2019 Fiscal Year Annual Research Report
Study on High Precision Wire EDM Simulation using Wire Displacement Measuring Sensor
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18H01346
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
國枝 正典 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (90178012)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ワイヤ放電加工 / シミュレーション / ワイヤ変位センサ / 放電位置検出 / 加工精度 / 放電遅れ時間 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ワイヤ放電加工の加工精度を向上するために、ワイヤ電極の振動やたわみを考慮に入れた加工精度シミュレーションを開発した。その際、放電によってワイヤに作用する放電反力、静電力、加工液噴流による流体力、などを求める必要がある。また、これらの力は切込深さ、工作物板厚、加工形状などによって加工中に変化する。よって、これらの力をリアルタイムで測定し、ワイヤ挙動を計算することにより、従来に比べて精度の高いシミュレーションが可能になる。そこで、加工中にワイヤに垂直な平面内のワイヤ変位を測定可能な光学式変位センサを開発し、計算したワイヤのたわみと振動振幅が測定結果と一致するように、インプロセスで放電反力、静電力、流体力を同定するシステムを開発した。また、ワイヤのたわみと振動の計算には、放電反力が作用する放電位置と、放電が生じるタイミングが必要である。そこで、ワイヤ電極に電流を流すための上下の給電線を流れる電流を電流センサを用いて測定し、上下の電流差から放電位置を検出するセンサを開発した。そして、放電のタイミングについては電流センサで測定した放電電流波形から求めることができた。一方、放電１回ごとに放電点において工作物を除去する形状モデルを作成し、加工にともなう工作物形状の変化をシミュレーションした。以上のシミュレーションシステムを用いて、加工開始から切込深さが大きくなっていくときの加工溝形状のシミュレーションを行った。そして、ワイヤの送り方向の加工間隙、加工溝幅の変化を実験とシミュレーションとで比較した。その結果、同定した放電反力、静電力、流体力が切込み深さとともに変化することがわかった。よって、それらのパラメータを変化させて計算した加工溝形状の方が、パラメータの値が一定であると仮定した場合のシミュレーション結果よりも実験結果に近く、シミュレーション精度がよいことが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の研究計画では、放電位置は放電ごとに計算から求める予定であった。つまり、計算によって求めたワイヤ電極に沿ったワイヤ変位と加工溝形状から、工作物とワイヤ電極との間のギャップ分布を計算し、ギャップ長が最も小さいところに放電が生じると仮定し、放電ごとの放電位置を決める予定であった。しかし、そのためには放電の生じやすさの指標となる放電遅れ時間を、ギャップ長や放電面積などを変数とした関数で表さなければならず、その関数は実験から求める必要があった。それに対して本年度の新たな研究成果として、上下の給電線を流れる電流の差から放電位置をリアルタイムで検出できるようになった。従って、放電位置を計算するための計算時間が短縮され、シミュレーション速度が格段に速くなった。また、実際の放電位置を用いて計算するので、より高精度なシミュレーションが行えるようになった。しかも、放電遅れ時間をギャップ長と放電面積で表した関数を実験から求め、データベース化する長大な時間も省略できるようになった。こうして、より精度が高く、計算速度の速いシミュレーション方法が開発できたので、ワイヤ放電加工のシミュレーションの実用化に一歩近づいた。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度に開発したシミュレーションは、放電位置を加工中に検出するので、計算速度が速い。従って、リアルタイムシミュレーションを可能にする方法であるが、それでも実際の加工速度に比べてシミュレーション上の加工速度は約２百分の１と遅い。しかし、原理的にはリアルタイムシミュレーションが可能であることが特長なので、実用化のために計算速度の向上を試みる。一方、たとえオンラインシミュレーションができなくとも、加工精度に影響を及ぼす要因を探す場合に役に立つ、オフラインシミュレーションとしての活用が可能である。そこで、加工機の制御プログラム開発や加工条件の自動選定などに有用なシミュレーションツールとして開発を進める。
一方で、現在のシミュレーションの問題点として、１回の放電で除去される工作物の体積を実験から求め、それを一定値として用いている。しかし、実際には放電反力などのワイヤへの作用力と同様に、切込深さ、工作物板厚、加工形状などによって除去量が変化する。従って、シミュレーションで求めた加工溝形状と、実際の加工機のXYテーブル座標が示すワイヤガイド位置との間で齟齬が生じる可能性がある。この問題の解決を2020年度に行う予定である。
また、もう一つの問題点として、放電反力が作用する放電位置に関して、ワイヤ軸方向の位置は検出できるが、軸周りの作用方向は検出できない。よって、ワイヤ挙動の正確な計算が困難である。そこで、軸周りの放電反力の作用方向の検出方法を開発する。あるいは、それが困難であれば、計算によって軸周りの放電位置を探索する方法を考案する。
その上で、コーナカット、曲面加工、板厚が場所によって異なる工作物の加工などにシミュレーションを適用し、シミュレーション精度を評価するとともにプログラムの改良を行う。そして、企業の協力を得て、実際の加工機に搭載することによって実用化を目指す。
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Research Products
(3 results)
