DE3028309A1

DE3028309A1 - Verfahren und vorrichtung zum elektroerosiven bearbeiten

Info

Publication number: DE3028309A1
Application number: DE19803028309
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Inoue
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1979-07-25
Filing date: 1980-07-25
Publication date: 1981-02-12
Also published as: DE3028309C2; FR2462229A1; GB2054436B; IT1128661B; IT8049351A0; US4335294A; GB2054436A; FR2462229B1

Description

Inoue-Japax Research Incorporated
Yokohamashi, Kanagawaken,
Japan

Verfahren und Vorrichtung zum elektroerosiven

Bearbeiten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektroerosiven Bearbeiten (EDM-Bearbeiten bzw. elektrisches Entladungs-Bearbeiten) und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektroerosiven Bearbeiten mit einer Festkörper- oder Halbleiter-Schalt-EDM-Strom- bzw. Spannungsversorgung oder einem
Impulsgenerator zum Einspeisen einer Folge elektrischer Bearbextungsimpulse an einen EDM-Spalt, der zwischen einer Werkzeugelektrode und einem Werkstück ausgeführt ist, wobei die Impulse durch den Spalt in einem genau vorgeschriebenen Bearbeitungs-(Strom-)Signalverlauf - rechteckförmig oder von jeder anderen gewünschten Form - gelegt werden, die in einer Impulsformerschaltung in der

581-(A 828)-E

030067/0877

Strom- bzw. Spannungsversorgung bestimmt ist und nicht wesentlich durch die die Strom- bzw. Spannungsversorgung mit dem Bearbeitungsspalt verbindende Spaltentladungsschaltung verzerrt wird.

In einem EDM-Prozeß wird elektrische Energie von der Strom- bzw. Spannungsversorgung in der Form diskreter elektrischer Impulse an den mit einem Bearbeitungsfluid oder einem flüssigen Dielektrikum (beispielsweise Kerosin oder Leuchtöl, Transformatoröl, destilliertes Wasser oder schwach leitendes Wasser) gefüllten Bearbeitungsspalt gelegt, um eine Folge elektrischer Entladungen zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück zu bewirken, so daß Material vom Werkstück abgetragen wird. Jede einzelne Entladung trifft auf den Bereich des Werkstückes neben der Werkzeugelektrode auf der einen oder anderen sehr kleinen lokalisierten Zone auf, wobei die Zone impulsmäßig geschmolzen und/oder verdampft und dann mechanisch von dem Werkstückbereich durch den Impuls-Entladungsdruck entfernt wird. Aufeinanderfolgende und sich wiederholende Entladungen werden verwendet, um die lokalisierte Materialentfernung oder die Abtragung über dem gesamten Werkstückbereich zu überstreichen, und führen zur Entstehung von kumulativ überlappten Entladungskratern darauf. Mit fortschreitender Materialabtragung rückt die Werkzeugelektrode bezüglich des Werkstückes durch eine Servo-Vorschubeinrichtung vor, die gestaltet ist, um den Bearbeitungsspaltabstand im wesentlichen konstant zu halten, so daß dadurch Materialabtragungsentladungen erfolgreich hervorgerufen werden können. Die Werkzeugelektrode im sog. Sink-EDM-Bearbeiten ist im allgemeinen mit der gewünschten Konfiguration des Hohlraumes oder einer Form ausgestaltet, die komplementär im Werkstück gewünscht Somit wird die ggf. neben dem Werkzeug lie-

030067/0877

gende gesamte Oberfläche über denjenigen Teilen hiervon bearbeitet, die der Werkzeugelektrode gegenüberliegen, und sie nimmt eine Konfiguration an, die mit der Form der Werkzeugelektrode übereinstimmt. Beim Laufdraht- oder Drahtschnitt-EDM-Bearbeiten, bei dem die Werkzeugelektrode aus einer kontinuierlichen, axial verlaufenden, länglichen, drahtähnlichen Elektrode besteht, oder beim Abtast-EDM-Bearbeiten mit einem Stab oder einer ähnlichen Elektrode mit einem relativ einfachen Bearbeitungsprofil wird eine zwei- oder dreidimensionale Relativverschiebung zwischen der Elektrode und dem Werkstück bewirkt, um zu einer in gewünschter Weise geformten Konfiguration in oder auf dem Werkstück entsprechend dem Weg der Relativverschiebung zu führen. Die Verschmutzung des Bearbeitungsspaltbereiches mit Spänen, Teer und Gasen, die durch Bearbeitungsentladungen erzeugt sind, kann gereinigt werden, indem kontinuierlich oder intermittierend der Spalt mit einem frischen Bearbeitungsfluid gespült wird, und/oder indem intermittierend oder zyklisch die Werkzeugelektrode vom Werkstück zurückgefahren wird, damit das frische Bearbeitungsmedium in den Bearbeitungsspalt gepumpt werden kann und aus diesem die Bearbeitungsverschmutzungen abgeführt werden können.

Parameter von einzelnen und aufeinanderfolgenden elektrischen Entladungen oder von Bearbeitungs-Stromimpulsen, insbesondere die Impuls-Ein-Zeit ^τ _β.;_η und der Spitzenwertstrom I , bestimmen für eine gegebene Kombination der Elektrodenmaterialien und anderer Bearbeitungseinstellungen die Materialabtragungseigenschaften je Einzelimpulsabgabe und damit die kritischen Bearbeitungsergebnisse, d. h., die Abtragungsrate oder -geschwindigkeit, die Oberflächenrauhigkeit und die relative Elektrodenabnutzung, und müssen daher zusammen mit der Impuls-Aus-Zeit eingestellt werden, um einen besonderen Bearbeitungszu-

030067/0877

stand aufzubauen, der zur Erzielung der gewünschten Bearbeitungsergebnisse geeignet ist. Diese Parameter werden einzeln in einer Impulsquellenschaltung in der Strombzw. Spannungsversorgung oder in einem Impulsgenerator eingestellt, der vorzugsweise vom Festkörper- oder Halbleiter-Schal t-Typ ist.

Der Erfinder hat erkannt, daß in einer herkömmlichen EDM-Maschine - wie genau auch die Einstellung dieser Parameter in der Impulsquelle in der Strom- bzw. Spannungsversorgung erfolgt - die Impulse verzerrt werden, während sie erzeugt und zum Spalt durch die Spaltentladungsschaltung übertragen werden. Der Erfinder hat nun beobachtet, daß die Verzerrung zurückzuführen ist auf Streukapazitäten, die notwendig verteilt sind in der Spaltentladungsschaltung einschließlich eines Halbleiter-Leistungs-Schalt-Netzwerkes zum Pulsen einer Gleichstromquelle, verschiedenen Leitungen in der Strom- bzw. Spannungsversorgung, Kabeln, die den Leistungsschalter mit der Spaltlage verbinden, und Leitern, die von den Leistungskabeln wegführen, um direkt die Werkzeugelektrode und das Werkstück zu erregen, sowie auch in einem gewissen Ausmaß in ümgebungsschaltungseinheiten für mechanische Anordnungen. Bisher wurde diesen Streukapazitäten seitens der Strom- bzw. Spannungsversorgung und der mechanischen Bauteile in elektrischen Bearbeitungen wenig Beachtung geschenkt. Der Erfinder hat nun erkannt, daß diese Streukapazitäten bedeutsame Einflüsse haben, die bei den Eigenschaften eines Entladungsimpulses nicht vernachlässigt werden können, der ggf. am Bearbeitungsspalt entsteht.

Insbesondere werden Streukapazitäten im allgemeinen erzeugt an den Berührungsflächen zwischen dem Emitter und dem Körper eines Halbleiterbauelementes in der Schalteinheit zum Pulsen einer Gleichstromversorgung zur Erzeugung

030067/0877

der Leistungsimpulse und zwischen den parallelen Leitern in einer gedruckten Schaltungsplatte, Leitkabeln und an den Teilen von Isolatoren für den Elektrodenlagerkopf und für das Werkstücklager. Es hat sich gezeigt, daß die Streukapazitäten insgesamt ca. 0,1 ,uF in herkömmlichen EDM-Maschinen betragen. Der Erfinder hat erkannt, daß das Vorliegen von derartigen Streukapazitäten eine bedeutsame Ursache ist für eine Tendenz zum Spaltkurzschluß und zu einer Lichtbogenbildung, zur Entstehung einer Bearbeitungsinstabilität, zur Unfähigkeit, die Abtragungsgeschwindigkeit anzuheben, zu einer übermäßigen Elektrodenabnutzung und zu einer unbefriedigenden Qualität der bearbeiteten Oberfläche.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung/ ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektroerosiven Bearbeiten anzugeben, so daß eine bessere Bearbeitungsausführung, eine erhöhte Abtragungsgeschwindigkeit, eine verringerte Werkzeugabnutzung und eine verbesserte Qualität der bearbeiteten Oberfläche erzielt werden; außerdem soll ein feines Endbearbeiten mit einer extrem geringen Abnutzung der Werkzeugelektrode gewährleistet sein.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum elektroerosiven Bearbeiten einer Werkstückelektrode, die neben einer Werkzeugelektrode an einem mit einem flüssigen Dielektrikum, vorzugsweise destilliertem oder schwach leitendem Wasser, gespülten Bearbeitungsspalt liegt, wobei eine Folge von Bearbeitungsimpulsen an den Bearbeitungsspalt über eine Spaltentladungsschaltung gelegt ist, indem wiederholt das Ausgangssignal einer Gleichstromquelle mittels einer Halbleiter-Schalteinheit gepulst wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gesamtwert der Streukapazitäten in der Spaltentladungsschaltung auf einen Wert

030067/0877

nicht größer als 0,01 ,uF, vorzugsweise kleiner als 0,005 ,uF oder höchstens 0,001 ,uF begrenzt ist.

Insbesondere hat die Spaltentladungsschaltung mehrere Paare elektrischer Leiter, die jeweils durch eine Isolierschicht getrennt sind, beispielsweise im wesentlichen parallele Leiter auf einer oder mehreren gedruckten Schaltungsplatten in einer Impulsgeneratoreinheit, einen Leiter auf einer gedruckten Schaltungsplatte und einen anderen Leiter neben dem einen Leiter in einer wechselseitigen Isolierbeziehung, wobei diese Leiter einen Teil der Impulsgeneratoreinheit bilden, die die Halbleiter-Schalteinheit enthält, und zwei Kabel, die die beiden Ausgangsanschlüsse der Impulsgeneratoreinheit jeweils mit der Werkzeug- und der Werkstückelektrode verbinden, wobei ein Leiter auf der Seite der Werkzeugelektrode vorgesehen ist, um diese aus dem entsprechenden einen Kabel zu erregen, und der andere Leiter elektrisch von dem einen Leiter getrennt und mit Erde verbunden ist, und wobei ein Leiter auf der Seite der Werkstückelektrode vorgesehen ist, um diese von dem entsprechenden einen Kabel zu erregen, und der andere Leiter elektrisch von dem einen Leiter getrennt und mit Erde verbunden ist.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Abstand oder die Entfernung zwischen wenigstens einem der beiden Leiter vergrößert, um den gesamten Streukapazitätswert in der Spaltentladungsschaltung auf einen Wert nicht größer als 0,01 /UF, vorzugsweise kleiner als 0,005 ,uF oder höchstens auf 0,001 ,uF zu begrenzen.

Vorzugsweise ist die Streukapazität auf den Seiten der Werkzeug- und der Werkstückelektrode, die durch die Kabel erregt und mit Erde verbunden sind, auf einen Wert nicht größer als 100 pF (0,0001 ,uF) verringert.

030067/0877

Hiermit zusammenhängend ermöglicht die Erfindung ein EDM-Verfahren, bei dem jeder Bearbeitungsstrom-Impuls einen erhöhten Spitzenwertstrom an einem Anfangsteil hiervon aufweist, da die in den Kapazitäten oder einem dadurch ersatzschaltungsmäßig gebildeten Kondensator gespeicherte elektrostatische Energie während des vorhergehenden Impulsin tervalles durch den Bearbeitungsspalt entladen wird, wenn der Bearbeitungsimpuls am Bearbeitungsspalt liegt; erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß die Größe des Spitzenwertstromes gemessen und die Ausgangsspannung der Gleichstromquelle abhängig vom gemessenen Wert dieser Größe gesteuert wird, um den erhöhten Spitzenwertstrom im wesentlichen unabhängig von einer Änderung im Streukapazitätswert in der Spaltentladungsschaltung während eines gegebenen Ablaufes des Bearbeitens konstant zu halten.

In einer Weiterbildung hiervon betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zum elektroerosiven Bearbeiten einer neben einer Werkzeugelektrode an einem mit einem Dielektrikum gefüllten Bearbeitungsspalt angeordneten Werkstückelektrode mit einer Gleichstromquelle und einem Impulsgenerator einschließlich der Gleichstromquelle und einer Halbleiter-Schalteinheit, die intermittierend betreibbar ist, um wiederholt das Ausgangssignal der Gleichstromquelle zu pulsen, damit eine Folge von Bearbeitungsstrom-Impulsen am Bearbeitungsspalt über eine Spaltentladungsschaltung liegt; erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Spaltentladungsschaltung einen Gesamtwert von Streukapazitäten enthält, der auf einen Wert nicht größer als 0,01 ,uF und vorzugsweise höchstens auf 0,005 oder 0,001 ,uF begrenzt ist.

Im Zusammenhang mit dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel ermöglicht die Erfindung eine EDM-Vorrichtung, bei der jeder Bearbeitungsstrom-Impuls einen erhöhten Spitzenwertstrom an einem Anfangsteil hiervon aufgrund der Tatsache

030067/0877

aufweist, daß die in den Streukapazitäten oder einem dadurch ersatzschaltungsmäßig gebildeten Kondensator gespeicherte elektrostatische Energie während des vorhergehenden Impulsintervalles durch den Bearbeitungsspalt entladen wird, wenn der Bearbeitungsimpuls am Bearbeitungsspalt liegt, wobei die Vorrichtung aufweist einen Fühler zum Erfassen der Größe des anfänglichen Spitzenwertstromes und eine auf den erfaßten Wert der gemessenen Größe ansprechende Steuereinrichtung zum Steuern der Ausgangsspannung der Gleichstromquelle, um den anfänglichen Spitzenwertstrom unabhängig von einer Veränderung im Streukapazitätswert in der Spaltentladungsschaltung während eines gegebenen Ablaufes einer Bearbeitung im wesentlichen konstant zu halten.

Die Erfindung betrifft also ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektroerosiven Bearbeiten einer Werkstückelektrode mit einer Werkzeugelektrode, wobei ein Festkörper-Schalt-EDM-Generator eine Folge von Bearbeitungsstromimpulsen an einem Bearbeitungsspalt, der zwischen den Elektroden ausgeführt ist, die mit einem flüssigen Dielektrikum, vorzugsweise destilliertem oder schwach leitendem Wasser, gespült sind, durch eine Spaltentladungsschaltung erzeugt. Der Gesamtwert der Streukapazitäten in der Spaltentladungsschaltung ist auf einen Wert kleiner als 0,01 /UF, vorzugsweise höchstens auf 0,005 oder 0,001 ,uF begrenzt, um den Anstieg eines Spitzenwertstromes an der Vorderflanke jedes einzelnen Bearbeitungsstrom-Impulses zu steuern. Der Spaltstrom an der Vorderflanke eines Impulses kann erfaßt und unterschieden werden, um ein Steuersignal zu erzeugen, das auf die Gleichstromquelle einwirkt, damit deren Ausgangsspannung so gesteuert wird, daß der anfängliche Anstieg des Spitzenwertstromes im wesentlichen unabhängig von einer Änderung im Streuwiderstand in der Spaltentladungsschaltung während eines ge-

030067/0877

gebenen Ablaufes einer Bearbeitung konstant gehalten werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Signaldiagramm, das schematisch einen Entladungs- oder Bearbeitungsstrom-Impuls zeigt, der an einem EDM-Spalt verzerrt aufgrund von Streukapazitäten auftritt, die gewöhnlich in der Entladungsschaltung in einer herkömmlichen EDM-Maschine vorhanden sind,

Fig. 2 eine Kurve, die die Beziehung der Streukapazität gegenüber der Abtragungsgeschwindigkeit und der relativen Elektrodenabnutzung aufgrund von Meßergebnissen in einem EDM-Bearbeiten zeigt,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer EDM-Spaltentladungsschaltung zur Erläuterung der Erfindung,

Fig. 4 einen Aufriß, der schematisch einen Elektroden- (Werkzeug- oder Werkstück-)Aufbau nach der Erfindung zeigt,

Fig. 5 einen Aufriß einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels der Fig. 4,

Fig. 6 ein elektrisches Schaltbild einer EDM-Spaltentladungsschaltung in der Form einer Ersatzschaltung mit Streukapazitäten sowie Streuinduktivitäten,

030067/0877

Fig. 7 ein Signaldiagramm, das schematisch zeigt drei typische Entladungsstromimpulse, die an einzelnen Teilen der Ersatzschaltung mit den angenommenen drei verschiedenen verteilten Streukapazitäten entstehen, und ein zusammengesetztes Impulssignal, das als Ergebnis der Summation dieser Ströme entsteht,

Fig. 8 . ein Signaldiagramm, das schematisch

einen Rechteck-Entladungsstrom-Impuls als ein Ausgangssignal eines pulsenden Leistungstransistors zeigt, um ideal zwischen die Werkzeug- und die Werkstückelektrode am EDM-Spalt gelegt zu werden,

Fig. 9 ein Signaldiagramm, das schematisch einen zusammengesetzten Entladungsstrom-Impuls zeigt, der eine Addition der Signale der Fig. 7 und 8 darstellt und tatsächlich am EDM-Spalt in einer herkömmlichen Vorrichtung vorliegt, und

Fig. 10 ein Schaltbild, das schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, um eine Konstanz des Spitzenwertstromes von Bearbeitungsstrom-Impulsen unabhängig von einer Änderung im Betrag der Streukapazitäten während, eines gegebenen Ablaufes einer Bearbeitung zu gewährleisten.

030087/0877

.- 18 -

In herkömmlichen EDM-Maschinen werden Streukapazitäten im allgemeinen an den Grenzflächen zwischen dem Emitter und dem Körper eines Halbleiterbauelementes in der Schalteinheit zum Pulsen einer Gleichstromversorgung und zwischen parallelen Leitern in einer den Schalter und andere Schaltungselemente tragenden gedruckten Schaltungsplatte, Leitkabeln und an den Teilen erzeugt, die elektrisch den leitenden Elektrodenhalter und das Werkstücklager von Erde isolieren. Insgesamt betragen diese Kapazitäten 0,1 ,uF usw. Dagegen wurde erkannt, daß eine am Bearbeitungsspalt erzeugte Impulsentladung einen verzerrten Stromverlauf aufweist, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Der Erfinder hat nun ermittelt, daß dies auf dem Vorliegen dieser Streukapazitäten beruht, die zwingend in der Spaltentladungsschaltung vorhanden sind. In Fig. 1 ist dargestellt, daß der Impuls aufweist einen Teil eines Spitzenwertstromes I und einer Zeitdauer "C . , der erzeugt wird, wenn die Gleichstrom-EDM-Stromversorgung mittels eines Ein-Aus-Schalters gepulst ist, und einen Teil eines Spitzenwertstromes I₁ (= I _Q + I ) und einer Zeitdauer T . ., der der Vorderflanke des Impulses aufgrund dieser Streukapazitäten beigefügt ist. Der zusätzliche Strom 1,-Qr der auf den Spitzenwertstrom I überlagert ist, um den addierten Spitzenwertstrom I ^ zu erzeugen, und die Zeit T j., sind ausdrückbar durch:

mit C = Streukapazität insgesamt,
L = Induktivität, und

0300S7/0877

302830S

E = Quellenspannung.

Es ist zu sehen, daß I „ und T . „ beide zunehmen,

pi exnl

wenn die Streukapazität C größer wird; ein Bearbeiten mit einer großen Kapazität C hat einen großen Strom I ₁, was eine große Abweichung ^ües effektiven Spitzenwertstroms ι von einem voreingestellten Wert I bedeutet, was wiederum eine merkliche Änderung in den Betriebseinstellungen darstellt, um mit einem gewünschten Bearbeitungsergebnis übereinzustimmen.

Beispielsweise ist die Oberflächenrauhigkeit gegeben durch:

°'⁴ O 3

mit K = konstant.

XV

Die Abtragungsgeschwindigkeit ist gegeben durch:

1,4 1/1 ^{= K}W^I _Peff ' ^Tein

mit K = konstant.

Daraus folgt, daß momentane Änderungen in diesen gewünschten EDM-Endfaktoren mit einer Änderung im effektiven Spitzenwertstrom I _- hervorgerufen werden, der auf der Addition von I . zum voreingestellten Wert I beruht. Die Änderung oder der Einfluß ist insbesondere in Endbearbeitungen im allgemeinen und auch in Drahtschnitt- und anderen EDM-Bearbeitungen im allgemeinen mit einer Wasser-(destilliert oder schwach leitend)Bearbeitungsflüssxgkeit groß,

030067/0877

die eine relativ hohe spezifische Dielektrizitätskonstante aufweist.

In Fig. 2 ist eine durch Versuche erhaltene Kurve gezeigt, die darstellt, wie eine Streukapazität EDM-Endfaktoren beeinträchtigt. In dieser Figur ist die Streukapazität in ,uF auf der Abszisse aufgetragen, während die Abtragungsgeschwindigkeit in mg/min und die relative Elektrodenabnutzung in Gew.-% auf der Ordinate angegeben sind. Versuche wurden durchgeführt, um ein eisenhaltiges Werkstück mit einer Kupferelektrode und einem Wasser-Bearbeitungsfluid mit einem spezifi-

—4

sehen Widerstand von 4 · 10 Ohm · cm mittels Bearbeitungsimpulsen zu bearbeiten, die durch Pulsen eines Gleichstromes durch einen Transistorschalter erhalten sind und eine Zeitdauer T . von 4 ,us, ein Impuls-

em / ^c

intervall X von 6 ,us und einen Spitzenwertstrom aus /

I von 10 A aufweisen. In der Fig. 2 stellt eine Kurve A die Abtragungsgeschwindigkeit dar, die erhalten wird, wenn die Elektrode positiv und das Werkstück negativ gepolt sind, und die offenbar zunimmt, wenn die Streukapazität abnimmt. Die Kurve C stellt die relative Elektrodenabnutzung dar, die in diesem Fall vorliegt und die abnimmt, wenn die Streukapazität abnimmt. Die Kurven B und D zeigen in dieser Figur die Abtragungsgeschwindigkeit bzw. die relative Elektrodenabnutzung, wenn die Elektrode negativ und das Werkstück positiv gepolt sind, wobei beide Kurven bezüglich einer Änderung in der Streukapazität im wesentlichen konstant sind.

Aus der Fig. 2 ist zu ersehen, daß die Abtragungsgeschwindigkeit A bei einer Polarität, in der die Elektrode positiv gepolt und das Werkstück negativ gepolt ist, die Abtragungsgeschwindigkeit B bei der entgegenge-

030067/0877

setzten Polarität überschreitet, in der die Streukapazität leicht unter G„-1 ,uF kommt. Die relative Elektrodenabnutzung C in dieser einen Polarität wird durch die relative Elektrodenäbnutzung D in der entgegengesetzten Polarität überschritten, in der die Streukapazität kleiner als ca. 0,05 ,uF wird- Da die Kurven C und D grundsätzlich bezüglich der Streukapazität konstant sind, ist zu ersehen, daß es vorteilhaft ist, die Streukapazität auf einen Wert nicht größer als ca. 0,01 ,uF für beide Polaritäten zu begrenzen. Insbesondere werden in Bearbeitungen der einen Polarität dann eine Abtragungsgeschwindigkeit und eine relative Elektrodenabnutzung in den größten bzw. kleinsten Bereichen erhalten. Wenn beispielsweise die Streukapazität von 0,1 ,uF auf 0,01 ,uF verringert wird, steigt die Abtragungsgeschwindigkeit (Kurve A) etwa um einen Faktor 4 an, und die relative Elektrodenabnutzung (Kurve C) wird auf etwa 1/10 verringert. Die Zunahme in der Bearbeitungsleistungsfähigkeit ist insbesondere bei Drahtschnitt- und bei anderen EDM-Bearbeitungen bemerkenswert, die Wasser (destilliert oder schwach leitend) für das Bearbeitungsfluid verwenden. Untersuchungen an verschiedenen anderen Elektroden- und Werkstückmaterialien haben grundsätzlich die gleiche Tendenz gezeigt.

Es wurde beobachtet, daß mit Steigerung des auf der Streukapazität C beruhenden addierten Stromes I ₁ die Tendenz zu Spaltkurzschluß und -lichtbogenbildung anwächst. Dies verringert die Bearbeitungsstabilität und damit die Abtragungsgeschwindigkeit und steigert weiterhin die Elektrodenabnutzung. Es scheint, daß aufgrund des gesteigerten Spitzenwertstromes I ₁ eine größere Materialmenge geschmolzen und von der Elektrode entfernt wird, was - gekoppelt mit der verringerten Abtragungsgeschwxndigkeit - vermutlich die gesteigerte relative Elektrodenabnutzung bei ei-

030067/0877

ner größeren Streukapazität verursacht, die in herkömmlichen EDM-Maschinen vorhanden ist.

Hiervon ausgehend sieht die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektroerosiven Bearbeiten vor, wobei der gesamte (effektive) Wert der Streukapazitäten in der Spaltentladungsschaltung, die mit dem Bearbeitungsspalt einen Leistungsschalter zum Pulsen des Ausgangsstromes einer Strom- bzw. Spannungsquelle verbindet, auf einen Wert nicht größer als 0,01 ,uF und vorzugsweise höchstens 0,005 oder 0,001 ,uF begrenzt ist.

Fig. 3 zeigt eine EDM-Spaltentladungsschaltung zur Erläuterung verschiedener Ausführungsbeispiele der Erfindung. Eine Werkzeugelektrode 1 und eine Werkstückelektrode 2 sind nebeneinander vorgesehen, um dazwischen einen Bearbeitungsspalt G zu bilden. Der Spalt G ist mit einer dielektrischen Flüssigkeit, vorzugsweise destilliertem oder schwach leitendem Wasser, gespült, die als das EDM-Bearbeitungsmedium dient und auch Späne, Teer und Gase abführt, die im Bearbeitungsspalt G erzeugt sind, sowie den zuletzt genannten Bereich im wesentlichen während des Ablaufes eines EDM-Bearbeitens reinigt. Eine Folge von Bearbeitungsimpulsen einer vorgewählten Impuls-(Strom-)

Dauer T . und eines Spitzenwertstromes I wird durch eiern ^c ρ

nen EDM-Impulsgenerator 3 erzeugt, der aufweist eine symbolisch gezeigte Einheit von Leistungstransistoren und eine oder mehrere gedruckte Schaltungsplatten, Drahtleitungen und andere nicht gezeigte Schaltungsbauteile. Der Generator 3 hat einen ersten Ausgangsanschluß, der elektrisch mit der Werkzeugelektrode 1 über ein Kabel 4a und einen Elektrodenleiter 5a verbunden ist, der auf der Oberfläche einer elektrisch leitenden Werkzeughaltespindel 5 liegen kann, wie dies dargestellt ist. Der andere Ausgangsanschluß des Gene-

030067/0877

rators 3 ist elektrisch mit dem Werkstück 2 über ein Kabel 4b und einen Arbeitsleiter 6a verbunden, der auf einem elektrisch leitenden Arbeitstisch 6 angebracht ist, auf dem das Werkstück 2 fest vorgesehen ist. Die Elektrodenspindel 5 ist mechanisch gekoppelt und über einen elektrischen Isolator 7 verbunden mit einem Stößel 9 der Maschine, der geerdet ist, während der Arbeitstisch 6 mechanisch gekoppelt und über einen elektrischen Isolator 8 mit einem geerdeten Gestell 10 der Maschine verbunden ist. Der EDM-Generator 3 ist auch geerdet.

Die obige Anordnung kann so aufgebaut sein, daß der effektive Wert der Streukapazität zwischen der Werkzeugelektrode 1 und dem Werkstück 2 nicht größer als 0,01 ,uF ist und vorzugsweise höchstens 0,005 oder 0,001 ,uF beträgt.

In der herkömmlichen EDM-Maschine betragen die Streukapazitäten.- die auf der Isolation des Elektrodenlagers 5 und des Arbeitstisches6 gegenüber Erde beruhen, beide höchstens 2000 pF (0,002 ,uF) ; jedoch sind die im Generator 3 und den Kabeln 4a und 4b vorhandenen Streukapazitäten beträchtlich groß. Es sei beispielsweise von einer gedruckten Schaltungsplatte mit einer Dicke (Standarddicke) von 0,6 mm, einer spezifischen Dielektrizitätskonstanten £ mit dem Wert 8 und einem nebeneinanderliegenden Bereich zwischen

deren Hauptleitung und Erde von 10 cm ausgegangen; dann beträgt die Streukapazität C₁ ca. 45 pF, und wenn dreißig (30) ähnliche gedruckte Schaltungsplatten verwendet werden, so weist deren gesamte Streukapazität C₁ etwa 1500 pF auf. Die zwischen einem geschirmt verdrahteten Leistungstransistor 3 und den Ausgangskabeln 4a, 4b erzeugte Streukapazität C₂ beträgt 200 pF; wenn dreißig (30) Leistungstransistoren insgesamt verwendet werden, beträgt sie insgesamt 6000 pF. Die gleiche Anzahl von Leistungstransistoren, die zwangsläu-

030067/0877

fig eine Kapazität von 5O pF je Einheit besitzen_r führt zu einer gesamten Streukapazität C, von 15OQ pP. Weiterhin liefern die Kabel 4a und 4b_f die eine Streukapazität von 500 pF aufweisen, eine gesamte Streukapazität C, von 1000 pP, während andere Leiter und Drähte im Generator 3 eine Streukapazität C₁- von 2000 pP an ihren Abständen erzeugen. Somit ist im Impulsgenerator 3 mit dem Ausgangskabel 4a und 4b eine Gesamtkapazität von C₁ + C_ + C, + C, + C₅ = 0,012 ,uF zwangsläufig vorhanden. Dieser Betrag wird weiter durch ca. 0,02 ,uF gesteigert, wenn die Kabel 4a und 4b vorzugsweise geschirmt verdrahtet sind, um die Leistungstransistoren 3 mit dem Elektrodenlager 5 und dem Arbeitstisch 6 zu verbinden. Mit den mechanischen Teilen 7, 9; 8, 10 einschließlich, die direkt der erregten Werkzeugelektrode 1 und dem Werkstück 2 zugeordnet sind, ist zu ersehen, daß eine Streukapazität von über 0,02 ,uF insgesamt zwangsläufig in der Spaltentladungsschaltung bei der herkömmlichen EDM-Maschine vorliegt.

Die in der Kurve der Fig. 2 niedergelegte Erkenntnis zeigt nun, warum die herkömmliche EDM-Spalt-Schaltungsanordnung mangelhaft ist, was auf die große, zwangsläufig vorhandene Streukapazität zurückzuführen ist (vgl. oben)· Erfindungsgemäß wird eine stark gesteigerte Bearbeitungsleistungsfähigkeit erreicht, indem die Streukapazität insgesamt' in der gesamten Spaltentladungsschaltung auf nicht mehr als 0,01, 0,05 oder 0,01 ,uF begrenzt wird. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem die Dicke einer gedruckten Schalungsplatte und der Abstand zwischen Leitern darauf im Impulsgenerator 3 gesteigert wird, indem der Abstand zwischen deren jeweils mit den Elektrodenleitern 5a und 6a verbundenen Ausgangskabeln 4a und 4b erhöht wird, und indem die Dicke von einem oder von beiden Isolatoren 7 und vergrößert wird, die die Leiter 5 und 6 von Erde trennen, so daß das Erfordernis einer Gesamtkapazität von höchstens

030067/0877

0,01 /UF, vorzugsweise 0,005 .uF und noch vorzugsweise 0,001 ,uF in der gesamten Spaltentladungsschaltung erfüllt werden kann. Wenn beispielsweise die Spaltentladungsschaltung eine so auf 200 pF (0,0002 ,uF) verringerte Streukapazität aufweist, um ein End- oder Oberflächenbearbeiten für eine Oberflächenrauhigkeit von 3 ,u R

/ max

auszuführen, so hat sich gezeigt, daß die relative Elektrodenabnutzung kleiner als 3 % ist. Im Vergleich hierzu beträgt die entsprechende relative Elektrodenabnutzung mit einer herkömmlichen Spaltentladungsschaltung, die zwangsläufig eine gesarate Streukapazität von 0,02 ,uF aufweist, 200 % bis 300 %. Daraus ist zu ersehen, daß das erfindungsgemäße Verfahren das Endbearbeiten mit einem extrem verringerten Anteil der Werkzeugelektrodenabnutzung ermöglicht und somit einen feinen und genauen Betrieb ohne Abnutzung erlaubt.

In Fig. 4 ist eine Arbeitstischlager- und Erdungsanordnung gezeigt, die als Teil der allgemeinen Anordnung der Fig. 3 nach der Erfindung verwendbar ist, wobei die Streukapazität in diesem Teil auf höchstens 100 pF verringert ist. In der gezeigten Anordnung wird ein elektrisch leitender (Metall-)Arbeitstisch 11 durch ein Kabel 4b von einem EDM-Impulsgenerator 3 erregt, um seinerseits ein elektrisch leitendes Werkstück (nicht gezeigt) zu erregen, das fest darauf durch eine mechanische, Vakuum-, magnetische oder ähnliche (nicht gezeigte) Befestigungseinrichtung angebracht ist. Der Arbeitstisch 11 ist auf mehreren parallelen Pfosten 13 eines elektrisch leitenden Materials (Metall) gelagert, von denen jeder in eine entsprechende hohle Hülse 12 eines isolierenden Materials, wie beispielsweise Glas, Harz oder Stein, schraubbar ist bzw. in diesen beweglich oder fest aufgenommen wird, wobei diese Hülse 12 ihrerseits fest in einem entsprechenden Block 14 eines elektrisch leitenden Materials (Metall) enthalten ist. Die Blöcke 14 sind

030067/0877

ihrerseits auf einer elektrisch leitenden (Metall-)Platte 15 in Berührung hiermit gelagert. Die Platte 15 ist ihrerseits gerade wie der Tisch 11 durch weitere parallele Pfosten 17 eines elektrisch leitenden Materials (Metall) gelagert, deren jeder in eine entsprechende hohle Hülse 16 eines isolierenden Materials, wie beispielsweise Glas, Harz, oder Stein, verschraubbar ist bzw. darin beweglich oder fest aufgenommen wird, wobei diese Hülse ihrerseits fest in einem entsprechenden Block 18 eines elektrisch leitenden Materials (Metall) enthalten ist. Die Blöcke 18 sind ihrerseits auf einer metallischen Grundplatte 19 gelagert, die in der dargestellten Weise geerdet ist.

Die Hülsen 12 und 16 liefern relativ schmale Isolationsbereiche und können so die Streukapazitäten in der Vorrichtung auf einen Mindestwert verringern. Weiterhin kann der Abstand zwischen dem Werkstück-Erregertisch 11 und Erde beträchtlich gesteigert werden. Die Anordnung der gestuften Isolatoren 12, 16 ist daher insbesondere vorteilhaft, um die Kapazität in dieser Lage auf einen Mindestwert zu verringern, ohne praktisch die mechanische Stärke der Werkstücklagerung herabzusetzen. Die in Reihe liegende zweistufige Anordnung (vgl. Fig. 4) einer Isolationseinheit 12, 16 halbiert die Gesamtkapazität. Mehr als zwei Stufen einer Isolation können verwendet werden, um weiter die Gesamtkapazität herabzusetzen. Jedes starre Isoliermaterial ist verwendbar, um die Hülsen 12 und 16 aufzubauen; Stein oder Keramik sind besonders vorteilhaft.

Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel· der Erfindung, das dazu dient, die Kapazität an den Teilen in der Spaltentladungsschaltung zu begrenzen, an denen die Werkzeugelektrode 1 und das Werkstück 2 elektrisch durch den Impulsgenerator leitend und von Erde getrennt sind. Bei

030067/0877

diesem Ausführungsbeispiel ist ein elektrisch leitender Hauptarbeitstisch 20 durch mehrere Isolatoren 21 gelagert, die diesen von der geerdeten Maschinenunterlage 19 elektrisch isolieren. Weitere Isolatoren 23 bleiben auf dem Hauptarbeitstisch 20 und lagern einen elektrisch leitenden Hilfsarbeitstisch 22, um dazwischen eine elektrische Isolation zu erzeugen. Der Werk- oder Arbeitstisch 2 ist auf dem Hilfstisch 22 durch mehrere elektrisch leitende Klemmen befestigt, von denen eine in der dargestellten Weise mit einem Kabel 4b vom Impulsgenerator 3 der Fig. 2 verbunden ist. Die Isolatoren 23 sind am Haupttisch 20 mittels einer Klemmeinheit 24 festgelegt.

Die zweistufige Isolation halbiert die Gesamtkapazität in der Arbeitstisch-Lagerung und Erdung. Der Hilfsarbeitstisch 22 ist lösbar über dem Hauptarbeitstisch 20 angebracht. Durch diese Anordnung kann die Hilfseinheit 22, 23 wahlweise auf der Haupteinheit 20, 21 befestigt werden, wenn eine End- oder Oberflächen-EDM-Bearbeitung am Werkstück 2 vorgenommen werden soll, um die Gesamtkapazität der Vorrichtung auf einen Mindestwert zu verringern. Wenn ein rohes EDM-Bearbeiten durchgeführt werden soll, ist der Einfluß der Streukapazität in der Spaltentladungsschaltung auf Bearbeitungsentladungsimpulse klein; dann kann der Arbeitstisch direkt auf der Hauptleitungs- und Isoliereinheit 20, 21 angebracht werden, wobei die Klemmeinheit 24 mit dem Erregungskabel 4b vom Impulsgenerator 3 verbunden ist.

Direkt oberhalb des Arbeitstisches 20 ist eine Werkzeugelektrode 1 gezeigt, die neben einem elektrisch leitenden Hilfselektrodenhalter 29 liegt und durch diesen geführt ist, wobei der Halter 29 an ein Kabel 4a vom Impulsgenerator 3 angeschlossen ist. Der Hilfselektrodenhalter 29 ist mit einem elektrisch leitenden Hauptelektrodenhalter

030067/0877

27 über eine Isolierplatte 30 gekoppelt, die dazwischen eine elektrische Isolation erzeugen kann. Der Hauptelektrodenhalter 27 ist mit einem elektrisch leitenden Stößel 26 durch eine Isolierplatte 31 gekoppelt, die dazwischen eine elektrische Isolation erzeugen kann, wobei der Stößel 26 geerdet ist. Auch hier halbiert die zweistufige Isolation die Gesamtkapazität in der Elektrodenlagerung und Erdung. Der Hilfshalter 29 ist lösbar unterhalb des Haupthalters 27 befestigt. Durch diese Anordnung kann die Hilfseinheit 29, 30 wahlweise an der Haupteinheit 27, 31 befestigt werden, wenn ein End- oder Oberflächen-EDM-Bearbeiten durchgeführt werden soll, um die Werkzeugelektrode 1 so zu führen, daß die Gesamtkapazität in der Vorrichtung auf einen Mindestwert verringert ist. Wenn eine rohe EDM-Bearbeitung ausgeführt wird, kann die Werkzeugelektrode 1 direkt durch die Hauptleitungs- und Isoliereinheit 27, 31 getragen werden, wobei der Haupthalter 27 an das Erregungskabel 4a vom Impulsgenerator 3 angeschlossen ist.

In der Anordnung der Fig. 5 können mehr als zwei Isolationsstufen auf jeder Werkzeugelektroden- und Werkstückseite vorgesehen werden, um weiter die Gesamtkapazität zu verringern. Der Isolator 21, 23, 30, 31 kann aus jedem starren Isolierstoff bestehen und weist vorzugsweise Keramik oder Stein auf.

Erfindungsgemäß wird die gesamte Streukapazität im Impulsgenerator einschließlich der Ausgangskabel und die Streukapazität auf der Elektroden- und Werkstück-Erdungsseite auf 100 pF bzw. 10 pF verringert. Wenn mit dieser Spaltentladungsschaltung ein Bearbeiten durchgeführt wird, um zu einer Oberflächenrauhigkeit von 3 R _ zu führen, so

max

betragen die Abtragungsgeschwindigkeit 0,012 g/min und die relative Elektrodenabnutzung 3 %. Mit einer herkömmlichen Spaltentladungsschaltung betragen sie für den gleichen Ober-

030067/0877

flächen-Rauhigkeitszustand 0,003 g/min bzw. 130 %.

Die Tatsache, daß ein extrem feines Oberflächenoder End-EDM-Bearbeiten, das eine Oberflächengüte von

1 bis 3 R erlaubt, unter einem abnutzungsfreien Zumax

stand mit einer geringen relativen Abnutzung von 3 % erfolgreich erhalten wird, ist tatsächlich hinsichtlich des bestehenden Vorurteiles bemerkenswert, daß dies praktisch unmöglich sei. Daher zeichnet sich die Erfindung durch einen äußerst hohen praktischen Nutzen aus.

Fig. 6 zeigt ein Ersatzschaltbild mit verteilter Impedanz der EDM-Spalt-Entladungsschaltung einschließlich der Werkzeugelektrode 1 und des Werkstückes 2 nebeneinander am Bearbeitungsspalt G und des EDM-Impulsgenerators 3 vom Halbleiter- und insbesondere Transistorschalt-Typ, der auch als unabhängige Strom- bzw. Spannungsversorgung in·der EDM-Technik bezeichnet wird. Wie bereits oben erwähnt wurde, kann ein derartiger Impulsgenerator eine Gleichstromquelle und einen Halbleiterschalter aufweisen, beispielsweise eine Reihe von parallel verbundenen Transistoren, deren Hauptelektroden (d. h. Emitter und Kollektoren) vorzugsweise in Reihe mit der Gleichstromquelle und dem Bearbeitungsspalt G verbunden sind, während deren Steuerelektroden (d. h. Basisanschlüsse und Emitter) durch einen Signalimpulsgenerator, z. B. einen Multivibrator, erregbar sind, der eine Folge von Schalt- oder Signalimpulsen erzeugt, so daß der Schalter abwechselnd ein- und ausgeschaltet wird und der Ausgang der (Gleichstrom-)Quelle intermittierend "gepulst" ist, um eine Folge von Bearbeitungsimpulsen am EDM-Spalt G zu erzeugen. Als Ergebnis wird eine elektrische Entladung mit vorgewählten Parametern, d. h. einem Spitzenwertstrom und einer Zeitdauer, die grundsätzlich an einstellbaren Einstellungen im Impulsgenerator 3 voreingestellt sind, intermittierend und wiederholt durch

030067/0877

den EDM-Spalt G hervorgerufen. Die Bezeichnung "Spaltentladungsschaltung" wird hier verwendet, um einen Generator und eine Spaltschaltung einschließlich aller Schaltungsbauteile anzugeben, die zwangsläufig Streukapazitäten enthalten, die die Eigenschaften einer elektroerosiven Bearbeitung beeinträchtigen, abgesehen vom Voreinstellen der Parameter an diesen einstellbaren Quellenteilen. Derartige Streukapazitäten sind an verteilten Kapazitäten C., C„ und C₃ im Ersatzschaltbild der Spaltentladungsschaltung zusammen mit verteilten Streuinduktivitäten L₁, L„ und L- dargestellt, wobei jedes Paar einer Kapazität und einer Induktivität, nämlich C. und L₁, C„ und L₂ sowie C₃ und L₃ einen Dämpfungsoszillator bildet. Wenn eine gesamte Streukapazität von 0,015 ,uF in der gesamten Spaltentladungsschaltung vorhanden ist, so ist es zweckmäßig, daß C₁ = 0,003 ,uF, C₂ = 0,005 ,uF, C₃ = 0,007 /UF, L₁ =0,1 /UH, L₃ = L₃ = 1 ,uH angenommen werden. Es ist dann zu ersehen, daß die drei LC-Netzwerke mit Frequenzen von 50 MHz, 14 MHz bzw. 11 MHz mit den drei einzelnen Stromverläufen A₁, A~ bzw. A- schwingen, die summiert oder addiert werden, um ein zusammengesetztes Signal A am Bearbeitungsspalt G zu erzeugen, wie dieses schematisch in Fig. 7 gezeigt ist. Das zusammengesetzte Signal A hat den Spitzenwertstrom I _n, der bis zu 9 A beträgt und dessen Zeitdauer x . ₁ 0,5 bis 1 ,us aufweist, wenn die (Gleichstrom-) Quelle des Impulsgenerators 3 eine Ausgangsspannung von 90 V besitzt. Das zusammengesetzte Signal A wird zum Rechtecksignal B addiert, das am Spalt G auftritt, wenn für die Streukapazität in der gesamten Spaltentladungsschaltung der Wert Null angenommen wird, um ein tatsächliches Signal zu erzeugen, wie dieses durch jeden der verzerrten Impulse D in Fig. 9 dargestellt ist, worauf bereits oben im Zusammenhang mit der Fig. 1 eingegangen wurde.

Oben wurde darauf hingewiesen, daß EDM-End-Parameter, wie die Gleichungen (3) und (4) für die Oberflächenrauhig-

030067/0877

keit R und die Abtragungsgeschwindigkeit W und auch in der Fig. 2 gezeigte Versuchsergebnisse darlegen, wesentlich durch das Vorliegen von einer Änderung im effektiven Spitzenwertstrom I _f_ sowie in der effektiven Impulsdauer T . beeinflußt werden. Wenn so eine Verschiebung em

in den Werten dieser Eingangsparameter aufgrund des Vorliegens von Streuinduktivitäten in der Spaltentladungsschaltung vorhanden ist, kann ein gewünschtes Bearbeitungsergebnis nicht erzielt werden. Der Erfinder hat nun weiterhin erkannt, daß eine derartige Verschiebung sogar mit einem gegebenen Schaltungsaufbau und so während eines gegebenen Ablaufes einer Bearbeitung aufgrund einer Änderung in der Elektrodengröße, dem nebeneinanderliegenden Elektrodenbereich, dem Elektrodenmaterial, der Temperatur des Dielektrikums, dem Grad der Verschmutzung des Dielektrikums, der wirksamen Anzahl der Schalttransistoren in der Entladungsschaltung usw. auftreten kann.

In Fig. 10 ist eine EDM-Strom- bzw. Spannungsversorgung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, mit dem eine Änderung in der Streukapazität in der Spaltentladungsschaltung während eines gegebenen Ablaufes einer Bearbeitung wirksam kompensiert wird. Die Strombzw. Spannungsversorgung hat eine Gleichstromquelle 35 und eine Transistorschalteinheit 36, die zusammen den mit der Werkzeugelektrode 1 und dem Werkstück 2 verbundenen Impulsgenerator bilden. Die Gleichstromquelle 35 kann hier ihre Ausgangsspannung abhängig von einem Steuersignal ändern, wie dies weiter unten näher erläutert wird. Die Spaltentladungsschaltung umfaßt einen Fühlerwiderstand 37 zum überwachen des durch den Bearbeitungsspalt G zwischen der Werkzeugelektrode 1 und dem Werkstück 2 fließenden Entladungsstromes. Ein weiterer Fühlerwiderstand 38 liegt am Bearbeitungsspalt G, um auf die Spaltspannung anzusprechen, und ist zu einem Diskriminator 39 geführt, der ein "1"-Ausgangs-

030067/0877

signal liefert, wenn jede Spaltentladung eingeleitet wird, wenn der Leistungsschalter 36 durch einen von einem Signalquellen-Zeitgeber 36a gelieferten Signalimpuls eingeschaltet ist. Der zuletzt genannte Signalimpuls oder ein "1"-Signal und das "1"-Ausgangssignal des Diskriminators 39 geben - wenn sie beide vorliegen ein UND-Gatter 40 frei, um einen Zeitgeber 41 zu betätigen. Der Zeitgeber 41 liefert dann einen kurzen Überwachungsimpuls, der lediglich an einem Anfangsteil der Spaltentladung auftritt, um dadurch ein Gatter 42 freizugeben, so daß es auf den durch den Widerstand 37 erfaßten Spaltstrom lediglich während dieser Periode oder Zeitdauer anspricht. Ein Mehrpegel-Diskriminator 43 (der mehrere Schmitt-Trigger umfassen kann) mit mehreren darin voreingestellten Schwellenwerten spricht auf den erfaßten Spaltstrom an und erzeugt - wenn dieser den einen oder anderen

Schwellenwertpegel überschreitet - ein entsprechendes Signal, das entlang seines gegebenen Kanales 44 an einem der Gleichstromquelle 35 zugeordneten Betätigungsglied 45 liegt.

Der oben beschriebene zusätzliche Spitzenwertstrom I _o tritt in einer Anfangsperiode ^τ _βί_η-ι jeder Spaltentladung D (vgl. Fig. 9) als Ergebnis der Tatsache auf, daß die elektrostatische Energie, die während des Impuls-

intervalles T in einer Streukapazität (Kondensator) aus

in der Spaltschaltung gespeichert wurde, durch den Bearbeitungsspalt G entladen wird, wenn der Leistungsschalter 36 eingeschaltet ist. Somit hängt der erhöhte effektive Spitzenwertstrom I ,.,- oder I₁=I_n + !, der so in der anfänglichen Impulsperiode ^"_e;j_ni entwickelt wird, vom tatsächlichen Wert der Streukapazität ab und verändert sich mit diesem Der Mehrpegel-Diskriminator 43 kann auf die unterteilten Bereiche der Größe des anfänglichen Spitzenwerts tromes I ££ oder I .. ansprechen und die Signale je-

030067/0877

weils entsprechend den überwachten Bereichen erzeugen. Das Betätigungsglied 45 spricht auf diese Signale an und wirkt auf die Spannungsquelle 35 so ein, daß - wenn ein größerer anfänglicher Spitzenwertstrom I _ erfaßt wird - deren Ausgangsspannung auf einen gegebenen Wert verringert werden kann, und daß - wenn ein kleinerer anfänglicher Spitzenwertstrom I _ erfaßt wird - deren Ausgangsspannung auf einen größeren Wert erhöht werden kann. Somit sollte die Ausgangsspannung der Gleichstromquelle 35 derart gesteuert werden, daß der effektive Spitzenwertstrom I _ff in der Anfangsperiode X . . über aufeinanderfolgenden Impulsen trotz während des Prozesses ablaufenden Veränderungen im Wert der Streukapazitäten in der Spaltentladungsschaltung im wesentlichen konstant gehalten ist.

Die Erfindung ermöglicht so ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektroerosiven Bearbeiten eines Werkstückes mit einer Werkzeugelektrode, wobei eine erhöhte Bearbeitungsleistungsfähigkeit insbesondere in der Abtragungsgeschwindigkeit, der Oberflächenrauhigkeit, der relativen Elektrodenabnutzung und der Bearbeitungsgenauigkeit erzielt wird.

030067/0877

Claims

Ansprüche

( 1.)Verfahren zum elektroerosiven Bearbeiten einer neben einer Werkzeugelektrode an einem mit einem flüssigen Dielektrikum gespülten Bearbeitungsspalt liegenden Werkstückelektrode,

- bei dem eine Folge von Bearbeitungsimpulsen an den Bearbeitungsspalt durch eine Spaltentladungsschaltung gelegt wird, indem wiederholt das Ausgangssignal einer Gleichstromquelle mittels einer Halbleiter-Schalteinheit gepulst wird,

dadurch gekennzeichnet,

- daß der Gesamtwert der Streukapazitäten in der Spaltentladungsschaltung auf einen Wert nicht größer als 0,01 ,uF-begrenzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- daß der Gesamtwert der Streukapazitäten nicht größer als 0,005 ,uF ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

- daß der Gesamtwert der Streukapazitäten höchstens 0,001 ,uF beträgt.

581-(A 828)-E

030067/0877

- 2 - 3028308
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- daß das flüssige Dielektrikum destilliertes oder schwach leitendes Wasser ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

- bei dem die Spaltentladungsschaltung aufweist:

- mehrere Paare elektrischer Leiter, die jeweils durch eine Isolierschicht getrennt sind und zwei Leiter auf einer oder mehreren gedruckten Schaltungsplatten umfassen,

- einen Leiter auf einer gedruckten Schaltungsplatte und einen anderen Leiter, der neben dem einen Leiter in wechselseitiger Isolierbeziehung liegt, wobei diese Leiter einen Teil eines Impulsgenerators bilden, der die Halbleiter-Schalteinheit enthält,

- zwei Kabel, die elektrisch die beiden Ausgangsanschlüsse des Impulsgenerators mit der Werkzeug- bzw. der Werkstückelektrode verbinden,

- einen Leiter auf der Seite der Werkzeugelektrode zu deren elektrischen Erregung von dem entsprechenden einen Kabel und einen von dem einen Leiter elektrisch getrennten anderen Leiter, der an Erde angeschlossen ist, und

- einen Leiter auf der Seite der Werkstückelektrode zu deren elektrischen Erregung von dem entsprechenden einen Kabel und einen von dem einen Leiter elektrisch getrennten anderen Leiter, der an Erde angeschlossen ist,

dadurch gekennzeichnet,

- daß der Abstand zwischen wenigstens einem der beiden Leiter so vergrößert ist, daß der gesamte Streukapazitätswert auf höchstens die bestimmte Grenze verringert ist.

030067/0877
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Streukapazität an den Leitern auf der Werkzeugelektroden- und der Werkstückseite, die durch die Kabel erregt und mit Erde verbunden sind, auf höchstens 100 pF begrenzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1,

- bei dem jeder Bearbeitungsstrom-Impuls einen erhöhten Spitzenwertstrom in einem Anfangsteil hiervon aufgrund der Tatsache aufweist, daß eine elektrostatische Energie, die in den Kapazitäten oder einem dadurch ersatzschaltungsmäßig gebildeten Kondensator gespeichert ist, während des vorhergehenden Impulsintervalles durch den Bearbeitungsspalt entladen wird, wenn der Bearbeitungsimpuls am Bearbeitungsspalt liegt,

dadurch gekennzeichnet,

- daß die Größe des anfänglichen Spitzenwertstromes gemessen und die Ausgangsspannung der Gleichstromquelle abhängig vom Meßwert dieser Größe gesteuert wird, um den anfänglichen Spitzenwertstrom im wesentlichen unabhängig von einer Veränderung im Streukapazitätswert in der Spaltentladungsschaltung während eines gegebenen Ablaufes eines Bearbeitungsbetriebes konstant zu halten.
8. Vorrichtung zum elektroerosiven Bearbeiten einer neben einer Werkzeugelektrode an einem mit einem Dielektrikum gefüllten Bearbeitungsspalt liegenden Werkstückelektrode, mit

- einer Gleichstromquelle und einer Halbleiter-Schalteinheit, die betätigbar ist, um wiederholt das Ausgangssignal der Gleichstromquelle zu pulsen, so daß eine Folge von Bearbeitungsstrom-Impulsen am Bearbeitungsspalt

030067/0877

durch eine Spaltentladungsschaltung liegt, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Spaltentladungsschaltung einen Gesamtwert der darin enthaltenen Streukapazitäten aufweist, der auf nicht mehr als 0,01 ,uF eingeschränkt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Gesamtwert der Streukapazitäten in der Spaltentladungsschaltung höchstens 0,005 ,uP beträgt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Gesamtwert der Streukapazitäten in der Spaltentladungsschaltung höchstens 0,001 ,uF beträgt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

- daß das Dielektrikum destilliertes oder schwach leitendes Wasser ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 8,

- bei der die Spaltentladungsschaltung aufweist:

- mehrere Paare elektrischer Leiter, die jeweils durch

eine Isolierschicht getrennt sind und zwei Leiter aufweisen, die auf einer oder mehreren gedruckten Schaltungsplatten in einem Impulsgenerator angeordnet sind, der die Halbleiter-Schalteinheit enthält,

- einen Leiter auf einer gedruckten Schaltungsplatte und einen anderen Leiter neben dem einen Leiter in wechselseitiger Isolierbeziehung, wobei diese Leiter einen Teil des Impulsgenerators bilden,

030067/0877

- zwei Kabel, die elektrisch die Ausgangsanschlüsse des Impulsgenerators mit der Werkzeug- bzw. der Werkstückelektrode verbinden,

- einen Leiter auf der Seite der Werkzeugelektrode, der diese von dem entsprechenden einen Kabel elektrisch erregen kann, und einen anderen Leiter, der elektrisch vom einen Leiter getrennt und mit Erde verbunden ist, und

- einen Leiter auf der Seite der Werkstückelektrode, der diese von dem entsprechenden einen Kabel erregen kann, und einen anderen Leiter, der elektrisch von dem einen Leiter getrennt und mit Erde verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet,

- daß der Abstand zwischen wenigstens einem der Leiterpaare so vergrößert ist, daß der gesamte Streukapazitätswert auf höchstens die bestimmte Grenze verringert ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Streukapazität an den Leitern auf beiden Seiten der Werkzeugelektrode und der Werkstückelektrode, die durch die Kabel erregt und mit Erde verbunden sind, auf höchstens 100 pF begrenzt ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,

- daß jedes Paar der Leiter an der Elektroden- und der Werkstückseite dazwischen einen ersten Isolator in Berührung mit dem einen Leiter, einen dritten Leiter in Berührung mit dem ersten Isolator und dadurch elektrisch von dem einen Leiter getrennt und einen zweiten Isolator in Berührung mit dem dritten Leiter und dem anderen Leiter aufweist, um diese elektrisch zu trennen.

030067/0877
15. Vorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,

- daß jedes Paar der Leiter auf der Elektroden- und der Werkstückseite aufweist:

- einen ersten Isolator in Berührung mit einem anderen Leiter, und

- zwischen dem einen Leiter und dem ersten Isolator wenigstens ein Paar eines zweiten Isolators und eines dritten Leiters in wechselseitiger Berührung, wobei der zweite Isolator in Berührung mit dem benachbarten Leiter außer dem dritten Leiter und der dritte Leiter in Berührung mit dem benachbarten Isolator außer dem zweiten Isolator vorgesehen sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,

- daß wenigstens ein Paar eines zweiten Isolators und eines dritten Leiters für ein wahlweises Einführen zwischen dem einen Leiter und dem ersten Isolator vor einem EDM-Betrieb unter Endbedingungen entfernbar ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet,

- daß wenigstens ein Isolator aus dem ersten und zweiten Isolator aus Keramik oder Stein besteht, während der eine, der andere und der dritte Leiter aus einem Metall aufgebaut sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 8,

- bei der jeder Bearbeitungsstromimpuls einen erhöhten Spitzenwertstrom an einem Anfangsteil hiervon aufgrund der Tatsache aufweist, daß eine elektrostatische Energie, die in den Kapazitäten oder einem dadurch ersatzschaltungsmäßig gebildeten Kondensator gespeichert ist, während des

030067/0877

vorhergehenden Impulsintervalles durch den Bearbeitungsspalt entladen wird,

gekennzeichnet durch

- eine Meßeinrichtung zum Messen der Größe des anfänglichen Spitzenwertstromes, und

- eine auf den gemessenen Wert dieser Größe ansprechende Steuereinrichtung zum Steuern der Ausgangsspannung der Gleichstromquelle, um den anfänglichen Spitzenwertstrom unabhängig von einer Änderung im Streukapazitätswert in der Entladungsschaltung während eines gegebenen Ablaufes eines Bearbeitungsbetriebes im wesentlichen konstant zu halten.

030067/0877