CS215087B2 - Connection of the circuit for the control of the erosion machining by electric spark - Google Patents

Description

Vynález se týká zapojení obvodu pro kontrolu obrábění erosí elektrickou jiskrou u strojů, pracujících s erosí elektrickou jiskrou, s logickým obvodem pro rozeznávání chybného výboje ze současného výskytu nebo nepřítomnosti určitých elektrických charakteristických veličin ve vybíjecím obvodu, příkladně z nepřítomnosti vysokofrekvenční složky v napětí výboje při současné existenci pracovního napětí a pracovního proudu jako kriteria pro škodlivý stav oblouku, jakož i ustrojím pro krátkodobé přerušování obráběcího pochodu při výskytu takových chybných výbojů.

Problém u moderních strojů pracujících s erosí jiskrou je rozeznat výskyt chybných výbojů každého druhu před tím, než došlo k poškození obrobku nebo nástroje. К tomuto účelu byly navrženy detekční obvody, které' při výskytu určitých kriterií, vyznačujících chybný stav, vydávají chybový signál, jehož pak může být užito pro indikaci chyby nebo i jako řídicího signálu pro odstranění této chyby (DE - OS 2 125 749). Tyto detekční obvody snímají zpravidla určité hodnoty elektrického stavu v pracovní Štěrbině. К tomu se obzvláště hodí velikost pracovního proudu a pracovního napětí, jakož i existence nebo nepřítomnost vysokofrekvenční složky, superponované k proudu resp. napětí, která se především hodí k vyznačování stavu oblouku, jelikož při všech stavech oblouku mizí, zatímco proud a napětí obecně nevykazují žádné zhodnotitelné odchylky od svých normálních pracovních hodnot.

Tímto způsobem je v zásadě možné, použít stroj též například v nekontrolovaném provozu.

Jelikož je však i pravděpodobnost selhání detekčního obvodu a tím nebezpečí poškození drahých obrobků ještě poměrně značná, jsou v mnoha případech použití, například při obrábění lopatek turbin pro letecké motory, požadována přídavná bezpečnostní opatření pro provoz stroje, pracujícího s erosí jiskrou. Obyklou cestou ke zvýšení provozní bezpečnosti je redundantní provedení důležitých konstrukčních součástí. Vícenásobné provedení výše popsaného detekčního obvodu je však velmi nákladné a drahé.

Úkolem vynálezu je navrhnout zařízení výše uvedeného druhu, u něhož je pomocí jednoduchých prostředků a bez vícenásobného provedení detekčního obvodu dosaženo značného zvýšení provozní bezpečnosti.

Tento úkol je podle vynálezu vyřešen tím, že zapojení je opatřeno vstupním ústrojím pro libovolné zavádění zkušebních signálů, simulujících chybné výboje, do vybíjecího obvodu. Při správně pracujícím detekčním obvodu reaguje stroj nejprve jako na pravou chybu, tj. generuje chybový signál. Pomocí přídavné informace, která udává, že se v případě chyby jedná o chybu simulovanou, je chybový signál zpracován v signál zkušební, který indikuje správnou funkci detekčního obvodu a slouží jako příkaz к pokračování obráběcího pochodu. V nepřítomnosti chybového signálu i přes zavedení simulované chyby následuje zkušební signál, jehož je užito ke spuštění varovné indikace, pro zastavení stroje nebo podobně.

Vstupním ústrojím může být podle vynálezu dvoupólový spínač, který zavádí do detekčního obvodu signály, odpovídající pracovnímu proudu a pracovnímu napětí při výskytu skutečné chyby.

Pro rozlišení simulované chyby od pravé chyby je vstupní ústrojí podle vynálezu spojeno s logickým monitorovým obvodem. Tento obvod zjištuje, je-li do pracovní Štěrbiny přiváděna energie z generátoru, příkladně měření výkonu, proudu nebo napětí na výstupu generátoru, a vytváří odpovídající signál. Tento signál je společně s přídavným signálem, vytvářeným při vstupu chybového signálu dalším spínačem, zpracováván ve výše popsaný zkušební signál. Je-li přídavný signál přítomen a je-li přerušen přívod energie od generátoru, pracuje detekční obvod správně a obráběcí pochod může opět pokračovat. Ustane-li však přívod energie z generátoru, pak detekční obvod nezpozoroval - simulovanou - chybu, z čehož lze usuzovat na defektní detektor a což má za následek odpovídající varování nebo konečně vypnutí stroje.

Podle toho je v podstatě úkolem monitorového obvodu vyhodnocovat různé kombinace dvou signálů, totiž signálů, které udávají, je-li simulována chyba nebo ne a pracuje-li generátor nebo ne. Tento úkol může být podle dalšího znaku vynálezu vyřešen tím, že monitorový obvod sestává příkladně ze součtového hradla, spojeného s integrátorem. Součtové hradlo porovnává oba vstupující signály a vytváří z nich popsaným způsobem signál nový. Úkolem integrátoru je nejprve shromáždit řadu zkušebních signálů a teprve po dalším trvání zjištěné poruchy detektoru po určitou dobu vyslat signál pro uvedení varovné indikace v činnost resp. pro vypnutí stroje.

Celé popsané vstupní ústrojí s monitorovým obvodem může být z hlediska konstrukce provedeno velmi jednoduše, takže jeho vlastní spolehlivost je mnohem vyšší než spolehlivost detekčního obvodu a tudíž je celková spolehlivost značně vyšší než při zdvojení detekčního obvodu.

Zavádění simulovaných chybových signálů může být prováděno automaticky prostřednictvím generátoru signálů za účelem oproštění obsluhující osoby od tohoto úkolu, zejména z hlediska nekontrolovaného provozu. Zavádění může probíhat v pravidelných intervalech nebo i v rámci náhodného rozdělení v rozdílných intervalech, takže nemůže probíhat synchronně s pravidelně se opakující chybou a zůstat tímto způsobem nezjištěno. Jako účelný časový interval se například osvědčilo rozmezí od 1 do 5 sekund.

Příklad provedení vynálezu je znázorněn na výkrese a blíže popsán v následujícím textu. Vynález je přitom znázorněn na detekčním obvodu pro rozeznávání stavu elektrického oblouku, přičemž jako kriterií pro zjištování stavu obrábění je užíváno proudu a napětí v pracovní štěrbině, jakož i výskytu vysokofrekvenční složky v pracovním napětí. Na výkresech znázorňuje: obr. 1a až 1c různé tvary průběhu napětí v pracovní štěrbině při běhu naprázdno, normálním provozním stavu a při oblouku; obr. 2 blokové schéma detekčního obvodu se vstupním ústrojím a monitorovým obvodem; obr. 3 schéma zapojení hornopropustného filtru F podle obr. 2; obr. 4a až 4c různé tvary průběhu napětí na výstupu hornopropustného filtru při běhu naprázdno, normálním provozním stavu a při oblouku. .

Obr. 1a aŽ 1c znázorňuj ^typické ^prů^běhy vybíjecí ^ho - na^pětí diskrétním ^poŽadovaných stavů na dráze jiskry mezi nástrojovou elektrodou a obrobkem pro různé stavy. Jak je patrno ze srovnání, je vybbjecí napětí při dobrém provozním stavu (obr. 1b) obecně nižší než při běhu naprázdno (obr. 1a), avšak poněkud vyšší než napětí·, které lze zaznamenat při výskytu oblouku (obr. 1c).

Napětový rozdíl mezi napětím a při o^blou^ku a na^pětím dobréto provozn^ího stavu je vša^k příliš malý, než aby mohl indikovat, existuj-li v rámci širokého rozmezí - pracovních podmínek dobrý provozní stav, který je nutný pro obrábění obrobku požadovaným způsobem.

Jak bylo uvedeno výše, je zjištována přítomnost nebo nepřítomnost vysokofrekvenční složky, jak je zde definována, v dráze vybíjení mezi nástrojovou elektrodou a obrobkem. Současně je kontrolována intenzita proudu ve vyb^e-í - dráze. Při současném výskytu pracovního nappti a pracovního proudu, jakož i nepřítomnnoti vysokofrekvenční složky dochází k výskytu oblouku.

Konnrola je s výhodou prováděna prostřednictvím komppračního obvodu. Aby nedocházelo k záměně oblouku se zkratem, jak byl definován v předcházejícím textu, je ke komparačnímu obvodu C přiváděn - třetí signál, který indikuje zkratový stav.

U obvodu, znázorněného schemaaicky na obr. 2, je vybbjecí nappti nebo vybbjecí proud veden v místě W hornopropustrým fitreem F, - jehož jeden příklad provedení je znázorněn na obr. 3· Výstup tohoto fitraačního obvodu F-' je zesilován zesiooaače.m A a jako první vstupní signál přiváděn ke· komparačnímu obvodu C. Ukázalo se obzvláště účelrým, obsahhujeli zesilo^vač A frekvenč^-na^tový mmiú-č, který je s^ycen vysokodfre^enční s^lo^žkou^{, t}ak^že tímto z^působem je spolehlivě vytvářen signál, odppnOííajcí logické 1. Druhý vstup komptačního obvodu C je odvozen od detektoru vybíjecího proudu nebo mě^í-cího ústrojí CD. Na základě diskrétního a individuálního charakteru výbojů vykazuj tyto oba vstupy obvodu C sled impulsů. Pak může být účelně zesilovač A vysokofrekvenční složky ^^l^bíjec^ho napětí konstruován tak, aby poskytoval sled impulsů, vys^tuj-li se dobré provozní stavy, a sice současně se sledem impuusů, které představuj proudový signál detektoru CD.

V tomto případě může komptační obvod plnit funkci logického součinu, takže v případě dobrých provozních stavů vykazuje jeho výstup též sled impulsů. Jakmile se však vyskytne elektrický oblouk, nejsou od hornopropustného filtru £ přiváděny ke komparačnímu obvodu C žádné imppusy, takže neexistuje žádný - výstupní signál komutačního obvodu C. Tento nulový ^výstu^p může ^být vhodným způsobem zjištován, ^př^íkla^ínⁿ pros^^nictvím zpo^žáovací^ho í-^ío integračního ústroj. Jeho užíváno známým způsobem, příkladně k propouštění signálu ke generátoru G, který pak vyvolává přerušení přívodu energie k vybbjecí dráze během předem stanoveného časového intervalu.

Voí.U-З^пП může vstup komptačního obvodu C od zesilovacího obvodu A vykazovat v nepřítomnooti vysokofrekvenční složky signál logické 1, příkladně nad 1,5 MHz ve vybíjecím nappti nebo vybíjecím proudu, -jakož i signál logické 0, je-li vysokofrekvenční složka příoomna. To se nechá nejlépe dosáhnout tím, že se logicky oÍJrtát:í výše uvedený logický výstup obvodu A. Proudový signál z detektoru CD může pak, jak bylo dříve popsáno, vykazovat signál logické 1, jehož počátek a konec prakticky splývá s počátkem a koncem každého jednotlivého provozního průběhu. Jinak se jedná o logickou 0, přičemž komptaČní obvod C který opět působí jako součinový obvod, může být konstruován tak, aby poskytoval každému z obou vstupů výstupní signál - jen po reakc-i na současný vstupní signál. Toto uspořádání by pak poskytovalo výstupní signál komptačního obvodu C, avšak jen tehdy, naatta-li stav elektrického oblouku (za předpokladu, že nemůže do jt k záměně s žádným jirým stavem, viz dále dole). Takového výstupního signálu může být pak užito к řízení spínacího ústrojí a přerušování přívodu energie к vybíjecí dráze.

Ke zpětnému stahování nástrojové elektrody může být též uveden do provozu servosystém

Zkratový stav lze eliminovat tím, že se ke komparačnímu obvodu C přivádí třetí vstupní signál od obvodu Š pro stanovení zkratu. Tento obvod poskytuje v případě existence zkratového stavu logickou 0 a jinak logickou ”1.

Lze snadno nahlédnout, že způsob funkce komparačního obvodu C může být funkcí součinového hradla, součtového hradla nebo kombinace obou, podle požadavků. Proto poskytuje výše popsaný řídicí obyod indikaci oblouku, takže proces elektroerose může být řízen nebo modifikován tak, že je při výskytu oblouku prakticky ihned přerušen, a sice přerušením požadovaných provozních výbojů. Toto přerušení může trvat 0,5 sekund, takže běžný servosystém, pokud se nejedná o stejnosměrný servosystém, může stáhnout elektrodu zpět. Samotné zpětné stažení způsobí dostatečné promíchání splachovací kapaliny, čímž se zvýší odstruskování do té míry, že je odstraněna příčina oblouku.

Detektor S zkratu je s výhodou konstruován a uspořádán tak, aby přerušoval přívod energie к vybíjecí dráze, pokud zjistí zkrat. Tímto způsobem lze provádět zpětné zatažení nástrojové elektrody při řízení servosystému. Dostane-li obvykle krátká reakční doba (8 milisekund) na zkratový stav přednost před delší reakční dobou (0,5 sekund) na stav oblouku, příkladně při aplikaci jednoho z výše popsaných způsobů rozlišení mezi oběma tě mito stavy, pak je dosaženo časové úspory, která může být u mnoha aplikací mimořádně důležitá, pokud například dochází к výskytu zkratových stavů lOOkrát častěji než к výskytu stavů oblouku.

V některých případech může být řídicí obvod zapojen selektivně, aby jedním určitým ze tří způsobů reagoval na zjištění stavů oblouku a současně zkratových stavů a rozlišoval mezi nimi, totiž tím, že

a) na ně reaguje rozdílným způsobem,

b) reaguje jen na dřívější a

c) reaguje jen na pozdější.

Tímto způsobem může být specifickým způsobem upuštěno od použití stávajících zvláštních řídicích ústrojí nebo mohou být tato ústrojí doplněna za účelem zjišťování zkratového stavu.

Hornopropustný filtr podle obr. 3 je konstruován na základě volby konstrukčních součástí a způsobu propojení tak, aby blokoval všechny kmitočty, nižší než 1,5 MHz. Dále je opatřen dvěma diodami Dl . D2 za účelem omezení výstupního napětí na předem stanovenou maximální hodnotu, příkladně na 1 V, zejména z hlediska špičkových hodnot při zapínání možná 80 V a špiček při vypínání v hodnotě několika desítek V. Tímto způsobem nabývá výstupní průběh hornopropustného filtru tvaru, znázorněného na obr. 4b, při výskytu dobrých provozních stavů, a tvarů, znázorněných na obr. 4a a 4c, při existenci běhu naprázdno a oblouků. Signál, propouštěný za obou posledně jmenovaných podmínek, má jen příležitostně ostřé Špičky, které mohou být velmi snadno rozlišovány, příkladně prostřednictvím omezovače napětí a integračního ústrojí nebo nějakého jiného zpožďovacího obvodu, a sice od mnohem déle trvajících vysokofrekvenčních impulsů, které jsou propouštěny při dobrých provozních stavech.

Zapojení podle obr. 2 dále vykazuje hodinové ústrojí, aby bylo možno pomocí vstupního ústrojí TI. T2. tvořeného taktovanými spínači, a spínače TJ přivádět signály, které simulují přítomnost oblouku, přesněji řečeno stav logické ”1 u TI a stav logické 0 u T2. Výrazy logická 1 a logická 0” se týkají dvou různých logických stavů signálu, příkladně dvou napětí, která se od sebe liší o 12 V.

Jsou-li taktované spínače, tvořící vstupní ústrojí TI . T2, uzavřeny, jsou к vlastnímu detekčnímu obvodu přiváděny signály, mající stejnou hodnotu jako signály, které by obvod zjistil, kdyby nastal stav oblouku. Obvod by měl příkladně reagovat tím, že přeruší přívod energie к dráze výboje.

To lze přezkoušet tím, že se zjištuje, ustane-li přívod energie к dráze výboje poté, co byly taktované spínače, tvořící vstupní ústrojí 11 , T2, uzavřeny. Je však výhodné tento pochod automatizovat. К tomuto účelu slouží spínač TJ. Začíná-li generátor G vytvářet výboj, je přés vyrovnávací sít M a inverzní hradlo G^ přiváděn odpovídající signál к hlavnímu součtovému hradlu G^ s invertovaným výstupem.

Normálně přijímá druhý vstup hradla G^ signál logické ”1 přes odpor R. Je-li však uzavřen spínač TJ, je na tento druhý vstup hradla G^ veden signál logické ”0”. Je-li tedy generátor G ještě zapnut a vyrábí-li požadované výboje poté, co bylo dosaženo testovacího stavu uzavřením spínačů, tvořících vstupní ústrojí Τχ, TJ, a spínače TJ, pak je na každém vstupu hradla G^ přítomen signál logické ”0“ a z výstupu tohoto hradla je к integrátoru I veden signál logické 1”. Není-li přerušen přívod energie к dráze výboje před uplynutím předem stanoveného časového intervalu, je tím přiveden signál logické ”1 к integrátoru I během časového intervalu, který je postačující к tomu, aby integrátor I vytvořil výstupní signál, který vypne generátor G. Toho je dosahováno pomocí neznázorněného hlavního spínače, přičemž je rovněž vyvoláván poplach, který může být optického a/nebo akustického druhu. Pokud však pracuje vlastní detekční obvod správně, pak ustane přívod energie ke dráze výboje ve velmi krátké době a pak opět začne. To může být normální přerušení, které je příkladně při výskytu oblouku poněkud kratší než 0,5 sekund. S výhodou je však navrženo mnohem kratší, a sice za účelem přezkoušení prostřednictvím přemodulovací složky, která přívod energie к dráze výboje opět zapne po uplynutí několika málo milisekund.

V případě obvodů podle obr. 2 je dávána přednost použití obvodu COSIáOS, který je příkladně popsán v různých příručkách firmy Rádio Corporation of America, a sice vzhledem к jeho značné necitlivosti proti Šumům. Tento obvod příkladně nereaguje na 6 V šumy, avšak na signály O hodnotě 12 V. Je-li užito této logiky COSIáOS ve spojení s elektromagnetickým relé, které má větší počet kontaktů, pak se ukáže nezbytným použít zpožďovacího ústrojí. Toto ústrojí slouží к tomu, aby zabraňovalo reakci logiky CÚSI408 před přepnutím všech spínačů relé a aby tímto způsobem indikovala nesprávně stav oblouku. Zpožďovací ústrojí může být účelně též konstruováno tak, že plní funkci hodin integrátoru I.

Pod pojmem nástrojová elektroda budiž v předchozím textu rozuměn například brusný kotouč, přičemž к výboji elektrické energie dochází mezi tímto kotoučem a obrobkem.

Claims (4)

1. Zapojení obvodu pro kontrolu průběhu obrábění erosí elektrickou jiskrou u strojů, pracujících s erosí elektrickou jiskrou, .s logickým obvodem pro rozeznávání chybného výboje za současného výskytu nebo nepřítomnosti určitých elektrických chararakteristických veličin ve vybíjecím obvodu, příkladně z nepřítomnosti vysokofrekvenční složky v napětí výboje při současné existenci pracovního napětí a pracovního proudu jako kriteria pro škodlivý stav oblouku, jakož i ústrojím pro krátkodobé přerušování obráběcího pochodu při výskytu takových chybných výbojů, vyznačené tím, že je opatřeno vstupním ústrojím (T , T^) pro zavádění zkušebních signálů, simulujících chybné výboje, do vybíjecího obvodu.

2. Zapojení obvodu podle bodu 1, vyznačené tím, že vstupním ústrojím (1'j, i^) je dvoupólový spínač.

3. Zapojení, obvodu podle bodů 1 a 2, vyznačené tím, že vstupní ústrojí (Tp ^T ₂ 3^e spojeno s logickým monitorovým obvodem.

4. obvodu podle bodu 3, vyznačené tím, že monitorový obvod sestává příkladné ze součtového hradla (Gg)> spojeného s integrátorem (I). .