DE2903873A1

DE2903873A1 - Verfahren und anordnung zur elektrochemischen bearbeitung

Info

Publication number: DE2903873A1
Application number: DE19792903873
Authority: DE
Inventors: Andrej Pavlovitsch Semaschko
Original assignee: SEMASCHKO
Current assignee: SEMASCHKO
Priority date: 1978-02-01
Filing date: 1979-02-01
Publication date: 1979-08-30
Also published as: FR2416080A1; US4213834A; FR2416080B1; DE2903873C2

Description

SCHIFF ν. FDNER STREHL SCHOBEL-HOPF EBBINGt-V.US ~

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der elektrochemischen maßhaltigen Präzisionsbearbeitung von Metallen und Legierungen und bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung und auf ein System für dessen Realisierung.

Die vorliegende Erfindung kann zur Ausführung verschiedener Kopier-Bäumoperationen in Ferkstücken aus schwer zu bearbeitenden Werkst offen ausgewertet werden.

Es sind Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung von Metallen mit einer Zwangsschwingung einer der Elektroden bekannt. Bei der Verwirklichung dieser Verfahren wild ein synchronisierter Spannungsimpuls ausgenutzt, der auf die Elektroden im Vorgang ihrer Annäherung gegeben wird. Im Augenblick der maximalen Annäherung der Elektroden bleibt

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im Schwingungsvorgang der einen von ihnen ein Spannungsimpuls an den Elektroden aus. Die Eins-bellung der Spannungszuführung im Bereich der maximalen Annäherung der Elektroden setzt aber wesentlich, die Leistungsfähigkeit der Bearbeitung und die Kopiergenauigkeit herab.

Es ist ein Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung mit einer mit Spannungsimpulsen synchronisierten Zwangsschwingung einer der Elektroden "bekannt, bei dem das Impuls-Pause- -Verhältnis im Bearbeitungsvorgang geregelt wird. Die Bearbeitung beginnt bei geringen Werten, und gegen Ende der Bearbeitung wird das Impuls-Pause-Verhältnis vergrößert. Hierbei wird die Impulsfolge zeitlich verschoben, indem die Momentan?/erte des Zwischenelektrodenraumes verringert werden, bei denen ein Strom fließt. Nach dem bekannten Verfahren können die Spannungsimpulse sowohl bei der Annäherung der Elektroden als auch bei deren Auseinanderziehen gegeben werden, während im Augenblick der maximalen Annäherung der Elektroden ein Spannungsimpuls ausbleibt. Eine Änderung der Bearbeitungsintensität durch Regelung des Impuls-Pause- -Verhältnisses und der zeitlichen Verschiebung der Impulse führt zur Senkung der Genauigkeit der Formbildung, insbesondere beim Räumen von Flächen mit vertikalen Wänden.

Die Besonderheit der bekannten Verfahren der elektrochemischen Bearbeitung ist die, daß die Spannungsimpulse auf die Elektroden bei einem großen A'nderungsbereich des stirnseitigen Zwischenelektrodenraumes eingespeist werden-.

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Dies ist gleichbedeutend mit der Einspeisung eines Spannungsimpulses bei einem großen mittleren stirnseitigen Zv/ischen« elektrodenraum, weshalb die Kopiergenauigkeit der Werkzeugelektrode auf der zu bearbeitenden Fläche wesentlich reduziert wird.

Es ist auch ein Eegelungsverfahren für den Elektrodenzwischen raum bei der elektrochemischen Bearbeitung mit einer mit an die Elektroden angelegten Spannungsimpuls en synchronisierten Zwangsschwingung einer der Elektroden (s. einen Urheberschein Jf. 187125» Internat.Kl.²G O^d 5/00) bekannt. Bei der Realisierung des betreffenden Verfahrens wird den Elektroden ein zusätzlicher Nie derspannungsstrom zugeführt, und die Eegelung des Zwischenelektrodenraumes erfolgt nach den durch einen Kurzschluß der Elektroden bewirkten Stoßen dieses Stroms.

Die Eegelung des Zwischenelektrodenraumes nach den infolge einer metallischen Kontaktierung der Werkzeugelektrode· mit einem Arbeitsstück entstehenden Stromstößen einer ÜTiederspannungsquelle eliminiert die Möglichkeit einer Impulsgabe der Arbeitsspannung auf die Elektroden im Augenblick deren maximaler Annäherung aneinander, d.h. bei einem Minimalwert des Zwischenelektrodenraumes zwecks Vermeidung einer eventuellen Störung der Werkzeugelektrode und der zu bearbeitenden Fläche infolge der Entstehung eines Kurzschlusses zwischen ihnen. Die Spannungsimpulse werden daher im bekannten Verfahren bei einem Vorschub oder Abhub der Werkzeugelektrode zu

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bzw» von der zu bearbeitenden Fläche_s cLh. bei einem veränderlichen Wert des Zwischenelektrodenraumes, eingespeist. Mit Rücksicht darauf, daß in den meisten Fällen die Schwingung Samplitude ca. O₃,2 mm und das Impuls-Pause-Verhältnis der Arbeitsspannung 2 bis 5 betragen, erfolgt der Prozeß der elektrochemischen Auflösung bei einem großen mittleren Zwischenelektrodenraum, was eine Senkung der Bearbeitungsgenauigkeit zur Folge iiat» Dies ist für die Seitenfläche eines zu bearbeitenden Hohlraumes besonders kennzeichnend« Die Erhöhung der Bearbeitungsgenauigkeit durch Vergrößerung des Impuls-Pause-Verhältnisses auf 5 bis 10 (durch Verringerung der Impulsdauer der Arbeitsspannung) zieht eine beträchtliche Vorschubgeschwindigkeitsabnähme nach sich. Darüber hinaus führt die Kontaktierung der Elektroden unter Spannung von einer zusätzlichen SpannungsqueHe zu einer Oberflächenerosion der Werkzeugelektrode und des Werkstücks« Bei der Kontaktierung der Elektroden ist auch eine mechanische Verformung der Oberflächen der Werkzeugelektrode und des Werkstücks, . insbesondere bei der Bearbeitung von Hohlräumen geringer Abmessungen bei Werkstücken mit geringfügiger Steife^ möglich.

Die bekannten Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung und Regelung des Zwischenelektrodaaraumes unter den Bedingungen der Anwendung einer mit Spannungsimpulsen synchronisierten schwingenden Bewegung der Elektrode gewährleisten also keine Erzielung einer hohen Bearbeitungsgenauigkeit, -

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-leistung und -gute bei der Fortbildung komplizierter Eormflächen.

Es sind Einrichtungen zur elektrochemischen Bearbeitung bekannt, die von den Grundsätzen einer Analyse von bei verschiedenen Störungen des Prozesses entstehenden und mit einer eventuellen Entwicklung eines Kurzschlusses im Zwischenelektrodenraum zusammenhängenden Stromoberwellen Gebrauch machen.

Diese Einrichtungen dürfen aber nicht zur Realisierung der Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung unter Benutzung eines Impulsstroms herangezogen werden, weil das Hochfrequenzspektrum der Impulsfolge die durch Mikrodurchschläge im Z^ischenelektrodenraum verursachten Futzsignale der Hochfrequenzschwingungen unterdrückt.

Bs sind auch Einrichtungen zur elektrochemischen Bearbeitung mit einer schwingenden Elektrode und einem Impulsstrom bekannt, die nach dem Prinzip eines Reglers arbeiten: bei Fehlen gegenseitiger Berührungen der Elektroden verwirklicht die Einrichtung einen automatischen Vorschub einer der Elektroden, bei Berührungen hört der

Vorschub auf. Die wirksame Impuls spannung kann nur beim Vorschub oder Abhub der Elektroden, d.h. bei einem variablen Wert des Zwischenelektrodenraumes in dessen großem Anderungsbereich zugeführt werden, was die Kopiergenauigkeit und die Bearbeitungsleistung erheblich herabsetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung mit einer

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Zwangsschwingung einer der Elektroden synchron mit der Zuführung von Spannung s impuls en an diese Elektroden und eine Anordnung zu dessen Durchführung zu schaffen, die die Auf— rechterhaltung eines minimalen Zwischenelektrodenraumes unter den Bedingungen der Impulsgabe auch zu dem Zeitpunkt ermöglichen, zu dem die Werkzeugelektrode und das Werkstück voneinander in einem minimalen Abstand liegen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei dem Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung mit einer Zwangsschwingung einer der Elektroden synchron mit an die Elektroden zugeführten Spannungsimpulsen der Bearbeitungsprozeß gemäß der Erfindung durch Überwachung einer durch eine Kavitation beim Auseinanderζiehen der Elektroden hervorgerufenen Änderung eines ein Verhältnis eines in der Zeit laufenden Wertes des Widerstandes des Zwischenelektrodenraumes zu dessen Wert beim minimalen Zwischenelektrodenraum unter den Bedingungen der Impulsgabe auch zu dem Zeitpunkt des Aufenthalts der Elektroden in einem minimalen Abstand voneinander darstellenden relativen Widerstandes des Zwischenelektrodenraumes geführt wird. Hierbei werden der v/ert des Zwischenelektrodenraumes und der Druck des Elektrolyten am Eingang des Zwischenelektrodenraumes geregelt, indem der vorgegebene Anderungswert des relativen Widerstandes konstant gehalten wird.

Der durch Kavitation beim Auseinanderziehen der Elektroden hervorgerufene Änderungswert des relativen

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Widerstandes wird durch periodische Einstellung eines erforderlichen Zwischenelektrodenraumes vorgegeben. Hierbei wird die Änderung dieses Widerstandes jedesmal gemessen und gespeichert. Der Speicherwert wird zwischen den Messungen zum Vergleich mit einem laufenden Änderungswert des relativen Widerstandes ausgenützt.

Zur Genauigkeitserhöhung der Überwachung des durch eine Kavitation beim Auseinanderziehen der Elektroden verursachten Änderungswertes des relativen Widerstandes wird seine zweite Ableitung nach der Zeit gemessen.

Im Falle der Ausnutzung einer im fallenden Ast der Stromspannungskennlinie arbeitenden Speisequelle wird der durch eine Kavitation beim Auseinanderziehen der Elektroden hervorgerufene Änderungswert des relativen Widerstandes zur einfachen und zuverlässigen Prozeßsteuerung durch Messung des Änderungswertes einer ein Verhältnis eines laufenden Wertes der Spannung zu ihrem Wert beim minimlaen Zwifcchenelektrodenraum darstellenden Elektrodenspannung überwacht.

Darüber hinaus wird der Änderungswert der relativen Elektrodenspannung zur Erhöhung der Empfindlichkeit und zur Erweiterung des Regelbereiches nach verschiedenen Formen des Spannungsimpulses durch Messung ihrer zweiten Ableitung überwacht.

Die gestellte Aufgabe wird auch dadurch gelöst, daß in einem System zur elektrochemischen Bearbeitung gemäß der

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Erfindung an die Elektroden ein Kavitationsgeber angeschlossen ist, dessen Ausgang elektrisch mit dem Eingang einer Steuereinrichtung für die Bearbeitungsintensität verbunden ist. Die Steuereinrichtung für die Bearbeitungsintensität schließt eine Auswahl- und Speichereinheit für den Wert eines Kavitationsparameters beim minimalen Zwischenelektrodenraum ein, deren Ausgang an einen Eingang einer Recheneinheit für den relativen Wert der Funktion eines Kavitationsparameters angeschlossen ist. Deren anderer Eingang und der Eingang der Ausxvahl- und Speie he reinheit für den Wert· eines Kavitationsparameters beim minimalen Zwischenelektrodenraum sind elektrisch mit dem Ausgang des Kavitationsgebers verbunden. Der Ausgang der Etcheneinheit für den relativen Wert der Funktion eines Kavitationsparameters ist an den Eingang einer Auswahl- und Speichereinheit für den relativen Wert der Funktion eines Kavitationsparameters und an einen Eingang einer Vergleichseinheit für den laufenden relativen Wert der Funktion eines Kavitationsparameters und für einen Vorgabewert angekoppelt, deren anderer Eingang mit dem Ausgang der Auswahl- und Speie he reinheit für den relativen Wert der Funktion eines Kavitationsparameters verbunden ist. Der Ausgang der Yergleichseinheit ist an eine SperrscSialtung angeschlossen, deren Ausgang den Ausgang der Steuereinrichtung für die Eearboitun#ainbenaib?ib bildet und an einen Stellmfjohari.ifjmua ^koppelΛ-, jfjf, „ bic .'.touoreingänge der Auswahl- u(i(\ i.pc. 1''.YtFiT-C. mh". ι.f> ί'Ί'τ f\v.n v/orb üiriea Kavitationsparameters

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BAD ORIGINAL

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beim minimalen Zwischenelektrodenraum, und der Auswahl- und Speichereinheit für den relativen Wert der Punktion eines Kavitationsparameters und der Steuereingang der Sperrschaltung sind an eine Einheit zur zeitlichen Steuerung angekoppelt .

Zweckmäßig enthält die Steuereinrichtung für die Bearbeitung sintensität eine Differenziereinheit zweiter Ordnung, deren Eingang an den Kavitationsgeber und deren .Ausgang an den anderen Eingang der Eecheneinheit für den relativen Wert der Punktion eines Kavitationsparameters angeschlossen sind. Der Kavitationsgeber kann in Form eines Spannungsgebers ausgeführt sein.

Der Kavitationsgeber kann in Form eines Spannungs- und eines Stromgebers ausgeführt sein, deren Ausgänge an eine Eecheneinheit für den Widerstand des Zwischenelektrodenraumes angeschlossen sind, deren Ausgang als Ausgang des Kavitationsgebers fungiert.

Das vorliegende Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung und das System für dessen Verwirklichung gestatten es, verschiedene Kopier-Bäumoperationen in Werkstücken aus schwer zu bearbeitenden t/erkstoffen mit einer hohen Bearbeitungsgenauigkeit,-leistung und -Qualität sowohl bei der Fertigung von komplizierten Formflächen als auch bei der Verarbeitung eines großen Loses von Werkstücken mit gleichen Maßen auszuführen.

- Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 ein Schaltbild einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur elektrochemischen Bearbeitung,

Fig. 2 in einem Diagramm die Abhängigkeit der Prozeßparameter bei schwingender Bewegung des Werkzeugs bezüglich der Oberfläche eines Werkstücks,

Fig. 3 ein Zeitdiagramm einer durch eine Kavitation bei einem Abhub des Werkzeuges von der Oberfläche eines Werkstücks verursachten Änderung der relativen Parameter in Abhängigkeit vom Wert eines minimalen Zwischenelektrodenraumes ,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur elektrochemischen Bearbeitung,

Fig. 5 ein Funktionsschaltbild einer Anordnung zur elektrochemischen Bearbeitung,

Fig. 6 eine Anordnung zur elektrochemischen Bearbeitung, das eine Differenziereinheit zweiter Ordnung enthält, Fig. 7 eine Ausführungsform eines Kavitationsgebers,

Fig. 8 eine zweite Ausführungsform eines Kavitationsgebers,

Fig. 9 ein Zeitdiagramm einer Änderung eines relativen Wertes der Elektrodenspannung und deren zweiter Ableitung bei einem großen Wert des minimalen Zwischenelektrodenraumes,

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Fig. 10 ein Zeitdiagramm einer Änderung einer relativen Elektrodenspannung und deren zweiter Ableitung bei einem geringen Wert des minimalen Zwischenelektrodenraumes,

Fig. 11 ein Zeitdiagramm einer Änderung eines relativen Widerstandes des Zwischenelektrodenraumes und seiner zweiten Ableitung bei einem großen Wert des minimalen Zwischenelektrodenraumes ,

Fig. 12 ein Zeitdiagramm einer Änderung eines relativen Widerstandes des Zwischenelektrodenraumes und seiner zweiten Ableitung bei einem geringen Wert des minimalen Zwischenelektrodenraumes,

Fig. 13 ein Diagramm, das die Arbeit einer Auswahl- und Speichereinheit für den Wert eines Kavitationsparameters bei einem minimalen Zwischenelektrodenraum erläutert, und

Fig. 14 ein Diagramm, das die Arbeit einer Auswahl- und Speichereinheit für den relativen Wert der Funktion eines Kavitationsparameters erläutert.

Das Verfahren besteht in folgendem. Von einer Speisequelle 1 (Fig. 1) werden auf eine als Werkzeug 2 wirkende Elektrode und auf eine ein Werkstück 3 darstellende Elektrode Impulse der Spannung U gegeben. Die Impulsfrequenz der Span-r nung U und die Schwingungsfrequenz des Werkzeuges 2 in den durch Pfeile angedeuteten Richtungen sind mit-

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einander derart synchronisiert, daß der Spannungsimpuls U zu dem Zeitpunkt geliefert wird, in dem das Werkzeug 2 und das . Werkstück 3 in einem minimalen Abstand voneinander liegen, d.h., wenn sich das Werkzeug 2 in der unteren Stellung befindet ,

Bei einer elektrochemischen Bearbeitung in einem fließenden Elektrolyten mit einem Druck P₁ am. Eingang des Zwischenelektrodenraumes S nähert sich das Werkzeug 2 dem Werkstück 3 mit einer hohen Geschwindigkeit einer mit Hilfe eines Motors 4- erzeugten schwingenden Bewegung. Das Werkstück 3 ist auf einem sich in Richtung auf das Werkzeug 2 mit einer Geschwindigkeit ν zu bewegenden Tisch 5 aufgestellt. Infolge der schnellen Annäherung des Werkzeuges 2 an das Werkstück 3 beginnt der hydrodynamische Druck Pg (Fig. 2) des Elektrolyten im Zwischenelektrodenraum. S anzusteigen. Die im Elektrolyten enthaltenen und sich in einem elektrochemischen Prozeß entwickelnden Dampf- und Gasbläschen 6 werden zusammengepreßt und im Elektrolyten aufgelöst. Dies hat zur Folge, daß der Vorgang einer anodischen Auflösung der Oberfläche des Werkstücks 3 (Fig.1 ) unter diesen Bedingungen bei einer erheblichen Verringerung der Wahrscheinlichkeit eines Durchschlages des Zwischenelektrodenraumes S infolge eines Fehlens der Dampf- und Gasbläschen 6 (Fig. 2) abläuft. Dies gestattet es„ die Bearbeitungsgenauigkeit,-leistung und -Qualität durch Irmöglichung der Arbeit bei äußerst geringen Zwischenelektrodenräumen S wesentlich zu erhöhen»

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Bei einem schnellen Abhub des Werkzeuges 2 (Fig. 1) vom Werkstück 3 - fällt der Druck P_g (Fig. 2) sprunghaft ab. Es besinn* eine intensive Zunahme der im Elektrolyten aufgelösten Dampf- und Gasbläschen 6 im Zwischenelektrodenraum S, d.h.. es kommt zu einer durch den .Abfall des Drucks Pg des Elektrolyten im Zwischenelektrodenraum S bedingten Kavitation. Dies bewirkt einen steilen instieg des Widerstandes R - Abschnitt A des Zwischenelektrodenraumes S. Im Maße der weiteren Vergrößerung des Zwischenelektrodenraumes S wird dessen Spülung mit einem frischen Elektrolyten verstärt, was mit der Zeit zur Abnahme des Widerstandes E. - Abschnitt B des Zv/ischenelektrodenraumes S - führt. Auf solche Weise liegt bein Abhub des Werkzeuges 2 (Fig. 1 ) von der Oberfläche des

Werkstücks 3 zuerst eine Erhöhung des Widerstandes E (Fig. 2) - Abschnitt A» und dann eine Abnahme - Abschnitt B des Zwischenelektrodenraumes S-vor, d.h. es gibt ein lokales Extremum der Änderung des Widerstandes B.

Eei der elektrochemischen Bearbeitung hängt die Intensität der Ausbildung der durch Kavitation beim Abhub des Werkzeuges 2 (Fig. 1 ) hervorgerufenen Dampf- und Gasbläschen 6 vom Wert des minimalen Zwischenelektrodenraumes S - (Fig. 2) und vom Durchfluß des Elektrolyten durch diesen ab. Dies ist darauf zurückzuführen, daß, je kleiner der Wert des minimalen Zwischenelektrodenraumes S^<S-j (Fig. Ja) ist, desto geringer ist der Durchfluß des Elektrolyten durch diesen und desto schneller reichert sich also der Elektrolyt im Zwischenelektro-

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denraum S₄, durch die ^ampf- und Gaskomponente an« Der Abhub des Y/erkzeuges 2 (Fig. 1) von der Oberfläche des Werkstücks 3 wird daher von einem lawinenartigen Anwachsen der Dampfund Gasbläschen 6 (Fig. 2) im Zwischenelektrodenraum S₂^ (Fig. 3a) begleitet. Dies bewirkt eine beträchtliche Erhöhung des Widerstandes R (Fig. 3t>) - Abschnitt A^ des Zwischenelektrodenraumes S^.

Wird die elektrochemische Bearbeitung bei großen minimalen Zwischenelektrodenräumen S₁ (Fig. 3a) geführt, so laufen die elektrochemischen Prozesse weniger intensiv ab, und die Anreicherung des Elektrolyten im Zwischenelektrodenraum S₁ durch die Dampf- und Gaskomponente ist geringer. Deshalb ist die Ausbildung der Dampf- und Gasbläschen 6 (Fig. 2) bei diesen Bedingungen unter Einwirken des Abhubes des Werkzeuges 2 (Fig. 1) auch geringfügig. Hierbei wird die auf die Kavitation zurückzuführende Änderung des Widerstandes E (Fig. 3a) - Abschnitt A₁ - auch geringfügig sein, d.h.

Die Intensität der beim Abhub des Werkzeuges 2 (Fig. 2) von der Oberfläche des Werkstücks 3 entstehenden Kavitation ist also vom Wert des ZwischenelektrOdenraumes S und vom Durchfluß des Elektrolyten durch diesen abhängig.

Die eindeutige Abhängigkeit des Intensitätsgrades der

Kavitation vom Viert des minimalen Zwischenelektroden S ·

mxn

bei einem bestimmten Eintrittsdruck P₁ (Fig. 1 ) wird zur

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Steuerung des Bearbeitungsvorganges ausgenutzt.

Da die Entwicklung der Kavitation bei einem schwingenden Abhub des Werkzeuges 2 von einer sprunghaften Zunahme des Widerstandes R (Fig. 2) des Zwischenelektrcdenraumes S begleitet wird, wird zur Steuerung des Bearbeitungsvorganges der durch Kavitation im Elektrolyten hervorgerufene Änderungswert des relativen Widerstandes des Zwischenelektrodenraumes S überwacht.

Ils relativer Widerstand des Zwischenelektrodenraumes S wird das Verhältnis des laufenden Wertes des Widerstandes des Zwischenelektrodenraumes S zu dessen Wert bei. minimalem Zwischenelektrodenraum S- angesehen. Bei der Steuerung nach einem relativen Parameter wird der Einfluß der Änderung der zu bearbeitenden Fläche, der Temperatur des Mektiolyten, seiner Leitfähigkeit usw. ausgeschlossen.

Vor Beginn der Bearbeitung v/erden die Werkzeugelektrode. 2 und das Werkstück 3, die in Bezug aufeinander schwingen, bei fehlender Spannung bis zur gegenseitigen Berührung daran angenähert und um einen Vorgabewert des minimalen Zwisehenelektrodenraumes S- (Fig. 2) auseinandergezogen. Dann werden den Elektroden eine wirksame Impuls spannung ü (Fig. 1 ) zu- und in den Zwischenelektrodenraum S ein Elektrolyt unter einem Druck P₁ eingeführt, und es beginnt der Bearbeitungsvorgang.

Da der Wert des eingestellten minimalen Zwischenelektrodenraumes S_min .(Fig. 1 ) mit dem Intensitätsgrad der Kavita-

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tion und als Folge dessen mit dem Liderungswert des relativen Widerstandes des Zwischenelektrodenraumes eindeutig zusammenhängt, wird der Maximalwert der durch Kavitation verursachten Änderung des relativen Widerstandes des Zwischenelektrodenraumes S (Fig. 1) gespeichert. Weiter wird dieser Wert als ein Wert ausgenutzt, der die im wesentlichen durch den Wert des eingestellten Zwischenelektrodenraumes S bestimmte Bearbeitungsintensität in Querrichtung vorgibt.

Bei einer Abweichung des laufenden durch eine Kavitation hervorgerufenen Änderungswertes des relativen Widerstandes des Zwischenelektrodenraumes S vom Torgabewert werden die Vorschubgeschwindigkeit ν (Fig. 1) und der Druckwert Pg geändert, wobei, wenn der laufende Wert des relativen 7/iderstandes den Vorgabewert übersteigt, der Druck P^ vergrößert und die Vorschubgeschwindigktit ν verringert wird. 7/enn der laufende Wert des relativen Widerstandes unterhalb des Vorgabewertes liegt, wird die Vorschubgeschwindigkeit ν erhöht.

I/ie Einstellung des minimalen vorgegebenen Zwischenelektrodenraumes S_1n^_n (Fig. 2) mit anschließender Messung und Speicherung des relativen Widerstandes des Zwischenelektrodenraumes S im Augenblick der intensivsten Entwicklung der Kavitation erfolgt periodisch mit einem Abstand bis zu einigen sehn Minuten. Dies ist darauf zurückzuführen, daß sich sowohl die zu bearbeitende Eläche als auch die Tempera-

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tür und die elektrische Leitfähigkeit des Elektrolyten im Bearbeitungsvorgang verhältnismäßig langsam ändern.

Fig. 2 (b) zeigt, wie in dem Maße der Änderung des

minimalen Zwischenelektrodenraumes S_m- (Fig. 2) das lokale Exfcremum des relativen Widerstandes des Zwischenelektrodenraumes S (Fig. 1) beim iuseinanderz jenen der Elektroden (Stellung A^ bis A₁^) (Fig. 5b) anwächst. Da sich die Formverζerrang der Kurve des relativen Widerstandes infolge der Kavitationserscheinungen beim .auseinanderziehen der Elektroden in der Entstehung eines lokalen Täxtremums bemerkbar macht, dessen Wert unterhalb des Wertes des relativen Widerstandes bei einem ausreichend großen Zwischenelektrodenraum liegt, ist der Vorgang des Vergleiches des V/ertes des momentanen relativen Widerstandes mit dem Vorgabewert erschwert, denn der Vergleich muß nur zum Zeitmoment der intensivsten Entwicklung der Kavitation angestellt werden.

Deshalb empfiehlt es sich, den Prozeß zu steuern, indem der Wert der zweiten Ableitung nach dem relativen Widerstand des Zwischenelektrodenraumes S (Fig. 1) geändert wird.

Der Wert der zweiten Ableitung der Funktion ist proportional zur Krümmung der Funktion in diesem Punkt. Da sich die Intensität der Kavitation im wert eines lokalen Extremums auf der Kurve des relativen Widerstandes im Zwischenelektrodenraum S bemerkbar macht, wobei die Krümmung

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des Scheitels des lokalen Extremums mit der Steigerung der Kävitationsintensität zunimmt, ist deshalb es ein leichtes, mit der Methode eines Amplitudenvergleiches den Unterschied des laufendes Wertes eines Parameters vom vorgegebenen zu verdeutlichen, denn bei einer doppelten Differentiation wird die Änderung des Kavitationsgrades in Form einer Änderung des globalen Extremums auf der Kurve nach Fig. 5 (c) abgebildet. Auf dieser einen Wert der zweiten Ableitung nach dem relativen Widerstand des Zwischenelektrodenraumes darstellenden Kurve ist es ersichtlich, wie die Amplitude der globale Extrema darstellenden Impulse AC, bis A^, in dem Maße der Änderung des minimalen Zwischenelektrodenraumes ^Smin ^^^s* ²^ anwächst.

Im Falle der Ausnutzung der im fallenden Ast der Stromspannung skennlinie arbeitenden Speisequelle 1 (Fig. 1 ) wird zur Prozeßsteuerung der elektrochemischen Bearbeitung der Wert der durch eine Kavitation im Elektrolyten beim Auseinanderziehen der Elektroden hervorgerufenen Änderung der relativen Elektrodenspannung gemessen.

Unter der relativen Spannung wird das Verhältnis des laufenden Wertes der Elektrodenspannung zu ihrem Wert bei einem minimalen Zwischenelektrodenraum S- (Fig. 2) verstanden. Die Steuerung nach relativen Parametern eliminiert einen durch eine eventuelle Änderung der Spannung der Speisequelle 1 (Fig. 1), der Temperatur des Elektrolyten, der zu bearbeitenden Fläche usw. herbeigeführten Fehler.

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Es ist bekannt, daß bei der Speisung der Belastung von einer Stromquelle die Spannung an dieser Belastung proportional zu ihrem Widerstand ist. Dies bedeutet, daß die Impulsform der Elektrodenspannung U in Abhängigkeit von der Intensität der Kavitation verzerrt wird. Fig. 3 (f) zeigt, wie im Maße der Verringerung des minimalen Zwischenelektrodenraumes S- (Fig. 2) der Wert des lokalen Extremums Cj bis C^ auf der Kurve der Änderung der relativen Elektrodenspannung anwächst.

Zur exakteren Fixierung des Änderungswertes des lokalen Extremums auf der Kurve der die Intensität der Kavitation bestimmenden Änderung der relativen Spannung und folglich auch zur exakteren Steuerung des Bearbeitungsvorganges wird als Informationsparameter der Wert der zweiten Ableitung der relativen Elektrodenspannung herangezogen.

E'ig. 3 (e) zeigt, wie mit einer Verringerung des Wertes des minimalen Zwischenelektrodenraumes S (Fig. 2) die Amplitude Qf bis C^ des globalen Extremums auf der Kurve der zweiten Ableitung nach der relativen Spannung zunimnrG. Die Anordnung zur elektrochemischen Bearbeitung enthält einen an das Werkzeug 2 und an das Werkstück 3 angeschlossenen Kavitationsgeber 7 (Fig. 4). Der Ausgang des Kavitationsgebers 7 ist elektrisch mit einem Eingang 8 einer Steuereinrichtung 9 für die Bearbeitungsintensität verbunden. Das Werkzeug 2 und das V/erkstück 3 sind an die Ausgangs-

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schienen einer Impulsspeisequelle 1 angeschlossen.

Die Steuereinrichtung 9 für die Bearbeitungsintensität enthält eine Auswahl- und Sp eic he reinheit 10 für den Wert eines Kavitationsparameters beim minimalen Zwischenelektrodenraum S . (Fig. 2), die mit ihrem Ausgang an einen Eingang 11 (Hg. 4) einer Recheneinheit 12 für den relativen Wert der Funktion eines Kavitationsparameters angeschlossen ist, deren Eingang 13 mit einem Eingang 14 der Auswahl- und Speie her einheit 10 und mit dem Ausgang des Kavitationsgebers 7 elektrisch gekoppelt sind. Der Ausgang der Recheneinheit 12 für den relativen Wert der Funktion ist.an einen Eingang 15 einer Auswahl- und Speichereinheit 16 für den relativen Wert der Funktion eines Kavitationsparameters und au einen Eingang 17 einer Vergleichseinheit 18 für den laufenden relativen Wert der Funktion eines Kavitationsparameters und für einen Vorgabewert angeschlossen. Ein Eingang 19 der Vergleichseinheit 18 ist mit dem Ausgang der Auswahl- und Speichereinheit 16 verbunden. Der Ausgang der Vergleichseinheit 18 ist an einen Eingang 20 einer Sperrschaltung 21 angeschlossen, deren Ausgang als Ausgang der Steuereinrichtung 9 für die Bearbeitungsintensität fungiert und an einen Stellmechanismus 22 angekoppelt ist.

Die Steuereingäuge 23, 24 und 25s 26 der Auswahl- und Speichereinheit 10 hzvu 16 und der Steuereingang 27 der Sperrschaltung 21 sind an eine Einheit 28 zur zeitlichen

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Steuerling angeschlossen.

Die Auswahl- und Speichereinheit 10 (Fig. 5) für einen Kavitationsparameter beim minimalen Zwischenelektrodenraum S . (Fig. 2) ist aus einem Speicherkondensator 29 (Fig. 5) aufgebaut, dessen einer Belag geerdet und dessen anderer über einen Metalloxid-Feldeffekttransistor (MOSFET) 30 mit dem Eingang 14 der Auswahl- und Speichereinheit 10 und mit dem Eingang 11 der Recheneinheit 12 verbunden ist. Der Entladekreis des Speicherkondensators 29 besteht aus einem mit einem Anschluß an den nichtgeerdeten Belag des Kondensators 29 gelegten Widerstand 31. Der andere Anschluß des Widerstandes 31 ist über einen Metalloxid-Feldeffekttransistor 32 an Erde gelegt. Die Steuereingänge der Transistoren 30 und 32 sind an die Steuereingänge 23 und 24 der Auswahl- und Speichereinheit 10 angeschlossen.

Die Recheneinheit 12 für den relativen Wert der Funktion eines Kavitationsparameters stellt eine Divisionseinrichtung dar, die einen Operationsverstärker 33 enthält, dessen invertierender Eingang mit seinem Ausgang über einen Kondensator 34 gekoppelt ist. Über einen summierenden Widerstand 35 ist der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 33 mit einem Funktionalwandler 36 und über einen summierenden Widerstand 37 mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers 38 gekoppelt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 38 ist an den Eingang 17 der Vergleichseinheit 18 und

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an den Eingang 15 der Auswahl- und Speichereinheit 16 geschaltet. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 38 ist an den Eingang 13 der Recheneinheit 12 und über einen Vdderstand 39 an den eigenen Ausgang angeschlossen. Der eine Multiplikation zweier Variabler ausführende Funktionalwandler 36 ist mit dessen einem Eingang an den Ausgang des Operationsverstärkers 33 und mit dem anderen Eingang an den Eingang 11 der Recheneinheit 12 gekoppelt. Die nicht invertierenden Eingänge der Operationsverstärker 33 und 38 sind an Erde gelegt.

Die Auswahl- und Speichereinheit 16 für den relativen Wert der Funktion eines Kavitationsparameters ist aus einem Speicherkondensator 40 aufgebaut, dessen einer Belag geerdet und dessen anderer über einen Metalloxyd-Feldeffekttransistor (MCSFET) 41 mit dem Eingang 15 der Auswahl- und Speichereinheit 16 und mit dem Eingang 19 der Vergleichseinheit. 18 verbunden ist. Der Entladekreis des Speicherkondensators 40 besteht aus einem mit dessen einem Anschluß an den nichtejeerdeten Belag des Kondensators 40 angeschlossenen Widerstand 42. Der andere Anschluß des Widerstandes 42 ist über einen Metalloxyd-Feldeffekttransistor 43 an Erde gelegt. Die Steuereingänge der Transistoren 41 und 43 sind an die Steuereingänge 25 bzv/. 26 der Auswahl- und Speichereinheit 16 angeschlossen.

Die Vergleichseinheit 18 für den laufenden relativen Wert der Funktion eines Kavitationsparameters und für einen

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Vorgabewert ist aus einem Differentialoperationsverstärker

44 aufgebaut, dessen Ausgang als Ausgang der Vergleichseinheit 18 wirkt und an den Eingang 20 der Sperrschaltung 21 angeschlossen ist. Der invertierende Eingang des Operatxonsverstärkers 44 ist an den Ausgang eines Operatxonsverstärkers

45 angeschlossen, dessen invertierender Eingang an den Eingang 17 der Vergleichseinheit 18 und über einen Widerstand

46 an seinen Ausgang geschaltet ist. Der nicht invertierende Eingang des Verstärkers 44 ist an den Ausgang eines Operatxonsverstärkers 47 angeschlossen, dessen invertierender Eingang an den Eingang 19 der Vergleichseinheit 18 und über einen Widerstand 48 an seinen Ausgang gekoppelt ist. Die nicht invertierenden Eingänge der Operationsverstärker 4^ und 47 sind an Erde gelegt.

Die Sperrschaltung 21 enthält ein UND-Gatter 49, dessen einer Eingang an den Eingang 20 der Sperrschaltung 21 und dessen anderer Eingang über exnen Inverter 50 an den Steuereingang 27 der Schaltung 21 angeschlossen sind. Der Ausgang des UND-Gatters 49 wirkt als Ausgang der Steuereinrichtung 9 für die Bearbeitungsintensität und ist an den Stellmechanismus 22 angeschlossen.

Die Differenziereinheit 5I (Fig. 6) zweiter Ordnung enthält eine Eeihenschaltung aus zwei über die invertierenden Eingänge mit Hilfe von 7/iderständen 5^· und 55 gegengekoppelten Operationsverstärkern 52 und 53. Der Ausgang des Opera-

3 5/0561

tionsverstärkers 53 stellt den Ausgang der Differenziereinheit 51 dar und ist an den Eingang 13 der fiecheneinheit 12 angeschlossen, während sein invertierender Eingang über einen Differenzierkondensator 56 an den Ausgang des Operationsverstärkers 52 geschaltet ist. Der invertierende Eingang des Verstärkers 52 ist über einen Differenzierkondensator 57 an den Eingang 8 der Steuereinrichtung 9 für die Bearbeitungsintensität und an den Eingang 14 der Auswahl- und Speichereinheit 10 angeschlossen. Die nicht invertierenden Eingänge der Operationsverstärker 52 und 53 sind an Erde gelegt.

Der Kavitationsgeber 7 (Fig· 7) stellt einen Spanniingsgeber dar und ist aus einem über den invertierenden Eingang mit Hilfe eines Widerstandes 59 gegengekoppelten Operationsverstärker 58 aufgebaut. Der Ausgang des Operationsverstärkers 58 ist an den Eingang 8 der Steuereinrichtung 9 für die Bearbeitungsintensität und sein invertierender Eingang an den Mittelpunkt eines Potentiometers 60 angeschlossen. Ein Anschluß des Potentiometers 60 ist geerdet, sein anderer Anschluß ist an das auf negativem Potential liegende Werkzeug 2 gekoppelt.

Der Kavitationsgeber 7 (Fig. 8) kann auch in folgender Schaltung ausgeführt sein. Er enthält eine Bedieneinheit 61 für den Widerstand, deren Ausgang als Ausgang des Kavitationsgebers 7 auftritt und an den Eingang 8 der Steuerein-

909835/0581

ORIGINAL INSPECTED

richtung 9 für die Bearbeitungsintensität angeschlossen ist. Ein Eingang 62 der .Recheneinheit 61 für den Widerstand ist mit dem Ausgang eines Spannungsgebers 63 verbunden, dessen Eingang mit dem auf negativem Potential liegenden Werkzeug 2 gekoppelt ist. Der Eingang 64 der Einheit 61 ist an den Ausgang eines Stromgebers 65 angeschlossen.

Der Spannungsgeber 63 ist aus einem über den nicht invertierenden Eingang mittels eines Widerstandes 67 gegengekoppelten Operationsverstärker 66 aufgebaut. Dei Ausgang des Operationsverstärkers 66 ist an den Eingang 62 der Bedieneinheit 61 für den Widerstand und dessen nicht invertierender Eingang an den Mittelpunkt eines Potentiometers 68 gekoppelt. Ein Anschluß des Potentiometers 68 ist geerdet und der andere an das auf negativem Potential liegende Werkzeug 2 geschaltet. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 66 ist an Erde gelegt.

Der Stromgeber 65 beinhaltet einen über den nicht invertierenden Eingang mittels eines Widerstandes 70 gegengekoppelten Operationsverstärker 69. Der Ausgang des Verstärkers 69 ist an den Eingang 64 der Recheneinheit 61 für den Widerstand und sein nicht invertierender Eingang an den Mittelpunkt eines Potentiometers 71 gelegt, dessen Anschlüsse parallel zu der auf einen Widerstand 73 geschalteten Ausgangswicklung eines Transformators 72 geschaltet sind. Der invertierende Eingang des Verstärkers 69 und ein Anschluß

9 0 9 B 3 5 / 0 R 6 1

- 31 - 2203873

des Potentiometers 71 sind an Erde gelegt.

Die Differenziereinheit 61 ist aus einem über den invertierenden Eingang mit Hilfe eines Integrierkondensators 75 kapazitiv rückgekoppelten Operationsverstärker 74- aufgebaut. Der Ausgang des Verstärkers 74- fungiert als Ausgang des Kavitationsgebers 7· An den invertierenden Eingang des Verstärkers 74- ist über einen summierenden Widerstand der Ausgang eines Funktionalwandlers 77 sowie ein Anschluß eines Widerstandes 78 geschaltet, dessen anderer Anschluß an den Eingang 62 der Einheit 61 gekoppelt ist. Ein Eingang des Funktionalwandlers 77 stellt den Eingang 64- der Einheit 61 dar, während dessen anderer Eingang an den Ausgang des Verstärkers 64- angeschlossen ist. In Fig. 9 bezeichnen:

79 - eine zeitliche Änderungskurve des Zwischenelektrodenraum-Wertes S (Fig. 1);

80 - einen Pegel des vorgegebenen Änderungswertes der relativen Elektrodenspannung;

81 - eine Änderungskurve des wertes der relativen Elektrodenspannung ;

82 - eine Änderungskurve des Wertes der zweiten Ableitung

der relativen Elektrodenspannung;

85 - einen Pegel des vorgegebenen Änderungswertes der zweiten Ableitung der relativen Elektrodenspannung. In Fig. 10 bezeichnen:

909835/0R61

2 α η 'γ ö 7 2

84· - eine zeitliche Änderungskurve des Zwischenelektrodenraum-Wert es S (Fig. 1);

- einen Pegel des vorgegebenen Änderungswertes der relativen Elektrodenspannung;

- eine änderungskurve des Wertes der relativen Elektrodenspannung ;

- eine Änderungskurve des Wertes der zweiten Ableitung der relativen Elektrodenspannung;

- einen Pegel des vorgegebenen Änderungswertes der zweiten Ableitung der relativen Elektrodenspannung; 89,90 - ein Ausgangssignal der Sperrsehaltung 21 (Fig. 5)· Sämtliche in Fig. 10 wiedergegebenen Kurven entsprechen dem Wert des minimalen Zwischenelektrodenraumes S''

mm

unterhalb dieses in Fig. 9, d.h. S^₁ !·„ < S* · .

In Fig. 11 bezeichnen:

- eine zeitliche Inderungskurve des Zwischenelektrodenräum-Yiertes (Fig. 2);

- eine Kurve der Spannungsänderung; - eine Kurve der Stromänderung im Zwischenelektrodenraum S (Fig. 1);

94- - eine Änderungskurve des Wertes des relativen Widerstandes des Zwischenelektrodenraumes; - einen Pegel des vorgegebenen Ä'nderungswertes des relativen Widerstandes des Zwischenelektrodenraumes S (Fig. 1);

Ö09 835/0561

- eine Änderungskurve des Wertes der zweiten Ableitung eines relativen Widerstandes des Zwischenelektrodenraumes S (Fig. 1);

- einen Pegel des vorgegebenen Änderungswertes der zweiten .Ableitung des relativen Widerstandes des Zwischenelektrodenraumes S (Fig. 1).
Fig. 12 zeigt:

9S - eine zeitliche Änderungskurve des Zwischenelektrodenraum-Wertes S (Fig. 1);

- eine Änderungskurve der Elektrodenspannung; - eine Stromänderungskurve im Zwischenelektrodenraum S (Fig. 1);

- eine Änderungskurve des Wertes des relativen Widerstandes des Zwischenelektrodenraumes S (Fig.1 ); - einen Pegel des vorgegebenen Änderungswertes des relativen Widerstandes des Zwischenelektrodenraumes S (Fig. 1);

- eine Änderungskurve des Wertes der zweiten Ableitung des relativen Widerstandes des Zwischenelektrodenraumes S (Fig. 1);

- einen Pegel des vorgegebenen Xnderungswertes der zweiten Ableitung des relativen Widerstandes;

105»106 - ein Ausgangssignal der bperrschaltung 21 (Fig. 5). Fig. IJ zeigt:

- eine zeitliche Änderungskurve des Zwischenelektrodenraumes S (Fig. 1 );

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- eine Änderungskurve der Elektrodenspannung, wo U .

ein Spannungswert beim minimalen Zwischenelektrodenraum S_min (Fig. 2) ist;

- ein auf den Steuereingang 24 (Fig. 5) der Auswahl- und Speichereinheit 10 gegebenes Steuersignal; - ein auf den Steuereingang 23 (Fig. 5) der Auswahl- und Speichereinheit 10 gegebenes Steuersignal; - eine Spannung am Speicherkondensator 29 (Fig. 5) der Auswahl- und Speichereinheit 10; - ein Steuersignal am Eingang 27 (Fig. 5) der Sperrschaltung 21.
Fig. 14 zeigt:

- eine zeitliche Änderungskurve des Zwischenelektrodenraum-Wertes S (Fig. 1);

- eine Ä'nderungskurve des Wertes der relativen Elektrodenspannung, wo U - ein Maximalwert der rela-

U33X

tiven Spannung ist;

- ein auf den Steuereingang 26 (Fig. 5) der Auswahl- und Speichereinheit 16 gegebenes Steuersignal; - ein auf den Steuereingang 25 (Fig. 5) der Auswahl- und Speichereinheit 16 gegebenes Steuersignal; - eine Spannung am Speicherkondensator 40 (Fig. 5) der Auswahl- und Speichereinheit 16; - ein Steuersignal am Eingang 27 der Sperrschaltung

Vor Beginn der Bearbeitung werden die Werkzeugelektroden 2 (Fig. 1) und das Werkstück 3, die gegeneinander .

9 O 9 8 3 B / O B ß 1

- 35 - 2903

schwingen - bis zur gegenseitigen Berührung bei Fehlen einer Spannung angenähert und um einen Vorgabewert des minimalen Zwischenelektrodenraumes S₁₁₁^_n (Hg. 2) auseinandergezogen. Dann wird auf die Elektroden ein Spannungsimpuls U (Fig. 1) gegeben, wobei der Druck des Elektrolyten am Eingang des Zwischenelektrodenraumes S gleich P. ist. Es beginnt die elektrochemische Bearbeitung.

Da der Intensitätsgrad der Kavitation des Elektrolyten bei einem schwingenden iibhub des Werkzeuges 2 und einem vorgegebenen Druck P^ des Elektrolyten eindeutig vom konkreten Wert des minimalen Zwischenelektrodenraumes S- (Fig. 2) abhängt, wird am Anfang der Bearbeitung mit Hilfe des Kavitationsgebers 7 (Eig. 4·) der wert eines gewissen Parameters gemessen, der eindeutig den dem eingestellten minimalen Zwischenelektrodenraum S- (Fig. 2) entsprechenden Intensitätsgrad der Kavitation bestimmt.

Um den Einfluß einer eventuellen Änderung der Ausgangsspannung der Speisequelle 1 (Fig. 4), der Temperatur des Elektrolyten, der Fläche des Werkstücks 3 auszuschließen, wird das durch den Kavitationsgeber 7 erzeugte Signal auf den Eingang 13 der Einheit 12 geliefert, wo ein relativer Wert der Funktion eines Kavit at ions parameters durch Division des laufenden Wertes des Kavitationsparameters durch den Wert des gleichen, bei einem minimalen Zwischenelektro-

90983 5 /OB 61

90?β7

denraum S · (Fig. 2) gemessenen Parameters errechnet wird.

Die Messung des Wertes des Kavitationsparameters beim minimalen Zwischenelektrodenraum S- erfolgt mit Hilfe der Auswahl- und Speichereinheit 10 (Fig. 4). Diese Einheit 10 ist mit ihrem Eingang 14 an den Ausgang des Kavitationsgebers 7 angeschlossen und stellt eine analoge Speichereinrichtung dar, die über eine vorgegebene Zeit den laufenden Wert des Kavitationsparameters beim minimalen Zwischenelektrodenraum S^_n (Fig. 2) speichert.. Das Ausgangssignal der Auswahl- und Speiehereinheit 10 (Fig. 4) wird auf den Eingang 11 der Recheneinheit 12 geliefert, an deren Ausgang ein dem relativen Wert der Funktion eines Kavitationsparameters proportionales Signal erzeugt v:ird. Da der Wert dieses Signals mit dem Wert des vor Beginn der Bearbeitung eingestellten minimalen Zwischenelektrodenraumes S_m^_n (Fig. 2) eindeutig verbunden ist, wird dieses Signal in die' Auswahl- und Speichereinheit 16 (Fig. 4) eingespeichert und über eine bestimmte Bearbeitungsperiode als Vorgabewert benutzt. Die Auswahl- und Speichereinheit 16 stellt eine analoge Speichereinrichtung dar.

Am Anfang der elektrochemischen Bearbeitung erfolgen also eine Berechnung und eine Speicherung des vorgegebenen relativen Wertes der Funktion eines dem vorgegebenen minimalen Zwischenelektrodenraum S_m· (Fig. 2) entsprechenden Kavitationsparameters.

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Hierbei wird auf den Eingang 27 (I¹Ig. 4) der Sperrschaltung 21 von der Einheit 28 zur zeitlichen Steuerung ein Signal gegeben, das den Durchgang der Signale zum Stellmechanismus 22 zwecks Vermeidung einer Freigabe von Fehlersignalen sperrt, die bei der Kommutierung der Auswahl- · und Speichereinheiten 10, 16 während des Speieherzyklus entstehen können. Dann wird das Sperrsignal nach Beendigung des Zyklus aufgehoben.

Nach Abschluss des Anfangsstadiums der Bearbeitung, wein den Einheiten 10, 16 die Werte der die vorgegebene Bearbeitungsintensität bestimmenden vorgegebenen Signal gespeichert werden, vergleicht die Vergleichseinheit 18, deren Eingang 17 an den Ausgang der Recheneinheit 12 und deren Eingang 19 an den Ausgang der Auswahl- und Speichereinheit 16 angeschlossen sind, ein dem laufenden relativen Wert der Funktion eines Kavitationsparameters mit einem dem Vorgabewert entsprechenden Signal.

Liegt hierbei der relative Zeitwert der Funktion eines Kavitationsparameters unterhalb des Vorgabewertes, erzeugt die Vergleichseinheit 18 ein Signal, nach dem der Stellmechanismus 22 die Vorschubgeschwindigkeit ν (Fig. 1) des Werkzeuges 2 erhöht. Liegen umgekehrte Verhältnisse vor, erzeugt die Einheit 18 (Fig. 4) ein Signal, nach dem der Stellmechanismus 22 die Vorschubgescbwindigkeit ν (Fig. 1) verringert und den Druck P,. am Eingang des Zwischenelektrode nr a urne s S erhöht.

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Die Einstellung des vorgegebenen minimalen Zwischenelektrodenraumes S (Fig. 2) mit anschließender Messung und Speicherung des relativen Wertes der Funktion eines den Zwischenelektrodenraum S (Fig. 1) eindeutig bestimmenden Kavitationsparameters geschieht periodisch .in einem Abstand von 5 bis 10 Minuten und mehr, weil die Vertiefungsgeschwindigkeit des Werkzeuges 2 in das Werkstück 3 verhältnismäßig gering ist.

Die Messung und die Speicherung des Wertes eines Kavitationsparameters beim minimalen Zwischenelektrodenraum S (Fig. 1) erfolgen einmal für 5 bis 10 Elektrodenschwingungen.

Das Zeitdiagramm der Steuerung der Einrichtung·9 (Fig. 4) wird mit Hilfe der Einheit 28 zur zeitlichen Steuerung durch Einwirkung mittels der Steuersignale 109, 110, 112 (Fig. 13) und 115, 116, HS (Fig. 14) auf die Auswahl- und Speie he reinheit en 10 und 16 (Fig. 4) und auf die Sperrschaltung 21 realisiert.

Gehen wir ausführlicher auf die Arbeitsweise der Einheiten und Schaltungen der Steuereinrichtung 9 (Fig. für die Bearbeitungsintensität ein.

Das dem Wert eines Kavitationsparameters entsprechen de Ausgangssignal des Kavitationsgebers 7 wird auf den Eingang der Auswahl- und Speichereinheit 10 gegeben, in der bei einer kurzzeitigen Öffnung des Transistors 30 im Augenblick des minimalen Zwischenelektrodenraumes

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230

^Smin (^F^6· ²^ ^der Speic^e^o^e^sator 29 (Fig. 5) aufgeladen wird, der auch, im Laufe mehrerer Schwingungsperioden des Werkzeuges 2 eine dem Wert eines Kavitationsparameters beim minimalen Zwischenelektrodenraum S_m^_n (Fig· 2) entsprechende Spannung speichert.

Die Entladung des Kondensators 29 erfolgt über den Widerstand 31 bei einer kurzzeitigen Durchschaltung des Transistors 32.

Der Vorgang der Auswahl und der Speicherung des Wertes eines Kavitationsparameters ist in Fdg. 13 mit Hilfe der Kurven 107, 108, 109, 110, 111, 112 für den Fall dargestellt, daß als Kayitationsparameter eine Elektrodenspannung benutzt wird.

Die Ausgangssignale des Kavitationsgebers 7 (Fig. 5) und der Auswahl- und Speichereinheit 10 gelangen auf die Eingänge 13 und 11 der Becheneinheit 12 für den relativen Wert der Funktion eines Kavitationsparameters, die eine Divisionseinrichtung darstellt, die eine Funktion Z = X/Y mit einer Auflösungsmethode für eine Differentialgleichung

Z'= -k[ZY - X ] Z (0) = 0

realisiert. Die Variable X entspricht einem auf den Eingang 13 der Einheit 12 und die Variable Y einem auf den Eingang 11 der Einheit 12 gelieferten Signal, die Variable Z entspricht dem Ausgangssignal der Einheit 12.

Die Funktion einer Integrier- und Summierungseinrichtung übernimmt der mit den summierenden Widerständen 35,

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_4o- 290387

kapazitiv rückgekoppelte Operationsverstärker 33·

Der Verstärker 38 erfüllt die Funktion einer Umkehr der Variablen Z. Der Funktionalwandler 36 erfüllt die Funktion einer Multiplikation der Variablen Y,Z und kann in einer beliebigen Standardschaltung analoger Rechentechnik, beispielsweise auf der Basis von logarithmischen Verstärkern u.a., ausgeführt sein. Auf dieser Basis kann die gesamte Recheneinheit ausgeführt sein.

Das dem relativen Wert der Funktion eines Kavitationsparameters entsprechende Signal wird vom Ausgang der Einheit 12 der Auswahl- und Speichereinheit 16 für den vorgegebenen relativen Wert der Funktion eines Kavitationsparameters zugeführt, die in Analogie zur vorstehend beschriebenen Einheit 10 funktioniert. Ihre Arbeitsweise ist in Fig. 14 mit Hilfe der Kurven 113, 114, 115, 116, 117, 118 für den Fall dargestellt,daß als Kavitationsparameter eine Elektrodenspannung in Frage kommt.

Im Unterschied zur Arbeit der Einheit IO (Fig. 5) erfolgt die Aufladung des Speicherkondensators 4-0 zu dem Zeitpunkt, zu dem die Änderung des Widerstandes.,R (Fig. 2) des Zwischenelektrodenraumes S infolge einer Kavitation einen Maximalwert erreicht.

Der relative Zeitwert des Kavitationspaxameters wird mit dem Vorgabewert mit Hilfe der Vergleichseinheit 18 (Fig. 5) verglichen, die auf der Basis des Differential-

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2303873

Operationsverstärkers 44 aufgebaut Ist, dessen Eingängen Signale von den Ausgängen der Einheiten 12, 16 über die Umkehrverstärker 45, 47 zugeleitet werden.

Bei der Erzeugung eines "Vergleichssignals in Form eines positiven Potentials am Ausgang der Einheit 18 kommt das letztere über das UHD-Gatter 49 an den Stellmechanismus 22. Dieses Signal gelangt auf den Stellmechanismus 22 nur Im Falle des Fehlens eines Sperrsignals, das durch die Einheit 28 zur zeitlichen Steuerung formiert wird und am Eingang 27 der Sperrschaltung 21, also am Inverter 50» eintrifft.

Da die Entwicklung der Kavitation bei einem schwingenden Abhub des Werkzeuges 2 von einer sprunghaften Zunahme des Widerstandes H (Fig. 2) des Zwischenelektrodenraumes S (Fig. 1) begleitet wird, tritt als einer der die Kavitation^· intensität bewertenden Parameter gemäß dem Verfahren der durch die Kavitation hervorgerufene iinderungswert des Widerstandes des Zwischenelektrodenraumes S auf«

Der Kavitationsgeber 7 (Fig. 8) realisiert das Prinzip der Widerstandsmessung des Zwischenelektrodenraumes S (Fig. 1) mit der Methode "Amperemeter-Voltmeter" und besteht aus dem Spannungsgeber 63 (Fig. 3) und dem Stromgeber 65s deren Ausgangssignale den Eingängen 62, 64 der eine Divisionseinrichtung darstellenden Bedieneinheit 61 für den Widerstand zugeführt werden«,

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Der Spannungsgeber 6J ist auf der Basis des Potentiometers 68 aufgebaut, dessen Spannung vom Mittelpunkt über den nicht invertierenden Entkopplungsverstärker 66 auf den Eingang 62 der Einheit 61 eingespeist wird.

Der Stromgeber 65 stellt den Stromtransformator 72 dar, dessen Ausgangsspannung über das Potentiometer 71 und den nicht invertierenden Entkopplungsverstärker 69 auf den Eingang 64 der Einheit 61 gegeben wird.

Die Recheneinheit 61 für den Widerstand ist nach der Ausführung und Arbeitsweise analog zur oben beschriebenen Einheit 12 (Fig. 4). An ihrem Ausgang wird ein dem laufenden Widerstandswert des Zwischenelektrodenraumes S (Fig. 1) proportionales Signal erzeugt.

In Fig. 11 zeigen die Kurven 91, 92, 93, 94, 95 die Änderungsgesetze von Spannung, Strom, relativem Widerstand des Zwischenelektrodenraumes S (Fig. 1) im Falle solch eines großen minimalen Zwischenelektrodenraumes S'- (Fig. 11), daß sich keine Kavitation entwickelt. Bei einer Verringerung des minimalem Zwischenelektrodenraumes S'^ (Fig. 12) und bei der Entwicklung der Kavitation (Kurven 98, 99, 100, 101, 102, 105) beim Abhub des Werkzeuges 2 (Fig.1 ) tritt eine durch eine Änderung des relativen Widerstandes infolge der Kavitation veranlaßte Abweichung der Form der Kurve 101 (Fig. 12) von der ursprünglichen Kurve 94 (Fig. 9) in Erscheinung, die durch einen Vergleich des laufenden Wertes des relativen Widerstandes des Zwischenelektrodenraumes S

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(Pig. 1) zum Zeitpunkt einer maximalen Entwicklung der Kavitation in der Einheit 18 (Fig. 5) mit einem durch die Einheit 16 gespeicherten Vorgabewert (Kurve 102, Fig. 12) fixiert wird, der am Anfang der Bearbeitung nach dem letzten Zyklus der Einstellung des Zwischenelektrodenraumes S (Fig. 1 ) erhalten wird.

Die Form der Kurven 99, 100 (Fig. 12) ist für den Fall der Benutzung einer Speisequelle 1 (Fig. 1) mit einer starren Stromspannungskennlinie gegeben.

Falls die Speisequelle 1 bei Betrieb im fallenden Ast der Stromspannungskennlinie betrieben wird, kann man als Kavitationsgeber 7 (Fig. 7) einen Spannungsgeber einsetzen, der auf der Basis des Potentiometers 60 ausgeführt ist, dessen Spannung vom Mittelpunkt über den Umkehrverstärker 58 auf den Eingang 8 der Steuereinrichtung 9 für die Betriebsintensität geliefert wird. Es ist bekannt, daß bei der Speisung der Belastung von einer Stromquelle die Spannung darüber proportional zu ihrem Widerstand ist. Dies bedeutet, daß die Impulsform der Spannung Ü (Fig. 1 ) an den Elektroden dem Werkzeug 2 und dem Werkstück 3 - in Abhängigkeit von der Kavitationsintensität verzerrt werden wird.

Werden die Formen der Kurven 81 (Fig. 9) und 86 (Fig. 10)

bei verschiedenen minimalen Zwischenelektrodenräumen S -

min

(Kurven 79, Fig. 9, und 84-, Fig. 10) verglichen, so wird eine Spitze der relativen Spannung auf der Kurve 86 (Fig. 10) beobachtet, die auf die Entwicklung einer Kavita-

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tion beim Abhub des Werkzeuges 2 (Fig. 1) zurückzuführen ist. Bei einem Vergleich mit dem vorgegebenen Pegel 85 (Fig. 10) wird ein Signal 89 am Ausgang der Schaltung 21 (Fig. 5) zur Steuerung des Stellmechanismus 22 erzeugt.

Die Formverzerrung der Kurven der relativen Elektrodenspannung und des relativen Widerstandes des Zwischenelektrodenraumes S (Fig. 1) wegen der Entwicklung der Kavitation macht sich in Form eines lokalen Extremums im rechten Teil der Kurven bemerkbar, dessen Auftreten dem Augenblick des Abhubes des Werkzeuges 2 (Kurven 86, Fig. 10, und 101, Fig. 12) entspricht. Die Fixierung der lokalen Extrema im Amplitudenverfahren ist erschwert, weil sie einer Auslösung der Vergleichseinrichtung gerade zum Zeitmoment einer maximalen Kavitationsintensität bedarf.

Zur Erhöhung der Meßgenauig^eit für die Kavitationsintensität durch Messung eines relativen Wertes der lokalen Extrema der Kurven der Spannung und des Widerstandes des Zwischenelektrodenraumes S (Fig.1 ) wird in die Einrichtung 9 (Fig. 6) zwischen ihren Eingang 8 und den Eingang der Einheit 12 die Differenziereinheit 51 zweiter Ordnung geschaltet, auf die ein in Form einer Spannung oder eines Widerstandes des Zwischenelektrodenraumes S (Fig.1 ) dargestelltes Signal vom Ausgang des Kavitationsgebers 7 gegeben wird, das durch die hintereinandergeschalteten Differenzierverstärker 52, 53 differenziert und dem Eingang

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2 Q Π '> Q 1 *i UJ jo /α

¹³O -

der Einheit 12 zur anschliei3enden Berechnung des relativen Signalwertes zugeführt wird.

Der Wert der zweiten Ableitung der Funktion ist proportional der Krümmung der Punktion in diesem Punkt, weshalb, da sich die Kavitationsintensität in Form eines lokalen liXtremums auf der Kurve einer relativen Spannung oder eines relativen Widerstandes geltend macht, wobei der Krümmung sgrad des Scheitels des lokalen Extremums mit einer Steigerung der Kavitationsintensität anwächst, es ein leichtes ist, durch einen Amplitudenvergleich des laufenden Wertes der zweiten Ableitung nach der relativen Spannung oder dem relativen Widerstand mit einem Vorgabewert in der Einheit ein Signal zur anschließenden Steuerung des Stellnechanisaius 22 zu erzeugen.

In Fig. 9 und 10 ist eine Formänderung der zweiten Ableitung nach der relativen Spannung in Abhängigkeit vom Viert des minimalen Zwischenelektrodenraumes S' - und S** (Kurven 82, 83, 87, 88, 90) widergegeben.

In Fig. 11 (Kurven 88, 89) und in Fig. 12 (Kurven 87, 9!?» 96) ist eine Formänderung der zweiten Ableitung nach dem relativen Widerstand in Abhängigkeit vom Wert des minimalen Zwischenelektrodenraumes S^- und S' '· (Kurven 96, 97, 103, 104, 105) gezeigt.

Die Formverzerrung der Kurve der zweiten Ableitung wegen der Kavitation tritt in Form der Entstehung eines

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globalen Extremums beim Abhub des Werkzeuges 2 (Fig. ) in Erscheinung, was es gestattet, eine Änderung der Kavitationsintensität einfach und zuverlässig zu fixieren und folglich die vorgegebene Bearbeitungsintensität mit einer höheren Genauigkeit zu halten.

Das vorliegende Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung und die Anordnung zu dessen Durchführung sichern einen hohen Genauigkeitsgrad der Formbildung (bis zu 0,02 ami) von Elementen der Oberfläche komplizierter Hohlräume bei der Ausführung verschiedener Kopier-Eäumoperationen in schwer zu bearbeitenden elektrisch leitenden Werkstoffen, deren hohe Güte (Oberflächengüte bis zu 0,IyCm) bei einer Bearbeitungsleistung bis 0,8 mm/min.

Die hohe Genauigkeit der Formbildung der zu bearbeitenden Oberflächen beseitigt praktisch das Problem einer Berechnung und einer Korrektur des Werkzeuges 2. Ist das Werkzeug 2 einmal hergestellt, kann man unter dessen Benutzung ein großes Los von Werkstücken herstellen, die voneinander nicht mehr als 0,02 mm abweichen.

Dies wird dadurch erreicht, daß im Bearbeitungsvorgang dem Werkzeug 2 mit Spannungsimpulsen synchronisierte schwingende Bewegungen in Vorschubrichtung verliehen v/erden.

Die Gesamtheit der Eigenschaften des angewendeten Elektrolyten, der optimalen Schwingungsparameter des Werkzeuges 2 und ein adaptives Steuerungssystem bei der Ver-

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wirklichung des Verfahrens sichern eine zuverlässige Prozeßführung mit Zwischenelektrodenräumen von 0,02 "bis 0,05 mm ohne Beschädigung der Oberfläche des Werkzeuges und

des Werkstücks bei ausreichend geringen Drücken P. des Elektrolyten am Eingang des Zwischenelektrodenraumes S.

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Leerseite

Claims

PATE NTAN WALTE SCHIFF V. rÜNER STREHU SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAWS FiNCK MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÖNCHEN 9O 2203873 POSTADRESSE: POSTFACH SBO16O, D-8000 MDNCHEN 95 PROFESSIONAL REPRESENTATIVES ALSO BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE Andrej Pavlovitsch Semaschko · karl ludwiq schiff Nh Zjt j Nasich Zijatdinovitsch Gimaev DlPI-CHEM·DR· DIPL. ING. PETER STREHL DIPL. CHEM. DR. URSULA SCHÜSEL-HOPF Sergej Viktorovitsch BezrukovDlpl-INQ·DIETER hbbinshaus Vladimir Borisovitsch Rabinövitsch DR-1NG- D1ETeR FINCK TELEFON (OB9) 4B2OE4 TELEX S-23 56S AURO D TELEGRAMME AUROMARCPAT MÜNCHEN DEA-19058

1. Februar 1979

VERFAHREN UND ANORDNUNG ZUR ELEKTROCHEMISCHEN BEARBEITUNG

Patentansprüche

1, Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung mit einer mit Impulsen einer an Elaktroden angelegten synchronisierten Spannung synchroniserten Zwangsschwingung einer der Elektroden, dadurch gekennzeichnet," daß der Impuls der Spannung (U) auch zu dem Zeitpunkt geliefert wird, zu dem die Elektroden voneinander in einem minimalen Abstand (S_mi ) liegen, daß eine durch eine Kavitation im Elektrolyten beim Auseinanderziehen der Elektroden hervorgerufene Änderung eines ein Verhältnis eines zeitlich veränderlichen Wertes des Widerstandes (R) des Zwischenelektrodenraumes (S) zu dessen Wert beim Minimalwert des Zwischenelektrodenraumes (S .) darstellenden relativen Widerstandes des Zwischenelektrodenraumes (S) überwacht wird„und daß der Wert

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-Z-

des Zwischenelektrodenraumes (S) und ein Druck (P-j) an dessen Eingang unter Konstanthaltung des erforderlichen Änderungswertes des relativen Widerstandes geregelt werden.

2. Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bearbeitungsvorgang der erforderliche, durch eine Kavitation im Elektrolyten beim Auseinanderziehen der Elektroden hervorgerufene Änderungswert des relativen Widerstandes des Zwischenelektrodenraumes (S) durch eine periodische Einstellung des erforderlichen Zwischenelektrodenraumes (S) vorgegeben wird, indem der als Vorgabewert geltende und zum Vergleich mit dem laufenden Änderungswert des relativen Widerstandes benutzte Änderungswert des relativen Widerstandes des Zwischenelektrodenraumes jedesmal gemessen und gespeichert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch eine Kavitation im Elektrolyten beim Auseinanderziehen der Elektroden hervorgerufene Änderungswert des relativen Widerstandes des Zwischenelektrodenraumes (S) durch Messung der zweiten Ableitung des relativen Widerstandes nach der Zeit überwacht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der durch eine Kavitation im Elektrolyten beim Auseinanderziehen der Elektroden hervorgerufene

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Änderungswert des relativen Widerstandes des Zwischenelektrodenraumes (S) durch Messung des Änderungswertes einer ein Verhältnis eines laufenden Wertes der Spannung zu ihrem Wert beim minimalen Zwischenelektrodenraum (S . ) bei der Spei-

mxn

sung von einer Spannungsquelle (1) mit einer fallenden Stromspannungskennlinie darstellenden relativen Elektrodenspannung überwacht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Änderungswert der relativen Elektrodenspannung durch Messung der zweiten Ableitung der relativen Spannung nach der Zeit überwacht wird.

6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es einen an die Elektroden angeschlossenen Kavitationsgeber (7) enthält, dessen Ausgang elektrisch mit einem Eingang (8) einer Steuereinrichtung (9) für die Bearbeitungsintensität verbunden ist, die eine Auswahl- und Speichereinheit (10) für den Wert eines Kavitationsparameters beim minimalen Zwischenelektrodenraum (S„j») einschließt, deren Steuereingänge (23, 24) an eine Einheit (28). zur zeitlichen Steuerung und deren Ausgang an einen Eingang (11) einer Recheneinheit (12) für den relativen Wert der Funktion eines Kavitationsparameters angeschlossen sind, wobei ihr anderer Eingang (13) und der Eingang der Auswahl- und Speiehereinheit (10) für den Wert eines Kavitationsparameters beim minimalen Zwischenelektrodenraum (S ^_n) elek-

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trisch mit dem Ausgang des Kavitationsgebers (7) verbunden sind, während der Ausgang der Recheneinheit (12) für den relativen Wert der Funktion eines Kavitationsparameters an den Eingang einer Auswahl- und Speichereinheit (16) für den relativen Wert der Funktion eines Kavitationsparameters und an einen Eingang (17) einer Vergleichseinheit (18) für den laufenden relativen Wert der Funktion eines Kavitationsparameters und für einen Vorgabewert angeschlossen ist, deren anderer Eingang (19) mit dem Ausgang der Auswahl- und Speichereinheit (16) für den relativen Wert der Funktion eines Kavitationsparameters verbunden ist, deren Steuereingänge (25,.. 26) an eine Einheit (28) zur zeitlichen Steuerung angeschlossen sind, während der Ausgang der Vergleichseinheit (18) an eine Sperrschaltung (21) gekoppelt ist, deren Ausgang als Ausgang der Steuereinrichtung (9) für die Bearbeitungsintensität auftritt und an einen Stellmechanismus (22) angeschlossen ist, während der Steuereingang (27) der Sperrschaltung (21) an die Einheit (28) zur zeitlichen Steuerung angeschlossen ist.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (9) für die Bearbeitungsintensität eine Differenziereinheit (51) zweiter Ordnung enthält, deren Eingang an den Kavitationsgeber (7) und deren Ausgang an den anderen Eingang (13) der Recheneinheit (12) für den relativen Wert der Funktion eines Kavitationsparameters angeschlossen sind.

90983S/OS81

8. System nach Anspruch 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kavitationsgeber (7) in Form eines Spannungsgebers ausgeführt ist.

9. System nach Anspruch 6 bis 7, dadurch g e kennze ichnet , daß der Kavitationsgeber (7) in Form eines Spannungsgebers (63) und eines Stromgebers (65) ausgeführt ist, deren Ausgänge an eine Recheneinheit (61) für den Widerstand des Zwischenelektrodenraumes (S) angeschlossen sind, deren Ausgang den Ausgang des Kavitationsgebers (7) bildet.

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