DE2718044C2 - Verfahren und Vorrichtung zur elektroerosiven Bearbeitung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur elek- ^troerosiven Bearbeitung eines Werkstücks mit einer '"^Elektrode, die relativ zueinander mit zyklischer Translationsbewegung umlaufen, wobei die Translationsgeschwindigkeit der erodierenden Elektrodenfläche unabhängig von der Form der erodierten Werkstückfläche • im Sinne eines gleich groß bleibenden Materialabtrags geregelt wird.

Ein solches Verfahren ist aus der Zeitschrift »Elektronnaja Obrabotka Materialov«, 1973 Nr. 4 (52) S. 10 bis 14 bekannt Bei diesem Verfahren ist es nicht möglich, gleichzeitig eine Momentansteuerung der Funkenbildungsbedingungen, also der Weite des Arbeitsspalts, und der Verformung des Werkstücks zu bewirken. Dies kommt daher, weil das bekannte Verfahren darin besteht, die Bahn auf einen bestimmten Weg zu begrenzen und die Translationswinkelgeschwindigkeit ak Funktion von Änderungen einer für die Arbeitsspaltweite ci.arakteristischen Größe variieren zu lassen. Die gleichzeitige Regelung der Arbeitsspaltweite und der Translationswinkelgeschwindigkeit kann nur erfolgen, indem ein Geschwindigkeitsprogramm abläuft, das gespeichert F'orden ist, nachdem die Bewegungsbahn vorbestimmt wurden ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß es eine höhere Bearbeitungsieistung hat ur.d eine permanente Regelung der Verformung des Werkstücks während der Bearbeitung ermöglicht

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Exzentrizität der Translationsbewegung in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit von im Arbeitsspalt aufrechterhaltenen Funkenbildungsbedingungen geregelt wird und daß die Regelung der Translationsgeschwindigkeit als Funktion der Abweichung der arbeitsspaltgeregelten Exzentrizität der 1 /anslationsbewegung von der Exzentrizität einer Bezugsbahn erfolgt

Die Erfindung ermöglicht es, die Verformung der

Werkstückoberfläche mit Bezug auf die Form des Werkzeugs zu steuern, während gleichzeitig die Arbeitsspaltweite geregelt wird. Die Geschwindigkeitsregelung verwendet eine andere Größe, deren Änderung von der Abweichung der Form der bearbeiteten Oberfläche mit Bezug auf die Werkzeugform abhängen. Diese Größe ist die Momentanexzentrizität der Translationsbewegung.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur elektroerosiven Bearbeitung nach 'tem vorbeschriebenen Verfahren. Vorteilhafte Ausgestaltungen oder Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der vorerwähnten Vorrichtung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 bis 6 drei Beispiele für die Bearbeitung von Hohlräumen unterschiedlicher Form, und

F i g. 7 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

F i g. 1 zeigt im Schnitt eine Elektrode 1 mit elliptischem Querschnitt, die zum Bearbeiten eines Hohlräume entsprechender Form in einem zu bearbeitenden Werkstück 2 verwendet wird. Diese Bearbeitung wird dadurch bewirkt, daß der Elektrode eine zyklische, kreisförmige Translationsbewegung a erteilt wird.

F i g. 2 zeigt, wie sich diese Translationsbewegung im Laufe der Bearbeitung verändert. Die Bahn 3 zeigt die Translationsbahn bei Beginn der Bearbeitung. Wenn die Bahn 3 mit konstanter Winkelgeschwindigkeit ω durchlaufen wird, ist verständlicherweise die Menge des an .dem Werkstück 2 abgetragenen Materials für einen gegebenen Kreisbogen der Bahn sehr viel größer, wenn die Bearbeitung mit einem kleinen Krümmungsradius der Elektrode 1 erfolgt, als wenn die Bearbeitung mit einem großen Krümmungsradius erfolgt. Infolgedessen würde, wenn mit einer herkömmlichen Regelung der Translationsbewegung gearbeitet würde, die die Arbeitsspaltweite konstant zu halten versuchte, die Bahn 3

sich transformieren, indem sie den Verlauf der Bahn 4 nimmt. Um eine solche elliptische Verformung der Bahn mit dem variablen Radius R zu vermeiden, wird ein Vergleich zwischen der tatsächlichen Bahn (Ist-Bahn) und einer Bezugskreisbahn 5 durchgeführt Durch Messen der augenblicklichen Abweichung der tatsächlichen Bahn 4 von dieser Bezugsbahn 5 kann die Geschwindigkeit der Translationsbewegjing als Funktion dieser Abweichung derart modifiziert werden, daß letztere in vorbestimmten Grenzen gehalten wird. Wenn die Bezugsbahn 5, wie in F i g. 2 dargestellt ist einen dem mittleren Radius der tatsächlichen Bahn 4 gleichen Radius aufweist kann man das Vorzeichen der Abweichung verwenden, um die Translationsgeschwindigkeit variieren zu lassen. Indem die zum Steuern einer starken Geschwindigkeitsänderung erforderliche Abweichung ausreichend klein gewählt wird, kann man erreichen, daß die tatsächliche Bahn 4 so nahe, wie es gewünscht wird, an der festgelegten idealen Bahn liegt

F i g. 3 und 4 beziehen sich auf die Bearbeitung von rechteckigen Hohlräumen, wobei eine rechteckige oder quadratische Bahn zum Verschieben der Elektrode 6 ·τη Hohlraum des Werkstücks 7 verwendet wird. Vvenn keine besondere Maßnahme getroffen wird, hat die quadratische Bahn 8 aus den gleichen Gründen wie oben dargelegt das Bestreben, sich so zu verformen, wie mit 9 dargestellt ist Die Verformung der quadratischen Bahn wird vermieden, wenn man eine kreisförmige Bezugsbahn IO nimmt Dies kommt daher, weil »ich die augenblickliche Abweichung zwischen der tatsächlichen Bahn (Ist-Bahn) und der kreisförmigen Bezugsbahn längs einer Seite der quadratischen Bahn kontinuierlich ändert, wodurch sich eine längs dieser Seite ändernde Geschwindigkeit ergibt Wenn die Bahn jedoch der nächsten Seite folgt, die einen Winkel von 90° mit der erstgenannten Seite bildet, bewirkt die Geschwindigkeitsregelung eine Änderung der Translationsgeschwindigkeii, die gegensätzliches Vorzeichen hat und von der Größe der zu bearbeitenden Oberfläche abhängt

Die zufolge der unterschiedlichen abzutragenden Materialmengen auftretenden Verformungen der Bahn, die für die lange Seite des Rechtecks wegen der größeren abzutragenden Materialmenge größer als für die kurze Seite sind, werden kompensiert, da die Geschwindigkeitsregelung die vier Seiten der Bahn auf gleichen Abstand zu der kreisförmigen Bezugsbahn halten soll.

Nach F i g. 5 und 6 wird die Translation längs einer Mantelfläche eines Rotationskörpers bewirkt, insbesondere, wenn der Elektrode 11 eine kreisförmige Translationsbewegung gegeben wird, deren Radius Funktion des Vorschubes der Elektrode 11 in das zu bearbeitende Werkstück 12 hinein ist Gemäß F i g. 6 ist diese Funktion linear, so daß die Mantelfläche ein Kegel C ist. Die Linie 13 stellt die Bahn am Anfang der Bearbeitung dar, die Linie 14 zeigt dns Bestreben zur Verformung dieser Bahn, und die Linie 15 zeigt die Bezugsbahn.

F i g. 7 zeigt die erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung. Diese Vorrichtung umfaßt eine Elektrode 16, die dazu bestimmt ist, einen Hohlraum oder eine Vertiefung in einem Werkstück 17 mit elektroerosiven Entladungen zu bearbeiten, die von einer Gleichstromquelle 'S in Reihe mit einem impulsgenerator G/erzeugt werden. Der Vorschub der Elektrode 16 wird von einer Servosteuervorrichtung 18 erzeugt, deren oberer Teil iest ist, während ihr Unterer Teil 19 beweglich ist. Der Teil 19 trägt einen Kreuzschlitten 20, der seitliche Verschiebungen der Elektrode 16 ermöglicht, um dieser eine zyklische Translationsbewegung zu erteilen. Diese Translationsbewegung, die kreisförmig ist, wird von einem Verstellantrieb 21 mit Exzenter gesteuert, dessen Exzentrizität mit einer Stange 22 geregelt wird, die einen Anschlag 23 trägt, der mit dem festen Teil der Servosteuervorrichtung 18 zusammenarbeitet Der Verstellantrieb 21 kann beispielsweise so realisiert werden, die dies in der US-Patentschrift 38 09 852 beschrieben ist gemäß der die Exzentrizität in Vorschubrichtung der Bearbeitung vergrößert werden kann. Ebenso folgt der Verstellantrieb 21 dieser Verschiebung, wenn sich der Teil 19 der Servosteuervorrichtung mit Bezug auf die Zeichnung nach unten verschiebt Sobald der Anschlag 23 mit dem festen Teil zusammenarbeitet erfährt die Stange 22 eine relative Verschiebung aus dem Verstellantrieb 21 heraus, wodurch dieser eine größere Exzentrizität erhält

Vermöge eines Fingers 24 wird diuse Verschiebung der Stange 22 mit einem Fühler oder Sensor 25 gemessen, der ein für diese Verschiebung kennzeichnendes elektrisches Signal liefert. Der Vers* ■ .'antrieb 21 wird von einem elektrischen Schrittmotor Ά angetrieben.

Die Arbeitsspannung wird an eine Schaltung 27 angelegt, die ein elektrisches Signal liefert das für die Weite des ArbeitsspaJts kennzeichnend ist. Das Signal ist eine Spannurj, deren Amplitude eine Funktion der Spaltweite ist und die mit einer Bezugsspannung verglichen wird, die mittels eines Potentiometers 28 eingestellt werden kann. Ein Unterschiedssignal zwischen der von der Schaltung 27 gelieferten Spannung tnd der Bezugsspannung wird an einen Operationsverstärker 29 angelegt, am dann an einen Verstärker 30 zu gelangen, nachdem es mit dem Ausgangssignal eines Verstärkers 31 verglichen worden ist. Dieser erhält das von dem Sensor 25 gelieferte Signal nach Vergleich mit einem an einem Potentiometer 32 eingestellten Bezugssignal.

Das Potentiometer 32 ermöglicht, einer Grenzwert des Radius der kreisförmigen Translationsbewegung zu fixieren, da der Verstärker 31, sobald das von den Sensor 25 gelieferte Signal das von dem Potentiometer 32 abgegriffene Bezugssignal überschreitet, ein Signal liefert, Jas dem von dem Verstärker 29 kommenden entgegengesetzt ist, damit die Servosteuervorrichtung daran gehindert wird, den Vorschub der Elektrode )6 in Richtung des Werkstücks 17 fortzusetzen. Eine solche Regelung ist in der DE-OS 26 14 765 beschrieben.

Das von dem Sensor 25 gelieferte Signal wird auch über eine Siebschaltung 33 an einen Analog-Digital-Umsetzer 34 angelegt. Dieser liefert ein Digitalsignal, das für das von dem Sensor 25 gelieferte Signal kennzeichnend ist, um eine Frequenzvervielfachungsschaltung 35 zu steuern, deren anderer Eingang das den Schrittmotor 26 steuernde pulsierende Signal erhält. So liefert Jh Schaltung 35 ein Signal, das für das Produkt der Exzentrizität der Translation und der momentanen Winkelgeschwindigkeit der Translationsbewegung kennzeichnend ist.

Das Impuls-Auigangssignal der Schaltung 35 wird an einen Zähler 36 angelegt, der die Zahl der Impulse während einer vorbestimmten Zeit summiert und dann die Summe in einen Speicher 37 überträgt. Diese vorbestimmte Zeit wird von einer Teilungsschaltung 38 bestimmt, die von dem Steuersignal des Schrittmotors 26 gespeist wird. Diese Teilungsschaltung 38 weist ein solches Teilungsverhältnis auf, daß sie jedesmal einen Impuls liefert, wenn der"3chrit'imotor 26 einen vollständigen Translationszyklus gesteuert hat. Dieser Impuls ruft die Übertragung der von dem Zähler 36 gespeicherten

Zahl in den Speicher 37 hervor.

Die in dem Speicher 37 enthaltene Zahl wird an einen Eingang «ines numerischen Diskriminators 39 angelegt, dessen anderer Eingang das vom Ausgang der Schaltung 34 kommende Digitalsignal erhält. Der Diskriminator 39 steuert eine Additions-Subtraktionsschaltung 40, deren anderer Eingang eine Zahl N_v erhält, die für die Grundgejichwindigkeit der Translation kennzeichnend ist. Die Additions-Subtraktionsschaltung 40 steuert eine Frequenzvervielfachungsschaltung 41, deren zweiter Eingang die Impulse eines Taktgebers H erhält. Der Ausgang der Vervielfachungsschaltung 41 liefert das Steuersignal des Schrittmotors 26.

In der Vorrichtung nach Fi g. 7 ist der Ausgang der Vervielfachungsschaltung 35 ein Signal mit einer Frequenz, die dem Produkt des Radius der Exzentrizität mit der Winkelgeschwindigkeit der Translationsbewegung proportional ist. Der Ausgang der Vervielfachungsschaltung 35 veranschaulicht somit die nioniäntaiis Umfangsgeschwindigkeit der Translationsbahn. Da die diese Geschwindigkeit kennzeichnenden Impulse in dem Zähler 36 während eines vollständigen Translationszyklus summiert werden, entspricht die von dem Zähler 36 an den Speicher 37 übertragene Zahl der Integration der Geschwindigkeit während eines Umlaufs der Elektrode 16 auf der Translationsbahn. Dieses Signal ist somit dem Umfang dieser Translationsbahn und infolgedessen dem Radius dieser Bahn proportional. Der Ausgang des Speichers 37 veranschaulicht daher den mittleren Radiuji der tatsächlichen Bahn, wobei dieser mittlere Radius verwendet wird, um den Radius einer kreisförmigen Bezujjisbahn zu definieren. Dieser mittlere Radius wird zu jedem Zeitpunkt von dem Diskriminator 39 mit dem momentanen Radius der Exzentrizität verglichen, der durch das Ausgangssignal der Schaltung 34 definiert ist.

So ist das Ausgangssignal des Diskriminators 39 eine Funktion der Abweichung oder des Unterschiedes zwischen dem momentanen Radius der Translation und dem mittleren Radius dieser Translation während des vorhergehenden Zyklus. Dieses Unterschiedssignal, dessen Einfluß· durch die Einstellung der Zahl N_v modifiziert werden kann, die an dem anderen Eingang der Schaltung der Additions-Subtraktionsschaltung 40 angelegt wird, steuert die Vervielfachungsschaltung 41 um die Frequenz ihrer Ausgangsimpulse als Funktion des Unterschiedes, variieren zu lassen. Man erhält so automatisch eine Regelung der momentanen Umfangsgeschwindigkeit der Elektrode entlang ihrer Bahn in Abhängigkeit von einer ideal kreisförmigen Bezugsbahn.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur elektroerosiven Bearbeitung eines Werkstücks mit einer Elektrode, die relativ zueinander mit zyklischer Translationsbewegung umlaufen, wobei die Translationsgeschwindigkeit der erodierenden Elektrodenfläche unabhängig von der Form der erodierten Werkstückfläche bn Sinne eines gleich groß bleibenden Materialabtrags geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzentrizität der Translationsbewegung in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit von im Arbeitsspalt aufrechterhaltenen Funkenbildungsbedingungen geregelt wird und daß die Regelung der Translationsgeschwindigkeit als Funktion der Abweichung der arbeitsspaltgeregelten Exzentrizität der Translationsbewegung von der Exzentrizität einer Bezugsbahn erfolgt

Z Verfahre a nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsbahn (5,10,15} eine Kreisbahn ist, die in einer zur Vorschubrichtung der Elektrode (16) senkrechten Ebene liegt

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem mehrere Translationsbahnen der in das Werkstück forgeschobenen Elektrode auf einer Mantelfläche eines Rotationskörpers liegen, dessen Achse die Vorschubachse ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der Bezugsbahn (13,15) nach jedem Translationszyklus der Elektrode (16) auf den Radius des Rotatinskörpe' > des nachfolgenden Translationszyklus abgestimmt wird.

4. Vorrichtung zur eiektroerosiven Bearbeitung nach Anspruch 1, mit einem als 'vklische Translationsbewegungen ausgeführte Rolatiwerschiebungen der Elektrode und des Werkstücks bewirkenden Versteliantrieb, wobei die Translationsgeschwindigkeit der zyklischen Translationsbewegungen regelbar ist, und mit einer die Exzentrizität dieser Translationsbewegungen in Abhängigkeit von der Aufrechterhaltung bestimmter Funkenbildungsbedingungen im Arbeitsspalt beeinflussenden Regeleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Translationsgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Abweichung der Exzentrizität von einer Bezugsgröße beeinflussenden Regeleinrichtung (40, 41) vorhanden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie Rechenschaltungen (36, 38) zum Berechnen des Mittelwerts der Exzentrizität während eines Translationszyklus aufweist und daß der berechnte Mittelwert einem Speicher (37) zugeführt ist, dessen Ausgangswert den Mittelwert der Bezugsgröße des nachfolgenden Translationszyklus darstellt.