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Die vorliegende Erfindung betrifft einen
Spaltspannungsdetektor für eine Funkenerosionsdrahtbearbeitungsmaschine, der eine
Spaltspannung zwischen einer Drahtelektrode und einem
Werkstück detektieren kann.
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Bei einer Funkenerosionsdraht bzw.
Drahtelektroentladungsbearbeitungsmaschine ist es bekannt, eine angemessene Steuerung
der Bearbeitung durch elektrische Entladung auf der Basis
eines detektierten Wertes einer Spaltspannung zwischen einer
Drahtelektrode (nachfolgend als Draht bezeichnet) und einem
Werkstück zu bewirken. Herkömmlicherweise wird als die
Spaltspannung eine Spannung zwischen dem Werkstück und einem über
oder unter dem Werkstück angeordneten Leiter zum Verbinden
einer Bearbeitungsenergiequelle mit dem Draht detektiert.
Jedoch enthält die so detektierte Spannung
Spannungsabfallkomponenten, die einem Drahtwiderstand und einer Induktanz
zwischen dem Leiter und dem Werkstück zuschreibbar ist. Wenn eine
Stelle, bei welcher die elektrische Entladung zwischen dem
Draht und dem Werkstück auftritt, variiert, tritt auch bei
diesen Spannungsabfallkomponenten eine Variation auf.
Insbesondere wird eine große Variation dieser Komponenten gefunden,
wenn das Werkstück eine große Dicke aufweist. Wie oben erklärt
enthält die detektierte Spannung variable Komponenten, die
einer Variation der Stelle der elektrischen Entladung
zuschreibbar ist und kann infolgedessen keine genaue
Spaltspannung anzeigen.
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Überdies ist es auch bekannt, von der detektierten Spannung
einen Korrekturwert, der für eine einer Induktanz zwischen dem
Leiter und dem Werkstück zuzuschreibenden
Spaltspannungskomponente repräsentativ ist, zu subtrahieren, um die detektierte
Spannung zu korrigieren, so wie es aus der japanischen
Offenlegungsschrift Nr. 60-180719 hervorgeht. Jedoch kann auch in
diesem Fall die derart korrigierte detektierte Spannung keine
genaue Spaltspannung anzeigen, da der genannte Korrekturwert
keine Variation der Spannungsabfallkomponente reflektiert.
Auch in dem Fall der Bewirkung einer Korrektur der mit dem
Drahtwiderstand verbundenen Spannungsabfallkomponente kann die
Spaltspannung nicht genau detektiert werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine
Funkenerosionsdrahtbearbeitungsmaschine bereitgestellt, die aufweist:
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Drahtführungen zum Führen eines Bearbeitungsdrahts längs eines
Pfades in Richtung zu einem Werkstück auf einer Eingangsseite
des Werkstücks und auf einer Ausgangsseite des Werkstücks von
dem Werkstück fort, einen auf einer der Werkstückseiten
angeordneten Leiter zum Kontaktieren des Drahts und einer ersten
Spannungsdetektoreinrichtung zum Detektieren einer ersten
Spannung zwischen dem ersten Leiter und dem Werkstück,
gekennzeichnet durch einen auf der entgegengesetzten Seite des
Werkstücks angeordneten zweiten Leiter zum Kontaktieren des
Drahts, eine zweite Spannungsdetektoreinrichtung zum
Detektieren einer zweiten Spannung zwischen dem zweiten Leiter
und dem Werkstück und durch eine Einrichtung zum Detektieren
einer Spaltspannung zwischen dem Draht und dem Werkstück auf
der Basis der Summe der auf diese Weise detektierten ersten
und zweiten Spannung.
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Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann einen
Spaltspannungsdetektor für eine
Funkenerosionsdrahtbearbeitungsmaschine bereitstellen, der einen nachteiligen Einfluß
einer Variation der Stelle einer elektrischen Entladung
eliminieren oder reduzieren kann, wobei eine genaue Detektion
einer Spaltspannung zwischen einer Drahtelektrode und einem
Werkstück ermöglicht ist.
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Vorzugsweise weist der Spaltspannungsdetektor eine
Einrichtung zum Detektieren eines elektrischen Entladungsstroms, eine
Einrichtung zum Detektieren eines Differentialwertes des
elektrischen Entladungsstroms auf, und ist so betreibbar, daß er
eine Spannungsabfallkomponente, die einem Drahtwiderstand
zwischen dem ersten und zweiten Leiter zuschreibbar ist, und
eine andere Spannungsabfallkomponente, die einer Induktanz
zwischen diesen Leitern zuschreibbar ist, auf der Basis des
detektierten elektrischen Entladungsstroms und dessen
Differentialwertes detektiert, und ist ferner so betreibbar,
daß er die Summe der ersten und zweiten Spannung unter
Verwendung der detektierten Spannungsabfallkomponenten
korrigiert, um dadurch die Spaltspannung zu detektieren.
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Wie oben erklärt, kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine
genaue Spaltspannung frei von einem nachteiligen Einfluß einer
Variation der Stelle der elektrischen Ladung detektiert
werden, da die Spaltspannung auf der Basis der Summe der
Spannungen zwischen dem ersten Leiter und dem Werkstück und
zwischen dem zweiten Leiter und dem Werkstück detektiert und
vorzugsweise die Summe durch die dem Drahtwiderstand und der
Induktanz zwischen diesen Leitern zuschreibbaren
Spannungsabfallkomponenten korrigiert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines Teils einer
Funkenerosionsdrahtbearbeitungsmaschine, die mit einem
Spaltspannungsdetektor gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist, und
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Figur 2 eine Darstellung zur Erklärung des Arbeitsprinzips der
in Figur 1 gezeigten Anordnung.
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Unter Bezugnahme auf die Figur 1 weist eine mit einem
Spaltspannungsdetektor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ausgerüstete Funkenerosionsdraht- bzw.
Drahtelektroentladungsbearbeitungsmaschine gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung eine obere Führungsrolle 6 und eine
obere Drahtführung 8, die jeweils über einem Werkstück 3
angeordnet sind, und eine untere Drahtführung 9 und eine
untere Führungsrolle 7, die jeweils in einer zu diesen
Elementen 6, 8 zugekehrten Relation in bezug auf das
Werkstück 3 angeordnet sind, auf und ist so ausgebildet, daß
sie einen Draht 2 mittels dieser Elemente 6 bis 9 führt. Ein
oberer Leiter 4 und ein unterer Leiter 5 sind in der Nähe der
Drahtführungen 8 bzw. 9 für einen Kontakt mit dem Draht 2
angeordnet und jeder dieser Leiter ist mit einem
Ausgangsanschluß mit einer Bearbeitungsenergiequelle 1 mit einem mit dem
geerdeten Werkstück 3 verbundenen anderen Ausgangsanschluß
verbunden.
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Der obere Leiter 4 ist mit dem Werkstück 3 durch einen aus
Widerständen R11 und R12 bestehenden ersten Spannungsteiler zum
Detektieren einer Spannung zwischen dem oberen Leiter 4 und
dem Werkstück 3 verbunden, und eine Verbindung dieser
Widerstände ist durch einen Widerstand R13 mit einem ersten
Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers (Addierers) 11 zum
Detektieren einer Spaltspannung zwischen dem Draht 2 und dem
Werkstück 3 verbunden. Andererseits ist der untere Leiter 5
mit dem Werkstück 3 durch einen aus Widerständen R21 und R22
bestehenden zweiten Spannungsteiler zum Detektieren einer
Spannung zwischen dem unteren Leiter 5 und dem Werkstück 3
verbunden, und eine Verbindung dieser Widerstände ist mit dem
ersten Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 11 durch
einen Widerstand R23 verbunden.
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Das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Detektorspule zum
Detektieren eines Differentialwertes eines elektrischen
Entladungsstromes. Ein die Bearbeitungsenergiequelle 1 mit dem Werkstück
3 verbindender Leitungsdraht erstreckt sich durch die
Detektorspule 10. Ein Ende der Spule 10 ist geerdet und ein anderes
Ende ist mit einem zweiten Eingangsanschluß des
Operationsverstärkers 11 durch einen ersten variablen Widerstand RV1 und
einen Eingangsanschluß einer Integrationsschaltung 12 zum
Detektieren des elektrischen Entladungsstroms verbunden. Ferner
ist ein Ausgangsanschluß der Integrationsschaltung 12 mit dem
zweiten Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 11 durch
einen zweiten variablen Widerstand RV2 verbunden. Indessen ist
die Windungsrichtung der Detektorspule 10 so bestimmt, daß an
die jeweiligen Eingangsanschlüsse des Operationsverstärkers 11
angelegte Spannungen in der Polarität zueinander
entgegengesetzt sind.
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Im folgenden wird die Arbeitsweise der wie oben aufgebauten
Elektroentladungsmaschinen erklärt.
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Beim Start des Betriebs der Funkenerosions- bzw.
Elektroentladungsmaschine wird von der Bearbeitungsenergiequelle 1 dem
Draht 2 eine elektrische Entladungsenergie zugeführt, die
längs der in Figur 1 gezeigten Elemente 6 bis 9 abgegeben wird
und ein in dem Werkstück 3 ausgebildetes anfängliches Loch
oder eine Bearbeitungsnut so passiert, daß sie sich in der
Figur 1 nach abwärts bewegt. Dies hat zur Folge, daß zwischen
dem Draht 2 und dem Werkstück 3 eine elektrische Entladung zur
Bearbeitung durch elektrische Entladung auftritt.
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Es sei hier angenommen, daß die elektrische Entladung bei
einer in der Figur 2 durch das Bezugszeichen P bezeichneten
elektrischen Entladungsstelle auftritt. Spannungen VU und VL
zwischen dem oberen Leiter 4 und dem Werkstück 3 und zwischen
dem unteren Leiter 5 und dem Werkstück 3 sowie die Summe VG (=
VU + VL) dieser Spannungen werden jeweils durch die folgenden
Gleichungen (1) bis (3)
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VU = Vg + r1 i1 + L1 (di1/dt) (1)
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VL = Vg + r2 i2 + L2 (di2/dt) (2)
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VG = 2Vg + r1 i1 + r2 i2 +
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L1 (di1/dt) + L2 (di2/dt) (3)
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dargestellt, wobei die Widerstände R11, R12, R21, R23 und
dergleichen nicht in Betracht gezogen sind, und wobei Vg
die Spaltspannung, r1 den Drahtwiderstand zwischen dem oberen
Leiter 4 und der elektrischen Entladungsstelle P, L1 die
Induktanz zwischen dem oberen Leiter 4 und der elektrischen
Entladungsstelle P, r2 den Drahtwiderstand zwischen dem
unteren Leiter 5 und der Entladungsstelle P, L2 die Induktanz
zwischen dem unteren Leiter 5 und der Entladungsstelle P, i1
den durch den oberen Leiter 4 fließenden elektrischen Strom
und i2 den durch den unteren Leiter 5 fließenden elektrischen
Strom bedeuten (siehe Figur 2).
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Die Induktanzen L1, L2 sind beträchtlich kleiner als die
Induktanz L1' zwischen der Bearbeitungsenergiequelle 1 und dem
oberen und unteren Leiter 4, 5 und die Induktanz L2' zwischen
dem Werkstück 3 und der Bearbeitungsenergiequelle 1. Demgemäß
sind die elektrischen Ströme i1 und i2 zueinander etwa gleich
(i1 i2 i) und durch Modifikation der Gleichung (3) kann
die folgende angenäherte Gleichung (4)
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VG = 2Vg + i.(r1 + r2) + (L1 + L2).di/dt (4)
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erhalten werden.
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In der Gleichung (4) repräsentiert der Wert r1 + r2 den
Drahtwiderstand und der Wert L1 + L2 die Induktanz zwischen den
Leitern 4, 5. Diese Werte sind in Abhängigkeit von der
Konstruktion der Elektroentladungsmaschine entschieden bestimmt
und ändern sich auch dann nicht, wenn die elektrische
Entladungsstelle P variiert. Demgemäß korrespondiert der Wert auf
der rechten Seite der Gleichung (4) genau mit der
Spaltspannung Vg.
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Während der Bearbeitung durch elektrische Entladung tritt bei
einer Verbindung der Widerstände R11 und R12 des den oberen
Leiter 4 und das Werkstück 3 verbindenden ersten
Spannungsteilers eine die Spannung VU anzeigende Spannung auf,
wohingegen an einer Verbindung der Widerstände R21, R22 des den
unteren Leiter 5 und das Werkstück 3 verbindenden zweiten
Spannungsteilers eine die Spannung VL anzeigende Spannung
auftritt. Die Summe dieser Spannungen wird an den ersten
Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 11 angelegt. Die an
diesen Anschluß angelegte Summe korrespondiert mit dem Wert
der rechten Seite der Gleichung (4) und korrespondiert
infolgedessen genau mit der Spaltspannung Vg.
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Während der Bearbeitung durch elektrische Entladung wird in
der Detektorspule 10 eine Spannung induziert, deren Größe in
Abhängigkeit von einer Änderung des Differentialwertes di/dt
des zwischen der Bearbeitungsenergiequelle 1 und dem Werkstück
3 fließenden elektrischen Entladungsstromes in bezug auf die
Zeit variiert. Die Detektorspule 10 führt dem zweiten
Eingangsanschluß durch den ersten variablen Widerstand RV1 ein
Ausgangssignal zu, welches den Differentialwert des
elektrischen Entladungsstromes anzeigt. Die Integrationsschaltung 12
empfängt das Ausgangssignal aus der Detektorspule 10,
integriert dieses Signal und führt dann durch den zweiten
variablen Widerstand RV2 dem zweiten Eingangsanschluß des
Verstärkers 11 ein Ausgangssignal zu, welches den elektrischen
Entladungsstrom i anzeigt. Indessen sind die variablen
Widerstände RV1, RV2 im voraus so eingestellt, daß die an den
zweiten Eingangsanschluß des Verstärkers 11 angelegten
Spannungen durch diese Widerstände den dritten Therm (L1 + L2).
di/dt bzw. den zweiten Therm (i (r1 + r2)) der rechten Seite
der Gleichung (4) darstellen.
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Dem ersten Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 11 ist
eine Spannung zugeführt, die mit der Summe aus dem ersten,
zweiten und dritten Term der rechten Seite der Gleichung (4)
korrespondiert, und dem zweiten Eingang des
Operationsverstärkers 11 ist eine Spannung zugeführt, die mit der Summe aus dem
zweiten und dritten Term der Gleichung (4) korrespondiert und
eine zu der an dem ersten Eingangsanschluß angelegten
Spannung entgegengesetzte Polarität aufweist, um dadurch eine
Spannung zu erzeugen, die mit dem ersten Term (2Vg) der
Gleichung (4) korrespondiert. Demgemäß korrespondiert die von
einem verschlechternden Einfluß einer Variation der
elektrischen Entladungsstelle P freie Ausgangsspannung des
Operationsverstärkers 11 zu einem Wert, der durch Subtraktion von
Spannungsabfallkomponenten, die dem Drahtwiderstand und der
Induktanz zwischen den Leitern 4 und 5 zuzuschreiben sind, von
der Summe der gleichen Spannungsabfallkomponenten und der
Spannung, welche mit der Spaltspannung Vg korrespondiert,
erhalten wird. Dies hat zur Folge, daß die Ausgangsspannung des
Verstärkers die Spaltspannung genau repräsentiert.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend
genannte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann in
verschiedener Weise modifiziert werden. Beispielsweise kann,
obgleich bei dem Ausführungsbeispiel die Summe der Spannung
zwischen
dem oberen Leiter 4 und dem Werkstück 3 und der Spannung
zwischen dem unteren Leiter 5 und dem Werkstück 3 durch
Spannungsabfallkomponenten zum Detektieren der Spaltspannung
korrigiert wird, die Summe selbst als die Spaltspannung
detektiert werden.