DE3327470C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine funkenerosive Drahtschneidemaschine mit einer Entladungskonzentrationsdetektoreinrichtung zur Feststellung einer Entladestelle zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück durch elektrische Signale als Funktion des Abstands zwischen der Entladestelle der Drahtelektrode und einer Arbeitsspannungs-Zuführeinrichtung, um festzustellen, ob eine Entladungskonzentration an einem Punkt auftritt oder nicht.

Aus der JP-OS 53-64 899 ist ein elektrisches Entladungsschneidgerät bekannt, bei dem eine Drahtelektrode an eine Versorgungsquelle über Zuführwalzen angeschlossen ist und durch eine Schalteinrichtung wirksam schaltbar ist. Der Drahtwiderstand zwischen der Zuführwalze und einem Entladepunkt sowie der Drahtwiderstand zwischen der Zuführrolle und dem Entladepunkt ändert sich normalerweise während der Entladung. Eine Vielzahl von Schmitt-Triggerschaltungen weisen unterschiedliche Triggerpegel auf und werden in Abhängigkeit vom Wert der entsprechenden Widerstände getriggert. In Abhängigkeit von der Fluktuation der Entladepunkte werden entsprechend viele Schmitt-Triggerschaltungen durchgesteuert.

Wenn nun in wiederholter Weise an der gleichen Stelle Entladepunkte auftreten, werden nur entsprechend wenige Schmitt-Triggerschaltungen getriggert. In einer Zählvorrichtung werden die wiederholten Entladungen gezählt und entsprechend ausgewertet.

Aus der DE-OS 30 26 508 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektro-erosiven Schneiden von Werkstücken bekannt. Eine Brückenschaltung enthält zwei Stromwandler. Der in der Brückenschaltung gemessene Strom wird durch einen Kondensator geglättet. Die Differenz zwischen dem Stromfluß in den beiden Zweigen der Brückenschaltung wird durch eine Detektoreinrichtung festgestellt und für die Anzeige der Konzentration von Entladungsvorgängen ausgewertet.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine funkenerosive Drahtschneidemaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit hoher Zuverlässigkeit eine schnelle und sichere Ermittlung von Entladungskonzentrationen durch Auswertung der induktiven Eigenschaften der Drahtelektrodenstrecke zwischen der Stelle der Spannungszufuhr und der Entladungsstelle ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

• - daß eine Versorgungsstrom-Detektoreinrichtung vorgesehen ist, durch die der zeitliche Stromverlauf des Arbeitsstroms als Funktion der abstandsabhängigen Induktivität durch Messen des Stroms, der in den entsprechenden Impulsphasen der impulsähnlichen Spannungssignale fließt, ermittelt wird und
• - daß die Entladungskonzentrations- Detektoreinrichtung eine getaktete Speicherschaltung zur Speicherung je eines durch die Versorgungsstrom-Detektoreinrichtung zu vorgegebenen Zeitpunkten von Zeitgebersignalen ermittelten Stromsignals, eine Schieberegistereinrichtung, durch die unter der Steuerung eines entsprechenden Zeitgebersignale der Zeitgebersignale das jeweilige, beim vorangegangenen Zeitgebersignal ermittelte Eingangssignal zu ihrem Ausgang geschoben wird und eine einen Komparator enthaltende Auswerteschaltung aufweist, durch die jeweils die Differenzsignale im jeweiligen Zeitpunkt der Zeitgebersignale verarbeitet werden derart, daß bei Nichtvorhandensein der Differenzsignale am Ausgang des Komparators eine Entladungskonzentration signalisiert wird.

In vorteilhafter Weise wird die Induktivität des Leitungsstücks zwischen der Spannungszufuhrstelle und der Entladestelle derart ausgewertet, daß der entsprechende Stromverlauf innerhalb der Spannungszufuhrphase der Versorgungsspannungsimpulse induktivitätsabhängig entsprechende Amplitudenwerte aufweist. Diese Amplitudenwerte werden nachfolgend in der Entladungskonzentrations-Detektoreinrichtung gespeichert, wobei eine entsprechende Speicherschaltung vorgesehen ist, die durch Taktsignale getriggert wird. Diese Taktsignale sind hinsichtlich Frequenz und Phase an die Spannungsversorgungsimpulse angepaßt.

In einer Schieberegistereinrichtung werden die so im Takt der Zeitgeberimpulse eingespeicherten Stromsignale zum Ausgang durchgeschoben und zwar derart, daß das Eingangssignal, welches am Eingang der Schieberegistereinrichtung anliegt, mit dem nachfolgenden Zeitgeberimpuls zum Ausgang durchgeschoben wird.

In der Verarbeitungseinrichtung, insbesondere in deren Komparator, werden dann jeweils zwei zeitlich benachbarte Stromsignale hinsichtlich ihrer Größe miteinander verglichen. Bei Gleichheit dieser Stromsignale wird signalisiert, daß die Induktivität die gleiche ist. Dies bedeutet, daß die Entladungsstelle sich nicht verändert hat. Wird ein solches Nullsignal wiederholt festgestellt, so wird hierdurch angezeigt, daß eine Entladungshäufung an ein und derselben Stelle stattfindet. Die digitale Feststellung und Auswertung solcher zeitlich benachbarter Entladungen ergibt die Möglichkeit einer raschen Auswertung der gemessenen Signale.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.

In der Fig. 1 ist das Prinzip einer herkömmlichen funkenerosiven Drahtschneide-Maschine dargestellt. Einem Werkstück 1 wird unter Zugabe einer isolierenden Flüssigkeit 3 eine Drahtelektrode 2 gegenübergestellt. Die isolierende Flüssigkeit 3 wird nachfolgend mit Arbeitsflüssigkeit bezeichnet. Die Arbeitsflüssigkeit wird aus einer Düse 6 in den Spalt zwischen Werkstück 1 und Elektrode 2 über eine Pumpe 5 aus einem Tank 4 abgegeben. Mit einem verschiebbaren Tisch 11, auf dem das Werkstück 1 befestigt ist, kann zwischen dem Werkstück 1 und der Drahtelektrode 2 die erforderliche Relativbewegung ausgeführt werden. Der Tisch 11 wird von einem Y-Achsenmotor 13 und einem X-Achsenmotor 12 angetrieben. Es ist folglich zwischen Werkstück 1 und Elektrode 2 eine Relativbewegung in einer zweidimensionalen Ebene mit den Achsen Y und Y möglich. Die Drahtelektrode 2 wird von einer Vorratsspule 7 zugeführt, läuft über eine untere Drahtführung 8 A, durchsetzt das Werkstück 1, erreicht eine obere Führung 8 B und wird dann auf einer oberen Drahthaspel 10 aufgewickelt, wobei sie mit Hilfe einer elektrischen Speisungsanordnung auch als Zugspannung haltende Vorrichtung dient. Die elektrische Energie für den eigentlichen Arbeitsvorgang wird von einer Speiseanordnung 15 zugeleitet, die in dem gezeigten Beispiel aus einer Gleichspannungsquelle 16, einem Schaltelement 17, einem Strombegrenzungswiderstand 19 und einer Steuerschaltung 20 für das Steuern des Schaltelementes 17 besteht. Ferner ist eine Steuereinheit 14 vorgesehen, über die die Motoren 12 und 13 für X- und Y-Achse getrieben und gesteuert werden, und außerdem enthält die Steuereinheit 14 Vorrichtungssteuerungseinheiten, Kopiereinheiten und rechnergesteuerte Einheiten, wie sie üblicherweise im Einsatz sind.

Die Arbeitsweise der funkenerosiven Drahtschneidemaschine ist folgende. Bei normaler Bearbeitung wird von der Speiseeinrichtung 15 eine hochfrequente Impulsspannung zugeführt, und Teile des Werkstücks 1 werden bei jedem Impuls in Form einer Entladungsexplosion weggeschmolzen und abgetragen. Da die Flüssigkeit im Entladungsspalt dabei wegen hoher Temperatur verdampft und ionisiert wird, wird eine bestimmte Abschaltzeit benötigt, bis der nächste Spannungsimpuls zugeführt werden kann. Ist diese Abschaltzeit zu kurz, tritt im Arbeitsspalt keine ausreichende Isolation ein. Die Konzentration von elektrischen Entladungen an derselben Stelle zweimal hintereinander bewirkt, daß die Drahtelektrode durchschmilzt. Es ist deshalb bei der gewöhnlichen Betriebsenergiezufuhr üblich, die elektrischen Bedingungen einschließlich der Abschaltzeit der Speisung 15 abhängig von der Art des Werkstückes und der Plattenstärke einzustellen und die elektrische Entladungsbearbeitung unter solchen elektrischen Bedingungen auszuführen, daß hinreichend Sicherheit gegen Schmelzen der Drahtelektrode besteht. Damit wird die Bearbeitungsgeschwindigkeit unweigerlich auf einen Wert herabgesetzt, der erheblich unter dem eigentlichen Schwellwert liegt, und dennoch kann die Drahtelektrode 2 durchschmelzen, wenn sie im Durchmesser ungleichförmig ist oder sonstige Störstellen aufweist.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer funkenerosiven Drahtschneidemaschine herkömmlicher Art;

Fig. 2 eine Prinzipskizze zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Feststelleinrichtung;

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf der Stromwellenformen und anderen Impulsen;

Fig. 4 das Blockschaltbild einer Einrichtung zur Erfassung von Entladungskonzentrationen;

Fig. 5 ein Schaltbild zur Steuerung der am Arbeitsspalt anliegenden Spannung;

Fig. 6 ein Schaltbild für die Steuerung der Abschaltzeit einer Impulsspannung.

Aus der Fig. 2 geht das Prinzip der Erfindung hervor.

Diese Figur zeigt einen Stromwandler CT, mit dem der Strom I zwischen den Entladungspolen erfaßt wird. Der Wert des Stroms I hat unterschiedliche Wellenform aufgrund der In­ duktivität, die durch den Abstand zwischen dem Entlade­ punkt und einer Stromzuführung 9 bedingt ist. Betragen die Abstände zwischen der Stromzuführung 9 und verschie­ denen Entladepunkten L 1 bzw. L 2, so sind die Induktivi­ täten l 1 bzw. l 2, so daß der zwischen den Entladepolen fließende Strom I sich nach folgenden Gleichungen ver­ hält:

I 1 = E/R (1 -exp (-R/l 1 · t)),
I 2 = E/R (1 -exp (-R/l 2 · t)).

Hierin sind R der Wert des Strombegrenzungswiderstandes und E die Spannung des Gleichspannungsspeisenetzes. Wird mit T die Dauer angegeben, bis das Schaltelement 17 ein- bzw. abgeschaltet wird, wenn der Strom I fließt, so kön­ nen l 1 und l 2 durch Messen der Stromwerte im Zeitpunkt T ermittelt werden, wenn das Element abgeschaltet wird, und daraus lassen sich L 1 und L 2 bestimmen. Wenn also Ent­ ladungspunkte konzentriert auftreten, dann sind die Stromwerte im Zeitpunkt T des Entladungsstroms immer nahezu gleich. Eine Entladungskonzentrations-Detektor­ vorrichtung 30 wird dazu verwendet, nach vorstehendem Prinzip, das in Verbindung mit den Zeitdiagrammen der Fig. 3 und dem Blockschaltbild der Fig. 4 näher erläutert wird, festzustellen, wenn Entladungskonzentrationen auf­ treten.

In der Fig. 3 ist mit I die Wellenform des Stroms zwi­ schen den Polen dargestellt, wie sie durch den Strom­ wandler CT bei der Stromüberwachung aufgenommen wird, während mit VCE der Ein- und Ausschaltzustand des Schalt­ elements 17 dargestellt ist. Das durch eine Steuerschal­ tung 20 erzeugte Signal beim Abschalten des Schaltelemen­ tes 17 ist mit Δ T gekennzeichnet. Ein Signal SI in Fig. 3 wird durch einen Abtast- und Haltekreis 31 in Fig. 4 zum Zeitpunkt Δ T gehalten, und der gehaltene Wert wird in einem Sperrkreis 33 vorübergehend gehalten, nachdem er mittels eines A/D-Wandlers 32 in einen Digitalwert umge­ wandelt worden ist. Der Sperrkreis 33 schiebt dieses Signal aufgrund des bereits erwähnten Signals Δ T einem Sperrkreis 34 in der nächsten Stufe zu. Daraus folgt, daß der Stromwert SI zum Zeitpunkt Δ T und zum nächstfolgenden Zeitpunkt gleichzeitig von Eingang und Ausgang des Sperr­ kreises 34 abgelesen werden kann. Die Signale SI(t) und SI(t-1) werden so in einer Subtraktionsschaltung oder in einem Digitalkomparator 35 verarbeitet, daß der zwischen ihnen herrschende Unterschied festgestellt wird, und wenn ein solcher Unterschied auftritt, d. h., wenn keine Konzentration elektrischer Entladungen vorhanden ist, wird ein Zähler 36 rückgesetzt, während dann, wenn kein Unterschied festgestellt wird, mit anderen Worten elek­ trische Entladungskonzentrationen vorhanden sind, der Zähler vorwärts zählt und damit, wenn der Inhalt des Zählers 36 einen vorgegebenen Wert n durch Addition der ihm zugeführten Impulse erreicht, das n-malige Auftreten von andauernder Konzentration der elektrischen Entladun­ gen festgestellt ist. Bei dem dargestellten Ausführungs­ beispiel wird Δ T selbst als Digitalimpuls für den Zähler verwendet, und da der Zähler nicht rückgesetzt wird, wenn die elektrischen Ladungen konzentriert auftreten, wird ein Entladungskonzentrations-Warnsignal SA erzeugt, wenn der Inhalt des Zählers 36 über den vorgegebenen Wert n ansteigt, da die Konzentration von elektrischen Entla­ dungen dann bis zu n-mal aufgetreten ist. Außerdem ist eine visuelle Überwachung der Konzentration elektrischer Entladungen dadurch möglich, daß der Zähler 36 mit einem D/A-Wandler 37 ausgestattet ist, so daß das Analog-"Si­ gnal" mit Hilfe eines Meßgerätes 38 oder einer Leuchtdi­ ode angezeigt werden kann.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß Fig. 5 zeigt, wie die am Arbeitsspalt anliegende Spannung nach Maßgabe des erwähnten Ausgangssignals verändert wird. Wenn die Spannung, die beim Beginn einer elektrischen Entladung angelegt wird, verringert wird, wird kaum noch elektrische Entladung hervorgerufen, und es können Kon­ zentrationen von elektrischen Entladungen innerhalb des­ selben Arbeitsspaltes vermieden werden. Außerdem kann die elektrische Entladung einfach dadurch erhöht werden, daß die Spannung am Arbeitsspalt dann erhöht wird, wenn keine Konzentration von elektrischen Entladungen auftritt.

Ein Verstärker 40 in der Fig. 5 dient dazu, eine verstärk­ te Analogspannung entsprechend der Ausgangsgröße des Zählers 36 der Basis eines Transistors 51 zuzuführen. Die Spannung Vg, die dem Arbeitsspalt zugeführt wird, ist folgendermaßen bestimmt:

Vg = -IcR 1 (1)

Ic ist grob gesagt gleich (ungefähr 99%) dem Strom, der durch den Emitterfolger-Lastwiderstand R 2 des Transistors 51 fließt, und berechnet sich nach

Ic = VE/R 2∼ VB/R 2 (2)

Aus den Gleichungen (1) und (2) erhält man

Vg = -R 1/R 2 VB (3)

Mit folgenden Werten: R 1 = 30 KΩ, R 2 = 1 KΩ, E = 300 V zeigt VB eine Änderung zwischen 0 und 300 V bei einer Änderung des Wertes Vg von 0 bis 10 V.

Wenn der Inhalt des Zählers 36 wächst, weil Entladungs­ konzentrationen auftreten, dann fällt das Ausgangssignal eines Inversverstärkers 40 ab mit der Folge, daß die zwischen den Polen herrschende Spannung Vg verringert wird, so daß dann die Konzentration von elektrischen Ent­ ladungen beseitigt wird.

Als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die Fig. 6 eine Anordnung, bei der die Abschaltzeit der Impulsspannung oder die Ausschaltzeit des Schaltelemen­ tes 17 aufgrund des von der Detektorschaltung zugeführten Ausgangssignals verlängert wird.

Ein RS-Flip-Flop 118 läßt über einen Verstärker 119 das Schaltelement 17 den Einschaltzustand annehmen, wenn an seinem Q-Ausgang 1 erscheint. Hiermit ist die Einschalt­ zeit und bei 0 am Q-Ausgang die Abschaltzeit bestimmt. Mit 1 am Q-Ausgang wird ein UND-Glied 120 eingeschaltet, während bei 0 am Q-Ausgang das UND-Glied abgeschaltet ist, denn es löscht das Flip-Flop 118, wenn τ p "1" wird, obgleich der Ausgang während der Zeit, bis der Einschalt­ zeit-Einstellausgang τ p des Abschaltzeit-Einstellzählers 121 "1" wird. Gleichzeitig beginnt der Zählvorgang von Anfang weg, weil das Ausgangssignal des UND-Gliedes 120 den Oszillator OSC und den Zeiteinstellzähler 121 über ein ODER-Glied 122 rücksetzt. Mit Q = 0 wird weder Q = 1 noch das Ausgangssignal 1 erzeugt, bevor das UND-Glied 123 oder der Ausgang eines ODER-Gliedes 124 "1" annimmt. Das ODER-Glied 124 und UND-Glieder 125, 126 dienen dazu, die Abschaltzeiteinstellung in den beiden Systemen zu steu­ ern, und sie sind so geschaltet, daß τ 1 eingestellt ist, wenn Signal SA "0" ist, dagegen τ 2, wenn Signal SA "1" ist. Damit dient die Erfindung dazu, Konzentrationen elektrischer Entladungen und das Durchschmelzen der Draht­ elektrode dadurch zu verhindern, daß während der norma­ len elektrischen Entladung die Bearbeitung mit τ 1 und die Abschaltzeit τ 2 zu Zeiten von Anormalität auftreten und daß die besondere elektrische Entladungsbearbeitungs­ maschine, die in dieser Art konstruiert ist, sich dadurch auszeichnet, daß die Konzentration von elektrischen Ent­ ladungen dadurch festgestellt wird, daß überprüft wird, ob die Stromwellenform im Zeitpunkt der elektrischen Ent­ ladung gleich der unmittelbar vorherigen ist oder nicht.

Die vorangehende Beschreibung bezieht sich auf zwei Arten von Abschaltzeiten τ 1, τ 2, doch kann dieselbe Wirkung er­ zielt werden, indem die Abschaltzeit kontinuierlich ent­ sprechend dem Inhalt des Zählers 36 eingestellt wird, der die Zahl von konzentrierten elektrischen Entladungspunk­ ten feststellt.

Claims (7)

1. Funkenerosive Drahtschneidemaschine mit einer Entladungs-Konzentrations-Detektoreinrichtung zur Feststellung einer Entladestelle zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück durch elektrische Signale als Funktion des Abstands zwischen der Entladestelle der Drahtelektrode und einer Arbeitsspannungs-Zuführeinrichtung, um festzustellen, ob eine Entladungskonzentration an einem Punkt auftritt oder nicht, dadurch gekennzeichnet,

• - daß eine Versorgungsstrom-Detektoreinrichtung (CT) vorgesehen ist, durch die der zeitliche Stromverlauf des Arbeitsstroms als Funktion der abstandsabhängigen Induktivität (11, 12) durch Messen des Stroms, der in den entsprechenden Impulsphasen der impulsähnlichen Spannungssignale fließt, ermittelt wird und
• - daß die Entladungskonzentrations- Detektoreinrichtung (30) eine getaktete Speicherschaltung (31) zur Speicherung je eines durch die Versorgungsstrom-Detektoreinrichtung (CT) zu vorgegebenen Zeitpunkten von Zeitgebersignalen (Δ T) ermittelten Stromsignals (I), eine Schieberegistereinrichtung (34), durch die unter der Steuerung eines entsprechenden Zeitgebersignals (Δ T(t)) der Zeitgebersignale das jeweilige, beim vorangegangenen Zeitgebersignale (Δ T(t-1)) ermittelte Eingangssignal (SI(t-1)) zu ihrem Ausgang geschoben wird und eine einen Komparator enthaltende Auswerteschaltung (35, 36) aufweist, durch die jeweils die Differenzsignale im jeweiligen Zeitpunkt ( Δ T) der Zeitgebersignale verarbeitet werden derart daß bei Nichtvorhandensein der Differenzsignale am Ausgang des Komparators (35) eine Entladungskonzentration signalisiert wird.

2. Funkenerosive Drahtschneidemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (35, 36) einen Zähler (36) aufweist, dessen Zähleingang durch die Zeitgebersignale (Δ T) versorgt wird, daß der Zähler durch die Differenzsignale des Komparators (35) rücksetzbar ist, während bei nicht vorhandenen Differenzsignalen die Rücksetzung des Zählers gesperrt ist.

3. Funkenerosive Drahtschneidemaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung mit einer Anzeigeeinrichtung versehen ist, in der die Zählerergebnisse des Zählers angezeigt werden.

4. Funkenerosive Drahtschneidemaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch die Zähleinrichtung steuerbare Alarmeinrichtung vorhanden ist, die bei einem vorbestimmten Zählstand aktiviert ist.

5. Funkenerosive Drahtschneidemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (35, 36) mit einer Steuerschaltung (20) für einen im Stromkreis der Arbeitsspannungs-Versorgungsquelle (16) liegenden steuerbaren Schalter (17) verbunden ist.

6. Funkenerosive Drahtschneidemaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (20) digitale Verknüpfungsstufen (118 bis 126) zur vom Ausgangssignal der Auswerteschaltung (35, 36) abhängigen Steuerung der Impulsphasen und Impulspausen der Spannungssignale aufweist.

7. Funkenerosive Drahtschneidemaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Auswerteschaltung (35, 36) eine Spannungsregulierungsschaltung (40) steuerbar ist, um die Größe der an den Arbeitsspalt angelegten Spannung zu regulieren.