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WO1999050017A1 - Alimentation pour usinage par decharges electriques munie d'un circuit de protection pour element de commutation - Google Patents

Alimentation pour usinage par decharges electriques munie d'un circuit de protection pour element de commutation Download PDF

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Publication number
WO1999050017A1
WO1999050017A1 PCT/JP1999/001637 JP9901637W WO9950017A1 WO 1999050017 A1 WO1999050017 A1 WO 1999050017A1 JP 9901637 W JP9901637 W JP 9901637W WO 9950017 A1 WO9950017 A1 WO 9950017A1
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WO
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gate
power supply
switching element
gate pulse
pulse signal
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP1999/001637
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daisuke Sadamitsu
Yuji Kaneko
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sodick Co Ltd
Original Assignee
Sodick Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H1/00—Electrical discharge machining, i.e. removing metal with a series of rapidly recurring electrical discharges between an electrode and a workpiece in the presence of a fluid dielectric
    • B23H1/02—Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply, control, preventing short circuits or other abnormal discharges
    • B23H1/026—Power supply protection, e.g. detection of power switch breakdown

Definitions

  • the present invention relates to an electric discharge machining apparatus for machining a workpiece by generating an electric discharge in a machining gap formed between an electrode and a workpiece.
  • it relates to an electric discharge machining power supply in which a switching element is connected between a DC power supply and a machining gap to generate a high-frequency electric power pulse.
  • a switching circuit composed of a number of switching transistors is provided between the DC power supply and the gap in order to repeatedly supply a high-frequency power pulse from the DC power supply to the gap.
  • the ON / OFF switching operation of the switching transistor is controlled by a gate pulse signal having a controlled ON time and a controlled OFF time.
  • Power is supplied from the DC power supply to the gap via the switching circuit. It has been known. For example, under the condition that the output voltage of the DC power supply is 28 OV, the resistance in the power supply circuit is 0.22 ⁇ , and the inductance is 0.4 ⁇ m, the current flowing through the gap is 1 ⁇ s in 1 ⁇ S.
  • the switching circuit requires 280 transistors with an allowable current pulse of 5 OA to withstand a saturation current of 140 OA.
  • the switching circuit of the wire cut electric discharge machine is It usually contains only a few dozen transistors. Therefore, when the on-time of the gate pulse signal exceeds a predetermined value due to noise or the like, many transistors are damaged by overcurrent.
  • An object of the present invention is to provide an electric discharge machining power supply that reliably protects a switching transistor with a compact circuit even if the on-time of a gate pulse signal exceeds a predetermined value.
  • Another object of the present invention is to provide a wire-cut electric discharge machine which reduces fluctuations in the tension of the wire electrode.
  • an electric discharge machining power supply according to the present invention for intermittently supplying electric power for electric discharge machining to a machining gap formed between an electrode and a work piece
  • a switching element connected between the DC power supply and the processing gap
  • a gate pulse generating circuit for generating a gate pulse signal for turning on the switching element
  • a clock pulse generator for generating a clock pulse
  • a power counter that generates a predetermined level of output when the power reaches a predetermined value
  • a circuit is included to maintain the output of the counter at a predetermined level while receiving the gate pulse signal to prevent the gate pulse signal from being supplied to the switching element.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the electric discharge machining power supply of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating the protection circuit of FIG.
  • FIGS. 3A, 3B, 3C, 3D, and 3E are timing charts showing the operation of the protection circuit of FIG.
  • a negative electrode of 5 a is connected by a pair of conducting electrodes K 1 and K 2 It is electrically connected to electrode E.
  • the positive electrode of the DC power supply 5a is connected to the workpiece W via the diode D and the switching element TRA.
  • the negative electrode of another 80 V to 12 OV DC power supply 5 b is electrically connected to wire electrode E.
  • the positive electrode of the DC power supply 5b is connected to the workpiece W via the current limiting resistor R and the switching element TRB.
  • Switching elements TR A and TRB change between a conductive state and a non-conductive state in response to respective gate pulse signals Gate 1 and Gate 2.
  • the gate pulse generation circuit 3 receives a signal indicating the set value of the machining condition from the NC device 1, receives a signal indicating the start of electric discharge from the detection circuit 4, and generates a gate pulse signal based on the signal.
  • the NC device 1 includes an input device such as a keypad and a CRT display device (both are not illustrated), and processing conditions are set here.
  • the gate pulse generation circuit 3 first supplies the gate pulse signal Gate 2 to the switching element TRB, and the voltage of the DC power Applied to G. As a result, a discharge occurs in the gap G, and a current starts flowing through the gap G.
  • the gate pulse generation circuit 3 receives a signal indicating the start of discharge from the detection circuit 4, stops supplying the gate pulse signal Gate 2 in response to the signal, and sets a gate pulse having a predetermined on-time TG.
  • the signal Gate 1 is supplied to the switching element T8. After a predetermined off-time after the predetermined on-time TG ends, the gate pulse generation circuit 3 supplies the gate pulse signal Gate 2 again to the switching element TRB to generate the next discharge. In this way, discharge is repeatedly generated, and the workpiece W is processed.
  • the switching element TRA is composed of a sufficient number of FE elements to secure the required current capacity. These FET elements are collectively shown as one switching element in FIG. 1 because they perform an on-Z-off 'switching operation in response to the gate pulse signal Gate1.
  • the switching element TRA is a switching circuit composed of two sets of FET elements (total of 32), with one set of 16 FET elements. The withstand voltage of each FET element is 500 V, the rated current is 20 A, and the allowable current pulse is 5 OA. Therefore, the switching element TRA can supply a current pulse having a peak value of 160 OA to the gap G.
  • the electric discharge machining power supply of the present invention is provided with a protection circuit 7 for reliably preventing overcurrent and protecting these FET elements.
  • the protection circuit 7 includes a clock generator 72 for generating a clock pulse CLK of 2 MHz, a counter 73, a latch circuit 74, an inverter 75, and an AND gate 76.
  • the power counter 73 receives the clock pulse CLK at its input terminal CK, and supplies an “H” level output to the input terminal IN of the latch circuit 74 when the count of the clock pulse CLK reaches a predetermined value n.
  • the predetermined value n is determined based on the time width T during which the current pulse reaches the maximum allowable value and the time width t of one cycle of the clock pulse CLK.
  • the time width T is a value larger than the predetermined on-time TG of the gate pulse signal Gate 1.
  • the counter 73 can be constituted by a shift register.
  • the gate pulse signal Gate1 is sent to the reset terminal of the counter 73 and the latch circuit 74.
  • the latch circuit 74 holds the “ ⁇ ” level of the output of the counter 73, and generates an “ ⁇ ” level output signal from its output terminal OUT as an error signal GE rr.
  • the error signal GErr is sent to the inverter 75, and the signal level is inverted.
  • the error signal GE rr is also sent to the NC unit 1 in FIG.
  • the NC unit 1 indicates the occurrence of an error on the CRT display.
  • the NC device 1 further records, in the external storage device (HDD) 2, the number and frequency of occurrence of the error signal GErr and the processing conditions when the error signal GErr occurs.
  • the gate pulse signal G ate 1 and the output signal G En b of the inverter 75 are sent to the AND gate 76, and the gate pulse signal G ate 1 is the signal GE nb force; “H” When it is at the level, it is supplied to the switching element TRA through the AND gate 76.
  • protection circuit 7 The operation of the protection circuit 7 will be described in detail with reference to FIGS. 3A, 3B, 3C, 3D, and 3E.
  • FI G. 3A and 3B are protected from clock pulse CLK and gate pulse generation circuit 3.
  • the gate pulse signal Gate 1 sent to the circuit 7 is shown.
  • FI G. 3C and 3D show the output signal GE rr of the latch circuit 74 and the output signal GE nb of the inverter 75.
  • FI G.3E indicates a gate pulse signal Gate 1 sent from the AND gate 76 to the switching element TRA.
  • the gate pulse generation circuit 3 supplies a gate pulse signal Gate1 having a predetermined on-time TG to the protection circuit 7.
  • the counter 73 is released from the reset state and counts the clock pulse CLK during the on-time TG.
  • the gate pulse signal Gate1 is turned off at time T2
  • the count of the counter 73 is reset. Since the count of the counter 73 does not reach the predetermined value n during the time T1 to T2, as shown in FIG. 3C and 3D, the signal GE rr maintains the “L” level and the signal G En b Maintain "H" level. Therefore, as shown in FIG.3E, the output signal of the AND gate 76 coincides with the gate pulse signal Gate1.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Description

明細書
スィツチング素子の保護回路を備えた放電加工パヮ一サプライ 技術分野
本発明は、電極とワークピースの間に形成された加工ギヤップに放電を発生させて ワークピースを加工する放電加工装置に関する。特に、高周波の電気的なパワーパル スを生成するためスィッチング素子が直流電源と加工ギャップの間に接続された放 電加工パワーサプライに関する。
背景技術
放電加工装置の工具電極と導電性のワークピースの間に形成される微小な間隙、い わゆる "ギャップ "に直流電源からパヮ一が印加されると、 ギャップ間の誘電性液の 抵抗が減少する。 そして誘電性液の絶縁特性が破壊されると放電が発生し"オンタイ ム"が始まる。 制御されたオンタイムの間、 放電電流がギャップを介して流れ、 その 結果ワークピース材料が蒸発あるいは溶融する。 オンタイムが終了すると、锈電性液 の絶縁特性を回復するためパワーの印加が、 制御された "オフタイム"の間、停止さ れる。一般に、直流電源からギャップへ高周波のパワーパルスを繰り返し供給するた めに、多数のスィツチングトランジスタから成るスィツチング回路が直流電源とギヤ ップ間に設けられる。 スィツチングトランジスタのオンノオフ ·スィツチング動作は、 制御されたオンタイムと制御されたオフタイムを有するゲートパルス信号によって 制御される。パワーを直流電源からスィツチング回路を介してギヤップへ供給するパ ヮーサプライ回路中の R Lを可能な限り最小化してギャップを介して流れる電流の 立上がり側面を急峻にすることが加工速度の向上に貢献することが知られている。例 えば、 直流電源の出力電圧 2 8 O V、 パワーサプライ回路中の抵抗 0 . 0 2 Ω、 イン ダクタンス 0 . 4 μ Ηの条件下で、 ギャップを介して流れる電流は 1 μ Sの間に 1 0 0 0 A、 5 μ Sの間に 3 0 0 O Aまで上昇し飽和電流 1 4 0 0 O Aに到達する。 スィ ツチング回路は、飽和電流 1 4 0 0 O Aに耐えるため、許容電流パルスが 5 O Aのト ランジスタ 2 8 0個を必要とする。 し力 しながら、 ワイヤカット放 «¾卩ェにおいて使 用される放電加工電流パルスの最大値は 1 0 0 0 A〜2 0 0 0 Aくらいであるので、 ワイヤカツト放電加工機のスイッチング回路は、通常、数十個のトランジスタを含ん でいるにすぎない。 したがって、雑音などを原因としてゲートパルス信号のオンタイ ムが所定値を超えてしまうと多数のトランジスタが過電流により破損してしまう。
発明の開示
本発明の目的は、ゲートパルス信号のオンタイムが所定値を超えてしまっても、 コ ンパクトな回路によってスイッチングトランジスタを確実に保護する放電加工パヮ 一サプライを提供することである。
本発明の別の目的は、ワイヤ電極の張力の変動を減少させるワイヤカツト放電加工 装置を提供することである。
その他の本発明の目的は、以下に続く説明の中に部分的に述べられ、発明を実践す ることにより、 当業者に部分的に明らかになるであろう。
上述の目的を達成するため、 電極とワークピ一スの間に形成された加工ギャップ に放電加工用の電気的なパワーを間欠的に供給する本発明の放電加工パヮ一サプラ ィは、
直流電源と ；
直流電源と加工ギヤップ間に接続されたスィッチング素子と ；
スィツチング素子を導通させるゲートパルス信号を発生するゲ一トパルス発生回 路と；
クロックパルスを発生するクロックパルス発生器と ；
ゲ一トパルス信号を受け取つている間ク口ックパルスをカウントしそのカウント が所定値に到達したとき所定レベルの出力を発生する力ゥンタと ；
ゲートパルス信号を受け取っている間、カウンタの所定レベルの出力を維持してゲ ―トパルス信号がスィツチング素子へ供給されることを阻止する回路を含む。
図面の簡単な説明
F I G. 1は、 本発明の放電加工パワーサプライをイラストする図である。
F I G. 2は、 F I G. 1の保護回路をイラストするブロック図である。
F I G. 3A、 3B、 3C、 3 Dおよび 3 Eは、 F I G. 1の保護回路の動作を示 すタイミングチャートである。
発明を実施するための最良な形態
F I G. 1を参照して、 本発明による放電加工パワーサプライが説明される。
ワークピース Wとワイヤ電極 Eとの間に形成されたギャップ Gに放電加工用のェ ネルギーを供給する 6 OVから 280Vの直流電源 5 aの負極は、一対の通電子 K 1、 K 2によってワイヤ電極 Eへ電気的に接続されている。直流電源 5 aの正極は、 ダイ ォード Dおよびスィツチング素子 TRAを介してワークピース Wへ接続されている。 同様に、 もう 1つの 80 Vから 12 OVの直流電源 5 bの負極が、 ワイヤ電極 Eへ電 気的に接続されている。直流電源 5 bの正極は、電流制限抵抗器 Rおよびスィッチン グ素子 TRBを介してワークピース Wへ接続されている。スィツチング素子 TR Aお よび TRBは、それぞれのゲートパルス信号 G a t e 1および Ga t e 2に応答して 導通状態と非導通状態の間で変化する。 ゲートパルス発生回路 3は、加工条件の設定 値を示す信号を NC装置 1から受け取り放電の開始を示す信号を検出回路 4から受 け取り、 それら信号に基づいてゲートパルス信号を発生する。 NC装置1は、 キーポ ードのような入力装置および CRT表示装置（いずれもイラストされていない） とを 備え、 ここで加工条件が設定される。 ゲートパルス発生回路 3は、 まず、 ゲートパル ス信号 Ga t e 2をスィツチング素子 T R Bへ供給し、直流電源 5 bの電圧がギヤッ プ Gに印加される。 その結果、 ギャップ Gで放電が発生しギャップ Gを介して電流が 流れ始める。 ゲートパルス発生回路 3は、検出回路 4から放電の開始を示す信号を受 け取り、 その信号に応答して、 ゲートパルス信号 G a t e 2の供給を停止し、所定の オンタイム TGを有するゲートパルス信号 G a t e 1をスイッチング素子 T 八へ 供給する。所定のオンタイム TGが終了してからさらに所定のオフタイムの後、ゲ一 トパルス発生回路 3は、次の放電を発生させるため再びゲ一トパルス信号 G a t e 2 をスイッチング素子 TRBへ供給する。 このようにして繰り返し放電が発生し、ヮ一 クピース Wが加工される。
スィツチング素子 T R Aは、所要の電流容量を確保するのに十分な個数の F E丁素 子から成っている。 これら FET素子は、ゲートパルス信号 G a t e 1に応答してォ ン Zオフ 'スイッチング動作を同時に行うため、 F I G. 1中では集合的に 1つのス イッチング素子として示されている。本実施例においては、 スイッチング素子 TRA は、 16個の FET素子を 1組として 2組（合計 32個） の FET素子から成るスィ ツチング回路である。それぞれの FET素子の耐電圧は 500 V、定格電流は 20 A、 許容電流パルスは 5 OAである。 したがって、 スイッチング素子 TRAは、 ピーク値 が 160 OAの電流パルスをギャップ Gへ供給できる。ゲートパルス発生回路 3の誤 動作や外部からの雑音により、多数の F E T素子に入力されるゲ一トパルス信号 G a t e 1のオンタイム TGが所定値を超えてしまうおそれがある。その場合に多数の F ET素子が導通状態を過度に続けると、電流制限抵抗が含まれていないスィツチング 回路中に過電流が流れて FET素子が破損し FET素子が実装されているプリント 基板が燃えてしまうことがある。
本発明の放電加工パワーサプライには、確実に過電流を防止してこれら F E T素子 を保護する保護回路 7が設けられている。
F IG. 2を参照して、 保護回路 7が詳細に説明される。 保護回路 7は、 2MHzのクロックパルス CLKを発生するクロック発生器 72、 カウンタ 73、 ラッチ回路 74、 インバ一タ 75および ANDゲ一ト 76を含む。 力 ゥンタ 73は、その入力端子 CKでクロックパルス CLKを受け取り、 クロックパル ス CLKのカウントが所定値 nに達したとき「H」レベルの出力をラッチ回路 74の 入力端子 I Nへ供給する。所定値 nは、電流パルスが最大許容値に到達する時間幅 T とクロックパルス C L Kの 1サイクルの時間幅 tに基づいて定められる。時間幅 Tは、 ゲートパルス信号 G a t e 1の所定のオンタイム TGよりも大きい値である。時間幅 Tが 8 S、時間幅 tが 500 n Sであるとすると、値 nは TZ tによって 16であ る。 カウンタ 73はシフトレジスタにて構成することも可能である。 ゲートパルス信 号 G a t e 1はカウンタ 73とラッチ回路 74のリセット端子へ送られ、ゲ一トパノレ ス信号 G a t e 1力 L」レベルであるとき、カウンタ 73とラッチ回路 74はリセッ トされる。 ラッチ回路 74は、 カウンタ 73の出力の ΓΗ」レベルを保持し、 その出力 端子 OUTから「Η」レベルの出力信号をエラ一信号 GE r rとして発生する。エラー 信号 GE r rはインバータ 75へ送られ、その信号レベルが反転する。エラー信号 G E r rは F I G. 1中の N C装置 1へも送られ、 N C装置 1は C R T表示装置上にェ ラーの発生を表示する。 NC装置 1は、 さらに、 エラー信号 GE r rの発生の回数や 頻度、エラー信号 GE r rが発生したときの加工条件を外部記憶装置（HDD) 2中 に記録する。 F I G. 2へ戻って、 ゲートパルス信号 G a t e 1とインバ一タ 75の 出力信号 G En bは ANDゲ一ト 76へ送られ、ゲートパルス信号 G a t e 1は信号 GE n b力；「H」レベルであるとき ANDゲ一ト 76を通過してスィツチング素子 T RAへ供給される。
F I G. 3A、 3B、 3C、 3 Dおよび 3 Eを参照して、保護回路 7の動作が詳細 に説明される。
F I G. 3Aと 3Bは、クロックパルス CLKとゲートパルス発生回路 3から保護 回路 7へ送られたゲートパルス信号 G a t e 1を示す。 F I G. 3 Cと 3Dは、 ラッ チ回路 74の出力信号 GE r rとインバータ 75の出力信号 GE n bを示す。 F I G. 3 Eは、 ANDゲ一ト 76からスィツチング素子 T R Aへ送られているゲ一トパルス 信号 G a t e 1を示す。
F I G. 3 B中に示されるように、 時間 T1で、 ゲートパルス発生回路 3は、所定 のオンタイム TGを有するゲートパルス信号 G a t e 1を保護回路 7へ供給する。こ のとき、 F I G. 3 A中に示されるように、 カウンタ 73はそのリセット状態が解除 され、 オンタイム TGの間、 クロックパルス CLKをカウントする。 時間 T 2でゲー トパルス信号 G a t e 1がオフになると、カウンタ 73のカウントはリセットされる。 時間 T1から T2の間、カウンタ 73のカウントは所定値 nに到達しないので、 F I G. 3 Cおよび 3D中に示されるように、信号 GE r rは「L」レベルを維持し信号 G En bは「H」レベルを維持する。 したがって、 F I G. 3 E中に示されるように、 A NDゲート 76の出力信号は、 ゲートパルス信号 G a t e 1に一致している。
次に、ゲートパルス信号 G a t e 1が誤って時間幅丁よりも大きい時間幅 TBの間 保護回路 7へ供給された場合の保護回路 7の動作が説明される。 F I G. 3 A中に示 されるように、カウンタ 73は時間 T 3でそのリセット状態が解除され、 ゲートパル ス信号 Ga t e 1が受け取つている間、 クロックパルス CLKをカウントする。 カウ ンタ 73のカウントが時間 T 4で所定値 nに到達すると、カウンタ 73の出力は「H」 レベルに変わる。 そして、 F I G. 3 Cおよび 3D中に示されるように、 信号 GE r rは「11」レベルに変わり信号 GE n bは「LJレベルに変わる。 ANDゲート 76は、、 F I G. 3E中に示されるように、 「し」レベルの信号 GEn bを受け取るとゲ一トパ ルス信号 G a t e 1の通過を阻止する。 こうして、保護回路 7はゲートパルス信号 G a t e 1を受け取っていても、 スイッチング素子 TR Aは非導通に変わる。 その結果、 スィツチング素子 TR Aの導通時間は、時間 T 3から T4までの時間幅 ONMAXを 超えることがない。
本発明を開示されたフォームに限定することは意図されていない。上述の記述を参 照して多くの改良及びバリエーションが可能であることは明らかである。
イラストされた実施例は、発明の本質とその実用的な応用を説明するために選ばれ た。 発明の範囲は、 添付の特許請求の範囲によって定義される。

Claims

請求の範囲
1 . 電極とワークピースの間に形成された加工ギヤップに放電加工用の電気的な パワーを間欠的に供給する放電加工パワーサプライにおいて、
直流 ¾ と；
直流 ¾ と加工ギヤップ間に接続されたスィッチング素子と ；
スィツチング素子を導通させるゲ一トパルス信号を発生するゲ一トパルス発 生器と ；
クロックパルスを発生するクロックパルス発生器と ；
ゲ一トパルス信号を受け取つている間クロックパルスをカウントしその力ゥ ントが所定値に到達したとき所定レベルの出力を発生するカウンタと ；
ゲートパルス信号を受け取つている間、カウンタの所定レベルの出力を維持し てゲートパルス信号がスィツチング素子へ供給されることを阻止する手段を含む放 電加ェパヮ一サプライ。
2 . クレーム 1の放電加工パワーサプライにおいて、 前記阻止する手段は、 ゲー トパルス信号を受け取つている間カウンタの所定レベルの出力を維持するラッチ回 路と、ラッチ回路が力ゥンタの所定レベルの出力を維持している間ゲ一トパルス信号 がスィッチング素子へ供給されることを阻止するゲート手段を含む。
PCT/JP1999/001637 1998-03-27 1999-03-29 Alimentation pour usinage par decharges electriques munie d'un circuit de protection pour element de commutation Ceased WO1999050017A1 (fr)

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