-
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 kante.
-
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 las sen.
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
-
1 eine
Funkenerosionsmaschine
-
2 Werkstück und Elektrode
in einer Seitenansicht
-
3 Werkstück und Elektrode
in Draufsicht
-
4 ein
Ablaufdiagram eines bevorzugten Verfahrens.
-
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 Elek trode 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.
-
2 zeigt
eine Seitenansicht und 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 Steue rung 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 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 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 ab hängig
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.