CH661228A5 - Funkenerosionsmaschine mit einer elektrode zum bearbeiten eines werkstueckes. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Funkenerosionsmaschine gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer bekannten Funkenerosionsmaschine. Eine Elektrode 10 ist gegenüber einem Werkstück 14 angeordnet, das in eine in einem Arbeitstank befindliche isolierende Arbeitsflüssigkeit 16 eingetaucht ist. Eine Stromversorgung 18 ist während dem Arbeitsvorgang mit der Elektrode 10 und dem Werkstück 14 elektrisch leitend verbunden. Die Stromversorgung umfasst eine Gleichstromquelle 18a, ein Schaltelement 18b zum Un-

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terbrechen des Arbeitsstromes, einen Strombegrenzungswiderstand 18c und einen Oszillator 18d zum Steuern des Schaltelementes 18b, wodurch er zum Spalt 20 zwischen der Elektrode 10 und dem Werkstück 14 intermittierend unterbrochen wird.

Der vorangehend genannte Strom I ist = E-Vg/R (wobei E die Spannung der Gleichstromquelle 18a, R der Widerstandswert des Strombegrenzungswiderstandes 18c und Vg die am genannten Spalt auftretende Spannung ist). Die Spaltspannung Vg liegt im Bereich von 20 bis 30 V, während der elektrischen Entladung und wird 0 V während einem Kurzschluss. Die Spaltspannung Vg ist = E, wenn keine elektrische Ladung erfolgt, und 0 V, wenn das Schaltelement 18b sich im gesperrten Zustand befindet.

Demnach kann, wenn die Spaltspannung Vg festgestellt und in einem Glättungsstromkreis 22 gemittelt wird, dieser Wert zum Steuern der Breite des Spaltes verwendet werden, d.h., die durchschnittliche Spannung Vs ist hoch, weil keine richtige elektrische Entladung erfolgt, wenn der Spalt 20 zu breit ist. Wenn der Spalt 20 zu eng ist, sinkt die durchschnittliche Spannung Vs ab, weil Kurzschlûssè auftreten oder die elektrische Entladung gestört ist. Dementsprechend ist es möglich, die Nachstellung der Elektrode 10 zu steuern, um die Breite des Spaltes im wesentlichen konstant zu halten, mittels eines ölhydraulischen Servomechanismus, der eine Pumpe 28 und einen hydraulischen Zylinder 30 umfasst. Die Differenz zwischen der durchschnittlichen Spannung Vs und einer Bezugsspannung Vr wird in einem Verstärker 24 verstärkt und einem Magnetventil 26 zugeführt.

Das bekannteste Verfahren zum Unterscheiden zwischen guten und schlechten Bearbeitungsbedingungen in der bekannten Funkenerosionsmaschine ist das Überwachen der durchschnittlichen Spannung Vs, d.h. der gemittelten Spaltspannung Vg. Mit anderen Worten, wenn die durchschnittliche Spannung Vs niedrig ist, ist die durch den Spalt gegebene Impedanz ebenfalls niedrig. Dies ergibt sich aus Kurzschlüssen und kontinuierliches elektrisches Entladen und es kann angenommen werden, dass sowohl Späne als auch Schlamm sich im Spalt 20 befinden. Gefahrlichste abnormale elektrische Entladung während dem Bearbeiten mittels elektrischer Erosion ist, dass wenn ein solcher Zustand sich einmal gebildet hat, eine elektrische Entladung zwischen Kohle und dem Werkstück auftritt, welche Kohle sich durch thermisches Zersetzen der Arbeitsflüssigkeit gebildet hat, wodurch die Spaltimpedanz ansteigt. D.h., ungeachtet der Tatsache, dass der Spalt in Wirklichkeit eng ist, kann der Spalt als zuweit betrachtet werden und eine normale Bearbeitung kann nicht ausgeführt werden. Aus diesem Grunde f(t) = r/T E + 1 00 2

n=i wobei E die Amplitude, T die Frequenz und % die Impulsbreite ist. (Es ist jedoch schwierig, die elektrische Entladung durch eine Gleichung anzugeben, weil die Grössen schnell und in zufälliger Folge wechseln. Die in der Fig. 2 dargestellten Spektren beziehen sich für den Fall, dass T = 2x ist.

Das Verteilspektrum und die Entladebedingungen zeigen klar, was in jeder der folgenden Angaben gemeint ist:

(1) In allen Spektren ist ein hohes Ausgangssignal bei der Frequenz fo ersichtlich, welche Frequenz den Querwert der Periode T darstellt. Immerhin ist im Vergleich zu den anderen Fällen erkennbar, dass der Spitzenwert im Falle der normalen elektrischen Entladung klein ist.

(2) Im Falle, dass eine Entladung zu einer Lichtbogenerzeugung führt, treten bei der nicht allzu hohen Frequenz fH

kann sich eine Fehlbeurteilung ergeben, indem es unmöglich ist, in gewissen Fällen allein durch Beachten der durchschnittlichen Spannung Vs eine Verschlechterung der Arbeitsbedingungen im Spalt zu erkennen.

5 Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Funkenerosionsma-schine zu schaffen, welcher die oben genannten Nachteile nicht anhaften und die in der Lage ist, normale und abnormale Arbeitsbedingungen im Spalt eindeutig zu erkennen. Die erfindungsgemässe Funkenerosionsmaschine ist io durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gekennzeichnet.

Der Erfindungsgegenstand ist nachstehend mit Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen

15 Fig. 1 die schematische Darstellung einer bekannten Funkenerosionsmaschine,

Fig. 2 die graphische Darstellung der Entladeimpulse mit den zugehörigen Frequenzverteilungen,

Fig. 3 das Blockschema eines Ausführungsbeispieles ei-20 nes Frequenzanalysators der erfindungsgemässen Funkenerosionsmaschine,

Fig. 4 das Schaltschema eines Spannungskomparators des Frequenzanalysators nach der Fig. 3,

Fig. 5 das Schaltschema des Spannungskomparators des 25 Frequenzanalysators gemäss der Fig. 3,

Fig. 6 das Blockschema einer Ausführungsform einer Steuervorrichtung der erfindungsgemässen Funkenerosionsmaschine,

Fig. 7 das Schaltschema einer weiteren Ausführungsform des Spannungskomparators des Frequenzanalysators nach der Fig. 3,

Fig. 8 eine grobschematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemässen Funkenerosionsvorrichtung,

35 Fig. 9 einen Teil des Blockschemas gemäss der Fig. 8 in detaillierter Darstellung,

Fig. 10 das Schaltschema der Steuervorrichtung für den hydraulischen Zylinder und

Fig. 11 die schematische Darstellung eines Steuerstrom-40 kreises zum Steuern der Arbeitsflüssigkeit.

Die Fig. 2 zeigt die graphische Darstellung des über dem Spalt 20 zwischen der Elektrode 10 und dem Werkstück 14 überwachten Signals bei verschiedenen Bearbeitungszustän-45 den sowie die dazugehörigen Frequenzverteilungen des Signales. Für den Fall der rechteckigen Spannungsimpulse, wobei keine Entladung stattfindet, kann das Frequenzspektrum wie folgt angegeben werden.

t/T E x sin na» t/2 /nco Xfirm t. Wobei, co = 2 JT/T,

55 (mehr als 2 MHz) Spitzen auf, wobei bei normaler Entladung Hochfrequenzkomponenten von bis zu 200 MHz auftreten.

(3) Wenn das Ausgangssignal bei der Frequenz fo niedrig und ausreichend bei der Frequenz fH ist, so ist dies ein Zei-60 chen für eine normale elektrische Entladung und eine problemlose Bearbeitung.

Die oben beschriebenen Resultate zeigen klar, dass eine Abweichung der elektrischen Entladung unter abnormalen Bedingungen gegenüber der elektrischen Entladung bei nor-65 malen Bedingungen möglich ist, wie dies oben unter Punkt (3) angegeben ist.

In der Fig. 3 ist das Blockschema eines Ausführungsbeispiels einer Einrichtung zum Bestimmen der Frequenzverteicos

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lung dargestellt, welche Einrichtung grundsätzlich den gleichen Aufbau besitzt wie ein Frequenzanalysator. Das am Spalt abgegriffene Signal F(t) wird mit einem Ausgangssignal f(t) eines FM-Modulators 51 gemischt, und aus der Summe der Frequenzen F(t) und f(t) sowie der Differenz zwischen den beiden wird nur ein Zwischenanteil y(t) herausgesiebt. Anschliessend wird der ausgesiebte Zwischenanteil y(t) in einem ZF-Verstärker verstärkt, wobei die gewünschte Zwischenfrequenz mittels eines Filters herausgesiebt wird. Das Ausgangssignal des ZF-Verstärkers 53 wird in einem Detektor 54 detektiert und anschliessend in einem NF-Verstärker 55 verstärkt. Weil das Ausgangssignal des FM-Modulators 51 mit einer analogen Spannung Av frequenzmoduliert wird, ändert die Beziehung zwischen der Zeit und der Frequenz in Abhängigkeit der analogen Spannung Av proportional zur Zeit, so dass eine grosse Amplitude des Frequenzspektrums des aus dem Signal F(t) abgeleiteten Signals y(t) am Ausgang des NF-Verstärkers 55 auf einer Zeitbasis erhalten wird. Die für die analoge Spannung Av nötige Zeit entspricht der Spannung der Frequenz fo, die Frequenz fH kann mit Hilfe eines genauen Oszillators 56 ermittelt werden, wobei ein Zähler 57 die Ausgangsimpulse des Oszillators 56 zählt. Es sind auch ein Diskriminator 58 für die Frequenz fo und ein Diskriminator 59 für die Frequenz fH vorhanden. Der Speicherinhalt des Zählers 57 wird mit Hilfe eines Digital/Analogumsetzers 60 in die analoge Spannung Av umgesetzt und als Modulationsspannung dem Modulator 51 zugeführt. In Abhängigkeit von durch die Diskriminatoren 58 und 59 erzeugten Taktsignalen stellt ein Spannungskom-parator 61 die Amplitude des verstärkten NF-Signales fest und vergleicht die gemessenen Amplituden mit einer Bezugsspannung, um zu ermitteln, ob die Amplitude des Trägerfrequenzspektrums bei der betreffenden Frequenz gross oder klein ist und erzeugt, auf Grund dieses Ergebnisses, ein Ausgangssignal SA, wenn eine abnormale Entladung stattfindet. Zum Beispiel kann fo, fH und die Zwischenfrequenz 3KHz, 5 MHz bzw. 10,5 MHz betragen, dann kann jedes Spektrum von den Frequenzen fo und fH ermittelt werden, wenn die Frequenz f(t) 10,693 MHz und 5,700 MHz ist. Wenn der FN-Modulator 51 so aufgebaut ist, dass er bei einer Eingangsspannung von 0 V am Ausgang ein Signal mit der Frequenz 5 MHz und bei einem Eingangssignal von 10 V ein Ausgangssignal von 10 MHz erzeugt und der Digital/ Analogumsetzer 60 ein 16-Bit-Typ ist, so besitzt der so aufgebaute Frequenzanalysator ein Auflösungsvermögen von + 80 Hz. Weil die Frequenz fo jedesmal in Abhängigkeit der gewählten Bearbeitungsbedingung ändert, muss die Betriebsfrequenz fo = 1/T (die Zeitspanne T ist die Summe der Ein-und Ausschaltzeit) gesteuert werden.

In der Fig. 4 ist das Schaltschema des Spannungskomparators 61 dargestellt und nachstehend ist die Erzeugung des oben genannten Ausgangssignales SA im einzelnen beschrieben. Der Ausgang des NF-Verstärkers 55 wird über Schalter 62 und 63 mit Komparatoren 64 bzw. 65 nur während dem Diskriminierungsvorgang der Frequenzen fo und fH verbunden. Wenn während dem Diskriminierungsvorgang die Amplitude Vo des Spektrums grösser ist als eine Bezugsspannung VI, d.h., wenn die Amplitude der Frequenz fo bei normaler elektrischer Entladung grösser ist als jene Amplitude, bei der die Frequenz fo, die einer Normalität entspricht, so ändert das Ausgangssignal des Komparators 61 auf das Signal «1». Dieses Signal wird dem Zähler 57 über ein UND-Tor 66 zugeführt und bewirkt einen Zählvorgang. Wenn andererseits die Amplitude Vo grösser ist als eine Bezugsspannung V2 während dem Diskriminierungsvorgang der Frequenz fH, d.h., wenn die Frequenz fH nur während der normalen elektrischen Entladung auftritt, so erzeugt der Kom-parator 65 ein Ausgangssignal «1» und setzt den Zähler über ein UND-Tor 68 zurück. Dementsprechend nimmt der Zählstand des Zählers 67 zu, wenn die Spektrumamplitude bei der Frequenz fo gross ist und wird wieder null, wenn die Amplitude Vo gross ist während dem Takten der Frequenz fH. Weil ein Zählstand 0 bei Vorhandensein von hohen Frequenzkomponenten vorliegt und der Zählstand zunimmt, wenn die Komponente der Frequenz fo wiederholt gross ist, kann die Parität der Bearbeitungsbedingung innerhalb des Spaltes 20 festgestellt werden, indem der Zählstand des Zählers 67 mit Hilfe eines Digital/Analogumsetzers 40 in eine analoge Spannung Vo umgesetzt und überwacht wird. Mit anderen Worten, wenn die analoge Spannung Vo gross ist, bedeutet dies, dass sich eine abnormale elektrische Entladung anbahnt, indem sich beispielsweise Schlamm in dem Spalt 20 ansammelt, weil sich Späne darin anstauen, wobei durch die thermische Zersetzung der Arbeitsflüssigkeit 16 Kohle bildet, die zu einer abnormalen Lichtbogenerzeugung führt oder abgebrochene Teile der Elektrode sich in dem Spalt 20 befinden. Derartige Unzulänglichkeiten werden schnell entdeckt. Das Vorhandensein einer analogen Spannung Vo während einer kurzen Zeit kann nicht immer ausgewertet werden als abnormaler Betriebszustand, weil sich solche Bedingungen fortlaufend während kurzen Zeitabständen ergeben können. Dementsprechend muss die Bewertung, ob die Bearbeitungsbedingung im Spalt 20 normal ist oder nicht, in Berücksichtigung der Tatsache erfolgen, dass der oben beschriebene überschreitende Wert des Ausgangssignales des Digital/Analogumsetzers 40 während einer gewissen Zeitspanne anhalten muss.

Ein in der Fig. 5 dargestellter Spannungskomparator 148 wirkt zum Bestimmen, ob das Ausgangssignal Vo des Digital/Analogumsetzers 40 grösser oder kleiner als eine Bezugsspannung VII ist. Wenn die Spannung Vo grösser als die Bezugsspannung VII ist, so erzeugt der Komparator 148 ein negatives Ausgangssignal, das einen Transistor 152 über einen Widerstand 150 steuert. Dies bewirkt, dass ein Kondensator 154 zum Bestimmen der Zeit über einen Widerstand 156 auf eine Spannung V31 aufgeladen wird. Die Spannung V31 kann durch folgende Gleichung angegeben werden.

V31 = V41 (1 - e — t/r2C)

wobei r2 = der Widerstandswert des Widerstandes 156, C die Kapazität des Kondensators 154 und t die Zeit ist.

Die Spannung V31 über dem Kondensator 154 wird mit einer Bezugsspannung V21 im Komparator 158 verglichen. Wenn das Ausgangssignal des Komparators 158 während einer Zeitspanne, in welcher V31 < V21 ist, nicht negativ wird, leuchtet eine Leuchtdiode 160 nicht auf. Wenn jedoch V31 > V21 nach der Bedingung Vo > VII während einer vorbestimmten Zeitspanne ist, wird das Ausgangssignal des Komparators 158 negativ und zeigt das Auftreten eines abnormalen Zustandes in dem Spalt 20 durch Aufleuchten der Leuchtdiode 160 an, welche über einen Widerstand 162 an den Ausgang des Komparators 158 angeschlossen ist.

Ein Umschalter 164 ist vorgesehen zum Wechseln der Bewertung des Zustandes im Spalt 20 nur als Funktion der Zeit (in der Stellung 164a), nämlich die Summe von Intensität und das Andauern des Ausgangssignales Vo des Digital/ Analogumsetzers 140. Anders gesagt wird bei Bearbeitungsvorgängen, in denen es schwierig ist, abnormale Bearbei-tungszustände im Spalt 20 festzustellen, nur die verstrichene Zeit berücksichtigt, beispielsweise beim Bearbeiten von gesintertem Hartmetall, das einer andauernden Brechgefahr ausgesetzt ist, infolge einer Lichtbogenbildung oder dem Anfallen von abgebrochenen Wolframstücken, kann das Auftreten von abnormalen Zuständen im Spalt 20 schnell festgestellt werden als eine Funktion der Summe der Ausgangs-

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Spannung Vo des Digital/Analogumsetzers 40 und der Zeit, wenn der Umschalter 164 sich in der Stellung 164a befindet. Dies deshalb, weil, wenn die Ausgangsspannung Vo gross ist, der Strom, mit welchem der Kondensator 154 geladen wird, zunimmt und die Spannung V31 über dem Kondensator 154 sehr rasch den Wert der Bezugsspannung V21 erreicht.

Überdies ist es klar, dass durch das direkte Überwachen der Spannung Vo als Differenzspannung, die Differenz zwischen dem zuletzt gemessenen Wert und dem Sollwert direkt beobachtbar ist, und die Spannung Vo kann auch zum Überwachen der Betriebsbedingungen im Spalt 20 benützt werden.

Beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel bildet der Kondensator 154 und der Widerstand 156 ein Zeitglied zum Ermöglichen der Zeitmessung, während welcher der Zustand im Spalt 20 sich verschlechtert und es ergeben sich keine Schwierigkeiten, die Zeit mit Hilfe eines genauen Integrierstromkreises, der einen Operationsverstärker enthält, mit der notwendigen Genauigkeit zu messen.

Die in den Fig. 2 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung ermöglichen es, die Qualität der Betriebsbedingungen in dem Spalt 20 genau festzustellen und dementsprechend einen Ausfall der Maschine wirksam zu vermeiden.

In der Fig. 6 ist gezeigt, dass das Ausgangssignal SA des Detektors, zum Feststellen der abnormalen Betriebsbedingungen, innerhalb des Spaltes einer Steuervorrichtung 200 zum Steuern der Betriebsbedingungen innerhalb des Spaltes 20 zusammen mit einem binären digitalen Wert, der den Ausgängen 2° ~ 2" des Zählers 67 zugeführt wird. Dieses Signal wird zum Verbreitern des Spaltes 20 benützt, so dass die Verbreiterung automatisch in Abhängigkeit der Bedingungen innerhalb des Spaltes 20 gesteuert wird.

Die Fig. 6 zeigt das Schaltschema der Steuervorrichtung 200 und in diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Verhältnis des Betrages der Verbreiterung des Spaltes 20 und die Bearbeitungszeit zur Zeit, die zum Verbreitern des Spaltes 20 benötigt wird, gesteuert durch das Überwachen der Zeit, während welcher das Signal zum zwangsweisen Verbreitern des Spaltes 20 verwendet wird.

Wenn gemäss Fig. 6 das abnormale Detektionssignal SA im «1» Zustand ist, so wird ein ODER-Tor 227 durch einen Ein-Schuss-Multivibrator befähigt, das Flipflop 220 einzustellen und einen Zähler 219 rückzustellen, wobei der Q-Ausgang des Flipflops 220 «1» wird und ein Zähler 219 rückgestellt wird. Das Signal «1» beim Q-Ausgang des Flipflops 220 wird zu beiden Eingängen des UND-Tores 226 und eines Analogschalters 220 zugeführt. Bei Antwort auf das Signal «1» des Q-Ausganges des Flipflops 220 wird der Schalter 222 geschlossen, wobei die Zwischenpolspaltservo-schaltungen 24 und 26 ein Signal SM erhalten, um die Elektrode anzuheben. Zu einem anderen Eingang des UND-Tores 226 wird das SA-Signal «1» durch einen Inverter zugeführt. Die Taktpulse, welche von einem Referenztaktpulsgenerator 221 erzeugt werden, werden zu einem CP-Anschluss des Zählers 219 zugeführt. Die vom Zähler 219 eingestellte Zeit entspricht dem Produkt der Periode des Taktpulses des Pulsgenerators 221 und der Zählnummer des Zählers 219. Ein digitaler Komparator 228 detektiert die Koinzidenz des Wertes des Zählers 67 zur Detektion von Abnormalitäten mit demjenigen des Zählers 219. Wenn eine solche Koinzi-den auftrifft, wird das RS-Flipflop 220 rückgestellt und das Signal «0» des Q-Ausganges desselben wird an den Analogschalter 220 angelegt, wobei der letztere geöffnet wird und die Elektrode gesenkt wird. Der Q-Ausgang des Flipflops 220 bleibt auf «1» nur für eine Zeitperiode, welche dem Wert des Zählers 67 entspricht, wobei die Elektrode während dieser Zeit angehoben wird. Das Flipflop 220 wird durch den Ausgang des Digitalkomparators 228 rückgestellt, wobei der Q-Ausgang «0» wird, worauf der invertierte Ausgang Q «1» wird. Ein n-Taktpulseingangstor 224 eines Zählers 223 zur Bestimmung der Absenkzeit der Elektrode wird ermächtigt, um dem Zähler 223 zu erlauben, die Taktpulse des Taktpulsgenerators 221 zu zählen. Nach dem Verlauf einer durch einen Schalter 225 vorgewählten Zeit wird das Flipflop 220 durch das ODER-Tor 227 gesetzt. Gleichzeitig wird der Inhalt des Zählers 219 rückgestellt. Als Folge davon wird der Schalter 220 geöffnet, um dabei die Elektrode anzuheben. Die normale Servo-Operation für den Zwischenpolspalt wird auf der Basis der Differenz zwischen dem Zwischenpolspalt-Signals VS und der Referenzspannung VR durchgeführt. Während der Zeitperiode, wenn das Signal SA bei «1» bleibt, wird die Schaltoperation des Analogschalters 222 wiederholt, wobei ein Pumpvorgang durchgeführt wird, um eine Flüssigkeitsströmung im Zwischenpolspalt zu erzeugen. Ein Widerstand r wird zum Schutz der die Spannungen VS und VR erzeugenden Stromkreise verwendet, wenn das Signal SM zum Anheben der Elektrode vorliegt.

Der oben beschriebene Vorgang wird nur ausgeführt, wenn das Signal SA zum Feststellen einer abnormalen Bedingung im Spalt den Wert «1» aufweist, d.h., wenn im Spalt abnormale Arbeitsbedingungen vorliegen. Der Zustand des Detektionssignals SA wird durch das UND-Tor 226 und das ODER-Tor 227 bestimmt und weil das Ausgangssignal des ODER-Tores 227 «1» ist, wenn das Signal SA «0» ist, wird das Flipflop 220 im gesetzten Zustand gehalten und das Signal SM zum Anheben der Elektrode wird nicht erzeugt, so dass der normale Steuervorgang für den Zwischenpolspalt ausgeführt wird.

Entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäss der Fig. 6 wird der Spalt 20 automatisch verändert in Abhängigkeit der abnormalen Bearbeitungsbedingungen, wenn das Signal SA zum Feststellen der abnormalen Bedingungen im Spalt den Wert «1» annimmt. Je grösser die Differenz zwischen der normalen und der abnormalen Bedingung ist, desto grösser ist die zum Verbreitern des Spaltes benötigte Zeit, während welcher die Bedingung in dem Spalt verbessert werden kann. Weiter wird die Elektrode 10 nicht nach oben in Bewegung gesetzt, wenn das Signal SA «0» ist und die normale Steuerung der Breite des Spaltes 20 wird ausgeführt.

Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel ist für den Fall ausgerichtet, in welchem die zum Anheben der Elektroden benötigte Zeit gesteuert wird und das Ziel der Erfindung ist, den Spalt zwischen der Elektrode 10 und dem Werkstück 14 in einer solchen Weise zu steuern, dass die Betriebsbedingungen innerhalb des Spaltes 20 aufgrund des Signales SA zum Feststellen der abnormalen Betriebsbedingung verbessert werden. Es ist technisch schwierig, die Bearbeitungszeit zu steuern, die Arbeitsgeschwindigkeit zu erhöhen, die Zeit zum Anheben und Bearbeiten zu verkürzen, die Frequenzspannung anzupassen und im Servosystem die zum Anheben der Elektrode 10 benötigte Zeit zu berücksichtigen. Mit der erfindungsgemässen Maschine werden jedoch diese Steuervorgänge schnell ausgeführt.

Das ständige Auftreten eines Lichtbogens, bewirkt durch das Ausfallen der normalen elektrischen Entladungen bzw. das Konzentrieren der elektrischen Entladungen auf einen Punkt, soll vermieden werden, indem die Erzeugung einer solchen elektrischen Entladung näher erschwert wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Fig. 7 dargestellt, mit welchem das unerwünschte Auftreten von Lichtbogen vermieden wird. Die Fig. 7 zeigt das Schaltschema eines bevorzugten Spannungskomparators 61, welcher sich gegenüber demjenigen, der in der Fig. 4 dargestellt ist, nur durch einen Umkehrverstärker 101 unterscheidet. Die

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übrigen Teile des Spannungskomparators sind die gleichen wie jene des Spannungskomparators gemäss der Fig. 4.

Das in der Fig. 8 dargestellte Ausführungsbeispiel wird benützt zum Ändern der Spannung Vs über dem Spalt 20 aufgrund des oben genannten Ausgangssignales SA und wenn die zum Einleiten einer elektrischen Entladung angelegte Spannung abgesenkt wird, ergibt sich ein starkes Einsetzen der elektrischen Ladung, insbesondere an ein und demselben Ort innerhalb der gleichen Spalte 20. Überdies ist es wegen der Konzentration der elektrischen Entladung möglich, dass die elektrische Entladung in dem gleichen Spalt unterstützt wird durch Vergrössern der an die Elektrode und das Werkstück angelegten Spannung.

Gemäss der Fig. 8 wird ein Verstärker 41 benützt um eine dem Zählstand des Zählers 67 entsprechende Spannung einem Oszillator 100 zuzuführen, welcher den Transistor 51 steuert. Die Spannung Vg, welche über dem Spalt vorliegt, kann wie folgt angegeben werden.

Vg = — IcRl (1)

Der Strom Ic ist praktisch gleich (etwa 99%) dem Strom, welcher durch den Emitterwiderstand R2 des Transistors 51 fliesst und der Strom Ic ist gegeben durch

IC = VE/R2 = VB/R2 (2)

Die Spannungen VE und VB sind in der Fig. 8 eingetragen. Aus den Gleichungen (1) und (2) kann hergeleitet werden, dass

Vg = — R1/R2VB (3)

ist.

Es sei angenommen, dass R1 = 30 kOhm,

R = 1 kOhm und die Speisespannung E = 300 V ist, dass, wenn die Spannung VB im Bereich von 0 bis 300 V ändert, dass dann die Spannung Vg über dem Spalt zwischen 0—10 V ändert. Sogar wenn die elektrische Entladung konzentriert ist, wird das Ausgangssignal des Umkehrverstärkers 101 abnehmen, in dem Masse, wie der Zählstand des Zählers 67 zunimmt, wodurch die Spannung Vg über dem Spalt abnimmt, so dass dadurch die Konzentration der elektrischen Entladung vermieden wird.

Obwohl die an den Spalt angelegte Spannung Vg andauernd in Abhängigkeit des Zählstandes des Zählers 67 zum Feststellen von abnormalen elektrischen Entladungen geändert wird, ist es nicht immer notwendig, die genannte Spannung proportional zum Zählstand zu ändern. Versuche haben gezeigt, dass das Ausbreiten von Lichtbogenentladungen wirksamer verhindert werden kann, wenn die genannte Spannung exponentiell ändert. Gemäss den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 8 und 7 wurde eine neue Funkenerosionsmaschine geschaffen, mittels welcher abnormale elektrische Entladungen durch die Analyse des Frequenzspektrums der Entladespannung festgestellt wird. Zusätzlich wird der Wert der an den Entladespalt angelegten Impulsspannung überwacht und damit die normale elektrische Entladung gesteuert. Durch Verlängern der Öffnungszeit des Schaltelementes 18d (Fig. 1) in Abhängigkeit dès Ausgangs-signals des Detektionsstromkreises gemäss der Fig. 4, kann die Zeitspanne zwischen den elektrischen Entladungen länger gemacht werden, so dass ein Entionisierungseffekt erzielt wird, wodurch die Bedingungen zum Bilden von konzentrierten elektrischen Entladungen eliminiert wird. Mit Bezug auf die Fig. 9 ist ein Stromkreis beschrieben zum Erreichen des oben genannten Zweckes. Ein RS-Flipflop 118 bewirkt, dass das Schaltelement 118b über einen Verstärkers 119 leitend wird, wenn an seinem Ausgang Q das Signal «1» auftritt. Mit anderen Worten, das Schaltelement ist leitend, wenn das Signal am Ausgang Q «1» ist und ist gesperrt,

wenn das Signal am Ausgang Q «0» ist. Das Ausgangssignal eines UND-Tores 120 bleibt «0» bis am Ausgang Tt eines Zählers 121 ein Einschaltsignal «1» zum Setzen der Ein/ Auszeit erscheint. Damit wird das Signal am Ausgang Q des RS-Flipflopes 118 «0» geschlossen, weil das UND-Tor 120 das RS-Flipflop 118 zurücksetzt, wenn das Signal am Ausgang xt «1» wird, was Auszeit bedeutet. Gleichzeitig bewirkt das Ausgangssignal des UND-Tores 120, dass ein Oszillator 117 und der Zähler 121 zum Bestimmen der Zeit über ein ODER-Tor 122 gesetzt wird, auf diese Weise wird der Zählvorgang von anfang an ausgeführt. Wenn das Signal am Ausgang Q des RS-Flipflopes 118 «0» ist, erscheint am Ausgang Q das Signal «1», so dass kein Ausgangssignal «1» erhalten wird, bis das Ausgangssignal eines ODER-Tores 124 «1» ist. Das ODER-Tor 124 und UND-Tore 125 und 126 steuern den Beginn der Auszeit in Abhängigkeit des Signales SA, wobei, wenn das Signal SA «0» ist, die Auszeit xl ist und wenn das Signal SA «1» ist, die Auszeit x2>xl ist. Mit anderen Worten erfolgt bei der vorliegenden Erfindung eine Bearbeitung innerhalb der Zeit t1 mit normaler elektrischer Entladung und innerhalb einer längeren Zeit x2 mit abnormaler elektrischer Entladung, wobei, wenn die elektrische Entladung abnormal zu sein scheint, wird die Entionisierung durch starke Verlängerung der Ruhepausen zwischen den einzelnen Spannungsimpulsen der Speisespannung erwirkt, um eine Konzentration der elektrischen Entladung zu vermeiden und die Erzeugung von abnormalen Lichtbogenentladungen zu unterdrücken. Abnormale Entladebedingungen werden schnell entdeckt durch Auswertung der Änderungen im Frequenzspektrum während des Entladevorganges, somit ist eine ganz neue Funkenerosionsmaschine geschaffen worden.

In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird mit zwei Ausschaltzeiten xl und x2 gearbeitet. Dieselbe Wirkung kann auch erzielt werden durch kontinuierliches Anpassen der Ausschaltzeit in Abhängigkeit des Zählstandes des Zählers 67 zum Feststellen der Anzahl von aufgetretenen Konzentrationen während dem Entladungsvorgang.

Die Spaltsteuerung oder die Bezugsspannung Vx des Spaltsteuersignals wird aufgrund des Ausgangssignals SA des Spannungskomparators 61 (Fig. 4) geändert. Die Bezugsspannung wird in Abhängigkeit der durchschnittlichen Spaltspannung grösser gemacht während der Zeit, in welcher Abnormalitäten auftreten, was zur Folge hat, dass die Breite des Spaltes vergrössert wird. Dies ergibt, dass eine elektrische Entladung nicht schnell erfolgen kann, wodurch eine Konzentration der elektrischen Ladung vermieden wird. Mit Bezugnahme auf die Fig. 10 nachstehend ein Ausführungsbeispiel zum Ausführen dieses Verfahrens näher beschrieben.

Weil das Ausgangssignal eines Inverters 300 «0» ist,

wenn das Ausgangssignal SA des in der Fig. 3 dargestellten Spannungskomparators 61 den Wert «1» aufweist, ist bei Auftreten von Abnormalitäten ein Schalter 301 geschlossen und ein Schalter 302 geöffnet. Das Ausgangssignal SA, das den Wert ei aufweist, gelangt an einen Eingang eines Integrierstromkreises, der einen Operationsverstärker 303, einen Widerstand RIO und einen Kondensator C10 umfasst. Die Spannung ei am genannten Eingang ist = — e und die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 303 ist Vr und kann wie folgt angegeben werden:

Vr = V + e/RarC101

wobei die Spannung V dem anfänglichen Wert bei t = 0 ist. Dementsprechend steigt die Bezugsspannung Vr mit der Zeit

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t an, solange dass das Ausgangssignal SA den Wert «1» aufweist und weil der Verstärker 24 das Magnetventil 26 des Servomechanismus betätigt, wird die Elektrode 10 angehoben. Das Signal Vs nimmt proportional in negativer Richtung zu bis es den entsprechenden Wert des ansteigenden Signales Vr erreicht.

Wenn anschliessend die Ausgangsspannung SA den Wert «0» annimmtt, oder wenn keine Konzentrationen im Entladungsvorgang mehr auftreten, wird der Schalter 301 geöffnet und der Schalter 302 geschlossen, wodurch die Eingangsspannung des Operationsverstärkers 303 Null wird, so dass der Kondensator C10 des genannten Integrierstromkreises entladen wird. Demzufolge sinkt der Wert des Bezugssignales Vr ab und die Spaltbreite wird so gesteuert, dass er zunehmend enger wird, während die Frequenz der elektrischen Entladungen und dadurch die Bearbeitungsgeschwindigkeit erhöht wird. Der Widerstand RIO und der Kondensator C10 bestimmen die Zeitkonstante des Integriervorganges, welche Zeitkonstante einen Wert in der Grössenordnung von einigen zehn Sekunden sein sollte. Wenn die Bezugsspannung Vr so gesteuert wird, dass sie in einer kurzen Zeit ändert, würde die Breite des Spaltes plötzlich geändert, was zu Unzulänglichkeiten, wie das Aufschaukelphänomen und zum Vibrieren der Elektrode 10 führen würde. Der Wert der Bezugsspannung Vr wird durch eine Zenerdiode ZD in der positiven Richtung durch die Zenerspannung und in der negativen Richtung auf Null begrenzt. Eine Spannungsquelle VE und ein einstellbarer Widerstand RB werden zum manuellen Einstellen eines Spannungswertes benützt, welcher eine entscheidende Rolle bei der automatischen Steuerung der Breite des Spaltes spielt. Ein Operationsverstärker 304 und Widerstände r3 und r4 bilden einen Teil eines Umkehrstromkreises und eines Dämpfungsgliedes zum Bilden des Durchschnittswertes der SpannungVs über dem Spalt durch Addieren derselben zur Bezugsspannung Vr.

Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ändert die Bezugsspannung Vr durch die Integration des Ausgangssignals SA. Die Bezugsspannung Vr kann wesentlich genauer gesteuert werden durch Umsetzen der im Zähler 67 gespeicherten Daten in ein analoges Signal mittels eines Verzögerungskreises mit einer grossen Zeitkonstante.

Das Ausführungsbeispiel gemäss der Fig. 10 macht es möglich, eine Funkenerosionsmaschine zu schaffen, wie eine solche bisher nicht bekannt war, wobei die oben beschriebenen Bedingungen in dem Spalt mit Hilfe einer Analyse des Frequenzspektrums in normale und abnormale Bedingungen unterschieden werden, um die elektrischen Entladebedingungen zu normalisieren und durch Ändern der Referenzspannung den Spaltsteuermechanismus zu beeinflussen, damit die Frequenz der elektrischen Entladung beim Vergrössern der Breite des Spaltes reduziert wird während der Zeit, in welcher Abnormalitäten auftreten.

Wenn andererseits die Zuführung der Arbeitsflüssigkeit 16 zum Spalt 20 in Abhängigkeit des Zählstandes des Zählers 67 geändert wird, kann angenommen werden, dass innerhalb des Spaltes normale Arbeitsbedingungen vorliegen. Die Fig. zeigt einen Steuerstromkreis zum Steuern der Zufuhr der Arbeitsflüssigkeit, wobei die Menge der von einer Arbeitsflüssigkeitspumpe 416 geförderten Arbeitsflüssigkeit durch eine Rohrleitung 417 in Abhängigkeit des Zustandes von Ventilen VI bis V5 dem Spalt über einen innerhalb der Elektrode 10 angeordneten Kanal 418 dem Spalt zugeführt wird, so dass die Menge der Arbeitsflüssigkeit in Abhängigkeit des offenen oder geschlossenen Zustandes der Ventile VI bis V4 geändert werden kann. Die Ventile VI bis V4 werden durch an den Ausgängen 26 bis 29 des binären Zählers 67 auftretende Signale geöffnet oder geschlossen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Ventile VI, V2, V3 und V4 so ausgebildet, dass sie im geöffneten Zustand pro Minute 100 cm3, 200 cm3,400 cm3 bzw. 800 cm3 durchlassen, so dass die Menge der Arbeitsflüssigkeit in Abhängigkeit der Arbeitsbedingungen in dem Spalt geregelt werden kann. Wenn beispielsweise am Ausgang 26 ein Signal «1» erscheint, weil der Zählstand des Zählers 67 den Wert 64 erreicht hat, wird das Ventil VI geöffnet, so dass von der Arbeitsflüssigkeit 100 cm3/min zum Spalt 20 gelangt. Wenn die Ventile VI und V2 geöffnet sind, weil an den Ausgängen 26 und 27 je ein Signal «1» auftritt, so gelangen pro Minute 300 cm3 von der Arbeitsflüssigkeit zum Spalt 20. Wenn der Zählstand zu hoch ist, mämlich mehr als 1024, wird ein Zusatzventil V5 geöffnet, so dass die gesamte Fördermenge der Pumpe 416, d.h. einige tausend cm3/min von der Arbeitsflüssigkeit zum Spalt gelangt. Wenn andererseits die im Zähler 67 gespeicherte Differenz klein ist, wird dem Spalt eine kleinere ausreichende Menge an Arbeitsflüssigkeit über ein manuell einstellbares Ventil Vo zugeführt.

Wie oben schon erwähnt, wird eine abnormale Bedingung während der elektrischen Entladung festgestellt durch Analysieren des Frequenzspektrumes, der über dem Spalt 20 abgegriffenen Spannung Vg und in Abhängigkeit davon wird die Menge an Arbeitsflüssigkeit, welche dem Spalt gemäss dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 zugeführt wird, gesteuert. Daraus resultiert, dass der in den Spalt produzierte Schlamm wirksamerweise ausgespült wird, so dass die Wirkung der elektrischen Entladung beträchtlich verbessert werden kann. Mit anderen Worten wird, wenn sich eine Lichtbogenentladung von der Elektrode über den Schlamm zum Werkstück bildet, weil sich Schlamm in dem Spalt befindet, ein grosser Teil der zugeführten Energie durch den Schlamm absorbiert und die Wirksamkeit der Bearbeitung wesentlich verschlechtert. Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die durch den Spalt gebildete Impedanz nicht mehr als notwendig vergrössert, wodurch die zum Bearbeiten benützte elektrische Ladung stabilisiert wird, weil dafür gesorgt wird, dass die Entladungsenergie nicht verloren geht und weil der Arbeitsflüssigkeitsstrom reduziert ist, wenn der Spalt eng ist, wodurch die Bearbeitungsgeschwindigkeit wirksam erhöht wird.

Im oben beschriebenen Beispiel wird die Menge der Arbeitsflüssigkeit variiert mit dem Zweck, den Schlamm aus dem Spalt in wirksamer Weise zu entfernen und es ist ebenso möglich, den Arbeitsflüssigkeitsdruck in Abhängigkeit der in dem Zähler gespeicherten Differenz zu steuern, um denselben Effekt zu erzielen.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

SO

65

6 Blatt Zeichnungen

Claims (19)

1. 661228

   PATENTANSPRÜCHE

   1. Funkenerosionsmaschine mit einer Elektrode zum Bearbeiten eines Werkstückes und einer isolierenden Arbeitsflüssigkeit zum Auffüllen eines Spaltes (20) zwischen dem Werkstück (14) und der Elektrode (10), gekennzeichnet durch Mittel (51 — 57) zurm Erzeugen eines elektrischen Signals (Vo), das dem Amplitudenspektrum der an die Elektrode und das Werkstück angelegten Spannung entspricht, Mittel (51 —61) zum Vergleichen von Frequenzamplituden des genannten Signals mit Sollfrequenzamplituden und auf das Ausgangssignal der Vergleichsmittel ansprechende Mittel (18a— 18d, 51, 100) zum Anlegen einer vom Zustand im genannten Spalt abhängigen Spannung an die Elektrode (10) und das Werkstück (14).
2. 2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsanlegemittel eines Oszillators (18d) zum Erzeugen von Spannungsimpulsen mit einer Taktdauer (T) umfassen und dass die Vergleichsmittel so ausgebildet sind, dass sie ein erstes Signal mit einer ersten Frequenz (fo), die umgekehrt proportional zur genannten Taktdauer (T) ist, mit einem zweiten Signal mit einer zweiten höheren Frequenz (fH) vergleichen.
3. 3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsmittel (51—61) ein Ausgangssignal (SA) erzeugen, wenn das erste Signal grösser ist als ein erstes Bezugssignal und wenn das zweite Signal vorhanden ist, und dass ein auf das Ausgangssignal (SA) der Vergleichsmittel ansprechendes Entscheidungsmittel (200; 300—304) vorhanden ist zum Bestimmen aufgrund des genannten Ausgangssignal (SA), ob der Betriebszustand im Spalt normal oder abnormal ist.
4. 4. Maschine nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch auf das Ausgangssignal der Entscheidungsmittel ansprechende Mittel (24,26,28, 30) zum Steuern der Breite des Spaltes.
5. 5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (24,26,28, 30) so ausgebildet sind, dass sie ein Signal zum schrittweisen Vergrössern der Breite des Spaltes abgeben, wenn das Entscheidungsmittel ein Signal abgibt, das einem abnormalen Betriebszustand im Spalt entspricht.
6. 6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Entscheidungsmittel einen Integrierstromkreis (303, RIO, C10) aufweisen zum Verlängern des für die Steuermittel (24,26,28, 30) bestimmten Ausgangssignals in Abhängigkeit der Dauer des von den Vergleichsmitteln abgegebenen Ausgangssignals (SA) (Fig. 10).
7. 7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsanlegemittel eine Vorrichtung (100, Rl, R2) zum Regeln der-angelegten Spannung in Abhängigkeit des Betriebszustandes im Spalt aufweist.
8. 8. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung so ausgebildet ist, dass sie die angelegte Spannung in Abhängigkeit der Ausgangsspannung der Vergleichsmittel reduziert.
9. 9. Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannungsquelle (18a) der Spannungsanlegemittel über einen Schalttransistor (18b) derselben und über wenigstens einen Schalttransistor (51) der Regelvorrichtung an die Elektrode (10) und an das Werkstück (14) angeschlossen ist. (Fig. 8).
10. 10. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung einen Oszillator (100) aufweist, dessen Ausgang mit der Basis des Schalttransistors (51) der Regelschaltung verbunden ist. (Fig. 8).
11. 11. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsanlegemittel eine im-pulsförmige Spannung abgeben und dass eine Steuervorrichtung (117—126) zum Steuern der Impulslücke in Abhängigkeit des Ausgangssignals (SA) der Vergleichsmittel vorhanden ist. (Fig. 9).
12. 12. Maschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung so ausgebildet ist, dass sie die Impulslücke in Abhängigkeit des Ausgangssignals (SA) der Vergleichsmittel verlängert, während der Zeit, in welcher ein abnormaler Betriebszustand im Spalt herrscht.
13. 13. Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung ein Flipflop (118) zum Erzeugen des Steuersignals der Impulslücke und einen Zähler (121) mit mehreren Ausgängen (Tp, Tl, T2) zum Steuern des Flipflops über eine Verknüpfungsschaltung (120,123 —126) umfasst.
14. 14. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsmittel einen Zähler (67) und einen an diesen angeschlossenen Digital/Analogumset-zer (40) zum Erzeugen einer aus dem Zählstand des Zählers abgeleiteten Durchschnittsspannung (Vo) umfasst, und dass eine Vorrichtung (148,150,152,154,156, 158) zum Erzeugen eines Steuersignals zum Steuern der Breite des Spaltes in Abhängigkeit der Differenz zwischen der genannten Durchschnittsspannung und einer vom Ausgangssignal der Vergleichsmittel abhängigen Bezugsspannung (V31) vorgesehen ist. (Fig. 5).
15. 15. Maschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Erzeugen des Steuersignals Mittel (148,150,152,154,156) zum Ändern der genannten Bezugsspannung (V31) aufweist, wobei die Bezugsspannung in Abhängigkeit der genannten Durchschnittsspannung erhöht wird, wenn im Spalt ein abnormaler Betriebszustand herrscht.
16. 16. Maschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Ändern der genannten Bezugsspannung so ausgebildet sind, dass zum Vermeiden eines plötzlichen Wechsels des Zustandes im Spalt und von Vibrationen der Elektrode die Bezugsspannung allmählich nach dem Verschwinden des Ausgangssignals (SA) der Vergleichsmittel wieder ansteigt.
17. 17. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 16, mit einer Pumpe (416) zum Zuführen der Arbeitsflüssigkeit in den Spalt (20), dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (VI, V2, V3, V4) zum Steuern der Zuflussmenge der Arbeitsflüssigkeit in den Spalt in Abhängigkeit des Ausgangssignals (SA) der Vergleichsmittel vorhanden sind. (Fig. 11).
18. 18. Maschine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel der Zuflussmenge so ausgebildet sind, dass die zugeführte Menge der Arbeitsflüssigkeit mit zunehmenden abnormen Betriebszuständen zunimmt.
19. 19. Maschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Steuermittel (V5,119) zum Durchlassen der gesamten Fördermenge der Pumpe zum Spalt vorhanden sind, wenn ein ganz abnormaler Betriebszustand innerhalb des Spaltes auftritt.