JP5972935B2 - ワイヤ電極成分の付着を利用するワイヤ放電加工機 - Google Patents

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Description

本発明は、ワイヤ電極と被加工物（ワーク）との極間に電圧を印加して放電を起こしつつ、サーボモータでワイヤ電極とワークの相対位置を変化させ、ワークを所望の形状に加工するワイヤ放電加工機に関する。
近年のワイヤ放電加工機に用いられている加工電源は、トランジスタを制御して所望の極間電圧、極間電流を生成する方式が主流である。従来から用いられている加工電源の代表的な電源回路を図３に示す。
加工電源１は、ワーク２とワイヤ電極３との間に形成される極間に放電を誘起するための放電誘起回路と、ワーク２の除去加工を行うため電流供給回路、他から構成される。放電誘起回路は第１の直流電源４を備え、第１のスイッチング素子５と電流制限抵抗６を介して極間に接続される。一方、電流供給回路は第２の直流電源７を備え、第２のスイッチング素子８、浮遊インダクタンス１０を介して極間に接続される。また、放電加工の効率化のために、電流供給回路に第３のスイッチング素子９を追加して、加工電流を還流することも多い。さらに、極間に放電が発生したかどうかを検出する電圧検出回路（放電検出手段１１）、各スイッチング素子５，８，９のオン・オフを制御する制御手段１２を備えている。
次に図３に示される加工電源の動作を説明する。図４は図３に示す加工電源において、第３のスイッチング素子９を使用しない場合の回路の動作を説明する図である。図５は図３に示す加工電源において、第３のスイッチング素子９を使用する場合の回路の動作を説明する図である。制御手段１２から第１〜第３のスイッチング素子５，８，９を駆動する信号をそれぞれＳ１〜Ｓ３とする。
図４に示されるように第３のスイッチング素子９を使用しない場合、制御手段１２からはじめに第１のスイッチング素子５に信号Ｓ１を出力する。極間の間隙距離が十分小さいと放電が発生する。放電検出手段１１により極間の放電を検出すると制御手段１２に放電を検出したことを通知する。制御手段１２は第１のスイッチング素子５に出力される信号Ｓ１をオフし、同時に第２のスイッチング素子８に信号Ｓ２を一定時間オンする信号を出力する。第２のスイッチング素子８をオンすることにより、大電流を極間に供給することでワークを除去加工する。その後極間の絶縁を回復するために休止時間を設け、１サイクルが完了する。
図５に示されるように第３のスイッチング素子９を使用する場合は、第２のスイッチング素子８の信号Ｓ２と同時に、第３のスイッチング素子９の信号Ｓ３もオンし、信号Ｓ３を信号Ｓ２よりも遅らせてオフすることで極間電流を還流させる期間を作り、電流波形の幅を長くして加工量を増やすことができる。すなわち放電加工を効率化できる。
第３のスイッチング素子９を使用する場合と使用しない場合のどちらの場合においても、様々なワイヤ電極（材質、径）、ワーク（材質、板厚）等に合わせて、あるいは、加工中の状況に合わせて、第１のスイッチング素子５，第２のスイッチング素子８，第３のスイッチング素子９を駆動する信号Ｓ１〜Ｓ３のタイミングと長さを変更することで、高速・高精度な加工を実現している。
特許文献１には、前述の第１〜第３のスイッチング素子を有する加工電源回路を用いて、これらのスイッチング素子を制御してワイヤ電極の成分が中子に付着しやすい電流波形（低ピークで幅の広い波形）を得る技術が開示されている。具体的には、電流の立ち上がり時間を短くして、還流時間を長くする（図３に示される電源装置で言えば、信号Ｓ２のオン時間を短くして、信号Ｓ３のオン時間を長くする）。この特許文献１では、第３のスイッチング素子により幅の広い電流波形を実現する点が特徴であり、また必須の技術となっている。また、特許文献２には、ワイヤ電極を傾斜させて中子の上部側と下部側のいずれにもワイヤ電極の成分を付着させる技術が開示されている。
特開２０１２−１６６３３２号公報 特開２０１４−７９８７６号公報
しかし、特許文献１に開示される技術では、実際に中子を保持できる程の十分な付着を得られるとは限らない。例えば、図３（特許文献１の図の番号）中の溶着加工条件は、ワイヤ電極成分の付着物が堆積するはずであるが、実際には十分な付着物が堆積しない。それは、ワイヤ電極とワークを徐々に溶かすことが付着物の形成に本質的なことであり、そのためには電流の立ち上がりの傾きを小さくすることが有効だからである。特許文献２は傾きを小さくすることの必要性について言及していない。さらに言えば、傾きが小さければ（立ち上がりが緩やかであれば）、わざわざ第３のスイッチング素子を設けて幅の長いパルスを作り出す必要はない。
そこで本発明の目的は、加工経路の一部で電気条件を変更しワイヤ電極の成分を加工溝に確実に付着させて中子の落下を防止するワイヤ電極の付着を利用するワイヤ放電加工機を提供することである。
ワイヤ電極成分に由来する付着物を十分に生成するために、第２の直流電源として可変直流電源とその出力電圧を制御する制御装置を設けて、付着物を発生させたい加工経路においては可変直流電源の出力電圧を通常加工時より小さくして、かつ、ワークの除去加工を行うため電流供給回路に設けられた第２のスイッチング素子を駆動する信号Ｓ２のオン時間を通常加工時より長くする。幅の広いパルスは必須でないため、第１、２のスイッチング素子があれば十分である。
本願の請求項１に係る発明は、ワイヤ電極とワークとの極間に電圧を印加して放電を発生させワークを加工するワイヤ放電加工機において、直流電源と、該直流電源と極間の間に直列に設けた第１のスイッチング素子と、可変直流電源と、該可変直流電源と極間の間に直列に設けた第２のスイッチング素子と、前記第１、第２のスイッチング素子のオン・オフおよび前記可変直流電源の出力電圧を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記第１、第２のスイッチング素子をオン・オフして、加工経路に沿って前記ワークと前記ワークから切り取る部分を分断する通常加工を行わせ、前記加工経路の少なくとも一部において、前記可変直流電源の出力電圧を前記通常加工時より小さくすることにより極間に流れる電流の立ち上がりの傾きを前記通常加工時より小さくして、かつ、前記第２のスイッチング素子のオン時間を前記通常加工時より長くすることで、ワイヤ電極の成分をワークとワークから切り取られる部分との間に前記ワイヤ電極の成分を付着させて両者を接着させる制御を行うことを特徴とするワイヤ放電加工機である。
本発明により、加工経路の一部で電気条件を変更しワイヤ電極の成分を加工溝に確実に付着させて中子の落下を防止するワイヤ電極の付着を利用するワイヤ放電加工機を提供することができる。
本発明の実施形態のワイヤ放電加工機の加工電源を示す図である。 図１に示す加工電源の動作を説明する図である。 従来のワイヤ放電加工機の加工電源を示す図である。 図３に示す加工電源において、第３のスイッチング素子を使用しない場合の回路の動作を説明する図である。 図３に示す加工電源において、第３のスイッチング素子を使用する場合の回路の動作を説明する図である。 従来のワイヤ放電加工機の加工電源による溶着加工条件を説明する図である。
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は本発明の実施形態のワイヤ放電加工機の加工電源を示す図である。加工電源２０は、ワーク２１とワイヤ電極２２との間に形成される極間に放電を誘起するための放電誘起回路と、ワーク２１の除去加工を行うため電流供給回路、他から構成される。放電誘起回路は第１の直流電源２３を備え、第１のスイッチング素子２４と電流制限抵抗２５を介して極間に接続される。一方、電流供給回路は可変直流電源２６を備え、第２のスイッチング素子２７、浮遊インダクタンス２８を介して極間に接続される。さらに、極間に放電が発生したかどうかを検出し検出結果を制御手段３０に通知する電圧検出回路（放電検出手段２９）、各スイッチング素子２４，２７のオン・オフを制御する制御手段３０を備えている。極間に印加される電圧を極間電圧Ｖｇ、極間に流れる電流を極間電流Ｉｇで表す。
図２は図１に示す加工電源の動作を説明する図である。第１の直流電源２３は一般に６０〜１００Ｖが良く用いられる。可変直流電源２６の可変直流電圧の目安としては、溶着加工時は通常加工時の１／２〜１／４の大きさ、第２のスイッチング素子２７を駆動する信号Ｓ２のオン時間の目安としては、溶着加工時は通常加工時の２〜４倍である。なお、本実施形態における第１の直流電源２３は可変の直流電源であっても良い。
まず、通常加工条件を説明する。図２に示されるように、制御手段３０からはじめに第１のスイッチング素子２４に信号Ｓ１を出力する。極間の間隙距離が十分小さいと放電が発生する。放電検出手段２９により極間の放電を検出すると制御手段３０に放電を検出したことを通知する。制御手段３０は、放電検出手段２９から放電検出の信号を受信すると、第１のスイッチング素子２４に出力される信号Ｓ１をオフし、同時に第２のスイッチング素子２７に一定時間オンする信号Ｓ２を出力する。第２のスイッチング素子２７を信号Ｓ２によりオンすることにより、大電流を極間に供給することでワーク２１を除去加工する。その後極間の絶縁を回復するために休止時間を設け、１サイクルが完了する。
次に、溶着加工条件を説明する。ワイヤ電極２２が加工経路に沿って放電加工を行いながら相対的に移動し、中子固定箇所に達すると、通常加工条件から溶着加工条件によるワークの加工に移行する。
図２に示されるように、可変直流電源２６から出力される直流電圧を通常加工条件のときの１／２〜１／４の大きさに変更する。そして、制御手段３０からはじめに第１のスイッチング素子２４に信号Ｓ１を出力する。極間の間隙距離が十分小さいと放電が発生する。放電検出手段２９により極間の放電を検出すると制御手段３０に放電を検出したことを通知する。制御手段３０は、放電検出手段２９から放電検出の信号を受信すると、第１のスイッチング素子２４に出力される信号Ｓ１をオフし、同時に第２のスイッチング素子２７に一定時間オンする信号Ｓ２を出力する。第２のスイッチング素子２７を信号Ｓ２によりオンすることにより、電流を極間に供給することでワークを加工する。その後極間の絶縁を回復するために休止時間を設け、１サイクルが完了する。溶着加工条件において、可変直流電源２６の電圧を低下することで、極間電流Ｉｇの傾きを小さくすることができる。これによって、ワーク２１の加工溝に、ワイヤ電極２２の成分からなる付着物として十分な量を付着させることができる。
１ 加工電源
２ ワーク
３ ワイヤ電極
４ 第１の直流電源
５ 第１のスイッチング素子
６ 電流制限抵抗
７ 第２の直流電源
８ 第２のスイッチング素子
９ 第３のスイッチング素子
１０ 浮遊インダクタンス
１１ 放電検出手段
１２ 制御手段

２０ 加工電源
２１ ワーク
２２ ワイヤ電極
２３ 第１の直流電源
２４ 第１のスイッチング素子
２５ 電流制限抵抗
２６ 可変直流電源
２７ 第２のスイッチング素子
２８ 浮遊インダクタンス
２９ 放電検出手段
３０ 制御手段

Claims (1)

  1. ワイヤ電極とワークとの極間に電圧を印加して放電を発生させワークを加工するワイヤ放電加工機において、直流電源と、該直流電源と極間の間に直列に設けた第１のスイッチング素子と、可変直流電源と、該可変直流電源と極間の間に直列に設けた第２のスイッチング素子と、前記第１、第２のスイッチング素子のオン・オフおよび前記可変直流電源の出力電圧を制御する制御手段と、を備え、
    前記制御手段は、
    前記第１、第２のスイッチング素子をオン・オフして、加工経路に沿って前記ワークと前記ワークから切り取る部分を分断する通常加工を行わせ、前記加工経路の少なくとも一部において、前記可変直流電源の出力電圧を前記通常加工時より小さくすることにより極間に流れる電流の立ち上がりの傾きを前記通常加工時より小さくして、かつ、前記第２のスイッチング素子のオン時間を前記通常加工時より長くすることで、ワイヤ電極の成分をワークとワークから切り取られる部分との間に前記ワイヤ電極の成分を付着させて両者を接着させる制御を行うことを特徴とするワイヤ放電加工機。
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