DE3034240C2

DE3034240C2 -

Info

Publication number: DE3034240C2
Application number: DE19803034240
Authority: DE
Inventors: Yutaka Tanaka; Takeshi Yatomi; Yoshio Nagoya Aichi Jp Ozaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1980-09-11
Filing date: 1980-09-11
Publication date: 1993-01-07
Also published as: DE3034240A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Vorschubsteuerung bei funkenerosiven Werkzeugmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine derartige Schaltung ist aus der US 37 93 502 bekannt.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Beispiels einer gewöhnlichen Vorrichtung zum Schneiden und Formen eines Werkstücks mittels einer elektrischen Entladung mit einer drahtförmigen Elektrode unter Verwendung einer spannungsbetriebenen Servosteuerung. Die gewöhnliche, in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung umfaßt eine drahtförmige Elektrode 1, ein in eine gewünschte Form zu schneidendes und zu formendes Werkstück 2, einen elektrischen Versorgungskontakt 3, eine elektrische Spannungsquelle 4, einen Fehlerspannungsverstärker 5, einen Operationsverstärker 6, Widerstände 7 und 8 zur Bestimmung der Verstärkung des Systems, eine Antriebssteuerung 9, einen X-Achsen Antriebsmotor 10 und einen Y-Achsen Antriebsmotor 11.

Von einer elektrischen Energiequelle 4 wird über den elektrischen Versorgungskontakt 3 ein pulsierender Strom der drahtförmigen Elektrode 1 zugeführt, wodurch eine elektrische Entladung bewirkt wird, die zur Bearbeitung des Werkstücks 2 verwendet wird. Eine zwischen der drahtförmigen Elektrode 1 und dem Werkstück 2 während des Bearbeitens aufgebrachte Spaltspannung E_g wird dem Fehlerverstärker 5 zugeführt und dann mit einer Bezugsspannung E_o zur Erzeugung einer der dazwischen bestehenden Differenz entsprechenden Fehlerspannung -E_e verglichen. In diesem Fall ist -E_e = -(E_g-E_o).

Die Fehlerspannung E_e wird dem Operationsverstärker 6 zugeführt, der die Polarität der Fehlerspannung -E_e umdreht, worauf das sich ergebende Signal als Tischgeschwindigkeitssignal F weitergeleitet wird. Die Antriebssteuerung 9 unterteilt das Tischgeschwindigkeitssignal F in eine X-Achsen Komponente F_x und eine Y-Achsen Komponente F_y, wobei

ist. Die Werte von F_x und F_y werden entsprechend dem Inhalt eines Speicherbandes einer numerischen Steuerung bestimmt. Die Signale F_x und F_y werden entsprechend zur Steuerung des X-Achsen Antriebsmotors 10 und des Y-Achsen Antriebsmotors 11 gekoppelt. Bei einer derartigen spannungsbetriebenen Hilfssteuerung steigt, wenn der Ladungsspalt zwischen der drahtförmigen Elektrode 1 und dem Werkstück 2 zunimmt, die Spaltspannung E_g, was zu einer Steigerung der Fehlerspannung E_e führt. Hierdurch nimmt das Tischgeschwindigkeitssignal F zu und bewegt den das Werkstück 2 tragenden Tisch in einer Richtung zur Verminderung des Entladungsspaltes.

Andererseits wird das Tischgeschwindigkeitssignal F vermindert, wenn der Entladungsspalt kleiner wird. Entsprechend dreht sich der Tisch in eine Richtung, so daß der Entladungsspalt größer wird. Das heißt, daß es in diesem System möglich ist, die Breite des Entladungsspaltes konstant zu halten, indem man die Spaltspannung während der Bearbeitung konstant hält. Da die Breite des Arbeitsspaltes immer konstant gehalten wird, wird das Werkstück mit einer höheren Genauigkeit bearbeitet, als es mit einem System möglich ist, bei dem der Tisch immer mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt wird.

Es wurde die Betriebsweise der gewöhnlichen Geräte zum Antrieb der Elektrode mit einer Spannungshilfssteuerung beschrieben. Bei diesem System ist es möglich, da die Tischgeschwindigkeit F mittels der Fehlerspannung E_e und der Verstärkung R₂/R₁ des Operationsverstärkers bestimmt wird, die Fehlerspannung E_e gleich Null (E_e = o) zu machen. Zusätzlich zu dieser Tatsache kann sich die Tischgeschwindigkeit, die während der Bearbeitung ausgedrückt werden kann durch:

in Folge der Veränderungen der Drahtspannung, der Veränderung des spezifischen Widerstandes der Arbeitsflüssigkeit, die unabdingbar während des Bearbeitens auftreten, die Richtcharakteristik der Drahtführung und ähnlichem, sogar wenn die Spaltspannung während des Bearbeitens konstant gehalten wird, leicht ändern. Unter der Annahme, daß die Amplitudenveränderung der Tischgeschwindigkeit ΔF ist, kann ΔF aus der Gleichung (1) ausgedrückt werden als

Entsprechend ändert sich die Fehlerspannung E_e ebenfalls um ΔE_e. Wie oben beschrieben ist E_e = E_g-E_o wobei die Bezugsspannung E_o konstant ist. Daher ist ΔE_e = ΔE_g. Aus Gleichung (2) folgt

Somit ist

Mit anderen Worten ändert sich bei gewöhnlichen Vorrichtungen zur Bearbeitung mittels einer elektrischen Entladung mit einer drahtförmigen Elektrode, die eine spannungsbetriebene Hilfssteuerung verwendet, da die Spaltspannung konstant gehalten werden soll, die Tischgeschwindigkeit. Wenn sich jedoch wie mittels Gleichung (3) gezeigt, die Tischgeschwindigkeit F ändert, ändert sich die Spaltspannung um

Die Änderung der Spaltspannung führt direkt zu einer Veränderung der Spaltbreite. Hierdurch ist in nachteiliger Weise keine Bearbeitung mit höchster Genauigkeit möglich. Aus Gleichung (3) sieht man, daß, um die Veränderung der Spaltspannung in bezug auf die Veränderung der Tischgeschwindigkeit so klein wie möglich zu machen, das Verhältnis von R₂ und R₁ gesteigert werden sollte. Da das Verhältnis R₂/R₁ jedoch die Verstärkung der spannungsbetriebenen Hilfssteuerung bestimmt, kann das gesamte System bei einer Steigerung der Verstärkung völlig instabil werden oder die Tischgeschwindigkeit ändert sich sehr stark bei einer sehr kleinen Störung. Auf Grund dieser Tatsache ist bei der gewöhnlichen Vorrichtung ein Operationsverstärker mit einer Phasenkompensation zur Steigerung der tatsächlichen Verstärkung R₂/R₁ vorgesehen, wodurch die Spaltspannung während des Bearbeitens so konstant wie möglich gehalten wird. Trotzdem weist die bekannte Vorrichtung den Nachteil auf, daß die Verstärkung nicht unendlich gemacht werden kann und die Spaltspannung während der Bearbeitung zu einer Änderung neigt, was zu einer Verschlechterung der Bearbeitungsgenauigkeit führt.

Aus der US 37 93 501 ist eine Schaltung zur Vorschubsteuerung bekannt, die eine Meßschaltung zum Messen der Spaltspannung aufweist. Diese Spaltspannung wird mit einer in einer Schaltung erzeugten Referenzspannung, nachdem diese in einer Negationsschaltung invertiert worden ist, summiert und diesem Summationswert wird eine Integrationsschaltung zugeführt, deren Ausgangssignal zur Vorschubsteuerung der Elektrode verwendet wird.

Ein Nachteil dieser bekannten Schaltung ist die relativ lange Zeitperiode, die erforderlich ist, um die Polarität der Ausgangsgröße der Integrationsschaltung zu einem positiven Wert nach einem Kurzschluß oder einem Überlastungszustand beim Bearbeiten umzukehren. Während einer derart langen Zeitdauer wird die Bewegung des Tisches unterbrochen, was zu einer langen, auf der Bearbeitungsfläche des Werkstücks ausgebildeten Spur führt.

Der Anmeldung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zur Vorschubsteuerung bei funkenerosiven Werkzeugmaschinen der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die erforderliche Zeitdauer, bis die Tischgeschwindigkeit nach einem Kurzschluß oder einem Überlastungszustand beim Bearbeiten wieder konstant wird, kurz gemacht wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst, das heißt, die Integrationsschaltung weist einen Schaltkreis parallel zu ihrer Integrationskapazität auf, der verhindert, daß der Ausgang der Integrationsschaltung negativ wird.

Vorzugsweise wird der Schaltkreis mittels einer Diode, die parallel zu einer Integrationskapazität geschaltet ist, verwirklicht.

Wenn es gewünscht wird, kann in einer Ausführungsform ein nichtlinearer Verstärker vorgesehen sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer bekannten Vorrichtung mit einer drahtförmigen Elektrode zur Bearbeitung mittels einer elektrischen Entladung;

Fig. 2 und 3 schematische Schaltbilder eines ersten und zweiten Beispiels einer Vorrichtung zur Durchführung einer Bearbeitung mittels einer elektrischen Entladung, wobei eine drahtförmige Elektrode verwendet wird;

Fig. 4 und 5 schematische Schaltbilder einer ersten und zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 6 ein schematisches Schaltbild eines weiteren Beispiels einer Vorrichtung zur Bearbeitung mittels elektrischer Entladung, mit einer Senkelektrode.

In dem ersten Beispiel gemäß Fig. 2 wird der in Fig. 1 verwendete Operationsverstärker durch einen Integrationsschaltkreis ersetzt, um die Verstärkung im wesentlichen unendlich zu machen, wodurch eine stabile Bearbeitung erreicht wird. In Fig. 2 sind die Bauteile, die Fig. 1 entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel ist der in dem Schaltkreis von Fig. 1 verwendete Widerstand 8 mittels einer Integrationskapazität 12 ersetzt. Der durch die Integrationskapazität 12 fließende elektrische Strom wird durch E_e/R₁ bestimmt. Mit der mittels C₁ wiedergegebenen Kapazität des Kondensators 12 kann die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 6 ausgedrückt werden als:

Es soll darauf hingewiesen werden, daß in einem stabilen Zustand die Tischgeschwindigkeit F konstant ist. Daher ist der integrierte Wert in der obigen Gleichung (4) konstant. Entsprechend ist der integrierte Wert E_e Null, wenn das System in stabilem Zustand ist. Das heißt, das Mittel von E_e ist Null und die Spaltspannung E_g während der Bearbeitung folgt genau der Bezugsspannung E_o. Mit anderen Worten heißt das, daß, da eine konstante Spaltbreite immer beibehalten wird, die Bearbeitung mit äußerst hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.

Die Kapazität stellt einen unendlichen Widerstand im stationären Zustand dar, d. h. in bezug auf ein Gleichstromsignal. Entsprechend wird der Wert des Widerstandes 8 von Fig. 1 durch die Funktion der Kapazität im wesentlichen unendlich, die den Widerstand ersetzt, und somit wird in stabilem Zustand die Verstärkung unendlich, was dazu führt, daß die Fehlerspannung E_e so klein wie möglich wird.

Weiter stellt die Kapazität einen geringen Widerstand in bezug auf ein Transientsignal dar. Somit ist die Transientverstärkung, die bestimmt, ob das System in einem stabilen Zustand ist oder nicht, klein, wodurch das System in einem sehr stabilem Zustand gehalten wird. Das heißt, daß, sogar wenn die Fehlerspannung sich kurzzeitig ändert, die Tischgeschwindigkeit fast konstant gehalten wird, da der integrierte Wert nicht direkt der Veränderung der Fehlerspannung folgt, so daß ein stabiler Bearbeitungsvorgang erreicht wird.

Fig. 3 ist ein schematisches Schaltbild eines zweiten Beispiels, das einen nichtlinearen Verstärker 13 umfaßt, der zwischen dem Spannungsverstärker 5 und dem Widerstand 7 angeordnet ist und eine Eingangs-Ausgangscharakteristik aufweist, so daß die Ausgangsspannung plötzlich ansteigt, wenn die Eingangsspannung ansteigt. Ein Integratorschaltkreis, bestehend aus einem Operationsverstärker 6 und einer Kapazität 12 ist zwischen dem Widerstand 7 und dem Eingang des Antriebssteuerschaltkreises 9 geschaltet. Auf Grund des Vorhandenseins des nichtlinearen Verstärkers 13 wird die erforderliche Zeitdauer, um die Tischgeschwindigkeit konstant zu machen, sehr kurz. Ein derartiger nichtlinearer Verstärker kann mit einem Operationsverstärker verbunden werden, und der i-v Charakteristik einer Diode zu folgen, die selbst in ihrer Konstruktion bekannt ist.

Mit dieser Konstruktion wird, wenn die Vorrichtung in einem instationärem Zustand vor Erreichen des stationären Zustandes ist, die Fehlerspannung E_e relativ groß und daher die Ausgangsspannung aus dem nichtlinearen Verstärker 13 äußerst hoch. Hierdurch wird die Integrationskapazität 12 momentan geladen, wobei bei diesem Punkt die Tischgeschwindigkeit konstant ist. Für den Betrieb im stationären Zustand kann der zeitliche Mittelwert der Fehlerspannung E_e als Null angesehen werden. Für den Fall, daß eine augenblickliche, von einer Störung bewirkte Änderung der Fehlerspannung E_e auftritt, wird die Ausgangsspannung, da die Eingangsspannung des nichtlinearen Verstärkers 13 klein ist, äußerst klein. Entsprechend ist die Änderung des Integratorausgangs äußerst klein, so daß die Tischgeschwindigkeit in einem stabilen Zustand verbleibt.

Wenn die Bezugsspannung E_o für längere Zeit, z. B. in Folge eines Kurzschlusses oder eines Überlastungszustandes beim Bearbeiten, auf einen Wert höher als die Spaltspannung E_g eingestellt wird, kann am Ausgang des Integratorschaltkreises eine negative Spannung auftreten. In einem solchen Fall ist, sogar wenn der Kurzschluß entfernt ist, eine relativ lange Zeitperiode erforderlich, um die Polarität des Ausgangs des Integratorschaltkreises zu einem positiven Wert umzukehren. Während einer derartigen langen Zeitdauer wird die Bewegung des Tisches unterbrochen, wodurch das Werkstück einer ungewünschten, übermäßigen Bearbeitung mittels der elektrischen Entladung unterworfen wird. Dies führt zu einer langen auf der Bearbeitungsfläche des Werkstücks ausgebildeten Spur.

Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 4 gezeigt und schaltet eine derartige Schwierigkeit aus. Die erste Ausführungsform ist so ausgeführt, daß eine Diode 14 parallel zur Integrationskapazität 12 geschaltet ist. In der ersten Ausführungsform kann die Spannung über der Integrationskapazität 12 auf Grund der Kennlinie der Diode 14 nicht negativ werden.

Mit der in Fig. 4 gezeigten ersten Ausführungsform beginnt unmittelbar nach der Entfernung des Kurzschlusses die Bewegung des werkstücktragenden Werktisches. Dies führt zu einer Verbesserung der Bearbeitungsgeschwindigkeit und zu einer genaueren Bearbeitung. Der in dem zweiten Beispiel (siehe Fig. 3) verwendete nichtlineare Verstärker kann zusammen mit dem nebengeschalteten Diodenintegratorschaltkreis der ersten Ausführungsform (siehe Fig. 4) verwendet werden. Dies führt zu einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wie in Fig. 5 gezeigt. Aus der Beschreibung ist klar, daß die Leistung dieser Vorrichtung zur Bearbeitung mittels elektrischer Entladung mit einer drahtförmigen Elektrode, die einen Integratorschaltkreis verwendet, die Nachteile der gewöhnlichen Vorrichtungen ausschaltet und durch weiteres Vorsehen eines nichtlinearen Verstärkers und einer Diode weiter verbessert wird. Es kann die drahtförmige Elektrode auch durch eine Senkelektrode ersetzt werden. Eine derartige Senkelektrode statt einer drahtförmigen Elektrode ist in Fig. 6 gezeigt. Bei diesem Beispiel wird eine dreiecksförmige Senkelektrode verwendet. Die anderen Komponenten des Schaltkreises entsprechen denen von Fig. 3.

In der oben beschriebenen Ausführungsform wird ein Integratorschaltkreis, der nichtlineare Verstärker und der Schaltkreis zum Verhindern einer negativen Integratorausgangsspannung mittels elektronischer Elemente, wie z. B. einem Operationsverstärker, einer Diode und ähnlichem ausgebildet. Wenn ein elektronischer Prozessor als Steuervorrichtung für die Vorrichtung verwendet wird, können die oben beschriebene Integratorfunktion, die nichtlineare Verstärkerfunktion und die Funktion des Schaltkreises zum Verhindern von negativen Integratorausgangsspannungen mittels des Prozessors durchgeführt werden.

Claims

1. Schaltung zur Vorschubsteuerung bei funkenerosiven Werkzeugmaschinen mit einer Vergleichsschaltung zum Vergleichen der Arbeitsspaltspannung zwischen Elektrode und Werkstück mit einer Bezugsspannung zur Erzeugung einer Fehlerspannung, einer Integrationsschaltung zur Integration der Fehlerspannung und einer Steuerschaltung zur Steuerung der Geschwindigkeit der Elektrode relativ zum Werkstück entsprechend dem Ausgangssignal der Integrationsschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationsschaltung (6, 7, 12) parallel zu ihrer Integrationskapazität (12) einen Schaltkreis (14) aufweist, der verhindert, daß der Ausgang der Integrationsschaltung (6, 7, 12) negativ wird.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis (14) eine Diode (14) ist, die mit ihrer Anode an den Eingang und mit ihrer Kathode an den Ausgang des Operationsverstärkers angeschlossen ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein nichtlinearer Verstärker (13) zwischen der Vergleichsschaltung (5) und der Integrationsschaltung (6, 7, 12) vorgesehen ist, der eine schnelle Ansprechcharakteristik in bezug auf die Fehlerspannung aufweist und ein Ausgangssignal erzeugt, das mittels der Integrationsschaltung integriert wird.

4. Schaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationsvorrichtung (6, 7, 12), der Schaltkreis (14) und der nichtlineare Verstärker (13) durch einen elektronischen Prozessor ersetzt werden.