DE4011752C2 - Energiequelle zur elektrischen Entladungsbearbeitung - Google Patents
Energiequelle zur elektrischen EntladungsbearbeitungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Energiequelle für eine
elektrische Entladungsbearbeitung, in der eine Spannung über
eine Elektrode und ein zu bearbeitendes Werkstück angelegt
wird, um in einem zwischen der Elektrode und dem Werkstück
gebildeten Arbeitsspalt eine elektrische Entladung zu
bewirken, um dabei das Werkstück zu bearbeiten, wie aus der
JP 61-260 915 A bekannt.
Aus der SU 657 945 A
ist eine Energiequelle für eine elektrische
Entladungsbearbeitung bekannt, bei welcher vorgeschlagen wird, über eine
Wechselspannungsquelle eine Wechselspannung an den
Arbeitsspalt anzulegen, um die elektrolytische Wirkung der
angelegten Spannung zu verringern.
Eine ähnliche Energiequelle für eine elektrische
Entladungsbearbeitung ist aus der DE 25 07 053 A1 bekannt. Um
eine gleichmäßige Oberfläche bei der Bearbeitung des
Werkstücks zu erhalten wird dort vorgeschlagen, eine
Wechselspannungsquelle zu verwenden, die an den Arbeitsspalt
eine positiv-negative bipolare Impulsspannung anlegt.
Weiterhin hat die Anmelderin bereits in der JP 61-260 915 A
eine Energiequelle für eine elektrische Entladungsbearbeitung
vorgeschlagen, die nachstehend anhand von Fig. 1 erläutert
wird.
In Fig. 1 bezeichnet die
Bezugsziffer 1 eine Gleichspannungsquelle (DC); 2 einen
strombegrenzenden Widerstand; 6 einen Arbeitsspalt zwischen einer
Elektrode und einem Werkstück, die einander
gegenüberliegen; 3 eine Streukapazität, die in
einer Stromzufuhrleitung und dem Arbeitsspalt 6 vorhanden ist;
und 4 eine Streuinduktivität, die in der
Stromzuführungsleitung und dem Arbeitsspalt 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 der
Koppelkondensator 9 und die Koppelspule 10 eine
Serienschaltung bilden, die zwischen dem schaltenden
Element 7 und dem Arbeitsspalt 6 angeschlossen ist.
Fig. 2 und 3 sind gleichwertige Schaltkreise der in Fig.
1 gezeigten elektrischen Energiequelle für eine elektrische
Entladungsbearbeitung zur Beschreibung
der Arbeitsweise des Schaltkreises.
Nun wird die Arbeitsweise dieser elektrischen Energiequelle
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 R1, C1, L1, C2 und der
Gleichspannungsquelle (DC) wie in Fig. 2 gezeigt, zu
sehen, so daß C1 und C2 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
C2, L1 und C1 wie in Fig. 3 gezeigt geändert, so
daß C1 und C2 wie durch einen Pfeil in Fig. 3
angezeigt entladen werden. Das schaltende Element 7 wird
durch den Treiberschaltkreis 8 bei einigen Megahertz (MHz)
ein- und ausgeschaltet, so daß eine Hochfrequenzspannung
über dem Arbeitsspalt 6 ausgebildet wird, um eine elektrische
Entladungsbearbeitungsoperation zu vollziehen.
Allgemein ist
wobei L die Streuinduktivität, C eine Streukapazität,
Ep eine Stromspitze, T eine Strompulsbreite, E0
eine Arbeitsspaltspannung und Ea 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 Arbeitsspalts 6 (zwischen der Elektrode und dem
Werkstück). Eine bearbeitete Oberfläche von
hervorragender Qualität, von 1 µm Rmax oder weniger
Oberflächenrauhigkeit, kann durch eine Streukapazität von
3 bis 1000 pF oder weniger erreicht werden.
Die konventionelle elektrische Energiequelle für eine elektrische
Entladungsbearbeitung 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 0,5 µm
Rmax oder weniger zu erreichen.
Aus der DE 33 26 582 A1 ist eine Energiequelle für eine
elektrische Entladungsbearbeitung mit einem induktiven
Bauteil bekannt, welches in Reihe in den Entladungskreis der
Streukapazität eines Elektrodenhalters geschaltet ist, um die
schädliche Wirkung der Streukapazität des Elektrodenhalters
wesentlich zu verringern. Zu diesem Zweck ist ein
magnetischer Kreis mit einer Induktivität vorgesehen, die mit
einer Elektrode in Reihe geschaltet ist und die Wirkung der
Streukapazität verringert.
Weiterhin hat die vorliegende Anmelderin bereits über die in
der JP-61-260 915 A bekannten Maßnahmen hinaus in der JP 61-260 923 A
vorgeschlagen, über ein Relais einen Kondensator
parallel zum Arbeitsspalt gegebenenfalls zuzuschalten.
Aus der DE 29 08 696 C2 ist bei einer
Stromversorgungseinrichtung für eine Funkenerosionsmaschine
bekannt, die Leistungsverluste aufgrund von Streuwiderständen
und Streuinduktivitäten zu vermindern, die aufgrund eines
langen Speisekabels zwischen der Stromversorgungseinrichtung
einerseits und der Werkzeugelektrode und dem Werkstück
andererseits auftraten. Hierzu wird vorgeschlagen, einen
Abwärtstransformator und einen Gleichrichter ganz in der Nähe
des Arbeitsspaltes anzuordnen, und in der Primärwicklung des
Abwärtstransformators mehrere wahlweise betätigbare Resonanz-
Netzwerke aus Kondensatoren und Spulen vorzusehen. Hierdurch
wird jeweils eine Resonanz in dem Kreis eingestellt, der aus
der Primärwicklung des Transformators und der jeweiligen
Kombination aus Spule und Kondensator besteht; diese
Resonanzfrequenz wird auf die eingestellte Betriebsfrequenz
eines Treiberoszillators eingestellt. Die bekannte
Resonanzeinstellung in dem Bereich zwischen einem Oszillator
und der Primärwicklung eines Transformators dient daher zur
Verminderung von auf der Leitung zwischen dem Oszillator und
dem Transformator auftretenden Verlusten, beeinflußt
ansonsten jedoch die Verhältnisse am Arbeitsspalt nicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Energiequelle
für eine elektrische Entladungsbearbeitung zur Verfügung zu
stellen, welche eine stabilere, besser reproduzierbare
elektrische Entladung zur Verfügung stellt.
Die Aufgabe wird durch eine Energiequelle für eine
elektrische Entladungsbearbeitung mit den im Patentanspruch
1, im Patentanspruch 6 oder im Patentanspruch 9 angegebenen
Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch
dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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 einen
Arbeitsspalt
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
Resonanzbearbeitungs-Arbeitsspalten zeigt;
Fig. 7 ein Schaltbild, das eine elektrische
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle zeigt,
die eine zweite Ausführungsform der
Erfindung ist;
Fig. 8 ein erklärendes Diagramm, welches einen
Arbeitsspalt
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-Arbeitsspaltkapazitäten
in der in
Fig. 7 gezeigten elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle zeigt;
Fig. 10 eine graphische Darstellung, die
Wechselstromfrequenzen mit
Resonanzbearbeitungs-Arbeitsspalten in der in Fig. 7
gezeigten elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle zeigt;
Fig. 11 ist ein Diagramm, welches eine
Spannungs/Strom-Lissajous-Wellenform bei
Arbeitsspaltresonanz 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 einen
Arbeitsspalt
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
Resonanzbearbeitungsarbeitsspalten 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 Energiequelle 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 Bezugsziffer 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 Lm), die in
der Stromversorgungsleitung und einer mechanischen
Struktur (sowie ein Stromzufuhrabschnitt) besteht; 15
einen Arbeitsspaltkondensator (Arbeitsspaltkapazität
Cg), ausgebildet zwischen einer Elektrode und einem zu
bearbeitenden Werkstück; 16 einen Arbeitsspalt zwischen der Elektrode
und dem Werkstück; 17a einen in der
Nähe des Arbeitsspalts 16 parallel geschalteten Kondensator; und
17b eine in der Nähe des Arbeitsspalts 16 seriengeschaltete
Spule. Der Kondensator 17a und die Spule 17b bilden einen
L-förmigen Schaltkreis 17.
Fig. 5 ist ein erklärendes Diagramm, das den Arbeitsspalt 16 zwischen der
Elektrode und dem Werkstück in der in Fig. 4 gezeigten
elektrischen Entladungsbearbeitungs-Energiequelle zeigt.
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, die die für mehrere
Induktivitäten des L-förmigen
Schaltkreises die Resonanzbearbeitungs-Arbeitsspaltbreite in Abhängigkeit
von der Frequenz 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 Lm), die in der mechanischen
Struktur vorhanden ist, und die Arbeitsspaltelektrodenkapazität 15
(Cg) zwischen der Elektrode und dem
Werkstück sehr von der Breite des Arbeitsspalts 16, d.h. der
Bearbeitungsentfernung e, ab. Wo die Spule 17b an den
Arbeitsspalt 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 f0 des
Resonanzschaltkreises wird wie folgt ausgedrückt:
Wenn daher die Induktivität des L-förmigen Schaltkreises
17 ansteigt, während die Arbeitsspaltkapazität Cg unverändert
bleibt, sinkt die Resonanzfrequenz. Wenn in diesem Fall
die Resonanzfrequenz f0 unverändert bleibt, sinkt die
Arbeitsspaltkapazität 15 (Cg). Dann tritt die Resonanz mit bei
einer größeren Arbeitsspaltbreite e ein.
Wie oben beschrieben zeigt Fig. 6 die Beziehungen
zwischen der Induktivität L des L-förmigen Schaltkreises
17 und Resonanzbearbeitungs-Arbeitsspalten mit verschiedenen
Energiequellenfrequenzen. Wie aus Fig. 6 offensichtlich
ist, wird der Arbeitsspalt größer, bei welchem
Resonanz eintritt, wenn die Induktivität L größer wird.
Das bedeutet, daß es möglich ist, eine Arbeitsspaltresonanz mit
Leichtigkeit zu bewirken, und die Resonanz kann stabil
gehalten werden, auch wenn der Arbeitsspalt geändert
wird (die Arbeitsspaltkapazität 15 (Cg) ändert sich mit der
Veränderung der Arbeitsspaltbreite e 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 Arbeitsspaltbreite e,
die Resonanz erlaubt, ebenfalls zu
sehr an, so daß als Ergebnis kein dielektrischer
Durchbruch hervorgerufen wird, und daher wird es
schwierig, die Bearbeitung mit Arbeitsspaltresonanz
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 1,0 µH die
Resonanz-Arbeitsspaltbreite e auf 5 bis 10 µm 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 ein
Verschiebungsstrom durch den zwischen der Elektrode und
dem Werkstück ausgebildeten Arbeitsspaltkondensator
15 fließen, und daher wird der Strom in dem
Arbeitsspalt 16 durch die Summe des Entladungsstromes und
den vorher erwähnten Verschiebestrom dargestellt.
Entsprechend tatsächlich durchgeführter Messungen eilt der
Verschiebestrom der Spannung vor, wenn keine elektrische
Entladung auftritt; und beim Auftreten einer elektrischen
Entladung ist der Strom im wesentlichen in Phase mit
der Spannung, und der Schaltkreis kann in den
Resonanzustand gebracht werden. Der Verschiebestrom, der
die zeitliche Veränderung des elektrischen Feldes in dem
Arbeitsspalt ist (nicht sich in dem Arbeitsspalt
bewegende Elektronen), trägt nicht
direkt zur Bearbeitungsoperation bei. Der Wert des
Verschiebestromes und die Phasendifferenz hängen von der
Spannungsfrequenz und der Kapazität des Arbeitsspalts 16 ab.
Die oben beschriebene elektrische
Entladungsbearbeitungsoperation mit Arbeitsspaltresonanz ist
vollständig verschieden in der Charakteristik von der
hochfrequenzelektrischen Entladungsbearbeitungsoperation,
die in der zuvor erwähnten JP 61-260 915 A
veröffentlicht ist. In der
elektrischen Entladungsbearbeitungsoperation mit Arbeitsspalt-
Resonanz ist die über dem Arbeitsspaltkondensator 15
(Cg) 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 im Arbeitsspalt 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 des Arbeitsspaltes 16
vorgesehen, und daher kann die Bearbeitungsoperation mit
der bei einer Frequenz niedriger als 10 MHz bewirkten
Arbeitsspaltresonanz ausgeführt werden. In diesem Fall ist die
resultierende bearbeitete Oberfläche hervorragend in der
Oberflächenrauhigkeit, mit 0,2 µm Rmax. Die bearbeitete
Oberfläche ist eine glänzende Halbspiegeloberfläche;
wogegen die Oberfläche, die durch das gewöhnliche
Hochfrequenz-elektrische-Entladungsbearbeitungsverfahren
ausgebildet wird, 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 Arbeitsspaltkapazität 15 stabile elektrische
Entladungsbearbeitungsoperation.
Fig. 7 ist ein Schaltplan, der eine elektrische
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle gemäß einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung zeigt. In der Fig.
bezeichnet die Bezugsziffer 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 (z. B. einem Stromzufuhrabschnitt) besteht; 25
einen Arbeitsspaltkondensator (Arbeitsspaltkapazität
Cg), ausgebildet durch eine Elektrode und ein zu
bearbeitendes Werkstück; 26 einen Arbeitsspalt
zwischen der Elektrode und dem Werkstück; 27 einen
zwischen dem Arbeitsspaltkondensator 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 den zwischen der
Elektrode und dem Werkstück in der elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle ausgebildeten Arbeitsspalt
zeigt. Fig. 9 ist eine graphische Darstellung, die die
Beziehung zwischen der Wechselstromfrequenz und der
Arbeitsspaltkapazität bei Resonanz bei
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 Resonanz-Arbeitsspaltbreite zeigt. Fig. 11 ist eine
Spannungs/Strom-Lissajous-Wellenform zur Zeit der Arbeitsspalt-
Resonanz 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
Arbeitsspaltkapazität 15, ausgebildet (am Arbeitsspalt
26) durch die Elektrode und das Werkstück, und daher ist
der Strom, der in dem Arbeitsspalt 26 fließt, die Summe aus dem
Entladungsstrom und dem Verschiebestrom. Entsprechend zu
aktuellen Messungen eilt, wenn keine elektrische
Entladung auftritt, der Verschiebestrom der Spannung vor; und
beim Auftreten einer elektrischen Entladung ist der Strom
im wesentlichen in Phase mit der Spannung, und der
Schaltkreis kann in einem Resonanzzustand gehalten
werden. Der Verschiebestrom, der die zeitliche Veränderung
des elektrischen Feldes in dem Arbeitsspalt darstellt
(Elektronen bewegen sich dort nicht), wird
nichts direkt zur Bearbeitungsoperation beitragen. Der
Wert des Verschiebestromes und der Phasenunterschied
hängen von der Kapazität des Arbeitsspalts 26 und der
Spannungsfrequenz ab.
Die oben beschriebene elektrische
Entladungsbearbeitungsoperation mit Arbeitsspaltresonanz ist in
ihren Eigenschaften vollständig verschieden von dem
Hochfrequenz-elektrischen-Entladungsbearbeitungsverfahren,
das in der vorher erwähnten
JP 61-260 915 A veröffentlicht ist.
In Fig. 7 wird der Arbeitsspaltkondensator 25 (die Kapazität Cg)
vergrößert, wenn der Arbeitsspalt schmäler
wird, und der Arbeitsspaltkondensator 25 (Cg) und die
verteilte Induktivität 24 (Lm) (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 Cg
des Arbeitsspaltkondensators 25, ausgebildet
zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück, stark von
der Arbeitsspaltbreite e wie in Fig. 8 gezeigt
ab. Gemäß dem elektrischen Bildverfahren ist die
Kapazität Cg des Arbeitsspaltkondensators 25 wie folgt:
wobei r der Elektrodenradius in mm ist, e die
Arbeitsspaltbreite in mm, ε0 die Dielektrizitätskonstante
der Bearbeitungslösung, und t die
Elektrodenlänge. Wenn die oben beschriebene Gleichung (a)
nach e aufgelöst wird, dann ergibt sich
Die Kapazität Cg des Arbeitsspaltkondensators 25, bei welcher
Resonanz bei der gegebenen Frequenz f auftritt, und die
Arbeitsspaltbreite e werden zu diesem
Zeitpunkt gemäß der oben beschriebenen Gleichungen
(a) und (b) berechnet. Die Ergebnisse der Berechnungen
sind in den Fig. 9 und 10 gezeigt.
Wie durch diese Figuren deutlich wird, ist im Bereich
von niedrigen Frequenzen die Arbeitsspaltkapazität Cg für
Resonanz groß, und die Resonanz tritt nur bei einem
kleinen Arbeitsspalt auf; während im Bereich
von hohen Frequenzen die Arbeitsspaltkapazität Cg (25) klein
ist, und die Resonanz bei einem relativ großen Arbeitsspalt
auftritt. Zum Beispiel ist im Fall
einer Frequenz (f) von 2 MHz die Kapazität Cg 0,03 µF,
und die Resonanz-Arbeitsspaltbreite e ist sehr klein, 0,07 µm,
und daher tritt keine Resonanz bei einem gewöhnlichen
Arbeitsspalt auf. Wenn auf der anderen Seite f=20
MHz ist, dann beträgt Cg = 320 pF und die Arbeitsspaltbreite e für
Resonanz ist relativ groß, 8 µm, und
daher kann eine elektrische
Entladungsbearbeitungsoperation mit Arbeitsspaltresonanz
ausgeführt werden.
Aufgrund der obigen Beschreibung und experimenteller
elektrischer Entladungsbearbeitungsoperationen wird es
bestätigt, daß es mit hohen Frequenzen höher als 7 MHz
möglich ist, die Arbeitsspaltresonanz in einem relativ großen
Bereich von Arbeitsspalten (einige Mikrometer (µm))
zu bewirken, so daß die Entladungscharakteristik sich stark von
jener des gewöhnlichen
Hochfrequenz-elektrischen-
Entladungsbearbeitungsverfahrens unterscheidet.
Fig. 11 zeigt eine Lissajous-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 Arbeitsspaltresonanz). Wie aus
Fig. 11 offensichtlich ist, eilt, wenn keine elektrische
Entladung eintritt, der Strom der Spannung vor um einen
Phasenwinkel von 90° (reiner Verschiebestrom); wohingegen
bei dem Auftreten einer elektrischer Entladung der Strom
in Phase mit der Spannung ist, und eine elektrische
Entladung mit Resonanz auftritt. Im Bereich von
hohen Frequenzen höher als 7 MHz tritt elektrische
Entladung nur ein, wenn eine Arbeitsspaltresonanz auftritt.
In der elektrischen Entladungsbearbeitungsoperation mit
Arbeitsspaltresonanz steigt die Spannung, die am Arbeitsspaltkondensator
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 den Arbeitsspalt 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. vorhanden ist, nicht als
Entladungsenergie dienen.
Die elektrische Entladungsbearbeitungsoperation, die mit
einer Arbeitsspaltresonanz in einem Hochfrequenzbereich höher
als 7 MHz ausgeführt wird, führt zu einer bearbeiteten
Oberfläche mit einer extrem hervorragenden
Oberflächenrauhigkeit, 0,2 µm Rmax. Die bearbeitete
Oberfläche ist eine glänzende Halbspiegeloberfläche,
wohingegen die mit einer Frequenz von 2 MHz mittels
Entladung bearbeitete Oberfläche eine matte Oberfläche ist.
In der oben beschriebenen Ausführungsform kann die
Bearbeitungsoperation stabiler ausgeführt werden, indem
die Frequenz der Wechselstromquelle 11 gemäß dem
Arbeitsspalt 26 und einer gegebenen
Bearbeitungsdicke geändert wird, um hierdurch die Arbeitsspaltbreite
e auf Resonanz einzustellen.
Weiterhin erlaubt im oben beschriebenen
Ausführungsbeispiel die Veränderung der Reaktanz des
Schaltkreises 27 eine stabile elektrische
Entladungsbearbeitungsoperation bezüglich einer
Veränderung der Arbeitsspaltkapazität 25.
Fig. 12 ist ein Schaltplan, der eine elektrische
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle gemäß einer dritten
Ausführungsform der Erfindung zeigt. In der Fig. 12
bezeichnet die Bezugsziffer 31 eine Wechselstromquelle;
32 einen stromsteuernden Widerstand; 33 eine
Streukapazität, die aus einer Stromzufuhrleitung
(Versorgungsleitung) und dem Schaltkreis besteht; 34 eine
Streuinduktivität (verteilte Induktivität Lm), die in
der Stromzufuhrleitung und einer mechanischen Struktur
(etwa einem Stromzufuhrabschnitt) besteht; 35 einen
Arbeitsspaltkondensator (Arbeitsspaltkapazität Cg),
ausgebildet durch eine Elektrode und ein zu bearbeitendes
Werkstück; 36 den zwischen der Elektrode und dem
Werkstück ausgebildeten Arbeitsspalt; und 37 einen
Koppeltransformator, oder einen induktiv gekoppelten
Schaltkreis, der in der Nähe des Arbeitsspalts 36 vorgesehen ist.
Fig. 13 ist ein erklärendes Diagramm, das den zwischen
der Elektrode und dem Werkstück gebildeten Arbeitsspalt in der elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle gezeigt in Fig. 12
zeigt. Fig. 14 ist eine graphische Darstellung, die die
Beziehungen, bei verschiedenen Energiequellenfrequenzen,
zwischen den Sekundär-Induktivitäten des
Koppeltransformators und Resonanzbearbeitungs-Arbeitsspalten
zeigt.
Die Arbeitsweise der in Fig. 12 gezeigten elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle wird beschrieben. In
dem Koppeltransformator ist eine erste Spule 37a
(Induktivität L1) an eine zweite Spule 37b
(Induktivität L2) zur Energieübertragung gekoppelt (mit gegenseitiger
Induktivität M). Die verteilte Induktivität Lm
(34) der mechanischen Struktur und die Arbeitsspaltkapazität
Cg (35) des Arbeitsspalts hängen stark von der Arbeitsspaltbreite
e, wie in Fig. 13 gezeigt, ab. Wenn die
Sekundär-Spule 37b des Kopplungstransformators 37 an den Arbeitsspalt
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 Lz, Lm und Cg gebildet.
Die Resonanzfrequenz f0 des Resonanzschaltkreises ist
wie folgt:
Wenn daher die Selbstinduktivität Lz der Sekundär-Spule
37b ansteigt, sinkt die Resonanzfrequenz ab, während die
Arbeitsspaltkapazität Cg unverändert bleibt. Falls in diesem
Fall die Resonanzfrequenz f₀ unverändert bleibt, dann
sinkt die Arbeitsspaltkapazität Cg für Resonanz. Daher ist es
möglich, Resonanz mit einem breiteren Arbeitsspalt
hervorzurufen.
Wenn die verteilte Induktivität Lm (34) der
mechanischen Struktur viel kleiner ist als jene (L2) der
Sekundär-Spule 37b, dann ist die Spannung VL 2 über
der Spule 37b entgegengesetzt in Phase zu der Spannung
VCg über der Arbeitsspaltkapazität 35 zu jeder Zeit, und die
beiden Spannungen sind in der Amplitude gleich zur Zeit
der Resonanz. Das bedeutet, daß bei hinreichend hoher Spannung über
der Spule 37b eine Spannung im
wesentlichen gleich zur Spannung über der Arbeitsspaltkapazität
35 zur Zeit der Resonanz entwickelt wird.
Fig. 14 zeigt die Beziehungen, bei verschiedenen
Energiequellenfrequenzen, zwischen einer Induktivität Lz
und der Resonanz-Arbeitsspaltbreite. Wie aus Fig. 14
offensichtlich ist, steigt die Arbeitsspaltbreite für
Resonanz, wenn die Induktivität Lz ansteigt. Das
bedeutet, daß nicht nur die Arbeitsspaltresonanz mit
Leichtigkeit bewirkt werden kann, sondern auch die
Resonanz gegenüber Variationen der Arbeitsspaltbreite stabil
gehalten werden kann (die Arbeitsspaltkapazität Cg (35)
ist weniger verändert im Hinblick auf die Verschiebung
einer Drahtelektrode wie in Fig. 13 gezeigt). Demgemäß
sind 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 Lz stark gesteigert wird, dann steigt
die Arbeitsspaltbreite für Resonanz ebenfalls stark an, so
daß als Ergebnis kein dielektrischer Durchbruch
hervorgerufen wird und es demgemäß schwierig wird, die
Bearbeitung mit Arbeitsspaltresonanz durchzuführen. Daher ist
es notwendig, die Induktivität der zweiten Spule 37b
gemäß der Energiequellenfrequenz zu wählen. Zum Beispiel
kann durch Setzen der Induktivität Lz auf 0,5 bis
1,0 µH bei einer Wechselstromfrequenz von 10 MHz die
Resonanzbearbeitungsbreite auf 5 bis 10 µm gesetzt werden
(in dem Fall, daß die Dicke t 20 mm ist), wodurch die
Bearbeitungsoperation stabil ausgeführt werden kann.
Bei der Hochfrequenzbearbeitung fließt ein
Verschiebestrom durch den Arbeitsspaltkondensator 35,
gebildet durch die Elektrode und das Werkstück (am Arbeitsspalt
36), und daher ist der Strom im Arbeitsspalt 36 die
Summe des Entladungsstromes und des vorher erwähnten
Verschiebestromes. Gemäß konkreter Messungen eilt der
Verschiebestrom der Spannung vor, 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 im Arbeitsspalt
darstellt (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 des Arbeitsspalts 36 und der Spannungsfrequenz ab.
Die oben beschriebene elektrische
Entladungsbearbeitungsoperation mit Arbeitsspaltresonanz ist in
der Charakteristik von der elektrischen Hochfrequenz-
Entladungsbearbeitungsoperation, veröffentlicht in der
vorher erwähnten
JP 61-2 60 915 A, verschieden. In der elektrischen
Entladungsbearbeitungsoperation mit Arbeitsspaltresonanz steigt
die Spannung des Arbeitsspaltkondensators 35 hoch genug an, um
einen dielektrischen Durchbruch zu bewirken; jedoch wird
nach dem Auftreten der elektrischen Entladung die
Induktivität Lz einen abrupten Stromfluß in dem Arbeitsspalt
36 verhindern, so daß die elektrische
Entladungsbearbeitungsoperation mit einer extrem
niedrigen Stromkapazität ausgeführt wird.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist der
Koppeltransformator 37 in der Nähe des Arbeitsspalts 36
vorgesehen, und daher kann die Bearbeitungsoperation mit
der Arbeitsspaltresonanz 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 Rmax. Die bearbeitete
Oberfläche ist eine glänzende Halbspiegeloberfläche;
wohingegen die Oberfläche, die durch das gewöhnliche
elektrische Hochfrequenz-Entladungsbearbeitungsverfahren
ausgebildet wird, eine matte Oberfläche ist.
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 37b des Koppeltransformators 37 eine
stabile elektrische Entladungsbearbeitungsoperation
gegenüber Veränderung der Arbeitsspaltkapazität 35.
Fig. 15 ist ein Schaltplan einer elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle gemäß einer vierten
Ausführungsform der Erfindung. In der Fig. bezeichnet die
Bezugsziffer 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 Bezugsziffern 46a und 46b jeweils A/D (analog zu
digital) Wandler; 47 eine Koppelkapazität; 48 eine Spule;
49 eine Koppelkapazität; und 50 einen Arbeitsspalt
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 Arbeitsspaltspannung
auf den Arbeitsspalt 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 die Ausgangsleistung maximal gemacht wird. Es ist
mit anderen Worten notwendig, um eine maximale Ausgangs
leistung zu erhalten, das Verhältnis der hinlaufenden zur
reflektierten Welle zu minimieren. In Fig. 16 bezeichnet das
Bezugszeichen 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 46a
auf den Mikrocomputer 45 gegeben. Gleichzeitig wird der
Signalpegel eines reflektierten Signals über den A/D-
Wandler 46b 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 den Arbeitsspalt
50 gegeben. Bei dieser Operation
arbeitet der Mikrocomputer 45 so, daß die Ausgangsfrequenz
eines Frequenzsynthesizers 44 verändert wird; 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 die Ausgangsleistung bei einem kleinen
Anstieg der Frequenz ansteigt, wird die Frequenz weiter
erhöht, wenn hingegen die Ausgangsleistung kleiner wird, dann wird
die Frequenz erniedrigt. Wenn schließlich die Ausgangsleistung der
Wechselstromquelle 41 maximal wird, wird die Frequenz
festgehalten. Wenn während der Bearbeitung das
Bearbeitungsgebiet oder die Bedingungen verändert werden,
wobei die Ausgangsleistung um mehr als einen vorbestimmten Wert
verändert wird, wird das Festhalten der Frequenz
beseitigt und eine neue Einstellung der Frequenz
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. 17
bezeichnet die Bezugsziffer 51 eine Gleichstromquelle;
52 einen strombegrenzenden Widerstand; 53 eine
Streukapazität, die in der Stromzufuhrleitung
(Versorgungsleitung) und einer mechanischen Struktur (etwa
einem Stromzufuhrabschnitt) vorhanden ist; 55 eine
Arbeitsspaltkapazität gebildet durch eine Elektrode
und ein zu bearbeitendes Werkstück; 56 einen
Arbeitsspalt zwischen dem Werkstück und der
Elektrode; 57 ein schaltendes Element; 58 einen
Treiberschaltkreis zum Treiben des schaltenden Elements;
59 einen zwischen das schaltende Element 57 und den
Arbeitsspalt 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 von
Fig. 17 zeigt. In der Fig. bezeichnet die
Bezugsziffer 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 69a und 69b
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
Arbeitsspaltspannung über die gerade zuführende Leitung und die
automatische Impedanzanpassungseinheit 62 an den
Arbeitsspalt 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 die
Ausgangsleistung maximiert wird. Das bedeutet, daß es um die
Ausgangsleistung zu maximieren notwendig ist, das Verhältnis der
reflektierten Welle zur hinlaufenden Welle zu minimieren.
In Fig. 18 bezeichnet das Bezugszeichen A einen
Schaltkreis zum Konvertieren des Signalpegels einer
hinlaufenden Welle und einer reflektierten Welle in
Signalspannungen. Die Signalspannung eines hinlaufenden
Signals wird über den A/D-Wandler 69a auf die
Steuereinheit 68 gegeben. Ähnlich wird die Signalspannung
einer reflektierten Welle über den A/D-Wandler 69b auf
die Steuereinheit 68 gegeben.
Ein Hochfrequenzsignal, das auf die automatische
Impedanzanpassungseinheit 62 gegeben wird, erfährt
einen T-förmigen Anpassungsschaltkreis, bestehend aus dem
Koppelkondensator 63, der Spule 64 und dem variablen
Kondensator 65, eine Impedanzanpassung. Das
Ausgangssignal des T-förmigen Anpassungsschaltkreises wird auf den
Arbeitsspalt 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 zum zwischen der Elektrode
und dem Werkstück gebildeten Arbeitsspalt und die
Spule in Serienschaltung zum Arbeitsspalt auf,
und ist in der Nachbarschaft des Arbeitsspaltes
vorgesehen, und die Resonanz wird bewirkt mit der
Kapazität des Arbeitsspalts 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 0,2 µm Rmax in der
Oberflächenrauhigkeit erreicht werden können.
Im zweiten Beispiel der elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle gemäß der Erfindung
wird Resonanz mit der Kapazität des zwischen der
Elektrode und dem Werkstück ausgebildeten
Arbeitsspalts und der Induktivität des
Schaltkreises vor dem Arbeitsspalt
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 0,2 µm Rmax
in der Oberflächenrauhigkeit erreicht werden
können.
Im dritten Beispiel der elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle gemäß der Erfindung
ist der Koppeltransformator nahe dem zwischen der
Elektrode und dem Werkstück gebildeten
Arbeitsspalt vorgesehen, und Resonanz wird mit
der Kapazität des Arbeitsspalts 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 Rmax in der
Oberflächenrauhigkeit erreicht werden können.
In dem vierten Beispiel der elektrischen
Entladungsbearbeitungs-Energiequelle gemäß der Erfindung
wird, auch wenn die Impedanz des zwischen der Elektrode
und dem Werkstück gebildeten Arbeitsspalts bei
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 des zwischen der Elektrode
und dem Werkstück gebildeten Arbeitsspalts
durch Veränderung der Bearbeitungslücke oder des Gebietes
geändert wird, die elektrische
Entladungsbearbeitungsoperation ausgeführt, während durch
die automatische Impedanzanpassungseinheit eine
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 einem zwischen der Elektrode und dem
Werkstück gebildeten Arbeitsspalt (16; 26; 36)
elektrische Entladung zu bewirken, um dabei das
Werkstück zu bearbeiten,
gekennzeichnet durch
gekennzeichnet durch
- - eine Wechselstromquelle (11) zum Anlegen einer Wechselspannung an den eine Kapazität aufweisenden Arbeitsspalt (16; 26; 36) und
- - einen Resonanzschaltkreis (17; 27; 37) 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 (17; 27; 37) ein mit dem
Arbeitsspalt (16; 26; 36) parallel geschaltetes
Kapazitätsmittel (17a) und ein mit dem Arbeitsspalt
(16; 26; 36) in Serie geschaltetes induktives Mittel
(17b) aufweist, und der Resonanzschaltkreis in der Nähe
des Arbeitsspaltes (16; 26; 36) vorgesehen ist.
3. Energiequelle nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das
kapazitive Mittel (17a) ein Kondensator und das
induktives Mittel (17b) eine Spule ist.
4. Energiequelle nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Resonanzschaltkreis (17; 27; 37) ein in einem
Schaltkreis zwischen dem Arbeitsspalt (16; 26; 36) und
der Wechselstromquelle (11) vorhandenes induktives
Element (24) aufweist, wobei das induktive Element
Resonanz mit der Kapazität (25) des Arbeitsspaltes
(16; 26; 36) hervorruft.
5. Energiequelle nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Resonanzschaltkreis (17; 27; 37) einen in der Nähe des
Arbeitsspaltes (16; 26; 36) vorgesehenen
Koppeltransformator (37) aufweist, wobei Resonanz mit
der Kapazität (35) zwischen der Elektrode und dem
Werkstück und der Induktivität der Sekundärspule (37b)
des Koppeltransformators (37) 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 Arbeitsspalt (50)
zu bewirken, um dadurch das Werkstück zu bearbeiten,
gekennzeichnet durch
- - eine Wechselstromquelle (41) zum Anlegen der Wechselspannung an den Arbeitsspalt (50);
- - eine Ausgangserfassungseinheit (A, 42) zum Erfassen von Signalpegeln von sich auf der Ausgangsleitung der Wechselstromquelle (41) befindlichen, zum Arbeitsspalt (50) hinlaufenden bzw. rücklaufenden Wellen;
- - einen Frequenzsteuerschaltkreis (44) zum automatischen Verändern der Frequenz der Wechselstromquelle gemäß der von der Ausgangserfassungseinheit (A, 42) erfaßten Signalpegel; und
- - ein Hochfrequenzsignal, das auf die Ausgangserfassungseinheit (A, 42) gegeben wird, wobei durch Änderung der Frequenz des Hochfrequenzsignals eine Impedanzanpassung auf die Veränderung einer Impedanz des Arbeitsspaltes (50) hin vorgenommen wird, und von der Ausgangserfassungseinheit (A, 42) auf den Arbeitsspalt (50) gegeben wird.
7. Energiequelle nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Impedanzanpassung bei einem vorgegebenen Arbeitsspalt
(50) durch einen T-Typ-Anpassungsschaltkreis bewirkt
wird, der erste (47) und zweite (49) Koppelkondensatoren
und eine zwischen einen Mittelanschlußpunkt einer
Serienschaltung der Kondensatoren (47, 49) und einer
Masse angeschlossene Spule (48) enthält.
8. Energiequelle nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, daß ein
Mikrocomputer (45) vorgesehen ist, der den
Frequenzsteuerschaltkreis (44) steuert.
9. Energiequelle zur elektrischen Entladungsbearbeitung, in
der eine Spannung über eine Elektrode und ein zu
bearbeitendes Werkstück gelegt wird, um in einem
zwischen der Elektrode und dem Werkstück gebildeten
Arbeitsspalt (56) elektrische Entladung zu bewirken und
dabei das Werkstück zu bearbeiten,
gekennzeichnet durch:
- - eine Wechselstromquelle (61) zum Anlegen von Wechselspannung an den Arbeitsspalt (56);
- - eine Ausgangserfassungseinheit (A, 42) zum Erfassen von Signalpegeln von sich auf der Ausgangsleitung der Wechselstromquelle (61) befindlichen, zum Arbeitsspalt (56) hinlaufenden bzw. rücklaufenden Welle; und
- - eine automatische Impedanzanpassungseinheit (62), die zwischen der Wechselstromquelle (61) und dem Arbeitsspalt (56) vorgesehen ist, wobei die Impedanzanpassungseinheit (62) einen T-Typ-Anpassungsschaltkreis aufweist, der erste (63) und zweite (65) Koppelkondensatoren und eine zwischen einen mittleren Punkt einer Serienschaltung der ersten (63) und zweiten (65) Kondensatoren und einer Masse angeschlossenen Spule (64) enthält, und ein Aktuatormittel (66) zum Verändern der Kapazität des zweiten Kondensators (65), um so das Verhältnis der Signalpegel der reflektierten Welle zu der hinlaufenden Welle zu minimieren.
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 DE4011752A1 (de) | 1990-10-25 |
DE4011752C2 true DE4011752C2 (de) | 1994-09-15 |
Family
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 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5149931A (de) |
CH (1) | CH681788A5 (de) |
DE (1) | DE4011752C2 (de) |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06333857A (ja) * | 1993-05-27 | 1994-12-02 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 成膜装置および成膜方法 |
DE4447650B4 (de) * | 1993-06-30 | 2004-04-01 | Mitsubishi Denki K.K. | Vorrichtung zur elektrischen Entladungsbearbeitung unter Benutzung variabler Kapazität und variabler Induktivität |
DE4422834C2 (de) * | 1993-06-30 | 2000-03-23 | Mitsubishi Electric Corp | Verfahren und Vorrichtung zur elektrischen Entladungsbearbeitung unter Benutzung variabler Kapazität und variabler Induktivität |
JP2914104B2 (ja) * | 1993-06-30 | 1999-06-28 | 三菱電機株式会社 | 放電加工方法及びその装置、並びにこの放電加工装置に適用可能な、静電容量可変装置及びインダクタンス可変装置 |
DE69531880T2 (de) * | 1994-04-28 | 2004-09-09 | Applied Materials, Inc., Santa Clara | Verfahren zum Betreiben eines CVD-Reaktors hoher Plasma-Dichte mit kombinierter induktiver und kapazitiver Einkopplung |
US5474750A (en) * | 1995-01-25 | 1995-12-12 | Quantum Electronics Corporation | Resonant power supply circuit for ozone generators |
DE19753812C2 (de) * | 1997-12-04 | 2000-05-18 | Agie Sa | Verfahren und Vorrichtung zum funkenerosiven Feinbearbeiten |
JPH11347845A (ja) | 1998-06-10 | 1999-12-21 | Sodick Co Ltd | 放電加工用パルス電圧発生方法及び回路 |
US6222149B1 (en) | 1998-06-10 | 2001-04-24 | Sodick Co., Ltd. | Power supply device for electric discharge machining apparatus |
US6130395A (en) * | 1998-06-17 | 2000-10-10 | Sodick Co., Ltd. | Method and apparatus for achieving a fine surface finish in wire-cut EDM |
DE10085473B4 (de) * | 2000-05-26 | 2007-02-01 | Mitsubishi Denki K.K. | Erodiermaschine |
JP2005244479A (ja) * | 2004-02-25 | 2005-09-08 | Fujitsu Ltd | 伝送装置 |
US9550245B2 (en) * | 2008-07-24 | 2017-01-24 | Mitsubishi Electric Corporation | Electric discharge machining apparatus, electric discharge machining method, and semiconductor substrate manufacturing method |
JP6360212B1 (ja) * | 2017-01-31 | 2018-07-18 | ファナック株式会社 | ワイヤ放電加工機 |
Family Cites Families (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2230803A (en) * | 1938-08-25 | 1941-02-04 | Paul W Klipsch | Wave synthesizing network |
BE514178A (de) * | 1951-09-14 | |||
FR1399612A (fr) * | 1964-03-20 | 1965-05-21 | Soudure Elec Languepin | Procédé d'usinage par électro-érosion |
US3609281A (en) * | 1969-12-15 | 1971-09-28 | Cincinnati Milacron Inc | Method and apparatus for detecting short circuits in the machining gap in an edm process |
FR2082732A5 (de) * | 1970-03-25 | 1971-12-10 | Carel Fouche Languepin | |
US3660787A (en) * | 1970-08-19 | 1972-05-02 | Us Navy | Low frequency paper transient filters |
DE2302040A1 (de) * | 1972-06-01 | 1973-12-13 | Nicolas Mironoff | Schaltung zur verwendung bei elektroerosionsmaschinen |
IT1031674B (it) * | 1974-02-19 | 1979-05-10 | Niwa Yoshiei | Procedimento ed apparecchiatura per la sagomatura a scarica ad alta frequenza |
US4095198A (en) * | 1977-01-31 | 1978-06-13 | Gte Sylvania Incorporated | Impedance-matching network |
SU657945A1 (ru) * | 1977-03-21 | 1979-04-25 | Предприятие П/Я А-1067 | Транзисторный генератор импульсов |
US4112395A (en) * | 1977-06-10 | 1978-09-05 | Cincinnati Electronics Corp. | Method of and apparatus for matching a load circuit to a drive circuit |
JPS6023432B2 (ja) * | 1977-12-09 | 1985-06-07 | 株式会社日立製作所 | Mosメモリ |
JPS54119195A (en) * | 1978-03-07 | 1979-09-14 | Inoue Japax Res Inc | Electric discharge processing device |
JPS5768913A (en) * | 1980-10-17 | 1982-04-27 | Tdk Corp | Laminated t-type filter |
US4373581A (en) * | 1981-01-19 | 1983-02-15 | Halliburton Company | Apparatus and method for radio frequency heating of hydrocarbonaceous earth formations including an impedance matching technique |
US4375051A (en) * | 1981-02-19 | 1983-02-22 | The Perkin-Elmer Corporation | Automatic impedance matching between source and load |
US4356458A (en) * | 1981-08-31 | 1982-10-26 | Harry H. Leveen | Automatic impedance matching apparatus |
CH649024A5 (fr) * | 1982-08-06 | 1985-04-30 | Charmilles Sa Ateliers | Machine pour usiner par decharges electriques erosives. |
JPH0724974B2 (ja) * | 1985-05-15 | 1995-03-22 | 三菱電機株式会社 | 放電加工用電源 |
JPS61260915A (ja) * | 1985-05-15 | 1986-11-19 | Mitsubishi Electric Corp | 放電加工用電源 |
JPS61260923A (ja) * | 1985-05-15 | 1986-11-19 | Mitsubishi Electric Corp | 放電加工用電源 |
JPS63123607A (ja) * | 1986-11-14 | 1988-05-27 | Mitsubishi Electric Corp | 放電加工方法及び装置 |
JPS63277049A (ja) * | 1987-05-08 | 1988-11-15 | Toshiba Corp | Mri装置のインピ−ダンス自動調整装置 |
US4833431A (en) * | 1988-02-18 | 1989-05-23 | Mcdonnell Douglas Corporation | Triple-resonance pulse transformer circuit |
-
1990
- 1990-03-30 US US07/501,895 patent/US5149931A/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-04-11 CH CH1233/90A patent/CH681788A5/de not_active IP Right Cessation
- 1990-04-11 DE DE4011752A patent/DE4011752C2/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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---|---|
US5149931A (en) | 1992-09-22 |
DE4011752A1 (de) | 1990-10-25 |
CH681788A5 (de) | 1993-05-28 |
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