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Schaltanordnung zur Regelung des Elektrodenvorschubs bei Funkenerosionsmaschinen
nach dem Funkenstrom Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung zur Regelung des
Elektrodenvorschubes in Funkenerosionsmaschinen. Sie gibt ferner einige bevorzugte
Schaltungsbeispiele von Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens an.
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Beim Funkenerosionsverfahren werden bekanntlich zwischen einer Elektrode
und dem Werkstück elektrische Funkenentladungen erzeugt, welche die Aufgabe haben,
Durchbrüche oder Gravuren entsprechend der Elektrodenform in das Werkstück einzuarbeiten.
Zur Aufrechterhaltung des Bearbeitungsspaltes zwischen Werkzeugelektrode und Werks.tückelektrode
ist es erforderlich, die Werkzeugelektrode mit zunehmender Tiefe der Einarbeitung
nachzuführen, um in jedem Augenblick eine solche Größe des Bearbeitungsspaltes aufrechtzuerhalten,
daß eine einwandfreie Funkenentladung im Bearbeitungsspalt stattfinden kann. Um
die Elektrode nachzuführen, ist es bekannt, die Spannung am Bearbeitungsspalt bzw.
die Ströme im Funkenkreis zu messen und die Abhängigkeit dieser Größen, die gegebenenfalls
einem Verstärker zugeführt werden, einen Stellmotor für den Elektrodenvo-rschub
zu betätigen. So ist es beispielsweise bekannt, die am Bearbeitungsspalt auftretenden
elektrischen Spannungsänderungen einem Leonard-Generator zuzuführen und mit der
vom Generator abgegebenen elektrischen Leistung einen Stellmotor zu betreiben. Da
die impulsförmigen Spannungen am Bearbeitungsspalt eine Funktion seiner Größe sind,
kann ein Wert dieser Spannungen, der dem Wert des gewünschten Bearbeitungsspaltes
entspricht, festgelegt werden. Mit 'einer derartigen Sollspannung werden die tatsächlichen
Spannungen am Bearbeitungsspalt verglichen und die Differenz zwischen diesen Spannungen
wird über einen Verstärker einem Stellmotor zugeführt.
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Die bisher bekannten Schaltanordnungen beziehen sich alle auf die
Abnahme elektrischer Größen am Bearbeitungsspalt oder am gleichstromseitigen Aufladekreis
und haben bestimmte Nachteile. Die Nachteile bestehen darin, daß diese Spannungen
oder Ströme impulsförmig oder sägezahnartig und in den meisten Fällen mit verschiedenen
Einschwingvorgängen der beteiligten Schaltelemente überlagert sind. Diese Einschwingvorgänge
werden besonders durch die Funkenentladungen angestoßen. Es ist daher mitunter erforderlich,
die Spannung im Bearbeitungsspalt beispielsweise durch Integration umzuformen, damit
sie zur Aussteuerung der Regeleinrichtung geeignet sind. Ferner sind diese Spannungen
am Bearbeitungsspalt besonders bei Verwendung von Funkengeneratoren, die nach dem
Prinzip der gesteuerten Entladung arbeiten, abhängig von der jeweiligen Ausbildung
des Arbeitskreises. Vor allem spielt die veränderliche Induktivität, die von der
jeweiligen Größe des Werkstückes und der Elektroden, d. h. vom jeweiligen Bearbeitungsfall
abhängig ist, eine nicht unbedeutende Rolle. Es kann daher möglich sein, daß bei
gleichen geometrischen Abmessungen des Bearbeitungsspaltes, jedoch bei zwei verschiedenen
Werkstücken mit verschiedenen geometrischen Anordnungen zwei unterschiedliche Spannungen
gemessen werden. Damit wird aber die Vorschubregelung abhängig von den zufälligen
Einzelheiten in der Ausbildung des Entladekreises. Andererseits sind die Spannungen
und der Stromverlauf am Bearbeitungsspalt einer Funkenerosionsmaschine verhältnismäßig
unruhig, da die effektive Größe des Bearbeitungsspaltes durch die veränderliche
Verschmutzung und durch Vibration der Maschine Einflüssen unterliegt, die auch dann
nicht konstant sind, wenn die geometrische Größe des Bearbeitungsspaltes mechanisch
gesehen gleichbleibt.
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Um diese Einflüsse in der V orschubregelung weitgehend auszuschalten,
ist es erforderlich, daß die Integration der Funkenspannung mit einer verhältnismäßig
hohen Zeitkonstante erfolgt. Dies hat aber zur Folge, daß die Reaktionszeit der
Vorschubregelung vergrößert wird, was in vielen Fällen zu einer unerwünschten Trägheit
des gesamten Vorschubregelsystems führt.
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Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu vermeiden. Sie betrifft
eine Schaltanordnung zur Elektrodenvorschubregelung bei der Funkenerosion,
bei
der eine der Stromstärke im Ladekreis entsprechende Spannung mit einer Sollspannung
verglichen wird, und die Erfindung besteht darin, daß bei Anwendung des Prinzips
der angesteuerten Entladung eines Energiespeichers und mittels Transduktoren gesteuerter
Aufladung des Energiespeichers zwei Stromwandler, deren Sekundärseiten in Serie
liegen und, über einen Verstärker, mit einem als Stellmotor dienenden Asynchronmotor
verbunden, derart geschaltet sind, daß der Primärkreis des einen Stromwandlers in
die Stromzuleitung des transduktorgeregelten Funkengenerators geschaltet ist, während
der Primärkreis des anderen Stromwandlers in Reihe mit einem zweiten Transduktor
geschaltet ist,- der vom gleichen Steuerstrom durchflossen wird wie der Transduktor
des Funkengenerators und den Stromfluß durch einen Sollwertgeber dienenden festen
Widerstand bestimmt. Diese Maßnahme hat gegenüber den bekannten Verfahren zur Vorschubregelung
den Vorteil, daß sowohl die kurzzeitigen Schwankungen als auch die Änderungen der
Induktivität im Entladekreis die Änderung der netzseitigen Stromaufnahme nicht merklich
beeinflussen. Alle Vorgänge werden dabei immer über den Zeitpunkt einer Halbwelle
der Wechselspannung integriert, so daß eine mehr als notwendige Verzögerung von
vornherein vermieden wird. Die Verzögerung, die durch die Integration über eine
halbe Periode der Wechselspannung erfolgt, wirkt sich nicht störend aus, da die
Ansprechzeiten der Stellmotore, die für die Regelung des Vorschubs der Elektrode
in Frage kommen, ohnehin stets größer sind als eine halbe Periode der Wechselspannung.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird also erreicht, daß die Vorschubregelung
ohne Verwendung besonderer Integrations- oder Beruhigungsglieder mit einer genügend
ruhigen Stehgröße erfolgt, und zwar ohne die Zeitkonstante der Vorschubregelung
mehr als erforderlich zu verlängern. Mit besonderem Vorteil kann das erfindungsgemäße
Verfahren dann angewendet werden, wenn zur Vorschubregelung der Elektrode Wechselstromasvnclzronmotore
herangezogen werden sollen. In diesem Falle ist das Steuersignal bereits ein Wechselstrornsignal
der gewünschten Frequenz und braucht nicht erst durch Modulatoren oder ähnliche
Meßumformer aus gemessenen integrierten Gleichstromwerten in die entsprechenden
Wechselstromstellgrößen umgeformt zu werden.
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In der Zeichnung ist ein Schaltbeispiel einer bevorzugten Anordnung
schematisch dargestellt.
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Es wird dabei ein Funkengenerator verwendet, der nach dem Prinzip
der angesteuerten Entladung bei Steuerung der Stromaufnahme durch Transduktoren
arbeitet. Die Spannungsquelle 5 ist über den Transduktor 24 und den Stromwandler
4 mit dem Ladegleichrichter 25 verbunden. Die Auflädung des Kondensators 15 erfolgt
über die Ladeimpedanz 14, während die Entladung des Ladekondensators 15 über das
mit diesem Kondensator verbundene Werkstück 2 und die Werkzeugelektrode 3 erfolgt.
Ferner ist in der Schaltung ein Sollwertgeberkreis vorgesehen, der aus dem Transduktor
26, dem Stromwandler 30 und dem festen Widerstand 27 besteht und der ebenfalls aus
der Spannungsquelle 5 gespeist wird. Der Transduktor 24 hat dabei die Aufgabe, den
Ladestrom zu regeln, während dem Transduktor 26 die Aufgabe zukommt, den Sollwert
in der richtigen Phasenlage zu geben. Beide Transduktoren werden mit ihren Steuerwicklungen
über einen regelbaren Widerstand 29 an eine Gleichspannungsquelle 28 angeschlossen.
Die beiden Sekundärwicklungen der Stromwandler 4 und 30 sind mit den Lastwiderständen
6 und 31 überbrückt und in Serie mit dem Eingang des Verstärkers 8 verbunden. Die
Differenz der an beiden Stromwandlern 4 und 30 auftretenden Sekundärspannungen wird
dem Verstärker zugeführt. Der Ausgang des Verstärkers ist mit dem als Stellmotor
für die Elektrode wirkenden Asvnchronmotor 9 verbunden.
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Wenn die mittlere Spannung am Gleichrichter 25, die eine Funktion
der Größe des Bearbeitungsspaltes ist, der mittleren Spannung am Sollwert gebenden
Widerstand 27 entspricht, heben sich die Sekundärspannungen der Stromwandler 4 und
30 auf, und es gelangt keine Spannung an den Stellmotor. Wenn jedoch die Spannung
am Bearbeitungsspalt und damit auch die Spannung am Gleichrichter 25 vom Sollwert
abweicht, entsteht aus der Subtraktion der Sekundärspannungen der Stromwandler eine
Wechselspannung mit veränderlicher Phase und Amplitude, die den Stellmotor 14 in
der einen oder anderen Richtung in Bewegung setzt. In den Zeichnungen sind nur die
hierfür erforderlichen prinzipiellen Schaltmittel angegeben, wobei die eigentlichen
an sich bekannten mechanischen Vorrichtungen zur Betätigung des Vorschubes an Elektroden
der Einfachheit halber weggelassen wurden.