DE2020833B2 - Schaltungsanordnung zur erzeugung von impulsen fuer elektroerosive bearbeitung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Impulsen für elektrocrosive Bearbeitung mit mindestens zwei speichergiiedlosen ausgangsseitig parallel an den Arbeitsspalt geschalteten, von einem Taktgeber über getrennte Zeitsteuerstromkreise gesteuerten Impulsgeneratoren. deren Ausgangsimpulsc unterschiedliche Parameter aufweisen können und am Arbeitsspalt überlagert werden.

Die Entwicklung der elektroerosiven Metallbearbeitung wurde in den letzten Jahren durch den Einsatz von speichergiiedlosen, transistorisierten Impulsgeneratoren wesentlich gefördert. Diese Generatoren geben Arbeitsimpulse auf den Funkenspalt ab, welche durch Steuerimpulse in ihrer Rcpetitionsfrequenz, Breite sowie in ihrem Tastverhältnis unabhängig voneinander gesteuert werden können. Die auf den Funkenspalt gelangenden Arbeitsimpulse können ebenfalls bezüglich ihrer Spannung und Stromstärke gesteuert werden. Durch neuere Untersuchungen der physikalischen Zustände im Funkenspalt stellte man fest, daß durch besondere Formgebung der Arbeitsimpulse eine wesentliche Verbesserung des Erosionsvorganges erreicht werden könnte. Es sind daher Generatoren bekannt, welche aus zwei Spannungsquellen mit entsprechenden Schaltern oder aus einem Transformator mit zwei Sekundärwicklungen bestehen und zu Beginn eines jeden Arbeitsfunkens eine höhere Spannung als Zündspannung auf den Arbeitsspalt gegeben, während der eigentliche Arbeilsfunke die normale Betriebsspannung aufweist. Hierdurch werden zwar gleichmäßige Entladungen und dadurch gewisse Verbesserungen der Bearbeitung erzielt, eine weitergehende Beeinflussung der Form des Arbeitsimpulses und damit der Bearbeitung war so jedoch nicht möglich.

Bei einer weiteren bekannten Anordnung werden mehrere, von einem Taktgeber gesteuerte Generatoren, deren Ausgangsimpulse unterschiedliche Parameter aufweisen können, am Arbeitsspalt parallel angeschlossen, um ein aus mehreren Einxelimpulsen bestehendes !mpulspaket periodisch zu erzeugen, wobei einer der Einzelimpulse zur Bildung einer Schutzschicht, ein anderer zur eigentlichen Abtragung, ein weiterer zum Entfernen der Erosionsprodukte dient (CH-PS 4 6b 452). Hierbei ist lediglich die Anwendung kammförmiger Impulse vorgesehen.

Die Erfindung hat die Aufgabe, durch eine bestimmte Formgebung des Arbeitsimpuises, insbesondere seiner Flanken, die Zündung, den Durchschlag und die Entionisierung im Funkenspalt zu verbessern, den '5 Anwendungsbereich der Materialpaarungcn von Elektrode und Werkstück zu vergrößern und die Verwendbarkeit einer Elektrode auf mehrere Erodierphasen zu erweitern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zeitsteuerslromkreise während des Betriebes steuerbar, mit einer an den Arbeitsspalt angeschlossenen Überwachungseinrichtung zum Zwecke ihrer Steuerung verbunden sowie derart einstellbar sind, daß die Ausgangsimpulse aller Impulsgeneratoren sich überschneiden.

Mit der erfindungsgemaßen Schaltungsanordnung ergeben sich folgende Vorteile:

- Die Zündung verbessert sich durch die besondere i'orm der Anstiegsflanke des Arbeitsfunkens, so daß ein besonderer Zündimpuls nicht mehr notwendig ist;

- der On der Oberfläche der Elektrode und des Werkstücks, an welchem der Durchschlag des Arbeitsfunkens erfolgt, ist nicht dem Zufall übcrlassen, so daß nicht mehr wie früher in unkontrollierter Weise die Durchschläge an besonders bevorzugten Oberflächenstellen stattfinden können;

- die besondere Form der Abstiegsflanke des Arbeitsimpuises verbessert die Entionisierung des Funkenspaltes, so daß für den nachfolgenden Arbeitsimpuls die gleichen eindeutigen Anfangsbedingungen im Funkenspalt vorhanden sind wie beim vorhergehenden Arbeitsimpuls;

- die Formgebung des Arbeitsimpulses ergibt ein optimales Erodierverhalten bei beliebigen Materialpaarungen von Elektrode und Werkstück; bisher konnte man nur bei bestimmten wenigen Materialpaarungcn ein solch günstiges Erodierverhalten feststellen;

— für das Feinsterodieren und das Groberodieren können die gleichen Generatoren verwendet werden; bisher mußten für diese Erodicrphasen verschiedene Generatoren eingesetzt werden, wie /. B. Rclaxationsgeneratoren für das Feinsterodieren und Impulsgeneratoren für das Groberodieren.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
F i g. I die gesamte Anordnung in Blockdarstellung,

Fig. 2 einen aus mehreren Arbeitsimpulsen zusammengesetzten Arbeitsfunken,

F i g. 3 verschiedene Steuerimpulse aus dem Taktgeber.

Die Impulsgeneratoren I, 2, 3 sind gemäß F i g. 1 bei den Verbindungspunkten 4, 5 parallel am Arbeitsspalt 6 angeschlossen, der von der Bearbeitungselektrode 7 und dem Werkstück 8 gebildet wird. Der Übersichtlichkeit

halber sind nur drei Inipulsgeneratoren eingezeichnet. Die gestrichelte Linie bei den Punkten 4 und 5 deutet die Anschaltmöglichkcit von weiteren Generatoren an. Die Impulsgeneraloren sind bekannter Bauart und bestehen aus einem Verstärker 101 und Leistungstrarisistoren 102, welche im elektroerosiven Stromkreis 9, 10 angeordnet sind. Die Leistungstransistoren 102 liegen in Serie im elektroerosiven Stromkreis 9, 10 und sind parallel am Ausgang des Verstärkers 101 angeschlossen. Die Leistungstransistoren können selbstverständlich auch parallel zum elektroerosiven Stromkreis and damit /um Funkenspalt 6 angeordnet sein. Von den Leistungsiransistoren 102 ist nur einer in der F i g. 1 gezeichnet. Im elektroerosiven Stromkreis 9, 10 ist auch ein Richtleiter 103 angeordnet. Solche Impulsgeneratoren sind bekannt, leder Generator hat seine eigene Stromversorgung 104, welche aus einer Transformator- und Gleichrichteranordnung bestehen kann. Die wesentlichen Bauelemente wurden nur im Generator 1 eingezeichnet. Am Steuereingang eir.es jeden Generators 1, 2, 3 sind über die Leitungen 14, 15, 16 die Stromkreise 11, 12, 13 zur zeitlichen Steuerung der aus dem Taktgeber 17 gelangenden Steuerimpulse angeschlossen. Der gesteuerte Taktgeber 17, welcher bekanntlich aus mehreren Multivibratoren besteht, wird so gesteuert, daß er die in der F i g. 3 als Beispiel gezeigten Steuerimpulse auf die Stromkreise für die Zeitsteuerung abgibt. Die Steuerimpulse können von der Bedienungsperson für jeden crosiven Bearbeitungsvorgang optimal eingestellt werden. Die Steuerimpulse werden auch durch die später beschriebene kombinierte Überwachungseinrichtung 22 während des crosiven Bearbciuingsvorganges eingestellt, so daß die Arbeitsfunken in jedem Bearbeitungsvorgang optimal bleiben. In der Fig. 1 sind weitere Stromkreise 19, 20, 21 zur Zeitsteuerung der Steuerimpulse gezeichnet, welche mit anderen, nicht dargestellten Impulsgeneratoren verbunden sind. Mit dem Block 18 soll die Möglichkeit für den Anschluß von zusätzlichen Generatoren angedeutet werden, was gestrichelt dargestellt ist. Auch in diesem Falle sind Zeitsteuerkreise vor jedem Generator vorgesehen, leder der in der Fig. 1 dargestellten Zeitsteuerkreise U, 12, 13, 19, 20, 21 bewirkt eine zeitliche Verschiebung und/oder eine Änderung der Impulsbreite der aus dem Ausgang 170 des Taktgebers 17 gelangenden Steuerimpulse. Die Steuerimpulse können also unter Beibehalten ihrer ursprünglichen Impulsbreite zeitlich verschoben worden und/oder in ihrer ursprünglichen Breite verkürzt werden. Die in der Fig. 1 gezeigten Zeitsteuerkreise 11, 12, 13, 19, 20, 21 sind teilweise in Serie oder parallel zueinander geschaltet. Durch eine bestimmte Anordnung der Zeitsteucrkrcisc werden die Steuerimpulse aus dem Taktgeber 17 in beliebiger Weise beeinflußt und auf die Impulsgeneratoren gegeben, so daß Arbeitsfunken 34 auf den Funkenspalt 6 gelangen, welche optimal an jeden erosiven Bcarbeitungsvorgang und somit an jeden physikalischen bzw. chemischen Zustand im Funkenspalt 6 angepaßt sind. Die Zeitsteuerkreise 11,12,13,19, 20, 21 bestehen bekanntlich aus einfachen Bauelementen in ihrer einfachsten Ausführung aus monosnibilcn Multivibratoren, so daß jeder Stromkreis auf eine bestimmte zeitliche Verschiebung und/oder bestimmte Änderung der Impulsbreite einstellbar ist. Selbstverständlich kann ein Zeitsteuerstromkreis so konstruiert sein, daß er für mehrere variable Zeitsteuerungen wahlweise einstellbar ist. In diesem Falle besitzt ein Zeitsteuerstromkreis mehrere Ausgänge, so daß man anstelle der gezeichneten Stromkreise einen oder zwei Stromkreise verwendet.

In der Fig. 1 is: am Funkenspalt 6 eine kombinierte Überwachungseinrichtung 22 vorgesehen, weiche über die Leitungen 24, 23 mit der Elektrode 7 und dem Werkstück 8 verbunden ist. Die Ausgänge der Überwachungseinrichtung 22 sind über Leitungen 25.26 an die Zeitsteuerkreise !!, 12, 13, 19, 20, 21 und über Leitung 27 an den Eingang 171 des Taktgebers 17

ίο angeschlossen. Die Überwachungseinrichtung 22 arbeitet in der Weise, daß sie bei Verschlechterung der physikalischen Zustände im Funkenspalt 6 den Taktgeber 17 und/oder die Zeitstcuerkreisc 11,12,13, 19,20,21 so beeinflussen, daß die physikalischen Zustände im Funkenspalt sich wieder normalisieren. Die kombinierte Überwachungseinrichtung 22 enthält eine Programm-Eingabevorrichtung 221, in die ein bestimmtes Programm für den gewünschten Ablauf eines Bearbeitungsvorganges gegeben wird. Als Programmträger werden Lochkarten, Lochstreifen, Magnetband od. dgl. verwende!. Aufgrund des Programmes werden der Taktgeber 17 über die Leitung 27 und/oder die Zeilsteuerkreise 11, 12, 13, 19, 20, 21 gesteuert. Die Überwachungseinrichtung 22 stellt während des Betriebes fest, ob das eingespeicherte Programm auch wirklich durchgeführt wird. Sie ist auch in der Lage, von dem in der Einrichtung 221 gespeicherten Programm abzuweichen, z. B. dann, wenn die optimalen physikalischen Zustände im Funkenspalt 6 nicht mehr mit dem Programm übereinstimmen. An einem Beispiel soll dieses näher erläutert werden. Es sei angenommen, daß das Programm vorschreibt, daß nach einer bestimmten Eindringtiefe der Elektrode 7 in das Werkstück 8 die Arbeitsfunken 34 zu ändern sind. Wenn dieser Punkt der Änderung der Arbeitsfunken früher oder später erreicht wird, als im Programm vorgeschrieben ist, sorgt die Überwachungseinrichtung 22 über die Leitungen 25, 26, 27 für eine Programmabweiehung. Gesteuert von der Überwachungseinrichtung 22 kann die Repelitionsfrequenz oder Impulsbreite der Steuerimpulse im Taktgeber 17 und/oder die Zeilsteuerung in den Stcuerkreisen 11,12,13, 19,20,21 verändert werden. Es kann auch /.. B. ein Teil der Impulsgenerator! 1, 2, 3 für eine kurze oder längere Zeit ausgeschaltet werden. Diese angedeu-

leten Steuermöglichkeiten bewirkt die Überwachungseinrichtung 22 aufgrund einer dauernden Analyse der physikalischen Zustände im Funkenspalt 6 in Kombination mit dem in der Einrichtung 221 gespeicherten Programm.

Im oberen Teil der F i g. 2 sind für drei Arbeitsimpulse 28, 29, 30 die Spannungen dargestellt, wobei selbstverständlich mehrere Arbeitsinipulse vorgesehen sein können. Der Arbeitsimpuls 28 mit der höchsten Spannung wird beispielsweise vom Impulsgenerator auf die Verbindungspunkte 4,5 im erosiven Stromkreis 9,10 gegeben. Der Generator 2 gibt den Arbeitsimpuls 29, der Generator 3 den Arbeitsimpuls 30 auf die gleichen Verbindungspunkte 4, 5. Die Inipulsgeneratoren sind auf unterschiedliche Spannungen und Stromstärken iinabhängig voneinander einstellbar. Durch die zeitliche Steuerung der Steuerimpulse in den Stromkreisen II, 12, 13 ergibt sich die zeitliche Verschiebung der Arbeitsimpulsc 28, 29, 30. Die Arbeitsimpulse setzen sich also zu einem einzigen Arbeitsfunken zusammen und geben ihm eine bestimmte Form, welche durch die unterschiedlichen Spannungsamplituden und durch die zeitliche Verschiebung bestimmt wird. Im unteren Teil der F i g. 2 sind die Stromwerte aufgetragen. Die

1 reppeiilorm des hier gezeigten -Xrbeiisinipulses ergibt sich durch Addition der verschiedenen Sti'oiiiw eric, welche bei den Impulsgencraiorcn i, 2. 3 unabhängig voneinander eingestellt werden können. Aus dem in IΊ g. 2 gezeigten Heispiel mn drei Arbeiisimpiilseii. S welche sich /ii einem Arbeitsflinken 34 zusammensetzen, lolgt. daß der Impulsgenerator 1 mit einer hohen Spannungsampliuide 28 und einem sehr niedrigen Stromwert eingestellt ist. Hierdurch erreicht man eine schnelle Zündung /v Beginn des Arbeitsfunkens im Funkenspalt β. Bekanntlich ist zur /iindung kein hoher Strom notwendig. Die Stromwerte tier Arbeiisimpulse 29, .30 addieren sich mit der entsprechenden /eilverschiebung zum Arbeitsfunken und ergeben die Amplitude .32 bzw. 33. Durch die zeitliche Verschiebung der is Arbeitsimpulse gegeneinander und durch die Finstel· lung der Spannungswerte und der Stromwerte bei den einzelnen Impulsgeneratoren bekommt man eine Anstiegsflanke des Arbeitsfunkens 34 von beliebiger Form. In der gleichen Weise wird die Abstiegsflanke des Arbeitsfunkens 34 beliebig geformt. Die Treppenstufen .35, 36 ergeben sich aus den im oberen Teil der Γ ig. 2 gezeigten Arbeilsimpulsen 29 und 30 bzw. 30 allein. Die beliebige Steuerung der Gestalt lies Arbeitsfunkens wirkt sich in sehr günstiger Weise auf den Materialabtrag im Werkstück 8 aus. Der Verschleiß an der Elektrode 7. welcher bisher immer aufgetreten ist und mit den bekannten Mitteln nicht verhindert werden konnte, ist praktisch auf Null reduziert worden. Die Variierbarkeit der Ansticgsflanke des Arbeitsfunkens 34 beschleunigt die Zündung im Funkenspalt 6. Hei den bekannten Generatoren wird ein besonderer Zündiinpuls hoher Spannung zu Beginn des Arbeitsfunkens aiii den liinkenspalt gegeben. Bei der Erfindung dagegen ist der Fkinkcnanstieg des Arbeitsfunkens 34 sanft. Dieses ist besonders wichtig, wenn mit Funkcnspallen von unterschiedlicher Dicke gearbeitet werden muß. Beim groben Erodieren des Werkstückes 8 (Schruppen) muß ein großer Funkenspalt 6 zwischen der Elektrode 7 und dem Werkstück 8 und beim Feinemdieren (Schlichten) ein kleiner Funkcnspalt eingehalten werden. Der unterschiedliche Abstand zwischen der Bearbeitungselektrode und dem Werkstück bedingt bei den bekannten Generatoren eine Änderung der eingcstell ten elektrischen Werte. So konnten daher die bekannten Impulsgeneratorcn nicht für die Fein- bzw. Feinst-Bearbeitung Verwendung finden. In diesem Falle mußte ein Generator der älteren Bauart mit einem Kondensator als Spcicherglied verwendet werden. Bei der Erfindung dagegen können durch die zeitliche Steuerung der Ansticgsflanke des Arbeitsfunkens 34 die transistorisierten modernen Impulsgeneratoren auch für diese Bearbeitungsart benutzt werden. Hierdurch ergibt sich ein wesentlicher Vorteil, da die modernen, transistor! sierten Generatoren einen viel besseren Wirkungsgrad s5 aufweisen als die alten Generatoren mit SpeLuerghedern. In jedem Falle wird also die optimale Zündung des Arbeitsfunkens durch die Variierbarkeit seiner An stiegsflanke gewährleistet. Die Variierbarkcit der Abstiegsfianke des Arbcitsfunkens 34 ermöglicht, daß die Ionisation im Funkenspalt 6 sich in günstigster Weise abbauen kann. Dadurch ergibt sich eine Verkürzung der Entionisierungszeit. so daß der nächste Arbeitsfunken in einem kürzeren Zeitabstand zünden kann, als es bisher möglich war. Da die physikalischen '\-, Zustande im Funkenspalt mehl stationär, sondern dynamisch sind und sieh durch unkontrollierbare äußere Einflüsse andern können, mußte man bisher Störungen und somit eine Verschlechterung der erosiven Metallbearbeitung zwangsläufig ir, Kaut nehmen. Mit der F.rlindiing wird die lorm bzw. Gestalt der Arbeitslunken M aiii die physikalischen Zustünde im I iiukenspalt zugeschnitten. Dieses gunstige Erodierverrullcn wurde durch Versuche bestätigt. Ein weiterer günstiger Einfluß zeigt sich auch dann, daß durch die Einstellung der Form bzw. Gestalt der Arheiisfimken 34 bei bestimmten Matcrialpaartingen von Elektrode und Werkstück ein optimales Erodierverhalten erreicht wurde. Während bisher nur bei bestimmten Matenalpaarungen gute Ergebnisse der Erosion erzielt werden konnten, ist es nun nicht mehr notwendig, bestimmte Materialpaarun gen zwischen der Elektrode und dem Werkstück einzuhalten Man kann sogar Materialien zusammenarbeiten lassen, welche als ungünstige Paarungen bisher nicht verwendet werden konnten.

In der F i g. 3 sind Impulszüge gezeigt, welche vom Taktgeber 17 auf die Stromkreise It, 12, 13, 19, 20, 21 gegeben werden. Diese Figur soll lediglich zeigen, daß der 1 aktgeber kontinuierliche Impulszüge sowie zeitlich unterbrochene Impulszüge abgeben kann.

In gleicher Weise können auch die Zeitsteuerkreise 11, 12, 13. 19, 20, 21 der Fig. 1 zeitlich unterbrochene Inipulszüge auf die Impulsgeneraloren 1, 2, 3 geben. Dieses geschieht, wie bereits erwähnt, durch die kombinierte Überwachungseinrichtung 22 aufgrund der Analyse der physikalischen Zustände im Funkenspalt b. Bei Änderungen der physikalischen Zustände im Funkenspalt 6 infolge von Veränderungen der Dicke des Funkenspaltes oder infolge von äußeren Einflüssen steuert die kombinierte Überwachungseinrichtung 22 nur bestimmte Zeitsteuerkreisc an. so daß die Form bzw. Gestalt des Arbeitsfunkens 34 sich ändert. Versuche ergaben, daß bei Änderung der Anstiegsflanke oder der rückwärtigen Flanke die Störungen in; Funkenspalt sofort aufhörten. Eine wissenschaftlich exakte Erklärung kann hierfür nicht gegeben werden.d.i die Gesetzmäßigkeiten der äußerst komplizierten, dynamischen Vorgänge im Funkenspah noch nicht restlos geklärt sind. Selbstverständlich können beim Arbeitsfunken 34 auch die Spannungswerte bzw. Stromwertc durch entsprechendes Einstellen bei den Generatoren, welche die Arbeitsimpulse 25, 26, 27 erzeugen, verändert werden.

Abschließend sei darauf hingewiesen, daß von einem Taktgeber 17 nicht nur mehrere Generaloren, welche auf einen Funkcnspalt arbeiten, sondern auch andere Generatoren, welche auf einen anderen Funkenspah arbeiten, gespeist werden können. Fs hat sich in dci Praxis auch ergeben, daß di·: besonders großei Bearbeitungselektroden, welche z. B. für die Hcrstellur._£ von Stanz- oder Preßwerkzeugen für die Automobil karosserieherstellung verwendet werden, aus mehrerei Einzelelcktroder, bestehen. Die erfindungsgemäße A-n Ordnung ist auch für diesen Fall gedacht. Hierbe arbeitel eine Generatorgruppe auf eine Teilelektrodc Die anderen Teilelcktroden sind mit anderen Genera torgruppen verbunden, so daß sämtliche Generator gruppen auf einen Funkenspalt mit einem Werksüic arbeiten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Impulsen für elektroerosivc Bearbeitung mit mindestens zwei speichergiiedlosen ausgangsseitig oar ullel an den Arbeitsspalt geschalteten, von einem Taktgeber über getrennte Zeitsteuerslromkreise gesteuerten Impulsgeneratoren, deren Ausgangsimpulse unterschiedliche Parameter aufweisen können und am Arbeitsspalt überlagert weiden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuerstromkreisc (Ii, 12, 13, 19, 20, 21) während c'es Betriebes steuerbar, mit einer an den Arbeitsspalt angeschlossenen Überwachungseinrichtung (22) zum Zwecke ihrer Steuerung verbunden sowie derart einstellbar sind, daß die Ausgangsinipulse aller Impulsgeneraloren (1,2,3} sich überschneiden

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuerslromkreise (11, 12, 13, 19, 20, 21) parallel und/oder in Serie am Ausgang (170) des gesteuerten Taktgebers (17) angeordnet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Impulsgeneratoren (1, 2, 3) mit ihren elektroerosiven Stromkreisen (9, 10) parallel am Funkenspalt (6) angeordnet sind und eine Generatorgruppe bilden, so daß der Arbeitsfunken (34) aus drei Arbeitsimpiilsen (28, 29, 30) mit verschiedenen Zeiten gebildet wird.