WO1995006536A1 - Dispositif raccorde a des sources d'alimentation en courant pour usinage par etincelage - Google Patents

Description

明 細 書

放電加工機の電源装置

技 術 分 野

本発明は、 ワイヤカ ツ ト放電加工機或いは形彫放電加 ェ機の電源装置に関し、 特に、 極間放電の開始を検知し て副電源から主電源への切換を行なう放電加工機の電源 装置に関する。

背 景 技 術

導電性のワーク と加工用電極の間に電圧を印加してヮ ー ク に ワ イ ヤ力 ッ ト放電加工或いは形彫放電加工を施す 放電加工機の電源装置と して、 主電源と副電源を備えた ものがある。 副電源は放電を開始させる為の電圧を電極 間に供給するための電源であり、 電極間に放電が開始し た後には、 直ちに主電源へ切換えられる。

この電源切換を正確に制御する為には、 極間電圧上昇 後に放電が開始した時点を正確に検出する必要がある。 このため、 極間電圧が所定の電圧レベルを下回って降下 したこ とが検出されたとき に放電が開始したと判断する 方法が従来より採用されている。 上記検出レベルは、 放 電時における極間電圧より も僅かに高く 設定される。 又、 従来はこ の検出レベルは極間の絶縁回復が良好か否かを 判断,するための極間電圧上昇の検出にも利用されていた。

回路が有する容量等の影響により、 極間に印加電圧が 現われるまでには若干の時間遅れが生じる。 従って、 従 来の電源装置に於ける副電源による電圧印加開始後の極 間電圧 V w の推移と検出レベル V udとの関係は、 図 1 に 示したような ものとなる。 副電源電圧の印加時点 T 0 か ら極間電圧 V w は上昇を開始し、 時点 T upに於いて所定 の検出レベル V udを越えたこ とが検出される。 その後、 電極間に放電が発生して電圧降下が起こ り、 電圧が検出 レベル V udを下回った時点 T dwで放電開始と判断され、 放電検出信号が出力される。

放電開始前に極間の絶縁回復が不十分な場合には、 副 電源電圧印加後、 極間電圧 V w は十分に上昇せず、 検出 レベル V udまで到達しない。 従って、 放電検出信号が出 力されず、 副電源から主電源への切換がいつまでも行な われない。 このため、 加工速度の低下や加工面の荒れを 生じる こ とがある。

このよ う な事態を回避する為に、 副電源電圧印加後の 一定期間内に放電開始検出信号が出力されない場合には 副電源電圧の印加を一旦停止し、 例えば、 電極間に電圧 を印加しないオフ時間を設けた上で再度副電源印加を開 始する等、 正常時とは異なる種々の電源制御を実行する 手法が用いられている。 しかし、 これまでのと ころ、 極 間の絶縁回復状態を知る為の判断基準とされる極間電圧 レベルと、 放電開始の判断基準と される極間電圧レベル には共通した検出レベル V udが設定されており、 両者を 個別に設定する考え方は提起されていない。

上述の如く 、 従来技術においては、 副電源電圧印加後 の絶縁回復を検出するための極間電圧上昇時の検出レべ ルと、 放電開始を知る為の極間電圧降下時の検出レベル が 1つの設定値 V udで兼用 していた為に、 次のような問 題が生じていた。

検出レベル V udを放電開始検出の目的に合わせて副電 源電圧よ り もかなり低く 設定した場合には、 副電源電圧 印加後の極間電圧上昇が不十分であっても、 設定された 値 V udを上回れば、 その後に極間電圧が降下した際に正 常な放電が開始されたと誤認して放電開始信号が発せら れ、 主電源への切換が行なわれてしま う こ とになる。

一方、 絶縁回復が良好であるか否かを判断するため、 検出レベル V udを副電源電圧より も僅かに低い値に設定 した場合には、 副電源電圧印加時の電圧の小さな振動や 極間の リ ークによる電圧低下を正常な放電の開始と して 誤検出 して しま う恐れがあった。

このよ う に、 従来技術においては、 副電源電圧の印加 により十分に極間電圧が上昇した後の正常な放電の開始 を確実に検出するという こ とが極めて困難であった。

発 明 の 開 示

本発明の目的は、 副電源電圧印加により極間電圧が十 分上昇した後に発生する正常な放電の開始を確実に検出 し、 副電源から主電源への切換を確実に行なう こ とが出 来る放電加工機の電源装置を提供するこ と にあ る。

本発明に係る放電加工機の電源装置は、 電極間へ加工 用電圧を印加する主電源と、 電極間へ放電開始用電圧を 印加する副電源と、 電極間で発生する放電の開始を検出 して放電開始検出信号を出力する放電開始検出回路と、 前記放電開始検出信号を受け、 副電源による電圧印加か ら主電源による電圧印加へ切換える電源切換回路とを有 する従来の電源装置の基本構成を備え、 放電開始検出回 路の構成に本発明固有の技術思想を盛り込むこ とによつ て、 主電源から副電源への切換動作の信頼性を格段に向 上させた。

即ち、 本発明の電源装置における放電開始検出回路は、 前記副電源からの電圧印加により極間電圧が予め設定さ れた第 1 の検出レベルを上回ったこ とを検出する極間電 圧上昇検出手段と、 極間電圧が、 前記第 1 の検出レベル とは異なる値に設定された第 2 の検出レベルを下回った こ とを検出する極間電圧低下検出手段と、 前記極間電圧 上昇検出手段により極間電圧が前記第 1 の検出レベルを 上回ったこ とが検出された後に前記極間電圧低下検出手 段によ り極間電圧が前記第 2 の検出レベルを下回ったこ とが検出されたとき に放電検出信号を前記電源切換回路 に出力する手段とを備える。

こ のよ う な構成を採用するこ と によ り 、 副電源電圧印 加時の絶縁回復状態を判定する為の第 1 の検出 レベルと、 その後の放電開始を極間電圧低下を介して判定する為の 第 2 の検出レベルを分離して、 各々の判定目的に整合し た値に設定するこ とが出来る。 そ して、 第 1 の検出レべ ルを用いて副電源電圧印加時の絶縁回復状態が良好であ ると判定され、 且つ、 第 2の検出レベルを用いて放電の 開始が検出されたと きに、 副電源から主電源への切換が 行なわれるので、 電源切換動作の信頼性が極めて高い も のとな る。

また、 本発明は、 上記第 1 の検出 レベル及び第 2 の検 出 レベルの一方または双方を可変設定可能とする こ とを 提案する ものであ り 、 これによ り加工条件等のバリ エ一 シ ヨ ンに応 じて、 副電源電圧印加時の絶縁回復状態を判 定基準や放電開始判定基準を任意に変更する こ とが可能 と なる。 従来の装置においては、 検出 レベルを加工条件 に即 して調節 しょ う と しても、 検出 レベルが 2 つの異な る趣旨の判定条件に関係 していた為に実効を上げる こ と が困難であ っ たこ とを考える と、 各検出 レベルを分離 し て可変に設定する こ とは、 大きな利点とな る。

図面の簡単な説明

図 1 は、 従来の電源装置に於ける副電源によ る電圧印 加開始後の極間電圧の推移と検出 レベルの関係を示すグ ラ フ、

図 2 は、 本発明の一実施例に係る電源装置の構成を示 す要部ブロ ッ ク 図、

図 3 は、 図 2 に示された電源装置の動作を示すタ イ ム チヤ一 トである。

発明を実施するための最良の形態 図 2 に於いて、 一方の電極とな る ワーク 5 と他方の電 極とな る加工用電極 6 との間に、 主電源部からの加工用 電圧又は副電源部からの放電開始用電圧が印加される。 主電源部は、 加工電圧を供給する直流の主電源 2 と主電 源 2 か らの電圧供給をオ ン オフするスィ ツ チ ング素子 4 とを備え、 副電源部は、 放電開始電圧を供給する直流 の副電源 1 及び副電源 1 からの電圧供給をオ ン オフす るスイ ッ チ ング素子 3 とを備える。

スイ ッ チ ング素子 3及び 4 は、 例えば F E T等の半導 体スイ ッ チ ング素子から構成され、 夫々放電加工機の制 御装置 （図示省略） からの副電源電圧印加信号 S l 、 主 電源電圧印加信号 S 2 を受けて導通状態と なる。 副電源 電圧印加信号 S 1 と主電源電圧印加信号 S 2 の両者が同 時に発せられる こ と は無く 、 放電開始までは副電源電圧 印加信号 S 1 がスイ ッ チ ング素子 3 に出力され、 極間に 放電開始が検出された時点からは副電源電圧印加信号 S 1 の出力が停止され、 こ れに代わって、 電源電圧印加信 号 S 2 がスイ ッ チ ング素子 4 に出力される。

次に、 放電開始検出回路の構成を説明する。

分圧抵抗 7 及び 8 は、 極間電圧 V w を適当な分圧比 1 ： r ( r < 1 ) で分圧する。 従って、 極間電圧 V w と 分圧抵抗 ·7 及び 8 によ っ て分圧された電圧 V wdは、 V wd = r V w の関係にあ る。 分圧電圧 V wdは、 副電源 1 によ る電圧の印加によ って極間電圧 V w が第 1 の検出 レベル V d lを上回っ たこ とを判定する為の第 1 の コ ンパ レータ 9 及び放電開始によ って極間電圧 V w が第 2 の検出 レべ ル V d2を下回っ たこ とを判定する為の第 2 のコ ンバ レー タ 1 0 の各一方の入力端子に印加される。 第 1 のコ ンパ レータ 9の他方の入力端子には、 直流電 源 1 1 から分圧電圧 Vwdと比較される第 1 の基準電圧 V 1 が入力され、 第 2のコ ンパレータ 1 0の他方の入力端 子には直流電源 1 2 から第 2の基準電圧 V 2が入力され る。

第 1 の基準電圧 V 1 は、 副電源電圧の印加によ り極間 電圧が十分に上昇したこ とを判定する為の第 1 の検出レ ベル V dlに対応して定められており、 V l = r Vdlの関 係にある。 電極間の絶縁回復が良好で極間電圧上昇が十 分な場合に限って極間電圧上昇検出信号を出力させる為 には、 第 1 の検出レベル Vdlを副電源電圧 V slよ り も僅 かに低いレベルに設定する必要がある。 従って、 第 1 の 検出レベル Vdlは V dl = Vsl— 5 ( 5は相対的に小さな 正の電圧値） と表わされ、 基準電圧 V I は V l = r Vdl = r ( V sl- δ ) と な る。

基準電圧 V 1 を上記の如く 設定するこ とによ り、 極間 電圧 V w が副電源電圧 V siよ り も僅かに低く 設定された 第 1 の検出レベル V dlを上回った時点で、 コ ンパ レータ 9の出力 C 1 がロー レベルか らハイ レベルに変化するこ と にな る。

第 2の基準電圧 V 2は、 電極間の放電の開始によ り極 間電圧 V w が十分に低下したこ とを判定する為の第 2の 検出レベル Vd2に対応して定められ、 V 2 = r Vd2の関 係にある。 放電が確実に開始されて極間電圧低下が十分 な場合に限って極間電圧低下検出信号を出力させる為に は、 第 2の検出 レベル V d2を放電時の定常電圧 V chよ り も僅かに高い レベルに設定する必要がある。 従って、 第 2の検出 レベル Vd2は、 Vd2= V ch+ £ ( £ は相対的に 小さな正の電圧値） と表わされ、 基準電圧 V 2 は、 V 2 = r V dl= r ( Vch+ ε ) となる。

第 1 の検出 レベル Vdlと第 2の検出 レベル V d2の間に は V dl > V d2の関係が成立し、 これに対応 して V 1 > V 2 とな る。

基準電圧 V 2 を上記の如く 設定する こ と によ り 、 極間 電圧 Vw が放電時の定常電圧 V chよ り も僅かに高く 設定 された第 2の検出 レベル Vd2を下回っ た時点で、 コ ンパ レータ 9の出力 C 2がハイ レベルか ら ロー レべノレに変化 する。 コ ン ノ、· レータ 1 0の出力 C 2は、 イ ンバー夕 1 3 に よ り 反転さ れて C 3 と な り 、 コ ン ノく レー タ 9 の出力 C 1 と共に S Rフ リ ッ ブフ ロ ッ ブ 1 4 に入力される。

S Rフ リ ッ ブフ ロ ッ ブ 1 4は、 C 1 がノヽィ レベルにな る とセ ッ 卜 され、 C 3がハイ レベルにな っ た時に リ セ ッ 卜 される。 即ち、 S Rフ リ ッ プフ ロ ッ プ 1 4の出力 C 4 は、 極間電圧が副電源電圧 V siよ り も僅かに低めに設定 された第 1 の検出 レベル Vdlを上回っ た時点でハイ レべ ルとな り 、 放電時の定常電圧 V chよ り も僅かに高めに設 定された第 2の検出 レベルを下回った時点でロ ー レベル となる。

単安定マルチバイ ブレータ 1 5 は、 S Rフ リ ッ ブフ 口 ッ ブ 1 4の出力 C 4の立ち下がり エ ツ ジを検出 して一定 幅のパルス出力 C 5を生成する。 単安定マルチバイブレ 一夕 1 5からの出力 C 5 は放電開始検出信号と して制御 装置に送られる。

図 3 a は、 副電源電圧印加時の極間の絶縁回復が良好 な場合の各信号 S l 、 S 2及び C 1〜 C 5並びに分圧電 圧 Vwdの推移を表わ し、 図 3 bは、 極間の絶縁回復が不 良である場合の各信号 S l、 3 2及びじ 1 〜じ 5並びに 分圧電圧 Vwdの推移を表わす。

制御回路からスィ ツチング素子 3 に副電源電圧印加信 号 S 1 が送られてこれを導通させると、 極間電圧 Vw 及 び分圧電圧 Vwdが上昇を開始する （時点 T O ) 。

極間の絶縁回復が十分である場合には、 極間電圧 V w は、 時点 T 2 'に於いて第 2の検出レベル V d2を越え、 次 いで時点 T 1 に於いて第 1 の検出レベル V dlを越えて副 電源電圧 V slにほぼ等しい値まで上昇する。 従って、 図 3 a に示す如く 、 分圧電圧 V wdは、 時点 T 2 'に於いて第 2の検出レベル V d2に対応して設定された基準電圧 V 2 を越え、 次いで時点 T 1 に於いて第 1 の検出レベル V dl に対応して設定された基準電圧 V 1 を越えるこ とになる。

従って、 時点 T 2'に於いて第 2のコ ンパ レータ 1 0の 出力 C 2 は口一 レベルからハイ レベルになり、 その反転 信号である C 3 はハイ レベルからロー レベルとなる。 そ の後、 時点 T 1 に於いて第 1 の コ ンパ レータ 9 の出力 C 1 がロ ー レべノレか らノヽィ レべノレとな る。

その結果、 出力 C 1 を S入力、 出力 C 3を R入力とす る S Rフ リ ッ プフ ロ ッ プ 1 4の出力 C 4は、 時点 T 1 に 於いてロー レベルからハイ レベルとなる。 単安定マルチ バイ ブレー タ 1 5の出力 C 5 は、 S Rフ リ ッ ブフ ロ ッ ブ 1 4の出力 C 4がハイ レベルから ロー レベルへ落ち る変 化を示すまで、 ロ ー レベルの伏態を持続する。

極間電圧 Vw が副電源電圧 V siにほぼ等 しい値に達す る と、 極間電圧の上昇は止ま るが、 副電源電圧 V slは極 間に放電を開始させるに十分な値に設定されているから、 間 もな く 極間に絶縁破壊が起こ って放電が開始され、 極 間電圧 Vw 及びこれを分圧した電圧 V wdが降下 し始める。 極間電圧降下時には、 上昇時とは逆に、 V wdが先ず時点 T 1'に於いて基準電圧 V I を下回り、 次いで、 時点 T 2 に於いて基準電圧 V 2を下回る とい う経過を迪る。

従って、 時点 T 1 以後ハイ レベルに維持されていた第 1 の コ ンパ レー タ 9の出力 C 1 は、 時点 Τ Γに於いて口 一レベルに変化する。 ま た、 時点 T 2 '以後ハイ レベルに 維持されていた第 2の コ ンパ レータ 1 0の出力 C 2 は、 時点 T 2 に於いてロ ー レベルに変化し、 その反転信号で あ る C 3は、 時点 T 2 に於いてロー レベルから ィ レべ ルに変化する。

その結果、 S Rフ リ ッ プフ ロ ッ プ 1 4の出力 C 4は、 時点 T 1 に於いてロー レベルから ヽィ レベルにセ ッ 卜 さ れた後、 ハイ レベルの状態を維持 し、 時点 T 2 に於いて ィ レべノレから ロー レベルに リ セ ッ 卜 される。 単安定マ ルチバイ ブレー タ 1 5 は、 こ の C 4の立ち下がり を検知 して、 一定幅のパルス出力 C 5を生成し、 放電開始検出 信号と して制御装置に送る。 信号 C 5を受けた制御装置 は、 直ちにスィ ツチング素子 3を非導通状態にすると共 にスイ ッ チ ン グ素子 4を導通状態と して、 副電源 1 から 主電源 2への切換がおこなわれ、 極間に加工用の主電源 電圧が印加されてワーク 5 に対する 1 サイ クル分の放電 加工が実行される。

副電源電圧印加時の極間の絶縁回復が不十分である場 合には、 制御回路からスイ ッ チ ング素子 3 に副電源電圧 印加信号 S 1が送られてこれを導通させる と、 極間電圧 V w 及び分圧電圧 V wdは上昇を開始するが、 極間電圧 V w が副電源電圧 V s l近く まで上昇するこ とは無く 、 せい ぜぃ、 放電時の定常電圧 V chより も僅かに高めに設定さ れた第 2の検出レベル V d2を越える程度の上昇を示すの みである。 即ち、 極間電圧 V w は副電源電圧よ り僅かに 低い値に設定された第 1 の検出レベル V d lを上回るこ と が出来ず、 こ れに対応して分圧電圧 V wdも、 基準電圧 V 2を越えるこ とはあっても基準電圧 V I を越えるこ とが 出来ず、 絶縁不良の程度に応じて極間に加工電流でない 電流が流れてしまい、 極間電圧が放電時以下の値まで低 下してしま う。

その結果、 第 2 の コ ンパ レータ 1 0 の出力 C 2は、 分 圧電圧 V wdが基準電圧 V 2を越えたと きにロ ー レベルか らハイ レベルに一時的に変わるこ とはあっても、 第 1 の コ ン ノ、 · レー タ 9 の出力 C 1 がハイ レベルに変化する こ と は無く 、 終始ロー レベルのま まである。 従って、 C 1 を S入力とする S Rフ リ ッ プフ ロ ッ プ 1 4がセ ッ 卜 されず、 出力 C 4 はハイ レベルとな り 得ない。 出力 C 4 がハイ レ ベルにな らなければ、 C 4の立ち下がり が単安定マルチ バイ ブレー タ 1 5 によ って検出される こ と も起こ り 得な いから、 出力 C 5 も ロー レベルのま ま推移 し、 放電開始 検出信号が制御装置に送られる こ とが無く 、 主電源への 切換は行なわれない。

なお、 従来技術の説明の項で述べたよ う に、 このよ う な絶縁不良のケース に際 して、 副電源から主電源への切 換がいつまでも行なわれないこ とは好ま しいこ とではな いので、 一定期間に放電開始検出信号 C 5 が得られない 場合には副電源印加を一旦中止し、 極間に電圧を印加 し ないオ フ時間を設けた上で再度副電源印加信号 S 1 を制 御装置から送出する等の制御を実行する こ とが望ま しい。 オフ タ イ ム後の再度の副電源電圧印加時に極間の絶縁が 十分に回復 していれば、 当然、 上記図 3 a に示 した経過 で電源装置各部が動作し、 ワーク 5 に対する 1 サイ ク ル 分の放電加工が実行される こ とになる。

また、 上記第 1 の検出 レベル及び第 2 の検出 レベルの 最適値が加工条件等に応じて変化する こ と に備えて、 基 準電圧源 1 1 及び 1 2 に出力電圧可変な ものを使用 した り 、 分圧抵抗 7 及び 8 を可変抵抗とする等の手段によ り、 各検出 レベルを調整 し得る構成とする こ と も極めて好ま しいこ とである _n 本発明によれば、 副電源電圧印加後の極間電圧上昇時 の検出レベルを、 副電源電圧印加時の極間の絶縁回復状 態を的確に判別するに適した値に設定すると共に、 極間 電圧下降時の検出レベルを、 放電開始を確実に判別する に適した値に設定するこ とが可能なので、 副電源電圧印 加によ り極間電圧が十分上昇した後に発生する正常な放 電の開始のみを確実に検出し、 副電源から主電源への切 換を行なう こ とが出来る。 これにより、 副電源電圧印加 時の極間絶縁回復が不完全であるにも拘らず主電源への 切換が行なわれ、 ワー ク の加工精度に悪影響を及ぼす可 能性を解消するこ とが出来る。

また、 副電源電圧印加後の極間電圧上昇時の検出レべ ルゃ極間電圧下降時の検出レベルの設定値を可変とする こ とによって、 加工条件の変更等があった場合でも、 正 常な放電開始を検出する機能が低下しない。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 電極間へ加工用電圧を印加する主電源と、 電極間へ 放電開始用電圧を印加する副電源と、 電極間で発生する 放電の開始を検出して放電開始検出信号を出力する放電 開始検出回路と、 前記放電開始検出信号を受け、 前記副 電源による電圧印加から前記主電源による電圧印加へ切 換える電源切換回路とを備えた放電加工機の電源装置で あって、

前記放電開始検出回路は、 前記副電源からの電圧印加 によ り極間電圧が予め設定された第 1 の検出レベルを上 回ったこ とを検出する極間電圧上昇検出手段と、 極間電 圧が、 前記第 1 の検出レベルとは異なる値に設定された 第 2 の検出レベルを下回ったこ とを検出する極間電圧低 下検出手段と、 前記極間電圧上昇検出手段によ り極間電 圧が前記第 1 の検出レベルを上回ったこ とが検出された 後に前記極間電圧低下検出手段により極間電圧が前記第 2の検出レベルを下回ったこ とが検出されたと きに放電 検出信号を前記電源切換回路に出力する手段とを備える こ とを特徴とする、 放電加工機の電源装置。

2 . 前記第 1 の検出レベル及び前記第 2 の検出レベルの 少なく と も一方が可変であるこ とを特徴とする請求の範 囲第 1項に記載の放電加工機の電源装置。

3 . 前記第 1 の検出レベルは前記第 2 の検出レベルよ り も高く 設定されているこ とを特徴とする請求の範囲第 1 項に記載の放電加工機の電源装置。

4 . 前記第 1 の検出 レベルは前記副電源の電圧よ り も僅 かに低い レベルに設定され、 前記第 2 の検出 レベルは放 電時の定常電圧よ り も僅かに高い レベルに設定されてい る こ とを特徴とする請求の範囲第 3項に記載の放電加工 機の電源装置。

5 . 前記放電開始検出回路は更に、 極間電圧を分圧する 分圧回路を備え、 前記極間電圧上昇検出手段は、 前記分 圧回路によ って分圧された電圧と第 1 の基準電圧とを比 較する第 1 の コ ンパ レータ回路を備え、 前記極間電圧低 下検出手段は、 前記分圧された電圧と第 2 の基準電圧と を比較する第 2 の コ ンパ レー タ回路と、 前記第 2 の コ ン 、' レータ回路に接続されたイ ンバータ回路とを備え、 前 記放電検出信号を出力する手段は、 前記第 1 及コ ンパ レ — タ回路と前記ィ ンバ一夕回路に接続されたフ リ ッ ブフ ロ ッ ブと、 前記フ リ ッ ブフ 口 ッブに接続された単安定マ ルチバイ ブレー タ とを備える こ とを特徴とする請求の範 囲第 1 項に記載の放電加工機の電源装置。

6 . 前記第 1 の基準電圧は前記第 1 の検出 レベルに対応 し、 前記第 2 の基準電圧は第 2 の検出 レベルに対応 して いる こ とを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の放電加 ェ機の電源装置。

7 . 前記第 1 の基準電圧 V I は前記第 2 の基準電圧 V 2 よ り も高く 設定されている こ とを特徴とする請求の範囲 第 5項に記載の放電加工機の電源装置。