CN112912193B - 放电加工机的电源装置 - Google Patents

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Abstract

放电加工机的电源装置(1)具备：电流供给部(11)，对极间(4)供给脉冲状的电流；以及电流再生部(12)，使该电流再生。电流供给部(11)具有直流电源(21)、第1开关元件(22)和第2开关元件(23)。电流再生部(11)具有：电容器(31)，配置于第1连接点(42)与第2连接点(41)之间，该第1连接点(42)在电极(3)与第1开关元件(22)之间，该第2连接点(41)在工件(2)与第2开关元件(23)之间；以及第3开关元件(32)，配置于第3连接点(43)与第4连接点(44)之间，该第3连接点(43)在第1连接点(42)与直流电源(21)之间，该第4连接点(44)在第2连接点(41)与电容器(31)之间，在从电流的再生开始时到电流的值变为零为止的期间，该第3开关元件(32)被接通，缩短再生电流的下降时间。

Description

放电加工机的电源装置
技术领域
本发明涉及放电加工机的电源装置。
背景技术
在对工件进行放电加工(例如雕模放电加工)的放电加工机中，使用了对极间供给脉冲状的电流的电源装置，该极间由设有预先决定的间隙而相互对置的工件及电极构成。被放电加工机加工的工件的加工时间是根据从升高电流到电流开始下降为止的电流供给时间、从电流开始下降时到电流的值变为零为止的电流下降时间以及从降低电流而电流的值变为零的时间点到再次升高电流的时间点为止的电流暂停时间来决定的。以往提出了如下放电加工机的电源装置：为了缩短工件的加工时间，以使电流下降时间尽量变短的方式使电流再生(例如专利文献1)。
当在放电加工机的电源装置中使电流再生的情况下，能够由极间、与极间并联连接的直流电源、在直流电源与极间之间配置的开关以及在开关与极间之间配置的线缆来形成电流供给路径，能够由极间、为了消耗能量而与极间并联连接的再生电阻以及在再生电阻与极间之间配置的线缆来形成电流再生路径。
在该情况下，根据工件的加工条件设定来对开关进行接通/断开控制，当在开关被接通期间在极间产生介电击穿时，电流流过电流供给路径，在开关切换为断开的瞬间，电流开始下降，在电流下降时间中电流在电流再生路径中再生。
在将在电流再生路径中再生的电流(以下称为“再生电流”)的值设为Ir、将流过电流供给路径的电流的峰值电流值设为IP、将再生电阻的值设为Rr、将线缆的电感值设为Lc、将从电流开始下降起的经过时间设为t的情况下，再生电流Ir如下式表示的那样以指数减少。据此，电流下降时间根据电阻、电极间等的状态而变化。
[数学式1]
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7-116923号公报
发明内容
发明所要解决的技术课题
当为了在放电加工机的电源装置中使电流再生而形成具有再生电阻的电流再生路径的情况下，如上述那样在电流下降时间中电流以指数减少，因此电流下降时间难以缩短，其结果是工件的加工时间难以缩短。
另外，如上述那样在电流下降时间中电流以指数减少的情况下，随着再生电阻的电阻值变大，电流下降时间变短。然而，在为了使电流下降时间变短而使再生电阻的电阻值变大的情况下，具有如下的不便：在再生电流流过电流再生路径的期间产生的发热量与电阻电路的电阻值成比例地增大。
虽然能够通过使电流暂停时间尽量变短来缩短工件的加工时间，但是在未充分确保电流暂停时间的情况下，在从电流开始下降到电流的值变为零之前，有可能电流再次升高从而工件的加工精度降低。
本发明的目的在于提供如下放电加工机的电源装置：能够不产生发热量的增大以及工件的加工精度降低而通过迅速使电流下降来缩短工件的加工时间。
用于解决技术课题的技术方案
本发明的放电加工机的电源装置具备：电流供给部，为了对工件进行放电加工而对极间供给脉冲状的电流，该极间由设有预先决定的间隙而相互对置的工件及电极构成；以及电流再生部，使该电流再生，其中，电流供给部具有：第1直流电源，为了对极间施加用于生成电流的第1电压而与极间并联连接；第1开关元件，配置于电极与第1直流电源的第1极的一侧之间，在对极间施加第1电压期间被接通；以及第2开关元件，配置于工件与第1直流电源的第2极的一侧，在对极间施加第1电压期间被接通，电流再生部具有：电容性元件，配置于第1连接点与第2连接点之间，该第1连接点在电极与第1开关元件之间，该第2连接点在工件与第2开关元件之间；以及第3开关元件，配置于第3连接点与第4连接点之间，为了将电容性元件的电压维持于高于第1电压的预先设定的第2电压，当在电流再生过程中电容性元件的电压超过第2电压时，该第3开关元件被接通，该第3连接点在第1连接点与第1直流电源的第1侧之间，该第4连接点在第2连接点与电容性元件的一侧之间。
根据本发明，从电流的再生开始时到电流的值变为零为止的期间、即在再生电流流过包括电流再生部以及极间的电流再生路径期间，电容性元件的电压被维持于第2电压，该第2电压高于由用于生成电流的第1直流电源施加于极间的第1电压。据此，在电流下降时间中，电流与第2电压成比例而线性地减少。因此与使用再生电阻在电流下降时间中使电流以指数减少的情况相比，能够缩短与电流再生时间对应的电流下降时间，其结果是能够缩短工件的加工时间。
另外，根据本发明，由于不使用再生电阻，因此在再生电流流过电流再生部期间不产生由再生电阻导致的发热。因此与使用再生电阻的情况相比，能够使电流下降时间中的发热量减少。而且，由于使再生的电流返回至加工电源侧，因此能效高。
进而，根据本发明，由于与使用再生电阻在电流下降时间中使电流以指数减少的情况相比，能够缩短电流下降时间，因此能够在充分确保电流暂停时间的同时缩短工件的加工时间。因此不会由于无法充分确保电流暂停时间而产生工件的加工精度降低。
优选地，本发明的放电加工机的电源装置还具备第2直流电源，该第2直流电源为了对电容性元件施加第1电压与第2电压之间的大小的第3电压而与电容性元件并联连接。据此，在从电流的再生开始时到电流的值变为零为止的期间、即在再生电流流过包括电流再生部以及极间的电流再生路径期间，电容性元件的电压能够容易地达到第2电压，该第2电压高于为了生成电流而由第1直流电源施加于极间的第1电压。
优选地，电流再生部还具有第1整流元件和第2整流元件中的至少一方，该第1整流元件具有连接于电容性元件的一侧的第1极以及连接于第2连接点的第2极，该第2整流元件具有连接于第1连接点的第1极以及连接于电容性元件的另一侧的第2极。据此，能够良好地进行再生电流从电流再生部向极间的供给和从极间向电流再生部的供给中的至少一方。
优选地，本发明的放电加工机的电源装置还具备电感性元件，该电感性元件配置于电极与第1开关元件之间。据此，能够在缩短工件的加工时间的同时减少电流的纹波。
附图说明
图1为示出本发明的一个实施方式的放电加工机的电源装置的电路的图。
图2为用于说明图1的放电加工机的电源装置的工作的时序图。
附图标记
1：放电加工机的电源装置；2：工件；3：电极；4：极间；5：线缆；11：电流供给部；12：电流再生部；13、21：直流电源；14、33、34：二极管；15：线圈；22、23、32：NMOS晶体管；31：电容器
具体实施方式
参照附图详细说明本发明的放电加工机的电源装置的实施方式。
图1为示出本发明的一个实施方式的放电加工机的电源装置的电路的图。在图1中，放电加工机的电源装置1具备：电流供给部11，为了对浸没于加工槽中的放电加工液(均未图示)的工件2进行放电加工，经由线缆5对由设有预先决定的间隙而相互对置的工件2及电极3构成的极间4供给脉冲状的电流；以及电流再生部12，使该电流再生。
电流供给部11具有直流电源21、NMOS晶体管22和NMOS晶体管23。
直流电源21为了向极间4施加用于生成电流的电压Vs1而与极间4并联连接。直流电源21为第1直流电源的一例。施加于极间4的脉冲状电压Vs1为第1电压的一例，例如为75～160V，具有1KHz左右至几十KHz的频率。
NMOS晶体管22配置于电极3与直流电源21的正极侧之间。NMOS晶体管23配置于工件2与直流电源21的负极侧之间。NMOS晶体管22为第1开关元件的一例。NMOS晶体管23为第2开关元件的一例。直流电源21的正极侧为第1直流电源的第1极的一侧的一例。直流电源21的负极侧为第1直流电源的第2极的一侧的一例。
NMOS晶体管22及NMOS晶体管23基于用于使NMOS晶体管22及NMOS晶体管23接通/断开的脉冲信号S1，在直流电源21对极间4施加电压Vs1期间被接通。自动地或基于与由操作员用NC装置6设定的工件2的加工条件设定对应的脉冲发生条件，由脉冲发生电路7产生脉冲信号S1。工件2的加工条件设定是与工件2的材质、电极3的材质、工件2的加工形状等关联地决定的。脉冲发生条件包括脉冲串的脉冲接通/断开时间、脉冲串的脉冲数、脉冲暂停时间等。
电流再生部12具有电容器31、NMOS晶体管32、二极管33和二极管34。
电容器31的一侧连接于二极管33的阴极，二极管33的阳极连接于工件2与NMOS晶体管23之间的连接点41。电容器31的另一侧连接于二极管34的阳极，二极管34的阴极连接于电极3与NMOS晶体管22之间的连接点42。电容器31为电容性元件的一例。二极管33为第1整流元件的一例。二极管34为第2整流元件的一例。二极管33的阴极为第1整流元件的第1极的一例。二极管33的阳极为第1整流元件的第2极的一例。二极管34的阴极为第2整流元件的第1极的一例。二极管34的阳极为第2整流元件的第2极的一例。连接点42为第1连接点的一例。连接点41为第2连接点的一例。
NMOS晶体管32配置于连接点43与连接点44之间，该连接点43在连接点42与直流电源21的正极侧之间，该连接点44在连接点41与电容器31的一侧之间。NMOS晶体管32为第3开关元件的一例。连接点43为第3连接点的一例。连接点44为第4连接点的一例。
在本实施方式中，基于用于使NMOS晶体管32接通/断开的脉冲信号S2，为了将电容器31的电压Vo维持于高于电压Vs1的预先设定的电压Vc，NMOS晶体管32在电流下降时间内在电容器31的电压Vo超过电压Vc期间的时间被接通。电压Vc为第2电压的一例。基于用比较运算器9对电容器31的电压Vo与电压Vc相比较的结果，由脉冲发生电路8产生脉冲信号S2。
在本实施方式中，放电加工机的电源装置1还具备直流电源13、二极管14和线圈15。
直流电源13为了对电容器31施加电压Vs1与电压Vc之间的大小的电压Vs2而与电容器31并联连接，通过使开关(未图示)接通而被启动。直流电源13为第2直流电源的一例。电压Vs2为第3电压的一例。直流电源13的正极侧经由二极管14连接于连接点45，直流电源13的负极侧连接于电容器31的另一侧与二极管34的阳极之间的连接点46。另外，连接点46连接于直流电源21的负极侧与NMOS晶体管23之间的连接点47。将电压Vc设定为略高于电压Vs2的值。例如，将电压Vc设为电压Vs2的1.1倍。
二极管14是为了防止逆流而设置的，具有：阴极，连接于二极管33的阴极及电容器31的一侧；以及阳极，连接于直流电源13的正极侧。为了减少电流的纹波而将线圈15配置于连接点42与线缆5之间。线圈15为电感性元件的一例。
如虚线Is所示，在NMOS晶体管22及NMOS晶体管23被接通期间由于在极间4产生了介电击穿而产生的电流从电流供给部11流过线圈15、线缆5及极间4后再次返回至电流供给部11。
如虚线Ir所示，在从NMOS晶体管22及NMOS晶体管23刚刚从接通切换为断开之后到电流的值变为零为止的期间在电流再生部12再生的电流(再生电流)从电流再生部12流过线圈15、线缆5及极间4后再次返回至电流再生部12。
图2为用于说明图1的放电加工机的电源装置的工作的时序图。在图2的时序图中，对如下情况进行说明：为了加工工件2，重复N次持续期间D1的由直流电源21对极间4施加电压Vs1以及接着其后的持续期间D2的停止由直流电源21对极间4施加电压。
当为了进行电容器31的初始充电而在开始加工工件2之前的时刻t1启动直流电源13时，在时刻t2电容器31的两端间的电压达到Vs2。
当在开始加工工件2的时刻t3时NMOS晶体管22及NMOS晶体管23响应于脉冲信号S1从断开切换为接通时，由直流电源21对极间4施加电压Vs1，在时刻t4在极间4产生介电击穿，由介电击穿产生的电流在时刻t5达到作为目标电流值的峰值电流IP。在从在极间4产生了介电击穿的时刻t4到与期间D1结束时对应的时刻t6，如虚线Is所示，电流从电流供给部11流过线圈15、线缆5及极间4后再次返回至电流供给部11。
在时刻t6时MOS晶体管22及NMOS晶体管23响应于脉冲信号S1从接通切换为断开。据此，当NMOS晶体管23的两端间的电压上升而NMOS晶体管23的两端间的电压超过了电容器31的电压Vo时，如虚线Ir所示，再生电流从电流再生部12流过线圈15、线缆5及极间4后再次返回至电流再生部12。再生电流与将电容器31的电压Vo除以线缆5的电感值及线圈15的电感值之和得到的值成比例而线性地减少。
由于再生电流和线缆5的电感及线圈15的电感，电容器31的两端间的电压Vo变得大于电压Vc。为了将电容器31的两端间的电压Vo维持于电压Vc，在时刻t6时NMOS晶体管32响应于脉冲信号S2从断开切换为接通，经由NMOS晶体管32将蓄积于电容器31的电荷放出至直流电源21的正极侧。如上述那样，由于将电压Vc设为略高于电压Vs2的值，因此能够使直流电源13的容量尽可能变小。
在时刻t7时在极间4产生的电流的值达到零并且NMOS晶体管32响应于脉冲信号S2从接通切换为断开。在图2中，时刻t4与时刻t6之间的时间与电流供给时间对应，时刻t6与时刻t7之间的时间与电流下降时间对应，时刻t7与期间D2结束的时刻t8之间的时间与电流暂停时间对应。
在从时刻t8到时刻t9之间，重复N－1次持续期间D1的由直流电源21对极间4施加电压Vs1以及接着其后的持续期间D2的停止由直流电源21对极间4施加电压。
根据本实施方式，从电流的再生开始时到电流的值变为零为止的期间、即在再生电流流过包括电流再生部12、线圈15、线缆5及极间4的电流再生路径期间，电容器31的电压被维持于电压Vc，该电压Vc高于为了生成电流而由直流电源21施加于极间4的电压Vs1。据此，在电流下降时间中电流与电压Vc成比例而线性地减少。因此与使用再生电阻在电流下降时间中使电流以指数减少的情况相比，能够缩短与电流再生时间对应的电流下降时间，其结果是能够缩短工件2的加工时间。
另外，根据本实施方式，没有使用再生电阻，因此在再生电流流过电流再生部12期间，不产生由再生电阻导致的发热。因此与使用再生电阻的情况相比，能够使电流下降时间中的发热量减少。而且，由于使再生的电流返回至加工电源侧，因此能效高。
另外，根据本实施方式，由于与使用再生电阻在电流下降时间中使电流以指数减少的情况相比，能够缩短电流下降时间，因此能够在充分确保电流暂停时间的同时缩短工件2的加工时间。因此不会由于无法充分确保电流暂停时间而产生工件2的加工精度降低。
另外，根据本实施方式，具备直流电源13，从而从电流的再生开始时到电流的值变为零为止的期间、即在再生电流流过包括电流再生部12、线圈15、线缆5及极间4的电流再生路径期间，电容器31的电压能够容易地达到电压Vc，该电压Vc高于为了生成电流而由直流电源21施加于极间4的电压Vs1。
另外，根据本实施方式，电流再生部12具有二极管33及二极管34，从而能够良好地进行再生电流从电流再生部12向极间4的供给和再生电流从极间4向电流再生部12的供给。
进而，根据本实施方式，还具备线圈15，从而能够在缩短工件2的加工时间的同时减少电流的纹波。
本发明不限于上述实施方式，能够进行大量的变更及变形。例如，可以省略直流电源13、二极管14以及线圈15中的至少一个。另外，也可以省略电流再生部12的二极管33和二极管34中的至少一方。而且，也可以使用PMOS晶体管等作为开关元件。

Claims (4)

1.一种放电加工机的电源装置，具备：
电流供给部，为了对工件进行放电加工而对极间供给脉冲状的电流，该极间由设有预先决定的间隙而相互对置的工件及电极构成；以及
电流再生部，使该电流再生，
其中，所述电流供给部具有：
第1直流电源，为了对极间施加用于生成所述电流的第1电压而与极间并联连接；
第1开关元件，配置于电极与所述第1直流电源的第1极的一侧之间，在对极间施加所述第1电压期间被接通；以及
第2开关元件，配置于工件与所述第1直流电源的第2极的一侧，在对极间施加所述第1电压期间被接通，
所述电流再生部具有：
电容性元件，配置于第1连接点与第2连接点之间，该第1连接点在电极与所述第1开关元件之间，该第2连接点在工件与所述第2开关元件之间；以及
第3开关元件，配置于第3连接点与第4连接点之间，为了将所述电容性元件的电压维持于高于所述第1电压的预先设定的第2电压，当在所述电流的再生过程中所述电容性元件的电压超过所述第2电压时，该第3开关元件被接通，该第3连接点在所述第1连接点与所述第1直流电源的第1侧之间，该第4连接点在所述第2连接点与所述电容性元件的一侧之间。
2.根据权利要求1所述的放电加工机的电源装置，其中，
还具备第2直流电源，该第2直流电源为了向所述电容性元件施加所述第1电压与所述第2电压之间的大小的第3电压而与所述电容性元件并联连接。
3.根据权利要求1所述的放电加工机的电源装置，其中，
所述电流再生部还具有第1整流元件和第2整流元件中的至少一方，该第1整流元件具有连接于所述电容性元件的一侧的阴极以及连接于所述第2连接点的阳极，该第2整流元件具有连接于所述第1连接点的阴极以及连接于所述电容性元件的另一侧的阳极。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的放电加工机的电源装置，其中，
还具备电感性元件，该电感性元件配置于电极与所述第1开关元件之间。
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