DE1299204B

DE1299204B - Schaltungsanordnung fuer eine Funkenerodiermaschine mit speicherlosem Generator und Pruefung des Bearbeitungsspaltes

Info

Publication number: DE1299204B
Application number: DEA48137A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hans; Schierholt
Original assignee: AEG Elotherm GmbH
Current assignee: SMS Elotherm GmbH
Priority date: 1965-01-16
Filing date: 1965-01-16
Publication date: 1969-07-10
Also published as: FR1457995A; GB1096119A; CH447417A; US3419754A

Description

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In der letzten Zeit haben speicherlose gesteuerte Damit wird geprüft, ob im Bearbeitungsspalt einGeneratoren für Funkenerodiermaschinen stark an wandfreie Verhältnisse für Arbeitsentladungen herr-Bedeutung gewonnen, nachdem es durch die Weiter- sehen. Ein Erosionsimpuls wird bei der bekannten entwicklung der Halbleitertechnik gelungen ist, sie Schaltungsanordnung aus einem Speicherkondenso einfach, betriebssicher und wirtschaftlich zu 5 sator erst dann ausgelöst, wenn die vorausgegangene bauen, daß ihre Vorzüge voll zur Geltung kommen. leistungsschwache Testentladung über eine Differen-Diese Vorzüge bestehen vor allem darin, daß man zierschaltung einen nadeiförmigen Impuls genügender unipolare Impulse des Entladestromes erzeugen Amplitude an ein Meßglied abgibt, kann, deren Form und Häufigkeit sich auf einfachste Diese bekannte Einrichtung ist aber ziemlich auf-

Weise den verschiedensten Bearbeitungsaufgaben an- io wendig. Auch kann die Bindung der Funkenfolge an passen läßt. Damit sind Werte der Abtragsleistung eine vorgegebene Taktfrequenz nachteilig sein, und des Werkzeugverschleißes erreichbar geworden, Schließlich ist bei dieser Einrichtung auch die Abdie mit den früher bekannten Generatoren unerreich- nähme geeigneter Meßgrößen für die Vorschubregebar waren. lung verhältnismäßig aufwendig.

Die bekannten Generatoren dieser Art arbeiten 15 Desgleichen gilt für eine andere bekannte Schalmit einem Taktgeber, z. B. einem Multivibrator, der tungsanordnung (USA.-Patentschrift 2 979 639), wo in weiten Grenzen einstellbar ist und die Dauer der parallel zum Bearbeitungsspalt ein Kondensator und Entladestromimpulse und die Zahl der Impulse pro ein Widerstand geschaltet sind, so daß bei DurchZeiteinheit fest vorgibt. schlag des Bearbeitungsspaltes dem Meßglied ein am

Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß 20 Widerstand abgegriffener Spannungsstoß zugeführt der Bearbeitungsspalt während der Dauer eines werden kann, der der Größe der vor dem Durch-Arbeitsganges den verschiedensten Einflüssen unter- schlag erreichten Spannung am Spalt entspricht, derliegt, je nach seiner geometrischen Form und dem art, daß das Meßglied erst dann einen neuen Verschmutzungsgrad des flüssigen Arbeitsmediums, Erosionsimpuls auslöst, wenn die Amplitude des zu- und daß er deshalb gar nicht in der Lage ist, die in 25 geführten Spannungsstoßes einen für den erwünschgleichmäßiger Folge angebotenen Impulse auch ten physikalischen Zustand des Bearbeitungsspaltes immer im gewünschten Sinn auszunutzen. charakteristischen Wert überschreitet.

Besonders gefährlich ist der Fall, daß der Um eine ähnliche Wirkung wie diese bekannte Ein-

Bearbeitungsspalt zwischen den Impulsen nicht ein- richtung mit einfacheren Mitteln zu erzielen und wandfrei entionisiert. Dann zündet die nächste Ent- 30 darüber hinaus den Nachteil der starren Taktfreladung nicht an einer anderen Stelle, sondern nach quenz zu vermeiden, ist vorgeschlagen worden, an der Impulspause einfach an der gleichen Stelle als Stelle eines gesteuerten Impulsgenerators für Prüf-Fortsetzung der vorhergehenden Entladung, was zur entladungen eine ständige, nicht von vorgegebenen Bildung von Löchern in der sonst gleichmäßigen Taktimpulsen abhängige Überwachung des Bearbei-Oberfläche, zur partiellen Aufheizung dieser Stellen 35 tungsspaltes vorzunehmen (deutsche Auslegeschrift und zu Rißbildung führen kann. 1190 594 und 1 205 636).

Dieser Fall ist darum so gefährlich, weil die Vor- Die Fig. 1 zeigt das Prinzip der Schaltung. Mit

schubregelung oder eine der bekannten Einrichtungen dem Werkstück 3 und der Werkzeugelektrode 4 ist zur Kurzschlußabschaltung nicht unterscheiden kann eine Gleichstromquelle 8 so hohen Innenwiderzwischen einer gewünschten Folge von einzelnen 40 Standes, daß sie keine selbständige Entladung auf-Funkenentladungen, die über die ganze Bearbeitungs- rechterhalten kann, dauernd verbunden. Der Bearbeifläche gleichmäßig verteilt sind, und einer Folge von tungsspalt 6 und der Innenwiderstand 11 der Prüf-Entladungen, deren Strom durch den gleichen Kanal Spannungsquelle bilden einen Spannungsteiler. Infließt. Infolgedessen kann sie die Schäden auch nicht folgedessen kann sich an der zum Bearbeitungsspalt verhüten oder mildern. 45 parallelliegenden Kapazität 16, die aus der unver-

Wenn man zur Verminderung dieser Schaden die meidlichen Schaltkapazität und gegebenenfalls auch Impulsfolge so langsam macht, daß die Pause auch aus einem zusätzlichen Kondensator besteht, nur unter den günstigsten Umständen zur Entionisierung dann eine Spannung u_f aufbauen, wenn der Bearbeiausreicht, so wird die durchschnittliche erreichbare tungsspalt 6 einen sehr hohen Widerstand hat. Abtragsleistung stark herabgesetzt. 50 Wenn also die Spannung am Bearbeitungsspalt u_f

Bei den bekannten ungesteuerten Relaxations- einen bestimmten Wert, z. B. 40 V, überschreitet, ist generatoren, in denen ein Speicherkondensator über dies ein Zeichen dafür, daß der Bearbeitungsspalt einen Widerstand gegebenenfalls in Reihe mit einer einwandfrei sauber und entionisiert ist. Die Meßinduktivität aufgeladen wird, können die oben be- schaltung 12, z. B. ein Schmitt-Trigger, löst infolgeschriebenen unerwünschten Betriebszustände nicht 55 dessen den nächsten Impuls aus, wenn die Spannung auftreten, da der Speicherkondensator sich überhaupt u_f diese 40 V überschreitet.

nicht aufladen kann, bevor der Bearbeitungsspalt Diese Schaltanordnung verlangt einen erheblich

entionisiert ist. Dafür haben Relaxationsgeneratoren geringeren Aufwand, und bei ihr kann sich die andere bekannte Nachteile, wie z. B. Gefahr stehen- Funkenfolge ohne Bindung an eine vorgegebene der Lichtbogen, schlechter beeinflußbare Impuls- 60 Taktfrequenz selbsttätig auf den Höchstwert einform und relativ große Pause zwischen den Ent- stellen, den die Verhältnisse im Bearbeitungsspalt zu-Iadungen, so daß sie im ganzen dem speicherlosen lassen. Ein gewisser Nachteil besteht darin, daß es gesteuerten Generator unterlegen sind. verhältnismäßig aufwendig ist, eine für einen

Um die geschilderten Nachteile der gesteuerten größeren Arbeitsbereich geeignete Meßgröße für die Generatoren zu beseitigen, ist es bekannt, mit einem 65 Vorschubregelung abzunehmen. In Frage kommt zusätzlichen Impulsgenerator geringer Leistung Prüf- z. B. die Spitzenspannung u_f am Bearbeitungsspalt, entladungen in starrer Folge synchron mit dem Takt- die aber nur sehr kurze Zeit auftritt und die mit geber zu erzeugen (deutsche Auslegeschrift 1083 953). einem äußerst hochohmigen Meßfühler abgenommen

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und bis zur nächsten Entladung gespeichert werden Da der Impulsgeber im speicherlosen Generator muß. Ferner kann es im Falle eines zu großen gewöhnlich ein Univibrator, auch Mono-Flip-Flop Bearbeitungsspaltes vorkommen, daß ein Impuls des genannt, mit einer definierten Ansprechwelle ist, Generators ausgelöst wird, ohne daß es zu einer Ent- kann er im einfachsten Fall die Funktion des Meßladung kommt. Auch dies ist unerwünscht. 5 gliedes mit übernehmen. Er wird dann unmittelbar

Bei der Anordnung nach F i g. 1 steigt bei einem von dem beim Durchschlag entstehenden Spanfür die Erosion optimalen Bearbeitungsspalt 6 im nungsstoß bzw. von einem einstellbaren Teil dieses Anschluß an eine Entladung nach erfolgter Entioni- Spannungsstoßes angesteuert und löst nur dann einen sierung die Spannung U₁ nach einer e-Funktion an. neuen Erosionsimpuls aus, wenn die Amplitude des Wenn der Wert von etwa 40 V erreicht ist, wird ein io ihm zugeführten Spannungsstoßes einen für den erImpuls im gesteuerten Generator ausgelöst, wobei wünschten physikalischen Zustand des Bearbeitungsdurch Überlagerung beider Spannungen die Span- spaltes charakteristischen Wert, z. B. 30 V, übernung Uf praktisch momentan weiter z. B. auf 70 V schreitet,
ansteigt und die Entladung zündet. Die Gesamtanordnung wirkt wie eine Kombination

Würde beim Überschreiten von 40 V kein Impuls 15 von ungesteuertem Relaxationsgenerator und geausgelöst, so würde die Spannung nach der e-Funk- steuerten! speicherlosem Impulsgenerator, die die tion weiter steigen, und wenn die erwähnten 70 V Vorteile beider Systeme verbindet und ihre Nacherreicht sind, käme es ebenfalls zum Durchschlag teile vermeidet.

(F i g. 2) des Bearbeitungsspaltes. Dabei bricht die Die Funkenfolge ist nicht starr, sondern stellt sich

Spannung u_f ganz plötzlich zusammen. Diesen 20 frei nach den Verhältnissen im Bearbeitungsspalt

scharfen Spannungsstoß kann man z. B. über einen optimal ein, wie es zu einem gewissen Grade auch

Koppelkondensator als nadelförmigen Impuls ab- bei den Relaxationsgeneratoren der Fall ist. Von

nehmen. Seine Amplitude hängt ab von der Höhe Relaxationsgeneratoren her bekannte Steuer- und

der vorher erreichten Spannung u_f und ist ein noch Regeleinrichtungen, die die Unterschiede der wäh-

zuverlässigeres Kriterium für den erwünschten 25 rend der Bearbeitung sich einstellenden Funkenfolge

physikalischen Zustand des Bearbeitungsspaltes als ausnutzen, können also auch hier ohne Anpassungs-

die Höhe der am Spalt sich aufbauenden Spannung. Schwierigkeiten verwendet werden.

Da es bei einem zu großen Spalt überhaupt nicht Der Entladestrom aber ist unipolar, und seine

zum Durchschlag kommt, wird auch dieser uner- Form ist in weiten Grenzen wählbar, wie beim

wünschte Fall von dem Kriterium mit erfaßt. 30 speicherlosen Generator. Ein schädlicher Stromüber-

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gang im Kurzschlußfall, ein Dauerlichtbogen oder für Funkenerosionsmaschinen mit gesteuerten Ent- eine Folge von Entladungen im gleichen Entladungsladungen, bei der im Bearbeitungsspalt zur Über- kanal sind unmöglich.

prüfung seines physikalischen Zustande leistungs- Gegenüber der früher vorgeschlagenen Schaltschwache Testentladungen erzeugt werden und bei der 35 anordnung hat sie den Vorteil, daß nun der Moment parallel zum Bearbeitungsspalt ein aus Kondensator des Impulsbeginns immer mit dem des Durchschlages und Widerstand bestehendes Differenzierglied ange- zusammenfällt. Der Bearbeitungsspalt bestimmt also ordnet ist, das bei Durchschlag des Bearbeitungs- völlig die Impulsfolge. Trotzdem ist die Impulsform spaltes einem Meßglied einen Spannungsstoß zu- vom Bearbeitungsspalt unabhängig,
führt, so daß das Meßglied erst dann einen neuen 40 Die Form der Spannung u, am Bearbeitungsspalt Erosionsimpuls auslöst, wenn die Amplitude des zu- als Funktion der Zeit zeigt die F i g. 2. Sie ist der geführten Spannungsstoßes einen für den erwünsch- Spannungsform eines Relaxationsgenerators erhebten physikalischen Zustand des Bearbeitungsspaltes lieh ähnlicher, als es bei der früher vorgeschlagenen charakteristischen Wert überschreitet. Der Erfindung Schaltanordnung der Fall ist. Infolgedessen ist es liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Schaltungs- 45 möglich, ebenso wie beim Relaxationsgenerator in anordnung derart zu verbessern, daß sich die Ero- einem weiten Arbeitsbereich einfach den arithsionsimpulsfolge selbsttätig auf den möglichen metischen Mittelwert der Spaltspannung U₁ mit einer Höchstwert einstellen kann und daß kein Erosions- festen Sollwertspannung zu vergleichen und die impuls ausgelöst werden kann, ohne daß es zu einer Differenzspannung der Vorschubregelung als Signal Entladung kommt. 50 zuzuführen. Dies vereinfacht den ganzen Aufbau der

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Ero- Erodiermaschine.

sionsimpulse von einem gesteuerten speicherlosen Schließlich werden die geschilderten Vorteile geGenerator und die Testentladungen in einer Relaxa- wonnen mit einem Gesamtaufwand für Generator tionsschaltung erzeugt werden, indem an den durch mit Steuerteil und Vorschubregelung, der nicht einen Kondensator überbrückten Bearbeitungsspalt 55 größer oder sogar kleiner ist als bei einem üblichen eine Gleichspannungsquelle über einen so hohen speicherlosen Generator.

Widerstand angeschlossen ist, daß sie keine selb- Die Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsständige Entladung aufrechterhalten kann. form der Erfindung. Der speicherlose Generator 1

Dadurch wird bei dem von der Relaxations- ist über die Leitungen 2 und 14 und die unvermeid-

schaltung verursachten Durchschlag des Bearbei- 60 liehe Entladekreisinduktivität 5 mit dem Werk-

tungsspaltes dem Meßglied ein Spannungsstoß züge- stück 3 und der Werkzeugelektrode 4 verbunden,

führt, der der Größe der vor dem Durchschlag er- Eine Gleichspannungsquelle 8, die Prüfspannungs-

reichten Spannung am Spalt entspricht. Das Meß- quelle, ist über die Leitung 10 und den Widerstand

glied löst auf diese Weise erst dann einen neuen 11 sowie über die Leitung 9 mit den Polen der

Erosionsimpuls des Generators aus, wenn die Ampli- 65 Kapazität 16 verbunden, die gegebenenfalls nur aus

tude des zugeführten Spannungsstoßes einen für den der unvermeidlichen Schaltkapazität bestehen kann,

erwünschten Zustand des Bearbeitungsspaltes cha- Die Quelle 8 muß nicht als getrennte Spannungs-

rakteristischen Wert überschreitet. quelle vorhanden sein. In vielen Fällen kann die im

Generator 1 vorhandene Hauptspannungsquelle die Funktion der Quelle mit übernehmen. Wenn der speicherlose Generator Transistoren als Leistungsschalter verwendet, kann es auch vorkommen, daß der Widerstandll nicht als konkretes Bauelement vorhanden ist, sondern daß der Sperrwiderstand der Transistoren die Rolle des Widerstandes 11 übernimmt. Mindestens muß bei der Bemessung des Widerstandes 11 berücksichtigt werden, daß der Sperrwiderstand der Transistoren, der im gleichen Sinne wie der Widerstand 11 wirkt, nicht unendlich groß ist.

Der wirksame Wert des Widerstandes 11 wird so bemessen, daß der Strom in den Leitungen 9 und 10 nicht ausreicht, um im Bearbeitungsspalt eine selbständige Entladung aufrechtzuerhalten.

Wenn nach voraufgegangener Entladung der Bearbeitungsspalt 6 entionisiert ist und sich in einem einwandfreien Zustand befindet, wirkt er nicht mehr wie ein Kurzschluß für die Kapazität 16. Diese lädt ao sich infolgedessen über den Widerstandll auf. Wenn bei einer genügend hohen Spannung, z. B. Uf = 70 V der Durchschlag des Bearbeitungsspaltes erfolgt, ist dies ein Zeichen dafür, daß im Bearbeitungsspalt für die Erosion erwünschte Bedingungen herrschen. Der dabei auftretende Spannungsstoß wird über den Koppelkondensator 28 in Form eines Nadelimpulses abgenommen. Am Widerstand 29 wird gegebenenfalls ein geeigneter Teil des Nadelimpulses abgegriffen und über die Leitungen 31 und 32 dem Meßglied 12 zugeführt. Dieses besteht normalerweise aus einem einfachen Amplitudensieb mit einer definierten Ansprechschwelle. Es enthält eine vorgespannte Verstärkerstufe und/oder eine Zenerdiode. Auch ein geeigneter Schmitt-Trigger kann in Sonderfällen zweckmäßig sein.

Das Meßglied 12 gibt den Nadelimpuls nur weiter, wenn seine Amplitude einen vorgegebenen Wert übersteigt. Der über die Leitungen 31a und 32a weitergegebene Impuls löst im Generatori den neuen Erosionsimpuls aus.

In vielen Fällen kann die definierte Ansprechschwelle des Steuerteiles im Impulsgenerator 1 die Funktion des Amplitudensiebes 12 mit übernehmen. Dann werden die Leitungen 31 und 32 unmittelbar mit dem Steuerteil des Impulsgenerators 1 verbunden, wie es in der F i g. 3 gestrichelt angedeutet ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für Funkenerosionsmaschinen mit gesteuerten Entladungen, bei der im Bearbeitungsspalt zur Überprüfung seines physikalischen Zustands leistungsschwache Testentladungen erzeugt werden, und bei der parallel zum Bearbeitungsspalt ein aus Kondensator und Widerstand bestehendes Differenzierglied angeordnet ist, das bei Durchschlag des Bearbeitungsspaltes einem Meßglied einen Spannungsstoß zuführt, so daß das Meßglied erst dann einen neuen Erosionsimpuls auslöst, wenn die Amplitude des zugeführten Spannungsstoßes einen für den erwünschten physikalischen Zustand des Bearbeitungsspaltes charakteristischen Wert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Erosionsimpulse von einem gesteuerten speicherlosen Generator erzeugt werden, und daß die Testentladungen in einer Relaxationsschaltung erzeugt werden, indem an den durch einen Kondensator überbrückten Bearbeitungsspalt eine Gleichspannungsquelle über einen so hohen Widerstand angeschlossen ist, daß sie keine selbständige Entladung aufrechterhalten kann.

2. Schaltungsanordnung nach Patentansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Steuerteil des speicherlosen Generators (1) als Impulsgeber vorgesehene Univibrator die Funktion des Meßgliedes (12) übernimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen