DE2214790A1

DE2214790A1 - Schaltungsanordnung fuer die vorschubregelung an funkenerosions-maschinen

Info

Publication number: DE2214790A1
Application number: DE19722214790
Authority: DE
Inventors: Henning Dipl Ing Koehler
Original assignee: AEG Elotherm GmbH
Current assignee: SMS Elotherm GmbH
Priority date: 1972-03-25
Filing date: 1972-03-25
Publication date: 1973-10-04
Also published as: FR2177839A1; DE2214790B2; ES410663A1; GB1400671A; CH569546A5; FR2177839B1; IT974305B

Description

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j Jlemscheid-Hasten ^{U M}

Hanimesberger

Schaltungsanordnung für die Vorschubregelung an Funkenerosions-Maschinen

Die,Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für die Vorschubregelung an Funkenerosionsmaschinen, bei der von der. Funkenspannung abgeleitete impulse mit Sollwertimpulsen konstanter Höhe verglichen und der über mehrere Impulse erstellte Mittelwert des Vergleichssignals dem Stellglied der Vorschubregelung zugeführt wird.

Bei Funkenerosionsmaschinen wird im allgemeinen von einem Inipulsgenera tor über einen Vorwiderstand dem Bearbeitungsspalt eine impulsförmige spannung in einer Höhe zugeführt, die ausreicht um im Bearbeitungsspalt eine Funkenentladung zu erzeugen, die dann den Materialabtrag an dem zu bearbeitenden Ferkstück be\i?irkt. Die Funkenentladung setzt nach Beginn des Rearbeitungsimpulses erst mit einer gewissen Verzögerung ein. Die Verzögerungszeit, die man mit Zündverzögerung bezeichnet, hängt von dem Zustand im Bearbeitungsspalt ab und zwar steigt bzw. sinkt sie, solange kein Kurzschluß vorliegt, mit der Breite des Bearbeituiigsspaltes. ist nun die Breite des Bearbeitungsspaltes zu klein, so ist die Anzahl der Bearbeitungsimpulse, die Kurzschlüsse hervorrufen, relativ hoch, was zu einer erhöhten Abnutzung der Werkzeugelektrode führt, ist sie dagegen zu groß, so ist die Abtrangsleistung relativ klein und die Böarbeitungszeit entsprechend lang. Daraus ergibt sich, daß -abhängig von den Bedingungen im Bearbeitungsspalt- für jeden Bearbeitungsfall eine optimale Breite des Bearbeitungsspaltos besteht, dem in etwa eine zugehörige optimale Zündverzögerung entspricht. Diese Eigenschaft wird dazu benutzt um den Vorschub der Verkzeugelektrode so zu regeln, daß die Zündverzögerung auf einem vorgegebenen Sollwert gehalten wird. '

Zur Ausführung einer solchen Hegelung wird bei einer bekannten Anordnung als Merkmal für den zustand J. in Heiirbeitungsspal t die

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Funkenspannung abgegriffen_s Die Funkenspannungsimpulse U ,

sp

deren Verlauf im Diagramm nach Fig. la gezeigt ist, haben zu Beginn eine Höhe, die der Leerlaufspannung u, entspricht. Nach einer bestimmten Zündverzögerung t zündet die Funkenentladung

und die Funkenspannung sinkt auf einen geringeren Betrag, der sogenannten Brennspannung IL ab. Diese Funkenspannungsimpulse werden nun mit SoHwertiraptiLsen υ gleicher Dauer verglichen, deren konstante Höhe zwischen den Werten U und U liegt und so

L B

gewählt ist, da!3 bei optimaler Zündverzögerung der arithniet/ische Mittelwert des Vergleichssignals Π (Fig. Ib) gleich. Null ist.

nun bei gleichbleibender Leerlauf- und Brennspannung die Zündverzögerung größer, so sinkt, wie man leicht einsieht, der Mittelwert des Vergleichssignals U ab; er wird also negativ. Analog dazu steigt dieser Mittelwert über Null an, wenn die Zündverzögerung unter ihren Optimalwert absinkt. Der über mehrere f}earbeitungsimp\ilse erstellte Mittelwert des Vergleichs signals . U wird nach entsprechender Verstärkung dem Stellglied der Vorschubregelung zugeführt, welche die Werkzeugelektrode in dem Sinne bewegt, daß die optimale Zündverzögerung und damit die optimale Breite des liearbeitungsspaltes wiederhergestellt werden.

Diese Regelungsart hat sich im allgemeinen gut bewährt·, für die Praxis ergeben sich aber aixch einige Nachteile· Bekanntlich stellen sich bei unterschiedlichen Werkstoff-Paarungen von Elektrode und werkstück verschieden hohe prennspannungen ein, die in etwa von 15-35V variieren können. Daraus ergibt sich oft die Notwendigkeit, bei einem Wechsel der Werkstoffpaarung,dor zu einer Änderung der Brennspanrmng führt, die Höhe der Sollwertspannung U„ jeweils dem neuen Wert der Brennspannung anzupassen. Aber auch die entsprechend dem gegebenen Böarbeitungsfall stark unterschiedlichen Tiearbeitungsströnie beeinflussen die Brennspannungshöhe und erfordern oft eine Nachregelung der so! lwertspannung.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der genannten Art für die Vorschubregelung an Funken— erosiorismaschinen einzugeben, bei der Änderungen in der tatsächlichen Höhe der Dronnspannung keine Nachregelung des Sollwortes

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erfordern.

Diese Aufgabe wird dadurch, gelöst, daß die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung gekennzeichnet ist durch eine schaltung zur Erzeugung der von der Funkenspannung abzuleitenden jinpuJ se, mit einer Detektorschaltung zur Feststellung eines Kurzschlusses, eines Leerlaufes und eines Erosionszustandes am nearbeitungs-"spalt und mit einer schalteinrichtung zum Kurzschließen des Schaltungsausganges bei Vorliegen eines Kurzschlusses am Bearbeitungsspalt, zum Verbinden des Schaltungsausganges mit einer ersten Konstantspannung U »» bei Vorliegen eines Leerlaufes und mit einer zweiten Konstant spannung U'.«si U_t ^f bei Vorliegen eines

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Erosionsfalles. . ·

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Schal—* tungsanordnung dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung zwei Komporatorschaltungen umfaßt, zur Abgabe eines ersten, einen Kurzschluß kennzeichnenden Steuersignals u- , wenn die Funken— spannung kleiner ist als eine spannung TJ , die kleiner ist als die kleinste auftretende Funkenspannung, und zur Abgabe eines zweiten, einen Leerlauf kennzeichnenden Steuersignals u„, wenn die Funkenspannung höher ist als eine Spannung U _T» die höher, ist als die höchste auftretende Funkenspannung, aber kleiner als die Leerlaufspannung, und daß die Schalteinrichtung den schal— tungsausgang kurzschließt, bei Anliegen des ersten Steuersignals U₁ , und daß sie den Schaltungsausgang; mit der ersten Konstant— spannung U « verbindet, bei Anliegen des zweiten Steuersignals u_ oder mit der zweiten Konstantspannung U₁₀*, wenn keiner der beiden Steuersignale U₁ und u₂ anliegt. Die schalteinrichtung kann vorteilhaft einen mit Hilfe einer ersten Schaltstrecke an die erste Konstantspannung π · anschaltbaren Spannungsteiler aufweisen, dessen Teilerabgriff den Schaltungsausgang bildet, sowie eine zweite und dritte schaltstrecke ?um Verbinden des Schaltungs-Ausganges mit der ersten Konstantspannung U * bzw. mit dem

^L potential. Dabei könnan'die schaltstrecken-vorteilhaft durch Emitter-Kollektorstrecken von schal tk«f=«itransistoren gebildet werden. ' .

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Tn einer weiteren vorteiJhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die schal teinrichtung zur Bildung eines zur steuerung der ersten schaltstrecke bestimmten dritten Steuersignals u eine Logigschaltung zum verknüpfen der Steuersignale u und u„ auf.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 2, 3a, Jb und 4 eingehend erläutert.

Fig. 2 aeig-t das Prinzipschaltbild einer Funkenerosions-Maschine. Von einem Impulsgenerator 1 werden wie üblich dem Bearbeitungsspalt 2 zwischen werkzeugelaktrode 3 und werkstück k Bearbeitungsimpulse zugeführt. Die sich dabei am Bearbeitungsspalt 2 einstellende impulsförmige Funkenspannung U. « deren Verlauf in Fig·

s ρ

3a nochmals dargestellt ist, wird abgegriffen und einer Detektorschaltung 5 zugeführt, die feststellt, ob ein Kurzschluß, Leerlauf oder ein EiOsionsfall vorliegt und die dementsprechend über Leitungen 6-t> an eine schalteinrichtung 9 Signale abgibt. Dei" Ausgang Io dieser schalteinrichtung 9 wird nun, durch eine schaltstreck«, die symbolisch mit 11 angedeutet ist, kurzgeschlossen, wenn die Detektorschaltung 5 einen Kurzschluß festgestellt hat, während dieser Ausgang Io mittels der schaltstrecken 12 und 13 mit einer ersten Konstantspannung υ ' verbunden wird, wenn lauf jbzty". mit einar zweiten Konstantspannung U · ^c U « , wenn der Erosionsfall vorliegt. Am Ausgang Io der schalteinrichtung treten also) wie in Fig. 3h dargestellt, Spannungsimpulse υ « auf, die

sp

einen ähnlichen vorlauf haben wie die Funkenspannungsimpulse U »

(pig. 3^) deren Höhe aber während der Zündverzögerung t und während der Erosionszeit t jeweils konstante Werte U · und

e ro s L

U t annimmt, die unabhängig sind von dem Zustand im Bearbeitungs-B

spalt baw. von den Bedingungen des besonderen Bearbeitungsfalles.

Diese impulse TJ * werden nun als Istwertsignale dem Regelver-

s ρ

stärker 1*1 zugeführt, der vom impulsgenerator 1 Sollwertsignale U erhält, die eine konstante Höhe und die gleiche Dauer wie die

Bearbeitungsimpulse haben.

Bei Ansteigen bzw. A'->toiiik«n der Ureite des Searbeitungsapal tes

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erhöht bzw. verringert sich die Zündverzögerung t und damit;

der ,Mittelwert der als istwex-t dienenden impulse U '. Die

sp

daraus resultierenden Regelabweichungen U werden dem stellglied 15 der Vorschubregelung der Werkzeugelektrode 3 in dem Sinne zugeführt, daß diese eine Verringerung bzw. eine Vergrößerung der Breite des Bearbeitungsspaltes bewirken, bis die optimale Spaltbreite wieder—hergestellt ist.

Fig. k zeigt nun ein bevorzugtes, konkretes Schaltungsbeispiel für die Detektorschaltung 5 und die Schalteinrichtung 9·

Die Detektorschaltung wird im wesentlichen durch, zwei Roniparatorschaltungen l6 und 17 gebildet, in denen die bei 18 zugeführte Funkenspannung U mit zwei konstanten, einstellbaren spannungen

sp

verglichen wirdjdie von einer systemspannung von der Größe π * abgeleitet v/erden. Dabei führt der Ausgang I9 der ersten Komparator schaltung l6 ein signal u.. , wenn die Funkenspannung größer ist als eine vorgegebene spannung Π (siehe Fig. 3a) , welche ihrerseits kleiner ist als die kleinste auftretende Brennspannung, d.h. also wenn sozusagen kein Kurzschluß besteht. Dagegen führt der Ausgang 2o der zweiten Komparatorschaltung I7 dann ein signal u_o, wenn die Funkenspannung XJ, kleiner ist als eine vorgegebene

Spannung Tj (Fig. 3a), die ihrerseits größer ist als die größte auftretende Brennspannung, jedoch kleiner als die Leerlaufspannung, d.h. also dann wenn ein Leerlauf.nicht besteht. Den beiden Koni— paratoren sind KAND—Gatter 23* und 22 nachgeschaltet, welche die Signale u und vl in normierte invertierte signale u ' bzw. u.-, umwandeln und deren p.estehen tias Vorhandensein eines Kurzschlusses bzw, eines Leerlaufes kennzeichnen.

Die Ausgänge 19 und 2o der !(omparatorschaltungen l6 und I7 sind verbunden mit den Eingängen eines dritten KAND-Gatters 23» dessen Ausgang ?k dann und nur dann ein signal u, führt, wenn weder ein Kurzschluß noch ein Leerlauf bosteht, d.h. also wenn die Funkenspannung zwischen den beiden spannungswerten XI und \j im Brenn- ' Spannungsbereich liegt, der den Erosionszustand kennzeichnet..

Uie rieha 1 /uei uriehtuiif_v weist einen durch die beiden widerstünde

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BAD ORIGINAL

25 und 2ό gebildeten ypannungsteiler auf, der mit Hilfe des Schalttransistoi's 2'7 an die bei 2b zugeführte systenispannung

vom Betrage U · anschaltbar ist und dessen Teilerabgriff den 1/

Ausgang 2Q der Gesamfcschaltung bildet. Dieser Ausgang 29 kann ferner einerseits mittels des' Schalttransistors Jo kurzgeschlossen bzw. mit Hilfe des Schalttransistors 31 mit der Spannung U * verbunden werden. Dabei wird der schalttransistor

30 vom Ausgang des ersten NAND-Gatters 21 angesteuert und der Schalttransistor 31 über die Verstärkerstufe 32 vom Ausgang des zweiten NAND-Gatters 22, während der Schalttransistor 2J über die Verstärkerstufe 33 vom Ausgang 2k des dritten NAND-Gatters 23 her gesteuert wird.

Die wirkungsweise der beschriebenen schalteinrichtung ist leicht zu erkennen;

Bei Vorliegen eines Kurzschlusses bzw. während der impulspausen steht am Ausgang des ersten NAND-Gatters 21 das signal u an, welches den Schalttransistor Jo ansteuert um den Ausgang 29 der Gesatntscha3.tung kurzzuschließt. Besteht Leerlauf, so tritt am Ausgang des zweiten NAND-Gatters 22 das signal u„ auf, welches über die Verstärkerstufe 3² und mit Hilfe des schalttransistors

31 bewirkt, daß der Ausgang 2$ der Gesamtschaltung an die spannung

U ^f gelegt wird. Liegt schließlich der Erosionsfall vor, dann L

steht am Ausgang 2k des dritten NAND-Gatters das Signal u~ an, welches über die Verstärkerstufe 33 die Ansteuerung des Schalttransistors 27 bewirkt, der den spannungsteiler 25, 26 an die

Spannung TJ » legt, wodurch am Gesaintschaltungs-Ausgang 29- ent-L

sprechend der gewählten span.nungsteil\ing -eine spannung U ·<!. TJ *

B L auftritt.

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Claims

Pat e? nt an Sj) i'ü ehe ■ ? ? 1 A "7 Q Π Schaltungsanordnung für die vorschubregelung der werkzeug— elektrode an Funkenerosionsmas.ch.inen,bei- der von der Funkenspannung abgeleitete impulse mit sollwertiinpulsen konstanter Amplitude verglichen und der über mehrere impulse erstellte Mittelwert des Yergleichersignals dem stellglied der Vorschubregelung zugeführt wird, gekennzeichnet durch eine schaltung zur Erzeugung der von der Funke !!spannung abzuleitenden impulse, mit einer Dete3ttorschaltung (5) zur Feststellung eines Kurzschlusses , eines Leerlaufes und eines Erosionszustandes am Bearbeitungsspalt (2) und durch eine schalteinrichtung (9) zum Kurzschließen des Schaltungsausganges (Io, 29) bei Vorliegen eines Kurzschlusses am Bearbeitungsspalt," zum verbinden des schaltungsausganges (ΪΟ/29) nii-t einer ersten Konstant spannung

U ','bei Vorliegen eines Leerlaufes und mit einer zveiten" L

Konstantspannung U '-si. U ' bei Vorliegen eines Erosionsfalles.

B L
2) schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung zwei Komparatorsclialtungen (16, 17) umfaßt-, zur Abgabe eines ersten, einen Kurzschluß kennzeichnenden Steuersignals u.. , wenn die Funkenspannung kleiner ist als eine Spannung V , die kleiner ist als die kleinste auftretende Funkenspannung, und zur Abgabe eines zweiten, einen Leerlauf kennzeichnenden Steuersignals u„ , wenn die Funkenspannung höher ist als eine spannung U _t die höher ist als die höchste auf-

- tretende Funkenspannung, aber kleiner als die Leerlaufspannung, und daß die schalteinrichtung (9) den Schaltungsausgang (lo, 29) kurzschließt, bei Anliegen des ersten Steuersignals u.. , und daß sie den Schaltungsausgang mit der ersten Konstantspannung XJ · verbindet, bei Anliegen des zweiten Steuersignals u„ oder mit der zweiten Konstantspannung U ' wenn keiner der beiden Steuersignale u^ und u., anliegt.
3) schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schalteinrichtung einen mit Hilfe einer ersten schaltstrecke an die erste Konstantspannung π ' anschaltbaron spsui-

nun&steiler (25» 20) aufweist, dessen Teilerabgriff den schal-

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tungsausgang (-9) bildet, sowie eine zweite und dx'itte schaltstrecke zum verbinden des schal tujißsausganges ('^) ⁱⁿ-'t der ersten Konstantspannung \j « bzw. roit dem Nullpotential.

Schaltungsanordnung nach Anspruch 'J, dadurch gekennzeichnet, daß die schaltstrecken durch Enjitter-Kollektorstrecken von bchalttransistoren (27> 3o, 31) c^ebildet werden.

schaltungsanordnung nach Anspruch 'J oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine L-ogigschaltung (^3) zum verknüpfen der Steuersignale U₁ und u_o zwecks Bildung eines zur steuerung der ersteh schaltstrecke bestimmten dritten Steuersignals u„ vorgesehen ist.

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