DE2020833C3 - Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Impulsen tür elektroeroslve Bearbeitung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Impulsen für elektroerosive Bearbeitung mit mindestens zwei speichergliedlosen ausgangsseitig parallel an den Arbeitsspalt geschalteten, von einem Taktgeber über getrennte Zeitsteuerstromkreise gesteuerten Impulsgeneratoren, deren Ausgangsimpulse unterschiedliche Parameter aufweisen können und am Arbeitsspalt überlagert werden.

Die Entwicklung der elektroerosiven Metallbearbeitung wurde in den letzten |ahren durch den Einsatz von speichergliedlosen, transistorisierten Impulsgeneratoren wesentlich gefördert. Diese Generatoren geben Arbeitsimpulse auf den Funkenspalt ab, welche durch Steuerimpulse in ihrer Repetitionsfrequenz, Breite sowie in ihrem Tastverhältnis unabhängig voneinander gesteuert werden können. Die auf den Funkenspalt gelangenden Arbeitsimpulse können ebenfalls bezüglich ihrer Spannung und Stromstärke gesteuert werden. Durch neuere Untersuchungen der physikalischen Zustände im Funkenspalt stellte man fest, daß durch besondere Formgebung üci Arbciisirr.pulse eine wesentliche Verbesserung des Erosionsvorganges erreicht werden könnte. Es sind daher Generatoren bekannt, welche aus zwei Spannungsquellen mit entsprechenden Schaltern oder aus einem Transformator mit zwei Sekundärwicklungen bestehen und zu Beginn eines jeden Arbeitsfunkens eine höhere Spannung als Zündspannung auf den Arbeitsspalt gegeben, während der eigentliche Arbeitsfunke die normale Betriebsspannung aufweist. Hierdurch werden zwar gleichmäßige Entladungen und dadurch gewisse Verbesserungen der Bearbeitung erzieh, eine weitergehende Beeinflussung der Form des Arbeitsimpulses und damit der Bearbeitung war so jedoch nicht möglich.

Bei einer weiteren bekannten Anordnung werden mehrere, von einem Taktgeber gesteuerte Generatoren, deren Ausgangsimpulse unterschiedliche Parameter aufweisen können, am Arbeitsspalt parallel angeschlossen, um ein aus mehreren Einzelimpulsen bestehendes Impulspaket periodisch zu erzeugen, wobei einer der Einzelimpulse zur Bildung einer Schutzschicht, ein anderer zur eigentlichen Abtragung, ein weiterer zum Entfernen der Erosionsprodukte dient (CH-PS 4 66 452). Hierbei ist lediglich die Anwendung kammförmiger Impulse vorgesehen.

Die Erfindung hat die Aufgabe, durch eine bestimmte Formgebung des Arbeitsimpulses, insbesondere seiner Flanken, die Zündung, den Durchschlag und die Entionisierung im Funkenspalt zu verbessern, den Anwendungsbereich der Materialpaarungen von Elektrode und Werkstück zu vergrößern und die Verwendbarkeit einer Elektrode auf mehrere Erodierphasen zu erweitern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst.

» daß die Zeitsteuerstromkreise während des Betriebes steuerbar, mit einer an den Arbeitsspalt angeschlossenen Überwachungseinrichtung zum Zwecke ihrer Steuerung verbunden sowie derart einstellbar sind, daß die Ai'Sgangsimpulse aller Impulsgeneratoren sich

¹S überschneiden.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ergeben sich folgende Vorteile:

- Die Zündung verbessert sich durch die besondere Form der Anstiegsflanke des Arbeitsfunkens, so daß ein besonderer Zündimpuls nicht mehr notwendig ist;

- der Ort der Oberfläche der Elektrode und des Werkstücks, an welchem der Durchschlag des Arbeitsfunkens erfolgt, ist nicht dem Zufall überlasson. so daß nicht mehr wie früher in unkontrollierter Weise die Durchschläge an besonders bevorzugten Oberflächenstellen stattfinden können:

- die besondere Form der Abstiegsflanke des Arbeitsimpulses verbessert die Entionisierung des Funken- spaltes, so daß für den nachfolgenden Arbeitsinipuls die gleichen eindeutigen Anfangsbedingungen im Funkenspalt vorhanden sind wie beim vorhergehenden Arbeitsimpuls;

- die Formgebung des Arbeitsimpulses ergibt ein optimales·Erodierverhalten bei beliebigen Materialpaarungen von Elektrode und Werkstück; bisher konnte man nur bei bestimmten wenigen Materialpaarungen ein solch günstiges Erodierverhalten feststellen:

- für das Feinsterodieren und das Groberoclieren können die gleichen Generatoren verwendet werden: bisher mußten für diese Erodierphasen verschiedene Generatoren eingesetzt werden, wie /. B. Relaxationsgeneratoren für das Feinsterodieren und llmpulsgeneratoren für das Groberodieren.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 die gesamte Anordnung in Blockdarstellung,

Fig.2 einen aus mehreren Arbeitsimpulsen zusammengesetzten Arbeitsfunkeil.

F i g. 3 verschiedene Steuerimpulse aus dem Taktgeber.

⁶S Die Impulsgeneratoren 1,2, 3 sind gemäß Fig. 1 bei den Verbindungspunkten 4., 5 parallel am Arbeitsspalt 6 angeschlossen, der von der Bearbeitungselektrode 7 und dem Werkstück 8 gebildet wird. Der Übersichtlichkeit

halber sind nur drei Impulsgeneratcren eingezeichnet. Die gestrichelte Linie bei den Punkten 4 und 5 deutet die Anschaltmöglichkeit von weiteren Generatoren an. Die Impulsgeneratoren sind bekannter Bauart und bestehen aus einem Verstärker 101 und Leis;ungstn>nsistoren 102. welche im elektroerosiven Stromkreis 9, l-ö angeordnet sind. Die Leistungstransistoren 102 liegen in Serie im elektroerosiven Stromkreis 9, 10 und sind parallel am Ausgang des Verstärkers 101 angeschlossen. Die Leistungstrznsistoren können selbstverständlich auch parallel zum elektroerosiven Stromkreis und damit zum Funkenspait 6 angeordnet sein. Von den Leistungstransistoren 102 ist nur einer in der Fig. 1 gezeichnet. Im elektroerosiven Stromkreis 9, 10 ist auch ein Richtleiter 103 angeordnet. Solche Impuisgeneratoren sind bekannt. Jeder Generator hat seine eigene Stromversorgung 104, welche aus einer Transformator- und Gleiciirichteranordnung bestehen kann. Die wesentlichen Bauelemente wurden nur im Generator 1 eingezeichnet. Am Steuereingang eines jeden Genera lors 1, 2, 3 sind über die Leitungen 14, 15, 16 die Stromkreise 11, 12, 13 zur zeitlichen Steuerung der aus dem Taktgeber 17 gelangenden Steuerimpulse angeschlossen. Der gesteuerte Taktgeber 17, welchtr bekanntlich aus mehreren Multivibratoren besteht, wird so gesteuert, daß er die in der Fig. 3 als Beispiel gezeigten Steuerimpulse auf die Stromkreise für die Zeitsteuerung abgibt Die Steuerimpulse können von der Bedienungsperson für jeden erosiven Bearbeitungsvorgang optimal eingestellt werden. Die Steuerimpulse werden auch durch die spater beschriebene kombinierte Überwachungseinrichtung 22 während des erosiven Bearbeitungsvorganges eingestellt, so daß die Arbeitsfunken in jedem Bearbeitungsvorgang optimal bleiben. In der Fig. 1 sind weitere Stromkreise 19, 20, 21 zur Zeitsteuerung der Steuerimpulse gezeichnet, welche mit anderen, nicht dargestellten Impulsgeneratoren verbunden sind. Mit dem Block 18 soll die Möglichkeit für den Artschluß von zusätzlichen Generatoren angedeutet werden, was gestrichelt dargestellt ist. Auch in diesem Falle sind Zeitsteuerkreise vor jedem Generator vorgesehen. Jeder der in der Fig. 1 dargestellten Zeitsteuerkreise 11, 12, 13, 19, 20, 21 bewirkt eine zeitliche Verschiebung und/oder eine Änderung der Impulsbreite der aus dem Ausgang 170 des Taktgebers 17 gelangenden Steuerimpulse. Die Steuerimpulse können also unter Beibehalten ihrer ursprünglichen Impulsbreite zeitlich verschoben werden und/oder in ihrer ursprünglichen Breite verkürzt werden. Die in der Fig. 1 gezeigten Zeitsteuerkreise 11, 12, 13, 19, 20, 21 sind teilweise in Serie oder parallel zueinander geschaltet. Durch eine bestimmtr Anordnung der Zeitsteuerkreise werden die Steuerimpulse aus dem Taktgeber 17 in beliebiger Weise beeinflußt und auf die Impuisgeneratoren gegeben, so daß Arbeitsfunken 34 auf den Funkenspalt 6 gelangen, welche optimal an jeden erosiven Bearbeitungsvorgang und somit an jeden physikalischen bzw. chemischen Zustand im Funkenspalt 6 angepaßt sind. Die Zeitsteuerkreise 11,12,13,19, 20, 21 bestehen bekanntlich aus einfachen Bauelementen, in ihrer einfachsten Ausführung aus monostabilen Multivibratoren, so daß jeder Stromkreis auf eine bestimmte zeitliche Verschiebung und/oder bestimmte Änderung der Impulsbreite einstellbar ist. Selbstverständlich kann ein Zeitsteuerstromkreis so konstruiert sein, daß er für mehrere variable Zeitsteuerungen wahlweise einstellbar ist. In diesem Falle besitzt ein Zeitsteuerstromkreis mehrere Ausgänge, so daß man anstelle der gezeichneten Stromkreise einen oder zwei Stromkreise verwendet

In der Fig. 1 ist am Funkenspalt 6 eine kombinierte Überwachungseinrichtung 22 vorgesehen, welche über die Leitungen 24, 23 mit der Elektrode 7 und dem Werkstück 8 verbunden isL Die Ausgänge der Überwachungseinrichtung 22 sind über Leitungen 25,26 an die Zeitsteuerkreise 11, 12, 13, 19, 20, 21 und über Leitung 27 an den Eingang 171 des Taktgebers 17

ίο angeschlossen. Die Überwachungseinrichtung 22 arbeitet in der Weise, daß sie bei Verschlechterung der physikalischen Zustände im Funkenspait 6 den Taktgeber 17 und/oder die Zeitsteuerkreise 11,12,13,19,20,21 so beeinflußt, daß die physikalischen Zustände im Funkenspait sich wieder normalisieren. Die kombinierte Überwachungseinrichtung 22 enthält eine Programm-Eingabevorrichtung 221. in die ein bestimmtes Programm für den gewünschten Ablauf eines Bearbeitungsvorganges gegeben wird. Als Programmträger werden Lochkarten, Lochstreifen, Magnetband od. dgl. verwendet. Aufgrund des Programmes werden der Taktgeber 17 über die Leitung 27 und/oder die Zeitsteuerkreise Sl, 12, 13, 19, 20, 21 gesteuert. Die Überwachungseinrichtung 22 stellt während des Betriebes fest, ob das eingespeicherte Programm auch wirklich durchgeführt wird. Sie ist auch in der Lage, von dem in der Einrichtung 221 gespeicherten Programm abzuweichen, z. B. dann, wenn die optimalen physikalischen Zustände im Funkenspalt 6 nicht mehr mit dem Programm übereinstimmen. An einem Beispiel soll dieses näher erläutert werden. Es sei angenommen, daß das Programm vorschreibt, daß nach einer bestimmten Eindringtiefe der Elektrode 7 in das Werkstück 8 die Arbeitsfunken 34 zu ändern sind. Wenn dieser Punkt der Änderung der Arbeitsfunken früher oder später erreicht wird, als im Programm vorgeschrieben ist, sorgt die Überwachungseinrichtung 22 über die Leitungen 25, 26, 27 für eine Programmabweichung. Gesteuert von der Überwachungseinrichtung 22 Kann die Repetitionsfrequenz oder Impulsbreite der Steuerimpulse im Taktgeber 17 und/oder die Zeitsteuerung in den Steuerkreisen 11,12,13,19,20,21 verändert werden. Es kann auch z. B. ein Teil der Impuisgeneratoren 1, 2, 3 für eine kurze oder längere Zeit ausgeschaltet werden. Diese angedeu-

teten Steuermöglichkeiten bewirkt die Überwachungseinrichtung 22 aufgrund einer dauernden Analyse der physikalischen Zustände im Funkenspalt 6 in Kombination mit dem in der Einrichtung 221 gespeicherten Programm.

Im oberen Teil der F i g. 2 sind für drei Arbeitsimpulse 28, 29, 30 die Spannungen dargestellt, wobei selbstverständlich mehrere Arbeitsimpulse vorgesehen sein können. Der Arbeitsimpuls 28 mit der höchsten Spannung wird beispielsweise vom Impulsgenerator 1 auf die Verbindungspunkte 4,5 im erosiven Stromkreis 9,10 gegeben. Der Generator 2 gibt den Arbeitsimpuls 29, der Generator 3 den Arbeitsimpuls 30 auf die gleichen Verbindungspunkte 4,5. Die Impuisgeneratoren sind auf unterschiedliche Spannungen und Stromstärken unabhängig voneinander einstellbar. Durch die zeitliche Steuerung der Steuerimpulse in den Stromkreisen 11, 12, 13 ergibt sich die zeitliche Verschiebung der Arbeitsimpulse 28, 29, 30. Die Arbeitsimpulse setzen sich also zu einem einzigen Arbeitsfunken zusammen und geben ihm eine bestimmte Form, welche durch die unterschiedlichen Spannungsamplituden und durch die zeitliche Verschiebung bestimmt wird. Im unteren Teil der Fig. 2 sind die Stromwerte aufgetragen. Die

Treppenform des hier gezeigten Arbeitsimpulses ergibt sich durch Addition der verschiedenen Stromwerte, welche bei den Impulsgeneratoren 1, 2, 3 unabhängig voneinander eingestellt werden können. Aus dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel mit drei Arbeitsimpulsen, welche sich zu einem Arbeitsfunken 34 zusammensetzen, folgt, daß der Impulsgenerator 1 mit einer hohen Spannungsamplitude 28 und einem sehr niedrigen Stromwert eingestellt ist. Hierdurch erreicht man eine schnelle Zündung zu Beginn des Arbeitsfunkens im Funkenspalt 6. Bekanntlich ist zur Zündung kein hoher Strom notwendig. Die Stromwerte der Arbeitsimpulse 29, 30 addieren sich mit der entsprechenden Zeitverschiebung zum Arbeitsfunken und ergeben die Amplitude 32 bzw. 33. Durch die zeitliche Verschiebung der Arbeitisimpulse gegeneinander und durch die Einstellung der Spannungswerte und der Stromwerte bei den einzelnen Impulsgeneratoren bekommt man eine Anstiegsflanke des Arbeitsfunkens 34 von beliebiger Form. In der gleichen Weise wird die Abstiegsflanke des Arbeitsfunkens 34 beliebig geformt. Die Treppenstufen 35, 36 ergeben sich aus den im oberen Teil der F i g. 2 gezeigten Arbeitsimpulsen 29 und 30 bzw. 30 allein. Die beliebige Steuerung der Gestalt des Arbeitsfunkens wirkt sich in sehr günstiger Weise auf den Materialabtrag im Werkstück 8 aus. Der Verschleiß an der Elektrode 7, welcher bisher immer aufgetreten ist und mit den bekannten Mitteln nicht verhindert werden konnte, ist praktisch auf Null reduziert worden. Die Variierbarkeit der Anstiegsflanke des Arbeitsfunkens 34 beschleunigt die Zündung im Funkenspalt 6. Bei den bekannten Generatoren wird ein besonderer Zündimpuls hoher Spannung zu Beginn des Arbeitsfunkens auf den Funkenspalt gegeben. Bei der Erfindung dagegen ist der Flankenanstieg des Arbeitsfunkens 34 sanft. Dieses ist besonder wichtig, wenn mit Funkenspalten von unterschiedlicher Dicke gearbeitet werden muß. Beim groben Erodieren des Werkstückes 8 (Schruppen) muß ein großer Funkenspalt 6 zwischen der Elektrode 7 und dem Werkstück 8 und beim Feinerodieren (Schlichten) ein kleiner Funkenspalt eingehalten werden. Der unterschiedliche Abstand zwischen der Bearbeitungselektrode und dem Werkstück bedingt bei den bekannten Generatoren eine Änderung der eingestellten elektrischen Werte. So konnten daher die bekannten Impulsgeneratoren nicht für die Fein- bzw. Feinst-Bearbeitung Verwendung finden. In diesem Falle mußte ein Generator der älteren Bauart mit einem Kondensator als Speicherglied verwendet werden. Bei der Erfindung dagegen können durch die zeitliche Steuerung der Anstiegsflanke des Arbeitsfunkens 34 die transistorisierten modernen Impulsgeneratoren auch für diese Bearbeitungsart benutzt werden. Hierdurch ergibt sich ein wesentlicher Vorteil, da die modernen, transistorisierten Generatoren einen viel besseren Wirkungsgrad aufweisen als die alten Generatoren mit Speichergliedern. In jedem Falle wird also die optimale Zündung des Arbeitsfunkens durch die Variierbarkeit seiner Anstiegsflanke gewährleistet Die Variierbarkeit der Abstiegsflanke des Arbeitsfunkens 34 ermöglicht daß die Ionisation im Fnnkenspalt 6 sich in günstigster Weise abbauen kann. Dadurch ergibt sich eine Verkürzung der Entionisierungszeit so daß der nächste Arbeitsfunken in einem kürzeren Zeitabstand zünden ,kann, als es bisher möglich war. Da die physikalischen Zustände im Funkenspalt nicht stationär, sondern dynamisch sind und sich durch unkontrollierbare äußere Einflüsse ändern können, mußte man bisher Störungen und somit nine Verschlechterung der erosiven Melallbearbeitung zwangsläufig in Kauf nehmen. Mit der Erfindung wird die Form bzw. Gestalt der Arbeitsfunken 34 auf die physikalischen Zustände im Funkcnspalt zugeschnitten. Dieses günstige Erodicrverhaltcn wurde durch Versuche bestätigt. Ein weiterer günstiger Einfluß

ίο zeigt sich auch darin, daß durch die Einstellung der Form bzw. Gestalt der Arbeitsfunken 34 bei bestimmten Materialpaarungen von Elektrode und Werkstück ein optimales Erodierverhalten erreicht wurde. Während bisher nur bei bestimmten Materialpaarungen gute Ergebnisse der Erosion erziel! werden konnten, ist es nun nicht mehr notwendig, bestimmte Materialpaarungen zwischen der Elekirode und dem Werkstück einzuhalten. Man kann sogar Materialien zusammenarbeiten lassen, welche als ungünstige Paarungen bisher nicht verwendet werden konnten.

In der Fig.3 sind Impulszüge gezeigt, welche vom Taktgeber 17 auf die Stromkreise 11, 12, 13, 19, 20, 21 gegeben werden. Diese Figur soll lediglich zeigen, daß der Taktgeber kontinuierliche Impulszüge sowie zeitlich unterbrochene Impulszüge abgeben kann.

In gleicher Weise können auch die Zeitsteuerkreise 11, 12, 13, 19, 20, 21 der F i g. 1 zeitlich unterbrochene Impulszüge auf die Impulsgeneratoren 1, 2, 3 geben. Dieses geschieht, wie bereits erwähnt, durch die kombinierte Überwachungseinrichtung 22 aufgrund der Analyse der physikalischen Zustände im Funkenspah 6. Bei Änderungen der physikalischen Zustände im Funkenspalt 6 infolge von Veränderungen der Dicke des Funkenspaltes oder infolge von äußeren Einflüssen steuert die kombinierte Überwachungseinrichtung 22 nur bestimmte Zeilsteuerkreise an, so daß die Form bzw. Gestalt des Arbeitsfunkens 34 sich ändert. Versuche ergaben, daß bei Änderung der Anstiegsflanke oder der rückwärtigen Flanke die Störungen im Funkenspalt sofort aufhörten. Eine wissenschaftlich exakte Erklärung kann hierfür nicht gegeben werden, da die Gesetzmäßigkeiten der äußerst komplizierten, dynamischen Vorgänge im Funkenspalt noch nicht restlos geklärt sind. Selbstverständlich können beim Arbeitsfunken 34 auch die Spannungswerte bzw. Stromwerte durch entsprechendes Einstellen bei den Generatoren, welche die Arbeitsimpulse 25, 26, 27 erzeugen, verändert werden.

Abschließend sei darauf hingewiesen, daß von einem Taktgeber 17 nicht nur mehrere Generatoren, welche auf einen Funkenspalt arbeiten, sondern auch andere Generatoren, weiche auf einen anderen Funkenspalt arbeiten, gespeist werden können. Es hat sich in der Praxis auch ergeben, daß die besonders großen

Bearbeitungselektroden, welche z. B. für die Herstellung von Stanz- oder Preßwerkzeugen für die Automobil Karosserieherstellung verwendet werden, aus mehreren Einzelelektroden bestehea Die erfindungsgemäße Anordnung ist auch für diesen Fall gedacht. Hierbei

arbeitet eine Ger.eratorgruppe auf eine Teilelektrode Die anderen Teilelektroden sind mit anoeren Genera torgruppen verbunden, so daß sämtliche Generator gruppen auf einen Funkenspalt mit einem Werkstüd: arbeiten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Impulsen für elektroerosive Bearbeitung mit mindestens zwei speichergliedlosen ausgangsseltig parallel an den Arbeitsspalt geschalteten, von einem Taktgeber über getrennte Zeitsteuerstromkreise gesteuerten Impulsgeneratoren. deren Ausgangsimpulse unterschiedliche Parameter aufweisen können und am Arbeitsspalt überlagert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuerstromkreise (11, 12, 13, 19, 20, 21) während des Betriebes steuerbar, mit einer an den Arbeitsspalt angeschlossenen Überwachungseinrichtung (22) zum Zwecke ihrer Steuerung verbunden sowie derart einstellbar sind, daß die Ausgangsimpulse aller Impulsgeneratoren (1,2,3) sich überschneiden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die 2.eitsteuerstrornkreise (U, 12, 13, 19, 20, 21) parallel und/oder in Serie am Ausgang (170) des gesteuerten Taktgebers (17) angeordnet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Impulsgeneratoren (1, 2, 3) mit ihren elektroerosiven Stromkreisen (9, 10) parallel am Funkenspalt (6) angeordnet sind und eine Generatorgruppe bilden, so daß der Arbeitsfunken (34) aus drei Arbeitsimpulsen (28, 29, 30) mil verschiedenen Zeitet; gebildet wird.