SK134493A3 - Electric sparking discharge machine - Google Patents

Description

ELEKTRICKÝ ISKROVÝ VÝBOJOVÝ STROJ

Oblasť techniky

Vynález sa týka elektrických iskrových výbojových strojov.

Doterajší stav techniky

Elektrické iskrové výbojové stroje existujú v rade foriem, ktoré všetky majú spoločnú vlastnosť v tom, že sa vytvorí iskrový výboj cez medzeru medzi spracovávaným predmetom a elektródou za účelom erózie, a teda tvarového opracovania spracovávaného predmetu. Podmienky, v ktorých sa vytvorí iskrový výboj, závisia na zamýšlanej pracovnej rýchlosti, povrchu, materiáloch atď., ale na zaistenie toho, že sa výboj spoľahlivo vytvorí, je často žiaduce ho spustiť s ovela väčším napätím cez medzeru, než ako je treba na udržiavanie výboja. Zvyčajne sa používa sériový odpor (včítane vnútorného odporu) na regulovanie výstupu generátora poskytujúceho výbojový prúd tak, že pred tým, ako sa výboj spustí (pri otvorenom obvode), je výstupné napätie cez výbojovú medzeru vysoké a keď výboj vyvolá prudký vzrast prúdu, napätie cez medzeru klesne na úroveň požadovanú pre udržiavanie výbojového prúdu na požadovanej úrovni.

Pozoruje sa, že pri tomto usporiadaní sa plytvá velkými množstvami energie v regulačnom odpore. Ak je napríklad spúšťacie napätie 100 V, je výbojový prúd 100 A a napätie cez medzeru potrebné na udržiavanie výboja je 27 V (všetko typické príklady), je potom po spustení výboja rozptýlené ako dopadové teplo v priebehu zvyšku pracovného cyklu 7 300 Wattow. Okrem plytvania energiou toto vedie k potrebe generátorov vysokého napätia schopných poskytovať vysoký výstupný prúd. Takéto generátory sú nákladné.

Britský patentový spis GB-A-1 196 644 popisuje elektrický výbojový stroj, majúci prostriedky na vytváranie nízkeho prúdu s vysokým napätím s vysokou impedanciou, nasledovaného velkým prúdom nízkeho napätia. Na pripájanie zodpovedajúcich zdrojov k pracovnej medzere sa používajú spínacie prostriedky. Spínacie prostriedky sú zložité a existuje tu prechodná doba medzi vypnutím zdroja vysokého napätia a zapnutím zdroja nízkeho napätia s nízkou impedanciou, počas ktorej výboj zhasne. Výsledkom je zlé opracovanie.

Britský patentový spis GB-A-947 363 popisuje stroj, na ktorom sa spúšťací prúd a nízke napätie odoberajú z výstupu hlavného transformátora, alebo sa prívod vysokého napätia odoberá z transformátora a na generovanie malého prúdu sa používa nízkonapäťový prúd spínaný tranzistormi. Je obťažné zaistiť časovanie spúšťacieho prúdu vzhľadom k nízkonapäťovému veľkému prúdu a v dôsledku toho nebude vždy v medzere správny výboj.

Podstata vynálezu

Vynález si kladie za úlohu vytvoriť jednoduchý a relatívne lacný systém na napájanie elektrického výbojového stroja takým spôsobom, aby u neho dochádzalo k malému alebo vôbec žiadnemu plytvaniu energiou.

Podľa jedného znaku prináša vynález elektrický výbojový stroj na vytváranie iskrového výboja cez medzeru medzi elektródou a spracovávaným predmetom na spracovávanie predmetu eróziou, obsahujúci prvý zdroj majúci relatívne nízky výstupný skratový prúd a relatívne vysoké výstupné napätie otvoreného obvodu na spustenie iskrového výboja medzi spracovávaným predmetom a elektródou, a druhý zdroj majúci relatívne nízke výstupné napätie otvoreného obvodu a relatívne vysoký výstupný skratový prúd na udržiavanie iskrového výboja medzi elektródou a spracovávaným predmetom, ktorého podstatou je, že prvý a druhý zdroj sú zapojené paralelne počas pracovného cyklu, pričom ďalej obsahuje prostriedky na zabránenie spätného prúdu v druhom zdroji, keď je zavádzané výstupné napätie prvého zdroja vyššie, ako je napätie druhého zdroja.

Pri použití sa výboj spúšta prvým elektrickým zdrojom, ktorý nie je drahý vzhľadom k tomu, že ide o nízky skratový prúd, a keď je výboj spúšťaný a napätie cez medzeru klesá, napr. na 27 V, je vyplytvaná odpadová energia malá. Ak je napríklad spúšťacie napätie 100 V a skratový prúd prvého zdroja je 0,5 A, je vyplytvaná energia len 36,5 W. Pretože druhý zdroj, ktorý poskytuje hlavný objem výbojového prúdu, má nízke napätie otvoreného obvodu, je ďalej jeho cena ďaleko nižšia, a velkosť odpadovej vyplytvanej energie je opäť znížená. Ak je napätie otvoreného obvodu druhého zdroja napríklad 45 V pri výbojovom prúde 100 A, je vyplytvaná energia len 1800 W.

Zariadenie môže byť v princípe celkom jednoduché. Napríklad prednostné vyhotovenie je usporiadané tak, že prvý a druhý zdroj sú zapojené v priebehu pracovného cyklu paralelne a sériovo s výstupom druhého zdroja je zapojená jedna alebo viac diód kvôli zabráneniu spätného prúdu v druhom zdroji, keď je zavedené napätie prvého zdroja vyššie, ako je napätie druhého zdroja. Nie je treba spínať riadiace hnacie zariadenie na časovanie chodu druhého zdroja vo vzťahu k spúšťaciemu napätiu medzerového výboja. Pojem zabránenie je v tomto kontexte myslený tak, že zahŕňa situácie, kedy v praktickej skutočnosti dochádza k malým tzv. únikovým prúdom.

Pracovný cyklus stroja sa s výhodou riadi prvými spínacími prostriedkami, zapojenými paralelne s iskrovou medzerou, druhými spínacími prostriedkami zapojenými sériovo s výstupom druhého zdroja a riadiacimi prostriedkami spínačov na otváranie prvých spínacích prostriedkov a zatváranie druhých spínacích prostriedkov v pracovnom cykle, a na zatváranie prvých spínacích prostriedkov a otváranie druhých spínacích prostriedkov v nepracovnom cykle.

Aby bolo možné nastavovať rozdielne pracovné podmienky, môže byť prvý zdroj s výhodou nastavený tak, aby poskytoval jedno z väčšieho počtu rozdielnych spúšťacích napätí.

Pretože druhý zdroj nie je vystavený vysokým napätiam, môžu byt na riadenie jeho výstupného prúdu použité tranzistory. Stroj tak s výhodou obsahuje tranzistorové prostriedky majúce riadenú dráhu sériovo s výstupom druhého zdroja a prostriedky poskytujúce riadiaci signál prúdu do riadiaceho hradia tranzistorových prostriedkov na určovanie prúdu do riadenej dráhy. To má výhodu v tom, že hoci môže byt riadiaci signál menený samočinne medzi jedným pracovným cyklom a budúcim cyklom, môže sa výbojový prúd menit samočinne. Experimenty ukazujú, že ak sa zvolia vhodné zmeny, je možné dosiahnut vysoké pracovné rýchlosti súčasne s jemným povrchom. Napríklad riadiace prostriedky prúdu môžu byt usporiadané tak, že riadia tranzistorové prostriedky na zaistovanie periodického prúdového profilu, napríklad pomer prúdov v po sebe nasledujúcich cykloch je 1:2:4 alebo 1:4:16 v opakovacom slede. Ako alternatíva riadiace prostriedky prúdu zahŕňajú generátor pseudonáhodného sledu, usporiadaný tak, aby určoval riadiaci signál tak, aby vytváral pseudonáhodný sled výstupných prúdov z druhého zdroja.

Vynález sa ďalej vztahuje na spôsob spracovávania predmetu elektrickým iskrovým výbojom, pri ktorom sa vytvorí iskrový výboj medzi spracovávaným predmetom a elektródou z prvého elektrického zdroja majúceho relatívne vysoké výstupné napätie otvoreného obvodu a relatívne nízky výstupný skratový prúd, a výboj medzi spracovávaným predmetom a elektródou sa udržiava druhým elektrickým zdrojom majúcim relatívne nízke výstupné napätie otvoreného obvodu a poskytujúcim relatívne vysoký výstupný skratový prúd, až je spracovávanie ukončené, ktorého podstatou je, že prvý a druhý zdroj sa zapoja paralelne počas pracovného cyklu a zabraňuje sa spätnému prúdu v druhom zdroji, keď zavádzané vyššie výstupné napätie prvého zdroja presiahne napätie druhého zdroj a.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález je bližšie vysvetlený v nasledujúcom popise na príklade vyhotovenia s odvolaním na pripojené výkresy, v ktorých znázorňuje:

obr. 1 blokovú schému generátora iskrového výboja elektrického výbojového stroja podía vynálezu, obr. 2 schematickú podrobnosť vysokonapäťového a nízkonapäťového generátora z obr. 1, a obr. 3 schematické znázornenie vlnotvarov signálov.

Príklad vyhotovenia vynálezu

Ako je zrejmé na výkresoch, medzi spracovávaným predmetom 4 a elektródou 6 je schematicky znázornená medzera 2 pre iskrový výboj. V jednom príklade je elektróda obrátená replika tvaru, ktorý sa má získať eróziou na spracovanom predmete a pri použití sa posúva smerom k spracovávanému predmetu rýchlosťou riadenou meraním parametrov medzery pre iskrový výboj.

Priamo cez medzeru 2 je zapojený generátor 8 vysokého napätia. Obvod generátora 8 vysokého napätia je schematicky znázornený na obr. 2. Tu má hlavný napájači transformátor TI primárne vinutie 10 pripojené k neznázornenému hlavnému elektrickému prívodu. Sekundárne vinutie 12 transformátora TI má odbočky poskytujúce napätia +45 V, -55 V a -255 V vzhladom k odbočke 0 V. Ako je zrejmé, je odbočka +45 V pripojená priamo k jednej strane vstupu usmerňovačieho a vyhladzovacieho obvodu 14 spúšťacieho zdroja. Druhá strana vstupu usmerňovacieho a vyhladzovacieho obvodu 14 spúšťacieho zdroja je pripojená k prepínaciemu prostriedku, schematicky znázornenému, ktorý umožňuje voliť odbočky 0 V, -55 V, -155 V alebo -255 V vinutia 12 tak, že výstup usmerňovacieho a vyhladzovacieho obvodu 14 zapojený cez medzeru 2 je volitelný medzi 45 V, 100 V, 200 V alebo 200 V, ako je určené voliacim vstupom napätia a neznázorneným spínačom DIP. Nepredpokladá sa, že vinutie 12 povedie velký prúd a vnútorný odpor vinutia 12 a usmerňovacieho a vyhladzovacieho obvodu 14 je kombinovaný tak, že výstupný skratový prúd generátora 8 je obmedzený na napríklad 0,5 A pri 300 V a 1 A pri 100 V.

Cez medzeru 2 je zapojený tiež sériový obvod obsahujúci druhý generátor 16 veľkého prúdu a riadiaci obvod 18 prúdu, schematicky znázornený vo väčších podrobnostiach na obr. 2. Transformátor TI má ďalšie sekundárne vinutie 20, ktoré je schopné viesť veľké prúdy a má podľa toho malý vnútorný odpor. Vinutie má výstupy 45 V a 0 V, pripojené k usmerňovaciemu a vyhladzovaciemu obvodu 22 veľkého prúdu na vytváranie usmerneného výstupného prúdu, majúceho napríklad napätie otvoreného obvodu 45 V a skratový prúd 120 A. Riadiaci obvod 18. obsahuje sadu paralelných tranzistorov, z ktorých je na obr. 2 znázornený len jeden. Riadiaci systém prúdu využíva vlastnosti tranzistorov, že konštantné napätie medzi bázou a emitorom, privedené na tranzistor, vytvára konštantný prúd na dráhe báza - kolektor pre známu teplotu. Premenné sú riadené tým, že sa pridávajú ku každému tranzistoru emitorové odpory, pri použití teplotnej referenčnej diódy a tepelného vyvažovania tepelných poklesov tranzistoru, neznázorneného vo výkresoch.

Aby sa riadil prevádzkový cyklus stroja, je použitý generátor 24 časovej základne iskrových výbojov, ktorým môže byť menený pracovný cyklus a rýchlosť opakovania časovej základne iskrových výbojov na vodiči 26. Časová základňa iskrových výbojov je vedená do paralelného pohonu FET 28 a sériového pohonu FET 30. ktoré riadia zodpovedajúce prepínacie prostriedky vo forme tranzistorov FET 32 zapojených paralelne cez medzeru 2 a tranzistorov FET 34., zapojených sériovo s generátorom 16 veľkého prúdu a riadiacim obvodom 18 prúdu, takže tranzistory 32 otvárajú obvod a tranzistory 34 vedú v prevádzkovom cykle, zatiaľ čo tranzistory FET 32 vedú a tranzistory FET 34 otvárajú obvod v nepracovnom cykle.

V nepracovnom cykle je tak medzera

a) skratovaná tranzistormi FET 32, a

b) izolovaná od vysokonapäťového konca so zdrojom 16 tranzistormi

FET 34.

V pracovnom cykle je cez medzeru 2 na počiatku zvolené napätie zdroja vysokého napätia otvoreného obvodu, napr. 300 V. Aby sa zabránilo spätným prúdom v zdroji velkého prúdu na začiatku pracovného cyklu, sú s ním sériovo zapojené Schottkyho diódy 32.. Vysoké napätie rýchlo vyvolá iskrový výboj medzi spracovávaným predmetom a elektródou, ktorý vedie k rýchle vzrastajúcemu prúdu, ktorý vzhladom k regulačným vlastnostiam generátora 8 vysokého napätia rýchle ťahá napätie cez medzeru dole k 45 V. Len čo sa Schottkyho diódy 36 stanú polarizovanými dopredu, je výbojový prúd dodávaný tiež generátorom 16 velkého prúdu, ktorý poskytuje hlavné množstvo medzerového prúdu, ako je určené riadiacim prostriedkom 18 prúdu, až 120 A. Napätie cez medzeru 2 sa sníma signálovým obvodom 38 servoriadenia a výsledný riadiaci signál sa používa na riadenie polohy elektródy vzhladom k spracovávanému dielu tak, že napätie cez medzeru je regulované až na 27 V. Ak je napätie cez medzeru vyššie, elektróda sa posunie dopredu smerom k spracovávanému predmetu. Ak je napätie cez medzeru nižšie ako 27 V, posuny sa zastavia, alebo sa elektróda odsunie späť od spracovávaného predmetu. Signál servoriadenia je tiež poskytovaný voltmetru cez pohon 40 a do reproduktora cez pohon 42, aby tak boli poskytované vizuálne a sluchové údaje o podmienkach v medzere.

Prúd v medzere je volený z neznázorneného spínača DIP, ktorého nastavenie je dekódované číslicovo-analógovým prevodníkom 44, ktorý potom poskytuje vstupný signál do obvodu 46, ktorý ovláda bázu sady tranzistorov v riadiacom obvode 18 prúdu.

Pretože medzerový prúd je konštantný pri danom nastavení, a pretože určuje konštantný úbytok napätia v generátore 16. znamená príliš nízke napätie v medzere vyšší úbytok napätia, a tým i väčší rozptyl tepla v sade tranzistorov v riadiacom obvode 18 prúdu. Aj ked' nízke napätie v medzere bude mať za následok, že servoriadenie bude zaťahovať elektródu od spracovávaného predmetu (alebo aspoň zastaví jej posun dopredu), je reakcia príliš pomalá, aby chránila tranzistory riadiaceho obvodu prúdu. Kvôli zaisteniu ochrany je medzerové napätie (v podstate) snímané v uzle medzi tranzistormi FET 34 a riadiaci obvodom prúdu zhášacím obvodom 48 oblúka a je porovnávané s premenlivým referenčným signálom na vodiči 50. Ak zhášací obvod oblúka nastaví výstup prevodníka 44 na nulu, zhasne tak oblúk, pokial sa medzerové napätie nezotaví. Vlnotvary prepínania sú znázornené na obr. 3.

Iné neznázornené číslicové vstupy do číslicovo-analógového prevodníka môžu byt automaticky cyklované vstupným signálom z časovej základne iskrových výbojov. Môžu byt tak poskytované prúdy napríklad v pomeroch 1:2:4 alebo 1:4:16, alebo môže byt časovou základňou ovládaný generátor pseudonáhodných sledov tak, že vstupný signál do číslicovo-analógového prevodníka je pseudonáhodný sled. Pokusy ukázali, že takéto usporiadania umožňujú dosiahnut jemný povrch, napríklad zodpovedajúci prúdu 2 A v bežnom stroji, a to pri pracovnej rýchlosti zodpovedajúcej ovela vyššiemu prúdu, napr. 30 A v bežnom stroji.

Vynález nie je obmedzený na znázornené vyhotovenie. Napríklad sekundárne vinutie 12 transformátora môže mat odbočky s napätiami 0,60 V (stried.), 155 V (stried.) a 220 V (stried.) a sekundárne vinutie 20 môže mat napätie 18 V (stried.) N, 18 V (stried.) N, 18 V (stried.)N.

Claims (9)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Elektrický výbojový stroj na vytváranie iskrového výboja cez medzeru medzi elektródou a spracovávaným predmetom na spracovávanie predmetu eróziou, obsahujúcou prvý zdroj majúci relatívne nízky výstupný skratový prúd a relatívne vysoké výstupné napätie otvoreného obvodu na spustenie iskrového výboja medzi spracovávaným predmetom a elektródou, a druhý zdroj majúci relatívne nízke výstupné napätie otvoreného obvodu a relatívne vysoký výstupný skratový prúd na udržiavanie iskrového výboja medzi elektródou a spracovávaným predmetom, vyznačujúci sa tým, že prvý a druhý zdroj sú zapojené paralelne počas pracovného cyklu, pričom ďalej obsahuje prostriedky na zabránenie spätného prúdu v druhom zdroji, keď je zavádzané výstupné napätie prvého zdroja vyššie, ako je napätie druhého zdroja.
2. 2. Elektrický výbojový stroj podía nároku 1, vyznačujúci sa tým, že prostriedky na zabránenie spätného prúdu v druhom zdroji, keď je zavádzané výstupné napätie prvého zdroja vyššie, ako je napätie druhého zdroja, obsahujú jednu alebo viac diód, usporiadaných sériovo s výstupom druhého zdroja.
3. 3. Elektrický výbojový stroj podía nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že obsahuje prvé spínacie prostriedky zapojené paralelne s iskrovou medzerou, druhé spínacie prostriedky zapojené sériovo s výstupom druhého zdroja, a riadiace prostriedky spínačov na otváranie prvých spínacích prostriedkov a zatváranie druhých spínacích prostriedkov v pracovnom cykle, a na zatváranie prvých spínacích prostriedkov a otváranie druhých spínacích prostriedkov v nepracovnom cykle.
4. 4. Elektrický výbojový stroj podía ktoréhokoívek z nárokov 1 až 3, vyznačujúci sa tým, že obsahuje prostriedky, ktorými môže byť prvý zdroj nastavený na poskytovanie jedného z viac rôznych spúšťacích napätí.
5. 5. Elektrický výbojový stroj podlá ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že obsahuje tranzistorové prostriedky majúce riadenú dráhu sériovo s výstupom druhého zdroja, a prostriedky poskytujúce riadiaci signál prúdu do riadiaceho hradia tranzistorových prostriedkov na určovanie prúdu do riadenej dráhy.
6. 6. Elektrický výbojový stroj podlá nároku 5, vyznačujúci sa tým, že obsahuje riadiace prostriedky prúdu na automatické menenie riadiaceho signálu prúdu medzi jedným pracovným cyklom a budúcim cyklom.
7. 7. Elektrický výbojový stroj podlá nároku 6, vyznačujúci sa tým, že riadiace prostriedky prúdu sú usporiadané na riadenie tranzistorových prostriedkov na poskytovanie periodického profilu prúdu.
8. 8. Elektrický výbojový stroj podlá nároku 6, vyznačujúci sa tým, že riadiace prostriedky prúdu zahŕňajú generátor pseudonáhodných sledov, usporiadaný na určovanie riadiaceho signálu tak, že sa vytvorí pseudonáhodný sled výstupných prúdov z druhého zdroja.
9. 9. Spôsob spracovávania predmetu elektrickým iskrovým výbojom, pri ktorom sa vytvorí iskrový výboj medzi spracovávaným predmetom a elektródou z prvého elektrického zdroja, majúceho relatívne vysoké výstupné napätie otvoreného obvodu a poskytujúceho relatívne nízky výstupný skratový prúd, a výboj medzi spracovávaným predmetom a elektródou sa udržiava druhým elektrickým zdrojom majúcim relatívne nízke výstupné napätie otvoreného obvodu a poskytujúcim relatívne vysoký výstupný skratový prúd, až je spracovávanie ukončené, vyznačujúci sa tým, že prvý a druhý zdroj sa zapoja paralelne počas pracovného cyklu a zabraňuje sa spätnému prúdu v druhom zdroji, keď zavádzané vyššie výstupné napätia prvého zdroja presiahne napätie druhého zdroja.