CN104781029A - 放电加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明在使利用极间所具有的电容容量的电容放电进行自激振荡而进行加工时，以考虑到加工变得不稳定的情况的周期定期地设置休止时间，由此能够提高加工精度和加工效率。本发明的放电加工装置具备：电源；极间，其由电极和被加工物形成；限流电阻，其连接于所述电源和所述极间之间；开关元件，其将从所述电源向所述极间的电压的施加接通/断开；电感元件，其串联连接于所述开关元件和所述极间之间；以及控制部，其控制所述开关元件，所述控制部在开关模式下使所述开关元件进行接通断开动作，所述开关模式具有：接通脉冲时间宽度(ΔTon)，其使得所述极间的电压在接通脉冲时间内能够达到所述电源的电压值；以及休止时间宽度(ΔToff)，其大于或等于在所述电容放电时流动的放电电流的时间宽度(ΔTic)、且小于自激振荡的周期(ΔTso)。

Description

放电加工装置

技术领域

本发明涉及一种放电加工装置。

背景技术

放电加工装置是通过在加工用电极和被加工物之间产生电弧放电而对被加工物进行加工的装置。在放电加工装置中，需要用于产生电弧放电的电力源(加工用电源)。关于该加工用电源的结构，当前存在各种结构。

其中，已知利用相对于极间并联存在的极间的电容容量的电容放电方式。基本电路由电源、限流电阻、极间的电容容量构成。在电容元件相对于极间并联连接的情况下，极间的电容容量由电极与工件之间的机械的寄生电容和电容元件的电容合成，在电容元件相对于极间未并联连接的情况下，极间的电容容量为电极与工件之间的机械的寄生电容。

在基本电路中，首先，如果从电源经由电源限制电阻对极间的电容容量充电，则极间的电压上升。如果极间的电压超过放电开始电压，则会引起绝缘破坏，在极间的电容容量中积蓄的电荷被用作放电能量。极间电压因放电而下降至电弧电位，并且电流与在极间的电容容量积蓄的放电能量相应地流动。此时，来自电源的电流由限流电阻值限制，因此，放电开始时在极间流动的电流中，来自电源的电流的比率非常小。因此，如果在极间的电容容量中积蓄的电荷消失，则放电已经再难以持续。然后，如果放电结束而恢复为绝缘，则电流再次从电源经由充电电阻而向极间的电容容量流动，极间电压上升。

这样，将通过放电本身的动作而反复进行接通(放电)和断开(非放电、或者开路)的现象称为自激振荡。虽然自激振荡根据极间的电容容量而规定放电电流，但通过在电源和极间之间插入开关元件，还能够利用开关规定放电电流。

在专利文献1中记载有如下内容，即，在放电加工电源电路中，在直流电压源和加工用电极之间将可变电阻器以及开关元件、和相对于可变电阻器具有足够大的电阻值的限流电阻器并联连接，在加工稳定地进行的情况下，将开关元件接通，在加工变得不稳定的情况下，将开关元件断开。由此，根据专利文献1，在加工变得不稳定的情况下，减少向加工用电极和被加工物之间的供给能量而抑制放电现象的产生，因此，能够减少侧面方向的放电和经由加工粉末的二次放电，能够实现放电加工的稳定化以及加工速度的提高。

在专利文献2中记载有如下内容，即，在线放电加工装置中，利用4个开关元件将直流电源、和被加工物以及加工用电极相对配置的极间之间全桥连接，对4个开关元件中的一方的对角桥臂的开关元件提供组脉冲模式而使其开关。此时，如果控制部以来自极间状态检测电路的信号为基础而检测出放电，则使检测出放电后的脉冲休止时间比非放电时的脉冲休止时间长，如果进一步检测出放电容易连续且容易达到线的断线的状态，则使脉冲休止时间比检测出放电后的脉冲休止时间长。由此，根据专利文献2，在放电时根据放电状态而控制组脉冲的休止时间，因此，能够防止放电的集中，能够实现加工的稳定化、加工速度的提高。

另一方面，通过将除了电阻以外的电感元件、电容元件插入于电源电路，还能够对自激振荡的进行、停止进行调整。

在专利文献3中记载有如下内容，即，在线切割放电加工装置中，将可变电阻器设置于电磁开闭器的触点跟前的配线中，将电感元件设置于从电磁开闭器的触点至被加工物的配线中。由此，根据专利文献3，由可变电阻器和电感元件构成向加工间隙提供微弱的放电能量的电路，并且电感元件还兼用于抵消配线中的寄生电容成分的作用。

专利文献1：日本特开平5-38627号公报

专利文献2：日本特开2012-166323号公报

专利文献3：日本特开2000-52151号公报

发明内容

首先对电容放电的特性进行说明。

电容放电大多在精加工的区域、或者利用较细(小于φ0.1的细线区域)的线的加工的所有工序中使用。放电能量由电源电压、限流电阻、极间电容容量决定，如果变为超精加工区域，则要求减少极间电容容量。如果电容容量不断减少，则在使用相同电阻值的电阻的情况下，电压的上升也加快，放电电流幅度也因电荷量的减少而缩短，因此，由不使用开关的自然放电而引起的自激振荡的频率升高。

电容放电通过极间的电容容量(也可以仅为极间寄生电容)而完成，但通常由插入有电阻的CR电路构成。还能够想到将电感元件插入于该电路而形成LCR电路，由此利用电感的感应电动势。LCR电路具有上升迅速的优点，但另一方面，电压容易过冲，产生在短路的情况下流过较大的电流的可能性，因此，常数的选定较为困难，另外，不存在满足以各种各样的方式变化的所有极间状态的电路常数，因此，根据加工状况会产生波形的变动。

另一方面，在使用开关元件的振荡控制中，接通、断开的频率根据元件的性能而存在界限。放电时，在极间并联存在的电容容量较大的情况下，通过进行振荡控制，并强制地插入休止时间，从而将一次的放电电流迅速切断，因此，能够限制放电能量，能够使电压迅速上升，从而较为有效。但是，当极间的电容容量减小，自激振荡的极限频率比振荡控制元件的极限频率快时，如果利用组脉冲进行振荡控制，则无法充分获得放电频率，加工能力有可能下降。

如果考虑到以上放电现象的特性，则专利文献1～3记载的技术中有可能产生如下课题。

在专利文献1记载的技术中提出有如下方法，即，在电容放电中，当加工变得不稳定时，通过进行开关，将较大的电阻串联连接，限制向极间流动的电流。在专利文献1中，首先，未公开对加工变得不稳定的情况进行检测的方法。另外，可以认为，在专利文献1记载的技术中，在加工不稳定的情况下，在使驱动轴动作而使电极和被加工物之间隔开距离时，为了使电容放电的自激振荡停止，而插入较大的电阻，抑制极间放电。可以认为，在专利文献1记载的技术中，利用驱动轴伺服的分辨率来控制加工的不稳定，以几百KHz至几MHz的数量级产生放电频率，与此相对，使驱动轴进行动作的伺服的分辨率的数量级为几十KHz，因此，以与放电频率相比相当慢的响应性来进行控制。另一方面，在CR电路中存在如下问题，即，电流流动且对电容进行充电的瞬间的梯度比LCR电路的梯度大，因此，容易产生连续放电。基于以上理由，可以认为，利用专利文献1的技术，在利用电容放电的加工中，加工面精度有可能因连续放电而变差，因较慢的响应性的控制而有可能使得加工的波动增大，因此，难以提高加工精度和加工效率。

可以认为，专利文献2所记载的技术是对电容放电施加组脉冲控制并对组脉冲的占空比进行调整的技术。在该技术中，假定针对组脉冲的接通幅度引起一次放电。根据由电阻和电容容量决定的时间常数，振荡控制有可能抑制自激振荡，通过使休止时间延长化而能够实现加工稳定化，但是难以提高加工效率。另外，在专利文献2中，是产生几次脉冲且上升至规定电压的电路中的控制，在电压的上升比开关元件的接通、断开慢的情况下有效。因此，在电容容量减小，电压的上升比开关元件快的情况下，如果利用专利文献2的控制，则在电压上升以后将休止时间插入，因此，有可能无法获得设想的效果。另一方面，放电频率与插入休止时间相对应而减小，因此，加工能力有可能下降。综上可知，在专利文献2所记载的技术中，取决于电容容量的值的电路的时间常数越快，越过剩且频繁地插入休止时间，因此，难以提高加工效率。

在专利文献3所记载的技术中提出有如下技术方案，即，在精加工时投入微弱的能量，因此，通过插入电感元件而将在电极和被加工物之间存在的寄生电容减小。在专利文献3记载的结构中，难以根据放电状态进行控制，因此，有可能因放电的波动、斑点而使得加工面精度变差。另一方面，在电压上升时，因电感元件而产生过冲，以比规定的电压高的电压进行放电，因此，表面粗糙度有可能变差。另外，在放电过程中，在电极和被加工物短路的情况下，电流持续向电感元件流动，开放的瞬间在极间产生较大的电压，从而表面粗糙度有可能变差。在专利文献3所记载的技术中，表面粗糙度的波动有可能因电路结构而增大，且用于抑制表面粗糙度的波动的控制也较为困难，因此，难以提高加工精度和效率。

本发明是鉴于上述情形而提出的，其目的在于，获得能够提高利用电容放电的加工中的加工精度和加工效率的放电加工装置。

为了解决上述课题、实现目的，本发明的1个侧面所涉及的放电加工装置是进行放电加工的放电加工装置，其特征在于，具备：电源；极间，其由电极和被加工物形成；限流电阻，其连接于所述电源和所述极间之间；开关元件，其将从所述电源向所述极间的电压的施加接通/断开；电感元件，其串联连接于所述开关元件和所述极间之间；以及控制部，其控制所述开关元件，所述放电加工装置使利用所述极间所具备的电容容量的电容放电进行自激振荡而进行加工，所述控制部在开关模式下使所述开关元件进行接通断开动作，所述开关模式具有：接通脉冲时间宽度，其使得所述极间的电压在接通脉冲时间内能够达到所述电源的电压值；以及休止时间宽度，其大于或等于在所述电容放电时流动的放电电流的时间宽度、且小于自激振荡的周期。

根据本发明，在电容放电中，虽然优先考虑自激振荡，但是通过间歇地、即以考虑了加工变得不安定的情况的周期定期地设置休止时间，能够防止产生较长时间的短路，并且，能够抑制短路消除时电压蹿升至高于电源电压的电压，能够抑制较大的电流向极间流动。由此，能够抑制放电频率的降低，并且能够尽早将极间的不稳定的状态消除，因此，能够提高利用了电容放电的加工中的加工精度和加工效率。

附图说明

图1是表示实施方式1所涉及的放电加工装置的结构例的图。

图2是表示实施方式1所涉及的放电加工装置的其他结构例的图。

图3是在电容放电中未进行开关控制的情况下的振荡信号以及极间电压、电流波形图。

图4是表示实施方式1中的振荡控制的振荡信号以及极间电压、电流波形图。

图5是表示实施方式2所涉及的放电加工装置的结构例的图。

图6是表示实施方式2所涉及的放电加工装置的其他结构例的图。

图7是表示示出实施方式2中的振荡控制的振荡信号、极间电压波形、电流波形以及恒定时间内的能量积分值的推移的图。

图8是表示实施方式3所涉及的放电加工装置的结构例的图。

图9是表示实施方式3所涉及的放电加工装置的其他结构例的图。

图10是表示示出实施方式3中的振荡控制的振荡信号、电极间电压波形、电流波形以及电压的时间微分值的推移的图。

图11是实施方式3中的振荡控制的流程图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明所涉及的放电加工装置的实施方式进行详细说明。此外，本发明并不限定于该实施方式。

实施方式1.

利用图1、图2对实施方式1所涉及的放电加工装置100进行说明。图1是表示放电加工装置100的结构例的图。图2是表示放电加工装置100的其他结构例的图。

例如，如图1所示，放电加工装置100具备极间101、电源部102以及控制部11。

极间101由电极7和被加工物6形成。电极7及被加工物6彼此隔着加工间隙而相对。被加工物6例如与接地电位接地。对于存在于电极7和被加工物6之间的电容容量4，能够任意地插入，也能够利用存在于线缆等机械结构中的寄生电容。

极间101所具备的电容容量4例如相对于电极7和被加工物6并联设置，当电极7和被加工物6隔开距离时，对电容容量4施加电压并使电荷积蓄于电容容量4，在电极7和被加工物6之间的距离接近并产生放电的情况下，由积蓄于电容容量4中的电荷而产生的能量在电极7和被加工物6之间流动。有时根据用途插入电容元件而构成电容容量4，有时仅由寄生电容成分构成电容容量4，其中，该寄生电容成分存在于线缆、加工槽，或者由电极7和被加工物6的形状、大小以及电极7和被加工物6之间的距离决定。

电源部102具有电源2、电阻3、多个开关元件S1～S4以及电感元件5。电源2例如为直流电源，产生直流电力。电源2经由多个开关元件S1～S4与极间101连接。例如，电源2是将适合于规定的加工条件(例如粗加工或者精加工)的加工用电压施加于极间101，并使极间101产生规定的加工所需的放电的电源装置。

此外，电源2可以是交流电源。在电源2是交流电源的情况下，在电源2和多个开关元件S1～S4之间，例如可以通过对多个二极管进行全桥连接等而设置整流电路。

多个开关元件S1～S4与电源2和极间101之间电连接，将从电源2向极间101的电压的施加接通/断开。例如，进行全桥连接而构成全桥电路。开关元件S1、S4以及开关元件S2、S3分别为构成对对角桥臂的开关元件。使一方的对角桥臂(开关元件S1、S4)和另一方的对角桥臂(开关元件S2、S3)交替地接通、断开，由此能够将从电源2向极间101的电压的施加接通/断开，并能够改变施加于电极7和被加工物6之间的电压的极性。在一边改变极性一边进行加工的两极加工中，需要利用开关元件S1～S4构成全桥，但在仅利用一种极性进行加工的情况下，可以不是全桥结构，能够由一个开关元件进行接通、断开控制。

电阻3是为了以不使大电流从电源2流动的方式限制电流而插入的元件。另外，除了限制电流的用途以外，电阻3还是决定电压的上升的时间常数的参数，因此，通过对电阻3的值进行调整，也能够使电压的上升发生变化。电阻3只要插入于路径中即可，因此，可以如图1所示插入于电源2和开关元件S1之间，例如，也可以插入于开关元件S1和电感元件5之间，也可以插入于电源2和开关元件S3之间，还可以插入于开关元件S4和被加工物6之间。但是，在将各开关元件接通的情况下，需要插入于从电源2至电极7的路径、或者从被加工物6至电源2的路径。

电感元件5发挥如下作用，即，根据在电容容量4的充电时或者加工时流动的电流的变化，使施加于电极7和被加工物6的电压的上升加速。通过电感元件5的插入而在电阻3以及电容容量4之间构成LCR电路的电路，通过设为满足LCR电路的临界条件的值，能够使电压的上升加速而不过冲。电感元件5的位置可以如图1所示插入于开关元件S1～S4和电极7之间，也可以插入于开关元件S1～S4和被加工物6之间。电感元件5例如为线圈。

或者，例如，如图2所示，放电加工装置100可以具备电源部103以取代电源部102(参照图1)。

电源部103具有电感元件51以取代电感元件5(参照图1)。电感元件51例如利用在铁芯51c的周围卷绕有第1绕组51a以及第2绕组51b的部件。通过导入电感元件51，能够抑制低频电流的影响，能够抑制向机械地存在的寄生电容(电容容量4)流动的电流。这里，电感元件51是通常称作扼流线圈的元件，且是利用通过将第1绕组51a以及第2绕组51b卷绕于铁芯51c的周围而在铁芯51c内部产生磁通的通道(磁路)的现象的元件。在铁芯51c的周围朝彼此相反的方向对第1绕组51a以及第2绕组51b进行卷绕，从而，相对于在第1绕组51a以及第2绕组51b中朝相反方向流动的电流，电感元件51作为电感的影响较小，相对于在第1绕组51a以及第2绕组51b的一方流动的电流、和在第1绕组51a以及第2绕组51b中朝相同方向流动的电流，电感元件51作为较大的电感起作用，由此能够限制在电路中流动的电流。也就是说，电感元件51中的电感元件5(图1)的功能，是指作为电感的影响较小、且与寄生电感成分相当的功能。

电容放电利用较小的电流进行微细加工的用途也较多，在根据市场需求而要求在较为严格的条件下进行加工时，需要尽可能缩减能量。在不削减电极7和被加工物6之间的电容而是削减在机械侧的加工槽、线缆等中存在的电容的方面存在极限，因此会残留寄生电容。在电容容量4中，在电容元件的电容的电容较大的情况下，由于在机械侧存在的寄生电容的比率较小，因此能够忽略其对加工造成的影响。但是，在电容容量4较小的情况下，即，在减小电容元件的电容并进行微细加工时，在机械侧存在的寄生电容的比率增大，因此，对寄生电容充电的能量在放电时在电极7和被加工物6之间流动，加工面的表面粗糙度有可能比根据电容元件的电容的大小而假想出的加工面的表面粗糙度增大。

将图2中的电感元件51设为扼流线圈，并利用在铁芯51c内部产生的磁通，由此能够抑制对机械侧的寄生电容充电的电流。结果，即使电容容量4的值较小，也能够防止来自机械侧的寄生电容的影响。

作为电感元件51，还能够利用扼流线圈这样的构造，但也能够替换为具有上述效果的等效电路(例如，在棒状的铁芯朝彼此相反的方向对第1绕组51a以及第2绕组51b进行卷绕)。另外，通过使铁芯51c的材料以及绕组的卷绕圈数的至少一方在第1绕组51a和第2绕组51b之间不同，还能够控制在铁芯51c内部产生的磁通，能够在朝相反方向流动的电流中将其用作电感。

作为放电加工的加工液，例如主要采用水和油这2种加工液。根据由加工液的种类引起的物理性能值的不同，对放电造成各种各样的影响，但在图1所示的放电加工装置100中，电容容量4较大地受到加工液的影响。特别是，在仅利用机械地存在的寄生电容进行加工的情况下，由加工液的介电常数决定电容容量4的大小，因此，需要以能够吸收由加工液引起的电容容量4的变化的方式构成电路。

控制部11对开关元件S1～S4进行控制。即，控制部11对多个开关元件S1～S4的控制端子供给振荡信号，使多个开关元件S1～S4进行接通断开动作。后文中对由控制部11进行的控制(振荡控制)的详情进行叙述。

下面，利用图3对在图1或者图2所示的放电加工装置100中假设不进行振荡控制的情况下的放电动作进行说明。图3表示不进行振荡控制的情况下的信号、电压、电流波形。图3中的(a)表示开关元件的接通、断开信号，(b)表示极间电压的推移，(c)表示放电电流波形。这里，对于(a)中的开关元件，假设在恒定的极性之间进行，在图3中，示出了将电极7设为负极的情况(将开关元件S1、S4接通的情况)。此外，此时，剩余的开关元件S2、S3维持为断开状态。

如图3(b)、(c)所示，在产生放电的情况下，积蓄于电容容量4的能量作为电流而流动，在由LCR电路的时间常数决定的上升时间内施加电压。利用图1对图3中的各定时t1～t5的动作进行说明。

在定时t1，控制部11使开关元件S1、S4接通，由此使得电源2的电压通过开关元件S1以及电感元件5(或者电感元件51)而对极间101的电容容量4充电，对电极7和被加工物6之间施加电压Vc。在电容放电中，如定时t1那样以由电阻3和电感元件5、电容容量4的常数决定的时间常数对极间101施加电压Vc。此时，未产生放电，因此放电电流Ic并不流动。

此外，在图3中，并未进行振荡控制，因此，在定时t1及其以后，直至发出振荡停止的指令为止，振荡信号固定为ON电平。即，控制部11对开关元件S1、S4的控制端子持续供给ON电平的振荡信号。

定时t2示出产生放电时的极间101的电压Vc以及放电电流Ic的波形。如果产生放电，则对电容容量4充电的电荷量(能量)向电极7和被加工物6之间流动，并通过开关元件S4而能够形成与电源2连接的环路。如果对电容容量4充电的电荷停止向极间101流动、且在电极7和被加工物6之间恢复绝缘，则与定时t1同样，又施加电压Vc。

定时t3示出利用施加的电压对电容容量4完全充电之前产生放电的情况。向极间101流动的电荷量是对电容容量4充电的电荷，因此，与定时t2相比，流动的电流较小。在连续放电的情况下，大多在电压完全上升之前产生放电，因此，如在定时t3附近所示出的较小的放电电流Ic变得连续。

定时t4示出短路情况下的极间101的电压Vc以及放电电流Ic的波形。如果电极7和被加工物6之间在放电后短路，则极间101由电弧柱连接，施加有电弧电压、且流动有短路电流。短路时间从几μs达到较长的几ms，但如果电流以该方式在较长时间内流动，则电流持续向极间101流动，能量持续积蓄于电感元件5(或者电感元件51)中。并且，如果短路现象消除，则短路时积蓄于电感元件5(或者电感元件51)中的能量一下子向极间101流动，因此极间101的电压Vc大幅蹿升。

在定时t5处，示出在电压大幅蹿升时产生放电的情况下较大的电流向极间101流动的情况。

如上所述，在由LCR电路引起的电容放电中，如果不进行振荡控制，则不存在能够在放电状态下控制波动的方法，在短路情况下，无法限制短路电流、电压的过冲。因此，有可能引起如下问题，即，在加工面产生斑点，因短路而产生条纹，或者放电频率减小。

因此，在实施方式1中，在由LCR电路引起的电容放电中，通过定期地插入使开关元件维持为断开状态的休止期间，能够实现上述问题的解决。

具体而言，如图4(a)所示，控制部11在开关模式(振荡信号)下使开关元件S1、S4进行接通断开动作，其中，该开关模式具有：接通脉冲时间宽度ΔTon，其使得极间101的电压Vc在接通脉冲时间Ton内能够达到电源2的电压值；以及休止时间宽度ΔToff，其大于或等于在电容放电时流动的放电电流Ic的时间宽度ΔTic、且小于或等于自激振荡的周期ΔTso。接通脉冲时间宽度ΔTon例如作为使得极间101的电压Vc在接通脉冲时间Ton内能够达到电源2的电压值的时间宽度而预先通过实验获得。休止时间宽度ΔToff例如作为大于或等于在电容放电时流动的放电电流Ic的时间宽度ΔTic、且小于或等于自激振荡的周期ΔTso而预先通过实验获得。

在实施方式1中，如图4(a)所示，通过进行间歇地插入休止时间Toff的振荡控制，能够实现如上所述的电容放电的问题的解决。

与图3同样，对在产生放电和短路的情况下因振荡控制而产生何种变化进行说明。在将开关元件S1、S4接通、且从电源2对极间101施加电压的期间，进行与未进行图3所示的振荡控制的情况相同的动作。

并且，如果插入使开关元件S1、S4断开的休止时间Toff，则停止从电源2向极间101施加电压。

例如，如果如定时t6所示在极间101的电压Vc上升的中途插入休止时间Toff(参照图4(b))，则电压的上升与休止时间宽度ΔToff相应地滞后，但由于相对于自激放电的周期ΔTso足够短，因此对放电频率降低的影响较小。

另一方面，在如定时t7所示短路的情况下，通过插入休止时间Toff，能够缩短短路电流流动的时间(参照图4(c))。另外，在经过休止时间Toff以后，电压的上升与通常的电压上升等同，因此，能够大幅减少由电感引起的电压的过冲(参照即将到达图3所示的定时t5之前的电压Vc的波形)。

这里，控制部11进行如下控制，即，使开关元件S1、S4接通，使对极间101施加来自电源2的电压的电压施加持续时间即脉冲接通时间宽度ΔTon比极间101的电压Vc的上升时间常数大，另外，使时间达到使得不依赖于振荡控制的自激振荡产生大于或等于2次的时间。另外，控制部11将脉冲接通时间宽度ΔTon控制为，即使在极间101的电压Vc上升而立即短路的情况下，也不会对加工面造成不良影响。电压施加持续时间(脉冲接通时间宽度ΔTon)需要根据电路常数向适当范围调整(例如，最优化)，但例如能够以几μs至几百μs的数量级进行设定。

另一方面，休止时间Toff优选大于或等于放电时的放电电流持续时间(放电电流Ic的时间宽度ΔTic)。假设如果将休止时间Toff设定为比放电时的放电电流持续时间(放电电流Ic的时间宽度ΔTic)短，则即使插入休止时间Toff，放电也有可能持续，无法使放电停止。另外，需要将休止时间Toff设定为如下长度，即，在休止时间Toff的期间将电感元件5(或者电感元件51)的能量消耗的长度，以使得在短路消除时积蓄于电感元件5(或者电感元件51)的能量不向极间101流动。

另外，休止时间宽度ΔToff优选为小于自激振荡的周期ΔTso的长度。假设如果休止时间宽度ΔToff延长而大于或等于自激振荡的周期ΔTso，则放电频率减小，因此呈现加工能力下降的倾向。休止时间宽度ΔToff的设定需要与电压施加持续时间同样地根据电路常数向适当范围调整(例如最优化)，例如能够设为小于或等于几十μs。

这里，考虑2种插入休止时间Toff的方法。第1种是通过使开关元件S1、S4断开，停止从电源2向电极7和被加工物6施加电压的方法。通过使来自电源2的电压施加停止，使得施加于极间101的电压在休止时间Toff的期间降低，能够防止连续地产生放电。第2种是通过形成不包含电源2的闭环而消耗施加于极间101的电压的方法。例如，在使开关元件S1、S4接通的情况下，在休止时间Toff的期间，通过使开关元件S3、S4接通而形成不包含电源2的闭合电路，能够抑制在休止时间Toff的期间连续产生放电。可以认为，特别是第2种方法在因泄漏电流引起的电压降的较小的放电加工中是有效的。相反，如果是第1种方法，则即使将开关元件S1、S4断开，并使极间101从电源2电分离，也持续对极间101施加电压，因此，与第2种方法相比，具有能够提高放电频率的优点。

通过这种控制，在极间101的间隙距离加长且放电频率不密集的情况下，通过获得由自激振荡产生的频率，并以考虑到加工变得不稳定的情况的周期定期地插入休止时间Toff，能够抑制极间101的短路，能够消耗积蓄于电感元件5(或者电感元件51)的能量。

如上所示，在实施方式1中，在放电加工装置100中，控制部11以如下开关模式使开关元件S1、S4进行接通断开动作，即，该开关模式具有：接通脉冲时间宽度ΔTon，其能够使极间101的电压Vc在接通脉冲时间Ton内达到电源2的电压值；以及休止时间宽度ΔToff，其大于或等于电容放电时流动的放电电流Ic的时间宽度ΔTic、且小于自激振荡的周期ΔTso。即，在电容放电中，虽然优先考虑自激振荡，但是通过间歇地、即以考虑到加工变得不稳定的情况的周期(ΔTon+ΔToff)定期地设置休止时间Toff，能够防止产生较长时间的短路，并且能够抑制在短路消除时电压与电源2的电压相比蹿升(如图3中的即将达到定时t5之前所示的施加电压时的过冲)，抑制较大的电流向极间101流动。换言之，通过间歇地(定期地)进行避免电容放电的加工不稳定要素的控制，能够抑制因集中放电、短路而在加工面产生条纹，能够抑制放电频率减小、加工能力下降。由此，能够抑制放电频率的降低，并能够尽早消除极间101的不稳定状态，因此能够提高利用了电容放电的加工中的加工精度和加工效率。

例如，在通过电容放电而进行加工的线放电加工的细线(小于φ0.1)加工的所有工序中、必须减小表面粗糙度面的精加工(或者超精加工)的加工区域中，能够提高加工精度和加工效率。

另外，在实施方式1中，在放电加工装置100中，电感元件5(或者电感元件51)串联连接于开关元件S1～S4和极间101之间。由此，在电容放电中，能够产生高频放电，因此，能够提高加工效率(加工能力)。通过充分利用电容放电电路的自激振荡，能够期待通过利用开关元件的组脉冲的控制而提高加工能力。

另外，在实施方式1中，在放电加工装置100中，控制部11控制开关模式下的接通脉冲时间宽度ΔTon和休止时间宽度ΔToff中的至少一方，以使得极间101的电压不因电感元件5(或者电感元件51)所具有的能量而超过电源2的电压值。例如，控制部11以如下方式对接通脉冲时间宽度ΔTon进行控制，即，以考虑到加工变得不稳定的情况的周期(ΔTon+ΔToff)定期地插入休止时间Toff。由此，能够抑制极间101的短路，能够将积蓄于电感元件5(或者电感元件51)中的能量消耗。其结果，能够控制为使得极间101的电压不因电感元件5(或者电感元件51)所具有的能量而超过电源2的电压值。

实施方式2.

下面，利用图5、图6对实施方式2所涉及的放电加工装置100i进行说明。图5是表示放电加工装置100i的结构例的图。图6是表示放电加工装置100i的其他结构例的图。以下，以与实施方式1不同的部分为中心进行说明。

在实施方式1中，开关模式(振荡信号)下的接通脉冲时间宽度ΔTon以及休止时间宽度ΔToff例如采用预先通过实验而获得的值。与此相对，在实施方式2中，根据极间101的状态而对开关模式(振荡信号)下的接通脉冲时间宽度ΔTon以及休止时间宽度ΔToff进行动态调节。

例如，如图5所示，与图1所示的放电加工装置100相比，放电加工装置100i还具备检测部10i，并具备控制部11i以取代控制部11。或者，例如，如图6所示，与图2所示的放电加工装置100相比，放电加工装置100i还具备检测部10i，并具备控制部11i以取代控制部11。

具体而言，检测部10i对接通动作中的自激振荡中的极间101的状态进行检测。检测部10i相对于由电极7和被加工物6形成的极间101并联设置。检测部10i将检测结果向控制部11i供给。在控制部11i中，根据规定的控制规则而输出开关元件S1～S4各自的接通、断开信号，控制施加于电极7和被加工物6的极间101的电压。即，控制部11i根据利用检测部10i获得的检测结果而判断极间101的状态，并根据该判断结果而控制开关模式(振荡信号)下的接通脉冲时间宽度ΔTon以及休止时间宽度ΔToff中的至少一方。

检测部10i的位置可以如图5、图6所示设置于电极7和被加工物6之间，也可以设置于电路的输出侧、即开关元件S1～S4和电感元件5(或者电感元件51)之间。只要与极间101并联，就具有能够直接观测极间101的放电状态的优点，另外，只要存在电路的输出目标，就能够使电路结构实现一体化，并且，能够缩短从极间101至控制部11i的配线(例如，使其消失)，因此，能够削减不必要的寄生电容。

在检测部10i中，例如，可以对如极间101的电压、电流这样表示加工状态的参数进行检测，并将其数据输出至控制部11i。在控制部11i中，可以利用输入的数据、和利用微分、积分、计数器等工具处理后的数据，对极间101的状态进行判断，还可以决定与极间101的状态相对应的开关元件S1～S4的控制(开关模式)。

对利用检测部10i和控制部11i处理的极间101的状态进行说明。

对放电加工的原理进行简单汇总，对电极7和被加工物6之间施加电压，如果电场强度升高则引起绝缘破坏，利用积蓄于电容容量4的电荷进行放电加工。如果放电结束，电极7和被加工物6之间又恢复绝缘，利用从电源2施加的电压对电容容量4充电电荷，在电极7和被加工物6之间又形成电场。

作为表示这种放电现象的参数，存在极间101的电压和电流的数据。根据电压波形，能够判断在进行检测的定时是否产生放电，根据在放电的瞬间施加的电压值，能够推测放电时流动的电流(能量)。另外，通过使恒定时间的电压平均化，还能够发现所投入的能量，通过求出电压的时间微分，还能够推测放电的波动。电流波形是放电现象的结果的表现，首先能够判断是否产生放电，根据电流波形求出电荷量，由此能够推测所投入的能量。另外，通过对在恒定时间内产生的放电电流脉冲进行计数，还能够计算出产生放电的频率，并能够求出波动。

例如，控制部11i具有计算部11i1以及决定部11i2。计算部11i1根据由检测部10i检测出的极间101的状态(例如，极间101的电压、电流、放电脉冲数)，对放电时的能量进行计算。计算部11i1将计算出的放电时的能量向决定部11i2供给。决定部11i2根据计算出的放电时的能量，决定开关模式下的接通脉冲时间宽度ΔTon和休止时间宽度ΔToff。例如，决定部11i2以使得对极间101投入的能量达到目标值E0的方式，决定开关模式下的接通脉冲时间宽度ΔTon和休止时间宽度ΔToff。

即使上述电压、电流的数据的处理装置设置于电路上而进行模拟处理，也可以在进行A/D变换以后进行数字式处理。只要根据加工用途所需的响应性和元件的能力而适当选择即可。

图7是表示用于说明实施方式2中的放电控制动作的开关信号波形以及极间电压波形的一个例子的图。图7中的(a)至(c)是与图3和图4中的(a)至(c)相对应的内容。另外，图7的(d)表示对恒定时间内的能量进行积分后的情况。图7的(d)所示的能量是利用控制部11i(例如计算部11i1)根据由检测部10i检测出的参数而计算出的值。

在实施方式2中，提出如下控制方法，即，检测出极间101的状态，为了使加工能量的波动消失，决定使开关元件S1、S4断开(插入休止时间Toff)的定时(即，接通脉冲时间ΔTon)和断开时间(即，休止时间宽度ΔToff)。即，是如下控制方法：每当处于放电状态时，例如通过调整直至插入恒定的休止时间为止的开关元件的接通时间(脉冲接通时间Ton)和断开时间(休止时间Toff)，将向极间101的投入能量保持恒定，进行稳定的加工。

在图7中，纵向虚线表示检测的定时(周期Tcon)，根据检测时获取的数据而计算出在恒定时间内投入的能量。投入的能量能够通过对诸如平均电压值、放电脉冲的计数值、电荷量的积分值等上述放电状态的检测参数进行处理而计算求出。在每个检测定时获取数据，在投入的能量的计算值达到规定的目标值E0的情况下，在下一个定时设定并插入休止时间Toff1、Toff2。

利用图7对电压施加持续时间(接通脉冲时间Ton)和休止时间Toff的控制进行说明。最初将开关元件(S1和S4、或者S2和S3)接通，对电极7和被加工物6的极间101施加电压。然后，产生由LCR电路常数决定的自由放电(自激振荡)，在对极间101施加电压以后，计算出在每个检测定时投入的能量。在投入的能量的计算值比预先设定的目标值E0大的定时t11，将休止时间Toff1插入。在经过休止时间Toff1以后，再次对极间101施加电压，在投入的能量比规定的目标值E0大的定时t12，又将休止时间Toff2插入。

在实施方式2中，例如，通过计算出在恒定的时间Tcon的期间投入的能量并使之恒定(例如，目标值E0附近的值)，能够抑制集中放电的产生、放电的波动。在将休止时间Toff1在定时t11插入的情况下，将较长的电压施加持续时间(接通脉冲时间宽度ΔTon1)以后插入的休止时间宽度ΔToff1设定为较短，在将休止在定时t12插入的情况下，将在较短的电压施加持续时间(接通脉冲时间宽度ΔTon2＜ΔTon1)以后插入的休止时间宽度ΔToff2设定为较长(ΔToff2＞ΔToff1)。在图7中示出的放电状态下，直至在Tcon内投入的能量达到规定的E0为止，电压施加持续时间Ton1比Ton2长，因此，将休止时间Toff1设定为比Toff2短。

在这种控制中，假设在恒定时间Tcon的期间内未达到规定的能量等级E0的情况下，对在Tcon的时刻计算出的能量进行重置，计算出下一次的Tcon的期间内的能量。因此，在加工倾向于开放式、且放电频率较低的情况下，不设置休止时间Toff，使开关元件始终接通，由此能够提高加工效率。

实施方式2中的电压施加持续时间(接通脉冲时间Ton1、Ton2)和休止时间Toff1、Toff2的考虑方法基本与实施方式1相同。例如，将电压施加持续时间(接通脉冲时间Ton1、Ton2)设定为比电压的上升时间常数长，另外，具有产生大于或等于2次不依赖于振荡控制的自激振荡的时间，并且即使在电压上升而立即短路的情况下，也不会对加工面造成不良影响。另一方面，休止时间Toff1、Toff2设定为如下时间，即，比放电电流Ic的时间宽度ΔTic长且比短路解除时消耗积蓄于电感的能量的时间长的时间，且设定为小于自激振荡的周期ΔTso以不使放电频率减小。在实施方式2中，以上述方式考虑电压施加持续时间和休止时间，并对用于计算能量的时间Tcon进行设定，由此能够实现投入能量的均匀化，在此基础上，还能够应对产生短路时的情况。

利用实施方式2的控制，对电容放电中投入的能量进行调整，由此能够防止在加工面产生斑点、因短路而产生条纹。

如上所示，在实施方式2中，在放电加工装置100i中，检测部10i对接通动作中的自激振荡中的极间101的状态进行检测。控制部11i基于由检测部10i检测出的极间101的状态，对开关模式下的接通脉冲时间宽度ΔTon1、ΔTon2进行控制。由此，根据上一次接通动作时的放电状态，例如，能够与对极间101投入的能量达到目标值E0相应地，将接通脉冲时间宽度ΔTon1、ΔTon2缩短或者加长。由此，能够将在每个控制周期Tcon中对极间101投入的能量维持为恒定，能够降低加工过程中产生的放电的波动、斑点，因此，能够进一步提高加工精度和加工效率。

另外，在实施方式2中，在控制部11i中，计算部11i1根据由检测部10i检测出的极间101的状态而计算出放电时的能量，决定部11i2根据由计算部11i1计算出的放电时的能量，例如与使得对极间101投入的能量达到目标值E0相应地，决定开关模式下的接通脉冲时间宽度ΔTon1、ΔTon2和休止时间宽度ΔToff1、ΔToff2。由此，例如，将在每个控制周期Tcon中对极间101投入的能量维持在目标值E0附近。

实施方式3.

下面，利用图8及图9对实施方式3所涉及的放电加工装置100j进行说明。图8是表示放电加工装置100j的结构例的图。图9是表示放电加工装置100j的其他结构例的图。以下，以与实施方式2不同的部分为中心进行说明。

在实施方式2中，根据由检测部10i检测出的极间101的状态，对开关模式下的接通脉冲时间宽度和休止时间宽度进行调整，以使得向极间101的投入能量大致恒定。与此相对，在实施方式3中，根据由检测部10i检测出的极间101的状态，对开关模式下的接通脉冲时间宽度和休止时间宽度进行调整，以消除极间101的短路。

具体而言，图8、图9所示的放电加工装置100j具备控制部11j以取代控制部11i(图5、图6)。控制部11j具有判别部11j1、计算部11j2以及计数部11j3。

图10是表示用于说明实施方式3中的放电控制动作的开关信号波形以及极间电压波形的一个例子的图。图10中的(a)表示开关元件的接通、断开信号，(b)表示极间电压的推移，(c)表示放电电流波形，(d)表示极间电压随时间的变化、即电压的时间微分值。这里，假设图10的(a)的振荡信号(开关模式)将多个开关元件S1～S4维持为恒定的极性，在将电极7设为正极的情况下将开关元件S1和S4接通，在将电极7设为负极的情况下将开关元件S2和S3接通。

在实施方式3中，提出电容放电加工中的短路检测以及振荡控制的方法。如上所述，如果在电容放电加工中电极7和被加工物6短路，则加工能力下降，并且，表面粗糙度也变差。但是，在电容放电加工中，并非必须以恒定的电压产生放电，根据放电间距离，即将放电之前的电压的波动较大，放电电流的峰值的波动也较大。因此，难以针对电压、电流的检测结果而设定阈值，根据极间101的电压、电流低于阈值的情况而一律判别为短路。

因此，在实施方式3中，为了更准确地检测出短路，判别部11j1针对极间101的电压具有用于判别短路的阈值Vtk，并且，计算部11j2计算出极间101的电压的时间微分值|ΔVc|。另外，将对2个参数进行计数的计数部11j3设置于控制部11j内。电压的时间微分值|ΔVc|可以通过A/D变换前的模拟式处理求出，也可以通过A/D变换后的数字式处理求出。为了将电压Vc和电压的微分值|ΔVc|与阈值进行比较，进行计数的计数部11j3可以利用模拟地使用滤波器的处理进行计数，也可以进行数字式的计算。

图11是表示实施方式3中的判别短路、并将休止时间插入的控制的流程的流程图。在图11中，Vc是由检测部10i检测出的极间101的电压值。Vtk是在判别部11j1中设定为短路检测电位的电压的阈值。|ΔVc|是电压Vc的时间微分值。C是计数部11j3的计数值。K表示在判别部11j1中能够判定为短路的计数C的最大值。

利用图10和图11对判断为短路的步骤进行说明。在图10中，电源接通，直至定时t21为止，电压Vc比短路检测电位Vtk高(步骤S1中为No)，因此，不判定为短路，将计数值C设定为0(步骤S7)。

在图10中的定时t22，电压Vc比短路检测电位Vtk低(步骤S1中为Yes)，因此，进入步骤S2，但是由于产生放电，电压微分值|ΔVc|与1相比不充分小(步骤S2中为No)，因此，不判别为短路，将计数值C设定为0(步骤S8)。

在图10中的定时t23，产生短暂的短路。在该情况下，电压Vc比短路检测电位Vtk低(步骤S1中为Yes)，因此，进入步骤S2，在短路的时刻，电压微分值|ΔVc|与1相比充分小(步骤S2中为Yes)，因此，进入步骤S3，对计数值C进行累加(增加)，将计数值C和最大值K进行比较(步骤S4)。但是，在图10中的定时t23，短路自然地消除并立即恢复为绝缘，因此，短路在计数值C达到最大值K之前(步骤S4中为No)消除(步骤S1、S2中为No)，因此，将计数值C重置为0(步骤S7、S8)。

在图10中的定时t24，示出实际上长期地短路、且短路难以自然地消除的情况。在图10中的定时t24，计数值C在各检测定时超过最大值K(步骤S4中为Yes)，因此，将休止时间Toff插入(步骤S5)。此时的情况如图10的定时t25所示。这里，将休止时间插入的方法，在与实施方式1、2同样地使开关元件断开且使极间101从电源2电分离的方法、和形成不包含电源2的闭合电路的方法这2种方法中，与加工液、加工用途匹配而选择适合的方法。并且，将计数值C重置为0(步骤S6)。

在实施方式3中，对于休止时间Toff的考虑方法基本与实施方式1相同。例如，休止时间宽度ΔToff设定为比放电电流的时间宽度ΔTic长、且比短路消除时消耗积蓄于电感的能量的时间长的时间，并设定为小于自激振荡的周期ΔTso，以不使放电频率减小。这样，通过插入所需最低限度的休止时间而将短路消除。

通过这种控制，在电容放电中检测出短路并将休止时间插入，由此能够防止在加工面产生由短路引起的条纹、因短路而导致加工效率降低。

如上所示，在实施方式3中，在放电加工装置100j中，在基于由检测部10i检测出的极间101的状态而判断为产生极间101的短路的情况下，控制部11j在开关模式中插入休止时间Toff，由此控制开关模式下的接通脉冲时间宽度ΔTon。由此，在直至加工变得不稳定为止的期间的长度发生变动的情况下，直至加工变得不稳定为止，能够进行自激振荡，因此，能够进一步提高放电频率，能够进一步提高加工效率。另外，在加工变得不稳定的情况下将休止时间Toff插入，因此，能够抑制因集中放电、短路而在加工面产生条纹。

工业实用性

如上所述，本发明所涉及的放电加工装置在放电加工中有效。

标号的说明

2电源、3电阻、4电容容量、5电感元件、51电感元件、6被加工物、7电极、10i检测部、11、11i、11j控制部、100、100i、100j放电加工装置、101极间、102、103电源部、S1～S4开关元件。

Claims (7)

1.一种放电加工装置，其进行放电加工，该放电加工装置的特征在于，具备：

电源；

极间，其由电极和被加工物形成；

限流电阻，其连接于所述电源和所述极间之间；

开关元件，其将从所述电源向所述极间的电压的施加接通/断开；

电感元件，其串联连接于所述开关元件和所述极间之间；以及

控制部，其控制所述开关元件，

所述放电加工装置使利用了所述极间所具备的电容容量的电容放电进行自激振荡而进行加工，

所述控制部在开关模式下使所述开关元件进行接通断开动作，其中，所述开关模式具有：接通脉冲时间宽度，其使得所述极间的电压在接通脉冲时间内能够达到所述电源的电压值；以及休止时间宽度，其大于或等于在所述电容放电时流动的放电电流的时间宽度、且小于自激振荡的周期。

2.根据权利要求1所述的放电加工装置，其特征在于，

所述控制部对所述开关模式下的所述接通脉冲时间宽度和所述休止时间宽度中的至少一方进行控制，以使得所述极间的电压不因所述电感元件所具有的能量而超过所述电源的电压。

3.根据权利要求1所述的放电加工装置，其特征在于，

还具备检测部，该检测部对接通动作中的自激振荡中的极间状态进行检测，

所述控制部基于由所述检测部检测出的极间状态，对所述开关模式下的所述接通脉冲时间宽度进行控制。

4.根据权利要求1所述的放电加工装置，其特征在于，

还具备检测部，该检测部对接通动作中的自激振荡中的极间状态进行检测，

所述控制部基于由所述检测部检测出的极间状态，对所述开关模式下的所述休止时间宽度进行控制。

5.根据权利要求3所述的放电加工装置，其特征在于，

所述控制部具有：

计算部，其根据由所述检测部检测出的极间状态，对放电时的能量进行计算；以及

决定部，其根据由所述计算部计算出的放电时的能量，决定所述开关模式下的所述接通脉冲时间宽度和所述休止时间宽度。

6.根据权利要求4所述的放电加工装置，其特征在于，

所述控制部具有：

计算部，其根据由所述检测部检测出的极间状态，对放电时的能量进行计算；以及

决定部，其根据由所述计算部计算出的放电时的能量，决定所述开关模式下的所述接通脉冲时间宽度和所述休止时间宽度。

7.根据权利要求3所述的放电加工装置，其特征在于，

所述控制部在基于由所述检测部检测出的极间状态而判断为产生所述极间的短路的情况下，通过在所述开关模式中插入休止时间而控制所述接通脉冲时间宽度。