JP3727391B2 - 放電加工機用電源装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電極と被加工物間に加工電力を供給する放電加工機用電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
放電加工機用電源装置は、所望の電流ピーク値を持つ制御されたパルス状の電流波形を、予め設定されたオン、オフ時間に従って、電極と被加工物間の極間に供給して放電を発生させ、これによって被加工物を所望の形状に加工するものである。
【０００３】
放電加工の被加工物が超硬材の場合、加工電流のピーク値が高く、パルス幅の短い加工電流波形が適しており、このことに鑑みて従来から図７に示されているような加工電源装置が使用されている。
【０００４】
従来の放電加工機用電源装置の回路構成は、図５に示されているように、直流電源３がスイッチング素子４を介して電極１と被加工物２に接続された加工電流供給手段５と、加工電流供給手段５と並列に接続された直流電源７とダイオード８とによる加工電流減衰手段６とで構成され、スイッチング素子４は電流制御手段２０が出力するゲート信号（駆動信号）によってオン／オフする。
【０００５】
上述の放電加工機用電源装置におけるスイッチング素子４のオン／オフ・タイミング、極間電圧波形及び極間電流波形が図６（ａ）〜（ｃ）に示されている。図６（ａ）は符号Ｔ１で示されているタイミングをもって図示しない外部の補助電源もしくは直流電源３により電圧が極間に印加される場合の極間電圧波形を、図６（ｂ）はその時の極間電流波形を、図６（ｃ）はスイッチング素子４の駆動信号を各々示している。なお、図６（ｃ）において、Ａは外部の補助電源で極間に電圧を印加した場合のスイッチング素子４の駆動信号オンタイミングを、Ｂは直流電源３で極間に電圧を印加した場合のスイッチング素子４の駆動信号オンタイミングを各々示している。
【０００６】
Ｔ１で示されているタイミングで電圧が印加されると、放電しない無負荷時間（Ｔ１→Ｔ２）を経て極間の絶縁が破壊された時にＴ２で示されているタイミングで放電が開始する。放電開始から極間には電流が流れはじめ、加工内容に応じた所望の時間に亙って電流を流し続けることで、所望のピーク値Ｉｐに達したＴ３のタイミングにおいて、スイッチング素子４の駆動信号をオフする。
【０００７】
Ｔ３のタイミングから極間の電流は、配線、極間への給電線が有する配線インダクタンスＬ１に蓄えられたエネルギーで極間に電流を流し続けようとするが、加工電流減衰手段６内の直流電源７により急激に電流値は減衰する。
【０００８】
このように、従来の放電加工機用電源装置は、簡単な回路構成をもって、パルス幅が短く、ピーク値の高い三角形状の電流波形が容易に得られる特性を有している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、三角形状の電流波形は、特に被加工物が超硬材の場合に加工速度的に優れた特性を示す反面、電極の形状が、被加工物に転写される形彫放電加工機の場合、電極の消耗量は無視できないほど多くなることがある。電極の消耗を考えた場合は、電流波形は三角形状よりも、パルス幅が短く、ピーク値の高い矩形波形状であることが適しているが、簡単な回路で、このような電流波形を容易に得ることは困難であった。
【００１０】
このように、従来の放電加工機用電源装置では、上述のような電流波形生成特性を有しているため、電極消耗を低減するために、ピーク値が高く、パルス幅の短い矩形波電流を得るためには、回路が複雑になったり、高価な回路構成になると云う問題がある。
【００１１】
また、従来の放電加工機用電源装置では、加工電流印加用のスイッチング素子の駆動を一定オン時間駆動し、ピーク電流を決定するため、電流電源の電圧変動、及び極間のアーク電位のばらつき及び工作機械の大きさ、ストローク等により、加工電流給電線、配線のインダクタンスのばらつき等の外部要因により、放電開始時より極間の加工電流がピーク値に到達するまでの遅れ時間が変動することで、三角波電流のピーク値が所望のピーク値に対して変動し、計加工精度、加工面荒さがばらつく等の問題点があった。
【００１２】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、電極の消耗低減に適した矩形電流波形を、回路構成を複雑にすることなく容易に得ることができ、併せて安価で、信頼性の高い放電加工機用電源装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明による放電加工機用電源装置は、電極と被加工物に第１のスイッチング素子を介して直列に接続される第１の直流電源と前記第１のスイッチング素子とからなる加工電流供給手段と、第２の直流電源を有するとともに前記電極と被加工物に対して前記加工電流供給手段と並列に接続され、放電電流を減衰させる電流減衰手段とを有する放電加工機用電源装置において、第２のスイッチング素子を有し、前記加工電流供給手段と並列に接続された加工電流バイパス手段と、前記第１のスイッチング素子のターンオフ時に所定時間にわたって前記第２のスイッチング素子をオンさせる電流制御手段とを具備するものである。
【００１４】
この発明における放電加工機用電源装置によれば、加工電流供給手段のスイッチング素子がオン状態で極間電流が直流電源により流され、このスイッチング素子のターンオフ時に、加工電圧バイパス手段のスイッチング素子をオンさせておくことで、給電線、配線が有するインダクタンスに蓄えられたエネルギーで加工電圧バイパス手段を介して極間電流を所定時間に亙って徐々に減衰させ、その後に加工電圧バイパス手段のスイッチング素子をオフさせ、電流減衰手段の直流電源により、インダクタンスに蓄えられたエネルギーをキャンセルして極間電流を急激に立ち下げる。これにより矩形波に近い略台形状の電流波形が得られる。
【００１５】
つぎの発明による放電加工機用電源装置は、第２の直流電源が可変電圧型の直流電源であると共に、放電開始時点から極間の加工電流がピーク値に達するまでのピーク値到達遅れ時間に応じて前記第２の直流電源の電圧値を可変設定する電圧指令部を有するものである。
【００１６】
この発明における放電加工機用電源装置によれば、電流減衰手段の直流電源の電圧値がピーク値到達遅れ時間に応じて可変設定されることにより、電流減衰手段による極間電流の立ち下げ勾配（減衰率）が可変設定され、ピーク値到達遅れ時間の変動に拘らず均一なパルス幅の電流波形が繰り返し得られる。
【００１７】
つぎの発明による放電加工機用電源装置は、放電電流のピーク値を検出する電流値検出手段からの信号と、放電開始時点を検出して放電開始信号を出力する放電開始信号出力手段からの信号とを用いて前記ピーク値到達遅れ時間を演算するピーク値遅れ時間計測手段を有するものである。
【００１８】
この発明における放電加工機用電源装置によれば、電流値検出手段より放電電流のピーク値が検出され、放電開始信号出力手段より放電開始時点が検出され、ピーク値到達遅れ時間計測手段はこの検出時間差よりピーク値到達の遅れ時間を演算する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に説明するこの発明の実施の形態において上述の従来例と同一構成の部分は、上述の従来例に付した符号と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１はこの発明による放電加工機用電源装置の実施の形態１を示している。この放電加工機用電源装置は、直流電源３がスイッチング素子４を介して電極１と被加工物２に接続された加工電流供給手段５と、加工電流供給手段５と並列に接続された直流電源７とダイオード８とによる加工電流減衰手段６に加えて、加工電流減衰手段６と並列に接続された加工電流バイパス手段９を含んでいる。加工電流バイパス手段９はダイオード１０とスイッチング素子１１との直列接続回路により構成され、スイッチング素子１１は電流制御手段２０が出力する駆動信号によりオン／オフされる。
【００２１】
加工電流バイパス手段９のスイッチング素子１１は、電流制御手段２０が出力する駆動信号により、放電開始時以降で、スイッチング素子４のオフタイミング以前にオンされ、スイッチング素子４のオフタイミングより所定時間に亙ってオンされる。
【００２２】
なお、図中、スイッチング素子４、１１として、ＭＯＳＦＥＴを例にとって説明するが、これらスイッチング素子４、１１は、他の半導体スイッチ、例えばＩＧＢＴ、トランジスタ、ＳＩＴ、ＧＴＯのような電気スイッチにおいても同様に考えられる。
【００２３】
図２（ａ）〜（ｄ）は上述の回路構成による放電加工機用電源装置におけるスイッチング素子４、スイッチング素子１１のオン／オフ・タイミング、極間電圧波形及び極間電流波形を示している。図２（ａ）は符号Ｔ１で示されているタイミングをもって図示しない外部の補助電源もしくは直流電源３により電圧が極間に印加された場合の極間電圧波形を、図２（ｂ）はその時の極間電流波形を、図２（ｃ）、（ｄ）はスイッチング素子４、１１の駆動信号を各々示している。なお、図２（ｃ）においても、Ａは外部の補助電源で極間に電圧を印加した場合のスイッチング素子４の駆動信号オンタイミングを、Ｂは直流電源３で極間に電圧を印加した場合のスイッチング素子４の駆動信号オンタイミングを各々示している。
【００２４】
Ｔ１で示されているタイミングで電圧が印加されると、放電しない無負荷時間（Ｔ１→Ｔ２）を経て極間の絶縁が破壊された時にＴ２で示されているタイミングで放電が開始する。放電開始から極間には電流が流れはじめ、加工内容に応じた所望の時間に亙って電流を流し続けることで、所望のピーク値Ｉｐに達したＴ３のタイミングにおいて、スイッチング素子４の駆動信号をオフする。
【００２５】
バイパス手段９のスイッチング素子１１は、Ｔ２のタイミングでオンしているからＴ３のタイミング（通電停止タイミング）では既にオン状態になっており、Ｔ３のタイミングから極間の電流は、配線、極間への給電線が有する配線インダクタンスＬ１に蓄えられたエネルギーで加工電流バイパス手段９によって極間に電流を流し続けようとする。この時の極間電流の減衰状態は極間の放電電圧値とバイパス手段９を構成する半導体素子のオン電圧、及び回路のインピーダンスで決定される傾きａで徐々に減衰する。
【００２６】
スイッチング素子４の駆動信号がオフになってから、所定時間ｔが経過したＴ４のタイミングで電流制御手段２０は加工電流バイパス手段９のスイッチング素子１１の駆動信号をオフにする。このスイッチング素子１１を遮断したＴ４のタイミングで、電流減衰手段６の直流電源７により、インダクタンスに蓄えられたエネルギーがキャンセルされ、急激に電流は減衰する。
【００２７】
このように、加工電流バイパス手段９に加工電流が流れることで、所定時間ｔに亙って加工電流の減衰が遅れ、図２（ｂ）に示されているような矩形波に近い略台形状の電流波形が容易に得られるようになり、電極の消耗低減が図られる。
【００２８】
（実施の形態２）
図３はこの発明による放電加工機用電源装置の実施の形態２を示している。この実施の形態２は実施の形態１の変形例であり、実施の形態１との相違点は、加工電流減衰手段６に、直流電源７に代えて外部からの電圧指令信号によって電圧を変更可能な可変電圧源１４が設けられていることである。
【００２９】
可変電圧源１４は、可変電圧型の直流電源７であり、これの電圧値は電圧指令部２１によって決定される。電圧指令部２１は、ピーク値到達遅れ時間計測部を内蔵し、放電電流のピーク値を検出する電流値検出手段１５よりの信号と放電開始時点を検出して放電開始信号を出力する放電開始信号出力手段１６よりの放電開始信号とから、も検出時間差で放電開始時点に対するピーク値到達の遅れ時間を演算し、この遅れ時間に応じて可変電圧源１４の電圧値を決定する。この可変電圧源１４の電圧値は遅れ時間とある比例係数をもってプロポショナルに設定されればよい。
【００３０】
ここでは、スイッチング素子４、１１のオン／オフ制御を行う電流制御手段２０と電圧指令部２１とを総括して電流波形制御手段２２と云う。
【００３１】
図４（ａ）〜（ｆ）は上述の回路構成による放電加工機用電源装置におけるスイッチング素子４、スイッチング素子１１のオン／オフ・タイミング、極間電圧波形及び極間電流波形、ピーク値到達遅れ時間、可変電圧源電圧指令信号を示している。
【００３２】
この実施の形態においても、Ｔ１で示されているタイミングで電圧が印加されると、放電しない無負荷時間を経て極間の絶縁が破壊された時にＴ２で示されているタイミングで放電が開始する。放電開始から極間には電流が流れはじめ、その後、所望のピーク値Ｉｐに達したＴ３のタイミングにおいて、電流値検出手段１５の出力信号に基づき電流制御手段２０がスイッチング素子４をターンオフする。電流制御手段２０は、スイッチング素子１１のターンオンを維持し、Ｔ３のタイミングにより所定時間ｔが経過したＴ４のタイミングでスイッチング素子１１のターンオフさせる。このスイッチング素子１１を遮断したＴ４のタイミングで、電流減衰手段６の可変電圧源１４により、インダクタンスに蓄えられたエネルギーがキャンセルされ、急激に電流は減衰する。
【００３３】
図４（ｅ）はＴ２で示されている放電開始時点から極間電流がピーク値Ｉｐに達する時点Ｔ３までの時間であるピーク値到達遅れ時間を、図４（ｆ）はピーク値到達遅れ時間をアナログ的に変換して得られる可変電圧源電圧指令信号を示している。電圧指令部２１が出力する可変電圧源電圧指令信号はピーク値到達遅れ時間に応じて所定の比例係数をもって比例増加する。すなわち、この電圧レベルは、ピーク値到達遅れ時間が大きければ大きくなり、ピーク値到達遅れ時間が小さければ小さくなる。
【００３４】
この電圧指令部２３の出力信号の電圧レベルによって、電流減衰手段６の可変電圧源１４の電圧値が決定される。これによりピーク値到達遅れ時間が少なければ、電流減衰手段６の可変電圧源１４の電圧値は小さく設定され、これに応じて電流減衰の傾き（立つ下がり勾配）は小さくなる。これに対しピーク値到達遅れ時間が大きければ、電流減衰手段６の可変電圧源１４の電圧値は大きく設定され、電流減衰の傾きは大きくなる。
【００３５】
図４（ｅ）において、ピーク値到達遅れ時間がｄｔ１で示されているように大きいと、可変電圧源１４の電圧は比較的大きいＶｄｔ１に設定され、電流減衰の傾き（減衰率）ｂは大きく（急峻）なり、これに対しピーク値到達遅れ時間がｄｔ２で示されているように小さいと、可変電圧源１４の電圧は比較的小さいＶｄｔ２に設定され、電流減衰の傾きｂは小さく（緩慢）なる。
【００３６】
これにより印加電圧の電圧変動、機械のストロークの違いに伴う給電線のインダクタンスの違い、及び極間の加工状態に起因するアーク電圧の違い等により発生するピーク値到達遅れ時間の変動に拘らずも、極間電流の立ち上がり時（Ｔ２）から減衰後に極間電流がゼロになるまでの時間（パルス幅）を所定の設定値に一致させることができ、均一なパルス幅、パルスピーク値の電流波形を実現できる。
【００３７】
このことにより電極低消耗加工に適した略矩形電流波形が繰り返し安定して得られる。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明より明かなように、この発明における放電加工機用電源装置によれば、加工電流供給手段のスイッチング素子がオン状態で極間電流が直流電源により流され、このスイッチング素子がターンオフ時に、加工電圧バイパス手段のスイッチング素子をオンさせておくことで、給電線、配線が有するインダクタンスに蓄えられたエネルギーで加工電圧バイパス手段を介して極間電流を所定時間に亙って徐々に減衰させ、その後に加工電圧バイパス手段のスイッチング素子をオフさせ、電流減衰手段の直流電源により、インダクタンスに蓄えられたエネルギーをキャンセルして極間電流を急激に立ち下げることで、矩形波に近い略台形状の電流波形が得られるから、電極低消耗加工に適した矩形電流波形に近い電流波形が、回路構成を複雑にすることなく容易に、安価で、信頼性高く得られるようになる。
【００３９】
つぎの発明における放電加工機用電源装置によれば、電流減衰手段の直流電源の電圧値がピーク値到達遅れ時間に応じて可変設定されることにより、電流減衰手段による極間電流の立ち下げ勾配（減衰率）が可変設定され、ピーク値到達遅れ時間の変動に拘らず均一なパルス幅の電流波形が繰り返し得られるから、電流ピーク値及び電流幅が均一な電極低消耗加工に適した矩形電流波形が、回路構成を複雑にすることなく容易に、安価で、信頼性高く得られるようになる。
【００４０】
つぎの発明における放電加工機用電源装置によれば、電流値検出手段より放電電流のピーク値が検出され、放電開始信号出力手段より放電開始時点が検出され、ピーク値到達遅れ時間計測手段はこの検出時間差よりピーク値到達の遅れ時間を演算するから、ピーク値到達遅れ時間の計測が二つの検出器によって的確に行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による放電加工機用電源装置の実施の形態１を示した回路図である。
【図２】 この発明による実施の形態１の放電加工機用電源装置の動作を説明するための波形図とタイムチャートである。
【図３】 この発明による放電加工機用電源装置の実施の形態２を示した回路図である。
【図４】 この発明による実施の形態２の放電加工機用電源装置の動作を説明するための波形図とタイムチャートである。
【図５】 従来の放電加工機用電源装置の一例を示す回路図である。
【図６】 従来の放電加工機用電源装置の実施の形態の動作を説明するための波形図とタイムチャートである。
【符号の説明】
１ 電極，２ 被加工物，３ 直流電源，４ スイッチング素子，５ 加工電流供給手段，６ 加工電流減衰手段，７ 直流電源，８ ダイオード，９ 加工電流バイパス手段，１０ ダイオード，１１ スイッチング素子，１２ 電流維持手段，１３ 直流電源，１４ 可変電圧源，１５ 電流値検出手段，１６ 放電開始信号出力手段，２０ 電流制御手段，２１ 電圧指令部，２２ 電流波形制御手段。

Claims (3)

1. 電極と被加工物に第１のスイッチング素子を介して直列に接続される第１の直流電源と前記第１のスイッチング素子とからなる加工電流供給手段と、
   第２の直流電源を有するとともに前記電極と被加工物に対して前記加工電流供給手段と並列に接続され、放電電流を減衰させる電流減衰手段とを有する放電加工機用電源装置において、
   第２のスイッチング素子を有し、前記加工電流供給手段と並列に接続された加工電流バイパス手段と、
   前記第１のスイッチング素子のターンオフ時に所定時間にわたって前記第２のスイッチング素子をオンさせることで配線インダクタンスに蓄えられたエネルギーで極間に電流を流す電流制御手段と
   を具備することを特徴とする放電加工機用電源装置。
2. 第２の直流電源が可変電圧型の直流電源であると共に、放電開始時点から極間の加工電流がピーク値に達するまでのピーク値到達遅れ時間に応じて前記第２の直流電源の電圧値を所定の比例係数をもって比例増加する電圧指令部を有することを特徴とする請求項１に記載の放電加工機用電源装置。
3. 放電電流のピーク値を検出する電流値検出手段からの信号と、放電開始時点を検出して放電開始信号を出力する放電開始信号出力手段からの信号とを用いて前記ピーク値到達遅れ時間を演算するピーク値遅れ時間計測手段を有することを特徴とする請求項２に記載の放電加工機用電源装置。