JP7364700B2 - ワイヤ放電加工機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤ放電加工機の制御装置に関する。

ワイヤ放電加工機を制御する制御装置では、図８に示すような加工プロセスのコーナ形状（ＮＣプログラムのコーナ形状）を組み合わせて加工を実行させている。

図８は、ＮＣプログラムのコーナ形状の一例を説明する図である。
本例は、連続する２つの切削送りブロックによるアウトシャープエッジコーナ（図８の（Ａ））およびインシャープエッジコーナ（図８の（Ｂ））、ワイヤ経路が円弧ブロックの円の外側を通るアウト円弧コーナ（図８の（Ｃ））、ワイヤ経路が円弧ブロックの円の内側を通るイン円弧コーナ（図８の（Ｄ））等、複数存在する例を示している。

ワイヤ放電加工機を制御する制御装置は、これらのコーナ形状では加工状況の変化の仕方が異なるため、それぞれ違う加工条件(加工速度、放電パワー等)を切り替え、コーナ形状に対応したコーナ制御を行っている。

図８に示す複数のコーナの制御区間が連続する形状(以降、連続コーナと呼ぶ)では、加工条件が急激に切り替わり、加工状況が著しく変化してしまい、所望の加工精度が得られない場合がある。

そこで、放電加工機を制御する制御装置の分野では、コーナ制御区間の重複をあらかじめ検出し、その区間で、それぞれのコーナ制御の加工条件の変化量を補間した値を用いて制御を行う方法や、あらかじめ優先して行うコーナ制御を決めておく方法等を採用することで、加工精度を上げている。

特開平８－１６８９２５号公報

しかしながら、上述した様々な連続コーナの組み合わせパターンに対して、同じ補間方法や優先順位の決定方法による制御では十分な加工精度が得られないという課題があった。

このため、放電加工機を制御する制御装置の分野では、複数のコーナ制御区間が重複するような加工を行う場合でも、加工精度を向上できることが望ましい。

本開示における加工プログラムを実行してワークに放電加工を行う加工部を備えるワイヤ放電加工機を制御するワイヤ放電加工機の制御装置は、前記加工プログラム、およびコーナ部ごとに適用可能な複数のコーナ制御パターンを記憶する記憶部と、コーナ部を加工する際に、コーナ形状に基づいて所定の加工条件に切り替えるコーナ制御を行う制御部と、前記コーナ制御の開始点および終了点からコーナ制御区間を算出する算出部と、前記算出部により算出された前記コーナ制御区間が重複する場合に、前記記憶部から優先して行う１つの前記コーナ制御パターンを選択する選択部と、を備える。

本開示の一態様によれば、複数のコーナ制御区間が重複している場合でも連続するコーナに対する加工精度を向上できる。

本実施形態のワイヤ放電加工機を示す概略を示す斜視図である。 第１実施形態を示すワイヤ放電加工機の制御装置を説明するブロック図である。 ワイヤ放電加工機の制御装置の制御手順を示すフローチャートである。 複数のコーナの制御区間で連続する形状パターンの例を示す図である。 複数のコーナの制御区間で連続する形状パターンの例を示す図である。 複数のコーナの制御区間で連続する形状パターンの例を示す図である。 第３実施形態を示すワイヤ放電加工機の制御装置を説明するブロック図である。 ＮＣプログラムのコーナ形状の一例を説明する図である。

以下、本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。まず、図１を参照して、ワイヤ放電加工機１の構成について説明する。

図１は、本実施形態に係るワイヤ放電加工機１を示す概略斜視図である。
図１に示すワイヤ放電加工機１は、加工プログラムに基づいてワイヤ電極とワークＷ（被加工物）とを相対移動させてワークＷに放電加工を行う。ワイヤ放電加工機１は、ワークＷに対して荒加工から仕上げ加工までの複数の放電加工の加工工程を繰り返し行う。

ワイヤ放電加工機１は、各加工工程において、加工プログラムに基づくワークのプログラム形状（加工形状）からオフセット値（ワイヤ径補正値を含む）だけオフセットした加工経路（ワイヤ径補正経路という）であって、各加工工程においてオフセット値が異なる加工経路を作成する。ワイヤ放電加工機１は、各加工工程において、加工経路に従ってワイヤ電極とワークＷとを相対移動させる。

ワイヤ放電加工機１は、ベッド２と、加工槽３と、ワークテーブル４と、ワイヤ電極５と、ワイヤボビン６と、モータ／パウダブレーキ７と、ブレーキローラ８と、ピンチローラ９と、上ガイド１０と、下ガイド１１と、ピンチローラ１２と、フィードローラ１３と、ワイヤ回収箱１４と、制御部１５と、加工電源１６と、本実施形態に係るワイヤ放電加工機１の制御装置２０と、を備えている。

ここで、制御装置２０は、DSP(Digital Signal Processor)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等の演算プロセッサで構成されている。制御装置２０の各種の機能は、ハードウエア（プログラム、アプリケーション）を実行することで実現される。制御装置２０は、装填されるワイヤ電極５を移動させてワークＷに対してワーク放電加工を行うワイヤ放電加工機１を制御する。

制御装置２０は、書き換え可能な記憶部２２を備え、加工プログラムを解析するプログラムや、該プログラムが参照する判定条件やパラメータ（オフセット値を含む）を記憶している。

ベッド２は、加工槽３が載置される機台である。加工槽３は、加工液が充填された放電加工を行う空間である。ワークテーブル４は、ワークＷが載置される台であり、ワイヤ電極５との相対的な位置が制御装置２０によって制御されることにより決定される。

ワイヤ電極５は、ワイヤボビン６から繰り出され、モータ／パウダブレーキ７により駆動されるブレーキローラ８、ピンチローラ９、上ガイド１０、下ガイド１１、ピンチローラ１２およびフィードローラ１３を経由して、ワイヤ回収箱１４に回収される。

このワイヤ電極５は、加工槽３内において、上ガイド１０および下ガイド１１によって支持されており、上ガイド１０および下ガイド１１の間に一直線状に張られている。この一直線状に張られたワイヤ電極５は、加工液に浸された状態において、ワークＷに放電加工を行う。

ワイヤボビン６は、図示しないトルクモータによりワイヤ電極５の繰り出し方向とは逆方向に所定のトルクが付与される。上ガイド１０および下ガイド１１の位置は、ワークＷの形状や固定方法およびワークＷに加工する形状に応じたプログラムによって、固定または可変である。加工電源１６は、ワイヤ電極５に高周波電圧を印加することで、ワークＷに対する放電加工を可能にする。
しかし、同心円形状の加工経路による加工では不具合が生じるとき、加工経路作成部２３は、コーナ部の形状が同心円（非同一半径）形状である同心円形状の加工経路を選択するように制御する。制御装置２０は、ワイヤ放電加工機１や制御部１５に設けられていてもよく、これらとは別のコンピュータに設けられていてもよい。

図１に示すように、ワイヤ放電加工機１は、ワイヤ電極と平行に移動する軸をＺ軸、ワイヤ電極に対して垂直平面で移動するＸＹ軸、ワイヤ電極を傾けるためのＸＹ軸に対して平行に移動するＵＶ軸で構成され、加工ワークを設置するワークテーブルがある。各軸はサーボモータ等の駆動で移動するように構成されている。

本実施形態では、各軸の移動指令は制御装置２０で行う。また、放電中の電圧や放電遅れ時間の記録や放電パルスの種類の判断は、制御装置２０の演算機、または外部から接続された演算機で行うように構成されている。

図２は、第１実施形態を示すワイヤ放電加工機の制御装置を説明するブロック図である。本例は、図１に示した制御装置２０の機能構成に対応する。
図２に示すワイヤ放電加工機の制御装置２０は、算出部としての形状解析部２１と、記憶部２２と、加工経路作成部２３と、選択部２４と、表示部２５、制御部１５とを備える。

形状解析部２１は、加工プログラムを先読みして、ワークのプログラム形状（加工形状）を解析する。記憶部２２は荒加工から仕上げ加工の加工工程における各種のオフセット値（加工パラメータ）等を記憶している。
記憶部２２は、後述するようにワイヤ電極５がワークＷのコーナ部を加工する際に、コーナ形状に基づいて定められた所定の加工条件を切り替えるためのコーナ制御パターンを複数記憶している。

なお、本実施形態に示す記憶部２２は、後述する処理で選択される１つのコーナ制御に適応できる複数のコーナ制御パターンＳＰ１～ＳＰＮを優先順位に従って記憶している。ここで、コーナ制御パターンＳＰ１～ＳＰＮとは、連続する重複したコーナ制御に対して放電加工をする際に、１つのコーナ制御に適応できる複数のコーナ制御パターンである。また、記憶部２２に記憶された複数のコーナ制御パターンは、実験値等から数種類に絞り込まれ評価されたものである。なお、記憶部２２は、例えばEEPROM等の書き換え可能なメモリである。

選択部２４は、形状解析部２１が後述する連続するコーナ制御区間において加工経路が重複していると判断した場合、記憶部２２に記憶された複数のコーナ制御パターンＳＰ１～ＳＰＮの中から、解析された連続する１つのコーナ制御に対して、優先順位の高いコーナ制御パターンを１つ選択する。

本実施形態では、例えばコーナ重複制御区間において、コーナ制御に適応できるコーナ制御パターンＳＰ１（円弧中＞円弧後＞円弧前）と、コーナ制御パターンＳＰ２（円弧後＞円弧中＞円弧前）とが選択可能である場合、図２に示す選択部２４は、形状解析部２１が解析した形状信号に対して優先順位のより高いコーナ制御パターンＳＰ２を適用する。なお、詳細手順については、図３に示すフローチャートを参照して説明する。

加工経路作成部２３は、形状解析部２１によって解析された加工プログラム形状から、記憶部２２に記憶されたオフセット値だけオフセットしたコーナ制御を作成する。具体的には、加工経路作成部２３は、通常、コーナ部の形状が同一円弧（同一半径）形状である同一円弧形状の加工経路を選択するようにコーナ制御を作成する。

なお、図２において、形状解析部２１と、加工経路作成部２３とを組み合わせて１つのコーナ制御部として構成してもよい。

なお、加工経路作成部（コーナ制御部）２３は、形状解析部２１によって解析されたプログラム形状からコーナ加工経路ＣＰ１－ＣＰ２－ＣＰ３を抽出した際、コーナ部の形状が同一円弧形状、すなわち同一半径形状となるようにする。また、加工経路作成部２３は、記憶部２２に記憶されたオフセット値だけオフセットしたコーナ制御を作成することもできる。

〔コーナ制御パターンの選択処理〕
以下、形状解析部２１がコーナ制御区間に対して重複するコーナ制御を検出した場合に、選択部２４が記憶部２２に記憶されたいずれかのコーナ制御パターンを選択する処理例を説明する。なお、書き換え可能な記憶部２２は、加工プログラムを解析するプログラムや、該プログラムが参照する判定条件やパラメータ（オフセット値を含む）を記憶している。

まず、算出部としての形状解析部２１は、加工プログラムを解析して生成されるコーナ形状からコーナ制御の開始点および終了点を算出し、後述する図４～図６に一例を示すコーナ制御区間に重複状態が発生しているかどうかを判断する。

ここで、選択部２４は、形状解析部２１が解析した形状信号からコーナ制御区間に重複状態が発生していると判断した場合、コーナ制御に適応するために、記憶部２２に記憶している複数のコーナ制御パターンＳＰ１～ＳＰＮの中から１つのコーナ制御パターンを選択する。そして、制御部１５は、選択した１つのコーナ制御パターンに従う最終的な形状信号を制御部１５に対して出力する。

図３は、本実施形態を示すワイヤ放電加工機の制御装置の制御手順を示すフローチャートである。Ｓ１～Ｓ５は各ステップを示し、各ステップに対応した制御プログラムは、記憶部２２に記憶され、ＣＮＣ制御主体となる制御装置２０の制御部１５により実行される。

ワイヤ放電加工機１の操作部等から加工処理の開始が指示されることにより、ＣＮＣプログラムが入力されると（Ｓ１）、形状解析部２１は、ＣＮＣプログラムの解析を開始し、コーナ形状信号（例えば１６ビット信号で構成される）を検出する（Ｓ２）。

なお、形状信号のビット数等は、１６ビットに限定されるものではない。また、加工処理の開始の指示は、表示部２５に表示されるグラフィカル・ユーザインタフェース（ＧＵＩ）から指示されるものであってもよい。

次に、形状解析部２１は、Ｓ１で検出した連続する形状信号の状態からコーナ制御区間でコーナ形状が重複していることを検出しているか否かを判断する（Ｓ３）。ここで、形状解析部２１が形状信号からコーナ制御区間において重複状態を検出していないと判断した場合は、Ｓ５に進み、最適な連続コーナ加工を実行するための形状信号を制御部１５に出力して、本処理を終了（エンド）する。

一方、Ｓ３で形状解析部２１が形状信号からコーナ制御で重複状態を検出していると判断した場合、選択部２４は、記憶部２２に記憶されたコーナ制御パターンの中から優先順位の高いコーナ制御パターンを１つ選択して（Ｓ４）、Ｓ５へ進む。Ｓ５では、選択部２４が選択したコーナ制御パターンに従う形状信号を制御部１５に出力して、処理を終了する。

なお、連続するコーナ部の加工状況の変化は、コーナ部の前後のブロックにおいても起こるため、当該コーナブロックだけに限らず、前後のブロックも制御区間に含まれる場合がある。

図４～図６は、形状解析部２１が解析する複数のコーナ制御区間で連続する形状パターンの例を示す図である。以下、複数のコーナの制御区間で連続する形状パターンの例を説明する。

図４～図６において、太い実線で示す経路Ｐ２がＣＮＣプログラム指令経路を示し、太い破線で示す経路Ｐ１がワイヤ電極５の経路を示す。
図４に示す連続コーナ経路パターンは、アウト円弧コーナ前制御区間Ｉ１―アウト円弧コーナ中制御区間Ｉ２―イン円弧コーナ中制御区間Ｉ５―イン円弧コーナ後制御区間Ｉ６が設定された連続コーナパターン例である。

本連続コーナ経路パターンは、アウト円弧コーナ中制御区間Ｉ２内において、アウト円弧コーナ中・イン円弧コーナ前制御重複区間Ｉ３が設定されている。同様に、イン円弧コーナ中制御区間Ｉ５において、イン円弧コーナ中・アウト円弧コーナ後制御重複区間Ｉ４が設定されている。しかも、イン円弧コーナ中・アウト円弧コーナ後制御重複区間Ｉ４とアウト円弧コーナ中・イン円弧コーナ前制御重複区間Ｉ３とが連続するように経路が設定されたコーナパターンである。

図５に示す連続コーナ経路パターンは、イン円弧コーナ前制御区間Ｉ１１－イン円弧コーナ中制御区間Ｉ１３―イン円弧コーナ後制御区間Ｉ１４が設定された連続コーナ経路パターン例である。

本連続コーナパターンでは、アウトシャープエッジコーナ前・イン円弧コーナ前制御重複区間（直線的経路区間）Ｉ１１と、アウトシャープエッジコーナ後・イン円弧コーナ中制御重複区間（円弧的経路区間）Ｉ１２とが設定された連続コーナ経路パターン例である。

図６に示す連続コーナ経路パターンは、イン円弧コーナ後制御区間Ｉ２１とアウト円弧コーナ前制御重複区間Ｉ２２が設定された連続コーナ経路パターン例である。

本連続コーナ経路パターンでは、イン円弧コーナ後制御区間Ｉ２１とアウト円弧コーナ前制御区間Ｉ２３内に、イン円弧コーナ後・アウト円弧コーナ前制御重複区間Ｉ２２が設定された連続コーナ経路パターン例である。

本実施形態において、形状解析部２１は、図３に示した制御手順に従い、図４のように円弧ブロックが連続する場合、処理すべきコーナ形状信号からコーナ制御区間が重複する状態を検出できる。

同様に、形状解析部２１は、図５のように円弧ブロックの開始点または終了点がシャープエッジコーナになっている場合にも処理すべきコーナ形状信号からコーナ制御区間の重複状態を検出することができる。

同様に、図６のようにコーナとコーナの間の直線ブロックの長さが前後のコーナ部の制御距離の合計よりも小さい場合にも、処理すべきコーナ形状信号からコーナ制御区間の重複状態を検出することができる。
これを受けて、選択部２４は、図４～図６で検出された各コーナ制御に対して最適なコーナ制御パターンを記憶部２２から選択して制御部１５に出力する。

〔第１実施形態の効果〕
本実施形態によれば、複数のコーナ制御区間が重複するような加工を行う場合でも、優先順位の高いコーナ制御パターンを選択できるため、コーナ制御に基づく加工精度を向上できる。

〔第２実施形態〕
第１実施形態では、選択部２４によるコーナ制御パターンの選択方法として、制御区間が重複しているコーナ制御パターンの中から優先順位の高いコーナ制御パターンを１つ選択する例を示した。

第２実施形態では、選択部２４が優先して行うコーナ制御の他のパターン選択方法として、表示部２５の画面上にコーナ制御区間の重複している箇所を描画した際、ユーザが画面上で優先して制御を行うコーナ制御パターンを選択指示する例を説明する。なお、表示部２５は、例えばタッチパネルでよい。また、ユーザが表示部２５の表示画面を見ながら、キーボード等の操作部を操作して選択する構成でもよい。

ユーザが表示部２５の画面上で優先して制御を行うコーナ制御パターンを選択すると、ユーザが選択したコーナ制御パターンを制御部１５に出力する。

これにより、形状解析部２１によるコーナ部の解析で重複するコーナ制御に適用する複数のコーナ制御パターンの候補を表示部２５に表示することができる。そして、ユーザが表示された複数のコーナ制御パターンの候補から意図するコーナ制御パターンを選択することで、実際にコーナ部を加工する際に、ユーザの意図するコーナ制御を反映することができる。

〔第２実施形態の効果〕
本実施形態によれば、複数のコーナ制御区間が重複するような加工を行う場合でも、ユーザが選択した最適なコーナ制御パターンに従ってコーナ制御を実行させることができる。

〔第３実施形態〕
なお、第１実施形態に示したコーナ形状が重複するパターンは非常に多く、コーナ半径や角度といった要素も含めると、組み合わせは無数に存在する。このため、同じ方法で補間された値を用いてコーナ制御を行った場合や、一定の判定基準で優先するコーナ制御を決定した場合、全ての組み合わせパターンに対して最適なコーナ制御が適用されない場合がある。
また、最も加工精度が良好であるコーナ制御パターンの優先順位を決定するためには、それぞれ違うコーナ制御パターンで総当たり的に加工実験を行う必要がある。

しかし、この方法ではコーナ制御パターンを決定する工数が膨大となり、開発に時間がかかる。そこで、本実施形態では、図２に示した学習部２６による機械学習を実行する。より具体的には、本実施形態では、コーナ制御区間が重複するコーナ部（コーナ形状（半径、角度）、ワークの材質、板厚、ワイヤ径等も含めてよい）を入力データとし、各コーナ部に対応してユーザにより選択されたコーナ制御パターンをラベルとした、いわゆる教師あり機械学習を実行する。

図７は、第３実施形態を示すワイヤ放電加工機の制御装置を説明するブロック図である。なお、図７は、図２に示した制御装置２０に学習部２６を備えている。
図７において、学習部２６は、ユーザによる連続コーナ制御パターンごとの優先順位選択結果を収集して記憶部２２に記憶させて収集しておく。ここで、優先順位選択する処理は、表示部２５に表示したパネル入力による選択に基づく収集であってもよいし、他の操作部からの入力による収集であってもよい。

これにより、本実施形態では、これまで選択したことのないパターンが連続するコーナ部を加工する際に、学習部２６は類似する特徴を持つ連続コーナ部のコーナ制御パターンを出力し、選択部２４はこの学習部２６が出力したコーナ制御パターンを選択する。

〔第３実施形態の効果〕
本実施形態によれば、学習部２６が学習したユーザによるコーナ制御パターンの選択情報を記憶部２２に収集しておくので、これまで選択したことのないパターンが連続するコーナ部に対しても適正なコーナ制御パターンを自動選択して、適正なコーナ制御を実現できる。

〔第４実施形態〕
上記第１実施形態では、選択部２４が選択したコーナ制御パターンを解析した全ての形状信号に対して適用する場合を説明した。

しかしながら、上記第１乃至第３実施形態において、選択部２４が選択したコーナ制御パターンを検出した全ての形状信号に対して適用せず、形状解析部２１はユーザが指定する加工区間内において、鋭角コーナの形状信号が立っていることを検出した場合に鋭角コーナ制御を優先させるように制御する構成としてもよい。

〔第４実施形態の効果〕
本実施形態によれば、形状解析部２１が解析したコーナ部のうち、ユーザ指定された区間に対してのみ、選択部２４が選択したコーナ制御パターンを適用したコーナ制御を実現できる。

〔第５実施形態〕
上記第１乃至第４実施形態において、複数のコーナが連続する形状信号が出力されている場合に、形状解析部２１は、優先して制御を行う形状以外の信号を落とし（対応する１を０とする）、制御を行う形状信号のみを出力するという構成を採用してもよい。
これにより、選択部２４は、形状解析部２１から出力された形状信号に補正処理を施した形状信号のみを制御部１５に出力することもできる。

さらに、選択部２４は、形状解析部２１が検出する連続コーナ部の形状によっては、複数の形状信号を出力し同時にコーナ制御を行うという構成を採用してもよい。
また、選択部２４は、形状解析部２１が検出する全てのコーナに対応づけた形状信号を全て落とし（対応する１を全て０とする）、コーナ制御を行わない構成を採用してもよい。

〔第５実施形態の効果〕
本実施形態によれば、コーナ制御パターンを利用するコーナ制御と、ユーザが意図するコーナ制御とを組み合わせて、ユーザの意図に沿ったコーナ制御を実現できる。

なお、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の目的を達成できる範囲での変形、改良は本開示に含まれる。

１ ワイヤ放電加工機
１５ 制御部
２０ 制御装置
２２ 記憶部
２３ 加工経路作成部
２４ 選択部
２５ 表示部
２６ 学習部

Claims (3)

1. 加工プログラムを実行してワークに放電加工を行う加工部を備えるワイヤ放電加工機を制御するワイヤ放電加工機の制御装置であって、
   前記加工プログラム、およびコーナ部ごとに適用可能な複数のコーナ制御パターンを記憶する記憶部と、
   コーナ部を加工する際に、コーナ形状に基づいて所定の加工条件に切り替えるコーナ制御を行う制御部と、
   前記コーナ制御の開始点および終了点からコーナ制御区間を算出する算出部と、
   前記算出部により算出された前記コーナ制御区間が重複する場合に、前記記憶部から優先して行う１つの前記コーナ制御パターンを選択する選択部と、を備える、ワイヤ放電加工機の制御装置。
2. 前記加工プログラムの描画結果、および前記算出部により算出された前記コーナ制御区間が重複するコーナ部を表示する表示部をさらに備え、
   前記選択部は、前記表示部の表示に基づいてユーザが前記記憶部から１つの前記コーナ制御パターンを選択した場合には、前記ユーザが選択した前記コーナ制御パターンを選択する、請求項１に記載のワイヤ放電加工機の制御装置。
3. 前記コーナ制御区間が重複するコーナ部ごとに、前記ユーザが選択した前記コーナ制御パターンを学習する学習部をさらに備える、請求項２に記載のワイヤ放電加工機の制御装置。

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