DE3005073C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Strom- bzw. Spannungsver­ sorgungsschaltung zum funkenerosiven Bearbeiten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche Spannungsversorgungsschaltung ist aus der US-PS 39 74 357 bekannt.

Eine Speicher-Strom- bzw. Spannungsversorgung wird be­ reits beim funkenerosiven Bearbeiten eingesetzt; dabei wird ein Speicherkondensator durch eine Gleichstrom­ quelle aufgeladen und die im Kondensator gespeicherte Ladung wird über dem Bearbeitungsspalt zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück entladen, um wie­ derholt eine gepulste elektrische Entladung über dem Bearbeitungsspalt zu erzeugen. Derartige Vorrichtungen sind gegenüber einer speicherfreien, direkt schalten­ den Vorrichtung insoweit vorteilhaft, als eine Folge von Bearbeitungsimpulsen einer extrem kurzen Dauer in der Größenordnung von µs, die für Abschluß- oder Fein­ bearbeitungsoperationen erforderlich sind, sofort er­ zeugt werden kann. Dennoch sind herkömmliche Speicher- Strom- bzw. Spannungsversorgungsvorrichtungen in uner­ wünschter Weise in ihrem Einsatz begrenzt, was auf eine geringe Leistungsfähigkeit und eine unzureichende An­ passsungsfähigkeit zurückzuführen ist.

Aus der US-PS 39 56 609 ist eine Strom- bzw. Spannungs­ versorgungsschaltung zum funkenerosiven Bearbeiten be­ kannt, mit einer Gleichstromquelle, einem Speicherkon­ densator, einer die Gleichstromquelle mit dem Konden­ sator verbindenden Ladeschaltung einschließlich einer ersten Schalteinrichtung und einer den Kondensator mit dem Arbeitsspalt zwischen einer Werkzeugelektrode und einem Werkstück verbindenden Entladeschaltung ein­ schließlich einer zweiten Schalteinrichtung, einem ersten Impulsgeber zum gesteuerten Ein- und Ausschalten der ersten Schalteinrichtung und einem zweiten Impuls­ geber zum gesteuerten Ein- und Ausschalten der zweiten Schalteinrichtung.

Diese Schaltung ermöglicht es, über dem Bearbeitungs­ spalt Impulse zu erzeugen, deren Länge und Intensität einstellbar sind. Eine weitere Beeinflussungsmöglich­ keit der Form der Impulse ist nicht vorgesehen.

Die US-PS 39 74 357 zeigt eine Vorrichtung zur funken­ erosiven Bearbeitung, bei der die Bearbeitungsimpulse in ihrer Form eingestellt werden können. Die Dauer der Be­ arbeitungsimpulse ist jedoch jeweils so lange, daß sie für eine End- bzw. Feinbearbeitung von Werkstücken nicht in Frage kommen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Strom- bzw. Spannungs­ versorgungsschaltung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß jede vorgewählte Signalform aus einer Aufeinanderfolge extrem kurzer Bearbeitungsimpulse vor­ gegebener Amplitude erzeugt werden kann.

Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.

Unteransprüche sind auf bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Versorgungsschaltung gerichtet.

Dabei ist es aus der DE-AS 25 47 767 bekannt, beliebig geformte Bearbeitungsimpulse zu erzeugen, deren Verlauf mittels abgespeicherter Hüllkurven vorgegeben werden kann.

Insbesondere ist der zweite Impulsgeber im Zusammen­ hang mit der als eine Schalteinheit von Transistoren oder anderen elektronischen Schalt-Bauelementen aus­ geführten zweiten Schalteinrichtung gestaltet, um ge­ steuert die Schaltelemente anzusteuern, so daß der Schalter in der Entladungsschaltung als ein veränder­ licher Widerstand dient, der direkt den Stromverlauf des Kondensator-Entladestromes bestimmt.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1(a), 1(b), 1(c), 1(d), 1(e), 1(f) schematisch den Verlauf einer Hüllkurve einer Folge von Elementarimpulsen, die geformt ist, um verschiedene stromändernde Kennlinien zu erzeugen, und

Fig. 2 ein Schaltbild mit einer Strom- bzw. Spannungs­ versorgungsschaltung nach der Erfindung.

In den Fig. 1(a), 1(b), 1(c), 1(e) und 1(f) sind ver­ schiedene typische Signalformen eines Entladestromes gezeigt, der durch den Arbeitsspalt fließt, die durch den Impulsgeber erzeugbar sind, der auf den Ent­ ladungsschalter einwirkt, um gesteuert die im Konden­ sator gespeicherte Ladung über den Arbeitsspalt zu entladen. Das Signal in Fig. 1(a) ist sägezahnförmig und weist seinen Spitzenwert in der mittleren Zeitdauer der Entladung auf; das Signal in Fig. 1(b) ist sägezahn­ förmig und weist seinen Spitzenwert in einer End-Zeit­ dauer der Entladung auf; das Signal in Fig. 1(c) ist sägezahnförmig und weist seinen Spitzenwert in einer Anfangs-Zeitdauer der Entladung auf; das Signal in Fig. 1(d) ist stufenförmig mit einem erhobenen Plateau in der Mitte der Hüllkurve der Entladungsimpulse, das Signal 1 e ist stufenförmig mit einem erhobenen Plateau in einer End-Zeitdauer der Entladung. Jede dieser verschiedenen Entladungssignal-Kennlinien wird durch Steuern des Schaltens des Entladungsschal­ ters mit einem Impulsgeber erhalten.

In Fig. 2, die ein Auführungsbeispiel der Erfindung zeigt, ist ein Speicherkondensator 1 durch eine Gleich­ stromquelle 2 aufladbar und über einen Arbeitsspalt 3 zwischen einer Werkzeugelektrode E und einem Werk­ stück W entladbar. Die die Gleichstromquelle 2 mit dem Kondensator 1 verbindende Ladeschaltung umfaßt einen Schalter 4, der durch einen Transistor dargestellt ist, jedoch insbesondere als eine Schalteinrichtung von Tran­ sistoren oder anderen elektronischen Schalt-Bauelementen einer vorbestimmten Anzahl ausgeführt wird, die parallel miteinander verbunden sind, um einen vorbestimmten Höchst-Ladestrom zu führen. Mit der Entladeschaltung für den Kondensator 1 ist ein zweiter Schalter 5 verbunden, der wieder symbolisch durch einen einzigen Transistor dargestellt ist, jedoch tatsächlich eine Schalteinheit von Transistoren oder anderen elektronischen Schaltern einer vorbestimmten Anzahl aufweist, die parallel zu­ einander geschaltet sind. Die zuletzt genannten Tran­ sistoren oder Schalter, die auch hier als ein veränder­ licher Widerstand für den Entladestrom des Kondensators 1 dienen, sind während der Zeit, in der jeder Impuls gebil­ det wird, wahlweise in die Schaltung eingeführt oder ein­ geschaltet, so daß der sich ergebende Entladestrom durch den Bearbeitungsspalt 3 jeden gesteuerten Verlauf, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, oder einen sonstigen Verlauf besitzt.

Der Schalter 4 in der Ladeschaltung wird abhängig von einem durch einen Impulsgenerator 6 erzeugten Impuls ein- und ausgeschaltet. Der Schalter 5 in der Ent­ ladeschaltung wird abhängig von einem durch einen Impulsgeber 7 erzeugten Impuls und abhängig von den durch den zweiten Impulsgeber 8 erzeugten Impulsen ein- und ausgeschaltet.

Der Speicherkondensator 1 hat eine Fühlerschaltung 9, der zur Erfassung der Ladespannung vorgesehen ist und deren Ausgangssignal mit dem Ausgangssignal des ersten Impulsgebers 6 bei einem UND-Glied 10 gemischt wird, das seinerseits in die gesteuerten Elektroden des Schal­ ters 4 geführt ist. Die Fühlerschaltung 9 hat einen zu­ sätzlichen Ausgangsanschluß, der über einen Inverter bzw. ein NICHT-Glied 12 an einem ersten Eingang eines UND- Gliedes 11 liegt. Das UND-Glied 11 hat einen zweiten und einen dritten Eingang, die Ausgangssignale des Signal­ impulsgebers 7 bzw. 8 empfangen, und einen Ausgang, der zu den Steuerelektroden des Schalters 5 geführt ist.

Das Justieren und Verschieben der Werkzeugelektrode E bezüglich des Werkstückes W wird durch eine Servo- Steuereinheit 13 bewirkt. Die Versorgungsschaltung weist auch einen Mikroprozessor 14 mit einer Zentraleinheit 14 a, einem Schreib-Lese-Speicher (RAM) 14 b und einem Festwertspeicher (ROM) 14 c. Die Speicher 14 b und 14 c sind vorgesehen, um numerische Daten über verschiedene Bearbeitungszustände zu speichern, die in die Signal­ geber 6, 7 (Signalverlauf) und 8, die Fühlerschaltung 9 und die Servo-Steuereinheit 13 einzugeben sind. Die Zentraleinheit 14 a spricht auf Hand-Eingangssignale, eine Änderung im Bearbeitungszustand im Spalt 3 anzei­ gendes Signal oder ein eine gewünschte Änderung in auf­ einanderfolgenden Bearbeitungsschritten befehlendes Signal an, um die gespeicherten numerischen Daten zu verarbeiten und dann Ausgangssignale zu erzeugen, die auf die Bauelemente 6, 7, 8 sowie 8 und 13 einwirken.

Im Betrieb beginnt der Kondensator 1 zu laden, wenn der Schalter 4 eingeschaltet ist, und wird weiter aufge­ laden, bis dieser ausgeschaltet ist. Die Ladeenergie für den Kondensator 1 wird durch die Ein-Zeit des Schalters 4 bestimmt, die beim Signalimpulsgeber 6 ein­ gestellt ist. Die entladbare Speicherenergie eines Pegels, der am besten an eine vorgewählte Bearbeitungs­ art und Bedingungen angepaßt ist, wird so gewährleistet, indem die Ein-Zeit für den Schalter 4 eingestellt wird. Wenn der Kondensator 1 das Laden auf einen gewünschten Pegel abschließen, wird der Schalter 5 in der Entlade­ schaltung eingeschaltet, um eine elektrische Entladung einer Ein-Zeit oder einer Zeitdauer T _ein , die im Signal­ impulsgeber 7 bestimmt wird, über dem Arbeitsspalt 3 zu erzeugen. Während der Einzel-Impulsentladung wird die Anzahl der Transistoren, die den Schalter 5 in einer Schaltung zwischen dem Kondensator 1 und dem Arbeits­ spalt 3 bilden, abhängig von dem durch den Impuls­ geber 7 erzeugten Signal geändert, um kontinuierlich oder stufenweise den wirksamen oder effektiven Wider­ stand in der Entladeschaltung zu ändern, so daß die ge­ pulste elektrische Entladung eines gewünschten Verlaufes durch den Arbeitsspalt 3 erfolgt. Im dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel beaufschlagt der zweite Impulsgeber 8 das UND-Glied 11 mit einer Folge von Elementarsignalimpulsen einer Mindest-Zeitdauer oder Ein-Zeit τ _ein und eines Mindest-Impulsintervalles oder Aus-Zeit τ _aus . Die Folge der Elementarsignalimpulse, die im UND-Glied 11 mit einem Signalimpuls der längeren Ein-Zeit T _ein gemischt sind, der vom Generator 7 einge­ speist ist und damit für die Zeitdauer T _ein fortdauern kann, liegt am Schalter 5. Während der Zeit T _ein wird der Schalter 5 periodisch angesteuert und leitend ge­ macht mit der Zeitdauer τ _ein und nichtleitend gemacht mit dem Intervall t _aus . Das Ergebnis ist der Durchgang eines zusammengesetzten oder gemischten Entladeimpulses T _ein eines gesteuerten Verlaufes, der aus periodisch auftretenden oder ununterbrochenen Elementarentladeim­ pulsen τ _ein , τ _aus über dem Arbeitsspalt 3 be­ steht, wie dies schematisch in Fig. 1 gezeigt ist.

Wenn die Ladung auf dem Kondensator 1 als Ergebnis der gesteuerten Erzeugung einer vollständigen oder zusammen­ gesetzten elektrischen Entladung durch den Arbeits­ spalt 3 verbraucht wird, fällt dessen Anschlußspannung ab und wird durch die Fühlerschaltung 9 mit einem darin eingestellten Schwellenwert erfaßt. Die Fühlerschaltung hat so Schwellenwert-Funktionen und kann z. B. durch einen Schmitt-Trigger gebildet werden. Wenn die Anschluß­ spannung des Kondensators 1 kleiner als dieser Wert wird, arbeitet die Fühlerschaltung 9, um ein "1"-Ausgangssignal zu erzeugen. Das Ausgangssignal liegt am Glied 10, um dieses freizugeben, damit ein Signalimpuls des Generators 6 dort hindurchgeführt und zum Ladeschalter 4 gespeist werden kann. Mit dem leitend gemachten Schalter 4 beginnt der Kondensator 1 ein erneutes Laden.

Das Ausgangssignal "1" der Fühlerschaltung 9 wird da­ gegen durch das NICHT-Glied 12 in ein "0"-Signal umge­ kehrt, das am UND-Glied 11 liegt, um dieses abzuschalten, damit der Schalter 5 nichtleitend gehalten wird. Die Fühlerschaltung 9 hat auch einen darin voreingestellten zweiten Schwellenwert. Wenn das Ladepegel oder die An­ schlußspannung des Kondensators 1 diesen Wert überschrei­ tet, tritt eine Umkehrung im Zustand der Fühlerschaltung 9 ein, um ein "0"-Ausgangssignal zu erzeugen, das einer­ seits am UND-Glied 10 und andererseits nach einer Um­ kehrung in ein "1"-Signal durch die NICHT-Stufe 12 am UND-Glied 11 liegt. Nunmehr wird das Glied 10 abgeschal­ tet, um das Leiten eines Signalimpulses des Generators 6 zum Schalter 4 zu sperren, wodurch dieser nichtleitend gemacht wird, und das Glied 11 wird eingeschaltet oder freigegeben, damit ein Signalimpuls des Gebers 7 zum Schalter 5 geschickt werden kann, wodurch dieser lei­ tend gemacht wird. Auf diese Weise werden die Lade- und Entladezyklen des Kondensators 1 genau durch die Lade- und Entladeschalter 4 und 5 gesteuert, die zu allen Zeiten in konjugierte Stufen oder Zustände gebracht und gehalten sind, so daß eine genau gesteuerte Wiederholung der Speicherung eines vorbestimmten Betrages einer elek­ trischen Energie und deren anschließende Entladung mit einem gewünschten Stromverlauf gewährleistet sind. In aufeinanderfolgenden Entladezyklen wird der Schaltung 5 gesteuert mittels des gesteuerten Ausgangssignales des Gebers 7 leitend gemacht, um einen vollständigen (inte­ gralen) oder periodisch unterbrochenen zusammengesetzten Bearbeitungsimpuls einer Entlade-Signalform zu ent­ wickeln, die entsprechend einer bestimmten gewünschten Bearbeitungsart vorgewählt ist.

Im dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein zweiter Signalimpulsgeber 8 vorgesehen, um eine Reihe kurzzeitiger Signalimpulse zu liefern, die an die Ent­ ladeschaltung 5 für die Zeitdauer eines Signalimpulses zu legen sind, der durch einen Haupt-Entladesignal- Impulsgeber 7 abgegeben ist, so daß der Spalt-Entlade­ strom der gesteuerten Signalform im Verlauf eines ge­ mischten oder zusammengesetzten Impulses vorliegt, der aus mehreren periodisch unterbrochenen Elementarimpulsen besteht.

Eine Folge von Elementarimpulsen, die einen zusammen­ gesetzten Entladestrom bilden, kann eine Ein-Zeit oder Zeitdauer τ _ein und eine Aus-Zeit oder ein Impulsinter­ vall τ _aus jeweils im Bereich zwischen 1 und 100 µs auf­ weisen, die im zweiten Signalimpulsgeber 8 voreinge­ stellt sind. Bei der Wiederholung des Ladens und Ent­ ladens des Kondensators 1 in der gezeigten Vorrichtung wird so beim Bearbeitungsspalt 3 eine Folge periodisch auftretender Folgen von Elementarbearbeitungsimpulsen erzeugt, wobei jede Folge eine voreingestellte Anzahl von periodisch unterbrochenen Elementarimpulsen auf­ weist.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung liegt in der Ver­ wendung des Mikroprozessors 14 mit den Speichern 14 b, 14 c, in denen vorprogrammierte Aufzeichnungssignale ent­ sprechend einer Anzahl von Signalformen des selektiv zu erzeugenden Spalt-Kondensator-Entladestroms gespeichert sind. Die Zentraleinheit 14 a wird abhängig von Hand- Betriebssignalen und/oder einem Signal, das Kenndaten des Arbeitsspalts wiedergibt, wirksam, um dadurch ein vorbestimmtes Signal zu entnehmen, das am Signalimpulsgeber 7 liegt, um darin entsprechend die Ein­ stellungen vorzunehmen. Der Signalgeber 7 kann dann die entsprechenden Signalimpulse zum Schalter 5 abgeben. Der letztere wird so gesteuert leitend gemacht, damit die im Kondensator gespeicherte Ladung über den Spalt 1 mit dem Stromverlauf entladen wird, der durch den Mikroprozessor 14 befohlen wird.

Somit kann ein gewünschtes Bearbeitungsbetrieb mit einer verbesserten Stabilität und höherer Wirksamkeit durchge­ führt werden, bei der in einheitlicher Weise ein Speicher­ kondensator 1 gesteuert aufgeladen und danach entladen wird, um aufeinanderfolgende Bearbeitungs-Impulse einer vorbestimmten Form zu erzeugen. Es hat sich ge­ zeigt, daß die gesteigerte Leistungsfähigkeit doppelt so hoch wie bei herkömmlichen Speicherkondensator-Vorrich­ tungen ist. Die Erfindung erlaubt auch die Auswahl der Bearbeitungsimpule über einem ausgedehnten Bereich von extrem kurzen Impulsen bis zu Impulsen einer maximal praktischen Zeitdauer mit einer einzigen Ausrüstung.

Das Erzeugen einer Folge von Kurzzeit-Elementarim­ pulsen für jede Kondensator-Einladung bietet besondere Vorteile hinsichtlich der erzielbaren Oberflächen-End­ bearbeitung und der Bearbeitungsstabilität, wie sich gezeigt hat. Der gesamte Bereich der funkenerosiven Bearbeitung, der sich von einer rauhen bis zu einer extrem feinen Endbearbeitung erstreckt, wird somit über­ deckt.

Claims (4)

1. Strom- bzw. Spannungsversorgungsschaltung zum funken­ erosiven Bearbeiten, mit

• - einer Gleichstromquelle (2),
• - einem Speicherkondensator (1),
• - einer die Gleichstromquelle mit dem Kondensator ver­ bindenden Ladeschaltung einschließlich einer ersten Schalteinrichtung (4), und
• - einer den Kondensator mit dem Arbeitsspalt zwischen einer Werkzeugelektrode (E) und einem Werkstück (W) verbindenden Entladeschaltung einschließlich einer zweiten Schalteinrichtung (5),
• - einem ersten Impulsgeber (6) zum gesteuerten Ein- und Ausschalten der ersten Schalteinrichtung (4), und
• - einem zweiten Impulsgeber (7, 8) zum gesteuerten Ein- und Ausschalten der zweiten Schalteinrichtung (5),

dadurch gekennzeichnet,

• - daß in einem Mikroprozessor (14) mit einer Zentralein­ heit (14 a) und Speichern (14 b, 14 c) verschiedene Signalformen abgespeichert sind,
• - daß der zweite Impulsgeber (7, 8) eine Folge von Elementarimpulsen erzeugt, um die zweite Schalt­ einrichtung (5) zu steuern, wobei die Amplituden der Elementarimpulse einer jeden Impulsfolge der­ art eingestellt werden, daß deren Hüllkurve einer ausgewählten Signalform entspricht, wobei die Aus­ wahl der Signalform entweder in Abhängigkeit von einem Hand-Betriebssignal und/oder von einem Signal, das einer Änderung von Kenndaten des Ar­ beitsspalts wiedergibt, erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schalteinrichtung (5) eine Schaltein­ richtung oder eine Reihe elektronischer Schalter auf­ weist, die parallel miteinander zwischen dem Konden­ sator (1) und dem Bearbeitungsspalt (3) liegen und wahlweise durch die zweite Schalteinrichtung (5) leitend gemacht werden, um einen veränderlichen Widerstand in der Entladeschaltung zu bilden, damit der vorbestimmte Verlauf des Entladestroms erzeugt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Fühlerschaltung, die am Kondensator (1) liegt und einen ersten und zweiten Schwellenwert besitzt, die darin voreingestellt sind, um die Schaltoperation der ersten und zweiten Schalteinrichtung (4, 5) zu steuern.