JP3835452B2 - ワイヤ放電加工機の加工電源装置 - Google Patents

Description

技術分野
この発明は、ワイヤ電極と被加工物間の放電により被加工物の加工を行うワイヤ放電加工機に用いる加工電源装置の改良に関するものである。
背景技術
ワイヤ放電加工は、ワイヤ電極と被加工物との極間に絶縁性の加工液を介在せしめ、前記ワイヤ電極及び被加工物を相対移動させながら、加工電源装置より前記極間に加工電力を供給し、放電エネルギにより前記被加工物を加工するものである。
このようなワイヤ放電加工に用いる従来のワイヤ放電加工機の加工電源装置として、例えば日本国特開平８−１４３８号公報、同特開平８−３００２２２号公報、同特開平９−１８３０１９号公報及び同特開平７−２９０３１７号公報に開示された加工電源装置がある。これらの加工電源装置は、両極性の放電誘起電圧を前記極間に印加して放電を生じさせた後に加工用の主放電電流を重畳して行う放電加工において、被加工物の電触を防止する目的のみに着目し、前記放電誘起電圧の極性の偏りを改善するために極性の切り替えを行うものである。
このような従来のワイヤ放電加工機の加工電源装置においては、極性の偏りを改善することを目的として両極性電圧の極性切り替えを実施しているため、集中放電等の前記極間の放電状態の異常が発生した場合には、加工送りの減速、停止若しくは後退、又は、印加電圧パルスの休止時間の増大等を行う必要があり、加工効率が低下するという問題点がある。また、前記極間の放電状態の正常時に放電を継続させる手段がないために、効率的な加工を行うことができないという問題点がある。
また、日本国特公平３−１１９０１２号公報には、前記極間の放電状態の異常が検出された場合には被加工物を負極としワイヤ電極を正極とする逆極性放電加工を行い、前記極間の放電状態が正常に復帰した場合には被加工物を正極としワイヤ電極を負極とする正極性放電加工を行う加工電源装置の開示がある。異常放電時は常に逆極性放電加工とすることにより、加工液の電解作用を利用して加工速度を向上することを目的としている。
このような従来のワイヤ放電加工機の加工電源装置においては、前記極間の放電状態の異常が検出された場合には逆極性放電加工となるが、このような放電状態の異常時はワイヤ電極と被加工物との短絡が発生している場合又は集中放電状態の場合である。短絡が発生している場合は、ワイヤ電極と被加工物との極間に電圧印加を行っても電位差が発生しないため、加工液の電解作用も発生しない。また、集中放電状態の場合は、極間に電圧印加を行っても電位差が小さいため、加工液の電解作用も小さくなる。したがって、加工液の電解作用を利用しても加工速度の向上が十分に図れないという問題点がある。また、前記放電状態の異常からの早期回復は難しく、加工送りの減速、停止若しくは後退、又は、印加電圧パルスの休止時間の増大等を行う必要があり、加工効率が低下するという問題点がある。
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、加工効率を向上することができるワイヤ放電加工機の加工電源装置を得ることを目的とする。
この発明に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置は、ワイヤ電極と被加工物との極間に放電誘起用パルス電圧を印加し、このパルス電圧によって前記極間の絶縁が破壊され放電が誘起された後に前記極間に加工用パルス電圧を印加して前記被加工物の加工を行うワイヤ放電加工機の加工電源装置において、前記極間の放電状態を判別する放電状態判別手段と、前記放電状態判別手段により前記極間の放電状態が異常又はオープンと判別された場合には前記放電誘起用パルス電圧の極性を前回の放電誘起用パルス電圧と反転し、前記放電状態判別手段により前記極間の放電状態が正常と判別された場合には前記放電誘起用パルス電圧の極性を前回の放電誘起用パルス電圧と同じとする印加電圧選択手段とを備えたものである。
また、この発明に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置は、前記放電状態判別手段により前記極間の放電状態が正常及び異常と判別された場合に前記加工用パルス電圧を前記極間に印加し、前記放電誘起用パルス電圧の印加を停止する加工電源制御手段を備えたものである。
また、この発明に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置は、前記放電状態判別手段により前記極間の放電状態が正常と判別された場合に前記加工用パルス電圧を前記極間に供給し、前記放電誘起用パルス電圧の印加を停止する加工電源制御手段を備えたものである。
また、この発明に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置は、前記極間の平均電圧を検出する平均電圧検出手段を備え、この平均電圧検出手段により検出された極間平均電圧の偏りを抑制するように前記放電誘起用パルス電圧の印加最大時間を制御する加工電源制御手段を備えたものである。
この発明に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置は以上のように構成されているため、加工効率が向上し、加工速度の向上を図ることができるという効果を奏する。また、被加工物の電触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に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置を示す構成図であり、図において、１は加工電源制御回路、２は加工電源回路、２ａは主放電回路、２ｂは放電誘起回路、Ｔｒ１、Ｔｒ１’は加工電源制御回路１から出力される駆動信号ＯＵＴ１によりオン・オフ動作するスイッチング素子、Ｔｒ２、Ｔｒ２’は加工電源制御回路１から出力される駆動信号ＯＵＴ２によりオン・オフ動作するスイッチング素子、Ｔｒ３は加工電源制御回路１から出力される駆動信号ＯＵＴ３によりオン・オフ動作するスイッチング素子、Ｔｒ４は加工電源制御回路１から出力される駆動信号ＯＵＴ４によりオン・オフ動作するスイッチング素子、Ｖ１及びＶ２は直流電源、Ｒ０及びＲ１乃至Ｒ６は抵抗器、Ｄ１乃至Ｄ１２はダイオード、Ｓ１及びＳ２は検出入力端子、Ｅはワイヤ電極、Ｗは被加工物である。
放電誘起回路２ｂは極間に放電を誘起させるための回路であり、主放電回路２ａは放電加工を行うための主放電電流を供給する回路である。放電誘起回路２ｂによる放電誘起電圧の印加後に放電誘起が検出されると、放電誘起回路２ｂによる放電誘起電圧の印加を停止し、主放電回路２ａにより極間に主放電電流を流して被加工物の除去加工を行う。主放電回路２ａ及び放電誘起回路２ｂの駆動は、加工電源制御回路１からの信号に基づいて行われる。
第１図の構成では、主放電電源の極性は正極性となっているが、これに限定されるものではなく、加工によっては逆極性とすることもできる。
第２図は、この発明の実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置の加工電源制御回路１の構成図であり、第１図と同一符号は同一又は相当部分を示している。第２図において、１ａは放電状態判別回路、１ｂは印加電圧選択回路である。加工電源制御回路１は、被加工物Ｗとワイヤ電極Ｅとの間の極間電圧を検出入力端子Ｓ１及びＳ２により入力して放電検出を行う。放電状態判別回路１ａは放電検出信号に基づいて主放電回路２ａに駆動信号ＯＵＴ３及びＯＵＴ４の出力を行い、印加電圧選択回路１ｂはＯＵＴ１又はＯＵＴ２のいずれかの駆動信号を放電誘起回路２ｂに出力する。
第３図は、この発明の実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置による極間電圧波形の例を示す図であり、第１図及び第２図と同一符号は同一又は相当部分を示している。第３図において、ＶＥＷは極間電圧、Ｖｒは基準電圧、Ｔ１は正常放電時には電圧印加を開始してから極間電圧ＶＥＷが基準電圧Ｖｒよりも高く立ち上がっている所定時間、ＰＫはパルス信号、ｔは時間である。
第４図は、第２図の放電状態判別回路１ａの構成図であり、第１図乃至第３図と同一符号は同一又は相当部分を示している。第４図において、３はカウンタ、４は検出入力端子Ｓ１及びＳ２からの信号を入力とする増幅器、５は増幅器４の出力と基準電圧Ｖｒを比較する比較器、６はＤフリップフロップ、７は論理演算回路、ＯＳＣは発振器、ＣＬＫは基準クロック、ＥＮはパルス終了信号である。パルス終了信号ＥＮはパルス終了時点、すなわち放電誘起電圧印加最大時間を経過した時点で出力される。
次に動作について説明する。第１図において、スイッチング素子Ｔｒ１及びＴｒ１’、又は、Ｔｒ２及びＴｒ２’が加工電源制御回路１の駆動信号ＯＵＴ１又はＯＵＴ２によりオンすると、直流電源Ｖ２の電圧が抵抗器Ｒ０を介してワイヤ電極Ｅと被加工物Ｗとの極間に現れる。例えば第３図に示すような極間電圧波形が出力される。この時、第４図の放電状態判別回路１ａにおいて、増幅器４は極間電圧ＶＥＷを検出入力端子Ｓ１及びＳ２により検出しており、その結果を比較器５は基準電圧Ｖｒと比較してパルス信号ＰＫを出力するので、このパルス信号ＰＫは第３図に示すような信号波形となる。
第４図において、カウンタ３は、例えば１０ＭＨｚのクロック周波数で計数動作するもので、発振器ＯＳＣが第１図のスイッチング素子Ｔｒ１及びＴｒ１’、又は、Ｔｒ２及びＴｒ２’へのオン信号を出力してから所定時間Ｔ１経過後にトリガ信号を出力する。Ｄフリップフロップ６は、所定時間Ｔ１の時点での比較器５の出力であるパルス信号ＰＫの状態を信号Ｑ１として出力する。論理演算回路７では、所定時間Ｔ１の時点で極間電圧ＶＥＷが基準電圧Ｖｒまで立ち上がっていたかどうかを判断し、ワイヤ電極Ｅと被加工物Ｗとの極間の放電状態を判別する。
例えば、所定時間Ｔ１の時点で極間電圧ＶＥＷが基準電圧Ｖｒまで立ち上がっていなかった場合は前記極間の放電状態が異常であると判断する（Ｙ１）。所定時間Ｔ１の時点で極間電圧ＶＥＷが基準電圧Ｖｒまで立ち上がっており、その後に基準電圧Ｖｒ以下まで立ち下がった場合は、充分な時間をかけて安定に放電したものとして前記極間の放電状態が正常であると判断する（Ｙ２）。
異常放電（Ｙ１）又は正常放電（Ｙ２）が検出されると、駆動信号ＯＵＴ３及びＯＵＴ４をハイとして主放電回路２ａのスイッチング素子Ｔｒ３及びＴｒ４をオンするとともに、駆動信号ＯＵＴ１及びＯＵＴ２をローとしてスイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ１’、Ｔｒ２及びＴｒ２’をオフする。また、加工電源制御回路１は放電が発生しない場合は放電誘起電圧印加最大時間だけスイッチング素子Ｔｒ１及びＴｒ１’又はＴｒ２及びＴｒ２’をオンさせ、放電誘起電圧印加最大時間経過後にパルス終了信号ＥＮが出力され、この場合に前記極間がオープンであると判断する（Ｙ３）。
以上において、異常放電検出時（Ｙ１）又は正常放電検出時（Ｙ２）に駆動信号ＯＵＴ３及びＯＵＴ４をハイとして主放電回路２ａのスイッチング素子Ｔｒ３及びＴｒ４をオンする場合を説明したが、加工によっては正常放電検出時にのみ駆動信号ＯＵＴ３及びＯＵＴ４をハイとしスイッチング素子Ｔｒ３及びＴｒ４をオンすることもできる。この場合であっても、駆動信号ＯＵＴ１及びＯＵＴ２は共にローとする。
このようにして放電状態判別回路１ａでは前記極間の異常放電（Ｙ１）、正常放電（Ｙ２）及びオープン（Ｙ３）を判別することができ、この判別結果に基づき印加電圧選択回路１ｂにて次の印加電圧の極性を選択する。前記極間の状態が異常放電（Ｙ１）又はオープン（Ｙ３）と判別された場合には、放電誘起電圧の極性を前回の放電誘起電圧と反転した放電誘起電圧の印加を行い、前記極間の状態が正常放電（Ｙ２）と判別された場合には、前回の放電誘起電圧と同じ極性の放電誘起電圧の印加を行う。
放電加工のサイクルは、極間の絶縁破壊→放電発生→放電部分の溶融・除去・冷却→極間の絶縁回復、を繰り返すことによって加工が進行する。第５図は放電加工のサイクルを示す説明図であり、第５図の（ａ）は異常放電の場合を、第５図の（ｂ）は正常放電の場合を示している。
また、第６図は、この発明の実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置における極間電圧及び極間電流の例を示す説明図であり、第１図乃至第４図と同一符号は同一又は相当部分を示している。第６図において、ＩＥＷは極間電流、Ｔｍａｘは放電誘起電圧印加最大時間である。
第５図の（ａ）の異常放電の場合は、状態▲１▼のように極間の電界強度が不均一の場合に放電誘起電圧が印加されると、状態▲２▼のように電界強度が最も低い場所で放電が誘発され、状態▲３▼のように休止時間中に徐々に極間の絶縁回復が図られる。しかし、挿入される休止時間が短い場合等には状態▲３▼のように絶縁回復が完全でなく、電界強度が不均一のままであり、次の放電誘起電圧印加と同時に同一箇所で放電が発生してしまい、状態▲２▼及び▲３▼を繰り返してしまう。このような繰り返しが生じる場合には、電界強度はさらに不均一となり、短絡状態と同様な状態に陥り加工に寄与しない放電状態となってしまうと共にワイヤ電極Ｅの断線も発生しやすくなる。しかし、このような場合に、状態▲４▼のように前回の異常放電時とは逆の極性の放電誘起電圧を印加すると（第６図の極間電圧ＶＥＷのＡ）、極間の電離状態が一旦リセットされるために、極間の電界強度の不均一を早期に解消することができ、集中放電を抑制し正常放電に早期に復帰することが可能となり、加工効率を向上できると共にワイヤ電極の断線も抑制することができる。
これに対して、従来技術である日本国特公平３−１１９０１２号公報に開示された方法では、異常放電時には常に逆極性放電加工となり、早期に絶縁回復を図ることが不可能であり、異常放電の連続により正常放電が減少し効率的な除去加工が不可能となるため、本願発明に比べ加工効率が低下する。
第７図及び第８図は、この発明の実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置と従来技術である日本国特公平３−１１９０１２号公報で開示されたワイヤ放電加工機の加工電源装置とを比較する実験結果の例を示したものであり、第７図は極間サーボの基準電圧による放電周波数の変化を、第８図は極間サーボの基準電圧による加工速度の変化を示している。
第７図及び第８図において、極間サーボの基準電圧が高い場合には、極間がオープン状態に近いために正常放電が多く異常放電が少なく、この発明と従来技術の放電周波数の差及び加工速度の差が小さいことがわかる。しかし、極間サーボの基準電圧が低い場合には、極間間隙が狭くなるために極間の放電状態が異常に陥りやすく、この発明と従来技術の放電周波数の差及び加工速度の差が大きくなり、この発明の方が異常放電が少なく加工効率が高いため、加工速度が向上することがわかる。
第５図の（ｂ）の正常放電の場合には、状態▲１▼のように電界強度が均一であるために、状態▲２▼のように極間間隙が最も近い位置で放電が発生する。この場合、異常放電（短絡又は集中放電）時とは異なり、放電点には放電エネルギが充分に投入されるために被加工物Ｗの除去が充分に行われ（状態▲２▼）、被加工物Ｗとワイヤ電極Ｅとの最近接点が別の場所へ移動する（状態▲４▼）。このような場合にも、休止時間中に極間の絶縁回復が図られるが（状態▲３▼）、最近接点が異なる点になることにより異常放電時のように放電誘起電圧の極性を反転させなくとも、同一点に次の放電が発生する確率が低下するので放電誘起電圧の極性を反転させる必要はない。放電誘起電圧の極性を反転させてしまうと、この反転された電圧により極間の状態が一度リセットされるために放電誘起電圧によって放電が発生するまでの時間が長くなりすぎ、放電の周期が長くなり加工効率が低下してしまう。したがって、電圧パルスの出力極性を切り替えないようにすることにより（第６図の極間電圧ＶＥＷのＢ、Ｃ、Ｄ）、放電誘発状態を最適な状態に維持できるため、被加工物の効率的な除去加工が可能となる。
放電が発生している場合は、前記のように極間の放電状態の判別結果に基づいて加工を効率化させるように極性を選択するため、放電誘起電圧を印加してから放電が始まるまでの時間は極間の放電状態により異なり、個々の放電で比較すると放電誘起電圧の印加時間に差が生じることになる。しかし、放電誘起電圧はその絶対値が等しく、印加時間のばらつきは平均すればほぼ無視できるものとなるため、平均した極間電圧はほぼ０Ｖとみることができ、放電誘起電圧の印加によって発生する電触の問題は発生しない。
放電誘起が検出されない場合、すなわち極間オープン状態と判別された場合（第６図の極間電圧ＶＥＷのＥ、Ｆ）には、同一極性の放電誘起電圧を印加しつづけると、加工液の電解作用により被加工物が電触してしまう。しかし、放電誘起電圧の印加極性を反転することにより非放電中であっても被加工物の電触を防止する効果がある。
実施の形態２．
第９図は、この発明の実施の形態２に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置の加工電源制御回路１の構成図であり、実施の形態１の第２図と同一符号は同一又は相当部分を示している。第９図において、１ｃは極間平均電圧検出回路である。
加工電源制御回路１に極間平均電圧検出回路１ｃを備え、一方の極性の放電誘起電圧印加最大時間を、極間平均電圧検出装置１ｃからの出力信号に基づいて制御する。例えば、極間平均電圧検出装置１ｃは極間平均電圧が正側に偏っている場合にはハイを出力し、負側に偏っている場合にはローを出力する。極間平均電圧検出装置１ｃの出力がハイの場合には、正側の放電誘起電圧印加最大時間を小さくするか負側の放電誘起電圧印加最大時間を大きくし、極間平均電圧検出装置１ｃの出力がローの場合には正側の放電誘起電圧印加最大時間を大きくするか負側の放電誘起電圧印加最大時間を小さくする。
このような放電誘起電圧印加最大時間の制御により、被加工物Ｗとワイヤ電極Ｅの組み合わせにより、放電誘起電圧の極性のどちらかで放電が発生しやすい場合であっても、極間平均電圧がどちらかの極性に偏ってしまうのを抑制でき、したがって電触を抑制することができる。
どちらの極性の放電誘起電圧印加最大時間を制御するかは、任意に決定してもよいし、オープン状態の検出回数が多い方の極性を検出し、この検出回数が多い極性側を自動的に認識して、この極性側の放電誘起電圧印加最大時間を制御するようにしてもよい。
産業上の利用可能性
以上のように、この発明に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置は、特に生産性の高いワイヤ放電加工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に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置を示す構成図である。
第２図は、この発明の実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置の加工電源制御回路１の構成図である。
第３図は、この発明の実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置による極間電圧波形の例を示す図である。
第４図は、第２図の放電状態判別回路１ａの構成図である。
第５図は、放電加工のサイクルを示す説明図である。
第６図は、この発明の実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置における極間電圧及び極間電流の例を示す説明図である。
第７図は、この発明の実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置と従来のワイヤ放電加工機の加工電源装置とを比較する実験結果の例を示す図である。
第８図は、この発明の実施の形態１に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置と従来のワイヤ放電加工機の加工電源装置とを比較する実験結果の例を示す図である。
第９図は、この発明の実施の形態２に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置の加工電源制御回路１の構成図である。

Claims (4)

1. ワイヤ電極と被加工物との極間に放電誘起用パルス電圧を印加し、このパルス電圧によって前記極間の絶縁が破壊され放電が誘起された後に前記極間に加工用パルス電圧を印加して前記被加工物の加工を行うワイヤ放電加工機の加工電源装置において、
   前記極間の放電状態を判別する放電状態判別手段と、
   前記放電状態判別手段により前記極間の放電状態が異常又はオープンと判別された場合には前記放電誘起用パルス電圧の極性を前回の放電誘起用パルス電圧と反転し、前記放電状態判別手段により前記極間の放電状態が正常と判別された場合には前記放電誘起用パルス電圧の極性を前回の放電誘起用パルス電圧と同じとする印加電圧選択手段とを備えたワイヤ放電加工機の加工電源装置。
2. 請求の範囲１において、前記放電状態判別手段により前記極間の放電状態が正常及び異常と判別された場合に前記加工用パルス電圧を前記極間に印加し、前記放電誘起用パルス電圧の印加を停止する加工電源制御手段を備えたワイヤ放電加工機の加工電源装置。
3. 請求の範囲１において、前記放電状態判別手段により前記極間の放電状態が正常と判別された場合に前記加工用パルス電圧を前記極間に供給し、前記放電誘起用パルス電圧の印加を停止する加工電源制御手段を備えたワイヤ放電加工機の加工電源装置。
4. 請求の範囲１〜３のいずれかにおいて、前記極間の平均電圧を検出する平均電圧検出手段を備え、この平均電圧検出手段により検出された極間平均電圧の偏りを抑制するように前記放電誘起用パルス電圧の印加最大時間を制御する加工電源制御手段を備えたワイヤ放電加工機の加工電源装置。

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