DE1615206C3 - Schaltungsanordnung für Funkenerosionsmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für Funkenerosionsmaschinen mit einem Impulsgenerator, einer an den zwischen Elektrode und Werkstück bestehenden Arbeitsspalt angeschlossenen Spaltzustandsmeßschaltung und einer von der Meßschaltung betätigbaren Abschaltvorrichtung zum Abschalten der Impulse bei Kurzschluß im Spalt.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der FR-PS 1 409 002 bekannt. Bei dieser Schaltungsanordnung werden mehrere Stromimpulsfolgen nacheinander an den Arbeitsspalt angelegt. Beim Auftreten eines niedrigen Widerstands am Arbeitsspalt, zum Beispiel im Kurzschlußfall, werden die Impulsfolgen für eine bestimmte Zeitspanne sofort unterbrochen. Eine derartige sofortige Abschaltung ist aber unerwünscht, da sich in vielen Fällen die Kurzschlußursache im Arbeitsspalt bereits beim nächsten Impuls von selbst beseitigt haben würde. Durch das sofortige Abschalten wird auch die selbstreinigende Wirkung eines Lichtbogens im Kurzschlußfalle nicht ausgenutzt, wobei die einen Kurzschluß im Arbeitsspalt verursachenden Verunreinigungen weggebrannt werden und der Kurzschluß dadurch beseitigt wird. Die Beseitigung eines Kurzschlußzustandes im Arbeitsspalt durch Selbstreinigung erfolgt aber weitaus schneller als dies durch sofortiges Abschalten der Stromimpulse möglich ist, wobei der Arbeitsspalt infolge von Regeneration der sich meist darin befindlichen Isoliermedien, zum Beispiel von öl, wieder betriebsbereit gemacht wird.
Aus der US-PS 3 213 319 ist eine spezielle Schaltung bekannt, um bei auftretenden Kurzschlüssen im Arbeitsspalt dem Kurzschlußstrom zu dessen Verstärkung noch einen weiteren Strom zum Ausbrennen des Arbeitsspaltes zu überlagern, indem ein Kondensator entladen und der Entladungsstrom mit den Hochfrequenz-Stromimpulsen moduliert wird. Eine derartige Schaltung ist aber sehr aufwendig, ohne daß dadurch eine wesentlich schnellere Beseitigung der Kurzschlußbrükken erreicht würde, als dies ohne zusätzliche Erhöhung des Kurzschlußstromes der Fall ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einer Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Art diese dahingehend zu verbessern, daß eine gewisse, einstellbare Karenzzeit vom Auftreten gestörter Entladungen bis zum Abschalten der Bearbeitungsimpulse eingehalten wird, so daß in dieser Verzögerungszeit eine bestimmbare Anzahl von gestörten Entladungen zum Ausbrennen der die Störung verursachenden Störbrücken, zum Beispiel Verunreinigungen, auftreten kann. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Meßschaltung einen bei jeder normalen Entladung leitenden Transistor aufweist, daß dieser Transistor mit einem astabilen Multivibrator verbunden ist, der durch die den normalen Entladungen entsprechenden Signale des Transistors in seinem einen Zustand festgehalten wird und bei Ausbleiben der Signale zwischen seinen beiden Zuständen hin- und herschwingt, wobei die Verweilzeiten in beiden Zuständen jeweils mindestens zwei dem Spalt zugeführte Impulse überdauern, und daß der Multivibrator über einen weiteren Transistor mit der Abschaltvorrichtung verbunden ist. Dadurch wird erfindungsgemäß erreicht, daß nicht schon beim ersten Kurzschlußimpuls der Impulsstrom des Impulsgenerators unterbrochen wird, sondern erst nach einer bestimmten Anzahl von Kurzschlußimpulsen eine vorübergehende Abschaltung erfolgt, so daß die Möglichkeit der Beseitigung der Kurzschlußbrücken im Arbeitsspalt durch Ausbrennen derselben besteht und nach Beseitigung der Kurzschlußbrücken unmittelbar der normale Impulsarbeitsbetrieb fortgesetzt wird. Auf Grund der außerordentlich kurzen Ansprechzeiten der Schaltungsanordnung kann ein wiederholtes Prüfen des Zustands des Arbeitsspaltes erfolgen, ehe endgültig der Elektrodenabstand vom Werkstück zur Vergrößerung des Arbeitsspaltes verändert wird, um dadurch den Kurzschlußzustand im Arbeitsspalt zu beseitigen. Damit wird durch, die Erfindung wertvolle Maschinenzeit gewonnen.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Verweilzeiten des astabilen Multivibrators in jedem seiner Zustände voneinander unabhängig durch einstellbare Zeitverzögerungsglieder im Basiskreis von Transistoren des Multivibrators steuerbar und so eingestellt sind, daß die Eigenfrequenz des Multivibrators wesentlich geringer als die Impulsfrequenz des Impulsgenerators ist. Damit ist es möglich, eine gewünschte Anzahl von Störimpulsen im Arbeitsspalt zuzulassen, ehe eine erste vorübergehende Abschaltung erfolgt, und außerdem auch die Länge der Abschaltzeit zu regeln. Da die Eigenfrequenz des Multivibrators wesentlich kleiner als die Impulsfrequenz ist, befindet sich der Multivibrator im Falle des ungestörten Betriebs in einem konstanten Zustand, in dem er nicht schwingt. Erst im Moment, wenn der bei jeder normalen Entladung leitende Transistor

nicht durchgeschaltet ist, kippt der Multivibrator mit einer bestimmten Zeitverzögerung in seinen anderen Zustand, der zur vorübergehenden Abschaltung der Impulse des Impulsgenerators führt.

Da die Meßschaltung vorteilhafterweise eine spannungsamplitudenabhängige Schaltung ist, die ein Steuersignal immer dann erzeugt, wenn die Arbeitsspaltspannung eine vorgegebene Amplitudenhöhe übersteigt, kann die Ansprechempfindlichkeit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung genau eingestellt werden, das heißt, es kann die Spannungshöhe der Impulse genau festgelegt werden, bei der eine Abschaltung durch die Meßschaltung erfolgt

An Hand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung für Funkenerosionsmaschinen,

F i g. 2 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Meßschaltung,

F i g. 3 ein Zeit-Schaubild zur Darstellung von Schaltungszuständen während einer Bearbeitungsperiode.

Wie aus F i g. 1 zu ersehen ist, besteht eine im Prinzip dargestellte Funkenerosionsmaschine aus einem Maschinensupport 11, auf dem ein Werkstück 10 gehalten ist, und einer vom Support 11 isolierten, an einem Stößel 13 befestigten Elektrode 12. Mit Hilfe eines Vorschubmotors 20 kann der Stößel 13 über eine mechanische Verbindung 21, ein Ritzel 22 und eine Zahnstange 23 auf- und abbewegt werden. Über einen Schlauch 24 wird durch eine Mittelbohrung 25 der Elektrode 12 ein isolierendes Medium, zum Beispiel öl, unter Druck in den Arbeitsspalt geleitet. Das Werkstück 10 ist über ein elektrisches Kabel 14 an Masse gelegt, und die Elektrode 12 wird über eine Leitung 15 von einer Leistungsstufe 16 und einer Zündstufe 17 mit hochfrequenten Gleichstromimpulsen von hoher Energie und negativer Polarität versorgt. Über eine Vorschubsteuerschaltung 18 wird die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode 12 in Abhängigkeit von der am Arbeitsspalt abfallenden Spannung gesteuert, so daß immer eine im Durchschnitt konstante Spannung am Arbeitsspalt abfällt. Im Kurzschlußfall wird die Elektrode 12 also mit Hilfe des Vorschubmotors 20 angehoben, wodurch die Durchschnittsspannung ansteigt, worauf die Elektrode 12 wieder abgesenkt wird. Ein Kabel 19 verbindet die Vorschubsteuerschaltung 18 mit dem Vorschubmotor 20.

Die hochfrequenten Gleichstromimpulse werden von einer Multivibratorschaltung 26, die als Impulsgenerator dient, erzeugt, von dort über eine Leitung 27 einer die Impulshöhe bestimmenden Begrenzerstufe 28 zugeführt. Von dort werden die Impulse über eine Leitung 29 zur Verstärkung Treiberstufen 30 und weiter der Leistungsstufe 16 zugeleitet.

Die Leistungsstufe 16 wird durch eine Kurzschluß-Schutzvorrichtung 33 überwacht, an die ein Spannungspegel-Ausgangssignal über eine Leitung 34 angelegt wird. Falls diese Spannung innerhalb einer vorgegebenen Zeit nicht auf einen voreingestellten niedrigen Wert zurückkehrt, wird über eine Leitung 35 ein Signal an einen Netzstrom-Schutzschalter 36 angelegt, der den dreiphasigen Netzanschluß 37, 38, 39 von einer Gleichspannungs-Versorgungseinheit 40 und von einer einphasig über die Leitungen 41, 42 angeschlossenen zweiten Gleichspannungs-Versqrgungseinheit 43 abtrennt. Bei Betätigen des Schutzschalters 36 zum Unterbrechen der Leitungen 37 bis 39 wird die gesamte Netzversorgungsschaltung abgeschaltet und kann nur wieder manuell eingeschaltet werden.

Die Spaltzustands-Meßschaltung zum verzögerten kurzzeitigen Abschalten der Stromimpulse im Arbeitsspalt besteht aus einem Spaltmeßkreis 44, einem Multivibrator 45 und einem Halte- oder Vorspannungskreis 46, wie in F i g. 2 dargestellt ist.

Die Spaltmeßschaltung 44 enthält einen Transistor Q4, der immer dann leitend ist, wenn die Spaltspannung einen vorgegebenen Wert erreicht, der eine normale Entladung anzeigt. Ein im Arbeitsspalt auftretender Kurzschluß verhindert, daß die Spannung diesen Wert erreicht, so daß der Transistor Q4 nicht leitend wird. Der Vorwiderstand -Rl 1 begrenzt die an dem Punkt 47 herrschende Spannung auf einen bestimmten Wert, wodurch der Transistor O4 und dessen Steuerschaltungselemente vor Überlastung geschützt sind. Eine Zenerdiode D3 wirkt begrenzend und regelt die Spannung am Punkt 47 auf einen festen maximalen Wert ein. Die Zenerdiode Eß unterliegt Hochfrequenzbeschränkungen. Deshalb ist ein Nebenschlußpfad mit einem Kondensator C3 und einer asymmetrischen Diode ΕΆ an Masse angeschlossen und leitet Einschwingfrequenzen oberhalb des Betriebsbereiches der Zenerdiode EB ab. Das am Punkt 47 auftretende begrenzte Signal wird weiter durch die Widerstände R9 und RiO geschwächt und das resultierende Signal wird an eine Tunneldiode Dl und an die Basis des Transistors Q\ angelegt. Der Widerstand R9 ist regelbar und gestattet so eine Feineinstellung der Signalhöhe in Abhängigkeit von den Kenndaten des Transistors O4, um zwischen Störentladungen und noch zulässigen Entladungen unterscheiden zu können. Infolge ihrer negativen Spannungscharakteristik arbeitet die Tunneldiode Dl mit einer Schnappwirkung, um den Transistor O4 bei jeder guten Entladung sofort anzusteuern. Bei jedem elektrischen Impuls, der zu einer normalen Entladung führt, wird der Transistor Q4 kurzzeitig durchgeschaltet. Eine Fehlentladung wird durch eine niedrige Spannungshöhe identifiziert und reicht nicht zum Durchschalten des Transistors O4 aus.

Wenn der Transistor O4 leitet, erzeugt er ein Signal, welches den astabilen Multivibrator 45 ansteuert. Der Multivibrator 45 enthält die Transistoren Ql und Q3, die Widerstände A3, Λ4, R5, Kl und RS und die Kondensatoren Cl und Cl, die einstellbar sind, um die Zeitkonstante der beiden Transistoren Ql und Qi und damit die Eigenfrequenz des Multivibrators zu verändern. Der Widerstand R5 erzeugt an den Transistoren Ql und O3 eine Vorspannung, so daß bei jedem Durchschalten des Transistors O4 der Transistor O3 durchgeschaltet wird und den Multivibrator 45 in einem Zustand festlegt, so daß er nicht schwingen kann.

Wenn der Transistor Q2 durchgeschaltet ist, erzeugt er an dem Punkt 48 ein Spannungssignal, das über den Widerstand Rl an die Basis eines Transistors Ql der Halte- oder Vorspannungsschaltung 46 angelegt wird. Die Halteschaltung 46 enthält auch einen Widerstand Al und in Reihe damit eine Zenerdiode Di, die an den Emitter des Transistors Ol eine feste Vorspannung anlegen, um diesen so lange abgeschaltet zu halten, bis der Punkt 48 einen Vorspannungswert annimmt, der den Transistor Ol in den leitenden Zustand überführt. An dem Punkt 48 tritt eine solche Vorspannungsänderung dann auf, wenn der Transistor O2 durchgeschaltet ist. Der Widerstand Λ6 liegt in Reihe zwischen dem Transistor Ol und der Basis eines Verstärkertransistors (nicht dargestellt) in der Begrenzerschaltung 28. Bei Durchschalten des Transistors Ol erzeugt dieser ein

Ausgangsspannungs-Unterdrückungssignal, das zum Abschalten der Begrenzerstufe 28 verwandt wird, wodurch von dem Hauptmultivibrator 26 keine Impulse über.die Stufe 28 zu den folgenden gelangen und die Energiezufuhr zu dem Arbeitsspalt unterbleibt.

Die An- und Aus-Zeiten der Transistoren Ql und Qi des Multivibrators 45 sind so gewählt, daß der Transistor Qi des einer konstanten Folge von normalen Entladungen konstant leitet. Die Frequenz der Bearbeitungsimpulse ist höher als die Eigenfrequenz des Multivibrators 45 und die An-Zeit des Transistors Qi ist so eingestellt, daß eine Vielzahl von Fehlentladungen nacheinander auftreten muß, bevor der Multivibrator 45 kippt und der Transistor Ql leitet. Wenn dies geschieht, wird die Energiezufuhr für die Zeitdauer von mehreren Steuerimpulsen unterbrochen. Die Zeitdauer dieser Unterbrechung ist von der An-Zeit des Transistors Ql abhängig. Der Transistor Qi wird darauf wieder durchgeschaltet, und falls die Fehlentladungen anhalten, kippt der Multivibrator wieder, der Transistor Ql wird wieder durchgeschaltet und die Leistungszufuhr zu dem Arbeitsspalt abgeschaltet. Falls jedoch der Kurzschluß bzw. die Fehlentladungen beseitigt worden sind, wird der normale Betriebszustand durch Durchschaltung des Transistors QS wieder eingenommen. Die Anzahl aufeinanderfolgender Fehlentladungen, die erforderlich sind, bevor die Schaltung 45 kippt, läßt sich also mit dem Kondensator Ci einstellen. Die Anzahl der Steuerimpulsperioden, die nach dem Durchschalten des Transistors Ql auftreten, wird demnach mit dem Kondensator Cl eingestellt.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltung wird mit dem Impuls-Schaubild von F i g. 3 verdeutlicht. Die Schwingungen 49 stellen die von dem Hauptmultivibrator 26 abgegebenen Frequenzsteuerimpulse im ungestörten Zustand im Arbeitsspalt dar. Die Impulse 50 entsprechen der über dem Arbeitsspalt liegenden Spannung, wenn während der Bearbeitung ein Dauerkurzschluß auftritt. Zum Beispiel tritt ein Kurzschluß am Impuls 51 auf, was durch die verminderte Amplitude angezeigt wird. Dieser wird innerhalb der An-Zeit des Transistors Qi nicht beseitigt, die so eingestellt ist, daß er für drei aufeinanderfolgende Energieimpulsperioden leitet, und danach der Multivibrator kippt und der Transistor Ql durchgeschaltet wird. Nach einem Impuls 52 wird die Spaltspannung deshalb zum Beispiel für einen Zeitraum von neun Steuerimpulsperioden unterdrückt, entsprechend der An-Zeit des Transistors Ql. Danach kippt der Multivibrator 45 und der Transistor Qi leitet wieder. Hält der Kurzschluß immer noch an, werden die dem Arbeitsspalt zugeführten Bearbeitungsimpulse wieder nach drei Fehlentladungen unterbrochen. Dieser Wechselvorgang hält an, bis der Kurzschluß über dem Arbeitsspalt beseitigt worden ist, und zwar entweder durch Zurückziehen des Werkzeuges 25 durch die Vorschubservosteuerung 18 oder durch Entfernung der den Kurzschluß verusachenden Partikel, zum Beispiel durch Wegbrennen oder Auswaschen.

Die Impulsform 50a stellt einen anderen Betriebszustand dar, bei dem eine Fehlentladung am Impuls 51a auftritt, aber eine normale Entladung am Impuls 52a wieder auftritt, was den Multivibrator 45 zum Zurückkippen bringt, bevor dieser selbst kippen kann und die Bearbeitungsimpulse unterdrückt. Die normalen Bearbeitungsimpulse und Entladungen treten weiter auf. Am Impuls 53 wird wieder ein Fehlimpuls festgestellt, der bis zum Impuls 54 andauert. Anschließend werden die Bearbeitungsimpulse für eine Zeitdauer von neun Impulsperioden unterbrochen, bevor der Transistor Qi durchgeschaltet wird, um den Multivibrator 45 zurückzukippen, so daß die Bearbeitungsimpulse beim Impuls 55 wiederkehren.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für Funkenerosionsmaschinen mit einem Impulsgenerator, einer an den zwischen Elektrode und Werkstück bestehenden Arbeitsspalt angeschlossenen Spaltzustands-Meßschaltung und einer von der Meßschaltung betätigbaren Abschaltvorrichtung zum Abschalten der Impulse bei Kurzschluß im Spalt, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung einen bei jeder normalen Entladung leitenden Transistor (Qi) aufweist, daß dieser Transistor mit einem astabilen Multivibrator (45) verbunden ist, der durch die den normalen Entladungen entsprechenden Signale des Transistors (Q4) in seinem einen Zustand festgehalten wird und bei Ausbleiben der Signale zwischen seinen beiden Zuständen hin- und herschwingt, wobei die Verweilzeit in beiden Zuständen jeweils mindestens zwei dem Arbeitsspalt zugeführte Impulse überdauert, und daß der Multivibrator (45) über einen weiteren Transistor (Qi) mit der Abschaltvorrichtung verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeiten des astabilen Multivibrators (45) in jedem seiner Zustände voneinander unabhängig durch einstellbare Zeitverzögerungsglieder (Cl, CZ) im Basiskreis von Transistoren (Q2, Q3) des Multivibrators (45) steuerbar und so eingestellt sind, daß die Eigenfrequenz des Multivibrators (45) wesentlich geringer als die Impulsfrequenz des Impulsgenerator (26) ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch ί oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung (44) eine spannungsamplitudenabhängige Schaltung ist, die ein Steuersignal immer dann erzeugt, wenn die Arbeitsspaltspannung eine vorgegebene Amplitudenhöhe übersteigt.