DE19600538A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Funkenerosionsmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung einer Funkenerosionsmaschine mit einer in wenigstens einer Elektrodenführung bzw. einem Füh­ rungskopf geführten Bearbeitungselektrode, bei welchem die zur Bearbeitung eines oder mehrerer Werkstücke notwendigen Steuerdaten in eine Steuervorrichtung eingegeben werden.

In der Praxis haben sich vor allem zwei Typen von Funke­ nerosionsmaschinen durchgesetzt: Schneid- und Senkerosions­ vorrichtungen. Diese weisen im allgemeinen folgende Kon­ struktionselemente auf: ein Maschinengestell mit Antriebs­ einrichtungen und einem Führungssystem für eine Draht- oder Senkelektrode; ein Spülsystem; einen Generator; sowie eine numerische Steuerung, eine sog. NC- oder CNC-Steuerung. Im Falle einer Schneiderosionsvorrichtung wird ausgehend von einer Startbohrung mit einer ersten Elektrode (der Draht­ elektrode) eine Kontur in eine bzw. aus einer zweiten Elek­ trode (dem Werkstück) geschnitten. Damit die Drahtelektrode gegenüber dem Werkstück eine eindeutige und geometrisch be­ herrschbare Lage erhält, wird diese in einer Elektroden­ führung - auch Führungskopf genannt - oberhalb und ggf. auch unterhalb des Werkstückes präzise geführt und unter axialen Zug gesetzt. Das zu bearbeitende Werkstück ist im Arbeitsraum der Schneiderosionsvorrichtung auf einem Ar­ beitstisch eingespannt. Die zum Bearbeiten des Werkstücks notwendige, die gewünschte Schnittkontur bestimmende Rela­ tivbewegung zwischen Werkstück und Drahtelektrode besorgt ein - meist mit dem Arbeitstisch gekoppelter und in X/Y-Hauptachsenrichtung bewegbarer - X/Y-Antrieb. Zum Schneiden konischer Schnitte ist zusätzlich ein meist mit dem oberen Elektrodenführungskopf gekoppelter, in U/V-Richtung beweg­ barer U/V-Antrieb vorgesehen; bisweilen auch noch ein in Z-Hauptachsenrichtung bewegbarer Z-Antrieb.

Ein Problem besonderer Art beim Betreiben einer derartigen Anlage besteht darin, daß die Elektrodenführung bzw. der Führungskopf bei unsachgemäßer Bedienung der Anlage mit Gegenständen in der Umgebung des oder der zu bearbeitenden Werkstücke kollidiert. Solche Kollisionsgegenstände können sein: Spannmittel zur Befestigung des Werkstücks auf dem Arbeitstisch; exponierte Teile im Arbeitsraum der Funkene­ rosionsanlage, z. B. Teile des Arbeitstisches oder des Ma­ schinengestells; Mittel zur Stromzufuhr an das Werkstück; unebene Abschnitte des zu bearbeitenden Werkstückes selbst oder andere auf dem Werkstück eingespannte, ebenfalls zu bearbeitende Werkstücke. Besonders störend und einschrän­ kend für die Bewegungsfreiheit der Elektrodenführung sind die genannten Spannmittel. Hierzu werden je nach Größe und Ausbildung des Werkstücks unterschiedlich geformte und unterschiedlich viele Spannmittel verwendet, deren Ab­ schnitt unterhalb des Werkstücks für das Bedienpersonal nicht einsehbar ist und daher eine große Kollisionsgefahr in sich birgt. Zwar werden die Spannmittel so angeordnet, daß während der Ausführung der Bearbeitung in der Regel keine Kollision auftritt; dennoch können Kollisionen nie­ mals ausgeschlossen werden. Am größten ist die Kollisions­ gefahr aber in der Anfahr- oder Justierphase der Anlage, also vor der eigentlichen Bearbeitung des Werkstücks, sowie beim Wechseln von einer Arbeitszone in die andere auf ein und demselben Werkstück oder beim Wechseln von einem auf ein weiteres zu bearbeitendes Werkstück. Meist führen Kol­ lisionen im Arbeitsraum zur Dejustierung der Elektroden­ führungsköpfe. Es können jedoch auch größere Schäden auf­ treten, welche die Maschinengeometrie beeinträchtigen. Gewisse Maschinenelemente können derart stark beansprucht werden, daß sie zerstört oder irreparabel deformiert wer­ den, so daß Stillstandzeiten in kauf genommen werden müs­ sen.

Es sind bereits sog. aktive Kollisionsschutzsysteme für Schneiderosionsvorrichtungen bekannt, bei denen der Bear­ beitungsvorgang auf etwaige Kollisionen hin überwacht und im Falle einer Kollision eine Schnellabschaltung der Vor­ schubbewegung der Elektrodenführung erfolgt. Die JP-64206 und die US 5,118,914 schlagen dazu eine elektronische Kol­ lisionserkennung mit Hilfe eines Kollisionssensors unmit­ telbar am Elektrodenführungskopf vor. Nach der DE-GM 94 21 085 ist der Elektrodenführungskopf federelastisch gelagert, so daß er im Falle einer Kollision zurückweicht und die Vorschubbewegung unterbricht. Zwar schützen derartige akti­ ve Kollisionsschutzsysteme die Elektrodenführung vor Kolli­ sion unabhängig von der Anordnung des oder der Werkstücke im Arbeitsraum. Jedoch wird bei jedem Kollisionsfall der Bearbeitungsvorgang zunächst unterbrochen und kann - wenn überhaupt - erst nach einer aufwendigen Neukalibrierung der Elektrodenführung fortgesetzt werden. Dies führt zu unge­ wünschten Standzeiten, verbunden mit einem wirtschaftlichen Verlust bei der Nutzung der Funkenerosionsmaschine.

Erwähnt sei auch das in der EP 0 450 113 A1 beschriebene Kollisionsschutzverfahren für eine Universal-Fräsmaschine. Dabei wird mit Hilfe einer besonderen Abtastvorrichtung, die üblicherweise zur Bestimmung der Werkstücksgeometrie verwendet wird, auch die unmittelbare Werkstücksumgebung im Arbeitsraum der Fräsmaschine abgetastet. Durch Vergleich mit den auf dieselbe Weise gewonnenen Geometriedaten des Werkstücks lassen sich dann Kollisionsbetrachtungen durch­ führen. Abgesehen davon, daß dieses Verfahren einem ent­ fernten technischen Gebiet angehört, und bereits deshalb nicht ohne weiteres auf die Funkenerosion übertragbar ist, ist dieses Verfahren in der Funkenerosion auch nicht prak­ tikabel: Bei den herkömmlichen Funkenerosionsmaschinen müß­ ten aufwendige elektronische oder optische Detektionssyste­ me zur Abtastung der Werkstücksumgebung installiert werden. Geeignete Abtastvorrichtungen sind sehr teuer. Dazu kommt eine aufwendige Anpassung der Steuerung, welche einzelne Meßzyklen steuert und die gewünschten Daten erfaßt und auswertet. Auch die Durchführung entsprechender Meßzyklen ist selbst bei einem Mindestsicherheitsstandard mit einem erheblichen Zeitaufwand verbunden. Ferner ist das notwendi­ ge Abfahren langer Verfahrwege nachteilig für die Präzision der Maschine, da die Reibung in Spindeln und Lagern eine spührbare lokale Erwärmung bewirkt, die sich auf die Genau­ igkeit der Werkstücksbearbeitung negativ auswirken kann.

Die Erfindung zielt darauf ab, einen effektiven Kollisions­ schutz bei der funkenerosiven Bearbeitung von Werkstücken zu schaffen.

Dieses Ziel erreicht die Erfindung durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 9. Weitere Ausgestaltungen der Erfin­ dung sind in den Unteransprüchen 1 bis 8 sowie 10 und 12 beschrieben.

Danach wird/werden bei einem Verfahren der eingangs genann­ ten Art durch Eingabe von Steuerdaten in eine Steuerungsvor­ richtung, insbesondere NC- oder CNC-Steuerung, unter Be­ rücksichtigung etwaiger Hindernisse in unmittelbarer Werk­ stücksumgebung ein oder mehrere Bereiche im Arbeitsraum der Funkenerosionsmaschine - nachfolgend "Fahrbereiche" genannt - festgelegt, innerhalb derer sich die Elektrodenführung kollisionsfrei bewegen kann. Die erfindungsgemäße Steuer­ vorrichtung enthält eine Benutzerschnittstelle zur Festle­ gung des oder der genannten Fahrbereiche und eine Rechen­ einheit zur Umwandlung der für den oder die Fahrbereiche charakteristischen Eingaben in Steuerdaten für die Steuer­ vorrichtung der Funkenerosionsmaschine.

Nach der Erfindung werden im Vorfeld der eigentlichen Be­ arbeitung eines Werkstückes Vorkehrungen zur Vermeidung etwaiger Kollisionen getroffen. Bereits bei der Einrichtung der Funkenerosionsmaschine durch Eingabe der für den jewei­ ligen Arbeitsdurchlauf spezifischen Steuerdaten in die numerische Steuerung werden kollisionsgefährdete Bereiche innerhalb der Bearbeitungszone berücksichtigt. Es handelt sich um eine präventive Maßnahme, so daß Kollisionen wäh­ rend der Bearbeitung von vornherein weitgehend ausgeschlos­ sen sind. Somit kann weitgehend auf die aufwendigen kon­ ventionellen Kollisionsschutzsysteme verzichtet werden. Ebenso wird eine Unterbrechung der Bearbeitung mit ggf. notwendiger Nachjustierung der Elektrodenführung vermieden. Es ist nunmehr möglich, die Elektrodenführung bzw. den oder die Führungsköpfe sicher einerseits auf der vorgegebenen Sollkontur zu bewegen, andererseits aber auch kollisions­ frei von einer Arbeitszone in eine andere Arbeitszone auf ein und demselben Werkstück oder von einem Werkstück zu einem anderen Werkstück kollisionsfrei zu wechseln.

Neben den genannten Hindernissen in unmittelbarer Umgebung des oder der Werkstücke im Arbeitsraum kommt speziell bei einer Schneiderosionsvorrichtung ein weiteres "Hindernis" hinzu: Bei der Bearbeitung von Matrizen entstehen stempel­ förmige Ausfallstücke, die bei einem unkontrollierten Trennschnitt auf den darunter befindlichen Elektrodenfüh­ rungskopf herabfallen und diesen hiermit beschädigen kön­ nen. Auch diese Kollisionsgefahr kann im erfindungsgemäßen Verfahren ausgeschaltet werden, indem bei der Festlegung der kollisionsfreien Fahrbereiche auch solche Schnittbahnen berücksichtig werden, die zu einem unkontrolliert herab­ fallenden Ausfallstück führen können.

Vorzugsweise wird die Vorschubbewegung in einem Vergleicher der Steuervorrichtung durch Vergleich der momentanen Bahn- bzw. Vorschubdaten der Elektrodenführung mit den den kolli­ sonsfreien Fahrbereichen entsprechenden Steuerdaten während der Bearbeitung und/oder beim Übergang zwischen einzelnen Bearbeitungsschritten laufend dahingehend überwacht, ob sich die Elektrodenführung innerhalb der kollisionsfreien Fahrbereiche befindet. Sobald die Elektrodenführung einen solchen Fahrbereich verläßt, wird die Vorschubbewegung der Elektrodenführung und/oder des Werkstücktisches vorzugs­ weise abrupt unterbrochen. Es bietet sich an, den X/Y- bzw. U/V-Antrieb des Führungskopfes und/oder des Werkstückti­ sches in dieser Situation in ähnlicher Weise zu steuern, wie es bei Kurzschlußsituationen zwischen der Bearbeitungs­ elektrode und dem Werkstück üblich ist: Nach Übertreten des vorgegebenen Fahrbereiches fährt der Führungskopf und/oder des Werkstücktisches entlang der unmittelbar vor dem Über­ schreiten zurückgelegten Verfahrstrecke in den erlaubten Fahrbereich zurück. Danach ist der Führungskopf für die Wiederholung der ursprünglich vorgesehenen Vorschubbewegung wieder einsatzbereit, und zwar in einer eindeutig definier­ ten Lage.

Vorzugsweise legt der Operateur in der Einrichtphase der Funkenerosionsmaschine einen oder mehrere Fahrbereiche zwischen den Arbeitszonen auf einem Werkstück und/oder zwischen mehreren im Arbeitsraum der Funkenerosionsmaschine aufgespannten Werkstücken fest, und zwar derart, daß die Fahrbereiche mit unmittelbar benachbarten Fahrbereichen zusammenhängen. Auf diese Weise läßt sich die Elektrodenfüh­ rung und/oder der Werkstückstisch kollisionsfrei in jede beliebige Arbeitszone auf jedem Werkstück im Arbeitsraum bewegen.

Die Festlegung der kollisionsfreien Fahrbereiche kann grundsätzlich durch Eingabe der exakten Lagedaten etwaiger Hindernisse im Arbeitsraum geschehen, z. B. der Fixierdaten der Spannmittel oder der Stromkontakte am Werkstück. Diese Lagedaten können vom Operateur ohne weiteres von CAD-Werk­ stückszeichnungen oder einem sog. Werkstücksplan entnommen werden, welcher die Daten des zu bearbeitenden Werkstückes sowie sämtliche Lage- und Verlaufsdaten der gewünschten Werkstückskontur und ggf. auch die Lagedaten der Werk­ stücksumgebung im Arbeitsraum enthält. Aus arbeitsökonomi­ schen Gründen wird vorzugsweise nur die "ungefähre" Lage etwaiger Kollisionsgegenstände in Werkstücksumgebung be­ rücksichtigt. Danach werden die kollisionsfreien Fahrberei­ che als ein-, zwei- oder dreidimensionale und zusammenhän­ gende Bereiche im Arbeitsraum gewählt, und zwar derart, daß sich die Elektrodenführung jeweils auf dem kürzesten Weg von jeder Arbeitszone auf einem Werkstück in jede andere Arbeitszone und/oder von jedem Werkstück auf jedes andere Werkstück frei bewegen kann. Je nach Anordnung der Arbeits­ zonen auf einem Arbeitsstück und ggf. mehrerer Werkstücke im Arbeitsraum sind dies bevorzugt lineare Fahrbereiche (sog. Fahrschienen) oder ebene Fahrbereiche (sog. Fahrflächen). Der jeweils kürzeste Verfahrweg innerhalb dieser Fahrbe­ reiche wird von einer Recheneinheit der Steuerung nach bekannten numerischen Verfahren bestimmt. Die aufwendige sequentielle Programmierung der Verfahrwege zwischen ver­ schiedenen Arbeitszonen bei gegenwärtigen Funkenerosions­ maschinen durch den Operateur kann demnach entfallen. Letz­ lich schließt die Strategie der Berücksichtigung der "unge­ fähren" Hindernisdaten zwar die Lösung aller nur denkbaren Kollisionsfälle aus, jedoch ist die Zeitersparnis für den Operateur beim Einrichten der Anlage beträchtlich. Vorzugs­ weise wird das hier beschriebene Verfahren mit einem akti­ ven Kollisionsschutzsystem der eingangs genannten Art kom­ biniert, um die Maschine vor dem verbleibenden Rest an noch möglichen Kollisionsfällen zu schützen. Dadurch kann man die Vorteile beider Verfahren nutzen und noch wirtschaft­ licher arbeiten.

Unter Berücksichtigung der zur Bearbeitung eines oder meh­ rerer Werkstücke notwendigen Steuerdaten, insbesondere Lagedaten von Schnittbahnen und/oder Senkkonturen sowie der Lagedaten der Werkstücksumgebung, wird die Elektrodenfüh­ rung und/oder der Werkstückstisch bevorzugt so gesteuert, da sich die Elektrodenführung aus einer Arbeitszone des Werk­ stückes auf kürzestem Weg in den nächstliegenden Fahrbe­ reich bewegt, innerhalb dieses Fahrbereiches auf kürzestem Weg an denjenigen Punkt dieses Fahrbereiches bewegt, wel­ cher der/dem nachfolgend zu bearbeitenden Arbeitszone/Werk­ stück am nächsten liegt. Auf diese Weise wird kaum Zeit für etwaige Verfahrstrecken im Arbeitsraum verloren. Dazu kommt, daß der Operateur die Vorschubbewegung nicht zu überwachen braucht, da erfindungsgemäß Kollisionen während der Bearbeitung weitgehend ausgeschlossen sind.

Die Eingabe der genannten Hindernisdaten - sei es in Form exakter Werte oder in Form "ungefährer" Werte - gestaltet sich bei einer grafischen Benutzerschnittstelle besonders einfach. Dort wird der Werkstücksplan auf einer Anzeigeein­ richtung angezeigt und die kollisionsfreien Fahrbereiche, z. B. eine Fahrschiene auf einem Werkstück oder eine Fahr­ fläche zwischen zwei Werkstücken, werden durch den Operateur über eine Eingabeeinheit der genannten Schnittstelle fest­ gelegt. Die Recheneinheit der numerischen Steuerung er­ stellt schließlich einen vollständigen Werkstücksplan mit den Lage- und Verlaufsdaten der Schnittbahnen und/oder Senkkonturen sowie der Verfahrbahnen zwischen den einzelnen Arbeitszonen auf einem Werkstück und zwischen den Werkstüc­ ken. Der vollständige Werkstücksplan wird auf der Anzeige­ einrichtung dargestellt. Auf diese Weise kann bereits durch den Betrachter eine unmittelbare visuelle Überprüfung des Bewegungsablaufes der Elektrodenführung während der gesam­ ten Bearbeitung auf etwaige Kollisionen hin erfolgen. Falls die visuelle Überprüfung nicht zufriedenstellend ist, kön­ nen die kollisionsfreien Zonen neu definiert werden. Auf einen sog. Trockenlauf zur Simulation der durchzuführenden Bearbeitung, wie er bei der Bearbeitung von besonders auf­ wendigen und daher teueren Werkstücken häufig durchgeführt wird, kann somit weitgehend verzichtet werden.

Anhand der genannten grafische Benutzerschnittstelle können den kollisionsgefährdeten, nicht befahrbaren Bereichen im Arbeitsraum über eine Eingabeeinheit auch repräsentative grafische Symbole zugeordnet werden, welche über die Re­ cheneinheit der numerischen Steuerung in entsprechende Steuerdaten umwandelbar sind. Vorzugsweise wird dem Ar­ beitsraum insgesamt oder einzelnen Werkstücken ein Raster bzw. Gitter zugeordnet, dessen Felder über die Eingabeein­ heit der grafische Benutzerschnittstelle unter Berücksich­ tigung etwaiger Hindernisse im Arbeitsraum als Fahrbereiche oder Nicht-Fahrbereiche gekennzeichnet werden. Je nach Ra­ sterauflösung können die Fahrbereiche beliebig genau fest­ gelegt werden.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Aus­ führungsbeispiele. In der Beschreibung wird auf die bei­ gefügte schematische Zeichnung bezug genommen. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Werk­ stücksplanes mit einer Fahrschiene für den Übergang zwischen den Arbeitszonen;

Fig. 2 und 3 eine schematische Darstellung eines Werk­ stückplanes jeweils mit einer Fahrfläche; und

Fig. 4 einen Werkstücksplan mehrerer Werkstücke mit einem Fahrbereich für den Übergang zwischen den Werkstücken.

Die Fig. 1-4 zeigen verschiedene Varianten der Erfin­ dung. Dabei sind gleiche technische Merkmale der Übersicht halber mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Schneidero­ sionsvorrichtung beschrieben. Dies bedeutet jedoch keiner­ lei Einschränkung der Erfindung, die in der Funkenerosion einen breiten Anwendungsbereich, sowohl in der Schneid- bzw. Drahterosion, als auch in der Senkerosion hat. Eine solche Schneiderosionsmaschine verfügt über eine CNC-Steue­ rung, welche die zum Schneiden notwendige, die Schnittkon­ turen bestimmende Relativbewegung zwischen Werkstück und Drahtelektrode steuert. Hierfür ist ein mit dem Werkstücks­ tisch gekoppelter in X/Y-Hauptachsenrichtung bewegbarer X/Y-Antrieb vorgesehen, der die Stellsignale der CNC-Steue­ rung empfängt. Zum Schneiden konischer Schnitte ist ferner eine der Elektrodenführungen bzw. einer der Führungsköpfe über einen U/V-Antrieb in U/V-Richtung verschwenkbar.

Die CNC-Steuerung benötigt Steuerdaten, wie z. B. Lage- und Verlaufskoordinaten der gewünschten Schnittkonturen, welche sie in Stellsignale für den Betrieb der X/Y- bzw. U/V-An­ triebe umwandelt. Die Eingabe der Steuerdaten an die CNC-Steuerung erfolgt über eine geeignete Schnittstelle. Diese kann im vorliegenden Fall eine grafische Benutzerschnitt­ stelle, in Form einer Anzeige- und einer dazugehörigen Eingabeeinrichtung, oder eine Menüschnittstelle sein. An­ hand der Steuerdaten wird ein Werkstücksplan über die Ab­ messung und die Lage eines oder mehrerer Werkstücke auf dem Werkstückstisch, die Lage einer oder mehrerer Startpunkte sowie der Verlauf der erwünschten Schnittkonturen auf dem oder den Werkstücken erstellt.

Fig. 1 zeigt stark vereinfacht einen solchen Werkstücksplan eines - auf einem hier nicht dargestellten Werkstückstisch eingespannten - Werkstücks 10. Mit den Kreisen 12 sind mehrere Startpunkte angedeutet, die jeweils Ausgangslage und meist auch Endlage einer im Bereich des jeweiligen Startpunktes durchzuführenden Schnittkontur darstellen. Jedem Startpunkt 12 ist eine Arbeitszone zugeordnet, inner­ halb welcher jeweils ein Bearbeitungsvorgang durchgeführt wird. Die Abschnitte 14 deuten Bereiche an, in denen das Werkstück 10 über Spannmittel auf dem Werkstückstisch befe­ stigt ist. Die Spannmittel 14 seien hier nur exemplarisch für Hindernisse genannt, die in unmittelbarer Werkstücks­ umgebung eine Kollisionsgefahr mit den Elektrodenführungs­ köpfen der Funkenerosionsmaschine darstellen.

Erfahrungsgemäß ist die Eingabe der exakten Lagedaten der Haltemittel 14 an die CNC-Steuerung mit einem recht hohen Zeitaufwand verbunden. Daher ist in Fig. 1 eine Variante der Erfindung dargestellt, bei der nur die "ungefähre" Lage der Haltemittel 14 in Form der mit fetter Linie gezeich­ neten Geraden 16 berücksichtigt wird. Der Operateur gibt beim Einrichten der Anlage lediglich die Koordinaten der Geraden 16 in die CNC-Steuerung ein. Die Eingabe der Gera­ den 16 erfolgt über die obige Eingabeeinrichtung, also über eine grafische oder eine Menüschnittstelle. Die Gerade 16 wird über eine Anzeigeeinrichtung der CNC-Steuerung in der in Fig. 1 dargestellten Weise optisch angezeigt. Der Opera­ teur kann die Länge und die Position der Geraden 16 auf dem Werkstück 10 beliebig verändern. Die Gerade 16 dient nun der CNC-Steuerung als bevorzugte Fahrschiene, d. h. als Vorschubbahn der Elektrodenführungsköpfe bzw. des Werk­ stücktisches zwischen einzelnen Arbeitszonen auf dem Werk­ stück 10, bei der sicher keine Kollision mit etwaigen Hin­ dernissen im Arbeitsraum, hier der Spannmittel 14, zu be­ fürchten ist.

Ausgehend von einer der dargestellten Startpunkte 12 wird die Vorschub- bzw. Verfahrbahn von einer Arbeitszone in eine andere wie folgt bestimmt: Grundsätzlich wird hierfür von dem Startpunkt 12 aus eine Senkrechte in Richtung der Fahrschiene 16 gewählt. Für den Fall, daß diese Senkrechte die Fahrschiene 16 nicht schneidet, wird als Vorschubbahn s eine Gerade von dem jeweiligen Startpunkt 12 bis zum nächstliegenden Endpunkt der Fahrschiene 16 gewählt. Auf diese Weise erhält man die in Fig. 1 dargestellten Vor­ schubbahnen s, um kollisionsfrei von einer Arbeitszone in eine andere Arbeitszone auf dem Werkstück 10 zu gelangen.

Fig. 2 zeigt eine weitere Variante der Erfindung unter Berücksichtigung der "ungefähren" Lage etwaiger Hindernis­ se, hier Haltemittel 14, in Werkstücksumgebung. Für die Festlegung eines kollisionsfreien Fahrbereiches auf einem Werkstück 10 gibt der Operateur über die genannte Eingabe­ einrichtung Koordinaten eines Rechteckbereiches 16 an die CNC-Steuerung ein. Dabei kann die Abmessung und die Posi­ tion des Bereiches 16 auf dem Werkstück 10 beliebig ver­ ändert werden. Im dargestellten Fall ist der Rechteckbe­ reich 16 so dimensioniert und mit Rücksicht auf die Lage der Haltemittel 14 angeordnet, daß die Elektrodenführungs­ köpfe kollisionsfrei von einer Arbeitszone in eine andere bewegt werden können.

Ausgehend von einem der Startpunkte 12 bestimmt ein Rechner der CNC-Steuerung die Vorschubbewegung wie folgt: Zunächst wird vom Startpunkt 12 eine Senkrechte in Richtung auf eine Seite des Rechteckbereiches 16 gezogen. Falls diese Senk­ rechte den Rechteckbereich 16 nicht schneidet, wird eine Vorschubbahn s als Gerade vom Startpunkt 12 zur nächstlie­ genden Ecke des Rechteckbereiches 16 gewählt. Innerhalb der so erhaltenen Fahrfläche, also des Rechteckbereiches 16, wählt der Rechner der CNC-Steuerung die kürzeste Strecke zur nächstliegenden Arbeitszone auf dem Werkstück 10, im dargestellten Fall also jeweils den Randbereich der Fahr­ fläche 16. Auch hier erfolgt die Eingabe vorzugsweise wäh­ rend dem Einrichten der Funkenerosionsmaschine entweder über eine grafische oder über eine Menüschnittstelle zur CNC-Steuerung. Die kollisionsfreie Fahrfläche 16 wird durch den Operateur selbst bestimmt und die hieraus vermittelten Steuerdaten mit den Werkstücksplandaten durch die CNC-Steuerung selbst derart in Beziehung gesetzt, daß sich die Elektrodenführung während der Bearbeitung sowie beim Ein­ richten der Maschine innerhalb der Fahrfläche 16, und zwar auf dem jeweils kürzesten Weg, bewegt. Durch Vorauswahl der zulässigen Fahrbereiche wird der Arbeits- und Zeitaufwand für die Vorbereitung der funkenerosiven Bearbeitung für den Operateur bei einer nach der Erfindung gesteuerten Funkene­ rosionsmaschine erheblich minimiert.

Fig. 3 zeigt eine weitere Variante zur Festlegung der Fahr­ bereiche. Dabei wird über einen Bildschirm der CNC-Steue­ rung der in Fig. 3 dargestellte Werkstücksplan angezeigt. Über eine grafische Schnittstelle legt der Benutzer Berei­ che fest, in denen sich erfahrungsgemäß Hindernisse in unmittelbarer Umgebung des Werkstücks 10 befinden, wie hier Spannmittel 14. Mit Hilfe einer Eingabeeinheit der grafi­ schen Schnittstelle wird ein Raster bzw. Gitter R defi­ niert, dessen Gitterabstand beliebig einstellbar ist. Das so erhaltene Raster R wird in der dargestellten Weise über das Werkstück 10 gelegt. Sodann werden die kollisionsge­ fährdeten Rasterfelder vom Operateur mit Hilfe der genann­ ten Eingabeeinheit markiert. Die verbleibende, nicht mar­ kierte Fläche auf dem Werkstück 10 dient der CNC-Steuerung als kollisionsfreie Fahrfläche 16. Bei der Auswahl der kollisionsfreien Rasterfelder ist darauf zu achten, daß jeder Startpunkt 12 in einem nicht markierten Feld und die nichtmarkierten Felder stets zusammenhängen. Durch Erhöhung der Rasterauflösung können die kollisionsgefährdeten Berei­ che beliebig genau definiert und damit eine etwaige Kolli­ sionsgefahr auf ein Minimum reduziert werden.

Die Fig. 4a und 4b veranschaulichen ein Verfahren zur Vermeidung von Kollisionen der Elektrodenführungsköpfe beim Übergang von einem Werkstück 10 zu einem anderen Werkstück 10′. Die Werkstücke 10 und 10′ sind jeweils über Spannmit­ tel 14 bzw. 14′ auf einem - hier nicht dargestellten - Werkzeugtisch fixiert und jeweils mit Startpunkten 12 bzw. 12′ in den jeweiligen Arbeitszonen versehen.

Die Bereiche 16 und 16′ auf den Werkstücken 10 und 10′ kennzeichnen kollisionsfreie Fahrbereiche für die Bewegung der Elektrodenführungsköpfe jeweils auf den Werkstücken 10 bzw. 10′. Die Fahrbereiche 16 und 16′ werden nach einer der in den Fig. 1-3 beschriebenen Varianten festgelegt. In Fig. 4a und 4b sind zusätzlich die Verfahrebenen mit unter­ brochener Linie angedeutet, innerhalb welcher sich die Elektrodenführungsköpfe relativ zu den Werkstücken 10 und 10′ bewegen. Hierbei handelt es sich um eine Ebene H1, in welcher der obere Elektrodenführungskopf eine Vorschubbewe­ gung von einer Arbeitszone des Werkstückes 10 bzw. 10′ in eine andere Arbeitszone durchführt, und um eine Ebene H2, in welcher der obere eine Vorschubbewegung vom Werkstück 10 zum anderen Werkstück 10′ durchführt.

Fig. 4a zeigt eine Vorschubbahn V des Elektrodenführungs­ kopfes vom Werkstück 10 zum Werkstück 10′ ohne Berücksich­ tigung der durch die Spannmittel 14, 14′ dargestellten Hin­ dernisse im Arbeitsraum. Die Folge dieser Vorschubbewegung ist eine Kollision an den mit K und K′ gekennzeichneten Stellen zwischen Führungskopf und Spannmittel 14 bzw. 14′, die zu einer erheblichen Beschädigung des Führungskopfes führen kann. Zur Vermeidung derartiger Kollisionen wird erfindungsgemäß ein kollisionsfreier Fahrbereich 26 zwi­ schen den Werkstücken 10 und 10′ festgelegt, so wie in Fig. 4b dargestellt.

Da die Problemstellung beim Übergang zwischen verschiedenen Werkstücken mit derjenigen zwischen verschiedenen Arbeits­ zonen auf ein und demselben Werkstück vergleichbar ist, kann die Festlegung des kollisionsfreien Fahrbereichs 26 grundsätzlich auch nach einer der in den Fig. 1-3 be­ schriebenen Varianten durchgeführt werden. Dies gilt ins­ besondere unter der vereinfachenden Annahme, daß etwaige Hindernisse, insbesondere Haltemittel, in den meisten Fäl­ len im Randbereich des Arbeitsraumes anzutreffen sind. Dann können obige Varianten unmittelbar auch für die Festlegung der Fahrbereiche zwischen unterschiedlichen Werkstücken übernommen werden. Bevorzugt wird hierbei die Festlegung einer Fahrfläche nach der Variante in Fig. 2. Eine solche Fahrfläche kann nämlich durch Bestimmung der Seitenabstände zur jeweiligen Begrenzung des Arbeitsraumes (sog. Offset), dessen Abmessung der CNC-Steuerung ohnehin bekannt ist. Dies führt zu einer weiteren Vereinfachung der Schnittstel­ le zwischen Operateur und CNC-Steuerung.

Bei der Festlegung des Fahrbereiches 26 in Fig. 4b ist lediglich zu beachten, daß dieser mit den einzelnen Fahr­ bereichen 16, 16′ auf den jeweiligen Werkstücken 10, 10′ an zumindest einem Punkt zusammenhängt. Wiederum ist der Rech­ ner der CNC-Steuerung derart ausgestaltet, daß bei Eintritt des Elektrodenführungskopfes in den Fahrbereich 26 der kürzeste Weg zum benachbarten Werkstück 10′ ausgewählt wird.

Claims (12)

1. Verfahren zur Steuerung einer Funkenerosionsmaschine mit einer in wenigstens einer(m) Elektrodenführung bzw. Führungskopf geführten Bearbeitungselektrode, bei welchem die zur Bearbeitung eines oder mehrerer Werk­ stücke (10) notwendigen Steuerdaten in eine Steuervor­ richtung eingegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß dabei ein oder mehrere Bereiche (16; 26) im Ar­ beitsraum der Funkenerosionsmaschine (Fahrbereiche) festgelegt werden, innerhalb derer sich die Elektro­ denführung kollisionsfrei bewegen kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter Berücksichtigung der ungefähren Lage etwaiger Hindernisse (14) im Arbeitsraum als Fahrbereich(e) (16; 26) ein-, zwei- oder dreidimensionale Bereiche im Arbeitsraum gewählt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenführung aus einer Arbeitszone eines Werkstückes (10) auf kürzestem Weg (s) in den nächst­ liegenden Fahrbereich (16) und innerhalb dieses Fahr­ bereiches (16) auf kürzestem Weg an denjenigen Punkt des Fahrbereiches (16) bewegt wird, welcher der/dem nachfolgend zu bearbeitenden Arbeitszone oder Werk­ stück am nächsten liegt.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Vorschubbewegung der Elektrodenführung durch Vergleich der momentanen Bahn- bzw. Vorschubdaten mit den - dem oder den Fahrberei­ chen (16; 26) entsprechenden - Steuerdaten laufend überwacht wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Fahrberei­ che (16) zwischen mehreren Arbeitszonen auf einem Werkstück (10) und/oder ein oder mehrere Fahrbereiche (26) zwischen mehreren Werkstücken (10, 10′) derart gewählt werden, daß die Fahrbereiche (16; 26) mitein­ ander zusammenhängen.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Werkstücksplan auf einer Anzeigeeinrichtung angezeigt wird und der oder die Fahrbereiche (16; 26) über eine Eingabeeinheit einer grafischen Schnittstelle festgelegt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem oder den Fahrbereichen (16; 26) über die Eingabe­ einheit grafische Symbole zugeordnet werden, welche durch eine Recheneinheit der CNC-Steuerung in entspre­ chende Lagedaten umgewandelt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich­ net, daß dem Arbeitsraum insgesamt oder einzelnen Werkstücken ein Raster bzw. Gitter (R) zugeordnet wird, dessen Felder über die Eingabeeinheit als Fahr­ bereiche oder Nicht-Fahrbereiche gekennzeichnet wer­ den.

9. Steuervorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine mit einem in wenigstens einer Elektrodenführung bzw. Füh­ rungskopf geführten Bearbeitungselektrode, insbesonde­ re zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit:

• - einer Benutzerschnittstelle zur Festlegung von einem oder mehreren Bereichen (16; 26) im Ar­ beitsraum der Funkenerosionsmaschine (Fahrberei­ che), innerhalb derer sich die Elektrodenführung kollisionsfrei bewegen kann; und
• - einer Recheneinheit zur Umwandlung der für die Fahrbereiche charakteristischen Eingaben in Steu­ erdaten.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Vergleicher zum laufenden Vergleich der momenta­ nen Bahn- bzw. Vorschubdaten mit den - dem oder den Fahrbereichen (16; 26) entsprechenden - Steuerdaten.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Benutzerschnittstelle eine grafische Schnittstelle ist mit einer Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen eines Werkstückplanes und einer Eingabeein­ heit zum Festlegen der Fahrbereiche (16; 26) im Ar­ beitsraum.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß auch ein aktives Kollisionsschutz­ system vorgesehen ist.