TWI767550B

TWI767550B - 精加工之放電波寬調變方法

Info

Publication number: TWI767550B
Application number: TW110104029A
Authority: TW
Inventors: 張瑞成; 鄭松能; 林宥余
Original assignee: 精呈科技股份有限公司
Priority date: 2021-02-03
Filing date: 2021-02-03
Publication date: 2022-06-11
Also published as: TW202231389A

Abstract

一種精加工之放電波寬調變方法，應用於一放電加工裝置，包含以下步驟：(A)根據一預定週期輸出一放電脈波，以控制放電迴路為通路狀態或斷路狀態，定義該放電脈波中對應放電迴路為通路狀態之時間為通路時間，對應放電迴路為斷路狀態之時間為斷路時間。(B)偵測電極與工作件之一間隙電壓。(C)於該間隙電壓大於一第一閾值時，增加該放電脈波之斷路時間，並使該放電脈波之週期隨之增加。藉此，可以大幅提升放電發生於斷路時間的機率，而可以較精確的方式調整工作電流維持在較小電流範圍，以得到較佳的加工面粗度。

Description

精加工之放電波寬調變方法

本發明是有關於一種波寬調變方法，特別是指一種精加工之放電波寬調變方法。

線切割機是利用電能產生高溫使工件局部融熔而產生預定的輪廓，一般用於進行高精度的切割加工。由於線切割機的切割原理是以高溫熔融工件，因此會產生大量的熱能，若未能及時散熱，將造成線切割機的熱變形而影響切割精度。也就是說，線切割精度對於環境溫度十分敏感。

目前現有的應用於放電精加工的線切割機，通常使用等頻率RC充放電技術進行加工，如圖1所示，其放電迴路適用於對一工作件19加工，並包括一用以供該工作件19放置的承載台11、一電極12，及串接於該承載台11與該電極12間的一電源13、一電晶體14及一限流電阻15，其中，機台與電路中之各類雜散電容16可視為同樣串接於該承載台11與該電極12間。

當該電晶體14導通而使該放電迴路為放電狀態時，該工作件19實際上除了接收到原放電迴路中由該電源13輸出的加工能量(放電電流

)外，還會接收到儲存於該雜散電容16的能量輸出(電容電流

)，如此，會導致實際加工能量大於所設計的加工能量，並隨之產生大量熱能，造成加工的面粗度不佳。

為了改善上述問題，目前的做法如下：

一、提升該限流電阻15的電阻值：利用I=V/R原理，當該限流電阻15的電阻值上升時，放電電流

會相對下降。然而，由於在放電瞬間，仍然有該雜散電容16的能量釋放，在雜散電容無法有效降低的情況下，放電能量無法有效下降至期望值。

二、縮短放電脈波：藉由縮短放電脈波而減少該電晶體14的導通時間，進而降低放電電流

。然而，由於該電晶體14有一定的控制頻率限制，且該電晶體14導通時所輸出的能量仍會儲存於機台上各類雜散電容與放電迴路之雜散電容上，因此，在放電瞬間，仍然有該雜散電容16的能量釋放，在雜散電容無法有效降低的情況下，放電能量無法有效下降。

三、降低該電源13之電壓值：利用I=V/R原理，當該電源13之電壓值下降，放電電流

會相對下降，如此，可輸出較小的電流而達到更佳的面粗度。然而，當該電源13之電壓值低於一定程度，將無法達到有效去除金屬的效果。

因此，本發明之目的，即在提供一種能解決上述問題的精加工之放電波寬調變方法。

於是，本發明精加工之放電波寬調變方法，應用於一放電加工裝置，該放電加工裝置適用於對一工作件加工，並包括一用以供該工作件放置的承載台、一電極、串接於該承載台與該電極間的一電源、一電晶體及一限流電阻、及一電連接該電晶體的控制模組，該承載台、該電極、該電源、該電晶體與該限流電阻形成一放電迴路，該精加工之放電波寬調變方法包含以下步驟：

(A)該控制模組根據一預定週期輸出一放電脈波至該電晶體，以控制該電晶體使該放電迴路為通路狀態或斷路狀態，定義該放電脈波中對應該放電迴路為通路狀態之時間為通路時間，對應該放電迴路為斷路狀態之時間為斷路時間。

(B)該控制模組偵測該電極與該工作件之一間隙電壓。

(C)該控制模組於該間隙電壓大於一第一閾值時，增加該放電脈波之斷路時間，並使該放電脈波之週期隨之增加。

本發明之功效在於：藉由該控制模組偵測該間隙電壓，並於該間隙電壓大於該第一閾值時增加該放電脈波之斷路時間，可以大幅提升放電發生於斷路時間的機率，因此，可以較精確的方式調整工作電流在較小電流範圍，而得到較佳的加工面粗度。

參閱圖2、圖3及圖4，本發明精加工之放電波寬調變方法之一實施例，運用於一放電加工裝置，該放電加工裝置適用於對一工作件9加工，並包括一用以供該工作件9放置的承載台21、一電極22、串接於該承載台21與該電極22間的一電源23、一電晶體24及一限流電阻25、及一電連接該電晶體24的控制模組26，該承載台21、該電極22、該電源23、該電晶體24與該限流電阻25形成一放電迴路。並且，機台與電路中之各類雜散電容3可視為同樣串接於該承載台21與該電極22間。

其中，該控制模組26為可以輸出脈波(pulse)信號的電子電路，例如，可使用可程式陣列邏輯(Programmable Array Logic，PAL)或複雜可程式邏輯裝置(Complex Programmable Logic Device，CPLD)等電路實施。

該精加工之放電波寬調變方法包含以下步驟：

步驟41：該控制模組26根據一預定週期

輸出一放電脈波至該電晶體24，以控制該電晶體24使該放電迴路為通路狀態或斷路狀態，定義該放電脈波中對應該放電迴路為通路狀態之時間為通路時間

、

，對應該放電迴路為斷路狀態之時間為斷路時間

、

。

步驟42：該控制模組26偵測該電極22與該工作件9之一間隙電壓。

步驟43；該控制模組26於該間隙電壓大於一第一閾值時，增加該放電脈波之斷路時間，並使該放電脈波之週期隨之增加。

其中，該控制模組26根據一延長週期

輸出該放電脈波至該電晶體24，該延長週期

大於該預定週期

，該延長週期

之斷路時間

大於該預定週期

之斷路時間

。並且，可將該延長週期

之通路時間

實質上設計為相同於該預定週期

之通路時間

。

其中，該控制模組26可如圖4所示是於該間隙電壓大於該第一閾值的時間點

後的下一個該放電脈波的週期開始增加該放電脈波之斷路時間，或是可直接延長時間點

時的該放電脈波的該斷路時間。

步驟44：該控制模組26於該間隙電壓小於該第一閾值時，回復根據該預定週期

輸出該放電脈波。

參閱圖2、圖3及圖5，並且，本實施例較佳是還包含下列步驟：

步驟45：該控制模組26於該間隙電壓小於一第二閾值時，增加該放電脈波之通路時間

的工作週期。

其中，該控制模組26可以是直接增加該放電脈波之通路時間

，並使該放電脈波之週期隨之增加，或是維持該放電脈波之週期不變，並增加該放電脈波之通路時間

以提高該放電脈波之通路時間

的工作週期(duty cycle)，其實施方式可依實際需求而選擇，僅須使該放電脈波的工作週期得以提高即可。

步驟46：該控制模組26於該間隙電壓大於該第二閾值時，回復根據該預定週期

之通路時間

輸出該放電脈波。

參閱圖2及圖6，說明其原理如下：

當該放電脈波持續快速切換時，該間隙電壓會隨著時間逐漸累積，並於達到一定電壓且該電極22與該工作件9接近時，產生放電而對該工作件9進行切割，由於放電時間點具有隨機性，並無法精確地掌控其放電的時間點。

舉例說明，當在不同時間點

、

、

發生放電時，該工作件9會接收到不同的工作電流。其中：

；

；

在時間點

放電時，由於此時位於該放電脈波的通路時間，因此，該工作件9所接收到的工作電流除了原放電迴路中由該電源23輸出的放電電流

外，還會接收到由儲存於該雜散電容3之電荷所輸出的電容電流

。在時間點

放電時，由於此時位於該放電脈波的斷路時間，因此，該工作件9所接收到的工作電流只有該雜散電容3所輸出的電容電流

，是以，此時的工作電流會較時間點

時的工作電流小。在時間點

放電時，由於此時同樣位於該放電脈波的斷路時間，因此，該工作件9所接收到的工作電流只有該雜散電容3所輸出的電容電流

，並且，因為此時距離通路時間的結束點較久(即，斷路狀態的持續時間較久)，該雜散電容3所累積的電荷會略有流失，是以，此時的工作電流會再較時間點

時的工作電流小。

由於過大的電流會導致加工的面粗度不佳，因此，在斷路時間產生放電時，所產生的較小電流可以達到較佳的放電加工面粗度，而當放電時間點更遠離通路時間的結束點時，由於該雜散電容3所儲存的電荷會隨時間而逐步下降，因此，可以進一步降低電流，而達到更佳的加工面粗度。

參閱圖2、圖3及圖4，圖4即為上述步驟41~44之實施波形圖，於時間點

之前，該控制模組26根據該預定週期

輸出該放電脈波，於時間點

之後，由於該間隙電壓大於該第一閾值，該控制模組26根據該延長週期

輸出該放電脈波，使該斷路時間

延長而提升放電時間點是發生在斷路時間

的機率。

於時間點

，產生放電，此時放電產生的工作電流會是由該雜散電容3所輸出的電容電流

，電流較小而具有較佳的加工面粗度。並且，此時由於放電使該間隙電壓小於該第一閾值，因此，該控制模組26回復根據該預定週期

輸出該放電脈波。

於時間點

，該間隙電壓再次大於該第一閾值，該控制模組26再次根據該延長週期

延長斷路時間

。

如此，藉由在該間隙電壓符合所需的電壓值後將斷路時間

延長，可以大幅提升放電發生於斷路時間的機率，因此，可以使工作電流維持在較小電流範圍，而得到較佳的加工面粗度。

參閱圖2、圖3及圖5，圖5為上述步驟41~46之實施波形圖，其中，圖5中以該第一閾值相同於該第二閾值作為說明，但使用者可依實際需求而設計不同的該第一閾值與該第二閾值，並不以此為限。

於初始設定時，該控制模組26根據該預定週期

輸出該放電脈波，於時間點

前，該控制模組26偵測到該間隙電壓小於該第二閾值，即延長當下之該放電脈波的通路時間

，而使通路時間

之工作週期提升，藉此，使該間隙電壓可以加速提升到達放電所需的電壓區間，以增加放電加工效率。

於時間點

時，該間隙電壓大於該第一閾值與該第二閾值，該控制模組26於下一個週期的放電脈波，回復該預定週期

之通路時間

，並根據該延長週期

輸出斷路時間

，以停止加速提升間隙電壓，並提升放電時間點是發生在斷路時間

的機率。

於時間點

，電流較小而具有較佳的加工面粗度。並且，此時由於放電使該間隙電壓小於該第一閾值及該第二閾值，因此，該控制模組26回復根據該預定週期

輸出該放電脈波，並延長該放電脈波之通路時間

。

於時間點

，該間隙電壓再次大於該第一閾值與該第二閾值，該控制模組26於下一個週期的放電脈波，再次回復該預定週期

之通路時間

，並根據該延長週期

延長斷路時間

。

如此，藉由搭配在該間隙電壓小於該第二閾值時將通路時間

延長，可以加速該間隙電壓累積的速度，減少該間隙電壓到達放電所需的電壓區間之時間，故還能增加放電加工效率。

經由以上的說明，本實施例的功效如下：

一、藉由該控制模組26偵測該間隙電壓，並於該間隙電壓大於該第一閾值時增加該放電脈波之斷路時間

，可以大幅提升放電發生於斷路時間

的機率，而可以較精確的方式調整工作電流維持在較小電流範圍，以得到較佳的加工面粗度。

二、藉由設計該控制模組26於該間隙電壓小於該第一閾值時，回復根據該預定週期

輸出該放電脈波，可以於放電結束後，藉由回復原本之工作週期而儘快累積該間隙電壓之電壓值，而能維持加工效率。

三、藉由該控制模組26於該間隙電壓小於該第二閾值時增加該放電脈波之通路時間

的工作週期，可以加速該間隙電壓累積的速度，減少該間隙電壓到達放電所需的電壓區間之時間，故還能增加放電加工效率。

四、藉由該控制模組26於該間隙電壓大於該第二閾值時，回復根據該預定週期

之通路時間

輸出該放電脈波，可以在該間隙電壓符合需求後即停止加速累積該間隙電壓，避免增加放電發生於通路時間

的機率，以減少工作電流增大的可能性，而能維持加工精度的品質。

綜上所述，本發明精加工之放電波寬調變方法，確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

21:承載台 22:電極 23:電源 24:電晶體 25:限流電阻 26:控制模組 3:雜散電容 41~46:步驟 9:工作件

:預定週期

:延長週期

,

:時間點

,

:通路時間

,

:斷路時間

,

,

:放電時間點

:放電電流

:電容電流

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是習知一種放電精加工的放電迴路的一電路示意圖；圖2是本發明精加工之放電波寬調變方法的一實施例所應用的一放電加工裝置的一電路示意圖；圖3是本實施例的一流程圖；圖4、圖5為波形示意圖，說明本實施例的一間隙電壓與不同變化的一放電脈波；及圖6是本實施例的一波形示意圖，說明一工作電流根據該間隙電壓與該放電脈波之變化。

41~46:步驟

Claims

一種精加工之放電波寬調變方法，應用於一放電加工裝置，該放電加工裝置適用於對一工作件加工，並包括一用以供該工作件放置的承載台、一電極、串接於該承載台與該電極間的一電源、一電晶體及一限流電阻、及一電連接該電晶體的控制模組，該承載台、該電極、該電源、該電晶體與該限流電阻形成一放電迴路，該精加工之放電波寬調變方法包含以下步驟： (A) 該控制模組根據一預定週期輸出一放電脈波至該電晶體，以控制該電晶體使該放電迴路為通路狀態或斷路狀態，定義該放電脈波中對應該放電迴路為通路狀態之時間為通路時間，對應該放電迴路為斷路狀態之時間為斷路時間； (B) 該控制模組偵測該電極與該工作件之一間隙電壓；及 (C) 該控制模組於該間隙電壓大於一第一閾值時，增加該放電脈波之斷路時間，並使該放電脈波之週期隨之增加。
如請求項1所述的精加工之放電波寬調變方法，其中，於步驟(C)中，該控制模組根據一延長週期輸出該放電脈波至該電晶體，該延長週期大於該預定週期，該延長週期之斷路時間大於該預定週期之斷路時間。
如請求項2所述的精加工之放電波寬調變方法，其中，於步驟(C)中，該延長週期之通路時間實質上相同於該預定週期之通路時間。
如請求項1所述的精加工之放電波寬調變方法，還包含下列步驟： (D) 該控制模組於該間隙電壓小於該第一閾值時，回復根據該預定週期輸出該放電脈波。
如請求項1所述的精加工之放電波寬調變方法，其中，於步驟(C)中，該控制模組於該放電脈波的下一個週期開始增加該放電脈波之斷路時間。
如請求項1所述的精加工之放電波寬調變方法，還包含下列步驟： (E) 該控制模組於該間隙電壓小於一第二閾值時，增加該放電脈波之通路時間的工作週期。
如請求項1所述的精加工之放電波寬調變方法，還包含下列步驟： (F) 該控制模組於該間隙電壓小於一第二閾值時，增加該放電脈波之通路時間。
如請求項6所述的精加工之放電波寬調變方法，還包含下列步驟： (G) 該控制模組於該間隙電壓大於該第二閾值時，回復根據該預定週期之通路時間輸出該放電脈波。