DE2716343A1

DE2716343A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung einer funkenentladungs-werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE2716343A1
Application number: DE19772716343
Authority: DE
Inventors: Sydney Aveyard; Raymond Dinsdale
Original assignee: Rolls Royce 1971 Ltd
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1976-04-15
Filing date: 1977-04-13
Publication date: 1977-10-27
Also published as: FR2348010A1; JPS52127694A; GB1583442A; IT1114802B; DE2716343C2; FR2348010B1; US4146770A; JPS587414B2

Description

e Di pi.-1 ng. Curt Wallach Dipl.-Ing. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach 2716343 Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 1^. April 1977

Unser Zeichen: I5 853 ~

Bezeichnung: Verfahren und Vorrichtung zur

Steuerung einer Funkenentladungs-Werkzeugmaschine

Anmelder: Rolls-Royce Limited

Vertreter: Dipl.-Ing. C. Wallach

Dipl.-Ing. G. Koch
Dr. T. Haibach
Dipl.-Ing. R. Feldkamp
8OOO München

Erfinder: Raymond Dinsdale

Nelson, Lancashire/England

Sydney Aveyard

Dargrave, Skipton, Yorkshire/England

709843/0913

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer mit elektrischer Entladung arbeitenden Werkzeugmaschine.

Derartige Werkzeugmaschinen werden benutzt, um Löcher in Werkstücken herzustellen, die einen sehr kleinen Durchmesser von z.B. 0,25 mm Durchmesser aufweisen. Diese Technik ist allgemein bekannt, sie besitzt jedoch Nachteile, insbesondere dort, wo viele Löcher in einem Werkstück derart erzeugt werden müssen, daß nach Durchbohren einer bestimmten Werkstückdicke die Löcher auf weitere Löcher treffen, die bereits im Werkstück vorhanden sind, weil es sich als schwierig erwiesen hat, genau den Zeitpunkt festzustellen, zu dem der Durchbruch der Elektrode der Werkzeugmaschine erfolgt und diese Feststellung ist notwendig, damit die Spannung abgeschaltet werden kann, bevor die Elektrode die Rückwand des weiteren Loches trifft. Tatsächlich hat es sich bisher als unmöglich erwiesen, dort, wo mehrere Löcher gleichzeitig mit mehreren entsprechenden in einer Reihenanordnung angeordneten Elektroden gebohrt worden sind, wenigstens eine gewisse Betriebssicherheit oder Selektivität zu gewährleisten. Infolgedessen treffen die Elektroden,die durchbrechen und noch an die Spannungsquelle angeschaltet sind, auf die Rückwand des Loches oder des Kanals auf, in die sie eingebrochen sind und infolgedessen wird die Rückwand unbeabsichtigterweise bearbeitet, wodurch das Werkstück zum Ausschuß wird.

Vorrichtungen, die zum Zwecke der Feststellung des Durchbruchs der Elektrode in den Kanal eines Werkstücks benutzt werden, weisen folgende Bestandteile auf:

a) Elektronische "Ohren" zur Überwachung des Ansteigens des Bohrgeräusches in dem Kanal. Diese arbeiten nicht selektiv und erfordern genügend Raum, um dieEinrichtung unterzubringen.

709843/0913

b) Photoelektrische Zellen, um das Licht abzufangen, welches durch Bearbeitungsfunken erzeugt wird wenn die Elektroden durchbrechen. Dabei sind getrennte Vorrichtungen für jede Elektrode erforderlich und dies erfordert wieder entsprechende Lichtträger für jede Elektrode und einen zugänglichen Raum innerhalb des Kanals.

c) Ein isolierter Streifen, der von den Elektroden berührt wird, wenn sie durchbrechen. Auch hier ist wieder ein zugänglicher Raum erforderlich.

Die zu lösende Aufgabe besteht demgemäß darin, Mittel zu finden, durch die der Durchbruch einer Elektrode in den Kanal eines Werkstücks bei einer Elektroentladungs-Werkzeugmaschine festgestellt wird, wonach die Arbeitsweise der Elektrode so gesteuert werden kann, daß die Kanalwandung nicht beschädigt wird. Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß eine Bezugsspannung angelegt wird und eine zugeordnete Bezugsspannungsüberwachungsstation im Steuersystem der Werkzeugmaschine vorgesehen wird und während des Betriebs die Rate der elektrischen Entladung zwischen wenigstens einer Bearbeitungselektrode und seiner komplementären Werkstückelektrode mit der Ausgangsbezugsspannung der Bezugsspannungsüberwachungsstation verglichen wird und wenn sich das Verhältnis von Entladerate zu Bezugsspannungsausgang ändert, wobei ein erster Signalimpuls von dieser Änderung abgeleitet wird und zur Abschaltung des elektrischen Stroms nach der Bearbeitungselektrode benutzt wird.

Die Erfindung umfaßt auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und diese weist in Kombination folgende TeBe auf: Eine erste Vorrichtung zur überwachung der Elektro-Entladerate einer Elektroentlade-Werkzeugmaschinen-Elektrode und zur überwachung einer Bezugsspannungsausgangsrate und

709843/0913

diese Mittel vergleichen beide Raten und, falls sich das Verhältnis der Raten im System ändert, liefern sie ein Signal; es ist eine Schalterbetätigungs-Vorrichtung vorgesehen, die betätigt wird, wenn das Signal erzeugt wird und danach einen Schalter betätigt, um elektrisch die zugeordnete Elektrode abzuschalten.

Nachstehend wird ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung

gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Schaltbild einer Ausführungsform der

Erfindung.

In Fig. 1 ist die Elektrode 10 einer Elektroentlade-Werkzeugmaschine mit dem einen Pol der Spannungsquelle und ein Werkstück 12 in Gestalt einer Turbinenschaufel über eine Leitung 11 mit einer Spannungsquelle verbunden, um eine Bearbeitung eines Loches durch Funkenentladung in einem Werkstück in bekannter Weise durchzuführen, wobei das zu bohrende Loch nach seiner Vollendung auf einen Kanal 14 im Werkstück trifft.

Zwischen der Elektrode 10 und der Verbindung 22 der Leitung 11 ist ein Schalter 20 vorgesehen, derart, daß der Stromfluß zwischen der Elektrode 10 und der Spannungsquelle bei Vollendung der Bohrung unterbrochen werden kann. Ein weiterer Hauptschalter 24 liegt in der Leitung 11 zwischen der Eingangsverbindung 26 der Spannungsquelle und der Verbindung 22 und zwar aus Gründen, die weiter unten erläutert werden.

Wenn die Spannung an Elektrode 10 und Werkstück 11 angelegt wird, dann ergibt sich eine elektrische Entladung in intermittierender Weise über dem dazwischenliegenden Luftspalt.

709843/091 3

-9- 271634J

Wenn die Elektrode 10 jedoch durch die 'Wand der Schaufel in den Kanal 14 einbricht, dann fällt die Funkenentladunßsrate ab und zwar als Folge des sich vergrößernden Abstandes zwischen Elektrode und Werkstück, wodurch wiederum der Widerstand der den Strom über den Spalt führenden Brücke erhöht wird.

Um festzustellen, daß die Elektrode 10 in den Kanal 14 durchgebrochen ist, und um demgemäß zu wissen, wann die Elektrode von der Spannungsquelle abgeschaltet werden muß, um eine unbeabsichtigte Bearbeitung der Kanalwandung an dem dem Durchbruchspunkt gegenüberliegenden Teil zu verhindern, ist eine Vorrichtung vorgesehen, welche einen Komparator 28 enthält, der Signale entsprechend den Spannungsimpulsen an der Elektrode 10 enthält und diese mit dem Ausgang einer vorbestimmten Bezugsspannungsüberwachungsstation 30 vergleidit. So führt jeder Durchgang der Spannung an der Elektrode 10 durch den vorbestimmten Pegel, wie dies jeweils bei Erzeugung einesBearbeitungsfunkens bewirkt wird, zur Erzeugung eines Impulses des Komparators 28 bei jedem erzeugten Funken. Die Impulse durchlaufen eine monostabile Stufe 29, die wiederum einen Impuls fester Länge für jeden vom Komparator 28 empfangenen Impuls liefert. Die Impulse fester Länge werden dann durch ein Meßgerät 32 geschickt, das einen der Impulsrate proportionalen Ausgang liefert. Der Ausgang des Keßgeräts wird dann an einen weiteren Komparator 3^ angeschlossen, der gleichzeitig ein von einer weiteren Bezugsspannungsquelle in einer weiteren Überwachungsstation 30a geliefertes Signal empfängt.

Der Komparator 34 liefert ein Signal nur dann, wenn das Verhältnis der Entladespannung der Bearbeitungsmaschine zum Ausgang einer weiteren Bezugsspannungsüberwachungsstation 30a unter einen vorgegebenen Pegel fällt, der bestimmt wurde, indem zuerst ein Loch in ein entsprechendes Werkstück gebohrt wurde und der Abfall der Funkenrate festgestellt wurde, der

709843/091 3

auftrat, wenn die Elektrode um einen genügenden Abstand durchbricht, um zu gewährleisten, daß ein Loch erzeugt wird, welches über seine Gesamtlänge parallele Wandungen besitzt. Wenn das Verhältnis auf diese V/eise kleiner geworden ist, dann wird das resultierende Signal von dem Komparator J54 einer Schaltbetätigungsstufe 38 über eine Verzögerungsvorrichtung 36 geliefert, die verhindert, daß die Betätigungseinrichtung den Schalter 20 eine gegebene Zeitdauer lang betätigt, wobei diese Zeitdauer festgelegt ist durch die Funkenabfallrate, wie sie oben erwähnt wurde. Nachdem diese Zeitdauer vergangen ist, schaltet der Schaltantrieb den Schalter 20 ab, um die elektrische Verbindung zwischen Elektrode 10 und Spannungsquelle zu unterbrechen und da das Werkstück 12 fertig bearbeitet ist, wird die Elektrode 10 aus dem von ihr erzeugten Loch zurückgezogen.

Bei dem Einzelelektrodenaufbau, der bisher beschrieben wurde, kann der Schalter 20 wegfallen und die Leitung 40 kann direkt an den Schalter 24 angeschaltet werden. Wenn jedoch die Vorrichtung mit mehreren Elektroden benutzt wird, beispielsweise mit Elektroden 10b und 10c, die gleichzeitig das gleiche Werkstück 12 bearbeiten, um darin eine Lochreihe unterzubringen oder auch Löcher in Einzelwerkstücken anzubringen, ist ein Hauptschalter 24 in Verbindung mit Einzelschaltern 20 erforderlich, deren Zahl der Zahl der Elektroden 10, 10b und 10c usw. entspricht.

Fig. 1 zeigt in Blockschaltform die komplette Schaltung für eine einzige Elektrode 10 und einen Teil der Schaltung für die zugeordneten Elektroden 10b, lOc mit Schaltbetätigungsverzögerungen 36b, 36c und Antrieben 38b, 38c, wobei die Schaltung für die letzteren identisch ist wie die Schaltung für die Elektrode 10.

Wenn mehrere Elektroden gleichzeitig benutzt werden, um eine Lochreihe herzustellen, dann sind zwei weitere Vorrichtungen zusätzlich zu jenen erforderlich, die für ein

709843/0913 ''''

271634 J

Einzelelektrodensystem notwendig sind. Die erste Einrichtung weist für jeden Elektrodenkreis eine weitere Verzögerungseinrichtung entsprechend der Verzögerungseinrichtung 44 auf, um zu verhindern, daß irgendeine der Schaltungen zu Beginn der Bearbeitung abgeschaltet wird, was aus einem der folgenden GrUnde geschehen könnte. Ohne den Mechanismus und wegen gewisser Faktoren,z.B. ungleichmäßiger Werkstückoberfläche, ungleicher Elektrodenlänge kann die anfängliche Bearbeitung in gewisser Weise fehlerhaft erfolgen. In diesem Fall könnte die eine oder andere Schaltung der Überwachungsstation eine Funkenspannung in jenem Bereich anzeigen, in dem die Schalter dieser Schaltungen abgeschaltet werden müssen, Demgemäß ist die Vorrichtung 44 vorgesehen, um gegenüber den Ausgängen der entsprechenden Komparatoren J4 eine gegebene Zeitlang z.B. die erste Hälfte der Zeit vorzuherrschen, die für eine vollständige Bohrung der Löcher benötigt wird.

Die zweite Vorrichtung ist allen Schaltungen gemeinsam und sie besteht aus einem UND-Gatter 46, das von den Elektroden ein Signal empfängt, das beim Bohren des zugeordneten Loches nach dessen Fertigstellung empfangen wird und wenn das UND-Gatter ein Ausschaltsignal erhält, das der Zahl von benutzten Elektroden entspricht, wird dadurch ein Signal erzeugt und einem Hauptschalter 48 zugeführt, der bewirkt, daß der Hauptschalter 24 die Leitung zwischen Spannungsquelle und Gerät als Ganzem abschaltet.

In Fig. 2 sind die der Fig. 1 entsprechenden Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Esfsind jedoch weitere Einzelheiten dargestellt und für den Fachmann ist die Wirkungsweise klar.

Der Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß bei gleichzeitiger Anwendung mehrerer Elektroden Jene Elektroden die in die Kanäle durchbrechen, abgeschaltet werden, bevor sie an der Kanalwand gegenüber der Durch-

709843/0913

bruchstelle anstoßen, so daß eine Bearbeitung der KanalrUckwand vermieden wird, obgleich ein Ankratzen erfolgen kann, Je nach den relativen Härten von Elektrode und V.'erkstück, weil sämtliche Elektroden als Gruppe zugestellt werden, wobei die zuletzt in den Kanal durchbrechende Elektrode diejenige ist, die bestimmt, wann d ie Elektrodengruppe zurückgezogen werden soll.

Versuche mit einer Gruppe von 20 Elektroden, die gleichzeitig Löcher in ein Werkstück durch Funkenerosion einbrachten, haben sich als erfolgreich erwiesen und es hat sich gezeigt, daß es nützlich ist, eine einfache visuelle Anzeige vorzusehen, die anzeigt, welche Elektrode elektrisch abgeschaltet ist, nachdem sie durchgebrochen ist, wobei die Anzeige durch nicht dargestellte Lampen erfolgen kann, die in jedem Elektrodenkreis angeordnet sind, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß bei Abschaltung eines elektrischen Kreises die zugeordnete Lampe erlischt.

7 U Ί H U 3 / 0 9 1 3

Le e rs e i t e

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Steuerung einer Funkenentladungs-Werkzeugmaschine, dadurch gekennze ichne t, daß wenigstens eine Bezugsspannung eingeführt wird und eine zugeordnete Bezugsspannungs-Uberwachungsstation in dem Steuersystem vorhanden ist und daß im Betrieb die Rate der elektrischen Entladung zwischen wenigstens einer Bearbeitungselektrode und ihrer komplementären Werkstückelektrode mit der Ausgangsbezugsspannung in der vorbestimmten Spannungsüberwachungsstation verglichen wird und daß dann, wenn das Verhältnis von Entladerate zu Bezugsspannungsausgang sich ändert, ein erster Signalimpuls aus dieser Veränderung abgeleitet und dazu benutzt wird, den Stromkreis wenigstens einer Bearbeitungselektrode zu unterbrechen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das erste Signal quadriert wird, daß seine Frequenz während einer vorbestimmten Zeitdauer beobachtet wird, daß die Frequenz mit einem weiteren Bezugssignal verglichen wird und daß hiervon ein weiteres Signal abgeleitet wird, das während einer gegebenen Zeit andauert bevor eine direkte Schaltbetätigung im Hinblick auf eine Abschaltung erfolgt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vom ersten Signal getriggerte Schaltung während einer Zeitdauer blockiert wird, die mit der Bearbeitung durch die WerkstückeIektrode durch die Bearbeitungselektrode beginnt, derart, daß eine Abschaltung des elektrischen Stromes bei Beginn dieser Bearbeitung verhindert wird, die infolge von

709843/0913

ORIGINAL INSPECTED

Z71634J

- ψ-

Anomalien in den Betriebsbedingungen eingeleitet werden könnte, welche zu Beginn der Bearbeitung das Verhältnis von Entladespannung zur Bezugsspannung beeinflussen könnten.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis J> zur Steuerung einer Funkenentladungs-Werkzeugmaschine mit mehreren Bearbeitungselektroden, dadurch gekennzeichne t, daß in die Maschine das Werkzeugsteuerprogramm eingegeben wird, daß eine Bezugsspannung geliefert wird und eine Überwachungsstation für die Bezugsspannung für jede Bearbeitungselektrode vorgesehen ist und daß im Betrieb die Rate der elektrischen Entladung zwischen jeder Bearbeitungselektrode und der zugeordneten Werkstückelektrode mit der Bezugsspannung jeder Bezugsspannungsüberwachungsstation verglichen wird und daß bei Änderung des Verhältnisses von Entladerate irgendeiner Bearbeitungselektrode zum Aus-r gang der betreffenden Bezugsspannungsquelle ein erster Signalimpuls abgeleitet wird, der den elektrischen Stromkreis nach der betreffenden Bearbeitungselektrode abschaltet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signal zur Auswertung quadriert wird, daß seine Frequenz während einer vorbestimmten Zeitperiode beobachtet und mit einem weiteren Bezugssignal verglichen wird und daß hiervon ein weiteres Signal abgeleitet wird, das während)einer vorbestimmten Zeitdauer festgehalten wird, welches direkt die Abschaltung des betreffenden Stromkreises bewirkt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die durch das erste Signal getriggerte Schaltwirkung während einer Zeitdauer blockiert wird, die mit der Bearbeitung der Werkstückelektrode beginnt, um eine Abschaltung des elektrischen Stromes nach der betreffenden Bearbeitungselektrode zu

709843/0913

vermeiden, die infolge von Anomalien in die Betriebsbedingungen auftreten könnte, welche das Verhältnis von Bearbeitungsentladung/Bezugsspannung der Bearbeitungselektrode beeinflussen.könnten.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schalter an ein UND-Gatter angeschlossen ist, das bei Empfang des Schaltbetätigungssignals von der letzten Bearbeitungselektrode wirksam wird und ein Signal erzeugt, welches die Abschaltung der Werkzeugmaschine von der Spannungsquelle bewirkt.

8. Steuervorrichtung für eine Funkenentladungs-Werkzeugmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß eine BezugsSpannungsquelle (50) und eine erste Vorrichtung (28) zur Überwachung der Entladungsrate einer BearbeitungselektrodeYund der Bezugsspannung vorgesehen sind, daß die erste Vorrichtung (28) sowohl die Entladungsrate als auch den Bezugsspannungsausgang vergleicht und bei Veränderung des Verhältnisses dazwischen ein erstes Signal erzeugt und aussendet und daß der Antrieb (58) für den Hauptschalter der Bearbeitungselektrode durch das ausgesandte Signal erregt wird und mit einem Bearbeitungselektrodenschalter (20) so verbindbar ist, daß bei Betätigung der Schalter (20) die Elektrode (10) von der Spannungsquelle abschaltet.

9· Steuervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Signalquadrlerungsstufe (29) vorgesehen ist, daß eine Überwachungseinrichtung (52) für die erste quadrierte Signalfrequenz vorgesehen ist, daß eine weitere Bezugsspannungsquelle (50a) und ein weiterer Komparator (54) vorgesehen sind, welch letztere die Frequenz des quadrierten Signals mit dem Ausgang der weiteren Bezugsspannungsquelle vergleicht und daß der weitere Komparator (54) ein weiteres Signal

709843/0913 ·/.

emittiert, wenn das Verhältnis zwischen der Frequenz des quadrierten Signals und dem Ausgang der weiteren Bezugsspannungsquelle sich ändert und daß ein Speicher (36) zur Speicherung des weiteren Signals vorgesehen sind und daß eine Schaltbetatigungseinrichtung (38) vorgesehen ist und daß das weitere Signal gespeichert wird, bevor die Schaltbetatigungseinrichtung (38) aktiviert wird, um die Bearbeitungselektrode (10) von der Spannungsquelle abzuschalten.

10. Steuervorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Bearbeitungselektroden (10, 10b, 10c) vorgesehen sind, denen je eine Bezugsspannungsquelle (30), eine erste Einrichtung (28) zur überwachung der Entladerate der jeweiligen Bearbeitungs· elektrode und des Bezugsspannungsausgangs zugeordnet ist, daß die erste Vorrichtung (28) die jeweilige Entladungsrate und den Bezugsspannungsausgang vergleicht und bei jeder Änderung des Verhältnisses ein erstes Signal liefert und daß ein Leistungsschalter für die Bearbeitungselektrode vorgesehen ist und ein Antrieb (38, 38b, 38c) für jede Elektrode,um eine Betätigung zu bewirken, wenn eines der ersten Signale emittiert wird und mit den jeweiligen Bearbeitungselektrodenschaltern (20, 20b, 20c) verbindbar 1st, derart, daß bei Betätigung eines Schaltantriebs (38, 38b, 38c) danach der Schalter betätigt wird, um die Elektroden (10, 10b, 10c) von der Spannungsquelle abzuschalten.

709843/091 3