CH661229A5

CH661229A5 - Funkenerosionsmaschine.

Info

Publication number: CH661229A5
Application number: CH4203/83A
Authority: CH
Inventors: Tetsuroh Itoh
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1982-08-02
Filing date: 1983-08-02
Publication date: 1987-07-15
Also published as: US4559432A; DE3327470C2; DE3327470A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Funkenerosionsmaschine zum Schneiden eines Werkstückes unter Verwendung einer Drahtelektrode.

Die Verwendung elektrischer Energie zur Bearbeitung von Werkstücken ist bekannt. Ein neueres Verfahren ist das Funkenerosionsbearbeiten mit einer Drahtelektrode, wobei eine drahtförmige Elektrode verwendet wird, um elektrisch ein Werkstück zu bearbeiten, so als ob das Werkstück durch die Laubsäge bearbeitet worden wäre.

Fig. 1 zeigt eine konstruktive Ansicht der Maschine, wobei das Prinzip zur Durchführung der Drahtschneide-Funkenerosionsbearbeitung dargestellt ist. Ein Werkstück 1 ist gegenüberliegend einer Drahtelektrode 2 über einer Iso-lierflüssigkeit 3 angeordnet. Die Isolierflüssigkeit 3 wird im folgenden als Bearbeitungsflüssigkeit bezeichnet. Die Bearbeitungsflüssigkeit wird von einem Tank 4 über eine Pumpe 5 zum Bearbeitungsspalt 6 gefördert und mit einer Düse 6 über den Spalt gespritzt. Die Relativbewegung des Werkstückes 1 zur Drahtelektrode 2 wird durch einen Tisch 11, auf welchem das Werkstück 1 befestigt ist, ausgeführt. Der Tisch 11 wird durch einen Y-Achsenantriebsmotor und einen X-Achsenantriebsmotor 12 angetrieben. Entsprechend dieser Anordnung ist die Relativbewegung des Werkstückes 1 der Elektrode 2 eine Bewegung in einer zweidimensionalen Fläche, gebildet durch die X- und Y-Achsen. Die Drahtelektrode wird von einer Drahtzuführhaspel 7 zugeführt. Die Drahtelektrode wird durch eine untere Drahtführung 8 A und das Werkstück und über eine obere Führung 8 B geführt und alsdann auf eine Drahthaspel 10 aufgerollt, welche als Spannungsrolle dient. Eine Steuerspannungsversorgung 15 zur Lieferung elektrischer Energie umfasst eine Spannungsquelle 16, ein Schaltelement 17, einen strombegrenzenden Widerstand 19 und eine Steuerschaltung 20 zur Steuerung des Schaltelementes 17. Eine Steuereinheit 14 dient zum Antrieb und zur Steuerung der X/Y-Achsenmotoren 12,13. Dieser umfasst auch Vorrichtungssteuerungseinheiten, Kopiereinheiten und gebräuchliche computergesteuerte Einheiten.

Im folgenden wird der Betrieb einer herkömmlichen Drahtschneide-Funkenerosionsmaschine beschrieben. Bei normalen Bearbeitungsbedingungen wird eine pulsförmige Hochfrequenzspannung, von der Spannungsversorgung 15 herrührend, angelegt, wobei ein Teil des Werkstückes 1 durch die Entladungsexplosion durch einen Puls geschmolzen und zerstäubt wird. Da die Flüssigkeit im Bearbeitungsspalt wegen der hohen Temperatur vergast und ionisiert

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wird, so ist eine gewisse Wartezeit nötig, bis dass der nächste Spannungspuls angelegt wird. Wenn die Wartezeit zu kurz ist, so wird der Spalt nicht genügend erneut isoliert. Als Folge davon bewirkt die Konzentration der elektrischen Entladung am selben Ort für die Zeitspanne das Schmelzen der Drahtelektrode 2.

Im Falle der Verwendung von gebräuchlichen Steuer-Spannungsversorgungen ist es bekannt, die elektrischen Bedingungen inkl. der Wartezeit für die Steuer-Spannungsversorgung 15, welche von der Art des Wrkstückes und der Plattendicke abhängt, festzulegen und die Funkenerosionsbearbeitung mit solchen elektrischen Bedingungen durchzuführen, die mehr als genügend sind, um zu verhindern, dass die Drahtelektrode zerschnitten wird. Als Konsequenz davon wird die Bearbeitungsgeschwindigkeit unvermeidlich auf einen Wert reduziert, der beträchtlich tiefer ist als der logische Schwellenwert, und das Schmelzen der Drahtelektrode 2 unvermeidlich ist, falls eine Ungleichheit im Durchmesser der Drahtelektrode oder irgend ein Vorsprung oder Defekt vorhanden ist.

Wie oben erwähnt, liegt der Nachteil bei der gebräuchlichen Drahtschneide-Funkenerosion darin, dass die Bearbeitungsgeschwindigkeit extrem tief ist, da die Äusgangsenergie der Steuer-Spannungsversorgung reduziert wird, um zu verhindern, dass die Drahtelektrode 2 schmilzt, selbst wenn die elektrischen Entladungen an einer Stelle konzentriert werden.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drahtschneide-Funkenerosionsmaschine mit hoher Zuverlässigkeit zu schaffen, welche die Nachteile der bekannten Maschinen nicht aufweist, indem die Komponente der Induktion zwischen der elektrischen Spannungsversorgung und dem Entladungspunkt im Werkstück und die durch die Induktion bestimmte Stromwellenform analysiert werden, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Konzentration von Entladungspunkten zu bestimmen, die Resultate der Analyse anzuzeigen, indem das Vorkommen der Konzentration von Entladungen detektiert wird, und der Wert des an den Bearbeitsspalt angelegten Spannungspulses oder die Wartezeit reguliert wird.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 das Prinzip, auf welchem herkömmliche Drahtschneide-Funkenerosionsmaschinen funktionieren,

Fig. 2 ein Blockschema, welches das Prinzip der Detektion entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 3 ein Diagramm bezüglich der Beziehung zwischen Strom und detektierten Stromwellenformen,

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer Anordnung zur Detektion der Konzentration der elektrischen Entladungen,

Fig. 5 ein Schema einer Schaltung der Steuerung der Spannung, die über dem Zwischenpolspalt angelegt wird und

Fig. 6 ein Schema einer Schaltung zur Steuerung der Wartezeit einer Pulsspannung.

In bezug auf Fig. 2 wird das Prinzip der vorliegenden Erfindung beschrieben. In Fig. 2 ist ein Transformator CT zur Detektion eines Zwischenpolstromes I dargestellt. Der Wert des Zwischenpolstromes I weist verschiedene Wellenformen entsprechend der Induktion, welche durch die Distanz zwischen einem Entladungspunkt und einer Stromzuführung 9 bestimmt wird, auf. Wenn angenommen wird, dass die Distanzen von der Stromzuführung 9 zu den Entladungspunkten LI und L2 und die Induktivitäten 11 und 12 betragen so wird der Zwischenpolstrom I wie folgt ausgedrückt:

__ n

11 = E/R(1 - exp f )

12 = E/R( 1 - exp zJL f )

U

wobei R der Widerstand des strombegrenzten Widerstandes und E die Spannung der Gleichspannungsquelle ist. Wenn angenommen wird, dass T die Zeitperiode darstellt bis das Schaltelement 17 ein- und ausgeschaltet wird, wenn der Strom I fliesst, so sind 11 und 12 durch Messung des Stromwertes bei T. wenn das Element ausgeschaltet ist, erhältlich, und LI und L2 können ausserdem unterschieden werden. Wenn die Entladungspunkte konzentriert sind, so werden die Stromwerte bei der Zeit T des Entladungsstromes ungefähr gleich. Eine Entladungskonzentrations-Dektektionsvor-richtung 30 wird verwendet, um die Anwesenheit der Konzentration der Entladungen basierend auf dem obgenannten Prinzip zu detektieren, welches in bezug auf die Fig. 3 und die Fig. 4 beschrieben wird.

I in Fig. 3 zeigt eine Zwischenpolstrom-Wellenform, die durch CT zur Stromdetektion gemessen wird, wobei VCE den Zustand des Schaltelementes 17 darstellt, wenn es ein-und ausgeschaltet wird. Das durch eine Steuerschaltung 20 erzeugte Signal, wenn das Schaltelement ausgeschaltet ist, wird durch A T dargestellt.

Gemäss Fig. 4 wird ein Stromsignal SI gemäss Fig. 3 durch ein Abfrage- und Speicherglied 31 bei einer Zeiteinteilung Ä T gespeichert, wobei der gespeicherte Wert temporär in einem Zwischenspeicher 33 als digitaler Wert, welcher durch einen Analog-Umwandler 32 umgewandelt wird, gespeichert wird. Der Zwischenspeicher 33 ist so angeordnet, um das Signal zu einem Zwischenspeicher 34 in der nächsten Stufe, entsprechend dem oben erwähnten Signal À T, zu verschieben. Als Resultat davon können die Stromwerte SI bei A T einen Zeitschritt vor und SI beim nächsten Zeitschritt aus den Eingangs- und Ausgangswerten im Zwischenspeicher ausgelesen werden. In diesem Fall wird jedes der Signale SI (t), SI (t-1) in einer Subtraktionsschaltung oder einem Digitalkomparator 35 verarbeitet, um eine Differenz zu detektieren, und, sollte eine solche vorhanden sein, d. h. in der Gegenwart der Konzentration der elektrischen Entladungen wird ein Zähler 36 zurückgestellt, wobei, wenn keine Differenz vorhanden ist, d. h. wenn keine Konzentration elektrischer Ladungen auftritt, und wenn der Inhalt eines Zählers 36 einen gesetzten Wert n übersteigt, durch Hinzufügen eines Pulses zum Zähler 36 das Vorkommen der n-fachen kontinuierlichen Konzentration von elektrischen Entladungen detektiert wird. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird T als digitaler Puls für den Zähler verwendet, und, da der Zähler nicht rückgestellt ist, wenn elektrische Ladungen konzentriert werden, so wird ein Entladungskonzentrations-Warnungssignal S erzeugt, wenn der Inhalt des Zählers 36 den voreingestellten Wert n übersteigt, wenn die Konzentration von elektrischen Entladungen bis zu n Malen auftritt. Zusätzlich ist die Anordnung eine solche, dass die Konzentration elektrischer Entladungen visuell kontrolliert werden kann, indem der Zähler 36 mit einem Analog-Digitalum-wandler 37 ausgerüstet wird, um das Analog-«Signal» mit Hilfe eines Messgerätes 38 oder einer lichtemittierenden Diode anzuzeigen.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Fig. 5 zeigt, wie die Spannung über dem Zwischenpolspalt angelegt wird, wobei die Spannung entsprechend dem vorerwähnten Ausgangssignal geändert wird. Wenn die Spannung zum Starten einer elektrischen Entladung redu-

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ziert wird, so wird kaum eine elektrische Entladung verursacht, und die Konzentration der elektrischen Entladungen innerhalb desselben Zwischenpolspaltes kann verhindert werden. Überdies kann die elektrische Entladung leicht erhöht werden durch Erhöhung der über dem Zwischenpol-spalt angeordneten Spannung in Abwesenheit der Konzentration von elektrischen Entladungen.

Gemäss Fig. 5 wird ein Verstärker 40 verwendet, um eine verstärkte Analog-Spannung, welche dem Ausgangssignal des Zählers 36 entspricht, an die Basis eines Transistors 51 anzulegen. Die über dem Zwischenpolspalt angelegte Spannung Vg ist wie folgt definiert:

Vg = - IcRl (1)

Ic entspricht grob (ungefähr 99%) dem durch die Emitterfol-ger-Last R2 des Transistors 51 fliessenden Stromes und kann wie folgt ausgedrückt werden:

Ic = VE/R2 = VB/R2 (2)

Aus den Gleichungen (1) und (2) ergibt sich

Vg = — R1/R2 VB (3)

Wenn R1 = 30 K Q, R2 = 1 K Q, E = 300 V, so wird VB einen Änderungsbereich von 0 ~ 300 V für den Änderungsbereich 0 ~ 10 V aufweisen.

Wenn der Inhalt des Zählers 36 infolge des Auftretens von Konzentration elektrischer Ladungen ansteigt, so wird das Ausgangssignal an einem invertierenden Verstärker 40 ansteigen, wobei die Zwischenpol-Spannung Vg reduziert und die Konzentration elektrischer Entladungen eliminiert wird.

Gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 6 eine Anordnung dargestellt, bei welcher die Wartezeit des Spannungspulses oder die AUS-Zeit des Schaltungselementes 17 auf der Basis der Ausgangsgrösse, welche durch die Detektionsschaltung erhalten wird, verlängert wird.

Ein RS Flip-Flop 118 gemäss Fig. 6 bewirkt, dass das Schaltelement 17 einen EIN-Zustand für den Verstärker 119 einnimmt, wenn das Ausgangssignal Q = 1. Dies zeigt EIN-Zeit an, wobei bei Q = 0 AUS-Zeit ist. Wenn Q = 1 ist, ist ein UND-Tor 120 auf EIN-Zeit, wobei das Tor bei AUS-Zeit ist, wenn Q = 0 wird, da das Flip-Flop 118 zurückstellt, wenn p «1» wird, obwohl die Ausgangsgrösse während der Zeit bis dass die EIN-Zeit-Einstellungsausgangsgrösse p des AUS-Zeit-Einstellzählers 121 «1» wird. Gleichzeitig wird die Zähloperation von Anfang an gestartet, da die Ausgangsgrösse des UND-Tores 120 den Oszillator OSC und den Zeiteinstellzähler 121 durch ein ODER-Tor 122 zurückstellt. Wenn Q = 0, Q = 1 ist, wird keine Ausgangsgrösse 1 erzeugt, bis eines der Tore eines UND-Tores 123 oder die Ausgangsgrösse eines ODER-Tores 124 «1» wird. Das ODER-Tor 124 und die UND-Tore 125,126 werden verwendet, um die AUS-Zeiteinstellung in den zwei Systemen zu steuern, und sind so angeordnet, dass 7t 1, wenn das Signal SA «0» ist und il 2, wenn das Signal SA «1» ist, gesetzt werden. Mit der vorliegenden Erfindung soll die Konzentration elektrischer Ladungen und das Schmelzen der Drahtelektrode verhindert werden, indem die Bearbeitung bei 7t 1 während der normalen elektrischen Entladung und bei AUS-Zeit n 2 bei einer Zeit von Unregelmässigkeit erfolgt.

Die entsprechend konstruierte Funkenerosionsmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der elektrischen Entladungen dadurch detektiert wird, indem geprüft wird, ob die Stromwellenform zur Zeit der elektrischen Entladung und diejenige unmittelbar davor dieselbe ist oder nicht.

Obschon in der obigen Beschreibung auf zwei Arten von AUS-Zeiten 7t 1,7t 2 Bezug genommen wurde, könnte dieselbe Wirkung erzielt werden, indem kontinuierlich AUS-Zeit gesetzt wird, entsprechend dem Inhalt des Zählers 36, der verwendet wird, um die Zahl der konzentrierten Entladungspunkte zu detektieren.

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3 Blatt Zeichnungen

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PATENTANSPRÜCHE

1. Drahtschneide-Funkenerosionsmaschine, gekennzeichnet durch eine in ein Werkstück eingeführte Drahtelektrode,

eine Steuer-Spannungsversorgung zum Anlegen einer pulsförmigen Spannung über einem Spalt zwischen der Drahtelektrode und einem Werkstück, Zwischenpol-Stromdetektionsmittel zur Detektion einer Entladestelle über der Drahtelektrode und dem Werkstück mit Hilfe einer Stromwellenform als Funktion der Induktion am Entladepunkt der Drahtelektrode und Entladekonzentrations-Detektionsmittel zur Unterscheidung der Konzentration der Entladestelle an einem Punkt.
2. Maschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtelektrode so angeordnet ist, dass sie von einer Drahtzuführhaspel zugeführt wird, durch eine untere Drahtführung und das Werkstück gezogen wird und danach eine obere Führung erreicht und auf eine Haspel aufgewickelt wird, die auch als Spannungsrolle für eine elektrische Energieversorgung dient.
3. Maschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer-Spannungsversorgung eine Gleichspannungsquelle, ein. Schaltelement, einen Strombegrenzungswiderstand und eine Steuerschaltung zur Steuerung des Schaltungselementes umfasst.
4. Maschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück auf einem Tisch aufliegt, welcher in einer Ebene durch einen X-Achsenantriebsmotor und einen Y-Achsenantriebsmotor bewegt wird.
5. Maschine nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenpol-Stromdetektionsmittel einen Transformator zur Detektion des Stromes, der durch die elektrische Energieversorgungsanordnung fliesst, umfasst.
6. Maschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungskonzentrations-Detektionsmit-tel ein Abfrage- und Speicherglied zur Speicherung eines Stromsignals, welches durch das Zwischenpol-Stromdetek-tionsmittel in einer vorbestimmten zeitlichen Einteilung de-tektiert wird, einen Analog-Digital-Umwandler zur Umwandlung des durch das Abfrage- und Speicherglied gespeicherten Wertes in einen digitalen Wert, einen ersten Zwischenspeicher zur zeitweisen Speicherung eines digitalen Signals, welches durch die Umwandlungsschaltung abgegeben wird, einen zweiten Zwischenspeicher zur Verschiebung des durch den ersten Zwischenspeicher gespeicherten Signals mit dem vorgegebenen Taktsignal, einen Komparator zur Verglei-chung der Eingangs- und Ausgangsgrösse des zweiten Zwischenspeichers und Detektion der Differenz zwischen dem Stromwert, der in einem ersten Zeitpunkt erfasst wird und dem Wert, welcher im nächsten Zeitpunkt erfasst wird, und einen Zähler zum Starten des Zählvorganges in der genannten vorbestimmten Zeiteinteilung, wenn die Ausgangsgrösse des Komparators Null ist, und zum Erzeugen eines Entla-dungskonzentrationswarnsignals, wenn der gezählte Wert einen vorbestimmten Wert überschreitet, umfasst.
7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungskonzentrations-Detektionsmittel mit Anzeigemitteln ausgestattet ist, damit die Bedingungen der Entladungskonzentration visuell kontrolliert werden können beim Erhalt der Ausgangsgrösse des Entladungskonzentra-tions-Detektionsmittels.
8. Drahtschneide-Funkenerosionsmaschine nach einem der vorangehenden Patentansprüche, gekennzeichnet durch Entladungskonzentrations-Eliminationsmittel, welche durch die Ausgangsgrösse der Entladungskonzentrations-Detek-tionsmittel betätigt werden, um die Entladungskonzentration zu eliminieren.
9. Maschine nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer-Spannungsversorgung eine Gleichspannungsquelle, eine Anordnung mit einem Schaltelement und einem strombegrenzenden Widerstand, der mit der Gleichspannungsquelle in Serie verbunden ist, und eine Steuerschaltung zur Steuerung der EIN/AUS Betätigung des Schaltelementes, umfasst.
10. Maschine nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungskonzentrations-Eliminierungs-mittel Zwischenpol-Spannungsregulierungsmittel zur Regulierung der pulsförmigen Spannung, die über dem Bearbeitungsspalt angelegt wird, umfasst.
11. Maschine nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungskonzentrations-Eliminierungs-mittel Wartezeit-Regulierungsmittel zur Regulierung der Wartezeit der über dem Bearbeitungsspalt angelegten pulsförmigen Spannung umfasst.