DE2950998A1

DE2950998A1 - Elektrochemisches bearbeitungsverfahren fuer werkstuecke und einrichtung zu dessen verwirklichung

Info

Publication number: DE2950998A1
Application number: DE19792950998
Authority: DE
Inventors: Genrich A. Aleksejev; Roalda B. Isakova; Abram L. Liv&scaron;iz; Viktor K. Nastasy; Jurij F. Prasolov; Jurij F. Moskva Prasolov; Aleksandr I. Saransk Safronov; Vladimir S. Vasilijev
Original assignee: EXNII METALLOREZH STANKOV
Current assignee: EXNII METALLOREZH STANKOV
Priority date: 1980-01-09
Filing date: 1979-12-18
Publication date: 1981-06-25
Also published as: FR2473382A1; US4264417A; FR2473382B1

Description

Eksperimentalnyj Nautschno-Issledowa- 18. Dezember Ί9⁷9

telskij Institut Metalloreschuschtschich rz/Os

stankow

Moskau / UdSSR P 80 >,\S

ELEKTEOCHMISCHES BEAKBEITUNGSVEHFAHREN FÜR WERKSTÜCKE UND EINRICHTUNG ZU DESSEN VERWIRKLICHUNG

Die Erfindung betrifft Mittel zur Verarbeitung von V/erkstücken aus stromleitenden Metallen und bezieht sich insbesondere auf elektrochemische Bearbeitungsverfahren für Werkstücke und auf Einrichtungen zu deren Verwirklichung.

Die Erfindung kann zur Bearbeitung von Werkstücken räumlich komplizierter Form, wie sie Stanzen, Preßformen, Turbinenschaufeln sind, auf elektrochemischen Kopier-Stoßräummaschinen angewendet werden.

Es sind verschiedene elektrochemische Bearbeitungsverfahren für Werkstücke bekannt, die sowohl in einem ununterbrochenen Speisungsbetrieb als auch bei einem Impulsstrom realisiert werden.

Das Verfahren mit ununterbrochenem Speisungsbetrieb besteht darin, daß an eine Werkzeugelektrode und an ein Arbeitsstück eine Gleichspannung angelegt und die Werkzeugelektrode bis zur Entstehung eines Spaltes zwischen dieser und dem Arbeitsstück verschoben wird.

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Durch den entstandenen Spalt wird eine wäßrige Elektrolytlösung durchgepumpt, die aus dem Spalt Elektrolysenprodukte entfernt. Je weiter sich jedoch die Werkzeugelektrode in ein Arbeitsstück komplizierter räumlicher Form vertieft, desto mehr ändern sich die Bearbeitungsbedingungen, desto größer wird der Spalt, und es verschlechtert sich also die Bearbeitungsgenauig-

V/ert <—> keit, weshalb der Bearbeitungsfehler einen zulässigen^s. z.B.

"Werkzeugmaschinen und Werkzeuge", N. 5» veröffentlicht 1973, Moskau; W.K. Nastasij "Kurzschlußschutz für Elektroden einer elektrochemischen Werkzeugmaschine", S. 2 l),/über schrei ten kann\

Es ist ein elektrochemisches Impulsbearbeitungsverfahren für Werkstücke bekannt, das bei einem Impulsstrom mit einer fortschreitenden Verschiebung der Werkzeugelektrode sowie mit einem periodischen Vorschub der Werkzeugelektrode zur Einstellung eines erforderlichen Wertes eines Elektrolysenraumes und mit deren anschließendem Abheben zum Durchpumpen einer wäßrigen Elektrolytlösung zwecks Entfernung von Elektrolysenprodukten (s. beispielsweise den UdSSR-Urheberschein N. 205489) erfolgt.

Bei einer Impulsbearbeitung werden die Impuls- und die Pausenzeit unveränderlich eingestellt. Im Bearbeitungsvorgang ändern sich aber die Bearbeitungsbedingungen wesentlich, und also ändert sich auch die Gasfüllung des Elektrolysenraumes. Deshalb ist es nötig, die Impuls- und die Pausenzeit zwischen den Impulsen zu ändern, um eine erforderliche Leistung und eine notwendige Bearbeitungsgenauigkeit zu erreichen sowie eine wirksame Reinigung des Elektrolysenraumes von den Elektrolysenprodukten zu

^sichern- 130026/0182

Eine Kombination elektrochemischer Bearbeitungsverfahren

Dauer-

mit einem/und einem Impulsbetrieb für eine Speisung ist unbekannt, weil keine diese Verfahren bedingenden Gesetzmäßigkeiten entdeckt worden sind.

Es ist eine Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine zur elektrochemischen Bearbeitung von Werkstücken bekannt, die einen mit einer Einheit zur numerischen Programmsteuerung einer Verschiebung einer Werkzeugelektrode gekoppelten Geber für eine Verschiebung einer Werkzeugelektrode und eine an die Einheit zur numerischen Programmsteuerung einer Verschiebung angeschlossene Steuereinheit für ein Vorschubgetriebe einer V/erkzeugelektrode enthält· Diese Einrichtung gewährleistet eine programmgemäße Änderung des Vorschubes der Werkzeugelektrode und gestattet es, eine elektrochemische Bearbeitung im Dauer- wie auch im Impulsbetrieb vorzunehmen. Eine automatische Umschaltung von einer Betriebsart auf die andere, hervorgerufen durch eine Änder-

die ung von Bearbeitungsbedingungen, wie sie'Entfernung von Elektro-

die

lysenprodukten,'Gasfüllung des Elektrolysenraumes, erreichbare Bearbeitungsgenauigkeit u.a. sind, übernimmt die vorliegende Einrichtung nicht.

Infolgedessen ist der elektrochemische Bearbeitungsvorgang nicht vollständig automatisiert, es wird die notwendige Bearbeitung sgenauigke it nicht erreicht, was den Aufwand für eine manuelle Fertigbearbeitung der Werkstücice vergrößert und die Leistung des Vorganges also wesentlich reduziert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrochemisches Bearbeitungsverfahren für Werkstücke und eine Einrichtung zu dessen Verwirklichung zu schaffen, die es gestatten, den Bear-

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beitungsvorgang unter gleichzeitiger Erhöhung der Bearbeitungsgenauigkeit und "leistung durch eine Kombination eines Dauer- und eines Tmpulsbetriebes bei der Bearbeitung zu automatisieren. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem elektrochemischen Bearbeitungsverfahren für Werkstücke aus stromleitenden Werkstoffen, darin bestehend, daß an eine WerkzeugeIektrode und an ein Arbeitsstück eine Gleichspannung ai^elegt, die Werkzeugelektrode bis zur Entstehung eines zur Arbeitsführung erforderlichen Spaltes zwischen dieser und dem Arbeitsstück verschoben

durch den Spalt
und gleichzeitig^eine wäßrige Elektrolytlösung durchgepumpt wird, gemäß der Erfindung zwischen der Werkzeugelektrode und dem Arbeitsstück ein veränderlicher Spalt eingestellt wird, der betragsmäßig einem den Bearbeitungsbedingungen entsprechenden minimal zulässigen Spalt gleich ist, und bei einer Vergrößerung des Spaltes bis zu einem kritischen Wert, bei dem die erhaltene Bearbeitungsgenauigkeit für das Werkstück unter die erforderliche Genauigkeit absinkt, die Werkzeugelektrode bezüglich des Arbeitsstücks mit

'.vird

einem Spalt eingestellt/, der betragsmäßig ungefähr gleich oder

der ' daiT

kleiner als kritische Wert ist,/eine dem Einstellwert des Spaltes entsprechende Spannungsimpulsserie angelegt und nach deren Abklingen die Werkzeugelektrode zur Entfernung von Elektrolysenprodukten aus dem Elektrolysenraum gehoben wird, wobei die Dauer eines jeden Impulses und/oder die Pause zwischen ihnen bis zur Entstehung von eine sichere Entfernung der Elektrolysenprodukte ermöglichenden Bedingungen geändert, und bei einer Vergrößerung der Pausenzeit bis zu einem mit der Zeit des Hebens der Werkzeugelektrode kommensurablen Wert ein Spannungs-Einheitsimpuls angelegt und die Werkzeugelektrode bezüglich des Arbeits-

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Stücks mit einem die Erhaltung einer vorgegebenen Bearbeitungsgenauigkeit für das Werkstück gewährleistenden Spalt eingestellt wird.

Vorzugsweise wird der Spalt zwischen der Werkzeugelektrode

und dem Arbeitsstück, der betragsmäßig gleich einem minimal zu-

jeweiligen lässigen Spalt ist, veränderlich entsprechend dem/ Gasrfüllungsgrad des Elektrolysenraumes eingestellt.

Bei der Lieferung einer Spannungsimpulsserie oder eines Spannungs-Einheitsimpulses kann die Werkzeugelektrode bezüglich des Arbeitsstücks durch Vorschub der Werkzeugelektrode zum Arbeitsstück bis zu deren Berührung und durch anschließendes Abheben um eine erforderliche Spaltweite eingestellt werden.

Vor der Berührung der Werkzeugelektrode und des Arbeitsstücks ist es vorteilhaft, die Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugelektrode zu verringern.

Sinnvoll wird die Dauer eines jeden Impulses und/oder die Pause zwischen ihnen entsprechend einem vorgegebenen Gasfüllungsgrad des Elektrolysenraumes gewählt.

Die Aufgabe wird auch dadurch gelöst, daß die Einrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung, die.einen mit einer Einheit zur Programmsteuerung einer Verschiebung der Werkzeugelektrode gekoppelten Geber für eine Verschiebung der Werkzeugelektrode und eine mit der Einheit zur Programmsteuerung einer Verschiebung der Werkzeugelektrode zusammenwirkende Steuereinheit für ein Vorschubgetriebe der Werkzeugelektrode enthält, gemäß der Erfindung zwei Geber zur Bestimmung eines Gasfüllungsgrades des Elektrolysenraumes, von denen einer an die Steuereinheit ffir ein Vorschubgetriebe angeschlossen ist, einen Berührungsgeber von

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Werkzeugelektrode und Arbeitsstück, einen Dechiffrator für ein Bearbeitungsregime, an den die Einheit zur Programmsteuerung einer Verschiebung der Werkzeugelektrode angeschlossen ist, einen mit dem Dechiffrator für ein Bearbeitungsregime, mit der Steuereinheit für ein Vorschubgetriebe und mit dem Berührungsgeber verbundenen Dekodierer für einem erforderlichen Spalt entsprechende Befehle, eine mit dem Befehlsdekodierer gekoppelte Einheit zur Programmsteuerung einer Spaltweite und eine mit dem Befehlsdekodierer und mit dem zweiten Geber zur Bestimmung des Gasfüllungsgrades gekoppelte Steuereinheit für Betriebsarten einer Spannungsquelle zur elektrochemischen Bearbeitung von Werkstücken aufweist.

Der Berührungsgeber von Werkzeugelektrode und Arbeitsstück kann eine Quelle für eine Spannung unterhalb des Zersetzunprspotentials von Wasser enthalten, die an einen der Eingänge eines UND-Gatters angeschlossen ist, an dessen zweiten Eingang über ein Verzögerungselement ein Flip-Flop geschaltet ist, wobei der Ausgang des UND-Gatters einen Ausgang des Berührungsgebers darstellt.

Es ist erwünscht, daß Jeder Geber zur Bestimmung des Gas- ^s füllungsgrades einen Wandler kurzzeitiger teilweiser Spannungsabfälle, die bei teilweisen Durchschlägen eines Elektrolysenraumes entstehen, die auf kurzzeitige Durchschlage einer Gasflüssigkeitsschicht in diesem zurückzuführen sind, darstellt, der bei

eines eines

Erreichen'einer vorgegebenen Ansprechschwelle gleichen Werts / kurzzeitigen Spannungsabfalls ausgelöst wird.

Vorzugsweise enthält der Dekodierer für einem erforderlichen Spalt entsprechende Befehle vier Flip-Flops, bei denen

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ein Eingang des ersten Flip-Flops an den Ausgang des Berührungsgebers angeschlossen ist, und sein Ausgang an ein Steuer-Flip-Flop für eine Impulsserie geschaltet ist, ein Eingang des zweiten Flip-Flops an den Ausgang des Steuer-Flip-Flops für eine Tmpulsserie und sein Ausgang an einen Eingang des dritten Flip-Flops angeschlossen ist, dessen Ausgang mit einem Eingang des vierten Flip-Flops verbunden ist, wobei die anderen Eingänge sämtlicher vier Flip-Flops zusammengeschaltet, deren Rückstelleingänge an den Dechiffrator für ein Bearbeitungsregime angeschlossen, die Ausgänge des ersten, zweiten und vierten Flip-Flops über einen Signalwandler mit der Steuereinheit für ein Vorschubgetriebe und die Ausgänge aller vier Flip-Flops Ober einen entsprechenden Signalwandler mit der Einheit zur Programmsteuerung einer Spaltweite gekoppelt sind, wobei der zweite Eingang des Steuer-Flip-Flops für eine Impulsserie und

die dessen Ausgang mit der Steuereinheit für'Betriebsart einer

Spannungsquelle verbunden sind.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht im Vergleich zu den bestehenden Losungen eine Verarbeitung von Werkstücken räumlich komplizierter Form mit einem vorgegebenen Fehler bei einer hohen Bearbeitungsleistung sowie eine vollständige Automatisierung einer elektrochemischen Bearbeitung von Werkstücken.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 ein zu bearbeitendes Werkstück mit einer Werkzeugelektrode;

Fig. 2 ein Änderungsdiagramm für eine Spaltweite in einem elektrochemischen Bearbeitungsvorgang;

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Fig· 3 ein Zeitdiagramm für eine Spannungsimpulsserie;

Fig. 4 eine Blockschaltung einer Einrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine Blockschaltung eines Dechiffrators für ein Bearbeitungsregime gemäß der Erfindung;

Fig. 6 eine Blockschaltung eines Befehlsdekodierers gemäß der Erfindung;

Fig. 7 eine Blockschaltung eines Berührungsgebers von Werkzeugelektrode und Arbeitsstück gemäß der Erfindung.

wird

Nachstehend ein Beispiel der Bearbeitung eines Teiles räumlich komplizierter Form betrachtet, beispielsweise einer Stanze für eine Kolbenstange, auf einer Kopier-Stoßräummaschine mit einer Genauigkeit von 0,04 mm.

Zur Sicherung der erforderlichen Genauigkeit werden vorher auf einem elektrischen Wege unter Berücksichtigung von Faktoren, wie sie Material und Form des Teiles und Werkzeuges, Vorschubgeschwindigkeit und andere sind, ein Änderungsprogramm für den Spalt zwischen der Werkzeugelektrode und dem Arbeitsstück und der Wert einer zuzuführenden Spannung eingestellt. Nachfolgend werden für das gewählte Teil eingestellte numerische Daten angegeben.

Zuerst wird an eine Werkzeugelektrode 1 (Fig. 1) und an

dann über ein Arbeitsstück 2 eine Gleichspannung von 10 V angelegt,j wird j

die Werkzeugelektrode 1 eine 15%-ige wäßrige NaCl-Lösung

und
gepumpt die Werkzeugelektrode 1 mit einer Geschwindigkeit verschoben, die es gestattet, zwischen dieser und dem Arbeitsstück (im weiteren Elektroden 1 und 2 genannt) einen Spalt einzustellen, der betragsmäßig einem minimal zulässigen rleich ist

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und sich ändernden Bearbeitungsbedingungen, in erster Linie der

(d.h. angepaßt wird) Eindringtiefe der Werkzeugelektrode entspricht/. Der Spalt wird nach einem vorgegebenen Gasfüllunpsgrad des I lektrolysenraumes (einem Anteil von Wasserstoff-Flüssigkeits-Gomisch in der Nähe der Oberfläche der Werkzeugelektrode) eingestellt. Der vorgegebene Gasfüllungsgrad wird nahe an einem kritischen Wert eingestellt, wo eine Erhöhung der Vorschubgeschwindifjkeit der Werkzeugelektrode um 5 bis 15% eine Funkenbildung und einen anschließenden Elektrodenschluß bewirkt.

Periodisch wird alle 60s der Wert des Elektrolysenraumes überwacht, beispielsweise die Elektrodenspannung abgeschaltet, die Werkzeugelektrode 1 bis zu einer Berührung des Werkstücks verschoben und gleichzeitig diese Verschiebung gemessen. Nach der Berührung der Elektroden wird die Werkzeugelektrode 1 in die Ausgangslage verschoben und der Wert der Verschiebung der Werkzeugelektrode 1 bis zur Berührung mit einem die erforderliche Bearbeitungsgenauigkeit bedingenden Vorgabewert 0,10 nun des Spaltes verglichen.

In einer Tiefe von 10 mm erweist es sich, daß der Wert der Verschiebung der Werkzeugelektrode bis zur Berührung der Elektroden einen kritischen Wert von 0,09 mm erreicht, d.h. sie ist ungefähr gleich oder liegt nahe dem Vorgabewert des Spaltes. Die Tiefe, in der der Elektrolysenraum einen kritischen 7/ert erreicht, kann auch mit anderen Mitteln, bei^ielsweise analytisch mit einer experimentellen Prüfung bei der Bearbeitung des ersten Werkstücks, bestimmt werden.

Bei der Feststellung eines im Punkt X- (Fig. 1) eingetretenen kritischen Wertes wird die Werkzeugelektrode mit einer Ge-

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schwindigkeit von 500 mm/min nicht in die Ausgangslage, sondern um einen Wert von Xc * 0,08 mm (Fig. 2) verschoben und in dieser Stellung gestoppt, während an die Elektroden eine Serie von Spannungsimpulsen 3 (Fig. 3) angelegt wird, bei der die Impulsdauer 40 ms, die Impulspause 40 ms, die Dauer der Serie 2 s betragen.

Nach Abklingen der Serie der Spannungsimpulse 3 wird die Werkzeugelektrode 1 bis auf die Spaltweite von Xn = 0,35 mm zur Entfernung von Elektrolysenprodukten aus dem Elektrolysenraum abgehoben. Dann wird die Werkzeugelektrode 1 in Richtung auf das Werkstück zu verschoben, und nach der Verschiebung auf den Punkt Xq = 0,03 mm wird die Verschiebunßsgeschwindigkeit um das 3fache verringert.

Nach der Berührung der Elektroden 1,2 werden das Bewegungsspiel der Werkzeugelektrode 1 und das Schaltspiel der Serie der Spannungsimpulse 3 wiederholt.

Während des Spannungsimpulses 3 aus der Impulsserie (Fig.3) erreicht die Gasfüllung infolge einer Anhäufung von Elektrolysenprodukten der Vorgabewert. Zu diesem Zeitpunkt wird der Spannungsimpuls abgeschaltet und die Impulspause um das l,5fache vergrößert. Die Dauer der Spannungsimpulse wird also entsprechend den Bearbeitungsbedingungen eingestellt.

In dem Maße der Vertiefung der Werkzeugelektrode 1 wird eine Evakuierung der Elektrolysenprodukte erschwert, die Impulsdauer nimmt ab und die Pausenzeit nimmt zu.

In einer Tiefe von ^ - 13 ^mm steigt die Pausenzeit auf einen Wert von 200 ms an und wird kommensurabel mit der Zeit des

Abhebens der Werkzeugelektrode zur Entfernung der Elektrolysenprodukte.

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Nun wird die Werkzeugelektrode bezüglich des Werkstücks mit einem die Erhaltung einer vorgegebenen Bearbeitunpsgenauigkeit sichernden Spalt von x_& = 0,04 mm eingestellt, während an die Elektroden ein Spannungs-Einheitsimpuls mit einer Dauer angelegt wird, die der minimalen Dauer eines Spannungsimpulses bei der Bearbeitung durch eine Impulsserie entspricht.

Die Tiefe X₂» bei der das Bearbeitungsregime mit einer Impulsserie aufhört, wird durch vorgenannte Mittel gewählt, die zur Bestimmung einer einem kritischen Spalt entsprechenden Tiefe dienen.

In dem Maße, wie sich die Werkzeugelektrode bei Anlegen eines Spannungs-Einheitsimpulses vertieft, wird dieser Impuls abgeschaltet, wenn die Gasfüllung den Vorgabewert erreicht hat.

Nach Erreichen der erforderlichen Bearbeitungstiefe pleich

und Χ-= 15 mm wird die Bearbeitung abgebrochen die We ritze ugelektro-

de in die Ausgangslage X^ verschoben.

Die Bearbeitungszeit für eine Stanze einer Kolbenstange

jedoch

stieg bei diesem Verfahren von 12 min auf 55 min, während die Zeit für die Schlosser-Fertigbearbeitung der Stanze der Kolbenstange von 20 h auf 3 h absank.

Die Einrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung von Teilen, die es gestattet, das oben beschriebene Verfahren zu ver-

wirklichen, enthält einen Geber 4 (Fig. 4) für eine VerschiebungT Werkzeugelektrode, zwei Geber 5 und 6 zur Bestimmung des Gasfüllungsgrades des Elektrolysenraumes und einen Berührungspeber 7 von Werkzeugelektrode und Arbeitsstück. Die Einrichtung enthält auch eine Einheit 8 zur Programmsteuerung einer Verschiebung der Werkzeugelektrode, eine Steuereinheit 9 für ein Vorschub-

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getriebe der Werkzeugelektrode, eine Einheit IO zur Programmsteu-

verschledene

erung einer Spaltweite und eine Steuereinheit 11 für/Betriebsarten einer Spannungsquelle 12 zur elektrochemischen Bearbeitung von Werkstücken.

Der Geber 5 zur Bestimmung eines Gasfüllunpsgrades ist an einen Eingang der Steuereinheit 9 für ein Vorschubgetriebe und der Geber 6 an einen Eingang der Steuereinheit 11 für Betriebsarten einer Spannungsquelle angeschlossen

Die Einheit 8 zur Programmsteuerung einer Verschiebung der Werkzeugelektrode ist an einen Dechiffrator 13 für ein ttearbeitungsregime angeschlossen, der mit einem Dekodierer 14 für einem erforderlichen Spalt entsprechende Befehle verbunden ist.

Der Dechiffrator 14 ist seinerseits mit der Steuereinheit 9 für ein Vorschubgetriebe und mit dem Berührungsgeber 7 sowie mit der'inheit 10 zur Programmsteuerung einer Spaltweite und mit der Steuereinheit 11 für Betriebsarten der Quelle 12 gekoppelt.

Die Einheit 8 und die Einheit 10 dienen zur Programmsteuerung einer Verschiebung der Werkzeugelektrode 1 in Richtung der Koordinate χ bei χ = x,.,X2fXo und x. (Fig. 1) und jeweils in Richtung der Koordinate χ = XciXg»Xr,»Xg» die Elektrolysenräumen in einem Impuls-Zyklusbetrieb entsprechen, wo eine Serie von Impulsen 3 (Fig. 3) angelegt wird. Hier sind folgende Bezugszeichen verwendet: x^a^.x-, - Momentanwerte der Bearbeitungstiefe - der Stellung der Werkzeugelektrode; x. - eine Koordinate der Anfangsstellung der Werkzeugelektrode; Xc und X₆ - wirksame Elektrolysenräume in Impulsbetrieben, bei denen eine Serie der Impulse 3 oder ein Einheitsimpuls angesteuert wird, x^y X₁-; X₇ - ein Slektrolysenraum bei Abheben der Elektrode 1 für eine Spül-

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ung zwecks Evakuierung von Elektrolysenprodukten; Xg - ein Elektrolysenraum, der sich bei einer Verringerung der Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugelektrode 1 bezüglich des Arbeitsstücks 2 bei der Zuführung einer Impulsspannung ausbildet.

der Dekodierer

Der Dechiffrator 13 und/14 für ein Bearbeitungsregir.e sind der

zur Entschlüsselung¹von den Einheiten 8 und 10 kommenden Signale und zur Formierung von Steuersignalen vorgesehen. Der Dechiffrator 13 enthält einen Satz gleicher Schaltungen, die mit einer Starttaste 20 verbundene Relais 15, 16, 17_f 18, 19 (Fig. 5) aufweisen. Normal offene Kontakte 21 und 22 des Relais 16 liegen am Eingang 23 des Dechiffrators 13.

Der Befehlsdekodierer 14 besitzt vier Flip-Flops 24, 25, 26, 27 (Fig. 6) und einen Signalwandler 28. Ein Eingang ?9 des "Flip-Flops 24 ist an den Ausgang des Berührungsgebers 7 und dessen Ausgang an ein Steuer-Flip-Flop 30 für eine Impulsserie angeschlossen. Ein Eingang 31 des Flip-Flops 25 ist an den Ausgang des Flip-Flops 30 und sein Ausgang an einen Eingang 32 des Flip-Flops 26 angeschlossen, dessen Ausgang mit einem Eingang 33 des Flip-Flops 27 gekoppelt ist. Die anderen Eingänge 34 der Plip-

und Flops 24 bis 27 sind zusammengeschaltet deren Rückstelleingänge

35 sind an den Dechiffrator 13 angeschlossen.

Die Ausgänge der Flip-Flops 24, 25 und 27 sind über einen Signalwandler 28 mit der Steuereinheit 9 (Fig. 4) für ein Vorschubgetriebe verbunden. Darüber hinaus sind die Ausgänge sämtlicher Flip-Flops 24 bis 27 (Fig. 6) über Signalwandler 36, 37, 38 und 39 mit der Einheit 10 (Fig. 4) zur Programmsteuerung einer Spaltweite verbunden, während der zweite Eingang des Steuer- -Flip-Flops 30 (Fig. 6) für eine Impulsserie und sein Ausgang

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mit der Steuereinheit 11 für Betriebsarten der Quelle 12 verbunden sind.

Der Berührungsgeber 7 (Fig. 4) von Werkzeugelektrode 1 (Fig. 1) und Arbeitsstück 2 enthält eine Quelle für eine Spannung unterhalb des Zersetzungspotentials von Wasser, als welche ein Gleichrichter 41 (Fig. 7) auftritt, ein UND-Gatter 42, an dessen Eingang 43 der Gleichrichter 41 über einen Signalwandler 44 angeschlossen ist, und ein FÜO-Flop 45» dessen Ausgang über ein Verzögerungs/element 46 an den zweiten Eingang 47 des UND-Gatters 42 angeschlossen ist. Der Ausgang des UND-Gatters 42 stellt einen Ausgang 48 des Berührungsgebers dar.

Als Geber 5 und 6 (Fig. 4) zur Bestimmung eines Gasfüllungsgrades sind Wandler kurzzeitiger teilweiser Spannunfisabfälle, die bei teilweisen Durchschlägen, eines Elektrolysenraumes entstehen, die auf kurzzeitige Durchschläge einer Gasflüssigkeitsschicht zurückzuführen sind, ausgenutzt. Der Wandler wird bei Erreichen einer vorgegebenen Ansprechschwelle durch den Wert des kurzzeitigen Spannungsabfalls ausgelöst. Die Wandler werden in einer bekannten Weise, beispielsweise mit RC-Kreisen, aufgebaut.

Die Einrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung von Werkstücken arbeitet wie folgt.

Bei einem Tastendruck 20 werden im Dechiffrator 13 für ein

die

Bearbeitungsregime¹Eelais 15 und 49 (Fig. 5) betätigt. Über Kontakte 50 des Relais 15 werden die Flip-Flops 24, 26 des Dekodierers 14 (Fig. 4) in den Ausgangszustand gebracht, während das Flip-Flop 27 kippt und seine Lage durch Kontakte 51 des gleichen Relais 15 fixiert wird. Das Relais 49 schaltet die Einheit 8 über Kontakte 49x für eine Abzählung von Verschiebungen ein, und beim

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Anziehen des Relais 15 wird außerdem eine Koordinate χ, (Fig. 1) überwacht. Am Ausgang des Wandlers 28 (Fig. 6) erscheint ein Signal, das an den Eingängen von UND-Gattern 52 und 53 eintrifft. Am Ausgang des UND-Gatters 52 tritt ein dem Vorschub der Elektrode 1 mit einer verlangsamten Geschwindigkeit entsprechendes Signal auf, das an die Einheit 9 vermittelt wird. Hierbei beginnt sich die Elektrode 1 mit einer Geschwindigkeit von 3 bis 5 nun/ /min zu bewegen. Gleichzeitig erscheint am Ausgang des UND- -Gatters 53 ein Signal, das am Eingang der die Zuführung einer stetigen Spannung zu den Elektroden 1 und 2 sichernden Einheit 11 ankommt.

Infolge einer Annäherung der Elektroden 1,2 entstehen im Elektrolysenraum Durchbrüche einer Gasflüssigkeitsschicht, worauf kurzzeitige Spannungsabfälle an den Elektroden 1,2 auftreten. Erreicht die Amplitude dieser kurzzeitigen Spannungsabfälle ' eine Ansprechschwelle des Gebers 5» gelangt von seinem Ausgang ein Signal auf die Einheit 9» die ein Verbotssignal der Dauer von 0,1 bis 0,5 s formiert, das an einem Eingang 5^ des UND-Gatters 52 eintrifft, wobei am Ausgang des UND-Gatters 52 das der verlangsamten Vorschubgeschwindigkeit entsprechende Signal ausbleibt, zugleich bleibt ein Signal am Ausgang der Einheit 9 aus, und der Vorschub der Elektrode 1 hört auf. Der Elektrolysenraum beginnt größer zu werden, und am Ausgang des Gebers 5 klingt ein Signal ab. Die Elektrode 1 wird erneut nach Ablauf von 0,1 bis 0,5 s vorgeschoben. Wenn die SchaIthäufigkeit für den Vorschub der Elektrode 1 auf ein Signal vom Geber 5 die in Grenzen von 0,2 bis 1 Hz gewählte vorgegebene überschreitet, verringert die Steuereinheit 9 für ein Vorschubgetriebe die Spannung am eigenen

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Ausgang, wodurch der Vorschub der Werkzeugelektrode 1 verkleinert wird. Infolge sämtlicher geschilderten Operationen wird ein minimal zulässiger Spalt zwischen der Werkzeugelektrode 1 und dem Arbeitsstück 2 aufrechterhalten, der zur Durchführung einer elektrochemischen Bearbeitung von Werkstücken notwendig ist.

Die Bearbeitung eines Werkstücks bei der Zuführung einer stetigen Spannung wird so lange fortgesetzt, bis sich die Elektrode 1 zum Punkt x=x, (Fig. 1) verschoben hat. Hierbei liefert die Einheit 8 ein Signal auf den Dechiffrator 13, das Relais 15 fällt ab und das Relais 16 zieht an. Die Kontakte 55 des Relais 15 schalten die Einheit 8 ab und die Einheit 10 zur Programmsteuerung einer Spaltweite an. Die Kontakte 22, 56, 5? des Relais 16 schalten jeweils die Einheit 8 auf eine Überwachung einer Koordinate x~ um, sperren einen Eingang des UND-Gatters und geben die Flip-Flops 24, 27 frei. Hierbei liegt am Ausgang des UND-Gatters 52 ein einer verlangsamten Vorschubgeschwindigkeit entsprechendes Signal weiter an, und die Elektrode 1 wird zum Arbeitsstück 2 vorgeschoben. Damit nimmt die kontinuierliche Bearbeitung ein Ende.

Bei einer Kontaktierung der Elektroden 1 und 2 gelangt ein Signal vom Gleichrichter 41 (Fig. 7) auf den Eingang des Wandlers 44, an dessen Ausgang über das UND-Gatter 42 an einem Eingang des Flip-Flops 24 (Fig. 6) ankommende Spannungsimpulse auftreten. Das Flip-Flop 24 kippt um, und am Ausgang des Wandlers 28 wird ein einem Abheben der Elektrode 1 entsprechendes Signal erzeugt, wobei über den Wandler 36 auf die Einheit 10 ein Signal zur Überwachung des Elcktrolysenraumes x_r und über den Wandler 39 ein Signal zum Löschen und zum starten der Abzahlung gereben wird.

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Die Umschaltung des Flip-Plops 24 "bewirkt eine Umschaltung des Flip-Flops 45» dessen Ausgangssignal einen Eingang des UND-Gatters 42 sperrt, weshalb z.B. auf einen Schluß der Elektroden 1,2 durch stromleitende Teilchen zurückzuführende Zufallssignale vom Ausgang des Wandlers 44 zum Ausgang des UND-Gatters 42 nicht durchkommen.

Bei einer Verschiebung der Elektrode 1 zum Punkt χ = Xr liefert die Einheit IO ein Signal auf den Dekodierer 14, wobei die Flip-Flops 24 und.27 rückgesetzt werden und das Steuer- -Flip-Flop 30 für eine Impulsserie 3 (Fig. 3) umsteuert. Auf die Einheit 11 gelangt ein Signal zur Erzeugung einer Spannungsimpulsserie .

Wenn während des laufenden Spannungsimpulses die Gasfüllung des Spaltes zwischen den Elektroden 1,2 einen derartigen Wert erreicht, daß die Amplitude der kurzzeitigen Spannungsabfälle an den Elektroden 1,2 eine Ansprechschwelle des Gebers 6 erreicht, wird am Ausgang des letzteren ein in die Einheit 11 gelangendes Signal formiert, und der laufende Spannungsimpuls wird abgeschaltet. Auf solche Weise wird die Dauer eines jeden Spannungsimpulses aus der Serie bei Erreichen des Vorgabewertes durch die Gasfüllung des Elektrolysenraumes reguliert, d.h. es wird automatisch eine optimale Dauer der Spannungsimpulse an den Elektroden gewählt.

Auf ein Signal vom Ausgang der Steuereinheit 11 für Betriebsarten der Quelle 12 wird das Flip-Flop 30 rückgesetzt, die Tmpulsspannung in Form einer Serie der Impulse 3 abgeschaltet, zugleich wird das Flip-Flop 25 ausgelöst, und am Ausgang 28 r.tellt sich ein einem Abheben der Elektrode 1 entsprechendes Signal ein, auf

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das Ober die Steuereinheit 9 rür ein Vorschubgetriebe das Abheben der Elektrode 1 erfolgt. Die Einheit IO stellt sich auf ein Signal vom Flip-Flop 25 über den Wandler 37 auf eine Überwachung einer Koordinate X=Xr, ein.

Beim Abheben der Werkzeugelektrode im Punkt x„ formiert die Einheit 10 einen Befehl, auf den das Flip-Flop 25 rückgesetzt und das Flip-Flop 26 ausgelöst wird. Am Ausgang des Wandlers 28 wird anstatt eines einem Abheben der Werkzeugelektrode 1 entsprechenden Signals ein deren Vorschub entsprechendes Signal formiert, und die Einheit 10 wird auf ein Signal vom Flip-Flop 26 und über den Wandler 38 auf eine überwachung einer Koordinate χ = x_ß eingestellt. Bei Erreichen der Stellung x« durch die Elektrode 1 formiert die Einheit 10 einen Befehl, der das Flip-Flop 26 rücksetzt und das Flip-Flop 27 umsteuern läßt.

Infolgedessen bleibt am Ausgang des Wandlers 28 ein dem Vorschub

es

der Elektrode entsprechendes Signal aus und'wird ein einer verlangsamten Bewegung der Elektrode 1 entsprechendes Signal formiert, das über das UND-Gatter 52 auf die Steuereinheit 9 für ein Vorschubgetriebe übertragen wird. Hierbei sind der Wandler 39 und die Einheit 10 gesperrt.

Neben der Umsteuerung des Flip-Flops 27 wird das Flip-Flop 45 des Gebers 7 (Fig. 7) rückgesetzt, und ein Signal von dessen Ausgang gibt über das Verzögerungselement 46 das UND-Gatter 49 frei. Der Geber 7 ist betriebsbereit.

Die durch das Element 46 eingestellte Verzögerungszeit wird, ausgehend von der Zeit eines vollständigen Überganges der Flip-Flops 26, 27 aus einem stabilen zustand in den anderen, gewählt. Infolge der Zeitverzögerung tritt kein Fehlansprechen des Gebers

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7 auf Grund eines Schlusses der Elektroden 1,2 durch stromleitende Teilchen ein, und die Flip-Flops 26, 27 arbeiten ohne Ausfälle.

Bei der Kontaktierung der Elektroden 1,2 wiederholt sich der Zyklus, wobei sich der Momentanwert χ gemäß einer Abhängigkeit 58 (Fig. 2) so lange ändert, bis sich die Elektrode zum

Punkt χ = Xp verschoben hat. Dann formiert die Einheit 8 einen Befehl, auf den das die (nicht angedeuteten) Kontakte in der Einheit Il und in den Eingangskreisen der Einheiten 10 und

8 schließende Relais 17 anspricht. Infolgedessen kommt eine Steuerung der Verschiebung der Elektrode 1 zu einem Punkt x^ nach einem der Abhängigkeit 58 (Fig. 2) entsprechenden Gesetz mit einem Abheben der Elektrode 1 im Punkt Xg zustande. Auf dieses Signal von der Einheit 11 formiert die Quelle 12 einen Spannungs-Einheitsimpuls.

Nachdem sich die Elektrode 1 in den Punkt χ = χ-, verschoben hat, formiert die Einheit 8 einen Befehl, auf den die Relais 16 und 17 abfallen und das Relais 18 anzieht, während die Einhe-it 8 in eine Betriebsart für eine Überwachung einer Koordinate χ = Xj, tiberführt wird. Das abgeschaltete Relais 16 sorgt für eine Rücksetzung der Flip-Flops 24 bis 27, wobei am Ausgang des Wandlers 28 ein Signal ausbleibt, während bei einer Schließung von Kontakten 59i 60 des Relais 18 am Ausgang dieses Wandlers 28 ein einem Abheben der Elektrode 1 bis zum Punkt χ = x. entsprechendes Signal auftritt.

Gleichzeitig fallen auf ein Signal von der Einheit 8 die Relais 18 und 49 ab und das Relais 19 zieht an, wodurch Kontakte 61 geschlossen werden, was zum Anhalten der Elektrode 1 und zum

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Ausschalten der Einheit 8 aus der Überwachung einer Verschiebung der Werkzeugelektrode 1 führt. Damit endet die Bearbeitung eines Teiles. Die Bearbeitungsgenauigkeit ist die, die den eingestellten Augenblickswerten der Koordinate χ entspricht.

Der Bearbeitungsvorgang erweist sich als vollkommen automatisiert.

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Claims

18. Dezember 1979

PATENTANWÄLTE ... o-/n

ZELLENTIN ^: .; ~

ÜOCO MÜNCHEN 2 2$9U**9

PATENTANSPRÜCHE

C Iy Elektrochemisches Bearbeitungsverfahren für Werkstücke aus st rom le it enden Werkstoffen, darin "bestehend, daß an eine Werkzeugelektrode und ein Arbeitsstück eine Gleichspannung angelegt, die Werkzeugelektrode bis zur Entstehung eines zur Arbeitsführung erforderlichen Spaltes zwischen dieser und dem Arbeitsstück verschoben und gleichzeitig eine wäßrige Elektrolytlösung

den OpaIt
durcbkepumpt wird, dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen der Werkzeugelektrode und dem Arbeitsstück ein verwird

änderlicher Spalt eingestellt^, der betragsmäßig einem den Bearbeitungsbedingungen entsprechenden minimal zulässigen Spalt gleich ist, und bei einer Vergrößerung des Spaltes bis zu einem kritischen Wert, bei dem die erhaltene Bearbeitungsgenauigkeit für das Werkstück unter die erforderliche Genauigkeit absinkt, die Werkzeugelektrode bezüglich des Arbeitsstücks mit einem

wird

Spalt eingestellt/, der betragsmäßig ungefähr gleich oder kleiner

der ' daß

alsjkritische Wert ist,leine dem Einstellwert des Spaltes entsprechende Spannungsimpulsserie angelegt und nach deren Abklingen die Werkzeugelektrode zur Entfernung von Elektrolysenprodukten aus einem Elektrolysenraum gehoben wird, wobei die Dauer eines jeden Impulses und/oder die Pause zwischen ihnen bis zur Entstehung von eine sichere Entfernung der Elektrolysenprodukte ermöglichenden Bedingungen geändert, und bei einer Vergrößerung : der Pausenzeit bis zu einem mit der Zeit eines Hebens der Werkzeugelektrode kommensurablen Wert ein Spannunns-Fünheitsimpuls angelegt und die Werkzeugelektrode bezüglich des Arbeitsstücks mit einem die Erhaltung einer vorgegebenen Bearbeituncsgenauigkeit für das Werkstück gewährleistenden Spalt eingestellt

wird. 130026/0182

ORIGINAL INSPECTED

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Spalt zwischen der Werkzeugelektrode und dem Arbeitsstück, der betragsmäßig gleich einem minimal zulässigen Spalt ist, veränderlich entsprechend einem Gasfüllungsgrad des Elektrolysenraumes eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß bei der Lieferung einer Spannungsimpulsserie oder eines Spannungs-Einheitsimpulses die Werkszeugelektrode bezüglich des Arbeitsstücks durch Vorschub der Werkzeugelektrode zum Arbeitsstück bis zu deren Berührung und durch anschließendes Abheben um eine erforderliche Spaltweite eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß vor der Berührung der Werkzeugelektrode und des Arbeitsstücks die Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugelektrode verringert wird.

5. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer eines jeden Impulses und/oder die Pause zwischen ihnen entsprechend einem vorgegebenen Gasfüllungsgrad des Elektrolysenraumes gewählt werden.

einem der

6. Einrichtung zur Verwirklichung des Verfahrens nach/An-

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Sprüche/, die einen mit einer Einheit zur Programmsteuerung einer Verschiebung der Werkzeugelektrode gekoppelten Geber für eine Verschiebung der Werkzeugelektrode und eine mit der Einheit zur Programmsteuerung einer Verschiebung der Werkzeugelektrode zusammenwirkende Steuereinheit für ein Vorschubgetriebe der Werkzeugelektrode enthält, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Geber (5 und 6) zur Bestimmung eines Gas-

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füllungsgrades des Elektrolysenraumes, von denen einer (5) an die Steuereinheit (9) für ein Voschubgetriete angeschlossen ist, einen Berührungsgeber (7) von Werkzeugelektrode und Arbeitsstück, einen Dechiffrator (13) für ein Bearbeitungsregime, an den die Einheit (8) zur Programmsteuerung einer Verschiebung der Werkzeugelektrode angeschlossen ist, einen mit dem Dechiffrator (13) für ein Bearbeitungsregime, mit der Steuereinheit (9) für ein

dem

Vorschubgetriebe und mit'Berührungsgeber (7) verbundenen Dekodierer (14) für einem erforderlichen Spalt entsprechende Befehle, eine mit dem Befehlsdekodierer (14) gekoppelte Einheit (10) zur Programmsteuerung einer Spaltweite und eine mit dein Befehlsdekodierer (14) und mit dem zweiten Geber (6) zur Bestimmung eines Gasfüllungsgrades gekoppelte Steuereinheit (11) für Betriebsarten einer Spannungsquelle (12) zur elektrochemischen Bearbeitung von Werkstücken aufweist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Berührungsgeber (7) von Werkzeugelektrode und Arbeitsstück eine Quelle für eine Spannung unterhalb des Zersetzungspotentials von Wasser enthält, die an einen der Eingänge (43) eines UND-Gatters (42) angeschlossen ist, an dessen zweiten Eingang (47) über ein Verzögerungselement (46) ein Flip-Flop (45) geschaltet ist, während der Ausgang des UND-Gatters (42) einen Ausgang (48) des Berührungsgebers (7) darstellt.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Geber (5 oder 6) zur Bestimmung des Gasfüllungsgrades · einen Wandler kurzzeitiger teilweiser Spannungsabfälle, die bei teilweisen Durch-

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Schlägen des Elektrolysenraumes entstehen, die auf kurzzeitige Durchschläge einer Gasflüssigkeitsschicht in diesem zurück-

eines zuführen sind, darstellt, der bei Erreichen'einer vorgegebenen

eines
Ansprechschwelle gleichen Werts / kurzzeitigen Spannungsabfalls

auslöst. t

9. Einrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Dekodierer (14) für einem erforderlichen Spalt entsprechende Befehle vier Flip-Flops (24 bis 27) enthält, bei denen ein Ein-

des

gang (29V ersten Flip-Flops (24) an den Ausgang des Berührungsgebers (7) angeschlossen ist und sein Ausgang an ein Steuer- -Flip-Flop (30) für eine Impulsserie geschaltet ist, ein Eingang (3D des zweiten Flip-Flops (25) an den Ausgang des Steuer- -Flip-Flops (30) für eine Impulsserie und sein Ausgang an einen Eingang (32) des dritten Flip-Flops (26) angeschlossen ist, dessen Ausgang mit einem Eingang (33) des vierten Flip-Flops (27) verbunden ist, wobei die anderen Eingänge (34) sämtlicher vier Flip-Flops (24 bis 27) zusammengeschaltet sind, deren Rückstelleingänge (35) an den Dechiffrator (13) für ein Bearbeitungsregime angeschlossen sind, die Ausgänge des ersten (24), zwei- < ten (25), und vierten (27), Flip-Flops über einen Signalwandler (28) mit der Steuereinheit (9) für ein Vorschubgetriebe und die Ausgänge aller vier Flip-Flops (24 bis 27) über einen entsprechenden Signalwandler (36 bis 39) mit der Einheit (10) zur Programmsteuerung einer Spaltweite gekoppelt sind, wobei der zweite Eingang (40) des Steuer-Flip-Flops (30) für eine Impulsserie und

die 1 dessen Ausgang mit der Steuereinheit (11) für^Betriebsart einer Spannungsquelle (12) verbunden sind.

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