JP5220036B2 - 放電加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、被加工物を放電により加工する放電加工装置に関するものであり、特に交互に印加される予備放電パルスと主放電パルスとからなる２種類の放電パルスを組み合わせて加工を行う放電加工装置に関するものである。

放電加工装置は、加工用電極と被加工物との間に電圧を印可してアーク放電を発生させることにより被加工物の加工を行う装置である。放電加工装置としては、加工用電極として金属の細いワイヤを用い、加工液中でワイヤ電極と被加工物との間に発生させたアーク放電を利用して加工するワイヤ放電加工装置等が存在する。

放電加工装置において、アーク放電を発生させるために電極と被加工物との間（以下、「極間」ともいう。）に加工パルスを印加する。この加工パルスは、インピーダンスの高い回路構成にて生成され放電を誘起、検出するための予備放電パルスと、インピーダンスの低い回路構成にて生成され放電を検出後に加工することを主目的として印加される主放電パルスとから構成される場合がある。例えば特許文献１には、予備放電パルスと主放電パルスとを組み合わせて放電加工を行う従来技術が開示されている。

特許文献１では、主放電パルス印加のための主放電電源である第１の直流電源と、予備放電パルス印加のためのそれぞれ予備放電電源である第２および第３の直流電源と、を含む回路において、第１のスイッチと第１の直流電源を直列に接続し、第１の直流電源の正極側を被加工物に、負極側を電極に接続した主放電回路と、第２のスイッチと第２の直流電源を直列に接続し、第２の直流電源の正極側を電極に、負極側を被加工物に接続した負極性の予備放電回路と、第３のスイッチと第３の直流電源を直列に接続し、第３の直流電源の正極側を被加工物に、負極側を電極に接続した正極性の予備放電回路と、を設けたワイヤ加工放電装置が記載されている。そして、正極性および負極性の予備放電回路を交互に閉じると共に、いずれの場合も第１のスイッチをオンすることにより極間を流れる正極性の放電電流に主放電回路による主放電電流を重畳させている。

この従来の放電加工装置では、予備放電パルスは第２の直流電源と第３の直流電源とを交互に使用して発生させ、ワイヤ電極と被加工物とに対して付与される極性が相互に入れ替わるようにしている。これは、加工液に水を用いる場合に電蝕を防止する効果がある。すなわち、直流で加工をする場合、極間電圧の平均値がゼロではなく極性を持つと、加工液を介して電界電流が流れ、被加工物表面が軟質化するが、第２の直流電源と第３の直流電源とを交互に使用することで、極間の平均電圧の絶対値をゼロの近づけることができ、これにより被加工物表面の軟質化を防止することができる。一方、アーク放電はカソードとアノードとで加工特性が異なることが知られている。すなわち、被加工物をカソードとして加工を行うか、またはアノードとして加工を行うかでは、加工特性が異なる。このため、加工に大きく寄与する主放電パルスは、被加工物を正極とし、ワイヤ電極を負極とする「正極性」のもとで発生される。なお、以下では、被加工物が正極、電極が負極になる極性を「正極性」と呼び、被加工物が負極、電極が正極になる極性を「逆極性（または負極性）」と呼ぶことにする。

特許文献１では、第２のスイッチをオンすることにより負極性の予備放電回路に電流が流れ、予備放電パルスが電極間に印加される。続いて、放電を検出した時刻にて第２のスイッチをオフし、第１のスイッチをオンすることで主放電回路に電流が流れ、主放電パルスが電極間に供給される。ここで、主放電パルスのパルス幅を期間ｔ２とする。続いて、主放電パルスを停止することで浮遊リアクトルに流れていた電流を回生すると同時に極間は消沈時間となる休止時間が設けられている。その後、第３のスイッチをオンすることで正極性の予備放電回路に電流が流れ、先とは異なる極性の予備放電パルスが極間に印加される。さらに放電を検出した時刻にて第３のスイッチをオフし、第１のスイッチをｔ２の期間オンすることで主放電パルスを極間に印加する。そして、このような動作を加工が終了するまで繰り返す。

加工は主に荒加工、中仕上げ加工、仕上げ加工、超仕上げ加工と順々にエネルギーを落として行われることが一般的である。つまり主放電パルスのパルス幅ｔ２は荒加工のときがもっとも広く、中仕上げ、仕上げになると順々に小さくなっていく。あるいはまた、仕上げ加工、超仕上げ加工になると主放電パルスは印加せず予備放電パルスのみで加工が行われる場合もある。

特許３４３６０１９号公報

特許文献１において、予備放電パルスの後に印加される主放電パルスは予備放電パルス印加時の極性に依らず同一パルス幅となる期間ｔ２だけオンされている。しかしながら、放電特性はカソードとアノードとで異なるために予備放電パルス印加時の放電もまた放電形態の異なるものと考えてよい。例えば被加工物がカソードとして働くときはカソードスポットを伴う径の細く、電流密度の高い形状、アノードとして働くときには径が広く電流密度の低い形状を伴う。そのため、予備放電パルス印加後の主放電パルスは正極性加工に統一されて入るものの、その初期においては予備放電パルス印加時の放電特性を引きずっていると考えることができる。特に仕上げ加工など主放電パルスの放電電流が小さくなると予備放電電流と加工電流（加工エネルギー）との差も小さくなる。したがって、予備放電時の放電状態の影響はそれだけ大きく残ると考えてよい。このように予備放電時の放電特性の相違が主放電パルス印加時に影響を及ぼす場合には、従来の加工方法を適用すると、最適な加工を行うことができないという問題点がある。

また、電極に付与される極性に依存してアーク放電特性が変化するのみならず、電極の材質に依存して放電開始電圧も変化する。つまり、電極の材質が異なる場合には放電開始電圧もまた異なると考えてよい。放電開始電圧の差は放電が開始するまでの時間の差である放電遅れ時間の差となってあらわれることになる。極間電圧は極間距離を把握するための重要な指標であるが、極間電圧に電極の材質に依存した差が生じると極間距離を精度よく保つことができない。そのためワイヤ断線や加工精度不良といった加工品質の低下につながる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、加工精度等が良質な品質の高い加工を実現するなど最適な加工を行うことが可能な放電加工装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる放電加工装置は、交互に極性を切り替えて出力される予備放電パルスと、この予備放電パルスによる放電を検出した後に続いて出力される主放電パルスとを、加工用電極と被加工物との間に印加して放電加工を行う放電加工装置において、前記予備放電パルスのうち前記被加工物を正極、前記加工用電極を負極として出力された正極性の予備放電パルスに続いて印加される主放電パルスと、前記予備放電パルスのうち前記被加工物を負極、前記加工用電極を正極として出力された逆極性の予備放電パルスに続いて印加される主放電パルスとに対して、前記各主放電パルスの電流波形形状を相互に異なるように設定して出力することを特徴とする。

この発明によれば、極性が交互に切り替わる予備放電パルスと、主放電パルスとの組み合わせにて加工を行う放電加工装置において、予備放電時の極性に応じて続いて印加される主放電パルスの電流波形形状を変化させ、各主放電パルスの電流波形形状を相互に異なるように設定することにより、放電特性に応じた最適な加工を行うことが可能となり、高精度な加工を行うことができる、という効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる放電加工装置の概略構成を示す図である。 図２は、制御部から出力されるスイッチング信号波形の一例ならびに、そのときの極間電圧波形および極間電流波形を示す図である。 図３は、正極性加工および逆極性加工の特徴を比較して示した図表である。 図４は、特許文献１に記載されているワイヤ放電加工装置の回路構成図である。 図５は、特許文献１に記載されているスイッチング信号波形を示す図である。

符号の説明

１ 放電加工装置
３ 電源部および放電加工部
４ 制御部
７ 第１の直流電源
８ 第２の直流電源
９ 第３の直流電源
１１ 被加工物
１２ 加工用電極
３０ 加工パラメータ
３１ 動作識別処理部
３２ 上位コントローラ
１０１ 電極
１０２ 被加工物
１０３ 第１のスイッチ
１０４ 第１の直流電源
１０５ 通電チップ
１０６ サージ電圧吸収回路
１０７，１２４，１２５，１２６ ダイオード
１０８ 第２のスイッチ
１０９ 第２の直流電源
１１０，１１４，１２２ 抵抗
１１２ コンデンサ
１１３ インダクタンス
１１５ 制御回路
１１６，１１７，１２３ 駆動回路
１２０ 第３のスイッチ
１２１ 第３の直流電源
１２７，１２８ 信号線

以下に、本発明にかかる放電加工装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態

図１は、本発明の実施の形態にかかる放電加工装置の概略構成を示す図であり、電源部を中心として示した機能ブロック図である。図１において、放電加工装置１は、電源部および放電加工部３と、制御部４と、を備えている。

電源部および放電加工部３は電源部を有しており、この電源部は詳細には予備放電電源５（サブ電源とも呼ぶ。）と主放電電源６（メイン電源とも呼ぶ。）とからなる。そして、予備放電電源５（サブ電源とも呼ぶ。）および主放電電源６は、それぞれ後述する予備放電パルスおよび主放電パルスを、被加工物１１と加工用電極である電極１２とからなる電極間（すなわち、極間）に印加している。またこれらのタイミングは制御部４において制御されている。

より詳細に説明すると、まず、予備放電電源５は、直流電源である第１の電源７と、直流電源である第２の電源８と、ＦＥＴなどのスイッチング素子であるＳＷ１，ＳＷ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４と、電流制限抵抗Ｒ１，Ｒ２と、を備えて構成される。

第１の電源７の＋（プラス）端子はダイオードＤ１のアノードと接続され、−（マイナス）端子は第２の電源８の＋端子と接続される。ダイオードＤ１のカソードはスイッチング素子ＳＷ１のドレインに接続され、スイッチング素子ＳＷ１のソースは電流制限抵抗Ｒ１と接続される。同様に、電流制限抵抗Ｒ２はダイオードＤ２のアノードと接続され、ダイオードＤ２のカソードはスイッチング素子ＳＷ２のドレインと接続される。また、スイッチング素子ＳＷ２のソースは第２の電源８の−端子と接続される。さらに、第２の電源の−端子はダイオードＤ３のアノードと接続され、ダイオードＤ３のカソード側は電流制限抵抗Ｒ１と接続される。同様に、電流制限抵抗Ｒ２とダイオードＤ４のアノードとが接続され、ダイオードＤ４のカソードと第１の電源７の＋端子とが接続される。

第１の電源７の−端子と第２の電源の＋端子とを接続する接続点は、電極１２に接続されている。また、電流制限抵抗Ｒ１のスイッチング素子ＳＷ１と接続されていない側の端部は被加工物１１に接続され、さらに、電流制限抵抗Ｒ２のダイオードＤ２と接続されていない側の端部も被加工物１１に接続される。

第１の電源７はスイッチング素子ＳＷ１を介して被加工物１１、電極１２に正極性となる予備放電パルスＡを印加し、第２の電源８はスイッチング素子ＳＷ２を介して被加工物１１、電極１２に逆極性となる予備放電パルスＢを印加する。このとき第１の電源７と第２の電源８とは別電源であることから予備放電パルスＡと予備放電パルスＢの電圧設定は任意に調整することが可能である。

また、電流制限抵抗Ｒ１、電流制限抵抗Ｒ２は、それぞれ予備放電パルスＡ、予備放電パルスＢの印加時に電流が流れるものであるから、それぞれを別の値に設計することによりこれらの電流量を調整することもできる。

一方、主放電電源６は、直流電源である第３の電源９と、スイッチング素子ＳＷ３、ＳＷ４と、ダイオードＤ５、Ｄ６とを備えて構成されている。スイッチング素子ＳＷ３のドレインは第３の電源９の＋端子と接続される。スイッチング素子ＳＷ３のソースはダイオードＤ５のカソードと接続され、この接続点は被加工物１１に接続される。スイッチング素子ＳＷ４のソースは第３の電源の−端子と接続されている。スイッチング素子ＳＷ４のドレインはダイオードＤ６のアノードと接続され、この接続点が電極１２に接続される。このような構成とすることで主放電電源６からスイッチング素子ＳＷ３,ＳＷ４のオン−オフにより正極性となる主放電パルスが出力されることになる。

一方、放電加工装置１の外部には、加工パラメータ３０および動作識別処理部３１を備えた上位コントローラ３２が設けられている。加工パラメータ３０には、加工動作や加工条件などを示す情報が含まれており、動作識別処理部３１は、加工パラメータ３０の情報に基づき、放電加工を行う際に必要な制御情報（以下「加工情報」という。）を識別して制御部４に伝達する。ここで、この制御情報とは、例えば、加工速度、面粗さ、電極消耗、真直度等の何れを重視するかといった情報などが含まれている。

制御部４は、動作識別処理部３１から出力される加工情報を用いて被加工物１１と加工用電極１２との間に印加すべき加工パワーを決定するとともに、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４をスイッチング制御するためのパルス信号におけるパルス幅（パルス印加時間）、パルス休止幅（パルス休止時間）、および相互の組み合わせパターンを決定する。スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４は、制御部４から出力されるスイッチング信号に基づいて制御され、被加工物１１と加工用電極１２との間には所望の極間電圧、極間電流が任意の波形タイミングで供給される。

図２は、制御部４から出力されるスイッチング信号波形の一例ならびに、そのときの極間電圧波形および極間電流波形を示す図である。より詳細に説明すると、同図（ａ）乃至（ｄ）はそれぞれスイッチング素子ＳＷ１乃至スイッチング素子ＳＷ４に印加されるスイッチング信号を示している。

時刻ｔ０にてスイッチング素子ＳＷ１をオンすると第１の電源７→ダイオードＤ１→スイッチング素子ＳＷ１→電流制限抵抗Ｒ１→被加工物１１→電極１２→第１の電源７、の経路で電流が流れ、予備放電パルスが極間に出力される。このときの予備放電パルスは、被加工物１１が正極、電極１２が負極となる正極性の予備放電パルスであり、後述の逆極性の予備放電パルスと区別して、予備放電パルスＡと呼ぶことにする。被加工物１１と電極１２とが絶縁状態（非放電状態）である場合は、正極性の予備放電パルスＡは電圧パルスとなって極間に現われる。時刻ｔ０〜ｔ１間の予備放電パルスＡは、その極間電圧の電圧値がＶ１となるように設定されている。

時刻ｔ１にて放電を検出すると、スイッチング素子ＳＷ１をオフすると同時にスイッチング素子ＳＷ３、及びスイッチング素子ＳＷ４をオンする。なお、放電の検出は例えば電流検出器（図示せず）を電源部および放電加工部３に設け、放電開始に伴う電流を検出することで検出することができる。これにより第３の電源９→スイッチング素子ＳＷ３→被加工物１１→電極１２→スイッチング素子ＳＷ４→第３の電源９の経路で電流が流れ、主放電パルスが極間に出力される。なお、予備放電パルスＡにより放電が誘起し、予備放電パルスＡに続いて印加される主放電パルスを主放電パルスＡと呼ぶことにする。主放電パルスＡの印加中、時刻ｔ２でスイッチング素子ＳＷ３をオフすると浮遊のインダクタンス成分により被加工物１１、電極１２に流れていた電流は、被加工物１１→電極１２→スイッチング素子ＳＷ４→ダイオードＤ５→被加工物１１の経路で還流する。さらに時刻ｔ３の直前にてスイッチング素子ＳＷ４もオフすることで被加工物１１→電極１２→ダイオードＤ６→第３の電源９→ダイオードＤ５→被加工物１１、の経路で電流は電源側に回生される。なお、同図中の極間電流波形に示すように、主放電パルスＡは期間Ｔ１印加されている。

時刻ｔ３から休止期間Ｓ１を隔てた時刻ｔ４にてスイッチング素子ＳＷ２がオンとなる。これにより第２の電源８→電極１２→被加工物１１→電流制限抵抗Ｒ２→ダイオードＤ２→スイッチング素子ＳＷ２→第２の電源８、の経路で電流が流れ、予備放電パルスＢが極間に出力される。被加工物１１と電極１２とが絶縁状態（非放電状態）である場合は、逆極性の予備放電パルスＢは電圧パルスとなって極間に現われる。時刻ｔ４〜ｔ５間の予備放電パルスＢは、その極間電圧の電圧値がＶ２となるように設定されている。なお、Ｖ２は前述のＶ１と独立、すなわち、一般に異なる値に設定することができる。

続いて、時刻ｔ５にて放電を検出すると、スイッチング素子ＳＷ２をオフすると同時にスイッチング素子ＳＷ３、及びスイッチング素子ＳＷ４をオンする。これにより主放電パルスＡと同様に極間には電流が流れ始める。なお、予備放電パルスＢにより放電が誘起し、この予備放電パルスＢに続いて印加される主放電パルスを主放電パルスＢと呼ぶことにする。同図中の極間電流波形に示すように、主放電パルスＢは期間Ｔ２印加されている。

主放電パルスＢでは還流期間を設けていない。これにより時刻ｔ６でスイッチング素子ＳＷ３、スイッチング素子ＳＷ４を同時にオフしている。極間に流れていた電流は、被加工物１１→電極１２→ダイオードＤ６→第３の電源９→ダイオード５→被加工物１１、の経路で電源側に回生され、時刻ｔ５〜ｔ７間（期間Ｔ２）において極間電流波形として略三角波形状を得る。

時刻ｔ７から休止時間Ｓ２を隔てた時刻ｔ８において、スイッチング素子ＳＷ１をオンとすることで予備放電パルスＡが印加され、一連の動作が繰り返されることになる。なお、Ｓ２は前述のＳ１と独立に設定することができる。

上述のごとく、主放電パルスの印加による主放電電流は、電流回生の時間がある分だけ、スイッチング素子ＳＷ３,ＳＷ４をオフしてもしばらくの間は流れ続けている。これにより休止時間Ｓ１、Ｓ２は制御タイミングとしては主放電電流停止のためにスイッチング素子ＳＷ３,ＳＷ４が同時にオフとなる瞬間から次の予備放電パルス印加までの時間となるが、本質的（物理的）には主放電電流が終了してから（すなわち、ゼロになってから）次の予備放電パルスが印加されるまでの時間を指す（同図中、Ｓ１，Ｓ２の期間を参照）。ここでは主放電パルスＡによる主放電電流（主放電電流Ａ）が終了してから予備放電パルスＢが印加するまでの時間を休止時間Ｓ１、主放電パルスＢによる主放電電流（主放電電流Ｂ）が終了してから予備放電パルスＡが印加するまでの時間を休止時間Ｓ２としている。

また予備放電パルスＡを発生させるための第１の電源７と予備放電パルスＢを発生させるための第２の電源８は独立であり、したがって、予備放電パルスＡは電圧値Ｖ１に、予備放電パルスＢは電圧値Ｖ２に設定されている。

なお、本実施の形態では主放電パルスＡを還流波形、主放電パルスＢを三角波形としたがこの形状および電流ピーク値は任意であり、一例である。

ここで予備放電パルスＡ、予備放電パルスＢ、主放電パルスＡ、主放電パルスＢ、及び休止時間Ｓ１、Ｓ２が持つ意味について説明する。

図３は、正極性加工および逆極性加工の特徴を比較して示した図表である。同図において、“○”の意味は“△”よりも優れていることを意味し、逆に“△”の意味は“○”よりも劣っていることを意味している。同図から分かるように、加工速度、電極消耗（ワイヤ断線）、あるいは真直度を重視した加工を行うには正極性加工を行うことが好ましい条件となり、一方、面粗さを重視した加工を行うには逆極性加工を行うことが好ましい条件となる。通常の主放電電源は高速性を追求しているため正極性で加工が行われる。予備放電電源もまた高速性のためには正極性のみで加工を行うことが望ましいが、加工液に水を用いる場合には単極性のみで加工すると電触が起きることが知られている。そこで、加工に補助的な役割をもつ予備放電電源を用いて極間の平均電圧が０Ｖになるように交流波形を印加し、調整するのが一般的である。

正極性と逆極性とで加工特性が異なるのはアノードとカソードとで放電の広がり方が違うためと考えられている。すなわち電流密度の差が異なることが加工状態の差を生んでいるといえる。主放電パルスは予備放電パルスよりも一般的に電流値が大きく、加工に与える影響は大きい。すなわち加工全体としては正極性加工の効果が主としてあらわれることになる。しかし、主放電パルスの加工エネルギー（電荷量、電流ピーク値、印加電圧、電流パルス幅などで決定される）が小さい加工（例えば仕上げ加工や細線加工）の場合は予備放電電流の影響は相対的に大きくなる。つまり、加工速度、真直性、電極消耗（ワイヤ断線）、面粗さといった上記の加工特性は予備放電パルスの印加状況に応じて変化し、正極性の場合は上述のごとく加工速度、電極消耗（ワイヤ断線）、真直度の優位に働くし、逆極性の場合は面粗さ向上に優位に働く。

さらにまた、正極性である主放電パルスの電流もその直前の予備放電パルスの特性により影響を受ける。例えば予備放電パルスが正極性であり、主放電パルスも正極性となる、主放電パルスＡの場合は、予備放電により決定される電極表面の形状（電流密度）がそのまま主放電パルスへとつながるため、いわば予備放電自体が主放電パルス同様の特性と扱ってよいといえる。しかし、予備放電パルスが逆極性、主放電パルスが正極性となる主放電パルスＢの場合は、逆極性のときの電極表面の形状から正極性のときの電極表面の形状へと移り変わっていくため、主放電パルスＢの印加初期は予備放電パルスＢの逆極性の特性を引きずっていると考えてよい。

さらに放電は、一回一回は独立ではあるものの、その前の放電の影響を受けやすい。逆極性である予備放電パルスＢの印加前に正極性の予備放電パルスＡ及び主放電パルスＡが印加されていると、その後の休止時間Ｓ１が十分でない場合は同一箇所で放電が誘発されやすく、さらにまた正極性のときの電極表面の形状を引きずるため本来の逆極性の特質を生かすことができない。

これらのことから正極性、逆極性の特性を十分に加工に生かすためには、単に主放電パルスを正極性とするだけでなく、（１）予備放電パルス自体の放電特性を十分に生かし、（２）予備放電パルスの後に印加される主放電パルスも予備放電パルスの特性に応じて変化させ、（３）主放電パルスの後に印加される予備放電パルスの特性を生かすために主放電パルスと予備放電パルスとの間の休止時間を適正にする、ことが望ましいといえる。

＜正極性加工の能力を十分に生かす場合＞
逆極性として働くのは予備放電パルスＢのみであり、予備放電パルスＡ、主放電パルスＡ、主放電パルスＢは正極性であるから、予備放電パルスＢ及びその前後のパラメータを変化させることで正極性加工の能力を十分に生かすことができる。（１）予備放電パルスＢにより放電する放電電流と予備放電パルスＡにより放電する放電電流とでは、予備放電パルスＢにより放電する放電電流を小さくするように設計する。例えば、電流制限抵抗Ｒ２を電流制限抵抗Ｒ１より大きくしてもよいし、第１の電源７の電源電圧Ｖ１を第２の電源８の電源電圧Ｖ２より高く設定しても良い。ただし、電源電圧を高くする場合は後述の放電開始電圧の影響も考慮する必要がある。（２）主放電パルスＢの放電初期は逆極性の影響を受けやすい。そのため正極性の特性を生かすためには主放電パルスＡよりも電流ピーク値を大きく、電荷量を大きくするなど放電エネルギーを大きく設定することが望ましい。すなわち、主放電パルスＡと主放電パルスＢとに対して、例えば主放電パルスＢの電流ピーク値をより大きくし、電流波形形状を相互に異なるものとしている。あるいは、投入エネルギーは主放電パルスＡの印加により稼げるとすれば、逆極性の影響を受けている主放電パルスＢは極端にエネルギーを小さくしてしまってもよい。ただし、これは加工材質やワイヤ径、板厚など加工環境に依存するためどのように設計するかは一義的には決められない。（３）休止時間Ｓ１を小さくすることで正極性加工の主放電パルスＡの影響を予備放電パルスＢに及ぼすことができる。つまり逆極性の特性を小さくすることができる。なお、休止時間の定量的な長さもまた加工環境に応じて変化するため一義的に決められるものではないが、少なくとも休止時間Ｓ２よりも休止時間Ｓ１の方が短く設定することが望ましい。

＜逆極性加工の能力を十分に生かす場合＞
上記とは逆に予備放電パルスＡ及びその後の主放電パルスＡの寄与が大きくなるようにパラメータを変化させることで逆極性加工の能力を十分に生かすことができる。（１）予備放電パルスＢにより放電する放電電流は予備放電パルスＡにより放電する放電電流よりも大きく設計する。例えば、電流制限抵抗Ｒ２を電流制限抵抗Ｒ１より小さくしてもよいし、第１の電源７の電源電圧Ｖ１を第２の電源８の電源電圧Ｖ２より低く設定しても良い。ただし、前述と同様に後述の放電開始電圧の影響を受けることも考慮する必要がある。（２）主放電パルスＢの放電初期は逆極性の影響を受けていることから主放電パルスＢの電流ピーク値を低くすることが望ましい。さらに、加工エネルギーを確保したい場合には還流波形を用いることで放電初期の逆極性の電極表面の形状に近い状況のまま加工エネルギーを増やすことも可能となる。（３）正極性加工とは逆に休止時間Ｓ１は休止時間Ｓ２よりも長く設定することが望ましい。これにより、正極性の主放電パルスが逆極性の予備放電パルスＢに及ぼす影響を抑制することができる。

ただし、上記制御は一例であり、休止時間や加工材質に応じてそれぞれの特性も異なることから、どのような制御を行うことが望ましいかは場合による。

本実施の形態によれば、正極性、逆極性の２つの予備放電パルスを交互に切り替えて放電加工を行う場合において、各予備放電パルスに続いて印加する主放電パルスのそれぞれの印加形態を異ならせることで、より良い加工を行うことができる。すなわち、予備放電パルスの極性に応じて主放電パルスの電流波形形状を変化させ、それらを相互に異なるように設定することで、放電特性に合わせて加工電流形状を最適化し、高精度な加工を行うことができる。上述のように、電流波形形状を予備放電パルスの極性に応じて変化させるには、例えば電荷量を変化させ放電特性に応じて投入エネルギーを変化させる場合や、電流ピーク値を変化させる場合などがある。

また、予備放電電流自体の大きさを異ならせることで正極性、逆極性の特性をより顕著に反映させ、最適な加工を行うことができる。

さらにまた、主放電パルスをオフした後から予備放電パルス印加までの休止時間を適正にすることで予備放電パルスが持つ正極性、逆極性のそれぞれの特性をよりよく引き出すことができる。すなわち、休止時間Ｓ１とＳ２とを相互に異なる値に設定するなど、放電特性に応じて休止時間を設定することにより高精度な加工を行うことができる。

なお、放電特性に応じて変化させる上記パラメータはそれぞれ独立であり、必ずしもすべてを満たすように組み合わせる必要は無い。例えば、電流制限抵抗Ｒ２を電流制限抵抗Ｒ１より小さく（逆極性の影響が大きい）設定しつつも休止時間Ｓ１を休止時間Ｓ２よりも短く（正極性の影響が大きい）設定しても良い。

次に放電開始電圧の特性について述べる。

予備放電パルスの本来の目的は放電を誘起することにある。正極性、逆極性の特性とは加工中、すなわち放電開始後に流れる放電電流の特性であり、放電のきっかけとなる絶縁破壊の現象とは異なる。放電開始の瞬間もまたカソードとアノードとで特性が異なることから最適値が存在することになる。放電ギャップはワイヤや加工の挙動により変化し、数十ｍｓ〜数百ｍｓのオーダで変動するが、数μｓ〜数十μｓのオーダで印加される放電間隔から鑑みればほとんど変動していないと考えてよい。このとき材質により放電開始電圧が異なるときには、予備放電パルスＡと予備放電パルスＢの電圧Ｖ１、Ｖ２がそれぞれ同じであれば放電開始までの時間（放電遅れ時間）が異なることになる。

例えばワイヤ電極が放電しやすい物質であり、カソードとして働く正極性の場合（予備放電パルスＡ）について図２をもとに説明する。Ｖ１＝Ｖ２とすれば、予備放電パルスＡを印加し、放電を検出して停止するまでの時間（ｔ１−ｔ０）は予備放電パルスＢの印加時間（ｔ５−ｔ４）に比べて短くなりやすい。逆に言えば予備放電パルスＢの印加時間が不必要に長くなっていることになる。これは、放電周波数の低下につながるため、加工速度が低下していることになる。加工効率を適正に保つ場合には放電遅れ時間が予備放電パルスＢも予備放電パルスＡもおよそ一定であることが望ましく、この分だけ印加電圧を異ならせる必要がある。上記の場合であれば、予備放電パルスＢの放電遅れ時間を短くするべくＶ２＞Ｖ１となるように設定すればよい。

このように同一放電確率となる放電電圧を選定することで加工ギャップが安定し、放電効率は向上し、加工速度の向上が図れる。

なお、Ｖ１とＶ２との関係は材質により異なるため一概には言えないが、工作物に対してワイヤ電極は比較的自由に選定できることからワイヤ電極を放電特性のよい（放電開始電圧の低い）材質を選び、上述のごとくＶ２＞Ｖ１と設計するほうがよいといえる。放電開始電圧の低い材質とは例えばＺｎなどである。

＜従来の技術の問題点＞
図４は、特許文献１に記載されているワイヤ放電加工装置の回路構成図であり、図５は、特許文献１に記載されているスイッチング信号波形を示す図である。図４に示すように、従来のワイヤ放電加工装置は、電極１０１、被加工物１０２、第１のスイッチ１０３、第１の直流電源１０４、通電チップ１０５、サージ電圧吸収回路１０６、ダイオード１０７、第２のスイッチ１０８、第２の直流電源１０９、抵抗１１０、コンデンサ１１２、インダクタンス１１３、抵抗１１４、制御回路１１５、駆動回路１１６、１１７、第３のスイッチ１２０、第３の直流電源１２１、抵抗１２２、駆動回路１２３、ダイオード１２４、１２５、１２６、および信号線１２７、１２８、を備えている。

図４において、第２の直流電源１０９および第３の直流電源１２１は予備放電パルス印加の為の予備放電電源であり、第１の直流電源１０４は主放電パルス印加のための主放電電源である。この従来のワイヤ放電加工装置では、加工液に水を用いているために電蝕防止として第２の直流電源１０９と第３の直流電源１２１とを交互に印加して加工極性を替えて予備放電パルスを発生させる。一方、加工に大きく寄与する主放電パルスは被加工物１０２を正極とし、電極１０１を負極とする正極性加工のもとで発生させる。

図５において、スイッチ１０８をオンすることにより第２の直流電源１０９−電極１０１−被加工物１０２−ダイオード１２５−スイッチ１０８−第２の直流電源１０９のループで電流が流れ、予備放電パルスが電極間に印加される。放電を検出した期間ｔ１後にてスイッチ１０８をオフし、スイッチ１０３をオンすることで第１の電源１０４−被加工物１０２−電極１０１−ダイオード１２４−スイッチ１０３−第１の電源１０４のループで主放電パルスが供給される（期間ｔ２）。続いて、期間ｔ３では主放電パルスを停止することで浮遊リアクトルに流れていた電流を回生すると同時に極間は消沈時間となる休止時間が設けられている。その後、スイッチ１２０をオンすることで第３の直流電源１２１−被加工物１０２−電極１０１−ダイオード１２６−スイッチ１２０−第３に直流電源１２１のループで電流が流れ、先とは異なる極性の予備放電パルスが極性に印加される。さらに放電を検出した期間ｔ１後にてスイッチ１２０をオンし、スイッチ１０３をｔ２の期間オンすることで主放電パルスを極間に印加する。

特許文献１においては、予備放電パルスの後に印加される主放電パルスは極性に寄らず同一パルス幅となる期間ｔ２だけオンされている。しかしながら、放電特性はカソードとアノードとで異なるために予備放電パルス印加時の放電もまた放電形態の異なるものと考えてよい。例えばカソードとして働くときはカソードスポットを伴う径の細く、電流密度の高い形状、アノードとして働くときには径が広く電流密度の低い形状を伴う。予備放電パルス印加後の主放電パルスは正極性加工に統一されて入るものの、その初期においては予備放電パルス印加時の放電特性を引きずっていると考えることができる。特に仕上げ加工など主放電パルスの放電電流が小さくなると予備放電電流と加工電流（加工エネルギー）の差も小さくなる。予備放電時の放電状態の影響はそれだけ大きく残ると考えてよい。従来の放電加工装置では、予備放電時の極性によらずに主放電パルスを同じように印加しているので、正極性加工または逆極性加工の能力を十分に生かした高精度の加工を行うことが困難であるという問題点が存在する。本実施の形態は、このような従来の技術の問題点を解消するものである。

以上のように、本発明にかかる放電加工装置は、高速、低消耗、高面精度、高真直精度など、必要に応じて最適な方法を選ぶことにより高精度で高機能な加工を行うことができる発明として有用である。

Claims (4)

1. 交互に極性を切り替えて出力される予備放電パルスと、この予備放電パルスによる放電を検出した後に続いて出力される主放電パルスとを、加工用電極と被加工物との間に印加して放電加工を行う放電加工装置において、
   前記被加工物を正極、前記加工用電極を負極として出力された正極性の第１の予備放電パルスに続いて印加され前記被加工物を正極、前記加工用電極を負極として出力される正極性の第１の主放電パルスと、
   この第１の主放電パルスの印加後に前記被加工物を負極、前記加工用電極を正極として出力された逆極性の第２の予備放電パルスに続いて印加され前記被加工物を正極、前記加工用電極を負極として出力される正極性の第２の主放電パルスとに対して、
   前記第２の主放電パルスにより出力される電荷量を前記第１の主放電パルスにより出力される電荷量よりも大きくし、または、前記第２の主放電パルスにより出力される電荷量を前記第１の主放電パルスにより出力される電荷量よりも小さくしたことを特徴とする放電加工装置。
2. 交互に極性を切り替えて出力される予備放電パルスと、この予備放電パルスによる放電を検出した後に続いて出力される主放電パルスとを、加工用電極と被加工物との間に印加して放電加工を行う放電加工装置において、
   前記被加工物を正極、前記加工用電極を負極として出力された正極性の第１の予備放電パルスに続いて印加され前記被加工物を正極、前記加工用電極を負極として出力される正極性の第１の主放電パルスと、
   この第１の主放電パルスの印加後に前記被加工物を負極、前記加工用電極を正極として出力された逆極性の第２の予備放電パルスに続いて印加され前記被加工物を正極、前記加工用電極を負極として出力される正極性の第２の主放電パルスとに対して、
   前記第２の主放電パルスの電流ピーク値を前記第１の主放電パルスの電流ピーク値よりも大きくし、または、前記第２の主放電パルスの電流ピーク値を前記第１の主放電パルスの電流ピーク値よりも小さくしたことを特徴とする放電加工装置。
3. 交互に極性を切り替えて出力される予備放電パルスと、この予備放電パルスによる放電を検出した後に続いて出力される主放電パルスとを、加工用電極と被加工物との間に印加して放電加工を行う放電加工装置において、
   前記主放電パルスの印加後に休止時間を設けて加工を行う場合に、
   前記被加工物を正極、前記加工用電極を負極として出力された正極性の予備放電パルスの印加後に設けられた休止時間と、
   前記被加工物を負極、前記加工用電極を正極として出力された逆極性の予備放電パルスの印加後に設けられた休止時間とを、
   相互に異なるように設定したことを特徴とする放電加工装置。
4. 交互に極性を切り替えて出力される予備放電パルスと、この予備放電パルスによる放電を検出した後に続いて出力される主放電パルスとを、加工用電極と被加工物との間に印加して放電加工を行う放電加工装置において、
   前記被加工物を正極、前記加工用電極を負極として出力された正極性の第１の予備放電パルスに続いて印加され前記被加工物を正極、前記加工用電極を負極として出力される正極性の第１の主放電パルスと、
   この第１の主放電パルスの印加後に前記被加工物を負極、前記加工用電極を正極として出力された逆極性の第２の予備放電パルスに続いて印加され前記被加工物を正極、前記加工用電極を負極として出力される正極性の第２の主放電パルスとに対して、
   前記第２の予備放電パルスによる放電電流を前記第１の予備放電パルスによる放電電流よりも小さくし、または、前記第２の予備放電パルスによる放電電流を前記第１の予備放電パルスによる放電電流よりも大きくしたことを特徴とする放電加工装置。

Images