DE2904797A1

DE2904797A1 - Verfahren und anordnung zur steuerung der arbeitsfluessigkeits-zufuhr zu einem bearbeitungsbereich einer abtragenden bearbeitungsmaschine

Info

Publication number: DE2904797A1
Application number: DE19792904797
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Inoue
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1978-02-08
Filing date: 1979-02-08
Publication date: 1979-08-09
Also published as: FR2416766B1; SG31185G; JPS54117992U; GB2024670B; US4208256A; HK53385A; GB2024670A; IT7947948A0; US4208256B1; IT1114527B; FR2416766A1

Description

Inoue-Japax Research Incorporated Yokohamashi, Kanagawaken^ Japan

Terfahren und. Anordnung zur Steuerung der Arbeitsflüssigkeits-Zufuhr zu einem Bearbeitungsbereich einer abtragenden BearbeitungsmascMne

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Steuerung der Arbeitsflüssigkeits-Förderung in abtragenden Bearbeitungsmaschinen, insbesondere zur gesteuerten Zufuhr einer Arbeitsflüssigkeit aus einem Reservoir zu einem Bearbeitungsbereich einer abtragenden Bearbeitungsmaschine mittels einer von einem Elektromotor getriebenen Pumpe.

Eine abtragende Bearbeitungsmaschine benötigt für die meisten Zwecke eine Zufuhreinrichtung, die eine in einem Reservoir befindliche Arbeitsflüssigkeit zu einem von einem Werkzeug und einem Werkstück gebildeten Bearbeitungsbereich fördert. Üblicherweise dient die Arbeitsflüssigkeit als Kühl- und Schneidmittel sowie als Spülflüssigkeit, die Abtragsprodukte wie Späne, Teilchen etc. aus dem Bearbeitungsspalt abführt und diesen ständig gespült hält, so daß ununterbrochen Abtrags- oder Schneidvorgänge unter befriedigenden Bedingungen möglich sind.

909832/0810

Bei herkömmlichen Arbeitsflüssigkeits-Fördersystemen, die mit abtragenden Bearbeitungsmaschinen benutzt werden, ist es üblich, eine Pumpe zu verwenden, die von einem Elektromotor mit konstanter Eingangsleistung mit gleichbleibender Fenndrehzahl getrieben wird; wenn die dem Bearbeitungsspalt zuzuführende Arbeitsflüssigkeitsmenge reguliert oder verstellt werden soll, werden ein Absperrventil, ein Rückschlagventil, ein Entlastungsventil und/oder andere ähnliche Ventilanordnungen zum Steuern des Pumpenförderdruck benutzt. Da die Pumpe mit gleichbleibender Geschwindigkeit getrieben wird, muß sie mit ihrer Höchstgeschwindigkeit getrieben werden, damit sie einen maximalen Flüssigkeitsdruck erzeugen kann, der bei einem bestimmten Verlauf der Bearbeitung oder bei einem von mehreren erwünschten von der Maschine auszuführenden Bearbeitungsschritten erforderlich ist.

Ein bei herkömmlichen Systemen dieser Art auftretendes Problem ist, daß die Gefahr besteht, daß die Temperatur der Arbeitsflüssigkeit während ihrer Zirkulation durch ein Leitungssystem aufgrund des Reibungskontakts mit den Leitungsinnenwandungen ansteigt. Ein solcher Temperaturanstieg ist insofern nachteilig, als er eine Änderung der Bearbeitungsgüte zur Folge hat und eine Ausdehnung von Maschinenteilen hervorruft, mit denen die Arbeitsflüssigkeit direkt oder indirekt in Kontakt kommt, so daß unbefriedigende und ungenaue Bearbeitungsresultate erhalten werden. Bei bekannten Systemen, bei denen praktisch immer eine übermäßige Flüssigkeitsförderung durch die Pumpe erfolgt, die dann durch Ventilanordnungen wieder reguliert werden muß, treten beträchtliche Wärmeverluste der Pumpen-Antriebsenergie durch diese zusätzlichen Flüssigkeitsleitungen auf.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Verfahrens bzw« einer verbesserten Anordnung der eingangs genannten Art, wobei ein Temperaturanstieg der Arbeitsflüssigkeit während eines bestimmten Bearbeitungsvorgangs auf einem Niedrigstwert haltbar ist.

90 9 8 32/0810

Diese Aufgabe wird durch, das Verfahren nach der Erfindung zur gesteuerten Zufuhr von Arbeitsflüssigkeit aus einem Reservoir zu einem Bearbeitungsbereich gelöst, bei dem die Umlaufgeschwindigkeit der Pumpe so steuerbar ist, daß die dem Bearbeitungsbereich, zuzuführende Arbeitsflüssigkeitsmenge auf einem erforderlichen Niedrigstwert gehalten wird.

Dabei wird einem Elektromotor, der die Flüssigkeitsförderpumpe treibt, eine Eingangsgröße zugeführt, und diese wird zum Steuern des Förderdrucks der Pumpe verstellt zwecks Regulierens der Fördermenge von Arbeitsflüssigkeit zum Bearbeitungsbereich. Die dem Elektromotor zugeführte Eingangsgröße kann entweder zum Umschalten des Bearbeitungsvorgangs von einer Betriebsart in eine andere oder während eines bestimmten Verlaufs eines Bearbeitungsvorgangs verstellt werden.

Die Anordnung nach der Erfindung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt ein Arbeitsflüssigkeits-Reservoir, eine das Reservoir und den Bearbeitungsbereich verbindende Arbeitsflüssigkeits-Zufuhrleitung, einen Elektromotor mit verstellbarer Eingangsgröße und eine Pumpe mit einem Rotor, der von dem Elektromotor getrieben wird zwecks Förderns der Arbeitsflüssigkeit aus dem Reservoir durch die Zufuhrleitung zum Bearbeitungsbereich; dabei ist eine Stufe zum Verstellen der dem Elektromotor zugeführten Eingangsgröße vorgesehen, so daß der Pumpenförderdruck steuerbar ist, wodurch die dem Bearbeitungsbereich zuführbare Arbeitsflüssigkeitsmenge regulierbar ist.

In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Verstellstufe für die Eingangsgröße einen Schalter aufweist, so daß die Eingangsgröße für den Elektromotor von einem Wert auf einen anderen umschaltbar ist, wodurch der Bearbeitungsvorgang aus einer bestimmten Betriebsart in eine andere umschaltbar ist. Alternativ weist die Verstellstufe für die Ein-

909832/0810

gangsgröße einen Fühler auf, der auf den Arbeitsflüssigkeits-Durchsatz in der Forderleitung der Pumpe anspricht und ein Steuersignal erzeugt, durch das die Eingangsgröße für den Elektromotor verstellbar ist. Wenn die abtragende Bearbeitungsmaschine eine Elektroerosionsmaschine ist, umfaßt die Yerstellstufe alternativ oder zusätzlich einen weiteren Fühler, der auf den zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück in einem den Bearbeitungsbereich bildenden Bearbeitungsspalt, der mit der Arbeitsflüssigkeit gefüllt ist, fließenden Arbeitsstrom anspricht und ein elektrisches Signal zum Verstellen der dem Elektromotor zuzuführenden Eingangsgröße erzeugt.

Anhand der Zeichnung, die eine Elektroerosionsmaschine mit der Steueranordnung nach der Erfindung darstellt, wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

Die Elektroerosionsmaschine umfaßt eine Werkzeugelektrode 1, die einem Werkstück 2 an einem zwischen beiden gebildeten Bearbeitungsspalt gegenüberliegt, wodurch ein Bearbeitungsbereich in einem Arbeitsbehälter 3 gebildet ist, der eine Arbeitsflüssigkeit F, d„ h. ein flüssiges Dielektrikum oder einen Elektrolyten,, aufnimmt. Eine Spüldüse 4 für die Arbeitsflüssigkeit ist auf den Bearbeitungsspalt G gerichtet und spritzt Arbeitsflüssigkeit F in diesen.

Eine Gleichspannungsversorgung 5 für die Funkenerosion ist mit der Werkzeugelektrode 1 und dem Werkstück 2 in Reihe mit einem Schaltelement 6 verbunden, das hier ein Leistungstransistor ist, der z» B, von einem Steuerimpulsgenerator 7 abwechselnd ein- und ausgeschaltet wird, so daß eine Serie von Abtragsimpulsen dem mit Arbeitsflüssigkeit F gefüllten Bearbeitungsspalt G zugeführt wird und eine Materialabtragung am Werkstück 2 erfolgt.

909832/0810

Mit fortschreitender Materialabtragung erfolgt ein Vorschub der an einem Arbeitskopf (nicht gezeigt) angeordneten Werkzeugelektrode relativ zum Werkstück 2 mittels einer Servoeinrichtung (nicht gezeigt), so daß der Bearbeitungsspalt G-zwischen beiden im wesentlichen konstantgehalten wird.

Bei der Materialabtragung anfallende Späne, Teer und Gase, die durch die Elektroerosion erzeugt werden, werden aus dem Bearbeitungsspalt G- von der aus der Spüldüse 4 gespritzten Arbeit sfLässigkeit P abgeführt, so daß der Bearbeitungsspalt G-gespült gehalten wird und beim Anlegen jedes einzelnen Abtragsimpulses eine im wesentlichen vorbestimmte Dielektrizität oder Leitfähigkeit hat.

Die Arbeitsflüssigkeit F wird der Spüldüse 4 durch eine Zufuhrleitung 8 aus einem Reservoir 9 mittels einer Pumpe 10 zugeführt, die einen von einem Gleichstrommotor 11 getriebenen Rotor hat, und die Arbeitsflüssigkeit F im Arbeitsbehälter 3 wird durch eine Rückführleitung 12 zum Reservoir 8 und in den Kreislauf rückgeführt. Ein Filter (nicht gezeigt) ist normalerweise entweder in der Leitung 8 oder der Leitung 12 angeordnet, so daß die dem Bearbeitungsspalt zugeführte Arbeitsflüssigkeit von Abtragsprodukten wie Spänen, Teer, Gasen und anderen Fremdstoff en befreit ist.

Nach der Erfindung umfaßt der Elektromotor 11 eine einstellbare Eingangsstufe 13, die so ausgelegt ist, daß sie die Drehzahl des Pumpenrotors ändert, dadurch den Pumpenförderdruck steuert und somit die Fördermenge der aus dem Reservoir 9 zum zum Bearbeitungsspalt G- geförderten Arbeitsflüssigkeit F reguliert, ohne daß dafür ein Absperr-, Rückschlag- oder Entlastungsventil oder irgendeine andere Pumpendruck-Stellventilanordnung benötigt wird, die üblicherweise der Flüssigkeitsfördereinheit einer solchen Maschine zugeordnet ist.

909832/0810

Die Regulierung und Änderung des Förderdrucks der Pumpe 10 ist dann erforderlich, wenn die Abtragung von einer Betriebsart in eine andere umgeschaltet werden soll, und auch, wenn eine Änderung der Abtragungsbedingungen im Bearbeitungsspalt G- in einem bestimmten Verlauf eines Abtragsvorgangs auftritt. Da eine Flüssigkeitsabsperr« oder -umleitungsventilanordnung nicht verwendet wird, wird zu diesem Zweck die zum Antreiben der Pumpe 10 erforderliche Energie und damit deren Wärmeverlust vorteilhafterweise kleingehalten, während dem Bearbeitungsspalt G- konstant und ohne Unterbrechung die erforderliche Mindestmenge Arbeitsflüssigkeit F zugeführt wird.

Die verstellbare Eingangsstufe 13 des Elektromotors 11 verwendet vorteilhafterweise ein Stellglied 14, das auf den Arbeitsstromfluß durch den Bearbeitungsspalt G- und/oder auf den Durchsatz der Arbeitsflüssigkeit F durch die Förderleitung 8 anspricht« Bei der gezeigten Ausführungsform wird das Stellglied 14 von einem Signalverarbeitungsglied 15 gespeist, das auf eine oder beide der genannten Variablen anspricht. Zu diesem Zweck ist ein Widerstand 16 mit der Gleichspannungsversorgung 5 und dem Bearbeitungsspalt G- reihengeschaltet und wirkt als Arbeitsstromfühler, wobei ein Kondensator 17 über einen Ladewiderstand 18 und ein unipolares Stromleitelement 19, ζ. Β. eine Diode, zum Widerstand 16 parallelgeschaltet ist, so daß an einem dazu parallelgeschalteten Ausgangswiderstand 20 eine Ladespannung E ausgebildet wird. Der Ausgangswiderstand 20 hat einen wesentlich höheren Widerstandswert als der Fühlwiderstand 16, so daß die Ausgangssignalspannung E einen durch den Bearbeitungsspalt G- fließenden mittleren Arbeitsstrom repräsentiert und sich aufgrund dieses Stroms und proportional dazu ändert.

Andererseits wird der Durchsatz der von der Pumpe 10 geförderten Arbeitsflüssigkeit F von einem Durchsatzsignalerzeuger erfaßt, der den Durchsatz in eine Signalspannung e umsetzt,

909832/0810

die dem Signalverarb eitxingsglied 15 zugeführt wird. Letzteres ist in diesem Pail durch eine Teilerschaltung gebildet, die an ihrem Ausgang ein Signal entsprechend dem Verhältnis R = e/E erzeugt, das dem Stellglied 14 zugeführt wird. Das Stellglied 14 dient also als regelbare Stromversorgung für den Elektromotor 11 und treibt diesen mit einer regelbaren Drehzahl, wodurch der Förderdruck der Pumpe 10 so steuerbar ist, daß die zugeführte Eingangssignalspannung R = e/E auf einem vorbestimmten Wert R_Q gehalten wird.

Wenn also der Arbeitsstrom während eines bestimmten Abtragungsverlaufs sich ändert oder schwankt oder wenn in einer Folge von Abtragungsschritten eine Umschaltung von einer Betriebsart auf eine andere erwünscht ist, erfolgt eine automatische Zunahme und Abnehme der dem Bearbeitungsspalt G- oder dem Bereich um diesen im Arbeitsbehälter 3 zugeführten Arbeit sflüssigkeit F proportional zu dem den Bearbeitungsspalt G durchfließenden .Arbeitsstrom, Die Zufuhr einer erforderlichen Menge Arbeitsflüssigkeit F zum Bearbeitungsspalt ist damit sichergestellt, und da diese Menge zu jeder Zeit auf einer erforderlichen Mindestmenge gehalten wird, wird der Temperaturanstieg der Arbeitsflüssigkeit F, der sich aus deren Umwälzung ergibt, auf einem Niedrigstwert gehalten, so daß die Maschinenteile, die Werkzeugelektrode 1 und das Werkstück 2 nur mit einem sehr geringen Temperaturanstieg beaufschlagt werden und gleichzeitig eine Änderung oder Schwankung der Güte der zum Bearbeitungsspalt G geförderten Arbeitsflüssigkeit F (in bezug auf Leitfähigkeit oder Dielektrizität) verhindert wird, so daß die erwünschte Abtragung mit erhöhter Präzision fortschreiten kann.

Natürlich sind Ausführungsformen der Erfindung mit automatischer Steuerung nicht auf die erläuterte Ausführungsform beschränkt. Anstelle der Rückkopplungssteuerung kann eine pro-

909832/0810

grammierte Mitkoppltmgssteuerung vorgesehen sein. Ferner kann die Drehzahl des Rotors der Pumpe 10 entweder schrittweise oder kontinuierlich durch einen Wählschalter steuerbar sein, und das erläuterte Regelsystem mit Rückführung kann durch ein rückführungsloses System ersetzt werden, das aufgrund eines oder mehrerer variabel anwendbarer Abtragungsparameter steuerbar ist.

Durch die Erfindung wird also ein verbessertes Verfahren zum Steuern der Flüssigkeitszufuhr bei einer Werkzeugmaschine bzw. eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens geschaffen, wobei eine erhöhte Abtragsgenauigkeit erzielbar ist und Nachteile, die sich aufgrund sehr hoher Wärmeverluste bei herkömmlichen Flüssigkeitsfördersystemen für solche Maschinen ergeben, vermieden werden.

.42·.

Leerseite

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur Steuerung der Arbeitsflüssigkeits-Zufuhr "zu einem Bearbeitungsbereich einer abtragenden Bearbeitungsmaschine, die ein Arbeitsflüssigkeits-Reservoir, eine das Reservoir und den Bearbeitungsbereich verbindende Arbeitsflüssigkeit s-Zufuhrleitung, einen Elektromotor und eine Pumpe, deren Rotor von dem Elektromotor getrieben wird, aufweist,

gekennzeichnet durch

Anlegen einer Eingangsgröße an den Elektromotor, so daß die Pumpe getrieben und Arbeitsflüssigkeit aus dem Reservoir durch die Zufuhrleitung zum Bearbeitungsbereich gefördert wird, und

Verstellen der dem Elektromotor zugeführten Eingangsgröße zur Steuerung des Pumpenförderdrucks und Regulierung der dem Bearbeitungsbereich zuzuführenden Arbeitsflüssigkeitsmenge.

2. Verfahren· nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Eingangsgröße des Elektromotors geändert wird, um die Bearbeitung von einer Betriebsart in eine andere umzuschalten.

3 ο Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Eingangsgröße des Elektromotors während eines bestimmten Verlaufs der Bearbeitung verstellt wird,

581-(A 656)-Schö

909832/0810
ORlGSWAL INSPECTED

4. Verfahren nach Anspruch 3,

wobei die Bearbeitungsmaschine eine Elektroerosionsmaschine ist,

gekennzeichnet durch

Erfassen eines zwischen einer Werkzeugelektrode und einem Werkstück in einem Bearbeitungsspalt, der den mit Arbeitsflüssigkeit durchspülten Bearbeitungsbereich bildet, fließenden Arbeitsstroms, und

Verstellen der dem Elektromotor zuzuführenden Eingangsgröße nach Maßgabe des erfaßten Arbeitsstroms.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
gekennzeichnet durch

Erfassen des Arbeitsflüssigkeits-Durchsatzes durch die Zufuhrleitung zum Erzeugen eines Durchsatz-Signals, und Verstellen der Eingangsgröße des Elektromotors nach Maßgabe dieses Durchsatz-Signals,

6. Verfahren nach Anspruch 5,

wobei das Durchsatz-Signal in ein erstes Spannungssignal umgesetzt und durch Erfassung des Arbeitsstroms ein zweites Spannungssignal abgeleitet wird,
gekennzeichnet durch

Teilen des ersten Spannungssignals durch das zweite Spannungssignal zum Erhalt eines dritten Signals, und Anlegen des dritten Signals als Eingangsgröße an den Elektromotor.

7. Anordnung zur Steuerung der Arbeitsflüssigkeits-Zufuhr zu einem Bearbeitungsbereich einer abtragenden Bearbeitungsmaschine, die ein Arbeitsflüssigkeits-Reservoir, eine das Reservoir und den Bearbeitungsbereich verbindende Arbeitsflüssigkeits-Zufuhrleitung, einen Elektromotor und eine Pumpe aufweist, deren Rotor von dem Elektromotor treibbar ist, so daß Arbeitsflüssigkeit aus dem Reservoir durch die Zufuhrleitung zum Bearbeitungsbereich förderbar ist,

909832/0810

dadurch g e k e η η ζ eichnet ,

daß die dem Elektromotor (11) zugeführte Eingangsgröße verstellbar ist, und

daß eine Stufe (13) zum Verstellen der Eingangsgröße des Elektromotors (11) zwecks Steuerung des lörderdrucks der Pumpe (10) vorgesehen ist, wodurch die dem Bearbeitungsbereich zuzuführende Arbeitsflüssigkeitsmenge regulierbar ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Stufe (13) einen Schalter aufweist, der die Eingangsgröße von einem vorbestimmten Wert auf einen anderen umschaltet zwecks Umsehaltens des Bearbeitungsvorgangs aus einer bestimmten Betriebsart in eine andere.

9. Anordnung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Stufe einen ersten Fühler (21), der den Arbeitsflüssigkeits-Durehsatz erfaßt und ein erstes Signal erzeugt, und ein Stellglied (14), das aufgrund des ersten Signals die dem Elektromotor (11) zugeführte Eingangsgröße verstellt, aufweist.

10. Anordnung nach Anspruch 7 oder 9,

wobei die Maschine eine Elektroerosionsmaschine ist, dadurch gekennzeichnet,

daß die Stufe (13) einen zweiten Fühler (16), der den Arbeitsstrom, der durch einen Bearbeitungsspalt (G-), der den mit Arbeitsflüssigkeit (i¹) gefüllten Bearbeitungsbereich bildet, fließt, erfaßt und ein zweites Signal erzeugt, und ein Stellglied (14) aufweist, das aufgrund des zweiten Signals die dem Elektromotor (11) zuzuführende Eingangsgröße verstellt.

909832/0810