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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen bei einer Erodiermaschine
zur Bearbeitung eines Werkstücks,
wenn eine elektrische Entladung zwischen einer Elektrode und dem
Werkstück
erzeugt wird.
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TECHNISCHER
HINTERGRUND
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Bei
einer Erodiermaschine wird elektrische Energie zwischen einer Elektrode
und einem Werkstück
zugeführt,
um eine elektrische Entladung zwischen diesen Polen zu erzeugen,
und wird eine Erodierbearbeitung durchgeführt, während die Elektrode und das
Werkstück
relativ zueinander bewegt werden. 14 zeigt
schematisch den Aufbau einer Drahterodiermaschine, die ein Beispiel
für die
herkömmliche
Erodiermaschine darstellt. In 14 bezeichnet
das Bezugszeichen 1 eine Drahtelektrode, die aus einem
Draht aus Kupfer oder Messing besteht, dessen Durchmesser etwa 0,03
mm bis 0,3 mm beträgt,
das Bezugszeichen 2 ein Werkstück, das Bezugszeichen 3 eine
Stromversorgungseinheit, die Bezugszeichen 4a und 4b bezeichnen
Zuleitungen, das Bezugszeichen 5 bezeichnet ein Zuleitungsteil,
das Bezugszeichen 6 eine Zuführrolle, das Bezugszeichen 7 eine
Bremsrolle, das Bezugszeichen 8 eine Aufwickelrolle, das
Bezugszeichen 9 eine Aufwickelrolle, das Bezugszeichen 10 einen XY-Tisch,
bezeichnen die Bezugszeichen 11 und 12 einen X-Achsenmotor
und einen Y-Achsenmotor zum Antrieb des XY- Tisches 10, die Bezugszeichen 13a und 13b Motorsteuerleitungen,
bezeichnet das Bezugszeichen 14 eine Steuereinheit, das
Bezugszeichen 15 eine Servoschaltung, das Bezugszeichen 16 eine
Arbeitslösung,
das Bezugszeichen 17 einen Arbeitslösungsbehälter, das Bezugszeichen 18 eine Pumpe,
bezeichnen die Bezugszeichen 19a und 19b Arbeitslösungs-Versorgungsrohre,
und bezeichnet das Bezugszeichen 20 eine Drahtführung.
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Als
nächstes
wird folgendermaßen
der Betrieb erläutert.
Eine Arbeitslösung 16 wird
zwischen der Drahtelektrode 1 und dem Werkstück 2 von
der Pumpe 18 über
die Arbeitslösungs-Versorgungsrohre 19a und 19b geliefert.
Eine Spannung wird diesen Polen durch die Stromversorgungseinheit 3 über die Zuleitungen 4a und 4b und
das Zuleitungsteil 5 aufgeprägt. Übersteigt die elektrische Potentialdifferenz zwischen
den Polen die Startspannung für
eine elektrische Entladung, wird eine elektrische Entlang hervorgerufen,
und wird das Werkstück 2 durch
diese elektrische Entladung bearbeitet.
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Das
Werkstück 2 ist
auf dem XY-Tisch 10 befestigt. Wenn der X-Achsenmotor 11 und
der Y-Achsenmotor 12 zum Antrieb des XY-Tisches 10 zum Betrieb veranlasst
werden, werden die Drahtelektrode 1 und das Werkstück 2 relativ
zueinander bewegt, so dass das Werkstück 2 zu einem vorbestimmten
Profil bearbeitet werden kann.
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15 zeigt ein Ersatzschaltbild
der Stormversorgungseinheit und des Verbraucherabschnitts im Falle
der Bearbeitung eines Werkstücks
mit hoher Geschwindigkeit durch eine herkömmliche Erodiermaschine. Hierbei
bezeichnet das Bezugszeichen 3a eine Stromversorgungseinheit,
die zur Grobbearbeitung eingesetzt wird, bezeichnen die Bezugszeichen 4a und 4b Zuleitungen,
bezeichnet das Bezugszeichen 21 einen Verbraucherabschnitt,
der als Ersatzschaltbild zwischen der Drahtelektrode 1 und
dem Werkstück 2 dargestellt
ist, bezeichnet das Bezugszeichen 22 eine Induktivität, das Bezugszeichen 23 eine
Kapazität,
das Bezugszeichen 24 einen Schalter, und das Bezugszeichen 25 den
Widerstand der elektrischen Entladung.
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Nachstehend
wird der Betrieb erläutert.
In 15 wird der Start
der elektrischen Entladung durch den Schalter 24 in dem
Ersatzschaltbild repräsentiert.
Wird der Schaltung durch die zur Grobbearbeitung verwendete Stromversorgungseinheit 3a keine
Spannung aufgeprägt,
ist der Schalter 24 ausgeschaltet. Wird durch die zur Grobbearbeitung
verwendete Stromversorgungseinheit 3a eine Spannung aufgeprägt, steigt
die Spannung an beiden Enden der Kapazität 23 an. Wenn die
Spannung an beiden Enden der Kapazität 23 auf die Startspannung für eine elektrische
Entladung erhöht
wird, wird ein elektrisch leitfähiger
Pfad zwischen den Polen hervorgerufen, und wird eine elektrische
Entladung hervorgerufen. Gleichzeitig mit dem Beginn der elektrischen
Entladung wird der Schalter 24 in dem Ersatzschaltbild
eingeschaltet, und fließt
eine elektrischer Strom in dem Widerstand 25 der elektrischen
Entladung. Durch die Wärme,
die von diesem Widerstand 25 der elektrischen Entladung
erzeugt wird, wird die Temperatur des Werkstücks 2 lokal erhöht, und
beginnt die Bearbeitung und setzt sich fort, so dass ein Abschnitt
des Materials von dem Werkstück 2 abgenommen
werden kann.
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Die
zur Grobbearbeitung verwendete Stromversorgungseinheit 3a ist
eine Gleichstromquelle, und lässt
direkt einen gepulsten elektrischen Strom zwischen den Polen über einen
Widerstand und einen Transistor fließen. Die Ausgangssteuerung
der Stromversorgungseinheit 3a wird so durchgeführt, dass
die Einschaltzeit des Transistors eingestellt wird. Diese zur Grobbearbeitung
verwendete Stromversorgungseinheit 3a kann elektrische
Stromimpulse mit unterschiedlicher Energie und Intensität ausgeben.
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Wie
voranstehend geschildert, verringert die zur Grobbearbeitung verwendete
Stromversorgungseinheit 3a die Frequenz auf einige zehn
kHz, und lässt
einen elektrischen Strom mit hohem Spitzenwert fließen. Daher
kann das Werkstück 2 mit
hoher Geschwindigkeit bearbeitet werden. Da die Bearbeitung mit
elektrischen Impulsen mit verschiedenen Energie und Intensitäten durchgeführt wird,
wird jedoch eine bearbeitete Oberfläche rau und unregelmäßig. Daher
ist die zur Grobbearbeitung verwendete Stromversorgungseinheit 3a nicht
für sehr
exakte Bearbeitung geeignet, beispielsweise die Endbearbeitung des
Werkstücks 2.
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16 zeigt ein Ersatzschaltbild
einer elektrischen Stromquelle und eines Verbraucherabschnitts im
Falle der sehr exakten Bearbeitung eines Werkstücks durch eine herkömmliche
Erodiermaschine. Diese Anordnung ist beispielsweise ebenso wie jene
in der JP-A-6-8049. Hierbei werden gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung
gleicher Teile in den 15 und 16 verwendet. In 16 bezeichnet das Bezugszeichen 3b eine
Hochfrequenz-Stromquelle, deren Frequenz beispielsweise nicht niedriger
als 1 MHz ist, das Bezugszeichen 26 eine Gleichstromquelle,
das Bezugszeichen 27 einen Oszillator, das Bezugszeichen 28 einen
Verstärker,
und das Bezugszeichen 29 eine Anpassungsschaltung. Elektrische
Energie mit hoher Frequenz wird von der Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit 3b an
die Pole geliefert, und mit hoher Geschwindigkeit ein- und ausgeschaltet.
Während
die Energie der elektrischen Entladung durch Einstellung der Impedanz
mit der Anpassungsschaltung 29 begrenzt wird, lässt sich gleichzeitig
einfach eine elektrische Entladung erzeugen, so dass ein kleiner
Abschnitt an Material des Werkstücks
durch die elektrische Entladung entfernt werden kann.
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Wie
in 16 gezeigt, weist
die Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit 3b eine
Gleichstromversorgungseinheit 26 auf, einen Oszillator 27, und
einen Verstärker 28.
Die Gleichstromversorgungseinheit 26 liefert elektrische
Energie, die zum Betrieb des Oszillators 27 und des Verstärkers 28 benötigt wird.
Der Oszillator 27 stellt ein oszillierendes Ausgangssignal
mit Hilfe einer Resonanzschaltung zur Verfügung, in welcher induktive
Elemente jeweils zwischen Basis/Emitter, Basis/Kollektor und Kollektor/Emitter
eines Transistors geschaltet sind. Um die Schwingungsfrequenz zu
stabilisieren wird in vielen Fällen
ein Quarzoszillator in einem Abschnitt des induktiven Elements eingesetzt.
Der Verstärker 28 verstärkt die
elektrische Energie, die von dem Oszillator 27 ausgegeben
wird. Im Falle eines transformatorgekoppelten Verstärkers sind
Transformatoren jeweils zwischen Basis und Emitter sowie zwischen
Kollektor und Emitter des Transistors geschaltet, der zur Verstärkung verwendet
wird. Eine Gleichstromversorgungseinheit ist zwischen den Kollektor
und den Emitter des Trasistors geschaltet, der zur Verstärkung verwendet
wird, und ein Ausgangssignal, dessen elektrische Energie verstärkt wurde,
wird über den
Transformator abgenommen.
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Die
Gleichstromversorgungseinheit 26, welche zur Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit 3b gehört, wird
normalerweise so gesteuert, dass die Spannung konstant gehalten
wird. 17 zeigt schematisch
einen Arbeitsbereich des Ausgangsstroms und der Ausgangsspannung
der Gleichstromversorgungseinheit 26. Um das Auftreten
von Schäden
zu verhindern, die durch eine zu hohe Spannung oder einen zu hohen
Strom hervorgerufen werden, ist bei der Gleichstromversorgungseinheit 26 ein
Maximalwert Vmax und ein Maximalwert Imax vorgesehen, um die Ausgangsspannung
und den Ausgangsstrom zu begrenzen. Der Arbeitsbereich ist daher
ein schraffierter Bereich in dem in 17 gezeigten
Diagramm, umgeben von Punkten C, D, F und E.
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Um
den Arbeitspunkt zu bestimmen ist es erforderlich, eine Ausgangsspannung
einzustellen. Wird beispielsweise die Ausgangsspannung auf Vo eingestellt,
um einen Steuervorgang für
konstante Ausgangsspannung durchzuführen, arbeitet die Gleichstromversorgungsquelle 26 so,
dass die Ausgangsspannung ständig
auf Vo gehalten wird. Der Ausgangsstrom wird durch die Impedanz
des Verbrauchers in Bezug auf die Gleichstromversorgungseinheit 26 bestimmt.
Der Ausgangsleistungs-Arbeitspunkt der Gleichstromversorgungseinheit 26 bewegt sich
daher auf einer geraden Linie, welche den Punkt A mit dem Punkt
B in 17 verbindet, infolge
der Impedanz des Verbrauchers.
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Falls
eine Gleichstromversorgungseinheit mit einem Steuersystem für konstante
Ausgangsspannung als Gleichstromversorgungseinheit 26 verwendet
wird, welche zur Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit 3b gehört, ändert sich,
wie voranstehend beschrieben, die elektrische Entladungsenergie wesentlich,
insbesondere wenn sich die Impedanz des Verbrauchers wesentlich ändert.
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18 ist eine schematische
Darstellung eines Arbeitspunkts einer Gleichstromversorgungseinheit
in einem Fall, in welchem sich die Impedanz des Verbrauchers in
Bezug auf die Gleichstromversorgungseinheit ändert. In 18 sind gerade Linien Z1, Z2, Z3, Z4
und Z5 Verbrauchereigenschaftskurven in einem Fall, in welchem die
Verbraucherimpedanz Z gleich Z1, Z2, Z3, Z4 bzw. Z5 ist. Wird beispielsweise
die Ausgangsspannung auf Vo eingestellt, so sind die Arbeitspunkte
gleich P1, P2, P3 und P4, die Punkte eines Schnittpunkts der geraden
Linie, welche den Punkt A mit dem Punkt B verbindet, mit den Verbrauchereigenschaftskurven
Z1, Z2, Z3 und Z4 sind. Ein Arbeitspunkt bewegt sich auf die Überstromschutzkurve
DF, falls die Verbrauchereigenschaftskurve Z5 ist, also der Arbeitspunkt
P5 in jenem Fall, in welchem die Verbrauchereigenschaftskurve Z5
ist. In diesem Fall liegen die Arbeitspunkte P1, P2, P3 und P4 auf
den Eigenschaftskurven, deren Ausgangsspannung konstant ist. Daher
wird die Ausgangsspannung der Gleichstromversorgungseinheit konstant
gehalten, jedoch ändert
sich die abgegebene elektrische Energie bei jedem Arbeitspunkt.
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19 zeigt ein Ausgangssignal einer Gleichstromversorgungseinheit
in Bezug auf die Verbraucherimpedanz, sowie die Oberflächenrauhigkeit einer
bearbeiteten Oberfläche
eines Werkstücks.
Wie aus 18 hervorgeht,
steigt der abgegebene elektrische Strom an den Arbeitspunkten P1,
P2, P3 und P4 in dieser Reihenfolge an. Die abgegebene elektrische
Leistung der Gleichstromversorgungseinheit steigt daher an jedem
Arbeitspunkt in dieser Reihenfolge an. Da der Arbeitspunkt P5 in
den Überstromschutzbereich
hineingelangt, wird die Ausgangsspannung verringert, und auch die
elektrische Ausgangsleistung verringert, wie in 19(a) gezeigt.
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Da
die Oberflächenrauhigkeit
der bearbeiteten Oberfläche
in Beziehung zur elektrischen Entladungsenergie steht, die zwischen
den Polen erzeugt wird, ändert
sich die Oberflächenrauhigkeit
der bearbeiteten Oberfläche
entsprechend der Intensität
und der elektrischen Ausgangsenergie der Gleichstromversorgungseinheit. Ändert sich
die Verbraucherimpedanz von Z1 auf Z5, ist daher die Oberflächenrauhigkeit
der bearbeiteten Oberfläche
nicht konstant, und ändert
sich so, wie in 19(b) gezeigt
ist.
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Die
JP 11-320260 AA beschreibt ein Netzgerät für eine Erodiermaschine. Eine
Additionsschaltung 223 addiert einen durch eine Spannungsbestimmungsschaltung 221 bestimmten
Spannungswert mit einem durch die Spannungskonvertierungsschaltung 222 bestimmten
Stromwert. Die so erhaltene Größe dient
als Regelgröße zur Anpassung
der elektrischen Ausgangsleistung der Stromversorgungseinheit der Erodiermaschine.
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Über die
Einstellvorrichtung 225 kann ein Koeffizient über den
einstellbaren Maximalstrom Is eingestellt werden.
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Die
DE 44 22 834 A1 beschreibt
ein Verfahren und Vorrichtung zur elektrischen Entladungsbearbeitung
unter Benutzung variabler Kapazität und variabler Induktivität.
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Eine
elektrische Entladungsbearbeitungsvorrichtung ist geschaffen mit
einer Quelle von Impulsleistung, optionellerweise bipolare Impulse
enthaltend, welche verbunden ist mit einer Elektrode, die einen
Spalt mit einem Werkstück
bildet und operativ ist zum Schaffen von sowohl Bearbeitungs- als auch Endbearbeitungsprozessen.
Schalten von Leistung an den Bearbeitungsspalt und Impedanzanpassung am
Bearbeitungsspalt zum Unterdrücken
des Einflusses der Kapazität
von Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungs-Zuführungskabeln,
die mit dem Bearbeitungsspalt bei der Endbearbeitung verbunden sind, ist
vorgesehen, so dass ein Bearbeitung durchgeführt werden kann mit hoher Genauigkeit
bei einem Entladungsstrom mit geeignetem Zeitverlauf und geeigneter
Gestalt. Eine Impedanzanpassung ist vorgesehen durch selektives
Schalten zwischen einer Vielzahl von Kapazitäten oder Induktivitäten, welche
vorliegen können
in der Form von Kabeln oder gedruckten Mustern auf einer Schaltungsplatte,
welche vorbestimmte Werte haben, wie z.B. geometrische Reihenwerte,
deren Koeffizient 2 ist.
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BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der voranstehenden Probleme
entwickelt. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
einer Erodiermaschine, die eine gleichmäßige Oberflächenrauhigkeit einer bearbeiteten
Oberfläche ermöglicht,
und genauer in der verbesserten Steuerung eines Ausgangssignal der
Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
einer Erodiermaschine, welche reflektierte Wellen unterdrücken kann,
die bei einer Fehlanpassung im Falle einer sehr exakten Bearbeitung
eines Werkstücks
mit einer Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit auftreten, so dass der
Wirkungsgrad der Zufuhr elektrischer Energie zum Verbraucher einer
elektrischen Entladung verbessert werden kann, und die Beschädigung einer Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit,
hervorgerufen durch reflektierte elektrische Energie, verhindert
werden kann.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung wird durch eine Erodiermaschine
mit den Merkmalen der unabhängigen
Ansprüche
1 und 3 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen sind durch die
abhängigen Ansprüche 2 und
4 beschrieben.
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Es
wird beispielsweise eine Erodiermaschine zur Verfügung gestellt,
bei welcher elektrische Hochfrequenzenergie zwischen Polen aus einer Elektrode
und einem Werkstück
durch eine Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit zugeführt wird,
die eine Gleichstromversorgungseinheit aufweist, einen Oszillator
und einen Verstärker,
und bei welcher die Impedanz durch eine Anpassungsschaltung eingestellt
wird, um eine elektrische Entladung zwischen der Elektrode und dem
Werkstück
zu erzeugen, und eine Bearbeitung des Werkstücks durchzuführen, wobei
die Erodiermaschine aufweist: einen Detektorvorrichtung für elektrische
Energie zur Feststellung der elektrischen Ausgangsleistung der Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit;
und eine Steuervorrichtung zum Steuern der elektrischen Ausgangsleistung
der Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit auf einen konstanten Wert,
auf Grundlage einer Differenz zwischen einem Bearbeitungssteuersignal
zur Vorgabe eines vorbestimmten Steuerwerts für die elektrische Leistung
und eines Messwerts für
die elektrische Leistung, festgestellt von der Detektorvorrichtung
für die
elektrische Energie.
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Es
wird beispielsweise eine Erodiermaschine zur Verfügung gestellt,
bei welcher elektrische Hochfrequenzenergie zwischen Polen aus einer Elektrode
und einem Werkstück
von einer Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit geliefert wird, die eine
Gleichstromversorgungseinheit aufweist, einen Oszillator und einen
Verstärker,
und bei welcher die Impedanz durch eine Anpassungsschaltung eingestellt
wird, um eine elektrische Entladung zwischen der Elektrode und dem
Werkstück
zu erzeugen, und eine Bearbeitung des Werkstücks durchzuführen, wobei
die Erodiermaschine aufweist: eine Detektorvorrichtung für elektrische
Energie zur Feststellung der elektrischen Ausgangsleistung der Gleichstromversorgungseinheit
der Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit; und eine Steuervorrichtung
zum Steuern der elektrischen Ausgangsleistung der Gleichstromversorgungseinheit
auf einen konstanten Wert, auf Grundlage einer Differenz zwischen
einem Bearbeitungssteuersignal zur Vorgabe eines vorbestimmten Steuerwerts
für die
elektrische Leistung und eines Messwerts für die elektrische Leistung,
festgestellt von der Detektorvorrichtung für elektrische Energie.
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Es
wird beispielsweise eine Erodiermaschine zur Verfügung gestellt,
bei welcher die Detektorvorrichtung für die elektrische Energie aufweist:
eine Spannungsdetektorvorrichtung; eine Detektorvorrichtung für den elektrischen
Strom; und eine Berechnungsvorrichtung zur Berechnung des Produkts
aus einem Spannungsmesswert, festgestellt von der Spannungsdetektorvorrichtung,
und eines Strommesswerts, festgestellt von der Stromdetektorvorrichtung.
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Es
wird beispielsweise eine Erodiermaschine zur Verfügung gestellt,
bei welcher elektrische Hochfrequenzenergie zwischen Polen aus einer Elektrode
und einem Werkstück
von einer Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit geliefert wird, die eine
Gleichstromversorgungseinheit aufweist, einen Oszillator und einen
Verstärker,
und bei welcher die Impedanz durch eine Anpassungsschaltung eingestellt
wird, um eine elektrische Entladung zwischen der Elektrode und dem
Werkstück
zu erzeugen, und eine Bearbeitung des Werkstücks durchzuführen, wobei
die Erodiermaschine aufweist: eine Spannungsdetektorvorrichtung
zur Feststellung der Ausgangsspannung V der Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit;
eine Stromdetektorvorrichtung zur Feststellung des Ausgangsstroms
I der Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit; eine Berechnungsvorrichtung
zur Berechnung von α·V + β·I, wobei
V die von der Spannungsdetektorvorrichtung festgestellte Ausgangsspannung
ist, I der von der Stromdetektorvorrichtung festgestellte Ausgangsstrom
ist, und α und β vorbestimmte
Koeffizienten sind; und eine Steuervorrichtung zum Steuern von α·V + β·I, also
des Ausgangssignals der Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit, auf einen konstanten
Wert, auf Grundlage einer Differenz zwischen dem vorbestimmten Bearbeitungssteuersignal
und dem Berechnungswert der Berechnungsvorrichtung.
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Es
wird beispielsweise eine Erodiermaschine zur Verfügung gestellt,
bei welcher elektrische Hochfrequenzenergie zwischen Polen aus einer Elektrode
und einem Werkstück
von einer Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit geliefert wird, die eine
Gleichstromversorgungseinheit aufweist, einen Oszillator und einen
Verstärker,
und bei welcher die Impedanz durch eine Anpassungsschaltung eingestellt
wird, um eine elektrische Entladung zwischen der Elektrode und dem
Werkstück
zu erzeugen, und eine Bearbeitung des Werkstücks durchzuführen, wobei
die Erodiermaschine aufweist: eine Spannungsdetektorvorrichtung
zur Feststellung der Ausgangsspannung V der Gleichstromversorgungseinheit
der Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit; eine Stromdetektorvorrichtung
zur Feststellung des Ausgangsstroms I der Gleichstromversorgungseinheit
der Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit; eine
Berechnungsvorrichtung zur Berechnung von α·V + β·I, wobei V die von der Spannungsdetektorvorrichtung
festgestellte Ausgangsspannung ist, I der von der Stromdetektorvorrichtung
festgestellte Ausgangsstrom ist, und α und β vorbestimmte Koeffizienten
sind; sowie eine Steuervorrichtung zum Steuern von α·V + β·I, also
des Ausgangssignals der Stromversorgungseinheit, auf einen konstanten
Wert, auf Grundlage einer Differenz zwischen dem vorbestimmten Bearbeitungssteuersignal
und dem Berechnungswert der Berechnungsvorrichtung.
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Es
wird beispielsweise eine Erodiermaschine zur Verfügung gestellt,
die darüber
hinaus eine Einstellvorrichtung zur Einstellung der Werte der beiden
Koeffizienten α und β oder zur
Einstellung eines der Koeffizienten α und β aufweist.
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Es
wird beispielsweise eine Erodiermaschine zur Verfügung gestellt,
bei welcher elektrische Hochfrequenzenergie zwischen Polen aus einer Elektrode
und einem Werkstück
von einer Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit geliefert wird, die eine
Gleichstromversorgungseinheit aufweist, einen Oszillator und einen
Verstärker,
und bei welcher die Impedanz durch eine Anpassungsschaltung eingestellt
wird, um eine elektrische Entladung zwischen der Elektrode und dem
Werkstück
zu erzeugen, und eine Bearbeitung des Werkstücks durchzuführen, wobei
die Erodiermaschine aufweist: eine Detektorvorrichtung für elektrische
Energie zur Feststellung der elektrischen Ausgangsleistung der Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit;
eine Steuervorrichtung zum Steuern der elektrischen Ausgangsleistung der
Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit auf einen konstanten Wert,
auf Grundlage einer Differenz zwischen einem Bearbeitungssteuersignal
zur Vorgabe eines vorbestimmten Steuerwerts für die elektrische Leistung
und einem Messwert für
die elektrische Leistung, festgestellt von der Detektorvorrichtung
für elektrische
Energie; und einen parallel zu den Polen geschalteten Widerstand.
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Es
wird beispielsweise eine Erodiermaschine zur Verfügung gestellt,
bei welcher elektrische Hochfrequenzenergie zwischen Polen aus einer Elektrode
und einem Werkstück
durch eine Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit geliefert wird,
die eine Stromversorgungseinheit aufweist, einen Oszillator und
einen Verstärker,
und bei welcher die Impedanz durch eine Anpassungsschaltung eingestellt wird,
um eine elektrische Entladung zwischen der Elektrode und dem Werkstück zu erzeugen,
und eine Bearbeitung des Werkstücks
durchzuführen,
wobei die Erodiermaschine aufweist: eine Detektorvorrichtung für elektrische
Energie zur Feststellung der elektrischen Ausgangsleistung der Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit;
einen parallel zu den Polen geschalteten Widerstand; eine Verlustdetektorvorrichtung
zur Feststellung eines Verlustes, der durch den zwischen den Polen
angeordneten Widerstand hervorgerufen wird; eine Berechnungsvorrichtung
zur Ermittlung einer Differenz zwischen der elektrischen Ausgangsleistung,
festgestellt von der Detektorvorrichtung für elektrische Energie, und
dem Verlust, festgestellt von der Verlustdetektorvorrichtung; und eine
Steuervorrichtung zum Steuern einer Differenz zwischen der elektrischen
Ausgangsleistung der Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit und dem Verlust
infolge des zwischen den Polen angeordneten Widerstands, auf Grundlage
des Bearbeitungssteuersignals zur Vorgabe eines vorbestimmten Steuerwerts
für die
elektrische Leistung, sowie auf Grundlage des Berechnungswerts der
Berechnungsvorrichtung.
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Es
wird beispielsweise eine Erodiermaschine zur Verfügung gestellt,
bei welcher elektrische Hochfrequenzenergie zwischen Polen aus einer Elektrode
und einem Werkstück
von einer Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit geliefert wird, die eine
Gleichstromversorgungseinheit aufweist, einen Oszillator und einen
Verstärker,
und bei welcher die Impedanz durch eine Anpassungsschaltung eingestellt
wird, um eine elektrische Entladung zwischen der Elektrode und dem
Werkstück
zu erzeugen, und eine Bearbeitung des Werkstücks durchzuführen, wobei
die Erodiermaschine aufweist: eine Detektorvorrichtung für elektrische
Energie zur Feststellung der elektrischen Ausgangsleistung der Gleichstromversorgungseinheit
der Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit; eine Steuervorrichtung zum
Steuern der elektrischen Ausgangsleistung der Gleichstromversorgungseinheit
auf einen konstanten Wert, auf Grundlage einer Differenz zwischen
einem Bearbeitungssteuersignal zur Vorgabe eines vorbestimmten Steuerwerts
für die
elektrische Leistung und eines Messwerts für die elektrische Leistung,
festgestellt von der Detektorvorrichtung für elektrische Energie; sowie
einen parallel zu den Polen geschalteten Widerstand.
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Es
wird beispielsweise eine Erodiermaschine zur Verfügung gestellt,
bei welcher elektrische Hochfrequenzenergie zwischen Polen aus einer Elektrode
und einem Werkstück
von einer Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit geliefert wird, die eine
Gleichstromversorgungseinheit aufweist, einen Oszillator und einen
Verstärker,
und bei welcher die Impedanz durch eine Anpassungsschaltung eingestellt
wird, um eine elektrische Entladung zwischen der Elektrode und dem
Werkstück
zu erzeugen, und eine Bearbeitung des Werkstücks durchzuführen, wobei
die Erodiermaschine aufweist: eine Detektorvorrichtung für elektrische
Energie zur Feststellung der elektrischen Ausgangsleistung der Gleichstromversorgungseinheit
der Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit; einen parallel zu den
Polen geschalteten Widerstand; eine Verlustdetektorvorrichtung zur Feststellung
eines durch den zwischen den Polen angeordneten Widerstand hervorgerufenen
Verlustes; eine Berechnungsvorrichtung zur Ermittlung einer Differenz
zwischen der elektrischen Ausgangsleistung, festgestellt von der
Detektorvorrichtung für
die elektrische Energie, und dem Verlust, festgestellt von der Verlustdetektorvorrichtung;
und eine Steuervorrichtung zum Steuern einer Differenz zwischen
der elektrischen Ausgangsleistung der Gleichstromversorgungseinheit
der Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit
und dem Verlust, der durch den zwischen den Polen angeordneten Widerstand
hervorgerufen wird, auf einen konstanten Wert, auf Grundlage des
Bearbeitungssteuersignals zur Vorgabe eines vorbestimmten Steuerwerts
für die
elektrische Leistung, sowie auf Grundlage des Berechnungswerts der
Berechnungsvorrichtung.
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Da
die Erodiermaschine gemäß der vorliegenden
Erfindung wie voranstehend geschildert ausgebildet ist, können folgende
Auswirkungen zur Verfügung
gestellt werden. Selbst wenn die Verbraucherimpedanz schwankt, ist
es möglich,
Schwankungen der elektrischen Entladungsenergie zu unterdrücken, und
kann die Oberflächenrauhigkeit
einer bearbeiteten Oberfläche
gleichförmig
ausgebildet werden.
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Weiterhin
ist es möglich,
die voranstehenden Auswirkungen mit einer Ausgangssteuerschaltung mit
einfacherem Aufbau zur Verfügung
zu stellen. Daher kann eine Erhöhung
der Herstellungskosten unterdrückt
werden.
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Weiterhin
ist es möglich,
wenn ein Werkstück sehr
exakt mit einer Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit bearbeitet
wird, die Erzeugung reflektierter Wellen zu unterdrücken, die
durch eine Fehlanpassung hervorgerufen werden. Daher kann der Wirkungsgrad
der Zufuhr elektrischer Energie zum Verbraucher einer elektrischen
Entladung verbessert werden, und kann verhindert werden, dass die
Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit
durch reflektierte elektrische Energie beschädigt wird.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt
ein Ersatzschaltbild einer Stromversorgungseinheit und eines Verbraucherabschnitts einer
Erodiermaschine gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung;
-
2 ist
ein Schaltbild mit einem Beispiel für den Aufbau einer Ausgangssteuerschaltung
einer Stromversorgungseinheit einer Erodiermaschine gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung;
-
3 ist
ein Diagramm, das einen Arbeitspunkt einer Gleichstromversorgungseinheit
zeigt, wenn sich die Verbraucherimpedanz in Bezug auf die Gleichstromversorgungseinheit
einer Erodiermaschine gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung ändert;
-
4 ist ein Diagramm, das ein Ausgangssignal
einer Gleichstromversorgungseinheit und die Oberflächenrauhigkeit
einer bearbeiteten Oberfläche in
Bezug auf die Verbraucherimpedanz bei einer Erodiermaschine gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
5 ist
ein Ersatzschaltbild einer Stromversorgungseinheit und eines Verbraucherabschnitts
einer Erodiermaschine gemäß Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung;
-
6 ist
ein Schaltbild mit einem Beispiel für den Aufbau einer Ausgangssteuerschaltung
einer Stromversorgungseinheit einer Erodiermaschine gemäß Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung;
-
7 ist
ein Diagramm, das einen Arbeitspunkt einer Gleichstromversorgungseinheit
zeigt, wenn sich die Verbraucherimpedanz in Bezug auf die Gleichstromversorgungseinheit
einer Erodiermaschine gemäß Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung ändert;
-
8 ist ein Diagramm, das ein Ausgangssignal
einer Gleichstromversorgungseinheit sowie die Oberflächenrauhigkeit
einer bearbeiteten Oberfläche in
Bezug auf die Verbraucherimpedanz bei einer Erodiermaschine gemäß Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
9 ist
ein Schaltbild mit einem Beispiel für den Aufbau einer Ausgangssteuerschaltung
einer Stromversorgungseinheit einer Erodiermaschine gemäß Ausführungsform
3 der vorliegenden Erfindung;
-
10 ist
ein Diagramm, das einen Arbeitspunkt einer Gleichstromversorgungseinheit
zeigt, wenn sich die Verbraucherimpedanz in Bezug auf die Gleichstromversorgungseinheit
einer Erodiermaschine gemäß Ausführungsform
3 der vorliegenden Erfindung ändert;
-
11 ist ein Diagramm, das ein Ausgangssignal
einer Gleichstromversorgungseinheit sowie die Oberflächenrauhigkeit
einer bearbeiteten Oberfläche
in Bezug auf die Verbraucherimpedanz bei einer Erodiermaschine gemäß Ausführungsform
3 der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
12 ist
ein Ersatzschaltbild einer Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit und des Verbraucherabschnitts
einer Erodiermaschine gemäß Ausführungsform
4 der vorliegenden Erfindung;
-
13 ist
ein Diagramm, das eine Änderung der
reflektierten elektrischen Energie von der Verbraucherseite in jenem
Fall zeigt, in welchem ein Widerstand parallel zu den Polen geschaltet
ist, sowie eine Änderung
der reflektierten elektrischen Energie von der Verbraucherseite
in jenem Fall zeigt, in dem kein Widerstand parallel zu den Polen
geschaltet ist;
-
14 ist
eine schematische Darstellung der Ausbildung einer herkömmlichen
Erodiermaschine;
-
15 ist
ein Ersatzschaltbild einer Stromversorgungseinheit und eines Verbraucherabschnitts im
Falle der Bearbeitung eines Werkstücks mit hoher Geschwindigkeit
mit einer herkömmlichen
Erodiermaschine;
-
16 ist
ein Ersatzschaltbild einer Stromversorgungseinheit und eines Verbraucherabschnitts im
Falle der Bearbeitung eines Werkstücks mit hoher Genauigkeit mit
einer herkömmlichen
Erodiermaschine;
-
17 ist
eine schematische Darstellung eines Arbeitsbereichs für den Ausgangsstrom
und die Ausgangsspannung einer Gleichstromversorgungseinheit, die
eine Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit aufweist, einer herkömmlichen
Erodiermaschine;
-
18 ist
eine schematische Darstellung eines Arbeitspunkts einer Gleichstromversorgungseinheit
in einem Fall, in welchem sich die Verbraucherimpedanz bei einer
herkömmlichen
Erodiermaschine ändert;
und
-
19 ist ein Diagramm, das ein Ausgangssignal
einer Gleichstromversorgungseinheit sowie die Oberflächenrauhigkeit
einer bearbeiteten Oberfläche eines
Werkstücks
in Bezug auf die Verbraucherimpedanz bei einer herkömmlichen
Erodiermaschine zeigt.
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BESTE ART UND WEISE ZUR
AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
-
AUSFÜHRUNGSFORM 1
-
1 ist
ein Ersatzschaltbild einer Stromversorgungseinheit und eines Verbraucherabschnitts
einer Erodiermaschine gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird eine Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit verwendet.
In 1 bezeichnen die Bezugszeichen 4a und 4b Zuleitungen,
bezeichnet das Bezugszeichen 21 einen Verbraucherabschnitt,
der als Ersatzschaltbild zwischen Polen dargestellt ist, das Bezugszeichen 22 eine
Induktivität,
das Bezugszeichen 23 eine Kapazität, das Bezugszeichen 24 einen Schalter,
das Bezugszeichen 25 den Widerstand einer elektrischen
Entladung, das Bezugszeichen 26 eine Gleichstromversorgungseinheit,
das Bezugszeichen 27 einen Oszillator, das Bezugszeichen 28 einen
Verstärker,
das Bezugszeichen 29 eine Anpassungsschaltung, das Bezugszeichen 30 eine
Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit,
das Bezugszeichen 31 ein Spannungsdetektorvorrichtung,
das Bezugszeichen 32 eine Stromdetektorvorrichtung, das Bezugszeichen 33 eine
Berechnungsvorrichtung zur Berechnung des Produkts aus der Ausgangsspannung
V und dem Ausgangsstrom I der Gleichstromversorgungseinheit 26,
die von der Spannungsdetektorvorrichtung 31 und der Stromdetektorvorrichtung 32 festgestellt
werden, das Bezugszeichen 34 eine Ausgangssteuerschaltung,
die eine Steuervorrichtung zum Steuern des Ausgangssignals der Gleichstromversorgungseinheit 26 ist,
das Bezugszeichen 35 ein Strombeschränkungssignal zur Einschränkung des
Ausgangsstrombeschränkungswerts
Imax der Gleichstromversorgungseinheit 26, das Bezugszeichen 36 ein Spannungsbeschränkungssignal
zur Einschränkung
des Ausgangsspannungsbeschränkungswerts
Vmax der Gleichstromversorgungseinheit 26, und das Bezugszeichen 37 ein
Bearbeitungssteuersignal zur Einschränkung eines Ausgangssignals
der Gleichstromversorgungseinheit 26.
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Als
nächstes
wird nachstehend der Betrieb erläutert.
Die Ausgangsspannung V und der Ausgangsstrom I der Gleichstromversorgungseinheit 26 werden
jeweils von der Spannungsdetektorvorrichtung 31 bzw. der
Stromdetektorvorrichtung 32 festgestellt, und der Ausgangssteuerschaltung 34 zugeführt. Das
Strombeschränkungssignal 35,
das Spannungsbeschränkungssignal 36 und
ein Bearbeitungssteuersignal 37 werden der Ausgangssteuerschaltung 34 zugeführt. Die
Ausgangssteuerschaltung 34 steuert das Ausgangssignal der
Gleichstromversorgungseinheit 26 auf Grundlage der voranstehend
genannten Eingangssignale, so dass das Produkt V·I der Ausgangsspannung V
und des Ausgangsstroms I in einem Bereich konstant sind, in welchem
die Spannung und der Strom nicht die Beschränkungswerte überschreiten.
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2 ist
ein Schaltbild, das ein Beispiel für den Aufbau der Ausgangssteuerschaltung 34 der Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit 30 der
Erodiermaschine gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Zeichnung bezeichnet das
Bezugszeichen 31 eine Spannungsdetektorvorrichtung, das
Bezugszeichen 32 eine Stromdetektorvorrichtung, bezeichnen
die Bezugszeichen 38, 39 und 40 Operationsverstärker, bezeichnet
R1 einen Widerstand, der in dem Stromdetektorsignaleingangsabschnitt
vorgesehen ist, R2 einen Widerstand, der in der Rückkopplungsschleife
des Operationsverstärkers 38 vorgesehen
ist, R3 einen Offseteinstellwiderstand, der an den Operationsverstärker 38 angeschlossen
ist, und R4 einen Widerstand, der im Ausgangsabschnitt des Operationsverstärkers 38 vorgesehen
ist. R5 ist ein Widerstand, der in dem Spannungsdetektorsignaleingangsabschnitt
vorgesehen ist, R6 ist ein Widerstand, der in der Rückkopplungsschleife
des Operationsverstärkers 39 vorgesehen
ist, R7 ist ein Offseteinstellwiderstand, der an den Operationsverstärker 39 angeschlossen
ist, und R8 ist ein Widerstand, der im Ausgangsabschnitt des Operationsverstärkers 39 vorgesehen
ist. Das Bezugszeichen 41 bezeichnet einen Multiplizierer, das
Bezugszeichen 42 einen invertierenden Verstärker, Vout
bezeichnet ein Steuersignal, das der Gleichstromversorgungseinheit
zugeführt
wird, R9 bezeichnet einen Widerstand, der in dem Bearbeitungssteuersignaleingangsabschnitt
angeordnet ist, R10 bezeichnet einen Widerstand, der an den Eingangsabschnitt
des Operationsverstärkers 40 angeschlossen
ist, R11 bezeichnet einen Widerstand, der in Rückkopplungsschleife des Operationsverstärkers 40 vorgesehen
ist, und R12 bezeichnet einen Offseteinstellwiderstand, der an den
Operationsverstärker 40 angeschlossen
ist.
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Als
nächstes
wird nachstehend der Betrieb erläutert.
Ein Stromdetektorsignal, das von der Stromdetektorvorrichtung 32 festgestellt
wird, und der Ausgangssteuerschaltung 34 zugeführt wird,
wird invertierend durch den Operationsverstärker 38 mit der Verstärkung von –R2/R1 verstärkt, und
dann ausgegeben. Diese Verstärkung
wird entsprechend einem Bearbeitungssteuersignal in der späteren Stufe festgelegt.
Auf die selbe Art und Weise wird ein Spannungsdetektorsignal, das
von der Spannungsdetektorvorrichtung 31 festgestellt wird,
und der Ausgangssteuerschaltung 34 zugeführt wird,
invertierend durch den Operationsverstärker 39 verstärkt. Das Stromdetektorsignal
und das Spannungsdetektorsignal, die invertierend verstärkt wurden,
werden einer X- bzw. Y-Klemme jedes Multiplizierers 41 zugeführt, und
von dem Multiplizierer 41 wird das Produkt X·Y ausgegeben.
Das Produkt X·Y
wird dem Operationsverstärker 40 über den
invertierenden Verstärker 42 zugeführt.
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Wenn
eine Differenz zwischen dem Bearbeitungssteuersignal 37 und
dem Produkt X·Y
(das Produkt X·Y
entspricht dem Produkt V·I
der Ausgangsspannung V und des Ausgangsstroms I) durch den invertierenden
Verstärker 40 verstärkt wird,
und zum Steuersignal Vout wird, das an die Gleichstromversorgungseinheit 26 abgegeben
werden soll, wie voranstehend geschildert, wird ein Ausgangssignal
der Gleichstromversorgungseinheit 26 gesteuert, so dass
das Produkt V·I
der Ausgangsspannung V und des Ausgangsstroms I der Gleichstromversorgungseinheit 26 auf
einen konstanten Wert gesteuert werden kann.
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3 ist
ein Diagramm, das einen Arbeitspunkt der Gleichstromversorgungseinheit
zeigt, wenn sich die Verbraucherimpedanz in Bezug auf die Gleichstromversorgungseinheit ändert. Jede
der Eigenschaftskurven von V·I
= W1, V·I = W2,
V·I =
W3 und V·I = W4 gibt
eine Ausgangseigenschaft an, wenn die elektrische Ausgangsleistung
V·I der
Gleichstromversorgungseinheit 26 auf einen konstanten Wert
gesteuert wird. Die Eigenschaftskurve, auf welcher sich der Arbeitspunkt
der Gleichstromversorgungseinheit 26 bewegt, wird dadurch
festgelegt, dass die elektrische Ausgangsleistung entsprechend dem
Bearbeitungsteuersignal 37 ausgewählt wird. Der Arbeitspunkt
ist in diesem Fall ein Schnittpunkt der Eigenschaftskurve der Verbraucherimpedanz
Z in Bezug auf die Gleichstromversorgungseinheit und der Ausgangseigenschaftskurve
der Gleichstromversorgungseinheit. Wird beispielsweise V·I = W2 als die Ausgangseigenschaftskurve der Gleichstromversorgungseinheit 26 ausgewählt, so
sind die Arbeitspunkte die Schnittpunkte P11,
P12, P13, P14 und P15 der Verbrauchereigenschaftskurven
Z1, Z2, Z3, Z4 und Z5 mit der Ausgangseigenschaftskurve W2.
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Wie
voranstehend geschildert bewegt sich der Arbeitspunkt in jenem Fall,
in welchem sich die Verbraucherimpedanz Z in Bezug auf die Gleichstromversorgungseinheit 26 ändert, so
dass die elektrische Ausgangsleistung konstant gehalten werden kann.
Daher wird die elektrische Ausgangsleistung der Gleichstromversorgungseinheit 26 konstant,
unabhängig
von der Änderung
der Verbraucherimpedanz, wie in 4(a) gezeigt.
Wird daher eine Erodierbearbeitung mit der Erodiermaschine durchgeführt, die
mit der Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit 30 versehen
ist, wird die Oberflächenrauhigkeit
an der bearbeiteten Oberfläche
eines Werkstücks
gleichmäßig, ohne
durch die Verbraucherimpedanz beeinflusst zu werden, wie dies in 4(b) gezeigt ist.
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Die
voranstehenden Erläuterungen
betreffen einen in den 1 und 2 gezeigten
Fall, bei welchem die Ausgangsspannung V und der Ausgangsstrom I
der Gleichstromversorgungseinheit 26 jeweils durch die
Spannungsdetektorvorrichtung 31 bzw. die Stromdetektorvorrichtung 32 festgestellt
werden, so dass ein Ausgangssignal der Gleichstromversorgungseinheit 26 durch
die Ausgangsspannung V und den Ausgangsstrom I gesteuert werden
kann. Allerdings können
die Spannungsdetektorvorrichtung 31 und die Stromdetektorvorrichtung 32 auch
im Ausgangsabschnitt der Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit 30 vorgesehen
sein. In diesem Fall wird das Ausgangssignal der Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit 30 auf
einen konstanten Wert gesteuert. Insbesondere wenn die Linearität des Oszillators 27 und
des Verstärkers 28 in
Bezug auf die Gleichstromversorgungseinheit 26 nicht gut
sind, ist der voranstehende Aufbau in der Hinsicht vorteilhaft,
dass Schwankungen der Oberflächenrauhigkeit
auf einer Bearbeitungsoberfläche
genauer unterdrückt
werden können.
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Bei
den voranstehenden Erläuterungen
wird das Produkt von Ausgangsspannung und Ausgangsstrom, die jeweils
von Spannungsdetektorvorrichtung 31 bzw. der Stromdetektorvorrichtung 32 festgestellt werden,
von der Berechnungsvorrichtung 33 so berechnet, dass die
elektrische Leistung ermittelt wird. Es kann jedoch auch eine andere Detektorvorrichtung
für die
elektrische Leistung zur Feststellung der elektrischen Leistung
verwendet werden, beispielsweise ein Hochfrequenz-Leistungsdetektor.
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Die
voranstehenden Erläuterungen
betreffen eine Erodiermaschine, die mit einer Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit
versehen ist, die zur Bearbeitung eines Werkstücks mit hoher Genauigkeit verwendet
wird. Allerdings wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung
nicht auf eine Erodiermaschine beschränkt ist, die mit einer Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit
versehen ist. Die selbe Ausgangssteuerung kann bei einer Erodiermaschine
durchgeführt
werden, die mit einer Stromversorgungseinheit versehen ist, die
zur Grobbearbeitung eines Werkstücks
verwendet wird.
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AUSFÜHRUNGSFORM 2
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5 zeigt
ein Ersatzschaltbild einer Stromversorgungseinheit und eines Verbraucherabschnitts einer
Erodiermaschine gemäß Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung. Gleiche Bezugszeichen werden zur Bezeichnung
gleicher Teile in 1, die Ausführungsform 1 zeigt, und 5 verwendet,
die Ausführungsform
2 zeigt. Bei dieser Ausführungsform
2 wird ebenfalls eine Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit eingesetzt.
In 5 bezeichnet das Bezugszeichen 30a eine
Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit, das Bezugszeichen 33a eine
Berechnungsvorrichtung zur Berechnung der Summe der Ausgangsspannung
V und des Ausgangsstroms I der Gleichstromversorgungseinheit 26,
und das Bezugszeichen 34a eine Ausgangssteuerschaltung,
die eine Steuervorrichtung zum Steuern des Ausgangssignals der Gleichstromversorgungseinheit 26 darstellt.
Die Ausführungsform
1 verwendet die Berechnungsvorrichtung 33 zur Berechnung
des Produkts aus Ausgangsspannung V und Ausgangsstrom I der Gleichstromversorgungseinheit 26.
Dagegen verwendet Ausführungsform
2 die Berechnungsvorrichtung 33a zur Durchführung einer
Addition der Ausgangsspannung V und des Ausgangsstroms I der Gleichstromversorgungseinheit 26,
anstelle der Berechnungsvorrichtung 33.
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6 ist
ein Schaltbild, das ein Beispiel für den Aufbau einer Ausgangssteuerschaltung 34a einer
Stromversorgungseinheit einer Erodiermaschine gemäß Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung zeigt. Gleiche Bezugszeichen werden
dazu verwendet, gleiche Teile in 2, die Ausführungsform 1
zeigt, und 6 zu bezeichnen, die Ausführungsform
2 zeigt. Bauteile mit den selben Bezugszeichen führen den selben Betrieb durch.
R13 ist ein Widerstand, der in dem Bearbeitungssteuerwerteingabeabschnitt
vorgesehen ist, und R14 ist ein Widerstand, der in dem Spannungsdetektorsignaleingabeabschnitt
vorgesehen ist. In diesem Fall wird das Spannungsdetektorsignal
als ein negatives Signal gemessen.
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Infolge
des in 6 dargestellten Schaltungsaufbaus wird eine Differenz
zwischen dem Bearbeitungssteuersignal 37 und α·V + β·I (V ist
die Ausgangsspannung der Gleichstromversorgungseinheit 26,
I ist der Ausgangsstrom der Gleichstromversorgungseinheit 26,
und α und β sind vorbestimmte Koeffizienten)
zu einem Steuersignal Vout, das der Gleichstromversorgungseinheit 26 zugeführt wird. Daher
wird das Ausgangssignal der Gleichstromversorgungseinheit 26 so
gesteuert, dass α·V + β·I konstant
wird. In diesem Fall sind α und β Koeffizienten, die
durch die Verstärkungen
der Operationsverstärker 38 und 40 festgelegt
werden.
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Arbeitspunkte
der Gleichstromversorgungseinheit, die wie in den 5 und 6 gezeigt
ausgebildet ist, sind in 7 dargestellt. In 7 gibt jede
der Eigenschaftskurven von α·V + β·I = S1, α·V + β·I = S2 und α·V + β·I = S3 eine Ausgangseigenschaft an, wenn die elektrische
Ausgangsleistung α·V + β·I der
Gleichstromversorgungseinheit 26 auf einen konstanten Wert
gesteuert wird. Die Eigenschaftskurve, auf welcher sich der Arbeitspunkt
der Gleichstromversorgungseinheit 26 bewegt, wird durch
Auswahl der Ausgangseigenschaft (beispielsweise S1 bis S3) entsprechend
dem Bearbeitungssteuersignal 37 festgelegt. Der Arbeitspunkt
ist in diesem Fall ein Schnittpunkt der Eigenschaftskurve einer
Verbraucherimpedanz Z in Bezug auf die Gleichstromversorgungseinheit
und der Ausgangseigenschaftskurve der Gleichstromversorgungseinheit.
Wird beispielsweise α·V + β·I = S1 als Ausgangseigenschaftskurve der Gleichstromversorgungseinheit 26 ausgewählt, so
sind die Arbeitspunkte der Gleichstromversorgungseinheit Schnittpunkte
P21, P22, P23, P24 und P25 von Verbrauchereigenschaftskurven Z1, Z2, Z3,
Z4 und Z5 mit der Ausgangseigenschaftskurve
S1. Wie voranstehend geschildert bewegt
sich der Arbeitspunkt in jenem Fall, in welchem sich die Verbraucherimpedanz
in Bezug auf die Gleichstromversorgungseinheit 26 ändert, auf
einer geraden Linie, so dass α·V + β·I konstant
gehalten werden kann. Daher wird es möglich, eine Ausgangssteuerung
der Gleichstromversorgungseinheit durchzuführen, die sich an die in 3 bezüglich Ausführungsform
1 dargestellte Steuerung annähert,
bei welcher die elektrische Ausgangsleistung so gesteuert wird,
dass sie konstant gehalten wird.
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Ein
Beispiel für
die Ausgangsleistung der Gleichstromversorgungseinheit an Arbeitspunkten P21, P22, P23, P24 und P25, die 7 gezeigt
sind, ist in 8(a) dargestellt. Wie aus 7 hervorgeht,
wird die Steuerung so durchgeführt,
dass die Eigenschaft, für
welche die elektrische Ausgangsleistung konstant gehalten wird,
durch eine gerade Linie approximiert wird. Daher ist die Ausgangsleistung
der Stromversorgungseinheit nicht perfekt konstant in Bezug auf die
Schwankung der Verbraucherimpedanz. Es ist jedoch möglich, eine
wesentlich stabilisierte Ausgangsleistung der Gleichstromversorgungseinheit
zu erhalten, verglichen mit jenem Beispiel, das in Bezug auf den
in 19(a) gezeigten Stand der Technik
beschrieben wurde.
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Demzufolge
kann die Oberflächenrauhigkeit einer
bearbeiteten Oberfläche
in jenem Fall, in welchem sich die Verbraucherimpedanz ändert, wesentlich
verbessert werden, wie in 8(b) gezeigt
ist.
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Wenn
der Aufbau der in 6 gezeigten Ausgangssteuerschaltung 34a eingesetzt
wird, kann der Schaltungsaufbau vereinfacht werden, verglichen mit
der Ausgangssteuerschaltung 34, die in 2 bezüglich Ausführungsform
1 gezeigt ist. Daher können
die Herstellungskosten verringert werden.
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AUSFÜHRUNGSFORM 3
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9 ist
ein Schaltbild, das ein Beispiel für den Aufbau der Ausgangssteuerschaltung 34b zeigt, die
eine Steuervorrichtung zum Steuern eines Ausgangssignals der Gleichstromversorgungseinheit
der Stromversorgungseinheit der Erodiermaschine gemäß Ausführungsform
3 der vorliegenden Erfindung ist. Gleiche Bezugszeichen werden dazu
verwendet, gleiche Teile in 6, die Ausführungsform
2 zeigt, und 9 zu bezeichnen, die Ausführungsform
3 zeigt. Bauteile mit den selben Bezugszeichen führen den selben Betrieb durch.
Bei dem in 9 gezeigten Schaltbild sind
R2a, R2b und R2c Widerstände, die
parallel zur Rückkopplungsschleife
des Operationsverstärkers 38 angeordnet
sind, und sind SW2a, SW2b und SW2c Schalter, die in Reihe mit den
Widerständen
R2a, R2b und R2c geschaltet sind. R3a, R3b und R3c sind an den Operationsverstärker 38 angeschlossene
Widerstände,
und SW3a, SW3b und SW3c sind Schalter, die in Reihe mit den Widerständen R3a,
R3b und R3c geschaltet sind. Die Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit
der Erodiermaschine bei dieser Ausführungsform 3 ist die gleiche
wie bei der Ausführungsform
2, die in 5 gezeigt ist.
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Ein
Stromdetektorsignal, das der in 6 gezeigten
Ausgangssteuerschaltung 34a zugeführt wird, und von der Stromdetektorvorrichtung 32 festgestellt
wird, wird invertierend durch den Operationsverstärker 38 verstärkt, mit
einer Verstärkung
von etwa –R2/R1.
Bei dem Schaltungsaufbau der in 9 gezeigten
Ausführungsform
3 besteht der Widerstand R2 zur Festlegung der Verstärkung des Operationsverstärkers 38 aus
R2a, R2b und R2c, deren Widerstandswerte sich voneinander unterscheiden,
und kann der Widerstandswert durch die Schalter SW2a, SW2b und SW2c
ausgewählt
werden. Die in 9 gezeigten Widerstände R3a,
R3b und R3c sind Widerstände
zur Einstellung des Offsets, auf die gleiche Weise wie der in 6 gezeigte
Widerstand R3. In diesem Fall kann der Widerstand der Rückkopplungsschleife
des Operationsverstärkers 38 auf R2a,
R2b oder R2c umgeschaltet werden. Gleichzeitig kann auf die Widerstände R3a,
R3b oder R3c durch die Schalter SW3a, SW3b oder SW3c umgeschaltet
werden.
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Arbeitspunkte
der Gleichstromversorgungseinheit 26, die durch die Ausgangssteuerschaltung 34b mit
dem in 9 gezeigten Aufbau gesteuert wird, sind in 10 dargestellt.
Eigenschaftskurven von V·I
= W1, V·I = W2,
V·I =
W3 und V·I = W4,
die in 10 gestrichelt dargestellt sind,
sind Eigenschaftskurven in jenem Fall, in welchem die Ausgangsspannung
V·I der
Gleichstromversorgungseinheit 26 konstant wird. Eigenschaftskurven
von α1·V
+ β1·I
= S11 und α2·V + β2·I = S12, die als durchgezogene Linien dargestellt
sind, sind Eigenschaftskurven in jenem Fall, in welchem die Ausgangsleistung αn·V + βn·I (an
und βn sind
vorbestimmte Koeffizienten) der Gleichstromversorgungseinheit 26 so
gesteuert wird, dass sie einen konstanten Wert annimmt. Wenn in 9 beispielsweise
angenommen wird, dass die Eigenschaftskurve α1·V + β1·I = S11 in jenem Fall, in welchem der Schalter
SW2a eingeschaltet ist, und die Eigenschaftskurve α2·V + β2·I = S12 in jenem Fall ist, in welchem Schalter
SW2b eingeschaltet ist, wie in 10 gezeigt,
so nähert
sich im Bereich einer Impedanzschwankung von Z = Z3 bis
Z5 die Eigenschaftskurve α1·V + β1·I = S11 an die Eigenschaft an, bei welcher die
elektrische Ausgangsleistung konstant ist (V·I = W2,
gezeigt in 10), und nähert sich im Bereich einer
Impedanzschwankung von Z = Z1 bis Z3 die Eigenschaftskurve α2·V + β2·I = S12 an die Eigenschaft an, bei welcher die
elektrische Ausgangsleistung konstant ist (V·I = W2,
gezeigt in 10).
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Der
Schwankungsbereich der Verbraucherimpedanz wird entsprechend den
Arbeitsbedingungen geändert,
beispielsweise Dicke und Profil eines Werkstücks. Es ist möglich, genauer
die Ausgangsleistung der Gleichstromversorgungseinheit 26 zu steuern,
wenn die Verstärkung
durch eine Einstellvorrichtung zum Einstellen der Verstärkung umgeschaltet
wird, durch Schalten der Widerstände
R2a, R2b und R2c des Operationsverstärkers 38 wie in 9 gezeigt,
unter Verwendung der Schalter SW2a, SW2b und SW2c. Ist beispielsweise
die Dicke eines Werkstücks
t1, so ist der Schwankungsbereich der Verbraucherimpedanz Z = Z4 bis Z5, und wenn
die Dicke eines Werkstücks
t2 ist, ist der Schwankungsbereich der Verbraucherimpedanz Z = Z1 bis Z2, und kann
die elektrische Ausgangsleistung der Gleichstromversorgungseinheit 26 exakter
folgendermaßen gesteuert
werden. Falls ein Abschnitt des Werkstücks bearbeitet wird, dessen
Dicke t1 beträgt,
wird in 9 der Schalter SW2a eingeschaltet,
und wird die Eigenschaftskurve α1·V
+ β1·I
= S11 verwendet. Falls ein Abschnitt des
Werkstücks,
dessen Dicke t2 beträgt,
bearbeitet wird, wird in 9 der Schalter SW2b eingeschaltet,
und wird die Eigenschaftskurve α2·V
+ β2·I
= S12 verwendet. Wenn ein Schaltbetrieb auf
diese Art und Weise durchgeführt
wird, kann die elektrische Ausgangsleistung der Gleichstromversorgungseinheit 26 genauer
gesteuert werden. Wird der Betrieb wie voranstehend geschildert
durchgeführt, können die
Arbeitspunkte in jenem Fall, in welchem sich die Verbraucherimpedanz
im Bereich Z = Z1 bis Z5 ändert, auf
die Punkte P31, P32,
P33, P34 und P35 gesetzt werden, die in 10 gezeigt
sind.
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11 zeigt ein Ausgangssignal einer Gleichstromversorgungseinheit
sowie die Oberflächenrauhigkeit
einer bearbeiteten Oberfläche
in Bezug auf die Verbraucherimpedanz in einer Erodiermaschine gemäß Ausführungsform
3 der vorliegenden Erfindung. 11(a) zeigt
Ausgangssignale der elektrischen Gleichstromleistung an Arbeitspunkten P31, P32, P33, P34 und P35 in 10. Man
sieht, dass die Ausgangseigenschaft stärker verbessert ist, als im
Falle der in 8(a) gezeigten Ausführungsform 2.
Entsprechend der Verbesserung der Ausgangseigenschaft kann, wie
in 11(b) gezeigt, die Oberflächenrauhigkeit
auf einer bearbeiteten Oberfläche in
einem Fall, in welchem die Verbraucherimpedanz schwankt, stärker verbessert
werden als bei dem in 8(b) gezeigten
Fall.
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Wie
voranstehend geschildert kann, wenn die Ausgangssteuerschaltung 34b eingesetzt
wird, deren Aufbau einfach ist, wie dies in 9 gezeigt ist,
die Eigenschaft in Bezug auf die elektrische Ausgangsleistung stärker an
jene angenähert
werden, die in Ausführungsform
1 gezeigt ist, als an jene der Ausgangssteuerschaltung 34a,
die in 6 bezüglich
Ausführungsform
2 gezeigt ist.
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Wenn
die in 9 gezeigte Ausgangssteuerschaltung 34b eingesetzt
wird, kann der Schaltungsaufbau vereinfacht werden verglichen mit
dem Aufbau der Ausgangssteuerschaltung 34 der Ausführungsform
1, die in 2 gezeigt ist. Daher können die
Herstellungskosten verringert werden.
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Die
voranstehenden Erläuterungen
betreffen ein Beispiel, bei welchem Widerstände R2a, R2b und R2c umgeschaltet
werden, als Vorrichtung zur Einstellung der Verstärkung des
Operationsverstärkers 38,
wie dies in 9 gezeigt ist, jedoch ist die
Vorrichtung zur Einstellung der Verstärkung des Operationsverstärkers 38 nicht
auf das voranstehende, spezielle Beispiel beschränkt, sondern kann eine Einstellvorrichtung
zum Schalten des Widerstands R1 eingesetzt werden. Die Anzahl zu
schaltender Widerstände
ist nicht auf drei beschränkt.
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Die
voranstehenden Erläuterungen
betreffen ein System, bei welchem ein Umschaltschalter als Verstärkungseinstellvorrichtung
für den
Operationsverstärker 38 verwendet
wird. Die Verstärkungseinstellvorrichtung
ist jedoch nicht auf das voranstehende, spezielle Beispiel beschränkt. So
können
beispielsweise die folgenden Einstellvorrichtungen eingesetzt werden.
Einstellbare Widerstände
werden als die Widerstände
R2 und R3 bei der in 6 gezeigten Ausführungsform
2 verwendet, und die Widerstandswerte der einstellbaren Widerstände werden entsprechend
den Arbeitsbedingungen eingestellt.
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AUSFÜHRUNGSFORM 4
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Bei
den Ausführungsformen
1 bis 3 kann, wie beispielsweise in den 4(a), 8(a) und 11(a) gezeigt
ist, die Ausgangsleistungsschwankung der Gleichstromversorgungseinheit
unterdrückt werden.
Daher ist es möglich,
Ausgangsleistungsschwankungen der Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit zu unterdrücken. Ist
jedoch eine starke Fehlanpassung bei der Anpassungsschaltung vorhanden,
da die Belastung (der Verbraucher) stark bei dem Erodiervorgang
schwankt, treten reflektierte Wellen in höherem Ausmaß auf, da eine Verringerung
der Ausgangsleistung der Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit unterdrückt wird.
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Bei
der Ausführungsform
4 wird diese Erhöhung
in Bezug auf die reflektierten Wellen verhindert. 12 zeigt
ein Ersatzschaltbild einer Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit
und eines Verbraucherabschnitts einer Erodiermaschine gemäß Ausführungsform
4 der vorliegenden Erfindung. Gleiche Bezugszeichen werden zur Bezeichnung
gleicher Teile in 1, die Ausführungsform 1 zeigt, und 12 verwendet,
die Ausführungsform
4 zeigt. In der Zeichnung ist Rp ein Widerstand, der parallel zu den
Polen geschaltet ist, und das Bezugszeichen 43 bezeichnet
eine Spannungsdetektorvorrichtung, die parallel zum Widerstand Rp
geschaltet ist.
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Je
höher der
Wert von Q ist, der die Güte
der Schwankung der Impedanz zwischen den Polen angibt, desto größer ist
die Impedanzschwankung zwischen den Polen. Wird daher der Wert von
Q zwischen den Polen verringert, können Belastungsschwankungen
unterdrückt
werden, die bei dem Bearbeitungsvorgang hervorgerufen werden. Der
Widerstand Rp, der die 12 dargestellt ist, ist zu dem Zweck
vorgesehen, den Wert Q der Impedanz zwischen den Polen zu verringern. 13 ist
ein Diagramm, das eine Änderung
der reflektierten elektrischen Leistung von der Verbraucherseite
zeigt, wenn der Widerstand Rp vorgesehen ist, sowie eine Änderung
der reflektierten elektrischen Leistung von der Verbraucherseite
zeigt, wenn der Widerstand Rp nicht vorgesehen ist. Ist der Widerstand
Rp vorhanden, kann die Impedanzschwankung zwischen den Polen unterdrückt werden,
so dass die Fehlanpassung in der Anpassungsschaltung verringert
werden kann. Daher können
die infolge der Fehlanpassung erzeugten reflektierten Wellen unterdrückt werden. Demzufolge
kann der Wirkungsgrad der Zufuhr elektrischer Energie zum Verbraucher
der elektrischen Entladung verbessert werden, und kann eine Beschädigung der
Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit infolge reflektierter elektrischer
Energie verhindert werden.
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Die
voranstehenden Erläuterungen
betreffen einen Fall, bei welchem der Widerstand zwischen die Pole
geschaltet ist. Weiterhin kann in einem Fall, in welchem die Belastungsschwankung
zwischen den Polen durch eine Schwankung der Induktivität oder einer
Schwankung der Kapazität
hervorgerufen wird, eine Induktivität oder Kapazität, deren
Wert höher
ist als das Ausmaß der
Schwankung, zwischen die Pole geschaltet werden.
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Ein
Werkstück
wird durch die elektrische Ausgangsleistung bearbeitet, die von
der Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit 30 zugeführt wird. Ist
der Widerstand Rp zwischen den Polen vorgesehen, ist es selbst dann
möglich,
wenn die Belastung schwankt, stabil eine erodierbare Bearbeitung
durchzuführen,
und wird ein Teil der Ausgangsleistung der Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit 30 von
dem Widerstand Rp verbraucht. In einem Fall, in welchem die vom
Widerstand Rp verbrauchte elektrische Leistung nicht vernachlässigt werden
kann, im Vergleich zu der elektrischen Leistung, die zur Erodierbearbeitung
nötig ist,
ist es daher unmöglich,
die Leistung der Erodierbearbeitung auf einen konstanten Wert zu steuern,
wenn nur die Ausgangsleistung der Gleichstromversorgungseinheit 26 überwacht
wird.
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Die
in 12 gezeigte Spannungsdetektorvorrichtung 43 ist
zu dem Zweck vorgesehen, Maßnahmen
zur Lösung
der voranstehenden Probleme zu unternehmen. Die Spannungsdetektorvorrichtung 33 stellt
die Spannung Vr zwischen beiden Enden des Widerstands Rp fest (Widerstandswert
R). Dieses Spannungsdetektorsignal wird der Ausgangssteuerschaltung 34 zugeführt, und
in der Ausgangssteuerschaltung 34 wird eine solche Steuerung durchgeführt, dass
die Gleichung V·I – Vr2/R = (konstant) erfüllt ist. In diesem Fall ist
Vr2/R der durch den Widerstand Rp hervorgerufene
Verlust. Wird die Steuerung wie voranstehend geschildert durchgeführt, kann
das Ausgangssignal der Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit 30 auf
der Grundlage der elektrischen Leistung gesteuert werden, die erhalten
wird, wenn der durch den Widerstand Rp hervorgerufene Verlust von
dem Ausgangssignal der Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit 30 subtrahiert
wird, also auf Grundlage der elektrischen Leistung, die der Erodierbearbeitung
zugeführt
wird. Infolge dessen kann selbst dann, wenn der durch den Widerstand
Rp hervorgerufene Verlust im Vergleich zur elektrischen Leistung
nicht vernachlässigt werden
kann, die zur Erodierbearbeitung benötigt wird, die Oberflächenrauhigkeit
auf einer bearbeiteten Oberfläche
gleichmäßig ausgebildet
werden.
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Die
voranstehenden Erläuterungen
betreffen einen Fall, bei welchem der durch den Widerstand Rp hervorgerufene
Verlust von der Spannungsdetektorvorrichtung 43 festgestellt
wird, jedoch können
auch andere Detektorvorrichtungen eingesetzt werden, beispielsweise
eine Stromdetektorvorrichtung.
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GEWERBLICHE
ANWENDBARKEIT
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Wie
voranstehend geschildert wird die Erodiermaschine gemäß der vorliegenden
Erfindung in geeigneter Weise für
die Erodierbearbeitung eingesetzt.