CH656818A5

CH656818A5 - Energiezuliefereinheit fuer eine funkenerosionsmaschine.

Info

Publication number: CH656818A5
Application number: CH932/82A
Authority: CH
Inventors: Kasuo Tsurumoto; Yoshio Ozaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1981-02-13
Filing date: 1982-02-15
Publication date: 1986-07-31
Also published as: US4447713A; JPS6150737B2; DE3204838A1; DE3204838C2; JPS57138530A

Description

Die Erfindung betrifft eine Energiezuliefereinheit für eine Funkenerosionsmaschine.

In einer herkömmlichen derartigen Zuliefereinheit, wie sie in Fig. la gezeigt ist, ist der Ausgang einer Gleichstromquelle 10 über einen Widerstand 12 und einen Schaltstromkreis 14 an einen Entladungskondensator 16 angelegt, zur Erhöhung der Spannung zwischen den Anschlussklemmen des Kondensators 16. Wenn die Spannung in einem Aus-5 mass erhöht ist, dass die Isolation in der Funkenstrecke zwischen einer drahtförmigen Elektrode 18 und einem Werkstück 20 überwunden ist. so wird die im Kondensator 16 aufgespeicherte elektrostatische Energie durch Elektroentla-dung (oder Funkenentladung) abgegeben, welche Entladung io im Erosionsspalt bzw. der Funkenstrecke stattfindet, mit dem Ergebnis, dass diese Energie in thermische Energie umgewandelt wird, die zur Bearbeitung des Werkstückes 20 gebraucht wird. Der Schaltstromkreis 14 enthält ein Halbleiterschaltelement wie zum Beispiel einen Transistor und wird i5 periodisch geöffnet und geschlossen nach Massgabe eines Pulssignals aus einem Oszillator 22. Die Wellenformen der Spannung und des Stromes, die an die Funkenstrecke angelegt werden durch den Schaltstromkreis 14 hindurch, sind nicht stets konstant wie in den Fig. lb und lc gezeigt; mit 20 anderen Worten, sie sind variabel. Dies ist auf folgende Gründe zurückzuführen: eine Bearbeitungslösung wird im allgemeinen in die Funkenerosionsstrecke eingespritzt und es liegen Metallpartikel, die aus dem Bearbeitungsvorgang entstehen, in der Funkenerosionsstrecke. Demzufolge sind die 25 elektrischen Isolationsverhältnisse in dieser Funkenerosionsstrecke in der Zeit variabel, was zur Folge hat, dass die Entladungsanfangsspannung jedesmal verschieden ist. Daraus ergibt sich, dass die Entladungsenergie von Entladung zu Entladung verschieden ausfallt. Wegen dieser Fluktuation 30 ist die Möglichkeit einer Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit und Oberflächenrauhheit sehr beschränkt mit dieser vorbekannten Speiseeinheit der Fig. la. Um die Bearbeitungsgeschwindigkeit erhöhen zu können, ist es in erster Linie wichtig, auch die Entladungsenergie zu erhöhen. Zu die-35 sem Zweck ist es erforderlich, entweder die Kapazität des Kondensators 16 oder die Ausgangsspannung E der Gleichstromquelle 10 zu erhöhen. Bei der einen oder anderen solchen Erhöhung ist aber ein Brechen der Drahtelektrode 18 zu gewärtigen, wie dies in Fachkreisen wohl bekannt ist. ■so Demzufolge ist eine Erhöhung der Bearbeitungsgeschwindigkeit bei Verwendung der herkömmlichen Energiezuliefereinheit schwerlich möglich.

Ein anderes Beispiel einer bekannten Energiezuliefereinheit für eine Funkenerosionsmaschine ist in der Fig. 2a ge-45 zeigt. In dieser Einheit wird kein Entladungskondensator 16 verwendet, sondern der Ausgang einer Gleichstromquelle 10 wird durch einen Schaltstromkreis 14 an die Funkenerosionsstrecke angelegt. Infolge Wegfalles des Entladungskondensators muss der Entladungsstrom einen hohen Spitzen-50 wert und eine geringe Pulsweite haben. Deshalb muss der Funkenerosionsstrecke direkt ein grosser Entladungsstrompuls zugeleitet werden, der sehr steil anschwellt und abfallt. Dies zu erreichen ist jedoch schwierig, da man eingeschränkt ist durch die Schaltgeschwindungscharakteristik bzw. Spit-55 zenkapazität des Halbleiterschaltelementes, oder auch beschränkt ist durch die Induktanzverteilung im Stromweg. Somit sind die Wellenformen der Spannungs- und der Stromkurve für die in der Fig. 2a gezeigte Einheit etwa so variabel wie dies in den Fig. 2b und 2c gezeigt ist. Zusätzlich 60 ist wegen den eben erwähnten Schwierigkeiten jede Vergrös-serung der Bearbeitungsgeschwindigkeit schwerlich erreichbar.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Energiezuliefereinheit für eine Funkenerosionsmaschine zu 65 schaffen, die so ausgebildet ist, dass sogar dann, wenn sich die Verhältnisse in der Funkenerosionsstrecke zeitlich ändern, sie trotzdem eine weitgehend gleichmässige Entladungsenergie liefern kann, wodurch die Bearbeitungsge

schwindigkeit und -genauigkeit erhöht werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe wird in einer Ausbildung gesehen, wie sie im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 umschrieben ist. Inbezug auf weitere Besonderheiten von Ausführungsformen wird auf die abhängigen Ansprüche hingewiesen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielsweise erläutert.

Die Fig. la und 2a zeigen die Schaltungen von zwei bekannten Energiezuliefereinheiten,

die Fig. lb, lc, 2b und 2c zeigen die graphische Darstellung von Spannungen bzw. Strömen der bekannten Einheiten gemäss den Fig. la bzw. 2a,

die Fig. 3 zeigt ein Stromkreisbild eines Ausführungsbeispieles des Erfindungsgegenstandes,

die Fig. 4a und 4g sind Diagramme, anhand welcher der Betrieb verschiedener Teile der in Fig. 3 gezeigten Einheit erläutert wird und

Fig. 5 eine Ausführungsvariante des in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispieles.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4a bis 4g erläutert. Die in Fig. 3 gezeigte Einheit weist eine erste Gleichstromquelle 24 auf, deren Spannung geändert werden kann, sowie eine zweite Gleichstromquelle 26. Normalerweise sind die Spannung Ei der ersten Gleichstromquelle 23 und die Spannung E2 der zweiten Gleichstromquelle so eingestellt, dass Ei < E2 ist. Das Anlegen des Ausganges der ersten Gleichstromquelle 24 wird durch einen Hilfsschaltkreis 28 gesteuert, währenddem das Anlegen des Ausganges aus der zweiten Gleichstromquelle 26 durch einen Hauptschaltkreis 30 gesteuert wird. Die Schaltkreise 28 und 30 sind aus Halbleiterschaltern mit grosser Kapazität zusammengesetzt. Lediglich zur Veranschaulichung ist der Hauptschaltkreis 30 dargestellt als ein Transistor; dieser Schaltkreis ist jedoch in Wirklichkeit zusammengesetzt aus einer Anzahl von Schalttransistoren mit hoher Schaltgeschwindigkeit und hoher Kapazität. Die in Fig. 3 gezeigte Einheit weist des weiteren einen Selbstoszillator 32 auf für das periodische Erzeugen eines Pulssignals, ferner einen Verzögerungs- und Differenzierungskreis 34, der an den Ausgang des Oszillators 32 angeschlossen ist, ferner ein UND-Tor 36, ferner einen Einzigschussmultivibrator 38 der arbeitet nach Massgabe des Anstieges des Auslasses aus dem UND-Tor 36; einen Nebenschlusswiderstand 40; einen Differentialverstärker, der den Strom im Widerstand wahrnimmt aus einer Spannung, die am Widerstand 40 angelegt ist, und ihn verstärkt; und eine Rückstromauslösevorrichtung 44, die gemäss dem Ausgang aus dem Verstärker 42 einen Ausgang liefert auf einem logischen Niveau «1» oder «0». Rückstromblockierdioden 46 und 48 sind in Serie mit den Gleichstromquellen 24 bzw. 26 geschaltet. Die Rückstromauslösevorrichtung 44 ist so ausgelegt, dass sie aufgrund der Spannung am Nebenschlusswiderstand 40 die Veränderung wahrnimmt, die stattfindet, wenn eine elektrische Entladung in der Funkenerosionsstrecke zwischen der Drahtelektrode 18 und dem Werkstück 20 stattfindet, wobei sie die vorerwähnten Vorniveau- und Tiefniveauausgänge liefert. Der Hilfsschaltkreis 28 wird periodisch betrieben (geöffnet und geschlossen) durch das vom Oszillator ausgehende Pulssignal. Der Hauptschaltkreis 30 wird betrieben durch den Ausgang des Einzigschussmultivibrators 38.

Die Rückstromauslösevorrichtung 44 hat zwei Spannungen Esl und Es2 (0 < Esi < Es2), gegen welche die Eingangsspannung Ej verglichen wird. Die Bezugsspannungen sind so gewählt, dass sie der Bedingung (Esl < Ej < Es2) genügen, wenn die Eingangsspannung Ej auf einem Wert liegt, der erreicht wird wenn die elektrische Entladung normal ausgeführt wird (vgl. Fig. 4). Nur wenn EsS < Ej < Es2 ist, liefert

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die Vorrichtung 44 den Ausgang «1». Wenn hingegen Es2

< Ej ist, so findet keine elektrische Entladung statt und liefert demzufolge die Vorrichtung 44 den Ausgang «0». Wenn Ej

< EsI ist, so berührt die Elektrode das Werkstück und liefert 5 die Vorrichtung 44 den Ausgang «0».

Die Arbeitsweise der in Fig. 3 gezeigten Einheit wird nun unter Heranziehung der Wellenformdiagramme, die in den Fig. 4a bis 4g wiedergegeben sind, erläutert.

Der Ausgang S3 (Fig. 4d) der Rückstromauslösevorrich-lo tung 44 und der Ausgang S2 (Fig. 4c) des Verzögerungs- und Differenzierungsstromkreises 34, der vom Ausgangssignal Si (Fig. 4b) des Oszillators 32 abgeleitet ist, bilden Eingänge zu dem AND-Tor 36. Der resultierende Ausgang S4 (Fig. 4e) wird dann benützt zum Auslösen des Vibrators 38. Dieser 15 trägt einen Ausgang S5 (Fig. 4f) der benützt wird zum Schliessen des Hauptschaltkreises 30.

Somit wird der Hilfsschaltkreis 28 leitend gemacht, zwecks Anlegens der Spannung Ei an die Funkenerosionsstrecke. Wenn eine vorbestimmte Verzögerungszeit Td ver-20 strichen ist nach Anlegen der Spannung Ei, so kann der Hauptschaltkreis 30 betätigt werden, je nachdem, ob eine eletrische Entladung stattfindet oder nicht.

Im einzelnen ist zu sagen, dass nur falls eine elektrische Entladung in normaler Weise stattfindet, mit der Ausgangs-25 Spannung Ei nach der Zeit Td, die zweite Stromquelle 26 eine verhältnismässig hohe Ausgangsspannung und einen Spitzenstrom liefern wird, dies nacheinander, zum Halten der elektrischen Entladung während der Ausgangsabgabezeit Ton des Multivibrators 38. Wenn die elektrische Entladung 30 fortgesetzt wird durch die zweite Stromquelle 26 wie oben beschrieben, wird ein grosser Spitzenstrom an die Funkenerosionsstrecke abgegeben, schon zu Beginn der elektrischen Entladung. Hieraus ergibt sich, dass sogar wenn die elektrischen Bedingungen in der Funkenerosionsstrecke geändert 35 werden, die Wellenform des Entladungsstromes Ig gleich-mässig ist wie in Fig. 4g gezeigt, und es kann ein grosser Spitzenstrom geliefert werden. In diesem Falle überschreitet die angelegte Spannung Vg die Spannung Ei der ersten Gleichstromquelle nicht, so wie dies in Fig. 4a gezeigt ist. 40 Demzufolge kann durch Veränderung der Spannung Ei der ersten Gleichstromquelle 24 die Anfangsspannung der Entladung gewählt werden, unbekümmert um die Entladungsenergie. Dies bedeutet, dass die Anfangsspannung der örtlichen Entladung auf einen geeigneten Wert eingestellt werden 45 kann, bei dem ein Brechen der Drahtelektrode nicht zu erwarten ist.

Die vorangegangene Beschreibung dient nur zur Erläuterung der Erfindung; es können am beschriebenen Ausführungsbeispiel mannigfache Änderungen vorgenommen wer-50 den.

Eine solche Änderung der in Fig. 3 gezeigten Einheit ist in der Fig. 5 veranschaulicht. In dieser Ausführungsvariante wird der Zwischenelektrodenzustand wahrgenommen aufgrund der Funkenstreckenspannung Vg. Der Differentialver-55 stärker 42 ist direkt an die drahtförmige Elektrode 18 angekuppelt und auch am Werkstück 20, wogegen die Rückstromauslösevorrichtung 44 dahin wirkt, dass sie zwischen Normalbetriebszustand, Kurzschlusszustand und Nichtent-ladungszustand unterscheidet aufgrund des Ausganges aus 60 dem Differentialverstärker 42.

Wie auch schon aus der vorangegangenen Beschreibung entnommen werden kann, kann die erfindungsgemässe Einheit verhältnismässig gleichmässige Entladungsenergie liefern, sogar wenn die Zustände in der Funkenerosionsstrecke es mit der Zeit ändern. Demzufolge kann die erfindungsgemässe Einheit dienen zum Erhöhen der Bearbeitungsgenauigkeit und insbesondere der Oberflächenrauhheit des Werkstückes, und auch zum Erhöhen der Bearbeitungsgeschwindigkeit.

2 Blatt Zeichnungen

Claims

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2. Einheit nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Oszillatormittel (32) zum Erzeugen des periodischen Pulssignals.

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PATENTANSPRÜCHE

!. fcnergiezuliefereinheit für eine Funkenerosionsmaschine, gekennzeichnet durch:

eine erste Gleichstromquelle (24), deren Spannung variabel ist;

Hilfsschaltmittel (28) zum Steuern des Anlegens eines Ausganges dieser ersten Gleichstromquelle an die Funkenstrecke der Maschine, welche Hilfsschaltmittel öffnen- und schliessbar sind nach Massgabe eines periodischen Pulssignals;

eine zweite Gleichstromquelle (26) deren Ausgangsspannung höher ist als diejenige der ersten Gleichstromquelle;

Hauptschaltmittel (30) zum Steuern des Anlegens eines Ausganges der zweiten Gleichstromquelle an die Funkenstrecke der Maschine, welche Hauptschaltmittel ein Halbleiterschaltelement einschliessen und ein Spitzenstromzufuhr-vermögen haben, das grösser ist als jenes der Hilfsschaltmittel;

eine Rückstromauslösevorrichtung (44) zum Wahrnehmen des elektrischen Zustandes der Funkenstrecke im Verlauf einer vorbestimmten Zeitperiode nach Anlegen der Ausgangsspannung der ersten Gleichstromquelle an die Funkenstrecke, und zum Wahrnehmen des Zustandes der Funkenstrecke, wobei die Hauptschaltmittel geöffnet und geschlos- ' sen werden nach Massgabe eines Ausganges dieser Rückstromauslösevorrichtung.
3. Einheit nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen UND-Stromkreis (36) und Verzögerungs- und Differentiationsmittel (34), welch letzteren das periodische Pulssignal empfangen und ein verzögertes Ausgangssignal erzeugen, welches dem einen Eingang des UND-Stromkreises zugeführt wird.
4. Einheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

dass das Ausgangssignal der Rückstromauslösevorrichtung ein zweites Eingangssignal des UND-Stromkreises bildet, wobei die Rückstromauslösevorrichtung nur während normaler elektrischer Entladung der Funkenerosionsmaschine ein hohes Ausgangsniveau hat.
5. Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die Rückstromauslösevorrichtung eingerichtet ist zum Vergleichen einer Eingangsspannung mit zwei Bezugsspannungen, die so gewählt sind, dass der Bereich zwischen diesen Spannungen der normalen elektrischen Entladung der Funkenerosionsmaschine entspricht.
6. Einheit nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Multi-vibrationsmittel, die einen Ausgang des UND-Stromkreises aufnehmen, der wenn ausgelöst, die Hauptschaltmittel schliesst.
7. Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass sie einen Nebenschlusswiderstand (40) aufweist, der elektrisch an das in die Maschine eingesetzte Werkstück an-schliessbar ist, und Verstärkungsmittel, die über diesem Nebenschlusswiderstand angeschlossen sind, wobei ein Ausgangssignal der Verstärkermittel ein Eingangssignal der Rückstromauslösevorrichtung bildet.
8. Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass sie einen Verstärker aufweist, der über die Funkenstrek-ke verbunden ist, wobei ein Ausgangssignal dieses Verstärkers ein Eingangssignal der Rückstromauslösevorrichtung bildet.