DE19840465A1

DE19840465A1 - Meßvorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Länge einer Elektrode

Info

Publication number: DE19840465A1
Application number: DE19840465A
Authority: DE
Inventors: Claudio Tricarico; Eric Orhant; Bernard Forel
Original assignee: Agie Charmilles New Technologies SA
Current assignee: Agie Charmilles New Technologies SA
Priority date: 1997-09-09
Filing date: 1998-09-04
Publication date: 1999-04-01
Anticipated expiration: 2018-09-05
Also published as: US6072143A; JP3576394B2; CH692279A5; DE19840465B4; JPH11138353A

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.

Bezugszeichenliste

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

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.