-
Verfahren und'Schaltungsanordnung zur Verbesserung der Regelung des
Bearbeitungs-Spaltes an Elektro-ero'sio-nswaschinen-Die Anmeldung bezieht sich auf
die Vorschubregelung der Werkzeugelektrode von Elektroerosionsmascha-nen, vornehmlich
Funkenerosfonsmaschinen, die mit speicherlosen, mit gesteuerter Entladung,-vorzugsweise
unipolaren Rechteckimpulsen, arbeitenden Generatoren versehen sind und nach der.Spannung
am Bearbeitungsspalt die Größe des Bearbeitungsspaltes selbst ermitteln und einstellen.
-
Die Vorschubregelung wird bisher in der Weise-durchgeführt, wie dies
in einem nicht vorveröffentlichten Vorschlag (deutsche Patentanm.eidung
A 46 852) dargelegt -worden Ist. Danach wird ein Regelverstärker zur
Erzeugung des Stellwertes für den Blektrodeavorschub einerseits mIt dem Bearbeitungsspalt
und andererseits mit einer Sollspannu ngsquelle verbunden, die nur während
der Impulsdauer eine Sollspannung liefert. DerRegelverstärker erzeugt dann aus der
Differenz zwischen Spannung am -Bearbeitungsspaltg der sogenannten Entladespannung,
und Sollspannung die Stellgröße. Das früher vorgeschlaßene Verfahren und die Schaltungsanordnung
zur Durchführung dieses Verfahrens arbeiten.bei den gebräuchlichen Anwendungsfällen-funkenerosiver-Be--arbeitung
mit gutem Ergebnis. Es sind allerdings funkenerosive Arbeiten
denkbar,
bei denen die erläuterte Vorschubregelung sich nicht ausreichend schnell an die
technischen Gegebenheiten anpaßt. Dies kann insbesondere imm-er dann eintreten,
wenn der Impulsgenerator auf Impulsspannungen mit verhältnismäßig kurzer Impulsdauer
und langen Impulspausen eingestellt ist. Die In den Regelverstärker eingegebenen
Vergleichsepannungen-zur Ermittlung des Stellwertes weisen dann aber auch eine relativ
kurze Impulsdauer auf, so.daß der wirksame Stellwert gleichfalls einen geringen
Energieinhalt erhält. Da dieserüber eine gesamte Periode betrachtet, geringer ist
als bei großer Impulsdauer, ist die Regelgeschwindigkeit bei längeren Impulsen höher
als bei kurzen Impulsen.
-
Die Regelgeschwindigkeit d.h. die Kreisverstärkung des Rege lkreises
2.n noch weiteren Grenzen gegen die Impulsdauer unempfindlicher oder vollständig
unabhängig von der Impulsdauer zu machen, hat sich die vorliegende Anmeldung zur
Aufgabe gestellt.
-
Diese betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Regelung der Größe
des Arbeitsspaltes zwischen Werkstück und Werkzeugelektrode an Elektroerosionsmaschinen,
vornehmlich Funkenerosionsmaschinen, bei denen der Stellwert aus dem_ Vergleich
einer Sollspannung und einer am Bearbeitungsspalt abgegriffenen Istspannung ermittelt
wird. Erfindungsgemäß wird jeder Wert der Istspannungsamplitude in einem SpeicherglIed
gespeichert.
-
Wenn Widerstände und Kondensatoren des Speichergliedeg in der Weise
bemessen sind, daß deren Zeitkonstante größer oder sogar wesentlich größer als die
Pausend'auer der impu4sförmigen
-Generatorspannung wird, dann ist
der-am Ausgang des Regelverstärkers entnommene Stellwert nur noch der Amplltude
der verglichenen Spannungen proportional und in wetten Grenzen von der Impulsdauer
unabhängig. Da aber die Zeitkonstante des Speichergliedes nicht unnötig groß gewählt
sein sollg um das Zeitverhalten des.Regelkreises nicht zu verschlechtern, ist es
vort eilhaft, wenn diese den 3-5fachen Wert der größten Impulspa-use aufweist. Vielfach
ist es jedoch erwünscht oder erforderlich, den Einfluß-der Impulsdauer auf die Erzeugung
des Stell-#,Tertes und damit auch auf die Regelgeschwindigkeit gänzlich zu vermeiden.
Von gewissem Vorteil ist-es auch, z-je-nn-±n die Erzeugung des St ellvertes-nlIcht
die steile ImpulsspItze zu Beginn eines jeden Impulses der Ist- und auchder
Soll-
spannung eingeht"sondern lediglich die wesentlich ge-
ringere
Amplitude des Impulsrückens.
-
Zu diesem Zweck wird als weiteres Nerkmal der Erfindung vorgeschlagen,
durch Stenerglieder, welche entweder von der Istspannung oder von der Ist- und Sollspannung
gesteuert werden, die Spelcherung Bei dieser Verfahrensije3Lso werden somit unabhängig
von Impuls- und Pausendauer der VergleichsGpaimungen stets zwei phasengleich aus
den zu vergleichenden Spannungen getastete Impulse miteinander verglichen, welche
dem Regelverstärker - gleichgültig'welche Impulsdamer und Pausendamer die
dem
Bearbeitungsspalt zugeführte Spannung aufweist - eine Uonstente,
nur den Amplituden der Vergleichsspannungen proportionale Stellspannung liefern,
Die
Erfindung-soll nachstehend anhand der beigefügten Abb. 1 bis 6 näher
erläutert werden.
-
Abb. 1 zeigt in einem Blockschaltbild das Prinzip der bisher
ßenutzten Vorschubregelung bei.speicherlosen Impulsgeneratoren für die Funkenerosionstechnik.
-
In Abb. 2 ist gleichfalls in vereinfachter Darstellung eine gemäß
Erfindung verbesserte Ausführung einer Vorschubregelung dargestellt und die in Abb.
4 gezeigte Ausführungsform gestattet eine noch vollkommenere Regelung.
-
In den Abb. 3 und 5 sind Spannungsdiagramme zur Verdeutlichung
der erfindungsgemäßen Lehre aufgezeichnet.
-
Abb. 6 enthält ein ausschließlich aus konkreten Schaltelementen
zusammengesetztes Schaltbild und zeigt, in welcher Weise die schematisch in Abb.
4 erläuterte Anordnung praktisch verwirklicht werden kann.
-
Abb. 6 zeigt die tatsächliche Impulsform der Spannungen Us
und Ui. Abb- 7 zeigt im Prinzipschaltbild eine Schaltung zur Er--,zeugung
einer Vergleichsspannung mit zeitverzögerter Speicherung. Abb. 7a gibt eine Schaltung
imit konkreten Bauelementen mit gleicher Wirkung wie diajanige in Abb.
7 wieder. Außerdem ist zur Lieferung der zweiten Vergleichsspannung eine
Gleichspannungsqualle vorhanden.
-
In Abb. 1 ist der spe#icherlose Impuisgenerator 1 zu
erkennen, dessen Ausgang mit dem Werkstück 2 und der Elektrode 3 verbunden,
ist.
Die Elektrode-3 Ist in-der Vorschübeinrichtung 4 gehaltert und kann somit in Richtung
des-Pfeiles-5 vor - oder zurückbewegt,werden. Die zur selbsttätigen Regelung
des Elektrodenvorschubes erforderliche Ste.1,1größe U s.t wird in -dem Regelverstärker,6
aus . dem Vergleich der Sollspannung U mit der am Bearbeitungsspalt
abgegriffenen-Istspannung s Ü -. erzeugt. Die Sollspannung wird Von dem..äollwertgeber
7
geliefert.
-
Wie aus Abb. 2 ersichtlichi ist bei der-vorgeschlagenen Ausführung
zwischen Söllspannung bzw. Istspann#ung und Regelverstärker 6 ein aus Di;ade-D1,
Kondensator Clund Widerstand RI bzw. Dli, Clt und Rlt bestehendes Speicherglied
geschaltet. Wenn'die Kapazitätswerte bzw. Widergrößer als standswerte derart gewählt
sind, daß P, -C die Pausendauer#der Impulsspannungen TJ bzw. U.-sind- dann werden
auch - wie aus den Diagrammen für U bzw.-u in Abb. 3 ersichtlich
j.- in der Impulspause de.r-Generator-zspannung die Verglelchsspannungen
U und#U auf dem Niveau der Amplitude-der Generatorspannung gehalten.
Dem in der Vorschubeinrichtung 4 enthaltenen Stellglied wird 'dann eine über die
Impulsperiode weitgehend -konstante und von Impuls- und Pausendauer in einem breiten
Zeitbereich unabhängige Steuerspannung Ust zu-geführti -Wenn allerdings die Impulsdauer
und damit auch die Impuls-- pausendauer der Generatorspannung-in sehr weiten
Grenzen geändert werden soll, dann müssen verschiedene RC-Glieder: vorgesehen sein,
von denen wiederum ein Jedes einen breiten impulspausenbere-ich-überstreiche.n-kann
und die dann an der, Bereichsgrenze mit der jeweiligen Einstellung am Generator,
,mit umgeschaltet worden müssen.
Soll diese Umschaltung jedoch vermieden
werden, dann soll auf die von den Pausendauer der Generatorspannung vollständig
unabhängige Lösung nach Abb. 4 zurückgegriffen werden. Hier wird durch die Steuerstufen
8 und 9
aus der Sollspannung U s bzw. der Istspannung U i eine
Vergleichsspannung gewonnen, deren Höhe den Amplituden von U s bzw.
U i proportional ist. Die Vergleichsspannung U s 1 wird dadurch
gewonnen, daß der von der Steuerstufe 8
betätigte Schalter S zu Beginn
eines Impulses der Soll-2 spannung U s kurzzeitig geschlossen wird, wodurch
der Kondensator C2 völlig entladen wird. Nach einer Zeitverzögerung gegenüber
dem Impulsbeginn der Spannung U s wird der Schalter S2 geöffnet und
gleichzeitig der Schalter Sl. geschlossen, welches die Aufladung des Kondensators
C2 über R2 bewirkt. Der Schalter Sl bleibt'während der Zeit ti geschlossen und wird
dann wieder für die Zeit t e geöffnet. Die Erzeugung der Vergleichsspannung
U i 1 geht in gleicher Weise vor sich; es werden lediglich in entsprechender
Weise die Steuerstufe 9, die Schalter Slt und S21 bzw. der Widerstand R21
und der Kondensator C21 eingesetzt. Auf diese Weise wird am Ausgang des Regelverstärkers
6 eine Stellspannung U erzielt, die nicht mehr-von der- Pausendauer
st der Generatorspannung bzw. der Sollspannung U abhängt, s sondern
- wie gewünscht ausschließlich von der Amplitude der Vergleichsspannung'Ui.
-
Die interessierenden Spannungen für die Schaltung nach Abb. sind aus
Abb.' 5 ersichtlich.
-
Die in Abbä 4 schematisch-in einer Alockschaltung aufgebaute Schaltungsanordnung
soll - wie in Abb. 6 dargestelltT in
konkreten Bauelementen
praktisch ausgeführt sein. Die Viderstands-Kondensator-Glieder G R und
C R 3' ] 3 49 4 bzw.# C 3 1 9 R 3 1 und C 4
1 und-R 41 haben in dieser Schaltungsanordnung die Aufgabe2-die Vorderflanken
der Impulse der auszuwertenden Spannungen 'U bzw. U. zu differenzieren. Da aber
die Einzelimpulse der Spannungen U s und U i bekanntermaßen keine
idealer Rechteckform aufweisen- sondern 9
die Impulse die In Abb. 6a
gezeigte-Form annehmen, sind noch die Dioden D 2 bzw. D- 2
1 vorgesehen, welche verhindern, daß die-Rifckflanke der Impuisspitze gleichfalls
differenziert wird. Die einzelnen Bauelemente der RC-Glieder sInd derart gewählt,
daß sich unterschiedliche Zeitkonstanten ergeben.-Es soll C R größer als
sein. Dadurch 3 3 3 C4.- C40 R4 w rd erreicht, daß der Transistor Tr.
1, der als Schalter S, eingesetzt ist,'länger-durchgeschaltet bleibt
als'Tr. 2, der als Schalter S 2 eingesetzt-ist. Entsprechendes gilt für 'U3
1 bzw. -U4, und-fr, 11 bzw. Tr. 21. Die Viderstände R2 bzw. R.' sind
als Strombegrenzungseiiderstände zum-Schutz der Transistoren vorgesehen., Der Abb.
7 ist in einer Prinzipdarstellung.die praktische Ausführung einer Schaltung
zur Erzeugung einer VergleIchsspannung aus.der Istspannung zu entnehmen. Zu Beginn
eines EInzelimpulses der Spannung.Ui soll der Schalter S .3 durch
die Steuereinrichtung lo kurzzeitig geschlossen werden, -vTodurch der Kondensator
C vollständig entladen t--jird. X-lXhrend 5-der weiteren Impulsdamer-und
darüber hinaus soll S 3 offen ble:Lben-und S 4 geschlosoen sein" Dann --tiirken
R und R-- als 5
Spannungsteiler und der Kondensator C 5 wird
auf eine Spannung aufgeladen, die proportional der AmplItude des Impulses- ist.
Mit dem, -E#nde - des Impulses doll -der Schalter S 4
geöffnet
w4rden.
-
Wie die Schaltung mit Steuereinrichtung aufgebaut sein kann, ist aus
Abb, 7 a ersichtlich. Bei dieser aus konkreten Bauelementen aufgebatiten
Schaltung wird aus der Impulsspannung U ir die Vergleichsspannung
U 1 9 erzeugt, welche zwecks Erzeugung eines Stellwertes in dem Regelverstärker
6 mit der Gleichspannung U s verglichen wird. Durch den Stellwert
wird alsdann das Stellglied beeinflußt.
-
Der Transistor Tr. 3 in-Abb. 7a übernimmt gleichzeitig die
Funktion der Schalter S 3 und S4 sowie des Widerstandes R 6 in Abb.
7. Durch die Widerstände R 72 R 8 und R 9
wird in bekannter
Weise der Arbeitspunkt des Transistors eingestellt.
-
Zu Beginn eines jeden Impulses wird durch Diode D 59
Kondensator
C 6 und Widerstände R 8 und R 9 die steile Einschaltflanke'eines
jeden Einzelimpulses differenziert und mit dem so gewonnenen Signal der Transistor
Tr. 3 angesteuert. Dieses Signal läßt den Transistor an einem solchen Arbeitspunkt
arbeiten, daß er,einen geschlossenen Schalter (wie S 3 in Abb.
7) darstellt. Der steilen Einschaltflanke nachfolgenderImpulsrücken stellt
den Transistor auf einen solchen Arbeitspunkt ein, daß er als geschlossener Schalter
mit Serienwiderstand (S 4 und R 6 in Abb. 7) wirkt.
-
Nach Abklingen eines Einzelimpulses fehlt'Jede Ansteuerung, so daß.der
Transistor Tr. 3 gesperrt ist. Er wirkt somit wie die beiden geöffneten Schalter
in Abb- 7- Die Diode D 4 verhindert in diesem Arbeitszustand eine
Entladung des Kondensators C V Die Diode D 5 bewirkt - wie
bereits früher
-erwähnt -, daß lediglich die Vorderflanke
eine:s Einzelimpulses differenziert-wird, weil-u-..a. durch eine-Rückflankendifferexitiation
der Transi stor-zerstört-.werden könnte.