DE3204838A1

DE3204838A1 - Speisungseinheit fuer eine elektrische entladungsbearbeitungsmaschine

Info

Publication number: DE3204838A1
Application number: DE19823204838
Authority: DE
Inventors: Yoshio Nagoya Aichi Ozaki; Kazuo Tsurumoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1981-02-13
Filing date: 1982-02-11
Publication date: 1982-09-16
Also published as: CH656818A5; JPS6150737B2; DE3204838C2; US4447713A; JPS57138530A

Description

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MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA . '

Tokyo / JAPAN
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Speisungscinheit für eine elektrische Entladungsbearbeltungsmaschine

Die Erfindung betrifft eine Speisungseinheit für eine elektrische Entladungsbearbeitungsmaschine, speziell für eine Drahtschneidetype.

Bei herkömmlichen Speisungseinheiten dieser Art, wie sie in Fig. 1(a) gezeigt sind/ wird der Strom einer Gleichstromquelle 10 über einen Widerstand 12 und eine Schalteinrichtung 14 einem Entladekondensator 16 zugeführt, wodurch die Spannung an dessen Anschlußklemmen steigt. Wenn die Spannung soweit angestiegen ist, daß die Isolation im Bearbeitungsspalt zwischen einer Drahtelektrode 18 und einem Werkstück 20 nicht mehr ausreicht, dann wird in Form einer elektrischen Entladung (oder einer Funkenentladung) die im Kondensator 16 gespeicherte Energie entladen, was sich im Bearbeitungsspalt abspielt, wodurch die elektrische Energie umgewandelt wird, durch die das Werkstück 20 bearbeitet wird. Die Schalteinrichtung 14 enthält ein Halbleiterschaltelement wie einen Transistor, das durch ein Impulssignal von. einem Oszillator 22 periodisch geöffnet und geschlossen wird.

Die Wellenform von Spannung und Strom, die dem Bearbeitungsspalt über die Schaltanordnung 14 zugeführt werden, sind nicht immer konstant, wie dies die Figuren 1(b) und 1(c) zeigen. Mit anderen Worten, sie ändern sich. Diese Änderungen haben folgende Gründe: In den Bearbeitungsspalt wird

eine Bearbeitungslösung im allgemeinen eingespritzt, und durch die Bearbeitung entstandene Metallpartikel liegen im Spalt. Dadurch ändern sich über die Zeit gesehen die elektrischen Isolationsbedingungen, so daß -jederzeit unterschiedliche Entladungseinsatzspannungen herrschen. Damit ist auch die bei jedem Mal sich entladende Energie verschieden. Aufgrund dieser Schwankungen besteht geringe Aussicht, die Bearbeitungsgenauigkeit und die Oberflächenrauhigkeit mit einer herkömmlichen Speisungseinheit gemäß Fig. 1(a) zu verbessern. Um die Bearbeitungsgeschwindigkeit erhöhen zu können, ist eine Steigerung der Entladungsenergie wesentlich. Aus diesem Grund ist es nötig, entweder die Kapazität den Kondensators 16 oder die Ausgangsspannung E der Gleichstromquelle 10 anzuheben. Das Vergrößern der Kapazität oder das Erhöhen der Ausgangsspannung kann aber, wie es durchaus bekannt ist, zu einem Brechen der Drahtelektrode 18 führen. Aus diesem Grund ist auch eine Erhöhung der Bearbeitungsgeschwindigkeit mit der herkömmlichen Speisungseinheit begrenzt.

Ein weiteres Beispiel einer herkömmlichen Speisungseinheit ist so aufgebaut, wie es die Fig. 2(a) zeigt. Bei dieser Einheit wird kein Entladungskondensator 16 eingesetzt, und die abgegebene Energie der Gleichstromquelle 10 wird über eine Schaltungsanordnung 14 unmittelbar dem Bearbeitungsspalt zugeführt. Da in dieser Einheit kein Entladungskondensator vorhanden isL·, muß der Entladungsstrom einen hohen Spitzenwert und eine kleine Impulsbreite haben. Aus diesem Grunde muß ein großer Entladungsimpulsstrom mit einem ziemlich abrupten Übergangsphänomen direkt dem Bearbeitungsspalt zugeleitet werden. Dies in der Praxis durchzuführen, ist jedoch ziemlich schwierig, da Grenzen durch die Schaltgeschwindigkeitscharakteristik oder die Scheitelwertkapazität des Halbleiterschaltelementes gesetzt sind und auch

die verteilte Impedanz der Stromführungsbahnen ihren Einfluß hat. Somit sind die Wellenformen von Strom und Spannung bei der in Fig. 2(a) gezeigten Einheit unterschiedlich, wie es die Figuren 2(b) und 2(c) zeigen. Wegen der bereits oben genannten Schwierigkeiten stößt eine Erhöhung der Bearbeitungsgeschwindigkeit zusätzlich auf Grenzen.

Im Hinblick auf das vorstehend Geschilderte liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Speisungseinheit für eine elektrische Entladungsbearbeitungsmaschine zu schaffen, die auch dann, wenn sich die Bedingungen im Bearbeitungsspalt zeitlich ändern, eine relativ gleichförmige Entladungsenergie zuführen kann, wodurch_sich die Bearbeitungsgeschwindigkeit und -genauigkeit verbessern lassen.

Die Erfindung besteht darin, eine Speisungseinheit für eine elektrische Entladungsbearbeitungsmaschine zu schaffen, in der intermittierende Lichtbogenentladung im Bearbeitungsspalt zwischen einer Elektrode und einem Werkstück statt- findet, um das Werkstück zu bearbeiten, bei welcher die Einheit gemäß der Erfindung durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist: eine erste Gleichstromquelle,' deren Spannung verändert werden kann; eine Hilfsschalteinrichtung, die durch ein periodisches Impulssignal geöffnet und geschlossen wird, um die von der ersten Gleichstromquelle an den Bearbeitungsspalt abgegebene elektrische Leistung zu steuern; eine zweite Gleichstromquelle, deren Ausgangsspannung höher als die der ersten Gleichstromquelle ist; eine Hauptschalteinrichtung mit einem Halbleiterschaltelement, das geöffnet und geschlossen wird, um das Zuführen der Abgabeleistung der zweiten Gleichstromquelle an den Bearbeitungsspalt zu steuern, wobei die Scheitelstrom-Zuführkapazität größer als bei der Hilfsschalteinrichtung ist; und eine Diskriminatoreinrichtung, die die elektrischen Bedingungen im Bearbei-

tungsspalt feststellt, wenn eine bestimmte Zeitspanne verstrichen ist, nachdem die Ausgangsspannung der ersten Gleichstromquelle an" den Bearbeitungsspalt angelegt ist, um den Zustand im Bearbeitungsspalt zu erkennen, wobei die Hauptschalteinrichtung entsprechend dem Ausgangssignal der Diskriminatoreinrichtung geöffnet und geschlossen wird.

Die Zeichnung zeigt im einzelnen:

Fig. 1(a) das Schaltbild einer Ausführungsform

einer herkömmlichen Speisungseinheit für eine elektrische Entladungsbearbeitung smaschine;

Fig. 1(b) und 1(c) Wellenformen von Arbeitsspannung und

Arbeitsstrom der Einheit aus Fig. 1 (a) ;

Fig. 2(a) ein zweites Ausführungsbeispiel

einer bekannten Speisungseinheit

in Form eines Schaltbildes;

Fig. 2(b) und 2(c) Wellenformen von Arbeitsspannung und Arbeitsstrom der in Fig. 2(a) gezeigten Speisungseinheit;

Fig.; 3 das Schaltbild einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Speisungseinheit für eine elektrische Entladungsbearbeitungsmaschine;

Fig. 4(a) - 4 (g) Wellenformen zum Beschreiben der

_ Funktionsweise verschiedener Teile

der Einheit der Fig. 3;

Fig. 5 das Schaltbild einer modifizierten

Speisungseinheit gemäß Fig. 3.

Das erste Ausführungsbeispiel wird nun in Verbindung mit den Figuren 3 und 4 beschrieben.

Die Speisungseinheit weist gemäß Fig. 3 eine erste Gleichstromquelle 24 auf, deren Spannung verstellbar ist, und eine zweite Gleichstromquelle 26. Gewöhnlich ist die Spannung E- der ersten Gleichstromquelle 24 kleiner als die Spannung E₂ der zweiten Gleichstromquelle 26 (E₁ < E₂). Die Leistungsabgabe von der ersten Gleichstromquelle 24 wird durch eine Hilfsschalteinrichtung 28 gesteuert, während die Leistungsabgabe der zweiten Gleichstromquelle 26 durch eine Hauptschalteinrichtung 30 gesteuert wird. Die Schalteinrichtungen 28 und 30 werden durch Halbleiterschalter mit hoher Stromkapazität gebildet. Aus Gründen der Einfachheit der Darstellung ist die Hauptschalteinrichtung 30 als Transistor dargestellt, wenngleich sies tatsächlich aus einer Anzahl sehr schnell schaltender Schalttransistoren mit großer Stromkapazität aufgebaut ist, um eine große Schaltkapazität zu erhalten. Die Einrichtung weist gemäß Fig. 3 einen selbstschwingenden Oszillator 32 auf, der periodisch ein Impulssignal erzeugt. Eine Verzögerungs- und Differenzierschaltung 34 ist an den Ausgang des Oszillators 32 angeschlossen. Ferner enthält die Schaltung der Einheit ein UND-Gatter 36, einen Monovibrator 38, der aufgrund des Anstiegs des Ausgangssignals des UND-Gatters 36 arbeitet, einen Shunt-Widerstand 40, einen Differentialverstärker 42, der den Strom im Widerstand 40 aufgrund der am Widerstand abfallenden Spannung feststellt und diese verstärkt, und eine Diskriminatorvorrichtung 44, die aufgrund des Ausgangssignals de? Verstärkers 4 2 einen Ausgangswert der logischen Größen "1" oder "0" erzeugt. In Reihe mit den Gleichstrom-

quellen 24 und 26 liegen Rückstromsperrdioden 46 und 48. Die Diskriminatoreinrichtung 44 ist so ausgelegt, daß sie entsprechend der am Shunt-Widerstand 40 auftretenden Spannung die Änderungen feststellt, die während einer elektrisehen Entladung im Bearbeitungsspalt zwischen der Drahtelektrode 18 und dem Werkstück 20 auftreten, und infolgedessen die bereits genannten Ausgangswerte mit H- oder L-Pegcl hervorbringt. Die Hilfsschalteinrichtung 28 wird durch das Impulssignal vom Oszillator periodisch betätigt (geöffnet und geschlossen). Die Hauptschalteinrichtung 30 wird durch das Ausgangssignal des Monovibrators 38 betätigt.

Die Diskriminatoreinrichtung 44 hat zwei Bezugsspannungen E ^ und E ₂ (0<E .. < E „) , mit denen die Eingangs spannung

E. verglichen wird. Die Bezugsspannungen werden so gewählt, daß sie der Bedingungen (E ₁ <^E. <E ₉) genügen, wenn die Eingangsspannung E. einen Wert hat, der auftritt, wenn eine normale elektrische Entladung stattfindet (Fig. 4). Die Diskriminatoreinrichtung 44 erzeugt den Ausgangspegel "1", wenn E ₁-C E. <. E „ ist. Ist E „ -C E. , dann findet keine elektrische Entladung statt, und die Diskriminatoreinrichtung ' 44 bringt den Ausgangspegel "0" hervor. Ist E_i< E₃₁, dann berührt die Elektrode das Werkstück, und die Diskriminatorvorrichtung 44 erzeugt den Ausgangspegel "0".

Die Arbeitsweise der Speisungseinheit gemäß Fig. 3 wird nun mit Bezug auf die Wellenformdiagramme der Figuren 4(a) bis 4(g) beschrieben.

Der Ausgangswert S₃ (Fig. 4 (d)) der Diskriminatoreinrichtung 44 und der Ausgangswert S₂ (Fig.4(c)) der Verzögerungs- und Differenzierschaltung 34, der vom Signalausgang S₁ (Fig. 4(b)) des Oszillators 32 abgeleitet wird, sind Eingangssignale des UND-Gatters 36. Das sich daraus ergebende Ausgangssignal S₄ (Fig. 4(e)) dient zum Triggern des Monovibrators

38 . Der Ausgangswert S₅ (Fig. 4(f)) des so getriggerten Monovibrators 38 dient zum Schließen der Hauptschalteinrichtung 30.

Somit wird die Hilfsschalteinrichtung 28 geöffnet, um an den Bearbeitungsspalt die Spannung E₁ anzulegen. Nach Ablauf einer Verzögerungszeit T., nach Zuführung der Spannung E₁ kann die Hauptschalteinrichtung 3 0 betätigt werden, was davon abhängt, ob eine elektrische Entladung stattfindet oder nicht.

Genauer gesagt, nur wenn eine elektrische Entladung normalerweise aufgrund der Ausgangsspannung E₁ während der Zeit T, stattfindet, liefert die zweite Gleichstromquelle 26 eine relativ hohe Ausgangsspannung und einen hohen Scheitelstrom im Anschluß daran, um die elektrische Entladung für die Dauer der Abgabezeit T₀ des Monovibrators 38 aufrechtzuerhalten. Da die elektrische Entladung von der zweiten Gleichstromquelle in der beschriebenen Weise fortgesetzt wird, wird ein großer Scheitelstrom im Bearbeitungsspalt unmittelbar von Beginn der elektrischen Entladung an zugeführt. Somit ist, auch wenn die elektrischen Bedingungen im Bearbeitungsspalt sich ändern, die Wellenform des Entladungsstroms I gleichmäßig, wie in Fig. 4(g) gezeigt, und es kann ein hoher Scheitelstrom zugeführt werden. In diesem Fall übersteigt die zugeführte Spannung V nicht die Spannung E₁ der ersten Gleichstromquelle, wie in Fig. 4(a) gezeigt. Somit kann durch Wahl der Spannung E₁ der ersten Gleichstromquelle 24 die Entladungseinsatzspannung unabhängig von der Entladungsenergie gewählt werden. Die Entladungseinsatzspannung kann also auf einen geeigneten Wert eingestellt werden, durch den kein Bruch des Elektrodendrahtes auftreten kann.

Gegenüber dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind Abwandlungen möglich.

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So ist beispielsweise in der Fig. 5 eine abgewandelte Form dar Speisungseinheit der Fig. 3 dargestellt. Bei dieser wird der Zustand zwischen den Elektroden gemäß der Spannung im Spalt V erfaßt. Der Differentialverstärker 4 2 ist direkt mit der drahtförmigen Elektrode 18 und dem Werkstück 20 verbunden, während der Diskriminatorkreis 44 arbeitet, um zwischen Normalbetrieb, Kurzschluß und entladungslosem Zustand gemäß der Ausgangsgröße des Differentialverstärkers 42 zu unterscheiden.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß die erfindungsgomäße Speisungsoinheit für eine elektrische Entladungsbcarbeitungsmasehine relativ gleichmäßig Entladungsenergie auch dann zuführen kann, wenn sich die Verhältnisse im Entladungsspalt zeitlich ändern. Damit läßt sich mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einheit die Genauigkeit bei der Bearbeitung verbessern, was sich speziell auf die Oberflächenrauhigkeit des Werkstücks auswirkt, und die Bearbeitungsgeschwindigkeit kann gesteigert werden.

Claims

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MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA
Tokyo / JAPAN
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Speisungseinheit für eine elektrische Entladungsbearbeitung smas chine

Patent a ns ρ r ü c h e

MJ Speisungseinheit für eine elektrische Entladungsbearbeitungsmaschine, in der intermittierend in einem Bearbeitungsspalt zwischen einer Elektrode und einem zu bearbeitenden Werkstück eine Lichtbogenentladung hervorgerufen wird, gekennzeichn et d u r c h folgende Merkmale:

eine erste Stromquelle (24), deren Spannung einstellbar ist; eine Hilfsschalteinrichtung zum Steuern der Stromabgabe von der ersten Stromquelle (24) zum Bearbeitungsspalt, wobei die Hilfsschalteinrichtung (28) aufgrund eines periodischen Impulssignals geöffnet und geschlossen wird; eine zweite Stromquelle (26), deren Ausgangsspannung über der der ersten Stromquelle (24) liegt; eine Hauptschalteinrichtung (30) zum Steuern der Stromabgabe von der zweiten Stromquelle (26) zum Bearbeitungsspalt," die ein Halbleiterschaltelement enthält, dessen Scheitelstromkapazität größer als die der Hilfsschalteinrichtung (28) ist;

eine Diskriminatorvorrichtung (44), die den elektrischen Zustand des Bearbeitungsspaltes nach Ablauf einer bc5>timmten Zeitspanne nach dem Anlegen der Spannung der ersten GIeichstromquelle (24) an den Bearbeitungsspalt ermittelt, wobei

die Hauptschalteinrichtung (30) in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal der Diskriminatoreinrichtung (44) geöffnet und geschlossen wird.
2. Speisungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Oszillator (32) das periodische Impulsssignal erzeugt.
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3. Speisungseinheit nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch

ein UND-Glied (36) und Verzögerungs- und Differenziermittel (34), die das periodische Impulssignal erhalten und ein verzögertes Ausgangssignal erzeugen, das einem Eingang des UND-Gliedes (36) zuführbar ist.
4. Speisungseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß das Ausgangssignal der Diskriminatoreinrichtung (44) das zweite Eingangssignal des UND-Gliedes (36) darstellt und die Diskriminatoreinrichtung (44) bei normaler elektrischer Entladung in der Entladungsbearbeitungsvorrichtung ein H-Pegel-Ausgangssignal hat.
5. Speisungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Diskriminatoreinrichtung eine Eingangsspannung mit zwei Bezugsspannungen vergleicht, die so gewählt sind, daß der Bereich zwischen ihnen einer normalen elektrischen Entladung in der Bearbeitungsvorrichtung entspricht.
6. Speisungseinheit nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch

einen das Ausgangssignal des UND-Gliedes (36) aufnehmenden Monovibrator (38) , der im getriggerten Zustand die Hauptschalteinrichtung (30) schließt.
7. Speisungseinheit nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

einen Shunt-Widerstand (40) , der elektrisch mit dem Werkstück verbunden ist, und einen Verstarker (4 2), der über den Widerstand verbunden ist, wobei eine Ausgangsgröße des Verstärkers (42) einem Eingang der Diskriminatoreinrichtung (44) zuführbar ist.
8. Speisungseinheit nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

einen Verstärker (42), der über den Bearbeitungsspalt verbunden ist, wobei eine Ausgangsgröße des Verstärkers (42) einem Eingang der Diskriminatoreinrichtung (44) zuführbar ist.