DE2259479C3 - Verfahren und Anordnung zur Einstellung einer elektroerosiven Bearbeitungsmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Optimierung der Betriebsparameter einer elektroerosiven Bearbeitungsmaschine, bei der der Materialabtrag am Werkstück durch elektrische Entladungen zwischen diesem Werkstück und einer Werkzeugelektrode erfolgt und bei der die Entladung durch Spannungsimpulse eingeleitet werden, die von einem Generator aus zwischen Werkstück und Werkzeugelektrode angelegt werden. Zwischen diesen befindet sich eine Bearbeitungsflüssigkeit.

Die Abtraggeschwindigkeit aber auch die Oberflächenbeschaffenheit des bearbeiteten Werkstücks hängen dabei von einer Reihe von Betriebsparametern ab, insbesondere von dem Abstand zwischen Werkstück und Elektrode, von der Stärke und Dauer der einzelnen Stromimpulse, von der Pausendauer zwischen den einzelnen Entladungen und von der Durchsatzgeschwindigkeit der Bearbeitungsflüssigkeit. Andererseits aber können diese Parameter nicht beliebig variiert werden, weil es sonst zu anormalen beispielsweise zu hochfrequent schwingenden Entladungen, zu verunreinigten, d. h. zu stark leitfähigen Bearbeitungsflüssigkeiten oder zu Kurzschlüssen zwischen Werkstück und Elektrode kommen kann.

Die Schwierigkeiten bei der optimalen Einstellung der einzelnen Betriebsparameter sind bekannt, und zu ihrer Behebung wurde beispielsweise vorgeschlagen (K. Poerschke: »Ober die Funkenerosion mit gesteuerten Generatoren«, Dissertation Aachen, 1964), die Impulsströme und impulsspannungen in Logikschaltkreisen zu erfassen und damit den Abstand zwischen Elektrode

Ό und Werkstück nachregeln. Nach einem anderen Vorschlag (»Industrie-Anzeiger« 1971, S. 499 bis S. 501) wird der Elektrodenabstand in Abhängigkeit vom Verhältnis der abtragswirksamen Impulse zur Gesamtimpulszahl geregelt. Ganz ähnlich werden in der US-PS 3Γ; 32 942 Meßdaten von Strömen und Spannungen mit vorgegebenen Werten verglichen, wobei das Vergleichsergebnis die Höhe oder auch die Frequenz der Funkenspannung nachsteuert, während gemSß der CH-PS 5 11 090 bei vorgegebener Elektrodenspannung und vorgegebenem Elektrodenabstand der zeitliche Verlauf der Elektrodenspannung während der eigentlichen Entladung gemessen und zur Nachregelung der Pausendauer zwischen aufeinanderfolgenden Spannungsimpulsen ausgenutzt wird. In »lndustrie-Anzeiger«, 1971, S. 2169 bis S. 2170 wird der Aufbau von Regelkreisen für die Durchsatzgeschwindigkeit der Bearbeitungsflüssigkeii und für die Verstellgeschwindigkeit der Werkzeugelektrode diskutiert, ohne jedoch auf die Gesichtspunkte einer Optimierung der einzelnen Betriebsparameter einzugehen.

Sofern also dem oben zitierten Stand der Technik Prinzipien einer selbsttätigen Optimierung überhaupt zu entnehmen sind, ist allen Vorveröffentlichungen gemeinsam, daß beispielsweise zwei Betriebsparameter meßtechnisch erfaßt und zur Nachsteuerung eines drittes Betriebsparameters verwendet werden. Da eine solche Verknüpfung der einezlnen Betriebsparamster nur sinnvoll ist, wenn deren gegenseitige Abhängigkeit konstant bleibt also etwa für immer gleiche Materialpaarungen von Werkstück und Elektrode und immer die gleiche Oberflächenbeschaffenheit des bearbeiteten Werkstücks, ergibt sich hieraus keine Optimierungsstrategie für eine elektroerosive Bearbeitungsmaschine, und ist nach wie vor eine große Erfahrung und Geschicklichkeit der Bedienungsperson erforderlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, wie mit Hilfe einer meßtechnischen Überwachung mindestens der drei wichtigsten Betriebsparameter jeder einzelne ßetriebsparameter für sich automatisch so optimiert wird, daß der gewünschte Oberflächenzustand in kürzestmöglicher Zeit erreicht wird, ohne daß die Bedienungsperson über spezielle Erfahrungen verfügen muß. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 bzw. 3 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß jeder einzelne Betriebsparameter für sich nur optimiert werden kann, wenn er nacheinander vorbestimmten Korrekturprogrammen unterworfen wird, daß aber diese Korrekturprogramme nicht unkontrolliert ablaufen dürfen, sondern von den charakteristischen Werten der übrigen Betriebsparameter angewählt werden müssen, sofern mindestens einer dieser charakteristisehen Werte eine Abweichung vom Soll-Wert aufweist. Der große Vorteil dieses Verfahrens liegt zusätzlich darin, daß die Optimierung jedes einzelnen Betriebsparameters sehr schnell und praktisch gleichzeitig

erfolgen kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 bis 3 beispielsweise erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Fluß- oder Entscheidungsdiagramm,

F i g. 2 das Blockschaltbild eines elektrischen Kreises und

F i g. 3 Einzelheiten des Blockschaltbildes F i g. 2.

Das Fluß- oder Entscheidungsdiagramm der F i g. I ist eine graphische Übersicht über die Gesamtsteuerung einer elektroerosiven Bearbeitungsmaschine und gibt n> Auskunft darüber, weiche Größe oder Zustände abgefragt bzw. festgestellt werden und worauf die abgefragten Ergebnisse einwirken. Dabei entsprechen die Abfragestationen oder Sensoren einem kreisförmigen, die Stellglieder einem rechteckförmigen Block. Die '5 Anlage ist digital aufgebaut, so daß jede Frage nur mit Ja oder Nein beantwortet werden kann; die Antwort Ja ist in Fig. 1 mit einer I die Antwort Nein mit einer 0 gekennzeichnet

Ausgehend also von Block 1 wird in Block 2 die Frage gestellt, üb die Maschine eine Bearbeitung durchführt, und sofern die Antwort Nein (0) ist wird in Bleck 3 aie Frage gestellt, ob es sich um einen neuen Vorgang handelt, d. h. ob die Maschine in Betrieb genommen wurde, um einen neuen Bearbeitungsvorgang durchzuführen.

Bei Bejahung führt der Ausgang I zu einer Tafel 4, die Hinweise über die Art der verschiedenen Einstellungen enthält, die vor der Inbetriebnahme der Maschine durchzuführen sind. Diese Einstellungen hängen zum großen Teil von der Art der durchzuführenden Bearbeitung ab, insbesodere wenn man eine Vorbearbeitungsordnung oder statt dessen eine Endfertigungsordnung wünscht. Im dargestellten Fall enthält die Tafel eine Reihe von Ziffern, die in Zeilen A. B, C, D, E angeordnet sind. Die Zeile A enthält die Ziffern, die den bezeichneten Positionen eines Einstellknopfes für die Dauer von Impulsen entsprechen. Diese Positionen sind durch Ziffern bezeichnet, die von 1 bis 12 reichen und die zunehmer de Impulsdauern ergeben. *o

Die Zeile B entspricht einem Einstellknopf, der auf die Dauer einwirkt, die das Ende eines Impulses und den Anfang des folgenden Impulses bezeichnet. Diese Dauer nimmt ebenfalls für die Ziffern von 5 bis 12 zu.

Die Zeile Centspricht der Einstellung des Servomechanismus zur Bestimmung des Abstandes, der zwischen dem Werkstück und der Elektrode aufrecht erhalten werden muß. Dieser Abstand ist mit den Ziffern 1 bis 6 bezeichnet, die zunehmenden Werten dieses Abstands entsprechen.

Die Zeile D stellt durch abnehmende Ziffern von 20 bis 10 abneh/nende Größen des Drucks dar, mit dem die Bearbeitungsflüssigkeit in die Bearbeitungszone eingebracht wird.

Die Zeile E gibt die Leistung in Bruchteilen der maximalen Leistung an.

Unter diesen fünf Zeilen befindet sich auch ein Buchstabe F, der einer als Pulser bezeichneten Vorrichtung entspricht, die dazu bestimmt ist, die Elektrode periodisch von dem Werkstück zurückzuziehen. Die Einstellung dieser Vorrichtung ist in dieser Zeile nicht angegeben, da sie nicht nur von der gewählten Bearbeitungsordnung abhängt, sondern auch von anderen Parametern, insbesondere von der Eindringtiefe der Elektrode in das Werkstück und der *>⁵ Fläche der bearbeiteten Zone. Je nachdem kann der Pulser ausgelöst werden <v!er stattdessen nicht verwendet werden.

Nachdem die verschiedenen Einstellknöpfe in die Positionen eingestellt wurden, die allgemein durch die Tafel 4 angegeben werden, folgt der Benutzer dem Pfeil und gelangt an einen Block 5, der der Tatsache entspricht, daß die Bearbeitung durchgeführt wird oder nicht. Im negativen Fall, der durch den Ausgang 0 des blocks 5 wiedergegeben wird, gelang man zu einem Block 6, der anzeigt, daß die Maschine zu überprüfen ist, insbesondere hinsichtlich ihrer verschiedenen Einstellteile und -organe, z. B. das Niveau des Dielektrikums in dem Bearbeitungsbad, die Temperatur der Bearbeitungsflüssigkeit, die Einschaltung und die richtige Funktion der Pumpen für die Steurung des hydraulischen Servomechanismus und für die Erneuerung des Dielektrikums ebenso wie alle anderen Sicherheitskreise, die den Beginn der Bearbeitung sperren. Wenn die Bearbeitung stattfindet, muß man nun dem Ausgang I des Blocks 5 folgen und gelangt zu dem Block 7, der angibt, fortschreitend die Leistung (Zeile £der Tafel 4) zu erhöhen, bis man den Endwert erreicht, der festgelegt ist. Der Ausgang des Blocks 7 führt /u dem Block 2 zurück, der angibt, daß die Bearbeitung durchgeführt wird.

Wenn man keine Bearbeitung beobachtet (Bleck 2) und diese Beobachtung nicht dem Beginn eines Bearbeitungsvorgangs entspricht (Block 3) führt der Ausgang 0 des Bearbeitungsblock 3 zu einem Block 8, der eine Überprüfung einer Alarmlampe erfordert. Wenn letztere eingeschaltet ist, führt der Ausgang I zu dem Rechteck 9, das fordert, einen Reparaturmechaniker herbeizuholen, während wenn diese Lampe nicht eingeschaltet ist, der Ausgang 0 zu dem Block to führt, der fordert, zu überprüfen, ob die anormale Entladungen anzeigende Lampe gezündet ist oder nicht. Bejahendenfalls gelangt man zum Block 11 der angibt, die Elektrode zu säubern, die Dauer der Intervalle zwischen Impulsen (Zeile B) um eine Stufe zu erhöhen und die Maschine wieder in Betrieb zu nehmen. Der Ausgang des Blocks 11 führt zu dem oben angegebenen Block 2.

Wenn die anormale Entladungen anzeigende Lampe nich' eingeschaltet ist, verläßt man den Block 10 über den Ausgang 0 und gelangt zu einem Block 6a, der die Überprüfung der Maschine und ihrer Einstellungen erfordert, wie sie oben angegeben wurde.

Wenn die Bearbeitung stattfindet unü die bei den Blöcken 8 und 10 erwähnten Lampen nicht ständig eingeschaltet sind, gelangt man aufeinanderfolgend zu drei neuen Blöcken 12, 13 und i4, die den jeweiligen Fragen entsprechen: »Blinkt die Lampe in den Vorrichtungen zur Feststellung anormaler Entladungen, der Verunreinigung der Bearbeitungsflüssigkeit bzw. des Vorhandenseins von Kurzschlüssen?« Wenn die Antwort auf alle diese Fragen negativ ist, gelangt man über die Blöcke 12,13 und 14 zu einem Block 15, der ein ständiges Korrekturprogramm zur Verminderung der Einstellung der Zeile B um eine Stufe abgibt, d. h. zur Verminderung der Dauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen. Der Block 15 führt zu einem Block 16, der fragt, ob alle La-npen der Blöcke 12,13 und 14 nach einigen Sekunden noch immer gelöscht sind. Bejahendenfalls führt der Ausgang I vor den Block 15, damit er auch die Intervallclauer zwischen den Impulsen vermindert. Wenn dieser Vogang das Blinken einer bei den Blöcken 12 bis 14 erwähnten Lampen hervorruft, hat er den Ausgang 16 über Jen Aufgang 0 zu verlassen, um zu einem Block 17 zu gelangen, der die Erhöhung der Intervalldauer zwischen Impulsen fordert. Der Block 17 führt zum Block 18, der der Blinksteuerung einer der

Lampen der Blöcke 12 bis 14 entspricht. Wenn keine Lampe blinkt, führt der Ausgang O des Blocks 18 zu dem Block 19, der befiehlt, den Bearbeitungsabstand maximal zu vermindern, ohne die Lampen blinken zu lassen. Man erhält dadurch die optimalen Arbeitsbedingungen; dieses Ergebnis wird von dem Block 20 angezeigt.

Wenn die entsprechend dem Block 18 durchgeführte Steuerung angibt, daß bestimmte Lampen blinken, muß man diesen Block über den Ausgang I verlassen und der Linie L folgen, die zu dem Eingang des Blocks 12 zurückführt. Wenn nur die Kurzschlußanzeigelampe blinkt, gelangt man über die Blöcke 12 und 13 zu dem Block 14, dessen Ausgang I zu einem Block 21 führt der die Korrektur angibt, die darin besteht, den Bearbeitungsabstand zu erhöhen. Nach diesem Vorgang führt der Ausgang des Blocks 21 den Benutzer zum Eingang des Blocks 12 zurück, um erneut zu überprüfen, ob eine der Signallampen blinkt.

lung dieser Maschine zu erhalten.

Ι· ί g. 2 zeigt das allgemeine Prinzip eines elektrische! Kreises, der zur Steuerung von Korrekturprograrnmei in Abhängigkeit von verschiedenen Bearbeitungsfeh lern bestimmt ist, die festgestellt werden können. Diese Kreis besteht aus drei Detektoren 30a. 30/j und 30c. dii zur Ermittlung von Bearbeitungsfehlern bestimmt sine die z. B. mit a. 6, c bezeichnet werden können. Das voi diesen Detektoren gelieferte Signal wird auf einei

ίο logischen Kreis 31 gegeben, der z. B. ein Digitalrechne sein kann, der so programmiert ist, daß er einen ode mehrere aufeinanderfolgende Korrekturvorgänge aus wählt, wobei jede Grupppe von Korrekturen mit einen Block 32 bis 37 bezeichnet ist.

Es ist auch möglich, einen logischen Kreis vorzuseher der einen Teil der Elektroerosionsbearbeiüingsmaschi nc bildet. F i g. 3 zeigt schematisch einen solchen Kreis.

Wenn man drei Kriterien der Bearbeitung überwacht

wobei man jeden Fehler in den Arbeitsbedingungei

Steuerungen entsprechende Lampen blinkt, wodurch der Fehler der Verunreinigung der Bearbeitungsflüssigkeit angezeigt wird, führt der Ausgang I dieses Blocks 13 zu einem Block 14;) zur Steuerung der Lampe, die Kurzschlüsse anzeigt, und je nach dem verläßt man den Block 14;) über den Ausgang 0. der zu den Blöcken 22,23 und 24 führt, um zu der Linie /. zurückzukehren, die zu dem Eingang des Blocks 12 zurückführt. Wenn man den Block 14.7 über den Ausgang I verläßt, wird man zu den Blöcken 22;). 23;). 24;) und 21a geführt, um erneut auf die Linie L zurückzukehren.

Diese Blöcke zeigen das folgende Korrekturprogramm an:

Der Block 22 zeigt die Erhöhung des Umlaufs der Flüssigkeit entsprechend der Zeile D der Tafel 4 an. Der Block 23 zeigt die Erhöhung der Intcrvalldaucr /wischen den Impulsen um eine Stufe entsprechend der Zeile B der Tafel 4 an. Der Block 24 gibt an, auf den Pulser einzuwirken, selbstverständlich in dem Fall, in dem er verwendet wird, um das Verhältnis zwischen der Nearbeitungsdauer und der Dauer, während der keine Bearbeitung stattfindet, zu vermindern. Dieser letztere Korrekturvoreans kann entweder durch eine Erhöhung der Dauer, während der die Elektrode von dem Werkstück entfernt ist oder durch eine Verminderung der Dauer, während der die Elektrode bezüglich des Werkstücks in der Arbeitsstellung ist oder dadurch, daß man beide Borgänge zugleich durchführt, bewirkt werden.

Wenn die Lampe, die anormale Entladungen anzeigt, blinkt, muß man den Block 12 über den Ausgang I verlassen, der ru verschiedenen Blöcken führt, die die gleichen Ziffern wie die bereits erwähnten Blöcke tragen. Diese Ziffern sind stets mit einem Buchstaben a, b, c ... versehen, um sie von den vorherigen Blöcken zu unterscheiden. Blöcke, die die gleichen Ziffern tragen, entsprechen jedoch den gleichen Vorgängen und den gleichen Steuerungen.

Man sieht somit, daß man beim Verlassen des Blocks 13a zu den Blöcken 146 oder 14c geführt wird, die die Durchführung der bereits für den Block 14 erwähnten Steuerung erfordern. Entsprechend den erhaltenen Ergebnissen führt man eine oder mehrere Korrekturen entsprechend den Anzeigen der Blöcke 21 bis 24 durch.

Die beschriebene Vorrichtung ist eine graphische Darstellung, der der Benutzer folgen kann, um das geeignetste Einstellverfahren einer Maschine zur Elektroerosionsbearbeitung und die optimale Einstelren 40,). 40c entsprechend jedem dieser Kriterien, vot denen jeder zwei entgegengesetzte Ausgänge hat. di< mit aund ä, bund b. fund cbezeichnct sind.
Ohne einen von dem Detektor 40a signalisiertet Fehler liefert dieser ein Signal »0« an seinem Ausgang ; und ein Signal »I« an seinem Ausgang ä. Wenn eit Fehler signalisiert wird, sind die Signale umgekehrt unc man erhält ein Signal »I« an dem Ausgang n und eir Sign?' »0« an dem Ausgang ä. Das gleiche gilt für di(

JO Detektoren 406 und 40c.

Der Kreis weist acht UND-Glieder 41 bis 48. jede mit drei Eingängen auf. die von den Detektoren 4( gesteuert werden. Der vollständige Kreis ist nur für da: dritte Glied 43 darstellt, das ein Ausgangssignal liefert wenn nur der Detektor 406 einen Fehler signalisiert. Ir diesem Fall erhält jeder der Eingänge des Glieds 43 eir Signal »I« und der Ausgang liefert ein Signal »I«. Diese: Signal wird auf einen der Eingänge eines der ach folgenden Glieder 51 bis 58 gegeben, deren anderei Eingang ständig ein Signal »I« erhält, das von einerr Glied 60 geliefert wird. Der Ausgang des Glieds 53 führ zu einem Flip-Flop-Speicher 61, der an seinem Anschlut CP TaktimDulse TaktimDulse erhält.

Das Glied 62 läßt diese Taktimpulse an dem Eingang CP des Flip-Flops 61 nur dann durch, wenn alle Ausgänge Q in der Stellung »I« sind, d. h.. wenn keir Korrekturprogramm durchgeführt wird. Das Glied 63 das ein ODER-Glied ist, läßt entweder das Taktsignal das von dem Glied 62 kommt, oder den Impuls durch der von dem Glied 59 zugeführt wird, so daß die Durchführung eines Korrekturprogramms erneut be gönnen werden kann, wenn der Fehler noch besieht.

Zum Zeitpunkt eines Impulses liefert der Ausgang Q das gleiche Signa wie das an D angelegte und bleibt ir diesem Zustand, solange kein Signal zur Rückstellung auf 0 an den Eingang CL gelegt wird. Beim folgender Impuls bewirkt der Ausgang Q des Flip-Flops 61 der Zustand »I« am Flip-Flop Fl, das über ein ODER-Glied Pl, eine Vorrichtung Gi zur Korrekturprogrammsteuerung steuert. Beim nächsten Impuls steuert eir Πϊρ-Flop F2 eine Vorrichtung G 2 zur Korrekturprogrammsteuerung usw. bis zu der Vorrichtung Gn zui Korrekturprogrammsteuerung. Das Ausgangssignal des letzten Flip-Flops Fn wird nicht nur auf die Vorrichtung Gn gegeben, sondern erzeugt auch über ein ODER-Glied 59 einen Impuls zur Nullrückstellung allet Flip-Flops.
Wenn keiner der Detektoren 40a, 406 und 40c einen

Fehler feststellt, erhält man ein Signal »I« an dem Ausgang ä, b und c. Daraus folgt, daß das Glied 41 ein Ausgangssignal »I« ebenso wie das ODER-Glied 59 erzeugt. Letzer ss steuert somit einen Impuls, der alle Flip-Flops Fl bis Fn auf Null zurückstellt und der so gegebenenfalls ein laufendes Korrekturprogramm unterbricht.

DxS Signal »I« des Ausgangs des Glieds 41 betätigt auch ein Glied 51 der zweiten Reihe von Gliedern. Das Ausgangssignal dieses Glieds 51 wird zur Steuerung eines Programms verwendet, das dem entspricht, das durch die Blöcke 15 und 16 der ersten Ausführungsform erzeugt wird, d. h. zur Steuerung einer Verminderung der Dauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen des Bearbeitungsstroms, wonach man eine Verzögerung von einigen Sekunden zur erneuten Steuerung verstreichen läßt, wenn kein Bearbeitungsfehler signalisiert wird. Ohne einen Bearbeitungsfehler steuert man erneut eine Verminderung der Dauer zwischen den Bearbeitungsstromimpulsen und wiederholt diesen Vorgang, bis von einem der Detektoren 40a bis 40c ein Fehler signalisiert wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Optimierung der Betriebsparameter einer elektroerosiven Bearbeitungsmaschine, bei dem die charakteristischen Größen der Funkenüberschläge gemessen und in Paare von logischen Signalen umgeformt werden, von denen jedes Paar eine Abweichung oder Nichtabweichung der zugehörigen charakteristischen Größe von ihrem Soll-Wert angibt und auf die Betriebsparameter im Sinne einer Verkleinerung der Abweichung einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Betriebsparameter nacheinander vorbestimmte Korrekturprogramme ausgelöst werden, wobei jedes Programm mit Hilfe einer logischen Verknüpfung von mindestens zwei Paaren der logischen Signale auswählbar ist, und daß die Auslösung der Korrekturprogramme so lange wiederholt wird, bis die festgestellte Abweichung verschwunden ist

2. Verfahren nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß die logischen Signale in an sich bekannter Weise folgende Kriterien definieren:

— Vorhandensein oder NichtVorhandensein von anormalen Entladungen;

— Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines vorbestimmten Verunreinigungsgrades der Isolierflüssigkeit;

— Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Kurzschlüssen.

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die von Gebern (40a, vib, AOc) ausgegebenen logischen Signalpaare UND-Gliedern (41—48) zugeführt werden, so daß jede mögliche Signalpaarkombination einzeln erfaßbar ist, daß ferner jede eine Abweichung anzeigende Signalkombination über einen Zwischenspeicher (61) der Reihe nach Korrekturprogramme (G]-G_n) auslöst und dieses aufeinanderfolgende Auslösen solange wiederholt, bis über eines (41) der UND-Glieder (41 -48) keine Abweichung mehr festgestellt wird.