JP2007038396A - 工作機械の作動方法、工作機械及びその構成要素 - Google Patents

Abstract

【課題】 工作機械の作動方法の有効な全ての構想(concept)を、工作機械装置、特に放電加工装置とその製造技術とに有効な全ての構想と共に提供すること。
【解決手段】 放電加工機のような工作機械の操作方法は、工作物の加工の、制御、監視及び実行の少なくとも１つを複数の機器構成可能モジュール（DRIVE; GEN; CONTROL）により行い、それらのモジュールを機械(4)に配置し、ノード(5)へのデータの送信及び前記ノード(5)からのデータの受信の少なくとも1つのために、それらのモジュールをデータ・ネットワーク(6)により前記ノード(5)に接続することを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械の分野に関し、特に、工作機械の作動方法、放電加工機(EDM)や他の類似の工作機械のような工作機械装置、及び発生器モジュールや駆動ユニットのような工作機械関連要素に関する。

放電加工機(EDM)や他の工作機械における未来の構想(concept)は、現在の要求をより良く及びより速く満たすこと、及び関係する多くの機能の実現を単純化することにおいてより柔軟性を持たせることを要求している。工作機械装置の製造、試験及び維持管理は、国際的な互換性を有することを要求される。この目的のために必要なことは材料及び製造コストを低減することであり、また例えば、ワイヤ放電加工機や型堀放電加工機等においては要求条件の相違にもかかわらず、使用に好適であることが要求される。加えて、同じモジュールが高級で廉価な製品を使用するのに好適であることが要求される。一方、規格化された診断ルーチンにおいては、ますます複雑化する機能の確認を単純化することが望まれている。

例えば放電加工機のより高い生産性及び適応性について増大する要求は、一方ではパルス発生器における電力損失を最小にすることを求めているにもかかわらず、他方ではパルス発生器により高い電力条件を求めている。環境への高い適合性を維持するには、非作動時の放電加工機又は他の工作機械における電力浪費をさらに低減することが要求される。

図２は、従来の型堀放電加工機の一般的な形態を示す。ワイヤ放電加工機は実際に詳細において型堀放電加工機と異なるが、製造業者は２種類の放電加工機の実行及び作動において全く異なる概念を使用する。これは、型堀加工には低振幅のより長い放電パルスが使用されるが、ワイヤ放電加工には非常に短くかつ高い放電パルスを発生する改良されたパルス発生器が適用される。現在、一貫して全ての構想を満たす解決はなされていない。

図２の放電加工機は、主電力入力部１、電子回路キャビネット２、ケーブル装置すなわちケーブル配線群３、加工機械４すなわち工作物を加工する型堀機械等のサブシステム又はセクションを複雑にしている。電力キャビネット２は、交流（ＡＣ）電圧モジュールACと、直流（ＤＣ）電圧モジュールDCと、数値制御器CNCと、１以上の駆動モジュールDRIVEと、発生器モジュールGENと、一般的な制御器モジュールCONTROLとを収容している。電力キャビネット２の内容物が大きくかつ重く、しかも総電力損失量が一桁のｋＷ程度になるため、電力キャビネット２は、一般に、加工機械４から離間して設置される。また、ケーブル配線群３は２ｍから５ｍと長い。第１のケーブルは、駆動モジュールDRIVEを加工機械４の複数の軸駆動モータに接続し、位置検出器の種々の感知信号と共に、加工機械に備えられているブレーキ用の電流や、モータ用の電流を供給する。これらのケーブルは、十分なコスト高要因であり、設計されないか備えていないと、心配であり、高価な非作動時間（中断時間）を必要とする。

第２のケーブルは、発生器モジュールGENを、加工すべき工作物に接続すると共に、加工機械４の電極に接続する。この第２のケーブルは、特にワイヤ切断においては、１００Ｗ／ｍのような高い有効値のパルス電流のために、電力損失の不利益を招く。 これは、消費エネルギーに関する不利益は別としても、機械の構造物が熱変形し、したがって工作物を不正確に加工することになる。現在、この問題の解決は水による冷却手段を備えることに依存している。

他の不利益は、また、用いるケーブルの高い剛性、特にそれぞれがほぼ５ｍｍ^２の断面積を有する銅芯の並列的な８つの同軸ケーブルを必要とすることから、剛性が高くなることである。ケーブルが機械の移動する構成部品に接続されるから、そのようなケーブルの剛性はそれら構成部品をマイクロメータ程度の範囲で曲げ、したがって工作物に加工誤差を導入する。さらに、ケーブルの長さは、それらの能力を決定する。各ケーブルに蓄積されたエネルギーは、工作物の達成可能の平滑性が制限されるように、ワーク・ギャップにおいて放電される。

第３のケーブルは、一般的な機械制御器モジュールCONTROLを、電磁弁、ポンプ、補助ドライバ、スイッチ類、温度センサ、警報機等、機械４の多くの機能ユニットに接続することに用いられる。この第３のケーブルは、多くの異なる導体を必要とし、機械の可変性により結局特殊なケーブルを必要とすることから、相当なコスト高になる。さらなる不利益は、機械４と電力キャビネット２とを分解して顧客に輸送するときに現れ、据え付けに求められるケーブル装置３の多くの接続が付加的な障害リスクを招くことにある。

第１３回ＩＳＥＭの会報（第１巻、２００１年、ビルバオ、３から１９頁、マスザワ）には、パルス用コンデンサを介するパルス発生器の基本的な全てのプロセス及び方程式がマイクロ放電加工機へのそれらの応用に関して記載されている。これらのコメントは、一般的に適合し、したがって本発明にも適合する。

米国特許第４，７１０，６０３号は、本願の図３に示す基本回路、パルス・コンデンサ放電原理の基に動作する放電加工機用の発生器を記載している。コンデンサＣ１は、直流電圧源Ｅからスイッチング要素Ｑ１とインダクタンスＬ３とを介して充電される。他のスイッチング要素Ｑ２は、パルス・コンデンサＣ１の蓄積電力を、他のインダクタンスＬ２を介して、スパーク・ギャップに放電させる。この回路は、直線動作におけるスイッチング要素及び充電抵抗器のいずれも必要としない。

米国特許第４，７６６，２８１号には、この本願の図４に示す受動型充電電圧調整器を備えた放電加工機用の発生器を記載している。充電電圧調整器は、フライバック変換変成器と、２つのダイオードとを含む。この発生器は、米国特許第４，７１０，６０３号から明らかなように、スイッチング要素Ｑ１を経るように発生器に生じる整流損失が除去されるから、効率が高い。

しかし、これらの両発生器は、さらなる不利益を招く。第１に、単極充電のために、パルス周波数が７０ｋＨｚ付近の値に制限される。周波数をさらに高めると、効率が低下する値に充電電流を増大させることになる。第２に、発生器は、これを電極付近に配置するには大きすぎる。これの多くの詳細説明のために、これら発生器のために時間ｔの関数としてスパーク・ギャップにおけるパルス電流Ｉgapとコンデンサ電圧Ｕcとを用いて作図した図５を参照する。正弦波パルス電流Ｉgapのために、負の充電電圧Ｕchrgが正の残留充電電圧Ｕendと共に正弦波状になることが明らかである。この残留充電電圧Ｕendは、スパーク・ギャップにおいて反転されないエネルギーに正確に対応し、パルス・コンデンサに帰還される。線損失を無視すると、残留充電電圧は、前記した第１３回ＩＳＥＭの会報（第１巻、２００１年、ビルバオ、３から１９頁）によれば、以下のようになる。

Ｕend＝-Ｕchrg＋２×Ｕgap

ここに、Ｕgapは機械の電極と工作物との間のスパーク・ギャップを経る電圧に対応する。

残留電圧Ｕendは、パルス電流、パルス・コンデンサのキャパシタンス、及び放電回路のインダクタンスのいずれの機能にもしたがわない。放電後、充電電圧調整器は、パルス・コンデンサに所望の負の充電電圧Ｕchrgの再充電を直ちに開始させる。この配置において、残留充電電圧Ｕendの全電気エネルギーは、インダクタンス内（図３のコイルＬ３内又は図４のフライバック変換トランス内）で、最初に磁気エネルギーに変換され、次いでパルス・コンデンサに逆極性の電気エネルギーの形で蓄積される。

ヨーロッパ特許第６９８，４４０Ｂ１（カネコ）には、放電加工装置の電力供給装置が記載されている。その中で、パルス変換器１３（カネコの図１参照）は、スイッチング接点１４Ａ〜１４Ｄと共に、スパーク・ギャップ１，３付近の分離ケース１２内に収容されている。この配置において、パルス変換器１３は、スイッチング接点１４Ａ〜１４Ｄにより能動的又は受動的に切り換えられる。この装置は、パルス変換器１３を介して双極パルスを発生するワイヤ切断機に適用され、また“２回目の切断”においてワイヤの振動を低下させる。しかし、この公知の発生器は、大きすぎて電力損失が多いという問題を有する。このため、既に述べた不利益を有する電力ケーブル１１，１７が発生器モジュールから機械にパルス伝達のために必要になる。

米国特許第6，080，953号には、ワイヤ切断機のワイヤ電極を囲むように配置されかつ加工空間のインダクタンスを低減する意図で加工液（水）により冷却されたモジュール式発生器が提案されている。他の点において、成功の明らかな記録を有するワイヤ切断用発生器は、多くの場合、型堀機械に適用することが難しい。不利益は、さらに、機械の作業容器内のフラッシング物を介して消散する一桁のｋＷ程度の付加的な電力損失を招くことにある。これにより、作業空間全体が高温になり、したがって温度による加工精度の低下を招く問題がある。提案されているように発生器モジュールを加工液に直接沈めることは、温度上昇を加速して冷却能力を低下させるから、不利である。提案されているように、放熱を改善するために発生器モジュールを金属粉末と樹脂との混合物内に入れると、またいくつかの問題を招く。金属粉末は、電気絶縁性を呈するように処理されるが、発生器の構成要素にプラスチックのキャパシタンスを形成し、高周波損失電流をケース内又は他の構成要素内に生じる。このように、この発生器は多くの弊害により妨げられる。また、ポットに入れられた発生器は、修理が難しく、これを別にしても、その構成要素を独立した構成要素に分離することがきわめて難しい。

従来の上記提案は、放電加工機及び他の類似の工作機械の有効な構想の問題を解決するのに適当でない。

本発明は、工作機械の作動方法の有効な全ての構想(concept)を、工作機械装置、特に放電加工装置とその製造技術とに有効な全ての構想と共に提供して、上記の問題を解決することを目的とする。

本発明は、１つの面において、制御、監視及び実行の少なくとも１つが複数の機器構成可能のモジュールにより行われ、それらのモジュールが、機械に配置されて、ノードに対するデータ送受信のためにデータ・ネットワークによりノード又はノード局に接続される工作機械であって工作物を加工する放電加工機のような工作機械の作動方法に向けられる。

本発明は、第２の面に従えば、ノードは、モジュールの制御及び監視の少なくとも１つのために、少なくとも１つのモジュールに対するデータの送受信を管理するように適合されている。

本発明は、他の面に従えば、放電加工機を作動させる上記の方法に基づいて加工パルスを放電する手段により放電加工機のための加工パルスを発生する方法に向けられる。

本発明は、さらに他の面に従えば、工作物を加工する機械を含む、放電加工装置のような工作機械装置に向けられる。そのような機械装置において、工作物の加工の実行、監視及び制御の少なくとも１つは、複数の機器構成可能のモジュールにより行われる。そのようなモジュールは、ノードへのデータ送信又はノードからのデータ受信の少なくとも１つのために、ノード又はノード局にデータ・ネットワークで結合される。

本発明は、さらに他の面に従えば、放電パルス・コンデンサによりパルスを発生する、放電加工装置用の発生器モジュールに向けられる。そのような発生器モジュールは、給電電圧を提供するノードに対するデータ・リンクと、プログラム可能の制御器と、両極性電流源と、センサを含む少なくとも１つの充放電回路と、少なくとも１つの絶縁トランスを含む少なくとも１つのインバータ回路とを含む。

本発明は、さらに他の面に従えば、工作機械用の駆動ユニットに向けられる。そのような駆動ユニットは、組立体を形成するモータ用の駆動モジュールを含む。

本発明は、さらに他の面に従えば、独立請求項、並びに以下の説明及び図面から明らかにされる。他の特徴は、方法及び製品に向けられており、また当業者は実施例及びその図面に関する以下の詳細な説明から明らかになろう。

以下に説明する具体例は、単なる実施例としての説明であり、種々変更することができる。

図１及び図６〜１８に関する詳細な説明に先立って、好ましい実施例のいくつかの項目について先ず説明する。

いくつかの実施例は、放電加工機のための作動方法及びモジュールに関する。測定装置、発生器、軸ドライバ、絶縁ユニット制御器、主入力制御器、主制御装置等の異なる機能が集中型ノード又はノード局に関係付けられてそれぞれのモジュールに体系化されている。いくつかの実施例においては、従来の装置に比べ、放電加工装置の作動方法及び構想を精巧にしており、それにより装置構築用の各モジュールはそれぞれの機能を最適に満たすように機械に組み付けられる大きさに小型化されている。この目的のために、それらのモジュールは、エネルギーの消費を少なくすることにより最適な有効性とされている。たとえば、ケーブルの消費量やワイヤのコストが最小化される。一般に、本発明の実施例に従うモジュール構想の、生産性、作動性及びより遅い処分時期は、現在の環境基準及び経済性を十分に満たす。

放電加工機用発生器モジュールの実施例によれば、パルスの発生は性能を大幅に超えて実現され、また構造は、これを複雑にすることなく、多くの適用のために変更及び修正可能に構成されている。この実施例は、上記した従来技術の不利益を回避して要求条件を満足する点において、パルス発生方法、パルス発生器及びその作動の全ての構想を効果的に明示している。

放電用パルス・コンデンサによる放電加工機用の放電加工パルス発生方法の一実施例によれば、パルス・コンデンサでの電圧極性を既知のように反転することなく、パルス・コンデンサにより消費されるエネルギーを次のパルス発生のために利用する新規な両極性充電構想を用いる。
好ましくは、この目的のために、両極性電流源が用いられ、正確な極性をパルス・コンデンサに伝えるスイッチング要素が備えられる。所望の極性のパルスは、続いて直流（ＤＣ）分離用の絶縁トランスをさらに含むインバータ回路により達成される。
この回路は、直流モータ又は交流モータの高い動的な軸ドライバ用として、放電加工機用パルス発生器よりも、高い柔軟性を提供する。他の実施例は、フライス盤や旋盤のスピンドル駆動用の高周波モータ、又は例えば、スパーク・ギャップのフラッシングや放電加工機のフィルタ装置に必要な高圧ポンプ用の高周波モータに適用することができる。

他の実施例によれば、中心ノードとモジュールとの間の通信プロトコル又は標準化されたインターフェースは、柔軟性と診断ルーチンの実行性とを高めると共に、ケーブル装置の複雑さを低減する。故障が発生したときに通信を持続する標準化インターフェースを介して、少なくとも１つのモジュールに対し限られ電力源を備えることが可能であることが好ましい。パフォーマンス・モジュール用の標準化インターフェースは、また、コスト及び損失を低減する。

他の実施例によれば、本発明は、特定のタスク用に構成すことが求められる同様のモジュール及び相互接続技術を用い、それらを最小化して直接的に組み付ける。この他の実施例は、各種の損失を解消する、又は同時に生じる削減で廉価な半導体スイッチング素子をスマートに適用することができる。

さらなる他の実施例によれば、工作物加工用の放電加工機の作動方法が提供される。その加工機の主機能はモジュール化される。そのモジュールは、加工機の機能を満足するように位置され、データ結合により中心ノード局に結合され、そのノード局を介して制御及び監視される。

いくつかの実施例は、全ての放電加工機用として好適であり、また一般的な工作機械のモータの電力源用として機能する。例えば、発生器モジュールは、型堀放電加工機用発生器からワイヤ放電加工機用発生器までの用途に、又は構成可能モジュールに伝達されるソフトウエア構成命令によるモータ・ドライバの用途に変換することができる。他の実施例において、パルス極性の選択は電気的に行われ、このため極性は、パルス放電の間変更することができるし、また使用者の新規な技術範囲の開拓においてパルス相互に異ならせることができる。低電力損失及び高作動周波数のために、モジュールは機械において最適なサイト用に最小化される。パルス・トランスはもはやケーブル装置による障害を招かず、高電圧用の直流通信における電力損失が非常に少なくなる。

他の実施例によれば、モジュール構想は、モジュールの大量生産用の最新の自動製造方法を可能にし、コストを確実に低下させる。例えば、面実装技術(SMT)による製造法は、無配線の面実装デバイス(SMD)を備える印刷回路の自動化要素に基づく。したがって、この実施例において、主たる適用は、明確で再生可能の各種の電力パルスを発生可能にし、また好ましい高い効率を有する。

図１及び図６〜１８に示す実施例について詳細に説明する。

図１を参照するに、モジュールによる型堀放電加工装置の組立体が示されている。
この組立体は、各種のサブシステムに、すなわち、主電力入力部１、電子装置部２、機械（すなわち、型堀放電加工機）４、ノード又はノード局５、データ結合部６、電力源７等の各種のモジュールに分割されている。先に説明した図２に示す従来技術と同様に、主電力部１に続く電子装置部２は、電力供給モジュールＡＣ、直流モジュールＤＣ、及び数値制御モジュールＣＮＣを含む。電子回路部すなわちキャビネット２は、この実施例においては、いくつかの構成要素を含むが、例えば操作卓に収容してもよい。駆動モジュールＤＲＩＶＥ、発生器モジュールＧＥＮ、一般的な機械制御モジュールＣＯＮＴＲＯＬのような各種の構成要素が、それらの機能を満足させることを必要とする機械４に直接配置されている。

装置のデータ結合部６には、中心ノード５から星形ネットワークを形成する標準化した複数のデジタル・データ・リンクＬＩＮＫが配置されている。実施例によれば、これらのデータ・リンクは、装置の各種モジュールが互いに通信する若しくはそれらが相互に又はノード５と通信する各種の構内ネットワーク又はデータ・ネットワークを形成する。この実施例において、ノード５は、例えば設定可能の構成可能発生器モジュールのような装置の各種モジュールに利用可能の資源又は情報を作るように適合されている。標準化データ・リンクＬＩＮＫのデータ伝送及びスワッピングは、例えば既知のネットワーク・プロトコルを介して実行される。ネットワーク・プロトコルは、データ伝送、アドレス指定、ルート指定、欠陥試験等を調整する。１つの好適なプロトコルは、例えばＩＥＥＥ規格８０２．３に規格されているようなイーサネット（構内通信網の一種で、登録商標）・プロトコル（Ethernet protocol）である。このイーサネット（構内通信網の一種で、登録商標）・プロトコルは、使用すべきケーブルの種類を決定するフレーム・ベースの連結技術であり、データ通信用パケット・フォーマット及びプロトコルと共に、ビット伝送層のために信号で知らせる。これについてのより詳細な説明は、図１７及び図１８に示す実施例に関して後に行う。

既に述べた星形接続形態（star topology）に加えて、例えばバス又はリング・さらに、いくつかの実施例においては、ローカル・ネットワークを静的又は動的なチャンネル割り当てとして使用することもできる。チャンネルがノード５から随意に割り当てられて決定されるような装置が好ましい。

他の実施例において、データ・ネットワークを介する通信データは、パケット化され、次いでノード５に向かう各ケース、及び必要ならばノード５から装置の意図する受信モジュールまでの各ケースにおけるプロトコルに対応するデータ・リンクＬＩＮＫを介して送られる。１つの実施例において、ノード５は、この情報を記憶し、必要に応じてその情報を受信機に確実に到達させる。この実施例にしたがうネットワークの各種の利点のなかで、型堀放電加工機の各種のモジュール間の高速度のデータ変換、特に操作者に対しモジュールに関する利用可能のデータ及び情報をノード５で中心的に作成可能であることが重要である。各種のモジュールへの又はモジュールからの全ての情報及び指令は、ノード５において、また診断ルーチンに利用してもよく、この実施例においてノードはネットワーク本体として作用する。ノード局５は、良好なアクセスのために配置されるが、機械４に配置することが好ましい。加えるに、ノード５とそれに接続されたデータ・ネットワークとは、全てのモジュールに対し修正及び介入をして、この中央局で機械操作者が変更しかつ介入することを可能にする。

放電加工装置の各種のモジュールの電力源は、電力源として作用するデジタル・ネットワーク結合部ＬＩＮＫを介してほぼ５０Ｗの最大電力まで直接的に作られる。より高い電力指定のためには、規格化された直流ケーブル７が電子回路部２の直流モジュールからより高い電力を必要とするモジュールまでの拡大星形結合を提供する。例えば±２８０Ｖの直流電圧と１．５ｍｍ^２のワイヤ断面を有する直流ケーブルとは、２．３Ｗ／ｍが熱に変換される５．６ｋＷまで転送可能である。比較すれば、従来のワイヤ式切断機用発生器は、それぞれ５ｍｍ^２のワイヤ断面の８つの並列同軸ケーブル含むとき、図２に示す従来技術において使用されているように、例えば３７Ｗ／ｍがケーブル装置３で熱として消費される鉄において毎分５００ｍｍ^２の切断速度のためには平均２．２ｋＷを必要とする。そのような状況のもとに、図1に示す直流ケーブル７は、無視可能の０．３７Ｗ／ｍを熱に変換するにすぎず、換言すればケーブルでの熱損失は従来技術に比べ１００倍小さい。推定によれば、５．６ｋＷの平均スパーク・ワット数の現在の値は鉄において毎分１２５０ｍｍ^２の材料除去率になり、電力損失は図２に示すような既知のケーブル装置３においては９４Ｗ／ｍになる。このことは、従来技術では将来の発展のための限度を明らかに示す。すなわち、従来の発生器は、そのような範囲に発展させることには不適切であることが明らかである。

他の実施例（図示せず）において、主電力入力部１、交流（ＡＣ）モジュールＡＣ、及び電力源すなわち直流（ＤＣ）モジュールＤＣは、機械に配置されている。この有利な配置において、型堀放電加工機の操作卓と電子装置部２とは、数値制御器ＣＮＣを含み、独立の標準化デジタル・リンクＬＩＮＫを介して接続される。異なる他の実施例においては、数値制御器ＣＮＣは、それにより、計画的に短くするように既存の標準直流ケーブル群ＤＣの作動に必要な電気エネルギーを供給されて、機械４の内部に配置される。

型堀放電加工機ＥＤＭの実施例に従うモジュール構成は、そのような装置の現行の取り付けを相当に容易にし、主電力入力部１を電力供給源に接続することを必要とするにすぎず、そこでデジタル・リンク群ＬＩＮＫを操作卓に配線する。

さらに好ましい他の実施例において、既知のようにパルス・コンデンサの極性を反転することなく、パルス・コンデンサにおいて消費されるエネルギーが次のパルスのために追加される両極性充電原理を使用する。

図６を参照するに、時間に関するコンデンサ電圧Ｕc及びパルス電圧Ｉgapの波形が、図５に示す従来の発生器による波形と比較可能に示されている。比較可能の充電電圧のために、図６の充電時間ｔchrgは図５のそれより短く、また残留充電電圧Uendは所望の充電電圧Ｕchrgに正しい極性の短い電流パルスにより補われる。残留充電電圧Ｕendは磁気エネルギーを介して変換されない。これは１００％に近い効率で保存されて、放電パルスを最大周波数することを可能にする理由である。

図７を参照するに、本発明に係る両極性電流源の形の充電調整器が示されている。入力部Ｖdc+，Ｖdc-、及び中性点０Ｖには、例えば±２８０Ｖの直流電圧が直流モジュールから直流ケーブル群７（図１参照）を介して供給される。中性点の０Ｖは、装置の高い電磁的互換性(EMC)に有利な対称負荷となるほぼアース電位に対応する。

最も単純な場合、直流電圧は、大衆的な４００Ｖの交流主電源から三相整流ブリッジ回路及びフィルタ・コンデンサを介して、直流モジュールＤＣから直接得られ、絶縁を必要としない。

上記の代わりに、電子スイッチング要素及びダイオードを含む三層の能動型インバータ・ブリッジ回路を提案することができる。そのようなブリッジ回路は、交流主電源の変動を補償する閉鎖ループ型ＤＣ制御のような各種の付加機能を達成して、交流主電源のピーク値より高い直流電圧、円滑な開始機能、電力ファクター補正(PFC)、非対称直流負荷の中性点OＶの安定性、４００Ｖ主電源への直流エネルギーの帰還等を増大させる。これら全ての回路は、当業者に取って既知であり、ここではさらなる説明はしない。

コンデンサ８，９は、両極性電流源１０から１７に電流パルスを供給し、それにより直流電圧ケーブル７(DC)を脈動電流のない状態に維持する。正の電流源は、正の充電電流I+の発生に役立つ。スイッチング要素１０及び１６は、同時にオンに切り換えられて、入力部Ｖdc+から始まってインピーダンス１４を経て０Ｖ端子に戻る電流を直線的に増大させる。それより前ではなく、所定時間に後、出力Ｉ+が充電用のパルス・コンデンサ２２（図8参照）に切り換えられ、スイッチング要素１６が、必要ならばスイッチング要素１０もオフに切り換えられる。このとき、充電電流Ｉ+はその充電電圧を補うようにパルス・コンデンサ２２に流れる。図８のセンサＳＥＮＳは、充電電圧を設定値と比較し、充電電圧が設定値に達すると、直ちにデータ信号を図１０の制御器ＦＰＧＡに送る。次いで、スイッチング要素１６がパルス・コンデンサ２２内の充電電圧Ｉ+を急激に減少させるオンに切り換えられる。スイッチング要素１０がこの時点においてまだオンに維持されていると、スイッチング要素１０が同様にオフに切り換えられて、残留電流Ｉ+を次にダイオード１２、インダクタンス１４及びスイッチング要素１６を介して循環させる。同じ極性の次の充電パルス電流を供給するために、スイッチング要素１０は適切な時点にオンに切り換えられて上記した動作を繰り返す。

インダクタンス１４が電流源として作用するから、パルス・コンデンサ２２の充電電圧は出力Ｖdc+より相当高くしてもよい。しかし、これは、充電電流出力部I+がパルス・コンデンサ２２に接続される前に機能不全になるから、スイッチング要素１６が開放されると、そのスイッチング要素１６に致命的な結果を招く。このため、瞬間的な保護ダイオード（図示せず）をスイッチング要素１６及び１７と並列に備えるか、回復ダイオード４５及び４６を充電電圧を入力電圧Ｖdc+及びＶdc-に制限するように端子I+とＶdc+との間及びI-とＶdc-との間にそれぞれ付加的に挿入する。必要ならば、入力電圧Ｖdc+とI-及びＶdc-を増大することができる。高い振幅及び短い持続時間の放電パルスを発生するには、パルス・コンデンサ２２の最小容量と関連して可能な高い充電電圧で作動させることが好ましい。

スイッチング要素１１及び１７、ダイオード１３並びにインダクタンス１５からなる構成は、負の充電電流I-を発生するように作用し、上記のように正の電流源と同様に動作する。

図７に示す両極性電流源は各種の作用をすることができる。動作周波数を最大にすると共に、損失を最小にするとき、関係する特殊な適用によっては異なるアプローチが必要になる。

このため、長時間を超えてインダクタンス１４，１５及びダイオード１２，１３に不必要な高電流を流すことを防止することが能率を高める上で重要である。
このための１つの選択肢は、パルス・コンデンサ２２の充電が完了したときスイッチング要素１０及び１６又は１１及び１７をオフに切り換えるように、付加的な回復ダイオード４５，４６を利用することである。インダクタンス１４又は１５に蓄積された磁気的な残留エネルギーは、ダイオード１２及び４５又は１３及び４６を介してコンデンサ８，９に回収される。この動作モードは、２つの充電パルスの間の休止時間が最小であるときに利点をもたらす。換言すれば、残留エネルギーを次の充電パルスのために直接利用する利点がある。

他の選択可能の実施例は、コンデンサが充電を開始するスイッチング要素１６，１７をオフにするタイミングを実現することにある。この時点の選択は、パルス放電の間、理想的にはパルス・コンデンサ２２のクロスオーバ点が丁度０Ｖであるとき、完全に無損失の整流を達成することである。

他の利点として、充電時間がこの配置により短縮される。実際にこの方法は、過度な状態において、パルス・コンデンサ２２がその放電端に充電電圧の設定値を既に維持しており、次の放電に直接利用可能である等、種々の利点がある。

動作周波数を最大にするには、インダクタンス１４，１５用の電圧を最小にし、インダクタンス１４，１５の充電動作をパルス・コンデンサ２２の放電開始を基に直接的に開始させることである。高い充電電圧のために、さらに、コンデンサに充電の間にオンに切り換えられたスイッチング要素１０，１１をそのままに維持する利点があり、充電時間がコンデンサ８，９からの付加的なエネルギーによりさらに短縮される。

図８に示すパルス・コンデンサ２２用の充放電回路は、対応する入力部Ｉ+，Ｉ-を介して図７に示す両極性電流源に接続される。第２の端子は、両極性電流源の中性点０Ｖに接続される０Ｖ入力部に接続される。スイッチング要素１８，１９は、ダイオード２０，２１と共に、放電の間所望の極性を確実に維持する。センサＳＥＮＳは、パルス・コンデンサ２２での充電状態を連続して感知し、それから種々のデータ信号を得る。スイッチング要素２４及び２６とダイオード２３及び２５とは、パルス・コンデンサ２２が正しい極性で出力部Ｔprに放電するように作用する。

図９に示すように、インバータ回路の絶縁トランス２７の主入力部Ｔprは、図８に示すような充放電回路の対応する出力部Ｔprに接続される。絶縁トランス２７の第２の主入力部０Ｖは図７に示す対応する中性点０Ｖに接続される。絶縁トランス２７は、常に正負のパルスを得ることができるように並列に接続された二次巻線を含む。これら二次巻線の中点は、工作物に接続される出力部ＷＳに接続される。

中性点０Ｖに関して対称的な回路構成にすると、電磁的な適合性において種々の利点がある。工作物が、通常、アース電位に又は微少電位に接続されるから、容量性の変位電流は回路を介して交流主接続部１に現れる。これによる利点は、大きな磁気的抑制要素用のフットプリント(footprint)及び損失がなく、コストが低減することにある。

絶縁トランス２７の二次巻線の他の２つの端子は、スイッチング要素２９，３０，３４及び３６、これらに接続されたダイオード２８，３１，３３及び３５、並びにインダクタンス３２を介して出力部ＥＬに接続される。出力部ＥＬは、電極に接続される。そのような配置において、スイッチング要素３０及び３６は、正の放電パルスのためにオンに切り換えられ、スイッチング要素３４及び２９は負の放電パルスのために同様に切り換えられる。これは、スパーク・ギャップへの放電パルスを任意な極性に変換するように、パルス・コンデンサ２２の充電電圧の極性を瞬間的に変更可能にする。

しかし、インバータ回路は、例えば型堀放電加工機用の場合、正の放電パルスだけを必要なときは、スイッチング要素２９，３４及びそれらに関係するダイオード３１，３５を発生器モジュールから省略することにより、単純化することができる。同様に、ワイヤ放電加工機の場合、負の放電パルスだけを必要とするとき、スイッチング要素３０，３６及びそれらに関係するダイオード２８，３３を省略することにより、インバータ回路を単純化することができる。

この実施例において、絶縁トランス２７は多様な寸法設計の自由度を提供する。１つの利点は、標準の要求条件を維持するように交流主電源を絶縁するために容量に耐える十分なサージ電圧を確保することにある。他の１つ利点は、一次側と二次側との結合を理想化し、過度に高い磁化電流を発生しないように主インダクタンスを十分に高く維持することにある。両測定は、パルス電流の損失を効果的に防止する。

最良の結合のためには巻線比を１対１にすることが理想的ではあるが、例えば、適切な少電流及び対応する電圧で図８に示す充放電回路を作動させるには、容量に抗する高いサージ電圧を有する対応する要素を利用することができるし、説明したように整流損失がないことから、そのような条件から外れることが多くの効率のために有利である。電流を減ずることは、多くの効率を高める上で全てのスイッチング要素及びダイオードの損失を低減する。

実施例によれば、絶縁トランス２７における上記要求条件は、平面コア及び平面巻線を有する平面トランスにより満たされる。標準の絶縁パフォーマンスに関するそのように特殊なトランスは、例えば米国特許第５，０１０，３１４号に記載されており、また米国南フロリダ州のペイトン・プランナ・マグネティクス社(PAYTON PLANAR MAGNETICS Ltd.)により製造されている。伝送されるパルスの電圧／時間範囲が非常に小さいので、これらのトランスは小さくて軽く、問題なく発生器モジュールの印刷回路に組み付けることができる。この技術は、また、インダクタンス１４，１５及び３２に利点をもたらす。

実施例によれば、インダクタンス３２はより小さく選択することができるし、残余の導線を電極に接続するかぎり全て除去しても良く、また絶縁トランスの浮遊インダクタンスは十分なインダクタンスを含む。インダクタンスは、多くの発生器チャンネルでパルスを電極に供給するときに、チャンネル分離のために必要である。

図７，８，９の実施例においては、ＭＯＳ型ＦＥＴ及びＩＧＢＴをスイッチング素子１０〜３６として用いている。これは不可欠要素ではなく、当業者は具体的な必要条件にしたがって変更することができる。

図９に示すスイッチング要素とダイオードとの配置のために、他の選択肢がある。例えば、逆向きのスイッチング要素２９及び３０を直列に接続し、ダイオード２８及び３１を対応する逆向きに並列に接続することができる。また、当業者であれば、各ケースにおける必要条件のために多くの変形を適用することができる。

スイッチング要素１８〜３６は、損失に対する目的であり、例えば、各正弦波の半波が零電流で始まるから、零電流で作動され、したがって電圧及び電流の発生（換言すれば、整流の間の電力損失）が零になる。オフへの切り換えのためには、電圧が対応する並列的なダイオードにより妨害されるから、この時点から電流及び電圧が零になるまで、状態がより有利になる。

全てのスイッチング要素の制御に必要なパルスは直流減結合駆動回路（図示せず）を介して制御器（図１０のＦＧＰＡ）により供給される。

図６から明らかなように、単一のパルス・コンデンサの充電に必要な両極性電流源は、短い充電時間ｔchrgを補償する。

図１０を参照するに、多チャンネル構成の発生器モジュールＧＥＮの実施例が示されている。この発生器モジュールは、入力部Ｖdc+，０Ｖ，及びＶdc-を有する図７に示すような単一の両極性電流源ＢＣＳと、デジタル・リンクＬＩＮＫによりノード５（図１参照）に接続された制御器ＦＰＧＡとを含む。制御器ＦＰＧＡは、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ、すなわち装置のデータ・ネットワーク上に構成することができ、また各種の設定値を供給するデジタル構成のロジック回路が好ましく、さらに装置の作動中新たな機器構成をロード(load)可能である。これらの回路は、最大の機能的適応性を達成し、高速のマイクロプロセッサよりかなり速い並列データ処理を利用することができる。しかし、連続的なデータ処理が必要ならば、並列処理速度に影響を及ぼすことなく、制御器ＦＰＧＡにこれを実現することに問題はない。

図８に示すパルス・コンデンサ２２用の複数の充放電回路ＣＡＰ１〜ＣＡＰ４は、導線Ｉ+及びＩ-を介して両極性電流源ＢＣＳに接続されている。各充放電回路ＣＡＰ１〜ＣＡＰ４は、図９に示すようなインバータ回路ＩＮＶ１〜ＩＮＶ４の１つに接続される。インバータ回路ＣＡＰ１〜ＣＡＰ４は、単一の電極に共通に又は４つの電極に別々に接続することができる異なる出力部ＥＬ１〜ＥＬ４と、工作物への分離出力部ＷＳとを有する。

図１０を参照するに、制御器ＦＰＧＮは、スイッチング要素を駆動するドライブ回路のような発生器モジュールの各種回路部品における全てのスイッチング要素及びセンサに点線で示すリンクにより接続されており、また図８に示すようなセンサＳＥＮＳに接続されてスイッチング要素を監視する。制御器ＦＰＧＡの主要な機能のために、完全な発生器モジュールの理想的な調整及び監視は、面倒な時間遅れを無くす。全ての条件、故障、及び感知された値は、周期的に又は要求に基づいて、データ・リンクＬＩＮＫを介してノード５に信号で報知される。

実施例によれば、そのような発生器モジュールは、既に述べた無配線のＳＭＤ要素とＳＭＴ製造法の１つとで自動的に製作することができる。

これらのモジュールは、これらを機械のいたる箇所に取り付けることができるように適合されるから、それらの周りに熱を放射しないようにしなければならない。その目的のためには空気冷却では通常不十分であるから、好ましい実施例のように排熱をオフにする液体冷却装置が好ましい。

他の実施例によれば、放電加工装置用モジュールは、電磁波、霧状の飛散水、塵埃等、機械に影響を及ぼす悪環境から、これらからの保護に適した金属製又は金属皮膜プラスチック製の密閉ハウジングすなわちケースにより、保護される。

図１１を参照するに、エネルギーの回復に好適な図７に示すような両極性電流源の他の実施例が示されている。エネルギーの回収は、充電後にパルス・コンデンサが充電電圧用設定値による要求値より高い電圧となったときに利点がある。１つの一般的な選択肢は、たとえ不利であっても、この過剰エネルギーを熱に変換してしまうことである。この特殊な例は、放電加工パルスを逆パルスにより終端において抑制するか、又は作動中のモータに制動を掛ける。前者においては、コンデンサ８，９又はインダクタンス１４，１５がエネルギーを十分に緩衝する。

後者においては、総エネルギーを著しく高くして、いわゆる制動抵抗器に消費させる。エネルギーを制動抵抗器で熱に変換することは、小型のモジュールを用いるときに非常に好ましくなく、また確実な作動状態の基で効率を大幅に低下させる（例えば、たびたび、工作機械の高速スピンドルに急制動を作用させるか、放電加工機のサーボ軸線を急速に移動させる。）。これのため、本実施例においては、４００Ｖの３相主電源にエネルギーを回収する。

上記と同じことは、先に述べた第１３回ＩＳＥＭの会報（第１巻、２００１年、ビルバオ、３から１９頁、マスザワ）に記載されており、式は以下のように補正される。

Ｕend＝−Ｕchrg−２Ｕgap×｛２×（ｔR／Ｔ）−１｝

ここに、ｔRは、反転された一部のパルスがスパーク電圧Ｕchrg又はモータ電圧に逆に作用する間の期間（回復時間）である。

Ｔは、反転された一部のパルスの持続時間である。

ｔRが０のときは、既知のマスザワの式を用いることができる。ｔRが全てにおいて０．５Ｔのときは、スパーク・ギャップに与えるエネルギーが与えられない。

Ｕend＝−Ｕchrg

また、ｔRがＴのときは、スパーク・ギャップからの最大エネルギーがパルス・コンデンサ２２に帰還される。

Ｕend＝−Ｕchrg−２×Ｕgap

上記のような３つの極端な点において、拡大された式は正確である。ｔRの他の中間値のためには、それらの有効性は一般的な異なる式により説明される。しかし、回路の寸法設計に当たっては、それら３つの極端な点は完全に十分である。

図１１を参照するに、ダイオード４５，４６が備えられ、図７におけるダイオード１２，１３がＭＯＳ型ＦＥＴスイッチング要素３７，３８に置換されている。例えば、パルス・コンデンサ２２の正の充電電圧を低下させるために、図１２に示すように、スイッチング要素３７，３８は、充電電圧が設定値に到達するまでオンに切り換えられる。次いで、両スイッチング要素がオフに切り換えられて、電流は、０Ｖ線から、ＭＯＳ型ＦＥＴ１６の寄生ダイオード、インダクタンス１４、及びＭＯＳ型ＦＥＴ１０の寄生ダイオードを介してＶdc+端子に流れる。

この実施例によれば、このパルス期間の間、より小さい電圧Ｖdcのために、（安全のための休止の後）スイッチング要素１０及び１６がオンに切り換えられ（同時整流）、それにより効率がやや改善されて電力消費量がより小さくなる。このオンへの切り換えは、例えば２００Ｖの場合、ゲインが駆動回路の付加的な損失により相殺されるから、効率の改善が１％程度と小さく、過度の高電圧Ｖdc用には適さない。

電圧Ｖdcは、最初にコンデンサ８が高電圧に充電されることによる回復電流により増大される。この電圧は、次いで、ケーブル装置７（図１参照）を介して、他のモジュールの全てのコンデンサ、しかしまた直流モジュールＤＣ（図１参照）の大きい電界コンデンサに作用し、それによりエネルギーの増加分を接続された全てのモジュールで利用可能である。その結果、例えば駆動モジュールの制動エネルギーを最終的に作るときの急速なフラッシュ移動をする型堀加工機における有利な補償効果が、放電加工の再開のためのフラッシング・サイクルの終わりに発生器モジュールの利益に直接利用可能になる。

制動エネルギーの増加は、危険な高い電圧Ｖdcで駆動させることになる。このため、このエネルギーは、負荷抵抗器（制動抵抗器）において熱に変換されるか、より好ましくは図７に関して説明したように、３相インバータ・ブリッジを介して４００Ｖの主電源に帰還される。

この実施例においては、そのため、エネルギーは３つの段階に回収される。すなわち、第１にコンデンサ８，９を介してモジュールに回収され、第２にＤＣモジュールＤＣの電界コンデンサを介して回収され、又は第３に全てが主電源に帰還される。したがって、各ケースにおけるエネルギーの流れは、モジュール内、各種のモータ間、又は各種の主消費物間にだけになる。

図１２を参照するに、エネルギーの回収が可能の充放電回路用に提案された改良型の実施例が示されている。図８のダイオード２０，２２に代わりに、４つのダイオード２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが用いられており、図８のスイッチング要素１８，１９がスイッチング要素１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂに置換されている。これは、パルス・コンデンサ２２を正負両方向Ｉ+，Ｉ-に充放電させる上で必要である。図１１及び１２に示す回路は複雑であるが、図７及び８に示す基本回路の有利な特徴は維持される。実際にインダクタンス１４及び１５におけるエネルギーの蓄積能力のために、例えばダイオード１２，１３の代わりのスイッチング素子３７，３８を用いることにより相当に改良される。

図１３及び１４を参照するに、単純な解決のための他の実施例が示されている。図１３に示す両極性電流源は１つの両極性出力Ｉ+＆Ｉ-だけの場合に用いられ、このため図１４に示す充放電回路においては２つのスイッチング要素１８ａ，１８ｂと２つのダイオード２０ａ，２０ｂとだけが両極性電流用パルス・コンデンサ２２の充放電に付加的に必要とされる。さらに、中間の段階においては、状態を簡略化することができ、例えば１つはスイッチング要素１６，１７を残し、ダイオード４５，４６の代わりにダイオード４５，４６を並列に用いる。最適な構成の選択肢は、当業者に残すことができる。

この実施例の利点は、６つのスイッチング要素３７，３８，１６，１７，１９ａ，１９ｂと、２つのダイオード２１ａ，２１ｂと、インダクタンス１５とを用いていないことにより、コスト及びサイズが低減することにある。スイッチング要素１０，１１が電圧範囲Ｖdc+からＶdc-までの２倍にわたって作動し、インダクタンス１４が通常の動作において交流負荷で作動される（エネルギーの回収なしに）ことは、許容することができる程度ではあるが、不利である。コスト、サイズ又は効率に関しては不利になるが、特殊な適用によっては、利点は上記したように余りある。最高の作動周波数のためには、この異形の実施例は、スイッチング要素１６，１７を維持する限り、インダクタンス１４を予め変更することができるので、余り適当ではない。

図７〜９及び図１１〜１７においては、スイッチング要素１０〜３８としてＭＯＳ型ＦＥＴ及びＩＧＢＴを用いることを説明した。これは、義務的な選択ではなく、具体的な要求にしたがって当業者により変更することができる。

図９に示すインバータのスイッチング要素及びダイオードの配置も、同様に変更可能である。
このため、例えば、逆向きに配置されたスイッチング要素２９及び３０を直列に接続し、それらに対応させてダイオード２８，３１を逆向きにかつ並列に接続することもできる。当業者は各回路の要求条件のために全て最良の変形を適用することができる。

図１５を参照するに、工作機械の４つのＤＣサーボ・モータ３９，４０，４１，４２用の電力モジュールとして、図１０に示すような発生器モジュールの他の実施例が示されている。正負（土）の極性のパルス波形（ＤＣ）を出力部Ｘ+，Ｙ+，Ｚ+，Ｃ+に発生することができ、センサＳＥＮＳを介して情報を速やかに得ることができるから、この発生器モジュールは高動的駆動用として好適である。モータは、充放電回路の影響なしに、図９に示すインバータ回路を介してスイッチング要素２９，３４又は３０，３６に応じた極性で短絡させることができる。モータの種類に応じて、フィルタ・キャパシタ（図示せず）をモータ巻線と並列に挿入することは容易である。

備えられた各位置センサの信号は、制御器ＦＰＧＡに直接供給される。組立体を形成する１つのモータ用だけのモジュールを設計する利点と、ケーブル装置の複雑さを除去することができる利点と、モジュールの液体冷却をモータの冷却に直接利用することができる利点とを理解することができる。ほぼ５０ｍＷより小さい駆動のために、電力供給源は、直流端子Ｖdc+，Ｖdc-を除くデータ・リンクを介して直接作成される。

図１６を参照するに、３つのチャンネルＵ，Ｖ，Ｗで選択的な周波数及び電圧の３相装置を形成する電磁ブレーキと交流（ＡＣ）モータ４３用の電力モジュールとして用いる、図１０に示す発生器モジュールの他の実施例が示されている。交流モータ４３は、誘導電動機又は同期電動機である。この実施例におけるモータ電流の波形は、正弦波又は台形波であり、また高周波の正弦半波から対応する波形を形成するように合成される。

この実施例の適用は、既に述べたように、加工用の高速スピンドルを通してブラシレスの同期電動機を駆動させる。好ましい適用は、例えば、高速度で駆動されるポンプを作動させる高い動的範囲と高い速度範囲とに意義がある。

図１７を参照するに、図１に示す放電加工装置に使用されるノード５の実施例が示されており、そのノード５は外部の数値制御器ＣＮＣと通信するように適合されている。ノード５は、またこの実施例において、構内ネットワークＬＡＮの形成に接続された型堀放電加工装置の各種のモジュールを接続する主体の監視及び管理を行うネットワークを形成している。したがって、この実施例において、ノード５は、必要ならば、適用及びモジュールに応じて、通常のハブ、スマート・ハブ、スイッチ又はルータ、及びネットワーク管理主体のそれらに結合することができる。しかし、他の実施例においては、ノード５は、放電加工装置のデータ・ネットワークのハブ、スマート・ハブ、ルータ又はスイッチとして作用する。

図示の実施例において、型堀放電加工装置のネットワークは、星形に構成されている。また、少なくとも１つのモジュールの全ての通信、制御、診断及び安全に関する機能は、中央ノード５に集中されている。ノード５は、例えば、制御情報又は診断情報を含むデータ・パケットを、複数のモジュールの１つから複数のポートの１つに受けて処理し、次いで情報を必要とするモジュールに他のポートを介して送る。装置の他のモジュールとの通信のために、ノード５は、図１７に示すように、各事例で使用されるように規格化された通信に対応する複数のポートを有する。図１７において、それらのポートはエイサー(Ethernet)及びリンクである。この実施例において、各リンクＬＩＮＫは、装置の接続モジュールに対する接続部を形成する。この実施例によれば、例えばイーサネット（構内通信網の一種で、登録商標）・ネットワークの規格化されたＩＥＥＥ６０２．３にしたがって、専用イーサーネット・ポートが電子装置部２の数値制御器ＣＮＣとの通信をする。しかし、このリンクの通信帯域幅は、完全な装置、特に放電加工装置のスピンドル駆動装置の制御に最適である。

他の実施例によれば、通信ユニットは、マイクロチップ・テクノロジー社(MICROCHIP TECHNOLOGY INC.)からタイプＥＮＣ２８Ｊ６０の集積回路の形のノードとして入手することができる。その集積回路は、規格化されたＩＥＥＥ８０２．３を満たし、また１０Ｍｂ／ｓのデータ比で通信可能である。この集積回路は、デジタル構成可能のロジック回路又はマイクロプロセッサに組み立てることが容易な利点を有する。

ノード５の複数のリンクポートは装置の各種のモジュールに対する規格化された双方向データ通信リンクを提供し、その数はさらなる拡張又はオプションを可能にするのに好ましい適宜な値である。データ・リンクの規格は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ（パワー・オーバー・イーサネット（構内通信網の一種で、登録商標））に基づいており、また必要ならば、それらを介して、限定された電力（ほぼ５０Ｗより小さい）が接続モジュールの電力源の稼働のために伝送することができるように規格化されている。この電力は、例えば、制御器ＦＰＧＡ、センサ及びスイッチング要素の駆動回路、及び他の小さな負荷を稼働させるに十分であり、アイドリング時に多くの装置に診断ルーチンを実行させることができる利点を有する。このため、いくつかのチャンネルが故障したときでも、残りの通信チャンネルは正常のままである。

実施例によれば、リンクポートは、例えばノード５に準備された直流４８Ｖの電力源ＤＣ４８ＶＤＣにより実行される。プラグ・アンド・プレイ型の検出回路は、モジュールの存在を自動的に検出し、規定にしたがって電力を上げ、断線や短絡のような故障を処理するようにノード５に備えられている。

さらに他の実施例において、放電加工装置の各モジュールは、その状態(status)及び機能に関して構成可能であるように適合され、またプログラマブル制御器ＦＰＧＡを含む。 その状態の構成又は変更は、以下のように実行される。すなわち、モジュールの制御器ＦＰＧＡがモジュールの構成とその機能とを実行する可変範囲と、固定の記憶範囲のような固定範囲とを含むことが好ましい。固定された記憶命令の１つを基に、モジュールが最初の双方向通信リンクをノード５に確立することができる。モジュールは、その電力を高くされた後、変形可能に構成され、同定メッセージをノード５にデータ・ネットワーク６を介して最初に送る。この同定メッセージは、モジュールに送る正しい機器構成を選択するように、機器構成のプロパティ、所望の機能、オペレーティング・データ、バージョン、及び製作データのような全ての情報を含む。代わりに、モジュールは、もちろん、適宜なコストで全範囲にわたってしかしそれらに柔軟性を持たせて固定の機器構成でプログラムされている。

さらなる他の実施例においては、ノード５の各リンクポートは、設定可能及び切り換え可能に適合されている。好ましくは、構成可能のポートの具体的な機能は、接続されたモジュールが同定された後、リンクポートの特定の１つに割り当てられる。プラグ・アンド・プレイと同様に、この手法は、不完全なリンクが操作者によりノードで除外される、という利点を有する。この手法のために、どの不完全な箇所も、次の修復時までに、機械の継続運転を許すように予備の部分を単に再配線（re-plugging）することによる副ステップ(side-stepped)をすることができる。

図１７において、ノード５の直流４８Ｖdc電源は、主末端部（primary end）を直流モジュール（図1におけるＤＣ）に端子Ｖdc+，０Ｖ，Ｖdc-を介して接続される。ノード５の内部電源、例えば、３．３ＶＤＣ，２．５ＶＤＣ及び１．８ＶＤＣのために、電圧調整器（４８ＶＤＣ／ＬＶＤＣ）が備えられる。この実施例において、主ロジック回路ＣＯＭは、数値制御器ＣＮＣと放電加工機の他の全てのモジュールとの間の通信及びデータ伝送を調整する。ロジック回路ＣＯＭは、点線で記載されたバスラインによりノード５の全ての構成要素に接続される。ロジック回路ＣＯＭは、モジュール間に通信に関する最初の決定を作るように適合される。

一般的な放電機械及び工作機械は、作業者、機械及び周囲環境をそれらの障害から保護するための特殊な安全手段を必要としている。このため、他の実施例において、安全マネージャＳＡＦＥＴＹがノード５に備えられ、安全のために適切な信号を得ることができるし、診断ルーチン及び速い警告のために利用可能である。この中央安全マネージャは、他のオペレーティング機能から独立しており、またハードウエア、ソフトウエア規則及び通信路のために現在の規定にしたがって設計されている。

図１７においては、プロセス制御のために、複雑ではあるが、平均化用及びフィルタ用アルゴリズム、数学的及び論理的な機能計算、又は特殊な継続イベントのタイミング制御のような時間的に重大な損失となるタスクを処理するマイクロプロセッサμＰが備えられている。

他の実施例によれば、階層レベル、例えば各種の速度要求に関しては処理及び情報通信用データの少なくとも１つを発生する放電加工機の運転方法が記載されている。例えば、プログラムされたロジック回路ＣＯＭを介して、プログラムされたロジック回路ＣＯＭ及びマイクロプロセッサμｐを介してモジュールからモジュールに、又はノード５を介して数値制御器と全てのモジュールとの間に、データ処理及びデータ通信がモジュール内で生じるように、データ処理階層は速度の減少にしたがって乱される。

この構成の利点は、ロケーションの最適な選択と、決定速度の上昇又は廉価にするために通信の遅延を除去する目的でのデータ処理手段とに関係する。

図１８を参照するに、上記原理を実行するノード５の他の実施例が記載されている。図１７に示すノード５と異なり、パス計算用の付加的な自主補間器ＩＰＯが備えられている。例えば、ワイヤ切断式放電加工機のパス制御は、コンピュータを用いる集中粗補間器と、データメモリ及び制御器を備える無遅延の精密補間器との２つの加工ユニットに副分割される。この技術は、時間及び空間の両者の運動からパス計算の幾何学的タスクを分離する。この機能は米国特許第４，９０３，２１３号に詳細に記載されており、その内容は参考としてここに記載され、また本発明の開示の一部として考慮される。これは、非常に速くかつ非常に廉価であることから、時間的に重要で複雑なパス制御用に多く使用されている。

実施例によれば、普通に備えられた粗補間器は、機械に配置された又は機械から遠隔のパーソナル・コンピュータＰＣであり、インターネット、構内ネットワーク、メモリ・カード等の各種の媒体を介して、圧縮パスデータを伝送し、補間器ＩＰＯのメモリに指令する。したがって、国際的な企業は、最高のロケーションの要素を設計しており、また条件付き機械データを多くの国の各使用者の機械に送っている。

米国特許第４，９０３，２１３号に記載されているように、精密補間器は、発生器モジュール内の制御器ＦＰＧＡ（図１０参照）用に既に備えられているような種類と同じ又は類似のデジタル設定可能のロジック回路を通常の実例内に含む。

他の実施例において、ロジック回路は、補間速度をさらに増大させるメモリ・ブロックを含む。

本発明に係る工作機械の実施例は、もはや操作卓を必要とせず、操作及び単純な修理のための必需品としての要素を単純な手動操作器に装備しているにすぎない。そのような手動操作器は、もちろん、通常の操作卓よりかなり廉価である。手動操作器は、これに電力を受けるように、モジュールをノード５の一部に結合することができる。これは、特に、単純なパーソナル・コンピュータにより又はローカル・ネットワークを介して、プログラムされかつ監視される複数の機械を含むセルの製造に利点を有する。

本発明は、上記のような構成や要素配置に制限されない。本発明は、他の実施例を含み、また同じ機能を有する類似の工作機械用に実行することができる。さらに、ここに用いられた用語は説明のためだけであり、それに制限され得ない。

この明細書に記載された現存の装置及び刊行物は、参照として組み入れられている。

この明細書には本発明にしたがって構成された装置及び製品が記載されているが、本発明はそれらに正弦されない。本発明は、むしろ、請求の範囲に記載されているように、その技術の全ての応用例に適用される。

したがって、本発明の保護範囲は請求の範囲に記載されている。

本発明に係る型堀放電加工機の一実施例を示すブロック図である。 従来の型堀放電加工機の一例を示すブロック図である。 パルス・コンデンサの放電原理にしたがう従来の発生器の一例を示す回路図である。 パルス・コンデンサの放電原理にしたがう従来の他の発生器の一例を示す回路図である。 従来のパルス・コンデンサの充放電原理にしたがうコンデンサ電圧及びパルス電流の曲線を示す図である。 本発明に係る、パルス・コンデンサ充放電原理にしたがう充電電圧及び放電電流の曲線を示す図である。 本発明に係る両極性電流源の一実施例を示す回路図である。 本発明に係るパルス・コンデンサ充放電回路の一実施例を示す図である。 本発明の係る、絶縁トランスを含むインバータ回路の一実施例を示す図である。 本発明に係る、複数のインバータ回路と複数の充放電回路とを含む発生器モジュールの一実施例を示すブロック図である。 本発明に係る、エネルギー回収に好適な両極性電流源の一実施例を示す回路図である。 本発明に係る、エネルギー回収に好適な充放電回路の一実施例を示す図である。 本発明に係る、エネルギー回収に好適な両極性電流源の他の実施例を示す回路図である。 本発明に係る、エネルギー回収に好適な充放電回路の実施例を示す図である。 本発明に係る、４つの直流サーボ・モータ用の発生器モジュールの一実施例を示す回路図である。 本発明に係る、三相モータ用及び電磁ブレーキ用の発生器モジュールの適用例を示す図である。 本発明に係る、独立型精密保管回路を含むノードの一実施例を示す図である。 本発明に係る、外部数値制御器を含むノードの他の実施例を示す図である。

符号の説明

１ 主入力部
２ 電子装置部
４ 工作機械
５ ノード
６ データ結合部
７ 直流ケーブル群
ＣＮＣ 数値制御器
ＤＣ 直流モジュール
ＡＣ 交流モジュール
ＬＩＮＫ リンク
ＤＲＩＶＥ 駆動モジュール
ＧＥＮ 発生器
ＣＮＴＲＯＬ 制御器
Ｕc コンデンサ電圧
Ｕchrg 充電電圧
Ｕend 残留充電電圧
Ｉgap パルス電圧
ｔchag 充電時間
ｔ 時間
８，９ コンデンサ
１０，１１ スイッチング要素
１２，１３，４５，４６ ダイオード
１４，１５，１６，１７ インダクタンス
１８，１９，２４，２６ スイッチング要素
２０，２１，２３，２５ ダイオード
２２ パルス・コンデンサ
ＳＥＮＳ センサ
２７ トランス
２８，３１，３３，３５ ダイオード
２９，３０，３４，３６ スイッチング要素
３２ インダクタンス
ＢＣＳ 両極性電流源
ＦＰＧＡ プログラマブル制御器
ＣＡＰ 充放電回路
ＩＮＶ インバータ
３７，３８ スイッチング要素
４５，４６ ダイオード
１８ａ，１８ｂ スイッチング要素
２０ａ，２０ｂ ダイオード
ＤＣ４８ＶＤＣ 直流４８Ｖの電力源
ＤＣ／４８ＶＤＣ／ＬＶＤＣ 電圧調整器
μＰ μプロセッサ
ＣＯＭ ロジック回路
ＩＰＯ 補間器
ＳＡＦＥＴＹ 安全マネージャ

Claims (56)

1. 工作物を加工する放電加工機のような工作機械の作動方法であって、
   工作物の加工の、制御、監視及び実行の少なくとも１つを複数の機器構成可能モジュール（DRIVE; GEN; CONTROL）により行い、
   それらのモジュールを機械(4)に配置し、
   ノード(5)へのデータの送信及び前記ノード(5)からのデータの受信の少なくとも1つのために、それらのモジュールをデータ・ネットワーク(6)により前記ノード(5)に接続することを含む、工作機械の作動方法。
2. 前記ノード(5)は、前記モジュール（DRIVE; GEN; CONTROL）の制御及び監視の少なくとも１つのために前記モジュールへの又は前記モジュールからのデータ伝送を管理するように適合されている、請求項１に記載の作動方法。
3. 前記モジュール（DRIVE; GEN; CONTROL）は、発生器モジュール、駆動モジュール及び機械制御モジュールの少なくとも１つを含む、請求項１又は２に記載の作動方法。
4. 前記モジュール（DRIVE; GEN; CONTROL）は、発生器モジュール、駆動モジュール、機械制御モジュール、直流モジュール(DC)、及び電力供給モジュール(AC)を含む、請求項１又は２に記載の作動方法。
5. 前記モジュール（DRIVE; GEN; CONTROL）の少なくとも1つは、電力供給のための給電電圧を前記ノード(5)から前記データ・ネットワークを介して供給される、請求項１から４のいずれか１項に記載の作動方法。
6. 前記モジュール（DRIVE; GEN; CONTROL）は、適切な機能のために必要な５０Ｗ未満の電力を前記ノード(5)から前記データ・ネットワークを介して供給される、請求項５に記載の作動方法。
7. 前記モジュール（DRIVE; GEN; CONTROL）は、適宜な直流高電圧により、前記直流モジュール(DC)からケーブルを介して、機能のために必要な５０Ｗ以上の付加的な電力を供給される、請求項５に記載の作動方法。
8. 少なくとも１つのモジュールに現れる過剰エネルギーが前記高直流電圧に接続された少なくとも１つのコンデンサに蓄積され、蓄積されたエネルギーが前記モジュールにおいてそれ自身のために使用される、請求項７に記載の作動方法。
9. 前記蓄積されたエネルギーが他のモジュールにおいて使用される、請求項８に記載の作動方法。
10. 前記請求項５が前記請求項４に従うとき、前記蓄積されたエネルギーが、前記直流モジュールから前記電力供給モジュールを介して電力供給装置に戻されて、該電力供給装置において他の消費に使用することができる、請求項８に記載の作動装置。
11. 前記モジュール（DRIVE; GEN; CONTROL）の少なくとも１つは、予め定められた機能を遂行することができる手段によりデータ・ネットワーク機器構成データを前記ノード(5)を介して受けて機器構成可能とされた制御器を含む、請求項１から１０のいずれか１項に記載の作動方法。
12. 前記機器構成可能の制御器は前記モジュールの機器構成をするエリアを規定し、そのエリアは少なくとも前記ノード(5)との通信と前記ノードへの同定メッセージとを提供する、請求項１１に記載の作動方法。
13. 前記同定メッセージは給電電圧が前記データ・ネットワークを介して供給されると直ちに前記ノード(5)に送られ、それから引き出された給電電圧は規定された許容範囲内にある、請求項１２に記載の作動装置。
14. 前記同定メッセージを受けた後に、前記機器構成データの選択が行われ、それから引き出されるように、対応するモジュールの制御器は前記ノード(5)と前記データ・ネットワークとを介して可変可能の範囲に構成される、請求項１２又は１３に記載の作動層値。
15. 前記モジュール（DRIVE; GEN; CONTROL）は、種類において同じ又は類似であり、またそれらのプロパティ、オペレーティング・データ及びファブリケーション・データの少なくとも１つを通信する、請求項１２から１４のいずれか１項に記載の作動方法。
16. 前記のジュールの少なくとも１つは、前記可変可能の範囲に構成された後、形堀式放電加工機の発生器の機能を満たす、請求項１１から１５のいずれか１項に記載の作動方法。
17. 前記モジュールの少なくとも１つは、前記可変可能の範囲に構成された後、ワイヤ切断式放電加工機の発生器の機能を満たす、請求項１１から１５のいずれか１項に記載の作動方法。
18. 前記のジュールの少なくとも１つは、前記可変可能の範囲に構成された後、工作機械のモータ用及び類似の負荷用の駆動モジュールの機能を満たす、請求項１１から１７のいずれか１項に記載の作動方法。
19. 前記モジュールの少なくとも１つは、前記機器構成の可変可能範囲において前記工作機械が作動する間、与えられた加工プロセスの要求に応答して再度機器構成される、請求項１２から１８のいずれか１項に記載の作動方法。
20. 前記ノード(5)は少なくとも1つの標準化されたインターフェース(ETHERNET)を介して数値制御器に接続されており、前記数値制御器は前記インターフェースを介して前記機械(4)の調整、制御及び監視の少なくとも1つを実行する、請求項１から１９のいずれか１項に記載の作動方法。
21. 最高の優先速度条件を有する少なくとも1つの開閉制御機能は、前記モジュール(DRIVE;GEN;CONTROL)の少なくとも１つにおいて実行される、請求項１から２０のいずれか１項に記載の作動方法。
22. 第２の優先速度条件を有する少なくとも1つの開閉制御機能は、１以上の前記モジュール(DRIVE;GEN;CONTROL)と、前記ノード(5)に配置されたプログラム可能のロジック回路とにより実行される、請求項１から２１のいずれか１項に記載の作動方法。
23. 第３の優先速度条件を有する少なくとも1つの開閉制御関数は、１以上の前記モジュール(DRIVE;GEN;CONTROL)と、前記ノード(5)に配置されたプログラム可能のロジック回路と、前記ノード(5)に配置されたマイクロプロセッサとにより実行される、請求項１から２２のいずれか１項に記載の作動方法。
24. メモリ及び制御器を含む独立の精密補間器が前記ノード(5)に備えられており、前記独立の精密補間器は、標準化されたインターフェースを介して、粗補間器から条件付き幾何学データ及び制御コマンドの少なくとも1つを受けて、記憶された幾何学データ又は制御コマンドに応答して無遅延で前記機械(4)の調整、制御及び監視の少なくとも1つを実行する、請求項1から23のいずれか1項に記載の作動方法。
25. 前記機械(4)の設定、作動及び修理の少なくとも1つは、前記ノード(5)に接続されかつ前記ノード(5)から電力を供給される手動操作器で実行される、請求項２４に記載の作動方法。
26. 請求項1から２５の1つのステップを含む、放電パルス・コンデンサにより放電加工機用の加工パルスを発生する方法。
27. 放電加工装置のような工作機械装置であって、工作物の加工の制御、監視及び実行の少なくとも1つを複数の機器構成可能のモジュール(DRIVE,GEN,CONTROL)により行う工作物加工用機械(4)を含み、前記モジュール(DRIVE,GEN,CONTROL)は、前記機械(4)に配置されていると共に、ノード(5)へのデータの送信及びノードからのデータの受信の少なくとも1つのためにデータ・ネットワークにより前記ノード(5)に接続されている、工作機械装置。
28. 前記データ・ネットワークは前記ノード(5)に関する星形ネットワークである、請求項２７に記載の工作機械装置。
29. 前記ノード(5)は、複数の機器構成可能部(LINK)を含む、請求項２７及び２８のいずれか１項に記載の工作機械装置。
30. 前記ノード(5)は、前記モジュール(DRIVE,GEN,CONTROL)の少なくとも1つに電力を供給する電力源を含む、請求項１７から２８のいずれか１項に記載の工作機械装置。
31. 前記ノード(5)は構内ネットワーク用の複数の規格化されたポート(LINK,Ethernet)を備える、請求項１７から３０のいずれか１項に記載の工作機械装置。
32. 前記モジュール(DRIVE,GEN,CONTROL)は、発生器モジュール、駆動モジュール及び機械制御モジュールを含む、請求項１７から３１のいずれか１項に記載の工作機械装置。
33. 前記モジュール(DRIVE,GEN,CONTROL)は、発生器モジュール、駆動モジュール、機械制御モジュール、直流モジュール(DC)及び電力供給モジュール(AC)を含む、請求項１７から３１のいずれか１項に記載の工作機械装置。
34. 少なくとも１つの駆動モジュール(DRIVE)は、軸モータの近くに配置されている、請求項３３に記載の工作機械装置
35. 前記発生器モジュール及びスパーク・ギャップ監視用モジュールの少なくとも１つは、放電加工装置の工作物と各電極との間に形成された加工用間隙の近くに配置されている、請求項３３又は34に記載の工作機械装置。
36. 前記ノード(5)は規格化済みの複数の機器構成可能ポートを含む、請求項２７から３５のいずれか１項に記載の工作機械装置。
37. 前記機器構成可能ポートの少なくとも１つは、これに関連するモジュールの同定メッセージに応答して構成可能である、請求項３６に記載の工作機械装置。
38. 少なくとも１つのモジュールに現れる過剰エネルギーが直流高電圧に接続された少なくとも１つのコンデンサに蓄積され、蓄積されたエネルギーはそのモジュール自信において使用される、請求項２７から３７のいずれか１項に記載の工作機械装置。
39. 少なくとも１つのモジュール(DRIVE; GEN; CONTROL)は、前記モジュールが所定の機能を実行することができる手段によりデータ・ネットワーク機器構成可能データを前記ノード(5)を介して受ける機器構成可能制御器を含む、請求項２７から３８のいずれか１項に記載の工作機械装置。
40. 前記機器構成可能制御器は前記モジュールを機器構成するための範囲を確実に規定し、その範囲は、少なくとも前記ノード(5)に対する同定メッセージと、前記ノード(5)との通信を提供する、請求項３９に記載の工作機械装置。
41. 前記ノード(5)は、少なくとも1つの規格化されたインターフェースを介して数値制御器に接続されており、前記数値制御器は、前記機械(4)の調整、制御及び監視の少なくとも1つを前記インターフェースを介して実行する、請求項２７から４０のいずれか１項に記載の工作機械装置。
42. 前記ノード(5)には、メモリと制御器とを含む独立の精密補間器が備えられており、その精密補間器は、条件付き幾何学データ及び制御コマンドの少なくとも１つを粗補間器から規格化されたインターフェースを介して受けてそれを前記メモリに記憶し、記憶した幾何学データ又は制御コマンドに応答して無遅延で前記モジュールの調整、制御及び監視の少なくとも１つを実行する、請求項２７から４２のいずれか１項に記載の工作機械装置。
43. 請求項２７から４２のいずれか１項にしたがって、パルス・コンデンサの放電によりパルスを発生するために、前記発生器モジュールは、給電電圧入力を提供する前記ノード(5)に対するデータ・リンクと、プログラム可能の制御器と、両極性電流源と、センサを含む少なくとも1つのパルス・コンデンサを備える少なくとも1つの充放電回路と、少なくとも1つの絶縁トランスを備える少なくとも1つのインバータ回路とを含む、放電加工装置用の発生器モジュール。
44. さらに、直流電圧入力が、増大する電流を供給し、かつ他のモジュール(DRIVE; CONTROL)で過剰エネルギーを交換するために備えられている、請求項４３に記載の発生器モジュール。
45. 前記両極性電流源と前記充放電回路とは、前記直流電圧入力に対し前記モジュールに現れる過剰エネルギーをモジュールに回収するための両方向エネルギーのために設計されている、請求項４３及び４４のいずれか１項に記載の発生器モジュール。
46. 前記プログラム可能の制御器は、これが前記ノード(5)との通信を介してハードワイヤード機器構成可能の範囲を含みかつ前記ノード(5)に対する同定メッセージが補償されるように設計されている、請求項４３から４５のいずれか１項に記載の発生器モジュール。
47. 前記プログラム可能の制御器は、これが前記モジュールのプログラムされた機能を規定し又は調整することを介して可変可能の機器構成範囲を含むように設計されている、請求項４３から４６のいずれか１項に記載の発生器モジュール。
48. 前記プログラム可能の制御器は、前記ノード(5)を構成した後、工作機械の作動中、当該発生器モジュールを制御すべく、制御コマンド、設定データ、設定ポイント、及びタイミング信号の少なくとも１つを、前記データ・リンクを介して受けるように設計されている、請求項４３から４７のいずれか１項に記載の発生器モジュール。
49. 前記プログラム可能の制御器は、前記ノード(5)を構成した後、作動の間、他のモジュール(DRIVE; GEN; CONTROL)又は前記数値制御器の、警告のため、報知のため、調整のため、又は制御のために、測定値、オペレーティング・データ、タイミング信号、アラーム、及び修理情報の少なくとも１つを、前記データ・リンクを介して送るように設計されている、請求項４３から４８のいずれか１項に記載の発生器モジュール。
50. 前記モジュールは面実装デバイス(SDM)要素で構成されており、前記面実装デバイス要素は、自動面実装技術(SMT)製造法を使用することにより印刷回路に取り付けられている、請求項４３から４９のいずれか１項に記載の発生器モジュール。
51. 前記モジュールは流体冷却器を備える、請求項４３から５０のいずれか１項に記載の発生器モジュール。
52. 前記流体冷却器は、当該モジュールがその周囲に熱を放散しないように設計されている、請求項５１に記載の発生器モジュール。
53. 当該モジュールはケースにより周囲環境から遮蔽されている、請求項４３から５２のいずれか１項に記載の発生器モジュール。
54. さらに、組立体を形成するモータ用の前記駆動モジュールを含む、請求項３２から４２のいずれか１項に記載の発生器モジュール。
55. 前記駆動モジュールは面実装デバイス(SDM)要素を含み、該面実装デバイス要素は自動面実装技術(SMT)製造法の援助で印刷回路に取り付けられており、前記駆動モジュールは流体冷却器を備えている、請求項５４に記載の発生器モジュール。
56. 前記流体冷却器は前記駆動モジュールと前記モータとを冷却するように適合されている、請求項５５に記載の発生器モジュール。

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