CN1434756A - 线放电加工用电源装置及线放电加工方法 - Google Patents

线放电加工用电源装置及线放电加工方法 Download PDF

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Abstract

一种线放电加工用电源装置，利用交流高频电源向线电极(1a)和被加工件(2)的极间施加交流高频电压，包括交流高频电压振荡放大电路(4)和向前述极间施加及停止交流高频电压的交流高频电压间歇供给装置、即脉冲电源(5)，在用这种线放电加工用电源装置的线放电加工中，能抑制线电极(1a)和被加工件(2)之间因静电力引起了线电极(1a)的振动，在提高被加工件(2)加工面的直线精度的同时，还能提高面光洁度。

Description

线放电加工用电源装置及线放电加工方法
技术领域
本发明涉及线放电加工用电源装置及线放电加工方法的改进，这种放电加工用电源装置向用于使线电极和被加工件的极间放电、对被加工件进行加工的线放电加工的前述极间供给加工功率。
背景技术
众所周知，作为以往向电极和被加工件的极间供给加工功率的放电加工用电源装置，在前述极间加上交流高频电压，通过以相当高的频度在很短的时间内反复放电，从而在前述被加工件上得到精细的加工面。
例如：日本国特开昭61-260915号公报所揭示：通过在极间加上1MHZ至5MHZ的交流高频电压从而能得到1μm Rmax以下的加工面。又在日本国特开平7-9258公报中揭示：通过在极间加上7MHZ至30MHZ的交流高频电压，从而能得到0.5μm Rmax以下的加工面。
图10为表示利用以往的交流高频电源的放电加工用电源装置示例的方框图。图中，1为电极、2为被加工件、3为直流电源、4为高频振荡放大电路。按照外部命令，从直流电源3向高频振荡放大电路4输入一定的电压或电功率，产生交流高频电压，通过加在电极1和被加工件2的极间上的交流高频电压Vg，由放电加工能量对被加工件进行放电加工。
图11为表示在利用以往的交流高频电源的放电加工电源装置上，前述极间加上交流高频电压场合无负载时，极间电压波形一示例的示意图。通过以例如1MHZ以上的频率，向前述极间继续不断地供给交流高频电压，能获得面光洁度非常光滑的加工面。
利用上述交流高频电源的放电加工用电源装置虽然有被加工件加工面的光洁度非常光滑的效果，但，在使用于线放电加工的场合时，为了应对近年来市场的更高的要求，可知还存在若干问题。使用交流高频电源的线放电加工用电源装置所存在的问题现示于下：
(1)直线精度降低
在利用交流高频电源的放电加工用电源装置中，因为保持极间加上电压的状态，所以，线电极和被加工件作用着静电力，被加工件的中央部分加工得过大，即呈所谓的“鼓状”，存在直线精度低的问题
(2)加工面上产生线条
利用交流高频电源的线放电加工是对面光洁度极为细小的区域进行加工，所以线电极微小的振动都会对加工面的性状带来显著的影响。因此，由于线电极和被加工之间的静电力产生的引力和因放电产生的回弹力是不一定的，所以，存在着产生的线电极的振动致使被加工件加工面上形成线条的问题。另外，这种加工面的线条肉眼都能辨认出来。
用交流高频电源的线放电加工装置加工成的被加工件的加工面纵向(加工时，和线电极平行的方向)的面光洁度、和横向(加工时，和线电极垂直的方向)的面光洁度产生很大的差别则是常有的。例如：有时前述横向的面光洁度要较前述纵向的面光洁度低30％至40％左右。图12表示由使用以往的交流高频电源的线放电加工用电源装置靠0.2mm黄铜线电极加工极厚20mm铜材时，被加工件加工面的面光洁度的例子。图12(a)表示纵向的面光洁度曲线、图12(b)表示横向的面光洁度曲线。图12的场合，横向的面光洁度为1.82μm Rmax，纵向的面光洁度为1.29μm Rmax，可知横向发展面光洁度较纵向的面光洁度约差40％左右。这种因方向产生的面光洁度的不同，与在被加工件加工面上产生的线条有关。
(3)加工面光洁度降低
在使用交流高频电源的线放电加工用电源装置，因为电压的极性为交替的，为电压一直被施加的状态，所以，可看到长时间(从几个周期至几十个周期)连续放电现象，存在着所待的面光洁度较想象的、由交流高频的1个脉冲(交流的半波)放电所得的面光洁度粗糙几倍的问题。图13表示用电源频率13.55μm Rmax的以往的交流高频电源的线放电加工电源装置，进行加工时的极间电.压波形的例子。从所加工的交流高频电压的峰值低于规定电压就能一次性地判断有无放电，从图13的电压波形能看到所加的交流高频电压经过几十个周期连续放电的现象。在粗加工中，在发生一加上电压就立即放电的现象时，可知大多的放电是同时产生的。推测在使用图13交流高频电源的线放电加工用电源装置的放电加工过程中，发生集中放电，设想是由于该集中放电使加工面光洁度降低。
作为线放电加工的用途，以半导体业为首，要求极高精度且非常光滑的面光洁度的用途正在增多。例如：在IC引线架的金属模具加工上，连形状精度1μm Rmax以下，面光洁度0.5μm Rmax以下苛刻的要求也能找到。为了应对如此苛刻的要求，解决前述问题成为紧迫的课题。
发明内容
本发明为解决前述课题而作，目的在于得到在被加工件的线放电加工中，能获得高精度且高品位的被加工件加工面的线放电加工用电源装置及放电加工方法。
本发明的线放电加工用装置，利用交流高频电源将交流高频电压加在线电极和加工件极间上，包括交流高频电压间歇供给装置，向前述极间施加及停止交流高频电压。
又，本发明的线放电加工用电源装置，为将由前述交流高频电压间歇装置供给产生的高频交流电压施加时间，作为能断开连续放电的规定时间的装置。
另外，本发明的线放电加工用电源为假设前述交流高频传电压间歇供给装置的交流高频电压施加时间在约1μs以下的装置。
另外，本发明的线放电加工用电源装置，前述交流高频电压间歇供给装置的交流高频电压施加时间在小于交流高频电压10个周期左右的装置。
另外，本发明的线放电加工用电源装置，包括控制装置的装置，能预先保存由前述交流高频电压间歇供给装置产生的交流高频电压施加时间及停止时间以及因交流高频电压的峰值及频率等产生的加工特性，根据要求规格及加工条件，调用前述交流高频电压施加时间及停止时间的保存值，并控制前述交流高频电压间歇供给装置。
又，本发明的线放电加工用电源装置，利用高频电源在线电极和被加工件的极间加上交流高频传电压，包括以规定的比例将第2规定时间内交流高频电压绝对值比第一规定时间内交流高频电压绝对值小，向极间供给，反复进行这样可变电压供给的交流高频电压可变供给装置的装置。
另外，本发明的线放电加工用电源装置，为将由前述交流高频电压可变供给装置的交流高频电压第1施加时间，作为能断开连续放电的规定时间的装置。
另外，本发明的线放电加工用电源装置，前述交流高频电压可变供给装置的交流高频电压第1施加时间在约1μs以下的装置。
另外，本发明的线放电加工用电源装置，前述交流高频电压可变供给装置的交流高频电压第1施加时间在小于交流高频电压的10个周期左右。
另外，本发明的线路放电加工用电源装置，包括控制装置，预先保存前述第1规定时间及第2规定时间以及交流高频电压的峰值及频率等的加工特性，根据要求规格及加工条件，调用前述第1规定时间及第2规定时间的保存值控制前述交流高频电压可变供给装置。
本发明的线放电加工方法，在通过向线电极和被加工件的极间供给交流高频电压，对前述被加工进行加工，向前述极间间歇地施加交流高频电压。
另外，本发明的线放电加工方法，根据要求规格及加工条件，改变前述交流高频电压的施加时间及停止时间。
另外，本发明的线放电加工方法，在通过向线电极和被加工件的极间供给交流高频电压，加工前述被加工件，以规定的比例将第2规定时间内交流高频电压绝对值设置成比第一规定时间内交流高频电压绝对值小、向极间进行供给，并反复进行这样的可变电压供给。
另外，本发明的线放电加工方法，根据要求规格及格加工条件，改变前述第1规定时间及第2规定时间。
因为本发明涉及的线放电加工用电源装置及线放电加工方法采用上述的构成，所以能提高被加工件加工面直线精度。另外，能消除被加工件加工面上形成的线条。还能提高被加工件加工面的光洁度。再能确保被加工件预期的形状精度及面光洁度，同时有利于提高加工制造性能。
附图的简单说明
图1表示本发明实施形态1的线放电加工用电源装置方框图。
图2表示说明本发明实施形态1的线放电加工用电源装置脉冲电源的电压波形及极间电压波形用的概念图。
图3表示施加由发明实施形态1的线放电加工用电源装置产生的间歇交流高频电压时，极间电压波形例子的示意图。
图4表示被加工件加工面的形状曲线、直线精度及面光洁度测量结果的示意图。
图5表示因交流高频电压规定施加时间T1引起的被加工件加工面纵向面光洁度的变化。
图6表示本发明实施形态2的线放电加工用电源装置的电路图。
图7表示说明本发明实施形态2的线放电加工用电源装置中FET的输入信号和极间电压波形用的概念图。
图8表示本发明实施形态3的线放电加工用电源装置的电路图。
图9表示说明本发明实施形态3的线放电加工用电源装置中FET的输入信号和极间电压波形用的概念图。
图10表示以往的放电加工用电源装置例子的方框图。
图11表示使用以往的交流高频电源的放电加工用电源装置，在极间加上交流高频电压时、无负载电压波形的一个例子的示意图。
图12表示用以往的交流高频电源的线放电加工用电源装置的被加工件加工面的面光洁度的例子的示意图。
图13表用以往的交流高频电源的线放电加工用电源装置进行加工时，极间电压波形的例子的示意图。
具体实施形态
实施形态1
图1表示本发明实施形态1的线放电加工用电源装置的方框图，图中，1a为线电极、2为被加工件、4为高频振荡放大电路、5为脉冲电源。通过将来自脉冲电源5的间歇电压输入高频振荡放大电路4，电压Vg1的交流高频电压加在线电极1a和被加工件2的极间上。
图2表示说明本发明实施形态1的线放电加工用电源装置的脉冲电源5的电压波形V及极间电压波形Vg1用的概念图。施加脉冲电源5输出的脉冲电压的规定时间T1和不加脉冲电压的规定时间T2同步，间歇地将交流高频电压加在极间上。
脉冲电源5相当于向极间施加(规定时间T1)及停止(规定时间T2)交流高频电压的交流高频电压间歇供给装置。
图3表示以前述规定时间T1＝1.7μs、前述规定时间T2＝2μs间歇地施加频率13.55HZ的交流高频电压时的极间电压波形Vg1的例子。和第2图的概念图相比，极间电压波形Vg1的振幅不是固定的，受上升沿及下降沿的时间常数影响。
通过施加上述间歇的交流高频电压，在不加交流高频电压的规定时间T2，极间产生的静电高精度的加工。
图4表示被加工件加工面的形状曲线、直线精度、及面光洁度测量结果，图4(a)表示连续施加13.55MHZ交流高频电压时，图4(b)表示间歇地施加13.55MHZ交流高频电压时(T1＝1.7μs、T2＝2μs)的形状曲线等。另外，图4(a)、(b)都是被加工件为厚20mm的钢板、线电极为0.2mm的黄铜时的测量结果。
看连续施加图4(a)的交流高频电压时的形态曲线，则被加工件的中央部分相当大地下凹，呈所谓的“鼓状”直线精度为较2.39μm差，而图4(b)的间歇地施加交流高频电压时的直线精度为0.19μm，通过间歇施加交流高频电压，大大改善直线精度。
另外，在间歇施加图4(b)的交流高频电压时，和连续施加图4(a)的交流高频电压时相比，可知被加工件加工面横向上面光洁度和纵向上面光洁度之差较小，在间歇施加图4(b)的交流高频电压时，甚至能确认在被加工件的加工面上没有线电极振动产生的线条。
但是，可以知道，以间歇地施加图4(b)交流高频电压的条件，不能极大地改善被加工件的面光洁度。
其原因，可以认为是由于交流高频电压的规定施加时间T1较长，关于连续放电这一点和施加连续交流高频电压无多大的变化。而且，可知为了切断交流高频的连续放电，在缩短交流高频电压的规定施加时间T1的时候，若将交流高频电压规定施加时间T1设成某一值以下则能将被加工件加工面的面光洁度做得非常高。
图5表示因交流高频电压规定施加时间T1引起被加工件加工面纵向面光洁度的变化，可知通过将交流高频电压的规定施加时间T1取在约1μs左右(相当于交流高频电压10至10多个周期左右)以下，被加工加工面的面光洁度非常高，能获得高品位的加工面性状。例如：在交流高频电压规定施加时间T1为0.6μs时，可知被加工件加工面纵向面光洁度为0.76μm Rmax(横向面光洁度为0.89μm Rmax)，与第4图所示的被加工件加工面面光洁度测量结果比较，面光洁度大为改善。
如上所述，可知通过间歇施加交流高频电压及选定交流高频电压的规定施加时间T1，能大大地改善被加工件直线精度及面光洁度等加工特性，但是，和连续施加交流高频电压的场合相比加工效率降低。因此，预先通过实验将前述规定时间T1及T2以及交流高频电压的峰值及频率等加工特性保存在图中未示出的控制装置中，根据要求规格及加工条件通过由前述控制装置设定前述规定时间T1及T2，从而能在确保预期形状精度及面光洁度之同时，提高加工制造性能。
例如，因为被加工件的板厚一变厚，静电力的影响就增大，所以，通过增大前述规定时间T2降低遣散忽规定时间T1的比例，以减小静电力，从而能使直线精度提高。另外，在加工内侧角部等加工量增大的场合，通过将前述规定时间T2缩短、前述规定时间T1加长，从而能增大加工能力，实现稳定的加工。
如上所述因为将间歇的交流高频电压加在极间上，所以作为交流高频电压间歇供给装置除了使用图1的脉冲电源5之外还可有各种方法。例如用直流电源代替脉冲电源，靠开关元件导通截止输入高频振荡放大电路4的电压，作为电源产生连续的交流高频电压，也可强制地周期地使极间短路。
另外，与上述使交流高频电源停止的概念相关联的有例如日本国特开昭59-232726号公报所揭示的发明。该发明是关于包括施加交流高频电压的第1电源、及从放电开始时刻起流过规定幅度的脉冲电流的第二电源，在极间加上交流高频电压产生放电时，通过脉冲电流进行放电加工，为了诱发放电所以使用交流高频电压，在检测出放电湖，施加直流电流方式的电源。因此，加工速度及电极消耗因前述脉冲电流而定，所以，和本发明的技术思想完全不同。
实施形态2
图6表示本发明实施形态2的线放电加工用电源装置的电路图。图中，1a为线电极、2为被加工件、3为直流电源、4为高频振荡放大电路、6为电阻装置、7a及7b为电阻、8a及8b为二极管、9a及9b为FET、通过从直流电源3将规定电压输入高频振荡放大电路4，使线电极1a和被加工件的极间加上电压Vg2的交流高频电压。极间并联连接的电阻装置6内的FET9a及9b为通过外部信号S1及S2能分别独立驱动的构成。另外，二极管8a在线电极1a、被加工件2为正的极性(正极性)时，在电流的录像上和电阻7a串联连接，二极管8b在线电极1a为正、被加工件2为负的极性(负极性)时，电流的流向上和电阻7b串联连接。
图7表示本发明实施形态2的线放电加工用电源装置内FET9a和FET9b各自的输入信号S1、S2和极间电压波形Vg2间关系用的概念图。在使FET9a和FET9b的导通、截止如图7(a)那样同步动作时，如图7(b)所示，与外部信号S1及S2断开即规定时间T4(第一规定时间)相比，外部信号S1及S2接通即规定时间T3(第二规定时间)加在极间的交流高频电压Vg2的绝对值减小。
图6的电阻装置6以规定的比例将前述第二规定时间的交流高频电压的绝对值设得比前述第一规定时间小，向极间供给，反复进行这样的可变电压供给，相当于交流高频电压可变供给装置。
通过在极间上施加这样的交流高频电压，因为能降低在前述规定时间T3内线电极1a和被加工件2之间产生的静电力，所以能抑制线电极1a的振动，能实现更高精度的加工。
实施形态3
图8为本发明实施形态8的线放电加工用电源装置的电路图，和实施形态2的图6相同标号的部分表示同一部分或相当的部分。在图8中，5为脉冲电源、10为电阻装置、11为电阻、12a及12b为二极管、13a及13b为FET。通过从直流电源3将规定的电压输入高频振荡放大电路4，使交流高频电压Vg3加在线电极1a和被加工件2的极间上。在极间串联连接的电阻装置10内的FET13a及FET136b为靠脉冲电源5能同时驱动的构成，在反极性时，通过FET13a和FET13b的二极管12b，在正极性时，通过FET13a的二极管12a和FET13b电流通过电阻11。
图9表示本发明实施形态3的放电加工用电源装置内FET13a和FET13b各自的输入信号S3、S4和极间电压波形Vg3间关系用的示意图。通过将FET13a和FET13B如图9(a)那样同步导通、截止，从而能获得图9(b)那样，和实施形态2的图7(b)同样的极间电压波形、起到和实施形态2同样的效果。
另外，这时，图8的电阻装置10以规定的比例将前述第二规定时间的交流高频电压绝对值做得比前述第一规定时间小，供给极间，反复进行这样的可变电压供给，相当于交流高频电压可变供给装置。
工业上的实用性
如上所述，本发明的线放电加工用电源装置及线放电加工方法特别适宜用于高精度、高品位的线放电加工。

Claims (14)

1.一种线放电加工用电源装置，利用交流高频电源将交流高频电压加在线电极和被加工件的极间，其特征在于，包括
向所述极间施加或停止交流高频电压的交流高频电压间歇供给装置。
2.如权利要求1所述的线放电加工用电源装置，其特征在于，
将所述交流高频电压间歇供给装置的交流高频电压施加时间，作为能断开连续放电的规定时间。
3.如权利要求1所述的线放电加工用电源装置，其特征在于，
所述交流高频电压间歇供给装置的交流高频电压的施加时间在约1μs以下。
4.如权利要求1所述的线放电加工用电源装置，其特征在于，
所述交流高频电压间歇供给装置的交流高频电压的施加时间在小于交流高频电压的10个周期左右。
5.如权利要求1所述的线放电加工用电源装置，其特征在于，
包括控制装置，所述控制装置预先保存所述交流高频电压间歇供给装置的交流高频电压施加时间及停止时间以及交流高频电压的峰值及频率等加工特性，根据要求规格及加工条件，调用所述交流高频电压施加时间及停止时间的保存值、控制所述交流高频电压间歇供给装置。
6.一种线放电加工用电源装置，利用交流高频电源将交流高频电压加在线电极和被加工件的极间，其特征在于，包括
交流高频电压可变供给装置，以规定的比例将第二规定时间内交流高频电压的绝对值设置成比第一规定时间内交流高频电压的绝对值小、向级间进行供给，并反复进行这样的可变电压供给。
7.如权利要求6所述的线放电加工用电源装置，其特征在于，
将所述交流高频电压可变供装置的第一施加时间，作为能断开连续放电的规定时间。
8.如权利要求6所述的线放电加工用电源装置，其特征在于，
所述交流高频电压可变供给装置的电流高频电压第一施加时间在约1μs以下。
9.如权利要求6所述的线放电加工用电源装置，其特征在于，
所述交流高频电压可变供给装置的电流高频电压第一施加时间在小于交流高频电压的10个周期左右。
10.如权利要求6所述的线放电加工用电源装置，其特征在于，包括控制装置，所述控制装置预先保存所述第一规定时间及第二规定时间以及交流高频电压的峰值及频率等加工特性，根据要求规格及加工条件，调用所述第一规定时间及第二规定时间的保存值，控制所述交流高频电压可变供给装置。
11.一种线放电加工方法，通过向线电极和被加工件的极间供给交流高频电压，加工所述被加工件，其特征在于，
向所述极间的交流高频电压的施加为间歇的。
12.如权利要求11所述的线放电加工方法，其特征在于，
根据要求规格及加工条件，改变所述交流高频电压的施加时间和停止时间。
13.一种线放电加工方法，通过向线电极和被加工件的极间供给交流高频电压，加工所述被加工件，其特征在于，
以规定的比例将第二规定时间内交流高频电压的绝对值设置成比第一规定时间内交流高频电压的绝对值小、向极间进行供给，并反复进行这样的可变的电压供给。
14.如权利要求13所述的线放电加工方法，其特征在于，
根据要求规格及加工条件，改变所述第一规定时间及第二规定时间。
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