JP3820989B2 - 放電加工装置 - Google Patents
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Description
この発明は、電極と被加工物との極間に放電を発生させて被加工物の加工を行う放電加工装置の改良に関するものである。
背景技術
放電加工装置は、電極と被加工物との極間に加工電力を供給して極間に放電を発生させ、電極と被加工物とを相対移動させながら加工を進行させるものであり、第14図は、従来の放電加工装置の例として示したワイヤ放電加工装置の構成を示す説明図である。第14図において、1は例えば直径0.03mm〜0.3mm程度の銅線又は黄銅線等であるワイヤ電極、2は被加工物、3は電源装置、4a及び4bは給電線、5は給電子、6は供給リール、7はブレーキローラ、8は巻取りローラ、9は巻取りリール、10はXYテーブル、11及び12はXYテーブル10を駆動するX軸モータ及びY軸モータ、13a及び13bはモータ制御線、14は制御装置、15はサーボ回路、16は加工液、17は加工液タンク、18はポンプ、19a及び19bは加工液供給パイプ、20はワイヤガイドである。
次に動作について説明する。ワイヤ電極1と被加工物2との極間には、ポンプ18により加工液供給パイプ19a及び19bを通して、加工液16が供給される。この極間に、給電線4a、4b及び給電子5を介して電源装置3により電圧を印加し、極間の電位差が放電開始電圧を超えると放電が発生し、この放電により被加工物2の除去加工が進行する。
また、被加工物2は、XYテーブル10上に固定されており、制御装置14及びサーボ回路15により、XYテーブルを駆動するX軸モータ11及びY軸モータ12を駆動制御し、ワイヤ電極1と被加工物2との相対移動を行うことにより、被加工物2を所期の形状に加工する。
第15図は、従来の放電加工装置において被加工物を高速加工する場合の電源装置及び負荷部の等価回路を示す構成図であり、図において、3aは荒加工用電源装置、4a及び4bは給電線、21はワイヤ電極1と被加工物2との極間の等価回路として示した負荷部、22はインダクタンス、23はキャパシタンス、24はスイッチ、25は放電抵抗である。
次に動作について説明する。第15図では放電開始を等価回路上のスイッチ24で表している。荒加工用電源装置3aから電圧が印加されない状態ではスイッチ24はオフしており、荒加工用電源装置3aから電圧が印加されるとキャパシタンス23の両端の電圧が上昇する。キャパシタンス23の両端の電圧が放電開始電圧に達すると極間に導電路が形成され放電が発生する。即ち、放電開始と共に等価回路上のスイッチ24がオンし、電流が放電抵抗25に流れ、この放電抵抗25の発熱により被加工物2の温度が局所的に上昇し、被加工物2の除去加工が進行する。
荒加工用電源装置3aは、直流電源から抵抗及びトランジスタを通して、極間に直接パルス電流を流すものであり、出力制御はトランジスタのオン時間を設定することにより行われ、様々なエネルギの電流パルスを出力している。
このような荒加工用電源装置3aは、周波数を数十kHz程度に下げ、高ピーク電流が流れる電源であり、被加工物2を高速に加工することができるが、様々なエネルギの電流パルスにより加工を行うため、加工面粗さが粗くなると共に均一にならないため、仕上げ加工等の被加工物2の高精度加工には適していない。
第16図は、従来の放電加工装置において被加工物を高精度加工する場合の電源装置及び負荷部の等価回路を示す構成図であり、例えば日本国特開平6−8049号公報に開示されたものと同様である。また、第15図と同一又は相当部分には同一符号を付してる。第16図において、3bは例えば1MHz以上の高周波電源装置、26は直流電源、27は発振器、28は増幅器、29は整合回路である。高周波電源装置3bから極間に高周波電力を供給し高速で断続を行うと共に、整合回路29によるインピーダンス調整により放電エネルギを小さく制限しながら放電発生を容易にし、被加工物の微細な除去加工を行うものである。
高周波電源装置3bは、第16図に示すように直流電源26、発振器27及び増幅器28により構成される。直流電源26は、発振器27及び増幅器28の回路が動作するための電力を供給する。発振器27では、例えばトランジスタのベース−エミッタ間、ベース−コレクタ間及びコレクタ−エミッタ間の各々にリアクタンス素子を接続して共振回路を構成し、発振出力を得る。発振周波数を安定化するため、前記リアクタンス素子の一部に水晶発振器が用いられる場合が多い。増幅器28では発振器27からの出力を電力増幅する。例えばトランス結合増幅器では増幅用トランジスタのベース−エミッタ間及びコレクタ−エミッタ間に各々トランスを挿入した構成で用いられる。増幅用トランジスタのコレクタ−エミッタ間には直流電源が接続され、前記トランスを介して電力増幅された出力が取り出される。
高周波電源装置3bを構成する直流電源26は、通常、電圧を一定にするように制御される。第17図は直流電源26の出力電流及び出力電圧の動作領域を示す説明図であり、直流電源26には過電圧及び過電流による破壊を防ぐため、出力電圧及び出力電流を制限する最大値Vmax及びImaxが設けられている。従って、動作領域は点C、D、F及Eで囲まれる第17図の斜線部分となる。
動作点を決めるためには出力電圧を設定する必要があり、例えば出力電圧をVoと設定すると、直流電源26は、出力電圧一定制御動作を行うため、出力電圧を常にVoとするように動作する。また、出力電流は直流電源26からみた負荷インピーダンスにより決定される。このため直流電源26の出力動作点は負荷インピーダンスにより第17図の点Aと点Bを結ぶ直線上を動くことになる。
このように高周波電源装置3bを構成する直流電源26として出力電圧一定制御方式の直流電源を用いた場合には、特に負荷インピーダンスの変化が大きい場合には放電電力に大きな変動が生じることになる。
第18図は、直流電源からみた負荷インピーダンスが変化した場合の直流電源の動作点を示す説明図である。第18図において、直線Z1、Z2、Z3、Z4及びZ5は、負荷インピーダンスZが各々Z1、Z2、Z3、Z4及びZ5の場合の負荷特性線である。例えば出力電圧をVoと設定した場合の動作点は点A及び点Bを結ぶ線と負荷特性線Z1、Z2、Z3及びZ4との交点であるP1、P2、P3及びP4となる。また、負荷特性線がZ5の場合の動作点は、過電流保護線DF上に移り、点P5となる。ここで、動作点P1、P2、P3及びP4は出力電圧一定特性線上にあり、直流電源の出力電圧は一定に保たれているが、各々の動作点の出力電力は変化する。
第19図は、負荷インピーダンスに対する直流電源の出力及び被加工物の加工面粗さを示す図である。第18図に示したように、動作点P1、P2、P3及びP4はこの順に出力電流が増加するため、直流電源の出力電力は各動作点にてこの順に増加し、動作点P5では過電流保護領域に入るため出力電圧が低下し、出力電力も低下する(第19図の(a))。
また、加工面粗さは極間にて発生する放電電力に関係するため、直流電源からの出力電力の大小により加工面粗さも変化する。従って負荷インピーダンスがZ1〜Z5のように変動する場合には、加工面粗さは一定にならず、第19図の(b)に示すように変動してしまうという問題点があった。
発明の開示
この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、負荷インピーダンスが変動する場合においても、放電電力の変動を抑制でき、加工面粗さの均一化を図ることができる放電加工装置を得ることを目的とする。
また、特に高周波電源装置を用いて被加工物の高精度加工を行う場合において、整合ずれに伴って発生する反射波を抑制することができ、放電負荷への電力投入効率を改善できると共に、反射電力による高周波電源装置の破壊を防止することができる放電加工装置を得ることを目的とする。
この発明に係る放電加工装置は、電極と被加工物との極間に直流電源、発振器及び増幅器からなる高周波電源装置により高周波電力を供給し、整合回路によりインピーダンス調整を行い、前記極間に放電を発生させ、前記被加工物の加工を行う放電加工装置において、前記高周波電源装置の出力電力を検出する電力検出手段と、所定の電力指令を与える加工指令信号と前記電力検出手段により検出された電力検出値との差を基に前記高周波電源装置の出力電力を一定に制御する制御手段とを備えたものである。
また、この発明に係る放電加工装置は、電極と被加工物との極間に直流電源、発振器及び増幅器からなる高周波電源装置により高周波電力を供給し、整合回路によりインピーダンス調整を行い、前記極間に放電を発生させ、前記被加工物の加工を行う放電加工装置において、前記高周波電源装置の直流電源の出力電力を検出する電力検出手段と、所定の電力指令を与える加工指令信号と前記電力検出手段により検出された電力検出値との差を基に前記直流電源の出力電力を一定に制御する制御手段とを備えたものである。
また、この発明に係る放電加工装置は、前記電力検出手段が、電圧検出手段及び電流検出手段並びに前記電圧検出手段による電圧検出値及び前記電流検出手段による電流検出値との積を演算する演算手段とからなるものである。
また、この発明に係る放電加工装置は、電極と被加工物との極間に直流電源、発振器及び増幅器からなる高周波電源装置により高周波電力を供給し、整合回路によりインピーダンス調整を行い、前記極間に放電を発生させ、前記被加工物の加工を行う放電加工装置において、前記高周波電源装置の出力電圧Vを検出する電圧検出手段と、前記高周波電源装置の出力電流Iを検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段により検出された出力電圧V及び前記電流検出手段により検出された出力電流I並びに所定の係数α及びβから、α・V+β・Iを演算する演算手段と、所定の加工指令信号と前記演算手段との演算値との差を基に前記高周波電源装置の出力であるα・V+β・Iを一定に制御する制御手段とを備えたものである。
また、この発明に係る放電加工装置は、電極と被加工物との極間に直流電源、発振器及び増幅器からなる高周波電源装置により高周波電力を供給し、整合回路によりインピーダンス調整を行い、前記極間に放電を発生させ、前記被加工物の加工を行う放電加工装置において、前記高周波電源装置の直流電源の出力電圧Vを検出する電圧検出手段と、前記高周波電源装置の直流電源の出力電流Iを検出する電流検出手段と、前記電圧検出手段により検出された出力電圧V及び前記電流検出手段により検出された出力電流I並びに所定の係数α及びβから、α・V+β・Iを演算する演算手段と、所定の加工指令信号と前記演算手段との演算値との差を基に前記直流電源の出力であるα・V+β・Iを一定に制御する制御手段とを備えたものである。
また、この発明に係る放電加工装置は、前記係数α及びβの双方又は一方の値を調節する調節手段を設けたものである。
また、この発明に係る放電加工装置は、電極と被加工物との極間に直流電源、発振器及び増幅器からなる高周波電源装置により高周波電力を供給し、整合回路によりインピーダンス調整を行い、前記極間に放電を発生させ、前記被加工物の加工を行う放電加工装置において、前記高周波電源装置の出力電力を検出する電力検出手段と、所定の電力指令を与える加工指令信号と前記電力検出手段により検出された電力検出値との差を基に前記高周波電源装置の出力電力を一定に制御する制御手段と、前記極間と並列に接続された抵抗とを備えたものである。
また、この発明に係る放電加工装置は、電極と被加工物との極間に直流電源、発振器及び増幅器からなる高周波電源装置により高周波電力を供給し、整合回路によりインピーダンス調整を行い、前記極間に放電を発生させ、前記被加工物の加工を行う放電加工装置において、前記高周波電源装置の出力電力を検出する電力検出手段と、前記極間と並列に接続された抵抗と、前記極間の抵抗の損失を検出する損失検出手段と、前記電力検出手段により検出された出力電力と前記損失検出手段により検出された損失との差を求める演算手段と、所定の電力指令を与える加工指令信号と演算手段の演算値を基に前記高周波電源装置の出力電力と前記極間の抵抗の損失との差を一定に制御する制御手段とを備えたものである。
また、この発明に係る放電加工装置は、電極と被加工物との極間に直流電源、発振器及び増幅器からなる高周波電源装置により高周波電力を供給し、整合回路によりインピーダンス調整を行い、前記極間に放電を発生させ、前記被加工物の加工を行う放電加工装置において、前記高周波電源装置の直流電源の出力電力を検出する電力検出手段と、所定の電力指令を与える加工指令信号と前記電力検出手段により検出された電力検出値との差を基に前記直流電源の出力電力を一定に制御する制御手段と、前記極間と並列に接続された抵抗とを備えたものである。
また、この発明に係る放電加工装置は、電極と被加工物との極間に直流電源、発振器及び増幅器からなる高周波電源装置により高周波電力を供給し、整合回路によりインピーダンス調整を行い、前記極間に放電を発生させ、前記被加工物の加工を行う放電加工装置において、前記高周波電源装置の直流電源の出力電力を検出する電力検出手段と、前記極間と並列に接続された抵抗と、前記極間の抵抗の損失を検出する損失検出手段と、前記電力検出手段により検出された出力電力と前記損失検出手段により検出された損失との差を求める演算手段と、所定の電力指令を与える加工指令信号と演算手段の演算値を基に前記高周波電源装置の直流電源の出力電力と前記極間の抵抗の損失との差を一定に制御する制御手段とを備えたものである。
この発明に係る放電加工装置は以上のように構成されているので、負荷インピーダンスが変動する場合においても、放電電力の変動を抑制でき、加工面粗さの均一化を図ることができるという効果を奏する。
また、より簡単な構成の出力制御回路により前記効果を得ることができ、コスト上昇を抑えることができるという効果を奏する。
さらに、高周波電源装置を用いて被加工物の高精度加工を行う場合において、整合ずれに伴って発生する反射波を抑制することができ、放電負荷への電力投入効率を改善できると共に、反射電力による高周波電源装置の破壊を防止することができるという効果を奏する。
発明を実施するための最良の形態
実施の形態1.
第1図は、この発明の実施の形態1に係る放電加工装置における電源装置及び負荷部の等価回路を示す構成図であり、高周波電源装置を用いる場合の例を示している。第1図において、4a及び4bは給電線、21は極間の等価回路として示した負荷部、22はインダクタンス、23はキャパシタンス、24はスイッチ、25は放電抵抗、26は直流電源、27は発振器、28は増幅器、29は整合回路、30は高周波電源装置、31は電圧検出手段、32は電流検出手段、33は電圧検出手段31及び電流検出手段32で検出した直流電源26の出力電圧Vと出力電流Iの積を演算する演算手段、34は直流電源26の出力を制御する制御手段である出力制御回路、35は直流電源26の出力電流制限値Imaxを規程する電流制限信号、36は直流電源26の出力電圧制限値Vmaxを規程する電圧制限信号、37は直流電源26の出力を規程する加工指令信号である。
次に動作について説明する。直流電源26の出力電圧V及び出力電流Iは電圧検出手段31及び電流検出手段32により検出され、出力制御回路34に入力される。また、出力制御回路34には、電流制限信号35、電圧制限信号36及び加工指令信号37が入力される。出力制御回路34では前記入力信号を基に、電圧及び電流が制限値を超えない領域にて出力電圧Vと出力電流Iの積V・Iが一定になるように直流電源26の出力を制御する。
第2図は、この発明の実施の形態1に係る放電加工装置の高周波電源装置30の出力制御回路34の構成例を示す回路図であり、図において、31は電圧検出手段、32は電流検出手段、38、39及び40は演算増幅器、R1は電流検出信号入力部に設けた抵抗、R2は演算増幅器38の帰還ループに設けた抵抗、R3は演算増幅器38と接続されたオフセット調整用抵抗、R4は演算増幅器38の出力部に設けた抵抗である。また、R5は電圧検出信号入力部に設けた抵抗、R6は演算増幅器39の帰還ループに設けた抵抗、R7は演算増幅器39と接続されたオフセット調整用抵抗、R8は演算増幅器39の出力部に設けた抵抗である。また、41は乗算器、42は反転増幅器、Voutは直流電源26への制御信号、R9は加工指令信号入力部に設けた抵抗、R10は演算増幅器40の入力部に接続した抵抗、R11は演算増幅器40の帰還ループに設けた抵抗、R12は演算増幅器40と接続されたオフセット調整用抵抗である。
次に動作について説明する。電流検出手段32により検出され出力制御回路34に入力された電流検出信号は、演算増幅器38にてほぼ−R2/R1のゲインで反転増幅され出力される。このゲインは後段での加工指令信号との対応により決定される。同様に電圧検出手段31により検出され出力制御回路34に入力された電圧検出信号は、演算増幅器39にて反転増幅され出力される。反転増幅された電流検出信号及び電圧検出信号は各々乗算器41のX端子及びY端子に入力され、乗算器41から両者の積X・Yが出力される。積X・Yは反転増幅器42を通じて演算増幅器40に入力される。
このように加工指令信号37と積X・Y(直流電源の出力電圧Vと出力電流Iの積V・Iに対応)の差を反転増幅器40により増幅して直流電源26への制御信号Voutとすることにより、直流電源26の出力が制御され、直流電源26の出力電圧Vと出力電流Iの積V・Iが一定になるように制御される。
第3図は直流電源からみた負荷インピーダンスが変化した時の直流電源の動作点を示す図であり、点線で示したV・I=W1、W2、W3及びW4の各特性線は、直流電源26の出力電力V・Iが一定となるように制御した時の出力特性である。直流電源26の動作点がどの特性線上を動くかは、加工指令信号37により出力電力を選択することにより決定される。この場合の動作点は直流電源からみた負荷インピーダンスZの特性線と直流電源の出力特性線との交点であり、例えば直流電源26の出力特性線としてV・I=W2を選択した場合、動作点は負荷特性線Z1、Z2、Z3、Z4及びZ5と出力特性線W2との交点P11、P12、P13、P14及びP15となる。
このように、直流電源26からみた負荷インピーダンスZが変動した場合の動作点は出力電力が一定となるように動く。従って、直流電源26の出力電力は第4図の(a)に示すように負荷インピーダンスの変動によらず一定となる。これに伴い、高周波電源装置30を備えた放電加工装置による放電加工により、被加工物の加工面粗さは、第4図の(b)に示すように負荷インピーダンス変動の影響を受けずに均一となる効果が得られる。
以上の説明においては、第1図及び第2図において、直流電源26の出力制御を、直流電源26の出力電圧V及び出力電流Iを電圧検出手段31及び電流検出手段32により検出し、出力電圧V及び出力電流Iを用いて制御する場合を示したが、電圧検出手段31及び電流検出手段32は高周波電源装置30の出力部に設けてもよい。この場合は、高周波電源30からの出力が一定になるように制御され、特に、発振器27及び増幅器28の直流電源26に対する直線性が良くない場合には、このような構成の方が、より精度よく加工面粗さのばらつきを抑制することができる。
また、以上の説明においては、電圧検出手段31及び電流検出手段32で検出した出力電圧と出力電流の積を演算手段33により演算して電力を求めたが、例えば高周波パワー検出器等の電力を検出できる他の電力検出手段を用いてもよい。
実施の形態2.
第5図は、この発明の実施の形態2に係る放電加工装置における電源装置及び負荷部の等価回路を示す構成図であり、実施の形態1の第1図と同一又は相当部分には同一符号を付している。また、この実施の形態2においても高周波電源装置を用いる場合の例を示している。第5図において、30aは高周波電源装置、33aは直流電源26の出力電圧Vと出力電流Iの和を演算する演算手段、34aは直流電源26の出力を制御する制御手段である出力制御回路である。実施の形態1では直流電源26の出力電圧Vと出力電流Iの積を演算する演算手段33を用いたが、実施の形態2では演算手段33の代わりに直流電源26の出力電圧Vと出力電流Iの加算を行う演算手段33aを用いるものである。
第6図は、この発明の実施の形態2に係る放電加工装置の電源装置の出力制御回路34aの構成例を示す回路図である。第6図において、実施の形態1の第2図と同一又は相当部分には同一符号を付しており、同一符号部分の動作は同様である。R13は加工指令入力部に設けた抵抗、R14は電圧検出信号入力部に設けた抵抗である。また、電圧検出信号は負信号として検出される場合を示している。
第6図のような回路構成により、加工指令信号37とα・V+β・I(Vは直流電源26の出力電圧、Iは直流電源26の出力電流、α、βは所定の係数)との差が直流電源26への制御信号Voutとなり、直流電源26の出力は、α・V+β・Iを一定とするように制御される。ここで、α及びβは演算増幅器38及び40のゲインにより決まる係数である。
第5図、第6図に示した構成を用いた直流電源の動作点を第7図に示す。第7図にて点線で示したα・V+β・I=S1、S2、及びS3の各特性線は、直流電源26の出力α・V+β・Iが各々一定値となるように制御した時の出力特性である。直流電源26の動作点がどの特性線上を動くかは、加工指令信号37により出力特性(例えばS1乃至S3)を選択することにより決定される。この場合の動作点は直流電源からみた負荷インピーダンスZの特性線と前記直流電源の出力特性線の交点である。例えば直流電源26の出力特性線としてα・V+β・I=S1を選択した場合、直流電源の動作点は負荷特性線Z1、Z2、Z3、Z4及びZ5と出力特性線S1との交点P21、P22、P23、P24及びP25となる。このように直流電源26からみた負荷インピーダンスが変動した場合の動作点は、α・V+β・Iが一定となる直線上を動き、実施の形態1の第3図のような出力電力の一定制御に近い直流電源出力制御を行うことができる。
第7図に示した動作点P21、P22、P23、P24及びP25における直流電源出力の例を第8図の(a)に示す。第7図に示したように出力電力一定特性を直線近似して制御しているため、負荷インピーダンス変動に対して完全に直流電源出力が一定になるわけではないが、背景技術の第19図の(a)の例に比べて大幅に安定した直流電源出力を得ることができる。これに伴い負荷インピーダンスが変動した場合の加工面粗さを第8図の(b)に示すように大幅に改善することができる。
また、第6図のような出力制御回路34aの構成を採用することにより、実施の形態1の第2図の出力制御回路34の構成と比較して、回路構成を簡単化できるため、コスト削減に効果がある。
実施の形態3.
第9図は、この発明の実施の形態3に係る放電加工装置の電源装置の直流電源の出力を制御する制御手段である出力制御回路34bの構成例を示す回路図であり、実施の形態2の第6図と同一符号は同一又は相当部分を示しており、同一符号部分の動作は同様である。第9図において、R2a、R2b及びR2cは各々演算増幅器38の帰還ループに並列に設けた抵抗、SW2a、SW2b及びSW2cは各々抵抗R2a、R2b及びR2cと直列に設けたスイッチである。また、R3a、R3b及びR3cは各々演算増幅器38に接続した抵抗、SW3a、SW3b及びSW3cは各々抵抗R3a、R3b及びR3cと直列に設けたスイッチである。また、この発明の実施の形態3に係る放電加工装置における高周波電源装置等の構成は実施の形態2の第5図と同様である。
実施の形態2の第6図の出力制御回路34aに入力された電流検出手段32により検出した電流検出信号は、演算増幅器38にてほぼ−R2/R1のゲインにて反転増幅され出力される。実施の形態3の第9図では、演算増幅器38のゲインを決める抵抗R2を異なる抵抗値をもつ抵抗R2a、R2b、R2cにより構成しており、スイッチSW2a、SW2b及びSW2cにより選択可能としたものである。また、第9図の抵抗R3a、R3b及びR3cは、第6図の抵抗R3と同様にオフセット調整用抵抗であり、演算増幅器38の帰還ループの抵抗をR2a、R2b又はR2cに切り替えると同時に、スイッチSW3a、SW3b又はSW3cにより抵抗R3a、R3b又はR3cを切り替えればよい。
第9図の構成の出力制御回路34bで制御される直流電源26の動作点を第10図に示す。第10図にて点線で示したV・I=W1、W2、W3及びW4の各特性線は、直流電源26の出力電力V・Iが一定となる場合の特性線である。また、実線で示したα1・V+β1・I=S11、α2・V+β2・I=S12の各特性線は、直流電源26の出力αn・V+βn・I(αn及びβnは所定の係数)が各々一定値となるように制御した時の出力特性である。第9図にて、例えばスイッチSW2aをオンした場合の特性線がα1・V+β1・I=S11であり、SW2bをオンした場合の特性線がα2・V+β2・I=S12であるとすると、第10図のようにインピーダンス変動がZ=Z3〜Z5の範囲では特性線α1・V+β1・I=S11が、またインピーダンス変動がZ=Z1〜Z3の範囲では特性線α2・V+β2・I=S12が出力電力一定特性(第10図のV・I=W2)をよく近似している。
負荷インピーダンスは被加工物の厚み、形状等の加工条件によってその変動範囲が変化する。加工条件により決まる負荷変動範囲に応じて、第9図に示した演算増幅器38の抵抗R2a、R2b及びR2cをスイッチSW2a、SW2b及びSW2cにより切り替える調節手段により、ゲインを切り替えることにより、より精度よく直流電源26の出力を制御することが可能となる。例えば被加工物の厚みがt1の時、負荷インピーダンスの変動範囲がZ=Z4〜Z5であり、被加工物の厚みがt2の時、負荷インピーダンスの変動範囲がZ=Z1〜Z2である場合、被加工物の厚みがt1の部分を加工する場合は、第9図にてスイッチSW2aをオンして特性線α1・V+β1・I=S11を用い、被加工物の厚みがt2の部分を加工する場合は、第9図にてスイッチSW2bをオンして特性線α2・V+β2・I=S12を用いるという切り替えを行うことにより、より精度よく直流電源26の出力電力を制御することができる。このように操作をすることにより、負荷インピーダンスがZ=Z1〜Z5の範囲で変化した場合の動作点を各々第10図に示すP31、P32、P33、P34及びP35とすることができる。
第11図は、この発明の実施の形態3係る放電加工装置における負荷インピーダンスに対する直流電源の出力及び加工面粗さを示す図であり、第11図の(a)は、第10図の動作点P31、P32、P33、P34及びP35における直流電源出力を示しており、実施の形態2における第8図の(a)よりもさらに出力特性を改善することができることがわかる。これに伴い負荷インピーダンスが変動した場合の加工面粗さは、第11図の(b)のように第8図の(b)と比べてさらに改善される。
以上のように、第9図のような簡単な構成の出力制御回路34bにより、実施の形態2の第6図の出力制御回路34aよりも実施の形態の1に示した出力電力特性に近づけることができる。
また、第9図のような出力制御回路34bの構成を採用することにより、実施の形態1の第2図の出力制御回路34の構成と比較して、回路構成を簡単化できるため、低コスト化を図ることができる。
以上においては、第9図のように演算増幅器38のゲインを調整する手段として抵抗R2a、R2b及びR2cを切り替える例について説明したが、抵抗R1を切り替える調節手段を用いてもよい。また、抵抗の切り替えは3個に限定するものではない。
また、以上においては、演算増幅器38のゲイン調節手段として切り替えスイッチを用いる方式について述べたが、例えば実施の形態2の第6図において抵抗R2及びR3を可変抵抗を用いて構成し、加工条件により可変抵抗の抵抗値を調節する調節手段を用いてもよい。
実施の形態4.
実施の形態1乃至3において、例えば第4図の(a)、第8図の(a)及び第11図の(a)のように直流電源の出力変動を抑制することができるため、高周波電源装置の出力変動を抑制することができるが、放電加工中の負荷変動が激しく整合回路での整合のずれが大きな場合には、高周波電源装置の出力低下が抑制された分、反射波が増加する場合がある。
実施の形態4は、このような反射波の増加を防止するためのものであり、第12図は、この発明の実施の形態4に係る放電加工装置における高周波電源装置及び負荷部の等価回路を示す構成図を示したものである。第12図において、実施の形態1の第1図と同一符号は同一又は相当部分を示しており、図において、Rpは極間に並列に接続した抵抗、43は抵抗Rpと並列に接続した電圧検出手段である。
極間のインピーダンス変動は、極間のインピーダンスの先鋭度であるQ値が高いほど大きくなる。このため極間のインピーダンスのQ値を下げることにより加工中の負荷変動を抑制することができる。第12図における抵抗Rpは極間のインピーダンスのQ値を下げるためのものである。第13図に抵抗Rpの有無による負荷側からの反射電力変化を示す。抵抗Rpを設けることにより極間のインピーダンスの変動が抑制され、整合回路での整合ずれを低減できるため、整合ずれに伴って発生する反射波を抑制することができる。これにより放電負荷への電力投入効率を改善できると共に、反射電力による高周波電源装置の破壊を防止することができる。
以上の説明においては、極間に抵抗を接続する場合について説明したが、極間の負荷変動がインダクタンス変動又はキャパシタンス変動に起因する場合、その変動幅より大きな値のインダクタンス又はキャパシタンスを極間に接続してもよい。
被加工物の加工は高周波電源装置30からの出力電力により行われ、極間に抵抗Rpを設けることにより負荷変動が生じた場合にも安定な加工を行うことができが、高周波電源装置30からの出力の一部は抵抗Rpにて消費される。このため抵抗Rpでの消費電力が放電加工電力に比べて無視できない場合には、直流電源26の出力をモニタするだけでは放電加工電力を一定に制御できないことがある。
第12図の電圧検出手段43は、このような場合の対策用に設けられたものであり、抵抗器Rp(抵抗値R)の両端の電圧Vrを検出する。この電圧検出信号を出力制御回路34に入力し、出力制御回路34にてV・I−Vr2/R=(一定)となるように制御する。ここでVr2/Rは抵抗Rpにおける損失であるので、このような制御を行うことにより高周波電源装置30からの出力から抵抗Rpでの損失を差し引いた電力、即ち放電加工に投入される電力を基準にして高周波電源装置30の出力を制御することができる。これにより、抵抗Rpにおける損失が放電加工電力に比べて無視できない場合においても、加工面粗さを均一に保つことができる。
以上においては、電圧検出手段43を用いて抵抗Rpにおける損失を検出する場合について説明したが、電流検出手段等他の検出手段を用いてもよい。
産業上の利用可能性
以上のように、この発明に係る放電加工装置は、放電加工作業に用いられるのに適している。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の実施の形態1に係る放電加工装置における電源装置及び負荷部の等価回路を示す構成図である。
第2図は、この発明の実施の形態1に係る放電加工装置の電源装置の出力制御回路の構成例を示す回路図である。
第3図は、この発明の実施の形態1に係る放電加工装置の直流電源からみた負荷インピーダンスが変化した時の直流電源の動作点を示す図である。
第4図は、この発明の実施の形態1に係る放電加工装置における負荷インピーダンスに対する直流電源の出力及び加工面粗さを示す図である。
第5図は、この発明の実施の形態2に係る放電加工装置における電源装置及び負荷部の等価回路を示す構成図である。
第6図は、この発明の実施の形態2に係る放電加工装置の電源装置の出力制御回路の構成例を示す回路図である。
第7図は、この発明の実施の形態2に係る放電加工装置の直流電源からみた負荷インピーダンスが変化した時の直流電源の動作点を示す図である。
第8図は、この発明の実施の形態2に係る放電加工装置における負荷インピーダンスに対する直流電源の出力及び加工面粗さを示す図である。
第9図は、この発明の実施の形態3に係る放電加工装置の電源装置の出力制御回路の構成例を示す回路図である。
第10図は、この発明の実施の形態3に係る放電加工装置の直流電源からみた負荷インピーダンスが変化した時の直流電源の動作点を示す図である。
第11図は、この発明の実施の形態3係る放電加工装置における負荷インピーダンスに対する直流電源の出力及び加工面粗さを示す図である。
第12図は、この発明の実施の形態4に係る放電加工装置における高周波電源装置及び負荷部の等価回路を示す構成図である。
第13図は、極間に並列に接続した抵抗の有無による負荷側からの反射電力の変化を示す図である。
第14図は、従来の放電加工装置の構成を示す図である。
第15図は、従来の放電加工装置において被加工物を高速加工する場合の電源装置及び負荷部の等価回路を示す構成図である。
第16図は、従来の放電加工装置において被加工物を高精度加工する場合の電源装置及び負荷部の等価回路を示す構成図である。
第17図は、従来の放電加工装置における高周波電源装置を構成する直流電源の出力電流及び出力電圧の動作領域を示す説明図である。
第18図は、従来の放電加工装置における負荷インピーダンスが変化した場合の直流電源の動作点を示す説明図である。
第19図は、従来の放電加工装置における負荷インピーダンスに対する直流電源の出力及び被加工物の加工面粗さを示す図である。
Claims (10)
- 電極と被加工物との極間に直流電源、発振器及び増幅器からなる高周波電源装置により高周波電力を供給し、整合回路によりインピーダンス調整を行い、前記極間に放電を発生させ、前記被加工物の加工を行う放電加工装置において、
前記高周波電源装置の出力電力を検出する電力検出手段と、
所定の電力指令を与える加工指令信号と前記電力検出手段により検出された電力検出値との差を基に前記高周波電源装置の出力電力を一定に制御する制御手段とを備えたことを特徴とする放電加工装置。 - 電極と被加工物との極間に直流電源、発振器及び増幅器からなる高周波電源装置により高周波電力を供給し、整合回路によりインピーダンス調整を行い、前記極間に放電を発生させ、前記被加工物の加工を行う放電加工装置において、
前記高周波電源装置の直流電源の出力電力を検出する電力検出手段と、
所定の電力指令を与える加工指令信号と前記電力検出手段により検出された電力検出値との差を基に前記直流電源の出力電力を一定に制御する制御手段とを備えたことを特徴とする放電加工装置。 - 請求の範囲1又は2において、前記電力検出手段が、電圧検出手段及び電流検出手段並びに前記電圧検出手段による電圧検出値及び前記電流検出手段による電流検出値との積を演算する演算手段とからなることを特徴とする放電加工装置。
- 電極と被加工物との極間に直流電源、発振器及び増幅器からなる高周波電源装置により高周波電力を供給し、整合回路によりインピーダンス調整を行い、前記極間に放電を発生させ、前記被加工物の加工を行う放電加工装置において、
前記高周波電源装置の出力電圧Vを検出する電圧検出手段と、
前記高周波電源装置の出力電流Iを検出する電流検出手段と、
前記電圧検出手段により検出された出力電圧V及び前記電流検出手段により検出された出力電流I並びに所定の係数α及びβから、α・V+β・Iを演算する演算手段と、
所定の加工指令信号と前記演算手段との演算値との差を基に前記高周波電源装置の出力であるα・V+β・Iを一定に制御する制御手段とを備えたことを特徴とする放電加工装置。 - 電極と被加工物との極間に直流電源、発振器及び増幅器からなる高周波電源装置により高周波電力を供給し、整合回路によりインピーダンス調整を行い、前記極間に放電を発生させ、前記被加工物の加工を行う放電加工装置において、
前記高周波電源装置の直流電源の出力電圧Vを検出する電圧検出手段と、
前記高周波電源装置の直流電源の出力電流Iを検出する電流検出手段と、
前記電圧検出手段により検出された出力電圧V及び前記電流検出手段により検出された出力電流I並びに所定の係数α及びβから、α・V+β・Iを演算する演算手段と、
所定の加工指令信号と前記演算手段との演算値との差を基に前記直流電源の出力であるα・V+β・Iを一定に制御する制御手段とを備えたことを特徴とする放電加工装置。 - 請求の範囲4又は5において、前記係数α及びβの双方又は一方の値を調節する調節手段を設けたことを特徴とする放電加工装置。
- 電極と被加工物との極間に直流電源、発振器及び増幅器からなる高周波電源装置により高周波電力を供給し、整合回路によりインピーダンス調整を行い、前記極間に放電を発生させ、前記被加工物の加工を行う放電加工装置において、
前記高周波電源装置の出力電力を検出する電力検出手段と、
所定の電力指令を与える加工指令信号と前記電力検出手段により検出された電力検出値との差を基に前記高周波電源装置の出力電力を一定に制御する制御手段と、
前記極間と並列に接続された抵抗とを備えたことを特徴とする放電加工装置。 - 電極と被加工物との極間に直流電源、発振器及び増幅器からなる高周波電源装置により高周波電力を供給し、整合回路によりインピーダンス調整を行い、前記極間に放電を発生させ、前記被加工物の加工を行う放電加工装置において、
前記高周波電源装置の出力電力を検出する電力検出手段と、
前記極間と並列に接続された抵抗と、
前記極間の抵抗の損失を検出する損失検出手段と、
前記電力検出手段により検出された出力電力と前記損失検出手段により検出された損失との差を求める演算手段と、
所定の電力指令を与える加工指令信号と演算手段の演算値を基に前記高周波電源装置の出力電力と前記極間の抵抗の損失との差を一定に制御する制御手段とを備えたことを特徴とする放電加工装置。 - 電極と被加工物との極間に直流電源、発振器及び増幅器からなる高周波電源装置により高周波電力を供給し、整合回路によりインピーダンス調整を行い、前記極間に放電を発生させ、前記被加工物の加工を行う放電加工装置において、
前記高周波電源装置の直流電源の出力電力を検出する電力検出手段と、
所定の電力指令を与える加工指令信号と前記電力検出手段により検出された電力検出値との差を基に前記直流電源の出力電力を一定に制御する制御手段と、
前記極間と並列に接続された抵抗とを備えたことを特徴とする放電加工装置。 - 電極と被加工物との極間に直流電源、発振器及び増幅器からなる高周波電源装置により高周波電力を供給し、整合回路によりインピーダンス調整を行い、前記極間に放電を発生させ、前記被加工物の加工を行う放電加工装置において、
前記高周波電源装置の直流電源の出力電力を検出する電力検出手段と、
前記極間と並列に接続された抵抗と、
前記極間の抵抗の損失を検出する損失検出手段と、
前記電力検出手段により検出された出力電力と前記損失検出手段により検出された損失との差を求める演算手段と、
所定の電力指令を与える加工指令信号と演算手段の演算値を基に前記高周波電源装置の直流電源の出力電力と前記極間の抵抗の損失との差を一定に制御する制御手段とを備えたことを特徴とする放電加工装置。
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