DE2100394C3 - Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstückes durch Funkenerosion - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstückes durch Funkenerosion, bei dem die elektrische Stromdichte in einem Entladungskanal im Arbeitsspalt nahezu konstant gehalten wird.

Ein derartiges Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung sind aus der NL-Patentanmeldung 04 507 (entspricht DT-OS 17 65 032) bekannt. Nach dieser Patentanmeldung soll mit Rücksicht auf die Abnutzung der Arbeitselektrode die Stromdichte im Arbeitsspalt einen bestimmten Wert nicht übersteigen. Andererseits muß die Stromdichte aber genügend groß sein, um eine möglichst große Materialabhebung vom Werkstück zu erhpiten. Nach der erwähnten Patentanmeldung kann ein optimales Ergebnis dadurch erzielt werden, daß man die Stromamplitude der elektrischen Impulse während der Impulsdauer zunehmen läßt, wobei die Impulse eine steile Vorder- und Hinterflanke aufweisen. Wenn die Oberfläche des Entladungskanals während der Impulsdauer proportional mit der Stromamplitude zunimmt, ändert sich die Stromdichte im Entladungskanal nahezu nicht Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Oberflächen der Entladungskanäle, die nacheinander im Arbeitsspalt gebildet werden, ungleich sind, so daß bei gleichbleibenden Stromamplituden der elektrischen Impulse die Stromdichten in den sich nacheinander bildenden Entladungskanälen ungleich

Das Verfahren nach der Erfindung beseitigt diesen Nachteil. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß zum Zeitpunkt des Durchschlags eine stabilisierte Spannungsquelle an den Arbeitsspalt angeschlossen

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine optimale Stromdichte in einer Entladung sich mit einem an der Stelle der Entladung konstanten Spannungsabfall über dem Arbeitsspalt erhalten läßt. Dadurch wird die Stromdichte in einem Entladungskanal pro Entladung geregelt.

Während bei dem Verfahren nach der genannten NL-Paientanmeldung der Strom im Arbeitsspalt einen vorher eingestellten Wert aufweist und die Stromdichte in einem Entladungskanal durch den Verlauf der Stromamplitude des elektrischen Impulses und durch die Oberfläche des Entladungskanals bestimmt wird, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Strom durch den Entladungskanal bestimmt; mit anderen Worten: bei Änderung des Entladungskanals ändert sich auch der Strom.

Die Verwendung zweier Spannungsquellen bei Funkenerosion ist an sich bekannt. Bei einem derartigen Verfahren (DT-PS 12 94 160) liegt eine Gleichspannungsquelle, deren Spannung die Bogenspannung der Entladung überschreitet, aber die Zündspannung unterschreitet, dauernd über dem Arbeitsspalt. Die Entladung wird durch der Gleichspannung überlagerte Spannungsimpulse gezündet und gelöscht. Dies hat den Ziweck, die Energie, die der Impulsgenerator liefern muß, niedrig zu halten.

Bei einem anderen bekannten Verfahren (CH-PS 4 30 909) wird die Energie, die von der Arbeitsstromquelle geliefert werden soll, niedrig gehalten, und zwar dadurch, daß neben einer Arbeitsstromquelle eine zweite (Zünd)-Quelle vorhanden ist. Die Arbeitsstromque'.le wird erst an den Arbeitsspalt angeschlossen nach erfolgter Zündung.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren (DT-AS 12 99 204) werden von einer Gleichspannungsquelle Entladungen geringer Energie im Arbeitsspalt gezündet. Auf diese Weise wird geprüft, ob der physikalische Zustand des Arbeitsspaltes derartig ist, daß darin Arbeitsentladungen hoher Energie mit Hilfe eines Impulsgenerators gezündet werden können.

Bei allen erwähnten Verfahren werden die beiden Spannungsquellen zu einem anderen Zweck als bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet. Im Zeitpunkt des Durchschlages ist die angeschlossene Spannungsquelle nicht stabilisiert. Es sind auch keine Maßnahmen zur Konstanthaltung der Stromdichte in einem Entladungskanal vorgesehen.

Eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung, bei der in dem Kreis der stabilisierten Spannungsquelle ein Schalter aufgenommen ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß in den Steuersignalkreis zwischen diesem Schalter und dem

Arbeitsspalt ein monostabiler Multivibrator aufgenommen ist. Dieser monostabile Multivibi ator verlängert die Impulsdauer eines an seinen Eingang angelegten Impulses.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens bzw. der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Einige Äusführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen ,

Fig. 1 und 3 zwei Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung, und

F i g. 2 und 4 die Spannungsimpulse an verschiedenen Punkten in den Vorrichtungen nach den F i g. 1 und 3.

In Fig. 1 bilden die mit den Klemmet des Impuisgenerators 3 verbundene Arbeitselektrode und das Werkstück den Arbeitsspalt 2. Dieser ist weiter über eine Diode Di und einen Transistor T mit einer stabilisierten Spannungsquelle 4 verbunden. Zum Arbeitsspalt ist ein Differenziernetzwerk C,, R₁, R₂ parallel geschaltet, dessen Ausgang an die Basis des Transistors T₃ angeschlossen ist. Ein monostabiler Multivibrator 5 ist über einen Kondensator C₂ mit dem Kollektor des Transistors T₃ verbunden, während der Ausgang dieses monostabilen Multivibrators mit dem Emitterfolger T, und T₂ verbunden ist. Der Ausgang dieser Schaltung ist an die Basis des Transistors T angeschlossen. Zu der Speisequelle 4 ist ein Pufferkondensator Ciparallel geschaltet.

Die Schaltungsanordnung wirkt wie folgt:

Vom Generator 3 werden Zündimpulse kurzer Zeitdauer und hoher Spannung geliefert; dadurch treten regelmäßig Entladungen im Arbeitsspalt 2 auf. In F i g. 2 sind die Spannungsimpulse, die an den Punkten A (Fig.2a), B (Fig.2b), C (Fig.2c) und D (Fig.2d) infolge eines Zundimpulses auftreten, über der Zeit als Abszisse dargestellt. Zum Zeitpunkt des Durchschlags nimmt die Spannung über dem Arbeitsspalt in einem sehr kurzen Zeitintervall ti auf die Bogenspannung ab (F i g. 2a). Die vom Differenzierungsnetzwerk C,, Ri, R2 gelieferte zeitliche Ableitung dieses Spannungsabfalls (F i g. 2b) wird an die Basis des Transistors T₁ gelegt. Dieser Transistor kehrt die Polarität des Impulses um (Fig. 2c). Am Ausgang des monostabilen Multivibrators tritt ein Impuls auf, dessen Impulsdauer ^durch die einstellbare Zeitkonstante dieses Multivibrators bestimmt wird (F i g. 2d). Die beiden Emitterfolger T₁, T₂ leiten den vom monostabilen Multivibrator gelieferten Impuls unverzerrt an die Basis des Transistors Tweiter, der infolgedessen leitend wird. Die Ausgangsimpedanz der beiden Emitterfolger ist genügend niedrig, um den Impuls in ausreichendem Maße weiterzuleiten. Dadurch, daß der Transistor T leitend ist, wird die Entladung während der Impulsdauer t₂ von der Speisequelle 4 und dem Pufferkondensator Cj aufrechterhalten. Der Pufferkondensator bietet den Vorteil, daß in kurzer Zeit eine große Menge Ladung abgegeben werden kann. Der Pufferkondensator wird von der stabilisierten Spannungsquelle 4 aufgeladen.

Am Ende der Impulsdauer t₂ kehrt der monostabile Multivibrator in seinen ursprünglichen Zustand zurück. Die Transistoren T, und T₂ und auch der Transistor T werden gesperrt. Die Bogenentladung über dem Arbeitsspalt erlischt. Bei einem nächsten Impuls des Generators 3 wiederholt sich der Zyklus.

Der Pufferkondensator Cj ist derart groß gewählt, daß die Bogenentladung über dem Arbeitsspalt nu; eine

geringe Spannungsabnahme, z. B. von höchstens 0,1 V, zur Folge hat

In Reihe mit dem Transistor T kann noch eine Schutzdiode D_t angeordnet werden, die verhindert, daß der Zündimpuls über dem Transistor T auftreten wird. Die Arbeitspunkte der Transistoren Ti und T₂ werden mit Hilfe der Spannungsquelle 6 eingestellt. Zur Herabsetzung des Spannungspegels des Impulses am Eingang des monostabilen Multivibrators dienen der Kondensator C₂ und der Widerstand R₃. Es sei noch bemerkt, daß der Transistor T₃ nur für die Umkehr der Polarität des Impulses benötigt wird, damit der Impuls zur Steuerung des monostabilen Multivibrators geeignet wird. Statt des Impulsgenerators läßt sich auch eine Spannungsquelle zum Erzeugen einer Funkentladung verwenden. In der obenbeschriebenen Vorrichtung besteht der Schalter aus einem Transistor. Auch können mehrere Transistoren parallel geschaltet werden. Ferner können auch andere Schalter, wie Thyristoren, Anwendung finden. Der Spannungsabfall über einem leitenden Thyristor ist aber größer als über einem leitenden Transistor. Außerdem können mit einem Thyristor nicht solche hohen Schaltfrequenzen wie mit dem Transistor erreicht werden.

In einem praktischen Ausführungsbeispiel der beschriebenen Vorrichtung wurden vom Generator 3 Zündimpulse von 300 V mit einer Impulsdauer fr,) von 2 μsec geliefert. Der Strom während der Funkenentladung betrug 4 A. Die Bogenspannung war 20 V und wurde in 20 Nanosekunden erreicht.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung. In dieser Figur sind Teile, die denen in F i g. 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Die Vorrichtung nach F i g. 3 unterscheidet sich darin von der nach Fig. 1, daß ein zusätzlicher Spannungsteiler R3, Re über dem Arbeitsspalt angeordnet ist. Der Verstärkerschalter 8 ist in dieser Figur ein Differenzverstärker. Schließlich ist statt einer Umkehrstufe ein bistabiler Multivibrator 7 angebracht.

• Der Ausgang des bistabilen Multivibrators 7 ist mit dem monostabilen Multivibrator 5 verbunden, während einer der beiden Eingänge des Multivibrators 7 mit dem Differenziernetzwerk Ci, Ri, R^ und der andere Eingang mit dem Ausgang des monostabilen Multivibrators verbunden ist. Das vom Spannungsteiler R5, R₆ herrührende Signal wird im Differenzverstärker 8 mit einer Bezugsspannung V_rerverglichen.

In Fig.4 sind wieder die Spannungsimpulse an den Punkten A (Fig.4a), B (Fig.4b), C (Fig.4c) und D (F ig.4d) dargestellt.

Die Vorrichtung wirkt wie folgt: Der vom Differenziernetzwerk herrührende Impuls kurzer Zeitdauer (Fig.4b) ändert die Ausgangsspannung des bistabilen Multivibrators 7 vom positivem Potential zu null (F i g. 4c). Durch diesen Übergang triit am Ausgang des monostabilen Multivibrators ein negativer Impuls auf, dessen Zeitdauer durch die Zeitkonstante dieses Multivibrators bestimmt wird (Fig.4d). Dieser Impuls schließt den Differenzverstärker an seine (nicht dargestellte) Speisespannungsquelle an. Bisher war der Transistor T gesperrt, weil die Basisspannung gleich der Spannung an der negativen Klemme der Quelle 4 war. Beim Anschließen des Differenzverstärkers an seine Speisespannungsquelle bestimmt die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers die Basisspannung des Transistors T. Einem der Eingänge des Differenzverstärkers 8 wird eine Bezugs-

spannung ν_Γ{γ zugeführt, während dem anderen Eingang das vom Spannungsteiler Rs, Rb herrührende Signal zugeführt wird.

Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 8 steuert den Transistor T derart, daß bei einer die Bezugsspannung unterschreitenden Spannung über R₆ der Transistor T stärker leitend wird, wodurch die Spannung über dem Arbeitsspalt zunimmt. Wenn dagegen die Spannung über Re die Bezugsspannung überschreitet, wird der Transistor Tschwächer leitend, wodurch die Spannung über dem Arbeitsspalt abnimmt. Die Spannung über dem Arbeitsspalt wird also durch die Bezugsspannung bestimmt. Der Spannungsabfall über dem Pufferkondensator ist nun nicht mehr besonders wichtig und kann zwischen '/2 und 1 V variieren. Die Spannungsquelle 4 liefert eine Spannung, die einige Volt höher als die gewünschte Lichtbogenspannung ist.

Am Ende des vom monostabilen Multivibrator herrührenden negativen Impulses wird der bistabile Multivibrator zurückgestellt, wodurch sein Ausgang positiv wird. Die Speisespannung des Differenzverstärkers wird abgeschaltet, so daß der Transistor Twieder negative Basisspannung erhält und gesperrt wird. Bei einem nächsten Zündimpuls des Generators wiederholt sich der Zyklus.

Um zu verhindern, daß die hohe Zündspannung am Eingang des Differenzverstärkers auftritt, ist parallel zu dem Widerstand R₆ eine Zenerdiode Zi angeordnet. Auch in diesem Ausführungsbeispiel wurden vom Generator 3 Zündimpulse von 300 V mit einer Impulsdauer von 2 \isec geliefert. Der Strom während der Bogenentladung betrug wieder 4 A. Die Bogenspannung war 20 V und wurde in 20 Nanosekunden erreicht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstückes durch Funkenerosion, bei dem die elektrische Stromdichte in einem Entladungskanal im Arbeitsspalt nahezu konstant gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Zeitpunkt des Durchschiags eine stabilisierte Spannungsquelle an den Entladungsraum angeschlossen wird »

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem von der Spannung über dem Arbeitsspalt ein Steuersignal abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Steuersignal die von der stabilisierten Spannungsquelle gelieferte Spannung über den Arbeitsspalt schaltet

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von der Spannung über dem Arbeitsspalt ein zweites Steuersignal abgeleitet wird, mit dem die Größe der von der stabilisierten Spannungsquelle gelieferten Spannung über dem Arbeitsspalt geregelt wird.

4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 2, bei der in den Kreis der stabilisierten Spannungsquelle ein Schalter aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Steuersignalkreis zwischen diesem Schalter und dem Arbeitsspalt ein monostabiler Multivibrator angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem monostabilen Multivibrator und dem Schalter ein Verstärker angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker aus zwei als Emitterfolger geschalteten Transistoren besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker ein Differenzverstärker ist, von dem ein Eingang mit einer Bezugsspannungsquelle und der zweite Eingang mit einem über dem Arbeitsspalt angeordneten Spannungsteiler verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Steuersignalkreis zwischen dem Arbeitsspalt und dem monostabilen Multivibrator ein bistabiler Multivibrator aufgenommen ist.