DE4011752A1 - Energiequelle zur elektrischen entladungsbearbeitung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Stromversorgung für eine
elektrische Entladungsbearbeitung, und spezieller eine
Stromversorgung für eine elektrische
Entladungsbearbeitung zur Durchführung einer
Halbspiegeloberflächen-Bearbeitungsoperation mit einer
Oberflächenrauhigkeit von 1 µm R max oder weniger.
In einem elektrischen
Hochfrequenzentladungs-Bearbeitungsverfahren ist die
mittlere Bearbeitungsspannung Null (0), und daher tritt
dort kein Abplatzen gemäß elektrolytischer Wirkung auf.
Außerdem alterniert die Polarität in jedem Halbzyklus der
elektrischen Entladung, was in der Änderung des
Entladungspunktes bei jeder elektrischen Entladung
resultiert. Daher weist die durch das Verfahren
bearbeitete Oberfläche eine hervorragende Qualität auf;
das bedeutet, daß das elektrische Hochfrequenz-
Entladungsbearbeitungsverfahren hervorragend in der
Leistungsfähigkeit der Bearbeitung ist.
Fig. 1 ist ein Schaltplan, der eine konventionelle
Stromversorgung für einen elektrischen
Entladungsbearbeitungsapparat, veröffentlicht in der
ungeprüften japanischen Patentanmeldung (OPI) No.
2 60 915/1986, zeigt. In Fig. 1 bezeichnet die
Referenznummer 1 eine Gleichspannungsquelle (DC); 2 einen
strombegrenzenden Widerstand; 6 eine Lücke zwischen einer
Elektrode und einem Werkstück, die einander
gegenübergesetzt sind; 3 eine Streukapazität, die in
einer Stromzufuhrleitung und der Lücke 6 vorhanden ist;
und 4 eine Streuinduktivität, die in der
Stromzuführungsleitung und der Lücke 6 vorhanden ist; 7
ein schaltendes Element; 8 einen Treiberschaltkreis zum
Treiben des schaltenden Elements 7; und 9 und 10 einen
Koppelkondensator und eine Koppelspule, wobei jeweils der
Koppelkondensator 9 und die Koppelspule 10 eine
Serienschaltung bilden, die zwischen dem schaltenden
Element 7 und der Lücke 6 angeschlossen ist.
Fig. 2 und 3 sind gleichwertige Schaltkreise der in Fig.
1 gezeigten elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Stromversorgung zur Beschreibung
der Arbeitsweise des Schaltkreises.
Nun wird die Arbeitsweise der elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Stromversorgung, die so aufgebaut
ist, beschrieben. In dem Fall, daß die Induktivität der
Koppelspule 10 hinreichend größer als die
Streuinduktivität 4 ist, während das schaltende Element 7
abgeschaltet ist, ist die Schaltung als eine
Serienschaltung aus R 1, C 1, L 1, C 2 und der
Gleichspannungsquelle (DC) wie in Fig. 2 gezeigt, zu
sehen, so daß C 1 und C 2 durch einen Strom wie durch
einen Pfeil in Fig. 2 angezeigt geladen werden. Wenn bei
dieser Bedingung das schaltende Element 7 eingeschaltet
wird, wird der Schaltkreis in eine Serienschaltung aus
C 2, L 1 und C 1 wie in Fig. 3 gezeigt geändert, so
daß C 1 und C 2 wie durch einen Pfeil in Fig. 3
angezeigt entladen werden. Das schaltende Element 7 wird
durch den Treiberschaltkreis 8 bei einigen MegaHerz (MHz)
ein- und ausgeschaltet, so daß eine Hochfrequenzspannung
über der Lücke 6 ausgebildet wird, um eine elektrische
Entladungsbearbeitungsoperation zu vollziehen.
Allgemein ist
wobei L die Streuinduktivität, C eine Streukapazität,
E eine Stromspitze, T eine Strompulsbreite, E 0
eine Lückenspannung und E a eine Lichtbogenspannung ist.
Es ist daher aus dem Stand der Technik gut bekannt, daß
die Entladungsenergie geringer wird, wenn L und C
verkleinert werden.
Die Streukapazität 3 ist die Summe der oben beschriebenen
Kapazität, die in der Stromzufuhrleitung besteht, und der
Kapazität der Lücke 6 (zwischen der Elektrode und dem
Werkstück). Eine bearbeitete Oberfläche von
hervorragender Qualität, von 1 µm R max oder weniger
Oberflächenrauhigkeit, kann durch eine Streukapazität von
3 bis 1000 pF oder weniger erreicht werden.
Die konventionelle elektrische
Entladungsbearbeitungs-Stromversorgung ist wie oben
beschrieben aufgebaut. Es ist daher erforderlich, die
Streukapazität 3 zu verringern, um eine bearbeitete
Oberfläche von hervorragender Qualität zu erreichen.
Jedoch ist es in der Praxis außerordentlich schwer, die
Streukapazität auf weniger als 500 pF zu reduzieren und
entsprechend ist es unmöglich, eine bearbeitete
Oberfläche mit einer Oberflächenrauhigkeit von 0,5µm
R max oder weniger zu erreichen.
Wenn in einer elektrischen
Entladungsbearbeitungsoperation die Bearbeitungslücke und
das Bearbeitungsgebiet verändert werden, oder wenn die
Bedingungen der elektrischen Entladung verändert werden,
wird die Impedanz der Zwischenelektrodenlücke 6 stark
verändert. Dies resultiert in einer starken Veränderung
des Ergebnisses. Folglich ist die konventionelle
Einrichtung dahingehend nachteilig, daß die elektrische
Entladungsbearbeitungsoperation außerordentlich unstabil
und gering in der Reproduzierbarkeit ist.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die oben
beschriebenen Schwierigkeiten, die eine konventionelle
elektrische Entladungsverarbeitungs-Energiequelle
begleiten, zu beseitigen. Spezieller ist es eine Aufgabe
der Erfindung, eine elektrische
Entladungsverarbeitungs-Energiequelle zu schaffen, in der
die Wirkung der Streukapazität der Stromzufuhrleitung und
der Einfluß der Veränderung der
Zwischenelektrodenimpedanz ebenfalls beseitigt ist, so
daß eine Spiegeloberflächen-Bearbeitungsoperation stabil
ausgeführt werden kann, um bearbeitete Oberflächen von
hervorragender Oberflächenrauhigkeit zu schaffen.
Die obigen und weitere Aufgaben der vorliegenden
Erfindung werden durch das Vorsehen einer Energiequelle,
die gemäß der vorliegenden Erfindung wie folgt aufgebaut
ist, gelöst. Das erste Beispiel einer elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle gemäß der Erfindung
weist auf: eine Wechselspannungsquelle (AC) zum Anlegen
einer Wechselspannung auf eine Zwischenelektrodenlücke,
die zwischen einer Elektrode und einem zu bearbeitenden
Werkstück ausgebildet ist; und einen L-förmigen
Schaltkreis, der einen mit der Zwischenelektrodenlücke
parallel geschalteten Kondensator und eine mit der
Zwischenelektrodenlücke in Serie geschaltete Spule
enthält, wobei der L-förmige Schaltkreis in der Höhe der
Zwischenelektrode angeordnet ist.
Ein zweites Beispiel der elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle gemäß der Erfindung
weist auf: eine Wechselstromquelle zum Anlegen einer
Wechselspannung an die zwischen einer Elektrode und einem
zu bearbeitenden Werkstück ausgebildete
Zwischenelektrodenlücke; und Mittel zum Hervorrufen von
Resonanz, die durch die Kapazität der
Zwischenelektrodenlücke und die induktive Komponente
eines Schaltkreises zwischen der Zwischenelektrodenlücke
und der Wechselstromquelle auftritt.
Ein drittes Beispiel der elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle gemäß der Erfindung
weist auf: eine Wechselstromquelle zum Anlegen einer
Wechselspannung an eine zwischen einer Elektrode und
einem zu bearbeitenden Werkstück ausgebildete
Zwischenelektrodenlücke; und einen Koppeltransformator,
der in der Nähe der Zwischenelektrodenlücke vorgesehen
ist, wobei eine Resonanz hervorgerufen wird, die mit
einer Kapazität über der Zwischenelektrodenlücke zwischen
der Elektrode und dem Werkstück und der Induktivität
einer Spule des Koppeltransformators zur Bearbeitung des
Werkstückes gebildet wird.
Ein viertes Beispiel der elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle gemäß der Erfindung
weist auf: eine Wechselstromquelle zum Anlegen einer
Wechselspannung an die zwischen einer Elektrode und einem
zu bearbeitenden Werkstück ausgebildete
Zwischenelektrodenlücke; eine Ausgangserfassungseinheit
zum Erfassen eines Ausgangs der Wechselstromquelle; und
einen Frequenzsteuerungsschaltkreis zum automatischen
Wechseln der Frequenz der Wechselspannungsquelle gemäß
dem erfaßten Wert der Ausgangserfassungseinheit.
Ein fünftes Beispiel der elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle gemäß der Erfindung
weist auf: eine Wechselstromquelle zum Anlegen einer
Wechselspannung an eine Zwischenelektrodenlücke zwischen
einer Elektrode und einem zu bearbeitenden Werkstück; und
eine automatische Impedanzanpassungseinheit, die zwischen
der Wechselstromquelle und der Zwischenelektrodenlücke
vorgesehen ist.
In dem ersten Beispiel der elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle gemäß der Erfindung
wird Resonanz hervorgerufen, die mit der Kapazität der
Zwischenelektrodenlücke ausgebildet zwischen der
Elektrode und dem Werkstück und der Induktivität des
L-förmigen Schaltkreises vorgesehen in der Nähe der
Zwischenelektrodenlücke, auftritt, um das Werkstück zu
bearbeiten.
In dem zweiten Beispiel der elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle gemäß der Erfindung
wird Resonanz bewirkt, die mit der Kapazität der
Zwischenelektrodenlücke ausgebildet zwischen der
Elektrode und dem Werkstück, und der Induktivität des
Koppelschaltkreises zwischen der Wechselspannungsquelle
und der Zwischenelektrodenlücke auftritt. Bei
Resonanzbedingung wird in der Zwischenelektrodenlücke
eine elektrische Entladung induziert, um das Werkstück zu
bearbeiten.
In dem dritten Beispiel der elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle gemäß der Erfindung
wird Resonanz bewirkt, die mit der Kapazität der zwischen
der Elektrode ausgebildete Zwischenelektrodenlücke und
dem Werkstück einer Induktivität einer zweiten
(zwischenelektrodenseitigen) Spule eines
Koppeltransformators, der in der Nachbarschaft der
Zwischenelektrodenlücke vorgesehen ist, auftritt. Bei
dieser Bedingung wird eine elektrische Entladung
induziert, um das Werkstück zu bearbeiten.
In dem vierten Beispiel der elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle gemäß der Erfindung
wird, auch wenn die Impedanz der zwischen der Elektrode
und dem Werkstück ausgebildeten Zwischenelektrodenlücke
mit der Veränderung der Bearbeitungslücke oder -gebietes
während der Bearbeitung verändert wird, die Frequenz der
Wechselstromquelle automatisch durch den
Frequenzsteuerschaltkreis geändert, wobei das Werkstück
bearbeitet wird, während die Impedanzanpassung
eingestellt wird.
In dem fünften Beispiel der elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle gemäß der Erfindung
wird, auch wenn die Impedanz der zwischen der Elektrode
und dem Werkstück ausgebildeten Zwischenelektrodenlücke
mit der Veränderung der Bearbeitungslücke oder des
Bearbeitungsgebietes während der Bearbeitung verändert
wird, die zwischen der Wechselspannungsquelle und der
Zwischenelektrodenlücke vorgesehene automatische
Impedanzanpassungseinheit eingesetzt, wodurch das
Werkstück bearbeitet wird, während eine Impedanzanpassung
automatisch eingestellt wird.
In den begleitenden Zeichnungen ist
Fig. 1 ein Schaltplan, der eine konventionelle
elektrische Entladungsbearbeitungs-
Energiequelle zeigt;
Fig. 2 und 3 sind Schaltpläne, die entsprechende
Schaltungen zur Beschreibung der
Arbeitsweise der konventionellen
elektrischen Entladungsbearbeitungs-
Energiequelle, gezeigt in Fig. 1, zeigen;
Fig. 4 ein Schaltplan, der eine elektrische
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle,
welche eine erste Ausführungsform der
Erfindung ist, zeigt;
Fig. 5 ein erklärendes Diagramm, das eine
Zwischenelektrodenlücke, ausgebildet
zwischen einer Elektrode und einem
Werkstück, in der in Fig. 4 gezeigten
Energiequelle zeigt;
Fig. 6 eine graphische Darstellung, die mit
verschiedenen Energiequellen-Frequenzen die
Beziehung zwischen den Induktivitäten eines
L-förmigen Schaltkreises und
Resonanzbearbeitungslücken zeigt;
Fig. 7 ein Schaltbild, das eine elektrische
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle zeigt,
die eine zweite Ausführungsform der
Erfindung ist;
Fig. 8 ein erklärendes Diagramm, welches eine
Zwischenelektrodenlücke, ausgebildet
zwischen einer Elektrode und einem
Werkstück, in der in Fig. 7 gezeigten
Energiequelle zeigt;
Fig. 9 eine graphische Darstellung, die die
Beziehungen zwischen Wechselstromfrequenzen
und auftretenden Resonanz-
Zwischenelektrodenkapazitäten in der in
Fig. 7 gezeigten elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle zeigt;
Fig. 10 eine graphische Darstellung, die
Wechselstromfrequenzen mit
Resonanzbearbeitungslücken in der in Fig. 7
gezeigten elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle zeigt;
Fig. 11 ist ein Diagramm, welches eine
Spannungsstrom-Lissajous-Wellenform bei
Lückenresonanz in der in Fig. 7 gezeigten
Energiequelle zeigt;
Fig. 12 ist ein Schaltplan, der eine elektrische
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle zeigt,
welche eine dritte Ausführungsform der
Erfindung ist;
Fig. 13 ein erklärendes Diagramm, welches eine
Zwischenelektrodenlücke, ausgebildet
zwischen einer Elektrode und einem zu
bearbeitenden Werkstück, in der in Fig. 12
gezeigten Energiequelle zeigt;
Fig. 14 eine graphische Darstellung, die mit
verschiedenen Energiequellenfrequenzen die
Beziehungen zwischen den Induktivitäten der
zweiten Windungen eines
Koppeltransformators und
Resonanzbearbeitungslücken in der in Fig.
12 gezeigten Energiequelle zeigt;
Fig. 15 ein Schaltplan, der eine elektrische
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle zeigt,
die eine vierte Ausführungsform der
Erfindung ist;
Fig. 16 ein Schaltplan, der die interne Anordnung
einer Ausgangserfassungseinheit in der in
Fig. 15 gezeigten Versorgungsquelle zeigt;
Fig. 17 ein Schaltplan, der eine elektrische
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle zeigt,
die eine fünfte Ausführungsform der
Erfindung ist; und
Fig. 18 ein Schaltplan, der die interne Anordnung
einer automatischen
Impedanzanpassungseinheit in der in Fig. 17
gezeigten Energiequelle zeigt.
Die bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung werden
unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben.
Fig. 4 ist ein Schaltplan, der eine elektrische
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle zeigt, welche eine
erste Ausführungsform der Erfindung ist. In Fig. 4
bezeichnet die Referenznummer 11 eine Wechselstromquelle
(AC); 12 einen strombegrenzenden Widerstand; 13 eine
Streukapazität, die in einer Stromversorgungsleitung
(Zufuhrleitung) und dem Schaltkreis besteht; 14 eine
Streuinduktivität (verteilte Induktivität L m ), die in
der Stromversorgungsleitung und einer mechanischen
Struktur (sowie ein Stromzufuhrabschnitt) besteht; 15
einen Zwischenelektrodenkondensator (Lückenkondensator
C g ), ausgebildet zwischen einer Elektrode und einem zu
bearbeitenden Werkstück; 16 eine zwischen der Elektrode
und dem Werkstück ausgebildete Lücke; 17 a einen in der
Nähe der Lücke 16 parallel geschalteten Kondensator; und
17 b eine in der Nähe der Lücke 16 seriengeschaltete
Spule. Der Kondensator 17 a und die Spule 17 b bilden einen
L-förmigen Schaltkreis 17.
Fig. 5 ist ein erklärendes Diagramm, das die zwischen der
Elektrode und dem Werkstück in der in Fig. 4 gezeigten
elektrischen Entladungsbearbeitungs-Energiequelle zeigt.
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, die die
Beziehungen zwischen der Induktivität des L-förmigen
Schaltkreises und Resonanzbearbeitungslücken mit
verschiedenen Leistungsfrequenzen zeigt.
Nun wird die Arbeitsweise der in Fig. 4 gezeigten
elektrischen Entladungsbearbeitungs-Energiequelle der
ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Wie in
Fig. 5 gezeigt, hängen die Streuinduktivität 14
(verteilte Induktivität L m ), die in der mechanischen
Struktur besteht, und die Zwischenelektrodenkapazität 15
(Lückenkapazität C g ) zwischen der Elektrode und dem
Werkstück sehr von der Lücke 16, d.h. der
Bearbeitungslückenentfernung e, ab. Wo die Spule 17 b an
die Lücke 16 mit dem kürzesten Draht angeschlossen ist,
kann die verteilte Kapazität der zweiten Zufuhrleitung,
die einige pF beträgt, außer Betracht gelassen werden.
Falls zur Vereinfachung der Erklärung die Induktivität
einer Spule des L-förmigen Schaltkreises 17 durch L
dargestellt wird, wird ein Resonanzschaltkreis
ausgebildet. Die Resonanzfrequenz f 0 des
Resonanzschaltkreises wird wie folgt ausgedrückt:
Wenn daher die Induktivität des L-förmigen Schaltkreises
17 ansteigt, während die Lückenkapazität C g unverändert
bleibt, sinkt die Resonanzfrequenz. Wenn in diesem Fall
die Resonanzfrequenz f 0 unverändert bleibt, sinkt die
Lückenkapazität 15 (C g ). Dann tritt die Resonanz mit
einer größeren Bearbeitungslücke ein.
Wie oben beschrieben zeigt Fig. 6 die Beziehungen
zwischen der Induktivität L des L-förmigen Schaltkreises
17 und Resonanzbearbeitungslücken mit verschiedenen
Energiequellenfrequenzen. Wie aus Fig. 6 offensichtlich
ist, steigt die Bearbeitungslücke an, mit welcher
Resonanz eintritt, wenn die Induktivität L größer wird.
Das bedeutet, daß es möglich ist, eine Lückenresonanz mit
Leichtigkeit zu bewirken, und die Resonanz kann stabil
gehalten werden, auch wenn die Bearbeitungslücke geändert
wird (die Lückenkapazität 15 (C g ) ändert sich mit der
Veränderung der Bearbeitungslücke weniger). Daher sind
die Bearbeitungsstabilität und die Bearbeitungskapazität
(Entladungsfrequenz) bemerkenswert verbessert.
Weiterhin ist die Wirkung (verteilte Kapazität) der
ersten Zufuhrleitung beseitigt. Dies wird im praktischen
Gebrauch vorteilhaft sein. Wenn allerdings die
Induktivität L extrem ansteigt, dann steigt die
Bearbeitungslücke, die Resonanz erlaubt, ebenfalls zu
sehr an, so daß als Ergebnis kein dielektrischer
Durchbruch hervorgerufen wird, und daher wird es
schwierig, die Bearbeitung mit Lückenresonanz
durchzuführen. Daher ist es notwendig, die Induktivität L
des L-förmigen Schaltkreises 17 gemäß der
Energiequellenfrequenz auszuwählen. Zum Beispiel in dem
Fall einer Wechselstromfrequenz von 10 MHz kann durch
Setzen der Induktivität L auf 0,5 bis 1,0µH die
Resonanzbearbeitungslücke auf 5 bis 10µm gesetzt werden
(in dem Fall, daß die Dicke eines Werkstückes 20 mm t
ist), wobei die Bearbeitungsoperation stabil durchgeführt
werden kann.
In der Hochfrequenzbearbeitung kann der
Verschiebungsstrom durch den zwischen der Elektrode und
dem Werkstück ausgebildeten Zwischenelektrodenkondensator
15 (an der Lücke 16) fließen, und daher wird der Strom in
der Lücke 16 durch die Summe des Entladungsstromes und
den vorher erwähnten Verschiebestrom dargestellt.
Entsprechend zu aktuellen Messungen führt der
Verschiebestrom die Spannung, wenn keine elektrische
Entladung auftritt; und beim Auftreten von elektrischen
Entladungen ist der Strom im wesentlichen in Phase mit
der Spannung, und der Schaltkreis kann in den
Resonanzstatus gebracht werden. Der Verschiebestrom, der
die zeitliche Veränderung des elektrischen Feldes in der
Bearbeitungslücke ist (nicht sich in der
Bearbeitungslücke bewegende Elektronen), trägt nicht
direkt zur Bearbeitungsoperation bei. Der Wert des
Verschiebestromes und die Phasendifferenz hängen von der
Spannungsfrequenz und der Kapazität der Lücke 16 ab.
Die oben beschriebene elektrische
Entladungsbearbeitungsoperation mit Lückenresonanz ist
vollständig verschieden in der Charakteristik von der
hochfrequenzelektrischen Entladungsbearbeitungsoperation,
die in der zuvor erwähnten japanischen Patentanmeldung
(OPI) No. 2 60 915/1986 veröffentlicht ist. In der
elektrischen Entladungsbearbeitungsoperation mit
Lückenresonanz ist die über den Lückenkondensator 15
(C g ) auftretende Spannung hoch genug gesteigert, um
einen dielektrischen Durchbruch zu bewirken; jedoch wird
nach dem Auftreten einer elektrischen Entladung die
Induktivität L den plötzlichen Strom in der Lücke 16
verhindern, so daß die elektrische
Entladungsbearbeitungsoperation mit einer extrem kleinen
Stromkapazität ausgeführt wird.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist der
L-förmige Schaltkreis 17 in der Nähe der Lücke 16
vorgesehen und daher kann die Bearbeitungsoperation mit
der bei einer Frequenz niedriger als 10 MHz bewirkten
Lückenresonanz aufgeführt werden. In diesem Fall ist die
resultierende bearbeitete Oberfläche hervorragend in der
Oberflächenrauhigkeit, mit 0,2µm R max . Die bearbeitete
Oberfläche ist eine glänzende Halbspiegeloberfläche;
wobei die Oberfläche, die durch das gewöhnliche
Hochfrequenz-elektrische-Entladungsbearbeitungsverfahren
ausgebildet ist, eine matte Oberfläche ist.
In der oben beschriebenen Ausführungsform kann die
Bearbeitungsoperation durch Veränderung der Frequenz der
Wechselstromquelle 11 gemäß einem gegebenen
Bearbeitungsbereich oder einer Dicke stabiler ausgeführt
werden.
Weiterhin erlaubt in der oben beschriebenen
Ausführungsform die Veränderung der Reaktanz des
L-förmigen Schaltkreises 17 eine gegenüber der
Veränderung der Lückenkapazität 15 stabile elektrische
Entladungsbearbeitungsoperation.
Fig. 7 ist ein Schaltplan, der eine elektrische
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle, eine zweite
Ausführungsform der Erfindung zeigt. In der Fig.
bezeichnet die Referenznummer 21 eine Wechselstromquelle;
22 einen stromsteuernden Widerstand; 23 eine
Streukapazität, die in der Stromzufuhrleitung
(Versorgungsleitung) besteht; 24 eine Streuinduktivität,
die in der Stromzufuhrleitung und einer mechanischen
Struktur (sowie ein Stromzufuhrabschnitt) besteht; 25
einen Zwischenelektrodenkondensator (Lückenkondensator
C g ), ausgebildet durch eine Elektrode und ein zu
bearbeitendes Werkstück; 26 eine Lücke, ausgebildet
zwischen der Elektrode und dem Werkstück; 27 einen
zwischen dem Zwischenelektrodenkondensator 25 und der
Wechselstromquelle 21 vorgesehenen Schaltkreis, wobei der
Schaltkreis so entworfen ist, daß die Reaktanz induktiv
ist.
Fig. 8 ist ein erklärendes Diagramm, das die zwischen der
Elektrode und dem Werkstück in der elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle ausgebildete Lücke
zeigt. Fig. 9 ist eine graphische Darstellung, die die
Beziehungen zwischen Wechselstromfrequenzen und den
Resonanzauftretungs-Zwischenelektrodenlückenkapazitäten
der elektrischen Entladungsbearbeitungs-Energiequelle,
gezeigt in Fig. 7, zeigt. Fig. 10 ist eine graphische
Darstellung, die die Beziehung zwischen
Wechselstromfrequenzen der elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle, gezeigt in Fig. 7,
und der Resonanzbearbeitungslücke zeigt. Fig. 11 ist eine
Spannungsstrom-Lissajous-Wellenform zur Zeit der
Lückenresonanz in der in Fig. 7 gezeigten elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle.
Die Arbeitsweise der elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle wie in Fig. 7
gezeigt wird beschrieben. In einer elektrischen
Entladungsbearbeitungsoperation mit einer hohen Frequenz
höher als 7 MHz fließt Verschiebestrom über die
Zwischenelektrodenkapazität 15, ausgebildet (an der Lücke
26) durch die Elektrode und das Werkstück, und daher ist
der Strom, der in die Lücke 26 fließt, die Summe aus dem
Entladungsstrom und dem Verschiebestrom. Entsprechend zu
aktuellen Messungen führt, wenn keine elektrische
Entladung auftritt, der Verschiebestrom die Spannung; und
beim Auftreten von elektrischer Entladung ist der Strom
im wesentlichen in Phase mit der Spannung, und der
Schaltkreis kann in einem Resonanzzustand gehalten
werden. Der Verschiebestrom, der die Veränderung mit der
Zeit des elektrischen Feldes in der Bearbeitungslücke
(Elektronen bewegen sich nicht in der Lücke 26), wird
nichts direkt zur Bearbeitungsoperation beitragen. Der
Wert des Verschiebestromes und der Phasenunterschied
hängen von der Kapazität der Lücke 26 und der
Spannungsfrequenz ab.
Die oben beschriebene elektrische
Entladungsbearbeitungsoperation mit Lückenresonanz ist in
ihren Eigenschaften komplett unterschiedlich zu dem
Hochfrequenz-elektrischen-Entladungsbearbeitungsverfahren,
das in der vorher erwähnten japanischen Patentanmeldung
(OPI) No. 2 60 915/1986 veröffentlicht ist.
In Fig. 7 wird der Lückenkondensator 25 (C g )
vergrößert, wenn der Abstand der Zwischenelektroden
absinkt, und der Lückenkondensator 25 (C g ) und die
verteilte Induktivität 24 (L m ) (oder der induktive
Schaltkreis 27) bilden einen Resonanzschaltkreis. Der
Resonanzschaltkreis ist eine Serienresonanzschaltung, und
die Resonanzfrequenz ist wie folgt:
In dem Fall eines elektrischen Drahtschneide-
Entladungsbearbeitungsverfahren, hängt die Kapazität L g
des Lückenkondensators 25, ausgebildet (an der Lücke 26)
zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück, stark von
der Bearbeitungslückenentfernung e wie in Fig. 8 gezeigt
ab. Gemäß dem elektrischen Bildverfahren ist die
Kapazität C g des Lückenkondensators 25 wie folgt:
wobei r der Elektrodenradius in mm ist, e die
Bearbeitungslückenentfernung in mm, ε 0 ist die
maschinenlösungsdielektrische Konstante, und t ist die
Elektrodenlänge. Wenn die oben beschriebene Gleichung (a)
nach e aufgelöst wird, dann
Die Kapazität C g des Lückenkondensators 25, mit dem
Resonanz bei der gegebenen Frequenz f auftritt, und die
Bearbeitungslückenentfernung e werden zu diesem
Zeitabschnitt gemäß der oben beschriebenen Gleichungen
(a) und (b) berechnet. Die Ergebnisse der Berechnungen
sind in den Fig. 9 und 10 gezeigt.
Wie durch diese Fig. deutlich ist, ist mit einem Bereich
von niedrigen Frequenzen die Lückenkapazität C g für
Resonanz groß, und die Resonanz tritt nur mit einer
kleinen Bearbeitungslücke ein; während in einem Bereich
von hohen Frequenzen die Lückenkapazität C g (25) klein
ist, und die Resonanz in einer relativ großen
Bearbeitungslücke auftritt. Zum Beispiel ist im Fall
einer Frequenz (f) von 2 MHz die Kapazität C g 0,03µF,
und die Resonanzbearbeitungslücke e ist sehr kurz, 0,07
um, und daher tritt keine Resonanz mit einer gewöhnlichen
Bearbeitungslücke ein. Wenn auf der anderen Seite f 20
MHz ist, dann beträgt C g = 320 pF und die
Resonanzbearbeitungslücke e ist relativ groß, 8µm, und
daher kann eine elektrische
Entladungsbearbeitungsoperation mit Lückenresonanz
ausgeführt werden.
Wegen der obigen Beschreibung und durch experimentielle
elektrische Entladungsbearbeitungsoperationen ist es
bestätigt, daß es mit hohen Frequenzen höher als 7 MHz
möglich ist, die Lückenresonanz in einem relativ großen
Bereich von Bearbeitungslücken (einige Mikrometer (µm))
zu bewirken, so daß die Entladungscharakteristik stark
unterschiedlich zu der des gewöhnlichen
Hochfrequenz-elektrischen-
Entladungsbearbeitungsverfahrens ist.
Fig. 11 zeigt eine Lissajou-Wellenform
(Volt-Ampere-Charakteristik) für den Fall, daß keine
elektrische Entladung eintritt, oder zu einer
Kurzschlußzeit, oder beim Auftreten von elektrischer
Entladung (oder zur Zeit der Lückenresonanz). Wie von
Fig. 11 offensichtlich ist, führt, wenn keine elektrische
Entladung eintritt, der Strom die Spannung durch einen
Phasenwinkel von 90° (reiner Verschiebestrom); wohingegen
bei dem Auftreten von elektrischer Entladung, der Strom
in Phase mit der Spannung ist, und eine elektrische
Entladung mit Resonanz auftritt. Bei einem Bereich von
hohen Frequenzen höher als 7 MHz tritt elektrische
Entladung nur ein, wenn eine Lückenresonanz auftritt.
In der elektrischen Entladungsbearbeitungsoperation mit
Lückenresonanz steigt die Spannung, die am
Lückenkondensator 25 auftritt so hoch an, daß ein
dielektrischer Durchbruch hervorgerufen werden kann,
jedoch nach dem Auftreten einer elektrischen Entladung
wird die Induktivität L verhindern, daß ein Strom abrupt
in die Lücke 26 fließt, so daß die elektrische
Entladungsbearbeitungsoperation mit einer extrem kleinen
Stromkapazität ausgeführt wird. Weil der Schaltkreis 27
zwischen der Kapazität 25 und der Wechselstromquelle 21
induktiv wird, wird die Energie der Streukapazität 23,
die in der Stromzufuhrleitung usw. besteht, nicht als
Entladungsenergie dienen.
Die elektrische Entladungsbearbeitungsoperation, die mit
einer Lückenresonanz in einem Hochfrequenzbereich höher
als 7 MHz ausgeführt wird, weist eine bearbeitete
Oberfläche mit einer extrem hervorragenden
Oberflächenrauhigkeit, 0,2µm R max , auf. Die bearbeitete
Oberfläche ist eine glänzende Halbspiegeloberfläche,
wohingegen die mit einer Frequenz von 2 MHz
entladungsbearbeitete Oberfläche eine matte Oberfläche
aufweist.
In der oben beschriebenen Ausführungsform kann die
Bearbeitungsoperation stabiler ausgeführt werden, indem
die Frequenz der Wechselstromquelle 11 gemäß der
Bedingung der Lücke 26 und einer gegebenen
Bearbeitungsdicke geändert wird, um dabei die
Bearbeitungslücke e auf Resonanz einzustellen.
Weiterhin erlaubt im oben beschriebenen
Ausführungsbeispiel die Veränderung der Reaktanz des
Schaltkreises 27 eine stabile elektrische
Entladungsbearbeitungsoperation gegenüber einer
Veränderung der Lückenkapazität 25.
Fig. 12 ist ein Schaltplan, der eine elektrische
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle, eine dritte
Ausführungsform der Erfindung zeigt. In der Fig.
bezeichnet die Referenznummer 31 eine Wechselstromquelle;
32 einen stromsteuernden Widerstand; 33 eine
Streukapazität, die aus einer Stromzufuhrleitung
(Versorgungsleitung) und dem Schaltkreis besteht; 34 eine
Streuinduktivität (verteilte Induktivität L m ), die in
der Stromzufuhrleitung und einer mechanischen Struktur
(sowie ein Stromzufuhrabschnitt) besteht; 35 einen
Zwischenelektrodenkondensator (Lückenkapazität C g ) ,
ausgebildet durch eine Elektrode und ein zu bearbeitendes
Werkstück; 36 eine zwischen der Elektrode und dem
Werkstück ausgebildete Lücke; und 37 einen
Koppeltransformator, oder einen induktiv gekoppelten
Schaltkreis, der in der Nähe der Lücke 36 vorgesehen ist.
Fig. 13 ist ein erklärendes Diagramm, das die zwischen
der Elektrode und dem Werkstück in der elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle gezeigt in Fig. 12
zeigt. Fig. 14 ist eine graphische Darstellung, die die
Beziehungen mit verschiedenen Energiequellenfrequenzen
zwischen den zweiten Induktivitäten des
Koppeltransformators und der Resonanzbearbeitungslücken
zeigt.
Die Arbeitsweise der in Fig. 12 gezeigten elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle wird beschrieben. In
dem Koppeltransformator ist eine erste Spule 37 a
(Induktivität L 1) an eine zweite Spule 37 b
(Induktivität L 2) zur Energieübertragung gekoppelt (mit
der Gegeninduktivität M). Die verteilte Induktivität L m
(34) der mechanischen Struktur und der Lückenkapazität
C g (35) der Bearbeitungslücke hängen stark von der
Bearbeitungslücke e, wie in Fig. 13 gezeigt, ab. Wenn die
zweite Spule 37 b des Kopplungstransformators 37 an die
Lücke 36 mit dem kürzesten Draht angeschlossen ist, dann
kann die verteilte Kapazität der Zufuhrleitung auf der
Sekundärseite mit einigen zehn pico-Farad (pF) im
wesentlichen außer acht gelassen werden. An der
Sekundärseite des Koppeltransformators wird ein
Resonanzschaltkreis durch L z , L m und C g gebildet.
Die Resonanzfrequenz f 0 des Resonanzschaltkreises ist
wie folgt:
Wenn daher die Selbstinduktivität L z der zweiten Spule
37 b ansteigt, sinkt die Resonanzfrequenz ab, während die
Lückenkapazität C g unverändert bleibt. Falls in diesem
Fall die Resonanzfrequenz f₀ unverändert bleibt, dann
sinkt die Lückenkapazität C g für Resonanz. Daher ist es
möglich, Resonanz mit einer größeren Bearbeitungslücke
hervorzurufen.
Wenn die verteilte Induktivität L m (34) der
mechanischen Struktur viel kleiner ist als das L 2 der
sekundären Spule 37 b, dann ist die Spannung V L 2 über
der Spule 37 b entgegengesetzt in Phase zu der Spannung
V Cg über der Lückenkapazität 35 zu jeder Zeit, und die
beiden Spannungen sind in der Amplitude gleich zur Zeit
der Resonanz. Das bedeutet, daß wenn die Spannung über
die Spule 37 b hinreichend hoch ist, eine Spannung im
wesentlichen gleich zur Spannung über der Lückenkapazität
35 zur Zeit der Resonanz entwickelt wird.
Fig. 14 zeigt die Beziehungen bei verschiedenen
Energiequellenfrequenzen zwischen einer Induktivität L z
und der Resonanzbearbeitungslücke. Wie aus Fig. 14
offensichtlich ist, steigt die Bearbeitungslücke für
Resonanz, wenn die Induktivität L z ansteigt. Das
bedeutet, daß nicht nur die Lückenresonanz mit
Leichtigkeit bewirkt werden kann, sondern auch die
Resonanz gegenüber Variation der Bearbeitungslücke stabil
gehalten werden kann (die Bearbeitungskapazität C g (35)
ist weniger verändert im Hinblick auf die Verschiebung
einer Drahtelektrode wie in Fig. 13 gezeigt). Demgemäß
ist die Bearbeitungsstabilität und die
Bearbeitungskapazität (Entladungsfrequenz) stark
verbessert. Weiterhin ist die Wirkung (verteilte
Kapazität) der ersten Zufuhrleitung beseitigt. Dies wird
in praktischem Gebrauch vorteilhaft sein. Falls jedoch
die Induktivität L z stark gesteigert wird, dann steigt
die Bearbeitungslücke für Resonanz ebenfalls stark an, so
daß als Ergebnis kein dielektrischer Durchbruch
hervorgerufen wird und demgemäß es schwierig wird, die
Bearbeitung mit Lückenresonanz durchzuführen. Daher ist
es notwendig, die Induktivität der zweiten Spule 37 b
gemäß der Energiequellenfrequenz zu wählen. Zum Beispiel
kann durch Setzen der Induktivität L z auf 0,5 bis
1,0µH einer Wechselstromfrequenz von 10 MHz die
Resonanzbearbeitungslücke auf 5 bis 10µm gesetzt werden
(in dem Fall, daß die Dicke t 20 mm ist), wobei die
Bearbeitungsoperation stabil ausgeführt werden kann.
Bei der Hochfrequenzbearbeitung fließt der
Verschiebestrom durch die Zwischenelektrodenkapazität 35,
gebildet durch die Elektrode und das Werkstück (an der
Lücke 36), und daher ist der Strom in der Lücke 36 die
Summe des Entladungsstromes und des vorher erwähnten
Verschiebestromes. Gemäß konkreter Messungen führt der
Verschiebestrom die Spannung, falls keine elektrische
Entladung auftritt; und bei dem Auftreten von
elektrischer Entladung ist der Strom im wesentlichen in
Phase mit der Spannung, und der Schaltkreis kann im
Resonanzzustand gehalten werden. Der Verschiebestrom, der
die zeitliche Veränderung des elektrischen Feldes in der
Bearbeitungslücke ist (während Elektronen sich nicht in
der Bearbeitungslücke bewegen), wird nichts direkt zur
Bearbeitungsoperation beitragen. Der Wert des
Verschiebestromes und die Phasendifferenz hängen von der
Kapazität der Lücke 36 und der Spannungsfrequenz ab.
Die oben beschriebene elektrische
Entladungsbearbeitungsoperation mit Lückenresonanz ist in
der Charakteristik von der elektrischen Hochfrequenz-
Entladungsbearbeitungsoperation, veröffentlicht in der
vorher erwähnten japanischen Patentanmeldung (OPI) No.
2 60 915/1986, verschieden. In der elektrischen
Entladungsbearbeitungsoperation mit Lückenresonanz steigt
die Spannung der Lückenkapazität 35 hoch genug an, um
einen dielektrischen Durchbruch zu bewirken; jedoch wird
nach dem Auftreten der elektrischen Entladung die
Induktivität L z einen abrupten Stromfluß in der Lücke
36 verhindern, so daß die elektrische
Entladungsbearbeitungsoperation mit einem extrem
niedrigen Strombetrag ausgeführt wird.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist der
Koppeltransformator 37 in der Nähe der Lücke 36
vorgesehen, und daher kann die Bearbeitungsoperation mit
der Lückenresonanz bewirkt bei einer Frequenz niedriger
als 10 MHz ausgeführt werden. In diesem Fall ist die sich
ergebende bearbeitete Oberfläche hervorragend in der
Oberflächenrauhigkeit, mit 0,2 µm R max . Die bearbeitete
Oberfläche ist eine glänzende Halbspiegeloberfläche;
wohingegen die Oberfläche die durch das gewöhnliche
elektrische Hochfrequenz-Entladungsbearbeitungsverfahren
ausgebildet ist, eine matte Oberfläche aufweist.
In der oben beschriebenen Ausführungsform kann die
Bearbeitungsoperation stabiler ausgeführt werden durch
Veränderung der Frequenz der Wechselstromquelle 31 gemäß
einem gegebenen Bearbeitungsgebiet oder einer Dicke.
Weiterhin erlaubt in der oben beschriebenen
Ausführungsform die Veränderung der Induktivität der
Sekundärspule 37 b des Koppeltransformators 37 eine
stabile elektrische Entladungsbearbeitungsoperation
gegenüber Veränderung der Lückenkapazität 35.
Fig. 15 ist ein Schaltplan einer elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle, einer vierten
Ausführungsform der Erfindung. In der Fig. bezeichnet die
Referenznummer 41 eine Wechselstromquelle, 42 eine
Ausgangserfassungseinheit; 43 einen
Frequenzsteuerschaltkreis; und 45 einen Mikrocomputer.
Fig. 16 ist ein Schaltbild der Ausgangserfassungseinheit
42 in der elektrischen Entladungsbearbeitungs-
Energiequelle, gezeigt in Fig. 15. In Fig. 16 bezeichnen
die Referenznummern 46 a und 46 b jeweils A/D (analog zu
digital) Wandler; 47 eine Koppelkapazität; 48 eine Spule;
49 eine Koppelkapazität; und 50 eine
Zwischenelektrodenlücke zwischen einer Elektrode und
einem zu bearbeitenden Werkstück.
Die Arbeitsweise der elektrischen Entladungsbearbeitungs-
Energiequelle, gezeigt in Fig. 15, der vierten
Ausführungsform der Erfindung, wird beschrieben. Wenn
ähnlich dem in Fig. 1 gezeigten Fall der konventionellen
elektrischen Entladungsbearbeitungs-Energiequelle das
schaltende Element 7 durch den Treiberschaltkreis 8
ein- und ausgeschaltet wird, gibt die Wechselstromquelle
41 eine Hochfrequenzspannung aus. Die ausgegebene
Spannung wird als Zwischenelektrodenspannung oder
Lückenspannung auf die Zwischenelektrodenlücke 50 über
die Stromzufuhrleitung und die Ausgangserfassungseinheit
42 gegeben.
Im allgemeinen gibt es bei der Übertragung von
Hochfrequenzwellen eine fortlaufende und eine
reflektierte Welle (welche eine am Ausgangsende in der
entgegengesetzten Richtung reflektierte Welle ist), und
wenn die Bearbeitungsimpedanz in einer korrekten Art und
Weise eingestellt ist, verbleibt nur die hinlaufende
Welle, so daß der Ausgang maximal gemacht wird. Es ist
mit anderen Worten notwendig, um einen maximalen Ausgang
zu erhalten, das Verhältnis der hinlaufenden zur
reflektierten Welle zu minimieren. In Fig. 16 bezeichnet
der Referenzbuchstabe A einen Schaltkreis zum Erhalten
des Signalpegels eines fortlaufenden Signals und eines
reflektierten Signals als Spannungen. Der Signalpegel
eines hinlaufenden Signals wird über den A/D-Wandler 46 a
auf den Mikrocomputer 45 gegeben. Gleichzeitig wird der
Signalpegel eines reflektierten Signals über den A/D-
Wandler 46 b auf den Mikrocomputer 45 gegeben.
Ein Hochfrequenzsignal, das auf die
Ausgangserfassungseinheit 42 gegeben wird, wird durch
einen aus den Koppelkapazitäten 47 und 49 und der Spule
48 bestehenden T-förmigen Bearbeitungsschaltkreis
impedanz-angepaßt, und der Ausgang des T-förmigen
Anpassungsschaltkreises wird auf die
Zwischenelektrodenlücke 50 gegeben. Bei dieser Operation
arbeitet der Mikrocomputer 45, um die Ausgangsfrequenz
eines Frequenzsynthesizers 44 zu verändern; d.h. die
Ausgangsfrequenz der Wechselstromquelle 41, so daß das
Verhältnis der reflektierten Welle zur hinlaufenden Welle
gemäß den Signalpegeln der obigen hinlaufenden Welle und
reflektierten Welle minimiert wird. Ein Steuervorgang
durch den Mikrocomputer 45 geschieht zum Beispiel wie
folgt: Zunächst wird die Frequenz versuchsweise Stück für
Stück erhöht, und wenn der Ausgang bei einem kleinen
Anstieg der Frequenz ansteigt, wird die Frequenz weiter
erhöht, wenn hingegen der Ausgang kleiner wird, dann wird
die Frequenz erniedrigt. Wenn schließlich der Ausgang der
Wechselstromquelle 41 maximal wird, wird die Frequenz
festgehalten. Wenn während der Bearbeitung das
Bearbeitungsgebiet oder die Bedingungen verändert werden,
wobei der Ausgang um mehr als einen vorbestimmten Wert
verändert wird, wird das Festhalten der Frequenz
beseitigt und eine neue Einstellung der Frequenz wird
ausgeführt. Diese Steueroperationen werden ausgeführt,
wenn es während der Bearbeitung notwendig ist oder
jederzeit, um so die beste Impedanzanpassung zu
erreichen.
Fig. 17 ist ein Schaltplan, der eine elektrische
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle einer fünften
Ausführungsform der Erfindung zeigt. In der Fig.
bezeichnet die Referenznummer 51 eine Gleichstromquelle;
52 einen strombegrenzenden Widerstand; 53 eine
Streukapazität, die in der Stromzufuhrleitung
(Versorgungsleitung) und einer mechanischen Struktur (wie
ein Stromzufuhrabschnitt) besteht; 55 eine
Zwischenelektrodenkapazität gebildet durch eine Elektrode
und ein zu bearbeitendes Werkstück; 56 eine
Zwischenelektrodenlücke zwischen dem Werkstück und der
Elektrode; 57 ein schaltendes Element; 58 einen
Treiberschaltkreis zum Treiben des schaltenden Elements;
59 einen zwischen dem schaltenden Element 57 und der
Zwischenelektrodenlücke 56 geschalteten
Koppelkondensator; 60 eine Koppelspule angeschlossen
zwischen dem schaltenden Element 57 und der
Zwischenelektrodenlücke 56; 61 eine Wechselstromquelle,
insbesondere eine Hochfrequenzbearbeitungs-Energiequelle;
und 62 eine automatische Impedanzanpassungseinheit.
Fig. 17 ist ein Schaltplan, der die interne Anordnung der
automatischen Impedanzanpassungseinheit 62 in der
elektrischen Entladungsbearbeitungs-Energiequelle gezeigt
in Fig. 17 zeigt. In der Fig. bezeichnet die
Referenznummer 63 einen Koppelkondensator; 64 eine Spule;
65 einen variablen Kondensator; 66 einen Aktuator (oder
Motor) zur Veränderung der Kapazität des variablen
Kondensators 65; 67 einen Treiberschaltkreis zum Treiben
des Aktuators 66; 68 eine Steuereinheit; und 69 a und 69 b
A/D (analog zu digital) Wandler.
Die Arbeitsweise der in Fig. 17 gezeigten elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle der fünften
Ausführungsform der Erfindung soll beschrieben werden.
Wenn ähnlich der in Fig. 1 gezeigten konventionellen
elektrischen Entladungsbearbeitungs-Energiequelle das
schaltende Element 57 durch den Treiberschaltkreis 58
ein- und ausgeschaltet wird, gibt die
Hochfrequenzbearbeitungs-Energiequelle 61 eine
Hochfrequenzspannung aus. Die Ausgangsspannung wird als
Lückenspannung über die gerade zuführende Leitung und die
automatische Impedanzanpassungseinheit 62 an die
Zwischenelektrodenlücke 56 angelegt. So wird die
elektrische Entladungsbearbeitungsoperation gestartet.
Im allgemeinen gibt es wie oben beschrieben eine
hinlaufende Welle und eine reflektierte Welle (welche
eine am Ausgangsende in der entgegengesetzten Richtung
reflektierte Welle ist) bei der Übertragung einer
Hochfrequenzwelle, und wenn die Impedanzanpassung gut
ist, verbleibt nur die hinlaufende Welle, so daß der
Ausgang maximiert wird. Das bedeutet, daß es um den
Ausgang zu maximieren notwendig ist, das Verhältnis der
reflektierten Welle zur hinlaufenden Welle zu minimieren.
In Fig. 18 bezeichnet der Referenzbuchstabe A einen
Schaltkreis zum Konvertieren des Signalpegels einer
hinlaufenden Welle und einer reflektierten Welle in
Signalspannungen. Die Signalspannung eines hinlaufenden
Signals wird über die A/D-Wandler 69 a auf die
Steuereinheit 68 gegeben. Ähnlich wird die Signalspannung
einer reflektierten Welle über den A/D-Wandler 69 b auf
die Steuereinheit 68 gegeben.
Ein Hochfrequenzsignal, das auf die automatische
Impedanzanpassungseinheit 62 gegeben wird, wird durch
einen T-förmigen Anpassungsschaltkreis, bestehend aus dem
Koppelkondensator 63, der Spule 64 und dem variablen
Kondensator 65 einer Impedanzanpassung unterworfen. Der
Ausgang des T-förmigen Anpassungsschaltkreises wird auf
die Zwischenelektrodenlücke 56 gegeben. Bei dieser
Operation bringt die Steuereinheit 68 den Aktuator 66
dazu, die Kapazität des variablen Kondensators 65 zu
ändern, so daß das Verhältnis der reflektierten Welle zur
hinlaufenden Welle gemäß den Signalpegeln der vorigen
hinlaufenden Welle und reflektierten Welle minimiert
wird. Diese Steueroperationen werden bei Notwendigkeit
durchgeführt, während der Bearbeitung oder zu jedem
Zeitpunkt, so daß die beste Impedanzanpassung erreicht
wird.
Wie oben in dem ersten Beispiel der elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle gemäß der Erfindung
beschrieben, weist der L-förmige Schaltkreis die
Kapazität parallel geschaltet zur zwischen der Elektrode
und dem Werkstück gebildeten Zwischenelektrode und die
Spule in Serienschaltung zur Zwischenelektrodenlücke auf,
und ist in der Nachbarschaft der Zwischenelektrodenlücke
vorgesehen, und die Resonanz wird bewirkt mit der
Kapazität der Zwischenelektrodenlücke und der
Induktivität des L-förmigen Schaltkreises, um das
Werkstück zu bearbeiten. Daher wird mit der Energiequelle
die elektrische Entladung mit einem extrem kleinen
Strombetrag hervorgerufen, und die resultierende
bearbeitete Oberfläche ist hervorragend; das bedeutet,
daß Halbspiegeloberflächen besser als 0,2µm R max in der
Oberflächenrauhigkeit erreicht werden können.
Im zweiten Beispiel der elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle gemäß der Erfindung
wird Resonanz mit der Kapazität der zwischen der
Elektrode und dem Werkstück ausgebildeten
Zwischenelektrodenlücke und der Induktivität des
Schaltkreises vor der Zwischenelektrodenlücke
hervorgerufen, um das Werkstück zu bearbeiten. Daher wird
mit der Energiequelle eine elektrische Entladung mit
einem extrem kleinen Strombetrag hervorgerufen, und die
resultierende bearbeitete Oberfläche ist hervorragend;
das bedeutet, daß Halbspiegeloberflächen besser als 0,2µm R max
in der Oberflächenrauhigkeit erreicht werden
können.
Im dritten Beispiel der elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle gemäß der Erfindung
ist der Koppeltransformator nahe der zwischen der
Elektrode und dem Werkstück gebildeten
Zwischenelektrodenlücke vorgesehen, und Resonanz wird mit
der Kapazität der Zwischenelektrodenlücke und der
Induktivität der Sekundärspule des Koppeltransformators
bewirkt, um das Werkstück zu bearbeiten. Daher wird mit
der Energiequelle elektrische Entladung mit extrem
kleinem Strombetrag bewirkt, und die resultierende
bearbeitete Oberfläche ist hervorragend; das bedeutet,
daß Halbspiegeloberflächen besser als 0,2 µm R max in der
Oberflächenrauhigkeit erreicht werden können.
In dem vierten Beispiel der elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle gemäß der Erfindung
wird, auch wenn die Impedanz der zwischen der Elektrode
und dem Werkstück gebildeten Zwischenelektrodenlücke mit
der Veränderung der Bearbeitungslücke oder des Bereiches
geändert wird, die Frequenz der Wechselstromquelle durch
den Frequenzsteuerschaltkreis verändert, so daß die
Elektrodenentladungsbearbeitungsoperation ausgeführt
wird, während eine Impedanzanpassung bewirkt wird. Daher
kann die Elektrodenentladungsbearbeitungsoperation mit
hoher Wirksamkeit erreicht werden, und
Halbspiegeloberflächen können mit hoher Stabilität
gebildet werden.
In dem fünften Beispiel der elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle gemäß der Erfindung
wird, auch wenn die Impedanz der zwischen der Elektrode
und dem Werkstück gebildeten Zwischenelektrodenlücke
durch Veränderung der Bearbeitungslücke oder des Gebietes
geändert wird, die elektrische
Entladungsbearbeitungsoperation ausgeführt, während durch
die automatische Impedanzanpassungseinheit
Impedanzanpassung bewirkt wird. Daher kann die
Elektrodenentladungsbearbeitungsoperation mit hoher
Wirksamkeit erreicht werden, und Halbspiegeloberflächen
können mit hoher Stabilität gebildet werden.
Claims (9)
1. Energiequelle für eine elektrische
Entladungsbearbeitung, in der eine Spannung über eine
Elektrode und ein zu bearbeitendes Werkstück angelegt
wird, um in einer zwischen der Elektrode und dem
Werkstück gebildeten Zwischenelektrodenlücke (16)
elektrische Entladung zu bewirken, um dabei das
Werkstück zu bearbeiten,
gekennzeichnet durch
- - eine Wechselstromquelle (11) zum Anlegen einer Wechselspannung an die eine Kapazität aufweisende Zwischenelektrodenlücke; und
- - ein Resonanzschaltkreis (17) zum Bewirken einer Resonanz mit der Kapazität, wobei die elektrische Entladungsbearbeitung mit dem Auftreten der Resonanz ausgeführt wird.
2. Energiequelle nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Resonanzschaltkreis ein mit der
Zwischenelektrodenlücke parallel geschaltetes
Kapazitätsmittel (17 a) und ein mit der
Zwischenelektrodenlücke in Serie geschaltetes
induktives Mittel (17 b) aufweist, und der
Resonanzschaltkreis in der Nähe der
Zwischenelektrodenlücke vorgesehen ist.
3. Energiequelle nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das
kapazitive Mittel (17 a) ein Kondensator und ein
induktives Mittel (17 b) eine Spule ist.
4. Energiequelle nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Resonanzschaltkreis ein in einem Schaltkreis zwischen
der Zwischenelektrodenlücke und der
Wechselstromquelle vorhandenes induktives Element
aufweist, wobei das induktive Element Resonanz mit
der Kapazität der Zwischenelektrode hervorruft.
5. Energiequelle nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Resonanzschaltkreis einen in der Nähe der
Zwischenelektrodenlücke (36) vorgesehenen
Koppeltransformator (37) aufweist, wobei Resonanz mit
der Kapazität (35) zwischen der Elektrode und dem
Werkstück und der Induktivität der Sekundärspule des
Koppeltransformators hervorgerufen wird.
6. Energiequelle für eine elektrische
Entladungsbearbeitung, in der eine Spannung über eine
Elektrode und ein zu bearbeitendes Werkstück angelegt
wird, um elektrische Entladung in einer zwischen der
Elektrode und dem Werkstück gebildeten
Zwischenelektrodenlücke zu bewirken, um dadurch das
Werkstück zu bearbeiten,
gekennzeichnet durch
- - eine Wechselstromquelle (31) zum Anlegen der Wechselspannung an die Zwischenelektrodenlücke (36);
- - eine Ausgangserfassungseinheit (42) zum Erfassen eines Ausgangs der Wechselstromquelle; und
- - einen Frequenzsteuerschaltkreis (44) zum automatischen Verändern der Frequenz der Wechselstromquelle gemäß einem Erfassungswert, der von der Ausgangserfassungseinheit vorgesehen ist,
- - einem Hochfrequenzsignal, das auf die Ausgangserfassungseinheit gegeben wird und einer Impedanzanpassung auf die Veränderung in einer Impedanz der Zwischenelektrodenlücke hin unterworfen wird, um auf die Zwischenelektrodenlücke gegeben zu werden.
7. Energiequelle nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Impedanzanpassung durch einen
T-Typ-Anpassungsschaltkreis bewirkt wird, der erste
und zweite Koppelkondensatoren und eine zwischen
einen Mittelanschlußpunkt einer Serienschaltung der
Kondensatoren und einer Masse angeschlossene Spule
enthält.
8. Energiequelle zur elektrischen Entladungsbearbeitung,
in der eine Spannung über eine Elektrode und ein zu
bearbeitendes Werkstück gelegt wird, um in einer
zwischen der Elektrode und dem Werkstück gebildeten
Zwischenelektrodenlücke elektrische Entladung zu
bewirken und dabei das Werkstück zu bearbeiten,
gekennzeichnet durch
- - eine Wechselstromquelle zum Anlegen von Wechselspannung an die Zwischenelektrodenlücke; und
- - eine automatische Impedanzanpassungseinheit, die zwischen der Wechselstromquelle und der Zwischenelektrodenlücke vorgesehen ist,
- - eine elektrische Entladungsbearbeitungsoperation, die ausgeführt wird, während eine automatische Impedanzanpassung auf Veränderungen in einer Impedanz der Zwischenelektrodenlücke hin bewirkt wird.
9. Energiequelle nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das
automatische Impedanzanpassungsmittel einen T-Typ-
Anpassungsschaltkreis aufweist, der erste und zweite
Koppelkondensatoren und eine zwischen einem mittleren
Punkt einer Serienschaltung der ersten und zweiten
Kondensatoren und einer Masse angeschlossene Spule
enthält, und ein Aktuatormittel zum Verändern der
Kapazität des zweiten Kondensators, um so ein
Verhältnis einer reflektierten Welle zu einer
hinlaufenden Welle zu minimieren, gemäß den
Signalpegeln der vorhergehenden reflektierten und
hinlaufenden Einrichtung.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9143589 | 1989-04-11 | ||
| JP9143489 | 1989-04-11 | ||
| JP9143389 | 1989-04-11 | ||
| JP24549889A JPH0349824A (ja) | 1989-04-11 | 1989-09-21 | 放電加工用電源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4011752A1 true DE4011752A1 (de) | 1990-10-25 |
| DE4011752C2 DE4011752C2 (de) | 1994-09-15 |
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ID=27467909
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE4011752A Expired - Lifetime DE4011752C2 (de) | 1989-04-11 | 1990-04-11 | Energiequelle zur elektrischen Entladungsbearbeitung |
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