DE2922922C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine funkenerosive Drahtschneide­ maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In einer Drahtschneidemaschine dieser Art wird die von einer Vorratsspule ablaufende kontinuierliche Drahtelektrode durch eine Bearbeitungszone fortbewegt, in welcher das Werkstück zwischen zwei Führungsgliedern angeordnet ist, die den Draht präzise in einer vorbe­ stimmten Bearbeitungsbeziehung zu dem Werkstück halten und den vorlaufenden Draht in der Bearbeitungszone unter Spannung straffen, woraufhin dieser kontinuierlich von einer Aufnahmespule aufgenommen wird. Die kontinuierliche Fortbewegung oder die Arbeitsbewegung des Drahtes wird üblicherweise durch Zugantrieb-Rollenmittel bewirkt, wel­ che zwischen dem stromabwärtigen Führungsglied und der Aufnahmespule angeordnet sind. Durch die Vorkehrung von Bremsantriebs-Rollenmitteln an einer Stelle zwischen dem stromaufwärtigen Führungsglied und der Vorratsspule kann dem fortbewegten Draht eine gewünschte Zugspannung erteilt werden.

Eine Änderung der Zugspannung in dem fortbewegten und zwischen den Führungsgliedern gespannten Draht ist nicht erwünscht. Die resultierende Ablenkung und Schwingung des Drahtes in der Form einer Trommel innerhalb der Bearbeitungszone behindert einen stabilen Schneidprozeß, führt zu ungenauen Bearbeitungsergeb­ nissen und kann auch bewirken, daß der Draht durch fal­ sche Kurzschlüsse mit dem Werkstück gebrochen wird. Ein Auslängen oder Auskrümmen der Drahtelektrode bewirkt, daß die Schneidbreite übermäßig groß wird, daß die Kan­ tenbereiche unerwünscht abgerundet werden und daß das erzielte Profil von dem gewünschten Profil oder der ge­ wünschten Formgebung abweicht.

Es wurde nun beobachtet, daß die Konstanz der Zugspannung in dem vorbewegten Draht nicht einfach durch Aufbringen konstanter Zug- und Bremskräfte auf den Draht durch bekannte Anordnungen erreicht werden kann. Obwohl für Funkenerosions-Zwecke üblicherweise ein entsprechend präzise hergestellter und auf die Vorratsspule gewickel­ ter Draht benutzt wird, sind Unregelmäßigkeiten im Durchmesser und in der Zusammensetzung über seine ge­ samte Benutzungslänge nicht auszuschließen, und er kann auch bei der Montage auf der Vorratsspule gekrümmt oder verdreht werden. Zusätzlich kann der dem Werkstück gegenüber passierende Draht während der Bearbeitung einer veränderlichen Abnutzung durch elektrische Ent­ ladung ausgesetzt sein und auch können die den Draht stützenden Führungsglieder durch Reibung oder durch Änderungen der in dem Draht hervorgerufenen wirksamen Zugspannung veränderlich abnutzen. Änderungen der Zugspannung durch diese oder andere Betriebsfaktoren verursachen eine veränderliche Auslängung des Drahtes und können seine unerwünschte Krümmung, Verziehung, Verdrehung oder Schwingung hervorrufen, was zu einem Drahtbruch, unstabiler Bearbeitung und Bearbeitungsungenauigkeiten führt.

Aus der DE-PS 22 30 917 ist eine Vorrichtung zum Führen und An­ treiben einer Drahtelektrode für eine funkenerosive Drahtschnei­ demaschine bekannt, bei der ein drehzahlkonstant-angetriebenes, als Treibrollenpaar ausgebildetes Zugmittel vorgesehen ist, und bei der abfuhrseitig ein Treibrollenpaar als Bremsmittel dreh­ momentkonstant angetrieben ist. Auf den Draht wird somit eine konstante Kraft ausgeübt, die in dem Draht zu unterschiedlichen Zugspannungen führen kann, wenn dessen Durchmesser im Rahmen der Fertigungstoleranzen schwankt. In der DE-OS 26 25 349 ist eine funkenerosive Drahtschneidemaschine beschrieben, bei der der Draht zwischen zwei Klemmrollenpaaren gespannt ist. Die Klemmrol­ lenpaare sind drehmomentstarr durch Motoren mit vorwählbarer Geschwindigkeit angetrieben. Der Draht wird somit immer unter Zug­ spannung gehalten. Auch hier können dünnere Stellen im Draht zu einem Reißen des Drahts führen.

Aus der DE-PS 24 40 564 ist eine funkenerosive Drahtschneidema­ schine bekannt, bei der die Drahtelektrode vor dem Einlaufen in die Bearbeitungszone ausgerichtet wird. In dieser Maschine sind Zugmittel und Bremsmittel zur Aufbringung einer Zugkraft auf den Draht vorhanden. Des weiteren ist eine Steuerung vorgesehen, mit der die Geschwindigkeit eines Antriebsmotors variiert wird, um die Länge des Drahtes konstant zu halten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Drahtschneidemaschine der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die eine Konstanz der Zug­ spannung in dem vorbewegten Draht gewährleistet, auch wenn dieser Unregelmäßigkeiten im Durchmesser und in der Zusammensetzung auf­ weist.

Die Aufgabe wird bei einer Drahtschneidemaschine der gattungsge­ mäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Auf den Draht wird nicht lediglich eine konstante Zug- oder Brems­ kraft aufgebracht, sondern die auf den Draht aufgebrachte Zug­ spannung wird durch Fühlmittel gesteuert, um einer Überbeanspru­ chung des Drahtes, z. B. eine Längenänderung aufgrund von Span­ nungsüberhöhung an einer dünnen Stelle, entgegenzuwirken.

So führt die Erfindung sowohl zu einer verbesserten funkenerosionen Drahtschneidemaschine als auch zu einem Verfahren zum Betrieb derselben, welches die Drahtelektrode wirksam vor Bruch schützt, einen verbesserten Bearbeitungsablauf ermöglicht und eine gesteigerte Bearbeitungsgenauigkeit gewährleistet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer funkenerosiven Drahtschneidemaschine, die zur Durchführung der Erfindung ausgestaltet ist; und

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Schaltungselementes des in Fig. 1 gezeigten Systems.

Mit Bezug auf Fig. 1 bildet ein kontinuierlicher Draht 1 aus Kupfer, Messing, einem ähnlichen Metall oder einer Legierung mit einem Durchmesser von 0,05 bis 0,5 mm eine Elektrode und ist als von einer Vorratsspule 2 ablaufend und auf eine Aufnahmespule 3 auflaufend dargestellt, wobei er durch eine Bearbeitungszone transportiert wird, die durch zwei Führungsglieder 4 a und 4 b definiert ist. Die Führungsglieder 4 a und 4 b spannen den zwischen ihnen verlaufenden Draht ein und positionieren ihn in eine bestimmte Bearbeitungslage bezüglich eines Werkstückes 5, welches mit einem Bearbeitungsmedium, beispielsweise einem dorthin zugelieferten flüssigen Nichtleiter oder Elektrolyten in der Bearbeitungszone angeordnet ist. Eine Stromversorgung 6 hat Ausgangsklemmen, welche mit dem Draht 1 und dem Werkstück 5 elektrisch verbunden sind, um über den zwischen ihnen befindlichen Bearbeitungsspalt eine elektrische Bearbeitungsenergie anzulegen, welche üb­ licherweise die Form von Impulsen hat, um Material von dem Werkstück 5 zu entfernen.

Wenn die Materialentfernung fortschreitet, erfolgt mittels zweier Motoren 8 und 9, beispielsweise Schritt­ motoren eine Versetzung eines Tisches 7, an welchem das Werkstück 5 befestigt ist, was in Übereinstimmung mit einem numerischen Steuerprogramm oder einer Kopiervor­ lage entlang einer X- und einer Y-Achse erfolgt, so daß die Funkenerosion mit der Drahtelektrode 1 an dem Werkstück 5 entlang eines bestimmten Schneidweges fort­ schreiten kann.

Die Mittel zum Transport oder zur axialen Vorbewegung des Drahtes 1 umfassen eine Zug-Antriebsrolle 10, wel­ che stromabwärts von dem Führungsglied 4 b angeordnet ist und eine durch Reibung mitlaufende Klemmrolle 11 hat, die aus Gummi oder dergl. hergestellt oder mit solchem beschichtet ist und den Draht 11 gegen die stützende Antriebsrolle 10 andrückt. Die Antriebs­ welle 10 hat eine umlaufende Welle 12, welche von einem Motor 13 angetrieben wird, wodurch die Rollem 10 und 11 den zwischen ihnen eingeführten Draht 1 tragen und eine Zugkraft auf ihn ausüben, um ihn kontinuierlich von der Vorratsspule 2 abzuwickeln und kontinuierlich durch die Bearbeitungszone zwischen den Führungsglie­ dern 4 a und 4 b zu bewegen. Die Antriebswelle 12 ist mit einem Kodierer 14 versehen, der auf eine Drehung derselben anspricht und ein Signal liefert, welches die Drehzahl der Antriebswelle 12 repräsentiert. Strom­ aufwärts der Führungsglieder 4 a und 4 b befindet sich eine bremsende Antriebsrolle 15 mit einer durch Reibung mitgenommenen Klemmrolle 16 aus Gummi oder dergl. oder mit entsprechender Beschichtung, welche mit der stützen­ den Rolle 15 zusammenwirkt, um den Draht 1 gegen diese angedrückt zu halten. Die bremsende Antriebsrolle 15 hat eine Antriebswelle 17, welche von einem Drehmoment- Motor 18 angetrieben wird, um eine Bremskraft auf den Draht 1 auszuüben, der kontinuierlich von der Vorrats­ spule 2 abläuft, die Führungsglieder 4 a und 4 b passiert, von den Rollen 10 und 11 angetrieben und schließlich auf die Aufnahmespule 3 aufgewickelt wird. Die bremsen­ de Antriebswelle 17 ist mit einem Kodierer 19 versehen, der auf eine Drehung derselben anspricht und ein für die Drehzahl der Antriebswelle 17 repräsentatives Si­ gnal liefert.

Die Ausgänge der Kodierer 14 und 19 gelangen über Ver­ stärker 21 bzw. 22 an eine Logikschaltung 20, wo sie verglichen werden, um einen logischen Ausgang zu lie­ fern, der einerseits an eine Steuerschaltung 23 und andererseits an eine Anzeigevorrichtung 27 angelegt ist. Die Logikschaltung 20 liefert einen logischen Ausgang, der die Zugspannung, die Auslängung und/oder die Durch­ biegung des Drahtes 1 repräsentiert, was von den bei­ den verstärkten Signalen abgeleitet ist, die von den Kodierern 14 und 19 empfangen wurden. Ein gewünschter Wert der Drahtspannung, der Auslängung und/oder der Durchbiegung wird in die Steuerschaltung 23 einge­ geben zum Vergleich mit dem entsprechenden Eingangs­ signal von der Logikschaltung 20 zur Lieferung eines Steuersignals, welches auf eine oder beide von zwei Steuerschaltung 25 und 26 für den Drahtzug-Motor 13 bzw. den Brems-Motor 18 einwirkt. Die Anzeigevorrich­ tung 27 kann zur Lieferung einer geeigneten Sichtan­ zeige der festgestellten Zugspannung, Auslängung und/oder Durchbiegung vorgesehen sein.

Im Betrieb bewirkt die Antriebsanordnung 10, 11, 12 und 13 das Ablaufen des Drahtes 1 von der Vorratsspule 2 und das Aufrollen desselben auf die Aufnahmespule 3 um seinen kontinuierlichen Verlauf durch die Bearbeitungszone zwi­ schen den Führungsgliedern 4 a und 4 b unter eine Zugspannung zu gewährleisten, welche durch die Bremsanordnung 15, 16 17 und 18 in dem Draht 1 verursacht wird, und welche diesen spannt und auslängt. Es erwies sich als schwierig, diese Spannung durch Aufbringen einer konstanten Antriebs- und Bremskraft auf den Draht 1 mittels dieser Anordnungen konstant zu halten. Obwohl üblicherweise ein für den Zweck der Funkenerosion präzise hergestellter und auf die Vor­ ratsspule gewickelter Draht verwendet wird, verbleiben un­ vermeidbar Unregelmäßigkeiten des Durchmessers und der Zusammensetzung über seine gesamte Gebrauchslänge, und er kann bei seiner Montage auf die Vorratsspule verbogen oder verzogen sein. Während der Bearbeitung kann der nahe dem Werkstück herlaufende Draht zusätzlich einer veränder­ lichen Abnutzung durch elektrische Entladung ausgesetzt sein, und auch die den Draht stützenden Führungsglieder können durch Reibung oder bei Änderungen der in dem Draht hervorgerufenen wirksamen Spannung abnutzen. Änderungen der Spannung durch die Drahtkalibrierung, seine Zusammen­ setzung und andere Betriebsfaktoren verursachen eine veränderliche Auslängung des Drahtes und können eine unerwünschte Krümmung, Verziehung oder Verdrehung des­ selben hervorrufen, was zu Drahtbrüchen, einer unstabilen Bearbeitung und Bearbeitungsungenauigkeiten führt.

Zur Durchführung der Erfindung ist der Kodierer 14 vor­ gesehen, der die Drehung der Antriebswelle 12 für den Drahtzug feststellt und ein entsprechendes Signal liefert, welches nach Verstärkung durch den Verstärker 21 an die Logikschaltung 20 geführt ist. Andererseits er­ mittelt der Kodierer 19 die Drehung der Antriebswelle 17 für die Abbremsung des Drahtes und liefert ein entsprechendes Signal, welches nach Verstärkung durch den Verstärker 22 an die Logikschaltung 20 geführt ist. Die Logikschaltung 20 liefert eine Differenz zwischen den beiden ermittelten Signalen, die sie empfängt, wodurch eine Änderung der in dem Draht 1 verursachten Spannung, Auslängung oder Krümmung fest­ stellbar ist. Ein Ausgang von der Logikschaltung 20 dient dem Betrieb des Anzeigenetzwerkes 27, welches die momentan ermittelte Spannung, Auslängung oder Krümmung in numerischer oder anderer Form anzeigt. Der an die Steuerschaltung 23 geführte zweite Aus­ gang der Schaltung 20 wird logisch mit dem vorgege­ benen Signal verglichen, welches von dem Anschluß 24 her eingegeben ist und einen gewünschten Wert für die Spannung oder Auslängung darstellt, um das Steuer­ signal zu erzeugen. So kann der logische Ausgang der Schaltung 20 eine Ausgangsgröße liefern, welche ein­ zeln oder in Kombination die Spannung, die Auslängung oder die Krümmung wiedergibt und an die Steuerschal­ tung 23 gelegt ist. Die letztere kann ein Steuerarrange­ ment entsprechend irgendeiner der drei spannungsveränder­ lichen oder zur Lieferung einer Ausgangsgröße entspre­ chend einer logischen Summe oder entsprechend einem logischen Produkt der Variablen umfassen. Das Steuer­ signal kann von einer Ableitung eines Eingangssignals von einem vorgegebenen Wert Gebrauch machen oder das ankommende Signal mit Bezug auf den vorgegebenen Wert aufbereiten. Die Steuerung dient der Regelung der ent­ sprechenden Antriebsschaltungen 25 bzw. 26 eines oder beider Motoren 13 und 18 für das Ziehen bzw. Bremsen und steuert die elektrische Antriebsenergie oder, falls ein Impulsantrieb benutzt wird, die Dauer oder die Fre­ quenz der Antriebsimpulse für diese.

In Fig. 2 sind drei Aufbau-Beispiele a, b und c für die Logikschaltung 20 dargestellt. In dem System a sind Impulssignale von den Kodierern 14 und 19 an Zähler 28 bzw. 29 angelegt, die mit einem Komparator 30 kombi­ niert sind, der eine Differenz der Zählungen liefert, welche durch einen Diskriminator oder eine Schwellpe­ gel-Schaltung 31 aufbereitet wird. In dem System b sind die beiden Detektorsignale an den Aufwärts- bzw. Ab­ wärts-Zähleingang eines aufwärts-/abwärts- oder umkehr­ baren Zählers 32 angelegt, um einen Differenz-Zählpegel zu liefern, der durch einen Diskriminator oder eine Ansprechschwellen-Schaltung 33 ausgewertet wird. In dem System c sind die beiden Signale zunächst an einen Komparator 34 angelegt, der eine Größendifferenz in Form von Impulsen liefert, die durch einen Zähler 35 gesammelt werden, dessen Ausgangsgröße von einem Dis­ kriminator oder einer Pegelschwellen-Schaltung 36 emp­ fangen und ausgewertet wird. In jeder der Anordnungen a, b und c liefert die ermittelte Drehzahldifferenz zwischen der Zugantriebs-Welle 12 und der Bremsan­ triebs-Welle 17 die Zugspannung, von welcher auch die Auslängung und die Biegung ermittelt werden. Die An­ triebsschaltungen 25 und 26 eines der oder beider Motoren 13 und 18 können manuell oder automatisch gesteuert werden, wobei das festgestellte Signal eine Änderung der Zugspannung, der Auslängung oder der Biegung in dem Draht 1 bewirkt, um einen gewünsch­ ten oder vorbestimmten Wert zu erreichen, wodurch die Funkenerosion fortgesetzt werden kann, wobei die kontinuierliche Drahtelektrode unter einer gegebenen Zugspannung ausgerichtet und als Folge eine vorbestimmte Auslängung erzielt wird. Der unstabile Betrieb, der zu Drahtbrüchen und unerwünschten Schwingungen neigt, kann dadurch eliminiert werden, wodurch ein hochpräzises und wirtschaftliches Drahtschneiden erreicht wird.

Die Antriebsmotoren 13 und 18 können entweder als Gleichstrommotoren oder als Schrittmotoren ausgestaltet sein. Im letztgenannten Fall wird das Gleichstrom-Steuersignal durch einen Spannungs-Frequenz-Wandler in Impulse umgewandelt. Ebenso kann das Impuls-Steuersignal für den Gleichstrommotor benutzt werden, in dem das Gleichstrom- Antriebssignal durch eine Digital-Analog-Umwand­ lung erreicht wird.

Claims (4)

1. Funkenerosive Drahtschneidemaschine mit einem angetriebenen rotierenden Zugmittel zur Vorbewe­ gung des Drahtes durch die Bearbeitungszone und mit einem angetriebenen rotierenden Bremsmittel zur Ausübung einer Bremskraft auf die Drahtelektrode, um diesen während des Durchgangs durch die Bearbeitungszone zu spannen, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes und ein zweites Fühlmittel (14, 19) vorhanden sind, welche die Drehzahl des Zugmittels (10, 11) bzw. Brems­ mittels (15, 16) erfassen und ein entsprechendes erstes und zweites Signal abgeben, daß eine Auswerteschaltung (20) vorhanden ist, in welcher eine Differenz zwischen dem ersten und zweiten Signal ermittelt und mit einem eine vorgegebene Drahtspannung repräsentierenden Bezugswert verglichen wird und daß bei Abweichung des Differenzsignals vom Bezugswert ein Ausgangssignal an Steuermitteln (25, 26) abgegeben wird, welche die durch die Zugmittel (10, 11) und/oder Bremsmittel (15, 16) auf die Drahtelektrode ausgeübte Kraft steuern, um dadurch die auf die Drahtelektrode ausgeübte Zugspannung konstant zu halten.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Fühlmittel einen ersten Kodierer (14) umfas­ sen, der in Beantwortung einer Winkelversetzung der Zugmit­ tel (10, 11) eine Reihe erster Impulse erzeugt und daß die zweiten Fühlmittel einen zweiten Kodierer (19) umfassen, der in Beantwortung einer Winkelversetzung der Bremsmittel (15, 16) eine Reihe zweiter Impulse erzeugt, wobei die er­ sten und die zweiten Impulse das erste bzw. zweite Signal bilden.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (20) einen Komparator (30) zur Erzeugung des Differenzsignals sowie einen Diskriminator (36) zum Vergleich des Differenzsignals mit dem Bezugswert umfaßt.

4. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Anzeigemittel (27) zur Anzeige des Ausgangssignals vor­ handen sind.