DE3131037C2

DE3131037C2 -

Info

Publication number: DE3131037C2
Application number: DE3131037A
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Setagayaku Tokio/Tokyo Jp Inoue
Original assignee: INOUE-JAPAX RESEARCH Inc YOKOHAMA KANAGAWA JP
Current assignee: INOUE-JAPAX RESEARCH Inc YOKOHAMA KANAGAWA JP
Priority date: 1980-08-05
Filing date: 1981-08-05
Publication date: 1988-10-20
Also published as: FR2488175A1; IT1142958B; JPS5733926A; GB2081633A; US4450336A; DE3131037A1; FR2488175B1; IT8149047A0; GB2081633B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Schaltung zum funkenerosiven Bearbeiten eines elektrisch leitenden Werkstücks.

Bei diesem funkenerosiven Bearbeiten (EDM) liegt bekanntlich eine Werkzeugelektrode beabstandet neben dem Werkstück, um dazwischen einen mit einer dielektrischen Flüssigkeit ge füllten Arbeitsspalt zu bilden, und es wird eine Folge lokalisierter, zeitlich beabstandeter und zufällig ver teilter elektrischer Arbeitsimpulse zwischen der Werkzeug elektrode und dem Werkstück über dem Arbeitsspalt erzeugt, um Werkstoff vom Werkstück gleichmäßig über der der Werk zeugelektrode benachbarten Oberfläche abzutragen.

Das EDM-Verfahren, wie es z. B. aus der DE-OS 28 24 086 be kannt ist, verwendet elektroerosive Spannungs- bzw. Strom impulse, die zwischen einem Werkstück und der Werkzeug elektrode anliegen, die nebeneinander beabstandet an einem Arbeitsspalt vorgesehen sind, der mit einer dielektrischen Flüssig keit (beispielsweise Kerosin (US-PS 30 56 065) oder destilliertes Wasser) gefüllt ist, die auch dazu dient, den Abfall des fun kenerosiven Bearbeitungsprozesses abzuführen.

Die Werkzeugelektrode ist im allgemeinen mit der gewünschten Konfiguration des Hohlraumes oder der Ge stalt geformt, der bzw. die komplementär im Werkstück gewünscht wird. Eine Folge von Strom- bzw. Spannungs impulsen wird dann gebildet, um lokalisierte, diskrete und zufällig verteilte Werkstoffabfuhrentladungen zu schaffen, die sich kumulativ überlappende Krater in der Werkstückoberfläche erzeugen; die Gesamtfläche neben der Werkzeugelektrode wird so gleichmäßig über denjeni gen Teilen bearbeitet, die der Werkzeugelektrode gegen überliegen, und nimmt so eine Konfiguration an, die mit der Gestalt der Werkzeugelektrode übereinstimmt. Beim funkenerosiven Laufdraht- oder Drahtschneid-Be arbeiten (TW-EDM) wird die Werkzeugelektrode durch eine kontinuierliche, axial laufende, längliche und drahtähn liche Elektrode gebildet, und eine zwei- oder dreidimen sionale Relativverschiebung zwischen dem Draht und dem Werkstück liefert eine in gewünschter Weise geformte Kon figuration in oder auf dem Werkstück.

Während des Bearbeitungsbetriebes werden kleine me tallische oder leitende Späne oder Teilchen, die von der Elektrodenoberfläche abgetragen sind, sowie andere Entladungsprodukte, wie beispielsweise Teer und Gase, durch das flüssige Dielektrikum abgeführt, das den Spalt spült und gewöhnlich dort umgewälzt wird, während die Werkzeugelektrode bezüglich des Werkstückes durch ein Servosystem vorrückt, das so ausgelegt ist, daß ein vor bestimmter Spaltabstand beibehalten oder der gewünschte Spaltabstand so genau als möglich angenähert wird. Die Servoanordnung kann auch arbeiten, um auf einen Spalt kurzschluß und Lichtbogenbedingungen anzusprechen, da mit die Elektrode bezüglich des Werkstückes zurückge fahren wird, so daß diese Bedingungen nicht mehr vor liegen.

Es kann auch festgestellt werden, daß in einem EDM-Prozeß elektrische Energie von der Strom- bzw. Spannungsquelle in der Form diskreter elektrischer Im pulse an den Arbeitsspalt gelegt wird, der mit einem flüssigen Dielektrikum gefüllt ist, um eine Fol ge elektrischer Entladungen zwischen der Werkzeugelek trode und dem Werkstück zu bewirken, damit Werkstoff vom Werkstück abgetragen wird. Jede einzelne Entladung trifft auf den Bereich des Werkstückes neben der Werk zeugelektrode in der einen oder anderen kleinen lokali sierten Zone, die impulsmäßig geschmolzen und/oder ver dampft und mechanisch von dem Werkstückbereich durch den Impulsentladungsdruck versetzt wird. Aufeinander fol gende und sich wiederholende Entladungen werden benutzt, um das lokalisierte Werkstoffversetzen oder Abtragen über dem gesamten Werkstückbereich zu überstreichen, und führen darauf zur Bildung kumulativ überlappter Ent ladungskrater. Mit fortschreitender Werkstoffabtragung rückt die Werkzeugelektrode relativ auf das Werkstück durch eine Servovorschubeinrichtung vor, die so gestal tet ist, daß der Arbeitsspaltabstand im wesentli chen konstant gehalten wird und daß dadurch Werkstoff abtragungsentladungen nacheinander hervorgerufen werden können. Die Werkzeugelektrode ist beim Absenk-EDM im allgemeinen mit der gewünschten Konfiguration des Hohl raumes oder der Gestalt ausgeführt, der bzw. die komple mentär im Werkstück gewünscht wird. Somit wird die ge gebenenfalls neben dem Werkzeug liegende Gesamtfläche über denjenigen Teilen hiervon bearbeitet, die der Werkzeugelektrode gegenüberliegen, und diese nimmt eine Kon figuration an, die mit der Gestalt der Werkzeugelek trode übereinstimmt. Beim Laufdraht- oder Drahtschneid- EDM, bei dem die Werkzeugelektrode durch eine kontinuier liche, axial laufende, längliche und drahtähnliche Elek trode gebildet wird, oder beim Abtast-EDM, das einen Stab oder eine ähnliche Elektrode mit einer relativ ein fachen Bearbeitungskontur verwendet, wird eine zwei- oder dreidimensionale Relativverschiebung zwischen der Elektrode und dem Werkstück bewirkt, damit eine in ge wünschter Weise geformte Konfiguration in oder auf dem Werkstück entsprechend der Bahn der Relativverschiebung hervorgerufen wird. Die Verschmutzung des Arbeits spaltbereiches mit Spänen, Teer und Gasen, die durch Be arbeitungsentladungen erzeugt werden, kann gereinigt werden, indem kontinuierlich oder intermittierend der Spalt mit einem frischen Arbeitsfluid gespült wird und/oder indem intermittierend oder zyklisch die Werk zeugelektrode vom Werkstück zurückgefahren wird, damit das frische Arbeitsmedium in den Arbeitsspalt gepumpt werden kann und die Bearbeitungsverunreinigungen aus diesem abgeführt werden können.

Parameter einzelner und aufeinander folgender elek trischer Entladungen oder Arbeitsstromimpulse, ins besondere die Impuls-Ein-Zeit τ ein und der Spitzenstrom Ip, sind für eine gegebene Kombination von Elektroden materialien und anderen Bearbeitungseinstellungen be stimmend für die Werkstoffabtragungseigenschaften je Einzelimpulsabgabe und damit für kritische Bearbeitungs ergebnisse, d. h. für die Abtragungsgeschwindigkeit, die Oberflächenrauhigkeit und die relative Elektrodenab nutzung, und daher müssen diese Parameter zusammen mit der Impuls-Aus-Zeit so eingestellt werden, daß eine besondere Bearbeitungsbedingung aufgebaut wird, die zum Erzielen der gewünschten Bearbeitungsergebnis se geeignet ist. Diese Parameter werden einzeln in ei ner Impulsquellenschaltungsanordnung in der Strom- bzw. Spannungsversorgung oder in einem Impulsgenerator ein gestellt, der vorzugsweise von einem Festkörper- oder Halbleiter-Schalttyp ist.

Der Erfinder hat beobachtet, daß in einer her kömmlichen EDM-Anordnung trotz genauer Einstellung dieser Parameter bei der Impulsquelle in der Spannungs- bzw. Stromversorgung der Impuls verzerrt wird, während er erzeugt und zum Spalt durch die Spaltentladungs schaltung übertragen wird. Es wurde beobachtet, daß die Verzerrung auf Streukapazitäten beruht, die zwin gend in der Spaltentladungsschaltungsanordnung ver teilt sind, die den Arbeitsspalt zwischen der Werk zeugelektrode und dem durch die dielektrische Flüssig keit getrennten Werkstück, ein Halbleiterleistungs- Schaltnetzwerk zum Pulsen einer Gleichstromquelle, ver schiedene Leitungen in der Strom- bzw. Spannungsversor gung, Kabel, die den Leistungsschalter mit dem Spaltort verbinden, und Leiter, die von den Leistungskabeln ab gehen, um direkt die Werkzeugelektrode und das Werkstück zu erregen, sowie auch in einem gewissen Ausmaß Umge bungsschaltungseinheiten für mechanische Anordnungen um faßt. Bisher wird diesen Streukapazitäten, die in der Spaltentladungsschaltung enthalten sind, wenig Aufmerk samkeit geschwenkt. Der Erfinder hat nun erkannt, daß die se Streukapazitäten merkliche, nicht vernachlässigbare Einflüsse auf die Eigenschaften eines Entladungsimpulses haben, der gegebenenfalls am Arbeitsspalt auf tritt.

Insbesondere gibt es im allgemeinen Streukapazi täten am Arbeitsspalt zwischen der Werkzeugelek trode und dem durch die dielektrische Flüssigkeit ge trennten Werkstück in den Zwischenflächen zwischen dem Emitter und der Basis eines Halbleiterbauelementes in der Schalteinheit zum Pulsen einer Gleichstromversor gung, um Strom- bzw. Spannungsimpulse zu erzeugen, und zwischen parallelen Leitern in einer gedruckten Schal tungsplatte, Leitungskabeln und an den Teilen von Iso latoren für den Elektrodenträgerkopf und für den Werk stückträger. Insgesamt wurden die Streukapazitäten zu 100 oder 1000 pF oder mehr in einer herkömmlichen EDM- Anordnung ermittelt, die als eine dielektrische Flüssig keit Kerosin mit einem spezifischen Widerstand von 10¹⁰ bis 10¹² Ohm · cm zum Bearbeiten eines Werkstückberei ches über 4 cm² verwendet. Es wurde nunmehr erkannt, daß das Vorliegen von Streukapazitäten dieser Größe unter anderem einschließlich einer Tendenz zu einem Spaltkurzschluß und -lichtbogen eine merkliche Ursache für die Entwicklung einer Bearbeitungsinstabilität, ei ner Unfähigkeit, die Abtragungsgeschwindigkeit zu stei gern, und einer übermäßigen Elektrodenabnutzung sowie einer unzureichend bearbeiteten Oberflächenqualität ist. Die Verzerrung der Entladungsstromform wird nicht ver nachlässigbar, wenn schmale oder extrem schmale Strom- bzw. Spannungsimpulse benutzt werden, damit versucht wird, eine fein oder sehr fein EDM-bearbeitete Ober flächenqualität zu erzielen. Es gibt so bisher eine prak tische Grenze bei der Steigerung der Oberflächenfeinbe arbeitung einer EDM-bearbeiteten Oberfläche. Weiterhin kann die relative Elektrodenabnutzung dann bis zu 100% betragen und es unmöglich machen, eine gewünschte Fein- oder End-EDM-Operation bzw. -Oberflächengüte zu erzielen.

Aus der US-PS 31 09 120 ist eine Schaltung zum funkenero siven Bearbeiten eines elektrisch leitenden Werkstücks be kannt, die neben einer Vorschubsteuerschaltung und einer Schaltung zum Erzeugen der Arbeitsimpulse noch eine Neben schlußschaltung aufweist, die den Arbeitsspalt kurzschließt, wenn die gewünschte Spaltspannung überschritten wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltung zum funkenerosiven Bearbeiten eines elektrisch leitenden Werkstücks zu entwickeln, womit eine superfeine EDM-Endbearbeitung bei extrem geringer Abnutzung der Werk zeugelektrode zu erzielen ist, wobei eine ausgezeichnete Qualität der bearbeiteten Fläche, eine bessere Bearbeitungs durchführung, eine gesteigerte Abtragungsgeschwindigkeit und eine verringerte Werkzeugabnutzung gewährleistet sind.

Es wurde nun erkannt, daß der obenerwähnte nachteilhafte Einfluß der Streukapazität in der Spaltentladungsschaltung überwinden werden kann, indem erlaubt wird, elektrische La dung in der Streukapazität in der Spaltentladungsschaltung zu speichern und die elektrische Ladung über eine elektrische Entladeschaltung parallel zum Arbeitsspalt unmittelbar vor dem Beginn jedes Arbeitsimpulses im Arbeitsspalt zu entladen.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Ver fahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch die Schaltung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen gekennzeichnet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Signaldiagramm, das schematisch einen Entladungs- oder Arbeits stromimpuls zeigt, der an einem EDM- Spalt verzerrt aufgrund einer Streu kapazität auftritt, die gewöhnlich in der Spaltentladungsschaltung in einer EDM-Schaltungsanordnung vorhanden ist,

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der Er findung,

Fig. 3a und 3b Signaldiagramme mit Steuerimpulsen zum Erzeugen elektrischer Bearbei tungsentladungen und Spalt-Neben schlußimpulse (B) in der Anordnung von Fig. 2,

Fig. 4 ein Schaltbild eines zweiten Aus führungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 5a bis 5e Signaldiagramme, die verschiedene Signalimpulse (C), (D), (E), (F) und (G) zeigen, die an verschiede nen Teilen der Anordnung von Fig. 4 auftreten, und

Fig. 6 und 7 Schaltbilder weiterer Ausführungs beispiele der Erfindung.

In herkömmlichen EDM-Schaltungsanordnungen wird eine Streukapazität im allgemeinen über dem EDM-Spalt zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück er zeugt, das durch eine dielektrische Flüssigkeit ge trennt ist, und sie liegt auch an den Zwischenflächen zwischen Bauelementen in der Spaltentladeschaltung vor. Es wurde beobachtet, daß die Spaltstreukapazität bis zu 100 pF oder mehr betragen kann, wenn die dielektri sche Flüssigkeit aus beispielsweise Kerosin mit einem spezifischen Widerstand von 10¹⁰ bis 10¹² Ohm · cm be steht und die Werkzeugelektrode einen Bearbeitungsbe reich über 4 cm² hat. Wenn Streukapazitäten an den ver schiedenen Zwischenflächen der Bauelemente eingeschlos sen sind, kann der Gesamtwert sogar 1 µF oder mehr er reichen. Dagegen wurde erkannt, daß eine über dem Arbeitsspalt erzeugte Impulsentladung einen verzerr ten Stromverlauf aufweist, wie dieser schematisch in Fig. 1 gezeigt ist. Der Erfinder ermittelte, daß dies auf der Streukapazität beruht, die in der Spaltentlade schaltung vorhanden ist. In Fig. 1 ist gezeigt, daß der Impuls aufweist einen Teil einer Stromgröße Ip und ei ner Zeitdauer τ ein, der erzeugt wird, wenn die Gleich strom-EDM-Strom- bzw. Spannungsversorgung mittels des Ein-Aus-Schalters gepulst ist, und einen Anfangsteil eines Spitzenstromes Ip ₁ (= Ip ₀ + Ip) und einer Zeit dauer τ ein, der an der Vorderflanke des Impulses auf grund der Streukapazität in der Spaltentladeschaltung auftritt. Der zusätzliche Strom Ip ₀ ist der Stromgröße Ip überlagert, um den Anfangsspitzenstrom Ip ₁ zu erzeu gen, und die Zeit τ ein ₁ ergibt sich aus:

Ip ₀ ∼ E√ (1)

τ ein ₁ ∼ E√ (2)

mit
C= Streukapazität, L= Induktivität und E= Quellenspannung.

Es ist zu ersehen, daß Ip ₁ und τ ein ₁ beide zunehmen, wenn die Streukapazität größer wird; ein Bearbeiten mit einem hohen Wert von C bedeutet ein großes Ip ₁, was eine starke Abweichung des effektiven Spitzenstroms I _peff vom voreingestellten Wert Ip bedeutet, was wiederum eine be deutende Veränderung in den Betriebseinstellungen zu ei nem gewünschten Bearbeitungsergebnis darstellt.

Es hat sich gezeigt, daß die Oberflächenrauhig keit gegeben ist durch:

R = K _R I _peff ^0,4 τ ein ^0,3 (3)

mit K _R = Konstante.

Die Abtragungsgeschwindigkeit ist gegeben durch:

W = K _W I _peff ^1,4 τ ein ^1,1 (4)

mit K _W = Konstante.

Somit ist ersichtlich, daß wesentliche Änderungen in diesen gewünschten EDM-Endergebnisfaktoren mit einer Änderung im effektiven Spitzenstrom I _peff verursacht wer den, die durch die Addition von Ip ₁ zum voreingestellten Wert Ip verursacht ist. Die Änderung oder Beeinflussung ist im allgemeinen insbesondere in End- oder Feinbearbei tungen groß, was auch für eine Drahtschneid- oder andere EDM-Bearbeitung gilt, die gewöhnlich Wasser (destilliert oder schwach leitend) als Arbeitsflüssigkeit be nutzt, die eine relativ hohe spezifische Dielektizi tätskonstante besitzt.

Die vorliegende Erfindung beabsichtigt eine neuar tige Anordnung, durch die der nachteilhafte Einfluß der Streukapazität in der Spaltentladeschaltung auf die Ober flächengüte und andere Bearbeitungsendergebnisfaktoren wirksam ausgeschlossen wird.

In Fig. 2 ist eine EDM-Schaltung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, wo bei das Vorliegen der schädlichen Streukapazität wirk sam verhindert ist. Die dargestellte Schaltung umfaßt eine herkömmliche EDM-Strom- bzw. Spannungsversorgung 1 mit einer Gleichstromquelle 2 und einem Leistungs schalter 3 in Reihe zur Gleichstromquelle 2 und einem EDM-Spalt G, der zwischen einer Werkzeugelektrode E und einem Werkstück W ausgeführt und mit einer dielek trischen Flüssigkeit gefüllt ist, die beispielsweise Kerosin, Transformatoröl oder destilliertes Wasser sein kann und von einer (nicht gezeigten) herkömm lichen dielektrischen Versorgungseinheit eingespeist wird. Die Werkzeugelektrode E rückt in das Werkstück W durch eine Servovorschubeinheit 4 vor, die so arbei tet, daß der Arbeitsspalt im wesentlichen konstant beibehalten wird.

Der Leistungsschalter 3 kann insbesondere eine Bank von Transistoren sein und wird über eine Verstärker stufe 5 durch von einem Oszillator 6 abgegebene Signal impulse erregt und dadurch wiederholt ein- und ausge schaltet, um eine Folge zeitlich beabstandeter und sich wiederholender Arbeitsimpulse am EDM- Spalt G zu liefern. Somit wird eine Folge zeitlich be abstandeter, sich wiederholender, lokalisierter und zu fällig verteilter elektrischer Bearbeitungsentladungen zwischen der Werkzeugelektrode E und dem Werkstück W am Bearbeitungsspalt G erzeugt, um Werkstoff vom Werkstück W gleichmäßig über dessen Oberfläche neben der Werkzeug elektrode E abzutragen. Die Ausgangsspannung der Gleich stromquelle 2 ist so eingestellt, daß die Überschlag spannung jedes Arbeitsimpulses auf einem gewünschten Wert ist, während ein veränderlicher Widerstand 7 in der Leistungsschaltung 1 derart einge stellt ist, daß eine gewünschte Stromgröße Ip jedes Arbeitsimpulses (Fig. 1) aufgebaut wird. Die Entladungsdauer oder Ein-Zeit τ ein sowie die Impuls-Aus-Zeit τ aus oder das Zeitintervall zwi schen aufeinander folgenden Arbeitsimpulsen wird grundsätzlich im Signalimpulsgeber 6 eingestellt.

Erfindungsgemäß umfaßt der Impulsgenerator 1 ei ne Entladeschaltung 8, die mit der Werkzeug elektrode E und dem Werkstück W parallel am Arbeits spalt G verbunden ist und einen Spaltnebenschluß schalter 9 aufweist. Dieser Schalter ist durch einen Transistor gezeigt, dessen Kollektor- und Emitterelektro den mit dem Werkstück W, dem Arbeitsspalt G und der Werkzeugelektrode E in Reihe mit einem Widerstand 10 verbunden sind, der den Schaltungswiderstand der Entladeschaltung 8 darstellt. Die Basiselektro de des Spaltnebenschlußschalters 9 ist durch eine dem Oszillator 6 für den Leistungsschalter 3 nachgeschalte te Phasenumkehrschaltung (Steuerschaltung) 11 erregbar gezeigt. Die Schal tung 11 ist so aufgebaut, daß sie auf aufeinander folgen de Signalimpulse (vgl. die Signale A in Fig. 3a) vom Oszillator 6 anspricht, aufeinander folgende Signal impulse (vgl. die Signale B in Fig. 3b) in Gegenphase hiermit erzeugt und den Spaltnebenschlußschalter 9 mit den Signalimpulsen B ein- und ausschaltet. Der Schalter 9 ist eingeschaltet, wenn der Schalter 3 ausgeschaltet ist. Der Schalter 9 ist ausgeschaltet, wenn der Schal ter 3 eingeschaltet ist. Als Konsequenz wird für jeden Bearbeitungsimpulszyklus die Ladung auf der Streukapa zität freigegeben oder entladen über die Entladeschaltung 8 bis zu dem Zeitpunkt, wenn die elektrische Bearbeitungsentladung durch das Einschalten des Leistungsschalters 3 beginnt. Dies schließt wirksam die beigefügte Stromkomponente Ip ₀ oder Ip ₁ (vgl. Fig. 1) aus und vermittelt dem Bearbeitungsentladungsstrom verlauf die gewünschte rechteckförmige Gestalt, die ge nau durch die Stromgröße Ip und die Impulsdauer τ ein festgelegt ist, die an den obenerwähnten Einstellungen im Impulsgenerator 1 eingestellt werden.

Die abgewandelte Schaltung in Fig. 4, in der einan der entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszei chen wie in Fig. 2 versehen sind, umfaßt eine Signal quelle 12 aus einem Oszillator, der Signalimpulse einer voreingestellten Ein-Zeit, Aus-Zeit und Frequenz liefert, wie dies durch C in Fig. 5a angegeben ist. Das Ausgangs signal des Oszillators 12 liegt an einer Differenzier schaltung 13 und an einer Phasenumkehrschaltung 14. Das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 13 ist durch D in Fig. 5b gezeigt und liegt am Spaltnebenschlußschal ter 9 und einer weiteren Phasenumkehrschaltung 15, deren Ausgangssignal durch E in Fig. 5c angedeutet ist. Das Aus gangssignal der Phasenumkehrschaltung 15 oder die Impul se E und das Ausgangssignal der Phasenumkehrschaltung 14, das durch Impulse F in Fig. 5d gezeigt ist, werden in einem UND-Gatter 16 gemischt, dessen Ausgangssignal einen Verlauf annimmt, wie dieser durch Impulse G in Fig. 5e dargestellt ist. Das Ausgangssignal des UND- Gatters 16 oder eine Folge von Signalimpulsen G liegt über einen Verstärker 5 am Leistungsschalter 3, um wie derholt diesen ein- und auszuschalten, und dies liefert eine Folge elektrischer Arbeitsimpulse über den EDM- Spalt G, um dadurch aufeinander folgende elektrische Be arbeitungsentladungen zwischen der Werkzeugelektrode E und dem Werkstück W zu bewirken, damit Werkstoff vom Werkstück W von dessen Oberfläche neben der Werkzeug elektrode E abgetragen wird. Es ist zu ersehen, daß je der D-Impuls an der Rückflanke jedes C-Impulses und da mit an der Vorderflanke jedes G-Impulses auftritt. Der Spaltnebenschlußschalter 9 wird in Leitung geschaltet und leitend gehalten, um den EDM-Spalt für eine Neben schlußzeitdauer τ 0 (Fig. 5b) unmittelbar vor dem Be ginn jedes Arbeitsimpulses G kurzzuschließen. So mit wird für jeden Arbeitsimpulszyklus G die La dung auf der Streukapazität freigegeben oder entladen über die kurzgeschlossene Entladeschaltung 8 bis zu dem Zeitpunkt, wenn die elektrische Bearbeitungs entladung durch das Einschalten des Leistungsschalters 3 beginnt. Jeder Spaltnebenschlußimpuls D endet, wenn der Leistungsschalter 3 eingeschaltet wird. Es hat sich gezeigt, daß eine kurze Zeitdauer τ 0 von 10 bis 100 ns des Spaltnebenschlußimpulses D ausreichend und vorteilhaft ist, um ein vollständiges Entladen der elektrischen La dung auf der Streukapazität zu bewirken, die 100 bis 1000 pF in der Spaltentladeschaltung beträgt. Das Zeit konstantennetzwerk für die D-Impulsbestimmungsschaltung sollte entsprechend voreingestellt sein. Es ist ersicht lich, daß jeder D-Impuls nach einer festen Verzögerungs zeit ausgelöst oder getriggert wird, die dem Abschluß jedes Arbeitsimpulses G folgt und die hier gleich der Zeitdauer τ 1 der Signalimpulse C ist. Der wirksame Ausschluß der zugesetzten oder addierten Stromkomponente Ip ₀ oder Ip ₁ in Fig. 1 wird im Ausführungsbeispiel von Fig. 4 wieder erzielt, um jede Bearbeitungsentladungs stromform rechteckförmig mit einer Stromgröße Ip und einer Impulsdauer zu versehen, die genau in den Einstell schaltungen eingestellt sind.

Der Impulsgenerator zum Anlegen einer Folge zeitlich beabstandeter, sich wiederholender Arbeitsimpulse an den Arbeitsspalt G kann auch in der in Fig. 6 oder in Fig. 7 dargestellten Weise ausgeführt sein. In die sen Figuren sind wiederum einander entsprechende Bau teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorher gehenden Figuren versehen.

Die Schaltung von Fig. 6 umfaßt eine Gleichstrom quelle 2, einen Speicherkondensator 17, der parallel zur Gleichstromquelle 2 und zum EDM-Spalt G liegt, und einen Leistungsschalter 3 in Reihe zwischen der Gleich stromquelle 2 und dem Kondensator 17. Der Leistungsschal ter 3 wird wiederholt ein- und ausgeschaltet mit Signal impulsen, die von einem Oszillator 6 abgegeben sind, um periodisch den Kondensator 17 aufzuladen und die dort gespeicherte Ladung in jedem Ladezyklus über den EDM- Spalt entladen zu lassen, damit dort eine Folge zeitlich beabstandeter, sich wiederholender Impulse erzeugt wird. In dieser Anordnung ist ein monostabiler Multivibrator (Monoflop) 18 vorgesehen, der auf jeden Signalimpuls des Oszillators 6 anspricht, um einen Kurzzeitimpuls einer Zeitdauer von 10 bis 100 ns zu erzeugen und da durch den Spaltnebenschlußschalter 9 leitend zu machen. Der Schalter 9 wird in Leitung geschaltet und leitend ge halten für die Kurzzeitperiode dieser Zeitdauer, die an der Vorderflanke jedes Signalimpulses des Oszillators 6 auftritt. Wenn jeder Signalimpuls endet, wird die Ladung auf dem Speicherkondensator 17 über den Arbeitsspalt G entladen. Das Entladen des Kondensators 17 endet in ei nem Zeitpunkt vor dem Einschalten des Leistungsschalters 3 oder bevor ein Signalimpuls vom Oszillator aufgebaut wird. Wenn dieser Signalimpuls auftritt, beginnt sich der Kondensator 17 zu laden. Es ist offenbar, daß dies nach dem Abschluß des Entladens des Kondensators 17 und vor dem Ladungsspannungsaufbau am Kondensator 17 ist, wo bei der Kurzschlußimpuls vom Monoflop 18 abgegeben wird und den Spaltnebenschlußschalter 9 leitend macht und hält, damit der EDM-Spalt über die Spaltnebenschluß schaltung 8 kurzgeschlossen wird. Als Ergebnis wird für jeden Bearbeitungsimpulszyklus die Ladung auf der Streukapazität in der Spaltentladeschaltung frei gegeben oder entladen über die kurzgeschlossene Entladeschaltung 8 bis zu dem Zeitpunkt, wenn die elektrische Bearbeitungsentladung durch Entladen des Kondensators 17 über den Arbeitsspalt G beginnt.

Die Schaltung von Fig. 7 umfaßt eine Gleichstrom quelle 2, einen Transformator 19 mit einer Primärwicklung 19 a, die in Reihe mit der Gleichstromquelle 2 über ei nen Leistungsschalter 3 liegt, und mit einer Sekundär wicklung 19 b, einen Speicherkondensator 17, der parallel zur Sekundärwicklung 19 a des Transformators 19 und dem EDM-Spalt G vorgesehen ist, sowie eine Diode 20, die in Reihe zwischen der Sekundärwicklung 19 b und dem Speicherkondensator 13 geschaltet ist. Der Leistungsschalter 3 wird wiederholt ein- und ausgeschaltet mit einer Folge von Signalimpul sen, die von einem Oszillator 6 abgegeben sind, um eine Folge von Ausgangsimpulsen an die Primärwicklung 19 a des Transformators 19 zu legen. Der Transformator 19 entwickelt auf seiner Sekundärwicklung 19 b transformierte Zweirich tungsausgangsimpulse, die durch die Diode 20 in eine Fol ge von einseitig gerichteten Impulsen gleichgerichtet werden. Der Speicherkondensator 17 wird periodisch mit den zuletzt genannten Impulsen aufgeladen, und die im Kondensator 17 gespeicherte Ladung wird in jedem Lade zyklus über den EDM-Spalt G entladen, um eine Folge zeit lich beabstandeter und sich wiederholender Arbeitsimpulse dort zu erzeugen. Es ist zu ersehen, daß die Ladeimpulse, von denen jeder synchron mit der Rückflanke jedes Signalim pulses vom Oszillator ist, am Speicherkondensator 17 liegen. In diesem Fall kann der Spaltnebenschlußschal ter 9 in Leitung geschaltet und leitend für die Zeit dauer jedes Signalimpulses vom Oszillator 6 gehalten werden. In jedem Zyklus endet das Entladen des Konden sators 17 vor dem Einschalten des Leistungsschalters 3 oder bevor jeder Signalimpuls des Oszillators 6 auf tritt. Wenn dieser Signalimpuls endet, beginnt der Kon densator 17 ein Laden abhängig vom entsprechenden Aus gangsimpuls, der an der Sekundärwicklung 19 b des Trans formators 19 auftritt. Es ist so ersichtlich, daß der Spaltnebenschlußschalter 9 leitend gehalten wird, um den Arbeitsspalt G über die Entladeschal tung 8 kurzzuschließen nach einer Verzögerungszeit, die dem Abschluß jedes Entladens des Speicherkondensators 17 oder jedem Arbeitsimpuls folgt, und vor einem Beginn jedes Ladens des Kondensators 17 und damit un mittelbar vor dem Beginn jedes Arbeitsimpulses.

Wenn die Kopplung des Transformators 19 so erfolgt, daß jeder Ladeimpuls für den Speicherkondensator 17 synchron mit der Vorderkante jedes Signalimpulses vom Oszillator 6 auftritt, kann eine Phasenumkehrschaltung 11 zwischen dem Oszillator 6 und dem Spaltnebenschluß schalter 9 vorgesehen werden. In diesem Fall wird der Spaltnebenschlußschalter 9 in Leitung geschaltet und leitend gehalten für die Zeitdauer des Zeitintervalles zwischen aufeinander folgenden Signalimpulsen des Os zillators 6. In jedem Zyklus endet das Entladen des Kon densators 17 vor dem Einschalten des Spaltnebenschluß schalters 9. Somit wird hier wiederum der Spaltneben schlußschalter 9 eingeschaltet und leitend gehalten, um den Arbeitsspalt G über den Spaltnebenschluß schalter 9 kurzzuschließen nach einer Verzögerungszeit, die dem Abschluß jedes Entladens des Speicherkondensators 17 oder jedem Arbeitsimpuls folgt, und vor einem Beginn jedes Ladens des Kondensators 17 und damit un mittelbar vor einem Beginn jedes Arbeitsimpulses.

Es ist zu ersehen, daß die Erfindung wirksam den nachteilhaften Einfluß der Streukapazität in der Spalt entladungsschaltung verhindert. Das erfindungsgemäße Verfahren nebst Schaltung ist äußerst vorteilhaft für eine EDM-Opera tion in einem feinen und ultrafeinen Endbearbeitungs bereich mittels Arbeitsimpulsen einer Ein-Zeit oder Impulsdauer von 0,1 bis 10 µs. Beispielsweise wurde beim Bearbeiten eines Stahlwerkstückes mit einer Kupferwerkzeugelektrode und mittels einer Folge von elek trischen Arbeitsimpulsen mit einer Impuls-Ein-Zeit τ ein und einer Aus-Zeit τ aus von jeweils 3 µs und einer Stromgröße von 2 A erkannt, daß die Erfindung ei ne EDM-Oberflächenrauhigkeit von 2,5 µ Rmax und eine relative Elektrodenabnutzung (E/W) pro Volumen von 0,4% liefert. Dies stellt eine merkliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar, der lediglich eine Oberflächenrauhigkeit und eine relative Elektrodenab nutzung von 4,8 µ Rmax bzw. 2,4% erlaubt.

Claims

1. Verfahren zum funkenerosiven Bearbeiten eines elektrisch leitenden Werkstücks, gekennzeichnet durch Entladen einer elektrischen Ladung, die aufgrund einer durch die Werkzeugelektrode (E) und das Werkstück (W) gebildeten Streukapazität am Arbeitsspalt (G) gespeichert ist, über eine Entladeschaltung (8) parallel zum Arbeits spalt (G) unmittelbar vor Beginn eines jeden Arbeitsimpulses zwecks Steigerung der Oberflächengüte des Werkstücks (W).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Ladung über einen in der Entladeschaltung (8) enthaltenen Nebenschlußschalter (9) entladen wird, wozu der Nebenschlußschalter (9) in den leitenden Zustand geschaltet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenschlußschalter (9) in den leitenden Zustand erst nach einer vorbestimmten Verzögerungszeit im Anschluß an das Ende des unmittelbar vorhergehenden Arbeitsimpulses geschaltet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenschlußschalter (9) in einem leitenden Zu stand für eine vorbestimmte Zeitdauer gehalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer zwischen 10 und 100 ns beträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Arbeitsimpulse am Arbeitsspalt (G) liegen, indem ein in Reihe mit einer Gleichstromquelle (2), der Werkzeugelektrode (E) und dem Werkstück (W) liegender Lei stungsschalter (3) wiederholt ein- und ausgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenschlußschalter (9) in einen nicht leitenden Zustand im wesentlichen gleichzeitig mit dem Einschalten des Leistungsschalters (3) geschaltet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenschlußschalter (9) im leitenden Zustand für eine Zeitdauer zwischen 10 und 100 µs gehalten wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als dielektrische Flüssigkeit im Arbeitsspalt (G) Kerosin mit einem spezifischen elektrischen Widerstand im Bereich zwischen 10² und 10¹² Ohm · cm verwendet wird.

9. Schaltung zum funkenerosiven Bearbeiten eines elektrisch leitenden Werkstücks, gekennzeichnet durch eine Entladeschaltung (8) zum Entladen einer elektrischen Ladung, die aufgrund einer durch die Werkzeugelektrode (E) und das Werkstück (W) gebildeten Streukapazität am Arbeits spalt (G) gespeichert ist, wobei die Entladeschaltung (8) aus einem zwischen Werkzeugelektrode (E) und Werkstück (W) geschalteten Nebenschlußschalter (9) und aus einer Steuer schaltung (11), die den Nebenschlußschalter (9) unmittelbar vor Beginn eines jeden Arbeitsimpulses kurzzeitig ein schaltet, besteht.

10. Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (11) betreibbar ist, um den Neben schlußschalter (9) in den leitenden Zustand erst nach einer vor bestimmten Verzögerungszeit im Anschluß an das Ende des un mittelbar vorhergehenden Arbeitsimpulses zu schalten.

11. Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (11) betreibbar ist, um den Nebenschlußschalter (9) im leitenden Zustand für eine vorbestimmte Zeitdauer zu halten.

12. Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladeschaltung (8) zum Entladen weiterhin eine Zeiteinstelleinrichtung aufweist, um die Zeitdauer in dem Bereich zwischen 10 und 100 ns einzustellen.

13. Schaltung nach Anspruch 9, mit einem Impulsgenerator zum aufeinanderfolgenden, zeitlich beabstandeten und sich wiederholenden Legen von Arbeitsimpulsen an den Arbeits spalt (G), dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator aufweist:

- eine Gleichstromquelle (2),
- einen Leistungsschalter (3) in Reihe mit der Gleich stromquelle (2), der Werkzeugelektrode (E) und dem Werkstück (W) und
- einen Impulsgeber (5) zum wiederholten Ein- und Aus schalten des Leistungsschalters (3), damit die auf einander folgenden Arbeitsimpulse am Arbeitsspalt (G) erzeugt werden,
- wobei die Steuerschaltung (11) betreibbar ist, um den Nebenschlußschalter (9) in einen nicht leitenden Zustand im wesentlichen gleichzeitig mit dem Einschalten des Leistungsschalters (3) zu schalten.

14. Schaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (11) betreibbar ist, um den Neben schlußschalter (9) in den leitenden Zustand im wesentli chen gleichzeitig mit dem Ausschalten des Leistungsschal ters (3) zu schalten.

15. Schaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (11) betreibbar ist, um den Neben schlußschalter (9) in den leitenden Zustand erst nach einer vorbestimmten Verzögerungszeit im Anschluß an das Aus schalten des Leistungsschalters (3) zu schalten, der den Arbeitsimpuls unmittelbar vor jedem Arbeitsimpuls beendet.

16. Schaltung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (11) betreibbar ist, um den Neben schlußschalter (9) im leitenden Zustand für eine vorbe stimmte Zeitdauer zu halten.

17. Schaltung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine der Steuerschaltung (11) zugeordnete Zeiteinstell einrichtung zum Einstellen der Zeitdauer im Bereich zwi schen 10 und 100 ns.

18. Schaltung nach Anspruch 9, mit einem Impulsgenerator zum aufeinander folgenden, zeitlich beabstandeten und sich wiederholenden Legen von Arbeitsimpulsen an den Arbeits spalt (G), dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator aufweist:

- eine Gleichstromquelle (2),
- einen Kondensator (17) parallel zur Gleichstromquelle (2) und zum Arbeitsspalt (G),
- einen Ladeschalter (3) in Reihe mit der Gleichstrom quelle (2) und dem Kondensator (17) und
- einen Impulsgeber (6) zum wiederholten Ein- und Aus schalten des Ladeschalters (3), damit der Kondensator (17) wiederholt durch die Gleichstromquelle (2) aufge laden und die Ladung auf dem Kondensator (17) über dem Arbeitsspalt (G) entladen wird,
- wobei die Steuerschaltung betreibbar ist, um den Neben schlußschalter (9) in einen leitenden Zustand zu schalten und diesen in einem leitenden Zustand für eine vorbestimmte Zeitdauer unmittelbar vor dem Einschalten des Ladeschalters (3) zu halten.

19. Schaltung nach Anspruch 9, mit einem Impulsgenerator zum aufeinander folgenden, zeitlich beabstandeten und sich wiederholenden Legen von Arbeitsimpulsen an den Ar beisspalt (G), dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator aufweist:

- eine Gleichstromquelle (2),
- einen Transformator (19) mit einer Primärwicklung (19 a), die über einen Leitungsschalter (3) mit der Gleichstrom quelle (2) verbunden ist, und mit einer Sekundärwicklung (19 b),
- einen Kondensator (17) parallel zur Sekundärwicklung (19 b) und zum Arbeitsspalt (G),
- ein Diodenelement (20) zwischen der Sekun därwicklung (19 b) und dem Kondensator (17) und
- einen Impulsgeber (6) zum wiederholten Ein- und Aus schalten des Leistungsschalters (3).

20. Schaltung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (11) betreibbar ist, um den Neben schlußschalter (9) in einen leitenden Zustand im wesent lichen in Phase mit dem Einschalten des Leistungsschalters (3) zu schalten.

21. Schaltung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (11) betreibbar ist, um den Neben schlußschalter (9) in einen leitenden Zustand im wesent lichen in Phase mit dem Ausschalten des Leistungsschalters (3) zu schalten.