JPS63312017A - 放電加工用電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は導電性加工液を加工液として用いた放電加工用
電源に関する。

［従来の技術］ 第３図は油性加工液を使用する従来の放電加工機（以下
、油性放電加工機という）のブロック図である。第３図
において、（１）は出力電圧Ｅ（ｖ）の直流電源、（２
）はスイッチング素子、（３）は発振器、（４）は加工
電流を制御する抵抗値Ｒ８Ωの電源内部抵抗器、（５）
は電極と被加工物で形成される極間、（６）は電源内部
抵抗器（４）の両端に放電電流が流れることにより生ず
る電圧下降を検出することにより極間（５）に放電が生
じたことを検出し、放電検出信号を出力する放電検出回
路、（７）は放電検出信号を受信して、放電電流パルス
幅設定器（８）が設定したオンψタイム・オンをカウン
トし、発振器（３）にパルス幅ＴｏＮの放電電流パルス
を出力させる電流パルス幅カウント回路である。

次に、第５図は極間電圧及び放電電流の波形図である。

放電加工は極間（５）に電圧を印加しても放電を生じな
い無負荷時間Ｔ　、放電を開始して放電加工する放電時
間Ｔ。Ｎ及び放電を停止する休止時間Ｔ　　を−周期と
して繰り返し行なうものＦＦ である。無負荷電圧Ｖ　の立上りに遅れが生じるが、こ
れは極間（５）に容量Ｃの浮遊コンデンサがあるからで
ある。浮遊コンデンサの容量Ｃｇ及び時定数Ｔ　は、 「Ｖ ｇ　　８　　　　　　　　　　　　　（１）Ｃ−ε　×
εｏ　Ｘ　　、− （ただし、ε　は加工液の比誘電率、ε。は真空の誘電
率、Ｓは電極対向面積、ｇは極間（５）の距離） Ｔ　　−ＣＸＲ（２） ｒｖ　　　ｇ　　　Ｏ である。この場合、極間抵抗Ｒ及び無負荷電圧■　は、 （ただし、ρは加工液の比抵抗） となる。油性放電加工機は加工液として比抵抗値ρが１
０−１〜１０１２Ω−（１）程度の鉱油、ケロシン等の
絶縁液を用いるので、極間抵抗Ｒは電源内部抵抗器（４
）の抵抗値Ｒ８に比べて非常に大きく、Ｖ　　　？Ｅ（
ｖ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（４）
’となるのである。

又、放電電流の立上りに遅れが生じるのは配線インダク
タンスＬがあるためで、時定数”ｒＡは、”　ｒＡ　”
”　　Ｒ。

となる。

放電を開始すると、無負荷電圧Ｖ　は第５式に示した時
定数で下降し、２０〜３０Ｖの放電アーク電圧Ｖ　　に
移行する。

ｒＣ 無負荷時間１Ｍ経過後に放電を開始すると、放電検出回
路（６）が検出遅れ時間Ｔ、後に放電が生じたことを検
出し、放電検出信号を出力すると、電流パルス幅カウン
ト回路（７）、放電電流パルス幅設定器（８）及び発振
器（３）によって、放電時間Ｔ　及び休止時間Ｔ　　の
電流パルスを作る。従ＯＮ　　　　　　　　ＯＦＦ って、電流パルス幅Ｔ　を放電時間ＴＯＮに対応させて
、変動が生じないようにするためには、検出遅れ時間Ｔ
Ｄを小さくし、一定にすることが重要であることが分か
る。

さらに、無負荷時間ＴＭは極間（５）の放電状態を表わ
すパラメータとして休止時間制御及び電極サーボ制御等
に使用される。従って、無負荷時間ＴＭが正確であるこ
とが必要であるが、検出遅れ時間ＴＤが無視できない程
長いと、 ＴＭ、−Ｔ、＋ＴＤ というように不正確な時間になってしまう。

上述したように、放電の検出は電流パルス幅を一定にし
て均一な面粗度を得るため及び極間（５）の状態を正確
に把握して安定した加工状態に制御するため等に非常に
重要なことであるので、誤検出がなく、時間遅れが無い
ことが望まれる。

近年、放電加工機を無人化運転するという観点から、火
災の心配の無い不燃性加工液として水又は水に有機化合
物を混合した導電性加工液の使用が実用化され始めてい
る。第６図はこの不燃性加工液を使用した放電加工機（
以下、不燃性放電加工機という）のブロック図である。

なお、第６図において第４図と同様の機能を果たす部分
については、同一符号を付し、その説明は省略する。

不燃性放電加工機は極間抵抗（９）の抵抗値Ｒｇの比抵
抗値ρがイオン交換樹脂等によって一定値、例えばρ−
Ｉ　Ｘ　１０’〜ＩＯＸ　１０’Ω−ロ程度となるよう
に制御される。この極間抵抗（９）の抵抗値Ｒにより、
無負荷電圧Ｖｇの定常値は、となる。極間に放電を生じ
させるために、不燃性放電加工機における無負荷電圧Ｖ
　は５０〜ＢＯＶ以上となるようにする必要がある。こ
のため、電源内部抵抗（４）の抵抗値Ｒ８又は直流電源
（１）の電圧値Ｅを制御する。

又、不燃性放電加工機は第７図に示すように無負荷時間
Ｔ　に無効電流！６、が、放電検出時間Ｔ　及び放電時
間Ｔ。Ｎに無効電流Ｉ６□がそれぞれ流れる。無効電流
Ｉ８□ 及びＩＦ５は、 となる。従って、放電加工中に極間（５）に流れるトー
タル電流■　、トータル電流！。から無効型流■　を減
じた有効放電電流■、は、 １Ｄ””０　　’Ｅ２ となる。このように、不燃性放電加工機は不燃性加工液
が導電性であるために、極間抵抗（９）の抵抗値、Ｒが
無視できない値となり、無負荷電圧Ｖ　の大きさを左右
し、無効電流！　及びＩ６□がｇ　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　Ｅｌ生じさせる等加
工性能に影響を及ぼす。

又、不燃性放電加工機も油性放電加工機と同様に極間（
５）に容量Ｃの浮遊コンデンサが存在し、この浮遊コン
デンサによって無負荷電圧ｖｇの立・　　上りが遅れる
。浮遊コンデンサの時定数Ｔｒｖは、ＲｘＲＯＲ＋Ｒ０ となる、第１１式に第１式及び第３式を代入して、とな
る。不燃性加工液の比誘電率ε８は約８０（水の比誘電
率ε　−８０）で、油性加工液（灯油の比誘電率ε　−
２〜３）に比べて非常に大きい、従って、第１式に示し
た浮遊コンデンサ（ｌＯ）の容量Ｃは油性加工液の浮遊
コンデンサ（ｌＯ）の容量Ｃに比べて無視できないもの
になり、油性放電加工機に比較して無負荷電圧Ｖ　の立
上りがより遅れ、その変動もより大きいものになる。こ
のように、不燃性放電加工機は油性放電加工機と異なり
、極間抵抗（９）の抵抗値Ｒ及び浮遊コンダンす（１０
）の容量Ｃｇが加工性能に大きく影響する。

第１式及び第３式から分かるように、抵抗値Ｒ及び容ｊ
ｌＣは電極対向面積Ｓ又は極間距離ｇ ｇの変動により変動し、油性放電加工機に比較して加工
性能に対する影響が大きい。電極対向面積Ｓ１極間距離
ｇが変動する原因としては、’　（ａ）加工の進行にと
もなう電極と被加工物の対向面積Ｓの変化（例えば側面
面積の増加）　、（ｂ）電極サーボ制御、揺動運動、制
御による極間距離ρの変化、（Ｃ）加工の進行にともな
う極間生成物（例えば、水素ガス、メタンガス、スラッ
ジ）による見かけ上の対向面積Ｓ５極間距離ｇの変化等
がある。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、従来の不燃性放電加工機は放電を検出する場
合、無効電流工。１（第７式参照）が無負荷時間ＴＭに
流れるので、油性放電加工機の放電検出回路（６）によ
って電流を検出する方式では誤検出する（第４図参照）
。そこで、不燃性放電加工機においては一般に電圧検出
方式により放電の検出を行なっていた。

第７図は不燃性放電加工機の放電検出方法を示す図であ
る。この放電検出方法は第７図に示すように、放電検出
基準電圧ｖ、８（以下、基準電圧Ｖ　という）及び放電
検出禁止時間ＴＫを設定し、Ｓ 無負荷電圧を印加した後放電検出禁止時間ＴＫ経過後に
、極間電圧が基準電圧ｖＤＳより小さくなった時点で放
電したものと判定するものである。この方式は放電検出
禁止時間ＴＫを大きな値に設定すると、無負荷電圧の印
加後、瞬時に放電が生じた場合、放電検出の時間遅れが
その分天きくなるという問題があった。

又、放電検出禁止時間ＴＫを小さな値に設定すると、実
際には放電が生じていなくても上述した理由による極間
（５）の変動のために、時定数Ｔｒｖ（第１１式及び第
１１°式参照）が増加し、無負荷電圧Ｖ　の立上りが遅
れ、放電検出禁止時間ＴＫ中に放電が生じたものと誤検
出してしまうという問題があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
導電性加工液を用いた不燃性放電加工機において、加工
液の比抵抗ρ、電極対向面積Ｓ及び極間距ＭＩが変動し
ても、放電検出を誤らず、検出時間の遅れ時間Ｔ、が小
さい放電加工用電源を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ そこで、本発明では、電極と被加工物とを導電性加工液
を介して対向配置して極間を形成し、電極と該被加工物
との間に生じる放電を検出し、検出した放電に基づいて
所定周波数のパルス電圧を極間に印加して、被加工物を
放電加工する場合に、極間の浮遊容量による電荷を急速
充電する充電手段を備えた放電加工用電源を構成する。

［作　用］ 上記構成の放電加工用電源は、充電手段が無負荷電圧印
加時に等価的に電源内部のインピーダンスを小さくし、
極間の浮遊容量による電荷を急速充電する。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を添付図面を参照して詳細に説
明する。

第１図は本発明に係る放電加工用電源のブロック図であ
る。なお、第１図において、第６図と同様の機能を果た
す部分については、同一の符号を付し、その説明は省略
する。第１図において、（１８）はコンデンサである。

従来の不燃性放電加工機においては無負荷電圧を印加す
る場合、極間抵抗検出回路（図示せず）等からの信号に
より、第６式に示した無負荷電圧値■　により放電を生
じるように、直流電源（１）の内部抵抗（４）の抵抗値
Ｒ８を制御したり、電源電圧（１）の電圧値Ｅを制御し
ていた。しかし、従来の不燃性放電加工機は第２図（ａ
）に示すように無負荷電圧Ｖ　の電圧波形の立上りが遅
れ、放電検出禁止時間経過Ｔ、後における放電検出を誤
りてしまう。

これに対して、本発明に係る不燃性放電加工機は無負荷
電圧を印加する抵抗器Ｒ８に並列に取り付けられたコン
デンサ（１８）が、無負荷電圧Ｖ　を印加した瞬間に直
流電源（１）内部のインピーダンスを下げて、極間（５
）の浮遊容量による電荷を急速充電し、第２図（ｂ）に
示すように瞬時に第１２式に示した値まで上昇させた後
（放電検出禁止時間Ｔ、内）、第６式に示した値に集束
させるので誤って放電検出をしない。

このコンデンサ（１８）の容量ＣＲは極間（５）の浮遊
容量をＣとすると、 ＣＲ″″１０ｘＣｇ 程度にする。この場合、電源電圧Ｖ　を印加した瞬間に
極間（５）に生じる無負荷電圧Ｖ　は、＝Ｑ、ｇ　　Ｘ
　Ｅ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１２
）’となり充分な電圧立上りとなる。

なお、本実施例では一つのコンデンサ（１８）を設けた
が、複数のコンデンサを取り付けて極間の浮遊容量値に
応じてこれらを切り換えられるようにしたり、可変容量
コンデンサを取り付けて、極間の浮遊容量値に応じて第
１２式に示した無負荷電圧Ｖ　となるように制御するよ
うにしてもよい。

次に、第３図は本発明に係る放電加工用電源の他の実施
例を示すブロック図である。なお、第３図において、第
１図と同様の機能を果たす部分については同一の符号を
付し、その説明は省略する。

又、第３図において、（１５）は極間（５）の浮遊容量
検出手段（図示せず）からの浮遊容量検出信号、又は作
業者が電極面積、加工液の比抵抗値若しくは加工条件等
により入力設定する情報に基づいて、内部総合抵抗値を
低抵抗値にし、極間（５）の浮遊容量による電荷を急速
充電する変更制御回路、（１６）は変更制御回路（１５
）からの信号により開閉するトランジスタ等のスイッチ
ング素子、（１７）は抵抗器である。

本発明に係る放電加工用電源は変更制御回路（１５）が
浮遊容量検出信号により、極間（５）の浮遊容量を放電
検出禁止時間内に急速電流するのに必要な急速電流用内
部抵抗（１５）の値及び開閉素子（１６）の閉時間を決
定し、急速電流用スイッチング素子（１６）を開閉する
。

この場合、急速電流に使用する電流を例えば２　　　（
−１）Ａ、２１　（−２）Ａ、２２　（−４）Ａ・・・
というように、バイナリイ構成となるように、複数の抵
抗器（１７）とそれらの抵抗器（１７）に直列に接続し
たトランジスタ回路（１６）で構成し、極め細かい制御
を可能にする。

本発明に係る放電加工用電源は無負荷電圧印加時に極短
時間の一定時間、電源の内部総合抵抗値を低抵抗値に変
更し、浮遊容量の急速充電電流を流し、無負荷電圧の立
上がりを早めて（放電検出禁止時間Ｔ、内）、放電検出
を誤らないようにしている（第２図（ｂ）参照）。

又、本実施例では内部抵抗（４）の内部抵抗値Ｒｏとは
独立した形で本発明の方法を構成したが、内部抵抗値Ｒ
８も含めて全体的にまとめた形で電源の内部総合抵抗値
変更制御の一部分として動作させてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、充電手段により極
間の浮遊容量による電荷を急速充電することにより、無
負荷電圧が急速に立上り、正確に放電検出できるので、
放電検出タイミングを利用して正確に安定制御可能な放
電加工用電源が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る放電加工用電源のブロック図、第
２図は第１図に示した放電加工用電源の動作説明図、第
３図は本発明に係る放電加工用電源の他の実施例を示す
ブロック図、第４図は油性放電加工機のブロック図、第
５図は第４図に示した油性放電加工機の電圧及び電流波
形図、第６図は従来の不燃性放電加工機のブロック図、
第７図は第６図に示した油性放電加工機の電圧及び電流
波形図である。 各図中、１は直流電源、２はスイッチング素子、３は発
振器、４は内部抵抗、５は極間、９は極間抵抗、１ｇは
コンデンサである。 なお、各図中同一符号は同−又は相当分を示すものであ
る。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）電極と被加工物とを導電性加工液を介して対向配
   置して極間を形成し、該電極と該被加工物との間に生じ
   る放電を検出し、該検出した放電に基づいて所定周波数
   のパルス電圧を該極間に印加して、該被加工物を放電加
   工する放電加工用電源において、前記極間の浮遊容量に
   よる電荷を急速充電する充電手段を備えたことを特徴と
   する放電加工用電源。
2. （２）放電は、前記極間に前記パルス電圧を印加した後
   、所定の放電検出禁止時間経過後に、所定の放電検出電
   圧以上になったことを検出することより検出される特許
   請求の範囲第１項記載の放電加工用電源。
3. （３）充電手段は、前記極間に流れる電流を制御する電
   流制限抵抗に並列に取り付けた所定容量のコンデンサで
   ある特許請求の範囲第１項記載の放電加工用電源。
4. （４）コンデンサは、前記極間の浮遊容量に対応して容
   量を変化し得る可変容量コンデンサである特許請求の範
   囲第３項記載の放電加工用電源。
5. （５）充電手段は、無負荷電圧を印加するときに、前記
   極間に電圧を印加する電源の内部抵抗値を小さくする可
   変抵抗手段である特許請求の範囲第１項記載の放電加工
   用電源。