CH657299A5

CH657299A5 - Schaltungsanordnung zum betrieb einer funkenerosionsmaschine.

Info

Publication number: CH657299A5
Application number: CH4032/80A
Authority: CH
Inventors: Oliver A Jun Bell; Randall C Gilleland; Davey J Chance
Original assignee: Colt Ind Operating Corp Elox D
Priority date: 1979-05-24
Filing date: 1980-05-22
Publication date: 1986-08-29
Also published as: GB2052341A; GB2052341B; US4306135A; CA1132201A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Funkenerosionsmaschine gemäss dem Gattungsbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1.

45 Die Technik der Funkenerosionsmaschinen hat sich vom anfänglichen Stand, bei dem Kipposzillatoren zur Erzeugung der Bearbeitungsimpulse verwendet wurden, weiterentwik-kelt. Unabhängige zeitlich und amplitudenmässig gesteuerte Impulsgeneratoren sind nun bald allgemein in Verwendung, so und bei derartigen Impulsgeneratoren werden elektronische Schalter in Form von Festkörperschaltern oder Reihen von parallel geschalteten Schaltern insbesondere Transistoren verwendet. Diese Schalter dienen zur Zuleitung der Bearbeitungsimpulse zum Bearbeitungsspalt.

55 Beim Bearbeitungsverfahren mit solchen Funkenerosionsmaschinen, die im nachhinein mit FEM bezeichnet werden, ist es notwendig, dass mit der Entfernung des Werkstückmaterials ein vorbestimmter Spalt zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück mittels eines Nachlaufsystems bei-60 behalten wird, welches Nachlaufsystem einen kontinuierlichen Vorschub in das Werkstück hinein und in Richtung zu demselben hin gewährleistet und zwar in dem Masse, wie Material entfernt wird. Während des Funkenerosionsprozesses wird ein flüssiges Kühlmittel durch den Bearbeitungsspalt ge-65 führt, um die entfernten Werkstückpartikeln vom Spalt weg-zuspühlen. Das Kühlmittel wird gewöhnlich unter Druck mittels einer Pumpe durch eine oder mehrere Öffnungen in der Elektrode und/oder im Werkstück abgegeben.

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Eine bestimmende Eigenschaft von Funkenerosionsma- stroms zu einem FEM-Spalt. Der Ausgangsstrom wird in lischinen liegt darin, dass die Kühlflüssigkeit eine dielektrische nearer Weise gemäss einer von aussen zugeführten Steuer-Flüssigkeit wie Kerosin, Transformeröl, destilliertes Wasser Spannung gesteuert. Die Steuerspannung wird z.B. der Toroder dgl. ist. Die dielektrische Flüssigkeit wird sehr rasch zer- elektrode eines Leistungs-FET zugeführt, welcher FET sich setzt und bildet begrenzte Gebiete durch die Wirkung der Be- 5 z.B. als elektronisches Schaltelement in diesem Strommodul arbeitungsimpulse, die zwischen den nahe beieinanderliegen- befindet. Die Steuerspannung kann von einem peripheren den Oberflächen der Werkzeugelektrode einerseits und des Eingabemittel wie ein Tastenfeld oder ein Mikroprozessor geWerkstücks anderseits geleitet werden. Zur Steuerung des geben werden, der eine binäre Darstellung der gewünschten Nachlaufsteuersystems wird im allgemeinen ein elektrisches Stromstärke aufweist. Die Spannung wird dann durch einen Signal aus dem Bearbeitungsspalt erzeugt, um die Grösse und 10 Digital-Analogwandler geleitet und dann dazu verwendet, Richtung des Nachlaufs zu steuern. In vielen Fällen wird die- um die Amplitude der Spannungsimpulse, die dem Leistungs-ses Bearbeitungsspaltsignal mit einer einstellbaren Referenz- FET zugeleitet werden, zu steuern.

Spannung verglichen, so dass der Maschinenoperateur die Es ist auch möglich, eine Steuerspannung mittels eines Po-Nachlaufgeschwindigkeit auswählen kann. tentiometers zu erzeugen, das dann von Hand durch den Opeln Präzisions-FEM ist es notwendig, den Bearbeitungs- 15 rateur eingestellt werden kann.

ström, der dem Bearbeitungsspalt zugeführt wird, genaustens Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend zu steuern. Diese Steuerung wurde bisher im allgemeinen anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

durch Anschalten von einem oder mehreren Strombegren- Fig. 1 ein kombiniertes Block- und Linienschema zur zungswiderständen im Leitungszug des Bearbeitungsstroms Darstellung der Grundausrüstung einer FEM-Stromver-

durchgeführt. Dies führt notwendigerweise zu einer nichtli- 20 sorgung,

nearen Stromsteuerung. Zusätzliche Probleme ergaben sich Fig. 2 eine Strom/Spannungskurve zur Erläuterung des durch die Relais, mit denen die Widerstände in den Strom- Betriebs der erfinderischen Anordnung,

kreis geschaltet wurden. Fig. 3 ein kombiniertes Block- und Linienschema einer

Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu beheben andern Ausführungsform der Erfindung, und und eine einfache Schaltungsanordnung zu schaffen, mit der 25 Fig. 4 ein kombiniertes Block- und Linienschema einer eine lineare Stromsteuerung ermöglicht wird. dritten Ausführungsform der Erfindung.

Erfindungsgemäss wird dies durch die Merkmale im Fig. 1 zeigt die Grundelemente der Stromversorgung einer kennzeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruchs 1 Funkenerosionsmaschine. Diese umfasst einen Multivibrator erreicht. 20 und einen Treibertransistor 22. Auslöseimpulse gelangen In der Beschreibung wird unter dem Ausdruck «elektroni- 30 vom Multivibrator 20 an die Basis des Treibertransistors 22. scher Schalter» jede elektrische Steueranordnung verstanden, Ein Strommodul 24 dient zur Erzeugung der Bearbeitungsim-die verschiedene Elektroden aufweist, von denen wenigstens pulse für einen FEM-Bearbeitungsspalt mit einer Elektrode zwei als Haupt- oder Leistungsstromelektroden bezeichnet 26 und einem Werkstück 28. Der Strommodul 24 ist ein elek-werden können und die den Stromfluss steuern, und bei denen tronisches Schaltelement, das einen Leistungs-FET 30 um-die Leitfähigkeit zwischen den Hauptelektroden im allgemei- 35 fasst. Der Leistungs-FET 30 ist mit der Torelektrode an den nen durch eine Steuerelektrode gesteuert wird, wodurch die Ausgang des Treibertransistors 22 angeschaltet. Er wird da-Leitfähigkeit der stromführenden Leitung statisch oder elek- mit leitend und sperrend geschaltet, um einzelne Bearbei-trisch ohne Bewegung von mechanischen Elementen inner- tungsimpulse an den Spalt zu liefern. Die Hauptgleichstrom-halb des Schalters gesteuert wird. In dieser Definition sind Versorgung 32 ist in Reihe mit dem Bearbeitungsspalt und Transistoren eingeschlossen, bei denen die Leitendschaltung 40 dem Quellen- und Senkanschluss des Leistungs-FET 30 ge-mittels einer Steuerspännung an die Steuerelektrode vorge- schaltet. Ein weiterer strombegrenzender Widerstand 34 liegt nommen wird und die Sperrendschaltung automatisch er- ebenfalls in Reihe mit dem Spalt, um eine genügende Sicherfolgt, wenn die Steuerspannung entfernt wird. Diese Defini- heitsgrenze für den Bearbeitungsstrom zu bewirken.

tion umfasst aber auch Torschaltungen, bei denen die Leit- Fig. 1 zeigt zudem eine veränderbare Steuerspannungs-

endschaltung mittels einer Steuerspannung an einer Steuer- 45 anordnung, die eine wahlweise veränderbare Gleichspannung elektrode erreicht wird, welche Steuerspannung dann abge- beim Punkt P abgibt. Gemäss Fig. 1 wird ein Spannungsein-

schaltet wird und bei denen dann die Sperrendschaltung gang von einem Anschaltemittel abgegeben und liefert eine durch Anlegen einer folgenden Steuerspannung an die Steuer- binäre Darstellung des gewünschten Ausgangsstromes. Das elektrode bewirkt wird. Eine zusätzliche Klasse von elektroni- kann beispielsweise ein Rechnereingang, Mikroprozessorein-

schen Schaltern werden «elektronische Auslöseschaltungen» so gang, Tastenfeldeingang oder dgl. sein. Die vier Bits sind genannt und umfassen Thyratrone, gesteuerte Halbleiter, dann als Eingangssignale an einem Digital-Analogwandler 36

Gleichrichter und dgl. Unter dem Ausdruck elektronische eingespiesen. Der Ausgang aus dem Digital-Analogkonverter

Auslöseschaltung wird jeder elektronische Schalter verstan- 36 wird dann durch einen Spannungsgleichrichter 38 und den, der an seiner Steuerelektrode durch einen Impuls ausge- durch einen Seriewiderstand 40 geleitet und ergibt eine löst wird und der durch eine umgekehrte Spannung während 55 Steuerspannung am Punkt P. Damit stellt der Spannungspe-

einer genügend langen Zeit über ihren Hauptelektroden aus- gel am Punkt P die Steuerspannung dar, die der Torelektrode geschaltet wird. des Leistungs-FET 30 zugeleitet wird, und dient demgemäss

Eine ganz besondere Art eines elektronischen Schalters ist zur Steuerung des Stromausgangs aus dem Strommodul für in der Technik als Leistungsfeldeffekttransistor bekannt ge- den Arbeitsspalt.

worden. Ein solcher Transistor insbesondere ein VMOS-Lei- «o Im Betrieb bewirken die Ausgangsimpulse aus dem Multi-stungsfeldeffekttransistor wird in der nachfolgenden Be- vibrator 20 eine Leitend- und Sperrendschaltung des Transischreibung abgekürzt als Leistungs-FET bezeichnet. Lei- stors 22.

stungs-FET, die sich in Strommodulen für FEM-Anlagen Das Strommodul 24 wird durch den Leistungs-FET 30 eignen, werden durch Siliconix Incorporated, 401 Broad Hol- betrieben. Nach jedem Ausschalten des Leistungs-FET 30 low Road, Mellville, New York 11 746, hergestellt und ver- « kehrt die Torelektrode des Leistungs-FET 30 auf den Spantrieben. nungspegel zurück, der am Punkt P herrscht. Wie Fig. 2 zeigt,

Die vorliegende Erfindung schafft einen verbesserten Aus- bedeutet eine höhere Steuerspannung am Punkt P einen nie-

gangsmodul zur Erzeugung und Abgabe eines Bearbeitungs- drigeren Widerstand und entsprechend einen höheren Aus-

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gangsstrom aus dem Strommodul 24. Diese Beziehung ist re- Wenn der Strommodul eingeschaltet ist, kehrt die Torelek-

lativ linear, wie es aus der Darstellung Fig. 2 zu entnehmen trode auf den eingestellten Wert am Punkt D zurück.

ist. Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, Fig. 4 zeigt eine gerade Ausgangssteuerang, bei der ein bei der die Steuerspannung am Punkt D von verschiedenen Potentiometer 56 vorgesehen ist, um die wahlweise einstell-

FEM-Parametern abgeleitet ist. Die Anordnung gemäss Fig. 5 bare Spannung abzugeben, um den Stromausgang aus dem

3 zeigt Eingangsanschlüsse S und T für Arbeitspaltspannung Strommodul 24 zu steuern. Wiederum wird die Stromsteue-

und Arbeitspaltstrom. Das Signal am Anschluss T kann mit- rang durch eine Steuerung der Spannung an der Torelektrode tels eines Nebenschlusswiderstandes 52 für ein Ampèremeter des Leistungs-FET 30 im Strommodul 24 bewirkt wie in Fig.

im FEM-Stromkreis abgeleitet werden. Aus Fig. 3 ist ersieht- 1 deutlich gezeigt ist.

lieh, dass die Ausgangsspannung aus dem nachfolgenden io Die Steuerspannung ist somit entnehmbar aus verschiede-Verstärker 50 die Amplitude des Stroms im Nebenschlusswi- nen Steuerspannungsquellen inklusive das Potentiometer 56 derstand 52 darstellt. Die Spannung und der Strom der Entla- gemäss Fig. 4, dem stromsteuernden Kreis gemäss Fig. 2 oder dungsstrecke werden als Eingangssignale zu einem Analog- durch ein digitales Eingangsmittel gemäss dem Ein-/Aus-Da-vervielfacher 54 geleitet, so dass der Spannungseingang ein tengeber 35. Es ist möglich, eine binäre Darstellung des AusMass für die Leistung in der Entladungsstrecke ist. Diese 15 gangsstroms voreinzustellen oder zu ändern, indem er aus ei-Spannung wird dann durch einen Spannungsverstärker 38 nem Mikroprozessor eingeschrieben wird oder indem ein Da-und weiter durch einen Seriewiderstand 40 zum Punkt D ge- teneingangsmittel aus einem Tastenfeld oder dgl. vorgesehen leitet, der dann für die Steuerspannung für die Torelektrode wird. Mit einem vier-Bit-Signal oder dem Ein-/Aus-Datenge-des Leistungs-FET im nachfolgenden Strommodul 24 Bedeu- ber 35 wären 16 Stromwerte möglich, aber dies könnte betung hat. Somit, je höher die Spannung am Punkt D und an 2okanntlich ohne weiteres erweitert werden, wenn zusätzliche der Torelektrode des FET ist, umso kleiner ist der Widerstand Bits verwendet würden. Somit ist deutlich dargestellt, dass des Strommoduls und umso mehr Strom wird geleitet. Der durch die Erfindung eine wesentlich verbesserte Steuerung für Reihenwiderstand 34 befindet sich in der Leitung zum Spalt, eine Funkenerosionsmaschine geschaffen wurde, insbeson-um den Strom durch den Strommodul auf einem sicheren Pe- dere in bezug auf den Strommodul und den darin eingebauten gel zu halten. 25 Leistungs-FET. Die wahlweise veränderliche Spannung, die der Torelektrode des Leistungsfeldeffekttransistors zugeführt

Auch hier wird der Treibertransistor 22 leitend und sper- wird, macht es möglich, dass der Stromausgang aus dem rend geschaltet, um den Strommodul ein- und auszuschalten. Strommodul in einer Geradeausweise und linear steuerbar ist.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Funkenero-

- sionsmaschine mit einer elektrischen Entladungsstrecke über einen Bearbeitungsspalt, gebildet zwischen einem elektrisch leitenden Werkstück (28) und einer Werkzeugelektrode (26), gekennzeichnet durch einen Impulsgeber (20) zur Auslösung von Arbeitszeit- und Ruhezeitimpulsen, ferner mit einem Strommodul (24) mit einer Stromquelle (32) für den Bearbeitungsstrom und einem Leistungstransistor (30), der mit einem Paar seiner Elektroden zur Leitung des Bearbeitungsstromes in Reihe zwischen die Stromquelle (32) und den Spalt geschaltet ist und der ferner mit einer Steuerelektrode mit einem An-schluss des Impulsgebers (20) verbunden ist, und ferner dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem genannten An-schluss des Impulsgebers (20) verbundene, veränderbare Spannungsquelle (P) zur Steuerung des Ausgangsstromes des Strommoduls (24) vorhanden ist.
2. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Impulsgeber einen Multivibrator (20) zur Erzeugung von Auslöseimpulsen für die Steuerelektrode des Leistungstransistors (30) umfasst.
3. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle zur Steuerung des Ausgangsstromes ein Potentiometer (56) zur wahlweisen Einstellung der Ausgangsspannung umfasst (Fig. 4).
4. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Reihenschaltung von Bearbeitungsstromquelle (32), Leistungstransistor (30) und Bearbeitungsspalt ein Strombegrenzerwiderstand (34) zwischengeschaltet ist.
5. Anordnung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch eine Spannungsquelle mit einer Vorrichtung zur Steuerung der abgegebenen Spannung mit einem Speicher (35) zur Abgabe einer codierten Darstellung einer gespeicherten Stromstärke, ferner durch einen Digital-Analogwandler (36) zwischen dem genannten Speicher (35) und dem Anschluss des Impulsgebers (20).
6. Anordnung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Ausgang des Digital-Analogwandlers (36) und den Anschluss des Impulsgebers (20) ein Spannungsverstärker (38) und ein Reihenwiderstand (40) geschaltet sind.
7. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle (P) mit einem vom Bearbeitungsstrom abhängigen Spannungseingang (S) gespeist ist.
8. Anordnung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Signal (S), das die Spannung über dem Bearbeitungsspalt darstellt, und ein zweites Signal (T), das den Bearbeitungsstrom darstellt, einem Analogvervielfacher (54) zugeführt sind, um die Steuerspannung an der Spannungsquelle (P) zu bilden.
9. Anordnung nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Analogvervielfacher (54) die genannten Signale zwecks Abgabe einer für den Bearbeitungsstrom repräsentativen Spannung zugeführt sind.
10. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Impulsgeber (20) einen Multivibrator umfasst, dass das Paar Hauptelektroden des Leistungsfeldeffekttransistors (30) in Reihe mit der Stromquelle (32) und dem Bearbeitungsspalt liegen, und dass die Torelektrode mit dem Impulsausgang des Multivibrators verbunden ist.
11. Anordnung nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle für eine veränderbare Spannung eine Gleichspannungsquelle (V) und ein damit verbundenes Potentiometer (56) umfasst (Fig. 4).
12. Anordnung nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle für eine veränderbare

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Spannung eine Vorrichtung (35) zur Speicherung digitaler Signale und einen Digital-Analogwandler (36) umfasst (Fig. 1).
13. Anordnung nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle (D) für eine veränderbare s Spannung eine Einrichtung (54) zur Abgabe einer vom Bearbeitungsstrom abhängigen und diesen repräsentierenden Steuerspannung (S) umfasst.
14. Anordnung nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strombegrenzerwiderstand (34) in Reihe io zum Spalt und den Hauptelektroden des Leistungsfeldeffekttransistors (30) geschaltet ist.
15. Anordnung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet, durch Mittel (35,36,38,40, 56) zur Zufuhr einer wahlweisen veränderbaren Steuerspannung zur genannten Torelektrode

15 des Leistungsfeldeffekttransistors (30) zwecks linearer Veränderung der Stromstärke der Bearbeitungsstromimpulse.
16. Anordnung nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Zufuhr der Steuerspannung ein Potentiometer (56) aufweisen.

20 17. Anordnung nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Zufuhr der Steuerspannung eine Vorrichtung (35) zur Speicherung digitaler Signale und einen Digital-Analogwandler (36) umfassen, welcher Digital-Analogwandler (36) mit der Torelektrode über einen zwi-

2s schengeschalteten Verstärker (38) verbunden ist.
18. Anordnung nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Analog-Spannungsvervielfacher (54) zur Bildung der Signale, die für die Spaltspannung und den Bearbeitungsstrom repräsentativ sind, zwecks Erzeugung der

3o wahlweisen veränderbaren Steuerspannung vorhanden ist.
19. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Impulsgeber (20) einen Multivibrator umfasst, und dass Mittel (38,40,50,52,54) zur Zufuhr einer veränderbaren Steuerspannung mit der Torelektrode verbunden

35 sind, um die Stromstärke der Bearbeitungsstromimpulse als Ausgangsimpulse des Leistungsfeldeffekttransistors (30) zu steuern.

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