JP2020028948A - Electric discharge machine - Google Patents
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- B23H1/00—Electrical 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
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Abstract
Description
本発明は放電加工機に関し、特に詳細には、極短時間のパルス幅の電流パルスの波形を揃えて加工間隙に同じ放電エネルギの電流を繰返し供給する加工電源装置を備えた放電加工機に関するものである。 The present invention relates to an electric discharge machine, and more particularly, to an electric discharge machine provided with a machining power supply device for supplying a current of the same discharge energy to a machining gap repeatedly by aligning the waveform of a current pulse having an extremely short pulse width. It is.
放電加工機は、例えば特許文献１や２に示されるように、所望の加工形状に形成された工具電極と被加工物とを所定の加工間隔を隔てて対向配置し、加工間隙に電圧を印加して放電を発生させ、その際の放電エネルギによって被加工物の材料を除去し、その繰り返しによって工具電極の形状を被加工物に転写して、被加工物を所望の形状に加工するように構成されている。 BACKGROUND ART As shown in Patent Documents 1 and 2, for example, an electric discharge machine arranges a tool electrode formed into a desired machining shape and a workpiece facing each other at a predetermined machining interval, and applies a voltage to a machining gap. To generate a discharge, thereby removing the material of the workpiece by the discharge energy at that time, transferring the shape of the tool electrode to the workpiece by repetition, and processing the workpiece into a desired shape. It is configured.
放電加工では、放電現象の中の特に火花放電と、その後の過渡アーク領域の放電とを利用して加工を行うので、放電加工に適する電流を供給できる時間の長さには限界がある。その限界の時間を超えて電流を供給し続けると、アーク放電状態に移行してしまい、電流が流れることによって生じる熱で工具電極または被加工物が溶解して、加工が失敗する。 In electric discharge machining, machining is performed by using a spark discharge, particularly a discharge phenomenon, and a subsequent discharge in a transient arc region. Therefore, there is a limit to the length of time during which a current suitable for electric discharge machining can be supplied. If the current is continued to be supplied beyond the limit time, the state shifts to an arc discharge state, and the tool electrode or the workpiece is melted by the heat generated by the flow of the current, and the machining fails.
そこで、放電を発生させる放電加工回路は、加工間隙に所定の電圧を印加して、加工に寄与する火花放電を発生させ、放電の発生から所定時間後に一旦電流の供給を休止し、所定の休止時間を設けて加工間隙を消イオン化して絶縁度を回復させてから、再び加工間隙に所定の電圧を印加して火花放電が発生するようにしている。 Therefore, the electric discharge machining circuit that generates electric discharge applies a predetermined voltage to the machining gap to generate a spark discharge that contributes to machining, temporarily suspends the supply of current after a predetermined time from the occurrence of the discharge, and performs a predetermined suspension. After a certain period of time, the working gap is deionized to restore the insulation, and then a predetermined voltage is applied again to the working gap so that a spark discharge is generated.
放電加工は、放電エネルギによって被加工物の材料を除去する加工方法であるので、理論上、１発の放電で除去できる材料の量は、放電１発毎の放電エネルギの大きさに概ね比例する。そして、放電のエネルギの大きさは、放電が発生したときに加工間隙に流れる電流の大きさ、言い換えれば、電流密度の大きさに依存する。 Since electric discharge machining is a machining method for removing a material of a workpiece by discharge energy, theoretically, the amount of material that can be removed by one discharge is approximately proportional to the magnitude of discharge energy for each discharge. . The magnitude of the energy of the discharge depends on the magnitude of the current flowing through the machining gap when the discharge occurs, in other words, the magnitude of the current density.
放電加工においては、放電によって材料が除去されると被加工物に、クレータ（放電痕）と称される穴が形成される。このクレータがより大きいほど、材料の除去量が多くなるが、加工面粗さはより粗くなる。そのため、通常、可能な限り大きい放電エネルギで大まかに材料を除去するように加工を行う荒加工工程と、それに続く仕上げ加工工程、つまり要求されている精細な加工面粗さになるまで段階的に放電エネルギを小さくして加工する工程を少なくとも１回行って、所望の精細な加工面が効率よく得られるようにしている。 In electric discharge machining, when a material is removed by electric discharge, a hole called a crater (discharge trace) is formed in a workpiece. The larger the crater, the greater the amount of material removed, but the rougher the machined surface. Therefore, usually, a rough machining step of roughly removing the material with as large a discharge energy as possible, and a subsequent finishing step, that is, stepwise until the required fine machining surface roughness is obtained. The step of machining with a reduced discharge energy is performed at least once so that a desired fine machined surface can be efficiently obtained.
クレータの大きさは、ばらつきが小さいほど、加工面がよりきめ細かくなる。したがって、良質の加工面を得る上では、多数のクレータの大きさが平均で表わされる面粗さの測定値が小さいことは勿論のこと、クレータの大きさのばらつきが小さいことも重要である。クレータの大きさは、放電のエネルギの大きさが一定であるならば、換言すると、繰り返される電流パルスの波形が一定ならば殆ど同じ、つまり、ばらつきが殆ど生じない。そこで、良質の加工面を得るために、放電１発毎の電流パルスの波形を一定に揃えることが望まれる。 As for the size of the crater, the smaller the variation, the finer the machined surface. Therefore, in order to obtain a high-quality machined surface, it is important not only that the measured value of the surface roughness, in which the size of a large number of craters is represented by an average, is small, but also that the variation in the size of the craters is small. If the magnitude of the discharge energy is constant, in other words, the magnitude of the crater is almost the same if the waveform of the repeated current pulse is constant, that is, there is almost no variation. Therefore, in order to obtain a good-quality machined surface, it is desired to make the waveform of the current pulse constant for each discharge.
放電１発毎の電流パルスの波形が一定になるように電流供給を制御するには、加工間隙に電圧を印加してから所定時間後にスイッチング素子をオフするようにすればよいはずである。しかしながら、実際には、加工間隙に電圧を印加してから無負荷時間あるいは放電待機時間と称される予測できない不特定の時間後に加工間隙に放電が発生して電流が流れ始めるので、予め決まっている所定時間後にスイッチング素子をオフするようにしても、放電１発毎の電流パルスのパルス幅（時間幅）は同じにならず、連続する電流パルスの波形を同じ波形に揃えることができない。 In order to control the current supply so that the waveform of the current pulse for each discharge becomes constant, the switching element should be turned off a predetermined time after the voltage is applied to the machining gap. However, in actuality, after a voltage is applied to the machining gap, a discharge starts to flow in the machining gap and an electric current starts flowing after an unspecified unspecified time called a no-load time or a discharge standby time, so that the current is predetermined. Even if the switching element is turned off after a certain predetermined time, the pulse width (time width) of the current pulse for each discharge does not become the same, and the waveform of the continuous current pulse cannot be made uniform.
そこで、加工間隙に放電が発生したことを検出し、放電の発生から所定時間後にスイッチング素子をオフするように制御することによって、放電１発毎の電流パルスのパルス幅を一定に揃える技術が実施されている。以下、放電の発生を検出してから所定時間後にスイッチング素子をオフする方法をオンクランプ方式と総称する。前述した特許文献１にはその一例が開示されている。より詳しく説明すると、電流パルスの波形における立上がりおよび立下がり特性とピーク電流値は、概ね回路要素によって一様に定まることから、上記所定時間を適切に設定することによって放電１発毎の電流パルスのパルス幅を一定に揃えることができるならば、同じ波形の電流パルスを連続して供給することが可能になる。 Therefore, a technique for detecting the occurrence of a discharge in the machining gap and controlling the switching element to be turned off after a predetermined time from the occurrence of the discharge to make the pulse width of the current pulse for each discharge uniform is implemented. Have been. Hereinafter, a method of turning off the switching element a predetermined time after the occurrence of discharge is detected is collectively referred to as an on-clamp method. Patent Document 1 mentioned above discloses one example. More specifically, the rising and falling characteristics and the peak current value in the waveform of the current pulse are almost uniformly determined by the circuit elements. If the pulse width can be made uniform, it is possible to continuously supply current pulses having the same waveform.
しかし、この技術においては原理的に、放電の発生を検出してからスイッチング素子をオフするまでに経過する制御時間よりも短い繰り返し周期で電流パルスをオン、オフさせることは不可能である。換言すれば、放電発生を検出してからスイッチング素子をオフするまでに要する遅延時間（タイムラグ）よりも短いパルス幅の電流パルスを供給することは不可能である。とりわけ、放電加工回路中に存在する静電容量および抵抗成分によって電圧パルスの立上がりおよび立下がりの波形が緩やかになることから、上記の遅延時間はより大きくなる。そのため、現在の形彫放電加工機における仕上加工回路の構成で供給できる電流パルスのパルス幅の下限は、概ね１μｓｅｃ（秒）となっている。したがって、ナノ秒オーダの極めて短いパルス幅の電流パルスを供給して、特に微細なクレータを形成する、いわゆる“超微細加工”では、オンクランプ方式を適用できない。 However, in principle, in this technique, it is impossible to turn on and off the current pulse with a repetition cycle shorter than the control time that elapses from the detection of the generation of the discharge to the turning off of the switching element. In other words, it is impossible to supply a current pulse having a pulse width shorter than the delay time (time lag) required from the time when the discharge is detected to the time when the switching element is turned off. In particular, since the rising and falling waveforms of the voltage pulse become gentle due to the capacitance and resistance components existing in the electric discharge machining circuit, the above-mentioned delay time becomes longer. For this reason, the lower limit of the pulse width of the current pulse that can be supplied by the configuration of the finishing machining circuit in the current die sinking electric discharge machine is approximately 1 μsec (second). Therefore, the on-clamp method cannot be applied to the so-called "ultra-fine processing" in which a current pulse having a very short pulse width on the order of nanoseconds is supplied to form a fine crater.
そこで、超微細加工においては、いわゆるマルチ発振方式で電流パルスを供給するようにしている。マルチ発振方式は、放電の発生とは無関係に、予め電気的加工条件として設定されているオン時間とオフ時間に基づいて１ＭＨｚ以上の高周波のスイッチング周波数でスイッチング素子をオン、オフさせて電流パルスを供給する方式である。このマルチ発振方式によれば、電流パルスのパルス幅をナノ秒オーダにすることも可能であるので、加工面粗さをより小さくすることができる。しかし、マルチ発振方式では、不特定の無負荷時間によって電流パルスのパルス幅が一定にならないので、クレータの大きさにばらつきが生じて、加工面の質があまり良くならない。また、マルチ発振方式では、放電すべき期間に放電が発生しなかったり、加工に殆ど寄与しない放電が発生したりすることが多く、その結果、オンクランプ方式よりも却って加工効率が低く、加工速度が低下する傾向が認められる。 Therefore, in ultra-fine processing, current pulses are supplied by a so-called multi-oscillation method. In the multi-oscillation method, a switching element is turned on and off at a high-frequency switching frequency of 1 MHz or more based on an on-time and an off-time set in advance as electrical processing conditions, regardless of occurrence of electric discharge, and a current pulse is generated. It is a method of supplying. According to this multi-oscillation system, the pulse width of the current pulse can be on the order of nanoseconds, so that the processed surface roughness can be further reduced. However, in the multi-oscillation method, since the pulse width of the current pulse is not constant due to the unspecified no-load time, the size of the crater varies, and the quality of the machined surface is not so good. In addition, in the multi-oscillation method, a discharge does not often occur during a period to be discharged or a discharge that hardly contributes to machining occurs. As a result, the machining efficiency is lower than the on-clamp method, and the machining speed is reduced. Tend to decrease.
また、例えば、特許文献２に示されるように、直流電源と工具電極との間を第１の非導通素子により非導通としてから、所定時間遅延して第２の非導通素子により非導通とすることによって、極間に差分電圧を印加する技術も知られている。このような高速のスイッチング素子を使用して電流パルスを供給する技術によれば、パルス幅がナノ秒オーダの電流パルスを形成可能であると言われている。 Further, for example, as shown in Patent Literature 2, the DC power supply and the tool electrode are made non-conductive by a first non-conductive element, and after a predetermined time, are made non-conductive by a second non-conductive element. Accordingly, a technique of applying a differential voltage between the poles is also known. According to the technique of supplying a current pulse using such a high-speed switching element, it is said that a current pulse having a pulse width on the order of nanoseconds can be formed.
しかし、ナノ秒オーダのパルス幅の電流パルスを連続して供給することができるいくつかの技術は、何れも放電の発生を検出してスイッチング素子のオフを制御することができないので、依然として放電１発毎の電流パルスのパルス幅を正確に一定にして連続的に供給することができない。したがって、放電加工における超微細加工の領域において、加工面の質を改善できる余地がある。 However, some technologies capable of continuously supplying a current pulse having a pulse width on the order of nanoseconds cannot detect the occurrence of the discharge and control the turning off of the switching element. The pulse width of the current pulse for each emission cannot be exactly constant and cannot be supplied continuously. Therefore, there is room for improving the quality of the machined surface in the region of ultra-fine machining in electric discharge machining.
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、電流パルスのパルス幅が１μｓｅｃ未満の超微細加工の領域において、放電１発毎の電流パルスのパルス幅を正確に一定にして連続的に供給し、加工面の質を改善することができる放電加工機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a region of ultra-fine processing in which the pulse width of a current pulse is less than 1 μsec, the pulse width of a current pulse for each discharge is accurately made constant and continuously. An object of the present invention is to provide an electric discharge machine capable of supplying and improving the quality of a machined surface.
本発明による放電加工機は、基本的には前述したオンクランプ方式を適用し、電流パルスのパルス幅を小さくする上での阻害要因を除くことにより、１μｓｅｃ未満の極めて短いパルス幅の電流パルスを供給可能にしたものである。すなわち本発明による放電加工機は、
工具電極と被加工物とで形成される加工間隙に直列に接続される直流電源を含む主放電加工回路と、
前記直流電源からの電流を１μｓｅｃ未満のパルス幅の電流パルスとして前記加工間隙に印加する超微細加工回路と、
前記超微細加工回路において、前記直流電源の正極と加工間隙との間に直列に配置された第１のスイッチング素子と、
前記超微細加工回路において、前記直流電源の負極と加工間隙との間に直列に、かつ前記第１のスイッチング素子と直列に配置された第２のスイッチング素子と、
前記加工間隙において放電が発生したことを検出する放電発生検出装置と、
前記超微細加工回路において、前記第１のスイッチング素子と前記加工間隙との間に直列に配置され、前記加工間隙における放電発生直後の不規則な電圧の降下の仕方を抑制する上で必要十分に小さい抵抗値とされた検出抵抗と、
前記放電発生検出装置に可能な限り近接して設けられ、予め設定されている休止時間の後に前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子の両方または一方をオンにし、前記放電発生検出装置が前記放電の発生を検出してから所定時間後に前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子の両方または一方をオフにする制御装置と、
を有することを特徴とするものである。
The electric discharge machine according to the present invention basically applies the above-described on-clamp method and removes an impeding factor in reducing the pulse width of the current pulse to thereby reduce the current pulse having an extremely short pulse width of less than 1 μsec. It is made available. That is, the electric discharge machine according to the present invention
A main electric discharge machining circuit including a DC power supply connected in series to a machining gap formed by the tool electrode and the workpiece,
An ultra-fine processing circuit for applying a current from the DC power supply as a current pulse having a pulse width of less than 1 μsec to the processing gap;
In the ultrafine processing circuit, a first switching element disposed in series between a positive electrode of the DC power supply and a processing gap,
In the ultra-fine processing circuit, a second switching element disposed in series between the negative electrode of the DC power supply and a processing gap, and in series with the first switching element;
A discharge occurrence detection device that detects that discharge has occurred in the machining gap,
In the ultrafine processing circuit, the first switching element and the processing gap are arranged in series between the first switching element and the processing gap. A detection resistor having a small resistance value,
The discharge occurrence detection device is provided as close as possible to the discharge occurrence detection device, and turns on one or both of the first switching element and the second switching element after a preset pause time. A control device that turns off both or one of the first switching element and the second switching element a predetermined time after detecting the occurrence of the discharge,
It is characterized by having.
上記構成を有する本発明の放電加工機においては、主放電加工回路を、前記超微細加工回路および加工間隙から完全に切り離すリレースイッチ等がさらに設けられることが望ましい。 In the electric discharge machine of the present invention having the above configuration, it is preferable that a relay switch or the like for completely separating the main electric discharge machining circuit from the ultrafine machining circuit and the machining gap is further provided.
なお、一般に、放電加工機においては、被加工物を加工液に浸されるように加工槽に収容して工具電極と被加工物とを相対移動させて加工をする構造上、放電加工回路と加工制御装置とを含む加工電源装置と、駆動制御装置と、操作盤を含む数値制御装置は、放電加工装置の加工機本機（機械側）から離れた位置に設置される数値制御電源装置（電源側）に設けられている。ただし、放電発生検出装置は、主放電加工回路から離れて、破損を免れる範囲で機械側の可能な限り加工間隙に近い位置に設置されることが望ましい。 In general, in an electric discharge machine, a workpiece is accommodated in a machining tank so as to be immersed in a machining fluid, and a tool electrode and a workpiece are relatively moved to perform machining. The machining power supply device including the machining control device, the drive control device, and the numerical control device including the operation panel are provided with a numerical control power supply device ( Power supply). However, it is desirable that the electric discharge occurrence detecting device is installed at a position as far as possible from the main electric discharge machining circuit and as close as possible to the machining gap on the machine side as far as damage is avoided.
以下に、本発明による効果について、図４を参照して説明する。図４の（ａ）は、理想的な電圧パルス波形を示しており、時刻ｔ１１において瞬時に所定の電圧まで立ち上がり、時刻ｔ１２において加工間隙に放電が発生すると瞬時に電圧が放電電圧まで下降する。そこで、理論的には、図中にＴｈとして示す検出閾値を設定して加工間隙における電圧が検出閾値Ｔｈで示される所定の電圧まで降下したときに加工間隙に放電が発生したものと判定することによって放電の発生を検出し、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの間の所定時間、例えば上述したようなスイッチング素子等をオンさせることにより、一定のパルス幅（時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの所定期間の時間長さに等しい）の電流パルスを加工間隙に供給可能となる。 Hereinafter, effects of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4A shows an ideal voltage pulse waveform, which rises instantaneously to a predetermined voltage at time t11, and instantaneously drops to the discharge voltage when a discharge occurs in the machining gap at time t12. Therefore, it is theoretically possible to determine that a discharge has occurred in the machining gap when the voltage in the machining gap falls to a predetermined voltage indicated by the detection threshold Th by setting a detection threshold indicated as Th in the figure. By detecting the occurrence of a discharge, a predetermined time from time t12 to time t13, for example, by turning on the above-described switching element or the like, a predetermined pulse width (the time of the predetermined period from time t12 to time t13) (Equal to the length) can be supplied to the machining gap.
しかし実際には、放電加工回路中の静電容量や抵抗成分の影響で、図４の（ｂ）に示すような検出遅れｄｓが生じるので、放電の発生を検出してからスイッチング素子をオフさせるまでに要する制御時間を考慮すると、電流パルスのパルス幅が１μｓｅｃにも満たない極短時間である場合には、電流パルスを一定のパルス幅に制御することが困難になる。ここで、放電加工回路中の静電容量や抵抗成分を極力小さくすることにより、図４の（ｃ）に示すように、加工間隙の電圧の波形の立上がりと立下がりをより急峻にすることができる。その結果、電圧が検出閾値Ｔｈまで降下して放電が発生したことをより早期に検出することができるので、検出遅れｄｓを改善することができる。 However, actually, the detection delay ds as shown in FIG. 4B is caused by the influence of the capacitance and the resistance component in the electric discharge machining circuit. Therefore, the switching element is turned off after detecting the occurrence of the electric discharge. In consideration of the control time required up to this point, it is difficult to control the current pulse to a constant pulse width when the pulse width of the current pulse is extremely short, less than 1 μsec. Here, by minimizing the capacitance and the resistance component in the electric discharge machining circuit, the rise and fall of the voltage waveform in the machining gap can be made steeper, as shown in FIG. it can. As a result, it is possible to detect earlier that the voltage has dropped to the detection threshold Th and the discharge has occurred, so that the detection delay ds can be improved.
ところが、放電加工回路中の静電容量や抵抗成分を極力小さくした場合は、加工回路中の抵抗成分の殆どが加工間隙における抵抗成分になるため、放電発生直後の電圧降下時の電圧の変化の仕方が、常に変動する加工間隙の状態の影響をより強く受けることによって不安定になる。そのため、図４（ｃ）に示されるように、加工間隙における放電発生直後の電圧の変化が検出電圧に直接反映されてしまって、放電の発生を検出する時刻が、例えば、ｔｓ１，ｔｓ２，ｔｓ３とばらつくことによって、加工間隙における放電発生を適確に検出することができず、結局は、電流パルスを一定のパルス幅に制御することが困難になる。もっとも、現在までのところ、実用上、超微細加工の領域において、オンクランプ方式を行うことができなかったことから、放電の発生を検出するタイミングが不安定であることによって放電の発生を安定して検出することができなくなることも殆ど知られていないと言える。 However, when the capacitance and the resistance component in the electric discharge machining circuit are made as small as possible, most of the resistance component in the machining circuit becomes a resistance component in the machining gap. The method becomes unstable by being more strongly influenced by the state of the working gap which constantly changes. Therefore, as shown in FIG. 4C, the change in the voltage immediately after the occurrence of the electric discharge in the machining gap is directly reflected on the detection voltage, and the time at which the electric discharge is detected is, for example, ts1, ts2, ts3. Due to the variation, it is not possible to accurately detect the occurrence of electric discharge in the machining gap, and eventually it becomes difficult to control the current pulse to a constant pulse width. However, to date, the on-clamp method has not been practically used in the ultra-fine processing area. It can be said that it is hardly known that detection cannot be performed.
本発明の放電加工機は、適確な放電の発生の検出を妨げる阻害要因までを突き止めた末に得られたもので、電圧の立上がりと立下がりを急峻にしパルス幅が１μｓｅｃ未満の電流パルスを供給できる超微細加工回路に、加工間隙における放電発生直後の電圧の不安定な降下の仕方を阻止する上で必要十分に小さい抵抗値の検出抵抗を設けている。このような検出抵抗を設けたことにより、加工間隙における電圧の波形は図４の（ｄ）に示すように、立上がるまでの時間が図４の（ｃ）の電圧の波形に比べると僅かに遅れるものの、電圧パルス毎の放電発生直後における不規則な電圧の降下の仕方が抑えられる。それにより本発明の放電加工機は、ナノ秒オーダ、例えば１００ｎｓｅｃ程度の極めて短いパルス幅の電流パルスであって、パルス幅が一定で波形が揃えられた電流パルスを加工間隙に供給することができる。 The electric discharge machine of the present invention is obtained after locating the inhibiting factors that hinder the detection of the occurrence of an accurate electric discharge, and makes the voltage rise and fall steep so that a current pulse having a pulse width of less than 1 μsec is obtained. The ultra-fine machining circuit that can be supplied is provided with a detection resistor having a resistance value that is sufficiently small to prevent an unstable drop in voltage immediately after the occurrence of discharge in the machining gap. By providing such a detection resistor, the voltage waveform in the machining gap has a slightly longer time to rise as shown in FIG. 4D than the voltage waveform in FIG. 4C. Although delayed, the manner of irregular voltage drop immediately after the occurrence of discharge for each voltage pulse is suppressed. Accordingly, the electric discharge machine of the present invention can supply a current pulse having a pulse width of a very short pulse of the order of nanoseconds, for example, about 100 nsec, having a constant pulse width and a uniform waveform to the machining gap. .
また、図１に示される実施の形態の放電加工機は、放電発生検出装置が高インピーダンスの分圧回路を含むように構成されているので、検出電圧が小さい場合でも検出遅れが殆どない適確な検出電圧を取得することができ、放電の発生をより確かに検出することができる。 Further, in the electric discharge machine according to the embodiment shown in FIG. 1, since the electric discharge occurrence detecting device is configured to include a high impedance voltage dividing circuit, even if the detected voltage is small, there is almost no detection delay. It is possible to obtain an accurate detection voltage, and it is possible to more reliably detect the occurrence of discharge.
以上のとおり、本発明によると、パルス幅が１μｓｅｃ未満の極めて小さい電流パルスによる超微細加工領域において、均一の大きさのクレータが形成され、小さい加工面粗さで均質な面質の優れた加工面を得ることができる。とりわけ、放電１発毎に立上がりと立下がりの急峻な電圧パルスを供給することができるので、形成される均一な大きさのクレータは、面積が比較的大きく深さが浅い縁の滑らかなクレータであって、うねりが緩やかな滑らかな加工面を得ることができ、例えば、金型において、離型性が向上する。また、マルチ発振方式に比べて加工効率が向上するという効果を奏する。 As described above, according to the present invention, a crater having a uniform size is formed in an ultra-fine processing region by an extremely small current pulse having a pulse width of less than 1 μsec, and excellent processing of uniform surface quality with small processing surface roughness. Face can be obtained. In particular, since a voltage pulse having a sharp rise and a fall can be supplied for each discharge, a crater of uniform size formed is a crater having a relatively large area and a smooth crater having a shallow edge. Accordingly, it is possible to obtain a smooth processed surface with gentle undulation, and for example, in a mold, the mold releasability is improved. Further, there is an effect that the processing efficiency is improved as compared with the multi-oscillation system.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態による放電加工機の放電加工回路を含む加工電源装置を示す回路ブロック図であり、図２はこの放電加工機の外観を示す正面図である。まず図２を参照して、放電加工機の全体構成について説明する。この放電加工機は一例として形彫放電加工機であって、基本的に、加工機本機１０と、数値制御電源装置２０とから構成されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit block diagram showing a machining power supply device including an electric discharge machining circuit of an electric discharge machine according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a front view showing an appearance of the electric discharge machine. First, the overall configuration of the electric discharge machine will be described with reference to FIG. This electric discharge machine is, for example, a die sinking electric discharge machine, and basically comprises a main machine 10 and a numerical control power supply device 20.
加工機本機１０は、例えばリニアモータのようなサーボモータによって、ヘッド１１を加工深さ方向（Ｚ軸方向）、ラム１２を前後方向（Ｙ軸方向）、テーブル１３を横方向（Ｘ軸方向）にそれぞれ往復移動させて、工具電極ＥＬと被加工物ＷＰとを少なくとも鉛直１軸方向と水平２軸方向の同時３軸方向に相対移動可能に構成されている。そのような相対移動を実現するより具体的な機構としては、公知の種々の機構が適用可能である。 The processing machine 10 uses a servomotor such as a linear motor to move the head 11 in the processing depth direction (Z-axis direction), the ram 12 in the front-rear direction (Y-axis direction), and the table 13 in the horizontal direction (X-axis direction). ), The tool electrode EL and the workpiece WP can be moved relative to each other at least simultaneously in one vertical axis direction and two horizontal axis directions. As a more specific mechanism for realizing such relative movement, various known mechanisms can be applied.
工具電極ＥＬは、ヘッド１１の下端に設けられた取付板に固定され、被加工物ＷＰは加工槽１４に囲まれたテーブル１３の上に設置された定盤に取り付けられている。数値制御電源装置２０は、加工機本機１０から例えば数ｍ程度離して設置されており、同軸ケーブルＣＢを通して電力と制御信号を加工機本機１０に供給する。 The tool electrode EL is fixed to a mounting plate provided at the lower end of the head 11, and the workpiece WP is mounted on a surface plate installed on a table 13 surrounded by a processing tank 14. The numerical control power supply device 20 is installed at a distance of, for example, about several meters from the main processing machine 10, and supplies power and a control signal to the main processing machine 10 through a coaxial cable CB.
次に、本実施形態による放電加工機の加工電源装置の構成について説明する。図１に示される加工電源装置における放電加工回路は、少なくとも、主放電加工回路２１と、超微細加工回路２３とを有している。主放電加工回路２１は、可変の直流電源５を共有する荒加工回路から仕上加工回路までを含んでなるが、詳しい説明は省略する。また、放電加工回路は、工具電極１と被加工物２とで形成される加工間隙を含む。なお、工具電極１は図２に示した工具電極ＥＬに相当し、被加工物２は同じく図２に示した被加工物ＷＰに相当する。図１に示される放電加工回路は加工間隙における静電容量（コンデンサ成分）３と、線間インダクタンスを含むインダクタンス成分４とを含んでいる。 Next, the configuration of the machining power supply device of the electric discharge machine according to the present embodiment will be described. The electric discharge machining circuit in the machining power supply device shown in FIG. 1 has at least a main electric discharge machining circuit 21 and an ultra-fine machining circuit 23. The main electric discharge machining circuit 21 includes a rough machining circuit sharing the variable DC power supply 5 to a finishing machining circuit, but detailed description thereof is omitted. The electric discharge machining circuit includes a machining gap formed between the tool electrode 1 and the workpiece 2. Note that the tool electrode 1 corresponds to the tool electrode EL shown in FIG. 2, and the workpiece 2 also corresponds to the workpiece WP shown in FIG. The electric discharge machining circuit shown in FIG. 1 includes a capacitance (capacitor component) 3 in a machining gap and an inductance component 4 including a line inductance.
加工電源装置は、図２に示される数値制御電源装置２０に設けられ、主放電加工回路２１、主加工制御装置２２、および超微細加工回路２３を有する。なお、図１中では分かりやすく可変の直流電源５と別に主放電加工回路２１を示しているが、本発明における主放電加工回路２１は、直流電源５も含むものとする。超微細加工回路２３は、超微細加工回路２３の専用の放電発生検出装置２４および超微細加工回路２３の専用の制御装置である制御器２５を含んでいる。超微細加工回路２３のスイッチング回路を含む主回路と、放電発生検出装置２４と、制御器２５との間は、それぞれ電気的に絶縁されていて、誘導電流の影響を防いでいる。 The machining power supply device is provided in the numerical control power supply device 20 shown in FIG. 2 and includes a main electric discharge machining circuit 21, a main machining control device 22, and an ultra-fine machining circuit 23. Although the main electric discharge machining circuit 21 is shown in FIG. 1 separately from the variable DC power supply 5 for easy understanding, the main electric discharge machining circuit 21 in the present invention also includes the DC power supply 5. The hyperfine processing circuit 23 includes a discharge generation detection device 24 dedicated to the ultrafine processing circuit 23 and a controller 25 that is a dedicated control device for the ultrafine processing circuit 23. The main circuit including the switching circuit of the microfabrication circuit 23, the discharge generation detecting device 24, and the controller 25 are electrically insulated from each other to prevent the influence of the induced current.
放電発生検出装置２４と制御器２５を含む超微細加工回路２３は、電路を短くして抵抗値をより小さくするとともに応答性をより高くするために、機械側の加工間隙に可能な限り近い位置に設けられることが望ましい。ただし、１μｓｅｃ未満の一定のパルス幅に制御されている電流パルスを供給することができる範囲で、例えば、制御器２５を電源側に設けられる主加工制御装置２２の中に含むように構成することができる。または、制御装置が十分に損傷から保護できる範囲で、制御器２５を含む主加工制御装置２２を機械側に設けることも可能である。 The ultra-fine machining circuit 23 including the discharge detection device 24 and the controller 25 is located at a position as close as possible to the machining gap on the machine side in order to shorten the electric path and reduce the resistance value and increase the response. Is desirably provided. However, as long as a current pulse controlled to a constant pulse width of less than 1 μsec can be supplied, for example, the controller 25 is included in the main processing control device 22 provided on the power supply side. Can be. Alternatively, the main machining control device 22 including the controller 25 can be provided on the machine side as long as the control device can sufficiently protect the device from damage.
また、図１に示される放電加工回路は、上記加工間隙と可変の直流電源５とを接続する経路に介設されたリレースイッチ３０を有する。リレースイッチ３０の主放電加工回路２１側の１組のリレースイッチ３０Ａと超微細加工回路２３側の１組のリレースイッチ３０Ｂとは、互いに排他的に、つまり、一方が導通状態にされると他方が非導通状態となるように、例えば主加工制御装置２２によって操作される。 The electric discharge machining circuit shown in FIG. 1 has a relay switch 30 interposed in a path connecting the machining gap and the variable DC power supply 5. One set of the relay switch 30A on the main electric discharge machining circuit 21 side of the relay switch 30 and one set of the relay switch 30B on the ultra-fine machining circuit 23 side are mutually exclusive, that is, when one is made conductive, the other is set. Is operated by, for example, the main processing control device 22 so that the.
放電発生検出装置２４は、超微細加工回路２３に設けられており、加工間隙に加わる電圧をより高速に正確に検出可能に構成されている。放電発生検出装置２４が出力する、放電の発生を示す検出信号は、極短時間に制御器２５に入力される。制御器２５は、ＦＰＧＡ（プログラマバブルゲートアレイ）でなり、主加工制御装置２２が出力する加工条件の設定データと、超微細加工回路２３の第１のスイッチング素子３２および第２のスイッチング素子３３をオンオフ制御するゲート信号の設定信号を受けて、一対のスイッチング素子３２およびスイッチング素子３３のそれぞれにゲート信号を出力する。スイッチング素子３２およびスイッチング素子３３はそれぞれ、上記ゲート信号を受けるとオン状態つまり、可変の直流電源５からの電圧を加工間隙に印加させる状態に設定される。 The discharge occurrence detecting device 24 is provided in the ultra-fine processing circuit 23, and is configured to be able to detect the voltage applied to the machining gap more quickly and accurately. A detection signal indicating the occurrence of discharge, which is output from the discharge occurrence detection device 24, is input to the controller 25 in a very short time. The controller 25 is composed of an FPGA (programmable gate array), and stores processing condition setting data output from the main processing control device 22 and the first switching element 32 and the second switching element 33 of the ultrafine processing circuit 23. Upon receiving a setting signal of a gate signal to be turned on / off, a gate signal is output to each of the pair of switching elements 32 and 33. Upon receiving the gate signal, the switching elements 32 and 33 are turned on, that is, set to a state in which a voltage from the variable DC power supply 5 is applied to the machining gap.
なお本実施形態では、前述したようにナノ秒オーダの極めて短いパルス幅の電流パルスを加工間隙に供給する超微細加工と、それよりも長いパルス幅の電流パルスを加工間隙に供給する荒加工から仕上げ加工までとを選択して実行可能とされている。すなわち、超微細加工時は、図１に示されるように、主放電加工回路２１と超微細加工回路２３とを切り替えるためのリレースイッチ３０における主放電加工回路２１側の１組のリレースイッチ３０Ａが非導通状態にされ、超微細加工回路２３側の１組のリレースイッチ３０Ｂが導通状態にされる。それにより、スイッチング素子３２とスイッチング素子３３とでオン、オフが制御される極めて短いパルス幅の電圧パルスが加工間隙に印加される。それに対して荒加工時には、リレースイッチ３０Ａが導通状態にされ、リレースイッチ３０Ｂが非導通状態にされる。それにより、主放電加工回路２１の中にある図示しない互いに並列に接続されている複数のスイッチング素子によってオン、オフが制御される比較的長いパルス幅の電圧パルスが加工間隙に印加される。 In this embodiment, as described above, from ultra-fine processing for supplying a current pulse having a very short pulse width on the order of nanoseconds to the processing gap, and from rough processing for supplying a current pulse having a longer pulse width to the processing gap, It is possible to select and perform up to finishing processing. That is, at the time of ultra-fine machining, as shown in FIG. 1, a set of relay switches 30A on the main electric discharge machining circuit 21 side in the relay switch 30 for switching between the main electric discharge machining circuit 21 and the ultra-fine machining circuit 23 is operated. The non-conductive state is set, and one set of the relay switches 30B on the microfabrication circuit 23 side is set to the conductive state. As a result, a voltage pulse having an extremely short pulse width whose on / off is controlled by the switching element 32 and the switching element 33 is applied to the machining gap. On the other hand, during roughing, the relay switch 30A is turned on and the relay switch 30B is turned off. As a result, a voltage pulse having a relatively long pulse width that is turned on and off by a plurality of switching elements (not shown) connected in parallel in the main electric discharge machining circuit 21 is applied to the machining gap.
ここで、スイッチング素子３２と加工間隙との間に検出抵抗３５が直列に配置されている。 Here, a detection resistor 35 is arranged in series between the switching element 32 and the processing gap.
図１に示される実施の形態の加工電源装置の超微細加工回路２３においては、切換スイッチ３４が設けられ、互いに並列に接続される複数の検出抵抗３５を選択的に導通できるようにして、工具電極１の大きさ、あるいは、要求される電流パルスのパルス幅を含む加工条件に合わせて切換スイッチ３４を入切して、オンクランプ方式で電流パルスを供給し得る十分に早い電圧の立上がりを得ると同時に、検出の時刻がばらつく原因になるような放電発生直後の電圧の降下時の不安定で不規則な変化の仕方を阻止するために必要十分に小さい抵抗値になるように検出抵抗３５の抵抗値を調整することができる。 In the ultra-fine processing circuit 23 of the processing power supply device according to the embodiment shown in FIG. 1, a changeover switch 34 is provided so that a plurality of detection resistors 35 connected in parallel with each other can be selectively conducted, and a tool is provided. The changeover switch 34 is turned on and off according to the processing conditions including the size of the electrode 1 or the required pulse width of the current pulse, and a sufficiently fast voltage rise that can supply the current pulse in the on-clamp method is obtained. At the same time, the resistance of the detection resistor 35 must be small enough to prevent an unstable and irregular change in the voltage drop immediately after the occurrence of the discharge immediately after the occurrence of the discharge, which causes the detection time to vary. The resistance value can be adjusted.
なお、超微細加工回路２３の専用の放電発生検出装置２４および制御器２５を含む超微細加工回路２３は、全体として、可能な限り静電容量および抵抗要素が小さくされている。また、放電発生検出装置２４は、可能な限り加工間隙の近くに設けられ、高インピーダンスの分圧回路２４Ａを含むように構成されている。 It should be noted that the ultrafine processing circuit 23 including the discharge generation detecting device 24 and the controller 25 dedicated to the ultrafine processing circuit 23 has the smallest possible capacitance and resistance elements as a whole. Further, the discharge occurrence detecting device 24 is provided as close as possible to the machining gap, and is configured to include a high impedance voltage dividing circuit 24A.
以下、上記構成を有する本実施形態の放電加工機の作用について説明する。まず、荒加工工程について説明する。この場合、リレースイッチ３０は、前述した荒加工時の状態に設定される。主加工制御装置２２は、荒加工の加工条件に従うゲート信号を主放電加工回路２１の図示しないスイッチング素子に出力する。 Hereinafter, the operation of the electric discharge machine having the above configuration according to the present embodiment will be described. First, the roughing process will be described. In this case, the relay switch 30 is set to the state at the time of the rough machining described above. The main machining control device 22 outputs a gate signal according to machining conditions for rough machining to a switching element (not shown) of the main electric discharge machining circuit 21.
主放電加工回路２１の複数のスイッチング素子は、荒加工の加工条件に基づいてオン、オフを繰り返し、工具電極１と被加工物２との間の加工間隙に電圧パルスが印加される。荒加工工程によって工具電極１の形状が被加工物２に転写され、被加工物２が所望の形状に大まかに加工される。なお、この荒加工工程において、主加工制御装置２２には、図１に示されるように、加工間隙の電圧Ｖｇに基づく検出電圧が入力されているので、選択的にオンクランプ方式で電流パルスを供給するようにすることができる。また、主放電加工回路２１において、加工間隙に供給される電流パルスのパルス幅は、例えば１μｓｅｃ〜１００μｓｅｃ程度である。１回以上の仕上げ加工を行う場合は、仕上げ加工の加工条件に切り換えて、主加工制御装置２２から仕上げ加工の加工条件に従うゲート信号を主放電加工回路２１の図示しないスイッチング素子に出力する。仕上げ加工工程においては、すでに被加工物２に所望の加工形状に近い加工穴が形成されており、１回以上の仕上げ加工工程によって、加工形状を整えるとともに、加工面粗さを小さくするように放電加工する。 The plurality of switching elements of the main electric discharge machining circuit 21 are repeatedly turned on and off based on machining conditions for rough machining, and a voltage pulse is applied to a machining gap between the tool electrode 1 and the workpiece 2. The shape of the tool electrode 1 is transferred to the workpiece 2 by the roughing process, and the workpiece 2 is roughly processed into a desired shape. In this roughing process, since the detection voltage based on the voltage Vg of the machining gap is input to the main machining control device 22 as shown in FIG. Can be supplied. In the main electric discharge machining circuit 21, the pulse width of the current pulse supplied to the machining gap is, for example, about 1 μsec to 100 μsec. When performing finishing processing one or more times, the processing conditions are switched to the finishing processing conditions, and a gate signal according to the processing conditions for the finishing processing is output from the main machining control device 22 to a switching element (not shown) of the main electric discharge machining circuit 21. In the finishing processing step, a processing hole close to a desired processing shape is already formed in the workpiece 2, and the processing shape is adjusted and the processing surface roughness is reduced by one or more finishing processing steps. Electric discharge machining.
次に、主放電加工回路２１によって実施される荒加工工程から１回以上の仕上げ加工工程までを行った後に実施される超微細加工工程について説明する。まず、リレースイッチ３０を作動させて、主放電加工回路２１を放電加工回路から物理的に完全に切り離し、超微細加工回路２３を放電加工回路に接続する。図１に示されるように、主加工制御装置２２は、超微細加工の加工条件を示すパラメータのデータＣＮと基準のゲート信号ＡＧａｔｅおよびＢＧａｔｅとを制御器２５に送る。制御器２５は、上記加工条件に従って設定されたオン時間とオフ時間に従うゲート信号を、スイッチング素子３２とスイッチング素子３３とに同時にまたは時間をずらして出力する。 Next, a description will be given of an ultra-fine machining process performed after performing from the rough machining process performed by the main electric discharge machining circuit 21 to one or more finishing machining processes. First, by operating the relay switch 30, the main electric discharge machining circuit 21 is physically and completely separated from the electric discharge machining circuit, and the ultra-fine machining circuit 23 is connected to the electric discharge machining circuit. As shown in FIG. 1, the main processing control device 22 sends to the controller 25 parameter data CN indicating processing conditions for ultra-fine processing and reference gate signals AGate and BGate. The controller 25 outputs a gate signal according to the on-time and the off-time set in accordance with the processing conditions to the switching element 32 and the switching element 33 simultaneously or at a different time.
制御器２５から出力されるゲート信号は第１のスイッチング素子３２と第２のスイッチング素子３３のゲートにそれぞれ入力され、スイッチング素子３２とスイッチング素子３３がオン、オフを繰り返し、それにより、工具電極１と被加工物２との間の加工間隙に電圧パルスが印加される。電圧パルスを印加してから不特定の無負荷時間後に加工間隙に放電が発生し、その際の放電エネルギによって被加工物２の材料が除去される。この放電、および材料除去の繰り返しによって工具電極１の形状が被加工物２に転写され、被加工物２が所望の形状に加工される。超微細加工においては、前述したクレータを特に微細なものとするために、加工間隙に供給される電流パルスのパルス幅は、１μｓｅｃ未満と小さくて、しかも一定であることが望まれる。 The gate signal output from the controller 25 is input to the gates of the first switching element 32 and the second switching element 33, and the switching element 32 and the switching element 33 are repeatedly turned on and off. A voltage pulse is applied to the machining gap between the workpiece and the workpiece 2. Discharge occurs in the machining gap after an unspecified no-load time after the application of the voltage pulse, and the material of the workpiece 2 is removed by the discharge energy at that time. By repeating the discharge and the material removal, the shape of the tool electrode 1 is transferred to the workpiece 2, and the workpiece 2 is processed into a desired shape. In ultra-fine processing, in order to make the above-mentioned crater particularly fine, it is desired that the pulse width of the current pulse supplied to the processing gap is as small as less than 1 μsec and constant.
実施の形態におけるスイッチング素子３２とスイッチング素子３３は、例えば、電解効果トランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ）であり、現在提供されているスイッチング素子３２またはスイッチング素子３３の応答速度自体は、すでに１μｓｅｃ以下のパルス幅の電流パルスの供給を実現できる性能を有している。しかし、従来装置では先に図４を参照して説明した通り、放電の発生を実際に検出し、それに基づいて電流パルスのパルス幅を一定にすることが困難になっていた。そこで本実施形態では、静電容量と抵抗成分を可能な限り取り除くことによって電圧の立上がりと立下がりに要する時間をより短くして極短時間で放電の発生を検出することを可能にした超微細加工回路２３において、パルス幅が１００ｎｓｅｃ以上１μｓｅｃ以下の一定のパルス幅の電流パルスを供給することができなくなるような電圧の立上がりと立下がりに要する時間が致命的に長くならない範囲で加工間隙における放電発生直後の電圧降下時の電圧の不安定で不規則な変化の仕方を阻止することができる必要十分に小さい抵抗値とされた検出抵抗３５を設けている。 The switching element 32 and the switching element 33 in the embodiment are, for example, field effect transistors (MOS-FET), and the response speed of the currently provided switching element 32 or the switching element 33 has a pulse width of 1 μsec or less. Has the capability of realizing the supply of the current pulse. However, in the conventional apparatus, as described above with reference to FIG. 4, it has been difficult to actually detect the occurrence of discharge and to make the pulse width of the current pulse constant based on the detection. Thus, in the present embodiment, the removal of the capacitance and the resistance components as much as possible makes the time required for the rise and fall of the voltage shorter, thereby making it possible to detect the occurrence of discharge in an extremely short time. In the machining circuit 23, discharge in the machining gap is performed within a range in which the time required for the rise and fall of the voltage to prevent the supply of a current pulse having a constant pulse width of 100 nsec or more and 1 μsec or less is not fatally long. A detection resistor 35 having a resistance value small enough to prevent unstable and irregular change of the voltage at the time of voltage drop immediately after the occurrence is provided.
検出抵抗３５を設けたことにより、加工間隙における電圧の波形は概略図４の（ｄ）に示したようなものとなる。つまり、検出電圧は、放電発生直後の十分に早い時刻に放電発生回路２４に入力されるとともに、電圧の降下の仕方が不安定で不規則になることが抑制できて、常に放電の発生から殆ど同じ時刻に放電の発生を検出することができ、放電の発生をより高速に適確に検出可能となる。それにより本実施形態の放電加工機は、ナノ秒オーダ、例えば１００ｎｓｅｃ程度の極めて短い一定のパルス幅の電流パルスを加工間隙に供給して、超微細加工の加工領域において、オンクランプ方式の電流パルスの供給が適用可能となる。そのため、ＪＩＳで規定される表面粗さＲｚを極めて小さくするだけでなく、クレータが均一できめ細かい面質の高い加工面を得ることができるとともに、表面粗さＲｓｍも著しく改善されてクレータが浅くて広い滑らかな加工面を得ることができるので、加工物の離形性も向上させることができる。 By providing the detection resistor 35, the waveform of the voltage in the machining gap becomes as schematically shown in FIG. In other words, the detection voltage is input to the discharge generation circuit 24 at a sufficiently early time immediately after the occurrence of the discharge, and it is possible to prevent the voltage drop manner from becoming unstable and irregular, so that the detection voltage is almost always suppressed from the occurrence of the discharge. The occurrence of discharge can be detected at the same time, and the occurrence of discharge can be accurately detected at higher speed. Accordingly, the electric discharge machine of the present embodiment supplies an extremely short current pulse of a constant pulse width of the order of nanoseconds, for example, about 100 nsec, to the machining gap, and the on-clamp current pulse Supply is applicable. Therefore, not only can the surface roughness Rz specified by JIS be extremely small, but also a uniform and fine crater can be obtained with a high quality surface, and the surface roughness Rsm is also remarkably improved to make the crater shallow. Since a wide and smooth processed surface can be obtained, the releasability of the processed product can be improved.
ここで、加工間隙における放電発生を正確に検出してから、一定のパルス幅の電流パルスを加工間隙に供給する点について、図３を参照して説明する。この図３の（ａ）〜（ｅ）は、時間ｔに沿った検出電圧等の変化の様子を概略的に示している。図３の（ａ）は、超微細加工回路２３における標準的な加工間隙の電圧Ｖｇの波形を示している。図示の通り、制御器２５がゲート信号ＡＧａｔｅおよびＢＧａｔｅに従って第１のスイッチング素子３２と第２のスイッチング素子３３を同時にオンするのと略同じ時間ｔ１に加工間隙の電圧Ｖｇが急峻に立ち上がり、不特定の無負荷時間後の時間ｔ２で放電が発生すると電圧Ｖｇが降下し始める。このとき、上述のような検出抵抗３５が設けられていることによって、電圧Ｖｇの降下の仕方が放電１発毎にばらつかないようにされている。 Here, the point of accurately detecting the occurrence of discharge in the machining gap and then supplying a current pulse having a constant pulse width to the machining gap will be described with reference to FIG. 3A to 3E schematically show how the detected voltage and the like change over time t. FIG. 3A shows a waveform of a voltage Vg of a standard processing gap in the ultrafine processing circuit 23. As shown in the figure, the voltage Vg of the machining gap rises sharply at substantially the same time t1 when the controller 25 simultaneously turns on the first switching element 32 and the second switching element 33 in accordance with the gate signals AGate and BGate, and is unspecified. When the discharge occurs at time t2 after the no-load time, the voltage Vg starts to drop. At this time, the detection resistor 35 as described above is provided so that the manner of drop of the voltage Vg does not vary for each discharge.
放電発生検出装置２４は、高インピーダンスの分圧回路２４Ａにおいて、入力する検出電圧が極めて小さくても、より安定して正しい検出電圧を高速に得ることができる。分圧回路２４Ａから出力される電圧信号は、オペアンプ２４Ｂとレベル変換回路２４Ｃを経てコンパレータ２４Ｄにおいて検出閾値Ｔｈと比較される。コンパレータ２４Ｄは、図３の（ｃ）に示されるように、加工間隙の電圧Ｖｇに基づく電圧信号が検出閾値Ｔｈを上回ったときに放電の発生を示す信号（以下、オンクランプ信号という）ＯＣを制御器２５に出力して放電の発生の検出を開始する。そして、電圧信号が検出閾値Ｔｈを下回ったときに、オンクランプ信号ＯＣの出力を停止する。本実施の形態の放電発生検出装置２４においては、オペアンプ２４Ｂ、レベル変換回路２４Ｃ、コンパレータ２４Ｄは、それぞれ高速に動作するＩＣ（集積回路）で構成されており、数十ｎｓｅｃの極短時間で検出信号を転送する。 The discharge occurrence detection device 24 can more stably obtain a correct detection voltage at high speed even if the input detection voltage is extremely small in the high impedance voltage dividing circuit 24A. The voltage signal output from the voltage dividing circuit 24A passes through an operational amplifier 24B and a level converting circuit 24C, and is compared with a detection threshold Th in a comparator 24D. As shown in FIG. 3C, the comparator 24D outputs a signal (hereinafter, referred to as an on-clamp signal) OC indicating the occurrence of discharge when the voltage signal based on the voltage Vg of the machining gap exceeds the detection threshold Th. Output to the controller 25 to start detection of the occurrence of discharge. Then, when the voltage signal falls below the detection threshold Th, the output of the on-clamp signal OC is stopped. In the discharge occurrence detection device 24 of the present embodiment, the operational amplifier 24B, the level conversion circuit 24C, and the comparator 24D are each configured by an IC (integrated circuit) that operates at high speed, and performs detection in an extremely short time of several tens of nsec. Transfer the signal.
放電が発生すると、工具電極１と被加工物２とで形成される加工間隙における電流Ｉは、オンクランプ信号ＯＣに対応してスイッチング素子がオフするまでの時間ｔ２からｔ３までの期間中に図３の（ｂ）のような波形で流れる。より詳しくは、超微細加工回路２３は、以下のように動作する。放電発生検出装置２４は、放電発生直後にオンクランプ信号ＯＣの出力を停止する。放電発生検出装置２４がオンクランプ信号ＯＣを停止したら、制御器２５は、直ちにゲート信号ＡＧａｔｅ，ＢＧａｔｅの出力を停止して第１のスイッチング素子３２と第２のスイッチング素子３３を同時にオフする。このとき、図３の（ｃ）および（ｄ）に示されるように、放電の発生を検出してから一対のスイッチング素子３２，３３をオフするまでには、図３の（ｂ）に示されるように、少なくとも５０ｎｓｅｃほどの僅かな期間ｔｄを要し、この僅かな期間ｔｄ中に加工間隙に電流Ｉが流れてピーク電流値に到達する。一対のスイッチング素子３２，３３をオフすると、電流Ｉは急峻に立ち下がる。以上により、例えば、加工間隙の電圧Ｖｇから放電の発生を検出してから一対のスイッチング素子３２，３３をオフするまでの時間を調整することによって１００ｎｓｅｃから１μｓｅｃ程度のまでの極めて短い一定のパルス幅の電流パルスが加工間隙に供給されるようになる。 When the discharge occurs, the current I in the machining gap formed between the tool electrode 1 and the workpiece 2 changes during the period from time t2 to t3 until the switching element is turned off in response to the on-clamp signal OC. It flows in a waveform as shown in FIG. More specifically, the ultrafine processing circuit 23 operates as follows. The discharge occurrence detecting device 24 stops outputting the on-clamp signal OC immediately after the occurrence of the discharge. When the discharge detection device 24 stops the on-clamp signal OC, the controller 25 immediately stops the output of the gate signals AGate and BGate and turns off the first switching element 32 and the second switching element 33 simultaneously. At this time, as shown in (c) and (d) of FIG. 3, the period from when the occurrence of discharge is detected to when the pair of switching elements 32 and 33 are turned off is shown in (b) of FIG. As described above, a short period td of at least about 50 nsec is required, and during this short period td, the current I flows through the machining gap to reach the peak current value. When the pair of switching elements 32 and 33 are turned off, the current I sharply falls. As described above, for example, by adjusting the time from when the generation of discharge is detected from the voltage Vg of the machining gap to when the pair of switching elements 32 and 33 are turned off, a very short constant pulse width from 100 nsec to about 1 μsec. Is supplied to the machining gap.
なお、直流電源５と加工間隙との間にスイッチング素子が１個だけしかないと、スイッチング素子をオフしたときに、直流電源５のプラス側またはマイナス側と加工間隙とが繋がったままの状態になって放電回路を完全に遮断できないので、加工間隙における電流の降下が遅れてしまって、図３の（ｂ）に示すような急峻な立下がりによるパルス幅の短い電流パルスを得ることができない。本発明においては、この時間遅れが問題になる可能性があるので、超微細加工回路２３において、２個一対のスイッチング素子３２とスイッチング素子３３とを同時にオフさせて直流電源５と加工間隙との間を完全に切り離すようにしている。 If there is only one switching element between the DC power supply 5 and the machining gap, when the switching element is turned off, the plus or minus side of the DC power supply 5 and the machining gap remain connected. As a result, the discharge circuit cannot be completely shut off, so that the current drop in the machining gap is delayed, so that a current pulse having a short pulse width due to a sharp fall as shown in FIG. 3B cannot be obtained. In the present invention, since this time delay may cause a problem, the pair of two switching elements 32 and the switching element 33 are simultaneously turned off in the ultrafine processing circuit 23 so that the DC power supply 5 and the processing gap are not connected. I try to completely separate them.
第１のスイッチング素子３２と第２のスイッチング素子３３とは、別々に動作させても構わない。ＭＯＳ−ＦＥＴは、飽和領域でオンオフさせるものであるので、小さいピーク電流に対して長いパルスを供給したいときは、時間をずらしてオン、オフさせる。ただし、それら一対のスイッチング素子を別々に動作させる場合も、パルス幅の安定した電流波形を得るために、オフするときは同時にオフさせる。 The first switching element 32 and the second switching element 33 may be operated separately. Since a MOS-FET is turned on and off in a saturation region, when a long pulse is to be supplied for a small peak current, it is turned on and off with a time lag. However, even when the pair of switching elements are operated separately, they are simultaneously turned off to obtain a current waveform with a stable pulse width.
本実施形態の超微細加工回路２３は、主放電加工回路２１から完全に切り離されることができるとともに、放電発生検出装置２４と制御器２５とを超微細加工回路２３の一対のスイッチング素子３２，３３を含む主回路の直近に配置して、加工間隙の電圧Ｖｇに基づく検出信号を得てからゲート信号ＡＧａｔｅ，ＢＧａｔｅを出力するまでの時間を可能な限り短縮するようにしている。また、放電発生検出装置２４と制御器２５を含む超微細加工回路２３を加工機本機１０に設ける、言い換えると、加工間隙により近い位置に設けることによって、電線に含まれる静電容量、抵抗成分、インダクタンス成分をより小さくして、電圧パルスと電流パルスのそれぞれの立上がりと立下がりをより急峻にして、電圧パルスと電流パルスを供給する時間を短縮している。その結果、１μｓｅｃ未満のパルス幅の電流パルスを供給できるというだけではなく、一定の電流パルス幅で供給して、電流パルスの波形を揃えることができるようにしている。また、本実施形態の超微細加工回路２３は、制御器２５によって、１００ｎｓｅｃ以上１μｓｅｃ以下のパルス幅を１０ｎｓｅｃ単位で細かく制御して供給することができる。 The ultrafine machining circuit 23 of the present embodiment can be completely separated from the main electric discharge machining circuit 21, and the discharge generation detection device 24 and the controller 25 are connected to a pair of switching elements 32 and 33 of the ultrafine machining circuit 23. And the time from when the detection signal is obtained based on the voltage Vg of the machining gap to when the gate signals AGate and BGate are output is shortened as much as possible. Further, by providing the ultra-fine processing circuit 23 including the discharge generation detecting device 24 and the controller 25 in the processing machine main body 10, in other words, by providing the processing device at a position closer to the processing gap, the capacitance and resistance components included in the electric wire are reduced. In addition, the inductance component is made smaller, the rising and falling of the voltage pulse and the current pulse are made steeper, and the time for supplying the voltage pulse and the current pulse is shortened. As a result, it is possible not only to supply a current pulse having a pulse width of less than 1 μsec, but also to supply the current pulse with a constant current pulse width so that the waveform of the current pulse can be made uniform. In addition, the controller 25 can supply the pulse width of 100 nsec or more and 1 μsec or less in the unit of 10 nsec to the ultrafine processing circuit 23 of the present embodiment.
１ 工具電極
２ 被加工物
５ 直流電源
１０ 加工機本機
２０ 数値制御電源装置
２１ 主放電加工回路
２２ 主加工制御装置
２３ 超微細加工回路
２４ 放電発生検出装置
２５ 制御器
３０ リレースイッチ
３２ 第１のスイッチング素子
３３ 第２のスイッチング素子
３４ 切換スイッチ
３５ 検出抵抗
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Tool electrode 2 Workpiece 5 DC power supply 10 Machining machine main body 20 Numerical control power supply device 21 Main electric discharge machining circuit 22 Main machining control device 23 Ultrafine machining circuit 24 Discharge occurrence detection device 25 Controller 30 Relay switch 32 First Switching element 33 Second switching element 34 Changeover switch 35 Detection resistor
Claims (2)
前記直流電源からの電流を１μｓｅｃ未満のパルス幅の電流パルスとして前記加工間隙に印加する超微細加工回路と、
前記超微細加工回路において、前記直流電源の正極と加工間隙との間に直列に配置された第１のスイッチング素子と、
前記超微細加工回路において、前記直流電源の負極と加工間隙との間に直列に、かつ前記第１のスイッチング素子と直列に配置された第２のスイッチング素子と、
前記加工間隙において放電が発生したことを検出する放電発生検出装置と、
前記超微細加工回路において、前記第１のスイッチング素子と前記加工間隙との間に直列に配置され、前記加工間隙における放電発生直後の不規則な電圧の降下の仕方を抑制する上で必要十分に小さい抵抗値とされた検出抵抗と、
前記放電発生検出装置に可能な限り近接して設けられ、予め設定されている休止時間の後に前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子の両方または一方をオンにし、前記放電発生検出装置が前記放電の発生を検出してから所定時間後に前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子の両方または一方をオフにする制御装置と、
を有する放電加工機。 A main electric discharge machining circuit including a DC power supply connected in series to a machining gap formed by the tool electrode and the workpiece,
An ultra-fine processing circuit for applying a current from the DC power supply to the processing gap as a current pulse having a pulse width of less than 1 μsec;
In the ultrafine processing circuit, a first switching element disposed in series between a positive electrode of the DC power supply and a processing gap,
In the ultra-fine processing circuit, a second switching element disposed in series between the negative electrode of the DC power supply and a processing gap, and in series with the first switching element;
A discharge occurrence detection device that detects that discharge has occurred in the machining gap,
In the ultrafine processing circuit, the first switching element and the processing gap are arranged in series between the first switching element and the processing gap. A detection resistor having a small resistance value,
The discharge occurrence detection device is provided as close as possible to the discharge occurrence detection device, and turns on one or both of the first switching element and the second switching element after a preset pause time. A control device that turns off both or one of the first switching element and the second switching element a predetermined time after detecting the occurrence of the discharge,
Electric discharge machine having a.
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