JP3361057B2 - 放電加工方法及び放電加工用電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放電加工間隙に印
加する加工用電圧の極性を交互に切り換えて被加工物を
放電加工するようにした放電加工方法及び放電加工用電
源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、特開平３−４９８２４号公報に
開示されているように、交流高周波電圧による加工で
は、１発の放電毎に放電加工間隙に印加される加工用電
圧の極性が交代することにより放電点が分散し良質の加
工面が得られることが知られている。両極性パルスを用
いて放電加工を行う場合も同様である。このように、被
加工物と加工用電極との間に形成される放電加工間隙に
印加する加工用電圧の極性を交互に切り換えて被加工物
を放電加工する場合、加工用電圧の極性切換周波数が高
いほど放電加工面の面粗さが細かくなっていく傾向にあ
る事は周知であるが、特に７ＭＨｚ以上の高周波領域に
おいては、放電加工間隙のキャパシタンス成分と回路上
の分布インダクタンス成分との間で直列共振状態（以
下、ギャップ共振状態という）となり、このギャップ共
振状態でのみ放電が発生し、その結果０．２μｍＲｍａ
ｘ程度の面粗度の放電加工面が得られることが確認され
ている。

【０００３】しかし、加工中に加工面積や加工状態が変
化した場合には放電加工間隙のインピーダンスが変化
し、ギャップ共振状態を維持できなくなってしまう場合
が生じる。そこで、従来では、極間のインピーダンスの
変化に応じて、交流電源周波数及び極間と交流電源との
間に設けられている整合器を自動調整させることにより
ギャップ共振状態を持続して放電加工を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、ギャップ
共振状態下で安定して放電加工を行わせるには、極間イ
ンピーダンスの変化に応じて交流電源周波数を変化させ
る必要がある。そこで問題となってくるのは、共振周波
数Ｆ０は下式（１） Ｆ０＝１／２・π・（ＬｍＣｇ）^1/2 ・・・（１） Ｌｍ：配線の分布インダクタンス Ｃｇ：放電加工間隙のキャパシタンス で与えられるので、間隙の対向する面積の変化（板厚や
ワイヤ径の変化）によって共振周波数Ｆ０が大きく変わ
ってしまうことである。

【０００５】例えば、極端な例として、板厚が１ｍｍか
ら５０ｍｍまで変化する被加工物を加工した場合には、
対向する間隙の面積が最大で５０倍（キャパシタンスは
比例して５０倍）増えるので、Ｃｇも同じく５０倍増え
ることとなり、共振周波数Ｆ０は約１／７倍変化するこ
とになる。

【０００６】ところで、高周波交流電源の周波数と加工
面粗さとの間には密接な関係があるので、これだけ周波
数が変わってしまうと加工面粗さも一定とならなくなっ
てしまう。これは板厚によって最良面粗さが決定され
て、板厚が厚いほど加工面粗さが悪化してしまうことを
意味している。さらに、機種毎にＸＹ軸ストロークが違
うので極間への送電線の長さに違いが生じ、その影響で
分布インダクタンスＬｍも機種毎に変わってしまう。そ
のため、機種によっても面粗さに違いが生じてしまう可
能性がある。

【０００７】このように、高周波交流電圧を用い、ギャ
ップ共振を生じさせて面粗さの小さい放電加工を行う従
来の方法によると、安定して良質な加工面を得るために
は被加工物の板厚の限定や機種の限定などを必要とし、
加工適用範囲を狭めてしまうという問題点があった。

【０００８】本発明の目的は、したがって、共振を利用
することなく、放電加工用電圧の極性を正負に切り換え
て安定して良質な面粗さの放電加工面を得ることができ
るようにした、放電加工方法及び放電加工用電源装置を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明によれば、被加工物と加工用電極と
によって形成される放電加工間隙に加工用電圧の極性を
正負交互に切り換えつつ印加して前記被加工物を仕上げ
放電加工する場合、加工用電極を正極とし被加工物を負
極とする逆極性加工時における加工電流のレベルよりも
加工用電極を負極とし被加工物を正極とする正極性加工
時における加工電流のレベルを小さくするようにしたこ
とを特徴とする放電加工方法が提案される。

【００１０】放電加工面粗度を小さくできる逆極性加工
を大きなレベルの加工用電流で行い、これにより放電加
工間隙に確実に放電を生じさせることができ、安定加工
を確保しつつ面粗度の小さな放電加工面を得ることがで
きる。一方、面粗度が大きくなりやすい正極性加工時に
は加工用電流のレベルが小さく抑えられ、これにより放
電加工面の面粗度を大きくすることなく、被加工物を加
工することができ、且つ逆極性加工の終了時における放
電の切れを確実にすることができる。

【００１１】請求項２の発明によれば、極性が周期的に
反転する両極性出力電圧を被加工物と加工用電極との間
に形成される放電加工間隙に抵抗器を介して印加し、加
工用電極を正極とし被加工物を負極とする逆極性加工と
加工用電極を負極とし被加工物を正極とする正極性加工
とを周期的に切り換えつつ前記被加工物を仕上げ放電加
工する方法において、前記逆極性加工時には前記抵抗器
を第１の抵抗値の抵抗器とし、前記正極性加工時には前
記抵抗器を前記第１の抵抗値より大きい第２の抵抗値の
抵抗器となるように抵抗器を切り換えるようにしたこと
を特徴とする放電加工方法が提案される。

【００１２】このように抵抗器の切り換えを行うと、放
電加工間隙に供給される加工電流の値は、逆極性加工時
には大きく、正極性加工時には小さくなる。そして、逆
極性加工時には大きな加工用電圧が放電加工間隙に与え
られて放電が安定に行われ、且つ面粗度の小さな加工が
行われる。正極性加工時には加工用電圧のレベルが小さ
くなり、放電加工面の面粗度が大きくなるのを抑えつ
つ、且つ逆極性加工の終了時における放電の切れを確実
にすることができる。

【００１３】請求項３の発明によれば、極性が周期的に
反転する両極性パルス電圧を放電加工間隙に供給するた
めの仕上げ放電加工用電源装置において、直流電圧を出
力する直流電源と、各辺に半導体スイッチング素子が設
けられて成り前記直流電圧が入力されているブリッジ回
路と、該ブリッジ回路の出力から前記両極性パルス電圧
を得るため該ブリッジ回路の対向する辺の半導体スイッ
チング素子同志を同期させてオン、オフ制御するための
制御回路とを備え、前記ブリッジ回路から正極性パルス
を取り出すために閉じられる前記半導体スイッチング素
子と直列に第１の制限抵抗要素を設けると共に前記ブリ
ッジ回路から負極性パルスを取り出すために閉じられる
前記半導体スイッチング素子と直列に第２の制限抵抗要
素を設け、前記第１の制限抵抗要素の値を前記第２の制
限抵抗要素の値よりも高く設定したことを特徴とする放
電加工用電源装置が提案される。

【００１４】このようにしてブリッジ回路の出力から得
られる両極性パルス電圧を放電加工間隙に印加した場
合、正極性パルスの印加時の加工電圧と加工電流は負極
性パルスの印加時の加工電圧と加工電流よりもレベルが
低くなり、請求項１又は２の発明による方法での放電加
工が行える。

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の一例につき詳細に説明する。

【００１９】図１は、本発明による放電加工用電源装置
の実施の形態の一例を示す回路図である。図１に示す放
電加工用電源装置１は、ワイヤカット放電加工機２の被
加工物３とワイヤ電極４との間に形成される放電加工間
隙Ｇに加工用電圧Ｖを印加するための装置として構成さ
れており、荒加工用の第１電源部５と、仕上加工用の第
２電源部６とを備えている。

【００２０】第１電源部５は公知の回路構成のものであ
り、したがって、その構成の詳細を示すのを省略する。
第１電源部５からの荒加工用電圧Ｖ１は低インダクタン
スの出力線７及び一対のリレー接点Ｌ１、Ｌ２を介して
放電加工間隙Ｇに加工用電圧Ｖとして印加される。

【００２１】一方、第２電源部６は、被加工物３の仕上
げ加工のために被加工物３を小さな面粗度で放電加工す
るため、両極性出力電圧を出力することができる構成と
なっている。本実施の形態では、第２電源部６からは両
極性パルス電圧Ｖ２が両極性出力電圧として出力され、
両極性パルス電圧Ｖ２は一対のリレー接点Ｌ３、Ｌ４及
び低キャパシタンスの出力線８を介して放電加工間隙Ｇ
に加工用電圧Ｖとして印加される。

【００２２】次に、第２電源部６の構成について説明す
る。９は直流電圧Ｅを出力する直流電源、１０はスイッ
チングトランジスタ１１〜１４及び抵抗器１５〜１８が
各辺に設けられて図示の如く接続されて成るブリッジ回
路である。ブリッジ回路１０では、スイッチングトラン
ジスタ１１、１２の接続点１０Ａとスイッチングトラン
ジスタ１３、１４の接続点１０Ｂとが入力部となってお
り、抵抗器１５、１７の接続点１０Ｃと抵抗器１６、１
８の接続点１０Ｄとが出力部となっている。入力部には
直流電源９からの直流電圧Ｅが印加され、出力部から両
極性パルス電圧Ｖ２が後述の如くして得られる構成であ
る。

【００２３】符号２０で示されるのは、ブリッジ回路１
０の各辺に設けられているスイッチングトランジスタ１
１〜１４をオン、オフ制御するための制御回路であり、
パルス発生器２１とインバータ２２とから成っている。
パルス発生器２１からのパルス信号はそのまま制御パル
ス信号ＰＡとして出力され、インバータ２２からは、制
御パルス信号ＰＡをレベル反転させた反転制御パルス信
号ＰＢが出力される構成である（図２の（Ａ）、（Ｂ）
参照）。

【００２４】制御パルス信号ＰＡは、ブリッジ回路１０
のスイッチングトランジスタ１１、１４の各ゲートにオ
ン、オフ制御のためのゲート制御信号として印加され、
反転制御パルス信号ＰＢはブリッジ回路１０のスイッチ
ングトランジスタ１２、１３の各ゲートにオン、オフ制
御のためのゲート制御信号として印加されている。した
がって、スイッチングトランジスタ１１はスイッチング
トランジスタ１４と同時にオン、オフ動作し、一方、ス
イッチングトランジスタ１２はスイッチングトランジス
タ１３と同時にオン、オフ動作する。そして、図２
（Ａ）、（Ｂ）から判るように、スイッチングトランジ
スタ１１、１４のオン動作とスイッチングトランジスタ
１２、１３のオン動作とが交互に行われ、この結果、出
力部からは、制御パルス信号ＰＡと同一の周期で極性が
反転する両極性パルス電圧Ｖ２が出力される。

【００２５】ブリッジ回路１０の出力部において正極性
パルスが得られる場合、すなわち、被加工物３がワイヤ
電極４よりも高電位となるような出力状態の場合に放電
加工間隙Ｇに流れる加工電流の値をＩＨ、ブリッジ回路
１０の出力部において負極性パルスが得られる場合、す
なわち、被加工物３がワイヤ電極４よりも低電位となる
ような出力状態の場合に放電加工間隙Ｇに流れる加工電
流の値をＩＬとした場合、ＩＬ＞ＩＨとなるようにする
ため、抵抗器１５、１８の合計抵抗値は、抵抗器１６、
１７の合計抵抗値よりも大きく設定されている。本実施
の形態では、抵抗器１５は抵抗器１８と同一の値とさ
れ、抵抗器１６は抵抗器１７と同一の値とされている。
このように抵抗器１６、１７の合計抵抗値を抵抗器１
５、１８の値より小さく設定することにより、出力線に
存在する浮遊キャパシタンスへの充電時定数が異なり、
正極性パルスの場合に放電加工間隙Ｇに印加される加工
用電圧の値（ＶＨ）と負極性パルスの場合に放電加工間
隙Ｇに印加される加工用電圧の値（ＶＬ）の関係をＶＬ
＞ＶＨとすることができる。

【００２６】次に、放電加工用電源装置１の動作につい
て、図２を参照しながら説明する。図示しない切換リレ
ーを作動させることにより、先ずリレー接点Ｌ１、Ｌ２
を閉じ、リレー接点Ｌ３、Ｌ４を開いた状態で、第１電
源部５からの荒加工用電圧Ｖ１を放電加工間隙Ｇに加工
用電圧Ｖとして印加し、被加工物３を荒加工する。

【００２７】しかる後、リレー接点Ｌ１、Ｌ２を開き、
リレー接点Ｌ３、Ｌ４を閉じた状態で、第２電源部から
の両極性パルス電圧Ｖ２を放電加工間隙Ｇに加工用電圧
Ｖとして印加し、被加工物３を仕上げ加工する。この場
合、制御回路２０からの制御パルス信号ＰＡ及び反転制
御パルス信号ＰＢ（図２（Ａ）、（Ｂ）参照）によりブ
リッジ回路１０のスイッチングトランジスタ１１〜１４
がオン、オフ制御され、ブリッジ回路１０からは両極性
パルス電圧Ｖ２が出力される。図２の（Ｃ）には、この
ときの加工用電圧Ｖの波形の一例が示されている。

【００２８】すなわち、期間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ７、
・・・では、スイッチングトランジスタ１１、１４がオ
フでスイッチングトランジスタ１２、１３がオンとな
り、直流電源９からの直流電圧Ｅは低抵抗値の抵抗器１
６、１７を介して出力される。したがって、ワイヤ電極
４が正で被加工物３が負となるようにして加工用電圧Ｖ
が比較的高いレベルで放電加工間隙Ｇに印加され、被加
工物３が逆極性加工される。逆極性加工は、被加工物へ
の放電エネルギ配分が少ないため、高いレベルの電圧を
放電加工間隙Ｇに印加することにより安定した放電を行
わせることができ、且つ面粗さの小さい放電加工面を得
ることができる。図２に示した例では、期間Ｔ３、Ｔ５
においてのみ放電加工間隙Ｇに放電が生じている。

【００２９】次に、期間Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６、Ｔ８、・・
・では、スイッチングトランジスタ１１、１４がオンで
スイッチングトランジスタ１２、１３がオフとなり、直
流電源９からの直流電圧Ｅは高抵抗値の抵抗器１５、１
８を介して出力される。したがって、ワイヤ電極４が負
で被加工物３が正となるようにして加工用電圧Ｖが比較
的低いレベルで放電加工間隙Ｇに印加され、被加工物３
が正極性で放電加工される。正極性の放電加工は被加工
物への放電エネルギ配分が多いが、加工用電圧Ｖのレベ
ルが低く放電電流も小さくなるので、被加工物３の放電
加工面の面粗さは小さくなり、所要の仕上げ加工が可能
となる。なお、期間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ７、・・・か
ら期間Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６、Ｔ８、・・・への各移行時に
は、放電加工間隙Ｇに印加される加工用電圧Ｖの極性が
反転するため、特に加工用電圧Ｖによる逆極性加工のた
めの放電を一旦速やかに途切れさせることができ、これ
により仕上げ加工が安定且つ良好に遂行される。

【００３０】このようにして、逆極性加工と正極性加工
とが所定の周期で交互に安定に行われ、被加工物３を小
さな面粗度で仕上げることができる。図２の（Ｄ）は放
電加工間隙Ｇに流れる放電加工電流Ｉの波形図である。
図２の（Ｄ）から、被加工物３は逆極性加工によって高
い電圧で安定に加工されて小さい面粗度放電加工面が得
られ、正極性加工によって被加工物３が低い電圧で加工
され面粗さを小さくするのに役立っているのが判る。図
３には、図１に示した放電加工用電源装置１を用いて加
工した被加工物３の放電加工面の面粗さ状態の一例が示
されている。この加工の条件は、 直流電源電圧 ４５Ｖ 周波数 ５ＭＨｚ 抵抗１６、１７（電極正極） ５Ω＋５Ω＝１０Ω 抵抗１５、１８（電極負極） ２５Ω＋２５Ω＝５０Ω である。

【００３１】図１に示した構成によれば、周波数が５Ｍ
Ｈｚ以下という比較的低い高周波領域のトランジスタブ
リッジの回路構成による両極性パルス電源において、正
極側制限抵抗値を逆極側制限抵抗値よりも高いものを使
用することによって、正極側の電圧印加時の放電電流を
逆極側のそれよりも低くすることにより加工面粗度を向
上させることができる。通常、両極性均等な交流電源又
は両極性パルス電源で加工した場合には、被加工物に対
してエネルギー配分の大きな正極側放電によって面粗さ
が決定されていると考えられている。その面粗さ比は逆
極側放電に対して正極側放電では１．５〜２倍程度であ
ると思われる。そこで、正極側放電時の放電電流を抑え
ることによって加工面粗さを向上することが可能とな
る。この場合、周波数が５ＭＨｚ以下と比較的低い高周
波領域で良質な加工面が得られ、さらにギャップ共振状
態とならなくても安定して加工が可能なため被加工物の
板厚の変化やワイヤ径、さらに放電加工機の機械的な構
造上の分布インダクタンスの影響をあまり受けずに、安
定して良質な加工面が得られる。

【００３２】図４は、図１に示した第２電源部６の別の
構成例を示すものである。図４に示された仕上げ加工用
の第２電源部６０は、交流電圧ＶＡＣを出力する交流電
源６１に、交流電圧ＶＡＣに直流バイアスを掛けるため
の直流電源６２を直列に接続すると共に、制限抵抗器６
３をさらに直列に接続した構成とされている。

【００３３】この構成によると、交流電圧ＶＡＣは、直
流電源６２の直流出力電圧ＶＤＣのレベルだけ負方向に
バイアスされるため、出力端子６０Ａ−６０Ｂ間に出力
される両極性出力電圧ＶＴは、図５に示されるように、
正方向電圧成分ＶＰのレベルが低く、負方向電圧のレベ
ルＤＶＮが高くなる。この結果、逆極性加工時に加工用
電圧Ｖのレベルが高く、正極性加工時の加工用電圧Ｖの
レベルが低くなり、図１に示した第２電源部６を用いた
場合と同様の仕上げ加工が可能である。

【００３４】なお、上記実施の形態では、本発明をワイ
ヤカット放電加工機に適用した場合について説明した
が、本発明は実施の形態の構成に限定されるものではな
く、型彫放電加工機等についても広く適用することがで
き、同様の効果を得ることができる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、上述の如く、被加工物
と加工用電極とによって形成される放電加工間隙に加工
用電圧を極性を正負交互に切り換えつつ印加して前記被
加工物を放電加工する場合、正極側の電圧印加時の放電
電流を逆極側のそれよりも低くすることにより加工面粗
度を向上させることができる。通常、両極性均等な交流
電源又は両極性パルス電源で加工した場合には、被加工
物に対してエネルギー配分の大きな正極側放電によって
面粗さが決定されていると考えられるが、正極側放電時
の放電電流を抑えることによって加工面粗さを向上する
ことが可能となる。この場合、両極性パルス等の両極性
出力電圧の周波数が比較的低い高周波領域であっても良
質な放電加工面が得られ、さらにギャップ共振状態とな
らなくても安定して加工が可能なため被加工物の板厚の
変化やワイヤ径、さらに放電加工機の機械的な構造上の
分布インダクタンスの影響をあまり受けずに、安定して
良質な加工面が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による放電加工用電源装置の実施の形態
の一例を示す回路図。

【図２】図１に示した放電加工用電源装置の動作を説明
するための各部の信号波形図。

【図３】図１の放電加工用電源装置を用いて実際に放電
加工した場合の放電加工面の面粗さの一例を示す図。

【図４】本発明による放電加工用電源装置の別の実施の
形態を示す回路図。

【図５】図４の放電加工用電源装置の出力電圧波形を示
す波形図。

【符号の説明】

１ 放電加工用電源装置 ２ ワイヤカット放電加工機 ３ 被加工物 ４ ワイヤ電極 ６、６０ 第２電源部 ９、６２ 直流電源 １０ ブリッジ回路 １０Ａ〜１０Ｄ 接続点 １１〜１４ スイッチングトランジスタ １５〜１８ 抵抗器 ２０ 制御回路 ６１ 交流電源 Ｅ 直流電圧 Ｇ 放電加工間隙 Ｉ 放電加工電流 ＰＡ 制御パルス信号 ＰＢ 反転制御パルス信号 Ｖ 加工用電圧 Ｖ２ 両極性パルス電圧 ＶＡＣ 交流電圧 ＶＤＣ 直流電圧 ＶＴ 両極性出力電圧

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23H 1/00 B23H 7/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物と加工用電極とによって形成さ
   れる放電加工間隙に加工用電圧の極性を正負交互に切り
   換えつつ印加して前記被加工物を仕上げ放電加工する場
   合、加工用電極を正極とし被加工物を負極とする逆極性
   加工時における加工電流のレベルよりも加工用電極を負
   極とし被加工物を正極とする正極性加工時における加工
   電流のレベルを小さくするようにしたことを特徴とする
   放電加工方法。
2. 【請求項２】 極性が周期的に反転する両極性出力電圧
   を被加工物と加工用電極との間に形成される放電加工間
   隙に抵抗器を介して印加し、加工用電極を正極とし被加
   工物を負極とする逆極性加工と加工用電極を負極とし被
   加工物を正極とする正極性加工とを周期的に切り換えつ
   つ前記被加工物を仕上げ放電加工する方法において、前
   記逆極性加工時には前記抵抗器を第１の抵抗値の抵抗器
   とし、前記正極性加工時には前記抵抗器を前記第１の抵
   抗値より大きい第２の抵抗値の抵抗器となるように抵抗
   器を切り換えるようにしたことを特徴とする放電加工方
   法。
3. 【請求項３】 極性が周期的に反転する両極性パルス電
   圧を放電加工間隙に供給するための仕上げ放電加工用電
   源装置において、 直流電圧を出力する直流電源と、 各辺に半導体スイッチング素子が設けられて成り前記直
   流電圧が入力されているブリッジ回路と、 該ブリッジ回路の出力から前記両極性パルス電圧を得る
   ため該ブリッジ回路の対向する辺の半導体スイッチング
   素子同志を同期させてオン、オフ制御するための制御回
   路とを備え、 前記ブリッジ回路から正極性パルスを取り出すために閉
   じられる前記半導体スイッチング素子と直列に第１の制
   限抵抗要素を設けると共に前記ブリッジ回路から負極性
   パルスを取り出すために閉じられる前記半導体スイッチ
   ング素子と直列に第２の制限抵抗要素を設け、前記第１
   の制限抵抗要素の値を前記第２の制限抵抗要素の値より
   も高く設定したことを特徴とする放電加工用電源装置。