DE2148328C3

DE2148328C3 - Schaltungsanordnung an Funkenerosionsmaschinen

Info

Publication number: DE2148328C3
Application number: DE19712148328
Authority: DE
Inventors: Hans Dr.-Ing. 5860 Iserlohn Schierholt
Original assignee: AEG Elotherm GmbH
Current assignee: SMS Elotherm GmbH
Priority date: 1971-09-28
Filing date: 1971-09-28
Publication date: 1981-06-25
Also published as: ES399312A1; GB1396025A; DE2148328B2; DE2148328A1; FR2155379A5; CH535090A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung an Funkenerosionsmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs.

An Funkenerosionsmaschinen, bei denen zur Erzeugung der Erosionsimpulse eine Gleichspannungsquelle über von einem Taktgeber gesteuerte Schalter an den Arbeitsspalt der Maschine gelegt wird, ist es bekannt (DE-OS 20 05 092), die Schalter in Abhängigkeit von der Qualität des Funkenübergangs am Arbeitsspalt derart zu steuern, daß die Dauer der Pause zwischen zwei Erosionsimpulsen jeweils den Erfordernissen entsprechend angepaßt wird. Normale Entladungen haben eine Verkürzung, abnormale Entladungen eine Vergrößerung der Pausendauer zur Folge, wodurch eine Verbesserung der Bearbeitungsqualität erzielbar ist.

Zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Bearbeitungsvorganges ist es bekannt (DE-PS 12 05 636), vor der Erzeugung einer neuen Entladung am Arbeitsspalt jeweils den Zustand des Arbeitsspalts zu prüfen und den Impuls erst dann auszulösen, wenn die Arbeitsbedingungen gut sind. Die Dauer der Pause zwischen zwei Impulsen wird so unter speziellen Gesichtspunkten optimiert

Ferner ist es bekannt (Zeitschrift »Industrie-Anzeiger«, 93. Jahrgang, Nr. 24 vom 19.03.71, Seite 499 bis 501), an Funkenerosionsmaschinen das Wirkverhältnis, d. h. das Verhältnis der Anzahl der erosionswirksamen Impulse zur Gesamtanzahl der Impulse, laufend zu messen und in den Bearbeitungsvorgang der Maschine im Sinne der Einhaltung eines angestrebten Wirkverhältnisses optimierend einzugreifen. Dazu kann bei spielsweise die Sollwertspannung des vorgesehenen Vorschubreglers oder die Pausendauer zwischen benachtbarten Erosionsimpulsen verstellt werden. Die Erfindung geht von einer Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Anspruches näher bezeichneten Art aus, bei der also die Impulspausendauer zwischen zwei Erosionsimpulsen im Sinne der Erhöhung der Impulsfrequenz derart eingestellt wird, daß ein erfahrungsgemäß noch zulässiger Anteil von erosionsunwirk- samen Impulsen an der Gesamtzahl der ausgelösten Impulse trotz der im Bearbeitungsspalt sich unkontrolliert ändernden Bedingungen im Sinne der Optimierung des Bearbeitungsvorganges nicht überschritten wird, und bei der die Breite des Arbeitsspaltes, d.h. der Abstand zwischen dem Werkstück und der Werkzeug-Elektrode, durch den vorgesehenen Vorschubregler derart geregelt ist, daß die Anzahl der erosionsunwirksamen Impulse in Grenzen gehalten wird.

Bei derartigen Schaltungsanordnungen sind sowohl

der die Energiezufuhr zum Arbeitsspalt in Abhängigkeit von der Anzahl der erosionsunwirksamen Impulse steuernde Regelkreis als auch der Regelkreis der Vorschubregelung über den gemeinsamen Arbeitsspalt gekoppelt, wodurch unkontrollierbare Verhältnisse entstehen können.

Die Erfindung befaßt sich daher mit der Aufgabe, die Verkuppelung der Regelkreise bei Schaltungsanordnungen der im Oberbegriff näher bezeichneten Art zu kompensieren und schlägt daher erfindungsgemäß die im Kennzeichen des anliegenden Patentanspruchs näher bezeichneten Maßnahmen vor.

Dadurch wird erreicht, daß die Impulsfolgefrequenz der Erosionsimpulse durch Veränderung der Impulspausendauer so erhöht wird, daß ein erfahrungsgemäß noch zulässiger Anteil der erosionsunwirksamen Impulse an der Gesamtzahl der ausgelösten Impulse nicht überschritten und z. B. bei einem Ansteigen der Anzahl der erosionsunwirksamen Impulse zunächst der Schwellwert für die Abgabe des ersten Korrektursignals für die Vorschubregelung überschritten une erst danach, wenn diese den weiteren Anstieg der Anzahl der Fehlimpulse nicht verhindert, beim Überschreiten eines zweiten höheren Schwellwerts das erste Steuersignal zum Zweck der Erhöhung der Impulspausendauer ausgelöst wird. Analog dazu wird beim Absinken der Anzahl der erosionsunwirksamen Impulse zunächst erst das zweite Korrektursignal für die Vorschubregelung und danach das zweite Stellsignal zwecks Verkleinerung der Impulspausendauer abgegeben.

Die Reihenfolge der Abgabe des Korrektursignals für die Vorschubregelung und das Stellsignal für die Impulspausendauer kann auch umgekehrt werden. Um e<ne zusätzliche Verkopplung der Regelkreise zu vermeiden ist es jedoch wichtig, daß nicht gleichzeitig ein Korrektursignal für die Vorschubregelung und ein Stellsginal für die Impulspausendauer abgegeben wird.

Die anliegenden Zeichnungen erläutern ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel. F i g. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild der erfindungsge mäßen Schaltungsanordnung;

F i g. 2a und 2b zeigen Einzelheiten der Anordnung nach F i g. 1;

Fig.3 zeigt die Anordnung nach Fig. I als geschlossener Regelkreis;

M F i g. 4 zeigt eine in der Anordnung nach F i g. 1 vorgesehene Vergleicherschaltung.

In Fig. 1 bezeichnet I einen Gleichstromimpulsgenerator üblicher Bauart, der eine Gleichspannungsquelle

enthalt. Diese ist Ober einen von einem Taktgeber 2 gesteuerten elektronischen Arbeitsschalter zwecks Erzeugung von Bearbeitungsimpulsen im Takte des Taktgebers 2 über eine Leitung 3 an den Bearbeitungsspalt 4 der Maschine anlegbar, und die sich dabei am Bearbeitungsspalt 4 einstellende Funkenspannung Ui wird einer Normierschaltung 5 zugeführt, während der über den Bearbeitungsspalt fließende Funkenstrom // in der Meßeinrichtung 6 gemessen und das Meßsignal seinerseits über die Leitung 7 der Normierscha'tung 8 zugeführt wird. Die Schaltung 8 gibt über die Leitung 9 ein normiertes Funkenstromsignal if ab.

In dev Normierschaltung 5 wird die Funkenspannung Uf mit einem durch den Pfeil 10 angedeuteten Mindestvergleichswert (z. B. 15 Volt) verglichen und es wird — beim Oberschreiten dieses Mindestvergleichswertes durch die Funkenspannnng Uf — über die Leitung 11 ein normiertes Funkenspannungssignal tir abgegeben. Ein vom Taktgeber 2 über die Leitung 12 einer Normierschaltung 13 zugeführtes Signal wird in ein normiertes Taktsignal /7,- übergeführt, welches an dem Leiter 14 abgegriffen werden kann.

Das normierte Taktsignal n„ das normierte .Funkenspannungssignal ur und das normierte Funkenstromsignal //-werden einer Logikschaltung 15 zugeführt, deren Ausgangssigna] n_o bei 16 abgegriffen wird und aus Impulsen normierter Amplitude (logischer Wert 1) besteht, die immer dann und nur dann auftreten, wenn während des Bestehens von normierten Impulsen /?,· (logischer Wert 1 des Taktsignals) — also während der Auslösungszeiten der Bearbeitungsimpulse — kein erosionswirksamer Impuls stattgefunden hat

Wie leicht einzusehen ist, kann der logische Wert von n_o durch die Verknüpfung

n_o=/i,UNDS_e=(/7,· · nj

dargestellt werden, wenn n_e ein Signal ist, das den logischen Wert 1 hat, wenn kein erosionswirksamer Impuls auftritt Dieses Signal n_e kann durch Inversion des Signals n_e erzeugt werden, welches den logischen Wert 1 hat, wenn ein erosionswirksamer Impuls auftritt Dies ist aber, wie der Fachmann weiß, immer dann der Fall, wenn die Funkenspannung Ur einen MJndestvergleichswert (z. B. 15 Volt) überschreitet und gleichzeitig ein Funkenstrom // fließt, d. h. also — wie aus der beschriebenen Bildung der normierten Funkenspannung ur und des normierten Funkenstromes if deutlich wird — wenn ur und ir beide gleichzeitig den logischen Wert 1 haben. Für n_e besteht also die logische Verknüpfung

le-(Uf. u#

Diese logischen Verknüpfungen können beispielsweise durch Logikschaltungen gemäß den F i g. 2a und 2b realisiert werden.

Die Normierschaltungen 5, 8 und 13 und die Logikschaltung 15 bilden zusammen funktionsmäßig eine Detektorschaltung 19, die aus einem vom Taktgeber abgeleiteten Signal, dem Funkenspannungssignal {//und dem Funkenstromsignal //ein Signal n„ mit normierten Impulsen erzeugt, die immer dann auftreten, wenn während der Auslösung eines Bearbeitungsimpulses kein erosionswirksamer Impuls hervorgerufen wird. Die Anzahl der erosionsunwirksamen Impulse des Signals n_o soll vorgegebene Bruchteile der Anzahl der jeweils im gleichen Zeitraum ausgelösten Impulse (Anzahl der Impulse des Signals n) nicht über- bzw. unterschreiten.

Um diese Vorschrift au erfüllen, weist die Schaltungsanordnung eine Vergleicherschaltung 20 auf, der einerseits ein vom Taktgeber 2 über die Leitung 12, die Normierschaltung 13 und die Leitung 14 abgeleitetes normiertes Taktsignal n, und, andererseits das Ausgangssignal U₀ der Detektorschaltung 19 über die Leitung 21 zugeführt wird und welche über die Leitung 22 Stellsignale abgibt, wenn die Anzahl der erosionsunwirksamen Impulse kleiner oder größer ist als ein

ίο vorgegebener Bruchteil oder vorgegebene Bruchteile (1 —λ) der Anzahl der im gleichen Zeitraum ausgelösten Impulse (die Einstellbarkeit von (1 — λ) ist durch den Pfeil 23 angedeutet), wobei man unter A bekanntlich das sogenannte Wirkverhältnis, nämlich das Verhältnis der Anzahl der erosionswirksamen zur Anzahl der ausgelösten Impulse versteht Diese Stellsignale werden der Stellvorrichtung 24 im Impulsgenerator 1 zugeführt, weiche den Taktgeber 2 im Sinne einer Veränderung der Impulspausendauer beeinflußt

Die beschriebene Schaltung bewirkt eine Regelung, deren zugehöriger Regelkreis in Fi,? 3 dargestellt ist An der durch den Block 25 angedeuteten Erosionsanlage wird die Funkenspannung i//und der Funkenstrom // ermittelt und der Detektorschaltung 19 zugeführt Aus Funkenstrom und Funkenspannung sowie dem bei 26 zugeführten Taktsignal wird das Ausgangssignal n_o der Detektorschaltung 19 abgeleitet, welches immer dann und nur dann einen normierten Signalimpuls führt wenn während der ausgelösten Bearbeitungsimpulse kein erosionswirksamer Impuls auftritt Dieses Ausgangssignal n_o der Detektorschaltung 19 sowie ein normiertes Taktsignal n-, werden der Vergleicherschaltung 20 zugeführt, welche ein erstes Stellsignal LA₅₁ abgibt wenn die Anzahl der erosionsunwirksamen Impulse einen vorgegebenen Bruchteil (1 —λ,) der im gleichen Zeitraum vom Taktgeber ausgelösten Impulse übersteigt oder ein zweites Stellsignal U₁₂' wenn die Anzahl der erosionsunwirksamen Impulse unter einen kleineren Bruchteil (1 -Aj) der Anzahl der ausgelösten Impulse

fällt Diese Stellsignale U, \ oder U,2 werden der durch den Block 26 als Stellglied angedeuteten Stellvorrichtung, zugeführt, weiche die Impulspausendauer t_p zwischen den vom Impulsgenerator in der Erosionsanlage 25 abgegebenen Impulsen beeinflußt, und zwar im Sinne ihrer Vergrößerung, wenn die Anzahl der erosionsunwirksamen Impulse zu groß ist und daher das erste Stellsignal U,\ anliegt oder im Sinne der Verkleinerung der Impulspausendauer tp, wenn die Anzahl der erosionsunwirksamen Impulse unnötig klein wird und demzufolge also das zweite Stellsignal C₅ 2 anliegt

Die Vergleicherschaltung erzeugt zusätzlich Korrektursignaie Un und Un für die Vorschubregelung der Werkzeiigelektrode. Das Signal Uk ι wird z.B. dann abgegeben, wenn bei steigender Anzahl erosionsunwirksamer Impulse diese einen Bruchteil (1"-Aj) der Anzahl im gleichen Zeitraum ausgelösten Impulse übersteigt, wobei (1 -Aa) kleiner als (1 -Ai) ist, und die Anzahl der erosionsunwirksamen Impulse den Bruchteil 0-Ai) der Anzahl der ausgelösten Impulse, dessen

Überschreitung zur Auslösung des ersten Stellsignals U, 1 führt, noch nicht erreicht hat, während das Signal

- Uki dann abgegeben wird, wenn bei fallender Anzahl erosionsunwirksamer Impulse diese unter den gleichen oder einen kleineren Bruchteil (1-A₄) der Anzahl im gleichen Zeitraum tasgelßiter Impulse fällt, wobei (I-A4) größer als (1-A]) iit, und die Anzahl der erosionsunwirksamen Impulse den Bruchteil (1 -A₃) der

Anzahl der ausgelösten Impulse, dessen Unterschreiten zur Auslösung des zweiten Stellsignals Uy₇ führt, noch

nicht unterschritten hat.
Es wird so vermieden, daß gleichzeitig Stellsignale

t/i ι, U,i für die Impulspausendauer bzw. Korrektursignale Uk\, Uki zur Beeinflussung der Vorschubregelung der Werkzeugelektrode abgegeben werden, so daß es zu keiner Verkoppelung beider Regelkreise kommt.

Die Vergleicherschaltung nach Fig.4 weist einen ersten Zähler 27 mit einer Zählerkapazität N, (z. B.^IO⁴) auf. Ihm wird das normierte Taktsignal n, und gleichzeitig einem zweiten Zähler 28 das Ausgangssignal n_n der Detektorschaltung 19 laufend zugeführt. Der Ausgang 29 des ersten Zählers 27. der beim Zählerstand /V, ein Signal führt, ist über die Leitung 30 einerseits mit den Rückstelleingängen R zweier bistabiler Kippschaltungen 31, 32 und andererseits mit dem Rückstelleingang _/? des zweiten Zählers 28 verbunden, uer zweite sanier 2b weist zwei Ausgange 33 und 34 auf, die jeweils dann ein Signal führen, wenn er z. B. einen Zählerstand von 0,17 N,bzw. 0,22 N, aufweist, und welche über die Leitungen 35 und 36 jeweils mit den Setzeingängen 5 der einen bzw. der anderen bistabilen Kippschaltung 31 bzw. 32 verbunden sind. Der erste Zähler 27 weist noch einen zweiten Ausgang 37 auf, der bei einem etwas geringeren Zählerstand als N,. z. B. einen Zählerstand von (N, - 3) ein Signal führt.

Der (^-Ausgang der einen bistabilen Kippschaltung 31 ist über die Leitung 38 mit dem Vorbereitungsein gang einer Torschaltung 39 verbunden, deren zweiter ι Eingang an den zweiten Ausgang 37 des ersten Zählers 27 angeschlossen ist. Dieser Torschaltung 39 ist eine erste monostabile Kippschaltung 40 nachgeschaltet, deren Ausgang 41 den einen Ausgang dieser digitalen Vergleicherschaltung bildet. Der zweite Ausgang 42 der ι Schaltung wird durch den Ausgang einer zweiten monostabilen Kippschaltung 43 gebildet,deren Eingang über die Leitung 44 mit dem (^-Ausgang der zweiten bistabilen Kippschaltung 32 verbunden ist.

Diese Vergleicherschaltung arbeitet wie folgt: Dem ι Zähler 27 wird das normierte Taktsignal n, und dem Zähler 28 das Aiitpancrttipnal η. Ηργ Dptplctnrtrhaltiinp 19 laufend zugeführt. Beim Überlaufen des ersten Zählers 27 gibt dieser über die Leitung 30 ein Rückstellsignal ab, welches den zweiten Zähler 28 auf ' Null und die beidet^bistabilen Kippschaltungen 31,32 in ihren Ruhestand (Q-Zustand) setzt, wobei die Torschaltung 39 von der ersten bistabilen Kippschaltung 31 ein öffnungssignal erhält. Mit dem darauffolgenden Impuls von n, beginnt für beide Zähler 27, 28 die Zählung von < neuem.

Je nachdem nun wie hoch die Anzahl der erosionsunwirksamen Impulse im Verhältnis zur Anzahl der ausgelösten Bearbeitungsimpulse ist. können sich drei prinzipiell verschiedene Signalabläufe in der Schaltung ν nach F i g. 4 ergeben.

1st dieser genannte Bruchteil (1 -A) z. B. kleiner als 17%, so erreicht der Zählerstand des ersten Zählers 27 den Zählerstand W,-3, bevor im zweiten Zähler 28 der Zählerstand 0,17 N, erreicht wird. Bei Erreichen dieses Zählerstandes Λ/,-3 wird über den Ausgang 37 des Zählers 27 über die vorbereitete Torschaltung 39 an die -. erste monostabile Kippschaltung 40 ein Signal abgegeben, welches letztere in ihren Ausnahmezustand überführt, währenddessen sie über den Ausgang 41 der Schaltung ein Stellsignal U,₂ zwecks einer Verkürzung der Impulspausendauer des Impulsgenerators abgibt. ■ι Kurz danach erreicht der erste Zähler 27 seinen Überlauf, wodurch der Zyklus abgeschlossen und die Schaltung in ihren Ruhestand übergeführt wird.

Ist nun in einem anderen zweiten Fall der genannte

Bruchteil (1 -A) größer oder gleich 17% jedoch kleiner

■> als 22%. erreicht der zweite Zähler 28 einen Zählerstand von N, ■ 0,17, bevor noch der erste Zähler 27 einen

Zählerstand von Λ/,-3 erreichen kann, und gibt dabei

über die Leitung 35 an die erste bistabile Kippschaltung

Jl einen Setzimpuis ab, weicher diese in ihren ' Q-Zustand überführt, wodurch das öffnungssignal für

die Torschaltung 39 verschwindet und diese gesperrt

wird, derart daß ein danach am Ausgang 37 des ersten

Zählers 27 abgegebenes Signal unwirksam bleibt. Der

kurz danach eintretende Überlauf des ersten Zählers 27

• bewirkt die Rückstellung der Schaltung in ihren

Ruhestand, ohne daß während dieses Zählerzyklus an

die Stelleinrichtung ein Stellsignal abgegeben wurde.

In ei.um dritten Fall erreicht der zweite Zähler 28 nacheinander Zählerstände von 0,17. N, und 0.22 · N, ' bevor der erste Zähler 27 einen Zählerstand von Λ/,-3 erreichen kann. Dadurch wird bei Auftreten eines Signals am Ausgang 33 des zweiten Zählers 28 zunächst - wie im oben beschriebenen zweiten Fall - das öffnungssignal der Torschaltung 39 aufgehoben. Danach wird bei Auftreten eines Signals am Ausgang 34 dieses zweiten Zählers 28 über die Leitung 36 die zweite bistabile Kippschaltung 32 in ihren (^-Zustand übergeführt, die dann über ihren (?-Ausgang über die Leitung 44 an die zweite monostabile Kippschaltung 43 ein Signal abgibt, welches letztere in ihren Ausnahmezustand überführt. Während dieses Ausnahmezustandes oihi Hipcp 7wpitp mnnnUahilp Kipntrhaltiinp 41 iihpr ihren Ausgang 42 an die Stellschaltung im Impulsgenerator ein Stellsignal U₁ , zwecks einer Verlängerung der Impulspausendauer ab. Das danach bei Erreichen des Zählerstandes S -3 des ersten Zählers 27 an dessen Ausgang 37 abgegebene Signal bleibt - da die Torschaltung 31 wie im ersten Fall vorher gesperrt wurde — unwirksam, wonach der kurz darauf erfolgende Überlauf des ersten Zählers 27 die Schaltung zur Vorbereitung des nächsten Zählerzyklus i.i den Ruhestand überführt.

Die von der digitalen Vergleicherschaltung (Fig.4) über ihre Ausgänge 41, 42 abgegebenen Stellsignale U,u U,2 steuern in der Stellvorrichtung z.B. einen Schrittmotor, der seinerseits elektrische Schaltelemente, die die Pausendauer t_p der Bearbeitungsimpulse bestimmen, umschaltet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnuncen

Claims

Patentanspruch:

Schaltungsanordnung an Funkenerosionsmaschinen mit a) einem von einem Taktgeber gesteuerten Gleichstromimpulsgenerator zur Erzeugung der Erosionsimpulse, b) einem die Lage einer verstellbaren Bearbeitungselektrode regelnden Vorschubregler, c) einer Stellvorrichtung zur Veränderung der Impulspause zwischen zwei Erosionsimpulsen, d) einer von der Funkenspannung, dem Funkenstrom und dem Taktgeber gesteuerten Detektorschaltung zur Erzeugung eines das Auftreten erosionsunwirksamer Impulse anzeigenden Steuersignals und e) einer die Stellvorrichtung steuernden, vom Taktgeber und der Detektorschaltung gesteuerten Vergleicherschaltung, die ein erstes Stellsignal zur Vergrößerung und ein zweites Stellsignal zur Verkleinerung der Impulspausendauer erzeugt, wenn die Anzahl der erosionsunwirksamen Impulse größer als «ω erster vorgegebener bzw. kleiner als ein zweiter kleinerer vorgegebener Bruchteil der Anzahl der im gleichen Zeitraum vom Taktgeber ausgelösten Impulse ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleicherschaltung (20) außerdem ein erstes und ein zweites Korrektursignal für die Vorschubregelung abgibt, wenn die Anzahl der erosionsunwirksamen Impulse zwischen dem genannten ersten und zweiten Bruchteil, jedoch oberhalb eines dritten bzw. unterhalb desselben oder eines vierten kleineren Bruchteils der Anzahl der im gleichen Zei'raum vom Taktgeber ausgelösten Impulse liegt