DE3044815A1

DE3044815A1 - Verfahren zum funkenerosionsbearbeiten und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3044815A1
Application number: DE19803044815
Authority: DE
Inventors: Charles Genève Frei
Original assignee: Ateliers des Charmilles SA
Current assignee: Ateliers des Charmilles SA
Priority date: 1979-12-06
Filing date: 1980-11-25
Publication date: 1981-09-10
Also published as: GB2065935B; FR2471255A1; GB2065935A; DE3044815C2; FR2471255B1; CH632176A5; JPS5689444A; US4375588A

Description

DR.-ING. DIPL.-PHYS. H. STURIES 3Q448 1

PATENTANWÄLTE *^v

DlPL-ING. P. EICHLER

BRAHMSSTRASSE 29, 5600 WUPPERTAL 2

Ateliers des Charmilles S.A., 109, rue de Lyon, Geneve (Schweiz)

Verfahren zum Funkenerosionsbearbeiteri und Vorrichtung zur Durchführung· des V&rfahrens." ' · ' · · - - ·' · ·■ ·· ■ ....

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Funkenerosionsbearbeiteri einer Werkstückelektrode mit einer Werkzeugelektrode, bei- dem in einen Arbeitsbereich zwischen den Elektroden ein Arbeitsfluid in Umlauf gebracht wird, das aus einer Suspension elektrizitätsleiterider Festteilchen in einer Flüssigkeit besteht, bei dem an die Elektroden zwischen diesen überschlagende Entladungen verusacheride Spannungsimpulse gelegt werden, und bei dem die Konzentration der Festteilcheri in Abhängigkeit eines Funkenerosionsparameters verändert wird.

Es ist bekannt, daß leitende oder halbleitende Festteilcheri im Arbeitsfluid eine grundlegende Rolle beim Überschlag der Entladungen und für die Stabilität der Bearbeitung spielen. Man kann jedoch nur einen Bereich

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stabiler und wirksamer erosiver Entladungen erreichen, wenn eine genügende Menge dieser Teilchen aus Erosionsresten zur Verfugung steht, oder wenn in der dielek trischen. Flüssigkeit ein Zusatz suspensiert wird.

Bis jetzt wurde die Konzentration der Teilchen im Verlauf der Bearbeitung entweder in bestimmten Grenzen gehalten oder nach dem in der Schweizer Patentschrift 536 beschriebenen Verfahren in Abhängigkeit eines Funkenerosionsparameters so verändert, daß auf die Zusammensetzung des Arbeitsfluids nur dann Einfluß genommen wurde, falls eine Verschlechterung der Funkenbildung auftrat, z. B. bei einer Zunahme von Kurzschlüssen. Dieses Verfahren hat die Nachteile, eine mangelhafte Bearbeitung abwarten zu müssen, bevor man in der Lage ist einzugreifen, und den Mangel wegen der Langsamkeit, mit der die Teilchenkonzen tration lediglich verändert werden kann, nicht schnell abstellen zu können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß die Veränderung der Konzentration der Festteilchen durchgeführt werden kann, ohne das Auftreten einer mangelhaften Bearbeitung abwarten zu müssen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Konzentration der Festteilchen im Sinne eines Haltens des mittleren Verzugs des Überschlags der Entladungen innerhalb bestimmter Grenzen verändert wird.

Das neue Verfahren erlaubt es, dem Erscheinen einer fehlerhaften Bearbeitung durch vorherige Konzentrationsveränderung zuvorzukommen.

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Eine Verringerung des mittleren Verzugs des Oberschlags der Entladungen zeigt einen Verfall der Bearbeitung an, der beispielsweise eine Verringerung des Arbeitsspaltes oder eine annormale Erhöhung der Verschmutzung des Arbeitsfluids oder eventuell diese beiden Gründe zugleich als Ursache hat. Das Halten des mittleren Zündverzugs auf einem bestimmten Wert durch Einwirkung auf die Konzentration der im Arbeitsfluid suspendierten Teilchen ist ein wirksames Mittel, um optimale Arbeitsbedingungen aufrechtzuerhalten. Die Überschlagsspannung der Entladungen wirkt auf den mittleren Zündverzug in demselben Sinne-," Wie die Konzentration -der Teilchen, aber viel schneller. Man -kann daher die Steuerung des Zündverzugs beschleunigen, indem diese beiden -Parameter gleichzeitig geändert werden.·

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels zur Durchführung des Verfahrenserläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Beziehung zwischen dem mittleren Zündverzüg, dem Arbeitsspalt und der Konzentration der in dem Arbeitsfluid suspendierten Teilchen und

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Funkenerosionsvorrichtung, die gemäß der Erfindung wirkt.

Fig. 1 zeigt, wie sich der Mittelwert t des Zündverzugs der Entladungen in Abhängigkeit vom Arbeitsspalt g für steigende Werte C bis C der Konzentration der in einem Arbeitsfluid suspendierten FestteiTchen ändert.

Eine Erhöhung der Konzentration der Teilchen erlaubt es, den Arbeitsspalt zu vergrößern, indem der mittlere Zünd-

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verzug auf einem geringen Niveau beibehalten wird, z. B. unterhalb von 10 με. Diese Erhöhung der Konzentration erlaubt infolgedessen, in einem weiten Bereich von Arbeitsspalteri erhöhte Wirkungsgrade der Bearbeitung zu erzielen. Die Regulierung der Konzentration der Teilchen kann mit der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung realisiert werden.· Die 'Funkenerosion wird zwischen einer Werkzeugelektrode 1 und einer Werkstückelektrode 2 mit Hilfe eines Impulsgenerators 3 erzeugt, der mit den Elektroden 1, 2 über einen Widerstand 4 verbunden ist.

Dem Spalt 5 zwischen den Elektroden 1, 2 wird ein Arbeitsfluid mit einer Injektionsdüse 6 zugeführt, die von einer Zuleitung 7 gespeist wird, in welche einerseits eine Leitung 8 mündet, die ein durch einen Filter 9 von seinen Teilchen befreites Fluid zuleitet, und andererseits eine Leitung 10, die in den Arbeitsbereich ein Fluid zuführt, dessen TeilcherikonzeritratiOn gesteuert oder gegebenenfalls durch eine Dosiereinrichtung 11 erhöht ist, die mit einem über die Leitung 12 'übertragenen elektrischen; Signal gesteuert wird. ·

Der Filter 9 und die Dosiereinrichtung 11 sind über eine Pumpe 14 ^:mit einem ReinigungsbehSlter 13 verbunden. Das in einem Gefäß 15 rückgewonnene Arbeitsfluid fließt in den Behälter 13 durch eine· Leitung 16.

Das die Zuleitung 7 durchströmende Fluid tritt ein ■ in eine Vorrichtung 17, in der die Teilchenkonzentration mit einem bekannten Verfahren gemessen wird, ζ. B. optisch oder elefc-fcrlsch. Ein von der Vorrichtung 17 erzeugtes elektrisches Signal wird mit einem Bezugssignal mittels eines

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Operationsverstärkers 18 verglichen, dessen Ausgang mit dem Eingang der Dosiereinrichtung 11 über eine Leitung 12 verbunden ist. Man kann daher die Konzentration der im Arbeitsfluid suspendierten. Teilchen auf einen Wert steuern, der dem Pegel des dem Operationsverstärkers 18 zugeführten Bezugssignal entspricht.

Bei der Bearbeitung wird der Arbeitsspalt 5 zwischen den Elektroden 1, 2 konstant gehalten, indem die Elektrode 1 mit einem Servomotor 19 verstellt wird. Die Lage der Elektrode 1 wird mit einem Meßfühler gemessen, der einen mit der Elektrode 1 fest verbundenen beweglichen Teil 20 und einen festen Teil 21 hat, in dem ein für die Lage dieser Elektrode 1 repräsentatives Signal erzeugt wird.

Der mittlere Zündverzug der Entladungen wird in einer Einrichtung 22 berechnet, die einerseits mit der Elektrode 1 und andererseits mit einer der Klemmen des Widerstandes verbunden ist. Diese beiden Verbindungen erlauben die Feststellung sowohl des Moments, in dem eine Überschlagsspannung an die Elektrode 1 gelegt wird, als auch des Moments, in dem eine Entladung beginnt. Die Einrichtung 2 2 kann auf verschiedene Weisen verwirklicht werden, ζ.' B. wie 'in der US-PS 3 825 714 beschrieben.

Der Servomotor 19 wird von einer Regelvorrichtung 2 3 beeinflußt, deren beide Eingänge'mit denen der Einrichtung verbunden sind, und dessen dritter Eingang mit dem Meßfühlerteil 21 verbunden ist. Die Regelvorrichtung 23, die z. B. entsprechend der Vorrichtung der US-PS 4 049 942 ausgebildet ist, erlaubt die Aufrechterhaltung eines bei der

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Bearbeitung konstant bleibenden Arbeitsspaltes. Sie erlaubt es infolge der Wirkung des Meßfühlers 21, 22 ebenfalls, das Überschreiten einer vorbestimmten axialen Lage durch die Elektrode zu verhindern.

Das von der Einrichtung 22 erzeugte Signal wird über eine Leitung 24 auf einen der Eingänge eines Operationsverstärkers 25 übertragen, dessen anderer Eingang ein von einem Potentiometer 26 geliefertes Bezugssignal empfängt. Der Ausgang dieses Operationsverstärkers 25 ist einerseits mit einem der Eingänge des Operationsverstärkers 18 und andererseits über eine Leitung 28 mit einem der Eingänge des Impulsgenerators 3 verbunden. Der über eine Leitung 29 mit dem Impulsgenerator 3 verbundene Funktionsgenerator ist mit den technologischen Informationen programmiert, die für jedes Elektrodenpaar in Kodierkreise 30 gegeben sind.

Bei einer ersten Wirkungsweise wird der Arbeitsspalt mit der Regelvorrichtung 2 3 auf einem Konstantwert gehalten. Da sich die Verschmutzung des Arbeitsfluids im Verlauf der Funkenerosion verändert, ergibt sich daraus eine Veränderung des mittleren Zündverzugs der Entladungen entsprechend dem Diagramm der Fig. 1. Vom Augenblick des Abweichens des Wertes des Zündverzugs von dem durch das Potentiometer 26 gebildeten Bezugswert verändert der Operationsverstärker 25 den Bezugswert der Regelung der Konzentration der Teilchen und der Operationsverstärker 18 wirkt auf die Dosiereinrichtung ein, bis der Meßwert der Konzentration gleich dem Bezugswert ist. Zugleich wirkt der Operationsverstärker 25 über die Leitung 28 auf den Impulsgenerator 3, um die Überschlags-

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spannung der Entladungen zu verändern und die Regelung des mittleren Zündverzugs zu beschleunigen. Z. B. wird die Zündspannung der Entladungen zugleich mit der Einwirkung auf die Konzentration erhöht, falls eine von einer Verringerung der Konzentraion herrührende Erhöhung des mittleren Zündverzugs auftritt. Man erhält daher eine ausgezeichnete Stabilität der Bearbeitung, die eine Verringerung schneller Verstellungen der Elektrode während der Funkenerosion und eine Erhöhung des Wirkungsgrades der Erosion zur Folge hat.

Bei einer zweiten Wirkungsweise wird der Vorschub der Elektrode 1 durch Einwirkung des Meßfühlers 20, 21 arretiert. In diesem Fall bewirkt die Vergrößerung des Arbeitsspaltes ein schnelles Anwachsen des mittleren Zündverzugs der Entladungen und die vorbeschrieberie Regelvorrichtung bewirkt eine gleichzeitig erfolgende Erhöhung der Konzentration und der Zündspannung, um die mittlere Verzögerung des Überschlags auf ihren Bezugswert zurückzuführen.

Die Vergrößerung des Arbeitsspaltes findet sowohl auf den Frontalflächen als auch auf den Seitenflächen des Werkstücks statt, so daß es eine gleichzeitige Verringerung der Entladungsleistung erlaubt, mehrere aufeinander erfolgende Feinbeärbeitungsphaseri mit derselben Elektrode und ohne eine künstliche Verzögerung der Elektrode mittels einer transversalen Translationsbewegung zu bewirken. Für denselben Zündverzug und für dasselbe Elektrodenpaar ist der Wert der Konzentration der Teilchen ein Maß für den Arbeitsspalt. Es ist daher möglich, den Ausgangswert des Operationsverstärkers 25 zu benutzen, um den Bearbeitungsbereich bei einer Feinbearbeitung mit dem Funktionsgenerator 2 7 zu verändern.

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Es wurden gute Ergebnisse erreicht, indem das Arbeitsfluid mit Graphit- oder Aluminiumpulver versetzt wurde, dessen Korngröße einige Mikron nicht überschreitet. Durch Erhöhung der Konzentration dieser Puder auf etwa 1 Volumen-Prozent ist es möglich, unter guten Bedingungen mit einem Arbeitsspalt zu bearbeiten, der in einem Verhältnis von 1 zu mehr als 10 veränderlich ist.

Die Erfindung bezieht sich auch auf andere Zusammensetzungen des Arbeitsfluids, .wie auch auf andere Verfahren der Messung des Arbeitsspaltes.

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■η-

Leerseite

Claims

DR.-ING. DIPL.-PHYS. H. STURIES θ Λ / / O 1 Π

PATENTANWÄLTE .jU44öjb

DlPL-ING. P. EICHLER

BRAHMSSTRASSE 29, 5600 WUPPERTAL 2

P a tentanSprüche

Verfahren zum Funkenerosionsbearbeiten einer Werkstückelektrode mit einer Werkzeugelektrode, bei dem in einen Arbeitsbereich zwischen den Elektroden ein Arbeitsfluid in Umlauf gebracht wird, das aus einer Suspension elektrizitätsleitender Festteilchen in einer Flüssigkeit besteht, bei dem an die Elektroden zwischen diesen überschlagende Entladungen verursachende Spannungsimpulse gelegt werden, und bei dem die Konzentration der Festteilchen in Abhängigkeit eines Funkenerosionsparameters verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Festteilchen im Sinne eines Haltens des mittleren Verzugs des Überschlags der Entladungen innerhalb bestimmter Grenzen verändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekenn zeichnet, daß gleichzeitig die Überschlagsspannung der Entladungen und die Konzentration der im Arbeitsfluid suspendierten Festteilchen geändert wird.
3. Verfahren nach Anspruch !,dadurch gekenn zeichnet, daß die Elektroden (1, 2) in einer vorbestimmten relativen Lage gehalten werden und daß

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ORIGINAL INSPECTED

die Entladungsstärke bei einer Konzentrationserhöhung der im Arbeitsfluid suspendierten Festteilchen verringert wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit Zeitmeßmitteln zur Messung des Mittelwertes des Zeitintervalls zwischen dem Zeitpunkt des Anlegens der Spannung an die Elektroden und dem Zeitpunkt des Entladungsbeginns und zur Erzeugung eines dem Mittelwert entsprechenden ersten Signals, dadurch gekennzeichnet, daß Steuerungsmittel (11) zur mit einem zweiten Signal (12) erfolgenden Steuerung der Konzentrations der im Arbeitsfluid suspendierten Festteilchen und ein Regelkreis (25, 26) zur Veränderung des Konzentrationssignals entsprechend der Abweichung des Mittelwertsignals von einem Bezugssignal vorhanden sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichne t, daß eine Regelvorrichtung (23) zum Beibehalten einer vorbestimmten relativen Lage der Elektroden (1, 2) und ein Funktionsgenerator (27) zur in Abhängigkeit von Veränderungen des Konzentrationssignals erfolgenden Verringerung der Entladungstromstärke vorhanden sind.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß sie Änderungsmittel (28) zur Veränderung der Überschlagsspannung der Entladungen entsprechend den Veränderungen des Konzentrationssignals hat.

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