DE2900557A1

DE2900557A1 - Verfahren und vorrichtung fuer den betrieb einer maschine zum elektroerosiven bearbeiten mit bewegter drahtelektrode

Info

Publication number: DE2900557A1
Application number: DE19792900557
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Inoue
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1978-01-11
Filing date: 1979-01-08
Publication date: 1979-07-12
Also published as: GB2012199B; IT1114307B; GB2012199A; FR2414385B1; FR2414385A1; US4223198A; DE2900557C2; IT7947570A0

Description

Inoue-Japax Research Incorporated
Yokohamashi, Kanagawaken,
J apan

Verfahren und Vorrichtung für den Betrieb einer
Maschine zum elektroerosion Bearbeiten mit bewegter Drahtelektrode

Die Erfindung bezieht sich auf eine Maschine zum elektroerosiven Bearbeiten mit bewegter Drahtelektrode, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung für den Betrieb einer solchen Maschine in der Weise, daß eine erhöhte Bearbeitungsgenauigkeit erzielbar ist.

Maschinen zum elektroerosiven Bearbeiten mit einer kontinuierlichen Drahtelektrode od, dgl, verwenden typischerweise zwei Arme, die einzeln von einem Maschinenständer ausgehen und an ihren freien Endabschnitten Elektrodenleitglieder, normalerweise in Form von Rollen, tragen, zwischen denen die Drahtelektrode gestreckt und durch eine Bearbeitungszone geführt
wird; dabei wird die Drahtelektrode kontinuierlich von einer Vorratsspule zugeführt, die am Maschinenständer vor dem einen Leitglied angeordnet ist, und auf eine Aufwickelspule ge-

90-9828/0984

.. 5 —

wickelt, die am Maschinenständer nach dem zweiten Leitglied angeordnet ist. Eine elektrische Energieversorgung ist mit der Drahtelektrode und mit einem der Drahtelektrode in der Bearbeitungszone gegenüberliegenden Werkstück verbunden, so daß zwischen der bewegten Drahtelektrode und dem Werkstück eine Serie elektrischer Entladungen stattfindet, und zwar an einem Bearbeitungsspalt, der mit einem flüssigen Dielektrikum, z. B. mit destilliertem Wasser, gespült wird, das die Abtragsprodukte vom Werkstück abführt.

Einheiten zum Zuführen und Aufnehmen der Drahtelektrode und zum Bewegen oder Vorschieben derselben durch den Bearbeitungsspalt umfassen normalerweise eine Antriebseinheit, die in einer Bahn zwischen der Aufwickelspule und einem Leitglied angeordnet ist, sowie eine Bremseinheit, die in einer Bahn zwischen dem anderen Leitglied und der Vorratsspule angeordnet ist. Typischerweise umfaßt die Antriebseinheit eine von einem Motor kontinuierlich getriebene Antriebsrolle und eine Leitrolle, die in Reibungskontakt mit der Antriebsrolle umläuft, wobei die Drahtelektrode zwischen beiden Rollen gehalten ist; die Bremseinheit umfaßt eine gleichartige Rollenanordnung, die von einem Motor getrieben wird, so daß die kontinuierlich von den Antriebsrollen zugeführte Drahtelektrode mit einer ausreichend großen Bremskraft beaufschlagt wird, um unter mechanischer Spannung gerade gestreckt und damit zwischen den Elektrodenleitgliedern mechanisch gespannt zu werden. Die erforderliche Bremskraft oder mechanische Spannung wird z. B. dadurch erhalten, daß die Umlaufgeschwindigkeit der Zufuhr-Antriebsrolle um einige Prozent größer als die Umlaufgeschwindigkeit der Brems-Antriebsrolle eingestellt wird.

Die Elektrodenleitglieder müssen nicht nur die Drahtelektrode genau in einer Schneidbeziehung zum Werkstück in der Bear-

§9-9828/0984

29Q0557

beitungszone positionieren, sondern dienen auch dazu, die Drahtvorschubrichtung von der Vorratsseite zum Bearbeitungsspalt und von diesem zur Aufwickelseite zu ändern, um damit die Drahtelektrode aus einer bestimmten Richtung in eine zu dieser im wesentlichen senkrechte Richtung zu leiten, da die die Leitglieder tragenden Armabschnitte einzeln vom Maschinenständer ausgehend an diesem befestigt sind und der Ständer auf dem Maschinenbett steht, das in vertikaler Lage einen das Werkstück halternden Werkstückeinspanntisch trägt, und die Auf v/i ekel- und die Vorratsspule beide an oder in dem Maschinenständer angeordnet sind. Infolgedessen werden die Arme von beträchtlichen Biegekräften beaufschlagt, so daß die Gefahr besteht, daß sie nach innen oder zur Bearbeitungszone hin abgelenkt bzw. durchgebogen werden.

Üblicherweise ist die Drahtelektrode sehr dünn, und die reibungsbedingten Spannungsänderungen an den Antriebs- und Bremsrollen resultieren in einer Änderung der die Drahtelektrode beaufschlagenden mechanischen Spannung und damit in einer Änderung der Ablenkung der die Drahtelektrode an den freien Endabschnitten führenden Arme. Die Ablenkung der Arme unterliegt ebenfalls Änderungen, und zwar aufgrund von Änderungen anderer äußerer Kräfte und von über die Arme verteilten Temperaturungleichmäßigkeiten.

Eine Änderung der Ablenkung oder Durchbiegung der .Arme ist insofern nachteilig, als dadurch eine Abweichung der Drahtelektrode von der vorgegebenen Bearbeitungsstellung relativ zum Werkstück hervorgerufen wird, so daß ein Schnitt des Werkstücks längs einer vorgegebenen Bahn nicht durchführbar und damit keine ausreichende Bearbeitungsgenauigkeit erzielbar ist. Ferner bringt die Positionsschwankung der Führungsarme die Gefahr mit sich, daß zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück Kurzschlüsse auftreten.

9θ9828/0984

-T-

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Verfahrens für den Betrieb einer Maschine zum elektroerosi-Ten Bearbeiten mit bewegter Drahtelektrode, so daß der Betrag der Ablenkung der Elektrodenführungsarme konstantgehalten wird, um damit die gegenseitige räumliche Beziehung zwischen der geführten Drahtelektrode und dem Werkstück während eines Bearbeitungsvorgangs in der vorgegebenen Weise aufrechtzuerhalten» Dabei soll ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens in der Weise geschaffen werden, daß Bearbeitungs-Ungenauigkeiten aufgrund der Ablenkung bzw. Durchbiegung der Elektrodenführungsarme im wesentlichen beseitigt werden.

Das Verfahren nach der Erfindung für den Betrieb einer Maschine zum elektroerosiven Bearbeiten mit bewegter Drahtelektrode, bei der zwei Arme gesondert an einem Ständer befestigt sind und an ihren freien Endabschnitten Elektrodenleitglieder tragen, und bei der Einheiten zum Bewegen der Drahtelektrode von einer am Ständer angeordneten Vorratsspule zu einer ebenfalls am Ständer angeordneten Aufwiekelspule derart, daß die Drahtelektrode zwischen den Elektrodenleitgliedern gestreckt durch eine Bearbeitungszone bewegt wird, vorgesehen sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkung wenigstens eines der Arme erfaßt wird und daß die Vorschubeinheiten so gesteuert werden, daß die erfaßte Ablenkung im wesentliehen konstantgehalten wird.

Die Vorrichtung nach der Erfindung zur Durchführung dieses Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine Einheit zum Erfassen der Ablenkung wenigstens eines der Arme und durch auf die Erfassungseinheit ansprechende Glieder zum Steuern der Vorschubeinheiten derart, daß die erfaßte Ablenkung im wesentlichen konstantgehalten wird.

99-9828/0 984

Im Zusammenhang mit dem vorgenannten Steuerschritt bzw. den Steuergliedern ist ferner Torgesehen, daß die Vorschubeinheiten Zufuhrrollen umfassen, die in einer Bahn zwischen der Aufwiekelspule und einem der leitglieder angeordnet sind, die Drahtelektrode durch Reibungskraft bewegen und von einem Motor getrieben werden, wobei die Steuerglieder ein Glied zum Steuern des Betriebs dieses Motors aufweisen.

Ferner ist vorgesehen, daß die Vorschubeinheiten Rollen aufweisen, die in einer Bahn zwischen der Vorratsspule und einem der Elektrodenleitglieder angeordnet sind, die Drahtelektrode durch Reibungskraft bremsen und von einem Motor getrieben werden, wobei die Steuerglieder ein Glied zum Steuern des Betriebs dieses Motors aufweisen.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. !Es zeigen:

Pig. 1 teilweise im Schnitt eine Ansicht der Vorrichtung nach der Erfindung; und

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild, das die Erfindung veranschaulicht.

Nach Pig. 1 ist ein Werkstück 1 in einer Bearbeitungszone M einer Drahtelektrode 2 gegenüberliegend angeordnet und auf einem Werkstückeinspanntisch (nicht gezeigt) gehaltert, der seinerseits auf einem Maschinenbett (nicht gezeigt) montiert ist. Die Bearbeitungszone M liegt zwischen einem Paar von Armen 4 und 5, die so montiert sind, daß sie horizontal von einem Maschinenständer 3 ausgehen, der auf dem Maschinenbett vertikal montiert· ist. Die Drahtelektrode 2 verläuft ununterbrochen durch die Bearbeitungszone M längs einer Bahn zwischen einer Vorratsspule 6, in der die Drahtelektrode gespeichert ist, und einer Aufwickelspule 7, in der sie aufgenommen wird.

9^9828/098*

Die Drahtelektrode wird längs der Bahn kontinuierlich vorgeschoben, und zwar durch eine Vorschubeinheit 9, die Antriebsrollen 10 und 11 umfaßt, deren eine über eine Antriebswelle 13 mit einem Servomotor 12 gekoppelt ist, so daß die Elektrode fortlaufend aus der Vorratsspule 6 gezogen und auf die Aufwickelspule 7 gewickelt wird. Eine Bremseinheit 14 umfaßt Bremsrollen 15 und 16, deren eine über eine Antriebswelle 18 mit einem Gleichstrommotor 17 gekoppelt ist.

An ihren freien Endabschnitten weisen die Arme 4 und 5 Elektrodenleitglieder 19 und 20 auf, so daß die bewegte Drahtelektrode 2 zwischen diesen durch die Bearbeitungszone M gestreckt bzw. gespannt wird.

Nach der Erfindung ist eine Einheit zum Erfassen der Ablenkung von wenigstens einem der Arme 4 und 5 vorgesehen; diese Einheit kann ein Dehnungsmesser 21 sein, der in der gezeigten Weise angeordnet ist.

Mit der Leitrolle 20 steht an der Drahtelektrode 2 eine Energieübertragungsrolle 22 in Wirkverbindung, die über eine Durchführung 23 mit einem Anschlußpunkt einer Energieversorgung verbunden ist, die eine Gleichstromquelle 24, die mit einem als Transistor 25 ausgebildeten Schaltelement reihengeschaltet ist, und einen Strombegrenzerwiderstand 27, der über den anderen Anschlußpunkt zum Werkstück 1 führt, umfaßt. Das Schaltelement 25 wird von einem Oszillator 26 gesteuert, so daß zwischen Werkstück 1 und Drahtelektrode 2 ein pulsierender elektrischer Strom von der Gleichstromversorgung 24 angelegt wird.

Eine Arbeitsflüssigkeit bzw. ein flüssiges Dielektrikum, z. B. destilliertes Wasser,wird der Bearbeitungszone M aus einer Düse 28 zugeführt und dient als Arbeitsmedium sowie

909 828/0984

- lü -

zum Abführen der Abtragsprodukte aus der Bearbeitungszone M.

Während eines Bearbeitungsvorgangs werden - unter der Annahme, daß die Ablenkung der Arme 4 und 5 gleichbleibend ist - die Positionen der Leitglieder 19 und 20 konstantgehalten, so daß die Drahtelektrode 2 axial bewegt wird, wobei sie ihre Bearbeitungslage relativ zum Werkstück 1 genau wie vorgegeben einhält.

Durch einen Schlupf der Drahtelektrode 2 beim Kontakt mit den Vorschubrollen 10, 11 oder den Bremsrollen 15, 16 werden jedoch Änderungen der die Elektrode streckenden mechanischen Spannung und damit eine Änderung des Betrags der Ablenkung der Arme 4 und 5 bewirkt, so daß die Stellungen der Leitglieder 19 und 20 geändert werden und die Bearbeitung ungenau wird.

Wach der Erfindung wird die Ablenkung des Arms 5 mittels des Dehnungsmessers 21 erfaßt, der ein die Ablenkung repräsentierendes Signal erzeugt, mit dem der Gleichstrommotor 12 und/ oder der Gleichstrommotor 17 gesteuert werden, so daß das Meßsignal konstantgehalten wird.

Nach Fig. 2 sind ein Anker 12a und eine Erregerwicklung 12b für den Gleichstrommotor 12 vorgesehen; der Gleichstrommotor 17 hat einen Anker 17a und eine Erregerwicklung 17b, ferner sind Anschlußpunkte 29-32, Widerstände 33-35 mit einem festen Widerstandswert R, eine Gleichstromversorgung 36, ein Schalter 37, ein Vorverstärker 38, ein Servosteuerglied 39, ein Belastungswiderstand 40, eine Konstant-Gleichstromquelle 41 und eine Konstant-Gleichspannungsquelle 42 vorgesehen.

909828/0984

Der Dehnungsmesser 21 und die JPestwiderstände 33, 34 und 35 sind als Wheatstone-Brücke geschaltet, wobei die Gleichstromversorgung 36 über den Schalter 37 parallel zu den Anschlüssen 29 und 30 geschaltet ist und die Anschlüsse 31 und 32 eine Ausgangsspannung führen, deren Amplitude dem Betrag der Ablenkung des Arms 5 proportional ist.

Der Gleichstrommotor 12 ist ein fremd erregter Motor, dessen Ankerwicklung 12a mit der Konstantspannungsquelle 42 und dessen Erregerwicklung 12b mit der Konstant stromquelle 41 ■verbunden sind.

Damit läuft der Gleichstrommotor 12 mit unveränderlicher Geschwindigkeit unabhängig von dem Drehmoment der Welle oder der Schubbelastung um, und die Ankerwicklung empfängt einen diesem Drehmoment der Welle oder der Schubbelastung proportionalen Strom.

Das Wellen- oder Schubbelastungs-Drehmoment ist die Summe des durch die Bewegung der Drahtelektrode 2 bewirkten Widerst and sdrehmoments und des Drehwiderstands der Vorratsspule 6,

Die an den Anschlüssen 31 und 32 auftretende Ausgangsspannung wird dem Servosteuerglied 39 zugeführt, das zur Aufrechterhaltung seines Eingangssignals den Erregerstrom für den Gleichstrommotor 1? steuert.

Wenn eine Störung auftritt, bei der die Gefahr besteht, daß sie die Ablenkung des Arms 5 verstärkt, verringert das Servosteuerglied 39 den durch die Wicklung 17b fließenden Konstantstrom, so daß der vom Generator 17 erzeugte Strom vermindert wird. Dann wird das Drehmoment der Welle oder der Scheibe 15 und damit die Bremswirkung der Einheit 14 vermindert, wodurch automatisch das Wellen-Lastdrehmoment des Gleichstrommotors 12 vermindert wird, so daß die Ablenkung des Arms 5 gleichbleibend gehalten wird.

9*9828/098*

In diesem EaIl wird zwar der Ankerstrom für den Gleichstrommotor 12 vermindert, aber dessen Umlaufgeschwindigkeit ist unveränderlich, so daß die axiale Vorschubgeschwindigkeit der Drahtelektrode 2 und die Umlaufgeschwindigkeit des Generators 17 beide konstantgehalten werden.

Wenn umgekehrt eine Störung auftritt, bei der die Gefahr besteht, daß der Betrag der Ablenkung des Arms vermindert wird, erhöht das Servosteuerglied 39 den durch die Ankerwicklung 12a fließenden Strom und den durch die Wicklung 17b fließenden Feldstrom, wodurch sowohl die die Einheit 9 beaufschlagende mechanische Spannung als auch die von der Einheit 14 ausgeübte Bremswirkung verstärkt werden, so daß die Ablenkung des Arms 5 gleichbleibt.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind verschiedene Abwandlungen möglich, Z. B. kann der Dehnungsmesser zum Erfassen der Ablenkung eines der Arme 4 "und 5 oder beider Arme durch irgendeinen bekannten Ablenkungs-Erfasser ersetzt werden, z. B. durch ein elektromagnetisches Mikrometer oder einen Differentialübertrager, der mit einem oder beiden Armen 4 oder/und 5 gekoppelt wird. Der Dehnungsmesser braucht nicht auf der Oberfläche des Arms befestigt zu sein, sondern kann in ihn eingebettet sein. Natürlich kann für jeden Arm jeweils ein Dehnungsmesser vorgesehen sein.

Der die Elektrodenvorschubeinheit 9 treibende Motor braucht kein fremd erregt-er Gleichstrommotor zu sein, sondern irgendein anderer Motor. Der durch die Erregerwicklung des Gleichstrommotors 17 fließende Strom kann konstantgehalten werden, während der Erregerstrom für den Gleichstrommotor 12 durch das Servosteuerglied 39 steuerbar ist. In diesem Fall werden die Umlaufgeschwindigkeiten des Gleichstrommotors 12 und des Gleichstrommotors 17 so_ gesteuert, daß sie die von der Einheit

909828/0984

9 ausgeübte mechanische Spannung und die von der Einheit 14 ausgeübte Bremskraft steuern.

Es ist auch möglich, gleichzeitig den Ankerstrom und/oder den Erregerstrom für den Motor der Elektrodenvorschubeinheit und/oder den Motor der Bremseinheit zu stetiern.

Die Bremseinheit braucht ferner nicht unbedingt einen Gleichstromerzeuger zu umfassen, sondern kann von irgendeiner anderen bekannten Art sein, wobei z. B. eine elektromagnetische Bremse verwendbar ist.

Es wird also ein verbessertes Verfahren bzw. eine verbesserte Vorrichtung für den Betrieb einer Maschine zum elektroerosiven Bearbeiten mit bewegter Drahtelektrode geschaffen, bei der die abtragende Bearbeitung mit erhöhter Genauigkeit stattfindet.

909828/0984

Claims

Ansprüche

1. Verfahren für den Betrieb einer Maschine zum elektroerosiven Bearbeiten mit bewegter Draht elektrode, bei der ζ v/ei Arme gesondert an einem Ständer befestigt sind und an ihren freien Endabschnitten Elektrodenleitglieder tragen, und bei der Einheiten zum Bewegen der Drahtelektrode von einer am Ständer angeordneten Vorratsspule zu einer ebenfalls am Ständer angeordneten Aufwickelspule derart, daß die Drahtelektrode zwischen den Elektrodenleitgliedern gestreckt durch eine Bearbeitungszone bewegt wird, vorgesehen sind,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Ablenkung wenigstens eines der Arme erfai3t wird, und

daß die Vorschubeinheiten so gesteuert werden, daß die erfaßte Ablenkung im wesentlichen konstantgehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vorschubeinheiten Zufuhrrollen aufweisen, die in einer Bahn zwischen der Aufwiclcelspule und einem der Leitglieder so angeordnet sind, daß die Drahtelektrode durch Reibung getrieben wird, und die von einem Motor angetrieben v/erden,

dadurch gekennzeichnet,

daß als Steuerschritt die Steuerung des Motors durchgeführt wird.

641)-Schö

Ö0982R/0984

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vorschubeinheiten Bremsrollen aufweisen, die in einer Bahn zwischen der Vorratsspule und einem der Leitglieder so angeordnet sind, daß die Drahtelektrode durch Reibung gebremst wird, und die von einem Motor getrieben werden,

dadurch gekennzeichnet,

daß als Steuerschritt die Steuerung des Motors durchgeführt wird.

4. Vorrichtung für den Bebrieb einer Maschine zum elektroerosiven Bearbeiten mit bewegter Drahtelektrode, bei der zwei Arme einzeln an einem Ständer befestigt sind und an ihren freien Endabschnitten Elektrodenleitglieder tragen, und bei der Einheiten zum Vorschub der Drahtelektrode von einer am Ständer angeordneten Vorratsspule zu einer ebenfalls am Ständer angeordneben Aufwickelspule derart, daß die Drahtelektrode zwischen den Elektrodenleitgliedern gestreckt durch eine Bearbeitungszone bewegt wird, vorgesehen sind,

gekennzeichnet durch

eine Einheit (21) zum Erfassen der Ablenkung wenigstens eines (5) der Arme (4, 5), und

auf die firfassungseinheit (21) ansprechende Glieder (29-42) zum Steuern der Vorschubeinheiten (9, 14) derart, daß die erfaßte Ablenkung im wesentlichen konstantgehalten wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Vorschubeinheiten Zufuhrrollen umfassen, die in einer Bahn zwischen der Aufwickelspule und einem der Leitglieder angeordnet sind, die Drahtelektrode durch Reibungskraft bewegen und von einem Motor getrieben v/erden,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerglieder (29-42) ein Glied (39) zum Steuern des Betriebs dieses Motors (12) aufweisen.

828/Π984

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Vorschubeinheiten Rollen aufweisen, die in einer Bahn zwischen der Vorratsspule und einem der Elektrodenleitglieder angeordnet sind, die Drahtelektrode durch Reibungskraft bremsen und von einem Motor getrieben v/erden,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Steuerglieder (29-42) ein Glied (39) zum Steuern des Betriebs dieses Motors (17) aufweisen.

909828/0 984