CH659604A5

CH659604A5 - Elektroerosionseinrichtung zur bearbeitung eines werkstueckes.

Info

Publication number: CH659604A5
Application number: CH7464/79A
Authority: CH
Inventors: Tanaka Yutaka; Yatomi Takeshi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1978-08-16
Filing date: 1979-08-15
Publication date: 1987-02-13
Also published as: DE2932734C2; DE2954382C2; US4292491A; DE2932734A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektroerosionseinrichtung zur Bearbeitung eines Werkstückes mit einer relativ zum Werkstück bewegten Drahtelektrode. Diese Elektroerosionseinrichtung erlaubt die Bearbeitung eines Werkstücks bei sich während der Bearbeitung ändernder Bearbeitungsfläche.

Eine Elektroerosionseinrichtung mit einer Schneiddrahtelektrode steuert die elektrischen Bedingungen stets so, dass diese je nach der Änderung der Dicke des Werkstücks am günstigsten sind. Bei einer Elektroerosionseinrichtung mit einer Schneiddrahtelektrode wird ein Metalldraht mit einem Durchmesser von etwa 0,05 bis 0,3 mm als Elektrode verwendet, und es wird eine Relativbewegung in X-Achsen-richtung und Y-Achsenrichtung des Werkstücks relativ zur Elektrode bewirkt. Dies erlaubt eine Schneid- oder Bohrbearbeitung mit jeder gewünschten Konfiguration.

Bei der Relativbewegung handelt es sich gewöhnlich um eine stufenweise Bewegung mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit in der Grössenordnung von 1 Jim pro Impuls der elektrischen Entladung. Dabei findet die elektrische Entladung mit einer konstanten Spannung im Arbeitsspalt statt, ohne dass die elektrische Entladungsenergie gesteuert wird. Wenn die Dicke des Werkstücks konstant ist, so kann diese Bearbeitung wunschgemäss ausgeführt werden, obwohl die Vorschubgeschwindigkeit konstant ist. Wenn jedoch die Dicke des Werkstücks nicht konstant ist, so wird die Bearbeitung zunächst durchgeführt unter Einstellung der Vorschubgeschwindigkeit auf die maximale Dicke (maximale Bearbeitungsfläche), um Störungen nach Art eines Kurzschlusses oder eines Durchschneidens des Drahtes zu verhindern, und daher wird trotz Verringerung der Dicke des Werkstücks während der Bearbeitung die Elektrode mit der anfanglich eingestellten, langsamen Geschwindigkeit bewegt und die Arbeitseffizienz ist gering.

Auch wenn die Dicke des Werkstücks konstant ist, so kommt es zu Schwierigkeiten, wenn das bearbeitete Werkstück eine Konfiguration mit einem Eckenbereich hat. In diesem Falle wird die Ecke nämlich abgerundet, und scharfe Ecken können nachteiligerweise nicht erhalten werden. Es wurde daher vorgeschlagen, die Bearbeitungsvorschubgeschwindigkeit zu steuern, und zwar anhand der überwachten Arbeitsspaltspannung, d.h. der Bearbeitungsspannung, um die Schwierigkeiten der Bearbeitung mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit zu überwinden. Diese Arbeitsweise ist derjenigen mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit überlegen, sie führt jedoch nicht zur Lösung der oben genannten Probleme.

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektroerosionseinrichtung mit einer Drahtelektrode zu schaffen, welche eine hohe Bearbeitungseffizienz aufweist, auch wenn die Dicke des Werkstücks variiert oder der Winkel der Bearbeitungsrichtung sich ändert oder die Bearbeitungsfläche während der Bearbeitung sich ändert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Elektroerosionseinrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einer relativ zum Werkstück bewegten Drahtelektrode gelöst, welche gekennzeichnet ist durch eine Einrichtung zur Messung der Spaltspannung zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück, einen ersten Komparator, welcher die gemessene Spaltspannung mit einer Referenzspannung vergleicht und ein Differenzsignal erzeugt; mit einer Servoeinrichtung zur Umwandlung des Ausgangssignal des Komparators in ein Geschwindigkeitssignal zur Steuerung der Relativgeschwindigkeit zwischen Drahtelektrode und Werkstück; und mit einem zweiten Komparator, welcher das einer Referenzbearbeitungsfläche entsprechende Referenzgeschwindigkeitssignal mit dem von der Servoeinrichtung ausgegebenen Geschwindigkeitssignal vergleicht und ein Ausgangssignal zur Änderung der Leistung der den Spalt zwischen Drahtelektrode und Werkstück beaufschlagenden Spannungsimpulse erzeugt, das über eine Steuerschaltung die Leistung erhöht, wenn das Geschwindigkeitssignal kleiner ist als das Referenzgeschwindigkeitssignal und die Leistung verringert, wenn die Bearbeitungsfläche verringert wird, bzw. die Leistung erhöht, wenn die Bearbeitungsfläche erhöht wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Elektroerosionseinrichtung mit einem Schneidedraht;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der bei Änderung der Arbeitsrichtung einer herkömmlichen Elektroerosionseinrichtung mit einem Schneiddraht auftretenden Defekte;

Fig. 3,4 und 5 weitere Defekte bei einer herkömmlichen Elektroerosionseinrichtung mit einem Schneiddraht;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Elektroerosionseinrichtung mit einem Schneiddraht und einem Werkstück mit unterschiedlicher Dicke;

Fig. 7 ein Impulsdiagramm für die Stromversorgung einer Elektroerosionseinrichtung;

Fig. 8 ein Blockschaltbild einer Stromversorgungseinrichtung für eine Elektroerosionseinrichtung;

Fig. 9 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Prinzips der Ermittlung einer Ecke;

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Elektroerosionseinrichtung;

Fig. 1 l(a), (b) ein Beispiel einer Tabelle von in einem Computer gespeicherten elektrischen Bedingungen;

Fig. 12 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Elektroerosionseinrichtung;

Fig. 13 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Ausführungsform gemäss Fig. 12;

Fig. 14 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Vorschubgeschwindigkeit und der Werkstückdicke bei der herkömmlichen Elektroerosionseinrichtung gemäss Fig. 6; und

Fig. 15 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Vorschubgeschwindigkeit und der Werkstückdicke bei der Ausführungsform der Elektroerosionseinrichtung gemäss Fig. 12.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 8 und 14 soll zunächst eine herkömmliche Elektroerosionseinrichtung mit einem Schneidedraht erläutert werden. Dabei soll zuerst anhand der Fig. 1 bis 5 die Arbeitsweise bei Änderungen der Arbeitsrichtung um einen bestimmten Winkel während der Elektroerosionsbearbeitung erläutert werden.

659 604

Bei einer Elektroerosionseinrichtung mit einem Schneidedraht verwendet man gewöhnlich als Drahtelektrode 1 einen Draht mit einem Durchmesser von 0,5 bis 0,3 mm. Dieser Schneidedraht 1 bildet einen feinen Spalt im Werkstück 2. Eine pulsierende Spannung wird von einer Stromversorgungseinrichtung während der Bearbeitung dem Arbeitsspalt zugeführt, während andererseits eine Arbeitsflüssigkeit 3 eingespeist wird. Dabei wird die elektrische Entladung fortwährend wiederholt.

Der Vorschubbefehl und die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstückteils 5 werden durch eine Antriebssteuerein-richtung 7 entschieden. Diese steht in einer on-line-Verbin-dung mit einem Computer 6. Motore 8A, 8B für die X-Achse und die Y-Achse werden hierdurch gesteuert, so dass ein X-Y-Kreuztisch 9 nach einem gewünschten Vorschubmuster betätigt wird.

Im folgenden sollen die Probleme einer solchen herkömmlichen Elektroerosionsmaschine erläutert werden. Fig. 2 zeigt ein Beispiel für die Änderung der Richtung der Programmortslinie 10 um 90°. Die Drahtelektrode 1 wird entlang einer Drahtortslinie 11 geführt, welche gegenüber der Programmortslinie 10 um eine Versetzung Of versetzt ist. Für die Versetzung Of gilt Of = r + g, wobei r den Radius der Drahtelektrode bedeutet und wobei g die Entladespalt-breite bedeutet. Im Bereich der Ecke gemäss Fig. 2 erhält dabei das Werkstück nicht die vorgesehene Programmortslinie 10. Vielmehr kommt es zu einer Abweichung im Bereich 1 ,, 12, und demzufolge ist es schwierig, ein präzise beareitetes Werkstück gemäss der Programmortslinie 10 zu erhalten.

Die Abweichung beträgt im Bereich der Ecke gewöhnlich 1) = 20 bis 50 |im und 12 = 0,2 bis 0,3 mm. Diese Abweichung führt zu einer unerwünschten Konfiguration und zu einem erweiteren Abstand zwischen einem Stempel und einer Form einer Presseinrichtung im Bereich der Ecke, und dies wiederum führt beim Formen zu einem Grat. Es ist somit schwierig, auf diese Weise eine präzise Form mit einem feinen Abstand beim Stanzen zu erzielen. Was die Gesamtgenauigkeit anbelangt, so ist es schwierig, den gewünschten Abstand zwischen dem Stempel und der Form zu erzielen, so dass der Wert der erhaltenen Form herabgesetzt ist.

Im folgenden sollen die Gründe für die Ausbildung dieser Abweichung betrachtet werden. Wenn gemäss Fig. 3(a) ein Arbeitsschlitz 12 mit der Breite S gebildet wird und die Drahtelektrode 1 zur Position A zurückgeführt wird und danach unter Erosionsbearbeitung des Werkstücks zur Position B geführt wird, so kommt es zu Abweichungen in den Bereichen I3 und 14, da die erneute Bearbeitung durch die Drahtelektrode 1 im Arbeitsschlitz 12 begonnen wird.

Beim Beginn einer neuen Bearbeitung des Werkstücks durch die Drahtelektrode gemäss Fig. 3(b) kommt es zu Vibrationen der Drahtelektrode. Diese werden hervorgerufen durch Abstossungskräfte während der elektrischen Entladung. Diese sind auf Gasexplosionen oder dergl. zurückzuführen und zu Beginn der elektrischen Entladung treten sie auf. Hierdurch kommt es zu einer exzessiven Werkstückabtragung. Obgleich die Drahtelektrode tief in das Werkstück eingeführt wird, so kommt es doch zu einer Verbreiterung des Arbeitsschlitzes durch Erhöhung der Frequenz der elektrischen Entladung, da nämlich die Werkstückspitzen in der Nähe der Vorderfläche des Werkstücks entfernt werden. Demzufolge ist es erforderlich, einen bestimmten Abstand von der Vorderfläche einzuhalten, bis der normale Arbeitszustand zur Ausbildung eines Arbeitsschlitzes mit einer konstanten Breite S gemäss Fig. 3(a) sich einstellt.

Die Abstände ändern sich je nach der Vorschubgeschwindigkeit, der Dicke des Werkstücks usw... Versuche haben gezeigt, dass I3 im Bereich von 20 bis 40 |im und 14 im Bereich von 0,2 bis 0,3 mm liegt.

3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

659 604

Im folgenden soll der Fall der Fig. 4 erläutert werden. Im Falle der Fig. 3(b) hat die Drahtelektrode 1 in der Position A zwei Freiheitsgrade (nach rechts und nach links). Im Falle der Fig. 4 hat die Drahtelektrode nur einen Freiheitsgrad, und es kommt daher nur auf einer Seite zu Abweichungen in den Bereichen I3 und 14, wobei diese die anhand der Fig. 3(b) angegebenen Masse aufweisen.

Der Unterschied zwischen der Fig. 4 und der Fig. 3(b)

soll im folgenden anhand der Fig. 5 herausgearbeitet werden. Wenn gemäss Fig. 5(a) die Drahtelektrode 1 sich vom Punkt C zum Punkt D um einen Abstand 5 bewegt, so wirkt auf die Drahtelektrode 1 eine Kraft mit einem zusammengesetzten Vektor Vi der Abstossungskraft der elektrischen Entladung ein, und zwar je nach der neuen elektrischen Eptla-dungsfläche Si. Diese Kraft wirkt in der Richtung DC.

Wenn die Drahtelektrode 1 sich um den Abstand 5 von C nach E bewegt (Fig. 5b) und somit die Richtung um 90° geändert wird, so wirkt der zusammengesetzte Vektor V2 für diq neue elektrische Entladungsfläche S2 nicht p. Richtung EC auf den Draht ein, sondern in Richtung EP, und es kommt zu einer Abbiegung des Drahtes um den Betrag a., Demzufolge wird der Draht um den Betrag B in der zu CE senkrechten Richtung verschoben. Aufgrund dieser Verschiebung kommt es zu einer Vibration und somit zu einer Werkstückabtragung, und für diese Abweichung an der Ecke 13 gemäss Fig. 4 muss noch zusätzliche Arbeit aufgebracht werden.

Die Bereiche S3, S4 in Fig. 2 bilden ebenfalls unbefriedigend bearbeitete Bereiche aufgrund einer Abbiegung der Drahtelektrode im Eckenbereich nach dem anhand der Fig. 5(b) erläuterten Prinzip. Der Bereich S3 bleibt unbearbeitet wegen der Abweichung der Drahtortslinie 11 durch Verbiegung der Drahtelektrode in diesem Bereich. Der Bereich S4 wird übermässig bearbeitet, und zwar ebenfalls durch eine Abbiegimg des Drahtes. Somit kommen alle Abweichungen durch Schwingungen und Abbiegungen der Drahtelektrode zustande.

Im folgenden wird auf die Fig. 6 bis 8 und 14 Bezug genommen. Anhand dieser Figuren sollen die Probleme erläutert werden, welche auftreten, wenn man eine herkömmliche Elektroerosionseinrichtung bei einem Werkstück mit unterschiedlicher Dicke einsetzt. Gemäss Fig. 6 wird ein Arbeitsstrom von der Stromversorgungseinrichtung, z.B. einer Impulsstromversorgungseinrichtung 4, einem Arbeitsspalt zwischen der Drahtelektrode 1 und dem Werkstück 2A zugeführt. Die durchschnittliche Arbeitsspannung Eg und die Referenzspannung Eo werden in einen Fehlerverstärker 14 eingegeben, und die Werkstück-Vorschubgeschwindigkeit F wird proportional zu einer Differenzspannung gewählt. Dabei handelt es sich um die Differenzspannung zwischen der durchschnittlichen Arbeitsspannung Eg und der Referenzspannung Eo. Die Werkstück-Vorschubgeschwindigkeit F wird der X-Achsenkomponente Fx und der Y-Achsenkom-ponente Fy durch einen Geschwindigkeitsverteiler 7 zugewiesen und der X-Achsen-Motor 8A und der Y-Achsen-Motor 8B werden entsprechend angetrieben.

Das Ausgangssignal F des Fehlerverstärkers 14 und die Ausgangssignale Fx und Fy des Geschwindigkeitsverteilers 7 haben die folgende Beziehung:

Fx2 + Fy2 = F2.

Mit einem solchen Schaltungsaufbau kann der Spalt zwischen der Drahtelektrode 1 und dem Werkstück 2 verringert werden. Wenn die Arbeitsspannung Eg geringer ist als die Referenzspannung Eo, so wird die Werkstück-Vorschubgeschwindigkeit F verringert, so dass der Spalt vergrössert wird und die Arbeitsspannung Eg sich wiederum der Referenzspannung Eo nähert. Wenn andererseits die Arbeitsspannung Eg höher ist als die Referenzspannung Eo, so wird die Werkstück-Vorschubgeschwindigkeit F erhöht, so dass auch in diesem Falle die Arbeitsspannung Eg sich wieder der Referenzspannung Eo nähert. Somit besteht eine Rückkopplung der Arbeitsspannung im Sinne einer Änderung der Werkstück-Vorschubgeschwindigkeit. Wenn dabei ein dünner Bereich des Werkstücks 2A bearbeitet wird, so ist die Werkstück-Vorschubgeschwindigkeit höher. Andererseits ist die Werkstück-Vorschubgeschwindigkeit geringer, wenn ein dicker Bereich bearbeitet wird. Insgesamt erhält man eine im wesentlichen konstante Arbeitsflächengeschwindigkeit.

Wenn die Werkstück-Vorschubgeschwindigkeit gesteuert wird durch Einstellung der Spannung gemäss der Referenzspannung, so kann man einen Verlust der Werkstück-Vorschubgeschwindigkeit im normalen Vorschubprozess wesentlich herabsetzen. Fig. 7 zeigt eine Stromimpulsform zur Aufladung des Kondensators für die Ladung und Entladung. Der Spitzenstrom Ip und die Impulsbreite Tp sowie das Ruhezeitintervall Tr des Impulsstroms für die Aufladung werden allesamt als einstellbare oder frei wählbare Parameter angesehen.

Fig. 8 zeigt eine Detaildarstellung der Stromversorgungseinrichtung 4 gemäss Fig. 1. Die Schaltung umfasst einen Kondensator 90 zur Beeinflussung der Rauhigkeit der bearbeiteten Oberfläche sowie einen Widerstand zur Steuerung des Stroms für die Einstellung des Spitzenstroms Ip und einen Schalttransistor 110 sowie einen Oszillator 120. Die Impulsbreite Tp und das Ruhezeitintervall Tr werden durch diesen Oszillator festgelegt. Ferner ist eine Gleichstromquelle 130 vorgesehen. Der Energieverbrauch der Elektroerosions-bearbeitung hängt in starkem Masse von diesen Bedingungen ab, auch wenn die durchschnittliche Arbeitsspannung Eg stets die gleiche ist.

Wenn ein dünnes Werkstück bearbeitet wird, so erzielt man leicht eine konzentrierte elektrische Entladung. Daher kann es zu einem Durchschneiden der Drahtelektrode 1 kommen, wenn die Energiezufuhr für die Bearbeitung nicht verringert wird durch Änderung der genannten elektrischen Bedingungen. Wenn die Werkstück-Vorschubgeschwindig-keit zur Erzielung einer konstanten Arbeitsspannung Eg im Falle eines Werkstücks mit unterschiedlicher Dicke gesteuert wird, so werden die die Bearbeitungsenergie beeinflussenden elektrischen Bedingungen so eingestellt, dass ein Durchschneiden der Drahtelektrode 1 bei Bearbeitung des Werkstückbereichs mit geringer Dicke vermieden wird. Daher sind die elektrischen Bedingungen in den dicken Bereichen des Werkstücks unzureichend und die Bearbeitungsgeschwindigkeit ist in diesen Bereichen zu gering. In Ansehung der Genauigkeit ist es bevorzugt, die elektrischen Bedingungen im dicken Bereich des Werkstücks zu erhöhen. Wenn die Konfiguration des Werkstücks eine Kante aufweist, so sind die Verhältnisse ähnlich wie bei einem Werkstück mit wesentlich verringerter Dicke. In diesem Fall kann eine scharfe Kante erzielt werden durch Verringerung der elektrischen Bedingungen. Bei den herkömmlichen Verfahren (Steuerung unter Konstanthaltung der Vorschubgeschwindigkeit oder Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit unter Konstanthaltung der Ärbeitsspannung) kann man die erwünschte Arbeitsgeschwindigkeit und die erwünschte Genauigkeit nicht verwirklichen und die Einstellung der elektrischen Bedingungen muss manuell erfolgen, wozu eine lange Erfahrung erforderlich ist. Diese Einstellung bereitet grosse Schwierigkeiten, und es kommt dennoch häufig zu einem Durchschneiden der Drahtelektrode 1, und die Zuverlässigkeit der Bearbeitung ist gering.

Im folgenden soll anhand der Fig. 9 bis 11 eine erste Ausführungsform der Erfindung erläutert werden. Mit dieser

4

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5

659 604

Ausführungsform können die bei der herkömmlichen Ausführungsform gemäss den Fig. 1 bis 5 auftretenden Probleme überwunden werden. Fig. 9 zeigt eine graphische Darstellung, bei der auf der Ordinate das Verhältnis RF der Arbeitsgeschwindigkeit bei der Bearbeitung eines Eckenbereichs zur Arbeitsgeschwindigkeit F für einen geraden Bereich aufgetragen ist. Auf der Abszisse ist der Abstand 1 von der in Fig. 2 dargestellten Kante R im Bereich der Abbiegung aufgetragen. Man erkennt aus Fig. 9, dass die Arbeitsgeschwindigkeit F in einem Abschnitt von etwa 0,2 bis 0,3 mm erhöht wird, und zwar durch Steuerung des Tischvorschubs bei konstanter Spannung oder konstantem Strom im Eckenbereich. Dies ist einer Verringerung der Dicke im Eckenbereich äquivalent (da gemäss Fig. 5 die elektrische Entladungsfläche hier verringert wird gemäss der Beziehung Si > S2). Wenn die Arbeitsbedingungen (elektrische Entladungsenergie) konstant sind und die elektrische Entladungsfläche verringert wird, so wird die Arbeitsgeschwindigkeit F erhöht. Man kann daher den Eckenbereich am Punkt p anhand der Einstellung des Pegels F + r) gemäss Fig. 9 ermitteln. Somit kann der Eckenbereich automatisch anhand des Anstiegs der Arbeitsgeschwindigkeit F festgestellt werden. Der Pegel F + ti ist ein höherer Pegel als der Pegel der Geschwindigkeitsvariation während der Bearbeitung.

Im folgenden soll der Aufbau einer Ausführungsform der Elektroerosionseinrichtung anhand der Fig. 10 erläutert werden. Die durchschnittliche Spaltspannung Eg während der Bearbeitung wird in einem bekannten Komparator 14 mit der Referenzspannung Eo verglichen. Die Spannung e, welche der Differenz proportional ist, wird in den Geschwindigkeitswandler 15 eingegeben, welcher ein Arbeitsgeschwindigkeitssignal F für konstante Spannung und konstanten Strom ausgibt. Hierdurch wird der X-Achsen-Motor und der Y-Achsen-Motor 8 durch eine Antriebssteuereinrichtung 7 angetrieben, und das Werkstück 2 wird in X-Achsenrich-tung durch den X-Achsen-Motor 8A und in Y-Achsenrich-tung durch den Y-Achsen-Motor 8B bewegt. Das Arbeits-Geschwindigkeitssignal F wird in ein digitales Signal umgewandelt, welches in einen Computer 6A eingegeben wird. In diesem werden die Daten der elektrischen Bedingungen 16 in Form einer Digitaltabelle gespeichert. Die Daten der elektrischen Bedingungen 16 sind Kombinationen der elektrischen Bedingungen von... Eco... Ecr. Wenn die Bearbeitung gemäss diesen elektrischen Bedingungen durchgeführt wird, so ist die Arbeitsgeschwindigkeit höher bei einer oberen Position als bei einer unteren Position. Die Gewichtung erfolgt anhand der Anzeige der Arbeitsgeschwindigkeit. Die elektrischen Bedingungen für höhere Arbeitsgeschwindigkeiten sind vom oberen Bereich zum unteren Bereich hin angeordnet. Nach der Erfassung des Eckenbereichs (Punkt p in Fig. 9) anhand der Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit F werden die elektrischen Bedingungen EC geändert. Im Falle einer Bearbeitung unter den elektrischen Bedingungen Eco bei einer Arbeitsgeschwindigkeit F liegt eine normale, geradlinige Bearbeitung vor, und demgemäss übersteigt die Geschwindigkeit nicht den Wert F + t] gemäss Fig. 9. Dieser Arbeitsgeschwindigkeitswert, welcher in den Computer 6A als Digitalwert eingegeben wird, liegt nicht über dem Eckenerfassungspegel Fk (F -t- T) in Fig. 9) gemäss Fig. 10. Daher gilt im Fliessdiagramm für die Beziehung F ^ Fk die Antwort NEIN, so dass die gegenwärtigen elektrischen Bedingungen Eco aufrechterhalten werden. Die elektrischen Bedingungen Eco werden zu Anfang durch eine Bedienungsperson in den Computer 6A eingegeben, und zwar durch Auswahl aus einer anderen Tabelle, ähnlich der Tabelle der Daten 16 der elektrischen Bedingungen. Wenn das Werkstück den Eckenbereich erreicht, so steigt die Arbeitsgeschwindigkeit, und für F ^ Fk gilt die Antwort JA, wie das innere Fliessdiagramm des Computers 6A in Fig. 7 zeigt. Daher erhöht sich die Nummer der Daten der elektrischen Bedingungen 16 um 1, wie durch die Beziehung Ecm -» Ecm + 1 angegeben. Nun tritt Ecl anstelle von Eco, und die geänderten elektrischen Bedingungen haben eine Verringerung der Energie um eine Stufe im Sinne einer Verringerung der Arbeitsgeschwindigkeit durch die Charakteristik der elektrischen Bedingungen zur Folge. Der Befehl gelangt zur Stromversorgungseinrichtung 4, und zwar über ein Leistungsinterface 17, entsprechend den Daten der elektrischen Bedingungen 16. Hierdurch wird die Höhe des der Drahtelektrode gelieferten Versorgungsimpulses variiert. Demzufolge wird die Arbeitsgeschwindigkeit gesenkt. Im Eckenbereich ist die Fläche klein. Bei der beschriebenen Verringerung der elektrischen Bedingungen wird die Arbeitsgeschwindigkeit häufig jedoch nicht verringert, sondern sie bleibt auf einem Pegel oberhalb Fk. Daher gilt für die Bedingung F ^ Fk nach wie vor die Antwort JA, so dass die elektrischen Bedingungen weiter verringert werden. Sobald die Arbeitsgeschwindigkeit auf einen Wert unterhalb des vorbestimmten, unteren Grenzpegels Fl verringert wird, so gilt für die Beziehung F ^ Fl die Antwort JA und die Wiederholung der Operation zur weiteren Verringerung der elektrischen Bedingungen wird gestoppt, und die elektrischen Bedingungen Ecn werden aufrechterhalten (sobald F ^ Fl gilt). Der untere Grenzwertpegel Fl hat vorzugsweise nicht nur einen gerade unterhalb F liegenden Wert, sondern einen tieferliegenden Wert von etwa 0,6 F bis 0,8 F, und er ist verschieden von demjenigen zur Steuerung der Zunahme von F gemäss Fig. 9.

Auf diese Weise wird der Eckenbereich erfasst (CF ^ Fk JA), und der Wert Ecn wird zwangsmässig jedesmal dann um eine Stufe erhöht, wenn eine konstante Zeitperiode abgelaufen ist, welche von einem Abstandscomputer 18 gezählt wird. Der Wert wird hierdurch schliesslich wieder auf Eco zurückgestellt, wie zur Zeit des Beginns der geraden Bearbeitung. Somit werden die elektrischen Bedingungen für einen spezifischen Abschnitt gesenkt nach Erfassung der Kante, wodurch die Arbeitsgeschwindigkeit unter den unteren Grenzpegel gesenkt wird. Nach dieser Periode werden die elektrischen Bedingungen wieder zurückgestellt, und es erfolgt dann wiederum die Bearbeitung in einer geraden Linie.

Es wird eine spezifische Anzahl von Stufen für die Daten der elektrischen Bedingungen 16 vorgesehen, wobei vom Kopf her adressiert wird. Bei Daten im oberen Bereich ist die Arbeitsgeschwindigkeit höher und bei Daten im unteren Bereich ist die Arbeitsgeschwindigkeit niedriger. Eine Ausführungsform eines solchen Programms ist in Fig. 11 (a) dargestellt. In dieser Tabelle sind die elektrischen Bedingungen gemäss Fig. 1 l(b) angegeben, und zwar die Impulshöhe Ip, die Impulsbreite tpp und die Impulspause (pr. Diese entsprechen Stufen der Stromversorgungseinrichtung. Die Werte der Daten der elektrischen Bedingungen werden festgelegt, je nach den praktischen Bearbeitungsgeschwindigkeiten, und zwar anhand von Versuchen und Erfahrung.

Wie oben beschrieben, können Abweichungen durch Schwingungen der Drahtelektrode oder dergl. gemäss Fig. 4 verringert werden, indem man die Arbeitsgeschwindigkeit verringert und die elektrischen Bedingungen verringert. Somit kann die zusammengesetzte Abstossungskraft der elektrischen Entladung durch diese Steuerung gesenkt werden, z. B. durch eine Senkung der Wiederholungsfrequenz der elektrischen Entladung. Ferner wird auch die Verbiegung der Drahtelektrode, welche in Fig. 5(b) dargestellt ist, verringert, so dass die Ungenauigkeiten der Arbeitsflächen, welche in Fig. 2 durch S3 und S4 angedeutet sind, ebenfalls verringert werden. Demzufolge werden die in Fig. 2 dargestellten Strecken 1] und 12 verringert. Versuche haben gezeigt, dass

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

659 604

man auf diese Weise Ii auf 5 bis 10 [im und 12 auf 5 bis 10 |am senken kann. Man kann daher die äusserst hohe Genauigkeit erreichen, welche eine präzise Form mit einem Eckenbereich aufweisen muss. Die Bearbeitung der Ecke wird automatisch erfasst, und die elektrischen Bedingungen werden durch das spezielle Steuersystem geändert, so dass Abweichungen verhindert werden.

Die Steuerung der elektrischen Bedingungen können durch eine N/C-Tabelle oder dergl. befohlen werden. Eine solche Steuerung der elektrischen Bedingungen sollte jedoch nach Erfahrungswerten erfolgen, und die Erfordernisse sind verschieden, je nach dem Winkel an der Ecke (stumpfer Winkel oder spitzer Winkel). Daher ist es recht schwierig, eine Steuerung gemäss einer N/C-Tabelle vorzunehmen. Demgegenüber werden erfindungsgemäss die elektrischen Bedingungen sequentiell verringert anhand der Daten der elektrischen Bedingungen im Sinne der Erreichung einer spezifischen Arbeitsgeschwindigkeit. Somit ergeben sich keine Schwierigkeiten, und die elektrischen Bedingungen sind automatisch festgelegt, wenn eine bestimmte Arbeitsgeschwindigkeit vorliegt.

Selbst im Falle eines Systems mit einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit zur Aufrechterhaltung einer konstanten, relativen Vorschubgeschwindigkeit zwischen Werkstück und Elektrode kann die erfindungsgemässe Steuerung angewandt werden, indem man die Spannung oder den Strom misst, z.B. durch Erfassung der Erhöhung der Spaltspannung Eg über einen voreingestellten Pegel. Dieser Wert wird nun in den Computer eingegeben, d.h. der Wert der Arbeitsgeschwindigkeit F wird ersetzt durch den Wert der Spaltspannung Eg.

Erfindungsgemäss wird bei der Ausführungsform gemäss Fig. 9 bis 11 ein Werkstück mit einer Ecke entsprechend dem Programm bearbeitet, und eine Detektoreinrichtung erfasst die Tatsache, dass die Bearbeitung den Eckenbereich erreicht, und nun werden die elektrischen Bedingungen sequentiell geändert, so dass man eine spezifische Bedingimg für die Bearbeitungsgeschwindigkeit und die Arbeitsbedingungen erhält, je nach den Daten der elektrischen Bedingungen, welche im Computer gespeichert sind. Hierdurch können Abweichungen im Eckenbereich vollständig verhindert werden. Somit bietet das erfindungsgemässe System beträchtliche Vorteile.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung soll nun anhand der Fig. 12,13 und 15 erläutert werden. Die in Fig. 12 gezeigte Ausführungsform stimmt zum Teil mit derjenigen gemäss Fig. 6 überein, d.h. auch hier wird die Spaltspannung Eg stets mit einer Referenzspannung Eo verglichen, und die Vorschubgeschwindigkeit F wird geändert, so dass die Spaltspannung Eg sich der Referenzspannung Eo nähert. Im folgenden soll die Arbeitsweise untersucht werden für den Fall, dass die Bearbeitung eines Bereichs des Werkstücks 2A konstanter Dicke beendet ist und die Bearbeitung eines dickeren Bereichs des Werkstücks beginnt. Wenn die Vorschubgeschwindigkeit im Sinne einer Konstanthaltung der Arbeitsspaltspannung gesteuert wird, und zwar auch im dickeren Bereich des Werkstücks, und die elektrischen Bedingungen nicht geändert werden, so ist die Bearbeitungsenergie im wesentlichen konstant, und die Bearbeitungsflächengeschwindigkeit ist im wesentlichen konstant und somit wird die Vorschubgeschwindigkeit wesentlich verringert, und zwar umgekehrt proportional zur Dicke des Werkstücks.

Die Vorschubgeschwindigkeit F wird in den Computer 6B eingegeben .und die Abnahme der Vorschubgeschwindigkeit F bei Erhöhung der Dicke wird erfasst, wobei die elektrischen Bedingungen allmählich erhöht werden. Wenn die elektrischen Bedingungen erhöht werden, so wird die Bearbeitungsenergie erhöht, und es kommt zu einer relativen Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit. Da ein Durchschneiden des Drahts verhindert werden muss, kann jedoch die Vorschubgeschwindigkeit nicht auf den ursprünglichen Wert erhöht werden.

Fig. 14 zeigt die Beziehung zwischen der Dicke t des Werkstücks und der Vorschubgeschwindigkeit F, wenn die elektrischen Bedingungen (Bearbeitungsenergie) EC für den Bereich mit der geringsten Dicke t derart eingestellt sind,

dass ein Durchschneiden des Drahts bei einer herkömmlichen Maschine verhindert wird. Die elektrischen Bedingungen sind konstant, so dass die Vorschubgeschwindigkeit F verringert wird, und zwar umgekehrt proportional zur Dicke t des Werkstücks.

Fig. 15 zeigt die Beziehung zwischen der Dicke t des Werkstücks und der Vorschubgeschwindigkeit F bei der er-fmdungsgemässen Einrichtung. Hierbei werden die elektrischen Bedingungen automatisch durch den Computer eingestellt. Bei Erhöhung der Dicke t des Werkstücks kommt es zu einer Erhöhung der elektrischen Bedingungen, so dass die Vorschubgeschwindigkeit F nicht so stark verringert wird, wie in Fig. 15 gezeigt.

Wenn die Daten der Vorschubgeschwindigkeit F bei der Ausführungsform gemäss Fig. 12 in den Computer 6B eingegeben werden, so werden die elektrischen Bedingungen EC je nach den Daten der graphischen Darstellung in Fig. 15, welche in den Speicher des Computers 6B eingespeichert sind, entschieden. Wenn die elektrischen Bedingungen EC, welche gemäss der graphischen Darstellung der gegenwärtigen Vorschubgeschwindigkeit F entsprechen, höher sind, so befiehlt der Computer 6B der Stromversorgungseinrichtung 4, die elektrischen Bedingungen allmählich zu erhöhen, so dass schliesslich die aktuelle Vorschubgeschwindigkeit den ausgegebenen elektrischen Bedingungen EC entspricht.

Wenn die Dicke des Werkstücks erhöht wird, so befiehlt der Computer 6B die allmähliche Verringerung der elektrischen Bedingungen EC. Wenn die Dicke des Werkstücks nun aber in Stufen geändert wird, z.B. sich in einer Stufe verringert, so kann der Befehl des Computers 6B zur Einstellung der elektrischen Bedingungen gegenüber dem Zeitpunkt, zu dem diese Änderung praktisch erforderlich ist, verzögert werden, so dass die Drahtelektrode 1 zerschnitten wird.

Bei der erfindungsgemässen Ausführungsform wird bei Erfassung der Zunahme der Vorschubgeschwindigkeit die elektrische Bedingung EC plötzlich verringert, und zwar auf den Minimalwert für die Bearbeitung eines Werkstücks mit minimaler Dicke, und dann wird die elektrische Bedingung EC allmählich erhöht, je nach der Beziehung zwischen der Vorschubgeschwindigkeit F und der elektrischen Bedingung, welche graphisch in Fig. 15 dargestellt ist (wie bei der ersten Ausführungsform). Die elektrische Bedingung EC wird an der Stelle stabilisiert, welche F in der graphischen Darstellung zugeordnet ist.

Fig. 13 zeigt die Änderung der elektrischen Bedingungen bei dem Übergang vom dickeren Bereich eines Werkstücks zum dünneren Bereich eines Werkstücks. Die gestrichelte Linie betrifft den plötzlichen Übergang der Dicke des Werkstücks zu der minimalen Dicke des Werkstücks.

Einen ähnlichen Effekt, wie mit der plötzlichen Verringerung der elektrischen Bedingungen, kann man erzielen durch Steuerung der Drahtvorschubgeschwindigkeit und der Drahtspannung, welche die Vorgänge des Durchschneidens des Drahtes während der Bearbeitung beeinflussen und den Ölwiderstand sowie den Arbeitsstrom und die Kapazität des Kondensators.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird stets ein Computer verwendet. Es ist jedoch möglich,

6

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

den Computer durch eine herkömmliche Hardware-Steuereinrichtung zu ersetzen, z.B. in Verbindung mit einem Festwertspeicher oder dergl. mit der Datentabelle.

Bei den Ausführungsformen der Erfindung kann die elektrische Bedingung, welche durch den Computer befohlen wird, ohne Verzögerung gesteuert werden, selbst wenn die Dicke des Werkstücks sich plötzlich ändern sollte, und somit können Störungen in Form eines Durchschneidens des Drahtes verhindert werden, und man erzielt eine sehr hohe Betriebszuverlässigkeit, ohne dass manuelle Eingriffe erforderlich wären.

Wie auf Fig. 12 geschildert, kann die Stromversorgungseinrichtung (4) eine Gleichstromquelle (130), einen Impulsgenerator (120) als Schaltungselement mit der Schaltungskonstante, ein Halbleiterschaltelement (110), welches einer EIN-AUS-Steuerung durch die Ausgangsimpulse des Im659 604

pulsgenerators (120) unterliegt, einen in Reihe zum Halbleiterschaltelement (110) geschalteten Widerstand (100) und einen parallel zur Drahtelektrode (1) geschalteten Kondensator (90) umfassen.

Die Relativbewegung zwischen Werkstück (2) und Drahtelektrode (1) kann in X-Achsenrichtung und Y-Achsenrichtung erfolgen, während die Drahtelektrode ( 1 ) in Z-Achsenrichtung transportiert wird.

In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder sich entsprechende Bauteile. Der Computer 6B in Fig. 12 umfasst nicht den Abstandscomputer 18 und dessen Schaltung. Die Daten der elektrischen Bedingungen 16 für den Computer 6B sind die Bedingungsdaten, welche der Änderung der Dicke entsprechen. Im übrigen ist dieser Computer 6B in gleicher Weise aufgebaut wie der Computer 6A der Fig. 10.

7

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

S

4 Blatt Zeichnungen

Claims

659 604

PATENTANSPRÜCHE

1. Elektroerosionseinrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einer relativ zum Werkstück bewegten Drahtelektrode, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Messung der Spaltspannung zwischen der Drahtelektrode (1) und dem Werkstück (2), einen ersten Komparator (14), welcher die gemessene Spaltspannung mit einer Referenzspannung vergleicht und ein Differenzsignal erzeugt; mit einer Servoeinrichtung (15) zur Umwandlung des Ausgangssignals des Komparators (14) in ein Geschwindigkeitssignal zur Steuerung der Relativgeschwindigkeit zwischen Drahtelektrode (1) und Werkstück (2); und mit einem zweiten Komparator (19), welcher das einer Referenzbearbeitungsfläche entsprechende Referenzgeschwindigkeitssignal mit dem von der Servoeinrichtung (15) ausgegebenen Geschwindigkeitssignal vergleicht und ein Ausgangssignal zur Änderung der Leistung der den Spalt zwischen Drahtelektrode (1) und Werkstück (2) beaufschlagenden Spannungsimpulse erzeugt, das über eine Steuerschaltung (6A, 17) die Leistung erhöht, wenn das Geschwindigkeitssignal kleiner ist als das Referenzgeschwindigkeitssignal; und die Leistung verringert, wenn die Bearbeitungsfläche verringert wird, bzw. die Leistung erhöht, wenn die Bearbeitungsfläche erhöht wird.
2. Elektroerosionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (6A, 17) einen Speicher (16) umfasst, welcher eine Vielzahl von elektrischen Betriebsbedingungen speichert; und dass der zweite Komparator (19) die Tatsache feststellt, dass die Bearbeitung des Werkstücks (2) sich von einer geraden Richtung in eine andere Richtung an einer Richtungsänderungsstelle ändert, worauf die Steuerschaltung (6A, 17) die Leistung anhand der elektrischen Bedingungen in dem Speicher (16), welche durch das Ausgangssignal des zweiten Komparators (19) ausgewählt werden, auf einen vorbestimmten Leistungswert absenkt.
3. Elektroerosionseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Messung der Spaltspannung anhand der Änderung der Spaltspannung die Bearbeitung des Werkstücks (2) an der Richtungsänderungsstelle ermittelt.
4. Elektroerosionseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (6A, 17) anhand des am Ausgang der Servoeinrichtung (15) erscheinenden Geschwindigkeitssignals die Bearbeitung des Werkstücks (2) an der Richtungsänderungsstelle ermittelt und, wenn das Geschwindigkeitssignal über dem der Referenzbearbeitungs-fläche zugeordneten Referenzgeschwindigkeitssignal liegt, die Leistung absenkt.
5. Elektroerosionseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch einen Computer (18) zur Berechnung der Bearbeitungsstrecke, welcher von der Richtungsänderungsstelle an zu zählen beginnt und nach Durchführung der Bearbeitung über eine vorbestimmte Strecke die Leistung auf diejenige, welche vor der Richtungsänderungsstelle vorlag, zurückführt.
6. Elektroerosionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Komperator (19) eine Änderung der Dicke des Werkstücks (2) und damit der Bearbeitungsfläche erfasst und dass entsprechend der Bearbeitungsstrom von der Steuerschaltung (6A, 17) erhöht wird, wenn die Relativgeschwindigkeit zwischen Werkstück (2) und Drahtelektrode (1) aufgrund der Änderung der Dicke des Werkstücks (2) gesenkt wird, während der Bearbeitungsstrom gesenkt wird, wenn die Relativgeschwindigkeit erhöht wird.
7. Elektroerosionseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsleistung auf die Bearbeitungsleistung für die minimale Dicke des Werkstücks (2)

gesenkt wird, wenn die Relativgeschwindigkeit zwischen Werkstück (2) und Drahtelektrode (1) aufgrund einer Änderung der Dicke des Werkstücks (2) steigt, und dass nachfolgend die Bearbeitungsleistung wieder erhöht wird.
8. Elektroerosionseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltspannung im wesentlichen konstant gehalten wird.
9. Elektroerosionseinrichtung nach Anspruch 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativgeschwindigkeit zwischen Drahtelektrode (1) und Werkstück (2) im wesentlichen konstant gehalten wird.
10. Elektroerosionseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung zwischen Werkstück (2) und Drahtelektrode (1) in X-Achsenrichtung und Y-Achsenrichtung erfolgt, während die Drahtelektrode (1) in Z-Achsenrichtung transportiert wird.