專利名稱：線放電加工用的電源系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種使形成在線電極(wire electrode)與工件間的加工間隙內產生放電而加工工件的線放電加工裝置。本發明尤其涉及一種以高頻將電流脈沖供給至加工間隙的線放電加工用的電源系統。
背景技術：
一般來說，如果以高頻對加工間隙供給大能量的電流脈沖，放電加工中的材料去除速度會提升。在該方面，理想的是，電流脈沖具有高電流波峰、陡峭的上升邊緣、及陡峭的下降邊緣。典型的線電極是由黃銅制作的，且具有O. 07 O. 30mm的直徑。在加工中，對線電極賦予預定張力。如果在這種線電極上突然流過大電流，有線電極斷裂的風險。 為了避免這種風險，已知有包括第I電源電路及第2電源電路的電源系統。第I電源電路對加工間隙施加引起放電的程度的高電壓，但是將供給至加工間隙的電流限制為盡可能小的值。第I電源電路包括第I直流電源、及電阻值大的電流限制電阻元件。如果由第I電源電路產生放電，第2電源電路立刻對加工間隙供給大電流。第2電源電路包括第2直流電源、及將第2直流電源連接至加工間隙的低電感線。在第2電源電路中使電阻成分及電感成分最小化。圖8表示在加工間隙中流動的典型的電流脈沖。電流il的一部分是從第I電源電路供給的電流。第I電源電路對加工間隙供給盡可能小的電流。然而，電流從在第2電源電路中的低電感線上產生的意料之外的寄生電容流向加工間隙。該電流形成電流il的一部分。電流i2是從第2電源電路供給的電流。已知，如果對加工間隙供給圖8中的電流脈沖，黃銅制的線電極會熔融，而使銅析出。隨著該銅附著于工件上，而導致工件的材料去除速度明顯降低。電流il越大，則會有越多的銅附著于工件上。如果從第I電源電路的直流電源對加工間隙施加電壓,會由于低電感線中的寄生電容，而使電壓的上升變慢。換而言之，電壓的上升邊緣變鈍。因此，從對加工間隙施加電壓起至產生放電為止的延遲時間變長。從該方面來說，工件的材料去除速度也會明顯降低。專利文獻I揭示了粗加工用電源電路經由低電感線連接至加工間隙、且精加工用電源電路經由低電容線連接至加工間隙的線放電加工裝置。在低電感線與加工間隙之間設置著阻塞二極管。該阻塞二極管防止在精加工時電流從低電感線中的寄生電容流向加工間隙。專利文獻2揭示了放電加工機用的電源裝置，其主電源經由低電感線連接至加工間隙，且輔助電源經由低電容線連接至加工間隙。阻塞二極管設置在低電感線與加工間隙之間，反向偏壓電源與阻塞二極管串聯連接。在粗加工時，當利用輔助電源的電壓產生放電后，立刻從主電源向加工間隙供給大電流。在精加工時，從輔助電源向加工間隙供給小電流。以上闡明了阻塞二極管及反向偏壓電源在精加工時使低電感線中的寄生電容的影響大幅度地減小。
背景技術：
文獻
專利文獻
專利文獻1:日本專利特開平1-27818號公報
專利文獻2 :日本專利特開平7-276142號公報發明內容
本發明的目的在于提供一種線放電加工裝置的電源系統，能夠以簡單的電路構成 來充分地減小低電感線的寄生電容的影響。
本發明的一態樣涉及一種對形成在線電極與工件間的加工間隙供給電流脈沖的 線放電加工用的電源系統。線放電加工用的電源系統包括第I電源電路，該第I電源電路 包含第I直流電源、及與所述第I直流電源串聯連接且將在所述加工間隙內流動的電流限 制得盡可能小的電流限制電阻元件，且該第I電源電路對所述加工間隙施加引起放電的電 壓。線放電加工用的電源系統還包括第2電源電路，該第2電源電路包括第2直流電源、及 將所述第2直流電源連接至所述加工間隙的低電感線，且該第2電源電路向所述加工間隙 供給有助于放電加工的電流。線放電加工用的電源系統還包括阻塞二極管，串聯連接于所 述低電感線與所述加工間隙之間；及容器，具有與所述阻塞二極管接觸的接觸面，且收納冷 卻液。
也可使緩沖電路并聯連接于所述阻塞二極管。也可使硅膏(silicone paste)介 于所述阻塞二極管與所述接觸面之間。
線放電加工用的電源系統也可還包括加工槽，具有貫穿孔；安裝板，配置在所述 加工槽中，固定所述工件；及導電體塊，貫穿所述貫穿孔，電性連接于所述安裝板。可將所述 阻塞二極管安裝在所述導電體塊上。
所述容器的所述接觸面具有大面積即可，其為可與所述阻塞二極管的最大的一個 平面的幾乎整個面接觸的程度。
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圖1是表示本發明的電源系統的一例的電路圖。2是表示圖1中的電源系統供給的電流脈沖的一例的波形圖。3是表示圖1中的冷卻單元的一例的立體圖。4是表示圖1中的冷卻單元的一例的俯視圖。5是表示圖1中的冷卻單元的一例的前視圖。6是表示圖1中的冷卻單元的一例的側視圖。7是表示安裝著圖1中的冷卻單元的線放電加工裝置的局部的立體圖。 8是表示電流從寄生電容流向加工間隙時的典型的電流脈沖的波形圖。
具體實施方式
參照圖1、2、3、4、5及6，作為線放電加工用的電源系統，對本發明的一實施例進行 說明。圖1中表示了該電源系統的一例。電源系統對形成在線電極I與工件2之間的加工 間隙3重復供給電力脈沖(power pulse)。黃銅制的線電極I是一電極，且是放電加工用的 工具。工件2是另一電極，且包含鐵系材料或超硬合金。
電源系統包括第I電源電路10及第2電源電路20。電源電路10、20不可避免地在物理性地遠離加工間隙3而配置。電源電路10、20例如收納在框體中。第I電源電路10將用于引起放電的電壓施加至加工間隙3，并且將不會導致線電極I斷線的盡可能小的電流供給至加工間隙3。第I電源電路10包括由直流電源16、開關元件12、防逆流用阻塞二極管13、與電流限制電阻元件14組成的串聯電路。第I電源電路10還包括具有晶體管電橋(transistorbridge)的極性切換電路15。直流電源16的輸出電壓高達足以使加工間隙3引起放電的程度。足以引起放電的程度的高電壓取決于加工間隙3的尺寸。對加工間隙3施加的電壓越高，則越需要更大電阻值的電流限制電阻元件14，結果，能量損失變大。開關元件12響應未圖示的脈沖控制裝置供給的柵信號(gate signal)而進行接通斷開(οη-ο )。脈沖控制裝置在經過預定的OFF時間后使開關 元件12導通，若檢測到放電的產生，則立刻使開關元件12成為非導通。開關元件12通過重復進行接通斷開而在加工間隙3重復使產生放電。防逆流用阻塞二極管13阻止電流的逆流，而保護開關元件12。電流限制電阻元件14具有大電阻值，用來在加工間隙3內產生放電時將在線電極I上流動的電流限制得盡可能小。電流限制電阻元件14的電阻值取決于直流電源16的輸出電壓及放電電路中存在的電阻成分而決定。第2電源電路20將有助于放電加工的電流供給至加工間隙。第2電源電路20包括直流電源26、開關元件21、22、防逆流用阻塞二極管23及低電感線30。低電感線30例如為電感成分少的同軸電纜。使第2電源電路20中的電阻成分及電感成分最小化。直流電源26的正極經由節點(node) 32、開關元件21、節點33、防逆流用阻塞二極管23及低電感線30而與工件2連接。直流電源26的負極經由節點35、開關元件22、節點34及低電感線30而與線電極I連接。直流電源26可將從粗加工至完工前加工所需的程度的大電流供給至加工間隙3。利用來自直流電源26的電流，將工件2的材料幾乎全部去除。直流電源26的輸出電壓可變，且根據電性加工條件來決定。各開關元件21、22包括與直流電源26串聯連接的電解效應晶體管。開關元件21、22響應未圖示的脈沖控制裝置供給的柵信號，而同時或錯開時間地進行接通斷開。開關元件21、22通過重復進行接通斷開 開關動作，而將具有預定ON時間的電流脈沖列供給至加工間隙3。ON時間及OFF時間可根據電性加工條件的設定而決定。防逆流用阻塞二極管23阻止從直流電源26供給至加工間隙3的電流的逆流，而保護直流電源26。第2電源電路20還包括保護開關元件21、22的二極管24、25。二極管24設置在將節點34連接至節點32的電路中。二極管25設置在將節點35連接至節點33的電路中。電流減小電路40設置在第2電源電路20與加工間隙3之間。電流減小電路40抑制電流從低電感線30中的寄生電容流向加工間隙。理想的是，電流減小電路40設置在靠近加工間隙3的位置。電流減小電路40包括阻塞二極管41及緩沖電路。阻塞二極管41串聯連接于低電感線30與線電極I之間，且抑制電流從低電感線30中的寄生電容流向加工間隙3。緩沖電路(snubber circuit)包括保護電阻器42、電容器43及保護二極管44。
圖2中的電流i3幾乎是從第I電源電路10的直流電源16供給的電流。利用電 流減小電路40，將電流i3抑制得比圖8中的電流il小。其結果，銅不易附著于工件2上。 而且，由于電壓脈沖的上升邊緣陡峭，所以加工速度不會降低。圖2中的虛線i4表示以線 電極I為正極且以工件2為負極時，從直流電源11供給的電流。這種極性的切換是在完工 前加工之后進行。
圖2中的電流i2是從第2電源電路20的直流電源26供給的電流。如果通過從 直流電源16施加電壓，而使加工間隙3中產生放電，未圖示的放電檢測器檢測到放電。第 2電源電路20響應放電檢測器，將有助于放電加工的電流i2供給至加工間隙3。
緩沖電路在產生突波電壓、或產生沖擊電流時消耗電流，使阻塞二極管41不會破 損。緩沖電路的保護電阻器42與阻塞二極管41并聯連接。電容器43與保護電阻器42串 聯且與阻塞二極管41并聯連接。保護二極管44與保護電阻器42并聯且與阻塞二極管41 并聯連接。保護二極管44的方向與阻塞二極管41相反。
冷卻單元50利用冷卻液冷卻阻塞二極管41。冷卻液是得到溫度管理的放電加工 液。放電加工液是以油為主成分的液體或高比電阻液體。冷卻單元50設置在盡可能靠近 加工間隙3的位置。
冷卻單元50包括收納冷卻液的鋁制容器51。容器51也可為具有良好的導熱率的 其他材料，例如銅或不銹鋼。鋁的導熱率雖然比銅低，但重量輕，且對放電加工油具有抗蝕 性。在使用以水為基質的加工液的情況下，理想的是利用銅覆蓋鋁制容器51的內表面。
如圖3、4、5及6中所示,冷卻單元50包括陰極導電體52及陽極導電體53。陰極 導電體52與阻塞二極管41的陰極導通。陽極導電體53與阻塞二極管41的陽極導通。陰 極導電體52及陽極導電體53包括被折彎的銅板。陽極導電體53提供安裝電流減小電路 40的零件的基底。
阻塞二極管41不可直接浸在液體中。因此，冷卻單元50是以小型、且高效地充分 冷卻阻塞二極管41的方式設計。阻塞二極管41整體上具有矩形的外徑。阻塞二極管41 具有平坦的最大的一個面。以該一個平面接觸于接觸面56的方式，將阻塞二極管41安裝 在容器51上。接觸面56具有大至可與阻塞二極管41的一個平面的幾乎整個面接觸的程 度的面積。容器51具有充分冷卻阻塞二極管41的程度的大容量。
容器51包括冷卻液用的入口 54及出口 55。放電加工液是從入口 54被導入至容 器51，而吸收阻塞二極管41的熱。在容器51中，溫度已上升的放電加工液從出口 55排出。 排出液返回至包括加工液冷卻裝置的儲藏槽中。
如圖6中所示，硅膏58介于阻塞二極管41與容器51的接觸面56之間。硅膏58 在低溫下可熔融成膏狀而任意地改變外形。由于硅膏58填滿接觸面56與阻塞二極管41 的一個平面之間的間隙，所以使阻塞二極管41完全密接于安裝面51。由于硅膏58具有良 好的導熱性，所以阻塞二極管41的冷卻效果提升。
電流減小電路40包括少數零件，且為小型。結合有冷卻單元50的電流減小電路 40具有約65mm的寬度W、約67mm的長度L、及約95mm的高度H。
圖7表示冷卻單元50的設置的一例。在圖7中表示了線放電加工裝置的一部分。 加工槽4載置在底座上。在加工中，加工槽4中充滿了浸潰工件2的放電加工液。在加工 槽4的一側壁上形成著矩形的貫穿孔8。矩形的導電體塊6以使貫穿孔8不漏液的方式貫穿。固定工件2的3個金屬制的安裝板7配置在加工槽4中。安裝板7固定在各個具有絕緣性的基臺5上。基臺5固定在加工槽4的底面上。放電加工用的電力可通過安裝板7而供給至工件2。3個安裝板7通過適當的金屬板或連接線而電性連接。在圖7中只表示了 2個安裝板7，第3安裝板7隱藏在加工槽4的側壁后。加工槽4中的導電體塊6通過適當的金屬板或連接線而電性連接于該第3安裝板7。結合有冷卻單元50的電流減小電路40在加工槽4外且安裝在導電塊6上。利用螺釘將陽極導電體53固定在導電塊6上。本發明并不限于所圖示的實施例。本領域技術人員應明了，可在不脫離本發明的精神及范圍的條件下對本發明的構成進行各種改良及變形。例如，收納冷卻液的容器包括供冷卻液流通的管。只要本發明的改良及變形包含在權利要求書及其同等內容中，那么本發明的目的涵蓋所述改良及變形。符號的說明1:線電極2 :工件3 :加工間隙4 :加工槽5 :基臺6:導電體塊7 :安裝板8 :貫穿孔10:第I電源電路12、21、22 :開關元件13 : 二極管14:電流限制電阻元件15:極性切換電路16,26 :直流電源20:第2電源電路23、24、25、44 :保護二極管30:低電感線32、33、34、35 :節點40 電流減小電路41 :阻塞二極管42:保護電阻器43:電容器50 :冷卻單元51 :容器52:陰極導電體53:陽極導電體54:入口
55:出口
56 :安裝面
58 :娃膏
權利要求
1.一種線放電加工用的電源系統，對形成在線電極與工件間的加工間隙供給電流脈沖，其特征在于包括 第I電源電路，包含第I直流電源、及與所述第I直流電源串聯連接且將在所述加工間隙內流動的電流限制得盡可能小的電流限制電阻元件，且對所述加工間隙施加引起放電的電壓； 第2電源電路，包含第2直流電源、及將所述第2直流電源連接至所述加工間隙的低電感線，且向所述加工間隙供給有助于放電加工的電流；阻塞二極管，串聯連接于所述低電感線與所述加工間隙之間；及 容器，具有與所述阻塞二極管接觸的接觸面，且收納冷卻液。
2.根據權利要求1所述的線放電加工用的電源系統，其特征在于還包括與所述阻塞二極管并聯連接的緩沖電路。
3.根據權利要求1所述的線放電加工用的電源系統，其特征在于還包括介于所述阻塞二極管與所述接觸面之間的硅膏。
4.根據權利要求1所述的線放電加工用的電源系統，其特征在于還包括加工槽，具有貫穿孔；安裝板，配置在所述加工槽中，固定所述工件；及導電體塊，貫穿所述貫穿孔，電性連接于所述安裝板；且所述阻塞二極管安裝在所述導電塊上。
5.根據權利要求1所述的線放電加工用的電源系統，其特征在于所述阻塞二極管具有最大的一個平面，且所述接觸面具有可與所述一個平面的幾乎整個面接觸的程度的大面積。
全文摘要
線放電加工用的電源系統包括第1電源電路(10)及第2電源電路(20)。第1電源電路對加工間隙施加引起放電的電壓。第2電源電路包括低電感線(30)，且向加工間隙供給有助于放電加工的電流(i2)。阻塞二極管(41)串聯連接于低電感線與加工間隙之間。設置著容器(50)，該容器(50)具有與阻塞二極管接觸的接觸面(56)且收納冷卻液。
文檔編號B23H7/10GK103003017SQ20118003550
公開日2013年3月27日 申請日期2011年7月21日 優先權日2010年7月21日
發明者山田邦治, 柳澤智幸 申請人:株式會社沙迪克