DE19856099A1 - Verfahren und Vorrichtung zur gesteuerten Rückzugsbewegung einer Bearbeitungselektrode bei einer Erosionsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur gesteuerten Rückzugsbewegung einer Bearbeitungselektrode bei einer Erosionsvorrichtung, bei dem/der die Bearbeitungselektrode im Falle einer Prozeßstörung längs der zuvor durchlaufenden Bearbeitungsbahn (B) (erste Rückzugsart) und längs eines bezüglich der Bearbeitungsbahn definierten Rückzugsvektors (BV) (zweite Rückzugsart) zurück bewegt wird. Zum schnellen Beheben der Prozeßstörung und gleichzeitigem Vermindern der Gefahr, daß bei der Rückzugsbewegung die Bearbeitungselektrode mit Werkstückflächen zusammenstößt, wird die Bearbeitungselektrode gleichzeitig längs beider Rückzugsarten zurück bewegt, und die Richtung des Rückzugsvektors (RV) an jeden Punkt der zuvor durchlaufenden Bearbeitungsbahn (B) angepaßt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gesteuerten Rückzugsbewegung einer Bearbeitungselektrode bei einer Erosionsvorrichtung, bei dem die Bearbeitungselektrode im Falle einer Prozeßstörung längs der zuvor durchlaufenen Bearbeitungsbahn (erste Rückzugsart) und längs eines be­ züglich der Bearbeitungsbahn definierten Rückzugsvektors (zweite Rückzugsart) zurück bewegt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine entsprechende Steuervorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Ein solches Verfahren ist aus der gattungsgemäßen DE-PS 35 25 683 bekannt. Bei dem dortigen Verfahren fährt bei Auftreten eines Kurzschlusses die Bearbeitungselektrode zunächst längs der zuvor durchlaufenen Bearbeitungsbahn um eine vorgegebene, kurze Wegstrecke in der bereits ero­ dierten Bahn zurück (erste Rückzugsart, nachfolgend auch als Rückzugsart "Default" bezeichnet). Ist am Ende dieser ersten Rückzugsbahn der Kurzschluß noch nicht beseitigt, so wird die Elektrode auf einer zweiten, geradlinigen Bahn weiter vom Kurzschluß fortbewegt. Diese zweite Bahn wird durch einen Rückzugsvektor beschrieben, dessen Rich­ tung und Länge derart ausgewählt ist, daß die Bearbei­ tungselektrode möglichst schnell vom Kurzschlußpunkt ent­ fernt wird (zweite Rückzugsart).

Ein lediglich die Rückzugsart "Default" einsetzendes Ver­ fahren ist beispielsweise aus der DE-OS 37 05 475 für ei­ ne elektrische Lichtbogenvorrichtung bekannt. Aus dieser Druckschrift ist ferner eine Rückzugsart "Punkt" bekannt, bei der die Elektrode im Kurzschlußfall zu einem Punkt bewegt wird. Dieser Punkt wird dabei dem momentanen Bear­ beitungsort angepaßt, folgt diesem also beispielsweise mit in die Tiefe des Werkzeuges, wenn in dieses hinein erodiert wird.

In der DE-PS 38 17 302 ist eine Weiterentwicklung des oben genannten bekannten Verfahrens gezeigt, bei dem die Elektrode zuerst längs der ersten, danach längs der zwei­ ten und anschließend längs einer dritten Rückzugsart be­ wegt wird. Die dritte Rückzugsart schließt sich an die zweite Rückzugsart zu dem Zeitpunkt an, zu dem die Spitze des Rückzugsvektors erreicht ist. Die dritte Rückzugsart erfolgt dann parallel zur erodierten Bearbeitungsbahn in deren entgegengesetzter Richtung. Außerdem ist der Rück­ zugsvektor für die zweite Rückzugsart in Länge und Rich­ tung fest definiert (nachfolgend auch als Rückzugsart "Fester Vektor" bezeichnet).

Der Nachteil der bekannten Rückzugsstrategien liegt dar­ in, daß die Bearbeitungselektrode entweder in der An­ fangsphase nur langsam von dem Kurzschlußpunkt entfernt wird, insbesondere nicht schnell genug von der bereits erodierten Bearbeitungsbahn (z. B. bei der Rückzugsart "Default"), oder aber die Gefahr besteht, daß die Elek­ trode bei der Rückzugsbewegung kleinere beim Erodieren erzeugte Kanten beschädigt (z. B. bei den Rückzugsarten "Fester Vektor" und "Punkt"). Diese Kanten entstehen bei­ spielsweise dadurch, daß die Elektrode im Kurzschlußfall das Werkstück derart erodiert, daß im Werkstück eine der Elektrodenrundung entsprechende Rundung entsteht. Wenn die Bearbeitungselektrode nur langsam vom Kurzschlußpunkt entfernt wird, vergrößert sich aber auch der Erosions­ spalt zu Beginn der Rückzugsbewegung nicht wesentlich. Die beispielsweise dort den Kurzschluß auslösenden Erosi­ onspartikel können also nicht schnell genug aus dem noch engen Erosionsspalt gespült werden, so daß der Kurzschluß fortdauert.

Außerdem nehmen die meisten dieser Rückzugsstrategien nur wenig Rücksicht auf den tatsächlichen Verlauf der Bear­ beitungsbahn, so daß es zu unerwünschten Kollisionen der Bearbeitungselektrode mit dem zu bearbeitenden Werkstück kommt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Be­ arbeitungsbahn lokal kleine Richtungsänderungen macht, die nicht von irgendwelchen Rückzugsvektoren erfaßt wer­ den.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren und die Vorrichtung der eingangs genannten Art dahinge­ hend zu verbessern, daß Prozeßstörungen möglichst schnell behoben werden und gleichzeitig bei der Rückzugsbewegung die Gefahr vermindert wird, daß die Bearbeitungselektrode mit Werkstückflächen kollidiert.

Die Erfindung löst bei einem Verfahren der eingangs ge­ nannten Art diese Aufgabe mit dem Kennzeichen des An­ spruchs 1. Ferner löst sie diese Aufgabe mit einer Vor­ richtung gemäß dem Anspruch 12.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Danach wird die Bearbeitungselektrode gleichzeitig längs beider Rückzugsarten zurück bewegt, und die Richtung des Rückzugsvektors an jeden Punkt der zuvor durchlaufenen Bearbeitungsbahn angepaßt. Diese kombinierte Rückzugsart wird nachfolgend auch als Rückzugsart "Tangentenvektor" bezeichnet.

Vorteilhaft wird die Bearbeitungselektrode durch das gleichzeitige Bewegen längs beider Rückzugsarten einer­ seits schneller von Werkstückflächen entfernt, folglich der Kurzschluß schneller abgebaut, und andererseits längs des tatsächlichen Verlaufs der Bearbeitungsbahn geführt, folglich Kollisionen mit Werkstückflächen vermieden. Da­ bei verhindert die Bewegungskomponente längs der ersten Rückzugsart vorteilhaft, daß die Bearbeitungselektrode an Rundungen "hängenbleibt", die aufgrund der Elektrodenform am Erosionsort in der Bearbeitungsbahn ausgebildet wer­ den. Die zweite Rückzugsart bringt eine Bewegungskompo­ nente mit ein, mit der die Bearbeitungselektrode mög­ lichst schnell von Werkstückflächen entfernt wird. In der zuvor erodierten Bearbeitungsbahn können die während des Erodiervorganges entstandenen Partikel sedimentieren. Verläuft die Rückzugsbewegung nochmals längs dieser ero­ dierten Bearbeitungsbahn, so besteht die Gefahr, daß die­ se Partikel in die Flanken oder in den Boden der Bearbei­ tungsbahn eingerieben werden und deren erodierten Flächen dadurch beschädigen. Diese Gefahr wird dank der Erfindung weitestgehend beseitigt.

Durch das gleichzeitige Bewegen ist damit eine Optimie­ rung hinsichtlich der für die Kurzschlußbeseitigung er­ forderlichen Zeit und dem Kollisionsrisiko mit einer Werkstückfläche bzw. der Beschädigung bereits erodierter Flächen geschaffen.

Dieser Kombinationseffekt kann aber nur dadurch erzielt werden, daß der Rückzugsvektor an jeden Ort der Bearbei­ tungsbahn angepaßt wird. Nur so kann vermieden werden, daß wegen der ggf. sofort mit dem Rückzugsbeginn einset­ zenden Bewegungskomponente längs des Rückzugsvektors eine Kollision mit Werkstückflächen auftritt. Eine solche Kol­ lision kann insbesondere aufgrund lokaler Krümmungen in der Bearbeitungsbahn verursacht werden. Die Erfindung paßt den Rückzugsvektor nunmehr vorteilhaft automatisch an solche Krümmungen an und verhindert damit eine solche Kollision.

Eine solche Anpassung kann beispielsweise derart beschaf­ fen sein, daß sie (nur) stärkere Richtungsänderungen in der rückwärts durchlaufenen Bearbeitungsbahn berücksich­ tigt. Außerdem kann die Anpassung - in Richtung der rück­ wärts durchlaufenen Bearbeitungsbahn gesehen - auch vor­ ausschauend erfolgen, so daß nur in Kürze oder in einer bestimmten Zeit zu erwartende Richtungsänderungen berück­ sichtigt werden. Diese Anpassung kann durch einfache oder auch kompliziertere mathematische Berechnungen erfolgen, wie eine Projektion von Komponenten des Rückzugsvektor auf die Bearbeitungsbahn, etc.

Die Bearbeitungselektrode kann eine Senkelektrode oder eine Drahtelektrode für eine elektroerosive oder eine elektrochemische Bearbeitung sein. Bei der Senkerosion kann es sich dabei um die allgemeine Senkerosion oder die Mikro-Senkerosion handeln.

Unter einer Prozeßstörung werden im Sinne dieser Anmel­ dung alle solche Fälle verstanden, bei denen die Elektro­ de von dem zuletzt erodierten Ort entfernt werden muß. Der häufigste Fall ist der Kurzschlußfall, es können aber auch ein unbeabsichtigter Spüldruckabfall oder extern verursachte unerwünschte Vibrationen der Erosionsvorrich­ tung ein Rückzugsbewegung der Bearbeitungselektrode er­ fordern.

Bevorzugt wird für die Anpassung des Rückzugsvektors des­ sen Länge und Richtung bezüglich eines lokalen Koordina­ tensystems fest vorgegeben und dieses Koordinatensystem derart an jeden Punkt der Bearbeitungsbahn lokal ange­ paßt, daß eine Koordinatenachse des Koordinatensystems tangential zu diesem Punkt der Bearbeitungsbahn ausge­ richtet ist. Hiermit ist eine besonders einfach handhab­ bare Anpassung geschaffen. Das Bedienungspersonal muß beispielsweise einen Rückzugsvektor nur global für die Bearbeitungsbahn definieren, in dessen Richtung eine Rückzugsbewegung grundsätzlich möglich ist. Dieser Rück­ zugsvektor wird von der Steuerungsvorrichtung automatisch an lokale Richtungsänderungen der Bearbeitungsbahn beson­ ders einfach angepaßt, indem lediglich sein Koordinaten­ system entsprechend gedreht wird. Die Ausrichtung entlang der Tangente des Punktes der Bearbeitungsbahn nimmt dabei unmittelbar Bezug auf lokale Krümmungen der Bearbeitungs­ bahn.

Bevorzugt wird eine zweite Koordinatenachse des lokalen Koordinatensystems längs eines Normalenvektors einer Offset-Ebene ausgerichtet. Unter einer Offset-Ebene ist eine vom Benutzer definierte abstrakte Ebene zu verste­ hen, welche dem Steuerprogramm über die Maschinensteue­ rung zugeordnet wird. Sie ist im wesentlichen durch das Bearbeitungs-Koordinatensystem der jeweiligen Bearbeitung bestimmt, genauer gesagt über die von der x- und y- Koordinatenachse des Bearbeitungs-Koordinatensystems auf­ gespannte Ebene. Das Bearbeitungs-Koordinatensystem kann beliebig rotiert und verschoben werden. Somit berücksich­ tigt die Offset-Ebene jede Lage und Position der jeweili­ gen Bearbeitung am Werkstück. Jeder Bearbeitung kann ge­ nau eine Offset-Ebene zugeordnet werden. Bevorzugt ist die Offset-Ebene parallel zu der Ebene, auf welcher der wesentliche Teil der Bearbeitungsbahn liegt. Mit anderen Worten wird die Offset-Ebene festgelegt, um der Steue­ rungsvorrichtung gewisse Angaben über den Raumsektor zu geben, in dem der Fluchtweg liegen kann. Der Normalenvek­ tor der Offset-Ebene zeigt damit im wesentlichen in die materialfreie Hemisphäre verstanden.

Bevorzugt werden der Bearbeitungsbahn abschnittsweise un­ terschiedliche Rückzugsvektoren konstanter Länge und Richtung zugeordnet. Vorteilhaft können hierdurch die Rückzugsvektoren an Hindernisse angepaßt werden, die für die einzelnen Abschnitte unterschiedlich sind. So kann auch nach extremen Richtungsänderungen der Bearbeitungs­ bahn ein neuer Rückzugsvektor erforderlich sein.

Bevorzugt werden zum vorteilhaften Verkürzen der Zeit für die Behebung der Prozeßstörung vor und/oder während der Rückzugsbewegung ergänzende Maßnahmen zur Behebung der Prozeßstörung, z. B. Verändern der Prozeßparameter, wie Bearbeitungsstrom, Frequenz, Spülung durchgeführt. Dabei kann als besonders bevorzugte ergänzende Maßnahme zuvor ermittelt werden, ob eine Rückzugsbewegung überhaupt er­ forderlich ist. Für solche ergänzende Maßnahmen wird sich auf die Druckschriften EP 209 792 A und EP 342 698 A be­ zogen, deren Offenbarungen jeweils vollinhaltlich in die vorliegende Beschreibung übernommen werden.

Bevorzugt wird für den Rückzugsvektor zusätzlich eine fe­ ste Rotation der Elektrode bezüglich des lokalen Koordi­ natensystems festgelegt. So kann insbesondere bei nicht rotationssymmetrischen Elektrodenformen (z. B. prismati­ sche Elektrodenform) eine Rotation der Bearbeitungselek­ trode die Zeit zum Beheben der Prozeßstörung weiter ver­ kürzen oder die Kollisionsgefahr mit einer Werkstückflä­ che vermindern. Dabei kann die Rotation der Bearbeitung­ selektrode von ihrem bei Auftreten des Kurschlusses vor­ liegenden Rotationswinkel ebenfalls gleichzeitig mit den Bewegungen der Bearbeitungselektrode entlang der ersten und der zweiten Rückzugsart bis zu ihrem festgelegten Ro­ tationswinkel gedreht werden.

Bevorzugt wird die Bearbeitungselektrode mit jeweils un­ terschiedlichen Geschwindigkeiten entlang der beiden Rückzugsarten zurück bewegt. Ganz besonders bevorzugt wird im Verlaufe der Rückzugsbewegung die Geschwindigkeit der Bearbeitungselektrode entlang einer oder beider Rück­ zugsarten, ggf. auch die Rotationsgeschwindigkeit der Be­ arbeitungselektrode verändert wird. Mit diesen Maßnahmen stehen dem Bedienungspersonal eine Vielzahl an Optimie­ rungsparameter zur Hand, die Zeit zur Kurzschlußbehebung, die Länge der Rückzugsbewegung, das Reduzieren einer Kol­ lisionsgefahr und eines Beschädigen von Werkstückflächen zu optimieren. Ggf. kann die Steuerungsvorrichtung diese Optimierungsparameter auch in Echtzeit automatisch opti­ mieren, z. B. abhängig von weiteren gesteuerten Erosions­ parametern.

Bevorzugt wird die Bearbeitungselektrode nach Behebung der Prozeßstörung längs der durchlaufenen Rückzugsbahn zu dem Punkt zurück bewegt, an dem die Prozeßstörung erst­ mals auftrat. Vorteilhaft wird hiermit wiederum eine Kol­ lision der Bearbeitungselektrode mit Werkstückflächen auf ihrem Weg zur erneuten Erosionsaufnahme vermieden.

Bevorzugt schließen sich an die Rückzugsbewegung eine oder mehrere der folgenden Rückzugsarten an: Default, Punkt, Fester Vektor. Besonders bevorzugt wird als An­ schlußzeitpunkt für die zusätzliche(n) Rückzugsart(en) der Zeitpunkt gewählt, zu dem die Bearbeitungselektrode über die gesamte Länge des Rückzugsvektors bewegt wurde. Mit den bekannten in der Beschreibungseinleitung disku­ tierten Rückzugsarten stehen eine Auswahl einfach hand­ habbarer Rückzugsarten zur Verfügung, die den weiteren Verlauf der Rückzugsbewegung definieren können. Dabei kann vorteilhaft in Form von Übergangsabschnitten berück­ sichtigt werden, daß die Stetigkeit der Rückzugsbahn an den Anschlußpunkten der einzelnen aufeinanderfolgenden Rückzugsarten gewährleistet ist.

Bevorzugt werden der Bearbeitungsbahn abschnittsweise un­ terschiedliche Rückzugsarten zugeordnet werden. Für ein­ zelne Abschnitte kann eine der bekannten Rückzugsarten vorteilhafter sein oder auch einfacher zu programmieren. Auch hier kann vorteilhaft automatisch in Form von Über­ gangsabschnitten berücksichtigt werden, daß die Stetig­ keit der Rückzugsbahn an den Anschlußpunkten der einzel­ nen aufeinanderfolgenden Rückzugsarten gewährleistet ist. Alternativ kann das Bedienungspersonal beim Festlegen der einzelnen Rückzugsarten auf mögliche Stetigkeitsprobleme hingewiesen werden. Für die ergänzenden Rückzugsarten wird sich auf die oben diskutierte Druckschrift DE-PS 38 17 303 bezogen, deren Offenbarung vollinhaltlich in die vorliegende Beschreibung übernommen wird.

Bevorzugt werden die zur Werkzeugbearbeitung erforderli­ chen Bearbeitungsschritte anhand eines Steuerprogramms gesteuert, wobei Geometriedaten und Bearbeitungsparameter getrennt eingegeben werden, und das Steuerprogramm durch Verknüpfung der Geometriedaten mit bestimmten Bearbei­ tungsparametern erstellt wird, und die Rückzugsart den Bearbeitungsparametern zugeordnet wird. Mit anderen Wor­ ten werden für die einzelnen Bearbeitungsschritte zwei Arten von Modelldaten eingegeben. So kann ein Satz Geome­ triedaten eingegeben werden, welcher wiederholt für be­ stimmte Modellgeometrien ausgewählt werden kann. Diesen einzelnen Abschnitten der Modellgeometrie mit gleichen Geometriedaten können nunmehr unterschiedliche Bearbei­ tungsparameter zugeordnet werden, die untereinander auch wieder zu Gruppen zusammengefaßt sein können. Die Geome­ triedaten und die Bearbeitungsdaten werden getrennt von einander jeweils in einer Datenbank gespeichert und ent­ sprechend verwaltet. Beim Einrichten einer Erosionsvor­ richtung wählt das Bedienungspersonal eine bestimmte Geo­ metrie bzw. Kontur aus dem "Geometriespeicher" aus und verknüpft sie nach Bedarf und Anforderung mit einer be­ stimmten Technologie aus dem "Parameterspeicher". Vor­ teilhaft ist somit eine Vereinfachung der Programmierung für die Werkzeugbearbeitung geschaffen. Für die Auftei­ lung der Bearbeitungsschritte in Geometriedaten und Bear­ beitungsparameter wird sich auf die Druckschrift DE-A 32 28 207 bezogen, deren Offenbarung vollinhaltlich in die vorliegende Beschreibung übernommen wird.

Die Erfindung und weitere Vorteile der Erfindung werden nunmehr anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Bearbei­ tungsbahn zusammen mit einem für einen Punkt der Bearbeitungsbahn eingezeichneten lokalen Koordi­ natensystem;

Fig. 2 in schematischer Darstellung neben der Bearbei­ tungsbahn die Rückzugsbahn sowie mehrere Rück­ zugsvektoren für die Konstruktion der Rückzugs­ bahn;

Fig. 3 in schematischer Darstellung eine bekannte Rück­ zugsart "Fester Vektor";

Fig. 4 in schematischer Darstellung eine bekannte Rück­ zugsart "Default";

Fig. 5 in schematischer Darstellung eine bekannte Rück­ zugsart "Punkt".

In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Bear­ beitungsbahn B zusammen mit einem für einen Punkt K der Bearbeitungsbahn B eingezeichneten lokalen Koordinatensy­ stem gezeigt. Die Bearbeitungselektrode durchläuft diese Bearbeitungsbahn B in Richtung des dargestellten Pfeiles P. Die Bearbeitungsbahn B kann beispielsweise die für ein Werkstück definierte Führungsbahn einer Senkelektrode sein. Die Bearbeitungselektrode kann so gewählt werden, daß die zu erodierende Form unmittelbar durch Bewegung beispielsweise einer Senkelektrode entlang der Bearbei­ tungsbahn B erzeugt wird. Diese Art des Erodierens ist insbesondere vorteilhaft bei Formteilen wie Dichtringen.

Grundsätzlich ist auf einer Erosionsmaschine ein Maschi­ nen-Koordinatensystem definiert, das die Ausrichtung der Werkzeugmaschine beschreibt. In diesem Maschinen- Koordinatensystem ist ferner ein Werkstück- Koordinatensystem definiert, das wiederum die Ausrichtung des Werkstücks bezüglich des letzteren Koordinatensystems beschreibt. Außerdem können bezüglich des Werkstück- Koordinatensystems ein oder mehrere Bearbeitungs- Koordinatensysteme jeweils für unterschiedliche Bearbei­ tungsorte bzw. -abschnitte definiert werden.

Während des Erodiervorgangs erodiert die Bearbeitungse­ lektrode kleine Partikel aus dem Werkstück heraus. Unter normalen Umständen werden diese Partikel von der Spül­ flüssigkeit aus dem Erosionsspalt herausgespült. Es kann aber auch auftreten, daß sich diese Partikel zwischen Werkstück und Bearbeitungselektrode so ungünstig anord­ nen, daß als Prozeßstörung ein Kurzschluß auftritt, bei dem der Widerstand im Dielektrikum gegen Null fällt. Um diesen Kurzschluß abzubauen, kann u. a. die Bearbeitungs­ elektrode entlang einer Rückzugsbewegung von dem Ort weg bewegt werden, an dem der Kurzschluß auftrat. Dabei soll­ te der Erosionsspalt vergrößert werden, so daß die den Kurzschluß auslösenden Partikel weggespült werden können. Außerdem sollte wie bei allen Rückzugsbewegungen der Kurzschluß vorteilhaft so schnell wie möglich beseitigt werden. Dazu sollte die Bearbeitungselektrode u. a. in kürzester Zeit von irgendwelchen Werkstückflächen ent­ fernt werden.

Grundsätzlich wird während der gesamten Rückzugsbewegung das Bestehen der Prozeßstörung ständig überprüft. Außer­ dem können während der gesamten Rückzugsbewegung ergän­ zende Maßnahmen getroffen werden, um die Prozeßstörung zu beheben. Beispielsweise können im Falle eines Kurzschlus­ ses als Prozeßstörung die Prozeßparameter, wie Bearbei­ tungsstrom, -frequenz, Spülung etc. angepaßt werden. Für andere Prozeßstörungen können entsprechend andere Maßnah­ men getroffen werden. Außerdem kann der Rückzugsbewegung ein Überprüfungsschritt vorausgehen, ob ein Rückzug der Bearbeitungselektrode überhaupt erforderlich ist.

Bei der Rückzugsbewegung müssen jedoch Hindernisse be­ rücksichtigt werden. Begrenzt ein solches Hindernis geo­ metriemäßig beispielsweise einen Teil des Werkstückes, so ist es nicht immer möglich, die Bewegung der Bearbeitung­ selektrode in einer festen Richtung unbegrenzt fortzufüh­ ren, da andernfalls die Bearbeitungselektrode auf das Hindernis trifft. Insofern wird ein Rückzugsvektor fester Länge und Richtung definiert, der für jeden Ort der Bear­ beitungsbahn eine kollisionsfreie Rückzugsbewegung be­ schreibt. Die Definition kann dabei abschnittsweise auf der Bearbeitungsbahn B erfolgen. Dieser Rückzugsvektor kann von dem Bedienungspersonal und/oder der CNC- Steuerung zuvor bestimmt werden. Er berücksichtigt insbe­ sondere die die Rückzugsbewegung begrenzende Umgebung des Werkstückes. So werden die Rückzugsvektoren abschnitts­ weise derart definiert, daß die Spitze des Rückzugsvek­ tors niemals auf ein Hindernis zeigt oder sogar in die Nähe eines Hindernisses reicht, bei der wiederum eine Kurzschlußgefahr droht.

Die Rückzugsvektoren spannen bei einer abschnittsweisen Definition teilweise Parallelogramme auf, deren Flächen in übersichtlicher Weise nicht mit Hindernissen (dem Werkstück, Einspannmitteln für das Werkstück, etc.) in Berührung gebracht werden dürfen, um eine kollisionsfreie Rückzugsbewegung der Bearbeitungselektrode zu gewährlei­ sten.

Sollte sich der Winkel der Bearbeitungsbahn B beispiels­ weise um 90° ändern, so kann das Bedienungspersonal und/oder die CNC-Steuerung bei angenommener gleichblei­ bender Richtung und Länge des Rückzugsvektors sofort er­ kennen, ob dieser anders gewählt werden muß, damit eine sinnvoll mögliche Rückzugsbewegung erhalten bleibt.

Dabei wird die Länge und Richtung sowie ggf. eine Rotati­ on des Rückzugsvektors für Abschnitte der Bearbeitungs­ bahn B bezüglich eines lokalen Koordinatensystem defi­ niert, das mit dem Maschinen-Koordinatensystem der Erosi­ onsvorrichtung, dem Werkstück-Koordinatensystem des Werk­ stückes oder auch mit jeweils für Abschnitte der Bearbei­ tungsbahn B getrennt definierten Bearbeitungs- Koordinatensystemen zusammenfallen kann. Bei einer be­ vorzugten Definition bezüglich der Bearbeitungs- Koordinatensysteme wird jedes Bearbeitungs- Koordinatensystem so ausgerichtet, daß seine z- Koordinatenachse in Richtung der Bearbeitungsbahn B zeigt. Hierbei beschreibt der jeweilige auf diesem Bear­ beitungs-Koordinatensystem definierte Rückzugsvektor un­ mittelbar die tatsächliche Rückzugsrichtung. Bei einer Definition des Rückzugsvektors bezüglich eines der ande­ ren Koordinatensysteme kann eine von der Steuerungsvor­ richtung vorzunehmende Drehung des Rückzugsvektors in ein Koordinatensystem erforderlich sein, dessen z-Achse längs der Richtung der Bearbeitungsbahn zeigt.

Es können zusätzliche Mittel zur Beschreibung der Umge­ bung des Werkstückes bzw. der Bearbeitungsbahn herangezo­ gen werden. So kann die Geometrie mechanisch, optisch oder anderweitig abgetastet werden, die CAD-Modelldaten ausgewertet werden, usw.. In der Regel ist die Umgebung jedoch nicht bekannt (sie ist beispielsweise nur dann be­ kannt, wenn die Steuerungsvorrichtung bereits eine Bewe­ gung in der Umgebung der momentanen Bearbeitungsstelle ausgeführt hat) und auch nur mit besonderem Aufwand er­ mittelbar. Insofern bleibt es grundsätzlich dem Bedie­ nungspersonal überlassen, die Umgebung (Hindernisse, etc.) einzugeben.

Während der Rückzugsbewegung wird das lokale Koordinaten­ system derart an die lokalen Begebenheiten der rückwärts durchlaufenen Bearbeitungsbahn B angepaßt, daß die z- Koordinatenachse des lokalen Koordinatensystems für jeden Ort der Bearbeitungsbahn B längs der Tangente an diesem Ort in Richtung der Rückzugsbewegung ausgerichtet wird. Ferner wird die y-Koordinatenachse des lokalen Koordina­ tensystems in Richtung des Normalenvektors für die Offset-Ebene ausgerichtet. Die Ausrichtung der dritten x- Koordinatenachse ist automatisch die Normale der von der z- und der y-Koordinatenachse aufgespannten Ebene, deren Richtung zum Ausbilden eines rechtshändigen Koordinaten­ systems eindeutig vorgegeben ist. Die x-Koordinatenachse weist somit mit ihrer positiven Richtung - in Bearbei­ tungsrichtung P der Bearbeitungsbahn B gesehen, die ent­ gegen der Rückzugsrichtung weist - in Fig. 1 nach rechts.

Insgesamt definieren die x- und y-Komponenten des Rück­ zugsvektors den Abstand von der Bearbeitungsbahn B (Bahngeometrie) im Verlaufe der Rückzugsbewegung, während die z-Komponente diejenige Bahnlänge der Rückzugsbahn R darstellt, die notwendig ist, um die Länge r des Rück­ zugsvektors zu durchlaufen.

In Fig. 1 ist ein solches lokales Koordinatensystem für den Punkt K der Bearbeitungsbahn B eingezeichnet, an dem der Kurzschluß auftrat. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist die z-Achse in die durch die Gerade tg dargestellte Tangente am Ort K der Bearbeitungsbahn B, und zwar entge­ gen der Bearbeitungsrichtung P, während die y- Koordinatenachse senkrecht auf der Offset-Ebene steht, die in dem in Fig. 1 gezeigten Fall parallel zur xy- Werkstücksebene ausgerichtet ist.

In Fig. 2 ist in schematischer Darstellung neben der Be­ arbeitungsbahn B die Rückzugsbahn R sowie mehrere Rück­ zugsvektoren RV₁ bis RV_N für die Konstruktion der Rück­ zugsbahn R gezeigt.

Der Punkt K bezeichnet wiederum den Ort, an dem der Kurz­ schluß auftrat. In die Richtung der Rückzugsbewegung fließen nunmehr zwei Bewegungskomponenten mit ein. Die erste Komponente ist eine Bewegung in Rückwärtsrichtung durch die bereits erodierte Bearbeitungsbahn B (erste Rückzugsart). Diese Bewegungskomponente führt dazu, daß die Bearbeitungselektrode im Zyklus des Steuerungstaktes von einem Ort zum nächsten Ort auf der bereits durchlau­ fenen Bearbeitungsbahn B geführt wird. Dies kann in dis­ kreten Schritten oder quasi-kontinuierlich erfolgen. Für jeden Ort der Bearbeitungsbahn B, den die Bearbeitungse­ lektrode rückwärts durchläuft, wird das lokale Koordina­ tensystem nach dem in Fig. 1 dargestellten Konstrukti­ onsprinzip ausgerichtet. Der Rückzugsvektor RV₁ bis RV_N ist bezüglich des für jeden Ort der Bearbeitungsbahn B ausgerichteten lokalen Koordinatensystems fest in Länge, Richtung und ggf. der Rotation der Bearbeitungselektrode. Der Index des Richtungsvektors RV₁ bis RV_N gibt jeweils die aufgrund der unterschiedlichen Ausrichtung des lokalen Koordinatensystems bewirkte Änderung der Richtung des Rückzugsvektors bezüglich des Werkstück-Koordinatensy­ stems an.

Im Verlauf der Rückzugsbewegung wird der Bewegungskompo­ nente entlang der ersten Rückzugsart eine Bewegung in Richtung des Rückzugsvektors überlagert (zweite Rück­ zugsart). Durch die Ausrichtung des lokalen Koordinaten­ systems hinsichtlich der lokalen Krümmung der Bearbei­ tungsbahn B wird die Richtung des Rückzugsvektors RV₁ bis RV_N entsprechend gedreht. Die Bearbeitungselektrode durch­ läuft nunmehr vorzugsweise mit derselben Geschwindigkeit, mit der sie entlang der ersten Rückzugsart bewegt wird, gleichzeitig die Länge des für jeden Punkt der Bearbei­ tungsbahn B in der Richtung angepaßten Rückzugsvektors RV₁ bis RV_N.

Mit anderen Worten kann die zeitliche Taktung bzw. die Zeit für die Rückzugsbewegung als Parameter für die Para­ metrisierung der beiden Bewegungen entlang der ersten (in Rückwärtsrichtung) und entlang der zweiten (entlang des Rückzugsvektors) Rückzugsart gewählt werden. In gleichen Zeitabschnitten wird die Bearbeitungselektrode also in gleichen Schrittlängen entlang der Rückwärtsrichtung und entlang des Rückzugsvektors bewegt.

In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, die beiden Schrittlängen unterschiedlich groß zu wählen, um damit unterschiedliche Geschwindigkeiten bezüglich der beiden Bewegungskomponenten hervorzurufen.

Außerdem kann es vorteilhaft sein, einer oder beide Schrittlängen im Verlaufe der Rückzugsbewegung zusammen oder einzeln zu verkürzen oder zu verlängern, um die ge­ samte Rückzugsbewegung abzubremsen oder zu beschleunigen.

Ein Abbremsen kann von Vorteil sein, wenn der insgesamt für die Rückzugsbewegung vorhandene Raum begrenzt ist und ggf. schon kurze Bewegungen der Bearbeitungselektrode den Kurzschluß abbauen können (der durch Partikel verstopfte Erosionsspalt kann z. B. anfänglich noch nicht frei ge­ spült werden, wobei die Wahrscheinlichkeit eines Freispü­ lens ab einer bestimmten Größe des Erosionsspaltes an­ steigt, so daß ab dieser Größe bereits kleine Bewegungen ausreichend sein können). Ein Beschleunigen kann dann von Vorteil sein, wenn die Bearbeitungselektrode nur anfäng­ lich genauer geführt werden muß, um eine Kollision mit einer Werkstückfläche und/oder ein unbeabsichtigtes Ero­ dieren zu verhindern. Ab einer bestimmten Entfernung von dem Kurzschlußort ist die Bearbeitungselektrode soweit "freigekommen", daß die Rückzugsbewegung beschleunigt werden kann, um einen schnelleren Kurzschlußabbau zu er­ reichen.

Ferner kann die Bearbeitungselektrode am Ort K einen mo­ mentanen Rotationswinkel aufweisen. Der Rückzugsvektor RV₁ bis RV_N kann nunmehr einen festen Rückzugsrotationswinkel enthalten, zu dem die Bearbeitungselektrode während der Rückzugsbewegung gedreht werden soll. Dabei kann während der Rückzugsbewegung die Rotation der Bearbeitungselek­ trode von dem momentanen zu dem festen Rotationswinkel ebenfalls so parametrisiert werden, daß sie mit Durchlau­ fen der gesamten Länge des Rückzugsvektor RV₁ bis RV_N auch zu dem festen Rotationswinkel gedreht worden ist. Auch hierbei kann eine zu den anderen beiden Rückzugsarten ge­ trennte oder gemeinsame Beschleunigung oder Abbremsung der Rotationsbewegung vorgesehen werden. Alternativ kann die Rotationsgeschwindigkeit auch so gewählt werden, daß die Rotation vor oder erst nach Durchlaufen der gesamten Länge des Rückzugsvektors RV₁ bis RV_N abgeschlossen ist.

In Fig. 2 ist ein Weglängenabschnitt dz eingezeichnet, den die Bearbeitungselektrode in einer bestimmten Zeit in Rückwärtsrichtung durch die Bearbeitungsbahn B durch­ läuft. In dieser bestimmten Zeit läuft die Bearbeitungse­ lektrode auch eine bestimmte Wegstrecke entlang der Länge des Rückzugsvektors; in dem dargestellten Beispiel hat die Bearbeitungselektrode nach dem Weglängenabschnitt dz bereits die gesamte Länge des Rückzugsvektors RV₁ bis RV_N durchlaufen. Die Rückzugsvektoren RV₁ und RV₂ geben mit ihrer eingezeichneten Länge jeweils die Strecke an, wel­ che die Bearbeitungselektrode beim Rückwärtslaufen durch den entsprechenden Bearbeitungsbahnabschnitt gleichzeitig entlang der Richtung des jeweiligen Rückzugsvektors RV₁ RV₂ durchlaufen hat.

Ab dem Weglängenabschnitt dz hat die Bearbeitungselektro­ de also bereits die gesamte Länge r des Rückzugsvektors RV₁ bis RV_N durchlaufen, so daß im weiteren Verlauf der Rückzugsbewegung die Rückzugsbahn nur noch parallel zur bereits erodierten Bearbeitungsbahn verläuft. Es findet dann keine weitere Bewegung entlang der zweiten Rück­ zugsart (entlang des Rückzugsvektors RV₁ bis RV_N) statt.

In dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel liegt die rückwärts durchlaufene Bearbeitungsbahn B komplett in der XY-Ebene des Werkstück-Koordinatensystems. Der Rückzugsvektor RV₁ bis RV_N ist für dieses Beispiel ebenfalls so gewählt wor­ den, daß er in dem lokalen Koordinatensystem keine Kompo­ nente in z-Richtung, sondern nur Komponenten in x- und y- Richtung hat. Daher wird der Rückzugsvektor RV₁ bis RV_N von Ort zu Ort der rückwärts durchlaufenen Bearbeitungs­ bahn B auch nicht weiter im Raum gedreht und zeigt somit stets in Richtung der z-Achse des Werkstück- Koordinatensystems. Die z-Achse des lokalen Koordinaten­ systems dreht sich zwar von Ort zu Ort, nicht aber der Rückzugsvektor RV₁ bis RV_N, der ja keine Komponente in z- Richtung hat. Dies ist jedoch lediglich ein Sonderfall, der für ein einfacheres Verständnis der Erfindung aus De­ monstrationszwecken gewählt wurde.

In dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel ist die Rückzugsbewe­ gung bei dem Rückzugsvektor RV_N am Ort S der rückwärts ab­ gefahrenen Bearbeitungsbahn B beendet.

Nach dem Weglängenabschnitt dz können sich aber auch an­ dere bekannte Rückzugsarten anschließen, wie die jeweils in Verbindung mit den Fig. 3 bis 5 nachfolgend erläu­ terten Rückzugsstrategien "Fester Vektor", "Default" und "Punkt".

Der Anschluß kann dabei über einen Übergangsabschnitt er­ folgen, der einen stetigen Übergang zwischen den einzel­ nen Rückzugsarten gewährleistet. Insgesamt haben die heu­ tigen Steuerungsvorrichtungen eine derart hohe Rechenlei­ stung, daß die gesamten Berechnungen ohne weiteres wäh­ rend der Rückzugsbewegung vorgenommen werden können.

Bei manchen Elektrodenformen kann es von Vorteil sein, die Bearbeitungselektrode anfänglich ein kurzes Stück nur entlang der Rückwärtsrichtung zu bewegen, bis schließlich die Bewegungskomponente entlang des Rückzugsvektors ad­ diert wird. Damit kann verhindert werden, daß von der Be­ arbeitungselektrode erodierte Konturen bei der Rück­ zugsbewegung verändert werden.

Die einzelnen Rückzugsarten oder deren Kombinationen kön­ nen auch vorab von dem Bedienungspersonal oder während der Rückzugsbewegung von der Steuerungsvorrichtung auto­ matisch abhängig von der jeweiligen lokalen Geometrie der Bearbeitungsbahn, der Spülbedingungen, der Bearbeitungs­ qualität, usw. ausgewählt werden. Dies gilt auch für die den einzelnen Abschnitten der Bearbeitungsbahn B zugeord­ neten Rückzugsarten oder deren Kombinationen.

Beispielsweise können bei einer Kombinationen der Rück­ zugsarten "Tangentenvektor" und "Fester Vektor" die Spit­ zen beider Rückzugsvektoren linear miteinander verbunden werden.

Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung eine bekannte Rückzugsart "Fester Vektor". In dem dargestellten Koordi­ natensystem ist eine Bearbeitungsbahn B dargestellt. Der Pfeil P gibt die Bearbeitungsrichtung an. An dem Ort K der Bearbeitungsbahn B tritt beispielsweise ein Kurz­ schluß auf. Es wird ein Rückzugsvektor RV fester Länge und Richtung in Bezug auf das Werkstück oder das Maschi­ nen-Koordinatensystem definiert und im Kurzschlußfall an den Kurzschlußort K gelegt.

Die Bearbeitungselektrode wird dann entlang des an den Kurzschlußort K angelegten Rückzugsvektors RV bewegt, bis sie die Spitze des Rückzugsvektors RV erreicht hat. Soll­ te der Kurzschluß an der Spitze des Rückzugsvektors RV noch nicht abgebaut sein, so schließt sich von der Spitze eine weitere Bewegung entlang eines weiteren Teilstücks der Rückzugsbahn R an. Dieses Teilstück verläuft parallel zur erodierten Bearbeitungsbahn B und in entgegengesetz­ ter Richtung zu der Richtung, in welche die Bearbeitung­ selektrode in der erodierten Bearbeitungsbahn B beim Ero­ dieren bewegt wurde. Insgesamt wird hierdurch eine Rück­ zugsbahn R erhalten, die gleich der Bearbeitungsbahn B ist, jedoch um den definierten Rückzugsvektor RV im Raum verschoben.

Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung eine bekannte Rückzugsart "Default". In dem dargestellten Koordinaten­ system ist ebenfalls eine Bearbeitungsbahn B dargestellt. Der Pfeil P gibt die Bearbeitungsrichtung an. An dem Ort K der Bearbeitungsbahn B tritt ein Kurzschluß auf. Die Bearbeitungselektrode durchläuft im Kurzschlußfall die Bearbeitungsbahn (Bahngeometrie) in umgekehrter Richtung, bis an irgendeinem Ort der rückwärts durchlaufenen Bear­ beitungsbahn der Kurzschluß abgebaut ist. Diese Rück­ zugsart ist unabhängig von der Tatsache, ob eine Offset- Ebene definiert ist oder nicht.

Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellung eine bekannte Rückzugsart "Punkt". Hierbei wird zunächst ein Punkt RP bestimmt, wobei im Kurzschlußfall die Rückzugsbahn R von jedem Kurzschlußort K aus linear auf diesen Punkt RP zu­ läuft.

Bei allen aufgeführten Rückzugsarten kann die Bewegung der Bearbeitungselektrode mit einer in vorbestimmten zeitlichen Abständen erzeugten Auf- und Abbewegung aus dem Werkstück herausgezogen werden, und zwar um eine ge­ ringe Weglänge, damit die beim Erodiervorgang entstande­ nen Erosionspartikel weggespült werden können. Die Ge­ schwindigkeit der Auf- und Abbewegung ist dabei wesent­ lich höher als die Geschwindigkeit der jeweiligen Rück­ zugsbewegung. In gewissen Zeitabständen kann auch eine sogenannte "Doppel-Timer-Bewegung" mit einer wesentlich längeren Wegstrecke eingeschoben werden, mit der sicher­ gestellt wird, daß die Spülflüssigkeit einwandfrei ge­ spült werden kann (was bei den einfachen Timer-Bewegungen nicht unbedingt gewährleistet ist). Die Wegstrecke wie­ derholter "Doppel-Timer-Bewegungen" kann dabei progressiv gesteigert werden.

Nach Beheben der Prozeßstörung wird die Bearbeitungselek­ trode nicht wieder direkt auf die erodierte Bearbeitungs­ bahn geführt, sondern bewegt sich entlang der zuvor ge­ fahrenen Rückzugsbahn R aus in Richtung auf den Kurz­ schlußort K zurück.

Claims (14)

1. Verfahren für die gesteuerte Rückzugsbewegung einer Bearbeitungselektrode bei einer Erosionsvorrichtung, bei dem die Bearbeitungselektrode im Falle einer Prozeßstörung längs der zuvor durchlaufenen Bearbei­ tungsbahn (B) (erste Rückzugsart) und längs eines bezüglich der Bearbeitungsbahn (B) definierten Rück­ zugsvektors (RV) (zweite Rückzugsart) zurück bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungs­ elektrode gleichzeitig längs beider Rückzugsarten zurück bewegt wird, und die Richtung des Rückzugs­ vektors (RV) an jeden Punkt (P) der zuvor durchlau­ fenen Bearbeitungsbahn (B) angepaßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Anpassung des Rückzugsvektors (RV) des­ sen Länge und Richtung bezüglich eines lokalen Koor­ dinatensystems fest vorgegeben wird und dieses Koor­ dinatensystem derart an jeden Punkt (P) der Bearbei­ tungsbahn (B) lokal angepaßt wird, daß eine Koordi­ natenachse des lokalen Koordinatensystems tangential zu diesem Punkt (P) der Bearbeitungsbahn (B) ausge­ richtet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Koordinatenachse des lokalen Koordi­ natensystems längs eines Normalenvektors einer Offset-Ebene ausgerichtet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Bearbeitungsbahn (B) abschnitts­ weise unterschiedliche Rückzugsvektoren (RV) zuge­ ordnet werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor und/oder während der Rückzugsbewegung ergänzende Maßnahmen zur Behebung der Prozeßstörung, z. B. Verändern der Prozeßparame­ ter, wie Bearbeitungsstrom, -frequenz, Spülung durchgeführt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für den Rückzugsvektor (RV) zu­ sätzlich eine feste Rotation der Elektrode bezüglich des lokalen Koordinatensystems bestimmt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungselektro­ de mit jeweils unterschiedlichen Geschwindigkeiten entlang der beiden Rückzugsarten zurück bewegt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Verlaufe der Rück­ zugsbewegung die Geschwindigkeit der Bearbeitungs­ elektrode entlang einer oder beider Rückzugsarten, ggf. auch die Rotationsgeschwindigkeit der Bearbei­ tungselektrode verändert wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungselektro­ de nach Behebung der Prozeßstörung längs der durch­ laufenen Rückzugsbahn (R) zu dem Punkt (P) zurück bewegt wird, an dem die Prozeßstörung erstmals auf­ trat.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Rückzugsbe­ wegung eine oder mehrere der folgenden Rückzugsarten anschließt: Default, Punkt, Fester Vektor.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Anschlußzeitpunkt für die zusätzliche(n) Rückzugsart(en) der Zeitpunkt gewählt wird, zu dem die Bearbeitungselektrode über die gesamte Länge des Rückzugsvektors (RV) bewegt wurde.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bearbeitungsbahn (B) abschnittsweise unterschiedliche Rückzugsarten oder Kombinationen davon zugeordnet werden.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Werkzeugbearbei­ tung erforderlichen Bearbeitungsschritte anhand ei­ nes Steuerprogramms gesteuert werden, wobei Geome­ triedaten und Bearbeitungsparameter getrennt einge­ geben werden, das Steuerprogramm durch Verknüpfung der Geometriedaten mit bestimmten Bearbeitungspara­ metern erstellt wird, und die Rückzugsart den Bear­ beitungsparametern zugeordnet wird.

14. Steuervorrichtung zum Steuern der Rückzugsbewegung einer Bearbeitungselektrode bei einer Erosionsvor­ richtung im Falle einer Prozeßstörung, die zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprü­ che 1 bis 13 ausgelegt ist.