JPS6014651B2 - 放電加工用電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、加工液を介して対向する電極と被加工物と
の間に形成される加工間隙に放電を行わせて、被加工物
の放電切削加工を行う放電加工用の電源菱鷹に関するも
ので、特に、ワイヤカット放電加工用の電源装置として
適しているものである。

以下、従釆から使用されているワイヤカット放電加工装
置の一例について、その構成および動作を図によって説
明する。

第１図において、１は被加工物、２はワイヤ電極、３は
タンク４に貯豚された加工液、５はこの加工液３を送給
するためのポンプ、６はこの加工液３をワイヤ電極２の
加工部２Ａと被加工物１との間に形成される加工間隙に
噴射するための／ズルである。

７はワイヤ電極２の供Ｖ給リール、８Ｂおよび８Ａは上
下で、上記ワイヤ電極２の加工部２Ａの位置を規定する
上部ワイヤガイドおよび下部ワイヤガイド、９はワイヤ
電極２へ放電加工用の電流を供給するための給電部、１
０はワイヤ電極２に適当なテンションを与えながら巻取
る巻取りールである。

１１は被加工物１を載せたテーブル、１２および１３は
テーブル１１を、Ｘ方向およびＹ方向にそれぞれ駆動す
るＸ軸駆動モータおよびＹ軸駆動モータである。

１４は一般に、倣い制御装置、Ｎ／Ｃ装置、鰭子計算機
などから成る、Ｘ軸駆動モータ１２およびＹ軸駆動モー
タ１３を制御する駆動制御装置で、この駆動制御装置１
４はテーブル１１を×−Ｙ方向に移動させて、ワイヤ電
極２の加工部２Ａが、被加工物１に対して所望な軌跡を
相対的に画くように、×軸駆動モータ１２とＹ軸駆動モ
ータ１３との制御を行うものである。

１５は給電部９を介してワイヤ電極２と被加工物１との
間に放電加工用の加工電流を供給する放電加工用電源装
置で、この電源装置１５は、放電用コンデンサ１８と、
この放電用コンデンサ１８を充電するための充電回路１
５Ａとから構成されている。

この充電回路１５Ａは、加工用エネルギーの供給源であ
る直流電源１６と、放電用コンデンサ１８の充電を制御
するスイッチング素子１７および充電電流制限抵抗１９
と、例えば、一定周期でスイッチング素子１７をＯＮ−
ＯＦＦさせるオシレーターなどから成る、スイッチング
素子１７の制御回路２０とで構成されている。

第２図はこの第１図に示すワイヤカット放電加工装置の
加工用電源装置１５および、被加工物１とワイヤ電極２
の加工部２Ａとが対向して形成した加工間隙とで構成さ
れるこのワイヤカット放電加工装置の主要部分の動作を
説明する図である。

放電用コンデンサー８は充電回路１５Ａのスイッチング
素子１ ７が○Ｎしている間、制限抵抗１９を介して充
電され、ｔ時間充電した後の放電用コンデンサー８の端
子間電圧Ｖｃは、直流電源１６の電圧をＥ、放電用コン
デンサー８の容量をＣ、制限抵抗１９の抵抗値をＲとす
るとｖＣ＝Ｅ（，‐ｅｘｐ‐点） ・・・・．・‘
１’なる曲線で示されるように充電されて行くはずであ
る。

ところが、ワイヤ電極２の加工部２Ａと被加工物１との
間に形成される加工間隙には、放電コンデンサー８の充
電中も、加工液３を通して漏洩電流が流れるので、第２
図に示すように、加工間隙に抵抗値ッの漏洩抵抗が接続
されたのと等価となり、この場合の放電用コンデンサ１
８の充電特性曲線は次式で示される。ＶＣ＝三７（１‐
ｅＸｐ賄ｔ），．．，．側ここで、漏洩抵抗の抵抗値ｙ
は、加工液３の比抵抗に関係しているほかに、加工によ
って生ずる加工くずの影響、加工条件、加工液３の流量
や流速などにも関連して常に変化をしており、上記■式
で示される放電用コンデンサ１８の端子間電圧Ｖｃの充
電特性曲線は、加工中常に変化しているのが実情である
。

このようにして充電された放電用コンデンサ１８から放
電間隙に放電を開始した時の、放電用コンデンサ１８の
端子間電圧Ｖｃを放電開始電圧Ｖｏとすると、この放電
開始電圧Ｖｏは、上記放電用コンデンサ１８の充電曲線
の変化に影響されて常に変化し、特に漏洩電流が少ない
時（漏洩抵抗値ｙが大の時）にはＶｃの上昇速度が速く
、その結果、放電開始電圧が異常に高くなることがあっ
た。

一方、放電開始電圧Ｖｏで放電間隙に放電が開始した時
に、放電用コンデンサ１８から放出するエネルギーＷは
、次式で示される。

ｗ＝よＶ。

２ ．．・‐‐・【３｝すなわち、放電間隙に
放電用コンデンサー８から放出される加工エネルギーは
、放電開始電圧Ｖ。

の自乗、Ｖ。２ に関連しており、放電開始電圧ＶＤを
高くすると、一回の放電における被加工物１の切削量は
多くなる反面、ワイヤ電極２の加工部２Ａの消耗量も同
様に多くなり、あまり放電開始電圧Ｖｏが高くなるとワ
イヤ電極２の加工部２Ａにおける、ワイヤ断線事故発生
の危険性があったしたがって、加工能率を上げる必要の
ある時には、直流電源１６の電圧Ｅを高く設定して、ワ
イヤ断線の限界に近いエネルギーを加工間隙に与えて、
高速度で加工を行うのが理想であるが、直流電源１６の
電圧Ｅの設定にあたっては、漏洩抵抗の抵抗値ｙの加工
中における変動を考慮して、最悪の条件においてもワイ
ヤ断線が発生しないように低目に設定しなければならな
いので、この結果、加工速度をあまり高速にすることが
出来ず、加工能率をあまり高くすることが出来ないと言
う欠点があった。

さらに、被加工物１の切削量は、加工間隙における放電
開始電圧Ｖｏの自棄、Ｖｏ２の関連しているので、加工
中に、この放電開始電圧Ｖ。

が大中に変動すると、加工藩中も同時に変化して加工精
度が悪くなるという欠点も合せて持っていた。これらの
欠点を除去するためには、放電開始電圧Ｖｏを、加工中
常に一定の値Ｖｓ以下に制限することが必要で、例えば
第３図に示すように放電用コンデンサ１８と並列に、そ
の端子間電圧Ｖｃが、所望な一定電圧Ｖｓ以上に上昇し
ないようにするための、電圧制限制御回路２１を接続す
る方法が提案されていた。第４図はこの電圧制限制御回
路２１の一の具体例で、複数個のゼナーダイオードＺＤ
，，ＺＤ２，ＺＤ３・・・・・・・・・・…・・ＺＤｎ
と直列に接続して、切換スイッチＳＷ，で必要個数のゼ
ナーダィオ−ド狐を選択して、由ｅ端子間のゼナー電圧
が、上記所望な一定電圧Ｖｓと等しくなるように設定す
ることが出釆るようにしたものである。この電圧制限制
御回路２１Ａが、放電用コンデンサ１８に並列に接続さ
れることにより、放電用コンデンサ１８の端子間電圧Ｖ
ｃが一定電圧Ｖｓに達するまでは、上記■式に示す曲線
にしたがって上昇するが、Ｖｃ＝Ｖｓとなると、その後
供給される充電電流は、放電用コンデンサ１８には充電
されず、電圧制限制御回路２１Ａのゼナーダィオード血
に流れて、端子間電圧Ｖｃは、Ｖｃ＝Ｖｓに保持される
。

したがって、放電用コンデンサ１８の端子間電圧Ｖｃは
常にＶｃミＶｓであり、放電開始電圧Ｖｏも常にＶｏミ
Ｖｓとなり、所望な一定電圧Ｖｓより高くなることはな
くなった。

第５図は上記電圧制限制御回路２１の８Ｕの具体例で、
由ｅ端子間に放電用コンデンサ１８より充分大きな容量
Ｃｏを持った第二のコンデンサ２２と逆流防止用整流素
子２３の直列体を接続し、スイッチＳＷ２の切換で出力
電圧が調整出来るトランス２６と整流器２５からなる、
出力電圧可調整の直流電源２４と、第二のコンデンサ２
２の放電抵抗２７とを、第二のコンデンサ２２に並列に
接続したものである。

したがって、この第二のコンデンサ２２は、常に上記出
力電圧可調整の直流電源２４によって、所望の一定電圧
Ｖｓに充電された状態にある。この電圧制限制御回路２
１Ｂが、放電用コンデンサ１８に並列に接続されること
により、放電用コンデンサ１８の端子間電圧Ｖｃが一定
電圧Ｖｓに達するまでは上記具体例と同様、その端子間
電圧Ｖｃは‘２〕式にしたがって上昇するが、Ｖｃ＝Ｖ
ｓに達してから、さらにｔ，時間後の端子間電圧Ｖｃは
、並列に容量Ｃｏの第二のコンデンサ２２が並列となる
のでＶＣ＝支きフ（Ｅ−ＶＳ）｛１−ｅＸＰＲｙＣ〜。

ｔ１｝十ＶＳ ‐‐‐‐‐‐｛４１こ
こで、Ｃ＋Ｃｏ》Ｃであるので、【４｝式の第１ 項
は支き７くＥ−ｖＳ）｛，−ｅＸｐ−Ｒく学為マｑ｝±
ｏ ……ｔ５１と見ることができる
。さらに、第二のコンデンサ２２は放電抵抗２７を介し
て常時放電をしているので、実用上はＶｃがＶｓに達し
た後は常にＶｃ＝Ｖｓ ……【６１
の関係を保持しているものと考えてもよい。

したがって、放電開始電圧は常にＶｏミＶｓであると見
ることが出来る。第６図は、第５図に示した電圧制限制
御回路２１Ｂの一部を改造したもので、由ｅ端子間に第
二のコンデンサ２２と逆流防止用整流素子２３との直列
体を接続し、上記第二のコンデンサ２２と並列に、この
第二のコンデンサ２２の放電回路としてＰＮＰ形トラン
ジスタ２８と抵抗２９との直列体を接続した上、ｅ端子
とトランジスタ２８のベース間には、出力電圧可調整の
直流電源２４から、所望な一定電圧Ｖｓが印加されてい
る。

この直流電源２４は定電圧直流電源３１の出力を可変抵
抗３０で分圧するように構成されているが、電圧可変の
トランスの出力を整流したものであっても使用出来る。
この電圧制限制御回路２１Ｃが、放電用コンデンサ１８
と並列に接続されると、加工開始時においては、放電用
コンデンサ１８、第二のコンデンサ２２共に充電回路１
５Ａによって充電される。

第二のコンデンサ２２は一度一定電圧Ｖｓまで充電され
ると、加工間隙に放電が開始しても、整流素子２３で第
二のコンデンサ２２から放電加工間隙への放電が阻止さ
れているので、この電圧Ｖｓを保持している。この状態
で、放電用コンデンサ１８が一定電圧Ｖｓまで充電され
、その充電電流は第二のコンデンサにも充電され、その
端子間電圧ＶｃはＶｃ〉Ｖｓとなるが、この時、トラン
ジスタ２８のェミツタ電圧Ｖ８はＶｚ＝Ｖｃであるので
、ベース電圧ＶＢより高くなるので、トランジスタ２８
はェミツタとコレクターの間が導通して、抵抗２９を介
して第二のコンデンサ２２および放電コンデンサ１８の
電荷は放電されるので、やはり、ＶｃミＶｓの関係が常
に保たれていると見ることが出来る。

したがって、この電圧制限制御回路２１Ｃを取付けるこ
とによっても、放電開始電圧Ｖｏは、常に一定電圧Ｖｓ
以下となる。ところが、このように電圧制限制御回路２
１を、バイアス回路として設けると、放電用コンデンサ
１８の端子間の電圧Ｖｃが、一定電圧Ｖｓに達した後は
、必要以上の充電電流が、電圧制限制御回路２１に流れ
、この電圧制限制御回路２１に流れる電流をら、この電
圧制限制御回路２２で消費される電力をＰｓとすると、
１３‘Ｐｓは次式で示される。

，３＝（Ｅ壱ＶＳ） ‐‐‐‐‐‐のＰＳ＝ら
‐ＶＳ＝（Ｅ一合）‐ＶＳ ……■ここで、一般に
使用される加工条件の一例としてＥ＝３００Ｖ、Ｖｓ＝
１５０Ｖ、Ｒ＝２００とすると、上記の式および■式か
らＰｗを求めた結果Ｐｓ＝１１２５Ｗ となり、この電力Ｐｓは無駄なエネルギーとして消費さ
れるだけでなく、その電力Ｐｓは熱となるので、装置各
部への影響をさげるために、その放熱もはからなければ
ならないと言う問題をも発生させる結果となった。

この発明は、上記従来の装置の欠点および問題点を除去
し、高性能でしかも高能率の放電加工を行うことが出来
ると共に、装置内で発生する電力の損失を減小させて、
高効率の放電加工用電源装置を得ることを目的としてな
されたものである。

以下、この発明の一実施例について図によって説明する
。この実施例は第６図に示す電圧制限制御回路２１Ｃに
おいて、放電用コンデンサ１８の端子間電圧Ｖｃが一定
電圧Ｖｓに達してから、充電回路１５Ａから供給される
、必要以上のエネルギーを充電回路１５Ａに還元しよう
とするもので、第７図にその回路構成図を示す。図中、
従来と同一の符号は、同一または相当部分を示すもので
、４０は第二のコンデンサ２２からトランジスタ２８を
介して放電される電流１３を入力とするトランスで、第
６図に示す抵抗２９に代って第二のコンデンサ２２から
放出される必要以上の充電エネルギーを吸収するための
ものである。

このトランス４０の出力電流１４は、整流器４１で整流
された上、充電回路１５Ａの直流電源１６および、この
回路の平滑用大容量コンデンサ４２に接続されており、
この放出された必要以上の充電エネルギーは、再び充電
回路１５Ａに還元される。しかし、このまま充電回路１
５Ａから放電用コンデンサ２２への充電を続けると、電
流１３‘ま同一方向に流れ続けるので、トランス４０の
鉄心は飽和してしまい、上記エネルギーの充電回路１５
Ａへの還元が出釆なくなってしまう。

したがって、充電回路１５Ａのスイッチング素子１ ７
のＯＮ−ＯＦＦを制御する制御回路２０は、上記トラン
ス４０の出力電圧を検出信号ｓｅｎｓとして入力され、
トランス４０に出力電圧が発生して、エネルギーの還元
が始まると、充電回路１５Ａのスイッチング素子１７を
ＯＦＦにして、放電用コンデンサ２２への充電を中止す
るように制御するものである。

第８図は、この充電回路１５Ａのスイッチング素子１７
のＯＮ−ＯＦＦ制御回路２０の一例を示す回路図である
。

充電回路１５Ａのスイッチング素子１７の駆動は、駆動
用トランジスタ４４と、抵抗４５と、スイッチング素子
１７のカットオフ用バイアス電源４６とによってなされ
ている。

すなわち、トランジスタ４４がＯＮの時、スイッチング
素子１ ７はＯＦＦ、トランジスタ４４がＯＦＦの時、
スイッチング素子１７はＯＮとなる。通常、トランジス
タ４４のベース入力は、ベース抵抗４７を介してオシレ
ータ４８に接続されている。

このオシレ−夕４８において、４９および５０は、高い
しきい値（スレツシユホールドレベル）を有する論理素
子から成るＮＡＮＤゲートで、この実施例においては、
このＮＡＮＤゲート４９および５０として、日本電気株
式会社製ＨＮＩＬＡＰＢ１２血を使用している。５１お
よび５２は、このオシレータ４８の発振周期を調整する
可変容量のコンデンサで、検出信号ｓｅｎｓが入力され
ていない時には、この可変容量のコンデンサ５１および
５２で設定された周期で、充電回路１５Ａのスイッチン
グ素子１７をＯＮ−ＯＦＦさせて、充電回路１５Ａによ
る放電用コンデンサ１８の充電が続けられている。

このようにして充電が続けられて、放電用コンデンサ１
８の端子間電圧Ｖｃに達すると、トランス４川こ入力側
に電流１２が流れ、その出力側に出力電圧が発生して、
充電回路１５Ａにエネルギーの還元が開始すると共に、
検出信号Ｓｅｎｓが制御回路２川こ入力される。

この検出信号Ｓｅ船は、トランジスタ４４のベースに、
ベース抵抗５３を介して入力され、このトランジスタ４
４はＯＮとなるので、充電回路１５Ａのスイッチング素
子１７はＯＦＦとなり充電を停止する。このようにして
、放電用コンデンサー８の充電が停止すると、電流１３
は流れなくなるので検出信号Ｓｅｎｓも発生しなくなり
、再び、充電回路１５Ａのスイッチング素子１７はオシ
レータ４６の出力に応答をしてＯＮ−ＯＦＦを繰返して
、放電用コンデンサ１８の充電を再開する。

以上説明したように、この実施例の放電加工用電源装置
は、放電用コンデンサー８の充電と停止を繰返して、そ
の端子間電圧Ｖｃは所定の一定値Ｖｓを越えることはな
く、しかも、余分な充電エネルギーは、再び充電回路１
５Ａに還元されて、再利用をすることが出来る。

また、充電回路１５Ａは、そのスイッチング素子１７の
ＯＮ−ＯＦＦを適当に制御することによって、充電電流
制限抵抗１９の代りに、リアクトル６０を使用して放電
用コンデンサ１８充電電流の制御を行うことも可能にな
った。

リアクトル６０を用いて放電用コンデンサ１８充電電流
を制御すると、電流制限抵抗１９による熱損失も無くす
ることが出釆、放電加工用電源装置から熱損失を発生す
る要素はほとんど無くなり、装置の効率をさらに向上さ
せることが可能となる。ここで、スイッチング素子１７
のコレクタ−側には、リアクトル６０を充電回路１５Ａ
の電流制御用に使用した場合には、スイッチング素子１
７をＯＦＦにした瞬間に発生する逆起電圧を還流させる
ために、ダィオーデ４３が取付けられて、異常電圧の発
生によるトラブルの発生を防止している。

この発明による放電加工用電源装置をワイヤカット放電
加工装置に使用すると、ワイヤカット放電加工の条件を
ワイヤ断線の発生する限界に近い加工速度に設定しても
、放電用コンデンサ１８の充電電圧が、所定な値Ｖｓ以
下に規制されているので、加工間隙における漏洩電流の
変化などにより影響で放電開始電圧Ｖｏが異常に上昇し
てワイヤ断線の発生する危険性がなく、加工速度を限界
値ぎりぎりまで上昇させることが出来、加工能率が大中
に上昇すると共に、放電開始電圧Ｖｏのばらつきを小さ
くすることが出来るので、加工精度も向上すると言う特
長をもたらすことが出来る。

また、この放電加工用電源装置はワイヤカット放電加工
装置のみならず、一般の放電加工装置の電源として使用
すると、異常に高い放電開始電圧が発生することがなく
、そのばらつきが少くなるので、放電開始電圧のばらつ
きにより発生する面粗度や、クリアランスの変化などの
問題点を解決することが出釆て、やはりこの場合も、加
工精度を向上させることが可能となった。以上説明した
ように、この発明による放電加工用電源装置は、電極と
被加工物との間に形成される加工間隙に放電を発生させ
る加工用コンデンサの端子間電圧を、所望の一定電圧に
制限することにより、この電源装置を使用すると、放電
加工の加工精度と加工効率を向上させることが出釆ると
共に、放電用コンデンサに充電回路から供給される必要
以上の充電電流によるエネルギーを、再び充電回路に還
元して再利用するように構成されているので、きわめて
効率のよい放電加工用の電源装置を提供することが出来
、省エネルギー効果が非常に高いもので、その経済的な
価値は高く評価されるべきものであると言うことが出来
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従釆のワイヤカット放電加工装置の一例の構成
を示す斜視図、第２図はその要部の動作を説明する図で
ある。 第３図は上記従釆の装置の改良例における要部の動作を
説明する図、第４図，第５図および第６図は、この改良
例に使用する電圧制限制御回路の、それぞれ別の回路図
である。第７図は、この発明の一実施例であるワイヤカ
ット放電加装置の要部の動作を説明する図、第８図は、
その充電回路のスイッチング素子のＯＮ−ＯＦＦ制御回
路の回路図である。図中、同一符号は同一または相当す
る部分を示し、１は被加工物、２はワイヤ電極、３は加
工液、１２は×軸駆動モータ、１３はＹ軸駆動モータ、
１５は電源装置である。 １５Ａは充電回路、１６は直流電源、１７は充電回路の
スイッチング素子、１８は放電用コンデンサ、１９は抵
抗、２川まスイッチング素子のＯＮ−ＯＦＦ制御回路、
２１は電圧制限制御回路、２２は第二のコンデンサ、２
４は出力電圧可調整の直流電源、２８はトランジスタを
示す。 ４０はトランス、４１は整流器、４２は平滑用コンデン
サ、４４はトランジス夕、４８はオシレータ、４９およ
び５ ０はＮＡＮＤゲート、５１および５２は可変容量
のコンデンサ、６０はリアクトルである。 第１図 第３図 第４図 第５図 第２図 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 加工液を介して、電極と被加工物との間に形成され
   る加工隙間に放電を行わせて被加工物を放電加工を行う
   、放電用コンデンサと、このコンデンサの充電回路とを
   備えた電源装置において、上記コンデンサの端子間電圧
   が所望な一定値以上になるのを阻止するように制御する
   回路と、上記コンデンサの必要以上の充電エネルギーを
   上記充電回路へ還元するための回路とを備えたことを特
   徴とする放電加工用電源装置。 ２ ワイヤカツト放電加工に使用することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の放電加工用電源装置。 ３ 充電回路は、コンデンサを充電する直流電源と、上
   記コンデンサへの充電を制御するスイツチング素子と、
   充電電流を制限するリアクトルとの直列体から成ること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   放電加工用電源装置。