CN102873415A - 抑制线电极的消耗的线放电加工机的电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种线放电加工机的电源装置，具备主直流电源和电压可变的副直流电源。在输出第一脉冲期间，从主直流电源对线电极与被加工物之间（极间）施加电压。在停止第一脉冲的输出并输出第二脉冲期间，使由电路中的电感器蓄积的感应电能在极间流动，再由副直流电源对极间施加与由主直流电源产生的电流峰值相应的电压。而且，如果第二脉冲输出停止，则使上述感应电能反馈到主直流电源。

Description

抑制线电极的消耗的线放电加工机的电源装置
技术领域
本发明涉及抑制线电极的消耗的线放电加工机的电源装置。
背景技术
现有的放电加工机的电源装置在放电发生时将电源电压施加到电极与被加工物之间之后，利用在断开了开关元件瞬间的电感器中储蓄的电流（电能）来维持加工电流。此时，在电感器中储蓄的电流由于电阻成分和电弧电压而不是显示一定值而是随时间经过而减少。此后，以将在电感器中储蓄的电流回馈到电源的方式进行切换，迅速地停止电流流向被加工物。
在日本特开平11-48039号公报所公开的技术中，直流电源使用电压较高的主直流电源和电压较低的副直流电源，从这两个直流电源同时施加各自的电源电压，在放电刚开始后由主直流电源使放电电流迅速地上升，此后，停止主直流电源的电压施加，并以来自副直流电源的电流将放电电流保持一定。
在放电加工装置中，放电加工电流的峰值与主电源的电压施加时间成比例。为了提高加工速度需要投入较大的能量。虽然峰值越大则加工速度就越快，但线电极的消耗也加剧。
在现有技术中，线电极的消耗变大，且过滤器的负荷变大，从而过滤器的使用寿命也变短。由此，过滤器的更换时间变短，运行成本上升。通过使放电加工电流的脉冲的峰值变小，就能抑制线电极的消耗，但导致加工速度缓慢。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种通过减少峰值电流从而抑制线电极的消耗，且可防止加工速度降低的放电加工机的放电加工电源装置。
根据本发明的电加工机的放电加工电源装置的第一方式是，包括：主直流电源；电压可变的副直流电源；第一电路，以规定的时间间隔输出具有已设定的第一宽度的第一脉冲，在停止该第一脉冲的输出之后，以规定的时间间隔输出具有已设定的第二宽度的第二脉冲；第二电路，在从上述第一电路输出上述第一脉冲期间，从上述主直流电源对线电极与被加工物之间施加电压；第三电路，在输出上述第二脉冲期间，在线电极与被加工物之间流动由上述第二电路中的电感器蓄积的感应电能产生的电流，并且由上述副直流电源对上述线电极与被加工物之间施加与由上述主直流电源产生的电流峰值相应的电压；以及第四电路，如果上述第二脉冲输出停止，则使由上述第二电路中的电感器蓄积的感应电能产生的电流反馈到上述主直流电源。
能够随着由上述主直流电源产生的电流峰值变低而较高地施加由上述副直流电源产生的电压。
根据本发明的电加工机的放电加工电源装置的第二方式是，包括：主直流电源；电压可变的副直流电源；第一电路，以规定的时间间隔输出具有已设定的第一宽度的第一脉冲，在停止该第一脉冲的输出之后，以规定的时间间隔输出具有已设定的第二宽度的第二脉冲；第二电路，在从上述第一电路输出上述第一脉冲期间，从上述主直流电源对线电极与被加工物之间施加电压；第三电路，以与由上述主直流电源产生的电流峰值相应的时间输出上述第二脉冲，在输出上述第二脉冲期间，在线电极与被加工物之间流动由上述第二电感器蓄积的感应电能产生的电流，并且由上述副直流电源对上述线电极与被加工物之间施加电压；以及第四电路，如果上述第二脉冲输出停止，则使由上述第二电路中的电感器蓄积的感应电能产生的电流反馈到上述主直流电源。
能够随着由上述主直流电源产生的电流峰值变低而提高由上述副直流电源产生的电压的施加。
根据本发明能够提供一种通过减小峰值电流从而抑制线电极的消耗，且可防止加工速度降低的放电加工机的放电加工电源装置。
本发明的上述和其它目的以及特征，将通过参照附图所进行的下面的实施例的说明清楚。
附图说明
图1是说明根据本发明的放电加工机的电源装置的一实施方式的主要部分的图。
图2是说明图1的放电加工机的电源装置中的控制部的图。
图3是说明放电发生后的主电流电源和副直流电源的电压施加的定时和在被加工物与线电极之间（极间）定时的电流的图。
图4是说明本发明和现有技术的放电加工电流的波形的图。
图5是说明利用本发明的放电加工电源装置在被加工物与线电极之间（极间）流动的电流的波形的图。
图6是说明由主直流电源产生的峰值每减少25%便将副直流电源的电压值提高电弧电压量的例子的图。
图7是说明利用本发明的放电加工电源装置在被加工物与线电极之间（极间）流动的电流的波形的图。
图8是说明将“对成为与主直流电源所产生的峰值减小之前相同的电流的面积值的副直流电源的施加时间附加了与该峰值相应的系数的值”作为副直流电源的施加时间的例子的图。
具体实施方式
图1是说明根据本发明的放电加工机的电源装置的一实施方式的主要部分的图，图2是说明图1的放电加工机的电源装置中的控制部的图。
副直流电源12是输出电压比主直流电源10低且电压可变的电源，具有可变直流电压源14和电容器16。符号18、20、22是由晶体管或FET等构成的开关元件，在图1中表示由FET构成的例子。
主直流电源10的正极侧端子经由第一开关元件18和第一电感器30与被加工物36连接，而且，该主直流电源10的负极侧端子经由第二开关元件20和第二电感器32与线电极34连接。副直流电源12的正极侧端子经由第三开关元件22和第一电感器30与被加工物36连接，而且，该副直流电源12的负极侧端子经由二极管28和第二电感器32与线电极34连接。在这些第一、第二电感器30、32还包括因布线等而产生的杂散电感，其能够储蓄感应电能。
第一二极管24其一侧端子与在主直流电源10的正极侧端子与第一开关元件18之间的连接点13连接，而且，另一侧端子与在第二开关元件20与第二电感器32之间的连接点11连接。而且，该第一二极管24以从连接点11向连接点13的方向为顺时针方向的方式连接在这些连接点11、13之间。
第二二极管26其一侧端子与在主直流电源10的负极侧端子与第二开关元件20之间的连接点15连接，而且，另一侧端子与在第一开关元件18与第一电感器30之间的连接点17连接。而且，该第二二极管26以从连接点15向连接点17的方向为顺时针方向的方式连接在这些连接点15、17之间。
第三二极管28其一侧端子与在第二开关元件20与第二电感器32之间的连接点19连接，而且，另一侧端子与副直流电源12的负极侧端子的连接点21连接。而且，该第三二极管28以从连接点19向连接点21的方向为顺时针方向的方式连接在这些连接点19、21之间。
在第一和第二开关元件18、20的栅极上分别连接有第一驱动电路46（参照图2）的输出S1a、S1b。而且，在第三开关元件22的栅极上连接有第二驱动电路48（参照图2）的输出S2。这些第一、第二驱动电路46、48利用从脉冲分配电路44输出的脉冲来对开关元件18、20和开关元件22进行ON/OFF控制。另外，控制第一开关元件18的输出S 1a和控制第二开关元件20的输出S1b是相同波形的信号。
脉冲分配电路44由单稳态多谐振荡器等构成，在放电发生时以从放电定时发生电路42输出的定时信号为契机，向第一、第二驱动电路46、48输出基于在整体上控制放电加工机的控制装置40输出的电流峰值设定用数据(data1)和脉冲宽度设定用数据(data2)预先决定的脉冲宽度(t1、t2)的脉冲。第一驱动电路46通过向第一和第二开关元件18、20的栅极分别传输具有脉冲宽度t1的脉冲的输出S1a、S1b，从而分别对开关元件18、20进行ON/OFF控制。另一方面，第二驱动电路48通过向第三开关元件22的栅极传输具有脉冲宽度t2的脉冲的输出S2，从而对第三开关元件22进行ON/OFF控制。另外，还将图2所示的、将预先决定的不同的两个脉冲宽度t1、t2的脉冲向第一、第二驱动电路46、48输出的上述脉冲分配电路44称为第一电路。
另外，电流峰值的大小不仅因来自主直流电源10的施加在线电极34与被加工物36之间（极间）的电压（极间电压）的施加时间还因主直流电源10的施加电压的大小而变化。在图1中，主直流电源的电压的大小另行设定，从图2的控制装置40向脉冲分配电路44作为电流峰值设定用数据data1传递数据（t1），并且作为脉冲宽度设定用数据data2传递数据（t2），其中，数据（t1）是为了从主直流电源10对极间施加电压而规定将第二开关元件18、20接通的脉冲的宽度的数据，数据（t2）是为了从副直流电源12对极间施加电压而规定将第三开关元件22接通的脉冲的宽度的数据。
其次，说明通过对第一、第二、第三开关元件18、20、22进行ON/OFF控制从而产生的在线电极34与被加工物36之间（极间）流动的放电电流的三个状态。
通过使来自第一驱动电路46的输出S1a、S1b为接通从而接通第一、第二开关元件18、20，从主直流电源10对被加工物36与线电极34之间施加电压，急剧地流动放电电流(图1的电流i1)。
此后，使来自第一驱动电路46的输出S 1a、S1b为断开从而断开第一、第二开关元件18、20，停止来自主直流电源10的电压施加，与此同时，通过接通来自第二驱动电路48的输出S2从而接通第三开关元件22，从副直流电源12对被加工物36与线电极34之间施加电压。在停止了来自主直流电源10的电压施加时由于在电路内的电感器30、32中蓄积的感应电能所产生的电流和来自副直流电源12的上升（立ち上がり）电流，在线电极34与被加工物36之间流动的放电电流维持为一定或者渐渐变大(图1的电流i2)。另外，利用与副直流电源12并联电容器16来减少因副直流电源12的杂散电感带来的影响，容易使电流上升。
此后，使来自第二驱动电路48的输出S2为断开，从而使开关元件22为断开，使由在电路内残留的感应电能产生的电流回馈到主直流电源10，而急剧停止放电(图1的电流i3)。
另外，还将电流i1流动的路径称为第二电路，将电流i2流动的路径称为第三电路，将电流i3流动的路径称为第四电路。
图3表示放电发生后的电压施加的定时和在线电极与被加工物之间（极间）流动的电流。
图3的（a）所示的宽度t1的电压表示在使第一、第二开关元件18、20未接通并使第三开关元件为断开的状态下从主直流电源10施加的电压，而且，宽度t2的电压表示在使第一、第二开关元件18、20为断开并使第三开关元件为接通的状态下从副直流电源12施加的电压。‘t1’表示主直流电源10的电压施加时间，‘t2’表示副直流电源12的电压施加时间。‘t1’越长则在‘t1’的放电加工电流（参照图3的（b））的峰值就越大，使得加工速度变快，但由于在放电加工中越是距放电产生时不一会儿的时间则对线电极34的冲击越大，因而金属丝（ワイヤ）的消耗增多。‘t2’决定由副直流电源12的电压值而渐渐减少放电加工电流时的斜度。
如图4所示，通过使副直流电源12的电压值为电弧电压以上并在‘t2’期间使放电加工电流渐渐地上升，从而即便缩短最初的‘t1’而降低峰值，也能投入与峰值较高时相同量的能量。这里，由于电弧电压因被加工物36和线电极34的材质而变化，因而有必要施加与材质相应的副直流电源12的电压值。另外，在图4中，虚线表示由现有技术发生的极间电流，实线表示由本发明的电源装置发生的极间电流。
如图5和图6所示，通过减少主直流电源10的电压施加时间‘t1’的值而减少主直流电源10的放电加工电流的峰值并加大副直流电源12的电压值，从而加大由副直流电源12的电压施加时间‘t2’所发生的极间电流的斜度，从而能够生成不会降低加工速度便能抑制线电极34的消耗的放电加工电流脉冲。在图5中，‘t1’的值随着从符号100至符号300而变小（即、较短的时间）。若使‘t1’极端地变短则即便在‘t2’加大斜度也不能得到加工速度。通过将来自主直流电源10的电压的施加时间和与其相应的副直流电源12的电压值存储在数据表中并参照这些数据，从而能够生成线消耗较少的脉冲。在图6中，由主直流电源10产生的峰值每减少25%便将副直流电源12的电压值提高电弧电压的量。
而且，如图7和图8所示，在使副直流电源12的电压值与电弧电压相同而将放电加工电流保持为一定时，通过减少主直流电源10的电压施加时间‘t1’并加大副直流电源12的电压施加时间‘t2’，从而能够生成不会降低加工速度便抑制线电极的消耗的放电加工电流脉冲。此时，若极端地加长‘t2’则引起线电极34向被加工物36的附着。通过将主直流电源10的电压的施加时间和与其相应的副直流电源12的施加时间存储在数据表中并参照这些数据，便能生成线消耗较少的脉冲。在图8中，将“对成为与主直流电源10所产生的峰值减小之前相同的电流的面积值的副直流电源12的施加时间附加了与该峰值相应的系数的值”作为副直流电源12的电压的施加时间。
图8是被加工物为日本合金工具钢SKD11、使用黄铜且直径为0.25mm的金属丝加工时的、由与对于‘t1’的加工速度相同的副直流电源12的电压值产生的金属丝的消耗量的表。图8是被加工物为日本工具钢SKD11、使用黄铜且直径为0.25mm的金属丝加工时的、由与对于‘t1’的加工速度相同的t2的长度产生的线电极的消耗量的表。
如上所述，由于副直流电源12的电压值可变，从而能够按照被加工物36和线电极34的材质、主直流电源10的施加时间变更为适当的副直流电源12的电压。通过生成线电极34的消耗较少的脉冲，从而还能延长过滤器的使用寿命，且能够抑制成本。
在线放电加工机中，若在放电发生后紧接着流过大电流，则线电极的消耗变大。通过在放电发生后延迟流过大电流，从而能在维持能量投入量的原状下抑制线电极的消耗。在现有的线放电加工机中，随着放电时间变长，如图4的虚线所示，放电加工电流的值渐渐地变小或者以定值推移，因而在放电发生时需要流动较大的电流。因此，在本发明中，如图4的实线所示，通过使放电加工电流渐渐地变大，从而可得到在放电发生时即便是较小的电流也能投入相同以上的能量的效果。
另外，为了使放电加工电流渐渐地变大有必要使副直流电源的电压值为在被加工物与线电极的极间产生的电弧电压以上，但如果被加工物的材质和线电极的材质变化则电弧电压也变化，因而若副直流电源的电压不可变则只能应对一组材质。因此，在具备主直流电源和副直流电源的放电加工机的电源装置中，通过使副直流电源的电压可变，并在将由主直流电源产生的峰值设定为较小时变更副直流电源的电压值和/或施加时间而生成脉冲，从而能够应对多组材质。

Claims (4)

1.一种线放电加工机的电源装置，其特征在于，包括：
主直流电源；
电压可变的副直流电源；
第一电路，以规定的时间间隔输出具有已设定的第一宽度的第一脉冲，在停止该第一脉冲的输出之后，以规定的时间间隔输出具有已设定的第二宽度的第二脉冲；
第二电路，在从上述第一电路输出上述第一脉冲期间，从上述主直流电源对线电极与被加工物之间施加电压；
第三电路，在输出上述第二脉冲期间，在线电极与被加工物之间流动由上述第二电路中的电感器蓄积的感应电能产生的电流，并且由上述副直流电源对上述线电极与被加工物之间施加与由上述主直流电源产生的电流峰值相应的电压；以及
第四电路，如果上述第二脉冲输出停止，则使由上述第二电路中的电感器蓄积的感应电能产生的电流反馈到上述主直流电源。
2.根据权利要求1所述的线放电加工机的电源装置，其特征在于，
随着由上述主直流电源产生的电流峰值变低而提高由上述副直流电源产生的电压的施加。
3.一种线放电加工机的电源装置，其特征在于，包括：
主直流电源；
电压可变的副直流电源；
第一电路，以规定的时间间隔输出具有已设定的第一宽度的第一脉冲，在停止该第一脉冲的输出之后，以规定的时间间隔输出具有已设定的第二宽度的第二脉冲；
第二电路，在从上述第一电路输出上述第一脉冲期间，从上述主直流电源对线电极与被加工物之间施加电压；
第三电路，以与由上述主直流电源产生的电流峰值相应的时间输出上述第二脉冲，在输出上述第二脉冲期间，在线电极与被加工物之间流动由上述第二电感器蓄积的感应电能产生的电流，并且由上述副直流电源对上述线电极与被加工物之间施加电压；以及
第四电路，如果上述第二脉冲输出停止，则使由上述第二电路中的电感器蓄积的感应电能产生的电流反馈到上述主直流电源。
4.根据权利要求3所述的线放电加工机的电源装置，其特征在于，
随着由上述主直流电源产生的电流峰值变低而加长来自上述副直流电源的电压施加时间。
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