DE2932734C2

DE2932734C2 - Verfahren zur Regelung eines Schneiderodierprozesses

Info

Publication number: DE2932734C2
Application number: DE2932734A
Authority: DE
Inventors: Yutaka Tanaka; Takeshi Nagoya Yatomi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1978-08-16
Filing date: 1979-08-13
Publication date: 1984-12-06
Also published as: DE2932734A1; US4292491A; DE2954382C2; CH659604A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Schneiderodierprozesses, wobei die mittlere Spaltspannung gemessen und mit einer Referenzspannung verglichen wird und wobei die ermittelte Spannungsdifferenz in ein Geschwindigkeitssignal zur Steuerung der Schnittgeschwindigkeit umgewandelt wird, wie es aus der US-PS 40 81 652 bekannt ist.

Bei einem Schneiderodierprozeß werden mit einem Metalldraht mit einem Durchmesser von etwa 0,05 bis 0,3 mm als Schneiddrahtelektrodc Relativbewegungcn in X-Achsenrichtung und V-Achsenrichtung des Werkstückes bewirkt, um das Werkstück in jeder gewünschten Konfiguration zu bearbeiten. Bei dieser Relativbewegung handelt es sich gewöhnlich um eine stufenweise erfolgende Bewegung mit konstanter Schnittgeschwindigkeit in der Größenordnung von 1 μΐη pro Impuls der elektrischen Entladung. Die elektrische Entladung erfolgt gewöhnlich mit konstanter Spannung im Arbeitsspalt.

Aus der JP-OS 51-1 50 796 ist es weiterhin bekannt, die Spaltspannung zu messen und anhand dieses Meßergebnisses die elektrischen Betriebsparameter zu ändern, während die Geschwindigkeit konstant gehalten wird.

Aus »Technische Rundschau«, Nr. 13, 3. April 1970, Seiten 9, 11 und 13 ist es gleichfalls zu entnehmen, die Spaltspannung zu messen und durch Änderungen in der Schnittgeschwindigkeit konstant zu halten, wobei die elektrischen Betriebsbedingungen konstant bleiben.

Aus der US-PS 40 52 583 ist es weiterhin bekannt, die Bearbeitungsfläche anhand des Leckstromes zu ermitteln und zur Steuerung der elektrischen Betriebsparameter zu verwenden. Darüber hinaus ist es aus der US-PS 35 36 881 bekannt, bei Verringerung der Bearbeitungsfläche im Arbeitsspalt die abgegebene elektrische Leistung zu verringern und bei Erhöhung der Bearbeitungsfläche die abgegebene elektrische Leistung zu erhöhen, indem ein Schnittgeschwindigkeiissignal mit einem Referenzsignal verglichen und in Abhängigkeil vom Vergleichsergcbnis die Lcisiungszufiihr /um Arbeitsspalt gesteuert wird.

Selbst wenn die Dicke des Werkstückes konstant ist, kommt es zu Schwierigkeiten, wenn das bearbeitete Werkstück eine Form mit einer Ecke hat In diesem Fall wird die Ecke abgerundet und können scharfe Ecken durch den Schneiderodierprozeß nicht erhalten werden. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht s daher darin, das Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß auch bei einer plötzlichen Richtungsänderung die gewünschte Schnittkontur exakt erhalten werden kann. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch

ίο gelöst, daß zur Erfassung einer Richtungsänderung der Bahnkurve das Schnittgeschwindigkeitssignal mit einem einer Referenzbearbeitungsfläche entsprechenden oberen Referenz-Schnittgeschwindigkeitssignal verglichen wird, und daß bei Oberschreiten desselben die elektri sehe Ausgangsleistung der Stromversorgung schrittwei se anhand gespeicherter elektrischer Betriebsdaten gesenkt wird, bis ein unteres Referenz-Schnittgeschwindigkeitssignal unterschritten wird, und daß nach einer vorbestimmten Schnittstrecke von dem Richtungsände rungspunkt an die ursprüngliche elektrische Leistung wieder hergestellt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit die durch eine plötzliche Richtungsänderung der Schnittkontur verursachte Verringerung der Bearbei tungsfläche erfaßt und mit einer schrittweisen Verringe rung der elektrischen Leistung bis zum Unterschreiten einer unteren Referenz-Schnittgeschwindigkeit beantwortet. In dieser Weise wird exakt die gewünschte Schnittkontur erzielt.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Elektroschneiderodiervorrichtung mit Schneiddraht,

F i g. 2 eine schematische Darstellung der bei Änderung der Arbeitsrichtung bei einer derartigen Erodiervorrichtung auftretenden Probleme,

Fig.3, 4 und 5 weitere Schwierigkeiten bei herkömmlichen Erodiervorrichtungen mit Schneiddraht,

F i g. b eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung des Prinzips der Ermittlung einer plötzlichen Richtungsänderung der Schnittkontur,

F i g. 7 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Elektroerodiervorrichtung zur Durch- führung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und

F i g. 8a und 8b ein Beispiel einer Tabelle von in einem Computer gespeicherten elektrischen Betriebsdaten.

Im folgenden wird zunächst anhand der Fig. 1 bis 5 die Arbeitsweise bei einer Änderung der Arbeitsrich tung bei einem Schneiderodierprozeß mit herkömmli cher Schneiderodiervorrichtung beschrieben.

Bei einer Elektroschneiderodiervorrichtung mit einem Schneiddraht wird als Drahtelektrode 1 üblicherweise ein Draht mit einem Durchmesser von 0,05 bis 0,3 mm verwandt. Dieser Schneiddraht 1 bildet einen feinen Spalt im Werkstück 2. Eine impulsförmige Spannung wird von einer Versorgungseinrichtung während der Bearbeitung dem Arbeitsspalt zugeführt, während andererseits eine Arbeitsflüssigkeit 3 eingespeist wird.

W) Dabei wird die elektrische Entladung fortwährend wiederholt.

Der Vorschubbefehl und die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstückteils 5 werden durch eine Antriebssleucreinrichtung 7 gegeben. Diese steht in einer direk-

b^r> ten Verbindung mit einem Computer 6. Molore SA, 85 für die X-Achse und die K-Achse werden dadurch so gesteuert, daß ein X-Y-Kreuztisch 9 nach einem gewünschten Vorschubmusicr betätigt wird.

Im folgenden sollen die Probleme einer solchen herkömmlichen Elektroerosionsmaschine erläutert werden. F i g. 2 zeigt ein Beispiel für die Änderung der Richtung der Programmortslinie 10 um 90°. Die Drahtelektrode I wird entlang einer Drahtortslinie 11 geführt, welche gegenüber der Programmortslinie 10 um eine Versetzung Of versetzt ist Für die Versetzung Of gih Of - r + g, wobei r den Radius der Drahtelektrode bedeutet und wobei g den Entladespalt bedeutet im Bereich der Fcke gemäß F ig. 2 erhält dabei das Werkstück nicht die vorgesehene Programmortslinie iO. Vielmehr kommt es zu einer Abweichung im BereichVi, h, und demzufolge ist es schwierig, ein präzise bearbeitetes Werkstück gemäß der Programmortslinie 10 zu erhalten. Die Abweichung beträgt im Bereich der Ecke gewöhnlich A - 20 bis 50 μΐη und k — 0,2 bis 03 mm.

Im folgenden sollen die Gründe für die Ausbildung dieser Abweichung betrachtet werden. Wenn gemäß F i g. 3a ein Arbeitsschlitz 12 mit der Breue S gebildet wird und die Drahtelektrode 1 zur Position A zurückgeführt wird und danach unter Erosionsbearbeitung des Werkstücks zur Position β geführt wird, so kommt es zu Abweichungen in den Bereichen /3 und A, da die erneute Bearbeitung im Werkstückschlitz 12 durch die Drahtelektrode 1 begonnen wird.

Beim Beginn einer neuen Bearbeitung des Werkstücks durch die Drahtelektrode gemäß F i g. 3b 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 Bearbeitungsschlitzes durch Erhöhung der Frequenz der elektrischen Entladung, da nämlich die Werkstückspitzen in der Nähe der Vorderfläche des Werkstücks abgetragen werden. Demzuiolge ist es erforderlich, einen bestimmten Abstand von der Vorderfläche einzuhalten, bis der normale Arbeitszustand zur Ausbildung eines Bearbeitungsschlitzes mit einer konstanten Breite 5 gemäß F i g. 3a sich einstellt.

Die Abstände ändern sich je nach der Vorschubgeschwindigkeit, der Dicke des Werkstücks usw. Versuche haben gezeigt, daß /3 im Bereich von 20 bis 40 μιη und /4 im Bereich von 0,2 bis 0,3 mm liegt.

Im folgenden soll der Fall der Fig.4 erläutert werden.

Der Unterschied zwischen der F i g. 4 und der F i g. 3b soll im folgenden anhand der F i g. 5 herausgearbeitet werden. Wenn gemäß F i g. 5a die Drahtelektrode 1 sich vom Punkt Czum Punkt D um einen Abstand rf bewegt, so wirkt auf die Drahtelektrode I eine Kraft r.iit einem zusammengesetzten Vektor Vi der Abstoßungskraft der elektrischen Entladung ein, und zwar je nach der neuen elektrischen Entladungsfläche S₁. Diese Kraft wirkt in der Richtung DC. Wenn die Drahtelektnyie 1 sich um den Abstand rf von Cnach £ bewegt (Fig. 5b) und somit die Richtung um 90° geändert wird, so wirkt der zusammengesetzte Vektor V₂ für die neue elektrische Entladungsfläche 52 nicht in Richtung EC auf den Draht ein, sondern in Richtung EP, und es kommt zu einer Auslenkung des Drahtes um den Betrag λ. Demzufolge wird der Draht um den Betrag β in der zu Ch senkrechten Richtung verschoben. Aufgrund dieser Verschiebung kommt es zu einer Vibration und somit zu einer Werkstückabtragung, wobei für diese Abweichung an der Ek- kc 13 gemäß F i g. 4 noch zusätzliche Arbeit aufgebracht werden muß.

Die Bereiche S3. S₄ in F i g. 2 bilden ebenfalls unbefriedigend bearbeitete Bereiche aufgrund einer Abbiegung

der Drahtelektrode im Eckenbereich nach dem anhand der Fig.5b erläuterten Prinzip. Der Bereich S₃ bleibt unbearbeitet wegen der Abweichung der Drahtortslinie 11 durch Abbiegung der Drahtelektrode in diesem Bereich. Der Bereich S₄ wird übermäßig bearbeitet und zwar ebenfalls durch eine Abbiegung des Drahtes. Somit kommen alle Abweichungen durch Schwingungen und Abbiegungen der Drahtelektrode zustande.

Im folgenden soll anhand der F i g. 6 bis 8 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert werden. Fig.6 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 /von der in Fi g. 2 dargestellten Kante R im Bereich der Abbiegung aufgetragen. Man erkennt aus F i g. 6, daß die Arbeitsgeschwindigkeit Fin einem Abschnitt von etwa 0,2 bis 03 mm erhöht wird, und zwar durch Steuerung des Tischvorschubs bei konstanter Spannung oder konstan tem Strom im Eckenbereich. Dies ist einer Verringerung der Arbeitsfläche im Eckenbereich äquivalent (da gemäß F i g. 5 die elektrische Entladungsfläche hier verringert wird gemäß der Beziehung S\ > S2). Wenn die Arbeitsbedingungen (elektrische Entladungsenergie) kon- stant sind und die elektrische Entladungsfläche verringert wird, so wird die Arbeitsgeschwindigkeit F erhöht. Man kann daher den Eckenbereich am Punkt P anhand der Einstellung des Pegels F + η gemäß F i g. 6 ermitteln. Somit kann der Eckenbereich automatisch anhand des Anstiegs der Arbeitsgeschwindigkeit F festgestellt werden. Der Pegel F + η ist ein höherer Pegel als der Pegel der Geschwindigkeitsvariation während der Bearbeitung. Wie es in der F i g. 7 dargestellt ist, wird die durch schnittliche Spaltspannung Eg während der Bearbei tung in einem bekannten Komparator 14 mit der Referenzspannung Eo verglichen. Die Spannung ε, welche der Differenz proportional ist, wird in den Geschwindigkeitswandlcr 15 eingegeben, welcher ein Arbeitsge- schwindigkeitssignal F für konstante Spannung und konstanten Strom ausgibt. Hierdurch wird der X-Achsen-Motor und der Y-Achsen- Motor 8 durch eine Antriebssteuereinrichlung 7 angetrieben, und das Werkstück 2 wird in X-Achsenrichtung durch den X-Achsen- Motor %A und in V-Achsenrichtung durch den V-Achsen-Mofor 8ß bewegt. Das Werkstück-Geschwindigkeitssignal F wird in ein digitales Signal umgewandelt, welches in einen Computer 6/4 eingegeben wird. In diesem werden die Betriebsdaten 16 in Form einer Digital- tabelle gespeichert. Die Betriebsdaten 16 sind Kombinationen der elektrischen Bedingungen Eco ... Ecr. Wenn die Bearbeitung gemäß dieser Daten durchgeführt wird, so ist die Bearbeitungsgeschwindigkeit höher bei einer oberen Position als bei einer unteren Position.

so Die Wichtung erfolgt anhand der Anzeige der Arbeitsgeschwindigkeit. Die elektrischen Bedingungen für höhere Arbeitsgeschwindigkeiten sind von oben nach unten geordnet. Nach der Erfassung des Eckenbereichs (Punkt P in F i g. 6) unhand der Steigerung der Arbeits-

b5 geschwindigkeit F werden die elektrischen Bedingungen ECgeändert. Im Falle einer Bearbeitung unter den elektrischen Bedingungen Eco bei einer Werkstückgeschwindigkeit Fliegt eine normale, geradlinige Bearbei-

tung vor, und demgemäß übersteigt die Geschwindigkeit nicht den Wert F + η gemäß F i g. 6. Dieser Arbeitsgeschwindigkeitswert, welcher in den Computer 6/4 als Digitalwert eingegeben wird, liegt nicht über dem Eckenerfassungspegel Fk (F +τ/ in Fig.9) gemäß Fig. 7. Daher gilt im Fließdiagramm für die Beziehung F ä 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 6/4 eingegeben, und zwar durch Auswahl aus einer anderen Tabelle, ähnlich der Tabelle der Daten 16 der elektrischen Bedingungen. Wenn das Werkstück den Eckcnbcreich erreicht, so steigt die Werkstückgeschwindigkeit, und für Fi, Fk gilt die Antwort |A, wie das innere Fließdiiigramm des Computers %A zeigt. Daher erhöht sich die Nummer der Daten der elektrischen Bedingungen 16 um 1, wie durch die Beziehung Ecm-* Ecm + 1 angegeben. Nun tritt Ec 1 anstelle von fco, 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 Stromversorgungseinrichtung 4, und zwar über ein Leistungsinterface 17, entsprechend den Betriebsdaten 16. Hierdurch wird der elektrische Entladungsimpuls variiert und die Werkstückgeschwindigkeit gesenkt. Im Eckenbereich ist die Fläche klein. Bei der beschriebenen Verringerung der elektrischen Bedingungen wird die Werkstückgeschwindigkeit häufig jedoch nicht verringert, sondern sie bleibt auf einem Pegel oberhalb Fk. Daher gilt für die Bedingung Fz 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 |A 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 Grenzwcrtpcgel Fl hat vorzugsweise nicht nur einen gerade unterhalb F liegenden Wert, sondern einen tiefcrliegenden Wert von etwa 0,6 Fbis 0,8 F, und er ist verschieden von demjenigen zur Steuerung der Zunahme von F gemäß Fig.6.

Auf diese Weise wird der Eckenbereich erfaßt (F £ 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 eines solchen Programms ist in Fig.8a dargestellt In dieser Tabelle sind die elektrischen Bedingungen gemäß F i g. 8b angegeben, und zwar die Impulshöhe Ip, die Impulsbreite r_p und die Impulspause j> 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 F i g. 4 verringert werden, indem man die Arbeitsgeschwindigkeil 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 Abbiegung der Drahtelektrode, welche in Fig.5b dargestellt ist, verringert, so daß die Ungenauigkeiten der Arbeitsflächen, welche in F i g. 2 durch Sj und S« angedeutet sind, ebenfalls verringert werden. Demzufolge werden die in F i g. 2 dargestellten Strecken /ι und h verringert. Versuche haben gezeigt, daß man auf diese Weise/ι auf 5 bis 10 μίτι und/2 auf 5 bis 10 μιτι 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 nach dem Winkel an der Ecke (stumpfer Winkel oder spitzer 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 sich keine Schwierigkciten. und die elektrischen Bedingungen sind automatisch festgelegt, wenn eine bestimmte Arbeitsgeschwindigkeit vorliegt.

Selbst im Falle eines Systems mit einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit zur Aufrechterhaltung einer konstanten, relativen Vorschubgeschwindigktit zwischen Werkstück und Elektrode kann die erfindungsgemäßc Steuerung angewandt werden, indem man die Spannung oder den Strom mißt z. 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 F wird ersetzt durch den Wert der Spaltspannung Eg.

Erfindungsgemäß wird bei der Ausführungsform gemäß F i g. 6 bis 8 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 Ekkenbereich vollständig verhindert werden. Somit bietet das erfindungsgemäße System beträchtliche Vorteile.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Regelung eines Schneiderodierprozesses, wobei die mittlere Spaltspannung gemessen und mit einer Referenzspannung verglichen wird und wobei die ermittelte Spannungsdifferenz in ein Geschwindigkeitssignal zur Steuerung der Schnittgeschwindigkeit umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung einer Richtungsänderung der Bahnkurve das Schnittgeschwindigkeitssignal mit einem einer Referenzbearbeitungsfläche entsprechenden oberen Referenz-Schnittgeschwindigkeitssignal verglichen wird, und daß bei Oberschreiten desselben die elektrische Ausgangsleistung der Stromversorgung schrittweise anhand gespeicherter elektrischer Betriebsdaten gesenkt wird, bis ein unteres Referenz-Schnittgeschwindigkeitssignal unterschritten wird, und daß nach einer vorbestimmten Schnittstreckc von dem Richtungsänderungspunkt an die ursprüngliche elektrische Leistung wieder hergestellt wird.