TW201417914A - 放電加工裝置 - Google Patents

Abstract

本發明是關於一種放電加工裝置，在正和逆極性相互切換的同時，在工件(4)與工具電極(2)間形成的加工間隙(9)供給電流脈衝，其中正極性是以工件為正電位且以工具電極為負電位，逆極性是以工件為負電位且以工具電極為正電位。放電加工裝置包括第一開關(41)，設於電源(30)正極與工件間；第二開關(42)，設於工件與電源負極間；第三開關(43)，設於工具電極與電源負極間；第四開關(44)，設於電源正極與工具電極間；脈衝產生裝置(10)。為在正極性供給一串電流脈衝給加工間隙，脈衝產生裝置在第一及第三開關之一為導通的期間，反覆另一開關的開/關切換動作。為在逆極性供給一串電流脈衝給加工間隙，脈衝產生裝置在第二及第四開關之一為導通的期間，反覆另一開關的開/關切換動作。

Description

放電加工裝置

本發明是有關於一種在工件與工具電極之間形成的加工間隙供給電流脈衝，用以對工件(work)進行加工的放電加工裝置。且本發明特別有關於一種可以第一極性與第二極性供給電流脈衝的放電加工裝置，其中第一極性是以工件為正電位且以工具電極為負電位，第二極性是以工件為負電位且以工具電極為正電位。

工件是正電位而工具電極是負電位的極性，稱之為正極性(straight polarity)。工件是負電位而工具電極是正電位的極性，稱之為逆極性。電力脈衝的極性對於放電加工來說是重要的條件。一般來說，線切割(wire)放電加工機為了要防止工件的電腐蝕，透過極性切換使在加工間隙產生的電壓(「間隙電壓」)的平均電壓儘可能地維持在0V。

對加工間隙施加高頻交流電壓用以對工件加工的線切割放電加工機是廣為所知的。在這樣的線切割放電加工機，接通(ON)時間的短電流脈衝使表面粗度改善。但伴隨著加工間隙的尺寸或 加工面積的變化，加工間隙的阻抗會變化。如阻抗(impedance)大幅變化，無載電壓不會上升到足夠高，提供給加工間隙的電力會比預期的來得低。

專利文獻1揭露一種放電加工裝置，此放電加工裝置在交流電源與加工間隙之間設置阻抗的整合電路。交流電源透過適當的電力電纜(power cable)耦接到加工間隙。阻抗的整合電路會抑制於電力電纜中所存在之靜電容量的不想要的影響。

先前技術專利文獻1：美國專利第5585014號。

然而，阻抗的整合電路會增加供給電力給加工間隙的裝置的成本。本發明的目的為提供一種放電加工裝置，其不用設置阻抗的整合電路，而能供想要的波形之電流脈衝給加工間隙。

本發明關於一種放電加工裝置，在正極性和逆極性相互切換的同時，藉由供給電流脈衝至形成於工件(4)與工具電極(2)之間的加工間隙(9)，對工件進行加工，其中正極性是以工件為正電位且以工具電極為負電位，逆極性是以工件為負電位且以工具電極為正電位。根據本發明的一實施例，放電加工裝置包括：電源(30)，具有正極與負極；第一開關(41)，設置於電源的正極與工件之間；第二開關(42)，設置於工件與電源的負極之間；第三開關(43)，設置於工具電極與電源的負極之間；第四開關(44)，設置於電源的正極與工具電極之間；脈衝產生裝置(10)，控制第一、第二、 第三與第四開關。為了在正極性下供給一連串的電流脈衝給加工間隙，脈衝產生裝置在第一開關及第三開關其中之一為導通的期間，反覆進行另一個開關的開/關切換動作。此外，為了在逆極性下供給一連串的電流脈衝給加工間隙，脈衝產生裝置在第二開關及第四開關其中之一為導通的期間，反覆進行另一個開關的開/關切換動作。

較好的是，更形成橋式電路，其第一節點(51)設置於第一開關與第二開關之間，第二節點(52)設置於第二開關與第三開關之間，第三節點(53)設置於第三開關與第四開關之間，第四節點(54)設置於第四開關與第一開關之間。第一節點耦接至工件，第二節點52耦接至電源的負極，第三節點耦接至工具電極，第四節點耦接至電源的正極。

放電加工裝置更包括：第一電晶體，設置於電流經由第一開關、加工間隙與第三開關而以正極性流動的電路之中；第一電阻，其一端耦接至第一電晶體的基極，另一端耦接至第一電晶體的集極；第二電晶體，設置於電流經由第四開關、加工間隙與第二開關而以逆極性流動的電路之中；第二電阻，其一端耦接至第二電晶體的基極，另一端耦接至第二電晶體的集極。第一及第二電晶體可為雙載子電晶體(bipolar transistor)。

為了在正極性下供給電流脈衝給加工間隙，脈衝產生裝置在第一開關及第三開關其中之一為導通的期間，可將第二開關與第四開關至少其中之一關閉。以及，為了在逆極性下供給電流 脈衝給加工間隙，脈衝產生裝置在第二開關及第四開關其中之一為導通的期間，可將第一開關與第三開關至少其中之一關閉。

為了在正極性下供給電流脈衝給加工間隙，脈衝產生裝置在第一開關及第三開關其中之一為導通的期間，可將第二開關與第四開關皆關閉。以及，為了在逆極性下供給電流脈衝給加工間隙，脈衝產生裝置在第二開關及第四開關其中之一為導通的期間，可將第一開關與第三開關皆關閉。

根據本發明的另一實施例，放電加工裝置包括：第一電源(31)，具有正極與負極；第二電源(32)，具有正極與負極；第一開關(41)，設置於第一電源的正極與工件(4)之間；第二開關(42)，設置於工件與第二電源的負極之間；第三開關(43)，設置於工具電極(2)與第一電源的負極之間；第四開關(44)，設置於第二電源的正極與工具電極之間；脈衝產生裝置(10)，控制第一、第二、第三與第四開關。為了在正極性下供給一連串的電流脈衝給加工間隙，脈衝產生裝置在第一開關及第三開關其中之一為導通的期間，反覆進行另一個開關的開/關切換動作。此外，為了在逆極性下供給一連串的電流脈衝給加工間隙，脈衝產生裝置在第二開關及第四開關其中之一為導通的期間，反覆進行另一個開關的開/關切換動作。

本發明的放電加工裝置，在供給高頻的電流脈衝給加工間隙的同時，因為極性切換的週期長，故可省略阻抗整合電路。

2‧‧‧線電極

4‧‧‧工件

9‧‧‧加工間隙

10‧‧‧脈衝產生裝置

21、22、23、24‧‧‧及閘

26‧‧‧反相器

30、31、32‧‧‧電源

41、42、43、44‧‧‧開關

45、46‧‧‧電晶體

51、52、53、54、55、56‧‧‧節點

57、58、65、66‧‧‧電阻

CLK‧‧‧時脈訊號

PS、DLY‧‧‧訊號

G1‧‧‧第一閘極訊號

G2‧‧‧第二閘極訊號

G3‧‧‧第三閘極訊號

G4‧‧‧第四閘極訊號

Vgap‧‧‧加工間隙的電壓

Igap‧‧‧加工間隙的電流

圖1是本發明的線放電加工裝置的一實施例的示意圖。

圖2是圖1中的脈衝產生裝置的一例的示意圖。

圖3是圖1中的脈衝產生裝置的動作示意時序圖。

圖4是另一脈衝產生裝置的動作示意時序圖。

圖5是本發明的線放電加工裝置的另一實施例示意圖。

以下將參照圖式來詳細說明本發明的放電加工裝置。圖1所示為本發明的放電加工裝置的一實施例，在放電加工裝置的工具電極為垂直行進的線電極2。線電極2與工件4之間形成加工間隙9，工件4固定在加工槽(圖示未表示)中，加工液供給至加工槽，加工間隙9被加工液填滿。加工液的主成份為去離子的水，或是油。

直流電源30與加工間隙9之間設置有橋式電路。橋式電路包括有第一、第二、第三及第四開關41、42、43、44。開關41、42、43、44在鄰接開關之間形成四個節點(node)51、52、53、54，並且串聯耦接。第一、第二、第三及第四開關41、42、43、44可為金氧半場效電晶體(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)。

第一節點51設置在第一開關41與第二開關42之間，透 過適當的電力電纜耦接至工件4。第二節點52設置在第二開關42與第三開關43之間，耦接至直流電源30的負(-)極。第三節點53設置在第三開關43與第四開關44之間，透過適當的電力電纜耦接至線電極2。第四節點54設置於第四開關44與第一開關41之間，耦接至直流電源30的正(+)極。適當的電力電纜例如為同軸電纜。

第一電晶體45設置於節點53與第三開關43之間，第二電晶體46設置於節點51與第二開關42之間。第一及第二電晶體45、46可為雙載子電晶體(bipolar transistor)。第一電晶體45的射極E耦接至第三開關43。第一電晶體45的基極B耦接至第一電阻65的一端。第一電晶體45的集極C耦接至第一電阻65的另一端及線電極2。第二電晶體46的射極E耦接至第二開關42。第二電晶體46的基極B耦接至第二電阻66的一端。第二電晶體46的集極C耦接至第二電阻66的另一端及工件4。

第一電阻65決定第一電晶體45的基極電流。第一電晶體45會限制在正極性下流動的電流，以保護第一及第三開關41、43。另外，第二電阻66決定第二電晶體46的基極電流。第二電晶體46會限制在逆極性下流動的電流，以保護第二及第四開關42、44。

第一、第二、第三及第四開關41、42、43、44的開/關切換(on/off switching)動作是透過脈衝產生裝置10控制。脈衝產生裝置10供給第一、第二、第三與第四閘極訊號G1、G2、G3與 G4分別給第一、第二、第三與第四開關41、42、43、44。當閘極訊號G1、G2、G3、G4為開(On)的時候，第一、第二、第三與第四開關41、42、43、44也會分別導通。

以下參照圖2與圖3詳細說明脈衝產生裝置10。如圖2所示，脈衝產生裝置10中產生高頻的時脈訊號CLK。時脈訊號CLK用來決定供給至加工間隙9的電流脈衝頻率。電流脈衝的週期時間c1例如為100奈秒(100ns)。此外，也產生了訊號PS與訊號DLY。訊號PS用來決定極性的週期時間c2。極性的週期時間c2例如可為20微秒(μs)。電流脈衝的週期時間c1遠比極性的週期時間c2來得小。訊號DLY在訊號PS變為關(Off)的時候就變為開，經過了延遲時間td時變為關。

時脈訊號CLK供給及(AND)閘23、22。訊號PS供給及閘23、21。如圖3中所示，為了產生第三閘極訊號G3，及閘23只有在訊號PS為開的期間才使時脈訊號CLK通過。透過反相器(inverter)26反轉的訊號PS供給及閘22、24。為了產生第二閘極訊號G2，及閘22只有在訊號PS為關的期間才使時脈訊號CLK通過。訊號DLY的反轉訊號供給至及閘21、24。為了產生第一閘極訊號G1，及閘21只有在訊號DLY為關的期間才使訊號PS通過。為了產生第四閘極訊號G4，及閘24只有在訊號DLY為關的期間才使訊號PS的反轉訊號通過。

如圖3所示，在時間t1，當第一及第三閘極訊號G1、G3變為開時，第一及第三開關41、43成為導通。此時第二與第四閘 極訊號為關，第二及第四開關42、44關閉。如此一來，在正極性下直流電源30的電壓就會施加給加工間隙9，其中正極性是以工件4為正電位且以線電極2為負電位。其結果為，加工間隙9的電壓Vgap便會急速上升而產生放電。因為產生放電，電流Igap便會通過加工間隙9流動。圖1中的單點線表示在正極性下電流的流向。在時間t2，當第三閘極訊號G3變為關而第三開關43成為關閉時，電流Igap急速地降至0。由於電路没有包含限流電阻，電流脈衝具有陡升的上升邊緣。

在從時間t1經過週期時間c1的時間t3，第三閘極訊號G3變為開而第三開關43成導通，再度產生電流脈衝。第一開關41導通的期間，第三開關43的開/關切換動作以高頻反覆進行，在正極性下供給一連串的電流脈衝給加工間隙9。脈衝產生裝置10在第一開關41的導通期間，第二及第四開關42、44至少一個可為關閉。如圖3的實施例所示，脈衝產生裝置10在時間t1至時間t4期間，第二及第四開關42、44這兩個開關皆關閉。其結果為，產生陡升與陡降的電流脈衝。

在從時間t1經過週期時間c2一半的時間t4，當第一閘極訊號G1變為關而第一開關41為關閉時，電壓Vgap急速減少。在從時間t4經過延遲時間td的時間t5，當第四與第二閘極訊號G4、G2變為開時，第四與第二開關44、42成為導通。此時，第一及第三閘極訊號G1、G3為關，第一及第三開關41、43為關閉。如此一來，在逆極性下直流電源30的電壓就會施加給加工間隙9， 其中逆極性是以線電極2為正電位且工件4為負電位。其結果為，加工間隙9的電壓Vgap急速上升而產生放電。因為產生放電，電流Igap便會通過加工間隙9流動，圖1中的虛線所示為在逆極性下電流的流向。

在第四閘極訊號G4為開且第四開關44導通的期間，第二開關42的開/關切換動作反覆進行，在逆極性下供給一連串的電流脈衝給加工間隙9。脈衝產生裝置10在第四開關44的導通期間(t5~t6)，第一及第三開關41、43至少一個可為關閉。如圖3的實施例所示，脈衝產生裝置10在時間t5至時間t6期間，第二與第四開關42、44這兩個開關皆為關閉。在正極性時一連串的電流脈衝與逆極性時一連串的電流脈衝交互供給至加工間隙9。因為極性切換的週期時間c2相對較長，電壓Vgap可以升高到足夠高的值。另外，因為微小的電流脈衝是以高頻率產生的，讓加工面的粗度有效率地改善。

另一脈衝產生裝置的動作參閱圖4說明。脈衝產生裝置10在第一閘極訊號G1為開的期間，第二及第四閘極訊號G2、G4為關。另外，脈衝產生裝置10在第四閘極訊號G4為開的期間，第一及第三閘極訊號G1、G3為關。如圖4的實施例，在另一脈衝產生裝置的第一開關41導通期間，第二開關的開/關切換動作反覆進行。其結果為，在第一開關41導通的期間，電流如圖1中的單點線所示，在正極性下流動，並且電流從節點51經第二開關42流往節點52。

另外，另一脈衝產生裝置的第四開關44在導通的期間，第三開關43的開/關切換動作反覆進行。其結果為，在第四開關44導通的期間，電流如圖1中的虛線所示在逆極性下流動，並且，電流從節點53經第三開關43流往節點52。如此一來，由於一部分的電流會繞過(bypass)加工間隙9流動，電流Igap減少使加工面的粗度改善。

第二及第三閘極訊號G2、G3，具有同樣的導通時間與週期時間c1。在第一閘極訊號G1為開的期間，第二閘極訊號G2是與第三閘極訊號G3時間地偏移而上升。圖4例示第二閘極訊號G2在三種型態的脈衝A、B、C。脈衝A表示在第三閘極訊號G3下降時便上升的第二閘極訊號G2。脈衝B表示在比第三閘極訊號G3上升時稍早便上升的第二閘極訊號G2。脈衝C表示在比第三閘極訊號G3上升時稍晚才上升的第二閘極訊號G2。在第四閘極訊號G4為開的期間，第三閘極訊號G3是與第二閘極訊號G2時間地偏移而上升。圖4例示在第三閘極訊號G3的三種型態脈衝D、E、F。

脈衝A或D可以形成陡降的電流脈衝。脈衝B或E可以形成緩升的電流脈衝。脈衝C或F可以形成在波峰方緩升的電流脈衝。另一脈衝產生裝置可以在加工間隙9產生與圖3中的電流脈衝形狀不一樣的電流脈衝列。

接下來，參閱圖5說明本發明的線放電加工裝置的另一實施例。與圖1同樣的元件就賦與同樣的標號，省略詳細的說明。 線放電加工裝置包括第一電源31與第二電源32，其中第一電源31是在正極性下供給電流脈衝給加工間隙9，第二電源32是在逆極性下供給電流脈衝給加工間隙9。電流在正極性下從第一電源31，經由第一開關41、工件4、線電極2及第三開關43而流動。此外，電流在逆極性下從第二電源31，經由第四開關44、線電極2、工件4及第二開關42而流動。

本發明的放電加工裝置並沒有意圖限制在所揭露的形態。可以參照上述的描述做多種的改良及變化。例如為了在正極性下供給電流給加工間隙9，可以將第一閘極訊號G1供給至第三開關43，而將第三閘極訊號G3供給至第一開關41。為了在逆極性下供給電流給加工間隙9，可以將第二閘極訊號G2供給至第四開關44，而將第四閘極訊號G4供給至第二開關42。

另外，第一與第二電晶體45、46的位置並不限定圖1所示的位置。第一電晶體45可設置在正極性下電流流經第一開關41、加工間隙9及第三開關43的電路之中。第二電晶體46可設置在逆極性下電流流經第二開開42、工間隙9及第四開關44的電路之中。

2‧‧‧線電極

4‧‧‧工件

9‧‧‧加工間隙

10‧‧‧脈衝產生裝置

30‧‧‧電源

41、42、43、44‧‧‧開關

45、46‧‧‧電晶體

51、52、53、54‧‧‧節點

65、66‧‧‧電阻

G1‧‧‧第一閘極訊號

G2‧‧‧第二閘極訊號

G3‧‧‧第三閘極訊號

G4‧‧‧第四閘極訊號

Claims (12)

1. 一種放電加工裝置，在正極性和逆極性相互切換的同時，藉由供給電流脈衝至形成於工件與工具電極之間的加工間隙，對所述工件進行加工，其中所述正極性是以所述工件為正電位且以所述工具電極為負電位，所述逆極性是以所述工件為負電位且以所述工具電極為正電位，所述放電加工裝置包括：電源，具有正極與負極；第一開關，設置於所述電源的所述正極與所述工件之間；第二開關，設置於所述工件與所述電源的所述負極之間；第三開關，設置於所述工具電極與所述電源的所述負極之間；第四開關，設置於所述電源的所述正極與所述工具電極之間；以及脈衝產生裝置，控制所述第一、所述第二、所述第三與所述第四開關，其中為了在所述正極性下供給一連串的電流脈衝給所述加工間隙，所述脈衝產生裝置在所述第一開關及所述第三開關其中之一為導通的期間，反覆進行另一個開關的開/關切換動作；為了在所述逆極性下供給一連串的電流脈衝給所述加工間隙，所述脈衝產生裝置在所述第二開關及所述第四開關其中之一為導通的期間，反覆進行另一個開關的開/關切換動作。
2. 如申請專利範圍第1項所述的放電加工裝置，更形成橋式電路，其第一節點設置於所述第一開關與所述第二開關之間，第 二節點設置於所述第二開關與所述第三開關之間，第三節點設置於所述第三開關與所述第四開關之間，第四節點設置於所述第四開關與所述第一開關之間，其中所述第一節點耦接至所述工件，所述第二節點耦接至所述電源的所述負極，所述第三節點耦接至所述工具電極，所述第四節點耦接至所述電源的所述正極。
3. 如申請專利範圍第1項所述的放電加工裝置，更包括：第一電晶體，設置於電流經由所述第一開關、所述加工間隙與所述第三開關而以所述正極性流動的電路之中；第一電阻，其一端耦接至所述第一電晶體的基極，另一端耦接至所述第一電晶體的集極；第二電晶體，設置於電流經由所述第四開關、所述加工間隙與所述第二開關而以所述逆極性流動的的電路之中；以及第二電阻，其一端耦接至所述第二電晶體的基極，另一端耦接至所述第二電晶體的集極。
4. 如申請專利範圍第3項所述的放電加工裝置，其中所述第一及所述第二電晶體為雙載子電晶體。
5. 如申請專利範圍第1項所述的放電加工裝置，其中為了在所述正極性下供給電流脈衝給所述加工間隙，所述脈衝產生裝置在所述第一開關及所述第三開關其中之一為導通的期間，將所述第二開關與所述第四開關至少其中之一關閉；以及為了在所述逆極性下供給電流脈衝給所述加工間隙，所述脈 衝產生裝置在所述第二開關及所述第四開關其中之一為導通的期間，將所述第一開關與所述第三開關至少其中之一關閉。
6. 如申請專利範圍第5項所述的放電加工裝置，其中為了在所述正極性下供給電流脈衝給所述加工間隙，所述脈衝產生裝置在所述第一開關及所述第三開關其中之一為導通的期間，將所述第二開關與所述第四開關皆關閉；以及為了在所述逆極性下供給電流脈衝給所述加工間隙，所述脈衝產生裝置在所述第二開關及所述第四開關其中之一為導通的期間，將所述第一開關與所述第三開關皆關閉。
7. 如申請專利範圍第5項所述的放電加工裝置，其中為了在所述正極性下供給電流脈衝給所述加工間隙，所述脈衝產生裝置在所述第一開關及所述第三開關其中之一為導通的期間，反覆進行所述第二開關與所述第四開關中的另一個開關的開/關切換動作以及，為了在所述逆極性下供給電流脈衝給所述加工間隙，所述脈衝產生裝置在所述第二開關及所述第四開關其中之一為導通的期間，反覆進行所述第一開關與所述第三開關中另一個開關的開/關切換動作。
8. 一種放電加工裝置，在正極性下供給至少一個電流脈衝給加工間隙後，藉由在逆極性下供給至少一個電流脈衝給所述加工間隙，對工件進行加工，其中所述加工間隙形成在所述工件與工具電極之間，所述正極性是以所述工件為正電位且以所述工具電 極為負電位，所述逆極性是以所述工件為負電位且以所述工具電極為正電位，所述放電加工裝置包括：第一電源，具有正極與負極；第二電源，具有正極與負極；第一開關，設置於所述第一電源的所述正極與所述工件之間；第二開關，設置於所述工件與所述第二電源的所述負極之間；第三開關，設置於所述工具電極與所述第一電源的所述負極之間；第四開關，設置於所述第二電源的所述正極與所述工具電極之間；以及脈衝產生裝置，控制所述第一、所述第二、所述第三與所述第四開關，其中為了在所述正極性下供給電流脈衝給所述加工間隙，所述脈衝產生裝置在所述第一開關及所述第三開關其中之一為導通的期間，反覆進行另一個開關的開/關切換動作；為了在所述逆極性下供給電流脈衝給所述加工間隙，所述脈衝產生裝置在所述第二開關及所述第四開關其中之一為導通的期間，反覆進行另一個開關的開/關切換動作。
9. 如申請專利範圍第8項所述的放電加工裝置，更包括：第一電晶體，設置於在電流經由所述第一開關、所述加工間隙與所述第三開關而以所述正極性流動的電路中；第一電阻，其一端耦接至所述第一電晶體的基極，另一端耦 接至所述第一電晶體的集極；第二電晶體，設置於在電流經由所述第二開關、所述加工間隙與所述第四開關而以所述逆極性流動的電路中；以及第二電阻，其一端耦接至所述第二電晶體的基極，另一端耦接至所述第二電晶體的集極。
10. 如申請專利範圍第9項所述的放電加工裝置，其中所述第一及所述第二電晶體為雙載子電晶體。
11. 如申請專利範圍第8項所述的放電加工裝置，其中為了在所述正極性下供給電流脈衝給所述加工間隙，所述脈衝產生裝置在所述第一開關及所述第三開關其中之一為導通的期間，將所述第二開關與所述第四開關的至少一個關閉，以及為了在所述逆極性下供給電流脈衝給所述加工間隙，所述脈衝產生裝置在所述第二開關及所述第四開關其中之一為導通的期間，將所述第一開關與所述第三開關的至少一個關閉。
12. 如申請專利範圍第11項所述的放電加工裝置，其中為了在所述正極性下供給電流脈衝給所述加工間隙，所述脈衝產生裝置在所述第一開關及所述第三開關其中之一為導通的期間，將所述第二開關與所述第四開關皆關閉，以及為了在所述逆極性下供給電流脈衝給所述加工間隙，所述脈衝產生裝置在所述第二開關及所述第四開關其中之一為導通的期間，將所述第一開關與所述第三開關皆關閉。