DE2316604B2

DE2316604B2 - Verfahren zur funkenerosiven Bearbeitung

Info

Publication number: DE2316604B2
Application number: DE19732316604
Authority: DE
Inventors: Georges-Andre Meyrin Genf Marendaz (Schweiz)
Original assignee: Ateliers des Charmilles SA
Current assignee: Ateliers des Charmilles SA
Priority date: 1972-04-21
Filing date: 1973-04-03
Publication date: 1979-10-11
Also published as: DE2316604C3; CH550047A; JPS4917595A; DE2316604A1; GB1427532A; FR2180886B1; FR2180886A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Abstands zwischen der Werkzeugelektrode und der Werkstückelektrode einer funkenerosiven Bearbeitungsmaschine. Jc nach der Größe der Bctricbspararrscter, also etwa der Funkenspannung, der Stromdauer, der Funkenfrequenz oder des Volumens der zwischen den Elektroden befindlichen Arbeitsflüssigkeit ergibt sich auch ein ganz optimaler Elektrodenabstand, und da während eines Bearbeitungsvorgangs Material von der Werkstückelektrode abgetragen wird, ist ein Servomechanismus zum Nachführen der Werkzeugelektrode vorhanden, damit dieser optimale Elektrodenabstand möglichst genau erhalten bleibt. Zu diesem Zweck

ίο werden dem Servomechanismus bestimmte Steuersignale zugeführt

So ist beispielsweise aus der AT-PS 2 55 604 ein Verfahren bekannt geworden, bei dem die Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugelektrode unter dem Einfluß von Strom- und Spannungssignalen geregelt wird, d. h. es wird registrier«, ob bei jedem Entladezyklus eine Spannung zwischen den Elektroden auftritt oder nicht auftritt und ein Strom zwischen den Elektroden fließt oder nicht fließt; treten innerhalb einer gewissen Zeit mehr Stromsignale als Spannungssignale auf, dann wird die Vorschubgeschwindigkeit verringert, treten mehr Spannungs- als Stromsignale auf, dann wird die Vorschubgeschwindigkeit vergrößert. Bei diesem Verfahren muß also die jeweils günstigste Vorschubgeschwindigkeit vorgegeben sein; weiterhin ist nachteilig, daß kein selbstregelnder Optimierungsprozeß stattfindet, weil dtr Bereich, in dem viel Strom- und Spannungsimpulse vorhanden sind, in dem also keine Nachregelgröße erzeugt wird, Elektrodenabstände umfaßt, bei denen durchaus kein Maximum an Abtragsleistung und kein kleinstmöglicher Verschleiß der Werkzeugelektrode erzielt wird.

Ein anderes bekanntes Verfahren (Industrie-Anzeiger, März 1971, Seite 499/501) unterscheidet daher zwischen abtragswirksamen und abtragsunwirksamen Spannungsimpulsen, wobei sowohl das Über- als auch das Unterschreiten der Funkenbrennspannung als abtragsunwirksam definiert wird. Trotzdem genügt dieses Verfahren nicht zur Optimierung der Arbeitsbedingungen, weil hierfür ein Überschreiten der Funkenbrennspannung bei jedem Entladezyklus geradezu notwendig ist und weil ein genaues Einhalten der Funkenbrennspannung sogar schädlich ist.
Auf diesen letzten Punkt ist bereits in der CH-PS 50 00 039 hingewiesen worden, weil das genaue Einhalten der Funkenbrennspannung entweder auf einen Elektrodennebenschluß oder auf eine zu starke Ionisierung der Arbeitsflüssigkeit hindeutet. Daher wird in der genannten Vorveröffentlichung vorgeschlagen, die sich bei jedem Entladezyklus als weit über der Funkenbrennspannung liegende Spannungsspitze bemerkbar machende Üherschlagsverzögerung als Kriterium für den Betriebszustand auszunutzen.
Zusammenfassend kann gesagt werden, daß nach dem vorbekannten Stand der Technik eine echte Optimierung der Arbeitsbedingungen einer funkenerosiven Bearbeitungsmaschine nicht erreicht wurde, teils weil die das Optimum eingrenzenden Kriterien zu unscharf waren, teils weil das Optimum nur von einer

bo Seite begrenzt wurde.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, bei dem der zu regelnde Betriebsparameter dadurch automatisch auf seine optimale Größe gesteuert wird, daß sowohl ein Über- als auch ein

ί)5 Unterschreiten dieser optimalen Größe gegenregelnde Kräfte auslöst, die auf den zu regelnden Betriebsparameter einwirken. Werden dabei die Meßkriterien zur Erfassung des Istwertes des Betriebsparameiers zweck-

entsprechend gewählt, so findet eine Optimierung des Cetriebsparameters auch dann statt, wenn die absolute Größe des optimalen Sollwertes gar nicht bekannt ist Diese Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren nach Anspmch 1 gelöst Anspruch 4 beschreibt eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dtS die Meßkritärien zur Erfassung des Istwertes des zu regelnden Bviriebsparameters als Funktion dieses Betriebsparameters einen gegenläufigen Verlauf haben müssen, daß also beim Unterschreiten des Optimums das eine Fehlersignal und beim Überschreiten des Optimums das andere Fehlersignal größer wird.

Unter der Voraussetzung, daß der einem Spannungsimpuls nachfolgende Stromimpuls eine fest vorgegebene Dauer aufweist und daß die Pausenzeit zwischen dem Ende eines Stromimpulses und dem Beginn des nächstfolgenden Spannungsimpulses ebenfalls fest vorgegeben ist, wurde bei der erfindungsgemäßen Optirnierung des Elektrodenabstandes gefunden, daß die Kurzschlußhäufigkeit auf der einen und die mittlere Dauer der Überschlagsverzögerung auf der anderen Seite zweckmäßige Optimierungskriterien darstellen, weil erstere mit größer werdendem Elektrodenabstand fällt, während letztere mit größerer werdendem Elektrodenabstand ansteigt. Die Verhältnisse sind in Fig. 1 qualitativ veranschaulicht: Hier ist über dem Elektrodenabstand als Abszisse die mittlere Dauer A der Überschlagsverzögerung und die Kurzschlußhäufig keit B aufgetragen; es leuchtet ohne weiteres ein, daß die den Wirkungsgrad oder auch die Abtragsleistung kennzeichnende Kurve für denjenigen Elektrodenabstand ihr Maximum hat, bei dem die Einflüsse von A und B im Gleichgewicht sind. Der zusätzlich eingetragene Verschleiß C der Werkzeugelektrode hat mit der Erfindung unmittelbar nichts zu tun; auch ist bekannt, daß Kurzschlußhäufigkeit B und Werkzeugelektrodenverschleiß Ceinander proportional sind.

In der Zeichnung ist in schematischer Weise und als Beispiel eine Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 ein erläuterndes Diagramm;

F i g. 2 ein Prinzipschaltbild der Regelung zur Einstellung der Elektrode; und

F i g. 3 ein vollständiges Schaltschema dieser Einrichtung.

Fig. 1 ist ein Diagramm, das als Funktion der Funkenweglänge oder der Spaltlänge, die als Abszisse aufgetragen ist, den Verlauf verschiedener Kurven veranschaulicht, die dem Kurzschlußverhältnis, dem Wartezeitverhältnis, der Bearbeitungsleistung und dem Verschleiß der Elektrode entsprechen. Die Kurve A entspricht dem Wartezeitverhältnis und die Kurve ß dem Kurzschlußverhältnis. Diese beiden Kurven sind praktisch auf ihrem Minimalwert für einen bestimmten Wert des Spaltes, nämlich auf etwas unterhalb 20 μ in dem gewählten Beispiel. Man bemerkt, daß für diesen Spaltwert die Kurve C welche die volumetrische Abnutzung der Elektrode veranschaulicht, auch ihren niedrigsten Wert erreicht, während die die Bearbeitungsleistung darstellende Kurve η ihr Maximum erreicht.

Dieses Diagramm erklärt das Interesse, die Funkenweglänge auf einem sehr genauen Wert zu halten. b5 Tatsächlich nimmt die Wartezeit oberhalb dieses optimalen Wertes zu, während sich unterhalb davon das Kurzschlußverhältnis eberifalis vergrößert. In beiden Fällen sinkt die Leistung schnell, und für Funkenweglängen, die kleiner als die optimale Weglänge sind, nimmt der Verschleiß der Elektrode sehr schnell zu.

F i g. 2 zeigt ein Prinzipschaltbild für die Regelung der Funkenweglänge mit dem Ziel, diese konstant auf ihrem optimalen Wert zu halten. Der Block 1 stellt die Bearbeitungszone dar, die zwischen der Elektrode und dem zu bearbeitenden Werkstück liegt Eiiie Leitung 2 überträgt die zwischen der Elektrode und dem zu bearbeitenden Werkstück herrschende Momentanspannung. Diese Spannung wird an drei Blöcke 3, 4 und 5 geführt die elektronische Schaltungen umfassen, um die Regelgröße der Funkenweglänge, das Wartezeitverhältnis bzw. das Kurzschlußverhältnis zu bestimmen. Die beiden Blöcke 6 und 7 liefern jeweils eine Analogspannung als Funktion der Ausgangssignale der Blöcke 4 bzw. 5. Man erhält auf diese Weise zwei Spannungen, deren Amplituden das Wartezeitverhältnis bzw. das Kurzschlußverhältnis definieren. Die von dem Block 6 gelieferte Spannung vermindert sich als Funktion des Wartezeitverhältnisses, während sich die von dem Block 7 gelieferte Spannung mit dem Kurzschlußverhältnis vergrößert

Diese beiden Spannungen werden an eine Additionsschaltung 8 angelegt, und ihre Summe wird durch eine Leitung 9 an einen Eingang einer Subtraktionsschaltung 10 übertragen, deren anderer Eingang ein Signal erhält, das den Regelwert der Funkenweglänge definiert. Der Ausgang der Schaltung 10 betätigt eine Servosteuerungsvorrichtung 11 zum Vorschub der Elektrode in Richlung des zu bearbeitenden Werkstücks. Der Pfeil 12 am Ausgang der Vorrichtung 11 zeigt symbolisch an, daß diese Vorrichtung auf die Bearbeitungszone 1 wirkt, während die Bearbeitungsgeschwindigkeit, die durch den Pfeil 13 veranschaulicht ist, auf die Bearbeitungszone in umgekehrtem Sinn zum Vorschub der Elektrode wirkt.

F i g. 3 zeigt schematisch die Schaltung einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, um den Abstand der Elektrode zum Werkstück genau zu regeln. Die Bearbeitungszone 1 liegt zwischen dem zu bearbeitenden Werkstück 20 und der Elektrode 21, deren Verschiebungen von einem Servomechanismus 22 vorgenommen werden. Der Bearbeitungsstrom zwischen der Elektrode 21 und dem Werkstück 20 wird von einem Leistungstransistor 71 gesteuert, der in Reihe mit einer Gleichstromquelle 23 liegt. Der Transistor T₁ bezweckt die Schaffung von aufeinanderfolgenden Impulsen des Bearbeitungsstromes gemäß einem bekannten Prinzip.

Man weiß, daß die Entladung nicht in allen Fällen gleichzeitig mit der Anlegung der Spannung zwischen der Elektrode und dem Werkstück einsetzt und daß eine oft von einem Impuls zum folgenden variierende Wartezeit zwischen der Anlegung der Spannung und der Herstellung des Funkenstroms vergeht. Das Einsetzen des Stromes wird durch den Spannungsabfall festgestellt, der durch den Durchgang des Bearbeitungsstromes durch einen Widerstand R\ erzeugt wird. Diese Regelspannung wird an eine Triggerschaltung 24 angelegt, die dazu bestimmt ist, ein Signal bestimmter Form als Funktion ihrer Eingangsspannung zu liefern. Dieses Signal gelangt über einen Umschalter S\ an eine monostabile Kippschaltung 25, die eine monostabile Kippschaltung 26 betätigt, deren Signal mittels eines Umpolschalters 27 an die Basis des Transistors T\ angelegt wird.

Die Triggerschaltiing 24 und die Kippschaltung 25

und 26 werden von einer Stromquelle 28 gespeist, die von der Quelle 23 unabhängig ist. Die Zeitkonstante der Kippschaltung 26 bestimmt die Dauer des Intervalls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen, d. h. zwischen dem Ende eines Stromimpulses und der Anlegung der den folgenden Impuls hervorrufenden Spannung. Die Kippschaltung 25 bestimmt die Dauer des Stromimpulses, wenn ihr Eingang mit der Triggerschaltung 24 verbunden ist. Tatsächlich gibt die Triggerschaltung zur Zeit der Herstellung des Entladungsstroms nach Anlegung der Bearbeitungsspannung an die Elektrode ein Signal, das der Kippschaltung 25 ermöglicht, nach einer bestimmten Zeit in ihre Ruhestellung zurückzugelangen. Wenn sich die Kippschaltung 25 in ihrer Ruhestellung befindet, gibt sie ein Signal, das die Stellung der Kippschaltung 26 ändert und den Strom unterbricht, der durch Ti während der Instabilitätsdauer der Kippschaltung 26 fließt.

Der Umschalter Si kann eine zweite Stellung einnehmen, in der er den Eingang der Kippschaltung 25 an die Basis des Transistors T\ schaltet. In dieser zweiten Stellung arbeitet die Schaltung in der Weise, daß sie Spannungsimpulse von konstanter Dauer und unabhängig von der Wartezeit liefert.

Die Einrichtung umfaßt noch Schaltungen zum Messen des Kurzschlußverhältnisses und des Wartezeitverhältnisses. Das Kurzschlußverhältnis wird von einer Detektorschaltung 30 und das Wartezeitverhältnis wird von einer Detektorschaltung 31 erhalten.

Die Detektorschaltung 30 wird von einem Differentialverstärker gebildet, dessen eine Eingangsklemme von der eventuell durch einen Spannungsteiler verminderten Elektrodenspannung gespeist wird, während seine andere Klemme ein Bezugspotential erhält, das von einem einstellbaren Spannungsteiler fo, Rz geliefert wird. Dieses Bezugspotential ist kleiner als die Spannung Elektrode-Werkstück für normale Entladungen, und die Schaltung 30 gibt jedesmal ein Ausgangssignal, wenn das Potential der Elektrode 21 unter dem Bezugspotential liegt, d. h. während den zwei aufeinanderfolgende impulse trennenden Intervallen und während der Entladung in dem Fall, daß ein Kurzschluß die Bearbeitungsspannung unter das Bezugspotential sinken läßt.

Das Signal der Schaltung 30 wird an einen Verzögerungsspeicher 32 angelegt dessen Ausgangssignal nur zu dem Zeitpunkt variieren kann, zu dem ein Signal an seine Klemme CP angelegt ist. Diese Klemme ist an den Ausgang der monostabilen Kippschaltung 25 derart geschaltet, daß sie ein Signal nur während der Dauer eines Bearbeitungsimpulses erhält, die, wie man zuvor gesehen hat, von der Kippschaltung 25 bestimmt wird. Auf diese Weise beeinflussen die Signale, welche die Schaltung 30 bei jedem Intervall zwischen zwei Impulsen abgibt, den Speicher 32 nicht, da er zu diesen Zeitpunkten kein Signal an seiner Klemme CP erhält Dagegen gibt der Speicher 32, sobald ein Kurzschluß auftritt ein Ausgangssignal ab, das durch einen Verstärker 33, der als Integrator geschaltet ist und von einem elektronischen Schalter Si gesteuert wird, an einen Eingang eines Differentialverstärkers 34 angelegt wird. Der elektronische Schalter Sj wird von dem Ausgangssignal der monostabilen Kippschaltung 26 gesteuert.

Die Detektorschaltung 31 für das Wartezeitverhältnis ist analog der Schaltung 30 ausgebildet, ist aber so eingerichtet, daß sie jedesmal ein Ausgangssignal abgibt, wenn die Spannung an der Elektrode 21 höher als die von dem Spannungsteiler Ät, R% gelieferte Bezugsspannung ist. Dieser Spannungsteiler wird so eingestellt, daß er ein Potential, das geringfügig über dem der Elektrode 21 liegt, während einer Normalbearbeitungsemladung abgibt. Das Ausgangssignal der Schaltung 31 gelangt über einen Umschalter S₃ und über einen elektronischen Schalter S* an einen als Integrator geschalteten Verstärker 35 und von dort an einen Spannungsteiler R*. /??, der an den zweiten Eingang des Differentialverstärkers 34 angeschlossen ist. Die andere Klemme des Spannungsteilers /?6, Ri ist mit der Elektrode 21 durch einen elektronischen Schalter 5s verbunden, der von dem Ausgangssignal der Kippschaltung 25 derart gesteuert wird, daß er während jeder Stromentladung geschlossen und während den Intervallen zwischen zwei Impulsen sowie während den Warteperioden geöffnet ist.

Der Differentialverstärker 34 liefert ein Ausgangssignal, das eine Funktion der Differenz zwischen den an seinen Eingang angelegten Signalen ist derart, daß eine Verkleinerung der Funkenweglänge veranlaßt wird, wenn das dem Wartezeitverhältnis entsprechende Signal größer als das dem Kurzschlußverhältnis entsprechende ist. Der Verstärker 34 veranlaßt im Gegensatz dazu eine Vergrößerung der Funkenweglänge im umgekehrten Fall. Durch die Verbindung zwischen der Elektrode 21 und dem Widerstand Rj des Spannungsteilers Rt, A₇ ist das Steuersignal des Servomechanismus 22 gleichfalls von der Bearbeitungsspannung abhängig gemacht.

Die Schaltung nach F i g. 3 enthält noch eine Variante, die ermöglicht ein Signal als Funktion der Wartezeit in anderer Weise als durch die Schaltung 31 zu erhalten.

Gemäß dieser Variante wird der Umschalter S₃ in seine andere Stellung gebracht, um den als Integrator geschalteten Verstärker 35 mit dem Ausgang einer UND-Schaltung 36 zu verbinden. Der eine Eingang der Schaltung 36 ist an den Ausgang der Triggerschaltung 24 über einen Umpolschalter 37 angeschlossen, während ihr anderer Eingang mit der Basis des Transistors Tl verbunden ist. Auf diese Weise gibt die UND-Schaltung 36 jedesmal, wenn der Transistor T\ leitend ist und gleichzeitig kein Signal am Ausgang der Triggerschaltung 24 vorhanden ist d. h. jedesmal, wenn die Spannung an die Elektrode angelegt und kein Bearbeitungsstrom vorhanden ist ein Signal ab, das an den Intergrator35 angelegt wird.

Da die Funkenweglänge zwischen der Werkzeugelektrode und der Werkstückelektrode als Funktion der Abweichung zwischen der Sollwertgröße und der Regelgröße geregelt wird, ist es klar, daß man, anstati die Spannungen im Zusammenhang mit der Sollwertgröße anzulegen, wie dies beschrieben wurde, die Spannungen auch im Zusammenhang mit der Regelgröße anlegen könnte.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Regeln des Abstands zwischen der Werkzeugelektrode und der Werkstückelektrode einer funkenerosiven Bearbeitungsmaschine, bei welchem fortlaufend Spannungsimpulse an die Elektroden gelegt werden, um Oberschläge zu erzielen, deren Stromdauer auf einen fest vorgegebenen Wert einstellbar ist, währand die Zeit zwischen dem Ende eines Stromimpulses und dem Beginn des nächstfolgenden Spannungsimpuls ebenfalls auf einen fest vorgegebenen Wert einstellbar ist, und bei welchem der Elektrodenabstand durch Signale auf einen optimalen Wert geregelt wird, die aus den Strom- und aus den Spannungsimpulsen ableitbar sind dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Stromimpulsen abgeleiteten Signale ein Maß für die Häufigkeit eines Kurzschlusses zwischen den Elektroden darstellen und auf den Elektrodenabstand im Sinne einer Vergrößerung dieses Abstands einwirken und daß die aus den Spannungsimpulsen abgeleiteten Signale ein Maß für die mittlere Dauer der zwischen dem Anlegen der Spannung an die Elektroden und dem Beginn des Stromflusses zwischen ihnen vorhandenen Überschlagsverzögerung darstellen und auf den Elektrodenabstand im Sinne einer Verkleinerung dieses Abstands einwirken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Dauer der Überschlagsverzögerung aus Signalen gewonnen wird, die dann vorhanden sind, wenn die Elektrodenspannung einen fest vorgegebenen Wert oberhalb der Funkenbrennspannung überschreitet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußhäufigkeit aus Signalen gewonnen wird, die dann vorhanden sind, wenn die Elektrodenspannung einen fest vorgegebenen Wert unterhalb der Funkenbrennspannung unterschreitet.

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1—3. gekennzeichnet durch Differenzverstärker (3ö, 31), von deren Eingängen je einer an der Elektrodenspannung liegt und der andere jeweils an einer Gleichspannung, die auf vorgebene Werte oberhalb bzw. unterhalb der Funkenbrennspannung einstellbar ist, und deren Ausgänge über Integrierglieder (33, 35) den Eingängen eines zweiten Differenzverstärkers (34) zugeführt werden, dessen Ausgang über den Servomechanismus (22) der Werkzeugelektrode (21) den Elektrodenabstand unter dem Einfluß des Signals der Kurzschlußhäufigkeit im Sinne einer Vergrößerung und unter dem Einfluß des Signals der mittleren Dauer der Überschlagsverzögerung im Sinne einer Verkleinerung regelt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Schaltkreis (32), der das ein Unterschreiten der Funkenbrennspannung anzeigende Signal nur während der Zeit des Stromflusses an das Integrierglied (33) weiterleitet.