DE3204838C2 - - Google Patents
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- DE3204838C2 DE3204838C2 DE3204838A DE3204838A DE3204838C2 DE 3204838 C2 DE3204838 C2 DE 3204838C2 DE 3204838 A DE3204838 A DE 3204838A DE 3204838 A DE3204838 A DE 3204838A DE 3204838 C2 DE3204838 C2 DE 3204838C2
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B23H1/022—Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply, control, preventing short circuits or other abnormal discharges for shaping the discharge pulse train
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine Stromversorgung für eine
funkenerosive Arbeitsmaschine nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Eine derartige Stromversorgung für eine funkenerosive
Arbeitsmaschine ist aus der US-PS 35 04 154 bekannt.
Die bekannte Stromversorgung umfaßt zwei Stromquellen,
die über Schaltervorrichtungen an einem Arbeitsspalt
angeschaltet werden können. Die bekannte Stromversor
gung enthält unter anderem auch eine Auswerteschaltung
in Form einer Bezugsspannungsquelle, deren Ausgangsspan
nung von den Spannungsbedingungen am Arbeitsspalt be
stimmt wird. Diese bekannte Stromversorgung ist jedoch
nicht in der Lage, den Stromversorgungsbetrieb zu un
terbinden, wenn im Arbeitsspalt ungewöhnliche Bedingun
gen entstehen, wie beispielsweise ein Kurzschluß, was
dann der Fall ist, wenn die Bearbeitungselektrode elek
trischen Kontakt mit dem Werkstück bekommt. Ein diesem
Kurzschlußzustand entgegengesetzter Zustand besteht da
rin, wenn der Arbeitsspalt viel zu groß geworden ist,
also beispielsweise die automatische Nachstelleinrich
tung für den Arbeitsspalt defekt ist, so daß sich ein
zu großer Spannungsabfall über dem Arbeitsspalt ein
stellt.
Bei diesen geschilderten besonderen Bedingungen, die in
der Praxis sehr häufig auftreten können, bietet die be
kannte Stromversorgung keine ausreichende Möglichkeit,
wirksam die Stromzuführung zum Arbeitsspalt zu unter
binden.
Aus der US-PS 36 04 885 ist eine funkenerosive Arbeits
maschine mit einer Stromversorgungsquelle bekannt, bei
der ebenfalls zwei Stromquellen realisiert sind, von
denen die erste Stromquelle den Bearbeitungsstrom lie
fert, während die zweite Stromquelle eine Zündspannung
oder Durchbruchsspannung am Arbeitsspalt erzeugt. Bei
dieser bekannten Stromversorgung wird am Arbeitsspalt
ein analoges Signal abgegriffen, welches die am Arbeits
spalt anstehende Spannung wiedergibt. Der Bearbeitungs
strom, der durch den Arbeitsspalt fließen soll, wird
mit Hilfe eines digitalen Signals eingeschaltet, wel
ches dann erzeugt wird, wenn das analoge Signal einen
Schwellenwert überschreitet. Es wird somit bei dieser
bekannten Stromversorgung eine zeitlich gesteuerte Vor
zündung des Arbeitsspaltes durchgeführt, auf die dann
ein Erodierimpuls folgt.
Aus der US-PS 35 09 305 ist eine funkenerosive Arbeits
maschine bekannt, die eine Stromversorgungseinheit ent
hält, die ähnlich aufgebaut ist wie die Stromversor
gungseinheit nach der genannten US-PS 35 04 154. Gemäß
einer Ausführungsform gelangt eine Schaltung zur Anwen
dung, die eine Bezugsspannung liefert, wobei die Be
zugsspannung abhängig von dem am Arbeitsspalt herrschen
den Spannungszustand erzeugt wird und wobei ein UND-
Glied angesteuert wird. Wenn bei dieser bekannten Schal
tungsanordnung der Arbeitsspalt zu groß wird, kann den
noch ein Erodierimpuls dem Arbeitsspalt zugeführt wer
den, was zu einer fehlerhaften Bearbeitung bzw. Zerstö
rung des Werkstückes führen kann.
Bei herkömmlichen Stromversorgungen, wie sie in Fig.
1(a) gezeigt sind, wird der Strom einer Gleichstromquel
le 10 über einen Widerstand 12 und eine Schalteinrich
tung 14 einem Entladekondensator 16 zugeführt, wodurch
die Spannung an dessen Anschlußklemmen steigt. Wenn die
Spannung soweit angestiegen ist, daß die Isolation im
Arbeitsspalt zwischen einer Drahtelektrode 18 und einem
Werkstück 20 nicht mehr ausreicht, wird in Form einer
elektrischen Entladung (oder einer Funkentladung) die
im Kondensator 16 gespeicherte Energie entladen, was sich
im Arbeitsspalt abspielt, so daß das Werkstück 20 bear
beitet wird. Die Schalteinrichtung 14 enthält ein Halb
leiterschaltelement wie einen Transistor, das durch ein
Impulssignal von einem Oszillator 22 periodisch geöffnet
und geschlossen wird. Die Wellenform von Spannung und
Strom, die dem Arbeitsspalt über die Schaltanordnung 14
zugeführt werden, sind nicht immer konstant, wie dies
die Fig. 1(b) und 1(c) zeigen. Mit anderen Worten, sie
ändern sich. Diese Änderungen haben folgende Gründe:
In den Arbeitsspalt wird eine Bearbeitungslösung im all
gemeinen eingespritzt, und durch die Bearbeitung entstan
dene Metallpartikel liegen im Spalt. Dadurch ändern sich
über die Zeit gesehen die elektrischen Isolationsbedin
dungen, so daß jederzeit unterschiedliche entladungsein
satzspannungen herrschen. Damit ist auch die bei jedem
Mal sich entladende Energie verschieden. Aufgrund dieser
Schwankungen besteht geringe Aussicht, die Bearbeitungs
genauigkeit und die Oberflächenrauhigkeit mit einer her
kömmlichen Stromversorgung gemäß Fig. 1(a) zu verbessern.
Um die Bearbeitungsgeschwindigkeit erhöhen zu können,
ist eine Steigerung der Entladungsenergie wesentlich.
Aus diesem Grund ist es nötig, entweder die Kapazität
des Kondensators 16 oder die Ausgangsspannung E der
Gleichstromquelle 10 anzuheben. Das Vergrößern der Kapa
zität oder das Erhöhen der Ausgangsspannung kann aber,
wie es durchaus bekannt ist, zu einem Brechen der Draht
elektrode 18 führen. Aus diesem Grund ist auch eine Er
höhung der Bearbeitungsgeschwindigkeit mit der herkömm
lichen Stromversorgung begrenzt.
Ein weiteres Beispiel einer herkömmlichen Stromversor
gung ist so aufgebaut, wie es die Fig. 2(a) zeigt. Bei
dieser Einheit wird kein Entladungskondensator 16 einge
setzt, und die abgegebene Energie der Gleichstromquelle
10 wird über eine Schaltungsanordnung 14 unmittelbar dem
Arbeitsspalt zugeführt. Da in dieser Einheit kein Ent
ladungskondensator vorhanden ist, muß der Entladungsstrom
einen hohen Spitzenwert und eine kleine Impulsbreite ha
ben. Aus diesem Grunde muß ein großer Entladungsimpuls
strom mit einem ziemlich abrupten Übergang direkt dem
Arbeitsspalt zugeleitet werden. Dies in der Praxis durch
zuführen, ist jedoch ziemlich schwierig, da Grenzen durch
die Schaltgeschwindigkeitscharakteristik oder die Schei
telwertkapazität des Halbleiterschaltelementes gesetzt
sind und auch die verteilte Impedanz der Stromführungsbah
nen ihren Einfluß hat. Somit sind die Wellenformen von
Strom und Spannung bei der in Fig. 2(a) gezeigten Einheit
unterschiedlich, wie es die Fig. 2(b7 und 2(c) zeigen.
Wegen der bereits obengenannten Schwierigkeiten stößt
eine Erhöhung der Bearbeitungsgeschwindigkeit zusätzlich
auf Grenzen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht da
rin, eine Stromversorgung für eine funkenerosive Ar
beitsmaschine der angegebenen Gattung zu schaffen, die
dann, wenn sich die Bedingungen im Arbeitsspalt zeitlich
ändern, eine relativ gleichförmige Entladungsenergie zu
führen kann und die andererseits bei starken Änderungen
der Bedingungen im Arbeitsspalt automatisch die Zufüh
rung der Entladungsenergie unterbinden kann. Mit anderen
Worten soll die Stromversorgung der angegebenen Gattung
derart verbessert werden, daß ein Werkstück vor jeglicher
Zerstörung im Bereich des Arbeitsspaltes geschützt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeich
nungsteil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Der jeweils oberhalb und unterhalb des durch die Refe
renzspannungen definierten Bereiches entspricht den ge
schilderten Zuständen, also einem Kurzschluß zwischen Be
arbeitungselektrode und Werkstücke bzw. einem zu großen Ab
stand zwischen Bearbeitungselektrode und Werkstück.
Durch die vorliegende Erfindung wird somit eine automa
tisch arbeitende Stromversorgung geschaffen, die bei ver
gleichsweise sehr einfachem schaltungstechnischen Aufbau
ungewöhnliche Betriebszustände innerhalb des Arbeitsspal
tes erkennen kann und automatisch eine weitere Stromzu
führung zum Arbeitsspalt unterbinden kann, so daß das be
treffende in Bearbeitung befindliche Werkstücke vor einer
Zerstörung wirksam bewahrt wird und auch ein Leerlaufbe
trieb der Bearbeitungsmaschine sofort unterbunden wird
und gegebenenfalls auch angezeigt werden kann.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildun
gen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
2 bis 7.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs
beispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläu
tert. Es zeigt
Fig. 1(a) das Schaltbild einer Ausführungsform
einer herkömmlichen Stromversorgung
für eine funkenerosive Arbeits
maschine;
Fig. 1(b) und 1(c) Wellenformen von Arbeitsspannung und
Arbeitsstrom der Einheit aus Fig.
1(a);
Fig. 2(a) ein zweites Ausführungsbeispiel
einer bekannten Stromversorgung
in Form eines Schaltbildes;
Fig. 2(b) und 2(c) Wellenformen von Arbeitsspannung
und Arbeitsstrom der in Fig. 2(a)
gezeigten Stromversorgung;
Fig. 3 das Schaltbild einer ersten Ausfüh
rungsform der erfindungsgemäßen
Stromversorgung für eine funkenerosive
Arbeitsmaschine;
Fig. 4(a)-4(g) Wellenformen zum Beschreiben der
Funktionsweise verschiedener Teile
der Einheit der Fig. 3;
Fig. 5 das Schaltbild einer modifizierten
Stromversorgung gemäß Fig. 3.
Das erste Ausführungsbeispiel wird nun in Verbindung mit
den Fig. 3 unf 4 beschrieben.
Die Stromversorgung weist gemäß Fig. 3 eine erste Gleich
stromquelle 24 auf, deren Spannung verstellbar ist, und
eine zweite Gleichstromquelle 26. Gewöhnlich ist die Span
nung E 1 der ersten Gleichstromquelle bzw. Hilfsstromquelle 24 kleiner als die
Spannung E 2 der zweiten Gleichstromquelle bzw. Hilfsstromquelle 26 (E 1 < E 2).
Die Leistungsabgabe von der ersten Gleichstromquelle 24
wird durch eine Hilfsschalteinrichtung 28 gesteuert, wäh
rend die Leistungsabgabe der zweiten Gleichstromquelle 26
durch eine Hauptschalteinrichtung 30 gesteuert wird. Die
Schalteinrichtungen 28 und 30 werden durch Halbleiterschal
ter mit hoher Stromkapazität gebildet. Aus Gründen der Ein
fachheit der Darstellung ist die Hauptschalteinrichtung 30
als Transistor dargestellt, wenngleich sie tatsächlich aus
einer Anzahl sehr schnell schaltender Schalttransitoren
mit großer Stromkapazität aufgebaut ist, um eine große
Schaltkapazität zu erhalten. Die Einrichtung weist gemäß
Fig. 3 einen selbstschwingenden Oszillator 32 auf, der pe
riodisch ein Impulssignal erzeugt. Eine Verzögerungs- und
Differenzierschaltung 34 ist an den Ausgang des Oszillators
32 angeschlossen. Ferner enthält die Schaltung
ein UND-Gatter 36, einen Monoflop 38, der aufgrund des
Anstiegs des Ausgangssignals des UND-Gatters 36 arbeitet,
einen Shunt-Widerstand 40, einen Differentialverstärker 42,
der den Strom im Widerstand 40 aufgrund der am Widerstand
abfallenden Spannung feststellt und diese verstärkt, und
eine Diskriminatorschaltung 44, die aufgrund des Ausgangs
signals des Verstärkers 42 einen Ausgangswert der logischen
Größen "1" oder "0" erzeugt. In Reihe mit den Gleichstrom
quellen 24 und 26 liegen Rückstromsperrdioden 46 und 48.
Die Diskriminatorschaltung 44 ist so ausgelegt, daß sie
entsprechend der am Shunt-Widerstand 40 auftretenden Span
nung die Änderungen feststellt, die während einer elektri
schen Entladung im Arbeitsspalt zwischen der Draht
elektrode 18 und dem Werkstück 20 auftreten, und infolge
dessen die bereits genannten Ausgangswerte mit H- oder L-Pe
gel hervorbringt. Die Hilfsschalteinrichtung 28 wird durch
das Impulssignal vom Oszillator periodisch betätigt (ge
öffnet und geschlossen). Die Hauptschalteinrichtung 30
wird durch das Ausgangssignal des Monoflops 38 betätigt.
Die Diskriminatorschaltung 44 hat zwei Referenzspannungen
E s 1 und E s 2 (0 < E s 1 < E s 2), mit denen die Eingangsspannung
E i verglichen wird. Die Referenzspannungen werden so gewählt,
daß sie der Bedingung (E s 1 < E i < E s 2) genügen, wenn die
Eingangsspannung E i einen Wert hat, der auftritt, wenn eine
normale elektrische Entladung stattfindet (Fig. 4). Die Dis
kriminatorschaltung 44 erzeugt den Ausgangspegel "1",
wenn E s 1 < E i < E s 2 ist. Ist E s 2 < E i , dann findet keine elek
trische Entladung statt, und die Diskriminatorschaltung
44 bringt den Ausgangspegel "0" hervor. Ist E i < E s 1, dann be
rührt die Elektrode das Werkstück, und die Diskriminator
schaltung 44 erzeugt den Ausgangspegel "0".
Die Arbeitsweise der Stromversorgung gemäß Fig. 3 wird nun
mit Bezug auf die Wellenformdiagramme der Fig. 4(a) bis
4(g) beschrieben.
Der Ausgangswert S 3 (Fig. 4(d)) der Diskriminatorschaltung
44 und der Ausgangswert S 2 (Fig. 4(c)) der Verzögerungs- und
Differenzierschaltung 34, der vom Signalausgang S 1 (Fig.
4(b)) des Oszillators 32 abgeleitet wird, sind Eingangssig
nale des UND-Gatters 36. Das sich daraus ergebende Ausgangs
signal S 4 (Fig. 4(e)) dient zum Triggern des Monoflops
38. Der Ausgangswert S 5 (Fig. 4(f)) des so getriggerten
Monoflops 38 dient zum Schließen der Hauptschaltein
richtung 30.
Somit wird die Hilfsschalteinrichtung 28 geöffnet, um an den
Arbeitsspalt die Spannung E 1 anzulegen. Nach Ablauf
einer Verzögerungszeit T d nach Zuführung der Spannug E 1 kann
die Hauptschalteinrichtung 30 betätigt werden, was davon ab
hängt, ob eine elektrische Entladung stattfindet oder nicht.
Genauer gesagt, nur wenn eine elektrische Entladung norma
lerweise aufgrund der Ausgangsspannung E 1 während der Zeit
T d stattfindet, liefert die zweite Gleichstromquelle 26
eine relativ hohe Ausgangsspannung und einen hohen Scheitel
strom im Anschluß daran, um die elektrische Entladung für
die Dauer der Abgabezeit T ON des Monoflops 38 aufrecht
zuerhalten. Da die elektrische Entladung von der zweiten
Gleichstromquelle in der beschriebenen Weise fortgesetzt
wird, wird ein großer Scheitelstrom im Arbeitsspalt
unmittelbar von Beginn der elektrischen Entladung an zuge
führt. Somit ist, auch wenn die elektrischen Bedingungen im
Arbeitsspalt sich ändern, die Wellenform des Entla
dungsstrom I g gleichmäßig, wie in Fig. 4(g) gezeigt, und
es kann ein hoher Scheitelstrom zugeführt werden. In
diesem Fall übersteigt die zugeführte Spannung V g nicht die
Spannung E 1 der ersten Gleichstromquelle, wie in Fig. 4(a)
gezeigt. Somit kann durch Wahl der Spannung E 1 der ersten
Gleichstromquelle 24 die Entladungseinsatzspannung unab
hängig von der Entladungsenergie gewählt werden. Die Ent
ladungseinsatzspannung kann also auf einen geeigneten Wert
eingestellt werden, durch den kein Bruch des Elektrodenstrah
les auftreten kann.
Gegenüber dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind Abwand
lungen möglich.
So ist beispielsweise in der Fig. 5 eine abgewandelte Form
der Stromversorgung der Fig. 3 dargestellt. Bei dieser
wird der Zustand zwischen den Elektroden gemäß der Spannung
im Spalt V g erfaßt. Der Differentialverstärker 42 ist di
rekt mit der drahtförmigen Elektrode 18 und dem Werkstück
20 verbunden, während die Diskriminatorschaltung 44 arbeitet,
um zwischen Normalbetrieb, Kurzschluß und entladungslosem
Zustand gemäß der Ausgangsgröße des Differentialverstärkers
42 zu unterscheiden.
Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß die erfindungs
gemäße Stromversorgung für eine funkenerosive
Arbeitsmaschine relativ gleichmäßig Entladungsenergie
auch dann zuführen kann, wenn sich die Verhältnisse im
Arbeitsspalt zeitlich ändern. Somit läßt sich
die Genauigkeit bei der Bearbei
tung verbessern, was sich speziell auf die Oberflächenrau
higkeit des Werkstücks auswirkt, und die Bearbeitungsge
schwindigkeit kann gesteigert werden.
Claims (8)
1. Stromversorgung für eine funkenerosive Arbeitsma
schine,
- - mit zwei parallel an den Arbeitsspalt geschal teten Gleichstromquellen (Hilfs- und Hauptstrom quelle) und zugehörigen Schalteinrichtungen (Hilfs- und Hauptschalteinrichtung), wobei die Hauptstromquelle eine höhere Ausgangsspannung und einen höheren Ausgangsstrom als die Hilfs stromquelle aufweist und zeitlich verzögert nach der Hilfsspannungsquelle an den Arbeitsspalt ge schaltet wird,
- - und mit einer Auswerteschaltung, die elektrische Kennwerte der von der Hilfsstromquelle erzeugten Arbeitsimpulse erfaßt, und bei Auftreten einer zu niedrigen Arbeitsspaltspannung die Hauptschalt einrichtung sperrt,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Auswerteschaltung aus einer Diskriminator
schaltung (44) besteht, die eine einen elektrischen
Kennwert der Arbeitsimpulse darstellende Meßspannung
mit zwei Referenzspannungen (E s 1, E s 2) vergleicht,
die so gewählt sind, daß der zwischen ihnen liegende
Bereich einer normalen Entladung entspricht, und daß
bei Überschreiten dieses Bereichs die Hauptschalt
einrichtung (30) sperrt.
2. Stromversorgung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß ein
Oszillator (32 ) das periodische Arbeitsimpulssignal
erzeugt.
3. Stromversorgung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Oszillator (32) über eine Verzögerungs- und Diffe
renzierstufe (34) ein UND-Glied (36) speist, welches
an einem zweiten Eingangsanschluß das Ausgangssignal
der Diskriminatorschaltung (44) empfängt.
4. Stromversorgung nach Anspruch 1 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Diskriminatorschaltung (44) bei normaler elektri
scher Entladung im Arbeitsspalt ein H-Pegel-Ausgangs
signal erzeugt.
5. Stromversorgung nach Anspruch 3,
gekennzeichnet durch einen vom Aus
gangssignal des UND-Gliedes (36) angesteuerten Mono
flop (38), der im getriggerten Zustand die Haupt
schalteinrichtung (30) schließt.
6. Stromversorgung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch einen Shunt-Wider
stand (40), über den der Entladestrom des Arbeits
spaltes fließt und der elektrisch mit dem Werkstück
verbunden ist, und durch einen Differenzverstärker
(42), der den Spannungsabfall über dem Shunt-Wider
stand (40) als Eingangsgröße erhält, wobei eine
Ausgangsgröße des Differenzverstärkers (42) einem
Eingang der Diskriminatorschaltung (44) zugeführt
wird.
7. Stromversorgung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch einen Differenz
verstärker (42), der die am Arbeitsspalt herrschen
de Spannung als Eingangsgröße erhält, wobei der
Ausgang des Differenzverstärkers (42) mit dem Ein
gang der Diskriminatorschaltung (44) verbunden ist.
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