DE2316604C3 - Verfahren zur funkenerosiven Bearbeitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Abstands zwischen der Wcrk/.eugelektrodc und der Werkstückclektrodc einer funkencrosivcn Bearbeitungsmaschine. )e nach der Größe der Betriebsparameter, also etwa der Funkenspannwngt der Stromdnner, der Funkenfrequen? oder des Volumens der zwischen den Elektroden befindlichen Arbeitsflüssigkeit ergibt steh auch ein ganz optimaler Elektrodenabstand, und da während eines Bearbeitungsvorgangs Material von der Werkstöckelektrode abgetragen wird, ist ein Servomechanismus zum Nachführen der Werkzeugelektrode vorhanden, damit dieser optimale Elektrodenabstand mögliehst genau erhalten bleibt. Zu diesem Zweck

to werden dem Servomechanismus bestimmte Steuersignalezugeführt.

So ist beispielsweise aus der AT-PS 2 55 604 ein Verfahren bekannt geworden, bei dem die Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugelektrode unter dem Einfluß von Strom- u,id Spannungssignalen geregelt wird, d. h. es wird registriert, ob bei jedem Entladezyklus eine Spannung zwischen den Elektroden auftritt oder nicht auftritt und ein Strom zwischen den Elektroden fließt oder nicht fließt; treten innerhalb einer gewissen

μ Zeit mehr Stromsignale als Spannungssignale auf, dann wird die Vorschubgeschwindigkeit verringert, treten mehr Spannungs- als Stromsignale auf, dann wird die Vorschubgeschwindigkeit vergrößert. Bei diesem Verfahren muß also die jeweils günstigste Vorschubgeschwindigkeit vorgegeben sein; weiterhin ist nachteilig, daß kein selbstregelnder Optimierungsprozeß stattfindet, weil der Bereich, in dem viel Strom- und Spannungsimpulse vorhanden sind, in dem also keine Nachregelgröße erzeugt wird, Elektrodenabstände

m umfaßt, bei denen durchaus kein Maximum an Abtragslcistung und kein klcinstmöglicher Verschleiß der Werkzeugelcktrodc erzielt wird.

Ein anderes bekanntes Verfahren (Industrie-Anzeiger, März 1971, Seile 499/501) unterscheidet daher

1Ί zwischen abtragswirksamen und abtragsunwirksamcn Spannungsimpulsen, wobei sowohl das Über- als auch das Unterschreiten der Funkcnbrcnnspannung als abtragsunwirksam definiert wird. Trotzdem genügt dieses Verfahren nicht zur Optimierung der Arbeilsbc-

•to dingungen, weil hierfür ein Überschreiten der Funkcnbrcnnspannung bei jedem Enthkiczyklus geradezu notwendig ist und weil ein genaues Einhalten der Ftinkcnbrcnn.spannung sogar schädlich ist.
Auf diesen letzten Punkt ist bereits in der CH-PS

v, 5 00 039 hingewiesen worden, weil das genaue Einhalten der Funkenbrennspannung entweder auf einen Elektrodennebenschluß oder auf eine zu starke Ionisierung der Arbeitsflüssigkeit hindeutet. Daher wird in der genannten Vorvcröffcnllichung vorgeschlagen.

w die sich bei jedem Enllacle/ykltis als weil über der Funkcnbrcnnspannung liegende Spannungsspilzc bemerkbar machende Übcrschlagsver/ögcrung als Kriterium für den Betriebszustand auszunutzen.
Zusammenfassend kann gesagt werden, daß nach

v> dem vorbckannicn Stand der Technik eine echte Optimierung der Arbeitsbedingungen einer funkencrosivcn Bearbeitungsmaschine nicht erreicht wurde, teils weil die das Optimum eingrenzenden Kriterien zu unscharf waren, teils weil das Optimum nur von einer

Mt Seite begrenzt wurde.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, bei dem der zu regelnde Iklricbsparumctcr dadurch automatisch auf seine optimale Größe gesteuert wird, daß sowohl ein Über- als auch ein

"·■> Unterschreiten dieser optimalen Größe gcgcnregelndc Kräfte auslöst, die auf den zu regelnden Belriebsparamclcr einwirken. Werden dabei die Meßkrilerien zur Erfassung des Istwertes des Betriebsparameters zweck-

entsprechend gewählt, so findet eine Optimierung des Betriebsparameters auch dann statt, wenn die absolute Größe des optimalen Sollwertes gar nicht bekannt ist, Piese Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst, Anspruch 4 beschreibt eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäBen Verfahrens,

Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß die Meßkriterien zur Erfassung des Istwertes des zu regelnden Betriebsparameters als Funktion dieses Betriebsparameters einen gegenläufigen Verlauf haben müssen, daß also beim Unterschreiten des Optimums das eine Fehlersignal und beim Überschreiten des Optimums das andere Fehlersignal größer wird

Unter der Voraussetzung, daß der einem Spannungsimpuls nachfolgende Stromimpuls eine fest vorgegebene Dauer aufweist und daß die Pausenzeit zwischen dem Ende eines Stromimpulses und dem Beginn des nächstfolgenden Spannungsimpulses ebenfalls fest vorgegeben ist, wurde bei der erfindiingsgemäßen Optimierung des Elektrodenabstandes gefunden, daß die Kurzschlußhäufigkeit auf der einen und die mittlere Dauer der Überschlagsverzögerung auf der anderen Seite zweckmäßige Optimierungskritcricn darstellen, weil ersterc mit größer werdendem Elektrodenabstand fällt, während letztere mit größerer werdendem Elektrodenabstand ansteigt. Die Verhältnisse sind in Fig. 1 qualitativ veranschaulicht: Hier ist über dem Elektrodenabstand als Abszisse die mittlere Dauer Λ der Überschlagsverzögcrung und die Kurzschlußhäufigkeit B aufgetragen; es leuchtet ohne weiteres ein, daß die den Wirkungsgrad oder auch die Ablragslci.slung kennzeichnende Kurve für denjenigen Elektrodenabstand ihr Maximum hat, bei dem die Einflüsse von Λ und B im Gleichgewicht sind. Der zusätzlich eingetragene Verschleiß C der Werkzeugelekirode hat mit der Erfindung unmittelbar nichts zu Hin: auch ist bekannt, daß Kurzschlußhäufigkeil B und Werkzeugeleklrodenversehlciß Ccinander proportional sind.

In der Zeichnung ist in schcmalischer Weise und als Beispiel eine Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. I ein erläuterndes Diagramm:

Fig. 2 ein Prinzipschalibild der Regelung zur Einstellung der Elektrode; und

Fig.3 ein vollständiges .Schaltschema dieser Einrichtung.

Fig. 1 ist ein Diagramm, das als Funktion der Funkenweglänge oder der Spaltlängc, die als Abszisse aufgetragen ist, den Verlauf verschiedener Kurven veranschaulicht, die dim Kurzschlußverhältnis, dem Wartezeitverhältnis, der Bearbeitungsleistung und dem Verschleiß der Elektrode entsprechen. Die Kurve Λ entspricht dem Warlczcilvcrhällnis und die Kurve B dem Kurzschlußverhältnis. Diese beiden Kurven sind praktisch auf ihrem Minimalwcrt für einen bestimmten Wert des Spaltes, nämlich auf etwas unterhalb 20 μ in dem gewählten Beispiel. Man bemerkt, daß für diesen Spaltwert die Kurve C, welche die volumetrische Abnutzung der Elektrode veranschaulicht, auch ihren niedrigsten Wert erreicht, während die die Bcarbci-Uingsleistung darstellende Kurve η ihr Maximum erreicht.

Dieses Diagramm erklärt das Interesse, die Funkenwcglängc auf einem sehr genauen Wert zu halten. Tatsächlich nimmt die Wartezeit oberhalb dieses optimalen Wertes ;.u, während sich unterhalb davon das Kutzschlußverhältnis ebenfalls vergrößert. In beiden Fällen sinkt die Leistung schnell, und für Funkenwegisngen, die kleiner nls die optimale Weglänge sind, nimmt der Verschleiß der Elektrode sehr schnell zu,
F i g, 2 zeigt ein Prinzipschsltbild für die Regelung d-2r

<i Funkenweglänge mit dem Ziel, diese konstant auf ihrem optimalen Wert zu halten, Der Block 1 stellt die Bearbeitungszone dar, die zwischen der Elektrode und dem zu bearbeitenden Werkstück liegt. Eine Leitung 2 überträgt die zwischen der Elektrode und dem zu

ίο bearbeitenden Werkstück herrschende Momentanspannung. Diese Spannung wird an drei Blöcke 3, 4 und 5 geführt, die elektronische Schaltungen umfassen, um die Regelgröße der Funkenweglänge, das Wartezeitverhältnis bzw. das Kurzschlußverhältnis zu bestimmen.

Die beiden Blöcke 6 und 7 liefern jeweils eine Analogspannung als Funktion der Ausgangssignale der Blöcke 4 bzw. 5. Man erhält auf diese Weise zwei Spannungen, deren Amplituden das Wartezeitverhältnis bzw. das Kurzschlußverhäitnis definieren. Die von dem

_>o Block 6 gelieferte Spannung vermindert sich als Funktion des Wariezeitverhältnisses, während sich die von dem Block 7 gelieferte Spannung mit dem Kurzschlußverhältnis vergrößert.

Diese beiden Spannungen werden an eine Additionsschaltung 8 angelegt, und ihre Summe wird durch eine Leitung 9 an einen Eingang einer Subtraktionsschaltung 10 übertragen, deren anderer Eingang ein Signal erhält, das den Regelwert der Funkenweglänge definiert. Der Ausgang der Schaltung 10 betätigt eine Servosteue-

ii) rungsvorrichtung 11 zum Vorschub der Elektrode in Richtung des zu bearbeitenden Werkstäcks. Der Pfeil 12 am Ausgang der Vorrichtung 11 zeigt symbolisch an. daß diese Vorrichtung auf die Bearbeitungszone 1 wirkt, während die Bearbcitungsgeschwindigkcit. die durch

)i den Pfeil 13 veranschaulicht ist, auf die Bearbeitungs/.one in umgekehrtem Sinn zum Vorschub der Elektrode wirkt.

Fi g. J zeigt schematisch die Schaltung einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, um den Abstand der Elektrode- zum Werkstück genau zu regeln. Die Bearbeitungszone 1 liegt zwischen dem zu bearbeitenden Werkstück 20 und der Elektrode 21, deren Verschiebungen von einem Servomechanismus 22 vorgenommen werden. Der

Γ, Bcarbeitungsstrom zwischen der Elektrode 21 und dem Werkstück 20 wird von einem Leistungstransistor Ti gesteuert, der in Reihe mit einer Gleichstromquelle 23 liegt. Der Transistor Ti bezweckt die Schaffung von aufeinanderfolgenden Impulsen des Bearbcilungsstro-

v> nies gemäß einem bekannten Prinzip.

Man weiß, daß die Entladung nicht in allen Fällen gleichzeitig mit der Anlegung der Spannung zwischen der Elektrode und dem Werkstück einsetzt und daß eine oft von einem Impuls zum folgenden variierende

■« Wa.-iCieit zwischen der Anlegung der Spannung und der Herstellung des Funkenstroms vergeht. Das Einsetzen des Stromes wird durch den Spannungsabfall festgestellt, der durch den Durchgang des Bearbeitungsstroines durch einen Widerstand R\ erzeugt wird. Diese

w) Regelspannung wird an eine Triggerschaltung 24 angelegt, die dazu bestimmt ist, ein Signal bestimmter Form als Funktion ihrer Eingangsspannung zu liefern, Dieses Signal gelangt über einen Umschalter St an eine monostabil Kippschaltung 25, die eine monostabile

μ Kippschaltung 26 betätigt, deren Signal mittels eines Umpolschalters 27 an die Basis des Transistors Γι angelegt wird.

Die Triggerschaltung 24 und die Kippschaltung 25

und 26 werden von einer Stromquelle 28 gespeist, die von der Quelle 23 unabhängig ist. Die Zeitkonstanle der Kippschaltung 26 bestimmt die Dauer des Intervalls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen, d. h. zwischen dem Ende eines Strominipulses und der Anlegung der den folgenden Impuls hervorrufenden Spannung. Die Kippschaltung 25 bestimmt die Dauer des Stromimpulses, wenn ihr Eingang mit der Triggerschaltung 24 verbunden ist. Tatsächlich gibt die Triggerschaltung zur Zeit der Herstellung des Entladungsstrom·; nach Anlegung der Bearheitiingsspannung an die Elektrode ein Signal. (Ins der Kippschaltung 25 ermöglicht, nach einer bestimmten /eil in ihre Ruhestellung zurückzugelangen. Wenn sich die Kippschaltung 25 in ihrer Ruhestellung befindet, gibt sie ein Signal, das die Stellung der Kippschaltung 26 ändert und den Strom unterbricht, der durch Γι während der Instabilitätsdaiierder Kippschaltung 26fliel.it.

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Ausgangssignal der monostabilen Kippschaltung 26 gesteuert.

Die Detektorschaltung 31 für das Warle/eitvcrhällnis ist analog der .Schaltung 30 ausgebildet, ist aber so eingerichtet, daß sie jedesmal ein Alisgangssignal abgibt, wenn die Spannung an der Elektrode 21 höher als die von dem Spannungsteiler R₄, R^ gelieferte Bezugsspannung ist. Dieser Spannungsteiler wird so eingestellt, daß er ein Potential, das geringfügig über dem der Elektrode 21 liegt, während einer Normalbearbeiliingsentladiing abgibt. Das Ausgangssignal der Schaltung Jl gelangt über einen Umschalter .Vi und über einen elektronischen Schalter S, an einen als Integrator geschalteten Verstärker 35 und von dort an einen Spannungsteiler Rt. Ri. der an den /weilen Eingang des Differentialverstärkers 34 angeschlossen ist. Die andere Klemme des Spannungsteilers R*. R_; ist mit der Elektrode 21 durch einen elektronischen Schalter .S',

"sl.'lln

einnehmen, in der er den Eingang der Kippschaltung 25 an die Basis des Transistors T₁ schaltet. In dieser/weilen Stellung arbeitet die Schaltung in der Weise, dal! sie Spanmingsimpulsc von konstanter Dauer und unabhängig von der Warte/eil liefert.

Die Einrichtung umfaßt noch Schaltungen /um Messen des Kur/schlußverhällnisses und des Wartezeit-Verhältnisses. Das Kur/schlußvcrhälinis wird von einer Detektorschaltung 30 und das Wartezeitverhältnis wird von einer Detektorschaltung 31 erhalten.

Die Detektorschaltung 30 wird von einem Differenlialvcrsiärkcr gebildet, dessen eine Eingangsklemme von der eventuell durch einen Spannungsteiler verminderten Elektrodenspannung gespeist wird, während seine andere Klemme ein Bc/ugspotcniial erhält, d.is von einem einstellbaren Spannungsteiler R_:. R₁ geliefert wird. Dieses Be/ugspotcmkil ist kleiner als die Spannung Elektrode-W'erkstück für normale Entladungen, und die Schaltung 30 gibt jedesmal ein Ausgangssignal, wenn das Potential der Elektrode 21 unter dem Rezugspotential liegt, d. h. während den /wci aufeinanderfolgende Impulse trennenden Intervallen und während der Entladung in dem l-'all. daß ein Kurzschluß die Mcarbeitiingsspannung unter das Ikvugspotential sinken läßt.

Das Signal der Schaltung 30 wird an einen Verzögerungsspeicher 32 angelegt, dessen Ausgangssignal nur /u dem Zeitpunkt variieren kann, /u dem ein Signal an seine Klemme CVangelegt ist. Diese Klemme ist an den Ausgang der monostabilen Kippschaltung 25 derart geschaltet, daß sie ein Signal nur während der Dauer eines Bearbcitiingsimpulses erhält, die. wie man zuvor gesehen hat. von der Kippschaltung 25 bestimmt wird. Auf diese Weise beeinflussen die Signale, welche die Schaltung 30 bei jedem Intervall zwischen zwei Impulsen abgibt, den Speicher 32 nicht, da er zu diesen Zeitpunkten kein Signal an seiner Klemme CP erhält. Dagegen gibt der Speicher 32. sobald ein Kurzschluß auftritt, ein Ausgangssignal ab. das durch einen Verstärker 33. der als Integrator geschaltet ist und von einem elektronischen Schalter Si gesteuert wird, an einen Eingang eines Differentialverstärkers 34 angelegt wird. Der elektronische Schalter S₂ wird von dem lung 25 derail gesteuert wird, daß er während jeder Slromentladung geschlossen und während den Intervallen /wischen /vvci Impulsen sowie während den Warteperioden geöffnet ist.

Der Differentialverslärker 34 liefen ein Ausgangssi gnal. das eine Funktion der Differenz /wischen den an seinen Eingang angelegten Signalen ist. derart, daß eine Verkleinerung der Funkenweglänge veranlaßt wird, wenn !as dem Warte/citvcrhältnis entsprechende Signal großer als das dem Kurzschlußverhältnis einsprechende ist. Der Verstärker 34 veranlaßt im (iegensatz dazu eine Vergrößerung der Funkenweglange im umgekehrten Fall, iiiirch die Verbindung /wischen der Elektrode 21 und dem Widersland Ri des Spannungsteilers R*. Rr ist das Steuersignal des Servomechanismus 22 gleichfalls von der Bcarbeilungsspannung abhängig gemacht.

Die Schaltung nach F" i g. 3 enthält noch eine Variante, die ermöglicht, ein Signal als Funktion der Wartezeit in anderer Weise als durch die Schaltung 31 /u erhallen, (iemäß dieser Variante wird der Umschalter .S₁ in seine andere Stellung gebracht, um den als Integrator geschalteten Verstärker 35 mit dem Ausgang einer UND-Schaltung 36 zu verbinden. Der eine Eingang der Schaltung 36 ist an den Ausgang der Triggcrschalliing 24 über einen Unipolschalter 37 angeschlossen, während ihr anderer Eingang mit der Basis des Transistors 7Ί verbunden ist. Auf diese Weise gibt die UND-Schaltung 36 jedesmal, wenn der Transistor 7"· leitend ist und gleichzeitig kein Signal am Ausgang der Triggerschaltung 24 vorhanden ist. d.h. jedesmal, wenn die Spannung an die Elektrode angelegt unj kein Bearbeitungsstrom vorhanden ist. ein Signal ab. das an den Intcrgrator35 angelegt wird.

Da die Funkenweglänge zwischen der Werkzeugelektrode und der Werkstückelektrode als Funktion der Abweichung zwischen der Sollwertgröße und der Regelgröße geregelt wird, ist es klar, daß man. anstatt die Spannungen im Zusammenhang mit der Sollwertgröße anzulegen, wie dies beschrieben wurde, die Spannungen auch im Zusammenhang mit der Regelgröße anlegen könnte.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche;

1. Verfahren zum Regeln des Abstand* zwischen der Werk?euge|ektrode und der Werkstückelektrode einer funkenerosiven Bearbeitungsmaschine, bei welchem fortlaufend Spannungsimpulse an die Elektroden gelegt werden, um Oberschläge zu erzielen, deren Stromdauer auf einen fest vorgegebenen Wert einstellbar ist, währand die Zeit zwischen dem Ende eines Stromimpulses und dem Beginn des nächstfolgenden Spannungsimpulses ebenfalls auf einen fest vorgegebenen Wert einstellbar ist, und bei welchem der Elektrodenabstand durch Signale auf einen optimalen Wert geregelt wird, die aus den Strom- und aus den Spannungsimpulsen ableitbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Stromimpulsen abgeleiteten Signale ein Maß für die Häufigkeit eines Kurzschlusses zwischen den Elektroden darstellen und auf den Elektrodenabstand im Sinne einer Vergrößerung dieses Abstands einwirken und daß die «us den Spannungsimpulsen abgeleiteten Signale ein Maß für die mittlere Dauer der zwischen dem Anlegen der Spannung an die Elektroden und dem Beginn des Stromflusses zwischen ihnen vorhandenen Überschlagsverzögerung darstellen und auf den Elektrodenabstand im Sinne einer Verkleinerung dieses Abstand^ einwirken.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Dauer der Überschlagsverzögerung aus Signalen gewonnen wird, die dann vorhanden sind, wenn die Elektrodenspannung einen fest vorgegcoenen Wert oberhalb der Funkenbrennspannung überschrcitrt.

3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschiußh." ifigkcit aus Signalen gewonnen wird, die dann vorhanden sind, wenn die Elektrodenspannung einen fest vorgegebenen Wert unterhalb der Funkenbrcnnspannung unterschreitet.

4. Schallungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche I —3. gekennzeichnet durch Differenzverstärker (30, .31), von deren Eingängen je einer an der Elektrodenspannung liegt und der andere jeweils an eiiicr Gleichspannung, die auf vorgcbcnc Werte oberhalb bzw. unterhalb der Funkcnbrcnnspannung einstellbar ist, und deren Ausgänge über Integricrglicdcr (33, 35) den Eingängen eines /weilen Differenzverstärker (34) zugeführt werden, dessen Ausgang über den Servomechanismus (22)der Wcrk/.ciigclcktrodc (21) den Elektrodenabstand unter dem Einfluß des Signals der Kurzschlußhäufigkcit im Sinne einer Vergrößerung und unter dem Einfluß des Signals der mittleren Dauer der Übcrschlagsvcrzögcrung im Sinne einer Verkleinerung regelt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Schaltkreis (32), der das ein Unterschreiten der Funkcnbrennspannung anzeigende Signal nur während der Zeit des Stromflusses an das Integricrglicd (33) weiterleitet.