CH681869A5 - - Google Patents

Description

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CH 681 869 A5

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Funkenerosionsmaschine gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Die Funkenerosionsmaschine ist fähig, eine Totzeit zu verkürzen, während welcher eine Elektrode, unmittelbar nachdem ein Kurzschiuss zwischen der Elektrode und einem zu bearbeitenden Werkstück während des Betriebes aufgetreten ist, nach rückwärts bewegt und dann zum Wiederaufnehmen der Bearbeitung wieder nach vorwärts bewegt wird.

Die Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die die Konstruktion einer konventionellen Funkenerosionsmaschine dieser Art zeigt. In der Fig. 1 bezeichnen das Bezugszeichen 1 eine Elektrode; 2 ein zu bearbeitendes Werkstück; 3 einen Tisch; 4 einen Y-Achsenmotor zum Bewegen des Tisches in Richtung der Y-Achse; 5 einen X-Achsenmotor zum Bewegen des Tisches in der X-Achsenrich-tung; 6 einen Z-Achsenmotor zum Bewegen der Elektrode 1 in der Richtung der Z-Achse; 7 eine Spannungsdetektoreinheit zum Feststellen einer Spaltspannung zwischen der Elektrode 1 und dem Werkstück 2; 8 eine Kurzschlussdetektoreinheit zum Feststellen eines Kurzschlusses, der zwischen der Elektrode 1 und dem Werkstück 2 bei der Spaltspannung, die durch die Spannungsdetektoreinheit 7 festgestellt wird, aufgetreten ist; und 9 eine Bewegungsinstruktionseinheit zum Berechnen von Daten, die an jeden der Motoren 4, 5 oder 6 anzulegen sind.

Der Betrieb dieser konventionellen Maschine wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2, die ein Beispiel einer Bewegung der Elektrode 1 zeigt, beschrieben. Während der Bearbeitung bewegt sich die Elektrode spiralförmig um das Werkstück 2 längs eines Bearbeitungspfades 101, wie durch die Bewegungsinstruktionseinheit 9 vorgeschrieben, zu bearbeiten. Beim Auftreten eines Kurzschlusses zwischen der Elektrode 1 und dem Werkstück 2 wird die Vorwärtsbewegung längs dem Bearbeitungspfad 101, der durch die Bewegungsinstruktionseinheit vorgeschrieben wird, an einer Stelle 102 unterbrochen und die Elektrode wird dann veranlasst, sich nach rückwärts in einer vorbestimmten Richtung 103 zu bewegen. Nachdem der Kurzschiuss aufgehoben ist, wird die Elektrode veranlasst, in der umgekehrten Richtung 104 an die Stelle 102, bei welcher die Vorwärtsbewegung unterbrochen worden ist, zurückzukehren, um die Bearbeitungstätigkeit längs des Bearbeitungspfades 105, der durch die Bewegungsinstruktionseinheit 9 vorgeschrieben wird, wieder aufzunehmen.

Weil die konventionelle Funkenerosionsmaschine, wie oben beschrieben konstruiert ist, wird die Rückwärtsbewegung der Elektrode 1 gemäss einem geeigneten Modus ausgeführt, welcher durch die Bedienungsperson aus einer Gruppe von vorbestimmten Rückwärtsbewegungsmodi ausgewählt worden ist, wobei der so ausgewählte Modus während der ganzen Bearbeitung unverändert bleibt. Dadurch sind bei solch einer konventionellen Maschine einige Fälle vorhanden, wo die Rückwärtsbewegung je nach Bearbeitungspfad oder Elektrodenkonfiguration zuviel ausgeführt wird. Insbesondere in dem Fall, wo wenigstens ein Teil der Elektrode 1 längs des bereits bearbeiteten Pfades bewegt wird, ist die Möglichkeit gegeben, dass eine solche Rückwärtsbewegung auf der Tatsache beruht, dass es, gleichgültig wie die Elektrode 1 rückwärtsbewegt wird, unmöglich ist, den Kurzschiuss zwischen der Elektrode 1 und dem Werkstück 2 rasch aufzuheben, wodurch eine lange Zeit zum Aufheben des Kurzschlusses benötigt wird.

Diese Erfindung ist realisiert worden, um die ob-genannten Probleme zu überwinden. Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Funkenerosionsmaschine vorzuschlagen, die befähigt ist, einen Kurzschiuss rasch aufzuheben und eine Totzeit, die beim Zurückziehen einer Elektrode nach dem Auftreten eines Kurzschlusses und dem anschliessenden Wiederaufnehmen einer Bearbeitungstätigkeit auftritt, zu verkürzen. Mit einer solchen erfindungsgemässen Funkenerosionsmaschine wird eine optimale Richtung für eine Rückwärtsbewegung sowohl in bezug auf einen Bearbeitungspfad als auch in bezug auf eine Elektrodenkonfiguration erhalten, wobei die Elektrode in der so erhaltenen Richtung rückwärtsbewegt wird.

Diese Aufgabe wird mit einer Funkenerosionsmaschine gelöst, die die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale aufweist. Diese erfindungsgemässe Funkenerosionsmaschine umfasst im wesentlichen: Mehrere Motoren zum Bewegen eines Werkstückes und einer Elektrode zu vorbestimmten Stellen; eine Servo-steuereinheit zum Steuern der Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen bei der Bearbeitung durch das Steuern der Motoren; eine Elektrodenkonfigura-tionsspeichereinheit zum Speichern einer Konfiguration der Elektrode; eine Bewegungspfadspeicher-einheit zum Speichern eines Bewegungspfades der Elektrode; und einen logischen Schaltkreis, nicht nur zum Berechnen eines optimalen Bewegungsvektors, längs welchem die Elektrode mit Bezug auf das Werkstück zurückbewegt wird, entweder ausgehend von einer Elektrodenkonfiguration und einem Bewegungspfad der Elektrode, welche in den Speichereinheiten gespeichert sind, oder ausgehend von einer Elektrodenkonfiguration, die in der Elek-trodenkonfigurationsspeichereinheit gespeichert ist und Daten von einem NC-Programm, in welchem Daten, wie eine Bearbeitungskonfiguration, zum voraus abgespeichert worden sind, sondern auch zum Verwenden des berechneten optimalen Steuervektors in der Servosteuereinheit.

In der vorliegenden Erfindung berechnet der logische Schaltkreis eine optimale Richtung für die Rückwärtsbewegung gemäss einer Elektrodenkonfiguration und eines Bearbeitungspfades, wobei die Servosteuereinheit die Elektrode veranlasst, sich in der berechneten Richtung nach rückwärts zu bewegen. Dadurch kann eine Totzeit, während welcher die Elektrode nach dem Auftreten eines Kurzschlusses zuerst rückwärts und dann vorwärts bewegt wird, verkürzt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen beispielsweise näher beschrieben. Es zeigen

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Fig. 1 eine schematische Darstellung mit der Anordnung einer konventionellen Funkenerosionsmaschine,

Fig. 2 eine Veranschaulichung eines Bearbeitungspfades und eines Zurückziehungspfades einer Elektrode,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Funkenerosionsmaschine gemäss der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 4a bis 4d Darstellungen mit gegenseitigen Stellungsanordnungen zwischen einer Elektrode und einem Werkstück.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezugnahme auf die Fig. 3, in welcher die Anordnung einer Funkenerosionsmaschine in einem Blockschaltbild dargestellt ist, beschrieben. In dieser Figur sind mit den Bezugszeichen 1 bis 8 die gleichen oder entsprechende Teile und Komponenten bezeichnet, wie diejenigen in der konventionellen Maschine gemäss der Fig. 1. In der Fig. 3 bezeichnen im weiteren 9 eine Bewegungsinstruktionseinheit zum Analysieren eines NC-Programmes 10 und zum Erzeugen eines Bewegungsreferenzwertes; 11 eine Servosteuereinheit zum Steuern der Y-und X-Achsenmotoren 4 und 5, um den Tisch 3 zu bewegen und zum Steuern des Z-Achsenmotors 6, um die Elektrode 1 zu bewegen, um so die Bearbeitungstätigkeit zu steuern; 12 einen Speicher zum Speichern der tiefsten Stellung der Elektrode 10 während der Bearbeitungstätigkeit; 13 einen Speicher zum Speichern der gegenwärtigen Stellung der Elektrode 1; 14 eine Bewegungspfadspeichereinheit zum Speichern eines Bewegungspfades der Elektrode 1; 15 eine Elektrodenkonfigurationsspeicher-einheit zum Speichern einer Konfiguration der Elektrode 1 ; und 16 einen logischen Schaltkreis zum Berechnen einer optimalen Richtung der Rückwärtsbewegung, wobei die Elektrodenkonfiguration und der Elektrodenbewegungspfad, die in den Speichereinheiten 14 und 15 gespeichert sind, miteinbezogen werden. Fig. 4 ist eine Darstellung, die die gegenseitige Stellung zwischen der Elektrode 1 und dem Werkstück 2 zeigt. Fig. 4a zeigt die Stellung der Elektrode 1 und der Bearbeitungsoberfläche 17 zum Zeitpunkt, wo während der Bearbeitung ein Kurzschiuss auftritt, während die Fig. 4b, 4c und 4d minimale Werte 18,19 und 20 des Abstandes zwischen der Elektrode 1 und der Bearbeitungsoberfläche 17 zeigen, sowie Rückwärtsbewegungsvektoren 21, 22 und 23 für Fälle, in denen eine Rückwärtsbewegung um einen gleichen Betrag in eine unterschiedliche Richtung durchgeführt wird.

Im folgenden wird der Betrieb der Maschine, die gemäss dieser Ausführungsform aufgebaut ist, beschrieben. Nach dem Start der Bearbeitung legt die Servosteuereinheit 11 eine Bewegungsinstruk-tionsanforderung an die Bewegungsinstruktionseinheit 9. Die Bewegungsinstruktionseinheit 9 analysiert das NC-Programm 10, um einen Bewegungsreferenzwert an die Servosteuereinheit 11 zu liefern.

Bei der Abwesenheit eines Kurzschlusssignales von der Kurzschlussdetektoreinheit 8 legt die Servosteuereinheit 11 den Bewegungsreferenzwert von der Bewegungsinstruktionseinheit 9 an die Motoren 4, 5 und 6 an, um dabei sowohl die Elektrode 1 wie auch den Tisch 3 zu bewegen, um eine Bearbeitungstätigkeit auszuführen. Zusätzlich kontrolliert die Servosteuereinheit 11 die Speicher 13 und 12 und addiert den Bewegungsreferenzwert zu den gegenwärtigen Inhalten der Speicher 13 und 12, um so im Speicher 13 einen Wert zu erhalten, der eine gegenwärtige Stellung darstellt, um im Speicher 12 einen Wert zu erhalten, der die tiefste Stellung während der Bearbeitung kennzeichnet. Andererseits, wenn ein Kurzschiuss durch die Kurzschlussdetektoreinheit 8 festgestellt worden ist, stoppt die Servosteuereinheit 11 die Bewegungsinstruktionsanforde-rung und legt dann eine Rückwärtsbewegungsin-struktionsanforderung an den logischen Schaltkreis 16 an.

Der logische Schaltkreis 16 berechnet nicht nur die Bearbeitungsoberfläche 17 des Werkstückes 2 aus den Elektrodenkonfigurationsdaten, die in der Elektrodenkonfigurationsspeichereinheit 15 gespeichert sind und den Daten des Elektrodenbewegungspfades, die in der Bewegungspfadspeichereinheit 14 gespeichert sind, sondern berechnet ebenfalls einen optimalen Rückwärtsbewegungs-vektor 22, so wie einen grössten Wert 19 aus den Mindestwerten 18, 19 und 20 des Abstandes zwischen der Bearbeitungsoberfläche und der Elektrode 1, wenn die Maschine durch eine Anzahl Schritte bewegt worden ist, welche Anzahl durch die Servosteuereinheit 11 auf der Basis der Spaltspannung zwischen der Elektrode und dem Werkstück, welche durch die Spannungsdetektoreinheit 7 festgestellt worden ist, berechnet worden ist. Der berechnete Vektor 22 wird der Servosteuereinheit 11 zugeführt. D.h., dass es, um den Kurzschiuss zwischen der Elektrode 1 und dem Werkstück 2 zu beseitigen notwendig ist, die Elektrode 1 und das Werkstück 2 soweit als möglich von jedem Punkt der Bearbeitungsoberfläche 17 voneinander zu trennen. Ein Mindestwert zwischen der Elektrode 1 und der Bearbeitungsoberfläche 17 wird für jede Richtung berechnet, worauf dann von der Maschine verlangt wird, sich in der Richtung rückwärts zu bewegen, in welcher der so berechnete Mindestwert am grössten ist.

Die Servosteuereinheit 11 berechnet einen Ausgabewert, der zum Abgeben an die Achsenmotoren 4, 5 und 6 bestimmt ist, sowohl aus der optimalen Rückwärtsbewegungsrichtung als auch aus der Distanz der optimalen Rückwärtsbewegung, welche aus der Spannung zwischen der Elektrode und dem Werkstück berechnet worden ist, und legt die berechneten Ausgabewerte an die Motoren an, um dabei die Elektrode 1 zu veranlassen, sich bezüglich des Werkstückes 2 nach rückwärts zu bewegen. Gleichzeitig erneuert die Servosteuereinheit 11 ebenfalls die gegenwärtige Stellung durch Hinzufügen des Ausgabewertes in den Speicher 13, währenddem sich die Elektrode nach rückwärts bewegt. Dieser Rückwärtsbewegungsprozess wird so lange fortgesetzt, bis die Kurzschlussdetektoreinheit kein Kurzschlusssignal mehr ausgibt.

Die optimale Distanz der Rückführbewegung kann dabei wie folgt erhalten werden: Optimale

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Rückführbewegungsdistanz = ki (E - e) + k2 Q E, wobei darin bedeuten

E: Spannung zwischen der Elektrode und dem Werkstück,

e: eingestellte Sollwertspannung,

O: Differentialfaktor ki, k2'. Konstanten

Im allgemeinen ist ein Kurzschiuss vorhanden, wenn die Differenz der Spannung E zwischen der Elektrode und dem Werkstück und der eingestellten Sollwertspannung, welche Spannungen miteinander verglichen werden, negativ wird. Die Spannung zwischen der Elektrode und dem Werkstück hat dann zur Zeit des Kurzschlusses einen gewissen Umfang und die optimale Distanz der Rückführbewegung weicht in Abhängigkeit von diesem Umfang ab. D.h., je kleiner die Spannung zwischen der Elektrode und dem Werkstück zur Zeit des Kurzschlusses ist, umso grösser fällt die Distanz der Rückführbewegung aus.

Wenn kein Kurzschlussignal mehr von der Kurzschlussdetektoreinheit 8 ausgegeben wird, stoppt die Servosteuereinheit 11 ihre Ausgabe einer Rück-führbewegungsinstruktionsanforderung an die logische Schaltung 16 und veranlasst die Maschine, sich längs des Bewegungspfades, der in der Bewe-gungspfadspeichereinheit 14 gespeichert ist, in Vorwärtsrichtung bis zu der tiefsten Stelle gemäss dem Speicher 12 zu bewegen, wobei, wenn die Daten im Speicher 12 mit der gegenwärtigen Stellung im Speicher 13 übereinstimmen, die Servosteuereinheit 11 eine Bewegungsinstruktionsanforderung an die Bewegungsinstruktionseinheit 9 anlegt, um so die Maschine zu veranlassen, mit der Bearbeitung fortzufahren. Die Bearbeitungstätigkeit wird durch ein wiederholtes Durchführen der obgenannten Rückwärts- und Vorwärtsbewegungen ausgeführt.

Obgleich die obgenannte Ausführung so konstruiert ist, dass der logische Schaltkreis 16 die optimale Richtung für die Rückwärtsbewegung, basierend auf der Rückwärtsbewegungsinstruktionsanforde-rung an die Servosteuereinheit 11 berechnet, kann sie so ausgeführt sein, dass die Bearbeitungskonfiguration bei jedem Punkt eines Bearbeitungsprozesses aus der Elektrodenkonfiguration und dem NC-Programm 10 durch vorgängiges Analysieren des letzteren vorausgesagt werden kann und dass optimale Richtungen für eine Rückwärtsbewegung für jede Elektrodenstellung simuliert werden, indem der gleiche Prozess, wie in der oben beschriebenen Ausführung bezüglich der Distanz zwischen der Bearbeitungsoberfläche und der Elektrode in der vorausgesagten Bearbeitungskonfiguration verfolgt wird. Sogar in einem solchen Fall können ähnliche Vorteile zu denjenigen in der obgenannten Ausführungsform erhalten werden.

So wie oben beschrieben worden ist, wird gemäss der vorliegenden Erfindung die Elektrode in der Richtung rückwärtsbewegt, welche durch die Berechnung einer optimalen Rückwärtsbewegungs-richtung basierend auf der Elektrodenkonfiguration und dem Bearbeitungspfad bestimmt worden ist, so dass es möglich ist, einen grossen Abstand zwischen der Elektrode und dem Werkstück bei jedem Punkt über die Bearbeitungsoberfläche betrachtet zu erhalten. Auf diese Weise wird nicht nur ein Beitrag für das rasche Aufheben eines Kurzschlusses geleistet, sondern es wird auch eine Totzeit verkürzt, während welcher die Elektrode rückwärts und dann wieder vorwärts bewegt wird, wobei dabei auch der Vorteil einer Erhöhung der Bearbeitungsgeschwindigkeit erreicht wird.

Claims (4)

Patentansprüche

1. Funkenerosionsmaschine mit welcher ein Werkstück (2) durch eine elektrische Entladung, die zwischen dem Werkstück und einer Elektrode (1) stattfindet, bearbeitbar ist, gekennzeichnet durch:

mehrere Motoren (4, 5, 6) zum Bewegen des Werkstückes und der Elektrode während der Bearbeitung;

Mittel (11) zum Steuern der genannten Motoren, um eine relative Bewegung zwischen der Elektrode und dem Werkstück gemäss einem NC-Programm (10) auszuführen;

Mittel (12,13,14,15) zum Speichern einer Konfiguration der genannten Elektrode, Stellungen der Elektrode während der Bearbeitungstätigkeit, sowie eines Bewegungspfades dieser Elektrode;

Mittel (8) zum Detektieren des Vorhandenseins eines Kurzschlusses zwischen der Elektrode und dem Werkstück unter Beachtung von Änderungen einer Spannung, die über einem Spalt zwischen der Elektrode und dem Werstück angelegt ist; und Mittel (16) zum Berechnen eines Bewegungsbetrages (18,19,20) und einer optimalen Bewegungsrichtung (21, 22, 23), längs welcher die Elektrode mit Bezug auf das Werkstück nach dem Auftreten eines Kurzschlusses zwischen der Elektrode und dem Werkstück nach rückwärts bewegt wird, wobei die Berechnung wenigstens auf Daten wie der in den Speichermitteln gespeicherten Elektrodenkonfiguration beruht, und wobei die Motoren durch die Steuermittel in Abhängigkeit eines Ausganges der Berechnungsmittel steuerbar sind.

2. Funkenerosionsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Speichermitteln (12, 13) Daten gespeichert sind, die eine gegenwärtige Stellung und eine tiefste Stellung in einer Z-Achsenrichtung der Elektrode während der Bearbeitungstätigkeit darstellen, und dass mit den genannten Berechnungsmitteln (16) der Bewegungsbetrag und die optimale Richtung, basierend auf Daten wie der Elektrodenkonfiguration, der gegenwärtigen und der tiefsten Stellung der Elektrode berechenbar sind.

3. Funkenerosionsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Werkstück und der Elektrode, wenn die Elektrode um den berechneten Betrag in der optimalen Richtung (22) bewegt worden ist, ein maximaler Abstand (19) ist.

4. Funkenerosionsmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungsbetrag in Abhängigkeit der Spaltspannung bestimmbar ist.

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