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Elektroerosionsanlage
Die Erfindung bezieht sich auf eine aus der brit. Patentschrift Nr. 800, O6l bekannte Elektroerosionsanlage, bei welcher der Elektrodenhalter in seiner Richtung zum bearbeitenden Werkstück hin an einem längs einer Stütze verschiebbaren Führungsglied federnd aufgehängt ist, wobei dieses Führungsglied eine elektromagnetische Vorrichtung enthält, in deren wirkenden magnetischen Luftspalt ein aus ferromagnetischem Material bestehender Teil des Elektrodenhalters angeordnet ist, und ferner dieses Führungsglied mit einem steuerbaren Vorschubantrieb ausgestattet ist.
Gemäss der Erfindung ist der steuerbare Vorschubantrieb für das Führungsglied als Grobregelung ausgebildet und wird in Kraft gesetzt, sobald der Strom durch die Funkenstrecke unter einen bestimmten Mindestwertherabgesunken ist und die elektromagnetische Vorrichtung ist als Feineinstellung des Abstan- des zwischen Elektrode und Werkstück in Abhängigkeit vom mittleren Strom durch die Funkenstrecke ausgebildet.
Der Abstand zwischen Elektrode und Werkstück, der für den mittleren Elektrodenstrom oder die
Spannung zwischen Elektrode und Werkstück massgebend ist, wird somit sowohl durch die nachgiebige Auf- hängung des Elektrodenhalters als auch durch die gesonderte Antriebsvorrichtung für das Führungsglied gere- gell. Der erwähnte Abstand kann sich somit etwas ändern, wird aber stets innerhalb der Grenzen, innerhalb deren eine günstige Funkenerosion stattfinden kann, gehalten. Die von der elektromagnetischen Vor- richtung bewirkte Feinregelung korrigiert die vom Vorschubantrieb bewirkten Bewegungen des Führungs- gliedes,
Der Vorschubantrieb kann entweder kontinuierlich oder intermittierend erfolgen, in welch letzterem Fall er z.
B. alle 3 sec in Kraft gesetzt wird, wodurch dann indiesenAbständeneineVerschiebung er- folgt. Die Impulsfolgefrequenz der Entladungen, die die Funkenerosion bewirken, ist jedoch in beiden Fällen wesentlich höher (z. B. 1000 bis 10000 Hz) als bei dem bekannten Gerät, wo sie 100 Hz beträgt, wodurch auch die Geschwindigkeit der Bearbeitung wesentlich grösser sein kann.
Infolge der schwingungsfreien Bewegung des Führungsgliedes z. B. mittels eines Elektromotors oder einer hydraulischen Vorrichtung, ist die Möglichkeit eines Schwingens des Federgehänges gering, wodurch die Genauigkeit der Bearbeitung vergrössert wird.
Der Abstand zwischen Elektrode und Werkstück kann im allgemeinen zwischen 0,01 und 0,05 mm schwanken.
An Hand der schematischen Figuren der beiliegenden Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.
Fig. l zeigt eine Elektroerosionseinrichtung mit diskontinuierlichem Antrieb, Fig. 2 dient zur Erläuterung der Funktionsweise einer solchen Einrichtung und Fig. 3 zeigt das Prinzip eines kontinuierlichen Antriebes einer Elektroerosionseinrichtung.
Nach Fig. 1 besteht die Erosionseinrichtung 1 aus einer Grundplatte 2 mit einer aus zwei Säulen 3 bestehenden Stütze, auf der ein Führungsglied 4 verschiebbar angeordnet ist. Ein Elektrodenhalter 5', der einen Bund 7 aufweist, ist durch Blattfedern 6 mit dem Führungsglied 4 verbunden. Dabei kann in der Ruhelage der Bund 7 auf dem Führungsglied 4 aufliegen oder er wird durch die Federn 6 in einem geringen Abstand vom Führungsglied 4 gehalten. Unterhalb der Elektrode 5 befindet sich das Werkstück 8.
Das Relais 17 in der Schaltung ist im abgefallenen Zustand dargestellt.
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Die Einrichtung arbeitet in folgender Weise, wobei angenommen wird, dass in der Anfangslage das
Führungsglied 4 so weit hochgeschoben ist, dass die Elektrode 5 das Werkstück 8 nicht berührt :
Wird eine Gleichspannungsquelle an die Klemmen 9 angeschlossen, so laden sich die Kondensatoren
10 und 11 über die Widerstände 12 und 13 auf. Die elektromagnetische Vorrichtung 14 zur Steuerung des j Elektrodenhalters 5', wird gemeinsam mit dem Führungsglied 4 (an dem sie befestigt ist) von dem Motor
15, welcher über die Kontakte 16, des durch den Verzögerungskondensator 18 verzögerten Relais 17, ge- speist wird, in Richtung zum Werkstück vorgeschoben.
Darauf wird der Anker des verzögerten Relais 17 gehoben, wodurch die Kontakte 16 und 19 unterbro- chen und die Kontakte 20 geschlossen werden. Infolgedessen hält der Motor 15 an. Hat die Elektrode 5 das Werkstück 8 noch nicht erreicht, so fällt nach kurzer Zeit der Anker des Relais 17 ab und die Kontak- te 16 und 19 schliessen sich wieder, welcher Zyklus so lange wiederholt wird, bis. die Elektrode 5 dem
Werkstück 8 nahegekommen ist.
Ist dann der Abstand zwischen der Elektrode 5 und dem Werkstück 8 so klein geworden, dass die Ent- ladung des Kondensators 11 über die Elektrode 5 und das Werkstück 8 einsetzt, so fliesst durch den Wider- stand 12 ein Ladestrom, der an diesem einen Spannungsabfall hervorruft, der ausreicht, um das Relais über die Kontakte 20 im angezogenen Zustand zu halten.
Der Spannungsabfall am Widerstand 12 bewirkt auch einen Stromfluss durch die Spule der Vorrichtung 14 ; dadurch wird die Elektrode 5 ein wenig hoch- gezogen, so dass sich der Abstand zwischen dem Bund 7 und dem Führungsglied 4 etwas vergrössert und ebenso der Spalt zwischen Elektrode und Werkstück. Über diesen Spalt entlädt sich der inzwischen teil- weise aufgeladene Kondensator 11. worauf er über den Widerstand 13 aufgeladen wird, usw.., so dass fort- laufend Entladungen mit einer hohen Frequenz stattfinden. Infolgedessen wird das Werkstück erodiert und der Spalt zwischen Elektroden und Werkstück vergrössert sich. Dies hat zur Folge, dass der Kondensator sich stets zu einer höheren Spannung auflädt bevor Durchschlag eintritt. Infolgedessen nimmt jedoch der mittlere, den Widerstand 12 durchfliessende Ladestrom ab.
Der Kondensator 10, der im Vergleich zu dem
Kondensator 11 eine hohe Kapazität hat (z. B. 500 1JF gegen l pF), dient als Glättungskondensator für die
Spannung am Widerstand 12. Der Spannungsabfall über den Widerstand 12 nimmt ab, so dass auch der
Strom durch die Spule der Vorrichtung 14 abnimmt und der Anker mit der Elektrode 5 langsam herabsinkt, so dass der erwähnte Spalt möglichst konstant gehalten wird und sich nur sehr langsam vergrössert. Nach einer gewissen Zeit, z. B. nach 3 sec, ist dann die Elektrode so weit gesunken, dass sie infolge der ent- gegengerichteten Kraft der Blattfedern 6 oder durch das Aufliegen des Bundes auf dem Führungsglied 4 nicht weiter sinken kann.
Infolge der fortgesetzten Funkenerosion vergrössert sich der erwähnte Spalt wei- ter, wodurch der mittlere Strom durch den Widerstand 12 derart abnimmt, dass der Anker des Relais 17 abfällt,. wodurch die Kontakte 20 öffnen und die Kontakte 16 und 19 schliessen. Hiedurch wird der Motor
15 kurzzeitig erregt, das Relais 17 wird erregt, und dadurch werden die Kontakte 16 und 19 geöffnet und die Kontakte 20 geschlossen, das Führungsglied 4 wurde schwingungsfrei verschoben. Dieser Zyklus wiederholt sich.
Der Ablauf der Vorgänge ist in Fig. 2 schaubildlich dargestellt. Alb Abszisse ist die Zeit und als Or- dinate sind in der oberen Figur die Wege, die bei jeder Verschiebung des Führungsgliedes 4 in Richtung zum Werkstück zurückgelegt werden, und in der unteren Figur die Spannung am Kondensator 11, aufge- tragen.
Im Zeitpunkt 21 ist das Führungsglied 4 in der dargestellten Lage. Der Kondensator 11 ist aufgeladen, kann sich aber noch nicht entladen. Bei einer weiteren, schwingungsfreien Verschiebung des Führungsgliedes 4 längs der gestrichelten Linie in dem oberen Teil der Fig. 2 wird z. B. im Zeitpunkt 22 Überschlag auftreten. Das Führungsglied 4 verschiebt sich noch weiter bis in die Lage 4'. Während dieser Verschiebung finden z. B. noch zwei Aufladungen und eine Entladung statt, wie dies in der Figur veranschaulicht ist. In der Lage 4', in der sich das Führungsglied 4 nach dem Zeitpunkt 23 befindet, lädt und entlädt sich der Kondensator 11 fortlaufend, so dass infolge des mittleren Elektrodenstromes die Elektrode 5 gehoben wird und sich vom Führungsglied 4, das sich in der Lage 4'befindet, abhebt, wie dies durch die Linie 24 verdeutlicht ist.
Die fortlaufenden Ladungen und Entladungen des Kondensators 11 sind durch die Kurven 25, 25', 25'usw. angedeutet. Infolge der Abnahme des Stromes durch den Widerstand 12 sinkt die Elektrode langsam längs der Linie 24 bis zu dem niedrigsten Punkt 26'. Infolge der Abnahme des mittleren Elektrodenstromes durch die stetige Zunahme der Aufladedauer des Kondensators 11 fällt schliesslich das Relais 17 ab, worauf dem Motor 15 wieder die Speisespannung zugeführt wird, so dass zum Zeitpunkt 21'eine neue Verschiebung bewirkt wird, usw. Das Zeitintervall zwischen 21 und 21'kann z. B. 3 sec betragen (in Abhängigkeit von der Maschine, dem Material des Werkstückes, der Grösse des Querschnittes der Elektrode, usw.), während die Anzahl der Entladungen während dieser Zeit z.
B. 20000 beträgt.
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Bei der in Fig. 3 schematisch dargestellten Elektroerosionseinrichtung ist der Motor 15 an die Spannung zwischen der Elektrode 5 und dem Werkstück 8 unter Zwischenschaltung eines aus dem Widerstand 27 und dem Kondensator 26 bestehenden Glättungsgliedes angeschlossen. Diese Einrichtung arbeitet auf folgende
Weise :
Solange keine Entladung stattfindet, liegt am Motor die volle Spannung und das Führungsglied 4 wird langsam in Richtung auf das Werkstück vorgeschoben. Hat sich der Abstand zwischen der Elektrode 5 und dem Werkstück 8 so weit verringert, dass Entladungen auftreten, nimmt die Spannung zwischen der Elek- trode 5 und dem Werkstück 8 ab, wodurch die Drehzahl des Motors 15 auch abnimmt.
Der mittlere Elek- trodenstrom durch den Widerstand 12 und der an diesem entstehende Spannungsabfall bewirken einen Stromfluss durch die Spule der Vorrichtung 14, wodurch der Elektrodenhalter 5'gegen die Spannung der
Federn angehoben wird. Sobald der Spalt zwischen 5 und 8 grösser wird, nimmt der mittlere Elektroden- strom durch den Widerstand 12 ab und der Elektrodenhalter sinkt langsam herab. Die Spannung, auf wel- che sich der Kondensator 11 auflädt, wird dabei auch grösser und damit nimmt auch die Spannung am
Kondensator 26 und somit die Drehzahl des Motors 15 zu.
Die Spaltbreite wird auf diese Weise möglichst konstant gehalten. An den Motor 15 brauchen jedoch keine hohen Anforderungen in bezug auf Genauigkeit und Trägheit gestellt werden, da die elektromagne- tische Vorrichtung im Führungsglied eine Korrektur bewirkt.
Es gibt noch weitere Möglichkeiten zur Ausbildung eines derartigen kontinuierlichen Antriebes, z. B. durch Anwendung einer konstanten Gleichstromerregung des Motors 15 und einer dieser entgegengesetzten
Erregung durch die abnehmende Spannung am Widerstand 12. Wird diese Spannung zu niedrig, so wird die Drehzahl des Motors hinreichend gesteigert.
Bei Anwendung eines hydraulischen Antriebes zum Vorschub des FUhrungsgliedes 4 kann eine zweite elektromagnetische Vorrichtung ein Ventil der hydraulischen Vorrichtung derart betätigen, dass die Be- wegung des Führungsgliedes 4 bei zunehmendem Strom durch die elektromagnetische Vorrichtung verzö- gert wird. Beide Vorrichtungen, die durch Kondensatoren überbrückt sind, sind in Reihe mit dem Entlade- kreis geschaltet. Bei zunehmendem Spalt zwischen Elektrode und Werkstück wird der mittlere Elektro- denstrom abnehmen, so dass :
1. das Ventil weiter geöffnet wird, wodurch die Bewegung des Führungsgliedes nach dem Werkstück beschleunigt wird,
2. die Elektrode gegenüber dem Führungsglied derart hochbewegt wird, dass der Spalt zwischen Werk- stück und Elektrode sich wieder vergrössert.
Beide Bewegungen wirken derart zusammen, dass der Spalt zwischen Werkstück und Elektrode an- nähernd konstant gehalten wird. Die hydraulische Vorrichtung muss keine grosse Regelgenauigkeit auf- weisen, da die elektromagnetische Vorrichtung im Führungsglied die Korrektur herbeiführt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektroerosionsanlage, bei welcher der Elektrodenhalter in seiner Richtung zum bearbeitenden Werk- stück hin an einem längs einer Stütze verschiebbaren Führungsglied federnd aufgehängt ist, wobei dieses
Führungsglied eine elektromagnetische Vorrichtung enthält, in deren wirkenden magnetischen Luftspalt ein aus ferromagnetischem Material bestehender Teil des Elektrodenhalters angeordnet ist, und ferner die- ses Führungsglied mit einem steuerbaren Vorschubantrieb ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare Vorschubantrieb für das Führungsglied als Grobregelung ausgebildet ist und in Kraft gesetzt wird,
sobald der Strom durch die Funkenstrecke unter einen bestimmten Mindestwert herabgesunken ist und die elektromagnetische Vorrichtung als Feineinstellung des Abstandes zwischen Elektrode und Werk- stück in Abhängigkeit vom mittleren Strom durch die Funkenstrecke ausgebildet ist.