DE2507053B2

DE2507053B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Hochfrequenz-Wechselstrom-Elektroerosionsbearbeitung

Info

Publication number: DE2507053B2
Application number: DE2507053A
Authority: DE
Inventors: Yoshiei Yokohama Kanagawa Niwa (Japan)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-02-19
Filing date: 1975-02-19
Publication date: 1980-08-14
Also published as: FR2261094A1; DE2507053A1; US4447696A; IT1031674B; CH578398A5; DE2507053C3; FR2261094B1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Elektroemsionsbearbeitung eines Werkstücks durch Beaufschlagung eines Arbcitsspaltes zwischen dein Werkstück und einer oder mehrerer Elektroden mit einer Hochfrequenz-Wechselspannung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. wi

Ein solches Verfahren ist aus »Deutsche Elektrotechnik«, IW, Heft ^l>, Seite 45fi, bekannt. Dieses Verfahren weist eine Reihe von Nachteilen auf. Im Falle eines Werkstücks aus einer sehr harten Legierungwerden auf der Oberfläche Risse mit der Struktur iö eines Schildkrötcnpanzcrs gebildet. Im Falle eines Werkstücks aus vergütetem Stahl wird eine Temperiüin bewirkt und im FaUc eine* Werkstücks aus Weichstahl kommt es zu einer Vergütung. Diese Nachteile treten insbesondere bei kleinem A«beitsbereich auf. Bei der Bearbeitung von sehr harten Legierungen wurde daher die Elektroerosionsbearbeitung als Priinärbearbeitung durchgeführt, worauf das bearbeitete Werkstück in einer zweiten Arbeitsstufe zur Beseitigung der durch die Elektroerosionsbearbeitung hervorgerufenen Unebenheiten der Oberfläche poliert wurde.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Elektroerosionsbearbeitung zu schaffen, welches auch bei harten Legierungen zu einer äußerst gleichmäßigen Oberfläche führt und eine genaue Bearbeitung erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man den Arbeitsspalt mit intermittierenden Impulsen einer Hochfrequenz-Wechselspannung mit einer Frequenz im Megahertz-Bereich und mit Ruhezeitintervallen zwischen den Impulsen beaufschlagt.

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

Fig. I eine Wellenform der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten intermittierenden Hochfrequenzwechselspannungsimpulse,

Fig. 2 eine Kombination der intermittierenden Hochfrequenzwechselspannungsimpulse gemäß Fig. 1 mit Gleichspannungsimpulsen,

Fig, 3 bis 5 Wellenformen zur Veranschaulichung des Prinzips der Bildung der Hochfrequenzwechselspannung,

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 7 ein Detailschaltbild der Vorrichtung gemäß Fig. ft,

Fig. 8 bis 11 Ausgangswellenformen der einzelnen Komponenten der Vorrichtung gemäß den Fig. (S und 7,

Fig. 12 eincschcmaiische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 13 eine abgewandelte Wellenform der intermittierenden Hochfrequenzwcchselspannungsimpulsc in Form einer Bogenentladungsspannung,

Fig. 14 eine schematische Darstellung einer Elektroerosionseinrichtung mit der erfindungsgemäßen Stromversorgungseinrichtung und einer Elektrodenvorschubeinrichtung.

Fig. 1 zeigt die Form der erfindungsgemäß verwendeten intermittierenden Hochfrequenzspannungsimpulsc. Dabei werden gegenüber bekannten Impulsformen die folgenden Vorteile erzielt:

(1) Eine Rißbildung, eine Vergütung oder eine Temperung wird bei Werkstücken aus sehr harten Legierungen oder Stählen vollständig vermieden.

(2) Die Entladungsleistung kann auf einfache Weise durch Änderung des Intermitticiungsverhältnisses gesteuert werden, ohne daß die Hochfrequenzspannung geändert werden muß.

F.s wurden Vergleichsversuche durchgeführt. Dabei wurde der Arbeitsspalt einmal mit intermittierenden Glcichspamiungsimpulscn beaufschlagt und zum anderen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit intermittierenden bipolaren Hochfrequcnzwechselspannungsimpulsen einer Wechselspannungsfrequen/. von etwa 1 MHz. Wenn die Höhe der Unebenheilen

auf der Oberfläche des Werkstücks im Bereich von mehreren Mikron bis mehreren 10 Mikron liegt, so beträgt die Arbeitsgeschwindigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens mindestens etwa das 1 5fache der Arbeitsgeschwindigkeit des herkömmlichen Verfahrens und man erzielt eine äußerst glatte Oberfläche, deren Unebenheiten eine Höhe von nur noch etwa 1 μ aufweisen. Mit dem herkömmlichen Eiektroerosionsverfahren kann eine derart glatte Oberfläche bei harten Legierungen nicht oder nur sehr schwer erzielt werden.

Gemäß Fig. 2 kann man den Arbeitsspalt zusätzlich während der Ruhezeitintervalle der intermittierenden Hochfrequenzwechselspaniiungsimpulse mit Gleichspannungsimpulsen von z. B. 20 Volt beaufschlagen. Dabei bedeckt sich die Oberfläche der Elektrode mit einem schwarzen Material (es kann sich um Staub handeln) und der Elektrodenvorschub ist stark herabgesetzt.

Fig. 3 bis 5 veranschaulichen ein Verfahren zur Gewinnung der Hochfrequenzwechselspannung. Es wird zunächst eine unipolare Hochfrequenzimpulsspannung hoher Leistung der Wellenformen gemäß Fig. 3 gebildet und gleichzeitig eine unipolare Hochfrequenzwechselspannunggeringer Leistung der Wellenform gemäß Fig. 4 mit umgekehrter Polarität und beide Spannungen werden kombiniert, wobei lie bipolare Hochfrequenzwechselspannung mit der Wellenform gemäß Fig. 5 erhalten wird.

Fig. 6 und 7 zeigen eine einfache Transistorschaltung, welche nach diesem Prinzip arbeitet. Sie umfaßt einen Hochfrequenzoszillator oder Sinuswechselspannungsgebcr 1 mit einer Ausgangsspannung, gemäß Fig. 8; einen Doppelweggleichrichter 2 mit einer Ausgangsspannung gemäß Fig. 9; einen Gleichspannungsgeber 3, dessen Gleichspannung mit der Spannung gemäß Fig. 9 kombiniert wird, so daß eine Wechselspannung gemäß Fig. 10 erhalten wird. Diese wird mit einer Gleichrichterschaltung 4 in eine Impulsspannung mit Rechteckwellenform gemäß Fig. 11 umgewandelt und letztere wird einer Leistungsverstärkung in einer Verstärkerschaltung 5 unterworfen, und zwar zur Erzeugung einer Impulsspannung posillivcr Polarität (Fig. 3), sowie in einer Verstärkerschaltung 6 zur Erzeugung einer Impulsspannung negativer Polarität (Fig. 4). Diese beiden Spannungen werden sodann kombiniert, wobei man eine Spannung der Wellenform gemäß Fig. 5 erhält. Die Detailschaltung dieser Einrichtung gemäß Fig. 7 umfaßt eine Elektrode 7, ein Werkstück 8, ein Arbeitsbad 9 sowie ein Arbeitsgefäß 10.

Fig. 7 umfaßt eine Elektrode 7, ein Werkjtück 8, ein Arbeitsbad 9 sowie ein Arbeitsgefäß 10. Bei der Elektrocrosionsbearbeitung unter Beaufschlagung mit einer bipolaren Impulsspannung ist es erforderlich, die Frequenz der Impulsspannung zu ändern, je nachdem, ob eine Grobbearbeitung oder eine Feinbarbeitung angestrebt wird. Mit der erfindungsgemäßen Schaltung kann die Wahl einer Grobbearbeitung oder Feinbearbeitung leicht dadurch erfolgen, daß man die Frequenz des Hochfrequenz-Wcchselspannungsoszillators 1 gemäß Fig. 7 ändert. Ferner ist es bei dem crfindungsgcnvißen Verfahren erforderlich, die Spannung und die 'Stromstarke der Impulsspannung positiver Polaritä¹ und die Spannung und die Stromstärke der Impulsspannung negativer Polarität je ni»ch den Arbeitsbedingungen getrennt zu ändern. Dies kann leicht dadurch geschehen, daß man die Gleichspannung der Gleichspannungsquelle 5a indem Leistungsverstärker 5 ändert und daß man die Gleichspannung der Gleichspannungsquelle 6a in dem Leistungsverstärker 6 gemäß Fig. 7 ändert.

Zur Gewinnung der intermittierenden Impulse der Hochfrequenzwechselspannung wird eine transistorisierte Chopper-Schaltung verwendet.

Wenn man eine Frequenz von 10 MHz und eine κι Ausgangsleistung von etwa 5 kW anstrebt, so kann man nicht mit einem üblichen transistorisierten Hochfrequenzoszillator arbeiten. Wenn man eine Vielzahl von Transistoren parallelschaltet, kann man zwar eine hohe Leistung erreichen, die Frequenz wird jedoch nachteiligerweise herabgesetzt. Fig. 12 zeigt eine Schaltung, mit der man eine Hochfrequenzausgangsspannung mit hoher Leistung ohne Senkung der Frequenz erzielt. Sie umfaßt transistorisierte Oszillatorschaltungen 11 mit jeweils einem Hochfrequenzaus-

2(i gangsstrom gleicher Phase. Ein Transformator 12 dient zur Kombination der Hochfrequenzströme. Die Primärwicklung wird mit den Hochfrequenzströmen der transistorisierten Oszillatorschaltungen 11 beaufschlagt. Ein Hochfrequenzstrom hoher Leistung wird am Anschluß der Sekundärwicklung 14 der Spule 12 erhalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch in Verbindung mit einer Vorrichtung betrieben werden, bei der dem Werkstück gegenüber eine Vielzahl ge-

3(i trennter Elektroden angeordnet sind. Dabei können die einzelnen Elektroden mit den gesonderten Oszillatoren 11 gemäß Fig. 12 verbunden werden. Bei Verwendung nur eines Oszillators kann man dabei einen Transformator mit einer Primärspule und einer

is Vielzahl von Sekundärspulen verwenden. Wegen der hierbei gewährleisteten Phasengleichheit kommt es nicht zu einer Entladung zwischen den Elektroden oder zu einer übermäßigen Aufheizung der Arbeitsflüssigkeit.

4(i Eine abgewandelte Ausführungsform der intermittierenden Hochfrequenz-Wechselspannungsimpulse ist in Fig. 13 gezeigt. Zu deren Gewinnung wird der Hochfrequenzoszillator dadurch betrieben, daß man ihn mit einer doppelweg-gleichgerichteten Spannung aus einer .SO Hz Einphasenspannung beaufschlagt. Dabei ist der Spitzenwert der am Arbeitsspalt anliegenden Spannung dem Abstand zwischen Werkstück und Elektrode im wesentlichen proportional. Dies erlaubt eine einfache Steuerung der Elektrodenvorschubeinrichtung. Bei der in Fig. 14 gezeigten Einrichtungwird der Arbeitsspalt 22 zwischen Elektrode 20 und Werkstück 21 mit einer Spannung gemäß Fig. 13 aus einer Hochfrequenzspannungsquelle 23 beaufschlagt. Andererseits ist der Arbeitsspalt mit einem Gleichrichter 24 und einem Kondensator 25 verbunden. Eine dem Spitzenwert der am Arbeitsspalt anliegenden Spannung entsprechende Spannung wird im Kondensator 25 gespeichert. Die Differenzspannung zwischen der Spannung einer Gleichspannungs-

Mi quelle 26 und der Spannung des Kondensators 25 liegt als Eingangsspannung an einem Verstärker 27 an. Ein Servomotor 28 für den automatischen Eiektrodenvorscnub wird durch das Ausgangssigna! des Verstärkers 27 betrieben.

(i5 Bei rotierenden Elektroden besteht ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, daß die Hochfrequenz-Weehsclspannimgsimpulse der Elektrode über einen Kondensator, /. B. in Form eines Ringes,

unter Vermeidung von mechanischen Bürstenkontakten zugeführt werden können. Ferner kann als Arbeitsflüssigkeit vorteilhafterweise ungefährliches Wasser verwendet werden, da die Hochfrequenzwechselspannung im Megahertz-Bereich im wesentli

chen nicht zu einer Elektrolyse führt. Dies ist insbesondere bei kleinen Arbeitsflächen vorteilhaft, wie sie bei der Wcrkzueugpolierung oder bei einer Elektroerosionsbearbeitung vom Drahtschneidtyp vorliegen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

IO Patentansprüche:

1. Verfahren zur Elektroerosionsbearbeitung eines Werkstücks durch Beaufschlagung eines Arbeitsspaltes zwischen dem Werkstück und einer oder mehrerer Elektroden mit einer Hochfrequenz-Wechselspannung, dadurch gekennzeichnet, daß man den Arbeitsspalt mit intermittierenden Impulsen einer Hochfrequenzwechselspannung mit einer Frequenz im Mtgahertz-Bereich und mit Ruhezeitintervallen zwischen den Impulsen beaufschlagt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Arbeitsspalt zusätzlich is mit Gleichspannungsimpulsen einer intermittierenden Gleichspannung beaufschlagt, welche in die Ruhezeitintervalle der intermittierenden Hochfrequenz-Wechselspannungsimpulse fallen (Fig. 2).

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als intermittierende Hochfrequenz- Wechsclspannungsimpulse Bogenentladungs-Spannungsimpulse verwendet (Fig. 13).

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche I bis 3, gekennzeichnet durch einen Hochfrequenz-Wechselspannungsgenerator (1) zur Erzeugung einer Hoehfrequenz-Wechsclspannung mit variabler Frequenz; einen nachgcschaltcten Doppelweg-Gleichrichter (2); eine Einrichtung (3) zur Kombination des Ausgangssignals des Gleichrichters (2) mit einer variablen Gleichspannung unter Bildung einer bipolaren pulsierenden Spannung; ei- .is nen nachgeschalteten Gleichrichter (4) zur Erzeugung einer bipolaren Wechselspannung mit Rechteckwellenform; und einen Leistungsverstärker (5) zur Erzeugung einer Impulsspannung positiver Polarität und einen Leistungsverstärker ·4ΐι (6) zur Erzeugung einer Impulsspannung negativer Polarität, deren Ausgangsspannungen kombiniert werden, sowie durch eine transistorisierte Choppcr-Schaltung zur Erzeugung von intermittierenden Hochfrequenz-Wechselspannungsimpulsen aus der kombinierten Ausgangs-Wechselspannung der Leistungsverstärker (5, 6).

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