ガイド４と定盤８とに接続されており、上ガイド４及び定盤８を通じてワイヤ電極１と被加工物Ｗとの間に電圧が印加される。極間電圧検出部１３は、下ガイド５を介して極間電圧を検出する。なお、極間電圧は、極間距離と相関を有する。
【００１６】
図２は、実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の制御装置の構成を示す図である。制御装置１４は、数値制御プログラムを処理して極間電圧指令を出力する極間電圧指令生成部１４１、極間電圧指令と極間電圧の検出値とに基づくフィードバック制御を行ってワイヤ電極送り速度を決定するワイヤ電極送り速度決定部１４２並びに前後送り機構１０及び左右送り機構１１のモータに速度指令を出力してワイヤ電極１を被加工物Ｗに対して相対的に移動させるモータ制御部１４３を有する。
【００１７】
図３は、実施の形態１に係るワイヤ放電加工機のワイヤ電極送り速度決定部の構成を示す図である。ワイヤ電極送り速度決定部１４２は、極間電圧の検出値に基づいてワイヤ電極１の振動の周波数を抽出する周波数抽出部１４２１、極間電圧の検出値から極間電圧の指令値を減算した結果を出力する減算部１４２２、極間電圧の変動の周波数に基づいて第１のゲインの値を変更した上で減算部１４２２の出力に乗算する第１のゲイン処理部１４２３、第１のゲイン処理部１４２３の出力に積分処理を行う積分処理部１４２４、積分処理部１４２４の出力に第２のゲインを乗算する第２のゲイン処理部１４２５、及び第１のゲイン処理部１４２３の出力と第２のゲイン処理部１４２５の出力とを加算する加算部１４２６を有する。加算部１４２６の出力は、モータ制御部１４３へ出力するワイヤ電極送り速度指令となる。なお、図３中の周波数抽出部１４２１から出発して第１のゲイン処理部１４２３を突き抜ける矢印は、第１のゲイン処理部１４２３が、周波数抽出部１４２１からの出力に基づいて処理を変化させることを示している。
【００１８】
実施の形態１において、補正処理部である第１のゲイン処理部１４２３は、極間電圧の検出値と極間電圧の指令値との差とワイヤ電極送り速度との比が、ワイヤ電極１の振動の周波数が大きい程大きく、ワイヤ電極１の振動の周波数が小さい程小さい値をとるように第１のゲインを補正する。
【００１９】
図４は、実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の周波数抽出部の構成を示す図である。周波数抽出部１４２１は、極間電圧の検出値に高速フーリエ変換を行う高速フーリエ変換部２１１と、高速フーリエ変換部２１１が出力する周波数スペクトルにおけるピーク周波数を抽出するピーク周波数抽出部２１２とを有する。周波数抽出部１４２１は、極間電圧の検出値の時間変動信号に対して高速フーリエ変換を行って得られた周波数スペクトルから周波数スペクトルが最大となる周波数を抽出し、ワイヤ電極１の振動の周波数とする。したがって、制御装置１４は、ワイヤ電極１の振動の中で周波数スペクトルが最大の振動に基づいてフィードバック制御を行うことができる。通常、極間電圧の検出値の時間変動信号に対して高速フーリエ変換を行って得られた周波数スペクトルが最大となる周波数は、ワイヤ電極１の振動の周波数である。
【００２０】
実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の第１のゲイン処理部のゲイン変更機能について説明する。図５は、実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の第１のゲイン処理部のゲイン変更機能を模式的に示す図である。第１のゲイン処理部１４２３は、周波数抽出部１４２１が抽出した周波数が大きいほど入力から出力への倍率であるゲインの値が大きくなり、周波数抽出部１４２１が抽出した周波数が小さいほどゲインの値が小さくなる関数Ｆ１を用いて第１のゲインを算出する。
【００２１】
実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の動作について説明する。ワイヤ電極１を上ガイド４と下ガイド５の間で張架し、被加工物Ｗに対向させる。加工電源１２から供給する加工電圧を、ワイヤ電極１と被加工物Ｗとの間に上ガイド４を介して印加する。ワイヤ電極送り速度決定部１４２は、極間電圧の検出値と極間電圧の指令値との差に第１のゲインを乗算する。その上で、ワイヤ電極送り速度決定部１４２は、極間電圧の検出値と極間電圧の指令値との差に第１のゲインを乗算した値を積分し更に第２のゲインを乗算した値と、極間電圧の検出値と極間電圧の指令値との差に第１のゲインを乗算した値の和をワイヤ電極送り速度とする。この際には、上記のように、ワイヤ電極送り速度決定部１４２内の第１のゲイン処理部１４２３は、極間電圧の変動の周波数に基づいて第１のゲインを変更する。
【００２２】
ワイヤ電極送り速度＝第１のゲイン×｛（極間電圧の検出値−極間電圧の指令値）＋第２のゲイン×積分（極間電圧の検出値―極間電圧の指令値）｝とする制御は、一般的に、比例積分制御と呼ばれるものである。実施の形態１に係るワイヤ放電加工機は、フィードバック制御のループは、比例積分制御と同様である。すなわち、実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の第１のゲインは、比例積分制御のゲインのうちの比例ゲインであり、第２のゲインは、比例積分制御のゲインのうちの積分ゲインである。
【００２３】
実施の形態１に係るワイヤ放電加工機では、ワイヤ電極送り速度決定部１４２は、比例積分制御によりワイヤ電極送り速度を決定するが、極間電圧の変動の周波数に基づいて第１のゲインの値を変更する。このため、実施の形態１に係るワイヤ放電加工機においては、ワイヤ電極送り速度も極間電圧の変動の周波数に基づいて変更される。すなわち、極間電圧の変動に対するワイヤ電極送り速度の変化の応答性は、極間電圧の振動周波数の大きさに基づいて変更される。よって、ワイヤ電極１と被加工物Ｗとの距離は放電が発生する範囲内に保たれやすくなり、放電発生頻度を高め、加工速度を向上させることができる。
【００２４】
実施の形態１に係るワイヤ放電加工機は、ワイヤ電極１を支える上ガイド４と下ガイド５の距離が加工条件により変動しても、距離に合わせて制御ゲインを調整することで、状況に応じて最も放電発生周波数が高い状態を維持できる。
【００２５】
上記の説明では、上ガイド４を介して加工電圧を印加したが、下ガイド５を介して印加したり、上ガイド４及び下ガイド５の両方を介して印加しても同様の効果が得られる。また、下ガイド５を介して極間電圧を測定したが、上ガイド４を介して測定しても、上ガイド４及び下ガイド５の両方を介して測定しても同様の効果が得られる。
【００２６】
また、上記の説明では、補正処理部である第１のゲイン処理部１４２３が比例積分制御の第１のゲインを変更したが、制御系の遅れ要素となる積分項のゲインである積分ゲイン、すなわち第２のゲインを変更する補正処理部を設けても同様の効果が得られる。また、ワイヤ電極送り速度＝（極間電圧の検出値−極間電圧指令）×ゲインとする比例制御のゲインを変更する補正処理部を設けても同様の効果が得られる。
【００２７】
さらに、上記の説明では、ディジタルによる離散時間の処理を述べたが、アナログ回路により連続時間で積分する要素を設けても同様の効果が得られる。
【００２８】
実施の形態１に係るワイヤ放電加工機は、極間電圧の振動周波数の大きさに基づいて極間電圧の変動に対するワイヤ電極送り速度の変化の応答性を変更するため、換言すると、極間電圧の変動の周波数に基づいて第１のゲインの値を変更してフィードバック制御を行えるため、放電発生頻度を高め、加工速度を向上させることが可能である。
【００２９】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係るワイヤ放電加工機は、実施の形態１に係るワイヤ放電加工機と同様であるが、ワイヤ電極送り速度決定部１４２の構成が相違している。図６は、本発明の実施の形態２に係るワイヤ放電加工機のワイヤ電極送り速度決定部の構成を示す図である。ワイヤ電極送り速度決定部１４２は、極間電圧の検出値に基づいてワイヤ電極１の振動の周波数を抽出する周波数抽出部２４２１、後述する第３のゲイン処理部２４２４の出力と極間電圧の指令値とを加算する第１の加算部２４２２、極間電圧の検出値から第１の加算部２４２２の出力を減算した結果を出力する減算部２４２３、ワイヤ電極１の振動の周波数に基づいて第３のゲインの値を変更した上で減算部２４２３の出力に乗算する第３のゲイン処理部２４２４、減算部２４２３の出力に第１のゲインを乗算する第１のゲイン処理部２４２５、第１のゲイン処理部２４２５の出力に積分処理を行う積分処理部２４２６、積分処理部２４２６の出力に第２のゲインを乗算する第２のゲイン処理部２４２７、及び第１のゲイン処理部２４２５の出力と第２のゲイン処理部２４２７の出力とを加算する第２の加算部２４２８を有する。第２の加算部２４２８の出力は、モータ制御部１４３へ出力するワイヤ電極送り速度指令となる。図６中の周波数抽出部２４２１から出発して第３のゲイン処理部２４２４を突き抜ける矢印は、第３のゲイン処理部２４２４が、周波数抽出部２４２１からの出力に基づいて処理を変化させることを示している。
【００３０】
実施の形態２において、補正処理部である第３のゲイン処理部２４２４は、極間電圧の検出値と極間電圧の指令値との差とワイヤ電極送り速度との比が、ワイヤ電極１の振動の周波数が大きい程大きく、ワイヤ電極１の振動の周波数が小さい程小さい値をとるように極間電圧の指令値を補正する。
【００３１】
第３のゲイン処理部２４２４が極間電圧の変動の周波数に基づいて第３のゲインの値を変更する方法は、実施の形態１の第１のゲイン処理部１４２３と同様である。
【００３２】
ワイヤ電極送り速度決定部１４２は、極間電圧の指令値と極間電圧の検出値との差に第３のゲインを乗算して極間電圧の指令値に加算する補正処理を行う。したがって、補正処理後の極間電圧の指令値＝補正前の極間電圧の指令値＋第３のゲイン×（極間電圧の検出値−補正後の極間電圧の指令値）という関係が成り立つ。したがって、極間電圧の検出値と極間電圧の指令値との差とワイヤ電極送り速度との比が、ワイヤ電極１の振動の周波数が大きい程大きく、ワイヤ電極１の振動の周波数が小さい程小さい値をとるように、極間電圧の指令値は補正される。
【００３３】
実施の形態２に係るワイヤ電極送り速度決定部１４２での補正は、一般的な比例積分制御における第１のゲインを｛１／（１＋第３のゲイン）｝倍することと等価である。したがって、極間電圧の検出値に基づいてワイヤ電極送り速度が変化するため、実施の形態１と同様の効果が得られる。すなわち、極間電圧の変動の周波数に基づいて第３のゲインの値を変更してフィードバック制御を行えるため、放電発生頻度を高め、加工速度を向上させることが可能である。
【００３４】
なお、極間電圧の検出値と極間電圧の指令値との差とワイヤ電極送り速度との比が、ワイヤ電極１の振動の周波数が大きい程大きく、ワイヤ電極１の振動の周波数が小さい程小さい値をとるように極間電圧の検出値を補正する補正処理部を設けても良い。この場合には、極間電圧の検出値を、ワイヤ電極１の振動の周波数が大きい程小さく、ワイヤ電極１の振動の周波数が小さい程大きい値をとるように補正する。また、極間電圧の指令値と検出値との両方を補正しても良い。
【００３５】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係るワイヤ放電加工機は、実施の形態１に係るワイヤ放電加工機と同様であるが、周波数抽出部１４２１の構成が相違している。図７は、本発明の実施の形態３に係るワイヤ放電加工機の周波数抽出部の構成を示す図である。図８は、実施の形態３に係るワイヤ放電加工機の周波数抽出部の周波数抽出機能を模式的に示す図である。周波数抽出部１４２１は、極間電圧の検出値が継続して設定電圧以下となっている時間Ｔを検出する時間検出部２１３及び時間検出部２１３の検出結果の逆数を算出する逆数算出部２１４を有する。周波数抽出部１４２１は、極間電圧の検出値が継続して設定電圧以下となっている時間Ｔを検出し、検出結果の逆数をワイヤ電極１の振動の周波数とする。
【００３６】
ワイヤ電極１の振動の周波数が高いほど、ワイヤ電極１が被加工物Ｗに接触して極間電圧の検出値が設定電圧以下となる時間Ｔは短くなり、ワイヤ電極１の振動の周波数が低いほど、ワイヤ電極１が被加工物Ｗに接触して極間電圧の検出値が設定電圧以下となる時間Ｔは長くなる。したがって、極間電圧の検出値が継続して設定電圧以下となっている時間Ｔの逆数をとることで、ワイヤ電極１の振動の周波数を抽出できる。
【００３７】
ワイヤ電極１の振動の周波数を抽出する動作以外については、実施の形態１と同様である。
【００３８】
実施の形態３によれば、不安定な状態から極間制御系の応答性を検出し、ゲインを変更するため、不安定状態を早期に解消して、放電周波数を高め、加工速度を向上させることができる。
【００３９】
実施の形態４．
図９は、本発明の実施の形態４に係るワイヤ放電加工機の制御装置の構成を示す図である。実施の形態４に係るワイヤ放電加工機は、実施の形態１に係るワイヤ放電加工機と同様であるが、制御装置１４が板厚推定部１４４を備えている点で相違している。図１０は、実施の形態４に係るワイヤ放電加工機の板厚推定部の板厚推定機能を模式的に示す図である。板厚推定部１４４は、ワイヤ放電加工中に、被加工物Ｗの現在加工している部分の板厚の推定値を出力する。被加工物Ｗの現在加工している部分の板厚を推定する方法には、荒加工時の加工電流又はパルス幅から算出される投入エネルギー及び加工速度から推定するといった公知の手法を適用できる。
【００４０】
図１１は、実施の形態４に係るワイヤ放電加工機のワイヤ電極送り速度決定部の構成を示す図である。図１２は、実施の形態４に係るワイヤ放電加工機のワイヤ電極送り速度決定部の第１のゲインの変更機能を模式的に示す図である。板厚推定部１４４の推定結果は、第１のゲイン処理部１４２３に入力される。第１のゲイン処理部１４２３は、板厚の推定結果に基づき、板厚の推定値が小さいほどゲインの値が大きくなり、板厚の推定値が大きいほどゲインの値が小さくなる関数Ｆ２も用いて第１のゲインの値を変更する。すなわち、実施の形態４では、第１のゲイン処理部１４２３は、図５に示した関数Ｆ１と、板厚の推定値が小さいほどゲインの値が大きくなり、板厚の推定値が大きいほどゲインの値が小さくなる関数Ｆ２とを併用して第１のゲインの値を補正する。
【００４１】
実施の形態４によれば、事前に板厚情報を設定しなくても、板厚に応じた第１のゲインを設定することができる。その結果、加工状況に応じて最も放電発生周波数が高い状態を維持でき、加工速度を向上させることができる。
【００４２】
実施の形態５．
図１３は、本発明の実施の形態５に係るワイヤ放電加工機の制御装置の構成を示す図である。実施の形態５に係るワイヤ放電加工機は、実施の形態１に係るワイヤ放電加工機と同様であるが、上ガイド４と下ガイド５との間隔を検出するガイド間隔検出部１４５を制御装置１４が備えている点で相違している。
【００４３】
図１４は、実施の形態５に係るワイヤ放電加工機のワイヤ電極送り速度決定部の構成を示す図である。ガイド間隔検出部１４５の検出結果は、第１のゲイン処理部１４２３に入力される。第１のゲイン処理部１４２３は、ガイド間隔の検出結果に基づいて、上ガイド４と下ガイド５との間隔が大きくなるにつれて値が小さくなる上限値及び下限値を算出する。図１５は、実施の形態５に係るワイヤ放電加工機の第１のゲイン処理部の上限値及び下限値の設定機能を模式的に示す図である。図１５中の破線は上限値を示し、実線は下限値を示している。
【００４４】
図１６は、実施の形態５に係るワイヤ放電加工機の第１のゲイン処理部のゲイン変更機能を模式的に示す図である。図１６中の実線は、実施の形態５に係る第１のゲイン処理部１４２３が関数Ｆ１の代わりに用いる関数Ｆ３を示している。なお、図１６には、第１のゲインに上限値及び下限値を設定しない実施の形態１で用いた関数Ｆ１を破線で示している。関数Ｆ３には、ガイド間隔検出部１４５の検出結果に基づいて第１のゲインに上限値及び下限値が設定されている。したがって、第１のゲイン処理部１４２３は、算出した上限値と下限値との間で第１のゲインを変更する。
【００４５】
関数Ｆ３は、第１のゲインに上限値及び下限値を設けることにより、上限値と下限値との間での周波数−ゲイン線の傾きが、上限値及び下限値を設けない関数Ｆ１よりも大きくなっている。したがって、実施の形態１と比較すると、ワイヤ電極の振動の周波数の差異が同じであれば、第１のゲインの変化量が大きくなるため、応答性能を高めることができる。よって、外乱などの影響により第１のゲインが大きくずれることがなく、加工状態の急激な変化が生じてもフィードバック制御を継続することができる。
【００４６】
第１のゲイン処理部１４２３の動作以外は、実施の形態１と同様である。
【００４７】
ここでは、上ガイド４と下ガイド５との間隔に基づいて第１のゲインに上限値及び下限値を設定する場合を説明したが、下ガイド５の上下方向の位置が変わらない構成となっている場合、上ガイド４の位置をモータに搭載されたエンコーダ又はリニアスケールなどにより測定し、上ガイド４の位置に基づいて第１のゲインに上限値及び下限値を設定しても同様の効果が得られる。
【００４８】
実施の形態６．
図１７は、本発明の実施の形態６に係るワイヤ放電加工の周波数抽出部の構成を示す図である。周波数抽出部１４２１は、閾値設定部２１５を備えている。図１８は、実施の形態６に係るワイヤ放電加工機のピーク周波数抽出部の周波数抽出機能を模式的に示す図である。ピーク周波数抽出部２１２は、閾値設定部２１５から入力された閾値以上のピークを持つ周波数の中で最も低い周波数成分を抽出する。
【００４９】
閾値設定部２１５以外は、実施の形態１と同様である。
【００５０】
実施の形態６においては、極間電圧の検出値の時間変動に対して高速フーリエ変換を行って得られた周波数スペクトルの閾値以上のピークの中で最も低周波のピークの周波数をワイヤ電極１の振動の周波数とするため、複数の周波数成分を持つ制御系であっても、最も剛性が低い状態に合わせて短絡の発生が少ない安定した加工を実現できる。
【００５１】
実施の形態７．
図１９は、本発明の実施の形態７に係るワイヤ放電加工機の周波数抽出部の構成を示す図である。周波数抽出部１４２１は、ワイヤ電極固有振動数算出部２１６を備えている。ワイヤ電極固有振動数算出部２１６は、ワイヤ電極１の張力及び上ガイド４と下ガイド５との距離からワイヤ電極１の固有振動数を算出する。
【００５２】
図２０は、実施の形態７に係るワイヤ放電加工機のピーク周波数抽出部の周波数抽出機能を模式的に示す図である。ピーク周波数抽出部２１２は、極間電圧の周波数スペクトルからワイヤ電極固有振動周波数とその周辺を取り除いた結果から周波数を抽出する。図２０では、固有振動周波数と一致する中央部の山を除外し、その他で最も大きい成分となる周波数を抽出している。なお、図２０中のバツ印は、ワイヤ電極固有振動数のピークを除外していることを示し、図２０中の丸印は、周波数を抽出してワイヤ電極１の振動の周波数とすることを示している。
【００５３】
実施の形態７に係るワイヤ放電加工機は、極間電圧の検出値の時間変動に対して高速フーリエ変換を行って得られた周波数スペクトルの設定値以上のピークの中で、ワイヤ電極固有振動周波数を除いて周波数スペクトルが最大となる周波数をワイヤ電極の振動の周波数とするため、既知な周波数変動に影響されることなく、未知の周波数変動の影響を抑制することができる。
【００５４】
上記の実施の形態１から実施の形態７において、極間電圧指令生成部１４１、ワイヤ電極送り速度決定部１４２及びモータ制御部１４３の機能は、処理回路１９により実現される。すなわち、制御装置１４は、数値制御プログラムを処理して極間電圧指令を出力する処理と、極間電圧指令と極間電圧の検出値とに基づくフィードバック制御を行ってワイヤ電極送り速度を決定する処理と、前後送り機構１０及び左右送り機構１１のモータに速度指令を出力してワイヤ電極１を被加工物Ｗに対して相対的に移動させる処理とを行う処理回路１９を備える。また、処理回路１９は、専用のハードウェアであっても、記憶装置に格納されるプログラムを実行する演算装置であってもよい。
【００５５】
処理回路１９が専用のハードウェアである場合、処理回路１９は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ、又はこれらを組み合わせたものが該当する。図２１は、実施の形態１から実施の形態７に係るワイヤ放電加工機の制御装置の機能をハードウェアで実現した構成を示す図である。処理回路１９には、極間電圧指令生成部１４１、ワイヤ電極送り速度決定部１４２及びモータ制御部１４３を実現する論理回路１９ａが組み込まれている。なお、極間電圧指令生成部１４１、ワイヤ電極送り速度決定部１４２及びモータ制御部１４３の各部の機能を別々の処理回路で実現してもよい。
【００５６】
処理回路１９が演算装置の場合、極間電圧指令生成部１４１、ワイヤ電極送り速度決定部１４２及びモータ制御部１４３の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。図２２は、実施の形態１から実施の形態７に係るワイヤ放電加工機の制御装置の機能をソフトウェアで実現した構成を示す図である。処理回路１９は、プログラム１９ｂを実行する演算装置１９１と、演算装置１９１がワークエリアに用いるランダムアクセスメモリ１９２と、プログラム１９ｂを記憶する記憶装置１９３を有する。記憶装置１９３に記憶されているプログラム１９ｂを演算装置１９１がランダムアクセスメモリ１９２上に展開し、実行することにより極間電圧指令生成部１４１、ワイヤ電極送り速度決定部１４２及びモータ制御部１４３が実現される。ソフトウェア又はファームウェアはプログラム言語で記述され、記憶装置１９３に格納される。処理回路１９は、記憶装置１９３に記憶されたプログラム１９ｂを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、制御装置１４は、処理回路１９により実行されるときに、数値制御プログラムを処理して極間電圧指令を出力するステップと、極間電圧指令と極間電圧の検出値とに基づくフィードバック制御を行ってワイヤ電極送り速度を決定するステップと、前後送り機構１０及び左右送り機構１１のモータに速度指令を出力してワイヤ電極１を被加工物Ｗに対して相対的に移動させるステップとが結果的に実行されることになるプログラム１９ｂを格納するための記憶装置１９３を備える。また、プログラム１９ｂは、極間電圧指令生成部１４１、ワイヤ電極送り速度決定部１４２及びモータ制御部１４３の手順及び方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。
【００５７】
なお、極間電圧指令生成部１４１、ワイヤ電極送り速度決定部１４２及びモータ制御部１４３の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしてもよい。例えば、極間電圧指令生成部１４１については専用のハードウェアによる処理回路で機能を実現し、ワイヤ電極送り速度決定部１４２及びモータ制御部１４３については処理回路がメモリに格納されたプログラムを読み出して実行することによって機能を実現することが可能である。
【００５８】
このように、処理回路１９は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
【００５９】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１  ワイヤ電極、２  ワイヤボビン、３  ワイヤ電極送り機構、４  上ガイド、５  下ガイド、６  ワイヤ電極回収機構、７  回収箱、８  定盤、９  上下送り機構、１０  前後送り機構、１１  左右送り機構、１２  加工電源、１３  極間電圧検出部、１４  制御装置、１９  処理回路、１９ａ  論理回路、１９ｂ  プログラム、１４１  極間電圧指令生成部、１４２  ワイヤ電極送り速度決定部、１４３  モータ制御部、１４４  板厚推定部、１４５  ガイド間隔検出部、１９１  演算装置、１９２  ランダムアクセスメモリ、１９３  記憶装置、２１１  高速フーリエ変換部、２１２  ピーク周波数抽出部、２１３  時間検出部、２１４  逆数算出部、２１５  閾値設定部、２１６  ワイヤ電極固有振動数算出部、１４２１，２４２１  周波数抽出部、１４２２，２４２３  減算部、１４２３、２４２５  第１のゲイン処理部、１４２４，２４２６  積分処理部、１４２５，２４２７  第２のゲイン処理部、１４２６  加算部、２４２２  第１の加算部、２４２４  第３のゲイン処理部、２４２８  第２の加算部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年10月18日(2016.10.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤ電極と被加工物との間に印加する加工電圧による放電で被加工物を加工するワイヤ放電加工機であって、
前記ワイヤ電極と前記被加工物との間の極間電圧を検出する極間電圧検出部と、
前記極間電圧の検出値に基づいて、前記ワイヤ電極の振動の周波数を抽出する周波数抽出部と、
前記極間電圧の検出値と前記極間電圧の指令値との差とワイヤ電極送り速度との比が、前記ワイヤ電極の振動の周波数が大きい程大きく、前記ワイヤ電極の振動の周波数が小さい程小さい値をとるように、前記極間電圧の指令値の比例積分制御又は比例制御において前記極間電圧の検出値と前記極間電圧の指令値との差に乗じるゲインを補正する補正処理部とを備えることを特徴とするワイヤ放電加工機。
【請求項２】
ワイヤ電極と被加工物との間に印加する加工電圧による放電で被加工物を加工するワイヤ放電加工機であって、
前記ワイヤ電極と前記被加工物との間の極間電圧を検出する極間電圧検出部と、
前記極間電圧の検出値に基づいて、前記ワイヤ電極の振動の周波数を抽出する周波数抽出部と、
前記極間電圧の検出値と前記極間電圧の指令値との差とワイヤ電極送り速度との比が、前記ワイヤ電極の振動の周波数が大きい程大きく、前記ワイヤ電極の振動の周波数が小さい程小さい値をとるように、前記極間電圧の指令値の比例積分制御又は比例制御においてゲインに乗じる前記極間電圧の検出値と前記極間電圧の指令値との差を補正する補正処理部とを備えることを特徴とするワイヤ放電加工機。
【請求項３】
前記補正処理部は、前記極間電圧の指令値及び前記極間電圧の検出値の少なくとも一方を変化させて、前記極間電圧の検出値と前記極間電圧の指令値との差を補正することを特徴とする請求項２に記載のワイヤ放電加工機。
【請求項４】
前記周波数抽出部は、前記極間電圧の検出値の時間変動に対して高速フーリエ変換を行って得られた周波数スペクトルが最大となる周波数を前記ワイヤ電極の振動の周波数とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工機。
【請求項５】
前記周波数抽出部は、前記極間電圧の検出値が継続して設定電圧以下となっている時間の逆数を前記ワイヤ電極の振動の周波数とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工機。
【請求項６】
被加工物の板厚を検出する板厚推定部を有し、
前記補正処理部は、前記板厚の推定結果に基づいて、前記板厚の推定値が大きいほど値が小さく、前記板厚の推定値が小さいほど値が大きくなるように前記ゲインを補正することを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工機。
【請求項７】
前記被加工物の上方で前記ワイヤ電極を支持する上ガイドと前記被加工物の下方で前記ワイヤ電極を支持する下ガイドとの間隔を検出するガイド間隔検出部を有し、
前記補正処理部は、前記ガイド間隔検出部の検出結果に基づいて、前記上ガイドと前記下ガイドとの間隔が大きくなるにつれて値が小さくなる上限値及び下限値を前記ゲインに設定することを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工機。
【請求項８】
前記周波数抽出部は、前記極間電圧の検出値の時間変動に対して高速フーリエ変換を行って得られた周波数スペクトルの設定値以上のピークの中で最も低周波のピークの周波数を前記ワイヤ電極の振動の周波数とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工機。
【請求項９】
前記周波数抽出部は、前記極間電圧の検出値の時間変動に対して高速フーリエ変換を行って得られた周波数スペクトルの設定値以上のピークの中で、前記極間電圧の変動の周波数からワイヤ電極固有振動周波数を除いて周波数スペクトルが最大となる周波数を前記ワイヤ電極の振動の周波数とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工機。
【国際調査報告】
2017130272.tif 000025
2017130272.tif 000026
2017130272.tif 000027
2017130272.tif 000028