DE3204838C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgung für eine funkenerosive Arbeitsmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Stromversorgung für eine funkenerosive Arbeitsmaschine ist aus der US-PS 35 04 154 bekannt. Die bekannte Stromversorgung umfaßt zwei Stromquellen, die über Schaltervorrichtungen an einem Arbeitsspalt angeschaltet werden können. Die bekannte Stromversor­ gung enthält unter anderem auch eine Auswerteschaltung in Form einer Bezugsspannungsquelle, deren Ausgangsspan­ nung von den Spannungsbedingungen am Arbeitsspalt be­ stimmt wird. Diese bekannte Stromversorgung ist jedoch nicht in der Lage, den Stromversorgungsbetrieb zu un­ terbinden, wenn im Arbeitsspalt ungewöhnliche Bedingun­ gen entstehen, wie beispielsweise ein Kurzschluß, was dann der Fall ist, wenn die Bearbeitungselektrode elek­ trischen Kontakt mit dem Werkstück bekommt. Ein diesem Kurzschlußzustand entgegengesetzter Zustand besteht da­ rin, wenn der Arbeitsspalt viel zu groß geworden ist, also beispielsweise die automatische Nachstelleinrich­ tung für den Arbeitsspalt defekt ist, so daß sich ein zu großer Spannungsabfall über dem Arbeitsspalt ein­ stellt.

Bei diesen geschilderten besonderen Bedingungen, die in der Praxis sehr häufig auftreten können, bietet die be­ kannte Stromversorgung keine ausreichende Möglichkeit, wirksam die Stromzuführung zum Arbeitsspalt zu unter­ binden.

Aus der US-PS 36 04 885 ist eine funkenerosive Arbeits­ maschine mit einer Stromversorgungsquelle bekannt, bei der ebenfalls zwei Stromquellen realisiert sind, von denen die erste Stromquelle den Bearbeitungsstrom lie­ fert, während die zweite Stromquelle eine Zündspannung oder Durchbruchsspannung am Arbeitsspalt erzeugt. Bei dieser bekannten Stromversorgung wird am Arbeitsspalt ein analoges Signal abgegriffen, welches die am Arbeits­ spalt anstehende Spannung wiedergibt. Der Bearbeitungs­ strom, der durch den Arbeitsspalt fließen soll, wird mit Hilfe eines digitalen Signals eingeschaltet, wel­ ches dann erzeugt wird, wenn das analoge Signal einen Schwellenwert überschreitet. Es wird somit bei dieser bekannten Stromversorgung eine zeitlich gesteuerte Vor­ zündung des Arbeitsspaltes durchgeführt, auf die dann ein Erodierimpuls folgt.

Aus der US-PS 35 09 305 ist eine funkenerosive Arbeits­ maschine bekannt, die eine Stromversorgungseinheit ent­ hält, die ähnlich aufgebaut ist wie die Stromversor­ gungseinheit nach der genannten US-PS 35 04 154. Gemäß einer Ausführungsform gelangt eine Schaltung zur Anwen­ dung, die eine Bezugsspannung liefert, wobei die Be­ zugsspannung abhängig von dem am Arbeitsspalt herrschen­ den Spannungszustand erzeugt wird und wobei ein UND- Glied angesteuert wird. Wenn bei dieser bekannten Schal­ tungsanordnung der Arbeitsspalt zu groß wird, kann den­ noch ein Erodierimpuls dem Arbeitsspalt zugeführt wer­ den, was zu einer fehlerhaften Bearbeitung bzw. Zerstö­ rung des Werkstückes führen kann.

Bei herkömmlichen Stromversorgungen, wie sie in Fig. 1(a) gezeigt sind, wird der Strom einer Gleichstromquel­ le 10 über einen Widerstand 12 und eine Schalteinrich­ tung 14 einem Entladekondensator 16 zugeführt, wodurch die Spannung an dessen Anschlußklemmen steigt. Wenn die Spannung soweit angestiegen ist, daß die Isolation im Arbeitsspalt zwischen einer Drahtelektrode 18 und einem Werkstück 20 nicht mehr ausreicht, wird in Form einer elektrischen Entladung (oder einer Funkentladung) die im Kondensator 16 gespeicherte Energie entladen, was sich im Arbeitsspalt abspielt, so daß das Werkstück 20 bear­ beitet wird. Die Schalteinrichtung 14 enthält ein Halb­ leiterschaltelement wie einen Transistor, das durch ein Impulssignal von einem Oszillator 22 periodisch geöffnet und geschlossen wird. Die Wellenform von Spannung und Strom, die dem Arbeitsspalt über die Schaltanordnung 14 zugeführt werden, sind nicht immer konstant, wie dies die Fig. 1(b) und 1(c) zeigen. Mit anderen Worten, sie ändern sich. Diese Änderungen haben folgende Gründe:

In den Arbeitsspalt wird eine Bearbeitungslösung im all­ gemeinen eingespritzt, und durch die Bearbeitung entstan­ dene Metallpartikel liegen im Spalt. Dadurch ändern sich über die Zeit gesehen die elektrischen Isolationsbedin­ dungen, so daß jederzeit unterschiedliche entladungsein­ satzspannungen herrschen. Damit ist auch die bei jedem Mal sich entladende Energie verschieden. Aufgrund dieser Schwankungen besteht geringe Aussicht, die Bearbeitungs­ genauigkeit und die Oberflächenrauhigkeit mit einer her­ kömmlichen Stromversorgung gemäß Fig. 1(a) zu verbessern. Um die Bearbeitungsgeschwindigkeit erhöhen zu können, ist eine Steigerung der Entladungsenergie wesentlich. Aus diesem Grund ist es nötig, entweder die Kapazität des Kondensators 16 oder die Ausgangsspannung E der Gleichstromquelle 10 anzuheben. Das Vergrößern der Kapa­ zität oder das Erhöhen der Ausgangsspannung kann aber, wie es durchaus bekannt ist, zu einem Brechen der Draht­ elektrode 18 führen. Aus diesem Grund ist auch eine Er­ höhung der Bearbeitungsgeschwindigkeit mit der herkömm­ lichen Stromversorgung begrenzt.

Ein weiteres Beispiel einer herkömmlichen Stromversor­ gung ist so aufgebaut, wie es die Fig. 2(a) zeigt. Bei dieser Einheit wird kein Entladungskondensator 16 einge­ setzt, und die abgegebene Energie der Gleichstromquelle 10 wird über eine Schaltungsanordnung 14 unmittelbar dem Arbeitsspalt zugeführt. Da in dieser Einheit kein Ent­ ladungskondensator vorhanden ist, muß der Entladungsstrom einen hohen Spitzenwert und eine kleine Impulsbreite ha­ ben. Aus diesem Grunde muß ein großer Entladungsimpuls­ strom mit einem ziemlich abrupten Übergang direkt dem Arbeitsspalt zugeleitet werden. Dies in der Praxis durch­ zuführen, ist jedoch ziemlich schwierig, da Grenzen durch die Schaltgeschwindigkeitscharakteristik oder die Schei­ telwertkapazität des Halbleiterschaltelementes gesetzt sind und auch die verteilte Impedanz der Stromführungsbah­ nen ihren Einfluß hat. Somit sind die Wellenformen von Strom und Spannung bei der in Fig. 2(a) gezeigten Einheit unterschiedlich, wie es die Fig. 2(b7 und 2(c) zeigen. Wegen der bereits obengenannten Schwierigkeiten stößt eine Erhöhung der Bearbeitungsgeschwindigkeit zusätzlich auf Grenzen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht da­ rin, eine Stromversorgung für eine funkenerosive Ar­ beitsmaschine der angegebenen Gattung zu schaffen, die dann, wenn sich die Bedingungen im Arbeitsspalt zeitlich ändern, eine relativ gleichförmige Entladungsenergie zu­ führen kann und die andererseits bei starken Änderungen der Bedingungen im Arbeitsspalt automatisch die Zufüh­ rung der Entladungsenergie unterbinden kann. Mit anderen Worten soll die Stromversorgung der angegebenen Gattung derart verbessert werden, daß ein Werkstück vor jeglicher Zerstörung im Bereich des Arbeitsspaltes geschützt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeich­ nungsteil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Der jeweils oberhalb und unterhalb des durch die Refe­ renzspannungen definierten Bereiches entspricht den ge­ schilderten Zuständen, also einem Kurzschluß zwischen Be­ arbeitungselektrode und Werkstücke bzw. einem zu großen Ab­ stand zwischen Bearbeitungselektrode und Werkstück.

Durch die vorliegende Erfindung wird somit eine automa­ tisch arbeitende Stromversorgung geschaffen, die bei ver­ gleichsweise sehr einfachem schaltungstechnischen Aufbau ungewöhnliche Betriebszustände innerhalb des Arbeitsspal­ tes erkennen kann und automatisch eine weitere Stromzu­ führung zum Arbeitsspalt unterbinden kann, so daß das be­ treffende in Bearbeitung befindliche Werkstücke vor einer Zerstörung wirksam bewahrt wird und auch ein Leerlaufbe­ trieb der Bearbeitungsmaschine sofort unterbunden wird und gegebenenfalls auch angezeigt werden kann.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildun­ gen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 7.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs­ beispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläu­ tert. Es zeigt

Fig. 1(a) das Schaltbild einer Ausführungsform einer herkömmlichen Stromversorgung für eine funkenerosive Arbeits­ maschine;

Fig. 1(b) und 1(c) Wellenformen von Arbeitsspannung und Arbeitsstrom der Einheit aus Fig. 1(a);

Fig. 2(a) ein zweites Ausführungsbeispiel einer bekannten Stromversorgung in Form eines Schaltbildes;

Fig. 2(b) und 2(c) Wellenformen von Arbeitsspannung und Arbeitsstrom der in Fig. 2(a) gezeigten Stromversorgung;

Fig. 3 das Schaltbild einer ersten Ausfüh­ rungsform der erfindungsgemäßen Stromversorgung für eine funkenerosive Arbeitsmaschine;

Fig. 4(a)-4(g) Wellenformen zum Beschreiben der Funktionsweise verschiedener Teile der Einheit der Fig. 3;

Fig. 5 das Schaltbild einer modifizierten Stromversorgung gemäß Fig. 3.

Das erste Ausführungsbeispiel wird nun in Verbindung mit den Fig. 3 unf 4 beschrieben.

Die Stromversorgung weist gemäß Fig. 3 eine erste Gleich­ stromquelle 24 auf, deren Spannung verstellbar ist, und eine zweite Gleichstromquelle 26. Gewöhnlich ist die Span­ nung E ₁ der ersten Gleichstromquelle bzw. Hilfsstromquelle 24 kleiner als die Spannung E ₂ der zweiten Gleichstromquelle bzw. Hilfsstromquelle 26 (E ₁ < E ₂). Die Leistungsabgabe von der ersten Gleichstromquelle 24 wird durch eine Hilfsschalteinrichtung 28 gesteuert, wäh­ rend die Leistungsabgabe der zweiten Gleichstromquelle 26 durch eine Hauptschalteinrichtung 30 gesteuert wird. Die Schalteinrichtungen 28 und 30 werden durch Halbleiterschal­ ter mit hoher Stromkapazität gebildet. Aus Gründen der Ein­ fachheit der Darstellung ist die Hauptschalteinrichtung 30 als Transistor dargestellt, wenngleich sie tatsächlich aus einer Anzahl sehr schnell schaltender Schalttransitoren mit großer Stromkapazität aufgebaut ist, um eine große Schaltkapazität zu erhalten. Die Einrichtung weist gemäß Fig. 3 einen selbstschwingenden Oszillator 32 auf, der pe­ riodisch ein Impulssignal erzeugt. Eine Verzögerungs- und Differenzierschaltung 34 ist an den Ausgang des Oszillators 32 angeschlossen. Ferner enthält die Schaltung ein UND-Gatter 36, einen Monoflop 38, der aufgrund des Anstiegs des Ausgangssignals des UND-Gatters 36 arbeitet, einen Shunt-Widerstand 40, einen Differentialverstärker 42, der den Strom im Widerstand 40 aufgrund der am Widerstand abfallenden Spannung feststellt und diese verstärkt, und eine Diskriminatorschaltung 44, die aufgrund des Ausgangs­ signals des Verstärkers 42 einen Ausgangswert der logischen Größen "1" oder "0" erzeugt. In Reihe mit den Gleichstrom­ quellen 24 und 26 liegen Rückstromsperrdioden 46 und 48. Die Diskriminatorschaltung 44 ist so ausgelegt, daß sie entsprechend der am Shunt-Widerstand 40 auftretenden Span­ nung die Änderungen feststellt, die während einer elektri­ schen Entladung im Arbeitsspalt zwischen der Draht­ elektrode 18 und dem Werkstück 20 auftreten, und infolge­ dessen die bereits genannten Ausgangswerte mit H- oder L-Pe­ gel hervorbringt. Die Hilfsschalteinrichtung 28 wird durch das Impulssignal vom Oszillator periodisch betätigt (ge­ öffnet und geschlossen). Die Hauptschalteinrichtung 30 wird durch das Ausgangssignal des Monoflops 38 betätigt.

Die Diskriminatorschaltung 44 hat zwei Referenzspannungen E _{s 1} und E _{s 2} (0 < E _{s 1} < E _{s 2}), mit denen die Eingangsspannung E _i verglichen wird. Die Referenzspannungen werden so gewählt, daß sie der Bedingung (E _{s 1} < E _i < E _{s 2}) genügen, wenn die Eingangsspannung E _i einen Wert hat, der auftritt, wenn eine normale elektrische Entladung stattfindet (Fig. 4). Die Dis­ kriminatorschaltung 44 erzeugt den Ausgangspegel "1", wenn E _{s 1} < E _i < E _{s 2} ist. Ist E _{s 2} < E _i , dann findet keine elek­ trische Entladung statt, und die Diskriminatorschaltung 44 bringt den Ausgangspegel "0" hervor. Ist E _i < E _{s 1, dann be­ rührt die Elektrode das Werkstück, und die Diskriminator­ schaltung 44 erzeugt den Ausgangspegel "0". Die Arbeitsweise der Stromversorgung gemäß Fig. 3 wird nun mit Bezug auf die Wellenformdiagramme der Fig. 4(a) bis 4(g) beschrieben. Der Ausgangswert S 3 (Fig. 4(d)) der Diskriminatorschaltung 44 und der Ausgangswert S 2 (Fig. 4(c)) der Verzögerungs- und Differenzierschaltung 34, der vom Signalausgang S 1 (Fig. 4(b)) des Oszillators 32 abgeleitet wird, sind Eingangssig­ nale des UND-Gatters 36. Das sich daraus ergebende Ausgangs­ signal S 4 (Fig. 4(e)) dient zum Triggern des Monoflops 38. Der Ausgangswert S 5 (Fig. 4(f)) des so getriggerten Monoflops 38 dient zum Schließen der Hauptschaltein­ richtung 30. Somit wird die Hilfsschalteinrichtung 28 geöffnet, um an den Arbeitsspalt die Spannung E 1 anzulegen. Nach Ablauf einer Verzögerungszeit T d nach Zuführung der Spannug E 1 kann die Hauptschalteinrichtung 30 betätigt werden, was davon ab­ hängt, ob eine elektrische Entladung stattfindet oder nicht. Genauer gesagt, nur wenn eine elektrische Entladung norma­ lerweise aufgrund der Ausgangsspannung E 1 während der Zeit T d stattfindet, liefert die zweite Gleichstromquelle 26 eine relativ hohe Ausgangsspannung und einen hohen Scheitel­ strom im Anschluß daran, um die elektrische Entladung für die Dauer der Abgabezeit T ON des Monoflops 38 aufrecht­ zuerhalten. Da die elektrische Entladung von der zweiten Gleichstromquelle in der beschriebenen Weise fortgesetzt wird, wird ein großer Scheitelstrom im Arbeitsspalt unmittelbar von Beginn der elektrischen Entladung an zuge­ führt. Somit ist, auch wenn die elektrischen Bedingungen im Arbeitsspalt sich ändern, die Wellenform des Entla­ dungsstrom I g gleichmäßig, wie in Fig. 4(g) gezeigt, und es kann ein hoher Scheitelstrom zugeführt werden. In diesem Fall übersteigt die zugeführte Spannung V g nicht die Spannung E 1 der ersten Gleichstromquelle, wie in Fig. 4(a) gezeigt. Somit kann durch Wahl der Spannung E 1 der ersten Gleichstromquelle 24 die Entladungseinsatzspannung unab­ hängig von der Entladungsenergie gewählt werden. Die Ent­ ladungseinsatzspannung kann also auf einen geeigneten Wert eingestellt werden, durch den kein Bruch des Elektrodenstrah­ les auftreten kann. Gegenüber dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind Abwand­ lungen möglich. So ist beispielsweise in der Fig. 5 eine abgewandelte Form der Stromversorgung der Fig. 3 dargestellt. Bei dieser wird der Zustand zwischen den Elektroden gemäß der Spannung im Spalt V g erfaßt. Der Differentialverstärker 42 ist di­ rekt mit der drahtförmigen Elektrode 18 und dem Werkstück 20 verbunden, während die Diskriminatorschaltung 44 arbeitet, um zwischen Normalbetrieb, Kurzschluß und entladungslosem Zustand gemäß der Ausgangsgröße des Differentialverstärkers 42 zu unterscheiden. Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß die erfindungs­ gemäße Stromversorgung für eine funkenerosive Arbeitsmaschine relativ gleichmäßig Entladungsenergie auch dann zuführen kann, wenn sich die Verhältnisse im Arbeitsspalt zeitlich ändern. Somit läßt sich die Genauigkeit bei der Bearbei­ tung verbessern, was sich speziell auf die Oberflächenrau­ higkeit des Werkstücks auswirkt, und die Bearbeitungsge­ schwindigkeit kann gesteigert werden.}

Claims (8)

1. Stromversorgung für eine funkenerosive Arbeitsma­ schine,

• - mit zwei parallel an den Arbeitsspalt geschal­ teten Gleichstromquellen (Hilfs- und Hauptstrom­ quelle) und zugehörigen Schalteinrichtungen (Hilfs- und Hauptschalteinrichtung), wobei die Hauptstromquelle eine höhere Ausgangsspannung und einen höheren Ausgangsstrom als die Hilfs­ stromquelle aufweist und zeitlich verzögert nach der Hilfsspannungsquelle an den Arbeitsspalt ge­ schaltet wird,
• - und mit einer Auswerteschaltung, die elektrische Kennwerte der von der Hilfsstromquelle erzeugten Arbeitsimpulse erfaßt, und bei Auftreten einer zu niedrigen Arbeitsspaltspannung die Hauptschalt­ einrichtung sperrt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung aus einer Diskriminator­ schaltung (44) besteht, die eine einen elektrischen Kennwert der Arbeitsimpulse darstellende Meßspannung mit zwei Referenzspannungen (E _{s 1}, E _{s 2}) vergleicht, die so gewählt sind, daß der zwischen ihnen liegende Bereich einer normalen Entladung entspricht, und daß bei Überschreiten dieses Bereichs die Hauptschalt­ einrichtung (30) sperrt.

2. Stromversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oszillator (32 ) das periodische Arbeitsimpulssignal erzeugt.

3. Stromversorgung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (32) über eine Verzögerungs- und Diffe­ renzierstufe (34) ein UND-Glied (36) speist, welches an einem zweiten Eingangsanschluß das Ausgangssignal der Diskriminatorschaltung (44) empfängt.

4. Stromversorgung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Diskriminatorschaltung (44) bei normaler elektri­ scher Entladung im Arbeitsspalt ein H-Pegel-Ausgangs­ signal erzeugt.

5. Stromversorgung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen vom Aus­ gangssignal des UND-Gliedes (36) angesteuerten Mono­ flop (38), der im getriggerten Zustand die Haupt­ schalteinrichtung (30) schließt.

6. Stromversorgung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Shunt-Wider­ stand (40), über den der Entladestrom des Arbeits­ spaltes fließt und der elektrisch mit dem Werkstück verbunden ist, und durch einen Differenzverstärker (42), der den Spannungsabfall über dem Shunt-Wider­ stand (40) als Eingangsgröße erhält, wobei eine Ausgangsgröße des Differenzverstärkers (42) einem Eingang der Diskriminatorschaltung (44) zugeführt wird.

7. Stromversorgung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Differenz­ verstärker (42), der die am Arbeitsspalt herrschen­ de Spannung als Eingangsgröße erhält, wobei der Ausgang des Differenzverstärkers (42) mit dem Ein­ gang der Diskriminatorschaltung (44) verbunden ist.