DE3022332A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zum elektroerosiven bearbeiten - Google Patents

Verfahren und schaltungsanordnung zum elektroerosiven bearbeiten

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DE3022332A1
DE3022332A1 DE19803022332 DE3022332A DE3022332A1 DE 3022332 A1 DE3022332 A1 DE 3022332A1 DE 19803022332 DE19803022332 DE 19803022332 DE 3022332 A DE3022332 A DE 3022332A DE 3022332 A1 DE3022332 A1 DE 3022332A1
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Kiyoshi Inoue
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Inoue Japax Research Inc
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H1/00—Electrical discharge machining, i.e. removing metal with a series of rapidly recurring electrical discharges between an electrode and a workpiece in the presence of a fluid dielectric
    • B23H1/02—Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply, control, preventing short circuits or other abnormal discharges
    • B23H1/022—Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply, control, preventing short circuits or other abnormal discharges for shaping the discharge pulse train

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Description

Inoue-Japax Research Incorporated Yokohamashi, Kanagawaken Japan
Verfahren und Schaltungsanordnung zum elektroerosiven Bearbeiten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum elektroerosiven Bearbeiten (EDM-Bearbeiten bzw. elektrisches Entladungs-Bearbeiten) und insbesondere eine Hochfrequenz-Speiseschaltung sowie ein Versorgungsverfahren für elektroerosives Bearbeiten nach Patentanmeldung P 29 08 696.2. Dabei sieht' die Erfindung ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum Einspeisen elektrischer Hochfrequenz-Entladungs-Bearbeitungsimpulse zwischen eine Werkzeugelektrode und ein Werkstück an einem mit einer (dielektrischen) Bearbeitungsflüssigkeit gespülten Bearbeitungsspalt in einer elektrischen Entladungsmaschine vor.
Eine elektrische Entladungsmaschine ist gewöhnlich mit einer Strom- bzw. Spannungsversorgung ausgestattet, um
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Hochfrequenz-Bearbeitungsimpulse zu dem mit dem Dielektrikum gefüllten Bearbeitungsspalt zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück in einem ein Dielektrikum enthaltenden oder sammelnden Bearbeitungsbehälter zu speisen. In herkömmlichen EDM-Strom- bzw. Spannungsversorgungs-Schaltungsanordnungen und -verfahren werden Bearbeitungs-Leistungsimpulse in einer Einheit (Strom- bzw. Spannungsversorgungseinheit) erzeugt, die getrennt von der eigentlichen Maschine vorgesehen ist, die die mechanischen Bauteile und den Bearbeitungsbehälter trägt, in dem der Bearbeitungsspalt zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück festgelegt ist. Die getrennte Strom- bzw. Spannungsversorgungseinheit ist ausgestaltet, um in ihrem Gehäuse alle wichtigen elektrischen Bauteile aufzunehmen, die erforderlich sind,um an ihrem Ausgang eine Folge von einseitig gerichteten bzw. Gleichstrom- bzw.-Spannungsimpulsen einer vorbestimmten Polarität bezüglich der Werkzeugelektrode und des Werkstückes zu erzeugen, wobei der Ausgang der Einheit und damit die Strombzw. Spannungsimpulse von der Einheit am Bearbeitungsspalt über ein längliches Kabel oder eine Leitung liegt bzw. liegen, das bzw. die vorgesehen sein muß. Als Folge behindert ein im Kabel oder in der Leitung enthaltender Streuwiderstand bzw. eine Induktivität eine Übertragung der elektrischen Gleichstrom- bzw. -Spannungsimpulse und führt zu einem beträchtlichen Leistungsverlust und zu einer Verzerrung des zum Bearbeitungsspalt übertragenen Signalverlaufes. Daher ist die Materialabtragung in unerwünschter Weise awingend begrenzt; der Wirkungsgrad der Bearbeitung ist unbefriedigend gering, und die gesamte Leistungseinheit ist in herkömmlichen elektrischen Entladungsmaschinen übermäßig groß und umfangreich.
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In der Hauptanmeldung sind ein Verfahren und eine Anordnung zum Einspeisen hochfrequenter elektrischer Ent— ladungs-Bearbeitungsimpulse zwischen eine Werkzeugelektrode und ein Werkstück an einem mit einem Bearbeitungsfluid gespülten Bearbeitungsspalt in einer elektrischen Entladungsmaschine beschrieben. Das dort angegebene verbesserte Verfahren umfaßt: Erzeugen einer hochfrequenten elektrischen Wechselleistung in einer vom Bearbeitungsspalt entfernt angeordneten Hochfrequenz-Generatoreinheit, Übertragen der elektrischen Hochfrequenz-Wechselleistung zu einem Bereich in unmittelbarer Nähe des Bearbeitungsspaltes entlang einer Speiseleitung mit Einlaßanschlüssen, die direkt von derv Hochfrequenz-Generatoreinheit wegführen, und Gleichrichten der elektrischen Hochfrequenz-Wechselleistung in der Nähe des Bearbeitungsspaltes, um eine Folge von Impulsen einer gegebenen Polarität bezüglich der Werkzeugelektrode und des Werkstückes zu bilden, die die elektrischen Entladungs-Bearbeitungsimpulse darstellen, die im allgemeinen eine Frequenz von 1 kHz und 5 MHz aufweisen.
Die darin beschriebene Vorrichtung oder Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens hat: eine Gleichstrom-Leitereinrichtung, die in der Nähe des BearbeitungsSpaltes vorgesehen und mit der Werkzeugelektrode und einem Werkstück über jeweilige Leiter einer Mindestlänge verbunden ist, einen Hochfrequenz-Wechselleistungsgenerator, der entfernt vom Bearbeitungsspalt angeordnet ist, um eine Hochfrequenz-Wechselleistung an dessen Ausgang zu erzeugen, und eine Speiseleitung zum Verbinden des Generators mit der Gleichstrom-Leitereinrichtung, damit die am Ausgang erzeugte Leistung in der Form eines hochfrequenten elektrischen Wechselstromes in die Nähe des Bearbeitungsspaltes übertragen werden kann, wobei die Gleichstrom-Leitereinriehtung ausgestaltet ist, um die hochfrequente elektrische Wechselleistung
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in der Nähe des Bearbeitungsspaltes gleichzurichten, so daß eine Folge von Impulsen einer gegebenen Polarität bezüglich der Werkzeugelektrode und des Werkstückes entsteht, die die elektrischen Bearbeitungsimpulse bildet.
Die Gleichstrom-Leitereinrichtung kann aus einem Halbwellengleichrichter (Einweggleichrichter) oder einem Vollweggleichrichter (Zweiweggleichrichter) bestehen, und die Speiseeinrichtung kann eine Speiseleitung oder ein Kabel, z. B. ein Koaxialkabel eines herkömmlichen Aufbaus, aufweisen, das zum Führen eines Hochfrequenz-Wechselstromes geeignet ist. Weiterhin kann ein Transformator (Abspanntransformator) vor der Gleichstrom-Leitereinrichtung entlang der Speiseeinrichtung vorgesehen sein, um eine gewünschte Größe der elektrischen Bearbeitungsimpulse aufzubauen, die am Bearbeitungsspalt liegen.
Da bei der oben angegebenen Technologie die Bearbeitungsleistung vom Generator in der Form eines Hochfrequenz-Wechselstromes übertragen wird, bis sie die Nähe des Bearbeitungsspaltes erreicht, tritt ein geringer Leistungsverlust und eine kleine Verzerrung des Spannungs- oder Stromverlaufes entlang der Speiseeinrichtung auf, wodurch ein Bearbeiten bei erhöhter Abtragungsgeschwindigkext mit einem größten Verbrauch elektrischer Leistung erzielt wird, die einfach selbst bei einer Frequenz im MHz-Bereich übertragen werden kann. Weiterhin macht der geringe Leistungsverlust entlang der Speiseeinrichtung den Generator kompakt und in Größe und Kapazität kleiner.
Der Transformator und der Gleichrichter können auf einem Teil der Wände des Bearbeitungsbehälters oder direkt auf
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der Oberseite, dem Gestell oder dem Lager der Maschine angebracht sein, die die Werkzeugelektrode oder das Werkstück führt. Der Transformator hat in vorteilhafter Weise kleine Abmessungen, da die hiermit geführte Leistung von einer hohen Frequenz ist. Die Gleichrichtung der transformierten Hochfrequenz durch den Gleichrichter in der Nähe des Bearbeitungsspaltes liefert polarisierte oder einseitig gerichtete Bearbeitungs-Leistungsimpulse, die am Spalt ohne wesentlichen Leistungsverlust und ohne Signalverzerrung liegen.
Die durch Gleichrichten der Hochfrequenz-Wechselstromleistung erhaltenen Bearbeitungs-Leistungsimpulse können eine extrem schmale Impulsdauer t - von 1 bis 100 /us und ein Impulsintervall t _, _ von 0,1 bis 50 /US aufweisen, die
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beide im Generator einstellbar und dem Bearbeitungsspalt ohne Leistungsverlust zuführbar sind. Eine Folge von Bearbeitungsimpulsen mit so kurzen Werten für Tr . und TT ,o ist in der Lage, fein unterteilte elektrische Entladungen zu erzeugen, die die Werkstückoberfläche vor einer groben Materialabtragung bewahren und so ein genaues Bearbeiten ermöglichen. Weiterhin kann mit einem wiederholt in einem kurzen Zeitintervall hervorgerufenen Entladungsimpuls der Bearbeitungsspalt eine nächste Entladung erlauben, bevor er von der vorhergehenden Entladung vollständig entionisiert ist. Dies vermeidet wirksam ein Fehlzünden mit jedem einzelnen Impuls, so daß eine erhöhte Entladungsfolgefrequenz erzielt wird, wobei Jede einzelne Entladung zu einer Materialabtragung mit höchstem Wirkungsgrad beiträgt, so daß ein sehr schnelles und sehr wirksames Bearbeiten gewährleistet ist.
In der Hauptanmeldung · ist auch angegeben, daß es zur
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Erzielung einer besseren Bearbeitungs-Leistungsfähigkeit und -Stabilität wünschenswert ist, periodisch oder intermittierend die hochfrequenten elektrischen Impulse zu unterbrechen, so daß die Bearbeitungsentladungen am Spalt in der Form intermittierend auftretender Folgen von hochfrequenten Elementar-Entladungen stattfinden. Hierzu umfaßt der Hochfrequenzgenerator zusätzlich zu einem Hochfrequenz-Wechselstromoszillator einer Ausgangsfrequenz im Bereich von 1 kHz bis 5 MHz einen Impulsgeber, der ausgestattet ist, um eine Reihe von Impulsen einer relativ langen EIN-Zeit T. und einer relativ langen AUS-Zeit Taus zu erzeugen und wiederkehrend/ mit einem Hochfrequenz-Wechselstrom-Ausgangssignal zu unterbrechen. Als Ergebnis liefert der Ausgang des Generators aufeinanderfolgende Reihen von Hochfrequenz-Wechselimpulsen. Die aufeinanderfolgenden Reihen werden entlang der Speiseeinrichtung zum Gleichrichter in der Nähe des Bearbeitungsspaltes übertragen und dadurch in aufeinanderfolgende Reihen von Gleichimpulsen für eine Einspeisung in den Bearbeitungsspalt umgesetzt. Die Elementarimpulse, die jede Reihe bilden, können eine Impulsdauer t . = 1 bis 100 axs und ein Impulsintervall TT0110 = 0,5 bis 50 /us aufweisen, und
9LLlS /
sie werden zusammen mit ihrer Frequenz im Hochfrequenz-Wechselstromoszillator festgelegt. Wenn der Gleichrichter ein Halbwellengleichrichter ist, gelten für Impulsdauer und -intervall t .„ = Tr0110, und wenn der Gleichrichter ein Zweiweggleichrichter ist, ergibt sich die Beziehung
. Der Oszillator kann auch gestaltet sein, um
aus
einen asymmetrischen Wechselstrom zu erzeugen, der z. B. durch Überlagern eines symmetrischen Wechselstromes einer einstellbaren Frequenz auf einen Vorspann-Gleichstrom erhaltbar ist; in diesem Fall können alle gewünschten Kombinationen der Impulsdauer und des Impulsintervalles mit einer Beziehung f ein> t aus oder Tr Q±n< Taus in erforderlicher
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Weise entsprechend einer bestimmten Kombination des Elektrodenmaterials und der Bearbeitungsbedingungen erzielt werden.
Damit werden Reihen von Impulsen, deren jede eine Folge von Elementarimpulsen mit einer Impulsdauer t ■ und einem Intervall t „„_, aufweist und mit einer Frequenz f wiederkehrt, bei einer relativ langen EIR-Zeit T ·„ und AUS-Zeit T01 _,
θ ΧΓ1 3.U. S
die mit einer Frequenz F wiederkehrt, am Bearbeitungsspalt zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück gebildet, um ein Bearbeiten mit einer erhöhten Leistungsfähigkeit zu erlauben. Die EIN-Zeit T . und die AUS-Zeit T ie, können jeweils zwischen 10 /us und 100 ms liegen, während die Frequenz F der Reihen zwischen 100 Hz und 100 kHz betragen kann, wobei diese Reihenparameter gemäß bestimmten Bearbeitungsbedingungen und —einstellungen gewählt sind.
Ein Spaltfühler kann vorgesehen sein, um den Bearbeitungszustand oder eine Bedingung am Spalt zu überwachen, indem er auf eine oder mehrere Spaltveränderliche anspricht, wie z. B. die Spaltspannung, den Spaltstrom und die Impedanz aufgrund einer Mittelwert-Basis oder einer momentanen Basis innerhalb jeder Impulsreihe oder zwischen benachbarten Impulsreihen, zusammen mit einem Impulsparameter-Stellglied, das auf den Spaltfühler anspricht, um einen oder mehrere Werte aus T-. T01,_ und F als einstellbare Reihenparameter
©ILL 3.US
zu steuern. Tatsächlich können die Parameter t" · , t und/oder f der Elementarimpulse innerhalb jeder Reihe gleichzeitig in gewünschter Weise mit einem zusätzlichen Stellglied gesteuert werden, das dem Hochfrequenz-Wechselstromoszillator zugeordnet ist.
Die Steuerung der Impulsreihen-Parameter erfolgt derart, daß
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die SIN-Zeit T · abnimmt und/oder die AUS-Zeit T0110 zu-
θ XIx cLUS
nimmt, d. h. daß die Anzahl der Elementarimpulse innerhalb jeder Reihe abnimmt und/oder die Periode zunimmt, in der die Elementarimpulse in jedem wiederkehrenden Zyklus der Elementarimpuls-Reihen unterbrochen sind, wenn der Spaltfühler ein Verschlechtern oder Herabsetzen des Bearbeitungszustandes anzeigt, der abhängig von den Spaltveränderlichen eine Korrektur oder Erholung erfordert. Somit werden durch die Entladung erzeugte Bearbeitungsspäne, Teer und Gase, die im Bearbeitungsspalt angesammelt sind oder übermäßig zurückbleiben, wirksam während erhöhter AUS-Zeiten und verringerter EIN-Zeiten abgeführt, um den Spalt in einer optimalen Stufe zu halten, durch die Bearbeitungsentladungen stabil mit aufeinanderfolgenden Einheits-Impulsreihen hervorgerufen werden können. Es ist auch anzustreben, den mittleren Bearbeitungsstrom durch Ändern der Reihen-EIN-Zeit und/oder -AUS-Zeit zu steuern, so daß verschiedene Bearbeitungsoperationen von einem sehr schnellen zu einem langsamen Bearbeiten oder abhängig von einer Änderung in der Bearbeitungsfläche möglich sind, an der die Werkzeugelektrode und das Werkstück nebeneinander liegen. Der Hochfrequenzoszillator kann schwingen, wann und sooft das EIN-Signal an seinem Eingang vom Impulsgeber liegt.
Die Erfindung bezweckt nun ein verbessertes EDM-Verfahren und eine ]
schäften.
und eine EDM-Schaltungsanordnung mit vorteilhafteren Eigen-
Die Erfindung ermöglicht ein Verfahren zum Einspeisen aufeinanderfolgender zeitlich beabstandeter Reihen von diskreten Elementarimpulsen in einen EDM-Spalt; die Elementarimpulse werden von einem Hochfrequenzgenerator erhalten, der entfernt vom Bearbeitungsspalt angeordnet ist, und in der
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Form einer.nicht gleichgerichteten, hochfrequenten. Wechselstromleistung zu einer Gleichstrom-Leitereinrichtung in der Nähe des Bearbeitungsspaltes übertragen, um die hochfrequente Wechselstromleistung zur Erzeugung diskreter Elementarimpulse einer gegebenen Polarität gleichzurichten; die in einer Richtung wirkende oder Gleichstrom-Leitereinrichtung ist mit der Werkzeugelektrode und dem Werkstück über geweilige Leiter einer Mindestlänge verbunden, um die Elementarimpulse an den Bearbeitungsspalt zu legen; der Betrieb der Gleichstrom-Leitereinrichtung wird erfindungsgemäß so gesteuert, daß die Gleich-Elementarimpulse zyklisch unterbrochen werden, um hiervon aufeinanderfolgende zeitlich beabstandete Reihen zu bilden.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung umfaßt einen Hochfrequenzgenerator, der entfernt vom Bearbeitungsspalt angeordnet ist, um an seinem Ausgang eine Hochfrequenz-Wechselstromleistung zu erzeugen, eine Gleichstrom-Leitereinrichtung, die in der Nähe des BearbeitungsSpaltes liegt, um die Hochfrequenz-Wechselstromleistung gleichzurichten, so daß diskrete Elementarimpulse einer gegebenen Polarität entstehen, eine den Ausgang des Hochfrequenzgenerators mit der Gleichstrom-Leitereinrichtung verbindende Speiseeinrichtung zum Übertragen der Hochfrequenz-Wechselstromleistung zur Gleichstrom-Leitereinrichtung und eine der Gleichstrom-Leitereinrichtung zugeordnete Steuereinrichtung zum zyklischen Unterbrechen von deren Betrieb, so daß die diskreten Elementarimpulse in der Form aufeinanderfolgender zeitlich beabstandeter Reihen hiervon zum Bearbeitungsspalt übertragbar sind, wobei die Gleichstrom-Leitereinrichtung mit der Werkzeugelektrode und dem Werkstück über jeweilige Leiter einer Mindestlänge verbunden ist.
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Die Gleichstrom-Leitereinrichtung besteht in vorteilhafter V/eise aus einem Thyristor mit zwei Haupt elektroden, die mit der Werkzeugelektrode und dem Werkstück verbunden und so ausgerichtet sind, daß die gewünschte Polarität aufgebaut wird, und mit Steuerelektroden, die durch eine Impulsgebereinrichtung erregt sind, die die Steuereinrichtung für den zyklisch unterbrochenen Durchgang der diskreten Elementarimpulse bildet, die aus dem Hochfrequenz-Wechselstrom gleichgerichtet sind. Ein Spaltfühler ist vorzugsweise auch in der Nähe des Bearbeitungsspaltes vorgesehen, um den Entladungszustand im Bearbeitungsspalt zu erfassen und auf die Impulsgebereinrichtung einzuwirken, so daß die Betriebsart der Impulsunterbrechung und die Erzeugung der aufeinanderfolgenden zeitlich beabstandeten Reihen der diskreten Elementarimpulse gesteuert sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild, das eine EDM-Leistungsversorgung nach der Erfindung erläutert, und
Fig. 2 ein Zeitdiagramm mit dem Verlauf von Signalen zur Erläuterung des Betriebs der Schaltungsanordnung der Fig. 1.
In Fig. 1 !Legt eine Werkzeugelektrode 1 neben einem Werkstück 2, um einen Bearbeitungsspalt G in einem Bearbeitungsbehälter T zu bilden. Die Werkzeugelektrode 1 kann jede gewünschte Form, z. B. ein Rohr oder eine dreidimensionale Raumform, abhängig von der auszuführenden bestimmten EDM-Betriebsart haben. Bei einer Laufdraht- oder einer elektrischen Drahtschneid-Entladungsbearbeitung (TW-EDM bzw.
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WG-EDM) wird gewöhnlich ein Draht oder eine ähnliche kontinuierliche längliche Elektrode verwendet. Der Bearbeitungstank T ist insbesondere auf einem Bearbeitungstisch oder einer Unterlage (nicht gezeigt) befestigt und bildet einen Teil einer elektrischen Entladungsmaschine mit der Funktion, als ein dielektrischer Behälter oder Sammler zu dienen, in dem der Bearbeitungsspalt G festgelegt wird. Eine beliebige bekannte dielektrische Fluidversorgung (nicht gezeigt) ist vorgesehen, um die Bearbeitungsflüssigkeit so an den Bearbeitungsspalt abzugeben, daß dieser hiermit gefüllt und gespült ist, um von dort Bearbeitungsspäne, Teer und Gase abzuführen, während sie auch als ein EDM-Medium dient. Wäh rend, des Bearbeitungsbetriebs rückt die Werkzeugelektrode 1 bezüglich des Werkstückes 2 vor, um den Abstand des Spaltes G dazwischen durch einen (nicht gezeigten) Servomechanismus konstant zu halten.
Gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung ist ein Hochfrequenz-Wechselstromgenerator 3 entfernt vom Bearbeitungsspalt G angeordnet, wobei sein Ausgang 3a über eine Hochfrequenz-Speiseeinrichtung 4·, z. B. ein Koaxialkabel, in die Nähe des Bearbeitungsspaltes G führt. In dem zuletzt genannten Bereich ist eine Gleichstrom-Leitereinrichtung 5 vorgesehen, die aus einem Thyristor besteht, dessen negativer und positiver Elektrodenanschluß 5a bzw. 5b mit der Werkzeugelektrode 1 bzw. dem Werkstück 2 über einen Leiter 1a bzw. 2a einer Mindestlänge verbunden ist. Der Leiter 2a ist mit einer Sekundärwicklung 6b eines Hochfrequenztransformators 6 gezeigt, dessen Primärwicklung durch den Hochfrequenz-Wechselstrom erregt ist, der entlang der Speiseeinrichtung 4- vom Generator 3 übertragen ist.
Der Leiter 2a hat auch einen Fühlerwiderstand 7 und in Reihe
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einen weiteren Thyristor 8, wobei eine Hochspannungs-Hilfsspannungsquelle 9 und ein Strombegrenzerwiderstand 10 parallel zur Reihenschaltung des Thyristors 5 und des Fühlerwiderstandes 7 vorgesehen sind.
Weiterhin ist ein Spaltentladungsfühler aus Schmitt-Triggern 12, 13, 14 und 15 vorgesehen. V/eitere Schmitt-Trigger 16 und 17 dienen zur Erfassung eines Spalt-Kurzschlusses bzw. eines Spalt-Durchbruches. Zwei RS- oder bistabile Flip-Flops 18 und 19 sind mit ihren jeweiligen Ausgängen an die jeweiligen Steuerelektroden 5c und 8c der Thyristoren 5 und 8 angeschlossen. Der Ausgang des RS-Flip-Flops 18 ist auch zu einem Taktgeber 20 geführt, der seinerseits mit einem Verzögerungsglied 21 verbunden ist, dessen Ausgang zum Rücksetz-Anschluß des Flip-Flops 18 zurückgeführt ist. Der Setz-Anschluß des zuletzt genannten Flip-Flops ist mit dem Ausgang des Schmitt-Triggers 17 verbunden.
UND-Gatter 22, 23, 24 und 25 als Diskriminatoren sind auf ihren Eingangsseiten mit der Spaltentladungs-Fühlerschaltung 11 angeordnet und über ihre jeweiligen Ausgänge zu Zeit- oder Taktgebern 26, 27, 28 und 29 geführt, die verschiedene Zeitkonstanten oder Betriebszeiten haben. Ein ODER-Gatter 30 ist mit den Ausgängen der Taktgeber 26, 27, 28 und 29 verbunden und mit seinem Ausgang an den Setz-Anschluß des RS-Flip-Flops 19 angeschlossen. Der Rücksetz-Anschluß des zuletzt genannten Flip-Flops ist an den Setz-Anschluß des RS-Flip-Flops angeschlossen. Ein weiterer Setz-Anschluß des RS-Flip-Flops 19 ist durch den Spannungsanschluß +e über einen Betriebsstart-Druckknopfschalter 31 erregbar. Ein weiterer Schalter 32 liegt zwischen dem Ausgang des ODER-Gatters 30 und dem Setz-Anschluß des RS-Flip-Flops 19 und ist gewöhnlich geschlossen und geöffnet am Ende eines Bearbeitungsbetriebes.
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Eine auf einen Vollkurzschluß oder jede andere Störung der Maschine ansprechende Noteinheit 33 und eine dem Servomechanismus zugeordnete Elektroden-Hin- und Herfahreinheit 34- sind ebenfalls gezeigt und zusammen mit dem Hochfrequenzgenerator 3 entfernt vom Bearbeitungsspalt G angeordnet.
Der Generator 3 liefert eine Wechselstromleistung einer hohen Frequenz, die vorzugsweise zwischen 1 kHz und 5 MHz liegt, die im allgemeinen einer Frequenz f oder einer Folgefrequenz von Elementar-Bearbeitungsimpulsen entspricht, die am Bearbeitungsspalt G liegen. Die durch den Generator 3 an einer vom Bearbeitungsspalt G auf dem Arbeitsbehälter T entfernten Stelle erzeugte Hochfrequenz-Wechselstromleistung wird über die Speiseeinrichtung 4- übertragen, die an der Primärwicklung 6a des Transformators 6 endet. Der Transformator 6 dient zum Heruntertransformieren des Spannungspegels des Hochfrequenz-Ausgangssignales des Generators 3 und zum Einstellen des Spitzenimpulsstromes auf einen gewünschten Wert in enger Nähe des Bearbeitungsspaltes G. Die Polarität der am Bearbeitungsspalt G liegenden Impulse, die durch die Ausrichtung des Gleichrichters 4 gegeben ist, ist wie gezeigt - derart, daß die Elektrode 1 die Anode und das Werkstück 2 (die Kathode) bildet, und dies kann gemäß dem bestimmten Elektrodenmaterial und den zu wählenden Bearbeitungsbedingungen oder -einstellungen umgekehrt werden.
Da die Bearbeitungsleistung vom Generator 6 in der Form eines Hochfrequenz-Wechselstromes übertragen wird, bis sie die Nähe des Bearbeitungsspaltes G erreicht, liegt ein geringer Leistungsverlust und eine kleine Verzerrung des Spannungsoder Stromverlaufes entlang der Speiseeinrichtung 4 vor, was ein Bearbeiten bei einer hohen Abtragungsgeschwindigkeit mit einer größten elektrischen Leistung erlaubt, die einfach
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selbst bei einer Frequenz im MHz-Bereich übertragen werden kann. Zusätzlich erlaubt der geringe Leistungsverlust entlang der Speiseeinrichtung 4, daß der Generator 3 kompakt und mit kleiner Abmessung und Kapazität ausgeführt werden kann.
Der Transformator 6 und der Thyristor 5 können auf einem Teil der Wände des Bearbeitungsbehälters T oder direkt auf der Oberseite, dem Gestell oder der Unterlage der Haschine befestigt werden, die die Werkzeugelektrode 1 oder das Werkstück 2 trägt. Der Transformator 6 hat in vorteilhafter Weise kleine Abmessungen, da die dadurch übertragene Leistung eine hohe Frequenz aufweist. Die Gleichrichtung der transformierten Hochfrequenz durch den Thyristor 5 in der Nähe des Bearbeitungsspaltes G liefert polarisierte oder in einer Richtung wirkende Bearbeitungs-Leistungsimpulse, die am Spalt G ohne wesentlichen Leistungsverlust oder ohne merkliche Signalverzerrung liegen.
Die durch die Gleichrichtung der Hochfrequenz-Wechselstromleistung erhaltenen Bearbeitungs-Leistungsimpulse können eine extrem schmale Impulsdauer t_- von 1 bis 100 /us und ein Impulsintervall t von 0,5 bis 50 /US aufweisen, wobei beide am Generator 3 eingestellt werden können und am Bearbeitungsspalt G ohne Leistungsverlust liegen. Eine Folge von Bearbeitungsimpulsen mit derart kurzen EIN- und AUS-Zeiten kann fein unterteilte elektrische Entladungen bilden, die eine grobe Materialabtragung von der Werkstückoberfläche verhindern und so ein genaues Bearbeiten ermöglichen. Weiterhin kann bei einem wiederholt mit einem kurzen Intervall hervorgerufenen Entladungsimpuls im Bearbeitungsspalt G eine nächste Entladung stattfinden, bevor dieser eine Entionisierung von der vorhergehenden Entladung abschließt. Dies vermeidet wirksam ein Fehlzünden mit jedem einzelnen
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Impuls, so daß eine erhöhte Entladungs-Folgefrequenz erzielt wird, wobei jede einzelne Entladung zur Materialabtragung mit höchster Wirksamkeit beiträgt und ein schnelles sowie sehr wirksames Bearbeiten gewährleistet.
Im Betrieb der in Jig. 1 gezeigten Anordnung ist der Schalter 32 anfänglich offen, so daß die RS-Flip-Flops 18 und 19 beide in einem Rücksetz-Zustand gehalten und die Thyristoren 5 und 8 nichtleitend sind.
Zum Beginnen eines gegebenen EDM-Betriebes werden die Werkzeugelektrode 1 und das Werkstück 2 in ihre jeweilige Bearbeitungs-Startstellung eingestellt, und verschiedene Maschinenbauteile, die nicht gezeigt sind, werden betätigt, wonach der Schalter 32 geschlossen wird. Die Abgabe der Bearbeitungsflüssigkeit in den Spalt G beginnt, und der Generator 4 wird angeregt, um die Hochfrequenz-Wechselstromleistung zur Primärwicklung 6a des Transformators 6 entlang der Speiseeinrichtung 4- zu speisen.
Dann bewirkt das Eindrücken des Start-Druckknopfschalters 31, daß das RS-Flip-Flop in seinen Setz-Zustand schaltet, so daß der Thyristor 8 in Leitung geschaltet wird. Dadurch kann der Transformator 6 eine Induktionsspannung V. in einer Reihenschaltung entwickeln, die die Hilfsspannungsquelle 9 mit der Werkzeugelektrode 1 und dem Werkstück 2 verbindet, und es wird bewirkt, daß die Summe der HiIfsspannung Y^ der Quelle 9 und der Induktionsspannung Y., die einander überlagert sind, am Bearbeitungsspalt G entwickelt wird. Diese Summen- oder Spitzenspannung (V0 + Y.) ist auf einen viel höheren Wert als die Spalt-Durchbruchsspannung eingestellt und wirkt, um die elektrische Entladung am Bearbeitungsspalt G einzuleiten. Die Durchbruchentladung hält sich zu dieser
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Stufe nicht selbst aufre-cht, was auf einem hohen V/iderstandswert des in diese Reihenschaltung eingefügten Strombegrenzerwiderstandes 10 beruht.
Der Spaltdurchbruch oder der Beginn der elektrischen Entladung wird durch den Schmitt-Trigger 17 erfaßt und bewirkt ein Schalten des RS-Flip-Flops 18 in seinen Setz-Zustand« Dadurch schaltet der Thyristor 5 in Leitung5 was wiederum das Flip-Flop 19 zurück in seinen Rücksetz-Zustand schaltet und gleichzeitig den Taktgeber 20 in Betrieb nimmt. Der in Leitung eingeschaltete Thyristor 5 baut nun einen Entladungsweg einschließlich der Sekundärwicklung 6b des Transformators 6 und des Widerstandes 7 in Reihe mit der Werkzeugelektrode 1 und dem Werkstück 2 auf. Die elektromotorische Kraft in dieser Entladungsschaltung wird lediglich durch eine Halbwelle der Induktionsspannung V. des Transformators 6 bedient und erlaubt aufgrund eines kleinen Widerstandswertes des Widerstandes 10 eine Entwicklung eines ausreichenden Bearbeitungsstrompegels. In der Zwischenzeit wird der Thyristor 8 ausgeschaltet, und die Hilfsstrom- bzw. Spannungsquelle ist von der Entladungsschaltung abgeschaltet, sobald die Summenspannung V-r, + V. verschwindet.
Der Takt- oder Zeitgeber 20 ist voreingestellt, um eine Zeitdauer T1 aufzubauen, und nach deren Ablauf bringt er ein Verzögerungsglied oder einen Zeitgeber 21 in Betrieb. Der Verzögerungs-Zeitgeber hat eine Zeitdauer T2, nach deren Ablauf er das RS-Flip-Flop 18 in seinen Rücksetz-Zustand ansteuert oder triggert. Demgemäß bleibt die positive HaIbwellenkomponente der Ausgangsspannung V» des Transformators 6 in der Form einer Folge gleichgerichteter Impulse in den Bearbeitungsspalt G für die Summenzeitdauer oder -periode T1 + T2 eingespeist. Hier (vgl. Fig. 2) ist die Zeitperiode
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T1 so gewählt, daß sie einer größeren Anzahl von Zyklen des Hochfrequenz-Wechselstromes entspricht, während die Zeitdauer oder -periode T2 eingestellt ist, um einigen Zyklen der zuletzt genannten Zeitdauer zu entsprechen.
Die den Entladungszustand- oder Eigenschaften-Fühler 11 bildenden Schmitt-Trigger 12 bis 15 und der Schmitt-Trigger 16 haben Ansteuer- oder Triggerpegel E12 bis E15 bzw. einen Trigger-Pegel E16, wobei E12<E13<E14<E15«E16 gilt. Die am Widerstand 7 erfaßte Spitzenspannung Ep wird eingestellt, um das Auftreten einer optimalen Entladungseigenschaft am Bearbeitungsspalt G anzuzeigen, wenn E13 < Ep<E14- vorliegt. Wenn Ep<E13 vorliegt, ist der Entladungsstrom zu klein oder unzureichend, während für Ep^ E14· der Entladungsstrom zu groß ist.
Wenn so optimale Spaltentladungen weiterhin auftreten, erzeugen die Schmitt-Trigger 12 und 13 Ausgangssignale, während die Schmitt-Trigger 14 und 15 entregt oder abgeschaltet bleiben. Wenn folglich der Zeitgeber 20 den Ausgangsimpuls abgibt, wird das UND-Gatter 23 gewählt, um das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 13 zu übertragen, so daß wahlweise der Zeitgeber 27 in einen Betrieb angesteuert ist. Wenn der Entladestrom in unbefriedigender V/eise klein ist, wird das UND-Gatter 22 freigegeben, um das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 12 zu übertragen, so daß wahlweise der Zeitgeber 26 in einen Betrieb angesteuert ist. Wenn der Entladestrom zu groß ist, jedoch einen der Beziehung E14-<_Ep<E15 entsprechenden Wert hat, wird in gleicher Weise der Zeitgeber 28 gewählt. Für E15<Ep<E16 arbeitet der Zeitgeber 29. Daher entsteht die wahlweise Betätigung oder Anregung von einem der mehreren Zeitgeber 26 bis 29, um die AUS-Zeit T
cLUS
abhängig vom bestimmten Pegel des Spalt-Entladestromes aufzubauen.
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Wenn das RS-Flip-Flop 18 rückgestellt ist, ist die Steuerelektrode 5c des Thyristors 5 entregt, so daß die Entwicklung der folgenden ersten negativen Halbwelle der Hochfrequenz-Wechselstromspannung des Transformators 6 an dessen Hauptelektroden 5a und 5b diesen in einen nichtleitenden Zustand schaltet, wodurch die Zeitdauer T . einer Folge der diskreten Elementarimpulse abgeschlossen wird.
Die Betriebs-Zeitdauern T26 bis T29 der Zeitgeber 26 bis sind so eingestellt, daß sie der Beziehung T26< T27<T28 < T29 genügen und in veränderlicher Weise das Reihenintervall T zwischen den aufeinanderfolgenden Reihen der diskreten Elementar-Bearbeitungsimpulse abhängig von dem bestimmten Entladungszustand am Bearbeitungsspalt G aufbauen.
Nach Ablauf ihrer gewählten Betriebsperiode T26, T27, T28 oder T29 liefert der Zeitgeber 26, 27, 28 oder 29 einen kurzen Ausgangsimpuls, der über das ODER-Gatter 30 zum RS-Flip-Flop 19 gespeist ist, um dieses zurück in den Setz-Zustand zu bringen. Damit kann der Thyristor 8 in den leitenden Zustand geschaltet werden; der Zyklus wird wiederholt, damit der EDM-Betrieb fortschreitet.
In der dargestellten Anordnung wird die Elektroden-Hin- und Herfahreinheit 34- auch abhängig vom Entladungszustand-Fühler 11 erregt, insbesondere wenn ein Zustand übermäßig kleiner Impedanz am Bearbeitungsspalt G vorherrscht. Wenn der Spaltstrom so hoch ist, daß das Triggern oder Ansteuern der Schmitt-Schaltung 15 bewirkt wird, dient der zweite Ausgang des UND-Gatters 25 zur Betätigung oder Anregung der Einheit 34-, wodurch die Werkzeugelektrode 1 hin- oder hergefahren oder zyklisch von der Bearbeitungsstellung zurückgezogen wird, solange der Zustand fortdauert oder für eine
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vorbestimmte Zeitdauer. Wenn weiterhin der Bearbeitungsstrom so groß ist, daß das Triggern oder Ansteuern der Schmitt-Schaltung 16 bewirkt wird, so wird die Noteinheit 33 betätigt, um die Stromversorgung abzuschalten.
In diesem Ausführungsbeispiel sind der Transformator 35 die Thyristoren 5 und S, die Entladungszustand-Fühlereinheit 11 und zugeordnete Bauteile vorzugsweise alle in enger Nachbarschaft zum Bearbeitungsspalt G angeordnet, bei dem die Bearbeitungsentladungen erzeugt v/erden. Dies schließt wirksam die unerwünschte Verzerrung des Impulsverlaufes aus und macht die Impulskennlinien im wesentlichen unempfindlich gegenüber dem äußeren Rauschen. Entsprechend werden sehr genaue Spalt-Einstellungen und Impulssteuerbetriebe gewährleistet.
Die Erfindung ermöglicht also eine verbesserte Hochfrequenz-Leistungs-Speiseschaltung sowie ein Leistungs-Versorgungsverfahren zum Einspeisen von EDK-Spalt-Bearbeitungsimpulsen in der Form aufeinanderfolgender Reihen diskreter Elementarinipulse, wobei die Schaltung und das Verfahren bessere Bearbeitungsergebnisse gewährleisten, während in geeigneter Weise die gesamte Leistungsversorgungseinheit kompakt und vereinfacht ausgeführt ist»
Die Erfindung sieht somit ein EDM-Verfahren und eine EDI-I-Schaltungsanordnung vor, um aufeinanderfolgende Reihen diskreter Elementarbearbeitungsimpulse zu einem EDM-Spalt zu speisen, wobei eine Hochfrequenz-Wechselstromleistung mit allgemein der Frequenz der diskreten Elementarbearbeitungsimpulse in einer Hochfrequenz-Generatoreinheit erzeugt wird, die entfernt vom Bearbeitungsspalt angeordnet ist. Die Leistung wird direkt in der nicht gleichgerichteten Wechsel-
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stromform entlang eines Speisekabels in die Nähe des Bearbeitungsspaltes übertragen, wo eine Schalt-Gleichrichtereinrichtung vorgesehen ist, die mit einer Werkzeugelektrode und einem Werkstück am Bearbeitungsspalt über jeweilige Leiter einer Mindestlänge verbunden ist. Die zuletzt genannte Einrichtung wirkt zum zyklischen Unterbrechen des übertragenen Hochfrequenz-Wechselstromes, während dieser gleichzeitig gleichgerichtet wird, um dadurch aufeinanderfolgende Reihen der diskreten Elementarbearbeitungsimpulse für eine direkte Einspeisung in den EDM-Spalt zu erzeugen. Ein Entladungszustand-Fühler ist ebenfalls in der direkten Nähe des Spaltes vorgesehen, um die Entladungseigenschaften zu erfassen, die im EDM-Betrieb auftreten, damit ein Steuersignal geliefert wird, das auf eine Impulsgebereinrichtung für den Schalt-Gleichridbrtear einwirkt, um die zyklische Unterbrechung des übertragenen Wechselstromes zu ändern und die Erzeugung der aufeinanderfolgenden Reihen der Elementarentladungsimpulse zu steuern.
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Claims (15)

  1. Patentansprüche
    Verfahren zum elektroerosiven Bearbeiten, bei dem in einen Bearbeitungsspalt aufeinanderfolgende zeitlich beabstandete Reihen diskreter Elementarimpulse einer vorbestimmten Polarität bezüglich einer Werkzeugelektrode und eines Werkstückes p;espoist werden, nach Patentanmeldung P 29 08 696.2,
    gekennzeichnet durch
    - Erzeugen einer Hochfrequenz-Wechselstromleistung mit
    im allgemeinen der Frequenz der Elementarimpulse in einer Hochfrequenz-WechselstrOfflgeneratoreinheit, die entfernt vom Bearbeitungsspalt (G) vorgesehen ist,
    - Übertragen der erzeugten Hochfrequenzleistung in der Form des nicht gleichgerichteten Wechselstromes entlang einer Speiseeinrichtung (4) in die direkte Nähe des Bearbeitungsspaltes (G), und
    - in der Nähe zyklisches Unterbrechen der übertragenen Hochfrequenz-Wechselstromleistung, während diese gleichgerichtet wird, um die aufeinenderfolgenden zeitlich beabstandeten Reihen der diskreten Elementarimpulse der vorbestimmten Polarität für eine direkte Einspeisung in den Bearbeitungsspalt (G) zu erzeugen.
    581-(A 813)-Wa
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    ORIGINAL INSPECTED
  2. 2. "Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    - daß die Frequenz im Bereich zwischen 1 kHz und 5 MHz liegt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
    - daß die EIN-Zeit und die AFS-Zeit der aufeinanderfolgenden zeitlich beabstandeten Reihen jeweils eine Zeitdauer im Bereich zwischen 10 /um und 100 ms haben.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch Λ , gekennzeichnet durch,
    - Erfassen einer Spaltentladungseigenschaft aufgrund der Einspeisung der Elementarimpulse in den Bearbeitungsspalt (G-) zur Erzeugung eines Steuersignals, und
    - Ändern der zyklischen Erzeugung der aufeinanderfolgenden zeitlich beabstandeten Reihen mit dem Steuersignal.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
    - daß die zyklische Erzeugung der aufeinanderfolgenden zeitlich beabstandeten Reihen durch Steuern der AUS-Zeit der Reihen geändert wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
    - daß die zyklische Erzeugung der aufeinanderfolgenden zeitlich beabstandeten Reihen durch Steuern der EIN-Zeit der Reihen geändert wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
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    - daß das Erfassen der Spalt-Entladungseigenschaft während einer Endzeitdauer jeder Reihe der Elementarimpulse ausgeführt wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1,
    gekennzeichnet durch
    - Überlagern eines Hochspannungs-Niederstrom-Impulses auf einen Elementarimpuls in einer Anfangsperiode jeder Reihe.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 1,
    gekennzeichnet durch hiervon
    - Transformieren in der Nähe und vor dem Gleichrichten / die übertragene Hochfrequenz-Wechselstromleistung auf einen gewünschten Spannungspegel der diskreten Elementarimpu-lse.
  10. 10. Schaltungsanordnung zum elektroerosiven Bearbeiten, bei der in einen Bearbeitungsspalt aufeinanderfolgende zeitlich beabstandete Reihen diskreter Elementarimpulse einer vorbestimmten Polarität bezüglich einer Werkzeugelektrode und eines Werkstückes gespeist sind, nach Pat.Anm. P 29 08 696.2, gekennzeichnet durch
    - einen Hochfrequenz-Wechselstromgenerator, der entfernt vom EDM-Spalt (G) angeordnet ist, um eine Hochfrequenz-Wechselstromleistung mit im allgemeinen der Frequenz der diskreten Elementarimpulse zu erzeugen,
    - eine Speiseeinrichtung (4) zum Übertragen der erzeugten Hochfrequenzleistung in der nicht gleichgerichteten Wechselstromform in die direkte Nähe des Bearbeitungsspaltes (G), und
    - eine Gleichstrom-Leiter- und Schalteinrichtung, die in der Nähe angeordnet und mit der Werkzeugelektrode (1) und dem Werkstück (2) über jeweilige Leiter einer Mindestlänge verbunden ist, um zyklisch die übertragene Hochfrequenz-
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    BAD
    Wechselstromleistung zu unterbrechen, während diese gleichgerichtet wird, so daß die aufeinanderfolgenden zeitlich beanstandeten Reihen der diskreten Elementarimpulse der vorbestimmten Polarität für eine direkte Einspeisung in den Bearbeitungsspalt (G) erzeugbar sind.
  11. 11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch
    - einen Transformator (6), der in der Nähe angeordnet und vor der Gleichstrom-Leiter- und Schalteinrichtung vorgesehen ist, um den Spannungspegel der übertragenen Hochfrequenz-Wechselstromleistung auf einen gewünschten Pegel vor dessen Gleichrichtung zu transformieren.
  12. 12. Schaltungsanordnung nach Anspruch. 10, dadurch gekennzeichnet,
    - daß die Speiseeinrichtung (4) ein Koaxialkabel aufweist.
  13. 13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch
    - eine Entladungszustand-Fühlereinrichtung in der Nähe zum Erfassen einer Spalt-Entladungseigenschaft, die auf der Einspeisung der Elementarimpulse in den Bearbeitungsspalt (G) beruht, und zum Erzeugen eines Steuersignals, und
    - eine Steuereinrichtung, die in der Nähe vorgesehen ist, um mit dem Steuersignal die zyklische Erzeugung der aufeinanderfolgenden zeitlich beabstandeten Reihen zu ändern.
  14. 14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
    - daß die Entladungszustand-Fühlereinrichtung eine Zeitgebereinrichtung zum zeitlichen Einstellen der Erfassung
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    der Spalt-Entladungseigenschaft während einer Endzeitdauer jeder Reihe der diskreten Elementarimpulse aufweist.
  15. 15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch
    - ein Schaltungsglied in der Nähe, um einen Hochspannungs-Niederstrom-Impuls auf einen Elementarimpuls während einer Anfangsperiode jeder Reihe zu überlagern.
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