DE2400580A1

DE2400580A1 - Anordnung zum elektroerosiven bearbeiten von werkstuecken

Info

Publication number: DE2400580A1
Application number: DE19742400580
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Inoue
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1973-03-03
Filing date: 1974-01-07
Publication date: 1974-10-03
Also published as: AU6428674A; CH565007A5; AR200589A1; IT1004051B; SE397059B; BR7400744D0; AU462254B2; CA999652A; DD109998A5; DE2400580C2; GB1449385A; FR2219817B1; RO75678A; FR2219817A1

Description

Anordnung zum elektroerosiven Bearbeiten von Werkstücken

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum elektroerosiven Bearbeiten von Werkstücken und insbesondere eine Stromversorgungsanordnung für die elektroerosive Bearbeitung von Werkstücken.

Beim elektroerosiven Bearbeiten ist eine Werkzeugelektrode an einem mit Dielektrikum gefüllten Bearbeitungsspalt zu einem
Werkstück beabstandet, und eine Stromversorgung, die elektrische Impulse zuführen kann, die zum dielektrischen Überschlag des Bearbeitungsspalts ausreichen, ist mit der Werkzeugelektrode und der Werkstückelektrode verbunden. Bei jeder Ent-

581-(HK 3510; A 389)-sch .

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ladung erfolgt eine Erosion eines Teils des. Werkstücks bzw. ein Abtrag von diesem, und die Abtragsprodukte werden von der dielektrischen Flüssigkeit abgeführt; sodann wird im Bearbeitungsspalt ein Zustand-der Nichtleitfähigkeit oder niedriger Leitfähigkeit wiederhergestellt.

Bei frühen Anordnungen dieser Art war die Bearbeitungsimpulsquelle ein mit dem Bearbeitungsspalt parallelgeschalteter Kondensator, der von einer damit parallelgeschalteten Gleichstromversorgung aufgeladen wurde; der Überschlag des Bearbeitungsspalts und die Erzeugung der Bearbeitungsentladung fanden statt, wenn das Potential an den Elektroden den Überschlagswert des Bearbeitungsspalts erreicht hatte. Nachteile dieser Anordnungen waren eine geringe Abtrags- oder Bearbeitungsgeschwindigkeit sowie mangelnde Vielseitigkeit in bezug auf einen weiten Bereich zu stellender Bearbeitungsanforderungen.

Um diese Nachteile zu überwinden, werden Schaltimpulsanordnungen verwendet, bei denen eine Stromversorgung für die elektroerosive Bearbeitung mit dem Bearbeitungsspalt elektrisch verbunden ist durch eine elektronische, mechanische oder elektromechanische Ein-Aus-Schalteinrichtung und der Zustand der Schalteinrichtung zwischen leitend und gesperrt wechselt, so daß dem Bearbeitungsspalt ein im wesentlichen rechteckiger Impuls zugeführt wird. Bei bekannten Anordnungen dieser Art erfolgt die Steuerung der Schalteinrichtung durch einen Multivibrator oder einen anderen Ein-Aus-Signalgenerator, und es wurde festgestellt, daß die Parameter der elektrischen Impulse sehr sorgfältig festgelegt werden müssen, um einen leistungsfähigen Bearbeitungsvorgang zu erzielen, insbesondere dann, wenn der Elektrodenverschleiß begrenzt (kein Verschleiß) und der Energieverlust minimal sein sollen. Weiter wurde festgestellt, daß es erwünscht ist, wenn die Impulse oder Entladungen von Impuls zu Impuls gleiche Energie haben (isoenergetische Impulse), um so sehr

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gute Bearbeitungsergebnisse zu erzielen. Bekannte Stromversorgungsanordnungen haben diesen Anforderungen jedoch bisher nicht entsprochen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Stromversorgungsanordnung für elektroerosives Bearbeiten von Werkstücken, die den erläuterten Anforderungen gerecht wird und mit der Bearbeitungsergebnisse größerer Gleichmäßigkeit, Genauigkeit und Leistungsfähigkeit erzielbar sind, wobei gleichzeitig eine verminderte Ausfallzeit bzw. verringerte Gefahr einer Unterbrechung des Bearbeitungsvorganges erreichbar ist.

Gemäß der Erfindung weist eine Anordnung zum elektroerosiven Bearbeiten von Werkstücken auf: eine Einrichtung zum Ableiten eines Analogsignals, das einen durch den"Bearbeitungsspalt fließenden elektrischen Strom repräsentiert, einen umsetzer zum Umsetzen des Analogsignals in schmale Digitalimpulse einer Impulsfolge, einen Zähler zum Zählen der Digitalimpulse, und eine Verknüpfungsgliedschaltung, die vom Ausgangssignal des Zählers betätigt wird zum Beenden jedes der der Schalteinrichtung zum Betätigen zugeführten Öffnungssignale.

Somit wird jeder Entladeimpuls umgesetzt in Digitalsignale unter Steuerung durch ein "bei der Regelung der Spaltkennlinien abgeleitetes und gezähltes oder integriertes Signal. Wenn der integrierte Wert oder der Zählerstand einen Vorwahlwert erreicht, erfolgt eine Steuerung der Schalteinrichtung. Infolgedessen haben die Impulse gleichmäßige Energie, wobei ihre Dauer erhöht oder herabgesetzt wird in Abhängigkeit von Änderungen des Spaltstroms und somit entsprechend sich ändernden Spaltkennlinien. Ein Wahlschalter kann zum Setzen des Zählers vorgesehen sein, der beispielsweise ein üblicher Digitalimpulszähler sein kann, so daß die Anordnung für einen bestimmten Bearbeitungsvorgang eingestellt wird.

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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann eine die Aus-Zeit einstellende Schaltung vorgesehen sein zum Rücksetzen der Verknüpfungsgliedschaltung zum Betätigen der Ein-Aus-Schalteinrichtung. Bei dieser Ausgestaltung bestimmt ein Taktgeber eine auf das Rücksetzen der Verknüpfungsgliedschaltung folgende Prüfperiode, und es ist ein Verzögerungsglied vorgesehen zum Verzögern des Rücksetzens der Verknüpfungsgliedschaltung, wenn der Zählerstand des Zählers einen Vorwahlwert erreicht, bevor die Prüfperiode abgelaufen ist. Mit dieser Anordnung können also befriedigende und unbefriedigende Impulse für die Regelung von Spaltparametern oder der Stromversorgung erfaßt werden.

Die erfindungsgemäße Regelanordnung, die durch eine Adaptivregelung der einzelnen Impulse gekennzeichnet ist, ist vorteilhaft gegenüber einer bereits entwickelten spaltunabhängigen Regelung der Ein-Aus-Zustände eines Netzschalters insofern, als bei der bekannten Regelung die Bearbeitungsleistung niedrig sein kann infolge einer nichtausreichenden Energiezuführung während einiger Impulse und zu großer Energiezuführung während anderer Impulse in Abhängigkeit von den Spaltbedingungen. Versuche, eine Spannungsimpulsfolge vorgegebener Dauer einzuspeisen, ergeben eine Stromimpulsfolge längerer und kürzerer Dauer unabhängig von den am Bearbeitungsspalt vorhandenen Bedingungen. Versuche, eine Stromimpulsfolge vorgegebener Dauer einzuspeisen, ergeben eine Entladeimpulsfolge größerer und geringerer Energie aufgrund von Änderungen der Stromstärke. Im Gegensatz zu diesen Anordnungen wird bei einer Anordnung gemäß der Erfindung eine genau geregelte Entladeimpulsfolge gleicher oder gleichmäßiger Energie zugeführt, die innerhalb eines weiten Bereichs vorwählbar ist.

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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung; Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Erläuterung von Fig. 1;

Fig. 3 eine graphische Darste'llung der Erzeugung von Digitalimpulsen bei der erfindungsgemäßen Anordnung;

Fig. 4 das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung;

Fig. 5 das Blockschaltbild einer weiteren erfindungsgemäßen auf den Bearbeitungsspalt ansprechenden Anordnung;

Fig. 6 das Schaltbild eines bei einer erfindungsgemäßen Anordnung verwendbaren Umsetzers; und

Fig. 7 das Schaltbild einer weiteren Regelanordnung mit einem Analog-Digital-Umsetzer.

Fig. 1-3 veranschaulichen die Grundprinzipien der Erfindung. Die Anordnungen gemäß Fig. 1 und 2 haben eine Werkzeugelektrode 1 und ein Werkstück 2, die zusammen einen elektroerosiven Bearbeitungsspalt G bilden, dem von einer Gleichstromversorgung 3 ein Stromimpuls zugeführt wird durch den Ein-Aus-Betrieb einer Schalteinrichtung, die hier durch einen Transistor 4 dargestellt ist, dessen Emitter-Kollektor-Anschlüsse mit der Stromversorgung 3 und einer Diode 3a reihengeschaltet sind, Eine Vorrichtung zur Regelung des Zustandes des Bearbeitungs— spalts G, die auch als Spaltfühlvorrichtung bezeichnet wird, hat bei dieser Ausführungsform eine Hilfsspannungsquelle 5, die mit einem Spannungsteiler 5a reihengeschaltet"ist, dessen

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einer Spannungsteil als Eingangssignal einem Analog-Digital-Umsetzer 7 (Fig. 2) zugeführt wird. Das Analogsignal stellt natürlich den Spaltstrom dar, und dessen Stärke ist eine Funktion der Spaltkennlinien.

Der Analog-Digital-Umsetzer dient dazu, das Analogsignal in eine Digitalimpulsfolge einer Dauer von beispielsweise 1-2 /us umzusetzen, und kann von herkömmlicher Bauart sein.

Der besonders vorteilhafte Analog-Digital-Umsetzer 7 (Fig. 2) hat einen Verstärker 71, der das Analogsignal am Ausgang 6 verstärkt, und ein Integrierglied 72, bestehend aus einem Kondensator 72a und Widerständen 72b und 72c. Das Ausgangssignal des Integriergliedes 72 wird einer bistabilen Vorrichtung 73 wie einem Schmitt-Trigger zugeführt, dessen Zustand von der Ausgangsspannung des Kondensators 72a abhängt. Das Ausgangssignal der bistabilen Vorrichtung 73 wird durch ein NAND-Glied 74 umgekehrt, das ein Ausgangssignal erzeugt zum Erregen eines monostabilen Multivibrators 75, der am Ausgang Signalimpulse erzeugt. Das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 74 wird auch einem NICHT-Glied 76 und von diesem einem NAND-Glied 77 zugeführt, das ein Ausgangssignal vom monostabilen Multivibrator 75 empfängt. Das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 77 wird von einem Transistor-Verstärker 78 umgekehrt, der den mit dem Kondensator 72 parallelgeschalteten Schalttransistor 79 steuert und bei eingeschaltetem Schalter den Kondensator 72 kurzschließt. Die Ausgangssignale des Analog-Digital-Umsetzers 7 werden in einen Zähler 8 eingespeist, der die vom Umsetzer 7 erzeugten Digitalimpulse zählt und einen Ausgangswahlschalter 9 hat, der eine Auswahl unter den Zählerausgangssignalen trifft.

Eine Verknüpfungsgliedschaltung 10 ist über einen Verstärker mit dem Netzschalter 4 verbunden und steuert dessen Schaltoperation. Ein Multivibrator 12 ist vorgesehen und stellt

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die Aus-Zeit des Netzschalters 4 auf einen einstellbaren Vorwahlwert ein, der ausreichend ist zur Wiederherstellung des dielektrischen Zustands des Spalts, während ein Oszillator 13 Taktimpulse einer vorgegebenen Frequenz, z. B. 10 MHz, erzeugt und einem Zähler 14 zuführt, dessen Ausgangssignal einer logischen Schaltung 15 zugeführt wird, die das Ausgangssignal der Verknüpfungsgliedschaltung 10 mit dem Ausgangssignal des Zählers 14 verknüpft. Eine weitere (logische) Verknüpfungsgliedschaltung 16 verknüpft das Ausgangssignal der Schaltung 15 mit dem Ausgangssignal des Zählers 8 zum Erzeugen eines Signals, das einen kurzgeschlossenen Spalt, eine Lichtbogenentladung oder irgendeinen anderen unerwünschten Zustand des Bearbeitungsspalts G darstellt. Dieses Signal wird im folgenden mit "U" (unbefriedigend) bezeichnet. Ein Verzögerungsglied 17f z. B. ein monostabiler Multivibrator, verzögert das Ausgangssignal vom Aus-Zeit-Taktgeber 12 zur Verknüpfungsgliedschaltung 10 für eine bestimmte Zeitdauer und verlängert so die Aus-Zeit des Netzschalters 4 bei Erfassung eines "!!"-Signals.

Die Fühlspannungsquelle 5 und der Spannungsteiler 5a sind kontinuierlich mit dem Bearbeitungsspalt G parallelgeschaltet zur Regelung des Spaltstroms, der sich mit der Spaltimpedanz ändert, und erzeugen am Ausgang 6 ein zum Spaltstrom in Beziehung stehendes Analogsignal. Die Spannung am Ausgang 6 wird dem Analog-Digital-Umsetzer zugeführt zur Änderung des Integriergliedes 72, so daß bei Erreichen von dessen Schwellenwert der Schmitt-Trigger 73 seinen Zustand ändert und ein Digitalsignal "1" an das NAND-Glied 74 liefert; das Ausgangssignal "0" des NAND-Gliedes 74 wird von dem NICHT-Glied 76 in ein Signal "1" umgekehrt, so daß der Transistor 78 durch das Ausgangssignal ¹¹O" des NAND-Gliedes 77 leitend wird und den Transistor 79 leitend macht, wodurch der Kondensator 72a kurzgeschlossen wird.

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Das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 74 wird auch dem monostabilen Multivibrator 75 zugeführt, und dieser beginnt ein Taktintervall von "1-2 /us und führt dadurch dem NAND-Glied ein Signal "O" zu, wodurch das Ausgangssignal des NAND-Gliedes zu "1" wird. Die Transistoren 78 und /9 werden abgeschaltet, so daß sich der Kondensator 72a mit dem vom Ausgang 6 zugeführten Eingangssignal aufladen kann.

Wenn die Ladespannung des Kondensators 72a den durch den Schmitt-Trigger 73 bestimmten Schwellenwert erreicht, findet eine Umkehrung statt, und der Kondensator 72c wird entladen.

Die Wiederholung dieser Operationen hat die Bildung von Digitalimpulsen einer Dauer von 1-2 /us am Ausgang des Multivibrators 75 zur Folge. Die Frequenz dieser Impulse ist dem am Ausgang 6 erfaßten Analogsignal proportional. Mit zunehmender Größe des Analogsignals lädt sich der Kondensator 72a mit steigender Geschwindigkeit auf, wodurch wiederum die Frequenz der Digitalimpulse am Ausgang des monostabilen Multivibrators 75 erhöht wird.

Die so erzeugten Digitalimpulse werden in den Zähler 8 eingespeist, der r'ickges teilt wird, wenn er bis zu der durch die Einstellung des Wahlschalters 9 bestimmten Impulszahl gezählt hat, wodurch die Verknüpfungsgliedschaltung 10 gesetzt wird. Wenn Impulse mit erhöhter Frequenz ankommen, erreicht der Zähler 8 seinen eingestellten Zählwert früher und setzt die Verknüpfungsgliedschaltung 10, und wenn umgekehrt Impulse mit verminderter Frequenz ankommen, braucht der Zähler 8 länger zum Erreichen des voreingestellten Zählwertes, durch den die Verknüpfungsgliedschaltung gesetzt wird.

Während sich die Verknüpfungsgliedschaltung in ihrem rückgesetzten Zustand befindet, haben das NICHT-Glied 10a bzw.

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das NAND-Glied 10b und das NAND-Glied 10c Ausgangssignale "O" bzw. "1" bzw. "0". Infolgedessen repräsentiert das Intervall zwischen dem Zeitpunkt, an dem die Verknüpfungsgliedschaltung 10 rUckgesetzt wird, und dem Zeitpunkt, an dem sie gesetzt wird, ein Öffnungssignal, das am Verstärker 11 umgekehrt wird und den Netzschalter 4 leitend hält.

Wenn die Verknüpfungsgliedschaltung 10 ihr Ausgangssignal nach "1" umschaltet, wird der monostabile Multivibrator 12 angesteuert und schaltet den Netzschalter 4 für die Dauer der Operation des Multivibrators 12 aus. Die Aus-Zeit ist am Multivibrator 12 mit einer Zeitdauer eingestellt, die ausreicht zur Wiederherstellung des dielektrischen Zustands im Bearbeitungsspalt G nach einer vorhergehenden Entladung.

Nach Ablauf dieser Aus-Zeit empfängt das NAND-Glied 10c in der Verknüfungsgliedschaltung 10 ein Rücksetzsignal "1" vom Multivibrator 12 durch das Verzögerungsglied 17 und ändert sein Ausgangssignal zu "0", wodurch der Netzschalter 4 wiederum eingeschaltet wird.

Wenn jedoch die vom Multivibrator 12 bestimmte Aus-Zeit nicht ausreichend ist wegen einer ununterbrochenen Lichtbogenentladung oder eines Kurzschlusses am Bearbeitungsspalt G, verlängert das Verzögerungsglied 17 die Aus-Zeit und verhindert ein zu frühzeitiges Anlegen des nächsten Impulses bzw. eine übermäßig hohe Einspeisung von Entladestrom.

Wenn die Verknüpfungsgliedschaltung 10 das Ausgangssignal "0" erzeugt, wird zu diesem Zweck der Zähler 14 geöffnet und zählt Taktimpulse vom Oszillator 13. Wenn der Zähler 14 eine vorgewählte Anzahl von Taktimpulsen gezählt hat, erzeugt er ein Sinai "0", das vom NICHT-Glied 15a umgekehrt wird, wodurch am NAND-Glied 15b ein Ausgangssignal "0" erzeugt wird. Das Aus-

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gangssignal des NAND-Gliedes 15c ist somit "1". Wenn inzwischen am Bearbeitungsspalt G ein Kurzschluß oder ein anderer Zustand sehr niedriger Impedanz auftritt, wird ein .erhöhter Spaltstrom erfaßt, und ein starkes Analogsignal erscheint am Ausgang 6. Die Frequenz der Impulse des Umsetzers 7 steigt, und der Zähler 8 erreicht den eingestellten Zählwert ih kürzerer Zeit. Infolgedessen erzeugt der Zähler 8 ein Ausgangssignal "0", bevor der Zähler 14 seinen eingestellten Zählerstand erreicht, und das NAND-Glied 16a führt dem NAND-Glied 16b ein Ausgangssignal "1" zu, so daß das NAND-Glied 16b ein Ausgangssignal "O" führt. Das Ausgangssignal "0" der Schaltung 16 stellt das "!!"-Signal dar und zeigt an, daß der dielektrische Zustand des Spalts nach der vorhergehenden Entladung noch nicht vollständig wiederhergestellt ist. Dieses Signal wird dem Verzögerungsglied 17 zugeführt und verzögert das Rücksetzsignal zur Verknüpfungsgliedschaltung 10 für eine Zeitdauer, durch die.die Aus-Zeit verlängert wird. Während dieser verlängerten Aüs-Zeit kann der Bearbeitungsspalt G justiert verden, so daß wiederum ein normaler Bearbeitungszustand erreicht wird.

Wenn die Verknüpfungsgliedschaltung 10 rückgesetzt ist, so daß sie den Netzschalter 4 wieder einschaltet, ist der Bearbeitungsspalt G bereit für den nächsten Überschlag des Dielektrikums. Der beschriebene Vorgang wird dann wiederholt. Wenn der Zähler 8 die vorgewählte Anzahl von Impulsen gezählt hat, wird die Verknüpfungsgliedschaltung 10 gesetzt und schaltet den Schalter 4 aus, und infolgedessen werden im wesentlichen rechteckige Bearbeitungsimpulse erhalten.

Somit erfolgt die Bestimmung der Impulsdauer hier pro Impuls durch Zählen der von einem Spaltkennlinien darstellenden Signal abgeleiteten Impulse und Prüfen der Impulsdauer in

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bezug auf ein vorgegebenes Zeitintervall, um dadurch die Aus-Zeit der Anordnung zu ändern. So wird die Impulsdauer für die Spaltbedingungen optimiert, und eine stetige Bearbeitung wird sichergestellt.

Fig. 3 verdeutlicht das erfindungsgemäße Prinzip. Eine elektrische Entladung "wird erzeugt,, wenn ein Überschlag der im Bearbeitungsspalt G vorhandenen dielektrischen Flüssigkeit auftritt. Vor Erreichen eines vollständigen Überschlags fließt ein sehr kleiner Strom, der sich lawinenartig zum vollen Überschlag entwickelt. Obwohl die Vorlawinen-Erscheinung sehr klein ist, wird sie durch die Fühlschaltung 5, 5a erfaßt, und die Spannung am Ausgang 6 reflektiert den Fühlstrom, der in vom Zähler 8 gezählte Digitalimpulse umgesetzt wird. Bei Auslösen der Entladung ist der Aufbau der Fühlspannung V entsprechend dem Signal am Ausgang 6 den Aufbaukennlinien des Entladestroms proportional. In Fig. 3 stellen die Kurven I, II und III je einen schnellen, einen mäßigen und einen langsamen Aufbau der Fühlspannung dar in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit des Bearbeitungsspalts bei Auslösung der Entladung. Diese Analogsignale werden in Digitalsignale hoher bzw. mäßiger bzw. niedriger Frequenz umgesetzt. Eine ähnliche Änderung ist charakteristisch für die Entladung, und die Frequenz der digitalen Ausgangsimpulse des Umsetzers hängt von den sich ändernden Stärken des Signals am Ausgang 6 ab. Im Fall des durch Kurve I dargestellten Zustands zählt der Zähler 8 in kürzerer Zeit auf den vorgewählten Zählerstand und führt der Verknüpfungsgliedschaltung 10 ein kürzeres Setzsignal zu zum Beenden der Entladung. Im Fall von Kurve III hat der Zähler eine längere Zählzeit, und damit erhöht sich die Entladeimpulsdauer. Die Digitalsignale werden somit gezählt oder integriert, und der Entladeimpuls wird abgeschaltet, wenn der Integrationswert einen vorgegebenen Pegel erreicht. Es werden Entladeimpulse gleichmäßiger Energie erhalten, und es ergibt sich eine, einfache Regelung der Anordnung durch Verwendung des Wahlschalters 9.

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Die Taktgeberschaltung 13, 14 stellt somit einen Prüftaktgeber dar zur Steuerung des Verzögerungsgliedes, das die Aus-Zeit bestimmt.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 4, die eine andere Ausführungsform der Erfindung darstellt, sind eine Werkzeugelektrode und ein Werkstück 102 vorgesehen, die am Bearbeitungsspalt G einander gegenüberliegend zueinander beabstandet sind; die Elektrode 101 und das Werkstück 102 sind mit einer Gleichstromversorgung 103 und einem Netzschalter 104 reihengeschaltet, wobei der Netzschalter 104 wiederum ein Transistor ist, wie bereits erläutert wurde.

Reihengeschaltet mit dem Bearbeitungsspalt G weist die Entladeschaltung einen Widerstand 105a auf, der einen dem Spaltentladestrom proportionalen Spannungsabfall erzeugt, wobei die Spannung über einen Kondensator 105c einem Analog-Digital-Umsetzer 107 zugeführt wird, der gemäß Fig. 2 ausgebildet sein kann. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Analog-Digital-Umsetzers ist in Fig. 6 veranschaulicht.

Wie bereits erläutert wurde, erzeugt der Analog-Digital-Umsetzer 107 Impulse einer Frequenz, die eine Funktion der Stärke des Eingangssignals ist.

Ein Frequenzteiler 107a ist dem Analog-Digital-Umsetzer 107 nachgeschaltet und erzeugt ein Ausgangssignal, das in einen voreinstellbaren Zähler 108 einführbar ist, dessen Rückstelleingang mit R bezeichnet ist. Wenn der Zähler 108 den vorgewählten Zählerstand erreicht hat, wird sein Ausgangssignal einer Taktgeberschaltung 112 zugeführt, die die Aus-Zeit der Anordnung bestimmt und ein Flipflop 110 hat, dessen Ausgangssignal den Netzschalter 104 zwischen einem leitenden und einem gesperrten Zustand erregt und steuert (triggert). Die Rücksetz- und Setzeingänge des Flipflops 110 sind mit R bzw. S

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bezeichnet, und der Zustand des Flipflops ist wählbar durch Zuführen entweder eines Rücksetzsignals an den Eingang 11Oe oder eines Setzsignals an den Eingang 11Of.

Wenn am Eingang 11Of das. "Starf'-Signal empfangen wird, wird das Flipflop 110 gesetzt und erzeugt ein Ausgangssignal "1", wodurch der Schalter 104 leitend "wird, während der Zähler durch das Eingangssignal an seinem Rückstelleingang R rückgestellt wird. Eine Bearbeitungsspannung von der Stromversorgung 103 baut sich am Bearbeitungsspalt G auf zum Auslösen einer Spaltentladung. Sobald die Entladung ausgelöst wird, bildet sich am Widerstand 105a ein Spannungsabfall E aus, der dem Entladestrom I proportional ist. In der Entladung enthaltene Hochfrequenzkomponenten werden durch den Nebenschlußkondensator 105c eliminiert, und nur die Gleichstromkomponente wird dem Analog-Digital-Umsetzer 107 zugeführt. Dessen Ausgangssignal hat eine Frequenz f, die dem Teiler 107a zugeführt wird, wodurch die Impulsrate auf eine geeignete zählbare Rate herabgesetzt wird.

Die Impulse vom Frequenzteiler 107a werden dem Zähler 108 zugeführt, der bei Erreichen des vorgewählten Zählerstandes einen kurzen Signalimpuls erzeugt, der dem Rücksetzeingang R des Flipflops 110 zugeführt wird, wodurch der Schalter 104 ausgeschaltet und die Entladung beendet wird. Das Signal wird auch dem Taktgeber 112 zugeführt, der ein monostabiler Multivibrator oder eine Verzögerungsleitung sein kann, so daß der Ausgangsimpuls des Taktgebers nach Ablauf der gewählten Aus-Zeit dem Setzeingang S des Flipflops 110 zugeführt wird, wodurch eine weitere Entladeperiode beginnt, indem der Schalter 104 leitend wird. Der Ausgangsimpuls vom Taktgeber 112 wird · auch dem Rückstelleingang des Zählers 108 zugeführt, wodurch dieser eingestellt wird.

Die Spannung E am Widerstand wird ausgedrückt als

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während die Ausgangsfrequenz f des Analog-Digital-Umsetzers der Spannung proportional ist, so daß

t .

mit kl und k2 = einstellbare Konstanten, die erhalten werden

durch Ändern des Widerstandswertes des Widerstands 105a und Einstellen des Analog-Digital-Umsetzers 107.

Das Teilungsverhältnis des Frequenzteilers 107a wird ausgedrückt als l/n, und der vorgewählte Zählerstand des Zählers ist N. Der Impulszahl N ist eine Summierung der vom Frequenzteiler empfangenen Impulse oder

ί . (3)

über eine Periode t, wobei Gleichung (3) gleich ist zu

•■n

dt (4).

Wenn in Gleichung (4) Gleichungen (l) und (2) eingesetzt werden, erhält man

t N

τ.

= Γ ^τ

J ΈΤΎΤΈ

Bei Auflösung nach dem Integral des Stroms erhält man

j I dt = N kl k2 η (6).

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Da N, η, kl und k2 sämtlich leicht einstellbare Konstanten sind, kann die Anordnung auf jedes gewünschte Stromintegral ansprechen und ist besonders geeignet für ein genaues Ansprechen, das einem weiten Bereich von Bearbeitungsanforderungen genügt.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung,-bei der eine Stromversorgung hoher Spannung und niedrigen Stroms, parallel zum Bearbeitungsspalt mit einem Hochohmwiderstand 2O5d (Strombegrenzer) und einem Fühlwiderstand 205a reihengeschaltet ist. Die die Entladung auslösende Schaltung enthält auch eine Diode 2O5e, die einen Stromfluß nur in Richtung des Pfeils I₂ gestattet. Die Elektrode 201 und das Werkstück 202 bilden den Bearbeitungsspalt G und sind mit einer Stromversorgung 203 niedriger Spannung und hohen Stroms und einem elektronischen Schalter 204 reiher;geschaltet, wobei der Schalter 204 leitend wird, wenn durch die Spannung der Stromversorgung 205 ein Überschlag am Bearbeitungsspalt G stattgefunden hat. Der Bearbeitungsstromkreis enthält auch eine Diode 203a, die einen Stromfluß in Richtung des Pfeils I, gestattet. Die Diode 203a blockiert die hohe Spannung der Stromversorgung 205 >

Die Hochspannungs-Hilfsquelle 205 ist kontinuierlich mit dem Spalt verbunden und hat eine Ausgangsspannung, die ein Mehrfaches der Spannung der Bearbeitungs-Stromversorgung 203, die beispielsweise 100· V sein kann, betragen kann. Während der Zeitdauer, in der der Schalter 204 leitend ist, kann die Stromversorgung 205 eine Entladung bewirken, aber jede Entladung verschwindet augenblicklich aufgrund des am Hochohmwiderstand 2O5d entwickelten Spannungsabfalls und beeinflußt die Bearbeitung daher so lange nicht, wie am Bearbeitungsspalt keine Lichtbogenentladung auftritt. Während der Aus-Zeit des Schalters 204 können eine oder mehrere unbedeutende Entladungen stattfinden, ohne daß die Bearbeitung dadurch beeinträchtigt wird.

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Wenn der Schalter 204 leitend wird, folgt auf den Spaltüberschlag durch die Stromversorgung 205 im wesentlichen sofort ein Stromfluß, der die Bearbeitungsentladung von der Stromversorgung 203 bildet. Bei Ausschalten des Netzschalters 204 endet die Bearbeitungsentladung, und der Stromfluß durch den Bearbeitungsspalt von der Hilfsquelle 205 wird wiederum unbedeutend.

Der Vorteil der Anordnung gemäß Fig. 5 im Vergleich zu derjenigen gemäß Fig. 4 besteht darin, daß Energieverluste am Widerstand 105a von Fig. 4 vermieden werden. Um einen hohen Pegel des BearbeitungsStroms zu ermöglichen, muß außerdem der Widerstand 105a einen relativ niedrigen Wert haben, und dadurch ergeben sich Fehlermöglichkeiten. Außerdem findet der tatsächliche Stromfluß in bezug auf die Auslösung der Entladung etwas verzögert statt, während die Anordnung gemäß Fig. 5 bei Auslösung der Entladung augenblicklich anspricht und nicht den Durchgang des Bearbeitungsstroms abwartet.

Der Taktimpulsgenerator gemäß Fig. 5 erzeugt kontinuierliche Ausgangstaktimpulse fester und bekannter Frequenz, und der Frequenzteiler 212b setzt die Taktimpulse in eine zählbare Impulsrate um. Die Zählimpulse werden einem Zähler 212c zugeführt, der voreingestellt und während des Zeitintervalls, in dem der voreingestellte Zähler 208 zählt, d. h. während des Durchgangs des BearbeitungsStroms durch den Bearbeitungsspalt G, gesperrt ist. Somit ist während dieser Zeitdauer der voreingestellte Zähler 212c in Tätigkeit und erzeugt ein Signal "1" an seinem Ausgang 212ca und ein Signal ¹¹O" an seinem Ausgang 212cb.

Wenn der voreingestellte Zähler 208 seinen vorgewählten Zählerstand erreicht, führt sein Ausgang 208a ein Signal "1", während an seinem anderen Ausgang 208b ein kurzer Impuls er-

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zeugt wird, der dem Rückstelleingang R des Zählers 212c zugeführt wird, wodurch dieser geöffnet wird und ankommende Taktimpulse zählt. Das Signal am Ausgang 212ca wird somit nach "O" umgeschaltet. Wenn der Zähler 212c die vorgewählte Impulsanzahl (nach Teilung) gezählt-hat, führt sein Ausgang 212ca ein Signal "1", und der Ausgang 212cb gibt einen Impuls ab, der dem Rückstelleingang*des Zählers 208 zugeführt wird und diesen öffnet, so daß er für die Dauer der nächsten Entladeperiode zu zählen beginnt.

Während am Ausgang 208a des Zählers 208 ein Signal "0" erscheint oder dieser zählt, empfängt ein NAND-Glied 210a dieses Signal ¹¹O" an seinem einen Eingang und erzeugt ein Ausgangssignal "1" unabhängig davon, ob sein anderer Eingang ein Signal "0" oder ein Signal "1" empfängt. Das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 210a wird bei 211 verstärkt und schaltet den Netzschalter 204 ein und hält ihn leitend.

Wenn der Zähler 208 seinen vorgewählten Zählerstand erreicht hat, erzeugt der Ausgang 208a ein Signal "1", während das Ausgangssignal am Ausgang 212ca zu "0" wird; das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 210b wird zu ¹¹I" und steuert das NAND-Glied 210a in den Zustand, in dem es ein Ausgangssignal "0" führt, und dadurch wird der Schalter 204 ausgeschaltet und die Entladung beendet.

Der Schalter 204 wird ausgeschaltet gehalten, bis der Zähler 212c die vorgewählte Anzahl von ankommenden Taktimpulsen gezählt hat. Somit wird die Aus-Zeit bestimmt und geregelt durch die Ausgangssignalfrequenz des Taktimpulsgenerators 212a, das Teilungsverhältnis des Frequenzteilers 212b und/oder den vorgewählten Zählerstand des Zählers 212c.

Fig. 6 zeigt einen Analog-Digital-Umsetzer 107 oder 207 (oder 7) zum Erzeugen von Impulsen, deren Frequenz der Eingangsspannung proportional ist. Bei dieser Ausführungsform entwickelt sich am Widerstand 305a (der dem Widerstand 5a in Fig. 1, 105a in

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Fig. 4 und 205a in Fig. 5 entspricht) eine Gleichspannung, deren Betrag dem sich ändernden Entladestrom durch den Bearbeitungsspalt proportional ist, wie bereits erläutert wurde. Diese Spannung wird einem Operationsverstärker 371 zugeführt, an dessen Ausgang sich eine Spannung entwickelt, wenn das Eingangssignal oder der Entladestrom durch den Bearbeitungsspalt Null ist. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 371 wird einem Oszillator zugeführt, der Impulse einer vorgegebenen Frequenz erzeugen kann, solange er ein Eingangssignal erhält; die Frequenz wird jedoch entsprechend der Ausgangsspannung des Verstärkers 371 geändert.

Der Oszillator hat NICHT-Glieder oder Timkehrglieder 372a, 372b und 372c, die eine Reihenschaltung bilden mit Dioden 373a und 373b, die in eine Richtung gepolt sind und mit den NICHT-Gliedern abwechseln. Ein Kondensator 374 ist mit dem Eingang des NICHT-Gliedes 372b und dem Eingang der Diode 373b parallelgeschaltet, während die Basisanschlüsse von zwei Transistoren 375a und 375b, deren Kollektoren durch diesen Kondensator miteinander verbunden sind, leitend verbunden sind und ihre Emitteranschlüsse durch Vorwiderstände und eine in Durchlaßrichtung vorgespannte Diode 375c mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 371 verbunden sind.

Das Ausgangssignal des Oszillators wird einem ersten Eingang eines NAND-Gliedes 376 zugeführt, dessen Ausgangssignal über ein Umkehr- oder NICHT-Glied 37 7 dem Frequenzteiler 207a, 107a oder unmittelbar dem Zähler 208i 108 oder 8 zugeführt wird. Das NAND-Glied 376 hat einen zweiten Eingang 37Ö, der ein Signal "0" empfangen kann, um das Glied zu sperren, wenn am Fühlwiderstand 305a kein Eingangssignal erscheint, d. h. wenn kein Entladestromfluß durch den Bearbeitungsspalt erfolgt und der Reststrom Null ist.

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Wenn am Widerstand 305a ein Entladestromsignal gefühlt wird, hat der Operationsverstärker 371 eine Eingangsspannung, die sich kontinuierlich ändert entsprechend dem Spannungsabfall am Widerstand 305a und somit entsprechend der Stärke des Entladestroms. Die Ausgangssignalfrequenz des Oszillators ist somit eine Funktion des Stroms. Der zweite Eingang 378 des NAND-Gliedes 376 öffnet die Schaltung zum Durchlaß des Ausgangssignals mit änderbarer Frequenz, sobald sich im Bearbeitungsspalt ein Signal ausbildet. Kontakte 379a und 379b sind Relaiskontakte, die dazu dienen können, den Oszillator zwischen einer Betriebsweise mit veränderbarer Frequenz und einer mit konstanter Frequenz umzuschalten. Wenn also die Kontakte 379a geöffnet und die Kontakte 379b geschlossen sind, arbeitet die Anordnung als Oszillator mit konstanter Frequenz.

Fig. 7 zeigt eine Fig. 5 im wesentlichen ähnliche Anordnung, wobei jedoch ein zusätzlicher Spaltregelkreis vorgesehen ist. Wie bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 5 enthält die Anordnung eine Werkzeugelektrode 201, ein dieser am Bearbeitungsspalt beabstandetes Werkstück 202, einen mit dem Bearbeitungsspalt reihengeschalteten Netzschalter 204 und eine Bearbeitungsstromversorgung 203 und in dieser eine Diode 203a.

Im Entladungsauslösekreis sind wie vorher vorgesehen: eine Stromversorgung 205 hoher Spannung und niedrigen Stroms, ein Strombegrenzerwiderstand 2O5d, eine Diode 205e und ein Fühlwiderstand 205a. Weiter sind ein Taktimpulsgenerator 212a, ein Frequenzteiler 212b, ein die Verzögerung bestimmender Zähler 212c, NAND-Glieder 210a und 210b, ein Verstärker 211, der Analog-Digital-Umsetzer 207 (Fig. 6), ein Frequenzteiler 207a und ein Zähler 208 sämtlich in der bereits unter Bezugnahme auf Fig. 5 und 6 erläuterten Weise verbunden.

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Der hier zusätzlich vorgesehene Spaltregelkreis ist so ausgelegt, daß bei Abfall der Spaltspannung unter einen vorgegebenen Schwellenwert von z. B. 12V die Hochspannungsquelle vom Bearbeitungsspalt nebengeschlossen wird.

Die Nebenschlußschaltung hat einen npn-Transistor 228, dessen Emitter-Kollektor-Anschlüsse die aus der Stromversorgung 205, dem Widerstand 2O5d und der Diode 205e bestehende Schaltung überbrücken. Die Basis des Transistors 228 ist zwischen Widerstände 237 und 238 eines Spannungsteilers angeschlossen, der zwischen den negativen Anschluß der Gleichstromquelle und den Kollektor eines pnp-Transistors 227 geschaltet ist. Das Basissignal wird diesem Transistor vom Kollektor eines weiteren npn-Transistors 226 über einen Widerstand 234 zugeführt, wobei der Emitter des Transistors 226 mit dem Emitter eines Transistors 225 verbunden ist, dessen Kollektor mit der Basis des Transistors 226 über das aus einem Kondensator 224 und einem Widerstand 231 bestehende RC-Glied verbunden ist. Eine in Umkehrrichtung vorgespannte Diode 22 3 führt von der Basis des Transistors 225 zum Elektrodenanschluß der Anordnung. Bei der Anordnung findet gleichzeitig ein Ntbenschließen der Hauptstromversorgung 203 statt.

Solange ein normaler Spannungsaufbau im Bearbeitungsspalt G stattfindet, ergibt sich im wesentlichen kein Spannungsabfall, und somit wird der erwähnte Schwellenwert nicht unterschritten, da die Hochspannungsquelle während der Entladung oder des Entladeintervalls kontinuierlich angeschlossen ist. Wenn jedoch ein Kurzschluß im Bearbeitungsspalt stattfindet, fällt die Spannung am Spalt unter den Schwellenwert ab, und das gleiche gilt bei Auftreten einer kontinuierlichen Lichtbogenentladung.

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Unter normalen Betriebsbedingungen wird der Transistor leitend gehalten durch eine Spannungsquelle 222, und die Transistoren 226, 227 und 228 sind infolgedessen gesperrt. Der Wert des Widerstands 229 im Vorspannkreis des Transistors 225 ist so eingestellt, daß bei Abfall der Spaltspannung unter den Schwellenwert von 12V der Transistor 225 gesperrt wird und die Tranistoren 226, 227 und 228 leitend werden. Dadurch wird die Stromversorgung 205 nebengeschlossen. Bei Wiederkehr der Spaltspannung auf einen oberhalb 12V liegenden Pegel wird der Transistor 225 wieder leitend. Vorwiderstände 230-237 sind in üblicher Weise vorgesehen.

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Claims

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1. Anordnung zum elektroerosion Bearbeiten eines Werkstücks durch eine diesem an einem mit Dielektrikum gefüllten Bearbeitungsspalt beabstandete Werkzeugelektrode, wobei eine Bearbeitungsstromversorgung mit dem Bearbeitungsspalt über eine Sin-Aus-Schalteinrichtung verbunden ist, die durch ein Öffnungssignal selektiv leitend und gesperrt wird, so daß dem Bearbeitungsspalt' intermittierend ein Spannungsimpuls zugeführt wird für eine elektrische Entladung zwischen dem Werkstück und der Werkzeugelektrode zum Werkstückabtrag, .

gekennzeichnet durch, einen auf einen Stromfluß durch den Bearbeitungsspalt (G) ansprechenden und ein Analogsignal erzeugenden Detektor; einen Analog-Digital-rümsetzer (J; 107; 207) zum Erzeugen einer Digitalimpulsfolge mit durch das Analogsignal bestimmter Frequenz;

einen Zähler (8; 108; 208) zum Zählen der"Digitalimpulse und Erzeugen eines Ausgangsignals, wennsain Zählerstand einen Vorwahlwert erreicht; und

eine auf den Zähler (8; 108; 208) ansprechende und von dessen Ausgangssignal erregbare Einrichtung zum Beenden des Öffnungssignals zur Sehalteinrichtung (4; 104; 204) zum Erzeugen des Spannungsimpulses für die elektrische Entladung.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Taktgeber (15, 14), der ein vorgegebenes Zeitintervall in Form des zeitlichen Abstands zwischen benachbarten Spannungsimpulsen am Bearbeitungsspalt (G) bestimmt, und durch eine auf den Taktgeber (13, 14) und die Impulszählrate im Zähler (8) ansprechende Einrichtung (17)* die das Zeitintervall bei Überschreiten eines vorgegebenen Werts durch die Impulszählrate als Anzeichen einer Ausbildung eines unbefriedigenden Spaltzustandes verlängert.

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3. Anordnung nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung aufweist: einen zweiten Taktgeber (12), der ein zweites vorgegebenes Zeitintervall als Mindestentladungsdauer bestimmt, die normalerweise zur Wiedergewinnung normaler Spaltbedingungen.nach vorhergehender Entladung ausreicht, ein Verzögerungsglied (17) zwischen dem ersten Taktgeber (1J5* und der Schalteinrichtung (K), und eine Verknüpfungsgliedschaltung (16) zwischen dem Zähler (8) und dem zweiten Taktgeber (12), die das Verzögerungsglied (17) steuert.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis J₃ gekennzeichnet durch einen Frequenzteiler (107aj 207a) zwischen dem Analog-Digital-Umsetzer (107; 207) und dem Zähler (108; 208).

5. Anordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen zweiten Zähler (212e) zur Steuerung eines der Zustände der Schalteinrichtung (20*0; einen eine Taktimpulsfolge erzeugenden Taktimpulsgenerator; und einen zweiten Frequenzteiler (212b) zwischen dem Taktimpulsgenerator und dem zweiten Zähler (212e) zum Rückstellen des ersten Zählers (208), wenn der zweite Zähler (212c) eine vorgewählte Anzahl von Taktimpulsen gezählt hat, wobei der erste Zähler (208) mit dem zweiten Zähler (212c) verbunden ist und diesen rückstellt, wenn der Zählerstand des ersten Zählers (208) einen Vorwahlwert erreicht.

6. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung ein Fl ipflop ist, dessen Rücksetzeingang mit dem Zähler verbunden ist,

gekennzeichnet durch eine Schaltung (112) zwischen dem Zähler (108) und einem Setzeingang des Flipflops (110) zum Umschalten des Zustande des Flipflops (110) bei Ablauf eines vorgegebenen Zeitintervalls nach Umschalten des Flipflops (110) durch den Zähler (108) .

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7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor einen mit dem Bearbeitungsspal"t (G) reihengeschalteten Widerstand (105a; 205a; 305a) hat.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der" Widerstand (105a; 205a; 305a) mit dem Bearbeitungsspalt (G) und der Bearbeitungsstromversorgung (103; 203; 303) reihengeschaltet ist.

9. Anordnung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Hilfsstromversorgung (205), die mit der Bearbeitungsstromversorgung (203) parallelgeschaltet und mit dem widerstand (205a) am Bearbeitungsspalt (G) reihengeschaltet ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die HiIfsStromversorgung (205) eine Ausgangsgleichspannung hat, die ausreicht zum dielektrischen Überschlag des Bearbeitungsspalts (G) und zum Auslösen einer Bearbeitungsentladung, und eine auf die Spaltspannung ansprechende Einrichtung (371) aufweist, so daß bei Abfall der Spaltspannung unter einen vorgegebenen Schwellenwert ein Nebenschluß der Hilfsstromversorgung (205) vom Bearbeitungsspalt (G) erfolgt.

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