DE2545974A1

DE2545974A1 - Vorrichtung zum steuern des bearbeitungsprozesses einer erosionsanlage auf optimalen betriebszustand

Info

Publication number: DE2545974A1
Application number: DE19752545974
Authority: DE
Inventors: Bernardo Dr Ferroni; Gideon N Dr Levy; Werner Dr Ullmann
Original assignee: Agie Charmilles SA
Current assignee: Agie Charmilles SA
Priority date: 1975-02-20
Filing date: 1975-10-14
Publication date: 1976-09-02
Also published as: DE2545974B2; FR2301330A1; CH585088A5; JPS5197897A; GB1536127A; SE7511922L; IT1049040B; FR2301330B1; US4045641A; BR7508514A; SE404315B

Description

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GOiIHARDSFR.S!

A.G. für industrielle Elektronik

AGIE Losone bei Locarno Losone

(Schweiz)

Vorrichtung zum Steuern des Bearbeitungsprozesses einer
Erosionsanlaae auf ootimalen Betriebszustand

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern des Bearbeitungsprozesses einer Erosionsanlage auf optimalen
Betriebszustand auf Grund von am Arbeitsspalt abgenommener Signale, welcher Arbeitsspalt durch mindestens eine Werkzeugelektrode und mindestens eine Werkstückelektrode gebildet ist.

Infolge der von Jahr zu Jahr sich verbessernden Genauigkeit der elektroerosiven Bearbeitung und der Verbesserung von Leistungsgeneratoren ergeben sich immer mehr neue Einsatzgebiete für die Elektroerosion. Die Voraussetzung hierfür ist selbstverständlich eine erhöhte Flexibilität: Im Bearbeitungsprozess mit einer erhöhten steuerbaren Anzahl von einzustellenden Betriebsparametern bzw. Operationsgrössen. Demzufolge wird die Arbeitsvorbereitung und die Steuerung des Erosionsprozesses immer schwieriger. Bekanntlich wird für die Durchführung einer Erosionsarbeit ihre Technologie festgelegt. Für die bestimmte Erosionsarbeit, die durchgeführt werden soll, liegen Anhaltswerte für
die Einstellung der Spannungs- bzw. Strom-Amplitude und der

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Breite der Arbeitsimpulse vor. Mit diesen in Tabellen angegebenen Werten bzw. Operationsparamtern kann das gewünschte Bearbeitungsergebnis erreicht werden. Allerdings sind diese Betriebsparameter nur für standardisierte und vereinfachte Arbeitsbedingungen angegeben. Daher dienen die Betriebsparameter für die meisten Erosionsprozesse nur als Richtwerte. Auf Grund dieser Technologieangaben und mit Hilfe der Erfahrung und zusätzlicher Ueberlegungen, meist wirtschaftlicher Natur, wird normalerweise eine sog. Arbeitsplanung für die betreffende Erosionsarbeit durchgeführt. Bei der Arbeitsplanung wird die technisch und/oder wirtschaftlich günstigste Materialpaarung der Werkstückelektrode und Werkzeugelektrode, das zu verwendende dielektrische Spülmedium sowie die Einteilung des gesamten Erosionsprozesses in Arbeitsstufen wie Schruppen, Vorschlichten, Schlichten und Feinschlichten festgelegt. Für jede der genannten Arbeitsstufen muss auch die betreffende Elektrode mit ihrem Untermass gegenüber dem gewünschten Endmass bestimmt werden. Es werden daher die Betriebsparameter für jede der geforderten Arbeitsstufen in der Arbeitsplanung festgelegt und jede der Arbeitsstufen hat besondere Charakteristica bezüglich der gewünschten Abtragsleistung an der Werkezgelektrode und dem nicht gewünschten Verschleiss an der Werkzeugelektrode. Z.B. kann die Arbeitsstufe Schruppen abtragsintensiv und verschleissintensiv gefahren werden, damit diese Grobbearbeitung des Werkstücks innerhalb kürzester Zeit und damit bei günstigen wirtschaftlichen Voraussetzungen durchgeführt werden kann, denn bei dieser Grobbearbeitung ist es nicht erforderlich, dass die Form der Werkzeugelektrode mit hoher Präzision sich abbildet in der Werkstückelektrode. Daher hat die Bearbeitungselektrode beim Schruppen das grösste Untermass gegenüber dem am Ende des gesamten Erosionsprozesses vorliegenden Fertigmass. Diese Bearbeitungselektrode für das Schruppen ist meistens auch am preiswertesten in ihrer Herstellung. Bei einer anderen Arbeitsstufe, z.B, Schlichten, legt die Arbeitsplanung fest, dass verschleissarm und möglichst abtragsintensiv gefahren werden soll. Die bei der Arbeitsstufe Schlichten eingesetzte Werkzeugelektrode hat das

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kleinste Untermass gegenüber dem Fertigmass. Diese sog. Schlichtelektrode (Werkzeugelektrode) bildet ihre Form mit der prozessbedingten Präzision im Werkstück ab. Die Schlichtelektrode ist normalerweise sehr kostspielig in ihrer Herstellung. In der Arbeitsplanung werden die einzelnen Arbeitsstufen sehr genau aufeinander abgestimmt, um das durch den Erosionsprozess gewünschte Endziel zu erreichen.

Die Betriebsparamter, die auch Operationspararaeter genannt werden können·, werden prinzipiell in zwei Gruppen eingeteilt. Die erste Gruppe der Betriebsparameter, welche auch Einstellgrössen genannt wird, muss konstant gehalten werden, da eine Aenderung eine Abweichung vom gewünschten Fertigmass (Endgeometrie) , eine Aenderung der Präzision, der Formtoleranz und der Rauheit der Oberfläche bedeuten würde. Zu dieser Gruppe gehören die Strom- Spannungs-Amplitude und Breite bzw. zeitliche Dauer der Arbeitsimpulse sowie deren Energie und die Sollwert-Spannuna. Die zweite Gruppe der Betriebsparameter, welche Steuergrössen genannt wird, muss so geändert werden, dass ein bester Wirkungsgrad innerhalb jeder Arbeitsstufe erreicht wird. Zu dieser zweiten Gruppe gehören die Durchflussmenge oder der Druck des dielektrischen Spülmediums, das Tastverhältnis (duty factor) bzw. die Repetitionsfrequenz der Arbeitsimpulse, die Dauer der Pause zwischen den Arbeitsimpulsen, die zeitliche Steuerung der invallmässigen Rückziehungen der Werkzeugelektrode. Ferner gehört zu dieser zweiten Gruppe die Servo-Verstärkung/¹ d.h. die Empfindlichkeit des Vorschubs. Diese zweite Gruppe der Betriebsparameter, welche, wie bereits erwähnt, auch Steuer*- grössen genannt wird, beeinflusst den Abtrag an der Werkstückelektrode und den Verschleiss an der Werkzeugelektrode. Erst nach Durchführung der Arbeitsplanung kann mit dem eigentlichen Erosionsprozess begonnen werden. Zu diesem Zweck werden die festgelegten Einstellgrössen und Steuergrössen an der Erosionsanlage eingestellt, sowie die entsprechenden Materialpaarungen der Elektroden vorgenommen. Während des Erosionsprozesses

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so dass am Ende des Erosionsprozesses sich Geometriefehler der erodierten Werkstückteile ergeben. Diese Geometriefehler werden noch verstärkt durch nicht Erfassen des augenblicklichen Verschleisses an der Werkzeugelektrode.

Ein anderes bekanntes Steuersystem ("Elektroanzeiger" 26, 19 73 Nr. 17, Seiten 348-351) stellt zu einem gewissen Teil eine Verbesserung dar und benutzt als Regelgrösse das Wirkverhältnis (Anzahl der den 'Arbeitsspalt durchschlagenden Arbeitsimpulse zu der vom Erosionsgenerator erzeugten Impulse), die Zündverzugszeit bei den Arbeitsimpulsen sowie die Leitfähigkeit des dielektrischen Spülmediums und die Stellgeschwindigkeit der Vorschubeinrichtung. Da bei diesen bekannten Steuersystemen die mittlere Arbeitsspaltspannung als Sollwert dient, wird ein nicht existierender Fehler vorgetäuscht. Hierdurch wird indirekt das Ausregelverhalten des Servokreises beeinflusst. Das führt wiederum zu ungewollten Abweichungen in der Abtragsleistung und im Verschleiss, die der bereits in der Arbeitsplanung vorprogrammierten Sollwert-Spannung zugeordnet sind, und auch zu Geometriefehlern, welche verstärkt werden durch Nichterfassen des Verschleisses an der Werkzeugelektrode.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, nicht nur die genannten Nachteile der bekannten Steuersysteme zu beseitigen, sondern darüber hinaus den zwangsläufigen und nachteiligen Einfluss der verschiedenen Arbeitsstufen des Erosionsprozesses auf die Prozessoptimierung zu beseitigen, so dass die bereits in der Arbeitsplanung vorprogrammierten optimalen Betriebsparameter während des gesamten Erosionsprozesses optimal bleiben und das gewünschte Endmass des nach dem Erosionsprozesses fertig vorliegenden Werkstückes wirklich erreicht wird, wie es vorgeplant war. Hierdurch werden die durch die Komplexität des Erosionsprozesses bedingten Zufälle eliminiert, so dass kostspieliges Nachbearbeiten oder ein nochmaliges Herstellen des Werkstücks entfällt, wobei das nochmalige Herstellen das Erreichen der gewünschten Endmasse auch nicht garantiert.

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müssen diese Steuergrössen so nachgeregelt werden, dass der Erosionsnrozess seinen besten Wirkungsgrad innerhalb jeder Arbeitsstufe (Groberodieren, Schlichten, Feinschlichten) hat. Man erkennt aus dem bisherigen die hohe Komplexität der Steuerung einer modernen Erosionsanlage. Daher sind verschiedene Steuersysteme bekannt geworden, die die Steuerungsprobleme des eigentlichen Erosionsprozesses reduzieren und ein optimales Betriebsverhalten gewährleisten sollen. Eine bekannte Steueranlage ("Aachener Werkzeugkolloquium", Juni 1974) regelt das Verhältnis der Leerlaufimpulse zu den echten Arbeitsimpulsen. Am Arbeitsspalt wird die Anzahl der Leerlaufimpulse und der den Arbeitsspalt durchschlagenden Arbeitsimpulse gezählt und das Verhältnis gebildet. Als Referenzwert wird ein Verhältniswert aus den bereits früher erwähnten Technologietabellen entnommen. Dieser Referenzwert des Verhältnisses zwischen Leerlaufimpulsen und Arbeitsimpulsen aus den Technologietabellen entspricht jedoch nicht der aktuellen Arbeitskomplexität des vorliegenden _; Erosionsprozesses, sondern lediglich den idealisierten und daher stark vereinfachten Arbeitsbedingungen. Bei der bekannten Steueranlage wird die mittlere Arbeitsspannung des Arbeitsspalts als Sollwert so geregelt, dass das Verhältnis der Leerlaufimpulse zu den Arbeitsimpulsen am Arbeitsspalt gleich dem Bezugswert des Verhältnisses aus der Technologie ist. Ein grosser Nachteil liegt darin, dass die mittlere Arbeitsspannung als Sollwert geregelt wird. Durch diese Massnahme. wird nämlich ein nicht existierender Fehler vorgetäuscht, sobald der Sollwert der mittleren Arbeitsspannung als Regelgrösse geändert wird. Da das Leerlaufverhältnis nur in Bezug auf Abtrag eine Regelgrösse darstellt und andere Störungen, wie z.B. Kurzschluss oder Lichtbogen oder sogar nur die Tendenz hierzu, welche Störungen zum erhöhten Verschleiss an der Werkzeugelektrode führen, nicht erfasst werden, hat das bekannte Steuersystem die Nachteile, dass die Abtragsleistung und der Verschleiss abweichen von den bekannten, vorprogrammierten Werten der Arbeitsplanung, die zu der vorgewählten Sollwert-Spannung gehören. Dies führt zu unerwünschter Vergrösserung oder Verkleinerung des Arbeitsspalts,

Der Erfindung liegt ein weiterer Zweck zugrunde, den Erosionsprozess nicht nur technisch optimal, sondern auch von der wirtschaftlichen Seite her zu optimieren. In der Arbeitsplanung kann bereits festgelegt werden, wie der Erosionsprozess und insbesondere seine einzelnen Arbeitsstufen wirtschaftlich am günstigsten gefahren werden kann. Wenn zum Beispiel beim Groberodieren der teuerste Anteil die Maschinenzeit ist, so wird abtragsintensiv gefahren. Denn die für das Groberodieren benötigte Elektrode ist in·ihrer Herstellung preiswert, da keine besonderen Anforderungen an ihre Geometrie gestellt werden. Bei einer anderen Bearbeitungsstufe, zum Beispiel Schlichten oder Feinsterodieren, ist die Elektrode teurer als die Maschinenstunde, so dass in diesem Fall verschleissarm gefahren werden muss. Diese wirtschaftlichen Ueberlegungen sind, wie bereits gesagt, in der Arbeitsplanung durch die entsprechende Festlegung der beiden Gruppen (Einstellgrössen, Steuergrössen) der Betriebsparameter berücksichtigt. Es liegt nun an dem Steuersystem bzw. Regelsystem der Erosionsanlage, den Erosionsprozess auch in der Weise ablaufen zu lassen, wie er in seinen Einzelheiten vorgeplant, bzw. vorprogrammiert wurde.

Ein weiterer Zweck der Erfindung ist darin zu sehen, dass mit einfachen Bauteilen eine Vorrichtung geschaffen ist, die die genannte Aufgabe löst, wobei bereits bestehende Steuersysteme für Erosionsanlagen erweitert werden können zur erfindungsgemässen Vorrichtung.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung, deren Eingänge mit einem ersten und zweiten Stromkreis und einem Eingabegerät verbunden sind zum Empfangen von den Verschleiss an der Werkzeugelektrode, den Abtrag an der Werkstückelektrode und einen vorgegebenen Bewertungsfaktor für Abtrag und Verschleiss repräsentierenden Signalen, und deren Ausgang an einem dritten Stromkreis angeschlossen ist, wobei der Ausgang ein Ausgangssignal aufweist, welches für jede Arbeitsstufe des Erosionsprozesses eine optimale Kombination zwischen Abtrag

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und Verschleiss darstellt, welches Ausgangssignal in dem dritten Stromkreis und in einem nachgeordneten vierten Stromkreis mindestens eine der den Erosionsprozess beeinflussenden Steuergrössen so führt, dass das Ausgangssignal am Ausgang der Schaltungsanordnung während des Erosionsprozesses seinen extremen Wert einnimmt.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

In der Steueranlage 10 ist die gesamte Steuerung einer Elektroerosionsanlage eingebaut. Auf einem Informationsträger, der ein Lochstreifen, eine Lochkarte, ein Magnetband oder dergl. sein kann, sind die Betriebsparameter für jede einzelne Arbeitsstufe des Erosionsprozesses unter Berücksichtigung der Arbeitsplanung bezüglich Prozessoptimierung eingegeben. Ein Lesegerät der Steueranlage 10 liest diese Information und steuert über die Leitungen 11, 12, 13, 14 den Erosionsprozess. In diesem Ausführungsbeispiel sind nur die vier Leitungen dargestellt. In Wirklichkeit handelt es sich um wesentlich mehr Steuerleitungen. Wie bereits erwähnt, werden die Betriebsparameter in zwei Gruppen unterteilt. Die I. Gruppe, welche auch Einstellgrössen genannt wird, bezieht sich auf die Stromamplitude, Spannungsamplitude, Breite der Arbeitsimpulse und auf die Sollwert-Spannung. Diese Einstellgrössen gelangen über die genannten Leitungen 11, 12, 13, 14 in den Stromkreis 500, welcher den Erosionsgenerator beinhaltet. An diesem Erosionsgenerator werden die Einstellgrössen eingestellt und bleiben während des gesamten Erosionsprozesses normalerweise konstant. Die II. Gruppe der Betriebsparameter, welche auch Steuergrössen genannt wird, betrifft die Durchflussmenge bzw. den Druck des Spülmediums im Arbeitsspalt 3, das Tastverhältnis bzw. duty factor der Arbeitsimpulse, die Repetitionsfrequenz der Arbeitsimpulse, die Dauer der Pausen zwischen den Arbeitsimpulsen und das intervallmässige Abheben der Werkzeugelektrode 1 von der Werkstückelektrode 2, was eine intervallmässige Verbreiterung des Arbeitsspalts 3 bedeutet. Diese Steuergrössen gelangen

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ebenfalls aus der Steueranlage 10 über die Leitungen 11, 12, 13, 14 auf die Schaltungsanordnung 500, in welcher sowohl das Steueraggregat für das Spülmedium als auch der bereits erwähnte Erosionsgenerator sowie das Steueraggregat für den Vorschub bzw.

Schuhs
Servo-Votfbewegung der Werkzeugelektrode 1 vorhanden sind. In der Anordnung 500 werden also die Betriebsparameter (Gruppe I, Einstellgrössenj Gruppe II, Steuergrössen) entsprechend der Signale eingestellt, welche nach entsprechender Kodierung und Umrechnung aus der Anläge 10 über die Leitungen 11-14 gelangen.

Wie bereits erwähnt, ist in der Zeichnung nur ein geringer Teil der Leitungen gezeichnet, die unbedingt zum Verständnis beitragen, So gehen über die Leitungen 501 und 502 die Arbeitsimpulse auf die beiden Elektroden 1, 2 und durchschlagen den Arbeitsspalt 3, sofern in ihm optimale Zustände herrschen. Ueber die Leitung wird das Spülmedium gesteuert. Beim gezeichneten Ausführungsbeispiel gelangt das Spülmedium in eine Spülbohrung der Werkstückelektrode 2 und von dort in den Arbeitsspalt 3. üeber die Leitung 504 werden Signale auf die Vorschubeinrichtung 5 gegeben. Hierdurch wird der Abstand zwischen den beiden Elektroden 1, 2 entsprechend dem Fortgang des Erosionsprozesses konstant gehalten. Ferner gelangen über die Leitung 504 die Signale, welche

die intervallmässige Abhebung der Werkzeugelektrode 1 von der Werkstückelektrode 2 veranlassen. Die Zustände, die im Arbeitsspalt 3 herrschen, gelangen über die Leitungen 61 und 62 auf den Detektor 6, v/elcher seinerseits über seine Ausgangs leitung 63 Signale über den augenblicklichen Ist-Zustand im Arbeitsspalt 3 abgibt in die Differenzeinheit 4. Die Steueranlage 10 gibt über ihre Leitung 15 die Signale in die Differenzeinheit 4, welche Signale den gewünschten Zustand im Arbeitsspalt repräsentieren. Diese Angaben über den Soll-Zustand des Arbeitsspalts 3 sind ebenfalls auf dem Informationsträgen eingegeben worden. Die Differenzeinheit 4 vergleicht die beiden Werte miteinander und gibt auf ihre Ausgangsleitung 41 ein Signal, welches dem Regelfehler e entspricht, der dadurch entsteht, wenn der SOLL-IST-Vergleich keine üebereinstimmung ergibt. Das Regelfehlersignal e auf der

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Leitung 41 wird in der Anordnung 500 zur. Aenderung der II. Gruppe¹ der Betriebsparameter, die Steuergrössen genannt werden, verwendet. Wenn der SOLL-IST-Vergleich in der Differenzeinheit 4 Uebereinstimmung ergeben hat, dann ist das Signal auf der Äusgangsleitung 41 des Regelfehlers e gleich Null. In diesem Fäll ist es nicht erforderlich, die Steuergrössen wie Durchflussmenge des Spülmediums, Tastverhältnis (duty factor), Repetitiönsfrequenz, Pausendäuer und Abhebeintervalle der Werkzeugelektrode zu ändern. Der Erosionsprozess läuft gut. Diese Regelvorgänge mit Hilfe des Signals des Regelfehlers e sind sehr präzise beschrieben in der US-PS 3,859,106 (BE 15335) und in der CH-PS 548 256 (BE 15561). Das Ausgangssignal des Regelfehlers e aus der Diffefenzeinheit 4 gelangt auch über Leitung 42 auf die Bewertungsstufe 100. In dieser Bewertungsstufe werden in bestimm^ ten Zeitabständen die Signale des Regelfehlers e integriert und die einzelnen zeitlichen Intervalle werden miteinander verglichen. Wenn sich infoige des instabilen Erosionsprozesses in Arbeitsspalt 3 Unterschiede ergeben zwischen den einzelnen Zeitintervallen des integrierten Regelfehlers, so werden diese Unterschiede entsprechend bewertet. Dies ist in der bereits genannten CH-PS 548 256 (BE 15561) sehr genau beschrieben. Diese Werte werden zusammengefasst zu einem quadratischen Mittelwert ζ des Regelfehlers. Dieser Mittelwert wird ausserdem normiert. Dies bedeutet, dass did Anlage 10 über die Leitung 16 die Sollwert-Spännung in die Rewertungsstufe 100 gibt. In dieser Bewsrtungsstufe wird die Sollwert-Spannung quadriert. Der quadratische Mittelwert des Regelfehlers e wird nun durch die quadrierte Söllwert-SpännuiliJ dividiert, so dass auf der Ausgangsleitung 101 ein genormter Mittelwert Z erscheint und auf eine Schaltungsanordnung 300 gägeben wird. Der genormte Mittelwert Z des Regelfehlörs e repräsentiert den Wert des Verschleisses, der an der aktiven Erosionsfläche der Werkzeugelektrode 1 im Arbeitsspalt 3 sich ergibt.

Wie bereits erwähnt, gelangen über die Leitungen 61 und 62 die Signale des augenblicklichen physikalischen Zuständes des Arbeitsspalt s 3 nicht nur auf den Detektor 6 zur Bildung des Regelfehlers e und zur Bildung des genormten quadratischen Mittelwertes E

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dieses Regelfehlers, sondern auch auf einen Stromkreis 200. In diesem Stromkreis 200 werden die Arbeitsimpulse gezählt, welche von einer Elektrode zur andern den Arbeitsspalt 3 durchschlagen. Ferner werden im Stromkreis 200 die sogenannten Leerlaufimpulse gezählt, weiche vom Erosionsgenerator erzeugt und am Arbeitsspalt 3 anstehen, ihn aber nicht durchschlagen. In diesem Stromkreis 200 werden die beiden Zählungen miteinander verglichen. Das Äusgangssignal auf der Leitung 201 repräsentiert den Wert für den Abtrag an der Erosionsfront der Werkstückelektrode 3. Das Aasgangssignal des Abtrags wird über Leitung 201 in eine Schaltungsanordnung 300 gegeben.

In der Anlage 10 hat der Informationsträger neben den Betriebsparametern eine weitere Angabe über die Höhe des gewünschten Abtrags an der Werkstückelektrode 2 .!und über die Höhe des erlaubten Verschleisses an der Werkzeugelektrode 1. Schon während der Arbeitsplanung ist ein Bewertungsfaktor α festgesetzt worden, welcher aussagt, wie der Erosionsprozess gefahren werden soll. Wie bereits erwähnt, hängen Abtrag und Verschleiss eng miteinander zusammen und daher kann das eine vom andern nicht unabhängig betrachtet werden. Es ist daher bei der Arbeitsplanung für jede Arbeitsstufe (Groberodieren, Schlichten, Feinerodieren, Feinsterodieren) eine bestimmte Wertung zu treffen, ob aus technischen oder wirtschaftlichen üeberlegungen heraus der Abtrag oder der Verschleiss mehr in den Vordergrund des Betrachtens zu stellen ist oder nicht. Ein solcher Bewertungsfaktor α wird bei der Arbeitsplanung entweder für den gesamten Erosionsprozess oder für jede einzelne Arbeitsstufe des Erosionsprozesses festgelegt. Wenn der Erosionsprozess nur aus zwei Arbeitsstufen bestehen sollte, so wird der Bewertungsfaktor α für beide Arbeitsstufen (d.h. für den gesamten Erosionsprozess) festgelegt. In diesem Fall beeinflusst der Bewertungsfaktor α die für jede Arbeitsstufe spezifische Erosion in der Weise, dass die Steuergrössen geändert werden und somit im Arbeitsspalt 3 optimale physikalische Zustände herrschen. Wenn der Erosionsprozess aus mehreren Arbeitsstufen besteht und wenn eine komplizierte Geometrie als

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Endprodukt des Erosionsprozesses hergestellt sein muss, so empfiehlt es sich, für jede Arbeitsstufe,bzw. für zwei oder drei benachbarte Arbeitsstufen, einen Bewertungsfaktor α bei der Arbeitsplanung festzulegen. Der Faktor oder die Faktoren beeinflussen die einzelnen Arbeitsstufen in der Weise, dass die Steuergrössen geändert werden und somit im Arbeitsspalt 3 optimale physikalische Zustände herrschen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sei angenommen, dass der Bewertungsfaktor α von Null und Eins angeben kann. Werib nun abtragsintensiv gefahren v/erden soll, so wird bei der Arbeitsplanung der Bewertungsfaktor α = Null oder α = 0,2 gesetzt. Dies bedeutet, dass der Erosionsprozess darnach gesteuert wird, dass der Abtrag an der Werkstückelektrode 2 sehr gross und der Verschleiss, da er leider sehr eng gekoppelt ist mit dem gewünschten Abtrag, ebenfalls gross ist. Dies ist die typische Arbeitsstufe für das Groberodieren, bei der die Werkzeugelektrode 1 billig in der Herstellung ist urtTkeine genaue Geometrie besitzen muss. In diesem Fall ist die Maschinenstunde teurer als eine oder mehrere der Groberodierelektroden 1. Wenn bei der Arbeitsplanung festgelegt wird, dass aus technischen oder wirtschaftlichen Ueberlegungen die Arbeitsstufe mit einem kleinen Verschleiss gefahren werden soll, so wird der Bewertungsfaktor α =0,8 oder α = 1 gesetzt. Dies ist ein typischer Fall der Arbeitsstufe für das Schlichten oder Feinerodieren bzw. Feinsterodieren, bei welcher Arbeitsstufe die Elektrode 1 infolge ihrer sehr genauen Geometrie teuer in der Herstellung ist.

Es sei nun angenommen, dass entsprechend dem zeitlichen Ablauf des Erosionsprozesses auf dem Informationsträger in der Steueranlage Ii die verschiedenen Bewertungsfaktoren α eingegeben sind. Diese Bewertungsfaktoren gelangen über die Leitung 17 in die Schaltungsanordnung 300. In der Schaltungsanordnung sind als Eingangssignale vorhanden : Leitung 101, Verschleiss an der Werkzeugelektrode 1; Leitung 201, Abtrag an der Werkstückelektrode 2; Leitung 17, Bewertungsfaktor α zur Bewertung von Abtrag und Verschleiss. In der Schaltungsanordnung 300 befindet sich ein Rechner, der den Performance Index nach folgender Gleichung aus-

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rechnet :

P =αΙ_ν + (1 - α) Ig D

In dieser Gleichung bedeutet :

I = Verschleiss an der Werkzeugelektrode 1 1« = Abtrag an der Werkstückelektrode 2

a = 0 f 1

Das Ausgangssignal P auf der Leitung 3 01 repräsentiert die Kombination des im Erosionsprozess zu fahrenden Abtrags und Verschleisses, einschliesslich der in der Arbeitsplanung gewünschten Bewertung dieser beiden Dinge. In dem folgenden Stromkreis 400 wird ein Suchvorgang ausgelöst nach der optimalen Einstellung der Steuergrössen, welche als II. Gruppe der Betriebsparameter bekannt sind. Die Steuergrössen werden unter Beeinflussung des Signals P auf der Ausgangsleitung 301 im nachgeordneten Stromkreis 4 00 einzeln nach ihrem optimalen Wert gesucht. Wie bereits mehrfach erwähnt, kann es sich bei Steuergrössen um die Durchflussmenge q bzw. um den Druck des Spülmediums in Arbeitsspalt 3, um das Tastverhältnis t od. auch duty factor der Arbeitsimpulse, die auf den Arbeitsspalt 3 gegeben werden, um die Repetitionsfrequenz f der Impulse, die zeitliche Dauer t der Pausen zwischen den Impulsen und um das intervallraässige Abheben Δ y der Werkzeugelektrode 1 von der Werkstückelektrode 2 handeln.

Es sei nun angenommen, dass auf Grund des Signals P auf der Leitung 301 im Stromkreis 400 ein Suchvorgang nach der optimalen Durchflussmenge q des Spülmediums gestartet wird. Der Stromkreis 4 00 kann so ausgebildet sein wie in der Zeitschrift "Control Engineering" Juni 1964, Aufsatz "10 ways to find the optimum" von J.M. Jdelson beschrieben ist. Ein solcher Suchvorgang ist in der CH-PS 548 256 (BE 15561) ausführlich beschrieben worden. In kleinen Schritten wird die Durchflussmenge 2 des Spülmediums bzw. sein Druck um den Wert /a q verändert. Das Aenderungssignal gelangt aus dem Stromkreis 400 über

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die Leitung 18 in die Anlage 500, in welcher das Aggregat für das Spülmedium vorgesehen ist. üeber Leitung 50 3 wird zum Beispiel die Durchflussmenge q um den bewussten Wert q geändert. Hierdurch ergeben sich im Arbeitsspalt 3 andere physikalische Verhältnisse, was sich wiederum über die Leitungen 61, 62, den Detektor 6 '_r die Differenzeinheit 4, Stromkreis 100 und Stromkreis 200 in der Weise bemerkbar macht, dass der Regelfehler e bzw. der quadratische und normierte Mittelwert ζ dieses Regelfehlers, eins ch lies such Abtrags leistung, geändert wird. Diese Aenderungen werden in der Schaltungsanordnung 300 gleich der Gleichung 1) in der Weise berücksichtigt, dass das Signal P aus der Leitung 301 ebenfalls eine Aendeiung erfährt. Man kann noch nicht aussagen, ob diese Aenderung des Signals P zum optimalen Erosionsprozess führt oder nicht. Es folgt im Stromkreis 400 der nächste SuchVorgang nach dem Tastverhältnis bzw. duty factor χ oder nach der Dauer t der Pausen. Bei diesem Suchvorgang v/erden diese Steuergrössen in kleinen SchrittenA f_t ^t geändert. Die entsprechenden Signal gelangen über Leitung auf den in der Anlage 500 angeordneten Erosionsgenerator. Das Tastverhältnis bzw. die Pausen zwischen den Arbeitsimpulsen werden über die Leitung 501 und 502 den beiden Elektroden 1,2 zugeführt. Durch diese schrittweise Aenderung der Steuergrössen ändert sich ebenfalls der physikalische Zustand im Arbeitsspalt 3, was sich wiederum über Leitungen 61, 62, die diversen Einheiten 4, 6, 100, 200 und 300 bemerkbar macht. Es stellt sich nun heraus, ob der Regelfehler grosser order kleiner geworden ist wie beim vorherigen Suchvorgang. Sollte der Regelfehler e kleiner geworden sein, so bedeutet dies, dass der Suchvorgang zur Optimierung des Erosionsprozesses beigetragen hat. Das Signal P auf der Leitung 301 zeigt die entsprechende Aenderung. Im nachfolgenden Stromkreis 4Q0 wird nun ein weiterer Suchvorgang eingeleitet, zum Beispiel der Suchvorgang nach der optimalen Repetitions frequenz. Die eingestellte Repetitionsfrequenz der Impuls« wird um kleine Schrittest geändert_f Die entsprechenden Signale gelangen über Leitung 20 auf den in der Anlage 500 angeordneten Erosionsgenerator. Dieser gibt wiederum die geänderte Repe-

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titionsfrequenz über die Leitungen 501, 502 auf die beiden Elektroden 1, 2. Der physikalische Zustand im Arbeitsspalt 3 ändert sich auch entsprechend, was sich in den nachfolgenden Einheiten der Regelschaltung in der Weise bemerkbar macht, dass der Regelfehler e vielleicht noch kleiner geworden ist oder angestiegen ist. Wenn der Regelfehler e kleiner geworden ist, bedeutet dies, dass ein weiterer Schritt in Richtung Optimierung des Erosionsnrozesses getan worden ist. Man könnte sich nun vorstellen, dass ein vierter Suchvorgang in dem Stromkreis 400 durchgeführt wird auf Grund des geänderten Signals P auf der Leitung 301. Dieser weitere Suchvorgang betrifft die optimale Intervall-Abhebung der Werkzeugelektrode 1 von der Werkstückelektrode 2 um kleine Schrittety. Die entsprechenden Signale gelangen nun über Leitung 21 auf die Steueranordnung für die Vorschubeinrichtung 5, welche Steueranordnung in der Anlage 500 angeordnet ist. Ueber die Leitung 50 4 werden der Vorschubeinrichtung 5 die entsprechenden intervallmässigen Abhebsignale zugeführt. Die Werkzeugelektiode 1 hebt intervallmässig ab, wodurch sich der physikalische Zustand in Arbeitsspalt 3 ebenfalls ändert. Diese Aenderung macht sich in der nachfolgenden Regelanlage wieder dadurch bemerkbar, dass der Regelfehler e auf den Wert Null gesunken ist oder dass er leider angestiegen ist. Wenn der Regelfehler auf den Wert Null gesenkt wurde, bedeutet dies, dass keine weiteren Suchvorgänge mehr veranlasst werden, so dass der Erosionsprozess mit den Steuergrössen gefahren wird, wie sie in der Anlage 500 vorliegen. Hierbei ist auch der Bewertungsfaktor α in vollem Umfang berücksichtigt worden. Wenn nun der Erosionsprozess durch irgend einen Umstand von seinem Optimum abweicht, wird in der Schaltungsanordnung das Signal P auf der Leitung 301 entsprechend geändert, was weitere Suchvorgänge in dem Stromkreis 400 hervorrufen würde. Wird nun der Bewertungsfaktor α aus irgend einem Grund geändert, so ändert die Schaltungsanordnung 300 das Signal P auf der Leitung 301 und lässt somit weitere Suchvorgänge der genannten Steuergrössen in dem Stromkreis 400 anlaufen. Nach jedem Suchvorgang wird, wie bereits erwähnt, festgestellt ob das Optimum des Erosionsprozesse

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erreicht ist oder nicht. Das Optimum des Erosionsprozesses wird in diesem Ausführungsbeispiel erreicht, wenn das Signal P seinen kleinsten Wert angenommen hat. Selbstverständlich können die Schaltungsteile 300 und 400 auch so ausgebildet sein, dass der optimale Prozesszustand erreicht ist, wenn das Signal P auf der Leitung 301 seinen maximalen Wert erreicht hat.

Abschliessend sei darauf hingewiesen, dass die beschriebene Anordnung mühelos und leicht in bereits bestehende Regelanlagen und Steueranlagen eingebaut v/erden kann, was bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel in der Weise dokumentiert wurde, dass die Regelanlage aus der bereits erwähnten CH-PS 548 256 (BE 15561) entnommen wurde.

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Claims

Patentansprüche

Vorrichtung zum Steuern des Bearbeitungsprozesses einer Erosionsanlage auf optimalen Betriebszustand auf Grund von am Arbeitsspalt abgenommener Signale, welcher Arbeitsspalt durch mindestens eine Werkzeugelektrode und mindestens eine Werkstückelektrode gebildet ist, gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung (300) , deren Eingänge (101, 102, 17) mit einem ersten und zweiten Stromkreis (100, 200) und einem Eingabegerät (10) verbunden sind zum Empfangen von den Verschleiss an der Werkzeugelektrode (1), den Abtrag an der Werkstückelektrode (2) und einen vorgegebenen Bewertungsfaktor oC für Abtrag und Verschleiss repräsentierenden Signalen, und deren Ausgang an einem dritten Stromkreis (400) angeschlossen ist, wobei der Ausgang (301) ein Ausgangssignal

(P) aufweist, welches für jede Arbeitsstufe des Erosionsprozesses eine optimale Kombination zwischen Abtrag und Verschleiss darstellt, welches Ausgangssignal in dem dritten Stromkreis (400) und in einem nachgeordneten vierten Stromkreis (500) mindestens eine der den Erosionsprozess beeinflussenden Steuergrössen so führt, dass das Ausgangssignal (P) am Ausgang (3 01) der Schaltungsanordnung (300) seinen extremen Wert einnimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Anordnung :

- Der erste Stromkreis (100) ist mit seinen Eingängen (16, 42) an dem Eingabegerät (10) und am Regelkreis (4, 6) angeschlossen zum Empfangen von Bezugsspannung und Regelfehler (e) für den Arbeitsspalt (3) und ist mit seinem Ausgang (101) an der Schaltungsanordnung (3 00) angeschlossen, zur Abgabe der den Verschleiss der Werkzeugelektrode (1) darstellenden Signale;

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Der zweite Stromkreis (200) ist mit seinen Eingängen (61, 62) am Arbeitsspalt (3) angeschlossen zum Zählen der den Abtrag der Werkstückelektrode (2) bewirkenden Arbeitsimpulse und der am Abtrag nicht beteiligten Impulse und ist mit seinem Ausgang (201) an der Schaltungsanordnung (300) angeschlossen zur Abgabe von den Abtrag an der Werkstückelektrode (2) darstellenden Signale;

Die Schaltungsanordnung (3 00) ist mit einem ihrer Eingänge (17, 101, 201) am Eingabegerät (10) angeschlossen zum Empfangen des Bewertungsfaktor et, und ist mit ihrem Ausgang (3 01) am nachgeordneten vierten Stromkreis (400) angeschlossen zum Beginnen eines Suchvorgangs nach dem extremen Wert des auf der Leitung (3 01) stehenden Signals (P).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem vierten Stromkreis (400) eine Steueranlage (500) nachgeordnet ist, welche die Steuergrössen entsprechend den Ergebnissen der Suchvorgänge ändert.

14.8.1975 Gp/rg

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