CH661462A5

CH661462A5 - Steuervorrichtung fuer eine funkenerosionsmaschine.

Info

Publication number: CH661462A5
Application number: CH3930/82A
Authority: CH
Inventors: Tamio Takawashi; Toshimitsu Sakakibara; Shigeo Yamada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1981-06-25
Filing date: 1982-06-25
Publication date: 1987-07-31
Also published as: JPS584321A; DE3223608C2; DE3223608A1; US4458190A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Im allgemeinen ist es wichtig, dass das Servosystem einer Funkenerosionsmaschine schnell den Bearbeitungsspalt als Antwort auf die elektrischen Entladungsbedingungen steuert. Entsprechend wurde ein Servo-Stellantrieb, wie z.B. ein hydraulischer Zylinder, ein Impulsmotor oder ein DC-Servomotor, verwendet, um die Bearbeitungselektrode anzutreiben. Im weiteren wurde ein Positionssteuer-Servosy-stem mit Sampling-Verknüpfungs und -haltefunktionen verwendet, um den Bearbeitungsspalt zu steuern. Eine Bearbeitungseinheit für allgemeine Zwecke, wie z.B. ein Mikroprozessor oder ein Mikrocomputer, wurde für das Positions-steuer-Servosystem verwendet.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer Funkenerosionssteuervorrichtung dieses Typs. In dieser Vorrichtung wird ein DC-Servomotor als Stellantrieb verwendet. Eine stromgesteuerte Spannungsimpulsfolge wird über dem Entladungsspalt zwischen einer Elektrode 12 und einem Werkstück 14 mit einer Stromquelle 16 angelegt. Die Spannungsimpulsfolge wird, nachdem sie in ein Servosignal (unten) zur Verkleinerung des Bearbeitungsspaltes und ein Servosignal (oben) zur Vergrösserung des Bearbeitungsspaltes, entsprechend den Entladungsperioden mit Hilfe einer Diskriminierungsschaltung 18 umgewandelt wurde, an eine Stichprobenwert-Verarbei-tungseinheit 20 überführt, welche Sampling-, Verknüpfungsund Haltefunktionen aufweist.

In der Bearbeitungsvorrichtung 20 tastet ein Eingangs-Zwischenspeicher 22 das oben beschriebene Servosignal in jeder Zeitperiode AT ab. Das so abgetastete Servosignal wird in ein Hauptwellen-Positions-Befehlssignal durch eine logische Verknüpfungsschaltung 24 umgewandelt. Der Befehlswert wird durch einen Ausgangs-Zwischenspeicher 26 gehalten, bis ein nächster Befehlswert vorliegt. Der Befehlswert ist eine parallele digitale Ausgangsgrösse. Die parallele digitale Ausgangsgrösse wird in eine serielle digitale Ausgangsgrösse durch einen Parallel-Seriell-Umsetzer (BRM) 28 umgewandelt und wird dann als Zähleingang an einen Fehlerzähler 30 gelegt, welcher ein Positionssteuer-Servosystem bildet. Im Zähler 30 wird der oben erwähnte Befehlswert durch den Betrag der Verschiebung der Hauptwelle, welcher durch einen Hauptwellen-Positionsdetektor 44 festgestellt wurde, reduziert. Das Resultat dieser Subtraktion, nämlich ein Positionsfehlerwert, wird in ein Analogsignal durch einen D/AUmsetzer 32 umgewandelt. Das Analogsignal wird als Geschwindigkeitsbefehl an ein Elektrodenantriebsgeschwindig-keits-Steuerungsservosystem weitergegeben, welches einen Geschwindigkeitsverstärker 34, einen DC-Servomotor 36 und einen Geschwindigkeitsgenerator 38 umfasst. D.h., der DC-Servomotor 36 wird durch das Analogsignal angetrieben, um eine Kugelumlaufspindel 40 zu drehen und dabei die Hauptwelle 43 zu verschieben, an welche die Elektrode 12 fest montiert wurde, bis dass die Verschiebung der Hauptwelle 43 mit dem Positionsbefehl übereinstimmt, um den Bearbeitungsspalt zu steuern.

Der Diskriminator 18 entspricht im wesentlichen demjenigen, welcher in der US-Patentschrift Nr. 3 825 715 beschrieben ist und arbeitet wie im folgenden beschrieben.

Die Wellenformen der Spannung und des Stromes, welche an den Bearbeitungsspalt gemäss Fig. 1 angelegt werden,

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sind in den Fig. 2a und 2b dargestellt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, erfolgt die elektrische Entladung nicht sofort, nachdem der Spannungsimpuls über den Bearbeitungsspalt angelegt wird. Mit anderen Worten, es erscheint eine Nicht-Lade-Spannung 100 für eine gewisse Zeitperiode, wobei nachher die elektrische Entladung erfolgt, d.h. ein Entladungsstrom 102 fliesst, währenddem eine Spannung 104 über dem Bearbeitungsspalt vorhanden ist. Die elektrische Entladung wird auf den Start einer Unterbrechungszeit 106 verschoben.

Das Vorhandensein der Nicht-Lade-Spannung 100 wie oben beschrieben bedeutet, dass sich die Durchschlagsfestigkeit des Bearbeitungsspaltes während der Unterbrechungszeit genügend erholt hat. Wenn die elektrische Ladung während einer Zeitperiode t2 stattfindet ist festgelegt, dass die Spaltlänge passend ist und ein «Stopp-Signal», wie in Fig. 2c dargestellt, tritt als Servosignal auf. Wenn die elektrische Entladung innerhalb einer Zeitperiode T3 erfolgt, ist festgelegt, dass die Spaltlänge zu gross ist und ein «Elektrode-unten-Signal», wie in Fig. 2d dargestellt, tritt auf. Wenn die Nicht-Lade-Spannung während einer sehr kurzen Zeit oder überhaupt nicht auftritt, so hat sich die Durchschlagsfestigkeit des Bearbeitungsspaltes während der Unterbrechungszeit nicht erholt. Wenn die elektrische Entladung innerhalb der Zeitperiode ti stattfindet ist festgelegt, dass die Spaltlänge zu kurz ist und ein «Elektrode-Auf-Signal», wie in Fig. 2e dargestellt, wird erzeugt. Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, liefert der Diskriminator 18 das Servosignal für jeden Spannungspuls.

Der gebräuchliche Diskriminator 18 liefert ein Servosignal für jeden Entladepuls wie oben beschrieben. Deshalb tastet die Schaltung einen augenblicklichen Wert im Zeitpunkt des Sampling als Eingangsmittel für ein Sample-Wert-Steuersystem ab, welches eine Abtastoperation in vorbestimmten Intervallen durchführt und daher das Servosignal während den Abtastzeiten vernachlässigt. Wie es aus der Sampling-Theorie bekannt ist, bildet der Diskriminator ein Filter, dessen Frequenz etwa die Hälfte der Sampling-Frequenz beträgt. Dementsprechend ist es mit den bekannten Funkenerosions-Steuervorrichtungen schwierig, eine Servosteuerung mit einer guten Nachführungs-Charakteri-stik durchzuführen.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Funkenerosions-Steuervorrichtung zu schaffen, welche eine Servosteuerung mit einer ausgezeichneten Nachführungs-Charakteristik durchführen kann.

Dies wird erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Patentanspruches 1 erzielt.

Die Bedingungen für den Bearbeitungsspalt der Funkenerosionsmaschine können korrekt bestimmt werden, wodurch eine Servosteuerung mit einer ausgezeichneten Nach-führungs-Charakteristik entsprechend den Bedingungen des Bearbeitungsspaltes durchgeführt werden kann, d.h., die Bearbeitungscharakteristik kann stark verbessert werden.

Im Folgenden wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer bekannten elektrischen Funkenerosions-Steuervorrichtung,

Fig. 2a bis 2c Diagramme zur Beschreibung des Betriebes der Steuervorrichtung gemäss Fig. 1,

Fig. 3 ein Blockdiagramm eines Beispiels einer Funken-erosions-Steuervorrichtung entsprechend der Erfindung und

Fig. 4a bis 4g Diagramme zur Beschreibung des Betriebes der Steuervorrichtung gemäss Fig. 3.

Ein Beispiel einer Funkenerosions-Steuervorrichtung entsprechend der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt, wobei diejenigen Komponenten, welche inbezug auf Fig. 1 beschrieben worden sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Der Ausgang eines Referenz-Taktgebers 46 ist mit den UND-Schaltungen 48 und 50 verbunden, welchen das Auf-Servosignal und das Ab-Servosignal vom Diskriminator 18 zugeführt wird. Die Ausgangsanschlüsse der UND-Schaltungen 48 und 50 sind mit dem Auf-Eingangsanschluss und dem Ab-Eingangsanschluss eines Auf-Ab-Zählers 52 verbunden, welcher als Integrator arbeitet. Verbunden mit der Ausgangsseite des Auf-Ab-Zählers 52 ist ein Register 54 zum Halten des Zählwertes des Auf-Ab-Zählers 52. Die logische Schaltung 24 ist aus einer Zentraleinheit 24b, einem Speicher 24a und einer Steuerschnittstelle (oder programmierbaren peripheren Schnittstelle) 24c zusammengesetzt. Das Steuersignal 56 der logischen Verknüpfungsschaltung 24 wird einem Rückstellanschluss R des Auf-Ab-Zählers 52 zugeführt, so dass der Zählinhalt des letzteren in vorbestimmten Intervallen zurückgestellt wird. In ähnlicher Weise wird ein Steuersignal 58 der logischen Verknüpfungsschaltung 24 dem Ein-stellanschluss S des Registers 54 zugeführt, so dass der Ausgang des Auf-Ab-Zählers 52 eingestellt wird. Der Ausgang des Registers 54 wird der Eingangs-Signalspeicherschaltung 22 in der Abtastwert-Bearbeitungsschaltung 20 zugeführt, wobei das Signal zur Zentraleinheit 24b durch den Bus zugeführt wird.

Das System, welches aus der Abtastwert-Bearbeitungs-einheit 20, dem Parallel-Seriell-Umsetzer 28, dem Fehlerzähler 30, dem D/A-Umsetzer 32, dem Geschwindigkeitsverstärker, dem DC-Servomotor 36, dem Geschwindigkeitsgenerator und dem Hauptwellen-Positionsdetektor 44 besteht, wird im folgenden als das elektrische Positionssteuer-Servosystem bezeichnet.

Der Betrieb der Funkenerosions-Steuervorrichtung wird inbezug auf die Fig. 4 beschrieben. Die Fig. 4a und 4b zeigen die Auf- und Ab-Servosignale, welche am Ausgang des Dis-kriminators 18 auftreten und die Fig. 4c und 4c stellen die Eingangssignale, welche den Auf- und Ab-Eingangsan-schlüssen des Auf-Ab-Zählers 52 zugeführt werden, dar. Fig. 4e zeigt das Einstellsignal, welches dem Einstellan-schluss S des Registers 54 zugeführt wird, Fig. 4f zeigt das Rückstellsignal, welches dem Rückstellanschluss R des Auf-Ab-Zählers 52 zugeführt wird und Fig. 4g zeigt den Zählerzustand des Auf-Ab-Zählers 52.

Zuerst werden das Auf-Servosignal und das Ab-Servosignal vom Diskriminator 18 in Antwort auf die Spannungsimpulse, wie in den Fig. 4a und 4b gezeigt, erhalten. Um das Verhältnis der Auf- und Ab-Servosignale in einer vorbestimmten Zeitperiode unabhängig von der Grösse der Spannungsimpulsbreite zu erhalten, werden die Auf- und Ab-Servosignale und die Hochfrequenzausgangsgrösse eines Referenztaktgebers 46, dessen Impulsbreite sehr viel kleiner ist als die Spannungsimpulsbreite, den UND-Schaltungen 48 und 50 wie in Fig. 3 gezeigt zugeführt, wobei die UND-Ausgänge der UND-Schaltungen 48 und 50, wie in Fig. 4c und 4d gezeigt, dem Auf-Ab-Zähler 52 zugeführt werden, wo sie einer Integration für eine vorbestimmte Zeitperiode unterzogen werden.

Das Stellsignal 58 und das Rückstellsignal 56 treten am Ausgang der Verknüpfungsschaltung 24 in jedem Zeitintervall AT entsprechend der Abtastperiode auf, wie in den Fig. 4e und 4f dargestellt. Aufgrund des Stellsignales wird der Zählwert des Auf-Ab-Zählers 42 im Register 54 eingestellt. Nachdem er durch das oben beschriebene Rückstellsignal zurückgestellt wurde, beginnt der Auf-Ab-Zähler 52 die Auf-Pulse im Zeitpunkt a gemäss Fig. 4g zu zählen und hält den Zählwert im Zeitpunkt b entsprechend dem Ende des Auf-Pulses. Der Zähler 52 führt eine Subtraktion aus, indem er den Ab-Puls vom Zeitpunkt c an zählt und stellt den resul-

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tierenden Zählwert im Zeitpunkt d mit Hilfe des Einstellsignals ein, welches durch die Verknüpfungsschaltung 24 am Ende der Zeitperiode AT geliefert wird. Danach wird der Zähler rückgestellt und der Betrieb wird in ähnlicher Weise fortgesetzt, wobei die Servosignale zwischen aufeinanderfolgenden Abtastzeitmomenten integriert werden und die Servosignale durch das Register zum Abtastwert-Steuersystem mit dem Eingangssignalspeicher 22, der Verknüpfungsschaltung 24 und dem Ausgangszwischenspeicher 26 zugeführt werden. Das Register 54 liefert ein Signal, welches dem darin eingestellten Zählwert entspricht, als Sampling-Signal an den Eingangszwischenspeicher 22. Dieses Sampling-Signal wird alsdann durch die Verknüpfungsschaltung 24 in einen Hauptwellen-Positionsbefehlswert umgewandelt. Der Befehlswert wird durch den Ausgangszwischenspeicher 26 während der Zeitperiode AT gehalten und dann dem Positions-steuer-Servosystem mit dem Fehlerzähler 30, dem D/A-Umsetzer 32, dem Geschwindigkeitsverstärker 34, dem DC-Servomotor 36, dem Geschwindigkeitsgenerator 38 und dem Hauptwellen-Positionsdetektor 44 zugeführt. Als Resultat wird die gleiche Operation wie inbezug auf die Fig. 1 ausgeführt, um die Hauptwelle 42 zu bewegen und dabei den Spalt zwischen der Elektrode 12 und dem Werkstück 14 zu steuern.

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4 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Steuervorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine, in welcher eine Bearbeitungselektrode einem zu bearbeitenden Werkstück gegenübersteht und wobei eine Anzahl von Spannungsimpulsen über einem Spalt dazwischen angelegt werden, so dass elektrische Entladung zwischen der Elektrode und dem Werkstück stattfindet, um dabei das Werkstück zu bearbeiten, gekennzeichnet durch eine Diskriminator-schaltung (18), welche zwischen die Elektrode (12) und das Werkstück (14) geschaltet ist, zur Detektierung elektrischer Entladungsbedingungen im Spalt zwischen der Elektrode und dem Werkstück für jeden der Spannungsimpulse, um ein Servosignal zur Vergrösserung oder Verkleinerung des Spaltes zu erzeugen; einen Auf- und Abzähler (52) zur Integrierung des Servosignals von der Diskriminatorschaltung (18) für eine vorbestimmte Zeitperiode und eine Positions-steuerungs-Servovorrichtung (36) zur Regulierung des Spaltes auf einen Wert entsprechend einer Ausgangsgrösse des Auf- und Abzählers.
2. Steuervorrichtung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch ein Register (54) zur Erhaltung eines Zählwertes des Auf- und Abzählers (52), wobei der Zählwert am Ende jeder der vorbestimmten Zeitperioden vorhanden ist und das Register (54) mit der Ausgangsseite des Auf- und Abzählers verbunden ist und die Positionssteuerungs-Servo-vorrichtung (36) entsprechend einem Ausgangssignal vom Register (54) betrieben wird.
3. Steuervorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssteuerungs-Servovorrich-tung (36) eine Stichprobenwert-Verarbeitungsvorrichtung zum Empfang und der Verarbeitung eines Ausgangssignals des Registers umfasst.
4. Steuervorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stichprobenwert-Verarbeitungsvor-richtung mit der Ausgangsseite des Registers (54) verbunden ist, wobei die Stichprobenwert-Verarbeitungsvorrichtung eine Eingangs-Signalspeicherschaltung (22) zum Speichern einer Ausgangsgrösse des Registers (54) umfasst; eine logische Verknüpfungsschaltung (24) mit der Eingangs-Signal-speicherschaltung (22) verbunden ist, um einen Elektroden-positions-Instruktionswert entsprechend einem Ausgangssignal des Registers (54) zu erzeugen und eine Ausgangs-Zwischenspeicherschaltung zum Speichern des Elektroden-positions-Instruktionswertes vorgesehen ist und die logische Verknüpfungsschaltung (24) mit dem Auf- und Abzähler (52) und dem Register (54) verbunden ist, um ein Rückstellsignal und ein Stellsignal nach jeder der vorbestimmten Perioden zuzuführen.
5. Steuervorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Signalausgangsgrösse der Diskriminatorschaltung (18) bewirkt, dass der Auf- und Abzähler (52) einen Zählwert desselben als Servosignal zur Verkleinerung oder Vergrösserung des Spaltes erhöht oder erniedrigt.
6. Steuervorrichtung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch ein Paar von UND-Schaltungsmitteln (48, 50), welche erste Eingangsanschlüsse aufweisen, die mit der Ausgangsseite der Diskriminatorschaltung (18) verbunden sind, Ausgangsanschlüsse, welche mit dem Auf- und Abzähler (52) verbunden sind und zweite Eingangsanschlüsse, welche mit Referenztaktgebermitteln (46) verbunden sind, um einen Hochfrequenztaktimpuls zu erzeugen.
7. Steuervorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenztaktgebermittel (46) einen Hochfrequenztaktimpuls erzeugen, dessen Impulsbreite wesentlich kleiner ist als diejenige des Spannungsimpulses.
8. Steuervorrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Auf- und Abzähler (52) den Zählwert desselben mit einer Frequenz ändert, die gleich derjenigen des Taktimpulses ist.