DE10084697B4

DE10084697B4 - Einrichtung zur Bearbeitung mit elektrischer Entladung

Info

Publication number: DE10084697B4
Application number: DE10084697T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Ohguro; Seiji Satou; Akihiko Iwata; Akihiro Suzuki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-05-15
Filing date: 2000-05-15
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2020-05-16
Also published as: CN1184043C; WO2001087526A1; JP4509457B2; US6660957B1; DE10084697T1; CN1355734A; TW528634B; TW504422B

Abstract

Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung eines Werkstücks (W) mit elektrischer Entladung, umfassend:
eine Elektrode (E);
einen ersten Schaltkreis (1);
einen zweiten Schaltkreis (10), der parallel zum ersten Schaltkreis (1) geschaltet ist, wobei ein Impulsstrom an einen Spalt zwischen der Elektrode (E) und dem Werkstück (W) zuerst durch den ersten Schaltkreis (1) und dann durch den zweiten Schaltkreis (10) geliefert wird, und das Werkstück (W) bearbeitet wird, während die Relativposition der Elektrode (E) und des Werkstücks (W) gesteuert wird; und
eine Stromschleife, welche einen Widerstand (R2) und eine Diode (D1, D2) umfasst, wobei die Stromschleife eingerichtet ist, so dass die Diode (D1, D2) mit einem Strom (I_F) in Durchlassrichtung versorgt wird, zur gleichen Zeit, zu welcher eine Spannung zur Erzeugung einer Entladung ausgegeben wird, oder davor, und die Zufuhr des Stroms (I_F) in Durchlassrichtung zur Diode (D1, D2) in dem Moment unterbrochen wird, in dem eine Entladung einsetzt,...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Stromversorgungseinrichtung des Transistortyps für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung, welche einen intermittierend gepulsten Strom unter Verwendung eines Halbleiterschaltelements erzeugen kann.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Herkömmlich ist eine Stromversorgungseinrichtung für eine elektrische Entladungsmaschine bekannt, die einen intermittierend gepulsten Strom an eine Arbeitsentfernung liefert, die zwischen einer Elektrode und einem Werkstück vorhanden ist, über ein Arbeitsfluid, und eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung durchführt, während die Relativposition zwischen der Elektrode und dem Werkstück durch numerische Steuerung gesteuert wird. Die Stromversorgungseinrichtung des Transistortyps für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung ist beispielsweise ein Vertreter für die voranstehend geschilderte Stromversorgungseinrichtung. Diese Stromversorgungseinrichtung des Transistortyps für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung erzeugt einen intermittierend gepulsten Strom mit einem Halbleiterschaltelement, das einen Ein-Ausschaltvorgang wiederholt.
Diese Art einer Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 7(a) und 7(b) beschrieben. 7(a) zeigt einen Schaltungsaufbau der herkömmlichen Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung, und 7(b) zeigt ein zugehöriges Treibersteuersystem.
Die voranstehend geschilderte Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung weist eine Schaltschaltung zum Liefern eines gepulsten Stroms an ein Werkstück W und eine Elektrode E auf. Diese Schaltschaltung enthält die erste Schaltschaltung 20 und die zweite Schaltschaltung 30, die parallel geschaltet sind.
Die erste Schaltschaltung 20 besteht aus der Gleichspannungsquelle V21, Halbleiterschaltelementen S21, S22, S23 und S24, beispielsweise ein FET oder dergleichen, und dem Strombegrenzungswiderstand R21. Andererseits besteht die zweite Schaltschaltung 30 aus der Gleichspannungsquelle V31, Halbleiterschaltelementen S31 und S32, und Dioden D31 und D32.
In 7(a) bezeichnen L21, L22, L31 und L32 eine Streuinduktivität der Schaltung, und bezeichnet C11 eine Streukapazität.
Ein Treibersteuersystem der Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung enthält eine Entladungsfeststellschaltung 31, eine Oszillatorsteuerschaltung 32, eine Treiberschaltung 33 und eine Treiberschaltung 34. In diesem Fall treibt und steuert die Treiberschaltung 33 die Halbleiterschaltelemente S21, S22, S23 und S24 der voranstehend erwähnten, ersten Schaltschaltung 20. Andererseits treibt und steuert die Treiberschaltung 34 die Halbleiterschaltelemente S31 und S32 der voranstehend erwähnten zweiten Schaltschaltung 30.
Nachstehend wird der Betrieb der Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung erläutert. Wenn man annimmt, dass ein Spalt zwischen der Elektrode E und dem Werkstück W ("zwischen den Elektroden") so ist, dass eine Entladung oder ein Kurzschluß nicht auftritt, und wenn die Schaltelemente S22 und S23 ausgeschaltet werden, während die Schaltelemente S21 und S24 eingeschaltet werden, taucht eine Spannung der Gleichspannungsquelle V21 zwischen den Elektroden auf. Gleichzeitig wird die Streukapazität C11 der Schaltung durch die Spannung der Gleichspannungsquelle V21 geladen. Eine Entfernung zwischen der Elektrode E und dem Werkstück W wird durch ein Numeriksteuergerät (nicht gezeigt) gesteuert, und durch ein Servotreibersteuergerät, so dass eine Entladung zwischen den Elektroden erzeugt wird. Wenn eine Entladung durch eine Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle V21 erzeugt wird, wird zuerst eine in der Streukapazität C11 geladene Ladung der Schaltung wie ein Kondensator zwischen den Elektroden entladen, und hierdurch fließt ein Entladungsstartstrom Ic dort hindurch. Hierdurch wird ein leitfähiger Weg zwischen den Elektroden ausgebildet.
Um den so erzeugten, leitenden Weg aufrecht zu erhalten, muß ein Strom ständig zwischen den Elektroden zugeführt werden, nachdem die Ladung der Streukapazität C11 der Schaltung völlig entladen wurde; daher bleiben die Schaltelemente S21 und S24 so wie sie sind, nämlich eingeschaltet.
Von der Gleichspannungsquelle V21 fließt ein Entladungshaltestrom I_R hintereinander zum Widerstand R21, dem Schaltelement S22, der Schaltungsinduktivität L21, dem Werkstück W, der Elektrode E, der Schaltungsinduktivität L22, dem Schaltelement S24 und der Gleichspannungsquelle V21, und hierdurch wird der zwischen den Elektroden ausgebildete, leitfähige Weg aufrechterhalten. In diesem Fall fließt der Entladungshaltestrom I_R durch den Widerstand R21; daher wird der Maximalwert des Entladungshaltestroms I_R durch den Widerstand R21 begrenzt auf I_R(max) = V21/R21.
Der Entladungshaltestrom I_R ist ein relativ kleiner Strom, und ist für die Bearbeitung zu schwach. Daher hat der Entladungshaltestrom I_R die Funktion eines Vorentladungsstroms, um einen hohen Entladungsbearbeitungsstrom I_S zu liefern, der später beschrieben wird.
Weiterhin wird, wenn die Schaltelemente S21 und S24 ausgeschaltet werden, während die Schaltelemente S22 und S23 eingeschaltet werden, die voranstehende Operation in einem Muster durchgeführt, bei welchem die Polarität der Ausgangsspannung und des Stroms in Bezug auf den Spalt zwischen den Elektroden umgekehrt wird.
Der Entladungshaltestrom I_R ist ein Strom, der zwischen den Elektroden gleichzeitig mit der Erzeugung einer Entladung auftritt. Andererseits wird der hohe Entladungsbearbeitungsstrom I_S zwischen den Elektroden zugeführt, nachdem die Erzeugung der Entladung festgestellt wurde. In diesem Fall wird der hohe Entladungsbearbeitungsstrom I_S zwischen den Elektroden in einem Zustand ausgegeben, in dem er für eine bestimmte Zeit seit der ersten Erzeugung der Entladung verzögert wird, wie nachstehend erläutert wird.
Die Entladungsfeststellschaltung 31 stellt einen Spannungsabfall zwischen den Elektroden ("Spannung zwischen den Elektroden") durch die Erzeugung der Entladung zwischen den Elektroden fest, und gibt einen Befehl zur Ausgabe eines hohen Stroms an die Oszillatorsteuerschaltung 32 aus. Die Oszillatorsteuerschaltung 32 gibt ein Impulssignal aus, das eine Zeitbreite aufweist, die durch einen Bearbeitungszustand zwischen den Elektroden eingestellt wird, an die Treiberschaltung 34. Die Treiberschaltung 34 treibt gleichzeitig (schaltet sie ein) die Schaltelemente S31 und S32, nur für den Zeitraum, der in der Oszillatorsteuerschaltung 32 eingestellt ist.
Wenn sich die Schaltelemente S21, S24, S31 und S32 sämtlich im eingeschalteten Zustand befinden, wird eine solche Schaltung ausgebildet, dass mehrere Gleichspannungsquellen mit unterschiedlichen Spannungen miteinander verbunden sind. Aus diesem Grund besteht die Möglichkeit, dass diese Elemente der Schaltung durch einen Potentialunterschied einschließlich einer Stoßspannung zerstört werden. Daher werden im Falle des Einschaltens der Schaltelemente S31 und S32 als Sicherheitsmaßnahme die Schaltelemente S21 und S24 ausgeschaltet.
Die Schaltelemente S31 und S32 werden gleichzeitig eingeschaltet, und hierdurch fließt von der Gleichspannungsquelle V31 der hohe Entladungsbearbeitungsstrom I_S nacheinander zum Schaltelement S31, zur Schaltungsinduktivität L31, zum Werkstück W, zur Elektrode E, zur Schaltungsinduktivität L32, zum Schaltelement S32, und zur Gleichspannungsquelle V31.
Wenn kein Impulssignal von der Oszillatorsteuerschaltung S32 ausgegeben wird, treibt die Treiberschaltung 34 die Schaltelemente S31 und S32 so, dass sie ausgeschaltet werden. Der Entladungsbearbeitungsstrom I_S fließt ständig durch die Schaltung infolge der Induktion der Schaltungsinduktivitäten L31 und L32; allerdings wird er zurückgekoppelt, und zur Gleichspannungsquelle V31 über die Diode D32, die Schaltungsinduktivität L31, das Werkstück W, die Elektrode E, die Schaltungsinduktivität L32, die Diode 31 und die Gleichspannungsquelle V31 zurückgeschickt.
8 zeigt eine Signalform eines Entladugsbearbeitungsstroms, der durch die voranstehende Operation bei der herkömmlichen Stromversorgungseinrichtung erhalten wird, und den Zeitpunkt der Ausgabe jedes Steuersignals. In 8 bezeichnet V_WE Die Spannung zwischen den Elektroden, und I_C einen Entladungsstartstrom durch eine Kondensatorentladung der Streukapazität C11 der Schaltung. Weiterhin bezeichnet I_R einen Entladungshaltestrom, der von der ersten Schaltschaltung 20 ausgegeben wird, und bezeichnet I_S einen Entladungsbearbeitungsstrom, der von der zweiten Schaltschaltung 30 ausgegeben wird. Weiterhin bezeichnet PK ein Entladungsfeststellungsausgangssignal, PC ein Oszillatorsteuerausgangssignal, PD ein Treibersignal eines Halbleiterschaltelements, und I_WE einen Strom zwischen Elektroden.
In dem Moment, in welchem eine Entladung zwischen den Elektroden erzeugt wird, taucht der Entladungsstartstrom I_C infolge der Kondensatorentladung der Streukapazität C11 der Schaltung zwischen den Elektroden auf. Nach Erzeugung der Entladung zwischen den Elektroden werden die Schaltelemente S21 und S24 der ersten Schaltschaltung 20 eingeschaltet, und daher beginnt in jenem Moment, in welchem ein leitfähiger Weg zwischen den Elektroden durch den Entladungsstartstrom I_C ausgebildet wird, die Ausgabe des Entladungshaltestroms I_R von der ersten Schaltschaltung 20.
Der Entladungshaltestrom I_R wird zwischen den Elektroden über die Induktivitäten L21 und L22 der Schaltung ausgegeben. Daher steigt der Entladungshaltestrom I_R nicht sofort an, und beginnt mit einem Gradienten von V21/(L21+L22) zu fließen. In diesem Fall wird, wie voranstehend beschrieben, der Entladungshaltestrom I_R durch den Widerstand R21 begrenzt; aus diesem Grund erreicht er den Maximalwert I_R (max) = V21/R21 oder mehr. Die Schaltelemente S21 und S24 sind ausgeschaltet, bis die Schaltelemente S31 und S32 der zweiten Schaltschaltung 30 eingeschaltet werden; daher wurde der Entladungshaltestrom I_R in dieser Zeit abgegeben.
Andererseits wird die Entladung erzeugt, und hierdurch sinkt die Spannung V_WE zwischen den Elektroden auf eine Entladungsspannung Va ab; aus diesem Grund stellt die Entladungsfeststellschaltung 31 den Spannungsabfall fest, und gibt dann ein Entladungsfeststellsignal PK aus. Allerdings ist in diesem Fall eine Verzögerungszeit bis zur Feststellung der Erzeugung der Entladung vorhanden, und ist eine Zeit zur Ausgabe eines Signals erforderlich; aus diesem Grund wird das Entladungsfeststellsignal PK um eine Zeit tk später als der Moment der Erzeugung der Entladung ausgegeben.
Die Oszillatorsteuerschaltung 32 empfängt das Entladungsfeststellsignal PK, und gibt dann ein Oszillatorsteuersignal PC aus. Allerdings wird in diesem Fall entsprechend eine Verzögerungszeit tc hervorgerufen. Weiterhin wird eine Verzögerungszeit td bei einem Ausgangssignal PD der Treiberschaltung erzeugt, und wird entsprechend eine Verzögerungszeit ts in dem Schaltelement hervorgerufen. Daher taucht der Entladungsbearbeitungsstrom I_S zwischen den Elektroden nach einer Zeit tr (= tk + tc + td + ts) seit dem Zeitpunkt t0 auf, wenn die Entladung erzeugt wird. Der Entladungsbearbeitungsstrom I_S ist ein Strom, der von der zweiten Schaltschaltung 30 über die Induktivität L31 und L32 ausgegeben wird, und steigt nicht momentan an wie der Entladungshaltestrom I_R. Weiterhin nimmt der Entladungsbearbeitungsstrom I_S weiter mit dem Gradienten V31/(L31+L32) während des Zeitraums zu, in welchem die Schaltelemente S31 und S32 eingeschaltet sind. Normalerweise ist die Spannung der Gleichspannungsquelle V31 so eingestellt, dass sie etwa zweimal bis dreimal größer ist als jene der Gleichspannungsquelle V21. Daher wird der Gradient des Anstiegs des Entladungsbearbeitungsstroms I_S steiler als jener des Anstiegs des Entladungshaltestroms I_R.
Wenn die Schaltelemente S31 und S32 ausgeschaltet werden, sinkt der Entladungsbearbeitungsstrom I_S ab. Der Strom I_WE zwischen den Elektroden ist ein Strom, bei welchem folgende Beziehung vorhanden ist: I_WE = I_C + I_R + I_S. Der Entladungshaltestrom I_R, der von der ersten Schaltschaltung 20 ausgegeben wird, wird so geliefert, dass eine zeitliche Lücke zwischen dem ersten Entladungsstartstrom I_C und dem endgültigen, hohen Entladungsbearbeitungsstrom I_S ausgefüllt wird, und hierdurch wird die Entladungsbearbeitung wiederholt durchgeführt, während ein Entladungszustand zwischen den Elektroden aufrechterhalten wird, ohne den Strom I_WE zwischen den Elektroden zu unterbrechen.
Bei der voranstehend geschilderten, herkömmlichen Stromversorgungseinrichtung für eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung wird allerdings der obere Grenzwert für den Entladungshaltestrom I_R durch den Widerstand R21 begrenzt, und ist der Wert des Stroms in dem Anfangszustand des Übergangszustandes infolge der Induktivitäten L21 und L22 der Schaltung niedrig. Aus diesem Grund wird der leitfähige Weg zwischen den Elektroden nicht aufrechterhalten, der nach der Erzeugung einer Entladung ausgebildet wird. Dies führt dazu, dass manchmal die Zufuhr des Entladungsbearbeitungsstroms I_S ausfällt. Insbesondere bei einer elektrischen Entladungsmaschine mit großen Abmessungen wird die Entfernung zwischen der Stromversorgung und dem Hauptkörper der Maschine groß, und wird darüber hinaus ein Versorgungskabel zu deren Verbindung unvermeidlich lang. Aus diesem Grund wird die Induktivität der Schaltung groß, und ist der Fall vorhanden, dass der Entladungshaltestrom I_R nicht nach Verschwinden des Entladungsstartstroms I_C ansteigt; dies führt dazu, dass der leitende Weg, der zwischen den Elektroden ausgebildet wurde, unterbrochen wird.
Weiterhin ist in dem Widerstand R21 eine induktive Komponente infolge von Widerstandswicklungen vorhanden, und ist in einem Fall, in welchem die Induktivität des Widerstands unvermeidlich groß wird, um einen erforderlichen Widerstandswert zu erreichen, der Einfluß vorhanden, dass der Anstieg des Entladungshaltestroms I_R darüber hinaus gestört wird.
Weiterhin ist der erste Entladungsstartstrom I_C ein Strom infolge einer Kondensatorentladung, und enthält tatsächlich eine Schwingungskomponente. Aus diesem Grund tritt selbst dann, wenn der Maximalwert für den Entladungshaltestrom I_R vorher etwas höher eingestellt wird, bei dem Entladungshaltestrom I_R ein Offset durch eine negative Komponente der Schwingung auf; dies führt dazu, dass der leitfähige Weg, der zwischen den Elektroden ausgebildet wurde, unterbrochen wird.
Wie voranstehend geschildert ist es unmöglich, wenn der leitfähige Weg zwischen den Elektroden, der durch den Entladungsstartstrom I_C sichergestellt wird, unterbrochen wird, bevor der Entladungsbearbeitungsstrom I_S geliefert wird, den Vorgang der stabilen Zufuhr des Entladungsbearbeitungsstroms I_S zwischen den Elektroden durch einen Vorentladungsstrom zu erreichen. Daher werden verschiedene Fehler bei der Entladungsbearbeitung hervorgerufen.
In einem Zustand, in welchem der leitfähige Weg unterbrochen wird, der zwischen den Elektroden ausgebildet wurde, befindet sich der Ausgang der Stromversorgungseinrichtung 30 der zweiten Schaltschaltung im geöffneten Zustand; aus diesem Grund fließt kein Entladungsbearbeitungsstrom I_S, und wird in diesem Fall eine normale Entladungsbearbeitung nicht durchgeführt. Wenn der voranstehend erwähnte Zustand häufig auftritt, wird die Anzahl wirksamer Entladungszeiten verringert; dies führt dazu, dass die Schwierigkeit auftritt, dass eine Bearbeitungsgeschwindigkeit, die eigentlich erhalten werden soll, nicht erreicht wird, und es unmöglich ist, die voranstehend erwähnte Bearbeitungsgeschwindigkeit weiter zu erhöhen.
Um einen hohen Strom über eine kurze Zeit auszugeben, wird die Spannung der Gleichspannungsquelle V31 normalerweise zwei- bis dreimal höher eingestellt als jene der Gleichspannungsquelle V21. In jenem Fall, in welchem kein leitfähiger weg zwischen den Elektroden erzeugt wird, und sich die Schaltung im offenen Zustand befindet, wird jedoch eine hohe Spannung von der Gleichspannungsquelle V31 zwischen den Elektroden angelegt. Anders ausgedrückt wird neu eine Entladung durch die hohe Spannung erzeugt, und danach wird plötzlich ein hoher Strom zwischen den Elektroden angelegt, ohne eine Vorentladung zu erzeugen. Aus diesem Grund wird, wenn die Elektrode E eine dünne Elektrode ist, etwa eine Drahtelektrode, die Drahtelektrode unterbrochen, und darüber hinaus wird eine Bearbeitungsoberfläche grob, selbst wenn keine Unterbrechung der Elektrode hervorgerufen wird, und dies stellt daher einen Faktor dar, der die Bearbeitungsgenauigkeit beeinträchtigt. Daher tritt die Schwierigkeit auf, dass Entladungsbearbeitungseigenschaften nicht erhalten werden.

Das voranstehende Problem wurde bezüglich einer Stromversorgungseinrichtung für eine Drahtschneide-Entladungsmaschine erläutert, die in der Veröffentlichung Nr. 5-9209 einer japanischen Patentanmeldung beschrieben wird. Bei dieser Veröffentlichung ist eine Schaltung, bei welcher eine Induktivität und ein Kondensator in Reihe geschaltet sind, parallel zum Spalt zwischen den Elektroden geschaltet, wodurch ein leitfähiger Weg zwischen den Elektroden nach der Erzeugung einer Entladung aufrechterhalten wird, und der Entladungszustand stabil fortgesetzt wird, um eine Abnahme des Bearbeitungswirkungsgrades zu verhindern.

Allerdings muß in diesem Fall der zusätzliche Kondensator notwendigerweise zwischen den Elektroden hinzugefügt werden. Aus diesem Grund nimmt die elektrische Kapazität an der Spannungsquellenseite zusammen mit der Streukapazität der Schaltung zu. Dies führt dazu, dass die Anstiegszeitkonstante groß wird, wenn die Ausgangsspannung zwischen den Elektroden angelegt wird, und daher der Anstieg der Spannung zwischen den Elektroden verzögert wird.

Daher wird die Zeit für das Anlegen einer Spannung lang, bis die Entladung erzeugt wird, und wird die Anzahl wirksamer Entladungszeiten verringert; aus diesem Grund tritt die Schwierigkeit auf, dass der Bearbeitungswirkungsgrad nicht ausreichend verbessert wird.

Weiterhin erhält man durch den Wert der hinzugefügten Induktivität und des Kondensators eine natürliche Schwingungsfrequenz oder Oszillatorfrequenz. In den letzten Jahren wurde hauptsächlich eine Stromversorgungseinrichtung des Bipolartyps für die elektrische Entladungsbearbeitung verwendet. Bei dieser Art von Stromversorgungseinrichtung wird die Polarität der Spannung, die zwischen den Elektroden angelegt wird, abwechselnd geändert, und dann erfolgt die Ausgabe einer Schwingung. In diesem Fall wiederholt der zusätzliche Kondensator einen Lade- und Entladevorgang mit zumindest der Oszillatorfrequenz des Anlegens der Spannung. Weiterhin sind bei einem Kondensator, der bei hohen Frequenzen benutzt wird, induktive Verluste vorhanden; aus diesem Grund wird nicht nur die Oszillatorfrequenz begrenzt, sondern wird auch Wärme infolge der induktiven Verluste erzeugt. Dies führt zu dem Problem, dass zugeführte Energie verlorengeht.

Aus EP-A-06 89 893 ist eine Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung eines Werkstücks mittels elektrischer Entladung bekannt, welche eine Elektrode sowie einen ersten und zweiten Schaltkreis enthält. Die zwei Schaltkreise sind parallel geschaltet und liefern nacheinander Strom an die Elektrode. Die gezeigte Stromversorgungseinrichtung enthält auch mehrere Stromschleifen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung, welche stabil einen leitfähigen Weg aufrechterhalten kann, der zwischen den Elektroden ausgebildet wird, ohne dass der ausgebildete Weg für die Dauer einer Verzögerungszeit verschwindet, bis ein Bearbeitungsstrom von einer Vorentladung bei der Entladungsbearbeitung geliefert wird, und welche den Entladungsbearbeitungswirkungsgrad und die Qualität ohne einen Ausfall der Zufuhr des Entladungsbearbeitungsstroms verbessern kann, und ohne unnötige Beschädigungen einer Elektrode und eines Werkstücks.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung zur Verfügung, welche einen ersten und einen zweiten Schaltkreis aufweist, die parallel zueinander geschaltet sind, einen Impulsstrom an den Spalt zwischen Elektrode und Werkstückzuerst von dem ersten Schaltkreis liefert, und darauffolgend von dem zweiten Schaltkreis, und eine Entladungsbearbeitung durchführt, während die Relativposition zwischen der Elektrode und dem Werkstück gesteuert wird Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine Stromschleife aufweist, welche umfaßt: eine Diode, die so eingerichtet ist, dass sie mit einem Strom in Durchlaßrichtung zur gleichen Zeit beliefert wird, in welcher eine Spannung zur Erzeugung einer Entladung ausgegeben wird, oder vorher; und einen Widerstand, und die Zufuhr des Stroms in Durchlaßrichtung zu der Diode in dem einsetzt wird, und darüber hinaus ein der Durchlassrichtung entgegengesetzte Erholungsstrom der Diode in den Spalt zwischen der Elektrode und dem Werkstück ausgegeben wird.

Daher wird in dem Moment, in welchem eine Entladung einsetzt, der der Durchlassrichtung entgegengesetzte Erholungsstrom der Diode zwischen der Elektrode und dem Werkstück ausgegeben, vor dem Bearbeitungsstrom, der von dem zweiten Schaltkreis ausgegeben wird. Hierdurch ist es möglich, über die Dauer der Verzögerungszeit von der Vorentladung bis zur Lieferung des Bearbeitungsstroms bei der Entladungbearbeitung, stabil den leitfähigen Weg aufrecht zu erhalten, der zwischen den Elektroden ausgebildet wird, ohne den leitfähigen Weg zu löschen.

Die Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung gemäß einer Ausführung der Erfindung weist weiterhin ein Halbleiterschaltelement auf, um die Zufuhr des Stroms in Durchlassrichtung zur Diode zu sperren. Durch die Ein-Ausschaltsteuerung des Halbleiterschaltelements wird daher die Zufuhr des Stroms in Durchlassrichtung zu der Diode gesperrt, und dann wird in dem Moment, in welchem eine Entladung erzeugt wird, der zur Durchlassrichtung entgegengesetzte Erholungsstrom der Diode in den Spalt zwischen der Elektrode und dem Werkstück ausgegeben, vor dem Bearbeitungsstrom, der von dem zweiten Schaltkreis ausgegeben wird. Hierdurch ist es möglich, über die Dauer der Verzögerungszeit von der Vorentladung bis zum Liefern des Bearbeitungsstroms bei der Entladungsbearbeitung, stabil den leitfähigen Weg aufrecht zu erhalten, der zwischen den Elektroden ausgebildet wird, ohne den leitfähigen Weg zu löschen.

Bei der Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung wird ein solcher Schaltungsaufbau zur Verfügung gestellt, dass eine der Durchlassrichtung entgegengesetzte Spannung an beide Klemmen der Diode in dem Moment angelegt wird, wenn eine Entladung erzeugt wird, und ein der Durchlassrichtung entgegengesetzter Erholungsstrom der Diode, der zu diesem Zeitpunkt erzeugt wird, an den Spalt zwischen der Elektrode und dem Werkstück ausgegeben wird. In dem Moment, in welchem eine Entladung erzeugt wird, wird daher eine entgegengesetzte Spannung an beide Klemmen der Diode angelegt, und wird der entgegengesetzte Erholungsstrom der Diode an den Spalt zwischen der Elektrode und dem Werkstück vor dem Bearbeitungsstrom ausgegeben, der von dem zweiten Schaltkreis ausgegeben wird, in dem Moment, wenn eine Entladung erzeugt wird. Hierdurch ist es möglich, über die Dauer der Verzögerungszeit von der Vorentladung bis zum Liefern des Bearbeitungsstroms bei der Entladungsbearbeitung, stabil den leitfähigen Weg aufrecht zu erhalten, der zwischen den Elektroden ausgebildet wird, ohne den leitfähigen Weg zu löschen.

Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung eine Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung zur Verfügung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass mehrere Dioden parallel oder in Reihe geschaltet sind. Daher wird die Anzahl an Dioden, die parallel oder in Reihe geschaltet sind, auf einen geeigneten Wert entsprechend dem erforderlichen Wert des Stroms des entgegengesetzten Erholungsstroms eingestellt.

Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung eine Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung zur Verfügung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass neben der Gleichspannungsquelle, welche von dem ersten oder zweiten Schaltkreis gebildet wird, eine weitere Gleichspannungsquelle als Gleichspannungsquelle zum Liefern eines Vorwärtsstroms an die Diode vorgesehen ist. Daher wird der Strom in Durchlassrichtung an die Diode durch eine andere Gleichspannungsquelle geliefert, also nicht durch die Gleichspannungsquelle, welche die erste oder zweite Schaltschaltung bildet.

Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung eine Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung zur Verfügung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Strom in Durchlassrichtung der Diode von der Gleichspannungsquelle des ersten Schaltkreises geliefert wird. Daher wird ein Vorwärtsstrom an die Diode durch die Gleichspannungsquelle geliefert, welche den erste Schaltkreis bildet.

Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung eine Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung zur Verfügung, welche einen ersten und einen zweite Schaltkreis aufweist, die parallel geschaltet sind, um einen Impulsstrom an den Spalt zwischen ein er Elektrode und einem Werkstück zuerst von dem ersten Schaltkreis zu liefern, und danach von dem zweiten Schaltkreis, und eine Entladungsbearbeitung durchzuführen, während die Relativposition zwischen der Elektrode und dem Werkstück gesteuert wird Die Stromversorgungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Stromschleife aufweist, welche umfaßt: einen Kondensator, der eingerichtet ist zum selben Zeitpunkt geladen zu werden, an welchem eine Spannung zur Erzeugung einer Entladung ausgegeben wird, oder vorher; und einen Widerstand, und wobei ein Entladungsstrom von dem Kondensator an einen Spalt zwischen der Elektrode und dem Werkstück vor einem Bearbeitungsstrom ausgegeben wird, der von dem zweiten Schaltkreis ausgegeben wird, nachdem eine Entladung erzeugt wurde.

Daher wird, nachdem eine Entladung erzeugt wurde, ein Entladungsstrom von dem Kondensator an den Spalt zwischen der Elektrode und dem Werkstück ausgegeben, bevor der Bearbeitungsstrom von dem zweiten Schaltkreis ausgegeben wird. Hierdurch ist es möglich, über die Dauer der Verzögerungszeit von der Vorentladung bis zum Liefern des Bearbeitungsstroms bei der Entladungsbearbeitung, stabil den leitfähigen Weg aufrecht zu erhalten, der zwischen den Elektroden ausgebildet wurde, ohne den leitfähigen Weg zu löschen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Blockschaltbild, das einen Schaltungsaufbau einer Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

2(a) bis 2(c) sind einzelne Ansichten, die das Prinzip des entgegengesetzten Erholungsstroms einer Diode erläutern;

3 ist ein Diagramm, das eine Stromsignalform zeigt, die durch eine Operation der Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten wird;

4 ist ein Blockschaltbild, welches einen Schaltungsaufbau einer Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

5 ist ein Blockschaltbild, das einen Schaltungsaufbau einer Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

6 ist ein Blockschaltbild, welches einen Schaltungsaufbau einer Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

7 ist ein Blockschaltbild, welches einen Schaltungsaufbau einer herkömmlichen Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung zeigt; und

8 ist eine Ansicht, welche das Betriebsprinzip der herkömmlichen Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung sowie eine Stromsignalform zeigt.

BESTE ART UND WEISE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend im einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein Blockschaltbild, welches einen Schaltungsaufbau einer Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung weist einen ersten Schaltkreis (im folgenden als eine erste Schaltschaltung bezeichnet) 1 und einen zweiten Schaltkreis (im folgenden als eine zweite Schaltschaltung bezeichnet) 10 auf, die parallel zueinander an ein Werkstück W und eine Elektrode E angeschlossen sind, als Schaltschaltung zum Liefern eines Impulsstroms.
Die erste Schaltschaltung 1 besteht aus Gleichspannungsquellen V1 und V3, Halbleiterschaltelementen S1, S2, S3, S4 und S5, beispielsweise FET oder dergleichen, Dioden D1 und D2, und Widerstände R1 und R2. Andererseits besteht die zweite Schaltschaltung 10 aus einer Gleichspannungsquelle V11, Halbleiterschaltelementen S11 und S12, und Dioden D11 und D12, und weist denselben Aufbau auf wie die herkömmliche Schaltschaltung. In 1 bezeichnen L1, L2, L11 und L12 jeweils eine Streuinduktivität der Schaltung, und bezeichnet C1 eine Streukapazität der Schaltung.
Die Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung liefert einen Impulsstrom auf folgende Art und Weise. Im einzelnen wird zuerst der Impulsstrom einem Spalt zwischen der Elektrode E und dem Werkstück W von der ersten Schaltschaltung 1 zugeführt, entsprechend einer Ein-Ausschaltsteuerung der Halbleiterschaltelemente S1 bis S4 der ersten Schaltschaltung 1, und der Halbleiterschaltelemente S11 und S12 der zweiten Schaltschaltung 10. Daraufhin wird der Impulsstrom dem Spalt zwischen der Elektrode E und dem Werkstück W von der zweiten Schaltschaltung 10 zugeführt. Die Dioden D1 und D2 der ersten Schaltschaltung 1 sind parallel geschaltet, und werden mit einem Vorwärtsstrom von der Gleichspannungsquelle V3 durch das Ein/Ausschaltendes Halbleiterschaltelements S5 versorgt, gleichzeitig während eine Spannung zur Erzeugung einer Entladung ausgegeben wird, oder vorher. Daher bilden diese Dioden D1 und D2 eine Stromschleife, die den Widerstand R2 enthält, als Schaltung parallel zum Widerstand R1. Durch die Einschalt/Ausschaltsteuerung des Halbleiterschaltelements S5, wird in jenem Moment, in welchem eine Entladung erzeugt wird, die Zufuhr des Vorwärtsstroms I_F der Dioden D1 und D2 unterbrochen. Ein entgegengesetzter Erholungsstrom der Dioden D1 und D2, der zu diesem Zeitpunkt erzeugt wird, wird an den Spalt zwischen der Elektrode E und dem Werkstück W ausgegeben, bevor ein Bearbeitungsstrom von der zweiten Schaltschaltung 10 ausgegeben wird.
Die Schaltung zum Erzeugen des entgegengesetzten Erholungsstroms der Diode besteht nämlich aus den Dioden D1 und D2, der Gleichspannungsquelle V3, dem Widerstand R1 und dem Halbleiterschaltelement S5. Im einzelnen sind diese Dioden D1 und D2 parallel zueinander als Schaltung parallel zum Widerstand R1 geschaltet, und ist die Gleichspannungsquelle V3 mit diesen Dioden D1 und D2 in Reihe geschaltet. Das Halbleiterschaltelement S5 steuert das Einschalten/Ausschalten der Dioden D1 und D2, die parallel zu einer Reihenschaltung geschaltet sind, welche den Widerstand R1 und die Gleichspannungsquelle V3 umfaßt.
Das Prinzip des entgegengesetzten Erholungsstroms einer üblichen Diode wird nachstehend unter Bezugnahme auf 2(a) bis 2(c) beschrieben. Dieser Effekt ist bereits bekannt, daher erfolgt eine kurze Beschreibung. In einer in 2(a) gezeigten Schaltung fließt, wenn ein Schalter SW eingeschaltet wird, ein Vorwärtsstrom I_f zu einer Diode D. In diesem Zustand wird, wenn der Schalter SW ausgeschaltet wird, der Strom durch eine Schaltoperation der Diode D unterbrochen; jedoch wird er nicht sofort unterbrochen, da nämlich für eine bestimmte Zeit ein entgegengesetzter Strom I_rr fließt, wie dies in 2(b) gezeigt ist. Dies liegt daran, dass Minoritätsträger in einem pn-Übergang der Diode D übrigbleiben. Die Zeit, die verstreicht, bis die restlichen Träger verschwinden, ist eine entgegengesetzte Erholungszeit T_rr, und für diese Dauer wird eine entgegengesetzte Erholungsladung Q_rr in entgegengesetzter Richtung erzeugt. Durch diese Reaktion wird ein entgegengesetzter Erholungsstrom I_rr erzeugt. Die entgegengesetzte Erholungszeit t_rr beträgt etwa 50 ns, wenn sie kurz ist, und etwa 100 μs, wenn sie lang ist.
Der entgegengesetzte Erholungsstrom I_rr der Diode D zeigt Eigenschaften, wie sie in 2(c) gezeigt sind, und hängt nicht stark von der Größe des Vorwärtsstroms I_f·ab, und wird stark durch die Stromänderung di/dt beeinflußt. Im Falle einer Schottky-Diode handelt es sich um ein Minoritätsträgerelement; und daher weist die Schottky-Diode grundsätzlich nicht den voranstehend geschilderten Effekt auf.
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung des Betriebs der Stromversorgungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform mit dem voranstehend geschilderten Aufbau. In einem Zustand, in welchem keine Entladung oder ein Kurzschluß in dem Spalt zwischen den Elektroden vorhanden ist, taucht dann, wenn die Schaltelemente S2, S3 und S5 der ersten Schaltschaltung 1 ausgeschaltet werden, während deren Schaltelemente S1 und S4 eingeschaltet werden, die Spannung der Gleichspannungsquelle V1 in dem Spalt zwischen den Elektroden auf. Gleichzeitig wird die Streukapazität C1 auf die Spannung der Gleichspannungsquelle V1 aufgeladen.
In diesem Fall wird das Schaltelement S5 ausgeschaltet, und daher fließt der Vorwärtsstrom I_f zu den Dioden D1 und D2 über die Gleichspannungsquelle V3, den Widerstand R2, die Dioden D1 und D2, den Widerstand R1 und die Gleichspannungsquelle V3. Die Entfernung zwischen der Elektrode E und dem Werkstück W wird auf einen ordnungsgemäßen Wert durch ein Numeriksteuergerät (nicht gezeigt) und ein Servotreibersteuergerät gesteuert, so dass eine Entladung in dem Spalt zwischen den Elektroden hervorgerufen wird. Wenn eine Entladung in dem Spalt zwischen den Elektroden durch die Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle V1 erzeugt wird, wird eine Ladung, mit welcher die Streukapazität C1 der Schaltung geladen ist, zuerst in den Spalt zwischen den Elektroden entladen, und dann fließt ein Entladungsstartstrom I_C, wodurch ein leitfähiger Weg zwischen den Elektroden ausgebildet wird.
Um den so erzeugten, leitfähigen Weg aufrecht zu erhalten, muß ständig ein Strom an den Spalt zwischen den Elektroden geliefert werden, nachdem die Ladung der Streukapazität C1 der Schaltung vollständig entladen wurde; aus diesem Grund werden die Schaltelemente S1 und S4 eingeschaltet, während die Schaltelemente S2 und S3 ausgeschaltet werden.
Das Schaltelement S5 wird zum selben Zeitpunkt wie der Erzeugung der Entladung eingeschaltet, und hierdurch wird die Zufuhr des Vorwärtsstroms I_f zu den Dioden D1 und D2 unterbrochen; dies führt dazu, dass ein entgegengesetzter Erholungsstrom I_rr zu diesen Dioden D1 und D2 fließt. Der entgegengesetzte Erholungsstrom I_rr fließt zu den Dioden D1 und D2 in der Reihenfolge des Schaltelements S5, des Schaltelements S1, der Schaltungsinduktivität L1, des Werkstücks W, der Elektrode E, der Schaltungsinduktivität L2, des Schaltelements S4, der Gleichspannungsquelle V1, und der Dioden D1 und D2. Es wird daher der entgegengesetzte Erholungsstrom I_rr an den Spalt zwischen den Elektroden ausgegeben. Der entgegengesetzte Erholungsstrom I_rr ist durch eine Signalform ID von 3 angedeutet. Um die Stromrichtung in dem Spalt zwischen den Elektroden gleichmäßig zu machen, ist jedoch der entgegengesetzte Erholungsstrom I_rr mit einer Polarität dargestellt, die entgegengesetzt zu jener der Signalform ist, die in 2(b) gezeigt ist.
Für diesen Zeitraum werden die Schaltelemente S1 und S4 eingeschaltet, während die Schaltelemente S2 und S3 ausgeschaltet sind. Daher fließt von der Gleichspannungsquelle V1 ein Entladungshaltestrom I_R zu dem Widerstand R1, dem Schaltelement S1, der Schaltungsinduktivität L1, dem Werkstück W, der Elektrode E, der Schaltungsinduktivität L2, dem Schaltelement S4 und der Gleichspannungsquelle V1, in dieser Reihenfolge.
Daher wird ein Strom I_R + I_rr an den Spalt zwischen den Elektroden von der ersten Schaltschaltung 1 ausgegeben. Der Ausgangsstrom I_R + I_rr wird dazu verwendet, den leitfähigen Weg aufrecht zu erhalten, der in dem Spalt zwischen den Elektroden durch den Entladungsstartstrom I_C erzeugt wurde. Allerdings weisen diese Ströme einen relativ geringen Wert auf, und sind in Bezug auf die Bearbeitungsenergie schwach.
Daher haben diese Ströme die Aufgabe, als Vorentladungsstrom zu dienen, zum Liefern eines hohen Entladungsbearbeitungsstroms I_S, was später beschrieben wird.
Weiterhin wird, wenn die Schaltelemente S1 und S4 ausgeschaltet werden, während die Schaltelemente S2 und S3 eingeschaltet werden, die voranstehende Operation mit dem Muster durchgeführt, die Polarität der Ausgangsspannung und des Stroms in Bezug auf den Spalt zwischen den Elektroden umzukehren.
Der hohe Entladungsbearbeitungsstrom I_S, der von der zweite Schaltschaltung 10 ausgegeben wird, wird an den Spalt zwischen den Elektroden nach einer Verzögerung um eine bestimmte Zeit seit der ersten Erzeugung der Entladung ausgegeben, da er geliefert wird, nachdem die Erzeugung der Entladung festgestellt wurde. Genauer gesagt ist, bevor die Schaltelemente S11 und S12 eingeschaltet werden, eine Verzögerungszeit infolge der Betriebsverarbeitung und der Oszillatorsteuerung zur Einstellung einer Einschaltzeit entsprechend einem Bearbeitungszustand, infolge der Zeit zum Treiben der Schaltelemente S1 und S2, usw. vorhanden. Wenn sich die Schaltelemente S1, S4, S11 und S12 sämtlich im eingeschalteten Zustand befinden, wird hierdurch eine Schaltung ausgebildet, in welcher mehrere Gleichspannungsquellen mit unterschiedlichen Spannungen miteinander verbunden sind. Aus diesem Grund ist die Möglichkeit vorhanden, dass diese Elemente der Schaltung durch eine Potentialdifferenz einschließlich einer Stoßspannung zerstört werden. Im Falle des Einschaltens der Schaltelemente S11 und S12 werden daher als Sicherheitsmaßnahme die Schaltelement S1 und S4 ausgeschaltet.
Die Schaltelemente S11 und S12 werden gleichzeitig eingeschaltet, und hierdurch von der Gleichspannungsquelle V11 ein hoher Entladungsbearbeitungsstrom I_S abgegeben, der zu dem Schaltelement S11 fließt, zur Schaltungsinduktivität L11, zum Werkstück W, zur Elektrode E, zur Schaltungsinduktivität L12, zum Schaltelement S12, und zur Gleichspannungsquelle V11, in dieser Reihenfolge.
Nachdem die voreingestellte Einschaltzeit abgelaufen ist, werden diese Schaltelemente S11 und S12 ausgeschaltet. Allerdings fließt in diesem Fall der Entladungsbearbeitungsstrom I_S weiterhin durch die Schaltung infolge der Induktion der Schaltungsinduktivitäten L11 und L12, und wird dann rückgekoppelt und zur Gleichspannungsquelle V11 zurückgeschickt, über die Diode D12, die Schaltungsinduktivität L11, das Werkstück W, die Elektrode E, die Schaltungsinduktivität L12, und die Diode 11.
3 zeigt eine Signalform des Entladungsbearbeitungsstroms, den man mit der voranstehend geschilderten Operation der Stromversorgungseinrichtung erhält. In 3 bezeichnet V_WE eine Spannung zwischen Elektroden, und bezeichnet I_C einen Entladungsstartstrom durch Kondensatorentladung der Streukapazität C1 der Schaltung. Weiterhin bezeichnet ID den Strom der Dioden D1 und D2, und bezeichnet I_S einen Entladungsbearbeitungsstrom, der von der zweiten Schaltschaltung 10 ausgegeben wird. Schließlich bezeichnet I_R einen Entladungshaltestrom, der von der ersten Schaltschaltung 1 ausgegeben wird, und bezeichnet I_WE einen Strom zwischen den Elektroden.
Nachdem die Entladung in dem Spalt zwischen den Elektroden erzeugt wurde, beträgt die Verzögerungszeit bis zum Auftauchen des Entladungsbearbeitungsstroms I_S normalerweise etwa 400 ns, und beträgt die Impulsbreite der Kondensatorentladung des Entladungsstartstroms I_C etwa 350 ns. In diesem Fall ist ein Zeitraum, in welchem die Möglichkeit besteht, dass der Strom zwischen den Elektroden unterbrochen wird, etwa 50 ns lang.
Allerdings beträgt die Zeit, in welcher ein entgegengesetzter Erholungsstrom I_rr der Dioden D1 und D2 erzeugt wird, also eine entgegengesetzte Erholungszeit t_rr, etwa 100 ns oder mehr. Für die Dauer der Verzögerungszeit, bis der Entladungsbearbeitungsstrom I_S auftaucht, nachdem der Entladungsstartstrom I_C ausgegeben wurde, ist es daher möglich, den leitfähigen Weg aufrecht zu erhalten, der in dem Spalt zwischen den Elektroden erzeugt wurde, nämlich durch den entgegengesetzten Erholungsstrom I_rr, ohne den Strom zwischen den Elektroden zu unterbrechen.
Im vorliegenden Fall wurden nur zwei Dioden D1 und D2 zur Erzeugung des entgegengesetzten Erholungsstroms I_rr verwendet. Um einen erforderlichen entgegengesetzten Erholungsstrom I_rr zu erhalten, können mehrere Dioden, nämlich mehr als zwei, parallel oder in Reihe geschaltet werden. Weiterhin beträgt der Strom I_WE zwischen den Elektroden, der am Spalt zwischen den Elektroden auftritt, I_WE = I_C + I_R + I_rr + I_S. Der nimmt der gesamte Abschnitt der Stromsignalform um den entgegengesetzten Erholungsstrom I_rr zu, im Vergleich zum herkömmlichen Fall. Daher wird die Bearbeitungsenergie erhöht, und wird der Bearbeitungswirkungsgrad verbessert, wenn man einen Vergleich vornimmt, auf der Grundlage derselben Entladungsfrequenz.
Die Schaltelemente S11 und S12 können ein Element sein, das eine späte Zeitreaktionszeit aufweist, solange es möglich ist, den leitfähigen Weg aufrecht zu erhalten, der in dem Spalt zwischen den Elektroden ausgebildet wurde, durch den entgegengesetzten Erholungsstrom I_rr der Dioden D1 und D2, für die Dauer der Verzögerungszeit zwischen dem Entladungsstartstrom I_C und dem Entladungsbearbeitungsstrom I_S.
Im allgemeinen weist das Halbleiterschaltelement die Tendenz auf, dass die Schaltreaktionszeit spät ist, wenn die Nennkapazität groß wird. Wenn bei dem Halbleiterschaltelement kein Hindernis dafür vorhanden ist, dass es eine späte Schaltreaktionszeit aufweist, können ein IGBT und ein Leistungsmodul verwendet werden. Das IGBT-Modul weist eine hohe Kapazität auf, selbst wenn es ein Element ist, und es ist nicht erforderlich, mehrere Elemente parallel zu schalten, wenn eine Stromkapazität erforderlich ist, daher kann die Stromversorgungseinrichtung verkleinert werden.
4 ist ein Blockschaltbild des Schaltungsaufbaus einer Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 4 werden dieselben Bezugszeichen wie in 1 zur Bezeichnung von 1 entsprechenden Abschnitten verwendet, und sind die Einzelheiten weggelassen.
Bei dieser zweiten Ausführungsform bestehen eine Gleichspannungsquelle für den Erholungsstrom I_R einer ersten Schaltschaltung 2 und eine Gleichspannungsquelle für die Dioden D1 und D2 aus einer gemeinsamen Gleichspannungsquelle V2. Weiterhin sind ein Widerstand R2 und ein Halbleiterschaltelement S6 in Reihe mit einer Parallelschaltung geschaltet, welche die Dioden D1 und D2 umfaßt, und ist ein Glättungskondensator C2 parallel zu einer Reihenschaltung geschaltet, welche den Widerstand R2 und das Halbleiterschaltelement S6 umfaßt. In diesem Fall wird das Halbleiterschaltelement S6 auf der Grundlage von PWM (Impulsbreitenmodulation) durch eine PWM-Steuerschaltung 3 gesteuert.
Eine Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle V2 wird an beide Klemmen des Glättungskondensators C2 über den Widerstand R1 und die Dioden D1 und D2 angelegt. Die PWM-Steuerschaltung 3 koppelt die an die beiden Klemmen des Glättungskondensators C2 angelegte Spannung zurück, während sie die Differenz zwischen einer Bezugsspannung V_ref, die von außen eingestellt wird, und der rückgekoppelten Spannung feststellt, und steuert mittels PWM das Schaltelement S6, das mit dem Widerstand R2 in Reihe geschaltet ist. Hierdurch steuert die PWM-Steuerschaltung 3 die Spannung an den beiden Klemmen des Glättungskondensators C2 auf eine konstante Spannung mit dem gewünschten Wert.
Die Differenz zwischen der Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle V2 und der Spannung an beiden Klemmen des Glättungskondensators C2 erfährt einen Offset durch den Widerstand R1. Wenn daher Schaltungsverluste vernachlässigt werden, ist die am Spalt zwischen den Elektroden auftretende Spannung gleich der Spannung an beiden Klemmen des Glättungskondensators C2. In diesem Fall ist die Spannung, die zwischen den Elektroden angelegt wird, durch die PWM-Steuerschaltung 3 einstellbar; daher muß die Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle V2 keine variable Spannung sein.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung des Betriebsablaufs der Stromversorgungseinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform mit dem voranstehend geschilderten Aufbau. In einem Zustand, in welchem keine Entladung oder ein Kurzschluß in dem Spalt zwischen den Elektroden vorhanden ist, taucht die Spannung zwischen den Klemmen des Glättungskondensators C2 an dem Spalt zwischen den Elektroden auf, wenn die Schaltelemente S2 und S3 der ersten Schaltschaltung 2 ausgeschaltet werden, während die Halbleiterschaltelemente S1 und S4 eingeschaltet werden. Gleichzeitig wird die Streukapazität C1 der Schaltung auf die Spannung zwischen den Klemmen des Glättungskondensators C2 aufgeladen. In diesem Fall ist bereits ein Vorwärtsstrom I_f zu den Dioden D1 und D2 geflossen, über die Gleichspannungsquelle V2, den Widerstand R1, die Dioden D1 und D2, den Glättungskondensator C2, und die Gleichspannungsquelle V1.
Wenn eine Entladung erzeugt wird, wird die Spannung zwischen den Elektroden niedriger als die Spannung über den Klemmen des Glättungskondensators C2. Aus diesem Grund weist die Spannung über den Klemmen der Dioden D1 und D2 eine entgegengesetzte Polarität auf, und wird die Zufuhr des Vorwärtsstroms I_f zu den Dioden D1 und D2 unterbrochen; dies führt dazu, dass ein entgegengesetzter Erholungsstrom I_rr erzeugt wird. Der entgegengesetzte Erholungsstrom I_rr fließt zu den Dioden D1 und D2, dem Schaltelement S1, der Schaltungsinduktivität L1, dem Werkstück W, der Elektrode E, der Schaltungsinduktivität L2, dem Schaltelement S4, dem Glättungskondensator C2, und den Dioden D1 und D2, in dieser Reihenfolge, und hierdurch wird der entgegengesetzte Erholungsstrom I_rr an den Spalt zwischen den Elektroden ausgegeben. Der Betriebsablauf danach ist ebenso wie bei der voranstehend geschilderten ersten Ausführungsform. Daher können bei dieser zweiten Ausführungsform dieselben Auswirkungen wie bei der ersten Ausführungsform erzielt werden.
5 ist ein Blockschaltbild, welches den Schaltungsaufbau einer Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In 5 werden dieselben Bezugszeichen wie in 1 zur Bezeichnung von 1 entsprechenden Abschnitten verwendet, und sind die Einzelheiten weggelassen.
Bei dieser dritten Ausführungsform ist eine Gleichspannungsquelle V3 in einer Hauptschaltung einer ersten Schaltschaltung 4 in Reihe mit einer Gleichspannungsquelle V1 und einem Widerstand R1 der ersten Schaltschaltung 4 vorgesehen. Weiterhin bildet eine Schaltung zur Erzeugung eines entgegengesetzten Erholungsstroms einer Diode eine Stromschleife, so dass die parallel geschalteten Dioden D1 und D2 parallel zur Gleichspannungsquelle V3 und zum Widerstand R1 geschaltet sind, und ein Vorwärtsstrom an diese Dioden D1 und D2 durch die Gleichspannungsquelle V3 und den Widerstand R1 geliefert wird. In diesem Fall ist die Spannung, die von der Gleichspannungsquelle V3 erzeugt wird, niedriger eingestellt als jene Spannung, die von der Gleichspannungsquelle V1 erzeugt wird.
Bei der voranstehend geschilderten Schaltung werden, wenn die Halbleiterschaltelemente S1 und S4 eingeschaltet werden, die Dioden D1 und D2 in Gegenrichtung mit einer Spannung belegt, die von der Gleichspannungsquelle V1 angelegt wird, wodurch ein entgegengesetzter Erholungsstrom I_rr in diesen Dioden D1 und D2 erzeugt wird. Der entgegengesetzte Erholungsstrom I_rr wird an den Spalt zwischen der Elektrode E und dem Werkstück W ausgegeben, bevor ein Bearbeitungsstrom von der zweiten Schaltschaltung 10 ausgegeben wird, wie bei der voranstehend geschilderten, ersten Ausführungsform.
Hierdurch ist es möglich, nachdem der Entladungsstartstrom I_C ausgegeben wurde, den entgegengesetzten Erholungsstrom I_rr an den Spalt zwischen den Elektroden zu liefern, bevor der Entladungsbearbeitungsstrom I_S über die zweite Schaltschaltung 10 geliefert wird, und zu verhindern, dass der Strom zwischen den Elektroden unterbrochen wird. Daher kann bei dieser dritten Ausführungsform dieselbe Auswirkung wie bei der ersten Ausführungsform erhalten werden.
Bei dem Schaltungsaufbau dieser dritten Ausführungsform sehen bei Betrachtung der ersten Schaltschaltung 4 von der zweiten Schaltschaltung 10 aus der Widerstand R1 und die Dioden D1 und D2 so aus, als wären sie parallel geschaltet. In diesem Fall ist die Stromrichtung von der zweiten Schaltschaltung 10 zur ersten Schaltschaltung 4 eine Vorwärtsrichtung der Dioden D1 und D2. Ein Teil des Stroms, der von der zweiten Schaltschaltung 10 geliefert wird, fließt in die Gleichspannungsquelle V1 über diese Dioden D1 und D2, aus diesem Grund ist die Möglichkeit vorhanden, dass dieser Anteil des Stroms einen schlechten Einfluß ausübt. Um das voranstehend geschilderte Problem zu lösen ist bei dieser dritten Ausführungsform der Ausgang der Gleichspannungsquelle V1 mit einer Diode D3 versehen, um den ankommenden Strom von der zweiten Schaltschaltung 10 zu sperren.
Wie voranstehend geschildert wird bei den voranstehenden ersten bis dritten Ausführungsformen der Entladungsstartstrom I_C ausgegeben, um zu verhindern, dass der Strom zwischen den Elektroden unterbrochen wird, bevor der Entladungsbearbeitungsstrom I_S über die zweite Schaltschaltung 10 geliefert wird, wozu der entgegengesetzte Erholungsstrom I_rr verwendet wird, der in den Dioden D1 und D2 erzeugt wird.
Hierdurch ist es möglich, für die Dauer der Verzögerungszeit von der Vorladung bis zur Lieferung des Bearbeitungsstroms bei der Bearbeitung mit elektrischer Entladung, stabil den leitfähigen Weg aufrecht zu erhalten, der in dem Spalt zwischen den Elektroden erzeugt wurde, ohne den leitfähigen Weg zu löschen. Zusätzlich ist es möglich, eine Verringerung des Bearbeitungswirkungsgrades durch einen Ausfall der Zufuhr des Bearbeitungsstroms zu verhindern, und eine unnötige Unterbrechung eines Elektrodendrahtes zu verhindern, daher können der Bearbeitungswirkungsgrad und die Bearbeitungsgeschwindigkeit verbessert werden. Darüber hinaus wird der Bearbeitungsstrom glatt seit der Vorentladung geliefert, wodurch eine Rauhigkeit der bearbeiteten Oberfläche verhindert wird; daher können die Bearbeitungsgenauigkeit und die Bearbeitungsqualität verbessert werden.
Wie voranstehend geschildert ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein Element mit hoher Kapazität mit relativ langsamer Schaltreaktionszeit zu verwenden; daher kann die Anzahl an Elementen verringert werden, und kann darüber hinaus die gesamte Stromversorgungseinrichtung verkleinert und kostensgünstig zur Verfügung gestellt werden.
6 ist ein Blockschaltbild, das den Schaltungsaufbau einer Stromversorgungseinrichtung für Bearbeitung mit elektrischer Entladung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In 6 werden dieselben Bezugszeichen wie in 1 zur Bezeichnung von 1 entsprechenden Abschnitten verwendet, und sind die Einzelheiten weggelassen.
Bei dieser vierten Ausführungsform ist eine erste Schaltschaltung 5 mit einem Kondensator C3 zur Verstärkung eines Vorentladungsstroms versehen, und ist mit einer Stromladeschleife für den Kondensator C3 versehen, die aus einer Gleichspannungsquelle V3, einem Widerstand R1 und dem Kondensator C3 besteht.
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung des Betriebs der Stromversorgungseinrichtung gemäß der vierten Ausführungsform mit dem voranstehend geschilderten Aufbau. Bevor. die erste Schaltschaltung 5 und die zweite Schaltschaltung 10 in Betrieb genommen werden, wird der Kondensator C3 durch die Stromschleife geladen, die aus der Gleichspannungsquelle V3, dem Widerstand R1 und dem Kondensator C3 besteht. Daraufhin werden die Halbleiterschaltelemente S1 und S4 der ersten Schaltschaltung 5 gleichzeitig eingeschaltet, wodurch die Ladung des Kondensators C3 entladen wird, und dann dem Spalt zwischen den Elektroden über die Schaltelemente S1 und S4 zugeführt wird.
Hierdurch ist es möglich, wie in jenem Fall, in welchem der entgegengesetzte Erholungsstrom der Diode an den Spalt zwischen den Elektroden geliefert wird, wie dies bei den voranstehenden ersten bis dritten Ausführungsformen beschrieben wurde, eine Unterbrechung des Stroms zwischen den Elektroden zu verhindern, unter Verwendung des Entladungsstroms von dem Kondensator C3, bevor der Entladungsbearbeitungsstrom I_S über die zweite Schaltschaltung 10 geliefert wird. Daher können bei dieser vierten Ausführungsform dieselben Auswirkungen wie bei der ersten bis dritten Ausführungsform erhalten werden.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung ist bei einer Impulsversorgungsquelle für eine elektrische Entladungsmaschine einsetzbar, beispielsweise eine Drahtschneide-Entladungsmaschine und dergleichen.

Claims

Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung eines Werkstücks (W) mit elektrischer Entladung, umfassend: eine Elektrode (E); einen ersten Schaltkreis (1); einen zweiten Schaltkreis (10), der parallel zum ersten Schaltkreis (1) geschaltet ist, wobei ein Impulsstrom an einen Spalt zwischen der Elektrode (E) und dem Werkstück (W) zuerst durch den ersten Schaltkreis (1) und dann durch den zweiten Schaltkreis (10) geliefert wird, und das Werkstück (W) bearbeitet wird, während die Relativposition der Elektrode (E) und des Werkstücks (W) gesteuert wird; und eine Stromschleife, welche einen Widerstand (R2) und eine Diode (D1, D2) umfasst, wobei die Stromschleife eingerichtet ist, so dass die Diode (D1, D2) mit einem Strom (I_F) in Durchlassrichtung versorgt wird, zur gleichen Zeit, zu welcher eine Spannung zur Erzeugung einer Entladung ausgegeben wird, oder davor, und die Zufuhr des Stroms (I_F) in Durchlassrichtung zur Diode (D1, D2) in dem Moment unterbrochen wird, in dem eine Entladung einsetzt, und ein Sperrerholstrom, der von der Diode (D1, D2) ausgegeben wird, dem Spalt zwischen der Elektrode (E) und dem Werkstück (W) zugeführt wird.
Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung nach Anspruch 1, welche weiterhin ein Halbleiterschaltelement (S5) zum Sperren der Zufuhr des Stroms (I_F) in Durchlassrichtung an die Diode (D1, D2) aufweist.
Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung nach Anspruch 1, welche weiterhin einen derartigen Schaltungsaufbau aufweist, dass eine der Durchlassrichtung entgegengesetzte Spannung an beide Klemmen der Diode (D1, D2) in dem Moment angelegt wird, in welchem eine Entladung (D1, D2) erzeugt wird, wobei ein Sperrerholstrom der Diode (D1, D2), der zu diesem Zeitpunkt erzeugt wird, dem Spalt zwischen der Elektrode (E) und dem Werkstück (W) zugeführt wird.
Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung nach Anspruch 1, bei welcher mehrere Dioden (D1, D2) parallel oder in Reihe geschaltet sind.
Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung nach Anspruch 1, welche ferner eine zusätzliche Gleichspannungsquelle (V3) als Gleichspannungsquelle zum Liefern des Stroms (I_F) in Durchlassrichtung an die Diode (D1, D2) aufweist, zusätzlich zu der Gleichspannungsquelle, welche durch den ersten oder zweiten Schaltkreis (1, 10) gebildet wird.
Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung nach Anspruch 1, bei welcher der Strom (I_F) in Durchlassrichtung der Diode (D1, D2) von der Gleichspannungsquelle (V2) des ersten Schaltkreises (1) geliefert wird.
Stromversorgungseinrichtung für die Bearbeitung eines Werkstücks (W) mit elektrischer Entladung, umfassend: eine Elektrode (E); einen ersten Schaltkreis (1); einen zweiten Schaltkreis (10), der parallel zum ersten Schaltkreis (1) geschaltet ist, wobei ein Impulsstrom an einen Spalt zwischen der Elektrode (E) und dem Werkstück (W) zuerst durch den ersten Schaltkreis (1) und dann durch den zweiten Schaltkreis (10) geliefert wird, und das Werkstück (W) bearbeitet wird, während die Relativposition der Elektrode (E) und des Werkstücks (W) gesteuert wird; und eine Stromschleife, welche einen Widerstand (R1) und einen Kondensator (C3) umfasst, wobei die Stromschleife eingerichtet ist, so dass der Kondensator (C3) zur gleichen Zeit geladen wird, zu welcher eine Spannung zur Erzeugung einer Entladung ausgegeben wird, oder davor, und nach Einsetzen der Entladung zwischen Elektrode (E) und Werkstück (W) der Entladungsstrom des Kondensators (C3) an den Spalt zwischen der Elektrode (E) und dem Werkstück (W) ausgegeben wird, bevor der zweite Schaltkreis (10) einen Bearbeitungsstrom ausgibt.