DE2407017A1

DE2407017A1 - Verfahren zur elektroerosionsbearbeitung und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2407017A1
Application number: DE19742407017
Authority: DE
Inventors: Kazuhiko Kobayashi; Toshiro Oizumi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1973-02-19
Filing date: 1974-02-14
Publication date: 1974-08-29
Also published as: DE2407017C3; JPS49108697A; CH576309A5; DE2407017B2; US3892936A; JPS5854937B2

Description

MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA, Tokyo, Japan

Verfahren zur Elektroerosionsbearbeitung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Elektroerosionsbearbeitung eines Werkstücks durch Beaufschlagung eines Arbeitsspaltes zwischen Werkstück und Elektrode mit intermittierenden Stromimpulsen.

Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Schaltbild einer herkömmlichen Vorrichtung zur Elektroerosionsbearbeitung, durch Beaufschlagung eines Arbeitsspalts .zwischen Werkstück 5 und Elektrode 4 (Entladungsstromkreis) mit Spannungsimpulsen, wobei der Impulsstrom von einer G-leichspannungsquelle 1 entsprechend dem Ein- und Ausschalten eines Schalttransistors 2 bereitgestellt wird und durch einen Widerstand 3 beeinflusst wird. Dieser Strom fließt durch den Arbeitsspalt zwischen Werkstück und Elektrode. Die Schaltfrequenz des Transistors 2 kann in verschiedenster Weise geändert werden, und zwar mit Hilfe eines Ausgangssignals einer Steuereinheit 6.

Andererseits wird die Spaltbreite durch einen Servomechanismus mit einem hydraulischen Zylinder 7 und einem Servoventil 8 zur Regelung des Ölvolumens derart gesteuert, daß die Spaltbreite konstant bleibt. Eine Steuerspannung e (V), welche der Elektrodenspannung (Spannung zwischen Elektrode 4 und Werkstück 5) entspricht, wird mit einer Vergleichsspannung Eo (V) verglichen und derart geregelt, daß die Differenz zwischen den beiden Spannungen Null ist. Die Bezugszeichen 9 und 10 bezeichnen

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Widerstände zur Teilung der Elektrodenspannung. Ferner ist ein Kondensator 11 zur Bildung eines !Filters vorgesehen und ein veränderlicher Widerstand 12 zur Einstellung der Servoempfindlichkeit.

Die Elektrodenspannungs-Wellenformen und die Entladungsstrom-Wellenformen der Ausführungsform gemäß Fig. 1 sind in I¹Ig. 2 dargestellt. Fig. 2a zeigt die Wellenform V der Elektrodenspannung in Abhängigkeit von der Zeit t und Fig. 2b zeigt die Wellenform i des EntladungsStroms in Abhängigkeit von der Zeit t, Die Wellenform 13 der Eleketrodenspannung zeigt den Fall nach einer bestimmten Verzögerungszeit t.. nach Anlegen des Spannungsimpulses an den Arbeitsspalt eine Entladung beginnt. Die Wellenform 14 zeigt den Fall, daß die Entladung nach einer größeren Verzögerungszeit t,' nach Megen der Spannung erfolgt. Die Wellenform 15 zeigt den Fall, daß die Beaufschlagung mit dem Spannungsimpuls unmittelbar ohne Verzögerungszeit zur Entladung führt. Figur 2b zeigt die Entladungsstrom-Wellenformen entsprechend den Wellenformen 13, 14 und 15 der Elektrodenspannung. Die Entladungsstrom-Wellenformen sind mit 16, 17 und 18 bezeichnet. Der Nachteil der Vorrichtung gemäß Fig. 1, welche zu den Wellenformen gemäß Fig. 2 führt, besteht darin, daß die Entladungsstrom-Impulsdauer (Impulsbreite) aufgrund verschiedener Faktoren, welche die Bedingungen am Arbeitsspalt beeinflussen, nicht konstant ist. Demgemäß ist das Elektrodenverbrauchsverhältnis aufgrund der variierenden Impulsbreite gemäß Fig. 3 unvorteilhaft groß. Gemäß Fig. 3kann der Verbrauch der Elektrode auf ein Minimum herabgesetzt werden, wenn bei dem rechteckigen Stromimpuls der Anstieg des Stromwellenformimpulses zur Bewirkung des gleichen Entladungsstromspitzenwertes langsam erfolgt.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Elektroerosionsbearbeitung von Werkstücken durch Beaufschlagung eines Arbeitsspaltes zwischen Elektrode und Werkstück mit intermittierenden Spannungsimpulsen zu schaffen, bei dem der Elektrodenverbrauch herabgesetzt ist, sowie

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eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wellenform der Entladungsstromimpuls in Abhängigkeit von dem Zeitintervall zwischen Beaufschlagung des Arbeitsspaltes mit dem Spannungsimpuls und dem Beginn der Entladung gesteuert wird.

Vorzugsweise wird hei dem erfindungs gemäß en Verfahren die Stromwellenform des Entladungsimpulses derart gesteuert, daß sich eine rechteckige Wellenform ergibt, wenn das Zeitintervall von Beaufschlagung des Arbeitsspaltes mit einem Spannungsimpuls bis Beginn der Entladung innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls fällt und daß sich andererseits eine anders geformte Wellenform ergibt, wenn diese Zeitdauer fiber das vorbestimmte Zeitintervall hinausreicht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs gemäß en Veifehrens umfaßt ein Schaltelement zur Steuerung des durch eine Spannungsquelle an den Arbeitsspalt zwischen Werkstück und Elektrode angelegten Spannungsimpulses und eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Schaltelementes derart, daß verschiedene Stromwellenformen des Entladungsimpulses gebildet werden können, und zwar je nach dem Zeitintervall von Beaufschlagung des Arbeitsspaltes mit dem Spannungsimpuls bis Beginn der Entladung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann das Schaltelement einmal durch eine erste Steuereinrichtung derart gesteuert werden, daß sich ein Entladungsstromimpuls von rechteckiger Wellenform ergibt und alternativ durch eine zweite Steuereinrichtung, so daß sich ein Entladungsstromimpuls mit einer schräg verlaufenden Wellenform ergibt. Dabei ist eine Steuereinheit vorgesehen, welche entweder die erste oder die zweite Steuereinrichtung einschaltet, und zwar je nach dem Zeitintervall zwischen Beaufschlagung mit dem Spannungsimpuls und Beginn der Entladung.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer herkömmlichen Vorrichtung zur Elektroerosionsbearbeitung eines Werkstücks;

Fig. 2 die Spannungswellenform und Stromwellenform der Vorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Elektrodenverbrauchsverhältnis und dem Anstieg der Stromwellenform;

Fig.4a, b und c Wellenformen der beim erfindungsgemäßen Verfahren am Arbeitsspalt anliegenden Impulse;

Fig.5a, b und c Wellenformen der im praktischen Betrieb beim erfindungsgemäßen Verfahren und bei einem herkömmlihen Verfahren anliegenden Impulse;

Fig. 6 ein Schaltbild einer Ausfiihrungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 7 ein Schaltbild eines Teils der Vorrichtung gemäß Fig. 6;

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Arbeitsweise der Schaltung gemäß Fig. 7 "und

Fig. 9A, B, G, Ii und X Dreieckswellenformen des mit der Schaltung gemäß Fig. 7 geformten Stromimpulses.

Das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 4 erläutert. Fig. 4a zeigt die Wellenform des 'Spannungsimpulses mit welchem der Arbeitsspalt beaufschlagt wird, wobei t_Q die Zeitdauer der Beaufschlagung mit einem Spannungsimpuls bezeichnet und ^t, das Zeitintervall zwischen Beginn der Beaufschlagung mit dem Spannungsimpuls und Beginn der Entladung bedeutet und X₂ die Entladungsdauer bedeutet. Es gilt die Beziehung

■r* = T¹ .. + *t _n = Konstante. Ferner ist ein vorbestimmtes Zeitig ο "1 «"» 2 ~

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intervall 2^ festgelegt. Palls die Beziehung X. = V_Q erfüllt ist, hat der Stromimpuls gemäß Pig. 4b eine Rechteckform. Wenn die Beziehung T\ )ΊΖ-ζ erfüllt ist, so wird gemäß Mg. 4c ein Stromimpuls mit Dreieckswellenform gebildet, so daß Stromimpulse mit Rechteckwellenform und einer Breite, welche kleiner als 7f ist, eliminiert werden, wodurch der Elektiolenverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Veifahren stark herabgesetzt wird.

Mg. 5a zeigt die Wellenformen verschiedener Spannungsimpulse, mit welchen der Arbeitsspalt im praktischen Betrieb des erfindungsgemäßen Te3fe,hrens beaufschlagt wird. Mg. 5b zeigt die Stromwellenform des erfindungs gemäß en Verfahrens und Mg. 5c zeigt die Stromwellenform eines herkömmlichen Verfahrens. Die Wellenformen 19 und 21 der Entladungsspannung gehorchen der

Beziehung to = £■ und demgemäß haben die Wellenformen 23 und ι s

27 bzw. 25 und 29 Rechteckwellenform. Palis die Wellenformen und 22 vorliegen, so liegen anstelle der rechteckigen Wellenformen 28 und 30 beim herkömmlichen Verfahren die Dreieckswellenformen 24 und 26 beim erfindungs gemäßen Verfahren vor. Wenn die Entladungsdauer kurzer wird. d. h. die Impulsbreite geringer wird, so wird der Unterschied der Elektrodenverbrauchsgeschwindigkeit zwischen Bearbeitung mit Rechteckwellenformen und einer Bearbeitung mit Dreieckswellenformen gemäß Mg. 3 größer (beim herkömmlichen Verfahren). Somit ist klar ersichtlich, daß bei einer Bearbeitung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der Elektrodenverbrauch im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren mit stets rechteckigen Wellenformen gesenkt werden kann. Die Kurven in Mg. 3 beziehen sieh auf eine Elektrode aus Kupfer und ein Werkstück aus SK-5 und auf einen Stromspitzenwert von 38 Ampere.

Es ist ferner auch möglich, Stromimpulswellenformen mit einer abgeschrägten Linie in Trapezform vorzusehen, wobei ebenfalls der Elektrodenverbrauch gesenkt wird. Vorzugsweise haben die Spannungsimpulse, mit welchen der Arbeitsspalt beaufschigt wird, eine konstante Breite. Die Breite der Spannungsimpulse kann jedoch auch geändert werden. Das erfindungsgemäße Verfah-

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ren kann auch auf den Pail angewandt werden, daß der Spannungsimpuls eine konstante Breite des Stromimpulses hat.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Pig. 6 dargestellt. Das Bezugszeichen 31 bezeichnet einen Detektor zur Feststellung desZeitpunkts, zu dem die Entladung beginnt. Das Bezugszeichen 32 bezeichnet eine Einrichtung zum Vergleich des Verzögerungszeitintervalls vom Beginn der Beaufschl^ung des Arbeitsspalts mit der Spannung bis zum Beginn der Entladung mit dem vorbestimmten Zeitintervall *% . Das Bezugszeichen 6 bezeichnet einen unabhängigen Oszillator für Rechteckwellenformen (herkömmlich). Das Bezugszeichen 33 bezeichnet einen Oszillator zur Bildung von Dreieckwellenformen der Stromimpulse. Die Bezugszeichen 2a, 2b, ZN bezeichnen

Schalttransistoren, welche dem Schalttransistor 2 gemäß Pig. 1 entsprechen. Ferner sind Widerstände 3a, 3b, 3ΪΓ entsprechend dem Widerstand 3 in Pig. 1 vorgesehen. Im übrigen entsprechen die Bezugszeichen denjenigen der Pig. 1. Wenn der Beginn der Entladung durch den Detektor 31 festgestellt wird, so wird das Verzögerungszeitintervall υ\. von Beaufschlagung des Arbeitsspaltes mit der Spannung bis zum Beginn der Entladung mit dem vorbestimmten Zeitintervall *C verglichen. Palls Tf, = ¹Jf gilt, so wird der Arbeitsspalt

ι s

durch Betätigung des Oszillators 6 mit Rechteckimpulsen beaufschlagt. Wenn X , y % gilt, so wird der Arbeitsspalt durch Betätigung des Oszillators 33 mit Stromimpulsen von Dreieckswellenform beaufschlagt. Der Oszillator 33 für Stromimpulse von Dreieckswellenform erzeugt diese Stromimpulse mit Dreieckswellenform durch aufeinanderfolgendes Einschalten der Transistoren 2a, 2b, 2N, wobei mit fortschreitender Zeit mehr

und mehr der Transistor eingeschaltet wird. Eine Ausführungsform des Oszillators 33 für die Bereitstellung von Dreieckswellenformen ist in Pig. 7 gezeigt, wobei die Bezugszeichen 44a,

441,, 44c, 44n J-K-Plip-Plops bezeichnen. Zunächst

haben alle Ausgänge Qa, Qb, Qc, QIT den Wert O und der

Eingang Ja hat den Wert 1. In diesem Zustand, wenn ein Taktimpuls CP von einem nicht dargestellten Taktgeber den Eingängen

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Ta, Tb, Tc, Tn zugeführt wird (1-Impuls) so ergibt sich

Qa = 1, Qb = O, Qc = 0 Qn = 0. Das Ausgangssignal Qa

liegt an der Basis des Sehalttransistors 2a an, so daß dieser leitend wird. Wie'Pig. 7 zeigt, ist der Ausgangsanschluß Qa mit dem Eingang Jb verbunden, so daß auch dieser Eingang Jb den Wert 1 erhält. Wenn nachfolgend der Taktimpuls CP (1-Impuls) angelegt wird, so erhält man Qa = 1, Qb = 1, Qc =0, .... Qn = 0, so daß auch der Schalttransistor 2b leitend wird und im leitenden Zustand gehalten wird. In gleicher Weise werden die Schalttransistoren 2c bis 2n nacheinander ebenfalls leitend. Fig. zeigt die Wellenformen der einzelnen Flip-Flops zu den verschiedenen Zeiten. Pig. 9 zeigt den "Verlauf des die Schalttransjstoren 2a, 2b, .... 2n durchfließenden Stroms, wobei der Strom im Punkt a bei eingeschaltetem Transistor 2a durch die Kurve A in Fig. 9 angegeben ist. Der Stromverlauf, welcher

sich ergibt, nachdem die Transistoren 2b, 2c, 2n nach

einer Verzögerungszeit von t, bzw. tp, bzw. t , gerechnet vom Einschaltzeitpunkt des Transistors 2a, eingeschaltet wurden, sind durch die Kurven B, C, K in Fig. 9

B, C, ...... H angegeben. Wenn der durch den Punkt X in Fig.

fließende Strom mit Ι_χ bezeichnet wird und die durch die Punkte

A, B, C, Ή fließenden Ströme mit I., I-g, Iq , 1™·

bezeichnet werden, so ergibt sich die folgende Gleichung:

¹X - ¹A ^{+ 1}B ^{+ 1}O ⁺ ^{+ 1}N*

Die Stromwellenform im Punkt X ist durch Fig. 9X wiedergegeben. Die Art des Stromanstiegs kann in weitem Bereich variiert werden, indem man die Zeitintervalle t^, tp, ^n-1 ^vom

Zeitpunkt der Einschaltung des Transistors 2a an gerechnet

verändert, wobei die übrigen Transistoren 2b, 2c, 2n

entsprechend eingeschaltet werden.

Um anschließend die Transistoren durch die Schaltung gemäß Fig. 7 wieder zu sperren, muß Ja = Jb = Jc = .... Jn = 0 gelten und Ka wird mit Q~b verbunden; Kb wird mit 5c verbunden und Kc wird mit Qd verbunden usw. und die Transistoren 2a, 2b,

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2c, 2n sind mit den Ausgängen Qa, Qb, Qc , Qn

verbunden. Durch bestimmte Kombinationen des aufeinanderfolgenden Einschaltens und des aufeinanderfolgenden Auaschaltens können beliebige Wellenformen verwirklicht werden. Es ist ferner möglich, zur Bildung einer Dreieckswellenform oder dgl. eine Vorrichtung zu verwenden, durch welche die Rechteckwellenform verzerrt wird. Hierzu kann eine Drossel oder ein Kondensator dienen. Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen bleibt bei einer Änderung der Wellenform von einer rechteckigen Form zu einer anderen Form der Stromspitzenwert gleich. Es ist jedoch erfindungsgemäß auchnßglich bei einer Veränderung der Wellenform auch eine Veränderung des Stromspitzenwertes herbeizuführen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. J Verfahren zur Elektroerosionsbearbeitung eines Werküeks durch Beaufschlagung eines Arbeitsspaltes zwischen

Werkstück und Elektrode mit intermittierenden Stromimpulsen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenform des Entladungsstromimpulses in Abhängigkeit vom Zeitintervall zwischen Beginn der Beaufschlagung des Arbeitsspaltes mit dem Spannungsimpuls und Beginn der Entladung gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenform des Entladungsstromimpulses geändert wird, wenn das Zeitintervall zwischen Beginn der Beaufschlagung des Arbeitsspaltes mit dem Spannungsimpuls bis zum Beginn der Entladung größer als ein vorbestimmtes Zeitintervall ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenform des Entladungsstromimpulses von einer Rechteckform zu einer schräg verlaufenden Impulswellenform geändert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man EntladungsStromimpulse mit Rechteckwellenform verwendet, solange das Zeitintervall zwischen

und

tes Intervall

se

mit schräg verlaufender Wellenform verwendet, falls das Zeitintervall von Beaufschlagung des Arbeitsspaltes mit dem Spannungsimpuls bis zum Beginn der Entladung größer als ein vorbestimmtes Zeitintervall ist.

5. Vorrichtung zur Durchführung ctes Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem Werkstück, einer Elektrode, und einem Schaltelement zwischen Arbeitsspalt und einer Stromquelle und einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Schaltelementes, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerein-

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richtung (6,31-53) zur Steuerung des Schaltelementes (2a, 2b, 2n) je nach der Länge des Zeitintervalls von Beginn der Beaufschlagung des Arbeitsspaltes mit einem Spannungsimpuls bis zum Beginn der Entladung Entladungsspannungsimpulse verschiedener Wellenformen bildet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (6,31-33) eine erste Steuereinheit (6) zur Bildung von Entladungsstromimpulsen mit Rechteckwllenform umfaßt, sowie eine zweite Steuereinheit (33) zur Bildung von Entladungsstromimpulsen mit einer schräg verlaufenden Wellenform sowie eine Einrichtung (31,32) zum selektiven Ansteuern einer der beiden Steuereinheiten (6,33) je nach der Länge des Zeitintervalls zwischen Beginn der Beaufschlagung des Arbeitsspaltes mit dem Spannungsimpuls und Beginn der Entladung .

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (31,32) einen Detektor (31) zur Feststellung des Beginns der Entladung umfaßt sowie eine Vorrichtung (32) zum Vergleich des Zeitintervalls vom Beginn der Beaufschlagung des Arbeitsspaltes mit einemSpanngsisjwls bis zum Beginn der Entladung mit einem vorbestimmten Zeitintervall.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch

gekennzeichnet, daß das Schaltelement (2a, 2b, 2n)

eine Vielzahl von parallel geschalteten Transistoren umfaßt, wobei die Ausgänge der Steuereinheiten (6, 33) mit der Basis eines jeden Transistors verbunden sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren, einer nach dem anderen, durch die Steuereinheit (33) einschaltbar sind.

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