DE3790717C2

DE3790717C2 - Verfahren und vorrichtung zur funkenerosiven bearbeitung eines werkstuecks

Info

Publication number: DE3790717C2
Application number: DE3790717A
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Tanaka; Morihisa Nishkawa; Yoshio Ozaki; Kooji Akamatsu; Masahiro Nakata; Atsushi Taneda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-11-14
Filing date: 1987-11-10
Publication date: 1993-11-04
Anticipated expiration: 2007-11-11
Also published as: JPS63123607A; CH673609A5; KR890700059A; WO1988003453A1; US4945199A; KR910003052B1; JPH0457445B2; DE3790717T

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur funkenerosiven Bearbeitung eines Werkstücks, bei welchem eine elektrisch leitende Arbeitsflüssigkeit verwendet wird und durch einen Impulsgenerator eine Impulsspannung wiederholt zwischen einer Werkzeugelektrode und dem Werkstück angelegt wird, um eine elektrische Entladung zu bewirken. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur funkenerosiven Bearbeitung eines Werkstücks mit einer Einrichtung zur Zuführung einer elektrisch leitenden Arbeitsflüssigkeit in einen zwischen einer Werkzeugelektrode und dem Werkstück gebildeten Arbeitsspalt.

Aus der Druckschrift JP 60-85 826 A2 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur funkenerosiven Bearbeitung eines Werkstücks bekannt, die im folgenden anhand von Fig. 9 näher beschrieben werden. Dort sind mit 1 eine Werkzeugelektrode und mit 2 ein Werkstück bezeichnet, während 3 eine Gleichstromquelle darstellt. 4 und 26 sind Leistungstransistoren. 5 und 25 sind Strombegrenzungswiderstände, die jeweils an die Emitter der Leistungstransistoren 4 bzw. 26 angeschlossen sind. Eine als Detektoreinrichtung wirkende Entladungsfeststelleinrichtung 9 stellt fest, wann eine elektrische Entladung zwischen Werkzeugelektrode 1 und Werkstück 2 stattfindet. 12 ist eine Schalteinrichtung und 13 ist ein Treiberstromkreis zum Treiben des Leistungstransistors 4. Dioden 6 und 15 verhindern einen Rückstrom. Ein Treiberstromkreis 18 dient zum Treiben des Leistungstransistors 26. 19 ist eine weitere Gleichstromquelle. Die Schalteinrichtung 12 dient dazu, den ersten Treiberstromkreis 13 und den zweiten Treiberstromkreis 18 anzutreiben.

Die elektrischen Charakteristiken des Stromkreises in dem Fall, in welchem eine elektrisch leitende Arbeitsflüssigkeit verwendet wird, werden nachstehend beschrieben.

Wenn in diesem Fall die Werkzeugelektrode 1 und das Werkstück 2 ebene Platten sind, die parallel zueinander angeordnet sind, kann die Arbeitsspaltimpedanz Rgap durch die nachstehende Gleichung (1) dargestellt werden, wie es in Fig. 10 angegeben ist:

worin ∂ der spezifische Widerstand (Ω cm) der Arbeitsflüssigkeit, l der Abstand (cm) zwischen den Werkzeugelektroden und Werkstück und S die Fläche (cm²) dazwischen ist, auf welcher diese sich gegenüberliegen.

Wenn der Leistungstransistor 4 durch den zweiten Treiberstromkreis 13 angeschaltet wird, wird eine Spannung Vgopen, wie sie im Teil (a) von Fig. 6 dargestellt ist, zwischen der Werkzeugelektrode 1 und dem Werkstück 2 aufgebaut, bevor eine elektrische Entladung zwischen ihnen stattfindet. In diesem Fall ist nach dem Ohmschen Gesetz die Spannung Vgopen wie folgt:

worin R_M der Strombegrenzungswiderstand und E die gelieferte Gleichspannung sind.

Nachstehend wird die Spannung Vgopen als Leerlaufspannung bezeichnet, und die Spannung, die zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück nach der elektrischen Entladung vorhanden ist, wird, soweit anwendbar, als "Lichtbogenspannung Vgarc" bezeichnet.

Der Stromfluß zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück ist wie folgt: Wenn der Gesamtstrom, der durch die Stromquelle geliefert wird, durch I dargestellt ist, ist mit Bezug auf die Arbeitsspaltimpedanz Rgap ein elektrolytischer Strom, der gemäß dem Ohmschen Gesetz beim Anlegen einer Leerlauf-Spannung fließt, durch I_Eopen dargestellt, und derjenige während der elektrischen Entladung ist durch I_Earc dargestellt, und ein Entladungsstrom in der elektrischen Entladung ist durch Id dargestellt. Somit gilt:

Strom vor der elektrischen Entladung I = I_Eopen (3)

Strom während der elektrischen Entladung I = Id+I_Earc (4),

worin

sind.

Wie aus der Gleichung (1) ersichtlich, wird die Arbeitsspaltimpedanz Rgap verringert, wenn der spezifische Widerstand ∂ der Arbeitsflüssigkeit oder der Abstand zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück verringert wird, und wenn die Fläche S, auf welcher sie sich einander gegenüberliegen, vergrößert wird. Weiterhin verringert sich, wie es aus der Gleichung (2) ersichtlich ist, die Leerlauf-Spannung Vgopen, wenn die Arbeitsspaltimpedanz Rgap sich verringert. Wenn die Leerlauf-Spannung niedriger als die Lichtbogenspannung Vgarc wird, findet im Arbeitsspalt keine elektrische Entladung statt, was bedeutet, daß das Werkstück nicht bearbeitet werden kann. Daher sollte bei einer funkenerosiven Bearbeitung einer großen Fläche der spezifische Widerstand ρ der Arbeitsflüssigkeit in gewissem Ausmaß hochgehalten werden. Für diesen Zweck wird der spezifische Widerstand ρ gesteuert durch Verwendung beispielsweise eines Ionenaustauschharzes.

Wenn es andererseits erforderlich ist, den Entladungsstrom Id zu verringern, sollte der Widerstand R_M des Strombegrenzungswiderstandes 5 auf einen hohen Wert eingestellt werden. Jedoch wird in diesem Fall die Leerlaufspannung Vgopen verringert, so daß die elektrische Entladung nur schwierig stattfinden kann, was bedeutet, daß die Bearbeitungswirksamkeit verringert wird.

Wie oben beschrieben, zeigt Fig. 9 den Stromkreis für die Bearbeitung. Gemäß Fig. 9 sind zwei Stromkreise parallel zur Elektrode 1 und zum Werkstück 2 geschaltet. Der Arbeitsstrom wird von dem Stromkreis geliefert, der den Leistungstransistor 4, die Gleichstromquelle 3, den strombegrenzenden Widerstand 5 und die Diode 6 enthält. Der Leistungstransistor 4 wird von dem zweiten Treiberstromkreis 13 angetrieben. Bevor eine elektrische Entladung stattfindet, liefert der Stromkreis, der den von dem ersten Treiberstromkreis 18 angetriebenen Leistungstransistor 26, den Strombegrenzungswiderstand 25, die Diode 15 und die erste Gleichstromquelle 19 enthält, einen stärkeren Strom zwischen der Elektrode 1 und dem Werkstück 2. Dies bedeutet, daß der Strom stärker gemacht wird als derjenige, der während der Entladungsperiode fließt, wodurch die Spannung im Arbeitsspalt bei Leerlauf erhöht wird, um eine elektrische Entladung leicht hervorzurufen. Wenn die elektrische Entladung stattfindet, stellt die Detektoreinrichtung 9 das Auftreten der elektrischen Entladung fest, und die Schalteinrichtung 12 liefert ein Signal an den ersten Treiberstromkreis 18, so daß der Leistungstransistor 26 abgeschaltet wird, und daher wird der Entladungsstrom lediglich von der zweiten Gleichstromquelle 3 geliefert.

In diesem Fall ist der Widerstand R_M des Widerstandes 5 auf einen Wert eingestellt, bei welchem ein Entladungsstrom entsprechend einer gewünschten Oberflächenrauheit und Bearbeitungs geschwindigkeit erhalten werden kann, und der Widerstand R_S des Widerstandes 25 ist auf einen Wert eingestellt, bei welchem, unter Berücksichtigung des Widerstandes R_M, ein Strom erhalten werden kann zum Erzeugen einer Leerlauf-Spannung, die hoch genug ist, um die elektrische Entladung zu beginnen.

Die Leerlauf-Spannung Vgopen, die auf diese Weise erhalten ist, wie wie folgt:

worin E₁ die Liefergleichspannung auf der Seite des ersten Treiberstromkreises, und E₂ die Liefergleichspannung auf der Seite des zweiten Treiberstromkreises sind.

Wie es aus der obigen Beschreibung deutlich wird, wird bei dem üblichen Entladungsbearbeitungsverfahren die innere Impedanz der Energiequelle geschaltet. Jedoch ergeben sich in dem Fall, in welchem die Arbeitsspaltimpedanz Rgap aus der Gleichung (1) erhalten wird, für Berechnung der inneren Impedanz der Energiequelle folgende Probleme:

(1) Die einander gegenüberliegenden Flächen der Elektrode 1 und des Werkstücks 2 sind nicht immer eben. Es ist daher nicht immer möglich, die Spaltbreite "l" in der Gleichung (1) so einzusetzen, wie sie ist.
(2) Wie in Fig. 11 dargestellt, ändert sich die Fläche zwischen Elektroden 1 und Werkstück 2 in Abhängigkeit von einem Bearbeitungsmuster, wenn der Bearbeitungsvorgang fortschreitet. Die Änderung der Arbeitsspaltimpedanz Rgap als Folge der Änderung dieser Fläche ist zu groß, als daß sie vernachlässigt werden könnte.
(3) Der spezifische Widerstand der elektrisch leitenden Arbeitsflüssigkeit ändert sich mit dem Fortschreiten des Bearbeitungsvorganges, und er hat, wie in Fig. 12 dargestellt, unterschiedliche Werte in dem Behälter oder Tank der Arbeitsflüssigkeit, im Bearbeitungsbad und im Entladungsspalt. Demgemäß ist es schwierig, den spezifischen Widerstand der Arbeitsflüssigkeit im Entladungsspalt zu messen.

Demgemäß ist es schwierig, die Arbeitsspaltimpedanz Rgap zu berechnen unter Verwendung der Spaltbreite l, der Fläche S und des spezifischen Widerstandes der Arbeitsflüssigkeit, wobei außerdem die Arbeitsspaltimpedanz sich mit dem Fortschreiten des Bearbeitungsvorganges ändert. Wenn mit der Änderung der Arbeitsspaltimpedanz Rgap mit dem Fortschreiten des Bearbeitungsvorganges die innere Impedanz der Energiequelle nicht korrigiert wird, ergibt sich die nachstehend angegebene Schwierigkeit.

Wenn der elektrolytische Strom I_Earc, der in der Arbeitsflüssigkeit aufgrund der elektrischen Entladung fließt, sich ändert, ändert sich der Entladungsstrom Id, wie aus der Gleichung (4) ersichtlich ist. Es ist daher bei diesem bekannten Verfahren unmöglich, die maximale Arbeitsgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten oder die Bearbeitung der Fläche mit gleichbleibender Rauheit fortzusetzen.

Aus der Druckschrift DE-OS 20 38 748 ist ein Verfahren zur funkenerosiven Bearbeitung eines Werkstückes bekannt, bei welcher unter Verwendung einer nicht-leitenden Arbeitsflüssigkeit die Spaltimpedanz gemessen wird, die sich bei Anlegen einer Impulsspannung an die Werkzeugelektrode bzw. das Werkstück ergibt. Bei der dort beschriebenen Vorrichtung werden zur Steuerung der Anlage die Ausgangsstromimpulse modifiziert. Es kann bei der dort beschriebenen Vorrichtung auch das Energieniveau einer vorbestimmten Zahl von aufeinanderfolgenden Ausgangsstromimpulsen selektiv verändert werden.

Aus der Druckschrift DE 27 13 427 A1 ist eine Schaltungsanordnung zur funkenerosiven Bearbeitung eines Werkstückes bekannt, bei welcher Tastverhältnis, Impulsfrequenz und Stärke der an den Arbeitsspalt angelegten Spannungsimpulse einstellbar sind. Die Vorrichtung umfaßt einen Impulsgenerator und einen Entladestromkreis mit Transistoren, durch die der Arbeitsstrom im Rhythmus der Signale des Impulsgenerators an den Arbeitsspalt herangeführt wird. Der Entladekreis besteht aus einem Zündkreis und einem Arbeitskreis, wobei die Transistoren teilweise als Schalter zum Öffnen und Schließen des Zündkreises dienen, während sie zu einem anderen Teil als Verstärker die Stromimpulse im Arbeitskreis steuern. Diese Druckschrift läßt offen, ob im Arbeitsspalt ein flüssiges Dielektrikum verwendet wird.

Aus der Druckschrift DE 30 42 653 A1 ist eine Schaltungsanordnung für eine Funkenerosionsvorrichtung bekannt, die einen Impuls-Hochspannungsgenerator aufweist, wobei die Entladungsstrecke über einen ersten Pol mit einem gesteuerten Stromgenerator und über einen zweiten Pol mit einer hiermit in Reihe geschalteten Gleichstromquelle verbunden ist.

Aus der Druckschrift DE 23 64 613 C2 ist ein Verfahren zur elektoerosiven Bearbeitung von Werkstücken bekannt, bei dem der Arbeitsspalt mit einem Dielektrikum gefüllt ist und eine Folge von Entladungen erzeugt wird. Es werden Werte eines ersten Parameters der elektrischen Entladung festgelegt, wobei die Bereiche dieses Parameters jeweils Abschnitte mit bestimmten Profilausbildungen der Arbeitsfläche der Werkzeugelektrode kennzeichnen. Dabei wird während einer Funkenentladung der erste Parameter erfaßt und mit vorbestimmten Schwellwertbereichen verglichen. Ein zweiter Parameter der elektrischen Entladung wird in jeweils einem von mehreren Werten geregelt, die jeweils den Schwellwertbereichen zugeordnet sind. Erreicht der erste Parameter einen jeweiligen Schwellwert, wird ein entsprechender Wert für den zweiten Parameter bis zum Ende der Entladung bestimmt. Die Messung von Parameterwerten im Leerlauf ist nicht vorgesehen. Auch dort wird keine elektrisch leitende Arbeitsflüssigkeit verwendet.

Die Druckschrift CH 525 061 offenbart eine nach dem Funkenerosionsprinzip arbeitende Anlage mit einer Anzahl von Detektoreinrichtungen zum Erfassen von Spannungen und Stromwerten an mehreren Stellen der Schaltung. Mit den erfaßten Werten werden über eine logische Schaltung Arbeitsparameter gesteuert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur funkenerosiven Bearbeitung eines Werkstückes zu schaffen, bei welchen eine elektrisch leitende Arbeitsflüssigkeit verwendet wird und während eines Bearbeitungsvorganges eine gewünschte Oberflächenrauhigkeit sowie eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit fortdauernd erzielt bzw. aufrechterhalten werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Verfahrensanspruchs 1 bzw. des Vorrichtungsanspruchs 18 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den diesen Ansprüchen jeweils nachgeordneten Unteransprüchen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand von Fig. 1 bis 8 sowie von Fig. 10 bis 12 der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 bis 5 Blockschaltbilder verschiedener Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur funkenerosiven Bearbeitung eines Werkstücks,

Fig. 6 Diagramme zur Darstellung der Wellenform des Spannungs- und Stromverlaufs im Arbeitsspalt,

Fig. 7 ein Diagramm zur Darstellung der Lichtbogenspannung in Abhängigkeit vom Entladungsstrom,

Fig. 8 ein Blockschaltbild mit einem Speicher zum Speichern von jeweils zuletzt ermittelten Werten für die Arbeitsspaltimpedanz,

Fig. 9 ein Blockschaltbild einer bekannten Vorrichtung zur funkenerosiven Bearbeitung eines Werkstücks,

Fig. 10 eine schematische Darstellung der Anordnung von Werkzeugelektrode und Werkstück bei Verwendung einer elektrisch leitenden Arbeitsflüssigkeit,

Fig. 11 eine Werkzeugelektrode komplizierter Konfiguration bei fortschreitendem Bearbeitungsvorgang in schematischer Darstellung sowie ein hierauf bezogenes Kurvendiagramm und

Fig. 12 eine Darstellung zur Erläuterung der Änderung des spezifischen Widerstandes einer Arbeitsflüssigkeit.

In den Fig. 1 bis 5 bezeichnen das Bezugszeichen 1 eine Werkzeugelektrode, 2 ein Werkstück, 3 eine Gleichstromquelle, 4 eine Gruppe von Leistungstransistoren, 4-1, 4-2, . . . 4-n (nachstehend als "Leistungstransistoren 4" bezeichnet), 5 eine Gruppe von Strombegrenzungswiderständen 5-1, 5-2, . . . 5-n, die jeweils an einen Emitter der Leistungstransistoren 4-1 bis 4-n geschaltet sind (nachstehend als "Strombegrenzungswiderstände" bezeichnet), 6 und 15 Dioden zum Verhindern des Fließens eines Rückwärtsstromes, 7 eine weitere Gleichstromquelle, 8 einen Widerstand zum Begrenzen des Ausgangsstromes der Gleichstromquelle 7, 9 eine Entladungsdetektoreinrichtung zum Feststellen, wann eine elektrische Entladung im Arbeitsspalt stattfindet, 10 eine Detektoreinrichtung zum Feststellen der Arbeitsspaltimpedanz Rgap, 11 eine arithmetische Einrichtung zum Berechnen einer inneren Impedanz der gesamten Impulsgeneratorschaltung, die für die Arbeitsspaltimpedanz Rgap, welche von der Detektoreinrichtung 10 festgestellt worden ist, geeignet ist, und 12 eine Schalteinrichtung zum Bestimmen des Ein-Aus-Musters der Leistungstransistoren 4, d. h. eines Schaltausganges aus dem Ergebnis der von der arithmetischen Einrichtung 11 gelieferten Berechnung, und zum zeitweiligen Speichern einer Mehrzahl solcher Muster.

Weiterhin bezeichnen in den Fig. 1 bis 5 das Bezugszeichen 13 einen Treiberstromkreis, der in Kombination gewünschte Leistungstransistoren der Leistungstransistoren 4-1 bis 4-n anschalten kann, 14 eine Speichereinrichtung zum Speichern einer inneren Impedanz der Impulsgeneratorschaltung, die von der arithmetischen Einrichtung 11 berechnet ist, 16 eine Entschlüsselungseinrichtung zum Bestimmen von Mustern einer Kombination der Widerstände in der Strombegrenzungswiderstandsgruppe 5 und der daran angeschlossenen Leistungstransistoren, 17 einen Oszillator zum Übertragen des Ausgangssignals der Entladungsdetektoreinrichtung 9 zu der Schalteinrichtung 12, 18 einen Energiequellen-Steuerstromkreis, der die oben beschriebenen Elemente 11, 12, 14, 16 und 17 enthält, 19 einen Feststell-Widerstandsschaltstromkreis zum Schalten der Strombegrenzungswiderstände 8, und 24 einen Spannungsteiler zum Teilen der im Arbeitsspalt herrschenden Spannung.

Die Schaltungen gemäß Fig. 1 bis 5 bilden jeweils einen Impulsgenerator.

Nachfolgend werden die Betriebsweisen der oben beschriebenen Stromkreiselemente beschrieben.

Die Detektoreinrichtung 10 mißt die Arbeitsspaltimpedanz Rgap direkt und unabhängig von dem Abstand l zwischen der Werkzeugelektrode 1 und dem Werkstück 2, der Fläche S, auf welcher sie sich gegenüberliegen, und dem spezifischen Widerstand ρ der Arbeitsflüssigkeit in der obenstehenden Gleichung (1).

Die erste Arbeitsweise ist wie folgt: Während die Arbeits- Gleichstromquelle 3 sich im Ruhezustand befindet, wird eine Feststellspannung, welche die gleiche Polarität wie die Arbeits-Gleichstromquelle 3 hat, zwischen Elektrode 1 und Werkstück 2 angelegt, und die dazwischen aufgebaute Spannung wird dazu verwendet, die Arbeitsspaltimpedanz Rgap zu berechnen.

Dies bedeutet, daß, wie in Fig. 1 oder Fig. 2 dargestellt, die Feststell-Gleichstromquelle 7 über den Strombegrenzungswiderstand oder die Strombegrenzungswiderstände 8 an den Arbeitsspalt angelegt wird. Wenn während der Feststellung eine elektrische Entladung im Arbeitsspalt stattfindet, ist es unmöglich, die Feststellung zu erzielen. Daher sollte die Arbeitsspaltspannung Vga derart bestimmt werden, daß sie die Lichtbogenspannung nicht überschreitet. Wenn daher die Spannung Va der Feststell-Gleichstromquelle 7 auf einen Wert niedriger als die Lichtbogenspannung Vgarc eingestellt wird, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, kann eine Steuerung bequem erzielt werden. Selbst im Fall von Va<Vgarc kann die Lieferspannung Va niedriger als die Lichtbogenspannung Vgarc eingestellt werden, wenn, wie in Fig. 2 dargestellt, die durch die Detektoreinrichtung 10 festgestellte Spannung Vgap durch die arithmetische Einrichtung 11 verarbeitet wird und der Strombegrenzungswiderstand oder die Strombegrenzungswiderstände 8 durch den Feststell- Widerstandsschaltstromkreis 19 ausgewählt werden. Wenn weiterhin die Strombegrenzungswiderstände zweckentsprechend ausgewählt sind, um den optimalen Widerstand zu erhalten, kann die Genauigkeit der Feststellung der Spannung Vgap, die von der Detektoreinrichtung 10 festgestellt ist, erhöht werden.

Die Lieferspannung Va, der Widerstand Ra, die gemessene Arbeitsspaltspannung Vga und die gemessene Arbeitsspaltimpedanz Rgap haben die folgende Beziehung:

Daher ergibt sich die Arbeitsspaltimpedanz Rgap wie folgt:

Die Arbeitsspaltimpedanz Rgap kann auch gemäß der nachstehend beschriebenen Arbeitsweise erhalten werden: Gemäß Fig. 3 wird eine Spannung durch die Bearbeitungsstromquelle 3 im Arbeitsspalt angelegt, und die Arbeitsspaltspannung Vgopen, die während der Zündverzögerungszeit geliefert ist, in welcher keine Entladung stattfindet, wird dazu verwendet, die Arbeitsspaltimpedanz Rgap zu berechnen. Dies wird im einzelnen beschrieben. Die Lieferspannung E, die Arbeitsspannung Vgopen und die Arbeitsspaltimpedanz Rgap haben die folgende Beziehung:

worin Rx der innere Widerstand der gesamten Impulsgeneratorschaltung beim Anlegen der Leerlauf-Spannung ist.

Daher ergibt sich die Arbeitsspaltimpedanz Rgap wie folgt:

Die Arbeitsspannung Vgopen kann über einen A/D-Wandler als digitaler Wert in die Detektoreinrichtung 10 eingegeben werden.

Die Arbeitsweise ist insofern vorteilhaft, als es nicht erforderlich ist, die Feststell-Gleichstromquelle 7 (Va) für die Arbeitsspaltimpedanz Rgap und den Strombegrenzungswiderstand 8 (Ra) zu verwenden.

Andererseits kann bei dieser Arbeitsweise in dem Fall, in welchem elektrische Entladung unmittelbar nach dem Anlegen von Spannung am Arbeitsspalt durch die Bearbeitungsenergiequelle auftritt, die Arbeitsspannung Vgopen im Leerlauf nicht festgestellt werden. Daher kann dann die Arbeitsspaltimpedanz Rgap nicht berechnet werden.

Eine dritte Arbeitsweise zum Erhalten der Arbeitsspaltimpedanz Rgap ist wie folgt: Wie in Fig. 4 dargestellt, sind selbst in der Pausenperiode einige der Leistungstransistoren 4-1 bis 4-n angeschaltet, und der Widerstandswert der Strombegrenzungswiderstände 5 wird auf einen ausreichend großen Wert eingestellt, so daß die Arbeitsspaltspannung niedriger als die Lichtbogenspannung ist. Die dazwischen vorhandene Spannung Vgz wird für die Berechnung der Arbeitsspaltimpedanz verwendet. Wenn die innere Impedanz der Impulsgeneratorschaltung, die während der Pausenperiode vorhanden ist, durch Rz dargestellt ist, wird durch die Lieferspannung E, die Arbeitsspaltspannung Vgz und die Arbeitsspaltimpedanz Rgap die nachstehende Beziehung erhalten:

Daher ergibt sich die Arbeitsspaltimpedanz Rgap wie folgt:

Die oben beschriebene Arbeitsweise ist insofern vorteilhaft, als die Arbeitsspaltimpedanz Rgap, die Feststell-Gleichstromquelle 7 (Va) und der Strombegrenzungswiderstand 8 Ra nicht erforderlich sind. Weiterhin wird bei dieser Arbeitsweise während der Pausenperiode die Arbeitsspaltspannung Vgz festgestellt für Berechnung der Arbeitsspaltimpedanz Rgap, und daher kann ähnlich wie bei der oben beschriebenen zweiten Arbeitsweise die Arbeitsspaltimpedanz Rgap selbst in dem Fall berechnet werden, in welchem die Entladung unmittelbar nach dem Anlegen von Spannung stattfindet und keine Zündverzögerung vorhanden ist.

Eine vierte Arbeitsweise zum Erhalten der Arbeitsspaltimpedanz Rgap ist wie folgt: Bei der vierten Arbeitsweise wird, wie in Fig. 5 dargestellt, während der Pausenperiode der Bearbeitungsenergiequelle 3 die Feststell-Gleichstromquelle 7, deren Spannung niedriger als die Lichtbogenspannung Vgarc ist, dazu verwendet, die Feststellspannung am Arbeitsspalt anzulegen, die in ihrer Polarität gleich der Polarität der Bearbeitungsenergiequelle 3 ist, und die im Arbeitsspalt aufgebaute Spannung wird zur Berechnung der Arbeitsspaltimpedanz Rgap verwendet. Das besondere Merkmal dieser Arbeitsweise besteht darin, daß die Strombegrenzungswiderstände 5 der Bearbeitungsenergiequelle 3 als Strombegrenzungswiderstand für die Feststell-Gleichstromquelle 7 verwendet wird. Daher ist im Vergleich mit der oben beschriebenen ersten Arbeitsweise zum Erhalten der Arbeitsspaltimpedanz Rgap diese Arbeitsweise vorteilhaft, weil es bei ihr nicht erforderlich ist, zusätzlich Strombegrenzungswiderstände 8 für die Feststell-Gleichstromquelle 7 vorzusehen.

Die arithmetische Einrichtung 11 benutzt die durch die Detektoreinrichtung 10 gemessene Arbeitsspaltimpedanz, um die inneren Impedanzen für den Impulsgenerator getrennt zu berechnen in Übereinstimmung mit den nachstehenden Bedingungen.

Zuerst wird im Leerlauf-Zustand, der vorhanden ist nach Anlegen der Spannung, bis elektrische Entladung zwischen den Elektroden auftritt, eine innere Impedanz Rx für den Impulsgenerator berechnet, die eine Leerlauf-Spannung Vgopen erzeugt, die hoch genug ist, daß elektrische Entladung stattfinden kann. Beim Feststellen des Auftretens der elektrischen Entladung im Arbeitsspalt wird die innere Impedanz Rx der Impulsgeneratorschaltung zu einer inneren Impedanz Ry der Impulsgeneratorschaltung umgeschaltet, um während der Entladung einen gewünschten Entladungsstrom Id zu erhalten. Da jedoch die Schaltelemente 4, beispielsweise Leistungstransistoren, eine Schaltverzögerungszeit haben, fließt während dieser Periode der folgende augenblickliche Strom I_Dpeak im Arbeitsspalt, wie es im Teil (b) der Fig. 6 dargestellt ist. Demgemäß fließt bei dieser Arbeitsweise ein Strom stärker als der gewünschte Entladungsstrom Id als augenblicklicher Strom I_Dpeak, wodurch die Bearbeitungsfläche rauh wird.

Um eine hohe Leerlauf-Spannung Vgopen zu erhalten, sollte die innere Impedanz Rx der Impulsgeneratorschaltung niedrig sein. Jedoch wird sie auf einen zweckentsprechenden Wert eingestellt, bei welchem der Augenblicksstrom I_Dpeak die Bearbeitungsfläche nicht aufrauht.

In diesem Fall ist die Beziehung zwischen der Leerlauf-Spannung Vgopen und der Arbeitsspaltimpedanz Rgap und der inneren Impedanz Rx der Impulsgeneratorschaltung wie folgt:

Daher gilt

worin E die Spannung der Gleichstromquelle 3 ist.

Dies bedeutet, daß die angestrebte Leerlauf-Spannung Vgopen und die gemessene Arbeitsspaltimpedanz Rgap dazu verwendet werden, die innere Impedanz Rx der Impulsgeneratorschaltung in Übereinstimmung mit der obigen Gleichung 11 zu berechnen.

Zweitens ändert sich während der elektrischen Entladung der elektrolytische Strom, der zur Bearbeitung des Werkstücks nicht beiträgt, mit der Arbeitsspaltimpedanz Rgap, und daher wird, um den Entladungsstrom Id zu steuern, was für die Bearbeitung des Werkstücks erforderlich ist, der Gesamtstrom I, der die Summe aus dem Entladungsstrom Id und dem elektrolytischen Strom I_Earc ist, in Übereinstimmung mit der Arbeitsspaltimpedanz Rgap gesteuert.

Der elektrolytische Strom I_Earc und der Entladungsstrom Id während der Entladung können durch die nachstehenden Gleichungen dargestellt werden:

In der oben beschriebenen Gleichung ist Ry die innere Impedanz der Impulsgeneratorschaltung, die ein zusammengesetzter Widerstand ist, bestimmt durch wahlweises Kombinieren der Strombegrenzungswiderstände. Es ist durch Untersuchungen bestätigt worden, daß die Lichtbogenspannung Vgarc von dem Entladungsstrom Id abhängt. Durch Verwendung der gemessenen Arbeitsspaltimpedanz Rgap, des gewünschten Entladungsstromwertes Id und der Lichtbogenspannung Vgarc ergibt sich die innere Impedanz Ry der Impulsgeneratorschaltung wie folgt:

Die inneren Impedanzen Rx und Ry der Impulsgeneratorschaltung, die durch die arithmetische Einrichtung 11 berechnet wurden, werden an die Speichereinrichtung 14 geliefert. Im Fall der oben beschriebenen dritten Arbeitsweise des Anlegens einer Spannung an den Arbeitsspalt während der Pausenperiode, um die Arbeitsspaltimpedanz Rgap zu erhalten, wird auch eine innere Impedanz Rz der Impulsgeneratorschaltung, mit welcher während der Pausenperiode die Arbeitsspaltspannung so eingestellt wird, daß sie niedriger als die Lichtbogenspannung ist, an die Speichereinrichtung 14 geliefert. Die Schalteinrichtung 12 arbeitet dahingehend, während der Leerlauf-Periode die Impedanz Rx, während der Entladung die Impedanz Ry und während der Pausenperiode die Impedanz Rz auszuwählen. Für den Zweck der Realisierung der inneren Impedanzen Rx, Ry und Rx bestimmt die Entschlüsselungseinrichtung 16 diejenigen, die in Kombination der Strombegrenzungswiderstände 5 verwendet werden sollen, und sie wählt die Leistungstransistoren aus, die mit den auf diese Weise bestimmten Widerständen verbunden werden, und sie liefert Leistungstransistorkombinationsmuster z. B. wie folgt:

worin a₁, a₂, . . . a_n 0 oder 1 sind.

In der Gleichung kann Rx ersetzt werden durch Ry oder Rz. In der Gleichung sind R₁, R₂, . . . R_n die Widerstandswerte der Strombegrenzungswiderstände 5-1, 5-2, . . . 5-n. Die Folge {a_n} ist so bestimmt, daß Nachstehendes erhalten wird:

a_k =
0: Leistungstransistor angeschaltet
1: Leistungstransistor abgeschaltet

(k = 1, 2, . . . n)

Die angestrebte Leerlauf-Spannung Vgopen sollte wenigstens der Lichtbogenspannung Vgarc gleich sein, jedoch kann sie irgendeinen Wert haben, der höher als die Lichtbogenspannung ist.

Wenn ein Zielwert für die Leerlauf-Spannung Vgopen bestimmt worden ist, können die nachstehend angegebenen zwei Steuerarbeitsweisen in Betracht gezogen werden: Bei der ersten Steuerarbeitsweise wird die Leerlauf-Spannung derart gewählt, daß sie mit dem Zielwert übereinstimmt, und bei der zweiten Steuerarbeitsweise wird in dem Fall, in welchem Werte höher als der Zielwert bequem erhalten werden können, die Leerlauf- Spannung nicht besonders auf den Zielwert verringert. Dies bedeutet, daß in dem Fall, in welchem die Elektrodenfläche S klein ist und die Arbeitsspaltimpedanz Rgap ausreichend hoch ist, die zweite Steuerarbeitsweise genommen werden kann.

Jedoch wird die Feststellung der Entladung durch die Entladungsdetektoreinrichtung 9 allgemein erzielt durch Vergleich der Arbeitsspaltspannung mit einer Bezugsentladungsspannung, und daher hängt die Leerlauf-Spannung von der Zeitverzögerung der Feststellung der Entladung ab. Demgemäß sollte die Leerlauf-Spannung so konstant wie möglich gehalten werden, und es wird bevorzugt, daß die Steuerung durch die arithmetische Einrichtung 11 derart ausgeführt wird, daß die Leerlauf- Spannung konstant ist.

Mit der oben beschriebenen Arbeitsweise kann die Arbeitsspaltimpedanz Rgap mit der Detektoreinrichtung 10 berechnet werden und die berechneten Daten können mit jedem Spannungsimpuls ausgegeben werden.

Die arithmetische Einrichtung 11 verwendet die Arbeitsspaltimpedanz Rgap, die von der Detektoreinrichtung mit jedem Spannungsimpuls ausgegeben wird, um die innere Impedanz der Impulsgeneratorschaltung zu berechnen.

Um die innere Impedanz der Impulsgeneratorschaltung aus der Arbeitsspaltimpedanz, die von der Detektoreinrichtung 10 ausgegeben wird, zu erhalten, können die berechneten Daten für die Arbeitsspaltimpedanz Rgap mit den nachstehenden Arbeitsweisen verarbeitet werden:

Bei einer ersten Arbeitsweise wird die bei jedem Impuls ausgegebene Arbeitsspaltimpedanz Rgap für Berechnung der inneren Impedanz beim nächsten Impuls verwendet. Insbesondere wird bei dieser Arbeitsweise die Arbeitsspaltimpedanz beim vorhergehenden Impuls dazu verwendet, die innere Impedanz zu bestimmen, wenn der gegenwärtige Impuls angelegt wird. Demgemäß kann die Arbeitsweise auf die Änderung des Zustandes im Arbeitsspalt ansprechen.

Andererseits können während eines Bearbeitungsvorganges mit elektrischer Entladung die Elektroden und das Werkstück kurzgeschlossen oder im wesentlichen kurzgeschlossen werden, und zwar zeitweilig durch eine Störung, beispielsweise durch eine Ansammlung von Spänen.

In diesem Zustand ist die Arbeitsspaltspannung Null oder im wesentlichen Null. Dies bedeutet, daß der Wert Null oder ein Wert nahe Null für Rga, Rgopen und Rgz in den Gleichungen (8), (9) und (10) eingesetzt werden kann. Daher nähern sich, da Rgap sich Null nähert, auch Rx und Ry, berechnet durch die Gleichungen (11) und (12), ebenfalls Null. Dies bedeutet, daß die Gleichstromenergiequelle 3 einen starken Strom in dem Arbeitsspalt liefert über einen niedrigen Widerstand. Daher findet in diesem Fall elektrische Entladung mit großer Energie statt, und als Folge davon wird die Bearbeitungsfläche stärker aufgerauht, als es beabsichtigt ist.

Um die oben beschriebene Schwierigkeit zu beseitigen, ist eine zweite Arbeitsweise geschaffen. Bei der zweiten Arbeitsweise wird der Mittelwert Rgap-m von n letzten Werten der Daten der Arbeitsspaltimpedanz Rgap gebildet und zur Berechnung der inneren Impedanz verwendet. Es sei ein Speicher betrachtet mit Adressen 1 bis n, wie es in Fig. 8 dargestellt ist. Rgap-Daten werden in den Speicher derart gespeichert, daß neu eingegebene Daten immer an der Adresse 1 gespeichert und die alten Daten in der Adresse 1 zu der nächsten Adresse verschoben werden. Demgemäß speichert der Speicher dauernd n letzte Rgap-Daten. Durch Verwendung des Inhalts des Speichers führt die arithmetische Einrichtung 11 die nachstehend angegebene Berechnung aus:

Der auf diese Weise erhaltene Mittelwert Rgap-m wird zur Berechnung der inneren Impedanz der Impulsgeneratorschaltung benutzt.

Die nachstehend angegebene dritte Arbeitsweise kann verwirklicht werden unter Verwendung des Speichers, der oben mit Bezug auf die zweite Arbeitsweise beschrieben worden ist. Dies bedeutet, daß bei der dritten Arbeitsweise von den n letzten Arbeitsspaltimpedanzen Rgap, die in dem Speicher gespeichert sind, der größte Wert Rgap als ein typischer Wert verwendet wird. Das Einstellen des Wertes n auf einen zweckentsprechenden Wert kann zum Beseitigen der Schwierigkeit führen, daß fürs Rgap ein Wert Null oder annähernd Null auftritt, wenn der Arbeitsspalt kurzgeschlossen oder nahezu kurzgeschlossen wird.

Danach entschlüsselt der Treiberstromkreis 13 für die Leistungstransistorgruppe 4 ein Leistungstransistor-Auswahlkombinationsmuster, welches von der Schalteinrichtung 12 geliefert wird, um ein Signal an die Signalleitungen zu liefern, die an die Basis der betreffenden Leistungstransistoren geschaltet sind, um die letzteren anzuschalten.

Wie oben beschrieben, wird beim Ansprechen auf die Änderung der Arbeitsspaltimpedanz Rgap die innere Impedanz der Impulsgeneratorschaltung geändert in Übereinstimmung mit den nachstehenden Bedingungen jedes Spannungsimpulses:

(1) Wenn die Spannung nach der Pausenperiode an den Arbeitsspalt angelegt wird, wird die innere Impedanz 11 der Impulsgeneratorschaltung auf Rx eingestellt, wie es aus der Gleichung (11) berechnet worden ist.
(2) Wenn die Entladungsdetektoreinrichtung 9 feststellt, daß eine elektrische Entladung im Arbeitsspalt stattfindet, wird das Feststellsignal an die Schalteinrichtung 12 angelegt, so daß die innere Impedanz Rx zu Ry geändert wird, berechnet aus der Gleichung (12), und
(3) wenn die gewünschte Spannungsimpulsperiode vorbeigegangen ist, werden alle Leistungstransistoren abgeschaltet, so daß die Pausenperiode vorhanden ist.

Der Bearbeitungsvorgang wird ausgeführt durch wiederholtes Ausführen der oben beschriebenen Arbeitsvorgänge.

Wie es aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, ist das Bearbeitungsverfahren mit elektrischer Entladung gemäß der Erfindung derart gestaltet, daß die Arbeitsspaltimpedanz festgestellt wird aus ihrer Änderung, die der Änderung der Phase der elektrischen Entladung im Arbeitsspalt zugeschrieben wird, und ihre auf diese Weise festgestellten Daten werden für Berechnung der inneren Impedanz der Impulsgeneratorschaltung verwendet. Daher können mit dem Verfahren gemäß der Erfindung die optimale Leerlauf-Spannung und der gewünschte Arbeitsstrom bequem erhalten werden. In Übereinstimmung damit hat die sich ergebende, mittels Entladung bearbeitete Fläche gleichmäßige Oberflächenrauheit, die eindeutig durch das Einstellen der Bearbeitungsbedingungen definiert ist, wobei der Bearbeitungsvorgang stabil ist und weiterhin die Bearbeitung einer großen Fläche und eine Fein- Bearbeitung ausgeführt werden können. Demgemäß werden durch das Bearbeitungsverfahren mit elektrischer Entladung gemäß der Erfindung die Herstellungskosten verringert.

Während bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf eine allgemeine elektrische Entladungsmaschine beschrieben worden ist, ist das technische Konzept der Erfindung in ähnlicher Weise bei elektrischen Entladungsmaschinen anwendbar, bei denen mittels Draht geschnitten wird.

Claims

1. Verfahren zur funkenerosiven Bearbeitung eines Werkstückes, bei welchem eine elektrisch leitende Arbeitsflüssigkeit verwendet wird und durch einen Impulsgenerator eine Impulsspannung wiederholt zwischen einer Werkzeugelektrode und dem Werkstück angelegt wird, um eine elektrische Entladung zu bewirken, wobei

(a) während der Pausenzeit der Impulsspannung die Arbeitsspaltimpedanz Rgap festgestellt wird,
(b) während der Zündverzögerungszeit die innere Impedanz Rx der gesamten Impulsgeneratorschaltung auf einen Wert eingestellt wird, bei welchem sich bei der zuvor festgestellten Arbeitsspaltimpedanz Rgap eine Leerlaufspannung am Arbeitsspalt einstellt, die gleich oder größer als die Zündspannung ist,
(c) nach Feststellung des Auftretens der elektrischen Entladung eine innere Impedanz Ry der gesamten Impulsgeneratorschaltung eingestellt wird, bei welcher bei der zuvor festgestellten Arbeitsspaltimpedanz Rgap ein gewünschter Arbeitsstrom geliefert wird,
(d) der Arbeitsstrom während einer vorbestimmten Zeitperiode fließen gelassen wird und
(e) danach diese Reihe von Verfahrensschritten wiederholt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die inneren Impedanzen Rx, Ry der gesamten Impulsgeneratorschaltung unter Verwendung der festgestellten Arbeitsspaltimpedanz Rgap berechnet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, worin die Arbeitsspaltimpedanz Rgap zur Berechnung der inneren Impedanzen Rx, Ry der gesamten Impulsgeneratorschaltung beim jeweils nächsten Impuls verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, worin der Mittelwert Rgap-m aus den Werten für die Arbeitsspaltimpedanz, die bei einer vorbestimmten Anzahl vorangegangener Pausenzeiten der Impulsspannung bestimmt wurden, zur Berechnung der inneren Impedanzen Rx, Ry der gesamten Impulsgeneratorschaltung verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, worin der jeweils höchste Wert der Werte für die Arbeitsspaltimpedanz, die bei einer vorbestimmten Anzahl vorangegangener Pausenzeiten, der Impulsspannung bestimmt wurden, zur Berechnung der inneren Impedanzen Rx, Ry der gesamten Impulsgeneratorschaltung verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin während einer Pausenzeit der Impulsspannung eine Gleichspannung zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück angelegt und der resultierende Wert der Spannung oder des Stromes zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück zur Berechnung der Arbeitsspaltimpedanz Rgap verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, worin während einer Pausenzeit der Impulsspannung eine Gleichstromquelle, deren Ausgangsspannung gleich oder niedriger als die Arbeitsspannung ist, aktiviert wird, um eine Spannung, welche gleiche Polarität wie die Arbeitsspannung hat, über einen Strombegrenzungswiderstand zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück anzulegen.

8. Vorrichtung zur funkenerosiven Bearbeitung eines Werkstücks mit einer Einrichtung zur Zuführung einer elektrisch leitenden Arbeitsflüssigkeit in einen zwischen einer Werkzeugelektrode (1) und dem Werkstück (2) gebildeten Arbeitsspalt, umfassend

(a) einen Impulsgenerator (13, 5, 4) zum wiederholten Anlegen einer Impulsspannung zwischen Werkzeugelektrode (1) und Werkstück (2), um zwischen ihnen eine elektrische Entladung zu bewirken,
(b) eine Entladungsdetektoreinrichtung (9) zum Erfassen einer elektrischen Entladung zwischen Werkzeugelektrode (1) und Werkstück (2),
(c) eine Impedanzdetektoreinrichtung (10) zum Erfassen des Wertes der Arbeitsspaltimpedanz Rgap,
(d) eine Einstelleinrichtung (11) zum Einstellen der inneren Impedanz Rx der gesamten Impulsgeneratorschaltung während der Zündverzögerungszeit auf einen Wert, bei dem in Abhängigkeit von der vorher erfaßten Arbeitsspaltimpedanz Rgap eine Leerlaufspannung erreicht wird, welche gleich oder höher als die Zündspannung ist, und zum Einstellen der inneren Impedanz Ry der gesamten Impulsgeneratorschaltung nach Erfassen des Auftretens der elektrischen Entladung auf einen Wert, bei dem in Abhängigkeit von der vorher erfaßten Arbeitsspaltimpedanz Rgap ein gewünschter Arbeitsstrom geliefert wird,
(e) eine Einrichtung (12, 16) zum Aufrechterhalten des Stromflusses für eine vorbestimmte Zeitperiode und
(f) eine Steuereinrichtung (18) zum wiederholten und aufeinanderfolgenden Aktivieren der Entladungsdetektoreinrichtung (9), der Impedanzdetektoreinrichtung (10), der Einstelleinrichtung (11) und der Einrichtung ( 12, 16) zum Aufrechterhalten des Stromflusses.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, worin der Impulsgenerator (13, 5, 4) mehrere untereinander parallel geschaltete Leistungstransistoren (4) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, worin eine Gleichstromquelle (7) vorgesehen ist, die zwischen Werkzeugelektrode (1) und Werkstück (2) geschaltet ist und gleiche Polarität wie die Arbeitsspannung aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, worin mehrere Strombegrenzungswiderstände (8) mittels einer Schaltereinrichtung (19) wahlweise in den Stromkreis der Gleichstromquelle (7) einschaltbar sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, worin die Einstelleinrichtung (11) eine arithmetische Einrichtung zum Berechnen der inneren Impedanz der gesamten Impulsgeneratorschaltung in Abhängigkeit von der jeweils erfaßten Arbeitsspaltimpedanz Rgap umfaßt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, worin eine Speichereinrichtung (14) zum Speichern von ermittelten Werten für die Arbeitsspaltimpedanz Rgap vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, worin die Speichereinrichtung (14) zum Speichern einer vorbestimmten Anzahl von jeweils zuletzt ermittelten Werten für die Arbeitsspaltimpedanz Rgap ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, worin der Speichereinrichtung (14) eine Einrichtung zur Bildung des Mittelwertes aus den gespeicherten Werten für die Arbeitsspaltimpedanz Rgap zugeordnet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, worin der Speichereinrichtung (14) eine Einrichtung zum Ermitteln des jeweils höchsten der gespeicherten Werte für die Arbeitsspaltimpedanz Rgap zugeordnet ist.