(57)【要約】【課題】変形補償装置を具えたワイヤカット放電加工機の提供。【解決手段】移動可能なクレーン、該移動可能なクレーンに取り付けられて該移動可能なクレーンの変形量を測定できる測定ユニット、該測定ユニットと電気的に接続されると共に該移動可能なクレーンの動作を制御する制御ユニットを包含し、該制御ユニットが移動可能なクレーンの変形量と位置誤差値の対照表を保存し、該移動可能なクレーンの変形量に基づき該移動可能なクレーンに対してフィードバック移動制御を行なう。【選択図】図２
2009136999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変形補償装置を具えたワイヤカット放電加工機において、
移動可能なクレーンと、
該移動可能なクレーンに取り付けられて該移動可能なクレーンの変形量を測定できる測定ユニットと、
該測定ユニットと電気的に接続されると共に該移動可能なクレーンの動作を制御する制御ユニットと、
を包含し、該制御ユニットが移動可能なクレーンの変形量と位置誤差値の対照表を保存し、該移動可能なクレーンの変形量に基づき該移動可能なクレーンに対してフィードバック移動制御を行なうことを特徴とする、変形補償装置を具えたワイヤカット放電加工機。
【請求項２】
請求項１記載の変形補償装置を具えたワイヤカット放電加工機において、該測定ユニットは少なくとも一つのひずみゲージを包含したことを特徴とする、変形補償装置を具えたワイヤカット放電加工機。
【請求項３】
請求項２記載の変形補償装置を具えたワイヤカット放電加工機において、該測定ユニットは抵抗変化変換増幅回路を更に包含したことを特徴とする、変形補償装置を具えたワイヤカット放電加工機。
【請求項４】
請求項２記載の変形補償装置を具えたワイヤカット放電加工機において、該制御ユニットは抵抗変化変換増幅回路を更に包含したことを特徴とする、変形補償装置を具えたワイヤカット放電加工機。
【請求項５】
ワイヤカット放電加工機のクレーン変形補償方法において、
（ａ）ワイヤカット放電加工機を提供し、該ワイヤカット放電加工機は移動可能なクレーンと、該移動可能なクレーンに取り付けられて該移動可能なクレーンの変形量を測定できる測定ユニットと、該測定ユニットと電気的に接続されると共に該移動可能なクレーンの動作を制御する制御ユニットとを具えたものとするステップ、
（ｂ）該測定ユニットが該移動可能なクレーンの作業時に発生する変形量を測定し並びに信号を生成するステップ、
（ｃ）該制御ユニットが該信号を受け取り並びに保存されたクレーン変形量と位置誤差値の対照表に基づき該移動可能なクレーンの位置誤差値を求めるステップ、
（ｄ）該制御ユニットが該位置誤差値に基づき移動可能なクレーンに対してフィードバック移動制御を行なうステップ、
を包含することを特徴とする、ワイヤカット放電加工機のクレーン変形補償方法。
【請求項６】
請求項５記載のワイヤカット放電加工機のクレーン変形補償方法において、該測定ユニットは少なくとも一つのひずみゲージを包含したことを特徴とする、ワイヤカット放電加工機のクレーン変形補償方法。
【請求項７】
請求項６記載のワイヤカット放電加工機のクレーン変形補償方法において、該測定ユニットは抵抗変化変換増幅回路を更に包含したことを特徴とする、ワイヤカット放電加工機のクレーン変形補償方法。
【請求項８】
請求項６記載のワイヤカット放電加工機のクレーン変形補償方法において、該制御ユニットは抵抗変化変換増幅回路を更に包含したことを特徴とする、ワイヤカット放電加工機のクレーン変形補償方法。
【請求項９】
請求項７又は請求項８記載のワイヤカット放電加工機のクレーン変形補償方法において、該ひずみゲージは変形時に抵抗変化を生成し、該抵抗変化変換増幅回路が該抵抗変化を出力電圧変化に変換し、該制御ユニットが該出力電圧変化を受け取り並びに対照表により該クレーンの位置誤差値を求めることを特徴とする、ワイヤカット放電加工機のクレーン変形補償方法。
【請求項１０】
請求項５記載のワイヤカット放電加工機のクレーン変形補償方法において、該クレーン変形量と位置誤差値の対照表は、
（ａ１）該クレーンに異なる力を加え、該クレーンに複数種類の変形を発生させ、並びに位置誤差値を記録する、
（ａ２）該複数種類の変形に対応して該測定ユニットが複数種類の信号を生成する、
（ａ３）該制御ユニットが該位置誤差値とそれに対応する信号を記録しクレーン変形量と位置誤差値の対照表を生成する、
以上の（ａ１）から（ａ３）のステップを包含することを特徴とする、ワイヤカット放電加工機のクレーン変形補償方法。
【請求項１１】
請求項１０記載のワイヤカット放電加工機のクレーン変形補償方法において、該測定ユニットは少なくとも一つのひずみゲージを包含したことを特徴とする、ワイヤカット放電加工機のクレーン変形補償方法。
【請求項１２】
請求項１１記載のワイヤカット放電加工機のクレーン変形補償方法において、該測定ユニットは抵抗変化変換増幅回路を更に包含したことを特徴とする、ワイヤカット放電加工機のクレーン変形補償方法。
【請求項１３】
請求項１１記載のワイヤカット放電加工機のクレーン変形補償方法において、該制御ユニットは抵抗変化変換増幅回路を更に包含したことを特徴とする、ワイヤカット放電加工機のクレーン変形補償方法。
【請求項１４】
請求項１２又は請求項１３記載のワイヤカット放電加工機のクレーン変形補償方法において、該ひずみゲージは変形時に抵抗変化を生成し、該抵抗変化変換増幅回路が該抵抗変化を出力電圧変化に変換し、該制御ユニットが該出力電圧変化を受け取り並びに対照表により該クレーンの位置誤差値を求めることを特徴とする、ワイヤカット放電加工機のクレーン変形補償方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一種の変形補償装置を具えたワイヤカット放電加工機に係り、特に、移動可能なクレーンにひずみゲージが設けられて切削経路補償を行なうワイヤカット放電加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
精密化及び機能の自動化は加工機の発展傾向となっており、超精密加工技術はそれを応用した製品の市場が年々成長し、個人用モバイル製品、光電通信、バイオメディカル部品用の超精密金型或いは部品の加工には強烈な需要があり、これにより超精密加工市場の前途は非常に明るい。しかし、製品の加工精度が超精密レベルに達すると、関係製品の設計は精密加工の製造能力に牽制され、高精度の製品を製造する必要がある場合、多種類の製造方式を整合させ、大きなコストを費やさねば実現できない。
【０００３】
ワイヤ放電加工（ＷＥＤＭ：Ｗｉｒｅ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ
Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）は伝統的な加工方式ではなく、その加工原理は、導電した線電極により切削を行なうことにあり、導電工作物と線電極が非常に接近した状態で電圧を印加して火花放電現象を形成させ、この現象が発生する時の高熱を利用して加工物を溶融させて切削加工の目的を達成する。これにより、ワイヤカット放電加工は超高硬度材料に精密加工を行なうための最良の選択である。
【０００４】
産業の発展に伴い、ワイヤカット放電加工機の市場は徐々に拡大し、全体の生産量もそれにつれてアップし、機械の生産の過程中にもっともよく発生する問題は、機械量産の安定性の問題である。この問題は各機械を、鋳型製造、部品製造から組み立てるまでの過程が極めて複雑であることに起因し、全体の生産過程が非常に多くのステップで構成され、大量の労働力をそれに投入しなければならず、このため生産過程中に欠陥品が非常に出現しやすく、このために最終の機械の正確度が期待されたようにならないのである。ワイヤカット放電加工機の第１カット加工時には、高圧注水して順調に残さを排出しなければならないが、注水の圧力が２０ｋｇ／ｃｍ2に達し且つ直接上下のマシンヘッドに施すとき、下クレーンは比較的最小で且つ支点との距離が比較的遠いため、非常に容易に下垂の現象が発生し、下マシンヘッドエンドの空間中での位置に偏りの現象が出現することになる。ワイヤカット放電加工機は線電極を採用して放電切削を行い、コントローラーは線電極の加工経路を計算する時、まず上下のマシンヘッドエンドの接続線を線電極の現在の空間中の姿態となし、さらに使用する線電極半径により経路を補償、修正する。もし上下のマシンヘッドの位置に変形により偏りが発生すると、線電極の走行の経路は予期したもの、と異なるものとなり加工精度不正確の問題を形成する。現在、この問題に対する処理方式は、下クレーンの粗度を増加して剛性を高めると共に変形の程度を減らす、というものである。この方式は変形の問題の発生を減らすことができるだけで、注水圧力、環境温度、クレーン長さに応じてリアルタイムにそのときの変形を測定することはできず、さらに変形により形成される経路のずれを補償、修正できない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
周知のワイヤカット放電加工機は、そのクレーン構造に以下の欠点がある。
（１）高圧注水時にマシンヘッドが極めて大きな圧力を受け、その発生する力のモーメントがクレーンに変形を発生させる。すなわち、一般に高速加工を行なうときは、残さをの順調な排出を確保するために、工作物に対して高圧注水して残さを排出する必要があり、注水の部分は上下のマシンヘッド（図１のマシンヘッド１０とマシンヘッド１２）中のジェット機構が請け負う。高圧注水時には上下のマシンヘッドは上下のマシンヘッドは極めて大きな反作用力を受け、その圧力は２０ｋｇ／ｃｍ2 にも達し、さらに支点とアームの発生する力のモーメントはクレーンに変形を発生させる。特に、下クレーン（図１のクレーン１４）はマシンヘッドと支点の距離が比較的遠く、且つクレーンの断面積が比較的小さいため、発生する変形量は更に厳重となる。
（２）異なる注水水圧、クレーン材質と長さはいずれも変形量に影響を与える。すなわち、上下のクレーンの変形はクレーンが受ける力のモーメント（マシンヘッド施力×アーム長さ）の影響を受け変形を発生する。これにより異なる注水圧力とアーム長さはその発生する力のモーメントも異なり、これにより形成される変形量も異なる。
（３）現在のクレーンの変形量を知ることはできず、また、この問題に対してオンライン補償修正は行なえない。すなわち、現在ワイヤカット放電加工機はクレーンの変形を監視するための検出方法がなく、このため変形量の確認或いは補償、修正を行なうことができない。
【０００６】
本発明は変形補償装置を具えたワイヤカット放電加工機を提供し、それはひずみゲージを利用してクレーンの変形量を測定し並びにそれに基づきフィードバック制御し、これにより切削経路補償の目的を達成するものとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の提供する変形補償装置を具えたワイヤカット放電加工機は、
移動可能なクレーンと、
該移動可能なクレーンに取り付けられて該移動可能なクレーンの変形量を測定できる測定ユニットと、
該測定ユニットと電気的に接続されると共に該移動可能なクレーンの動作を制御する制御ユニットと、
を包含し、該制御ユニットが移動可能なクレーンの変形量と位置誤差値の対照表を保存し、該移動可能なクレーンの変形量に基づき該移動可能なクレーンに対してフィードバック移動制御を行なう。
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明は一種のワイヤカット放電加工機のクレーン変形補償方法を提供し、それは、
（ａ）ワイヤカット放電加工機を提供し、該ワイヤカット放電加工機は移動可能なクレーンと、該移動可能なクレーンに取り付けられて該移動可能なクレーンの変形量を測定できる測定ユニットと、該測定ユニットと電気的に接続されると共に該移動可能なクレーンの動作を制御する制御ユニットとを具えたものとするステップ、
（ｂ）該測定ユニットが該移動可能なクレーンの作業時に発生する変形量を測定し並びに信号を生成するステップ、
（ｃ）該制御ユニットが該信号を受け取り並びに保存されたクレーン変形量と位置誤差値の対照表に基づき該移動可能なクレーンの位置誤差値を求めるステップ、
（ｄ）該制御ユニットが該位置誤差値に基づき移動可能なクレーンに対してフィードバック移動制御を行なうステップ、
を包含する。
【発明の効果】
【０００９】
これにより、本発明の変形補償装置を具えたワイヤカット放電加工機はクレーンに対してフィードバック移動制御を行なうことができ、ゆえに、水柱の衝撃の反作用力により変形したクレーンに対して移動補正を行なうことができ、マシンヘッドをもとの切削経路上に戻すことができ、これにより切削時の精度をアップし、加工精度がクレーン変形により下がるのを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図２は本発明の変形補償装置を具えたワイヤカット放電加工機の表示図である。本発明の変形補償装置を具えたワイヤカット放電加工機２は、上クレーン２４に設けられたマシンヘッド２０と下クレーン２６に設けられたマシンヘッド２２により工作物に対して切削を行なう。該上クレーン２４と下クレーン２６は自由に移動可能である。
【００１１】
切削前、該マシンヘッド２０とマシンヘッド２２は相互に対応し、二つのマシンヘッド間の線電極と工作物間に印加される電圧により火花放電を形成し、その高熱を利用して工作物を溶融させて切削加工の目的を達成する。しかし、切削時に、残さの排出を順調に行なうため、上下のマシンヘッド２０、２２の周囲に強力な水柱を噴射して残さ排出を行なう必要があり、ゆえに上クレーン２４と下クレーン２６は強大な反作用力を受けて変形し得る（図３と図４参照）。上クレーン２４と下クレーン２６の変形はマシンヘッド２０と２２に偏りを発生させ、ゆえに工作物の切削経路に誤差が発生し、工作物切削時の精度が下降する。
【００１２】
図５は上述の経路偏差を簡単に示す図である。そのうち、もともとは相互に対応する上下のマシンヘッド２０と２２はクレーン変形により位置に偏りが発生し、これによりＸ方向に移動偏差ａ、Ｙ方向に移動偏差ｂと移動偏差ｃが発生し得て、そのために切削精度が下降し得る。
【００１３】
この欠点を解決するため、図２に示されるように、本実施例中では、下クレーン２６に複数のひずみゲージ２００、２０２、２０４が設けられ、下クレーン２６に変形が発生した時に上方に貼り付けられたひずみゲージ２００、２０２、２０４が変形し、ひずみゲージ２００、２０２、２０４の変形がそれ自身の電気抵抗に影響を与え、さらに抵抗変化変換増幅回路（図８）が電気抵抗変化を電圧変化に変換する。本発明の実施例中、僅かに下クレーン２６にひずみゲージ２００、２０２、２０４が設置されているが、本発明は上下のクレーンのいずれにもひずみゲージを設置して変形測定を行なうこともでき、これらの応用変化は使用者の必要によるため、詳細な説明は省略する。
【００１４】
また、本発明は更にワイヤカット放電加工機中にマイクロプロセッサ５０が設置され、図６はその部品の接続関係表示図である。そのうち、ひずみゲージ５４は抵抗変化変換増幅回路５６に電気的に接続された後に、さらに該マイクロプロセッサ５０に接続され、該マイクロプロセッサ５０はクレーン５２に電気的に接続されてクレーン５２の移動を制御する。このほか該マイクロプロセッサ５０は更にメモリ５８に電気的に接続され、該メモリ５８はクレーン変形量と位置誤差値の対照表５８０（その作成方式については後述する）と電気的に接続され、ゆえに該クレーンの変形量に基づき、該クレーンに対してフィードバック移動制御を行なうことができる。
【００１５】
当然、本発明の使用部品もまたその他の変化を有し得て、例えば図７に示されるように、該クレーン５２はマイクロプロセッサ５０とひずみゲージ５４に電気的に接続され、該マイクロプロセッサ５０とひずみゲージ５４もまた相互に電気的に接続され、そのうち、該マイクロプロセッサ５０に直接抵抗変化変換増幅回路５６が設置され且つ該クレーン変形量と位置誤差値の対照表を保存する。
【００１６】
図８は本発明中で使用する精密抵抗変化変換増幅回路の電気回路図である。精密抵抗変化変換増幅回路中の演算に関する部分（図８中の演算エリア６００）は多種類の素子回路で構成され、各素子間の電圧シフト、温度シフトに対して補償を行い、ノイズ抑制と抵抗マッチングの機能も完成し、その全体の機能は精密演算増幅器と同等である。
【００１７】
クレーンに変形が発生する時には上方に貼り付けられたひずみゲージも変形し、このとき、ひずみゲージ自身の抵抗に変化が出現し得て、該抵抗の変化が精密抵抗変化変換増幅回路を通され、出力電圧が変化する。
【００１８】
図９は本発明中のクレーン変形量と位置誤差値の対照表の作成フローチャートである。それは、
ステップ７１−まず、ワイヤカット放電加工機のクレーンに力を加え、クレーンに変形を発生させ、そのマシンヘッドに位置変化量を発生させる。
ステップ７２−クレーンが変形するとき、ひずみゲージがその変化量に対応して出力電圧変化を発生する。
ステップ７３−マシンヘッド位置変化量と該出力電圧変化を記録した後、重複してステップ７１を実行する。
ステップ７４−複数組のデータを得てクレーン変形量と位置誤差値の対照表を形成する。
以上のステップを包含する。
【００１９】
図１０は本発明のクレーン変形補償方法のフローチャートであり、それは、
ステップ８１−該ひずみゲージが該クレーンの作業時に発生する変形量を測定し、並びに電圧変化量を発生する。
ステップ８２−該マイクロプロセッサが該電圧変化量を受け取った後、クレーン変形量と位置誤差値の対照表中より該電圧変化量に基づきクレーンの位置誤差値を求める。
ステップ８３−該マイクロプロセッサが位置誤差値に基づき該クレーンに対してフィードバック移動制御を行なう。
以上のステップを包含する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】周知のワイヤカット放電加工機の表示図である。
【図２】本発明のワイヤカット放電加工機の表示図である。
【図３】本発明のワイヤカット放電加工機のクレーンの正常状態での表示図である。
【図４】本発明のワイヤカット放電加工機のクレーンの変形状態での表示図である。
【図５】本発明のワイヤカット放電加工機のマシンヘッド偏差の表示図である。
【図６】本発明のワイヤカット放電加工機の部品接続表示図である。
【図７】本発明のワイヤカット放電加工機の部品接続表示図であり、別の実施例を示す。
【図８】本発明中で使用する精密抵抗変化変換増幅回路の電気回路図である。
【図９】本発明中のクレーン変形量と位置誤差値の対照表の作成フローチャートである。
【図１０】本発明のクレーン変形補償方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００２１】
２  ワイヤカット放電加工機
１０、１２、２０、２２  マシンヘッド
１４、５２  クレーン
２４  上クレーン
２６  下クレーン
５０  マイクロプロセッサ
２００、２０２、２０４  ひずみゲージ
５４  ひずみゲージ
５６  抵抗変化変換増幅回路
５８  メモリ
５８０  クレーン変形量と位置誤差値の対照表
６００  演算エリア
【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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