JPH04315521A - 放電加工装置 - Google Patents

放電加工装置

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JPH04315521A
JPH04315521A JP7909091A JP7909091A JPH04315521A JP H04315521 A JPH04315521 A JP H04315521A JP 7909091 A JP7909091 A JP 7909091A JP 7909091 A JP7909091 A JP 7909091A JP H04315521 A JPH04315521 A JP H04315521A
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JP
Japan
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machining
capacitor
switch
pulse
machining gap
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JP7909091A
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Inventor
Kimizo Yabe
仁三 矢部
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INR Kenkyusho KK
Original Assignee
INR Kenkyusho KK
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  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は放電加工装置の特に加工
用電源に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の放電加工機は、電極と被加工体の
加工間隙が形成される機械装置と加工パルスを供給する
電源装置とは、組立構造とか作業性からして別個に作ら
れ離隔された位置に設置されるようになっていた。した
がって電源装置と加工間隙との間は長いケーブルをもっ
て接続するため、ケーブルのインダクタンス及び抵抗が
供給加工パルスに悪影響を与えていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】即ち、従来の放電加工
機では、上記のように電源装置と加工間隙の間を長いケ
ーブルで接続したとき、ケーブルのインダクタンス及び
抵抗が影響して加工パルスの波形を歪ませたり、放電電
流波高値を高くすることができない欠点があるが、本発
明はこの従来の欠点を除去することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、電極と被加工
体の加工間隙に電圧パルスを印加しパルス放電を発生さ
せて加工を行なう放電加工装置に於いて、加工間隙と並
列に長さ1m以下のリード線でパワー蓄電用コンデンサ
を接続し、上記コンデンサと加工間隙の接続回路中にオ
ン・オフスイッチングによりパルスを発生するスイッチ
と抵抗の直列回路を一つもしくは複数個挿入し、上記コ
ンデンサを充電する直流電源を加工間隙から離れた位置
に設けてコンデンサとケーブルで接続すると共に、上記
スイッチを設定加工電圧パルスに対応するパルス幅でオ
ン・オフスイッチング制御する制御回路を設けて成るこ
とを特徴とする。
【0005】
【作用】本発明は、前記のように、加工間隙に長さ1m
以下のリード線でパワー蓄電用コンデンサを接続し、該
コンデンサと加工間隙の接続回路にスイッチと抵抗の直
列回路を挿入し、該コンデンサを加工間隙近くに設けた
直流電源として利用し、これをスイッチのオン・オフス
イッチング制御により加工パルスを発生し、供給するよ
うにしたから、コンデンサ充電用の直流電源装置を加工
間隙から離れた位置に置いても、加工間隙に放電電流波
高値を高めた放電を行なうことができ、又前記スイッチ
のオン・オフスイッチング制御は大容量コンデンサの直
流電源を設定加工パルスに対応するパルス幅でオン・オ
フスイッチングするようにしたから、加工間隙にはほぼ
矩形波の歪みのないパルス放電を行なうことができ、コ
ンデンサは常に一定直流電圧に充電されていてスイッチ
のオン・オフスイッチング制御によって充電エネルギの
少しづつを矩形波パルスとして放電することができ、加
工間隙に繰り返し供給することができる。又コンデンサ
を加工間隙に長さ1m以下のリード線で接続したことに
より放電回路のイングクタンスを小さくし、逆起電圧に
よるトランジスタ、FET等のスイッチの破損を防止す
ることができる。
【0006】
【実施例】以下図面の一実施例により本発明を説明する
。図1において、1は電極と被加工体が相対向すること
により形成された加工間隙、2はパワー蓄電用コンデン
サ、3はFET高速スイッチ31と抵抗32の直列回路
で、加工間隙に接近して配置され、コンデンサ2から加
工間隙の電極及び被加工体に接続されるリード線は1m
以下の最短長さで接続する。4はコンデンサ2の充電用
直流電源で、トランス41、整流器43等により構成さ
れている。5は整流器43の直流出力をコンデンサ2に
接続するケーブル、6はスイッチ31をコンデンサ2の
電圧が充電電源電圧の少なくとも50%以上の電圧を維
持する時間幅及びデューティサイクル内の加工条件に応
じて設定したτon、τoff でオン・オフスイッチ
ング制御するパルス制御回路であり、通常は電源装置4
内に組込むように設ける。42はトランス41の2次側
タップ切換器である。
【0007】以上において、大容量コンデンサ2はパル
スの発生用ではなく、加工間隙近くに設けたパワー蓄電
用の直流電源として利用するものであるから、従来のパ
ルスコンデンサに比較して充分容量の大きい例えば10
0 μF 〜10000 μF 程度のコンデンサを用
いる。そして、これを加工間隙近くの被加工体固定テー
ブル又は加工タンクとか電極支持用のスピンドル、ヘッ
ド等に配置して設ける。又電極及び被加工体への接続は
1m以下の最短長さのリード線で接続する。このリード
線回路内に存在するLは極力小さくし、1mのリード線
で1μH程度になる。このようにして直流電源の整流器
43の出力によってコンデンサ2を充電し、平滑直流電
圧を出力する。電源電圧は切換器42によりトランス4
1のタップ切換えにより調整することができ、放電加工
に必要な50〜300 V程度の範囲で調節できるよう
に構成する。又直列回路の抵抗32は加工間隙に流す放
電電流波高値Ipに対応して所要の抵抗値のものを利用
するか、可変抵抗器を用い、或いは切り換えて利用する
【0008】以上のようにコンデンサ2の容量は直流電
源の平滑用として極めて大きい容量のものを利用し、こ
れを加工間隙に接続するリード線は1m以下に短くして
、その抵抗とかインダクタンスが極めて小さく、流れる
電流に対して殆ど影響を与えないようにする。したがっ
て放電電流波高値Ipはコンデンサ2の電源電圧Vと抵
抗Rによってほぼ決定する。例えばV=90V、R=0
.45Ωとすれば、Ip= 200A流すことができる
。又抵抗32を可変とすることによってIpを変えるこ
とができ、又切換器42により直流電源電圧を変えるこ
とによってもIpの制御をすることができる。例えば、
Ip=25Aにするには電源電圧V= 11.25Vに
調整すればよい。このように直流電源蓄電池用の大容量
のコンデンサ2の電圧をスイッチ31のオン・オフスイ
ッチングによって加工間隙にパルス放電することによっ
て抵抗32及びコンデンサ電源電圧によって制御される
任意のIpの放電を発生させることができる。
【0009】又、スイッチ31を制御するパルス制御回
路6の制御パルスの設定制御によって、加工間隙に発生
する放電パルスのパルス幅τon及び休止幅τoff 
の制御が任意にでき、10−1μs から103 μs
 程度の広範囲に亘って所望のパルスを発生させること
ができる。図4がスイッチのオン、オフと、コンデンサ
電圧と、パルス電流の状態を説明する波形図である。
【0010】例えば、500 μF のコンデンサ2と
、0.45Ωの抵抗32を用い、コンデンサ2を90V
の電源電圧に充電し、スイッチ31により3μS のパ
ルスを発生させた場合は、放電電流波高値Ip= 20
0Aで、そのときのコンデンサ2の電圧はスレシホール
ド電圧(充電用直流電源電圧)の99.8%以上の電圧
を維持し、ほぼ一定に保たれる。又放電回路には挿入抵
抗以外の浮遊インダクタンス及び抵抗等が短いリード線
により極力小さく設計されているので、波形の歪みを少
なく正確な矩形波パルスを発生することができる。
【0011】なお、スレシホールド電圧を加工条件に対
応して最適に設定した場合、コンデンサ2の電圧が設定
電圧より低下してくると放電率が低下し、電流波高値が
低下したり波形が変化するから、加工を安定に且つ所要
の加工速度を得るためにはコンデンサ電圧は最低でもス
レシホールド電圧の50%程度の電圧を維持させる必要
がある。このスレシホールド電圧の50%以上の電圧範
囲を維持するには、スイッチ31をオン、オフする時間
幅及びデューティサイクルをコンデンサ2の充放電特性
に応じてそのように設定すればよく、その範囲内におい
て、加工条件を満たすτon、τoff を設定する。 それによりコンデンサ2はスイッチ31のオンにより充
電エネルギの一部づつを放電しても、次のスイッチ31
のオフによる充電によってスレシホールド電圧まで充電
電圧が回復してほぼ一定電圧を維持するので、このコン
デンサ電圧を電圧源として、スイッチ31のオン、オフ
制御を繰り返すことによりほぼ矩形波パルスで波高値及
びパルス幅を一定にしたパルスを発生し、リード線等に
影響されることなく安定に加工間隙に繰り返し供給する
ことができ、所要の加工速度、加工精度を有する放電加
工を行なうことができる。なお、図1において、電源電
圧を低く設定し、波高値の高い放電電流を流すときは、
スイッチ31の内部抵抗を利用して外部の挿入抵抗32
を除去することができる。
【0012】又、コンデンサ2と直列回路3を含む加工
間隙1との接続回路のリード線の長さは極力短くし、長
くても1m以下に設定したので、コンデンサ2から加工
間隙1に至る回路に存在するインダクタンスは約1μH
程度であり、スイッチ31のオン・オフスイッチングに
より加工間隙1に供給するパルスに影響することが少な
くなり、立上がり立下がり特性のシャープな歪みのない
矩形波パルスの供給ができ、又スイッチオフによる放電
遮断時に発生する電気振動を小さくすることができ、振
動を急速に減衰させて加工間隙の絶縁回復を早め、休止
時間を短くして次のパルス放電を発生することができ、
放電の繰返し数を高め加工速度を高めることができる。
【0013】通常、超高周波の放電加工パルス条件はパ
ルス幅τon= 0.1μs 、波高値100A程度で
あり、前記のようにリード線の長さ1mに生じるインダ
クタンスL=1μHであるとすると、逆起電力は約10
00Vである。これはスイッチ31の通常利用されるト
ランジスタ、FET 等の耐圧の点からも実用上の範囲
であり、リード線の長さを1m以下に設定することによ
ってスイッチを破壊させることなく利用することができ
る。
【0014】図2は本発明の他の実施例で、パルス発生
用のスイッチ31がオフしたとき可逆的にオンして加工
間隙に供給する電流をシャント(Shunt) するス
イッチ33を設けて放電パルスの遮断時の遅れを防止す
るようにしたものである。制御回路6の発生するパルス
を微分回路7で微分する。微分した正パルスを単安定マ
ルチバイブレータ8でパルス成形し、微分負パルスを単
安定マルチバイブレータ9でパルス成形し、成形パルス
をフリップフロップ10に加えて可逆反転制御し、その
反転信号により各々ドライバ11、12を制御して両ス
イッチ31、33を可逆的にオン・オフスイッチング制
御する。
【0015】通常、放電スイッチ31をオン・オフスイ
ッチング制御して加工間隙に放電を発生させるとき、ス
イッチング半導体素子及び回路定数の影響によってスイ
ッチオフしても流れる電流値は瞬時に零にならず10−
1μs 程度の遅れを伴う。この遅れにより特に放電加
工の超仕上げ加工時 (パルス幅10−1μs 〜数μ
s 程度) には所定のパルス幅及び休止幅を繰り返す
ことができないため所期の目的の加工ができなくなる。 そこで可逆反転するフリップフロップ10の可逆的出力
をドライバ11、12を通して各々スイッチ31と33
に加えて可逆的にオン、オフ制御することにより、加工
間隙に流れる電流を瞬間的に側路して遮断することがで
き、例えばスイッチ31がオンしたときスイッチ33が
オフして加工間隙に放電電流を流し、スイッチ31がオ
フして放電電流を遮断するときはスイッチ33がオンし
て電流値の遅れを側路により加工間隙に流れる電流値を
瞬間的に零にすることができるようになる。したがって
1μs以下のサブミクロンの微小パルス幅のパルス放電
を繰り返して加工する超仕上げの精密加工も極めて容易
に行なうことができる。
【0016】図3は低電圧電源と高電圧電源を重量して
放電を行なう場合の実施例で、21が通常の加工用エネ
ルギを供給するための低電圧電源用コンデンサで、低電
圧の直流電源に接続される。22が加工間隙での放電起
動を容易にするための高電圧電源用コンデンサで高電圧
の直流電源に接続される。31及び35は各コンデンサ
に直列接続されたオン・オフスイッチで、通常は同期し
てオン、オフ制御される。32及び36は電流制御用の
抵抗、34及び37は整流器、コンデンサ21の直列回
路とコンデンサ22の直列回路は並列接続されて加工間
隙に接続される。
【0017】低電圧電源用コンデンサ21及び高電圧電
源用コンデンサ22は各々離隔して配置れた直流電源装
置によって充電されており、常にその一定充電電圧を維
持する容量を有する。今スイッチ31及び35が同期的
にオン制御されたとすると、高電圧コンデンサ22の電
圧が加工間隙に印加され、これにより放電が起動する。 すると加工間隙の電圧は急速に低下するから低電圧コン
デンサ21から加工間隙に大電流が流れ込み抵抗32で
制御する所要の電流を流すことができる。スイッチ31
、35のオフによって所要のパルス幅で放電を休止し、
再び所要の休止幅を置いてスイッチオンにより次のパル
ス放電を行なう如く、これを繰り返してパルス的放電を
続けることができる。ここでスイッチ31、35のオン
によって加工間隙に放電を行なうとき、高電圧コンデン
サ22を設けたことにより高電圧が間隙に加わって放電
起動を容易にし、遅れ時間を少なくしてパルス放電を行
なうことができる。これにより放電起動までの無駄時間
を少なくして放電の繰返し数を高めた状態で高周波放電
加工を安定に行なうことができるようになる。
【0018】なお、スイッチ31及び35は同期してオ
ン・オフスイッチング制御しなくてもよく、スイッチ3
5をオンして後、放電起動を検出したとき、スイッチ3
1をオンして加工電流を供給するようにしてもよく、又
放電起動後はスイッチ35をオフしてしまうように制御
することもできる。
【0019】図5はスイッチ31と抵抗32の直列回路
3を複数個 (図では3個) 並列に接続して、コンデ
ンサ2と加工間隙1の接続回路に挿入した実施例である
。各抵抗32の抵抗値は、加工間隙に図1の場合と同一
電流を流すとすれば、図1の抵抗32の約3倍に設定さ
れる。そしてスイッチ31と抵抗32の各直列回路に存
在するインダクタンス分Lが変わらない(リード線の長
さが等しい)とすると、放電の立上がり立下がり特性の
時定数T=L/Rが約1/3程度になるから、スイッチ
31を同時にオン、オフ制御した場合、加工間隙を流れ
る合成パルス電流は急峻な立上がり立ち下がり特性を有
する矩形波パルスを供給することができる。したがって
加工条件の設定に当り、τon、τoff をサブミク
ロンの微小パルス幅に設定しても充分に追従する高周波
パルス放電を安定に行なわせることができる。
【0020】図6はコンデンサ2と加工間隙1の接続回
路に挿入したスイッチ31と抵抗32の直列回路3の各
々を、その入出力リード線38を平行に設けたものであ
る。 これによれば各直列回路3に流れる電流のリターンが平
行しており、直列回路を挿入することに伴う回路インダ
クタンスを低減させることができ、これによる波形の歪
み、供給エネルギの損失を防止して矩形波パルスの供給
ができ、スイッチオフにより放電電流の遮断時に発生す
る電気振動を小さくすることができ、振動を急速に減衰
させて加工間隙の絶縁回復を早め、休止時間を短くして
次のパルス放電を発生することができ放電の繰返し周波
数を高めることがでる。
【0021】図7は各直列回路3を構成するスイッチ3
1と抵抗32の組立体を被加工体を固定する加工テーブ
ル13の下に組み込んだもので、配線は出力をテーブル
13に分布して取り付け接続することにより最短のリー
ド線で接続することができる。14はテーブルに被加工
体を固定する取り付け治具、15は加工テーブルの下の
タンクで、加工部分に供給した加工液がここに流下して
冷却効果も期待することができる。勿論、冷却液には加
工液と別系統の液を流して冷却効果を高めるようにする
ことができる。冷却効果によりパワー損失を少なくでき
、回路部分の小型化とエネルギ効率の向上を図ることが
できる。なお、加工テーブルの下にコンデンサも共に収
納固定することができ、極めてコンパクトに構成するこ
とができる。
【0022】
【発明の効果】以上のように本発明は、加工間隙に並列
に長さ1m以下の最短のリード線でパワー蓄電用コンデ
ンサを接続し、その接続回路にスイッチと抵抗の直列回
路を挿入し、前記コンデンサを直流充電する直流電源を
前記加工間隙から離れた位置よりケーブルで接続し、且
つ前記スイッチを設定加工パルスに対応するパルス幅で
オン・オフスイッチング制御するパルス制御回路を設け
て成るものであるから、コンデンサはパワーの蓄電用に
大容量のものを用い、これを加工間隙近くに設けて直流
電源として作用せしめ、離れた位置に設けられた直流電
源から常にエネルギの補給を受け一定電圧を維持して、
スイッチのオン・オフスイッチング制御により加工間隙
に充電エネルギの一部づつを加工パルスとして発生供給
することができる。そしてこれにより、加工間隙に充分
波高値を高めた放電電流を流すことができ、回路抵抗も
しくは電源電圧の調整によって任意の波高値に制御され
たパルス放電を行なうことができる。即ち、加工間隙か
ら大きく離隔した位置にある直流電源から供給されるエ
ネルギを一旦加工間隙の近くにある大容量のコンデンサ
に蓄えておき、このコンデンサを直流電源としてスイッ
チのオン・オフスイッチングにより加工間隙にパルス電
流として流すものであるから、放電回路のインピーダン
スを充分小さく構成でき、電流波高値に制限があるわけ
でなく、挿入抵抗によって任意に制御された波高値の放
電電流を流すことができ、スイッチのオン・オフスイッ
チングによって波形に歪みのない矩形波パルス放電を行
なうことができる。
【0023】又、前記スイッチのオン・オフスイッチン
グ制御は、大容量コンデンサの電圧が常に充電用直流電
源電圧の少なくとも50%以上の電圧を維持する時間幅
及びデューティサイクルでオン・オフスイッチングする
ようにしたから、加工間隙には矩形波の歪みのないパル
ス放電を行なうことができ、コンデンサは常に直流電源
によって充電されて一定電圧を維持しており、これを加
工間隙近くに配置された直流電源としてスイッチをオン
・オフスイッチング制御して加工パルスを発生するから
、前記時間幅及びデューティサイクルの範囲内でスイッ
チをオン、オフ制御することによりパルス幅τon及び
休止幅τoff の制御が任意にでき、10−1μs程
度から103 μs 程度までの広範囲に亘って所望の
パルスを発生でき、高速スイッチにより高周波パルスを
発生して、これを最短リードの通電回路を通して波形を
歪ませずに加工間隙に供給することができる。
【0024】又、前記の加工間隙にコンデンサを接続す
るリード線の長さを1m以下に制限したことによって回
路のインダクタンスが1μH程度以下になり、時定数を
減じて放電電流の立上がり立ち下がり特性のシャープな
矩形波を供給でき、放電遮断時の振動を減少させること
ができる。又パルス幅 0.1μs、波高値 100A
程度の高周波放電を行っても逆起電力を1000V以下
におさえることができ、スイッチの破損を少なくして安
定利用することができる。
【0025】又、パワー蓄電用コンデンサと加工間隙を
接続する回路に挿入するスイッチと抵抗の直列回路を複
数個並列に設け、パルス放電を分流して加工間隙に流す
ことによって、各直列回路の抵抗を大きくすることがで
き、パルス電流の立上がり立ち下がり特性の時定数T=
L/Rを更に小さくでき、これにより加工間隙には急峻
な立上がり立ち下がり特性を有する矩形波パルスを供給
することができる。したがって加工条件の設定に当り、
τon、τoff をサブミクロンの微小パルス幅に設
定しても充分に追従する高周波パルス放電を容易に安定
して行わせることができる。
【0026】又、スイッチと抵抗の直列回路の入出力リ
ード線を平行に設けたことによって、直列回路に流れる
電流のリターンが平行してリード線に存在するインダク
タンスを低減させることができ、これによって直列回路
の挿入による放電回路のインダクタンスの増加を防止し
て、波形の歪み等を改善して矩形波パルス放電を行なう
ことができ、電流遮断時の振動を小さくすることができ
、振動を急速に減衰させることができるから、加工間隙
の絶縁回復を早め、休止時間を短くして次のパルス放電
を発生することができ、放電の繰り返し周波数を高めて
加工効率を向上させることができる。
【0027】又、スイッチと抵抗の直列回路を、被加工
体を固定する加工テーブルに取り付けることによって、
リード線の長さを短くできると共に、加工液等による冷
却ができ、パワー損失を少なくしてエネルギ効率を向上
させることができる。
【0028】このように本発明によれば、放電電流波高
値Ip、パルス幅τon、休止幅τoff を通電回路
に影響されることなく任意に設定制御することができ、
矩形波パルスを加工間隙に波形を歪ませずに供給するこ
とができ、これにより例えばτonを小さく繰返し周波
数を高めてIpを大きく制御したパルスや、τonを同
一にしてIpを大きくしたパルス、Ipを同一にしてτ
onを小さくしたパルス等、加工目的に対応して常に最
適のパルスを任意に供給でき、荒加工から仕上げ加工、
超仕上げ加工までを容易に高精度、高速度に加工するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る放電加工装置の一実施例の回路図
である。
【図2】他の実施例の回路図である。
【図3】更に他の実施例の一部回路図である。
【図4】回路各部に於ける波形の説明図である。
【図5】更に他の実施例の一部回路図である。
【図6】更に他の実施例の一部回路図である。
【図7】本発明に係る放電加工装置の加工テーブル周り
の状態を示す説明図である。
【符号の説明】
1     加工間隙 2     パワー蓄電用コンデンサ 3     直列回路 4     直流電源装置 5     ケーブル 6     パルス制御回路 7     微分回路 8,9   単安定マルチバイブレータ10    フ
リップフロップ 11,12 ドライバ 13    加工テーブル 14    取付け治具 15    タンク 31    スイッチ 32    抵抗 33    スイッチ 34    整流器 35    スイッチ 36    抵抗 37    整流器 38    リード線 41    トランス 42    切換器 43    整流器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  電極と被加工体の加工間隙に電圧パル
    スを印加しパルス放電を発生させて加工を行なう放電加
    工装置に於いて、加工間隙と並列に長さ1m以下のリー
    ド線でパワー蓄電用コンデンサを接続し、上記コンデン
    サと加工間隙の接続回路中にオン・オフスイッチングに
    よりパルスを発生するスイッチと抵抗の直列回路を挿入
    し、上記コンデンサを充電する直流電源を加工間隙から
    離れた位置に設けてコンデンサとケーブルで接続すると
    共に、上記スイッチを設定加工電圧パルスに対応するパ
    ルス幅でオン・オフスイッチング制御する制御回路を設
    けて成ることを特徴とする放電加工装置。
  2. 【請求項2】  上記オン・オフスイッチングによりパ
    ルスを発生するスイッチと抵抗の直列回路を、上記コン
    デンサと加工間隙の接続回路中に1個直列に挿入したこ
    とを特徴とする請求項1に記載の放電加工装置。
  3. 【請求項3】  上記オン・オフスイッチングによりパ
    ルスを発生するスイッチと抵抗の直列回路を、上記コン
    デンサと加工間隙の接続回路中に複数個並列に挿入した
    ことを特徴とする請求項1に記載の放電加工装置。
  4. 【請求項4】  上記オン・オフスイッチングによりパ
    ルスを発生するスイッチと抵抗の直列回路を、被加工体
    を固定する加工テーブルに取り付けたことを特徴とする
    請求項1、2又は3に記載の放電加工装置。
JP7909091A 1991-04-11 1991-04-11 放電加工装置 Pending JPH04315521A (ja)

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JP7909091A JPH04315521A (ja) 1991-04-11 1991-04-11 放電加工装置

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