ワイヤ電極の消耗を抑えるワイヤ放電加工機の放電加工電源装置
【課題】ピーク電流を小さくすることによりワイヤ電極の消耗を抑え、かつ、加工速度の低下を防ぐことが可能な放電加工機の放電加工電源装置を提供する。
【解決手段】第１のパルスＳ１ａ，Ｓ１ｂの出力を停止した後、第２のパルスＳ２を所定の時間間隔をもって出力する第１の回路と、第１のパルスＳ１ａ，Ｓ１ｂがスイッチング素子１８，２０のゲートに出力されている間、主直流電源１０から電流ｉ１を流す第２の回路と、第２のパルスＳ２が第３のスイッチング素子２２に出力されている間、第２の回路中のインダクタ３０，３２によって蓄積された誘導エネルギーによる電流ｉ２を流すと共に、主直流電源１０による電流ピーク値に応じた電圧を副直流電源１２により印加する第３の回路と、第２のパルス出力Ｓ２が停止すると、第２の回路中のインダクタ３０，３２によって蓄積された誘導エネルギーによる電流ｉ３を主直流電源１０に帰還させる第４の回路とを有する。
【解決手段】第１のパルスＳ１ａ，Ｓ１ｂの出力を停止した後、第２のパルスＳ２を所定の時間間隔をもって出力する第１の回路と、第１のパルスＳ１ａ，Ｓ１ｂがスイッチング素子１８，２０のゲートに出力されている間、主直流電源１０から電流ｉ１を流す第２の回路と、第２のパルスＳ２が第３のスイッチング素子２２に出力されている間、第２の回路中のインダクタ３０，３２によって蓄積された誘導エネルギーによる電流ｉ２を流すと共に、主直流電源１０による電流ピーク値に応じた電圧を副直流電源１２により印加する第３の回路と、第２のパルス出力Ｓ２が停止すると、第２の回路中のインダクタ３０，３２によって蓄積された誘導エネルギーによる電流ｉ３を主直流電源１０に帰還させる第４の回路とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤ放電加工機の放電加工電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の放電装置は放電発生時に電源電圧を電極と被加工物間に印加した後に、スイッチング素子をオフした瞬間のインダクタに蓄えられた電流（電気エネルギー）によって加工電流を維持する。この時、インダクタに蓄えられた電流は、抵抗成分とアーク電圧のために一定の値を示すのではなく、時間の経過とともに減少する。その後、電源に回生するようにスイッチングし急速に被加工物の電流の流れを止める。
特許文献１に開示される技術では、直流電源に電圧の高い主直流電源と電圧の低い副直流電源を用い、２つの電源からそれぞれの電源電圧を同時に印加し、放電開始直後は主直流電源によって急速に放電電流を立ち上げ、その後、主直流電源による電圧印加を止めて、副主直流電源からの電流で放電電流を一定に保つようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−４８０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
放電加工装置において放電加工電流のピーク値は主電源の電圧印加時間に比例する。加工速度を上げるためには、大きなエネルギーを投入する必要がある。ピークが大きいほど加工速度が速くなるが、ワイヤ電極の消耗も激しくなる。
従来技術では、ワイヤ電極の消耗が大きくなり、フィルタの負荷が大きくなるため、フィルタの寿命も短くなる。これによって、フィルタの交換時間が短くなり、ランニングコストがアップする。放電加工電流のパルスのピークを小さくすることで、ワイヤ電極の消耗を抑えることができるが加工速度が遅くなる。
そこで、本発明の目的は、ピーク電流を小さくすることによりワイヤ電極の消耗を抑え、かつ、加工速度の低下を防ぐことが可能な放電加工機の放電加工電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願の請求項１に係る発明は、主直流電源と、電圧可変の副直流電源と、設定された第１の幅をもつ第１のパルスを所定の時間間隔をもって出力し、該第１のパルスの出力を停止した後、設定された第２の幅をもつ第２のパルスを所定の時間間隔をもって出力する第１の回路と、前記第１の回路から前記第１のパルスが出力されている間、前記主直流電源から電圧をワイヤ電極と被加工物との間に印加する第２の回路と、前記第２のパルスが出力されている間、ワイヤ電極と被加工物との間に、前記第２の回路中のインダクタンスによって蓄積された誘導エネルギーによる電流を流すと共に、前記主直流電源による電流ピーク値に応じた電圧を前記副直流電源により印加する第３の回路と、前記第２のパルス出力が停止すると、前記第２の回路中のインダクタンスによって蓄積された誘導エネルギーによる電流を前記主直流電源に帰還させる第４の回路と、を有することを特徴とする放電加工機の電源装置である。
請求項２に係る発明は、主直流電源による電流ピーク値が低くなるに従って副直流電源による電圧を高く印加することを特徴とする請求項１に記載の放電加工機の電源装置である。
【０００６】
請求項３に係る発明は、主直流電源と、電圧可変の副直流電源と、設定された第１の幅をもつ第１のパルスを所定の時間間隔をもって出力し、該第１のパルスの出力を停止した後、設定された第２の幅をもつ第２のパルスを所定の時間間隔をもって出力する第１の回路と、前記第１の回路から前記第１のパルスが出力されている間、前記主直流電源から電圧を加工電源と被加工物との間に印加する第２の回路と、前記主直流電源による電流ピーク値に応じた時間、前記第２のパルスを出力し、前記第２のパルスが出力されている間、ワイヤ電極と被加工物との間に、前記第２のインダクタンスによって蓄積された誘導エネルギーによる電流を流すと共に、前記副直流電源により電圧を印加する第３の回路と、前記第２のパルス出力が停止すると、前記第２の回路中のインダクタンスによって蓄積された誘導エネルギーによる電流を前記主直流電源に帰還させる第４の回路と、を有することを特徴とする放電加工機の電源装置である。
請求項４に係る発明は、主直流電源による電流ピーク値が低くなるに従って副直流電源から電圧印加時間を長くする請求項３に記載の放電加工機の電源装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、ピーク電流を小さくすることによりワイヤ電極の消耗を抑え、かつ、加工速度の低下を防ぐことが可能な放電加工機の放電加工電源装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態である放電加工機の電源装置の要部を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態である放電加工機の電源装置の制御部を説明する図である。
【図３】放電発生後の主直流電源と副直流電源による電圧印加のタイミングと被加工物とワイヤ電極の極間に流れる電流を説明する図である。
【図４】本発明と従来技術の放電加工電流の波形を説明する図である。
【図５】本発明に係る被加工物とワイヤ電極の極間に流れる電流の波形を説明する図である。
【図６】主直流電源によるピークが２５％減る毎に副直流電源の電圧値をアーク電圧分上げる例を説明する図である。
【図７】本発明に係る被加工物とワイヤ電極の極間に流れる電流の波形を説明する図である。
【図８】主直流電源によるピークが減る前と同等の電流の面積値となる副直流電源の印加時間にそのピークに応じた係数を加えた値を副直流電源の印加時間とした例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。図１は、本発明の実施形態である放電加工機の電源装置の要部を説明する図である。また、図２は、本発明の実施形態である放電加工機の電源装置を制御する回路の要部を説明する図である。
符号１０は主直流電源である。符号１２は該主直流電源の出力電圧より低くかつ電圧可変の副直流電源である。副直流電源１２は可変直流電圧源１４とコンデンサ１６を有する。符号１８，２０，２２はトランジスタやＦＥＴなどで構成されるスイッチング素子であり、図１ではＦＥＴで構成する例を示している。
主直流電源１０のプラス側端子は、第１のスイッチング素子１８、第１のインダクタ３０を介して被加工物３６に接続され、また、副直流電源１２のプラス側端子は、第３のスイッチング素子２２、第１のインダクタ３０を介して被加工物３６に接続されている。主直流電源１０のマイナス側端子は、第２のスイッチング素子２０、第２のインダクタ３２を介してワイヤ電極３４に接続されている。副直流電源１２のマイナス側端子は、ダイオード２８、第２のインダクタ３２を介してワイヤ電極３４に接続されている。第１，第２のインダクタ３０，３２には、配線などにより生じる浮遊インダクタンスも含まれ、これらは誘導エネルギーを蓄えることができる。
【００１０】
第１のダイオード２４は、一方の端子を主直流電源１０のプラス側端子と第１のスイッチング素子１８の間の接続点１３と、他方の端子を第２のスイッチング素子２０と第２のインダクタ３２の間の接続点１１に接続されている。そして、該第１のダイオード２４は、接続点１１から接続点１３の方向が順方向となるように接続されている。
第２のダイオード２６は、一方の端子を主直流電源１０のマイナス側端子と第２のスイッチング素子２０の間の接続点１５と、他方の端子を第１のスイッチング素子１８と第１のインダクタ３０の間の接続点１７に接続されている。そして、該第２のダイオード２６は、接続点１５から接続点１７の方向が順方向となるように接続されている。
【００１１】
第３のダイオード２８は、一方の端子を第２のスイッチング素子２０と第２のインダクタ３２の間の接続点１９と、他方の端子を副直流電源１２のマイナス側端子の接続点２１に接続されている。そして、該第３のダイオード２８は、接続点１９から接続点２１の方向が順方向となるように接続されている。
第１，第２のスイッチング素子１８，２０のゲートに、それぞれドライブ回路４６（図２参照）の出力Ｓ１ａ，Ｓ１ｂが接続されている。また、第３のスイッチング素子２２のゲートに、ドライブ回路４８の出力Ｓ２が接続されている。各ドライブ回路４６，４８は、パルス分配回路４４から出力されるパルスによって、各スイッチング素子１８，２０，２２をＯＮ／ＯＦＦ制御する。なお、第１のスイッチング素子１８を制御する出力Ｓ１ａと第２のスイッチング素子２０を制御する出力Ｓ１ｂとは同じ波形の信号である。
【００１２】
パルス分配回路４４は、単安定マルチバイブレータなどで構成され、放電発生時に放電タイミング発生回路４２から出力されるタイミング信号を契機として、放電加工機を全体的に制御する制御装置４０から出力される電流ピーク値設定用データ（ｄａｔａ１），パルス幅設定用データ（ｄａｔａ２）に基づいて予め決められたパルス幅（ｔ１，ｔ２）のパルスをドライブ回路４６，４８に出力する。ドライブ回路４６，４８は、パルス幅ｔ１とパルス幅ｔ２を持つパルスの出力Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ２を第１，第２，第３のスイッチング素子１８，２０，２２のゲートに送ることによってスイッチング素子１８，２０，２２をＯＮ／ＯＦＦ制御する。なお、図２に示されるパルスを出力する回路が、請求項中の第１の回路に相当する。
【００１３】
なお、電流ピーク値の大きさは、主直流電源１０からのワイヤ電極３４と被加工物３６の間に印加される極間電圧の印加時間だけでなく、主直流電源１０の印加電圧によっても変化する。図１では、主直流電源の電圧の大きさは別途設定されるものとし、図２のパルス分配回路４４には制御装置４０から、主直流電源１０から極間に電圧を印加するためにスイッチング素子１８，２０をＯＮするパルスの幅を規定するデータ（ｔ１）が、電流値ピーク値設定用データｄａｔａ１として渡される。同様に、副直流電源１２から極間に電圧を印加するためにスイッチング素子２２をＯＮするパルスの幅を規定するデータ（ｔ２）が、パルス幅設定用データｄａｔａ２として渡される。
【００１４】
次に、第１，第２，第３のスイッチング素子１８，２０，２２をＯＮ／ＯＦＦ制御することによって生じるワイヤ電極３４と被加工物３６の極間に流れる放電電流の３つの状態を説明する。
ドライブ回路４６からの出力Ｓ１ａ，Ｓ１ｂをＯＮにすることによって第１，第２のスイッチング素子１８，２０をＯＮにし、主直流電源１０から被加工物３６とワイヤ電極３４との間に電圧を印加して放電電流を急峻に流す（図１の電流ｉ１）。
【００１５】
その後、ドライブ回路４６からの出力Ｓ１ａ，Ｓ１ｂをＯＦＦにすることによって第１，第２のスイッチング素子１８，２０をＯＦＦにし、主直流電源１０からの電圧印加を停止するとともに、ドライブ回路４８からの出力Ｓ２をＯＮすることによって第３のスイッチング素子２２をＯＮにし副直流電源１２から被加工物３６とワイヤ電極３４との間に電圧を印加する。主直流電源１０からの電圧印加を停止した時に回路内のインダクタ３０，３２に蓄積された誘導エネルギーに由来する電流と副直流電源１２からの立ち上がりの電流とによって、ワイヤ電極３４と被加工物３６との間に流れる放電電流は一定に維持、もしくは、徐々に大きくなっていく（図１の電流ｉ２）。なお、副直流電源１２に対し並列にコンデンサ１６を接続することによって、副直流電源１２の浮遊インダクタンスによる影響を少なくして電流を上昇させやすくする。
【００１６】
その後、ドライブ回路４８からの出力Ｓ２をＯＦＦにすることによってスイッチング素子２２をＯＦＦにし、回路内に残留する誘導エネルギーによって生じる電流を主直流電源１０に回生させて放電を急峻に停止する（図１の電流ｉ３）。
なお、電流ｉ１が流れる回路の経路が、請求項中の第２の回路に相当する。電流ｉ２が流れる回路の経路が、請求項中の第３の回路に相当する。電流ｉ３が流れる回路の経路が、請求項中の第４の回路に相当する。
【００１７】
図３に放電発生後の電圧印加のタイミングとワイヤ電極と被加工物の極間に流れる電流を図示する。図３（ａ）の幅ｔ１の電圧は、第１，第２のスイッチング素子をＯＮにするとともに第３のスイッチング素子をＯＦＦにすることによって主直流電源１０から印加される電圧を表し、幅ｔ２の電圧は、第１，第２のスイッチング素子１８，２０をＯＦＦにするとともに第３のスイッチング素子をＯＮにすることによって副直流電源１２から印加される電圧を表す。‘ｔ１’は主直流電源１０による電圧印加時間を表し、‘ｔ２’は副直流電源１２による電圧印加時間を表す。‘ｔ１’を長くするほど‘ｔ１’での放電加工電流（図３（ｂ）参照）のピークが大きくなり加工速度が速くなるが、放電加工では放電発生時から間もない時間ほどワイヤ電極３４への衝撃が大きくなるため、ワイヤの消耗が多くなる。‘ｔ２’では副直流電源１２の電圧値によって放電加工電流が減少していく際の傾きが決まる。
図４のように、副直流電源１２の電圧値をアーク電圧以上にして‘ｔ２’の間で放電加工電流を徐々に上げていくことで、最初の‘ｔ１’を短くしてピークを低くしても、ピークが高い時と同等のエネルギー量を投入することができる。ここで、被加工物３６とワイヤ電極３４の材質によってアーク電圧が変わるため、材質に応じた副直流電源１２の電圧値を印加する必要がある。なお、図４中において、破線は従来技術により発生する極間電流、実線は本発明により発生する極間電流を表す。
【００１８】
図５，図６のように‘ｔ１’の値を小さくして主直流電源１０による放電加工電流のピークを小さくし、副直流電源１２の電圧値を大きくすることで‘ｔ２’により生じる極間電流の傾きを大きくして、加工速度を落とさずにワイヤ電極３４の消耗を抑える放電加工電流パルスを生成することができる。図５では符号１００から符号３００になるに従ってｔ１の値は小さく（つまり短い時間）になっている。‘ｔ１’を極端に短くすると‘ｔ２’で傾きを大きくしても加工速度を得ることができなくなる。主直流電源１０からの電圧の印加時間とそれに応じた副直流電源１２の電圧値をデータテーブルに記憶させて、それを参照することでワイヤ消耗の少ないパルスを生成することができる。図６では、主直流電源１０によるピークが２５％減る毎に副直流電源１２の電圧値をアーク電圧分上げるようにしている。
【００１９】
また、図７，図８のように副直流電源１２の電圧値をアーク電圧と同等にして放電加工電流を一定に保った時に、‘ｔ１’を小さくして‘ｔ２’を大きくすることで、加工速度を落とさずにワイヤ電極の消耗を抑えることができる放電加工電流パルスを生成することができる。この時、‘ｔ２’を極端に長くすると被加工物３６へのワイヤ電極３４の付着が起こる。主直流電源１０の電圧の印加時間とそれに応じた副直流電源１２の印加時間をデータテーブルに記憶させて、それを参照することでワイヤ消耗の少ないパルスを生成することができる。図８では、主直流電源１０によるピークが減る前と同等の電流の面積値となる副直流電源１２の印加時間にそのピークに応じた係数を足した値を副直流電源１２の電圧の印加時間としている。
【００２０】
図６は被加工物をＳＫＤ１１、黄銅で径０．２５ｍｍのワイヤを使用し加工した時のｔ１に対する加工速度が同等となる副直流電源１２の電圧値によるワイヤの消耗量の表である。図８は被加工物をＳＫＤ１１、黄銅で径０．２５ｍｍのワイヤを使用し加工した時のｔ１に対する加工速度が同等なるｔ２の長さによるワイヤ電極の消耗量の表となる。
【００２１】
上記のように、副直流電源１２の電圧値を可変とすることで、被加工物３６やワイヤ電極３４の材質、主直流電源１０の印加時間に合わせて適切な副直流電源１２の電圧に変更することができる。ワイヤ電極３４の消耗が小さいパルスを生成することで、フィルタの寿命も長くなりコストを抑えることができる。
【００２２】
ワイヤ放電加工機では、放電発生直後に大電流を流すと、ワイヤ電極の消耗が大きくなる。放電発生から遅れて大電流を流すことで、投入エネルギー量を維持したままワイヤ電極の消耗を抑えることができる。従来のワイヤ放電加工機では、放電時間が長くなるにつれて、図４の破線のように放電加工電流の値が徐々に小さくなる、もしくは、一定に推移するため、放電発生時に大きな電流を流す必要がある。そこで、本発明では、図４の実線のように放電加工電流を徐々に大きくすることで、放電発生時には小さな電流でも同等以上のエネルギーを投入することができる効果を奏する。
【００２３】
また、放電加工電流を徐々に大きくするには、副直流電源の電圧値を被加工物とワイヤ電極の極間に発生するアーク電圧以上にする必要があるが、被加工物の材質とワイヤ電極の材質が変わるとアーク電圧も変化することになるため、副直流電源の電圧が可変でないと、一組の材質にしか対応できない。そこで、主直流電源と副直流電源を備えた放電加工機の電源装置において、副直流電源の電圧を可変として、主直流電源によるピークを小さく設定した時に副直流電源の電圧値や印加時間を変更してパルスを生成することにより、複数組の材質に対応できる。
【符号の説明】
【００２４】
１０ 主直流電源
１２ 副直流電源
１４ 可変直流電圧源
１６ コンデンサ
１８ スイッチング素子
２０ スイッチング素子
２２ スイッチング素子
２４ ダイオード
２６ ダイオード
２８ ダイオード
３０ インダクタ
３２ インダクタ
３４ ワイヤ電極
３６ 被加工物
４０ 制御装置
４２ 放電タイミング発生回路
４４ パルス分配回路
４６ スイッチング素子ドライブ回路
４８ スイッチング素子ドライブ回路
ｉ１，ｉ２，ｉ３ 電流
ｓｖ 副直流電源電圧
ａｖ アーク電圧
ｄａｔａ１ 電流ピーク値設定用データ
ｄａｔａ２ パルス幅設定用データ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤ放電加工機の放電加工電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の放電装置は放電発生時に電源電圧を電極と被加工物間に印加した後に、スイッチング素子をオフした瞬間のインダクタに蓄えられた電流（電気エネルギー）によって加工電流を維持する。この時、インダクタに蓄えられた電流は、抵抗成分とアーク電圧のために一定の値を示すのではなく、時間の経過とともに減少する。その後、電源に回生するようにスイッチングし急速に被加工物の電流の流れを止める。
特許文献１に開示される技術では、直流電源に電圧の高い主直流電源と電圧の低い副直流電源を用い、２つの電源からそれぞれの電源電圧を同時に印加し、放電開始直後は主直流電源によって急速に放電電流を立ち上げ、その後、主直流電源による電圧印加を止めて、副主直流電源からの電流で放電電流を一定に保つようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−４８０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
放電加工装置において放電加工電流のピーク値は主電源の電圧印加時間に比例する。加工速度を上げるためには、大きなエネルギーを投入する必要がある。ピークが大きいほど加工速度が速くなるが、ワイヤ電極の消耗も激しくなる。
従来技術では、ワイヤ電極の消耗が大きくなり、フィルタの負荷が大きくなるため、フィルタの寿命も短くなる。これによって、フィルタの交換時間が短くなり、ランニングコストがアップする。放電加工電流のパルスのピークを小さくすることで、ワイヤ電極の消耗を抑えることができるが加工速度が遅くなる。
そこで、本発明の目的は、ピーク電流を小さくすることによりワイヤ電極の消耗を抑え、かつ、加工速度の低下を防ぐことが可能な放電加工機の放電加工電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願の請求項１に係る発明は、主直流電源と、電圧可変の副直流電源と、設定された第１の幅をもつ第１のパルスを所定の時間間隔をもって出力し、該第１のパルスの出力を停止した後、設定された第２の幅をもつ第２のパルスを所定の時間間隔をもって出力する第１の回路と、前記第１の回路から前記第１のパルスが出力されている間、前記主直流電源から電圧をワイヤ電極と被加工物との間に印加する第２の回路と、前記第２のパルスが出力されている間、ワイヤ電極と被加工物との間に、前記第２の回路中のインダクタンスによって蓄積された誘導エネルギーによる電流を流すと共に、前記主直流電源による電流ピーク値に応じた電圧を前記副直流電源により印加する第３の回路と、前記第２のパルス出力が停止すると、前記第２の回路中のインダクタンスによって蓄積された誘導エネルギーによる電流を前記主直流電源に帰還させる第４の回路と、を有することを特徴とする放電加工機の電源装置である。
請求項２に係る発明は、主直流電源による電流ピーク値が低くなるに従って副直流電源による電圧を高く印加することを特徴とする請求項１に記載の放電加工機の電源装置である。
【０００６】
請求項３に係る発明は、主直流電源と、電圧可変の副直流電源と、設定された第１の幅をもつ第１のパルスを所定の時間間隔をもって出力し、該第１のパルスの出力を停止した後、設定された第２の幅をもつ第２のパルスを所定の時間間隔をもって出力する第１の回路と、前記第１の回路から前記第１のパルスが出力されている間、前記主直流電源から電圧を加工電源と被加工物との間に印加する第２の回路と、前記主直流電源による電流ピーク値に応じた時間、前記第２のパルスを出力し、前記第２のパルスが出力されている間、ワイヤ電極と被加工物との間に、前記第２のインダクタンスによって蓄積された誘導エネルギーによる電流を流すと共に、前記副直流電源により電圧を印加する第３の回路と、前記第２のパルス出力が停止すると、前記第２の回路中のインダクタンスによって蓄積された誘導エネルギーによる電流を前記主直流電源に帰還させる第４の回路と、を有することを特徴とする放電加工機の電源装置である。
請求項４に係る発明は、主直流電源による電流ピーク値が低くなるに従って副直流電源から電圧印加時間を長くする請求項３に記載の放電加工機の電源装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、ピーク電流を小さくすることによりワイヤ電極の消耗を抑え、かつ、加工速度の低下を防ぐことが可能な放電加工機の放電加工電源装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態である放電加工機の電源装置の要部を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態である放電加工機の電源装置の制御部を説明する図である。
【図３】放電発生後の主直流電源と副直流電源による電圧印加のタイミングと被加工物とワイヤ電極の極間に流れる電流を説明する図である。
【図４】本発明と従来技術の放電加工電流の波形を説明する図である。
【図５】本発明に係る被加工物とワイヤ電極の極間に流れる電流の波形を説明する図である。
【図６】主直流電源によるピークが２５％減る毎に副直流電源の電圧値をアーク電圧分上げる例を説明する図である。
【図７】本発明に係る被加工物とワイヤ電極の極間に流れる電流の波形を説明する図である。
【図８】主直流電源によるピークが減る前と同等の電流の面積値となる副直流電源の印加時間にそのピークに応じた係数を加えた値を副直流電源の印加時間とした例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。図１は、本発明の実施形態である放電加工機の電源装置の要部を説明する図である。また、図２は、本発明の実施形態である放電加工機の電源装置を制御する回路の要部を説明する図である。
符号１０は主直流電源である。符号１２は該主直流電源の出力電圧より低くかつ電圧可変の副直流電源である。副直流電源１２は可変直流電圧源１４とコンデンサ１６を有する。符号１８，２０，２２はトランジスタやＦＥＴなどで構成されるスイッチング素子であり、図１ではＦＥＴで構成する例を示している。
主直流電源１０のプラス側端子は、第１のスイッチング素子１８、第１のインダクタ３０を介して被加工物３６に接続され、また、副直流電源１２のプラス側端子は、第３のスイッチング素子２２、第１のインダクタ３０を介して被加工物３６に接続されている。主直流電源１０のマイナス側端子は、第２のスイッチング素子２０、第２のインダクタ３２を介してワイヤ電極３４に接続されている。副直流電源１２のマイナス側端子は、ダイオード２８、第２のインダクタ３２を介してワイヤ電極３４に接続されている。第１，第２のインダクタ３０，３２には、配線などにより生じる浮遊インダクタンスも含まれ、これらは誘導エネルギーを蓄えることができる。
【００１０】
第１のダイオード２４は、一方の端子を主直流電源１０のプラス側端子と第１のスイッチング素子１８の間の接続点１３と、他方の端子を第２のスイッチング素子２０と第２のインダクタ３２の間の接続点１１に接続されている。そして、該第１のダイオード２４は、接続点１１から接続点１３の方向が順方向となるように接続されている。
第２のダイオード２６は、一方の端子を主直流電源１０のマイナス側端子と第２のスイッチング素子２０の間の接続点１５と、他方の端子を第１のスイッチング素子１８と第１のインダクタ３０の間の接続点１７に接続されている。そして、該第２のダイオード２６は、接続点１５から接続点１７の方向が順方向となるように接続されている。
【００１１】
第３のダイオード２８は、一方の端子を第２のスイッチング素子２０と第２のインダクタ３２の間の接続点１９と、他方の端子を副直流電源１２のマイナス側端子の接続点２１に接続されている。そして、該第３のダイオード２８は、接続点１９から接続点２１の方向が順方向となるように接続されている。
第１，第２のスイッチング素子１８，２０のゲートに、それぞれドライブ回路４６（図２参照）の出力Ｓ１ａ，Ｓ１ｂが接続されている。また、第３のスイッチング素子２２のゲートに、ドライブ回路４８の出力Ｓ２が接続されている。各ドライブ回路４６，４８は、パルス分配回路４４から出力されるパルスによって、各スイッチング素子１８，２０，２２をＯＮ／ＯＦＦ制御する。なお、第１のスイッチング素子１８を制御する出力Ｓ１ａと第２のスイッチング素子２０を制御する出力Ｓ１ｂとは同じ波形の信号である。
【００１２】
パルス分配回路４４は、単安定マルチバイブレータなどで構成され、放電発生時に放電タイミング発生回路４２から出力されるタイミング信号を契機として、放電加工機を全体的に制御する制御装置４０から出力される電流ピーク値設定用データ（ｄａｔａ１），パルス幅設定用データ（ｄａｔａ２）に基づいて予め決められたパルス幅（ｔ１，ｔ２）のパルスをドライブ回路４６，４８に出力する。ドライブ回路４６，４８は、パルス幅ｔ１とパルス幅ｔ２を持つパルスの出力Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ２を第１，第２，第３のスイッチング素子１８，２０，２２のゲートに送ることによってスイッチング素子１８，２０，２２をＯＮ／ＯＦＦ制御する。なお、図２に示されるパルスを出力する回路が、請求項中の第１の回路に相当する。
【００１３】
なお、電流ピーク値の大きさは、主直流電源１０からのワイヤ電極３４と被加工物３６の間に印加される極間電圧の印加時間だけでなく、主直流電源１０の印加電圧によっても変化する。図１では、主直流電源の電圧の大きさは別途設定されるものとし、図２のパルス分配回路４４には制御装置４０から、主直流電源１０から極間に電圧を印加するためにスイッチング素子１８，２０をＯＮするパルスの幅を規定するデータ（ｔ１）が、電流値ピーク値設定用データｄａｔａ１として渡される。同様に、副直流電源１２から極間に電圧を印加するためにスイッチング素子２２をＯＮするパルスの幅を規定するデータ（ｔ２）が、パルス幅設定用データｄａｔａ２として渡される。
【００１４】
次に、第１，第２，第３のスイッチング素子１８，２０，２２をＯＮ／ＯＦＦ制御することによって生じるワイヤ電極３４と被加工物３６の極間に流れる放電電流の３つの状態を説明する。
ドライブ回路４６からの出力Ｓ１ａ，Ｓ１ｂをＯＮにすることによって第１，第２のスイッチング素子１８，２０をＯＮにし、主直流電源１０から被加工物３６とワイヤ電極３４との間に電圧を印加して放電電流を急峻に流す（図１の電流ｉ１）。
【００１５】
その後、ドライブ回路４６からの出力Ｓ１ａ，Ｓ１ｂをＯＦＦにすることによって第１，第２のスイッチング素子１８，２０をＯＦＦにし、主直流電源１０からの電圧印加を停止するとともに、ドライブ回路４８からの出力Ｓ２をＯＮすることによって第３のスイッチング素子２２をＯＮにし副直流電源１２から被加工物３６とワイヤ電極３４との間に電圧を印加する。主直流電源１０からの電圧印加を停止した時に回路内のインダクタ３０，３２に蓄積された誘導エネルギーに由来する電流と副直流電源１２からの立ち上がりの電流とによって、ワイヤ電極３４と被加工物３６との間に流れる放電電流は一定に維持、もしくは、徐々に大きくなっていく（図１の電流ｉ２）。なお、副直流電源１２に対し並列にコンデンサ１６を接続することによって、副直流電源１２の浮遊インダクタンスによる影響を少なくして電流を上昇させやすくする。
【００１６】
その後、ドライブ回路４８からの出力Ｓ２をＯＦＦにすることによってスイッチング素子２２をＯＦＦにし、回路内に残留する誘導エネルギーによって生じる電流を主直流電源１０に回生させて放電を急峻に停止する（図１の電流ｉ３）。
なお、電流ｉ１が流れる回路の経路が、請求項中の第２の回路に相当する。電流ｉ２が流れる回路の経路が、請求項中の第３の回路に相当する。電流ｉ３が流れる回路の経路が、請求項中の第４の回路に相当する。
【００１７】
図３に放電発生後の電圧印加のタイミングとワイヤ電極と被加工物の極間に流れる電流を図示する。図３（ａ）の幅ｔ１の電圧は、第１，第２のスイッチング素子をＯＮにするとともに第３のスイッチング素子をＯＦＦにすることによって主直流電源１０から印加される電圧を表し、幅ｔ２の電圧は、第１，第２のスイッチング素子１８，２０をＯＦＦにするとともに第３のスイッチング素子をＯＮにすることによって副直流電源１２から印加される電圧を表す。‘ｔ１’は主直流電源１０による電圧印加時間を表し、‘ｔ２’は副直流電源１２による電圧印加時間を表す。‘ｔ１’を長くするほど‘ｔ１’での放電加工電流（図３（ｂ）参照）のピークが大きくなり加工速度が速くなるが、放電加工では放電発生時から間もない時間ほどワイヤ電極３４への衝撃が大きくなるため、ワイヤの消耗が多くなる。‘ｔ２’では副直流電源１２の電圧値によって放電加工電流が減少していく際の傾きが決まる。
図４のように、副直流電源１２の電圧値をアーク電圧以上にして‘ｔ２’の間で放電加工電流を徐々に上げていくことで、最初の‘ｔ１’を短くしてピークを低くしても、ピークが高い時と同等のエネルギー量を投入することができる。ここで、被加工物３６とワイヤ電極３４の材質によってアーク電圧が変わるため、材質に応じた副直流電源１２の電圧値を印加する必要がある。なお、図４中において、破線は従来技術により発生する極間電流、実線は本発明により発生する極間電流を表す。
【００１８】
図５，図６のように‘ｔ１’の値を小さくして主直流電源１０による放電加工電流のピークを小さくし、副直流電源１２の電圧値を大きくすることで‘ｔ２’により生じる極間電流の傾きを大きくして、加工速度を落とさずにワイヤ電極３４の消耗を抑える放電加工電流パルスを生成することができる。図５では符号１００から符号３００になるに従ってｔ１の値は小さく（つまり短い時間）になっている。‘ｔ１’を極端に短くすると‘ｔ２’で傾きを大きくしても加工速度を得ることができなくなる。主直流電源１０からの電圧の印加時間とそれに応じた副直流電源１２の電圧値をデータテーブルに記憶させて、それを参照することでワイヤ消耗の少ないパルスを生成することができる。図６では、主直流電源１０によるピークが２５％減る毎に副直流電源１２の電圧値をアーク電圧分上げるようにしている。
【００１９】
また、図７，図８のように副直流電源１２の電圧値をアーク電圧と同等にして放電加工電流を一定に保った時に、‘ｔ１’を小さくして‘ｔ２’を大きくすることで、加工速度を落とさずにワイヤ電極の消耗を抑えることができる放電加工電流パルスを生成することができる。この時、‘ｔ２’を極端に長くすると被加工物３６へのワイヤ電極３４の付着が起こる。主直流電源１０の電圧の印加時間とそれに応じた副直流電源１２の印加時間をデータテーブルに記憶させて、それを参照することでワイヤ消耗の少ないパルスを生成することができる。図８では、主直流電源１０によるピークが減る前と同等の電流の面積値となる副直流電源１２の印加時間にそのピークに応じた係数を足した値を副直流電源１２の電圧の印加時間としている。
【００２０】
図６は被加工物をＳＫＤ１１、黄銅で径０．２５ｍｍのワイヤを使用し加工した時のｔ１に対する加工速度が同等となる副直流電源１２の電圧値によるワイヤの消耗量の表である。図８は被加工物をＳＫＤ１１、黄銅で径０．２５ｍｍのワイヤを使用し加工した時のｔ１に対する加工速度が同等なるｔ２の長さによるワイヤ電極の消耗量の表となる。
【００２１】
上記のように、副直流電源１２の電圧値を可変とすることで、被加工物３６やワイヤ電極３４の材質、主直流電源１０の印加時間に合わせて適切な副直流電源１２の電圧に変更することができる。ワイヤ電極３４の消耗が小さいパルスを生成することで、フィルタの寿命も長くなりコストを抑えることができる。
【００２２】
ワイヤ放電加工機では、放電発生直後に大電流を流すと、ワイヤ電極の消耗が大きくなる。放電発生から遅れて大電流を流すことで、投入エネルギー量を維持したままワイヤ電極の消耗を抑えることができる。従来のワイヤ放電加工機では、放電時間が長くなるにつれて、図４の破線のように放電加工電流の値が徐々に小さくなる、もしくは、一定に推移するため、放電発生時に大きな電流を流す必要がある。そこで、本発明では、図４の実線のように放電加工電流を徐々に大きくすることで、放電発生時には小さな電流でも同等以上のエネルギーを投入することができる効果を奏する。
【００２３】
また、放電加工電流を徐々に大きくするには、副直流電源の電圧値を被加工物とワイヤ電極の極間に発生するアーク電圧以上にする必要があるが、被加工物の材質とワイヤ電極の材質が変わるとアーク電圧も変化することになるため、副直流電源の電圧が可変でないと、一組の材質にしか対応できない。そこで、主直流電源と副直流電源を備えた放電加工機の電源装置において、副直流電源の電圧を可変として、主直流電源によるピークを小さく設定した時に副直流電源の電圧値や印加時間を変更してパルスを生成することにより、複数組の材質に対応できる。
【符号の説明】
【００２４】
１０ 主直流電源
１２ 副直流電源
１４ 可変直流電圧源
１６ コンデンサ
１８ スイッチング素子
２０ スイッチング素子
２２ スイッチング素子
２４ ダイオード
２６ ダイオード
２８ ダイオード
３０ インダクタ
３２ インダクタ
３４ ワイヤ電極
３６ 被加工物
４０ 制御装置
４２ 放電タイミング発生回路
４４ パルス分配回路
４６ スイッチング素子ドライブ回路
４８ スイッチング素子ドライブ回路
ｉ１，ｉ２，ｉ３ 電流
ｓｖ 副直流電源電圧
ａｖ アーク電圧
ｄａｔａ１ 電流ピーク値設定用データ
ｄａｔａ２ パルス幅設定用データ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主直流電源と、
電圧可変の副直流電源と、
設定された第１の幅をもつ第１のパルスを所定の時間間隔をもって出力し、該第１のパルスの出力を停止した後、設定された第２の幅をもつ第２のパルスを所定の時間間隔をもって出力する第１の回路と、
前記第１の回路から前記第１のパルスが出力されている間、前記主直流電源から電圧をワイヤ電極と被加工物との間に印加する第２の回路と、
前記第２のパルスが出力されている間、ワイヤ電極と被加工物との間に、前記第２の回路中のインダクタンスによって蓄積された誘導エネルギーによる電流を流すと共に、前記主直流電源による電流ピーク値に応じた電圧を前記副直流電源により印加する第３の回路と、
前記第２のパルス出力が停止すると、前記第２の回路中のインダクタンスによって蓄積された誘導エネルギーによる電流を前記主直流電源に帰還させる第４の回路と、
を有することを特徴とするワイヤ放電加工機の電源装置。
【請求項２】
主直流電源による電流ピーク値が低くなるに従って副直流電源による電圧を高く印加することを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工機の電源装置。
【請求項３】
主直流電源と、
電圧可変の副直流電源と、
設定された第１の幅をもつ第１のパルスを所定の時間間隔をもって出力し、該第１のパルスの出力を停止した後、設定された第２の幅をもつ第２のパルスを所定の時間間隔をもって出力する第１の回路と、
前記第１の回路から前記第１のパルスが出力されている間、前記主直流電源から電圧を加工電源と被加工物との間に印加する第２の回路と、
前記主直流電源による電流ピーク値に応じた時間、前記第２のパルスを出力し、前記第２のパルスが出力されている間、ワイヤ電極と被加工物との間に、前記第２のインダクタンスによって蓄積された誘導エネルギーによる電流を流すと共に、前記副直流電源により電圧を印加する第３の回路と、
前記第２のパルス出力が停止すると、前記第２の回路中のインダクタンスによって蓄積された誘導エネルギーによる電流を前記主直流電源に帰還させる第４の回路と、
を有することを特徴とするワイヤ放電加工機の電源装置。
【請求項４】
主直流電源による電流ピーク値が低くなるに従って副直流電源から電圧印加時間を長くする請求項３に記載のワイヤ放電加工機の電源装置。
【請求項１】
主直流電源と、
電圧可変の副直流電源と、
設定された第１の幅をもつ第１のパルスを所定の時間間隔をもって出力し、該第１のパルスの出力を停止した後、設定された第２の幅をもつ第２のパルスを所定の時間間隔をもって出力する第１の回路と、
前記第１の回路から前記第１のパルスが出力されている間、前記主直流電源から電圧をワイヤ電極と被加工物との間に印加する第２の回路と、
前記第２のパルスが出力されている間、ワイヤ電極と被加工物との間に、前記第２の回路中のインダクタンスによって蓄積された誘導エネルギーによる電流を流すと共に、前記主直流電源による電流ピーク値に応じた電圧を前記副直流電源により印加する第３の回路と、
前記第２のパルス出力が停止すると、前記第２の回路中のインダクタンスによって蓄積された誘導エネルギーによる電流を前記主直流電源に帰還させる第４の回路と、
を有することを特徴とするワイヤ放電加工機の電源装置。
【請求項２】
主直流電源による電流ピーク値が低くなるに従って副直流電源による電圧を高く印加することを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工機の電源装置。
【請求項３】
主直流電源と、
電圧可変の副直流電源と、
設定された第１の幅をもつ第１のパルスを所定の時間間隔をもって出力し、該第１のパルスの出力を停止した後、設定された第２の幅をもつ第２のパルスを所定の時間間隔をもって出力する第１の回路と、
前記第１の回路から前記第１のパルスが出力されている間、前記主直流電源から電圧を加工電源と被加工物との間に印加する第２の回路と、
前記主直流電源による電流ピーク値に応じた時間、前記第２のパルスを出力し、前記第２のパルスが出力されている間、ワイヤ電極と被加工物との間に、前記第２のインダクタンスによって蓄積された誘導エネルギーによる電流を流すと共に、前記副直流電源により電圧を印加する第３の回路と、
前記第２のパルス出力が停止すると、前記第２の回路中のインダクタンスによって蓄積された誘導エネルギーによる電流を前記主直流電源に帰還させる第４の回路と、
を有することを特徴とするワイヤ放電加工機の電源装置。
【請求項４】
主直流電源による電流ピーク値が低くなるに従って副直流電源から電圧印加時間を長くする請求項３に記載のワイヤ放電加工機の電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１８１０１（Ｐ２０１３−１８１０１Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５５５０２（Ｐ２０１１−１５５５０２）
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
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