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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektrodenzuführvorrichtung
und ein Verfahren für
eine elektro-erosive Bearbeitung bzw. eine Funkenerosion. Diese
Vorrichtung wird vorzugsweise in einem Funkenerosionsgerät verwendet,
welches ein Werkstück
mittels einer Elektrode bearbeitet.
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Üblicherweise
sind elektro-erosive Bearbeitungsgeräte bzw. Funkenerosionsgeräte bekannt,
bei denen zwischen Elektrode und Werkstück eine hohe Spannung angelegt
wird und die dazwischen entstehende Entladung der Bearbeitung des
Werkstücks dient.
Derartige Geräte
sind beispielsweise in den folgenden drei Druckschriften offenbart,
d.h. in den ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichungen
Nr. 57-132929, Nr. 61-274813 und Nr. 63-20751.
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In
diesen herkömmlichen
elektro-erosiven Bearbeitungsgeräten
bzw. Funkenerosionsgeräten wird
gemäß einem
Typ von Aufbau die Elektrode von einem Elektrodenhalter gehalten.
Der Elektrodenhalter besitzt eine Skala zum Erfassen seiner Position, so
daß die
Position des Elektrodenhalters gemäß einem Skalenwert erfaßt werden
kann. In diesen Funkenerosionsgeräten wird zum Feststellen der
Tatsache, daß die
Elektrode das Werkstück
durchdrungen hat, zunächst
die Elektrode vor der Bearbeitung in Kontakt mit dem Werkstück gebracht,
und weiterhin ein Kontaktpunkt der Elektrode auf dem Werkstück als Startpunkt
festgelegt. Wenn der Elektrodenhalter sich ferner vom Kontaktpunkt
zum Ende des Werkstücks
entsprechend seiner Dicke bewegt, wird die Bestimmung durchgeführt, sobald
die Elektrode das Werkstück
durchdrungen hat.
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In
einem für
das Funkenerosionsgerät
mit dem vorstehend beschriebenen Elektrodenhalter verwendeten Verfahren
zur Erfassung der Durchdringung bzw. des Durchstoßens, wird
eine zurückgelegte
Strecke des Elektrodenhalters unter Berücksichtigung des Elektrodenverbrauchs
während
der Funkenerosion eingestellt und die Zeit für die Durchdringung auf der
Grundlage des Elektrodenverbrauchs erfaßt.
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Wenn
jedoch beispielsweise eine Elektrode verwendet wird, die stark und
schnell verbraucht wird und in der die Verbrauchsänderung
unstabil ist, wie beispielsweise bei einer Kupferelektrode, kann
die Zeit für
das Durchdringen der Elektrode nur sehr schwer erfaßt werden.
Ferner kann bei einem Verfahren zum Bewegen der Elektrode gemäß einer
Ausdehnung und Kontraktion eines piezoelektrischen Elements ohne
Verwendung des Elektrodenhalters die Elektrodenposition unter Verwendung
der Skala, die beim Elektrodenhalter eingesetzt wird, nur sehr schwer
erfaßt
werden.
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Ferner
wird gemäß einem
weiteren Verfahren von einem Funkenerosionsgerät elektrisch das Eindringen
der Elektrode entweder durch elektrisches Erfassen der rückgewonnenen
Isolation zwischen der Elektrode und dem Werkstück oder durch Vergleichen eines
sich ändernden
Musters einer Servospannung mit einem gewünschten Spannungsmuster in
einer Stromversorgungseinheit zum Zuführen einer gewünschten
Bearbeitungsspannung zwischen der Elektrode und dem Werkstück erfaßt. Hierbei
ergibt sich jedoch ein Nachteil dahingehend, daß dieses Gerät eine geringe
Genauigkeit für
das Erfassen der Durchdringung der Elektrode aufweist.
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Die
DE 32 04 799 A1 ,
die als nächstliegender Stand
der Technik angesehen wird, offenbart eine Einrichtung zur elektrischen
Entladungsbearbeitung von Werkstücken,
bei der ein betreffendes Durchdringen eines Werkstücks über eine Änderung
einer Servospannung zur Steuerung einer zwischen einer Elektrode
und einem Werkstück
anzulegenden Bearbeitungsspannung erfasst wird. Genauer gesagt,
das Durchdringen wird über
eine Änderung
von einem ersten Spannungsmuster "+3V bis –3V", das während einer elektro-erosiven
Bearbeitung auftritt, zu einem zweiten Spannungsmuster "+6V", das bei der Durchdringung
auftritt, erfasst. Ferner wird bei dieser Einrichtung ein Kurzschlussstrom
zur Steuerung der elektro-erosiven Bearbeitung genutzt.
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Die
DE 33 27 900 A1 offenbart
eine elektrische Entladungsvorrichtung mit einer Elektrode und einem
Werkstück,
die einander gegenüberliegend angeordnet
sind und sich in einer isolierenden Arbeitsflüssigkeit befinden, die den
Spalt zwischen beiden Teilen ausfüllt und die Bearbeitung des
Werkstücks
mittels einer elektrischen Entladung über den Spalt ermöglicht.
Die elektrische Entladungsvorrichtung umfasst eine Einrichtung zur
Erfassung einer abnormalen Entladung auf dem Wege der Analyse eines
Frequenzspektrums der Span nungswellenform der elektrischen Entladung
zwischen der Elektrode und dem Werkstück, um zwischen normalen und
abnormalen Entladungszuständen
zu unterscheiden.
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Ferner
offenbaren die
US 5 360 957 eine Funkenerosionsmaschine,
die
DE 27 16 343 C2 eine Schaltungsanordnung
zum Abschalten einer Funkenerosionsmaschine und die
DE 34 47 870 A1 ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Ermittlung der elektro-erosiven Fertigstellung
eines Startlochs. Es wird jedoch in keiner der vorstehend aufgeführten Druckschriften
offenbart, die Durchdringung einer Elektrode durch ein Werkstück über die
Beobachtung der Auftrittsfrequenz des Kurzschlussstroms zu erfassen.
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Ausgehend
von einer Einrichtung zur elektrischen Entladungsbearbeitung von
Werkstücken,
wie sie aus der
DE
32 04 799 A1 bekannt ist, kann die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung darin gesehen werden, eine Elektrodenzuführvorrichtung
für eine elektro-erosive
Bearbeitung zu schaffen, die mit großer Genauigkeit den Zeitpunkt
erfassen kann, an dem eine Elektrode ein Werkstück durchdrungen hat.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1 und eine Elektrodenzuführvorrichtung
nach dem Anspruch 7 der vorliegenden Erfindung gelöst.
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Erfindungsgemäß umfasst
ein Verfahren für eine
elektro-erosive Bearbeitung mittels Entladung zwischen einer Elektrode
und einem Werkstück
zum Bearbeiten des Werkstücks
die folgenden Schritte: Erfassen einer Auftrittsfrequenz eines fließenden Kurzschlußstroms,
wenn die Elektrode das Werkstück
berührt,
und Erfassen einer Durchdringung der Elektrode durch das Werkstück auf der
Grundlage der Auftrittsfrequenz.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird
die Durchdringung der Elektrode durch Erfassen einer Verringerung
der Auftrittsfrequenz des Kurzschlußstroms erfasst, nachdem die
Elektrode das Werkstück
durchdrungen hat.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird die Durchdringung der Elektrode zusätzlich derart erfasst, daß die Elektrode
das Werk stück
vor einer Funkenerosion berührt,
ein Berührungspunkt
auf dem Werkstück
einer Position eines Elektrodenhalters entspricht, der die Elektrode hält, die
Position des Elektrodenhalters als ein Startpunkt der Messung eingestellt
wird und die Durchdringung der Elektrode festgestellt wird, wenn
sich der Elektrodenhalter während
der Funkenerosion von dem Startpunkt über eine Dicke des zu bearbeitenden
Werkstücks
bewegt.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
für eine
elektro-erosive Bearbeitung und der erfindungsgemäßen Elektrodenzuführvorrichtung
für eine
elektro-erosive
Bearbeitung kann die Durchdringung bzw. das Durchstoßen der
Elektrode im Werkstück
mit großer
Genauigkeit erfaßt
werden, wobei die Differenz zwischen dem Auftreten einer Kurzschlußstromfrequenz
während
der Funkenerosion und dem Auftreten einer Kurzschlußstromfrequenz,
wenn die Elektrode das Werkstück
durchdrungen hat, verwendet wird.
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Ferner
kann mit größerer Genauigkeit
das Durchdringen der Elektrode im Werkstück gemäß einer zurückgelegten Strecke des Elektrodenhalters festgestellt
werden, der die Elektrode hält.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher
beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild einer Durchdringungs-Erfassungsschaltung gemäß einem
ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
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2 eine
strukturelle Ansicht eines Systems, welches das erste Ausführungsbeispiel
gemäß 1 verwendet;
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3 eine
beispielhafte Ansicht zur Erläuterung
der Bewegung einer Elektrode gemäß dem in 1 dargestellten
ersten Ausführungsbeispiel;
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4 eine
charakteristische Ansicht zur Erläuterung des zwischen einer
Elektrode und einem Werkstück
fließenden
Stroms gemäß dem in 1 dargestellten
ersten Ausführungsbeispiel;
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5 eine
Ansicht zur Erläuterung
eines Beispiels für
das Durchdringen der Elektrode gemäß dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel;
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6 ein
Blockschaltbild einer Durchdringungs-Erfassungsschaltung gemäß einem
zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
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7 eine
charakteristische Ansicht zur Erläuterung des zwischen der Elektrode
und dem Werkstück
fließenden
Stroms gemäß dem in 6 dargestellten
zweiten Ausführungsbeispiel;
und
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8A bis 11B Darstellungen des Standes der Technik im Vergleich
mit der vorliegenden Erfindung.
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Bevor
die bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben
werden, wird nachfolgend das das erste Ausführungsbeispiel verwendende
System im Einzelnen beschrieben.
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Die 2 zeigt
eine strukturelle Ansicht des Systems, welches das in 1 dargestellte
erste Ausführungsbeispiel
verwendet. In 2 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein
elektro-erosives Bearbeitungsgerät
bzw. Funkenerosionsgerät, 2 eine
Elektrodenzuführvorrichtung, 3 einen
numerisch gesteuerten (NC) Schaft, 4 eine Elektrode, 5 ein
Werkstück, 6 eine
Werkstückunterlage
und 7 eine Bearbeitungsflüssigkeit-Zuführvorrichtung.
Ferner bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine für die elektro-erosive
Bearbeitung verwendete Steuereinheit, 11 einen PC zum Steuern
des Geräts, 12 einen
Ansteuer-Verstärker, 13 eine
Durchdringungs-Erfassungsvorrichtung und 14 eine Spannungsversorgung
für die
elektro-erosive Bearbeitung bzw. Funkenerosion.
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Die
Elektrodenzuführvorrichtung 2 für die Funkenerosion
ist am NC-Schaft 3 des
Funkenerosionsgeräts 1 befestigt.
Die für
die Funkenerosion verwendete Elektrode 4 wird derart in
die Elektrodenzuführvorrichtung 2 eingebaut,
daß sie
zum Werkstück 5 hinzeigt,
welches auf der Werkstück-Unterlage 6 befestigt
ist.
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Die
Elektrodenzuführvorrichtung 2 besitzt
ein (nicht dargestelltes) piezoelektrisches Element, wobei die Elektrode 4 gemäß einer
Ausdehnung und Kontraktion des piezoelektrischen Elements auf das Werkstück 5 hinbewegt wird.
Ferner wird die Bearbeitungsflüssigkeit-Zuführvorrichtung 7,
die sich im unteren Abschnitt des Funkenerosionsgeräts 1 befindet,
durch eine Pumpe, einen Filter, einen Tank usw. ausgebildet, um
dem Werkstück 5 während der
Funkenerosion die Bearbeitungsflüssigkeit
zuzuführen.
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Der
PC 11, der sich in der Steuereinheit 10 befindet,
erzeugt piezoelektrische Ansteuersignale, die dem piezoelektrischen
Element derart zugeführt werden,
daß eine
vorbestimmte Position der Elektrode 4 hinsichtlich des
Werkstücks 5 eingehalten
wird, so daß ein
großer
Betrag eines Entladestroms zwischen der Elektrode 4 und
dem Werkstück 5 fließen kann.
Der Ansteuer-Verstärker 12 verstärkt das
vom PC 11 erzeugte piezoelektrische Ansteuersignal auf eine
hohe Spannung. Die Durchdringungs-Erfassungsvorrichtung 13 empfängt den
zwischen der Elektrode 4 und dem Werkstück 5 fließenden Strom und
sendet ein Durchdringungs-Erfassungssignal an den PC 11 zurück.
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Die
Stromversorgung 14 liefert eine Hochspannung für die zwischen
der Elektrode 4 und dem Werkstück 5 durchgeführte elektro-erosive
Bearbeitung. Der PC 11 überwacht
die Versorgungsspannung, steuert die Ausdehnung und Kontraktion
des piezoelektrischen Elements derart, daß ein großer Betrag eines Entladestroms
auftritt, und hält
die vorbestimmte Position der Elektrode 4.
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Da
ein Spalt zwischen der Elektrode 4 und dem Werkstück 5 sehr
klein ist und das Werkstück 5 in
der Richtung liegt, in der sich die Elektrode 4 bewegt,
tritt beim Durchführen
der Funkenerosion ein Kurzschlußstrom
auf, der durch den Kontakt bzw. die Berührung zwischen der Elektrode 4 und
dem Werkstück 5 hervorgerufen
wird. Als nächstes
wird die Arbeitsweise der Durchdringungs-Erfassungsschaltung gemäß 1 im
Einzelnen anhand der 1, 3 und 4 beschrieben.
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Die 1 zeigt
ein Blockschaltbild einer Durchdringungs-Erfassungsschaltung gemäß dem ersten
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.
Die 3 zeigt eine beispielhafte Ansicht zur Erläuterung
der Bewegung der Elektrode in dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel,
während 4 eine
charakteristische Darstellung zur Erläuterung des zwischen der Elektrode
und dem Werkstück
fließenden
Stroms in dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel
zeigt.
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In 1 bezeichnet
das Bezugszeichen 20 eine RC-Entladeschaltung, die einen
Ladewiderstand 21, einen Kondensator 22, die Elektrode 4 und das
Werkstück 5 aufweist.
Das Bezugszeichen 31 bezeichnet eine Spannungsteilerschaltung, 32 ein Bandpaßfilter, 33 eine
Absolutwert-Schaltung, 34 ein Tiefpaßfilter, 35 eine Durchdringungs-Erfassungs- und
Bestimmungsschaltung, 36 eine Durchdringungs-Spannungseinstellschaltung, 37 eine
Fehlererfassungs- und
Verhinderungsschaltung und 38 eine Durchdringungs-Erfassungs-
und Ausgabeschaltung. Ferner bezeichnet das Bezugszeichen 11 den
in 2 dargestellten PC.
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Die
Durchdringungs-Erfassungsschaltung ist hauptsächlich in der Durchdringungs-Erfassungsvorrichtung 13 gemäß 2 enthalten.
Der Ladewiderstand 21 ist zum Begrenzen des dem Kondensator 22 zugeführten Ladestroms
vorgesehen. Der Entladestrom und der Kontaktstrom, der zwischen
der Elektrode 4 und dem Werkstück 5 fließt, fließt durch den
Ladewiderstand 21.
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Gemäß 3 bewegt
sich während
der Funkenerosion die Elektrode 4 stufenförmig in
Richtung zum Werkstück 5,
um das Werkstück 5 zu
bearbeiten. Demzufolge berührt
die Elektrode 4 das Werkstück 5 entsprechend
diesen stufenförmigen
Arbeitsabläufen
derart, daß der
Kurzschlußstrom
(Impuls), wie in 4 durch S21 dargestellt, eine
große
Impulsbreite aufweist und zwischen der Elektrode und dem Werkstück eine
lange Periode auftritt. In diesem Fall stellt jeder Impuls mit einer
schmalen Breite einen Entladestrom (Impuls) dar. Der Kurzschlußstrom tritt
solange auf bis die Elektrode 4 das Werkstück 5 durchstoßen hat.
Wenn die Elektrode 4 das Werkstück 5 durchstößt, wird
entweder das Auftreten der Frequenz des Kurzschlußstroms
zu Null oder der Kurzschlußstrom
plötzlich
verringert. Die Frequenz des Kurzschlußstroms entspricht einer Elektrodenansteuerfrequenz.
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Die
Spannungsteilerschaltung 31 teilt die Spannung über dem
Ladewiderstand 21 in eine Vielzahl von kleinen Spannungen
und wird durch eine Vielzahl von seriell miteinander verbundenen
Widerständen
realisiert. Das Bandpaßfilter 32 beseitigt
das Rauschen durch Extrahieren der Frequenzanteile in einem vorbestimmten
Frequenzband des durch die Spannungsteilerschaltung 31 geteilten
Signals, wobei es nur das Signal in der Nähe der Elektrodenansteuerfrequenz
(ca. 300 Hz) für
die Elektrodenzuführvorrichtung 2 ausgibt.
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Wie
in 4 durch S32 dargestellt, nimmt das Ausgangssignal
S32 des Bandpaßfilters 32 zum Zeitpunkt
des Auftretens des Kurzschlußimpulses
einen hohen Pegel an, wobei das Auftreten der Frequenz mit dem hohen
Pegel des Signals S32 die Auftrittsfrequenz des Kurzschlußstromes
darstellt.
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Die
Absolutwertschaltung 33 gibt durch Umwandlung der im Signal
S32 enthaltenen negativen Signale, in denen das Rauschen bereits
durch das Bandpaßfilter 32 beseitigt
wurde, in positive Signale ein Absolutwertsignal S33 aus. Das Tiefpaßfilter 34 gibt
ein gemitteltes Signal S34 aus, in dem die niederfrequenten Anteile
gehalten werden, während
die hochfrequenten Anteile im Absolutwertsignal S33 beseitigt werden.
Das vom Tiefpaßfilter 34 gemittelte
Signal S34 nimmt einen hohen Pegel an, wenn die Auftrittsfrequenz
des Kurzschlußstroms
hoch ist, während
sie einen niedrigen Pegel annimmt, wenn die Auftrittsfrequenz des
Kurzschlußstroms
gering ist.
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Die
Durchdringungs-Spannungseinstellschaltung 36 gibt ein Durchdringungs-Spannungssignal
S36 aus. Die Durchdringungs-Erfassungs- und Bestimmungsschaltung 35 vergleicht
das gemittelte Signal S34 mit dem Durchdringungs-Spannungssignal
S36 und gibt ein Binärsignal
S35 entsprechend den nachfolgenden Bedingungen aus. Wenn die Spannung
des Durchdringungs-Spannungssignals S36 unterhalb der Spannung des
gemittelten Signal S34 liegt, gibt die Durchdringungs-Erfassungs-
und Bestimmungsschaltung 35 das binäre Signal "LOW" (niedriger
Pegel) aus, während
demgegenüber
die Durchdringungs-Erfassungs- und Bestimmungsschaltung 35 das
binäre
Signal "HIGH" (hoher Pegel) ausgibt,
wenn die Spannung des Durchdringungs-Spannungssignals S36 größer ist
als die Spannung des gemittelten Signals S34.
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Die
Fehler-Erfassungs- und Verhinderungsschaltung 37 besitzt
einen Zeitgeber, der auf eine vorbestimmte Zeitdauer eingestellt
wird (0,01 bis 0,2 Sekunden). Wenn in diesem Fall das binäre Signal "LOW" von der Durchdringungs-Erfassungs-
und Bestimmungsschaltung 35 kürzer ist als die vorstehende
vorbestimmte Zeitdauer, wird das "LOW"-Signal als
binäres "HIGH"-Signal angesehen.
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Demzufolge
kann das LOW-Signal, welches für
eine kurze Zeitdauer aufgrund einer unstabilen Bewegung der Elektrode 4,
einem Entladungsrauschen usw. auftritt, während der Funkenerosion ignoriert
bzw. vernachlässigt
werden. Ferner kann dadurch ein Fehler verhindert werden, bei dem
ein Kurzschlußsignal
als Durchdringung der Elektrode angenommen wird, selbst wenn das
Kurzschlußsignal
zeitweise stoppt, wenn sich zwischen der Elektrode und dem Werkstück während der
Funkenerosion Bearbeitungsstaub ansammelt bzw. staut.
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Die
Durchdringungs-Erfassungs- und Ausgabeschaltung 38 gibt
ein Durchdringungs-Erfassungssignal S38 aus, welches entweder ein
(die "Durchdringung
der Elektrode" anzeigendes) HIGH-Signal
oder ein (die "Funkenerosion" anzeigendes) LOW-Signal
an den PC 11 entsprechend dem Signal S37 der Fehler-Erfassungs-
und Verhinderungsschaltung 37 ausgibt. Der PC 11 empfängt das
Durchdringungs-Erfassungssignal S38 und erkennt damit, ob das Werkstück 5 von
der Elektrode 4 durchdrungen wurde. Gemäß dem vorstehend beschriebenen
ersten Ausführungsbeispiel
beträgt
die Genauigkeit für
die Erfassung der Position der Durchdringung durch die Elektrode
ca. ± 20 μm.
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Üblicherweise
werden bei einer Feinbearbeitung mittels einer dünnen Drahtelektrode eine Vielzahl
von Kurzschlüssen
zwischen der Elektrode und dem Werkstück (d.h. einer inneren Oberfläche eines bearbeiteten
Lochs im Werkstück)
durch Vibrationen der Elektrode hervorgerufen, die auftreten, nachdem die
Elektrode das Werkstück
durchdrungen hat. Folglich tritt zwischen ihnen weiter der Kurzschlußstrom auf,
so daß es
sehr schwierig ist, das Durchdringen der Elektrode zu erfassen.
Erschwerend führt
dies zu einer fehlerhaften Arbeitsweise.
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Beim
erfindungsgemäßen ersten
Ausführungsbeispiel
werden jedoch die Kurzschlußsignale mit
unterschiedlichen Frequenzen unter Ausnutzung der Tatsache beseitigt,
wonach die Frequenz des Kurzschlußsignals gleich dem Elektrodenansteuersignal
ist, weshalb die Durchdringung der Elektrode durch das Werkstück auf der
Grundlage des Auftretens der Frequenz dieses Kurzschlußstromes
erfaßt wird.
Folglich kann die Genauigkeit zur Erfassung der Durchdringung der
Elektrode verbessert werden.
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Die 5 zeigt
eine Darstellung zur Erläuterung
eines Beispiels der Durchdringung der Elektrode gemäß dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel.
In 5 bezeichnet das Bezugszeichen 100 eine
zu bearbeitende Düse,
d.h. das Werkstück als
ein Beispiel. Wie sich eindeutig aus der Zeichnung ergibt, besitzt
die Düse 100 einen
U-förmigen Aufbau
und wird von der Elektrode 4 an der rechten Seite der Düse 100 von
einer äußeren Oberfläche her
bearbeitet. Wenn die Elektrode 4 die Düse 100 durchdringt,
nähert
sich das Ende (a) der Elektrode 4 der gegenüberliegenden
Oberfläche
(b) der Düse 100 an.
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In
diesem Fall wird bei einem herkömmlichen elektro-erosiven
Bearbeitungsverfahren der Zuführbetrag
der Elektrode unter Berücksichtigung
einer Verbrauchsmenge der Elektrode voreingestellt. Wenn jedoch
bei diesem Verfahren die Elektrode aus einem Material besteht, welches
eine hohe Verbrauchsrate und eine große Streuung aufweist, wie beispielsweise
Kupfer, kann die genaue Position des Endes der Elektrode nur sehr
schwierig ermittelt werden. Gemäß dem Stand
der Technik treten daher Probleme dahingehend auf, daß beispielsweise
die Elektrode ungenügend
weit eindringt (d.h. die Elektrode durchdringt nicht das Werkstück), oder
die Elektrode dringt zu weit hindurch (d.h. die Elektrode durchdringt
das Werkstück
und berührt
die innere Oberfläche
der Düse,
so daß deren
Oberfläche
beschädigt
wird), usw.
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Zur
Lösung
der vorstehend beschriebenen Nachteile bzw. Probleme werden im ersten
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
die Frequenzanteile mit Ausnahme der vorbestimmten konstanten Frequenz
des Kurzschlußstromes
derart beseitigt, daß die
Genauigkeit der Erfassung der Position, an der die Elektrode die
Düse durchdringt,
verbessert werden kann. Folglich kann das Werkstück sehr genau bearbeitet werden,
d.h. man kann ein sehr genaues Loch im Werkstück erhalten ohne dabei die
innere Oberfläche
der Düse
zu beschädigen.
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Wenn
darüber
hinaus das Elektroden-Ansteuersignal keine konstante Frequenz aufweist, kann
ein Kurzschlußstrom
mit einer vorbestimmten konstante Frequenz durch vorsätzliches
Anlegen einer Schwingung mit der vorbestimmten hohen Frequenz an
die Elektrode erzeugt werden.
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Nachfolgend
wird das zweite Ausführungsbeispiel
anhand der 6 und 7 im Einzelnen beschrieben.
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Die 6 zeigt
ein Blockschaltbild der Durchdringungs-Erfassungsschaltung gemäß dem zweiten
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, während 7 eine
charakteristische Darstellung zur Erläuterung des zwischen der Elektrode
und dem Werkstück
fließenden
Stroms des in 6 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiels
darstellt.
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In 6 bezeichnet
wie in 1 das Bezugszeichen 20 die RC-Entladeschaltung
mit dem Ladewiderstand 21, dem Kondensator 22,
der Elektrode 4 und dem Werkstück 5. Das Bezugszeichen 41 bezeichnet
ein Tiefpaßfilter, 42 eine
Impulsumwandlungsschaltung, 43 eine erste Zählerschaltung, 44 eine
zweite Zählerschaltung
und 45 eine Durchdringungs-Erfassungs- und Ausgabeschaltung.
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Das
im Ladewiderstand 21 fließende Stromsignal enthält niederfrequente
Bestandteile mit dem Kurzschlußstrom
und hochfrequente Bestandteile mit dem Entladestrom, wobei diese
Bestandteile im Stromsignal miteinander vermischt sind. Das Tiefpaßfilter 41 extrahiert
das Kurzschlußstromsignal (d.h.
ein analoges Stromsignal S41) durch Beseitigen der hochfrequenten
Bestandteile und gibt das analoge Stromsignal S41 aus. In diesem
Fall kann anstelle des Ladewiderstands 21 eine Stromsonde
(current probe) verwendet werden.
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Die
Impuls-Umwandlungsschaltung 42 empfängt eine Kurzschluß-Referenzspannung
RV und vergleicht das analoge Stromsignal S41 mit der Kurzschluß-Referenzspannung
RV. Ferner binärisiert
die Impuls-Umwandlungsschaltung 42 das analoge Stromsignal
S41, wodurch man binäre
Signale erhält. Das
binäre
Signal liegt auf "HIGH", wenn der Kurzschlußstrom fließt.
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Das
binäre
Signal und ein Referenztakt-Impuls (das Tastverhältnis beträgt 50% und die Impulsbreite
7 μs) werden
einem (nicht dargestellten) UND-Gater eingegeben. Ein vom UND-Gater
erzeugtes Ausgangs-Impulssignal S42 besitzt Abschnitte mit kurzen
Zeitperioden und Abschnitte mit langen Zeitperioden. In diesem Fall
stellen die Abschnitte mit kurzen Zeitperioden den Kurzschlußabschnitt
dar, während
die langen Zeitperioden die Nicht-Kurzschlußabschnitte darstellen. Die
Ausgangs-Impulssignale des UND-Gaters werden in einer vorbestimmten
Anzahl innerhalb einer vorbestimmten Zeit solange erzeugt bis die
Elektrode das Werkstück
durchdringt. Wenn die Elektrode demgegenüber das Werkstück durchdrungen
hat, verringern sich die Ausgangs-Impulssignale des UND-Gaters.
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Demzufolge
kann die Durchdringung der Elektrode durch Zählen der Ausgangs-Impulssignale erfaßt werden.
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Die
erste Zählschaltung 43 zählt das
von der Impuls-Umwandlungsschaltung 42 gesendete Impulssignal
S42 und gibt ein Impulssignal S43 immer dann aus, wenn der gezählte Wert
eine vorbestimmte Anzahl innerhalb einer vorbestimmten Zeit überschreitet.
Die zweite Zählschaltung 44 zählt das
von der ersten Zählschaltung 43 gesendete
Impulssignal S43 und gibt jeweils ein Impulssignal S44 aus, wenn der
gezählte
Wert die vorbestimmte Anzahl innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer überschreitet.
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Wenn
die zweite Zählschaltung 44 innerhalb der
vorbestimmten Zeitdauer kein Impulssignal S44 ausgibt, stellt die
Durchdringungs-Erfassungs- und Ausgabeschaltung 45 fest,
daß die
Elektrode das Werkstück
durchdrungen hat und wechselt das Durchdringungs-Erfassungssignal
von "HIGH" auf "LOW".
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Die
erste und zweite Zählschaltung 43 und 44 werden
aus folgenden Gründen
vorgesehen.
- (1) Bei der tatsächlichen
Funkenerosion bzw. elektro-erosiven Bearbeitung staut bzw. sammelt sich
zwischen der Elektrode und dem Werkstück manchmal Bearbeitungsstaub
an. In diesem Fall fließt
zwischen der Elektrode und dem Werkstück der Kurzschlußstrom.
Während
der Funkenerosion rückt
jedoch die Elektrode zeitweise zurück, so daß der Bearbeitungsstaub von
der Elektrode oder dem Werkstück
entfernt werden kann und der Kurzschlußstrom ebenso unterbrochen
wird. Um daher ein Abschalten des Kurzschlußstroms nicht als Durchdringung
der Elektrode fehlerhaft zu interpretieren, setzt die zweite Zählschaltung 44 die
vorbestimmte Zeitdauer im Zeitgeber und stellt die Durchdringung
der Elektrode nur dann fest, wenn ihr das Impulssignal nicht innerhalb
der vorbestimmten Zeitdauer eingegeben wird.
- (2) Gemäß einem
weiteren Fall fließt
der Kurzschlußstrom
entweder bei einer zufälligen
Elektrodenschwingung nach der Durchdringung oder bei einer zufälligen Berührung des
Werkstücks über den
Bearbeitungsstaub. Da jedoch dieser Kurzschlußstrom sehr selten auftritt
und seine Auftrittsfrequenz sehr klein ist, wird der Kurzschlußstrom von
der zweiten Zählschaltung 44 nicht
gezählt.
In diesem Fall unterscheiden sich die eingestellte Zeitdauer und
die eingestellte Impulsanzahl der ersten Zählschaltung 43 und
der zweiten Zählschaltung 44 entsprechend
der Elektrodenansprechfrequenz, den Bearbeitungskonditionen, usw.
voneinander.
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Die 8A bis 11B zeigen Darstellungen des Standes der Technik
im Vergleich mit der vorliegenden Erfindung. In den 8A bis 10B ist der Stand der Technik dargestellt, während die 11A und 11B die
vorliegende Erfindung zeigen. Ferner zeigen die 8A, 9A, 10A und 11A die
lagemäßige Beziehung
zwischen der Elektrode und dem Werkstück, während die 8B, 9B, 10B und 11B entweder die Änderung
des Entladestroms oder des Kurzschlußstroms über der Zeit angeben.
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In
den 8A und 8B wird
der Entladestrom DC zwischen der Elektrode E und dem Werkstück W ebenso
zeitweise während
eines Zeitintervalls T1 gemäß 8B unterbrochen
(ca. 0,1 Sekunden oder weniger), wenn die Elektrode E während der
Funkenerosion zeitweise gemäß dem Pfeil
zurückgezogen
wird.
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Dies
bedeutet, daß sich
zwischen der Elektrode E und dem Werkstück W Bearbeitungsstaub D anstaut
bzw. verklumpt. Um in diesem Fall den durch den Bearbeitungsstaub
D hervorgerufenen Kurzschluß zwischen
der Elektrode E und dem Werkstück W
zu vermeiden, wird ihr Abstand derart gesteuert, daß ein Kurzschluß nicht
erzeugt werden kann. Obwohl es jedoch möglich ist, diesen Kurzschluß zu verhindern,
wird der Entladestrom zeitweise für einen Augenblick unterbrochen,
wenn die Elektrode wie vorstehend beschrieben in Pfeilrichtung zurückgezogen
wird.
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In
den 9A und 9B vibriert
die Elektrode E aufgrund der Vibration eines piezoelektrischen Elements
in transversaler Richtung, wenn die Elektrodenzuführvorrichtung
das piezoelektrische Element verwendet. Demzufolge berührt eine
Seitenoberfläche
der Elektrode E das Werkstück
W synchron zur Querschwingung des piezoelektrischen Elements. Folglich
fließt
zwischen der Elektrode E und dem Werkstück W in einem Augenblick, bei
dem die Elektrode das Werkstück
berührt,
der Kurzschlußstrom
SC mit der geringen Frequenz T2, beispielsweise ca. mehrere zehn
Hz oder weniger.
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Gemäß 10A und 10B wird
nach dem Durchdringen der Elektrode E durch das Werkstück W zwischen
der Elektrode E und dem Werkstück
W ebenso der Entladestrom DC mit einer hohen Frequenz T3 von ca.
1 MHz erzeugt. Dieser Entladestrom DC fließt zwischen der Seitenoberfläche der
Elektrode E und einer inneren Oberfläche des Werkstücks W. Wie
sich aus der vorstehenden Beschreibung eindeutig ergibt, werden
beim Stand der Technik die in den 8B, 9B und 10B dargestellten Kurvensignale während der
Funkenerosion beobachtet. Ferner werden nach dem Durchdringen der
Elektrode durch das Werkstück
die Kurvensignale gemäß 9B und 10B beobachtet.
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Die 11A und 11B zeigen
die vorliegende Erfindung. Gemäß diesen
Figuren schwingt die Elektrode E in longitudinaler Richtung derart,
daß der
Kurzschlußstrom
SC mit der geringen Frequenz T4, beispielsweise ca. 300 Hz, zwischen
der Elektrode E und dem Werkstück
W während
der Funkenerosion erzeugt wird. Nach dem Durchdringen der Elektrode
E durch das Werkstück
W wird ferner der Kurzschlußstrom
wie in 11B dargestellt, gestoppt.
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Wie
sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, werden gemäß der vorliegenden
Erfindung während
der Funkenerosion die Kurvensignale gemäß den 8B, 9B, 10B und 11B beobachtet.
Nachdem die Elektrode E das Werkstück W durchdrungen hat, werden
die Kurvensignale gemäß 9B und 10B beobachtet.
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Bei
den vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispielen
erfolgte die Beschreibung für
die die Elektrode bewegende Elektrodenzuführrichtung entsprechend der
Ausdehnung und Kontraktion des piezoelektrischen Elements. Die Erläuterungen
für die
die Elektrode bewegende Elektrodenzuführvorrichtung ist ferner auch
mit einem Elektrodenhalter möglich,
der die Elektrode hält.
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Beim
Aufbau, bei dem die Elektrode mittels des Elektrodenhalters gehalten
wird, kann ferner eine höhere
Genauigkeit für
die Erfassung der Durchdringung der Elektrode dadurch erreicht werden,
daß der
das Steuerverfahren be inhaltende Aufbau, bei dem die Elektrode das
Werkstück
berührt
bevor die Funkenerosion durchgeführt
wird, die Position des Elektrodenhalters auf den Startpunkt eingestellt
wird und die Bestimmung durchgeführt
wird, sobald die Elektrode das Werkstück durchdrungen hat, wenn sich
der Elektrodenhalter vom Startpunkt entsprechend der Dicke des Werkstücks während der
Bearbeitung bewegt hat, zusätzlich
zum Aufbau, bei dem die Erfassung der Durchdringung der Elektrode
auf der Grundlage der Auftrittsfrequenz des Kurzschlußstroms
erfolgt, hinzugefügt
wird.
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Eine
Elektrodenzuführvorrichtung
für eine Funkenerosion
mittels einer Entladung zwischen einer Elektrode und einem Werkstück zum Bearbeiten des
Werkstücks
besteht aus einer Auftrittsfrequenz-Erfassungseinheit zum Erfassen
der Auftrittsfrequenz eines fließenden Kurzschlußstroms,
wenn die Elektrode das Werkstück
berührt,
und einer Durchdringungs-Erfassungseinheit zum Erfassen des Durchdringens
der Elektrode durch das Werkstück
auf der Grundlage der Auftrittsfrequenz. Erfindungsgemäß kann das
Durchdringen der Elektrode durch das Werkstück unter Verwendung der Differenz
zwischen der Auftrittsfrequenz des Kurzschlußstroms während der Funkenerosion und
der Auftrittsfrequenz des Kurzschlußstroms nachdem die Elektrode
das Werkstück
durchdrungen hat mit hoher Genauigkeit erfaßt werden.