JP5409964B1

JP5409964B1 - ワイヤ放電加工装置

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Publication number: JP5409964B1
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Authority: JP
Inventors: 祐飛佐々木
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Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2014-02-05
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Abstract

本発明は、予備放電と主放電とを繰り返して放電加工を行うワイヤ放電加工装置において、休止期間中に第３の直流パルス電圧を印加し、その後の予備放電を短時間に誘発できるようにすることによって、放電周波数を増加させ、加工速度を向上させたものである。
第１のインピーダンスに調整されたパルス電圧発生部から第１の直流パルス電圧を極間に印加し、予備放電が前記検出部により検出された場合、前記極間に主放電が発生するように前記第１のインピーダンスより低い第２のインピーダンスに調整された前記パルス電圧発生部から第２の直流パルス電圧を前記極間に印加し、主放電が完了してから次の予備放電が開始するまでの休止期間中に前記第１のインピーダンスより高い第３のインピーダンスに調整された前記パルス電圧発生部から放電アーク電圧以上である第３の直流パルス電圧を前記極間に印加するように、制御部がスイッチング部のオン・オフ動作を制御する。

Description

本発明は、ワイヤ放電加工装置に関する。

特許文献１には、放電加工装置において、加工間隙に印加した加工パルス１つ１つに対してその初期にチェックパルスにより間隙状態を検出することが記載されている。具体的には、チェックパルス発生回路は、スイッチのオン開始信号が出力されてから極間電圧が放電するに充分足る電圧となる時間だけ遅延させた後に、チェックパルスを発生させる。間隙状態判別回路は、チェックパルスの発生期間だけ、加工間隙の検出電圧を基準電圧と比較し、持続アーク放電・短絡の異常発生の有無を判別する。これにより、特許文献１によれば、持続アーク放電・短絡の異常が発生した場合にこれらを除去し、その後短時間に正常放電を発生させるので、正常放電の頻度を高くでき、加工速度を大きくすることができるとされている。

特許文献２には、放電加工装置において、パルス電圧印加の休止時間中のみに交流電圧を極間に印加し、極間に存在する絶縁性加工液の絶縁度を検出することが記載されている。これにより、特許文献２によれば、放電集中の要因でない電界金属イオンによる絶縁度劣化を検出せずに真の放電集中要因を検出し、この検出結果を基準値と比較して極間の異常判別を行い、異常と判別されたときに極間の状態を回復させるように制御するので、加工速度を低下させないとされている。

特許文献３には、放電加工装置において、荒加工電源を通電して加工電圧を負荷部に印加して切断加工を行う荒加工と、高周波仕上電源を通電して加工電圧を負荷部に印加して面仕上げ加工を行う仕上げ加工との間に休止期間を設けることが記載されている。これにより、特許文献３によれば、加工電極間のインピーダンスが休止期間に回復した後に加工電極間に電圧を印加できるようになり、効率よく加工を行うことができるとされている。

特開昭６１−２９３７１７号公報特開昭６２−２８７９１７号公報特開２００１−１５７９２１号公報

一方、予備放電と主放電とを繰り返して加工を継続するワイヤ放電加工では、主放電用のパルス電圧と予備放電用のパルス電圧との間には、主放電用パルス電圧によるアーク電流が減衰し極間の絶縁を回復させるための休止期間が設けられる。この休止期間を十分に取らなければ主放電用パルス電圧によるアーク電流が減衰しきる前に予備放電用パルス電圧を印加することになり、アーク電流が途切れることなく流れる可能性がある。そのため、休止期間を十分な長さで設ける必要がある。

特許文献１には、予備放電に関連した記載が一切なく、予備放電と主放電とを繰り返して放電加工を行う際の加工速度をどのように向上させるのかについても一切記載がない。

また、特許文献１に記載の技術では、極間電圧が放電するに充分足る電圧となってから放電状態の検出のみのためにチェックパルスを発生させており、チェックパルス自体が放電を誘起するものではないと考えられ、放電周波数を向上させることが困難であり、加工速度を向上させることが困難である。

特許文献２には、予備放電に関連した記載が一切なく、予備放電と主放電とを繰り返して放電加工を行う際の加工速度をどのように向上させるのかについても一切記載がない。

また、特許文献２に記載の技術では、パルス電圧印加の休止時間中に絶縁性加工液の絶縁度の検出のみのために交流電圧を極間に印加しており、交流電圧自体が放電を誘起するものではないと考えられ、放電周波数を向上させることが困難であり、加工速度を向上させることが困難である。

特許文献３には、予備放電に関連した記載が一切なく、予備放電と主放電とを繰り返して放電加工を行う際の加工速度をどのように向上させるのかについても一切記載がない。

また、特許文献３に記載の技術では、休止期間において加工電極間に電圧を印加しないことが前提になっており、放電周波数を向上させることが困難であり、加工速度を向上させることが困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、予備放電と主放電とを繰り返して放電加工を行う際の加工速度を向上できるワイヤ放電加工装置を得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、本発明の１つの側面にかかるワイヤ放電加工装置は、複数の電源を有し、ワイヤ電極と被加工物との極間に印加すべき直流パルス電圧を発生するパルス電圧発生部と、前記複数の電源から電源を選択して前記パルス電圧発生部のインピーダンスを調整し、選択された電源から前記極間への電圧の印加をオン・オフするスイッチング部と、前記極間における放電状態を検出する検出部と、第１のインピーダンスに調整された前記パルス電圧発生部から第１の直流パルス電圧を前記極間に印加し、前記第１の直流パルス電圧が前記極間に印加された後に予備放電が前記検出部により検出された場合、前記極間に主放電が発生するように前記第１のインピーダンスより低い第２のインピーダンスに調整された前記パルス電圧発生部から第２の直流パルス電圧を前記極間に印加し、前記第２の直流パルス電圧が完了してから次の前記第１の直流パルス電圧が開始するまでの休止期間中に前記第１のインピーダンスより高い第３のインピーダンスに調整された前記パルス電圧発生部から放電アーク電圧以上である第３の直流パルス電圧を前記極間に印加するように、前記スイッチング部のオン・オフ動作を制御する制御部とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、休止期間中における第３の直流パルス電圧の印加により第１の直流パルス電圧を印加する前に極間をアーク電位以上に充電することができ、あるいは第３の直流パルス電圧により発生する微弱放電によって極間の状態を安定に保つことができるので、その後に第１の直流パルス電圧による予備放電を短時間に誘発でき、放電周波数を増加させることができる。この結果、予備放電と主放電とを繰り返して放電加工を行う際の加工速度を向上できる。

図１は、実施の形態１にかかる放電加工装置の構成を示す図である。図２は、実施の形態１にかかる放電加工装置の動作を示す図である。図３は、実施の形態２にかかる放電加工装置の構成を示す図である。図４は、実施の形態２にかかる放電加工装置の動作を示す図である。

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１．
実施の形態１にかかるワイヤ放電加工装置１について図１を用いて説明する。図１は、ワイヤ放電加工装置１の構成を示す図である。

ワイヤ放電加工装置１は、ワイヤ電極Ｅと被加工物Ｗとの極間ＧＰでアーク放電を発生させることにより、被加工物Ｗを加工（例えば、溶融切断）する。

具体的には、ワイヤ放電加工装置１は、予備放電用の第１の直流パルス電圧Ｖ１を極間ＧＰに印加してアーク放電が発生したら、第１の直流パルス電圧Ｖ１とは別の主放電用の第２の直流パルス電圧Ｖ２を極間ＧＰに印加してアーク放電を成長させて短パルスで高ピークのアーク電流を作り出し、そのとき発生した熱により被加工物Ｗを加工（例えば、溶融切断）する。すなわち、ワイヤ放電加工装置１は、予備放電と主放電とを交互に繰り返して加工を継続する。

このとき、主放電用の第２の直流パルス電圧Ｖ２と予備放電用の第１の直流パルス電圧Ｖ１との間には、主放電用の第２の直流パルス電圧Ｖ２によるアーク電流が減衰し極間ＧＰの絶縁を回復させるための期間が必要となる。以下では、この主放電用の第２の直流パルス電圧Ｖ２が完了してから次の第１の直流パルス電圧Ｖ１が開始するまでの期間を休止期間Ｔｉｄと呼ぶことにする。

この休止期間Ｔｉｄを十分に取らなければ主放電用の第２の直流パルス電圧Ｖ２によるアーク電流が減衰しきる前に予備放電用の第１の直流パルス電圧Ｖ１を印加することになり、アーク電流が途切れることなく流れる可能性がある。加工速度という観点ではアーク電流を流し続けて、発生する熱量を増やし被加工物Ｗの溶融を多くすることが有効であるが、同時にワイヤ電極Ｅも溶融して摩耗しており、熱量が大きすぎるとワイヤ電極Ｅが断線してしまい、逆に加工効率が低下してしまう。そのため、休止期間を十分な長さで設ける必要がある。

仮に、休止期間Ｔｉｄ中に一切放電を行わないものとすると、休止期間Ｔｉｄを十分な長さで設けた場合、放電周波数を向上させることが困難になり、加工速度を向上させることが困難になる。

それに対して、本実施の形態では、休止期間Ｔｉｄ中に、ワイヤ電極Ｅが断線しない程度にアーク電流（極間ＧＰの電流）のパワーを抑えながらアーク電流を流す回数を増やすような制御を行い、微弱な放電を発生させることで、放電周波数を上げて加工速度を上げることを目指す。

具体的には、ワイヤ放電加工装置１は、ワイヤ電極Ｅ、被加工物Ｗ、パルス電圧発生部１０、スイッチング部２０、検出部３０、及び制御部４０を備える。

パルス電圧発生部１０は、ワイヤ電極Ｅと被加工物Ｗとの極間ＧＰに印加すべき直流パルス電圧を発生する。パルス電圧発生部１０は、複数の電源を有し、複数の電源のうちどの電源が選択されるかに応じてインピーダンスが調整可能に構成されている。

例えば、パルス電圧発生部１０は、第１の電源１１、第２の電源１２、及び第３の電源１３を有する。第１の電源１１は、第１のインピーダンスを有する。例えば、第１の電源１１は、直流電源Ｖ１と、第１のインピーダンスに対応した抵抗値の抵抗素子Ｒ１とを有する。抵抗素子Ｒ１は、直流電源Ｖ１から極間ＧＰに至る電流経路上に設けられ、直流電源Ｖ１から極間ＧＰへ流れる電流を制限する。

第２の電源１２は、第１のインピーダンスより低い第２のインピーダンスを有する。例えば、第２の電源１２は、直流電源Ｖ２を有するが、抵抗素子を有しないので、電線などの回路のみによる第２のインピーダンスを有する。第２の電源１２では、直流電源Ｖ２から極間ＧＰに至る電流経路上に抵抗素子を有しないので、第１の電源１１及び第３の電源１３よりも短時間の立ち上がりで高ピークとなる電流を極間ＧＰへ流すことができる。

第３の電源１３は、第１のインピーダンスより高い第３のインピーダンスを有する。第３のインピーダンスは、第１のインピーダンスより高いので、第２のインピーダンスよりも高い。例えば、第３の電源１３は、直流電源Ｖ３と、第３のインピーダンスに対応した抵抗値の抵抗素子Ｒ３とを有する。例えば、第３のインピーダンスが第１のインピーダンスより高いことに対応するように、抵抗素子Ｒ３の抵抗値は、抵抗素子Ｒ１の抵抗値より高くなっている。抵抗素子Ｒ３は、直流電源Ｖ３から極間ＧＰに至る電流経路上に設けられ、直流電源Ｖ３から極間ＧＰへ流れる電流を制限する。

スイッチング部２０は、複数の電源１１〜１３から電源を選択してパルス電圧発生部１０のインピーダンスを調整する。例えば、スイッチング部２０は、第１の電源１１を選択することでパルス電圧発生部１０のインピーダンスを第１のインピーダンスに調整する。あるいは、例えば、スイッチング部２０は、第２の電源１２を選択することでパルス電圧発生部１０のインピーダンスを第２のインピーダンスに調整する。あるいは、例えば、スイッチング部２０は、第３の電源１３を選択することでパルス電圧発生部１０のインピーダンスを第３のインピーダンスに調整する。

また、スイッチング部２０は、選択された電源から極間ＧＰへの電圧の印加をオン・オフする。例えば、スイッチング部２０は、複数の電源１１〜１３のそれぞれを極間ＧＰに互いに独立して並列に接続するための複数のスイッチング部を有する。

例えば、スイッチング部２０は、第１のスイッチング部２１、第２のスイッチング部２２、及び第３のスイッチング部２３を有する。第１のスイッチング部２１は、第１の電源１１と極間ＧＰとの間に設けられ、第１の電源１１から極間ＧＰへの電圧の印加をオン・オフする。例えば、第１のスイッチング部２１は、スイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１２を有する。スイッチング素子Ｓ１１は、例えば、第１の電源１１と被加工物Ｗとの間を電気的に導通又は遮断させる。スイッチング素子Ｓ１２は、例えば、第１の電源１１とワイヤ電極Ｅとの間を電気的に導通又は遮断させる。

第２のスイッチング部２２は、第２の電源１２と極間ＧＰとの間に設けられ、第２の電源１２から極間ＧＰへの電圧の印加をオン・オフする。例えば、第２のスイッチング部２２は、スイッチング素子Ｓ２１，Ｓ２２を有する。スイッチング素子Ｓ２１は、例えば、第２の電源１２と被加工物Ｗとの間を電気的に導通又は遮断させる。スイッチング素子Ｓ２２は、例えば、第２の電源１２とワイヤ電極Ｅとの間を電気的に導通又は遮断させる。

第３のスイッチング部２３は、第３の電源１３と極間ＧＰとの間に設けられ、第３の電源１３から極間ＧＰへの電圧の印加をオン・オフする。例えば、第３のスイッチング部２３は、スイッチング素子Ｓ３１，Ｓ３２を有する。スイッチング素子Ｓ３１は、例えば、第３の電源１３と被加工物Ｗとの間を電気的に導通又は遮断させる。スイッチング素子Ｓ３２は、例えば、第３の電源１３とワイヤ電極Ｅとの間を電気的に導通又は遮断させる。

検出部３０は、極間ＧＰにおける放電状態を検出する。例えば、検出部３０は、極間ＧＰに並列に接続され、極間ＧＰの電圧をモニターし、モニターされた極間ＧＰの電圧が基準値に対して高いか否かを判断し、比較結果（例えば、高い場合にＨレベル、低い場合にＬレベルである信号）を放電発生の有無を示す情報として制御部４０に伝達する。

制御部４０は、検出部３０からの情報を元に、スイッチング部２０のスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ３２のオン・オフを指令し装置全体の発振を制御する。

次に、ワイヤ放電加工装置１の動作について図２を用いて説明する。図２は、ワイヤ放電加工装置１の動作を示す図である。

例えば加工開始時、タイミングｔ１において、制御部４０は、第１のスイッチング部２１のスイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１２をオンして極間ＧＰに第１の電源１１から第１の直流パルス電圧Ｖ１を印加する。

タイミングｔ２において、極間ＧＰの絶縁が破壊されて予備放電が発生すると、検出部３０で放電の発生が検出されるので、制御部４０は、第１のスイッチング部２１のスイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１２をオフし、アーク電流が持続しているうちに第２のスイッチング部２２のスイッチング素子Ｓ２１，Ｓ２２をオンして第２の電源１２から第２の直流パルス電圧Ｖ２を極間ＧＰに印加して、アーク放電によるアーク電流よりも大電流を極間ＧＰに流し、被加工物Ｗを溶融加工する。なお、第２の直流パルス電圧Ｖ２の時間幅は極間ＧＰの加工状態に応じて設定する。

第２の直流パルス電圧Ｖ２によるアーク電流は、タイミングｔ３において、制御部４０からの指令で第２のスイッチング部２２のスイッチング素子Ｓ２１，Ｓ２２をオフすることでピークを迎え、その後、第２の直流パルス電圧Ｖ２によるアーク電流はある程度減衰する。このタイミングｔ３から休止期間Ｔｉｄが開始する。

そして、休止期間Ｔｉｄ中のタイミングｔ４において、制御部４０は、第３のスイッチング部２３のスイッチング素子Ｓ３１，Ｓ３２をオンして第３の電源１３から、アーク電圧Ｖａｒｋ以上になるように第３の直流パルス電圧Ｖ３を印加する。アーク電圧Ｖａｒｋは、極間ＧＰの絶縁が破壊され放電が発生している時の極間電圧であり、極間ＧＰの絶縁を破壊するためにはアーク電圧以上の電圧が必要である。例えば、被加工物Ｗが鋼鉄材であればアーク電圧は２０Ｖ程度である。第３の直流パルス電圧Ｖ３の時間幅は、第２の直流パルス電圧Ｖ２の設定時間幅、即ち直前のアーク電流の大きさに対応した時間とする。第３の直流パルス電圧Ｖ３の振幅は、第１の直流パルス電圧Ｖ１の振幅及び第２の直流パルス電圧Ｖ２の振幅よりも小さいので、絶縁が破壊され微弱な放電が発生するようにでき、極間ＧＰに滞留する加工屑との放電により加工屑を除去できる。また、被加工物Ｗの表面の加工痕の凹凸を除去することで極間ＧＰを安定状態にすることにより直後の第１の直流パルス電圧Ｖ１による予備放電を誘発でき、放電周波数の向上、つまりは高速加工が実現可能となる。

なお、極間ＧＰの距離は、極間ＧＰに放電が発生するように、数値制御装置やサーボ駆動制御装置により制御されている。

タイミングｔ５において、休止期間Ｔｉｄが終了する。タイミングｔ５〜ｔ８において、タイミングｔ１〜ｔ４における処理と同様の処理が行われる。

以上のように、実施の形態１では、ワイヤ放電加工装置１において、制御部４０は、第１のインピーダンスに調整されたパルス電圧発生部１０から第１の直流パルス電圧Ｖ１を極間ＧＰに印加し、第１の直流パルス電圧Ｖ１が極間ＧＰに印加された後に予備放電が検出部３０により検出された場合、極間ＧＰに主放電が発生するように第１のインピーダンスより低い第２のインピーダンスに調整されたパルス電圧発生部１０から第２の直流パルス電圧Ｖ２を極間ＧＰに印加し、第２の直流パルス電圧Ｖ２が完了してから次の第１の直流パルス電圧Ｖ１が開始するまでの休止期間Ｔｉｄ中に第１のインピーダンスより高い第３のインピーダンスに調整されたパルス電圧発生部１０から放電アーク電圧Ｖａｒｋ以上である第３の直流パルス電圧Ｖ３を極間ＧＰに印加するように、スイッチング部２０のオン・オフ動作を制御する。すなわち、休止期間Ｔｉｄ中における第３の直流パルス電圧Ｖ３の印加により第１の直流パルス電圧Ｖ１を印加する前に極間ＧＰをアーク電位Ｖａｒｋ以上に充電することができ、あるいは第３の直流パルス電圧Ｖ３により発生する微弱放電によって極間ＧＰの状態を安定に保つことができるので、その後に第１の直流パルス電圧Ｖ１による予備放電を短時間に誘発でき、放電周波数を増加させることができる。この結果、予備放電と主放電とを繰り返して放電加工を行う際の加工速度を向上できる。

なお、図２では、休止期間Ｔｉｄの前半、すなわちＴ３からＴ４の間は第３の直流パルス電圧Ｖ３を印加せずに、休止期間Ｔｉｄの後半、すなわちＴ４からＴ５で第３の直流パルス電圧Ｖ３を印加する場合について例示的に示しているが、休止期間Ｔｉｄの終了直後Ｔ５における第１の直流パルス電圧Ｖ１による予備放電を誘発できるような部分期間であれば、第３の直流パルス電圧Ｖ３の印加は休止期間Ｔｉｄにおける他の部分期間であってもよい。例えば、休止期間Ｔｉｄの前半の途中Ｔ３からＴ４の間から第３の直流パルス電圧Ｖ３の印加を開始し、休止期間Ｔｉｄの後半の途中Ｔ４からＴ５の間に第３の直流パルス電圧Ｖ３の印加を終了してもよい。

なお、図２では、第１の直流パルス電圧Ｖ１、第２の直流パルス電圧Ｖ２、第３の直流パルス電圧Ｖ３の極性はすべて同一方向としたが、直流パルス電圧Ｖ１のみ、直流パルス電圧Ｖ２のみ、直流パルス電圧Ｖ３のみ、または複数種類の直流パルス電圧の極性を変更してもよい。

実施の形態２．
次に、実施の形態２にかかるワイヤ放電加工装置１００について図３を用いて説明する。図３は、ワイヤ放電加工装置１００の構成を示す図である。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。

実施の形態１では、３種類の直流電源Ｖ１〜Ｖ３を用意し、いずれかを選択することで３種類の直流パルス電圧Ｖ１〜Ｖ３を発生させているが、実施の形態２では、２種類の直流電源Ｖ１，Ｖ２を用いながらも発振制御方法の変更により前記直流電源Ｖ３を直流電源Ｖ１で代用することで３種類の直流パルス電圧Ｖ１〜Ｖ３’を発生させる。

具体的には、図３に示すように、ワイヤ放電加工装置１００は、パルス電圧発生部１０及びスイッチング部２０（図１参照）に代えて、パルス電圧発生部１１０及びスイッチング部１２０を備える。パルス電圧発生部１１０は、第３の電源１３（図１参照）を有しない。スイッチング部１２０は、第３のスイッチング部２３（図１参照）を有さず、第１のスイッチング部２１に代えて第１のスイッチング部１２１を有する。第１のスイッチング部１２１は、複数のスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４を有する。複数のスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４は、例えば、第１の電源１１と極間ＧＰとの間でフルブリッジ接続されている。

すなわち、ワイヤ放電加工装置１００は、ワイヤ放電加工装置１（図１参照）から第３の電源１３及び第３のスイッチング部２３を省いた構成となっており、第３の直流パルス電圧Ｖ３’を第１のスイッチング部１２１の発振制御方法の変更で代用することで回路規模を縮小することができる。

具体的には、図４に示すように、第３の直流パルス電圧Ｖ３’を周期的にオン、オフを繰り返す群パルスにする。これにより、直流電源Ｖ１を用いながら時間平均した実効的な振幅として実施の形態１の第３の直流パルス電圧Ｖ３と等価な振幅を有する第３の直流パルス電圧Ｖ３’（群パルス）を得ることができ、実施の形態１と同様の効果を実現できる。

また、第３の直流パルス電圧Ｖ３’を群パルス状にすることの利点として、第３の直流パルス電圧Ｖ３’の印加により主放電からのアーク電流を引いてしまった場合は、群パルス中のオフ期間によってアーク電流を遮断できるためワイヤ電極Ｅの発熱を軽減でき、ワイヤ電極Ｅの断線を抑制することができるので、加工効率をさらに向上させることができる。

また、本実施の形態における第１のスイッチング部１２１のスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４は、フルブリッジ回路になっており、第１の対角アーム（スイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１４）と第２の対角アーム（スイッチング素子Ｓ１２，Ｓ１３）を択一的にオンさせると、極間ＧＰに印加する直流パルス電圧の極性を変更することができる。

例えば、第３の直流パルス電圧Ｖ３’の極性を第１の直流パルス電圧Ｖ１の極性及び第２の直流パルス電圧Ｖ２の極性と反転させて極間ＧＰに印加させる。例えば、第１の直流パルス電圧Ｖ１を極間ＧＰに印加すべきタイミングｔ１１〜ｔ１２の期間に、スイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１４をオンさせ、第３の直流パルス電圧Ｖ３’を極間ＧＰに印加すべきタイミングｔ１４〜ｔ１５の期間に、スイッチング素子Ｓ１２，Ｓ１３を間歇的にオン・オフさせる。これにより、極間ＧＰの静電力を反転させ非剛体であるワイヤ電極Ｗを振動させることができ、微弱放電の発生をさらに促進させることができる。

以上のように、実施の形態２では、制御部４０は、第３の直流パルス電圧Ｖ３’を極間ＧＰに群パルス状に印加するように、スイッチング部１２０のオン・オフ動作を制御する。すなわち、直流パルス電圧を群パルスにすることで急激な立ち上がりを防ぎ、定常時には電圧値を低く設定することができ、微弱な放電を発生させておくことでその後の第１の直流パルス電圧Ｖ１による予備放電を誘発でき、放電周波数を上昇でき加工速度を向上できる。また、主放電によるアーク電流が途切れることなく流れた場合は、群パルスのオフ期間に遮断できるので、ワイヤ電極Ｅの発熱を軽減でき、ワイヤ電極Ｅの断線を抑制できる。

また、実施の形態２では、制御部４０は、例えば、第３の直流パルス電圧Ｖ３’の極性が第１の直流パルス電圧Ｖ１の極性及び第２の直流パルス電圧Ｖ２の極性と反転するように、スイッチング部１２０のオン・オフ動作を制御する。これにより、極間ＧＰの静電力を反転させ、静電引力または反力によりワイヤ電極Ｅを振動させることができ、極間ＧＰの距離を変化させることができるので、微弱放電の発生をさらに促進させることができる。また、加工形状の改善に効果的である。

なお、制御部３０は、群パルス状である第３の直流パルス電圧Ｖ３’を印加した後、検出部３０により検出された立ち上がりの電圧レベルに応じて、指定の時間までに電圧が放電アーク電位Ｖａｒｋ以上に立ち上がらない場合、第３の直流パルス電圧Ｖ３’における群パルスのオフ期間を延ばす、またはパルスの印加を止めるように、スイッチング部１２０のオン・オフ動作を制御してもよい。

例えば、第３の直流パルス電圧Ｖ３’による極間ＧＰの電圧値は検出部３０でモニターされ、群パルス中の２回目のオン時間経過までに一度も極間ＧＰの電圧がアーク電圧まで立ち上がらなかった場合は、３回目のオン後のオフ時間を延ばすことでアーク電流をより確実に遮断することができる。また、４回目のオン時間経過までに極間ＧＰの電圧がアーク電圧まで立ち上がらない場合は、パルス電圧の印加を止めてもよい。これにより、アーク電流を完全に遮断でき、ワイヤ電極Ｅの断線を回避することが可能となる。

すなわち、アーク電圧Ｖａｒｋ以上に電圧が立ち上がらない場合は、直前の主放電によるアーク電流が流れて続けている状態または極間ＧＰが短絡した状態になっており、どちらの場合も印加した電圧による短絡電流によってワイヤ電極Ｅが発熱しワイヤ電極Ｅの断線を助長するため、このような状態の場合はまず群パルスのオフ期間を延ばし、その後もこの状態を解消しない場合は、群パルス電圧の印加を止めることでワイヤ電極Ｅの断線を抑制できる。

また、図３に示す構成おいて、複数のスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４のそれぞれをワイドバンドギャップ半導体で形成してもよい。ワイドバンドギャップ半導体として、例えば、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドの少なくとも１つを含む半導体を使用することができる。複数のスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４のそれぞれをワイドバンドギャップ半導体で形成することで、群パルスのスイッチング動作を高速化でき、特に主放電からのアーク電流を引いてしまった場合の群パルス中のオフ期間によるアーク電流遮断に効果を発揮する。また、スイッチング素子の低オン抵抗化により素子の寿命向上に効果的である。

すなわち、ワイドバンドギャップ半導体を用いることで、スイッチング動作を高速化でき、特に上記の状態における群パルスのオフ期間によるアーク電流遮断に効果的である。また、低オン抵抗化によりスイッチング素子の耐圧寿命にも効果的である。

以上のように、本発明にかかるワイヤ放電加工装置は、ワイヤ放電加工に有用である。

１，１００ワイヤ放電加工装置、１０，１１０パルス電圧発生部、１１第１の電源、１２第２の電源、１３第３の電源、２０，１２０スイッチング部、２１，１２１第１のスイッチング部、２２第２のスイッチング部、２３第３のスイッチング部、３０検出部、４０制御部。

Claims

複数の電源を有し、ワイヤ電極と被加工物との極間に印加すべき直流パルス電圧を発生するパルス電圧発生部と、
前記複数の電源から電源を選択して前記パルス電圧発生部のインピーダンスを調整し、選択された電源から前記極間への電圧の印加をオン・オフするスイッチング部と、
前記極間における放電状態を検出する検出部と、
第１のインピーダンスに調整された前記パルス電圧発生部から第１の直流パルス電圧を前記極間に印加し、前記第１の直流パルス電圧が前記極間に印加された後に予備放電が前記検出部により検出された場合、前記極間に主放電が発生するように前記第１のインピーダンスより低い第２のインピーダンスに調整された前記パルス電圧発生部から第２の直流パルス電圧を前記極間に印加し、前記第２の直流パルス電圧が完了してから次の前記第１の直流パルス電圧が開始するまでの休止期間中に前記第１のインピーダンスより高い第３のインピーダンスに調整された前記パルス電圧発生部から放電アーク電圧以上である第３の直流パルス電圧を前記極間に印加するように、前記スイッチング部のオン・オフ動作を制御する制御部と、
を備え、
前記第１の直流パルス電圧は、予備放電を発生させる振幅及び時間幅を有し、
前記制御部は、前記第３の直流パルス電圧を前記極間に群パルス状に印加し、群パルス状である前記第３の直流パルス電圧の極性が前記第１の直流パルス電圧の極性及び前記第２の直流パルス電圧の極性と反転するとともに、前記第３の直流パルス電圧における群パルスの時間平均した実効的な振幅の絶対値が前記第１の直流パルス電圧の振幅の絶対値より小さく且つ前記第２の直流パルス電圧の振幅の絶対値より小さくなるように、前記スイッチング部のオン・オフ動作を制御する
ことを特徴とするワイヤ放電加工装置。
前記制御部は、前記休止期間内の前記第１の直流パルス電圧による予備放電を誘発できるような部分期間において、前記第３の直流パルス電圧を前記極間に群パルス状に印加するように、前記スイッチング部のオン・オフ動作を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
前記制御部は、群パルス状である前記第３の直流パルス電圧の極性が前記第１の直流パルス電圧の極性及び前記第２の直流パルス電圧の極性と反転するように、前記スイッチング部のオン・オフ動作を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
前記制御部は、群パルス状である前記第３の直流パルス電圧を印加した後、前記検出部により検出された立ち上がりの電圧レベルに応じて、指定の時間までに電圧が放電アーク電位以上に立ち上がらない場合、前記第３の直流パルス電圧における群パルスのオフ期間を延ばす、またはパルスの印加を止めるように、前記スイッチング部のオン・オフ動作を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。
前記スイッチング部は、複数のスイッチング素子を有し、
前記複数のスイッチング素子のそれぞれは、ワイドバンドギャップ半導体で形成された
ことを特徴とする請求項４に記載のワイヤ放電加工装置。