DE2819844B2 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur elektrolytischen Bearbeitung eines Werkstücks - Google Patents

Description

und die Elckuolyisirömung hingegen fortgesetzt, so daß die Vibrationsbewegang gemeinsam mit dem Elektrolyt -Spülyorgang solche kleinen Brücken sicher entfernenkann.

Dabei wird durch die Erfindung gleichzeitig gewährleistet, daß geringe Kurzschlußströme in den Bearbeitungspausen keine Stillsetzung und auch keine Abschaltung bewirken, wenn die Zahl der Kurzschlußimpulse während einer vorbestimmten Zeitdauer so gering ist, daß erfahrungsgemäß nicht mit dem Aufbau störender Brücken gerechnet werden muß, sonder.i eine Beseitigung im Normalbetrieb zu erwarten ist. Hierdurch werden die Stillstandszeiten weiter verringert und das Verfahren kann wirtschaftlich ohne die Gefahr von Ausschuß sehr schnell durchgeführt werden.

Durch die Merkmale des Anspruchs 2 wird erreicht, daß automatisch die Wiedereinschaltung des Vorschubs erfolgt, sobald normale Betriebszustände wieder zu erwarten sind, so daß die normalen Betriebsbedingungen so schnell als möglich, aber auch nicht früher wieder hergestellt werden.

Eine Schaltungsanordnung in digitaler Technik zur Durchführung des Verfahrens und zur Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich aus Anspruch 3. Hierdurch wird mit einfachsten schaltungstechnischen Mitteln die Anzahl der Pausen mit einer unter einem vorbestimmten Wert liegenden Impedanz er aßt und verarbeitet, wobei durch Einstellung des Zählerausgangs eine Anpassung an verschiedene Betriebsbedingungen gewährleistet wird.

Durch die Merkmale des Anspruchs 4 wird erreicht, daß nach Fehlerbeseitigung schnellstens eine Widereinschaltung des Vorschubs erfolgt.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß ohne Betriebsunterbrechung und ohne manuelle Fehlerbeseitigung ein kontinuierlicher Arbeitsvorgang gewährleistet ist, de^r nur durch Vorschubpausen verlangsamt wird, die eingelegt werden, wenn die früh erkannten Zustände eintreten.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht e!i,er Vorrichtung zur elektrolytischen Bearbeitung mit Werkstück,

F i g. 2 ein Diagramm der angelegten Spannung,

Fig.3 ein Schaltbild der digitalen Steuerung der Vorrichtung gemäß Fig. 1,

F i g. 4 ein Impulsdiagramm.

Gemäß F i g. 1 sind Werkstück 10 und Elektrode 12 so angeordnet, daß die Elektrode 12 ein Loch 14 in das Werkstück unter Anwendung der bekannten elektrolytischen Bearbeitung einbohrt.

Das Werkstück 10 ist auf einem Schlitten 16 aufgespannt, der mit dem Werkstück durch eine Gewindespinde! 18 auf die Elektrode 12 hin beweglich ist, um einen im wesentlichen konstanten Spalt zwischen der Elektrodenspitze 12 und dem inneren Ende des Loches 14 aufrechtzuerhalten, während Material abgetragen wird. Die Spindel 18 wird durch einen Motor 20 angetrieben.

Der Elektrolyt wird in das Loch 14 eingespritzt, um einen elektrischen Strompfad zwischen der Elektrodenspitze und dem inneren Lochende zu schaffen und um eine elektrolytische Bearbeitung des Werkstücks durchzuführen. Dieser Elektrolyt kann aus Natrium-Silikat bestehen, welches in einem Reservoir 22 untergebracht ist und dem Loch 14 über eine Pumpe 24 zugeführt wird. Die Natrium-Silikatströmung spült auch den sich bei der Bearbeitung ergebenden Schlamm ab. Um die Schlammabfuhr weiter zu verbessern, wird die Elektrode 12 schnell hin- und hergehend auf das Werkstück 10 hin und von diesem weg bewegt. Diese "> Bewegung in axialer Richtung erfolgt durch einen Vibrationsmechanismus 26 derart, daß der vorhandene Schlamm konstant in Bewegung versetzt wird, wodurch es einfacher wird, diesen Schlamm durch die Natrium-Silikatströmung aus dem Loch herauszuspülen.

κι Trotz der hin- und hergehenden Bewegung der Elektrode 12 baut sich Schlamm von Zeit zu Zeit auf und setzt sich ab mit dem Ergebnis, daß der Spalt zwischen Elekirodenspitze und innerem Lochende dann mechanisch überbrückt wird, was einen Kurzschluß zwischen Werkstück 10 und Elektrode 12 zur Folge hat. Wenn sich eine solche Kurzschlußbrücke weiter aufbauen kann, dann ergibt sich ein übermäßiger elektrischer Stromfluß, der eine solche Hitze erzeugt, daß schließlich die Elektrode mit dem Werkstück verschweißt wird.

Wenn dies geschieht, wird das Werkstück unbrauchbar und muß weggeworfen werden, und auch die Elektrode muß durch eine neue ersetzt werden.

Die F i g. 2 zeigt die Wellenform der Speisespannung und es ist ersichtlich, daß diese eine durch Doppelweggleichrichtung gleichgerichtete Wechselspannung ist, deren Halbwellenimpulse eine Frequenz von 100 Hz haben.

Während des Normalbetriebs ohne Kurzschluß fließt der Bearbeitungsstrom nur während jener Zeitperiode,

in die die Spitzenspannung umfaßt, wie dies durch den Abschnitt a in Fig.2 und bei 4a bis 4c in Fig.4 dargestellt ist. Die Elektrode 12 wird mit 100 Hz bewegt und ihre Bewegung wird mit den Halbwelienimpulsen der Bearbeitungsspannung derart synchronisiert, daß

J5 sich die Elektrode mit ihrer Spitze dem inneren Ende des Lochs 14 während jeder Periode a (F i g. 2) annähen, wenn nämlich eine Stromleitung für die Bearbeitung erwünscht ist. Wenn ein Strom zwischen dem Ende einer ersten Periode a und dem Start der nächsten

4(i Periode a'(F ι g. 2) fließt, ist dies eine Anzeige dafür, daß ein Kurzschluß vorhanden ist. Die Zeitskala, in der dies geschieht, liegt in der Größenordnung von Millisekunden. Es ist eine Vorrichtung 32 vorgesehen, die diese Kurzschlüsse feststellt. Die Vorrichtung 32 empfängt von einem Differentialverstärker 30 ein dem Bearbeitungsstrom zugeordnetes Signal. Der Verstärker 30 überbrückt ein Amperemeter 28 (F i g. 1 und 3), welches zwischen Arbeitsstromquelle 29 (F i g. 1) und Werkstück 10 geschaltet ist.

Der Verstärker 30 spricht auf den sehr kleinen Spannungsabfall über dem Amperemeter 28 an. Wenn der Bearbeitungsstrom fließt und durch den Verstärker 30 festgestellt wird, dann werden Impulse in einer als Schwellwertschalter arbeitenden Schmitt-Triggerschaltung 34 (F i g. 3) erzeugt und über einen Inverter 36 einem UND-Gatter 38 zugeführt. Diese Impulse sind gleich und haben eine Dauer von wenigen Millisekunden, wenn die Bearbeitung normal fortschreitet, wie bei 4a bis 4c angedeutet. Die Impulse werden jedoch ungleichförmig, wenn ein Kurzschluß auftritt, wie dies bei Ad, 4e, Ag dargestellt ist, weil fehierhafterweise eine Schlammbrücke über dem Spalt zwischen der Elektrode unil dem inneren Ende des Lochs aufgebaut wird:

Die Vorrichtung 30 weist außerdem einen Hauptes transformator 40, einen Nulldurchgangsdetektor 42, einen monostabilen Impulsgenerator und einen weiteren Logikinverter 44 auf, die alle in Reihe geschaltet sind, um Impulse mit einer Dauer von 4 Millisekunden zu

liefern. Diese werden zwischen dem Ende eines Bearbeitungsimpulses und dem Beginn des nächst folgenden Arbeitsimpulses erzeugt. Die Wellenform dieser Impulse ist in Fig.4 bei 2 dargestellt. Diese Taktimpulse gelangen zum UND-Gatter 38 und speisen außerdem zu einem vierstufigen Binärzähler 46. der während des Arbeitsablaufs der Maschine kontinuierlich seine 16 Zustände »0« bis »15« durchläuft.

Bei dem Zählerstand »1« des Binärzählcrs 46 wird eine bistabile Stufe in Gestall eines ersten Flip-Flop 48 gesetzt und die Zählerstellung »15« bewirkt eine Rückstellung der bistabilen Stufe 48, so daß die bistabile Stufe 48 Rechteckimpulse von 140 msec Dauer liefert, mit Abständen von 20 msec, wie dies bei 3 in Fig.4 dargestellt ist. Die längeren Impulse 3a umfassen die Perioden, in denen die Arbeitsweise der Kurzschiußüberwachungsvorrichtung überwacht wird. Die Impulse 3 werden dem UND-Gatter 38 zusammen mit Impulszügen 2 und 4 (F i g. 4) zugeführt.

Das UND-Gatter 38 läßt einen Ausgangsimpuls nur dann durchtreten, wenn gleichzeitig positive Signale 2,3 und 4 empfangen werden. Ein solcher gleichzeitiger Empfang tritt nur dann auf, wenn ein Kurzschluß in dem Bearbeitungskreis auftritt. Der Signalausgang des UND-Gatters 38, der bei 5 in Fig. 4 dargestellt ist. wird einem zweiten vierstufigen Binärzähler 50 zugeführt. Der Zähler 50 zählt die Zahl der vom UND-Gatter 38 während irgendeiner Austastzeit 3a empfangenen Impulse. Wenn diese Zählung den Wert »11« erreicht hat. dann werden ein zweites Flip-Flop 54 und ein drittes Flip-Flop 56 über einen Umschalter 52 gesetzt, und durch das Flip-Flop 56 wird e-n Signal 6a in Wellenform 6 gemäß F i g. 4 erzeugt. Hierdurch wird der Werkstückvorschubmotor 20 (F i g. 1) angehalten.

Die Elektrode 12 und das Werkstück 10 sind dann stationär abgesehen von der Vibration, die der Elektrode 12 in eier vorbeschriebenen Weise aufgeprägt wird. Die elektrische Leistungszufuhr wird aufrechterhalten mit der Folge, daß der Kurzschluß wegen des Aufbaus von Schlamm im Loch 14 noch fortdauert. Der Elektrolyt wird jedoch in das Loch 14 gepumpt und spült allmählich den Schlamm weg, wodurch graduell die Kur/.sehlußbcdingung beendet wird.

Der Werkstückvorschubmotor 20 bleibt entregt, bis der Kurzschluß beseitigt ist. Ein fortdauernder Kurz-Schluß bewirkt, daß das Signal 4 kontinuierlich wird und für die Impulse 5 erfolgt eine weitere Feststellung am Zähler 50 während aufeinanderfolgender Perioden 3a. Wenn der Kurzschluß jedoch beseitigt ist. dann verschwinden die Impulse 5 und der Motor 20 wird wieder erregt, wenn die nächst folgende Austasipcriodc 3.) beendet ist, ohne daß der Zähler 50 elf Impulse 5 gezählt hätte.

Hin fortdauernder Kurzschluß hält den Motor 20 auf folgende Weise entregt. Während jeder Austastperiode 3a werden Impulse 5 vom Zähler 50 empfangen, und wenn elf solche Impulse gezählt sind, dann wird auf der Leitung 60 ein Signal erzeugt, das die Flip-Flops 54 und 56 setzt, und das Flip-Flop 56 verhindert im gesetzten Zustand die Erregung des Motors 20.

Wenn der Kurzschluß vollständig oder so weit beseitigt ist. daß weniger als elf Impulse 5 während einer Ausiastpcriode gezählt werden, dann wird der Motor 20 in der folgenden Weise wieder erregt. Zu Beginn jeder Austastperiode läßt die 0-Zählung des Zählers 46 ein Signal längs der Leitung 55 erscheinen um das Flip-Flop 54 zurückzustellen, und es wird auch ein Signal auf die Leitung 57 gegeben, um den Zähler 50 auf »0« zu stellen, und dies geschieht unabhängig davon, ob ein Kurzschluß vorhanden ist. Wenn der Zähler 50 während einer Austastperiode nicht bis elf zählt, dann bleibt das Flip-Flop 54 zurückgesetzt, und wenn am Ende der Austastperiode am Zähler 46 eine »15« auftritt, so ergibt dies ein Signal längs der Leitung 53. so daß das UND-Gatter 58 dann gleichzeitig Signale an beiden Eingängen erhält und so ein Ausgangssignal liefert. Dieses Ausgangssignal setzt das Flip-Flop 56 zurück, so daß der Motor 20 wieder erregt werden kann. Es ist möglich, den Schalter 52 so einzustellen, daß die Zahl der Impulse 5 geändert wird, die vom Zähler 50 in irgendeiner Auslastperiode empfangn werden, bevor der Motor 20 angehalten wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur elektrolytischen Bearbeitung eines Werkstücks mit einer Elektrode, die kontinuierlich auf das Werkstück hinbewegt und gleichzeitig oszillierend längs der gleichen Achse hin und hergehend bewegt wird, wobei Bearbeitungsimpulse synchron zur oszillierenden Bewegung der Elektrode während eines Periodenabschnitts mit dem kleinsten Arbeitsspalt geliefert werden, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Impulspausen (zwischen aufeinanderfolgenden Bearbeitungsimpulsen), in denen die Impedanz des Arbeitsspaltes eine vorbestimmte Schwelle unterschreitet, gezählt werden und daß dann wenn innerhalb einer vorbestimmten Abtastperioue eine vorbestimmte Anzahl überschritten wird, die kontinuierliche Bewegung der Elektrode stillgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierliche Bewegung der Elektrode wieder fortgesetzt wird, sobald in einer folgenden Abtastperiode die vorbestimmte Anzahl unterschritten wird.

3. Schaltungsanordnung in digitaler Technik zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

A) daß ein einen ersten Zähler (50) speisendes UND-Gatter (38) vorgesehen ist, dessen erster Eingang von einem Schwellwertschalter (30,34, 36) mit einem L-Signal (4) bei Unterschreiten der vorbestimmten Impedanzschwelle gespeist wird, dessen zweiter Eingang ständig mit einer Folge von Taktimpulsen der gleichen Frequenz wie die Bearbeitungs-Stromimpulse, jedoch in deren Pausen liegend, gespeist wird, und dessen dritter Eingang am Ausgang eines ersten Flip-Flop (48) liegt,

B) daß die Taktimpulsc (2) auch am Zähleingang eines zweiten Zählers (46) liegen, dessen erster Zählausgang am Setzeingang und dessen letzter Zählausgang am Rücksetzeingang des ersten Flip-Flop (48) liegen,

C) daß der erste Zähler (50) durch den O-Ausgang des zweiten Zählers (46) zurückgesetzt wird, und

D) daß verschiedene Zählausgänge des ersten Zählers (50) über einen Wählschalter (52) mit der Vorrichtung zum Stillsetzen der Elektrodenvorschubbewegung verbunden sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalter (52) an den Setzausgang eines zweiten (54) und eines dritten Flip-Flop (56) angeschaltet ist, daß der Rücksetzausgang des zweiten Flip-Flops mit dem O-Ausgang des zweiten Zählers und der Rücksetzeingang des dritten Flip-Flops (56) mit dem Ausgang eines weiteren UND-Gatters (58) verbunden ist, daß die Eingänge des weiteren UND-Gatters (58) mit einem letzten Zählausgang (15) des zweiten Zählers (46) bzw. dem invertierten Ausgang (B) des zweiten Flip-Flops (54) verbunden sind, und daß der Ausgang (C)des dritten Flip-Flops (56) mit der Steuervorrichtung für die Vorschubbewegung der Elektrode (12) verbunden ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art. Bei einem bekannten Verfahren dieser Art und einer entsprechenden Vorrichtung (US-PS 32 71283) soll > durch die oszillierende Bewegung und den Strömungsnuß des Elektrolyten das Auftreten von Kuizschlußbrücken zwischen Elektrode und Werkstück verhindert werden, die eine übermäßige Aufheizung des Elektrolyten und des Werkstücks und letztlich eine Verschwei-

K) Bung zwischen Elektrode und Werkstück zur Folge haben könnten. Hierdurch würden Werkstück und Elektrode unbrauchbar und müßten ausgetauscht werden.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch durch diese

ιϊ Vorkehrungen die Bildung von Kurzschlußbrücken nicht mit Sicherheit ausgeschlossen werden kann, so daß bei derartigen elektrolytischen Bearbeitungsmaschinen wie bei allen anderen vergleichbaren Vorrichtungen zur Bearbeitung harter Werkstücke Maßnahmen getroffen werden müssen, die vor Erreichen eines derartigen gefährlichen Betriebszustandes eine Abschaltung bewirken. Nach der Abschaltung muß dann die gefährliche Kurzschiußbrücke entfernt werden, was umständlich und zeitraubend ist, und erhebliche Betriebsunterbre-

K chungen zur Folge hat.

Bei der Bearbeitung mittels Funkenerosion wo bekanntlich ebenfalls Kurzschlüsse schädlich sind, ist es bekannt, die Abschaltung in Abhängigkeit von einer Impedanzmessung in den Pausen der Bearbeitungsim-

Ji) pulse dann vorzunehmen, wenn ein entsprechend niedriger Impedanzpegel eine schwerwiegende Kurzschlußbedingung anzeigt (US-PS 36 09 281). Beim Auftreten von Kurzschlüssen mit höherem Impedanzwert sucht man zunächst diese dadurch zu beseitigen

J5 und den normalen Betriebszustand dadurch wieder herzustellen, daß die Länge der Einschaltzeit der Bearbeitungsimpulse vergrößert wird. Erst wenn dies keinen Erfolg zeitigt, werden die Bearbeitungsimpulse mit höherer Energie beaufschlagt, um die Kurzschluß-

■to brücke auszubrennen. Auch hierbei kann jedoch eine Abschaltung erforderlich werden.

Bei einer anderen Funkenerosions-Bearbeitungsmaschine (GB-PS 1045 391), sucht man gefährliche Betriebszustände dadurch zu vermeiden, daß beim Aufbau von Kurzschlußbrücken der Arbeitsspalt vergrößert wird, während nach Abbau des Fehlers automatisch wieder eine Verkleinerung des Spaltes erfolgt. Die Steuerung erfolgt dabei in digitaler Technik über einen Vergleich zweier Zähler, wobei einerseits Taktimpulse und andererseits Entladeimpulse bzw. Kurzschlußimpulse gezählt werden, und beim Überschreiten einer vorbestimmten Differenz in einem bestimmten Zeitraum die Steuerung erfolgt. Eine solche Steuerung ist jedoch für elektrolytische Bearbeitungsmaschinen nicht einsetzbar.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung für eine elektrolytische Werkstückbearbeitung zu schaffen, durch die unter Früherkennung sich aufbauender Kurzschlußbrücken ein Anwachsen solcher Kurzschlußbrücken verhindert und ohne Betriebsunterbrechung ein Abbau derartiger Brücken gewährleistet wird. Gelöst wird die gestellte Aufgabe verfahrensmäßig durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Erfindungsgemäß wird bei beginnendem Aufbau einer Kurzschlußbrücke vorbestimmter Dimension nur der Vorschub stillgesetzt, die Bearbeitungsstromzufuhr