DE2243742A1 - Geraet zur digitalen steuerung der groesse des bearbeitungsspaltes bei einem funkenerosionsbearbeitungsprozess - Google Patents

Description

Karl A. Bros«

Dipl -Ing.

D -8023 München - Puiladi
Wienert. 2. Τ.Μώη. 7 93O5?O.7t31?«I

vln/au München-Pullach, 4. September

Case 1214F

CINCINNATI MILACRON INC., 4701 Marburg Avenue, Cincinnati, Ohio 45 209, USA

Gerät zur digitalen Steuerung der Größe des Bearbeitungsspaltes bei einem Funkenerosionsbearbeitungsprozess.

Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der servomechanischen Steuerung eines Bearbeitungsspaltes bei einem Funkenerosionsbearbeitungsprozess (EDM). Speziell betrifft die Erfindung eine verbesserte digitale servomechanische Steuereinheit für den Bearbeitungsspalt.

Gemäß dem Stand der Technik gibt es eine Reihe von Beispielen für digitale Servomechanismen, die bei EDM-Maschinen zur Anwendung gelangen.Die Vorteile derartiger Servomechanismen sind da-' her gut bekannt und brauchen daher hier nicht näher erläutert werden. Es gibt Ausführungsbeispiele, bei denen sowohl Stromwerte als auch Spannungswerte während des Bearbeitungsprozesses erfaßt werden und wobei der Servomechanismus durch diese Werte gesteuert wird. Bei diesen Systemen wird der Servomechanismus auf einer Puls-um-Puls-Grundlage korrigiert und zwar jedesmal, wenn eine definierte Fehlerbedingung oder Zustand besteht. Darüber hinaus ist die Servomechanismuskorrektür ein festes Inkre-

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ment für alle definierten Fehl er zustände oder -bedingungen. V/ie dies noch erläutert werden soll, so führen die bekannten Systeme aufgrund inhärenter Instabilität und der Unvorhersagbarkeit eines EDM-Prozesses nicht zu der wirkungsvolletai Bearbeitung.

Bei dem EDM-Prozeß wird ein Spannungsimpuls durch eine Stromversorgung vorgesehen, die an den Bearbeitungsspalt angeschlossen 1st, i wobei dieser Bearbeitungsspalt in einem dielektrischen Medium zwischen einem elektrischleitenden Werkzeug und einem elektrischleitenden Werkstück geformt ist. Wenn die Impedanz des Bearbeitungsspaltes richtig ist, erfolgt eine elektrische Entladung im Bearbeitungsspalt oder es entsteht in diesem ein Stromimpuls, wodurch Material von dem Werkstück entfernt wird. Wenn eine Entladung auftritt, so befinden sich die Spannungs- und Stromimpulse in dem einen Zustand. Es sei hervorgehoben, daß bei den folgenden Schaltungen, wie allgemein bei allen digitalen 6chaltungen, die Spannungs- und Stromimpulse so definiert sind, daß sie sich in dem

einen Zustand in Abhängigkeit von jeweils einer willkürlichen minimalen Spannung oder Stromwert befinden. Aufgrund der dauernd sich ändernden Bedingungen oder Zustände im Bearbeitungsspalt kann eine Situation entstehen, bei der der Stromimpuls sich in dem einen Zustand befindet; der Spannungsimpuls fehlt dann oder hat den Null-Zustand. Diese Situation entspricht einem Kurzschluß im Bearbeitungsspalt oder entspricht einer Nichtentladebedingung oder -zustand. Umgekehrt, wenn der Strom sich im Nullzustand befindet, befindet sich die Spannung in dem einen Zustand und es besteht eine Nichtentladebedingung oder -zustand; dieser Zustand wird als offener Kreis definiert. Die Erfahrung hat gezeigt, daß sehr häufig ein Kurzschluß oder ein offener Schaltkreis bei nur wenigen hintereinander auftretenden Impulsen auftreten können und danach verschwinden. Diese offensichtlichen Fehlerbedingungen oder -zustände können nicht unmittelbar angezeigt werden, da sie

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einem zu kleinen oder einem zu großen Bearbeitungsspalt entsprechen. Die servomechanischen Steuereinheiten gemäß dem Stand der Technik sprechen auf· jeden Fehlerzustand an, so daß sie eine solche Möglichkeit nicht bieten. ·

Ein weiterer offensichtlicher Fehlerzustand oder -bedingung tritt zu einem sehr großen Prozentsatz der Zeit bei gewissen Anwendungsfällen auf. Dieser Zustand ist durch einen Bearbeitungsprozess definiert, bei dem anfangs Stromimpulse und Spannungsimpulse auftreten und einen offenen Schaltkreis oder einen kurzgeschlossenen Schaltkreis definieren. Bevor jedoch der Spannungsimpuls abklingt, wird der Fehlerzustand von selbst behoben; es tritt dann eine normale Entladung für die Dauer des Impulses auf. Dies wird als verzögerte Entladung bezeichnet. Bei der zuvor geschilderten Situation wird bei den Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik eine verzögerte Entladung als Fehlerzustand erkannt; es wird dann eine Korrekturmaßnahme eingeleitet. Für eine solche Korrekturmaßnahme ist normalerweise der Servomechanismus erforderlich bzw. dieser muß in Tätigkeit treten und es geht demzufolge ein großer Betrag an wertvoller Bearbeitungszeit verbren, um Fehler zu korrigieren, die sich selbst beheben würden und zwar in einer- sehr viel kürzeren Zeit.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Schaltung, mit deren Hilfe während eines EDM-Prozesses bestimmte Fehlerzustände von selbst behoben werden können, bevor eine Korrekturmaßnahme eingeleitet wird. Im Gegensatz zum Stand der Technik entspricht die Korrekturmaßnahme, die durch die Schaltung nach der Erfindung eingeleitet wird, auch dem jeweiligen Fehlerzustand, der besteht.

Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Gerät, um eine digitale Treiberschaltung zu steuern, die an einen digitalen Trei-

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bermechanismus angeschlossen ist, um eine relative Bewegung zwischen einem elektrischleitenden Werkzeug und einem elektrischleitenden Werkstück zu bewirken, um einen Bearbeitungsspalt zwischen diesen vorzusehen. Durch den Bearbeitungsspalt weden periodisch Stromimpulse geschickt und zwar in Abhängigkeit von Spannungsimpulsen, welche durch eine Stromversorgung vorgesehen werden. Es sind Mittel an die Stromversorgung angeschlossen, um die Stromimpulse und Spannungsimpulse zu erfassen. Es sind auch an die Detektoreinrichtungen Mittel angeschlossen, um ein Zurückführsignal in Abhängigkeit von einer bestimmten Anzahl von lediglich Stromimpulsen zu erzeugen; und ebenso um ein Vorstellsignal in Abhängigkeit von einer bestimmten Anzahl von lediglich Spannungsimpulsen zu erzeugen. Schließlich führt eine Einrichtung von den Mitteln zum Erzeugen des Rückführsignals und des Vorstellsignals zu den digitalen Treiberschaltungen und zur Stromversorgung, um ein erstes Befehlssignal für die digitale Treiberschaltung in Abhängigkeit von dem Rückführsignal zu erzeugen, um das Werkzeug um eine bestimmte Anzahl von digitalen Schritten oder Inkrementen von dem Werkstück wegzubewegen. Es wird auch ein zweites Befehlssignal in Abhängigkeit von dem Vorstellsignal erzeugt, um das Werkzeug um ein digitales Inkrement zum Werkstück hin zu bewegen, wobei die Stromversorgung auf ein Steuersignal anspricht, welches in Abhängigkeit von dem Rückiöirsignal zum Bestimmen der Spannungsimpulse aus der Stromversorgung erzeugt wird.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung. Es zeigt:

Figur 1 ein Blockschaltbild des Gegenstandes nach der vorliegenden Erfindung;

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Figuren 2a und 2b, wenn diese entsprechend den angegebenen Verbindungslinien aneinandergesetzt werden, ein detailliertes Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung;

Figur 3 einen detaillierten Schaltplan verschiedener

Elemente, die bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorhanden sind? und

Figur 4 ein Zeitdiagramm der Signale, die an verschiedenen Punkten in der gezeigten Schaltung in Abhängigkeit von einer Anzahl spezieller Zustände im Bearbeitungsspalt auftreten.

Figur 1 zeigt ein allgemeines Blockschaltbild des Gerätes nach der vorliegenden Erfindung, Eine EDM-Stromversorgung 10 erzeugt Spannungsimpulse für einen Bearbeitungsspalt 16, der zwischen einem elektrischleitenden Werkzeug 12 und einem elektrischleitenden Werkstück 14 vorhanden ist. Unter richtigen Bedingungen führen die Spannungsimpulse zu elektrischen Entladungen oder zu Stromimpulsen in dem Bearbeitungsspalt 16. An die Stromversorgung 10 ist eine Detektorschaltung 18 angeschlossen, die die Spannungsimpulse und Stromimpulse der Stromversorgung erfassen kann. Ein Befehlssignalgenerator 20 ist an die Detektorschaltung 18 gekoppelt und spricht auf das ausschließliche Auftreten einer bestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Spannungsimpul-en an, um ein Vorstellsignal zu erzeugen» Der Generator 20 spricht efeenso ausschließlich auf das Auftreten einer bestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Stromirapulsen zum Erzeugen eines Rückführsignals an. Eine Befehlssignalsteuereinheit 22 spricht auf das Vorstellsignal an, um Befehlssignale für eine digitale Treiberschaltung 24 zu erzeugen, um einen digitalen Treibermechanismus

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26 zu erregen und um das Werkzeug 12 zum Werkstück 14 hin um ein bestimmtes Irirement zu bewegen, wodurch die Größe des Bearbeitungsspaltes 16 vermindert wird. Weiter ist die Befehlssignalsteueidjnheit 22 so ausgelegt, daß sie auf das RückfUhrsignal anspricht, um Befehlssignale für die digitale Treiberschaltung 24 zu erzeugen, um das Werkzeug 10 von dem Werkstück 12 um eine bestimmte Anzahl von Inkrementen wegzubewegen, wodurch dann die Größe des Bearbeitungsspaltes 16 erhöht wird. Schließlich erzeugt die BefehlssignalsteuereLnheit 22 ein Steuersignal für die Stromversorgung 10, um den Betrieb derselben in Abhängigkeit von dem Rückfuhrsignal zu beenden.

Die Figuren 2a und 2b stellen, wenn sie entsprechend der angegebenen Verbindungslinien aneinandergesetzt werden, ein detailliertes Blockschaltbild einer Ausführungsform nach der Erfindung. Die Stromversorgung 10 in Figur 2a ist relativ standardmäßig aufgebaut. Ein Oszillator 28 sieht Impulse mit niedriger Energie vor und mit einer Impulsdauer oder EIN-Zeit und einer Zwischenimpulszeit oder einer AUS-Zeit, um die Impulsbreite und die Frequenz der Spannungsimpulse am Ausgang der Stromversorgung zu steuern. Leistungs-Schalterschaltungen 32 schalten die Ausgangsgröße einer Gleichspannungsquelle 30 in Abhängigkeit von den Impulsen niedriger Energie des Oszillators 28, wodurch Spannungsimpulse von der Stromversorgung 10 abgegeben werden. Eine Schalterschaltung 34 ist an den Oszillator 28 angeschlossen. Die Funktion der Schalterschaltung 34 besteht darin, die Abgabe von Spannungsimpulsen aus der Stromversorgung 10 zu beenden. Es gibt sehr viele Anordnungsmöglichkeiten für einen Schalter innerhalb der Stromversorgung 16, um dies zu erreichen* Die Anordnung, wie sie hier gezeigt und verwendet ist, ist daher für den Gegenstand der Erfindung nicht kritisch. Es besteht eine Abwandlung in der Stromversorgung, die nicht der Normausführung bei den Leistungs-Schalter schaltungen 32 entspricht. Einer der parallelen Zweige, die

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aus dem Transistor 36 und dem Widerstand 38 bestehen, ist nur für Probeentnahmezwecke (sampling purposes) vorgesehen. Der Widerstandswert des Widerstandes 38 ist sehr groß, verglichen mit der Induktivität des Entladepfades, Demzufolge i'st die Zeitkonstante des Probeentnahmezweiges sehr viel kleiner als bei den anderen parallelen Zweigen und die Anstiegszeit-des Stromes'ist dadurch sehr viel kurzer. Es wird daher das Erfassen eines Stromimpulses aus der Stromversorgung vereinfacht. Die durch den Widerstand 38 fließenden Stromimpulse werden dadurch erfaßt, indem man die Ausgangsleitungen 40 und 42 von der Stromversorgung überwacht. Die Spannungsimpulse werden auf den Leitungen 42 und 44 erzeugt, die mit dem Werkzeug und Werkstück jeweils verbunden sind.

Ein Spannungsdetektor 46, der sich innerhalb der Detektorschaltung 18 befindet, ist mit den Ausgangsleitungen 42 und 44 verbunden, um einen Spannungsimpuls der Stromversorgung 10 zu erfassen. Ähnlich ist ein .Stromdetektor 48 vorgesehan, um einen Stromimpuls aus der Stromversorgung zu erfassen* Die Detektoren 46 und 48 sind jeweils an eine Isolier-Kopplungselektronik 52 und angeschlossen. Der Zweck dieser Kopplungselektronik 50 und 52 besteht darin, die elektrischen Geräusch-Einflüsse in der Ausgangsgröße aus der Stromversorgung von den Steuerschaltungen fernzuhalten, um geeignete Signalwerte für logische urid andere Steuerschaltungen vorzusehen. Wenn sich ein Spannungsimpuls in dem einen Zustand befindet, so erzeugt der Spannungsdetektor 46 und die Kopplungselektronik 52 einen Spannungsdetektorimpuls auf der Ausgangsleitung 54. Ähnlich, wenn ein Stromimpuls sich in dem einen Zustand befindet, so erzeugt der Etromdetektor 48 und die Kopplungselektronik 50 einen Stromdetektorimpuls auf der Ausgangsleitung 56. Diese Signale gelangen als Eingangsgrößen zu einem Oatternetzwerk 58 innerhalb des Befehlssignalgenerators 20.

Das Gotternetzwerk 58 erzeugt einen ersten Impuls auf der Lei-

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tung 60 in Abhängigkeit von dem Auftreten von lediglich einem Spannungsdetektorimpuls. Das Gatternetzwerk erzeugt einen zweiten Impuls auf der Leitung 62 in Abhängigkeit von dem Auftreten von lediglich einem Stromdetektorimpuls. Eine Zählerschaltung 66 spricht auf den ersten Impuls an, um eine Anzahl von aufeinanderfolgenden exklusiven Spannungsdetektorimpulsen zu zählen. Die Zählerschaltung 66 spricht auf den zweiten Impuls an, um den Zählprozeß zurückzustellen. Wenn der Zähler eine bestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden ersten Impulsen erfaßt, so wird ein Vorstellsignal daraus erzeugt. Eine zweite ähnliche Zählerschaltung 70 spricht auf den zweiten Impuls an, um eine Anzahl von aufeinanderfolgenden exklusiven Stromdetektorimpulsen zu zählen und spricht auf den ersten Impuls an, um den Zählprozeß zurückzustellen. Wenn die Zählerschaltung 70 eine bestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden zweiten Impulsen gezählt hat, so wird ein Rückführsignal daraus erzeugt. Die zuvor erwähnten Zählerschaltungen bestehen aus Standardelementen und der Aufbau derselben ist der Fachwelt gut bekannt. Typisch besteht ein Zähler aus einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Speichervorrichtungen oder Flip-Flops. Ein Dekodiergatter ist an die Speichervorrichtungen angeschlossen, um eine Ausgangsgröße in Abhängigkeit von einem einheitlichen Binärsignal zu erzeugen, welches darin enthalten ist und welches einen bestimmten numerischen Wert darstellt. Die Verwendung von Zählerschaltungen stellt eines der grundlegenden Merkmale der vorliegenden Erfindung dar. Die ersten und zweiten Impulse aus dem Taktsteuernetzwerk stellen jeweils einen Offenschaltkreis-Fehlerzustand und einen Kurzschluß-Fehlerzustand dar. Wie bereits an früherer Stelle erwähnt wurde, treten diese Zustände während eines oder während einer geringen Anzahl von Spannungs- und Stromimpulsen auf und verschwinden dann. Im Gegensatz zum Ttand der Technik wird dem Prozeß erfindungsgemäß die Möglichkeit einer Selbstkorrektur gegeben. Die Auslegung des Zählers ist eine Funktion der Frequenz der Spannungsimpulse.

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Unter allgemeinen Bearbeitungsbedingungen und bei Stromversorgungen, die zum gegenwärtigen Zeitpunkt erhältlich sind, sollte die Zählerschaltung so eingestellt sein, daß sie bis auf vier oder sechs Impulse zählt, bevor eine Ausgangsgröße erzeugt wird. Bei höheren Bearbeitungsfrequenzen treten natürlich mehr Bearbeitungsimpulse auf, bevor sich der Prozeß selbst korrigiert. Wenn daher Bearbeitungsfrequenzen in der Nähe des MHz-Bereiches verwendet werden, sollte die Zählerschaltung so eingestellt sein, daß sie bis auf acht oder zehn Impuls zählt, bevor eine Ausgangsgröße erzeugt wird. In Abhändigkeit von der Frequenz sollte die Zählerschaltung 66 typisch von drei bis acht aufeinanderfolgender Spannungsdetektorimpulse zählen, bevor ein Vorstellsignal erzeugt wird; die Zählerschaltung 70 sollte typisch zwischen drei und zehn aufeinanderfolgende Stromdetektorimpulse zählen, bevor ein Rückführsignal erzeugt wird. Was die Zähler selbst betrifft, so ist es gut bekannt, einen Zähler so auszulegen, daß er selektiv auf eine unterschiedliche Anzahl von Zählschritten anspricht. Es sei auch ein weiterer Punkt hinsichtlich des Spatentladephänomens hervorgehoben. Für die Auslegung der Rückstellschaltungen macht die Zähler gegenüber verzögerten Entladungen unempfindlich. Wenn daher dies auftritt, so können die Vorteile der Entladung realisiert werden, anstelle für eine Korrekturmaßnahme wertvolle Bearbeitungszeit zu benötigen.

Das Vorstellsignal aus dem Zähler 66 gelangt als Eingangsgröße · zu einem monostabilen Multivibrator 74 innerhalb der Befehlssignalsteuereinheit 22 in Figur 2b. Der Multivibrator 74 erzeugt einen Befehlsimpuls, der als Eingangsgröße zu einer Speichervorrichtung 78 gelangt. Die Speichervorrichtung 78 besteht typisch aus einem logischen Flip-Flop und arbeitet derart, daß ein Abtastsignal für die Schrittmotor-Treiberschaltung 25 erzeugt wird, welches die Bewegungsrichtung des Werkzeuges 12 gegenüber dem Werkstück 14 kennzeichnet. Der Befehlsimpuls aus dem MuIti-

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vibrator 74 stellt ein bestimmtes Inkrement der Bewegung dar, gelangt durch das Gatternetzwerk 76 und gelangt dann als Eingangsgröße zu der Schrittmotor-Treiberschaltung 25. In Abhängigkeit von einem Vorstellsignal gibt die Schrittmotor-Treiberschaltung 25 Befehle ab, so daß der Schrittmotor 27 das Werkzeug 12 um ein bestimmtes Inkrement in Richtung zum Werkstück 14 bewegt, so daß dadurch die Größe des Bearbeitungsspaltes 16 vermindert wird.

Das RückfUhrsignal aus der Zählerschaltung 70 gelangt durch Gatternetzwerke 80 und 89 und wird in Speichervorrichtungen 82 und 90 gespeichert, die ebenfalls aus logischen Flip-Flops bestehen können. Eine Ausgangsgr-Öße mit konstantem Wert der Speichervorrichtung 82 treibt einen Integrierverstärker 84, der ein Ausgangssignal erzeugt, welches als Sägeζahnfunktion mit positiver Steigung erscheint. Die Ausgangsgröße des Verstärkers 84 gelangt als Eingangsgröße zu einem spannungsgesteuerten Oszillator 86, der eine Vielzahl von Impulsen erzeugt, deren Freauenz als Funktion der Sägezahneingangsgröße zunimmt. Die Ausgangsgröße der Speichervorrichtung 82 gelangt als weitere Eingangsgröße zur Speichervorrichtung 78, die daraufhin ein Signal mit entgegengesetztem Vorzeichen erzeugt und zwar für die Schrittmotor-Treiberschaltung 25. Es gelangt dann eine Vielzahl von Befehlsimpulsen durch das Gatternetzwerk 76 zur Schrittmotor-Treiberschaltung 25; und damit wird das Werkzeug 12 von dem Werkstück 14 wegbewegt .

Eine Zählerschaltung 88, ähnlich der an früherer Stelle beschriebenen Zählerschaltung bzw. Schaltungen, spricht ebenso auf die Befehlsimpulse an und wenn ein bestimmter Zählschritt erreicht ist, wird ein erstes Ausgangssignal daraus erzeugt, welches durch das Gatternetzwerk 80 zur Speichervorrichtung 82 gelangt. Die Ausgangsgröße der Speichervorrichtung 82 wird zurück auf ih-

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ren ursprünglichen Zustand geschaltet und die Eingangsgröße wird von dem Integrierverstärker 84 entfernt. Demnach erscheint die Ausgangsgröße des Verstärkers 84 in Form eines Signals, welches einer Sägezahnfunktion folgt, jedoch eine negative Steigung aufweist; damit erzeugt der spannungsgeSteuerte Oszillator 86 Befehlsimpulse mit bis auf Null abnehmender Frequenz. Durch diese Anordnung wird die Möglichkeit geschaffen, daß der Schrittmotor sich-er das Werkzeug 12 mit einer Beschleunigung und dann mit einer Verzögerung bis zum Anhalt um eine bestimmte Anzahl von Inkrementen bewegt, ohne daß dabei Befehlsimpulse verlorengehen. Bei dieser Anordnung muß die Zählerschaltung 88 so eingestellt werden, daß eine Anzahl dekodiert wird, die gleich ein Halb der gewünschten bestimmten Anzahl der Inkremente ist. Wenn diese Anzahl dekodiert ist, gelangt eine erste Ausgangsgröße aus der Zählerschaltung 88 als Eingangsgröße zu dem Gatternetzwerk 80. Als Antwort auf ein Rückführsignal befehligt die Schrittmotor-Treiberschaltung den Schrittmotor 27, so daß dieser das Werkzeug unter Beschleunigung und einer nachfolgenden Verzögerung um eine Vielzahl von bestimmten Inkrementen vom Werkstück wegbewegt, wodurch die Größe des Bearbeitungsspaltes 16 erhöht wird. Ebenso in Abhängigkeit von dem Rückführsignal spricht eine Speicherstufe 90 an, die ein Steuersignal auf einem Ausgang erzeugt, der mit der Schalterschaltung 34 von Figur 2a verbunden ist. Unmittelbar nachdem ein Rückführsignal erzeugt wurde, erregt also das Steuersignal aus der Speichervorrichtung 90 die Schalter-Schaltung 34. Nach der Erregung trennt die Schalter-Schaltung 34 den Oszillatorkreis 28 von der Leistungs-Schall terschaltung 32 und die Versorgung mit Spannungsimpulsen aus der Stromversorgung 10 w±d beendet. Am Ende des Verzögerungsabschnittes, wenn sieh also das Werkzeug um die volle Anzahl der Tnkremente bewegt hat, erzeugt ein zweiter Dekoder innerhalb der Zähl er f-chnl tun β 88 ein zxireites Ausgangssignal, welches durch das 'Gatternetzwerk 89 zur Speichervorrichtung 90 gelangt. Dj e-

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ses Ausgangssignal schaltet die Speichervorrichtung in ihren ursprünglichen Zustand zurück und schließt die Schalter-Schaltung 34, wodurch die Stromversorgungsimpulse aus der Stromversorgung 10 wieder entstehen. Das zuvor beschriebene Verfahren der Servomechanismussteuerung stellt das zweite wesentliche Merkmal der vorliegenden Erfindung dar. Bei den bekannten Vorrichtungen gibt es keine Unterscheidung in der Größe der ausgeführten Korrekturmaßnahme. Es wurde festgestellt, daß bei Vorhandensein einer KurzSchlußbedingung, die wirkungsvollste und effektivste Maßnahme für die Entfernung des Kurzschlußes darin besteht, das Werkzeug mit größtmöglicher Beschleunigung um einen bestimmten Abstand vom Werkstück unmittelbar zu entfernen bzw., abzuziehen. Hierdurch wird ein Spülvorgang des Bearbeitungsspaltes durch das Dielektrikum ermöglicht. Es wurde €benso festgestellt, daß es am besten ist, das Anliegen der Spannungsimpulse wieder an dieser Stelle einzuleiten und es ist bei elektrischen Entladungen üblich, daß sie nicht mehr auftreten, wenn das Werkzeug von dem Werkstück weggezogen ist. '

Figur 3 zeigt ein detailliertes Schaltbild verschiedener Elemente, die bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet werden. Während einer Entladung erzeugt der Strom in dem ProbeentnahmeT zweig der Leistungs-Schalterschaltungen 32 einen Spannungsabfall über dem Widerstand 38 von Figur 2a. Dieses Potential wird zu einem Eingang eines Operationsverstärkers 92 geführt, der als Hochgeschwindigkeits-Vergleichs-stufe arbeitet. Ein weiterer Eingangsanschluß zum Verstärker 92 weist eine Bezugsspannung auf, die durch das Potentiometer 94 vorgesehen wird, welches mit dem Widerstand 96 einen Spannungsteiler, der um die Zener-Diode 98 herumführt, darstellt. Die Zener-Diode 98 wird in ihrem Durchbruchszustand gehalten, so daß sie eine konstante Spannungsquelle für die Spannungsteilerwiderstände 94 und 96 darstellt. Sobald also der Spannungsabfall über dem Widerstand 38 eine

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Größe aufweist, welche die Bezugsspannung überschreitet, schaltet der Verstärker 92 um und erzeugt ein Ausgangssignal. Dieses Ausgangssignal wird über die Kapazität 98 innerhalb der Kopplungselektronik 50 übertragen, gelangt durch die Diode 100 und erscheint als Triggergröße an dem Eingang eines monostabilen Multivibrators 102. Der Multivibrator 102 erzeugt einen sehr scharfen Impuls für eine kurze Zeitdauer, wodurch der Transistor 104 in den leitenden Zustand getrieben wird und zwar für die gleiche kurze Zeitdauer. Ein Stromimpuls flisßt durch den Transistor 104 in eine Primärwicklung 106 eines Trennübertragers 108. Dieser Impuls wird in einer Sekundärwicklung 110 induziert, so daß man ein Triggersignal für einen monostabilen Multivibrator 112 erhält. Der Multivibrator 112 erzeugt einen Stromdetektorimpuls am Ausgang der Kopplungselektronik 50, was das Vorhandensein eines Stromimpulses anzeigt. Wenn ein Spannungsimpuls aus der Stromversorgung 10 erzeugt wird, so besteht ein Stromfluß durch die Widerstände 114 und 115. Der Potentialabfall über dem Widerstand 114 gelangt zum Eingang 116 eines Operationsverstärkers 118, der ebenfalls als Vergleichsstufe verwendet wird. Die Zener-Diode 120 parallel zum Widerstand 114 dient als Schutz des Verstärken 118 gegenüber übermässig hohen Spannungen an seinem Eingang 116. Der Widerstand 115 schützt die Zener-Diode 120 vor übermässig hohen Strömen. Die Widerstände 122, 124 und 126 und die Zener-Diode 128 schaffen ein Bezugssignal ähnlich, wie dies an früherer Stelle in Verbindung mit dem Stromdetektor be- · schrieben wurde. Wann immer ein Spannungsimpuls am Eingang 116 das Bezugssignal am Eingang 130 überschreitet, erzeugt der Verstärker 118 eine Ausgangsgröße des Detektors 46. Die Isolier-Kopplungselektronik 52 ist identisch aufgebaut und arbeitet in gleicher Weise wie die Isolier-Kopplungselektronik 50. und erzeugt einen Spannungsdetektorimpuls, wann immer ein Spannungsimpuls aus der Stromversorgung sich in dem einen Zustand befindet.

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Figur 4 zeigt ein Zeitdiagramm mit ImpulsSignalen an verschiedenen Stellen der Schaltung. Die Kurven 130 und 132 zeigen die Spannungsimpulse und die Stromimpulse, die am Bearbeitungsspalt auftreten. Die Kurven 134 und 136 veranschaulichen ^weils die Spannungsdetektorimpulse und die Stromdetektorimpulse der,Detektorschaltung 18. Als nächstes zeigen die Kurven 138 und 140 jeweils die Eingangsgröße und Ausgangsgröße der Zählerschaltung 70. Schließlich zeigen die Kurven 142 und 144 jeweils die Ein-" gangsgröße und Ausgangsgröße der Zählerschaltung 66.

Das Vorhandensein eines Spannungsimpulses 146 und das Fehlen eines entsprechenden Stromimpulses definiert einen Zustand entsprechend einem offenen Schaltkreis. In diesem Fall wird ein Spannungsdetektorimpuls von einer Detektorschaltung 18 erzeugt und die Zählerschaltung 66 zählt ein Inkrement. V/enn jedoch der nächste Spannungsimpuls 148 den Spalt ionisiert und einen entsprechenden Stromimpuls erzeugt, so wird sowohl ein Spannungsdetektorimpuls als auch ein Stromdetektorimpuls durch die Detektorschaltung 18 erzeugt; der Stromdetektorimpuls stellt die Zählschaltung 66 zurück. Der nächste Spannungsimpuls 150 kennzeichnet eine verzögerte Entladung. Die Spannung wird dem Bearbeitungsspalt um eine merkliche Zeitperiode vor der Ionisation zugeführt und ein abgekürzter Stromimpuls wird erzeugt. Obwohl der Stromimpuls verkürzt ist, tritt eine brauchbare Bearbeitung auf. Auch in diesem Fall wird ein Spannungsdetektorimpuls und ein Stromdetektorimpuls durch die Detektorschaltung erzeugt. Da In diesem Fall die Detektorimpulse nicht gleichzeitig auftreten, sprechen die Zählschaltungen auf jede der Impulse an. Da jedoch der Stromdetektorimpuls zu einem späteren Zeitpunkt auftritt, stellt er die Zählschaltung 66 zurück. Es sei hervorgehoben, daß, wenn dine andere verzögerte Entladung auftritt oder wenn eine normale Entladung auftritt, die Zählerschaltung 70 zurückgestellt wird und demzufolge die Schaltung vollständig auf die Wirkungen

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der verzögerten Entladung unempfindlich ist. Dies ist durch den Spannungsimpuls 15? veranschaulicht, der eine normale Ionisation des Bearbeitungsspaltes und einen vollen Stromimpuls erzeugt. Erneut werden die Spannungs- und Stromdetektorimpulse gleichzeitig erzeugt und die Zähler 66 und 70 werden beide zurückgestellt. Die Spannungsimpulse 154 bis 160 veranschaulichen einen Kurzschluß-Fehlerzustand. In jedem Fall wird ein voller Stromimpuls als auch ein Strondetektorimpuls erzeugt. Bei Fehlen eines Spannungsimpulses wird jedoch kein Spannungsdetektorimpuls aus der Detektorschaltung 18 erzeugt. Eine Eingangsgröße in die Zahlernchaltung 70 ist durch jeden Stromdetektorimpuls definiert, und nachdem die Zählerschaltung eine bestimmte Anzahl von solchen Impulsen gezählt hat, wird das Rückführsignal daraus erzeugt. Wenn beispielsweise der Zähler 70 auf vier eingestellt ist, so wird ein Rückführsignal als Antwort auf den Spannungsimpuls 160 erzeugt. Es sei hervorgehoben, daß die zuvor erwähnten Kurven nur beispielhaft eine Anzahl von möglichen Spezialzuständen in dem Bearbeitungsspalt veranschaulichen. Andere Zustände, die existieren können, lassen sich unmittelbar in ähnlicher Yfeise, wie dies beschriebe!wurde, analysieren.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie nicht auf Einzelheiten dieses Ausführungsbeispiels beschränkt. Es sind im Gegenteil eine Reihe von Abwandlungen und Änderungen möglich, ohne dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in den Zeichnungen veranschaulichten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

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Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE

1. Gerät zur digitalen Steuerung der Größe des Bearbeitunpsspaltes bei einem Funkenerosionsbearbeitungsprozeß (EDM-Prozeß), mit einer digitalen Treiberschaltung, die auf eine Steuerschaltung zum Erregen eines digitalen Treibermechanismus ansprechen kann, um die Größe des Bearbeitungsspaltes, der zwischen einem elektrischleitenden Werkzeug und einem elektrischleitenden Werkstück vorhanden ist, zu steuern, wobei in dem Bearbeitungsspalt periodisch Etromimpulse in Abhängigkeit von Spannungsimpulsen einer Stromversorgung fließen, die eine Ausgangs-Schalterschaltung und eine Schaltereinrichtung zum selektiven Einleiten und Beenden der Versorgung mit Spannungsimpulsen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät folgende Merkmale und Einrichtungen aufweist:

(a) eine Detektorschaltung (18), die an die Stromversorgung zum Erfassen der Spannungs- und Stromimpulse angeschlossen ist;

(b) einen Befehlssignalgenerator (20), der an die Detektoreinrichtung angeschloseen ist, um ein Vorstellsignal in Abhängigkeit von einer bestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Erschein-ungen von lediglich Spannungsimpulsen zu erzeugen, und um ein RückfUhrsignal in Abhängigkeit von einer bestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Erscheinungen von lediglich Stromimpulsen zu erzeugen; und

(c) eine Befehlssignal-Steuereinheit (22), die an den Befehlssignalgenerator, die digitale Treiberschaltung und die Stromversorgung angeschlossen ist, um

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1.) eine erste Anzahl von Befehlssignalen zu erzeugen, die der digitalen Treiberschaltung in Abhängigkeit von dem Rückführsignal zugeführt werden, um das Werkzeug um eine bestimmte Anzahl von digitalen Inkrementen vom Werkstück wegzubewegen; um

2.) eine zweite Anzahl von Befehlssignalen zu erzeugen, die der digitalen Treiberschaltung in Abhängigkeit von dem Vorstellsignal zugeführt werden, um das Werkzeug ein digitales Inkrement zum Werkstück hinzubewegen, und um

3.) ein Steuersignal zu erzeugen, welches der Stromversorgung in Abhängigkeit von dem Rückführsignal zugeführt wird, um die Zufuhr von Spannungsimpulsen aus dieser Stromversorgung zu beenden.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung (18) eine Spannungsdetektorschaltung (46, 52) aufweist, die mit der Ausgangs-Schalterschaltung verbunden ist, um einen Spannungsimpuls zu erfassen und um einen Spannungsdetektorimpuls als eine Funktion davon vorzusehen, weiter eine Stromdetektorschaltung (48, 50) aufweist, die an die Ausgangs-Schalterschaltung angeschlossen ist, um einen Stromimpuls zu erfassen, und um einen Stromdetektorimpuls als Funktion davon zu erzeugen.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Befehlssignälgenerator (20) folgende Einrichtungen aufweist:

a) ein Gatternetzwerk (58), welches auf die Spannungsund Stromdetektorimpulse anspricht, um einen ersten Impuls in Abhängigkeit von dem ausschließlichen Auf-, treten eines Spannungsdetektorimpulses vorzusehen, und

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um einen zweiten Impuls in Abhängigkeit von dem ausschließlichen Auftreten eines Etromdetektorimpulses vorzusehen;

b) eine erste Zählerschaltung (66), die an das Gatternetzwerk angeschlossen ist und einen auf den ersten Impuls ansprechenden ersten Eingang aufweist, um das Auftreten des ersten Impulses zu zählen, weiter einen Rticks teile ingang aufweist, der auf den zweiten Impuls anspricht und ein Vorstellsignal in Abhängigkeit von Zählen einer bestimmten Anzahl aufeinanderfolgender Erscheinungen des ersten Impulses vorzusehen; und

c) eine zweite 'Zählerschaltung (70), die an das Gatternetzwerk angeschlossen ist und einen ersten Eingang aufweist, der auf den zweiten Impuls zum Zählen der Erscheinungen des zweiten Impulses anspricht, einen Rückstelleingang aufweist, der auf den ersten Impuls anspricht und ein RückfUhrsignal in Abhängigkeit zum Zählen einer bestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Erscheinungen des zweiten Impulses vorsieht.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Befehlssignal-Steuereinheit (22) folgende Einrichtungen aufweist:

a) eine Speichervorrichtung (90), die an die Schaltereinrichtung angeschlossen ist und auf das Rückführsignal anspricht, um ein Steuersignal zu erzeugen, wobei das Steuersignal die Schaltereinrichtung zum Beenden der Zufuhr von Spannungsimpulsen erregt;

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b) eine erste Schaltung (74, 76, 78, 80, 82, 84, 36), die an die digitale Treiberschaltung angeschlossen ist und auf das Rückführsignal und das Vorstellsignal anspricht, um die erste Anzahl der Befehlssignale zu erzeugen, die aus einem Richtungssignal und einer Anzahl von digitalen Signalen bestehen, wobei jedes digitale Signal ein bestimmtes Inkrement der Bewegung des digitalen Treibermechanismus wiedergibt und die zweite Anzahl der Befehlssignale aus einem invertierten Richtungssignal und einem der digitalen Signale besteht; und

c) eine dritte Zählschalturig (88), die an die Speichervorrichtung angeschlossen ist und auf die Anzahl der digitalen Signale anspricht, um die digitalen Signale zu zählen und um ein Ausgangssignal zu erzeugen, durch welches das Steuersignal in Abhängigkeit von der Zählung auf eine bestimmte Zahl oder Zählschritt der digitalen Signale beendet wird.

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