具有電極絲張力控制功能的線放電加工的制造方法
【專利摘要】本發明的線放電加工機在錐形加工中，將電極絲的目標張力值和實際的張力值之間的差反饋到控制裝置，決定向電極絲供給電動機、電極絲送出電動機的輸入電流值，調整電極絲的張力值。在電極絲的錐形角度超過某個值的情況下，降低決定向該電動機的輸入電流值時的電極絲的張力的控制增益，抑制電極絲的振蕩。
【專利說明】具有電極絲張力控制功能的線放電加工機
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種線放電加工機，特別涉及一種具有抑制錐形加工時的電極絲的振 蕩的電極絲張力控制功能的線放電加工機。
【背景技術】
[0002] 線放電加工機將電極絲卷繞在電極絲線軸上，電極絲從電極絲線軸經由預定的電 極絲路徑保持預定的速度和張力進行纏繞。線放電加工通過使電極絲在賦予預定的張力的 狀態下在上電極絲導軌和下電極絲導軌之間相對于工件相對地行走，而使上電極絲導軌和 下電極絲導軌之間的電極絲隔開微小間隔與工件相對，在該微小間隙中隔著加工液的狀態 下，施加具有休止時間的電壓脈沖來重復產生放電，由此進行加工。
[0003] 如果不將賦予電極絲的張力控制為固定而在加工中變動，則成為在加工面產生條 紋、加工尺寸精度和加工精度降低、電極絲斷線的產生原因。
[0004] 因此，為了解決該問題，在日本特開平5-312657號公報中公開了以下的方法，即 使用光學式的電極絲張力測定裝置，提高在上電極絲導軌和下電極絲導軌之間移動的電極 絲的張力變動的檢測精度，并且高響應性地檢測電極絲的張力，由此高響應并且穩定地精 密地控制張力。
[0005] 但是，如果經常通過上述方法高響應地控制電極絲張力，則在錯開保持電極絲的 上電極絲導軌和下電極絲導軌的相對位置后進行錐形加工時，如果該錐形角度超過某個 值，則電極絲對著上電極絲導軌和下電極絲導軌的方向發生變化，并且電極絲強烈地抵住 電極絲導軌，由此電極絲進行振蕩，出現加工精度惡化的缺點。
[0006] 另一方面，在日本特開平10-309631號公報中公開了以下的方法，即在所使用的 電極絲的種類和線直徑發生變化的情況下，將根據來自電極絲的張力檢測信號和張力設定 信號之間的差求出的補償信號經由濾波器與速度指令信號進行相加處理，并且輸出各相加 處理后的速度指令，進行電極絲的張力控制，降低電極絲的張力變動。但是，在該方法中，無 法抑制在錐形加工時所發生的電極絲的振蕩。
[0007] 另外，在日本特開平11-254240號公報中公開以下了的方法，即在使線放電加工 機的移動軸（X、Y、Z、U、V軸）移動的情況下，在電極絲的行走路徑長度有增減變化時，通過 電極絲的張力控制裝置控制電極絲的張力，還公開了電極絲的張力控制電路的濾波器的決 定/調整方法。
[0008] 但是，在上述方法中，線電極對著電極絲導軌的方向發生變化，無法解決因電極絲 抵住電極絲導軌的力的變化造成的電極絲的振蕩，其結果是存在對加工精度產生影響的問 題。另外，在由于不同的板厚而錐形角度不同的情況下，如果電極絲的行走路徑長度相同， 則張力控制方法、張力控制電路的濾波器的決定/調整方法也有可能相同，在上述專利文 獻中并沒有公開對在該情況下有可能發生的因電極絲對著電極絲導軌的方向、抵住的力的 變化造成的電極絲的振蕩的處理方法。
【發明內容】
[0009] 因此，本發明的目的在于：鑒于上述現有技術的問題點，提供一種線放電加工機， 其具有抑制錐形加工時的電極絲的振蕩的電極絲張力控制功能。
[0010] 本發明的具有電極絲張力控制功能的線放電加工機具備：電動機，其向被加工物 供給電極絲；張力檢測單元，其檢測上述電極絲的張力；控制裝置，其控制上述電極絲的張 力；上電極絲導軌、下電極絲導軌，其在上述被加工物的上下保持上述電極絲；上電極絲引 導單元、下電極絲引導單元，其使上述上電極絲導軌、下電極絲導軌移動來使上述電極絲傾 斜，其中，使上述電極絲傾斜，使上述被加工物和上述電極絲相對移動來進行上述被加工物 的加工。該線放電加工機還具備：張力控制增益存儲單元，其與電極絲的傾斜角度對應地存 儲上述電極絲的張力的控制增益；傾斜角度取得單元，其取得上述電極絲的傾斜角度；張 力控制增益設定單元，其從上述張力控制增益存儲單元讀出與上述所取得的電極絲的傾斜 角度對應的張力控制增益并進行設定；控制單元，其按照上述所設定的增益控制上述電極 絲的張力。
[0011] 上述控制增益也可以與上述電極絲的傾斜角度以及上述電極絲的直徑、材質、上 述上電極絲導軌、下電極絲導軌的材質中的任意一個或任意的組合對應地存儲在上述張力 控制增益存儲單元中。
[0012] 可以是上述傾斜角度取得單元在變更上述上電極絲導軌和下電極絲導軌的相對 位置時、或者變更上述電極絲的傾斜角度時、或者每個預定時刻或每個預定時間，取得上述 電極絲的傾斜角度，且上述張力控制增益設定單元從上述張力控制增益存儲單元讀出并設 定與上述所取得的電極絲的傾斜角度對應的張力控制增益。
[0013] 本發明通過具備上述結構，能夠提供一種具有抑制錐形加工時的電極絲的振蕩的 電極絲張力控制功能的線放電加工機。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014] 從參照附圖的以下的實施方式的說明能夠了解本發明的上述以及其他目的和特 征。
[0015] 圖1是說明本發明的線放電加工機的一個實施方式的結構的圖。
[0016] 圖2是存儲在張力控制增益存儲單元中的內容(參數）的第一例子。
[0017] 圖3是存儲在張力控制增益存儲單元中的內容(參數）的第二例子。
[0018] 圖4是存儲在張力控制增益存儲單元中的內容(參數）的第三例子。
[0019] 圖5是說明本發明的線放電加工機所執行的電極絲張力控制的處理的流程圖。
【具體實施方式】
[0020] 參照附圖，說明本發明的線放電加工機的一個實施方式的結構。
[0021] 線放電加工機具備進行各部的電動機等的驅動控制的控制裝置13。在電極絲線軸 12上卷繞有電極絲1。電極絲線軸12伴隨著電極絲1的送出而被牽引旋轉。通過未圖示 的轉矩電動機或摩擦剎車賦予適度的阻力從而使得不會造成電極絲線軸12過于旋轉而電 極絲1松弛。賦予電極絲1的該"適度的阻力"包含由轉矩電動機電控制的阻力、或摩擦剎 車等的機械阻力。
[0022] 電極絲1經過由供給電動機(第一電動機)6驅動的導軌輥11到達供給輥8。經由 供給輥8和箍輥9送出的電極絲1經由上電極絲導軌2、工件5、下電極絲導軌3、導軌輥11 到達由送出電動機(第二電動機）7驅動的送出輥10,被回收到廢棄電極絲回收箱(未圖示） 中。張力檢測裝置4是為了將行走中的電極絲1的張力控制為固定的值，而檢測進行線放 電加工的區域的電極絲1的行走中的張力的檢測單元。
[0023] 通過控制由驅動導軌棍11的供給電動機(第一電動機)6和送出電動機(第二電動 機)7所驅動的送出輥10的速度或轉矩，向加工區域(上電極絲導軌2和下電極絲導軌3之 間）的電極絲1賦予適合于加工的預定大小的張力。一邊控制供給電動機(第一電動機）6 和送出電動機(第二電動機)7各自的速度，一邊進行工件5的線切割，使得通過張力檢測裝 置4所檢測出的電極絲1的張力成為所設定的值。在該實施方式中，將送出電動機(第二電 動機）7的轉速控制為固定，控制供給電動機(第一電動機）6的轉速使得通過張力檢測裝置 4檢測出的張力成為所設定的值。
[0024] 上電極絲導軌2和下電極絲導軌3通過驅動單元(未圖示)相對于工件5在水平的 2軸方向（X軸方向和Y軸方向）上相對地移動，并且上電極絲導軌2能夠在與X軸平行的 U軸和與Y軸平行的V軸方向上移動，通過相對于下電極絲導軌3進行移動，能夠進行工件 5的錐形加工。供電元件(未圖示）與電極絲1接觸，從電源裝置(未圖示）施加脈沖狀的電 壓。通過該脈沖狀的電壓，在電極絲1和工件5之間產生放電，進行工件5的放電加工。以 上是公知的線放電加工機所具備的結構。
[0025] 在上述線放電加工機中，根據錐形角度Θ的大小，電極絲1對著上電極絲導軌2、 下電極絲導軌3的方向和抵住的力不同，因此根據錐形角度Θ來變更電極絲1的張力的控 制增益的值。在此，"電極絲1的張力的控制增益"是指將電極絲1的目標張力值和實際的 張力值之間的差反饋到控制裝置來決定輸入電流值（即調整電極絲的張力值而向供給電動 機、送出電動機的輸入電流值）時的反饋時的權重系數。
[0026] 在使得能夠使決定電極絲位置的上電極絲導軌2、下電極絲導軌3的位置移動的 移動軸(例如使上電極絲導軌2向U軸方向、V軸方向移動的U軸、V軸）移動而進行錐形加 工時，在錐形角度Θ超過某值的情況下，通過控制裝置13進行控制而降低電極絲1的張力 的控制增益，抑制電極絲1的振蕩。
[0027] 以下表示降低電極絲1的張力的控制增益而抑制電極絲1的振蕩的具體例子。
[0028] 〈例子 1>
[0029] (1)在加工中不進行使上電極絲導軌2、下電極絲導軌3移動而進行工件5的錐形 加工時，或在錐形角度Θ比預定的值小的情況下，電極絲1不振蕩，因此不變更電極絲1的 張力的控制增益。
[0030] (2)在上電極絲導軌2和下電極絲導軌3之間的錐形角度Θ大于某個值時，電極 絲1對著上電極絲導軌2、下電極絲導軌3的方向發生變化，另外電極絲1抵住上電極絲導 軌2、下電極絲導軌3的力增強，因此降低電極絲1的張力的控制增益而抑制電極絲1的振 蕩。
[0031] (3)在上電極絲導軌2和下電極絲導軌3之間的錐形角度Θ小于某個值時，電極 絲1對著上電極絲導軌2、下電極絲導軌3的方向發生變化，另外電極絲1抵住上電極絲導 軌2、下電極絲導軌3的力減弱，因此提高電極絲1的張力的控制增益。
[0032] (4)使用與上電極絲導軌2和下電極絲導軌3之間的錐形角度Θ的增減變化對應 的電極絲1的張力的控制增益。
[0033] 對于進行錐形加工時的電極絲張力的控制增益，將與電極絲1的線直徑、電極絲1 的材質、上電極絲導軌2、下電極絲導軌3的材質以及傾斜角度Θ對應的對其預先決定的值 作為參數保存在控制裝置13內的存儲器(未圖示)中。另外，從保存目標的存儲器中調出與 加工條件對應的適當的值的控制增益，在進行錐形加工時的電極絲張力的控制中使用。 [0034] 在上述例子中，根據錐形角度Θ來調整電極絲1的張力的控制增益。進行錐形加 工時的電極絲1對著上電極絲導軌2、下電極絲導軌3的方向根據電極絲1的線直徑、電極 絲1的材質、上電極絲導軌2、下電極絲導軌3的材質等而不同，電極絲1的張力的控制增益 的值需要使用與這些條件對應的值。因此，在決定進行錐形加工時的電極絲1的張力的控 制增益的值時，不僅要考慮錐形角度Θ，還要考慮電極絲1的線直徑、電極絲1的材質、上電 極絲導軌2、下電極絲導軌3的材質等。
[0035] 因此，以下表示在不只考慮到錐形角度Θ還考慮到電極絲的線直徑、電極絲的材 質、上電極絲導軌、下電極絲導軌的材質等的基礎上，決定進行錐形加工時的電極絲的張力 的控制增益的值的具體例子。
[0036] 〈1>在使用增加錐形角度Θ，并且電極絲1的線直徑比標準線粗的情況下，電極絲 1容易產生振蕩，因此降低電極絲1的張力的控制增益。相反，在使用電極絲1的線直徑比 標準線細時，電極絲1難以振蕩，因此提高電極絲1的張力的控制增益。
[0037] 〈2>在使用增加錐形角度Θ，并且電極絲1的材質比標準線柔軟的情況下，電極絲 1容易產生振蕩，因此降低電極絲1的張力的控制增益。相反，在使用電極絲1的材質比標 準線硬時，電極絲1難以振蕩，因此提高電極絲1的張力的控制增益。
[0038] 〈3>在增加錐形角度Θ，并且變更上電極絲導軌2、下電極絲導軌3的材質時(例如 在從單晶金剛石變更為多晶金剛石時)，多晶的上電極絲導軌2、下電極絲導軌3具有依存 于材質的固有的容易振蕩的角度，因此與材質對應地增減電極絲1的張力的控制增益。在 使用容易振蕩的材質的上電極絲導軌2、下電極絲導軌3時降低控制增益，在使用難以振蕩 的材質的上電極絲導軌2、下電極絲導軌3時提高控制增益。
[0039] 對于上述〈1>?〈3>的電極絲1的控制增益的值，將與電極絲1的線直徑、電極絲 1的材質、上電極絲導軌2、下電極絲導軌3的材質和錐形角度Θ對應地預先通過試驗決定 的值作為參數預先存儲在存儲器裝置等存儲單元中。另外，在工件5的加工時，自動地調出 與電極絲1的線直徑、電極絲1的材質、上電極絲導軌2、下電極絲導軌3的材質和錐形角度 Θ對應的參數(張力控制增益）而進行使用。
[0040] 在此，在圖2、圖3、圖4中表示存儲在存儲單元中的參數的具體例子。圖2是上電 極絲導軌2、下電極絲導軌3的材質是單晶金剛石、電極絲1的材質是黃銅標準線的情況下 的例子。圖3是上電極絲導軌2、下電極絲導軌3的材質是單晶金剛石、電極絲1的材質是 黃銅軟線的情況下的例子。圖4是上電極絲導軌2、下電極絲導軌3的材質是多晶金剛石、 電極絲1的材質是黃銅標準線的情況下的例子。此外，在圖4所示的例子中，表示出在容易 振蕩的錐形角度Θ是20°的情況下，通過預備試驗進一步調整預先存儲的控制增益的數 據的情況。通過預備試驗對將上電極絲導軌2、下電極絲導軌3的材質變更為多晶金剛石的 情況下的容易振蕩的錐形角度進行確認。
[0041] 在變更上電極絲導軌2、下電極絲導軌3的相對位置時、變更電極絲1的傾斜角度 時、變更電極絲1的線直徑時、變更電極絲1的材質時、變更上電極絲導軌2、下電極絲導軌 3的材質時進行控制增益的值的調出。也可以在每個預定時刻或預定時間進行該控制增益 的值的調出。
[0042] 在使用直徑比電極絲1的基準直徑大的電極絲1的情況下，電極絲1比基準直徑 的電極絲容易振蕩，因此調出比基準直徑的控制增益小的值的控制增益。相反，在使用直徑 比電極絲的基準直徑小的電極絲的情況下，電極絲比基準直徑的電極絲難以振蕩，因此調 出比基準直徑的控制增益大的值的控制增益。
[0043] 在使用比電極絲1的基準材質軟的電極絲1的情況下，電極絲1比基準材質的電 極絲容易振蕩，因此調出比基準材質的控制增益小的值的控制增益。相反，在使用比電極絲 1的基準材質硬的電極絲1的情況下，電極絲1比基準材質的電極絲難以振蕩，因此調出比 基準材質的控制增益大的值的控制增益。
[0044] 在使電極絲1傾斜的方法中，有依照加工程序直接指示傾斜角度的方法、依照加 工程序指示U軸或V軸的移動的方法、在預先通過手動使U軸/V軸移動后開始加工的方法。 在變更上述控制增益時，可以使用任意的方法使電極絲1傾斜。
[0045] 在使U軸/V軸移動而變更上下電極絲導軌的相對位置時等變更電極絲1的傾斜 角度時，進行電極絲1的傾斜角度的計算。也可以在每個預定時刻或預定時間進行該計算。
[0046] 通過以下的方法計算電極絲1的傾斜角度。預先存儲電極絲1為垂直狀態時的上 電極絲導軌2、下電極絲導軌3的U軸和V軸的坐標。在上電極絲導軌2、下電極絲導軌3移 動時，根據上電極絲導軌2、下電極絲導軌3各自的相對垂直狀態的相對坐標、Z軸的坐標， 計算上電極絲導軌、下電極絲導軌位置的相對角度。電極絲1通過上電極絲導軌2、下電極 絲導軌3,因此上電極絲導軌、下電極絲導軌位置的相對角度與電極絲1的傾斜角度(錐形 角度）Θ相同，因此上電極絲導軌、下電極絲導軌位置的相對角度直接成為電極絲1的傾斜 角度。
[0047] 求出電極絲1的傾斜角度(錐形角度）Θ的方法如下。
[0048] 如果將電極絲1和上電極絲導軌2的接觸位置的坐標設為（Ux、Uy、Y z)，將電極絲1 和下電極絲導軌3的接觸位置的坐標設為（Lx、Ly、L z)，能夠根據下述公式（1)求出。
[0049]
【權利要求】
1. 一種具有電極絲張力控制功能的線放電加工機，具備： 電動機，其向被加工物供給電極絲； 張力檢測單元，其檢測上述電極絲的張力； 控制裝置，其控制上述電極絲的張力； 上電極絲導軌、下電極絲導軌，其在上述被加工物的上下保持上述電極絲；以及 上電極絲引導單元、下電極絲引導單元，其使上述上電極絲導軌、下電極絲導軌移動來 使上述電極絲傾斜， 該線放電加工機具有使上述電極絲傾斜、使上述加工物和上述電極絲相對移動來進行 上述被加工物的加工的電極絲張力控制功能，其特征在于，該線放電加工機還具備： 張力控制增益存儲單元，其與電極絲的傾斜角度對應地存儲上述電極絲的張力的控制 增益； 傾斜角度取得單元，其取得上述電極絲的傾斜角度； 張力控制增益設定單元，其從上述張力控制增益存儲單元讀出并設定與上述所取得的 電極絲的傾斜角度對應的張力控制增益；以及 控制單元，其按照上述所設定的增益控制上述電極絲的張力。
2. 根據權利要求1所述的線放電加工機，其特征在于， 將上述控制增益與上述電極絲的傾斜角度以及上述電極絲的直徑、材質、上述上電極 絲導軌、下電極絲導軌的材質中的任意一個或任意的組合對應地存儲在上述張力控制增益 存儲單元中。
3. 根據權利要求1或2所述的線放電加工機，其特征在于， 上述傾斜角度取得單元在變更上述上電極絲導軌和下電極絲導軌的相對位置時、或者 變更上述電極絲的傾斜角度時、或者每個預定時刻或每個預定時間，取得上述電極絲的傾 斜角度， 上述張力控制增益設定單元從上述張力控制增益存儲單元讀出并設定與上述所取得 的電極絲的傾斜角度對應的張力控制增益。
【文檔編號】B23H7/10GK104096935SQ201410128776
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月1日 優先權日:2013年4月2日
【發明者】葛西廣嗣 申請人:發那科株式會社