CN100344397C - 电火花加工机床 - Google Patents

Abstract

一种电火花加工机床，具备在由线和工件构成的极间并列连接的副电源和主电源。对极间先从副电源施加电压，检测出极间电压降至规定的检测电平以下从主电源供给加工能量。通过让该检测电平对应加工的状况进行变化，能够进行稳定的加工。

Description

电火花加工机床

技术领域

本发明涉及一种电火花加工机床，特别是关于检测极间放电的开始、并能从副电源到主电源进行切换的电火花加工机床。

背景技术

在通过电火花线切割加工或电火花成型加工加工工件的电火花加工机床中，众所周知具备主电源和副电源。副电源是在提供用于让放电开始的电压时使用的电源，在极间放电开始后立刻切换到主电源。为了控制该电源切换的时间，正确地知道极间电压上升后放电开始是十分必要的。作为得知放电开始时间的方法、以前广为人知的是当观测的极间电压降至预先设定的规定电压值以下时开始放电的方法。与该规定电压值相对应的电压检测电平被设定成比放电时的极间电压略高。

此种电火花加工机床，在由电极和工件构成的极间并列连接副电源和主电源，对极间先从副电源施加电压，检测出极间电压降至规定的检测电平以下时进行从副电源到主电源的切换。

图11是表示现有的电火花加工机床的电火花加工电路的一个例图。

电火花加工电路具备：在线电极(以下称作线5)和工件(以下称作工件6)间(以下称作极间20)施加电压的副电源1，主电源2，检测极间20电压的检测电路30。

副电源1是施加电压用于判断在极间20放电开始等的状态的电源，主电源2是投入进行实际加工的能量的电源，与在极间20放电开始等的状态相对应施加电压。此外在从副电源1施加电压后，为了检测主电源2投入能量的时间，检测电路30检测极间20的电压。

在闭合副电源用开关元件3并在极间20施加副电源1的电压以后，控制电路10回应从检测电路30发出的检测信号并闭合主电源用开关元件4，在极间20施加主电源2的电压。

实际的检测电路30通常连接在固定工件6的工件安装体(以下称作工作台19)和向线5提供电力的通电元件18。被测定的电压成为由极间20、通电元件18、线5、工件6、工作台19串连连接的阻抗、以及施加副电源1的电路内部阻抗的分压(以下称作检测电压)。

因此，极间20的间隙即使相同，如果工件6的阻抗不同的话，检测电压也会不同。

在副电源施加以后，通过检测由放电生成的极间的电压降，进行主电源的能量投入。此外、通过比较所述检测电压和规定的电压电平(以下称作检测电平)，进行该极间的电压降的检测。

由此、当使用相同的检测电平、加工阻抗不同的工件时，会产生阻抗低的工件进行主电源的投入、阻抗高的工件不进行投入等的差异，会有加工不稳定的情况。因此、由于不能进行合适的检测，因此加工速度不稳定，最糟糕时无法加工。

因为合适的检测电平由于线直径或工件材质等而不同，所以历来，通过进行预测试加工来决定该电平，在加工中该电平被固定。

作为对应副电源的电压或加工条件变更检测电平的技术，例如在特开平8-257839号公报或特开平7-68418号公报中得知，但是在这些文献中，这些检测电平被预先设定，不能对应加工中的加工状态进行变更。

检测电路检测极间20、通电元件18、线5、工件6、工作台19的串连连接的阻抗、和施加副电源1的电路的内部阻抗的分压。该分压根据通电元件18和线5的接触状态、线或工件的阻抗状态、副电源电路的内部状态等在加工中变化，此时主电源的投入的时间偏离并有加工不稳定的时候。

图12表示极间的检测电压和极间的间隙的关系。在图12中，当比较阻抗高的工件和阻抗低的工件时，即使检测电压相同，极间的实际间隙也不相同。另一方面，极间的间隙相同时检测电压不同。因此为了保持间隙一定，对应工件的阻抗改变检测电平是必要的。

图13表示根据现有技术的动作波形例，表示由于工件的阻抗引起的主电源投入数的变化。在此DL是检测电平，Vgd表示由检测电路30检测的检测电压，S1、S2表示副电源用开关元件3和主电源用开关元件4的动作信号，C1表示检测电路30的输出信号，C2表示C1的上升。该C2的数表示主电源的投入次数。

在按照历来那样固定检测电平DL的时候，比较同一周期Ts期间的主电源的投入次数的话，则在工件阻抗低的时候C2的次数增加、在工件阻抗高的时候C2的次数减少。这表示主电源的投入数在工件阻抗低的时候增加、在工件阻抗高的时候减少。因此主电源的投入数根据工件的阻抗而变化，不能稳定的加工。

此外，图14表示根据现有技术的动作波形例，表示根据工件阻抗从由副电源施加电压到主电源投入为止的时间变化。在此、DL是检测电平，Vgd表示由检测电路检测的检测电压，Td1、Td2、Td3分别以阻抗为基准，分别表示通过低阻抗及高阻抗时的副电源从施加电压到主电源的投入的时间间隔。

像历来那样检测电平DL被固定的时候，比较从副电源施加电压到主电源的投入的时间间隔，工件阻抗低的时候的时间间隔Td2比基准阻抗的时候的时间间隔Td1短，工件阻抗高的时候的时间间隔Td3比基准阻抗的时候的时间间隔Td1长。

因此，副电源施加后到投入主电源的时间间隔完全根据工件的阻抗而变化，不能稳定的加工。

由于从主电源投入的单机的能量大致一定，所以被投入加工的能量依靠主电源的投入数。由此像历来那样，当由于阻抗主电源的投入数或从副电源施加到主电源投入的时间间隔Td变化的时候，由于投入给工件的能量发生变化，不能稳定的加工。

发明内容

本发明提供一种与工件阻抗的变化无关，能够进行稳定的电火花加工的电火花加工机床。

本发明的电火花加工机床具备：在由电极和工件构成的极间并列连接的副电源和主电源，检测极间的极间电压并比较极间电压与检测电平的检测单元，控制通过副电源和主电源施加向极间的电压的施加时间、基于检测单元的检测结果、当极间电压在检测电平以下时从副电源向主电源切换施加电压的控制单元，基于检测单元的比较结果、检测电火花加工机床加工中的加工状态的加工状态检测单元，基于加工状态检测单元检测的加工状态、变更检测单元的检测电平的检测电平变更单元。其中，所述检测电平变更单元根据表示所述加工状态的加工状态参数与规定的基准值的偏差，变更所述检测电平。

在通过保持每单位距离的主电源的投入数一定，进行与工件阻抗的变化无关、稳定的电火花加工时，加工状态检测单元基于检测单元的比较结果对每单位距离的主电源投入次数计数。检测电平变更单元变更检测电平使由加工状态检测单元计数的主电源投入次数和规定的主电源投入基准次数的偏差为零。

此外，在通过保持副电源施加后到投入主电源的时间间隔一定，进行与工件阻抗的变化无关、稳定的电火花加工的时候，基于检测单元的比较结果、加工状态检测单元对副电源施加后到投入主电源的经过时间计时。检测电平变更单元变更检测电平使由加工状态检测单元计时的经过时间和规定的基准经过时间的偏差为零。

使用本发明的电火花加工机床能够进行与工件阻抗的变化无关、稳定的电火花加工。

另外，使用本发明的电火花加工机床通过保持每单位距离的主电源的投入数一定，能够进行与工件阻抗的变化无关、稳定的电火花加工。

此外，使用本发明的电火花加工机床通过保持副电源施加后到投入主电源的时间间隔一定，能够进行与工件阻抗的变化无关、稳定的电火花加工。

附图说明

参照附图进行以下的实施例的说明，使本发明的所述及其它的目的以及特征明确。图中：

图1是用于说明根据本发明的电火花加工机床的一个例子的概略图。

图2是用于说明图1的电火花加工机床的动作例的流程图。

图3A和图3B是用于说明对应加工状态检测电平的变更的图。

图4A和图4B是用于说明与加工状态相对应的检测电平的变更的图。

图5是表示图1的电火花加工机床的第1具体实施例的电路图。

图6是用于说明图5的电火花加工机床中的检测电平的算出的流程图。

图7是表示根据图5的电火花加工机床加工的动作波形的例图。

图8是表示图1的电火花加工机床的第2具体实施例的电路图。

图9是用于说明在图8的电火花加工机床中的检测电平的算出的流程图。

图10是表示根据图8的电火花加工机床加工的动作波形的例图。

图11是表示现有的电火花加工机床的电火花加工电路的一个例图。

图12是表示极间的检测电压和极间的间隙的关系图。

图13是表示根据现有的电火花加工机床加工的动作波形的一个例图。

图14是表示根据现有的电火花加工机床加工的动作波形的其它例图。

具体实施方式

以下，用关于电火花线切割加工机床的例图来说明本发明的电火花加工机床。此外，图1是用于说明本发明的电火花加工机床的电火花加工电路的一个例子的概略图。

电火花加工电路具备：在线电极(线5)和工件(工件6)间(极间20)施加电压的副电源1和主电源2，检测极间20的电压的检测电路30。

副电源1是施加电压的电源、用于判断在极间20放电开始等的状态，主电源2是在实际加工中投入能量的电源，在极间20与放电开始等的状态相对应施加电压。此外，检测电路30在从副电源1施加电压后，为了检测主电源2投入能量的时间，检测极间20的电压。

控制电路10在闭合副电源用开关元件3并在极间20施加副电源1的电压之后，基于检测电路30的检测信号闭合主电源用开关元件4，在极间20施加主电源2的电压。

检测电路30连接在固定工件6的工件安装体(工作台19)和向线5提供电力的通电元件18。通过分压电压由极间20、通电元件18、线5、工件6、工作台19串联连接的阻抗和施加副电源1的电路内部阻抗的分压获得的分压电压(检测电压)Vgd检测极间20的极间电压Vg。

检测电路30通过比较检测的检测电压Vgd和检测电平DL，检测放电开始时间。

本发明的电火花加工机床具备检测电平变更单元50，基于加工状态检测单元40的输出变更用于在检测电路30中进行和极间电压作比较的检测电平。

用图2的流程图说明本发明的电火花加工机床的动作例。

首先，控制电路10闭合副电源用开关元件3(接通动作)，通过副电源1在极间20施加电压(步骤S1)。检测电路30通过极间20、通电元件18、线5、工件6、工作台19的串联连接的阻抗和施加副电源1的电路内部阻抗的分压获得的检测电压Vgd测定极间20的极间电压Vg(步骤S2)。

在极间20开始放电时，极间电压Vg降低。检测电路30通过检测电压Vgd检测极间20的极间电压Vg的变化，判断检测电压Vgd是否降低至检测电平DL以下(步骤S3)。

当检测电压Vgd降至检测电平DL以下时，断开副电源用开关元件3(断开动作)，停止通过副电源1向极间20施加电压(步骤S4)，闭合主电源用开关元件4(接通动作)，通过主电源2在规定时间向极间20施加电压并进行加工(步骤S5)。

在断开主电源用开关元件4之后(断开动作)，在经过规定的休息时间后(步骤S6)，在规定时间Ts重复所述步骤S1至步骤S6(步骤S7)，电火花加工机床一面重复该步骤S1-步骤S7，一面通过让电极(线5)相对工件6移动，加工工件(步骤S8)。

在该电火花加工时，本发明的电火花加工机床通过以下的步骤S9-步骤S11的工序变更检测电平，即使在电火花加工中工件的阻抗发生变化的情况下，也能进行稳定的电火花加工。

基于由检测电路30得到的输出、用加工状态检测单元40求得电火花加工中的加工状态(步骤S9)，通过检测电平变更单元50，求得与用加工状态检测单元40求得的加工状态相对应的检测电平DL(步骤S10)，由此进行检测电平的变更(步骤S11)。

变更检测电平之后，在下一个规定时间Ts重复所述步骤S1-S7的工序之后，再进行检测电平的变更。通过让电极(线5)相对于工件6移动同时重复上述动作，进行工件的加工。

关于与加工状态相对应的检测电平DL的变更，用图3A、图3B、图4A和图4B进行说明。图3A和图3B是用于说明工件阻抗由低到高变化时检测电平的变更的图。图4A和图4B是用于说明工件阻抗由高到低变化时检测电平的变更的图。

图3A中，曲线a概念表示低阻抗工件的极间间隙d和检测电压Vdg的关系，曲线b概念表示高阻抗工件的极间间隙d和检测电压Vdg的关系。

在工件阻抗低的状态下进行加工时，例如把曲线a上的A点作为动作点进行加工的时候，当检测电压Vgd＝检测电平DLa的时投入主电源，此时的极间间隙为da。

此时，当工件从低阻抗状态向高阻抗状态变化后，由于极间间隙和检测电压的关系遵从曲线b，所以根据相同的检测电平DLa进行放电开始的检测时，把曲线b上的B点作为动作点进行加工。此时的极间间隙为db，从当初的极间间隙da产生了偏移。

本发明的电火花加工机床在工件从低阻抗状态向高阻抗状态变化时，通过变更检测电平DL，把曲线b上的C点作为动作点，由此把极间间隙取为当初的极间间隙da。

图3B表示通过慢慢的变更检测电平DL达到DLc时，把工件阻抗高的曲线b上的动作点从B变更到C的状态。

图4A中，曲线a概念表示低阻抗工件的极间间隙d和检测电压Vgd的关系，曲线b概念表示高阻抗工件的极间间隙d和检测电压Vgd的特性关系。

在工件阻抗高的状态下进行加工时，例如把曲线b上的A点作为动作点进行加工的时候，当检测电压Vgd＝检测电平DLa的时投入主电源，此时的极间间隙为da。

此时，当工件从高阻抗状态向低阻抗状态变化时，由于极间间隙和检测电压的关系遵从曲线a，所以根据相同的检测电平DLa进行放电开始的检测时，把曲线a上的B点作为动作点进行加工。此时的极间间隙为db，从当初的极间间隙da产生了偏移。

本发明的电火花加工机床在工件从高阻抗状态向低阻抗状态变化时，通过从Dla到DLb变更检测电平DL，把曲线a上的C点作为动作点，由此把极间间隙取为当初的极间间隙da。图4B表示通过慢慢的变更检测电平DL，把工件阻抗低的曲线a上的动作点从B变更到C的状态。

其次，在本发明的电火花加工机床中，对与加工状态相对应变更检测电平的第1形态进行说明。第1形态基于每单位距离的主电源投入次数检测加工状态，通过保持该每单位距离的主电源投入次数一定，进行与工件阻抗的变化无关、稳定的电火花加工。

在取得与工件阻抗如何无关、稳定的加工的时候，保持投入用于加工的能量和与之均衡的输送速度(加工速度)是必要的。

由于从主电源投入的单机的能量大致一定，所以投入加工的能量由主电源的投入数决定。因此，通过保持每单位距离的主电源的投入数一定，能够获得稳定的加工。

如果通过变更检测电平，使每单位距离的主电源的投入数一定的话，该检测电平不妨碍作为合适的检测电平。在加工速度一定的时候，变更检测电平使每单位时间的主电源投入数一定。

图5是第1形态的构成例。图5的分压电阻7、8和比较器9构成图1所示的检测电路30。在实际的电路中，检测电压Vgd通过分压电阻7、8分压。此外，基于用分压电阻7、8分压投入主电源时的检测电压值设定检测电平DL。比较器9比较通过分压电阻7、8将检测电压Vgd分压的电压Vd和检测电平DL，输出信号C1。

此外，图5的单稳多谐振荡器12和计数器13构成如图1所示的加工状态检测单元40，并统计比较器9的输出C1的数量。该统计数量表示主电源2的投入数PC。

图5的运算电路14和D/A转换器构成如图1所示的检测电平变更单元50。运算电路14基于主电源2的投入数PC求得使每单位时间的主电源投入次数一定的检测电平DLn。D/A转换器11把运算电路14的输出变换成模拟信号，成为比较器9的基准值。该基准值作为用于检测放电发生等的基准电压被使用，通过运算电路14进行更新，在加工中被变更。

在图5所示的构成中，具有主、副电源的放电电路先通过从控制电路10发出的信号S1，让副电源用开关元件3导通(连接)，在极间施加电压。

由分压电阻7和8将检测电压Vgd分压，把被分压的电压Vd和比较器9的检测电平DL进行比较。当被分压的进测电压Vd通过放电，降至检测电平DL以下时，控制电路10使副电源开关元件3非导通(断开)，让主电源用开关元件4在规定的时间导通(连接)，投入进行加工的能量。

控制电路10在投入能量后，设定规定的休息时间使极间的绝缘恢复，再一次让副电源用开关元件3导通(连接)，重复在极间施加电压的动作。

图6是在基于每单位时间的主电源投入数变更检测电平的形态中，用于说明检测电平的算出的流程图。

把DL0初始设定为检测电平(步骤S21)将该初始设定的检测电平DL0置于检测电平DLn-1(步骤S22)

把被分压的电压Vd与检测电平DLn-1进行比较，当降至检测电平以下时，比较器9的输出C1进行从低电平向高电平的变化。单稳多谐振荡器12捕获C1的上升，生成一定幅度的脉冲输出C2。该C2由计数器13计数，计数器13在每规定时间Ts向运算电路14发送输出PC。由此每单位时间的主电源投入数PC被计数(步骤S23)。

运算电路14用式(1)的计算式算出下一个检测电平DLn(步骤S24)，输出与其相对应的数字信号DLD，并设定所述检测电平DLn(步骤S25，26)。

DLn＝(DLn-1)-(DLn-1)×K×(PC-PCR)/PCR......(1)

其中

PC＝每单位时间的主电源投入数

PCR＝成为基准的每单位时间的主电源投入数

K＝系数

DLn，DLn-1＝检测电平

D/A转换器11把数字信号DLD进行D/A变换并输出检测信号DL。

图7表示根据第1形态的动作波形例。

根据所述计算式(1)，在主电源投入数PC比成为基准值的PCR多的时候，降低检测电平DL，向减小方向控制PC，最终使PC＝PCR。

此外，在主电源投入数PC比成为基准值的PCR少的时候，提高检测电平DL，向增加方向控制PC，同样使PC＝PCR。通过这样，主电源投入数被控制成基准值，可以进行稳定的加工。

其次，对在本发明的电火花加工机床中与加工状态相对应变更检测电平的第2形态进行说明。第2形态基于副电源施加后到投入主电源的时间间隔，检测由于工件阻抗变化的加工状态，通过变更检测电平使该时间间隔接近规定的基准值，进行与工件的阻抗变化无关、稳定的电火花加工。

由于从主电源投入的单机能量大致一定，所以用该能量加工工件的数量也大致一定。因此，对于某种输送速度，如果副电源施加后到主电源投入的时间是一定的话，并不妨碍间隙成为一定。

在加工速度一定的时候，也可以变更检测电平使副电源施加后到主电源投入的时间一定。

图8是第2形态的构成例。在图8中，分压电阻7、8和比较器9构成图1所示的检测电路30，检测电压Vgd通过分压电阻7、8被分压。此外，检测电平DL也同样的把在投入主电源时的检测电压值设定成由分压电阻7、8分压的值。比较器9把通过分压电阻7、8将检测电压Vgd分压的电压Vd和检测电平DL进行比较，输出C1。

图8的计数器15和时钟电路16构成图1所示的加工状态检测单元40，基于比较器9的输出C1，对从副电源投入到主电源投入的时间间隔TD计时。

图8的运算电路17和D/A转换器11构成图1所示的检测电平变更单元50。运算电路17基于到主电源投入的时间间隔TD，求得使时间间隔TD成为一定的检测电平DLn。D/A转换器11把运算电路17的输出变换成模拟信号，作为比较器9的基准值。该基准值作为用于检测放电发生等的基准电压被使用，通过用运算电路17更新，在加工中被变更。

在图8所示的构成中，具有主副电源的放电电路先通过来自控制电路10的信号S1，让副电源用开关元件3导通(连接)，在极间施加电压。

由分压电阻7和8将检测电压Vgd分压，在比较器9中把被分压的电压Vd和检测电平DL进行比较。当被分压的电压Vd通过放电降至检测电平DL以下时，控制电路10使副电源开关元件3非导通(断开)，让主电源用开关元件4在规定的时间导通(连接)，投入进行加工的能量。

控制电路10在投入能量后设定规定的休息时间使极间的绝缘恢复，再一次让副电源用开关元件3导通(连接)，重复在极间施加电压的动作。

图9是基于从在极间施加副电源到投入主电源的时间变更检测电平的形态中，用于说明检测电平的算出的流程图。

把DL0初始设定为检测电平(步骤S31)，将该初始设定的检测电平DL0置于检测电平DLn-1(步骤S32)

时钟电路16从在极间施加副电源1后，对被分压的电压Vd超过检测电平DL的时间计时。该时钟电路16的输出C3以一定周期交互的重复低电平和高电平。

计数器15在被分压的电压Vd超过检测电平DL时，对时钟电路输出C3计数(步骤S33)此时，比较器9的输出C1与在高电平时相对应。计数器15的输出TD被发送给运算电路17。

计数器15的输出TD×时钟电路输出周期成为从在极间施加副电源1到投入主电源的时间。

在运算电路17中用式(2)算出检测电平(步骤S34)，输出与算出值相对应的数字信号DLD并设定下一个检测电平DLn(步骤S35，S36)。

DLn＝(DLn-1)-(DLn-1)×K×(TD-TDR)/TDR....(2)

其中

TD＝在极间施加副电源后到投入主电源的时间

TDR＝在极间施加副电源后到投入主电源的基准时间

K＝系数

DLn，DLn-1＝检测电平

图10表示根据第2形态的动作波形例。

根据所述计算式(2)，在副电源施加后到投入主电源的时间TD比成为基准的值TDR短的时候，降低检测电平DL并向延长方向控制TD，最终使TD＝TDR。

此外，副电源施加后到投入主电源的时间TD比成为基准的值TDR长的时候，提高检测电平DL并向缩短方向控制TD，同样的使TD＝TDR。

通过这样，副电源施加后到投入主电源的时间间隔被控制成基准值，可以进行稳定的加工。

本发明不仅限于电火花线切割加工机床，也能够适用于电火花成型加工机床。

Claims (3)

1.一种电火花加工机床，包括在由电极和工件构成的极间并列连接的副电源和主电源，检测所述极间的极间电压、比较该极间电压和检测电平的检测单元，控制通过所述副电源和主电源向所述极间的电压的施加时间、基于所述检测单元的检测结果、在所述极间电压降至检测电平以下时从副电源向主电源切换施加电压的控制单元，

其特征在于，具备：

基于所述检测单元的检测结果检测电火花加工机床的加工中的加工状态的加工状态检测单元，

基于所述加工状态检测单元检测的加工状态变更所述检测单元的检测电平的检测电平变更单元，其中所述检测电平变更单元根据表示所述加工状态的加工状态参数与规定的基准值的偏差，变更所述检测电平。

2.根据权利要求1所述的电火花加工机床，其特征在于：加工状态检测单元基于所述检测单元的检测结果对每单位距离的主电源投入次数进行计数，

检测电平变更单元变更检测电平使该主电源投入次数和规定的主电源投入基准次数的偏差为零。

3.根据权利要求1所述的电火花加工机床，其特征在于：加工状态检测单元基于所述检测单元的检测结果对副电源施加后到投入主电源的经过时间进行计时，

检测电平变更单元变更检测电平使该经过时间和规定的基准经过时间的偏差为零。

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