DE1465003A1 - Vorrichtung fuer die selbsttaetige Wahl und Einstellung des Zwischenelektrodenspielraumes - Google Patents

Description

Patentanwälte *«»*»·#%*%«% ZELLENTIN u. LUYPCEN' I 465003

8000 München 22

Experitnentalni,j Nautschno- 22. August 1968

Issledowatelskij Institut'
Metalloreshuscht&chich Stankov "ERIMS¹¹ Hoskau / UdSSR

P 14 65 003.4 P 3249

Vorrichtung für die selbsttätige Wahl und Einstellung des Zwischenelektrodenspielraumes

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Die Erfindung "betrifft Verfahren und Vorrichtungen für die selbsttätige Regelung des Elektrodenvorschubes bei Elektroerosionsmaschinen, denen die Bestimmung der optimalen Vorschubsgeschwindigkeit zugrundeliegt, welche die maximale Arbeitsleistung der Maschine ermöglicht.

Die"bislang bekannten Verfahren dieser Art, nach denen die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode je nach elektrischen Kenngrößen des jeweiligen Betriebszustandes im Laufe der elektroerosiven Bearbeitung selbsttätig geregelt wird, gewährleisten keine befriedigende Regelgenauigkeit und führen zum Einstellen eines ialsehen Geschwindigkeitsoptimums im Falle eventuell zum Regler gelangender Störungen, z.B. infolge eines Stromschlusses zwischen der Elektrode und dem Werkstück außerhalb des Arbeitsspaltes.

Die bislang bekannten Regelungsverfahren zeichnen sich außerdem bei Betrieb im Bereich geringer Spalte zwischen der Elektrode und dem Werkstück durch unzureichende Schnellwirkung aus und gewährleisten nicht die Einstellung des jeweiligen

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Betriebszustandes, welcher der maximalen Arbeitsleistung entspricht.

Zur Beseitigung der genannten Mangel wird vorgeschlagen, bei KLektroerosionsmaschinen, die von Generatoren mit einer von der Spalt größe zwischen der Elektrode und dem Werkstück unabhängigen Impulsfrequenz gespeist werden, die optimale Vorschubgeschwindigkeit nach dem Impulsminimum der Lee'rlaufspannung, des Kurzschlußstromes und nach dem Minimum der Strom- und Spaiinungsscheinimpulse, die bei einem Stromschluß außerhalb der Arbeitszone entstehen, einzustellen.

Zur Verwirklichung eines solchen Regelungsverfahrens wird empfohlen, bei den bislang bekannten Anlagen zur selbsttätigen Regelung der Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode, welche einen Meßkreis zur Steuerung des Reglereinstellwerkes und ein die Vorschubgeschwindigkeit steuerndes Vollziehungsorgan einschließen, den Meßkreis mit zusätzlichen Elementen zur Begrenzung der Strom- und der Spannungeamplitude, beispielsweise mit einer Stabilovoltröhre, und zur Begrenzung der Signalbreite, beispielsweise mit einem Univibrator, sowie durch einen Emitterfolger zu ergänzen, wtloher durch Signale mit begrenzter Impulsamplitude und Impulsbreite gesteuert wird und zur Steuerung des V&llziehungsorganes vom Seglereinstellwerk mit Hilfe eines polarisierten Dreiwegrelais dient, wobei die Signale der Stromstärke und der Spannung

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im Stromkreis Elektrode-Werkstück proportional sind. Ua das Absuchen der optimalen Vorschubgeschwindigkeit im Bereich geringer Spaltgrößen zwischen dem Werkstück und der Elektrode zu beschleunigen, wird ein polarisiertes Relais (oder ein nichtlineares Element anderer Art) bei der Vorrichtung verwendet, das bei einer Abnahme der Erosionsspaltspannung bis unter deren Sollwert einen elektrischen Kreis, welcher sue Abzug der Elektrode vom Werkstück vorgesehen ist, einschaltet und bei einem Anstieg der Erosionsspaltspannung über den Sollwert hinaus den gleichen Kreis abschaltet.

In Fig. 1 ist die Blocksehaltung einer Variante der Hegelungsvorrichtung und

in Fig. 2 die Blockschaltung der zweiten Variante angeführt.

Fig. y veranschaulicht das grundsätzliche Schaltbild des Reglers laut erfindungsgemäßem Verfahren für die Regelung des Elektrodenvorschubs.

Ein Impulsgenerator, welcher an die Anschlußklemmen 1 angeschlossen ist, speist über den Widerstand 4 das Elektrodenwerkzeug 2 und das Werkstück 3. Die vom Widerstand 4 abgesapften Stromimpulss werden auf den Sollwert mit Hilfe des Amplitudenbegrenzers 5 und auf die erforderliche Impulsbreite alt Hilfe der Formungsvorrichtungen 6 gebracht.

Auf die gleiche Weise wird die Amplitude der Spannungsimpulee, welche vom Erosionsspalt abgezapft werden, durch den Begrenzer

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begrenzt, wobei deren Breite mittels der Formungsvorrichtung 8 eingestellt wird.

Zur Amplitudenbegrenzung der Strom- und Spannungsimpulse können Stabilovoltröhren oder andere Geräte dieser Art verwendet werden. Um die erforderliche Impulsbreite zu erzielen^ können Vorrichtungen wie Univibratoren Anwendung- finden.

Derart geformte Strom- und Spaonungsimpulse gelangen zur logischen Einrichtung 9, in welcher die Richtung der Signaländerung so bestimmt wird, daß jeweils beim Überwiegen der Leerlauf-Spannungsimpulse ein Kommando gegeben wird, das die Annäherung der Elektrode an das Werkstück veranlaßt, und bei überwiegendem Anteil der Kurzschluß-Stromiapulse ein Kommando zum Entfernen der Elektrode gegeben wird, während beim Minimum der Leerlauf-Spannungsimpulse und der Kurzschluß-Stromimpulse das Signal unverändert bleibt und der optimalen VprSchubgeschwindigkeit der Elektrode entspricht.

Me logische Einrichtung arbeitet folgendermaßen! '] Bei dem der optimalen Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode entsprechenden Betriebsfall werden in den Keßkreis Strom- und Spannungsimpulse eingeleitet. Unter Wirkung dieser Signale gibt die logische Vorrichtung 9 ein Kommando sum Stoppen des ElektroaÄors 10, welcher als Antrieb des automatischen Potentiometers 11 dient, das in den Signalrege lunge-. kreis des dem Hauptregler 12 zugeordneten Einstellwerkes

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eingeschaltet ist. Der Hauptregler 12 gibt Signale zum Stellmotor 13, welcher die Elektrode 2 bewegt.

Berührt die Elektrode das Werkstück, so empfängt die logische Einrichtung 9 lediglich Stromimpulse. Unter Wirkung dieser Signale gibt die logishhe Einrichtung 9 ein Kommando sum automatischen Potentiometer 11, worauf die Elektrode tob Werkstück entfernt wird.

Bei Leerlauf bekommt die logische Einrichtung ausschließlich Spannungssignale. Unter Wirkung dieser Signale empfängt das automatische Potentiometer 11 ein von der logischen Einrichtung 9 ausgehendes Kommando zu dessen Verstellung «wecke der Annäherung der Elektrode an das Werkstück.

Ist die Regelung abgeschaltet, empfängt die logische Einrichtung keine Strom- bzw. Spannungsimpulse.

Konstruktiv kann die logische Einrichtung in Form eines Triggers ausgeführt werden, welcher von Signalimpulsen mitbegrenzter Amplitude und begrenzter Impulsbreite gesteuert wird, wobei das Signal dem Strom und der Spannring im Kreis Elektrode-Werkstück proportional ist·

Das nichtlineare Element 14, das beispielsweise ein polarisiertes Dreiwegrelais darstellt, spricht nur dann an, falls die ErosionsspaltSpannung unter den Sollwert absinkt, welche

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dem minimalen Abstand zwischen der Elektrode und den Werkstück entspricht, bei dem noch kein Kurzschluß entsteht. Hierbei wird der Antriebsmotor des automatischen Potentiometers 11 eingeschaltet und ein Signal zum Abzug der Elektrode vom Werkstück gegeben. Steigt die Erosionsspaltspannung über den Sollwert hinaus an, so schaltet das nichtlineare Element 14· den Stellmotor des automatischen Potentiometers 11 ab, so daß dessen weiteres Funktionieren von den Strom- und Bpennnngssignalen beeinflußt wird, welche die logische Einrichtung 9 empfängt.

Me zweite Ausführungsvariante der Regelungseinrichtung, in fig. 2 gezeigt, zeichnet sich dadurch aus, daß die Vorrichtung, mit deren Hilfe die Breite der Signalimpulse eingestellt wird, durch die filter 15 (für den Stromkreis) und 16 (für den Spannungakreiβ) ersetzt wird, mit deren Hilfe die •ignalimpulse derart gesiebt werden, daß die Impulslücken ausgefüllt werden und sich eine konstante Auegangespannung einstellt.

In diesem falle können die Stromwandler 17 und der fltpsjinungswandler 16 xur Signalübertragung verwendet werden.

Das in fig. 3 dargestellte grundsätzliche Schaltbild der Torrichtung bestfcht gemäß Erfindung im wesentlichen aus dem Arbeitsstromkreia -I, der Blockeinheit der Stromimpulsbildung -II, der Blockeinheit der Spannungsimpulsbi!dung -III,

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der Blockeinheit; IV, welche aur Korrektur des Spaltes Batschen der Elektrode und dem Werkstück dient, aus der Blockeinheit der logischen Elemente -V, und aus der Blookeinheit des automatischen Potentiometers -TI.

Die Anschlußklemmen 1 des Arbeitsstroxakreises I werden am einen unabhängigen Impulsgenerator angeschlossen, dessen Spannung über den StroiibegrenzungswiderBtand 4 der Elektrode 2 und dea Werkstück 3 *ugeführt wird. Zwischen der Elektrode 2 und dea Werkstück 3 bildet sich der Erosionsspalt, innerhalb dessen der Arbeitsvorgang der Metallabtragung erfolgt·

Die Spannung vom Erosionsspalt gelangt über den ohmechen Spannungsteiler 19 zur Blockeinheit (III) der Spannungsligraiebildung, während die Spannung vom Strombegrenzungswiderstand 4 über den ohmsohen Spannungsteiler 20 der Blockeinheit (H) der Stromimpulsbildung zugeführt wird. Kit Hilfe der SpaauruBgateiler 19 und 20 wirjtfd die erforderliche Amplitude dt* Eingangssignal e eingestellt·

Die Blockeinheit (II) der Stromlmpulsbildung und die Blookeinheit (III) der SpannungBimpulsbildung gleichen sieh im Aufbau und in der Wirkungsweise· Jode dieser Blookeinheiten besteht aus eine» Univibrator (monostabilon Trigger) «ad einem Emitterfolger.

Die Blookeinheit II funktioniert felgonderweise. Da« signal gelangt vom Spannungsteiler 20 über die Kapazität 21

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Basis der Triode 22, welche zusammen mit der Triode 23 einen Univibrator (monostabilen Trigger) bildet. Die Widerstände 24, 25 und 26 dienen als Belastungswiderstände für die Trioden 22, 23 und 27. Die Widerstände 28, 29 und 30 stellen ; B&sisableitungswiderstände der jeweiligen Trioden dar.

'" Die Stabilovolte 31 und 32 mit den diesen parallelgeschalteten Kapazitäten 33 und 34 in der Triggerschaltung sind als

f Übergangsglieder und Impulsamplitudenbegrenzer verwendet. Über die Widerstände 35 und 29 wird die Vorspannung an die Basis

i* der Triode 23 angelegt.

* Im Ausgangszustand ist die Triode 23 geöffnet und die Triode

, * 22 geschlossen. Ein positiver Eingangsimpuls öffnet die Triode

£ 22· An de r en Kollektor entsteht ein negatives Signal, wel-

I ehes über den Begrenzungskreis 32, 34 der Basis der Triode 23 zugeführt wird· Am Kollektor der Triode 23 entsteht ein posi-

I tives Signal, welches über den zweiten Begrenzungskreis 31,

V 32 der Basis der Triode 22 zugeführt wird. Die positive Eück-

*· kopplung bleibt bestehen, bis die Kapazitäten 33 und 34 aufgeladen werden, wonach die Schaltung den Ausgangezustand ein- -_ nimmt und zum Empfang des nächsten Startimpulse β bereit ist.

Die Impulsbreite wird von der Größe der Übergangskapazitäten

33 und 34 bestimmt, während die Amplitude von den Stabilo-▼elten 31 und 32 gebildet wird.

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Das gebildete Signal gelangt vom Univibrator aus über die Kapazität 36 und den Spannungsteiler 37 zum Eingang des Emitterfolgers 27. Das Signal am Eingang des letzteren, durch den Spannungsteiler 36 geregelt, erreicht über die 'Übergangskapazität 38 den Widerstand 30 und die Basis der Triode 27. Die Diode 39 glättet negative Stromstöße an der hinteren Front des Impulses, welche bei Übergangsvorgängen im Trigger entstehen.

Die Blockeinheit (III) der Spannungsimpulsbildung funktioniert ähnlich der Blockeinheit II. Vom Spannungsteiler 19 erreicht das Eingangssignal über die Kapazität 40 die Basis der Triode 41, welche zusammen mit der Triode 42 einen Univibrator bildet. Die Widerstände 43, 44 und 45 stellen die Belastung der Trioden 41, 42 und 46 dar. Die Ableitungswiderstände 47, 48 und 49 sind an die Basen der jeweiligen Trioden angeschlossen. Die Stabilovoltröhren 50 und 51 mit den parallel geschalteten Kapazitäten 52 und 53 dienen in der Triggerschaltung zur Begrenzung der Iiipulsaaplitude. Über die Widerstände 54 und 48 wird die Vorspannung an die Basis der Triode 42 gelegt.

Ia Ausgangszustand ist die Triode 42 geöffnet und die Triode 41 geschlossen. Ein positiver Eingangsimpuls öffnet die Triode 41. Aa Kollektor der Triode 41 entsteht ein negatives Signal, welches über den Begrenzungskreis 51» 53 de? Basis der Triode 42 zugeführt wird. An de ren Kollektor entsteht ein positives Signal, welches über den zweiten Begrenzungskreie 5O₉

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52 der Basis der Triode 41 zugeführt wird. Die positive Rückkopplung bleibt erhalten, bis die Kapazitäten 52 und 53 aufgeladen werden, wonach die Schaltung den Ausgangszustand einnimmt und zum Empfang des nächsten Startimpulses bereit ist. Die Impulsbreite wird von der Größe der Übergangskapazitäten 52 und 53 bestimmt, während die Amplitude von den Stabilovoltröhren 50 und 51 gebildet wird. Das gebildete Signal gelangt vom Univibrator aus über die Kapazität 55 und den Spannungsteiler 56 zum Eingang deqfemitterfolgers 46. Das Signal am Eingang des letzteren, durch den Spannungsteiler 56 geregelt, erreicht über die Übergangskapazität 57 den Widerstand 49 und die Basis der Triode 46. Die Diode 58 glättet negative Stromstöße an der hinteren Impulsfront, welche bei Übergangsvorgängen im Trigger entstehen.

Als logische Elemente (Blockeinheit V) sind das polarisierte Dreiwegrelais 3 P mit den Wicklungen 3 P^. und 3 1*2 ^{sowie d}^-^e beiden Vorrelais "T P und 2 P verwendet.

Die Wicklung 3P. ist an den Ausgang der Blockeinheit der ßtromimpulsbildung -II und die Wicklung 3 ^2 ^{ω den} Ausgang der Blockeinheit der Spannungsimpulsbildung - III angeschlossen.

Bei kurzgeschlossenem Erosionsspalt wird das Signal lediglich dem Eingang der Blockeinheit der Stromimpulsbildung und von dieser aus der Relaiswicklung 3 P^ sugeführt. Der Anker des

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Relais 3P wird angezogen und schließt die Eontakte 59 und 60. Dabei spricht das Vorrelais 1P an, dessen Kontakt UP den Speisekreis vom Stellmotor D schließt, welcher die Fremderregerwicklung O besitzt. Der Stellmotor D bewegt den Laufkontakt des Potentiometers 61, welcher in den Stromkreis des Einstellwerkes des Hauptreglers eingeschaltet ist, in einer Richtung, die mit Verringerung der KLektrodenvorsohubsgeschwindigkeit und Vergrößerung des Erosionsspaltes verbunden ist.

Bei Leerlauf sind nur am Eingang der Blockeinheit der Spannungsimpulsbildung -III Signale vorhanden.

In diesem Falle wird die Wicklung 5 P₂ des Relais JP mit Strom gespeist, der Heiaisanker schließt die Kontakte 59 und 62 zusammen und schaltet die Wicklung des Vorrelais 2 P. Die Kontakte des Relais 2P schalten den Stellmotor D^₁ welcher den Laufkontakt des Potentiometers in einer Richtung bewegt, die sich durch Erhöhung der Elektrodenvorschubsgeschwindigkeit und Verringerung des Abstandes zwischen der Elektrode und dem Werkstück kennzeichnet.

Beim Betrieb mit optimalem Spalt zwischen der Elektrode und dem Werkstück werden den beiden Blockeinheiten -XI und III Eingangssignale zugeführt. Hierbei werden die beiden Wicklungen 3P^ und y&2 ^ea Relais $P mit Strom gespeist und demzufolge bleibt der Kontakt 59 in der Heutralstellung. Der Lauf-

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kontakt des Potentiometers 61 beharrt in der Stellung, die der optimalen Vorschubsgeschwindigkeit des Elektrodenwerkzeuges entspricht.

Die Blockeinheit der Spaltkorrektur - IV soll den dauernden Maschinenbetrieb im Bereich geringer Spaltgrößen verhindern. Bei geringen Spaltgrößen kann der Meßkreis scheinbare Strom- und Spannungsimpulse empfangen, die darauf zurückzuführen sind, daß in den Spalt Kohlenstoffteilchen geraten, welche Pyrolyseprodukte der Arbeitsflüssigkeit darstellen und als Stromleiter Impulse hervorrufen, ohne daß dabei Metall vom Werkstück abgetragen wird.

Sind Scheinimpulse vorhanden, so arbeitet sowohl die Blockeinheit II als auch die Blockeinheit III, während die Vorschubsgeschwindigkeit der Elektrode unverändert bleibt. Ein solcher Betriebszustand ist als unerwünscht anzusehen.

Die Blockeinheit der Spaltkorrektur - IV enthält das polarisierte Dreiwegrelais 4 P. Die eine Wicklung dieses Relais 4Po wird von einer Fremdquelle über den Widerstand 63 gespeist, welcher beim Einrichten eingestellt wird. Der anderen Wicklung dieses Relais (4 P^) werden Spannungsimpulse vom Erosionsspalt über den regalbaren Widerstand 64 zugeführt.

Bei geringen Spalten zwischen der Elektrode und dem Werkstück vermindert sich die Erosionsspalt spannung, z.B. bis zu 10 Volt· Dabei werden die Amperewindungen der Wicklung 4P,, geringer

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als die Amperewindungen der Wicklung 4P₂ und der bewegliche Kontakt 65 berührt den Kontakt 66· Der Stellmotor H₄. wird eingeschaltet auch zum Verschieben des Laufkontaktes des Potentiometers 61 in einer Richtung, welche der Verminderung der Elektrodenvorschubsgeschwindigkeit entspricht· Infolge dessen vergrößert sich der Spalt zwischen der Elektrode und dem Werkstück und die Erosionsspaltspannung nimmt zu. Bei einem bestimmten Wert der Erosionsspaltspannung werden die Amperewindungen der Wicklung 4P,, größer als dieselben der Wicklung 4P₂ und der bewegliche Kontakt 65 kommt mit dem Kontakt 67 in Berührung, indem dessen Verbindung mit dem Kontakt 66 gelöst wird. Der Stellmotor D ist wiederum an die Blockeinheit der logischen Elemente - V angeschlossen und dessen Arbeit wird somit von den Blockeinheiten II und III zugeführten Signalen gesteuert.

Die Anschlußklemmen 68 der Blockeinheit der Stromimpulsbildung - II, die Anschlußklemmen 69 der Blockeinheit der Spannung simpulsbildung - III und die Anschlußklemmen 70 der Blockeinheit des automatischen Potentiometers - VI werden an jeweilige Gleichstromquellen angeschlossen.

Das Potentiometer wird an den Hauptregler angeschlossen, der die Vorschubgesohwindigkeit der Elektrode steuert·

Die Kapazitäten 71, 72 und 73 dienen zur Welllgkeitsglättung an den jeweiligen Relaiswicklungen.

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Das Verfahren und die Vorrichtung zur selbsttätigen Elektrodenvorschubsregelung von Elektroerosionsmaschinen gestatten die höchste Arbeitsleistung zu erzielen. Die praktische Anwendung dieses Verfahrens und der Vorrichtung ergibt einen
großen wirtschaftlichen Effekt.

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Claims (3)

1. Patentanwälte

   ZELLENTlN u. LUYKEN

   München 22 1465003

   ζ«·«***·«*. * 22. Aug. 1963

   P Vi 6? 1,05.4 15 ^p ^^{2 4}^

   Patentansprüche

   rl J Verfahren zur selbstätigen Elektrodenvorschubsregelung von Elektroerosionsmaschinen, die von Generatoren ait lokaler Bildung der elektrischen Impulse gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, de.3 die optimale Vorschubsgeschwindigkeit, welche die höchste Arbeitsleistung der Maschine gewährleistet, nach dem Minimum der Leerlauf-Spannungsimpulse, der Kursschluß-Stronimpulse und der scheinbaren Strom- und Spannungsimpulse eingestellt wird, welche bei Stronscliluß außerhalb der Arbeitszone entstehen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, welche äaen Meßkreis und ein Vollzugsorgan zur Steuerung des Einstellwerkes des Hauptreglers enthält, der die Yorschubgeschwindigkeit des Elektrodenwerkzeuges steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkreis Geräte zur Amplitudenbegrenzung, beispielsweise ein Stabilovolt, und zur Einstellung der Breite der fitrom- und Spannungssignale, z.B. einen Univibrator sowie einen Emitterfolger einschließt, der durch die Signalimpulse siit begrenzter Amplitude und Breite gesteuert wird* und m Steuern eines polarisierten Dreiwegrelais bestimmt ist., welches daß Vollzugsorgan des Reglereinsfcellwerkes sieuert.

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3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese ein polarisiertes Dreiwegrelais oder ein nichtlineares Element anderer Art, einschließt, welches das Vollzugsorgan des Einstellwerkes von dem den Abzug der Elektrode vom Werkstück steuernden Regler bei Absinken der Erosionsspaltspannung unter den Sollwert einschaltet und bei Ansteigen der Erosionsspaltspannung über den Sollwert hinaus dasselbe ausschaltet.

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