DE19840465A1 - Meßvorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Länge einer Elektrode - Google Patents
Meßvorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Länge einer ElektrodeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Länge
einer Elektrode in einer Elektroerosionsmaschine während des Be
arbeitungsvorgangs sowie eine Meßvorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
Insbesondere bei der Bearbeitung nach dem Prinzip des funken
erosiven Fräsens, bei welchem rohrförmige Elektroden auf einer
kontrollierten Bahn geführt werden, ist der gewünschte Mate
rialabtrag an einen Werkstück mit einem starken Verschleiß
dieser Elektrode verbunden, welcher zu einer Verkürzung der
Elektrode führt. Eine genaue Kenntnis der Länge der Elektrode
ist während des Bearbeitungsvorgangs notwendig, um diese recht
zeitig erneuern zu können oder entsprechende Korrekturen der
Bahnsteuerung für die Bewegung der Elektrode vornehmen zu kön
nen.
Bekannte Elektroerosionsmaschinen, insbesondere Senkerosions
maschinen, zur Bearbeitung von Werkstücken in einem Dielektri
kumbad, sind mit Vorrichtungen ausgestattet, welche es erlau
ben, vor Beginn einer Bearbeitung eine neue Elektrode gegenüber
dem Werkstück oder einer als Referenzpunkt dienenden Meßkugel
zu positionieren. Gemäß der Patenschrift US 4,039,779, wird
zwischen Elektrode und Werkstück/Referenzpunkt eine definierte
Spannung, typischerweise 24 V, angelegt und die Elektrode lang
sam daran angenähert. Bei Annäherung an das Werkzeug/Refe
renzpunkt findet nun bei einer bestimmten Entfernung, dem Aus
lösepunkt, bereits vor einer mechanischen Berührung, eine elek
trische Entladung, ein sogenannter Kurzschluß oder elektri
scher Kontakt, statt. Dieser wird durch eine elektrische Schal
tung nachgewiesen und somit ist in diesem Moment der relative
Abstand zwischen Elektrode und Werkzeug oder Referenzpunkt be
stimmt. Erfolgt für eine längliche Elektrode die Annäherung in
Längsrichtung so ergibt sich die Länge der Elektrode aus den
bekannten Koordinaten der Elektrodenhalterung und des Auslöse
punktes im Moment des gemessenen Kurzschlusses. Durch diese
elektrische Messung werden mechanische Kollisionen vermieden,
welche zu einer Deformation von Elektrode oder Werkstück führen
könnten.
Diese Art der Messung erfordert, daß sich in dem Zwischenraum
zwischen Elektrode und dem Werkzeug oder Referenzpunkt keiner
lei Verunreinigungen befinden, welche zu einem frühzeitigem
Kurzschluß führen würden und daher die Positionsmessung ver
fälschen könnten. Insbesondere etwaige metallische Abtragspar
tikel in der dielektrischen Flüssigkeit oder Beläge auf der
Oberfläche von Werkzeug oder Elektrode führen zu einer Auslö
sung der Entladung bei einer Entfernung, welche größer ist als
die normalerweise erwartete. Der Meßfehler erreicht typisch 5
bis 10 mal die Größe des größten Verunreinigungsteilchens im
Zwischenraum. Deshalb können derartige Positionsmessungen nur
mit zuvor gereinigten oder neuen Elektroden und Werkstücken
durchgeführt werden. Auch sollte sich keine dielektrische Flüs
sigkeit diesem Zwischenraum befinden, da diese Verunreinigun
gen enthalten könnte.
Eine Automatisierung dieses Meßprinzips gemäß Stand der Tech
nik ist wegen der notwendigen manuellen Reinigung von Elektrode
und Werkzeug nicht durchführbar. Aus diesem Grund ist auch eine
rein mechanische Messung nicht geeignet. Optische Meßverfahren
erfordern ebenfalls ein manuelles Reinigen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren zu schaffen, welches ermöglicht, die Länge einer
in der Halterung einer Erosionsmaschine eingespannten Elektrode
zu bestimmen, derart, daß auf eine manuelle Reinigung von
Elektrode und Referenzpunkt zur Durchführung der Messung ver
zichtet werden kann, die üblicherweise vorhandene Kurzschluß
detektion jedoch weiterhin verwendet werden kann. Das Verfahren
soll einfach und automatisierbar sein. Eine weitere Aufgabe ist
die Schaffung einer Vorrichtung, welche die Durchführung des
Verfahrens erlaubt.
Die Aufgabe wird durch die Lehre der Ansprüche 1 und 6 gelöst.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung erge
ben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Anhand der beigelegten Zeichnungen werden bevorzugte Ausfüh
rungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Meßvorrichtung;
Fig. 2 eine Seitenansicht der Meßvorrichtung mit
Schutzbehälter;
Fig. 3 einen Längsschnitt und eine Draufsicht einer Ausge
staltungsvariante
Fig. 4 eine Draufsicht der Meßvorrichtung mit zwei Kontakt
flächen
Fig. 5 eine Skizze zur Darstellung des durch Verunreinigun
gen verursachten Meßfehlers.
In Fig. 1 ist an eine Elektrode 1, für eine nicht dargestellte
Elektroerosionsmaschine, eine Spannung (von hier 24 V) ange
legt. Diese Elektrode 1 kann in mechanischen Kontakt mit einem
Kontaktelement 2 gebracht werden, welches auf einem Kipplager 3
aufliegt. Eine an dem Kontaktelement 2 und an einer elektrisch
isolierten Federaufhängung 12 (in Fig. 2) angebrachte Feder 4
verhindert eine Berührung des Kontaktelements 2 mit der Kontak
telektrode 5, welche mit der Masse der nicht abgebildeten Elek
troerosionsmaschine verbunden ist. Nähert sich nun die Elektro
de 1 dem Kontaktelement 2 so kommt es zu einer mechanischen Be
rührung, wodurch auch ein elektrischer Kontakt zwischen beiden
hergestellt wird. Eine weitere Annäherung der Elektrode erfor
dert eine geringe mechanische Kraft zur Kompensation der Zug
kraft der Feder. Dabei nähert sich nun das Kontaktelement der
Kontaktelektrode und es kommt zum bereits beschriebenen elek
trischen Kurzschluß zwischen der Elektrode abgewandten (und
vor Verschmutzung geschützten) Seite des Kontaktelements und
der Kontaktelektrode. Die Länge der Elektrode ergibt sich aus
den bekannten Koordinaten der Elektrodenhalterung und des Aus
lösepunktes der Meßvorrichtung im Moment des gemessenen Kurz
schlusses und wird von der Maschinensteuerung aus diesen be
rechnet.
Aus der Differenz der Längenmessung der Elektrode zu verschie
denen Zeitpunkten kann die Maschinensteuerung den Verschleiß
der Elektrode in diesem Zeitraum berechnen und entsprechende
Korrekturen an der Bahnbewegung der Elektrode vornehmen oder
einen Elektrodenwechsel veranlassen.
Die zur Messung notwendige Kraft wird vorzugsweise zu 250 bis
300 g für Werkzeuge mit einem Durchmesser von 1 mm bis zu 12 mm
gewählt. Bei diesem Wert wird der Störeffekt durch Verunreini
gungen in der Meßzone wie in Fig. 5 dargestellt weitgehend
vermieden. Für Elektroden mit anderem Durchmesser oder aus an
derem Material kann eine Feder entsprechender Kraft verwendet
werden.
Ohne Reinigung bzw. ohne Entfernung der dielektrischen Flüssig
keit ergibt sich bei einem maximalen Durchmesser von 20 µm der
Verschmutzungsteilchen mit einer üblichen Meßvorrichtung ge
mäß Stand der Technik, wie in Fig. 5a gezeigt, leicht ein
Meßfehler von ca. 0.12 mm, da sich mehrere Teilchen im elek
trischen Feld aneinanderreihen. Wie in Fig. 5b dargestellt,
läßt sich der Meßfehler auf ca. 0.015 mm verringern. Eine
Reinigung der Elektrode ist hierbei nicht notwendig.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist zum Schutz vor Verunreinigungen
durch Abtragspartikel des elektrischen Kontakts 5 und der ihm
zugewandten Seite des Kontaktelements 2 eine Schutzhaube 6 aus
nicht leitendem Material, beispielsweise Plexiglas angebracht.
Diese umschließt das Kontaktelement 2 und folgt dessen Kippbe
wegung.
In einer Variante wird zum Schutz vor Verunreinigungen eine
vollständige Kapselung der Kontaktelektrode und ihr zugewandten
Seite des Kontaktelements durch eine nicht dargestellte elasti
schen Schlauchdichtung erreicht, welche zusätzlich auch am Soc
kel 7 der Körpers 8 der Meßvorrichtung dicht befestigt ist.
Hierdurch wird ein Eindringen von dielektrischer Flüssigkeit
und Abtragspartikel in den Bereich des elektrischen Kontaktes
verhindert. Die Meßvorrichtung kann somit vollständig von die
lektrischen Flüssigkeit umgeben sein, was es erlaubt die Länge
einer in die dielektrischen Flüssigkeit eingetauchten Elektrode
zu bestimmen.
In der in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsform wird die
Kippachse durch zwei Vorsprünge 11 realisiert, auf welchen das
aus Stahl gefertigte Kontaktelement 2 aufliegt. Die Vorsprünge
11 sind in eine Platte 14 eingebettet und vom Körper 8 elek
trisch isoliert. Die Kontaktelektrode 5 ist in die Platte 14
eingebettet und ebenfalls vorsprungartig ausgebildet und befin
det sich auf der Mittelsenkrechten der Vorsprünge 11, und ist
von diesen elektrisch isoliert und in elektrischem Kontakt mit
dem Körper 8. Die Platte 14 ist durch eine elektrisch nicht
leitende Schraube 15 mit dem Körper 8 verbunden. Die untere Fe
deraufhängung 12 ist vom Körper 8 elektrisch isoliert.
Zur flexiblen Installation im Arbeitsbereich einer Elektroero
sionsmaschine ist in den Sockel des Körpers 8 ein Magnet 13
eingebettet.
Durch die in Fig. 4 gezeigte Aufsicht wird eine Variante darge
stellt, welche die Messung von zwei Gruppen von Elektroden sehr
unterschiedlichen Durchmessers mit einer einzigen Meßvorrich
tung ohne Austausch der Feder 4 ermöglicht. Bei größeren Elek
trodendurchmessern (mit Andruckfläche A) ist eine stärkere
Kraft F notwendig, um den zur Verminderung des Meßfehlers not
wendigen Druck (p=F/A) zu erzeugen, welcher die Verunreinigun
gen zusammendrückt bzw. wegdrückt. Durch den unterschiedlichen
Hebelarm der zwei auf dem Kontaktelement angeordneten Kontakt
flächen 9 und 10 ergeben sich entsprechend zwei verschiedene
Kräftebereiche.
Die Einsatzmöglichkeit einer derartigen Meßvorrichtung ist
nicht auf die Längenmessung der Elektrode beim funkenerosiven
Fräsen beschränkt, insbesondere erlaubt sie bei der klassische
Senkerosion die Durchführung von Messungen in der dielektri
schen Flüssigkeit, ohne zeit- und arbeitsaufwendiges Ablassen
der Flüssigkeit aus dem Arbeitsbereich und ohne manuelles Rei
nigen der Elektrode.
1
Elektrode
2
Kontaktelement
3
Kipplager
4
Feder
5
Kontaktelektrode
6
Schutzhaube
7
Sockel
8
Körper
9
Kontaktfläche (groß)
10
Kontaktfläche (klein)
11
Noppen (der Kippachse)
12
Federaufhängung
13
Magnet
14
Platte
15
Schraube (nicht leitend)
Claims (9)
1. Verfahren zur Bestimmung der aktuellen Länge einer Elek
trode in einer Elektroerosionsmaschine, dadurch gekennzeich
net, daß in einem ersten Schritt die Elektrode mit einem
Kontaktelement in Berührung gebracht wird, in einem zweiten
Schritt durch weitere Annäherung an das Kontaktelement bei
einem Auslösepunkt ein elektrischer Kurzschluß ausgelöst
wird, wodurch durch die bekannte Position des Auslösepunk
tes die Position des freien Elektrodenendes bestimmt ist,
in einem dritten Schritt die Maschinensteuerung aus der Po
sition der Elektrodenhalterung und derjenigen des Auslöse
punktes die Länge der aus dem Elektrodenhalter ragenden
Elektrode bestimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Messung automatisch, ohne Reinigung von Elektrode und Werk
stück und ohne Entfernen der dielektrischen Flüssigkeit
durchgeführt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß aus der wiederholten Längenmessung der Elek
trode deren Verschleiß während der Bearbeitung durch die
Maschinensteuerung bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die gemessene Länge und der bestimmte Ver
schleiß der Elektrode zur automatischen Korrektur der
Bahnsteuerung der Elektrode durch die Maschinensteuerung
während des Bearbeitungsvorgangs verwendet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß beim Unter- oder Überschreiten eines von der
Bahnsteuerung gegebenen Wertes für die gemessene Länge oder
den Verschleiß der Elektrode ein Austausch der Elektrode
veranlaßt wird.
6. Meßvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An
sprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein beweg
lich gelagertes Kontaktelement auf einer ersten Seite min
destens eine Kontaktfläche zur Herstellung eines mechani
schen und elektrischen Kontakts mit der zu messenden Elek
trode aufweist und die elektrisch mit der ersten Seite ver
bundene andere Seite des Kontaktelements durch eine an dem
Kontaktelement angreifende Kraft in einer bestimmten Ent
fernung zu einer Kontaktelektrode gehalten wird und durch
eine äußere Gegenkraft mit dieser in elektrischen Kontakt
bringbar ist.
7. Meßvorrichtung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet,
daß die an dem Kontaktelement angreifende Kraft veränder
bar ist.
8. Meßvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der elektrische Kontakt in einem vor Verunreinigungen
geschützten Bereich stattfindet.
9. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß das Kontaktelement mehrere Kontaktflä
chen aufweist, an welchen unterschiedlich starke Kräfte
wirken.
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