DE10204914A1 - Erodierverfahren - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Erodieren einer Einsenkung (16) vorgeschlagen, bei dem eine Zustellbahn (9) einer Elektrode (5) von einem Startpunkt (S) oberhalb des Zentrums der Einsenkung (16) auf einer Kegelmantelfläche (13) spiralförmig in die Einsenkung (16) verläuft, und bei dem bis zum Erreichen der Endtiefe (T) und des Endradius (R) der Einsenkung (16) die Spaltregelung so erfolgt, daß bei Auftreten eines negativen Vorschubs in der Spaltregelung die Zustellbahn (9) rückwärts durchlaufen wird. Die Bearbeitungszeit wird so reduziert. Nach dem Erreichen der Endtiefe (T) und des Endradius (R) führt die Elektrode lediglich eine Planetärbewegung (P) auf einer Kreisbahn (10) durch. Die Einsenkung (16) ist fertig bearbeitet, wenn die Kreisbahn (10) einmal vollständig durchlaufen wurde.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Erodierverfahren zum Erzeugen einer Einsenkung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
• Um eine Einsenkung in einem elektrisch leitenden Werkstück zu erzeugen, ist die Bearbeitung mittels Funkenerosion ein gängiges Verfahren. Durch elektrische Entladungen zwischen einer Elektrode und dem Werkstück wird Material abgetragen. Im einfachsten Fall wird eine Elektrode in einer Bearbeitungsrichtung in das Werkstück eingesenkt (Senkerodieren). Eine Steuerung regelt dabei den Vorschub so, daß die elektrischen Entladungen eine vorgegebene Stärke aufweisen. Es sollte dabei weder zu Kurzschlüssen zwischen der Elektrode und dem Werkstück kommen, noch sollte der Spalt zwischen Elektrode und Werkstück zu groß werden, da sonst die elektrischen Entladungen zu schwach werden oder ganz aufhören und somit die Bearbeitungsgeschwindigkeit sinkt. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einer Spaltregelung. In diesem einfachsten Fall entsteht eine Einsenkung, die die Form der Elektrode aufweist, da der Materialabtrag hauptsächlich an der Stirnfläche der Elektrode stattfindet.
• Will man eine Einsenkung erzeugen, deren Durchmesser größer ist als der durch die verwendete Elektrode vorgegebene, so bietet sich ein Verfahren an, bei dem zusätzlich zur beschriebenen Einsenkbewegung der Elektrode in das Werkstück eine Kreis- oder Spiralbewegung zwischen Elektrode und Werkstück in einer Ebene senkrecht zur Einsenkrichtung erzeugt wird. Bei diesem sogenannten Planetärerodieren findet die Regelung des Spaltes weiterhin nur in der Richtung der Einsenkung statt, die Planetärbewegung wird dabei unabhängig von der Spaltregelung aufrecht erhalten. Tritt also beispielsweise ein Kurzschluß auf, so erfolgt der Rückzug der Elektrode durch die Spaltregelung entgegen der Einsenkrichtung.
• Beim Planetärerodieren nach diesem Verfahren kann es aber vorkommen, daß ein Kurzschluß zwischen einer Seitenfläche der Elektrode und der Seitenwand der Einsenkung auftritt, der durch einen Rückzug in Einsenkrichtung nicht sofort beseitigt werden kann, da die Seitenfläche der Elektrode nicht schnell genug von der Seitenwand der Einsenkung frei kommt. Dies bewirkt nämlich, daß ein Arbeitsmedium, das die Elektrode und das Werkstück umgibt, nicht schnell genug abgetragenes Material aus dem Spalt zwischen Werkstück und Elektrode spülen kann. Dieses abgetragene Material ist oft der Auslöser für einen Kurzschluß und damit einen Rückzug der Elektrode.
• Die DE 40 19 479 C2 schlägt demgegenüber vor, den Spalt zwischen Elektrode und Werkstück in einer Richtung zu regeln, die aus der Bewegung längs der Elektrodenachse (Haupteinsenkrichtung) und einer dazu senkrechten Bewegung resultiert. Dieser Einsenkbewegung mit Spaltregelung ist noch eine Planetärbewegung ohne Spaltregelung überlagert. Die Überlagerung dieser Bewegungen bewirkt letztlich, daß die Elektrode auf einer Kegelmantelfläche spiralförmig in die Einsenkung geführt wird. Die Spitze des Kegels markiert dabei den Startpunkt der Bearbeitung, das stumpfe Ende des Kegels liegt im Boden der Einsenkung. Tritt nun ein Kurzschluß auf, der sich letztlich in einem negativen Vorschub in der Spaltregelung äußert, so wird die Elektrode gleichzeitig mit ihrer Stirnfläche und mit ihren Seitenflächen von den Wänden der Einsenkung freikommen, da die Spaltregelung ja Komponenten in beiden Richtungen aufweist. Das Arbeitsmedium wird so den Spalt schneller von abgetragenem Material frei spülen können.
• Liegt jedoch eine solche Störung des Abtragsprozesses vor, so wird die Spaltregelung die Elektrode zwar schnell so zurückziehen, daß ein Kurzschluß beseitigt wird. Da aber die Spaltregelung nicht auf die Planetärbewegung wirkt, bewegt sich die Elektrode um die betreffende Stelle herum und umgeht sie dadurch. Eine Bearbeitung an dieser Stelle findet dann nicht im eigentlich gewünschten Maße statt. Die ursprüngliche Zustellbahn der Elektrode wird dabei verlassen. Da jedoch die Einsenkung vollständig ausgeräumt werden muß, ist nun eine volle Drehung der Elektrode um die Achse der Planetärbewegung nötig, bis die betreffende Stelle erneut bearbeitet werden kann. Dabei bewegt sich die Elektrode möglicherweise im Leerlauf (also ohne Material abzutragen), wenn eine mehrfache Bearbeitung einer solchen Problemstelle nötig ist und das Werkstück in der aktuellen Tiefe und mit auf dem aktuellen Radius ansonsten bereits bearbeitet wurde. Dies führt zu einer Verlängerung der Bearbeitungszeit.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Erodieren einer Einsenkung anzugeben, mit dem die Einsenkung in möglichst kurzer Bearbeitungszeit hergestellt werden kann.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1. Vorteilhafte Details des Verfahrens ergeben sich aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen.
• So wird nun ein Verfahren zum Erodieren einer Einsenkung vorgeschlagen, bei dem eine Zustellbahn einer Elektrode von einem Startpunkt oberhalb des Zentrums der Einsenkung auf einer Kegelmantelfläche spiralförmig in die Einsenkung verläuft, und bei dem bis zum Erreichen der Endtiefe und des Endradius der Einsenkung die Spaltregelung so erfolgt, daß bei Auftreten eines negativen Vorschubs in der Spaltregelung die Zustellbahn rückwärts durchlaufen wird.
• Hierzu ist es notwendig, die Spaltregelung nicht nur in die Haupteinsenkrichtung der Elektrode und in eine dazu senkrechten Richtung wirken zu lassen. Vielmehr muß nun auch die überlagerte Planetärbewegung in die Spaltregelung einbezogen werden. Dies vermeidet, daß Problemstellen in der Bearbeitung des Werkstückes umgangen werden und zeitaufwendig erneut angefahren werden müssen. Vielmehr wird nach Beseitigung eines Kurzschlusses und damit erneutem positiven Vorschub der Spaltregelung die Problemstelle auf der ursprünglich vorgesehen Bahn weiter bearbeitet. Dies führt zu deutlich verkürzten Bearbeitungszeiten. Hat die Elektrode dann die Endtiefe und den Endradius erreicht, so genügt eine vollständige Kreisbewegung der Elektrode auf Endtiefe und mit Endradius, um die Einsenkung vollständig auszuräumen.
• Weitere Vorteile sowie Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Verfahrens anhand der Figuren. Dabei zeigt
• Fig. 1 eine Funkenerosionsmaschine
• Fig. 2 Werkstück und Elektrode in einer Seitenansicht
• Fig. 3 Werkstück und Elektrode in Draufsicht
• Fig. 4 ein Ablaufdiagram eines bevorzugten Verfahrens.
• Fig. 1 zeigt eine Erodiermaschine 1, bei der ein Tisch 2 eine Vorrichtung 3 trägt, in der ein Werkstück 4 befestigt ist. An einem Träger 6 ist eine Elektrode 5 befestigt, die über verschiedene Antriebe in wenigstens drei Achsen beweglich gegenüber dem Werkstück 4 ist. Dabei kann sowohl die Elektrode 5 als auch das Werkstück 4 von Antrieben bewegt werden. Die Steuerung dieser Bewegungen übernimmt eine Numerische Steuerung 7, hier auch kurz als Steuerung 7 bezeichnet. Die Steuerung 7 arbeitet dazu ein Teileprogramm ab, das die gewünschte Form des Werkstückes 4 bzw. der zu erstellenden Einsenkung im Werkstück 4 definiert. Ein Generator 14 versorgt die Elektrode 5 mit der zur Funkenentladung zwischen Werkstück 4 und Elektrode 5 nötigen Energie. Der Generator 14 stellt der Steuerung 7 außerdem ein Vorschubsignal zur Verfügung. Dieses Vorschubsignal gibt der Steuerung 7 vor, mit welcher Geschwindigkeit der Spalt zwischen der Elektrode 5 und dem Werkstück 4 im nächsten Regelzyklus vergrößert oder verkleinert werden soll. Positiver Vorschub bedeutet dabei eine Verkleinerung des Spaltes, negativer Vorschub eine Vergrößerung des Spaltes. Die Steuerung 7 berechnet aus dem Teileprogramm und dem Vorschubsignal die nötigen Befehle an die Antriebe der Erodiermaschine 1.
• Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht und Fig. 3 eine Draufsicht der Elektrode 5 und des Werkstückes 4. Die Elektrode 5 wird dabei zylindrisch dargestellt, wobei die Zylinderachse die Haupteinsenkrichtung H der Elektrode 5 in das Werkstück 4 definiert. Dieser einfache Fall soll dazu dienen, die Erfindung zu erläutern, er kann aber auch auf andere Elektrodenformen erweitert werden, wie später erläutert wird. Senkt man die Elektrode 5 in das Werkstück 4 ein, so wird zunächst an deren Stirnfläche 15 die Bearbeitung des Werkstückes 4 beginnen. Um nun die weiteren Bewegungen der Elektrode 5 darstellen und beschreiben zu können, wird nur noch das Zentrum 8 der Stirnfläche 15 betrachtet, wobei der Einfachheit halber weiter von der Elektrode 5 gesprochen wird, auch wenn das Zentrum 8 der Stirnfläche 15 der Elektrode 5 gemeint ist.
• Erreicht die Elektrode 5 den Startpunkt S, beginnt gleichzeitig eine Bewegung in Richtung der Haupteinsenkrichtung H, in eine laterale Richtung L und eine Planetärbewegung P. Überlagert man diese drei Komponenten, so bewegt sich die Elektrode 5 letztlich auf einer Zustellbahn 9, die spiralförmig auf einer Kegelmantelfläche 13 in die Einsenkung 16 führt. Der Startpunkt S definiert die Spitze dieser Kegelmantelfläche 13, der Boden des umschlossenen Kegels liegt im Boden der Einsenkung 16. Das Zentrum 8 der Elektrode 5 trifft am Ende der Zustellbahn 9 auf eine Kreisbahn 10.
• Es werden vorteilhaft die Vorschübe in die Haupteinsenkrichtung H, in die laterale Richtung L und in die Richtung der Planetärbewegung P so gewählt, daß die Elektrode 5 maximal eine halbe Drehung (einem Drehwinkel von 180 Grad entsprechend) um das Zentrum der Planetärbewegung P ausführt, bevor die Kreisbahn 10 erreicht wird. Der Drehwinkel der Planetärbewegung P, bei dem die Zustellbahn 9 die Kreisbahn 10 erreicht, sollte in der Steuerung 7 als Parameter vorgebbar sein. Ein Wert zwischen 45 Grad und 90 Grad hat sich dabei in der Praxis als besonders Vorteilhaft erwiesen.
• Der Durchmesser D1 der Einsenkung 16 ergibt sich letztlich aus dem Durchmesser der Kreisbahn 10 und dem Durchmesser D2 der Elektrode 5.
• Die Spaltregelung wird mit allen Komponenten der Zustellbahn 9 durchgeführt. Dies bedeutet, daß bei einem negativen Vorschubsignal des Generators 14 nicht nur die Bewegungen in der Haupteinsenkrichtung H und der lateralen Richtung L umgekehrt werden, sondern auch die der Planetärbewegung P. Dies bewirkt, daß die Zustellbahn 9 rückwärts durchlaufen wird, sobald ein negatives Vorschubsignal auftritt. Es wird so vermieden, daß bei Auftreten eines negativen Vorschubsignals die Zustellbahn 9 verlassen wird. Die Wiederaufnahme der Bearbeitung an der Stelle, an der das negative Vorschubsignal auftrat, erfolgt, sobald wieder ein positives Vorschubsignal an der Steuerung 7 anliegt. Es ist im Gegensatz zum zitierten Stand der Technik hier nicht notwendig, eine volle Umdrehung der Elektrode 5 um die Achse der Planetärbewegung P der Elektrode 15 abzuwarten. Die Bearbeitungszeit kann so erheblich verkürzt werden.
• Hat die Elektrode 5 die gewünschte Endtiefe T erreicht, so befindet sie sich auf der Kreisbahn 10, die damit den Endradius R der Planetärbewegung P festlegt. Die Bewegung in der Haupeinsenkrichtung H und in der lateralen Richtung L enden hier. Es wird lediglich die Planetärbewegung P aufrecht erhalten, bei festem Endradius R und fester Endtiefe T.
• Hat die Elektrode dann einen vollständigen Kreis auf der Kreisbahn 10 beschrieben, so ist die Einsenkung 16 vollständig ausgeräumt. Vorraussetzung hierfür ist, daß der Durchmesser D2 der Elektrode 5 wenigstens halb so groß ist die der Durchmesser D1 der gewünschten Einsenkung 16. Ist dies nicht der Fall, so bleibt in der Mitte der Einsenkung 16 Material stehen.
• Tritt nun während der Bewegung der Elektrode 5 auf der Kreisbahn 10 ein negativer Vorschub auf, so wäre es unvorteilhaft, bei länger bestehendem negativem Vorschub die komplette Kreisbahn 10 rückwärts zu durchlaufen. Die Elektrode 5 kommt nämlich so nicht von der Seitenwand der Einsenkung 16 frei. Es wird daher vorgeschlagen, nach einer bestimmten Anzahl N von Regelzyklen mit negativem Vorschub die Kreisbahn 10 zu verlassen, und vielmehr die Elektrode 5 wiederum auf der Kegelmantelfläche 13 spiralförmig in Richtung des Startpunktes S zu führen. Diese Rückzugsbahn 11 ist in Fig. 3 dargestellt: Kurz hinter dem Kurzschlußpunkt K verläßt die Elektrode 5 die Kreisbahn 10 auf der Rückzugsbahn 11. Eine bewährte Einstellung für den in der Steuerung 7 vorgebbaren Parameter N wäre etwa, nach zehn Regelzyklen mit negativem Vorschub die Kreisbahn 10 zu verlassen. Das Arbeitsmedium kann nun besser abgetragenes Material aus dem Spalt zwischen Elektrode 5 und Werkstück 4 entfernen.
• Ist der Kurzschluß beseitigt, tritt im Wendepunkt W erneut ein positives Vorschubsignal auf. Die Elektrode 5 wird nun wiederum auf der Kegelmantelfläche 13 zurück auf die Kreisbahn 10 geführt. Um zu vermeiden, daß Material stehen bleibt, wird die Elektrode 5 dabei in einer Zustellbewegung 12 geführt, die in einem bereits bearbeiteten Punkt der Kreisbahn 10 endet.
• Mit diesem Verfahren wird also einerseits das Umgehen eines Kurzschlusses im Punkt K vermieden, indem bei negativem Vorschub die Planetärbewegung P umgekehrt wird, andererseits wird ein länger bestehender negativer Vorschub schneller beseitigt, indem die Elektrode 5 nach einer vorgebbaren Anzahl von N Regelzyklen auf die Rückzugsbahn 11 gebracht wird. Das schnelle Wiederanfahren der verlassenen Kreisbahn 10 erfolgt dann mittels einer Zustellbewegung 12, so daß sicher kein Material stehen bleibt. Somit ist sichergestellt, daß bereits nach einer vollständigen Bewegung der Elektrode 5 um die Kreisbahn 10 die Einsenkung 16 fertig gestellt ist. Es sind keine weiteren Umläufe der Elektrode 5 mehr nötig, wie dies nach dem Stand der Technik der Fall war.
• Kollisionen zwischen der Elektrode 5 und dem Werkstück 4 sind nach dem beschriebenen bevorzugten Verfahren ausgeschlossen, da die Elektrode auf ihrer Rückzugsbahn 11 und während der Zustellbewegung 12 nur bereits bearbeitete Bereiche passiert.
• Anhand von Fig. 4 soll noch einmal zusammenfassend das bevorzugte Verfahren beschrieben werden.
• Im Schritt 100 wird die Elektrode 5 zum Startpunkt S geführt. Sodann wird im Schritt 200 die Elektrode 5 auf der Zustellbahn 9 geführt, wobei die Spaltregelung so ausgeführt wird, daß bei negativem Vorschub die Zustellbahn 9 rückwärts durchlaufen wird. Die Komponenten der Zustellbahn 9 entsprechen der Haupteinsenkrichtung H, der lateralen Richtung L und der Planetärbewegung P. Zusammen ergeben sie eine spiralförmige Bewegung auf einer Kegelmantelfläche 13. Wird im Schritt 300 erkannt, daß die Endtiefe T (und gleichzeitig der Endradius R) erreicht wurde, wird zum Schritt 400 verzweigt, andernfalls mit Schritt 200 fortgefahren.
• Im Schritt 400 wird die Elektrode 5 auf einer Kreisbahn 10 geführt, hierzu führt die Elektrode lediglich eine Planetärbewegung P durch. Die Spaltregelung erfolgt dabei auf dieser Kreisbahn 10.
• Im Schritt 500 wird, falls mehr als N Regelzyklen mit negativem Vorschub auftraten, zu Schritt 700 verzweigt, wo eine spiralförmige Rückzugsbahn 11 der Elektrode 5 auf einer Kegelmantelfläche 13 Richtung Startpunkt S gewählt wird. Die Vorzeichen der Bewegungsrichtungen für H, L und P sind dabei im Vergleich zum Schritt 200 invertiert. Diese Rückzugsbahn 11 wird so lange beibehalten, bis im Schritt 800 erkannt wird, daß (im Wendepunkt W der Rückzugsbahn 11) wieder positiver Vorschub vorliegt. Ist dies der Fall, so wird wieder zu Schritt 200 verzweigt, in dem eine Zustellbewegung 12 begonnen wird, die erneut auf einer Kegelmantelfläche 13 spiralförmig auf die Kreisbahn 10 führt, wobei diese Kreisbahn 10 in einem bereits bearbeiteten Punkt erreicht wird. Sodann wird mit Schritt 400 fortgefahren.
• Falls im Schritt 500 höchstens N Regelzyklen mit negativem Vorschub vorlagen, wird im Schritt 600 noch geprüft, ob die Kreisbahn 10 bereits vollständig durchlaufen wurde, also ein Vollkreis mit 360 Grad beschrieben wurde. Ist dies nicht der Fall, wird mit Schritt 400 fortgefahren, andernfalls ist die Einsenkung 16 fertig bearbeitet, die Elektrode 5 kann zurückgezogen werden.
• Um nun Einsenkungen mit einer von der Kreisform abweichenden Form . (z. B. quadratisch oder dreieckig) zu erzeugen, muß die Steuerung 7 lediglich den radialen Abstand der Elektrode 5 vom Startpunkt S der Bearbeitung abhängig vom Winkel der Planetärbewegung P steuern. Um z. B. eine quadratische Einsenkung 16 zu erzeugen, kann man von einer gedachten kreisförmigen Einsenkung 16 ausgehen, die der quadratischen Einsenkung einbeschrieben ist, und deren Radius mit einem Faktor zwischen eins (an den Berührungspunkten der beiden Einsenkungen) und der Wurzel aus zwei (in den Ecken des Quadrats) winkelabhängig gestreckt wird. Um eine Abrundung der Ecken einer quadratischen Ausnehmung zu vermeiden, sollte auch eine Elektrode 5 mit quadratischem Querschnitt verwendet werden.

Claims (10)

1. Verfahren zum Erodieren einer Einsenkung (16), bei dem eine von einer Steuerung (7) gesteuerte Zustellbahn (9) einer Elektrode (5) von einem Startpunkt (S) oberhalb der Einsenkung (16) auf einer Kegelmantelfläche (13) spiralförmig in die Einsenkung (16) verläuft, bis eine Endtiefe (T) und ein Endradius (R) der Einsenkung (16) erreicht werden, dadurch gekennzeichnet, daß bis zum Erreichen der Endtiefe (T) und des Endradius (R) beim Auftreten eines negativen Vorschubes in der Steuerung die Zustellbahn (9) rückwärts durchlaufen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Erreichen der Endtiefe (T) und des Endradius (R) die Elektrode (5) eine Kreisbahn (10) in der Endtiefe (T) und mit dem Endradius (R) beschreibt, und daß bei negativem Vorschub für maximal N Regelzyklen der Steuerung (7) die Kreisbahn (10) rückwärts durchlaufen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Auftreten vom mehr als N Regelzyklen mit negativem Vorschub von der rückwärts durchlaufenen Kreisbahn (10) abgewichen wird, indem die Elektrode (5) auf einer Rückzugsbahn (11) spiralförmig auf der Kegelmantelfläche (13) in Richtung des Startpunktes (S) bewegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei erneutem positivem Vorschub eine Zustellbewegung (12) aufgenommen wird, die auf einer Kegelmantelfläche (13) spiralförmig auf die Kreisbahn (10) in Endtiefe (T) und mit Endradius (R) führt, und daß die Kreisbahn (10) in einem Punkt erreicht wird, der bereits von der Elektrode (5) bearbeitet wurde.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (D2) der Elektrode (5) so gewählt wird, daß er größer als die Hälfte des Durchmessers (D1) der Einsenkung (16) ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Abstand der Elektrode (5) vom Startpunkt (S) der Einsenkung (16) abhängig vom Winkel der Planetärbewegung (P) verändert wird, wodurch von der Kreisform abweichende Einsenkungen (16) erzeugt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Form der Einsenkung (16) angepaßte Elektrodenform verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl N der Regelzyklen mit negativem Vorschub vorgegeben wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehwinkel der Planetärbewegung (P), bei dem die Zustellbahn (9) die Kreisbahn (10) erreicht, vorgegeben wird.

10. Numerische Steuerung für eine Erodiermaschine (1), eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-9.