WO2006046630A1

WO2006046630A1 - 放電加工用電源装置及び放電加工方法

Info

Publication number: WO2006046630A1
Application number: PCT/JP2005/019759
Authority: WO
Inventors: Satoshi Suzuki; Kiyohito Oda; Kazushi Nakamura; Akihiro Goto
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2004-10-28
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2006-05-04
Also published as: CN101065209A; JPWO2006046630A1; JP2012051107A; JP5040312B2; US20070289949A1; CN100562394C; JP2011093094A; EP1806196A1; EP1806196A4; US8168914B2

Abstract

　放電加工において、電極と被加工物が短絡したときに流れる短絡電流を適切に制御することにより被加工物や電極の損傷を少なくするとともに加工速度の向上と電極消耗量の低減を行うべく、加工用電極(2)と被加工物(3)との加工間隙に所定のタイミングでＯＮ／ＯＦＦするパルス列を所定時間毎に断続させて電力を供給することにより上記被加工物を加工する放電加工用電源装置において、加工用電極(2)と被加工物(3)との加工間隙の短絡を検出する短絡検出手段(11)と、この短絡検出手段(11)により、上記加工間隙で短絡が発生したことを検出すると、上記加工間隙への電極供給を停止すべく、上記パルス列における所定のパルスの発生を停止させるパルス停止手段(12)と、を備える。

Description

放電加工用電源装置及び放電加工方法

技術分野

[0001] 本発明は放電加工装置に係り、特に加工用電極と被加工物が短絡したときに流れる短絡電流の制御に関するものである。

背景技術

[0002] 加工用電極と被加工物との加工間隙に所定のタイミングで ONZOFFするパルス列を所定の休止時間毎に断続させて電力を供給することにより放電加工する放電加ェ用電源装置として、図 14に示すようなコンデンサの充放電を利用した放電力卩ェ用電源装置が知られている。

図において、電圧可変な直流電源 1は、加工液中に微小間隙をおいて対向配置されたカ卩ェ用電極 2と被力卩ェ物 3との間にカ卩ェ電力を供給するものであり、ノルス発生回路 8からのスイッチング素子駆動用のパルス信号 8aに応じて、パルス信号 8aが H のときスイッチング素子 4がオンされ電極 2と被力卩ェ物 3の間に電圧が印加され、パルス信号 8aが Lのときスイッチング素子 4がオフされ、電極 2と被加工物 3の間に電圧印加が停止される。

なお、パルス発生回路 8は、 NC装置など力もなるパルス発生条件設定部 9からのパルスのオン Zオフ時間やパルス列のパルス数、パルス列とパルス列の間の休止時間、等のパルス発生条件に基づき動作する。

[0003] 図 15、 16、 17は、パルス発生回路 8からのパルス列、極間電圧、極間電流の関係を示した図である。

図 15は、加工用電極 2と被力卩ェ物 3の間隙が広いために放電が発生していない状態を示し、スイッチング素子 4が ONしてヽる間は電流制限用抵抗器 5の抵抗値とコンデンサ 6の静電容量でほぼ決まる時定数でコンデンサ 6が充電され、スイッチング素子 4が OFFしている間は、放電用抵抗器 7の抵抗値とコンデンサ 6の静電容量で決まる時定数でコンデンサ 6の電荷が放電用抵抗器 7を通して放出される。

図に示される如ぐ放電用抵抗器 7の抵抗値は充電用の電流制限抵抗器 5の抵抗値よりも十分に大きく設定されているため、スイッチング素子 4が OFFしてもコンデンサ 6 の電荷はすぐには無くならず、加工用電極 2と被力卩ェ物 3の間隙の電圧はパルス列の 1パルス目、 2パルス目と徐徐に上昇していき、直流電源 1の電圧 VI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、き、そして所定のパルス休止時間を経て次のパルス列を発生するようになって!/ヽる。

[0004] 図 15は、 A, B, Cの部分において放電が発生した状態を示している。

Aはパルス列の 3パルス目の電圧上昇中に極間の絶縁破壊が起こって放電が発生した状態であり、このときの放電電流値は、コンデンサ 6に充電された電荷による放電電流に直流電源 1からスイッチング素子 4、ダイオード 10と充電電流制限抵抗器 5を通して流れる充電電流を加えたものである。

Bは Aに続、て極間の絶縁破壊が起こりやす、状態が継続したために Aに続、て放電が発生した状態を示す。このときの放電電流値はコンデンサ 6の充電電圧がやや低い状態で放電したために Aの放電電流値よりも若干低くなつている。 Cは、 Bで放電した後に徐徐に極間電圧が上昇してから絶縁破壊が起こり、放電電流が流れた状態を示している。

[0005] 図 17は、極間の間隙が狭く短絡状態になっている場合を示しており、加工用電極 2 と被力卩ェ物 3が短絡中は、極間には直流電源 1の電圧 VIと電流制限抵抗器 5の抵抗値で決まる短絡電流がパルス発生回路 8によりスイッチング素子 4を駆動するたびに極間電流が流れる。

[0006] 図 18は、加工用電極と被加工物との加工間隙に交流パルス電圧を印加する方式の放電力卩ェ用電源装置の構成を示した図である。

図 14で示した直流パルス方式の電源装置の構成に、直流電源装置 17と MOS— F ET等力もなるスイッチング素子 4a、電流制限用抵抗器 5aと、ダイオード 10aをカロえた構成となっている。

なお、図 19、 20、 21は、パルス発生回路 8からのパルス列、極間電圧、極間電流の関係を示した図である力スイッチング素子 4の駆動ノルス信号 8a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 4aを駆動するパルス信号 8bを 8aと同一パルス数だけ発生するようになっており、パルス列 8 aとパルス列 8bは所定の休止時間を経て交互に繰り返されるようになつている。同様の被カ卩ェ物と力卩ェ用電極の間隙に正負両極性の電圧を印加する交流パルス方式を用いた放電加工用電源装置は、例えば特開平 3— 55117号公報に開示されている。

[0007] 図 19は、加工用電極と被カ卩ェ物との間隙が広いために放電が発生していない状態を示し、パルス信号 8aが出力されている間、極間電圧は VI近くで飽和し、その後の休止時間を経てパルス信号 8bが出力されている間、極間電圧は逆極性で V2近くで飽和している。

図 20は、 A, B, C,および Dで放電が発生した状態を示し、 Dの放電電流の極性は A, B, Cとは当然逆になつている。

図 21は、加工用電極と被加工物が短絡した状態を示す。短絡電流の極性も、極間電圧極性が反転するたびに反転して!/ヽる。

[0008] 特許文献 1 :特開平 3— 55117号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] 以上、従来放電加工機の電源装置では、加工用電極 2と被加工物 3間にパルス幅の短い電流を流すことができるため、ワイヤ放電加工装置や形彫放電加工装置の高精度な加工を行う場合や細い穴を空けるための細穴放電加工装置に使用されてきた。

ここで、図 17、 21〖こ示すよう〖こ、加工用電極 2と被加工物が短絡した場合には、毎パルス電流が流れる力この短絡電流は、加工にあまり寄与しない。また、一つ一つのパルス電流が微小なために悪影響も殆ど無、と考えられ見過ごされてきた。

しかし、最近の実験テストにより、特に細穴放電加工装置を用いて微細な穴加工を行う場合などでは、短絡電流が電極の消耗量を増やしたり加工を不安定にしたり、短絡が長く続くと微細な電極を赤熱または焼損させたりする場合があることがわ力つた。これらは、短絡時にパルス電流が連続して流れることにより、電極の温度がジュール熱により大幅に上昇することによるものであると考えられている。

[0010] 本発明はこれらの問題点を解決するためになされたもので、短絡が発生したときに放電加ェ用電源装置のパルスの発生を適切に制御することにより加ェを安定化し電極消耗を少なくすることを目的とする。

課題を解決するための手段

[0011] 本発明に力かる放電力卩ェ用電源装置は、加工用電極と被加工物との加工間隙に所定のタイミングで ONZOFFするパルス列を所定時間毎に断続させて電力を供給することにより上記被加工物を加工する放電加工用電源装置におヽて、加工用電極と被加工物との加工間隙の短絡を検出する短絡検出手段と、この短絡検出手段により、上記加工間隙で短絡が発生したことを検出すると、上記加工間隙への電力供給を停止すベぐ上記パルス列における所定のパルスの発生を停止させるパルス停止手段と、を備えたものである。

発明の効果

[0012] 本発明によれば、短絡電流が流れ続けることにより加工面が荒れることがなぐまた、電極消耗量の増加を防止し、不安定加工をなくすことができる。

また、細穴加工用電極を使用する細穴放電力卩ェに適用した場合には、微細な電極を赤熱または焼損させたりすることを防止できる。

図面の簡単な説明

[0013] [図 1]実施の形態 1を示す放電加工用電源装置の構成図である。

[図 2]図 1の構成の動作タイミングチャートである。

[図 3]実施の形態 2を示す放電加工用電源装置の構成図である。

[図 4]図 3の構成の動作タイミングチャートである。

[図 5]短絡した場合に発生させるパルス列中のパルス数とカ卩ェ速度、電極消耗量の関係を表したグラフである。

[図 6]実施の形態 3を示す放電加工用電源装置の構成図である。

[図 7]図 6の構成の動作タイミングチャートである。

[図 8]実施の形態 4を示す放電加工用電源装置の構成図である。

[図 9]図 7の構成の動作タイミングチャートである。 [図 10]実施の形態 5及び 7を示す放電加工用電源装置の構成図である。

[図 11]実施の形態 6を示す放電加工用電源装置の構成図である。

[図 12]図 11の構成の動作タイミングチャートである。

[図 13]実施の形態 7を示す放電加工用電源装置の構成図である。

[図 14]従来の放電力卩ェ用電源装置の構成図である。

[図 15]図 14の構成で極間オープン時の各部の信号と極間波形図である。

[図 16]図 14の構成で放電が発生した場合の各部の信号と極間波形図である。

[図 17]図 14の構成で極間が短絡した場合の各部の信号と極間波形図である。

[図 18]従来の両極性方式の放電力卩ェ用電源装置の構成図である。

[図 19]図 18の構成で極間オープン時の各部の信号と極間波形図である。

[図 20]図 18の構成で放電が発生した場合の各部の信号と極間波形図である。

[図 21]図 18の構成で極間が短絡した場合の各部の信号と極間波形図である。

符号の説明

[0014] 1 直流電源、 2 電極、 3 被加工物、 4 スイッチング素子、 5 抵抗、 6 コンデンサ、 7 抵抗、 8 パルス発生装置、 9 パルス発生条件設定部、 10 ダイオード、 11 短絡検出回路、 12 パルス停止回路、 13 and回路、 14 直流電源、 15 スィッチング素子、 16 抵抗、 17 直流電源、 18 短絡検出信号。

発明を実施するための最良の形態

[0015] 実施の形態 1.

以下、本発明の実施の形態 1について図を用いて説明する。

図 1は、放電加工機の回路構成を示す構成図、図 2は、図 1に示した構成の各部の信号及び極間の電圧と電流波形を示してヽる。

図において、 1は電圧 VIが電圧可変な直流電源であり、図示しない設定手段により外部より電圧設定が可能となっている。 2は加工用電極、 3は被カ卩ェ物、 4は MOS— FET等カゝらなるスイッチング素子、 10はダイオード、 5は電流制限用抵抗器、 6は加ェ用電極 2と被力卩ェ物 3とに並列に接続されたコンデンサ、 7はコンデンサ 6を長い時定数で放電させるための抵抗器、 8はスイッチング素子 4を駆動するための信号を発生するパルス発生回路、 9は NC装置など力なるパルス発生条件設定部であり、ォペレータが加工内容によりパルス列のパルスオンオフ時間やパルス列のパルス数、パルス休止時間等のパルス列の基本的な発生条件を設定する他、後に説明する短絡検出後のパルス発生数を先に設定したパルス列の基本発生条件に基ヽて自動で設定する力オペレータが設定することにより放電パルスの発生パターンが設定されている。

11は極間が短絡状態のときに信号を出力する短絡検出回路、 12は短絡検出回路 1 1からの短絡検出信号を受けてパルス列中の一定パルス数の間 Lレベル信号を出力するパルス停止回路で、パルス発生回路 8からの発生パルス数をカウントしパルス発生条件設定部 9により設定された短絡検出後の発生パルス数と比較するなどにより L レベルを出力するタイミングを決める。

また、 Hレベルに戻すのはパルス列の終了時点から次のパルス列を発生させるまでの休止時間中に行われる。

13はパルス停止回路 12から Lレベル信号が出力されて、る間はパルス発生回路 8 力のパルス信号をマスクしてスイッチング素子 4の駆動を阻止するように働く AND 回路である。

[0016] 次に図 2を用いて各部の動作例について説明する。

図 2の動作例は従来回路の図 16に対比する形で示しており、極間が短絡した状態の各部の信号を示している。

パルス発生条件設定部 9からのパルスオンオフ時間、パルス列のパルス数、パルス列とパルス列間の休止時間の指令に基づき、パルス発生回路 8は一定のパルス列 8 a (一例として、パルス列のパルス数は 8個）を断続発生する。

そして、パルス発生回路 8からの出カノルス信号 8aは、 AND回路 13を通してスイツチング素子 4のゲートに接続されている。

AND回路 13の一方の入力はパルス停止回路 12の出力に接続されており、パルス停止信号が Hの間はパルス発生回路の出力信号 8aはそのままスイッチング素子 4のオンオフ信号 13aとなり、パルス停止信号力の間はスイッチング素子 4のオンオフ信号 13aは Lとなりスイッチング素子 4はオフ状態となる。

[0017] スイッチング素子 4がオンすると、直流電源 1は、ダイオード 10、電流制限抵抗 5を通して力卩ェ用電極 2と被力卩ェ物 3の極間、及び極間に並列に接続されたコンデンサ 6 及び放電用抵抗 7に接続される。

具体的には、パルス発生回路 8が 1パルス目のパルスを発生すると、 AND回路 13を通してスイッチング素子 4をパルスオン時間だけオンし、極間に所定電圧が印加される。

パルスが繰り返されるごとに、極間が開放状態である場合には図 14で説明したようにコンデンサ 6を充電しながら極間電圧は徐々に上昇していく。

また、極間が最適な状態では、図 15で説明したように所定のパルス数目に放電が発生し、被加工物 3を放電加工する。

[0018] 図 2は、上述した如ぐ極間は短絡状態の場合を示し、この場合、極間電圧は殆ど発生しない。

短絡検出回路 11は、例えばパルス列における 1パルス目の終了時点の極間電圧を予め決められたしきい値と比較するなどの方法にて極間が短絡状態であるかどうかの判別を行う。

このしき、値は、極間が絶縁状態である状態から放電が発生した場合のアーク電圧と区別するために OVに近、値として、る。

そして、短絡検出回路 11は短絡を検出するとパルス停止回路 12に短絡検出信号を出力する。

パルス停止回路 12は、短絡検出信号を受けてパルス発生条件設定部 9により予め決められたパルス数のタイミング以降にノルス停止信号 (Lレベル)を発生させるように動作する。

パルス停止回路 12から出力されるパルス停止信号は Lレベルなので、 AND回路 13 の一方に入力されるともう一方のパルス発生回路 8からのパルス 8aはマスクされてスイッチング素子 4への信号出力が阻止される。

[0019] 図 2の場合では、短絡検出後の 1パルスの間はパルス停止信号が発生せず短絡検出後の 2パルス目以降でパルス停止信号力となりパルス停止する設定になっている従って、パルス列の初期の 2パルスのみが発生し、その間は図 2に示す短絡電流が極間に流れる力 3パルス目以降は極間へのパルスの発生が停止されるので極間にパルス電圧が印加されず、短絡電流は流れない。

[0020] 本実施の形態によれば、極間が短絡した場合には、予め設定した以上のパルスを発生させず、必要以上に極間に短絡電流を流さない。

そのため、電極と被カ卩ェ物の 1箇所に集中して短絡電流が流れ続けることによる加工面の荒れや、電極の異常消耗や欠けなどの不具合を防止する効果がある。

なお、本回路構成をパイプ電極や棒状電極を用いる細穴放電加工装置に適用した場合、短絡電流が流れ続けることにより加工面を荒らしたり、電極消耗量を増加させたり加工が不安定になり加工時間が長くなつたり、微細な電極を赤熱または焼損させたりすることを防止できる。

[0021] なお、図 2の動作例ではパルス列の 1パルス目の終了時点にて短絡検出後、 2パルス目の発生の後にパルスを停止する例を示した力短絡検出後すぐの 2パルス目よりパルス発生を停止するように設定したり、逆に短絡検出後の数パルスはパルスを発生させた後にパルスを停止するように設定することができる。

短絡検出時に発生させるパルス数の変更により、電極と被力卩ェ物間にカ卩ェ屑などがブリッジ状に介在して、る場合に、その除去を行って絶縁を回復させる効果の度合いを変化させることが出来る。

一方、短絡時にパルス電流を流すことにより電極の温度上昇や電極の消耗量が増加する弊害もあるので、加工内容により変更する。

また、短絡検出するパルスはパルス列の 1パルス目に限らなく 2パルス目以降であつてもよぐ短絡検出後にパルス停止することで同様の効果を得られる。

さらに、一回の短絡検出でパルス列 1列分のパルス発生を停止させる方法に限らず複数パルス列のパルスをまとめて発生停止にすることも可能である力 1列毎に短絡検出してパルス発生を停止させるようにすれば短絡電流が流れるのを最低限に抑えることが出来るのでより良い。

[0022] 実施の形態 2.

図 3は、本実施の形態 2における放電加工機の回路構成を示す構成図であり、図 1 に示した構成に、短絡検出用の直流電源 14、短絡検出用スイッチング素子 15、ダイオード 10b、短絡検出用電流制限抵抗 16をカ卩えたものである。

実施の形態 1では、パルス発生回路出力 8aの一発目のパルス出力後に極間が短絡している力否かを検出する例を示したが、本実施の形態では、休止時間中に極間が短絡して、る力否かを検出するものである。

[0023] 次に図 4を用いて、動作について説明する。

パルス列間の休止時間中に、パルス発生回路 8より加工パルス発生用のスイッチング素子 4とは別に設けられた短絡検出用スイッチング素子 15を駆動するために駆動信号 8aとは別の駆動信号 8cが出力される。

駆動信号 8cがスイッチング素子 15を駆動すると、直流電源 14の電圧 V3はダイォード 10b、電流制限抵抗 16を通して極間に接続される。

[0024] 図 4の動作例では、極間が短絡状態の場合を示しており、極間電圧は OVに近、状態となつている。

すると、短絡検出回路 11は、短絡検出パルスの終了時付近の極間電圧を予め決められた OVに近い基準電圧と比較するなどの方法にて極間が短絡しているかどうかの判別を行うようになっている。

なお、短絡検出用直流電源 14の電圧 V3は加工用直流電源 1の電圧 VIより低ぐ短絡検出用電流制限抵抗 16の抵抗値は加工用電流制限抵抗 5と同等もしくは大きぐ短絡検出用パルスのパルス幅は放電加工用パルスのパルス幅よりも長ぐ何れも一定の値に設定されている。

従って、加工パルス用の直流電源 1の電圧 VIや電流制限抵抗器⁵の抵抗値、ノルス幅などの加工パルス条件の変更を行っても短絡検出用パルスの発生状態が変化しないので、短絡を検出する感度が変化しない。

また、短絡検出用パルス幅は加工用ノルスのオン時間ほど短くする必要は無いため、パルス幅を長くすることにより、極間が短絡していない場合には極間電圧が短絡検出用電源電圧 V3付近まで確実に上昇して安定するので、短絡検出の基準電圧との差をより明確にすることができ、短絡判定時の電圧比較がより正確となり確実に短絡と非短絡を区別できる。

また、検出用電源電圧 V3を低くしたので、短絡時に短絡検出用パルスにより極間に流れる電流はピーク電流が低ぐ短絡検出用パルスにより被加工物の加工面が荒れるのを防止できるとともに電極に必要以上に電流を流さないので電極の消耗が低減できる効果がある。

[0025] 短絡検出回路 11は短絡を検出するとパルス停止回路 12に短絡検出信号を出力する。

パルス停止信号は Lレベルなので、 AND回路 13の一方に入力されるともう一方のパルス発生回路 8力のパルス 8aはマスクされてスイッチング素子 4への信号が阻止される。

図 4の場合では、短絡検出後のパルス列の 1パルス目はパルス停止信号が発生せず 2パルス目以降でパルス停止信号が Lとなりパルス停止する設定になっている場合を示した。

従って、パルス列の初期の 1パルスのみが発生し、その間は図 4に示す短絡電流を極間に意図的に流し、 2パルス目以降はパルスの発生が停止されるので短絡電流を流さない。

[0026] 本実施の形態によれば、加工パルス発生条件によらない一定の条件でパルス休止時間中に確実に短絡を検出できる効果がある。

また、微小電極による放電加工においては短絡電流による電極の温度上昇により加ェの不安定や電極消耗量増加への影響が大き、ので極力短絡電流を流さな、方がよい場合がある。その場合には、加工用パルスによる短絡電流を全く流さないように設定することも可能であるため、加工対象に合わせたより最適な短絡電流の設定が出来る効果がある。

さらにまた、本回路構成を細穴放電加工装置に適用し微細な電極を使用して微細穴をカ卩ェする場合などでは、電極に流すことが出来る許容電流が小さいので、短絡電流による電極の赤熱や焼損を防止し電極消耗量の増大を抑制するためには加工に寄与する放電パルス電流以外は極力、電流を流さない方がよぐその場合には、カロェ用パルスによる短絡電流を全く流さな、ように設定して電極の焼損や電極消耗の増大を抑制することが可能となる効果がある。

また、一般に放電加工機は、極間の電圧によって極間距離を制御するサーボを行つているため、短絡が発生した場合には短絡が解消するまで電極を素早く後退させることが必要である。

本発明によれば、短絡が発生すると加工用パルスの発生をマスクするので短絡時の極間電圧の平均値は確実に小さくなるので、より素早く電極を後退させることができ、短絡を早く解消することが出来る効果がある。

[0027] なお、図 4の場合では、パルス列の 1パルス目の発生後にパルスをマスクする例を示したが短絡検出後のノルス列のパルスを全てマスクするように設定したり、数パルスはパルスを発生させた後にパルスをマスクするように設定することができる。

また、一回の短絡検出でパルス列 1列分のパルス発生を停止させる方法に限らず複数パルス列のパルスをまとめて発生停止にすることも可能である力 1列毎に短絡検出してパルス発生を停止させるようにすれば短絡電流が流れるのを最低限に抑えることが出来るのでより良い。

[0028] 実施例.

図 5は、実施の形態 2による放電加工用電源により、短絡検出後の短絡電流制御による加工特性への効果を実験にて確かめた例である。

本カ卩ェテストは、直径 80 μ mのタングステン棒を電極として、厚さ約 lmmの鉄系被加工物に穴をあける細穴放電カ卩工機に適用したものであり、ノルス列のパルス数を 1 6として、加工電圧約 200V、休止時間 10 μ sec、加工用電流制限抵抗 100 Ωとして、短絡検出後に発生するパルス数 (パルス停止させないパルス数）と加工時間、電極消耗の関係を示している。

テストした条件においては、短絡検出後に発生させるパルス数を 1とした場合力加ェ速度と電極消耗量ともに優れた結果となった。

逆に、従来のように短絡してもパルス停止を全く行わない条件として 16パルス全てを発生させる条件では、加工速度、電極消耗量ともにもっとも悪い結果となった。

本テスト条件では、 1パルスだけ発生させる場合が最もよい結果となったが、他の設定条件例えばパルス列のパルス数や加工電圧、電流制限抵抗値、休止時間などにより最適なパルス数が 1から数パルスの間で変化する。

[0029] 短絡状態が継続する原因は、短絡電流により発生する電磁力により集まる加工屑により短絡ブリッジが形成されることによるものであると考えられ、短絡時の電流を停止することにより加工屑の集中を防止することが出来るからであり、短絡が所定時間連続した時には、短いパルス幅で短絡解消用パルスを発生させることにより短絡プリッジを除去し短絡をより早く解消する方法が示されている。（日本特許第 2967682号参照)。

本発明においては、所定時間パルス停止状態を継続させる代わりに、短絡を検出して、る間はパルス列中の 1パルス又は数パルスのみを発生させることにより、短絡電流を大幅に減少させて加工屑が集中することを防止しつつ短絡ブリッジを除去する効果により短絡状態が早く解消するために加工速度が向上する結果になったものと考えられる。

また、短絡電流を流し続ける場合に比べて電極の温度上昇が抑制されるので電極の消耗量が減少するものと考えられる。

一方、電極と被加工物が加工屑などのブリッジではなく電極と被加工物が完全に短絡して!/ヽる場合には短絡を解消する効果は期待できず、電極の温度上昇や電極消耗を増大させる要因となるので短絡電流パルスを多く流し過ぎない方がよいと考えられる。

例えば、電極直径が 30 mなどの極微細な電極では電極の許容電流が非常に小さ Vヽため、加工パルスによる短絡電流を全く流さなヽ方が良ヽ場合もある。

[0030] 実施の形態 3.

上述した実施の形態では、直流電源 1のみで力卩ェを行う場合について説明した力本実施の形態は、加工用電極と被カ卩ェ物との加工間隙に交流パルス電圧を印加する方式の放電力卩ェ用電源装置への適用を示したものである。

図 6は本実施の形態 3における放電加工機の回路構成を示す構成図であり、実施の形態 1で示した図 1に対し、直流電源 1とは極間に対して逆極性に接続された直流電源 17、スイッチング素子 4a、電流制限用抵抗 5a、ダイオード 10a、 AND回路 13b を追加したものである。

すなわち、スイッチング素子 4がオンしスイッチング素子 4aがオフして、るときは被カロェ物 3に対して加工用電極 2の極性はマイナス極性に、スイッチング素子 4がオフしスイッチング素子 4aがオンしているときは力卩ェ用電極 2がプラス極性になるため、正負両極性の加工電源が接続されて、るに等、。

放電カ卩ェ用の両極性方式の電源は、放電カ卩ェ中に被加ェ物がイオンィ匕する、わゆる電解腐食現象を抑える効果があるため水を加工液とした最近のワイヤ放電加工機や一部の細穴放電加工機などに用いられている。

[0031] 次に、図 7を用いて動作について説明する。

本実施の形態におけるパルス発生回路 8は、電極マイナス極性側のスイッチング素子 4及び電極プラス側のスイッチング素子 4aをパルス列ごとに交互に駆動させるために図 7に示すように信号 8a及び 8bをパルス列ごとに交互に出力し、 AND回路 13、 1 3bの一方の入力に接続される。

パルス 13aによりスイッチング素子 4がオンしてパルス列の 1パルス目が極間に出力されると、 1パルス目の終了時点の電圧を予め決められたしきい値と比較するなどの方法にて極間が短絡状態であるかどうかの判別を行う。

短絡を検出すると、以下、実施の形態 1と同様にノルス停止回路 12よりパルス停止信号 12aが発生し、 AND回路 13及び 13bの一方に入力されパルス発生回路力ものパルス列信号 8a及び 8bの両方がスイッチング素子 4及び 4aに入力されるのを阻止する。

[0032] 本実施の形態によれば、パルス列毎に正負両極性に極性を反転させながらパルスを発生させる構成において、極間が短絡した場合には、正極性及び負極性両方について予め設定した以上のパルスを発生させず、必要以上に極間に短絡電流を流さない。そのため、電極と被加工物の 1箇所に集中して短絡電流が流れ続けること〖こよる加工面の荒れや、電極の異常消耗や欠けなどの不具合を防止する効果がある。また、正極性と負極性の両方のパルス発生を停止させるので、正負両極性電源の特徴である電解腐食現象の低減効果も損なうことがな!、。

なお、本回路構成をパイプ電極や棒状電極を用いる細穴放電加工装置に適用した場合、短絡電流が流れ続けることにより加工面を荒らしたり、電極消耗量を増やしたり加工が不安定になり加工時間が長くなつたり、微細な電極を赤熱または焼損させたりすることを防止できる効果がある。

[0033] なお、本実施の形態における図 7の実線は、短絡検出後の発生パルス数力^になるようにパルス発生条件設定部 9が設定されている場合を示し、検出後即パルス発生をマスクするようになって!/、る。

なお、 1パルス目に短絡検出したパルス列力続く休止時間を経た逆極性のノルス列につ、てもノルス発生数が 0になるように制御される。

その結果、極間短絡時に流す電流を最小限にすることにより、微細な電極を使用した場合においても加工に寄与しない短絡電流を流しつづけることにより電極を多く消耗させたり赤熱または焼損させたりすることを防止できる効果がある。

また、別の手法として、図 7の破線部は短絡検出後の発生ノルス数が 2になるようにパルス発生条件設定部 9が設定されている場合を示しており、検出後に 2パルスが発生した後にパルス発生マスク信号が出力され、短絡検出したノルス列から続く休止時間を経た逆極性のパルス列にっ、てパルス発生数が 2になるようになって!/、る。その結果、電極と被加工物間に加工屑などがブリッジ状に介在して短絡状態となつている場合には短絡ブリッジを除去して極間の絶縁状態を回復させる効果がある。

[0034] 実施の形態 4.

図 8は、実施の形態 2にて説明した構成に実施の形態 3の如き逆極性発生部を組み合わせた構成である。

次に、図 9を用いて動作について説明する。

図 9は、極間が短絡した状態の各部の信号を表している。

本実施の形態におけるパルス発生回路 8は、パルス列間の休止時間中に短絡検出用スイッチング素子 15を駆動するための信号 8cと、電極マイナス極性側のスィッチング素子 4を駆動するための信号 8aと、電極プラス側のスイッチング素子 4aを駆動するための信号 8bを発生する。

信号 8aと信号 8bはパルス列毎に交互に発生し、 AND回路 13, 13bの一方に入力される。短絡検出用パルスの終了時点の極間電圧などより短絡検出回路 11が短絡を検出すると、パルス停止回路 12はパルス発生条件設定部 9の指令に基づきパルス停止信号 12aを発生する。

スイッチング素子駆動信号 8a、 8bは AND回路 13, 13bによりパルス停止信号が発生している間はスイッチング素子 4, 4aの駆動を阻止されるので、駆動信号はスイツチング素子駆動信号 13a、 13cのようになる。

[0035] 本実施の形態によれば、パルス列毎に正負両極性に極性を反転させながらパルスを発生させる構成においても、加工パルス発生条件によらな、一定の条件でパルス休止時間中に確実に短絡を検出できる効果がある。

また、微小電極による放電加工においても短絡検出用パルスによる電流以外は短絡電流を全く流さないように設定することも可能であるため、加工対象に合わせたより最適な短絡電流の設定が出来る効果がある。

また、正極性と負極性の両方のパルス発生を停止させるので、正負両極性電源の特徴である電解腐食現象の低減効果も損なうことがな!、。

[0036] なお、図 9の実線部は短絡検出後のパルス発生数が 0に設定されている場合を示し、その結果、極間短絡時に加工パルスによる電流を全く流さないので、微細な電極を使用した加工の場合においても加工に寄与しない短絡電流を流しつづけることにより電極を多く消耗させたり赤熱または焼損させたりすることを防止できる効果があるまた、別の手法として図 9の破線部は短絡検出後のパルス発生数が 2になるように設定されている場合を示し、その結果、電極と被加工物間に加工屑などがブリッジ状に介在して短絡状態となっている場合には短絡ブリッジを除去して極間の絶縁状態を回復させる効果がある。

[0037] 実施の形態 5. 図 10は、実施の形態 5の一例を示す構成図である。

本実施の形態では、短絡検出回路 11は、加工用電極と被加工物との加工間隙の短絡を検出すると短絡検出信号 18を発生しパルス発生回路 8へ送り、パルス発生回路 8が、該短絡検出信号 18を受けると、例えば短絡を検出した直後のパルス列とその次のパルス列との間の休止時間を一定時間、一例として非短絡時の設定休止時間の 2〜数 10倍程度に延ばすように働くようにしたものである。

[0038] 本実施の形態によれば、短絡時に極間に流れる平均電流を抑制することができるので、加工面の荒れや電極の異常消耗や欠けなどの不具合を防止できる効果があるとともに、加工屑の集中を防止する効果により短絡状態を早く解消できる。

また、本回路構成をパイプ電極や棒状電極を用いる細穴放電加工装置に適用した場合、加工面を荒らしたり、電極消耗量を増やしたり加工が不安定になり加工時間が長くなつたり、微細な電極を赤熱または焼損させたりすることを防止できる効果がある

[0039] 実施の形態 6.

図 11は、実施の形態 6の一例を示す構成図である。

本実施の形態では、スイッチング素子 4、ダイオード 10、電流制限用抵抗 5の直列回路と並列にスイッチング素子 4b、ダイオード 10b、電流制限用抵抗 5bの直列回路を接続する構成となっている。

通常は、パルス発生条件設定部 9の指令に基づきパルス発生回路 8はスイッチング素子駆動信号 8a及び 8dの両方または何れかを選択的に発生し、スイッチング素子 4 及び 4bの両方または何れかを選択的に動作させることが出来る。

従って、電極径の大小などの加工内容や加工状況に応じて極間に供給するパルス電流の大きさを変化させることができるような構成になっている。

また、実施の形態 10と同様に短絡検出回路 11が極間の短絡を検出すると短絡検出信号 18を発生してパルス発生回路 8に送るようになつている。

[0040] 次に図 12を用いて図 11の回路動作を説明する。

極間が短絡状態のときには、短絡検出回路 11が短絡を検出し、短絡検出信号 18がパルス発生回路 ₈に入力される。パルス発生回路 8は短絡検出信号 18が入力されると、直後のパルス列のパルス電流を小さくするべくパルス発生回路出力 8a、 8dの内の 8dの出力をストップし、スイッチング素子 4及び 4bのうちの 4のみを動作させることにより、短絡時の極間電流値を小さくするようにしたものである。一例として、抵抗 5と抵抗 5bの抵抗値を 2 : 1の関係に設定しておけば、短絡時の電流値を 1Z3に抑制することがでさる。

[0041] 本実施の形態によれば、極間が短絡した場合においては、各パルスの短絡電流を小さくすることにより加工面の荒れや電極の異常消耗や欠けなどの不具合を防止できる効果がある。

また、本回路構成をパイプ電極や棒状電極を用いる細穴放電加工装置に適用した場合、短絡電流が多く流れ続けることにより加工面を荒らしたり、電極消耗量を増やしたり加工が不安定になり加工時間が長くなつたり、微細な電極を赤熱または焼損させたりすることを防止できる効果がある。

[0042] 実施の形態 7.

本実施の形態の構成の一例を図 13に示す。

本実施の形態においては、直流電源 1の電圧 VI及び直流電源 17の電圧 V2は、通常はパルス発生条件設定部 9の指令に基づき直流電圧制御部 19により制御されている。

加工用電極 2と被加工物 3とが短絡すると、短絡検出回路 11は短絡検出信号 18を発生し直流電圧制御部 19に信号を送る。

短絡検出信号 18を受けると直流電圧制御部 19は、直流電源 1の電圧 V 1及び直流電源 17の電圧 V2を例えば設定電圧の 1Z2にするように 0. lm秒〜 10m秒程度の予め設定された一定時間の間制御するようにしたものである。

従って、極間が短絡した場合においては、その後の一定時間の間、極間に流れる短絡電流を 1Z2に少なくすることができる。

[0043] 本実施の形態によれば、短絡発生時に直流電源電圧を一定時間小さくすること〖こより極間に流れる短絡電流を一定時間少なくすることができるので、大きな短絡電流が流れ続けることにより発生する加工面の荒れや電極の異常消耗や欠けなどの不具合を防止できる効果がある。また、本回路構成をパイプ電極や棒状電極を用いる細穴放電加工装置に適用した場合、加工面を荒らしたり、電極消耗量を増やしたり加工が不安定になり加工時間が長くなつたり、微細な電極を赤熱または焼損させたりすることを防止できる効果がある産業上の利用可能性

本発明は、細穴放電加工装置に適用することに適している。

Claims

請求の範囲

[1] 加工用電極と被カ卩ェ物との加工間隙に所定のタイミングで ONZOFFするパルス列を所定時間毎に断続させて電力を供給することにより上記被加工物を加工する放電加工用電源装置において、

加工用電極と被加工物との加工間隙の短絡を検出する短絡検出手段と、この短絡検出手段により、上記加工間隙で短絡が発生したことを検出すると、上記カロェ間隙への電力供給を停止すベぐ上記パルス列における所定のパルスの発生を停止させるパルス停止手段と、

を備えたことを特徴とする放電加工用電源装置。

[2] 加工間隙への電力供給は、所定のタイミングで ONZOFFするパルス列を所定時間毎に断続させ、かつパルス列毎に正負両極性に極性を反転させながら電力を供給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。

[3] 短絡検出手段による短絡を検出した際の極性に引き続き、反転させて電力を供給する極性である正逆極性一対のパルス列において加工間隙への電力供給を停止することを特徴とする請求項 2に記載の放電加工用電源装置。

[4] 短絡検出手段は、パルス列中の所定パルス印加時に短絡検出することを特徴とする請求項 1〜3何れかに記載の放電加工用電源装置。

[5] 短絡検出手段は、パルス列中の 1パルス目において短絡を検出することを特徴とする請求項 4に記載の放電加ェ用電源装置。

[6] 短絡検出手段により短絡を検出した場合に、少なくとも 1パルスは加工間隙に電力を供給し、その後、パルス列の終わりまでのパルスの発生を停止することを特徴とする請求項 5に記載の放電加工用電源装置。

[7] 短絡検出手段は、パルス列の休止時間中に上記加工用電極と上記被加工物との加工間隙に短絡検出用パルスを印加することにより短絡を検出することを特徴とする請求項 1〜3何れかに記載の放電加工用電源装置。

[8] 短絡検出用パルスは、パルス列で供給する電圧より低ぐかつパルス幅が放電カロェ用パルスよりも長ヽことを特徴とする請求項 7に記載の放電加ェ用電源装置。

[9] 加工用電極として細、パイプ或いは棒状電極を用いる細穴放電カ卩ェ装置に用いられることを特徴とする請求項 1乃至 8何れかに記載の放電加工用電源装置。

[10] 細いパイプ或いは棒状電極の加工用電極と被加工物との加工間隙に所定のタイミングで ONZOFFするパルス列を所定時間毎に断続させて電力を供給することにより上記被加ェ物を加ェする細穴放電加ェにおいて、加工用電極と被加ェ物との加ェ間隙の短絡を検出する工程と、上記加工間隙で短絡が発生したことを検出すると

、上記加工間隙への電力供給を停止すベぐ上記パルス列における所定のパルスの発生を停止させる工程と、を備えたことを特徴とする放電加工方法。

[11] 加工間隙への電力供給は、所定のタイミングで ONZOFFするパルス列を所定時間毎に断続させ、かつパルス列毎に正負両極性に極性を反転させながら電力を供給することを特徴とする請求項 10に記載の放電加工方法。

[12] 短絡を検出した場合、短絡を検出した際の極性に引き続き、反転させて電力を供給する極性である正逆極性一対のパルス列において加工間隙への電力供給を停止することを特徴とする請求項 11に記載の放電加工方法。

[13] 短絡検出は、パルス列中の所定パルス印加時に短絡検出することを特徴とする請求項 10〜 12何れ力〖こ記載の放電加ェ方法。

[14] 短絡検出は、パルス列中の 1パルス目において短絡を検出することを特徴とする請求項 13に記載の放電カ卩ェ方法。

[15] 短絡を検出した場合に、少なくとも 1パルスは加工間隙に電力を供給し、その後、パルス列の終わりまでのパルスの発生を停止することを特徴とする請求項 14に記載の放電加工方法。

[16] 短絡検出手段は、パルス列の休止時間中に上記加工用電極と上記被加工物との加工間隙に短絡検出用パルスを印加することにより短絡を検出することを特徴とする請求項 10〜 12何れかに記載の放電カ卩ェ方法。

[17] 短絡検出用パルスは、パルス列で供給する電圧より低ぐかつパルス幅が放電カロェ用パルスよりも長いことを特徴とする請求項 16に記載の放電加工方法。

[18] 加工用電極と被カ卩ェ物との加工間隙に所定のタイミングで ONZOFFするパルス列を所定時間毎に断続させて電力を供給することにより上記被加工物を加工する放電加工用電源装置において、加工用電極と被加工物との加工間隙の短絡を検出する短絡検出手段と、この短絡検出手段により上記加工間隙で短絡が発生したことを検出すると、上記パルス列とパルス列の間のパルス列発生休止時間を一定時間延ばす手段と、を備えたことを特徴とする放電加工用電源装置。

[19] 加工用電極と被カ卩ェ物との加工間隙に所定のタイミングで ONZOFFするパルス列を所定時間毎に断続させて電力を供給することにより上記被加工物を加工する放電加工用電源装置において、

加工用電極と被加工物との加工間隙の短絡を検出する短絡検出手段と、この短絡検出手段により上記加工間隙で短絡が発生したことを検出すると、加工間隙に供給するパルス電流値を変更する手段と、

を備えたことを特徴とする放電加工用電源装置。

[20] 加工用電極と被カ卩ェ物との加工間隙に所定のタイミングで ONZOFFするパルス列を所定時間毎に断続させて電力を供給することにより上記被加工物を加工する放電加工用電源装置において、

加工用電極と被加工物との加工間隙の短絡を検出する短絡検出手段と、この短絡検出手段により上記加工間隙で短絡が発生したことを検出すると、加工間隙に供給するパルスの電圧を変更する手段と、

を備えたことを特徴とする放電加工用電源装置。

[21] 加工間隙への電力供給は、所定のタイミングで ONZOFFするパルス列を所定時間毎に断続させ、かつパルス列毎に正負両極性に極性を反転させながら電力を供給することを特徴とする請求項 18〜20何れかに記載の放電加工用電源装置。