DE2249282A1

DE2249282A1 - Vorrichtung zur abtragung von material von einem elektrisch leitenden werkstueck

Info

Publication number: DE2249282A1
Application number: DE2249282A
Authority: DE
Inventors: Job Harm De Jongh; Johannes Josephus Alo Maenhout; Cornelis Van Osenbruggen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1971-10-13
Filing date: 1972-10-07
Publication date: 1973-04-19
Also published as: GB1410039A; CH547679A; CA965845A; FR2157479A5; JPS4846997A; NL7114048A; IT968817B; US3758739A

Description

PHN. 5925. Dipl. - Tuff. F. -.?. κ Τ TFKHMANN

I^r--= ··>'■·'( Va / WJM.

Anmeidsr: N. Y, Philips' Glosüanjp enfabriekeö

Akt. Ne. HttT- $925
Aomeiduna νοβι 6« O-kt β 1972

Vorrichtung zur Abtragung von Material von einem elektrisch leitenden Werkstück.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Abtragung von Material von einem elektrisch leitenden Werkstück durch Funkenerosion, wobei Funken zwischen dem Werkstück und einer Elektrode gezogen werden, welche Vorrichtung einen von einem Motor angetriebenen Elektrodenhalter enthält.

Eine derartige Vorrichtung ist aus "Philips

Technische Rundschau" 30» ^Nr· ⁶/7> ^s· 201 - 215 (19Ö^Q) bekannt. Die auf Seite 208 dieser Veröffentlichung beschriebene sogenannte "Schnellfunkenmaschine" weist den Vorteil auf, dass die Wiederholungsfrequenz der Funkenentladungen in dem Funkenspalt, d.h. in dem Raum zwischen dem Werkstück

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und der Elektrode, hoch ist, so dass die Funkenzerspannungsgeschwindigkeit gross, sein kann. In der bekannten Vorrichtung wird ein Schrittmotor von der Durchschlagspannung über dem Funkenspalt gesteuert. Der Schrittmotor kann z.B. über eine Schraubspindel den Elektrodenhalter antreiben. Nach jedem Funkendurchschlag wird der Elektrodenhalter über einen kleinen Abstand verschoben.

Die bekannte Vorrichtung mit diskontinuier-

licheru Elektrodenverschub eignet sich nicht zum Durchfuhren sehr deiner Bearbeitungen. Zum Anbringen sehr kleiner Löcher in einem Werkstück, wobei mit einer niedrigen Funkenenergie und einem entsprechend engen Funkenspalt gearbeitet werden muss, ist der Antrieb der Elektrode mittels eines Schrittmotors nicht mehr anwendbar, weil der Schrittvorschub grosser als der verlangte Funkenspalt ist.

Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung der in der Einleitung erwähnten Art zu schaffen, die nicht nur schnell wirkt, sondern sich auch zum Durchführen sehr feiner Bearbeitungen eignet. Die Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekonnzeichnet, dass der· Elektrodenhalter ein durch einen elektromechanischen Wandler gebildetes Regelglied für die Elektrode enthält; das, wie der Motor, von einem von dem Zustand des Funkenspaltes hergeleiteten Signal gesteuert wird. Der elektromechanisch© Wandler sichert eine sehr schnelle Feinregelung, wobei die Elektrode in einem für den Verlauf des Furikenzerspannungsvorgangs günstigen Abstand von dom Werkstück gehalten wird. Bei einer bestimm-

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ten Signalstärke wird z.B. ein Schrittmotor eingeschaltet, so dass der Elektrodenhalter über einen bestimmten Abstand bewegt wird. Während des Schrittvorschubes wird die Elektrode durch die schnelle elektroinechanische Regelung in dem richtigen Abstand von dem Werkstück gehalten.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf »eine

Funkenzerspannungsmaschine mit einem Schrittmotor. Auch bei einem Elektrodenantrieb mit Hilfe eines Servomotors kann mittels eines elektromechanischen Wandlers eine Feinregelung des Elektrodenvorschubs erhalten werden.

Vorzugsweise besteht das Regelglied aus einem

beidseitig eingeklemmten piezoelektrischen Element, das eine Anzahl in Richtung des Elektrodenvorschubs über einander angeordneter Platten aus piezoelektrischem Material enthält, welche Platten mit elektrisch leitenden Belägen versehen sind.

Es sei bemerkt, dass die Anwendung piezoelektrischer Elemente in Funkenzerspannungsmaschinen an sich bekannt ist. So wird auf Seiten 212 und 213 der "Philips technischen Rundschau" 30» Nr. 6/7 (1969) eine Funkenzerspannungsvorrichtung beschrieben, in der die Elektrode mit Hilfe eines piezoelektrischen Elements in Schwingung versetzt wird. In dieser Vorrichtung ist das piezoelektrische Element aber einseitig eingeklemmt. Dieses Element ist ein Biege— element und besteht aus einer Metallplatte, die zwischen zwoj Platten aus piezoelektrischem Material festgeklemmt ist. Auf diesen beiden Platten'sind elektrisch leitende

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Beläge angebracht. Die mechanische Festigkeit der bekannten Vorrichtung ist gering, so dass die Regelfrequenz verhältnismäesig niedrig ist. Die Vorrichtung nach der Erfindung weist eine grosso mechanische Festigkeit und eine Re/gelfrequenz auf, die um eine Ordnung grosser als die der bekannten Vorrichtung ist. In der bekannten Vorrichtung wird ferner das piezoelektrische Element direkt von der Spannung über dem Funkenspalt gesteuert, während in der Vorrichtung nach eier Erfindung das Regelglied von einem Signal gesteuert wird, das dadurch erhalten wird, dass Strom durch und/oder Spannung über dem Funkenspalt mit Bezugswerten verglichen werden.

Vorzugsweise ist in der Vorrichtung nach der Erfindung in dem Elektrodenhalter zwischen dem Regelglied und der Elektrode ein hydraulischer Amplitudenverstärker angebracht. Dadurch kann die Amplitude des Steuersignals erheblich herabgesetzt werden.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung, und

Fig. 2 im Detail den in dieser Vorrichtung verwendeten Elektrodenhalter.

In der Vorrichtung nach Fig. 1 wird das Werkstück W von einer Aufspannplatte 1 festgehalten. Das Werkstück befindet sich in einem Kübel 2 mit dielektrischer SpülfBissigkeit 3. Dor Kübo] 2 ist auf einnn Arbeitstisch

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k gesetzt. Dia Arbeitselektrode EL ist in einem Elektrodenhalter 6 befestigt, der seinerseits starr mit einer bewegbaren Säule 7 verbunden ist. Die Säule 7 kann mittels einer von dem Schrittmotor 9 angetriebenen Schraubspindel 8 innerhalb einer Führungssäule 5 auf- und abwärts bewegt werden, die mit der Säule k¹ des Arbeitstisches verbunden ist.

Die Fünkenerzeμgung zwischen der Elektrode

und dem Werkstück erfolgt mit Hilfe eines Impulsgenerators 10, der gut definierte rechteckförmige Strompulse liefert.

Der Vorschub der Elektrode EL muss in Abhängigkeit von dem Verlauf des ZerSpannungsvorgangs geregelt werden. Zu diesem Zweck ist eine Vorrichtung 11 vorgesehen, die den Zustand des Funkenspaltes inisst und in eine Steuerspannung, z.B. eine Gleichspannung, umwandelt. Wie nachstehend auseinander gesetzt wird, kann die Vorrichtung 11 sich auf verschiedene Prinzipien gründen. Die Steuerspannung am Ausgang der Vorrichtung 11 wird über einen Spannungsverstärker 12 einem Regelglied, z.B. einem piezoelektrischen Element, in dem Elektrodenhalter 6 zugeführt.

In Fig. 2 ist dieser Elektrodenhalter dargestellt. In dem Gehäuse 20 ist ein piezoelektrisches Regelglied 21, das aus einer Anzahl Platten 22 aus einem keramischen. Material mit einer bestimmten Vorpolarisation besteht, angebracht. Zwischen den Platten 22 befinden sich elektrisch leitende Beläge 23, die abwechselnd mit den Klemmen Zh und Zh* verbunden sind. Je nach der an die Klemmen Zh und 2^¹ angelegten Spannung wird die Vorpolarisation der

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Platten 22 mehr oder weniger beseitigt werden, wodurch daa Glied 21 eine mehr oder weniger grosse Ausweichung aufweisen wird, so dass auch die Elektrode EL einem spannungsabhängigen Vorschub unterworfen wird.

Sobald die Spannung über dem piezoelektrischen Element einen bestimmten Wert übersteigt, wird über den in Fig. 1 dargestellten Pegeldetektor 13, der einen Differenzverstärker enthalten kann, dem Schrittmotor ein Signal zugeführt, wodurch dieser den Elektrodenhalter über einen gewissen Abstand verschiebt. Die piezoelektrische Regelung ist derart schnell, dass innerhalb der Zeit des Schrittvorschubs des Motors der Abstand zwischen der Elektrode und dem Werkstück nachgeregelt werden kann.

Bei einem FunkenzerSpannungsvorgang lassen sich drei Zustände unterscheiden:

a der gewünschte Zustand, in dem Material von dem Werkstück abgetragen wird. In diesem Falle gibt es eine bestimmte Spannung, die sogenannte Durchschlagspannung, bei der ein Funke zwischen dem Werkotück und der Elektrode auftritt. Nach einem Durchschlag fliesst ein Strom durch den Funkenspalt.

b Der Zustand, in dem wohl eine Spannung über dem Funkenspalt steht, aber kein Strom fliesst.

_c Der Kurzschlusszustand, in dem wohl ein grosser Strom fliesst, aber keine Spannung zwischen dem Werkstück und der Elektrode vorhanden ist.

Zn den beiden letzteren Zuständen wird kein

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Material abgetragen und muss die Elektrode verschoben werden, und zwar in dem Falle b_ auf das Werkstück hin und in dem Falle £ von dem Werkstück ab.

Da jeder der obenerwähnten Zustände durch das

Vorhandensein oder Fehlen eines Stromes durch und einer Spannung über dem Funkenspalt, oder durch die Grosse dieses Stromes oder dieser Spannung gekennzeichnet wird, kann durch Messung einer oder mehrerer dieser Grossen und durch Vergleichen mit Bezugswerten eine Steuerspannung, die über den Zustand des Funkenspalts eine Anzeige gibt, Erhalten werden.

So kann die Durchschlagspannung zwischen der

Elektrode und dem Werkstück gemessen und der Mittelwert der Durchschlagspannung mit einer Bezugsgleichspannung verglichen werden. Mittels des Unterschiedes zwischen der mittleren Durchschlagspannung und der Bezugsspannung kann die Elektrode gesteuert werden.

Ein genaueres Verfahren ist die sogenannte

Wirkungsgradermittlung, bei der der Strom durch sowie die Spannung über dem Entladungsraum gemessen und in einer Logikschaltung verarbeitet wecden. Ein derartiges Verfahren ist in dem Artikel: "Entlade- und Abtragvorgänge sowie Vorschubregelung bei der Elektroerosion" von W. Weigand in der Zeitschrift: "Industrie-Anzeiger" J30, (I969), Nr. Uz, S.in- ' Uk beschrieben.

Das piezoelektrische Regelglied kann auch die

Form eines Ilohlzylinders aufweisen. Die elektrisch leitenden Beläge eind dann auf der Innen- und der Ausseuwand des

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Zylinders angebracht. Die Ausweichung in axialer Richtung
pro Feldstärkeeinheit^ eines derartigen piezoelektrischen
Zylinders ist gering. Die Wand des Zylinders kann aber dünn gehalten werden, so dass eine hohe Feldstärke bei nicht zu
hoher Steuerspannung erhalten werden kann.

Die Erfindung beschränkt eich selbstverständlich nicht auf die obenbeschriebene Ausführungeform. AJ s
Regelglieder können aber auch andere elektromechanische
Wandler verwendet werden, vorausgesetzt, dass die genügend
schnell wirken und die gewünschte Ausweichung herbeiführen. So kann das piezoelektrische Regelglied nach Fig· 1 durch
ein magnetostriktives Element ersetzt werden, das mittols
eines von dem Zustand des Funkenspaltes hergeleiteten Stromes gesteuert wird.

Das Regelglied kann (siehe Fig. 2) direkt mit dem Stab 30 und der Elektrode EL verbunden werden. Für eine derartige Bauart müssen zum Elektrodenvorschub über die
gewünschten Abstände verhältnlsmässig grosse Steuersignale
(z.B. Steuerspannungen bis 1500 V) verwendet werden. Insbesondere die Verstärkung von Gleichspannungen auf einen derartigen Wert kann Schwierigkeiten bereiten. Um grosse Steuersignale zu vermeiden, kann der Elektrodenhalter mit einem hydraulischen AmplitudenverstHrker versehen werden, wie in
Fig. 2 dargestellt ist.

In dem Elektrodenhalter sind zwei Membranen

25 und 27 mit verschiedenen Oberflächen angebracht. Zwischen diesen Membranen befindet sich ein Halter 26 mit unkomprimier-

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barer Flüssigkeit 28» Die Ausweichung des piezoelektrischen Elements 21 wird auf die Membran 25 übertragen. Die Verschiebung dieser Membran wird über die Flüssigkeit auf die Membran 27 übertragen. Das Verhältnis der-Oberflächen der Membranen 25 und 27 bestimmt den Verstärkungsfaktor der Amplitude der Ausweichung, die die Elektrode erfährt. Die Steuerspannung für das piezoelektrische Element kann um einen gleichen Faktor verringert werden. In einer Ausführungsforra einer Vorrichtung nach' der Erfindung mit einem piezoelektrischen Regelglied betrug der Schrittvorschub des Schrittmotors 1,25 /um. Dieser Vorschub wurde in 1 msec erreicht. Die maximale Steuerspannung für das piezoelektrische Element betrug 500 V und der Verstärkungsfaktor des hydraulischen .Verstärkers war 10. Bei 1000 Hz betrug die Impedanz des piezoelektrischen Elements 16 k£^. Das Regelglied bestand aus zehn Platten mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Dicke von 1 mm. Die Platten waren aus einem keramischen piezoelektrischen Oxyd zusammengesetzt.

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Claims

PHN. 5925. - ίο - PATENTANSPRÜCHE .

1. J Vorrichtung zur Abtragung von Material von einem elektrisch leitenden Werkstück durch Funkenerosion, wobei Funken zwischen dem Werkstück und einer Elektrode gezogen werden, welche Vorrichtung einen von einem Motor angetriebenen Elektrodenhalter enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenhalter ein durch einen elektromechanischen Wandler gebildetos Regelglied für die Elektrode enthält, das, wie der Motor, von einem von dem Zustand des Funkenspaltes hergeleiteten Signal gesteuert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelglied ein beidseitig eingeklemmtes piezoelektrisches Regelglied ist, das eine Anzahl in Richtung des Elektrodenvorschubs übereinander angeordneter Platten aus piezoelektrischem Material enthält, die mit elektrisch leitenden Belägen versehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Elektrodenhalter zwischen dem Regelglied und der Elektrode ein hydraulischer Amplitudenverstärker angebracht ist.

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