放电加工装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种放电加工装置，在极性相互切换的同时，对加工间隙(9)供给电流脉冲。放电加工装置包括第一开关(41)，设于电源(30)正极与工件(4)间；第二开关(42)，设于工件与电源负极间；第三开关(43)，设于工具电极(2)与电源负极间；第四开关(44)，设于电源正极与工具电极间；脉冲产生装置(10)。为在正极性供给一串电流脉冲给加工间隙，脉冲产生装置在第一及第三开关之一为导通的期间，反复另一开关的开/关切换动作。为在逆极性供给一串电流脉冲给加工间隙，脉冲产生装置在第二及第四开关之一为导通的期间，反复另一开关的开/关切换动作。
【专利说明】放电加工装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在工件与工具电极之间形成的加工间隙供给电流脉冲，用以对工件(work)进行加工的放电加工装置。且本发明特别涉及一种可以第一极性与第二极性供给电流脉冲的放电加工装置，其中第一极性是以工件为正电位且以工具电极为负电位，第二极性是以工件为负电位且以工具电极为正电位。
【背景技术】
[0002]工件是正电位而工具电极是负电位的极性，称之为正极性(straight polarity)。工件是负电位而工具电极是正电位的极性，称之为逆极性。电力脉冲的极性对于放电加工来说是重要的条件。一般来说，线切割(wire)放电加工机为了要防止工件的电腐蚀，透过极性切换使在加工间隙产生的电压(“间隙电压”)的平均电压尽可能地维持在0V。
[0003]对加工间隙施加高频交流电压用以对工件加工的线切割放电加工机是广为所知的。在这样的线切割放电加工机，接通(ON)时间的短电流脉冲使表面粗度改善。但伴随着加工间隙的尺寸或加工面积的变化，加工间隙的阻抗会变化。如阻抗(impedance)大幅变化，无载电压不会上升到足够高，提供给加工间隙的电力会比预期的来得低。
[0004]专利文献I揭示一种放电加工装置，此放电加工装置在交流电源与加工间隙之间设置阻抗的整合电路。交流电源透过适当的电力电缆(power cable)耦接到加工间隙。阻抗的整合电路会抑制于电力电缆中所存在的静电容量的不想要的影响。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:美国专利第5585014号。
【发明内容】
[0008]发明解决的课题
[0009]然而，阻抗的整合电路会增加供给电力给加工间隙的装置的成本。本发明的目的为提供一种放电加工装置，其不用设置阻抗的整合电路，而能供想要的波形的电流脉冲给加工间隙。
[0010]解决课题的技术手段
[0011 ] 本发明提供一种放电加工装置，在正极性和逆极性相互切换的同时，藉由供给电流脉冲至形成于工件(4)与工具电极(2)之间的加工间隙(9)，对工件进行加工，其中正极性是以工件为正电位且以工具电极为负电位，逆极性是以工件为负电位且以工具电极为正电位。根据本发明的一实施例，放电加工装置包括:电源(30)，具有正极与负极；第一开关(41)，设置于电源的正极与工件之间；第二开关(42)，设置于工件与电源的负极之间；第三开关(43)，设置于工具电极与电源的负极之间；第四开关(44)，设置于电源的正极与工具电极之间；脉冲产生装置(10)，控制第一、第二、第三与第四开关。为了在正极性下供给一连串的电流脉冲给加工间隙，脉冲产生装置在第一开关及第三开关其中之一为导通的期间，反复进行另一个开关的开/关切换动作。此外，为了在逆极性下供给一连串的电流脉冲给加工间隙，脉冲产生装置在第二开关及第四开关其中之一为导通的期间，反复进行另一个开关的开/关切换动作。
[0012]较好的是，还形成桥式电路，其第一节点(51)设置于第一开关与第二开关之间，第二节点(52)设置于第二开关与第三开关之间，第三节点(53)设置于第三开关与第四开关之间，第四节点(54)设置于第四开关与第一开关之间。第一节点耦接至工件，第二节点52耦接至电源的负极，第三节点耦接至工具电极，第四节点耦接至电源的正极。
[0013]放电加工装置还包括:第一晶体管，设置于电流经由第一开关、加工间隙与第三开关而以正极性流动的电路之中；第一电阻，其一端耦接至第一晶体管的基极，另一端耦接至第一晶体管的集极；第二晶体管，设置于电流经由第四开关、加工间隙与第二开关而以逆极性流动的电路之中；第二电阻，其一端耦接至第二晶体管的基极，另一端耦接至第二晶体管的集极。第一及第二晶体管可为双载子晶体管(bipolar transistor)。
[0014]为了在正极性下供给电流脉冲给加工间隙，脉冲产生装置在第一开关及第三开关其中之一为导通的期间，可将第二开关与第四开关至少其中之一关闭。以及，为了在逆极性下供给电流脉冲给加工间隙，脉冲产生装置在第二开关及第四开关其中之一为导通的期间，可将第一开关与第三开关至少其中之一关闭。
[0015]为了在正极性下供给电流脉冲给加工间隙，脉冲产生装置在第一开关及第三开关其中之一为导通的期间，可将第二开关与第四开关均关闭。以及，为了在逆极性下供给电流脉冲给加工间隙，脉冲产生装置在第二开关及第四开关其中之一为导通的期间，可将第一开关与第三开关均关闭。
[0016]根据本发明的另一实施例，放电加工装置包括:第一电源(31)，具有正极与负极；第二电源(32)，具有正极与负极；第一开关(41)，设置于第一电源的正极与工件(4)之间；第二开关(42)，设置于工件与第二电源的负极之间；第三开关(43)，设置于工具电极(2)与第一电源的负极之间；第四开关(44)，设置于第二电源的正极与工具电极之间；脉冲产生装置(10)，控制第一、第二、第三与第四开关。为了在正极性下供给一连串的电流脉冲给加工间隙，脉冲产生装置在第一开关及第三开关其中之一为导通的期间，反复进行另一个开关的开/关切换动作。此外，为了在逆极性下供给一连串的电流脉冲给加工间隙，脉冲产生装置在第二开关及第四开关其中之一为导通的期间，反复进行另一个开关的开/关切换动作。
[0017]发明的效果
[0018]本发明的放电加工装置，在供给高频的电流脉冲给加工间隙的同时，因为极性切换的周期长，故可省略阻抗整合电路。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明的线放电加工装置的一实施例的示意图。
[0020]图2是图1中的脉冲产生装置的一例的示意图。
[0021]图3是图1中的脉冲产生装置的动作示意时序图。
[0022]图4是另一脉冲产生装置的动作示意时序图。
[0023]图5是本发明的线放电加工装置的另一实施例示意图。
【具体实施方式】
[0024]以下将参照附图来详细说明本发明的放电加工装置。图1所示为本发明的放电加工装置的一实施例，在放电加工装置的工具电极为垂直行进的线电极2。线电极2与工件4之间形成加工间隙9，工件4固定在加工槽(图示未表示)中，加工液供给至加工槽，加工间隙9被加工液填满。加工液的主成份为去离子的水，或是油。
[0025]直流电源30与加工间隙9之间设置有桥式电路。桥式电路包括有第一、第二、第三及第四开关41、42、43、44。开关41、42、43、44在邻接开关之间形成四个节点(node) 51、52、53、54，并且串联耦接。第一、第二、第三及第四开关41、42、43、44可为金氧半场效晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor，MO SFET)。
[0026]第一节点51设置在第一开关41与第二开关42之间，透过适当的电力电缆耦接至工件4。第二节点52设置在第二开关42与第三开关43之间，耦接至直流电源30的负(-)极。第三节点53设置在第三开关43与第四开关44之间，透过适当的电力电缆耦接至线电极2。第四节点54设置于第四开关44与第一开关41之间，耦接至直流电源30的正(+)极。适当的电力电缆例如为同轴电缆。
[0027]第一晶体管45设置于节点53与第三开关43之间，第二晶体管46设置于节点51与第二开关42之间。第一及第二晶体管45、46可为双载子晶体管(bipolar transistor)。第一晶体管45的射极E耦接至第三开关43。第一晶体管45的基极B耦接至第一电阻65的一端。第一晶体管45的集极C耦接至第一电阻65的另一端及线电极2。第二晶体管46的射极E耦接至第二开关42。第二晶体管46的基极B耦接至第二电阻66的一端。第二晶体管46的集极C耦接至第二电阻66的另一端及工件4。
[0028]第一电阻65决定第一晶体管45的基极电流。第一晶体管45会限制在正极性下流动的电流，以保护第一及第三开关41、43。另外，第二电阻66决定第二晶体管46的基极电流。第二晶体管46会限制在逆极性下流动的电流，以保护第二及第四开关42、44。
[0029]第一、第二、第三及第四开关41、42、43、44的开/关切换(on/off switching)动作是透过脉冲产生装置10控制。脉冲产生装置10供给第一、第二、第三与第四栅极信号Gl、G2、G3与G4分别给第一、第二、第三与第四开关41、42、43、44。当栅极信号Gl、G2、G3、G4为开(On)的时候，第一、第二、第三与第四开关41、42、43、44也会分别导通。
[0030]以下参照图2与图3详细说明脉冲产生装置10。如图2所示，脉冲产生装置10中产生高频的频率信号CLK。频率信号CLK用来决定供给至加工间隙9的电流脉冲频率。电流脉冲的周期时间Cl例如为100纳秒(100ns)。此外，也产生了信号PS与信号DLY。信号PS用来决定极性的周期时间c2。极性的周期时间c2例如可为20微秒(μ s)。电流脉冲的周期时间Cl远比极性的周期时间c2来得小。信号DLY在信号PS变为关(Off)的时候就变为开，经过了延迟时间td时变为关。
[0031]频率信号CLK供给与(AND)门23、22。信号PS供给与门23、21。如图3中所示，为了产生第三栅极信号G3，与门23只有在信号PS为开的期间才使频率信号CLK通过。透过反相器(inverter) 26反转的信号PS供给与门22、24。为了产生第二栅极信号G2，与门22只有在信号PS为关的期间才使频率信号CLK通过。信号DLY的反转信号供给至与门21、24。为了产生第一栅极信号G1，与门21只有在信号DLY为关的期间才使信号PS通过。为了产生第四栅极信号G4，与门24只有在信号DLY为关的期间才使信号PS的反转信号通过。
[0032]如图3所示，在时间tl，当第一及第三栅极信号G1、G3变为开时，第一及第三开关41、43成为导通。此时第二与第四栅极信号为关，第二及第四开关42、44关闭。如此一来，在正极性下直流电源30的电压就会施加给加工间隙9，其中正极性是以工件4为正电位且以线电极2为负电位。其结果为，加工间隙9的电压Vgap便会急速上升而产生放电。因为产生放电，电流Igap便会通过加工间隙9流动。图1中的单点线表示在正极性下电流的流向。在时间t2，当第三栅极信号G3变为关而第三开关43成为关闭时，电流Igap急速地降至O。由于电路没有包含限流电阻，电流脉冲具有陡升的上升边缘。
[0033]在从时间tl经过周期时间Cl的时间t3，第三栅极信号G3变为开而第三开关43成导通，再度产生电流脉冲。第一开关41导通的期间，第三开关43的开/关切换动作以高频反复进行，在正极性下供给一连串的电流脉冲给加工间隙9。脉冲产生装置10在第一开关41的导通期间，第二及第四开关42、44至少一个可为关闭。如图3的实施例所示，脉冲产生装置10在时间tl至时间t4期间，第二及第四开关42、44这两个开关均关闭。其结果为，产生陡升与陡降的电流脉冲。
[0034]在从时间tl经过周期时间c2 —半的时间t4，当第一栅极信号Gl变为关而第一开关41为关闭时，电压Vgap急速减少。在从时间t4经过延迟时间td的时间t5，当第四与第二栅极信号G4、G2变为开时，第四与第二开关44、42成为导通。此时，第一及第三栅极信号Gl、G3为关，第一及第三开关41、43为关闭。如此一来，在逆极性下直流电源30的电压就会施加给加工间隙9，其中逆极性是以线电极2为正电位且工件4为负电位。其结果为，加工间隙9的电压Vgap急速上升而产生放电。因为产生放电，电流Igap便会通过加工间隙9流动，图1中的虚线所示为在逆极性下电流的流向。
[0035]在第四栅极信号G4为开且第四开关44导通的期间，第二开关42的开/关切换动作反复进行，在逆极性下供给一连串的电流脉冲给加工间隙9。脉冲产生装置10在第四开关44的导通期间(t5?t6)，第一及第三开关41、43至少一个可为关闭。如图3的实施例所示，脉冲产生装置10在时间t5至时间t6期间，第二与第四开关42、44这两个开关均为关闭。在正极性时一连串的电流脉冲与逆极性时一连串的电流脉冲交互供给至加工间隙9。因为极性切换的周期时间c2相对较长，电压Vgap可以升高到足够高的值。另外，因为微小的电流脉冲是以高频率产生的，让加工面的粗度有效率地改善。
[0036]另一脉冲产生装置的动作参阅图4说明。脉冲产生装置10在第一栅极信号Gl为开的期间，第二及第四栅极信号G2、G4为关。另外，脉冲产生装置10在第四栅极信号G4为开的期间，第一及第三栅极信号G1、G3为关。如图4的实施例，在另一脉冲产生装置的第一开关41导通期间，第二开关的开/关切换动作反复进行。其结果为，在第一开关41导通的期间，电流如图1中的单点线所示，在正极性下流动，并且电流从节点51经第二开关42流往节点52。
[0037]另外，另一脉冲产生装置的第四开关44在导通的期间，第三开关43的开/关切换动作反复进行。其结果为，在第四开关44导通的期间，电流如图1中的虚线所示在逆极性下流动，并且，电流从节点53经第三开关43流往节点52。如此一来，由于一部分的电流会绕过(bypass)加工间隙9流动，电流Igap减少使加工面的粗度改善。
[0038]第二及第三栅极信号G2、G3，具有同样的导通时间与周期时间Cl。在第一栅极信号Gl为开的期间，第二栅极信号G2是与第三栅极信号G3时间地偏移而上升。图4例示第二栅极信号G2在三种型态的脉冲A、B、C。脉冲A表示在第三栅极信号G3下降时便上升的第二栅极信号G2。脉冲B表示在比第三栅极信号G3上升时稍早便上升的第二栅极信号G2。脉冲C表示在比第三栅极信号G3上升时稍晚才上升的第二栅极信号G2。在第四栅极信号G4为开的期间，第三栅极信号G3是与第二栅极信号G2时间地偏移而上升。图4例示在第三栅极信号G3的三种型态脉冲D、E、Fo
[0039]脉冲A或D可以形成陡降的电流脉冲。脉冲B或E可以形成缓升的电流脉冲。脉冲C或F可以形成在波峰方缓升的电流脉冲。另一脉冲产生装置可以在加工间隙9产生与图3中的电流脉冲形状不一样的电流脉冲列。
[0040]接下来，参阅图5说明本发明的线放电加工装置的另一实施例。与图1同样的组件就赋与同样的标号，省略详细的说明。线放电加工装置包括第一电源31与第二电源32，其中第一电源31是在正极性下供给电流脉冲给加工间隙9，第二电源32是在逆极性下供给电流脉冲给加工间隙9。电流在正极性下从第一电源31，经由第一开关41、工件4、线电极2及第三开关43而流动。此外，电流在逆极性下从第二电源31，经由第四开关44、线电极2、工件4及第二开关42而流动。
[0041]本发明的放电加工装置并没有意图限制在所揭示的形态。可以参照上述的描述做多种的改良及变化。例如为了在正极性下供给电流给加工间隙9，可以将第一栅极信号Gl供给至第三开关43，而将第三栅极信号G3供给至第一开关41。为了在逆极性下供给电流给加工间隙9，可以将第二栅极信号G2供给至第四开关44，而将第四栅极信号G4供给至第二开关42。
[0042]另外，第一与第二晶体管45、46的位置并不限定图1所示的位置。第一晶体管45可设置在正极性下电流流经第一开关41、加工间隙9及第三开关43的电路之中。第二晶体管46可设置在逆极性下电流流经第二开关42、工间隙9及第四开关44的电路之中。
[0043]符号说明:
[0044]2:线电极
[0045]4:工件
[0046]9:加工间隙
[0047]10:脉冲产生装置
[0048]21、22、23、24:与门
[0049]26:反相器
[0050]30、31、32:电源
[0051]41、42、43、44:开关
[0052]45、46:晶体管
[0053]51、52、53、54:节点
[0054]65、66:电阻
【权利要求】
1.一种放电加工装置，在正极性和逆极性相互切换的同时，藉由供给电流脉冲至形成于工件与工具电极之间的加工间隙，对所述工件进行加工，其中所述正极性是以所述工件为正电位且以所述工具电极为负电位，所述逆极性是以所述工件为负电位且以所述工具电极为正电位，所述放电加工装置包括: 电源，具有正极与负极； 第一开关，设置于所述电源的所述正极与所述工件之间； 第二开关，设置于所述工件与所述电源的所述负极之间； 第三开关，设置于所述工具电极与所述电源的所述负极之间； 第四开关，设置于所述电源的所述正极与所述工具电极之间；以及 脉冲产生装置，控制所述第一、所述第二、所述第三与所述第四开关， 其中为了在所述正极性下供给一连串的电流脉冲给所述加工间隙，所述脉冲产生装置在所述第一开关及所述第三开关其中之一为导通的期间，反复进行另一个开关的开/关切换动作； 为了在所述逆极性下供给一连串的电流脉冲给所述加工间隙，所述脉冲产生装置在所述第二开关及所述第四开关其中之一为导通的期间，反复进行另一个开关的开/关切换动作。
2.根据权利要求1所述的放电加工装置，还形成桥式电路，其第一节点设置于所述第一开关与所述第二开关之间，第二节点设置于所述第二开关与所述第三开关之间，第三节点设置于所述第三开关与所述第四开关之间，第四节点设置于所述第四开关与所述第一开关之间， 其中所述第一节点耦接至所述工件，所述第二节点52耦接至所述电源的所述负极，所述第三节点耦接至所述工具电极，所述第四节点耦接至所述电源的所述正极
3.根据权利要求1所述的放电加工装置，还包括: 第一晶体管，设置于电流经由所述第一开关、所述加工间隙与所述第三开关而以所述正极性流动的电路之中； 第一电阻，其一端耦接至所述第一晶体管的基极，另一端耦接至所述第一晶体管的集极； 第二晶体管，设置于电流经由所述第四开关、所述加工间隙与所述第二开关而以所述逆极性流动的的电路之中；以及 第二电阻，其一端耦接至所述第二晶体管的基极，另一端耦接至所述第二晶体管的集极。
4.根据权利要求3所述的放电加工装置，其中所述第一及所述第二晶体管为双载子晶体管。
5.根据权利要求1所述的放电加工装置，其中为了在所述正极性下供给电流脉冲给所述加工间隙，所述脉冲产生装置在所述第一开关及所述第三开关其中之一为导通的期间，将所述第二开关与所述第四开关至少其中之一关闭；以及 为了在所述逆极性下供给电流脉冲给所述加工间隙，所述脉冲产生装置在所述第二开关及所述第四开关其中之一为导通的期间，将所述第一开关与所述第三开关至少其中之一关闭。
6.根据权利要求5所述的放电加工装置，其中为了在所述正极性下供给电流脉冲给所述加工间隙，所述脉冲产生装置在所述第一开关及所述第三开关其中之一为导通的期间，将所述第二开关与所述第四开关均关闭；以及 为了在所述逆极性下供给电流脉冲给所述加工间隙，所述脉冲产生装置在所述第二开关及所述第四开关其中之一为导通的期间，将所述第一开关与所述第三开关均关闭。
7.根据权利要求5所述的放电加工装置，其中为了在所述正极性下供给电流脉冲给所述加工间隙，所述脉冲产生装置在所述第一开关及所述第三开关其中之一为导通的期间，反复进行所述第二开关与所述第四开关中的另一个开关的开/关切换动作以及， 为了在所述逆极性下供给电流脉冲给所述加工间隙，所述脉冲产生装置在所述第二开关及所述第四开关其中之一为导通的期间，反复进行所述第一开关与所述第三开关中另一个开关的开/关切换动作。
8.—种放电加工装置，在正极性下供给至少一个电流脉冲给加工间隙后，藉由在逆极性下供给至少一个电流脉冲给所述加工间隙，对工件进行加工，其中所述加工间隙形成在所述工件与工具电极之间，所述正极性是以所述工件为正电位且以所述工具电极为负电位，所述逆极性是以所述工件为负电位且以所述工具电极为正电位，所述放电加工装置包括: 第一电源，具有正极与负极； 第二电源，具有正极与负极； 第一开关，设置于所述第一电源的所述正极与所述工件之间； 第二开关，设置于所述工件与所述第二电源的所述负极之间； 第三开关，设置于所述工具电极与所述第一电源的所述负极之间； 第四开关，设置于所述第二电源的所述正极与所述工具电极之间；以及 脉冲产生装置，控制所述第一、所述第二、所述第三与所述第四开关， 其中为了在所述正极性下供给电流脉冲给所述加工间隙，所述脉冲产生装置在所述第一开关及所述第三开关其中之一为导通的期间，反复进行另一个开关的开/关切换动作；为了在所述逆极性下供给电流脉冲给所述加工间隙，所述脉冲产生装置在所述第二开关及所述第四开关其中之一为导通的期间，反复进行另一个开关的开/关切换动作。
9.根据权利要求8所述的放电加工装置，还包括: 第一晶体管，设置于在电流经由所述第一开关、所述加工间隙与所述第三开关而以所述正极性流动的电路中； 第一电阻，其一端耦接至所述第一晶体管的基极，另一端耦接至所述第一晶体管的集极； 第二晶体管，设置于在电流经由所述第二开关、所述加工间隙与所述第四开关而以所述逆极性流动的电路中；以及 第二电阻，其一端耦接至所述第二晶体管的基极，另一端耦接至所述第二晶体管的集极。
10.根据权利要求9所述的放电加工装置，其中所述第一及所述第二晶体管为双载子晶体管。
11.根据权利要求8所述的放电加工装置，其中为了在所述正极性下供给电流脉冲给所述加工间隙，所述脉冲产生装置在所述第一开关及所述第三开关其中之一为导通的期间，将所述第二开关与所述第四开关的至少一个关闭，以及 为了在所述逆极性下供给电流脉冲给所述加工间隙，所述脉冲产生装置在所述第二开关及所述第四开关其中之一为导通的期间，将所述第一开关与所述第三开关的至少一个关闭。
12.根据权利要求11所述的放电加工装置，其中为了在所述正极性下供给电流脉冲给所述加工间隙，所述脉冲产生装置在所述第一开关及所述第三开关其中之一为导通的期间，将所述第二开关与所述第四开关均关闭，以及 为了在所述逆极性下供给电流脉冲给所述加工间隙，所述脉冲产生装置在所述第二开关及所述第四开关其中之一为导通的期间，将所述第一开关与所述第三开关均关闭。
【文档编号】B23H7/10GK104520043SQ201380041671
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年8月7日 优先权日:2012年8月8日
【发明者】柳泽智幸, 豊永竜生 申请人:株式会社沙迪克