JPH03228520A - 放電加工用電源の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野１ この発明は、電極と被加工物との間に導電性加工液を介
在させて放電により加工・を行う放電加工用電源の制御
方法に関するものである。

〔従来の技術］ 近年、加工液を不燃性化する為に水や水に有機化合物を
添加した導電性加工液を使用する放電加工機が実用化さ
れているが、この導電性加工液を使用する放電加工機（
以後、不燃性成、電加工機と称す）の従来の放電電流制
御方式を以下に説明する。

第６図は不燃性放電加工機の加工電源の等価回路図、第
８図〜第１１図は従来の不燃性放電加工機における極間
電圧及び極間電流波形の例である。

第６図において、（１）は出力電圧ｅ　ｍ　を生じさせ
る直流電源、（２）は出力電圧をスイッチングするスイ
ッチング素子、（３）はスイッチング素子（２）を駆動
する発振器、（４）は電源回路全体の内部インピーダン
スであり、ここでは簡単のため加工電流を制御する電源
内部抵抗器（抵抗値Ｒｏ　（Ω）とする）として表現し
ている。（５）は電極（５ａ）と被加工物（５ｂ）間に
形成される極間隙であり、極間抵抗（９）及び浮遊コン
デンサ容量（ｌＯ）が存在する。

極間抵抗（９）の値Ｒｇ及び浮遊コンデンサ容量（１０
）値Ｃｇは式（１１，＋２１により表わされる。

Ｒｇ＝ρｘ　−（１） ここで、ρ：加工液の比抵抗率 Ｓ：電極対向面積 ｉ′極間距離 ｃｇ＝　ε篇　×　ε。　Ｘ　−＋２１ここで、ε、　
加工液の比誘電率 ε。・真空の誘電率 Ｓ　−電極対向面積 ２　、極間距離 油性放電加工機では、加工液として鉱油、ケロシン等の
絶縁液を用い、比抵抗率ρは１０１１〜ＩＯ＋２（Ω・
ｃｍ）程度である為、極間抵抗Ｒｇは電源内部抵抗値Ｒ
Ｏに比べて非常に大きく、極間（５）に電圧を印加して
から放電が発生する前の電圧ｃ以下、無負荷電圧と称す
）はｖｇ社ｅ（ｖ）となる。ところが、不燃性１′１１
電加工機では加工液は前述した如（導電性であり、極間
抵抗（９）の値Ｒｇによる影響が発生することになる。

比抵抗率ｐ（Ω・ｃｍ　）はイオン交換樹脂等で一定値
となる様に制御されるが、通常比抵抗率ρ＝１０°〜１
０５（Ω　ｃｍ）程度で使用されている。この極間抵抗
Ｒｇ（７）為無負荷電圧Ｖｇの定常値は式（３）の如く
となる。

ｇ ｖｇ゛Ｒｏ、Ｒｇｘｅ（３ 一方、不燃性放電加工機の比誘電率ε、は約８０（水の
比誘電率ε、＝８０）で、油性加工液（灯油の比誘電率
ε、＝２〜３）に比べて非常に太き（、式（２）に示し
た浮遊コンデンサ容ＭＣｇが油性加工液に比べて無視で
きない。従って、無負荷電圧Ｖｇの立ち上がりは、油性
放電加工機に比べ大きな遅れが生じる。時定数Ｔｒｖは
式（４）、（５１により表わされる。

式＋１＋、　＋２１　を代入して、 ζ 従って、第１０図に示す極間電圧電流波形かられかるよ
うに、無負荷中は電圧が立上った後は、定常電流Ｉｔ＋
が流れ、放電中は放電加工に寄与する放！電流Ｉ。と、
加工に寄与しない無効電流■、をｍ畳した電ン都Ｔ。が
流れる。

ＥＩ ｔ２ は式（６） （７） のように表わされる。

なお、（７）式においてＶａｒｃはアーク電圧であり、
約２０〜４０　（Ｖｌである。

又、電圧波形の立下りがなだらかになるのは、配線イン
ダクタンスＬが存在する為で、立下りの時定数Ｔｒａは
式（８）により表わされる。

さて、従来の不燃性放電加工機の電源は、第７図のよう
に構成されており、以下に第７図に基づき動作について
説明する。なお、第６図と同一の部分には同一符号を付
してその説明を省略する。

（１１）はＯＰアンプからなる電圧比較器で、その負端
子（反転入力端子）には極間（５）の電圧Ｖｇが入力さ
れ、正端子（非反転入力端子）には基準電圧設定器（１
２）からの基ｌ１ｌｌ！電圧Ｖ。３が入力されている。

（１３）は放電検出禁止時間帯発生器で、発振器（３）
と同期してパルス休止時間ＴＯＦＦに無負荷電圧印加時
より一定時間の放電検出禁止時間帯ＴＮを加えた時間帯
ＴＮ′を生成する。（１４）は論理積ゲートで上記電圧
比較器（１２）と放電検出禁止時間帯発生器（Ｉ３）の
阿出力の論理積から、放電検出信号を出力するようにな
っている。また、（１５）は信号反転器で、上記の信号
を反転させた信号（無負筒中信号）を出力する。論理積
ゲート（１４）及び信号反転器（１５）からの出力信号
は電源内部抵抗器（４）の値ＲＯを変化制御する制御装
置（１６）に入力され、無負荷中、放電中それぞれに適
した抵抗値に電源内部抵抗（４）を切換えるタイミング
信号として使用される。制御装置（１６）内では電源内
部抵抗器（４）の値Ｒｏを無負荷中は前述の式（３）を
変形した式（９）により求める。

ここで、ｅは直流電源の出力電圧であり、一般的には約
１００　ｍの一定電圧である。Ｖｇは極間（５）に放電
を起こすのに十分な電圧に設定する。式（９）かられか
るように、無負荷中の電源内部抵抗値ＲＯの計算式には
、極間（５）の浮遊コンデンサ容量Ｃｇに対する項が無
（、電圧の立上り特性は考慮していないことがわかる。

放電中の電源内部抵抗値Ｒ。

は式（１０）による放電電流工。が加工面粗さ、加工速
度に直結するので、 放電電流■。を決定し、Ｖａｒｃを経験値から設定して
やれば式（ｌＯ）を変形した式（１１）により求められ
る。

なお、式（９）〜（１１）における極間抵抗Ｒｇは直接
測定するなどして与えることができる。

第８図は第７図に示した回路図のタイミングチャートで
あり、この図に基づいて動作を説明する。

第８図ｆＡｌは極間電圧波形、第８図（Ｂ）は電圧比較
器（１１）の出力信号、第８図（Ｃ１は放電検出禁止時
間帯発生器（１３）の出力信号、第８図（Ｄｌは論理積
ゲート（１４）の出力信号、すなわち放電検出信号であ
る。第８図（Ｅ）は第８図ｆＤｌの信号の反転出力、す
なわちパルスの休止中を含む放電中以外の信号である。

第８図の極間電圧波形の内、■のモードは正常、Ｈのモ
ードは期間ＴＮ中に放電又は短絡が発生した場合である
。ここで、　ＩＩのモードは期間Ｔ、の終了時点で放電
したと見なされる。

基準電圧レベルＶＤＩは検出時間遅れＴｏを考慮すると
、できる限り高い方が良いが、高（するとＩＩのモード
が増加する。

又、期間Ｔ、はパルス巾の短い加工や、Ｉ［のモードを
考慮すると、できる限り短い方が良い。

第９図〜第１１図に電圧、電流波形の別の例を示す、第
１Ｏ図、第１１図は放電検出禁止時間帯Ｔ、を比較的長
（設定した場合であり、第９図は放電検出禁止時間帯Ｔ
、を比較的短く設定した場合であり、第９図、第１Ｏ図
は正常な放電波形、第１１図は放電検出禁止時間帯１°
、中に放電が発生してしまった場合の例である。第１Ｏ
図は理想に近い波形であるが、放電が開始してから放電
を検出する迄の検出遅れ時間Ｔ０の間にピーク値の高い
電流が流れる。これは、放電を検出する迄は検出後に比
べて電源内部抵抗Ｒｏが低いからである。第１１図は放
電が発生してから放電検出禁止時間帯Ｔ８が終了する迄
に大きな電流が流れてしまった例である。第９図は放電
検出禁止時間帯Ｔ、が短いため、電圧の立上げを早くす
る必要から放電検出する迄の電源内部抵抗値Ｒｏを第１
Ｏ図の場合に比べて小さくした例である。

これは、無負荷中の電源内部抵抗値Ｒ０がより小さいた
めに、無負荷電圧Ｖｇが高く、検出遅れ時間Ｔ。

も長くなった結果、放電が発生してから放電検出される
迄に大きな電流が流れてしまっている。

第９図、第１１図のような例では、オペレーターが意図
した以上のピーク値の高い放電電流が流れるため、細か
（均一な加工面が得られず、又、電極（５ａ）の消耗が
多くなるという不具合の原因となっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の放電加工用電源の制御方法は以上の様に行われて
いるので、放電電流の立ち上がり時に流れるピーク電流
によって良好な加工面性状が得られず、又、電極の消耗
が多くなる等の解決すべぎ課題があった。

この発明は上記の様な課題を解決する為になされたもの
で、良好な加工面性状が得られると共に電極の消耗の少
ない放電加工用電源の制御方法を得ることを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る放電加工用電源の制御方法は、電極と被
加工物間に形成される間隙に、第１の内部インピーダン
スを設定して電圧を印加した後、上記間隙の電圧が所定
の電圧になった時点で、上記第１の内部インピーダンス
を上記所定の電圧を保持する第２の内部インピーダンス
に切り換える様にしたものである。

［作用〕 この発明においては、電極と被加工物間に形成される間
隙に、第１の内部インピーダンスを設定して電圧を印加
した一後、上記間隙の電圧が所定の電圧になった時点で
、上記第１の内部インピーダンスを上記所定の電圧を保
持する第２の内部インピーダンスに切り換えて、放電電
流の立ち上がり時に発生するピーク電流を抑制する。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明による放電加工用電源の等価回路図を示す
もので、第７図と同一の部分には同一符号を付してその
説明を省略し、従来と異なる点について説明する。

この発明の実施例においては、符号（１４ａｌ　、　＋
ｌ５ＥＩ）で示す部分が新たに付加されたもので＝　　
（１４ａ）は論理積ゲートで放電検出信号りを信号反転
器（１５）で反転させた信号と、放電検出禁止時間帯発
生器（１３）からの信号の論理積から、１′ＩＩｊ、量
検出中の無負筒中信号Ｅ′を出力する。（１５ａ）は信
号反転器で。

放電検出禁止時間帯信号Ｃの信号を反転させた信号Ｆを
出力する。論理積ゲート（１４）、論理積ゲート（１４
ａ）　、信号反転器（１５ａ）からの出力信号は電源内
部抵抗器（４）の値Ｒｏを変化制御部する制御装置（１
６）に入力され、放電検出開始以前、放電検出中の無負
荷時間帯、放電中、それぞれに対応した抵抗（Ｃに電源
内部抵抗器（４）を切換えるためのタイミング信号とし
て使用される。制御装置（１６）内では、以下に示す方
法で各時間帯に対応した電源内部抵抗値Ｒｏを計算して
制御装置内部に制御データとして格納している。放電検
出中の無負荷時間帯に対応する電源内部抵抗値Ｒｏは、
従来例と同様式（９）により算出される。（この時の無
負荷電圧をＶＦＩＸとする）。同様に、放電中の電源内
部抵抗値Ｒｏは式（１１）により算出される。放電検出
開始以前における電源内部抵抗値ＲＯの設定は、電圧の
立上がりは式（４）、式（５）のような時定数で立上が
るので、放電検出禁止時間帯内で放電検出レベル以上に
確実に立上げるには、時定数Ｔｒｖが放電検出時間帯の
例えば約騒以下になるような電源内部抵抗値Ｒｏを設定
する。すなわち、式（４）　　式（５）を電源内部抵抗
値Ｒｏを求める式に変形すると、式ｆ１２１．　ｆ１３
１のようになる。

ここで、放電検出禁止時間帯をＴ９として、Ｔｒｖ　＝
Ｔ、／２とおくと、式（１２）は式（１４）に、式（１
３）は式（１５）に苔き換えられる。

従って、式（１４）または（１５）により電源内部抵抗
値Ｒｏを求めればよい。すなわち、極間（５）の浮遊コ
ンデンサ容量Ｃｇ及び抵抗Ｒｇが測定可能な場合は、放
電検出禁止時間を決めれば式（１４）により電源内部抵
抗値Ｒｏは求められる。また、Ｃｇ、　Ｒｇを測定する
手段を加工電源が持たない場合には、加工液の物性値ρ
、ε、と、電極対向面積Ｓ、経験的に知られている極間
距Ｎ２を代入すれば同様に電源内部抵抗値Ｒｏは求めら
れる。

以上の様にして制御装置（１６）は３種類の電源内部抵
抗値Ｒｏを求めてそのデータを内部に格納し、放電検出
開始以前、放電検出中の無負荷中、放電中それぞれのタ
イミングにて電源内部抵抗値Ｒｏを切換える。なお、抵
抗値Ｒｏのデータは加工中も絶えず計算され更新されて
いる。

第２図はこの発明の第１図による実施例のタイミングチ
ャートであり、この図について説明する。

第２図（Ａ）〜（Ｄ）は従来例にて述べた第８図（Ａ）
〜（ＤＪとほぼ同じである。（Ｅ′）は放電検出禁止時
間帯ＴＮ以後に発生した無負荷時間帯信号であり、この
間は従来例同様適正な無負荷電圧ＶＰＩＸが得られるよ
うな電源内部抵抗値Ｒｏに設定される。第２図（Ｆ）は
放電検出禁止時間帯信号の反転信号であり、この間の電
源内部抵抗値ＲＯは、極間電圧Ｖｇを放電検出禁止時間
ＴＨの局の時定数で立上げる為の電源内部抵抗値Ｒｏに
なっている。第３図及び第４図はこの発明により得られ
た極間電圧波形及び極間電流波形の例である。両図のよ
うに、放電検出禁止時間帯ＴＮを短く設定可能で、しか
も無負荷中の電源内部抵抗値ＲＯを必要以上に小さくす
る必要がないので、いずれの場合も放電開始時点の不要
なピーク電流が比較的小さくなる。また、放電検出禁止
時間帯ＴＮを短く設定可能なことから、パルス巾の短い
加工がより均一な電流パルス巾で加工可能となる。

なお、放電検出禁止時間帯Ｔ、中の電源内部抵抗値Ｒｏ
の計算は電圧の立上り時定数がＴＮ／２となる様な値を
求める計算例を示したが、ＴＨの終端での電圧が無負荷
電圧とちょうど等しくなる様な値を求めてもよいし、Ｔ
、４中に放電検出レベルに十分達するような他の計算式
を使用してもよい。

また、電源内部抵抗値Ｒｏを変化させる為に、抵抗値そ
のものを変化させるのではな（、第５図に示す様に複数
個のスイッチング素子群（２）と抵抗群（４）の直並列
回路構成とし１発振器と抵抗制御回路両方の機能を持っ
た制御回路（１６）によって、スイッチング素子群（２
）を駆動する方法としてもよい。

〔発明の効果〕

４゜ 以上の様に、この発明によれば電極と被加工物間に形成
される間隙に、第１の内部インピーダンスを設定して電
圧を印加した後、上記間隙の電圧が所定の電圧になった
時点で、上記第１の内部イ・ンビーダンスを上記所定の
電圧を保持する第２の内部インピーダンスに切り換える
様にしたので、放電電流の立ち上がり時に発生するピー
ク電流を抑制して、良好な面性状の加工が行えると共に
電極消耗の少ないものが得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による放電加工用電源の等
価回路図、第２図はこの発明の一実施例による第１図に
示した各部の動作を示、すタイミングチャート、第３図
及び第４図はこの発明の一実施例による極間電圧及び極
間電流を示す波形図、第５図はこの発明の他の実施例に
よる電源内部抵抗値の切り換えを示す回路図、第６図は
従来の放電加工用電源の等価回路図、第７図は第６図を
更に詳細に示した回路図、第８図は第７図に示した各部
の動作を示すタイミングチャート、第９図〜第１１図は
従来の極間電圧及び極間電流を示す波形図である。 図において、（４）はＴＬＢ内部抵抗器、（５）は間隙
、（５ａ）は電極、（５ｂ）は被加工物、（１６）は制
御装置である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電極と被加工物間に形成される間隙に、第１の内部イン
   ピーダンスを設定して電圧を印加した後、上記間隙の電
   圧が所定の電圧になった時点で、上記第１の内部インピ
   ーダンスを上記所定の電圧を保持する第２の内部インピ
   ーダンスに切り換えることを特徴とする放電加工用電源
   の制御方法。