CN102672293B - 电火花加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电火花加工装置。电火花加工机具有用于在加工电极和与其相对的工件之间(极间)施加电压，检测所述加工电极和工件的接触的加工电源。该加工电源包含：输出电压在电弧电压以下的第一电源电路；对极间供给脉冲电流的第二电源电路；和控制部。而且，该控制部用于在通过上述第一电源电路检测出加工电极和工件的接触时动作，使得在所述加工电极和工件接触的状态下从上述第二电源电路向极间供给脉冲电流。

Description

电火花加工装置

技术领域

本发明涉及作为工具电极使用线电极的电火花加工装置(电火花线切割装置)、或者把做成与想要在工件上形成的形状对应的形状的电极作为工具电极的电火花加工装置(电火花成型加工装置)。

背景技术

当使正电极与负电极接近时发生电弧放电，这些电极的一部分熔融飞散。利用这点的加工是电火花加工。在这些电极中，把一方作为加工对象物(工件)，把另一方作为电火花加工机具有的加工用电极。

一般，在具有采用被称为晶体管方式的方式的电火花加工用电源的电火花加工装置中，像在日本特开2004-195562号公报中例示的那样，首先使用输出阻抗高的第一电源，在加工用电极和工件之间形成的极间(machining gap)施加电压，感生电弧放电。其后，从输出阻抗低的第二电源向上述极间供给电流脉冲，生成高温的电弧来熔融除去工件。其后，在经过预定的休止时间后，再次使用上述第一电源施加电压。通过重复以上那样的动作进行加工。

在通过上述方式进行的电火花加工中，要预先知道在极间的哪个位置发生放电、或者主动控制该放电发生位置是困难的。一般，因为在极间距离的局部狭窄的部分电场强度升高，容易破坏绝缘，所以该部分的放电发生概率升高。另外，当发生放电，该部分被除去时，放电发生位置向极间距离第二狭窄的部分移动，结果作为全体，极间距离变得大体一定。

但是，在用电火花加工来加工板状的工件的情况下，如图1所示，因为边缘部的电场强度升高，所以该部分的放电发生概率升高。另外，该边缘部和工具电极与工件的相对部同样地，加工屑密度也高，所以也容易发生通过加工屑的放电。其结果，不仅在工具电极的面和与其直接相对的工件的面之间，而且如图2所示，在工件的上表面或下表面的边缘部也发生放电，容易发生裂纹等缺陷。

在加工对象是冲压金属模等的情况下，其边缘部是成为切削刃的重要的部分，该部分的尺寸精度降低或者崩刃等缺陷直接影响冲压加工的精度或质量，所以需要尽量消除这些缺陷。

但是，在电火花线切割加工中，因为从上引导部和下引导部这两个部位对线电极供电，所以能够根据来自上下线引导部的供给电流的差来推定放电发生位置。因此，应用该技术，如国际公开WO2007/032114号中例示的那样，尝试根据第一电源的上下线引导部的电流差求出放电发生位置，根据该求得的放电发生位置，调节从第二电源供给的电流脉冲的大小，主动控制加工形状。但是，在该技术中，放电发生位置的检测精度低，实用上在50mm以上的厚板工件中，作为能够识别该工件的上方、中央、下方的程度，在控制厚板冲孔的直线精度方面有某种程度的效果，但是难于以毫米单位的精度检测放电发生位置。因此，用该文献中记载的技术不能准确地检测在上述那样的边缘部的放电发生，所以不可能提高边缘部的加工质量。

另外，一般在电火花加工中，在加工中在极间存在数μm～数十μm的间隙，在该间隙上施加数十～数百V的电压，通过该施加的电压破坏间隙的绝缘，流过脉冲电流，发生电弧放电，利用该电弧放电的高热量来进行工件的去除加工。

因此，一般认为在加工电极和与其相对的工件接触并短路的状态下，即使供给加工电流脉冲，也不发生电弧放电而仅流过电流，无助于加工。因此，在发生短路的情况下，如在日本特开平7-156019号公报中记载的那样，以停止流过脉冲电流、或者早期消除由于加工屑的集中等引起的短路状态为目的，为使加工屑飞散，特别是进行流过脉冲电流等对策，极力避免短路状态。

如上所述，在一般的电火花加工中，确认使用感生放电的电源感生出放电，然后对极间施加脉冲电流。

发明内容

因此，本发明的目的是，鉴于上述现有技术的问题，提供一种能够减少工件的边缘部的加工精度降低或者减少加工缺陷的电火花加工装置。

本发明的电火花加工机，对加工用电极和工件之间形成的极间间歇地施加电压来加工该工件，具有用于对上述极间施加电压，检测加工电极和与其相对的工件的接触的加工电源。并且，该加工电源包含：输出电压在电弧电压以下的第一电源电路；对上述极间供给脉冲电流的第二电源电路；以及控制部，其能够在通过上述第一电源电路检测出加工电极和与其相对的工件的接触时进行动作，使得在这些加工电极和工件接触的状态下从上述第二电源电路对上述极间供给脉冲电流。

上述加工电源，可以具有使上述第一电源电路的输出电压的极性周期性地反转的电路。

上述加工电源，可以具有在每次开始施加电压时使上述第一电源电路的输出电压的极性反转的电路。

上述加工电源，可以具有以一定周期或者在每次施加电压时选择上述第一电源电路的输出电压的施加极性，以使极间的平均电压接近零的电路。

在用上述第一电源电路对极间施加电压的过程中，仅在加工电极和与其相对的工件的接触状态持续了预定时间以上的情况下，上述控制部进行控制，使得从上述第二电源电路对极间供给脉冲电流。

在用上述第一电源电路对极间开始施加电压后，在加工电极和与其相对的工件不成为分开状态而以预定时间持续接触状态时，上述控制部进行控制，使得从上述第二电源电路对极间供给预定大小的脉冲电流，另一方面，在用上述第一电源电路对极间开始施加电压后，在加工电极和与其相对的工件暂时成为分开状态后成为接触状态时，上述控制部进行控制，使得供给比上述预定大小的脉冲电流小的脉冲电流。

上述控制部，可以根据上述第二电源电路的输出脉冲电流的大小，使在从该第二电源电路供给脉冲电流后到下次从上述第一电源电路对极间施加电压之前的时间(即休止时间)变化。

本发明通过具有以上的结构，可以提供能够减少工件的边缘部的加工精度降低或者减少加工缺陷的电火花加工装置。

附图说明

根据参照附图的以下的实施例的说明，可以明了本发明的上述以及其他目的以及特征。附图中：

图1是说明在工件的边缘部电场强度增强的图。

图2是说明向工件上表面的放电的图。

图3是说明本发明的电火花加工装置的一种实施方式具有的加工电源的一例(施加单一极性的电压的例子)的图。

图4是说明从构成图3的加工电源的控制电路(驱动信号发生器)输出的驱动信号a、b、和在极间发生的电压以及电流的时序图。

图5是说明本发明的电火花加工装置的一种实施方式具有的加工电源的再一例(施加两极性的电压的例子)的图。

图6是说明从构成图5的加工电源的第一电源电路输出的电压的极性切换的方法的第一例(以一定周期使极性反转的例子)的图。

图7是说明从构成图5的加工电源的第一电源电路输出的电压的极性切换的方法的第二例(每次施加电压时使极性反转的例子)的图。

图8是说明从构成图5的加工电源的第一电源电路输出的电压的极性切换的方法的第三例(使平均电压成为零的极性反转的例子)的图。

图9是说明第二电源电路的电源接通时的极间电压以及电流的波形的例子的图。

图10是说明在图3的加工电源中，在用第一电源电路对极间开始施加电压后，仅在工件和加工电极以预定的时间持续接触的状态的情况下接通第二电源电路的图。

图11是说明使用不同长度的驱动信号b和休止时间的情况的图。

具体实施方式

在本发明的电火花加工装置的一种实施方式中，电源装置包含第一电源和与该第一电源并联连接的第二电源。另外，用该第一电源检测加工用电极与工件间形成的极间的接触，另外，用该第二电源在该极间流过加工用的大电流脉冲。通过这样做，能够大幅提高工件的边缘部的加工质量。此外，本发明的电火花加工装置包含：作为工具电极使用线电极的线切割电火花加工装置、以及把做成与想要在工件上形成的形状对应的形状的电极作为工具电极来使用的电火花成型加工装置。

因为本发明的电火花加工装置的特征在于其电源装置，所以这里主要说明电源装置，因为电火花加工装置的电源装置以外的结构和现有技术相同，所以省略说明。

图3是说明在本发明的电火花加工机的一种实施方式中具有的加工电源的一例的图。

加工电源100具有作为第一电源的第一电源电路1、作为第二电源的第二电源电路2、和控制电路5。在工具电极3和工件4之间形成的极间并联连接第一电源电路1和第二电源电路2。另外，控制电路5向第一电源电路1和第二电源电路2发送驱动信号，在工具电极3和工件4之间形成的极间施加电压。

第一电源电路1由串联连接了电流限制元件10、开关元件11和第一电源12的串联电路构成。电流限制元件10例如是电阻或者电感。该第一电源电路1，在使用电阻或者电感等电流限制元件10限制输出电流的状态下，使用内部阻抗高而且输出电压在电弧电压以下的第一电源12在工具电极3和工件4之间形成的极间施加电压。

第二电源电路2中，将开关元件21与在开关元件关断后向电源再生电路的残余能量的再生用的第一二极管22串联连接，将再生用的第二二极管23与开关元件24串联连接，进而这些串联电路相对于第二电源25并联连接。在工具电极3和工件4接触时，从内部阻抗低的第二电源电路2流出加工用的大电流脉冲。

在工具电极3和工件4之间形成的极间，从检测该极间的电压来对开关元件11、21、24进行接通/关断控制的控制电路5连接了电压测定线。该控制电路5具有接触判定电压源51、比较器52和驱动信号发生器53。在工具电极3和工件4之间形成的极间的电压，在比较器52中与接触判定电压源51的接触判定电压E3比较。

驱动信号发生器53根据从比较器52输出的接触检测信号s1输出驱动信号a、b。驱动信号a输入开关元件11的驱动端子，驱动信号b输入开关元件21、24的驱动端子。图4表示从驱动信号发生器53输出的驱动信号a、b的例子，同时图示了在工具电极3和工件4之间形成的极间生成的极间电压和极间电流。

一般认为在工具电极和工件接触时供给用于加工的脉冲电流是无效的。但是，通过进行仅在工具电极和工件接触时供给加工脉冲这样的实验，判明加工在进行，可知不能说在工具电极和工件接触时供给用于加工的脉冲电流完全无效。这是因为，如果是工具电极和工件以非常狭窄的面积接触的所谓点接触状态、或者通过加工屑接触的情况那样的轻接触状态，则通过在极间流过加工用的大电流脉冲，接触部熔融飞散，从接触状态转移到电弧放电状态。另外，在电火花线切割机的情况下，通过在极间流过大电流脉冲，在线电极和工件之间电磁斥力发挥作用，线电极弯曲，由此，在该线电极和工件之间产生间隙，其结果，从线电极和工件接触的状态转移到电弧放电状态也被认为是理由之

通过图3表示的加工电源，仅通过用该第一电源电路1检测工具电极和工件的接触，不发生电弧放电，所以不会在电场强度强、容易发生放电的边缘部发生放电，能够消除边缘部的加工精度降低或者裂纹等加工缺陷。此外，电弧电压，严格来说根据工具电极的材质和工件的材质的组合、或者放电间隙长度、电弧电流等加工条件而变动，但是在一般的电火花加工中为20～30V左右。

下面，使用图4～图11说明驱动信号a和驱动信号b的7个例子。

图4是说明从构成图3的加工电源100的控制电路5(驱动信号发生器53)输出的驱动信号a、b和极间发生的电压以及电流的时序图。图3表示的加工电源100，遵照从控制电路5中的驱动信号发生器53输出的驱动信号a、b，在工具电极3和工件4之间形成的极间施加电压。

当图3的驱动信号发生器53输出驱动信号a时，接通第一电源电路1的开关元件11，在极间施加作为直流电源的第一电源12的电压E1。由此，极间的电压如图4所示上升到电压E1。其后，加工电极和与其相对的工件接触，当极间的电压降低到接触判定电压E3以下时，从比较器52向驱动信号发生器53输出接触检出信号s1。于是，接受该接触检出信号s1的驱动信号发生器53关断驱动信号a，并以预定的第一预定时间接通驱动信号b。由此，第一电源电路1的开关元件11关断，停止从第一电源电路1向极间施加电压，同时第二电源电路2的开关元件21、24接通，从第二电源电路2向极间供给加工用的大电流脉冲。

在经过上述第一预定时间后，驱动信号b也关断，来自第二电源电路2的电流供给也停止，但通过再生二极管22、23在放电回路的寄生电感中积蓄的能量向第二电源电路2的第二电源25再生，极间电流急速降低。在驱动信号b关断后，经过第二预定时间后再次接通驱动信号a，重复上述的顺序。

这里，把从驱动信号b关断起到下一周期的驱动信号a接通的时间(上述的“第二预定时间”)称为休止时间。该休止时间是进行由于极间的绝缘恢复或者冷却、放电而产生的加工屑的排除的期间，在电火花加工中起重要的作用。

此外，在图3的加工电源中，根据极间电压的降低检测出加工电极和与其相对的工件的接触，但也可以代替该方式，检测第一电源1的输出电流，根据其值上升到判定值以上来判断接触。

这里，在加工液使用纯水的情况下，当在工具电极3和工件4之间形成的极间用图3表示的单一极性的电源施加电压时，有可能发生电解腐蚀。该电解腐蚀可以通过从第一电源电路1输出两极性的电压来防止。

图5是说明能够在极间施加两极性的电压的加工电源200的图。

说明图5的加工电源200与上述的图3的加工电源100的不同点。与第一电源12极性不同的第三电源15和开关元件14的串联电路，相对于第一电源12和开关元件11的串联电路并联连接。从控制电路5输出驱动信号a1、驱动信号a2、驱动信号b，驱动信号a1输入开关元件11的驱动端子，驱动信号a2输入开关元件14的驱动端子。

作为从图5的加工电源200中的第一电源电路1输出的电压的极性切换方法，有：

·以一定周期使极性反转(参照图6)，

·每次施加电压时使极性反转(参照图7)，

·选择上述定时(timing)的施加极性，以使平均电压接近零(参照图8)等方法。通过从控制电路5中的驱动信号发生器53输出的输出驱动信号a1、a2，对开关元件11、14进行接通、关断控制，由此能够反转从第一电源电路1对在工具电极3和工件4之间形成的极间施加的电压的极性。

详细来说，作为重复加工实验的结果，发现在加工电极和与其相对的工件接触的状态下接通第二电源电路2的瞬间，有时通过该第二电源电路2在所述加工用电极和工件之间形成的极间出现高电压(参照图9)，通过该高电压，有时发生通过加工屑的放电，在工件4的上表面的边缘部发生二次放电。

第二电源电路2的电压，为了对极间供给加工用的峰值的大电流脉冲，需要至少在电弧电压以上，不能像第一电源电路1那样降低电压来应对。

因此，如图10所示，在用第一电源电路1在极间开始施加电压后，仅在加工电极和与其相对的工件以预定的时间(预先设定的接触判定时间)持续接触状态的情况下，才使第二电源电路2接通。通过这样构成，因为仅在极间以某种程度可靠接触的情况下施加高电压，所以能够在开始施加的瞬间降低在极间出现高电压的概率，能够减少通过加工屑进行的二次放电。但是，因为减少了接通第二电源电路2的次数，所以不能避免某种程度的加工速度降低。

另一方面，如在粗加工后进行精加工来修正形状那样的情况，在以某种程度允许由于粗加工导致的加工质量降低的情况下，为了提高加工速度，即使在加工电极和与其相对的工件瞬间成为接触状态的情况下，有时也接通第二电源电路2。在这样的方式中，如图11所示，

·在通过第一电源电路1开始施加电压后，在加工电极和与其相对的工件暂时成为分开状态后又成为接触状态的情况下，缩短第二电源电路2的接通时间(T1)，但是另一方面，

·在通过第一电源电路1开始施加电压时，在加工电极和与其相对的工件为接触的状态而且该状态持续了预定时间的情况下，延长第二电源电路2的接通时间(T2)。

当延长上述时间T1时，加工速度升高，但是边缘部的加工质量有降低的倾向。即，加工速度和加工质量有折中的关系，所以与所允许的加工质量的程度相配合地在0≤T1≤T2的范围内调节时间T1的长度。

另外，根据第二电源的接通时间的长度，决定向极间的加工能量的投入量，加工屑的发生量、极间的绝缘恢复时间、电极的损伤等变化，所以在该接通时间长的情况下，休止时间也变长，加工稳定，在线电极电火花加工的情况下能够防止线电极的断线。此外，作为改变加工电流的大小的方法，在使第二电源的接通时间变化的方法以外，也可以准备电源电压(E2)不同的多个电源，根据情况来选择要接通的电源。

通过以上那样的对策，能够不使加工速度极端降低，大幅提高工件的边缘部的加工质量。

Claims (7)

1.一种电火花加工机，对由加工电极和工件构成的极间间歇地施加电压来对工件进行除去加工，其特征在于，

具备：

作为用于对极间施加电压、检测极间的接触的电源，不使放电发生，且输出电压在电弧电压以下的第一电源；

仅在所述极间为接触状态的情况下，对极间供给加工用的脉冲电流的、输出电压在电弧电压以上的第二电源；以及

控制部，其进行控制，使得通过上述第一电源检测极间的接触，当极间的电压降低到接触判定电压以下时，输出接触检出信号，并停止从第一电源向极间的电压施加，同时，在该接触状态下从上述第二电源对极间供给上述加工用的脉冲电流。

2.根据权利要求1所述的电火花加工机，其中，

使上述第一电源的输出电压极性周期性地反转。

3.根据权利要求1所述的电火花加工机，其中，

在每次开始施加电压时使上述第一电源的输出电压极性反转。

4.根据权利要求1所述的电火花加工机，其中，

以一定周期或者在每次施加电压时选择上述第一电源的输出电压的施加极性，以使极间的平均电压接近零。

5.根据权利要求1所述的电火花加工机，其中，

进行控制，使得在用上述第一电源对极间施加电压的过程中，仅在极间的接触状态持续了预定时间以上的情况下从上述第二电源对极间供给脉冲电流。

6.根据权利要求1所述的电火花加工机，其中，

进行控制，使得在用上述第一电源对极间开始施加电压后，在不成为分开状态而以预定时间持续接触状态时，从上述第二电源对极间供给预定大小的脉冲电流，在用上述第一电源对极间开始施加电压后，在极间暂时成为分开状态后成为接触状态时，从上述第二电源供给比上述预定大小的脉冲电流小的脉冲电流。

7.根据权利要求6所述的电火花加工机，其中，

根据上述第二电源的输出脉冲电流的大小，使在从该第二电源供给脉冲电流后到下次从上述第一电源对极间施加电压之前的时间、即休止时间变化。