專利名稱：放電加工電源及放電加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過在工具電極和工件之間形成的加工間隙中產(chǎn)生放電來加工工件的放電加工機械。本發(fā)明特別涉及一種利用電容器給所述加工間隙反復(fù)提供電流脈沖的放電加工電源。
如果由直流電源給所述加工間隙供電，可減少該加工間隙中介電液體的電阻，其中加工間隙是在放電加工機械的工具電極和導(dǎo)電工件之間形成的微間隙。如果介電液體的絕緣特性破壞，則出現(xiàn)放電且接通時間開始。在被控制的接通時間期間，放電加工電流流過加工間隙，結(jié)果工件材料蒸發(fā)或熔化。一旦接通時間結(jié)束，為了恢復(fù)介電液體的絕緣特性，在被控制的關(guān)斷時間期間，暫停供電。這樣，可將具有被控制的接通時間和被控制的關(guān)斷時間的電流脈沖反復(fù)地提供到加工間隙。已公知電流脈沖波形的陡峭上升邊有助于提供加工速度。圖4是示出了現(xiàn)有技術(shù)的放電加工電源的電路圖。工件2放置在填充有例如煤油這樣的介電液體的加工槽中。將工具電極1定位為使得微小的加工間隙3形成在工具電極和工件2之間。由開關(guān)晶體管Tr1-Trn和限流電阻器R1-Rn構(gòu)成的N個串聯(lián)組合并聯(lián)連接在直流電源E和加工間隙3之間。為了簡化該圖，僅示出了兩個串聯(lián)組合，圖中省略了其他的串聯(lián)組合。由門脈沖信號GP控制開關(guān)晶體管Tr1-Tr2的接通/關(guān)斷切換操作。用于產(chǎn)生門脈沖信號GP的單元例如直流電源E、開關(guān)晶體管Tr1-Trn和限流電阻器R1這樣的電子器件通常容納在機殼內(nèi)。這樣的機殼必然布置得與機械部件如用于支持工件的部件和用于使得工具電極移動的部件具有物理距離。為了電連接直流電源E和加工間隙3，將例如同軸電纜CC這樣的適當(dāng)?shù)膶?dǎo)體設(shè)置在機殼和機械部件之間。圖4的電源還包括與加工間隙3并聯(lián)連接的電容器C。開關(guān)SW連接在電容器C和加工間隙3之間，可選擇使用電容器C。電容器的靜電電容可設(shè)定在例如0.0068-1.6μF的范圍內(nèi)。電容器C和開關(guān)SW的組合布置得盡可能接近加工間隙3。電容器C和開關(guān)SW容納在例如附著在加工槽側(cè)壁的小盒中。如果接通開關(guān)晶體管Tr1-Trn中的至少一個同時開關(guān)SW處于閉合狀態(tài)，則電容器C開始充電。如果電容器C的充電電壓超過特定值，則放電電流I流過加工間隙3。此時，同時將電流從直流電源E通過開關(guān)晶體管提供到加工間隙3。從電容器C提供到加工間隙3的電流脈沖波形的特征在于陡峭的上升邊。陡峭上升邊可提高加工速度。圖4的電路尤其用在如使用銅電極從而加工完的鋼件表面的表面粗糙度為3μmRy或更小的情況，或當(dāng)加工硬質(zhì)金屬工件時使用銅鎢電極的情況中。
接通開關(guān)晶體管后開始放電所用的時間根據(jù)加工間隙3的狀況而改變。結(jié)果，存在從電容器C提供到加工間隙3的電流不恒定的缺點。例如，有在完成充足充電之前，就在加工間隙中開始放電的可能。并且，即使開關(guān)晶體管被關(guān)斷，由于存儲在電容器C中的電荷也有在加工間隙3中出現(xiàn)意外放電的危險。
本發(fā)明的一個目的是提供一種放電加工電源，其能控制從電容器提供到加工間隙的單個電脈沖能量的恒定性。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種放電加工電源，其能充分保證能存儲電容器的電荷的時間。本發(fā)明的再一個目的將在下面的說明中給出，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，一旦實施本發(fā)明該目的將很明顯。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個方面為反復(fù)地將電流脈沖提供到形成在工具電極和工件之間的加工間隙的放電加工電源，包括直流電源、連接在直流電源和加工間隙之間的第一切換元件、與所述加工間隙并聯(lián)連接的電容器、用于控制從電容器到加工間隙的電流的第二切換元件、用于檢測放電開始的檢測器、和控制器，用于響應(yīng)檢測器控制第一切換元件和第二切換元件，使得從放電開始僅在第一時間電流從直流電源通過第一切換元件提供到加工間隙，以及從放電開始僅在第二時間電流從電容器通過第二切換元件提供到加工間隙，所述第二時間比從放電開始的第一時間短。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種反復(fù)地將電流脈沖提供到形成在工具電極和工件之間的加工間隙的放電加工電源，包括直流電源、連接在直流電源和加工間隙之間的第一切換元件、用于通過第一切換元件將電流從直流電源引到所述加工間隙的第一線路、與所述加工間隙并聯(lián)連接的電容器、用于將充電電流從直流電源引到所述電容器的第二線路、用于控制從電容器流到加工間隙的充電電流的第二切換元件、和用于控制第一切換元件和第二切換元件的控制器。


圖1是表示本發(fā)明的放電加工電源的電路圖；圖2是表示圖1的校正電流源電路的電路圖；圖3A、3B、3C、3D和3E是表示圖1的放電加工電源的操作的時序圖；以及圖4是表示現(xiàn)有技術(shù)的放電加工電源的電路圖。
現(xiàn)在，參考圖1和圖2將描述本發(fā)明的放電加工電源。與圖4中相同的參考標(biāo)號表示相同的結(jié)構(gòu)元件，在此省略對這些元件的描述。
與圖4的電源相似，放電加工電源100包括直流電源E和由n個限流電阻器R1-Rn和開關(guān)晶體管Tr1-Trn構(gòu)成的切換電路10。用于檢測施加到加工間隙3上的電壓的電阻器41和42的串聯(lián)組合與加工間隙3并聯(lián)連接。將表示在電阻器41和42之間的接點43處檢測到的電壓的信號DS提供到放電檢測器50。放電檢測器50將該電壓信號DS與參考電壓比較，如果斷定在間隙3中已開始放電，則將一個脈沖信號DP提供到門脈沖發(fā)生器20。用于產(chǎn)生陡峭的脈沖放電加工電流I的波形上升緣的校正電流源電路60設(shè)在加工間隙3附近。如圖2中所示，校正電流源電路60包括電容器電路61，其由多個由電源E充電的電容器C1-C8和連接到這些電容器上的開關(guān)SW-SW8構(gòu)成。利用開關(guān)SW1-SW8可將電容器61的靜電電容設(shè)定在0.0068-1.6μF的范圍內(nèi)。校正電流源電路60的充電端子60A和60B通過低感同軸電纜CC連接到直流電源E上，而將輸出端子60C和60D連接到加工間隙3。通過限流電阻器63和二極管64將直流電源E提供的充電電流提供到電容器電路61上。充電時間由時間常數(shù)RC確定。例如，當(dāng)使用15Ω的電阻器R63，并在電容器電路61中選擇1.6μF的電容器時，充電時間約為24μs。參考標(biāo)號65代表加速(accelerating)電容器。如果在加工間隙3上開始放電，電流從電容器電路61通過二極管66和開關(guān)晶體管67流到加工間隙3。為了使該電流不受由電感造成的不需要的影響，電容器電路61布置得盡可能接近加工間隙3。開關(guān)晶體管67的接通/關(guān)斷切換操作由門脈沖發(fā)生器20提供的門脈沖GP2控制。
下面，參考圖3A、3B、3C、3D和3E將描述放電加工電源100的操作。
如圖3A中所示，當(dāng)門脈沖信號GP1變?yōu)椤癏”電平的時刻t1，電壓從直流電源E提供到加工間隙3上，如圖3D中所示。如圖3B中所示，在t1時刻門脈沖信號GP2也變?yōu)椤癏”電平。當(dāng)加工間隙3中開始放電的時刻t2，電流I流過加工間隙3，如圖3E中所示，以及如圖3D中所示，電壓DS下降。放電檢測器50檢測該電壓降，以及如圖3C中所示，將代表放電開始的信號DP提供到門脈沖發(fā)生器20。從時刻t2直到經(jīng)過了設(shè)定的時間段τON的時刻t4期間，門脈沖發(fā)生器20將門脈沖信號GP1保持在“H”電平。在時間段τON期間，電流i從直流電源E通過切換電路10流到加工間隙3，然而如圖3B中所示，由于切換電路10中的限流電阻器，該電流i比較緩慢地上升。為了校正電流i的緩慢上升邊，從時刻t2直到經(jīng)過了設(shè)定的時間段T的時刻t3期間，門脈沖發(fā)生器20將門脈沖信號GP2保持在“H”電平。在時間段T期間，從電容器電路61通過開關(guān)晶體管67流到加工間隙3中的電流與電流i結(jié)合，其意味著在電流I的波形中產(chǎn)生陡峭上升邊。時間段T設(shè)定為這樣的值，其使得電流達(dá)到峰值，例如，5μs，比時間段τON短。由于在門脈沖發(fā)生器20中設(shè)定時間段T，所以由電容器電路61提供到加工間隙3中的能量在時間段τON期間是恒定的。從時刻t4直到經(jīng)過了設(shè)定的時間段τOFF的時刻t5期間，門脈沖發(fā)生器20將門脈沖信號GP1保持在“L”電平。從放電再次開始的時刻t6直到經(jīng)過了時間段T的時刻t7期間，來自電容器電路61的電流流到加工間隙3中。從時刻t6直到經(jīng)過了時間段τON的時刻t8期間，電流I流過加工間隙3。這樣，門脈沖發(fā)生器20控制開關(guān)晶體管Tr1-Trn和67，從而時間段τON和時間段τOFF是恒定的，在時間段τON期間，用脈沖電流I加工工件2，而在時間段τOFF期間，恢復(fù)加工間隙3中發(fā)介電液體的絕緣特性。從時刻t3到時刻t5，門脈沖發(fā)生器20將門脈沖信號GP2保持在“L”電平，這意味著防止電流在時間段τOFF期間從電容器C流到加工間隙3。從時刻t1到時刻t3，電容器電路61充電，并確保比圖4的電容器C更長的充電時間。
無意將本發(fā)明限定到所公開的具體形式上，很明顯，根據(jù)上述記述可進(jìn)行多種變形和各種改變。例如，這里使用直流電源E對電容器電路61充電，也可用其他直流電源給電容器電路61充電。所描述的實施例選擇為能最好地解釋本發(fā)明的原理及其實際應(yīng)用。本發(fā)明的保護范圍由后附的權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1．一種放電加工電源，將電流脈沖反復(fù)地提供到形成在工具電極和工件之間的加工間隙中，其包括直流電源；連接在直流電源和加工間隙之間的第一切換元件；與所述加工間隙并聯(lián)連接的電容器；用于控制從電容器流到加工間隙的電流的第二切換元件；用于檢測放電開始的檢測器；以及控制器，用于響應(yīng)檢測器控制第一切換元件和第二切換元件，使得從放電開始僅在第一時間電流從直流電源通過第一切換元件提供到加工間隙，以及從放電開始僅在第二時間電流從電容器通過第二切換元件提供到加工間隙，所述第二時間比從放電開始的第一時間短。
2．如權(quán)利要求1所述的放電加工電源，其特征在于，電容器和第二切換元件設(shè)置在加工間隙附近。
3．如權(quán)利要求1所述的放電加工電源，其特征在于，由直流電源對電容器充電。
4．如權(quán)利要求1所述的放電加工電源，其特征在于，限流電阻器與第一切換元件串聯(lián)連接。
5．一種放電加工電源，將電流脈沖反復(fù)地提供到形成在工具電極和工件之間的加工間隙上，其包括直流電源；連接在直流電源和加工間隙之間的第一切換元件；用于通過第一切換元件將電流從直流電源引到所述加工間隙的第一線路；與所述加工間隙并聯(lián)連接的電容器；用于將充電電流從直流電源引到所述電容器的第二線路；用于控制從電容器流到加工間隙的充電電流的第二切換元件；以及用于控制第一切換元件和第二切換元件的控制器。
6．一種放電加工方法，通過在形成于工具電極和工件之間的加工間隙中反復(fù)地產(chǎn)生放電來加工工件，其包括步驟將電壓施加到加工間隙上；檢測加工間隙上的放電開始；從放電開始僅在第一時間將來自直流電源的電流通過限流電阻器提供到加工間隙上；以及僅在第二時間將來自電容器的電流提供到加工間隙上，所述第二時間比從放電開始的所述第一時間短。
全文摘要
通過將電流脈沖反復(fù)提供到形成在工具電極(1)和工件(2)之間的加工間隙(3)進(jìn)行放電加工的電源(100),包括直流電源(E)、連接在直流電源和加工間隙之間的第一切換元件(Tr1—Trn)、與所述加工間隙并聯(lián)連接的電容器(C1—C8)、用于控制從電容器流到加工間隙的電流的第二切換元件(67)、用于檢測放電開始的檢測器(50)、和用于響應(yīng)檢測器控制第一切換元件和第二切換元件的控制器(20)。從放電開始僅在第一時間(τON)電流從直流電源通過第一切換元件提供到加工間隙,以及從放電開始僅在第二時間(T)電流從電容器通過第二切換元件提供到加工間隙,所述第二時間比從放電開始的第一時間短。
文檔編號B23H1/02GK1302243SQ00800727
公開日2001年7月4日 申請日期2000年6月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月1日
發(fā)明者金子雄二, 貞光大介, 虞戰(zhàn)波 申請人:沙迪克株式會社