DE2932734A1

DE2932734A1 - Elektroerosionseinrichtung

Info

Publication number: DE2932734A1
Application number: DE19792932734
Authority: DE
Inventors: Yutaka Tanaka; Takeshi Yatomi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1978-08-16
Filing date: 1979-08-13
Publication date: 1980-03-13
Also published as: DE2932734C2; DE2954382C2; US4292491A; CH659604A5

Description

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Die Erfindung betrifft eine Elektroerosionseinrichtung mit einer Drahtelektrode. Diese Elektroerosionseinrichtung erlaubt die Bearbeitung eines Werkstücks bei sich während der Bearbeitung ändernder Bearbeitungsfläche.

Eine Elektroerosionseinrichtung mit einer Schneiddrahtelektrode steuert die elektrischen Bedingungen stets so,daß diese je nach der Änderung der Dicke des Werkstücks am günstigsten sind. Bei einer Elektrqerosionseinrichtung mit einer Schneiddrahtelektrode wird ein Metalldraht mit einem JDurehmesser von etwa 0,05 bis 0,3 mm als Elektrode verwendet, und es wird eine Relativbewegung in X-Achsenrichtung und Y-Achsenrichtung des Werkstücks relativ zur Elektrode bewirkt. Dies erlaubt eine Sehneid- oder Bohrbearbeitung mit jeder gewünschten Konfiguration.

Bei der Relativbewegung handelt es sich gewöhnlich um eine stufenweise Bewegung mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit in der Größenordnung von 1 /tun pro Impuls der elektrischen Entladung. Dabei findet die elektrische Entladung mit einer konstanten Spannung im Arbeitsspalt statt, ohne daß die elektrische Entladungsenergie gesteuert wird. Wenn die Dicke des Werkstücks konstant ist, so kann diese Bearbeitung wunschgemäß ausgeführt werden, obwohl die Vorschubgeschwindigkeit konstant ist. Wenn jedoch die Dicke des Werkstücks nicht konstant ist, so wird die Bearbeitung zunächst durchgeführt unter Einstellung der Vorschubgeschwindigkeit auf die maximale Dicke (maximale Bearbeitungsfläche), um Störungen nach Art eines Kurzschlusses oder eines Durchschneidens des Drahtes zu verhindern, und daher wird trotz Verringerung der Dicke des Werkstücks während der Bearbeitung die Elektrode mit der anfänglich eingestellten, langsamen Geschwindigkeit bewegt und die Arbeitseffizienz ist gering.

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Auch wenn die Dicke des Werkstücks konstant ist, so kommt es zu Schwierigkeiten, wenn das bearbeitete Werkstück eine Konfiguration mit einem Eckenbereich hat. In diesem Falle wird die Ecke nämlich abgerundet, und scharfe Ecken können nachteiligerweise nicht erhalten werden. Es wurde daher vorgeschlagen, die Bearbeitungsvorschubgeschwindigkeit zu steuern, und zwar anhand der überwachten Arbeitsspaltspannung, d.h. der Bearbeitungsspannung, um die Schwierigkeiten der Bearbeitung mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit zu überwinden. Diese Arbeitsweise ist derjenigen mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit überlegen, sie führt jedoch nicht zur Lösung der oben genannten Probleme.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektroerosionseinrichtung mit einer Drahtelektrode zu schaffen, welche eine hohe Bearbeitungseffizienz aufweist, auch wenn die Dicke des Werkstücks variiert oder der Winkel der Bearbeitungsrichtung sich ändert oder die Bearbeitungsfläche während der Bearbeitung sich ändert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Elektroerosionseinrichtung gelöst, bei der eine elektrische Entladung zwischen einer Drahtelektrode und einem Werkstück in einer Arbeitsflüssigkeit stattfindet und bei der also die Spannung zwischen Drahtelektrode und Werkstücks angelegt wird, wobei diese relativ zueinander bewegt werden. Dabei ist eine Einrichtung zur Erfassung der Spaltspannung zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück vorgesehen sowie ein erster Komparator , welcher die Spaltspannung mit einer Referenzspannung vergleicht und ein Differenzsignal erzeugt. Ferner ist ein Wandler vorgesehen, welcher das Ausgangssignal des ersten Komparators empfängt und ein Geschwindigkeitssignal erzeugt, das der Geschwindigkeitssteuerung der Relativbewegung zwischen Drahtelektrode und Werkstück dient. Ein zwei-

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ter Komparator vergleicht das einer Referenzbearbeitungsfläche entsprechende Geschwindigkeitssignal mit dem am Ausgang des Wandlers erscheinenden Geschwindigkeitssignal. Eine Schaltungskonstante einer Stromversorgungseinrichtung für die Beaufschlagung des Spaltes zwischen Drahtelektrode und Werkstücks mit einer Spannung ist durch das Ausgangssignal des zweiten Komparators steuerbar. Wenn das Geschwindigkeitssignal am Ausgang des Wandlers kleiner ist als das vorbestimmte Geschwindigkeitssignal, so wird die Schaltungskonstante der Stromversorgungseinrichtung erhöht, und zwar über eine Schaltung zur Steuerung der elektrischen Bedingungen. Wenn die Bearbeitungsfläche verringert wird, so erfolgt die Steuerung unter Senkung der Leistung der Stromversorgungseinrichtung. Wenn andererseits die Bearbeitungsfläche erhöht wird, so erfolgt die Steuerung unter Erhöhung der Leistung der Stromversorgungseinrichtung.

Im folgenden wird ilie Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Elektroerosionsmaschine mit einem Schneidedraht;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der bei Änderung der Arbeitsrichtung einer herkömmlichen Elektroerosionsmaschine mit einem Schneiddraht auftretenden Defekte;

Fig. 3, 4 und 5 weitere Defekte bei der herkömmlichen Elektroerosionseinrichtung mit einem Schneiddraht;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Elektroerosionsmaschine mit einem Schneiddraht und einem Werkstück mit unterschiedlicher Dicke;

Fig. 7 ein Impulsdiagramm für die Stromversorgung einer Elektroerosionsmaschine;

Fig. 8 ein Blockschaltbild einer Stromversorgungseinrichtung für eine Elektroerosionsmaschine;

Fig. 9 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Prinzips der Ermittlung einer Ecke;

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Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektroerosionseinrichtung;

Fig. 11(a), (b) ein Beispiel einer Tabelle von in einem Computer gespeicherten elektrischen Bedingungen;

Fig. 12 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführuncsform der erfindungsgemäßen Elektroerosionseinrichtung;

Fig. 13 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Ausfuhrungsform gemäß Fig. 12;

Fig. 14 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Vorschubgeschwindigkeit und der Werkstückdicke bei der herkömmlichen Elektroerosionseinrichtung gemäß Fig.6; und Fig. 15 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Vorschubgeschwindigkeit und der Werkstückdichte bei der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektroerosionseinrichtung gemäß Fig. 12.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 8 und 14 soll zunächst die herkömmliche Elektroerosionsmaschine mit einem Schneidedraht erläutert werden. Dabei soll zuerst anhand der Fig. 1 bis 5 die Arbeitsweise bei Änderungen der Arbeitsrichtung um einen bestimmten Winkel während der Elektroerosionsbearbeitung erläutert werden.

Bei einer Elektroerosionseinrichtung mit einem Schneidedraht verwendet man gewöhnlich als Drahtelektrode 1 einen Draht mit einem Durchmesser von 0,5 bis 0,3 mm. Dieser Schneidedraht 1 bildet einen feinen Spalt im Werkstück 2. Eine pulsierende Spannung wird von einer Stromversorgungseinrichtung während der Bearbeitung dem Arbeitsspalt zugeführt, während andererseits eine Arbeitsflüssigkeit 3 eingespeist wird. Dabei wird die elektrische Entladung fortwährend wiederholt.

Der Vorschubbefehl und die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstückteils 5 werden durch eine Antriebssteuereinrichtung 7

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entschieden. Diese steht in einer on-line-Verbindung mit einem Computer 6. Motore SA, 8B für die X-Achse und die Y-Achse werden hierdurch gesteuert, so daß ein X-Y-Kreuztisch-9 nach einem gewünschten Vorschubmuster betätigt wird.

Im folgenden sollen die Probleme einer solchen herkömmlichen Elektroerosionsmaschine erläutert werden. Fig. 2 zeigt ein Beispiel für die Änderung der Richtung der Programmortslinie 10 um 90°. Die Drahtelektrode 1 wird entlang einer Drahtortslinie 11 geführt, welche gegenüber der Programmortslinie 10 um eine Versetzung Of versetzt ist. Für die Versetzung Of gilt Of = r + g, wobei r den Radius der Drahtelektrode bedeutet und wobei g den Entladespalt bedeutet. Im Bereich der Ecke gemäß Fig. 2 erhält dabei das Werkstück nicht die vorgesehene Programmortslinie 10. Vielmehr kommt es zu einer Abweichung im Bereich I₁, Ip, und demzufolge ist es schwierig, ein präzise bearbeitetes Werkstück gemäß der Programmortslinie 10 zu erhalten.

Die Abweichung beträgt im Bereich der Ecke gewöhnlich I₁ = 20 bis 50 mm und I₂ = 0,2 bis 0,3 mm. Diese Abweichung führt zu einer unerwünschten Konfiguration und zu einem erweiteren Abstand zwischen einem Stempel und einer Form einer Preßeinrichtung im Bereich der Ecke» und dies wiederum führt beim Formen zu einem Grat. Es ist somit schwierig, auf diese Weise eine präzise Form mit einem feinen Abstand beim Stanzen zu erzielen. Was die Gesamtgenauigkeit anbelangt, so ist es schwierig, den gewünschten Abstand zwischen dem Stempel und der Form zu erzielen, so daß der Wert der erhaltenen Form herabgesetzt ist.

Im folgenden sollen die Gründe für die Ausbildung dieser Abweichung betrachtet werden. Wenn gemäß Fig. 3(a) ein Arbeitsschlitz 12 mit der Breite S gebildet wird und die Drahtelektrode 1 zur Position A zurückgeführt wird und danach un-

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ter Erosionebearbeitung des Werkstücks zur Position B geführt wird, so kommt es zu Abweichungen in den Bereichen IU und 1^, da die erneute Bearbeitung im Werkstückschlitz 12 durch die Drahtelektrode 1 begonnen wird.

Beim Beginn einer neuen Bearbeitung des Werkstücks durch die Drahtelektrode gemäß Fig. 3(b) kommt es zu Vibrationen der Drahtelektrode. Diese werden hervorgerufen durch Abstoßungskräfte während der elektrischen Entladung. Diese sind auf Gasexplosionen oder dergl. zurückzuführen und zu Beginn der elektrischen Entladung treten sie auf. Hierdurch kommt es zu einer exzessiven Werkstückabtragung. Obgleich die Drahtelektrode tief in das Werkstück eingeführt wird, so kommt es doch zu einer Verbreiterung des Bearbeitungsschlxtzes durch Erhöhung der Frequenz der elektrischen Entladung, da nämlich die Werkstückspitzen in der Nähe der Vorderfläche des Werkstücks entfernt werden. Demzufolge ist es erforderlich, einen bestimmten Abstand von der Vorderfläche einzuhalten, bis der normale Arbeitszustand zur Ausbildung eines Bearbeitungsschlitzes mit einer konstanten Breite S gemäß Fig. 3(a) sich einstellt.

Die Abstände ändern sich je nach der Vorschubgeschwindigkeit, der Dicke des Werkstücks usw.. Versuche haben gezeigt, daß 1, im Bereich von 20 bis 40/um und I^ im Bereich von 0,2 bis 0,3 mm liegt.

Im folgenden soll der Fall der Fig. 4 erläutert werden. Im Falle der Fig. 3(b) hat die Drahtelektrode 1 in der Position A zwei Freiheitsgrade (nach rechts und nach links). Im Falle der Fig. 4 hat die Drahtelektrode nur einen Freiheitsgrad, und es kommt daher nur auf einer Seite zu Abweichungen in den Bereichen I^ und 1^, wobei diese die anhand der Fig.3(b) angegebenen Maße aufweisen.

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Der Unterschied zwischen der Fig.4· und der Fig. 5(b) so] L im folgenden anhand der Fig. 5 herausgearbeitet werden. Wenn gemäß Fig. _5(a) die Drahtelektrode 1 sich vom Punkt C zum Punkt D um einen Abstand & bewegt, so wirkt auf die Drahtelektrode 1 eine Kraft mit einem zusammengesetzten Vektor V-. der Abstoßungskraft der elektrischen Entladung ein, und zwar je nach der neuen elektrischen Entladungsfläche S₁. Diese Kraft wirkt in der Richtung Ei? . Wenn die Drahtelektrode 1 sich um den Abstand S von C nach E bewegt (Fig.5b) und somit die Richtung um 90° geändert wird, so wirkt der zusammengesetzte Vektor V₂ für die neue elektrische Entladungsfläche S₂ nicht in Richtung Ec auf den Draht ein, sondern in Richtung EF, und es kommt zu einer Abbiegung des Drahtes um den Betrag α. Demzufolge wird der Draht um den. Betrag ß in der zu CE senkrechten Richtung verschoben. Aufgrund dieser Verschiebung kommt es zu einer Vibration und somit zu einer Werkstückabtragung, und für diese Abweichung an der Ecke 13 gemäß Fig. 4 muß noch zusätzliche Arbeit aufgebracht werden.

Die Bereiche S,,S^ in Fig. 2 bilden ebenfalls unbefriedigend bearbeitete Bereiche aufgrund einer Abbiegung der Drahtelektrode im Eckenbereich nach dem anhand ^Ler Fig. 5(b)

erläuterten Prinzip. Der Bereich S, bleibt unbearbeitet wegen der Abweichung der Drahtortsliriie 11 durch Verbiegung der Drahtelektrode in diesem Bereich. Der Bereich S^ wird übermäßig bearbeitet, und zwar ebenfalls durch eine Abbiegung des Drahtes. Somit kommen alle Abweichungen durch Schwingungen und Abbiegungen der Drahtelektrode zustande.

Im folgenden wird auf die Fig. 6 Ms 8 und 14 Bezug genommen. Anhand dieser Figuren sollen die JProbleme erläutert werden, welche auftreten, wenn man die herkömmliche Elektroerosionseinrichtung bei einem Werkstück mit unterschiedlicher Dicke einsetzt. Gemäß Fig. 6 wird ein Arbeitsstrom von der Strom-

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versorgungseinrichtung, z.B. einer Impulsetromversorf-ungseinrichtung 4, einem Arbeitsspalt zwischen der Drahtelektrode 1 und dem Werkstück 2A zugeführt. Die durchschnittliche Arbeitsspannung Eg und die Referenzspannung Eo werden in einen Fehlerverstärker 14 eingegeben, und die Werkstück-Vorschubgeschwindigkeit F wird proportional zu einer Differenzspannung gewählt. Dabei handelt es sich um die Differenzspannung zwischen der durchschnittlichen Arbeitsspannung Eg und der Referenzspannung Eo. Die Werkstück-Vorschubgeschwindigkeit F wird der X-Achsenkomponente Fx und der Y-Achsenkomponente Fy durch einen Geschwindigkeitsverteiler 7 zugewiesen und der X-Achsen-Motor 8A und der Y-Achsen-Motor 8B werden entsprechend angetrieben.

Das Ausgangssignal F des Fehlerverstärkers 14 -und die Ausgangssignale Fx und Fy des Geschwindigkeitsverteilers 7 haben die folgende Beziehung:

Fx + Fy^ = F .

Mit einem solchen Schaltungsaufbau kann der Spalt zwischen der Drahtelektrode 1 und dem Werkstück 2 verringert werden. Wenn die Arbeitsspannung Eg geringer ist als die Referenzspannung Eo, so wird die Werkstück-Vorschubgeschwindigkeit F verringert» so daß der Spalt vergrößert wird und die Arbeitsspannung Eg sich wiederum der Referenzspannung Eo nähert. Wenn andererseits die Arbeitsspannung Eg höher ist als die Referenzspannung Eo, so wird die Werkstück-Vorschubgeschwindigkeit F erhöht, so daß auch in diesem Falle die Arbeitsspannung Eg sich wieder der Referenzspannung Eo nähert. Somit besteht eine Rückkopplung der Arbeitsspannung im Sinne einer Änderung der Werkstück-Vorschubgeschwindigkeit. Wenn dabei ein dünner Bereich des Werkstücks 2A bearbeitet wird, so ist die Werkstück-Vorschubgeschwindigkeit höher. Andererseits ist die Werkstück-Vorschubgeschwindigkeit geringer,

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wenn ein. dicker Bereich bearbeitet wird. Insgesamt erhält man eine im wesentlichen konstante Arbeitsflächengeschwindigkeit.

Wenn die Werkstück-Vorschubgesehwindigkeit gesteuert wird durch Einstellung der Spannimg gemäß der Referenzspannung, so kann man einen Verlust der Werkstück-Vorschubgeschwindigkeit im normalen Vorschubprozeß wesentlich herabsetzen. Pig« 7 zeigt eine Stromimpulsforra zur Aufladung des Kondensators für die Ladung und Entladung. Der Spitzenstrom I und die Impulsbreite T sowie das Ruhezeitintervall T_r des Impulsstroms für die Aufladung werden allesamt als einstellbare oder frei wählbare Parameter angesehen.

Fig. 8 zeigt eine Detaildarstellung der Stromversorgungseinrichtung 4 gemäß Fig. 1. Die Schaltung umfaßt einen Kondensator 90 zur Beeinflussung der Rauhigkeit der bearbeiteten Oberfläche sowie einen "widerstand zur Steuerung des Stroms für die Einstellung des Spitzenstroms I und einen Schalttransistor 110 sowie einen Oszillator 120. Die Impulsbreite T^ und das Ruhezeitintervall T werden durch diesen Oszillator festgelegt. Ferner ist eine Gleichstromquelle 130 vorgesehen. Der Energieverbrauch der Elektroerosionsbearbeitung hängt in starkem Maße von diesen Bedingungen ab, auch wenn die durchschnittliche Arbeitsspannung Eg stets die gleiche ist.

Wenn ein dünnes Werkstück bearbeitet wird, so erzielt man leicht eine konzentrierte elektrische Entladung. Daher kann es zu einem Durchschneiden der Drahtelektrode 1 kommen, wenn die Energiezufuhr für die Bearbeitung nicht verringert wird durch Änderung der genannten elektrischen Bedingungen. Wenn die Werkstück-Vorschubgeschwindigkeit zur Erzielung einer konstanten Arbeitsspannung Eg im Falle eines Werkstücks mit unterschiedlicher Dicke gesteuert wird, so werden die

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die Bearbeitungsenergie beeinflussenden elektrischen Bedingungen so eingestellt, daß ein Durchschneiden der Drahtelektrode 1 bei Bearbeitung des Werkstückbereichs mit geringer Dicke vermieden wird. Daher sind die elektrischen Bedingungen in den dicken Bereichen des Werkstücks unzureichend und die Bearbeitungsgeschwindigkeit ist in diesen Bereichen zu gering. In Ansehung der Genauigkeit ist es bevorzugt, die elektrischen Bedingungen im dicken Bereich des Werkstücks zu erhöhen. Wenn die Konfiguration des Werkstücks eine Kante aufweist, so sind die Verhältnisse ähnlich wie bei einem Werkstück mit wesentlich verringerter Dicke. In diesem Fall kann eine scharfe Kante erzielt werden durch Verringerung der elektrischen Bedingungen. Bei den herkömmlichen Verfahren (Steuerung unter Konstanthaltung der Vorschubgeschwindigkeit oder Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit unter Konstanthaltung der Arbeitsspannung) kann man die erwünschte Arbeitsgeschwindigkeit und die erwünschte Genauigkeit nicht verwirklichen und die Einstellung der elektrischen Bedingungen muß manuell erfolgen, wozu eine lange Erfahrung erforderlich ist. Diese Einstellung bereitet große Schwierigkeit en, und es kommt dennoch häufig zu einem Durchschneiden der Drahtelektrode 1, und die Zuverlässigkeit der Bearbeitung ist gering.

Im folgenden soll anhand der Fig. 9 bis 11 eine erste Ausführungsform der Erfindung erläutert werden. Mit dieser Ausführungsform können die bei der herkömmlichen Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 5 auftretenden Probleme überwunden werden. Fig. 9 zeigt eine graphische Darstellung, bei der auf der Ordinate das Verhältnis RF der Werkstückgeschwindigkeit bei der Bearbeitung eines Eckenbereichs zur Werkstückgeschwindigkeit F für einen geraden Bereich aufgetragen ist. Auf der Abszisse ist der Abstand 1 von der in Fig. 2 dargestellten Kante R im Bereich der Abbiegung aufgetragen. Man erkennt aus Fig. 9, daß die Arbeitsgeschwindigkeit F in einem Abschnitt

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von etwa 0,2 bis0,3 mm erhöht wird, und zwar durch Steuerung des Tischvorschubs bei konstanter Spannung oder konstantem Strom im Eckenbereich. Dies ist einer Verringerung der Dicke im Eckenbereich äquivalent (da gemäß Fig. 5 die elektrische Entladungsfläche hier verringert wird gemäß der Beziehung S₁ > S₂ ). Wenn die Arbeitsbedingungen (elektrische Entladungsenergie) konstant sind und die elektrische Entladungsfläche verringert wird, so wird die Arbeitsgeschwindigkeit F erhöht. Man kann daher den Eckenbereich am Punkt ρ anhand der Einstellung des Pegels F +"tj gemäß Fig. 9 ermitteln. Somit kann der Eckenbereich automatisch anhand des Anstiegs der Arbeitsgeschwindigkeit F festgestellt werden. Der Pegel F + . ^ ist ein höherer Pegel-als der Pegel der Geschwindigkeitsvariation während der Bearbeitung.

Im folgenden soll der Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung anhand der Fig. 10 erläutert werden. Die durchschnittliche Spaltspannung Eg während der Bearbeitung wird in einem bekannten Komparator 14 mit der Referenzspannung Eo verglichen. Die Spannung £., welche der Differenz proportional ist, wird in den Geschwindigkeitswandler 15 eingegeben, welcher ein Arbeitsgeschwindigkeitssignal F für konstante Spannung und konstanten Strom ausgibt. Hierdurch wird der X-Achsen-Motor und der Y-Achsen-Motor 8 durch eine Antriebssteuereinrichtung 7 angetrieben, und das Werkstück 2 wird in X-Achsenrichtung durch den X-Achsen-Motor 8A und in Y-Achsenrichtüng durch den Y-Achsen-Motor 8B bewegt. Das Werkstück-Geschwindigkeitssignal F wird in ein digitales Signal umgewandelt, welches in einen Computer 6A eingegeben wird. In diesem werden die Daten der elektrischen Bedingungen 16 in Form einer Digitaltabelle gespeichert. Die Daten der elektrischen Bedingungen 16 sind Kombinationen der elektrischen Bedingungen von ... Eco... Ecr. Wenn die Bearbeitung gemäß diesen elektrischen Bedingungen durchgeführt wird, so ist die Bearbeitungsgeschwindigkeit höher bei einer oberen

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Position als bei einer unteren Position. Die Gewichtung erfolgt anhand der Anzeige der Arbeitsgeschwindigkeit. Die elektrischen Bedingungen für höhere Arbextsgeschwxndigkeiten sind vom oberen Bereich zum unteren Bereich hin angeordnet. Nach der Erfassung des Eckenbereichs (Punkt ρ in Fig. 9) anhand der Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit F werden die elektrischen Bedingungen EC geändert. Im Falle einer Bearbeitung unter den elektrischen Bedingungen Eco bei einer Werkstückgeschwindigkeit F liegt eine normale, geradlinige Bearbeitung vor, und demgemäß übersteigt die Geschwindigkeit nicht den Wert F + "7 gemäß Fig. 9. Dieser Arbeitsgeschwindigkeitswert, welcher in den Computer 6A als Digitalwert eingegeben wird, liegt nicht über dem Eckenerfassungspegel Fk (F + T^in Fig. 9) gemäß Fig. 10. Daher gilt im Fließdiagramm für die Beziehung F = Fk die Antwort NEIN, so daß die gegenwärtigen elektrischen Bedingungen Eco aufrechterhalten werden. Die elektrischen Bedingungen Eco werden zu Anfang durch eine Bedienungsperson in den Computer 6A eingegeben, und zwar durch Auswahl aus einer anderen Tabelle, ähnlich der Tabelle der Daten 16 der elektrischen Bedingungen. Wenn das Werkstück den Eckenberdch erreicht, so steigt die Werkstückgeschwindigkeit, und für F = Fk gilt die Antwort JA, wie das innere Fließdiagramm des Computers 6A in Fig. 7 zeigt. Daher erhöht sich die Nummer der Daten der elektrischen Bedingungen 16 um 1, vrle durch die Beziehung Ecm ■ Ecm + 1 angegeben. Nun tritt Ec1 anstelle von Eco, und die geänderten elektrischen Bedingungen haben eine Verringerung der Energie um eine Stufe im Sinne einer Verringerung der Arbeitsgeschwindigkeit durch die Charakteristik der elektrischen Bedingungen zur Folge. Der Befehl gelangt zur Werkstückantriebseinrichtung 4, und zwar über ein Leistungsinterface 17, entsprechend den Daten der elektrischen Bedingungen 16. Hierdurch wird der elektrische Entladungsimpuls variiert. Demzufolge wird die WerkstUckgeschwindigkeit gesenkt. Im Eckenbereich ist die Fläche klein. Bei der

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beschriebenen Verrringerung der elektrischen Bedingungen wird die Werkstückgeschwindigkeit häufig jedoch nicht verringert, sondern sie bleibt auf einem Pegel oberhalb Pk. Daher gilt für die Bedingung F = Fk nach wie vor die Antwort JA, so daß die elektrischen Bedingungen weiter verringert werden. Sobald die Werkstückgeschwindigkeit auf einen Wert unterhalb des vorbestimmten, unteren Grenzpegels Fl verringert wird, so gilt für die Beziehung F = Fl die Antwort JA und die Wiederholung der Operation zur weiteren Verringerung der elektrischen Bedingungen wird gestoppt, und die elektrischen Bedingungen Ecn werden aufrechterhalten (sobald F = Fl gilt). Der untere Grenzwertpegel Fl hat vorzugsweise nicht nur einen gerade unterhalb F liegenden Wert, sondern einen tieferliegenden Wert von etwa 0,6 F bis 0,8F, und er ist verschieden von demjenigen zur Steuerung der Zunahme von F gemäß Fig. 9.

Auf diese Weise wird der Eckenbereich erfaßt (CF ^ Fk JA), und der Wert Ecn wird zwangsmäßig jedesmal dann um eine Stufe erhöht, wenn eine konstante Zeitperiode abgelaufen ist, welche von einem Abstandscomputer 18 gezählt wird. Der Wert wird hierdurch schließlich wieder auf Eco zurückgestellt, wie zur Zeit des Beginns der geraden Bearbeitung. Somit werden die elektrischen Bedingungen für einen spezifischen Abschnitt gesenkt nach Erfassung der Kante, wodurch die Arbeitsgeschwindigkeit unter den unteren Grenzpegel gesenkt wird. Nach dieser Periode werden die elektrischen Bedingungen wieder zurückgestellt, und es erfolgt dann wiederum die Bearbeitung in einer geraden Linie.

Es wird eine spezifische Anzahl von Stufen für die Daten der elektrischen Bedingungen 16 vorgesehen, wobei vom Kopf her adressiert wird. Bei Daten im oberen Bereich ist die Arbeitsgeschwindigkeit höher und bei Daten im unteren Bereich ist die Arbeitsgeschwindigkeit niedriger. Eine Ausführungsform

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eines solchen Programms ist in Fig. 11(a) dargestellt. In dieser Tabelle sind die elektrischen Bedingungen gemäß Fig. 11(b) angegeben, und zwar die Impulshöhe I , die Impulsbreite Γ und die Impulspause T_r . Diese entsprechen Stufen der Stromversorgungseinrichtung. Die Werte der Daten der elektrischen Bedingungen werden festgelegt, je nach den praktischen Bearbeitungsgeschwindigkeiten, und zwar anhand von Versuchen und Erfahrung.

Wie oben beschrieben, können Abweichungen durch Schwingungen der Drahtelektrode oder dergl. gemäß Fig. 4 verringert werden, indem man die Arbeitsgeschwindigkeit verringert und die elektrischen Bedingungen verringert. Somit kann die zusammengesetzte Abstoßungskraft der elektrischen Entladung durch diese Steuerung gesenkt werden, z.B. durch eine Senkung der Wiederholungsfrequenz der elektrischen Entladung* Ferner wird auch die Verbiegung der Drahtelektrode, welche in Fig _r-5(b) dargestellt ist_r verringert, so daß die Ungenauigkeiten der Arbeitsflächen, welche in Fig. 2 durch S^ und S^ angedeutet sind, ebenfalls verringert werden. Demzufolge werden die in Fig. 2 dargestellten Strecken I₁ und I₂ verringert. Versuche haben gezeigt, daß man auf diese Weise 1-, auf 5 bis 10/um und Ip auf 5 bis 10/um senken kann. Man kann daher die äußerst hohe Genauigkeit erreichen, welche eine präzise Form mit einem Eckenbereich aufweisen muß. Die Bearbeitung der Ecke wird automatisch erfaßt,und die elektrischen Bedingungen werden durch das spezielle Steuersystem geändert, so daß Abweichungen verhindert werden.

Die Steuerung der elektrischen Bedingungen können durch eine N/C-Tabelle oder dergl. befohlen werden. Eine solche Steuerung der elektrischen Bedingungen sollte jedoch nach Erfahrungswerten erfolgen, und die Erfordernisse sind verschieden, je nachdem Winkel an der Ecke (stumpfer Winkel oder spitzer

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Winkel). Daher ist es recht schwierig, eine Steuerung gemäß einer N/C-Tabelle vorzunehmen. Demgegenüber werden erfindungsgemäß die elektrischen Bedingungen sequentiell verringert anhand der Daten der elektrischen Bedingungen im Sinne der Erreichung einer spezifischen Arbeitsgeschwindigkeit. Somit ergeben sieh keine Schwierigkeiten, und die elektrischen Bedingungen sind automatisch festgelegt, wenn eine bestimmte Arbeitsgeschwindigkeit vorliegt.

Selbst im Fälle eines Systems mit einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit zur Aufrechterhaltung einer konstanten, relativen Vorschubgeschwindigkeit zwischen Werkstück und Elektrode kann die erfindungsgemäße Steuerung angewandt werden, indem man die Spannung oder den Strom mißt, ζ. B, durch Erfassung der Erhöhung der Spaltspannung Eg über einen voreingestellten Pegel. Dieser Wert wird nun in den Computer eingegeben, d.h. der Wert der Arbeitsgeschwindigkeit E wird ersetzt durch den Wert der Spaltspannung Eg.

Erfindungsgemäß wird bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 bis 11 ein Werkstück mit einer Ecke entsprechend dem Programm bearbeitet, und eine Detektoreinrichtung erfaßt die Tatsache, daß die Bearbeitung den Eckenbereich erreicht, und nun werden die elektrischen Bedingungen sequentiell geändert, so daß man eine spezifische Bedingung für die Bearbeitungsgeschwindigkeit und die Arbeitsbedingungen erhält, je nach den Daten der elektrischen Bedingungen, welche im Computer gespeichert sind. Hierdurch können Abweichungen im Eckenbereich vollständig verhindert werden. Somit bietet das erfindungsgemäße System beträchtliche Vorteile.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung soll nun anhand der Fig. 12, 13 und 15 erläutert werden. Die in Fig. 12 gezeigte Ausführungsform stimmt zum Teil mit derjenigen gemäß

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Fig. 6 überein, d.h. auch hier wird die Bearbeitungsspannung Eg stets mit einer Referenzspannung Eo verglichen, und die Vorschubgeschwindigkeit F wird geändert, so daß die Bearbeitungsspannung Eg sich der Referenzspannung Eo nähert. Im folgenden soll die Arbeitsweise untersucht werden für den Fall, daß die Bearbeitung eines Bereichs des Werkstücks 2A konstanter Dicke beendet ist und die Bearbeitung eines dickeren Bereichs des Werkstücks beginnt. Wenn die Vorschubgeschwindigkeit im Sinne einer Konstanthaltung der Arbeitsspaltspannung gesteuert wird, und zwar auch im dickeren Bereich des Werkstücks, und die elektrischen Bedingungen nicht geändert werden, so ist die Bearbeitungsenergie im wesentlichen konstant, und die Bearbeitungsflächengeschwindigkeit ist im wesentlichen konstant und somit wird die Vorschubgeschwindigkeit wesentlich verringert _r und zwar umgekehrt proportional zur Dicke des Werkstücks. ^₁

Die Vorschubgeschwindigkeit F wird in den Computer_t6B eingegeben und die Abnahme der Vorschubgeschwindigkeit F bei Erhöhung der Dicke wird erfaßt, wobei die elektrischen Bedingungen allmählich erhöht werden* Wenn die elektrischen Bedingungen erhöht werden, so wird die Bearbeitungsenergie erhöht, und es kommt zu einer relativen Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit. Da ein Durchschneiden des Drahts verhindert werden muß, kann jedoch die Vorschubgeschwindigkeit nicht auf den ursprünglichen Wert erhöht werden.

Fig. 14 zeigt die Beziehung zwischen der Dicke t des Werkstücks und der Vorschubgeschwindigkeit F, wenn die elektrischen Bedingungen (Bearbeitungsenergie) EC für den Bereich mit der geringsten Dicke t derart eingestellt sind, daß ein Durchschneiden des Drahts bei einer herkömmlichen Maschine verhindert wird. Die elektrischen Bedingungen sind konstant, so daß die Vorschubgeschwindigkeit F verringert wird, und zwar umgekehrt proportional zur Dicke t des Werkstücks.

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Fig. 15 zeigt die Beziehung zwischen der Dicke t des Werkstücks und der Vorschubgeschwindigkeit F bei der erfindungsgemäßen Einrichtung. Hierbei werden die elektrischen Bedingungen automatisch durch den Computer eingestellt. Bei Erhöhung der Dicke t des Werkstücks kommt es zu einer Erhöhung der elektrischen Bedingungen, so daß die Vorschubgeschwindigkeit F nicht so stark verringert wird, wie in Fig. 15 gezeigt.

Wenn die Daten der Vorschubgeschwindigkeit F bei der Ausführungsform gemäß Fig. 12 in den Computer 6B eingegeben werden, so werden die elektrischen Bedingungen EC je nach den Daten der graphischen Darstellung in Fig. 15, welche in den Speicher des Computers 6B eingespeichert sind, entschieden. Wenn die elektrischen Bedingungen EC, welche gemäß der graphischen Darstellung der gegenwärtigen Vorschubgeschwindigkeit F entsprechen, höher sind, so befiehlt der Computer 6B der Stromversorgungseinrichtung 4, die elektrischen Bedingungen all mählich zu erhöhen, so daß schließlich die aktuelle Vorschubgeschwindigkeit den ausgegebenen elektrischen Bedingungen EC entspricht.

Wenn die Dicke des Werkstücks erhöht wird, so befiehlt der Computer 6B die allmähliche Verringerung der elektrischen Bedingungen EC. Wenn die Dicke des Werkstücks nun aber in Stufen geändert wird, z.B. sich in einer Stufe verringert, so kann der Befehl des Computers 6B zur Einstellung der elektrischen Bedingungen gegenüber dem Zeitpunkt, zu dem diese Änderung praktisch erforderlich ist, verzögert werden, so daß die Drähtelektrode 1 zerschnitten wird.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform wird bei Erfassung der Zunahme der Vorschubgeschwindigkeit die elektrische Bedingung EC plötzlich verringert, und zwar auf den Minimalwert für die Bearbeitung eines Werkstücks mit minimaler Dicke, und dann wird die elektrische Bedingung EC allmählich

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erhöht, je nach der Beziehung zwischen der Vorschubgeschwindigkeit F und der elektrischen Bedingung, welche graphisch in Fig. 15 dargestellt ist (wie bei der ersten Ausführungsform). Die elektrische Bedingung EC wird an der Stelle stabilisiert, welche F in der graphischen Darstellung zugeordnet ist.

Fig. 13 zeigt die Änderung der elektrischen Bedingungen bei dem Übergang vom dickeren Bereich eines Werkstücks zum dünneren Bereich eines Werkstücks. Die gestrichelte Linie betrifft den plötzlichen Übergang der Dicke des Werkstücks zu der minimalen Dicke des Werkstücks.

Einen ähnlichen Effekt, wie mit der plötzlichen Verringerung der elektrischen Bedingungen, kann man erzielen durch Steuerung der Drahtvorschubgeschwindigkeit und der Drahtspannung, welche die Vorgänge des Durchschneidens des Drahtes während der Bearbeitung beeinflussen und den Ölwiderstand sowie den Arbeitsstrom und die Kapazität des Kondensators.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird stets ein Computer verwendet. Es ist jedoch möglich, den Computer durch eine herkömmliche Hardware-Steuereinrichtung zu ersetzen, z.B. in Verbindung mit einem Festwertspeicher oder dergl. mit der Datentabelle.

Bei den Ausführungsformen der Erfindung kann die elektrische Bedingung, welche durch den Computer befohlen wird, ohne Verzögerung gesteuert werden, selbst wenn die Dicke des Werkstücks sich plötzlich ändern sollte, und somit können Störungen in Form eines Durchschneidens des Drahtes verhindert werden, und man erzielt eine sehr hohe Betriebszuverlässigkeit, ohne daß manuelle Eingriffe erforderlich wären.

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In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder sich entsprechende Bauteile. Der Computer 6B in Fig. umfaßt nicht den Abstandscomputer 18 und dessen Schaltung.
Die Daten der elektrischen Bedingungen 16 für den Computer 6b sind die Bedingungsdaten, welche der Änderung der Dicke entsprechen. Im übrigen ist dieser Computer 6B in gleicher Weise aufgebaut wie der Computer 6A der Fig. 10.

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Claims

ME-432(F-6240)
1A-2961

MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA Tokyo, Japan

Elektroerosionseinrichtung

Patentansprüche

Λ.) Elektroerosionseinrichtung mit einer relativ zu einem Werkstück bewegten Drahtelektrode, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Messung der Spaltspannung zwischen der Drahtelektrode (1) und dem Werkstück (2), einen ersten Komparator (14), welcher die gemessene Spaltspännung mit einer Referenzspannung vergleicht und ein Differenzsignal erzeugt; mit einem Wandler (15) zur Umwandlung des Ausgangssignals des Komparators (14) in ein Geschwindigkeitssignal für die Steuerung der Relativgeschwindigkeit zwischen Drahtelektrode (1) und Werkstück (2); und mit einem zweiten Komparator (19)» welcher das einer Referenzbearbeitungsfläche entsprechende Geschwindigkeitssignal mit dem vom Wandler (15)

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ausgegebenen Geschwindigkeitssignal vergleicht, wobei eine Schaltungskonstante einer Stromversorgungseinrichtung (4) zum Anlegen einer Spannung zwischen Drahtelektrode (1) und Werkstück (2) steuerbar ist, so daß, wenn das Geechwindigkeitssignal am Ausgang des Wandlers (15) kleiner ist als ein vorbestimmtes Geschwindigkeitssignal, die Schaltungskonstante der Stromversorgungseinrichtung (4) durch das Ausgangssignal des zweiten Komparators (19) über eine Schaltung zur Steuerung der elektrischen Betriebsbedingungen (16,17) erhöht wird; und wenn die Bearbeitungsfläche verringert wird, die Leistung der Stromversorgungseinrichtung (4) verringert wird, während, wenn die Arbeitsfläche erhöht wird, die Leistung der Stromversorgungseinrichtung (4) erhöht wird.
2. Elektroerosionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Steuerung der elektrischen Betriebsbedingungen (16,17) eine Speicherschaltung (16) umfaßt, welche eine Vielzahl von elektrischen Bedingungen speichert, geordnet in Intensitätsreihenfolge; und daß der zweite Komparator (19) die Tatsache feststellt, daß die Bearbeitung des Werkstücks (2) sich von einer geraden Richtung in eine andere Richtung an einer Richtungsänderungsstelle ändert, und daß die Leistung der elektrischen Stromversorgungseinrichtung (4) auf einen vorbestimmten Leistungswert abgesenkt wird, und zwar anhand der elektrischen Bedingungen in der Speicherschaltung (16), welche durch das Ausgangssignal des zweiten Komparators (19) ausgewählt werden.
3. Elektroerosionseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tatsache der Bearbeitung der Ri chtungsänderungsstelle des Werkstücks (2) anhand der Änderung der Spaltspannung ermittelt wird.

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4. Elektroerosionseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tatsache der Bearbeitung der Ri chtungsänderungsstelle des Werkstücks (2) ermittelt wird anhand der Tatsache, daß das am Ausgang des Wandlers (15) erscheinende Geschwindigkeitssignal über dem der Referenzbearbeitungsfläche zugeordneten Geschwindigkeitssignal liegt.
5· Elektroerosionseinrichtung nach einem der Ansprüche bis 4, gekennzeichnet durch einen Entfernungscomputer (18), welcher von der Richtungsänderungsstelle an zu zählen beginnt und nach Durchführung der Bearbeitung um eine vorbestimmte Strecke die elektrischen Bedingungen der Speicherschaltung (16) zu denjenigen, welche an der Richtungsänderungsstelle vorlagen, zurückführt.
6. Elektroerosionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Komparator die Änderung der Dicke des Werkstücks erfaßt (Fig. 12).
7· Elektroerosionseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bearbeitungsstrom der Stromversorgungseinrichtung (4) erhöht wird, wenn die Relativgeschwindigkeit zwischen Werkstück (2) und Drahtelektrode (1) aufgrund einer Änderung der Dicke des Werkstücks (2) gesenkt wird, während der Bearbeitungsstrom der Stromversorgungseinrichtung (4) gesenkt wird, wenn die Relativgeschwindigkeit erhöht wird.
8. Elektroerosionseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsenergie auf die Bearbeitungsenergie für die minimale Dicke gesenkt wird, wenn die Relativgeschwindigkeit steigt, und daß nachfolgend die Bearbeitungsenergie allmählich wieder erhöht wird.

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9. Elektroerosionseinrichtung nach einem der Ansprüche bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltspannung im wesentlichen konstant gehalten wird.
10. Elektroerosionseinrichtung nach einem der Ansprüche oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativgeschwindigkeit zwischen Drahtelektrode (1) und Werkstück (2) im wesentlichen konstant gehalten wird.
11. Elektroerosionseinrichtung nach einem der Ansprüche bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungseinrichtung (4) eine Gleichstromquelle (130); einen Impulsgenerator (120) als Schaltungselement mit der Schaltungskonstante; ein Halbleiterschaltelement (110), welches einer EIN-AUS-Steuerung durch die Ausgangsimpulse des Impulsgenerators (120) unterliegt; einen in Reihe zum Halbleiterschaltelement (110) geschalteten Widerstand (100) und einen parallel zur Drahtelektrode (1) geschalteten Kondensator (90) umfaßt.
12. Elektroerosionseinrichtung nach einem der Ansprüche bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung zwischen Werkstück (2) und Drahtelektrode (1) in X-Achsenrichtung und Y-Achsenrichtung erfolgt, während die Drahtelektrode (1) in Z-Achsenrichtung transportiert wird.

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