DE2856817C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine, deren Elektroden beim Erodieren von einem Servomotor in eine Elektrodenstillstand aufwei­ sende Soll-Endlage mit einer Stellgeschwindigkeit zu bringen sind, die von einer in Abhängigkeit von den Funkenbildungs­ bedingungen wirkenden ersten Regelschaltung und von einer zweiten Regelschaltung zu steuern ist, die in Abhängigkeit von einer Abweichung einer Istlage der Elektroden zu einer Sollage steht und der Elektrodenverstellung durch die erste Regelschaltung entgegenwirkt, wenn die Sollage erreicht ist.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der DE-OS 26 14 765 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung erfolgt eine Ab­ regelung der Stellgeschwindigkeit der Elektroden lediglich zwischen einer festgelegten Bezugs- bzw. Sollage und der gewünschten Soll-Endlage. In den in Erosionsrichtung vor der Sollage definierten Bereichen wird unbeeinflußt von der zweiten Regelschaltung nur in Abhängigkeit von den Funken­ bildungsbedingungen erodiert.

Im Vergleich dazu liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Stellgeschwindigkeit der Elektroden über den gesamten Erosionsbereich automatisch begrenzt wird, wenn beim Erodieren eine kritische Erosionsstromdichte über­ schritten wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Steuerkreis zum beim Erodieren mit einer vorbestimmbaren Geschwindigkeit erfolgenden Verstellen der Sollage vorhanden ist, der von einer logischen Schaltung nur dann aktiviert wird, wenn die Abweichung der Istlage der Elektroden zu der jeweils einge­ stellten Sollage einen bestimmten Wert erreicht, bevor eine Soll-Endlage erreicht ist, und der von dieser logischen Schaltung bei Erreichen dieser Soll-Endlage desaktiviert wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, mit Hilfe einer sehr einfachen Schaltung zwei weitere Funktionen zu verwirklichen, die bisher jeweils durch eine besondere und komplizierte Vorrichtung bewerkstelligt werden mußte. Diese Funktionen sind einerseits die Speicherung der relativen Lage der Elektroden bei einer Rücknahme der Elektrode und die Verlangsamung der Annäherungsbewegung dieser Elektrode, sobald diese Lage erreicht ist sowie andererseits die auto­ matische Begrenzung der Vorschubgeschwindigkeit bei der Be­ arbeitung, um im Verlauf der Bearbeitung nicht eine kritische Erosionsstromdichte zu überschreiten. Wenn diese Sollage festgehalten wird, hält die Vorrichtung den Bearbeitungsvor­ schub nach dem in der oben genannten Schutzrechtsschrift beschriebenen Verfahren an. Die Erfindung ist besonders vor­ teilhaft, da sie auf mehrere Servomotoren angewendet werden kann, die gleichzeitig die Relativverstellung der Elektroden in mehreren Richtungen steuern können. Das ist z.B. der Fall, wenn die Relativverstellung eine Verschiebung ist, die einer­ seits in einer bestimmten Richtung mit Hilfe eines ersten Servomotors und andererseits in zu dieser ersten Richtung senkrechten Richtungen mit Hilfe wenigstens eines zweiten Servomotors durchgeführt wird. Die Vorrichtung erlaubt es, die Verstellungen der Elektroden in jeder dieser Richtungen zu synchronisieren, wobei die maximalen dynamischen Quali­ täten dieser Servomotoren genutzt werden, um die Elektroden im Verhältnis zueinander voneinander zu entfernen, falls ein Bearbeitungsfehler auftritt. Des weiteren bildet die Anzeige dieser Sollage eine sehr beständige Angabe über die Entwick­ lung der Bearbeitung.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung mit Blockschalt­ bild einer ersten Ausführungsform und

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel mit zwei zusätzlichen Servomotoren, die jeder durch eine der Fig. 1 ähnliche Vorrichtung gesteuert sind.

Gemäß Fig. 1 sind eine Elektrode 1 und ein zu bearbei­ tendes Werkstück 2 durch einen Arbeitsspalt 3 voneinander getrennt, in dem aufeinanderfolgende Erosionsentladungen durch eine Gleichstromquelle 4 und einen Impulserzeuger 5 entsprechend einer bei Elektroerosion bekannten Technik erzeugt werden. Die Elektrode 1 ist auf einem Support 6 befestigt, der an einem Kolben 7 befestigt ist, dessen Bewegung durch einen Servomotor 8 kontrolliert wird. Die Geschwindigkeit des letzteren wird durch einen Verstärker 12 und einen Operationsverstärker 9 gesteuert, dessen einer Eingang Analogsignale aufnimmt, die von der Schaltung 10 entsprechend den Bearbeitungsbedingungen gewonnen werden, z.B. die mittlere Bearbeitungsspannung, gemessen zwischen der Elektrode 1 und dem Werkstück 2. Der andere Eingang des Operationsverstärkers 9 wird mit einer Sollspannung beauf­ schlagt, die durch ein Potentiometer 11 gewonnen wird. Ein erstes Signal A des Operationsverstärkers 9 wird auf einen der Eingänge des Differentialverstärkers 12 gegeben, dessen anderer Eingang ein zweites Signal B aus dem Analog-Digital- Wandler 13 erhält. Der Ausgang des Differentialverstärkers 12 bildet die Steuergröße des Servomotors 8.

Der Digital-Analog-Wandler 13 erhält die Digitalsignale von einem numerischen Vergleicher 14, dessen einer Eingang mit einem Lagedetektor verbunden ist, der eine Zähl­ schaltung 16 und einen beweglichen Teil 15 enthält, der an dem Support 6 befestigt ist. Der andere Eingang dieses nu­ merischen Vergleichers 14 ist mit einem Impulszähler 17 verbunden, der von dem UND-Glied 18 übermittelte Impulse auf­ nimmt. Dieses UND-Gatter hat drei Eingänge, die mit einem numerischen Vergleicher 19, einem Frequenzvervielfacher 20 und einer Kippschaltung 21 verbunden sind. Der numerische Vergleicher 19 ist mit seinen Eingängen einerseits mit dem Impulszähler 17 und andererseits mit einer Kodierschaltung 22 verbunden, mit der die Soll-Endlage eines Bearbeitungs­ vorganges festgelegt wird. Der Frequenzvervielfacher 20, dessen einer Eingang Frequenzimpulse eines Oszillators 23 aufnimmt, ist mit seinem anderen Eingang an eine Kodier­ schaltung 24 angeschlossen, mit der man das Verhältnis der Impulsfrequenz am Eingang zur Impulsfrequenz am Ausgang des Frequenzvervielfachers 20 einstellt. Die Zahl der durch den Impulszähler gewonnenen Impulse wird mit Hilfe einer De­ kodierschaltung 25 angezeigt.

Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:

Vor dem Bearbeitungsbeginn wirkt man auf wenigstens einen der Zähler 16, 17 so ein, daß jeder die gleiche Zahl anzeigt, indem z.B. beide derart auf Null gesetzt werden, daß am Aus­ gang des Vergleichers 14 kein Signal erscheint. Des weiteren legt man die maximale Vorschubgeschwindigkeit mit Hilfe der Kodierschaltung 24 und die Soll-Endlage mit Hilfe der Kodier­ schaltung 22 fest. Bei Beginn der Bearbeitung blockiert die Kippschaltung 21 das UND-Glied 18, da das Signal B Null ist, und der Impulszähler 17 bleibt auf Null, bis die Zählschal­ tung 16 den Vorschub der Elektrode 1 feststellt. Der numerische Vergleicher bzw. Diskriminator 14 stellt eine Differenz der Zähler 16 und 17 fest und das Signal B wirkt auf die Kipp­ schaltung 21, um das UND-Glied 18 zu öffnen, welches die von dem Frequenzvervielfacher 20 übermittelten Impulse durchläßt. Der durch den Impulszähler 17 gelieferte Sollwert wächst mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit. Wenn der Bearbeitungs­ vorschub mit derselben Geschwindigkeit stattfindet, wird in dieser Schaltung keine Veränderung erzeugt. Wenn die Bear­ beitung schneller vorankommt, als der Sollwert des Impuls­ zählers 17, verstärkt sich das Signal B und wirkt dem Signal A entgegen, so daß die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode auf einem diesem Sollwert entsprechenden Wert gehalten wird. Wenn die tatsächliche Vorschubgeschwindigkeit kleiner ist, als die des Sollwerts, verschwindet das Signal am Ausgang des numerischen Vergleichers 14, wie auch das Signal B und die Kippschaltung 21 sperrt das UND-Glied 18 so, daß die Veränderung dieses Sollwerts gestoppt und der Zählschal­ tung 16 erlaubt wird, diesem Sollwert nachzulaufen, bis der Unterschied zwischen den beiden Zählern 16 und 17 das Vorzeichen wechselt und ein Signal an den Klemmen des numerischen Vergleichers 14 zum Verschwinden bringt. Daher bildet der veränderliche Sollwert des numerischen Vergleichers 14 eine Geschwindigkeitsbegrenzung und erlaubt darüber hinaus die Position der Elektrode 1 in dem Augenblick zu speichern, wo das Signal A den Befehl gibt, diese Elektrode 1 vom Werk­ stück 2 zurückzuziehen. Während der Annäherung der Elektrode 1 wird deren Geschwindigkeit verringert, sobald diese ge­ speicherte Lage erreicht ist.

Die Kippschaltung 21 könnte bei der Sperrung leicht verzögert ansprechen, um die Bremswirkung auf die Elektrode 1 zu verstärken, wenn diese die gespeicherte Lage erreicht. Umgekehrt braucht die Kippschaltung bei ihrer Freigabe nicht beeinflußt zu werden.

Man könnte auch bewirken, daß die Ausgangsgröße des Impulszählers 17 progressiv oder in Abhängigkeit von dem Ab­ weichungssignal B veränderlich ist. Dazu würde genügen, die Kippschaltung 21 durch einen Funktionsgenerator zu ersetzen, dessen Ausgangsgröße auf die Kodierschaltung 24 einwirkt. In diesem Fall hätte das Gatter 18 nur zwei Eingänge.

Fig. 2 zeigt, daß die Vorrichtung der Fig. 1 nicht nur benutzt werden kann, um die axiale Verschiebung der Elektrode 1 zu kontrollieren, sondern auch, um die Amplitude einer Radialverschiebung dieser Elektrode 1 zu kontrollieren. Ein Teil der Überwachungsschaltung für die axiale Verschiebung der Elektrode 1 ist derselbe, wie bei der Vorrichtung der Fig. 1 und die Elemente dieser Schaltung tragen dieselben Bezugszeichen.

Die radialen Verstellbewegungen werden dem zu be­ arbeitenden Werkstück 2 durch einen Tisch für Kreuzbewe­ gungen vermittelt, der eine erste Platte 26 aufweist, deren in der Ebene der Fig. 2 liegende lineare Verschiebung in bezug auf eine zweite Platte 27 mit Hilfe eines Servomotors 28 ausgeführt wird. Diese Platte 27 wird bezüglich einer festen Platte 29 in einer zu dieser Ebene senkrechten Rich­ tung durch einen Servomotor 30 verstellt. Die Verschiebe­ bewegung des Werkstücks 2 wird mit einer Interpolations­ schaltung 31 gesteuert, der den Servomotoren 28, 30 um 90° verschobene Sinussignale übermittelt, falls die Verschie­ bung kreisförmig ist. Diese Interpolationsschaltung könnte z.B. derjenigen ähnlich sein, die in der USA-Patentschrift 40 57 703 beschrieben ist, wenn die zwei Servomotoren Schrittmotoren sind.

Die Exzentrizität der Radialverschiebung wird durch die Interpolationsschaltung 31 gemessen und mit einem Ab­ weichungsdiskriminator 32 mit einem Sollwert verglichen, der durch einen Impulszähler 33 gewonnen wird. Die nume­ rische Abweichung zwischen dieser Exzentrizität und diesem Sollwert wird auf einen der Eingänge eines Operationsver­ stärkers 34 und auf eine Kippschaltung 35 in der Form eines Analogsignals B′ gegeben, das mittels eines Digital-Analog- Wandlers 36 gewonnen wird. Der andere Eingang des Operations­ verstärkers 34 nimmt einen Teil A′ des Ausgangssignals des Operationsverstärkers 9 auf, während der andere Teil A einem der Eingänge des Verstärkers 12 zugeführt wird. Die Auftei­ lung in die Signale A und A′ wird mit Hilfe eines Potentio­ meters 37 eingestellt. Die Ausgangsgröße des Operationsver­ stärkers 34 steuert die Exzentrizität der Radialverschiebe­ bewegung des Werkstücks 2. Die drei Eingänge eines UND- Gatters 38 sind mit der Kippschaltung 21, einer Kippschal­ tung 35 und einem Festfrequenzoszillator 23 verbunden, während der Ausgang dieses Gatters einerseits mit einem Fre­ quenzmultiplikator 20 verbunden ist, der den Geschwindig­ keitssollwert des Frontalvorschubs der Bearbeitung festlegt, und andererseits mit einem weiteren Frequenzmultiplikator 39, der den Geschwindigkeitssollwert des Seitenvorschubs der Be­ arbeitung festlegt, wobei die Geschwindigkeiten jeweils durch einen Kodierkreis 40 bzw. 24 eingestellt werden.

Die von den Frequenzmultiplikatoren 20, 39 herrührenden Impulse werden einerseits auf einen der Eingänge eines UND- Gatters 41 und andererseits auf einen der Eingänge eines weiteren UND-Gatters 42 gegeben, während der andere Eingang des UND-Gatters 41 mit dem numerischen Vergleicher 19 und der andere Eingang des UND-Gatters 42 mit einem Vergleicher 43 verbunden ist. Dieser letztere gibt ein Signal ab, welches das UND-Gatter 42 öffnet, wenn die von dem Impulszähler 33 gewonnene Bezugsexzentrizität einen durch eine Programmier­ schaltung 44 festgelegten Sollwert unterschreitet, und dieses Gatter schließt, wenn dieser Sollwert erreicht wird. Ent­ sprechend öffnet der numerische Vergleicher 19 das UND- Gatter 41, wenn der durch den Impulszähler 17 festgelegte Sollwert den durch die Programmierschaltung 44 festgelegten Sollwert nicht erreicht hat und schließt im entgegengesetzten Fall. Die von den Vergleichern 19, 43 abgegebenen Signale werden auch einem NICHT-UND-Glied 45 zugeführt, dessen Ausgangswert in die Programmierschaltung 44 eingegeben wird, um eine Änderung der Sollwerte entsprechend einem vorbestimmten Programm zu bewirken.

Die Winkelgeschwindigkeit der durch die Interpolations­ schaltung 31 gesteuerten seitlichen Verschiebebewegung wird durch den numerischen Vergleicher 14 moduliert. Dabei wird diese Geschwindigkeit verringert, wenn die gemessene axiale Lage der Elektrode 1 einen Sollwert unterschreitet und im entgegengesetzten Fall erhöht. Diese Modulation erlaubt es, die Ungleichheiten in der Materialabtragung auf allen Ober­ flächen zu verringern, die bei dem Werkstück 2 im Verlauf eines Translationszyklus bearbeitet werden.

Zu Beginn der Bearbeitung werden die Ausgänge der Zähler 17, 33 so modifiziert, daß sie die axiale Ausgangs­ lage der Elektrode 1 bzw. die Ausgangsexzentrizität der seit­ lichen Verschiebung anzeigen.

Das UND-Gatter 38 ist dann geschlossen und die Sollwerte der Axiallage und der Exzentrizität bleiben auf ihren Anfangs­ werten. Sobald eine axiale und eine radiale Bearbeitungsver­ schiebung durch die Vergleicher 14, 32 festgestellt werden, geben die Kippschaltungen 21, 35 jeweils ein Signal ab, welches das UND-Gatter 38 öffnet, was den durch den Oszillator 23 erzeugten Impulsen erlaubt, die Zähler 17, 33 zu erreichen, so daß der Sollwert der axiaien Lage dieser Elektrode 1 und die Sollexzentrizität der Radialverschie­ bung dieser Elektrode 1 mit vorbestimmten Geschwindigkeiten verändert werden. Wenn z. B. die Bearbeitung langsamer er­ folgt, als sich ihr Sollwert für die radiale Richtung ändert, erscheint überhaupt kein Signal am Ausgang des Ver­ gleichers 32 und die Kippschaltung 35 schließt das UND- Gatter 38, um die Verstellung der Sollwerte in diesen beiden Richtungen anzuhalten. Daraus folgt eine sofortige Verlangsamung des Axialvorschubs, bis der Sollwert der Radiallage erreicht ist. In diesem Augenblick wird das UND-Gatter 38 von neuem geöffnet und die Bearbeitung schreitet normal in beiden Richtungen fort. Man erreicht auch eine fortwährende Kontrolle der mittleren Istlagen der Elektroden in diesen beiden Richtungen, was es gestattet, gleichzeitig die frontalen und seitlichen Oberflächen des Werkstücks 2 zu bearbeiten. Falls ein Bearbeitungsfehler durch die Schaltung 10 aufgeführt wird, erlauben es die mit dem Operationsverstärker 9 ermittelten Signale A und A′ sehr schnell einzuwirken, um die Elektrode 1 gleichzeitig in den axialen und radialen Richtungen vom Werkstück 2 zu entfernen. Das Potentiometer 37 erlaubt es, das Verhältnis zwischen den Geschwindigkeiten der Serovomotoren einzustellen, um einen Rückzug der Elektrode 1 in einer vor­ bestimmten Richtung zu verwirklichen.

Die Lageveränderungen der Elekrode in axialer Richtung und in den radialen Richtungen sind durch die Signale be­ grenzt, die dem Vergleicher 19 und dem Vergleicher 43 zu­ geführt werden. Diese Signale werden mit Hilfe der Program­ mierschaltung 44 entsprechend einem vorbestimmten Programm gewonnen, wobei die Veränderung der Werte diese Signale durchgeführt wird, sobald ein Signal an dem Ausgang des NICHT-UND-Gatters 45 erscheint, d.h. wenn die Sollwerte der Vergleicher 17, 33 durch die Programmierschaltung 44 festgelegten Sollwerte erreicht haben. Im Falle einer Be­ arbeitungsphase mit Hilfe einer Elektrode beliebiger Form werden diese letzteren Sollwerte gleich groß sein, so daß eine künstliche Dilatation der Elektrode in den drei Dimen­ sionen realisiert wird. Wenn dem Werkstück eine von der Form der Elektrode abweichende Form gegeben werden soll, z.B. um den seitlichen Oberflächen des Werkstücks eine be­ stimmte Neigung zu geben, muß der auf den Vergleicher 43 gegebene Sollwert jedesmal abnehmen, wie der auf den Vergleicher 19 gegebene Sollwert ansteigt. Der Impulszähler 33 muß dann die ihm zugeleiteten Impulse abzählen, bis seine Ausgangsgröße diesem neuen Sollwert gleich ist und man könnte mit dieser Vorrichtung auch andere Ausbildungen der Ober­ fläche des Werkstücks erhalten, indem diese Sollwerte im Verhältnis zueinander gemäß einer mit der Programmierschal­ tung 44 programmierten Funktion verändert werden. Die oben beschriebene Vorrichtung kann auch benutzt werden, um eine beliebige Zahl von Servomotoren zu kontrollieren, wobei jeder dieser Servomotoren eine Relativverschiebung der Elektroden in einer bestimmten Richtung bewirkt.

Claims (3)

1. Vorrichtung für eine Funkenerosionsmaschine, deren Elektroden beim Erodieren von einem Servomotor in eine Elektrodenstillstand aufweisende Soll-Endlage mit einer Stellgeschwindigkeit zu bringen sind, die von einer in Abhängigkeit von den Funkenbildungsbedingungen wirkenden ersten Regelschaltung und von einer zweiten Regelschaltung zu steuern ist, die in Abhängigkeit von einer Abweichung einer Istlage der Elektroden zu einer Sollage steht und der Elektrodenverstellung durch die erste Regelschaltung entgegenwirkt, wenn die Sollage erreicht ist, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Steuerkreis (24, 14, 21) zum beim Ero­ dieren mit einer vorbestimmbaren Geschwindigkeit er­ folgenden Verstellen der Sollage vorhanden ist, der von einer logischen Schaltung (Glied 18) nur dann aktiviert wird, wenn die Abweichung der Istlage der Elektroden (1, 2) zu der jeweils eingestellten Sollage einen bestimmten Wert erreicht, bevor eine Soll-End­ lage erreicht ist, und der von dieser logischen Schal­ tung (Glied 18) bei Erreichen dieser Soll-Endlage desaktiviert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein zweiter Servomotor (28, 30) zum Verstellen der Elektroden (1, 2) in einer anderen Richtung bis zu einer Sollage vorhanden ist, der mit einer in Abhängigkeit von den Funkenbildungsbe­ dingungen wirkenden dritten Regelschaltung (34) und mit einer vierten Regelschaltung (32, 36) zu steuern ist, die in Abhängigkeit von einer Abweichung einer Istlage der Elektroden (1, 2) der anderen Richtung zu einer Sollage in dieser anderen Richtung wirkt und daß ein Steuerkreis (41 bis 45, 19) zum beim Erodieren gleichzeitig erfolgenden Verstellen der Sollagen der Servomotoren (8; 28, 30) in einem einstellbaren Ver­ hältnis vorhanden ist, der von einer logischen Schaltung (Gatter 38) aktiviert wird, wenn die beiden Sollagen erreicht sind, solange eine Soll-Endlage nicht erreicht ist, und der von dieser logischen Schaltung (Gatter 38) bei Erreichen dieser Soll-Endlage desaktiviert wird, oder solange wenigstens eine der Abweichungen nicht ihren Sollwert erreicht hat.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung (44) zum Verändern des Verhältnisses der Sollagen der beiden Servomotoren (28, 30) nach einem vorbestimmten Programm vorhanden ist.