JP4921483B2 - ワイヤ放電加工装置 - Google Patents

Description

この発明は、ワイヤ放電加工装置に関するものである。

ワイヤ放電加工装置は、上下方向に走行する一方の電極であるワイヤと、このワイヤの走行方向に直交する平面内で移動制御される他方の電極である被加工物とを対向配置し、ワイヤと被加工物との対向間隙間（つまり極間）にパルス状放電を発生させ、そのときの熱エネルギーを利用して被加工物を所望の形状に加工する装置である。

このワイヤ放電加工装置では、極間への電源供給の構成として、被加工物は直接加工用電源の一方の電極端に接続し、走行するワイヤは摺接する給電点を介して加工用電源の他方の電極に接続する構成が採られるが、その給電点は、一般に、ワイヤの被加工物との対向位置を挟んだ上下２箇所に設けられる。つまり、極間に供給される放電電流の流路は、被加工物の上部側と下部側とに並列に２回路存在する構成である。

そして、ワイヤ放電加工装置では、一般に、小電流の火花放電（予備放電）を誘発するためのサブ放電用電源と、火花放電発生後の加工電流となる大電流を供給するためのメイン放電用電源との２つの加工用電源を用いて荒加工と仕上げ加工とを実施している。

ところで、ワイヤ放電加工装置では、加工条件によっては、しばしばワイヤ断線が生ずる。ワイヤ断線は、ワイヤ電極が局所的に過熱されることが原因である。そこで、従来から、ワイヤ電極の局所的な過熱を回避してワイヤ断線を予防する技術が各種提案されている（例えば、特許文献１〜３等）。

すなわち、特許文献１では、メイン放電用電源から上部側・下部側の給電点に至る放電電流経路のそれぞれに当該経路を個別に開閉するスイッチング素子を設けて一方の給電点のみからメインの加工電流を給電する片側給電が行える構成とし、上部側のみからの上部側給電と下部側のみからの下部側給電との切替を、連続して印加するパルス電圧の所定個数毎に実施する技術が開示されている。これによって、ワイヤ電極を発熱させることなく大電流の通電を行うことができ、発熱に伴う破断を防止できるとしている。

また、特許文献２では、メイン放電用電源から上部側・下部側の給電点に至る放電電流経路のそれぞれに当該経路を個別に開閉するスイッチング素子を設けて一方の給電点のみからメインの加工電流を給電する片側給電が行える構成とし、上部側給電と下部側給電とを非同期に切り替えて実施する技術が開示されている。これによって、集中放電が起こるのを防止できるので、加熱によるワイヤ電極の断線を防止できるとしている。

また、特許文献３では、サブ放電用電源から上部側・下部側の給電点にそれぞれ流れる電流の差値と大小関係とから被加工物の肉厚方向での放電位置を計測する装置を設けるとともに、メイン放電用電源から上部側・下部側の給電点に至る電流パスのそれぞれに電流パスを個別に開閉するスイッチング素子を設け、被加工物の肉厚方向上端側で火花放電が発生した場合には上部側給電を行い、被加工物の肉厚方向下端側で火花放電が発生した場合には下部側給電を行い、被加工物の肉厚方向中央で火花放電が発生した場合には、上部側・下部側の両方から同時に給電する上下両側給電を行う技術が開示されている。このように給電方式を放電位置に応じて切り替えることによって、冷却が不十分となり易い被加工物の肉厚方向中央でのワイヤ電極において局所的な過熱が生ずるのを回避できるとしている。

特開昭５９−４７１２３号公報 特開平１−９７５２５号公報 特公平６−６１６６３号公報

上下両側給電方式では、被加工物の上部側と下部側とに並列に２回路存在する放電電流の流路に、上部側と下部側とにインピーダンスの偏りがあると、放電位置に上部側給電路から供給する放電電流値と下部側給電路から供給する放電電流値とに差が生ずるので、集中放電が発生すると、放電電流値の大きい側でワイヤ電極に過熱が起こりさらにワイヤ断線が起こり易くなる。したがって、集中放電によるワイヤ断線を回避するためには、特許文献１，２に開示されているように、上部側給電と下部側給電とを実施すれば良いが、片側給電のみを実施していると、短絡が頻発して加工速度が低下するという問題がある。

この点、特許文献３では、片側給電方式と上下両側給電方式とを併用するので、この短絡の頻発を回避して安定した加工が可能になると考えられるが、上記した上部側給電の経路と下部側給電の経路とに存在するインピーダンスの偏りに関する問題は依然として存在する。

また、上下両側給電時での放電電流経路は、片側給電時での放電電流経路の２回路が並列となるので、上下両側給電時での放電電流経路のインピーダンスは、片側給電時での放電電流経路のインピーダンスの１／２となる。つまり、片側給電時では高インピーダンス経路からの給電となり、上下両側給電時では低インピーダンス経路からの給電となる。この場合、特許文献３では、上下両側給電時の放電パルスエネルギーが過大とならないように設定されているので、片側給電時には、放電パルスエネルギーが小さくなり、ワイヤ断線を起こさずに本来加工可能な速度まで十分に利用できないという問題がある。

ワイヤ放電加工装置では、高インピーダンス経路からの給電と低インピーダンス経路からの給電とを併用する態様を、片側給電と上下両側給電とを併用する他に、例えば上側給電路と下側給電路とのいずれか一方において採用する場合があり、同様の問題が指摘できる。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、メイン放電電流の経路に高インピーダンス経路と低インピーダンス経路とを併用する場合に、高インピーダンス経路からの給電時での加工速度を改善できるワイヤ放電加工装置を得ることを目的とする。

上述した目的を達成するために、この発明にかかるワイヤ放電加工装置は、ワイヤ電極と被加工物との加工間隙である極間に加工電源からメイン放電電流を供給する給電路として、高インピーダンス経路と低インピーダンス経路とを併用する場合に、前記高インピーダンス経路と前記低インピーダンス経路とのそれぞれを個別に開閉する経路開閉手段と、前記高インピーダンス経路からの給電と前記低インピーダンス経路からの給電とを切り替えるために一方の経路を閉路し他方の経路を開路する組み合わせを指定した開閉パターンを設定する開閉パターン設定手段と、前記高インピーダンス経路からの給電時と前記低インピーダンス経路からの給電時とで前記加工電源から前記極間に印加する放電パルスのエネルギー差が小さくなるように、前記開閉パターン設定手段からの開閉パターンが示す現在の給電路において給電１パルス当たりの給電パルスエネルギーを変更した開閉パターンを生成する給電パルスエネルギー変更手段と、前記給電パルスエネルギー変更手段が生成した開閉パターンに従って前記経路開閉手段を開閉制御する駆動手段とを備えていることを特徴とする。

この発明によれば、高インピーダンス経路からの給電時の給電パルスエネルギーと、低インピーダンス経路からの給電時の給電パルスエネルギーとの差が小さくすることができるので、高インピーダンス経路からの給電時の加工速度を改善することができる。

この発明によれば、メイン放電電流の経路に高インピーダンス経路と低インピーダンス経路とを併用する場合に、高インピーダンス経路からの給電時での加工速度を改善できるという効果を奏する。

図１は、この発明の実施の形態１によるワイヤ放電加工装置の要部構成を示す概念図である。 図２は、上部側・下部側の両給電部を用いた両側給電時と一方の給電部を用いた片側給電時とにおける給電経理のインピーダンス差を説明する図である。 図３は、図２に示した各種の給電方式による給電時における電流波形を説明する図である。 図４は、この発明の実施の形態２によるワイヤ放電加工装置の要部構成を示す概念図である。 図５は、この発明の実施の形態３によるワイヤ放電加工装置の要部構成を示す概念図である。 図６は、この発明の実施の形態４によるワイヤ放電加工装置の要部構成を示す概念図である。 図７は、この発明の実施の形態５によるワイヤ放電加工装置の要部構成を示す概念図である。

符号の説明

１ ワイヤ電極
２ 上方側のワイヤガイド
３ 下方側のワイヤガイド
４ 被加工物
５ 上部給電点
６ 下部給電点
７ サブ放電用電源
８ メイン放電用電源
８ａ 小電流メイン放電用電源
８ｂ 大電流メイン放電用電源
９ 上部サブフィーダ線
１０ 上部サブスイッチング素子
１１ 下部サブフィーダ線
１２ 下部サブスイッチング素子
１３ 上部メインフィーダ線
１３ａ 上部メイン高インピーダンスフィーダ線
１３ｂ 上部メイン低インピーダンスフィーダ線
１４，１４ａ，１４ｂ 上部メインスイッチング素子
１５ 下部メインフィーダ線
１６ 下部メインスイッチング素子
１７ａ，１７ｂ 開閉パターン設定手段
１８ａ，１８ｂ 給電パルスエネルギー変更手段
１９ａ，１９ｂ 発振器
２０ 放電周波数検出手段
２１ 放電周波数判定手段
２２ 給電パターン変更手段
２３ａ，２３ｂ 電流センサ
２４ 放電位置検出手段
２５ 小電流選択スイッチング素子
２６ 大電流選択スイッチング素子

以下に図面を参照して、この発明にかかるワイヤ放電加工装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるワイヤ放電加工装置の要部構成を示す概念図である。図１において、符号１は、ワイヤ電極である。このワイヤ電極１は、上下方向に適宜間隔を置いて配置されるワイヤガイド２，３に案内されて例えば上方から下方に向かって走行する。上部・下部のワイヤガイド２，３の間におけるワイヤ走行路には、ワイヤ走行方向に直交する平面上に、ある肉厚の板状をした被加工物４が所定の加工間隙（これを「極間」という）を置いて対向配置される。上方側のワイヤガイド２の近傍位置には上部給電点５が、下方側のワイヤガイド３の近傍位置には下部給電点６が、それぞれワイヤ電極１に摺接して設けられている。

なお、図示を省略したが、ワイヤガイド２，３の間におけるワイヤ走行路には、被加工物４との対向位置を挟んで上下方向で近接した位置に加工液ノズルがそれぞれ設けられ、ワイヤ電極１の被加工物４との対向間隙に上下から高圧の加工液を吹き付けて、ワイヤ電極１の冷却と放電加工屑の排除とが行えるようになっている。

以上は放電加工部の一般的な構成である。この放電加工部に対する加工用電源として、サブ放電用電源７とメイン放電用電源８とを備えている。ここで、サブ放電用電源７は、主としてワイヤ電極１と被加工物４との加工間隙（極間）の極間状態の検出を目的として極間に小電流のサブ放電電流を供給する比較的低電圧の電圧パルスを発生する。また、メイン放電用電源８は、主として極間に加工用の大電流であるメイン放電電流を供給するためにサブ放電用電源７よりも高い所定レベル所定パルス幅の電圧パルスを発生する。一般に、ワイヤ放電加工装置において加工用電源と言えば、このメイン放電用電源８を指していると言える。

サブ放電用電源７の一方の電極端は、被加工物４に直接接続される。そして、サブ放電用電源７の他方の電極端は、上部サブフィーダ線９を介して上部給電点５に接続され、この上部サブフィーダ線９の途中に上部サブスイッチング素子１０が介挿されている。同時に、サブ放電用電源７の他方の電極端は、下部サブフィーダ線１１を介して下部給電点６に接続され、この下部サブフィーダ線１１の途中に下部サブスイッチング素子１２が介挿されている。

メイン放電用電源８の一方の電極端は、被加工物４に直接接続される。そして、メイン放電用電源８の他方の電極端は、上部メインフィーダ線１３を介して上部給電点５に接続され、この上部メインフィーダ線１３の途中に上部メインスイッチング素子１４が介挿されている。同時に、メイン放電用電源８の他方の電極端は、下部メインフィーダ線１５を介して下部給電点６に接続され、この下部メインフィーダ線１５の途中に下部メインスイッチング素子１６が介挿されている。

なお、スイッチング素子１０，１２，１４，１６及び以降の実施の形態で示すスイッチング素子は、ここでは、半導体スイッチング素子であるとして説明するが、継電器も同様に使用することができる。

このように、サブ放電用電源７、メイン放電用電源８からワイヤ電極１に向けて流れる放電電流の流路は、被加工物４の上部側と下部側とに並列に２回路存在する構成となっており、それぞれの電流経路にその経路を開閉するスイッチング素子が設けられ、メイン放電用電源８によるメイン放電電流の供給を、上下２つの給電点を用いた上下両側給電方式と、いずれか一方の給電点を用いた片側給電方式とを切り替えて実施できる構成になっている。

すなわち、以上の構成において、上部・下部のサブスイッチング素子１０，１２が同時にオン動作すると、上部・下部のサブフィーダ線９，１１が閉路し、サブ放電用電源７の出力パルス電圧が、上部・下部のサブフィーダ線９，１１及び上部・下部の給電点５，６を介して、ワイヤ電極１と被加工物４との間の加工間隙（極間）に印加され、極間にサブ放電（予備放電）が発生する。極間に発生したサブ放電（予備放電）が検出されると、上部・下部のメインスイッチング素子１４，１６のいずれか一方または両方がオン動作し、極間にメイン放電用電源８の出力パルス電圧が印加され、上部側給電路または下部側給電路を用いた片側給電方式と、上部・下部の両給電路を同時に用いた上下両側給電方式とのいずれかによるメイン放電電流を供給することが行われる。

具体的に示すと、上部側給電路を用いた片側給電方式では、上部メインスイッチング素子１４がオン動作し下部メインスイッチング素子１６がオフ動作するときは、上部メインフィーダ線１３のみが閉路するので、メイン放電電流は、上部メインフィーダ線１３及び上部給電点５を介して極間に供給される。

また、下部側給電路を用いた片側給電方式では、上部メインスイッチング素子１４がオフ動作し下部メインスイッチング素子１６がオン動作するときは、下部メインフィーダ線１５のみが閉路するので、メイン放電電流は、下部メインフィーダ線１５及び下部給電点６を介して極間に供給される。

そして、上部・下部の両給電路を同時に用いた上下両側給電方式では、上部・下部のメインスイッチング素子１４，１６が同時にオン動作すると、上部・下部のメインフィーダ線１３，１５が同時に閉路するので、メイン放電電流は、上部・下部のメインフィーダ線１３，１５及び上部・下部の給電点５，６を介して極間に供給される。

スイッチング素子１０，１２，１４，１６の上記したオン・オフ制御は、後述する発振器１９ａの出力（駆動信号）によって行われるが、上部・下部のサブスイッチング素子１０，１２は、上部・下部のメインスイッチング素子１４，１６がオン・オフ制御されるメイン放電電流の供給時は、その趣旨から、上部・下部のメインスイッチング素子１４，１６の対応するものと連動して同一にオン・オフ制御される。ここでは、上部・下部のメインスイッチング素子１４，１６のオン・オフ制御を中心に説明する。

この実施の形態１では、このような電源構成において、上部・下部のメインスイッチング素子１４，１６をオン・オフ制御して、メイン放電用電源８によるメイン放電電流の供給を、上下２つの給電点を同時に用いた上下両側給電方式と、いずれか一方の給電点を用いた片側給電方式とを給電パルスエネルギーに応じて適切に切り替えて実施できるようにするために、開閉パターン設定手段１７ａと給電パルスエネルギー変更手段１８ａと発振器１９ａとが設けられている。

これらの構成と動作を説明する前に、メイン放電用電源８によるメイン放電電流の供給を、上下両側給電方式と片側給電方式とを給電パルスエネルギーに応じて適切に切り替えて実施することとした意義について説明する。

ワイヤ放電加工装置でのワイヤ断線の要因には、特許文献３に示される冷却不十分の他に、集中放電が挙げられる。集中放電が生じると、ワイヤ電極の集中放電位置で加工エネルギーが想定以上に大きくなり局部的な過熱が起こるので、ワイヤ断線が生ずる。また、上部側給電経路と下部側給電経路とのインピーダンスに偏りがあると、放電位置に上部側給電路から供給する放電電流値と下部側給電路から供給する放電電流値とに差が生ずるので、上下両側給電方式のみを実施する場合には、集中放電が発生すると、放電電流値の大きい側でワイヤ電極に過熱が起こりさらにワイヤ断線が起こり易くなる。

したがって、集中放電を回避するためには、上部側給電と下部側給電のいずれか一方を実施すればよいが、片側給電のみを行うと、短絡が頻発して加工速度が低下する問題がある。そこで、片側給電に上下両側給電を適切な割合で混在させることで、この短絡の頻発を回避して安定した加工が可能となる方策を採る。

具体的には、片側給電に上下両側給電を適切な割合で混在させるために上部・下部のメインフィーダ線１３，１５を開閉する開閉パターンを予め定めておき、その開閉パターンに従って給電することで短絡を回避する。同時に、上部側給電経路と下部側給電経路との放電電流値に偏りが存在する場合はそれを補正できるようにし、ワイヤ断線を回避する。

これらの措置を採る場合に解決すべき問題は、前記したように、片側給電と上下両側給電とで、加工速度に差が生ずることである。図２は、上部側・下部側の両給電経路を用いた上下両側給電時と一方の給電経路を用いた片側給電時とにおける給電経路のインピーダンス差を説明する図である。

図２において、（ａ）は上下両側給電時の放電電流経路であり、（ｂ）は上部側給電時の放電電流経路である。被加工物４の肉厚方向中央に放電点Ａがある場合に、メイン放電用電源８の給電点側電極端から放電点Ａまでの上部・下部のフィーダ線１３，１５のインピーダンスが同じ値Ｒであるとすると、上下両側給電では、メイン放電用電源８から放電点Ａまでの放電電流経路が上側回りと下側回りの２回路並列となるので、メイン放電用電源８から放電点Ａまでのインピーダンスは、Ｒ／２となる。一方、片側給電時では、放電電流経路は上側周りのみ、または下側周りのみとなるので、放電電流経路のインピーダンスはＲとなり、上下両側給電時よりも大きくなる。したがって、片側給電時では、上下両側給電時よりも放電電流が小さくなり、片側給電回数が多くなるほど、加工速度は低くなる（表１参照）。

表１は、各給電方式の給電回数を変更して加工速度を調べた結果であり、片側給電回数比率０％の時、つまり上下両側給電のみを実施したときの加工速度を１０として、片側給電回数比率を、４０％、６０％、１００％と変更した時の加工速度を比で表したものである。加工速度の比は、片側給電回数比率が４０％の時には８．３であり、６０％の時には７．７であり、１００％の時には６．３である。このように、片側給電回数比率が高くなるほど、加工速度は低下していくことが分かる。

次に、図３は、図２に示した各種の給電方式による給電時における電流波形を説明する図である。図３において、（ａ）は上部側給電時の電流波形であり、（ｂ）は下部側給電時の電流波形であり、（ｃ）は上下両側給電時の電流波形である。図２に示す放電点Ａに流れる電流は、上部側給電時では（ａ）に示すように上側電流のみであり、下部側給電時では（ｂ）に示すように下側電流のみであるのに対して、上下両側給電時では（ｃ）に示すように上側電流と下側電流とが重ね合わされるので、上部側給電時や下部側給電時よりも大きくなる。

このことは、上下両側給電時にワイヤ断線を起こさずに加工できる場合には、片側給電時に用いる給電１パルス当たりの給電パルスエネルギーは、上下両側給電時と同程度にまで大きくしてもよいことを意味している。つまり、上下両側給電時に用いる給電パルスエネルギーと同程度にまで、片側給電時では、給電パルスエネルギーを大きくする措置を講ずれば、換言すれば、上下両側給電時と片側給電時との給電パルスエネルギーの差を小さくする措置を講ずれば片側給電時での加工速度が改善できることが分かる。

そこで、図１において、開閉パターン設定手段１７ａは、メイン放電電流の供給時に、上部・下部のメインスイッチング素子１４，１６をオン・オフ制御して、上部・下部のメイン放電電流経路を同時に閉路状態にする場合と、上部・下部のメイン放電電流経路の一方を閉路状態にし他方を開路状態にする場合との３通りの開閉パターンを設定する。このとき、この３通りの開閉パターンは、短絡が頻発せず、加工速度にも優れ、かつ放電位置による放電電流値の偏りを小さくするように、給電回数比率を定めた片側給電方式及び上下両側給電方式が適切な割合で混在するように設定されている。そして、開閉パターン設定手段１７ａは、給電パルスエネルギー変更手段１８ａに対し現在の給電方式で用いる開閉パターンを出力する。

給電パルスエネルギー変更手段１８ａは、開閉パターン設定手段１７からの開閉パターンによって現在の給電方式を認識し、片側給電時での給電１パルス当たりの給電パルスエネルギーと上下両側給電時での給電１パルス当たりの給電パルスエネルギーとの差を小さくなるように、開閉パターン設定手段１７ａから受け取った開閉パターンで定められている給電１パルス当たりの給電パルスエネルギーを変更した開閉パターンを生成する。両給電パルスエネルギーの差を小さくする方法には、上記の図３での説明から理解できるように、上下両側給電時の給電１パルス当たりの給パルスエネルギーを所定値よりも小さくする方法と、片側給電時の給電１パルス当たりの給電パルスエネルギーを所定値よりも大きくする方法とがある。いずれを採るかは、予め決めてあり、認識した現在の給電方式にそれを適用する。

発振器１９ａは、給電パルスエネルギー変更手段１８ａから受け取った現在の給電方式を実施する開閉パターンに従った給電路を形成するように対応するスイッチング素子をオン・オフ制御する駆動信号を発生するとともに、この形成した給電路において給電パルスエネルギー変更手段１８ａにて変更された給電パルスエネルギーを投入できるように、当該給電路におけるスイッチング素子をオン・オフ制御する駆動信号を発生する。

給電パルスエネルギーを増減する方法には、給電電流値を増減する方法と、給電時間長を増減する方法とがある。いずれの方法を採用してもよい。給電電流値を増減する方法を採る場合には、上部・下部のスイッチング素子１４，１６をそれぞれ複数個並列に設け、上部・下部のそれぞれで同時にオン動作するスイッチング素子の数を増減できるようにすればよい。この場合、同時にオン動作するスイッチング素子の数は、給電路のインピーダンスなどの物理的な特性に応じて定めることになる。また、給電時間長を増減する方法を採る場合には、上部・下部のスイッチング素子１４，１６は、それぞれ個別にオン・オフ制御できるので、それぞれのオン動作時間幅を増減すればよい。この場合に増減するオン動作時間幅も給電路のインピーダンスなどの物理的な特性に応じて定めることになる。

以上のように、この実施の形態１によれば、メイン放電用電源によるメイン放電電流の供給を上下両側給電方式と片側給電方式とを併用して実施する場合に、上下両側給電方式と片側給電方式とで給電１パルス当たりの給電パルスエネルギーの差を小さくすることができるので、高インピーダンス経路を用いる片側給電時での加工速度を向上させることができる。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２によるワイヤ放電加工装置の要部構成を示す概念図である。なお、図４では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態２に関わる部分を中心に説明する。

この実施の形態２では、高インピーダンス経路からの給電と、低インピーダンス経路からの給電とを併用する他の例として、上部側給電路と下部側給電路とのいずれか一方を、高インピーダンス経路と低インピーダンス経路との並列経路で構成する場合について説明する。

すなわち、図４に示すように、この実施の形態２によるワイヤ放電加工装置では、図１（実施の形態１）に示した構成において、上部側給電路である上部メインフィーダ線１３と下部側給電路である下部メインフィーダ線１５とのうち、例えば、上部メインフィーダ線１３が、インピーダンスＺ１の上部メイン高インピーダンスフィーダ線１３ａと、インピーダンスＺ１よりも小さいインピーダンスＺ２の上部メイン低インピーダンスフィーダ線１３ｂとの並列する２本のフィーダ線で構成されている。そして、上部メイン高インピーダンスフィーダ線１３ａには、上部メインスイッチング素子１４ａが介挿され、上部メイン低インピーダンスフィーダ線１３ｂには、上部メインスイッチング素子１４ｂが介挿されている。

この構成によれば、上部側給電路を用いた片側給電において、上部メインスイッチング素子１４ａをオン動作させて上部メイン高インピーダンスフィーダ線１３ａを閉路した高インピーダンス経路からの給電と、上部メインスイッチング素子１４ｂをオン動作させて上部メイン低インピーダンスフィーダ線１３ｂを閉路した低インピーダンス経路からの給電とを切り替えることができる。

ワイヤ放電加工装置では、放電電流のピーク値が異なると、加工速度、表面粗さ、ワイヤ電極消耗量などの加工性能が変化する。この場合、例えば図４に示すように、一方のメインフィーダ線をインピーダンスが異なる２本のフィーダ線で構成すれば、高ピーク値の放電電流は高インピーダンスのフィーダ線に流し、低ピーク値の放電電流は低インピーダンスのフィーダ線に流すように両者を切り替えることができるので、前記加工性能を調整できる。

この場合に、上部側給電経路を用いて給電する場合、上部メイン高インピーダンスフィーダ線１３ａを通すと、上部メイン低インピーダンスフィーダ線１３ｂを通す時に比べて放電電流が小さくなるので、加工速度が低下する。

そこで、この実施の形態２では、開閉パターン設定手段１７ａと給電パルスエネルギー変更手段１８ａと発振器１９ａとに、実施の形態１にて説明したのと同様の考えによる開閉パターンの設定・給電１パルス当たりの給電パルスエネルギーの変更・上部メインスイッチング素子１４ａ，１４ｂのオン・オフ制御を行わせて、上部メイン高インピーダンスフィーダ線１３ａからの給電時と上部メイン低インピーダンスフィーダ線１３ｂからの給電時とで給電１パルス当たりの給電パルスエネルギー差を小さくするようにしている。

具体的には、上部メイン高インピーダンスフィーダ線１３ａからの給電時には給電１パルス当たりの給電パルスエネルギーを所定値よりも大きくする。或いは、上部メイン低インピーダンスフィーダ線１３ｂからの給電時には給電１パルス当たりの給電パルスエネルギーを所定値よりも小さくする。これによって、高インピーダンスフィーダ線からの給電時の加工速度を改善できる。

以上のように、実施の形態２によれば、高インピーダンス経路からの給電と、低インピーダンス経路からの給電とを併用する他の例として、上部側給電路と下部側給電路とのいずれか一方を、高インピーダンス経路と低インピーダンス経路との並列経路で構成する場合においても、実施の形態１と同様に、高インピーダンス経路からの給電時の加工速度を改善できる。

実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３によるワイヤ放電加工装置の要部構成を示す概念図である。なお、図５では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態３に関わる部分を中心に説明する。

ワイヤ放電加工装置では、放電周波数が高いほど加工速度は大きくなるが、ワイヤ断線の可能性が高くなる。逆に、放電周波数が低いほどワイヤ断線の可能性は低くなるが、加工速度は低下しやすい。そこで、この実施の形態３では、放電周波数の高低に応じて、図１に示す構成で言えば、高インピーダンス経路からの給電となる片側給電時と低インピーダンス経路となる上下両給電時とで給電回数比率を変更できるようにした例を示す。

すなわち、図５に示すように、この実施の形態３によるワイヤ放電加工装置では、図１（実施の形態１）に示した構成において、給電パルスエネルギー変更手段１８ａを省略して開閉パターンを設定手段１７ａの出力を直接符号を変えた発振器１９ｂに与えるようにし、放電周波数検出手段２０と放電周波数判定手段２１と給電パターン変更手段２２とが追加され、給電パターン変更手段２２の出力を直接発振器１９ｂに与える構成になっている。

放電周波数検出手段２０は、例えばワイヤ電極１と被加工物４との間の極間平均電圧を用いて、極間平均電圧が高い時は放電周波数が低く、極間平均電圧が低い時は放電周波数が高いと判断することで放電周波数を検出する。

放電周波数判定手段２１は、放電周波数の高低を判定するための閾値が予め設定されており、この閾値と放電周波数検出手段２０が検出した放電周波数との大小関係を比較して現在の放電周波数の高低を判定する。

給電パターン変更手段２２は、放電周波数判定手段２１にて放電周波数が高いと判定された場合は、予め定められた高放電周波数用の給電回数比率に従って片側給電の給電回数比率を高くした開閉パターンを生成して発振器１９ｂに与える一方、放電周波数が低いと判定された場合は、予め定められた低放電周波数用の給電回数比率に従って上下両側給電の給電回数比率を高くした開閉パターンを生成して発振器１９ｂに与える。

このように、給電パターン変更手段２２は、開閉パターン設定手段１７ａにて設定される片側給電方式用の開閉パターン及び上下両側給電方式用の開閉パターンでの給電回数比率を、それぞれ放電周波数に応じて異なる給電回数比率を有する片側給電方式用の開閉パターン及び上下両側給電方式用の開閉パターンに変更することを行う。

これによって、発振器１９ｂでは、開閉パターン設定手段１７ａから受け取った開閉パターンに従って現在の給電方式を実施する際に、給電パターン変更手段２２から変更した開閉パターンを受け取ると、開閉パターン設定手段１７ａから受け取った開閉パターンで指定された給電回数比率を使用せず、給電パターン変更手段２２から受け取った開閉パターンで指定された給電回数比率を使用して、その回数給電だけ対応するスイッチング素子をオン・オフ制御する駆動信号を出力する。

以上のように、この実施の形態３によれば、放電周波数が高い場合には片側給電回数比率が高く、放電周波数が低い場合には上下両側給電回数比率が高くなるので、加工速度の改善とワイヤ断線の回避が実現できる。

なお、この実施の形態３では、実施の形態１への適用例を示したが、実施の形態２にも同様に適用できることは言うまでもない。

実施の形態４．
図６は、この発明の実施の形態４によるワイヤ放電加工装置の要部構成を示す概念図である。なお、図６では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態４に関わる部分を中心に説明する。

実施の形態１では、片側給電時に給電パルスエネルギーを一律に大きくする方法について説明したが、片側給電時では、ワイヤ電極単位体積当たりの発熱量が大きくなるので、断線せずに加工できる給電パルスエネルギーは上下両側給電時に比べて低い。すなわち、図１に示す例で言えば、上部側給電時では、上部給電点５と摺接するワイヤ電極１の上方位置から放電点へと放電電流が流れ、下部側給電時では、下部給電点６と摺接するワイヤ電極１の下方位置から放電点へと放電電流が流れる。一方、上下両側給電時では、上側給電点５と摺接するワイヤ電極１の上方位置からと、下部給電点６と摺接するワイヤ電極１の下方位置からとの両側から放電点に放電電流が流れる。

このように、上下両側給電時では、放電電流がワイヤ電極１の上方位置及び下方位置からの電流に分流されるのに対して、片側給電時では、ワイヤ電極１の上方位置または下方位置の一方のみから放電電流が流れるために、片側給電時にワイヤ電極１の単位体積当たりに流れる電流が多くなる。その結果、片側給電時の給電パルスエネルギーを大きくすると、発熱量が増え、ワイヤ断線が起こりやすくなる。

ワイヤ放電加工装置では、ワイヤ電極１の走行路において、被加工物４との対向位置を挟んで上下方向で近接した位置に加工液ノズルがそれぞれ設けられ、ワイヤ電極１の被加工物４との間の加工間隙に上下から高圧の加工液を吹き付けて、ワイヤ電極１を冷却し、放電時でのワイヤ電極の過熱を避ける冷却措置を講じている。この冷却措置によって、加工間隙の両端側におけるワイヤ電極１は、加工間隙の上下方向中央部に比べて加工液による冷却が十分に行われる。

つまり、ワイヤ放電加工装置が装備するこの冷却措置の効果を利用すれば、片側給電時に、放電位置が加工間隙の両端側であるときは、給電１パルス当たりの給電パルスエネルギーを大きくすることができる。逆に、放電位置が加工間隙の上下方向中央部であるときは、給電１パルス当たりの給電パルスエネルギーを大きくしなければよい。

そこで、この実施の形態４では、高インピーダンス経路からの給電時に、給電１パルス当たりの給電パルスエネルギーを一律に大きくして供給するのではなく、その大きさを放電位置に応じて変更する場合について説明する。すなわち、図６に示すように、この実施の形態４によるワイヤ放電加工装置では、図１（実施の形態１）に示した構成において、上部サブフィーダ線９の電流を計測する電流センサ２３ａと、下部サブフィーダ線１１の電流を計測する電流センサ２３ｂと、両者の出力を受ける放電位置検出手段２４を設け、放電位置検出手段２４の出力を符号を変えた給電パルスエネルギー変更手段１８ｂに与えるようにし、片側給電時に供給する給電１パルス当たりの給電パルスエネルギーを上記のように放電位置に応じて変更できるようにしている。

放電位置検出手段２４は、電流センサ２３ａ，２３ｂがそれぞれ計測した電流値を基に放電位置を算出する。そして、放電位置の判定用に、加工間隙の上下方向を３分割した上部・下部の分割位置にそれぞれ基準点を設け、算出した放電位置と上部・下部の両基準点との位置関係を調べ、放電位置が加工間隙の上端側にあるか、下端側にあるか、上下方向中央付近にあるかを判定する。

具体的には、算出した放電位置が、上部基準点よりも上方である場合には、放電位置は加工間隙の上端側にあると判定し、上部・下部の両基準点の間である場合には放電位置は加工間隙の上下方向中央付近であると判定し、下部基準点よりも下方である場合には放電位置は加工間隙の下端側であると判定する。

給電パルスエネルギー変更手段１８ｂは、開閉パターン設定手段１７ａから受け取る現在の給電方式で用いる開閉パターンと放電位置検出手段２４から受け取る放電位置とを用いて、片側給電時である場合に、放電位置が加工間隙の上端側または下端側にある場合には、給電１パルス当たりの給電パルスエネルギーを開閉パターン設定手段１７ａが設定したものよりも大きくする開閉パターンを生成して発振器１９ａに出力する。一方、放電位置が加工間隙の上下方向中央付近である場合には、上記のように大きくした給電パルスエネルギーよりも大きくならないようにする開閉パターンを生成して発振器１９ａに出力する。

給電パルスエネルギーを増減する方法及び発振器１９ａの動作は、実施の形態１にて説明したのと同様である。

以上のように、この実施の形態４によれば、加工液による冷却が十分に行われる放電位置が加工間隙の上端側あるいは下端側で放電した場合には、片側給電時の給電パルスエネルギーが大きくなるので、加工速度を改善することができる。また、加工液の冷却が不十分となりやすい加工間隙の上下方向中央付近で放電した場合には、冷却が十分な位置ほどには給電パルスエネルギーが大きくならないのでワイヤ電極の過熱が抑制される。したがって、ワイヤ電極の過熱によるワイヤ断線を回避でき、これに伴いワイヤ断線が起きる限界の加工速度が向上し、ひいては加工速度の改善につながる。

なお、図６では、電流センサは、上部・下部のサブフィーダ線のそれぞれに取り付けた場合を示してあるが、この電流センサは、上部・下部のメインフィーダ線のそれぞれに取り付けてもよい。

また、この実施の形態４では、実施の形態１への適用例を示したが、実施の形態２にも同様に適用できることは言うまでもない。

実施の形態５．
図７は、この発明の実施の形態５によるワイヤ放電加工装置の要部構成を示す概念図である。なお、図７では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態５に関わる部分を中心に説明する。

実施の形態１では、片側給電時の給電パルスエネルギーを大きくする方法として、給電電流値または給電電流の時間長を大きくする場合を示したが、この実施の形態５では、上下両側給電時よりも大きな加工電流を供給可能な異なる加工電源を用いることによって、片側給電時の給電パルスエネルギーを大きくする方法について説明する。

すなわち、図７に示すように、この実施の形態５によるワイヤ放電加工装置では、図１（実施の形態１）に示した構成において、メイン放電用電源８に代えて、小電流メイン放電用電源８ａと大電流メイン放電用電源８ｂとが設けられている。小電流メイン放電用電源８ａ及び大電流メイン放電用電源８ｂの各給電点側電極端は、並列に上部・下部のメインフィーダ線１５，１６に接続されている。また、小電流メイン放電用電源８ａの被加工物側電極端は小電流選択スイッチング素子２５を介して、大電流メイン放電用電源８ｂの被加工物側電極端は大電流選択スイッチング素子２６を介して、並列に被加工物４に接続されている。そして、給電パルスエネルギー変更手段１８ａが省略され、符号を変えた開閉パターン設定手段１７ｂの出力（開閉パターン）によって小電流選択スイッチング素子２５及び大電流選択スイッチング素子２６がオン・オフ動作を行うようになっている。発振器１９ａは、実施の形態１と同様に、開閉パターン設定手段１７ｂの出力（開閉パターン）によって４つのフィーダ線に介在するスイッチング素子１０，１２，１４，１６をオン・オフ制御する。

以上の構成において、上下両側給電時では、上部・下部のメインスイッチング素子１４，１６を同時にオン動作させて上部・下部のメインフィーダ線１３，１５を同時に閉路するとともに、同時に小電流選択スイッチング素子２５をオン動作させる。これによって、小電流メイン放電用電源４ａから加工電流が、上部・下部のメインフィーダ線１３，１５と上部・下部の給電点５，６とを介して被加工物４へと供給される。

また、上部側給電時では、上部メインスイッチング素子１４をオン動作させて上部メインフィーダ線１３を閉路するとともに、同時に下部メインスイッチング素子１６をオフ動作させて下部メインフィーダ線１５を開路する。同時に、大電流選択スイッチング素子２６をオン動作させ、小電流選択スイッチング素子２５をオフ動作させる。これによって、大電流メイン放電用電源８ｂは、上部メインフィーダ線１３と上側給電点５を介し被加工物４へと加工電流を供給し、片側給電時の給電１パルス当たりの給電パルスエネルギーを増大させる。

また、下部側給電時では、下部メインスイッチング素子１６をオン動作させて下部メインフィーダ線１５を閉路するとともに、同時に上部メインスイッチング素子１４をオフ動作させて上部メインフィーダ線１３を開路する。同時に、大電流選択スイッチング素子２６をオン動作させ、小電流選択スイッチング素子２５をオフ動作させる。これによって、大電流メイン放電用電源４ｂは、下部メインフィーダ線１５と下側給電点６を介し被加工物４へと加工電流を供給し、片側給電時の給電１パルス当たりの給電パルスエネルギーを増大させる。

以上のように、この実施の形態５によれば、極間に加工電流を供給するメインの加工電源として小電流供給用加工電源と大電流供給用加工電源とを設け、片側給電時では、上下両側給電時よりも大きな加工電流を供給できるようにしたので、片側給電時の給電１パルス当たりの給電パルスエネルギーを大きくすることができ、高インピーダンス経路からの給電である片側給電時に加工速度を改善できる。

なお、この実施の形態５では、実施の形態１への適用例を示したが、実施の形態２にも同様に適用できることは言うまでもない。

以上のように、この発明にかかるワイヤ放電加工装置は、高インピーダンス経路からの給電と低インピーダンス経路からの給電とを併用する場合に、高インピーダンス経路からの給電時に加工速度を改善するのに有用である。

Claims (12)

1. ワイヤ電極と被加工物との加工間隙である極間に加工電源からメイン放電電流を供給する給電路として第１のインピーダンスを有する高インピーダンス経路と前記第１のインピーダンスより小さい第２のインピーダンスを有する低インピーダンス経路とを併用する場合に、
   前記高インピーダンス経路と前記低インピーダンス経路とのそれぞれを個別に開閉する経路開閉手段と、
   前記高インピーダンス経路からの給電と前記低インピーダンス経路からの給電とを切り替えるために一方の経路を閉路し他方の経路を開路する組み合わせを指定した開閉パターンを設定する開閉パターン設定手段と、
   前記高インピーダンス経路からの給電時と前記低インピーダンス経路からの給電時とで変更後における前記加工電源から前記極間に印加する放電パルスのエネルギー差が変更前における前記加工電源から前記極間に印加する放電パルスのエネルギー差より小さくなるように、前記開閉パターン設定手段からの開閉パターンが示す現在の給電路において給電１パルス当たりの給電パルスエネルギーを変更した開閉パターンを生成する給電パルスエネルギー変更手段と、
   前記給電パルスエネルギー変更手段が生成した開閉パターンに従って前記経路開閉手段を開閉制御する駆動手段と
   を備えていることを特徴とするワイヤ放電加工装置。
2. 前記給電パルスエネルギー変更手段が生成する給電１パルス当たりの給電パルスエネルギーを変更した開閉パターンは、前記メイン放電電流の大きさを増減変更する開閉パターンである
   ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
3. 前記給電パルスエネルギー変更手段が生成する給電１パルス当たりの給電パルスエネルギーを変更した開閉パターンは、前記メイン放電電流の時間長を増減変更する開閉パターンである
   ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
4. 前記極間での放電位置を検出するとともに、前記加工間隙を中央領域と前記中央領域より上に位置する上端側領域と前記中央領域より下に位置する下端側領域とに分けた場合におけるどの領域内に前記検出された放電位置があるか判定する放電位置検出手段を備え、
   前記給電パルスエネルギー変更手段が生成する前記開閉パターンは、
   前記開閉パターン設定手段からの開閉パターンが示す現在の給電路が前記高インピーダンス経路である場合に、前記放電位置検出手段が検出した放電位置が前記上端側領域内または前記下端側領域内である場合は給電１パルス当たりの給電パルスエネルギーを前記開閉パターン設定手段により設定された給電パルスエネルギーより大きくし、前記放電位置検出手段が検出した放電位置が前記中央領域内である場合は給電１パルス当たりの給電パルスエネルギーを前記大きくされた給電パルスエネルギーよりも大きくしない内容である
   ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
5. 前記高インピーダンス経路は、前記被加工物の上部側において前記ワイヤ電極に摺接して設けられる上部側給電点を経由する上部側経路、或いは、前記被加工物の下部側において前記ワイヤ電極に摺接して設けられる下部側給電点を経由する下部側経路であり、
   前記低インピーダンス経路は、前記上部側経路と前記下部側経路との双方を同時に用いる経路である
   ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
6. 前記高インピーダンス経路及び前記低インピーダンス経路は、
   前記被加工物の上部側において前記ワイヤ電極に摺接して設けられる上部側給電点を経由する上部側経路と前記被加工物の下部側において前記ワイヤ電極に摺接して設けられる下部側給電点を経由する下部側経路とのいずれか一方の経路としてインピーダンスを異ならせて並列に設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
7. ワイヤ電極と被加工物との加工間隙である極間に加工電源からメイン放電電流を供給する給電路として第１のインピーダンスを有する高インピーダンス経路と前記第１のインピーダンスより小さい第２のインピーダンスを有する低インピーダンス経路とを併用する場合に、
   前記高インピーダンス経路と前記低インピーダンス経路とのそれぞれを個別に開閉する経路開閉手段と、
   前記高インピーダンス経路からの給電と前記低インピーダンス経路からの給電とを切り替えるために一方の経路を閉路し他方の経路を開路する組み合わせを指定した開閉パターンを設定する開閉パターン設定手段と、
   前記極間での放電周波数を検出する放電周波数検出手段と、
   前記放電周波数検出手段にて検出された放電周波数の閾値に対する高低を判定する放電周波数判定手段と、
   前記放電周波数判定手段にて放電周波数が前記閾値より高いと判定された場合は、前記高インピーダンス経路に適用する給電回数比率を予め定めた給電回数比率よりも高い方に変更した開閉パターンを生成し、前記放電周波数判定手段にて放電周波数が前記閾値より低いと判定された場合は、前記低インピーダンス経路に適用する給電回数比率を予め定めた給電回数比率よりも高い方に変更した開閉パターンを生成する給電パターン変更手段と、
   前記開閉パターン設定手段からの開閉パターンが示す現在の給電路において前記給電パターン変更手段が指定する給電回数比率に従って前記経路開閉手段を開閉制御する駆動手段と
   を備えていることを特徴とするワイヤ放電加工装置。
8. 前記高インピーダンス経路は、前記被加工物の上部側において前記ワイヤ電極に摺接して設けられる上部側給電点を経由する上部側経路、或いは、前記被加工物の下部側において前記ワイヤ電極に摺接して設けられる下部側給電点を経由する下部側経路であり、
   前記低インピーダンス経路は、前記上部側経路と前記下部側経路との双方を同時に用いる経路である
   ことを特徴とする請求項７に記載のワイヤ放電加工装置。
9. 前記高インピーダンス経路及び前記低インピーダンス経路は、
   前記被加工物の上部側において前記ワイヤ電極に摺接して設けられる上部側給電点を経由する上部側経路と前記被加工物の下部側において前記ワイヤ電極に摺接して設けられる下部側給電点を経由する下部側経路とのいずれか一方の経路としてインピーダンスを異ならせて並列に設けられている
   ことを特徴とする請求項７に記載のワイヤ放電加工装置。
10. ワイヤ電極と被加工物との加工間隙である極間に加工電源からメイン放電電流を供給する給電路として第１のインピーダンスを有する高インピーダンス経路と前記第１のインピーダンスより小さい第２のインピーダンスを有する低インピーダンス経路とを併用する場合に、
    前記加工電源として並列に設けられる２つの加工電源であって、各一方の電極端が前記高インピーダンス経路及び前記低インピーダンス経路における前記ワイヤ電極側に接続される、第１の電流を供給する小電流供給用加工電源及び前記第１の電流より大きな第２の電流を供給する大電流供給用加工電源と、
    前記高インピーダンス経路と前記低インピーダンス経路とのそれぞれを個別に開閉する経路選択用開閉手段と、
    前記小電流供給用加工電源及び前記大電流供給用加工電源の各他方の電極端を個別に選択して前記高インピーダンス経路及び前記低インピーダンス経路における前記被加工物側に接続する電源選択用開閉手段と、
    前記大電流供給用加工電源を用いた前記高インピーダンス経路からの給電と前記小電流供給用加工電源を用いた前記低インピーダンス経路からの給電とを切り替えるために一方の経路を閉路し他方の経路を開路する組み合わせを指定した開閉パターンを設定する開閉パターン設定手段と、
    前記開閉パターン設定手段が設定した開閉パターンに従って前記経路選択用開閉手段及び前記電源選択用を開閉制御する駆動手段と
    を備えていることを特徴とするワイヤ放電加工装置。
11. 前記高インピーダンス経路は、前記被加工物の上部側において前記ワイヤ電極に摺接して設けられる上部側給電点を経由する上部側経路、或いは、前記被加工物の下部側において前記ワイヤ電極に摺接して設けられる下部側給電点を経由する下部側経路であり、
    前記低インピーダンス経路は、前記上部側経路と前記下部側経路との双方を同時に用いる経路である
    ことを特徴とする請求項１０に記載のワイヤ放電加工装置。
12. 前記高インピーダンス経路及び前記低インピーダンス経路は、
    前記被加工物の上部側において前記ワイヤ電極に摺接して設けられる上部側給電点を経由する上部側経路と前記被加工物の下部側において前記ワイヤ電極に摺接して設けられる下部側給電点を経由する下部側経路とのいずれか一方の経路としてインピーダンスを異ならせて並列に設けられている
    ことを特徴とする請求項１０に記載のワイヤ放電加工装置。

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