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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrizitätsentladungsbearbeitungsvorrichtung und betrifft insbesondere eine Technologie zum Erkennen eines Elektrizitätsentladungsbearbeitungszustands und zum Steuern eines Bearbeitungsachsenvorschubs basierend auf einem Erkennungsergebnis.
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STAND DER TECHNIK
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Bei Elektrizitätsentladungsbearbeitungsvorrichtungen wird eine Elektrizitätsentladung zwischen einer Werkzeugelektrode und einem zu verarbeitenden Werkstück erzeugt, die in einer Bearbeitungsflüssigkeit vorgesehen sind, und dadurch wird das Werkstück in der Bearbeitungsflüssigkeit geschmolzen und entfernt. Bei Elektrizitätsentladungsbearbeitungsoperationen wird, weil ein Bearbeitungsabfall, der erzeugt wird, während das Werkstück geschmolzen und entfernt wird, zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück (was hierin nachfolgend ”der Bearbeitungsspalt” genannt wird) erzeugt, wo die Elektrizitätsentladung auftritt, wenn dieser Bearbeitungsabfall nicht von dem Bearbeitungsspalt durch irgendwelche Mittel entfernt wird, es unmöglich, dass ein normaler Zustand in Bezug auf eine Isolierungswiedergewinnung des Bearbeitungsspalts oder auf eine Elektrizitätsentladungswiederholung beibehalten wird. Demgemäß ist es wohlbekannt, dass ein schädlicher Einfluss, wie beispielsweise eine Erniedrigung der Bearbeitungseffizienz oder eine Verschlechterung des Zustands einer bearbeiteten Fläche auftritt.
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Bei den Elektrizitätsentladungsbearbeitungsvorrichtungen wird, um den Bearbeitungsabfall zu entfernen und den Bearbeitungsspalt beizubehalten, eine elektrische Entladungsspannung erfasst, und dadurch wird die Bearbeitungsachse in Reaktion auf eine Veränderung der elektrischen Entladungsspannung zu jedem Zeitpunkt gesteuert. Beispielsweise wird in einem System, das in der japanischen Patentschrift
JP S44-13 195 B offenbart ist, eine Durchschnittsspannung (Vg) innerhalb einer spezifizierten Beobachtungszeit ('Abtastzeit') als elektrischer Entladungszustand genommen und mit der Servo-Standardspannung (SV) als vorbestimmte Soll-Durchschnitsspannung verglichen; dadurch wird durch Steuern der Bearbeitungsachsenzufuhr, d. h. durch Durchführen der Servosteuerung in der Elektrizitätsentladungsbearbeitungsvorrichtung, eine Elektrizitätsentladungsstabilität während des Bearbeitungsbetriebs aufrechterhalten. Insbesondere ist eine Erfassungsleitung in dem Bearbeitungsspalt vorgesehen, der durch die Werkzeugelektrode und das Werkstück ausgebildet ist, wird eine Spannung über dem Bearbeitungsspalt zu jedem Zeitpunkt durch einen Detektor erhalten, wird die Entladungsspannung zu diesem jeden Zeitpunkt einer Durchschnittsbildung unterzogen und durch eine Filterschaltung geglättet, wird die extrahierte Spannung innerhalb einer spezifizierten Beobachtungszeit als die Durchschnittsspannung (Vg) genommen und wird die Durchschnittsspannung (Vg) mit der vorbestimmten Servo-Standardspannung (SV) bei einer Achsensteuerung der Vorrichtung verglichen; dann wird aus einem Ergebnis des Vergleichs, wenn die erfasste Durchschnittsspannung niedriger als eine Soll-Durchschnittsspannung ist, die Bearbeitungsachse in Gegenrichtung zur Bearbeitungsrichtung geführt wird, während dann, wenn die erfasste Spannung höher als diese ist, die Bearbeitungsachse derart eingestellt wird, dass sie zu der Bearbeitungsrichtung zugeführt wird.
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Bei dem Verfahren, bei welchem ein Zustand zwischen den Elektroden, um die Bearbeitungsachse zu steuern, von einer sich ändernden Spannung des Bearbeitungsspalts durch das Filter erfasst wird, wird, weil die Beobachtungszeit und die Zeitkonstante der Filterschaltung in einer engen Beziehung sind, die Schaltung dann, wenn die Zeitkonstante auf einen genügend niedrigeren Wert als die Beobachtungszeit eingestellt wird, durch eine Umgebungsstörung leicht beeinflusst bzw. beeinträchtigt, während dann, wenn die Zeitkonstante der Filterschaltung auf das Zwei- oder Dreifache der Beobachtungszeit eingestellt wird, sich eine offensichtliche Differenz gegenüber dem Sollwert erzeugt, verursacht durch den Effekt der Lade/Entlade-Kennlinien des konfigurierten Filters (auf was in 8 Bezug genommen ist); daher ist es ein sehr schwieriges Problem, das Filter zu entwickeln, zusätzlich zu dem Problem der Eigenschwingungskennlinien der Maschine. Darüber hinaus ist, um die Spannung zu erfassen, ein Fall, in welchem eine Erfassungsleitung nötig ist, oder alternativ dazu ein Fall, in welchem eine ausschließliche Erfassungsleitung nicht nötig ist, aber eine Versorgungsleitung von der elektrischen Quelle ersatzweise als die Erfassungsleitung verwendet wird, angegeben. Jedoch erhöht sich in jedem der Fälle, wenn die Leitungslänge verlängert wird, die L-Komponente der elektrischen Schaltung, und somit wird die aus dem Zustand des Bearbeitungsspalts erfasste Spannungskomponente eine Spannung durch die L-Komponente; daher tritt ein Problem auf, bei welchem die offensichtliche Spannung unterschiedlich von derjenigen im aktuellen Bearbeitungszustand ist.
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Eine Elektrizitätsentladungsbearbeitungsvorrichtung, die mit einer Einrichtung zum Zählen einer Leerlaufzeit (Td), einer Pulsbreite (Ton) und einer Ruhezeit (Toff) unter Verwendung eines Taktpulses versehen ist, ist in der japanischen Offenlegungsschrift
JP H06-262 435 A offenbart worden. Bei diesem System scheint aufgrund dessen, dass die Filterschaltung zum Erfassen der elektrischen Ladung verhindert ist, das obige Problem gelöst worden zu sein. Jedoch deshalb, weil das zu steuernde Ziel die Servo-Standardspannung (SV) selbst ist, kann durch Verändern der Servo-Standardspannung (SV) in Reaktion auf den Bearbeitungszustand eine Verbesserung in Bezug auf die Stabilität erreicht werden; jedoch wird die Bearbeitungsoperation resultierend unter einem Zustand durchgeführt, in welchem die Servo-Standardspannung relativ hoch ist, das heißt die Bearbeitungseffizienz erniedrigt ist, und folglich tritt ein derartiges Problem auf, dass die Bearbeitungsgeschwindigkeit merklich abnimmt.
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In der japanischen Offenlegungsschrift
JP H07-246 518 A ist ein System offenbart, worin eine Elektrizitätsentladungsfrequenz und eine Kurzschlusszahl gezählt werden und dann unter Verwendung des Ergebnisses und der Leerlaufzeit (Td), die separat bestimmt worden ist, eine Elektrizitätsentladungs-Spaltbreite geschätzt und gesteuert wird. Jedoch sind bei diesem System die Ruhezeit (Toff) und die Leerlaufzeit (Td) in Reaktion auf die Pulsbreite (Ton) zu lang und zielt die Elektrizitätsentladungsenergie nur auf eine geringfügige Endbearbeitungsoperation ab; daher ist es dann, wenn diese Technologie auf eine herkömmliche Bearbeitung angewendet wird, nötig, dass die Entladezeit verlängert wird, und daher bleibt als Ergebnis ein derartiges Problem, dass die Bearbeitungsrate abnimmt.
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In der japanischen Offenlegungsschrift
JP H06-170 645 A ist eine Steuereinrichtung offenbart, wobei eine Elektrizitätsentladungsfrequenz gleich dem Obigen gezählt wird, eine Streuung der Elektrizitätsentladungsfrequenz und eine Bestimmung, ob die elektrische Entladung geeignet ist oder nicht, durch Fuzzy-Inferenz kompensiert werden und eine Zugehörigkeitsfunktion in Bezug auf die Zustandsvariation vorbereitet wird, so dass eine geeignete Steuerung durchgeführt wird. Bei diesem System wird auch diskutiert, wie der Fall zu verhindern ist, das eine ungewöhnliche Unstetigkeit auftritt. Dieses Problem wird auch in der japanischen Offenlegungsschrift
JP H07-246 518 A behandelt. Für die Definition der Zugehörigkeitsfunktion ist allerdings eine Menge an Wissen nötig, unddie Zugehörigkeitsfunktion wirkt sich stark auf die Bearbeitungsstabilität und das Bearbeitungsergebnis aus.
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Hier besteht das herkömmliche Problem darin, dass der Elektrizitätsentladungszustand bei dem Entladungsspalt nicht genau erfasst werden kann; daher ist in einem Fall, in welchem entweder die Filterschaltung verwendet wird oder die Elektrizitätsentladungsfrequenz durch den Zähler erfasst wird und genommen wird, wenn der Elektrizitätsentladungszustand zwischen den Elektroden genau erfasst wird, jede grundsätzliche Steueroperation selbst bei der Servosteuerung selten unterschiedlich von der anderen.
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Aus
JP 2000-015524 A ist es bekannt, die Durchschnittsspannung über den Elektroden einer elektrischen Entladungsbearbeitungsmaschine zu berechnen. Für die Berechnung der Durchschnittsspannung wird die über den Elektroden während der elektrischen Entladung anliegende Spannung MV1 bzw. MV2 ermittelt und die ermittelten Spannungswerte für die Berechnung verwendet.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, selbst dann, wenn eine Vorrichtung mit relativ einfacher Konfiguration verwendet wird, einen Zustand eines Bearbeitungsspalts zwischen einer Werkzeugelektrode und einem zu bearbeitenden Werkstück richtig zu erfassen, um den Zustand zu einer elektrischen Entladung zu berücksichtigen, und um eine Bearbeitungsachsenzufuhr in Reaktion auf eine Änderung für jeden Zeitpunkt zu steuern, das heißt eine Servosteuerung durchzuführen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst wie in den Patentansprüchen angegeben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Konfigurationsansicht, die eine schematische Konfiguration einer Elektrizitätsentladungsbearbeitungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt;
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2 ist eine Ansicht zum Erklären einer Erfassung einer Elektrizitätsentladungserzeugungszahl während irgendeiner Beobachtungszeit;
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3 ist eine Ansicht, die irgendein Elektrizitätsentladungsphänomen darstellt;
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4 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen Durchschnittsspannungen über einem Bearbeitungsspalt und Elektrizitätsentladungserzeugungszahlen darstellt;
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5 ist eine Ansicht, die eine tatsächliche Beziehung zwischen Durchschnittsspannungen über einem Bearbeitungsspalt und Elektrizitätsentladungserzeugungszahlen darstellt;
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6 ist eine Ansicht, die aktuelle Beziehungen zwischen Durchschnittsspannungen über einem Bearbeitungsspalt und Elektrizitätsentladungserzeugungszahlen darstellt;
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7 ist ein Ablaufdiagramm, das Steuerabläufe gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt; und
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8 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen der Wellenform einer Spannung über einem Bearbeitungsspalt und der Wellenform einer Filterschaltungsspannung darstellt.
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BESTE ART ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
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1 ist eine Ansicht, die eine Elektrizitätsentladungsbearbeitungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Hier wird bei diesem Ausführungsbeispiel ein Beispiel erklärt, bei welchem Arbeitstische entlang der X-Achse und der Y-Achse bewegbar sind; jedoch kann auch eine Elektrizitätsentladungsbearbeitungsvorrichtung angewendet werden, deren System eine Hauptachsenseiteneinheit enthält, die entlang der X-Achse und der Y-Achse bewegbar ist. Ein Achsenmechanismus oder eine Maschinenkonfiguration selbst, der bzw. die an der Elektrizitätsentladungsbearbeitungsvorrichtung angebracht ist, hat bei dem Ausführungsbeispiel keinen Einfluss auf den Betrieb.
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Die Elektrizitätsentladungsbearbeitungsvorrichtung enthält eine Hauptachseneinheit 4, die durch einen Motor 1 entlang der Z-Achsenausrichtung angetrieben wird, einen Arbeitstisch 5, der durch einen Motor 2 entlang der X-Achsenausrichtung angetrieben wird, einen Hauptachsen-Arbeitstisch 6, der durch einen Motor 3 entlang der Y-Achsenausrichtung angetrieben wird, und ein Bearbeitungsbad 7, das über den Arbeitstischen 5 und 6 angebracht ist, wobei eine Werkzeugelektrode 8 an der Hauptachseneinheit 4 angebracht ist und eine Bearbeitungsflüssigkeit in das Bearbeitungsbad 7 sowie zu einem darin platzierten zu bearbeitenden Werkstück W gegossen ist.
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Die Werkzeugelektrode 8 und das in der Bearbeitungsflüssigkeit platzierte Werkstück W liegen mit Bearbeitungsspalt einander gegenüber und durch Zuführen von elektrischer Energie von einer elektrischen Energiequelle 9 zwischen die Werkzeugelektrode 8 und das Werkstück W entsteht eine elektrische Entladung; somit wird ein Schmelzen und eine Entfernung des Werkstücks W durchgeführt. In einer Elektrodenpositionssteuerung 10 werden dann, wenn ein Bearbeitungszustand, wie beispielsweise ein Bearbeitungsprogramm, durch eine Bearbeitungszustands-Einstelleinheit 11 eingestellt ist, die Motoren 1, 2 und 3 nach einem Programm gesteuert; somit werden eine Positionssteuerung und eine Servosteuerung jeder Achse durchgeführt. Darüber hinaus führt die Elektrodenpositionssteuerung 10 nicht nur eine Sprungsteuerung der Hauptachseneinheit 4 durch, sondern auch eine Oszillationssteuerung zur Bearbeitung an einer spezifizierten Stelle des Werkstücks W.
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In der Bearbeitungszustands-Einstelleinheit 11 sind ein Elektrizitätsentladungsstrom (IP), eine Pulsbreite (Ton), eine Ruhezeit (Toff), eine angelegte Spannung (V0), eine Servo-Standardspannung (SV), eine Sprungsteuerungseinstellung (JUMP), eine Oszillationssteuerungseinstellung (Orb) und eine Werkstück-Bearbeitungsposition (Zref), etc., welche grundlegende Bearbeitungszustände sind, die dann eingestellt sind, wenn eine Elektrizitätsentladungsbearbeitung betrieben wird, unter Verwendung einer Eingabevorrichtung registriert und aufgezeichnet. Andere als die obigen Parameter, wie beispielsweise, um den Bearbeitungszustand zu unterscheiden, eine Elektrizitätsentladungsspannung (eg), wenn eine normale elektrische Entladung auftritt, eine anormale Elektrizitätsentladungs-Schwellenspannung (Vng), eine Kurzschluss-Schwellenspannung (Vsh), eine minimale Leerlaufzeit (Tdo) und eine Ruhezeit (Toffs), in welcher eine Steuerung zum Ausdehnen der Ruhezeit durchgeführt wird, wenn eine anormale elektrische Entladung auftritt, können auch eingestellt werden. Darüber hinaus kann dann, wenn ein Bearbeitungsbereich (S), der ein mittels einer Elektrizitätsentladung bearbeiteter Teil des durch die Werkzeugelektrode 8 zu bearbeitenden Werkstücks sein soll, bereits bekannt ist, der Bearbeitungsbereich (S) auch eingegeben werden. Diese Informationselemente können jeweils für jeden zu verwendenden Zustand eingestellt und gespeichert werden; dadurch werden dann, wenn die elektrische Energiequelle 9 den vorbestimmten grundlegenden Bearbeitungszustand aufruft, die jeweiligen Elemente auch aufgerufen und in eine jeweilige Steuerung gelesen.
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Eine Elektrizitätsentladungs-Erfassungsschaltung 13 zeichnet eine zwischen der Werkzeugelektrode 8 und dem Werkstück W erzeugte Anzahl (Nd) elektrischer Entladungen auf, und dann wird das Erfassungsergebnis in einen Hauptrechner 12 transferiert. Hier wird, nachdem er in den Rechner transferiert worden ist, jeder durch die Elektrizitätsentladungs-Erfassungsschaltung 13 erfasste Wert rückgesetzt, und dann beginnt die nächste Abtastoperation. Darüber hinaus wird in der Elektrizitätsentladungs-Erfassungsschaltung 13 in einem Fall, in welchem die Kurzschluss-Schwellenspannung (Vsh) in der Bearbeitungszustands-Einstelleinheit 11 eingestellt ist, basierend auf der Kurzschluss-Schwellenspannung (Vsh), ihre Zahl (N1) aufgezeichnet, wobei die Elektrizitätsentladung, deren Spannung niedriger als der Schwellenwert ist, als kurzgeschlossen angenommen wird. Gleichermaßen wird in einem Fall, in welchem die minimale Leerlaufzeit (Tdo) eingestellt ist, eine Elektrizitätsentladungsoperation bei einer Leerlaufzeit, die kürzer als die minimale Leerlaufzeit ist, als Anzahl (N2) von Kurzentladungen (Entladungen bei kurzer Leerlaufzeit) aufgezeichnet, und wird in einem Fall, in welchem die anormale Elektrizitätsentladungs-Schwellenspannung (Vng) eingestellt ist, die Elektrizitätsentladung, deren Spannung niedriger als die anormale Elektrizitätsentladungs-Schwellenspannung ist, als eine anormale Elektrizitätsentladungszahl (N3) aufgezeichnet, und zwar unabhängig.
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Hier weist eine normale Elektrizitätsentladung eine Leerlaufzeit (Td) auf, die länger als die minimale Leerlaufzeit (Tdo) ist, und eine Elektrizitätsentladungsspannung während der Leerlaufzeit (Td), die höher als die anormale Elektrizitätsentladungs-Schwellenspannung (Vng) ist.
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Weil ein Kurzschluss bedeutet, dass die Werkzeugelektrode 8 das Werkstück W kontaktiert, tritt eine Elektrizitätsentladung in diesem Zustand nicht auf; jedoch flieht aufgrund dessen, dass die Werkzeugelektrode 8 und das Werkstück leitend sind, ein Kurzschlussstrom. Weil die Kurzschlussspannung von Null bis zu mehreren zehn V erscheint, wird eine Spannung, die niedriger als eine Kurzschluss-Schwellenspannung (Vsh) ist, als Kurzschluß erkannt. Bezüglich des Kurzschlusses wird auch der Fall berücksichtigt, dass die Werkzeugelektrode 8 und das Werkstück W durch Bearbeitungsreste verbunden werden. Wenn ein Kurzschluss auftritt, tritt aufgrund des physikalischen Kontakts in einem extremen Fall eine Deformation der Werkzeugelektrode auf. Darüber hinaus wird selbst in einem Fall, in welchem der Kontakt relativ geringfügig ist, dadurch ein Schmutzfleck oder änhnliches verursacht und die Qualität der bearbeiteten Fläche verschlechtert.
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Bezüglich der minimalen Leerlaufzeit (Tdo) bedeutetet das Andauern kurzer Leerlaufzeiten, dass eine Elektrizitätsentladung kontinuierlich nahe an der nächsten Elektrizitätsentladung auftritt, so dass eine Konzentration vonelektrischer Entladungen auftritt. Die Konzentration der Elektrizitätsentladungen führt zu einer lokalisierten Entfernung oder Bearbeitung. Dadurch wird eine Verschlechterung der Formtreue der bearbeiteten Fläche verursacht.
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Die anormale Elektrizitätsentladung gehört weder zu den Kurzschluß-Fällen noch zu den Fällen mit kurzer Leerlaufzeit und wird als die nicht normale Elektrizitätsentladung angenommen. Als Beispiel wird ein Fall angegeben, in welchem, obwohl die Leerlaufzeit existiert, die angelegte Spannung (V0) während der Leerlaufzeit auf einen Wert kleiner wird, der niedriger als der vorbestimmte Wert ist, und dann ein Leckstrom fließt. In diesem Fall wird, wie es aus dem Leckstrom offensichtlich ist, angenommen, dass es an der Fähigkeit fehlt, die Isolation wiederzugewinnen,, so dass die nächste Elektrizitätsentladung eine konzentrierte Elektrizitätsentladung oder eine kurzgeschlossene wird; Weil dann, wenn sich die Isolation nicht erholt, die Elektrizitätsentladung zu einem Bogen wird, verschlechtert sich die Qualität der bearbeiteten Fläche signifikant.
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Die Bearbeitungsoperationen werden bei Kurzschlüssen, konzentrierten Entladungen und anormalen Elektrizitätsentladungen etc., die unter die normalen Elektrizitätsentladungszustände gemischt sind, fortgesetzt; jedoch ist es noch nicht qualitativ und quantitativ untersucht, welche Gründe es für das Auftreten der jeweiligen Zustände gibt. Bei dem vorliegenden Verfahren wird dann, wenn eine Steuerung zum Verhindern des Andauerns des Problems durchgeführt wird, basierend auf den zu bearbeitenden Inhalten und auf den Materialien des zu bearbeitenden Werkstücks, etc. durch Gewichten jedes Problems und durch Ausdehnen der durch das Problem veranlassten Ruhezeit, jede für ein jeweiliges Phänomen eingestellte Ruhezeiteinstellung verwendet.
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Als Nächstes wird eine spezifische Operation der Elektrizitätsentladungs-Erfassungsschaltung 13 unter Verwendung von 2 erklärt.
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2(A) stellt durch eine Spannung und einen Strom einen Elektrizitätsentladungszustand des Bearbeitungsspalts zwischen der Werkzeugelektrode 8 und dem Werkstück W während einer Beobachtungszeit (Ts) dar.
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2(B) stellt ein Spannungssignal dar, das eine Zeit darstellt, während eine Spannung über den Elektroden angelegt ist, wobei ein Zeitbereich der Leerlaufzeit (Td) und der Pulsbreite (Ton) erzeugt wird. Das Inverse des Signals soll die Ruhezeit (Toff) sein.
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2(C) stellt ein Signal einer Elektrizitätsentladungszeit entsprechend der Komponentenzeit der Pulsbreite (Ton) dar, wenn ein Strom fließt, nachdem die Isolation zwischen den Elektroden zusammengebrochen ist.
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2(D) stellt den Unterschied zwischen der 2(B) und der 2(C) dar, welche die Leerlaufzeit (Td) darstellt.
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2(E) stellt ein Vergleichssignal dar, das für eine Zeitgabe erzeugt ist, in welcher eine Spannung nach einer Erzeugung der Ruhezeit (Toff) angelegt wird, um einen Vergleich mit der Spannungsleerlaufzeit (Td) durchzuführen, wenn die minimale Leerlaufzeit (Tdo) in der Bearbeitungszustands-Einstelleinheit 11 eingestellt ist.
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2(F) stellt ein durch Vergleichen der Leerlaufzeit (Td) mit der minimalen Leerlaufzeit (Tdo) erhaltenes Ergebnis dar. Wenn die Leerlaufzeit (Td) kürzer als die minimale Leerlaufzeit (Tdo) ist, wird ein Signal als Signal mit einem Puls erzeugt.
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2(G) stellt ein Signal mit einem Puls dar, das in einem Fall erzeugt wird, dass eine Kurzschluss-Schwellenspannung (Vsh) und eine Elektrizitätsentladungsspannung (eg) während der Zeit der Pulsbreite (Ton) verglichen werden, und die Elektrizitätsentladungsspannung als niedriger als die Kurzschluss-Schwellenspannung (Vsh) bestimmt wird, die in der Bearbeitungszustands-Einstelleinheit 1 eingestellt ist. Hier wird deshalb, weil die angelegte Spannung nicht auftritt, wenn ein Kurzschluss auftritt, das Signal aufgrund dessen, dass die Leerlaufzeit auch kurz ist, als Kurzentladung erkannt; daher ist es dann, wenn das Signal erfasst wird, nötig, die Kurzschlussanzahl (N1) von der Anzahl (N2) von Kurzentladungen zu subtrahieren.
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2(H) stellt ein Signal mit einem Puls dar, das in einem Fall erzeugt wird, in welchem dann, wenn eine anormale Elektrizitätsentladungs-Schwellenspannung (ng) in der Bearbeitungszustands-Einstelleinheit 11 eingestellt ist, und beispielsweise mit einer angelegten Spannung (V0) verglichen wird, im Vergleich mit dem Signal in 2(D) die Signalspannung derart bestimmt, dass sie niedriger als die anormale Elektrizitätsentladungs-Schwellenspannung (Vng) während der Leerlaufzeit ist.
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In der Elektrizitätsentladungs-Erfassungsschaltung 13 wird durch Nehmen des Signals, das in 2(C) dargestellt ist, unter Verwendung eines Zählers das Signal als Gesamtanzahl (Nd) elektrischer Entladungen erkannt; dann werden die Kurzschlusszahl (N1), die Anzahl (N2) von Kurzentladungen und die Anzahl anormaler Elektrizitätsentladungen (N3) durch jeweiliges Nehmen des in 2(G) dargestellten Signals, des Signals, das durch Subtrahieren des Signals in 2(G) von dem Signal in 2(F) erhalten wird, und des in 2(H) dargestellten Signals und durch Zählen unter Verwendung eines Zählers erhalten. Hier wird die Anzahl normaler Elektrizitätsentladungen (Nn) durch Subtrahieren der Anzahl von Kurzschlüssen (N1), der Anzahl (N2) von Elektrizitätsentladungen mit kurzer Leerlaufzeit (Kurzentladungen) und der Anzahl von anormalen Elektrizitätsentladungen (N3) von der Anzahl (Nd) elektrischer Entladungen erhalten.
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Wie oben beschrieben ist die herkömmliche Schätzung durch Nehmen des Zustands des Bearbeitungsspalts als Spannungsvariation durchgeführt worden. Jedoch wird bei der vorliegenden Erfindung der Elektrizitätsentladungszustand durch quantitativeres Begreifen des Phänomens jedes Zustands genauer erkannt; Dieses Ergebnis wird bei der Bearbeitungsachsenzufuhrsteuerung berücksichtigt. Insbesondere wird die Menge der jeweiligen Zustände, die von der Elektrizitätsentladungs-Erfassungsschaltung 13 erhalten werden, in einem Betrag entsprechend der Durchschnittsspannung transformiert; dann wird ein Zuführen der Bearbeitungsachse basierend auf dem Signal gesteuert.
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Eine Idee gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird in Bezug auf die Steuerung der Bearbeitungsachsenzufuhr erklärt. Zuerst wird als grundlegendes Konzept unter der Annahme, dass alle der Anzahl (Nd) von elektrischen Entladungen, die durch die Elektrizitätsentladungs-Erfassungsschaltung 13 erhalten werden, auf der normalen Elektrizitätsentladung basieren, ein Fall erklärt, in welchem die Zufuhr der Bearbeitungsachse gesteuert wird. Es wird angenommen, dass während einer Beobachtungszeit (Ts) die Anzahl (Nd) von elektrischen Entladungen N ist.
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Eine Einzel-Elektrizitätsentladungszeit ist zusammengesetzt aus der Leerlaufzeit (Td), der Pulsbreite (Ton) und der Ruhezeit (Toff), wobei die Pulsbreite (Ton) und die Ruhezeit (Toff) Werte sind, die durch die Bearbeitungszustands-Einstelleinheit 11 eingestellt sind. Die Leerlaufzeit (Td) kann nicht eingestellt werden, ist aber ein variabler Wert in Reaktion auf den Bearbeitungszustand. Bei der Bearbeitungsachsenzufuhrsteuerung basierend auf der Durchschnittsspannung (Vg) wird die Bearbeitungsachsenzufuhr derart gesteuert, dass die Durchschnittsspannung (Vg) über dem Bearbeitungsspalt auf der Servo-Standardspannung (SV) gehalten wird, und, wie es in 3 dargestellt ist, die Durchschnittsspannung (Vg) von irgendeiner einzelnen Elektrizitätsentladung kann ausgedrückt werden durch: Vg = V0 × Td + eg × Ton / TD + Ton + Toff Gl. 1)
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Daher wird herausgefunden, dass ein Einstellen der Durchschnittsspannung (Vg) auf die Servo-Standardspannung (SV) dasselbe ist wie ein derartiges Steuern der Leerlaufzeit (Td), die ein unbekannter Wert ist, dass sie konstant ist, weil alle der Pulsbreiten (Ton), der Ruhezeiten (Toff) und der angelegten Spannungen (V0) bekannte Werte sind, die durch die Bearbeitungszustands-Einstelleinheit 11 eingestellt sind, und weil die Elektrizitätsentladungsspannung (eg), die durch eine Kombination oder eine Polarität der Werkzeugelektrode 8 und des Werkstücks W bestimmt wird, ein Wert im Bereich von 20–30 V ist. Demgemäß kann unter der Annahme, dass die Leerlaufzeit (Td) in einem idealen Fall, in welchem der Bearbeitungszustand derart gesteuert wird, dass er konstant ist, invariabel ist, die Anzahl (Nd) von elektrischen Entladungen während irgendeiner der Beobachtungszeiten (Ts) erhalten werden, und die Gleichung kann ausgedrückt werden durch: Ts = Σ(Td + Ton + Toff) = Nd × (Td + Ton + Toff) (Gl. 2)
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Das bedeutet, dass dann, wenn die Anzahl (Nd) von elektrischen Entladungen während irgendeiner der Beobachtungszeiten (Ts) gefunden wird, die Leerlaufzeit (Td) in diesem Fall geschrieben wird durch: Td = Ts / Nd – Ton -Toff (Gl. 3)
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Obwohl in Gl. 1 eine Durchschnittsspannung während irgendeiner Einzel-Elektrizitätsentladungszeit verwendet wird, kann die Durchschnittsspannung (Vg) während irgendeiner der Beobachtungszeiten (Ts) derart angesehen werden, dass sie eine Nd-fache Anhäufung dieser Einzel-Elektrizitätsentladung enthält; daher kann Gl. 1 unter Verwendung von Gl. 3 ausgedrückt werden durch: Vgs = V0 – Nd / Ts × {Ton × (V0 – eg) + Toff × V0} (Gl. 4)
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Demgemäß kann die Durchschnittsspannung (Vg) als Betrag für einen Elektrizitätsentladungszustand während irgendeiner der Beobachtungszeiten (Ts) nur durch Erfassen der Zahl von elektrischen Entladungen (Nd) erhalten werden, ohne die Bearbeitungsspalt-Spannung zu erfassen. Daher kann durch Verwenden dieser Durchschnittsspannung (Vgs) anstelle der erfassten herkömmlichen Durchschnittsspannung (Vg) zum Steuern der Bearbeitungsachsenzufuhr eine Bearbeitungsachsenzufuhrsteuerung durchgeführt werden, bei welcher ein genauer Zustandsbetrag, der nicht durch irgendeine elektrische Störung beeinträchtigt bzw. beeinflusst ist, berücksichtigt ist.
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Gemäß der Gl. 4 wird die Bearbeitungsspalt-Durchschnittsspannung durch eine Gleichung erster Ordnung für die Anzahl (Nd) von elektrischen Entladungen ausgedrückt. Dies stellt dar, dass dann, wenn die Durchschnittsspannung (Vg) während der Beobachtungszeit (Ts) dieselbe wie die angelegte Spannung (V0) ist, die Anzahl (Nd) von elektrischen Entladungen Null ist, das heißt, dass eine Elektrizitätsentladung nicht erzeugt wird. Zwischenzeitlich kann dann, wenn die Durchschnittsspannung (Vg) während der Beobachtungszeit (Ts) Null ist, das heißt dann, wenn sie kurzgeschlossen ist, die Zahl von elektrischen Entladungen (Nd) aus der Gl. 4 oder der Gl. 3 ausgedrückt werden kann durch: Nd = Ts / Ton + Toff (Gl. 5)
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Jedoch wird durch die Gl. 5 ausgedrückte Zahl von elektrischen Entladungen (Nd) nicht gesagt, dass sie eine Zahl für eine maximal erzeugbare Anzahl (Ndmax) von elektrischen Entladungen ist. Der Grund dafür besteht darin, dass unter der vorbestimmten Pulsbreite (Ton) und der Ruhezeit (Toff) dann, wenn die Leerlaufzeit (Td) Null ist, die maximale Zahl von elektrischen Entladungen durch eine Wiederholung von nur der Pulsbreite (Ton) und der Ruhezeit (Toff) bestimmt wird. Daher wird unter der Annahme, dass die Leerlaufzeit (Td) in Gl. 1 Null ist, die Durchschnittsspannung geschrieben durch: VgTd=0 = eg × Ton / Ton + Toff (Gl. 6)
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Daher wird auch in Bezug auf diese Durchschnittsspannung (Vg), weil die Anzahl von elektrischen Entladungen die maximale Anzahl von elektrischen Entladungen (Ndmax) wird, die proportionale Beziehung in Gl. 4 in einem Spannungsbereich von der angelegten Spannung (V0) bis zu der Spannung in Gl. 6 gefunden. Zwischenzeitlich übersteigt in Bezug auf die niedrigere Spannung die Erzeugungszahl die durch Gl. 5 ausgedrückte Anzahl von elektrischen Entladungen (Nd) nicht. Das bedeutet, dass eine in 4 dargestellte Beziehung erhalten wird. Das bedeutet, dass in einem Bereich der Durchschnittsspannung (Vg) während irgendeiner der Beobachtungszeiten (Ts) von Null bis zu der in Gl. 6 dargestellten Spannung die Anzahl von elektrischen Entladungen (Nd) dieselbe wie die maximale Anzahl von elektrischen Entladungen (Ndmax) wird; daher ergibt sich dann, wenn alle der Anzahl (Nd) von elektrischen Entladungen als normale Elektrizitätsentladungen behandelt werden, eine Beschränkung des Bereichs, worin die genaue Durchschnittsspannung (Vgs) berechnet werden kann.
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Ein Problem des Systems bei der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass dann, wenn alle der Anzahl (Nd) von elektrischen Entladungen als normale Elektrizitätsentladungen behandelt werden, während eines Beobachtungszeitintervalls (Ts) die genaue Durchschnittsspannung (Vg) im Bereich von Null bis zu der in Gl. 6 dargestellten Spannung nicht erkannt werden. Weil jedoch der Zustand gefunden werden kann, in welchem eine Kurzentladung, deren Leerlaufzeit (Td) relativ kurz ist, oder ein kurzgeschlossener Zustand oder ein Zustand, in welchem ihr gemischter Zustand häufig auftritt, können diese zwei Zustände berücksichtigt werden. Daher kann tatsächlich eine Erkennung durchgeführt werden, wie oft der Kurzschluss aufgetreten ist.
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Daher wird in der Elektrizitätsentladungs-Erfassungsschaltung 13 eine Messung unter der Annahme als der Kurzschlusszahl (N1) der Zahl der Elektrizitätsentladungspulse, deren Spannung niedriger als die Kurzschluss-Schwellenspannung (Vsh) ist, die durch die Bearbeitungszustands-Einstelleinheit 11 bestimmt ist, durchgeführt. Wenn eine Abhängigkeit dieser Kurzschlusszahl (N1) von der Anzahl (Nd) von elektrischen Entladungen gefunden wird, kann Gl. 2 ausgedrückt werden durch: Ts = Σ(Td + Ton + Toff) = (Nd – N1) × (Td + Ton + Toff) + N1 × (Ton + Toff) (Gl. 7)
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Darüber hinaus kann in einem Fall, in welchem die Leerlaufzeit (Td) nicht enthalten ist, wenn sie kurzgeschlossen ist, unter Berücksichtigung, dass die Kurzschlussspannung (Vsh) erscheint, die Gl. 4 unter Verwendung von Gl. 7 ausgedrückt werden durch: Vgs = V0 – Nd – N1 / Ts{Ton(V0 – eg) + Toff × V0} – N1 / Ts{Ton(V0 – Vsh) + Toff × V0)} (Gl. 8)
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Wenn der Kurzschluss auftritt, ist die Kurzschlussspannung in nahezu jedem Fall 0 V. Daher kann unter der Annahme, dass die Kurzschluss-Schwellenspannung (Vsh) 0 V ist, Gl. 8 geschrieben werden durch: Vgs = V0 – Nd – N1 / Ts{Ton(V0 – eg) + Toff × V0} – N1 / Ts{V0 × (Ton + Toff)} (Gl. 9)
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Demgemäß kann dann, wenn die Durchschnittsspannung (Vgs) während einer Beobachtungszeit (Ts) erhalten wird, auch in dem Fall, dass die Kurzschlussanzahl (N1) in der Gesamtzahl von elektrischen Entladungen (Nd) gemischt enthalten ist, eine korrekte Durchschnittsspannung ermittelt werden.
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Unter Verwendung eines Kupfermaterials mit einem Durchmesser von 10 mm als die Werkzeugelektrode 8 und eines Stahlmaterials als das Werkstück W wird dann, wenn eine Bearbeitung unter einer Testbedingung, die in einer Tabelle 1 dargestellt ist, in welcher die Bearbeitungsachsenzufuhr durch das herkömmliche Verfahren gesteuert wird, durchgeführt wird, eine Beziehung zwischen der Durchschnittsspannung (Vg) über dem Bearbeitungsspalt und der Gesamtzahl von elektrischen Entladungen (Nd) in
5 dargestellt. Tabelle 1
| | Nr. 1 |
| Achsenzufuhrsystem | Herkömmlich |
| Werkzeugelektrode | Durchmesser von 10 mm, Cu |
| Zu bearbeitendes Werkstück | Stahl |
| IP (A) | 8 |
| Ton (μsek) | 64 |
| Toff (μsek) | 64 |
| V0 (V) | 80 |
| SV (V) | 40 |
| JUMP | Nicht gesteuert |
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In 5 stellt die gerade Linie ein Ergebnis dar, in welchem die Gl. 9 auf diese Kurve angewendet ist. Wenn die Durchschnittsspannung (Vgs), die zum Steuern der Bearbeitungsachsenzufuhr gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, vernünftig ist, sind alle Gesamtzahlen von elektrischen Entladungen (Nd), die jeweils für die Durchschnittsspannung (Vg) für eine jeweilige Beobachtungszeit (Ts) aufgetragen sind, auf die gerade Linie abzubilden; wie es erwartet wird, wurde aus den Testergebnissen herausgefunden, dass nahezu alle aufgetragenen Punkte durch die gerade Linie angepasst sind. Das bedeutet, dass die bei der vorliegenden Erfindung neu erzeugte Durchschnittsspannung (Vgs) als einsetzbar anstelle der herkömmlichen Durchschnittsspannung (Vg) zum Steuern der Bearbeitungsachsenzufuhr gefunden wird.
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Wenn eine Elektrizitätsentladung, die eine andere als die normale Elektrizitätsentladung ist, erkannt wird, indem die Ruhezeit (Toffs) zur Verfügung gestellt wird, die durch Ausdehnen der Ruhezeit (Toff) eingestellt wird, ist herkömmlich eine Steuerung zum Stabilisieren einer Bearbeitungsoperation durchgeführt worden; daher wird als Nächstes eine Kompensation der Gl. 9 in einem Fall der Ausdehnung der Ruhezeit erklärt. Aufgrund einer Berücksichtigung der Kurzschlusszahl (N1), der Anzahl (N2) von Kurzentladungen und der Zahl für eine anormale Elektrizitätsentladung (N3), die durch die Elektrizitätsentladungs-Erfassungsschaltung 13 erhalten werden, ist ein Begreifen des Elektrizitätsentladungszustands möglich, der ein anderer als der normale Elektrizitätsentladungszustand ist. Es ist ausreichend, herauszufinden, wie viele Male die Ruhesteuerung zum Ausdehnen der Ruhezeit durchgeführt worden ist. Das bedeutet, dass es unter der Voraussetzung, dass die Ruhezeit der Ruhesteuerung gemäß dem Kurzschluss Toffs1 ist, die Ruhezeit der Ruhesteuerung gemäß der Kurz-Elektrizitätsentladung Toffs2 ist und die Ruhezeit der Ruhesteuerung gemäß der anormalen Elektrizitätsentladung Toffs3 ist, ausreichend ist, herauszufinden, wie ein Ausmaß der Ruhekomponente während irgendeiner Beobachtungszeit (Ts) beigetragen hat. Somit kann die Gl. 7 ausgedrückt werden durch: Ts = Σ(Td + Ton + Toff) = (Nd – N1) × (Td + Ton + Toff) + N1 × (Ton + Toff) + N1 × Toffs1 + N2 + Toffs2 + N3 × Toffs3 (Gl. 10)
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Demgemäß kann die Gl. 9 ausgedrückt werden durch: Vgs = V0 – Nd – N1 / Ts{Ton(V0 – eg) + Toff × V0} – N1 / Ts{V0(Ton + Toff)} – 1 / Ts{V0(N1 × Toffs1 + N2 × Toffs2 + N3 × Toffs3)} (Gl. 11)
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Um die Gleichung zu verallgemeinern, kann unter der Annahme, dass eine Art von Moden zum Steuern der Ruhezeiten n ist und jede der Ruhezeiten dann, wenn die Ruhe gesteuert wird, Toffsn ist, die Gleichung ausgedrückt werden durch: Ts = (Nd – N1) × (Td + Ton + Toff) + N1 × (Ton + Toff) + Σ(Nn × Toffsn) (Gl. 12)
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Unter Berücksichtigung dieser Gleichung kann die Gl. 9 ausgedrückt werden durch: Vgs = V0 – Nd – N1 / Ts{Ton(V0 – eg) + Toff × V0} – N1 / Ts{V0 × (Ton + Toff) – 1 / Ts{V0 × Σ(Nn × Toffsn) (Gl. 13)
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Das bedeutet, dass dargestellt werden kann, dass dieses Verfahren auch auf einen Fall angewendet werden kann, in welchem eine Ruhezeitsteuerung durchgeführt wird, die eine andere als die Steuerung aufgrund des Kurzschlusses, der Kurzentladung oder der anormalen Elektrizitätsentladung ist.
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Unter Verwendung eines Kupfermaterials mit einem Durchmesser von 10 mm als die Werkzeugelektrode 8 und eines Stahlmaterials als das Werkstück W gelten dann, wenn eine Bearbeitung unter einer Testbedingung durchgeführt wird, die in einer Tabelle 2 dargestellt ist, in welcher die Bearbeitungsachsenzufuhr durch das herkömmliche Verfahren gesteuert wird, folgende Beziehungen:
- (a) zwischen der unter Verwendung der Gl. 9 durch die Steuerung, in welcher die Kurzschluß-Elektrizitätsentladung erkannt wird, erkannten Durchschnittsspannung (Vgs) und der Gesamtzahl von elektrischen Entladungen (Nd), und
- (b) zwischen der unter Verwendung der Gl. 11 durch die Steuerung, in welcher die anormale Elektrizitätsentladung erkannt wird, erkannten Durchschnittsspannung (Vgs) und der Gesamtzahl von elektrischen Entladungen (Nd), die in 6b dargestellt sind.
Tabelle 2 | | Nr. 1 |
| Achsenzufuhrsystem | Herkömmlich |
| Werkzeugelektrode | Durchmesser von 10 mm, Cu |
| Zu bearbeitendes Werkstück | Stahl |
| IP (A) | 8 |
| Ton (μsek) | 64 |
| Toff (μsek) | 32 |
| V0 (V) | 80 |
| SV (V) | 20 |
| JUMP | Nicht gesteuert |
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Die geraden Linien in 6a, b stellen die an diese Kurven angepasste Gl. 11 dar, und dann, wenn die für die Bearbeitungsachsenzufuhrsteuerung gemäß der Erfindung verwendete Durchschnittsspannung (Vgs) vernünftig ist, sind alle Anzahlen von elektrischen Entladungen (Nd), die jeweils für die Durchschnittsspannung (Vg) für eine jeweilige Beobachtungszeit (Ts) aufgetragen sind, auf die geraden Linien abzubilden. Bei den Bearbeitungsergebnissen, wie sie in den Figuren dargestellt sind, wird die vernünftige Durchschnittsspannung (Vgs) aufgrund der Ruhesteuerung bei der ersteren Bearbeitungsoperation nicht erkannt. Darüber hinaus wird auch, wenn die Gesamtzahl (Nd) von elektrischen Entladungen Null ist, die Durchschnittsspannung 0 V. Im Wesentlichen liegt dann, wenn die Gesamtzahl (Nd) von elektrischen Entladungen Null ist, ein Zustand vor, in welchem die angelegte Spannung (V0) über dem Bearbeitungsspalt auftritt, was bedeutet, dass ein offener Zustand bzw. Leerlaufzustand auftritt. Jedoch kann auch ein Fall auftreten, der unterschiedlich von diesem Zustand ist. Der Kurzschlusszustand und der Leerlaufzustand sind signifikant unterschiedlich voneinander; jedoch ist unter Berücksichtigung der Ruhesteuerung in der Gl. 11 eine richtige Erkennung der Durchschnittsspannung als die letztere Bearbeitungsoperation möglich.
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Als ein Beispiel der Ruhesteuerung erkennt die Elektrizitätsentladungs-Erfassungsschaltung dann, wenn die angelegte Spannung (V0), wie sie in 2 dargestellt ist, während der Leerlaufzeit (Td) abfällt, den Zustand als denjenigen einer anormalen Elektrizitätsentladung, und dann erhöht sich die Anzahl der Zahl für eine anormale Elektrizitätsentladung (N3). Diese Operation begleitend steuert die elektrische Energiequelle 9 die Ruhe, was derart steuert, um die Ruhezeit (Toff) zu der Ruhezeit (Toff3) für die anormale Elektrizitätsentladung zu ändern. Darüber hinaus ist ein Fall, in welchem die Ruhesteuerung parallel in Reaktion auf den Kurzschluss oder die Kurzentladung durchgeführt wird, auch gleich dem obigen Fall, und wenn eine solche Ruhesteuerung durchgeführt wird, wird, wie es durch die Gl. 11 dargestellt ist, die genaue Durchschnittsspannung (Vgs) unter Berücksichtigung der Ausdehnung der Ruhezeit erkannt. Weiterhin ist die Definition der anormalen Elektrizitätsentladung variabel und sind die Erfassungseinrichtung und das Erkennungsverfahren, etc. unterschiedlich von demjenigen bei einer jeweiligen herkömmlichen Elektrizitätsentladungsbearbeitungsvorrichtung. Jedoch dann, wenn die anormale Elektrizitätsentladung erkannt wird, wird die Ruhesteuerung in den meisten Fällen durchgeführt, wie es oben beschrieben ist. Daher ist auch dann, wenn die Erfassungseinrichtung oder das Erkennungsverfahren unterschiedlich von dem obigen ist, wenn eine Einrichtung verwendet wird, in welcher die Ruhesteuerung nach der anormalen Elektrizitätsentladung durchgeführt wird, eine richtige Erkennung der Durchschnittsspannung über dem Bearbeitungsspalt möglich, auch wenn die Ruhesteuerung durchgeführt wird.
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Als Nächstes ist ein Steuerungs-Ablaufdiagramm gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in 7 dargestellt. Ein Ablaufdiagramm ist in 7(a) dargestellt, in welchem die herkömmliche Bearbeitungsachsenzufuhrsteuerung durch direktes Erfassen der Elektrizitätsentladungsspannung über dem Bearbeitungsspalt und durch Erzeugen der Durchschnittsspannung (Vg) aus der Filterschaltung durchgeführt wird; zwischenzeitlich ist ein Ablaufdiagramm in 7(b) dargestellt, in welchem die Bearbeitungsachsenzufuhrsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung durch Erzeugen der Durchschnittsspannung (Vgs) aus der Anzahl elektrischer Entladungen durchgeführt wird. Der wesentliche Unterschied wird nicht zwischen den Steuerungsabläufen gefunden, das heißt der Unterschied besteht nur in den Signalen, als die Referenz, wenn die Bearbeitungsachsenzufuhr durch die Elektrodenpositionssteuerung 10 gesteuert wird, ob das Signal von der Filterschaltung (das herkömmliche Verfahren: a) erzeugt wird oder aus der durch die Elektrizitätsentladungs-Erfassungsschaltung 13 erkannten Anzahl von elektrischen Entladungen erzeugt wird (das Verfahren der vorliegenden Erfindung: b). Als die Steuerung ist der Steuerungsablauf diesbezüglich getrennt, ob eine Bearbeitung, bei welcher die Ruhe gesteuert wird, durchgeführt wird oder nicht; das bedeutet, dass dann, wenn die Ruhe gesteuert wird, die Durchschnittsspannung (Vgs) basierend auf der Gl. 11 berechnet wird, während dann, wenn die Ruhe nicht gesteuert wird, die Durchschnittsspannung (Vg) basierend auf der Gl. 9 erhalten wird.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird unter Berücksichtigung dessen, dass ein Problem der herkömmlichen Technologie in den Charakteristiken der Erfassungslinie oder im Rauschen besteht, durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung die Durchschnittsspannung nicht direkt erfasst, sondern die Durchschnittsspannung (Vgs), die aus der Gesamtzahl (Nd) von elektrischen Entladungen berechnet wird, wird für die Bearbeitungsachsenzufuhrsteuerung verwendet. Daher kann nicht nur die Filterschaltung als das Problem der herkömmlichen Technologie verhindert werden, sondern es kann auch durch Verhindern einer eigenen Spannungserfassungsleitung ein schädlicher Einfluss aufgrund der Rauschkomponente, etc. verhindert werden; darüber hinaus kann die Bearbeitungsachsenzufuhrsteuerung unter Verwendung der richtigen Durchschnittsspannung (Vg) realisiert werden. Als Ergebnis trägt diese Technologie signifikant zu einem Verbessern der Bearbeitungsflächengenauigkeit, etc. bei. Darüber hinaus kann dann, wenn beispielsweise die Durchschnittsspannung (Vgs) kleiner wird, unter Berücksichtigung der Anzahl (N1) von Kurzschluß-Elektrizitätsentladungen und durch Subtrahieren der Zahl von der Gesamtzahl (Nd) von elektrischen Entladungen, die Durchschnittsspannung über dem Bearbeitungsspalt richtig erfasst werden.
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Hier wird bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ein Beispiel unter Verwendung einer Bearbeitungsvorrichtung für funkenerosives Senken dargestellt; jedoch kann die Bearbeitungsachsenzufuhr unter Verwendung der Durchschnittsspannung (Vg), wobei das Elektrizitätsentladungsphänomen bewertet wird, unter Verwendung desselben Konzepts wie dem obigen auch bei anderen Zufuhrmechanismen durchgeführt werden.
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Als Nächstes wird ein Beispiel für die Einstellung der minimalen Leerlaufzeit (Tdo) in einer Elektrizitätsentladungsbearbeitungsvorrichtung erklärt, in welcher die Bearbeitungsachsenzufuhr gesteuert wird.
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Die Bearbeitungszustands-Einstelleinheit 11 kann die minimale Entladungszeit (Tdo) einstellen, im Hinblick darauf, dass die Erzeugung einer Elektrizitätsentladung mit kurzer Leerlaufzeit (Kurzentladung) während der Bearbeitungsoperation zu der konzentrierten Elektrizitätsentladung übergeht. Wie es beim Ausführungsbeispiel erklärt ist, vergleicht die Elektrizitätsentladungs-Erfassungsschaltung 13 diese minimale Leerlaufzeit (Tdo) mit der Leerlaufzeit (Td) für jede Elektrizitätsentladungsbearbeitungsoperation.
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Allgemein ist es deshalb, weil bei einer Bearbeitungsoperation, bei welcher die Kurzentladung häufig auftritt, die konzentrierte Elektrizitätsentladung einfach auftritt und einfach zu einem Bogen gelangt, nötig, dass die Leerlaufzeit (Td) derart eingestellt wird, dass sie einen signifikanten Spielraum hat. Andererseits wird deshalb, weil eine Elektrizitätsentladung während dieser Leerlaufzeit (Td) selbst nicht auftritt, wenn die Leerlaufzeit zu lang ist, die Bearbeitungseffizienz geringer. Daher wird, um die Bearbeitungsrate zu erhöhen, durch Erniedrigen der Servo-Standardspannung (SV) zusätzlich zu einem Verkürzen der Ruhezeit (Toff), die Leerlaufzeit (Td) resultierend verkürzt. Demgemäß kann dann, wenn die Leerlaufzeit (Td) bei einem Pegel auf kurz eingestellt werden kann, bei welchem die konzentrierte Elektrizitätsentladung nicht auftritt, eine ideale Bearbeitungsrate erhalten werden.
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Zusätzlich ist als eines von Elementen, die zum Erhöhen der Bearbeitungsrate nötig sind, eine Durchschnittsstromdichte (Id) während einer Bearbeitungsoperation enthalten. Das bedeutet, dass die zu einem Bereich entsprechend der Werkzeugelektrode 8 als ein Bearbeitungsbereich zuzuführende Energiemenge näherungsweise durch die Kombination aus der Werkzeugelektrode und dem Werkstück W bestimmt wird. Es ist bekannt, dass dann, wenn die Energiemenge diese Durchschnittsstromdichte (Id) nicht übersteigt, eine stabile Bearbeitungsoperation in nahezu allen Fällen aufrechterhalten wird. Wenn eine Bearbeitungsoperation durchgeführt wird, kann dann, wenn zusätzlich zu einem Bereich (S) der Werkzeugelektrode 8 der Elektrizitätsentladungsstrom (IP), die Pulsbreite (Ton), die Ruhezeit (Toff), die Servo-Standardspannung (SV) und die angelegte Spannung (V0) unter den Bearbeitungsparametern, die durch die Bearbeitungszustands-Einstelleinheit 11 eingestellt sind, gefunden werden, unter Verwendung der Gl. 1 die Leerlaufzeit (Td), um während einer Bearbeitungsoperation ein Werkstück zu sein, berechnet werden; dann kann die Durchschnittsstromdichte (Id) während der Bearbeitungsoperation ausgedrückt werden durch: Id = IP Ton / Td + Ton + Toff/S (Gl. 14)
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Unter Verwendung der Gleichung kann die zugeführte Energiemenge pro Einheitsbereich berechnet werden.
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Wenn eine Bearbeitungsoperation, bei welcher die Seite der Werkzeugelektrode 8 auf die positive Elektrode eingestellt wird, unter Verwendung von Kupfer als die Werkzeugelektrode 8 und von Stahlmaterial als das Werkstück W durchgeführt wird, obwohl eine Abhängigkeit von der Form der Werkzeugelektrode 8 besteht, wenn die Durchschnittsstromdichte (Id) den Bereich von 5–15 A/cm2 nicht übersteigt, ist es aus verschiedenen experimentellen Ergebnissen bekannt, dass die Bearbeitungsoperation stabilisiert ist. Wenn eine Bearbeitungsoperation, bei welcher die Seite der Werkzeugelektrode 8 auf die positive Elektrode eingestellt ist, unter Verwendung von Graphit als die Werkzeugelektrode 8 und von Stahlmaterial als das Werkstück W durchgeführt wird, obwohl eine Abhängigkeit von der Form der Werkzeugelektrode 8 besteht, ist es dann, wenn die Durchschnittsstromdichte (Id) den Bereich von 2–5 A/cm2 nicht übersteigt, gleichermaßen bekannt, dass die Bearbeitungsoperation stabilisiert ist. Darüber hinaus ist es, wenn eine Bearbeitungsoperation, bei welcher die Seite der Werkzeugelektrode 8 auf die negative Elektrode eingestellt ist, unter Verwendung einer Kupfer-Wolfram-Legierung als die Werkzeugelektrode 8 und einer gesinterten harten Legierung als das Werkstück W durchgeführt wird, obwohl eine Abhängigkeit von der Form der Werkzeugelektrode 8 besteht, wenn die Durchschnittsstromdichte (Id) den Bereich von 3–10 A/cm2 nicht übersteigt, gleichermaßen bekannt, dass die Bearbeitungsoperation stabilisiert ist.
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Wenn ein Bereich (S) des zu bearbeitenden Werkstücks W zusätzlich zu der grundlegenden Bearbeitungszustandseinstellung in die Bearbeitungszustands-Einstelleinheit 11 der vorliegenden Erfindung eingegeben wird, wird dann, wenn der eingestellte Elektrizitätsentladungsstrom (IP), die Pulsbreite (Ton) und die Ruhezeit (Toff) bestimmt sind, die Leerlaufzeit (Td) durch die Gl. 14 als das Ziel bestimmt; dadurch wird durch Anwenden des Ergebnisses auf die Gl. 1 die für jeden Bearbeitungszustand einzustellende Servo-Standardspannung (SV) bestimmt. Unter der Annahme, dass die Leerlaufzeit (Td), die berechnet ist, hier die Grenz-Leerlaufzeit (Tds) ist und dass dieser Wert als die minimale Leerlaufzeit (Tdo) genommen wird, kann ein gefährlicher Zustand während der Operation mit einer konzentrierten Elektrizitätsentladung erfasst werden.
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Um die geeignete minimale Leerlaufzeit (Tdo) zu erhalten, wurden Bearbeitungsoperationen unter Bedingungen durchgeführt, die in einer Tabelle 3 aufgelistet sind.
| | Nr. 1 | Nr. 2 | Nr. 3 | Nr. 4 | Nr. 5 | Nr. 6 | Nr. 7 |
| Werkzeugelektrode | CuW | CuW | CuW | CuW | CuW | Cu | Cu |
| Werkstück | WC | WC | WC | WC | WC | St | St |
| IP (A) | 65 | 65 | 65 | 65 | 65 | 6 | 6 |
| Ton (μsek) | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 0,8 | 0,8 |
| Toff (μsek) | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 8,0 | 8,0 |
| V0 (V) | 80 | 20 | 20 | 20 | 20 | 150 | 150 |
| SV (V) | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | 90 | 90 |
| Tds (μsek) | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | - |
| Tdo (μsek) | 0 | 60 | 10 | 20 | 20 | 0 | - |
| Rate (g/min) | 0,085 | 0,074 | 0,102 | 0,098 | 0,092 | 0,002 | 0,002 |
| Abreicherung (%) | 18,5 | 16,8 | 18,0 | 17,2 | 17,5 | 16,1 | 19,3 |
| Flächenqualität | Geschmiert | Fein | Etwas geschmiert | Fein | Fein | Fein | Geschmiert |
| Elektrodenabreicherung | Ecke abgereichert | Fein | Fein | Fein | Fein | Fein | Fein |
| Achsenzufuhrsteuerung | Neues Verfahren | Neues Verfahren | Neues Verfahren | Neues Verfahren | Herkömmliches Verfahren | Neues Verfahren | Herkömmliches Verfahren |
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Bei einer Bearbeitungsoperation, bei welcher die Seite der Werkzeugelektrode 8 auf die negative Elektrode unter Verwendung einer quadratischen Kupfer-Wolfram-Legierungsplatte von 10 mm als die Werkzeugelektrode 8 und einer gesinterten harten Legierung als das Werkstück W eingestellt ist, ist dann, wenn die Bearbeitungsoperation unter einer Bedingung durchgeführt wird, bei welcher der grobe Bearbeitungszustand in der Tabelle 2 aufgelistet ist (Nr. 1), wenn die Durchschnittsstromdichte (Id) auf 10 A/cm2 eingestellt ist, die Servo-Standardspannung 40 V und ist die Grenz-Leerlaufzeit (Tds) 60 μsek. Bei diesem Test gelangt, obwohl weder die minimale Leerlaufzeit (Tdo) eingestellt wurde, noch die Ruhezeitsteuerung durchgeführt wurde, selbst wenn eine Elektrizitätsentladung innerhalb der Leerlaufzeit (Td), die kürzer als die Grenz-Leerlaufzeit (Tds) ist, auftritt, die Elektrizitätsentladung nicht zu einem großen Bogen; jedoch blieb irgendeine schwarze Schmiere auf der bearbeiteten Fläche und signifikant abgereicherte Teile wurden an der Ecke der Elektrode lokal gefunden. Daher wurde, um die Veränderung des Bearbeitungszustands mit der Veränderung der minimalen Leerlaufzeit (Tdo) zu beobachten, indem die minimale Leerlaufzeit (Tdo) auf 60 μsek (Nr. 2) eingestellt wird, die dieselbe wie die Grenz-Leerlaufzeit (Tds) ist, auf 10 μsek (Nr. 3) und auf 20 μsek (Nr. 4), wenn sich die minimale Leerlaufzeit (Tdo) kontinuierlich zweimal erzeugte, der Test unter der Ruhesteuerung durchgeführt, wobei eine Ruhezeit (Toff) mehr gegeben ist. Wie es in der Tabelle 2 unter der Bedingung Nr. 2 dargestellt ist, wurde, obwohl Probleme der bearbeiteten Fläche oder der Elektrodenabreicherung nicht auftraten, die Bearbeitungszeit um zehn oder mehr als zehn Prozent verlängert, während unter der Bedingung Nr. 4 nicht nur Probleme der bearbeiteten Fläche oder der Elektrodenabreicherung nicht auftraten, sondern auch die Bearbeitungsrate erhöht werden konnte. Wenn ein Wert von nahezu dem 0–1,0-fachen der Grenz-Leerlaufzeit (Tds), vorzugsweise von nahezu dem 0,3–0,5-fachen der Grenz-Leerlaufzeit (Tds), als die minimale Leerlaufzeit (Tdo) eingestellt wird, wird angenommen, dass eine zufrieden stellende Bearbeitungsprozedur aus diesem Ergebnis realisiert werden kann. Das bedeutet, dass auch dann, wenn eine Elektrizitätsentladungsoperation, deren Zeit äquivalent zu der Grenz-Leerlaufzeit (Tds) ist, andauert, die Energie die Beschränkung der Stromdichte in diesem Zustand nicht übersteigt. Daher wird, wenn die Ruhesteuerung in Reaktion auf die Elektrizitätsentladungsoperation innerhalb der Leerlaufzeit (Td) dieses Zustands durchgeführt wird, die Bearbeitungsrate gegensätzlich dazu kleiner. Wenn die Elektrizitätsentladung für eine Kurzentladung derart angesehen wird, dass sie aufgrund einer Fortsetzung der Elektrizitätsentladung für eine Kurzentladung zu der konzentrierten Elektrizitätsentladung gelangt, wird es derart angesehen, dass die Fortsetzung der Elektrizitätsentladung innerhalb der Leerlaufzeit (Td), die kürzer als die Grenz-Leerlaufzeit (Tds) ist, zu einer Gefahr führt. Daher wird es bei diesem Experiment derart angesehen, dass ein bevorzugtes Ergebnis bei nahezu dem 1/3-fachen der Grenz-Leerlaufzeit (Tds) erhalten wurde. Hier konnte, obwohl die Bearbeitungsachsenzufuhrsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung bei diesem Experiment durchgeführt wurde, wenn in Bezug auf den Test der Nr. 4, bei welchem das Ergebnis der Bearbeitungsoperation vorzuziehen war, eine Bearbeitungsoperation durch die herkömmliche Bearbeitungsachsenzufuhrsteuerung (Nr. 5) durchgeführt wurde, ein Ergebnis nahe dem gleichen Ergebnis der Nr. 4 erhalten werden; jedoch war das Ergebnis der Bearbeitungsachsenzufuhrsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugter als das andere. Es kann derart angesehen werden, dass der Grund dafür darin liegt, weil die Durchschnittsspannung während der Bearbeitungsoperation richtig erkannt wurde und das erkannte Ergebnis bei der Bearbeitungsachsenzufuhrsteuerung berücksichtigt werden konnte.
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Gleichermaßen geht bei einer Bearbeitungsoperation, bei welcher die Seite der Werkzeugelektrode 8 unter Verwendung einer Kupferplatte von 10 mm im Quadrat als die Werkzeugelektrode 8 und eines Eisen-Stahl-Materials als das Werkstück W zu der negativen Elektrode eingestellt wird, wenn die Bearbeitungsoperation unter einer Bedingung durchgeführt wird, bei welcher die Endbearbeitungsbedingung in der Tabelle 2 aufgelistet ist (Nr. 1), wenn die Durchschnittsstromdichte (Id) auf 10 A/cm2 eingestellt ist, die Grenz-Leerlaufzeit (Tds) ins Negative; dadurch wird herausgefunden, dass dann, wenn die Energie die Stromdichte übersteigt, eine Anormalität sich bei der Bearbeitungsoperation nicht erzeugt. Daher wurde die Ruhesteuerung während der Elektrizitätsentladungsoperation für ein kurzes Entladen nicht durchgeführt. In einem Fall einer solchen geringen Bearbeitungsenergie ist das Erfassen eines Kurzschlusses aufgrund des kleinen Bearbeitungsspalts am schwerwiegendsten; daher wurde das Experiment durchgeführt, bei welchem durch Einstellen eines Werts als die Servo-Standardspannung (SV), der irgendetwas höheres als 1/2 der angelegten Spannung (V0) ist, irgendein Spielraum dem Bearbeitungsspalt zugeteilt wird, und wird die Ruhesteuerung durchgeführt, wenn einmal ein Kurzschluss auftritt.
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Bei der Bearbeitungsachsenzufuhrsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung konnte auch ein favorisiertes Ergebnis bei dem Endbearbeitungsprozess erhalten werden. Bei dem herkömmlichen Verfahren (Nr. 7) trat der Kurzschluss während der Bearbeitungsoperation ein wenig häufiger auf; als Ergebnis wurde eine Erhöhung der Abreicherung sowie eine Erzeugung von irgendeiner Schmiere auf der bearbeiteten Fläche beobachtet. Bei dem herkömmlichen System erzeugt sich deshalb, weil die Durchschnittsspannung (Vg) unter Verwendung der Filterschaltung verwendet wird, die Zeitverzögerung basierend auf der Zeitkonstanten der Filterschaltung, bis die Spannung auf 0 V abfällt, nachdem ein plötzlicher Kurzschluss aufgetreten ist; dadurch kann das obige Ergebnis derart angesehen werden, dass es durch eine andere Zeitverzögerung verursacht wird, um die Spannungsveränderung zu erkennen, die aufgetreten ist. Währenddessen wird bei dem neuen System deshalb, weil die Operation unabhängig von der Zeitkonstanten der Filterschaltung ist, die Erkennung direkt durchgeführt, nachdem der Kurzschluss aufgetreten ist. Dadurch kann das obige Ergebnis derart angesehen werden, dass es durch die Erkennung veranlasst ist, die bei der Bearbeitungsachsenzufuhrsteuerung berücksichtigt worden ist. Es wurde herausgefunden, dass dann, wenn die Grenz-Leerlaufzeit (Tds) nicht länger als Null ist, die Ruhezeitsteuerung während der Elektrizitätsentladungsoperation für eine Kurzentladung nicht notwendigerweise durchgeführt werden kann. In einem Fall, in welchem der Bereich (S) verengt ist oder die Grenz-Leerlaufzeit (Tds) verlängert ist, und zwar aufgrund einer Erhöhung des Elektrizitätsentladungsstroms (IP) oder der Pulsbreite (Ton), gleich der Grobbearbeitungsoperation, die minimale Leerlaufzeit (Tdo) von einem 0,3–0,5-fachen der Grenz-Leerlaufzeit (Tds) eingestellt werden kann.
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Basierend auf dem Ruhezeitsteuerverfahren während der anormalen Elektrizitätsentladungsoperation, was gegensätzlich zu einem Fortsetzen der normalen Elektrizitätsentladung ist, kann die Ruhezeit (Toff) auch verkürzt werden, wenn die Energie die Stromdichte (Id) nicht übersteigt.
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Wie es oben beschrieben ist, wurde durch Anwenden des Durchschnittsspannungssystems unter Verwendung der Durchschnittsspannung (Vgs) zum Berechnen der Bearbeitungsachsenzufuhrsteuerung unter Verwendung der Gesamtzahl (Nd) von elektrischen Entladungen sichergestellt, dass die Steuerung äquivalent zu der herkömmlichen möglich ist. Darüber hinaus ist es durch Verwenden des Elektrizitätsentladungszählers möglich geworden, nicht nur die Filterschaltung zu verhindern, die ein Problem bei der herkömmlichen Technologie verursacht, sondern auch die exklusive Spannungserfassungsleitung zu verhindern, um einen schädlichen Einfluss aufgrund von irgendeiner Rauschkomponente, etc. zu verhindern.
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In einem Fall, in welchem beispielsweise die Durchschnittsspannung (Vgs) kleiner wird, wurde es herausgefunden, dass unter Berücksichtigung der Zahl für eine Kurzschlusserzeugung (N1) und unter Verwendung eines Systems, in welchem die Zahl für eine Kurzschlusserzeugung (N1) von der Gesamtzahl (Nd) von elektrischen Entladungen subtrahiert wird, die Durchschnittsspannung über dem Bearbeitungsspalt richtig erfasst werden kann.
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Darüber hinaus kann bei der Bearbeitungsachsenzufuhrsteuerung durch Einstellen einer Zeit als die minimale Leerlaufzeit (Tdo) in einem Bereich des 0–1,0-fachen, vorzugsweise in einem Bereich von dem 0,3–0,5-fachen, der Grenz-Leerlaufzeit (Tds), die aus der Stromdichte (Id) berechnet ist und durch Steuern der Ruhezeit ein bevorzugtes Bearbeitungsergebnis erhalten werden.
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Weiterhin wird auch in einem Fall, in welchem die Ruhe durch Erkennen einer Elektrizitätsentladung gesteuert wird, die eine andere als die normale Elektrizitätsentladung ist, nicht nur eine Bearbeitungsoperation durchgeführt, bei welcher die richtige Durchschnittsspannung berechnet ist, sondern kann dann, wenn eine Steuerung auch durchgeführt wird, um die Ruhe in einem stabilen Zustand zu verkürzen, auch eine Berbeitungsoperation durchgeführt werden, bei welcher die richtige Durchschnittsspannung berechnet ist.
