DE2505944B2 - Verfahren und vorrichtung zur bearbeitung durch elektroerosion - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung durch Elektroerosion mittels eines Generators regelbarer Leistung mit Hilfe einer Vorrichtung für den automatischen Vorschub der Elektrode in Richtung auf das Werkstück, sowie eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens.

Ein wesentliches Ziel bei einem derartigen Bearbeitungsverfahren ist die Erhaltung der Elektrode, d. h. das Ausschalten einer Erosion der Elektrode, durch welche ihre Form verändert würde, sowie das Verhindern von Auftreten örtlich zerstörender Lichtbogen.

Bekanntlich muß während einer Bearbeitung durch Elektroerosion mittels einer Elektrode mit einer beliebigen der Form der herzustellenden Vertiefung entsprechenden Form zur besten Ausnutzung der Anlage die vom Generator gelieferte Leistung mit der Änderung der von der Elektrode angegriffenen Oberfläche des Werkstücks verändert werden. Eine übermäßige örtliche Leistung des Generators hat eine Zerstörung des Werkstücks und der Elektrode zur Folge, während eine ungenügende Leistung den Wirkungsgrad der Anlage generell vermindert. Da eint Messung (Irr Arhoitslliiche während der Bearbeitung selbst nicht möglich ist, kann man nur vor der

Bearbeitung die Ausdehnung als Funktion der Eindringtiefe der Elektrode in das Werkstück ermitteln, d. h. man kann das mit jedem unterschiedlichen Wert der Angriffsfläche zu erodierende Werkstückvolumen ermitteln, und man kann bei Kenntnis der Bearbeitungsleistung der Anlage bei ihren verschiedenen Betriebszuständen das Programm der Änderung der Generatorleistung für jede Stufe der Änderung der Angriffsfläche feststellen. Dieses Vorgehen hat jedoch eine erhebliche Vorbereitungsarbeit zur Folge und erfordert praktisch eine Programmiereinrichtung. Trotz einer sehr sorgfältigen Vorbereitungsarbeit befriedigt die Anpassung des Generators an die vorzunehmende Bearbeitung nur angenähert, da auch die Anpassung nur theoretisch angenähert erfolgen kann.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung durch Elek'rocrosion zu schaffen, durch welche in jedem Zeitpunkt der Bearbeitung die von dem Generator gelieferte Leistung der zu diesem Zeitpunkt in Arbeit befindlichen Oberfläche der Elektrode so angepaßt wird, daß die Bearbeitung ständig die mit den für die entsprechende Bearbeitung erforderlichen Arbeitseigenschaften noch vereinbare Höchstleistung erzielt.

Dabei wurde festgestellt, daß der Hauptfaktor für eine qualitativ gute Bearbeitung durch Elektroerosion sowie für die Höchstleistung der Vorrichtung die Eindringgeschwindigkeit der Elektrode in das Werkstück ist, wobei der günstigste Wert dieser Eindringgeschwindigkeit im allgemeinen während der ganzen Dauer eines Bearbeitungsvorgangs unabhängig von der Änderung des tatsächlichen arbeitenden Querschnitts der Elektrode konstant bleibt. Ferner wurde festgestellt, daß dieser günstigste Wert der Vorschubgeschwindigkeit bei Bearbeitungszuständen^mit großer bzw. geringerer Abtragsmenge die gjeiche Größenordnung behält, obwohl bei letzterem Zustand die Stromdichte je Einheit der wirksamen Oberfläche der Elektrode erheblich größer als bei ersterem Zustand, praktisch doppelt so groß sein kann. Anders ausgedrückt: Die günstigste Eindringgeschwindigkeit der Elektrode ist von der Stromdichte unabhängig.

Gemäß der Erfindung wird die vorstehend geschilderte Aufgabe unter Benutzung der vorstehend erläuterten Überlegungen bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß die Leistung des Generators durch die Differenz zwischen der wirklichen Vorschubgeschwindigkeit und einer im voraus gewählten günstigsten Vorschubgeschwindigkeit so gesteuert wird, daß die wirkliche Vorschubgeschwindigkeit diesem günstigsten Wert wenigstens nahe gehalten wird. Dabei kann die günstigste Vorschubgeschwindigkeit konstant sein und zwischen 1/150 und 1/300 mm/sek gewählt werden.

Wenn der Vorschub mittels eines reversierbaren Vorschubservomotors erfolgt, werden vorzugsweise von der Speisespannung dieses Vorschubservomolors die Flanken der einen Richtung differenziert, und die im Zeitraum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Differenzierimpiilscn erfolgte wirkliche Verschiebung der Elektrode wird mit der im gleichen Zeitraum bei günstigster Geschwindigkeit sich ergebenden Verschiebung verglichen, und das Verglcichscrgcbnis dient zur Steuerung des Generators.

Eine Vorrichtung z.iir Ausübung des Verfahrens mit einem Vorschiihservomntor kann einen Vergleiche!' zum Vergleich der wirklichen mittleren Vorschubge-

schwindigkeit mit einem gewählten günstigsten Wert aufweisen, wobei der Vergleicherausgang mit einer Vorrichtung zur Steuerung der Leistung des Generators verbunden ist. Dabei liegt vorzugsweise die als Maß der wirklichen Vorschubgeschwindigkeit benutzte Speisespannung des Servomotors über ein Integrierglied zusammen mit einer Bez :gsspannung am Vergleicher.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß die gewählte Geschwindigkeit nicht von der Form der Elektrode abhängt, sondern nur von dt-r Art des bearbeiteten Werkstoffs sowin von der Bearbeitungstiefe. Um die Bearbeitungstiefe zu berücksichtigen, kann die gewählte Geschwindigkeit beim Fortschreiten der Bearbeitung allmählich verringert werden.

Dk Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. I .schematisch eine einfache erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 2 eine Abwandlungsfjrm der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. .3 ein Schaubild der Steuerspannung des Vorschubservomotors und

F i g. 4 eine Einzelheit eines anderen Ausführungsbeispieles.

Wie in F i g. I dargestellt, trägt ein Maschinengestell 1 mittels der einstellbaren Gleitschiene 2 den Bearbeitungskopf 3, bei welchem das untere Ende der Spindel 4 die Bearbeitungselektrode 5 trägt. Das Werkstück 6 ist auf dem Arbeitstisch 7 angebracht, welcher in einem nicht dargestellten Behälter in emc dielektrische Flüssigkeit eintaucht.

Die Elektrode und das Werkstück werden über die Leiter 8 und 9 durch einen Generator 10 beliebiger Bauart gespeist.

Ein Motor 12 bewirkt in üblicher Weise die allmähliche Abwärtsbewegung der Elektrode, wobei er zwischen der Elektrode und dem Werkstück einen Zwischenraum bestimmter Breite, den Arbeitsspalt, aufrechterhält. Hierfür wird die von den Leitern 13 und 14 entnommene Spannung zwischen der Elektrode und dem Werkstück ständig in dem Vergleicher und Verstärker 15 mit der an einem Potentiometer 16 eingestellten Spannung verglichen, die eine unmittelbare Funktion der Arbeitsspalt-Breite ist.

Der Vergleicher liefert so an seinem Ausgang 18 eine ersle Fehlerspannung, welche den Motor 12 speist. Diese durch die Rechteckkurve 17 dargestellte Fehlerspannung kann als ein Abbild der Vorschubgeschwindigkeit der Spindel angesehen werden. Sie enthält positive, der Abwärtsbewegung der Spindel entsprechende Abschnitte 17<-i mehr oder weniger langer Dauer, und negative kürzere Abschnitte 176, die einer teilweisen Wiederaufwärtsbcwegung nach einem übermäßigen Vorschub entsprechen.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung wird die erste Fehlerspannung einem integrierenden Verstärker 19 zugeführt, und die Ausgangsspannung desselben wird mit einer durch das Potentiometer 20 gewählten vorbestimmten, die günstigste Vorschubgeschwindigkeit darstellenden Bezugsspannung in den Vergleicher 21 eingeführt. Dieser liefert an seinem Ausgang eine /weite Fehlerspannung, die einen die Leistung des Generators 10 regelnden Servomotor 22 speist. Diese Leistungsregelung kann auf verschiedene Weise erfolgen. Sie kann die Kenngrößen des .Speisekreises des Arbeiisspalies uuei die Speisespannung dieses Kreises verändern.

Bei der dargestellten Ausführung steuert der Motor 22 ein drehbares Potentiometer 23, das für einen bestimmten Betriebszustand des Generators z. B. die Vormagnetisierung eines Speisetransformators verändert. Das Potentiometer 23 kann Endkontakte 24 aufweisen, die den Betriebszustand des Generators in Richtung auf eine Vergrößerung oder eine Verkleinerung seiner Leistung ändern, wenn der Grenzwert in dem einen oder dem anderen Sinn durch die alleinige Änderung des Potentiometers 23 erreicht ist.

Für jede Elektrodenart und jeden bearbeiteten Werkstoff kann der Apparat z. B. folgendermaßen geeicht werden:

Unter Vornahme einer Bearbeitung in einem viereckigen Block mit einer prismatischen oder zylindrischen Elektrode stellt man von Hand das Potentiometer 16 und das Potentiometer 23 so ein, daß der Bearbeitungsvorschub am günstigsten ist. Das Potentiometer 20 wird dann so eingestellt, daß der Motor 22 unbeweglich bleibt. Die am Potentiometer 20 gemessene Spannung repräsentiert die günstigste Geschwindigkeit für eine Bearbeitung des betreffenden Werkstoffs in einem beliebigen Werkstück mit einer beliebigen Elektrode, welche jedoch die gleiche Art wie das Eichwerkstück und die Eichelektrode hat.

Die in der Schaltung 19 elektrisch vorgenommene Integration kann auch elektromechanisch vorgenommen werden, wie schematisch in F i g. 2 dargestellt. Die Ausgangsspannung bei 18 wird parallel dem Motor 12 und einem Hilfsmotor 26 mit geringem Drehmoment und großer elektrischer oder mechanischer Trägheit zugeführt. Die Drehzahl dieses Motors ist daher ständig ein Mittelwert der Drehzahl des Motors 12. Der Motor 26 treibt dann einen Tachometerdynamo 27 an, dessen Ausgangsspannung die mittlere Geschwindigkeit der Abwärtsbewegung der Spindel darstellt.

Es ist möglich, ein feineres und genaueres Abbild der Augenblicksgeschwindigkeit der Abwärtsbewegung der Spindel zu erhalten, indem man die abwechselnde Rechteckform der ersten, den Motor 12 speisender, Fehlerspannung (F i g. 3a) auf nutzt. Die aufeinanderfolgenden aufsteigenden (oder auch absteigenden) Flanken können durch Differenzieren eine Folge von Impulsen 30 (Fig. 3b) liefern, deren Periode D einen Vorschub der Spindel mit einem nachfolgenden teilweisen Rückzug umfaßt.

Diese hin- und hergehende Bewegung, deren veränderliche Periode größenordnungsmäßig eine halbe Sekunde beträgt, wird üblicherweise durch einen drehbaren Zeiger, der vor einer z. B. in Millimetern oder Bruchteilen von Millimetern geteilten Skala spielt, sichtbar gemacht.

Wie in Fig. 4 dargestellt, kann ein derartiger Zeiger durch eine durchsichtige Scheibe 31 ersetzt werden, deren Rand abwechselnd durchsichtige und undurchsichtige radiale Linien 32 trägt, welche mit der beiderseits des Randes der Scheibe angeordneten Anordnung 37 mit einer Lichtquelle und einer Photo/.clle zusammenwirken. Eine zweite gleiche Scheibe 33 mit einer Lichtquelle und einer Photozelle 38 wird mit der gewählten günstigsten Drehzahl in Umdrehung versetzt. Diese Elemente gestatten, jederzeit mit jeder gewünschten Genauigkeit den Unterschied zwischen der wirklichen Geschwindigkeit und der günstigsten Geschwindigkeit zu bestimmen.

Die durch den Vorbcilauf der Scheiben photoclektrisch erzeugten Impulse werden /.wischen zwei durch die Impulse 30 gebildeten aufeinanderfolgenden Signa-

len zwei binären Rückwärtszählern 34 und 35 zugeführt. Der durch ein Koinzidenzregister 36 ermittelte schließliche Unterschied der in diesen Zählern enthaltenen Zahlen ergibt den Augenblickswert der Differenz der Wege während einer Periode D, d. h. praktisch die Differenz der Augenblicksgeschwindigkeit.

Ausgehend von diesen Ergebnissen kann man alle Möglichkeiten der digitalen Rechnung benutzen.

Die Messung kann zu jeder Zwischenzeit zwischen zwei Impulsen 30 wiederholt und bei jedem Vorgang auf ein Schieberegister übertragen werden, um während der nächsten Messung ausgewertet zu werden.

Man kann jedoch auch die Zählung während nur jeder zweiten Periode vornehmen. Man kann den Mittelwert

mehrerer aufeinanderfolgender Zählungen bilden, um eine Änderungstendenz der wirklichen Geschwindigkeit in dem einen oder dem anderen Sinn zu ermitteln.

Man kann auch die fehlerhaften Werte der Zählung oder der Differenz ausscheiden.

Wie vorher wird die Messung des Unterschieds zu einer solchen Einstellung der Leistung des Generators benutzt, daß die wirkliche Geschwindigkeit der gewählten günstigsten Geschwindigkeit gleich ist oder wenigstens sehr nahe kommt.

Die Erfindung ist insbesondere auf die Funkenbearbeitung von Werkstücken verwickelter Form anwendbar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bearbeitung durch Elektroerosion mittels eines Generators regelbarer Leistung mit Hilfe einer Vorrichtung für den automatischen Vorschub der Elektrode in Richtung auf das Werkstück, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des Generators durch die Differenz zwischen der wirklichen Vorschubgeschwindigkeit und einer im voraus gewählten günstigsten Vorschubgeschwindigkeit so gesteuert wird, daß die wirkliche Vorschubgeschwindigkeit diesem günstigsten Wert wenigstens nahe gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die günstigste Vorschubgeschwindigkeit konstant ist und zwischen 1/150 und 1/300 Millimeter in der Sekunde gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 mittels eines reversierbaren Vorschubservomotors, dadurch gekennzeichnet, daß von der Speisespannung des Vorschubservomotors (12) die Flanken {Mb) der einen Richtung differenziert werden und daß die im Zeitraum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Differenzierimpulsen (30) erfolgte wirkliche Verschiebung der Elektrode mit der im gleichen Zeitraum bei günstigster Geschwindigkeit sich ergebenden Verschiebung verglichen wird und das Vergleichsergebnis zur Steuerung der Leistung des Generators dient.

4. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Vergleicher (21) zum Vergleich der wirklichen mittleren Vorschubgeschwindigkeit mit einem gewählten günstigsten Wert, wobei der Vergleicherausgang mit einer Vorrichtung (22) zur Steuerung der Leistung des Generators (10) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die als Maß der wirklichen Vorschubgeschwindigkeit benutzte Speisespannung des Servomotors (12) über ein Integrierglied zusammen mit einer Bezugsspannung am Vergleicher (21) liegt.