WO2009096025A1 - 放電加工装置および放電加工方法 - Google Patents

放電加工装置および放電加工方法 Download PDF

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pulse
voltage
polarity
pulse group
electric discharge
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English (en)
French (fr)
Inventor
Takashi Hashimoto
Takashi Yuzawa
Koichiro Hattori
Yoshikazu Ukai
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corporation
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H1/00—Electrical discharge machining, i.e. removing metal with a series of rapidly recurring electrical discharges between an electrode and a workpiece in the presence of a fluid dielectric
    • B23H1/02—Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply, control, preventing short circuits or other abnormal discharges
    • B23H1/022—Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply, control, preventing short circuits or other abnormal discharges for shaping the discharge pulse train

Definitions

  • the present invention relates to an electric discharge machining apparatus and an electric discharge machining method for machining a workpiece by electric discharge.
  • the electrical discharge machining apparatus is an apparatus for machining a workpiece by generating an arc discharge between the machining electrode and the workpiece.
  • the electric discharge machining apparatus requires a power source (processing power supply) for generating arc discharge, and there are various types of configurations of the machining power supply.
  • the power supply unit includes a power supply unit for finishing and a power supply unit for rough machining, and also includes resistors connected in series to four switching elements constituting a full bridge circuit in the power supply unit for finishing.
  • a power supply device for electric discharge machining configured with different resistance values (for example, Patent Document 1).
  • a positive polarity processing that applies a positive electrode potential to a workpiece and a negative electrode potential to a processing electrode
  • a reverse polarity processing that applies a negative electrode potential to a workpiece and a positive electrode potential to the processing electrode.
  • the value of the resistance value is set so that the value of the machining current supplied to the electric discharge machining gap is small during positive polarity machining and large during reverse polarity machining.
  • a small machining voltage is applied to the electric discharge machining gap during positive polarity machining, and the electric discharge machining is reliably cut off at the end of reverse polarity machining while suppressing increase in surface roughness of the electric discharge machining surface.
  • a large machining voltage is applied to the electric discharge machining gap during reverse polarity machining, so that electric discharge is stably performed and machining with small surface roughness is performed.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide an electric discharge machining apparatus and an electric discharge machining method capable of suppressing the complexity of the configuration and the increase in the number of parts.
  • an electric discharge machining apparatus applies a plurality of continuous voltage pulses between a machining electrode and a workpiece, and each time a plurality of voltage pulses are applied.
  • a power supply device that supplies a DC voltage
  • four switching elements are connected in a full bridge, a pair of DC terminals that connect the power supply device, the machining electrode, and the coated electrode
  • a control unit for controlling the four switching elements using the generated switching signal, and a positive pulse group consisting of a plurality of positive pulses in the switching signal waveform
  • the reverse polarity pulse group including a plurality of reverse polarity pulses has a different duty ratio.
  • the electric discharge machining apparatus in the switching signal waveform composed of a bipolar pulse group for controlling the output timing of the voltage pulse output from the full bridge circuit, the positive pulse composed of a plurality of positive pulses. Since the duty ratio is set to be different between the group and the reverse polarity pulse group composed of a plurality of reverse polarity pulses, the electrical discharge machining apparatus and the electrical discharge machining method capable of suppressing the complexity of the configuration and the increase in the number of parts There is an effect that can be provided.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an electric discharge machining apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a switching signal waveform and a voltage waveform between the electrodes at that time (when not discharging).
  • FIG. 3 is a diagram showing a switching signal waveform, an inter-electrode voltage waveform (during non-discharge, during discharge), and a discharge current waveform.
  • FIG. 4 is a chart comparing the characteristics of positive polarity processing and reverse polarity processing.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the control unit in each embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a zero volt control process in each embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a switching signal waveform according to the second embodiment and an inter-electrode voltage waveform at that time.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a switching signal waveform according to the third embodiment and an inter-electrode voltage waveform at that time.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a switching signal waveform according to the fourth embodiment and an inter-electrode voltage waveform at that time.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a switching signal waveform according to the fifth embodiment and an inter-electrode voltage waveform at that time.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a switching signal waveform suitable for processing workpieces having different thicknesses.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a switching signal waveform different from that in FIG. 11.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of switching signal waveforms different from those in FIGS. 11 and 12.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of the electric discharge machining apparatus according to the first embodiment of the present invention, and is a functional block diagram mainly showing a power supply unit.
  • an electric discharge machining apparatus 1 includes a power supply unit, an electric discharge machining unit 3, and a control unit 4.
  • circuit elements such as switching elements SW 1 to SW 4 and a resistor 13, and functional elements such as a voltage detector 16 are disposed around the workpiece 11 and the machining electrode 12 that are arranged to face each other. Is arranged.
  • a full bridge circuit in which four switching elements SW1 to SW4 are connected in a full bridge is configured.
  • a terminal D1 to which one end of the switching element SW1 and one end of the switching element SW3 are connected, and a terminal D2 to which one end of the switching element SW3 and one end of the switching element SW4 are connected are a pair of direct currents.
  • the terminal D3 to which the switching element SW1 and the switching element SW2 are connected and the terminal D4 to which the switching element SW3 and the switching element SW4 are connected constitute a pair of AC terminals.
  • the positive terminal of the DC power supply 10 is connected to the terminal D1 of the DC terminal, and the negative electrode of the DC power supply 10 is connected to the terminal D2 of the DC terminal.
  • the workpiece 11 is connected to the terminal D3 of the AC terminal via the resistor 13, and the processing electrode 12 is connected to the terminal D4 of the AC terminal.
  • the resistor 13 is connected to the workpiece 11 side, but it may be connected to the machining electrode 12 side. Further, when the current flowing between the workpiece 11 and the processing electrode 12 is not so large, the resistor 13 may be omitted.
  • the power supply unit and the electric discharge machining unit 3 are provided with a voltage detector 16 for detecting a voltage (hereinafter referred to as “electrode voltage”) generated between the workpiece 11 and the machining electrode 12. Note that the voltage detected by the voltage detector 16 is input to the control unit 4.
  • a host controller 5 including a machining parameter 6 and an operation identification processing unit 7 is provided outside the electric discharge machining apparatus 1.
  • the machining parameter 6 includes information indicating machining operation, machining conditions, and the like, and the operation identification processing unit 7 controls information (hereinafter referred to as “machining”) required for performing electric discharge machining based on the information of the machining parameter 6.
  • Information is identified and transmitted to the control unit 4.
  • this control information includes, for example, information on voltage polarity such as whether to perform positive polarity processing, reverse polarity processing, or both, processing speed, surface roughness, electrode wear, straightness Information on which of these is to be emphasized is included.
  • the control unit 4 determines the voltage to be applied between the workpiece 11 and the processing electrode 12 (hereinafter referred to as “interelectrode applied voltage”) using the processing information output from the motion identification processing unit 7. , Pulse width (pulse application time), pulse pause width (pulse pause time), ratio of pulse width to pulse cycle (pulse width + pulse cycle width) (duty ratio) in a pulse signal for switching control of switching elements SW1 to SW4 ) And so on.
  • the switching elements SW1 to SW4 are controlled based on the switching signal output from the control unit 4, and a desired inter-electrode applied voltage is supplied between the workpiece 11 and the processing electrode 12.
  • control unit 4 performs control called zero volt control using the detected voltage detected by the voltage detector 16.
  • the zero volt control is a control for suppressing the electrolytic corrosion phenomenon caused by the current flowing between the workpiece 11 and the machining electrode 12, and the machining fluid is biased to one polarity. Is suppressed.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a switching signal waveform output from the control unit 4 and an inter-electrode voltage waveform at that time. More specifically, FIG. 4A shows a switching signal applied to the switching elements SW1 and SW4, and FIG. 5B shows a switching signal applied to the switching elements SW2 and SW3.
  • FIG. 6C shows an inter-electrode voltage waveform between the workpiece 11 and the machining electrode 12 generated by the switching signals shown in FIGS. However, the waveform shown in FIG. 3C is a voltage waveform when no discharge is generated between the workpiece 11 and the processing electrode 12. The voltage waveform when discharge is occurring will be described later.
  • the pulse width in a group of switching signals (hereinafter referred to as “positive pulse group”) applied to the switching elements SW1 and SW4 is ⁇ 1
  • the pulse pause width is t1.
  • ⁇ 2 be a pulse width
  • t2 be a pulse pause width in a group of switching signals (hereinafter referred to as “reverse polarity pulse group”) applied to the switching elements SW2 and SW3.
  • reverse polarity pulse group a pulse pause width in a group of switching signals
  • V1 and V2 shown in the above equation (2) are the magnitudes of the interelectrode voltages when the respective pulse groups are applied.
  • the respective pulse width and pulse pause width are set as in the above formulas (1) and (2), so that the interelectrode voltage V1 when the positive pulse group is applied and For the interpolar voltage V2 when the reverse polarity pulse group is applied, the positive pulse group in which the pulse application time for the same time becomes longer becomes larger, and the relationship of V1> V2 occurs.
  • the number of pulses of the reverse polarity pulse group is larger. This is because the zero volt control is performed. To do. In short, in order to make the application time of the positive pulse and the application time of the reverse polarity pulse substantially the same for the same time, the number of reverse polarity pulse groups having a large pulse pause width is increased. In addition, further detailed operations of the control unit 4 including zero-volt control will be described later.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of an inter-electrode voltage waveform during discharge and a waveform of a discharge current flowing between the workpiece 11 and the processing electrode 12. More specifically, FIG. 5B shows an inter-electrode voltage waveform when the switching signal shown in FIG. 6A is applied and discharge occurs at points P and R in FIG. Is shown.
  • a waveform K1 indicated by a broken line indicates an inter-electrode voltage waveform during non-discharge
  • a waveform K2 indicated by a solid line indicates an inter-electrode voltage waveform during discharge.
  • discharge occurs at point P in FIG.
  • the floating capacitance 14 accumulates between the workpiece 11 and the processing electrode 12 during the period from the point P to the point Q where the switching signal falls. Since electric power is supplied from the DC power source 10 in addition to the electric power that is being used, the discharge current increases as shown in FIG. On the other hand, when a discharge occurs at point R in FIG. 5A, only the electric power stored in the stray capacitance 14 is supplied, and no electric power is supplied from the DC power supply 10, so the discharge current is reduced. . Thus, the discharge between the workpiece 11 and the processing electrode 12 does not necessarily occur only during the ON period of the switching signal. However, the machining amount increases as the discharge current increases. For this reason, from the viewpoint of improving the processing efficiency, it is preferable to perform the processing by generating discharge in the period during which power supply from the DC power supply 10 is possible, that is, the ON period of the switching signal.
  • FIG. 4 is a chart comparing the characteristics of positive polarity processing and reverse polarity processing.
  • the meaning of “ ⁇ ” means superior to “ ⁇ ”, and conversely, the meaning of “ ⁇ ” means inferior to “ ⁇ ”.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the control unit 4
  • FIG. 6 is a flowchart showing the zero-volt control process included in the flow of FIG. 5 and 6 are executed under the control of the control unit 4.
  • the control unit 4 determines the peak voltage (V1) during positive polarity machining and the peak during reverse polarity machining based on the machining information output from the operation identification processing unit 7 as information necessary when performing electric discharge machining.
  • the voltage (V2) is determined (step S11).
  • the control unit 4 sets the pulse widths of the positive polarity pulse group and the reverse polarity pulse group to the same value, and sets the pulse pause width (t1) of the positive polarity pulse group and the pulse pause width (t2) of the reverse polarity pulse group. ) Is determined (step S12). As shown in FIG.
  • the pulse widths ⁇ 1, ⁇ 2 and the pulse pause widths t1, t2 are determined according to the conditions shown in the above equations (1) and (2). . Further, when machining is performed under the condition of V1 ⁇ V2, the pulse widths ⁇ 1, ⁇ 2 and the pulse pause widths t1, t2 are determined according to the condition shown in the following equation.
  • the control unit 4 determines the number of positive pulse groups and the number of reverse polarity pulse groups based on the above formulas (1) and (2) or the above formulas (3) and (4).
  • the number of pulses is determined (step S13).
  • the number of pulses determined at this time is the basic number of pulses for performing the zero volt control, and the number of basic pulses in each pulse group is not required unless the zero volt control in step S15 described later is required. Is not changed.
  • a bipolar pulse group based on the positive polarity pulse group and the reverse polarity pulse group determined in steps S11 to S13 is applied between the workpiece 11 and the machining electrode 12, and a desired electric discharge machining is performed (step S14).
  • step S15 After the zero volt control process in step S15, the processes in steps S14 and S15 are repeated.
  • conditions relating to the positive pulse group and the reverse polarity pulse group are not changed while one electric discharge machining is performed. However, interrupt processing and machining condition change processing are not performed.
  • the control for changing the setting of the positive polarity pulse group and the reverse polarity pulse group may be performed.
  • the voltage detector 16 monitors the inter-electrode voltage (V0) (step S101). Based on the interpolar voltage (V0) sequentially transmitted from the voltage detector 16, the controller 4 integrates the time integral value (VT1) related to the applied voltage of the positive polarity pulse and the time integrated value (VT2) related to the applied voltage of the reverse polarity pulse. Is calculated (step S102), and the number of pulses of the positive polarity pulse group or the number of pulses of the reverse polarity pulse group is corrected so that these VT1 and VT2 are substantially equal (step S103).
  • a process of adding a predetermined number of pulses to the number of basic pulses or a process of deleting a predetermined number of pulses from the number of basic pulses is performed.
  • this pulse number correction process either the number of pulses in the positive pulse group or the number of pulses in the reverse polarity pulse group may be controlled. For example, when it is necessary to increase the number of pulses of the positive pulse group, a process of decreasing the number of pulses of the reverse polarity pulse group may be performed instead of this process. Conversely, when it is necessary to reduce the number of pulses of the positive pulse group, a process of increasing the number of pulses of the reverse polarity pulse group may be performed instead of this process.
  • the zero-volt control cycle may be a relatively slow control speed. For this reason, in the comparison process between VT1 and VT2 in step S103 of FIG. 6, the comparison determination threshold value may be increased.
  • step S13 the number of pulses to be output can be designed by step S13 at least when the electrodes are not discharged. Yes.
  • the controller 4 outputs an output according to the above design without performing zero volt control (without performing control using the voltage detector 16). By doing this, the average voltage between the electrodes can be reduced to approximately zero volts.
  • the function of arbitrarily changing the applied voltage between the machining electrode and the workpiece within the range of the power supply voltage can be achieved without using a plurality of power supplies. And since it can implement
  • the pulse widths between the positive polarity pulse group and the reverse polarity pulse group are equalized, while the positive pulse duration and the reverse polarity pulse group are paused.
  • FIG. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a switching signal waveform according to the second embodiment (an example different from FIG. 2) and an inter-electrode voltage waveform at that time.
  • the pulse width between the positive polarity pulse group and the reverse polarity pulse group is equalized, while the pulse pause width of the positive polarity pulse group and the reverse polarity pulse group.
  • the pulse pause width is set to a different value, in the switching signal waveform of this embodiment, the pulse pause width of the positive pulse group and the pulse pause width of the reverse polarity pulse group are equalized, The pulse width between the pulse group and the reverse polarity pulse group is set to a different value.
  • the switching signal waveform according to the second embodiment shows a case where the pulse pause width is constant and the pulse width is different.
  • the determination of the pulse width and the pulse pause width based on the applied voltage and the zero volt control are executed according to the processing flow of FIGS.
  • the pulse width in the positive pulse group is ⁇ 1
  • the pulse pause width is t1
  • the pulse width in the reverse polarity pulse group is ⁇ 2
  • the pulse pause is t2.
  • V1 and V2 shown in the above equation (5) are the magnitudes of the interelectrode voltages when the respective pulse groups are applied.
  • the pulse width and the pulse pause width are set as in the above formulas (5) and (6), so that the interelectrode voltage V1 when the positive pulse group is applied and For the interpolar voltage V2 when the reverse polarity pulse group is applied, the positive pulse group in which the pulse application time for the same time becomes longer becomes larger, and the relationship of V1> V2 occurs.
  • the pulse widths ⁇ 1, ⁇ 2 and the pulse pause widths t1, t2 may be determined according to the conditions shown in the following equation.
  • the number of pulses of the positive polarity pulse group and the number of pulses of the reverse polarity pulse group are compared, the number of pulses of the reverse polarity pulse group is larger.
  • the reason for this is also the same as in the first embodiment.
  • the number of reverse polarity pulse groups having a small pulse width is set to Try to increase.
  • the pulse pause width of the positive polarity pulse group and the pulse pause width of the reverse polarity pulse group are equalized, while the positive polarity pulse group and the reverse polarity pulse group are Since the optimum applied voltage of each polarity can be determined by setting the pulse width between to different values, it is possible to perform good machining according to the workpiece.
  • the pulse pause width may be extended and the discharge frequency may be lowered.
  • the pulse pause width is constant. As compared with the first embodiment, it is possible to suppress the decrease in the discharge frequency and to obtain the effect that the decrease in the processing efficiency can be suppressed.
  • FIG. FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a switching signal waveform according to the third embodiment (an example different from FIGS. 2 and 7) and a voltage waveform between the electrodes at that time.
  • the duty ratio in the positive pulse group (the ratio of the pulse width to the pulse period) and the duty ratio in the reverse polarity pulse group are set to different values.
  • the duty ratios in the positive polarity pulse group and the reverse polarity pulse group are set to be equal.
  • the determination of the pulse width and the pulse pause width based on the applied voltage and the zero volt control are executed according to the processing flow of FIGS.
  • the pulse width in the positive pulse group is ⁇ 1
  • the pulse pause width is t1
  • the pulse width in the reverse polarity pulse group is ⁇ 2.
  • the reverse application pulse group having a smaller pulse pause width has a shorter total application period.
  • T1> T2 occurs.
  • Such a switching signal waveform is suitable, for example, when it is desired to increase the discharge period of positive polarity processing or when it is desired to increase the discharge current during positive polarity processing and reduce the discharge current during reverse polarity processing. By using such a switching signal waveform, efficient and effective electric discharge machining can be performed.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a switching signal waveform according to the fourth embodiment (an example different from FIGS. 2, 7, and 8) and an inter-electrode voltage waveform at that time.
  • the pulse width of each head pulse in the positive polarity pulse group and the reverse polarity pulse group is set longer (wider) than the second and subsequent pulse widths.
  • the difference from the switching signal waveform is the same as that of the third embodiment.
  • the determination of the pulse width and the pulse pause width based on the applied voltage and the zero volt control are executed according to the processing flow of FIGS.
  • the pulse width of the head pulse in the positive pulse group is ⁇ 1 ′
  • the second and subsequent pulse widths are ⁇ 1
  • the pulse width of the head pulse in the reverse polarity pulse group is ⁇ 2 ′
  • the pulse width after the first is ⁇ 2. At this time, the relationship of the following equation is satisfied between these set values.
  • the pulse width of each leading pulse in each pulse group is set wider than the second and subsequent pulse widths, the effective machining time is effectively reduced. The effect that it can ensure and processing efficiency can be acquired is acquired.
  • FIG. FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a switching signal waveform according to the fifth embodiment (an example different from FIGS. 2 and 7 to 9) and an inter-electrode voltage waveform at that time.
  • the pulse pause width between each leading pulse and each second pulse in the positive polarity pulse group and the reverse polarity pulse group is longer than the pause width between other pulses ( Widely set is the difference from the switching signal waveform according to the third embodiment, and the rest is the same as the third embodiment.
  • the determination of the pulse width and the pulse pause width based on the applied voltage and the zero volt control are executed according to the processing flow of FIGS.
  • the pulse pause width between the first pulse and the second pulse in the positive pulse group is t1 ′
  • the pulse pause width after the second pulse is t1
  • the reverse polarity pulse Let t2 ′ be the pulse pause width between the first pulse and the second pulse in the group, and let t2 be the pulse pause width after the second pulse. At this time, the relationship of the following equation is satisfied between these set values.
  • the pulse pause width between the first pulse and the second pulse is set to be long, the portion where the voltage drops after the rise of the interelectrode voltage can be shortened.
  • the time of the portion where the interelectrode voltage waveform K2 falls between the first pulse and the second pulse can be shortened.
  • the effective machining time for each pulse group can be ensured, and the machining efficiency can be increased.
  • the pulse pause width between each head pulse and each second pulse in each pulse group is set longer than the pause width between other pulses. Therefore, the effective machining time can be effectively ensured, and the machining efficiency can be increased.
  • FIG. FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a switching signal waveform suitable for processing workpieces having different thicknesses. Specifically, FIG. 5A shows a switching signal waveform when machining the “A” portion of the workpiece, and FIG. 5B shows when the “B” portion of the workpiece is machined. The switching signal waveform of FIG. 4C shows the switching signal waveform when machining the “C” portion of the workpiece.
  • the inter-electrode voltage waveform is varied by making the pulse width in the pulse group constant and changing the pulse pause width. That is, the pulse pause width is set shorter as the workpiece thickness increases, and conversely, the pulse pause width is set longer as the workpiece thickness decreases.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a switching signal waveform different from that in FIG. 11, and similarly to FIG. 11, (a) shows a switching signal waveform when machining the portion “A” of the workpiece. , (B) shows the switching signal waveform when machining the “B” portion of the workpiece, and (c) shows the switching signal waveform when machining the “C” portion of the workpiece. Yes.
  • the inter-electrode voltage waveform is varied by making the pulse pause width in the pulse group constant and changing the pulse width. That is, the pulse width is set longer as the workpiece thickness increases, and conversely, the pulse width is set shorter as the workpiece thickness decreases.
  • the pulse width in the pulse group is constant and the pulse pause width is made different.
  • the important point is that the duty ratio of the pulse group is varied according to the processing thickness. Therefore, the duty ratio may be set larger as the thickness of the workpiece increases, and conversely, the duty ratio may be set smaller as the thickness of the workpiece decreases. At this time, the pulse width and the pulse pause width may be different.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of a switching signal waveform different from those in FIGS. 11 and 12, (a) is a switching signal waveform when processing the portion “A” of the workpiece, and (b) is a switching signal waveform.
  • FIG. 4C shows a switching signal waveform when machining the “B” portion of the workpiece
  • FIG. 5C shows a switching signal waveform when machining the “C” portion of the workpiece.
  • the example shown in FIG. 11 shows a switching signal waveform in which processing speed and straightness are more important than surface roughness.
  • the example shown in FIG. 12 shows a switching signal waveform in which processing speed and straightness are more important than surface roughness and both processing speed and straightness are achieved.
  • the example shown in FIG. 13 shows a switching signal waveform in which both electrode wear and straightness are achieved while placing importance on electrode wear.
  • the waveform may be selected in the thin plate region so that the surface roughness does not deteriorate even if the straightness deteriorates. I can say that.
  • the processing speed of a thick plate tends to be lower than that of a thin plate as the processing volume increases, and when there is a demand for the same speed at any plate thickness, the interelectrode voltage during thin plate processing It is only necessary to select a waveform that is low and increases the voltage between the electrodes when processing a thick plate.
  • Which combination can provide the optimum machining varies greatly depending on the machining environment, machining conditions, target accuracy, target machining speed, etc., and the waveform to be selected is also arbitrary.
  • the positive polarity machining pulse group and the reverse polarity machining pulse group are configured by combining the various switching signal waveforms shown in the first to fifth embodiments. Even when workpieces with different thicknesses are continuously processed, flexible and efficient processing is performed taking into consideration processing speed, surface roughness, straightness, electrode wear, etc. It becomes possible.
  • switching signal waveforms shown in FIGS. 11 to 13 show an example, and it goes without saying that various signals generated based on various viewpoints may be used.
  • the electric discharge machining apparatus and the electric discharge machining method according to the present invention are useful as an invention capable of suppressing the complication of the configuration and the increase in the number of parts and types.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

　被加工物を放電により加工する放電加工装置において、複数の電源を設けることなく、また、構成の複雑化及び部品点数の増加を抑制した構成とすること。４つのスイッチング素子からなるフルブリッジ回路から出力され、電圧パルスの出力タイミングを制御するための両極性のパルス群からなるスイッチング信号波形において、被加工物に正極性、加工用電極に負極性の電源極性を与えるような複数の正極性パルスからなる正極性パルス群と、被加工物に負極性、加工用電極に正極性の電源極性を与えるような複数の逆極性パルスからなる逆極性パルス群とでは、デューティ比が異なるように設定される。これにより、加工速度、面粗さ、電極消耗、又は真直度等の加工における重視項目に応じて、極性により性質の異なるパルス群を使い分け、放電加工することが可能な放電加工装置を提供する。

Description

放電加工装置および放電加工方法
　本発明は、被加工物を放電により加工する放電加工装置および放電加工方法に関するものである。
　放電加工装置は、加工用電極－被加工物間にアーク放電を発生させることにより被加工物の加工を行う装置である。放電加工装置には、アーク放電を発生させるための電力源（加工用電源）が必要となるが、この加工用電源の構成に関しては、従来から、種々のものが存在している。
　例えば、仕上げ用電源部および荒加工用電源部による２つの電源部を備えるとともに、仕上げ用電源部内のフルブリッジ回路を構成する４つのスイッチング素子にそれぞれ直列に接続される抵抗を設け、これらの抵抗の抵抗値を異ならせて構成した放電加工用電源装置が存在する（例えば、特許文献１）。
　この特許文献１では、被加工物に正極電位を与え、加工用電極に負極電位を与える正極性加工と、被加工物に負極電位を与え、加工用電極に正極電位を与える逆極性加工とを行う際に、放電加工間隙に供給される加工電流の値が正極性加工時には小さく、逆極性加工時には大きくなるように、上記抵抗値の値を設定している。この構成により、正極性加工時には小さな加工用電圧が放電加工間隙に与えられ、放電加工面の面粗さが大きくなるのを抑えつつ、かつ逆極性加工の終了時における放電の切れが確実になるとともに、逆極性加工時には大きな加工用電圧が放電加工間隙に与えられて放電が安定的に行われ、かつ面粗さの小さな加工が行われる、旨の記載がなされている。
特開平１１－３４７８４４号公報
　しかしながら、上記特許文献１に示される放電加工用電源装置では、仕上げ用電源部内のブリッジ回路を構成する４つのスイッチング素子のそれぞれに抵抗を設ける必要があるとともに、各抵抗値として異なる値のもの選定する必要があるので、部品の点数や種類が多くなり、構成も複雑化するという課題が存在する。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、構成の複雑化および部品点数の増加を抑制可能とする放電加工装置および放電加工方法を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる放電加工装置は、加工用電極と被加工物との間に連続する複数の電圧パルスを印加し、複数回の電圧パルス毎に極性を切り替えて加工を行う放電加工装置において、直流電圧を供給する電源装置と、４つのスイッチング素子がフルブリッジ接続され、前記電源装置を接続する一対の直流端子と、前記加工用電極と前記被加工物とを接続する一対の交流端子と、を具備してなり、該電源装置から供給される直流電圧を、正極性加工を行うための電圧パルスと、逆極性加工を行うための電圧パルスと、に変換して出力するフルブリッジ回路と、放電加工に必要な加工情報に基づき、前記フルブリッジ回路から出力される前記電圧パルスの出力タイミングを制御するための両極性のパルス群からなるスイッチング信号を生成するとともに、該生成したスイッチング信号を用いて前記４つのスイッチング素子を制御する制御部と、を備え、前記スイッチング信号波形における複数の正極性パルスからなる正極性パルス群と、複数の逆極性パルスからなる逆極性パルス群とでは、デューティ比が異なっていることを特徴とする。
　本発明にかかる放電加工装置によれば、フルブリッジ回路から出力される電圧パルスの出力タイミングを制御するための両極性のパルス群からなるスイッチング信号波形において、複数の正極性パルスからなる正極性パルス群と、複数の逆極性パルスからなる逆極性パルス群とでは、デューティ比が異なるように設定されているので、構成の複雑化および部品点数の増加を抑制可能とする放電加工装置および放電加工方法を提供することができるという効果を奏する。
図１は、本発明の実施の形態１にかかる放電加工装置の概略構成を示す図である。 図２は、スイッチング信号波形の一例および、そのときの極間電圧波形（非放電時）を示す図である。 図３は、スイッチング信号波形ならびに、そのときの極間電圧波形（非放電時、放電時）および放電電流波形を示す図である。 図４は、正極性加工および逆極性加工の特徴を比較して示した図表である。 図５は、各実施の形態における制御部の動作を示すフローチャートであり、 図６は、各実施の形態における零ボルト制御処理を示すフローチャートである。 図７は、実施の形態２にかかるスイッチング信号波形の一例および、そのときの極間電圧波形を示す図である。 図８は、実施の形態３にかかるスイッチング信号波形の一例および、そのときの極間電圧波形を示す図である。 図９は、実施の形態４にかかるスイッチング信号波形の一例および、そのときの極間電圧波形を示す図である。 図１０は、実施の形態５にかかるスイッチング信号波形の一例および、そのときの極間電圧波形を示す図である。 図１１は、厚さの異なる被加工物を加工するときに好適なスイッチング信号波形の一例を示す図である。 図１２は、図１１とは異なるスイッチング信号波形の一例を示す図である。 図１３は、図１１および図１２とは異なるスイッチング信号波形の一例を示す図である。
符号の説明
　１　放電加工装置
　３　電源部および放電加工部
　４　制御部
　５　上位コントローラ
　６　加工パラメータ
　７　動作識別処理部
　１０　直流電源
　１１　被加工物
　１２　加工用電極
　１３　抵抗
　１４　浮遊容量
　１５　浮遊抵抗
　１６　電圧検出器

　以下に添付図面参照して、本発明にかかる放電加工装置および放電加工方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１にかかる放電加工装置の概略構成を示す図であり、電源部を中心として示した機能ブロック図である。図１において、放電加工装置１は、電源部および放電加工部３および制御部４を備えている。
　電源部および放電加工部３では、対向して配置された被加工物１１および加工用電極１２の周囲に、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４、抵抗１３などの回路要素や、電圧検出器１６などの機能要素が配置されている。
　より詳細に説明すると、まず、４つのスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４がフルブリッジ接続されたフルブリッジ回路が構成されている。このフルブリッジ回路では、スイッチング素子ＳＷ１の一端とスイッチング素子ＳＷ３の一端とが接続される端子Ｄ１と、スイッチング素子ＳＷ３の一端とスイッチング素子ＳＷ４の一端とが接続される端子Ｄ２とが、一対の直流端子を構成するとともに、スイッチング素子ＳＷ１とスイッチング素子ＳＷ２とが接続される端子Ｄ３と、スイッチング素子ＳＷ３とスイッチング素子ＳＷ４とが接続される端子Ｄ４とが、一対の交流端子を構成する。このように構成されたフルブリッジ回路において、直流端子の端子Ｄ１には直流電源１０の正極が接続され、直流端子の端子Ｄ２には直流電源１０の負極が接続される。一方、交流端子の端子Ｄ３には抵抗１３を介して被加工物１１が接続され、交流端子の端子Ｄ４には加工用電極１２が接続される。
　なお、図１の構成では、抵抗１３を被加工物１１側に接続する場合の例をしているが、加工用電極１２側に接続しても構わない。また、被加工物１１と加工用電極１２との間に流れる電流があまり大きくない場合には、抵抗１３を省略してもよい。
　また、被加工物１１と加工用電極１２との間には、被加工物１１および加工用電極１２の形状や大きさ、あるいは被加工物１１と加工用電極１２との間の距離（極間距離）などによって決まる浮遊容量成分、および加工液の種類、被加工物１１の材質等によって決まる浮遊抵抗成分が存在する。このため、これらの浮遊成分を、図１の破線部で示すように、被加工物１１および加工用電極１２の両端間に接続される浮遊容量１４および浮遊抵抗１５として示している。
　さらに、電源部および放電加工部３には、被加工物１１と加工用電極１２との間に生ずる電圧（以下「極間電圧」という）を検出する電圧検出器１６が具備される。なお、電圧検出器１６によって検出された電圧は、制御部４に入力される。
　一方、放電加工装置１の外部には、加工パラメータ６および動作識別処理部７を備えた上位コントローラ５が具備されている。加工パラメータ６には、加工動作や加工条件などを示す情報が含まれており、動作識別処理部７は、加工パラメータ６の情報に基づき、放電加工を行う際に必要な制御情報（以下「加工情報」という）を識別して制御部４に伝達する。ここで、この制御情報とは、例えば正極性加工を行うのか、逆極性加工を行うのか、もしくは両者を用いて行うのかといった電圧極性の情報、および加工速度、面粗さ、電極消耗、真直度の何れを重視するかといった情報などが含まれている。
　制御部４は、動作識別処理部７から出力される加工情報を用いて被加工物１１と加工用電極１２との間に印加すべき電圧（以下「極間印加電圧」という）を決定するとともに、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４をスイッチング制御するためのパルス信号におけるパルス幅（パルス印加時間）、パルス休止幅（パルス休止時間）、パルス周期（パルス幅＋パルス周期幅）に対するパルス幅の比（デューティ比）などを決定する。スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ４は、制御部４から出力されるスイッチング信号に基づいて制御され、被加工物１１と加工用電極１２との間には所望の極間印加電圧が供給される。
　また、制御部４は、電圧検出器１６が検出した検出電圧を用いて、零ボルト制御と呼ばれる制御を行う。ここで、この零ボルト制御とは、被加工物１１と加工用電極１２との間に流れる電流に起因して生ずる電解腐食現象を抑えるための制御であり、加工液が一方の極性に偏るのを抑制している。
　図２は、制御部４から出力されるスイッチング信号波形の一例および、そのときの極間電圧波形を示す図である。より詳細に説明すると、同図（ａ）はスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４に印加されるスイッチング信号を示し、同図（ｂ）はスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３に印加されるスイッチング信号を示している。また、同図（ｃ）は、同図（ａ）、（ｂ）に示すスイッチング信号によって生ずる被加工物１１と加工用電極１２との間の極間電圧波形である。ただし、同図（ｃ）に示す波形は、被加工物１１と加工用電極１２との間に放電が生じていないときの電圧波形である。なお、放電が生じているときの電圧波形については、後述する。
　被加工物１１と加工用電極１２との間に放電が生じている場合、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４がオンのときには、直流電源１０の正極→スイッチング素子ＳＷ１→抵抗１３→被加工物１１→加工用電極１２→スイッチング素子ＳＷ４→直流電源１０の負極、という経路で電流が流れる。一方、スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３がオンのときには、直流電源１０の正極→スイッチング素子ＳＷ３→加工用電極１２→被加工物１１→抵抗１３→スイッチング素子ＳＷ２→直流電源１０の負極、という経路で電流が流れる。すなわち、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４がオンするときには正極性加工が行われ、スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３がオンするときには逆極性加工が行わることになる。
　つぎに、スイッチング信号の波形について説明する。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４に対して印加される一群のスイッチング信号（以下「正極性パルス群」という）におけるパルス幅をτ１、パルス休止幅をｔ１とし、スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３に対して印加される一群のスイッチング信号（以下「逆極性パルス群」という）におけるパルス幅をτ２、パルス休止幅をｔ２とする。このとき、これらの設定値間では、次式の関係が満たされる。
　τ１＝τ２　　　　　　　　　　　…（１）
　ｔ１＜ｔ２（Ｖ１＞Ｖ２の場合）　…（２）
　ここで、上記（２）式に示されるＶ１，Ｖ２は、それぞれのパルス群が印加されるときの極間電圧の大きさである。なお、各パルス群において、それぞれのパルス幅とパルス休止幅とが、上記（１）、（２）式のように設定されるので、正極性パルス群が印加されるときの極間電圧Ｖ１と、逆極性パルス群が印加されるときの極間電圧Ｖ２とでは、同一時間に対するパルス印加時間が長くなる正極性パルス群の方が大きくなり、Ｖ１＞Ｖ２の関係が生ずる。
　また、図２において、正極性パルス群のパルス数と逆極性パルス群のパルス数とを比較すると、逆極性パルス群のパルス数の方が多くなっているが、この理由は、零ボルト制御を行うためである。簡単に言えば、同一時間に対する正極性パルスの印加時間と、逆極性パルスの印加時間とをほぼ等しくするため、パルス休止幅の大きな逆極性パルス群の数を増加させている。なお、零ボルト制御を含み、制御部４のさらなる詳細な動作については、後述する。
　図３は、放電時の極間電圧波形および被加工物１１と加工用電極１２との間に流れる放電電流波形の一例を示す図である。より詳細に説明すると、同図（ｂ）は、同図（ａ）に示すスイッチング信号が印加され、かつ、同図（ａ）のＰ点およびＲ点で放電が生じた場合の極間電圧波形を示している。また、同図（ｂ）において、破線で示す波形Ｋ１は非放電時の極間電圧波形を示し、実線で示す波形Ｋ２は放電時の極間電圧波形を示している。同図（ａ）のＰ点で放電が起こる場合、このＰ点からスイッチング信号が立ち下がるＱ点までの期間において、被加工物１１と加工用電極１２との間には、浮遊容量１４に蓄積されている電力に加え、直流電源１０からの電力供給が行われるので、同図（ｃ）に示すように放電電流は大きくなる。一方、同図（ａ）のＲ点で放電が起こる場合には、浮遊容量１４に蓄積されている電力のみが供給され、直流電源１０からの電力供給が行われないので、放電電流は小さくなる。このように、被加工物１１と加工用電極１２との間の放電は、必ずしもスイッチング信号のオン期間のみに生ずるわけではない。ただし、放電電流が大きいとき程、加工量が大きくなる。このため、加工効率を高める観点から、可能な限り、直流電源１０からの電力供給が可能となる期間、すなわち、スイッチング信号のオン期間に放電を生じさせて加工を行うことが好ましい条件となる。
　図４は、正極性加工および逆極性加工の特徴を比較して示した図表である。同図において、“○”の意味は“△”よりも優れていることを意味し、逆に“△”の意味は“○”よりも劣っていることを意味している。同図から分かるように、加工速度、電極消耗、あるいは真直度を重視した加工を行うには正極性加工を行うことが好ましい条件となり、一方、面粗さを重視した加工を行うには逆極性加工を行うことが好ましい条件となる。
　つぎに、制御部４の動作について図５および図６を参照して説明する。ここで、図５は、制御部４の動作を示すフローチャートであり、図６は、図５のフローに含まれる零ボルト制御処理を示すフローチャートである。なお、図５および図６の動作は、制御部４の制御下で実行される。
　図５において、制御部４は、放電加工を行う際に必要な情報として動作識別処理部７から出力された加工情報に基づき、正極性加工時のピーク電圧（Ｖ１）および逆極性加工時のピーク電圧（Ｖ２）を決定する（ステップＳ１１）。続いて、制御部４は、正極性パルス群および逆極性パルス群の各パルス幅を等しい値に設定し、正極性パルス群のパルス休止幅（ｔ１）および逆極性パルス群のパルス休止幅（ｔ２）を決定する（ステップＳ１２）。なお、図２に示すように、Ｖ１＞Ｖ２という条件の場合には、上記（１）式、（２）式に示す条件に従って、パルス幅τ１，τ２、およびパルス休止幅ｔ１，ｔ２を決定する。また、Ｖ１＜Ｖ２という条件で加工を行う場合には、次式に示す条件に従って、パルス幅τ１，τ２、およびパルス休止幅ｔ１，ｔ２を決定する。
　τ１＝τ２　　　…（３）
　ｔ１＞ｔ２　　　…（４）
　図５のフローに戻り、制御部４は、上記（１）式および（２）式、または上記（３）式および（４）式に基づき、正極性パルス群のパルス数および逆極性パルス群のパルス数を決定する（ステップＳ１３）。なお、このとき決定されたパルス数は、概略の零ボルト制御を行うための基本パルス数であり、後述するステップＳ１５による零ボルト制御を行う必要がある場合を除き、各パルス群における基本パルス数は変更されない。ステップＳ１１～Ｓ１３によって決定された正極性パルス群および逆極性パルス群による両極性のパルス群が被加工物１１と加工用電極１２との間に印加され、所望する放電加工が行われ（ステップＳ１４）、ステップＳ１５による零ボルト制御処理の後、これらステップＳ１４およびステップＳ１５の処理が繰り返される。なお、図５の処理フローでは、一つの放電加工が行われている間、正極性パルス群および逆極性パルス群に関する条件は変更されないようになっているが、割り込み処理や、加工条件の変更処理等によって、正極性パルス群および逆極性パルス群の設定を変更する制御を行っても構わない。
　また、図６において、電圧検出器１６は極間電圧（Ｖ０）をモニタする（ステップＳ１０１）。制御部４は、電圧検出器１６から逐次伝達される極間電圧（Ｖ０）に基づき、正極性パルスの印加電圧に関する時間積分値（ＶＴ１）および逆極性パルスの印加電圧に関する時間積分値（ＶＴ２）を算出し（ステップＳ１０２）、これらのＶＴ１とＶＴ２とが概ね等しくなるように正極性パルス群のパルス数または逆極性パルス群のパルス数を修正する（ステップＳ１０３）。具体的には、正極性パルス群または逆極性パルス群の何れかのパルス群において、基本パルス数に所定数のパルスを追加する処理または基本パルス数から所定数のパルスを削除する処理を行う。なお、このパルス数の修正処理では、正極性パルス群のパルス数または逆極性パルス群のパルス数の何れを制御してもよい。例えば、正極性パルス群のパルス数を増加させる必要があるとき、この処理に代えて、逆極性パルス群のパルス数を減少させる処理を行うようにしてもよい。逆に、正極性パルス群のパルス数を減少させる必要があるとき、この処理に代えて、逆極性パルス群のパルス数を増加させる処理を行うようにしてもよい。
　なお、電解腐食等の現象は急激に生ずるものではないため、上記零ボルト制御の制御周期は、比較的緩やかな制御速度で構わない。このため、図６のステップＳ１０３におけるＶＴ１とＶＴ２との比較処理において、比較の判定閾値を大きくした処理としてもよい。
　なお、電極間と並列に零ボルト制御のための検出系を設けることは浮遊容量の増加による面粗さの悪化に繋がる可能性がある。零ボルト制御の本質は、極間の平均電圧を零ボルトにすることであるから、少なくとも電極間が非放電時の場合には、出力するパルス数の設計がステップＳ１３により可能であることは言うまでもない。放電頻度が正極性と逆極性とで同等である場合には、零ボルト制御をしなくても（電圧検出器１６を用いた制御を行わなくても）上記設計に応じた出力を制御部４が行うことで極間平均電圧をおよそ零ボルトにすることができる。
　以上のように、実施の形態１にかかる放電加工装置では、加工用電極と被加工物との間の印加電圧を電源電圧の範囲内で任意に可変する機能を、複数の電源を用いることなく、かつ、各スイッチング素子に接続される抵抗値の異なる複数の抵抗を用いることなく実現することができるので、装置構成上の複雑化および部品点数の増加を抑制することが可能となる。
　また、実施の形態１にかかる放電加工装置では、正極性パルス群と逆極性パルス群との間のパルス幅を等しくする一方で、正極性パルス群のパルス休止幅と逆極性パルス群のパルス休止幅とを異なる値に設定することで、各極性の最適な印加電圧を決定することができるので、被加工物に応じた良好な加工を行うことが可能となる。
実施の形態２．
　図７は、実施の形態２にかかるスイッチング信号波形の一例（図２とは異なる一例）および、そのときの極間電圧波形を示す図である。図２に示す実施の形態１にかかるスイッチング信号波形では、正極性パルス群と逆極性パルス群との間のパルス幅を等しくする一方で、正極性パルス群のパルス休止幅と逆極性パルス群のパルス休止幅とを異なる値に設定しているが、この実施の形態のスイッチング信号波形では、正極性パルス群のパルス休止幅と逆極性パルス群のパルス休止幅とを等しくする一方で、正極性パルス群と逆極性パルス群との間のパルス幅を異なる値に設定している。すなわち、実施の形態２にかかるスイッチング信号波形は、パルス休止幅が一定でパルス幅が異なる場合を示すものである。なお、印加電圧に基づく、パルス幅およびパルス休止幅の決定、ならびに零ボルト制御については、図５および図６の処理フローに従って実行される。
　つぎに、実施の形態２にかかるスイッチング信号波形について説明する。図７（ａ）、（ｂ）において、実施の形態１のときと同様に、正極性パルス群におけるパルス幅をτ１、パルス休止幅をｔ１とし、逆極性パルス群におけるパルス幅をτ２、パルス休止幅をｔ２とする。このとき、これらの設定値間では、次式の関係が満たされる。
　τ１＞τ２（Ｖ１＞Ｖ２）　…（５）
　ｔ１＝ｔ２　　　　　　　　…（６）
　実施の形態１のときと同様に、上記（５）式に示されるＶ１，Ｖ２は、それぞれのパルス群が印加されるときの極間電圧の大きさである。なお、各パルス群において、それぞれのパルス幅とパルス休止幅とが、上記（５）、（６）式のように設定されるので、正極性パルス群が印加されるときの極間電圧Ｖ１と、逆極性パルス群が印加されるときの極間電圧Ｖ２とでは、同一時間に対するパルス印加時間が長くなる正極性パルス群の方が大きくなり、Ｖ１＞Ｖ２の関係が生ずる。
　なお、Ｖ１＜Ｖ２という条件で加工を行う場合には、次式に示す条件に従って、パルス幅τ１，τ２、およびパルス休止幅ｔ１，ｔ２を決定すればよい。
　τ１＜τ２　　　…（７）
　ｔ１＝ｔ２　　　…（８）
　また、実施の形態１と同様に、正極性パルス群のパルス数と逆極性パルス群のパルス数とを比較すると、逆極性パルス群のパルス数の方が多くなっている。この理由も、実施の形態１と同様であり、同一時間に対する正極性パルス群の印加時間と、逆極性パルス群の印加時間とをほぼ等しくするため、パルス幅の小さな逆極性パルス群の数を増加させるようにしている。
　なお、スイッチング信号波形におけるパルス休止幅ｔ１，ｔ２を決定する上記（５）式および（７）式の条件については、これらの関係を厳密に満足させる必要はない。なぜなら、パルス休止幅ｔ１，ｔ２が完全に一致していなくても、後続の零ボルト制御によって、トータルのオン時間や印加電圧等の制御が可能となるからである。
　以上のように、実施の形態２にかかる放電加工装置では、正極性パルス群のパルス休止幅と逆極性パルス群のパルス休止幅とを等しくする一方で、正極性パルス群と逆極性パルス群との間のパルス幅を異なる値に設定することで、各極性の最適な印加電圧を決定することができるので、被加工物に応じた良好な加工を行うことが可能となる。
　なお、実施の形態１にかかるスイッチング信号波形では、パルス休止幅が延伸されて放電周波数が低下する可能性があるが、実施の形態２にかかるスイッチング信号波形では、パルス休止幅が一定であるため、実施の形態１と比較して放電周波数の低下を抑えることができ、加工効率の低下を抑制することができるという効果が得られる。
実施の形態３．
　図８は、実施の形態３にかかるスイッチング信号波形の一例（図２、図７とは異なる一例）および、そのときの極間電圧波形を示す図である。図２および図７に示す実施の形態１、２にかかるスイッチング信号波形では、正極性パルス群におけるデューティ比（パルス周期に対するパルス幅の比）と逆極性パルス群におけるデューティ比とを異なる値に設定しているが、この実施の形態のスイッチング信号波形では、正極性パルス群および逆極性パルス群における各デューティ比が等しくなるように設定している。なお、印加電圧に基づく、パルス幅およびパルス休止幅の決定、ならびに零ボルト制御については、図５および図６の処理フローに従って実行される。
　つぎに、実施の形態３にかかるスイッチング信号波形について説明する。図８（ａ）、（ｂ）において、実施の形態１、２のときと同様に、正極性パルス群におけるパルス幅をτ１、パルス休止幅をｔ１とし、逆極性パルス群におけるパルス幅をτ２、パルス休止幅をｔ２とする。このとき、これらの設定値間には、次式の関係が満たされる。
　τ１／（τ１＋ｔ１）＝τ２／（τ２＋ｔ２）　…（９）
　Στ１＝Στ２　　　　　　　　　　　　　　　…（１０）
　図８において、デューティ比が同一の場合には、浮遊容量１４に蓄積される電荷は一定となり、正極性パルス群の印加時の極間電圧と逆極性パルス群の印加時の極間電圧とは等しくなる。つまり、浮遊容量１４から流れ込む電流は略同一である。しかしながら、放電持続期間はパルス幅に依存するので、パルス幅が異なる場合には、直流電源１０から流れ込む電流が異なってくる。このことにより、正極性パルス群の印加時と逆極性パルス群の印加時とで極間電圧が同一であったとしても、パルス幅を異ならせることで、それぞれの加工状態を変化させることができる。
　また、図８において、正極性パルス群の印加期間をＴ１とし、逆極性パルス群の印加期間をＴ２とすると、パルス休止幅の小さな逆極性パルス群の方がトータルの印加期間が短くなって、Ｔ１＞Ｔ２の関係が生ずる。このようなスイッチング信号波形は、例えば、正極性加工の放電期間を長くとりたい場合や、正極性加工時の放電電流を多くし、逆極性加工時の放電電流を少なくしたい場合などに好適であり、このようなスイッチング信号波形を用いることにより、効率的かつ効果的な放電加工を行うことができる。
　以上のように、実施の形態３にかかる放電加工装置では、正極性パルス群および逆極性パルス群における各デューティ比が等しくなるように設定しているので、効率的かつ効果的な放電加工を行うことができるという効果が得られる。
実施の形態４．
　図９は、実施の形態４にかかるスイッチング信号波形の一例（図２、図７、図８とは異なる一例）および、そのときの極間電圧波形を示す図である。本実施の形態にかかるスイッチング信号では、正極性パルス群および逆極性パルス群における各々の先頭パルスのパルス幅を各２番目以降のパルス幅より長く（広く）設定しているところが実施の形態３のスイッチング信号波形との相違点であり、その他については実施の形態３と同一である。なお、印加電圧に基づく、パルス幅およびパルス休止幅の決定、ならびに零ボルト制御については、図５および図６の処理フローに従って実行される。
　つぎに、実施の形態４にかかるスイッチング信号波形について説明する。図９（ａ）、（ｂ）において、正極性パルス群における先頭パルスのパルス幅をτ１’、２番目以降のパルス幅をτ１とし、逆極性パルス群における先頭パルスのパルス幅をτ２’、２番目以降のパルス幅をτ２とする。このとき、これらの設定値間では、次式の関係が満たされる。
　τ１’＞τ１　　　…（１１）
　τ２’＞τ２　　　…（１２）
　図９に示すように、各々の先頭パルスのパルス幅を長く設定した場合には、極間電圧の立ち上がり部を長く引っ張ることができる。例えば、図３において、極間電圧波形Ｋ２が最初に落ち込む部分の電圧値を非放電時の極間電圧波形Ｋ１のピーク値により早く近づけることができる。このため、実施の形態３にかかるスイッチング信号波形を印加した場合と比較して、放電開始のタイミングを早めることが可能となる。その結果、各パルス群での有効加工時間を確保することができ、加工効率を増加させることが可能となる。
　以上のように、実施の形態４にかかる放電加工装置では、各パルス群における各々の先頭パルスのパルス幅を各２番目以降のパルス幅より広く設定しているので、有効加工時間を効果的に確保することができ、加工効率を増加させることができるという効果が得られる。
実施の形態５．
　図１０は、実施の形態５にかかるスイッチング信号波形の一例（図２、図７～図９とは異なる一例）および、そのときの極間電圧波形を示す図である。本実施の形態にかかるスイッチング信号では、正極性パルス群および逆極性パルス群における各々の先頭パルスと各々の２番目のパルスとの間のパルス休止幅を他のパルス間の休止幅よりも長く（広く）設定しているところが実施の形態３にかかるスイッチング信号波形との相違点であり、その他については実施の形態３と同一である。なお、印加電圧に基づく、パルス幅およびパルス休止幅の決定、ならびに零ボルト制御については、図５および図６の処理フローに従って実行される。
　つぎに、実施の形態５にかかるスイッチング信号波形について説明する。図１０（ａ）、（ｂ）において、正極性パルス群における先頭パルスと２番目のパルスとの間のパルス休止幅をｔ１’、２番目のパルス以降のパルス休止幅をｔ１とし、逆極性パルス群における先頭パルスと２番目のパルスとの間のパルス休止幅をｔ２’、２番目のパルス以降のパルス休止幅をｔ２とする。このとき、これらの設定値間では、次式の関係が満たされる。
　ｔ１’＜ｔ１　　　…（１３）
　ｔ２’＜ｔ２　　　…（１４）
　図１０に示すように、先頭パルスと２番目のパルスとの間のパルス休止幅を長く設定した場合には、極間電圧の立ち上がり後の落ち込む部分を短くすることができる。例えば、図３に示される極間電圧波形Ｋ２おいて、先頭パルスと２番目のパルスとの間の極間電圧波形Ｋ２の落ち込む部分の時間を短縮することができる。このため、実施の形態３にかかるスイッチング信号波形を印加した場合と比較して、極間電圧の立ち上がりを早くすることが可能となる。その結果、実施の形態４と同様に、各パルス群での有効加工時間を確保することができ、加工効率を増加させることが可能となる。
　以上のように、実施の形態５にかかる放電加工装置では、各パルス群における各々の先頭パルスと各々の２番目のパルスとの間のパルス休止幅を他のパルス間の休止幅よりも長く設定しているので、有効加工時間を効果的に確保することができ、加工効率を増加させることができるという効果が得られる。
実施の形態６．
　図１１は、厚さの異なる被加工物を加工するときに好適なスイッチング信号波形の一例を示す図である。具体的には、同図（ａ）は、被加工物の“Ａ”の部分を加工するときのスイッチング信号波形、同図（ｂ）は、被加工物の“Ｂ”の部分を加工するときのスイッチング信号波形、同図（ｃ）は、被加工物の“Ｃ”の部分を加工するときのスイッチング信号波形をそれぞれ示している。
　図１１に示す例では、パルス群におけるパルス幅を一定とし、パルス休止幅を異ならせることで、極間電圧波形を可変している。すなわち、被加工物の厚さが厚くなるほどパルス休止幅を短く設定し、逆に、被加工物の厚さが薄くなるほどパルス休止幅を長く設定している。
　図１２は、図１１とは異なるスイッチング信号波形の一例を示す図であり、図１１のときと同様に、（ａ）は、被加工物の“Ａ”の部分を加工するときのスイッチング信号波形、（ｂ）は、被加工物の“Ｂ”の部分を加工するときのスイッチング信号波形、（ｃ）は、被加工物の“Ｃ”の部分を加工するときのスイッチング信号波形をそれぞれ示している。
　図１２に示す例では、パルス群におけるパルス休止幅を一定とし、パルス幅を異ならせることで、極間電圧波形を可変している。すなわち、被加工物の厚さが厚くなるほどパルス幅を長く設定し、逆に、被加工物の厚さが薄くなるほどパルス幅を短く設定している。
　上記のように、図１１に示すスイッチング信号波形では、パルス群におけるパルス幅を一定とし、パルス休止幅を異ならせるようにしているが、図１２に示すスイッチング信号波形では、パルス群におけるパルス休止幅を一定とし、パルス幅を異ならせるようにしている。ただし、肝要な点は、加工厚に応じて、パルス群のデューティ比を異ならせる点にある。したがって、被加工物の厚さが厚くなるほどデューティ比を大きく設定し、逆に、被加工物の厚さが薄くなるほどデューティ比を小さく設定すればよい。なお、このとき、パルス幅やパルス休止幅が異なっていても構わない。
　図１３は、図１１および図１２とは異なるスイッチング信号波形の一例を示す図であり、（ａ）は、被加工物の“Ａ”の部分を加工するときのスイッチング信号波形、（ｂ）は、被加工物の“Ｂ”の部分を加工するときのスイッチング信号波形、（ｃ）は、被加工物の“Ｃ”の部分を加工するときのスイッチング信号波形をそれぞれ示している。
　上記したスイッチング信号波形のうち、例えば図１１に示す例は、面粗さよりも加工速度および真直度を重視したスイッチング信号波形を示すものである。一方、図１２に示す例は、面粗さよりも加工速度および真直度を重視した上で、加工速度と真直度との両立を図るようにしたスイッチング信号波形を示すものである。また、図１３示す例は、電極消耗を重視した上で、電極消耗と真直度との両立を図るようにしたスイッチング信号波形を示すものである。
　例えば真直度がより大きな問題となるのは厚板の領域であることを考えれば、薄板の領域では、真直度が悪化しても面粗さが悪化しないように波形を選定してもよいといえる。あるいは、厚板は加工体積が増加する分だけ薄板と比較して加工速度が低下しやすく、どのような板厚でも同じような速度にしたいという要求の場合には、薄板加工時の極間電圧が低く、厚板加工時の極間電圧が高くなるような波形を選定すればよい。どのような組み合わせが最適な加工が得られるかは加工環境や加工条件、目標精度や目標加工速度などにより大きく変わるため、選定される波形も任意である。
　以上のように、実施の形態６にかかる放電加工装置では、実施の形態１～５で示した種々のスイッチング信号波形を組み合わせて正極性加工パルス群および逆極性加工パルス群を構成しているので、厚さの異なる被加工物を連続的に加工するような場合であっても、加工速度、面粗さ、真直度、および電極消耗等を考慮に入れた、柔軟かつ効率的な加工を行うことが可能となる。
　なお、図１１～図１３に示したスイッチング信号波形は、その一例を示すものであり、種々の観点に基づいて生成した様々なものを用いてもよいことは無論である。
　以上のように、本発明にかかる放電加工装置および放電加工方法は、構成の複雑化および部品点数や種類の増加を抑制することができる発明として有用である。

Claims (8)

  1. 　加工用電極と被加工物との間に連続する複数の電圧パルスを印加し、複数回の電圧パルス毎に極性を切り替えて加工を行う放電加工装置において、
    　直流電圧を供給する電源装置と、
    　４つのスイッチング素子がフルブリッジ接続され、前記電源装置を接続する一対の直流端子と、前記加工用電極と前記被加工物とを接続する一対の交流端子と、を具備してなり、該電源装置から供給される直流電圧を、正極性加工を行うための電圧パルスと、逆極性加工を行うための電圧パルスと、に変換して出力するフルブリッジ回路と、
    　放電加工に必要な加工情報に基づき、前記フルブリッジ回路から出力される前記電圧パルスの出力タイミングを制御するための両極性のパルス群からなるスイッチング信号を生成するとともに、該生成したスイッチング信号を用いて前記４つのスイッチング素子を制御する制御部と、
    　を備え、
    　前記スイッチング信号波形における複数の正極性パルスからなる正極性パルス群と、複数の逆極性パルスからなる逆極性パルス群とでは、デューティ比が異なっていることを特徴とする放電加工装置。
  2. 　前記正極性パルス群および前記逆極性パルス群のデューティ比は、各パルス群におけるパルス幅を略等しくし、かつ、各パルス群におけるパルス休止幅を異ならせたものであることを特徴とする請求項１に記載の放電加工装置。
  3. 　前記正極性パルス群および前記逆極性パルス群のデューティ比は、各パルス群におけるパルス休止幅を略等しくし、かつ、各パルス群におけるパルス幅を異ならせたものであることを特徴とする請求項１に記載の放電加工装置。
  4. 　前記制御部は、加工速度、面粗さ、電極消耗、または真直度を含む一つ以上の重視項目を設定し、該決定した重視項目に基づいて前記スイッチング信号を決定することを特徴とする請求項１に記載の放電加工装置。
  5. 　前記制御部は、前記正極性パルス群における正極性パルスの印加電圧に関する時間積分値と、前記逆極性パルス群における逆極性パルスの印加電圧に関する時間積分値とが、略一致するように制御することを特徴とする請求項１に記載の放電加工装置。
  6. 　加工用電極と被加工物との間に連続する複数の電圧パルスを印加し、複数回の電圧パルス毎に極性を切り替えて加工を行う放電加工装置において、
    　直流電圧を供給する電源装置と、
    　４つのスイッチング素子がフルブリッジ接続され、前記電源装置を接続する一対の直流端子と、前記加工用電極と前記被加工物とを接続する一対の交流端子と、を具備してなり、該電源装置から供給される直流電圧を、正極性加工を行うための電圧パルスと、逆極性加工を行うための電圧パルスと、に変換して出力するフルブリッジ回路と、
    　放電加工に必要な加工情報に基づき、前記フルブリッジ回路から出力される前記電圧パルスの出力タイミングを制御するための両極性のパルス群からなるスイッチング信号を生成するとともに、該生成したスイッチング信号を用いて前記４つのスイッチング素子を制御する制御部と、
    　を備え、
    　前記スイッチング信号波形における複数の正極性パルスからなる正極性パルス群と、複数の逆極性パルスからなる逆極性パルス群とでは、各パルス群におけるパルス幅またはパルス休止幅が異なり、かつ、各パルス群におけるデューティ比が略等しく設定されていることを特徴とする放電加工装置。
  7. 　加工用電極と被加工物との間に連続する複数の電圧パルスを印加し、複数回の電圧パルス毎に極性を切り替えて加工を行う放電加工装置において、
    　直流電圧を供給する電源装置と、
    　４つのスイッチング素子がフルブリッジ接続され、前記電源装置を接続する一対の直流端子と、前記加工用電極と前記被加工物とを接続する一対の交流端子と、を具備してなり、該電源装置から供給される直流電圧を、正極性加工を行うための電圧パルスと、逆極性加工を行うための電圧パルスと、に変換して出力するフルブリッジ回路と、
    　放電加工に必要な加工情報に基づき、前記フルブリッジ回路から出力される前記電圧パルスの出力タイミングを制御するための両極性のパルス群からなるスイッチング信号を生成するとともに、該生成したスイッチング信号を用いて前記４つのスイッチング素子を制御する制御部と、
    　を備え、
    　前記被加工物が板厚の異なる場合には、板厚ごとに前記スイッチング信号波形におけるデューティ比が異なっていることを特徴とする放電加工装置。
  8. 　被加工物に正極性、加工用電極に負極性の電源極性を与えるような複数の正極性パルスからなる正極性パルス群を印加する第１工程と、
    　被加工物に負極性、加工用電極に正極性の電源極性を与え、かつ、前記正極性パルスのデューティ比とは異なるデューティ比に設定された複数の逆極性パルスからなる逆極性パルス群を印加する第２工程と、
    　を含み、
    　前記第１工程と前記第２工程とを交互に繰り返すこと
    　を特徴とする放電加工方法。
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