JP2007196340A - ワイヤ放電加工機の加工電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤ放電加工の高速加工用のパルス電源として、急峻な立ち上がりと立ち下がりで、高波高値の台形波状の放電電流のパルスが用いられるが、電流ピーク値と時間軸のパルス幅とを分けて設定して、放電エネルギの変更設定や制御をすることができるようにした電源として提供する。
【解決手段】被加工体電極とワイヤ電極とを夫々スイッチ素子を介すると共に電源からの電流の流れを阻止する整流素子を介して他方のスイッチ素子が接続されている電源端子に夫々接続し、一方のスイッチ素子は放電開始時から設定されたオンゲート信号によりオフとなり、他方のスイッチ素子は放電開始時から放電電流のピーク値が所定値に上昇する時点でオフとなった後残りのゲート信号の期間電流ピーク値が所定値となるようオン・オフを繰り返す。
【選択図】図２

Description

本発明は、放電加工機、特にワイヤ放電加工機用の加工電源、特に高速加工用の電源装置に関する。

ワイヤ放電加工における高速加工の目的を達するための放電電流波形として、放電電流の立ち上り及び立ち下りが急峻で高速、かつパルス幅が狭くて電流振幅が大きい図７の三角波ＩＴ、及び図８の台形波ＩＳが知られている（例えば、特許文献１−３参照。）。

斯種の高速加工用電源装置に用いられている基本的な主パルス発生回路の１つとして、図６に示すような、電圧の可変設定が可能な直流電源８の一方の端子を所定の電流容量を有するように調整設定されたスイッチ素子４を介してワイヤ電極１に接続し、他方の端子をスイッチ素子４と同様なスイッチ素子５を介して被加工体電極２と接続すると共に、上記一方の端子と被加工体２とを整流素子６を介して接続し、さらに上記他方の端子とワイヤ電極１とを整流素子７を介して接続した構成のものが知られている。

図において、被加工体２とワイヤ電極１との間に、加工用もしくはパイロット電圧パルス、または高周波交流もしくは両極性パルスの電圧が印加されて放電可能な条件が満たされたとき、電流ピーク値設定用パルス信号発生回路９から、設定手段１０によって設定された時間幅のパルス信号ＰＴが出力され、内臓ドライブ回路を介してＦＥＴなどのスイッチ素子４、５のゲートＧ１、Ｇ２に印加され、スイッチ素子４、５をオンとすると、直流電源８からスイッチ素子４、被加工体２、ワイヤ電極１、スイッチ素子５、そして直流電源８へと放電電流ＩＤが流れる。前記電流ピーク値設定用パルス信号発生回路９からの設定された時間幅の信号パルスＰＴが消滅するとスイッチ素子４、５はオフとなる。スイッチ素子４、５がオフとなった後この放電回路中のインダクタンスによって蓄積されていた誘導エネルギを直流電源８に帰還させるように、整流素子７、被加工体２、放電ギャップ、ワイヤ電極１、整流素子６、直流電源８へと帰還電流ＩＦが流れ、こうして被加工体２とワイヤ電極１間に流れる電流によって被加工体２が放電加工される。

そして、この放電回路電流によって形成される放電電流の波形は、図７にＩＴとして示した三角波形となり、直流電源８の電圧が高いと、その放電電流ＩＤの立ち上りは急峻で、電圧が低いと緩やかとなり、スイッチ素子４、５のオフ後の帰還電流ＩＦの立ち下り速度も電圧が高いと急峻で速く、低いと緩慢で遅くなることが知られている。そして、これらのことから、放電電流のピーク値（ＩＰ：放電電流振幅）は、直流電源８の電圧と電流ピーク値設定用パルス信号発生回路９からのパルス信号ＰＴのパルス時間幅とによって決まり、加工放電電流のパルス時間幅は、上記電流ピーク値設定用のパルス幅と、直流電源８の電圧によって決まる放電電流の立ち上り時間を加えた値となっていることが判る。

そして、言い方を変えると、放電電流ピーク値ＩＰ設定用のパルス時間幅ＰＴと電流ピーク値ＩＰ、及び直流電源８の電圧との関係は、直流電源８の電圧を変えて同一電流ピーク値ＩＰを得ようとすると電流ピーク値ＩＰ設定用のパルス時間幅ＰＴは、直流電源８の電圧を上げる程小さな値でよいことを示している。

そして、また、直流電源８の電圧を高低に変化することとして、変化しても同一の電流ピーク値ＩＰを得る夫々の電流ピーク値設定用のパルス時間幅ＰＴの関係をみると、直流電源８の電圧が高いと、電流ピーク値設定用のパルス時間幅も電流の立ち下り時間も小さくなり、加工放電パルスのトータルのパルス時間幅ＰＴは、直流電源の電圧が高いほど小さくなることを示しているものである。
特開平５−１７７４３６号公報 特開平１１−４８０３９号公報 国際公開第ＷＯ２００３／０８９１７５号パンフレット

従って、加工条件として、１つの放電パルスのトータルのパルス時間幅ＰＴと電流ピーク値ＩＰとをそれぞれ選択する場合、それぞれが相互に変化するため、電流ピーク値用のパルス時間幅とは別に直流電源の電圧を選択し目標となる加工パルス時間幅、電流ピーク値となるように選択しなければならず問題があった。

そして、結局のところ従来のワイヤ放電加工機の加工電源装置においては、加工間隙が狭まる高速加工領域においても、短絡解消のために極間に流す電流パルスのエネルギ変更は、電流ピーク値を変更制御するしかなく、木目細かいエネルギ制御を行なうことができなかった。従って、ワイヤ電極の断線限界に近い高速加工領域において加工速度を上げて行く際、ワイヤ電極の断線を回避するための制御可能範囲が狭くなりワイヤ電極の断線限界を超え易く、ワイヤ電極の断線の回避を安定して行なうことが困難であるため、結局のところ加工速度を上げることができないと言う問題があった。

そしてまた、このことは、図８に示した放電電流波形を台形波ＩＳとした電源装置の場合も同様なのである。以下これを回路作動により説明すると、スイッチ素子４、５が同時にオン状態で、放電電流のピーク値ＩＰが所定値迄立ち上った時点で、一方のスイッチ素子のみをオフとして、他方のスイッチ素子と整流素子及びワイヤ電極１と被加工体２によって形成される還流回路に、前記誘導エネルギによる放電電流を前記立ち上がり放電電流に続けさせて流すことによりギャップ放電を継続させ、該継続する放電電流の電流ピーク値が、所定の限界ＩＬに低下する時点以前に前記他方のスイッチ素子をオフとすることにより、前記両整流素子を介する直流電源８への還流電流が回路時定数に応じて流れた後、前記台形波放電電流の１放電パルスの放電が終了するもので、パルス時間幅ＰＳと電流ピーク値とは相互に関連して変化するものである。

そこで本発明は、ワイヤ放電加工の電源装置において、加工条件として、１つの放電パルスのトータルのパルス時間幅と電流ピーク値とをそれぞれ選択する場合、何れか一方の選択設定に殆んど影響されることなく独立して他方の選択設定をすることができ、放電電流のピーク値とパルス幅時間である時間軸とを分けて制御することができるようにすること、そして、従来例に比べてより簡単な回路装置及びその制御で１加工放電パルスによって供給される加工放電エネルギを制御することができるようにすることを目的とする。

前述の本発明の目的は、（１）被加工体電極及び加工電極を各各スイッチ素子を介して加工用直流電源の端子に、前記両スイッチ素子が同時にオンしている時に電極間に電圧を印加し得るように接続し、上記直流電源の端子に接続されているスイッチ素子の被加工体又は加工電極への接続端子は、上記直流電源からの電流の流れを阻止する方向に配設された整流素子を介して、他方のスイッチ素子が接続されている直流電源の端子に夫々接続されて成り、
前記両スイッチ素子に所定設定加工条件に応ずるオン時間とオフ時間のゲート信号を順次に繰り返し印加して、オン・オフを繰り返させて電圧パルスを印加し、又は前記両スイッチ素子を先ず同時にオンとして電圧を印加するか、上記両スイッチ素子をオンとせずに放電開始を促がす電圧を印加し、放電可能な条件が満たされたとき両スイッチ素子を介し、又両スイッチ素子を同時にオンとし、放電の開始により急峻な放電電流を立ち上がらせ、
前記一方のスイッチ素子が、前記放電開始時から選択設定された加工条件のオン時間の経過により前記ゲート信号が終了する迄の間、該ゲート信号によりオンを継続するのに対し、前記他方のスイッチ素子は、前記放電の開始後放電電流の波高値が、前記設定加工条件のピーク電流値に達する時点でオフとされるように最初のオン時間が設定されてあり、以後の前記ゲート信号の残りの期間、電極間の放電電流の振幅値が所定のピーク値となるように予めの設定加工条件によりオン・オフ制御されるワイヤ放電加工機の電源装置とすることにより達成される。

また、前述の本発明の目的は、（２）前記両スイッチ素子は、前記設定加工条件のピーク電流値に対して十分に大きい最大定格電流値を有する素子群により構成されている前記（１）に記載のワイヤ放電加工機の電源装置とすることにより達成される。

また、前述の本発明の目的は、（３）前記両スイッチ素子が同時にオフ休止時間となった時は、放電回路中のインダクタンスに蓄えられた誘導エネルギを直流電源に帰還し、前記ゲート信号期間中の他方のスイッチ素子のオン・オフ時におけるオフ期間中は電極間に帰還するように構成されている前記（１）に記載のワイヤ放電加工機の電源装置とすることにより達成される。

また、前述の本発明の目的は、（４）補助直流電源と整流素子とを直列に接続した補助電源を、該補助直流電源の負極端子を前記直流電源の負極端子に、前記整流素子出力端子を他方のスイッチ素子と電極との接続端子に接続して成る前記（１）に記載のワイヤ放電加工機の電源装置とすることにより達成される。

また、前述の本発明の目的は、（５）前記１つの放電パルスにより間隙へ供給される放電エネルギの間隙検出信号などによる制御は、
前記一方のスイッチ素子を制御するゲート信号の時間長さと、前記他方のスイッチ素子が放電パルスの立ち上がり後一旦オフとされた後のオン・オフ期間の時間長さとを同時に伸縮することによって行なわれる前記（１）に記載のワイヤ放電加工機の電源装置とすることにより達成される。

前記（１）に記載のワイヤ放電加工機の加工電源装置によれば、放電パルスの加工条件として、放電パルスの継続するトータルの時間幅と電流ピーク値とを選択設定する場合、何れか一方の選択設定に殆んど影響されることなく独立して他方の条件の選択設定をすることができ、放電電流のピーク値とパルス幅時間である時間軸とを分けて設定、制御することができるので、放電パルスのエネルギの設定及び制御が容易となり、ワイヤ電極の断線防止の制御が容易化及び安定可能化され、異常放電の防止の効果をもたらすことができる。

また、例えば、放電パルスの電流ピーク値を所定値とした状態で、パルス幅時間を変えることにより放電パルスのエネルギの変更制御が出来て、かつ、制御もやり易くて異常放電を防止でき、電流のピーク値を限度一杯以下で加工に供して、黄銅付着のない加工を実現して、荒加工領域での加工精度向上にもつながるものである。

そして、さらに斯種従来例の回路装置及びその作動制御に比べて、より簡単な回路装置及び制御で、１つの加工放電パルスによって供給される加工放電エネルギを制御することができるようになると言う利点も有することになる。

図１は、ワイヤ放電加工の高速加工に用いられる基本的な主パルス発生回路を含む本発明電源装置の実施例構成図で、前記基本的な主パルス発生回路部分の回路構成は、前述従来例として示した図６の回路装置と実質上同一であり、設定用のパルス信号発生回路９が加工パルス電流ピーク設定用としてパルス時間幅が選択設定される入力端子１０が設けられていたのに対し、本発明では、直流電源８の電圧の選択設定やその他の条件設定の入力が可能な入力端子１０Ｃ、目的加工条件の放電電流ピーク値ＩＰを、スイッチ素子４、５の各電流容量及び間隙の放電開始時の立ち上がり両スイッチ素子４、５同時オン時間（ｔ２−ｔ３：ｎｓ）を選択設定する端子１０Ａ、及び放電パルスのピーク電流値ＩＰが前述のように選択設定された状態で、当該放電パルスにより放電間隙へ供給される放電エネルギを目的の値に選択設定する当該放電パルスの時間幅、期間の条件、即ち、前記一方のスイッチ素子４の全放電ゲート信号期間（ｔ１−ｔ６：μｓ）と他方のスイッチ素子５が一旦オフとなった後の前記一方のスイッチ素子４の残りのゲート期間中における放電パルスのピーク電流値維持、及び／又は変更、制御のために繰り返すオン・オフの条件（τｏｎ：τｏｆｆ：ｎｓ）を調整設定する放電エネルギ設定入力端子１０Ｂなどが設けられている制御設定の制御装置９Ａが設けられている。

主パルス発生回路として、その構成が前述従来例のものと実質同一であるから、主パルス発生回路のパルス発生の回路動作を制御するパルス信号発生回路として、同一の回路９が設けられ、図７に示した三角波形状の放電電流波形ＩＴを生ぜしめるためのスイッチ素子４、５に対するオン・オフ制御の同期パルス信号、又は図８に示した台形波形状の放電電流波形ＩＳを生ぜしめるための両スイッチ素子４及び５への異なる特性の各オン・オフ制御信号が生成、供給される限りにおいては、前述した場合と実質上同一に作動するものである。

しかして、本発明の放電電流のピーク値と時間軸のパルス幅時間とが、ほぼ独立した状態での設定及び制御が出来、従って、例えば、放電電流のピーク値が所定のほぼ一定の状態又は所定の値として、間隙における当該放電の放電状態の検出判別などにより、当該放電による間隙への供給放電エネルギを増又は減の変更、制御が要請される場合、放電パルスの時間軸方向のパルス時間幅を次のように、制御又は変更する手法により行なわれる。

図２は、本発明の基本的な実施例を示す台形波放電波ＩＳを生成させる間隙電圧ＶＧと、前記スイッチ素子４、５の各ゲート入力信号Ｇ１、Ｇ２を同一時相上に示した説明図で、時間ｔ１でスイッチ素子４、５を同時にオンとして間隙に電圧パルスを印加し、放電可能な条件が整って時間ｔ２で放電が開始されるとスイッチ素子４、５が導通状態での該スイッチ素子４、５を介して流れる放電の開始であるから、該時間ｔ２で放電電流が急峻に立ち上がり、端子１０Ａで設定した時間幅ｔ２−ｔ３の放電の継続により放電電流のピーク値が所定の選択設定値ＩＰに達するものとして一方のスイッチ素子、図示実施例では、他方のスイッチ素子５を時間ｔ３で一旦オフとした後、スイッチ素子４と整流素子６とを介してワイヤ電極１と被加工体電極２間の放電間隙に流れる放電回路中のインダクタンスによって蓄積された誘導エネルギに基づく還流電流のピーク電流値が、所定限界値ＩＬ以下になる前となるように設定されている時間幅ｔ３−ｔ４のオフの後前記スイッチ素子５を再びオンとして放電電流のピーク値を設定値ＩＰ迄、設定されている時間幅ｔ４−ｔ５のオンにより立ち上らせるオン時間の経過の後時間ｔ５で再び前記スイッチ素子５をオフとし、以後前記スイッチ素子４が端子１０Ｂにより選択設定した全放電ゲート信号が終了する時間ｔ６迄の期間、前記スイッチ素子５のオン・オフを繰り返えして１つの放電パルスの放電を終了するものである。

この実施例では、スイッチ素子４、及び５を時間ｔ１で共にオンにして間隙に電圧を印加し、間隙での放電開始を待機し、放電の開始を間隙電流で判別するようにしているので、スイッチ素子４、５は時刻ｔ２以前から既に共にオンである、所謂アイソパルス方式のパルスの発生、制御方式のものであるが、該両スイッチ素子４、５を時間ｔ１でオンとさせることなく別に設けた高電圧又は低電圧の直流、交流若しくは高周波、又は両極性パルス電源などの電圧を予め時間ｔ１で印加し、放電開始の条件が満たされて、間隙での放電が開始された状態を間隙電流で時間ｔ２で検出して両スイッチ素子４、５を同時にオンとするように作動させるものであっても良い。
又、本発明の電源装置は、電極消耗を一般的に広く許容するワイヤ放電加工機用のものであると共に高速荒加工用のものであり、また、従って、被加工体に対するワイヤ電極の近接時には、スイッチ素子のオン等により供給される電圧パルスの多くが、電圧印加から長い放電待機時間を経ることなく放電して、加工放電パルスを生成させるのであるから、印加される電圧パルスにより前記波形の時間ｔ２−ｔ３の間、或いはそれ以後の時間ｔ３−ｔ６の間において放電を開始する電圧パルスが有っても、加工上殆んど支障がなく目的とする性能の加工を実現できるので、前記図示実施例の場合スイッチ素子４のオン・オフ及びスイッチ素子５をオンとするパルス信号供給回路は、所定設定加工条件に応ずる一定のオン時間とこれまた一定のオフ時間のゲート信号を規則的に順次に繰り返してオン・オフ制御する所謂マルチ発振器形のものを用いても良い。

図３は、本発明の他の実施例の台形波形放電波ＩＳの説明図で、一方のスイッチ素子４がオン継続の間に、他方のスイッチ素子５が、一旦オフと切断された後に、２度にわたって通常規則的に２度オン・オフが繰り返されて、放電パルスのピーク値ＩＰがほぼ一定の状態で、放電パルスの時間幅が増大された実線記載の波形の場合と、さらに、時間軸方向に破線記載で付加記載した波形で示したように、前記他方のスイッチ素子５を前記一旦オフ後４回にわたり予め選択設定してある条件で規則的にオン・オフを繰り返させて放電パルスの時間幅をさらに増大させ、当該放電パルスの放電エネルギを増大させた場合を波形の重ね書きにより示したものであり、必要ならば、放電パルスの時間幅を設定より小さくすることが容易に可能なことが明らかである。

また、図４は本発明の他の実施例の台形波形ＩＳの説明図で、各波形の実線記載の部分は、前記図３の場合の波形の実線書きの部分の場合と同一であるが、この実線書きの部分に時間的に継続するように付加された破線記載の波形ＩＳの場合は、本発明によれば、前述図３の場合のように放電パルスの時間幅を増加または減少させて当該放電パルスによって加工間隙に供給する放電エネルギを増加または減少させるように制御したり、設定しておくことが出来るだけでなく、台形波波形放電波ＩＳの放電電流ピーク値ＩＰを放電時間中任意に増減設定又は制御（図示の場合放電パルスの後尾側でピーク値ＩＰを増大制御または変更）できるものであることを示しているものである。

しかして、前記図４の場合は、放電電流のピーク値ＩＰを放電パルス中の途中において増大変更する手法として、その増大させたい放電パルスの時間軸上の位置にある前記他方のスイッチ素子５をオンとするゲート端子Ｇ２入力パルス信号の時間幅を、時間ｔ９−ｔ１０によって示すように、前後のパルス信号の時間幅より大きい値に選定、設定したもので、必要ならば、放電パルスの途中において、または途中からピーク値を設定より低減させた放電とすることもできることが判るのである。

図５は、本発明電源装置の他の実施例の構成図で、前述の実施例において、他方のスイッチ素子５がオフになって放電回路に還流電流が流れて次にオンになる迄の期間の前記還流電流のレベルが低下しないように整流素子１１を直列に有する補助直流電源１２を設けてものであるが、本発明によれば、前記他方のスイッチ素子５を一旦オフとした後に次にオンとする迄のスイッチ素子５のオフ休止期間（例えば、図２で時間ｔ３から時間ｔ４迄の時間）は、加工条件の選択設定や制御条件などにより所望に短縮して還流電流が低下する前にスイッチ素子５をオンとして放電電流を増加に転じさせることができるので、本発明によれば、前記補助直流電源１２は必ずしも設ける必要がなく、省略すれば電源回路の構成が簡易化される利点がある。

本発明は、放電加工機、特にワイヤ放電加工機の高速加工用電源装置として用いられて有用なものである。

本発明ワイヤ放電加工機用電源装置の実施例構成図。 本発明の基本的な実施例の説明用波形図。 他の実施例の説明用波形図。 また、他の実施例の説明用波形図。 他の実施例の構成図。 従来例装置の構成図。 従来例を説明するための波形図。 他の従来例を説明するための波形図。

符号の説明

１ ワイヤ電極
２ 被加工体電極
４、５ スイッチ素子
６、７ 整流素子
８ 直流電源
９ 電流ピーク値設定用パルス信号発生回路
９Ａ 制御設定装置
１０ 入力設定手段の制御装置
１０Ａ，１０Ｂ、１０Ｃ 入力端子
ＶＧ 間隙電圧波形
ＩＰ 放電電流のピーク値
ＩＳ 放電電流の台形波
ＩＴ 放電電流の三角波

Claims (5)

1. 被加工体電極及び加工電極を各各スイッチ素子を介して加工用直流電源の端子に、前記両スイッチ素子が同時にオンしている時に電極間に電圧を印加し得るように接続し、上記直流電源の端子に接続されているスイッチ素子の被加工体又は加工電極への接続端子は、上記直流電源からの電流の流れを阻止する方向に配設された整流素子を介して、他方のスイッチ素子が接続されている直流電源の端子に夫々接続されて成り、
   前記両スイッチ素子に所定設定加工条件に応ずるオン時間とオフ時間のゲート信号を順次に繰り返し印加して、オン・オフを繰り返させて電圧パルスを印加し、又は前記両スイッチ素子を先ず同時にオンとして電圧を印加するか、上記両スイッチ素子をオンとせずに放電開始を促す電圧を印加し、放電可能な条件が満たされたとき両スイッチ素子を介し、又両スイッチ素子を同時にオンとし、放電の開始により急峻な放電電流を立ち上がらせ、
   前記一方のスイッチ素子が、前記放電開始時から選択設定された加工条件のオン時間の経過により前記ゲート信号が終了する迄の間、該ゲート信号によりオンを継続するのに対し、前記他方のスイッチ素子は、前記放電の開始後放電電流の波高値が、前記設定加工条件のピーク電流値に達する時点でオフとされるように最初のオン時間が設定されてあり、以後の前記ゲート信号の残りの期間、電極間の放電電流の振幅値が所定のピーク値となるように予めの設定加工条件によりオン・オフ制御されることを特徴とするワイヤ放電加工機の電源装置。
2. 前記両スイッチ素子は、前記設定加工条件のピーク電流値に対して十分に大きい最大定格電流値を有する素子群により構成されていることを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工機の電源装置。
3. 前記両スイッチ素子が同時にオフ休止時間となった時は、放電回路中のインダクタンスに蓄えられた誘導エネルギを直流電源に帰還し、前記ゲート信号期間中の他方のスイッチ素子のオン・オフ時におけるオフ期間中は電極間に帰還するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工機の電源装置。
4. 補助直流電源と整流素子とを直列に接続した補助電源を、該補助直流電源の負極端子を前記直流電源の負極端子に、前記整流素子出力端子を他方のスイッチ素子と電極との接続端子に接続して成ることを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工機の電源装置。
5. 前記１つの放電パルスにより間隙へ供給される放電エネルギの間隙検出信号などによる制御は、
   前記一方のスイッチ素子を制御するゲート信号の時間長さと、前記他方のスイッチ素子が放電パルスの立ち上がり後一旦オフとされた後のオン・オフ期間の時間長さとを同時に伸縮することによって行なわれることを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工機の電源装置。

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