放电加工机的电源控制装置的制作方法

专利名称：放电加工机的电源控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控制向形雕放电加工机供给的放电脉冲的电源 控制装置，该形雕放电加工机在加工电极与加工物相对而形成的加工 间隙中进行脉冲放电，对加工物进行加工。
背景技术：
在加工电极与加工物相对而形成的加工间隙中进行脉冲放电而 对加工物进行加工的形雕放电加工机中，目前，己知通过检测放电电 压的高频成分而判断其大小，从而可以识别放电加工时的放电状态。 作为该根据高频成分识别放电状态的技术，已知例如在专利文献1 中公示的技术。
图8是与例如专利文献1所述的现有的放电加工机的要部本质 上相同的结构的电路图。在图中，向放电加工机的电极2与被加工物 3的加工间隙中，供给脉冲状的放电电压。高通滤波器4提取该放电 电压的高频成分。整流装置5将由高通滤波器4提取出的高频成分整 流，作为输出信号Vrec输出。放电电压检测装置75检测电极2与被 加工物3的加工间隙的放电电压。放电电流检测装置76检测电极2 与被加工物3的加工间隙的放电电流。
放电电压检测装置75的输出信号u及放电电流检测装置76的 输出信号i被输入至逻辑电路77。由测量高通滤波器4的时间常数 tH的时间常数测量装置70和逻辑电路72，形成延迟电路。从逻辑电 路77输出的输出信号79，被输入时间常数测量装置70及逻辑电路 72。另外，从时间常数测量装置70输出的输出信号71被输入逻辑电 路72。积分电路9由电容器Cl及电阻Rl构成，该电容器C1被连 接在运算放大器的反向(一)输入侧和输出侧间，该电阻R1被串联 连接在整流装置5的输出侧与运算放大器的反向(一)输入侧之间。此外，运算放大器的非反向(+ )输入侧接地。
复位电路10由在电容器C1的两个端子间连接集电极-发射极的
晶体管构成。从逻辑电路72输出的输出信号73被输入复位电路10。 来自积分电路9的运算放大器的输出信号即积分输出值Vint，被输 入比较器78的反向(一)输入侧，基准电压Vref被输入比较器78 的非反向(+ )输入侧。
图9是图8所示的放电加工机的输入输出信号波形的时序图。 在图中，波形A是电极2与被加工物3的加工间隙的放电电压波形， 波形B是高通滤波器4的输出信号波形，波形G是逻辑电路77的输 出信号波形，波形H是时间常数测量装置70的输出信号波形，波形 I是逻辑电路72的输出信号波形，波形F是积分电路9的积分输出 信号波形。
下面，参照图8及图9对动作进行说明。在图9中，波形80是 电极2与被加工物3的加工间隙的放电电压波形，时间间隔Ton是 放电脉冲宽度，时间间隔Toff是间歇时间。在向电极2与被加工物 3的加工间隙施加电压后产生放电。如果产生放电，则从放电电压检 测装置75及放电电流检测装置76输出的输出信号均为H(High:高) 电平。这些输出信号被输入逻辑电路77。在逻辑电路77中，当该输 入信号都为H电平，即在电极2与被加工物3的加工间隙间产生放 电时，输出L (Low:低)电平。使该时刻为放电检测时刻tl。时刻 t2是以该放电检测时刻tl为起点，经过高通滤波器4的时间常数tH 后的时刻(t2 = tl + tH)。
波形82表示放电电压的高频成分，波形83表示由高通滤波器4 的过渡特性引起的干扰波形。在时间常数测量装置70中，以逻辑电 路77的输出信号79下降的时刻为起点，在tH时间内，输出H电平 (图9中H)。另外，逻辑电路72中输入逻辑电路77的输出信号 79和时间常数测量装置70的输出信号71，输出图9的I所示的输出 信号73。将该输出信号73下降的时刻，在图9的I中记为t2。在复 位电路10中，逻辑电路72的输出信号73为H电平的期间，积分电 路9复位。即，仅在逻辑电路72的输出信号73为L电平的期间，由积分电路9对来自整流装置5的输出信号Vrec积分。由比较器78 比较基准电压Vref和图9的F所示的积分输出Vint，在放电脉冲宽 度Ton结束时刻，当积分输出Vint大于基准电压Vref时，判断为正 常放电脉冲，反之，判断为电弧放电脉冲等的异常放电脉冲。
另外，目前己知可以通过检测放电电压的电平判断放电加工机 放电加工时的放电状态。作为该根据放电电压的电平判断放电状态的 技术，例如已知在专利文献2中公示的技术。
图10是与专利文献2所述的放电加工机要部实质上相同结构的 电路图。在图中，对与图8相同或相当的部分标注相同的标号，省略 说明。加工脉冲产生电路具有加工电源1、电源电阻100和开关90。 开关90由下述部分控制，即施密特触发电路91，其用于在向加工 间隙施加电压后检测放电的产生；第1单稳触发器92，其用于使放 电脉冲宽度Ton固定；第2单稳触发器93，其用于使2个放电电压 脉冲间间隔的间歇时间Toff固定；以及与门94，其一个输入部与触 发器93连接，另一个输入部与控制电路连接。含有两个比较器95、 96的该控制电路，对加工间隙的放电电压与作为基准电压值的电压 上限值V2及下限值VI进行比较。与门97在下述情况下发出1个输 出信号，SP，在经过由单稳触发器98固定的时间F的期间内，测量 电压处于2个基准电压中间。
图ll是表示图10所示的放电加工机的各种放电电压波形80与 基于电压读出窗口的持续时间F的电流波形84间的关系的图。在图 中，波形A为放电电压波形，波形B为检测放电电压波形80的电压 电平的读出窗口的持续时间F的输出信号波形85，波形C为放电电 流波形84。放电电压波形的形式Al、 A2为，高于放电电压的上限 值V2 (例如可以是20V)，放电电压及电流的脉冲宽度保持放电脉 冲宽度Ton的期间。放电电压波形的形式B1、 B2为，低于放电电压 的上限值V2并高于电压的下限值VI (例如，可以是5V)，在读出 结束后，使放电电压及电流的脉冲宽度截止。放电电压波形的形式C 为，低于下限值V1，放电电压以及电流的脉冲宽度保持放电脉冲宽 度Ton的期间。而且，目前己知在判断为异常放电的情况下控制加工条件，以 控制间歇时间而改善放电状态，提高加工效率。作为该技术，已知例 如在专利文献1中公示的技术。
图12是与例如专利文献l所述的另一放电加工机的要部实质上 相同结构的结构图。对于与图8相同或相当的部分标注相同的标号，
省略说明。放电加工机具有短路检测装置28、第1比较装置29、第 1比较基准值产生装置30、第2比较装置31和第2比较基准值产生 装置32。
图13是图12所示的电源控制装置的要部中的输入输出信号波 形的时序图。波形A是电极2与被加工物3的加工间隙的放电电压 波形，波形B是高通滤波器4的输出信号波形，波形C是整流装置 5的输出信号波形，波形P是放电检测装置23的输出信号波形，波 形Q是定时器24的输出信号波形，波形F是积分电路9的输出信号 波形，波形S是将放电检测装置23的输出与第1基准值进行比较的 第1比较装置29的输出信号波形，波形T是将放电检测装置23的 输出与第2基准值进行比较的第2比较装置31的输出信号波形，波 形U是短路检测装置28的输出信号波形。
下面，参照图12及图13对动作进行说明。由加工电源1向加 工间隙施加脉冲状的电压，进行放电加工。此时的放电电压波形A 由高通滤波器4仅提取高频成分而得到输出信号波形B。所得到的高 频成分由整流装置5整流，成为输出信号波形C，将其输入积分电路 9。另外，如果产生放电，则放电检测装置23使输出信号波形P上 升，在积分电路9复位的同时，定时器24启动，得到输出信号波形 Q。由积分电路9将输出信号波形C积分，成为输出信号波形F。如 果放电结束，则放电检测装置23使放电检测输出下降。在放电检测 输出下降时，第1比较装置29和第2比较装置31，将积分电路9的 输出与第1比较基准值产生装置30和第2比较基准装置产生装置32 (设定为低于第1基准值)的基准值的比较结果，作为输出信号波形 S及输出信号波形T输出。由此，放电脉冲被分为正常放电脉冲、准 电弧放电脉冲、及电弧放电脉冲这3种。另一方面，短路检测装置28，在放电检测输出下降时，检查加
工间隙的电压值，与短路基准电压(优选小于或等于15V)比较，输 出短路检测信号(图8的波形U)。此外，这里所说的短路状态，不 仅表示电极2与被加工物3直接接触，也包括经由加工碎屑、加工液 变成的焦油成分或在电极表面形成的碳化覆膜等的短路。因此，加工 间隙的电压值不能完全为0V，而是产生数V左右的电压。短路基准 电压因为与电弧放电电压同样地，因电极材质等而不同，所以并不是 在所有的情况下都是相同的值。短路基准电压在例如电极2为铜、被 加工物为钢的情况下，设定为小于或等于15V，优选小于或等于IOV。
加工条件控制装置27因为可以对于每个脉冲，由第1比较装置 29及第2比较装置31得到正常放电、准电弧放电、电弧放电这3种 判别输出，并由短路检测装置28得到表示短路状态有无的2种判别 输出，所以，加工条件控制装置27得到被分类的判别输出。加工条 件控制装置27，在短路的情况下和非短路正常放电的情况下不改变 加工条件，在准电弧放电的情况下将间歇时间切换为较长的时间，在 电弧放电的情况下将间歇时间切换为更长的时间。另外，在非短路正 常放电的情况下，縮短间歇时间。如上所述，在根据是否有高频成分 而掌握放电状态的基础上，结合是否为短路状态，判断放电脉冲，从 而控制加工条件，将加工状态维持为最佳状态。
专利文献l:特开平5 — 293714号公报
专利文献2:特开昭61 — 159326号公报

发明内容
但是，这种现有的放电加工机存在以下所述的问题。首先，使 用图14对第l个问题进行说明。图14是在图8所示的放电加工机中， 出现由电弧放电异常产生引起的电弧电压降低的情况下的输入输出 信号波形的时序图。在图中，对于与图9相同或相当的部件标注相同 的标号，省略说明。在放电电压波形80中，除了高频成分82外，与 电弧放电异常产生同步地，会出现电弧电压下降的电弧电压降低84、 85 (这里，波形84为电压稍微降低一些，波形85为相对于波形84进一步降低规定量电压)。这些电弧电压的降低84、 85，在电极2 为石墨材料等时经常产生。该电弧电压的降低84、 85，不仅是在放 电刚开始之后，在经过超过放电脉冲宽度1/2的某个时间之后也很常 见。如果产生这种电弧电压降低84、 85，则在检测放电加工现象的 高频成分的图8的电源控制装置中，无法掌握正确的加工状态。
下面，对于该误检测的动作进行说明。图14所示的放电电压波 形A的电弧电压降低84、 85，使高通滤波器4的输出信号波形B产 生干扰波形。另外，该放电电压波形A的电弧电压降低84、 85，对 积分电路9的输出信号波形F产生影响。也就是说，如果出现电弧 电压降低84、 85，则积分电路9的输出信号波形F，如图14中实线 所示，其积分输出值增大。该增大的部分的积分输出值Vint2，因为 是比原本应有的积分输出值Vintl大规定量的值，所以因为该原因而 无法准确检测原本应检测到的由放电现象引起的高频成分。
下面，对于第2个问题进行说明。对于在放电脉冲宽度Ton的 期间内出现电弧电压降低84、 85的情况进行说明。如果放电状态恶 化及放电现象异常，则电弧电压降低84、 85会出现，降低电弧放电 的产生或放电加工效率，此时，不应维持放电脉冲(不应保持放电脉 冲宽度Ton)。与此相对，在图8的放电加工机中，放电状态的判断 可以通过在放电脉冲宽度Ton结束的时刻比较积分输出Vint和基准 电压Vref而进行，保持放电脉冲宽度Ton的期间。在放电脉冲宽度 Ton结束时刻判断放电状态的图8的放电状态检测装置中，在出现电 弧电压降低84、 85的情况下，无法将放电脉冲宽度Ton控制为最佳 值。
另一方面，在图10的放电加工机中，如果高于放电电压的上限 值V2 (例如可以是20V)，则放电电压及电流的脉冲宽度将保持脉 冲宽度Ton的期间。如果低于放电电压的上限值V2并高于放电电压 的下限值V1 (例如可以是5V)，则在读出结束后，使放电电压及电 流的脉冲宽度Ton截止。通过比较远小于放电开始时(放电产生检 测后)放电脉冲的、读出窗口时间内的电压电平，不能在放电脉冲宽 度Ton期间的任意时刻发现与电弧放电异常产生同步的电弧电压降低的现象。在根据放电开始时(放电产生检测后)观察到的电压值控
制放电电压及电流的脉冲宽度Ton的图8的放电加工机中，无法准 确检测电弧电压降低。另外，无法将放电脉冲宽度Ton控制为最佳 值。
另外，在使放电电压的上限值V2为20V的情况下，虽然对于 电弧放电异常脉冲检测来说有效果，但是无法减少电极为石墨材料时 产生的电极角部的粒状凸起物的产生(碳化物附着)。
下面，使用图15对于第3个问题进行说明。图15是在图12所 示的放电加工机中，出现因电弧放电异常产生引起的电弧电压降低的 情况下的输入输出信号波形的时序图。在图中，与图13相同或相当 部分标注相同的标号，省略说明。在放电电压波形80中，除了高频 成分82以外，还会出现波形84、 85、 86所示的与电弧放电异常产生 同步的电弧电压降低。这些电弧电压的降低84、 85、 86，在电极2 为石墨材料等时经常产生。该电弧电压的降低84、 85、 86，不仅在 放电刚开始之后，在经过超过放电脉冲宽度1/2的某个时间后也很常 见。在图12的放电加工机中，如果存在该电弧电压降低84、 85、 86， 则可能发生因放电脉冲误检测引起的加工条件的误控制，上述图12 的放电加工机，是在放电脉冲结束时刻，由高频成分的有无掌握放电 状态，结合短路状态的有无，将放电脉冲分为3类，根据该分类控制 加工条件，从而将加工状态维持为最佳状态。
下面，对于该误检测动作进行说明。如果出现电弧电压降低84、 85、 86，则积分电路9的输出信号波形成为图15的波形F，会被识 别为准电弧放电脉冲或电弧放电脉冲。而且，如果是电弧电压降低 84、 85，则间歇时间将切换为较长的时间，如果是电弧电压降低86， 则切换为更长的时间。电弧电压下降的电弧电压降低85、 86的放电 电压，会降低电弧放电产生或放电加工效率，所以不应维持放电脉冲 (不应较长地保持放电脉冲宽度)。在放电脉冲宽度的结束时刻判断 放电状态并实施间歇控制的图12的放电加工机中，放电状态的判断 延迟，在出现电弧电压降低84、 85、 86的情况下，无法准确地控制 间歇时间。本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种放 电加工机的电源控制装置，其在出现电弧电压的情况下也能够可靠检 测放电状态，并根据该结果准确控制放电脉冲及间歇时间。为了解决该课题，本发明的放电加工机的电源控制装置为，其 控制向放电加工机供给的放电脉冲，该放电加工机在加工物与加工电 极相对而形成的加工间隙中进行脉冲放电，对前述加工物进行加工， 其特征在于，具有电压电平检测单元，其检测前述加工间隙的放电 电压电平；无负载时间检测单元，其检测前述加工间隙的放电电压的 无负载时间；电压电平比较单元，其将检测到的前述放电电压电平与 电压电平基准值进行比较；以及脉冲控制单元，其根据前述电压电平 比较单元的比较结果和前述无负载时间，控制间歇时间。本发明的另一放电加工机的电源控制装置为，其控制向放电加 工机供给的放电脉冲，该放电加工机在加工物与加工电极相对而形成 的加工间隙中进行脉冲放电，对前述加工物进行加工，其特征在于， 具有高频成分检测单元，其检测前述加工间隙的放电电压的高频成 分；电压电平检测单元，其检测前述加工间隙的放电电压电平；无负 载时间检测单元，其检测前述加工间隙的放电电压的无负载时间；高 频成分比较单元，其对检测到的前述高频成分与高频成分基准值进行 比较；电压电平比较单元，其将检测到的前述放电电压电平与电压电 平基准值进行比较；以及脉冲控制单元，其根据前述高频成分比较单 元的比较结果和前述无负载时间，控制间歇时间，并根据前述电压电 平比较单元的比较结果，使放电脉冲截止。发明的效果根据本发明涉及的放电加工机的电源控制装置，脉冲控制单元 根据高频成分比较单元的比较结果和无负载时间，控制间歇时间，并 根据电压电平比较单元的比较结果，使放电脉冲截止。因此，即使在 出现电弧电压降低的情况下，也能够准确检测放电状态，并根据该结 果，准确控制放电脉冲及间歇时间。


图1是本发明涉及的实施方式1的放电加工机的电源控制装置 要部的概略电路图。
图2是表示放电加工机的电源控制装置的加工电压电平检测装 置的另一例的电路图。
图3是图1所示的放电加工机的电源控制装置的输入输出信号 波形的时序图。
图4是表示本发明涉及的实施方式2的放电加工机的电源控制 装置要部的、使一部分为电路图的功能模块图。
图5是图4所示的放电加工机的电源控制装置的输入输出信号 波形的时序图。
图6是表示图4的加工条件控制装置的流程图。
图7是表示使用了本实施方式的电源控制装置的放电加工机与 现有的加工机的加工性能比较的加工时序图。
图8是与例如专利文献1所述的现有的放电加工机要部实质上 相同的结构的电路图。
图9是图8所示的放电加工机的输入输出信号波形的时序图。
图10是与例如专利文献2所述的现有的放电加工机要部实质上 相同的结构的电路图。
图11是图IO所示的放电加工机的输入输出信号波形的时序图。
图12是与例如专利文献1所述的另一放电加工机的要部实质上 相同的结构的结构图。
图13是图12所示的放电加工机的输入输出信号波形的时序图。
图14是在图8所示的放电加工机中，出现由电弧放电异常发生 引起的电弧电压降低的情况下的输入输出信号波形的时序图。
图15是在图12所示的放电加工机中，出现由电弧放电异常发 生引起的电弧电压降低的情况下的输入输出信号波形的时序图。
标号的说明
1加工电源
2电极3被加工物4高通滤波器(高频成分检测单元)5整流装置(高频成分检测单元)9积分电路(高频成分检测单元)10复位电路23放电检测装置24定时器27加工条件控制装置28短路检测装置29第1比较装置30第1比较基准值产生装置31第2比较装置32第2比较基准值产生装置40加工电压电平检测装置(电压电平检测单元)41比较器(电压电平比较单元)42无负载时间检测装置(无负载时间检测单元)43脉冲控制装置(脉冲控制单元)44开关元件45平均间歇时间计算装置(平均间歇时间计算单元)46良否脉冲计数器(良否脉冲计数单元)47加工稳定度识别装置(加工稳定度识别单元)48加工条件控制装置(加工条件控制单元)70时间常数测量装置72逻辑电路75放电电压检测装置76放电电流检测装置77逻辑电路78比较器(高频成分比较单元) 89逻辑电路具体实施方式
下面，根据附图详细说明本发明涉及的放电加工机的电源控制 装置的实施方式。此外，不发明并不限定于该实施方式。 实施方式1图1是本发明涉及的实施方式1的放电加工机的电源控制装置要部的概略的电路图。在图中，向放电加工机的电极2和被加工物3 的加工间隙中供给脉冲状的放电电压。高通滤波器4提取该放电电压 的高频成分。整流装置5整流由高通滤波器4提取出的高频成分，输 出输出信号Vrec。放电电压检测装置75检测电极2与被加工物3的 加工间隙的放电电压。放电电流检测装置76检测电极2与被加工物 3的加工间隙的放电电流。放电电压检测装置75的输出信号u及放电电流检测装置76的 输出信号i被输入逻辑电路77。由测量高通滤波器4的时间常数tH 的时间常数测量装置70和逻辑电路72形成延迟电路。从逻辑电路 77输出的输出信号79被输入时间常数测量装置70及逻辑电路72， 另外，从时间常数测量装置70输出的输出信号71，被输入逻辑电路 72。积分电路9由电容器Cl及电阻R1构成，该电容器Cl被连接在 运算放大器的反向(一)输入侧和输出侧之间，该电阻R1被串联连 接在整流装置5的输出侧与运算放大器的反向(一)输入侧之间。此 夕卜，运算放大器的非反向(+ )输入侧接地。复位电路10由在电容器C1的两个端子间连接集电极-发射极的 晶体管构成。从逻辑电路72输出的输出信号73被输入复位电路10。 从积分电路9的运算放大器输出的输出信号即积分输出值Vint，被 输入比较器78的反向(一)输入侧，基准电压Vref被输入比较器 78的非反向(+ )输入侧。高通滤波器4、整流装置5及积分电路9 构成检测电极2与被加工物3的加工间隙的放电电压的高频成分的高 频成分检测单元。在该实施方式的电源控制装置中，在图8所示的现有装置的基 础上，还设有加工电压电平检测装置(电压电平检测单元)40、比较 器(电压电平比较单元)41、无负载时间检测装置(无负载时间检测单元)42和逻辑电路89。加工电压电平检测装置40检测电极2与被 加工物3的加工间隙的放电电压电平。加工电压电平检测装置40的 输出信号即VCP电压，被输入比较器41的非反向(+ )输入侧，在 比较器41的反向(一)输入侧输入基准电压Vc。比较器41的输出 信号111被输入脉冲控制装置(脉冲控制单元)43，同时被输入逻辑 电路89。无负载时间检测装置42向电极2和被加工物3的加工间隙 施加电压，测量从施加电压直至逻辑电路77输出输出信号的时间， 通过与基准时间t进行比较，检测瞬间放电。无负载时间检测装置 42的输出信号112被输入逻辑电路89，逻辑电路89的信号113被输 入脉冲控制装置(脉冲控制单元)43。图2是表示放电加工机的电源控制装置的加工电压电平检测装 置40的另一例的电路图。在该例中，加工电压电平检测装置40，包 括检测电极2与被加工物3的加工间隙的放电电压电平的加工电压电 平检测器40A、用于进行加工电流的断开连接的开关元件44、以及 电流检测电阻R3。在加工电压电平检测器40A上连接作为加工电源 的直流电源1和电极2。开关元件44根据来自脉冲控制装置43的控 制信号进行动作。图3是图1所示的放电加工机的电源控制装置的输入输出信号 波形的时序图。波形A是电极2与被加工物3的加工间隙的放电电 压波形，波形B是高通滤波器4的输出信号波形，波形G是逻辑电 路77的输出信号波形，波形H是时间常数测量装置70的输出信号 波形，波形I是逻辑电路72的输出信号波形，波形F是积分电路9 的积分输出信号波形，波形J是比较器78的输出信号波形，波形K 是加工电压电平检测装置40的输出信号波形，波形L是比较器41 的输出信号波形，波形M是无负载时间检测装置42的输出信号波形， 波形N是逻辑电路89的输出信号波形，波形01是脉冲控制装置43 的第1输出信号波形，02是控制装置43的第2输出信号波形。下面，参照图1、图2、图3对动作进行说明。在图3中，波形 80是电极2与被加工物3的加工间隙的放电电压波形，时间间隔Ton 是放电脉冲宽度，时间间隔Toff是间歇时间。在电极2与被加工物3的加工间隙之间施加电压后产生放电。如果产生放电，则从放电电
压检测装置75及放电电流检测装置76输出的输出信号均为H(High: 高)电平。这些输出信号被输入逻辑电路77。在逻辑电路77中，当 该输入信号均为H电平，即在电极2与被加工物3的加工间隙间产 生放电时，输出L(Low:低)电平。以该时刻为放电检测时刻tl。时 刻t2是以该放电检测时刻tl为起点，经过高通滤波器4的时间常数 tH后的时刻(t2 = tl+tH)。
波形82表示放电电压的高频成分，波形83表示由高通滤波器4 的过渡特性引起的干扰波形。在时间常数测量装置70中，以逻辑电 路77的输出信号79的下降时刻为起点，在tH时间，输出H电平(图 3中H)。另外，逻辑电路72中输入逻辑电路77的输出信号79和 时间常数测量装置70的输出信号71，输出图3的I所示的输出信号 73。将该输出信号73下降的时刻，在图3的I中记为t2。在复位电 路10中，逻辑电路72的输出信号73为H电平的期间，积分电路9 复位。SP，仅在逻辑电路72的输出信号73为L电平的期间，由积 分电路9对从整流装置5输出的输出信号Vrec积分。由比较器78 比较基准电压Vref和图3的F所示的积分输出Vint，在放电脉冲宽 度Ton的结束时刻，当积分输出Vint大于基准电压Vref时，判断为 正常放电脉冲，当积分输出Vint小于基准电压Vref时，判断为电弧 放电脉冲等异常放电脉冲，由比较器78输出输出信号J。
在图2所示的例子的情况下，加工电压电平检测装置40检测流 过图2的电流检测电路R3的电压。如图1所示，可以采用直接检测 极间的方法。而且，加工电压电平检测装置40如图3所示，输出与 放电电压相反的电压波形的输出信号K。由比较器41比较基准电压 Vc与加工电压电平检测装置40的输出信号，当加工电压电平检测装 置40的输出VCP电压大于基准电压Vc时，判断为异常放电，输出 图3所示的输出信号L。此外，在这里，基准电压Vc因电极材质等 而不同，所以并不是通用的值，例如，在由石墨电极对钢进行加工的 情况下，设定为相当于20至25V的基准电压值。或者，可以将基准 电压Vc设定为，相对于电源电路的主电源的极间开路电压(例如 30%的电压值。无负载时间检测装置42检测从向电极2与被加工物3的加工间 隙施加电压开始，直至逻辑电路77输出输出信号79 (放电检测输出 信号的下降输出信号)的时间，比较该时间与基准时间t，当小于基 准时间t时，判定为瞬时放电，输出图3的M所示的输出信号112。 此外，这里的基准时间t因电极材质而不同，所以不是通用的值，例 如，在由石墨电极对钢进行加工的情况下，设定为小于或等于3psec 的值。如果在无负载时间检测装置42的输出信号112为"H"电平的 期间内，比较器41的输出信号111以"H"电平输出，则从逻辑电路 89输出"H"电平信号。也就是说，如果在电极2与被加工物3的加工 间隙内出现瞬时放电，产生加工电压电平较低的异常放电，则判定为 异常放电脉冲，输出图3的N所示的输出信号113。下面，对于根据上述来自比较器78的输出信号110、来自比较 器41的输出信号111和来自无负载时间检测装置42的输出信号113 而动作的脉冲控制装置43中的放电脉冲的控制进行说明。如果比较 器41的输出信号111成为"H"电平(图3的L)而判别为异常放电脉 冲，则使放电电压及电流的脉冲宽度截止。此时，比较器78在放电 脉冲宽度结束时刻，不进行积分输出Vint与基准电压Vred的比较。 在图3中，如表示实际不动作的虚线所示，如果比较器78的输出信 号110成为"H"电平，则判断为异常放电脉冲，将间歇时间切换为较 长的时间。另外，如果逻辑电路89的输出信号113成为"H"电平(图3的 N)，则在设定间歇Toff上增加AToffl间歇量，将间歇时间切换为 较长的时间。通过按照上述方式构成，由于可以构成为，准确进行放电加工 状态的检测，准确进行正常放电脉冲或异常放电脉冲的判断，根据由 高频成分的有无、加工电压电平或无负载时间构成的放电状态，控制 加工脉冲宽度和间歇时间宽度，所以可以防止在加工间隙内的连续电 弧的产生，防止电极或被加工物的损伤。基准电压Vc在正常放电脉 冲(电极为石墨材料时，加工电压约为30V)和异常放电脉冲(电极为石墨材料时，加工电压约为20V)之间，在电压电平检测时，如果在无负载时间较小时使放电电压的脉冲宽度Ton截止而延长间歇时 间，则粒状突起物的出现(碳化物附着)将大幅度降低。此外，在该实施方式中，其构成为，在对异常放电脉冲进行分 类判别后立即控制放电脉冲及间歇时间，但也可以对分类判别的输出 信号进行计数，在计数达到固定值时，控制放电脉冲及间歇时间。另 外，除了间歇时间变更之外，也可以同时控制加工条件的下降时间或 上升距离。另外，关于加工电压电平检测装置40，如上所述，按照 图2所示的方法，采用与放电电压相反的电压波形进行放电电压电平 检测，但也可以如图l所示，采用直接检测极间的方法。实施方式2图4是表示本发明涉及的实施方式2的放电加工机的电源控制 装置要部的、使一部分为电路图的功能模块图。在图4中，由电极2 和被加工物3形成加工间隙。由加工电源1向该加工间隙供给脉冲状 的放电电压。高通滤波器4检测放电电压的高频成分。整流装置对来 自高通滤波器4的高频成分进行整流。由整流装置5输出整流后的输 出信号。放电检测装置23检测电极2与被加工物3的加工间隙的放 电电压及放电电流。利用放电检测装置23的输出，在积分电路9复 位的同时定时器24启动。设置作为短路检测单元的电路检测装置28。 设置作为与第l基准值的比较单元的第1比较装置29。设置作为第1 比较基准值产生单元的第1比较基准值产生装置30。设置作为与第2 基准的比较单元的第2比较装置31。设置作为第2比较基准值产生 单元的第2比较基准值产生装置32。在该实施方式的电源控制装置中，在图12所示的现有装置的基 础上，与实施方式1同样地，设置加工电压电平检测装置(电压电平 检测单元)40、比较器(电压电平比较单元)41、无负载时间检测装 置(无负载时间检测单元)42和逻辑电路89。设置加工电压电平检 测装置40和比较器41。加工电压电平检测装置40检测电极2与被 加工物3的加工间隙的放电电压电平。向比较器41输入加工电压电平检测装置40的输出信号和基准电压VC。比较器41的输出信号被输入脉冲控制装置43。无负载时间检测装置42向电极2与被加工物 3的加工间隙施加电压，测量从施加电压至检测到放电电压及放电电 流的时间，与基准时间t比较，从而检测瞬时放电。无负载时间检测 装置42的输出信号，与比较器41的输出信号同时被输入逻辑电路 89。逻辑电路89的输出信号被输入脉冲控制装置43。而且，在该实施方式的电源控制装置中，在图12所示的现有装 置的基础上，还设有平均间歇时间计算装置(平均间歇时间计算单元) 45、良否脉冲计数器(良否脉冲计数单元)46、加工稳定度识别装置 (加工稳定度识别单元)47、加工条件控制装置(加工条件控制单元) 48。平均间歇时间计算装置45计算由脉冲控制装置43控制而变化 的放电脉冲的间歇时间的平均值。良否脉冲计数器46对判别为放电 脉冲正常的正常放电脉冲进行计数。加工稳定度识别装置47根据由 平均间歇时间计算装置45求得的平均间歇时间，判断加工状态的"稳 定""不稳定"。加工条件控制装置48根据加工稳定度识别装置47的 输出，切换加工条件。图5是图4所示的放电加工机的电源控制装置的输入输出信号 波形的时序图。在图中，波形A是电极2与被加工物3的加工间隙 的放电电压波形，波形B是高通滤波器4的输出信号波形，波形C 是整流装置5的输出信号波形，波形P是放电检测装置23的输出信 号波形，波形Q是定时器24的输出信号波形，波形F是积分电路9 的积分输出信号波形，波形S是将放电检测装置23的输出与第1基 准值进行比较的第1比较装置29的输出信号波形，波形T是将放电 检测装置23的输出与第2基准值进行比较的第2比较装置31的输出 信号波形，波形U是短路检测装置28的输出信号波形，波形K是加 工电压电平检测装置40的输出信号波形，波形L是比较器41的输 出信号波形，波形M是无负载时间检测装置42的输出信号波形，波 形N是逻辑电路89的输出信号波形，波形01是脉冲控制装置43的 第l输出信号波形，波形02是控制装置43的第2输出信号波形。下面，参照图4及图5对动作进行说明。由加工电源l向加工
间隙施加脉冲状的电压，进行放电加工。此时的放电电压波形A由 高通滤波器4仅提取高频成分，成为输出信号波形B。所得到的高频 成分由整流装置5整流而成为输出信号波形C，将其输入积分电路9。 另外，如果产生放电，则放电检测装置23使输出信号波形P升高， 在积分电路9复位的同时，定时器24启动，成为输出信号波形Q。 并且，由积分电路9将输出信号波形C积分，成为输出信号波形F。 如果放电结束，则放电检测装置23使放电检测输出下降。在放电检 测输出下降时，第1比较装置29和第2比较装置31，将积分电路9 的输出与第1比较基准值产生装置30和第2比较基准装置产生单元 32 (设定为低于第1基准值)的基准值的比较结果，作为输出信号波 形S及输出信号波形T而输出。
另一方面，短路检测装置28在放电检测输出下降时，检査加工 间隙的电压值，与短路基准电压(优选小于或等于15V)进行比较， 输出短路检测信号(图6中的U)。短路基准电压与电弧放电电压同 样地，因电极材质等而不同，所以并不是在所有的情况下都是相同的 值。短路基准电压在例如电极2为铜、被加工物为钢的情况下，设定 为小于或等于15V，优选小于或等于IOV。另外，在电极2为石墨、 被加工物为网的情况下，也可以设定为小于或等于15V，优选小于或 等于IOV。
加工电压电平检测装置40检测流过图2的电流检测电阻R3的 电压，输出与放电电压反向的电压波形K。由比较器41比较基准电 压Vc与加工电压电平检测装置40的输出信号，当加工电压电平检 测装置40的输出VCP电压大于基准电压Vc时，判断为异常放电脉 冲，输出输出信号L。此外，基准电压Vc因电极材质而不同，因而 并不是通用的值，在由石墨电极对钢进行加工的情况下，设定为相当 于20 25V加工电压的基准电压值。或者，可以将基准电压Vc设定 为，相对于电源电路的主电源的极间开路电压(例如80V)，相当于 加工电压25 30%的电压值。
无负载时间检测装置42检测从向电极2与被加工物3的加工间隙施加电压开始直至检测到加工间隙的放电电压及放电电流的时间， 将该时间与基准时间t进行比较，当小于基准时间t时，判定为瞬时 放电，输出M所示的输出信号。此外，这里的基准时间t因电极材 料而不同，所以并不是通用的值，在由石墨电极对钢进行加工的情况下，设定为小于或等于3)isec。如果在无负载时间检测装置42的输 出信号为"H"电平的输出期间内，比较器41的输出信号输出"H"电平， 则输出"H"电平信号。也就是说，如果在电极2与被加工物3的加工 间隙内成为瞬时放电，产生加工电压电平较低的异常放电，则判定为 异常放电脉冲，输出N所示的输出信号。脉冲控制装置43可以得到将来自于第1比较装置29及第2比 较装置31、比较器41和逻辑电路89的放电脉冲判别输出、以及来 自于短路检测装置28的表示短路状态有无的2种判别输出，对每种 脉冲进行分类后的判别输出。当短路检测装置28的输出信号如U所示为"L"电平(非短路放 电脉冲)时，在第2比较装置31的输出信号如T所示输出"H"电平 的情况下，判断为基于高频成分的异常放电脉冲，将间歇时间切换为 Toff+Atoff2。当放电检测信号检测装置23的输出信号如P所示，为 "H"电平(放电脉冲中)时，并且，比较器41的输出信号如L所示 输出"H"电平的情况下，判断为基于加工电压电平的异常放电脉冲， 使放电电压及电流的脉冲宽度截止。另外，在逻辑电路89的输出信 号如N所示输出"H"电平的情况下，判断为异常放电脉冲，将间歇时 间切换为Toff+AToffl (图5中的02)。另外，在非短路正常放电 脉冲的情况下，将间歇时间控制为返回变更前的设定。如上所述，结 合短路状态的有无，根据高频成分、放电电压电平或无负载施加作用 时间，掌握放电状态，对于每个放电脉冲将放电脉冲控制为最佳值。图6是表示图4的加工条件控制装置48的动作的流程图。按照 图6，说明加工条件控制装置48的加工条件控制的动作。对于所设 定的每个期间(例如，采样周期0.25秒)，由加工稳定度识别装置 47输出"稳定"或"不稳定"的信号。在控制间歇时间的情况下，可以 根据间歇时间的延长方式，判断加工状态的"稳定"、"不稳定"。在图5中，在例如实施控制以使得间歇时间为AToff 1 = Toff、 AToff2 = Toff 的情况下，如果将Toff的间歇时间作为基准1，则因为间歇时间成 为(2+1+2+1)，所以平均间歇时间为(2+1+2+1) /4=1.5。在该例 中，放电脉冲的截止未计入平均间歇时间的计算。由加工稳定度识别 装置47判断该值，例如在平均间歇时间的值大于或等于1.6的情况 下识别为"不稳定"，在不足1.6的情况下识别为"稳定"(步骤Sl)。
在加工稳定度识别装置47识别为"不稳定"的情况下，实施大幅 度回避所设定的加工条件(例如间歇时间)等的回避操作，然后，如 果加工稳定度识别单元47识别为"稳定"，则实施返回实施回避操作 前的初始加工条件设定的还原操作(步骤S3)。
另一方面，在加工稳定度识别单元47识别为"稳定"，输出该"稳 定"输出直至经过所设定的固定时间(例如，400次0.25秒采样时间) 的情况下(步骤S4)，以所设定的加工条件(例如下降时间、上升 距离、间歇时间)实施最优化操作(步骤S5)，以提高加工效率。 最优化操作按照例如下降时间(Jd=Jd+l档)、上升距离(Ju = Ju 一l档)、间歇时间(Off二Off—l档)的顺序操作，在加工条件变 更后，当设定的期间(例如24秒)内的加工稳定度识别装置47"稳 定"(步骤S6)时，判断良否计数器进行计数的正常放电脉冲数是否 大于或等于规定的系数(例如1.03倍)，在大于或规定系数时判断 为增加，继续最优化操作(步骤S7)。
下面，说明使用了本发明的实施方式涉及的放电加工机的电源 控制装置的加工性能实例。图7是表示使用了该实施方式的电源控制 装置的放电加工机与现有的装置的加工性能比较的加工时间曲线的 图。使电极为口30mm的石墨电极，使被加工物为钢，使液处理为无 喷流，使加工条件为峰值电流值为55A、脉冲宽度为384ps、间歇时 间为115ps、下降时间为500ps、上升距离为1.4mm、加工深度为 25mm，进行加工。可知该实施方式的装置相对于现有装置，可以在 短时间内进行加工直至规定深度。该实施方式涉及的放电加工机的电 源控制装置，因为对每个放电脉冲，将放电脉冲控制为最佳值，所以 可以增加正常放电脉冲数。另外，通过使平均间歇时间减小，因为加工稳定度的"不稳定"识别减少，所以大幅度减少暂时回避加工条件 (间歇时间)的回避操作，在基于加工条件最优化操作的加工条件设 定中，可以采用使加工速度成为最大的设定。由此，可以提高加工效 率。而且，在该实施方式中，其构成为，在对异常放电脉冲进行分 类判别后立即控制放电脉冲及间歇时间，但也可以对分类判别的输出 信号进行计数，如果计数达到固定值，则控制放电脉冲及间歇时间。 另外，也可以取代控制间歇时间，根据向加工间隙施加的电压，以拉 长间隔的方式控制希望个数的电压脉冲。另外，除了间歇时间的变更 之外，也可以以控制或增加加工条件的下降时间或升高距离等的方式 进行控制。另外，在该实施方式中，加工稳定度识别根据所设定的期间内 的平均间歇时间计算装置，判断为"稳定"或"不稳定"，但也可以根据 分类判别的异常放电脉冲或异常放电脉冲数，判断"稳定""不稳定"。工业实用性本发明的放电加工机的电源控制装置，适用于下述的放电加工 机的电源控制装置，其控制向下述放电加工机供给的放电脉冲，该放 电加工机在加工电极与加工物相对而形成的加工间隙中进行脉冲放 电，对加工物进行加工，特别地，该电源控制装置适用于容易产生因 电弧放电异常产生引起的电弧电压降低的放电加工机所采用的电源 控制装置。
权利要求
1.一种放电加工机的电源控制装置，其控制向放电加工机供给的放电脉冲，该放电加工机在加工物与加工电极相对而形成的加工间隙中进行脉冲放电，对前述加工物进行加工，其特征在于，具有电压电平检测单元，其检测前述加工间隙的放电电压电平；无负载时间检测单元，其检测前述加工间隙的放电电压的无负载时间；比较单元，其将检测到的前述放电电压电平与电压电平基准值进行比较；以及脉冲控制单元，其根据前述电压电平比较单元的比较结果和前述无负载时间，控制间歇时间。
2. —种放电加工机的电源控制装置，其控制向放电加工机供给 的放电脉冲，该放电加工机在加工物与加工电极相对而形成的加工间 隙中进行脉冲放电，对前述加工物进行加工，其特征在于，具有高频成分检测单元，其检测前述加工间隙的放电电压的高频成分；电压电平检测单元，其检测前述加工间隙的放电电压电平； 无负载时间检测单元，其检测前述加工间隙的放电电压的无负 载时间；高频成分比较单元，其对检测到的前述高频成分与高频成分基 准值进行比较；电压电平比较单元，其将检测到的前述放电电压电平与电压电 平基准值进行比较；以及脉冲控制单元，其根据前述高频成分比较单元的比较结果和前 述无负载时间，控制间歇时间，并根据前述电压电平比较单元的比较 结果，使放电脉冲截止。
3. 如权利要求2所述的放电加工机的电源控制装置，其特征在于，前述脉冲控制单元，在前述加工间隙的放电电压电平小于或等 于前述电压电平基准值时，使前述放电脉冲截止。
4. 如权利要求1或2所述的放电加工机的电源控制装置，其特 征在于，前述电压电平比较单元，将前述电压电平的基准值设定为主电 源电路的极间开路电压的25 30%。
5. 如权利要求1或2所述的放电加工机的电源控制装置，其特 征在于，还具有加工条件控制单元，其根据前述脉冲控制单元的输出， 在加工状态稳定的情况下，切换加工条件以提高加工效率。
6. 如权利要求5所述的放电加工机的电源控制装置，其特征在于，还具有良否脉冲计数单元，其对各放电脉冲的良否进行计数， 前述加工条件控制单元根据前述放电良否脉冲计数单元的输 出，切换加工条件切换以使优良脉冲数增多。
7. 如权利要求5或6所述的放电加工机的电源控制装置，其特 征在于，还具有平均间歇时间计算单元，其根据前述脉冲控制单元的输出，计 算平均间歇时间；以及加工稳定度识别单元，其以前述平均间歇时间的长度作为稳定、 不稳定的指标，判断放电加工状态，前述加工条件控制单元根据前述加工稳定度识别单元的判断结 果，切换加工条件。
8.如权利要求7所述的放电加工机的电源控制装置，其特征在于，前述加工稳定度识别单元，在前述平均间歇时间大于规定值时 判断为不稳定，在前述平均间歇时间低于规定值时判断为稳定。
全文摘要
本发明涉及一种放电加工机的电源控制装置，其具有高频成分检测单元(高通滤波器4、整流装置5及积分电路9)，其检测加工间隙的放电电压的高频成分；加工电压电平检测装置(40)，其检测加工间隙的放电电压电平；无负载时间检测装置(42)，其检测加工间隙的放电电压的无负载时间；高频成分比较器(78)，其将检测到的高频成分与高频成分基准值进行比较；电压电平比较器(41)，其将检测到的放电电压电平与电压电平基准值进行比较；以及脉冲控制装置(43)，其根据高频成分比较装置的比较结果与无负载时间，控制间歇时间，并根据电压电平比较装置的比较结果，使放电脉冲截止。
文档编号B23H1/02GK101291768SQ200680038979
公开日2008年10月22日 申请日期2006年10月20日 优先权日2006年10月20日
发明者佐佐木史朗, 森田一成, 鹈饲洋史 申请人:三菱电机株式会社