形彫放電加工装置
【課題】ブースタ電源装置の投入直後に電流の大幅な低下と極間電圧の瞬間的な落ち込みが発生する。
【解決手段】加工電源装置１は、主電源装置５とブースタ電源装置６を有する。加工制御装置２は、加工条件に基づいて主電源装置５のスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ１６を選択的にオンオフ制御して放電電流を加工間隙に供給する。加工制御装置２は、主電源装置５が供給可能な最大電流値の電流を供給するときは、主電源装置５から放電電流を供給している状態でブースタ電源装置６のスイッチング素子ＴＲ３２を選択的にオンしてからブースタ電源装置６から供給される電流の立上がり特性に依存して発生する誤差電流を主電源装置６から供給される電流で補充するように主電源装置５のスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ１６を選択的にオンオフ制御し、ステップ状に電流を減少させる。
【解決手段】加工電源装置１は、主電源装置５とブースタ電源装置６を有する。加工制御装置２は、加工条件に基づいて主電源装置５のスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ１６を選択的にオンオフ制御して放電電流を加工間隙に供給する。加工制御装置２は、主電源装置５が供給可能な最大電流値の電流を供給するときは、主電源装置５から放電電流を供給している状態でブースタ電源装置６のスイッチング素子ＴＲ３２を選択的にオンしてからブースタ電源装置６から供給される電流の立上がり特性に依存して発生する誤差電流を主電源装置６から供給される電流で補充するように主電源装置５のスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ１６を選択的にオンオフ制御し、ステップ状に電流を減少させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブースタ電源装置を有する加工電源装置を備えた形彫放電加工装置に関する。特に、ブースタ電源装置によって放電電流を増幅するときに主電源装置とブースタ電源装置の切換えを制御する加工制御装置を備えた形彫放電加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
形彫放電加工は、工具電極と被加工物とを対向配置して工具電極と被加工物とで形成される加工間隙に所定の周波数で電圧パルスを印加して繰返し火花放電を発生させ、放電エネルギによって被加工物から材料を除去して所望の加工形状を加工する金属加工方法として知られている。
【０００３】
放電一発毎の放電エネルギは、放電が発生したときに工具電極と被加工物との両極間を流れる放電電流に依存するので、放電電流パルスの電流が大きいほど放電一発当たりの取り量が多くなる。また、放電一発当たりの取り量が大きいほど放電痕が大きくなるので、加工面粗さが粗くなる。したがって、加工時間を可能な限り短くするためには、要求される加工面粗さが得られる範囲内でより大きい電流値の放電電流パルスが加工間隙に供給される。
【０００４】
各加工工程で目標となる加工形状に対して反転した形状を有する、いわゆる総型の工具電極で加工する場合、加工面積に対応するサイズの工具電極が使用される。比較的大きい工具電極で形彫放電加工を実施する場合は、未加工の被加工物から大まかに材料を除去する荒加工工程から加工面粗さを小さくしていく面出しの仕上げ加工工程までの各加工工程の間で取り量の差が大きいため、加工電源装置は、数百ｍＡの小さな電流値から数百Ａ程度の大きな電流値までの放電電流パルスを加工間隙に供給できることが要求される。
【０００５】
加工電源装置が、実質的に１つの放電回路で加工間隙に放電電流を供給する単一の電源装置によって加工する構成である場合、電流値に大きな差がある放電電流パルスを同一の放電回路で供給することになるため、小さい放電電流で加工するときに、放電回路の回路要素の影響によって予定されている波形と電流値の放電電流パルスを安定して供給することができなくなることがある。また、大電流に耐える放電回路が設けられるため、全体的にエネルギの損失が大きくなる。
【０００６】
このようなことから、大きな工具電極を使用する加工ができる形彫放電加工装置は、一般的に供給可能な最大電流値が数十Ａである主電源装置に主電源装置で不足する電流を補うブースタ電源装置が並設されている。ブースタ電源装置は、要求される最大電流値に対応する数だけ設けられる。ブースタ電源装置を有する加工電源装置を備えた形彫放電加工装置は、比較的小さい加工形状を加工する小型の形彫放電加工装置に搭載される電源装置にブースタ電源装置を増設するだけで供給可能な最大電流値を増大することができるので、設計上および製造上でも有利である。
【０００７】
主電源装置とブースタ電源装置とは、保護回路の保護抵抗のように放電回路におけるいくつかの回路要素の定数に関係する差異を除いて基本的に同一の構成である。そのため、ブースタ電源装置を有する加工電源装置を備えた形彫放電加工装置の構成を明確に示す特許文献が確認されないが、複数の電源装置が並設された加工電源装置の構成としては、例えば、特許文献１に開示される放電加工装置が参照される。
【０００８】
ところで、ブースタ電源装置を有する加工電源装置において、適応制御によって主電源装置が供給可能な最大電流値を超えて放電電流を増大させる場合、あるいは特許文献２に開示されるようなステップ状に電流を増大させて緩やかな立上がりの放電電流パルスを上記最大電流値よりも大きいピーク電流値で供給する場合は、加工間隙に放電電流が供給されている間に放電電流が上記最大電流値を超えるときに主電源装置を遮断すると同時にブースタ電源装置を投入する必要がある。
【０００９】
例えば、図３に示されるように、立上がりが滑らかな放電電流パルスを供給する場合、主電源装置の複数のスイッチング回路を選択的に時間をずらして導通しステップ状に電流を増大させていき、上記最大電流値を供給しようとするときに、図３Ａに示されるように主電源装置を遮断すると同時に図３Ｂに示されるようにブースタ電源装置を投入する。このとき、図３Ａおよび図３Ｂの波形は、スイッチング回路の導通状態を加工条件のパラメータ値ＩＰのレベルに例えて階段状に示すものであり、実際に加工間隙を流れる放電電流の波形は、図３Ｄに示される。また、極間電圧は図３Ｃに示され、極間電圧の検出信号は図３Ｅに示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６３−１２３６１８号公報
【特許文献２】特公平４−５０１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
放電電流が加工間隙に流れている間に主電源装置とブースタ電源装置が切り換わるとき、大電流を出力するブースタ電源装置の特性によってブースタ電源装置から供給される電流の立上がりに時間がかかるため、主電源装置が遮断されると同時にブースタ電源装置が投入された直後の短い期間中に電流の大幅な低下が発生する。放電電流の低下と振動によって放電電流パルスが途切れたような状態になって所望の波形の放電電流パルスを得ることができなくなる。そのため、工具電極が異常に消耗したり、加工速度が低下したりして、加工結果に重大な影響を及ぼす。
【００１２】
また、主電源装置の複数のスイッチング素子がオフして出力電圧が遮断されるときに逆起電力が発生するため、加工間隙における極間電圧に瞬間的な落ち込みが生じる。そのため、極間電圧を検出する検出装置が極間電圧を誤認して、突発的な振幅の大きい変動を含む振動的で不正な検出信号を出力する。その結果、加工の状況に対応して加工条件を変更設定する適応制御を正確に行なうことができなくなり、加工結果に重大な影響を及ぼす。
【００１３】
本発明は、ブースタ電源装置から電流を供給するときに生じる極間電圧の急激な降下および放電電流の大幅な低下を小さく抑えることができるブースタ電源装置を有する加工電源装置を備えた形彫放電加工装置を提供することを目的とする。その他の本発明の有利な点は、具体的な実施の形態を開示するときに、その都度詳細に説明される。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の形彫放電加工装置は、上記課題を解決するために、主電源装置（５）とブースタ電源装置（６）を有する加工電源装置（１）を備えた形彫放電加工装置において、主電源装置（５）の複数のスイッチング素子（ＴＲ１−ＴＲ１６）を選択的にオンオフ制御して放電電流を加工間隙に供給するとともに主電源装置（５）が供給可能な最大電流値（ｉｍａｘ）以上の電流を供給するときは主電源装置（５）から放電電流を供給している状態でブースタ電源装置（６）の複数のスイッチング素子（ＴＲ３２）を選択的にオンしてからブースタ電源装置（６）から供給される電流の立上がり特性に依存して発生する誤差電流を主電源装置（６）から供給される電流で補充するように主電源装置（５）のスイッチング素子（ＴＲ１−ＴＲ１６）を選択的にオンオフ制御する加工制御装置（２）を備えるようにする。
【００１５】
上記形彫放電加工装置は、具体的に、加工制御装置（２）が、主電源装置（５）から供給される電流にブースタ電源装置（６）から供給される電流を重畳するときの電流値の和が所望の放電電流パルスの波形に適合する所要のピーク電流値になるように主電源装置（５）から供給されている電流をステップ状に減少させるように主電源装置（５）のスイッチング素子（ＴＲ１−ＴＲ１６）を選択的にオンオフ制御するようにする。
【００１６】
また、本発明の形彫放電加工装置は、加工条件に基づいて主電源装置（５）の複数のスイッチング素子（ＴＲ１−ＴＲ１６）を選択的にオンオフ制御して所定の第１の時間（ｔａ）毎に単位電流値（ｉａ）ずつ電流を上昇させて立上がりが滑らかな放電電流パルスを供給するとともに主電源装置（５）が供給可能な最大電流値（ｉｍａｘ）以上の電流を供給するときは主電源装置（５）から最大電流値（ｉｍａｘ）に対して単位電流値（ｉａ）低い電流を供給したときから第１の時間（ｔａ）後にブースタ電源装置（５）の複数のスイッチング素子（ＴＲ３２）を選択的にオンし所定の第２の時間（ｔｂ）後に最大電流値（ｉｍａｘ）に対して所定の第１の電流低減値（ｉｂ）だけ低いブースタ電源装置（６）から供給される電流の立上がり特性に依存して発生する誤差電流値（ｉｅ）に相当する電流が供給されるように主電源装置（５）から供給される電流を減少させ次いでブースタ電源装置（６）から供給される電流の立上がり時間（ｔｄ）経過するまで第３の時間（ｔｃ）毎に所定の第２の電流低減値（ｉｃ）ずつ主電源装置（５）から供給される電流をステップ状に減少させて誤差電流を主電源装置（５）から供給される電流で補充すると同時に単位電流値（ｉａ）ずつ電流を上昇させるように主電源装置（５）のスイッチング素子（ＴＲ１−ＴＲ１６）を選択的にオンオフ制御する加工制御装置（２）を備えるようにする。
【００１７】
上記形彫放電加工装置は、加工制御装置（２）が、ブースタ電源装置（６）から供給される電流の立上がり時間（ｔｄ）後に放電電流が加工条件に従うピーク電流値（ｉｐｅａｋ）に到達するまで第１の時間（ｔａ）毎に単位電流値（ｉａ）ずつ電流を上昇させるように主電源装置（５）のスイッチング素子（ＴＲ１−ＴＲ１６）を選択的にオンオフ制御するようにされる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の形彫放電加工装置は、ブースタ電源装置を投入するときにブースタ電源装置から供給される電流の立上がり期間における電流の低下を主電源装置の電流によって補充するので、放電電流パルスにおける電流の大幅な低下がなく、所望の波形の放電電流パルスを得ることができる。その結果、所期の加工結果を得ることができる。また、主電源装置を遮断することなくブースタ電源装置を投入することが可能になるので、逆起電圧による極間電圧の瞬間的な降下がなく、検出装置が正しい検出信号を出力することができる。その結果、ブースタ電源装置を有する加工電源装置を備えた形彫放電加工装置で適応制御を正確に行なうことができるようになり、優れた加工結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の形彫放電加工装置に設けられる加工電源装置と加工制御装置の概要を示すブロック図である。
【図２】本発明の形彫放電加工装置におけるスイッチング回路の導通状態と極間電圧および放電電流パルスの波形を示すタイミングチャートである。
【図３】従来の形彫放電加工装置におけるスイッチング回路の導通状態と極間電圧および放電電流パルスと極間電圧の検出信号の波形を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に、加工電源装置と加工制御装置の全体構成が示される。形彫放電加工装置は、図示しない駆動装置を含む機械本機と電源制御装置と加工液供給装置とを備える。電源制御装置は、数値制御装置と駆動制御装置と加工制御装置と加工電源装置とを含んでなる。加工電源装置１は、加工制御装置２によって操作される。工具電極３と被加工物４は、機械本機側に取り付けられる。加工電源装置１は、工具電極３と被加工物４とで形成される加工間隙に間歇的に電圧パルスを印加して加工間隙に繰返し放電電流パルスを供給する。
【００２１】
加工電源装置１は、主電源装置５とブースタ電源装置６を有する。ブースタ電源装置６は、主電源装置５が供給可能な最大電流値を超える電流を増補する。ブースタ電源装置６は、要求される最大電流値に対応して複数増設することができる。ブースタ電源装置６は、主電源装置５に並列に設けられ、工具電極３と被加工物４との極間に直列に接続される。したがって、主電源装置５を含む主加工用の放電回路とブースタ電源装置６を含む電流増大用の放電回路は、工具電極３と被加工物４とを含む極間のみを共有し、実質的に独立して形成される。
【００２２】
実施の形態の形彫放電加工装置においては、主電源装置５から供給される放電電流だけで加工するときは、リレースイッチ７のような機械スイッチによってブースタ電源装置６を主電源装置から完全に切り離すようにされる。そのため、主電源回路５から供給される放電電流がブースタ電源装置６を含む電流増大用の放電回路の影響を受けず、特に比較的小さい放電電流を供給して加工するときに、望ましい波形の放電電流パルスが安定して供給される点で有利である。
【００２３】
主加工用の放電回路は、主電源装置５と極性切換装置５１と極間線５２と加工間隙に形成される工具電極３と被加工物４との極間を含んでなる。主電源装置５と極性切換装置５１は、電源制御装置側に設けられる。電源制御装置側と機械本機側とは、同軸ケーブルのような出力ケーブル５３で接続される。主電源装置５と極性切換装置５１との間に所定の抵抗値を有する保護抵抗を含む保護回路５４が設けられる。
【００２４】
電流増大用の放電回路は、ブースタ電源装置６と極性切換装置６１と極間線６２と極間を含んでなる。ブースタ電源装置６と極性切換装置６１は、電源制御装置側に設けられる。電源制御装置側と機械本機側とは、出力ケーブル６３で接続される。ブースタ電源装置６と極性切換装置６１との間に所定の抵抗値を有する保護抵抗器を含む保護回路６４が設けられる。
【００２５】
主電源装置５は、複数の電源ユニットでなる。複数の電源ユニットは、それぞれ直流電源ＰＳと、直流電源ＰＳに直列かつ互いに並列に接続される複数のスイッチング回路ＳＣと、複数のスイッチング回路ＳＣと極間との間に直列に設けられる逆流阻止ダイオードＤＲと、を含んでなる。
【００２６】
実施の形態における主電源装置５は、３つの電源ユニットを有する。第１の電源ユニット１０と第２の電源ユニット２０は、各スイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ１６にピーク電流値を規定する電流制限抵抗を含まず、各スイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ１６を検出電流に応動させることによって各スイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ１６に与えられる規定電流値で定められるピーク電流値の電流を供給する。第３の電源ユニット３０は、各スイッチング回路ＳＣ０．５Ｒ−ＳＣ８Ｒがスイッチング素子ＴＲ０．５Ｒ−ＴＲ８Ｒとピーク電流値を規定する電流制限抵抗ＲＳ０．５−ＲＳ８との直列回路からなる。
【００２７】
第１の電源ユニット１０は、６０Ｖ〜１２０Ｖの可変直流電源ＰＳ１と、直流電源ＰＳ１と極間との間に直列に設けられる複数のスイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ８と、スイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ８と極間との間に直列に設けられる逆流阻止ダイオードＤＲ１とを含んでなる。スイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ８は、互いに並列に接続される。複数のスイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ８は、直流電源ＰＳ１に直列に接続されるスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ８と図示しない検出抵抗とを含む。
【００２８】
第２の電源ユニット２０は、基本的に第１の電源ユニット１０と同じ構成である。第２の電源ユニット１０は、第１の電源ユニット１０と共通の直流電源ＰＳ１と、直流電源ＰＳ１と極間との間に直列に設けられる複数のスイッチング回路ＳＣ１６と、スイッチング回路ＳＣ１６と極間との間に直列に設けられる逆流阻止ダイオードＤＲ２とを含んでなる。複数のスイッチング回路ＳＣ１６は、互いに並列に接続される。スイッチング回路ＳＣ１６は、直流電源ＰＳ１に直列に接続されるスイッチング素子ＴＲ１６と図示しない検出抵抗とを含む。
【００２９】
複数のスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ１６は、バイナリカウント方式で選択的に同期してオンオフ制御される。第１の電源ユニット１０は、各スイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ８の組合せで加工条件のパラメータ値でＩＰ１からＩＰ１６までの電流を供給することができる。第２の電源ユニット２０は、基本的には、複数のスイッチング回路ＳＣ１６を導通させてＩＰ１６の電流を供給する。したがって、第１の電源ユニット１０と第２の電源ユニット２０は、各スイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ１６の組合せでパラメータ値ＩＰ１の単位でＩＰ１からＩＰ３２までの電流を供給することができる。
【００３０】
第３の電源ユニット３０は、比較的小さい放電電流による加工に適用される。第３の電源ユニット３０は、６０Ｖ〜２００Ｖの可変直流電源ＰＳ２と、直流電源ＰＳ２と極間との間に直列かつ互いに並列に設けられる複数のスイッチング回路ＳＣ０．５Ｒ−ＳＣ８Ｒと、スイッチング回路ＳＣ０．５Ｒ−ＳＣ８Ｒと極間との間に直列に設けられる逆流阻止ダイオードＤＲ３とを含んでなる。スイッチング回路ＳＣ０．５Ｒ−ＳＣ８Ｒは、スイッチング素子ＴＲ０．５Ｒ−ＴＲ８Ｒとピーク電流値を規定して一定の電流を供給するための所定の抵抗値を有する電流制限抵抗ＲＳ０．５−ＲＳ８との直列回路でなる。
【００３１】
複数のスイッチング素子ＴＲ０．５Ｒ−ＴＲ８Ｒは、バイナリカウント方式で選択的に同期してオンオフ制御される。第３の電源ユニット３０は、スイッチング回路ＳＣ０．５Ｒからパラメータ値ＩＰ０．５の電流を供給することができる。また、スイッチング回路ＳＣ１Ｒ−ＳＣ８Ｒの組合せでパラメータ値ＩＰ１の単位でＩＰ１からＩＰ１６までの電流を供給することができる。
【００３２】
主電源装置５には、上記電源ユニット以外に付属の放電回路を形成する電源ユニットを増設することができる。または、付属の放電回路を上記電源ユニットの回路中に組み込んで設けることができる。例えば、２７０Ｖの高圧直流電源とスイッチング素子と電流制限抵抗との直列回路でなる高圧重畳回路が設けられる。
【００３３】
ブースタ電源装置６は、主電源装置５と工具電極３と被加工物４を含む極間だけを共有し実質的に独立して並設される。ブースタ電源装置６は、６０Ｖ〜１２０Ｖの可変直流電源ＰＳ３と、直流電源ＰＳ３と極間との間に直列に設けられる複数のスイッチング回路ＳＣ３２と、スイッチング回路ＳＣ３２と極間との間に直列に設けられる逆流阻止ダイオードＤＲ４とを含んでなる。各スイッチング回路ＳＣ３２は、互いに並列に接続される。各スイッチング回路ＳＣ３２は、それぞれ直流電源ＰＳ３に直列に接続されるスイッチング素子ＴＲ３２と図示しない検出抵抗とを含む。
【００３４】
複数のスイッチング素子ＴＲ３２は、バイナリカウント方式で選択的に同期してオンオフ制御される。ブースタ電源装置６は、基本的には、複数のスイッチング素子ＴＲ３２を同時にオンさせて複数のスイッチング回路ＳＣ３２を導通させ、パラメータ値ＩＰ３２の電流を供給することによって主電源装置５の第１の電源ユニット１０と第２の電源ユニット２０の出力電流を増補する。
【００３５】
検出装置８は、工具電極３と被加工物４とで形成される加工間隙に可能な限り近い位置に設けられる検出回路８１を含む。検出回路８１は、検出抵抗８２を含んでなり、検出抵抗８２の両端の電圧を検出装置８に出力する。検出装置８は、検出回路８１で得られる極間電圧を入力して加工制御装置２に複数種類の検出信号を出力する。検出装置８は、極間電圧を平滑してデジタル変換し、電圧波形、電圧レベル、あるいは平均加工電圧のデータを検出信号として出力し、または設定基準データと比較して比較信号を検出信号として出力する。
【００３６】
加工制御装置２は、設定装置４０と、パルス発生装置５０と、ゲート回路６０を含んでなる。加工制御装置２は、数値制御装置から出力される加工条件のデータを設定装置４０にセットする。パルス発生装置５０は、設定装置４０にセットされている加工条件のデータに対応する指令信号をゲート回路６０に出力する。ゲート回路６０は、パルス発生装置５０から出力される指令信号に基づいて主電源装置５とブースタ電源装置６の各スイッチング素子ＴＲにそれぞれにゲート信号を出力する。
【００３７】
ゲート回路６０は、電流制限抵抗を含まない主電源装置５の第１の電源ユニット１０と第２の電源ユニット２０およびブースタ電源装置６にある各スイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ３２において図示しない検出抵抗を通して検出される電圧と各スイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ３２にそれぞれ与えられる規定電流値に従う基準電圧との比較信号を入力して、パルス発生装置５０から出力される指令信号と比較信号との論理積によってスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ３２を高速にオンオフさせ、各スイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ３２からそれぞれ規定電流値で定められたピーク電流値の電流を供給させる。
【００３８】
加工制御装置２は、数値制御装置から出力される設定された加工条件のデータに基づいて主電源装置５における第１の電源ユニット１０ないし第３の電源ユニット３０にある複数のスイッチング回路ＳＣにそれぞれ設けられるスイッチング素子ＴＲをバイナリカウント方式で選択的に同期してオンオフ制御し、加工条件に従う放電電流を加工間隙に供給する。
【００３９】
加工制御装置２は、検出装置８から出力される放電の発生を示す検出信号に対応して各スイッチング素子ＴＲをオンオフさせ、放電電流パルスのパルス幅が設定された加工条件のオン時間に従って一定になるようにする。また、加工制御装置２は、検出装置８から出力される加工状態を示す検出信号に応答して加工条件に従う放電電流のピーク電流値を変更し、または放電電流の供給を中断する。または、加工制御装置２は、検出装置８から出力される極間電圧の電圧レベルを示す検出信号に応動して適応制御における基準値を変更設定する。
【００４０】
加工制御装置２は、主電源装置５とブースタ電源装置６の可変直流電源ＰＳの切換え、極性切換装置５１または極性切換装置６１の極性の切換え、リレースイッチ７の開閉によるブースタ電源装置６の入切、あるいは図示しない可変抵抗器の切換えやインダクタンス素子の入切のような放電回路中の回路素子または回路装置の操作を行なう。
【００４１】
加工制御装置２は、主電源装置５が供給可能な最大電流値以上の放電電流パルスを供給しようとする場合、主電源装置５を遮断せずに主電源装置５から放電電流を供給している状態でブースタ電源装置６の複数のスイッチング素子ＴＲ３２を選択的にオンする。そして、ブースタ電源装置６を投入してから実際に加工間隙に流れる放電電流が上記最大電流値に達するまでの時間より短い遅延時間後にブースタ電源装置６から供給される電流の立上がり特性に依存する誤差電流を主電源装置５から供給される電流で補充するように主電源装置５のスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ１６を選択的にオンオフ制御する。
【００４２】
具体的に、加工制御装置２は、主電源装置５から供給される電流にブースタ電源装置６から供給される電流を重畳するときの実際に加工間隙に流れる電流値の和が所望の放電電流パルスの波形に適合する所要のピーク電流値になるように、主電源装置５から供給されている電流をステップ状に減少させるように主電源装置５のスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ１６を選択的にオンオフ制御して放電電流パルスの波形を整える。
【００４３】
加工制御装置２は、立上がりが滑らかな放電電流パルスを供給する場合は、加工条件に基づいて主電源装置５の複数のスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ１６を所望の放電電流パルスの立上がり波形に合わせて予め定められた所定の第１の時間毎に時間的にずらして選択的にオンオフ制御し、所望の放電電流パルスの立上がり波形の傾きに合わせて第１の時間毎に単位電流値ずつ電流を上昇させる。
【００４４】
主電源装置５が供給可能な最大電流値以上の立上がりの滑らかな放電電流パルスを供給しようとするときは、加工制御装置２は、主電源装置５から上記最大電流値に対して単位電流値低い電流を供給したときから第１の時間後に主電源装置５から放電電流を供給している状態でブースタ電源装置６の複数のスイッチング素子ＴＲ３２を選択的にオンして上記最大電流値に相当する電流をブースタ電源装置６から供給する。
【００４５】
加工制御装置２は、ブースタ電源装置６を投入してから実際に加工間隙に流れる放電電流が上記最大電流値に達するまでの時間よりも短い遅延時間である所定の第２の時間後に上記最大電流値に対して予め設定されている第１の電流低減値だけ低いブースタ電源装置６から供給される立上がり特性に依存して発生する誤差電流値に相当する電流が主電源装置５から供給されるように主電源装置５から供給されている電流を減少させる。
【００４６】
次いで、加工制御装置２は、ブースタ電源装置６から供給される電流の立上がり時間が経過するまでの間、誤差電流値と第１の時間毎に単位電流値ずつ増大させる増分電流値とを重畳した電流の変化の傾きに合わせて予め定められた所定の第３の時間毎に予め設定されている第２の電流低減値ずつ主電源装置５から供給される電流をステップ状に減少させて誤差電流を主電源装置５から供給される電流で補充すると同時に単位電流値ずつ電流を上昇させるように主電源装置５のスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ１６を選択的にオンオフ制御する。
【００４７】
続いて、加工制御装置２は、ブースタ電源装置６から供給される電流の立上がり時間後に、主電源装置５から供給されている電流にブースタ電源装置６から供給される電流が重畳された実際に加工間隙に流れる放電電流が加工条件に従うピーク電流値に到達するまで主電源装置５の複数のスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ１６を第１の時間毎に時間的にずらして選択的にオンオフ制御し、所望の放電電流パルスの立上がり波形の傾きに合わせて第１の時間毎に単位電流値ずつ電流を上昇させる。
【００４８】
そして、加工制御装置２は、放電電流が加工条件に従うピーク電流値に到達した後に加工条件に従うオン時間に到達するまでピーク電流値を維持して放電電流を供給させ、オン時間に到達した時点で主電源装置５とブースタ電源装置６のスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ３２を全てオフして放電電流の供給を休止し、所望の立上がりが滑らかな放電電流パルスを加工間隙に供給する。
【００４９】
図２に、加工条件として主電源装置が供給可能な最大電流値よりも大きい電流値が設定された放電電流パルスの波形が示される。図２Ａおよび図２Ｂの波形は、スイッチング回路の導通状態を加工条件のパラメータ値ＩＰのレベルに例えて階段状に示すものであり、実際に加工間隙を流れる放電電流の波形は、図２Ｄに示される。また、極間電圧は、図２Ｃに示される。以下に、立上がりが滑らかで主電源装置が供給可能な最大電流値を超えるピーク電流値の放電電流パルスを供給するときの加工制御装置２および主電源装置５とブースタ電源装置６の動作を具体的に説明する。
【００５０】
加工制御装置２は、設定装置４０に設定されている加工条件に従うオフ時間の後にパルス発生装置５０からスイッチング素子のオンオフを指令する指令信号を出力させる。加工制御装置２のゲート回路６０は、指令信号に基づいて第１の電源ユニット１０におけるスイッチング回路ＳＣ１のスイッチング素子ＴＲ１にゲート信号を出力してスイッチング素子ＴＲ１をオンさせ、スイッチング回路ＳＣ１を導通状態にする。
【００５１】
スイッチング回路ＳＣ１が導通状態になると、図２Ｃに示されるように、加工間隙に直流電源ＰＳ１の電圧が印加されて極間電圧が直流電源ＰＳ１の電圧まで立ち上がる。加工間隙に電圧が印加されてから不規則な無負荷時間ｔｗの後に工具電極３と被加工物４との両極間に放電が発生して、スイッチング回路ＳＣ１を通して極間に電流が流れ始める。極間に放電電流が流れると極間電圧は降下して一定の放電電圧に到達する。極間電圧が基準電圧以下に降下すると、検出装置８は、放電の発生を示す検出信号をパルス発生装置５０に出力する。
【００５２】
パルス発生装置５０は、設定装置４０に設定されている加工条件に従うオン時間ｔｏｎのカウントを開始する。スイッチング素子ＴＲ１は、検出されるスイッチング回路ＳＣ１の電流に応動して規定電流値に従うピーク電流値が維持されるようにオンオフを繰り返し、スイッチング回路ＳＣ１から規定電流値の電流が供給される。その結果、加工電源装置１は、加工間隙に単位電流値ｉａに相当するパラメータ値ＩＰ１の電流を供給する。
【００５３】
パルス発生装置５０は、放電が発生してから所定の第１の時間ｔａ後に次の指令信号を出力する。ゲート回路６０は、指令信号に従ってスイッチング回路ＳＣ２のスイッチング素子ＴＲ２にゲート信号を出力してスイッチング回路ＳＣ２を導通状態にするとともにスイッチング素子ＴＲ１のゲート信号の出力を停止してスイッチング回路ＳＣ１を非導通にする。
【００５４】
スイッチング素子ＴＲ２は、検出されるスイッチング回路ＳＣ２の電流に応動して規定電流値に従うピーク電流値が維持されるようにオンオフを繰り返し、スイッチング回路ＳＣ２から規定電流値の電流が供給される。その結果、加工電源装置１は、加工間隙にパラメータ値ＩＰ２の電流を供給する。
【００５５】
パルス発生装置５０は、スイッチング回路ＳＣ２が導通状態にされてから第１の時間ｔａ後に次の指令信号を出力する。ゲート回路６０は、指令信号に従ってスイッチング回路ＳＣ１のスイッチング素子ＴＲ１にゲート信号を出力してスイッチング回路ＳＣ１を導通状態にするとともにスイッチング素子ＴＲ２のゲート信号を出力したままにしてスイッチング回路ＳＣ２を導通状態にする。
【００５６】
スイッチング回路ＳＣ１とスイッチング回路ＳＣ２が共に導通状態にあるため、スイッチング回路ＳＣ１とスイッチング回路ＳＣ２からそれぞれ規定電流値の電流が供給される。スイッチング回路ＳＣ１は、単位電流値ｉａに相当するパラメータ値ＩＰ１の電流を供給する。スイッチング回路ＳＣ２は、単位電流値ｉａの２倍の電流値に相当するパラメータ値ＩＰ２の電流を供給する。その結果、加工電源装置１は、加工間隙に単位電流値ｉａの３倍の電流値に相当するパラメータ値ＩＰ３の電流を供給する。
【００５７】
第１の時間ｔａと単位電流値ｉａは、所望の放電電流パルスの立上がり波形の傾きに対応して決定される。ただし、単位電流値ｉａは、任意の波形をより自在に得るようにするために特別の理由がない限り基本的に主電源装置５が供給可能な最小電流値であるパラメータ値ＩＰ１の電流に設定される。したがって、実質的に第１の時間ｔａが放電電流パルスの立上がり波形を決定する。実施の形態では、第１の時間ｔａを２μｓにしている。
【００５８】
第１の時間ｔａを２μｓに設定し、単位電流値ｉａをパラメータ値ＩＰ１の電流に設定した実施の形態におけるパルス発生装置５０は、２μｓ毎に指令信号を出力し主電源装置５の複数のスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ１６をバイナリカウント方式で時間的にずらして選択的に同期してオンオフさせ、導通されるスイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ１６の組合せによって加工間隙に供給される放電電流をパラメータ値ＩＰ１ずつステップ状に上昇させる。その結果、実際に極間に流れる放電電流は、図２Ｄに示されるように、緩やかに立ち上がる。
【００５９】
主電源装置５が供給可能な最大電流値ｉｍａｘ以上の立上がりの滑らかな放電電流パルスを供給しようとするときは、主電源装置５から最大電流値ｉｍａｘに対して単位電流値ｉａ低い電流を供給したときから第１の時間ｔａ後にパルス発生装置５０からゲート回路６０を通してブースタ電源装置６の複数のスイッチング素子ＴＲ３２にゲート信号が出力され、主電源装置５から放電電流を供給している状態でブースタ電源装置６の複数のスイッチング素子ＴＲ３２を選択的にオンして、最大電流値ｉｍａｘに相当する電流をブースタ電源装置６から供給する。
【００６０】
実施の形態における主電源装置５が供給可能な最大電流値ｉｍａｘは、パラメータ値ＩＰ３２の電流である。したがって、図２に示されるように、主電源装置５から２μｓ毎にパラメータ値ＩＰ１ずつ電流をステップ状に増大させて供給し、主電源装置５からパラメータ値ＩＰ３２に対してパラメータ値ＩＰ１だけ低いＩＰ３１の電流を供給したときから２μｓ後に複数のスイッチング素子ＴＲ３２が全てオンされてブースタ電源装置６が投入され、ブースタ電源装置６から加工間隙にパラメータ値ＩＰ３２の電流が流れ始める。
【００６１】
図２Ａに示されるように、パルス発生装置５０は、所定の第２の時間ｔｂ後に指令信号を出力して主電源装置５のスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ１６をオンオフ制御し、複数のスイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ１６を選択的に導通または非導通にして最大電流値ｉｍａｘに対して予め設定されている所定の第１の電流低減値ｉｂだけ低い電流が主電源装置５から供給されるように主電源装置５から供給される電流を減少させる。
【００６２】
ブースタ電源装置６から供給される電流がブースタ電源装置６の規定電流値に従うピーク電流値、具体的には、パラメータ値ＩＰ３２の電流に立ち上がるまでに十数μｓ程度の立上がり時間ｔｄを要する。そのため、立上がり時間ｔｄの期間中では、実際に極間に流れる放電電流の電流値は、主電源装置５から供給される電流にブースタ電源装置６の立上がり中の電流を重畳した値になる。したがって、図３Ｄに示されるように、立上がり時間ｔｄを無視して想定される電流値に対してブースタ電源装置６から供給される電流の立上がり特性に依存する誤差電流値ｉｅが存在する。
【００６３】
このことから、誤差電流値ｉｅを主電源装置５から供給される電流で補充すると実際に加工間隙に流れる放電電流が所要の電流値になると言える。ブースタ電源装置６が投入された時点で要求されるピーク電流値は、最大電流値ｉｍａｘである。したがって、第１の電流低減値ｉｂは、最大電流値ｉｍａｘから誤差電流値ｉｅを減算して決定できる。ブースタ電源装置６から供給される電流の立上がり特性は、主にブースタ電源装置６を含む電流増大用の放電回路の特性と、工具電極３および被加工物４の材質と、加工面積との影響を受けるので、第１の電流低減値ｉｂは、実際の誤差電流値ｉｅに基づいて設定される。
【００６４】
また、第２の時間ｔｂは、ブースタ電源装置６から供給される電流が必要十分に立ち上がるまでの時間よりも短い遅延時間である。主電源装置５から最大電流値ｉｍａｘよりも単位電流値ｉａ低い電流が供給されている状態でブースタ電源装置６が投入されるので、ブースタ電源装置６から供給される電流が単位電流値ｉａを超えて立ち上がるとき、実際に加工間隙に流れる放電電流が最大電流値ｉｍａｘよりも大きくなって所望の放電電流パルスの立上がり波形を失うことになる。したがって、第２の時間ｔｂは、正確には、実際に加工間隙に流れる放電電流が最大電流値ｉｍａｘに達する時間である。
【００６５】
実施の形態では、ブースタ電源装置６から供給される電流が流れ始めた直後の誤差電流値ｉｅをパラメータ値ＩＰ２４相当とし、第１の電流低減値ｉｂをパラメータ値ＩＰ８にしている。また、観測したブースタ電源装置６から供給される電流の立上がり波形から第２の時間ｔｂを１μｓにしている。したがって、実施の形態の形彫放電加工装置においては、ブースタ電源装置６を投入してから１μｓの遅延時間後に主電源装置５から供給される電流をパラメータ値ＩＰ３２からＩＰ８を差し引いたパラメータ値ＩＰ２４の電流が加工間隙に供給されるように主電源装置５が操作される。
【００６６】
パルス発生装置５０は、主電源装置５から誤差電流値ｉｅに相当する電流を供給するように主電源装置５から供給される電流を減少させてから第３の時間ｔｃ後に指令信号を出力して、予め設定されている第２の電流低減値ｉｃだけ主電源装置５から供給される電流を減少させるように主電源装置５のスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ１６を選択的に同期してオンオフさせる。
【００６７】
その後、ブースタ電源装置６から供給される電流の立上がり時間ｔｄ経過するまでの間、第３の時間ｔｃ毎に第２の電流低減値ｉｃずつ主電源装置５から供給される電流をステップ状に減少させて誤差電流を主電源装置５から供給される電流で補充すると同時に実際に加工間隙に流れる放電電流を第１の時間ｔａ毎に単位電流値ｉａずつ上昇させるようにする。
【００６８】
所定の第１の時間ｔａ毎に単位電流値ｉａずつ増加させて立上がりが滑らかな所望の放電電流パルスの波形を得ようとするとき、ブースタ電源装置６から供給される電流の立上がり時間ｔｄの間における任意の時点においては、ブースタ電源装置６から供給される電流だけでは、所望の放電電流パルスの波形における電流に対して誤差電流値ｉｅと第１の時間ｔａ毎に単位電流値ｉａずつ増大させる増分電流値だけ足りないことがわかる。
【００６９】
したがって、第３の時間ｔｃと第２の電流低減値ｉｂは、立上がり時間ｔｄの期間中における誤差電流値ｉｅと増分電流値とを重畳した電流の変化の傾きで決定される。ただし、第２の電流低減値ｉｃは、任意の波形をより自在に得るようにするために特別の理由がない限り基本的に主電源装置５が供給可能な最小電流値であるパラメータ値ＩＰ１の電流に設定される。したがって、実質的に第３の時間ｔｃが放電電流パルスの立上がり波形を決定する。
【００７０】
以上のことを別の観点から見ると、図２Ａで判るように、加工制御装置２は、ブースタ電源装置６から最大電流値ｉｍａｘの電流を供給したときから第１の時間ｔａ毎に主電源装置５から供給される電流を単位電流値ｉａずつ電流を上昇させたとした場合に立上がり時間ｔｄ後に到達する増分電流値ｉｏと一致するように、主電源装置５のスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ１６をオンオフ制御して主電源装置５から供給される電流を第３の時間ｔｃ毎に第２の電流低減値ｉｃずつステップ状に減少させていると言える。
【００７１】
そのため、第３の時間ｔｃは、第２の電流低減値ｉｃを主電源装置５が供給可能な最小電流値である単位電流値ｉａとして、最大電流値ｉｍａｘから第１の電流低減値ｉｂを差し引いたブースタ電源装置６を投入した直後の誤差電流値ｉｅとブースタ電源装置６から供給される電流の立上がり時間ｔｄ後の増分電流値ｉｏとの差を単位電流値ｉａで除してステップ数ｎを得て、立上がり時間ｔｄをステップ数ｎで除して得ることができる。図２に示される実施の形態では、ステップ数ｎが１６で、立上がり時間ｔｄが１６μｓであるから、第３の時間ｔｃは、１μｓに設定される。
【００７２】
このとき、第３の時間ｔｃと第２の電流低減値ｉｃを一定にしているので、主電源装置５から供給される誤差電流値ｉｅを補充する電流の変化とブースタ電源装置６から供給される電流の立上がり波形に依存する実際の誤差電流値ｉｅの変化とが厳密には一致しないことが考えられる。しかしながら、実際に加工間隙に供給される放電電流パルスの立上がり波形は、加工結果に重大な影響を与える程度に不適当にはならず、誤差の範囲であるため、実用上は問題がない。
【００７３】
図３Ｄに示されるように、立上がり時間ｔｄの間に誤差電流値ｉｅが徐々に小さくなり、増分電流値が第１の時間ｔａ毎に単位電流値ｉａずつ増加するので、立上がり時間ｔｄにおいて第３の時間ｔｃ毎に第２の電流低減値ｉｃずつ主電源装置５から供給される電流をステップ状に減少させた場合、結果的に、誤差電流を主電源装置５から供給される電流で補充すると同時に第１の時間ｔａ毎に単位電流値ｉａずつ電流を上昇させていることになる。その結果、立上がりが滑らかな所望の放電電流パルスの波形が得られる。
【００７４】
ブースタ電源装置６から供給される電流が最大電流値ｉｍａｘまで立ち上がる立上がり時間ｔｄ後は、パルス発生装置５０が指令信号を出力して主電源装置５の複数のスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ１６をバイナリカウント方式で時間的にずらしてオンオフさせ、各スイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ１６を選択的に導通または非導通にすることによって放電電流が加工条件に従うピーク電流値に到達するまで放電電流の所望の立上がり波形の傾きに合わせて単位電流値ｉａに相当するパラメータ値ＩＰ１ずつステップ状に電流を増大させる。
【００７５】
放電電流が加工条件に従うピーク電流値ｉｐｅａｋに到達した後は、ピーク電流値ｉｐｅａｋを維持させて放電電流を供給する。そして、放電が発生して加工間隙に放電電流が流れ始めてから加工条件に従うオン時間ｔｏｎに到達した後に全てのスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ３２をオフしてスイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ３２を非導通にする。その結果、主電源装置５とブースタ電源装置６からの放電電流の供給が休止され、放電電流は、立下り時間後に消弧する。
【００７６】
以上のように、立上がりが滑らかな放電電流パルスを繰返し供給することで、工具電極の消耗を低減した加工が行なわれる。このとき、放電電流が供給されている途中で電流が急に大幅に低下して放電電流パルスの波形が不正になることがなく、工具電極の消耗が増大したり、加工速度が低下することがない。また、主電源装置５を遮断せずに同時にブースタ電源装置６を投入することを可能にするので、逆起電力の発生による極間電圧の瞬間的な落ち込みがなく、検出装置が正確に極間電圧を検出して的確な適応制御を行なうことができる。
【００７７】
本発明の形彫放電加工装置は、実施の形態で示される具体的な形彫放電加工装置の構成と同一であることが要求されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で応用が可能である。また、発明の詳細な説明で開示されていない他の形彫放電加工装置および加工方法と適宜組み合わせて実施することができる。本発明は、発明の詳細な説明に記載される名称または表現方法に拘束されることがなく、実質的に同一の手段または手法で達成できる形彫放電加工装置を含む。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、形彫放電加工装置に適用される。特に、ブースタ電源装置を有する加工電源装置を備えた形彫放電加工装置に有益である。本発明は、ブースタ電源装置を投入するときに発生する放電電流の大幅な低下を抑制するとともに逆起電圧による電圧波形の急な降下を抑制して改善する。本発明は、所期の加工結果を達成させ、加工の適応制御を正確に行なえるようにし、形彫放電加工の技術の進歩に貢献する。
【符号の説明】
【００７９】
１ 加工電源装置
２ 加工制御装置
３ 工具電極
４ 被加工物
５ 主電源装置
６ ブースタ電源装置
７ リレースイッチ
８ 検出装置
１０ 第１の電源ユニット
２０ 第２の電源ユニット
３０ 第３の電源ユニット
４０ 設定装置
５０ パルス発生装置
５１ 極性切換装置
５２ 極間線
５３ 出力ケーブル
５４ 保護回路
６０ ゲート回路
６１ 極性切換装置
６２ 極間線
６３ 出力ケーブル
６４ 保護回路
ＰＳ 直流電源
ＳＣ スイッチング回路
ＴＲ スイッチング素子
ＤＲ 逆流阻止ダイオード
ＲＳ 電流制限抵抗
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブースタ電源装置を有する加工電源装置を備えた形彫放電加工装置に関する。特に、ブースタ電源装置によって放電電流を増幅するときに主電源装置とブースタ電源装置の切換えを制御する加工制御装置を備えた形彫放電加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
形彫放電加工は、工具電極と被加工物とを対向配置して工具電極と被加工物とで形成される加工間隙に所定の周波数で電圧パルスを印加して繰返し火花放電を発生させ、放電エネルギによって被加工物から材料を除去して所望の加工形状を加工する金属加工方法として知られている。
【０００３】
放電一発毎の放電エネルギは、放電が発生したときに工具電極と被加工物との両極間を流れる放電電流に依存するので、放電電流パルスの電流が大きいほど放電一発当たりの取り量が多くなる。また、放電一発当たりの取り量が大きいほど放電痕が大きくなるので、加工面粗さが粗くなる。したがって、加工時間を可能な限り短くするためには、要求される加工面粗さが得られる範囲内でより大きい電流値の放電電流パルスが加工間隙に供給される。
【０００４】
各加工工程で目標となる加工形状に対して反転した形状を有する、いわゆる総型の工具電極で加工する場合、加工面積に対応するサイズの工具電極が使用される。比較的大きい工具電極で形彫放電加工を実施する場合は、未加工の被加工物から大まかに材料を除去する荒加工工程から加工面粗さを小さくしていく面出しの仕上げ加工工程までの各加工工程の間で取り量の差が大きいため、加工電源装置は、数百ｍＡの小さな電流値から数百Ａ程度の大きな電流値までの放電電流パルスを加工間隙に供給できることが要求される。
【０００５】
加工電源装置が、実質的に１つの放電回路で加工間隙に放電電流を供給する単一の電源装置によって加工する構成である場合、電流値に大きな差がある放電電流パルスを同一の放電回路で供給することになるため、小さい放電電流で加工するときに、放電回路の回路要素の影響によって予定されている波形と電流値の放電電流パルスを安定して供給することができなくなることがある。また、大電流に耐える放電回路が設けられるため、全体的にエネルギの損失が大きくなる。
【０００６】
このようなことから、大きな工具電極を使用する加工ができる形彫放電加工装置は、一般的に供給可能な最大電流値が数十Ａである主電源装置に主電源装置で不足する電流を補うブースタ電源装置が並設されている。ブースタ電源装置は、要求される最大電流値に対応する数だけ設けられる。ブースタ電源装置を有する加工電源装置を備えた形彫放電加工装置は、比較的小さい加工形状を加工する小型の形彫放電加工装置に搭載される電源装置にブースタ電源装置を増設するだけで供給可能な最大電流値を増大することができるので、設計上および製造上でも有利である。
【０００７】
主電源装置とブースタ電源装置とは、保護回路の保護抵抗のように放電回路におけるいくつかの回路要素の定数に関係する差異を除いて基本的に同一の構成である。そのため、ブースタ電源装置を有する加工電源装置を備えた形彫放電加工装置の構成を明確に示す特許文献が確認されないが、複数の電源装置が並設された加工電源装置の構成としては、例えば、特許文献１に開示される放電加工装置が参照される。
【０００８】
ところで、ブースタ電源装置を有する加工電源装置において、適応制御によって主電源装置が供給可能な最大電流値を超えて放電電流を増大させる場合、あるいは特許文献２に開示されるようなステップ状に電流を増大させて緩やかな立上がりの放電電流パルスを上記最大電流値よりも大きいピーク電流値で供給する場合は、加工間隙に放電電流が供給されている間に放電電流が上記最大電流値を超えるときに主電源装置を遮断すると同時にブースタ電源装置を投入する必要がある。
【０００９】
例えば、図３に示されるように、立上がりが滑らかな放電電流パルスを供給する場合、主電源装置の複数のスイッチング回路を選択的に時間をずらして導通しステップ状に電流を増大させていき、上記最大電流値を供給しようとするときに、図３Ａに示されるように主電源装置を遮断すると同時に図３Ｂに示されるようにブースタ電源装置を投入する。このとき、図３Ａおよび図３Ｂの波形は、スイッチング回路の導通状態を加工条件のパラメータ値ＩＰのレベルに例えて階段状に示すものであり、実際に加工間隙を流れる放電電流の波形は、図３Ｄに示される。また、極間電圧は図３Ｃに示され、極間電圧の検出信号は図３Ｅに示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６３−１２３６１８号公報
【特許文献２】特公平４−５０１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
放電電流が加工間隙に流れている間に主電源装置とブースタ電源装置が切り換わるとき、大電流を出力するブースタ電源装置の特性によってブースタ電源装置から供給される電流の立上がりに時間がかかるため、主電源装置が遮断されると同時にブースタ電源装置が投入された直後の短い期間中に電流の大幅な低下が発生する。放電電流の低下と振動によって放電電流パルスが途切れたような状態になって所望の波形の放電電流パルスを得ることができなくなる。そのため、工具電極が異常に消耗したり、加工速度が低下したりして、加工結果に重大な影響を及ぼす。
【００１２】
また、主電源装置の複数のスイッチング素子がオフして出力電圧が遮断されるときに逆起電力が発生するため、加工間隙における極間電圧に瞬間的な落ち込みが生じる。そのため、極間電圧を検出する検出装置が極間電圧を誤認して、突発的な振幅の大きい変動を含む振動的で不正な検出信号を出力する。その結果、加工の状況に対応して加工条件を変更設定する適応制御を正確に行なうことができなくなり、加工結果に重大な影響を及ぼす。
【００１３】
本発明は、ブースタ電源装置から電流を供給するときに生じる極間電圧の急激な降下および放電電流の大幅な低下を小さく抑えることができるブースタ電源装置を有する加工電源装置を備えた形彫放電加工装置を提供することを目的とする。その他の本発明の有利な点は、具体的な実施の形態を開示するときに、その都度詳細に説明される。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の形彫放電加工装置は、上記課題を解決するために、主電源装置（５）とブースタ電源装置（６）を有する加工電源装置（１）を備えた形彫放電加工装置において、主電源装置（５）の複数のスイッチング素子（ＴＲ１−ＴＲ１６）を選択的にオンオフ制御して放電電流を加工間隙に供給するとともに主電源装置（５）が供給可能な最大電流値（ｉｍａｘ）以上の電流を供給するときは主電源装置（５）から放電電流を供給している状態でブースタ電源装置（６）の複数のスイッチング素子（ＴＲ３２）を選択的にオンしてからブースタ電源装置（６）から供給される電流の立上がり特性に依存して発生する誤差電流を主電源装置（６）から供給される電流で補充するように主電源装置（５）のスイッチング素子（ＴＲ１−ＴＲ１６）を選択的にオンオフ制御する加工制御装置（２）を備えるようにする。
【００１５】
上記形彫放電加工装置は、具体的に、加工制御装置（２）が、主電源装置（５）から供給される電流にブースタ電源装置（６）から供給される電流を重畳するときの電流値の和が所望の放電電流パルスの波形に適合する所要のピーク電流値になるように主電源装置（５）から供給されている電流をステップ状に減少させるように主電源装置（５）のスイッチング素子（ＴＲ１−ＴＲ１６）を選択的にオンオフ制御するようにする。
【００１６】
また、本発明の形彫放電加工装置は、加工条件に基づいて主電源装置（５）の複数のスイッチング素子（ＴＲ１−ＴＲ１６）を選択的にオンオフ制御して所定の第１の時間（ｔａ）毎に単位電流値（ｉａ）ずつ電流を上昇させて立上がりが滑らかな放電電流パルスを供給するとともに主電源装置（５）が供給可能な最大電流値（ｉｍａｘ）以上の電流を供給するときは主電源装置（５）から最大電流値（ｉｍａｘ）に対して単位電流値（ｉａ）低い電流を供給したときから第１の時間（ｔａ）後にブースタ電源装置（５）の複数のスイッチング素子（ＴＲ３２）を選択的にオンし所定の第２の時間（ｔｂ）後に最大電流値（ｉｍａｘ）に対して所定の第１の電流低減値（ｉｂ）だけ低いブースタ電源装置（６）から供給される電流の立上がり特性に依存して発生する誤差電流値（ｉｅ）に相当する電流が供給されるように主電源装置（５）から供給される電流を減少させ次いでブースタ電源装置（６）から供給される電流の立上がり時間（ｔｄ）経過するまで第３の時間（ｔｃ）毎に所定の第２の電流低減値（ｉｃ）ずつ主電源装置（５）から供給される電流をステップ状に減少させて誤差電流を主電源装置（５）から供給される電流で補充すると同時に単位電流値（ｉａ）ずつ電流を上昇させるように主電源装置（５）のスイッチング素子（ＴＲ１−ＴＲ１６）を選択的にオンオフ制御する加工制御装置（２）を備えるようにする。
【００１７】
上記形彫放電加工装置は、加工制御装置（２）が、ブースタ電源装置（６）から供給される電流の立上がり時間（ｔｄ）後に放電電流が加工条件に従うピーク電流値（ｉｐｅａｋ）に到達するまで第１の時間（ｔａ）毎に単位電流値（ｉａ）ずつ電流を上昇させるように主電源装置（５）のスイッチング素子（ＴＲ１−ＴＲ１６）を選択的にオンオフ制御するようにされる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の形彫放電加工装置は、ブースタ電源装置を投入するときにブースタ電源装置から供給される電流の立上がり期間における電流の低下を主電源装置の電流によって補充するので、放電電流パルスにおける電流の大幅な低下がなく、所望の波形の放電電流パルスを得ることができる。その結果、所期の加工結果を得ることができる。また、主電源装置を遮断することなくブースタ電源装置を投入することが可能になるので、逆起電圧による極間電圧の瞬間的な降下がなく、検出装置が正しい検出信号を出力することができる。その結果、ブースタ電源装置を有する加工電源装置を備えた形彫放電加工装置で適応制御を正確に行なうことができるようになり、優れた加工結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の形彫放電加工装置に設けられる加工電源装置と加工制御装置の概要を示すブロック図である。
【図２】本発明の形彫放電加工装置におけるスイッチング回路の導通状態と極間電圧および放電電流パルスの波形を示すタイミングチャートである。
【図３】従来の形彫放電加工装置におけるスイッチング回路の導通状態と極間電圧および放電電流パルスと極間電圧の検出信号の波形を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に、加工電源装置と加工制御装置の全体構成が示される。形彫放電加工装置は、図示しない駆動装置を含む機械本機と電源制御装置と加工液供給装置とを備える。電源制御装置は、数値制御装置と駆動制御装置と加工制御装置と加工電源装置とを含んでなる。加工電源装置１は、加工制御装置２によって操作される。工具電極３と被加工物４は、機械本機側に取り付けられる。加工電源装置１は、工具電極３と被加工物４とで形成される加工間隙に間歇的に電圧パルスを印加して加工間隙に繰返し放電電流パルスを供給する。
【００２１】
加工電源装置１は、主電源装置５とブースタ電源装置６を有する。ブースタ電源装置６は、主電源装置５が供給可能な最大電流値を超える電流を増補する。ブースタ電源装置６は、要求される最大電流値に対応して複数増設することができる。ブースタ電源装置６は、主電源装置５に並列に設けられ、工具電極３と被加工物４との極間に直列に接続される。したがって、主電源装置５を含む主加工用の放電回路とブースタ電源装置６を含む電流増大用の放電回路は、工具電極３と被加工物４とを含む極間のみを共有し、実質的に独立して形成される。
【００２２】
実施の形態の形彫放電加工装置においては、主電源装置５から供給される放電電流だけで加工するときは、リレースイッチ７のような機械スイッチによってブースタ電源装置６を主電源装置から完全に切り離すようにされる。そのため、主電源回路５から供給される放電電流がブースタ電源装置６を含む電流増大用の放電回路の影響を受けず、特に比較的小さい放電電流を供給して加工するときに、望ましい波形の放電電流パルスが安定して供給される点で有利である。
【００２３】
主加工用の放電回路は、主電源装置５と極性切換装置５１と極間線５２と加工間隙に形成される工具電極３と被加工物４との極間を含んでなる。主電源装置５と極性切換装置５１は、電源制御装置側に設けられる。電源制御装置側と機械本機側とは、同軸ケーブルのような出力ケーブル５３で接続される。主電源装置５と極性切換装置５１との間に所定の抵抗値を有する保護抵抗を含む保護回路５４が設けられる。
【００２４】
電流増大用の放電回路は、ブースタ電源装置６と極性切換装置６１と極間線６２と極間を含んでなる。ブースタ電源装置６と極性切換装置６１は、電源制御装置側に設けられる。電源制御装置側と機械本機側とは、出力ケーブル６３で接続される。ブースタ電源装置６と極性切換装置６１との間に所定の抵抗値を有する保護抵抗器を含む保護回路６４が設けられる。
【００２５】
主電源装置５は、複数の電源ユニットでなる。複数の電源ユニットは、それぞれ直流電源ＰＳと、直流電源ＰＳに直列かつ互いに並列に接続される複数のスイッチング回路ＳＣと、複数のスイッチング回路ＳＣと極間との間に直列に設けられる逆流阻止ダイオードＤＲと、を含んでなる。
【００２６】
実施の形態における主電源装置５は、３つの電源ユニットを有する。第１の電源ユニット１０と第２の電源ユニット２０は、各スイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ１６にピーク電流値を規定する電流制限抵抗を含まず、各スイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ１６を検出電流に応動させることによって各スイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ１６に与えられる規定電流値で定められるピーク電流値の電流を供給する。第３の電源ユニット３０は、各スイッチング回路ＳＣ０．５Ｒ−ＳＣ８Ｒがスイッチング素子ＴＲ０．５Ｒ−ＴＲ８Ｒとピーク電流値を規定する電流制限抵抗ＲＳ０．５−ＲＳ８との直列回路からなる。
【００２７】
第１の電源ユニット１０は、６０Ｖ〜１２０Ｖの可変直流電源ＰＳ１と、直流電源ＰＳ１と極間との間に直列に設けられる複数のスイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ８と、スイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ８と極間との間に直列に設けられる逆流阻止ダイオードＤＲ１とを含んでなる。スイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ８は、互いに並列に接続される。複数のスイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ８は、直流電源ＰＳ１に直列に接続されるスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ８と図示しない検出抵抗とを含む。
【００２８】
第２の電源ユニット２０は、基本的に第１の電源ユニット１０と同じ構成である。第２の電源ユニット１０は、第１の電源ユニット１０と共通の直流電源ＰＳ１と、直流電源ＰＳ１と極間との間に直列に設けられる複数のスイッチング回路ＳＣ１６と、スイッチング回路ＳＣ１６と極間との間に直列に設けられる逆流阻止ダイオードＤＲ２とを含んでなる。複数のスイッチング回路ＳＣ１６は、互いに並列に接続される。スイッチング回路ＳＣ１６は、直流電源ＰＳ１に直列に接続されるスイッチング素子ＴＲ１６と図示しない検出抵抗とを含む。
【００２９】
複数のスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ１６は、バイナリカウント方式で選択的に同期してオンオフ制御される。第１の電源ユニット１０は、各スイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ８の組合せで加工条件のパラメータ値でＩＰ１からＩＰ１６までの電流を供給することができる。第２の電源ユニット２０は、基本的には、複数のスイッチング回路ＳＣ１６を導通させてＩＰ１６の電流を供給する。したがって、第１の電源ユニット１０と第２の電源ユニット２０は、各スイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ１６の組合せでパラメータ値ＩＰ１の単位でＩＰ１からＩＰ３２までの電流を供給することができる。
【００３０】
第３の電源ユニット３０は、比較的小さい放電電流による加工に適用される。第３の電源ユニット３０は、６０Ｖ〜２００Ｖの可変直流電源ＰＳ２と、直流電源ＰＳ２と極間との間に直列かつ互いに並列に設けられる複数のスイッチング回路ＳＣ０．５Ｒ−ＳＣ８Ｒと、スイッチング回路ＳＣ０．５Ｒ−ＳＣ８Ｒと極間との間に直列に設けられる逆流阻止ダイオードＤＲ３とを含んでなる。スイッチング回路ＳＣ０．５Ｒ−ＳＣ８Ｒは、スイッチング素子ＴＲ０．５Ｒ−ＴＲ８Ｒとピーク電流値を規定して一定の電流を供給するための所定の抵抗値を有する電流制限抵抗ＲＳ０．５−ＲＳ８との直列回路でなる。
【００３１】
複数のスイッチング素子ＴＲ０．５Ｒ−ＴＲ８Ｒは、バイナリカウント方式で選択的に同期してオンオフ制御される。第３の電源ユニット３０は、スイッチング回路ＳＣ０．５Ｒからパラメータ値ＩＰ０．５の電流を供給することができる。また、スイッチング回路ＳＣ１Ｒ−ＳＣ８Ｒの組合せでパラメータ値ＩＰ１の単位でＩＰ１からＩＰ１６までの電流を供給することができる。
【００３２】
主電源装置５には、上記電源ユニット以外に付属の放電回路を形成する電源ユニットを増設することができる。または、付属の放電回路を上記電源ユニットの回路中に組み込んで設けることができる。例えば、２７０Ｖの高圧直流電源とスイッチング素子と電流制限抵抗との直列回路でなる高圧重畳回路が設けられる。
【００３３】
ブースタ電源装置６は、主電源装置５と工具電極３と被加工物４を含む極間だけを共有し実質的に独立して並設される。ブースタ電源装置６は、６０Ｖ〜１２０Ｖの可変直流電源ＰＳ３と、直流電源ＰＳ３と極間との間に直列に設けられる複数のスイッチング回路ＳＣ３２と、スイッチング回路ＳＣ３２と極間との間に直列に設けられる逆流阻止ダイオードＤＲ４とを含んでなる。各スイッチング回路ＳＣ３２は、互いに並列に接続される。各スイッチング回路ＳＣ３２は、それぞれ直流電源ＰＳ３に直列に接続されるスイッチング素子ＴＲ３２と図示しない検出抵抗とを含む。
【００３４】
複数のスイッチング素子ＴＲ３２は、バイナリカウント方式で選択的に同期してオンオフ制御される。ブースタ電源装置６は、基本的には、複数のスイッチング素子ＴＲ３２を同時にオンさせて複数のスイッチング回路ＳＣ３２を導通させ、パラメータ値ＩＰ３２の電流を供給することによって主電源装置５の第１の電源ユニット１０と第２の電源ユニット２０の出力電流を増補する。
【００３５】
検出装置８は、工具電極３と被加工物４とで形成される加工間隙に可能な限り近い位置に設けられる検出回路８１を含む。検出回路８１は、検出抵抗８２を含んでなり、検出抵抗８２の両端の電圧を検出装置８に出力する。検出装置８は、検出回路８１で得られる極間電圧を入力して加工制御装置２に複数種類の検出信号を出力する。検出装置８は、極間電圧を平滑してデジタル変換し、電圧波形、電圧レベル、あるいは平均加工電圧のデータを検出信号として出力し、または設定基準データと比較して比較信号を検出信号として出力する。
【００３６】
加工制御装置２は、設定装置４０と、パルス発生装置５０と、ゲート回路６０を含んでなる。加工制御装置２は、数値制御装置から出力される加工条件のデータを設定装置４０にセットする。パルス発生装置５０は、設定装置４０にセットされている加工条件のデータに対応する指令信号をゲート回路６０に出力する。ゲート回路６０は、パルス発生装置５０から出力される指令信号に基づいて主電源装置５とブースタ電源装置６の各スイッチング素子ＴＲにそれぞれにゲート信号を出力する。
【００３７】
ゲート回路６０は、電流制限抵抗を含まない主電源装置５の第１の電源ユニット１０と第２の電源ユニット２０およびブースタ電源装置６にある各スイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ３２において図示しない検出抵抗を通して検出される電圧と各スイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ３２にそれぞれ与えられる規定電流値に従う基準電圧との比較信号を入力して、パルス発生装置５０から出力される指令信号と比較信号との論理積によってスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ３２を高速にオンオフさせ、各スイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ３２からそれぞれ規定電流値で定められたピーク電流値の電流を供給させる。
【００３８】
加工制御装置２は、数値制御装置から出力される設定された加工条件のデータに基づいて主電源装置５における第１の電源ユニット１０ないし第３の電源ユニット３０にある複数のスイッチング回路ＳＣにそれぞれ設けられるスイッチング素子ＴＲをバイナリカウント方式で選択的に同期してオンオフ制御し、加工条件に従う放電電流を加工間隙に供給する。
【００３９】
加工制御装置２は、検出装置８から出力される放電の発生を示す検出信号に対応して各スイッチング素子ＴＲをオンオフさせ、放電電流パルスのパルス幅が設定された加工条件のオン時間に従って一定になるようにする。また、加工制御装置２は、検出装置８から出力される加工状態を示す検出信号に応答して加工条件に従う放電電流のピーク電流値を変更し、または放電電流の供給を中断する。または、加工制御装置２は、検出装置８から出力される極間電圧の電圧レベルを示す検出信号に応動して適応制御における基準値を変更設定する。
【００４０】
加工制御装置２は、主電源装置５とブースタ電源装置６の可変直流電源ＰＳの切換え、極性切換装置５１または極性切換装置６１の極性の切換え、リレースイッチ７の開閉によるブースタ電源装置６の入切、あるいは図示しない可変抵抗器の切換えやインダクタンス素子の入切のような放電回路中の回路素子または回路装置の操作を行なう。
【００４１】
加工制御装置２は、主電源装置５が供給可能な最大電流値以上の放電電流パルスを供給しようとする場合、主電源装置５を遮断せずに主電源装置５から放電電流を供給している状態でブースタ電源装置６の複数のスイッチング素子ＴＲ３２を選択的にオンする。そして、ブースタ電源装置６を投入してから実際に加工間隙に流れる放電電流が上記最大電流値に達するまでの時間より短い遅延時間後にブースタ電源装置６から供給される電流の立上がり特性に依存する誤差電流を主電源装置５から供給される電流で補充するように主電源装置５のスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ１６を選択的にオンオフ制御する。
【００４２】
具体的に、加工制御装置２は、主電源装置５から供給される電流にブースタ電源装置６から供給される電流を重畳するときの実際に加工間隙に流れる電流値の和が所望の放電電流パルスの波形に適合する所要のピーク電流値になるように、主電源装置５から供給されている電流をステップ状に減少させるように主電源装置５のスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ１６を選択的にオンオフ制御して放電電流パルスの波形を整える。
【００４３】
加工制御装置２は、立上がりが滑らかな放電電流パルスを供給する場合は、加工条件に基づいて主電源装置５の複数のスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ１６を所望の放電電流パルスの立上がり波形に合わせて予め定められた所定の第１の時間毎に時間的にずらして選択的にオンオフ制御し、所望の放電電流パルスの立上がり波形の傾きに合わせて第１の時間毎に単位電流値ずつ電流を上昇させる。
【００４４】
主電源装置５が供給可能な最大電流値以上の立上がりの滑らかな放電電流パルスを供給しようとするときは、加工制御装置２は、主電源装置５から上記最大電流値に対して単位電流値低い電流を供給したときから第１の時間後に主電源装置５から放電電流を供給している状態でブースタ電源装置６の複数のスイッチング素子ＴＲ３２を選択的にオンして上記最大電流値に相当する電流をブースタ電源装置６から供給する。
【００４５】
加工制御装置２は、ブースタ電源装置６を投入してから実際に加工間隙に流れる放電電流が上記最大電流値に達するまでの時間よりも短い遅延時間である所定の第２の時間後に上記最大電流値に対して予め設定されている第１の電流低減値だけ低いブースタ電源装置６から供給される立上がり特性に依存して発生する誤差電流値に相当する電流が主電源装置５から供給されるように主電源装置５から供給されている電流を減少させる。
【００４６】
次いで、加工制御装置２は、ブースタ電源装置６から供給される電流の立上がり時間が経過するまでの間、誤差電流値と第１の時間毎に単位電流値ずつ増大させる増分電流値とを重畳した電流の変化の傾きに合わせて予め定められた所定の第３の時間毎に予め設定されている第２の電流低減値ずつ主電源装置５から供給される電流をステップ状に減少させて誤差電流を主電源装置５から供給される電流で補充すると同時に単位電流値ずつ電流を上昇させるように主電源装置５のスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ１６を選択的にオンオフ制御する。
【００４７】
続いて、加工制御装置２は、ブースタ電源装置６から供給される電流の立上がり時間後に、主電源装置５から供給されている電流にブースタ電源装置６から供給される電流が重畳された実際に加工間隙に流れる放電電流が加工条件に従うピーク電流値に到達するまで主電源装置５の複数のスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ１６を第１の時間毎に時間的にずらして選択的にオンオフ制御し、所望の放電電流パルスの立上がり波形の傾きに合わせて第１の時間毎に単位電流値ずつ電流を上昇させる。
【００４８】
そして、加工制御装置２は、放電電流が加工条件に従うピーク電流値に到達した後に加工条件に従うオン時間に到達するまでピーク電流値を維持して放電電流を供給させ、オン時間に到達した時点で主電源装置５とブースタ電源装置６のスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ３２を全てオフして放電電流の供給を休止し、所望の立上がりが滑らかな放電電流パルスを加工間隙に供給する。
【００４９】
図２に、加工条件として主電源装置が供給可能な最大電流値よりも大きい電流値が設定された放電電流パルスの波形が示される。図２Ａおよび図２Ｂの波形は、スイッチング回路の導通状態を加工条件のパラメータ値ＩＰのレベルに例えて階段状に示すものであり、実際に加工間隙を流れる放電電流の波形は、図２Ｄに示される。また、極間電圧は、図２Ｃに示される。以下に、立上がりが滑らかで主電源装置が供給可能な最大電流値を超えるピーク電流値の放電電流パルスを供給するときの加工制御装置２および主電源装置５とブースタ電源装置６の動作を具体的に説明する。
【００５０】
加工制御装置２は、設定装置４０に設定されている加工条件に従うオフ時間の後にパルス発生装置５０からスイッチング素子のオンオフを指令する指令信号を出力させる。加工制御装置２のゲート回路６０は、指令信号に基づいて第１の電源ユニット１０におけるスイッチング回路ＳＣ１のスイッチング素子ＴＲ１にゲート信号を出力してスイッチング素子ＴＲ１をオンさせ、スイッチング回路ＳＣ１を導通状態にする。
【００５１】
スイッチング回路ＳＣ１が導通状態になると、図２Ｃに示されるように、加工間隙に直流電源ＰＳ１の電圧が印加されて極間電圧が直流電源ＰＳ１の電圧まで立ち上がる。加工間隙に電圧が印加されてから不規則な無負荷時間ｔｗの後に工具電極３と被加工物４との両極間に放電が発生して、スイッチング回路ＳＣ１を通して極間に電流が流れ始める。極間に放電電流が流れると極間電圧は降下して一定の放電電圧に到達する。極間電圧が基準電圧以下に降下すると、検出装置８は、放電の発生を示す検出信号をパルス発生装置５０に出力する。
【００５２】
パルス発生装置５０は、設定装置４０に設定されている加工条件に従うオン時間ｔｏｎのカウントを開始する。スイッチング素子ＴＲ１は、検出されるスイッチング回路ＳＣ１の電流に応動して規定電流値に従うピーク電流値が維持されるようにオンオフを繰り返し、スイッチング回路ＳＣ１から規定電流値の電流が供給される。その結果、加工電源装置１は、加工間隙に単位電流値ｉａに相当するパラメータ値ＩＰ１の電流を供給する。
【００５３】
パルス発生装置５０は、放電が発生してから所定の第１の時間ｔａ後に次の指令信号を出力する。ゲート回路６０は、指令信号に従ってスイッチング回路ＳＣ２のスイッチング素子ＴＲ２にゲート信号を出力してスイッチング回路ＳＣ２を導通状態にするとともにスイッチング素子ＴＲ１のゲート信号の出力を停止してスイッチング回路ＳＣ１を非導通にする。
【００５４】
スイッチング素子ＴＲ２は、検出されるスイッチング回路ＳＣ２の電流に応動して規定電流値に従うピーク電流値が維持されるようにオンオフを繰り返し、スイッチング回路ＳＣ２から規定電流値の電流が供給される。その結果、加工電源装置１は、加工間隙にパラメータ値ＩＰ２の電流を供給する。
【００５５】
パルス発生装置５０は、スイッチング回路ＳＣ２が導通状態にされてから第１の時間ｔａ後に次の指令信号を出力する。ゲート回路６０は、指令信号に従ってスイッチング回路ＳＣ１のスイッチング素子ＴＲ１にゲート信号を出力してスイッチング回路ＳＣ１を導通状態にするとともにスイッチング素子ＴＲ２のゲート信号を出力したままにしてスイッチング回路ＳＣ２を導通状態にする。
【００５６】
スイッチング回路ＳＣ１とスイッチング回路ＳＣ２が共に導通状態にあるため、スイッチング回路ＳＣ１とスイッチング回路ＳＣ２からそれぞれ規定電流値の電流が供給される。スイッチング回路ＳＣ１は、単位電流値ｉａに相当するパラメータ値ＩＰ１の電流を供給する。スイッチング回路ＳＣ２は、単位電流値ｉａの２倍の電流値に相当するパラメータ値ＩＰ２の電流を供給する。その結果、加工電源装置１は、加工間隙に単位電流値ｉａの３倍の電流値に相当するパラメータ値ＩＰ３の電流を供給する。
【００５７】
第１の時間ｔａと単位電流値ｉａは、所望の放電電流パルスの立上がり波形の傾きに対応して決定される。ただし、単位電流値ｉａは、任意の波形をより自在に得るようにするために特別の理由がない限り基本的に主電源装置５が供給可能な最小電流値であるパラメータ値ＩＰ１の電流に設定される。したがって、実質的に第１の時間ｔａが放電電流パルスの立上がり波形を決定する。実施の形態では、第１の時間ｔａを２μｓにしている。
【００５８】
第１の時間ｔａを２μｓに設定し、単位電流値ｉａをパラメータ値ＩＰ１の電流に設定した実施の形態におけるパルス発生装置５０は、２μｓ毎に指令信号を出力し主電源装置５の複数のスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ１６をバイナリカウント方式で時間的にずらして選択的に同期してオンオフさせ、導通されるスイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ１６の組合せによって加工間隙に供給される放電電流をパラメータ値ＩＰ１ずつステップ状に上昇させる。その結果、実際に極間に流れる放電電流は、図２Ｄに示されるように、緩やかに立ち上がる。
【００５９】
主電源装置５が供給可能な最大電流値ｉｍａｘ以上の立上がりの滑らかな放電電流パルスを供給しようとするときは、主電源装置５から最大電流値ｉｍａｘに対して単位電流値ｉａ低い電流を供給したときから第１の時間ｔａ後にパルス発生装置５０からゲート回路６０を通してブースタ電源装置６の複数のスイッチング素子ＴＲ３２にゲート信号が出力され、主電源装置５から放電電流を供給している状態でブースタ電源装置６の複数のスイッチング素子ＴＲ３２を選択的にオンして、最大電流値ｉｍａｘに相当する電流をブースタ電源装置６から供給する。
【００６０】
実施の形態における主電源装置５が供給可能な最大電流値ｉｍａｘは、パラメータ値ＩＰ３２の電流である。したがって、図２に示されるように、主電源装置５から２μｓ毎にパラメータ値ＩＰ１ずつ電流をステップ状に増大させて供給し、主電源装置５からパラメータ値ＩＰ３２に対してパラメータ値ＩＰ１だけ低いＩＰ３１の電流を供給したときから２μｓ後に複数のスイッチング素子ＴＲ３２が全てオンされてブースタ電源装置６が投入され、ブースタ電源装置６から加工間隙にパラメータ値ＩＰ３２の電流が流れ始める。
【００６１】
図２Ａに示されるように、パルス発生装置５０は、所定の第２の時間ｔｂ後に指令信号を出力して主電源装置５のスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ１６をオンオフ制御し、複数のスイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ１６を選択的に導通または非導通にして最大電流値ｉｍａｘに対して予め設定されている所定の第１の電流低減値ｉｂだけ低い電流が主電源装置５から供給されるように主電源装置５から供給される電流を減少させる。
【００６２】
ブースタ電源装置６から供給される電流がブースタ電源装置６の規定電流値に従うピーク電流値、具体的には、パラメータ値ＩＰ３２の電流に立ち上がるまでに十数μｓ程度の立上がり時間ｔｄを要する。そのため、立上がり時間ｔｄの期間中では、実際に極間に流れる放電電流の電流値は、主電源装置５から供給される電流にブースタ電源装置６の立上がり中の電流を重畳した値になる。したがって、図３Ｄに示されるように、立上がり時間ｔｄを無視して想定される電流値に対してブースタ電源装置６から供給される電流の立上がり特性に依存する誤差電流値ｉｅが存在する。
【００６３】
このことから、誤差電流値ｉｅを主電源装置５から供給される電流で補充すると実際に加工間隙に流れる放電電流が所要の電流値になると言える。ブースタ電源装置６が投入された時点で要求されるピーク電流値は、最大電流値ｉｍａｘである。したがって、第１の電流低減値ｉｂは、最大電流値ｉｍａｘから誤差電流値ｉｅを減算して決定できる。ブースタ電源装置６から供給される電流の立上がり特性は、主にブースタ電源装置６を含む電流増大用の放電回路の特性と、工具電極３および被加工物４の材質と、加工面積との影響を受けるので、第１の電流低減値ｉｂは、実際の誤差電流値ｉｅに基づいて設定される。
【００６４】
また、第２の時間ｔｂは、ブースタ電源装置６から供給される電流が必要十分に立ち上がるまでの時間よりも短い遅延時間である。主電源装置５から最大電流値ｉｍａｘよりも単位電流値ｉａ低い電流が供給されている状態でブースタ電源装置６が投入されるので、ブースタ電源装置６から供給される電流が単位電流値ｉａを超えて立ち上がるとき、実際に加工間隙に流れる放電電流が最大電流値ｉｍａｘよりも大きくなって所望の放電電流パルスの立上がり波形を失うことになる。したがって、第２の時間ｔｂは、正確には、実際に加工間隙に流れる放電電流が最大電流値ｉｍａｘに達する時間である。
【００６５】
実施の形態では、ブースタ電源装置６から供給される電流が流れ始めた直後の誤差電流値ｉｅをパラメータ値ＩＰ２４相当とし、第１の電流低減値ｉｂをパラメータ値ＩＰ８にしている。また、観測したブースタ電源装置６から供給される電流の立上がり波形から第２の時間ｔｂを１μｓにしている。したがって、実施の形態の形彫放電加工装置においては、ブースタ電源装置６を投入してから１μｓの遅延時間後に主電源装置５から供給される電流をパラメータ値ＩＰ３２からＩＰ８を差し引いたパラメータ値ＩＰ２４の電流が加工間隙に供給されるように主電源装置５が操作される。
【００６６】
パルス発生装置５０は、主電源装置５から誤差電流値ｉｅに相当する電流を供給するように主電源装置５から供給される電流を減少させてから第３の時間ｔｃ後に指令信号を出力して、予め設定されている第２の電流低減値ｉｃだけ主電源装置５から供給される電流を減少させるように主電源装置５のスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ１６を選択的に同期してオンオフさせる。
【００６７】
その後、ブースタ電源装置６から供給される電流の立上がり時間ｔｄ経過するまでの間、第３の時間ｔｃ毎に第２の電流低減値ｉｃずつ主電源装置５から供給される電流をステップ状に減少させて誤差電流を主電源装置５から供給される電流で補充すると同時に実際に加工間隙に流れる放電電流を第１の時間ｔａ毎に単位電流値ｉａずつ上昇させるようにする。
【００６８】
所定の第１の時間ｔａ毎に単位電流値ｉａずつ増加させて立上がりが滑らかな所望の放電電流パルスの波形を得ようとするとき、ブースタ電源装置６から供給される電流の立上がり時間ｔｄの間における任意の時点においては、ブースタ電源装置６から供給される電流だけでは、所望の放電電流パルスの波形における電流に対して誤差電流値ｉｅと第１の時間ｔａ毎に単位電流値ｉａずつ増大させる増分電流値だけ足りないことがわかる。
【００６９】
したがって、第３の時間ｔｃと第２の電流低減値ｉｂは、立上がり時間ｔｄの期間中における誤差電流値ｉｅと増分電流値とを重畳した電流の変化の傾きで決定される。ただし、第２の電流低減値ｉｃは、任意の波形をより自在に得るようにするために特別の理由がない限り基本的に主電源装置５が供給可能な最小電流値であるパラメータ値ＩＰ１の電流に設定される。したがって、実質的に第３の時間ｔｃが放電電流パルスの立上がり波形を決定する。
【００７０】
以上のことを別の観点から見ると、図２Ａで判るように、加工制御装置２は、ブースタ電源装置６から最大電流値ｉｍａｘの電流を供給したときから第１の時間ｔａ毎に主電源装置５から供給される電流を単位電流値ｉａずつ電流を上昇させたとした場合に立上がり時間ｔｄ後に到達する増分電流値ｉｏと一致するように、主電源装置５のスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ１６をオンオフ制御して主電源装置５から供給される電流を第３の時間ｔｃ毎に第２の電流低減値ｉｃずつステップ状に減少させていると言える。
【００７１】
そのため、第３の時間ｔｃは、第２の電流低減値ｉｃを主電源装置５が供給可能な最小電流値である単位電流値ｉａとして、最大電流値ｉｍａｘから第１の電流低減値ｉｂを差し引いたブースタ電源装置６を投入した直後の誤差電流値ｉｅとブースタ電源装置６から供給される電流の立上がり時間ｔｄ後の増分電流値ｉｏとの差を単位電流値ｉａで除してステップ数ｎを得て、立上がり時間ｔｄをステップ数ｎで除して得ることができる。図２に示される実施の形態では、ステップ数ｎが１６で、立上がり時間ｔｄが１６μｓであるから、第３の時間ｔｃは、１μｓに設定される。
【００７２】
このとき、第３の時間ｔｃと第２の電流低減値ｉｃを一定にしているので、主電源装置５から供給される誤差電流値ｉｅを補充する電流の変化とブースタ電源装置６から供給される電流の立上がり波形に依存する実際の誤差電流値ｉｅの変化とが厳密には一致しないことが考えられる。しかしながら、実際に加工間隙に供給される放電電流パルスの立上がり波形は、加工結果に重大な影響を与える程度に不適当にはならず、誤差の範囲であるため、実用上は問題がない。
【００７３】
図３Ｄに示されるように、立上がり時間ｔｄの間に誤差電流値ｉｅが徐々に小さくなり、増分電流値が第１の時間ｔａ毎に単位電流値ｉａずつ増加するので、立上がり時間ｔｄにおいて第３の時間ｔｃ毎に第２の電流低減値ｉｃずつ主電源装置５から供給される電流をステップ状に減少させた場合、結果的に、誤差電流を主電源装置５から供給される電流で補充すると同時に第１の時間ｔａ毎に単位電流値ｉａずつ電流を上昇させていることになる。その結果、立上がりが滑らかな所望の放電電流パルスの波形が得られる。
【００７４】
ブースタ電源装置６から供給される電流が最大電流値ｉｍａｘまで立ち上がる立上がり時間ｔｄ後は、パルス発生装置５０が指令信号を出力して主電源装置５の複数のスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ１６をバイナリカウント方式で時間的にずらしてオンオフさせ、各スイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ１６を選択的に導通または非導通にすることによって放電電流が加工条件に従うピーク電流値に到達するまで放電電流の所望の立上がり波形の傾きに合わせて単位電流値ｉａに相当するパラメータ値ＩＰ１ずつステップ状に電流を増大させる。
【００７５】
放電電流が加工条件に従うピーク電流値ｉｐｅａｋに到達した後は、ピーク電流値ｉｐｅａｋを維持させて放電電流を供給する。そして、放電が発生して加工間隙に放電電流が流れ始めてから加工条件に従うオン時間ｔｏｎに到達した後に全てのスイッチング素子ＴＲ１−ＴＲ３２をオフしてスイッチング回路ＳＣ１−ＳＣ３２を非導通にする。その結果、主電源装置５とブースタ電源装置６からの放電電流の供給が休止され、放電電流は、立下り時間後に消弧する。
【００７６】
以上のように、立上がりが滑らかな放電電流パルスを繰返し供給することで、工具電極の消耗を低減した加工が行なわれる。このとき、放電電流が供給されている途中で電流が急に大幅に低下して放電電流パルスの波形が不正になることがなく、工具電極の消耗が増大したり、加工速度が低下することがない。また、主電源装置５を遮断せずに同時にブースタ電源装置６を投入することを可能にするので、逆起電力の発生による極間電圧の瞬間的な落ち込みがなく、検出装置が正確に極間電圧を検出して的確な適応制御を行なうことができる。
【００７７】
本発明の形彫放電加工装置は、実施の形態で示される具体的な形彫放電加工装置の構成と同一であることが要求されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で応用が可能である。また、発明の詳細な説明で開示されていない他の形彫放電加工装置および加工方法と適宜組み合わせて実施することができる。本発明は、発明の詳細な説明に記載される名称または表現方法に拘束されることがなく、実質的に同一の手段または手法で達成できる形彫放電加工装置を含む。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、形彫放電加工装置に適用される。特に、ブースタ電源装置を有する加工電源装置を備えた形彫放電加工装置に有益である。本発明は、ブースタ電源装置を投入するときに発生する放電電流の大幅な低下を抑制するとともに逆起電圧による電圧波形の急な降下を抑制して改善する。本発明は、所期の加工結果を達成させ、加工の適応制御を正確に行なえるようにし、形彫放電加工の技術の進歩に貢献する。
【符号の説明】
【００７９】
１ 加工電源装置
２ 加工制御装置
３ 工具電極
４ 被加工物
５ 主電源装置
６ ブースタ電源装置
７ リレースイッチ
８ 検出装置
１０ 第１の電源ユニット
２０ 第２の電源ユニット
３０ 第３の電源ユニット
４０ 設定装置
５０ パルス発生装置
５１ 極性切換装置
５２ 極間線
５３ 出力ケーブル
５４ 保護回路
６０ ゲート回路
６１ 極性切換装置
６２ 極間線
６３ 出力ケーブル
６４ 保護回路
ＰＳ 直流電源
ＳＣ スイッチング回路
ＴＲ スイッチング素子
ＤＲ 逆流阻止ダイオード
ＲＳ 電流制限抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主電源装置とブースタ電源装置を有する加工電源装置を備えた形彫放電加工装置において、前記主電源装置の複数のスイッチング素子を選択的にオンオフ制御して放電電流を加工間隙に供給するとともに前記主電源装置が供給可能な最大電流値以上の電流を供給するときは前記主電源装置から前記放電電流を供給している状態で前記ブースタ電源装置の複数のスイッチング素子を選択的にオンしてから前記ブースタ電源装置から供給される電流の立上がり特性に依存して発生する誤差電流を前記主電源装置から供給される電流で補充するように前記主電源装置の前記スイッチング素子を選択的にオンオフ制御する加工制御装置を備えた形彫放電加工装置。
【請求項２】
前記加工制御装置は、前記主電源装置から供給される電流に前記ブースタ電源装置から供給される電流を重畳するときの電流値の和が所望の放電電流パルスの波形に適合する所要のピーク電流値になるように前記主電源装置から供給されている電流をステップ状に減少させるように前記主電源装置の前記スイッチング素子を選択的にオンオフ制御することを特徴とする請求項１に記載の形彫放電加工装置。
【請求項３】
主電源装置とブースタ電源装置を有する加工電源装置を備えた形彫放電加工装置において、加工条件に基づいて前記主電源装置の複数のスイッチング素子を選択的にオンオフ制御して所定の第１の時間毎に単位電流値ずつ電流を上昇させて立上がりが滑らかな放電電流パルスを供給するとともに前記主電源装置が供給可能な最大電流値以上の電流を供給するときは前記主電源装置から前記最大電流値に対して前記単位電流値低い電流を供給したときから前記第１の時間後に前記ブースタ電源装置の複数のスイッチング素子を選択的にオンし所定の第２の時間後に前記最大電流値に対して所定の第１の電流低減値だけ低い前記ブースタ電源装置から供給される電流の立上がり特性に依存して発生する誤差電流値に相当する電流が供給されるように前記主電源装置から供給される電流を減少させ次いで前記ブースタ電源装置から供給される電流の立上がり時間経過するまで第３の時間毎に所定の第２の電流低減値ずつ前記主電源装置から供給される電流をステップ状に減少させて前記誤差電流を前記主電源装置から供給される電流で補充すると同時に前記単位電流値ずつ電流を上昇させるように前記主電源装置の前記スイッチング素子を選択的にオンオフ制御する加工制御装置を備えた形彫放電加工装置。
【請求項４】
前記加工制御装置は、前記ブースタ電源装置から供給される電流の前記立上がり時間後に放電電流が前記加工条件に従うピーク電流値に到達するまで前記第１の時間毎に前記単位電流値ずつ電流を上昇させるように前記主電源装置の前記スイッチング素子を選択的にオンオフ制御することを特徴とする請求項３に記載の形彫放電加工装置。
【請求項１】
主電源装置とブースタ電源装置を有する加工電源装置を備えた形彫放電加工装置において、前記主電源装置の複数のスイッチング素子を選択的にオンオフ制御して放電電流を加工間隙に供給するとともに前記主電源装置が供給可能な最大電流値以上の電流を供給するときは前記主電源装置から前記放電電流を供給している状態で前記ブースタ電源装置の複数のスイッチング素子を選択的にオンしてから前記ブースタ電源装置から供給される電流の立上がり特性に依存して発生する誤差電流を前記主電源装置から供給される電流で補充するように前記主電源装置の前記スイッチング素子を選択的にオンオフ制御する加工制御装置を備えた形彫放電加工装置。
【請求項２】
前記加工制御装置は、前記主電源装置から供給される電流に前記ブースタ電源装置から供給される電流を重畳するときの電流値の和が所望の放電電流パルスの波形に適合する所要のピーク電流値になるように前記主電源装置から供給されている電流をステップ状に減少させるように前記主電源装置の前記スイッチング素子を選択的にオンオフ制御することを特徴とする請求項１に記載の形彫放電加工装置。
【請求項３】
主電源装置とブースタ電源装置を有する加工電源装置を備えた形彫放電加工装置において、加工条件に基づいて前記主電源装置の複数のスイッチング素子を選択的にオンオフ制御して所定の第１の時間毎に単位電流値ずつ電流を上昇させて立上がりが滑らかな放電電流パルスを供給するとともに前記主電源装置が供給可能な最大電流値以上の電流を供給するときは前記主電源装置から前記最大電流値に対して前記単位電流値低い電流を供給したときから前記第１の時間後に前記ブースタ電源装置の複数のスイッチング素子を選択的にオンし所定の第２の時間後に前記最大電流値に対して所定の第１の電流低減値だけ低い前記ブースタ電源装置から供給される電流の立上がり特性に依存して発生する誤差電流値に相当する電流が供給されるように前記主電源装置から供給される電流を減少させ次いで前記ブースタ電源装置から供給される電流の立上がり時間経過するまで第３の時間毎に所定の第２の電流低減値ずつ前記主電源装置から供給される電流をステップ状に減少させて前記誤差電流を前記主電源装置から供給される電流で補充すると同時に前記単位電流値ずつ電流を上昇させるように前記主電源装置の前記スイッチング素子を選択的にオンオフ制御する加工制御装置を備えた形彫放電加工装置。
【請求項４】
前記加工制御装置は、前記ブースタ電源装置から供給される電流の前記立上がり時間後に放電電流が前記加工条件に従うピーク電流値に到達するまで前記第１の時間毎に前記単位電流値ずつ電流を上昇させるように前記主電源装置の前記スイッチング素子を選択的にオンオフ制御することを特徴とする請求項３に記載の形彫放電加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１６１７４（Ｐ２０１１−１６１７４Ａ）
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６０８３５（Ｐ２００９−１６０８３５）
【出願日】平成２１年７月７日（２００９．７．７）
【出願人】（０００１３２７２５）株式会社ソディック (197)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月７日（２００９．７．７）
【出願人】（０００１３２７２５）株式会社ソディック (197)
【Ｆターム（参考）】
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