線切割放電加工控制方法與裝置的製作方法
2023-06-07 10:34:21 3
專利名稱：線切割放電加工控制方法與裝置的製作方法
技術領域：
本發明是關於線切割放電加工控制方法與裝置，特別是關於一種以交流點火低電壓檢測加工間隙的狀況，進行高壓放電能量調整之線切割放電加工控制方法與裝置。
傳統的線切割放電加工迴路，是採用單極性電源進行點火與加工，如
圖1所示，1為脈衝發生器，2為負高電壓電源電路，3為負低電壓電源電路，4為線極，5為工件。其操作方式如下首先，由脈衝發生器1產生控制信號將開關6導通(ON)，負低電壓源7施電壓於線極4與工件5之間放電間隙以進行點火檢測，一但間隙電壓低於參考電壓Vref則表示點火成功，接著將開關6關斷(OFF)且將開關10導通，則負高電壓源11之供給電壓會經由開關10施加於間隙進行加工，經過一段加工周期後，開關10亦被關斷，於是放電間隙進入休止絕緣恢復的狀態，經過一段關斷(OFF)的周期之後，開關6再度導通以進行下一個完整的點火放電周期。負低電壓電源電路3中電阻8是限流電阻，以防止放電時的電流過大；二極體9用以防止放電時負高壓電源11之電壓反向進入負低壓電源7。此一放電架構及控制方法因為採用單極性電源，使工件5一直處於正極性，線極4位於負極性，且在以水為加工絕緣液的情況下，如此會造成位於正極的工件5在被加工的同時也會發生電解作用，如此工件5表面也因此會產生電解裂痕，導致氧化、生鏽，結果不僅加工表面粗糙度惡化同時也會降低模具的壽命。
本發明之目的為提供一種檢測放電間隙之狀況，根據點火的結果來調整放電的能量之線切割放電加工控制方法與裝置。
本發明之另一目的為提供一種利用計時電路來記錄低電壓點火的累計時間，以根據累計時間來調整點火電壓的極性，而達到交流點火避免電解現象發生之線切割放電加工控制方法與裝置。
本發明之線切割放電加工控制方法，包括下列步驟(1)首先，根據低壓點火換相控制電路的輸出決定低壓點火的極性，若為負極性點火則使負低電壓電源電路的開關導通，在放電間隙施以-檢測之負電壓，若為正極性點火則使正低電壓電源電路的開關導通，在放電間隙施以-檢測之正電壓；(2)經過一段時間T1之後，開始檢測放電間隙電壓的高低，若間隙電壓未進入參考電壓Vref1與Vref2所建立的窗形比較範圍中，則表示此次放電為正常放電或是開路；若間隙電壓此時已進入參考電壓Vref1與Vref2的範圍內，則表示此次放電為電弧放電；若經過一段更長的時間T2之後，電壓仍未進入Vref1與Vref2的範圍內，則表示放電間隙保持開路；(3)若此次放電屬正常放電或電弧放電，則將高電壓電源電路的開關導通，在放電間隙施以高放電電壓，並控制不同的放電時間(OnTime)，使電弧放電的時間約略為正常放電時間的一半；在放電之後，使高電壓電源電路開關關斷，並施與不同之休止時間(Off Time)；(4)若此次放電是屬於開路狀態，則不將高電壓電源電路的開關導通，並直接進入短暫的休止時間T3；(5)該休止時間T3結束之後，進入下一個點火放電周期；(6)在低壓點火的過程中，使用一組計時器對低壓點火時間進行計時，若同一極性的點火累計時間未達到設定時間T4，則允許下次點火採用同一極性，若同一極性之點火累計時間已達到設定時間T4，則下次點火將改變電壓極性，使點火電壓產生交流變化。
本發明之線切割放電加工控制裝置，組成包括負低電壓電源電路、正低電壓電源電路、高電壓電源電路、及脈衝發生器，該脈衝發生器根據不同的放電狀況來控制該負低電壓電源電路、正低電壓電源電路、及高電壓電源電路的供電時序；該高電壓電源電路在每一次施以高壓放電之前皆以負低電壓電源電路或正低電壓電源電路去檢測加工間隙的狀況，判斷此次放電是為正常放電、電弧放電或是開路，再進行高壓放電能量的調整；並且根據低壓點火換相控制電路的輸出，切換點火電壓的極性，達到交流點火的目的。
由下列之詳細說明，配合附圖，本發明的上述目的和其它優點將變得更為明顯，其中圖1為公知的線切割放電加工裝置的電路圖；圖2為本發明的線切割放電加工裝置的電路圖；圖3為本發明的線切割放電加工裝置中脈衝發生器的電路框圖；圖4為本發明之線切割放電加工裝置中低壓點火換相控制之電路圖；圖5為圖3中窗型比較器動作示意圖；圖6為本發明之線切割放電加工裝置於正常放電時的波形及時序圖；圖7為本發明之線切割放電加工裝置於電弧放電時的波形及時序圖；圖8為本發明之線切割放電加工裝置於開路時的波形及時序圖；圖9為本發明之線切割放電加工裝置於低壓點火換相控制器之時序圖。
本發明之線切割放電加工裝置之電路圖如圖2所示，其中1a為脈衝發生器，產生使電晶體開關6、10、12分別導通或關斷之控制信號(信號波型分別為S1、S2、S3)；電阻器8、二極體9、開關6和負低電壓源7構成負低電壓電源電路；電阻器8、開關12、二極體13和正低電壓源14構成正低電壓電源電路；2為負高電壓電源電路；點火迴路上限流電阻器8防止放電時的電流過大，二極體9、13用以限制點火迴路的電流路徑。
本發明之線切割放電加工裝置根據不同的放電狀況由脈衝發生器1a控制開關6、10、12的時序，其方法如下(1)首先，根據低壓點火換相控制電路的輸出決定低壓點火的極性，若為負極性點火則使開關6導通，在放電間隙施以一檢測電壓V1(負電壓)，若為正極性點火則使開關12導通，在放電間隙施以-檢測電壓V3(正電壓)。
(2)經過一段時間T1(約為1μs-2μs)之後，開始檢測放電間隙電壓的高低，若電壓未進入參考電壓Vref1與Vref2所建立的窗形比較範圍中，則表示此次放電為正常放電或是開路；若間隙電壓此時已進入參考電壓Vref1與Vref2的範圍內，則表示此次放電為電弧放電；若經過一段更長的時間T2(約為40μs-60μs)之後，電壓仍未進入Vref1與Vref2的範圍內，則表示放電間隙保持開路。
(3)若此次放電屬正常放電或電弧放電，則將開關10導通，在放電間隙施以放電電壓V2，並控制不同的放電時間(On Time)，使電弧放電的時間約略為正常放電時間的一半，以防止電弧加工時能量過大而導致斷線，同時可使加工速度提升，在放電之後，使開關10關斷，並施與不同之休止時間(Off Time)，以利放電間隙恢復絕緣。
(4)若此次放電是屬於開路狀態，則不將開關10導通，並直接進入短暫的休止時間(約為40μs-60μs)。
(5)休止時間(Off Time)結束之後，進入下一個點火放電周期。
(6)在低壓點火的過程中，使用一組計時器對低壓點火時間進行計時，若同一極性的點火累計時間未達到設定時間(約為40μs-60μs)，則允許下次點火採用同一極性，若同一極性之點火累計時間已達到設定時間，則下次點火將改變電壓極性，使點火電壓產生交流變化。
於圖2中之脈衝發生器1a的電路框圖如圖3所示。工件5與線極4之間的電壓回饋由放電間隙引入窗型比較器(Window Comparator)15，窗型比較器15的輸出信號進入邏輯控制電路16以判斷間隙的放電狀態。放電時間(On Time)與休止時間(Off Time)由主控電腦(HostComputer)17經由輸入埠18來設定計數電路19的初始狀態，而時基產生電路(Time-base Generator)20用來產生計數與邏輯控制所需要的參考時基，低壓點火換相控制電路(Phase-convert contro1 circuitfor low-voltage ignition)21用來決定下一個點火周期所採用的電壓源，最後控制信號23藉由輸出埠22來控制電晶體開關6、10、12之導通/關斷。
於圖3中之低壓點火換相控制電路21的電路框圖如圖4所示。施加於開關6之信號S1與施加於開關12之信號S3分別為不同電壓極性的點火信號，利用時基產生電路20之高頻時鐘脈衝信號(Clock)為載波，作為計時器24、25的上數觸發信號，分別計數S1與S3的導通時間，其輸出信號S1-disable與S3-disable分別為S1與S3的禁止信號，用以控制點火電壓的極性，T-SET1與T-SET2信號用來設定計時器24與計時器25的計數值(40μs-60μs)，此值可由主控電腦17決定。其中或(OR)門26之輸入27、28、29分別為正常放電(Normal)、電弧放電(Arc)、與開路(Open)之狀況信號。
當根據低壓點火換相控制電路21的輸出S1-disable與S3-disable決定低壓點火的極性，若為負極性點火則使開關6(信號S1)導通，在放電間隙施以-檢測電壓V1(負電壓)，若為正極性點火則使開關12(信號S3)導通，在放電間隙施以-檢測電壓V3(正電壓)，同時脈衝發生器1a的窗型比較器15開始檢測經過衰減的間隙電壓Vgap。
經過一段時間T1(約為1μs-2μs)之後，若電壓未進入參考電壓Vref1與Vref2所建立的窗形比較範圍中，則表示此次放電為正常放電(Normal)或是開路(Open)，若間隙電壓此時已進入參考電壓Vref1與Vref2的範圍內，則表示此次放電為電弧放電(Arc)，若經過一段更長的時間T2(約為40μs-60μs)之後，電壓仍未進入Vref1與Vref2的範圍內，則表示放電間隙保持開路。
若此次放電屬正常放電或電弧放電，則將開關10導通，在放電間隙施以放電電壓V2，並控制不同的放電時間(On Time)，使電弧放電的時間(Arc on time)約略為正常放電(Normal on time)時間的一半，以防止電弧加工時能量過大而導致斷線，同時可使加工速度提升。在放電之後，使開關10關斷，並施與不同的休止時間(Off Time)，以利放電間隙恢復絕緣。正常放電的時序圖如圖6所示，電弧放電的時序圖如圖7所示。
若此次放電是屬於開路狀態，則不打開開關10，並直接進入短暫的休止時間(約為4μs-6μs)。一但發生開路狀態，則下一點火周期便會改變點火電壓的極性，以得到交流的電壓變化，避免電解現象。開路的時序圖如圖8所示。
圖5為圖3中窗型比較器15動作示意圖。參考電壓Vref1為第一比較器(CMP1)之參考電壓，參考電壓Vref2為第二比較器(CMP2)之參考電壓，此例中Vref1正電壓高於Vref2負電壓的絕對值。當檢測放電間隙電壓Vgap未進入參考電壓Vref1與Vref2所建立的窗形比較範圍中，則表示此次放電為正常放電或是開路；若間隙電壓Vgap此時已進入參考電壓Vref1與Vref2的範圍內，則表示此次放電為電弧放電；若經過一段更長的時間之後，電壓仍未進入Vref1與Vref2的範圍內，則表示放電間隙保持開路。圖中Vs為窗型比較器15之輸出信號波形，Vs信號進入邏輯控制電路16以判斷間隙的放電狀態。
圖6為正常放電之波形及時序圖。脈衝發生器1a產生使電晶體開關6、10、12分別導通或關斷之控制信號S1、S2、S3。DMP為使電晶體開關6、12導通之周期起始信號，於開關6導通經過一段時間T1(約為(1μs-2μsl)之後，開始檢測放電間隙電壓Vgap的高低。如此例中於檢測時間T1後電壓Vgap未進入參考電壓Vref1與Vref2所建立的窗形比較範圍中，則表示此次放電為正常放電或是開路，但隨後於預定的時間內檢測之放電間隙電壓Vgap進入了Vref1與Vref2所建立的窗形比較範圍中，因此此次放電為正常放電。於正常放電加工期間在放電間隙施以電壓V2，產生三角波之加工電流Igap，在加工放電之後，使開關10關斷(S2信號)，給與休止時間(Off Time)，以利放電間隙恢復絕緣。
圖7為電弧放電之波形及時序圖。若於開關6導通後T1時間內隙電壓Vgap已進入了參考電壓Vref1與Vref2的範圍內，則表示此次放電為電弧放電；於放電時間(On Time)，使電弧放電的時間約略為正常放電時間的一半，以防止電弧加工時能量過大而導致斷線。在電弧放電之後，使開關10關斷，並施與不同之休止時間(Off Time)，以利放電間隙恢復絕緣。
圖8為開路之波形及時序圖。若經過一段更長的時間T2(約為40μs-60μs)之後，間隙電壓Vgap仍未進入Vref1與Vref2的範圍內，則表示放電間隙保持開路，其中OPN信號為使電晶體開關6、12導通計時開路周期T2之波形。若此次放電是屬於開路狀態，則不將開關10導通，並直接進入短暫的休止時間(約為4μs-6μs)。
圖9為低壓點火換相控制電路時序圖。在低壓點火的過程中，使用一組計時器對低壓點火時間進行計時，若同一極性的點火累計時間未達到設定時間(約為40μs-60μs)，則允許下次點火採用同一極性，若同一極性之點火累計時間已達到設定時間，如圖中S1點火前3次計時器24之CNT1累計時間已達到設定時間，則下次點火將改變電壓極性，即變成S1-disable信號致能，S3-disable信號禁能，使點火電壓產生交流變化，並由計時器25之CNT2累計計時。
本發明實施例圖2中的點火電壓V1與V3以及圖4中的點火計數時間T-SET1與T-SET2均為可調整，如果Vi=V3且T_SET1=T_SET2，則可使點火平均電壓為0。如果要提高電解防制的效果，可使V3＞V1或T_SET2＞T_SET1，如此可保證工件相對於線極是負極性的。
用本發明之線切割放電加工控制方法與裝置進行放電波形控制可以使放電能量控制在最適當的範圍，並且具有點火電壓自動換相的功能，得到高速、不斷線、防止電解的加工效果。
雖然本發明已借實施例加以說明，但理應了解在不違背本發明所附權利要求範圍內所界定之廣義精神和觀點情況下，各種的變更方式或修改，皆應屬於本發明之範圍。
權利要求
1．一種線切割放電加工控制方法，該方法包含下列步驟(1)使用低壓點火換相控制電路對低壓點火時間進行計時，若同一極性的點火累計時間未達到設定時間T4，則允許下次點火採用同一極性，若同一極性之點火累計時間T4已達到設定時間，則下次點火將改變電壓極性；(2)根據低壓點火換相控制電路的輸出決定低壓點火的極性，若為負極性點火則在放電間隙施以-檢測之負電壓，若為正極性點火則在放電間隙施以-檢測之正電壓；(3)用周期為T1之第一參考時間信號與周期為T2之第二參考時間信號來檢測間隙電壓的變化，其中T1＜T2，以窗形比較器來判斷此次放電是為正常放電、電弧放電、或是開路，若間隙電壓在T1時間之內進入窗形比較的參考電壓Vref1與Vref2範圍內，則表示發生電弧放電，若間隙電壓在T1與T2時間之內才進入窗形比較的參考電壓Vref1與Vref2範圍內，則表示正常放電，若超過T2時間仍未進入窗形比較的參考電壓Vref1與Vref2範圍內，則表示保持開路；(4)若此次放電屬正常放電或電弧放電，則在放電間隙施以放電電壓，並控制不同的放電時間(On Time)，使電弧放電的時間約略為正常放電時間的一半；在放電之後，施與不同之休止時間(Off Time)；以及(5)若此次放電是屬於開路狀態，則不施以放電電壓，並直接進入短暫的休止時間T3；下次點火改變電壓極性，以得到交流點火的效果。
2．如權利要求1所述之線切割放電加工控制方法，其中該T1約為1μs-2μs；T2約為40μs-60μs；T3約為4μs-6μs；T4約為40μs-60μs。
3．一種線切割放電加工控制裝置，組成包括負低電壓電源電路，以負低電壓檢測加工間隙的狀況；正低電壓電源電路，以正低電壓檢測加工間隙的狀況；高電壓電源電路，以高電壓放電施加於加工間隙進行加工；以及脈衝發生器，根據不同的放電狀況來控制該負低電壓電源電路、正低電壓電源電路、及高電壓電源電路的供電時序；藉此，該高電壓電源電路在每一次施以高壓放電之前皆以負低電壓電源電路或正低電壓電源電路去檢測加工間隙的狀況，判斷此次放電是為正常放電、電弧放電或是開路，再進行高壓放電能量的調整，並且根據低壓點火換相控制電路的輸出，切換點火電壓的極性，達到交流點火的目的。
4．如權利要求3所述之線切割放電加工控制裝置，其中該高電壓電源電路為負高電壓電源電路。
5．如權利要求3所述之線切割放電加工控制裝置，其中該線切割放電加工控制裝置是全晶體式架構。
6．如權利要求3所述之線切割放電加工控制裝置，其中該脈衝發生器包含有窗型比較器與邏輯控制電路，將工件與線極之間的電壓回饋至窗型比較器，並將窗型比較器的輸出信號送至邏輯控制電路，以判斷間隙的放電狀態。
7．如權利要求3所述之線切割放電加工控制裝置，其中該低壓點火換相控制電路是利用計時器的上數觸發信號，分別計數負低電壓電源電路與正低電壓電源電路的導通時間，以與參考時間作比較，來控制點火電壓極性的換相。
8．如權利要求3所述之線切割放電加工控制裝置，其中該正低電壓電源之值要大於負低電壓電源之絕對值。
9．如權利要求7所述之線切割放電加工控制裝置，其中與該正低電壓電源電路的導通時間作比較之參考時間，要大於與該負低電壓電源電路的導通時間作比較之參考時間。
全文摘要
本發明提供一種線切割放電加工控制方法與裝置,可避免工件的電解現象,改善模具的品質;組成包括:脈衝發生器、負低電壓電源電路、正低電壓電源電路、與負高電壓電源電路;在全晶體式的放電架構上進行放電波形的控制,每一次施以高壓放電之前皆以低電壓去檢測加工間隙的狀況,判斷此次放電是為正常放電、電弧放電或是開路,再進行高壓放電能量的調整,以得到高速穩定的加工;並且根據低壓點火換相控制電路的輸出,切換點火電壓的極性,達到交流點火的目的。
文檔編號B23H1/02GK1235077SQ9810178
公開日1999年11月17日 申請日期1998年5月8日 優先權日1998年5月8日
發明者李錫濱, 李祥國, 戴亞君 申請人:財團法人工業技術研究院, 亞特精密機械股份有限公司