DE3326582A1 - Funkenerosionsmaschine - Google Patents

Description

DR.-JNo.r^L^HYS! H. STURiES C. ' C 5 S

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. P. EICHLER

BRAHMSSTRASSE 29, 5600 WUPPERTAL 2

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

Schweiz

Funkeneros ionsmaschine.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Funkenerosionsmaschine mit einem Generator, der zur Erzielung bearbeiteter Werkstückflächen mit geringer Rauhigkeit Stromimpulse geringer Energie und bestimmter Form erzeugt, und mit einem vom Maschinengestell isolierten Elektrodenhalter, der mit dem Maschinengestell eine werkstückflächenverschlechternde Streukapazität bildet.

Die Streukapazität stört im Falle von Bearbeitungen mit hohen Intensität nicht, daß heißt beim Schruppen. Bei Feinbearbeitung speichert diese Streukapazität elektrische Energie, die bei jeder Entla-

dung zurückgegeben wird und es daher verhindert, mit Entladungen zu arbeiten, deren Energie kleiner ist als diejenige, die von der Streukapazität geliefert wird·

Es wurden bereits verschiedene Lösungen vorgeschlagen, um den Oberflächenzustand bei der Feinbearbeitung soweit wie möglich zu verbessern. Insbesondere wurde vorgeschlagen, den Leistungsgenerator abzuschalten, der zum Schruppen und zum Halbfeinbearbeiten notwendig ist und an seiner Stelle einen Generator geringerer Leistung zu verwenden, der nur eine geringe Ausgangskapazität hat. Man versucht gleichermaßen, die Kapazität der Leitung so weit wie möglich zu verringern, die den Generator mit den Elektroden verbindet und man hat gleichermaßen verschiedene Maßnahmen zur Steuerung der Form jedes Stromimpulses vorgeschlagen, um insbesondere eine Anstiegsflanke mit relativ geringer Neigung zu erhalten.

Diese diversen Vorschläge haben nur einen begrenzten Effekt, weil man letztlich immer durch die vorgenannte Streukapazität behindert wird.

Um letztere zu verringern, ist bereits vorgeschlagen worden, nicht nur den Arbeitskopf in Bezug auf das Maschinengestell zu isolieren, sondern auch das Werkstück in Bezug auf das Maschinengestell. Auf dieses Weise bildet man eine zweite Streukapazität, die mit der ersten in Reihe geschaltet ist, so daß die Gesamtkapazität verringert wird, vgl. DE-OS 30 28 309. Diese Anordnung bildet jedoch eine kostspielige Konstruktion, die unter anderem die mechanische Festigkeit des Ganzen verringert. Eine solche Festigkeit ist jedoch unerläßlich, wenn man Werkstücke mit großer Präzision bearbeiten will.

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Eine andere Lösung, die gleichermaßen kompliziert und kostspielig ist, wurde in der DE-OS 31 31 037 vorgeschlagen, wonach man eine Teilentladung der Streukapazität mit einem Stromzweig veranlaßt, der einen Transistor enthält, der mit großer Geschwindigkeit und hoher Genauigkeit gesteuert werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Funkenerosionsmaschine der eingangs genannten Art auf einfache und wenig kostspielige Weise so zu verbessern, daß die schädliche Wirkung der Streukapazität des Elektrodenhalters wesentlich verringert wird. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Funkenerosionsmaschine ein induktives Bauteil aufweist, das in Reihe in den Entladungskreis dieser Streukapazität geschaltet ist, der den Arbeitskopf, das Maschinengestell, die. Elektroden und den Entladungsbereich enthält.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform,

Fig. -2 eine elektrische Schaltung der Funkenerosionsmaschine,

Fig. 3 ein Diagramm/ das unterschiedliche Stromimpulse darstellt und

Fig. 4 bis 7 unterschiedliche Ausführungsformen eines magnetischen Kreises, der in der Funkenerosionsmaschine genutzt wird.

Die in Fig. 1 dargestellte Maschine hat ein Maschinengestell 1, das eine Wanne 2 und einen Tisch 3 aufweist, der das zu bearbeitende Werkstück 4 trägt. Das Maschinengestell 1 hat in seinem oberen Bereich einen Ärbeitskopf

5 mit einem Servomechanismus, der die Verstellungen einer Werkzeugelektrode 6 steuert, um den gewünschten Arbeitsspalt zwischen dieser Elektrode 6 und dem Werkstück 4 aufrecht zuerhalten. Die bei Funkenerosionsmaschinen benutzten Servomechanismen sind Stand der Technik, so daß die hier nicht detailliert beschrieben werden müssen. Der Arbeitskopf 5 ist also in Bezug zum Maschinengestell 1 verstellbar und trägt eine Befestigungsplatte eines Elektrodenhalters 8. Diese Befestigungsplatte 7 ist gegenüber dem Arbeitskopf 5 durch einen Isolator isoliert. Die Bearbeitungsstrompulse werden von einem Generator 10 geliefert, der gleichermaßen im Stand der Technik bekannt ist und daher nicht im Detail beschrieben zu werden braucht. Dieser Generator 10 ist mit dem Elektrodenhalter 8 und dem Werkstück 4 über Leiter 11, 12 verbunden.

Der Elektrodenhalter 8 stellt gegenüber dem Gestell 1 der Maschine eine Kapazität dar, deren größter Teil auf den geringen Abstand zwischen der Befestigungsplatte 7 und dem Arbeitskopf 5 zuzuführen ist. Aus Festigkeitsgründen ist diese Befestigungsplatte 7 relativ dünn und die Kapazität ist daher oft in der Größenordnung von 1 nF.

Der zylindrische Teil 8a des Elektrodenhalters 8 oder einer Elektrode 6 wird von einem magnetischen Kreis 13 aus hochpermeablem Werkstoff umgeben.

Die Wirkung der Streukapazität wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2, 3 näher beschrieben. Fig. 2 zeigt den Generator 10, der den Arbeitsspalt zwischen der Elektrode 6 und dem Werkstück 4 über Leitungen 11, 12, speist. Diese Leitungen 11, 12 bilden eine induktive Leiterschleife, deren Induktivität durch die Spule L

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illustriert ist. Der Ausgangskreis des Generators 10 hat einen bestimmten Widerstand, der durch R veranschaulicht wird, und eine bestimmte Kapazität, die in Fig. 2 durch einen Kondesator C₁ dargestellt ist.

Aus elektrischer Sicht ist die Streukapazität zwischen der Befestigungsplatte 7 und dem Arbeitskopf in einem Stromkreis angeordnet, der durch das Maschinengestell 1, den Tisch 3, das Werkstück 4, den Arbeitsspalt, die Elektrode 6, den Elektrodenhalter 8 und die Befestigungsplatte 7 gebildet wird. Diese Streukapazität ist in Fig. 2 durch einen Kondensator C dargestellt, während der Widerstand und die Induktivität dieses Stromkreises durch R und L dargestellt sind. Der magnetische Kreis 13 führt eine mit der Elektrode 6 in Reihe befindliche Induktivität L ein, die die Wirkung der Streukapazität C„ verringert.

Fig. 3 zeigt Stromverläufe in verschiedenen Fällen. Die Kurve a erhält man vom Generator 10 bei Abwesenheit jeglicher Streukapazitäten und Streuinduktivitäten. Die Kurve b zeigt den Stromverlauf mit Streukapazität in dem Fall, wo die Funkenerosionsmaschine nicht mit einer Induktivität L versehen ist. Kurve c zeigt den Stromverlauf bei der Funkenerosionsmaschine der Fig. 1.

Wenn der Generator 10 einen Spannungsimpuls liefert, dauert es im allgemeinen einen Augenblick, bis eine Ionisation des Arbeitsspalts erfolgt, damit ein Entladungsstrom fließt. Während dieses kurzen Augenblicks lädt sich die Kapazität C und wenn der Funken zwischen der Elektrode 6 und dem Arbeitsstück 4 überspringt, endlädt sich diese Kapazität C sehr rasch, denn der von dem Maschinengestell 1 gebildete Stromkreis besitzt nur einen vernachlässigbaren Widerstand und eine vernachlässigbare Induktivität.

Diese rasche Entladung wird durch eine sehr steile Impulsfront zum Ausdruck gebracht, was im Gegensatz zu dem in der Einleitung beschriebenen Zweck steht, eine Anstiegsflanke relativ geringer Neigung zu erzeugen. Diese Stromspitze zu Anfang eines Impulses hat eine deutliche erosive Wirkung, die eine Erhöhung des Kratervolumens auf der bearbeiteten Oberfläche veranlaßt und eine hochgradige Feinbearbeitung verhindert.

Die Induktivität L bildet im Entladungskreis der Kapazität C eine Impedanz, die sich einer sehr schnellen Erhöhung des Entladungsstromes dieser Kapazität widersetzt und es erlaubt, die Stromspitze zum Anfang der Entladung wirksam abzuschwächen. Die Kurve c zeigt, daß der Entladungsstrom sehr nahe derjenigen verläuft, die mit dem Generator 10 im Falle eines idealen Stromkreises erreicht wird.

Aus elektrischer Sicht könnte die Induktivität L irgendwo in dem Entladungsstromkreis der Kapazität C angeordnet werden. Aus praktischen Gründen ist es jedoch schwierig, eine Induktivität in denjenigen Teil des Stromkreises einzuführen, der durch das Maschinengestell 1 selbst gebildet ist.

Man könnte jedoch einen vom Maschinengestell 1 isolierten Tisch 3 vorsehen, der mit einem in Wicklungsform unterhalb des Tisches angeordneten Leiter verbunden ist. Diese Konstruktion wäre jedoch kostspieliger, als die der Fig. 1.

In jedem Fall muß die Induktivität L fähig sein, ihre Wirkung bei hohen Frequenzne zu entfalten, so daß es vorteilhaft ist, den magnetischen Kreis 13 durch einen Ferritring zu bilden.

Die Fig. 4 zeigt einen Ferritkern 14 in rechteckiger Form, der geeignet ist, falls der Elektrodenhalter 8 einen Teil 15 mit rechteckigem Querschnitt aufweist.

Man sieht, daß der Kern 14 so nahe wie möglich an dem leitenden Teil 15 angeordnet ist, um einen höchstmöglichen Selbstinduktionskoeffizienten zu erreichen. Dieser Koeffizient hängt auch von dem magnetischen Widerstand des magnetischen Kreises ab, so daß man den Kern 14 so dicht wie möglich um Teil 15 und auf dessen größter Länge konzentriert und zwar für ein vorgegebenes Volumen des Kerns und eine vorgegebene Permeabilität des benutzten Werkstoffs.

Von Bedeutung ist in dem dargestellten Beispiel, daß die Induktivität L gleichermaßen in dem Entladungskreis der von dem Generator 10 gelieferten Impulse angeordnet ist. Da die Maschine benutzt wird, um eine relativ schnelle Bearbeitung durchzuführen, z. B. beim Schruppen oder bei einer Halbfeinbearbeitung, bewirkt diese Induktivität einen unerwünschten Effekt; denn in diesem Fall will man kräftige Impulse mit steiler Front haben. Man kann unterschiedliche Maßnahmen vorsehen, um die Induktivität L zu unterdrücken, wenn man es wünscht.

In Fig. 4 wird der magnetische Kreis 14 aus zwei Teilen 14a und\14b gebildet, so daß er leicht in zwei Teile getrennt' werden kann, um bedarfsweise entfernt zu werden.

In Fig. 5 trägt der Kern 14 eine Wicklung 16, die an einen veränderlichen Widerstand 17 angeschlossen ist. Durch eine Regelung dieses Widerstandes kann man

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die Wirkung der Induktivität L bis auf ein Maximum verringern, das erreicht ist, wenn die Wicklung 16 kurzgeschlossen ist.

Fig. 6 zeigt einen magnetischen Kreis, der durch zwei Teile 14a und 14b hoher Permeabilität gebildet ist und zwei Dauermagneten 14c und 14d aufweist, die dem magnetischen Kreis eine Polarisation geben. Diese Konstruktion ist zweckmäßig, wenn das durch Stromstoß hervorgerufene Feld sehr klein oder sehr groß im Vergleich zum koerzitiven Feld ist, das man erreichen will.

Fig. 7 zeigt eine andere Möglichkeit, diese magnetische Polarisation zu erreichen. Der magnetische Kreis 14 weist eine Wicklung 16 auf, die über eine Selbstinduktionsspule 17, eine Stromquelle 18 und einen veränderlichen Widerstand 19 mit Strom versorgt wird. Ein Umschalter 20 kann vorgesehen werden, um die magnetische Polarisation zu invertieren. Die Induktivität 17 hindert hochfrequente Induktionsströme in den Polarisationkreis überzutreten.

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Claims (1)

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   DlPL-ING. P. EICHLER

   BRAHMSSTRASSE 29, 5600 WUPPERTAL 2

   Ansprüche:

   Punkenerosionsraaschxne mit einem Generator, der zur Erzielung bearbeiteter Werkstückflächen mit geringer Rauhigkeit Stromimpulse geringer Energie und bestimmter Form erzeugt, und mit einem vom Maschinengestell isolierten Elektrodenhalter, der mit dem Maschinengestell eine werkstückflächenverschlechternde Streukapazität bildet, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein induktives Bauteil (L ) aufweist, das in Reihe in den Entladungskreis dieser Streukapazität (C ) geschaltet ist, der den Arbeitskopf (5), das Maschinengestell (1), die Elektroden (4, 6) und den Entladungsbereich enthält.

   Maschine nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß sie einen hochpermeablen magnetischen Kreis (13) aufweist, der einen Leitungsabschnitt des Entladungskreises der Streukapazität (C„) umgibt.

   Maschine nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsabschnitt zwischen dem Elektrodenhalter (8) und der Elektrode (6) angeordnet ist.

   Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d adurch gekennzeichnet, daß die Induktivität des induktiven Bauteils (13) variabel ist.

   5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch g ekennzeichnet, daß ein die Induktivität im Verlauf einer Bearbeitung verändernder Steuerkreis vorhanden ist.