WO2003106088A1

WO2003106088A1 - ワイヤ放電加工機の加工電源装置

Info

Publication number: WO2003106088A1
Application number: PCT/JP2002/005848
Authority: WO
Inventors: 小林　浩敦; 真柄　卓司
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2003-12-24
Also published as: KR20040028673A; JP3835452B2; US20050127041A1; CN1524024A; DE10297065T5; JPWO2003106088A1; US7109432B2; KR100496399B1; CN1272132C

Description

明細書ワイヤ放電加工機の加工電源装置技術分野

この発明は、ワイヤ電極と被加工物間の放電により被加工物の加工を行うワイヤ放電加工機に用いる加工電源装置の改良に関するものである。背景技術

ワイヤ放電加工は、ワイヤ電極と被加工物との極間に絶縁性の加工液を介在せしめ、前記ワイヤ電極及び被加工物を相対移動させながら、加ェ電源装置より前記極間に加工電力を供給し、放電エネルギにより前記被加工物を加工するものである。，

このようなワイヤ放電加工に用いる従来のワイヤ放電加工機の加工電源装置として、例えば日本国特開平 8— 1 4 3 8号公報、同特開平 8— 3 0 0 2 2 2号公報、同特開平 9 - 1 8 3 0 1 9号公報及び同特開平 7 - 2 9 0 3 1 7号公報に開示された加工電源装置がある。これらの加工電源装置は、両極性の放電誘起電圧を前記極間に印加して放電を生じさせた後に加工用の主放電電流を重畳して行う放電加工において、被加工物の電触を防止する目的のみに着目し、前記放電誘起電圧の極性の偏りを改善するために極性の切り替えを行うものである。

このような従来のワイヤ放電加工機の加工電源装置においては、極性の偏りを改善することを目的として両極性電圧の極性切り替えを実施しているため、集中放電等の前記極間の放電状態の異常が発生した場合には、加工送りの減速、停止若しくは後退、又は、印加電圧パルスの休止時間の増大等を行う必要があり、加工効率が低下するという問題点がある。また、前記極間の放電状態の正常時に放電を継続させる手段がないために、効率的な加工を行うことができないという問題点がある。

また、日本国特公平 3— 1 1 9 0 1 2号公報には、前記極間の放電状態の異常が検出された場合には被加工物を負極としワイヤ電極を正極とする逆極性放電加工を行い、前記極間の放電状態が正常に復帰した場合には被加工物を正極としワイヤ電極を負極とする正極性放電加工を行う加工電源装置の開示がある。異常放電時は常に逆極性放電加工とすることにより、加工液の電解作用を利用して加工速度を向上することを目的としている。

このような従来のワイヤ放電加工機の加工電源装置においては、前記極間の放電状態の異常が検出された場合には逆極性放電加工となるが、このような放電状態の異常時はワイヤ電極と被加工物との短絡が発生している場合又は集中放電状態の場合である。短絡が発生している場合は、ワイヤ電極と被加工物との極間に電圧印加を行っても電位差が発生しないため、加工液の電解作用も発生しない。また、集中放電状態の場合は、極間に電圧印加を行っても電位差が小さいため、加工液の電解作用も小さくなる。したがって、加工液の電解作用を利用しても加工速度の向上が十分に図れないという問題点がある。また、前記放電状態の異常からの早期回復は難しく、加工送りの減速、停止若しくは後退、又は、印加電圧パルスの休止時間の増大等を行う必要があり、加工効率が低下するという問題点がある。発明の開示

この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、加工効率を向上することができるワイヤ放電加工機の加工電源装置を得ることを目的とする。この発明に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置は、ワイヤ電極と被加工物との極間に放電誘起用パルス電圧を印加し、このパルス電圧によつて前記極間の絶縁が破壌され放電が誘起された後に前記極間に加工用パルス電圧を印加して前記被加工物の加工を行うワイヤ放電加工機の加ェ電源装置において、前記極間の放電状態を判別する放電状態判別手段と、前記放電状態判別手段により前記極間の放電状態が異常又はオーブンと判別された場合には前記放電誘起用パルス電圧の極性を前回の放電誘起用パルス電圧と反転し、前記放電状態判別手段により前記極間の放電状態が正常と判別された場合には前記放電誘起用パルス電圧の極性を前回の放電誘起用パルス電圧と同じとする印加電圧選択手段とを備えたものである。

また、この発明に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置は、前記放電状態判別手段により前記極間の放電状態が正常及び異常と判別された場合に前記加工用パルス電圧を前記極間に印加し、前記放電誘起用パルス電圧の印加を停止する加工電源制御手段を備えたものである。

また、この発明に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置は、前記放電状態判別手段により前記極間の放電状態が正常と判別された場合に前記加工用パルス電圧を前記極間に供給し、前記放電誘起用パルス電圧の印加を停止する加工電源制御手段を備えたものである。

また、この発明に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置は、前記極間の平均電圧を検出する平均電圧検出手段を備え、この平均電圧検出手段により検出された極間平均電圧の偏りを抑制するように前記放電誘起用パルス電圧の印加最大時間を制御する加工電源制御手段を備えたものである。

この発明に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置は以上のように構成されているため、加工効率が向上し、加工速度の向上を図ることができるという効果を奏する。また、被加工物の電触を防止することができるという効果を奏する。

図面の簡単な説明

第 1図は、この発明の実施の形態 1に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置を示す構成図である。

第 2図は、この発明の実施の形態 1に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置の加工電源制御回路 1の構成図である。

第 3図は、この発明の実施の形態 1に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置による極間電圧波形の例を示す図である。

第 4図は、第 2図の放電状態判別回路 1 aの構成図である。

第 5図は、放電加工のサイクルを示す説明図である。

第 6図は、この発明の実施の形態 1に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置における極間電圧及び極間電流の例を示す説明図である。

(第 7図は、この発明の実施の形態 1に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置と従来のワイヤ放電加工機の加工電源装置とを比較する実験結果の例を示す図である。

第 8図は、この発明の実施の形態 1に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置と従来のワイヤ放電加工機の加工電源装置とを比較する実験結果の例を示す図である。

第 9図は、この発明の実施の形態 2に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置の加工電源制御回路 1の構成図である。

発明を実施するための最良の形態

実施の形態 1 .

第 1図は、この発明の実施の形態 1に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置を示す構成図であり、図において、 1は加工電源制御回路、 2は加工電源回路、 2 aは主放電回路、 2 bは放電誘起回路、 Tr l、 Tr l'は加工電源制御回路 1から出力される駆動信号 0UT 1 によりオン ·オフ動作するスイッチング素子、 Tr2、 Τ Γ2，は加工電源制御回路 1から出力される駆動信号 0UT2 によりオン ·オフ動作するスイッチング素子、 Tr3 は加工電源制御回路 1から出力される駆動信号 0UT3 によりオン ·オフ動作するスイッチング素子、 Tr4 は加工電源制御回路 1から出力される駆動信号 0UT4によりオン ·オフ動作するスィツチング素子、 VI及び V2 は直流電源、 R0及び R1乃至 R6は抵抗器、 D 1乃至 D 12はダイオード、 S 1及び S2は検出入力端子、 Εはワイヤ電極、 Wは被加工物である。

放電誘起回路 2 bは極間に放電を誘起させるための回路であり、主放電回路 2 aは放電加工を行うための主放電電流を供給する回路である。放電誘起回路 2 bによる放電誘起電圧の印加後に放電誘起が検出されると、放電誘起回路 2 bによる放電誘起電圧の印加を停止し、主放電回路 2 aにより極間に主放電電流を流して被加工物の除去加工を行う。主放電回路 2 a及び放電誘起回路 2 bの駆動は、加工電源制御回路 1からの信号に基づいて行われる。

第 1図の構成では、主放電電源の極性は正極性となっているが、これに限定されるものではなく、加工によっては逆極性とすることもできる第 2図は、この発明の実施の形態 1に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置の加工電源制御回路 1の構成図であり、第 1図と同一符号は同一又は相当部分を示している。第 2図において、 l aは放電状態判別回路、 1 bは印加電圧選択回路である。加工電源制御回路 1は、被加工物 Wとワイヤ電極 Eとの間の極間電圧を検出入力端子 S 1及び S 2により入力して放電検出を行う。放電状態判別回路 1 aは放電検出信号に基づいて主放電回路 2 aに駆動信号 0UT3及び 0UT4の出力を行い、印加電圧選択回路 1 bは ΟϋΤ Ι又は 0UT2のいずれかの駆動信号を放電誘起回路 2 bに出力する。第 3図は、この発明の実施の形態 1に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置による極間電圧波形の例を示す図であり、第 1図及び第 2図と同一符号は同一又は相当部分を示している。第 3図において、環は極間電圧、 Υΐ は基準電圧、 T 1 は正常放電時には電圧印加を開始してから極間電圧 VEWが基準電圧 Vrよりも高く立ち上がつている所定時間、 PKはパルス信号、 tは時間である。

第 4図は、第 2図の放電状態判別回路 1 aの構成図であり、第 1図乃至第 3図と同一符号は同一又は相当部分を示している。第 4図において、 3はカウンタ、 4は検出入力端子 S 1及び S2からの信号を入力とする増幅器、 5は増幅器 4の出力と基準電圧 Vr を比較する比較器、 6は Dフリップフロップ、 7は論理演算回路、 0SC は発振器、 CLK は基準クロック、 ENはパルス終了信号である。パルス終了信号 ENはパルス終了時点、すなわち放電誘起電圧印加最大時間を経過した時点で出力される。

次に動作について説明する。第 1図において、スイッチング素子 Tr l 及び Tr l'、又は、 Tr2 及び ΤΓ2'が加工電源制御回路 1の駆動信号 0UT 1 又は 0UT2 によりオンすると、直流電源 V2の電圧が抵抗器 R0 を介してワイヤ電極 Εと被加工物 Wとの極間に現れる。例えば第 3図に示すような極間電圧波形が出力される。この時、第 4図の放電状態判別回路 1 a において、増幅器 4は極間電圧 VEWを検出入力端子 S 1及び S2により検出しており、その結果を比較器 5は基準電圧 Vr と比較してパルス信号 PKを出力するので、このパルス信号 PKは第 3図に示すような信号波形となる。

第 4図において、カウン夕 3は、例えば 1 O M H zのクロック周波数で計数動作するもので、発振器 0SCが第 1図のスィツチング素子 Tr l及び Tr l'、又は、 Tr2 及び Tr2'へのオン信号を出力してから所定時間 T 1 経過後にトリガ信号を出力する。 Dフリップフロップ 6は、所定時間 T 1 の時点での比較器 5の出力であるパルス信号 ΡΚの状態を信号 Q 1 として出力する。論理演算回路 7では、所定時間 T 1 の時点で極間電圧 VEW が基準電圧 Vr まで立ち上がっていたかどうかを判断し、ワイヤ電極 Eと被加工物 Wとの極間の放電状態を判別する。

例えば、所定時間 T 1の時点で極間電圧 VEWが基準電圧 Vrまで立ち上がっていなかった場合は前記極間の放電状態が異常であると判断する (Y 1) 。所定時間 T 1の時点で極間電圧 VEWが基準電圧 Vrまで立ち上がつており、その後に基準電圧 Vr 以下まで立ち下がった場合は、充分な時間をかけて安定に放電したものとして前記極間の放電状態が正常であると判断する（Y2) 。

異常放電（Y1 ) 又は正常放電（Y2) が検出されると、駆動信号 0UT3 及び 0UT4 をハイとして主放電回路 2 aのスイッチング素子 Tr3 及び Tr4をオンするとともに、駆動信号 0UT 1及び 0UT2をローとしてスイツチング素子 Tr l、 Tr Tr2 及び Τ Γ2'をオフする。また、加工電源制御回路 1は放電が発生しない場合は放電誘起電圧印加最大時間だけスィッチング素子 Tr l及び Τ Γ Γ又は Tr2及び Τ Γ2'をオンさせ、放電誘起電圧印加最大時間経過後にパルス終了信号 ΕΝ が出力され、この場合に前記極間がオープンであると判断する（Υ3) 。

以上において、異常放電検出時（Y1 ) 又は正常放電検出時（Υ2) に駆動信号 0UT3及び 0UT4をハイとして主放電回路 2 aのスィツチング素子 Tr3及び Tr4をオンする場合を説明したが、加工によっては正常放電検出時にのみ駆動信号 0UT3及び 0UT4をハイとしスィツチング素子 Tr3及び Tr4 をオンすることもできる。この場合であっても、駆動信号 0UT 1 及び 0UT2は共にローとする。このようにして放電状態判別回路 1 aでは前記極間の異常放電（Y1) 、正常放電（Y2) 及びオープン（Y3) を判別することができ、この判別結果に基づき印加電圧選択回路 1 bにて次の印加電圧の極性を選択する。前記極間の状態が異常放電（Y1) 又はオープン（Y3) と判別された場合には、放電誘起電圧の極性を前回の放電誘起電圧と反転した放電誘起電圧の印加を行い、前記極間の状態が正常放電（Y2) と判別された場合には、前回の放電誘起電圧と同じ極性の放電誘起電圧の印加を行う。

放電加工のサイクルは、極間の絶縁破壊—放電発生→放電部分の溶融 ·除去 ·冷却—極間の絶縁回復、を繰り返すことによって加工が進行する。第 5図は放電加工のサイクルを示す説明図であり、第 5図の ( a ) は異常放電の場合を、第 5図の（b ) は正常放電の場合を示している。

また、第 6図は、この発明の実施の形態 1に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置における極間電圧及び極間電流の例を示す説明図であり、第 1図乃至第 4図と同一符号は同一又は相当部分を示している。第 6図において、 IEWは極間電流、 Tmaxは放電誘起電圧印加最大時間である。第 5図の（a ) の異常放電の場合は、状態①のように極間の電界強度が不均一の場合に放電誘起電圧が印加されると、状態②のように電界強度が最も低い場所で放電が誘発され、状態③のように休止時間中に徐々に極間の絶縁回復が図られる。しかし、挿入される休止時間が短い場合等には状態③のように絶縁回復が完全でなく、電界強度が不均一のままであり、次の放電誘起電圧印加と同時に同一箇所で放電が発生してしまレ状態②及び③を繰り返してしまう。このような繰り返しが生じる場合には、電界強度はさらに不均一となり、短絡状態と同様な状態に陥り加工に寄与しない放電状態となってしまうと共にワイヤ電極 Eの断線も発生しやすくなる。しかし、このような場合に、状態④のように前回の異常放電時とは逆の極性の放電誘起電圧を印加すると（第 6図の極間電圧 VEWの A ) 、極間の電離状態が一旦リセットされるために、極間の電界強度の不均一を早期に解消することができ、集中放電を抑制し正常放電に早期に復帰することが可能となり、加工効率を向上できると共にヮィャ電極の断線も抑制することができる。

これに対して、従来技術である日本国特公平 3— 1 1 9 0 1 2号公報に開示された方法では、異常放電時には常に逆極性放電加工となり、早期に絶縁回復を図ることが不可能であり、異常放電の連続により正常放電が減少し効率的な除去加工が不可能となるため、本願発明に比べ加工効率が低下する。

第 Ί図及び第 8図は、この発明の実施の形態 1に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置と従来技術である日本国特公平 3— 1 1 9 0 1 2号公報で開示されたワイヤ放電加工機の加工電源装置とを比較する実験結果の例を示したものであり、第 7図は極間サーポの基準電圧による放電周波数の変化を、第 8図は極間サーポの基準電圧による加工速度の変化を示している。

第 7図及び第 8図において、極間サーポの基準電圧が高い場合には、極間がォ一プン状態に近いために正常放電が多く異常放電が少なく、この発明と従来技術の放電周波数の差及び加工速度の差が小さいことがわかる。しかし、極間サーポの基準電圧が低い場合には、極間間隙が狭くなるために極間の放電状態が異常に陥りやすく、この発明と従来技術の放電周波数の差及び加工速度の差が大きくなり、この発明の方が異常放電が少なく加工効率が高いため、加工速度が向上することがわかる。第 5図の（b ) の正常放電の場合には、状態①のように電界強度が均 —であるために、状態②のように極間間隙が最も近い位置で放電が発生する。この場合、異常放電（短絡又は集中放電）時とは異なり、放電点には放電エネルギが充分に投入されるために被加工物 wの除去が充分に行われ（状態②）、被加工物 Wとワイヤ電極 Eとの最近接点が別の場所へ移動する（状態④）。このような場合にも、休止時間中に極間の絶縁回復が図られるが（状態③）、最近接点が異なる点になることにより異常放電時のように放電誘起電圧の極性を反転させなくとも、同一点に次の放電が発生する確率が低下するので放電誘起電圧の極性を反転させる必要はない。放電誘起電圧の極性を反転させてしまうと、この反転された電圧により極間の状態が一度リセッ卜されるために放電誘起電圧によつて放電が発生するまでの時間が長くなりすぎ、放電の周期が長くなり加工効率が低下してしまう。したがって、電圧パルスの出力極性を切り替えないようにすることにより（第 6図の極間電圧 VEWの B、 C , D ) 、放電誘発状態を最適な状態に維持できるため、被加工物の効率的な除去加工が可能となる。

放電が発生している場合は、前記のように極間の放電状態の判別結果に基づいて加工を効率化させるように極性を選択するため、放電誘起電圧を印加してから放電が始まるまでの時間は極間の放電状態により異なり、個々の放電で比較すると放電誘起電圧の印加時間に差が生じることになる。しかし、放電誘起電圧はその絶対値が等しく、印加時間のばらつきは平均すればほぼ無視できるものとなるため、平均した極間電圧はほぼ 0 Vとみることができ、放電誘起電圧の印加によって発生する電触の問題は発生しない。

放電誘起が検出されない場合、すなわち極間オープン状態と判別された場合（第 6図の極間電圧 VEWの E、 F ) には、同一極性の放電誘起電圧を印加しつづけると、加工液の電解作用により被加工物が電触してしまう。しかし、放電誘起電圧の印加極性を反転することにより非放電中であっても被加工物の電触を防止する効果がある。実施の形態 2 .

第 9図は、この発明の実施の形態 2に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置の加工電源制御回路 1の構成図であり、実施の形態 1の第 2図と同一符号は同一又は相当部分を示している。第 9図において、 l cは極間平均電圧検出回路である。

加工電源制御回路 1に極間平均電圧検出回路 1 cを備え、一方の極性の放電誘起電圧印加最大時間を、極間平均電圧検出装置 1 cからの出力信号に基づいて制御する。例えば、極間平均電圧検出装置 1 cは極間平均電圧が正側に偏っている場合にはハイを出力し、負側に偏っている場合にはローを出力する。極間平均電圧検出装置 1 cの出力が八ィの場合には、正側の放電誘起電圧印加最大時間を小さくするか負側の放電誘起電圧印加最大時間を大きくし、極間平均電圧検出装置 1 cの出力がローの場合には正側の放電誘起電圧印加最大時間を大きくするか負側の放電誘起電圧印加最大時間を小さくする。

このような放電誘起電圧印加最大時間の制御により、被加工物 Wとヮィャ電極 Eの組み合わせにより、放電誘起電圧の極性のどちらかで放電が発生しやすい場合であっても、極間平均電圧がどちらかの極性に偏つてしまうのを抑制でき、したがって電触を抑制することができる。どちらの極性の放電誘起電圧印加最大時間を制御するかは、任意に決定してもよいし、オープン状態の検出回数が多い方の極性を検出し、この検出回数が多い極性側を自動的に認識して、この極性側の放電誘起電圧印加最大時間を制御するようにしてもよい。産業上の利用可能性

以上のように、この発明に係るワイヤ放電加工機の加工電源装置は、特に生産性の高いワイャ放電加工に用いられるのに適している。

Claims

請求の範囲

1 . ワイヤ電極と被加工物との極間に放電誘起用パルス電圧を印加し、このパルス電圧によって前記極間の絶縁が破壊され放電が誘起された後に前記極間に加工用パルス電圧を印加して前記被加工物の加工を行うヮィャ放電加工機の加工電源装置において、

前記極間の放電状態を判別する放電状態判別手段と、

前記放電状態判別手段により前記極間の放電状態が異常又はオープンと判別された場合には前記放電誘起用パルス電圧の極性を前回の放電誘起用パルス電圧と反転し、前記放電状態判別手段により前記極間の放電状態が正常と判別された場合には前記放電誘起用パルス電圧の極性を前回の放電誘起用パルス電圧と同じとする印加電圧選択手段とを備えたヮィャ放電加工機の加工電源装置。

2 . 請求の範囲 1において、前記放電状態判別手段により前記極間の放電状態が正常及び異常と判別された場合に前記加工用パルス電圧を前記極間に印加し、前記放電誘起用パルス電圧の印加を停止する加工電源制御手段を備えたワイヤ放電加工機の加工電源装置。

3 . 請求の範囲 1において、前記放電状態判別手段により前記極間の放電状態が正常と判別された場合に前記加工用パルス電圧を前記極間に供給し、前記放電誘起用パルス電圧の印加を停止する加工電源制御手段を備えたワイヤ放電加工機の加工電源装置。

4 . 請求の範囲 1〜 3のいずれかにおいて、前記極間の平均電圧を検出する平均電圧検出手段を備え、この平均電圧検出手段により検出された極間平均電圧の偏りを抑制するように前記放電誘起用パルス電圧の印加最大時間を制御する加工電源制御手段を備えたワイヤ放電加工機の加