DE69224397T2

DE69224397T2 - Verfahren zur Betriebssteuerung einer Funkenerosionsmaschine

Info

Publication number: DE69224397T2
Application number: DE1992624397
Authority: DE
Inventors: Takuzi Magara; Hisasi Yamada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-12-02
Filing date: 1992-11-19
Publication date: 1998-06-18
Anticipated expiration: 2012-11-20
Also published as: DE69224397D1; EP0668119A3; JPH05208317A; DE69208227T2; EP0545156A3; EP0545156A2; EP0668119A2; EP0668119B1; DE69208227D1; JP2692510B2; EP0545156B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Betriebs einer Funkenerosionsmaschine mit einer einem Werkstück mit festgelegter Distanz gegenüberliegenden Elektrode zum Definieren eines Zwischenraums, wodurch eine elektrostatische Kapazität in dem Zwischenraum existiert.
Fig. 14 zeigt ein Blackschaltbild einer Bearbeitungszwischenraumspannungs-Anlageschaltung, die bei einem bekannten Steuerverfahren für eine bekannte Funkenerosionsmaschine, offenbart in JP-A-61-4620, einzusetzen ist Dieses Bearbeitungszwischenraumspannungs- Steuerverfharen erzeugt eine Spannung, die an einem Bearbeitungszwischenraum zwischen einem Werkstück und einer Elektrode in einer Funkenerosionsmaschine anliegt.
Unter Bezug auf die Fig. 14 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Elektrode, 2 ein Werkstück, 3 eine erste Gleichstrom- Stromversorgung mit einer Ausgangsspannung E1, und 12 bis 15 Umschalt-Schaltungen, beispielsweise Halbleiterumschalteinrichtungen.
Eine Serienverbindung der Halbleiterumschalteinrichtungen 12 und ein Widerstand 16 ist zwischen der Anode der ersten Gleichstrom-Stromversorgung 3 und der Elektrade 1 angeschlossen, und eine Serienverbindung der Halbleiterumschalteinrichtung 14 und eines Widerstands 17 ist zwischen der Anode der ersten Gleichstrom-Stromversorgung 3 an dem Werkstück 2 angeschlossen. Die Widerstände 16 und 17 bilden eine Widerstandsschaltung.
Die Halbleiterumschalteinrichtung 13 ist zwischen der Kathode der Ersten Gleichstrom-Stromversorgung 3 und der Elektrode 1 angeschlossen. und die Halbleiterumschalteinrichtung 15 ist zwischen der Kathode der ersten Gleichstrom-Stromversorgung 3 und dem Werkstück 2 angeschlossen.
Eine dritte Gleichstrom-Stromversorgung 7, deren Ausgangsspannung E3 beträgt, bildet eine Serienverbindung mit einer Halbleiterumschalteinrichtung 18, einem Widerstand 18 und einer Diode 20, und zwar zwischen der Elektrode 1 und dem Werkstück 2.
Bei dieser Serienverbindung ist die Diode 20 entlang einer Richtung angeschlossen, beider ein Strom von der Elektrode 1 zu dem Werstück 2 fließt.
Treiberschaltungen 21 bis 25 sind aktiv zum Treiben der Halbleiterumschalteinrichtungen 12 bis 15, sowie 18. Eine Steuerschaltung 26 bildet ein Steuersignal für die Treiberschaltung 21 bis 25 zum Durchführen der Anschalt/Abschalt-Steuerung der Halbleiterumschalteinrichtungen 12 bis 15 und 18.
Die Ausgangsspannung E3 der dritten Gleichstrom- Stromversorgung ist höher als die Spannung E1 der ersten Gleichstrom-Stromversorgung 3, und der Widerstandswert des Widerstands 17 ist so bestimmt, daß er ausreichend niedriger ist als diejenigen der Widerstände 16 und 17.
Die Spannung bei der Elektrode 1 wird zu der Steuerschaltung 26 durch eine Signalleitung 927 übertragen, und die Spannung zwischen dem Werkstück 2 und der Steuerschaltung 26 wird durch eine Signalleitung 928 bewirkt.
Die Steuersignalausgabe der Steuerschaltung 26 wird zu den Treiberschaltungen 21 und 24 über eine Signalleitung 929 übertragen, und die Steuersignalausgabe von der Steuerschaltung 26 für die Treiberschaltungen 22 und 23 wird durch die Leitung 930 übertragen.
Schließlich wird die Steuersignalausgabe der Steuerschaltung 26 zu der Treiberschaltung 25 über die Leitung 931 übertragen.
Nun wird das bei der in Fig. 14 gezeigten Bearbeitungszwischenraum-Spannungsanlegeschaltung einzusetzende Steuerverfahren beschrieben. Gemäß Fig. 14 führt die Steuerschaltung 26 das Steuerverfahren zum Betreiben der Halbleiterumschalteinrichtungen 12 und 15 zum gleichzeitigen An/Ausschalten durch, sowie zum gleichzeitigen An/Ausschalten der Halbleiterumschalteinrichtungen 13 und 14. Die Steuerschaltung 26 führt auch das Steuerverfahren zum Betreiben der Halbleiterumschalteinrichtungen 12 und 13 im an/abgeschalteten Zustand auf einer entgegengesetzten Basis sowie zum Betreiben der Halbleiterumschalteinrichtungen 14 und 15 im an/abgeschalteten Zustand auf einer komplementären Basis durch.
Sind die Halbleiterumschalteinrichtungen 13 und 14 angeschaltet und beginnt eine Funkenentladung mit einer bei dem Werkstück 2 eingesetzten Spannung, die höher ist als diejenige an der Elektrode 1, d.h. liegt eine positive Spannung an dem Bearbeitungszwischenraum an, so wird die Halbleiterumschalteinrichtung 18 angeschaltet, um die Spannung E3 der dritten Gleichstrom-Stromversorgung 7 zwischen dem Werkstück 2 und der Elektrode 1 anzulegen, wodurch ein großer Entladungsstrom zwischen dem Werkstück 2 und der Elektrode 1 fließt. Nach dem Verstreichen einer festgelegten Zeit, führt die Steuerschaltung 26 die Steuerung so durch, daß die Halbleiterumschalteinrichtungen 13 und 14 abgeschaltet werden und daß ebenso die Halbleiterumschalteinrichtung 18 abgeschaltet wird.
Das Werkstück 2 wird durch die Entladung in einem Zustand bearbeitet, bei dem eine positive Spannung an dem Bearbeitungszwischenraum dann anliegt, wenn die Halbleiterumschalteinrichtungen 13 und 14 angeschaltet sind. In einem Zustand, in dem eine im Vergleich zum Werkstück 2 höhere Spannung an der Elektrode 1 anliegt, d.h. in dem eine negative Spannung an dem Bearbeitungszwischenraum anliegt, wird dann, wenn die Halbleiterumschalteinrichtungen 12 und 15 angeschaltet sind, der Versatz einer Durchschnittsspannung, die zwischen dem Werkstück 3 und der Elektrode 1 anliegt, in einer abnehmenden Richtung korrigiert, wodurch die Elektrolyse und die elektrolytische Korrosion reduziert sind.
Der Betrieb der in Fig. 14 gezeigten üblichen Bearbeitungszwischenraum-Spannungsanlegeschaltung und des hiermit im Zusammenhang stehenden Steuerverfahrens wird nun unter Bezug auf ein in Fig. 15 angegebenes Betriebsflußdiagramm sowie dem in Fig. 16(a) und 16(b) gezeigten Bearbeitungszwischenraumspannungs- und Strom- Signalformen beschrieben.
Wird ein Betriebs-START-Befehl an die Bearbeitungszwischenraum-Spannungsanlegeschaltung abgegeben, so geht die Bearbeitung von dem Schritt S200 zu dem Schritt S201 nach Fig. 15 über.
In dem Schritt S201 sind die Halbleiterumschalteinrichtungen 12 und 15 angeschaltet, und die Halbleiterumschalteinrichtung 13, 14 und 18 sind abgeschaltet.
In diesem Zustand liegt die Anodenspannung der ersten Gleichstrom-Stromversorgung 13 an der Elektrode 1 über die Halbleiterumschalteinrichtung 12 und den Widerstand 16 an, und die Kathodenspannung der ersten Gleichstrom- Stromversorgung 3 liegt an dem Werkstück 2 über die Halbleiterumschalteinrichtung 15 an.
Die Bearbeitung geht unmittelbar von dem Schritt S201 zu dem Schritt S202 über, indem der in dem Zustand S201 festgelegte Zustand während einer Zeitperiode von T1 gehalten wird. Die Bearbeitung geht dann zu dem Schritt S203 über.
Während der Zeitperiode T1 in dem Schritt S202 wird eine Spannung von E1 in dem Bearbeitungszwischenraum erzeugt, bis eine elektrische Entladung stattfindet, und wenn diese Entladung initiiert ist, wird eine Spannung von -E1 entwickelt, wie in den Fig. 16(a) und 16(b) gezeigt.
Von einem Zeitpunkt, in dem die Entladung initiiert wird, bis zum Ende der Periodendauer T1 fließt ein negativer Strom von -Iop in den Bearbeitungszwischenraum, wie in der Fig. 16(b) gezeigt. Der Absolutwert der Spannung E1 ist kleiner als derjenige von -E1.
In dem Schritt S203 sind die Halbleiterumschalteinrichtungen 12, 15 und 18 abgeschaltet, wodurch die Spannung nicht an dem Bearbeitungszwischenraum anliegt. Die Bearbeitung geht anschließend unmittelbar zu dem Schritt S104 über.
In dem Schritt S204 wird der in den Schritt S203 gesetzte Zustand während einer Zeitperiode von T2, gezeigt in Fig. 16(a), gehalten, und die Bearbeitung geht zu einem nächsten Schritt S205 über.
In dem Schritt S205 sind die Halbleiterumschalteinrichtungen 12, 15 und 18 abgeschaltet, und die Halbleiterumschalteinrichtungen 13 und 14 sind angeschaltet.
In diesem Zustand liegt die Anodenspannung der ersten Gleichstrom-Stromversorgung 3 an dem Werkstück 2 über die Halbleiterumschalteinrichtung 14 und den Widerstand 17 an, und die Kathodenspannung der ersten Gleichstrom- Stromversorgung 3 liegt an der Elektrode 1 über die Halbleiterumschalteinrichtung 13 an.
Die Bearbeitung geht dann unmittelbar von dem Schritt S205 zu dem Schritt S206 über.
Im Schritt S206 wird bestimmt, ob eine elektrische Entladung stattgefunden hat oder nicht. Ist die Entladung noch nicht aufgetreten, so geht die Bearbeitung zu dem Schritt S208 über.
In dem Schritt S208 wird beurteilt, ob eine Zeitperiode T3 nach dem Durchführen des Übergangs von dem Schritt S204 zu dem Schritt S205 beendet ist oder nicht. Ist sie noch nicht beendet, so kehrt die Bearbeitung zu dem Schritt S206 zurück. Hat die Entladung bereits in dem Schritt 206 stattgefunden, so geht die Bearbeitung zu dem nächsten Schritt S207 über.
In dem Schritt S207 ist die Halbleiterumschalteinrichtung 18 angeschaltet. Ist diese Umschalteinrichtung 18 angeschaltet, so liegt die Anodenspannung der dritten Gleichstrom- Stromversorgung 7 an dem Werkstück 2 an, und die Kathodenspannung hiervon liegt an der Elektrode 1 über die Halbleiterumschalteinrichtung 18, den Widerstand 19 und die Diode 20 an. Anschließend schreitet die Bearbeitung unmittelbar von dem Schritt S207 zu dem Schritt S208 fort.
Wird in dem Schritt S208 bestimmt, daß die Zeit von T3 noch nicht nach dem Übergang von dem Schritt S204 zu dem Schritt S205 beendet ist, so kehrt die Bearbeitung zu dem Schritt s206 zurück, wie oben beschrieben. Ist sie beendet, so schreitet die Bearbeitung zu dem Schritt S209 fort.
Wie in den Fig. 16(a) und 16(b) gezeigt, wird der Zustand der Schritte S205 bis S208 durch die Zeit T3 angezeigt, derart, daß die Spannung E1 in dem Bearbeitungszwischenraum solange entwickelt wird, bis die Entladung initiiert ist, und eine Spannung E11 wird dann erzeugt, wenn die Entladung gestartet hat.
Von dem Zeitpunkt, in dem die Entladung gestartet ist, bis zu dem Zeitpunkt, in dem die Zeit T3 endet, fließt ein positiver Strom Ip in den Bearbeitungszwischenraum, wie in den Fig. 16(a) und 16(b) gezeigt.
Die Spannung E11 ist kleiner als diejenige von E1, und der Absolutwert von -Iop ist kleiner als derjenige von Ip.
Der Absolutwert von -Iop ist kleiner als derjenige von Ip, da die Widerstandswerte der Widerstände 19 und 17 kleiner sind als diejenigen des Widerstands 16, wie oben beschrieben.
In dem Schritt S209 sind die Halbleiterumschalteinrichtungen 5, 13, 14 und 18 abgeschaltet, wodurch die Spannung nicht an dem Bearbeitungszwischenraum anliegt. Die Bearbeitung geht dann zu dem Schritt S210 über.
In dem Schritt S210 wird der in dem Schritt S209 gesetzte Zustand während einer Zeitperiode von T4 gehalten, wie in den Fig. 16(a) und 16(b) gezeigt. Ist diese Zeit verstrichen, so kehrt die Bearbeitung zu dem ersten Schritt S201 zurück.
Bei der in Fig. 14 gezeigten bekannten Maschine und dem hierauf bezogenen Steuerverfahren wird die negative Spannung, d.h. die Spannung die zugeführt wird, um die Spannung an der Elektrode 1 höher als diejenige an dem Werkstück 2 auszubilden, durch die Gleichstrom-Stromversorgung 3 zugeführt, die die große positive Spannung zum Starten der elektrischen Entladung zuführt. Deshalb wird die negative Spannung ebenfalls hoch, und die Entladung wird auch durch die negative Spannung entwickelt.
Die Entladung aufgrund dieser negativen Spannung ist eine Entladung mit geringer Energie, die im Hinblick auf den Strom durch den Widerstand 16 begrenzt ist, und sie wird während ungefähr mehrerer 10 Mikrosekunden fortgesetzt, wodurch nahezu kein Problem dann entsteht, wenn das Werkstück 2 ein Ferromaterial ist. Bei gesinterten Materialien, wie Karbidlegierungen, leitenden Keramiken und diamantengesinterten Materialien treten jedoch mikroskopische Risse von näherungsweise zehn Mikrometern Tiefe oder Breite auf, wodurch die Bearbeitungsqualität der bearbeiteten Oberfläche signifikant verschlechtert ist.
Die Entladung aufgrund der negativen Spannung, die während ungefähr mehrerer zehn Mikrosekunden fortgesetzt ist, beschleunigt den Verbrauch der Elektrode 1 und bewirkt, daß das Elektrodenmaterial von der Elektrode 1 geschmolzen wird und an dem Werkstück 2 anhaftet, wodurch die Bearbeitungsqualität der bearbeiteten Oberfläche reduziert ist.
Da das Steuerverfahren für die Bearbeitungszwischenraum- Spannungsanlegeschaltung der bekannten Funkenerosionsmaschine wie oben beschrieben durchgeführt wird, ist die das Anlegen der negativen Spannung bewirkende Spannung der Stromversorgung hoch, und der Entladungsstrom aufgrund der negativen Spannung verschlechtert erheblich die Bearbeitungsqualität der bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks 2.
Eine andere übliche Vorgehensweise ist in dem US-Patent Nr. 4,678,884 offenbart. Dieses Patent lehrt den Einsatz einer Spannungsumkehr-Zeitangleichungsschaltung, die eine Durchschnittsspannung detektiert, die zwischen einer Drahtelektrode und einem Werkstück anliegt, und sie gibt einen Impuls mit einer Breite entsprechend einer derartigen Durchschnittsspannung aus, und ferner einer Spannungsumkehr- Angleichschaltung, die eine Ausgangsgröße entsprechend der Haltespannung einer Abtasthalteschaltung zum Detektieren und Halten einer Differenz zwischen einer Transistor-Widerstands- Spannung und einer Referenzspannung bei der Anwendung einer Spannungsumkehr während einer Periode der Ausgangspulszeit der Spannungsumkehr-Zeitangleichschaltung bildet. Bei diesem üblichen Entwurf bewirkt die Ausgangsgröße der Spannungsumkehr-Angleichschaltung ein Leiten des Transistors und das Durchführen eines Klasse-A-Verstärkerbetriebs, wodurch die Spitzenspannung bei der Umkehrspannung konstant gehalten ist, und somit ist eine Bearbeitungsdurchschnittsspannung ist, zu Null bestimmt.
Bei dem oben genannten Patent wird die Spitzenspannung der Umkehrspannung begrenzt, da eine große Beschädigung der Elektrode zu vermeiden ist. Da jedoch bei dem patentgemäßen Entwurf nicht beabsichtigt war, die Entladung bei der Anwendung einer negativen Spannung, womöglich, zu vermeiden, wird eine Entladung bei dem Anlegen einer negativen Spannung, wie bei der in Fig. 14 gezeigten üblichen Vorgehensweise, erzeugt. Tritt die Entladung auf, so ist die Bearbeitungszwischenraumspannung reduziert, und es beginnt ein großer Strom in dem Bearbeitungszwischenraum zu fließen. Im Ergebnis ist das Vorliegen eines schädlichen Bogens möglich und für diesen Entwurf wurde festgestellt, daß dieselben Nachteile vorliegen, wie bei der in Fig. 14 gezeigten üblichen Vorgehensweise.
Da zudem dieser übliche Entwurf dazu führt, daß der Transistor einen Klasse-A-Verstärkungsbetrieb durchführt, kann der Transistor dann Wärme erzeugen, wenn er versucht, die Ausgangssteuerung einer Hochenergie-EDM-Stromversorgung durchzuführen.
Demnach besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Schaffung eines Steuerverfahrens für eine Funkenerosionsmaschine, mit dem sich eine Verschlechterung der Qualität der bearbeiteten Oberfläche eines Werkstücks durch eine elektrische Entladung aufgrund einer negativen Spannung vermeiden läßt, das eine hohe Bearbeitungsqualität für die bearbeitete Oberfläche dann gewährleistet, wenn die Spannung der Strömversorgung zum Anlegen einer negativen Spannung an dem Bearbeitungszwischenraum so hoch ist, daß eine Entladung erzeugt werden kann, und das zu einer verbesserten Bearbeitungsgeschwindigkeit führt.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren des oben genannten Typs, enthaltend die Schritte Anlegen einer ersten Gleichspannung mit einer ersten Polarität parallel zu dem Zwischenraum während einer ersten Zeitperiode; Anlegen einer zweiten Gleichspannung mit zweiter Polarität entgegengesetzt zu der Polarität der ersten Spannung parallel zu dem Bearbeitungszwischenraum während einer zweiten Zeitperiode; Detektieren der Entladung eines Stroms der zweiten Polarität von der elektrostatischen Kapazität im Bearbeitungszwischenraum und Zuführen eines Stroms erster Polarität zu dem Bearbeitungszwischenraum vor dem Abtrennen des Stroms der zweiten Polarität, wodurch der zwischen der Elektrode und dem Werkstück während der zweiten Periode fließende Strom einen festgelegten Wert aufweist.
Das erfindungsgemäße Steuerverfahren verbessert die Bearbeitungsgeschwindigkeit signifikant. Ferer wird gemäß dem erfindungsgemäßen Steuerverfahren vermieden, daß eine Entladung bei dem Anlegen einer Spannung negativer Polarität auftritt, oder es vermeidet das Stattfinden derselben, womöglich, und im Ergebnis wird eine Qualitätsverschlechterung der bearbeiteten Oberfläche eines Werkstücks aufgrund des Stattfindens einer Entladung im Zustand des Anliegens der Spannung negativer Polarität vermieden. Die Erzeugung von Bögen, die die bearbeiteten Oberflächen im Zeitpunkt des Anliegens einer Spannung positiver Polarität oder negativer Polarität beeinflussen, wird durch Anwenden eines Versatzstroms zu dem anhand der Kapazität des Zwischenraums erzeugten vermieden.
Zusätzlich klemmt die Maschine die Spannung zwischen der Elektrode und dem Werkstück auf eine festgelegte Spannung im Zustand des Anliegens der Spannung negativer Polarität, ohne daß der Transistor den Klasse-A-Verstärkungsbetrieb durchführt, wodurch der Transistor dann keine Wärme erzeugt, wenn die Ausgangssteuerung einer Hochenergie-Stromversorgung für die Funkenerosionsbearbeitung durchgeführt wird.
Es ist auch ersichtlich, daß im Rahmen der Erfindung ein Steuerverfahren erzielt wird, bei dem sich die Spannung zwischen der Elektrode und dem Werkstück leicht auf eine festgelegte Spannung, beispielsweise Null, steuern läßt.
Das erfindungsgemäße Steuerverfahren ermöglicht auch die Auswahl optimaler Bearbeitungsbedingungen in Übereinstimmung mit einem bearbeitenden Material, es vermeidet die Erzeugung von mikroskopischen Rissen, wenn ein bearbeitetes Material unterschiedlich ist, und es gewährleistet eine stabile Bearbeitung auf hohem Niveau, bei der ein Werkstück gegenüber elektrolytischer Korrosion geschützt ist.
Es ist ersichtlich, daß das Steuerverfahren vorzugsweise bei einer Funkenerosionsmaschine eingesetzt wird, die ausgestattet ist mit einer Bearbeitungszwischenraum- Spannungsanlegeschaltung mit Umschalt-Schaltungen, die in der Lage sind umzuschalten, und zwar zwischen einem ersten Spannungsanlegezustand, bei dem ein Terminal einer ersten Gleichstrom-Stromversorgung mit einer Elektrode und das andere Terminal hiervon mit einem Werkstück verbunden ist, und einem zweiten Spannungs-Anlegezustand, bei dem das eine Terminal mit dem Werkstück und das andere Terminal mit der Elektrode verbunden ist. Da derartige Umschalt-Schaltungen eine Zeitperiode bewirken, wenn der zweite Spannungsanlegezustand und ein zweiter Spannungsanlege- Rücksetzzustand miteinander abwechseln, sowie eine Zeitperiode, wenn der ersten Spannungsanlegezustand fortdauert, um in einer festgelegten Folge wiederholt zu werden, ist der Versatz einer Durchschnittsspannung zwischen der Elektrode und dem Werkstück, der bei dem ersten Spannungsanlegezustand auftritt, durch den zweiten Spannungsanlegezustand reduziert, wodurch vermieden wird, daß das Werkstück durch Elektrolyse oder elektrolytische Korrosion deformiert wird, und auch die Verschlechterung der qualität der bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks durch eine elektrische Entladung in dem zweiten Spannungsanlegezustand verhindert wird.
Zudem wird die Steuerung der Spannung, die zwischen der Elektrode und dem Werkstück bei dem zweiten Spannungsanlegezustand anliegt, durch Klemmen dieser Spannung auf einen festgelegten Wert erzielt, und zwar durch eine Serienverbindung einer zweiten Gleichstrom-Stromversorgung und einer Gleichrichterschaltung und eine Serienverbindung einer Konstantspannungsschaltung und der Gleichrichterschaltung. Deshalb kann die in dem zweiten Spannungsanlegezustand auftretende Entladung vermieden oder abgeschwächt werden, wodurch die Verbesserung der Qualität der bearbeiteten Oberfläche des Wersktücks gewährleistet ist.
Ferner wird die zwischen der Elektrode und dem Werkstück in dem zweiten Spannungsanlegezustand anliegende Spannung auf einem festgelegten geringeren Wert durch eine Serienverbindung eines Widerstands und eines Umschaltelements, das mit einem festgelegten Tasterhältnis an/abgeschaltet wird, gesteuert, derart, daß eine derartige Serienverbindung zwischen der Elektrode und dem Werkstück hergestellt wird. Deshalb läßt sich die in dem zweiten Spannungsanlegezustand auftretende Entladung vermeiden oder abschwächen, wodurch die Verbesserung der Qualität der bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks gewährleistet ist.
Ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung ergibt sich anhand der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung; es zeigen:
Fig. 1 ein Blockaufbauschaltbild für eine Zwischenraumspannungs-Anlegeschaltung bei einer Funkenerosionsmaschine, die durch das Steuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung gesteuert wird;
Fig. 2(a) und 2(b) Spannungs/Strom-Signalformdiagramme im Hinblick auf das Steuerverfahren gemäß der Erfindung;
Fig. 3(a) und 3(b) weitere Spannungs/Strom- Signalformdiagramme im Hinblick auf das Steuerverfahren gemäß der Erfindung;
Fig. 4 ein zweites Blockschaltbild einer Zwischenraumspannungsanlegeschaltung bei einer Funkenerosionsmaschine, die durch das Steuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung gesteuert wird;
Fig. 5(a) und 5(b) zusätzlich weitere Spannungs/Strom- Signalformdiagramme im Hinblick auf das Steuerverfahren gemäß der Erfindung;
Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Bearbeitungszwischenraum- Spannungsanlegeschaltung zur Erläuterung der Bearbeitungszwischenraum-Spannungsanlegeschaltung nach Fig. 1;
Fig. 7(a) bis 7(d) Bearbeitungszwischenraumspannungen und Fig. 7(a) und 7(d) Bearbeitungszwischenraumspannungen und Strom- Signalformdiagramme für das in Fig. 6 gezeigte Blockschaltbild;
Fig. 8(a) und 8(b) Spannungs- und Strom-Signalformen zwischen einer Elektrode;
Fig. 9(a), 9(b) und 9(c) Signalformdiagramme zum Darstellen einer Beziehung zwischen einem Tastverhältnis und einer Bearbeitungszwischenraumspannung;
Fig. 10(a) eine Schaltung zum Verändern des Tastverhältnis bei einer Bearbeitungszwischenraum- Spannungsanlegeschaltung und Fig. 10(b) Bearbeitungsformen im Zusammenhang hiermit;
Fig. 11 ein weiteres Blockschaltbild einer weiteren Bearbeitungszwischenraurn-Spannungsanlegeschaltung bei einer Funkenerosionsmaschine zum Erläutern der in Fig. 1 gezeigten Bearbeitungszwischenraum- Spannungsanlegeschaltung;
Fig. 12 ein Bearbeitungszwischenraumspannungs- Signalformdiagramm nach dem in Fig. 11 gezeigten Blockschaltbild;
Fig. 13 ein zusätzliches weiteres Blockschaltbild einer Bearbe itungszwischenraum- Spannungsanlegeschaltung bei einer Funkenerosionsmaschine zum Erläutern der in Fig. 1 gezeigten Bearbeitungszwischenraum- Spannungsanlegeschaltung;
Fig. 14 ein Blockschaltbild einer Bearbeitungszwischenraum- Spannungsanlegeschaltung einer im Stand der Technik bekannten Funkenerosionsmaschine;
Fig. 16 ein Betriebsflußdiagramm für das in Fig. 14 gezeigte Blockschaltbild;
Fig. 16(a) und 16(b) Bearbeitungszwischenraumspannungs- und - Stromsignalformdiagramme für das in Fig. 14 gezeigte Anordnungsblockschaltbild.
Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild einer Bearbeitungszwischenraum-Spannungsanlegeschaltung für eine Funkenerosionsmaschine zum Erläutern der in Fig. 1 gezeigten Bearbeitungszwischenraum-Spannungsanlegeschaltung derart, daß die Bezugszeichen 1 bis 3, 7 und 12 bis 26 Teile bezeichnen, die identisch sind zu den in Fig. 14 gezeigten, die den üblichen Entwurf zeigt, und deshalb werden diese hier nicht beschrieben.
In Fig. 6 bezeichnet das Bezugszeichen 41 eine Hochfrequenz- Oszillatorschaltung, und 42 eine NAND-Schaltung mit zwei Eingängen. Die Oszillationsausgangsgröße der Hochfrequenz- Oszillatorschaltung 41 ist mit einem Eingangsanschluß der NAND-Schaltung mit zwei Eingängen 42 verbunden, und ein von der Steuerschaltung 26 ausgegebenes Steuersignal 43 wird dem anderen Eingangsanschluß hiervon zugeführt.
Das Steuersignal 43 ist identisch zu dem Steuersignal 29 nach Fig. 14. Der Ausgangsanschluß der NAND-Schaltung mit zwei Eingängen 42 ist mit den Treiberschaltungen 21 und 24 verbunden. Die Steuerschaltung 26, die Hochfrequenz- Oszillatorschaltung 41, die NAND-Schaltung mit zwei Eingängen 42 und die Treiberschaltungen 21 bis 24 bilden eine Umschaltsteuerschaltung.
Der Betrieb der in Fig. 6 gezeigten Bea beitungszwischenraum- Spannungsanlegeschaltung wird nun beschrieben. Während des Betriebs der in Fig. 6 gezeigten Bearbeitungszwischenraum- Spannungsanlegeschaltung sind die Halbleiterschaltungseinrichtungen 12 und 15 zwischendurch an/abgeschaltet gemäß der Oszillationsfrequenz (normalerweise 1 bis 2 MHz) der Hochfreuquenz-Oszillationsschaltung 41 während einer Zeitperiode, in der eine egative Spannung an dem Bearbeitungszwischenraum anliegt, gemäß dem Betrieb der in Fig. 14 gezeigten Bearbeitungszwischenraumspannungs- Anlegeschaltung, d.h. einer Zeitperiode T1.
Die Fig. 7(a) und 7(b) zeigen jeweils Bearbeitungszwischenraumspannungs-und -Stromsignalformen in einem Zeitpunkt, bei dem während der Zeit T1 eine Entladung nicht auftritt, wie in Fig. 7(b) gezeig , während ein Strom Ip, der im Hinblick auf die Amplitude identisch zu dem in Fig. 16(b) gezeigten üblichenist, während einer Zeit T3 fließt, fließt kein Strom zur Zeit T1.
Fig. 7(a) bezeichnet eine Hochfrequenz-Pulssignalform, dargestellt anhand einer durchgezogenen Linie, im Zeitpunkt T1 eine Signalform zu einem Zeitpunkt, in dem elektrostatische Kapazitätskomponenten nicht bei dem Bearbeitungszwischenraum vorliegen, d.h zwischen dem Werkstück 2 und der Elektrode 1. Die an and einer gestrichelten Linie dargestellte Signalform, die sich allmählich einer Spannung von -E1, ausgehend von Null Volt während der Zeitperiode T1 nähert, bezeichnet eine Signalform, die auftritt, wenn elektrostatische Elektrizitätskomponenten hierin existieren.
Die Fig. 8(a) und 8(b) zeigen Bearbeitungszwischenraum- Spannungs-und -Stromsignalformen jeweils während der Zeit T1 zu einem Zeitpunkt, in dem eine elektrische Entladung während der Zeit T1 stattgefunden hat.
In den Fig. 8(a) und 8(b) sind eine Signalform 301 und eine Signalform 302, die anhand durchgezogener Linien dargestellt sind, eine Spannungssignalform und eine Stromsignalform, in dem Bearbeitungszwischenraum, die jeweils von der in Fig. 6 gezeigten Bearbeitungs zwischenraum-Spannungsanlegeschaltung erzeugt sind, bei einem Zeitpunkt, in dem eine elektrostatische Kapazität in dem Bearbeitungszwischenraum nicht existiert.
Wie anhand der Signalform 301 bezeichnet, sind obgleich die Spannung zu -E01 dann ansteigt, wenn eine elektrische Entladung zu einer spezifischen Tageszeit TT1 während der Zeit T1 auftritt, die Halbleiterumschalteinrichtungen 12 und 15 während einer kurzen Zeit abgeschaltet (kleiner als die Oszillationsperiode des Hochfrequenzoszillators 41).
In diesem Zeitpunkt fließt ein Strom -Ipo bei einer Zeit TT1, wie in Fig. 8(b) gezeigt, jedoch kehrt er innerhalb einer kurzen Zeit zu Null zurück, wie bei der zuvor erwähnten Spannungs-Signalform beschrieben.
Eine anhand von gestrichelten Linien in Fig. 8(a) und 8(b) dargestellte Signalform 303 und eine Signalform 304 sind eine Spannungssignalform und eine Stromsignalform in dem Bearbeitungszwischenraum, die von der in Fig. 14 gezeigten Bearbeitungs zwischenraum- Spannungsanlegeschaltung erzeugt sind und jeweils für den Vergleich mit den Signalformen 301 und 302 gezeigt sind.
Wie bei der Signalform 303 bezeichnet, wird bei der in Fig. 14 gezeigten Bearbeitungszwischenraum- Spannungsanlegeschaltung sobald eine elektrische Entladung zu einem Zeitpunkt TT1 gestattet ist, diese solange fortgeführt, bis die Zeit T1 endet, und die Bearbeitungszwischenraumspannung verbleibt hoch bei -E01, während die Entladung fortgeführt wird. Im Hinblick auf die Stromsignalform bleibt es, wie in Fig. 8(b) gezeigt, bei dem Strom Ipo, bis die Zeit T1 endet.
Gemäß der in Fig. 14 gezeigten üblichen Bearbeitungszwischenraum-Spannungsanlegeschaltung dauert deshalb dann, wenn eine Entladung bei einer an dem Bearbeitungszwischenraum anliegenden negativen Spannung gestartet wird, diese solange fort, bis die Zeit T1 endet, wodurch im wesentlichen die Qualität der bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks 2 reduziert ist. Im Vergleich hierzu kehrt bei der in Fig. 6 gezeigten Bearbeitungszwischenraum-Spannungsanlegeschaltung dann, wenn eine Entladung gestartet ist, der Entladungsstrom innerhalb einer kurzen Zeit zu Null zurück, wodurch die Verschlechterung der Qualität der bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks 2 vermieden wird.
Hier wird auch der Fall betrachtet, bei dem elektrostatische Kapazitätskomponenten in dem Bearbeitungszwischenraum vorliegen, wodurch die in Fig. 7(a) anhand der gestrichelten Linie dargestellte Spannungssignalform während der Zeit T1 auftritt. Während die Spannungssignalform sich langsam der Größe -E1 ausgehend von Null Volt im Verlauf der Zeit dann nähert, wenn die elektrostatische Kapazität in dem Bearbeitungszwischenraum groß ist, nähert sie sich schnell dem Wert von -E1 ausgehend von null Volt dann, wenn die Kapazität klein ist, wie in Fig. 9(a) gezeigt.
Wie in den Fig. 9(b) und 9(c) gezeigt, variiert selbst dann, wenn die elektrostatische Kapazität in dem Bearbeitungszwischenraum identisch ist, die Annäherungsgeschwindigkeit der Spannung, ausgehend von dem Null-Volt-Zustand zu -E1 in Abhängigkeit der von der Amplitude des Tastverhältnisses der Oszillationsausgangssignalform des Hochfrequenzoszillators 41.
Insbesondere dann, wenn das Tastverhältnis groß ist (die Zeitperiode, in der dei Halbleiterumschalteinrichtungen 12 und 15 angeschaltet sind, ist länger als die Zeitperiode, in der sie abgeschaltet sind) wird die Spannung -E1 schnell erreicht. Umgekehrt wird dann, wenn das Tastverhältnis gering ist, die Spannung -E1 langsam erreicht.
Demnach ermöglicht unabhängig davon, ob eine elektrostatische Kapazität in dem Bearbeitungszwischenraum existiert oder nicht, eine Veränderung des Tastverhältnisses die Variation des integrierten Werts der negativen Spannung, die auf dem Bearbeitungszwischenraum während der Zeit T1 einwirkt.
Somit kann dadurch, daß das Tastverhältnis so eingestellt wird, daß die integrierten Werte der an dem Bearbeitungszwischenraum anliegenden positiven und negativen Spannungen im Durchschnitt gleich sind, d.h. daß die Durchschnittsspannung Null ist, das Auftreten der Deformation und Magnetisierung der Oberfläche des Werkstücks 2 aufgrund der Elektrolyse und der elektrolytischen Korrosion perfekter vermeiden.
Es ist zu erkennen, daß gemäß dem in Fig. 6 gezeigten Blockschaltbild die Umschalteinrichtung 12 oft an- und abgeschaltet wird, im Ansprechen auf die Hochfrequenzausgangsgröße der Oszillatorschaltung 41. Jedoch kann, wie in Fig. 7(c) gezeigt, der Strom immer dann abgetrennt werden, wenn dies günstig ist, und zwar während der Zeit des Anliegens der negativen Spannung. Ferner kann, wie in Fig. 7(d) gezeigt, nach dem Detektieren einer Entladung durch die negative Spannung die Umschalteinrichtung 12 während der festgelegten Zeitperiode T5 nach der Entladung abgeschaltet werden und anschließend wieder angeschaltet werden.
Die Fig. 10(a) und 10(b) zeigen ein Beispiel eines Verfahrens und eines Geräts zum Verändern des Tastverhältnisses.
In Fig. 10(a) bezeichnet das Bezugszeichen 501 eine Hochfrequenz-Oszillatorschaltung, die zum Verändern des Tastverhältnisses entworfen ist. Die Hochfrequenz- Oszillatorschaltung 501 wird anstelle der Hochfrequenz- Oszillatorschaltung 41 der in Fig. 6 gezeigten Bearbeitungszwischenraum-Spannungsanlegeschaltung eingesetzt.
Das Bezugszeichen 502 bezeichnet einen Systemtastgenerator zum Erzeugen eines Tastpulses einer festgelegten Frequenz mit einem bestimmten Tastverhältnis
Das Bezugszeichen 503 bezeichnet einen Sägezahn-Pulsgenerator zum Empfangen des Tastpulses als ein Ausgangssignal des Systemtaktgenerators 502 und zum Erzeugen eines Sägezahnpulses einer Frequenz, die identisch zu derjenigen des Tastpulses ist.
Das Bezugszeichen 504 bezeichnet einen Spannungskomparator zum Vergleichen des Ausgangssignals des Sägezahn- Pulsgenerators 503 und der Spannung an einem Referenzspannungsanschluß 505. Der Spannungskomparator 504 gibt ein 1-Signal dann aus, wenn die Amplitude des Ausgangssignals des Sägezahn-Pulsgenerators 503 größer als bei dem Referenzspannungsanschluß 505 ist, und sie gibt ein 0-Signal aus, wenn sie kleiner ist.
Das 1-Signal wird durch eine festgelegte positive Spannung dargestellt, und das 0-Signal durch null Volt oder eine Spannung in der Nähe von null Volt.
Die Hochfrequenz-Oszillatorschaltung 501 ermöglicht die Veränderung des Tastverhältnisses der Ausgangssignalform durch Variieren der Amplitude der Spannung bei dem Referenzspannungsanschluß 505. Das heißt durch Festlegen der Spannung bei dem Referenzspannungsanschluß 505 auf einen höheren Wert, wird ein Puls mit im Vergleich zur Null-Periode kürzerer 1-Periode an dem Ausgangsanschluß des Spannungskomparators 504 ausgegeben, d.h. dem Ausgangsanschluß der Hochfrequenz-Oszillatorschaltung 501. Im Vergleich hierzu wird durch Festlegen der Spannung bei dem Referenzspannungsanschluß 505 auf einen niedrigeren Wert ein Puls ausgegeben, dessen 1-Periode im Vergleich zu seiner 0- Periode länger ist, und zwar bei dem Ausgangsanschluß des Spannungskomparators 504, d.h. dem Ausgangsanschluß der Hochfrequenz-Oszillatorschaltung 501.
Die Fig. 10(b) zeigt die Eingangs- und Ausgangssignalformen des Spannungskomparators 504 für einen gegenseitigen Vergleich.
Durch Verbinden des Referenzspannungsanschlusses 505 des Verstärkungsausgangs einer Verstärkerschaltung 506, die eine Differenz zwischen der Detektionsausgangsgröße eines (nicht gezeigten) Bearbeitungszwischenraum-Durchschnitts- Spannungsdetektors und einem Durchschnittsspannungs- Einstellwert bestimmt, wird eine Gegenkopplung durchgeführt, damit das Tastverhältnis automatisch so verändert werden kann, daß die Durchschnittsspannung in dem Bearbeitungszwischenraum den Durchschnittsspannungs- Einstellwert annimmt.
Durch Festlegen des Durchschnittsspannungs-Einstellwert auf Nnull Volt in diesem Zeitpunkt wird das Tastverhältnis automatisch so festgelegt, daß die Durchschnittsspannung in dem Bearbeitungszwischenraum einen Wert von Null Volt annimmt.
Die Tastverhältnis-Steuervorrichtung enthält den Sägezahn-Pulsgenerator 503 und den Spannungskomparator 504 und die Verstärkerschaltung 506. Die Tastverhältnis-Steuervorrichtung ist nicht auf analoge Signalverarbeitung beschränkt, sondern sie kann eine digitale Bearbeitung durchführen.
Die Fig. 11 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen einer weiteren Bearbeitungszwischenraum- Spannungsanlegeschaltung für die in Fig. 1 gezeigte Bearbeitungszwischenraum- Anlegeschaltung.
Unter Bezug auf die Fig. 11 bezeichnet das Bezugszeichen 28 eine zweite Gleichstrom-Stromversorgung, die eine Spannung E2 ausgibt, und das Bezugszeichen 29 bezeichnet eine Gleichrichterschaltung, deren Kathode mit der Anode der zweiten Gleichstrom-Stromversorgung 28, beispielsweise einer Diode, verbunden ist. Der Absolutwert von E2 wird zu einem kleineren Wert als derjenige von Fig. 1 festgelegt. Die Anode der Diode 29 ist mit der Elektrode 1 verbunden, und die Kathode der zweiten Gleichstrom-Stromversorgung 28 ist mit dem Werkstück 2 verbunden.
Die Fig. 11 ist identisch zu der Fig. 14 zum Darstellen des üblichen Entwurfs, mit der Ausnahme, daß die zweite Gleichstrom-Stromversorgung 28 und die Diode 29 hinzugefügt sind. Die durch die Bezugszeichen 1 bis 3, 7 und 12 bis 26 bezeichneten Teile werden hier nicht beschrieben, da sie identisch zu den in Fig. 14 gezeigten sind.
Die Steuerung er in Fig. 11 gezeigten Bearbeitungszwischenraum-Spannungsanlegeschaltung wird nun beschrieben.
Bei der in Fig. 11 gezeigten Bearbeitungszwischenraum- Spannungsanlegeschaltung übt eine Reihenschaltung der zweiten Gleichstrom-Stromversorgung 28 und der Diode 29 eine Klemmfunktion aus, mit der verhindert wird, daß der Absolutwert der an dem Bearbeitungszwischenraum anliegenden negativen Spannung größer wird als derjenige der Ausgangsspannung E2 der zweiten Gleichstrom-Stromversorgung 28.
Insbesondere dann, wenn die Halbleiterumschaltelemente 12 und 15 angeschaltet sind, wird eine negative Spannung mit einem Absolutwert von E1 nicht an den Bearbeitungszwischenraum angelegt. Die Zwischenraumspannung wird auf die Spannung E3 geklemmt, die kleiner als E1 ist.
Die Diode 29 wirkt zum Unterbinden eines Stromflusses ausgehend von der Anode der zweiten Gleichstrom- Stromversorgung 28 zu der Elektrode 1.
Die Fig. 12 zeigt Spannungssigalformen in dem Bearbeitungszwischenraum. Eine Signalform weist einen Spitzenwert während der Zeit T1 auf, der anhand einer gestrichelten Linie dargestellt ist und eine Größe von -E1 aufweist. Dies ist eine Signalformdarstellung von Spannungspegeln vor dem Start der elektrischen Entladung in einem Zustand, bei dem die Reihenschaltung der zweiten Gleichstrom-Stromversorgung 28 und der Diode 29 nicht zwischen der Elektrode 1 und dem Werkstück 2 angeschlossen ist, d.h. in einem nicht geklemmten Zustand.
Eine zweite anhand der durchgezogenen Linie dargestellte Signalform weist einen Spitzenwert während der Zeit T1 auf, der eine Ampliutude von -E2 hat. Dies ist eine Signalformdarstellung von Spannungspegeln vor dem Start der elektrischen Entladung in einem geklemmten Zustand.
Da die Amplitude der an de Bearbeitungszwischenraum anliegenden Spannung somit auf die Spannung -E2 geklemmt ist, wird die sich aufgrund der negativen Spannung ergebende Entladung reduziert oder unterbunden, wodurch eine Verschlechterung der Qualität der bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks 2 vermieden wird.
Es ist auch zu erkennen, daß die zweite Gleichstrom- Stromversorgung 28 bei einer elektrischen Entladung mit einer Stromversorgung 28 auch eine Stromversorgung lediglich für den ankommenden Strom oder eine Zener- Konstantspanungsschaltung, beispielsweise eine Zener-Diode, sein kann.
Deshalb kann die zweite Gleichstrom-Stromversorgung 28 mit geringen Kosten hergestellt werden.
Wie in Fig. 12 gezeigt, wirkt eine positive Spannung auf den Bearbeitungszwischenraum während der Zeit T3. In dieser Zeit T3 vor dem Start einer Entladung liegt eine Spannung einer Amptitude von E1 an dem Bearbeitungszwischenraum an. Unabhängig davon, ob die positive oder negative Spannung an dem Bearbeitungszwischenraum anliegt, nimmt deren Absolutwert am, sobald die Ladung initiiert ist.
Die Fig. 13 zeigt ein Blockschaltbild der Bearbeitungszwischenraum-Spannungsanlegeschaltung zum Darstellen einer zusätzlichen weiteren Bearbeitungszwischenraum-Spannungsanlegeschaltung.
Die in Fig. 13 gezeigte Bearbeitungszwischenraum- Spannungsanlegeschaltung ist so entworfen, daß sie die Variation der Bearbeitungszwischenraumspannung in der Bearbeitungszwischenraum-Spannungsanlegeschaltung ermöglicht, entsprechend der in Fig. 11 gezeigten Bearbeitungszwischenraum-Spannungsanlegeschaltung.
In Fig. 13 bezeichnet das Bezugszeichen 30 einen Widerstand, und die Anode der Diode 29 ist mit der Elektrode 1 verbunden, und die Kathode der Diode 29 ist mit dem einen Ende des Widerstands 20 verbunden. Das andere Ende des Widerstands 30 ist mit der Anode einer zweiten Gleichstrom-Stromversorgung 28 verbunden und die Kathode der zweiten Gleichstrom- Stromversorgung 28 ist mit einem Werkstück 2 verbunden.
Das Bezugszeichen 31 bezeichnet ein Umschaltelement, beispielsweise eine Halbleiterumschalteinrichtung. Das Bezugszeichen 32 bezeichnet eine Umschalttreibervorrichtung, beispielsweise eine Treiberschaltung, die ein Steuersignal zum Treiben des An/Abschaltbetriebs der Halbleiterumschalteinrichtung 31 an einen Steueranschluß 31a der Halbleiterumschalteinrichtung 31 ausgibt.
Das Bezugszeichen 33 bezeichnet einen Widerstand, und ein Ende hiervon ist mit der Kathode der Diode 29 verbunden. Die Halbleiterumschalteinrichtung 31 ist zwischen dem anderen Ende des Widerstands 33 und dem Werkstück 2 angeschlossen. Das Bezugszeichen 34 bezeichnet eine Kapazität, die zwischen der Kathode der Diode 29 und dem Werkstück 2 angeschlossen ist.
Die Bezugszeichen 1 bis 3, 7 und 12 bis 29 in Fig. 13 sind zu den in Fig. 14 gezeigten identisch, sie werden deshalb hier nicht beschrieben.
Der Widerstand 30 kann dann weggelassen werden, wenn der interne Widerstand der zweiten Gleichstrom-Stromversorgung 28 ausreichend groß ist.
Nun wird die Steuerung der in Fig. 13 gezeigten Bearbeitungs zwischenraum- Spannungsanlegeschaltung beschrieben.
Die Treiberschaltung 32 ist so entworfen, daß sie bei dem Steueranschluß 31a der Halbleiterumschalteinrichtung 31 das Steuersignal zum An/Abschalten der Halbleiterumschalteinrichtung 31 eingibt, mit einer Periode, die kürzer ist als die Zeitkonstante einer CR-Schaltung mit der Streukapazität in dem Bearbeitungszwischenraum, der Kapazität 34 und dem Widerstand 33.
Eine Veränderung der Bearbeitungszwischenraumspannung wird zugelassen und zwar durch Veränderung des Tastverhältnisses für den An/Abschaltbetrieb der Halbleiterumschalteinrichtung 31.
Dies bedeutet, daß durch Bestimmen der Durchschnittsspannung des Bearbeitungszwischenraums zu Null Volt oder nahezu Null Volt durch Auswählen und Setzen des Tastverhältnisses das Auftreten der Deformation und Magnetisierung der Oberfläche des Werkstücks 2 aufgrund der Elektrolyse oder der elektrolytischen Korrosion vermieden werden kann.
Die zum Vermeiden der Fluktuation der Bearbeitungszwischenraurnspannung eingesetzte Kapazität 34 kann dann weggelassen werden, wenn die Frequenz des An/Abschaltbetriebs der Halbleiterumschalteinrichtung 31 groß ist und die Streukapazität des Bearbeitungszwischenraums groß ist.
Die zweite Gleichstrom-Stromversorgung 28, die in Serie mit dem Widerstand 30 verbunden ist, ist vorgesehen, um die Spannung E2 der zweiten Gleichstrom-Stromversorgung 28 bei der Kapazität 34 dann anzulegen, wenn die Halbleiterumschalteinrichtungen 31, 15 und 16 abgeschaltet sind. Die Spannung E2 ermöglicht, daß vermieden wird, daß die Spannung parallel zur Kapazität 34 aufgrund einer Stoßspannung ansteigt, und sie ermöglicht die Reduktion eines Einschaltspitzenstroms zum Aufladen der Kapazität 34.
Es läßt sich eine in Fig. 13 anhand einer gestrichelten Linie gezeigten und angeschlossene Umschaltelement-Tastverhältnis- Steuervorrichtung 35 zum automatischen Festlegen des Tastverhältnisses so einsetzen, daß eine negative Gegensteuerung durchgeführt wird und die Durchschnittsspannung des Bearbeitungszwischenraums einen Durchschnittsspannungs-Einstellwert annimmt, wie in Fig. 10(a) gezeigt, unter Einsatz der Detektionsausgangsgröße eines (nicht gezeigten) Bearbeitungszwischenraum- Durchschnitts-Spannungsdetektors. In diesem Fall bewirkt das Festlegen des Durchschnittsspannungs-Einstellwerts zu null Volt eine Bearbeitungszwischenraum-Durchschnittsspannung von Null Volt.
Der Widerstand 33 kann durch eine Induktanz ersetzt werden, und in diesem Fall läßt sich der Energieverbrauch aufgrund der Wärmeerzeugung des Widerstands 33 vermeiden.
Jede der unterschiedlichen Bearbeitungszwischenraum- Spannungsanlegeschaltungen sieht somit vor, daß sie einen Versatz der Spannung positiver Polarität und der Spannung negativer Polarität während der Bearbeitung bewirken. Jedoch führt dies zu einer Zunahme der Anwendungszeit einer Spannung negativer Polarität, einer Reduktion der Frequenz der zur Bearbeitung beitragenden Strompulse und einer Reduktion der durch die zweite Gleichstrom-Stromversorgung 7 erzeugten Pulse. Demnach ist die Bearbeitungsgeschwindigkeit begrenzt.
Die vorliegende Erfindung ist so ausgebildet, daß dieser Nachteil überwunden wird. Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezug auf die Fig. 1 und 2 bschrieben.
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 50 eine Spannungsklemmschaltung zum Klemmen der Spannung negativer Polarität, die dem Bearbeitungszwischenraum zugeführt wird, identisch zu der Spannungsklemmschaltung, bestehend aus der dritten Gleichstrom-Stromversorgung 28 und der Diode 29 in der zuvor unter Bezug auf die Fig. 11 beschriebenen und in dieser schematisch dargestellten Ausführungsform. Das Bezugszeichen 51 bezeichnet eine elektrostatische und schwingende Kapazität bei dem Bearbeitungszwischenraum, das Bezugszeichen 52 bezeichnet eine Entladungsdetektorschaltung zum Detektieren einer Entladung negativer Polarität, die durch die erste Gleichstrom-Stromversorgung 3 erzeugt wird, und das Bezugszeichen 53 bezeichnet eine Steuerschaltung, die Steuersignale an die Treiberschaltungen 21 bis 25 ausgibt, zum Durchführen der An/Abschaltsteuerung der Halbleiterumschalteinrichtung 12 bis 15 und 18, wie später beschrieben. Andere Teile sind zu denjenigen in den zuvor beschriebenen Bearbeitungszwischenraum- Spannungsanlegeschaltungen im wesentlichen identisch, und demnach werden sie hier nicht beschrieben.
Das Steuerverfahren gemäß der Erfindung wird nun beschrieben. Bei dem Start des Betriebs sind von den Halbleiterumschalteinrichtungen 12 bis 15, die in Brückenweise mit der Elektrode 1 und dem Werkstück 2 zwischenverbunden sind, die Halbleiterumschalteinrichtung 13, 14 bei einer der beiden Diagonallinien beide angeschaltet, und ide Halbleiterumschalteinrichtungen 12, 15 bei der anderen Diagonallinie und die Halbleiterumschalteinrichtung 18, verbunden mit der zweiten Gleichstrom-Stromversorgung 7, sind abgeschaltet. In diesem Zeitpunkt liegt eine Spannung von +E1 im Bearbeitungszwischenraum an, wie in Fig. 2(a) gezeigt; diese Spannung kann in dem Bereich von 140 V bis 160 V bei einem praktischen Betrieb liegen. Nachdem dieser Zustand während der Zeitdauer T1 fortgedauert hat, werden alle Halbleiterumschalteinrichtungen 12 bis 15, 18 in die Abschaltbedingung umgeschaltet, um den Betrieb zu stoppen. Nachdem dieser Stoppzustand während der Zeitperiode T3 beendet ist, werden die Halbleiterumschalteinrichtungen 12, 15 angeschaltet; jedoch verbleibt die Halbleiterumschalteinrichtung 18 abgeschaltet. In diesem Zeitpunkt wird eine Klemmspannung von -Ec Volt, bestimmt durch die Klemmschaltung 50, an dem Bearbeitungszwischenraum angelegt; diese Spannungsamplitude liegt in dem Bereich von 70 bis 80 V. Da E1 näherungsweise das Doppelte der Größe Ec beträgt, jedoch im Hinblick auf die Dauer kürzer ist, lassen sich die Spannungen zum Null mitteln, jedoch kann die Frequenz höher sein. Die durch die Spannung negativer Polarität erzeugte Entladung wird durch die Entladungsdetektorschaltung 52 detektiert, die anschließend ein Detektionssignal zum Abschalten der Umschalteinrichtungen 12, 15 überträgt. Sind die Umschalteinrichtungen 12, 15 abgeschaltet, so liegt ein negativer Gleichstrom-Bogenstrom während einer extrem kurzen Zeitperiode vor, d.h. während näherungsweise zehn bis mehreren hundert Nanosekunden, bis die in der elektrostatischen Kapazität 51 des Bearbeitungszwischenraums akkumulierte elektrostatische Energie entladen ist.
Durch Anschalten der Umschalteinrichtung 18 vor dem Abschalten dieses Stroms fließt ein großer Strom positiver Polarität in den Bearbeitungszwischenraum, wodurch das Fortschreiten der Bearbeitung bewirkt wird. Wird die Umschalteinrichtung 18 nach dem Abtrennen des Bogenstroms negativer Richtung angeschaltet, so wird eine hohe Spannung positiver Polarität bei dem Bearbeitungszwischenraum bewirkt, wodurch eine offene Leitung, usw., bewirkt wird. Natürlich ist es wichtig, daß der Strom negativer Polarität und der Strom positiver Polarität nacheinander zugeführt werden, und die Länge der Zeit zwischen dem Abschalten der Umschalteinrichtungen 12, 15 bis zu dem Zeitpunkt, in dem die Umschalteinrichtung 18 angeschaltet ist, muß näherungsweise mehrere zehn Nanosekunden betragen. Eine festgelegte Zeitperiode nach dem Anschalten der Umschalteinrichtung 18 wird die Urnschalteinrichtung 18 abgeschaltet, womit der Betrieb gestoppt wird. Nach dem Verstreichen der Zeit T2 in diesem Stoppzustand wird der obige Zyklus zum Durchführen der Bearbeitung wiederholt.
Da die Widerstandswerte R11, R12 der Strombegrenzungswiderstände 16, 17 so gewählt sind, daß sie ausreichend größer als der Widerstandswert R2 des Widerstands 19 ist, wie bei dem üblichen Entwurf, ist der im Fall der angeschalteten Halbleiterumschalteinrichtung 18 zugeführte Spitzenstromwert der zweiten Gleichstrom-Stromversorgung 7 ausreichend höher als der von der ersten Gleichstrom- Stromversorgung 3 über die Halbleiterumschalteinrichtungen 12 bis 15 zugeführte Spitzenstromwert, wie anhand der Signalform in Fig. 2(b) gezeigt, und der zu der tatsächlichen elektrischen Entladungsbearbeitung beitragende Strom wird überwiegend zu bem Bearbeitungszwischenraum über die Halbleiterumschalteinrichtung 18 zugeführt.
Weiterhin sind Anwendungszeiten für die Spannung positiver und negativer Polarität so vorgegeben, daß die Spannung positiver Polarität und die Spannung negativer Polarität während der Bearbeitung einen Versatz (die Summe wird im Mittel zu Null bestimmt) aufweisen.
Wie sich anhand des Vergleichs zwischen den Fig. 2(a) und 2(b) und der Fig. 16(a) und 16(b) erkennen läßt, ermöglicht die vorliegende Erfindung ein Anschalten der Umschalteinrichtung 18 mit höherer Frequenz als wie bei dem üblichen Bearbeitungsentwurf, bei dem die Durchschnittspannung von Null aufrecht erhalten wird, wodurch sich ein hoher Strompuls zu dem Bearbeitungszwischenraum mit hoher Frequenz zuführen läßt und sich die Bearbeitungsgeschwindigkeit erheblich verbessern läßt.
Während die Anwendungszeit T1 zur Spannung positiver Polarität so vorgegeben wurde, daß die Spannung positiver Polarität und die Spannung negativer Polarität während der Bearbeitung gemäß der Erfindung einen Versatz aufweisen, kann eine Durchschnittsspannungs-Detektorvorrichtung (in Fig. 1 anhand des Bezugszeichens 54 bezeichnet) vorgesehen sein, zum Detektieren der Durchschnittsspannung während der Bearbeitung, damit die Anlegezeit T1 der Spannung positiver Polarität so gesteuert wird, daß die Durchschnittsspannung zu Null bestimmt wird, wodurch ein zuverlässigerer Vermeidungseffekt der elektrolytischen Korrosion erzielt wird.
Weiterhin wird durch Bereitstellen einer Entladungsdetektorvorrichtung 55 zum Detektieren einer aufgrund der Spannung positiver Polarität (gezeigt in Fig. 4) erzeugten Entladung und durch Bereitstellen einer extrem kurzen, nicht reduzierbaren minimalen Stoppzeit, die zum Abtrennen des Gleichstrombogens erforderlich ist, die aufgrund der Spannung positiver Polarität dann erzeugt wird, wenn eine Entladung durch die Spannung positiver Polarität erzeugt wird, wie in den Fig. 3(a) und 3(b) gezeigt, das Vorliegen des aufgrund der Spannung positiver Polarität erzeugten Gleichstrombogens vermieden, wodurch eine stabilere Bearbeitung gewährleistet ist. Die geeignete Länge dieser außerordentlich kurzen Stoppzeit beträgt 0,5 bis 2 Sekunden gemäß den Experimenten, obgleich sie von dem Status des Bearbeitungszwischenraums und von dem Typ des Werkstücks abhängt.
Umgekehrt kann die Entladungsdetektorvorrichtung 52 zum Detektieren der Entladung, die durch die Spannung negativer Polarität erzeugt wird, zum Abtrennen des Gleichstrombogens eingesetzt werden, der durch die Spannung negativer Polarität erzeugt wird, in ähnlicher Weise, und zwar dann, wenn die Entladung durch die Spannung negativer Polarität erzeugt wird.
Die vorliegende Erfindung wird nun uner Bezug auf die Fig. 4 beschrieben.
In Fig. 4 bezeichnet das Bezugszeichen 56 eine Steuerschaltung, die Steuersignale an die Treiberschaltung 21 bis 25 ausgibt, zum Durchführen der Anschalt/Abschaltsteuerung der Halbleiterumschalteinrichtungen 12 bis 15, 18, wie nachfolgend beschrieben. Andere Teile sind im wesentlichen identisch zu den zuvor beschriebenen, und sie werden deshalb hier nicht beschrieben.
Das entsprechende Steuerverfahren wird nun beschrieben, und dieses Steuerverfahren ist in der Lage, eine Bearbeitung sowohl mit einem Treibermodus durchzuführen, bei dem ein großer Strom positiver Polarität dann zugeführt wird, wenn eine Entladung aufgrund der Spannung positiver Polarität auftritt, wie bei dem üblichen Entwurf (im folgenden als der erste Modus bezeichnet), als auch einen Treibermodus, bei dem ein großer Strom positiver Polarität zugeführt wird, wenn eine Entladung negativer Polarität auftritt, wie bei dem unter Bezug auf die Fig. 1 beschriebenen Entwurf (im folgenden als der zweite Modus bezeichnet).
Insbesondere wird im ersten Modus das Werkstück mit dem Betrieb bearbeitet, der bei dem üblichen Entwurf durchgeführt wird. Zunächst werden die Umschalteinrichtungen 13, 14 angeschaltet, um die Spannung positiver Polarität an dem Bearbeitungszwischenraum anzulegen. Nachdem durch die Spannung positiver Polarität erzeugte Entladung durch die Entladungsdetektorvorrichtung 55 detektiert wurde, wird die Umschalteinrichtung 18 angeschaltet, damit ein großer Strom positiver Polarität dem Bearbeitungszwischenraum zugeführt wird. Hierauf werden nach einem Stopp während der festgelegten Zeit T2 die Umschalteinrichtungen 12, 15 angeschaltet, damit eine Spannung negativer Polarität anliegt. Dieser Zyklus wird zum Fortführen der Bearbeitung wiederholt. Ogleich er zu einer geringen Bearbeitungsgeschwindigkeit führt, ergibt dieser Modus eine bearbeitete Oberfläche mit einer geringeren Beschädigung, z.B. Mikrorissen, und sie eignet sich besonders für die Bearbeitung gesinterter Materialien, beispielsweise Karbidlegierungen und Sinterdiamant und leitende Keramiken.
Bei dem zweiten Modus wird das Werkstück gemäß dem Betrieb bearbeitet, wie er bei dem unter Bezug auf die Fig. 1 beschriebenen Entwurf durchgeführt wird. Zunächst werden die Umschalteinrichtungen 12, 15 angeschaltet, zum Anlegen einer Spannung negativer Polarität an dem Bearbeitungszwischenraum. Nachdem die durch die Spannung negativer Polarität erzeugte Entladung durch die Entladungsdetektorvorrichtung 52 detektiert wurde, werden die Umschalteinrichtungen 12, 15 abgeschaltet. Sind die Umschalteinrichtungen 12, 15 abgeschaltet, so besteht ein Bogenstrom mit einem Strom negativer Richtung während einer extrem kurzen Zeitperiode solange fort, bis die in der elektrostatischen Kapazität 51 des Bearbeitungszwischenraums akkumulierte elektrische Energie entladen ist. Durch Anschalten der Umschalteinrichtungen 18 vor dem Abtrennen dieses Stroms fließt ein großer Strom positiver Polarität in den Bearbeitungszwischenraum, wodurch die Bearbeitung fortschreitet.
Der Strom negativer Polarität und der Strom positiver Polarität werden aufeinanderfolgend zugeführt, und die Umschalteinrichtung 18 wird nach einer festgelegten Zeitperiode abgeschaltet, damit der Betrieb gestoppt wird. Nach dem Verstreichen der Zeit T2 in diesem Stoppzustand, wird der Zyklus zum Durchführen der Bearbeitung wiederholt. Durch Gewährleistung einer hohen Bearbeitungsgeschwindigkeit, wie oben beschrieben, eignet sich dieser Modus insbesondere für die Bearbeitung von eisenbasierten Materialien.
Es ist zu erkennen, daß bei dem bearbeiteten Werkstück das Auftreten der elektrolytischen Korrosion bei jedem dieser beiden Moden vermieden werden kann, da diese Moden so vorbestimmt oder gesteuert sind, daß ein Versatz zwischen der Spannung positiver Polarität und der Spannung negativer Polarität während der Bearbeitung (Nullbildung der Summe im Durchschnitt) entsteht.
Während bisher lediglich der Start des großen Stroms positiver Polarität dann betrachtet wurde, wenn die Entladung entweder aufgrund der Spannung positiver Polarität oder der Spannung negativer Polarität auftrat, kann der große Strom zugeführt werden, nachdem beide Entladungen aufgrund der Spannung positiver Polarität und der Spannung negativer Polarität aufgetreten sind, wie in den Fig. 5(a) und 5(b) gezeigt zum Verbessern der Bearbeitungsgeschwindigkeit und zum Vermeiden der elektrolytischen Korrosion.
Weiterhin läßt sich durch Ausbildung einer außerordentlich kurzen irreduziblen minimalen Stoppzeit von näherungsweise 0,5 bis 2 Sekunden, die zum Abtrennen des Gleichstrombogens aufgrund der Spannung positiver Polarität oder der Spannung negativer Polarität dann erforderlich ist, wenn die Entladung durch die Spannung positiver Polarität oder die Spannung negativer Polarität erzeugt wird, das Fortdauern des Gleichstrombogens aufgrund der Spannung positiver Polarität oder der Spannung negativer Polarität vermieden werden, wodurch eine stabilere Bearbeitung gewährleistet ist.
Es ist zu erkennen, daß im Rahmen der Erfindung ein Steuerverfahren für eine elektrische Funkenerosionsmaschine bereitgestellt wird, das das Auftreten einer Entladung bei Anliegen einer Spannung negativer Polarität während der Bearbeitung vermeidet, derart, daß eine Durchschnittsspannung von Null gehalten wird, und daß bei Auftreten einer Entladung, falls dies der Fall ist, ermöglicht, daß diese vollständig unmittelbar eliminiert wid, wodurch sich eine Qualitätsreduktion bei den bearbeiteten Oberflächen eines Werkstücks aufgrund des Durchführens der Entladung während eines Anlegezustands einer Spannung negativer Polarität vermeiden läßt.
Es ist auch zu erkennen, daß im Rahmen der Erfindung ein Steuerverfahren für eine Funkenerosionsmaschine geschaffen wird, das zusätzlich ermöglicht, daß sich die Durchschnittsspannung zwischen der Elektrode und dem Werkstück leicht auf eine festgelegte vorgegebene Spannung steuern läßt.

Claims

1. Verfahren zum Steuern des Betriebs einer Funkenerosionsmaschine (EDM) mit einer Elektrode (1), die einer dem Werkstück (2) mit festgelegter Distanz hiervon gegenüberliegt und einen Bearbeitungszwischenraum definiert, derart, daß eine elektrostatische Kapazität (51) bei dem Bearbeitungszwischenraum existiert, enthaltend die Schritte:

a) Anlegen einer ersten Gleichspannung (E&sub1;) mit einer ersten Polarität parallel zu dem Zwischenraum während einer ersten Zeitperiode (T&sub1;);

b) Anlegen einer zweiten Gleichspannung (-Ec) mit zweiter Polarität entgegengesetzt zu der Polarität der ersten Spannung parallel zu dem Bearbeitungszwischenraum während einer zweiten Zeitperiode;

c) Detektieren der Entladung eines Stroms der zweiten Polarität von der elektrostatischen Kapazität (51) im Bearbeitungszwischenraum, und

d) Zuführen eines Stroms erster Polarität (Ip) zu dem Bearbeitungszwischenraum vor dem Abtrennen des Stroms der zweiten Polarität, wodurch der zwischen der Elektrode (1) und dem Werkstück (2) während der zweiten Periode fließende Strom einen festgelegten Wert aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spannung eine positive Spannung (E&sub1;) und die zweite Spannung eine negative Spannung (-Ec) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner den Schritt zum Wiederholen der ersten und zweiten Zeitperiode mit einem festgelegten Zyklus enthält, derart, daß der vorgegebene Wert näherungsweise zu Null wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner den Schritt zum Vorgeben der ersten und zweiten Zeitperioden enthält, sowie zum Wiederholen dieser Perioden in einem Zyklus mit festgelegter Folge derart, daß die Spannungen (E&sub1;, -Ec) positiver und negativer Polarität während der Bearbeitung einen Durchschnitt von näherungsweise Null aufweisen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner den Schritt zum periodischen Rückführen der ersten Spannung (E&sub1;) zu einer dritten Spannung enthält, die im Hinblick auf die Amplitude kleiner als die erste Spannung ist, während der ersten Zeitperiode (T&sub1;).

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner den Schritt zum Detektieren der Durchschnittsspannung während der Bearbeitung enthält, sowie den Schritt zum Steuern zumindest der ersten Zeitperiode derart, daß die Durchschnittsspannung einen festgelegten Wert annimmt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der ersten Spannung (E&sub1;) näherungsweise das Doppelte derjenigen der negativen Spannung (-Ec) ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der ersten positiven Spannung näherungsweise 140 bis 160 V beträgt und daß der Wert der negativen Spannung (-Ec) näherungsweise -70 bis -80 V beträgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner den Schritt zum Ausbilden eines Stroms positiver Polarität enthält, während eine Entladung aufgrund der Spannung positiver Polarität (E&sub1;) stattfindet.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner den Schritt zum Ausbilden eines Ersatzstroms enthält, nachdem eine Entladung aufgrund der Spannung positiver Polarität (E&sub1;) auftritt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen unterschiedlicher Polarität (E&sub1;, -Ec) durch Schalten der Halbleiterumschalteinrichtungen (12, 15) an- und abgeschaltet werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Abschalten der Halbleiterumschalteinrichtung (12, 15) ein negativer Gleichstrombogen Strom während einer außerordentlich kurzen Periode von näherungsweise mehreren zehn bis mehreren hundert Mikrosekunden existiert.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß durch Anschalten der Umschalteinrichtung (18) vor dem Abtrennen des negativen Gleichstrom-Bogenstroms ein großer Strom positiver Polarität (Ip) in dem Bearbeitungs zwischenraum fließt.