JPWO2006046599A1 - 放電加工用電源装置及び細穴放電加工装置 - Google Patents
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Abstract
Description
Aの部分で放電が発生すると、コンデンサの静電容量やフィーダ配線等の浮遊静電容量に充電された電荷が放出されることによる放電電流に正極性側電源からの充電電流を加えた放電電流値が加工間隙に供給される。
この放電電流パルス波形を観察すると、先に説明したコンデンサの放電と電源からの充電電流による大きな放電電流の立下り以降に、配線のインダクタンスや回路中の静電容量の影響により振動電流がしばらく続いていることがわかる。
なお、ここで、正極性側電源からの充電電流は、放電電流のパルス幅が短いほど、加工面の放電痕が細かくなり加工面がきれいになることから、パルス列中のオン時間を十分に短く設定し、放電電流のパルス幅に影響しないように設定されている。
このような放電は加工間隙の1箇所にパルス幅の長い大きな放電電流が集中して流れている状態であり被加工物の加工面に大きな放電痕を作ってしまい、加工面が荒れてしまう問題があった。
また、放電電流パルスが3パルス、4パルスと続いてつながった場合にはさらに影響が大きくなってしまう。
すなわち、細穴加工用の電極は細い径のものほど高価であるため電極消耗の増加は、加工コスト増加に大きく影響するとともに、電極交換頻度の増加による段取り時間の増加ともなる。
また、加工液が水の場合、電解腐食を抑制するために加工間隙に交流パルス方式による交流電圧を印加しているが、同様に、負極性側の放電電流の発生により、電極消耗量を増大させる原因となっていた。
図1に本発明による放電加工装置の構成を示す。
図において、放電加工装置の機械本体1は、加工液が貯留された加工槽4に設置された被加工物9に対向する加工用電極8を保持する加工ヘッド3を有する放電加工装置である。
また、機械本体1には、フィーダ配線10を介して加工用電源装置2に接続されている。
加工用電源装置2は、周知の放電加工パルス発生部6を有すると共に、本実施の形態における特徴部分であるダイオード24と抵抗23を並列接続した逆電流阻止回路22を有している。
また、12は加工用電極8と被加工物9に並列接続されたコンデンサ、13はコンデンサ12を長い時定数で放電させるための抵抗器である。
すなわち、放電加工装置では、使用する電極や被加工物の材料、加工する面積、加工間隙に充たす加工液の種類などにより、加工速度と電極消耗特性などを考慮して電極と被加工物間に印加する極性を変えている。
仮に、意図しない方向にばかり放電電流を流すと、電極を激しく消耗させる上に加工があまり進まない状態となるので、使用目的によってダイオード24の接続極性は変更するようにする。
例えば、細穴を空けるための細穴放電加工機やワイヤ放電加工機では、図1に示すように被加工物9から加工用電極8の方向に電流が流れる極性にダイオードを接続する。
また、形彫放電加工機では、通常は電極8から被加工物9の方向に電流が流れる極性にダイオードを接続するが、面粗さを細かく仕上げる場合や電極にグラファイトを使用した加工等の場合には逆極性に接続する場合もある。
なお、ダイオード24は、被加工物が正極性のときには放電電流を流し、負極性のときには電流を流さないためのものであり、逆極性の電流をすばやく阻止することが必要であるため、ファーストリカバリダイオードやショットキーバリアダイオード等のリカバリ時間の短い素子を選定し、定格電圧が低い場合はいくつか直列接続したり、定格電流が低い場合はいくつか並列接続したりして用いる。
抵抗23は、パルス制御部7からの駆動パルス信号7bによりスイッチング素子17がオンした場合に、直流電源15の電圧V2がスイッチング素子17、ダイオード21、電流制限抵抗19、抵抗23を通して被加工物9が電極8に対して負極性になるように加工間隙に電圧を印加させるためのものである。
ここで、抵抗23の抵抗値の選定条件としては、被加工物9を電極8に対して負極性になるよう電圧を印加する場合に加工間隙にわずかに存在する浮遊の静電容量を短時間で充電できることと、被加工物側が負極性のときにコンデンサ12の静電容量やフィーダ配線10、その他の浮遊の静電容量に充電された電荷の放電と直流電源15から供給される電流とを合わせた極間隙への放電電流が被加工物が正極性のときに流れる放電電流に比べて十分に小さいこと、また、パルス発生部6と並列に接続された図示しない各種検出回路の入力抵抗に比べて十分に抵抗値が小さく極間の状態検出が正確に行われることが必要条件である。
実際の抵抗値としては、100Ω〜数kΩ程度の間で選定するのが実用的である。
直流電源14、15は、加工用電極8と被加工物9との加工間隙に対してそれぞれ逆の極性に接続されている。
また、パルス制御部7からは、スイッチング素子16の駆動パルス信号7aを所定のオンオフ時間で所定のパルス数を発生すると、所定の休止時間を経てスイッチング素子17の駆動パルス信号7bを7aと同一パルス数だけ発生する。
そのため、駆動パルス信号7aと駆動パルス信号7bは所定の休止時間を経て交互に繰り返されるようになっており、駆動パルス信号7aがHのときは、スイッチング素子16がオンされ直流電源14の電圧V1によりスイッチング素子16とダイオード20と電流制限抵抗18を通してコンデンサ12を充電しながら電極8と被加工物間に、逆電流阻止回路22のダイオード24を通し、被加工物9が正極性になるように印加される。
この場合、コンデンサ12は電極8に対して被加工物9が正極性になるように、電流制限抵抗18の抵抗値とコンデンサ12の静電容量でほぼ決まる時定数で充電される。
ここで、放電用抵抗器13の抵抗値は充電用の電流制限抵抗器18の抵抗値よりも十分に大きく設定されておりスイッチング素子16がオフしてもコンデンサ12の電荷はすぐには無くならないため、加工用電極8と被加工物9の加工間隙の電圧はパルス列の1パルス目、2パルス目と徐々に直流電源14の電圧V1近くまで上昇していく。
パルス列が終了するとパルス休止時間となり、極間電圧は0V付近まで徐々に下降していく。
そして所定のパルス休止時間を経て負極性側のパルス列を発生するようになっている。
この場合、コンデンサ12は電極8に対して被加工物9が負極性になるように、電流制限抵抗19の抵抗値とコンデンサ12の静電容量でほぼ決まる時定数で充電される。
加工間隙には電極8と被加工物9の間にごく僅かに存在する浮遊静電容量の他に給電フィーダ配線10にも静電容量が存在しており、これらには抵抗23を通して電荷を供給することにより加工間隙に電圧を印加することが出来る。
このときは、逆電流阻止回路22のダイオード24は逆方向にバイアスされているので電流は流れず加工間隙への電圧印加には寄与しない。
ここで、放電用抵抗器13の抵抗値は充電用の電流制限抵抗器19の抵抗値よりも十分に大きく設定されておりスイッチング素子17がオフしてもコンデンサ12の電荷はすぐには無くならないため、加工用電極8と被加工物9の間隙の電圧はパルス列の1パルス目、2パルス目と徐々に上昇していき、直流電源15の電圧V2近くまで上昇していく。
パルス制御部7からの駆動パルス信号7aにより、加工間隙に電極8に対して被加工物9が正極性になるように印加した結果、放電が発生した場合は、ダイオード24は順方向にバイアスされているので、コンデンサ12の電荷の放出電流及び直流電源14から供給される充電電流は、給電フィーダ配線10から被加工物9、電極8、給電フィーダ配線10、ダイオード24の経路で放電電流パルスとして流れる。
放電電流は、波高値の高い電流に続いて負極性に電流が流れようとするが、本実施の形態による回路では、負極性に電流が流れようとするとダイオード24は逆バイアスとなるためダイオード24には電流は流れない。
実際の構成では、ダイオード24の逆回復時間が存在するので、その間は僅かに電流が流れるが、従来技術として説明した図12に示すような振動電流は持続せずにごく短時間で電流は遮断される。
図3は、この関係を示す図である。
また、ダイオード24に並列に接続された抵抗23は抵抗値が高く構成されているので、抵抗23にはごく僅かしか電流が流れないようになっている。
従って、本構成によれば図3に示すように波高値の高い電流に続く振動電流は殆ど発生しないため加工間隙には狭パルスの放電電流を流すことが出来る。
なお、正極性印加時には抵抗23には順方向にバイアスされているダイオード24が並列に接続されているので抵抗23には電圧が殆どかからず従って電流も殆ど流れない。
図5に示した如く、従来技術による電流波形では、スイッチング素子17がオンすることにより、コンデンサ12に蓄えられた電荷及び直流電源V2からの電流は、大きな波高値の放電パルスに続いて振動を伴う電流がしばらくの間続いている。
しかしながら、本実施の形態による構成によれば、スイッチング素子17がオンすることによりコンデンサ12に蓄えられた電荷はダイオード24には流れず抵抗23を通してのみごく僅かに流れる。
一方、逆電流阻止回路22より加工間隙側に存在する給電フィーダ配線10や加工間隙の浮遊静電容量に蓄えられた電荷は、放電発生により放電電流として加工間隙に流れるが、これらに蓄えられた電荷はコンデンサ12に蓄えられた電荷に比較して小さいので、図5bに示すような本実施の形態の放電電流波形となり結果として放電電流はごく僅かのみに抑えられる。
また、負極性側の放電電流は殆ど流れないため交流パルス方式の電源装置において放電加工により消耗する電極消耗量を大幅に低減することが出来る。
また、本実施の形態で説明した放電加工用電源装置を、パイプ電極や棒電極を用いて穴を空けるための細穴放電加工装置に適用することにより、電極消耗を抑えることができ、電極1本あたりの加工可能穴数が増えるので電極費用が安く済むほか、電極を交換する作業の手間を減らせる効果を奏することが出来る。特に、φ0.2mm以下の細穴放電加工装置に対し、有効である。
また、ワイヤ放電加工装置に適用することにより、ワイヤ電極へのダメージを減少させることができるので、ワイヤ送り速度を遅く設定することができ、ワイヤ電極の使用量を減少させる効果を奏することが出来る。
次に本実施の形態2について図6の構成図を用いて説明する。
なお、本実施の形態においては、逆電流阻止回路22は、例えば給電フィーダ10の末端に放電加工機本体1の電極8取付け部に出来るだけ配線が短くなるように取付けられている。
また、放電加工装置機械本体1が大型であるなどの理由で電極8と被加工物9の加工間隙と加工用電源装置2との距離が遠いとフィーダ配線10が長くなるのでフィーダ配線の静電容量に充電される電荷も大きくなるが、この電荷の加工間隙への放出電流も確実に抑制することが出来る。
次に、本実施の形態3について図7を用いて説明する。
本実施の形態は、実施の形態2にて説明したダイオード24と抵抗23の並列回路である逆電流阻止回路22の取付け位置を、電極8取付け部から被加工物取付け部に変更したものである。
なお、ダイオード24の取付け方向は電流を意図して流す極性とするので、ダイオード24の取付け極性は実施例2の図6の取付け方向と逆方向とする。
なお、動作及び作用については実施の形態2にて説明した内容と全く同一である。
次に、上述したダイオード24と抵抗23の並列回路である逆電流阻止回路22の置換例について説明する。
図8は、図1における逆電流阻止回路22を寄生ダイオード26が内蔵されたMOS−FET27に置換した例である。
MOS−FET27は、パルス発生部6から加工間隙へパルス電力を供給する配線経路に直列に挿入されており、加工パルス電流を意図して流す方向にMOS−FET27の寄生内蔵ダイオード26に流す電流の向きを合わせ、MOS−FET27がONしたときには逆方向の電流も流れるように接続する。
例えば、細穴を空けるための細穴放電加工機やワイヤ放電加工機では、図8に示すように被加工物9から加工用電極8の方向に電流が流れる極性にMOS−FET27の内蔵寄生ダイオード26の向きを合わせて接続するため、一例としてPチャネルMOS−FETを使用する場合、図に示す向きに接続する。
なお、MOS−FET27の内蔵寄生ダイオード26は、被加工物が正極性のときは放電電流を流し、負極性のときには電流を流さないためのものであり、実施の形態1〜3にて説明したダイオード24と全く同一の働きをすることができる。
MOS−FET27は、被加工物が負極性のときにソースとドレイン間がONとOFFの中間状態となるように駆動信号7cの電圧を発生することにより実施の形態1〜3にて説明した抵抗23と同様の働きをすることができる。
図9は、FETの駆動信号7cの発生タイミングを示す。
放電電流は、波高値の高い電流に続いて負極性に電流が流れようとするが、本実施の形態による回路では、負極性に電流が流れようとするとMOS−FET27の内蔵寄生ダイオード26は逆バイアスとなるためダイオード26には電流は流れない。
実際の構成では、MOS−FET27の内蔵寄生ダイオード26の逆回復時間が存在するので、その間は僅かに電流が流れるが、従来技術として説明した図6に示すような振動電流は持続せずにごく短時間で電流は遮断され、連続して放電した場合でも電流はつながらず、狭パルスの電流パルスを確実に流すことができる。
コンデンサ12に蓄えられた電荷はMOS−FET27の内蔵寄生ダイオード26には流れずONとOFFの中間状態となっているMOS−FET27本体を通してごく僅かに流れる。
一方、MOS−FET27より加工間隙側に存在する給電フィーダ配線10や加工間隙の浮遊静電容量に蓄えられた電荷は、放電発生により放電電流として加工間隙に流れるが、これらに蓄えられた電荷はコンデンサ12に蓄えられた電荷に比較して小さいので、図5bに示すような実施の形態1と同様な放電電流波形となり結果として放電電流はごく僅かのみに抑えられる。
次に、上述したダイオード24と抵抗23の並列回路である逆電流阻止回路22の別の置換例について説明する。
MOSFETは、ゲート信号を与えないOFF状態のときは、内蔵する寄生ダイオードにより単なる整流素子としてのみ機能することができる。
従って、本実施例では、上述したダイオード24をOFF状態のMOSFETに置換したものである。
MOSFETの接続方向は、内蔵のダイオード極性がダイオード24の極性と同一となるように接続する。尚、MOSFETは、内蔵ダイオードのリカバリ時間ができる限り短いものを選定すると逆電流阻止の効果が大きくなるのでより良く、このことは実施の形態1で説明したことと同一である。
Claims (18)
- 加工用電極と被加工物との加工間隙に放電加工用パルス電圧を印加する放電加工機の電源装置において、
整流素子と抵抗素子とを並列に接続した回路を、放電加工パルス発生部から加工間隙に至る配線経路に直列に挿入すると共に、上記整流素子は、放電発生時の加工パルス電流を意図して流す方向に合わせて接続することを特徴とする放電加工用電源装置。 - 整流素子と抵抗素子とを並列に接続した回路を、放電加工パルス発生部から加工間隙に至る配線経路の、加工間隙の間近に直列に挿入することを特徴とする請求項1に記載の放電加工用電源装置。
- 整流素子は、リカバリ時間の短いダイオード素子またはMOSFETの内蔵ダイオードであることを特徴とする請求項1または2に記載の放電加工用電源装置。
- 抵抗素子は、被加工物を電極に対して負極性になるよう電圧を印加する場合に加工間隙にわずかに存在する浮遊の静電容量を短時間で充電できる値を選定することを特徴とする請求項1乃至3何れかに記載の放電加工用電源装置。
- 抵抗素子は、被加工物側が負極性のときにコンデンサの静電容量やフィーダ配線、検出用配線等の浮遊の静電容量に充電された電荷の放電と直流電源から供給される電流とを合わせた極間隙への放電電流が、被加工物が正極性のときに流れる放電電流に比べて十分に小さい値を選定することを特徴とする請求項1乃至3何れかに記載の放電加工用電源装置。
- 抵抗素子は、各種検出回路の入力抵抗に比べて十分に抵抗値が小さく極間の状態検出が正確に行われる値を選定することを特徴とする請求項1乃至3何れかに記載の放電加工用電源装置。
- 水溶性の加工液を使用し、細穴電極と被加工物間に正負両極性の電圧を印加することで上記被加工物を加工する細穴放電加工装置において、
整流素子と抵抗素子とを並列に接続した回路を、放電加工パルス発生部から加工間隙に至る配線経路に直列に挿入すると共に、上記細穴電極に対して被加工物が正極性になるように印加した際の放電が発生時に、上記整流素子に放電電流が流れるように配置することを特徴とする細穴放電加工装置。 - 整流素子と抵抗素子を並列に接続した回路を、放電加工パルス発生部から加工間隙に至る配線経路の、加工間隙の間近に直列に挿入することを特徴とする請求項7に記載の細穴放電加工装置。
- 整流素子は、リカバリ時間の短いダイオード素子であることを特徴とする請求項7に記載の細穴放電加工装置。
- 抵抗素子は、被加工物を電極に対して負極性になるよう電圧を印加する場合に加工間隙にわずかに存在する浮遊の静電容量を短時間で充電できる値を選定することを特徴とする請求項7乃至9何れかに記載の細穴放電加工装置。
- 抵抗素子は、被加工物側が負極性のときにコンデンサの静電容量やフィーダ配線、検出用配線等の浮遊の静電容量に充電された電荷の放電と直流電源から供給される電流とを合わせた極間隙への放電電流が、被加工物が正極性のときに流れる放電電流に比べて十分に小さい値を選定することを特徴とする請求項7乃至9何れかに記載の細穴放電加工装置。
- 抵抗素子は、各種検出回路の入力抵抗に比べて十分に抵抗値が小さく極間の状態検出が正確に行われる値を選定することを特徴とする請求項7乃至9何れかに記載の細穴放電加工装置。
- 加工用電極と被加工物との加工間隙に放電加工用パルス電圧を印加する放電加工機の電源装置において、
ダイオードが内蔵されたMOSFETよりなるスイッチング素子を、放電加工パルス発生部から加工間隙に至る配線経路に直列に挿入するとともに、上記MOSFETは、内蔵ダイオードが放電発生時の加工パルス電流を意図して流す方向に合わせて接続することを特徴とする放電加工用電源装置。 - MOSFETを、放電加工パルス発生部から加工間隙に至る配線経路の、加工間隙の間近に直列に挿入することを特徴とする請求項13に記載の放電加工用電源装置。
- MOSFETの内蔵ダイオードは、リカバリ時間の短いものであることを特徴とする請求項13または14に記載の放電加工用電源装置。
- MOSFETのソースとドレイン間の抵抗値が、被加工物を電極に対して負極性になるよう電圧を印加する場合に加工間隙にわずかに存在する浮遊の静電容量を短時間で充電できる値となるようにMOSFETのゲート電圧を設定することを特徴とする請求項13及至15何れかに記載の放電加工用電源装置。
- MOSFETのソースとドレイン間の抵抗値が、被加工物側が負極性のときにコンデンサの静電容量やフィーダ配線、検出用配線等の浮遊の静電容量に充電された電荷の放電と直流電源から供給される電流とを合わせた極間隙への放電電流が、被加工物が正極性のときに流れる放電電流に比べて十分に小さい値となるようにMOSFETのゲート電圧を設定することを特徴とする請求項13及至15何れかに記載の放電加工用電源装置。
- MOSFETのソースとドレイン間の抵抗値が、各種検出回路の入力抵抗に比べて十分に抵抗値が小さく極間の状態検出が正確に行われる値となるようにMOSFETのゲート電圧を設定することを特徴とする請求項13及至15何れかに記載の放電加工用電源装置。
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