DE1083953B

DE1083953B - Verfahren und Einrichtung zur Funkenerosionsbearbeitung

Info

Publication number: DE1083953B
Application number: DEF28637A
Authority: DE
Original assignee: Firth Sterling Inc
Current assignee: Firth Sterling Inc
Priority date: 1958-06-09
Filing date: 1959-06-08
Publication date: 1960-06-23
Also published as: FR1230717A; GB872921A; US2979639A; CH375808A; ES249992A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funkenerosionsbearbeitung von elektrisch leitenden Stoffen und eine bevorzugte Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei der elektrischen Erosionsbearbeitung von elektrisch leitenden Stoffen ist €s bekannt, daß zwischen einer Elektrode, der sogenannten Werkzeugelektrode, und dem Werkstück elektrische Entladungen erzeugt werden, die das Metall entfernen und in die Werkstückoberfläche ein Gegenbild der Gestalt der Elektrode einarbeiten. Die Bearbeitung erfolgt im allgemeinen unter einer dielektrischen Flüssigkeit, wie beispielsweise Öl. Die Entladungen werden dadurch erzeugt, daß das Werkstück und die Elektrode an eine elektrische Energiequelle angeschlossen werden, welche die erforderliche Spannung liefert, um einen Funkenüberschlag in dem Bearbeitungsspalt zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück hervorzurufen.

Es ist bekannt, daß während der Funkenerosionsbearbeitung der leitenden Stoffe infolge der unvermeidlichen Trägheit aller Vorschubregelsysteme und durch die gelegentliche Ansammlung von Schmutz, Metallspänen od. dgl. Kurzschlüsse in dem Bearbeitungsspalt auftreten, die zu konstruktiven Beschädigungen des Werkstückmaterials führen. Diese Kurzschlüsse verursachen auch unerwünscht nachteilige Wirkungen auf dem Generator selbst. Infolgedessen muß der Generator kräftiger ausgebildet sein, als dies für reine Erosionsbearbeitung üblich ist, damit die Schalter des Generators die erhöhten Belastungen bei Kurzschlüssen aushalten können. Bei der Anwendung von ungesteuerten Entladungen führen diese Kurzschlüsse im allgemeinen zu Lichtbögen, die für die Konstruktionen schädlich sind, wogegen Generatoren mit gesteuerter Entladung im Falle eines Kurzschlusses wie Punktschweißvorrichtungen wirken. Jedoch hat auch dies infolge Überhitzung nachteilige Wirkung auf die Konstruktion und kann zu Rissen führen, so daß das Werkstück verschrottet werden muß.

Eine große Anzahl Vorschläge ist bereits gemacht worden, um die nachteiligen Erscheinungen von Kurzschlüssen auf ein Minimum zu vermindern. Versuche sind gemacht worden, um die Dauer solcher Kurz-Schlüsse mittels weniger träger Spezialregelungen zu begrenzen. Auch sind Verfahren bekanntgeworden, um die Energieversorgung beim Auftreten solcher Kurzschlüsse zu drosseln, wodurch die schädlichen Wirkungen ebenfalls reduziert wurden.

Schließlich sollen die auftretenden Schäden zurück zu der Tatsache verfolgt werden, daß die Arbeitsentladungen fortschreiten, während in dem Bearbeitungsspalt Bedindungen bestehen, die eine ordnungsmäßige

Verfahren und Einrichtung
zur Funkenerosionsbearbeitung

Anmelder:

Firth Sterling Inc.,
Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke,

Berlin-Friedenau, Lauterstr. 37,

und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg, München 27,

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 9. Juni 1958

Entladung verhindern oder die zulassen, daß eine Entladung in einer unerwünschten Weise erfolgt. Zweck der Erfindung ist, die Arbeitsentladungen derart zu steuern, daß sie bei Kurzschluß verhindert werden oder daß sie, bei einer weiteren Entwicklung der Erfindung, nur auftreten, wenn in jeder Beziehung optimale Bedingungen in dem Bearbeitungsspalt vorherrschen. Die Erfindung besteht darin, daß mittels eines Impulsgenerators geringer Leistung Testentladungen in dem Bearbeitungsspalt erzeugt werden, die über elektrische Meß- und Steuerelemente die Entladungen der Energiequelle nur auslosen, wenn die Bedingungen in dem Bearbeitungsspalt eine einwandfreie Arbeitsentladung ermöglichen. In Verbindung damit wird die in allen Erosionsmaschinen erforderliche Elektrodenvorschubregelung in keiner Weise durch die für den Meßvorgang benutzten Vorrichtungen nachteilig beeinträchtigt. Somit stützt sich das erfinderische Verfahren darauf, Bedingungen oder Zustände in dem Bearbeitungsspalt mittels vorhergehender Testentladungen zu untersuchen und zu bestimmen, um festzustellen, ob die geometrischen Bedingungen, d. h. zum Beispiel der Spalt zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück, die geeignete Größe zeigen, und andererseits, ob der Bearbeitungsspalt frei von Verschlammung durch Erosionsprodukte ist, um anschließend eine Arbeitsentladung nur dann einzuleiten, wenn festgestellt worden ist, daß eine störungsfreie

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Entladung erwartet werden kann. Wenn man in die- In Fig. 1 ist zur Erzeugung von Testimpulsen ein

ser Weise vorgeht, erhält man nicht nur den Vorteil Testimpulsgenerator vorhanden, der aus dem Lade-

der sicheren Verhinderung von konstruktiven Beschä- widerstand 2, der Schaltröhre 3 und dem Kondensa-

digungen, sondern schützt auch die Generatorteile vor tor 4 besteht. Das Gitter der Schaltröhre 3 ist elek-

Überlastungen bei Kurzschluß oder Leerlauf. Durch 5 trisch mit einer Fühlvorrichtung 1 verbunden. Diese

Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung wer- Fühlvorrichtung 1 emittiert Triggerimpulse, die eine

den Ausschußerzeugnisse bei der Herstellung von be- gesteuerte Ladung des Testimpulskondensators 4 über

sonders komplizierten Werkstücken aus brüchigem den Ladewiderstand 2 von einer Gleichstromquelle A

Material weitgehend {verhindert, so daß wesentliche bewirken. In Reihe mit dem Testimpulskondensator 4

Wirtschaftlichkeit erreicht wird. io ist eine Meßimpedanz 5 geschaltet, die in dem gewähl-

Die Stärke der Testimpulse ist unbedeutend, und die ten Beispiel aus einem differenzierenden Meßtransfor-Erosionswirkung der von ihnen verursachten Testent- mator besteht und von dem Test-Lade- und -Entladeladungen ist daher vernachlässigbar. Dieses Verfahren strom durchflossen wird. Der Testimpulsgenerator 2 ist nicht mit bekannten Verfahren vergleichbar, bei bis 4 ist weiterhin über ein Netzwerk, das aus den denen die Entladung eines Energiespeichers mittels die 15 Gleichrichterelementen 7 und 8 und den Widerstän-Funkenstrecke ionisierender Impulse gesteuert wird, den 6 und 9 besteht, mit dem Bearbeitungsspalt oder da der Zweck dieser Impulse lediglich darin besteht, der Funkenstrecke zwischen Werkstück 10 und Elekdie Entladung einzuführen. Jedoch können sie diese trode 11 geschaltet. Das Netzwerk ist so bemessen, in einem gegebenen Falle nicht verhindern. Das Ver- daß es eine reaktive Wirkung des Entladungskreises fahren nach der Erfindung behandelt andererseits ein 20 auf den Testimpulsgenerator verhindert. Wenn der Meßsystem zum Untersuchen des Bearbeitungsspaltes, Bearbeitungsspalt die genaue Abmessung hat und frei wobei unter Auswertung der Meßergebnisse die Ent- von Verschmutzung ist, lädt sich der Kondensator 4 ladungen der Arbeitsenergiequelle entweder ausgelöst durch den gesteuerten Impuls und entlädt sich danach oder verhindert werden. ; durch eine verhältnismäßig kurze und scharfe Entla-

Das Verfahren nach der-Erfindung wird durch Ver- 25 dung über das Gleichrichterelement 7 und den Begrenwendung eines Testimpulsgenerators durchgeführt, der zungswiderstand 9 in dem Bearbeitungsspalt zwischen eine Fühlvorrichtung aufweist, welche die Anlegung Werkstück 10 und Werkzeugelektrode 11. Dadurch einer Prüfspannung und* eines Prüfkondensators erfolgt in dem Transformator 5 ein kurzer, scharfer steuert. Der Impulsgenerator ist mit dem Bearbei- Stromstoß, der an der Sekundärseite des Transformatungsspalt und einem auf die Entladung des Prüfkon- 30 tors eine differenzierte Spannungsspitze erzeugt. Im densators ansprechenden ,Meßelement elektrisch ver- Falle eines zu großen Bearbeitungsspaltes wird der bunden. Das Meßelement betätigt einen an sich be- Kondensator 4 ebenfalls geladen. Die Entladung erkannten gesteuerten Schalter; .um die Arbeitsentladung folgt jedoch in einem verlängerten Zeitraum über den auszulösen. Nur wenn die Spalt- oder Funkenstrecken- Widerstand 6, da die Spannung nicht hoch genug ist, bedingungen eine fehlerlose Entladung des Prüfkon- 35 um die dielektrische Festigkeit in der Funkenstrecke densators zulassen, schließt die Meßvorrichtung den zu überschreiten und diese zu ionisieren. Diese langgesteuerten Schalter, um die Hauptentladung auszu- same Entladung des Kondensators 4, die über den lösen. Als Meßelement ist speziell eine Impedanz in Widerstand 6 auftritt, erzeugt in dem Transformator 5 Reihe mit dem Prüfkondensator parallel zur Funken- nur eine sehr kleine Spannungsspitze, die nicht ausstrecke als Differenziertrans-formator oder i?C-Kombi- 40 reicht, um die Steuervorrichtung 12 zu betätigen, nation geeignet. Das Auftreten und die Amplitude der Schließlich ersetzt dm Falle eines Kurzschlusses oder Kondensatorentladung spiegelt den Zustand des Bear- starker Verschmutzung des Bearbeitungsspaltes die beitungsspaltes wider, und die Impedanz kann zur direkte Leitung die Ionisierung durch Funkenüber-Betätigung des gesteuerten Schalters bei den ge- schlag, und der Testimpulskondensator 4 wird überwünschten speziellen Spaltbedingungen bemessen sein. 45 haupt nicht geladen. Die Röhre 3 wird bei jedem

Um sich weiterhin gegen eine unbeabsichtigte Aus- , Testimpuls unabhängig von den Zuständen an der lösung von Bearbeitungsentladungen infolge Störspan- Funkenstrecke geöffnet. Im Falle eines Kurzschlusses nungen zu sichern und zur besseren Unterscheidung kann jedoch der durch die Röhre 3 fließende Strom zwischen den gemessenen Eingangsspannungen mit den Kondensator 4 nicht in irgendeinem bemerkensfehlerlosen Bedingungen in dem Bearbeitungsspalt, 50 werten Grade belasten, da über 7, 9 und den Kurzverglichen mit unregelmäßigen Impulsen von einem Schluß zwischen 10 und 11 ein Nebenschluß von geverschmutzten oder zu großen Arbeitsspalt, ist es rat- ringem Widerstand in Richtung des Kondensators 4 sam, ein Koinzidenztor in dem gesteuerten Schalter entsteht. Infolgedessen kann das Meßelement keinen zu verwenden. Die Aufgabe dieses Tores besteht Entladungsstromstoß des Kondensators 4 ermitteln,
darin, nur solche Impulse des Meßelementes zuzufüh- 55 Die Sekundärseite des Transformators und die Fühlren, die in Phase mit den Impulsen der Fühlvorrich- _ vorrichtung sind elektrisch mit der Steuervorrichtung tung sind. Dadurch werden Störspannungen, die in 12 verbunden. Die Steuervorrichtung enthält einen dem Zeitraum zwischen zwei Testimpulsen das Meß- Koinzidenzschalter, z. B. eine Mehrgitterröhre 18 oder element beeinflussen können, z. B. infolge abklingen- eine DJodenSiChaltung, wie aus der Rechenmaschinender Schwingungen der Hauptentladung, daran gehin- 60 technik bekannt ist. Die von dem Transformator 5 dert, das Hauptelement zu beeinflussen. ausgehende Spannungsspitze trifft gleichzeitig mit dem

Das Verfahren nach der Erfindung wird nun an Impuls der Fühlvorrichtung 1 an der Koinzidenzschal-Hand einer bevorzugten Einrichtung erläutert. tung 'in der Steuervorrichtung 12 zusammen. Am Aus-

Fig. 1 ist ein schematisches Schaltbild für eine Fun- gang der Koinzidenzschaltung treten Spannungsspit-

kenschneideinrichtung, bei der ein Generator des 65 zen auf, wenn die Bedingungen in der Funkenstrecke

Relaxationstyps verwendet wird; einwandfrei im obenerwähnten Sinne sind und wenn

Fig. 2 ist ein schematisches Schaltbild für eine der direkt von der Fühlvorrichtung kommende Impuls Funkenschneideinrichtung, bei der ein Impulsgenera- in Phase mit dem von dem Meßtransformator 5 austor mit Entladungssteuerung· durch ein Schaltignitron gehenden Impuls ist; Diese Impulse betätigen mögbenutzt wird. ...-■■--■_- 70 licherweise über einen Verstärker den Schalter 23. Der

Schalter wird immer dann geschlossen, wenn die Bedingungen in dem Bearbeitungsspalt einwandfrei sind, und wieder geöffnet, wenn Störungen in der Funkenstrecke auftreten. Der Energiespeicher 14 wird von der Arbeitsenergiequelle, z. B. einer Gleichstromquelle C, bei geschlossenem Schalter über eine Ladeimpedanz 13 geladen und entlädt sich selbst in der üblichen Weise über den Bearbeitungsspalt zwischen dem Werkstück 10 und der Werkzeugelektrode 11. Infolgedessen können Arbeitsentladungen nur auftreten, wenn die Bedingungen in der Funkenstrecke einwandfrei sind und der Schalter 23 geschlossen ist.

Fig. 2 veranschaulicht die entsprechende Einrichtung für eine Funkenerosionsmaschine nach dem gesteuerten Entladungssystem. Der Testimpulsgenerator, die Fühlvorrichtung, das Meßelement und das Gleichrichter-Widerstands-Netzwerk entsprechen mit ihren Bezugszeichen in dieser Anordnung den entsprechenden Vorrichtungen der Fig. 1. Gegebenenfalls können die Elemente 7 und 8 weggelassen werden.

In der Entladungsschaltung des Hauptenergiespeichers 14, der in bekannter Weise von der Gleichstromquelle C aus über das Gleichrichterelement 22 und die Ladeimpedanz 21 geladen wird, ist ein Ignitron 20 geschaltet, das eine Entladung in dem Bearbeitungsspalt nur ermöglicht, wenn es von der Steuervorrichtung 15 bis 19 gezündet wird. Der gewünschte Abstand der Funkenstrecke entspricht dem Spannungsbereich, über den ein Funkenübschlag zum Entladen des Prüfkondensators 4 auftritt. Die Spannung der Quelle C oder die maximale Ladespannung des Kondensators 14 kann daher viel größer als die Spannung der Quelle A oder die maximale Ladespannung des Prüfkondensators 4 sein. Die Steuervorrichtung besteht aus einem Kondensator 17., der über ein Gleichrichterelement 16 und eine Ladeimpedanz 15 an eine zusätzliche Gleichstromquelle B angeschlossen ist. Der Kondensator ist mit dem Zündbereich des Ignitrons 20 über ein Koinziidenzthyratron 18 und einen Strombegrenzungswiderstand 19 verbunden. Ein Gitter des Koinzidenzthyratrons 18 ist an die Sekundärseite des differenzierenden MeßtransformatoTS 5 angeschlossen. Das andere Gitter ist mit der Fühlvorrichtung 1 verbunden.

Auch gemäß dieser Schaltung können nennenswerte Spannungsspitzen an dem Transformator 5 nur auftreten, wenn der Kondensator 4 sich selbst über eine fehlerfreie Funkenstrecke entlädt. Die von dem Transformator 5 kommenden Spannungsspitzen treffen auf das Gitter des Koinzidenzthyratrons 18, das nur zündet, wenn das zweite Gitter gleichzeitig durch die Impulse der Fühlvorrichtung in einer gleichen Phase beeinflußt wird. Der Kondensator 17 entlädt sich dadurch über den Widerstand 19 und den Zündstift des Ignitrons 20. Das Ignitron wird dadurch gezündet und leitet die Arbeiteentladung des Hauptenergiespeichers 14 über die Funkenstrecke zwischen dem Werkstück 10 und der Elektrode 11 ein.

In allen Fällen, in denen sich der Bearbeitungsspalt oder die Funkenstrecke nicht in dem gewünschten Zustand befindet, wird er bzw. sie nicht durch Funkenüberschlag des Testimpulses ionisiert. Das Ignitron bleibt infolgedessen gesperrt, so daß keine Entladung des Arbeitskondensators 14 auftritt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Funkenerosionsbearbeitung von elektrisch leitenden Stoffen durch elektrische Entladungen einer Energiequelle über den Bearbeitungsspalt zwischen einem Werkstück und einer Werkzeugelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Impulsgenerators (2 bis 4) geringer Leistung Testentladungen in dem Bearbeitungsspalt (10 und 11) erzeugt werden, die über elektrische Meß- und Steuerelemente (5 bis 9, 12, 15 bis 20) Entladungen der Energiequelle (14) nur auslösen, wenn die Bedingungen in dem Bearbeitungsspalt eine einwandfreie Arbeitsentladung ermöglichen.

2. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Testimpulsgenerator, der aus einem Kondensator (4) und einer die Ladung dieses Kondensators steuernden Fühl vorrichtung (1) besteht und elektrisch mit dem Bearbeitungsspalt (10 und 11) und einem Meßelement (5) verbunden ist, wobei das Meßelement an eine an sich bekannte Steuervorrichtung (12) zur Auslösung der Arbeitsentladungen angeschlossen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Impedanz, dm besonderen eine 7?C-<Konibination oder ein differenzierender Transformator (5), als ein Meßelement dient, das in den Stromkreis des Kondensators (4) geschaltet und so bemessen ist, daß nur bei fehlerfreier Entladung des Kondensators (4) ein Spannungsimpuls auftritt, der die Steuervorrichtung (12) für die Arbeitsentladung auslöst.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (15 bis 20) eine Koinzidenzschaltung (18) enthält, so daß die Steuerung nur durch solche Impulse des Meßelementes (5) ausgelöst wird, die in Phase mit den Impulsen der Fühlvorrichtumg (1) sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen