专利名称：线切割放电加工控制方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明是关于线切割放电加工控制方法与装置，特别是关于一种以交流点火低电压检测加工间隙的状况，进行高压放电能量调整之线切割放电加工控制方法与装置。
传统的线切割放电加工回路，是采用单极性电源进行点火与加工，如
图1所示，1为脉冲发生器，2为负高电压电源电路，3为负低电压电源电路，4为线极，5为工件。其操作方式如下首先，由脉冲发生器1产生控制信号将开关6导通(ON)，负低电压源7施电压于线极4与工件5之间放电间隙以进行点火检测，一但间隙电压低于参考电压Vref则表示点火成功，接着将开关6关断(OFF)且将开关10导通，则负高电压源11之供给电压会经由开关10施加于间隙进行加工，经过一段加工周期后，开关10亦被关断，于是放电间隙进入休止绝缘恢复的状态，经过一段关断(OFF)的周期之后，开关6再度导通以进行下一个完整的点火放电周期。负低电压电源电路3中电阻8是限流电阻，以防止放电时的电流过大；二极管9用以防止放电时负高压电源11之电压反向进入负低压电源7。此一放电架构及控制方法因为采用单极性电源，使工件5一直处于正极性，线极4位于负极性，且在以水为加工绝缘液的情况下，如此会造成位于正极的工件5在被加工的同时也会发生电解作用，如此工件5表面也因此会产生电解裂痕，导致氧化、生锈，结果不仅加工表面粗糙度恶化同时也会降低模具的寿命。
本发明之目的为提供一种检测放电间隙之状况，根据点火的结果来调整放电的能量之线切割放电加工控制方法与装置。
本发明之另一目的为提供一种利用计时电路来记录低电压点火的累计时间，以根据累计时间来调整点火电压的极性，而达到交流点火避免电解现象发生之线切割放电加工控制方法与装置。
本发明之线切割放电加工控制方法，包括下列步骤(1)首先，根据低压点火换相控制电路的输出决定低压点火的极性，若为负极性点火则使负低电压电源电路的开关导通，在放电间隙施以-检测之负电压，若为正极性点火则使正低电压电源电路的开关导通，在放电间隙施以-检测之正电压；(2)经过一段时间T1之后，开始检测放电间隙电压的高低，若间隙电压未进入参考电压Vref1与Vref2所建立的窗形比较范围中，则表示此次放电为正常放电或是开路；若间隙电压此时已进入参考电压Vref1与Vref2的范围内，则表示此次放电为电弧放电；若经过一段更长的时间T2之后，电压仍未进入Vref1与Vref2的范围内，则表示放电间隙保持开路；(3)若此次放电属正常放电或电弧放电，则将高电压电源电路的开关导通，在放电间隙施以高放电电压，并控制不同的放电时间(OnTime)，使电弧放电的时间约略为正常放电时间的一半；在放电之后，使高电压电源电路开关关断，并施与不同之休止时间(Off Time)；(4)若此次放电是属于开路状态，则不将高电压电源电路的开关导通，并直接进入短暂的休止时间T3；(5)该休止时间T3结束之后，进入下一个点火放电周期；(6)在低压点火的过程中，使用一组计时器对低压点火时间进行计时，若同一极性的点火累计时间未达到设定时间T4，则允许下次点火采用同一极性，若同一极性之点火累计时间已达到设定时间T4，则下次点火将改变电压极性，使点火电压产生交流变化。
本发明之线切割放电加工控制装置，组成包括负低电压电源电路、正低电压电源电路、高电压电源电路、及脉冲发生器，该脉冲发生器根据不同的放电状况来控制该负低电压电源电路、正低电压电源电路、及高电压电源电路的供电时序；该高电压电源电路在每一次施以高压放电之前皆以负低电压电源电路或正低电压电源电路去检测加工间隙的状况，判断此次放电是为正常放电、电弧放电或是开路，再进行高压放电能量的调整；并且根据低压点火换相控制电路的输出，切换点火电压的极性，达到交流点火的目的。
由下列之详细说明，配合附图，本发明的上述目的和其它优点将变得更为明显，其中图1为公知的线切割放电加工装置的电路图；图2为本发明的线切割放电加工装置的电路图；图3为本发明的线切割放电加工装置中脉冲发生器的电路框图；图4为本发明之线切割放电加工装置中低压点火换相控制之电路图；图5为图3中窗型比较器动作示意图；图6为本发明之线切割放电加工装置于正常放电时的波形及时序图；图7为本发明之线切割放电加工装置于电弧放电时的波形及时序图；图8为本发明之线切割放电加工装置于开路时的波形及时序图；图9为本发明之线切割放电加工装置于低压点火换相控制器之时序图。
本发明之线切割放电加工装置之电路图如图2所示，其中1a为脉冲发生器，产生使晶体管开关6、10、12分别导通或关断之控制信号(信号波型分别为S1、S2、S3)；电阻器8、二极管9、开关6和负低电压源7构成负低电压电源电路；电阻器8、开关12、二极管13和正低电压源14构成正低电压电源电路；2为负高电压电源电路；点火回路上限流电阻器8防止放电时的电流过大，二极管9、13用以限制点火回路的电流路径。
本发明之线切割放电加工装置根据不同的放电状况由脉冲发生器1a控制开关6、10、12的时序，其方法如下(1)首先，根据低压点火换相控制电路的输出决定低压点火的极性，若为负极性点火则使开关6导通，在放电间隙施以一检测电压V1(负电压)，若为正极性点火则使开关12导通，在放电间隙施以-检测电压V3(正电压)。
(2)经过一段时间T1(约为1μs-2μs)之后，开始检测放电间隙电压的高低，若电压未进入参考电压Vref1与Vref2所建立的窗形比较范围中，则表示此次放电为正常放电或是开路；若间隙电压此时已进入参考电压Vref1与Vref2的范围内，则表示此次放电为电弧放电；若经过一段更长的时间T2(约为40μs-60μs)之后，电压仍未进入Vref1与Vref2的范围内，则表示放电间隙保持开路。
(3)若此次放电属正常放电或电弧放电，则将开关10导通，在放电间隙施以放电电压V2，并控制不同的放电时间(On Time)，使电弧放电的时间约略为正常放电时间的一半，以防止电弧加工时能量过大而导致断线，同时可使加工速度提升，在放电之后，使开关10关断，并施与不同之休止时间(Off Time)，以利放电间隙恢复绝缘。
(4)若此次放电是属于开路状态，则不将开关10导通，并直接进入短暂的休止时间(约为40μs-60μs)。
(5)休止时间(Off Time)结束之后，进入下一个点火放电周期。
(6)在低压点火的过程中，使用一组计时器对低压点火时间进行计时，若同一极性的点火累计时间未达到设定时间(约为40μs-60μs)，则允许下次点火采用同一极性，若同一极性之点火累计时间已达到设定时间，则下次点火将改变电压极性，使点火电压产生交流变化。
于图2中之脉冲发生器1a的电路框图如图3所示。工件5与线极4之间的电压回馈由放电间隙引入窗型比较器(Window Comparator)15，窗型比较器15的输出信号进入逻辑控制电路16以判断间隙的放电状态。放电时间(On Time)与休止时间(Off Time)由主控电脑(HostComputer)17经由输入端口18来设定计数电路19的初始状态，而时基产生电路(Time-base Generator)20用来产生计数与逻辑控制所需要的参考时基，低压点火换相控制电路(Phase-convert contro1 circuitfor low-voltage ignition)21用来决定下一个点火周期所采用的电压源，最后控制信号23借由输出端口22来控制晶体管开关6、10、12之导通/关断。
于图3中之低压点火换相控制电路21的电路框图如图4所示。施加于开关6之信号S1与施加于开关12之信号S3分别为不同电压极性的点火信号，利用时基产生电路20之高频时钟脉冲信号(Clock)为载波，作为计时器24、25的上数触发信号，分别计数S1与S3的导通时间，其输出信号S1-disable与S3-disable分别为S1与S3的禁止信号，用以控制点火电压的极性，T-SET1与T-SET2信号用来设定计时器24与计时器25的计数值(40μs-60μs)，此值可由主控电脑17决定。其中或(OR)门26之输入27、28、29分别为正常放电(Normal)、电弧放电(Arc)、与开路(Open)之状况信号。
当根据低压点火换相控制电路21的输出S1-disable与S3-disable决定低压点火的极性，若为负极性点火则使开关6(信号S1)导通，在放电间隙施以-检测电压V1(负电压)，若为正极性点火则使开关12(信号S3)导通，在放电间隙施以-检测电压V3(正电压)，同时脉冲发生器1a的窗型比较器15开始检测经过衰减的间隙电压Vgap。
经过一段时间T1(约为1μs-2μs)之后，若电压未进入参考电压Vref1与Vref2所建立的窗形比较范围中，则表示此次放电为正常放电(Normal)或是开路(Open)，若间隙电压此时已进入参考电压Vref1与Vref2的范围内，则表示此次放电为电弧放电(Arc)，若经过一段更长的时间T2(约为40μs-60μs)之后，电压仍未进入Vref1与Vref2的范围内，则表示放电间隙保持开路。
若此次放电属正常放电或电弧放电，则将开关10导通，在放电间隙施以放电电压V2，并控制不同的放电时间(On Time)，使电弧放电的时间(Arc on time)约略为正常放电(Normal on time)时间的一半，以防止电弧加工时能量过大而导致断线，同时可使加工速度提升。在放电之后，使开关10关断，并施与不同的休止时间(Off Time)，以利放电间隙恢复绝缘。正常放电的时序图如图6所示，电弧放电的时序图如图7所示。
若此次放电是属于开路状态，则不打开开关10，并直接进入短暂的休止时间(约为4μs-6μs)。一但发生开路状态，则下一点火周期便会改变点火电压的极性，以得到交流的电压变化，避免电解现象。开路的时序图如图8所示。
图5为图3中窗型比较器15动作示意图。参考电压Vref1为第一比较器(CMP1)之参考电压，参考电压Vref2为第二比较器(CMP2)之参考电压，此例中Vref1正电压高于Vref2负电压的绝对值。当检测放电间隙电压Vgap未进入参考电压Vref1与Vref2所建立的窗形比较范围中，则表示此次放电为正常放电或是开路；若间隙电压Vgap此时已进入参考电压Vref1与Vref2的范围内，则表示此次放电为电弧放电；若经过一段更长的时间之后，电压仍未进入Vref1与Vref2的范围内，则表示放电间隙保持开路。图中Vs为窗型比较器15之输出信号波形，Vs信号进入逻辑控制电路16以判断间隙的放电状态。
图6为正常放电之波形及时序图。脉冲发生器1a产生使晶体管开关6、10、12分别导通或关断之控制信号S1、S2、S3。DMP为使晶体管开关6、12导通之周期起始信号，于开关6导通经过一段时间T1(约为(1μs-2μsl)之后，开始检测放电间隙电压Vgap的高低。如此例中于检测时间T1后电压Vgap未进入参考电压Vref1与Vref2所建立的窗形比较范围中，则表示此次放电为正常放电或是开路，但随后于预定的时间内检测之放电间隙电压Vgap进入了Vref1与Vref2所建立的窗形比较范围中，因此此次放电为正常放电。于正常放电加工期间在放电间隙施以电压V2，产生三角波之加工电流Igap，在加工放电之后，使开关10关断(S2信号)，给与休止时间(Off Time)，以利放电间隙恢复绝缘。
图7为电弧放电之波形及时序图。若于开关6导通后T1时间内隙电压Vgap已进入了参考电压Vref1与Vref2的范围内，则表示此次放电为电弧放电；于放电时间(On Time)，使电弧放电的时间约略为正常放电时间的一半，以防止电弧加工时能量过大而导致断线。在电弧放电之后，使开关10关断，并施与不同之休止时间(Off Time)，以利放电间隙恢复绝缘。
图8为开路之波形及时序图。若经过一段更长的时间T2(约为40μs-60μs)之后，间隙电压Vgap仍未进入Vref1与Vref2的范围内，则表示放电间隙保持开路，其中OPN信号为使晶体管开关6、12导通计时开路周期T2之波形。若此次放电是属于开路状态，则不将开关10导通，并直接进入短暂的休止时间(约为4μs-6μs)。
图9为低压点火换相控制电路时序图。在低压点火的过程中，使用一组计时器对低压点火时间进行计时，若同一极性的点火累计时间未达到设定时间(约为40μs-60μs)，则允许下次点火采用同一极性，若同一极性之点火累计时间已达到设定时间，如图中S1点火前3次计时器24之CNT1累计时间已达到设定时间，则下次点火将改变电压极性，即变成S1-disable信号致能，S3-disable信号禁能，使点火电压产生交流变化，并由计时器25之CNT2累计计时。
本发明实施例图2中的点火电压V1与V3以及图4中的点火计数时间T-SET1与T-SET2均为可调整，如果Vi=V3且T_SET1=T_SET2，则可使点火平均电压为0。如果要提高电解防制的效果，可使V3＞V1或T_SET2＞T_SET1，如此可保证工件相对于线极是负极性的。
用本发明之线切割放电加工控制方法与装置进行放电波形控制可以使放电能量控制在最适当的范围，并且具有点火电压自动换相的功能，得到高速、不断线、防止电解的加工效果。
虽然本发明已借实施例加以说明，但理应了解在不违背本发明所附权利要求范围内所界定之广义精神和观点情况下，各种的变更方式或修改，皆应属于本发明之范围。
权利要求
1．一种线切割放电加工控制方法，该方法包含下列步骤(1)使用低压点火换相控制电路对低压点火时间进行计时，若同一极性的点火累计时间未达到设定时间T4，则允许下次点火采用同一极性，若同一极性之点火累计时间T4已达到设定时间，则下次点火将改变电压极性；(2)根据低压点火换相控制电路的输出决定低压点火的极性，若为负极性点火则在放电间隙施以-检测之负电压，若为正极性点火则在放电间隙施以-检测之正电压；(3)用周期为T1之第一参考时间信号与周期为T2之第二参考时间信号来检测间隙电压的变化，其中T1＜T2，以窗形比较器来判断此次放电是为正常放电、电弧放电、或是开路，若间隙电压在T1时间之内进入窗形比较的参考电压Vref1与Vref2范围内，则表示发生电弧放电，若间隙电压在T1与T2时间之内才进入窗形比较的参考电压Vref1与Vref2范围内，则表示正常放电，若超过T2时间仍未进入窗形比较的参考电压Vref1与Vref2范围内，则表示保持开路；(4)若此次放电属正常放电或电弧放电，则在放电间隙施以放电电压，并控制不同的放电时间(On Time)，使电弧放电的时间约略为正常放电时间的一半；在放电之后，施与不同之休止时间(Off Time)；以及(5)若此次放电是属于开路状态，则不施以放电电压，并直接进入短暂的休止时间T3；下次点火改变电压极性，以得到交流点火的效果。
2．如权利要求1所述之线切割放电加工控制方法，其中该T1约为1μs-2μs；T2约为40μs-60μs；T3约为4μs-6μs；T4约为40μs-60μs。
3．一种线切割放电加工控制装置，组成包括负低电压电源电路，以负低电压检测加工间隙的状况；正低电压电源电路，以正低电压检测加工间隙的状况；高电压电源电路，以高电压放电施加于加工间隙进行加工；以及脉冲发生器，根据不同的放电状况来控制该负低电压电源电路、正低电压电源电路、及高电压电源电路的供电时序；借此，该高电压电源电路在每一次施以高压放电之前皆以负低电压电源电路或正低电压电源电路去检测加工间隙的状况，判断此次放电是为正常放电、电弧放电或是开路，再进行高压放电能量的调整，并且根据低压点火换相控制电路的输出，切换点火电压的极性，达到交流点火的目的。
4．如权利要求3所述之线切割放电加工控制装置，其中该高电压电源电路为负高电压电源电路。
5．如权利要求3所述之线切割放电加工控制装置，其中该线切割放电加工控制装置是全晶体式架构。
6．如权利要求3所述之线切割放电加工控制装置，其中该脉冲发生器包含有窗型比较器与逻辑控制电路，将工件与线极之间的电压回馈至窗型比较器，并将窗型比较器的输出信号送至逻辑控制电路，以判断间隙的放电状态。
7．如权利要求3所述之线切割放电加工控制装置，其中该低压点火换相控制电路是利用计时器的上数触发信号，分别计数负低电压电源电路与正低电压电源电路的导通时间，以与参考时间作比较，来控制点火电压极性的换相。
8．如权利要求3所述之线切割放电加工控制装置，其中该正低电压电源之值要大于负低电压电源之绝对值。
9．如权利要求7所述之线切割放电加工控制装置，其中与该正低电压电源电路的导通时间作比较之参考时间，要大于与该负低电压电源电路的导通时间作比较之参考时间。
全文摘要
本发明提供一种线切割放电加工控制方法与装置,可避免工件的电解现象,改善模具的品质;组成包括:脉冲发生器、负低电压电源电路、正低电压电源电路、与负高电压电源电路;在全晶体式的放电架构上进行放电波形的控制,每一次施以高压放电之前皆以低电压去检测加工间隙的状况,判断此次放电是为正常放电、电弧放电或是开路,再进行高压放电能量的调整,以得到高速稳定的加工;并且根据低压点火换相控制电路的输出,切换点火电压的极性,达到交流点火的目的。
文档编号B23H1/02GK1235077SQ9810178
公开日1999年11月17日 申请日期1998年5月8日 优先权日1998年5月8日
发明者李锡滨, 李祥国, 戴亚君 申请人:财团法人工业技术研究院, 亚特精密机械股份有限公司