CH654776A5

CH654776A5 - Steuereinrichtung an einer funkenerosionsbearbeitungsmaschine.

Info

Publication number: CH654776A5
Application number: CH1241/82A
Authority: CH
Inventors: Tamio Takawashi; Toshimitsu Sakakibara; Shigeo Yamada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1981-02-28
Filing date: 1982-03-01
Publication date: 1986-03-14
Also published as: US4554428A; DE3206808C2; JPH0144452B2; JPS57144634A; DE3206808A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Im allgemeinen sollte das Servosystem einer Funkenero-sionsbearbeitungsmaschine auf die elektrischen Entladebedingungen in einem Bearbeitungsspalt mit hoher Geschwindigkeit ansprechen. Zu diesem Zweck werden bekanntlich zum Bewegen einer Elektrode der Maschine ein hydraulischer Antriebszylinder, ein Schrittmotor oder ein Gleichstrommotor venvendet. Es wurde auch schon versucht ein Servosystem mit Abtast-, logischen und Haltefunktionen zum Steuern des Bearbeitungsspaltes zu benützen. In dem Steuersystem kann eine Allzweckverarbeitungseinheit, z.B. ein Mikroprozessor oder ein Minicomputer, verwendet werden.

Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer bekannten Steuereinrichtung dieser Art, in welcher ein Gleichstrommotor als Bewegungsantrieb 10 für eine Elektrode 12 verwendet wird. Eine stromgesteuerte, durch einen Impulsgenerator 16 erzeugte impulsförmige Spannung wird an einen Bearbeitungsspalt zwischen einer Elektrode 12 und einem Werkstück 14 angelegt. Die Spannung über dem Bearbeitungs-5 spalt wird in einem Analog Digitalumsetzer 18 umgesetzt und einer Einrichtung 20 zugeführt, die Abtast-, logische und Haltefunktionen ausüben kann. In der Einrichtung 20 wird die Bearbeitungsspaltspannung durch einen Abtaststromkreis 22 zu vorbestimmten Zeitintervallen At abgeta-10 stet. Die abgetastete Bearbeitungsspaltspannung wird durch einen logischen Stromkreis 24 in ein Hauptgewindespindel-befehlssignal umgesetzt. Dieses Befehlssignal wird durch einen Ausgangshaltestromkreis 26 gehalten, bis das nächste Befehlssignal erzeugt wird. In einem Primärumsetzer 28 wer-15 den die parallelen digitalen Daten des Befehlssignals in serielle Daten umgesetzt und einem Fehlerzähler 30 zugeführt, der ein Teil eines Elektrodenpositionsservosystems ist. In dem Zähler 30 wird der von einem Hauptgewindespindelpo-sitionsdetektor 44, z.B. einer linearen Magnetcodierskala, 20 festgestellte Betrag vom eingegebenen Wert, der dem Befehlssignal entspricht, subtrahiert. Das Resultat dieser Subtraktion, nämlich ein Positionsfehlersignal, wird durch einen Digital/Analogumsetzer 32 in ein analoges Signal umgewandelt. Dieses analoge Signal wird als Geschwindigkeitsbe-25 fehlssignal einem Geschwindigkeitssteuerantriebssystem für die Elektrode 12 zugeführt, welches System einen Verstärker 34, einen Gleichstrommotor 36 und einen Pilotgenerator 38 umfasst, wobei der Gleichstrommotor 36 eine Hauptgewindespindel 40 dreht, so dass die Tragsäule 42, an welcher die 30 Elektrode 12 befestigt ist, linear bewegt wird. Der Gleichstrommotor 36 dreht solange, bis die Verschiebung der Tragsäule 42 entsprechend dem Positionsbefehl erfolgt ist, wodurch der Bearbeitungsspalt gesteuert wird.

Die oben beschriebene Einrichtung wurde bisher zur nu-35 merischen Steuerung der Position verwendet, d.h., sie wurde zur Ausführung der sog. «variablen Wertsteuerung» verwendet. Daher ist die Ansprechgeschwindigkeit des Positionssteuersystems in der Grössenordnung von maximal 20 kHz, weil bei der konventionellen variablen Wertsteuerung die 40 Genauigkeit in statischem Zustand wesentlich ist und deshalb die höhere Ansprechgeschwindigkeit unnötig ist. Wie in der Fig. 3 anhand eines durch den Primärumsetzer 28 erzeugten sägezahnförmigen Positionsbefehlssignals a gezeigt, folgt die Tragsäule 42 einer charakteristischen Kurve b und 45 dementsprechend tritt bezüglich der gewünschten Position Zj bei der Stelle T zur Zeit t! ein Abfall AZj auf.

Andererseits erfolgt beim Funkenerosionsbearbeiten die Nachsteuerung aufgrund der Bedingungen in dem Bearbeitungsspalt und deshalb wird eine Ansprechgeschwindigkeit so von mindestens 50 kHz zum stabilen funkenerosiven Bearbeiten benötigt. Aus diesem Grunde kann die bekannte Steuereinrichtung gemäss der Fig. 1 die Elektrode mit hoher Genauigkeit und unter statischen Bedingungen positionieren, die Genauigkeit ist jedoch zu klein, bei den praktisch 55 vorkommenden Geschwindigkeiten, die bei einem Servosystem unter den oben genannten dynamischen Bedingungen auftreten. In diesem Zusammenhang ist die oben beschriebene bekannte Steuereinrichtung ungenügend.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Steuereinrich-60 tung der eingangs genannten Art zu schaffen, die ein Servosystem, das Abtast-, logische und Haltefunktionen ausüben kann, verwendet, und die die Elektrodenposition mit hoher Genauigkeit steuern kann, wodurch die Bearbeitungsleistungsfähigkeit durch Erhöhen der Ansprechgeschwindig-65 keit des Servosystems verbessert wird.

Die erfindungsgemässe Steuereinrichtung ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gekennzeichnet.

Der Erfindungsgegenstand ist nachstehend mit Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 das Blockschema eines Ausführungsbeispieles einer bekannten Steuereinrichtung an einer Funkenerosions-bearbeitungsmaschine,

Fig. 2 das Blockschema eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemässen Steuereinrichtung an einer Funkenero-sionsbearbeitungsmaschine,

Fig. 3 die graphische Darstellung der Nachführungscharakteristik der bekannten Einrichtung gemäss der Fig. 1 und Fig. 4 die graphische Darstellung der Nachführungscharakteristik der erfindungsgemässen Steuereinrichtung.

Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Steuereinrichtung an einer Funkenerosionsbear-beitungsmaschine. Einige die Einrichtung bildende Komponenten, welche die gleichen Funktionen ausüben wie jene, die in der Fig. 1 dargestellt sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Deshalb werden nur die Unterschiede zwischen den beiden Einrichtungen nachstehend im einzelnen beschrieben.

Ähnlich wie im Falle gemäss der Fig. 1 wird das die Spannung über dem Bearbeitungsspalt darstellende Signal digitalisiert und anschliessend durch eine Steuereinrichtung 20 zum Ausführen der Abtast-, logischen und Haltefunktionen in ein Positionsbefehlssignal in sehr kurzen Zeitintervallen At umgesetzt. Der logische Stromkreis 24 empfangt das Differenzsignal Ze (oder den Nachführfehler), das am Ausgang des Fehlerzählers 30 auftritt, d.h., die Differenz zwischen einem Haltesignal nullter Ordnung Zc und einem Positionssignal Zf und addiert dieses Differenzsignal zum oben genannten Befehlssignal für die Hauptgewindespindel, so dass ein Haltesignal nullter Ordnung während dem nächsten Zeitintervall At im voraus berechnet wird. Deshalb wird ungeachtet der Haltesteuerung nullter Ordnung in dem Posi-tionsservosystem eine geschlossene Schleife hinsichtlich der Position erreicht und der Bearbeitungsspalt kann mit hoher

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Genauigkeit gesteuert werden. Das Haltesignal nullter Ordnung steht in dem Fehlerzähler 30 während jedem kurzen Zeitintervall At als parallele Daten zur Verfügung. Wenn das Haltesignal nullter Ordnung im Fehlerzähler 30 vorhanden ist, erzeugt dieser am Ausgang einen Impuls, so dass auf den Gleichstrommotor 36 ein genügend starkes Drehmoment einwirkt. In diesem Zusammenhang ist es selbstverständlich, dass die Grösse des Impulssignals einen Wert aufweist, welcher ein Überlaufen der gewünschten Position verhindert, wenn die Eigenschaften des Gleichstrommotors 36, die Lastcharakteristik und die vorangehend genannten kurzen Intervalle At berücksichtigt werden.

Die entsprechende Nachführungscharakteristik ist in der Fig. 4 dargestellt. Das impulsförmige Positionsbefehlssignal c für die Tragsäule 42 zeigt die Nachführcharakteristik d und beim Punkt p zur Zeit t, tritt nur ein sehr kleiner Fehler AZ2 bezogen auf die gewünschte Position Z1 auf. Deshalb ist die Nachführungscharakteristik von beachtlich hoher Genauigkeit.

Die Einrichtung zum Ausführen der Abtast-, logischen und Haltefunktionen des oben beschriebenen Ausführungsbeispieles kann ersetzt werden durch eine verdrahtete Logik, einen Mikroprozessor oder ähnliches. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine einzige Achse gesteuert; jedoch kann das technische Konzept gemäss der Erfindung in gleicher Weise angewendet werden, zum Steuern von mehreren Achsen und wenn eine Interpellation notwendig ist.

Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, dass bei der vorliegenden Steuereinrichtung der Haltestromkreis nullter Ordnung und eine vollständig geschlossene Schleife mit dem Positionsservosystem kombiniert sind. Deshalb wird während dem Abtastwertservovorgang die Ansprechgeschwindigkeit des Positionierungssystems nicht verkleinert. Ausserdem kann der Bearbeitungsspalt mit hoher Genauigkeit gesteuert werden, wodurch die elektroerosive Bearbeitungsleistung verbessert wird.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Steuereinrichtung an einer Funkenerosionsbearbei-tungsmaschine, in welcher eine impulsförmige Spannung an einen Bearbeitungsspalt zwischen einer Elektrode und einem zu bearbeitenden Werkstück zum Erzeugen von elektrischen Entladungen in dem Bearbeitungsspalt angelegt wird, wobei ein Positionssteuerservosystem (20) zum Ausführen von Abtast-, logischen und Haltefunktionen den Bearbeitungsspalt in Abhängigkeit der an ihn angelegten Spannung steuert, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionssteuerservosystem (20) umfasst, einen Haltestromkreis (26) zum Erzeugen eines Positionssteuerbefehlssignales, einen das Positionssteuerbefehlssignal aufnehmenden Fehlerzähler (30) zum Erzeugen eines Differenzsignals aus dem Positionssteuerbefehlssignal und einem Elektrodenpositionssignal, Mittel (32,34) zum Zuführen des Ausgangssignals des Fehlerzählers als Geschwindigkeitssignal an einen Antrieb (10) zum Bewegen der Elektrode und ein logisches Mittel (24) zum Verarbeiten eines der an den Bearbeitungsspalt angelegten Spannung entsprechendes Spannungssignals und zum Erzeugen eines Haltesignals nullter Ordnung für den Haltestromkreis (26).
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführmittel einen Digital/Analogumset-zer (28) zum Anlegen eines analogen Signals an den genannten Antrieb (10) aufweisen.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Antrieb (10) einen Motor (36) und Getriebemittel (40,42) zum Umsetzen der Drehbewegung des Motors, in eine vertikale Bewegung der Elektrode umfasst.
4. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Haltestromkreis (26) die Summe des Ausgangssignals des Fehlerzählers (30) und eines Wertes des nachfolgenden Positionssteuerbefehlssignals zugeführt wird.
5. Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die logischen Mittel einen logischen Stromkreis (24) zum Bilden der genannten Summe besitzen.
6. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zum Vorausberechnen eines nachfolgenden Halteausgangssignals, die Mittel zum Summieren eines Ausgangssignals des Fehlerzählers (30) und eines Positionssteuerbefehlssignals umfassen.
7. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Positionsdetektor (44) zum Erzeugen des genannten Elektrodenpositionssignals.