DE3326582C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Funkenerosions­ maschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Die Streukapazität speichert elektrische Energie, die bei jeder Entladung zurückgegeben wird, was im Falle von Bearbeitungen mit hoher Intensität nicht stört, das heißt beim Schruppen. Bei Feinbearbeitung verhindert es die zurückgegebene Energie, mit Entladungen zu arbeiten, deren Maximalstrom viel kleiner ist als der maximale Entladungsstrom, der von Streukapazität geliefert wird.

Es wurden bereits verschiedene Lösungen vorgeschlagen, um den Oberflächenzustand bei der Feinbearbeitung soweit wie möglich zu verbessern. Insbesondere wurde vorgeschlagen, den Leistungsgenerator abzuschalten, der zum Schruppen und zum Halbfeinbearbeiten notwendig ist und an seiner Stelle einen Generator geringerer Leistung zu verwenden, der nur eine geringe Ausgangskapazität hat. Man versuchte gleichermaßen, die Kapazität der Leitung so weit wie möglich zu verringern, die den Generator mit den Elektroden verbindet und es wurden verschiedene Maßnahmen zur Steuerung der Form jedes Strom­ impulses vorgeschlagen, um insbesondere eine Anstiegsflanke mit relativ geringer Neigung zu erhalten. Eine solche Steuerung zur Beeinflussung der Anstiegsflanke der Strom­ impulse ist in der DE-OS 31 16 857 beschrieben. Wesentlicher Bestandteil ist eine Induktivität, die in dem Entladungs­ stromkreis des Generators in Reihe angeordnet ist. Dieser Induktivität ist ein Widerstand parallel geschaltet, über den sich die gespeicherte Energie der Induktivität entlädt, nachdem der Entladungskreis abgeschaltet wurde, um die Im­ pulsbreite zu begrenzen. Damit ist die schädliche Wirkung der Streukapazität zwischen Elektrodenhalter und Maschinen­ gestell nicht zu beeinflussen.

Diese diversen Vorschläge haben nur einen begrenzten Effekt, weil man letztlich immer durch die vorgenannte Streukapazität behindert wird.

Um letztere zu verringern, ist bereits vorgeschlagen worden, nicht nur den Arbeitskopf in bezug auf das Maschinen­ gestell zu isolieren, sondern auch das Werkstück in bezug auf das Maschinengestell. Auf diese Weise bildet man eine zweite Streukapazität, die mit der ersten in Reihe geschal­ tet ist, so daß die Gesamtkapazität verringert wird, vgl. DE-OS 30 28 309. Diese Anordnung bildet jedoch eine kost­ spielige Konstruktion, die unter anderem die mechanische Festigkeit des Ganzen verringert. Eine solche Festigkeit ist jedoch unerläßlich, wenn man Werkstücke mit großer Präzision bearbeiten will.

Eine andere Lösung, die gleichermaßen kompliziert und kostspielig ist, zeigt die DE-OS 31 31 037, wonach man eine Teilentladung der Streukapazität mit einem Strom­ zweig veranlaßt, der einen Transistor enthält, der mit großer Geschwindigkeit und hoher Genauigkeit gesteuert werden muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Funkenerosionsmaschine der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die beim Feinbearbeiten schädliche Wirkung der Streukapazität des Elektrodenhalters mit geringem bau­ lichen Aufwand und wenig kostspielig wesentlich verringert wird. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in dem Entla­ dungsstromkreis der Streukapazität in Reihe damit eine die Stromspitze zu Anfang der Impulse abschwächende Induk­ tivität angeordnet ist.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dar­ gestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform,

Fig. 2 eine elektrische Schaltung der Funkenerosions­ maschine,

Fig. 3 ein Diagramm, das unterschiedliche Stromimpulse darstellt, und

Fig. 4 bis 7 unterschiedliche Ausführungsformen eines magnetischen Kreises, der in der Funkenerosions­ maschine genutzt wird.

Die in Fig. 1 dargestellte Maschine hat ein Maschinen­ gestell 1, das eine Wanne 2 und einen Tisch 3 aufweist, der das zu bearbeitende Werkstück 4 trägt. Das Maschinengestell 1 hat in seinem oberen Bereich einen Arbeitskopf 5 mit einem Servomechanismus, der die Verstellungen einer Werkzeugelektrode 6 steuert, um den gewünschten Arbeits­ spalt zwischen dieser Elektrode 6 und dem Werkstück 4 aufrechtzuerhalten. Die bei Funkenerosionsmaschinen benutzten Servomechanismen sind Stand der Technik, so daß sie hier nicht detailliert beschrieben werden müssen. Der Arbeitskopf 5 ist also in Bezug zum Maschinenge­ stell 1 verstellbar und trägt eine Befestigungsplatte 7 eines Elektrodenhalters 8. Diese Befestigungsplatte 7 ist gegenüber dem Arbeitskopf 5 durch einen Isolator 9 isoliert. Die Bearbeitungsstromimpulse werden von einem Generator 10 geliefert, der gleichermaßen im Stand der Technik bekannt ist und daher nicht im Detail beschrieben zu werden braucht. Dieser Generator 10 ist mit dem Elektrodenhalter 8 und dem Werkstück 4 über Leiter 11, 12 verbunden.

Der Elektrodenhalter 8 stellt gegenüber dem Gestell 1 der Maschine eine Kapazität dar, deren größter Teil auf den geringen Abstand zwischen der Befestigungsplatte 7 und dem Arbeitskopf 5 zurückzuführen ist. Aus Festigkeits­ gründen ist diese Befestigungsplatte 7 relativ dünn und die Kapazität ist daher oft in der Größenordnung von 1 nF.

Der zylindrische Teil 8 a des Elektrodenhalters 8 oder einer Elektrode 6 wird von einem magnetischen Kreis 13 aus hochpermeablem Werkstoff umgeben.

Die Wirkung der Streukapazität wird unter Bezug­ nahme auf die Fig. 2, 3 näher beschrieben. Fig. 2 zeigt den Generator 10, der den Arbeitsspalt zwischen der Elektrode 6 und dem Werkstück 4 über Leitungen 11, 12 speist. Diese Leitungen 11, 12 bilden eine induktive Leiterschleife, deren Induktivität durch die Spule L ₁ illustriert ist. Der Ausgangskreis des Generators 10 hat einen bestimmten Widerstand, der durch R ₁ veran­ schaulicht wird, und eine bestimmte Kapazität, die in Fig. 2 durch einen Kondensator C ₁ dargestellt ist.

Aus elektrischer Sicht ist die Streukapazität zwischen der Befestigungsplatte 7 und dem Arbeitskopf in einem Stromkreis angeordnet, der durch das Maschinen­ gestell 1, den Tisch 3, das Werkstück 4, den Arbeits­ spalt, die Elektrode 6, den Elektrodenhalter 8 und die Befestigungsplatte 7 gebildet wird. Diese Streukapazität ist in Fig. 2 durch einen Kondensator C ₂ dargestellt, während der Widerstand und die Induktivität dieses Strom­ kreises durch R ₂ und L ₂ dargestellt sind. Der magnetische Kreis 13 führt eine mit der Elektrode 6 in Reihe befind­ liche Induktivität L _T ein, die die Wirkung der Streu­ kapazität C ₂ verringert.

Fig. 3 zeigt Stromverläufe in verschiedenen Fällen. Die Kurve a erhält man vom Generator 10 bei Abwesenheit jeglicher Streukapazitäten und Streuinduktivitäten. Die Kurve b zeigt den Stromverlauf mit Streukapazität in dem Fall, wo die Funkenerosionsmaschine nicht mit einer In­ duktivität L _T versehen ist. Kurve c zeigt den Stromver­ lauf bei der Funkenerosionsmaschine der Fig. 1.

Wenn der Generator 10 einen Spannungsimpuls liefert, dauert es im allgemeinen einen Augenblick, bis eine Ionisation des Arbeitsspalts erfolgt, damit ein Entladungsstrom fließt. Während dieses kurzen Augenblicks lädt sich die Kapazität C ₂ auf, und wenn der Funken zwischen der Elektrode 6 und dem Arbeitsstück 4 überspringt, entlädt sich diese Kapazität C ₂ sehr rasch, denn der von dem Maschinengestell 1 gebildete Stromkreis besitzt nur einen vernachlässigbaren Wider­ stand und eine vernachlässigbare Induktivität.

Diese rasche Entladung wird durch eine sehr steile Impulsfront zum Ausdruck gebracht, was im Gegensatz zu dem in der Einleitung beschriebenen Zweck steht, eine Anstiegsflanke relativ geringer Neigung zu erzeugen. Diese Stromspitze zu Anfang eines Impulses hat eine deutliche erosive Wirkung, die eine Erhöhung des Krater­ volumens auf der bearbeiteten Oberfläche veranlaßt und eine hochgradige Feinbearbeitung verhindert.

Die Induktivität L _T bildet im Entladungskreis der Kapazität C ₂ eine Impedanz, die sich einer sehr schnellen Erhöhung des Entladungsstromes dieser Kapazität wider­ setzt und es erlaubt, die Stromspitze zum Anfang der Ent­ ladung wirksam abzuschwächen. Die Kurve c zeigt, daß der Entladungsstrom sehr nahe derjenigen verläuft, die mit dem Generator 10 im Falle eines idealen Stromkreises erreicht wird.

Aus elektrischer Sicht könnte die Induktivität L _T irgendwo in dem Entladungsstromkreis der Kapazität C ₂ an­ geordnet werden. Aus praktischen Gründen ist es jedoch schwierig, eine Induktivität in denjenigen Teil des Stromkreises einzuführen, der durch das Maschinengestell 1 selbst gebildet ist.

Man könnte jedoch einen vom Maschinengestell 1 isolierten Tisch 3 vorsehen, der mit einem in Wicklungs­ form unterhalb des Tisches angeordneten Leiter ver­ bunden ist. Diese Konstruktion wäre jedoch kostspieli­ ger, als die der Fig. 1.

In jedem Fall muß die Induktivität L _T fähig sein, ihre Wirkung bei hohen Frequenzen zu entfalten, so daß es vorteilhaft ist, den magnetischen Kreis 13 durch einen Ferritring zu bilden.

Die Fig. 4 zeigt einen Ferritkern 14 in rechteckiger Form, der geeignet ist, falls der Elektrodenhalter 8 einen Teil 15 mit rechteckigem Querschnitt aufweist.

Man sieht, daß der Kern 14 so nahe wie möglich an dem leitenden Teil 15 angeordnet ist, um einen höchstmöglichen Selbstinduktionskoeffizienten zu er­ reichen. Dieser Koeffizient hängt auch von dem ma­ gnetischen Widerstand des magnetischen Kreises ab, so daß man den Kern 14 so dicht wie möglich um Teil 15 und auf dessen größter Länge konzentriert und zwar für ein vorgegebenes Volumen des Kerns und eine vorgegebene Permeabilität des benutzten Werkstoffs.

Von Bedeutung ist in dem dargestellten Beispiel, daß die Induktivität L _T gleichermaßen in dem Entladungs­ kreis der von dem Generator 10 gelieferten Impulse angeordnet ist. Da die Maschine benutzt wird, um eine relativ schnelle Bearbeitung durchzuführen, z. B. beim Schruppen oder bei einer Halbfeinbearbeitung, bewirkt diese Induktivität einen unerwünschten Effekt; denn in diesem Fall will man kräftige Impulse mit steiler Front haben. Man kann unterschiedliche Maßnahmen vorsehen, um die Induktivität L _T zu unterdrücken, wenn man es wünscht.

In Fig. 4 wird der magnetische Kern 14 aus zwei Teilen 14 a und 14 b gebildet, so daß er leicht in zwei Teile getrennt werden kann, um bedarfsweise entfernt zu werden.

In Fig. 5 trägt der Kern 14 eine Wicklung 16, die an einen veränderlichen Widerstand 17 angeschlossen ist. Durch eine Regelung dieses Widerstandes kann man die Wirkung der Induktivität L _T maximal verringern, was erreicht ist, wenn die Wicklung 16 kurzgeschlossen ist.

Fig. 6 zeigt einen magnetischen Kreis, der durch zwei Teile 14 a und 14 b hoher Permeabilität gebildet ist und zwei Dauermagneten 14 c und 14 d aufweist, die dem magnetischen Kreis eine Polarisation geben. Diese Kon­ struktion ist zweckmäßig, wenn das durch Stromstoß hervorgerufene Feld sehr klein oder sehr groß im Ver­ gleich zum koerzitiven Feld ist, das man erreichen will.

Fig. 7 zeigt eine andere Möglichkeit, diese ma­ gnetische Polarisation zu erreichen. Der magnetische Kreis 14 weist eine Wicklung 16 auf, die über eine Selbstinduktionsspule 17, eine Stromquelle 18 und einen veränderlichen Widerstand 19 mit Strom versorgt wird. Ein Umschalter 20 kann vorgesehen werden, um die ma­ gnetische Polarisation zu invertieren. Die Induktivität 17 hindert hochfrequente Induktionsströme daran, in den Polarisationskreis überzutreten.

Claims (5)

1. Funkenerosionsmaschine mit einem eine Werkstück- und eine Werkzeugelektrode beaufschlagenden Impulsgenerator, und mit einem gegen das Maschinengestell isolierten und in­ folgedessen damit eine Streukapazität bildenden Elektroden­ halter, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Entladungsstromkreis (1, 3 bis 8 a) der Streukapa­ zität (C ₂) in Reihe damit eine die Stromspitze zu Anfang der Impulse abschwächende Induktivität (L _T ) angeordnet ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Induktivität (L _T ) von einem hochpermeablen magnetischen Kreis (13) gebildet ist, der ein Bauteil (8 a, 15) des Entladungsstromkreises (1, 3 bis 8 a) der Streukapazität (C ₂) so dicht wie möglich umgibt.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem magnetischen Kreis (13) umgebene Bauteil (8 a, 15) ein Teil des Elektrodenhalters ist.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kreis (13) einen zweiteiligen Kern (14) und/oder eine einstell­ bare Induktivität aufweist.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Induktivität (L _T ) im Verlauf des Erodierens einstellender Steuerkreis vorhanden ist.