CN1272132C - 金属线放电加工机的加工电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种金属线放电加工机的加工电源装置。该装置在金属线电极(E)与工件(W)之间的极间中施加感应放电用脉冲电压，由这种脉冲电压破坏所述极间的绝缘，在感应放电之后，在所述极间中施加加工用脉冲电压进行工件(W)的加工，包括在判别所述极间的放电状态的放电状态判别装置(1a)；由放电状态判别装置(1a)，所述极间的放电状态判别为异常(Y1)或者开放(Y3)的场合，将所述感应放电用脉冲电压的极性倒置为上次的感应放电用脉冲电压，在所述极间的放电状态判别为正常(Y2)的场合，将所述感应放电用脉冲电压的极性规定为与上次的感应放电用脉冲电压相同的施加电压选择装置(1b)，这样能够提高加工效率。

Description

金属线放电加工机的加工电源装置
技术领域
本发明涉及用于采用金属线电极与工件之间的放电而进行工件加工的金属线放电加工机中的加工电源装置的改进。
背景技术
金属线放电加工是使绝缘性的加工液介于金属线电极与工件的极间，一边使所述金属线电极和工件相对移动，一边由加工电源装置在所述极间供给加工功率，由放电功率来加工所述工件。
作为在这种金属线放电加工中使用的以往金属线放电加工机的加工电源装置，有例如日本特开平8-1438号公报、日本国特开平8-300222号公报、日本国特开平9-183019号公报和日本国特开平7-290317号公报中所揭示的加工电源装置。这些加工电源装置是在所述极间施加两极性的感应放电电压并在产生放电后重叠加工用的主放电电流进行放电加工，仅着眼于防止工件的电接触，为了改进所述感应放电电压的极性偏移而进行极性转换。
在这种以往的金属线放电加工机的加工电源装置中，因以改进极性的偏移为目的实施两极性电压的极性转换，在集中放电等所述极间放电状态发生异常的场合，需要加工进给的减速、停止或者后退、或是增大施加电压脉冲的暂停时间等，存在着加工效率低下的问题。此外，由于在所述极间的放电状态正常时没有继续放电的装置，所以存在着不能进行高效加工的问题。
此外，在日本国特公平3-19012号公报中揭示一种加工电源装置，在检测所述极间的放电状态异常的场合，以工件作为负极，以金属线电极作为正极而进行相反极性放电加工，所述极间的放电状态恢复到正常的场合，以工件为正极，以金属线电极为负极而进行正极性放电加工。在异常放电时经常规定为相反极性放电加工，利用加工液的电解作用，可提高加工速度。
在这种以往的金属线放电加工机的加工电源装置中，在检测所述极间放电状态异常的场合，构成相反极性放电加工，这样放电状态异常时是金属线电极与工件之间发生短路的场合，或者是集中放电状态的场合。在发生短路的场合，因为即使在金属线电极与工件之间的极间施加电压也不会产生电位差，所以也不会产生加工液的电解作用。此外，在集中放电状态的场合，因为即使在极间施加电压，电位差也较小，所以加工液的电解作用也很小。因此，存在着即使利用加工液的电解作用也不能充分谋求提高加工速度的问题。此外，来自所述放电状态的异常的提前回复较困难，需要加工进给的减速、停止或者后退、或者是增大施加电压脉冲的暂停时间等，存在着加工效率低下的问题。
发明内容
本发明是用于解决上述问题，其目的在于提供能提高加工效率的金属线放电加工机的加工电源装置。
本发明有关的金属线放电加工机的加工电源装置，在金属线电极与工件之间的极间施加感应放电用脉冲电压，由这种脉冲电压破坏了所述极间的绝缘，在感应放电之后，在所述极间施加加工用脉冲电压，进行所述工件加工，包括判别所述极间的放电状态的放电状态判别装置，由所述放电状态判别装置在所述极间的放电状态判别为异常或者开放的场合，将所述感应放电用脉冲电压的极性倒置为上次的感应放电用脉冲电压，由所述放电状态判别装置在所述极间的放电状态被差别为正常的场合，将所述感应放电用脉冲电压的极性规定为与上次的感应放电用脉冲电压相同的施加电压选择装置。
此外，本发明有关的金属线放电加工机的加工电源装置，包括由所述放电状态判别装置在所述极间的放电状态判别为正常或异常的场合，在所述极间施加所述加工用脉冲电压，停止施加所述感应放电用脉冲电压的加工电源控制装置。
此外，本发明有关的金属线放电加工机的加工电源装置，包括由所述放电状态判别装置在所述极间的放电状态判别为正常的场合，将所述加工用脉冲电压供给到所述极间、停止施加所述感应放电用脉冲电压的加工电源控制装置。
此外，本发明有关的金属线放电加工机的加工电源装置，包括检测所述极间平均电压的平均电压检测装置，由这种平均电压检测装置控制施加所述感应放电用脉冲电压的最大时间以达到抑制所检测的极间平均电压的偏移的加工电源控制装置。
本发明有关的金属线放电加工机的加工电源装置因如上所述的构成，达到能提高加工效率和提高加工速度的效果。此外，实现能防止工件的接触电的作用。
附图说明
图1表示本发明实施形态1的金属线放电加工机的加工电源装置的构成图。
图2表示本发明实施形态1的金属线放电加工机的加工电源装置的加工电源控制电路1的构成图。
图3表示本发明实施形态1的金属线放电加工机的加工电源装置的极间电压波形实例图。
图4是图2的放电状态判别电路1a的构成图。
图5表示放电加工周期的说明图。
图6表示本发明实施形态1的金属线放电加工机的加工电源装置的极间电压和极间电流实例的说明图。
图7表示本发明实施形态1的金属线放电加工机的加工电源装置与以往的金属线放电加工机的加工电源装置相比较的实验结果实例图。
图8表示本发明实施形态1的金属线放电加工机的加工电源装置与以往的金属线放电加工机的加工电源装置相比较的实验结果实例图。
图9表示本发明实施形态2的金属线放电加工机的加工电源装置的加工电源控制电路1的构成图。
具体实施方式
实施形态1
图1表示本发明实施形态1的金属线放电加工机的加工电源装置的构成图，在图中，1是加工电源控制电路、2是加工电源电路、2a是主放电电路、2b是感应放电电路、Tr1、Tr1′是由来自加工电源控制电路1所输出的驱动信号OUT1进行接通、断开动作的开关元件、Tr2、Tr2′是由来自加工电源控制电路1所输出的驱动信号OUT2进行接通·断开动作的开关元件、Tr3是由来自加工电源控制电路1所输出的驱动信号OUT3进行接通·断开动作的开关元件、Tr4是由来自加工电源控制电路1所输出的驱动信号OUT4进行接通·断开动作的开关元件、V1和V2是直流电源、R0和R1乃至R6是电阻器、D1乃至D12是二极管、S1和S2是检测输入端子、E是金属线电极、W是工件。
感应放电电路2b是用于在极间感应放电的电路、主放电电路2a是用于放电加工的供给主放电电流的电路。由感应放电电路2b施加感应放电电压后被检测感应放电之后，停止由感应放电电路2b施加的感应放电电压，由主放电电路2a在极间流过主放电电流进行工件的割除加工。主放电电路2a和感应放电电路2b的驱动是根据来自加工电源控制电路1的信号而进行的。
在图1的构成中，主放电电源的极性为正极性，不限于此，由加工也可以作为相反极性。
图2是本发明实施形态1有关的金属线放电加工机的加工电源装置的加工电源控制电路1的构成图，与图1相同符号表示同一或者相当部分。在图2中，1a是放电状态判别电路、1b是施加电压选择电路。加工电源控制电路1是由检测输入端子S1和S2输入工件W与金属电极E之间的极间电压进行放电检测。放电状态判别电路1a根据放电检测信号将驱动信号OUT3和OUT4输出到主放电电路2a，施加电压选择电路1b将OUT1或者OUT2的其中一个驱动信号输出到感应放电电路2b。
图3表示本发明实施形态1有关的金属线放电加工机的加工电源装置的极间电压波形实例图，与图1和图2相同符号表示同一或者相当部分。在图3中，VEW是极间电压、Vr是基准电压、T1是在正常放电时开始施加电压之后极间电压VEW比基准电压Vr还要高的所定上升时间、PK是脉冲信号、t是时间。
图4是图2放电状态判别电路1a的构成图，与图1乃至图3相同符号表示同一或者相当部分。在图4中，3是计数器、4是作为输入来自检测输入端子S1和S2信号的放大器、5是将放大器4的输出与基准电压Vr进行比较的比较器、6是D触发器、7是逻辑运算电路、OSC是振荡器、CLK是基准时钟脉冲、EN是脉冲结束信号。脉冲结束信号EN是在脉冲结束时刻(即经过施加感应放电电压最大时间的时刻)被输出。
以下说明有关动作情况。在图1中，开关元件Tr1和Tr1′、或者Tr2和Tr2′由加工电源控制电路1的驱动信号OUT1或者OUT2进行接通之后，直流电源V2的电压经过电阻器R0出现在金属线电极E与工件W之间的极间。例如，输出如图3中所示的极间电压波形。此时，在图4的放电状态判别电路1a中，放大器4由检测输入端子S1和S2检测极间电压VEW，比较器5将其结果与基准电压Vr相比较输出脉冲信号PK，所以这种脉冲信号PK构成图3中所示的信号波形。
在图4中，计数器3例如以10MHz的时钟脉冲频率进行计数工作的，振荡器OSC向图1的开关元件Tr1和Tr1′、或者Tr2和Tr2′输出接通信号之后在经过所定时间T1后再输出触发脉冲信号。D触发器6将在所定时间T1时刻的比较器5的输出的脉冲信号PK的状态用作为信号Q1而输出。在逻辑运算电路7中，判别在所定时间T1的时刻极间电压VEW是否上升到基准电压Vr为止，判别金属线电极E与工件W之间极间的放电状态。
例如，在所定时间T1的时刻极间电压VEW没有上升到基准电压Vr的场合，将所述极间的放电状态判断为异常(Y1)。在所定时间T1的时刻极间电压VEW上升到基准电压Vr为止，其后下降至基准电压Vr以下为止的场合，作为花费时间稳定放电，将所述极间的放电状态判断为正常的(Y2)。
检测异常放电(Y1)或者正常放电之后，将驱动信号OUT3和OUT4作为高电平，使主放电电路2a的开关元件Tr3和Tr4为接通，同时将驱动信号OUT1和OUT2作为低电平，使开关元件Tr1、Tr1′、Tr2和Tr2′进行断开。此外，加工电源控制电路1在不发生放电的场合，仅仅施加感应放电电压最大时间使开关元件Tr1和Tr1′或者Tr2和Tr2′被接通，经过施加感应放电电压最大时间后输出脉冲结束信号EN，在这种情况，判断所述极间为开放的(Y3)。
在上述检测异常放电时(Y1)或者检测正常放电时(Y2)，将驱动信号OUT3和OUT4作为高电平来说明使主放电电路2a的开关元件Tr3和Tr4进行接通的场合，由加工仅在检测正常放电时将驱动信号OUT3和OUT4作为高电平也能使开关元件Tr3和Tr4进行接通。即使这种情况，也使驱动信号OUT1和OUT2一起为低电平。
这样在放电状态判别电路1a中，能判别所述极间的异常放电(Y1)、正常放电(Y2)和开放(Y3)，根据这种判别结果用施加电压选择电路1b选择下述的施加电压的极性。在所述极间的状态判别为异常放电(Y1)或者开放(Y3)的场合，将感应放电电压的极性倒置为上次的感应放电电压来施加感应放电电压，在所述极间的状态被差别为正常放电(Y2)的场合，施加与上次感应放电电压相同极性的感应放电电压。
放电加工的周期是由极间的绝缘破坏→发生电放→放电部分的熔融·除去·冷却→极间的绝缘恢复的这样重复进行加工的。图5表示放电加工周期的说明图，图5(a)表示异常放电的场合，图5(b)表示正常放电的场合，。
此外，图6表示在本发明实施形态1有关的金属线放电加工机的加工电源装置中极间电压和极间电流实例说明图，与图1乃至图4相同符号表示同一或者相当部分。在图6中，IEW是极间电流，Tmax是施加感应放电电压最大时间。
图5(a)的异常放电情况，如状态①所示，极间的电场强度在不均匀的状态下施加感应放电电压之后，如状态②所示，在电场强度为最低的位置处感应放电，如状态③所示，在暂停时间内慢慢地力求极间的绝缘恢复。但是，在被插入的暂停时间较短情况等如状态③所示没有完全绝缘恢复，电场强度照样是不均匀的，在同一位置处与下一个施加感应放电电压同时发生放电，重复状态②和③。在产生这样重复的场合，电场强度变为更加不均匀，陷入与短路状态相同的状态，构成不利于加工的放电状态，同时也容易发生金属线电极E的断线。可是，在这样情况，如状态④所示，施加与上次异常放电时相反极性的感应放电电压之后(图6的极间电压VEW的A)因为一旦极间的电离状态被复原，能提前解除极间电场强度不均匀状况，抑制集中放功率提前返回到正常放电，能提高加工效率，同时也可以抑制金属线电极的断线。
对此，在以往技术的日本国特公平3-119012号公报中所揭示的方法中，在异常放电时经常成为相反极性放电加工，力求提前恢复绝缘是不可能，由于由异常放电的连续性减少正常放电，因此不可能进行有效的割除加工，与本发明相比，加工效率低下。
图7和图8表示将本发明实施形态1有关的金属线放电加工机的加工电源装置与以往技术的日本国特公平3-119012号公报中所揭示的金属线放电加工机的加工电源装置相比较的实验结果实例，图7表示由极间伺服机构的基准电压的放电频率变化，图8表示由极间伺服机构的基准电压的加工速度变化。
在图7和图8中，极间伺服机构的基准电压较高的场合，因为极间接近于开放状态，正常放电较多，异常放电较少，可以知道本发明与以往技术的放电频率之差都较小了。可是，在极间伺服机构的基准电压较低的场合，因为极间间隙变窄，所以极间的放电状态易陷入异常，可以知道本发明与以往技术的放电频率之差和加工速度之差都变大，本发明因异常放电较少、加工效率较高，所以提高加工速度。
在图5(b)的正常放电情况，因为如状态1所示电场强度是均匀的，如状态②所示，极间间隙在最接近的位置处产生放电。这种情况与异常放电(短路或者集中放电)时不同，在放电点处因为放功率量被充分投入，所以充分地割除工件W(状态②)，工件W与金属线电极E之间的最近接点向其他位置移动(状态④)。还在这样情况里，在暂停时间内力求极间的恢复绝缘(状态③)，由于最近接点构成不同的点，不会倒置感应放电电压的极性，如异常放电时那样，因在同一点处产生下一个放电的概率下降了，所以不需要倒置感应放电电压的极性。倒置感应放电电压的极性之后，因为由于这种倒置的电压而使极间状态再次被复原，由感应放电电压直至产生放电的时间变得过分长了。放电周期变长，加工效率就下降了。因此，要做到不要转换电压脉冲的输出极性(图6的极间电压VEW的B、C、D)。为了能将感应放电状态维持在最佳状态，能进行工件有效的割除加工。
发生着放电的场合，如前所述，根据极间放电状态的判别结果为了选择极性而达到加工高效化，施加感应放电电压之后，直至放电开始为止的时间由于极间放电状态而不同，以各个放电比较之后，在感应放电电压的施加时间上会产生差异。但是，感应放电电压其绝对值是相等的，施加时间的偏差，若进行平均的话，大致可以忽略不计的，平均过的极间电压能大体看作为OV，所以不会发生因施加感应放电电压而发生的触电问题。
没有检测感应放电的场合，即在判别为极间开放状态的场合，(图6的极间电压VEW的E、F)，接连不断施加同一极性的感应放电电压之后，由于加工液的电解作用，工件会接触电吧。但是，由于倒置感应放电电压的施加极性，即使是在非放电时也有防止工件接触电的作用。
实施形态2
图9是本发明实施形态2有关的金属线放电加工机的加工电源装置的加工电源控制电路1的构成图，并与实施形态1的图2相同符号表示同一或者相当部分。在图9中，1C是极间平均电压检测电路。
在加工电源控制电路1中装备极间平均电压检测电路1C，根据来自极间平均电压检测装置1C的输出信号控制另一方极性的施加感应放电电压最大时间。例如，极间平均电压检测装置1C的极间平均电压在偏于正侧的场合，输出高电平，在其偏于负侧的场合，则输出低电平。在极间平均电压检测装置1C的输出为高电平的场合，或者减小正侧的施加感应放电电压最大时间或者增大负侧的施加感应放电电压最大时间，在极间平均电压检测装置1C的输出为低电平的场合，或者加大正侧的施加感应放电电压最大时间或者减小负侧的施加感应放电电压最大时间。
由于这样的施加感应放电电压最大时间的控制，采用工件W和金属线电极E的组合，即使在感应放电电压的哪个极性容易发生放电的场合，也能控制极间平均电压偏向于哪个极性，因此能控制触电。
或者控制哪个极性的施加感应放电电压最大时间，即使任意决定也可以，开放状态的检测次数检测较多一方的极性，这种检测次数自动地识别较多的极性侧，要做到控制这种极性侧的施加感应放电电压最大时间就很好了。
工业上的实用性
如上所述，本发明有关的金属线放电加工机的加工电源装置，特别适用于生产率较高的金属线放电加工。

Claims (3)

1.一种金属线放电加工机的加工电源装置，在金属线电极与工件之间的极间施加感应放电用脉冲电压，由这种脉冲电压破坏所述极间的绝缘、感应放电后在所述极间施加加工用脉冲电压、进行所述工件的加工，其特征在于，包括
放电状态判别装置，判别所述极间放电状态，以及
施加电压选择装置，由所述放电状态判别装置在所述极间的放电状态判别为异常或者开放的场合，将所述感应放电用脉冲电压的极性倒置为上次的感应放电用脉冲电压，由所述放电状态判别装置在所述极间的放电状态判别为正常的场合，将所述感应放电用脉冲电压的极性规定为与上次的感应放电用脉冲电压相同。
2.如权利要求1所述金属线放电加工机的加工电源装置，其特征在于，还包括
加工电源控制装置，由所述放电状态判别装置在所述极间的放电状态判别为正常或者异常的场合，将所述加工用脉冲电压施加到所述极间，停止施加所述感应放电用脉冲电压。
3.如权利要求1或2所述金属线放电加工机的加工电源装置，其特征在于，还包括
平均电压检测装置，检测所述极间的平均电压，
加工电源控制装置控制施加所述感应放电用脉冲电压最大时间、以便抑制由这种平均电压检测装置检测的极间平均电压的偏移。
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