DE19722425B4

DE19722425B4 - Verfahren und Vorrichtung zur funkenerosiven Bearbeitung einer dreidimensionalen Ausnehmung in einem Werkstück

Info

Publication number: DE19722425B4
Application number: DE19722425A
Authority: DE
Inventors: Takashi Yuzawa; Takuji Magara
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1997-05-28
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2017-05-29
Also published as: KR19980032160A; KR100217294B1; JPH10138050A; JP3512577B2; DE19722425A1; CH692278A5; US5847352A

Abstract

Verfahren zur funkenerosiven Bearbeitung einer dreidimensionalen Ausnehmung in einem Werkstück (W) mittels einer einfach geformten Werkzeugelektrode (1) mit Hilfe einer dreidimensionalen Steuerung, wobei die Bearbeitung in Schichten mit einer sich verengenden Außenkontur erfolgt, mit folgenden Schritten:
(a) Speichern einer zweidimensionalen Außenkontur, welche eine Bearbeitungskurve vorgibt, einer Vorschubrate für die Elektrode in deren Axialrichtung relativ zum Werkstück, und einer Häufigkeit von Tiefenmessungen, als Anfangsbearbeitungsbedingungen für jede zu bearbeitende Schicht;
(b) Ausführen einer Tiefen-Messung zum Messen einer Bearbeitungstiefe der zuvor bearbeiteten Schicht entsprechend der vorgegebenen Häufigkeit;
(c) Berechnen einer Bearbeitungstiefe für eine Außenkonturbearbeitungskurve, einer Anzahl von durchzuführenden Bearbeitungen und eines Inkrements für den Außenkonturoffset entsprechend einem Ergebnis der Messung der Bearbeitungstiefe als Bearbeitungsparameter für die nachfolgend zu bearbeitende Schicht; und
(d) Bereitstellen von Positionssteuerungen für die Werkzeugelektrode entsprechend den Bearbeitungsparametern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur funkenerosiven Bearbeitung einer dreidimensionalen Ausnehmung in einem Werkstück mittels einer einfach geformten Werkzeugelektrode mit Hilfe einer dreidimensionalen Steuerung, wobei die Bearbeitung in Schichten mit einer sich verengenden Außenkontur erfolgt. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die aufeinanderfolgende Bearbeitung von Schichten eines Werkstückes mit dem Ziel der Erzeugung einer Ausnehmung mit sich verjüngenden Seitenflächen ist aus der deutschen Zeitschrift "Werkstatt und Betrieb", 128 (1995), Seiten 7–8, sowie aus der US 4 608 476 bekannt.

Aus der DE 693 000 988 T2 und der entsprechenden JP 05-345 228 A sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum funkenerosiven Herstellen hohler dreidimensionalen Konturen mit einer dünnen rotierenden Werkzeugelektrode bekannt, wobei zu einer Kompensation der Abnutzung der Elektrode die tatsächliche Länge der Werkzeugelektrode periodisch gemessen wird, beispielsweise jeweils vor der Bearbeitung einer neuen Schicht.

Die DE 30 09 757 A1 offenbart ebenfalls eine wiederholte Messung der axialen Bewegung der Werkzeugelektrode zur Kompensation der Elektrodenabnutzung bei fortgesetzter Benutzung der Elektrode.

Die JP 06-000 719 A (Abstract) vermittelt die Lehre, nachteilige Einflüsse von Rückständen, die in dem zur Bearbeitung benutzten Öl enthalten sind und auf der bearbeiteten Fläche des Werkstückes zurückbleiben, bei der Messung der Bearbeitungstiefe zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem eine besonders hohe Genauigkeit der funkenerosiven Bearbeitung einer dreidimensionalen Ausnehmung in einem Werkstück erzielt wird.

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine für die Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 4 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den diesen Patentansprüchen jeweils nachgeordneten Unteransprüchen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
In den Zeichnungen zeigen
1 den grundlegenden Aufbau einer Vorrichtung zur funkenerosiven Bearbeitung eines Werkstückes nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung;
2 ein Blockschaltbild zur Darstellung des grundlegenden Aufbaus einer NC-Vorrichtung für die Verwendung bei der Vorrichtung nach 1;
3 den Vorschub einer Werkzeugelektrode in Richtung der Z-Achse bei einer Relativbewegung der Werkzeugelektrode Richtung der X- und Y-Achse in schematischer Darstellung;
4 ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
5(1) bis 5(5) Darstellungen zur Verdeutlichung einer Änderung der Form einer dreidimensionalen Ausnehmung im Werkstück im Zuge der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
6 ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Anwendung zur Bearbeitung weiterer Werkstücke;
7A ein Beispiel einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeiteten Form eines Werkstückes in perspektivischer Darstellung;
7B eine zweidimensionale Außenkontur für die Bewegung der Werkzeugelektrode nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in perspektivischer Darstellung;
8A bis 8C die Änderung des Außenkonturkurvenoffset bei der Bearbeitung einer sich verjüngenden Ausnehmung in einem Werkstück in schematischer Darstellung;
9A und 9B Diagramme zur Veranschaulichung der berechneten Bearbeitungstiefe pro Schicht nach Messung der Tiefe bei der Bearbeitung von Ausnehmungen mit senkrechter Kontur und von Ausnehmungen mit sich verjüngender oder R-förmiger Kontur;
10A und 10B die Änderung der sich verjüngenden Form der Bearbeitung entsprechend der Anzahl der Messungen;
11 ein Beispiel für die Tiefe einer jeweiligen Schicht in Abhängigkeit von der Nummer der bearbeiteten Schicht in grafischer Darstellung;
12 ein Beispiel für eine Form mit einem senkrecht verlaufenden Bearbeitungsabschnitt und einem sich verjüngenden Bearbeitungsabschnitt in perspektivischer Darstellung; und
13 ein Beispiel für die Bearbeitung mehrerer Werkstücke gleicher Form in perspektivischer Darstellung.
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im einzelnen näher beschrieben.
1 zeigt eine Funkenerosionsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Funkenerosionsvorrichtung weist eine hohle, zylindrische Werkzeugelektrode 1 auf, eine Drehvorrichtung 2 zum Drehen der Werkzeugelektrode 1 um eine Mittelachse, ein Bearbeitungsbad 5, welches auf einem Arbeitstisch 3 vorgesehen ist und in welchem eine Bearbeitungsflüssigkeit 4 enthalten ist, um ein Werkstück W zu dessen Bearbeitung aufzunehmen, eine Antriebsvorrichtung 6, 7, 8 zur Bewegung der Werkzeugelektrode 1 und des Werkstücks W relativ zueinander in Richtung der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse, eine NC-Einheit 9 zur Ausgabe eines Befehls zum Bewegen der Werkzeugelektrode 1 entsprechend Daten für eine Bearbeitungsform und entsprechend anderer Bearbeitungsparameter, eine Stromversorgungsquelle 10 zum Anlegen einer Spannung in einem Abschnitt zwischen der Werkzeugelektrode 1 und dem Werkstück W, eine Kontakterfassungsvorrichtung 11 zur elektrischen Erfassung eines Kontakts der Werkzeugelektrode 1 mit dem Werkstück W, und eine Bearbeitungsflüssigkeitszuführungsvorrichtung 12, durch welche die Bearbeitungsflüssigkeit 4 in einem Kreislauf umläuft.
2 zeigt den Aufbau der NC-Einheit 9. Die NC-Einheit weist eine In-line-Meßvorrichtung 21 auf, eine Bearbeitungsparameter-Berechnungsvorrichtung 22, eine Werkzeugelektrodenpositions-Steuervorrichtung 23, und eine Datenspeichervorrichtung 24. Die Datenspeichervorrichtung 24 weist einen Bearbeitungsanfangszustands-Abschnitt 24a und einen Abschnitt 24b für neu erhaltene Bearbeitungsparameter auf.
In dem Bearbeitungsanfangszustands-Abschnitt 24a werden bestimmte Daten gespeichert, wie z. B. vor allem die Daten einer Kurve für eine zweidimensionale Form einer Bearbeitungsform, Daten einer Bearbeitungstiefe, Daten einer Korrekturrate bezüglich der Bewegung in der Z-Achse, die Anzahl oder Häufigkeit von In-line-Messungen und die Anzahl von anfänglichen Bearbeitungen. In diesem Bearbeitungsanfangszustands-Abschnitt 24a werden in einem Fall, in dem die Form eine verjüngte Seitenfläche aufweist, auch Daten für Bearbeitungsanfangszustände gespeichert, beispielsweise eine maximale Offsetrate und dergleichen. Wie in 3 gezeigt, gibt die Korrekturrate an bezüglich der Bewegung in der Z-Achse, d. h. in Axialrichtung der Elektrode, Zuführungsraten für die Bewegung der Werkzeugelektrode in X-und Y-Achsenrichtungen (Horizontalbewegung).
Der Abschnitt 24b für neu erhaltene Bearbeitungsparameter speichert Daten wie beispielsweise eine Bearbeitungstiefe für eine Außenkonturbearbeitungskurve, das Inkrement für den Offset für eine Außenkonturbearbeitungskurve, und ein Ergebnis der Anzahl der Bearbeitungsvorgänge in jeder Messzone, die jeweils während der Bearbeitung durch die Bearbeitungsparameter-Berechnungsvorrichtung 22 erhalten werden, wie nachstehend noch genauer erläutert wird.
Die In-line-Messvorrichtung 21 empfängt jedesmal dann ein Kontakterfassungssignal von der Kontakterfassungsvorrichtung 11, wenn eine Außenkonturbearbeitungskurve abgearbeitet wird, so wie dies entsprechend der Anzahl der ursprünglichen Bearbeitungsvorgänge und der Anzahl an In-line-Messungen vorgegeben wird, und misst eine Bearbeitungstiefe entsprechend dem Kontakt der Werkzeugelektrodenrandfläche mit dem Werkstück W während der Bearbeitung, nämlich entlang der Innenlinie, um die gemessenen Daten an die Bearbeitungsparameter-Berechnungsvorrichtung 22 zu übertragen.
Die Bearbeitungsparameter-Berechnungsvorrichtung 22 berechnet Bearbeitungsparameter, etwa die Bearbeitungstiefe für eine Außenkonturkurve (Ausgangsbearbeitungskurve), die Anzahl von Bearbeitungen, die daraufhin durchgeführt werden sollen, ein Inkrement für den Außenkonturoffset entsprechend dem Ergebnis der Messung der Bearbeitungstiefe durch die In-line-Messvorrichtung 21, und überträgt diese neu erhaltenen Bearbeitungsparameter an den Abschnitt 24b für die neu erhaltenen Bearbeitungsparameter.
Die Werkzeugelektrodenpositions-Steuervorrichtung 23 sorgt für eine Kontrolle der Bewegung in den Richtungen X und Y der Werkzeugelektrode 1 entlang der Kurve für eine vorbestimmte zweidimensionale Form entsprechend einer Kurve für eine zweidimensionale Form einer bearbeiteten Form, entsprechend einer Bearbeitungstiefe, entsprechend anderer Bearbeitungsparameter, die jeweils von dem Bearbeitungsanfangszustands-Abschnitt 24a und dem Abschnitt 24b für die neu erhaltenen Bearbeitungsparameter vorgegeben werden, und stellt auch eine Steuerung der Werkzeugelektrode 1 für deren Vorschub mit einer festgelegten Rate entsprechend einem Einstellwert der Z-Achsen-Korrekturrate zur Verfügung.
Bei der vorliegenden Funkenerosionsvorrichtung wird die Bearbeitung entsprechend den Parametern durchgeführt, die von dem Bearbeitungsanfangszustands-Abschnitt 24a eingestellt werden, und zu diesem Zeitpunkt wird die Messung der Tiefe unter Verwendung der Positionierung des Kontakts zwischen der Werkzeugelektrodenrandfläche und dem Werkstück durch die In-line-Messvorrichtung 21 während der Bearbeitung durchgeführt, entsprechend der Anzahl der ursprünglichen Bearbeitungen und eingestellten Messzeiten. Die verschiedenen Bearbeitungsparameter werden durch die Bearbeitungsparameter-Berechnungsvorrichtung 22 berechnet, abhängig von den Daten für diese Tiefenmessung, wodurch die Bearbeitungsparameter zur Ausführung einer sehr genauen Bearbeitung aktualisiert werden. Wenn mehrere Werkstücke mit jeweils derselben Form bearbeitet werden, können Bearbeitungsvorgänge für ein zweites Werkstück und weitere Werkstücke vorgenommen werden, ohne jedesmal ihre Tiefe zu messen, und unter Verwendung der neu erhaltenen Parameter, die durch Bearbeitung des ersten Werkstücks erhalten wurden.
Nunmehr erfolgt eine Beschreibung von Bearbeitungsvorgängen zur Bearbeitung einer Anfangsform (Bearbeitung des ersten Werkstücks) entsprechend Anfangsbearbeitungsbedingungen, unter Bezugnahme auf 4 und die 5(1) bis 5(5).
Zuerst wird eine eingestellte Tiefe (Bearbeitungstiefe) a und eine letzte Offsetrate (maximale Offsetrate) ht geholt (Schritt S10), wird die Bearbeitungstiefe s vor Beginn der Bearbeitung in 5(1) von der In-line-Messvorrichtung 21 gemessen (Schritt S20), und wird eine Anfangsbearbeitung über einen Zeitraum einer Anfangsbearbeitung Pf durchgeführt (Schritt S30).
Wenn die Anfangsbearbeitung über die Anfangsbearbeitungszeit Pf durchgeführt wird, wird der gemessene Wert z1 für die Tiefe nach Beendigung der Anfangsbearbeitung erhalten, wie in 5(2) gezeigt ist, und zwar durch Messung der Tiefe durch die In-line-Messvorrichtung 21 (Schritt S40).
Dann berechnet die Bearbeitungsparameter-Berechnungsvorrichtung 22 eine Bearbeitungstiefe zt1 für eine Außenkonturbearbeitungskurve, ein Inkrement H1 für den Außenkonturoffset für eine Außenkonturbearbeitungskurve, und die Anzahl P1 von Bearbeitungsvorgängen, die weiter durchgeführt werden sollen, entsprechend den nachstehend angegebenen Beziehungen (Schritt S50): zt1 = (z1 – s)/Pf H1 = ht·z1/(a – s) P1 = (a – z1)/zt1
Dann wird die Bearbeitung erneut aufgenommen, jedoch wird in diesem Schritt eine Bearbeitung nicht sofort entsprechend der berechneten, übrigbleibenden Zeiten P1 durchgeführt. Es werden die Bearbeitungsparameter erneut dadurch berechnet, dass die Tiefe jedesmal dann gemessen wird, wenn eine Bearbeitung durchgeführt wird, entsprechend den Zeiten, die in Abhängigkeit von der Messfrequenz unterteilt sind, um die Bearbeitungsbedingungen zu korrigieren.
Wenn die anfängliche Bearbeitung beendet ist, wird daher die weiter auszuführende Bearbeitung (P1/N1) mit dem Inkrement H1 für den Außenkonturoffset (Schritt S60) durchgeführt. Die In-line-Messvorrichtung 21 misst eine Bearbeitungstiefe z2, nachdem die Bearbeitung (P1/N1)-mal durchgeführt wurde, wie in 5(3) gezeigt (Schritt S70), und die Bearbeitungsparameter-Berechnungsvorrichtung 22 berechnet erneut eine Bearbeitungstiefe zt für eine Außenkonturbearbeitungskurve, das Inkrement H2 für den Außenkonturoffset für eine Außenkonturbearbeitungskurve, und die Anzahl P2 der Bearbeitungen, die erneut durchgeführt werden sollten, entsprechend den nachstehend angegebenen Beziehungen.
Es werden nämlich folgende Beziehungen angewendet: zt2 = (z2 – z1)/(P1/N1) H2 = ht·z2/(a – s) P2 = (a – z2)/zt2
Dann wird die weiter durchzuführende Bearbeitung (P2/N2) mit dem Inkrement H2 für den Außenkonturoffset (Schritt S90) durchgeführt, und daraufhin misst die In-line-Messvorrichtung 21 die Bearbeitungstiefe zn jedesmal dann, wenn die Bearbeitung (P_n/N_n)-mal durchgeführt wurde, wie in 5(4) gezeigt ist (Schritt S100). Dann berechnet die Bearbeitungsparameter-Berechnungsvorrichtung 22 eine Bearbeitungstiefe zt_n für eine Außenkonturbearbeitungskurve, das Inkrement H_n für den Außenkonturoffset für eine Außenkonturbearbeitungskurve, und die Anzahl P_n von Bearbeitungen, die weiterhin ausgeführt werden sollen, entsprechend den nachstehenden Beziehungen (Schritt S110), und diese Werte werden wiederholt aktualisiert, bis die eingestellten Zeiten für die Messung beendet sind (Schritt S120, positives Ergebnis).
Es werden nämlich folgende Beziehungen angesetzt: ztn = (zn – zn – 1)/(Pn/Nn) Hn = ht·zn/(a – s) Pn = (a – zn)/ztn
Wenn die Messung über die eingestellten Zeiten ausgeführt wurde (Schritt S120, positives Ergebnis), wird die gesamte Bearbeitung, die noch weiter durchgeführt werden muss, durchgeführt, um die Bearbeitung bei der Tiefe a zu beenden (Schritt S130).
6 zeigt Bearbeitungsvorgänge nach einem zweiten Werkstück und weiteren Werkstücken in einem Fall, in welchem mehrere Werkstücke mit derselben Form bearbeitet werden. Bearbeitungsparameter, beispielsweise ein Inkrement ho bis hn für den Außenkonturoffset für eine Außenkonturbearbeitungskurve, die Anzahl Po bis Pn der durchzuführenden Bearbeitungen, eine Bearbeitungstiefe Ztn für eine Außenkonturbearbeitungskurve und dergleichen werden in dem Abschnitt 24b für neu erhaltene Bearbeitungsparameter eingespeichert, wenn eine Bearbeitung für das zweite Werkstück und weitere Werkstücke durchgeführt werden soll, da diese Bearbeitungsparameter von der ersten Bearbeitung erhalten wurden, die bereits durchgeführt wurde.
Wenn daher eine Bearbeitung für das zweite Werkstück und weitere Werkstücke durchgeführt wird, werden die in dem Abschnitt 24b für neu erhaltene Bearbeitungsparameter gespeicherten Bearbeitungsparameter ausgelesen, bis zur unmittelbar vorhergehenden Bearbeitung in den letzten Vorgängen, nämlich bis (n-1)-mal die Bearbeitung beendet wurde (Schritt S200). Dieselbe Bearbeitung wie jene für das erste Werkstück wird entsprechend den Bearbeitungsparametern durchgeführt (Schritt S210).
In einem Fall, in welchem eine Bearbeitung mit höherer Genauigkeit erforderlich ist (Schritt S200, positives Ergebnis), wird eine Tiefe für einen Vorgang nur in dem letzten Vorgang ausgeführt (Schritt S230), dann berechnet die Bearbeitungsparameter-Berechnungsvorrichtung 22 das Inkrement Hn für den Außenkonturoffset für eine Außenkonturbearbeitungskurve und die Anzahl PL der Bearbeitungen, die weiter ausgeführt werden sollen, entsprechend dem gemessenen Wert zn für die Tiefe (Schritt S240), und es wird die Bearbeitung PL-mal mit dem Inkrement Hn für den Außenkonturoffset durchgeführt (Schritt S250), worauf dann die Bearbeitung beendet wird (Schritt S260).
Hierbei werden folgende Beziehungen eingesetzt: Hn = ht·zn/(a – s) PL = (a – zn)/ztn
Durch diese Operation für die letzte Tiefe eine hohe Genauigkeit gehalten werden.
Wenn die Messung einer Tiefe für einen Vorgang nur bei den letzten Vorgängen nicht durchgeführt wird (Schritt S220, negative Antwort), wird die Bearbeitung Pn-mal durchgeführt mit dem Inkrement h für den Außenkonturoffset, welches in dem Abschnitt 24b für neu erhaltene Bearbeitungsparameter gespeichert ist (Schritt S270). Dann wird die Bearbeitung beendet (Schritt S260).
Als nächstes erfolgt die Beschreibung eines Beispiels für den Einsatz einer einfachen Rohr-Werkzeugelektrode für die Formbearbeitung. Eine gewünschte Form, die bei dieser Bearbeitung bearbeitet wurde, weist eine Neigung mit einem Verjüngungswinkel θ in einer der Seitenflächen auf, die in 7A gezeigt ist.
Die zweidimensionale Außenkonturbearbeitungskurve für die Bewegung der Werkzeugelektrode für die Bearbeitung ist in 7B gezeigt. Diese Bearbeitungskurve wird entlang einer zweidimensionalen Kurve in Horizontalrichtung abgearbeitet, und die Bearbeitung mit einer vorbestimmten Tiefe kann schichtweise durchgeführt werden, indem mehrere Male ein Durchgang erfolgt.
In einem Fall, in welchem eine Seitenform vertikal ist, wird eine Anfangsaußenkonturkurve einfach wiederholt abgearbeitet, bis zur eingestellten Tiefe, jedoch in einem Fall, in welchem die Seitenform eine verjüngte Form ist, wie in 8A bis 8C gezeigt, kann eine frei wählbar sich verjüngende Form dadurch erhalten werden, dass der Offset für die Außenkonturkurve um ein gewünschtes Inkrement geändert wird. In einem Fall, in welchem nur eine von vier Seitenflächen schräg oder verjüngt ausgebildet ist, wie in 7A gezeigt, kann eine angegebene verjüngte Form dadurch erhalten werden, dass zum Teil ein Offset bei der Außenkonturkurve erfolgt.
Das Inkrement für die Änderung des Offset für eine Außenkonturkurve kann entsprechend einer Bearbeitungstiefe für eine Schicht erhalten werden, die wie voranstehend geschildert aus der Bearbeitungstiefe berechnet wird. Aus diesem Grund ist es für die mit hoher Genauigkeit erfolgende Ausführung einer Bearbeitung für eine verjüngte Form erforderlich, einen exakten Wert für die Bearbeitungstiefe pro Schicht zu erhalten.
Die 9A und 9B sind Diagramme, die zeigen, wie der Wert für auf eine Schicht bezogene Bearbeitungstiefe, der nach der Messung der Tiefe berechnet wird, sich entsprechend der Form einer Seite ändert. Wenn die Seitenfläche vertikal verläuft, wie in 9A gezeigt, wird dieselbe Bearbeitungskurve einfach wiederholt, so dass man überlegen kann, dass der Wert für "Bearbeitungstiefe/eine Schicht" im wesentlichen konstant ist. In einem Fall, in welchem die Seitenfläche schräg oder verjüngt ausgebildet ist, oder eine R-förmige Stirnfläche aufweist, wie in 9B gezeigt, ändert sich der Wert für "Bearbeitungstiefe/eine Schicht", der jedes Mal dann berechnet wird, wenn eine Messung ausgeführt wird, in Abhängigkeit von der Anzahl an Durchgängen, die ausgeführt wurden (eine Bearbeitungstiefe).
Dieser Effekt tritt auf, da ein Spalt zwischen Bearbeitungskurven nicht konstant gehalten wird, wenn die Innenkurve festgelegt ist, und bei der Außenkonturkurve ein Offset vorhanden ist. Aus diesem Grund ändert sich die Abnahmerate für die Bearbeitung einer Fläche der Werkzeugelektrode entsprechend der Änderung des Offset, und dies führt dazu, dass sich der Wert für "Bearbeitungstiefe/eine Schicht" jede Mal dann ändert, wenn eine Messung ausgeführt wird. Das Inkrement für den Offset wird ebenfalls aus dem Wert für "Bearbeitungstiefe/eine Schicht" berechnet, so dass dann, wenn die Messung nicht zu häufig durchgeführt wird, eine Seite eine Form annimmt, wie jene, die in 10A gezeigt ist, entsprechend einer Änderungsrate des Wertes für "Bearbeitungstiefe/eine Schicht". Die bearbeitete Form ergibt sich nämlich als verzerrte Form infolge der Tatsache, dass das Inkrement für den Offset jedes Mal dann korrigiert wird, wenn eine Messung ausgeführt wird, da die Anzahl an Messungen nicht ausreichend ist, ein exaktes Inkrement für den Offset zu erhalten, der korrigiert werden soll.
Als Verfahren zur Lösung dieses Problems kann, wie in 10B gezeigt, die Anzahl an Messungen erhöht werden. Durch Erhöhung der Messfrequenz ist es möglich, eine extrem glatte Seitenform zu erzielen. In einem Fall, in welchem die Anzahl an Messungen zur Erhöhung der Genauigkeit erhöht wird, nimmt der Gesamtzeitraum, der für die Bearbeitung erforderlich ist, infolge einer Erhöhung der Messzeit immer mehr zu.
Wie in 10B gezeigt, weist die verjüngte Seitenfläche eine Form auf, wie sie durch die gestrichelte Linie angedeutet ist, jedes Mal, wenn die Messung ausgeführt wird, da sich die Bearbeitungstiefe für eine Bearbeitungskurve, wie in 3B gezeigt, ändert, selbst wenn die Anzahl an Messungen erhöht wird. Aus diesem Grund vergleicht die Bearbeitungsparameter-Berechnungsvorrichtung 22 die Bearbeitungstiefe d1 für eine Bearbeitungskurve (eine Schicht), die vorher gemessen wurde, mit der Bearbeitungstiefe d2, die zuletzt gemessen wurde, wie in 11 gezeigt, und kann eine Bearbeitungstiefe d3 für einen Durchgang (eine Schicht) berechnen, wenn die nächste Messung durchgeführt wird, wie nachstehend angegeben ist.
Hierbei wird folgende Beziehung eingesetzt: d3 = C(d2 – d1)/(B – A)
Für die tatsächliche Bearbeitung ist es möglich, die Bearbeitung mit einem extrem kleinen Ausmaß an Fehlern an der Form durchzuführen, unter Verwendung des zuletzt gemessenen Wertes d2 als auch eines Mittelwertes, wenn die nächste Messung durchgeführt wird, nämlich des Mittelwertes, der dadurch erhalten wird, dass die nachstehend erläuterte Größe dx berechnet wird, um die Anzahl von Bearbeitungen zu berechnen, welche weiter durchgeführt werden sollen, und unter Verwendung eines Inkrements für den Offset.
Es wird nämlich folgende Beziehung eingesetzt: dx = (d2 – d1) (B + C)/(B – A)
Wie voranstehend geschildert ist es in einem Fall, in welchem die letztgenannte Ausführungsform einer Funkenerosionsvorrichtung verwendet wird, wie in 10A und 10B gezeigt, im Unterschied zu einem Fall, in welchem die Seitenfläche so bearbeitet wird, dass sie vertikal verläuft, erforderlich, eine Reihe von Messungen in eine große Anzahl von Abschnitten aufzuteilen. Wie in der Figur gezeigt ist, werden jedoch bei der Bearbeitung der ersten Form Daten für die Anzahl an Bearbeitungen und ebenso in Bezug auf das Inkrement für den Offset in jedem der Vorgänge als neu erhaltene Daten gespeichert. Aus diesem Grund kann bei der Bearbeitung für ein zweites Werkstück und weitere Werkstücke der Gesamtzeitraum, der für die Bearbeitung erforderlich ist, dadurch abgeschätzt werden, dass ein realer Zeitraum für die jeweils erforderliche Bearbeitung summiert wird.
12 zeigt eine konkrete, bearbeitete Form einschließlich eines vertikal bearbeiteten Abschnitts und eines verjüngt bearbeiteten Abschnitts. In einem Fall, in welchem die in 12 gezeigte Form durch eine einfache Werkzeugelektrode bearbeitet wird, wird die Anzahl an Messungen verringert, und wird die Anzahl an Bearbeitungen a in jeder der Messzonen in dem vertikal bearbeiteten Abschnitt Wb erhöht, wogegen in dem verjüngt bearbeiteten Abschnitt Wt die Anzahl an Messungen erhöht wird, und die Anzahl an Bearbeitungen b in jeder der Messzonen verringert ist, so dass sowohl eine Verbesserung der Genauigkeit einer Form als auch eine Verringerung der Anzahl an Bearbeitungsvorgängen erzielt werden kann, entsprechend den eingestellten Bedingungen und unter der Voraussetzung, dass a ≫ b ist.
Wie in 13 gezeigt ist, ist in einem Fall, in welchem mehrere Werkstücke bearbeitet werden sollen, die jeweils dieselbe Form wie das in 12 gezeigte Werkstück aufweisen, unter Verwendung der berechneten Bearbeitungsparameter, die durch Bearbeitung des ersten Werkstücks erhalten wurden, zur Bearbeitung eines zweiten Werkstücks und weiterer Werkstücke, der Gesamtzeitraum, der für die Bearbeitung des zweiten Werkstücks und der weiteren Werkstücke erforderlich ist, im wesentlichen gleich einem Zeitraum, der für die Funkenerosionsbearbeitung erforderlich ist, und aus diesem Grund kann der Zeitraum für die Messung verringert werden.
Wie aus den voranstehenden Erläuterungen deutlich wird, wird bei der Funkenerosionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Funkenerosionsbearbeitung entsprechend Anfangsbearbeitungsbedingungen durchgeführt, die in der Anfangsbedingungszustandsspeichervorrichtung in dem Anfangsbearbeitungsschritt gespeichert werden. Wenn die In-line-Messvorrichtung eine Bearbeitungstiefe misst, berechnet eine Bearbeitungsparameter-Berechnungsvorrichtung neue Bearbeitungsparameter, beispielsweise eine Bearbeitungstiefe für eine Außenkonturbearbeitungskurve, die Anzahl von Bearbeitungen, die weiter ausgeführt werden sollen, das Inkrement für den Außenkonturoffset entsprechend einem Messwert der Bearbeitungstiefe. Nachdem die Bearbeitungsparameter für ein erstes Werkstück erneut berechnet wurden, wird eine Positionssteuerung einer Werkzeugelektrode entsprechend den neu berechneten Bearbeitungsparametern zur Verfügung gestellt, wobei unabhängig von einer Änderung der Abnutzungsrate einer Werkzeugelektrode oder einer Änderung der Bearbeitungstiefe für eine Außenkonturbearbeitungskurve eine Positionssteuerung der Werkzeugelektrode mit hoher Genauigkeit zur Verfügung gestellt werden kann und auch die Bearbeitung einer Form mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann, selbst bei einer Verjüngungs- oder Schrägbearbeitung, beispielsweise bei der Herstellung einer Nut mit einem annähernd V-förmigen Querschnitt.
Durch die Funkenerosionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Positionssteuerung einer Werkzeugelektrode unter Verwendung von Bearbeitungsparametern zur Verfügung gestellt, die in der Speichervorrichtung für neu erhaltene Bearbeitungsparameter für die Bearbeitung eines zweiten Werkstücks und weiterer Werkstücke gespeichert werden in einem Fall, in welchem mehrere Werkstücke jeweils mit derselben Form bearbeitet werden sollen, wobei bei der Bearbeitung eines zweiten Werkstücks und darauffolgender Werkstücke die Gesamtbearbeitungszeit wesentlich verringert ist, jedoch die Bearbeitungsgenauigkeit auf einem hohen Genauigkeitsniveau gehalten wird.
Durch die Funkenerosionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einem Fall, in welchem sich die Bearbeitungstiefe für eine Außenkonturbearbeitungskurve jedes Mal dann ändert, wenn die Messung durchgeführt wird, eine ermittelte Bearbeitungstiefe für eine nächste Außenkonturkurve in Abhängigkeit von einem Wert für die Bearbeitungstiefe, der vorher berechnet wurde, dem Wert, der zuletzt berechnet wurde, und der Anzahl an Bearbeitungsvorgängen berechnet, so dass ermöglicht wird, eine dreidimensionale Bearbeitung mit höherer Genauigkeit auszuführen.
Bei einem Funkenerosionsverfahren der vorliegenden Erfindung wird bei einer ursprünglichen Bearbeitung eine Funkenerosionsbearbeitung entsprechend Bearbeitungsanfangsbedingungen durchgeführt, die in einem Schritt zur Speicherung von Bearbeitungsanfangsbedingungen gespeichert werden. Wenn eine Bearbeitungstiefe in einem In-line-Messschritt gemessen wird, werden entsprechend einem Messwert der Bearbeitungstiefe erneut Bearbeitungsparameter berechnet, beispielsweise die Bearbeitungstiefe für eine Außenkonturbearbeitungskurve, die Anzahl von Bearbeitungen, die weiter durchgeführt werden sollen, und das Inkrement für den Außenkonturoffset. Nachdem ein Bearbeitungsparameter erneut für ein erstes Werkstück berechnet wurde, wird in einem Elektrodenpositionssteuerschritt eine Positionssteuerung der Werkzeugelektrode zur Verfügung gestellt, entsprechend dem neu berechneten Bearbeitungsparameter, wobei, unabhängig von einer Änderung der Abnutzungsrate einer Werkzeugelektrode oder der Änderung der Bearbeitungstiefe für eine Außenkonturbearbeitungskurve eine Positionssteuerung der Werkzeugelektrode mit hoher Genauigkeit zur Verfügung gestellt und die Bearbeitung einer Form mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann, selbst bei einer Schräg- oder Verjüngungsbearbeitung, beispielsweise der Bearbeitung einer Nut mit einem annähernd V-förmigen Querschnitt.
Bei dem Funkenerosionsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Positionssteuerung einer Werkzeugelektrode unter Verwendung von Bearbeitungsparametern zur Verfügung gestellt, die in einer Speichervorrichtung für ein zweites Werkstück und darauffolgende Werkstücke gespeichert werden in einem Fall, in welchem mehrere Werkstücke bearbeitet werden sollen, die jeweils die gleiche Form aufweisen, so dass bei der Bearbeitung eines zweiten Werkstücks und weiterer Werkstücke die Gesamtzeit zur Bearbeitung wesentlich verkürzt werden kann, wobei die Bearbeitungsgenauigkeit auf einem hohen Niveau gehalten wird.
Bei dem Funkenerosionsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einem Fall, in welchem eine Bearbeitungstiefe für eine Außenkonturbearbeitungskurve sich jedes Mal dann ändert, wenn eine Messung durchgeführt wird, eine ermittelte Bearbeitungstiefe für eine nächste Außenkonturkurve umgewandelt und berechnet, entsprechend einem vorher berechneten Wert, einem zuletzt berechneten Wert, und der Anzahl von Bearbeitungsvorgängen, so dass es möglich ist, eine dreidimensionale Bearbeitung mit hoher Genauigkeit durchzuführen.

Claims

Verfahren zur funkenerosiven Bearbeitung einer dreidimensionalen Ausnehmung in einem Werkstück (W) mittels einer einfach geformten Werkzeugelektrode (1) mit Hilfe einer dreidimensionalen Steuerung, wobei die Bearbeitung in Schichten mit einer sich verengenden Außenkontur erfolgt, mit folgenden Schritten: (a) Speichern einer zweidimensionalen Außenkontur, welche eine Bearbeitungskurve vorgibt, einer Vorschubrate für die Elektrode in deren Axialrichtung relativ zum Werkstück, und einer Häufigkeit von Tiefenmessungen, als Anfangsbearbeitungsbedingungen für jede zu bearbeitende Schicht; (b) Ausführen einer Tiefen-Messung zum Messen einer Bearbeitungstiefe der zuvor bearbeiteten Schicht entsprechend der vorgegebenen Häufigkeit; (c) Berechnen einer Bearbeitungstiefe für eine Außenkonturbearbeitungskurve, einer Anzahl von durchzuführenden Bearbeitungen und eines Inkrements für den Außenkonturoffset entsprechend einem Ergebnis der Messung der Bearbeitungstiefe als Bearbeitungsparameter für die nachfolgend zu bearbeitende Schicht; und (d) Bereitstellen von Positionssteuerungen für die Werkzeugelektrode entsprechend den Bearbeitungsparametern.
Verfahren nach Anspruch 1 mit folgenden Schritten: – Speichern von in Schritt c) berechneten Bearbeitungsparametern; und – wiederholtes Bereitstellen von Positionssteuerungen für die Werkzeugelektrode entsprechend den gespeicherten Bearbeitungsparametern für die aufeinanderfolgende Bearbeitung mehrerer Werksstücke.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchen der Schritt der Berechnung von Bearbeitungsparametern folgenden Schritt einschließt: – Vergleichen eines berechneten Wertes einer Bearbeitungstiefe für eine zuvor berechnete Außenkonturbearbeitungskurve mit dem zuletzt berechneten Wert für den Fall, dass sich die Bearbeitungstiefe für eine Außenkonturbearbeitungskurve bei jeder Ausführung einer Messung ändert; und – Berechnen einer geschätzten Bearbeitungstiefe für die nächste Außenkonturbearbeitungskurve in Abhängigkeit von einem zuvor berechneten Wert, einem zuletzt berechneten Wert und der Anzahl der Bearbeitungen.
Vorrichtung zur funkenerosiven Bearbeitung eines Werkstückes (W) nach einem Verfahren gemäß Anspruch 1, umfassend (a) eine Anfangsbearbeitungsbedingungs-Speichereinrichtung (24a) zur Speicherung einer zweidimensionalen Außenkontur, welche eine Bearbeitungskurve vorgibt, einer Vorschubrate für eine Elektrode (1) in deren Axialrichtung relativ zum Werkstück, und einer Häufigkeit von Tiefenmessungen, als Anfangsbearbeitungsbedingungen für die Bearbeitung von Schichten des Werkstücks; (b) eine In-Line-Messeinrichtung (21) zum Messen einer Bearbeitungstiefe entsprechend einer Häufigkeit der Messung; (c) eine Bearbeitungsparameter-Berechnungseinrichtung (22) zur Berechnung der Bearbeitungstiefe für eine Außenkonturbearbeitungskurve, der Anzahl der durchzuführenden Bearbeitungen und eines Inkrements für den Außenkonturoffset entsprechend einem Ergebnis der Messung einer Bearbeitungstiefe als Bearbeitungsparameter für eine nachfolgend zu bearbeitende Schicht; und (d) eine Elektrodenpositions-Steuereinrichtung (23) zum Bereitstellen von Positionssteuerungen für die Werkzeugelektrode (1) entsprechend den Bearbeitungsparametern.
Vorrichtung nach Anspruch 4, ferner umfassend – eine weitere Speichereinrichtung (24b) zur Speicherung von Bearbeitungsparametern, die durch die Bearbeitungsparameter-Berechnungseinrichtung (22) berechnet wurden; – wobei die Elektrodenpositions-Steuereinrichtung (23) zum wiederholten Bereitstellen von Positionssteuerungen für die Werkzeugelektrode (1) entsprechend den gespeicherten Bearbeitungsparametern für die aufeinanderfolgende Bearbeitung mehrerer Werkstücke ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei welcher die Bearbeitungsparameter-Berechnungseinrichtung (22) eine Einrichtung umfasst zum – Vergleichen eines berechneten Wertes einer Bearbeitungstiefe für eine zuvor berechnete Außenkonturbearbeitungskurve mit dem zuletzt berechneten Wert für den Fall, dass sich die Bearbeitungstiefe für eine Außenkonturbearbeitungskurve bei jeder Ausführung einer Messung ändert; und – Berechnen einer geschätzten Bearbeitungstiefe für die nächste Außenkonturbearbeitungskurve in Abhängigkeit von einem zuvor berechneten Wert, einem zuletzt berechneten Wert und der Anzahl der Bearbeitungen.