JP3627084B2

JP3627084B2 - 放電加工機の電源装置

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Publication number: JP3627084B2
Application number: JP04541197A
Authority: JP
Inventors: 清侍佐藤; 久山田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-02-28
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 2005-03-09
Anticipated expiration: 2017-02-28
Also published as: JPH10244423A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加工物の加工面の加工品質の向上を目的とした放電加工機の電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤ放電加工装置は加工液として水を使用するため、電解電流により被加工物の腐食が発生するといった問題がある。このため、正負両極性のパルス電圧を加工間隙に印加し、極間の平均電圧を零にしながら加工を行い、電解電流による加工面の精度低下、電食防止を実現するための方法が提案されている。
【０００３】
図１２は従来の放電加工機の電源装置を示すブロック構成図である。
また、図１３は、図１２の放電加工機の電源装置を説明するためのタイミングチャートである。
図１２において１はワイヤ電極で、被加工物２との間に加工液である水を介して、所定の加工間隙を保持している。被加工物２は、ＮＣ装置などの駆動装置によってＸＹ軸平面上を移動するテーブル（図示せず）に設置されている。３は直流電源で、正極側は被加工物２に接続され、ワイヤ電極１と被加工物２との間に電圧を印加する。
【０００４】
４はＮＰＮ型のトランジスタで、エミッタ側は直流電源３の負極側へ接続され、直流電源３の電圧Ｅ１をオンオフする。５は限流抵抗で、トランジスタ４のコレクタ側とワイヤ電極１との間に直列に接続されている。６は直流電源で、負極側は被加工物２に接続され、且つ直流電源３と並列に接続され、ワイヤ電極１と被加工物２との間に直流電源３と逆極性の電圧を印加する。７はＰＮＰ型のトランジスタで、エミッタ側は直流電源６の正極側に接続され、直流電源６の電圧Ｅ２をオンオフ制御する。８は限流抵抗で、トランジスタ７のコレクタ側とワイヤ電極１との間に直列に挿入されている。９は低周波パルス発振器。１０は高周波パルス発振器。１１はインバータで低周波パルス発振器９に接続されている。
【０００５】
１２はアンド回路で、入力端子の一端は高周波パルス発振器１０に接続され、他端はインバータ１１の出力端子に接続され、且つ出力端子はトランジスタ４のベース側に接続されている。１３はドライブ回路で、アンド回路１２とトランジスタ４のベース側間に直列に挿入されている。１４はナンド回路で、入力端子の一端は高周波パルス発振器１０にアンド回路１２と並列に接続され、他端は低周波パルス発振器９にインバータ１１と並列に接続され、且つ出力端子はトランジスタ７のベース側に接続されている。１５はドライブ回路で、ナンド回路１４とトランジスタ７のベース側との間に直列に挿入されている。
【０００６】
従来の放電加工機の電源装置は以上のような構成をしており、図１３のように高周波パルス発振器１０は波形Ａのような短い周期のパルスを出力する。一方、低周波パルス発振器９は波形Ｂのような長い周期のパルスを出力する。インバータ１１は波形Ｂを反転し、波形Ｃの信号を出力する。アンド回路１２は波形Ａと波形Ｃのアンド条件を取り、波形Ｄの信号を出力する。ドライブ回路１３は波形Ｄの信号を増幅して、トランジスタ４をオンオフさせる。すると、トランジスタ４のコレクタ側の電圧は波形Ｆとなる。一方、ナンド回路１４は、波形Ａと波形Ｂのナンド条件を取り、波形Ｅの信号を出力する。ドライブ回路１５は波形Ｅの信号を増幅して、トランジスタ７をオンオフさせる。
【０００７】
すると、トランジスタ７のコレクタ側の電圧は波形Ｇとなる。波形Ｆと波形Ｇのパルス電圧は限流抵抗５と限流抵抗８を通じて加算された後、加工間隙に印加される。ここで、加工間隙に印加される電圧の波形は、通電ケーブルのインダクタンスや浮遊容量のため、波形Ｈとなる。すると、放電が加工間隙に発生し、被加工物２を加工する。そして、放電が発生すると、加工間隙を通じて、波形Ｉの加工電流が流れ、加工間隙の電圧は下降して波形Ｊとなる。
【０００８】
波形Ｈは周期の長い波形Ｂの周期で、短形状に整形されたパルス電圧であるので、放電可能電圧ＥＡ以上である放電可能時間ｔａが長く、加工に有効な放電数を多くでき、加工効率を向上させることができる。
従来例によれば、ワイヤカット放電加工の仕上げ加工において、両極性の周期の長い短形状のパルス電圧を加工間隙に印加するようにしたので、放電可能な時間を長くして、加工に有効な放電の数を多くして、加工効率を向上させることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１２に示す従来の放電加工機の電源装置においては、負電圧、すなわち、被加工物２の電圧よりも電極１の電圧が高くなるように印加される電圧は、放電を開始するための高い電圧を供給する直流電源３により供給されるため、負電圧も高い電圧となり負電圧による放電が発生する。
【００１０】
被加工物２の電解腐食を防止するために、平均加工電圧を零ボルトとして加工しようとした場合、正側印加電圧の積分値を負側の印加電圧の積分値で打ち消すために、正極側の電圧印加時間と負極側の電圧印加時間を同程度に設定する必要がある。正極性側の放電は加工に有効であるが、負極性側の放電が発生すると、マイクロクラックの問題や、ワイヤ電極材料の被加工物２への付着といった状況が発生する。
【００１１】
以上のように、従来の放電加工機の電源装置は上述のように構成されており、負電圧印加時の放電を極力防止するよう考慮されたものではなく、正電圧と負電圧を印加する時間が同じになるように設定されているので、負電圧による放電電流が正側の放電電流と同じように流れるため、被加工物２の加工面の加工品質を著しく低下させるという問題点を有している。また、特開平５−２０８３１７号公報に開示された放電加工装置においては、電圧パルスの印加方法を正負極性で異なった方法で印加し、負極性側の放電の発生を防止している。しかし、この発明は加工速度の速い荒加工に着目したものであり、加工精度を重視する仕上加工においては、電圧および電流パルスを印加しない休止時間を設定する必要があり、この休止時間については、考慮されていないため、仕上加工に使用した場合には加工寸法精度が悪化するという問題がある。
【００１２】
本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、加工間隙に負電圧を印加する電源の電圧が放電発生の可能な電圧を有する場合においても、負電圧の放電による被加工物の加工面の品質低下が防止されるとともに、加工面の加工品質の高い放電加工機の電源装置を得ることを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る放電加工機の電源装置は、被加工物と電極との間に前記被加工物に対して前記電極が正負両側の極性を有するパルス電圧を印加し、かつ平均加工電圧を零ボルトに維持するようにした放電加工機において、前記正負両側の極性を有するパルス電圧を印加する電圧印加手段と、負極性側の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段の検出値と所定の電圧を比較する比較手段と、正極性の電圧印加状態の期間と負極性の電圧印加状態の期間と前記負極性の電圧印加状態に続く負極性の電圧印加休止状態とを所定の順序で繰り返し発生させるように前記電圧印加手段を制御するパルス制御手段とを備え、前記パルス制御手段は、前記負極性の電圧印加休止状態を維持する所定期間に前記電圧検出手段の電圧検出値の絶対値が前記比較手段で設定する所定値の絶対値より小さくなる場合に再度負極性の電圧印加状態を繰り返すように前記電圧印加手段を制御するものである。
【００１５】
また、電圧印加手段は、半導体スィッチング素子を含み構成されるスイッチ回路であるものである。
【００１６】
また、パルス制御手段は、正極性側の電圧印加状態の期間および負極性側の電圧印加状態の期間に対して、前記負極性の電圧印加状態に続く負極性の電圧印加休止状態を維持する所定期間が充分長いものである。
【００１７】
また、パルス制御手段は、正極性の電圧パルス印加期間および負極性の電圧パルス印加期間において、電圧印加状態と電圧印加状態を解除した状態が交互にくり返し発生させるものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図について説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による放電加工機の電源装置を示すブロック図である。図１において、１はワイヤ電極、２は被加工物、１６は極間における加工電圧を検出する電圧検出回路、１７は電圧検出回路１６の電圧検出値と設定値を比較する比較回路、１８は加工用電源１９のスイッチング動作を制御するパルス制御回路である。
加工用電源１９はワイヤ電極１と被加工物２とに放電電流パルスを供給するる。また、２０は被加工物２を載置するテーブル、２１ａ、２１ｂはワイヤ電極１と被加工物２との相対位置を位置決めするＸ軸およびＹ軸駆動モータ、２２はＸ軸およびＹ軸駆動モータ２１ａ、２１ｂを制御する軸駆動制御装置、２３は軸駆動制御装置２２およびパルス制御回路１８に軸移動指令および加工条件パラメータを送出するＮＣ制御装置である。
【００１９】
図２は図１の放電加工機の電源装置におけるパルス制御回路と加工電源を示す回路図である。
図２において、１は電極、２は被加工物、１０１は出力電圧がＥ１である直流電源、１０２、１０３、１０４、および１０５はそれぞれスイッチ回路、例えば、半導体スイッチング素子である。１０６は半導体スイッチング素子１０４および１０５の陽極と被加工物２との間に接続された抵抗器である。また、１０７〜１１０は半導体スイッチング素子１０２〜１０５を駆動する駆動回路である。１８は駆動回路１０７〜１１０に制御信号を与え、半導体スイッチング素子１０２〜１０５の制御を行うパルス制御回路である。
【００２０】
そして、１１１はパルス制御回路１８により出力される制御信号Ｓ１を駆動回路１０７および１１０に伝える信号線であり、１１２はパルス制御回路１８より出力される制御信号Ｓ２を駆動回路１０８および１０９に伝える信号線である。制御信号Ｓ１およびＳ２によりパルス制御回路１８は駆動回路１０７〜１１０に制御信号を与え、半導体スイッチング素子１０２〜１０５のオンオフ制御する。次に、１１３は出力電圧がＥ２である直流電源、１１４は陰極が直流電源１１３の陽極に接続された整流回路、例えばダイオードで、直流電源１１３とともにクランプ回路を構成している。なお、Ｅ２の絶対値はＥ１の絶対値より小さく設定されている。また、ダイオードの陽極は電極１に接続され、直流電源１１３の陰極は被加工物２に接続されている。
【００２１】
次に、図２に示すパルス制御回路と加工電源の動作について説明する。
図２において、パルス制御回路１８により半導体スイッチング素子１０２および１０５は同時にオンオフ動作し、半導体スイッチング素子１０３および１０４は同時にオンオフするように制御されるとともに、半導体スイッチング素子１０２および１０３は互いに相補的にオンオフ動作し、半導体スイッチング素子１０４および１０５は互いに相補的にオンオフ動作するように制御される。また、半導体スイッチング素子１０３および１０４がオンし、電極１に比べ被加工物２に高い電圧が印加された状態、すなわち、正の電圧が加工間隙に印加された状態で放電が開始すると、被加工物２と電極１との間に放電電流が流れ加工が行われる。
【００２２】
そして、所定時間経過後半導体スイッチング素子１０３および１０４をオフさせるようにパルス制御回路１８により制御される。なお、放電による被加工物２の加工は半導体スイッチング素子１０３および１０４がオンし加工間隙に正の電圧が印加された状態のときに行われる。そして、半導体スイッチング素子１０２および１０５がオンし被加工物２に比べ電極１の電圧が高い電圧が印加される状態、すなわち、負の電圧が加工間隙に印加される状態のとき被加工物２と電極１との間に印加されると平均電圧の片寄りが減少する方向に是正され、電解現象や電食現象が軽減される。
【００２３】
以上、説明したパルス制御回路と加工電源の動作について、図３に示す動作フロー図、図４に示す半導体スイッチング素子の制御信号Ｓ１、Ｓ２のタイミングチャートおよび加工間隙の電圧波形図により更に説明する。
加工電源に動作司令が与えられると図３においてＳ１００からＳ１０１に移行する。Ｓ１０１では、半導体スイッチング素子１０２および１０５がオンし半導体スイッチング素子１０３および１０４がオフする（すなわち、図４の制御信号がＳ１＝１、Ｓ２＝０の状態）。この状態では、半導体スイッチング素子１０２を介して直流電源１０１の陽極の電圧が電極１に印加され、半導体スイッチング素子１０５および抵抗器１０６を介して直流電源１０１の陰極の電圧が被加工物２に印加される。
【００２４】
Ｓ１０１からＳ１０２へは直ちに移行する。そして、Ｓ１０２では、Ｓ１０１で設定された状態のまま期間Ｔ１の間、留まり次のＳ１０３に進む。なお、Ｓ１０２に留まる期間Ｔ１においては、図４に示すように−Ｅ１の電圧が発生する。
【００２５】
Ｓ１０３では、半導体スイッチング素子１０２および１０５がオフし、加工間隙に電圧が印加されない状態になる（すなわち、図４の制御信号がＳ１＝０、Ｓ２＝０の状態）。そして、直ちにＳ１０４に進む。Ｓ１０４では、Ｓ１０３で設定された状態のまま図４に示す期間Ｔ２の間留まり、次のＳ１０５に進む。
【００２６】
Ｓ１０５では、半導体スイッチング素子１０２および１０５はオフしたまま、半導体スイッチング素子１０３および１０４がオンする（すなわち、図４の制御信号がＳ１＝０、Ｓ２＝１の状態）。この状態では、半導体スイッチング素子１０４および抵抗器１０６を介して、直流電源１０１の陽極の電圧が被加工物２に印加され、半導体スイッチング素子１０３を介して直流電源１０１の陰極の電圧が電極１に印加される。そして、Ｓ１０５からＳ１０６に直ちに移行する。
【００２７】
Ｓ１０６では、Ｓ１０５で設定された状態のまま期間Ｔ３の間留まり、初めのＳ１０１に戻る。なお、Ｓ１０６に留まる期間Ｔ３においては図４に示すようにＥ１の電圧が加工間隙に発生する。
【００２８】
図４の電圧波形は被加工物２と電極１との加工間隙の電圧波形を示しているが、実線で示したパルス波形４０１は被加工物２と電極１との加工間隙に静電容量分が存在しない場合の波形を示し、零ボルトの電圧から−Ｅ１およびＥ１の電圧に時間とともに漸近する点線で示した波形４０２は静電容量が存在する場合の波形を示している。ともに、放電が発生しない場合の加工間隙の状態を示している。
【００２９】
被加工物２と電極１との加工間隙には、通常静電容量が存在するため、加工間隙の電圧は半導体スイッチング素子をオフした後もすぐには立ち下がらず、点線で示す電圧波形４０２のように変化する。加えて、被加工物２の電解腐食を防止するには、加工間隙の平均電圧を零ボルトに維持する必要があり、正側の電圧の面積４０２ａと負側の電圧の面積４０２ｂが平均的に等しくなるように加工条件を設定する必要がある。ところで、ここで加工間隙の静電容量を考慮すると、負側の電圧パルスの印加を止めても加工間隙の電圧はすぐに零ボルトには戻らず、正側の電圧パルスを印加するまで負側の電圧が存在する。すなわち、負側の電圧の面積４０２ｂは負側の電圧パルス印加時間Ｔ１と電圧パルスを印加しない期間Ｔ２において加工間隙に存在する負極性の電圧を積分したものであり、この負電圧の面積４０２ｂが正側の電圧の面積４０２ａと等しくなると加工間隙の平均電圧が零ボルトになり電解腐食の防止できる。
【００３０】
ここで、負側の電圧パルス印加後の期間Ｔ２を正負の電圧パルス印加時間Ｔ１およびＴ３に比べ充分長い時間に設定すると、半導体スイッチング素子１０２および１０５をオフした後の期間Ｔ２の間は、加工間隙の静電容量のため負電圧が維持される。一方、正電圧を印加（期間Ｔ３）し半導体スイッチング素子１０３および１０４をオフしたあとは、すぐに負電圧を印加するので、加工間隙の電圧は図４に示すように、正極性から負極性に直ちに反転する。したがって、加工間隙の平均電圧を零ボルトとなる条件を選択した場合、負側の電圧パルス印加期間Ｔ１を正側の電圧パルス印加時間Ｔ３より短くする加工条件設定が可能となる。
【００３１】
すなわち、負側の半導体スイッチング素子１０２および１０５のオン時間を正側の半導体スイッチング素子１０３、１０４のオン時間に対して短くなるような加工条件の設定（Ｔ３＞Ｔ１）が可能となる。例えば、Ｔ２＝６μｓとした場合、加工間隙の平均電圧を零ボルトに維持しながら、Ｔ１＝１．５μｓ、Ｔ３＝３．５μｓという期間Ｔ１をＴ３の１／２以下とする加工条件設定が可能となる。
【００３２】
図５は、Ｔ３＞Ｔ１となる加工条件を設定し被加工物２と電極１との間に放電が発生した場合の加工間隙の電圧波形と電流波形を示している。
図において、正側は正電圧Ｅ１を加工間隙に印加しＴ１１の時間が経過後、放電電流Ｉ１が流れ、負側は負電圧−Ｅ１を印加しＴ３１の時間経過後、負側の電流−Ｉ１が加工間隙に流れる状態を示している。また、正負両側の印加電圧の絶対値は同じであるため、放電が発生するまでの時間Ｔ１１およびＴ３１も同じである。このとき、正負の放電電流の流れる時間を見ると、正側の電流が流れる時間Ｔ１２に比べ、負側の電流が流れる時間Ｔ３２が短くなっているのがわかる。
【００３３】
つまり、正側の電流の積分値に対して、負側の電流の積分値をかなり少なくすることが可能である。負極性側の放電は、被加工物２の加工面にマイクロクラックが発生したり、ワイヤ電極１の電極材料が被加工物２へ付着するといった問題が発生し、加工品質低下を招くので、放電電流の流れる時間はできる限り短い方がよいので、上記のような半導体スイッチング素子のオンオフ時間の設定を行うことで、加工間隙の平均加工電圧を零ボルトに維持しながら、負極性側の放電の影響を受けにくい加工が可能となり、被加工物２の加工面の品質の低下を防止できる。
【００３４】
なお、本実施の形態においては、被加工物２とワイヤ電極１との加工間隙の零ボルトとするような加工条件設定を手動で行っているが、もちろん、加工間隙の平均電圧を検出して、半導体スイッチング素子のオンオフ時間を自動的に制御し、加工間隙の平均加工電圧が零ボルトを維持するようにしても良い。
【００３５】
次に、図２により、直流電源１１３およびダイオード１１４により構成するクランプ回路の動作について説明する。
直流電源１１３およびダイオード１１４の直列体は加工間隙に印加される負の電圧の絶対値が直流電源１１３の出力電圧Ｅ２より大きくならないようにクランプする働きを有している。すなわち、半導体スイッチング素子１０２および１０５がオンしても、絶対値がＥ１である負の電圧が加工間隙に印加されることはなく、Ｅ１（例えば約１００Ｖ）より小さい電圧であるＥ２（例えば約７０Ｖ）にクランプされる。なお、ダイオード１１４は直流電源１１３の陽極から電極１に向けて流れる電流を阻止する機能を有している。
【００３６】
図６（ａ）は上記のクランプ回路を使用した場合の加工間隙の電圧波形を示したもので、実線６０１は加工間隙に静電容量が存在しない場合で、点線６０２は加工間隙に静電容量が存在するときの波形を示しており、共に加工間隙に放電が発生しない状態の波形である。また、図６（ｂ）はクランプ回路を使用した場合に加工間隙に放電が発生した場合の電圧波形と電流波形を示している。
【００３７】
図６（ａ）の電圧波形に示すように、期間Ｔ１における波高値が−Ｅ２（例えば約７０Ｖ）の実線で示した波形は、負の電圧がクランプされた状態における放電開始前の波形を示している。このように、加工間隙に印加される負電圧の大きさは、電圧−Ｅ２にクランプされるため負電圧による放電は軽減または阻止される。そして、加工間隙には静電容量が存在するので、このようにクランプ回路を使用した場合においても、負側の電圧パルス印加後に電圧パルスを印加しない所定時間（Ｔ２）を設定することで、加工間隙の平均電圧を零ボルトに維持しながら、正側の電圧パルス印加時間Ｔ３に対して、負側の電圧パルス印加時間Ｔ１が短くなるような加工条件設定が可能となる。
【００３８】
ここで、図６（ｂ）の電圧波形と電流波形を見ると、Ｔ１およびＴ３に対しＴ２を充分長く設定した場合は、負極性側で放電が発生した場合の放電電流の積分値が、正側の放電電流の積分値に対してかなり少なくなっていることがわかる。仮に、従来例のようにＴ２の設定時間を取らない場合を考えると、クランプ回路を使用した場合、加工間隙の平均電圧を零ボルトにしようとすると、正側の放電パルス印加時間（本実施の形態の場合Ｔ３に相当）に比べ、負側の放電パルス印加時間（本実施の形態の場合Ｔ１に相当）が長くなるような条件設定をしなければならず、このような状態において、加工間隙で放電が発生した場合、図６（ｂ）の点線で示すような電圧波形および電流波形となり、希に放電が発生した場合、図６（ｂ）のように長時間にわたって電流が流れ、被加工物に大きな損傷を与えてしまう。本実施の形態においては、以上のようにクランプ回路を使用して負極性側の放電発生を抑制するような場合においても、電圧パルスの印加時間が最小限となるような加工条件設定できるので、ごく希に放電が発生したとしても被加工物のダメージを最小限に抑えることができる。
【００３９】
また、本実施の形態は半導体スイッチング素子を切り替えるにより、一つの直流電源で正負両極性の電圧を印加するようにしているが、二つの直流電源を使用して正負両極性の電圧を印加するようにしても良い。加えて、負極性側の放電を発生しにくくするために電圧クランプ回路を使用しているが、正負の極性に応じて抵抗器を切り替え負極性側の放電を発生しにくくしても良い。あるいは、直流電源が二つの場合は、印加する電圧を変更しても良い。
【００４０】
実施の形態２．
図７は本発明の実施の形態２による放電加工機の電源装置におけるパルス制御回路の動作を示すフローチャートである。
図１に示すブロック構成図において、加工間隙の電圧を検出する電圧検出回路１６の出力を比較回路１７に入力し、比較回路１７に設定される電圧設定値との比較結果をパルス制御回路１８に入力している。パルス制御回路１８は、電圧検出回路１６の検出する加工間隙の電圧値と比較回路１７に設定する電圧設定値の比較結果に応じて負の放電パルスを印加する期間を制御するように構成されている。
図８は、パルス制御回路１８の出力Ｓ１、Ｓ２と加工間隙の電圧波形を示している。
【００４１】
次に、実施の形態２による放電加工機の電源装置におけるパルス制御回路および加工電源の動作について、図７に示す動作フロー図、および、図８に示す制御信号Ｓ１、Ｓ２のタイミングチャートおよび加工間隙の電圧波形図により説明する。
ここで、図７のフローチャートにおけるＳ２００〜Ｓ２０３およびＳ２０７〜Ｓ２０８は、図２のフローチャートにおけるＳ１００〜Ｓ１０３およびＳ１０５〜Ｓ１０６と同様の動作であり、説明を省略する。
【００４２】
パルス制御回路１８は図７に示すＳ２０４において、電圧検出回路１６を通じて、加工間隙の電圧値Ｅ１を読み込む。次に、Ｓ２０５ではＳ２０４で読み込んだ電圧−Ｅと比較回路１７に設定される電圧値−Ｅａを比較し、−Ｅ＞−ＥａならばＳ２０１に戻り、スイッチング素子１０２および１０５をオンする。
また、−Ｅ≦−ＥａならばＳ２０６に進む。期間Ｔ２において加工間隙の電圧が零ボルトに近づいたときに、再度負側の電圧パルスを印加し、負極性側の電圧値を維持するように動作する。したがって、負側の電圧値を高い値で維持できるので、平均加工電圧を零ボルトとする場合、負側の電圧パルスの印加時間を短くするような設定が可能となる。また、加工間隙の静電容量が少なく電圧値の立ち下がりが速い場合においても、負側の電圧値を高く維持できるので負側の電圧パルスの印加時間の短い設定が可能となる。
【００４３】
したがって、加工間隙の電圧変化を検出し、負の電圧値が所定値Ｅａを切って、零ボルトの方へ漸近する場合において、再度、半導体スイッチング素子１０２および１０５をごく短い時間オンして負側の電圧パルスを印加するので、負の放電パルスの印加時間が短時間であっても、効率よく負の電圧の絶対値を高く維持できるため、被加工物の損傷を最小限に抑えながら効率の良い加工が実現できる。
【００４４】
実施の形態３．
図９は図１の放電加工機の電源装置におけるパルス制御回路と加工電源を示す回路図である。
図９において、１〜１８、および１０１〜１１２は実施の形態１と同様であり、２０１は高周波発振回路、２０２、２０３は２入力ＡＮＤ回路である。２入力ＡＮＤ回路２０２、２０３の一方の入力端子は高周波発振回路２０１の発振出力が入力されるように接続され、他方の入力端子はパルス制御回路１８の出力、すなわち、制御信号Ｓ１およびＳ２が入力されるように接続されている。なお、この制御信号Ｓ１およびＳ２は実施の形態１を示す図２における制御信号Ｓ１およびＳ２と同様の信号である。
【００４５】
また、２入力ＡＮＤ回路２０２の出力端子は駆動回路１０７および駆動回路１１０に接続され、２入力ＡＮＤ回路２０３の出力端子は駆動回路１０８および駆動回路１０９に接続されている。そして、パルス制御回路１８、高周波発振器２０１、２入力ＡＮＤ回路２０２、２０３および駆動回路１０７〜１１０によりスイッチ回路が構成されている。図１０はパルス制御回路１８の出力Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３と加工間隙の電圧波形を示している。なお、高周波発振器２０１の出力は、図１０のＳ３に示すように、オンオフ（通常０．１〜２ＭＨｚ）動作を繰り返している。
【００４６】
次に、図９に示す加工電源およびパルス制御回路の動作について説明する。
図中の加工電源およびパルス制御回路１８は、図２に示す加工電源の動作において、正負の電圧が加工間隙に印加される期間、すなわち、Ｔ１およびＴ３の期間において、半導体スイッチング素子１０２〜１０５は高周波発振回路２０１の発振周波数で断続的にオンオフする（図１０のＳ３）。そして、加工間隙には図１０の電圧波形に示すように断続的にオンオフしながら、正負の電圧を交互に出力する電圧波形が印加される。
【００４７】
図１０の電圧波形は被加工物２と電極１との加工間隙の電圧波形を示しているが、実線で示したパルス波形９０１は被加工物２と電極１との加工間隙に静電容量分が存在しない場合の波形を示し、零ボルトの電圧から−Ｅ１およびＥ１の電圧に時間とともに漸近する点線で示した波形９０２は静電容量が存在する場合の波形を示している。ともに、放電が発生しない場合の加工間隙の状態を示している。
【００４８】
加工間隙に放電が発生しない場合、半導体スイッチング素子１０２〜１０５の制御信号は断続的にオンオフするが、静電容量が存在するために実際の電圧波形としては、図４に示す実施の形態１と類似した電圧波形が加工間隙に印加される。このとき、実施の形態１と同様に負側の電圧パルス印加後の期間Ｔ２を正負の電圧パルス印加時間Ｔ１およびＴ３に比べ充分長い時間に設定すると、加工間隙の平均電圧を零ボルトとしながら、負側の電圧パルス印加期間Ｔ１を正側の電圧パルス印加時間Ｔ３より短くする加工条件設定が可能となる。
【００４９】
図１１は、Ｔ３＞Ｔ１となる加工条件を設定し被加工物２と電極１との間に放電が発生した場合の加工間隙の電流波形と電圧波形を示している。
図において、正側は正電圧Ｅ１を断続的にオンオフしながら加工間隙に印加するので、放電が発生すると図に示すように、放電電流Ｉ１が断続的に流れる。また、負側においても負電圧−Ｅ１を断続的に印加し放電が発生した場合は、負側の電流−Ｉ１が加工間隙に流れる状態を示している。
【００５０】
ここで、負極性側の電圧波形および電流波形を見ると、図４に示す実施の形態１においては、一旦放電が開始すると期間Ｔ１が終了するまで継続して放電が行われ、この放電が継続している間、加工間隙の電圧は−Ｅ０１に上昇する。そして、電流波形は−Ｉ１が期間Ｔ１の終了するまで続く波形になる。
したがって、実施の形態１の加工電源およびパルス制御回路によれば加工間隙に正負の電圧が印加された状態での放電が一旦開始されると期間Ｔ１またはＴ３が終了するまで継続するので、特に負の電圧を印加する期間Ｔ１においては、負電圧の放電にもとづき被加工物２の加工面の品質が低下するが、図１０に示す実施の形態３の加工電源およびパルス制御回路によれば、放電が開始しても短時間で放電電流が零に回避するので、被加工物２の加工面の品質の低下を防止できる。もちろん、実施の形態１に示すようにクランプ回路を使用して、負の電圧による放電の発生を抑制しても良いし、正負の電源を接続するようにしても良い。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、被加工物と電極との間に被加工物に対して電極が正負両側の極性を有するパルス電圧を印加し、かつ平均加工電圧を零ボルトに維持するようにした放電加工機において、正負両側の極性を有するパルス電圧を印加する電圧印加手段と、負極性側の電圧を検出する電圧検出手段と、電圧検出手段の検出値と所定の電圧を比較する比較手段と、正極性の電圧印加状態の期間と負極性の電圧印加状態の期間と負極性の電圧印加状態に続く負極性の電圧印加休止状態とを所定の順序で繰り返し発生させるように電圧印加手段を制御するパルス制御手段とを備え、パルス制御手段は、負極性の電圧印加休止状態を維持する所定期間に電圧検出手段の電圧検出値の絶対値が比較手段で設定する所定値の絶対値より小さくなる場合に再度負極性の電圧印加状態を繰り返すように電圧印加手段を制御することにより、負極性の電圧パルスによる放電発生を抑制しながらも負極性の電圧の絶対値が大きい状態で維持できるので、より速い加工速度を得ながら負極性の放電電流による加工面の品質低下を防止できる効果がある。
【００５３】
また、電圧印加手段は、半導体スィッチング素子を含み構成されるスイッチ回路であるため、半導体スイッチング素子を切り替えるにより、一つの直流電源で正負両極性の電圧を印加することができる。
【００５４】
また、パルス制御手段は、正極性側の電圧印加状態の期間および負極性側の電圧印加状態の期間に対して、負極性の電圧印加状態に続く負極性の電圧印加休止状態を維持する所定期間が充分長く設定するので、被加工物の加工寸法精度の良い加工ができる。
【００５５】
また、パルス制御手段は、正極性の電圧パルス印加期間および負極性の電圧パルス印加期間において、電圧印加状態と電圧印加状態を解除した状態が交互にくり返し発生させることにより、加工間隙に放電が発生した直後に電圧パルスを印加できるので、異常放電や、短絡が発生しやすい加工状態においても、負極性の電圧パルスによる放電発生を抑制できるようになり、負極性の放電電流による加工面の品質低下を防止できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による放電加工機の電源装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１によるパルス制御回路と加工電源を示す回路図である。
【図３】図２のパルス制御回路の動作を示すフローチャートである。
【図４】図２のパルス制御回路と加工電源の動作を示す説明図である。
【図５】図２のパルス制御回路と加工電源による放電加工機の放電電圧と放電電流の関係を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態１によるパルス制御回路と加工電源の動作の他の例を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態２によるパルス制御回路の動作を示すフローチャートである。
【図８】図７のパルス制御回路と加工電源の動作を示す説明図である。
【図９】本発明の実施の形態３によるパルス制御回路と加工電源を示す回路図である。
【図１０】図９のパルス制御回路と加工電源の動作を示した図である。
【図１１】図９のパルス制御回路と加工電源による放電加工機の放電電圧と放電電流の関係を示す説明図である。
【図１２】従来の放電加工機の電源装置を示すブロック構成図である。
【図１３】図１２の放電加工機の電源装置を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
１電極、２被加工物、１６電圧検出回路、１７比較回路、
１８パルス制御回路、１９加工電源、１０１直流電源、
１０６抵抗器、１０２半導体スイッチング素子、
１０３半導体スイッチング素子、１０４半導体スイッチング素子、
１０５半導体スイッチング素子。

Claims

被加工物と電極との間に前記被加工物に対して前記電極が正負両側の極性を有するパルス電圧を印加し、かつ平均加工電圧を零ボルトに維持するようにした放電加工機において、前記正負両側の極性を有するパルス電圧を印加する電圧印加手段と、負極性側の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段の検出値と所定の電圧を比較する比較手段と、正極性の電圧印加状態の期間と負極性の電圧印加状態の期間と前記負極性の電圧印加状態に続く負極性の電圧印加休止状態とを所定の順序で繰り返し発生させるように前記電圧印加手段を制御するパルス制御手段とを備え、前記パルス制御手段は、前記負極性の電圧印加休止状態を維持する所定期間に前記電圧検出手段の電圧検出値の絶対値が前記比較手段で設定する所定値の絶対値より小さくなる場合に再度負極性の電圧印加状態を繰り返すように前記電圧印加手段を制御することを特徴とする放電加工機の電源装置。
電圧印加手段は、半導体スィッチング素子を含み構成されるスイッチ回路であることを特徴とする請求項１記載の放電加工機の電源装置。
パルス制御手段は、正極性側の電圧印加状態の期間および負極性側の電圧印加状態の期間に対して、前記負極性の電圧印加状態に続く負極性の電圧印加休止状態を維持する所定期間が充分長いことを特徴とする請求項１または請求項２記載の放電加工機の電源装置。
パルス制御手段は、正極性の電圧パルス印加期間および負極性の電圧パルス印加期間において、電圧印加状態と電圧印加状態を解除した状態が交互にくり返し発生させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放電加工機の電源装置。