DE2244517A1

DE2244517A1 - Geraet zum erfassen der zustaende eines bearbeitungsspaltes bei einem funkenerosionsbearbeitungsprozess

Info

Publication number: DE2244517A1
Application number: DE2244517A
Authority: DE
Inventors: Jerry Earl Losey
Original assignee: Milacron Inc
Current assignee: Milacron Inc
Priority date: 1971-11-08
Filing date: 1972-09-11
Publication date: 1973-05-24
Also published as: US3699301A; CA928396A; CH541382A; FR2160067A5; GB1354220A

Description

Kor! Λ. 3 ro se ZZ44Ö I /

J M .IIJ.ÜII -

v.l/sta - 1215 F München-Pullach, den 7. Sept. 1972

CINCINNATI MIACEON INC., 4701 Marburg Avenue, Cincinnati, Ohio, 15 209, US 4.

Gerät zum Erfassen der Zustände eines Bearbeitungsspaltes bei einem Furikenerosionsbearbeitangsprozeß

Die Erfindung betrifft allgemein das Problem, bei einem "Funkenerosionsbearbeitungeprozeß (EDM-Prozeß) die elektrischen Zustände des Bearbeitungs3palte.i zu erfassen. Speziell betrifft die Erfindung ein einheitliches Gerät zum Erfassen des Stromes im Bearbeitungsspalt bzw. betrifft ein Gerät zum Peststellen der Zustände des Bearbeitungsspaltes, insbesondere bei der Bearbeitung mit hohen Spitzenströmen and sehr kurzen "EIN"-Zeiten.

Sines der größten Probleme bei einem EDM-Prozeß besteht darin, die elektrischen Zustände im Bearbeitungsspalt festzustellen. Ss gibt bereits verschiedene Verfahren, um alle möglichen Veränderlichen während des Bearbeitungsprozesses abzutasten. Das Abtasten einer Variablen kann dazu verwendet werden, eine Reihe von Steuervorgängen einzuleiten, u. zw. während des Prozesses. Sine typische Abtastmethode besteht darin, die Ionisationsspannung während einer Entladung zu messen und dann die geeigneten Maßnahmen einzuleiten, wenn diese Spannung unterhalb eines bestimmten Bezugswertes abfällt.

Die Verwendung der Ionisationsspannung als Bezugsvariable ist jedoch mit verschiedenen Nachteilen behaftet. Die Entwicklung oder Ableitung der I oni sat ions spannung itifc von unbestimmter

309821 /06SA

Natur und ist eine Funktion der Schaltungsinduktivität, die in der Stromversorgung enthalten ist und ebenso in den Verbindungskabeln enthalten ist. Die Schaltungsinduktivität steuert die Änderungs folge des Stromes durch die Schaltung; und damit die flüchtige Natur der Ionisationsspannung. Die Situation wird weiter durch die Tatsache erschwert, daß die Schaltungsinduktivität als Funktion der,Kabellänge von der Stromversorgung schwankt und ebenso als Funktion der Art und Weise, in welcher die Kabel an die Maschine angeschlossen werden, schwankt.

Um daher der Ionisationsspannung einen Zeitraum für die Stabilisierung zu geben, wird die Messung der Ionisationsspannung typisch um eine bestimmte Zeitperiode, nachdem die "entladung auftritt, verzögert. Wenn mit typischen Größen der "SIN"-Zeit und Spitzenstrom gearbeitet wird, so sind die vorhandenen Systeme zum Messen der Ionisationsspannung, um die Bearbeitungsspalt zustände festzustellen, angebracht. Bei neueren Stromversorgungen mit höheren Stromspitzenwerten und wesentlich kürzeren "EIN"-Zeiten steht keine ausreichende Zeit zur Verfugung, um die Ionisationsspannung vor dem Ende der "SIN"-Zeit zuverlässig zu messen. Wenn die Zeitverzögerung der Ionisationsspannungsmessung verkürzt wird, so wird die Ionisationsspannung dann vor ihrer Stabilisierung erfaßt, was zu fehlerhaften Informationen führen kann. Demzufolge wird bei der Verwendung der Ionisationsspannung als Variable zur Überwachung der Spalt zustände eine schwerwiegende Grenze für zulässige "EIlI"-Zeiten gesetzt, die bei höheren Spitzenströmen verwendet werden können.

Die vorliegende Erfindung schafft nun ein Gerät, durch welches die Möglichkeit geschaffen wird, die Zustände in dem Bearbeitungsspalt unabhängig von der Schaltungsinduktivität zu messen; und damit wird auch die "SIN"-Zeit-Spitzenstrom-Kapazität der LJt rom ve r 3 orgung nicht verschlechtert.

Die Wrfindung schafft somit ein Gerät für die Verwendung bei einem ilTW-S troinveruorgungsgerät mit einer Iei3tung9-Schalter-

30982 1/0654

BAO ORIGINAL

schaltung, die auf eine Gleichspannungsquelle und auf Impulse aas einer Oszillatorschaltung mit geringer Leistung anspricht. Die Leistunge-3ehalterschaltung erzeugt Arbeitsstromimpulse in * einem Bearbeitungsspalt, der zwischen einem elektrisch leitenden Werkzeug und einem elektrisch leitenden Werkstück vorhanden iet. Sine Steuerschaltung spricht auf jeden der Impulse mit niedriger Leistung an, um ein Steuersignal für eine bestimmte Zeitperiode zu erzaugen. Eine schaltende Schaltung ist zwischen äen Oszillatorkreis und die Leistungs-Schalterschaltung geschaltet, um den Oszillatorkreis elektrisch von der Leistungs-Schalterschaltung in Abhängigkeit von dem Steuersignal zu trennen. Eine hochohmige Abtastschaltung ist zwischen der Gleichspannungsquelle und dem Bearbeitungsspalt angeschlossen, um an den Bearbeitungsspalt während einer bestimmten Zeitperiode ein Abtastsignal anzulegen. Eine Stromdetektorschaltung spricht auf das Abtastsignal an, um den durch den Bearbeitungsspalt fließenden Strom zu erfassen, wodurch eine genaue und zuverlässige Anzeige der elektrischen Zustände des Bearbeitungsspaltes erhalten werden kann.

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

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Gerätes nach der vorliegenden Erfindung; und ~

■pig. 2 einen detaillierten Schaltplan einer bevorzugten Ausführungsform, nach der Erfindung.

¹⁵¹Ig. 1 zeigt ein allgemeines Blockschaltbild des Gerätes nach der Erfindung. Eine Stromversorgung 10 erzeugt auf den Ausgangsleitungen 12 und H Bearbeitungsimpulse, die dem Bearbeitungsspalt 16 zugeführt werden, der zwischen einem elektrisch leitenden Werkzeug 18 und einem elektrisch leitenden"Werkstück 2C ausgebildet ist. Wenn die Zustände des Spaltes richtig •nnd, so eräugen die B ear be it ungs impulse elektrisch·?

309821/0854

BAD ORIGINAL

Entladungen über dem Bearbeitungsspalt, wodurch Material von dem Werkstück entfernt wird. Während des Bearbeitungaprozesses werden das Werkzeug und das Werkstück in einem dielektrischen Medium untergetaucht; darüber hinaus wird die Verschiebung zwischen Werkzeug und Werkstück in bekannter Weise gesteuert. Die Bearbeitungsimpulse werden durch eine Leistunga-Schalterschaltung 22 erzeugt, welche den Ausgang einer Gleichspannungsquelle 24 in Abhängigkeit von Impulsen niedriger Leistung eines Oszillatorkreises 26 schaltet. Die Impulse niedriger Leistung weisen eine Impulsdauer oder EIN-Zeit und eine Zwischenimpulsdauer oder AUS-Zeit auf, um die Impulsbreite und die Impulsfolge frequenz der Bearbeitungsimpulse am Ausgang der Stromversorgung zu steuern. Die Steuerschaltung 28 spricht auf die Impulse niedriger Leistung an und arbeitet in Verbindung mit einer Schalter-Schaltung 30, um das Anlegen der Impulse niedriger Leistung an die Schalterschaltung zu verhindern. Die Steuerschaltung 28 spricht auf jeden der Impulse mit niedriger Leistung an, um ein Steuersignal für eine bestimmte Zeitperiode zu erzeugen. Das Steuersignal erregt die Schalterschaltung 30 und trennt den Oszillator 26 von der Leistungs-Schalterschaltung Während der genannten bestimmten Zeitdauer spricht eine Abtastschaltung 32 auf die Steuerschaltung 28 und die Gleichspannungsquelle 24 an, um ein Abtastsignal dem Bearbeitungsspalt zuzuführen. Die Abtastschaltung 32 ist so ausgelegt, daß aie eine hochohmige Komponente aufweist, die sehr viel größer ist ala die Induktivität der Entladestrecke; dies führt daher zu einer Entladung über dem Spalt mit einem Stromsignal, welches einer idealen Rechteckwellenform angenähert ist. Der Stromdetektor 34 spricht auf das Abtastsignal an, um ein Stromsignal im Bearbeitungsspalt zu erfassen. Da das Stromsignal der Rechteckwellenform sehr nahe kommt, läßt sich eine sehr genaue Messung des Stromes erzielen. Am Ende der genannten bestimmten Zeitperiode beendet die Steuerschaltung 28 das Steuersignal und das Abtastsignal. Bei Abwesenheit des Steuersignals legt die Sehalterschaltung 30 die Impulse niedriger Leistung aus dem Oszillatorkreis 26 an die Leistungs-Schalterschaltung 22 an. Das zuvor beschriebene Gerät erzeugt ein Abtastsignal für eine oder

309821/0654

nur ein paar Mikrosekunden, welches ein sehr genaues und zuverlässiges Abtasten der Spaltzustände ermöglient, wenn mit Spitzenströmen und sehr kurz dauernden EIN-Zeiten gearbeitet wird.

"Pig. 2 zeigt einen detaillierten Schaltplan einer bevorzugten Ausfuhrungsform nach der Erfindung. In der Steuerschaltung 28 ist ein monostabiler Multivibrator 33 enthalten und dieser spricht auf die Abfallflanke der EIF-Zeit der Impulse niedriger Energie aus dem Oszillatorkreis 26 an.

Eine Speichervorrichtung, die typisch als Flip-Flop vorliegen kann, ist an den Multivibrator 33 angeschlossen und erzeugt ein Ausgangssignal, welches durch einen Ausgangsimpuls aus dem Multivibrator 33 eingeleitet wird. Das Ausgangssignal aus der Speichervorrichtung 36 schaltet die Transistoren 4-0 und 42 in den leitenden Zustand und führt das Steuersignal aus der Steuerschaltung 28 zu einem Eingang der Schalterschalt.ung 30. Die Sehalterschaltung 30 besteht aus einem Transistor 44, der in Abhängigkeit von dem Steuersignal in den leitenden Zustand geschaltet wird. Der Transistor 44 shuntet den Ausgang .des Oszillatorkreises 26, wodurch der Oszillatorkreis 26 von der Leistungs-Schalters chaltung 22 getrennt wird. Es sei hervorgehoben, daß die besondere Auslegung der Sehalterschaltung 30 für den Gegenstand der Erfindung nicht kritisch ist. Die Schalterschaltung kann zum Beispiel ein Reihenschalter, also'im Gegensatz zu dem dargestellten Shuntschalter, sein.

Der Multivibrator 33» der Beginn des Steuersignals und die Betriebsweise der Sehalterschaltung 30 sprechen auf die Abfallflanke der EIN-Zeit der Impulse niedriger Leistung an. Der Oszillatorkreis 26 wird daher von der Leistungs-Schalterschaltung 22 während'des größten Teils-der AUS-Zeit und während der Vorderflanke der EIN-Zeit getrennt. Die Vorderflanke der EIN-Zeit der. Impulse niedriger Energie erregt einen monostabilen Multivibrator 38, der einen Taktimpuls für die Spaltabtastschaltung 32'erzeagt. Dieser Taktimpuls schaltet die Transistoren 43 und 50 in den leitenden Zustand. Der Emitter des

3098 21/065V

Transistors 50 13t mit der Gleichspannungsquelle 24 verbunden; die Abtastschaltung 32 erscheint daher ala typische Ausgangs-Schalterstufe und aie legt ein Abtastsignal an den Bearbeitungsspalt an« Es besteht jedoch ein grundlegender Unterschied zwischen der Abtastschaltung 32 und einer typischen Ausgangs-Schalterstufe. Der Kollektorwiderstand 52 des Transistors 50 ist β ehr groß, Vörgliulien mit dem Testwiderstand der I-eiöt ungeschält einschaltung 22, beispielsweise kann der Widerstand 52 .typisch 1C0mal größer 3ein als der lastwiderstand der Leistungs-Schalterschaltung 22. Diese hochohmige Komponente reduziert wesentlich die Zeitkonstante der Schaltung,' in einen Bereich von 0,02 χ 10 bis 0,06 χ 10~^D. Daher folgen St'romübergänge in dieser Schaltung der Eingangsgröße oder dem Abtastsignal. Da das Abtast signal eine Rechteckwelle iat, so nähern sich die Stromübergänge durch den Widerstand 52 sehr nahe einer Rechteckwelle. Demzufolge führt ein Stromsignal durch den Widerstand 52 zu einer sehr genauen stabilen erfaßten Größe bzw. Variablen. Dies trifft insbesondere zu, wenn mit hohen Spitzenströmen und sehr kurzen EIN-Zeiten gearbeitet wird. Unter diesen Voraussetzungen lassen sich Systeme gemäß dem Stand der Technik nur sehr schwierig regeln und sind sehr ungenau. Das Erfassen des Stromes kann darüber hinaus unmittelbar als Antwort auf einen Oszillatorimpuls erfolgen, während dag Erfassen der Ionisationsspannung eine bestimmte zeitliche Verzögerung erfordert, bis die Entladung sich stabilisiert hat.

Durch die Rückflanke des Taktimpulses au3 dem mönostabilen Multivibrator 38 werden die Transistoren 48 und 50 in ihren nichtleitenden Zustand zurückgeschaltet; das Abtastsignal wird beendet. Zusätzlich wird die Speichervorrichtung 36 durch die hintere Flanke des Taktimpulses aus dem Multivibrator 38 zurückgestellt. Die Transistoren 40 und 42 sind daher in ihren nichtleitenden Zustand zurückgeschaltet, und das Steuersignal wird beendet. Der Transistor 44 in der Schalterschaltung 30 wird in den nichtleitenden Zustand geschaltet, und die Impulse niedriger Energie aus dem Oszillatorkreis 26 werden der Treiberschaltung 45 innerhalb der Leistungs-Schalterschaltüng 22 zugeführt

3098 21/0654

Die T reiber schaltung 45 erregt die Ausgangs-Sehalt er stufe 46, wodurch. Bearbeitungsimpulse aus der Lei st ungs-S ehalt er schaltung 22 erzeugt werden.

Eingänge zu einer Detektorschaltung 34 sind an den Widerstand 52 angeschlossen. Die Zenerdioden 54 und 56 werden dazu verwendet, um einen bestimmten Detektorwert zu definieren. Wenn der durch den Widerstand 52 fließende- Strom einen bestimmten Wert"nicht überschreitet, so sind die Zustände im Bearbeitungsspalt angemessen, um eine anschließende Entladung aufrechtzuhalten. Wenn jedoch der durch den Widerstand 52 fließende Strom einen bestimmten Wert überschreitet, so sind die Zustände im Bearbeitungsspalt nicht angemessen, um eine anschließende Entladung zu unterstützen. In diesem Pail werden die Transistoren 58 und 60 in den leitenden Zustand geschaltet, und es wird ein Signal einer Stutter-Schaltung 62 zugeführt. Einzelheiten der Stutter-Schaltung sind aus dem Stand der Technik bekannt. Insbesondere ist in der US-Patentschrift Nr. 3 483 847 eine Stutter-Schaltung beschrieben, die in Verbindung mit dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann. Wie der Fachmann erkennt, so stellt die Verwendung einer Stutter-Schaltung nur ein Bei-spiel für einen Korrektur ν or gang, der angewendet werden kann, dar. Das Abtastgerät, welches hier beschrieben wurde, kann dazu verwendet werden, eine Bearbeitungsimpulsenergiesteuerung oder eine Schaltung zum Beenden der Bearbeitungsimpulse einzuleiten. Die Abtastschaltung kann weiterhin dazu verwendet werden, um die Strömungsgeschwindigkeit des Dielektrikums durch den Bearbeitungsspalt zu verändern, oder kann dazu verwendet werden, eine Änderung in der Größe des Bearbeitungsspaltes einzuleiten. Wenn am Ausgang der Detektorschaltung ein Signal erscheint, so leitet die Stutter-Schaltung 62 einen Stutter-Betrieb ein. Wenn der durch den Widerstand 52 fließende Strom nicht den bestimmten Wert erreichtj so wird von der Detektorschaltung 34 kein Signal erzeugt; und der Betrieb der Stutter-Schaltung 62 wird gesperrt.

Da die EIN-Zeit um das Steuersignal aus der Steuerschaltung

309821/0654

22US17

verzögert wird, beträgt die tatsächliche Bearbeitung ^-JlTi-Zeit ν..:·ηΪ£Θ2 als die vor^evviul fc<_:> Dauer·. Dies kann durch eine Ei ti— ^ I ο11αng im Oszillatorkreis 26 kompensiert werden. Typisch besteht der Oezillatorkreis aus einem frei laufenden Multivibrator. Eine Seite des Multivibrators definiert die SIN-Zeit, während die andere Seite die AUS-Zeit definiert» B,ei Verwehdung des Gerätes nach der vorliegenden Erfindung kann der frei laufende Multivibrator durch Erhöhen der 2IN-Zeit um eine feste Dauer (mittels eines festen Widerstandes) abgeändert werden» u. zw. auf eine feste Diuer» die gleich der bestimmten Zeitperiode ist, die durch das Steuersignal dei'iniert ist. Auf diese Weise entspricht die SIN-Zeit der "Bearbeitangaimpulse der ausgewählten 'ilN-Zeitdauer.

Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einem bevorzugten Ausführungfibeispiel beschrieben _#wurde, ist sie nicht auf Einzelheiten dieses Ausführungsbeispiels beschränkt. Js lassen sich vielmehr eine Keihe von Abwandlungen und Änderungen vornehmen, ohne dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in der Zeichnung veranschaulichten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung»

3U982W0 6 5i. _Β/φ original

Claims

Pat e η t a η s ρ r ü c h

1y Gerät zum Erfassen der Zustände eines Bearbeitangsspaltes bei einem Funkenerosionsbearbeitungsprozeß (SOM), mit einer Stromversorgung, die zum Teil aus einer Leisbungs-Schalterschaltang besteht, die auf eine Grleich.spannungf3qu.elle und aai' Impulse niedriger Energie eines Oszillaborkreises anspricht, um Bearbeitungsimpulse dem Bearbeitungsspalb zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät folgende Hinrichtungen und Merkmale aufweist:

a) eine erste Schaltung (28, 30), die an den Oszillatorkreis zum Sperren des Auftretens eines Bearbeitungoimpulses für eine bestimmte Zeitperiode angeschlossen ist;

b) eine Abtastschaltung (32), die zwischen dem Bearbeitungsspalt und der Gleichspannungsquelle geschaltet isb und auf die erste Schaltung zum Zuführen eines Abtastsignals zum Bearbeitungsspalt während der genannben be'ubLmmben Zeitperiode anspricht; und

c) eine Stromdetektorschaltung (34), die auf das Abbasbsignal zum Messen des während der genannben bestimmten Zeitperiode durch den Bearbeitungsspalt fließenden Stromes anspricht.
2. Gerät nach Anspruch 1 ,' dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltung folgende Merkmale und Einrichtungen aufweist:

a) eine Steuerschaltung (28), die zum Erzeugen eines Steuersignals für eine bestimmte Zeitperiode auf jeden der Impulse niedriger Energie anspricht; und

b) eine Schalter-Schaltung (30), die zwischen dem Oszillatorkreis und der Leistungs-Schälterschaltung geschaltet ist und auf das Steuersignal anspricht, um den Oszillatorkreis von der Leistungs-Schälterschaltung in Abhängig-

309821/0654

-1C-

22U517

keit von dem Steuersignal zu trennen.
3, Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastschaltung (32) einen Widerstand aufweist, dessen Wider-standsweirt nahezu lOOmal größer ale der Widerjtandswert dun Widerstandes der Leistungs-Schaltersehaltum; Lot.
4. Gerät nseh Anspruch 3» dadurch gekennseLehnet, daß der vViderstandswerfc des Widerstandes dor Abtaataclinltang (32) ·:iί.e Größe au ["weist, um eine Zeit konstante in der ^rrö

-6 -6

von 0,02 x: 10 bis 0,06 χ 10 in einer Schaltung hen, die aus der Abtastschaltung und dem Bearbeί besteht.

309821/0654 _{BÄD 0RIGINA1}.

ff

Leerseite