DE2155261A1 - Verfahren und Gerät zur automatischen Steuerung der Funkenerosionsbearbeitung von Werkstücken - Google Patents

Description

Patentanwalt

Dip! .'η-.

D-8023 Mü;-._;;.c.-i - Pullach
Wi(!ners!r.2.T.Mü.n.7--,3357ö,70Ji/S2

vl/Sl - Oase 115o F München-Pullach, den 5. November 1971

CINCINNATI MILACRON INC., eine Firma nach den Gesetzen des Staates Ohio, USA, 47o1 Marburg Avenue, Cincinnati, Ohio 45 ?o9

Verfahren und Gerät zur a.utomatischen Steuerung der Funkenerosionsbearbeitung von "Werkstücken.

Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren und ein Gerät zur automatischen Steuerung der Funkenerosionsbearbeitung von Werkstücken. Speziell betrifft die Erfindung ein Verfahren und ein Gerät zum Steuern von Funkenbildungsbedingungen oder Zuständen in einem Arbeitsspalt bei der Funkenerosionsbearbeitung durch geeignete Einstellung der Ausgangsparameter einer Stromversorgung. Bei der Funkenerosionsbearbeitung werden von einer Stromversorgung Bearbeitungsimpulse für elektrische Entladevorgänge über dem Bearbeitungsspalt vorgesehen, der in einem dielektrischenjfredium ausgebildet ist und zwar zwischen einem elektrisch leitenden Werkzeug und einem elektrisch leitenden Werkstück. Die relative Lage zwischen Werkzeug und Werkstück wird durch einen Servomechanismus gesteuert.

Eine Bedingung, die zu beträchtlichen Problemen führt, besteht bei der Funkenerosionsbearbeitung in der Funkenbildung. Obwohl die bedingungen für die Funkenbildung bei einer Bearbeitung au Γ der Grundlage von Dielektrika, häufiger sind oder überwiegen, wobei die Dielektrika einen hohen Hydrocarbongehalt aufweisen, so können Funkenbildungen ebenso auftreten und jederzeit zu Problemen führen. Obwohl nachteilige Wirkungen oder Effekte bei einer ·ufrecüterhaltenen oder hinausgezögerten Bedingung für din Funkenbildung erfasst und beobachtet werden können, so gibt

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es doch keine genaue Bestimmung aller Ursachen für die Funkenbildung und es gibt insbesondere kein Gerät, welches imstande ist die Entwicklung einer Funkenbedingung in den anfänglichen Stufen zu erfassen.

Um den Funkenbildungsprozess besser zu verstehen, sei auf die Funkenerosionsbearbeitung (EDM) eingegangen. Bei dem idealen Prozess wird angenommen, daß die dielektrische Festigkeit/tfonstant bleibt und ebenso einheitlich über der Zone des Spaltes. Unter diesen Voraussetzungen konzentriert sich das elektrische Feld

ψ an dem Punkt entsprechend dem kürzesten Abstand zwischen Werkzeug und Werkstück, so daß dadurch die Entladung über dem Spalt an dieser Stelle oder Punkt erfolgt. Es wird Metall sowohl vom Werkzeug als auch vom Werkstück entfernt: der nächste Entladungsvorgang erfolgt daher an einer anderen Stelle zwischen Werkzeug und Werkstück und zwar dort, wo der elektrische Abstand minimal ist. Demnach bewegen sich die einzelnen Entladungen über der Zone des Spaltes fortwährend und es werden dabei die höchsten Erhebungen des Werkstücks abgetragen, so daß der gewünschte Schnitt, der durch die Form des Werkzeugs definiert ist, vorgesehen wird. Wenn aus irgendwelchen Gründen diese idealen Bedingungen gestört werden und die Entladungen nicht mehr von einem Punkt zum nächsten wandern, sondern auf einem Punkt konzentriert

" bleiben, ungeachtet dem Abstand zwischen Werkzeug und Werkstück, so können schwerwiegende Zerstörungen des Werkzeugs oder des Werkstücks die Folge sein; weiterhin muß dann der Bearbeitungsprozess beendet werden.

Dieser Zustand wird dann als Lichtbogen bezeichnet und kann auch bei Verwendung von Dielektrika auftreten, die einen hohen Hydr>— carbongehalt aufweisen. Während einer bestimmten Entladung kann das Dielektrikum durchschlagen und z'.ar unter Bildung von amorphen Kohlestoffteilchen. Wenn sich diese Teilchen auf dem Werkzeug und dem Werkstück an der Stelle der Entladung niederschlagen, so begünstigen oder vereinfachen sie das Auftreten der nächsten Entladung an der nämlichen Stelle und zwar ungeachtet dem Abstand zwischen Werkstück und Werkzeug. Der gleiche Zustand

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kann auftreten, wenn ein Stück des Graphits aus dem Werkzeug freigesetzt wird und sich in dem Spalt festsetzt. Wenn nun die Entladung an der selben Stelle fortgeführt wird, so bilden sich auch die genannten Niederschläge weiterhin aus; dies bedeutet jedoch eine vollständige Zerstörung des Bearbeitungsprozesses. Eine Schaltung zur Erfassung von Kurzschlüssen kann oder kann auch nicht eine schwerwiegende Funkenenstehungsbedingung feststellen; um jedoch die Situation wieder in Ordnung zu bringen, muß die Stromversorgung ausgeschaltet werden. Weiterhin muß das Werkzeug vom Werkstück entfernt werden und die Niederschläge müssen von Hand von diesem entfernt werden. Es lässt sich erkennen, daß die Häufigkeit der Entstehung als auch das nachteilige Ausmaß einer Funkenbildungsbedingung nur sehr schwer vorhersagbar ist. Da der Funkenstrom an der selben Stelle auftritt, so entsteht an dieser Stelle eine beträchtliche ^v'ärmekonzentration, die zu einer Zerstörung des Werkzeugs oder des Werkstücks, aber auch zu einer Fortsetzung der Funkenentstehungsbedingung führen kann. Da schliesslich ein Lichtbogen keinen Kurzschluß im üblichen Sinn darstellt, sondern lediglich eine Entladung, bei der kein Metall entfernt wird, so können die Schaltungsanordnungen zum Erfassen von Kurzschlüssen nicht effektiv dazu beitragen die Bedingungen für die Entstehung von Lichtbogen zu steuern·

Man hat bereits Versuche unternommen,Bedingungen für die Entstehung von Lichtbogen zu erfassen· Einer dieser Versuche besteht darin, die elektrischen Parameter in dem Spalt zwischen den Entladungen zu messen, daraus ein Signal abzuleiten, welches die Spaltimpedanz wiedergibt. Derartige Detektorschaltungen müssen jedoch hochempfindlich ausgeführt sein und zwar gegenüber kleinen Änderungen in diesen Parametern und müssen auch sehr kurze Ansprechzeiten aufweisen, da die Erfassung während des relativ kurzen Zeitabschnittes zwischen den Entladungen erfolgen muß· Ein weiteres System zum Erfassen von Lichtbogenbedingungen besteht d^rin, die Zahl der Entladungen innerhalb einer bestimmten Zeitdauer zu zählen,und diese Entladungen dann mit der Anzahl der Bearbeitungsimpulse zu vergleichen, die dem Spalt während der gleichen Zeitdauer zugeführt wurden. Eine bestimmte Ausge-

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staltung einer bekannten Stromversorgung führte zu der I-iöglichkeit eine Lichtbogenbedingung in einen fortwährend fliessenden Gleichstrom abzuändern bzw. zu degenerieren. Ein derartiger Stromfluß gestattet jedoch nicht das Erfassen von Entlpdungsvorgängen, so daß damit diese Schaltung nur signalisieren konnte, daß Korrekturmaßnahmen erforderlich sind. In Verbindung mit einer reinen Impuls-Stromversorgung lässt sich ein derprtiges Erfassungsschema nicht vereinbaren.

Um nun die zuvor geschilderten Probleme und Nachteile zu beseitigen, bedient sich die vorliegende Erfindung eines Phänomens, welches während der Entladung auftritt, um ein genau arbeitendes und vorteilhaftes System zum Erfassen und Korrigieren von Lichtbogenbedingungen während des Bearbeitungsprozesses zu schaffen. Die grundlegenden Vorgänge bei elektrischen Entladungen sind dem Fachmann gut bekannt. Es wird zu Beginn eine Spannung über dem Spalt angelegt. Diese Spannung ionisiert den Spalt, woraufhin die Spannung auf einen Bearbeitungswert für die Dauer der Entladung abfällt. Man hat eine Eigenschaft des Vorgangs festgestellt, die während einer Entladung über eine Spalt auftritt und sehr nützlich bei der Erfassung von Lichtbogenzuständen- oder Bedingungen ist. Diese Eigenschaft oder Charakteristik ist das Vorhandensein eines Geräuschsignals auf dem Spannungssignal während einer Entladung· Dieses Geräuschsignal erscheint als eine unterkritisch gedämpfte Schwingung während einer normalen Entladung. ?/ährend eines Lichtbogenzustandes fehlt jedoch dieses Geräuschsignal oder Schwingung auf dem Spannungssignal. Da es für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlich ist, sollen hier keine Versuche unternommen werden, die Entstehung dieses Phänomens zu erklären. Es ist ausreichend festzustellen, daß dieses Phänomen tatsächlich auftritt,und daß sich die Erfindung dieses Phänomen zu Nutzen macht. Das Erfassen des Vorhandenseins oder des NichtVorhandenseins der Schwingung oder des Geräuschsignals führt zu einer genauen und unmittelbaren Anzeige eines Lichtbogenzusta.ndes. Beim Erfassen dieses Geräuschsign°ls ist keine Unterscheidung bzw. Diskriminierung für das Feststellen bestimmter Pegel des Stromes, der Spannung oder von Impedanz;" erten erforderlich. T^rüber hinaus ist das Erfassen dieses Geräusch-

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§AD ORIGINAL

signals nicht abhängig von der Bedingung, die den Lichtbogenzustand zur Folge hat. Die Erfindung betrifft somit ein automatisches System zum Korrigieren der Lichtbogenbedingung durch Einstellen der Ausgangsparameter für Bearbeitungsimpulse einer Stromversorgung.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren und ein Gerät zum automatischen Erfassen und Korrigieren von Lichtbogen-Bedingungen während einer Funkenerοsionsbearbeiturig (EDM). Der Bearbeitungs— prozess führt häufig zu einer ungewünschten Konzentration von Verunreinigungen im Bearbeitungsspalt. Diese Verunreinigungen können die Ursache dafür sein, daß die inhärenten natürlichen Vorgänge beim Funkenerosionsprozess verschoben werden. Ein Geräuschs ignal, welches während einer normalen Entladung auftritt, wird daher schwer bedämpft oder vollständig vernichtet. Durch das Feststellen eines Nichtvorh^ndenseins dieses Geräuschsignals während einer Entladung erhält man eine unmittelbare und sehr genaue Bestimmung des Lichtbogenzustandea. In Verbindung mit einem Gerät zur Funkenerosionsbearbeitung von Werkstücken, mit einer Stromversorgung zum Vorsehen elektrischer Entladungen über einem Bearbeitungsspalt, der in einem dielektrischen Medium zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück ausgebildet ist, umfasst die Erfindung eine Detektorschaltung zum Erfassen des Nichtvorhandenseins eines Geräuschsignals während einer Entladung, welches kennzeichnend für das Vorhandensein einer Lichtbogenbedingungoder Zustand ist, und ebenso ein elektrisches Netzwerk, welches auf die Detektorschaltung ansprechen kann und an die Stromversorgung für das Funkenerosionsbearbeitungsgerät angeschlossen ist, um den Betrieb der Stromversorgung abzuändern und zwar entsprechend einer Beendigung des Lichtbogenzustandes. Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung von Aueführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung.
Eis zeigt:

Pig.i ein allgemeines Blockschaltbild mit den Merkmalen nach der Erfindung }

2b das Vorhandensein und das Fehlen des Geräuschsignals auf dem Üpannungssignal während einer Entladung»

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Pig.3 ein detailliertes Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung? und

Fig.4a und 4b und 4c ein detailliertes Schaltbild, wenn diese Figuren entsprechend zusammengefügt werden, und zwar des Geräuschdetektors und der Energie-Impulssteuerschaltungen entsprechend dem bevorzugten Ausführungsbeispiel.

Fig.1 zeigt allgemein ein Blockschaltbild mit den -Merkmalen nach

ist/ der Erfindung. Ein elektrisch leitendes Werkzeug 1o nahe bei

einem elektrisch leitenden Werkstück 12 angeordnet, so daß zwischen diesen ein Bearbeitungsspalt 14 vorhanden ist. Obwohl dies J) nicht veranschaulicht ist, so kann die Lage des Werkzeugs steuerbar sein und zwar mit Hilfe eines Servomechanismus irgendeiner bekannten Auaführungsform. Das Werkzeug Io und das Werkstück 1? sind in ein dielektrisches Bad oder Medium eingetaucht, wie dies ebenfalls gut auf dem vorliegenden Gebiet bekannt ist. Weiterhin wird dem Spalt 14 in irgendeiner herkömmlichen Weise eine Strömung eines dielektrischen Mediums zugeführt·

Eine Stromversorgung 16 weist einen Ausgang a.uf, der zwischen dem Werkzeug 1o und dem 7/erkstüok 12 angeschlossen ist. ±>±e Stromversorgung 16 sieht ein Signal vor, welches eine Spannungscharakteristik hat, die stufenweise zunimmt,bis der Spalt elektrisch durchbricht oder ionisiert wird, und dann diese Spannung || abfällt und zwar auf einen niedrigeren Bearbeitungspegel für den Rest der Dauer der Entladung. Fig.2a veranschaulicht das Spannungssignal, wie es über dem Bearbeitun^sspalt ansteht und

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zwar unter idealen Bedingung. Auf diesem Signal ist ein hochfrequentes Geräuschsignal aufmoduliert. Dieses Signal ist während des normalen Bearbeitungsvorganges- oder Zustandes vorhanden. Tritt jedoch eine Lichtbogenbedingung auf, so wird das Geräuschsignal bis zum Verschwinden bedämpft und zwar während des Auftretens dieser Lichtbogenbedingung. Kennt man einmal die Beziehung zwischen dem Geräuschsignal und dem Vorhandensein einer Lichtbogenbedingung, so besteht nur noch das froblenijdas Fehlen des Geräuschsignals zu erfassen. Dies kann nun auf verschiedene Weise vorgenommen werden. Bei dem Gerät nach der Erfindung gelangt ein Detektor 18 zum Erfassen einer diskreten Geräuschkom-

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ponente zur Anwendung, wie dies in Pig. 1 gezeigt ist. Da das Erfassen des Geräuschsignals eine binäre Funktion ist, so sei hervorgehoben, daß allgemein kein Unterschied d^rin besteht, ob man nun das Vorhandensein oder das Fehlen dieses Geräuschsignals erfasst. Mit anderen Worten ist das Geräuschsignal entweder vorhanden oder es ist nicht vorhanden; es besteht keine Zwischenbedingung. Ein Detektor weist nun inhärent bei Köglichkeiten auf. V^renn das Fehlen des Geräuschsignals erfasst ist, besteht das nächste ^xroblem darin, den Lichtbogenzustand zu eliminieren. Dieser Lichtbogen kann dadurch beseitigt werden, in dem man die Bearbeitungsimpulse aus der Stromversorgung 16 in geeigneter Weise verändert oder einstellt. Diese Abänderung kann zwei Formen einnehmen und vird vermittelte der Schaltungen 2o zum Verändern der Stromversorgung durchgeführt. Der erste Abhilfevorgang besteht darin, die in den Bearbeitungsimpulsen enthaltene Energie zu reduzieren, und der zweite Vorgang besteht darin die Bearbeitungsimpulse nach einer Zeitdauer zu beenden, wenn feststeht, daß der Lichtbogenzustand nicht aufgehoben wurde und eine dauerhafte Zerstörung des Werkzeugs oder des Werkstücks nuftreten kann.

Fig.3 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung. Auch hier versorgt die Stromversorgung 16 für periodische Beprbeitüngsimpulse, die dem Bearbeitungsspalt zwischen Werkzeug 1o und Werkstück 1? zugeführt werden. Nach dem Verschwinden des Geräuschsignals auf der Signalspannung, erzeugt der Geräuschdetektor 18 ein Ausgangssignal. Dieses Signal wird zur Pulsenergie-Steuereinheit ?? übertragen, die dann den ersten Schritt zur Beseitigung des Lichtbogens einleitet.

Die Stromversorgung 16 besteht typisch aus einer Impulsquelle 24, einer Gleichstromversorgung 26 und aus Stromschalter-Schaltungen 28. Die Impulsquelle 24 kann periodisch Ausgⁿngsimpulse niedriger Energie erzeugen, die die Form und den Takt der Bearbeitungsim-

ulse definieren, die dem Spalt 14 aufgedrückt werden. Die Impulse mit niedriger Energie werden dazu verwendet, die EnergieschaIter-Schaltungen 28 zu steuern, die dann ir der '.Veise arbeiten, daß sie den St- rkstrom aus der Gleichspannungsversorgung 26 schalten.

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Die in den Bearbeitungsimpulsen enthaltene Energie, die aus der Stromversorgung 16 stammt, ist eine Punktion des Produktes aus Impulsbreite und Impulsamplitude. Es kann demnach einer dieser Parameter eingestellt werden, um die Impulsenergie zu steuern. Die Impulsamplitude kann durch Abänderung des Betriebes der Gleichstromversorgung 26 oder der -ueistungsschalter-'Schaltungen 28 gesteuert werden» Die Impulsbreite kann durch Veränderung des Betriebes der Impulsquelle 24 gesteuert werden« Die Impulsbreite oder die Zeitdauer der Bearbeitungsimpulse wird als EIN-Zeit definiert, und die zeitliche Dauer zwischen den Bearbeitungsimpulsen wird als AUS-Zeit definiert. Es lässt sich somit die Impulsenergie durch Vermindern der EIN-Zeit und durch Vergrößern der AUS-Zeit der Impulse mit niedriger Energie herabsetzen, wodurch in identischer "eise die Bearbeitungsimpulse am Ausgang der Stromversorgung 16 verändert werden. Typisch wird die EIN- und die AUS-Zeiteinstellung durch Potentiometer, die bei der Impulsquelle gelegen sind, vorgenommen. -Jie Potentiometer könnnen zusammen an einer einzelnen Steuereinheit angekoppelt sein, können aber auch getrennt verstellbar sein. Wenn die EIN- und AUS-^eiten bis zu einen bestimmten ^T.Vert eingestellt werden sollen, kann ein geeigneter ^widerstand in die Schaltung eingeschaltet werden, der die EIN-^eit- und-AUS-Zeit Potentiometer enthält. Gemäß Fig. 3 wird die Ausgangsgröße aus dem Geräuschdetektor, die das Fehlen eines Geräuschsignals kennzeichnet, als Eingang zu einem Schmidt-trigger 3o geleitet. Der Schmidt-trigger "⁵So kann eine sehr schnell geschaltete Ausgangsgröße vorsehen, die in dem Inverterverstärker ^2 invertiert wird, wobei die invertierte Ausgangsgröße zu einem Univibrator 34, einem EIN-Zeitschalter 16 und einem AUS-Zeitschalter 38 gelangt. Die Schalter 36 und 38 arbeiten in der Weise, daß sie unmittelbar einen bestimmten Widerstand in die Schaltungen einschalten, die die EIN- und AtJS-Zeitpotentiometer der Impulsquelle 24 enthalten. Hierdurch ergibt sich eine unmittelbare Reduzierung der EIN-Zeit auf einen bestimmten Wert und eine Erhöhung der AUS-Zeit auf einen bestimmten Wert, so dpß also die Impulsenergie herabgemindert wird. Gleichzeitig mit dem Betrieb der Schalter und 38 erzeugt der Multivibrator 3^ einen Ausgangsimpuls, der zurückgeführt oder zurückgekoppelt wird und den Schmidt-trigger ^o

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in dem Schaltzustand hält. Nach einer bestimmten Zeitdauer kehrt die Ausgangsgröße des Multivibrators auf ihren ursprünglichen Wert oder Bedingung zurück, wodurch also die Eingangsgröße vom Schmidt-trigger "5ο entfernt wird und dieser in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehren kann» Hierdurch werden wiederum die Schalter 36 und 38 in ihren Originalzustand zurückgeführt und damit wird auch die Impulsenergie a.uf den ursprünglichen Wert zurückgebracht. Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann ein ^eitsteuer-Potentiometer in den Multivibrator 34 an das EIN-Zeit Potentiometer in der Impulsquelle 34 angeschlossen sein· Durch diese Verbindung erhält ©an eine Beziehung zwischen der EIN-Zeit einer Impulsquelle und der Zeitdauer während welcher die Impulsenergie auf ihrem reduzierten ¥ert gehalten wird, i«iit anderen -"'orten stellt die Zeitdauer des Ausgangsimpulses aus dem Multivibrator 34 eine Funktion der EIN-Zeit oder der Impulsenergie dar, die durch das Einsteilem, des EIN-^eitpotentiometers definiert ist. Eine zweite Möglichkeit für den genannten's't el It die Impulsbeendigungssteuereinheit 4o dar. Die Schaltung spricht auf das fortwährende Fehlen eines Geräuschsignals in dem Spannungssignal an, um die Ausgangsgröße entsprechend den Bearbeitungsimpulsen zu beenden. Es gib.t Situationen, bei denen die Lichtbogenbedingung so schwerwiegend ist, daß eine Verminderung der Impulsenergie nicht ausreicht oder dazu angebracht ist, diese Bedingung aufzuheben. In diesen Fällen nimmt die Lichtbogenbedingung oder Lichtbogenzustnnd schrittweise zu, bis eine Zerstörung des Werkzeugs oder des .'/erkstückes eintritt. Der Zweck der Impulsbeendigungsschaltung 4o besteht darin, den Bearbeitungsprozess zu beenden, bevor eine Zerstörung auftreten kann, und zwar bei einem Betrieb auf reduziertem Energieniveau. Es wird somit das fortwährende Vorhandensein einer Ausgangsgröße aus dem Geräuschdetektor 18 dazu verwendet, die Zeitverzögerungseinrichtung 42 zu erregen. Jede Ungleichförmigkeit in der Ausgangsgröße des Geräuschdetektors bewirkt eine zeitliche Verzögerung für den erneuten Start des Zykluses. .Venn die Zeitverzögerungseinrichtung wirkt, so erzeugt sie ein Ausgangssignal, welches den Schmidt-trigger 4 4 veranlasst zu schalten, um den Schalter 46 zu erregen. Der

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Schalter 46 ist am Ausgang der Impulsquelle 24 gelegen. Tie Pig. ^ zeigt, kann der Schalter 46 die Impuls^uelle 24 von der Leistungsschalter-Schaltung 23 abtrennen. Ea gibt darüber hinaus, wie dies für einen Fachmann verständlich ist, eine Reihe weiterer Schematajfür die Verwendung des Schalters 46, um die Ausgangsgröße entsprechend den Bearbeitungaimpulsen aus der Stromversorgung 16 zu beenden. Es sei hervorgehoben, daß die Ausgangsgröße des Schmidt-triggers 44 zum Eingang der Zeitverzögerungseinrichtung zurückgekoppelt wird, so daß dessen Zustand bzw. verstrichener Zustand festgehalten wird. Die einzige Möglichkeit, die Impulsbeendigung wieder frei zu geben besteht somit darin, daß eine Person eingreift. Der Betreffende muß die Stromversorung ausschalten, muß Maßnahmen zwischen Werkzeug und Werkstück treffen und den Bearbeitungsprozess erneut starten. Durch das Ausschalten der Stromversorgung wird bewirkt, daß die Zeitverzögerungseinrichtung 42, der Schmidttrigger 44 und ein Schalter 46 auf ihre ursprünglichen Zustände zurückkehren. Nachdem die richtigen Maßnahmen getroffen wurden und die Stromversorgung wieder eingeschaltet wurde, kann der normale Bearbeitungsprozess fortgesetzt werden. Die Pig.4a, 4b und 4c zeigen, wenn sie in der angedeuteten Weise zusammengefügt werden, ein detailliertes Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des Geräuschdetektors 18 und der Impulsenergiesteuereinheit 22t die die bedeutungsvolleren Abschnitte dieser P Anordnung darstellen. In Pig. 4a weist der Geräuschdetektor 18 Eingänge auf, die an das Werkzeug 1o und das Werkstück 12 angeschlossen sind. Am Eingang des Detektors ist die Zenerdiode 48 in Reihe mit dem Widerstand 5o geschaltet. Die Aufgabe der Zenerdiode 48 besteht darin, die Spaltspannung bei einem typischen Maximalwert abzukappen, um ein fehlerhaftes Schalten der anderen Elemente in dem Geräuschdetektor zu verhindern. Die Kapazitäten 52 und 54 weisen einen sehr kleinen Kapazitätswert auf und stellen für die Signalfrequenzen niederen Megaherzgebiet eine niedrige Impedanz dar. Diese kapazitäten trennen das GeräuRchsignal von dem Entladesignal. Die Zenerdioden 56 und 57 stellen sicher, daß das Potential über dem Widerstand 6o niemals über einen bestimmten Wert hinausgelangen kann z.B. .einem

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Spitze-zu~Spitzewert von 1o Volt. Die Zenerdiode 58 und der Transistor 61 stellen einen Schwellenwertbegrenzer d«r. Der Kollektor des Transistors 61 weist einen bestimmten maximalen Spannungswert auf, der durch die Durchj^bruchsspannung der Zenerdiode 58 bestimmt ist. Das Geräuschsignal gelangt als Eingangsgröße zu einem Verstärker, der aus einem Transistor 6? besteht? die Ausgangsgröße bus diesem Verstärker wird zu einem Inverterverstärker gekoppelt, der durch den Transistor 64 gebildet ist. Die Kpazität 66 erhöht die Schaltgeschwindigkeit des Transistors 64. Die Ausgangsgröße des Transistors 64 wird als Eingangsgröße zu einer zweiten Inverterverstärkerkombination geführt, die aus den Transistoren 68 und 7o besteht. Die kapazität 72 führt jedoch eine kleine Zeitverzögerung zwischen der Ausgangsgröße des Transistors 64 und der Eingangsgröße des Transistors 68 ein. Es müssen mehrere Folgen oder Zyklen des Geräuschsignals erfasst werden, um die kapazität 72 auf ein Potential zu laden, damit dadurch der Transistor 68 in den leitenden Zustand

gelangen kann. Hierdurch erhält man eine Trennung des Geräuschsignals bzw. ein Unterscheidungsmerkmal gegenüber irgendwelchen anderen hochfrequenten Schwingungen oder Übergängen, die mit dem Lichtbogenzustand nicht in Beziehung stehen. Der Transistor 74 wird in Verbindung mit der Zenerdiode 76 dazu verwendet, einen geeigneten Entladeweg für die Kapazität 72 voreusehen· Die Zenerdiode 76 weist eine Durchbruchsspannung auf, die oberhalb der normalen Bearbeitungsspannung liegt, die jedoch kleiner als die typische Spitzendurchbruchsspannung des Spaltes ist. Jedesmal, wenn der Spalt elektrisch durchbricht oder ionisiert wird, schafft die Zenerdiode 76 einen Signalpfad, über den der Transistor 74 in den leitenden Zustand getrieben wird, so daß also die kapazität 72 entladen werden kann. Wenn jedoch die Spaltspannung auf einen Bearbeitungswert abgefallen ist, hört der Transistor 74 auf zu leiten und ein Entladepfad wird geschlossen. Diese Schaltung arbeitet, wie beschrieben, unter normalen Bearbeitungsbeding'ingens es ist jedoch ferner eine .Ijntrollschaltung vorgesehen, welche den Betrieb während einer schlechten oder niedrigen spannungsmässigen Entladung abändert.

se/
Die Kontrollschaltung wird durch die Zenerdiode 78 getriggert.

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Die Zenerdiode weist eine Durchbruchsspannung auf, die unter einem minimalen annehmbaren Entladespannungswert liegt, "'enn die Entladung gut ist, so leitet die Zenerdiode 78 und treibt den Transistor 8o in den leitenden Zustand, der dann den Transistor 74 in den nicht leitenden Zustand hält. Wenn jedoch nach dem Durchbruch die Entlade spannung auf einen "^rert fällt, der unterhalb dem bestimmten Iviinimum liegt, so hört die Zenerdiode 78 auf zu leiten. Demzufolge hört auch der Tr^nsistoj 8o auf zu leiten und es gelangt der Transistor 74 in den leitenden Zustand und es wird jegliche Geräuscherfassung während diener Entladung beendet.

In Fig. 4b stellen die Transistoren 82 und BA eine diskrete, logische UND Gatterkomponente dar. "Das Gatter ist nur offen oder befindet sich voll im leitenden Zustand, wenn ein guter Entladeimpuls vorhanden ist, wie er durch die Zenerdiode 78 und ein Geräuschsignal,angezeigt durch das Ieiten4werden des Transistors 7o, erfasst wird. Am Ausgang des Gatters oder am Kollektorkreis des Transistors 82 ist ein photonen-gekoppelter Isolator 86 vorgesehen. Der Isolator 86 besteht aus einem Emitter 88, einer Quelle für Photonen und einem Empfänger 9o. Wenn der Emitter 88 nicht leitend ist, so liegt der Widerstpndswert des Empfängers relativ hoch. Wenn jedoch eine Leitung durch den Emitter 88 stattfindet und der Empfänger 9o die ausgesendete Photonenenergie P empfängt, so wird sein '"iderstandswert kleiner und fällt als Punktion der empfangenen Photonenenergie ab. Bei normalen Bear— beitungsbedingungen, wenn ein Geräuschsignal erfasst wird, sind die Transistoren 82 und 84 leitend und der Widerst^ndswert des Empfängers 9o ist demzufolge minimal. Das Potential an der Kathode/ier Benerdiode 85 ist ausreichend groß, um diese in Durehbruchszustand zu halten,und um den Transistor 87 in den leitenden Zustand zu treiben. Hierdurch wird ein Entladepfad für die Kapazität 9¹ geschaffen. Wenn während einer guten Entladung ein Linhtbogenzustand eintritt, so verschwindet das Geräuschsignal und der Transistor 82 hört auf zu leiten, so daß also das Aussenden von Photonen von Erai'ter 88 beendet wird. Der ""iderstHndavert des Empfängers 9o nimmt zu und das Potential an der Kathode der Zenerdiode 85 fällt ab, so daß also der Transistor 87 eb^nf-OT s

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BAD ORiGINAL

aufhört zu leiten. JHe Kapazität 91 fängt an sie ι aufzuladen und zwar bis zur Durchbruchsspannung der Zenerdiode 9? entsprechend einer ^eit, die durch die Größe der kapazität 91 und dem "iderstandswert des Widerstandes 89 bestimmt ist. Es lässt sich erkennen, daß das logische Gatter, welches aus den Transistoren 8? und 84 besteht, die Geräuschgröße -^uf einer Entladegrundlage oder B^sis erfasst: der Funkenerosionsprozeß lässt sieh jedoch in seinem Ablauf schwer vorhersagen. In vielen Fällen kann ein Lichtbogenzustand anfangen? aufgrund der weiteren dynamischen Zustände des Prozesses biespielsweise Strömungsgeschwindigkeit, die elektrische ipitfähigkeit usw., kann sich der Lichtbogenzustand von selbst wieder verlieren. Nach einer solchen Situation würde es nicht erforderlich sein, und würde den Wirkungsgrad des Vorganges in der T^t nachträglich sein unmittelbar Beseitigungsmaßnahmen für den Lichtbogenzustand zu treffen: gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird somit entsprechend mehreren Entladevorgängen gewartet, um dem Prozeß eine Möglichkeit zu bieten, sich auf natürliche Weise wieder selbst rückzubilden oder aufzuheben. Hierzu dient der Isolator 86. Der Isolator weist eine relativ große ^eitkonstante auf. Mit anderen Worten, wenn die Geräur-ehspannung-oder Signal verschwindet, ist die Zeitdauer, die für den Empfängerwiderstand erforderlich ist, damit er sich auf einen Punkt erhöhen kann, bei dem ein -leiten des Transistors 87 beendet wird, ausreichend, d^mit eine Anzahl von Entladungen stattfinden kann. Wenn sicH der Zustand nicht wieder von selbst bereinigt, so hört der Transistor 87 auf zu leiten, und es kann sich das Potential an der kapazität 91 aufbauen, bis die Zenerdiode 9? in den leitenden Zustand gelangt. Dieser Vorgang treibt die Transistoren 9? und 94 in den leitenden Zustand. Das Leiten des Transistors 96 bewirkt, daß der Emitter 1oo der photonengekoopelten Diode 98 Photonen aussendet. Der Empfänger 1o? spricht auf ausgesendete Photonen an und ermöglicht ein Leiten in entgegengesetzter Richtung, so daß also eine Ausgangsgröße am Geräuriohdntektor 18 erzeugt v/ird. Die photonengekoppelte Diode 98 wird dazu verwendet, um im elektrischen Sinn die Geräuschdetektorschaltung 18 von der Impulsenergtesteuereinheit ?2. zu isolieren. In der KnergiesteuereinhoLt ?? sind die Transistoren 1o4 und Io6 in der gut bekpnnten oc midt-trigger Anordnung geschal-

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BAD ORIGINAL

tet. '^enn an der Basis des Transistors 1o4 ein Signal erscheint, so arbeitet der Schmidt-trigger derart, daß er einen sehr schnellen Schaltvorgang vorsieht. Dpr iJeitzust^nd des Transistors 1o6 wird daher plötzlich unterbrochen und es gelangt dadurch eine Eingangsgröße zum Transistor 1o8, der in den leitenden Zustand gelangt. Der Transistor 1o8 arbeitet nach Art eines Inverterverstärkers und führt zwei Funktionen pus» Er erregt die AUS-Zeit- und EIN-Zeitschalter, die aus den Transistoren 11o und 11? in Fig. 4c bestehen und er stößt ebenso einen Univibrator an. Die Transistoren 11o und 112 sehen eine Ausgangsgröße von der Impulsenergiesteuereinheit ?2 vor und schaffen eine bestimmte EIN- und AUS-Zeit, entsprechend welcher der Energiegehalt pro Bearbeitungsimpuls wesentlich herabgesetzt wird. Die EIN-Zeit wird durch

die/
das Potentiometer 116, und AUS-Zeit durch das Potentiometer 114 bestimmt. Die Potentiometer 114 und 116 sind in der Impulsquelle 2ä gelegen, die einen Teil der Stromversorgung 16 darstellt. Da sie nur beeinflusste Elemente darstellen,sind diese Potentiometer 114 und 116 aus der Impulsversorgungsschaltung als Ganzes herausgegriffen, dargestellt und sind die einzigen gezeigten Elemente. Wenn der Transistor 1o8 in den Sattigungsber?ich getrieben wird, so gelangt ein Signal zur Basis des Transistors 11o a, welches diesen in den Sättigungsbereich verdrängt. Hierdurch hört der Transistor 11o b auf zu leiten und der 'Widerstand 118 wird in Reihe mit dem Potentiometer 114 geschaltet, so daß dadurch die AUS-^eit wesentlich herabgesetzt wird. Das -reiten des Transistors 1o8 resultiert gleichzeitig in einem Seiten des Transistors 11?, der als niederomiger Shuntzweig am Potentiometer 116 wirkt und dadurch die EIN-Zeit vesentlich herabgesetzt wird. Die Bearbeitung erfolgt somit nunmehr auf einem stark herabgesetzten Energieni— veau. Das verminderte Energieniveau vereinfacht den Bearbeitungsvorgang und das Entfernen von Verunreinigungen, die sich am Werkzeug und am Werkstück absetzen können und die ^ursache für die Lichtbogenentstehung oder Zustand sind, ^ach einer Zeitdauer werden die Verunreinigungen entfernt und demzufolge verschwindet der Lichtbogenzustand. Das Geräuschsignal erscheint erneut auf dem Spannungssignal während einer Entladung und die Ausgangsgröße aus dem Geräuschdetektor 18 hört auf zu bestehen. Ein leiten des Transistors 1o8 h^t ebenso ein -ketten des Transistors 1Po zur

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BAD ORIGINAL

Folge. Der Transistor 1?o stellt eine Tr-~iberstuf e für einen Univibrator dar, der aus einem Darlington Paar 1?? und 1?4 besteht, "ach einem Anstoßen durch den Transistor 1?o hört das Darlington Paar 1?4 auf zu leiten und der kollektor 1?5 nimmt ein mehr positives Potential an. Dieses Signal wird zurückge-

Vor/ führt zum Eingang des Transistors Iod una bringt den Transistor 1o4 in den leitenden oder gesättigten zustand. Am Ende dieser Zeitdauer, die durch das Potentiometer 1?6 und die Kapazität 1?8 bestimmt ist, schaltet das Darlington Paar 1?4 wieder in den •"extzustand, so daß dadurch der kollektor 1?5 ein geringeres positives Potential erhält.Der Transistor 1o6 schaltet zurück in den leitenden Zustand, ebenso wie der Transistor 11o b, wodurch der "'iderstand 118 aus der Schaltung des Potentiometers 114 entfernt wird. In gleicher Weise gelangt der Transistor 11? in den nicht leitenden Zustand, so daß die EIN-Zeit, wie sie durch das Potentiometer 116 bestimmt ist, wieder hergestellt wird. Damit gelangt der Bearbeitungsprozeß in den normalen Bereich und zwar mit Bearbeitum-simpulsen entsprechend einer vollen ausgewählten Energie oder Energieniveau.

Es sei erwähnt, daß Fig. 4c eine mechanische Verbindung zwischen den Potentiometern 116 und 1?6 zeigt. Typisch kann das Potentiometer 116 einen 1oo : 1 Bereich der EIN-Zeit vorsehen biw. überdecken. Es ist unwirtschaftlich, die Impulsenergie bei der gleichen Beitdauer für alle Werte der EIN-Zeit zu reduzieren.Daher sind die Potentiometer 116 und 126 aneinander gekoppelt, so daß die zeitliche Dauer der Ausgangsgröße des Darlington Paares 124 eine Funktion der ausgewählten EIN-Zeit zum Zeitpunkt der Lichtbogenbedingung-oder zustand ist. Je größer die ausgewählte EIN-Zeit ist, desto langer muß die von dem Darlington Paar 1?4 geforderte Ausgangsgröße dauern, und umgekehrt.

Obwohl die Erfindung anhand der beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele dargelegt wurde, so ist sie jedoch auf diese Ausführungsformen nicht beschränkt. Es sind eine Reihe von Abwandlungen und Umgestaltungen möglich, ohne dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in der Zeichnung dargestellten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung. 209825/0653

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Claims (1)

1. patentansprtTchf:

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   Gerät zur automatischen Steuerung der Funkeneronionshear— beitung von '."erkstücken, mit ein-^r Stromversorgung zum Erzeugen periodischer Bearbeitungsimpulse mit einem bestimmten Knergiewert, um durch diese Impulse elektrische ^!int] ndungen in einem Bearbeitungsspalt hervorzurufen, der zwischen einem elektrisch leitenden "'.'erkzeug und einem elektrisch leitenden Werkstück besteht, gekennzeichnet durch einen an das ''erkzeug und das Werkstück angeschlossenen Geräuschdetektor (18) zum Erfassen des üichtvorhandenseins eines Geräuschsignals während der elektrischen Entladungen;und durch Schaltungen (?o) zum Abändern der Stromversorgung, die zwischen dem Geräuschdetektor und der Stromversorgung zum Abwandeln der Erzeugung der Bearbeitungsimpulse in Abhängigkeit von der Erfassung des Fehlens des Geräuschsignals geschaltet sind.

   Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die .schaltungen (?o) zum Abändern oder Beeinflussen der Stromversorgung aus einer Energiesteuereinheit (??) bestehen, die zwischen dem Geräuschdetektor und der Stromversorgung zum Verändern des Energiewertes der Beπrbeitungsimpulse in Abhängigkeit von dem Fehlen des Geräuschsignals geschaltet sind.

   Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungen (?o) zum Beeinflussen oder Verändern der Stromversorgung ferner eine Steuereinheit (4o) zum Beenden von Impulsen aufweisen, die zwischen dem Geräuschdetektor und der Stromversorgung zum Beenden der Erzeugung der Bearbeitungsimpulse in Abhängigkeit von dem dauerhaften Fehlen des Geräuschsignals entsprechend einer bestimmten Zeitdauer, geschaltet ist.

   Verfahren zur automatischen Steuerung der Funkenerosionsbearbeitung von Werkstücken, wonach über einem Bearbeitung spa It eine Funkenentladung eingeleitet wird, ein Volumen von Fetall geschmolzen wird und die Funkenentladung nach einer bestimmten Zeitdauer, die in Einklang mit einem bestimmten ']nergie'"rprt steht, beendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das **ichtvorhandensein eines Geräuschsignals über den: Be-Tbeitun":sspalt, während der Funkenentladung erfasst wird,und daß der Energiewert von aufeinanderfolgenden Funkenentl^dungen für

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   eine bestimmte Zeitdauer reduziert wird.

   Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rnergiewert von aufeinanderfolgenden Funkenentladungen nach dem Feststellen oder Erfassen einer dauernden Abwesenheit
   des Geräuschsignals entsprechend einer bestimmten Zeitdauer quf Null reduziert wird.

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