DE1565270C - Verfahren und Vorrichtung zur auto matischen Steuerung des Werkzeugelektroden Vorschubes an einer Maschine zur funkenero siven Metallbearbeitung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren führen des Verfahrens zeichnet sich zur Hauptsache

zur automatischen Steuerung des Werkzeugelektroden- dadurch aus, daß parallel zur Funkenstrecke zwischen

Vorschubes an einer Maschine zur funkenerosiven der Werkzeugelektrode und dem zu bearbeitenden

Metallbearbeitung sowie eine Vorrichtung zum Durch- Werkstück ein elektrisches Spannungsmeßinstrument

führen des Verfahrens. 5 geschaltet ist, mit dessen Meßwert ein optisches

Es sind schon verschiedene Verfahren und Vor- Organ zur Beeinflussung von Lichtstrahlen verbunden

richtungen zur automatischen Steuerung des Werk- ist, daß zwei photoelektrische Wandler und min-

zeugelektroden-Vorschubes an Funkenerosionsmaschi- destens eine zugeordnete Lichtquelle so angeordnet

nen bekanntgeworden. Teils erfolgt die Steuerung so, sind, daß die Lichtstrahlen zu den Wandlern mittels

daß die mittlere Stromstärke in der Funkenstrecke ίο des optischen Organs bei einem oberen bzw. einem

zwischen Werkzeugelektroden und Werkstück kon- unteren Grenzwert der elektrischen Spannung beein-

stant gehalten wird, teils beruht die Steuerung auf flußbar sind, daß jeder der Wandler ein Teil einer

einem Vergleich der Spannung über der Funken- zugeordneten elektrischen Schaltung zur Speisung

strecke mit einer Bezugsspannung, wobei der Antrieb einer Wicklung eines Vorschubmotors zum Bewegen

für die Werkzeugelektrode entweder lediglich ein- 15 der Werkzeugelektrode ist und daß die zwei elek-

und ausgeschaltet oder bei Anwendung einer Brücken- irischen Schaltungen entgegengesetzte Wirkungen auf

Schaltung zusätzlich auch vorwärts und rückwärts die Wicklung ausüben, um bei Beleuchtung nur des

gesteuert wird. Bei den meisten bekannten Vorrich- einen oder andern photoelektrischen Wandlers den

tungen der erwähnten Arten besteht eine galvanische Motor vorwärts bzw. rückwärts in Betrieb zu setzen

Verbindung zwischen dem Regelstromkreis und dem 20 und bei gleicher Beleuchtung beider Wandler den

Arbeitsstromkreis der Funkenerosionsmaschine. Da- Motor stillzusetzen.

neben sind aber auch Vorrichtungen bekannt, bei Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nach-

denen zwischen dem Regel- und dem Arbeitsstrom- stehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher

kreis der Funkenerosionsmaschine an Stelle einer erläutert.

galvanischen Verbindung eine elektronische Kopp- 25 F i g. 1 zeigt ein vereinfachtes Schema einer Funlung mittels Elektronenröhren oder Transistoren vor- kenerosionsmaschine mit der erfindungsgemäßen Vorhanden ist. Eine vollständige elektrische Trennung richtung zur automatischen Steuerung des Werkzeugzwischen Regel- und Arbeitsstromkreis ist bei Funken- elektroden-Vorschubes;

erosionsmaschinen bisher nicht bekannt. Des weiteren F i g. 2 stellt ein ausführliches Schaltschema eines

tragen die bekannten Vorrichtungen dem Umstand 30 Teils der Einrichtung dar;

zu wenig Rechnung, daß unterschiedliche Erosions- F i g. 3 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Stromstärken, die für grobe oder feine Bearbeitungen an sich bekanntes Spannungsmeßinstrument mit zwei benutzt werden, andere Werte der Steuerung des individuell einstellbaren photoelektrischen Grenzwert-Elektrodenvorschubes bedingen. Eine Anpassung im Schaltvorrichtungen.

erwähnten Sinne ist bisher nicht oder nur sehr um- 35 Gemäß F i g. 1 ist über einem zu bearbeitenden,

ständlich durchführbar. metallischen Werkstück 10 eine als Werkzeug die-

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, nende Elektrode 11 angeordnet, die an einem Haiein Verfahren und eine Vorrichtung zur automa- ter 12 befestigt ist. Ein elektrischer Impulsgenerator 13 tischen Steuerung des Elektrodenvorschubes an Fun- steht einerseits mit dem Werkstück 10 und andererkenerosionsmaschinen zu schaffen, die leicht an 40 seits über einen Vorschaltwiderstand 14 mit dem unterschiedliche Bearbeitungsbedingungen angepaßt Halter 12 und der Elektrode 11 in Verbindung. Das werden können und eine vollständige elektrische Werkstück 10 ist ferner geerdet.
Trennung zwischen Regel- und Arbeitsstromkreis Der Elektrodenhalter 12 ist teils als Zahnstange ermöglichen. ausgebildet, die mit einem Zahnrad 15 oder einem

Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht darin, 45 entsprechenden Schneckenrad im Eingriff steht. Ein daß über der Funkenstrecke zwischen der Werkzeug- elektrischer Vorschubmotor 16 ist auf nicht näher elektrode und einem zu bearbeitenden Werkstück dargestellte Weise mit dem Zahnrad 15 wirkungsdie elektrische Spannung mit Hilfe eines Meßinstru- verbunden, wie in Fig. 1 durch eine strichpunktierte mentes gemessen wird, daß durch ein mit dem Meß- Linie 17 angedeutet ist. Der Motor 16 ist ein üblicher werk des Instrumentes gekuppeltes optisches Organ 50 Gleichstrommotor, dessen über Bürsten 18 gespeister bei mindestens einem am Instrument einstellbaren Anker 19 durch eine Gleichstromquelle gespeist wird, Grenzwert der Spannung ein Lichtstrahl zu einem die an Klemmen 20 anzuschließen ist. Die Feldphotoelektrischen Wandler beeinflußt wird und daß wicklung 21 des Motors ist vom Ankerstromkreis durch den photoelektrischen Wandler ein Vorschub- völlig getrennt und mittels einer Gleichrichterschalmotor zum Bewegen der Werkzeugelektrode in 55 tung von der Sekundärwicklung eines Transforma-Betrieb gesetzt oder stillgesetzt wird, je nachdem, tors 22 gespeist. Die Anschlußklemmen 23 der Priob die elektrische Spannung den Grenzwert über- märwicklung des Transformators 22 sind an eine oder unterschreitet. nicht dargestellte Wechselstromquelle anzuschließen.

In zweckmäßiger Ausgestaltung des Verfahrens Die erwähnte Gleichrichterschaltung weist zwei

kann der Vorschubmotor mit zwei photoelektrischen 60 entgegengesetzt gepolte Dioden 24 und 25 auf, die

Wandlern gesteuert werden, wobei der erste Wandler mit Hilfe von zugeordneten elektronischen Schal-

den Motor im Vorwärtslauf in Betrieb setzt oder tern 26 und 27 wahlweise an die eine Klemme 28

stillsetzt, wenn die elektrische Spannung einen oberen der Feldwicklung 21 angeschlossen werden. Die andere

Grenzwert über- oder unterschreitet, und der zweite Klemme 29 der Feldwicklung steht dauernd mit der

Wandler den Motor im Rückwärtslauf in Betrieb 65 Sekundärwicklung des Transformators 22 in Verbin-

setzt oder stillsetzt, wenn die elektrische Spannung dung. Ist der elektronische Schalter 26 geschlossen

einen unteren Grenzwert unter- oder überschreitet. und der andere geöffnet, so findet eine Einweggleich-

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durch- richtung über die Diode 24 statt; die Klemme 28 der

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Feldwicklung wird positiv, die Klemme 29 negativ. kehrt wird der Wandler 50 gegen Lichteinfall abge-

Wenn hingegen der elektronische Schalter 27 ge- deckt, wenn die gemessene Spannung den oberen

schlossen und der andere geöffnet ist, erfolgt eine Grenzwert überschreitet, der durch den Zeiger 48

Einweggleichrichtung über die Diode 25; in diesem angegeben ist.

Fall ist die Klemme 29 der Feldwicklung positiv und 5 Gemäß den F i g. 1 und 2 bildet der photoelekdie Klemme 28 negativ. In den beiden Fällen wird irische Wandler 49 zusammen mit einem festen daher der Motor 16 einmal im Vorwärtslauf und das Widerstand 52 einen ersten Spannungsteiler, während andere Mal im Rückwärtslauf in Bewegung gesetzt, der andere photoelektrische Wandler 50 zusammen so daß sich die Elektrode 11 dem Werkstück 10 mit einem festen Widerstand 53 einen zweiten Spannähert oder von diesem entfernt. Sind beide Schal- io nungsteiler bildet. Die an den Widerständen 52 ter 26 und 27 geöffnet, fließt kein Strom durch die und 53 auftretenden Teilspannungen ändern sich, Feldwicklung 21, und der Motor 16 steht still. je nachdem, ob der Wandler 49 bzw. 50 beleuchtet

Gemäß der ausführlicheren Darstellung von ist oder nicht. Diese Spannungsänderungen werden F i g. 2 weist die Gleichrichterschaltung noch zwei zur automatischen Steuerung der bereits beschrie-Kondensatoren 30 und 31 auf, die der Glättung des 15 benen elektronischen Schalter 26 und 27 heranerzeugten Gleichstromes durch die Feldwicklung 21 gezogen. Diese Steuerung erfolgt je über einen dienen. Der elektronische Schalter 26 weist einen Schwellwertverstärker 54 bzw. 55, der gewährleistet, Schalttransistor 32 und einen diesem vorgeschalteten daß der nachgeschaltete elektronische Schalter 26 Treibertransistor 33 auf. Beide Transistoren 32 und 33 bzw. 27 immer entweder ganz geöffnet oder ganz sind vom n-p-n-Typ. Eine zusätzliche Diode 34 20 geschlossen ist.

gewährleistet durch den an ihr auftretenden Span- Die ausführlichen Schaltungen der beiden Schwellnungsabfall eine Potentialverschiebung am Tran- wertverstärker 54 und 55 sind in F i g. 2 ersichtlich. sistor33. Der andere elektronische Schalter 27 ist Diese Schaltungen sind unter der Bezeichnung völlig analog ausgebildet, mit dem einzigen Unter- Triggerschaltungen an sich bekannt. Der Schwellschied, daß sein Schalttransistor 35 und sein Treiber- 25 wertverstärker 54 weist zwei n-p-n-Transistoren 56 transistor 36 vom p-n-p-Typ sind. Auch hier ist und 57 auf, wogegen der andere Schwellwertverwieder eine zusätzliche Diode 37 zur Potential- stärker 55 zwei p-n- ρ -Transistoren 58 und 59 entverschiebung am Transistor 36 vorhanden. hält.

Zur Steuerung der beiden beschriebenen elektro- Mit der beschriebenen Einrichtung läßt sich der

nischen Schalter 26 und 27 sind folgende Mittel 30 Vorschub der Werkzeugelektrode 11 in bezug auf

vorgesehen: das zu bearbeitende Werkstück 10 nach folgendem¹

Parallel zur Funkenstrecke 40 zwischen der Werk- Verfahren automatisch steuern:

zeugelektrode 11 und dem Werkstück 10 ist ein elek- Der Impulsgenerator 13 liefert an die Elektrode 11 irisches Spannungsmeßinstrument 41 geschaltet, wie periodisch Spannungsimpulse, die gegenüber Erde Fig. 1 zeigt. Das Instrument41 ist z.B. ein Dreh- 35 positiv polarisiert sind. Ist der Abstand zwischen spulgalvanometer, dessen spezielle Ausbildung in Werkzeugelektrode 11 und Werkstück 10 zu groß, F i g. 3 ersichtlich ist. Der mit der Drehspule 42 so daß noch keine Funken überspringen, liegt die verbundene Zeiger 43 trägt eine optische Blende 44, volle Impulsspannung am Instrument 41. Der Zeidie zur Beeinflussung von Lichtstrahlen dient, welche ger 43 zeigt deshalb eine Spannung an, die weit über von einer elektrischen Glühlampe 45 erzeugt werden. 40 dem oberen Grenzwert liegt, welcher durch den Bezüglich der vom Zeiger 43 bestrichenen Skala 46 Grenzwertzeiger 48 angegeben ist. Daher deckt die sind zwei Grenzwertzeiger 47 und 48 individuell Blende 44 den einen photoelektrischen Wandler 50 einstellbar. Diese Zeiger 47 und 48 sind je mit einem gegen Lichteinfall von der Lampe 45 ab, während photoelektrischen Wandler 49 bzw. 50 verbunden, der der andere Wandler 49 beleuchtet ist. Somit hat der zusammen mit dem betreffenden Grenzwertzeiger 45 unbeleuchtete Wandler 50 einen hohen inneren Widerverstellbar ist. Die photoelektrischen Wandler 49 stand, und es liegt am Eingang des Schwellwertver- und 50 sind z. B. Photowiderstände und haben je stärkers 55 eine verhältnismäßig kleine Spannung, eine schlitzförmige Lichteintrittsöffnung 51. Die An- Dies bewirkt, daß der Schalttransistor 35 einen ganz Ordnung und Ausbildung der Blende 44 und der kleinen inneren Widerstand annimmt und somit der Wandler 49 und 50 sind derart, daß die schlitz- 50 elektronische Schalter 27 geschlossen ist. Die förmigen Öffnungen 51 der Wandler genau auf die Klemme 28 der Feldwicklung 21 des Vorschubmobeiden einander entgegengesetzten Endkanten der tors 16 ist daher negativ gegenüber der anderen Blende 44 zu liegen kommen, wenn man die Grenz- Klemme 29. Die Feldwicklung 21 erzeugt im Motor 16 wertzeiger 49 und 50 mit dem Zeiger 43 in Überein- ein Magnetfeld solcher Polarität, daß der Motor 16 Stimmung bringt. 55 vorwärts dreht in jener Richtung, die einen Vorschub

Für den Betrieb der Funkenerosionsmaschine der Elektrode 11 gegen das Werkstück 10 hin zur werden die beiden Grenzwertzeiger 47 und 48 in Folge hat. Gleichzeitig ist der innere Widerstand einem gewissen Abstand von dem gewünschten mitt- des beleuchteten photoelektrischen Wandlers 49 verleren Sollwert der Spannung über der Funkenstrecke 40 hältnismäßig niedrig. Am Eingang des Schwellwerteingestellt, beispielsweise auf 20 und 26 Volt. Wenn 60 Verstärkers 54 liegt somit eine verhältnismäßig hohe der die gemessene Spannung angebende Zeiger 43 Spannung, was bewirkt, daß der innere Widerstand an irgendeiner Stelle innerhalb des durch die Grenz- des Schalttransistors 32 hoch ist. Der elektronische wertzeiger festgelegten Bereiches steht, werden beide Schalter 26 ist somit geöffnet.

photoelektrischen Wandler 49 und 50 von der Sobald zwischen der Elektrode 11 und dem Werk-Lampe 45 beleuchtet. Wenn die gemessene Spannung 65 stück 10 Funken überspringen, sinkt die Spannung den unteren Grenzwert, der durch den Zeiger 47 über der Funkenstrecke 40 und am Instrument 41: angegeben ist, unterschreitet, deckt die Blende 44 Nimmt der Zeiger 43 eine Lage zwischen den beiden den einen Wandler 49 gegen Lichteinfall ab. Umge- Grenzwertzeigern 47 und 48 ein, werden beide photo-·

elektrischen Wandler 49 und 50 in gleicher Weise beleuchtet, mit dem Ergebnis, daß außer dem elektronischen Schalter 26 auch der andere elektronische Schalter 27 geöffnet wird. Der Stromfluß durch die Feldwicklung 21 ist daher unterbrochen, und der Motor 16 steht still.

Wenn beim fortschreitenden Abbrand des Werkstückes 10 und der Elektrode 11 der Abstand zwischen den genannten Teilen wieder größer wird, nimmt auch die Spannung über der Funkenstrecke 40 zu. Sobald diese Spannung den durch den Zeiger 48 eingestellten, oberen Grenzwert wieder erreicht, unterbricht die Blende 44 den Lichtstrahl zum photoelektrischen Wandler 50, wodurch der elektronische Schalter 27 erneut geschlossen wird. Durch die Feldwicklung 21 fließt nun wieder ein Strom, der die Inbetriebsetzung des Motors 16 im Vorwärtslauf zur Folge hat. Die Elektrode 11 wird dadurch wieder näher zum Werkstück 10 bewegt, bis die Spannung über der Funkenstrecke 40 und am Instrument 41 ap unter den oberen Grenzwert sinkt und der Motor 16 dadurch zum Stillstand kommt.

Wird infolge von erodierten Metallteilchen die Funkenstrecke 40 teilweise oder gänzlich durch elektrisch leitende Teilchen überbrückt, sinkt die Spannung über der Funkenstrecke und am Instrument 41 unter den durch den Zeiger 47 eingestellten unteren Grenzwert. Dabei unterbricht die Blende 44 den Lichtstrahl zum photoelektrischen Wandler 49, was zur Folge hat, daß der innere Widerstand des Schalttransistors 32 sehr klein und daher der elektronische Schalter 26 geschlossen wird. Nun entsteht an der Klemme 28 eine positive Spannung gegenüber der anderen Klemme 29, und die Feldwicklung 21 erzeugt im Motor 16 ein Magnetfeld, das so polarisiert ist, daß der Motor im Rückwärtslauf in Betrieb gesetzt wird. Dadurch wird die Elektrode 11 in Richtung vom Werkstück 10 wegbewegt, bis die Spannung über der Funkenstrecke 40 und am Instrument 41 den unteren Grenzwert wieder übersteigt und dann der Motor 16 stillgesetzt wird.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß der Vorschub der Werkzeugelektrode 11 automatisch derart gesteuert wird, daß die Spannung über der Funkenstrecke 40 und am Instrument 41 annähernd konstant innerhalb der durch die Zeiger 47 und 48 eingestellten Grenzwerte bleibt. Da die beiden Grenzwertzeiger 47 und 48 individuell einstellbar sind, kann man nicht nur die Lage des Regelbereiches auf der Skala 46 des Instrumentes 41, sondern auch die Breite dieses Bereiches nach Bedarf frei wählen. Mit anderen Worten: es läßt sich der Absolutwert der automatisch erzielbaren mittleren Spannung über der Funkenstrecke verändern, sondern auch die Empfindlichkeit der automatischen Steuerung. Diese Eigenschaften machen die Einrichtung in hohem Maße an die unterschiedlichen Betriebsbedingungen und Bearbeitungsfeinheiten des Werkstückes anpaßbar. Je nachdem, ob man auf einer großen oder kleinen Fläche erodieren will, ob eine rasche und wenig genaue Bearbeitung des Werkstückes bei großer Stromstärke oder aber eine präzise Formgebung bei feiner Struktur der bearbeiteten Flächen gewünscht wird, stellt man zweckmäßig die beiden Grenzwertzeiger 47 und 48 des Instrumentes 41 anders ein. Die besten Werte müssen sich für eine bestimmte Funkenerosionsmaschine aus der Erfahrung ergeben. Weitere Maßnahmen zur Anpassung der automatischen Vorschubsteuerung der Werkzeugelektrode 11 sind nicht erforderlich.

Außer der geschilderten hohen Anpassungsfähigkeit der Steuereinrichtung an die jeweilige Arbeit hat die Einrichtung den weiteren Vorteil, daß durch die lichtelektrische Übertragung eine vollständige galvanische Trennung des elektronischen Steuerstromkreises vom Arbeitsstromkreis der Funkenerosionsmaschine erreicht ist. Noch ein weiterer Vorteil liegt darin, daß keine Relais, Schütze usw. mit mechanisch wirkenden Schaltkontakten vorhanden sind. Daher sind die Betriebssicherheit und die Lebensdauer der Steuer* einrichtung im Vergleich zu den bekannten Einrichtungen hoch.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur automatischen Steuerung des Werkzeugelektroden-Vorschubes an einer Maschine zur funkenerosiven Metallbearbeitung, dadurch gekennzeichnet, daß über der Funkenstrecke zwischen der Werkzeugelektrode und einem zu bearbeitenden Werkstück die elektrische Spannung mit Hilfe eines Meßinstrumentes gemessen wird, daß durch ein mit dem Meßwerk des Instrumentes gekuppeltes optisohes Organ bei mindestens einem am Instrument einstellbaren Grenzwert der Spannung ein Lichtstrahl zu einem photoelektrischen Wandler beeinflußt wird und daß durch den photoelektrisohen Wandler ein Vorsohubmotor zum Bewegen der Werkzeugelektrode in Betrieb gesetzt oder stillgesetzt wird, je nachdem, ob die elektrische Spannung den Grenzwert über- oder unterschreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschubmotor mit zwei photoelektrischen Wandlern gesteuert wird, wobei der erste Wandler den Motor im Vorwärtslauf in Betrieb setzt oder stillsetzt, wenn die elektrische Spannung einen oberen Grenzwert über- oder unterschreitet, und der zweite Wandler den Motor im Rückwärtslauf in Betrieb setzt oder stillsetzt, wenn die elektrische Spannung einen unteren Grenzwert unter- oder überschreitet.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Funkenstrecke (40) zwischen der Werkzeugelektrode (11) und dem zu bearbeitenden Werkstück (10) ein elektrisches Spannungsmeßinstrument (41) geschaltet ist, mit dessen Meßwerk (42) ein optisches Organ (44) zur Beeinflussung von Lichtstrahlen verbunden ist, daß zwei photoelektrische Wandler (49 und 50) und mindestens eine zugeordnete Lichtquelle (45) so angeordnet sind, daß die Lichtstrahlen zu den Wandlern (49 und 50) mittels des optischen Organs (44) bei einem oberen bzw. einem unteren Grenzwert der elektrischen Spannung beeinflußbar sind, daß jeder der Wandler (49 und 50) ein Teil einer zugeordneten elektrischen Schaltung zur Speisung einer Wicklung (21) eines Vorschubmotors (16) zum Bewegen der Werkzeugelektrode (11) ist und daß die zwei elektrischen Schaltungen entgegengesetzte Wirkung auf die Wicklung (21) ausüben, um bei Beleuchtung nur des einen oder andern photoelektrischen Wandlers (49 bzw. 50) den Motor (16) vorwärts bzw. rückwärts in Betrieb zu setzen und bei gleicher Beleuchtung beider Wandler den Motor stillzusetzen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei photoelektrischen Wandler (49 und 50) je über einen Schwellwertverstärker (54 bzw. 55) mit einem elektronischen Schalter (26 bzw. 27) in Steuerverbindung stehen und daß die beiden elektronischen Schalter (26 und 27) die Speisung einer Feldwicklung (21) des Vorschubmotors (16) mit Strom der einen oder entgegengesetzten Polarität steuern.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wechselstromquelle (22,23) über zwei Stromkreise mit entgegengesetzt gepolten Dioden (24 und 25) und je

einem der elektronischen Schalter (26 bzw. 27) mit der Feldwicklung (21) des Motors (16) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die photoelektrischen Wandler (49 und 50) individuell verstellbar und je mit einem Zeiger (47 bzw. 48) verbunden sind, der auf einer Skala (46) des Meßinstrumentes (41) den betreffenden Grenzwert der Spannung anzeigt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Organ (44) eine Blende ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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