CN103003017B - 线放电加工用的电源系统 - Google Patents

Abstract

一种线放电加工用的电源系统，线放电加工用的电源系统包括第1电源电路及第2电源电路。第1电源电路对加工间隙施加引起放电的电压。第2电源电路包括低电感线，且向加工间隙供给有助于放电加工的电流。阻塞二极管串联连接于低电感线与加工间隙之间。设置着容器，该容器具有与阻塞二极管接触的接触面且收纳冷却液。

Description

线放电加工用的电源系统

技术领域

本发明涉及一种使形成在线电极(wire electrode)与工件间的加工间隙内产生放电而加工工件的线放电加工装置。本发明尤其涉及一种以高频将电流脉冲供给至加工间隙的线放电加工用的电源系统。

背景技术

一般来说，如果以高频对加工间隙供给大能量的电流脉冲，放电加工中的材料去除速度会提升。在该方面，理想的是，电流脉冲具有高电流波峰、陡峭的上升边缘、及陡峭的下降边缘。典型的线电极是由黄铜制作的，且具有0.07～0.30mm的直径。在加工中，对线电极赋予预定张力。如果在这种线电极上突然流过大电流，有线电极断裂的风险。

为了避免这种风险，已知有包括第1电源电路及第2电源电路的电源系统。第1电源电路对加工间隙施加引起放电的程度的高电压，但是将供给至加工间隙的电流限制为尽可能小的值。第1电源电路包括第1直流电源、及电阻值大的电流限制电阻元件。如果由第1电源电路产生放电，第2电源电路立刻对加工间隙供给大电流。第2电源电路包括第2直流电源、及将第2直流电源连接至加工间隙的低电感线。在第2电源电路中使电阻成分及电感成分最小化。

图7表示在加工间隙中流动的典型的电流脉冲。电流i1的一部分是从第1电源电路供给的电流。第1电源电路对加工间隙供给尽可能小的电流。然而，电流从在第2电源电路中的低电感线上产生的意料之外的寄生电容流向加工间隙。该电流形成电流i1的一部分。电流i2是从第2电源电路供给的电流。已知，如果对加工间隙供给图7中的电流脉冲，黄铜制的线电极会熔融，而使铜析出。随着该铜附着于工件上，而导致工件的材料去除速度明显降低。电流i1越大，则会有越多的铜附着于工件上。

如果从第1电源电路的直流电源对加工间隙施加电压，会由于低电感线中的寄生电容，而使电压的上升变慢。换而言之，电压的上升边缘变钝。因此，从对加工间隙施加电压起至产生放电为止的延迟时间变长。从该方面来说，工件的材料去除速度也会明显降低。

专利文献1揭示了粗加工用电源电路经由低电感线连接至加工间隙、且精加工用电源电路经由低电容线连接至加工间隙的线放电加工装置。在低电感线与加工间隙之间设置着阻塞二极管。该阻塞二极管防止在精加工时电流从低电感线中的寄生电容流向加工间隙。

专利文献2揭示了放电加工机用的电源装置，其主电源经由低电感线连接至加工间隙，且辅助电源经由低电容线连接至加工间隙。阻塞二极管设置在低电感线与加工间隙之间，反向偏压电源与阻塞二极管串联连接。在粗加工时，当利用辅助电源的电压产生放电后，立刻从主电源向加工间隙供给大电流。在精加工时，从辅助电源向加工间隙供给小电流。以上阐明了阻塞二极管及反向偏压电源在精加工时使低电感线中的寄生电容的影响大幅度地减小。

背景技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平1-27818号公报

专利文献2：日本专利特开平7-276142号公报

发明内容

本发明的目的在于提供一种线放电加工装置的电源系统，能够以简单的电路构成来充分地减小低电感线的寄生电容的影响。

本发明的一态样涉及一种对形成在线电极与工件间的加工间隙供给电流脉冲的线放电加工用的电源系统。线放电加工用的电源系统包括第1电源电路，该第1电源电路包含第1直流电源、及与所述第1直流电源串联连接且将在所述加工间隙内流动的电流限制得尽可能小的电流限制电阻元件，且该第1电源电路对所述加工间隙施加引起放电的电压。线放电加工用的电源系统还包括第2电源电路，该第2电源电路包括第2直流电源、及将所述第2直流电源连接至所述加工间隙的低电感线，且该第2电源电路向所述加工间隙供给有助于放电加工的电流。线放电加工用的电源系统还包括：阻塞二极管，串联连接于所述低电感线与所述加工间隙之间；及容器，具有与所述阻塞二极管接触的接触面，且收纳冷却液。

也可使缓冲电路并联连接于所述阻塞二极管。也可使硅膏(siliconepaste)介于所述阻塞二极管与所述接触面之间。

线放电加工用的电源系统也可还包括：加工槽，具有贯穿孔；安装板，配置在所述加工槽中，固定所述工件；及导电体块，贯穿所述贯穿孔，电性连接于所述安装板。可将所述阻塞二极管安装在所述导电体块上。

所述容器的所述接触面具有大面积即可，其为可与所述阻塞二极管的最大的一个平面的几乎整个面接触的程度。

附图说明

图1是表示本发明的电源系统的一例的电路图。

图2是表示图1中的电源系统供给的电流脉冲的一例的波形图。

图3是表示图1中的冷却单元的一例的立体图。

图4是表示图1中的冷却单元的一例的俯视图。

图5是表示图1中的冷却单元的一例的前视图。

图6是表示图1中的冷却单元的一例的侧视图。

图7是表示电流从寄生电容流向加工间隙时的典型的电流脉冲的波形图。

附图标记：

1：线电极

2：工件

3：加工间隙

4：加工槽

5：基台

6：导电体块

7：安装板

8：贯穿孔

10：第1电源电路

12、21、22：开关元件

13：阻塞二极管

14：电流限制电阻元件

15：极性切换电路

16、26：直流电源

20：第2电源电路

23、24、25：二极管

30：低电感线

32、33、34、35：节点

40：电流减小电路

41：阻塞二极管

42：保护电阻器

43：电容器

44：保护二极管

50：冷却单元

51：容器

52：阴极导电体

53：阳极导电体

54：入口

55：出口

56：接触面

58：硅膏

H：高度

i1、i2、i3、i4：电流

L：长度

W：宽度

具体实施方式

参照图1、2、3、4、5及6，作为线放电加工用的电源系统，对本发明的一实施例进行说明。图1中表示了该电源系统的一例。电源系统对形成在线电极1与工件2之间的加工间隙3重复供给电力脉冲(powerpulse)。黄铜制的线电极1是一电极，且是放电加工用的工具。工件2是另一电极，且包含铁系材料或超硬合金。

电源系统包括第1电源电路10及第2电源电路20。电源电路10、20不可避免地在物理性地远离加工间隙3而配置。电源电路10、20例如收纳在框体中。第1电源电路10将用于引起放电的电压施加至加工间隙3，并且将不会导致线电极1断线的尽可能小的电流供给至加工间隙3。

第1电源电路10包括由直流电源16、开关元件12、防逆流用阻塞二极管13、与电流限制电阻元件14组成的串联电路。第1电源电路10还包括具有晶体管电桥(transistor bridge)的极性切换电路15。直流电源16的输出电压高达足以使加工间隙3引起放电的程度。足以引起放电的程度的高电压取决于加工间隙3的尺寸。对加工间隙3施加的电压越高，则越需要更大电阻值的电流限制电阻元件14，结果，能量损失变大。

开关元件12响应未图示的脉冲控制装置供给的栅信号(gate signal)而进行接通断开(on-off)。脉冲控制装置在经过预定的OFF时间后使开关元件12导通，若检测到放电的产生，则立刻使开关元件12成为非导通。开关元件12通过重复进行接通断开而在加工间隙3重复使产生放电。防逆流用阻塞二极管13阻止电流的逆流，而保护开关元件12。

电流限制电阻元件14具有大电阻值，用来在加工间隙3内产生放电时将在线电极1上流动的电流限制得尽可能小。电流限制电阻元件14的电阻值取决于直流电源16的输出电压及放电电路中存在的电阻成分而决定。

第2电源电路20将有助于放电加工的电流供给至加工间隙。第2电源电路20包括直流电源26、开关元件21、22、防逆流用阻塞二极管23及低电感线30。低电感线30例如为电感成分少的同轴电缆。使第2电源电路20中的电阻成分及电感成分最小化。直流电源26的正极经由节点(node)32、开关元件21、节点33、防逆流用阻塞二极管23及低电感线30而与工件2连接。直流电源26的负极经由节点35、开关元件22、节点34及低电感线30而与线电极1连接。

直流电源26可将从粗加工至完工前加工所需的程度的大电流供给至加工间隙3。利用来自直流电源26的电流，将工件2的材料几乎全部去除。直流电源26的输出电压可变，且根据电性加工条件来决定。

各开关元件21、22包括与直流电源26串联连接的场效应晶体管。开关元件21、22响应未图示的脉冲控制装置供给的栅信号，而同时或错开时间地进行接通断开。开关元件21、22通过重复进行接通断开·开关动作，而将具有预定ON时间的电流脉冲列供给至加工间隙3。ON时间及OFF时间可根据电性加工条件的设定而决定。

防逆流用阻塞二极管23阻止从直流电源26供给至加工间隙3的电流的逆流，而保护直流电源26。第2电源电路20还包括保护开关元件21、22的二极管24、25。二极管24设置在将节点34连接至节点32的电路中。二极管25设置在将节点35连接至节点33的电路中。

电流减小电路40设置在第2电源电路20与加工间隙3之间。电流减小电路40抑制电流从低电感线30中的寄生电容流向加工间隙。理想的是，电流减小电路40设置在靠近加工间隙3的位置。

电流减小电路40包括阻塞二极管41及缓冲电路。阻塞二极管41串联连接于低电感线30与线电极1之间，且抑制电流从低电感线30中的寄生电容流向加工间隙3。缓冲电路(snubber circuit)包括保护电阻器42、电容器43及保护二极管44。

图2中的电流i3几乎是从第1电源电路10的直流电源16供给的电流。利用电流减小电路40，将电流i3抑制得比图7中的电流i1小。其结果，铜不易附着于工件2上。而且，由于电压脉冲的上升边缘陡峭，所以加工速度不会降低。图2中的虚线i4表示以线电极1为正极且以工件2为负极时，从直流电源16供给的电流。这种极性的切换是在完工前加工之后进行。

图2中的电流i2是从第2电源电路20的直流电源26供给的电流。如果通过从直流电源16施加电压，而使加工间隙3中产生放电，未图示的放电检测器检测到放电。第2电源电路20响应放电检测器，将有助于放电加工的电流i2供给至加工间隙3。

缓冲电路在产生突波电压、或产生冲击电流时消耗电流，使阻塞二极管41不会破损。缓冲电路的保护电阻器42与阻塞二极管41并联连接。电容器43与保护电阻器42串联且与阻塞二极管41并联连接。保护二极管44与保护电阻器42并联且与阻塞二极管41并联连接。保护二极管44的方向与阻塞二极管41相反。

冷却单元50利用冷却液冷却阻塞二极管41。冷却液是得到温度管理的放电加工液。放电加工液是以油为主成分的液体或高比电阻液体。冷却单元50设置在尽可能靠近加工间隙3的位置。

冷却单元50包括收纳冷却液的铝制容器51。容器51也可为具有良好的导热率的其他材料，例如铜或不锈钢。铝的导热率虽然比铜低，但重量轻，且对放电加工油具有抗蚀性。在使用以水为基质的加工液的情况下，理想的是利用铜覆盖铝制容器51的内表面。

如图3、4、5及6中所示，冷却单元50包括阴极导电体52及阳极导电体53。阴极导电体52与阻塞二极管41的阴极导通。阳极导电体53与阻塞二极管41的阳极导通。阴极导电体52及阳极导电体53包括被折弯的铜板。阳极导电体53提供安装电流减小电路40的零件的基底。

阻塞二极管41不可直接浸在液体中。因此，冷却单元50是以小型、且高效地充分冷却阻塞二极管41的方式设计。阻塞二极管41整体上具有矩形的外径。阻塞二极管41具有平坦的最大的一个面。以该一个平面接触于接触面56的方式，将阻塞二极管41安装在容器51上。接触面56具有大至可与阻塞二极管41的一个平面的几乎整个面接触的程度的面积。容器51具有充分冷却阻塞二极管41的程度的大容量。

容器51包括冷却液用的入口54及出口55。放电加工液是从入口54被导入至容器51，而吸收阻塞二极管41的热。在容器51中，温度已上升的放电加工液从出口55排出。排出液返回至包括加工液冷却装置的储藏槽中。

如图6中所示，硅膏58介于阻塞二极管41与容器51的接触面56之间。硅膏58在低温下可熔融成膏状而任意地改变外形。由于硅膏58填满接触面56与阻塞二极管41的一个平面之间的间隙，所以使阻塞二极管41完全密接于接触面56。由于硅膏58具有良好的导热性，所以阻塞二极管41的冷却效果提升。

电流减小电路40包括少数零件，且为小型。结合有冷却单元50的电流减小电路40具有约65mm的宽度W、约67mm的长度L、及约95mm的高度H。

本发明并不限于所图示的实施例。本领域技术人员应明了，可在不脱离本发明的精神及范围的条件下对本发明的构成进行各种改良及变形。例如，收纳冷却液的容器包括供冷却液流通的管。只要本发明的改良及变形包含在权利要求书及其同等内容中，那么本发明的目的涵盖所述改良及变形。

Claims (5)

1.一种线放电加工用的电源系统，对形成在线电极与工件间的加工间隙供给电流脉冲，其特征在于包括：

第1电源电路，包含第1直流电源、及与所述第1直流电源串联连接且将在所述加工间隙内流动的电流限制得尽可能小的电流限制电阻元件，且对所述加工间隙施加引起放电的电压；

第2电源电路，包含第2直流电源及低电感线，且向所述加工间隙供给有助于放电加工的电流，其中所述低电感线将所述第2直流电源的一端子连接至所述线电极，而所述第2直流电源的另一端子连接至所述工件；

阻塞二极管，串联连接于所述低电感线与所述加工间隙之间，用以抑制电流从所述低电感线中的寄生电容流到所述加工间隙；及

容器，具有与所述阻塞二极管接触的接触面，且收纳冷却液。

2.根据权利要求1所述的线放电加工用的电源系统，其特征在于：还包括与所述阻塞二极管并联连接的缓冲电路。

3.根据权利要求1所述的线放电加工用的电源系统，其特征在于：还包括介于所述阻塞二极管与所述接触面之间的硅膏。

4.根据权利要求1所述的线放电加工用的电源系统，其特征在于还包括：加工槽，具有贯穿孔；安装板，配置在所述加工槽中，固定所述工件；及导电体块，贯穿所述贯穿孔，电性连接于所述安装板；且所述阻塞二极管安装在所述导电块上。

5.根据权利要求1所述的线放电加工用的电源系统，其特征在于：所述阻塞二极管具有最大的一个平面，且所述接触面具有可与所述一个平面的几乎整个面接触的程度的大面积。