DE112011104963T5

DE112011104963T5 - Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschineund ein Steuerverfahren dafür

Info

Publication number: DE112011104963T5
Application number: DE112011104963T
Authority: DE
Inventors: Hiroki Hikosaka; Kazunari Morita
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2013-11-28
Also published as: WO2012114524A1; CN102770225A; JP4850318B1; US20120228268A1; CN102770225B; JPWO2012114524A1

Abstract

Ein Kondensator (Cq), der eine elektrische Ladung speichert, eine Gleichstrom-Energieversorgung (V), die den Kondensator (Cq) lädt, ein erstes Schaltelement (Si), das eine impulsartige Entladung erzeugt durch Anlegen der in dem Kondensator (Cq) gespeicherten elektrischen Ladung an einen Elektrodenabstand (G), und eine Steuereinheit (10), die AN/AUS des ersten Schaltelementes (S1) auf Grundlage einer Spannung des Elektrodenabstands (G) steuert. Nach dem Steuern des ersten Schaltelementes (S1), AN zu sein, um die in dem Kondensator (Cq) gespeicherte elektrische Ladung an den Elektrodenabstand (G) anzulegen, ändert die Steuereinheit (10) eine Zeitmenge von einem Punkt, wenn die Spannung des Elektrodenabstands (G) auf einen vorbestimmten Wert oder niedriger verringert ist, bis zu einem Punkt, wenn das erste Schaltelement (S1) gesteuert wird, AUS zu sein, um das Ausmaß eines in dem Elektrodenabstand (G) erzeugten Entladungsimpulses zu steuern.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine und ein Verfahren zum Steuern einer Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine.
Hintergrund
In einer Funkenerosionsmaschine gibt es vor allem zwei zu lösende Probleme in einem Fall, wo eine Steuerung durchgeführt wird, so dass eine Entladungsfrequenz erhöht wird, um ihre Fähigkeit zur maschinellen Bearbeitung zu verbessern. Eines ist eine Ladezeit für einen Kondensator zum Speichern einer elektrischen Ladung, die eine Entladungsenergie sein soll. Das Andere ist eine Wärmeerzeugungsmenge eines Schaltelementes, das gesteuert wird, AN zu sein, beim Entladen einer in dem Kondensator gespeicherten elektrischen Ladung.
Um das erste Problem der oben beschriebenen Probleme zu lösen, offenbart die folgende Patentliteratur 1 als eine konventionelle Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine eine Ausführungsform, in der vier Gruppen eines Reihenschaltkreises, gebildet durch einen Widerstand und einen Kondensator, parallel zueinander angeordnet sind und die vier Kondensatoren zu unterschiedlichen Zeiten geladen werden, um die im Wesentlichen vier Mal längere Ladezeit für die Kondensatoren zu erhalten. Um das letztere Problem zu lösen, ist außerdem eine Ausführungsform offenbart, in der vier Schaltelemente zueinander parallel geschaltet sind und gleichzeitig AN-geschaltet sind, um eine Wärmeerzeugungsmenge für jedes Schaltelement zu reduzieren.
Zitatliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2003-205426 (26 und 29)

Inhaltsangabe
Technisches Problem
Da in der oben beschriebenen Patentliteratur 1 gezeigte Technik eine Technik ist, in der die Anzahl parallel zueinander angeordneter Entladeschaltkreise und Ladeschaltkreise einfach erhöht wird, gibt es ein Problem, dass ein Anstieg der Schaltkreisgröße unvermeidbar ist, um die Fähigkeit zur maschinellen Bearbeitung zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung ist angesichts des Obigen getätigt worden, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine, die fähig ist zum Vermeiden oder Unterdrücken eines Anstiegs der Schaltkreisgröße beim Verbessern der Fähigkeit zur maschinellen Bearbeitung davon, und ein Verfahren zum Steuern derselben bereitzustellen.
Lösung des Problems
Um die zuvor erwähnten Probleme zu lösen, ist eine Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine gemäß einem Aspekt der Erfindung derart konstruiert, um zu enthalten: ein Ladungsspeicherungselement, das eine elektrische Ladung speichert; eine Gleichstrom-Energieversorgung, die das Ladespeicherungselement lädt; ein erstes Schaltelement, das eine impulsartige Entladung erzeugt durch Anlegen der in dem Ladungsspeicherungselement gespeicherten elektrischen Ladung an einen Elektrodenabstand; und eine Steuereinheit mit einer Erfassungseinheit, die verschiedenartige elektrische Größen erfasst, die gemäß einer Spannung des Elektrodenabstands oder einer an den Elektrodenabstand angelegten Spannung variieren, zum AN- und AUS-Steuern des ersten Schaltelementes auf Grundlage eines erfassten Wertes der durch die Erfassungseinheit verschiedenartigen elektrischen Größen, wobei nach einem Steuern des ersten Schaltelementes, AN zu sein, um die in dem Ladungsspeicherungselement gespeicherte elektrische Ladung an den Elektrodenabstand anzulegen, die Steuereinheit eine Zeitmenge von einem Punkt, wenn der erfasste Wert der verschiedenartigen elektrischen Größen auf einen vorbestimmten Wert oder niedriger verringert ist, bis zu einem Punkt ändert, wenn das erste Schaltelement gesteuert wird, AUS zu sein, wodurch ein Ausmaß eines in dem Elektrodenabstand erzeugten Entladungsimpulses gesteuert wird.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird solch eine Wirkung erhalten, dass eine Zunahme der Schaltkreisgröße verhindert oder unterdrückt werden kann, während die Fähigkeit zur maschinellen Bearbeitung verbessert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm, das ein Ausgestaltungsbeispiel einer Funkenerosionsmaschine mit einer Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Zeitdiagramms in einem Fall zeigt, wo eine relativ kleine Impulsentladung eines Elektrodenabstandstroms erzeugt wird.
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Zeitdiagramms in einem Fall zeigt, wo eine relativ große Impulsentladung eines Elektrodenabstandstroms erzeugt wird.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Zeitdiagramms in einem Fall zeigt, wo eine Gruppenimpulsentladung erzeugt wird, in der eine große Impulsentladung und eine kleine Impulsentladung eines Elektrodenabstandstroms gemischt sind.
5 ist ein Diagramm, das ein Ausgestaltungsbeispiel einer Funkenerosionsmaschine mit einer Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Zeitdiagramms gemäß einer Steueroperation der zweiten Ausführungsform zeigt,
7 ist ein Diagramm, das ein Ausgestaltungsbeispiel einer Funkenerosionsmaschine mit einer Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
8 ist ein Diagramm, das ein Ausgestaltungsbeispiel einer Funkenerosionsmaschine mit einer Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.
9 ist ein Diagramm, das ein Ausgestaltungsbeispiel einer Funkenerosionsmaschine mit einer Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt.
Beschreibung der Ausführungsformen
Eine Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine und ein Verfahren zum Steuern derselben gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden. Man beachte, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die unten zu beschreibenden Ausführungsformen beschränkt ist.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Diagramm, das ein Ausgestaltungsbeispiel einer Funkenerosionsmaschine mit einer Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Die Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine gemäß der ersten Ausführungsform ist ausgestaltet, eine Gleichstrom-Energieversorgung V, einen Widerstand Rs, einen Kondensator Cq, ein erstes Schaltelement S1, ein zweites Schaltelement S2 und eine Steuereinheit 10 zu enthalten.
In 1 sind ein Werkstück W und eine Elektrode E (ein Draht in einem Fall einer Draht-Funkenerosionsmaschine, oder eine Formelektrode (Engl.: mold electrode) in einem Fall einer Senk-Funkenerosionsmaschine (Engl.: Die sinking electrical discharge machine)) sind mit der Gleichstrom-Energieversorgung V über das erste Schaltelement S1 (hier ist ein FET als ein Beispiel veranschaulicht) und den Widerstand Rs verbunden. Der Kondensator Cq ist ein Ladungsspeicherungselement und ist mit beiden Enden der Reihenschaltung von Widerstand Rs und Gleichstrom-Energieversorgung V verbunden. Ein Drain-Ende des ersten Schaltelementes S1 ist mit einem Ende des Kondensators Cq verbunden, und ein Source-Ende davon ist ist einem Drain-Ende des zweiten Schaltelementes S2 (hier ist ein FET als ein Beispiel veranschaulicht) verbunden. Ein Source-Ende des zweiten Schaltelementes S2 ist mit dem anderen Ende des Kondensators Cq verbunden, wodurch eine Schaltkreisausgestaltung resultiert, so dass das Source-Ende des zweiten Schaltelementes S2 mit einem negativen Anschluss der Gleichstrom-Energieversorgung V verbunden ist.
Mit Blick auf die Schaltkreisausgestaltung sind eine Kapazität Cs und ein Widerstand Rw eines Bearbeitungsfluids an beiden Enden des Werkstücks W und der Elektrode E hinzugefügt, um miteinander parallel abgeschlossen zu sein. Zusätzlich zu dieser Kapazität Cs und dem Widerstand Rw ist eine parasitäre Induktivität Ls, die möglicherweise in einem Strompfad zwischen der Gleichstrom-Energieversorgung V und der Elektrode E vorhanden ist, hinzugefügt, um einen elektrischen Schaltkreis zu bilden. Man beachte, dass die parasitäre Induktivität Ls eine Induktivitätskomponente, die innerhalb der Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine vorhanden ist, oder eine Induktivitätskomponente ist, die einem Leiterabschnitt eigen ist, der die Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine mit dem Werkstück W und der Elektrode E verbindet.
Andererseits ist die Steuereinheit 10 eine Bestandteileinheit zum Durchführen einer Schaltsteuerung des ersten Schaltelementes S1 und des zweiten Schaltelementes S2. Die Steuereinheit 10 ist ausgestaltet, eine Spannungserfassungseinheit 11, eine Spannungssetzeinheit 12, eine Spannungsvergleichseinheit 13, eine Operationssetzeinheit 14 und eine Schaltsteuereinheit 15 zu enthalten. Die Spannungserfassungseinheit 11 erfasst eine Spannung, die in einem Elektrodenabstand G erzeugt worden ist, der zwischen dem Werkstück W und der Elektrode E gebildet ist (hier im Nachfolgenden als eine ”Elektrodeabstandspannung” bezeichnet). Die Spannungsvergleichseinheit 13 vergleicht die durch die Spannungserfassungseinheit 11 erfasste Elektrodenabstandspannung mit einer gesetzten Spannung von der Spannungssetzeinheit 12, erzeugt ein Vergleichssignal, das angibt, ob oder ob nicht die Elektrodeabstandspannung höher als die gesetzte Spannung ist, und gibt das Vergleichssignal an die Schaltsteuereinheit 15 ein. Die Schaltsteuereinheit 15 steuert das erste Schaltelement S1 und das zweite Schaltelement S2 durch Erzeugen von Steuersignalen, die das erste Schaltelement S1 und das zweite Schaltelement S2 AN- oder AUS schalten, auf Grundlage des Vergleichsignals von der Spannungsvergleichseinheit 13 und einem in der Operationssetzeinheit 14 gesetzten Signal.
Als Nächstes wird eine Operation der Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine beschrieben werden. 2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Zeitdiagramms in einem Fall zeigt, wo eine relativ kleine Impulsentladung eines Elektrodenabstandstroms erzeugt wird. In 2 steuert die Schaltsteuereinheit 15 das erste Schaltelement S1, AN zu sein. Dann wird die in dem Kondensator Cq gespeicherte elektrische Ladung an den Elektrodenabstand G angelegt, wodurch eine Elektrodenabstandspannung erhöht wird. Die Elektrodeabstandspannung wird durch die Spannungserfassungseinheit 11 erfasst. Wenn die Elektrodeabstandspannung größer als die bei der Spannungssetzeinheit 12 gesetzte Spannung (hier im Nachfolgenden als eine ”gesetzte Spannung” bezeichnet) ist (2(a)), wird ein Vergleichsignal bei der Spannungsvergleichseinheit 13 erzeugt (2(b)). Wenn eine Entladung gestartet wird und der Fluss eines Elektrodenabstandstroms gestartet wird, nach einem Anstieg der Elektrodeabstandspannung, wird die Elektrodeabstandspannung verringert (2(a)). Die Schaltsteuereinheit 15 steuert das erste Schaltelement S1, AUS zu sein, nach einem Durchlauf einer vorbestimmten Zeitmenge t1 seit dem Fallen des Vergleichsignals (2(c)). Nach dem Steuern des ersten Schaltelementes S1, AUS zu sein, steuert die Schaltsteuereinheit 15 das zweite Schaltelement 52, AN zu sein bei einem Zeitverhältnis, so dass das erste Schaltelement S1 und das zweite Schaltelement 52 nicht gleichzeitig AN sind 2(d)). Veranlasst durch diese Steuerung bewirkt das zweite Schaltelement 52 einen Kurzschluss zwischen dem Werkstück W und der Elektrode E (Elektrodenabstand), und die in der Kapazität Cs in dem Elektrodenabstand verbliebene elektrische Ladung wird entladen. Man beachte, dass, da das erste Schaltelement S1 AUS ist, die in dem Kondensator Cq verbliebene elektrische Ladung aufrecht erhalten wird.
Mit der oben beschriebenen Steuerung fließt ein Elektrodenabstandstrom, wie in 2(e)) gezeigt. Man beachte, dass eine gestrichelte Linie in 2(e)) eine imaginäre Linie ist, die das Ausmaß eines Stroms darstellt, der erwartungsgemäß fließt, wenn eine Entladung getätigt wird durch Verwenden der Gesamtmenge der in dem Kondensator Cq gespeicherten elektrischen Ladung, und dass ein Gebiet einer von der gestrichelten Linie und der Zeitachse umgebenen Region der Gesamtmenge der in dem Kondensator Cq gespeicherten elektrischen Ladung entspricht. Da in einem Fall von 2 die vorbestimmte Zeitmenge t1 zum Steuern des ersten Schaltelementes S1, AUS zu sein nach dem Fallen des Vergleichsignals, gesetzt wird, klein zu sein, ist es möglich, das Ausmaß des Elektrodeabstandstroms auf einen relativ kleinen Wert zu begrenzen.
3 ist andererseits ein Diagramm, das ein Beispiel eines Zeitdiagramms in einem Fall zeigt, wo eine relativ große Impulsentladung eines Elektrodenabstandstroms erzeugt wird. 3 unterscheidet sich von 2 hinsichtlich der Steuerung darin, dass eine vorbestimmte Zeitmenge t2 zum Steuern des ersten Schaltelementes S1, AUS zu sein nach dem Fallen eines Vergleichsignals, gesetzt wird, länger als in dem Fall von 2 (die vorbestimmte Zeitmenge t1) zu sein (t2 > t1), wie in 3(c) gezeigt. Die in dem Kondensator Cq gespeicherte elektrische Ladung wird an den Elektrodenabstand G gemäß einer Zeitkonstante geliefert, die im Wesentlichen bestimmt wird durch die parasitäre Induktivität Ls und die Kapazität Cs während der AN-Periode des ersten Schaltelementes S1. Da in einem Fall von 3 die Zeitmenge, während der die elektrische Ladung an den Elektrodenabstand G geliefert wird, größer als die in dem Beispiel von 2 ist, wird der Spitzenwert des Elektrodenabstandstroms größer und wird auch die Zeitmenge, während der der Elektrodenabstandstrom fließt, größer. Man beachte, dass, während die vorbestimmte Zeitmenge t2 zum Steuern des ersten Schaltelementes S1, AUS zu sein, in der Nähe der Spitze des Elektrodenabstandstroms existiert, wie in 3(e) in dem Beispiel von 3 gezeigt, sie nicht auf die Nähe der Spitze des Elektrodenabstandstroms begrenzt ist. Zum Beispiel kann die vorbestimmte Zeitmenge t2 zum Steuern des ersten Schaltelementes S1, AUS zu sein, eine große Zeitmenge sein, die die Spitze des Elektrodenabstandstroms überschreitet.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Zeitdiagramms in einem Fall zeigt, wo eine Gruppenimpulsentladung mit einer Impulsentladung mit einer großen elektrischen Ladungsmenge und einer darin gemischten Impulsentladung mit einer kleinen elektrischen Ladungsmenge erzeugt wird. In dem vorhandenen Beispiel wird, wie in 4(e) gezeigt, eine Steuerung getätigt, so dass, einem Strompuls (P1) mit einem großen Elektrodenabstandstrom folgend, ein Gruppenimpuls (P2) erzeugt wird, so dass ein Stromimpuls mit einem kleinen Elektrodenabstandstrom nachfolgend auftritt.
Wenn mit einer Funkenerosionsmaschine eine maschinelle Bearbeitung mit einem Ziel, eine gewisse Form zu erhalten, durchgeführt wird, ist es selten, die Arbeit mit nur einer einmaligen maschinellen Bearbeitung zu vollenden. Im Allgemeinen ist es erforderlich, eine maschinelle Bearbeitung einige Male durchzuführen von einer Grobbearbeitung genannten maschinellen Bearbeitung bis zu einer sogenannten Fertigbearbeitung genannten maschinellen Bearbeitung zum Erhöhen der Oberflächengenauigkeit der Trennfläche des Werkstücks. Um einen Bereich von einer Grobbearbeitung mit einer großen Energie bis zu einer Fertigbearbeitung mit Verwendung einer kleinen Energie abzudecken, wird deshalb in einer allgemeinen Funkenerosionsmaschine eine Steuerung auf solch eine Weise durchgeführt, dass die Einstellungen der Energieversorgung dazwischen umgeschaltet werden, um das Ausmaß eines Entladungsimpulses gemäß der maschinellen Bearbeitung zu ändern, oder auf solch eine Weise, dass eine Vielzahl von Leistungsschaltkreisen bereitgestellt ist, um die Leistungsschaltkreise selbst umzuschalten. Um gleichzeitig eine hohe maschinelle Bearbeitungsgeschwindigkeit und eine feine Oberflächengüte zu erzielen, wird es darüber hinaus praktiziert, dass unter aufeinanderfolgend-aufgetretenen Impulsentladungen ein großer Entladungsimpuls und eine Vielzahl kleiner Entladungsimpulse wiederholt angewendet werden.
Außerdem ist es in der Funkenerosionsmaschine der ersten Ausführungsform vorzuziehen, eine Funktion zum Steuern des Ausmaßes eines Entladungsimpulses gemäß der Grobbearbeitung und Fertigbearbeitung und eine Funktion zu haben zum wiederholten Anwenden, unter aufeinanderfolgendaufgetretenen Impulsentladungen, eines großen Entladungsimpulses und einer Vielzahl kleiner Entladungsimpulse wie oben beschrieben. Die Funkenerosionsmaschine der ersten Ausführungsform realisiert diese Funktionen mittels der Funktion der Steuereinheit 10.
Die in 4(a) und 4(b), unter Rückkehr zu 4, gezeigten Operationen sind ähnlich zu denen von 2 und 3. Andererseits wird in dem in 4 gezeigten Beispiel zuerst ein großer Entladungsimpuls (P1) des Elektrodenabstandstroms erzeugt durch Steuern des ersten Schaltelementes S1, AUS zu sein nach dem Durchlaufen einer vorbestimmten Zeitmenge t3 (die erste vorbestimmte Zeitmenge) seit dem Fallen des Vergleichsignals. Danach wird das erste Schaltelement S1 gesteuert, AN zu sein nach dem Durchlaufen einer vorbestimmten Zeitmenge t4 (die zweite vorbestimmte Zeitmenge) seit dem Punkt, wenn das erste Schaltelement S1 gesteuert wird, AUS zu sein, und das erste Schaltelement S1 wird gesteuert, AUS zu sein nach dem Durchlaufen einer vorbestimmten Zeitmenge t5 (die dritte vorbestimmte Zeitmenge) seit dem Punkt, wenn das erste Schaltelement S1 gesteuert wird, AN zu sein. Als ein Ergebnis wird ein kleiner Entladungsimpuls (P2) des Elektrodenabstandstroms erzeugt. Darüber hinaus wird eine kleine Impulsgruppe (P3) des Elektrodenabstandstroms zusammen mit dem oben beschriebenen Entladungsimpuls P2 erzeugt durch Wiederholen der Steuerung der AUS-Periode t4 und der AN-Periode t5 für eine vorbestimmte Anzahl von Malen.
Man beachte, dass, während das zweite Schaltelement S2 gesteuert wird, AN in der Periode von t4 zu sein, während der das erste Schaltelement S1 gesteuert wird, AUS zu sein, in dem Beispiel von 4 (4(d)), solch eine Steuerung eine Steuerung zum Entladen der in der Kapazität Cs verbliebenen elektrischen Ladung ist. Während die Steuerung, so dass die AUS-Periode t4 und die AN-Periode t5 wiederholt werden, in dem Beispiel von 4 durchgeführt wird, müssen außerdem diese Zeitparameter nicht dieselben sein, und Pulsbreiten vor und nach dem Gruppenimpuls können offensichtlich geändert werden.
Mit der Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine und dem Verfahren zum Steuern derselben gemäß der ersten Ausführungsform steuert wie oben beschrieben die Steuereinheit 10 das erste Schaltelement S1, AN zu sein, um die in dem Kondensator Cq gespeicherte elektrische Ladung an den Elektrodenabstand G anzulegen, und ändert dann die Zeitmenge von einem Punkt, wenn die durch die Spannungserfassungseinheit 11 erfasste Spannung auf den vorbestimmte Wert oder niedriger verringert ist, bis zu einem Punkt, wenn das erste Schaltelement S1 gesteuert wird, AUS zu sein, wodurch das Ausmaß des in dem Elektrodenabstand G zu erzeugenden Entladungsimpulses gesteuert wird. Somit ist es möglich, die Fähigkeit zur maschinellen Bearbeitung zu verbessern, ohne die Schaltkreisausgestaltung der Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine zu modifizieren.
Da es darüber hinaus gemäß der Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine und dem Verfahren zum Steuern derselben gemäß der ersten Ausführungsform möglich ist, die Zeitmenge von einem Punkt, wenn das erste Schaltelement S1 AN geschaltet wird, bis zu einem Punkt, wenn das erste Schaltelement AUS geschaltet wird, beliebig zu steuern, wird es möglich, eine Vielzahl von Entladungsimpulsen mit unterschiedlichen Stromwerten zu erzeugen, während eine Zunahme der Schaltkreisgröße verhindert oder unterdrückt wird.
Da darüber hinaus gemäß der Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine und dem Verfahren zum Steuern derselben gemäß der ersten Ausführungsform Entladungsimpulse mit unterschiedlichen Stromwerten durch geeignetes Steuern der Zeitmenge von einem Punkt, wenn das erste Schaltelement S1 AN-geschaltet wird, bis zu einem Punkt, wenn das erste Schaltelement S1 AUS geschaltet wird, zu erzeugen, wird es möglich, eine gewisse Bearbeitungsbedingung aufrecht zu erhalten, selbst wenn eine Elektrodenabstandimpedanz aufgrund einer Änderung in dem Werkstück W oder der Umgebung geändert wird.
Man beachte, dass ein Schaltelement, dessen Material Silizium (Si) ist (IGBT, MOSFET, oder dergleichen) typischerweise als ein Schaltelement verwendet wird, das in einer konventionellen Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine verwendet ist. Andererseits ist die in der ersten Ausführungsform oben beschriebene Technik nicht auf das durch Verwendung von Silizium als ein Material gebildete Schaltelement beschränkt. Anstelle von Silizium kann ein Schaltelement, dessen Material Siliziumcarbid (SiC) ist, das in den vergangenen Jahren die Aufmerksamkeit auf sich gezogen hat, selbstverständlich für die Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine verwendet werden.
Da Siliziumcarbid eine derartige Charakteristik hat, dass es bei einer hohen Temperatur verwendet werden kann, kann hier eine zulässige Betriebstemperatur für ein Schaltelement durch Verwendung des Schaltelementes, dessen Material Siliziumcarbid ist, als das in der Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine enthaltene Schaltelement erhöht werden. Deshalb wird es möglich, das Problem einer Wärmeerzeugungsmenge zuverlässig zu vermeiden. Dieses macht es möglich, die Fähigkeit zur maschinellen Bearbeitung zu verbessern, während eine Zunahme der Schaltkreisgröße verhindert oder unterdrückt wird.
Ferner hat das durch Siliziumcarbid gebildete Schaltelement eine hohe Hitzebeständigkeit. Deshalb wird es möglich, die Größe eines zu dem Schaltelement hinzugefügten Radiators (Wärmeableiter) zu reduzieren und somit die Größe der Vorrichtung weiter zu reduzieren.
Da das durch Siliziumcarbid gebildete Schaltelement einen niedrigen Leistungsverlustpegel hat, ist es darüber hinaus möglich, ein hochgradig effizientes Schaltelement zu realisieren und somit eine hochgradig effiziente Vorrichtung zu realisieren.
Man beachte, dass Siliziumcarbid (SiC) ein Beispiel eines Halbleiters ist, der Halbleiter mit breitem Bandabstand (Engl.: wide bandgap semiconductor) genannt wird, angesichts solch einer Charakteristik, dass Siliziumcarbid einen breiteren Bandabstand als Silizium (Si) hat. Abgesehen von Siliziumcarbid gehört ein Halbleiter, der gebildet wird durch Verwendung von beispielsweise einem Gallliumnitrid-Material oder einem Diamanten, auch zu einem Halbleiter mit breitem Bandabstand, und die Charakteristika dieser Halbleiter haben viele Gemeinsamkeiten mit denen von Siliziumcarbid. Deshalb fällt eine Ausgestaltung, die einen anderen Halbleiter mit breitem Bandabstand als Siliziumcarbid verwendet, auch in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
Zweite Ausführungsform
5 ist ein Diagramm, das ein Ausgestaltungsbeispiel einer Funkenerosionsmaschine mit einer Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt. 5 unterscheidet sich von 1 darin, dass das zweite Schaltelement 52 weggelassen wird, während eine eine nicht-geerdete bzw. potentialfreie (Engl.: floating) Kapazität Cp, Widerstand Rp und Induktivität Lp, die aus einem anderen elektrischen Schaltkreis oder der mechanischen Struktur resultieren, zu jeweiligen Enden des Werkstücks W und der Elektrode E hinzugefügt sind. Besonders in einem Fall einer Senk-Funkenerosionsmaschine kann die Schaltkreis-Ausgestaltung von 5 realisiert werden. Selbst mit anderen als der Senk-Funkenerosionsmaschine kann in einem Fall, wo eine nicht-geerdete Widerstandskomponente, die aus einem anderen elektrischen Schaltkreis oder der mechanischen Struktur resultiert, existiert und der Widerstandswert solch ein Ausmaß hat, eine später zu beschreibende Entladungsoperation zu ermöglichen, das zweite Schaltelement S2 weggelassen werden.
In 5 ist der nicht-geerdete Widerstand Rp kleiner als der Widerstand Rw des Bearbeitungsfluids. Selbst wenn keine Entladung auftritt, oder selbst wenn eine Entladung auftritt, aber die Entladung eine kleine Entladung des Elektrodenabstandstroms ist, wird somit die in den Kapazitäten Cs und Cp gespeicherte elektrische Ladung durch den Widerstand Rp entladen. Deshalb kann die in dem Elektrodenabstand G verbliebene elektrische Ladung verschwinden.
6 ist ein Diagramm, des ein Beispiel eines Zeitdiagramms gemäß einer Steuerungsoperation der zweiten Ausführungsform zeigt. 6 unterscheidet sich von 4 nur darin, dass keine Steuerung bezüglich des zweiten Schaltelementes existiert. Die anderen Operationen von 6 sind identisch mit denen von 4. Somit können die Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine und das Verfahren zum Steuern derselben gemäß der zweiten Ausführungsform Wirkungen erzielen, die identisch oder äquivalent zu denen der ersten Ausführungsform sind.
Dritte Ausführungsform
7 ist ein Diagramm, des ein Ausgestaltungsbeispiel einer Funkenerosionsmaschine mit einer Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt. 7 unterscheidet sich von 1 nur darin, dass Erfassungsabschnitte der Spannungserfassungseinheit 11 zu beiden Enden des Kondensators Cq von dem Elektrodenabstand (zwischen dem Werkstück W und der Elektrode E) geändert sind.
Die Spannung des Kondensators Cq ist eine von verschiedenartigen elektrischen Größen, die direkt die in dem Kondensator Cq gespeicherte Menge der elektrischen Ladung darstellen, und eine in einer Entladung involvierte Änderung der Spannung des Kondensators Cq nimmt ein Verhalten an, das ähnlich ist zu einer Änderung der Spannung des Elektrodenabstands G. Somit können die Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine und das Verfahren zum Steuern derselben gemäß der dritten Ausführungsform auch die Wirkungen erzielen, die identisch oder äquivalent zu denen der ersten oder der zweiten Ausführungsform sind.
Vierte Ausführungsform
8 ist ein Diagramm, das ein Ausgestaltungsbeispiel einer Funkenerosionsmaschine mit einer Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass, während das Erfassungsziel der Steuereinheit 10 eine Spannung in dem Elektrodenabstand G in der ersten Ausführungsform ist, in der vierten Ausführungsform das Erfassungsziel der Steuereinheit 10 ein durch den Elektrodenabstand G fließender Strom ist. Somit enthält in der vierten Ausführungsform die Steuereinheit 10 eine Stromerfassungseinheit 16 anstelle der Spannungserfassungseinheit 11, eine Stromsetzeinheit 17 anstelle der Spannungssetzeinheit 12, und eine Stromvergleichseinheit 18 anstelle der Spannungsvergleichseinheit 13. Die Steuereinheit 10 ist außerdem versehen mit einem Nebenwiderstand Rk zur Stromerfassung auf einem Strompfad zwischen dem ersten Schaltelement Si und dem Elektrodenabstand G. Man beachte, dass andere Ausgestaltungen identisch oder äquivalent zu denen der 1 sind, und dass die identischen Elemente durch ähnliche Bezugsbuchstaben oder Zahlzeichen bezeichnet sind.
Als Nächstes werden Operationen der Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine beschrieben werden. Die Stromerfassungseinheit 16 erfasst einen Strom, der durch den Elektrodenabstand G für eine maschinelle Bearbeitung geflossen ist (hier im Nachfolgenden als ein ”Bearbeitungsstrom” bezeichnet) geflossen ist, als eine bei beiden Enden des Nebenwiderstands Rk auftretende Spannung. Die Stromvergleichseinheit 18 vergleicht den durch die Stromerfassungseinheit 16 erfassten Bearbeitungsstrom mit einem gesetzten Strom von der Stromsetzeinheit 17, um ein Vergleichsignal zu erzeugen, das angibt, ob oder ob nicht der Bearbeitungsstrom höher als der gesetzte Strom ist. Die Stromvergleichseinheit 18 gibt dann das Vergleichsignal an die Schaltsteuereinheit 15 ein. Die Schaltsteuereinheit 15 steuert das erste Schaltelement S1 und das zweite Schaltelement S2 durch Erzeugen von Steuersignalen zum AN- oder AUS-Schalten des ersten Schaltelementes S1 und des zweiten Schaltelementes S2 auf Grundlage des Vergleichsignals von der Stromvergleichseinheit 18 und des in der Operationssetzeinheit 14 gesetzten Signals. Man beachte, dass die folgenden Operationen identisch oder äquivalent zu denen der ersten Ausführungsform sind.
Der Elektrodenabstandstrom ist einer von verschiedenartigen elektrischen Größe, die direkt die Entladungsenergie darstellen, und eine durch eine Entladung involvierte Änderung in dem Bearbeitungsstrom nimmt ein Verhalten ähnlich zu einer Änderung in der Spannung des Elektrodenabstands G an. Somit können die Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine und das Verfahren zum Steuern derselben gemäß der vierten Ausführungsform auch die Wirkungen erzielen, die identisch oder äquivalent zu denen der ersten bis dritten Ausführungsform sind.
Fünfte Ausführungsform
9 ist ein Diagramm, das ein Ausgestaltungsbeispiel einer Funkenerosionsmaschine mit einer Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt. 9 unterscheidet sich von 8 nur darin, dass eine Erfassungseinrichtung für den Bearbeitungsstrom von dem Nebenwiderstand Rk in einen Stromwandler (CT, Current Transformer) 21 geändert ist. Somit können die Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine und das Verfahren zum Steuern derselben gemäß der fünften Ausführungsform auch die Wirkungen erzielen, die identisch oder äquivalent zu denen der ersten bis vierten Ausführungsform sind.
Man beachte, dass, wenn der Stromwandler 21 verwendet wird, es kein Erfordernis gibt, den Nebenwiderstand Rk einzusetzen. Deshalb ist es möglich, den Leistungsverbrauch der Vorrichtung im Vergleich zu der Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine der vierten Ausführungsform zu reduzieren, da kein Verlust durch den Nebenwiderstand Rk existiert.
Obwohl die Energieversorgungsvorrichtungen für eine Funkenerosionsmaschine und die Verfahren zum Steuern derselben gemäß der ersten bis fünften Ausführungsform oben beschrieben worden sind, sollte verstanden werden, dass jede der oben beschriebenen Ausgestaltungen lediglich ein Beispiel der Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist und mit einer anderen bekannten Technik kombiniert werden kann. Es wird erkannt werden, dass die oben beschriebene Ausgestaltung empfänglich für eine Änderung ist, zum Beispiel ein Weglassen eines Teils davon, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Wie oben beschrieben, sind die Energieversorgungsvorrichtungen für eine Funkenerosionsmaschine und die Verfahren zum Steuern einer Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine gemäß den Ausführungsformen nützlich als Erfindungen zum Verbessern der Fähigkeit zur maschinellen Bearbeitung, während eine Zunahme der Schaltkreisgröße vermieden oder unterdrückt wird.
Bezugszeichenliste

10: Steuereinheit
11: Spannungserfassungseinheit
12: Spannungssetzeinheit
13: Spannungsvergleichseinheit
14: Operationssetzeinheit
15: Schaltsteuereinheit
16: Stromerfassungseinheit
17: Stromsetzeinheit
18: Stromvergleichseinheit
21: Stromwandler (CT)
Cp, Cs: Kapazität
Cq: Kondensator
E: Elektrode
G: Elektrodenabstand
Lp: Induktivität
Ls: Parasitäre Induktivität
Rk: Nebenwiderstand
Rp, Ra: Widerstand
Rw: Widerstand des Bearbeitungsfluids
S1: Erstes Schaltelement
S2: Zweites Schaltelement
V: Gleichstrom-Energieversorgung
W: Werkstück

Claims

Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine, umfassend: ein Ladungsspeicherungselement, das eine elektrische Ladung speichert; eine Gleichstrom-Energieversorgung, die das Ladungsspeicherungselement lädt; ein erstes Schaltelement, das eine impulsartige Entladung erzeugt durch Anlegen der in dem Ladungsspeicherungselement gespeicherten elektrischen Ladung an einen Elektrodenabstand; und eine Steuereinheit mit einer Erfassungseinheit, die verschiedenartige elektrische Größen erfasst, die gemäß einer Spannung des Elektrodenabstands oder einer an den Elektrodenabstand angelegten Spannung variieren, zum AN- und AUS-Steuern des ersten Schaltelementes auf Grundlage eines erfassten Wertes der durch die Erfassungseinheit erfassten verschiedenartigen elektrischen Größen, wobei nach einem Steuern des ersten Schaltelementes, AN zu sein, um die in dem Ladungsspeicherungselement gespeicherte elektrische Ladung an den Elektrodenabstand anzulegen, die Steuereinheit eine Zeitmenge von einem Punkt, wenn der erfasste Wert der verschiedenartigen elektrischen Größen auf einen vorbestimmten Wert oder niedriger verringert ist, bis zu einem Punkt ändert, wenn das erste Schaltelement gesteuert wird, AUS zu sein, wodurch ein Ausmaß eines in dem Elektrodenabstand erzeugten Entladungsimpulses gesteuert wird.
Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinheit das erste Schaltelement steuert, AUS zu sein, nach einem Durchlauf einer ersten vorbestimmten Zeitmenge seit dem Punkt, wenn der erfasste Wert der verschiedenartigen elektrischen Größen auf den vorbestimmten Wert oder niedriger verringert ist, wodurch ein erster Entladungsimpuls in dem Elektrodenabstand erzeugt wird; und die Steuereinheit das erste Schaltelement steuert, AN zu sein, nach einem Durchlauf einer zweiten vorbestimmten Zeitmenge seit einem Punkt, wenn das erste Schaltelement gesteuert wird, AUS zu sein, und das erste Schaltelement steuert, AUS zu sein, nach einem Durchlauf einer dritten vorbestimmten Zeitmenge, die kürzer als die erste vorbestimmte Zeitmenge ist, seit einem Punkt, wenn das erste Schaltelement gesteuert wird, AN zu sein, wodurch in dem Elektrodenabstand ein zweiter Entladungsimpuls erzeugt wird, der kleiner als der ersten Entladungsimpuls ist.
Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine gemäß Anspruch 2, wobei der zweite Entladungsimpuls aus einer Vielzahl von Entladungsimpulsen zusammengesetzt ist.
Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine gemäß Anspruch 1, mit ferner einem zweiten Schaltelement, das parallel geschaltet ist zu dem Elektrodenabstand und ausgestaltet ist, den Elektrodenabstand überbrücken zu können, und wobei die Steuereinheit das zweite Schaltelement während einer AUS-Periode des ersten Schaltelements steuert, eine in dem Elektrodenabstand gespeicherte elektrische Ladung zu entladen.
Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine gemäß Anspruch 1, wobei das erste Schaltelement durch einen Halbleiter mit breitem Bandabstand gebildet ist.
Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine gemäß Anspruch 5, wobei der Halbleiter mit breitem Bandabstand ein Halbleiter ist, der Siliziumcarbid, ein Galliumnitrid-Material oder einen Diamanten verwendet.
Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Erfassungseinheit, die die verschiedenartigen elektrischen Größen erfasst, eine Spannungserfassungseinheit ist, und die Spannungserfassungseinheit die Spannung des Elektrodenabstands erfasst.
Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Erfassungseinheit, die die verschiedenartigen elektrischen Größen erfasst, eine Spannungserfassungseinheit ist, und die Spannungserfassungseinheit eine Spannung des Elektrische-Ladung-Speicherungselementes erfasst.
Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Erfassungseinheit, die die verschiedenartigen elektrischen Größen erfasst, eine Stromerfassungseinheit ist, und die Stromerfassungseinheit einen durch den Elektrodenabstand fließenden Strom erfasst.
Verfahren zum Steuern einer Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine, wobei die Energieversorgungsvorrichtung ein Ladungsspeicherungselement, das eine elektrische Ladung speichert, eine Gleichstrom-Energieversorgung, die das Ladungsspeicherungselement lädt, ein erstes Schaltelement, das eine impulsartige Entladung erzeugt durch Anlegen der in dem Ladungsspeicherungselement gespeicherten elektrischen Ladung an einen Elektrodenabstand, und eine Erfassungseinheit enthält, die verschiedenartige elektrische Größe erfasst, die gemäß einer Spannung des Elektrodenabstands oder einen an den Elektrodenabstand angelegten Spannung variieren, wobei das Verfahren umfasst: einen ersten Schritt zum Steuern des ersten Schaltelementes, AN zu sein, um die in dem Ladungsspeicherungselement gespeicherte elektrische Ladung an den Elektrodenabstand anzulegen; und einen zweiten Schritt zum Ändern, nach der Steuerung durch den ersten Schritt, einer Zeitmenge von einem Punkt, wenn ein erfasster Wert der verschiedenartigen elektrischen Größen auf einen vorbestimmten Wert oder niedriger verringert ist, bis zu einem Punkt, wenn das erste Schaltelement gesteuert wird, AUS zu sein, wodurch ein Ausmaß eines in dem Elektrodenabstand erzeugten Entladungsimpulses gesteuert wird.
Verfahren zum Steuern einer Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine gemäß Anspruch 10, wobei die Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine versehen ist mit einem zweiten Schaltelement, das zu dem Elektrodenabstand parallel geschaltet ist und ausgestaltet ist, den Elektrodenabstand überbrücken zu können, und in einer AUS-Periode des ersten Schaltelementes nach dem zweiten Schritt das Verfahren einen dritten Schritt umfasst zum Steuern des zweiten Schaltelementes, die in dem Elektrodenabstand gespeicherte elektrische Ladung zu entladen.
Verfahren zum Steuern einer Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine gemäß Anspruch 10, wobei der zweite Schritt umfasst: einen ersten Unterschritt zum Steuern des ersten Schaltelementes, AUS zu sein, nach einem Durchlauf einer ersten vorbestimmten Zeitmenge seit dem Punkt, wenn der erfasste Wert der verschiedenartigen elektrischen Größen auf den vorbestimmten Wert oder niedriger verringert ist; einen zweiten Unterschritt zum Steuern des ersten Schaltelementes, AN zu sein, nach einem Durchlauf einer zweiten vorbestimmten Zeitmenge seit einem Punkt, wenn das erste Schaltelement durch den ersten Unterschritt gesteuert wird, AUS zu sein; und einen dritten Unterschritt zum Steuern des ersten Schaltelementes AUS zu sein, nach einem Durchlauf einer dritten vorbestimmten Zeitmenge, die kürzer als die erste vorbestimmte Zeitmenge ist, seit einem Punkt, wenn das erste Schaltelement durch den zweiten Unterschritt gesteuert wird, AN zu sein.
Verfahren zum Steuern einer Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine gemäß Anspruch 12, wobei die Energieversorgungsvorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine versehen ist mit einem zweiten Schaltelement, das mit dem Elektrodenabstand parallel geschaltet ist und das ausgestaltet ist, den Elektrodenabstand überbrücken zu können, und wenigstens in einer von einer AUS-Periode des ersten Schaltelementes nach dem ersten Unterschritt und einer AUS-Periode des ersten Schaltelementes nach dem dritten Unterschritt ein Unterschritt zum Steuern des zweiten Schaltelementes, die in dem Elektrodenabstand gespeicherte elektrische Ladung zu entladen, enthalten ist.