JP2000288836A - 放電加工機の電力供給装置 - Google Patents

放電加工機の電力供給装置

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JP2000288836A JP11101833A JP10183399A JP2000288836A JP 2000288836 A JP2000288836 A JP 2000288836A JP 11101833 A JP11101833 A JP 11101833A JP 10183399 A JP10183399 A JP 10183399A JP 2000288836 A JP2000288836 A JP 2000288836A
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23H1/00Electrical discharge machining, i.e. removing metal with a series of rapidly recurring electrical discharges between an electrode and a workpiece in the presence of a fluid dielectric
    • B23H1/02Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply, control, preventing short circuits or other abnormal discharges
    • B23H1/022Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply, control, preventing short circuits or other abnormal discharges for shaping the discharge pulse train

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 消費電力を無駄にすることなく、加工電流波
形の立ち上がり特性を改善し、加工速度も向上させるこ
とができる放電加工機の電力供給装置を提供する。 【解決手段】 放電加工機の電力供給装置において、加
工間隙6に加工電流を供給する主電源8と、前記加工間
隙への加工電流の供給のオンオフを行なうスイッチ手段
10と、前記スイッチ手段を流れる電流が所定値以上に
なったことを検出する電流検出手段16と、この電流検
出手段の出力に基づいて前記スイッチ手段を制御する制
御素子21と、前記主電源と並列に接続されて前記主電
源よりも大きな出力電圧を有する補助電源36と、前記
主電源に並列に接続されて充放電を繰り返すコンデンサ
手段34とを備える。これにより、消費電力を無駄にす
ることなく、加工電流波形の立ち上がり特性を改善し、
加工速度も向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、被加工物との間で
放電を繰り返しつつこれを加工する放電加工機の電力供
給装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、放電加工機は、工具電極と被加
工物との間の微小な間隙を介して高い繰り返し数のパル
ス状の放電を発生させることにより、加工を行なうもの
である。この場合、放電加工を迅速に且つ安定的に仕上
がりよく行なうためには、加工電流の立ち上がりが良
く、しかも安定的に放電を発生するような電力供給装置
が必要とされる。ここで放電加工機の従来の電力供給装
置について説明する。図8は放電加工機の従来の電力供
給装置の一例を示す概略構成図である。図示するよう
に、被加工物2と工具電極4とが所定の間隔の加工間隙
6を介して対向配置され、図示しないサーボ制御回路に
より所定の間隔が維持されるように、被加工物2と工具
電極4とが相対移動される。
【0003】この被加工物2と工具電極4との間に主電
源8からの電圧が印加されるようになっており、回路途
中には、図示しない制御部からのゲート信号によりオン
オフ制御されるスイッチング素子10及び過剰な電流が
流れることを防止する電流制限抵抗12が介設されてい
る。しかしながら、この回路にあっては、電流制限抵抗
12を設けていることから、ここで電力を消費してしま
い、加工に必要なエネルギー以外に無駄なエネルギーを
かなり消費するという欠点があった。そこで、この上記
した電流制限抵抗12を使用しない定電流型の電源回路
として、図9に示すような回路が提案された。この回路
においては、回路中にインダクタンス14を挿入して、
この誘導作用によって加工電流の立ち上がり特性や立ち
下がり特性を滑らかにし、全体の消費電力も抑制するよ
うにしている。しかしながら、この方式は立ち上がり特
性を犠牲にして省エネルギーを図っているので、加工性
能に劣り、近年の放電加工においては、要求される加工
速度を満足できなくなった。そのため、できる限りエネ
ルギーを消費する回路素子を排して電源中には電流検出
抵抗16だけを介設し、ここでの検出電圧を基準電圧1
8と比較器20にて比較し、この比較結果とゲート信号
との論理積をアンド素子21でとって上記スイッチング
素子10のオンオフを制御する方式が提案されている
(例えば特開平2−139120号公報や米国特許第5
298709等)。
【0004】この回路の動作は、ゲート信号がハイの状
態で、加工電流が流れていないと比較器20の出力もハ
イとなっているので、アンド素子21の”ハイ”出力に
よりスイッチング素子10がオンされ、加工間隙6に電
圧が印加されて放電が開始される。或る程度以上の加工
電流が流れると、電流検出抵抗16における電圧降下が
基準電圧18よりも大きくなるので、比較器20の出力
は”ロー”となり、アンド素子21を介してスイッチン
グ素子10はオフとなる。このスイッチング素子10が
オフに切り換えられると電流検出抵抗16には電流が全
く流れないので、比較器20は再度”ハイ”を出力す
る。
【0005】この”ハイ”の出力によりアンド素子21
を介して再度スイッチング素子10はオンに変わる。し
かしながら、スイッチング素子10がオンに変わった瞬
間には、電流検出抵抗16を流れる電流の量は少ないの
で比較器20の出力はしばらくの間は”ハイ”のままで
ある。そして、更に電流検出抵抗16に流れる電流の量
が増え続けると、ここでの電圧降下が前述のように基準
電圧18よりも大きくなるので、上記スイッチング素子
10はオフされることになる。この結果、スイッチング
素子10がオン状態を維持するのは、スイッチング素子
10がオンに変わった後のきわめて短い時間だけとな
る。このような動作が繰り返し行なわれるのでアンド素
子21は、ゲート信号のパルス幅と比較してきわめて狭
いパルス幅を有する一連のパルスを間欠的に生み出すよ
うに動作することになる。換言すれば、スイッチング素
子に過剰な負荷がかかる前にスイッチング素子をオフす
るように高速でスイッチング素子をオンオフさせて高周
波の電圧パルスを供給している。従って、この回路によ
れば、加工性能を犠牲にしないで、消費電力を少なくで
きる。
【0006】また、図9に示す回路を改良したものとし
て、図10に示す回路も提案されている。図10に示す
回路では、被加工物2と工具電極4との間に無負荷時に
印加する補助電源22を並列に接続し、この回路途中に
電流制限抵抗24及び放電が開始されると開状態になさ
れる第2のスイッチング素子26を介設している。これ
により、放電の開始を促進させることによって、放電遅
延時間を小さくし、且つ確実に放電を発生させるように
している。尚、図中符号28は、逆流防止ダイオードで
ある。
【0007】
【発明の解決しようとする課題】ところで、図9及び図
10に示す回路構成にあっては、加工電流の立ち上がり
特性は、その電源電圧により変化するので、加工電流の
立ち上がりを良くするには、その電源電圧を上げる必要
がある。一方、電源電圧を上げても、加工間隙6の加工
電圧は物理的現象として約30V程度に決まってしまう
ので、この30Vと電源電圧との差電圧は回路中のスイ
ッチング素子10等で消費されることになる。従って、
加工電流の立ち上がり特性を得ようとて電源電圧を高く
すればする程、かえって省エネルギー効果に反するとい
った問題があった。
【0008】更には、電源電圧が高くなると、加工電流
のリップルが増えるので、低いピーク電流ではそのリッ
プルの影響で電流切れを起こしてしまう場合もあった。
また更には、リップルが大きくなると、スイッチング素
子10、26のオン、オフ周期が短くなり、このスイッ
チング素子10、26におけるスイッチングロスが増加
して発熱量が大きくなる、という問題があった。上述し
た点をタイミングチャートを示して説明する。図11は
図10に示した回路のタイミングチャートを示してお
り、ゲート信号、加工電圧波形1、2及び加工電流波形
1、2を表している。尚、図中(A)は電源8が50V
の時、(B)は90Vの時をそれぞれ示している。この
波形より明らかなように、(B)のように電源8の電圧
が大きいと(加工電圧波形2、加工電流波形2)、電流
波形の立ち上がりは急峻になって望ましいが、反面、電
流波形のリップルが大きくなってしまう。
【0009】本発明は、以上のような問題点に着目し、
これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明
の目的は、消費電力を無駄にすることなく、加工電流波
形の立ち上がり特性を改善し、加工速度も向上させるこ
とができる放電加工機の電力供給装置を提供することに
ある。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1に規定する発明
は、放電加工機の電力供給装置において、加工間隙に加
工電流を供給する主電源と、前記加工間隙への加工電流
の供給のオンオフを行なうスイッチ手段と、前記スイッ
チ手段を流れる電流が所定値以上になったことを検出す
る電流検出手段と、この電流検出手段の出力に基づいて
前記スイッチ手段を制御する制御素子と、前記主電源と
並列に接続されて前記主電源よりも大きな出力電圧を有
する補助電源と、前記主電源に並列に接続されて充放電
を繰り返すコンデンサ手段とを備えるように構成したも
のである。これにより、加工電流の立ち上がり時は、電
圧の大きな第2の電源により急峻に立ち上げることがで
き、その後、直ちにコンデンサ手段の作用により主電源
の電圧が安定的に加工間隙に加えられて放電が行なわれ
る。これにより、電流波形の立ち上がり特性を改善して
加工速度を上げることが可能となる。
【0011】請求項2に規定する発明は、放電加工機の
電力供給装置において、加工間隙に加工電流を供給する
主電源と、前記加工間隙への加工電流の供給のオンオフ
を行なうスイッチ手段と、前記スイッチ手段を流れる電
流が所定値以上になったことを検出する電流検出手段
と、この電流検出手段の出力に基づいて前記スイッチ手
段を制御する制御素子と、前記主電源と並列に接続され
て前記主電源よりも大きな出力電圧を有する補助電源
と、この補助電源に直列に接続された補助スイッチ手段
と、前記加工間隙における放電の発生を検出する放電検
出回路と、この放電検出回路が放電の発生を検出した後
に所定の時間経過した時に前記補助スイッチ手段をオフ
する制御回路とを備えるように構成する。これにより、
加工電流の立ち上がり時は、電圧の大きな補助電源によ
り急峻に立ち上げることができ、その後、放電が開始さ
れると、これを放電検出手段が検知し、この結果をうけ
て制御手段は、非常に短い所定の時間経過した時に、補
助スイッチ手段をオフして第2の電源の接続を断ち、こ
の後は第1の電源の電圧が安定的に加工間隙に加えられ
て放電が行なわれる。これにより、電流波形の立ち上が
り特性を改善して加工速度を上げることが可能となる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る放電加工機
の電力供給装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述す
る。図1は本発明の電力供給装置の第1実施例を示す回
路構成図、図2は図1に示す回路構成図のタイミングチ
ャートである。尚、先に説明した従来装置と同一部分に
ついては同一符号を付して説明する。図1に示されるよ
うに、被加工物2と工具電極4とが図示しない駆動機構
によりサーボ制御がなされて僅かな所定の間隔に維持さ
れる加工間隙6を介して対向している。この被加工物2
と工具電極4との間に主電源8が接続されており、加工
用の電圧を印加できるようになっている。そして、主電
源8と工具電極4との間に、逆流防止用のダイオード素
子30、この回路のオンオフ動作を行なうスイッチ手段
としてのスイッチング素子10及びこの回路に流れる加
工電流を電圧に変換して検出するための電流検出抵抗1
6が順次介設されている。
【0013】そして、上記電流検出抵抗16の両端は比
較器20の両入力に接続されると共に、一方の入力側に
は一定の電圧を出力する基準電圧18が直列に接続され
ており、この電流検出抵抗16、比較器20及び基準電
圧18とにより電流検出手段32を構成している。すな
わち、電流検出抵抗16の両端の電圧と基準電圧18と
を比較することにより、この電流検出抵抗16に所定値
以上の電流が流れた時に、電流検出信号を比較器20よ
り出力するようになっている。尚、この実施例の回路で
は、加工電流を検出していると言える。また、スイッチ
ング素子10は、例えばゲートに入力する信号によりオ
ンオフされるトランジスタよりなり、このゲートには、
制御素子としてのアンド素子21の出力が接続されてい
る。このアンド素子21の一方の端子には、上記比較器
20の出力が入力され、他方の端子には図示しない制御
部からのゲート信号が入力される。一方、上記主電源8
とダイオード素子30の直列回路に並列に、充放電を繰
り返すコンデンサ手段34が接続されると共に、更に、
ここには、補助電源36と電流制限抵抗38との直列回
路が並列に接続されている。ここで加工間隙の加工電圧
を考慮して上記主段源8の電圧を例えば50Vにした場
合、補助電源36の電圧はこれよりも大きい例えば90
Vに設定される。
【0014】次に、このように構成した回路の動作を、
図2も参照して説明する。この回路の動作は、先に図9
を参照して説明したと略同じであり、この回路の動作
は、ゲート信号G10がハイの状態で、加工電流が流れ
ていないと比較器20の出力もハイとなっているので、
アンド素子21の”ハイ”出力によりスイッチング素子
10がオンされ、加工間隙6に電圧が印加されて放電が
開始される。或る程度以上の電流(加工電流)が流れる
と、電流検出手段32の電流検出抵抗16における電圧
降下が基準電圧18よりも大きくなるので、比較器20
の出力は”ロー”となり、アンド素子21を介してスイ
ッチング素子10はオフとなる。このスイッチング素子
10がオフに切り換えられると電流検出抵抗16には電
流が全く流れないので、比較器20は再度”ハイ”を出
力する。
【0015】この”ハイ”の出力によりアンド素子21
を介して再度スイッチング素子10はオンに変わる。し
かしながら、スイッチング素子10がオンに変わった瞬
間には、電流検出抵抗16を流れる電流の量は少ないの
で比較器20の出力はしばらくの間は”ハイ”のままで
ある。そして、更に電流検出抵抗16に流れる電流の量
が増え続けると、ここでの電圧降下が前述のように基準
電圧18よりも大きくなるので、上記スイッチング素子
10はオフされることになる。この結果、スイッチング
素子10がオン状態を維持するのは、スイッチング素子
10がオンに変わった後のきわめて短い時間だけとな
る。換言すれば、このような動作が繰り返し行なわれる
のでアンド素子21は、ゲート信号のパルス幅と比較し
てきわめて狭いパルス幅を有する一連のパルスを間欠的
に生み出すように動作することになる。
【0016】ここで図9に示す回路の動作と異なる点は
以下の点である。すなわち、放電のオフタイム中及び放
電遅延期間中は、コンデンサ手段34には、補助電源3
6から電流制限抵抗38を介して充電され(図2(B)
参照)、放電が開始されると電圧の高い補助電源36か
らは電流制限抵抗38のためあまり電流が流れず、電圧
の低い主電源8から主に加工電流が流れることになる。
従って、放電開始前は補助電源36から高い電圧、例え
ば90Vを印加できるので、迅速に放電開始へ移行する
ことが可能となる。また、放電が一旦開始されてしばら
くすると、コンデンサ手段34の両端の電圧は低下して
主電源8の電圧、例えば50Vと一致することになるの
で、加工電流の立ち上がり、或いは流れ初めは非常に急
峻な特性となり、良好な特性を得ることが可能となる。
そして、放電加工中は、前述したように主電源8による
電流特性となるので、リップルの少ない加工電流を得る
ことが可能となる。
【0017】図3は本発明の電力供給装置の第2実施例
を示す回路構成図、図4は図3に示す回路構成図のタイ
ミングチャートである。ここでは、図1において説明し
たと同一部分については同一符号を付して説明を省略す
る。この回路では、図1に示す電力供給装置からコンデ
ンサ手段34を外し、代わりに以下の回路構成を付加し
ている。まず、電流制限抵抗38に、例えばトランジス
タよりなる補助スイッチ手段40を直列に接続すると共
に、被加工物2と工具電極4との間に並列に放電検出回
路42を接続して放電の開始及び有無を検出するように
なっている。また、上記放電検出回路42の出力を受け
る制御回路として、パルス発生回路44は、放電の発生
を検出した後に所定の時間、例えば0.5〜10μse
c程度だけ経過した時に、上記補助スイッチ40をオフ
するように動作する。
【0018】また、ここでは、先のスイッチング素子1
0、アンド素子21及び電流検出手段32を含む回路に
対して、全く同じ構成の回路、すなわち、第2スイッチ
ング素子10A、第2アンド素子21A及び第2電流検
出手段32Aを含む回路が並列に接続されている。これ
は、スイッチング素子の数によって加工間隙2に供給さ
れる加工電流の大きさを変えることができるようにする
ためである。この第2電流検出手段32には、第2電流
検出抵抗16A、第2基準抵抗18A及び第2比較器2
0Aが含まれている。尚、アンド素子21及び第2アン
ド素子21Aへのゲート信号は上記パルス発生回路44
より供給される。この電力供給装置は、NC装置46よ
り入力されるプログラムや各種のパラメータにより制御
動作されることになる。この回路の動作は、基本的に
は、先の第1実施例の場合と同じであるが、異なる点
は、放電開始後に極めて短い時間が経過した時に補助電
源36の接続を強制的にオフした点と補助電源36に用
いる抵抗38(例えば100Ω)をより小さな値(例え
ば1〜2Ω)とした点である。尚、この実施例では、主
電源8の電圧を50Vとし、補助電源36の電圧を12
0Vに設定している。
【0019】この回路では、パルス発生回路44から
は、ゲート素子21及びゲート素子21Aへゲート信号
GT10(図4(A)参照)が供給され、補助スイッチ
手段40へゲート信号GT20(図4(C)参照)が供
給されるが、両ゲート信号GT10、GT20の立ち上
がりは同時に行なわれる。これにより、各スイッチ手段
10、10A、40がオンされると、加工間隙6には高
い電圧である補助電源36から出力される120Vが印
加され、しばらくすると放電が開始される。この場合、
印加電圧が高いので、迅速に放電を開始することができ
る。このように放電が開始されると、加工間隙6におけ
る加工電圧は図4(D)に示すように急激に低下し、ま
た、加工電流は印加電圧が120Vと高いことから図4
(E)に示すように急激に上昇する。この急激乃至急峻
な加工電流の上昇により、放電検出回路42は、放電の
発生を検出して放電発生信号(図4(B)参照)をパル
ス発生回路44に向けて出力する。そして、パルス発生
回路44は、この放電発生信号を入力した後、所定の時
間、例えば0.5〜10μsec経過した時、すなわ
ち、放電発生信号が立ち上がった後、所定の時間経過し
た時、ゲート信号G20(図4(C)参照)を立ち下げ
て補助スイッチ手段40をオフし、補助電源36の接続
を断つ。その後は、主電源8の電圧により、第1実施例
と同様にリップルの少ない加工電流を流すことになる。
以下、この動作が繰り返し行なわれる。
【0020】図5は、図10に示す従来の電力供給装置
と図3に示した第2実施例における実際の加工電流の変
化を示した波形図である。図5(A)は図10に装置に
おいて電源が50Vの時を示し、図5(B)は図10の
装置において電源が90Vの時を示し、図5(C)が第
2実施例で電源(主電源)が50Vの時を示す。図中、
Δtは放電遅延時間を示す。この波形図から明らかなよ
うに、図5(A)に示す場合は、加工電流のリップルは
少ないが、放電遅延時間は60μsec程度となって非
常に長い。また、5(B)に示す場合は、逆に放電遅延
時間Δtは5μsec程度で良好であるが、加工電流の
リップルが非常に多い。
【0021】これに対して、図5(C)に示す本発明の
第2実施例の場合は、上記両者の利点を取り入れてお
り、放電遅延時間Δtは10μsec程度で図5(A)
の場合と比較してかなり小さくできていると共に、加工
電流のリップルも非常に少なく、良好な結果を示してい
ることが判明する。また、図6はGr(グラファイト)
電極によるリブ加工の速度比較を示すグラフであり、グ
ラフ中、曲線Aが第2実施例の加工時間と加工深さの関
係を示し、曲線Bは図10の回路で電源8の電圧を50
V、補助電源36の電圧を120Vとした時の加工時間
と加工深さの関係を示す。このグラフから明らかなよう
に、本実施例の場合には、従来回路と比較して加工速度
がかなり速いことが判明する。図7は加工電流が40A
(アンペア)の時の消費電力を計算した結果を示す図で
ある。
【0022】ここでは、ゲート信号のオン時間が100
μsec、ピーク電流が80A、デュウティファクター
が50%の時を示しており、平均電流は80A×5μs
ec/200μsec=2Aとなる。また、第2実施例
では、補助スイッチ手段40をオフにするタイミング
は、放電開始後、5μsec経過した時とした。この図
から明らかなように、本発明の第2実施例の消費電力は
2.14KVAであり、図8に示す従来回路よりもはる
かに消費電力は少なく、図10に示す従来回路の消費電
力(2.0KVA)と略同等であり、非常に省エネルギ
ーに寄与できる点が判明した。尚、以上説明した本実施
例の各数値は単に一例を示したに過ぎず、これらに限定
されないのは勿論である。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の放電加工
機の電力供給装置によれば、消費電力を無駄にすること
なく、加工電流波形の立ち上がりを急峻して特性を改善
し、更に加工速度も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電力供給装置の第1実施例を示す回路
構成図である。
【図2】図1に示す回路構成図のタイミングチャートで
ある。
【図3】本発明の電力供給装置の第2実施例を示す回路
構成図である。
【図4】図3に示す回路構成図のタイミングチャートで
ある。
【図5】図10に示す従来の電力供給装置と図3に示し
た第2実施例における実際の加工電流の変化を示した波
形図である。
【図6】Gr(グラファイト)電極によるリブ加工の速
度比較を示すグラフである。
【図7】加工電流が40A(アンペア)の時の消費電力
を計算した結果を示す図である。
【図8】放電加工機の従来の電力供給装置の一例を示す
概略構成図である。
【図9】電流制限抵抗を使用しない定電流型の電源回路
を示す図である。
【図10】図9に示す電源回路の改良された回路を示す
図である。
【図11】図10に示した回路のタイミングチャートを
示す図である。
【符号の説明】 2 被加工物 4 工具電極 6 加工間隙 8 主電源 10 スイッチング素子(スイッチ手段) 16 電流検出抵抗(電流検出手段) 18 基準電圧 20 比較器 21 アンド素子(制御素子) 32 電流検出手段 34 コンデンサ手段 36 補助電源 40 補助スイッチ手段 42 放電検出回路 44 パルス発生回路(制御回路)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 秀太加 福井県坂井郡坂井町長屋78 株式会社ソデ ィック福井事業所内 Fターム(参考) 3C059 AA01 BA03 BA06 BA07 BA11 BA21 CC01 CC02 CG03 DC06

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 放電加工機の電力供給装置において、加
    工間隙に加工電流を供給する主電源と、前記加工間隙へ
    の加工電流の供給のオンオフを行なうスイッチ手段と、
    前記スイッチ手段を流れる電流が所定値以上になったこ
    とを検出する電流検出手段と、この電流検出手段の出力
    に基づいて前記スイッチ手段を制御する制御素子と、前
    記主電源と並列に接続されて前記主電源よりも大きな出
    力電圧を有する補助電源と、前記主電源に並列に接続さ
    れて充放電を繰り返すコンデンサ手段とを備えたことを
    特徴とする放電加工機の電力供給装置。
  2. 【請求項2】 放電加工機の電力供給装置において、加
    工間隙に加工電流を供給する主電源と、前記加工間隙へ
    の加工電流の供給のオンオフを行なうスイッチ手段と、
    前記スイッチ手段を流れる電流が所定値以上になったこ
    とを検出する電流検出手段と、この電流検出手段の出力
    に基づいて前記スイッチ手段を制御する制御素子と、前
    記主電源と並列に接続されて前記主電源よりも大きな出
    力電圧を有する補助電源と、この補助電源に直列に接続
    された補助スイッチ手段と、前記加工間隙における放電
    の発生を検出する放電検出回路と、この放電検出回路が
    放電の発生を検出した後に所定の時間経過した時に前記
    補助スイッチ手段をオフする制御回路とを備えたことを
    特徴とする放電加工機の電力供給装置。
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