DE2741773C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine, deren Elektroden relativ zueinander axial und/oder quer zu ihrer Vorschubachse translatorisch ver­ schieblich sind.

Aus der US-PS Re 26 970 ist ein Verfahren bekannt, das Werkzeug in das Werkstück eindringen zu lassen, indem die Exzentrizität der Translationsbewegung derart vergrößert wird, daß die erodierte Ausnehmung eine der Form des Werkzeugs ent­ sprechende Form erhält.

Aus der US-PS 35 39 754 ist es bekannt, die Exzentrizität der Translationsbewegung während des Vorschubs des Werkzeugs derart zu ändern, daß die Seitenflächen des Werkstücks eine von der Werkzeugform unterschiedliche Ausgestaltung erfahren. Bei diesem Verfahren wird die Exzentrizität der Translationsbewe­ gung zur Erzielung einer bestimmten Konizität der Seitenfläche des Werkstücks proportional zum axialen Vorschub des Werkzeugs geändert.

Aus der DE-OS 24 10 335 ist ein Verfahren zur Erhöhung der Bearbeitungsgenauigkeit bekannt, bei dem eine räumliche Form eines Werkstücks mit einer auf einer Halbkugel eingeschriebenen Translationsbewegung hergestellt wird.

Bisher konnte jedes dieser Verfahren nur mit einer besonderen Vorrichtung durchgeführt werden und es war erforder­ lich, die Vorrichtung jedesmal zu wechseln, wenn der Benutzer das Bearbeitungsverfahren zu ändern wünschte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Be­ arbeitungsvorrichtung problemlos zu ändern ist, also axial, radial oder zugleich axial und radial.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine in an sich bekannter Weise die Differenz eines Funkenbildungsbedin­ gungen kennzeichnenden Istwerts und eines Sollwerts über die Zeit integrierende Schaltung an eine Teilungsschaltung ange­ schlossen ist, die eine Einstellung des Verhältnisses ihrer Teilungssignale zum anliegenden Signal erlaubt, und die mit einer den relativen Axialvorschub der Elektroden entsprechend dem einen Teilungssignal beeinflussenden Schaltung sowie mit einer die relativen Translationsbewegungen der Elektroden ent­ sprechend dem anderen Teilungssignal beeinflussenden Schaltung verbunden ist.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich alle eingangs genannten Verfahren durchführen. Vorteilhaft ist die Möglichkeit der Änderung der Richtung, in der die Translation in einfacher, genauer und wirtschaftlicher Weise unter Beibe­ haltung einer ständigen Kontrolle der relativen Position der Elektroden in allen Richtungen erfolgt, die zwischen der Rich­ tung der Vorschubachse des Werkzeugs und den zu dieser Achse senkrechten Richtungen auswählbar sind. Die Vorrichtung paßt sich besonders gut an mechanische Translationsvorrichtungen an, deren Exzentrizität von einem einzigen Servomotor gesteuert wird.

Die Merkmale der Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltschema einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein Schaltschema einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 ein erläuterndes Diagramm und

Fig. 4 eine zu dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 passen­ de mechanische Vorrichtung.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung erfolgt die Funkenbildung in der zwischen einem Werkzeug 2 und einem Werk­ stück 3 liegenden Zone 1 durch einen elektrischen Stromkreis, der eine Gleichstromquelle 4 und einen Impulsgenerator 5 auf­ weist.

Die Vorschubbewegung des Werkzeugs 2 in Richtung des Werkstücks 3 wird von einem ersten Servomotor M ₁ bewirkt, dessen Geschwindigkeit von dem Ausgangssignal des Verstärkers 6 gesteuert wird. Das zu bearbeitende Werkstück 3 wird mittels eines Kreuzbewegungstisches 7 verschoben, dessen Verschiebungen in zwei zu der Achse des Vorschubs des Werkzeugs 2 in das Werkstück 3 senkrechten Richtungen durch Servomotoren M _x und M _y bewirkt werden.

Die axiale Position des Werkzeugs 2 wird von einem Stellungsgeber oder Positionsfühler gemessen, der einen die Verschiebung des Werkzeugs 2 mitmachenden beweglichen Teil 8 und einen festen Teil 9 aufweist, der ein die axiale Position des Werkzeugs 2 bezüglich des Werkstücks 3 kennzeichnendes Signal Z liefert. Dieses Signal Z wird an einen der Eingänge des Operationsverstärkers 10 übertragen, dessen anderer Eingang das Bezugssignal Z ₁ enthält und dessen Ausgang mit einem der Eingänge des Verstärkers 6 verbunden ist, so daß die axiale Position des Werkzeugs 2 als Funktion der Differenz der Signale Z und Z ₁ gesteuert wird.

Diese Steuerschaltung wird durch Hilfsschaltungen 11 und 12 ergänzt, die Differenzierschaltungen sind, deren Aus­ gangssignal kennzeichnend für die Geschwindigkeit ist, mit der sich das Signal Z bzw. das Signal Z ₁ ändert, und deren Ausgangswerts in dem Verstärker 6 verglichen werden, wodurch Vergrößerung der dynamischen Leistungen dieser Steuerschaltung ermöglicht und Unstabilität vermieden werden.

Die Position des Tisches 7 wird in jeder Richtung durch Fühler 13 bzw. 14 gemessen. Der Fühler 13 liefert ein Signal X, das mit einem Bezugssignal X _o in einem Operationsverstärker 15 verglichen wird, dessen Ausgangssignal den Servomotor M _x des Tisches 7 steuert. In der gleichen Weise wird der Motor M _y des Tisches 7 als Funktion der Differenz des von dem Fühler 14 erzeugten Signals Y und des Bezugssignals Y _o gesteuert.

Falls der Tisch 7 zu einer kreisförmigen Translations­ bewegung veranlaßt wird, ändern sich die Signale X _o und Y _o gemäß von der Rechnerschaltung 17 ausgearbeiteten trigono­ metrischen Funktionen mit einer Winkelgeschwindigkeit ω. Zu diesem Zweck werden von der Schaltung 17 variable Signale entwickelt und mit dem eine Sollwertgröße bildenden Teilungs­ signal B ₂ der Amplitude der Translationsbewegung in einer Schaltung 18 multipliziert, deren zwei Ausgangsgrößen X _o und Y _o die Positionssollwerte des Tisches 7 bilden. Die Winkelge­ schwindigkeit ω wird durch eine Einstellvorrichtung 19 bestimmt. Diese Geschwindigkeit könnte auch während der Translationszyklen gemäß dem in der DE-OS 25 50 649 beschrie­ benen Verfahren variieren oder als Funktion des Translations­ radius kompensiert werden, um die tangentiale Translations­ geschwindigkeit auf einem bestimmten Wert zu halten.

Die Sollwerte, welche die relative Position der Elektroden in der Vorschubsachse und die Exzentrizität der Translations­ bewegung bestimmen, werden ausgehend von einer Schaltung 20, deren Ausgangsgröße G eine Funktion des Integrals der Differenz einer Größe U _g , die für die Funkenbildungsbedingungen, bei­ spielsweise die Bearbeitungsspannung kennzeichnend ist, und mit einem eine Bezugsgröße U _o liefernden Potentiometer 21 erhalten. Die Größe G wird an die Klammern einer Teilungsschaltung 22 mittels eines Verstärkers 23 angelegt, der so geschaltet ist, daß er ein Signal A liefert, das gleich der Differenz der Größe G und einem der Ausgänge einer Schaltung 24 ist, an deren Ein­ gang auch die variable Größe G liegt.

Die Spannung A an den Klemmen der Teilungsschaltung 22, die von einem Potentiometer gebildet ist, wird mittels eines Schleifers in eine Spannung als Teilungssignal B ₁ geteilt, die der Spannung am anderen Ausgang der Schaltung 24 mittels der Schaltung 25 hinzugefügt wird, die das Bezugssignal Z₁ liefert. Die Differenz zwischen der Spannung des Teilungssignals B ₁ und der Spannung des Signals A der als Potentiometer ausgebildeten Teilungsschaltung 22 wird von der Subtraktionsschaltung 26 gemessen, deren Ausgang das Teilungssignal B ₂ für die Exzentri­ zität der Translationsbewegung liefert.

Durch Verschieben der Stellung des Schleifers der Teilungsschaltung 22 kann man das Verhältnis zwischen den Sollwerten B ₁ und B ₂ ändern, um auf diese Weise die Transla­ tionsbewegung in allen Richtungen zwischen der Richtung der Vorschubachse (B ₁ = A; B ₂ = 0) und den zu dieser Achse senk­ rechten Richtungen (B ₂ = A; B ₁ = 0) auszurichten.

Die Schaltungen 23, 24 und 25 dienen dazu, das Maß des Vorschubs des Werkzeugs in das Werkstück zu wählen, von dem an die Exzentrizität der Translationsbewegung sich als Funktion des Sollwertes der Position G zu ändern beginnt. Bis zu einem Wert G _o , der mittels einer Vorrichtung 27 einstellbar ist, haben die Ausgangsgrößen der Schaltung 24 entgegengesetzte Vorzeichen und der Eingangsgröße G gleiche Amplituden. Wegen der Subtraktionsschaltung 23 sind A, B ₁ und B ₂ Null und ist das Signal Z ₁ gleich G, so daß die Annäherung der Elektroden nur in der Vorschubachse erfolgt.

Wenn der Wert G _o erreicht wird, wird das Signal A, das gleich der Differenz G - G _o ist, von der Teilungsschaltung 22 in B ₁ und in B ₂ aufgeteilt, um dem Positionssollwert Z ₁ den Wert G _o + B ₁ und dem Sollwert B ₂ den Wert G - G _o - B ₁ zu geben. Der Verstärker 28 enthält an einem seiner Eingänge das Teilungssignal B ₂ der Exzentrizität und an dem anderen ein Bezugssignal B _max , das mittels des Potentiometers 29 einge­ stellt wird. Wenn der Wert dieses Bezugs erreicht ist, liefert der Verstärker 28 ein Signal, das auf einen der Eingänge der Integrationsschaltung 20 so wirkt, daß die Exzentrizität auf diesen Wert begrenzt wird.

In der zweiten Ausführungsform, die in Fig. 2 dargestellt ist, weist die Vorrichtung die gleichen in Fig. 1 gezeigten Elemente für die Steuerung der axialen Position des Werkzeugs 2 und für die Ausarbeitung der Teilungssignale B ₁ und B ₂ auf. In dieser Ausführungsform wird die Messung der axialen Verschie­ bung des Werkzeugs 2 durch einen Fühler 30 durchgeführt, der den Unterschied zwischen der axialen Position des Werkzeugs und der einer beweglichen Stange 31 mißt, deren axiale Verschiebung von dem Motor M ₃ bewirkt wird. Dieser Unterschied wird an den Eingang eines Verstärkers 32 angelegt, dessen Ausgangsgröße die Geschwindigkeit des Motors M ₃ steuert. Auf diese Weise folgt die Verschiebung der Stange 31 und des Fühlers 30 mit einer gewissen Verzögerung der axialen Verschiebung des Werkzeugs 2.

Ein anderer Positionsfühler 33 mißt den Unterschied zwischen der axialen Position der Stange 31 und einer festen Position, die durch die Position des festen Teils des Fühlers 33 einstellbar definiert ist. Dieser Unterschied wird an den anderen Eingang des Verstärkers 32 mittels eines Verstärkers 34 angelegt, um zu verhindern, daß die Stange 31 eine bestimmte axiale Stellung überschreitet. Wenn diese Stellung erreicht ist, vergrößert sich die Ausgangsgröße des Fühlers 30 propor­ tional zu dem Vorschub des Werkzeugs 2 in das Werkstück 3, und wenn die Größe G den Bezugswert G _o überschreitet, ändert sich die Exzentrizität der Translationsbewegung als Funktion des Fortschritts der Bearbeitung in einem Verhältnis, das durch die Stellung des Schleifers des die Teilungsschaltung 22 bildenden Potentiometers definiert ist, wie in dem vorhergehenden Beispiel.

Die Vorrichtung weist nur einen einzigen Servomotor M ₂ auf, um das Werkstück 3 oder das Werkzeug 2 gemäß einer transversalen Translationsbewegung zu verschieben. Diese Bewegung wird mit einer von dem Potentiometer 19 festgelegten Geschwindigkeit ω bewirkt, und die Exzentrizität dieser Bewegung wird von einer von einem Operationsverstärker 35 entwickelten Größe C gesteuert. Der Servomotor M ₂ weist einen in Fig. 2 nicht dargestellten Exzentrizitätsfühler auf, der ein diese Exzentrizität kennzeichnendes Signal E liefert. Ein Ausführungsbeispiel für diesen Servomotortyp wird in Fig. 4 beschrieben.

Die Kontrolle oder Steuerung der Exzentrizität wird durch Vergleich von E und B ₂ mittels eines Verstärkers 36 realisiert, dessen Ausgangsgröße an den Verstärker 35 angelegt wird. Außerdem wird die Regelung der Exzentrizität durch die Wirkung der Differenzierschaltungen 37 und 38 beschleunigt. Diese Vorrichtung wird durch eine Schaltung ergänzt, welche es gestattet, den Sollwert der Exzentrizität so zu korrigieren, daß die Resultierende der axialen Verschiebung des Werkzeugs und der Exzentrizität zu jedem Zeitpunkt auf einem gleichen Wert, nämlich dem des Signals A gehalten wird. Diese Rech­ nerschaltung besteht aus einem Integrationsverstärker 42, der von einem ersten Signal, das von der Multiplizierschaltung 39 als Quadrat der transversalen Verschiebung E ausgearbeitet wird, bzw. einem zweiten Signal beaufschlagt wird, das von der Multiplizierschaltung 40 als Quadrat des Teilungssignals B ₁ geliefert wird. Der dritte Eingang des Verstärkers 42 wird von einem dritten Signal gespeist, das von der Multiplizier­ schaltung 41 als Quadrat des Wertes des Signals A abgegeben wird und das an dem Eingang des Verstärkers 42 von der Summe der zwei ersten Signale subtrahiert wird. Die Schaltungen 39, 40 und 41 können in analoger Form realisiert werden, bei­ spielsweise wie die Schaltungen, die in "Analog Device", Band 6, Nr. 2, beschrieben sind. Die Ausgangsgröße des Verstärkers 42 speist den dritten Eingang des Verstärkers 36, so daß die Differenz Null zwischen diesen drei Signalen aufrechterhalten wird.

Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Arbeitsweise der in Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung veranschaulicht.

Das Signal A wird in einem konstanten Verhältnis in B ₁, welche die axiale Soll-Position des Werkzeugs 2 zum Werkstück 3 kennzeichnet, und in B ₂ aufgeteilt, welche die Soll- Exzentrizität der Translationsbewegung darstellt. Die Resul­ tierende der entsprechenden zwei Verschiebungen, die ausgehend von einer Anfangsposition Z _o gemessen werden, ist eine Ver­ schiebung R, die einen Winkel α mit der Achse der Eindringung des Werkzeugs in das Werkstück bildet. Dieser Winkel α bleibt konstant, wenn sich das Verhältnis zwischen B ₁ und B ₂ nicht ändert, d. h. wenn der Schleifer des Potentiometers der Teilungsschaltung 22 in derselben Stellung gehalten wird. Es wird festgestellt, daß es die Verschiebung des Schleifers gestattet, daß sich dieses Verhältnis ändert und daß sich der Winkel α zwischen Null und 90° variieren läßt. Das Ende des Vektors R verschiebt sich nach rechts auf ZE.

Die im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebene Vorrichtung 42 zur Korrektur der Exzentrizität ermöglicht es, die Exzen­ trizität um einen Wert Δ E so zu korrigieren, daß die resul­ tierende Verschiebung R′ gleich A wird. Die Verschiebung des Potentiometerschleifers ruft dann die Verschiebung des Endes des Vektors R′ auf dem Kreisbogen ZE mit dem Radius gleich A hervor. Wenn eine kreisförmige Translation bewirkt wird, hüllt der Vektor R die Oberfläche eines Kreiskegels mit der Spitze Z _o ein und der Vektor R′ beschreibt einen auf der Oberfläche einer Halbkugel mit dem Radius A eingeschriebenen Kreis. Läßt man das Verhältnis zwischen B ₁ und B ₂ variieren, dann beschreibt der Vektor R′ eine auf dieser Halbkugel eingeschriebene Bahn.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung mit drei Servomotoren, die gemäß dem Schaltschema der Fig. 2 arbeiten.

Die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung ist, um das Werk­ zeug 2 relativ zum Werkstück 3 gemäß einer Translationsbewegung zu verschieben, in alle Richtungen ausrichtbar und wird gemäß dem Schaltschema der Fig. 2 gesteuert. Das Werkzeug 2 ist an dem Kolben des ersten Servomotors M ₁ mittels eines Kreuzbewe­ gungstisches befestigt, der aus einer an diesem Kolben befestigten Platte 43 und zwei beweglichen Platten 44 und 45 zusammengesetzt ist, die so angeordnet sind, daß sie in zueinander senkrechten Richtungen und in senkrechter Richtung zu der Vorschubachse des Werkzeugs 2 in das Werkstück 3 gleiten. Diese Vorrichtung weist ein an der Platte 43 be­ festigtes Gehäuse 46 auf, das eine Bohrung hat, in der sich der Kolben des zweiten Servomotors M ₂ axial verschiebt. Dieser Kolben verschiebt axial ein erstes bewegliches Teil 47, das von der Welle 48 eines Motors M ₄ drehangetrieben wird. Das bewegliche Teil 47 ist mit dem Kolben des Motors M ₂ durch Kugellager 49 und 50 axial verbunden.

Das Teil 47 weist Kulissen mit Kugeln 51 auf, die so ange­ ordnet sind, daß sie ein zweites bewegliches Teil 52 relativ zum Teil 47 linear in Richtungen verschieben, die einen Winkel mit der Vorschubachse des Werkzeugs bilden. Das zweite beweg­ liche Teil 52 ist so angeordnet, daß es sich oberhalb der Platte 45 des Kreuzbewegungstisches mittels Kugellagers 53 dreht. Die Genauigkeit der axialen Verschiebungen und der Drehverschiebungen des ersten beweglichen Teils 47 in dem Gehäuse 46 ist durch Kugelgleitschienen 54 gewährleistet. Eine Feder 55 ist vorgesehen, um den zweiten beweglichen Teil 52 in seine Anfangslage zurückzuführen, für welche die Exzentrizität der Translationsbewegung Null ist.

Die axiale Verschiebung des Kolbens des Motors M ₂ relativ zum Gehäuse 46 wird von dem Positionsfühler 56 gemessen, der das in Fig. 2 dargestellte Signal E abgibt. Die mit Gewinde versehene Stange 31, die an ihrem unteren Teil den Taster 57 des Positionsfühlers 30 trägt, wird durch das von dem Motor M ₃ angetriebene Zahnrad 58 verschoben. Der Fühler 30 liefert das in Fig. 2 dargestellte Signal Z.

Ein zweiter Positionsfühler 33, dessen axiale Position mittels der mit Gewinde versehenen Stange 59 und der Ein­ stellschraube 60 eingestellt wird, gibt ein Signal ab, sobald der untere Teil der Stange 31 in Berührung mit dem Taster des Fühlers 33 gelangt.

Fig. 4 zeigt beispielsweise Servomotoren M ₁ und M ₂ des hydraulischen Typs, wobei es sich aber von selbst versteht, daß auch andere Servomotortypen, beispielsweise Elektromotore oder eine magnetische Vorrichtung für die Steuerung der Exzen­ trizität, verwendet werden können.

Man könnte auch der Größe A einen digitalen Wert geben, der durch Zählen und Abziehen der Frequenzimpulse erhalten wird, die der Regelungsdifferenz U _g - U _o proportional sind. In diesem Fall würde das Potentiometer 22 durch eine solche Teilungsschaltung ersetzt werden, die eine numerische Teilung mit einem konstanten und einstellbaren Faktor durchführt.

Claims (6)

1. Vorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine, deren Elektroden relativ zueinander axial und/oder quer zu ihrer Vorschubachse translatorisch verschieblich sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine in an sich bekannter Weise die Differenz eines die Funkenbildungsbedingungen kennzeichnen­ den Istwerts (U _g ) und eines Sollwertes (U _o ) über die Zeit integrierende Schaltung (20) an eine Teilungs­ schaltung (22) angeschlossen ist, die eine Einstel­ lung des Verhältnisses ihrer Teilungssignale (B ₁, B ₂) zum anliegenden Signal (A) erlaubt, und die mit einer den relativen Axialvorschub der Elektroden (2, 3) entsprechend dem einen Teilungssignal (B ₁) beein­ flussenden Schaltung (25) sowie mit einer die rela­ tiven Translationsbewegungen der Elektroden (2, 3) entsprechend dem anderen Teilungssignal (B ₂) beein­ flussenden Schaltung (26) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Teilungsschaltung (22) ein Spannungsteiler ist, dessen zwischen dem Schleifer und einer der Klemmen des Teilers anliegenden Spannungen den Teilungssignalen (B 1, B 2) entsprechen.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß ein erster Servomotor (M 1) in Abhängigkeit von der Differenz des den Axialvorschub beeinflussenden Teilungssignals (B 1) und eines Istwerts (Z) des Axialvorschubs steuerbar ist und daß wenigstens ein zweiter Servomotor (M 2) in Ab­ hängigkeit von der Differenz des die relativen Trans­ lationsbewegungen beeinflussenden Teilungssignals (B 2) und eines Istwerts (z. B. X) der Translationsamplitude steuerbar ist (Fig. 1, 2).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Vor­ richtung zum Messen der Amplitude der Resultierenden (R) des relativen Axialvorschubs und der relativen Translationsbewegung der Elektroden (2, 3) vorhanden ist, daß eine Schaltung (z. B. 42) zur Korrektur wenigstens eines der Teilungssignale (B 1, B 2) in Abhängigkeit von der Differenz der Amplitude der Resultierenden (R) und der Amplitude des an der Teilungsschaltung (22) an­ liegenden Signals (A) im Sinne gleichen Werts beider Amplituden vorhanden ist und daß die Teilungssignale (B 1, B 2) im Laufe der Bearbeitung zyklisch änderbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, mit zwei die transla­ torische Relativlage der Elektroden bestimmenden Maschinenbauteilen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zweite Servomotor (M 2) die relativen axialen Verschiebungen dieser Bauteile steuert (Fig. 4).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Schaltung zum Umkehren des Änderungssinns des einen und/oder des anderen Teilungssignals (B 1, B 2) vor­ handen ist.