Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Elektroerosionsbearbeitung eines Werkstücks durch intermittierendes Beaufschlagen eines Arbeitsspaltes mit geregelten Entladungsstromimpulsen unter Verwendung einer Vielzahl von Halbleiterschaltelementen.
Bei herkömmlichen Verfahren zur Elektroerosionsbearbeitung von Werkstücken ist der Zustand am Arbeitsspalt variabel und führt oft zu einer unnormalen Entladung, wodurch das Werkstück und die Elektrode beschädigt werden, falls dieser unnormale elektrische Zustand, wie z. B. eine unnormale mittlere Entladungsstromstärke, ungeregelt bleibt. Daher muss die Bedienungsperson bei diesen herkömmlichen Verfahren den elektrischen Zustand je nach der Situation am Arbeitsspalt einregeln. Es ist jedoch schwierig, den mittleren Wert des Entladungsstroms einzustellen. Daher muss die Bedienungsperson eine erhebliche Erfahrung und Geschicklichkeit besitzen, um die optimalen elektrischen Bedingungen herauszufinden.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Diagramm einer Vorrichtung zur herkömmlichen Elektroerosionsbearbeitung von Werkstücken. In der Vorrichtung gemäss Fig. 1 kann ein Basisstrom zu jeder Basis von Schalttransistoren la, lb, in ... in fliessen, wodurch der jeweilige Schalttransistor eingeschaltet wird. Durch die Einschaltung des oder der Transistoren fliesst der Entladungsstrom über den Arbeitsspalt zwischen Elektrode 5 und Werkstück, und zwar von einer Gleichstromquelle 3 über die Schalttransistoren la, lb, in ... in und die Kollektonviderstände 4a, 4b, 4c ... 4n der Schalttransistoren.
Fig. 2 zeigt Spannungswellenformen und Stromwellenformen am Arbeitsspalt der Vorrichtung gemäss Fig. 1.
In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 7 die Impulsbreite, das Bezugszeichen 8 das Ruhezeitintervall, das Bezugszeichen 9 das Zeitintervall während dem eine Spannung anliegt aber keine Entladung stattfindet, das Bezugszeichen 10 die Entladungsdauer, das Bezugszeichen 11 die Spannung ohne Belastung, das Bezugszeichen 12 Entladungsspannung, das Bezugszeichen 13 den Entladungsstrom, das Bezugszeichen 14 den Entladungsstromspitzenwert und das Bezugszeichen 15 die mittlere Bearbeitungsstromstärke. Unter stabilen Bearbeitungsbedingungen erscheint der Zustand, bei dem die Spannung 11 anliegt, aber keine Entladung stattfindet, mit einer hohen Wahrscheinlichkeit. Dabei wird das mittlere Zeitintervall 9 durch einen Servomechanismus konstant gehalten. Dieser Servomechanismus dient dazu, die mittlere Bearbeitungsspannung am Arbeitsspalt konstant zu halten.
Diese Regelung ist jedoch nur so lange stabil als der Zustand am Arbeitsspalt gut ist. Wenn mit anderen Worten der Arbeitsspalt sich verschlechtert hat (z. B. aufgrund von Pulverablagerungen im Arbeitsspalt), so verringert sich das Zeitintervall, während dem eine Spannung anliegt, aber keine Entladung stattfindet, oder es verschwindet sogar völlig. Demzufolge kann es sehr leicht vorkommen, dass die Entladung an einem spezifischen Punkt konzentriert wird und somit das Werkstück aushöhlt.
Im Vergleich zu Fig. 2 kommt es in einem solchen Fall zu einer Erhöhung des mittleren Bearbeitungsstroms. Falls dieser Zustand während einer bestimmten Zeitdauer anhält, findet eine Extinktion der Ionen im Arbeitsspalt nicht mehr richtig statt, wodurch die Konzentration der Entladung auf einem Punkt des Werkstücks begünstigt wird und der verschlechterte Zustand am Arbeitsspalt noch schlechter wird.
Zur Lösung dieses Problems muss der Zustand am Arbeitsspalt durch Senkung der mittleren Stromstärke wieder hergestellt werden. Eine herkömmliche Methode zum Senken des mittleren Stroms besteht in der Prüfung des Zustandes am Arbeitsspalt in bezug auf die mittlere Entladungsstromstärke und in der Änderung der Oszillationsfrequenz entsprechend dem festgestellten Wert. Diese Methode hat den Nachteil, dass die Wirkung auf den sich ständig ändernden Zustand am Arbeitsspalt abnimmt.
Obgleich man bei dieser Methode ein rasches Ansprechen auf die verschiedenen Zustände am Arbeitsspalt beobachtet, tritt doch durch die Verkürzung der Entladungsperiode ein hoher Verbrauch der Elektrode ein.
Die Impulsbreite und der Spitzenwert des Entladungsstroms haben eine enge Beziehung zu den Bearbeitungscharakteristiken und führen unter den genannten Umständen zu einer grossen Rauhigkeit der bearbeiteten Fläche und zu einem übermässigen Elektrodenverbrauch. Anderseits wurde bereits eine bestimmte Verbesserung der Bearbeitungscharakteristik durch Verwendung eines Impulsstroms mit einer speziellen Wellenform, welche von der Rechteckswellenform abweicht (Dreieckswellenform oder trapezförmige Wellenform), vorgeschlagen (Journal of Denki Kako Gakukai, Bd. 3 Wirkung der Wellenformen bei Elektroerosionsbearbeitung (erster Bericht) von Karafuji, Kinoshita und Fukui).
Es wurde gefunden, dass bei Durchführung der Elektroerosionsbearbeitung mit einer Wellenform mit schrägverlaufender Linie, wie z. B. einer Dreieckswellenform, der Verbrauch der Elektrode stark beeinflusst wird. Dabei wird eine Schaltung zur Erzeugung eines Impulsstroms mit Dreieckswellenform verwendet, bei der Kondensatoren parallel zwischen Kollektor und Emitter der Transistoren geschaltet sind, bei der Drosseln in Reihe zwischen der Stromquelle und der Elektrode liegen, um so den Anstieg oder den Abfall der Wellenform zu ändern, so dass die geänderte Wellenform von der Rechteckswellenform abweicht.
Bei diesem Verfahren wird somit ein R-C-Kreis oder ein L-R-Kreis angewandt, was den Nachteil hat, dass eine Vielzahl von Kondensatoren oder Drosseln für die Änderung des Anstiegs oder des Abfalls in einem weiten Bereich erforderlich sind. Darüber hinaus ist es gewöhnlich schwierig, eine spezielle Wellenform mit einer schrägen Linie zu bewirken, welche von der Dreieckswellenform oder von der Trapezwellenform erheblich abweicht. Darüber hinaus hat der Einbau einer Drossel in eine Schaltung den Nachteil, dass eine Funkenspannung erzeugt wird, so dass die Transistoren rasch zerstört werden.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Elektroerosionsbearbeitung der genannten Art zu schaffen, wobei der Elektrodenverbrauch auf ein Minimum gesenkt ist und ein stabiler Betrieb gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass Entladungsstromimpulse mit von der Rechteckwellenform verschiedener Wellenform verwendet werden und dass diese Wellenform durch selektives Ein- und/oder Ausschalten der einzelnen Halbleiterschaltelemente in vorbestimmter Reihenfolge und mit vorbestimmten Intervallen gebildet wird.
Die Wellenform kann z. B. dreieckig sein. Durch diese einfache Massnahme wird der Elektrodenverbrauch erheblich gesenkt. Ferner kann bei einem derartigen Verfahren die Anstiegscharakteristik der Entladungsstromimpulse geregelt werden, und zwar je nach dem Spitzenwert des Impulsstroms. Auf diese Weise kann der Elektrodenverbrauch auf ein Minimum herabgesetzt werden.
Ferner kann der Impulsstrom mit der speziellen schrägverlaufenden Wellenform in Abhängigkeit von der Länge des Zeitintervalls, während dem eine Spannung anliegt, aber keine Entladung stattfindet, geregelt werden. Dabei wird festgestellt, ob dieses Zeitintervall, während dem eine Spannung anliegt, aber keine Entladung stattfindet, kürzer ist als ein vorbestimmtes Zeitintervall. Falls dies der Fall ist, wird die Wellenform im Vergleich zum Normalfall (Zeitdauer, während der eine Spannung anliegt, aber keine Entladung stattfindet, ist grösser als die vorbestimmte Zeitdauer) geändert. Hierdurch kann der mittlere Bearbeitungsstrom gesenkt werden und ein stabiler Betrieb gewährleistet werden. Ferner kann eine Speichereinrichtung vorgesehen sein, in der eine Vielzahl von Stromwellenformen gespeichert sind, so dass jeweils die optimale Stromwellenform ausgewählt werden kann.
Welche Wellenform ausgewählt wird, hängt ab vom Zeitintervall, während dem eine Spannung anliegt, aber keine Entladung stattfindet.
Auf diese Weise kann jeweils die genau optimale Stromimpulswellenform ausgewählt werden und eine stabile Bearbeitung gewährleistet werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen in Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 das Schaltbild einer herkömmlichen Vorrichtung zur Elektroerosionsbearbeitung,
Fig. 2 die Spannungsimpulswellenform und die Stromimpulswellenformen bei der herkömmlichen Vorrichtung gemäss Fig. 1,
Fig. 3a, b Spannungsimpulswellenformen und Stromimpulswellenformen, welche nach einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht werden,
Fig. 4 eine graphische Darstellung des Prinzips der Ausbildung einer Stromwellenform mit schrägem Verlauf,
Fig. 5a, b Spannungswellenformen und Stromwellenformen, welche nicht erwünscht sind,
Fig. 6 eine Schaltung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Elektroerosionsbearbeitung,
Fig. 7a bis 7f graphische Darstellungen zur Veranschaulichung des Prinzips der Arbeitsweise der Vorrichtung gemäss Fig. 6,
Fig. 8 ein Detailschaltbild der Vorrichtung gemäss Fig. 6,
Fig.
9 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Prinzips der Detailschaltung gemäss Fig. 8,
Fig. 10 weitere Impulswellenformen, welche verwirklicht werden können,
Fig. 11 eine graphische Darstellung zwischen der Beziehung des Anstiegs der Stromwellenform und dem Elektrodenverbrauchsverhältnis bei der Elektroerosionsbearbeitung eines sehr harten Metalls,
Fig. 12a, b, c graphische Darstellungen der Beziehungen zwischen dem Spitzenwert der Spannungswellenform und der Anstiegszeit,
Fig. 13a, b Spannungswellenformen und Stromwellenformen der ersten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung,
Fig.
14a, b graphische Darstellungen des Arbeitsprinzips einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Elektroerosionsbearbeitung,
Fig. 15a, b Spannungswellenformen und Stromwellenformen im praktischen Betrieb der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung,
Fig. 16 ein Schaltbild der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung für Elektroerosionsbearbeitung,
Fig. 17a, b Spannungswellenformen und Stromwellenformen einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Elektroerosionsbearbeitung,
Fig. 18 ein Schaltbild der dritten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Elektroerosionsbearbeitung,
Fig. 19 verschiedene in der dritten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Elektroerosionsbearbeitung gemäss Fig. 18 gespeicherte Wellenformen und
Fig.
20 eine Detailschaltung eines Schaltungsteils der Vorrichtung gemäss Fig. 16 und 18.
Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung des Prinzips der Erfindung. Wenn der Transistor la eingeschaltet wird, so ergibt sich ein Strom IA am Punkt A gemäss Fig. 4. Wenn in analoger Weise die Transistoren lb, in ... 1n nach einer Zeitspanne t1,.... t,l, gerechnet von der Einschaltzeit des Transistors la eingeschaltet werden, so ergeben sich die Ströme Ig bis IN an den Punkten B, C ... N gemäss Fig. 4.
Dabei gilt IX=IA+IB+IC... +1N wobei Ix den durch den Punkt X fliessenden Strom bezeichnet und wobei IA, 1B'1.. IN die Ströme durch die Punkte A, B, C... N bezeichnen.
Demzufolge ergibt sich im Punkt X gemäss Fig. 4 eine Stromwellenform Ix. Die Art und Weise des Anstiegs des Stroms kann innerhalb eines Breitenbereichs variiert werden, wobei man lediglich die Zeitintervalle tl, dz ... t,l, gerechnet von der Einschaltzeit des Transistors la bis zur Einschaltzeit der Transistoren lb, in ... 1n zu ändern braucht. In ähnlicher Weise kann auch die Art der Stromabsenkung innerhalb eines breiten Bereichs ausgewählt werden, wobei man die Transistoren la, lb, in ... ln, welche bereits eingeschaltet wurden, nacheinander ausschaltet.
Bei diesem aufeinanderfolgenden Einschalten der Transistoren la, lb, in... 1n entsteht ein Impulsstrom mit einer speziellen Wellenform und dieser Impulsstrom fliesst von einer Gleichstromquelle 3 durch die Schalttransistoren la, lb, in ... 1n und die Kollektoren 4a, 4b, 4c ... 4n über den Arbeitsspalt zwischen Elektrode 5 und Werkstück 6.
Es wurde nun experimentell festgestellt, dass zwischen dem Einschalten der Schalttransistoren la, lb, in ... 1n und dem Beginn der Entladung ein gewisses Zeitintervall liegt. Fig. 5a und 5b zeigen die Spannungswellenform einer Elektrode und die Entladungsstromwellenform im Falle eines dreieckigen Stromimpulses. In Fig. 5 bezeichnen die Bezugszeichen 17, 18 und 19 Elektrodenspannungswellenformen, bei denen die Entladung nach einem gewissen Zeitintervall vom Beginn der Einschaltung der Schalttransistoren la, lb, in ... 1n stattfindet. Die Bezugszeichen 20, 21 und 22 bezeichnen die entsprechenden Stromwellenformen.
Das Bezugszeichen 23 bezeichnet eine Elektrodenspannungswellenform, bei der die Entladung gleichzeitig mit dem Einschalten der Schalttransistoren la, lb, in ... 1n beginnt. Bezugszeichen 24 bezeichnet die zugehörige Entladungsstromwellenform. Aus diesem Diagramm wird deutlich, dass die praktisch auftretenden Entladungs stromwPllenformen eine trapezförmige Gestalt besitzen, obwohl die Schalttransistoren derart eingeschaltet werden, dass sie mit einer dreieckigen Impulswellenform arbeiten. Daher reicht die Verbesserung der Charakteristiken der Elektroerosionsbearbeitung nicht aus, und der Elektrodenverbrauch ist immer noch sehr hoch.
Fig. 6 zeigt ein Schaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Elektroerosionsvorrichtung. Das Bezugszeichen 25 bezeichnet eine Schaltung zur Festlegung des Ruhezeitintervalls. Das Bezugszeichen 26 bezeichnet eine Flip-Flop, und das Bezugszeichen 27 bezeichnet einen Schalttransistor, um den Arbeitsspalt mit einer Spannung zu beaufschlagen. Die Bezugszeichen 28, 29 bezeichnen einen Basiswiderstand und einen Kollektorwiderstand des Transistors.
Das Bezugszeichen 30 bezeichnet einen Entladungsdetektor und das Bezugszeichen 31 einen Taktgeber.
Alle anderen Elemente dieser Schaltung entsprechen denjenigen in Fig. 1. Im folgenden soll die Arbeitsweise der Schaltung gemäss Fig. 6 erläutert werden.
Wenn die Schaltung 25 zur Bestimmung der Ruhezeit ein Signal zum Beenden der Ruhezeit abgibt, so gelangt dieses Signal über eine Signalleitung S, zum Flip-Flop 26 und der Schalttransistor 27 wird über den Basiswiderstand 28 eingeschaltet, wodurch an dem Arbeitsspalt zwischen Elektrode 5 und Werkstück 6 eine Spannung angelegt wird. Sodann be ginnt nach einer bestimmten Verzögerung die Entladung. Der Beginn der Entladung wird durch den Entladungsdetektor festgestellt und hierdurch wird ein Impulssignal über eine Signalleitung S2 dem Flip-Flop 26 zugeführt, wodurch der Schalttransistor 27 gesperrt wird.
Anderseits wird bei Beginn der Entladung der Taktgeber 31 durch ein Signal, welches dem Detektor 30 über eine Signalleitung Sg bereitgestellt wird, aktiviert. Das Signal des Taktgebers 31 gelangt zur Steuerschaltung 2 und zu den Schalttransistoren la, lb, in... ln, welche sodann einer nach dem anderen eingeschaltet werden. Sobald die Schalttransistoren la, lb, in... 1n eingeschaltet sind, fliesst ein Impulsstrom mit einer speziellen Wellenform von der Gleichstromquelle 3 über die Schalttransistoren la, lb, in... 1n und die Kollektorwiderstände 4a, 4b, 4c... 4n zum Arbeitsspalt.
Das Prinzip dieser Schaltung soll nun anhand der Fig. 7 näher erläutert werden.
Fig. 7a bezeichnet die Ruhezeittaktimpulse. Fig. 7b zeigt die Elektrodenspannungswellenform. Fig. 7c zeigt das Impulssignal des Entladungsdetektors, und Fig. 7d zeigt die Einschaltdauer des Schalttransistors 27. Fig. 7e zeigt die Taktimpulse während der Entladungszeit, und Fig. 7f zeigt die Entladungsstromwellenform.
Wenn die Ruhezeittaktimpulse gemäss Fig. 7a einen vorbestimmten Wert erreichen, wird der Schalttransistor 27 gemäss Fig. 7d eingeschaltet. Sodann beginnt die Entladung über den Arbeitsspalt nach einer bestimmten Verzögerungszeit gemäss Fig. 4b. Bei Beginn der Entladung wird das Impulssignal gemäss Fig. c erzeugt und gelangt zum Impulsgeber 31 der Fig. 6, wodurch der Taktimpuls gemäss Fig. 7e beginnt.
Der Schalttransistor 27 wird bei Beginn des Taktimpulses gemäss Fig. 7d abgeschaltet. Durch die Taktimpulse gemäss Fig. 7e werden die Schalttransistoren la, lb, in... 1n der Reihe einer nach dem anderen eingeschaltet, und zwar mit einer jeweiligen Verzögerung, welche der Reihenfolge der Transistoren entspricht, wodurch eine Entladungsstromwellenform gemäss Fig. 7f des über den Arbeitsspalt fliessenden Stroms gebildet wird.
Fig. 8 zeigt ein schematisches Diagramm der Steuerschaltung 2 gemäss Fig. 6, welche den Stromimpuls mit der jeweiligen spezifischen Wellenform durch Ein- und Ausschalten der Transistoren la, lb, in ... 1n mit bestimmten Zeitintervallen bildet. In Fig. 8 bezeichnen die Bezugszeichen 70a, 70b, 70c ... 70n JK-Flip-Flops. Die Symbole Ja, Jb, Jc... Jn und Ka, Kb, Kc ... Kn bezeichnen Eingangsanschlüsse des Jk Flip-Flops. Die Bezugszeichen Ta, Tb, Tc... Tn bezeichnen Eingangsanschlüsse für den Taktimpuls CP. Die Eingangsanschlüsse Ka, Kb, Kc... Kn haben gewöhnlich den Schaltzustand Null. Die Bezugszeichen Qa, Qb, Qc ... Qn bezeichnen Ausgangsanschlüsse des JK-Flip-Flops.
Diese sind mit NAND-Gattern 60a, 60b, 60c... 60n verbunden und ferner auch mit den benachbarten Eingangsanschlüssen Jb, Jc ... Jn.
Die NAND-Gatter 60a, 60b, 60c ... 60n sind mit den X Achsenanschlüssen einer Programmtafel 61 verbunden und die Eingangsanschlüsse der NAND-Gatter 62a, 62b, 62c ... 62n sind mit den Y-Achsenanschlüssen verbunden.
Wenn in eines der Löcher der Programmtafel 61 ein Stift 63 eingesteckt wird, so bedeutet dies, dass der Eingangsanschluss des entsprechenden NAND-Gatters 62a, 62b, 62c ... 62n mit einem der NAND-Gatter 60a, 60b, 60c ... 60n verbunden ist.
Diese Auswahl kann somit leicht durch Einstecken des Stiftes 63 erfolgen.
Im folgenden soll das Prinzip der Arbeitsweise der Schaltung gemäss 8 erläutert werden. Zunächst werden die Ausgangsanschlüsse Qa, Qb, Qc ... Qn auf den Schaltzustand 0 eingestellt und der Eingangsanschluss Ja auf den Schaltzustand 1 . Wenn nun ein Impuls der Impulse CP des Taktgebers an die Eingangsanschlüsse Ta, Tb, Tc ... Tn gelangt, so ergeben sich die folgenden Schaltzustände: Qa = 1, Qb = 0, Qc = 0 . . . Qn = 0 gemäss Fig. 9 (9-2) - (94). Das Signal am Ausgang Qa gelangt über das NAND-Gatter 60a, den Stift 63 auf der Programmtafel 61 und das NAND-Gatter 62a zur Basis des Transistors la, so dass der Transistor la leitend wird. Der Ausgangsanschluss Qa ist mit dem Eingangsanschluss Jb wie gezeigt verbunden, so dass der Eingangsanschluss Jb den Schaltzustand 1 erhält.
Wenn nun ein weiterer Taktimpuls CP eingegeben wird, so erhält man die Schaltzustände Qa = 1, Qb = 1, Qc = 0. . . Qn = 0, wobei derTransistor 1b in ähnlicher Weise leitend wird. Auf diese Weise können die Transistoren in ... 1n ebenfalls einer nach dem anderen eingeschaltet werden.
Um nun anderseits die Transistoren einen nach dem anderen abzuschalten, muss Ja =Jb=Jc... Jn 0 gelten. Ka wird mit Qb verbunden; Kb wird mit Qc verbunden und Kc wird mit Qd verbunden und so weiter, wobei die Ausgangssignale an den NAND-Gattern 60a, 60b, 60c ... 60n von den Anschlüssen Q Qb, Q.... Qn getrennt werden. Der Durchschnittsfachmann kann leicht anhand der obigen Ausführungen eine Schaltung erstellen, in der das Einschalten der Transistoren einer nach dem anderen und das Ausschalten der Transistoren einer nach dem anderen kombiniert sind. Das jeweilige Schaltprogramm wird durch Einstecken der Stifte 63 in die jeweils ausgewählten Löcher der Programmtafel 61 ge wählt, wobei die Zeitintervalle tt, t2..
. t, > , der Fig. 4 leicht geändert werden können. Ferner kann auch der Stromspitzenwert durch Auswahl der Zahl der Transistoren, welche im jeweiligen Zeitpunkt eingeschaltet werden können, festgelegt werden. Die durch die in die Programmtafel eingesteckten Stifte gebildete Figur entspricht der Entladungsimpulswellenform, sowie den verschiedenen Impulswellenformwerten, wie z. B. der Impulsbreite und der Ruhezeitbreite usw.
Man kann anstelle der Schaltung 64 eine Schaltungsvorrichtung mit verschiedenen Schaltern und Halbleiterelementen zur Änderung des Programms und zur Festlegung der Wellenform vorsehen.
Es ist möglich, eine Vielzahl verschiedener Wellenformen auszubilden, wie z. B. Dreieckswellenformen, trapezförmige Wellenformen oder bestimmte angenäherte Stufenwellenformen gemäss Fig. 10b, z. B. die Wellenform der n-Funktion, eine Sinus-Wellenform, eine Stufenwellenform oder dergleichen. Der Anstieg und der Abfall können bei der Dreieckswellenform, bei Trapezwellenform während des Betriebs der Elektroerosionsbearbeitung geändert werden. Eine Drossel ist in der Schaltung nicht vorgesehen, und demgemäss tritt keine Funkenspannung auf und die Transistoren halten im Betrieb länger stand. Die Schalttransistoren 27 und die Kollek tossviderstände 29 für das Anlegen der Spannung an den Arbeitsspalt gemäss Fig. 6 können durch einen oder eine Vielzahl der anderen Schalttransistoren la, lb, 1.... 1n bzw. 4a, 4b, 4c...
4n ersetzt werden. Wenn der Kollektorwiderstand 29 gemäss Fig. 6 recht hoch ist, so ist es nicht erforderlich, den Schalttransistor 27 zur Zeit der Feststellung des Beginns der Entladung durch das Signal S2 auszuschalten.
Der Impulsstrom mit der speziellen Wellenform gemäss vorliegender Ausführungsform umfasst auch eine Form, bei der eine rechteckige Wellenform mit einer speziellen Wellenform mit schräger Linie kombiniert ist. Wie bereits im einzelnen erläutert, kann der Impulsstrom eine spezielle Wellenform, wie z. B. eine Dreieckswellenform, erhalten, welche eine ideale Gestalt hat. Auf diese Weise können die Bearbeitungscharakteristiken wesentlich verbessert werden, und der Elektrodenverbrauch kann auf ein Minimum herabgesetzt werden.
Wenn der Arbeitsspalt mit einem Impulsstrom mit spezieller Wellenform beaufschlagt wird, so ist die Anstiegszeit bei der jeweiligen Wellenform recht wesentlich für die Herabsetzung des Elektrodenverbrauchs.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, die Anstiegszeit je nach dem Spitzenwert des Impulsstroms am Arbeitsspalt zu ändern, wobei das Elektrodenverbrauchsverhältnis herabgesetzt und die Bearbeitungscharakteristiken verbessert werden können.
Fig. 11 zeigt die Beziehung zwischen der Anstiegszeit der Stromwellenform und dem Elektrodenverbrauchsverhältnis.
Die ausgezogenen Linien betreffen einen Stromspitzenwert von 90 A. Die strichpunktierten Linien betreffen den Fall eines Stromspitzenwertes von 36 A und die gestrichelten Linien betreffen den Fall eines Stromspitzenwertes von 19 A.
Wenn die Anstiegszeit 0 ist, so liegt die Rechteckswellenform vor, welche bei herkömmlicher Elektroerosionsbearbeitung angewandt wird. Aus Fig. 11 ersieht man nun, dass das Elektrodenverbrauchsverhältnis im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren mit einer rechteckigen Impulswellenform erheblich gesenkt werden kann, indem man die Anstiegszeit des Impulsstroms in Beziehung zum Spitzenwert des Impulsstroms in geeigneter Weise auswählt. Die gewünschten Verhältnisse liegen vor, wenn eine Anstiegszeit von etwa 0,5-1 sec auf einen Spitzenwert von 1 A kommt, falls man ein Werkstück aus Hartmetall bearbeitet, wobei das Elektrodenverbrauchsverhältnis einen Minimalwert hat.
Wenn die Elektroerosionsbearbeitung unter Verwendung von Stromimpulsen mit der speziellen Wellenform und mit der speziellen Beziehung zwischen Anstiegszeit und Spitzenwert des Impulsstroms durchgeführt wird, so kann das Elektrodenverbrauchsverhältnis vorteilhafterweise auf etwa 7 bis 8% gesenkt werden, und zwar im gesamten Bereich von Schruppbearbeitung mit hoher Energie pro Impuls bis zu Schlichtbearbeitung mit geringer Energie pro Impuls.
Bei der beschriebenen Ausführungsform wird der Anstieg der Wellenform linear geregelt. Es ist jedoch klar, dass ein ähnlicher Effekt erzielt werden kann, wenn man die Anstiegsdauer von 0,5-l,usec pro Stromspitzenwert von 1 A gemäss Fig. 12 regelt. In den hier gewählten Ausführungsbeispielen besteht die Elektrode aus Kupfer und das Werkstück aus Hartmetall. Die Beziehung zwischen dem Spitzenwert des Impulsstroms und der Anstiegszeit ist jedoch abhängig von der Art des Ausgangsmaterials.
Das Prinzip der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Elektrodenverbrauch bei der Elektroerosionsbearbeitung von Werkstücken unter Verwendung eines Impulsstroms dadurch zu senken, dass man eine spezielle Wellenform mit schräger Linie (verschieden von der rechteckigen Wellenform) verwendet und eine solche Wellenform unter Verwendung von Transistoren und Schaltelementen bildet. Im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren mit rechteckiger Wellenform ergeben sich verschiedene Vorteile. Fig. 13 zeigt die Spannungswellenform am Arbeitsspalt bei der Vorrichtung gemäss Fig. 6 sowie die Stromwellenform. In Fig. 13 bezeichnet das Bezugszeichen 7 die Spannungsimpulsbreite. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet die Ruhezeit. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet das Zeitintervall währenddem wohl eine Spannung anliegt, aber keine Entladung stattfindet.
Das Bezugszeichen 10 bezeichnet die Entladungsdauer, und das Bezugszeichen 11 bezeichnet die Spannung ohne Entladung, und das Bezugszeichen 12 bezeichnet die Spannung während der Entladung. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet den Entladungsstrom, und das Bezugszeichen 15 den mittleren Bearbeitungsstrom.
Die Fig. 13 entspricht der Fig. 2 eines herkömmlichen Verfahrens, wobei jedoch die Stromwellenform keine rechteckige Gestalt, sondern eine dreieckige Gestalt hat. Solange die Bearbeitung stabil verläuft, erscheint mit grosser Wahrscheinlichkeit der Impulsabschnitt, bei dem wohl eine Spannung anliegt, aber keine Entladung stattfindet. Hierbei wird das mittlere Zeitintervall, bei dem keine Entladung stattfindet, aber eine Spannung anliegt, durch einen Servomechanismus geregelt, so dass die mittlere Bearbeitungsspannung konstant ist.
Es kommt jedoch nun auch beim erfindungsgemässen Verfahren hin und wieder zu einer Verschlechterung des Zustandes am Arbeitsspalt aufgrund von abgeschiedenen Pulverteilchen oder dergleichen. Hierdurch wird das Zeitintervall, während dem eine Spannung anliegt, aber keine Entladung stattfindet, kürzer und es verschwindet schliesslich, so dass sich die Entladung auf einen spezifischen Punkt konzentriert und hier eine ungewünschte Vertiefung erzeugt. Wenn bei dem erfindungsgemässen Verfahren eine solche Verkleinerung der Zeitdauer, während der die Spannung anliegt, aber keine Entladung stattfindet, auftritt, so beginnt zunächst die Entladung mit kleinen Stromwerten, wobei das Zeitintervall zwischen Beginn der Entladung und dem hohen Entladungswert gesteuert ist und wobei somit auch der mittlere Bearbeitungsstrom gesteuert ist.
Somit wirkt sich die Ausführungsform nach der Erfindung auch im Falle einer Verschlechterung des Arbeitsspaltes günstig aus, da sich der Zustand am Arbeitsspalt wieder rasch erholt und die Bearbeitung wieder stabilisiert wird. Dieser Stabilisierungsvorgang spricht sehr rasch an.
Fig. 14 zeigt das Prinzip einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Fig. 14a zeigt eine Elektrodenspannungswellenform. Hierbei wird eine spezifische Zeitdauer z, festgelegt.
Wenn das Zeitintervall 9, während dem eine Spannung anliegt aber keine Entladung stattindet, länger als rs ist, so wird die Bearbeitung gemäss dem Impulsstrom der Wellenform 35 durchgeführt. Wenn jedoch anderseits das Zeitintervall 9, während dem eine Spannung anliegt aber keine Entladung stattfindet, kürzer als z, ist, so fliesst gemäss Impulsform 36 zunächst ein sehr kleiner Entladungsstrom 37, welcher den Bearbeitungsvorgang im wesentlichen nicht beeinflusst. Dieser kleine Entladungsstrom fliesst während einer Zeitdauer 38 und wird dann je nach dem Zeitintervall 9, während dem eine Spannung anliegt aber keine Entladung stattfindet, geändert, wodurch der mittlere Bearbeitungsstrom gesenkt wird.
Fig. 15a zeigt die Elektrodenspannungsform in einem praktischen Ausführungsbeispiel, und Fig. 15b zeigt die entsprechende Stromwellenform. Bei den Elektrodenspannungswellenformen 39 und 42 ist das Zeitintervall, während dem eine Spannung anliegt aber keine Entladung stattfindet, länger als z,, so dass die Bearbeitung schon kurz nach Beginn der Entladung mit einem relativ grossen Entladungsstrom durchgeführt wird. Bei den Elektrodenspannungswellenformen 40 und 41 ist die Zeitdauer, während der eine Spannung anliegt aber keine Entladung stattfindet, kürzer als z,, so dass in der Anfangsphase der Entladung nur ein kleiner Entladungsstrom fliesst, wobei nach einer bestimmten Zeitdauer der Entladungsstrom erst wieder ansteigt.
Fig. 16 zeigt eine Schaltung für eine derartige Ausführungsform, wobei das Bezugszeichen 47 einen Detektor zur Feststellung des Zustandes am Arbeitsspalt bezeichnet. Das Bezugszeichen 48 bezeichnet eine Bezugsschaltung. Das Zeitintervall, während dem eine Spannung anliegt aber keine Entladung stattfindet, wird durch den Detektor 47 gemessen. Dieses Zeitintervall wird mit dem vorbestimmten Zeitintervall z, der Bezugsschaltung 48 verglichen.
Wenn nun das Zeitintervall, während dem eine Spannung anliegt aber keine Entladung stattfindet, kürzer als z, ist, so wird ein Signal zum Einschalten eines oder eines Teils der Schalttransistoren la, lb, in ... 1n erzeugt und gelangt zur Steuerschaltung 2. Anderseits wird schon von Beginn der Entladung an die Vorrichtung zur Ausbildung des Impulses mit spezieller Wellenform in der Steuerschaltung 2 aktiviert. Das Signal erreicht jedoch nicht die Basis der Transistoren. Nach einer bestimmten Verzögerungszeit, welche vom Zeitintervall abhängt, während dem eine Spannung anliegt aber keine Ent ladung stattfindet, gelangt ein Signal von der Bezugsschaltung 48 zur Steuerschaltung 2.
Dieses Signal dient zum Abschalten des Gatters der Transistoren und zum Abschalten des Schaltungsteils zur Bildung der jeweiligen speziellen Wellenform in der Steuerschaltung (welches mit Beginn der Entladung aktiviert wird). Das von der Steuerschaltung 2 ausgehende Signal gelangt zu den Basen der Schalttransistoren la, lb, 1.... ln, so dass die Schalttransistoren eingeschaltet werden. Demgemäss gelangt der Impulsstrom von einer Gleichstromquelle 3 über die Schalttransistoren la, lb, in... 1n und die Kollektorwiderstände 4a, 4b, 4c ... 4n zum Arbeitsspalt zwischen Elektrode 5 und Werkstück 6.
In den bisherigen Ausführungsformen wurde der Fall angenommen, dass bei der Dreieckswellenform der Spitzenwert im mittleren Bereich liegt. Es ist jedoch auch möglich, eine dreieckige Impulswellenform zu wählen, bei der der Spitzenwert im vorderen Bereich liegt.
Nach dem beschriebenen Prinzip ist es möglich, eine optimale Bearbeitung vorzunehmen, indem man zur Zeit des Beginns der Entladung zunächst einen kleinen und mittleren Entladungsstrom wählt, und dann nach einer bestimmten Zeitdauer, welche vom Zustand am Arbeitsspalt abhängt, den Entladungsstrom erhöht.
Eine weitere Ausführungsform ist in den Fig. 17 und 18 gezeigt, wobei ebenfalls der mittlere Bearbeitungsstrom je nach dem Zustand am Arbeitsspalt geändert wird. Wenn der Zustand am Arbeitsspalt sich bei dieser Ausführungsform so verschlechtert, dass das Zeitintervall, während dem eine Spannung anliegt aber keine Entladung stattfindet, im wesentlichen verschwindet, so wird der Anstieg und/oder der Abfall der Wellenform des Stromimpulses derart geregelt, dass die Steigung beim jeweiligen Impuls geringer wird, wobei die Steigung vom Zeitintervall, während dem eine Spannung anliegt aber keine Entladung stattfindet, abhängt. Auf diese Weise kann der mittlere Bearbeitungsstrom ebenfalls ausgezeichnet geregelt werden.
Auch bei dieser Ausführungsform spricht die Regeleinrichtung rasch auf irgendwelche Störungen an, und es kommt bei einer Verschlechterung des Zustandes am Arbeitsspalt und sogar bei einer völligen Störung des Arbeitsspaltes zu einer raschen Erholung desselben und zur Wiederaufnahme eines stabilen Bearbeitungszustandes. Wenn der Anstieg der Wellenform des Stromimpulses eine geringere Steigung hat, so wird gemäss Fig. 11 und 12 der Elektrodenverbrauch gesenkt. Dies ist ein wesentlicher Vorteil.
Fig. 17a zeigt eine Elektrodenspannungswellenform im praktischen Betrieb. Fig. 1 7b zeigt die entsprechende Spannungswellenform. In Fig. 17a und 17b bezeichnen die Bezugszeichen 39 und 42 Elektrodenspannungswellenformen im stabilen Bearbeitungsbetrieb. Die Bezugszeichen 47 und 50 bezeichnen die entsprechenden Stromwellenformen. Im Vergleich zu den Wellenformen 39 und 42 erscheint die Wellenform 40, wenn das Zeitintervall, während dem eine Spannung anliegt aber keine Entladung stattfindet, recht kurz ist und somit der Zustand am Arbeitsspalt in gewissem Masse gestört ist.
Die Wellenform 41 erscheint, wenn das Zeitintervall, während dem eine Spannung anliegt aber keine Entladung stattfindet, völlig verschwindet und der Zustand am Arbeitsspalt völlig instabil ist.
Wenn gemäss Wellenformen 39 und 42 der Zustand am Arbeitsspalt stabil ist, so wird das Werkstück durch Impulsströme mit Rechteckswellenform gemäss dem Bezugszeichen 47 und 50 in herkömmlicher Weise bearbeitet. Wenn nun jedoch das Zeitintervall, während dem keine Entladung stattfindet aber eine Spannung anliegt, kürzer ist als eine vorbestimmte Zeitdauer, so wird der Anstieg des Stromimpulses derart ge ändert, dass sich die Wellenformen gemäss Bezugszeichen 48 oder 49 ergeben, und zwar je nach der Länge des Zeitintervalls, während dem eine Spannung anliegt aber keine Entladung stattfindet. Somit gelingt es, bei Störung des Zustandes am Arbeitsspalt den mittleren Bearbeitungsstrom rasch zu senken, so dass sich der Arbeitsspalt erholen kann und der stabile Betrieb wieder aufgenommen wird.
Fig. 18 zeigt ein Schaltbild dieser Ausführungsform, wobei das Bezugszeichen 47 einen Detektor zur Feststellung des Zustandes am Arbeitsspalt bezeichnet. Das Bezugszeichen 48 bezeichnet eine Bezugsschaltung, und das Bezugszeichen 51 bezeichnet eine Speichervorrichtung zum Speichern verschiedener Wellenformen der Stromimpulse, wobei die gespeicherten Wellenformen verschiedene Anstiegszeiten haben. Das Zeitintervall, während dem eine Spannung anliegt aber keine Entladung stattfindet, wird durch den Detektor 47 bestimmt. Sodann wird durch die Bezugsschaltung 48 die jeweils in Frage kommende Wellenform der Speichereinrichtung 51 ausgewählt. Dies geschieht je nach dem Zeitintervall, während dem eine Spannung anliegt aber keine Entladung stattfindet. Die Information bezüglich der ausgewählten Wellenform gelangt sodann zur Steuerschaltung 2.
Das Signal der Steuerschaltung 2 gelangt danach zu den Basen der Transistoren la, lb, in... 1n und diese werden einer nach dem anderen eingeschaltet. Dabei fliesst der Impulsstrom der spezifischen Wellenform von der gleichen Stromquelle 3 über die Schalttransistoren la, lb, in... 1n und die Kollektorwiderstände 4a, 4b, 4c... 4n zum Arbeitsspalt zwischen Elektrode 5 und Werkstück 6. In der Speichervorrichtung zum Speichern der Wellenformen 51 sind die jeweiligen Einschaltzeiten der Schalttransistoren la, lb, in... ln aufgezeichnet.
Wie Fig. 19 zeigt, ist es möglich, in dieser Speichereinrichtung 51 die verschiedensten Wellenformen zu speichern und die jeweilige Wellenform für den Stromimpuls von Hand nach Wunsch einzustellen.
Bei obiger Ausführungsform wird die Wellenform des Stromimpulses geändert, wobei der Stromspitzenwert konstantgehalten wird. Es ist jedoch auch möglich, den Stromspitzenwert zu ändern.
Fig. 20 zeigt eine Ausführungsform des Detektors zur Feststellung des Zustandes am Arbeitsspalt 47 und der Bezugsschaltung 48 gemäss Fig. 16 und 18.
Im Detektor 47 liegen Widerstände R1, R2, R3 in Reihe zwischen der Elektrode 5 und dem Werkstück 6. Die Spannungen an den Anschlüssen dieser Widerstände liegen über Zehnerdioden Zn1, ZD2 an den Basen von Transistoren Tri, T an. Der Kollektor des Transistors Tri ist mit dem Ende eines NICHT-Gatters NOT1 verbunden sowie mit dem Ende des UND-Gatters AND1. Der Kollektor des Transistors Tr2 ist mit dem anderen Ende des UND-Gatters AND1 über ein NICHT-Gatter NOT2 verbunden.
Die Bezugsschaltung 48 besteht aus dem Flip-Flop FF dem UND-Gatter AND2 und einem Binärzähler, welcher durch das UND-Gatter betätigt wird. Das Flip-Flop FF1 betätigt den Taktgeber (Taktgeber 31 in Fig. 6 oder Taktimpuls CP in Fig. 8) aufgrund eines Eingangssignals am Anschluss BA für die Feststellung der Entladung und am Anschluss B für die Feststellung der Ruhezeit.
Das UND-Gatter AND2 erzeugt ein Signal, wenn es das Signal vom Anschluss A für die Feststellung einer unbelasteten Spannung empfängt sowie das Signal am Eingang des Taktgebers, dessen Frequenz in Abhängigkeit von dem vorbestimmten Zeitintervall rs geändert wird. Die in Fig. 20 gezeigte Schaltung wird nun für den Fall der Ausführungsform gemäss Fig. 16 und der Steuermethode gemäss Fig. 15 näher erläutert.
Wenn am Arbeitsspalt eine Spannung anliegt, bei der keine Entladung stattfindet, so hat das Signal am Anschluss A den Wert 1 , und das Tor im UND-Gatter AND2 wird geöffnet, so dass der Taktimpuls C2 zum Binärzähler gelangt. Wenn der Binärzähler einen Impuls empfängt, so hat am den Wert 1 . Wenn der Binärzähler 2 Impulse empfängt, so haben a,l und am den Wert 1 . Wenn schliesslich der Binärzäh ler m Impulse empfängt, so haben a1,a2... am den Wert 1 .
Wenn nun das Zeitintervall, während dem eine Spannung anliegt aber keine Entladung stattfindet, länger ist als das vorbestimmte Zeitintervall rs (Fall 39 der Fig. 15), so liegt am Anschluss des Zählers das Ausgangssignal vom Wert 1 , so dass die Gatter 62a, 62b ... 62n der Steuerschaltung 2 gemäss Fig. 8 geöffnet sind. Somit liegt am Anschluss BA zu Beginn der Entladung ein Signal des Wertes 1 an und dieses Signal gelangt durch das Flip-Flop FFl zum Taktgeber, wodurch der Taktgeber betätigt wird, und wobei die Ausgänge an den J-K Flip-Flops 70a, 70b ... 70n einer nach dem anderen den Wert 1 erhalten.
Das Signal gelangt sodann durch das offene Gatter 62a, 62b ... 62n, so dass die jeweiligen Transistoren eingeschaltet werden. Auf diese Weise kommt die Stromwellenform 43 zustande.
Wenn anderseits das Zeitintervall, während dem eine Spannung anliegt aber keine Entladung stattfindet, kürzer ist als das vorbestimmte Zeitintervall Ts (siehe Fall 40 der Fig. 15), so setzt eine Entladung ein, bevor alle Gatter 62a, 62b ... 62n geöffnet sind. Somit gelangt das Signal lediglich durch die Gatter 62a, 62b, welche aufgrund der Ausgangssignale der ersten J-K-Flip-Flops 70a, 70b geöffnet sind. Daher wird nur ein Teil der Transistoren eingeschaltet, wobei ein Entladungsstrom gemäss Wellenform 44 der Fig. 15 fliesst.
Im Fall der Ausführungsform gemäss Fig. 18 und der Steuermethode gemäss Fig. 17 gelangt das Ausgangssignal des Binärzählers der Bezugsschaltung 48 der Fig. 20 zur Speichereinrichtung 51, wobei die jeweils erwünschte gespeicherte Wellenform von den Speicherelementen ausgewählt wird. Der Detektor 47 zur Feststellung des Zustandes am Arbeitsspalt kann als Detektor 30 zur Feststellung des Entladungsbeginns gemäss Fig. 6 dienen.
PATENTANSPRUCH 1
Verfahren zur Elektroerosionsbearbeitung eines Werkstücks durch intermittierende Beaufschlagung eines Arbeitsspaltes mit geregelten Entladungsstromimpulsen unter Verwendung einer Vielzahl von Halbleiterschaltelementen, da durch gekennzeichnet, dass Entladungsstromimpulse mit von der Rechteckwellenform verschiedener Wellenform verwen det werden, und dass diese Wellenform durch selektives Ein und/oder Ausschalten der einzelnen Halbleiterschaltelemente in vorbestimmter Reihenfolge und mit vorbestimmten Intervallen gebildet wird.
UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeich net, dass die Anstiegszeit des Entladungsstromimpulses in
Abhängigkeit vom Spitzenwert des Entladungsstroms gewählt wird.
2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man pro 1 Ampere des Spitzenwertes des Entla dungsimpulsstroms eine Anstiegszeit des Entladungsstromimpulses von 0,5 bis 1,0,sec gewählt.
3. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteransprüchen
1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Entladungsstrom impuls derart geregelt wird, dass jede Entladung vollständig und vom Beginn der Entladung an mit schräg verlaufender
Entladungswellenform bewirkt wird.
4. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteransprüchen
1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitintervall zwi schen Beaufschlagung des Arbeitsspaltes mit einem Span nungsimpuls und Beginn der Entladung gemessen wird und dass die Entladungsstrom-Wellenform in Abhängigkeit von dem gemessenen Zeitintervall geändert wird.
5. Verfahren nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreitung des vorbestimmten Zeitintervalls durch das gemessene Zeitintervall während einer bestimmten Anfangszeitdauer der Entladung ein nicht zur Bearbeitung des Werkstücks beitragender Strom bewirkt wird.
6. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass je nach dem Zustand des Arbeitsspaltes die jeweils günstigste Wellenform aus einer Vielzahl von in einem Programm gespeicherten Entladungsstromwellenformen ausgewählt wird.
7. Verfahren nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl einer bestimmten schräg verlaufenden Entladungsstrom-Wellenform in Abhängigkeit vom gemessenen Zeitintervall zwischen Beaufschlagung des Arbeitsspaltes mit einem Spannungsimpuls und Beginn der Entladung getrof fenwird.
8. Verfahren nach Unteransprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines Zeitintervalls zwischen Beaufschlagung des Arbeitsspaltes mit einem Spannungsimpuls und Beginn der Entladung, welches grösser ist als ein vorbestimmtes Zeitintervall, ein Entladungsstromimpuls mit rechteckiger Wellenform gewählt wird, während für den Fall, dass dieses Zeitintervall kürzer ist als das vorbestimmte Zeitintervall, ein Entladungsstromimpuls mit einer schräg verlaufenden Wellenform gewählt wird.
9. Verfahren nach Unteransprüchen 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsspalt nur dann mit einem Entladungsstromimpuls mit geänderter schräg verlaufender Impulsform beaufschlagt wird, wenn das Zeitintervall zwischen Beaufschlagung des Arbeitsspaltes mit einem Spannungsimpuls und Beginn der Entladung kürzer ist als ein vorbestimmtes Zeitintervall.
PATENTANSPRUCH II
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 1 bis 9 mit einer Vielzahl von Halbleiterschaltelementen zur Steuerung der den Arbeitsspalt beaufschlagenden Spannung, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (2) zum selektiven aufeinanderfolgenden Ein- und/oder Ausschalten der Schaltelemente (la, lb, 1c. . ion), so dass der Arbeitsspalt mit schräg verlaufenden Stromimpulsen beaufschlagt wird.
UNTERANSPRÜCHE
10. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (2) eine Vielzahl von Flip-Flop-Schaltungen (70a, 70b, 70c. . 70n) umfasst, welche der Reihe nach durch einen Taktimpuls umgeschaltet werden können, wobei die Eingänge der Schaltelemente (la, lb, in ... ln) mit den Ausgangssignalen der Flip-Flop-Schaltungen (70a, 70b, 70c... 70n) beaufschlagt werden.
11. Vorrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspruch 10, gekennzeichnet durch eine Programmeinrichtung (61) zur Festlegung der gewünschten Entladungsstromwellenform zwischen der Steuereinrichtung (2) und den Schaltelementen (la, lb, in... ln).
12. Vorrichtung nach Unteranspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Programmeinrichtung (61) in Matrixform angeordnete X-Steuerleitungen und Y-Steuerleitungen aufweist, welche durch einsteckbare Stifte (63) an den Kreuzungsstellen verbindbar sind und dass die Ausgangsanschlüsse der Flip-Flop-Schaltungen (70a, 70b, 70c ... 70n) mit den X-Steuerleitungen und die Eingangsanschlüsse der Schaltelemente (la, lb,1.... ln) mit den Y-Steuerleitungen verbunden sind.
13. Vorrichtung nach Patentanspruch II und Unteransprüchen 10 bis 12, gekennzeichnet durch eine Messeinrichtung (30), welche auf den Beginn der Entladung anspricht und durch ein Steuerelement (31), welches auf das Signal der
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The invention relates to a method for electrical discharge machining of a workpiece by intermittently applying regulated discharge current pulses to a working gap using a plurality of semiconductor switching elements.
In conventional methods of electrical discharge machining of workpieces, the condition at the working gap is variable and often leads to an abnormal discharge, whereby the workpiece and the electrode are damaged if this abnormal electrical condition such as e.g. B. an abnormal average discharge current, remains unregulated. Therefore, in these conventional methods, the operator has to adjust the electrical state according to the situation at the working gap. However, it is difficult to set the average value of the discharge current. Therefore, the operator must have considerable experience and skill to find the optimal electrical conditions.
1 shows a schematic diagram of an apparatus for conventional electrical discharge machining of workpieces. In the device according to FIG. 1, a base current can flow to each base of switching transistors la, lb, in ... in, whereby the respective switching transistor is switched on. By switching on the transistor (s), the discharge current flows through the working gap between electrode 5 and workpiece, from a direct current source 3 via the switching transistors la, lb, in ... in and the collector resistors 4a, 4b, 4c ... 4n of the Switching transistors.
FIG. 2 shows voltage waveforms and current waveforms at the working gap of the device according to FIG. 1.
In Fig. 2, reference numeral 7 designates the pulse width, reference numeral 8 the rest time interval, reference numeral 9 the time interval during which a voltage is applied but no discharge takes place, reference numeral 10 the discharge duration, reference numeral 11 the voltage without load, reference numeral 12 discharge voltage , reference numeral 13 the discharge current, reference numeral 14 the discharge current peak value and reference numeral 15 the mean machining current intensity. Under stable machining conditions, the state in which the voltage 11 is applied but no discharge takes place appears with a high probability. The mean time interval 9 is kept constant by a servo mechanism. This servomechanism is used to keep the mean machining voltage at the work gap constant.
However, this regulation is only stable as long as the condition at the working gap is good. In other words, if the working gap has worsened (e.g. due to powder deposits in the working gap), the time interval during which a voltage is applied but no discharge occurs, or it even disappears completely. As a result, it is very easy for the discharge to concentrate at a specific point and thus hollow out the workpiece.
In comparison to FIG. 2, in such a case there is an increase in the mean machining current. If this state persists for a certain period of time, the ions in the working gap no longer absorb properly, which promotes the concentration of the discharge at one point on the workpiece and the deteriorated state at the working gap becomes even worse.
To solve this problem, the condition at the working gap must be restored by lowering the mean amperage. A conventional method of lowering the mean current is to check the condition of the working gap with respect to the mean discharge current and to change the oscillation frequency according to the determined value. This method has the disadvantage that the effect on the constantly changing condition at the working gap decreases.
Although a rapid response to the various conditions at the working gap is observed with this method, the shortening of the discharge period results in a high consumption of the electrode.
The pulse width and the peak value of the discharge current have a close relationship with the machining characteristics and, under the circumstances mentioned, lead to a large roughness of the machined surface and excessive electrode consumption. On the other hand, a certain improvement in the machining characteristics by using a pulse current with a special waveform which deviates from the rectangular waveform (triangular waveform or trapezoidal waveform) has already been proposed (Journal of Denki Kako Gakukai, Vol. 3 Effect of waveforms in electrical discharge machining (first report) by Karafuji, Kinoshita and Fukui).
It has been found that when electrical discharge machining is performed with an oblique line waveform such as B. a triangular waveform, the consumption of the electrode is greatly affected. A circuit is used to generate a pulse current with a triangular waveform, in which capacitors are connected in parallel between the collector and emitter of the transistors, in which inductors are in series between the power source and the electrode, in order to change the rise or fall of the waveform, so that the changed waveform differs from the square waveform.
In this method, an R-C circuit or an L-R circuit is used, which has the disadvantage that a plurality of capacitors or chokes are required for changing the rise or fall in a wide range. In addition, it is usually difficult to make a specific waveform with an oblique line which is significantly different from the triangular waveform or the trapezoidal waveform. In addition, the installation of a choke in a circuit has the disadvantage that a spark voltage is generated, so that the transistors are quickly destroyed.
It is therefore the object of the present invention to provide a method and a device for electrical discharge machining of the type mentioned, the consumption of electrodes being reduced to a minimum and stable operation being ensured.
This object is achieved according to the invention in that discharge current pulses are used with a waveform different from the square waveform and that this waveform is formed by selective switching on and / or off of the individual semiconductor switching elements in a predetermined order and at predetermined intervals.
The waveform can e.g. B. be triangular. This simple measure significantly reduces the consumption of electrodes. Furthermore, in such a method, the rise characteristic of the discharge current pulses can be controlled according to the peak value of the pulse current. In this way the consumption of electrodes can be reduced to a minimum.
Furthermore, the pulse current with the special oblique waveform can be regulated as a function of the length of the time interval during which a voltage is applied but no discharge takes place. It is determined whether this time interval, during which a voltage is applied but no discharge takes place, is shorter than a predetermined time interval. If this is the case, the waveform is changed compared to the normal case (time period during which a voltage is applied but no discharge takes place is greater than the predetermined time period). As a result, the mean machining current can be reduced and stable operation can be ensured. Furthermore, a memory device can be provided in which a plurality of current waveforms are stored, so that in each case the optimal current waveform can be selected.
Which waveform is selected depends on the time interval during which a voltage is applied but no discharge occurs.
In this way, the precisely optimal current pulse waveform can be selected in each case and stable processing can be ensured.
In the following the invention is explained in more detail with reference to drawings in exemplary embodiments.
Show it:
1 shows the circuit diagram of a conventional device for electrical discharge machining,
FIG. 2 shows the voltage pulse waveform and the current pulse waveform in the conventional device according to FIG. 1,
3a, b voltage pulse waveforms and current pulse waveforms which are realized according to an embodiment of the invention,
4 shows a graphic representation of the principle of the formation of a current waveform with an oblique course,
Fig. 5a, b voltage waveforms and current waveforms which are not desired,
6 shows a circuit of a first embodiment of the device according to the invention for electrical discharge machining,
7a to 7f are graphical representations to illustrate the principle of the mode of operation of the device according to FIG. 6,
8 shows a detailed circuit diagram of the device according to FIG. 6,
Fig.
9 shows a graphic representation to illustrate the principle of the detailed circuit according to FIG. 8,
Fig. 10 shows further pulse waveforms which can be realized,
Fig. 11 is a graph showing the relationship of the rise of the current waveform and the electrode consumption ratio in electrical discharge machining of a very hard metal;
12a, b, c are graphs showing the relationships between the peak value of the voltage waveform and the rise time;
13a, b voltage waveforms and current waveforms of the first embodiment of the device according to the invention,
Fig.
14a, b graphical representations of the working principle of a second embodiment of the device according to the invention for electrical discharge machining,
15a, b voltage waveforms and current waveforms in practical operation of the second embodiment of the device according to the invention,
16 shows a circuit diagram of the second embodiment of the device according to the invention for electrical discharge machining,
17a, b voltage waveforms and current waveforms of a third embodiment of the device according to the invention for electrical discharge machining,
18 shows a circuit diagram of the third embodiment of the device according to the invention for electrical discharge machining,
19 shows various waveforms stored in the third embodiment of the device according to the invention for electrical discharge machining according to FIG
Fig.
20 shows a detailed circuit of a circuit part of the device according to FIGS. 16 and 18.
Fig. 4 shows a graphic representation of the principle of the invention. When the transistor la is switched on, a current IA results at point A according to FIG. 4. If, in an analogous manner, the transistors lb, in ... 1n after a period of time t1, .... t, l, calculated from the Switch-on time of the transistor la are switched on, the currents Ig to IN result at points B, C ... N according to FIG. 4.
IX = IA + IB + IC ... + 1N where Ix denotes the current flowing through point X and where IA, 1B'1 .. IN denote the currents through points A, B, C ... N.
Accordingly, a current waveform Ix results at point X according to FIG. The manner in which the current increases can be varied within a wide range, whereby only the time intervals tl, dz ... t, l, calculated from the switch-on time of the transistor 1a to the switch-on time of the transistors lb, in ... 1n are added needs change. In a similar way, the type of current reduction can also be selected within a wide range, the transistors 1 a, 1 b, in... Ln, which have already been switched on, being switched off one after the other.
When the transistors la, lb, in ... 1n are switched on one after the other, a pulse current with a special waveform is generated and this pulse current flows from a direct current source 3 through the switching transistors la, lb, in ... 1n and the collectors 4a, 4b, 4c ... 4n over the working gap between electrode 5 and workpiece 6.
It has now been established experimentally that there is a certain time interval between the switching on of the switching transistors la, lb, in ... 1n and the start of the discharge. Figs. 5a and 5b show the voltage waveform of an electrode and the discharge current waveform in the case of a triangular current pulse. In Fig. 5, reference numerals 17, 18 and 19 denote electrode voltage waveforms in which the discharge takes place after a certain time interval from the start of switching on the switching transistors la, lb, in ... 1n. Reference numerals 20, 21 and 22 denote the corresponding current waveforms.
Reference numeral 23 denotes an electrode voltage waveform in which the discharge starts simultaneously with the switching on of the switching transistors la, lb, in ... 1n. Numeral 24 denotes the corresponding discharge current waveform. It is clear from this diagram that the discharge current waveforms that occur in practice have a trapezoidal shape, although the switching transistors are switched on in such a way that they operate with a triangular pulse waveform. Therefore, the improvement in the electrical discharge machining characteristics is insufficient, and the electrode consumption is still very high.
6 shows a circuit diagram of an embodiment of the electrical discharge machining device according to the invention. Numeral 25 denotes a circuit for specifying the sleep time interval. Numeral 26 denotes a flip-flop, and numeral 27 denotes a switching transistor for applying a voltage to the working gap. Reference numerals 28, 29 denote a base resistance and a collector resistance of the transistor.
Reference numeral 30 denotes a discharge detector and reference numeral 31 a clock generator.
All other elements of this circuit correspond to those in FIG. 1. The mode of operation of the circuit according to FIG. 6 will be explained below.
When the circuit 25 for determining the rest time emits a signal to end the rest time, this signal arrives via a signal line S, to the flip-flop 26 and the switching transistor 27 is switched on via the base resistor 28, whereby the working gap between electrode 5 and workpiece 6 a voltage is applied. The discharge then begins after a certain delay. The start of the discharge is detected by the discharge detector and a pulse signal is thereby fed to the flip-flop 26 via a signal line S2, whereby the switching transistor 27 is blocked.
On the other hand, at the beginning of the discharge, the clock generator 31 is activated by a signal which is provided to the detector 30 via a signal line Sg. The signal of the clock generator 31 reaches the control circuit 2 and the switching transistors la, lb, in ... ln, which are then switched on one after the other. As soon as the switching transistors la, lb, in ... 1n are switched on, a pulse current with a special waveform flows from the direct current source 3 via the switching transistors la, lb, in ... 1n and the collector resistors 4a, 4b, 4c ... 4n to the working gap.
The principle of this circuit will now be explained in more detail with reference to FIG.
7a denotes the idle time clock pulses. Figure 7b shows the electrode voltage waveform. Fig. 7c shows the pulse signal of the discharge detector, and Fig. 7d shows the duty cycle of the switching transistor 27. Fig. 7e shows the clock pulses during the discharge time, and Fig. 7f shows the discharge current waveform.
When the idle time clock pulses according to FIG. 7a reach a predetermined value, the switching transistor 27 is switched on according to FIG. 7d. The discharge then begins via the working gap after a certain delay time according to FIG. 4b. At the beginning of the discharge, the pulse signal according to FIG. C is generated and reaches the pulse generator 31 of FIG. 6, whereby the clock pulse according to FIG. 7e begins.
The switching transistor 27 is switched off at the beginning of the clock pulse according to FIG. 7d. By the clock pulses according to FIG. 7e, the switching transistors la, lb, in ... 1n are switched on one after the other, with a respective delay that corresponds to the sequence of the transistors, whereby a discharge current waveform according to FIG. 7f of the above the working gap of flowing current is formed.
FIG. 8 shows a schematic diagram of the control circuit 2 according to FIG. 6, which forms the current pulse with the respective specific waveform by switching the transistors 1 a, 1 b, in ... 1 n on and off at certain time intervals. In Fig. 8, reference numerals 70a, 70b, 70c ... 70n denote JK flip-flops. The symbols Ja, Jb, Jc ... Jn and Ka, Kb, Kc ... Kn indicate input terminals of the Jk flip-flop. The reference symbols Ta, Tb, Tc ... Tn denote input terminals for the clock pulse CP. The input connections Ka, Kb, Kc ... Kn usually have the switching state zero. The reference characters Qa, Qb, Qc ... Qn denote output terminals of the JK flip-flop.
These are connected to NAND gates 60a, 60b, 60c ... 60n and also to the adjacent input connections Jb, Jc ... Jn.
The NAND gates 60a, 60b, 60c ... 60n are connected to the X axis terminals of a program board 61, and the input terminals of the NAND gates 62a, 62b, 62c ... 62n are connected to the Y axis terminals.
If a pin 63 is inserted into one of the holes in the program board 61, this means that the input connection of the corresponding NAND gate 62a, 62b, 62c ... 62n is connected to one of the NAND gates 60a, 60b, 60c ... 60n connected is.
This selection can thus easily be made by inserting the pin 63.
The principle of the mode of operation of the circuit according to FIG. 8 is to be explained below. First, the output connections Qa, Qb, Qc ... Qn are set to the switching state 0 and the input connection Yes to the switching state 1. If a pulse of the pulses CP from the clock reaches the input connections Ta, Tb, Tc ... Tn, the following switching states result: Qa = 1, Qb = 0, Qc = 0. . . Qn = 0 according to Fig. 9 (9-2) - (94). The signal at the output Qa reaches the base of the transistor la via the NAND gate 60a, the pin 63 on the program board 61 and the NAND gate 62a, so that the transistor la becomes conductive. The output terminal Qa is connected to the input terminal Jb as shown, so that the input terminal Jb receives the switching state 1.
If a further clock pulse CP is now entered, the switching states Qa = 1, Qb = 1, Qc = 0 are obtained. . Qn = 0, the transistor 1b becoming conductive in a similar manner. In this way the transistors in ... 1n can also be switched on one after the other.
On the other hand, to switch off the transistors one after the other, Ja = Jb = Jc ... Jn 0 must apply. Ka is connected to Qb; Kb is connected to Qc and Kc is connected to Qd and so on, with the outputs at the NAND gates 60a, 60b, 60c ... 60n being disconnected from the terminals Q, Qb, Q ... Qn. Those of ordinary skill in the art can easily create, from the above, a circuit in which the turning on of the transistors one by one and the turning off of the transistors one by one are combined. The respective circuit program is selected by inserting the pins 63 into the selected holes in the program board 61, the time intervals tt, t2 ..
. t,>, of Fig. 4 can be easily changed. Furthermore, the current peak value can also be determined by selecting the number of transistors which can be switched on at the respective point in time. The figure formed by the pins inserted in the program board corresponds to the discharge pulse waveform as well as the various pulse waveform values such as B. the pulse width and the idle time width etc.
Instead of the circuit 64, a circuit device having various switches and semiconductor elements for changing the program and defining the waveform can be provided.
It is possible to form a variety of different waveforms such as B. triangular waveforms, trapezoidal waveforms or certain approximate step waveforms according to FIG. 10b, z. B. the waveform of the n-function, a sine waveform, a step waveform or the like. The rise and fall of the triangular waveform and the trapezoidal waveform can be changed during the operation of the electrical discharge machining. A choke is not provided in the circuit, and accordingly no spark voltage occurs and the transistors last longer in operation. The switching transistors 27 and the collector resistors 29 for applying the voltage to the working gap according to FIG. 6 can be implemented by one or a plurality of the other switching transistors 1 a, 1 b, 1 ... 1n or 4a, 4b, 4c ...
4n to be replaced. If the collector resistance 29 according to FIG. 6 is quite high, it is not necessary to switch off the switching transistor 27 at the time when the start of the discharge is determined by the signal S2.
The pulse current having the special waveform according to the present embodiment also includes a shape in which a rectangular waveform is combined with a special waveform with an inclined line. As already explained in detail, the pulse current can have a special waveform, such as. B. a triangular waveform obtained which has an ideal shape. In this way, the machining characteristics can be improved significantly, and the consumption of electrodes can be reduced to a minimum.
If a pulse current with a special waveform is applied to the working gap, the rise time for the respective waveform is very important for reducing the electrode consumption.
Another embodiment of the invention is to change the rise time in accordance with the peak value of the pulse current at the working gap, whereby the electrode consumption ratio can be reduced and the machining characteristics can be improved.
Fig. 11 shows the relationship between the rise time of the current waveform and the electrode consumption ratio.
The solid lines relate to a current peak value of 90 A. The dash-dotted lines relate to a current peak value of 36 A and the dashed lines relate to a current peak value of 19 A.
When the rise time is 0, it is the square waveform which is used in conventional electrical discharge machining. It can now be seen from Fig. 11 that the electrode consumption ratio can be reduced significantly as compared with the conventional method with a rectangular pulse waveform by appropriately selecting the rise time of the pulse current in relation to the peak value of the pulse current. The desired ratios exist when a rise time of about 0.5-1 sec comes to a peak value of 1 A if a workpiece made of hard metal is machined, the electrode consumption ratio being at a minimum.
If the electrical discharge machining is carried out using current pulses with the special waveform and with the special relationship between the rise time and the peak value of the pulse current, the electrode consumption ratio can advantageously be reduced to about 7 to 8% in the entire range of roughing with high energy per Impulse to finishing with low energy per impulse.
In the embodiment described, the rise of the waveform is regulated linearly. It is clear, however, that a similar effect can be achieved if one regulates the rise time of 0.5-1 μsec per current peak value of 1 A according to FIG. In the exemplary embodiments selected here, the electrode is made of copper and the workpiece is made of hard metal. However, the relationship between the peak value of the pulse current and the rise time depends on the type of the starting material.
The principle of the present invention is to reduce the consumption of electrodes in the electrical discharge machining of workpieces using a pulse current by using a special oblique waveform (different from the rectangular waveform) and forming such a waveform using transistors and switching elements . There are several advantages over the conventional rectangular waveform method. FIG. 13 shows the voltage waveform at the working gap in the device according to FIG. 6 and the current waveform. In Fig. 13, reference numeral 7 denotes the voltage pulse width. The reference numeral 8 denotes the rest time. The reference numeral 9 denotes the time interval during which a voltage is applied, but no discharge takes place.
Numeral 10 denotes the duration of discharge, and numeral 11 denotes the voltage without discharge, and numeral 12 denotes the voltage during discharge. Numeral 13 denotes the discharge current, and numeral 15 denotes the mean machining current.
Fig. 13 corresponds to Fig. 2 of a conventional method except that the current waveform is not a rectangular shape but a triangular shape. As long as the processing is stable, there is a high probability that the pulse section will appear where there is a voltage but no discharge takes place. The mean time interval during which no discharge takes place but a voltage is applied is regulated by a servo mechanism so that the mean machining voltage is constant.
However, even with the method according to the invention, there is now and then a deterioration in the condition of the working gap due to deposited powder particles or the like. As a result, the time interval during which a voltage is applied but no discharge takes place becomes shorter and it finally disappears, so that the discharge concentrates on a specific point and creates an undesired depression here. If, in the method according to the invention, such a reduction in the period of time during which the voltage is applied but no discharge takes place occurs, the discharge initially begins with low current values, the time interval between the start of the discharge and the high discharge value being controlled and thus also the mean machining current is controlled.
Thus, the embodiment according to the invention also has a favorable effect in the event of a deterioration in the working gap, since the state at the working gap recovers quickly and the machining is stabilized again. This stabilization process responds very quickly.
14 shows the principle of another embodiment of the invention. Figure 14a shows an electrode voltage waveform. A specific period of time z is established here.
If the time interval 9 during which a voltage is applied but no discharge takes place is longer than rs, the processing is carried out according to the pulse current of waveform 35. If, on the other hand, the time interval 9, during which a voltage is applied but no discharge takes place, is shorter than z, a very small discharge current 37 initially flows according to the pulse shape 36, which essentially does not affect the machining process. This small discharge current flows for a period of time 38 and is then changed depending on the time interval 9 during which a voltage is applied but no discharge takes place, as a result of which the mean machining current is reduced.
Fig. 15a shows the electrode voltage waveform in a practical embodiment, and Fig. 15b shows the corresponding current waveform. In the case of the electrode voltage waveforms 39 and 42, the time interval during which a voltage is applied but no discharge takes place is longer than z ,, so that the machining is carried out with a relatively large discharge current shortly after the start of the discharge. In the case of electrode voltage waveforms 40 and 41, the period of time during which a voltage is applied but no discharge takes place is shorter than z ,, so that only a small discharge current flows in the initial phase of the discharge, with the discharge current only increasing again after a certain period of time.
16 shows a circuit for such an embodiment, the reference numeral 47 denoting a detector for determining the state at the working gap. Numeral 48 denotes a reference circuit. The time interval during which a voltage is applied but no discharge takes place is measured by the detector 47. This time interval is compared with the predetermined time interval z, of the reference circuit 48.
If the time interval during which a voltage is applied but no discharge takes place is shorter than z, then a signal for switching on one or a part of the switching transistors la, lb, in ... 1n is generated and reaches the control circuit 2. On the other hand the device for forming the pulse with a special waveform in the control circuit 2 is activated right from the start of the discharge. However, the signal does not reach the base of the transistors. After a certain delay time, which depends on the time interval during which a voltage is applied but no discharge takes place, a signal is sent from the reference circuit 48 to the control circuit 2.
This signal is used to switch off the gate of the transistors and to switch off the circuit part for forming the respective special waveform in the control circuit (which is activated when the discharge begins). The signal emanating from the control circuit 2 reaches the bases of the switching transistors 1 a, 1 b, 1 ... ln, so that the switching transistors are switched on. Accordingly, the impulse current from a direct current source 3 reaches the working gap between electrode 5 and workpiece 6 via switching transistors 1 a, 1 b, in ... 1n and collector resistors 4a, 4b, 4c ... 4n.
In the previous embodiments, it was assumed that the triangular waveform has the peak value in the middle range. However, it is also possible to choose a triangular pulse waveform with the peak value in the front range.
According to the principle described, it is possible to carry out optimal machining by first selecting a small and medium discharge current at the time of the start of the discharge, and then increasing the discharge current after a certain period of time, which depends on the condition of the working gap.
Another embodiment is shown in FIGS. 17 and 18, the mean machining current also being changed depending on the state at the working gap. If the condition at the working gap deteriorates in this embodiment so that the time interval during which a voltage is applied but no discharge takes place essentially disappears, the rise and / or fall of the waveform of the current pulse is regulated in such a way that the rise at respective pulse becomes smaller, the slope of the time interval during which a voltage is applied but no discharge takes place. In this way, the mean machining current can also be controlled excellently.
In this embodiment, too, the control device responds quickly to any malfunctions, and if the condition at the working gap deteriorates and even if the working gap is completely disturbed, it quickly recovers and resumes a stable machining condition. If the rise in the waveform of the current pulse has a smaller slope, the electrode consumption is reduced as shown in FIGS. 11 and 12. This is a major benefit.
Fig. 17a shows an electrode voltage waveform in practical operation. Figure 1 7b shows the corresponding voltage waveform. In Figs. 17a and 17b, reference numerals 39 and 42 denote electrode voltage waveforms in the stable machining operation. Reference numerals 47 and 50 denote the corresponding current waveforms. Compared to waveforms 39 and 42, waveform 40 appears when the time interval during which a voltage is applied but no discharge takes place is quite short and the state at the working gap is thus disturbed to a certain extent.
The waveform 41 appears when the time interval during which a voltage is applied but no discharge takes place disappears completely and the state at the working gap is completely unstable.
If, according to waveforms 39 and 42, the state at the working gap is stable, the workpiece is machined in a conventional manner by pulse currents with a square waveform according to the reference numerals 47 and 50. If, however, the time interval during which no discharge takes place but a voltage is applied is shorter than a predetermined period of time, the rise in the current pulse is changed in such a way that the waveforms according to reference number 48 or 49 result, depending on the length the time interval during which a voltage is applied but no discharge takes place. In this way, if the condition at the working gap is disturbed, it is possible to quickly reduce the average machining current so that the working gap can recover and stable operation is resumed.
18 shows a circuit diagram of this embodiment, the reference numeral 47 denoting a detector for determining the state at the working gap. Reference numeral 48 denotes a reference circuit, and reference numeral 51 denotes a memory device for storing various waveforms of the current pulses, the stored waveforms having different rise times. The time interval during which a voltage is applied but no discharge takes place is determined by the detector 47. The particular waveform of the memory device 51 is then selected by the reference circuit 48. This happens depending on the time interval during which a voltage is applied but no discharge takes place. The information relating to the selected waveform then reaches the control circuit 2.
The signal from the control circuit 2 then reaches the bases of the transistors la, lb, in ... 1n and these are switched on one after the other. The pulse current of the specific waveform flows from the same power source 3 via the switching transistors la, lb, in ... 1n and the collector resistors 4a, 4b, 4c ... 4n to the working gap between electrode 5 and workpiece 6. In the storage device for storage of the waveforms 51, the respective switch-on times of the switching transistors la, lb, in ... ln are recorded.
As shown in FIG. 19, it is possible to store a wide variety of waveforms in this memory device 51 and to set the respective waveform for the current pulse manually as desired.
In the above embodiment, the waveform of the current pulse is changed while the current peak value is kept constant. However, it is also possible to change the current peak value.
FIG. 20 shows an embodiment of the detector for determining the state at the working gap 47 and the reference circuit 48 according to FIGS. 16 and 18.
In the detector 47, resistors R1, R2, R3 are in series between the electrode 5 and the workpiece 6. The voltages at the connections of these resistors are applied to the bases of transistors Tri, T via Zener diodes Zn1, ZD2. The collector of the transistor Tri is connected to the end of a NOT gate NOT1 and to the end of the AND gate AND1. The collector of the transistor Tr2 is connected to the other end of the AND gate AND1 through a NOT gate NOT2.
The reference circuit 48 consists of the flip-flop FF, the AND gate AND2 and a binary counter which is operated by the AND gate. The flip-flop FF1 actuates the clock (clock 31 in FIG. 6 or clock pulse CP in FIG. 8) on the basis of an input signal at connection BA for determining the discharge and at connection B for determining the idle time.
The AND gate AND2 generates a signal when it receives the signal from the terminal A for the detection of an unloaded voltage and the signal at the input of the clock, the frequency of which is changed as a function of the predetermined time interval rs. The circuit shown in FIG. 20 will now be explained in more detail for the case of the embodiment according to FIG. 16 and the control method according to FIG.
If there is a voltage at the working gap at which no discharge takes place, the signal at connection A has the value 1 and the gate in AND gate AND2 is opened, so that clock pulse C2 reaches the binary counter. When the binary counter receives a pulse, am has the value 1. If the binary counter receives 2 pulses, a, l and am have the value 1. When finally the binary counter receives m pulses, a1, a2 ... am have the value 1.
If the time interval during which a voltage is applied but no discharge takes place is longer than the predetermined time interval rs (case 39 of FIG. 15), the output signal of the value 1 is present at the connection of the counter, so that the gates 62a, 62b ... 62n of the control circuit 2 according to FIG. 8 are open. Thus, at the beginning of the discharge, a signal of the value 1 is present at the connection BA and this signal reaches the clock generator through the flip-flop FFl, whereby the clock generator is activated, and the outputs at the JK flip-flops 70a, 70b ... 70n get the value 1 one after the other.
The signal then passes through the open gate 62a, 62b ... 62n, so that the respective transistors are switched on. In this way, the current waveform 43 comes about.
On the other hand, if the time interval during which a voltage is applied but no discharge takes place is shorter than the predetermined time interval Ts (see case 40 of FIG. 15), then a discharge begins before all gates 62a, 62b ... 62n are open . The signal thus only passes through the gates 62a, 62b, which are open due to the output signals of the first J-K flip-flops 70a, 70b. Therefore, only some of the transistors are switched on, a discharge current flowing according to waveform 44 in FIG.
In the case of the embodiment according to FIG. 18 and the control method according to FIG. 17, the output signal of the binary counter of the reference circuit 48 of FIG. 20 reaches the memory device 51, the respectively desired stored waveform being selected by the memory elements. The detector 47 for determining the state at the working gap can serve as a detector 30 for determining the start of discharge according to FIG.
PATENT CLAIM 1
Process for electrical discharge machining of a workpiece by intermittently applying controlled discharge current pulses to a working gap using a large number of semiconductor switching elements, characterized in that discharge current pulses with a waveform different from the square wave are used, and that this waveform is obtained by selectively switching the individual semiconductor switching elements on and / or off is formed in a predetermined order and at predetermined intervals.
SUBCLAIMS
1. The method according to claim I, characterized in that the rise time of the discharge current pulse in
Depending on the peak value of the discharge current is selected.
2. The method according to dependent claim 1, characterized in that a rise time of the discharge current pulse of 0.5 to 1.0 sec is selected for each 1 ampere of the peak value of the discharge pulse current.
3. The method according to claim I and subclaims
1 and 2, characterized in that the discharge current pulse is regulated in such a way that each discharge is complete and, from the start of the discharge, with an inclined
Discharge waveform is effected.
4. The method according to claim I and subclaims
1 and 2, characterized in that the time interval between the application of a voltage pulse to the working gap and the start of the discharge is measured and that the discharge current waveform is changed as a function of the measured time interval.
5. The method according to dependent claim 4, characterized in that if the measured time interval falls below the predetermined time interval, a current that does not contribute to the machining of the workpiece is brought about during a certain initial period of the discharge.
6. The method according to claim I and dependent claims 1 to 5, characterized in that depending on the state of the working gap, the most favorable waveform is selected from a plurality of discharge current waveforms stored in a program.
7. The method according to dependent claim 6, characterized in that the selection of a certain inclined discharge current waveform depending on the measured time interval between the application of the working gap with a voltage pulse and the start of the discharge is made.
8. The method according to dependent claims 6 and 7, characterized in that in the case of a time interval between the application of a voltage pulse and the start of the discharge, which is greater than a predetermined time interval, a discharge current pulse with a rectangular waveform is selected, while for the case that this time interval is shorter than the predetermined time interval, a discharge current pulse with an oblique waveform is selected.
9. The method according to dependent claims 4 to 8, characterized in that the working gap is only subjected to a discharge current pulse with a changed oblique pulse shape if the time interval between the application of a voltage pulse to the working gap and the start of the discharge is shorter than a predetermined time interval.
PATENT CLAIM II
Apparatus for carrying out the method according to claim 1 and dependent claims 1 to 9 with a plurality of semiconductor switching elements for controlling the voltage applied to the working gap, characterized by a control device (2) for selective successive switching on and / or off of the switching elements (la, lb, 1c .. ion), so that the working gap is subjected to inclined current pulses.
SUBCLAIMS
10. The device according to claim II, characterized in that the control device (2) comprises a plurality of flip-flop circuits (70a, 70b, 70c.. 70n), which can be switched in sequence by a clock pulse, the inputs of the switching elements (la, lb, in ... ln) are acted upon by the output signals of the flip-flop circuits (70a, 70b, 70c ... 70n).
11. Device according to claim II and dependent claim 10, characterized by a program device (61) for defining the desired discharge current waveform between the control device (2) and the switching elements (la, lb, in ... ln).
12. The device according to dependent claim 11, characterized in that the program device (61) has X control lines and Y control lines arranged in matrix form, which can be connected by plug-in pins (63) at the crossing points and that the output connections of the flip-flop circuits (70a, 70b, 70c ... 70n) are connected to the X control lines and the input connections of the switching elements (la, lb, 1 .... ln) are connected to the Y control lines.
13. The device according to claim II and dependent claims 10 to 12, characterized by a measuring device (30) which is responsive to the start of the discharge and by a control element (31) which responds to the signal of the
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