DE2250872B2 - Verfahren und Einrichtung zum elektroerosiven Bearbeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektroerosiven Bearbeiten, wobei als Kriterium für den Spaltzustand die Zeit, die der Impulsverlauf von einem ersten zu einem zweiten Spannungspegel benötigt, benutzt wird, sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein bekanntes Verfahren dieser Art (US-Patentschrift 34 74 216) dient dazu, eine Anzeige über das Verhältnis zwischen »guten« und »schlechtem« Impulsen zu gewinnen, um es so der Bedienungsperson zu ermöglichen, die etwa notwendigen Parameteränderungen vorzunehmen. Bei dem bekannten Verfahren wird als Kriterium der Unterscheidung zwischen den guten und den schlechten Impulsen und damit als Kriterium für den Spaltzustand die Zeitspanne gemessen, die auf der abfallenden Impulsflanke zwischen einem ersten und einem zweiten Spannungspegel verstreicht. Als weiteres Kriterium wird noch durch einfachen JA-NEIN-Ver gleich festgestellt, ob die Scheitelspannung des Impulses zumindest einen vorgegebenen Referenzwert erreicht

Bei anderen bekannten Elektroerosionsmaschinen werden die gemittelte Spaltspannung, der gemittelte Arbeitsstrom oder der Spaltwiderstand als Regelgröße (IST-Wert) erfaßt und mit einem SOLl^-Wert verglichen. Die durch diesen Vergleich erzeugte Differenzspannung wird einem Vorschubantrieb zur Regelung der Breite des Arbeitsspaltes zugeführt Hierbei ergibt sich der große Nachteil, daß die Deformation der Form

^h0 der den Arbeitsspalt überbrückenden Impulse und somit die Tendenz zur Lichtbogenbildung überhaupt nicht oder nicht rechtzeitig erkannt wird. Außerdem müssen diese Vorschubregelanlagen veränderten Erosionsbedingungen angepaßt werden.

f>5 Ein anderes bekanntes Verfahren (»Industrie-Anzeiger«, 93. Jahrgang, Nr. 24, Seiten 499 bis 501) besteht darin, das Verhältnis zwischen guten und schlechten Impulsen zusätzlich zu anderen Einflußgrößen der

elektroerosiven Bearbeitung in einem Prozeßrechner zur Erzielung einer maximalen Abtragsleistung verarbeiten zu lassen.

Außerdem ist es auch schon bekannt, die Zeitdauer der Entladung des Impulses in Abhängigkeit von der gemessenen Zeit der Leerlaufspannung des Impulses, also der Zündverzögerungszeit, zu steuern (DE-OS 21 26 439).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der einleitend angegebenen Gattung und ι ο eine Einrichtung zu seiner Durchführung zu schaffen, mittels derer sich abzeichnende Impulsentartungen sehr frühzeitig erkannt und ausgeregelt werden können.

Diese Aufgabe ist bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der Anstiegsflanke jedes Impulses der Scheitelwert gemessen wird, daß die Zeitdauer zwischen dem Oberschreiten eines ersten Pegelwertes der Impulsspannung auf der Anstiegsflanke und dem Unterschreiten eines zweiten Pegelwertes auf der Abstiegsflanke gemessen wird, und daß aus diesen beiden Meßergebnissen eine statistische Aussage gewonnen wird, und diese zur trendabhängigen Führung des Vorschubs der Werkzeugelektrode verwendet wird.

Vorteilhafte Ausführungsform dieses Verfahrens sowie Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 7.

In der Zeichnung ist das Verfahren nach der Erfindung anhand von Diagrammen und Blockschaltbildern einer Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens schematisch vereinfacht veranschaulicht Es zeigen

Fig. la und Ib die Entartung rechteckiger Spannungsimpulse bei großer und kleiner Entladungsenergie,

Fig.2 verschiedene Formen von beispielshalber herausgegriffenen Einzelimpulsen,

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer Einrichtung nach der Erfindung,

F i g. 4 ein Blockschaltbild eines Teils der Einrichtung nach F ig. 3 und "o

F i g. 5 ein Flußdiagramm der in F i g. 4 wiedergegebenen Schaltungsanordnung.

In der Fig. la sind verschiedene Formen von Impulsen dargestellt. Auf der Ordinate ist die Spannung U und auf der Abszisse die Zeit eingetragen. Der erste Impuls von links besitzt eine Scheitelspannung mit dem Pegel Uo. Bei dieser normalen Form des Impulses vergeht eine gewisse Verzugszeit zwischen der Anstiegsflanke der Zündspannung und dem Durchschlag, bei dem die Spannung U des Impulses auf die so normale Brennspannung U_B absinkt Der zweite Impuls zeigt, daß infolge von Änderungen der physikalischen Verhältnisse im Arbeitsspalt der Durchschlag bereits bei einer viel kleineren Zündspannung erfolgt Beim dritten Impuls hat sich der physikalische Zustand im Arbeitsspalt wieder in Richtung Normalisierung geändert, so daß dieser Impuls bei der eingestellten Zündspannung U₀ durchschlägt, jedoch mit einer Verzugszeit zwischen der Anstiegsflanke der Zündspannung Und dem Durchschlag, die kleiner ist als beim ersten Impuls. Der vierte Impuls, der mit A bezeichnet ist, zeigt, daß der Durchschlag zwischen den beiden Elektroden bei einer etwas kleineren als der festeingestellten Zündspannung lh erfolgt. Aus den daran sich anschließenden Impulsen ist eindeutig die Tendenz zur Lichtbogenbildung (B) zu entnehmen. Das Charakteristikum dieses Lichtbogens ist die gegenüber der normalen kleinere Brennspannung. Die in F i g. la gezeigte Änderung der Impulsform und insbesondere die Tendenz zur Entartung der Impulsform in Richtung Lichtbogenbildung konnte bisher von keiner Regelanlage und auch von keiner Bedienungsperson erfaßt werden. Erst wenn der Lichtbogen sich im Arbeitsspalt zwischen den beiden Elektroden gebildet hat, erfolgt die erste Reaktion der bekannten Regeleinrichtungen. Dies ist in der F i g. 1 a dadurch angedeutet, daß die Deformation der Form der Impulse einige Impulse später behoben ist und die Impulse wieder ihre normale Form annehmen. Die in Fig. la gezeigten Formänderungen der Impulse können in Wirklichkeit langsamer, d. h. über eine große Anzahl dazwischenliegender Impulse, erfolgen. Die in der Fig. la gezeigten Impulse sind Arbeitsimpulse mit großer Entladungsenergie, welche für die Grobbearbeitung verwendet werden.

In Fig. Ib sind Impulse mit verschiedener Form gezeichnet (Spannung U = Ordinate), die eine geringe Entladungsenergie aufweisen und für das Feinerodieren bzw. Feirsterodieren verwendet werden. Der erste Impuls links erreicht die Zündspar xing Uo, und nach einer gewissen Verzugszeit erfoigt άτ Durchschlag zwischen den beiden Elektroden, so daß die Spannung des Impulses auf seine normale Brennspannung Ub absinkt Beim Feinerodieren bzw. Feinsterodieren ist der Arbeitsspalt viel kleiner eingestellt als beim Groberodieren. Wenn sich beim Feinerodieren bzw. Feinsterodieren gemäß den Impulsen der Fig. Ib der Arbeitsspalt noch weiter verkleinert, ergeben sich die Formen der weiteren gezeichneten Impulse. Beim zweiten, dritten und vierten Impuls (der vierte Impuls hat die Fläche A) sieht man die Tendenz, daß die Verzugszeit, die zwischen der Anstiegsflanke der Zündspannung Uo und dem Durchschlag liegt, kleiner wird und die Zündspannung sich nicht ändert Die Verzugszeit verkleinert sich jedoch nur bis zu einem bestimmten Wert der z. B. gleich der Decklänge des Impulses A ist Wenn der an und für sich schon kleine Arbeitsspalt noch mehr verkleinert wird, et gibt Lieh das Phänomen, daß die Zündspannung des Impulses plötzlich absinkt und die Verzugszeit in der gleichen Weise zunimmt Dies ist besonders deutlich an dem fünften Impuls von links zu sehen. Die Tendenz zur Entartung der Form der Impulse, welche bereits vom zweiten gezeichneten Impuls vorhanden ist, führt zu einem Zustand entsprechend der Impulsform B. In einem solchen Zustand hat der Erosionsvorgang bereits aufgehört Der Arbeitsspalt wirkt in diesem Fall nur noch als niederohmiger Widerstand. Die bekannten Regeleinrichtungen können die Tendenz zur Entartung und zur Deformation der Impulse nicht erfassen. Erst wenn der Zustand »B« im Arbeitsspalt erreicht ist und die Erosion bereits aufgehört hat, beginnen die bekennten Regeleinrichtungen nach einer gewissen Regelzeit die beiden Elektroden auseinander zu bewegen. Erst hiernach können sich wieder Impulse ausbilden, wie sie in Fig. Ib rechts vom Zustand »B« gezeichnet ist In Wirklichkeit können wesentlich mehr Impulse zwischen den verschiedenen Zuständen liegen als es in der F i g. 10 gezeichnet ist

Die bekannten Regeleinrichtungen für die Vorschubregelung bei Erosionsmaschinen kennen deti Unterschied der Entartung der Impulsformen beim Groberodieren, beim Feinerodieren oder beim Feinsterodieren nicht Daher arbeiten sie für sämtliche Erodierarten gleich schlecht Daher mußten besondere Einrichtungen vorgesehen werden, die entweder nur auf die Lichtbogenbildung beim Groberodieren ansprechen oder nur

auf die Leitfähigkeitsmessung reagieren, wenn beim Feinerod'.eren oder Feinsterodieren der Arbeitsspalt den Zustand eines niederohmigen Widerstandes hat. Durch diese zusätzlichen Einrichtungen wächst der Umfang solcher Regelanlagen beträchtlich. Trotz dieser großen Regelanlagen kann die Tendenz zur Entartung nicht erfaßt werden,

In der F i g. 2 ist das Erfindungsprinzip gezeigt, mit dessen Hilfe die Entartungstendenz der Impulse sowohl beim Grob- als auch beim Fein- und Feinsterodieren erkannt wird. Aus Gründen der besseren Übersicht sind in der Fig.2 nur drei Impulse gezeichnet. Auf der Ordinate ist die Spannung U gezeichnet und auf der Abszisse ist die Zeit /dargestellt. Der Impuls 100 soll ein normaler Impuls sein, dessen Anstiegsflanke 111 bis auf die Scheitelspannung U\ ansteigt. Nach der Zeit 71 erfolgt der Durchbruch des Impulses 100. Die Abstiegsflanke 112 ist ein Teil des Durchbruchs auf die normale Brennspannung üb. Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren wird die Scheitelspannung U\ des Impulses 100 in der Einrichtung der Fig.3 erfaßt und zusätzlich die Zeit T\ gemessen, welche zwischen einem ersten Schwellwert /der Anstiegsflanke 111 und einem zweiten Schwellwert k der Abstiegsflanke 112 vergeht. Bei dem Rechteckimpuls 100 der Fi g. 2 fällt die Zeit T₁, welche zwischen den Schwellwerten / und Jt liegt, mit der Dauer der Scheitelspannung U\ zusammen. Bei anderen Impulsformen, wie z. B. trapezförmigen, dreieckförmigen oder sinusförmigen Impulsen, ist dies nicht der Fall. Die Impulsform 200 zeigt die Tendenz zur Entartung beim Groberodieren, wie sie im Zusammenhang mit Fig. la ausführlich beschrieben worden ist. Beim vorgeschlagenen Verfahren wird eine solche Entartungstendenz sofort festgestellt. Beim Impuls 200 fallen die Anstiegsflanke 211 und ein Teil der Abstiegsflanke 212 zeitlich zusammen, da dieser Impuls bei einer geringeren Zündspannung Lh den Arbeitsspalt überbrückt. Die gemessene Zeit T2 ist in diesem Fall gleich Null. Wie später noch näher ausgeführt werden wird, gibt die Regeleinrichtung sofort ein entsprechendes Steuersignal auf den Vorschubantrieb, so daß wieder normale Zustände im Arbeitsspalt herrschen. Der Impuls 300 zeigt die Tendenz der Entartung der Impulsform beim Fein- bzw. Feinsterodieren, wie sie schon im Zusammenhang mit Fig. Ib näher beschrieben wurde. In einem solchen Fall wird genau wie vorher beim Groberodieren die Scheitelspannung L/3 gemessen. Die Zeit, die zwischen den Schwellwerten / und k vergeht und in diesem Beispiel mit Tz bezeichnet wird, ist gleich Null. Dies ergibt sich aus dem Umstand, daß der erste Schwellwe.-t /von der Anstiegsflanke 311 nicht mehr erreicht wird. Der zweite Schwellwert k befindet sich zwar auf der Abstiegsflanke 312, hat aber keine Wirkung auf die in der Fig.3 näher beschriebene Einrichtung zum Regeln des Vorschubantriebs. Zusammenfassend zur F i g. 2 wird noch darauf hingewiesen, daß der Pegel des ersten Schwellwertes / für die Empfindlichkeit der Regelanlage von Bedeutung ist Wenn der Schwellwert / für rechteckige Impulse 100 gemäß F i g. 2 auf der Anstiegsflanke 111 so positioniert wird, wie es gezeichnet ist dann ergibt sich eine größere Empfindlichkeit der Regelanlage auf die Tendenzen zur Entartung bzw. Deformation bei den verschiedenen Betriebsarten wie Groberodieren (Fig. la) und Feinbzw. Feinsterodieren (F i g. Ib).

Im folgenden wird die gesamte Regelanlage, die in Blockdarstellung in F i g. 3 gezeichnet ist im einzelnen diskutiert An den beiden Elektroden 1 und 2, zwischen denen sich der Arbeitsspalt 103 befindet, ist ein Pegeldetektor 3 angeschlossen. Im Blockschaltbild der F i g. 3 ist die einpolige Darstellung sämtlicher Verbindungszüge bevorzugt Daher ist nur die Verbindung zwischen der einen Elektrode 1 und dem Pegeldetektor 3 gezeichnet Wenn nun die nicht gezeichneten elektronischen Leistungsschalter eines Impulsgenerators über die Leitung 101 an die beiden Elektroden 1 und 2 die Impulse anlegen, so erscheinen die Impulsformen, wie sie z. B. in den Fig. la, Ib und 2 gezeigt sind, am Arbeitsspalt 103. Es sei nun angenommen, daß der Arbeitsspalt 103 eine korrekte Breite aufweist. In diesem Fall erscheint der Impuls 100 der Fig.2 am Arbeitsspalt 103. Die Anstiegsflanke 111 des Impulses 100 wird im Pegeldetektor 3 mittels Schwellwerten m abgetastet. Der Pegeldetektor 3 enthält eine bestimmte Anzahl M von Detektorkreisen zur Erfassung der Schwellwerte. In der Fig. 2 sind wegen der Übersichtlichkeit nur die drei Schweiiwerte m—\,m und /n + i gezeichnet. Der Pegeldetektor 3 gibt bei Überschreiten eines jeden Schwellwertes m ein bestimmtes Signal über M Verbindungsleitungen 31 auf den Speicher 4. Diese Signale, welche den einzelnen Schwellwerten entsprechen, werden im Speicher 4 zeitweilig gespeichert.

Wenn nun gemäß F i g. 2 der bestimmte Schwellwert /' welcher der Anstiegsflanke 110 zugeordnet ist, überschritten wird, gibt der Pegeldetektor 3 das entsprechende SiJ₅HdI ebenfalls auf den Speicher 4, welcher in diesem Fall über die Leitung 41 ein Signal auf die Logik 61 der Torschaltung 6 gibt und über die Koinzidenzschaltung 62 der gleichen Logik mittels der ODER-Schaltung 52 der Verriegelungsschaitung 5 den Zähler 7 an den Zeittaktgeber 14 über die Leitung 141 anschaltet. Der Zähler 7 wird nun so lange mit den Zeittaktgeber impulsen gefüllt, bis der nächste ausgewählte Schwell wert k, welcher gemäß Fig.2 dem oberen Teil der Abstiegsflanke 112 des Impulses 100 zugeordnet ist, vom Pegeldetektor 3 erfaßt wird und ein entsprechendes Signal auf den Speicher 7 gibt welcher über die Leitung 42 und in gleicher Weise wie vorhin schon beschrieben über die Torschaltung 6 und Verriegelungsschaltung 5 den Zähler 7 vom Zeittaktgeber 14 abschaltet. In diesem Zustand wird der Inhalt des Speichers 4, welcher binär die Anzahl M der Schwellwerte m gespeichert hat, über die Verriegelungsschaltung 5, welche aus der Koinzidenzschaltung 51 und der schon genannten ODER-Schaltung 52 besteht auf den Zähler 7 gegeben und dort mit der gespeicherten Zeit die zwischen den Schwellwerten j

und k gezählt wurde, addiert In diesem Stadium befindet sich im Speicher 7 die aus der Zeit und aus oer Anzahl M der Schwellwerte kombinierte Regelgröße. Durch den Übertrag des Inhalts des Speichers 4 auf den Zähler 7 erfolgt die Ansteuerung der logischen Steuerschaltung 9 über die Leitung 91. Die logische Steuerschaltung 9 tritt jedoch erst dann in Tätigkeit, wenn der Impuls 100 im Arbeitsspalt 103 beendet ist Dies geschieht über die Verbindungsleitung 102 zwischen den nicht gezeigten Leistungsschaltern des Impulsgenerators und dem Zähler 11. Das Signal fiber das Impulsende wird über Leitung 92 auf die logische Steuerschaltung 9 gegeben. Diese logische Steuerschaltung veranlaßt über Leitung 93, daß der Zeittaktgeber 14 von dem Zähler 11 freigeschaltet und fiber Leitung 142 auf den Zähler 13 für die Zählung der Impulspause geschaltet wird. Wenn der Zähler 13 die durch die Handeingabe 131 voreingestellte Pause als beendet festgestellt hat gibt er über die Leitung 132 den nicht

gezeigten Leistungsschaltern des Impulsgenerators den Befehl, wieder mit einem neuen Impuls über die Leitung 101 zu beginnen. In diesem Fall würde die Steuerschaltung 9 ebenfalls über Leitung 93 den Zeittaktgeber 14 von dem Zähler 13 freischalten und über Leitung 143 auf den Zähler Il für die Impulsdauer umschalten. Da der Zeittaktgeber 14 sowohl für die Impulsdauer als auch für die Impulspause der Arbeitsimpulse verantwortlich ist und gleichzeitig die Zeit zwischen den Schwellwerten / und k der Impulse 100 zählt, ist eine Zwangssynchronisation zwischen all den Werten gegeben, μ daß die gesamte Schaltung sich vereinfacht. Für die folgende Erklärung sei angenommen, daß die logische Steuerschallung 9 sich in dem Zustand befindet, daß der Impuls 100 im Arbeitsspalt 103 beendet ist und daß der Zeittaktgeber 14 über die Leitung 142 auf den Zähler 13 für die Zählung der Impulspause geschaltet ist. In diesem Zustand gibt die logische Steuerschaltung 9 über

ίο die Information über die Höhe der Scheitelspannung L/j. Da diese Scheitelspannung U₂ unterhalb des Schwellwertes / liegt, wird im Speicher 4 der diesem Schwellwert / zugeordnete Speicherplatz nicht belegt, so daß eine Beeinflussung der Torschaltung 6 über die Leitung 41 zum Starten des Zählers 7 nicht erfolgt. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt dies: Im Fall des Impulses 200 erfolgt keine Zählung der Zeit zwischen den beiden Schwellwerten / und k. Wenn nun auf der Abstiegsflanke 212 der Schwellwert k unterschritten wird, so wird über die Leitung 42 die Koinzidenzschaltung 51 der Verriegelungsschaltung 5 geöffnet, so daß der Inhalt des Speichers 4 über die Verriegelungsschaltung 5 auf den Zähler 7 gegeben wird. Im Zähler 7 sind nun die Schwellwerte m der Anstiegsflanke 211 gespeichert. Nach dieser Übertragung des Inhalts vom Speicher 4 auf den Zähler 7 erhält die logische Steuerschaltung 9 über die Leitung 91 ein Vorberei-

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schaltung 12. Durch dieses Ausgabesignal, welches über Leitung 121 auf den Zwischenspeicher bzw. Pufferspeicher 10 gegeben wird, ist gewährleistet, daß der kombinierte Inhalt des Zählers 7, welcher die Regelgröße darstellt, in diesem Zwischenspeicher 10 eingespeichert wird. In diesem Zustand gibt die logische Steuerschaltung 9 über die Leitungen % ein Löschsignal auf den Speicher 4 und auf den Zähler 7. Hierdurch werden der Speicher 4 und der Zähler 7 mittels des weiteren, schnellen Zeittaktgebers 8 über die Leitungen 81,82 auf Null zurückgesetzt, so daß der Speicher 4 und der Zär.ier 7 für den nächsten Impuls im Arbeitsspalt 103 empfangsbereit sind. Nun ruft die Regelvorrichtung 15 die im Zwischenspeicher 10 gespeicherte Regelgröße ab und verarbeitet sie in einer im Zusammenhang mit der Fig. 4 noch näher zu beschreibenden Weise. Über die Leitung 161 gibt die Regelvorrichtung entsprechende Signale auf den Regelatitrieb 16. welcher z. B. ein Vorschubmotor für die als Werkzeug ausgebildete Elektrode 1 sein kann. Bisher wurde von einem ordnungsgemäßen Impuls 100 (siehe Fig. 2) am Arbeitsspalt 103 ausgegangen.

Wenn nun infolge von unkontrollierbaren Änderungen der physikalischen Zustände im Arbeitsspalt 103. wie z. B. andere Spülverhältnisse infolge von veränderter Oherflächengröße der Elektroden ! und 2 oder '5 ungewolltes Ansammeln von Erosionsprodukten oder Bildung von Gasblasen innerhalb des dielektrischen Mediums usw.. die von den nicht gezeichneten Leistungsschaltern des Inipulsgenerators über die Leitung 101 gegebenen Arbeitsimpulse für das Grob- 5n erodieren die Tendenz zur Entartung ihrer Form haben (Impuls 200 in Fig. 2), erfaßt der Pegeldetektor 3, die Anstiegsflanke 211 des Impulses 200 und gibt pro Schwellwert »m« ein Signal über Leitungen 31 auf den Speicher 4. Die Anstiegsflanke 211 des Impulses 200 ist mit den Schwellwerten m-\ m. m+\ bezeichnet. Selbstverständlich ist die Anstiegsflanke 211 in der Praxis in wesentlich mehr Schwellwerte M unterteilt. Je dichter die einzelnen Schwellwerte beieinander liegen, desto genauer ist die Erfassung der Anstiegsflanke 211 und besonders der Scheitelspannung U₂. Es sei nun für den Impuls 200 angenommen, daß seine Scheitelspannung U₂ etwas oberhalb des Schwellwertes m+1 liegt. Der nächsthöhere Schwell wert m+2 wird von dem entsprechenden Stromkreis im Pegeldetektor 3 nicht 65 — mehr erfaßt Daher ist der Speicherplatz, der im Speicher 4 dem Schwellwert /n+1 zugeordnet ist. auch der letzte geladene Platz. Der Speicher 4 enthält somit

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Inhalt des Zählers 11, welcher für die Impulsdauer des Arbeitsimpulses am Arbeitsspalt 103 verantwortlich ist, das Impulsende über die Leitung 92 der logischen Steuerschaltung 9 mitgeteilt hat. Über die Leitung 95 wird die Koinzidenzschaltung 12 angeregt, so daß der Inhalt des Speichers 7 in den Zwischenspeicher 10 eingespeichert wird. Dieser Inhalt wird auf die Regelvorrichtung 15 über die Leitung 152 gegeben, wenn die Regelvorrichtung über Leitung 151 der Koinzidenzschaltung die Information gegeben hat. daß sie die neue Regelgröße zur Voraussage des Regelfehlers benötigt. Die Voraussage der Änderung des Regelfehlers wird bekanntlich über Leitung 161 auf den Vorschubmotor 16 gegeben, welcher entsprechend dem Signal die Elektrode entweder in die eine oder in die andere Richtung verstellt bzw. sie abbremst. Dies wird später im Zusammenhang mit F i g. 4 näher beschrieben. Wenn nun der Inhalt des Zählers 7 im Zwischenspeicher 10 eingespeichert ist, veranlaßt die logische Steuerschaltung 9 über Leitungen 96 das Zurückstellen des Speichers 4 und des Zählers 7 auf Null. Hierdurch sind der Speicher 4 und der Zähler 7 für den nächsten Impuls im Arbeitsspalt 103 aufnahmebereit. Wenn nun Speicher 4 und Zähler 7 auf Null gesetzt sind, schaltet die logische Steuerschaltung 9 über Leitung 93 den Zeittaktgeber 14 vom Zähler 11, der für die Dauer der Arbeitsimpuise verantwortlich ist, auf den Zähler 13 um, der für die Pause der Impulse verantwortlich ist. Dies ist durch die Leitungen 142 und 143 angedeutet. Der Zähler 13. der durch die Handeingabe 131 auf eine bestimmte Pause eingestellt ist. gibt über die Leitung 132 den Befehl auf die Leistungsschalter des Impulsgenerators, die bei Ende der Pause wieder eingeschaltet werden, so daß der nächste Impuls am Arbeitsspalt 103 erscheinen kann.

Bisher wurde die IST-Wert-Erfassung anhand der Impulse 100 und 200 der F i g. 2 erklärt. Im folgenden wird nun als drittes Beispiel die IST-Wert-Erfassung des Impulses 300 kurz diskutiert, der die Tendenz zur Entartung beim Feinerodieren oder beim Feinsterodieren erkennen läßt. Bei diesen Bearbeitungsarten ist die Tendenz zur Entartung bei folgenden Bedingungen gegeben:

— Unkontrollierte Änderungen in den Spülverhältnissen des dielektrischen Mediums,
zu hohe elektrische Feldstärken infolge der beim Fein- und Feinsterodieren sich bildenden Grafitschichten auf den Oberflächen der Elektroden 1 und 2.

Diese Erscheinung ist allgemein bekannt. Der Impuls 300 zeigt die Tendenz besonders deutlich. Bei kleiner werdendem Arbeitsspalt sinkt die Scheitelspannung LO (Fig. Ib) auf den Wert LZj(F ig. 2). Ferner steigt die Zeit an zwischen der Anstiegsflanke 311 und dem oberen Teil der Abstiegsflanke 312. Bei dem Impuls 300 erfolgt noch ein Durchschlag. Dieser Impuls zeigt jedoch die Tendenz, daß kein Durchschlag mehr möglich sein und der Erosionsvorgang aufhören wird, was bei dem Impuls »B« in Fig. Ib der Fall ist. Die Anstiegsflanke 311 des Impulses 300 wird in der Anordnung der F i g. i entsprechend den /;; .Schwellwerten im Speicher 4 gespeichert. Eine Zählung der Zeit zwischen einem Schwellwert / und einem Schwellwert k erfolgt in diesem Fall nicht, da der Schwellwert /von dem Impuls 300 nicht erreicht wird. Es ist jedoch ohne weiteres denkbar, daß der Schwellwert / im Pegeldetektor 3 so tief gesetzt wird, daß die Anstiegsflanke 311 diesen Wert überschreitet. Die IST-Wert-Erfassung des Impulses 300 der Fig. 2 erfolgt in gleicher Weise, wie schon im Zusammenhang mit den Impulsen 100 und 200 besprochen. Ls sei der Vollständigkeit halber noch erwähnt, daß die Regelgröße des Impulses 300 der Fig. 2 im Pufferspeicher 10 der Fig. 3 gespeichert ist und in die Regelvorrichtung 15 eingegeben wird, sobald der Befehl hierzu über die Leitung 151 auf die Koinzidenzschaltung 121 gegeben ist.

Im folgenden wird die Regelvorrichtung 15 anhand der F i g. 4 und 5 näher beschrieben.

Wenn im Arbeitsspalt 103 der Fig. 3 eine Folge von normalen Impulsen 100 vorhanden ist, so beschränkt sich die Wirkung der Regelvorrichtung 15 darauf, daß der Arbeitsspalt 103 in seiner vorgeschriebenen SOLL-Breite trotz fortschreitender Erosion bestehen bleibt.

Im folgenden wird angenommen, daß der Arbeitsspalt 103 eine Breite für die Groberosion aufweist und daß nach einer gewissen Zeit eine Tendenz zur Entartung der Impulse im Arbeitsspalt 103 auftritt (Fig. la. Impuls 200 in Fig. 2). Die Erfassung eines solchen Impulses ist bereits anhand der F i g. 2 und 3 beschrieben worden. Es wird nun davon ausgegangen, daß die Regelgröße im Pufferspeicher 10 (Fig. 3 und 4) temporär gespeichert ist. Die Mittelungs-Vorrichtung 17 fordert die Information über die Regelgröße des Impulses 200 aus dem Zwischenspeicher 10 über die Leitungen 151 und 121 an. Die Regelgrößen eines jeden impulses der in Fig. la gezeigten Folge wird über Leitung 152 in die Mittelungs-Vorrichtung 17 eingegeben. Zum Beispiel werden die Regelgrößen von vier bis fünf zeitlich aufeinanderfolgenden Impulsen addiert. Aus diesen Werten wird der Mittelwert der vier oder fünf Impulse gebildet. Wie später noch näher beschrieben, wird aus diesem Mittelwert die Tendenz zur Lichtbogenbildung (Fig. la) festgestellt und zur Regelung verwendet. Der an die Mittelungs-Vorrichtung 17 angeschlossene Zähler 18 bestimmt die Anzahl der Impulse, deren Regelgröße addiert werden soll. Bei jeder Eingabe der Regelgröße eines Impulses aus dem Pufferspeicher 10 verändert der /V-stellige Zähler 18 seinen Inhalt um eins. Wenn der voreingestellte Wert erreicht ist, gibt dieser A/-stellige Zähler 18 über die Leitungen 181 ein Signal auf ein Λ/stelliges Schieberegister 19. Das Schieberegister 19 gibt über Leitung 191 ein Signal auf die Mittelungs-Vorrichtung 17 zur Beendigung des AiMiticmsvorgangs der Regelgrößen und zur Verschiebung des Inhalts der Mitteluiijis Vorrichtung 17 um N Speicherplätze. Durch diese Verschiebung erfolpt die Bildung des Mittelwertes aus den Regelgrößen der /. B. fünf aufeinanderfolgenden Impulse der Fig. la. Der gebildete Mittelwert wird über die Leitung 171 auf einen der Eingänge de« Additions- und Subtraktionsgliedes 21 gegeben. Das Additions- und Subtraktionsglied 21 bildet die Differenz zwischen dem Mittelwert und dem SOLL-Wert, welcher vom SOLL-Wertgeber 23 über Leitung 231 eingegeben wird. Ferner wird der in der Vorrichtung 17 gebildete Mittelwert über die Leitung

ίο 172 auf das Differenzglied 20 gegeben. Das Differenzglied 20 bildet die Differenz zwischen dem jetzt gebildeten Mittelwert und dem Mittelwert aus den /eillich vorhergehenden fünf Impulsen, der im Speicher 201 gespeichert ist. Es wird dabei angenommen, daß ein

ij vorhergehender Mittelwert bereits gebildet worden und im Speicher 201 gespeichert ist. Diese Differenz zwischen den beiden zeitlich aufeinanderfolgenden Mittelwerten wird über die Leitung 202 auf den zweiten der drei Eingänge des Additions- und Subtraktionsglie-

JO des 21 gegeben. Ferner wird eine dritte Größe auf den dritten Eingang dieses Gliedes 21 gegeben. Diese dritte Größe wird aus den räumlichen Positionen der z. B. als Werkzeug ausgebildeten Elektrode 1 gebildet. Jedesmal, wenn in der Vorrichtung 17 ein Mittelwert gebildet ist

.η und dieser Mittelwert über die Leitungen 171 und 172 zu den entsprechenden Einrichtungen gelangt, wird in dem weiteren Differenzglied 22 über die Leitung 222 die räumliche Position der Elektrode 1 eingegeben und mit derjenigen räumlichen Position der Elektrode vergli-

JD chen, welche bei der zeitlich vorhergegangenen Mittelwertbildung der Regelgröße im Speicher 221 gespeichert ist. Die Differenz zwischen den beiden zeitlich nahegelegenen Positionswerten gelangt über die Leitung 223 auf den dritten der Eingänge des

Jj Additions- und Subtraktionsgliedes 21. Zusammenfassend kann also gesagt werden, daß jeder Mittelwertbildung eine Differenzbildung der beiden zeitlich nahegelegenen Mittelwerte und eine Differenzbildung der zeitlich nahegelegenen Positionswerte der Elektrode

4» zugeordnet ist. Die Synchronisationseinrichtung 25 sorgt dafür, daß diese Vorgänge synchron zueinander ablaufen. Erst wenn die Eingänge des Gliedes 21 belegt sind, erfolgt die Vorhersage der Regelgröße im Glied 21. Diese Vorhersage wird anhand der folgenden Glei-

r, chung gebildet:

s — e + k,. ■ Λ e + k,, · J,
In dieser Gleichung bedeuten:

s die Vorhersage des Regelfehlers,

e den Regelfehler,

k eine Bewertungskonstante für den Regelfehler und

die Positionsänderung der Elektrode,
Je die Differenz zwischen zwei Mittelwerten der

Regelgröße,
" Jv die Differenz zwischen zwei Elektrodtnpositionen.

Diese Gleichung wird im Additions- und Subtraktionsglied 21 berechnet. Diese Funktion ergibt einen bestimmten Zustand im Glied 21. Dieser Zustand wird

w) über die Leitung 211 dem zweistelligen Speicher 24 mitgeteilt, welcher seinerseits den Vorschubmotor 16 in der Weise steuert, daß der Regelfehler 5 auf Null zurückgeführt wird.

E)ies wird im folgenden anhand der beiden Beispiele

hi des Groberodierens und des Fein- und Feinsterodierens naher crhiiiicrt: Durch die Vorhersage des Regelfehlers s im Addition^- und .Subtraktionsglied 21 wird die f enden/ tier Deformation der Formen der einzelnen in

Il

der Fig. la gezeigten Impulse zur Lichtbogenbildung frühzeitig genug festgestellt. Wenn der durch den SOLL-Wertgeber 23 in das Additions- und Subtraktionsglied 21 eingegebene SOLL-Wert größer ist als die vorausgesagte Regelgröße s, wird der Vorschr-bmotor 16 so gesteuert, daß die beiden Elektroden 1 und 2 mit voller Kraft voneinander beschleunigt werden. Hierdurch wird der Arbeitsspalt 103 vergrößert, so daß der Lichtbogen nicht auftreten kann. Die Regelanlage verhütet während des Erosionsvorgangs, während dessen die Elektroden 1, 2 auf konstante Breite des Arbeitsspaltes 103 geregelt werden, das Aul treten eines Lichtbogens durch schnelle Vergrößerung des Arbeitsspaltes. Die Regelanlage verhütet auch eine Lichtbogenbildung bei Beginn des Erosionsvorgangs, wenn die ι *> beiden Elektroden 1,2 einen zu kleinen Arbeitsspalt 103 bilden. Wenn in diesem Fall stillstehender Elektroden I, 2 die Impulse auf den Arbeitsspalt 103 gegeben werden, ergibt sich eine Tendenz zur Lichtbogenbildung. Der Vorschubmotcr 16 wird so gesteuert, daß die stillstehenden Elektra'sn mit voller Kraft voneinander bewegt werden. Die Tendenz zur Lichtbogenisildung ist dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Geber 23 in das Additions- und Subtraktionsglied 21 eingegebenen SOLL-Werte größer sind als die vorausgesagte Regelgröße s. Wenn nun infolge des Auseinanderbewegens der Elektroden 1 und 2 die vorausbestimmte Regelgröße größer wird als der SOLL-Wert, dann steuert der Speicher 24 den Vorschubmotor 16 in der Weise, daß die beiden Elektroden I, 2 mit voller Kraft ω gebremst werden.

Aus der bisherigen Diskussion ergibt sich, daß die Regelanlage nicht einzelne Zustände sporadisch im Arbeitsspalt 103 erfaßt, sondern über den gesamten Verlauf orientiert ist und entsprechend der Vorge- i^r> schichte die Steuerung des Vorschubmotors 16 vornimmt. Bisher wurde die Tendenz zur Entartung der Arbeitsimpulse beim Groberodieren beschrieben.

Im folgenden wird die Entartung der Impulse beim Feinerodieren bzw. beim Feinsterodieren beschrieben. Eine solche Impulsfolge ist in der Fig. Ib gezeichnet. Hierbei ergibt sich häufig die Tendenz, daß der Erosionsvorgang plötzlich aufhört und der Arbeitsspalt 103 die Eigenschaft eines niederohmigen Widerstandes hat. Die Form der Impulse zeigt schon lange Zeit bevor ^ dieses Ereignis eintritt, die Tendenz hierzu. Die Regeianiage bestimmt unter Berücksichtigung der Vorgeschichte die Tendenz durch die Vorausbestimmte Regelgröße 5 aus dem Additions- und Subtraktionsglied 21 in optimaler Weise. Als Beispiel wird nun der Impuls ^w 300 der Fig. 2 genommen. Dieser Impuls wird gemäß Fig. 3 erfaßt und in die Regelvorrichtung 15 gegeben. Dort wird der Impuls in gleicher Weise wie im Zusammenhang mit «ier Fig.4 diskutiert in der Vorrichtung 17 gemittelt und mit den anderen Werten " verarbeitet, so daß das Additions- und Subtraktionsglied 21 einen Zustand annimmt, welcher der vorausbestimmten Regelgröße 5 entspricht. Bei der in der Fig. Ib gezeigten Tendenz ergibt sich im Glied 21 der F i g. 4 ein Zustand, der einer größeren Regelgröße als dem <>n SOLL-Wert des Gebers 23 entspricht. In diesem Fall werden die Elektroden I und 2 mit voller Kraft zurückgezogen, so daß der Arbeitsspalt 103 nicht den Zustand eines niederohmigen Widerstandes annehmen kann und der Erosionsvorgang nicht gestoppt wird. Sobald beim Zurückziehen der Elektroden 1 und 2 die vorauibestimmte Regelgröße im Glied 21 der Fig.4 größer ist als der SOLL-Wert aus dem Geber 23, wird die Bewegung der Elektroden voneinander durch den Vorschubmotor 16 sofort gebremst. Wenn z. B. die vorausbestimmte Regelgröße des Gliedes 21 größer ist als der SOLL-Wert aus dem Geber 23 und wenn die Elektroden 1, 2. z.B. vor einem Erosionsvorgang, stillstehen, dann werden diese Elektroden mit voller Kraft zueinander bewegt. Oder wenn während des Erosionsvorgangs die Elektroden sich zueinander bewegen und wenn die vorausbestimmte Regelgröße größer ist als der SOLL-Wert, dann werden d^:e Elektroden 1, 2 ebenfalls mit voller Kraft zueinander bewegt. Das gleiche gilt auch für das Bremsen der Elektroden.

Im wesentlichen richtet sich die Steuerung des Vorschubmotors 16 danach, ob die vorausbestimmte Regelgröße größer oder kleiner als der SOLL-Wert ist.

In der F i g. 5 ist die Funktionsweise der Regelvorrichtung 15, welche im wesentlichen aus der Mittelungs-Vorrichtung 17 und dem Additions- und Subtraktionsglied 21 besteht, als Schaubild gezeigt. Die dort gegebene Übersicht wurde bereits im Zusammenhang mit der Fig. 4 näher erklärt und diskutiert. Das in der Fig.5 erwähnte Tiefen-Endmaß ist dasjenige Maß. welches anzeigt, wie weit die Werkzeugelektrode in die Werkstückelektrode einerodieren darf. Das Tiefen-Endmaß wird vor Beginn des Erodierungsvorgangs eingestellt. Wenn das Tiefen-Endmaß erreicht ist. wird die gesamte Regelanlage außer Betrieb gesetzt.

Die Regelanlage ist vorstehend in Anwendung zur Vorschubregelung eines Elektrodenpaares beschrieben worden. Die Regelanlage wird auch benutzt zur Vorschubregelung von mehreren Elektroden bzw Teilelektroden. Wenn eine Elektrode jus mehreren Teilelektroden besteht, so ist jede Teilelekirode an den Pegeldetektor 3 angeschlossen. Für jede Teilelekirode erfolgt die Erfassung der Scheitelspannung eines jeden Impulses. Nur bei derjenigen Teilelektrode, we.'-he die geringste Scheitelspannung von allen Teilelew.roden aufweist, erfolßt eine zusätzliche Messung der /en zwischen den zwei beschriebenen SchwelKverien /und k eines jeden Impulses. Diese Teilelekirode dient als Führung zum Regeln sämtlicher reildckiroden. In gleicher Weise wird bei Vorhandensem von mehreren Elektroden eine einzige Elektrode zum Regeln fur sämtliche anderen Elektroden benutzt. Dies ist besonders von Vorteil bei der Massenherstellung, wenn z. B. an zehn und mehr Elektroerosionsmaschinen die gleichen Werkstücke mit den gleichen Elektroden erodiert werden sollen. In diesem Fall wird der Vorschub für sämtliche an der Massenherstellung beteiligten Elektroden von einer Regelanl.ige gesteuert. Diejenige Elektrode, welche die geringste .Scheitelspannung aufweist, bildet, wie bereits beschrieben, für sämtliche anderen Elektroden die Regelgröße und dient somit als Führung für die gesamte Vorschubsteuerung.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum elektroerosiven Bearbeiten, wobei als Kriterium für den Spaltzustand die Zeit, die der Impulsverlauf von einem ersten zu einem zweiten Spannungspegel benötigt, benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß an der Anstiegsflanke jedes Impulses der Scheitelwert gemessen wird, daß die Zeitdauer zwischen dem Überschreiten eines ersten Pegelwertes der Impulsspannung auf der Anstiegsflanke und dem Unterschreiten eines zweiten Pegelwertes auf der Abstiegsflanke gemessen wird und daß aus diesen beiden Meßergebnissen eine statistische Aussage gewonnen wird und diese zur trendabhängigen Führung des Vorschubs der Werkzeugelektrode verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere Zustandsvariable die Differenz Eweier zeitlich aufeinanderfolgender Elektrodenstellungen erfaßt und dieser Wert in die trendabhängige Führung des Vorschubs der Werkzeugelektrode einbezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere Variable die Differenz der Mittelwerte aus einer Anzahl aufeinanderfolgender Meßergebnisse gebildet und in die trendabhängige Führung des Vorschubs der Werkzeugelektrode einbezogen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorhandensein mehrerer Teilelektrodsn der ,^cx:heitelwert an jeder Teilelektrode und die Zeit zwischen dem ersten und dem zweiten Pegelwert nur an ίτ Teilelektrode mit der geringsten Scheitelspannung gemessen wird und daß nur diese Teilelektrode zur Führung des Vorschubs aller Teilelektroden verwendet wird.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch durch folgende Anordnung:

a) ein Pegeldetektor (3) erhält an seinem Eingang die Impulsspannung, gibt bei Oberschreiten von vorgegebenen Schwellwerten (m) durch die Anstiegsflanke diesen Schwellwerten zugeordnete Signale an einen Speicher (4) ab und startet bei Überschreiten eines bestimmten ersten Schwellwertes (i) der Anstiegsflanke einen Zähler (7) über eine Torschaltung (6) und stoppt bei Unterschreiten eines bestimmten zweiten Schwellwertes (k)der Abstiegsflanke (112,212, 312) diesen Zähler (7) wieder;

b) der Speicher (4) ist über eine Verriegelungsschaltung (5) mit dem Zähler (7) verbunden, die die Übertragung des Inhalts des Speichers (4) in den Zähler (7) nur dann zuläßt, wenn der zweite Schwellwert (k)dzr Abstiegsflanke unterschritten ist, wobei der Inhalt des Speichers (4) im Zähler (7) mit dessen Inhalt kombiniert wird;

c) eine logische Steuerschaltung (9) steuert bei Ende des Impulses den Übertrag des kombinierten Inhalts des Zählers (7) als Regelgröße auf eine Regelvorrichtung (15) zum Antreiben des Vorschubantriebs und setzt bei Beginn der zeitlich folgenden Pause des Impulses den Speicher (4) und den Zähler (7) auf Null.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung (15) eine Mittelungs-Vorrichtung (17) umfaßt, die bei Empfang eines jeden Signals der Regelgröße den Inhalt eines mit ihr verbundenen Zählers (18) um eins verändert und diese Signale so lange addiert, bis der Zähler (18) ein Ausgangssignal zum Unterbrechen der Addition in der Mittelungs-Vorrichtung (17) abgibt 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch Tekenn-

'o zeichnet, daß mit dem Zähler (18) und der Mittelungs-Vorrichtung (17) ein Schieberegister (19) verbunden ist, das die Mittelwertbildung steuert und daß der Mittelungs-Vorrichtung ein Differenzglied (20) und ein Additions- und Subtraktionsglied (21) nachgeschaltet sind, wobei das Differenzglied (20) die Differenz zwischen dem momentanen Mittelwert und dem zeitlich vorangehenden Mittelwert der Regelgröße bildet, und daß ein weiteres Differenzglied (22) die Differenz zwischen der momentanen Elektrodenlage und derjenigen Elektrodenlage, die dem zeitlich vorangehenden Mittelwert der Regelgröße zugeordnet war, bildet und das Additions- und Subtraktionsglied (21) mit seinen Eingängen mit den beiden Differenzgliedern (20,22) mit der Mittelungsvorrichtung (17) und mit einem SOLL-Wertgeber (23) verbunden ist und eine Vorhersage des Regelfehlers liefert