JP4224556B2

JP4224556B2 - 放電加工方法および放電加工装置

Info

Publication number: JP4224556B2
Application number: JP03901898A
Authority: JP
Inventors: 静夫荒屋; 靖夫鈴木; 雅一岸; 弥市大久保; 正俊山家; 敏菅原
Original assignee: 日立ビアエンジニアリング株式会社
Priority date: 1998-02-20
Filing date: 1998-02-20
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2018-02-20
Also published as: JPH11235621A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工用電極と被加工物の間（以下、極間という。）に放電エネルギを供給しながら被加工物を加工する放電加工方法および放電加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放電加工は加工用電極と被加工物との間に放電エネルギを供給しながら両者を相対的に移動させることにより被加工物を加工する加工方法である。加工用電極がワイヤ電極であるワイヤ放電加工の場合、電源として直流電源を使用し、被加工物を正極、ワイヤ電極を負極として加工をすると加工能率を向上させることができる。しかし、直流で加工をする場合、加工液である水を介して電解電流が流れ、電解腐食が発生して加工面の品質が低下する。そこで、特開平６−７１５１６号公報（以下、従来技術１という。）では、加工電源を交流にして、正極性（以下、被加工物が正極、ワイヤ電極が負極になる極性を正極性と呼び、これとは逆に被加工物が負極、ワイヤ電極が正極になる極性を負極性と呼ぶ。）と負極性の加工パルスを所定のパルス数ずつ印加している。また、特開平７−２９０３１７号公報（以下、従来技術２という。）では、加工パルス毎に極性を切り換えている。また、特開平６−３３９８１５号公報（以下、従来技術３という。）では、直流電源による加工パルスで加工を行い、放電休止時間中に加工パルスと逆の極性の電圧を印加している。さらに、特開平８−１４３８号公報（以下、従来技術４という。）では、両極性電源で極間電圧の積分値が０Ｖをクロスしたら極性を切り換えるように制御している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術１のように正極性と負極性の加工パルス数を固定すると、放電状態によっては平均電圧が正負にばらつき、被加工物の表面が電解されて加工面の品質が低下することがあった。
【０００４】
また、従来技術２のように加工パルス毎に極性を切り換えると、加工能率が低下するだけでなく、放電状態によっては平均電圧が正負にばらつき、被加工物の表面が電解されて加工面の品質が低下することがあった。
【０００５】
また、従来技術３のように直流電源で放電休止時間中に逆の極性の加工パルスを印加する場合、加工能率を上げるために極性を変える時間を短くすると、極間が絶縁状態になり難く加工速度が低下した。。
【０００６】
さらに、従来技術４のように、極間の平均電圧を０Ｖにしても、被加工物の表面が電解されて加工面の品質が低下することがあった。
【０００７】
本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、電解を抑え、かつ加工速度を大きくすることができる放電加工方法および放電加工装置を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、第１の手段は、一方の極性の電圧パルスを複数回繰り返して印加する第１の期間と、他方の極性の電圧パルスを複数回繰り返して印加する第２の期間とを交互に繰り返し、加工用電極と被加工物で形成される極間に発生する放電電流に主放電電流を重畳するようにした放電加工方法において、加工を前記第１の期間から開始するように定めておき、前記第１の期間の極性を正極性にすると共にその長さを一定にして前記極間に複数の正極性の電圧パルスを供給し、前記第２の期間の極性を負極性にして前記極間に負極性の電圧パルスを供給すると共に放電が開始された場合は前記極間を正極性に切り替えて正極性の電圧パルスを供給し、その長さを、前記第２の期間の開始から前記第２の期間における極間電圧と予め定める負極性の基準電圧との差の積分値が前記第１の期間における極間電圧と前記基準電圧との差の積分値に等しくなる時までにすることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の手段は、一方の極性の電圧パルスを複数回繰り返して印加する第１の期間と、他方の極性の電圧パルスを複数回繰り返して印加する第２の期間とを交互に繰り返し、加工用電極と被加工物で形成される極間に発生する放電電流に主放電電流を重畳するようにした放電加工装置において、第１の期間を設定するタイマと、極間電圧積分手段と、基準値設定手段と、比較手段と、正極性の絶縁破壊用放電回路と、負極性の絶縁破壊用放電回路と、を設け、加工を前記第１の期間から開始するように定めておき、前記第１の期間の極性を正極性にすると共にその長さを一定にして前記極間に複数の正極性の電圧パルスを供給し、前記第２の期間の極性を負極性にして前記極間に負極性の電圧パルスを供給すると共に放電が開始された場合は前記極間を正極性に切り替えて正極性の電圧パルスを供給し、その長さを、前記第２の期間の開始から前記第２の期間における極間電圧と予め定める負極性の基準電圧との差の積分値が前記第１の期間における極間電圧と前記基準電圧との差の積分値に等しくなる時までとして制御することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係るワイヤ放電加工装置の回路構成図である。１は加工用電極であるワイヤ電極、２は被加工物で、両者間が極間Ｇである。３は第１のスイッチで、半導体のスイッチング素子で構成され、一方の端子は出力電圧Ｅ１が２００〜３００Ｖの第１の直流電源４の負極に、他方の端子は電流逆流防止用のダイオード５および通電チップ６を介してワイヤ電極１に接続されている。第１の直流電源４の正極は被加工物２に接続されている。７はサージ電圧吸収回路で、正極側はダイオード８のカソードに、負極側は被加工物２に接続され、ダイオード８と被加工物２間の電圧を５０〜１００Ｖに維持する。そして、ワイヤ電極１、第１のスイッチ３、第１の直流電源４、および被加工物２で主放電回路を構成している。
【００１１】
１０は第２のスイッチで、半導体のスイッチング素子で構成され、一方の端子は出力電圧Ｅ２が７０〜１５０Ｖの第２の直流電源１１の負極に、他方の端子は減流用の抵抗器１２の一方の端子に接続されている。また、第２の直流電源１１の正極はコンデンサ３０のワイヤ電極１側の端子に、抵抗器１２の他方の端子は電流逆流防止用のダイオード１３を介してコンデンサ３０の被加工物２側の端子にそれぞれ接続されている。
【００１２】
２０は第３のスイッチで、半導体のスイッチング素子で構成され、一方の端子は出力電圧Ｅ３が７０〜１５０Ｖの第３の直流電源２１の負極に、他方の端子は抵抗器２２の一方の端子に接続されている。また、第３の直流電源２１の正極はコンデンサ３０の被加工物２側の端子に、抵抗器２２の他方の端子は電流逆流防止用のダイオード２３を介してコンデンサ３０のワイヤ電極１側の端子にそれぞれ接続されている。
【００１３】
３０はコンデンサで、一方の端子はワイヤ電極１に、他方の端子は被加工物２にそれぞれ接続されている。ここで、コンデンサ３０の容量は、第２の直流電源１１および第３の直流電源２１の通電路のインダクタンス３１および抵抗３２とで振動条件を満たす値に設定されている。そして、ワイヤ電極１、抵抗器２２、第３のスイッチ２０、第３の直流電源２１および被加工物２で正極性の絶縁破壊用放電回路を構成する。また、ワイヤ電極１、第２の直流電源１１、第２のスイッチ１０、抵抗器１２および被加工物２で負極性の絶縁破壊用放電回路を構成する。
【００１４】
４０、４１、４２はそれぞれ第１〜第３のスイッチ３、１０、２０を駆動する駆動回路である。４３、４４は検出ケーブルで、それぞれワイヤ電極１と被加工物２に接続され、極間Ｇの電圧を電圧積分器５２および制御回路５５に入力する。５１は基準電圧設定器で、基準値ｖｋを電圧積分器５２に入力する。５２は電圧積分器で、１μｓ毎に極間電圧と基準値ｖｋ（ただし、０≧ｖｋ＞−１０、好ましくは−０．１＞ｖｋ＞−５）との差を積分する。５３は比較器で、電圧積分器５２の積分値Σｖが０になると、制御回路５５に極性切り換え信号を出力する。５４はタイマで、制御回路５５に接続され、期間Ｔｐの長さを管理する。制御回路５５は駆動回路４０、４１、４２にオン・オフ信号を出力する。
【００１５】
次に、本実施の形態の動作を説明する。
図２は極間電圧と極間電流を示す波形および各スイッチの駆動信号を示す図であり、図３は全体の動作を示すフロチャートである。図２中（ａ）は極間電圧を、（ｂ）は極間電流を、（ｃ）は第２のスイッチ１０のオン・オフ信号を、（ｄ）は第３のスイッチ２０のオン・オフ信号を、（ｅ）は第１のスイッチ３のオン・オフ信号を、（ｆ）はコンデンサ３０による振動電流を、（ｇ）は第２のスイッチ１０に流れる電流を、（ｈ）は第３のスイッチ２０に流れる電流を示している。
先ず、正極性の絶縁破壊用放電回路が動作する期間Ｔｐと負極性の絶縁破壊用放電回路が動作する期間Ｔｎにおける動作を説明する。期間Ｔｐにおいて、制御回路５５はスイッチ２０をオンする。放電が開始すると、極間Ｇには第３の直流電源２１から供給される電流ｉｐ３とコンデンサ３０から供給される振動電流が流れる。このときコンデンサ３０から極間Ｇに供給される電流は第１半波が正極性、第２半波が負極性となる振動電流で、第１半波のピーク電流はｉｐ１、第２半波のピーク電流は−ｉｐ２である。なお、ピーク電流−ｉｐ２の絶対値は電流ｉｐ３の絶対値よりも小さい。放電開始から予め定められている時間ｔ１が経過したら、第１のスイッチ３をオンして、第３のスイッチ２０をオフする。これにより、上記電流ｉｐ３および上記コンデンサ３０から供給される振動電流に第１の直流電源４からの大電流が重畳される。上記したように電流ｉｐ３とピーク電流−ｉｐ２の和は正であり、極間Ｇには正極性の放電電流が流れているから、第１の直流電源４からの電流重畳は円滑に行われる。第３のスイッチ２０をオフしてから予め定められている時間ｔ２が経過したら、第１のスイッチ３をオフする。第１のスイッチ３をオフしてから予め定められている時間ｔ３が経過したら、再びスイッチ２０をオンする。以下、期間Ｔｐが終了するまで、上記の動作をくり返す。
【００１６】
期間Ｔｎにおいて、制御回路５５はスイッチ１０をオンする。放電が開始すると、極間Ｇには第２の直流電源１１から供給される電流−ｉｐ６とコンデンサ３０から供給される振動電流とが流れる。このときコンデンサ３０から極間Ｇに供給される電流は第１半波が負極性、第２半波が正極性となる振動電流で、第１半波のピーク電流は−ｉｐ４、第２半波のピーク電流はｉｐ５である。放電開始を確認したら、第２のスイッチ１０を直ちにオフする。放電開始してから時間ｔ１が経過したら、第１のスイッチ３をオンする。極間Ｇには正極性の放電電流が流れているから、第１の直流電源４からの電流重畳は円滑に行われる。第１のスイッチ３をオンしてから予め定められている時間ｔ２が経過したらスイッチ３をオフする。スイッチ３をオフしてから予め定められている時間ｔ３が経過したら、再びスイッチ１０をオンする。以下、期間Ｔｐが終了するまで、上記の動作をくり返す。
【００１７】
次に、全体の動作を説明する。動作指令が与えられると、制御回路５５は電圧積分器５２をオンし（図３における手順Ｓ１００）、期間Ｔｐの制御を開始すると共に、タイマ５４をオンして時間Ｔの計測を開始する（手順Ｓ１１０）。なお、電圧積分器５２は加工が終了するまで、検出した極間電圧と予め設定され基準値ｖｋ（ここでは０．５Ｖ）との差を積分し、積分値Σｖとする。また、期間Ｔｐは通常５０〜５００μｓであり、ここでは１００μｓである。そして、時間Ｔが１００μｓになると（手順Ｓ１２０）、時間Ｔの計測を終了・リセットすると共に放電サイクル中すなわち時間ｔ１、ｔ２、ｔ３の動作中かどうかを確認し（手順Ｓ１３０）、放電サイクル中でない場合は直ちに、また、放電サイクル中の場合は放電サイクルが終了してから（手順Ｓ１４０）、手順Ｓ１５０の処理を行う。手順Ｓ１５０では期間Ｔｎの制御を開始すると共に、比較器５３の極性切り換え信号を監視する。期間Ｔｎが開始されると、電圧積分器５２の積分値Σｖが徐々に減少する。そして、極性切り換え信号が出力されたら（手順Ｓ１６０）、放電サイクル中すなわち時間ｔ１、ｔ２、ｔ３における動作中かどうかを確認し（手順Ｓ１７０）、放電サイクル中でない場合は直ちに、また、放電サイクル中の場合は放電サイクルが終了してから（手順Ｓ１８０）、手順Ｓ１１０の処理を行う。以下、加工が終了するまで、上記の動作すなわち期間Ｔｐと期間Ｔｎを交互に繰り返す。
【００１８】
この実施の形態では、期間Ｔｐから期間Ｔｎに移る時、および期間Ｔｎから期間Ｔｐに移る時のいずれの場合も、放電サイクルが終了してから期間Ｔｐと期間Ｔｎとを切り換えるようにしたから、加工状態が不安定になったり、図示しない電源の半導体素子の破損を招くことがない。
【００１９】
なお、期間Ｔｎを一定にしておき、積分値Σｖが０になった時に期間Ｔｐを終了させてもよい。
【００２０】
さらに、本発明は、ワイヤ放電加工だけでなく、加工液として水を使用する加工用電極が成形した電極である型彫放電加工にも適用することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、能率を上げた上で、極間電圧の平均電圧は僅かに一方の側に維持され、極間電圧の平均電圧を０にする場合よりも電解作用を抑えることができる。この結果、加工面の品質を良好にでき、かつ加工速度を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るワイヤ放電加工装置の回路構成図である。
【図２】極間電圧と極間電流を示す波形および各スイッチの駆動信号を示す図である。
【図３】全体の動作を示すフロチャートである。
【符号の説明】
５１基準値設定手段
５２極間電圧積分手段
５３比較手段
５４タイマ

Claims

一方の極性の電圧パルスを複数回繰り返して印加する第１の期間と、他方の極性の電圧パルスを複数回繰り返して印加する第２の期間とを交互に繰り返し、加工用電極と被加工物で形成される極間に発生する放電電流に主放電電流を重畳するようにした放電加工方法において、
加工を前記第１の期間から開始するように定めておき、前記第１の期間の極性を正極性にすると共にその長さを一定にして前記極間に複数の正極性の電圧パルスを供給し、
前記第２の期間の極性を負極性にして前記極間に負極性の電圧パルスを供給すると共に放電が開始された場合は前記極間を正極性に切り替えて正極性の電圧パルスを供給し、その長さを、前記第２の期間の開始から前記第２の期間における極間電圧と予め定める負極性の基準電圧との差の積分値が前記第１の期間における極間電圧と前記基準電圧との差の積分値に等しくなる時までにする
ことを特徴とする放電加工方法。
一方の極性の電圧パルスを複数回繰り返して印加する第１の期間と、他方の極性の電圧パルスを複数回繰り返して印加する第２の期間とを交互に繰り返し、加工用電極と被加工物で形成される極間に発生する放電電流に主放電電流を重畳するようにした放電加工装置において、
第１の期間を設定するタイマと、極間電圧積分手段と、基準値設定手段と、比較手段と、正極性の絶縁破壊用放電回路と、負極性の絶縁破壊用放電回路と、を設け、
加工を前記第１の期間から開始するように定めておき、前記第１の期間の極性を正極性にすると共にその長さを一定にして前記極間に複数の正極性の電圧パルスを供給し、
前記第２の期間の極性を負極性にして前記極間に負極性の電圧パルスを供給すると共に放電が開始された場合は前記極間を正極性に切り替えて正極性の電圧パルスを供給し、その長さを、前記第２の期間の開始から前記第２の期間における極間電圧と予め定める負極性の基準電圧との差の積分値が前記第１の期間における極間電圧と前記基準電圧との差の積分値に等しくなる時までとして制御することを特徴とする放電加工装置。