DE2949330C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern und Regeln mehrerer miteinander in Beziehung stehenden Betriebsparameter bei einer Elektroerosionsmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der elektro-erosiven Bearbeitung, im folgenden kurz EDM, ist eine Werkzeugelektrode in Form eines dreidimensional geformten Festkörpers oder ein kontinuierlicher Draht oder ein ähnlicher länglicher Körper (Drahtschnitt-EDM) neben einem Werkstück über einen Bearbeitungsspalt angeordnet, der mit einem Bearbeitungsfluid oder einem flüssigen Dielektrikum (z. B. Kerosin, Transformatoröl, destilliertes Wasser oder schwachleitendes Wasser) gefüllt ist. Elektrische Energie in Form diskreter elektrischer Impulse wird über den fluidgefüllten Bearbeitungsspalt angelegt, um eine Folge von elektrischen Entladungen zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück zu erreichen, um vom letzteren Material zu entfernen. Mit fortschreitender Materialentfernung wird die Werkzeugelektrode gegenüber dem Werkstück vorwärtsbewegt mittels einer servogeführten Einrichtung, die so ausgebildet ist, daß der Abstand des Maschinenspaltes im wesentlichen konstant gehalten wird, damit aufeinanderfolgend Material entfernende Entladungen erzeugt werden können. Beispielsweise wird bei der Drahtschnitt-EDM (WC-EDM), die auch Wanderdraht-EDM (TW-EDM) genannt wird, das Werkstück längs eines vorgegebenen Schnittweges verschoben in einer Ebene quer zur Achse der kontinuierlichen axialen Wanderdraht-Elektrode, und zwar unter numerischer Steuerung (NC). Bei der Senk-EDM kann die Werkzeugelektrode in Richtung ihrer Achse oder längs der Z-Achse vorwärtsbewegt werden und es können zusätzliche Bewegungen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück in einer X-Y-Ebene erteilt werden, die orthogonal zur Z-Achse ist, um eine Vertiefung in dem Werkstück zu erzeugen.

Parameter einzelner und aufeinanderfolgender elektrischer Entladungen, z. B. Impuls-Einschaltzeit τ _on′ -Spitzenstrom I _p und -Ausschaltzeit τ _off sind bestimmend für die Bearbeitungsergebnisse, d. h., Entfernungsrate, Oberflächenrauhigkeit und relativen Elektrodenverschleiß und werden daher einzeln oder in Kombination in besonderer Weise eingestellt, um ein gewünschtes Bearbeitungsergebnis zu erreichen.

Die Verschmutzung des Bearbeitungsspalt-Bereiches durch Abfälle, Teer und Gase, die durch die Bearbeitungsentladungen erzeugt werden, dann beseitigt werden durch Spülen des Spalts kontinuierlich oder intermittierend mit frischem Bearbeitungsfluid und/oder durch intermittierendes oder zyklisches Zurückziehen der Werkzeugelektrode von dem Werkstück, damit das frische Bearbeitungsfluid in den Bearbeitungsspalt pumpbar ist und die Bearbeitungs-Verschmutzungen von Letzterem weggetragen werden können.

Um die Entfernungsrate zu erhöhen, ist es weiter erwünscht, das Servosteuersystem der Elektrodenführung so zu betreiben, daß die Erzeugung nicht zündender Impulse oder Impulse ohne Auslösung einer Entladung aufs Äußerste verringert wird. Der Spaltabstand kann demgemäß verringert werden, wobei dies jedoch die Erzeugung eines kontinuierlichen Bogens erleichtern kann oder Schwierigkeiten bei der Spaltspülung oder -säuberung zur Folge haben kann. Der Versuch, die Bearbeitungsentladungen zu erleichtern, kann leicht zur Verringerung der Entfernungsrate führen während das Einstellen des Servosystems derart, daß der Schwellenwert-Spaltabstand erweitert wird zu einer erhöhten Frequenz nicht durchschlagender Impulse führt.

Wie erwähnt, umfassen die kritischen Parameter, die bei der EDM auftreten, neben dem Elektroden- und Werkstückmaterial sowie der Zusammensetzung des Dielektrikums, die Bearbeitungsimpulsparameter, die Versorgung des Dielektrikums, den Spaltabstand und die Spaltreinigung. Zusätzlich müssen insbesondere bei WC-EDM oder TW-EDM die axiale Transportgeschwindigkeit des Drahtes, der spezifische Widerstand und die Temperatur des Dielektriums und die Werkstückdicke gesteuert werden oder zu Steuer- bzw. Regelzwecken genau in Betracht gezogen werden. Die Steuerung kann durch Überwachen des Status- oder des Bearbeitungszustandes in dem EDM-Spalt durchgeführt werden, in dem die Bearbeitung fortschreitet. Wegen der momentanen und folgerichtigen Änderung, die der Spalt jedoch bei der EDM-Verarbeitung zeigen muß, ist bereits seit langem erkannt worden, daß es äußerst schwierig ist, die Steuerung für diese Parameter gemeinsam in einer Art und Weise durchzuführen, daß optimale Ergebnisse für unterschiedliche Bearbeitungsbedingungen erreichbar sind. Die Schwierigkeit beruht darauf, daß das EDM-Verfahren außerordentlich komplizierte Erscheinungen zur Folge hat und daß die das Verfahren beherrschenden Parameter in hochkomplizierter Weise über weite Bereiche in gegenseitiger Beziehung stehen.

Es ist weiter festzustellen, daß mit zunehmender Anwendung von EDM in der Industrie in den letzten Jahren zunehmend unterschiedliche komplexe und komplizierte Betriebsanforderungen an eine EDM-Ausrüstung gestellt werden. Um diese Anforderungen zu erfüllen, ist es daher üblich geworden, daß eine Maschine mit hochkomplizierten und außerordentlich kostspieligen und massiven Steuer- bzw. Regelschaltungen versehen wird.

Durch die DE 27 01 874 A1 ist eine Steuervorrichtung für eine mit elektrischer Entladung arbeitende Werkzeugmaschine bekannt geworden. Bei dieser wird sowohl die Bearbeitungsimpulserzeugung als auch die Zulieferung an den Arbeitsspalt und die Servosteuerung unmittelbar von einem programmgesteuerten Computer gesteuert. Im Gegensatz dazu steuert bei der vorliegenden Erfindung die zentrale Recheneinheit nicht direkt die einzelnen Baugruppen bzw. Teileinrichtungen der elektroerosiven Bearbeitungsanlage.

In der DE 26 38 584 A1 ist eine Einrichtung zur Programmsteuerung einer Gruppe von Elektroerosionsmaschinen beschrieben, insbesondere die gemeinsame Steuerung mehrerer Nachführsteuerungseinrichtungen, nämlich je einer für voneinander getrennten Elektroerosions-Bearbeitungsspalten. Hierbei werden von einem gemeinsamen Rechner Steuerbefehle unmittelbar an die Verstellmotoren abgegeben. Im Gegensatz dazu wird bei der vorliegenden Erfindung keine unmittelbare Steuerung durch die zentrale Recheneinheit vorgenommen, auch beschränkt sich die vorliegende Erfindung nicht nur auf das Problem der Nachführung sondern zieht bei der Steuerung der Anlage alle betriebswichtigen Parameter in Betracht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern und Regeln mehrerer miteinander in Beziehung stehender Betriebsparameter einer Elektroerosionsmaschine anzugeben, mit der auf einfache und wirksame Weise ein optimales Betriebsergebnis erzielt wird.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind im Unteranspruch angegeben.

Durch die Erfindung wird ein verbessertes EDM-Parameter-Steuersystem bzw. -Regelsystem angegeben, das leicht und kostengünstig an bestehende EDM-Werkzeugmaschinen anpaßbar ist, um verschiedene Bearbeitungsbedingungen und Möglichkeiten zu erfüllen.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des zur Durchführung des Verfahrens,

Fig. 2 schematisch eine Darstellung einer Anordnung von Instruktionsworten, die in aufeinanderfolgenden Adressen eines Speichers im Steuersystem gemäß Fig. 1 gespeichert sind.

Fig. 3 schematisch eine Darstellung der Struktur eines bestimmten Instruktionswortes im Speicher für das System gemäß Fig. 1,

Fig. 4 ein Ablaufschema für bestimmte automatische Betriebsschritte, die durch das System gemäß Fig. 1 durchgeführt werden,

Fig. 5 einen Signalverlauf zur Darstellung der Aufeinanderfolge von EDM-Impulsen, die in Zusammenhang mit einem Steuersystem gemäß der Erfindung verwendbar sind,

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Steuersystems.

Fig. 7 ein Ablaufschema bestimmter automatischer Betriebsschritte, die durch das System gemäß Fig. 6 durchgeführt werden.

Gemäß Fig. 1 enthält ein Steuersystem bzw. -Regelsystem zur Durchführung des Verfahrens eine Zentralrecheneinheit (CPU) oder eine Mikroprozessoreinheit 1, die mit Speicherelementen 2 versehen ist, die üblicherweise Festwertspeicher (ROM) und Schreib- /Lese-Speicher (R/WM) enthält. Die Speichereinheit 2 weist einen vorgegebenen Satz von Mikroinstruktionen oder -Mikrobefehlen oder numerischen Daten darin gespeichert auf mit Bezug auf mindestens einen zu steuernden bzw. zu regelnden EDM-Parameter, d. h., EDM-Spaltabstand, Bearbeitungsimpulse, Bearbeitungsfluidzufuhr usw.

Fig. 2 zeigt die Anordnung programmierter Instruktionen oder Worte, die im Speicher 2 gespeichert sind. Es zeigt sich, daß Worte C11, C21, C32, . . . in aufeinanderfolgenden Adressen 000, 001, 002, . . . 005, 005, 006, 007, . . . in dem Speicher 2 programmiert sind. Das Auslesen dieser Worte kann in der Folge aufeinanderfolgender Adressen oder in jeder anderen gewünschten Folge durchgeführt werden.

Zur Durchführung der Instruktionen können die Adressen von einem Programmzähler nacheinander angegeben werden, wobei die CPU das Auslesen durchführt. Mit jedem Programmschritt wird der Programmzähler um eine Einheit weitergeschaltet.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer Datenstruktur, die in der Speichereinhiet 2 programmiert ist, zum Steuern des EDM-Spalt- Abstandes oder des -Bearbeitungsvorschubs. Die dargestellten Daten enthalten 8 Bits, in denen die Zahlen der Vorschub-Ansteuerimpulse, die zu setzen sind, mit B₁ = 2, B₂ = 10, . . . B₈ = 1000 festgelegt sind. Die 8 Bits werden parallel ausgelesen und die 8 Datenbits treten jeweils an den entsprechenden Datenbussen auf, die mit einer Rechen- und Logikeinheit 3 (ALU) in der CPU 1 verbunden sind, und werden einem Register 4 dafür zugeführt. Ein vorgegebenes Bit wird auf diese Weise durch Datenverarbeitung gewählt.

Das Steuersystem gemäß Fig. 1 wird über eine Spalt-Detektorschaltung 5 mit numerischen Daten von einem Arbeitsspalt G beliefert, der zwischen einer Werkzeugelektrode, beispielsweise einer Drahtelektrode und einer dreidimensionalen Festkörperelektrode, und einem dadurch bearbeiteten Werkstück gebildet ist. Der Arbeitsspalt G ist so dargestellt, daß daran eine EDM-Stromversorgung 6 üblichen Aufbaus angeschlossen ist, um eine Folge von Bearbeitungsimpulsen daran anzulegen. Die Spalt-Detektorschaltung 5 ist mit dem Arbeitsspalt G verbunden und weist eine Einrichtung 5 a auf um eine oder mehrere elektrische Spaltvariablen zu erfassen, wie Spaltspannung, -strom und -impedanz, und weist ferner einen Diskriminator oder eine Signalformerschaltung 5 b auf zur Bildung eines Spaltsignals. Die Spaltsignalerfassungsschaltungen 5 a und 5 b können in bekannter Weise aufgebaut sein, beispielsweise wie er in der US-PS 39 97 753, der US-PS 40 05 303, oder in der US-PS 39 87 269 beschrieben ist. Das Signal von der Spalt- Detektorschaltung 5, das den Status oder den Fortschritt der elektrischen Bearbeitung in dem Arbeitsspalt G wiedergibt, wird über eine Eingangsschnittstelle 7 geführt und wird als numerisches Datum der CPU 1 zugeführt.

In der programmierbaren Zentralrecheneinheit (CPU) 1 werden die numerischen Spaltdaten in einem Akkumulator 8 gespeichert, und eine Datenverarbeitung wird aufgrund der Inhalte des genannten Registers 4 und des Akkumulators 8 durchgeführt. Das Ergebnis wird in den Akkumulator 8 eingegeben und Steuersignale werden an mehreren Ausgangsschnittstellen (PIA) zum Steuern des EDM-Verfahrens abgegeben. Zwei solche Schnittstellen 9, 10 sind dargestellt und sie können Elektroden- Auf/Ab-Vorschubbefehle bzw. Ansteuerimpuls-Befehle abgegeben.

Das Flußdiagramm gemäß Fig. 4 zeigt die Schritte, die bei dem Betrieb des Systems gemäß Fig. 1 für die EDM-Spaltsteuerung bzw. -regelung auftreten, wobei in jedem Block ein Ablaufschritt durchgeführt wird. Der Betrieb beginnt mit einem Block 11 zur Betätigung des Systems. Im Block 12 wird das Markierungsbit FLG gelöscht zur Weitergabe an den Block 13, in dem abgefragt wird, ob FLG = 0. Wenn die Bearbeitung am Arbeitsspalt G fortschreitet, erfolgt die negative Antwort NEIN und andernfalls die positive Antwort JA (Y) als Ausgangssignal.

Bei der Antwort NEIN (N) kann das System zum Block 14 fortschreiten, damit die Bearbeitungsdaten von der Spalt- Detektorschaltung 5 in dem Akkumulator 8 gespeichert werden können. Im folgenden Block 15 wird gefragt, ob das Dateneingangssignal zum Akkumulator 8 oder die Daten A dem Minimalwert B₁ (=2) der Bits gleich sind, die von dem Speicher 2 zugeführt werden. Für A = B₁ wird das Ausgangssignal JA (Y) abgegeben und geht das System zum Block 16 weiter, damit B₁ = 2 im Register 4 gespeichert wird. Wenn A ≠ B₁, wird NEIN (N) abgegeben und es werden dann die anderen Bits B₂. . .B₈ sequentiell verglichen und das Koinzidenzbit, beispielsweise B₂ = 10, wird im Block 17 gespeichert.

Nach der Feststellung des Koinzidenzbits geht der Betrieb weiter zum Block 18, in dem die Polarität der Daten A abgefragt wird. Mit A < 0 tritt das Ausgangssignal Y auf, so daß nach Block 19 ein Signal "1" an der Ausgangsschnittstelle 9 auftritt. Dieses Signal zeigt an, daß der Abstand zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück am Arbeitsspalt G unter einen vorgegebenen Schwellenwert liegt. Dann kann das Signal als Spalt-Erweiterungssignal verwendet werden, damit die Elektrode zurückgezogen wird, um den Spaltabstand zu vergrößern.

Bei A <0 wird das Signal N an den Block 20 gegeben und die Ausgangsschnittstelle 9 gibt ein Signal "0" ab, das als Spaltverengungssignal dienen kann, damit die Elektrode zur Verkleinerung des Spaltabstandes vorwärts bewegt wird.

Im nächsten Block 21 erfolgt das Abfragen, ob die Daten im Register 4 = 0 sind oder ob B ≦ 0. Bei Verneinung geht das System zum Block 22 weiter, in dem ein Befehlsimpuls von der zweiten Ausgangsschnittstelle 10 abgegeben wird, um den Spaltabstand zu verringern. Eine (nicht dargestellte) Elektrodenantriebseinheit ist vorgesehen, die entweder digital oder analog mittels eines Impulsmotors, eines elektrischen Servomotors oder eines hydraulischen Servomotorsystem angetrieben ist.

Das Ausgangssignal des Blocks 22 schreitet zum Block 23 weiter, um ein Register 4 bezüglich der Bits B abwärts zu zählen und wird dann zum Block 21 längs einer Schleife A₁ rückgeführt. Solange der Block 22 die negative Antwort abgibt, gibt die Ausgangsschnittstelle 10 weiter Befehlsimpulse ab.

Die Befehlsimpulse der Ausgangsschnittstelle 10 werden weiter abgegeben bis B ≦ 0, wenn der Betrieb längs der Schleife A₁ angehalten wird. Daher gibt die zweite Ausgangsschnittstelle 10 die Anzahl von Impulsen ab, die dem gegebenen Bit B₁ = 2 oder B₂ = 10 entspricht, das in den Blöcken 16, 17 entsprechend den Eingangdaten A gespeichert ist. Daraus folgt, daß ein bestimmtes Bit abhängig von der Eingangssignalgröße gewählt wird, wodurch sich eine gewichtete Steuerung bzw. Regelung für einen Bearbeitungsparameter ergibt, damit der Bearbeitungszustand im Arbeitsspalt schnell und in optimaler Weise verbessert wird. Eine Gewichtung mit weiter erhöhten Schritten ist selbstverständlich durchführbar durch Erhöhen der Anzahl der zur Auswahl stehenden Bits.

Der Block 21 besitzt wie dargestellt einen weiteren Ausgang, der Bei B ≦ 0 die Antwort Y abgibt, die zum Block 13 längs einer Schleife A₂ rückgeführt wird als Befehl zur Abnahme neuer Daten vom Arbeitsspalt G.

Auf diese Weise arbeitet das beschriebene Steuer- bzw. Regelsystem durch konstantes Überwachen der Änderungen im Spaltzustand ("Status"), und die kontinuierlich vom Arbeitsspalt hergeleiteten Daten, die den Spaltzustand wiedergeben, werden in der CPU 1 verarbeitet. Durch die CPU 1 werden Ausgangssignale direkt zur Betätigung von Steuereinrichtungen zum Einstellen des EDM-Spalts abgegeben. Auf diese Weise ist eine konstante stabile und optimale Steuerung bzw. Regelung sichergestellt.

Verschiedene an sich bekannte Servosteuereinheiten können durch das erfindungsgemäße Verfahren gesteuert werden. Typisch dafür ist eine Elektroden-Hin- und Herbewegungseinheit, die so ausgebildet ist, daß sie die Werkzeugelektrode intermittierend zurückzieht, um den durch angesammelten Abfall gefüllten Bearbeitungsspalt zu erhöhen und die Verunreinigungen von dem Spalt durch eine Pumpe wegzuwaschen. Eine solche Einrichtung kann mit der Servoeinheit kombiniert werden zur Steuerung abhängig von der Überwachung des Entladungszustandes im Arbeitsspalt.

In ähnlicher Weise können Parameter für Bearbeitungsimpulse sowie diejenigen für eine Bearbeitungsfluidzufuhr gesteuert bzw. geregelt werden.

Eine EDM-Stromzufuhr enthält eine Gleichstromquelle und einen Stromschalter, der mit der Gleichstromquelle und dem Arbeitsspalt reihengeschaltet ist und der vorteilhaft so ausgebildet ist, daß er an den Arbeitsspalt Impulszüge anlegt, die einzeln aus Elementarimpulsen mit einem vorgegebenen Spitzenstrom I _p , einer Einschaltzeit τ _on und einer Ausschaltzeit τ _off bestehen, wobei die Impulszüge eine Impulsdauer Ton besitzen und wobei aufeinanderfolgende Impulszüge voneinander durch eine Abschaltzeit τ _off getrennt sind, wie das in Fig. 5 dargestellt ist. Zu diesem Zweck bildet eine Steuer- oder Verknüpfungsschaltung für den Schalter und das Ausgangssignal ein Systemelement, auf das abhängig von dem Entladungszustand einzuwirken ist. Es ist notwendig, daß die Impulsdauer Ton so gesteuert bzw. geregelt wird, daß eine bestimmte Bearbeitungsweise geschaffen wird der sich von der Feinbearbeitung bis zur Rohbearbeitung erstreckt. Das Abschaltzeitintervall τ _off wirkt zum Löschen eines Kurzschlusses, der am Arbeitsspalt auftreten kann, und auch dazu, daß Spaltverunreinigungen weggetragen werden können. Diese Parameter und mitunter auch der Spitzenstrom I _p , die Impuls-Einschaltzeit τ _on und -Ausschaltzeit τ _off werden zweckmäßigerweise sequentiell gesteuert bzw. geregelt, wenn die Bearbeitungsweise geändert werden muß, sowie auch unter Berücksichtigung des Elektrodenmaterials und der Bearbeitungsform.

Die Impulszugdauer Ton kann aufeinanderfolgend erhöht werden innerhalb eines gegebenen Bereiches wobei ein normaler Bearbeitungszustand im Arbeitsspalt aufrechterhalten werden kann. Wenn irgendeine Abnormalität auftritt, kann die Dauer Ton aufeinanderfolgend verringert werden. Ein modifiziertes Programm kann vorhanden sein zur Durchführung derart, daß ein Maximalwert der Dauer Ton konstant angenähert wird. Ein Optimalwert für das Abschaltzeitintervall Toff zur Änderung in die entgegengesetzte Richtung ist in ähnlicher Weise bestimmt.

Bei der Programmsteuerung des Systems können anstelle eines inkrementellen Aufwärtsschreitens oder Abwärtsschreitens von ausgewählten Werten für einen gegebenen Bearbeitungsparameter bestimmte analytische Ergebnisse der Eingangsdaten das Überspringen von zwei oder drei aufeinanderfolgenden Schritten ermöglichen, abhängig von einem entsprechenden gewichteten Steuerprogramm, um das beschleunigte Erreichen eines gewünschten Zustandes zu ermöglichen.

Vorbestimmte Daten sind in dem Speicher 2 zur aufeinanderfolgenden Abfrage durch die CPU 1 gespeichert, die den Inhalt aller Eingangssignale analysiert und verarbeitet, die von dem Arbeitsspalt G empfangen werden, um eine erwünschte Anzahl von Befehlen aufeinanderfolgend zu erzeugen für die erwähnte Verknüpfungsschaltung und andere Steuereinheiten, so daß ein optimaler Spaltzustand erreicht wird.

Beispielsweise wird, wenn die Einstellung der Impulsunterbrechung Ton, Toff zeigt, daß sie unzureichend ist, um die Ansammlung von Bearbeitungsabfall in dem Spalt zu entfernen, die Werkzeug-Hin- und -Herbewegung verstärkt, wodurch eine wirksame Vergrößerung des Spaltabstandes erreicht wird, damit die Verunreinigungen in zufriedenstellender Weise weggeführt werden können. Die unzureichende Entfernung von Spalt-Verunreinigungen kann auch dadurch überwunden werden, daß die Bearbeitungsfluidzufuhr verstärkt wird. Diese mehrfachen voneinander abhängigen Steuer- bzw. Regelbetriebe werden nach Bedarf oder wahlweise aufgrund der Beurteilung durch die CPU 1 durchgeführt, damit ein gewünschter Bearbeitungsschritt mit höchster Genauigkeit und geringster Zeit durchgeführt werden kann.

In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Steuersystems bzw. Regelsystems zur Durchführung der Erfindung dargestellt, das auf verschiedene Steuerelemente bei einer herkömmlichen EDM-Ausrüstung angewendet ist, das eine Stromversorgung besitzt, die mit dem Arbeitsspalt G verbunden ist, der zwischen der Werkzeugelektrode E und dem Werkstück W gebildet ist. Wie erwähnt, enthält die Stromversorgung 6 eine Gleichstromquelle 25 und einen Leistungsschalter oder Stromschalter, der durch eine Reihe von Leistungstransistoren 26 gebildet ist, die zueinander parallel zwischen der Gleichstromquelle 25 und dem Bearbeitungsspalt G geschaltet sind, wobei jede Reihenschaltung ein Parallelnetzwerk 27 aus einer Drossel und einer Diode aufweist. Die Transistoren 26 können über eine gemeinsame Steuerschaltung 28 gesteuert werden, die eine periphere Untereinheit 29 besitzt, um die Transistoren 26 periodisch ein- und auszuschalten (durchzuschalten bzw. zu sperren) und um dadurch an den Arbeitsplatz G eine Folge von Bearbeitungsimpulsen anzulegen, deren Einschaltzeit und Ausschaltzeit gesteuert ist.

Eine Pumpe 30 zum gesteuerten Zuführen eines Bearbeitungsfluids wie Kerosin oder destilliertes Wasser zum Arbeitsspalt G wird durch eine weitere periphere Untereinheit 31 betätigt. Eine Elektrodenvorschub-Servosteuereinheit 32 wird durch noch eine periphere Untereinheit 33 kontrolliert.

Wie erwähnt, weist das Steuer- bzw. Regelsystem zur Durchführung der Erfindung einen Mikroprozessor oder eine programmierbare Zentralrecheneinheit 1 (CPU) auf die ein Steuereingangssignal der Spalt-Detektorschaltung 5 erhält, die die Spalt-Detektorschaltung 5 a und das Signalformernetzwerk 5 b enthält. Die Speichereinheit der CPU 1 weist ROMs 2 a und R/WMs 2 b auf. Das Spalt- Statussignal, das von der Spalt-Detektorschaltung 5 stammt, wird der CPU 1 über die Eingangsschnittstelle 7 zugeführt, die es in numerische Form oder in verarbeitbare Digitalsignale umsetzt, wie das erläutert worden ist.

Die über die Schnittstelle 7 der Zentralrecheneinheit (CPU) 1 eingegebenen Daten werden im Akkumulator 8 gespeichert und durch die Rechen- und Logikeinheit (ALU) 3 verarbeitet. Der Speicher 2, hier die ROMs 2 a, enthält einen vorgegebenen Satz von Mikroprogrammen, die in vorgewählten Schritten der EDM-Parameter gespeichert sind, die durch die Steuereinrichtungen 28, 30 und 32 eingestellt bzw. gesteuert werden. Daher sind drei Sätze von Worten, die den Bearbeitungsimpulsparametern, der Bearbeitungsfluidströmungsgeschwindigkeit oder dem -druck und dem Spaltabstand entsprechen, jeweils in einer Form gespeichert, wie sie allgemein in Zusammenhang mit Fig. 2 und 3 erläutert worden ist. Das Auslesen dieser Worte kann in der Folge der aufeinanderfolgend gespeicherten Adressen oder in jeder anderen erwünschten Folge erfolgen.

Das System gemäß Fig. 6 enthält einen Ausgangsdaten-Verteiler 35, der die CPU 1 mit den peripheren Untereinheiten 29, 31 und 33 verbindet die Prozessoren (CPU) 29 a, 31 a bzw. 33 a enthalten, die jeweils mit Speichern 29 b, 31 b, 33 b versehen sind. Die Untereinheit 33 dient daher zur Verarbeitung mit der CPU 33 a des Ausgangssignals der CPU 1, die durch den Ausgangsdaten-Verteiler 35 verbunden ist, zur Abgabe eines Servo- Erweiterungs- und eines Servoverengungssignals an das Betätigungsglied 32 über Schnittstellen 33 c bzw. 33 d. Die Untereinheit 31 dient zur Verarbeitung mit der CPU 31 a des Ausgangssignals der CPU 1, die durch den Ausgangsdaten-Verteiler 35 verbunden ist, zur Abgabe eines Steuersignals an die Pumpe 30 über die Schnittstelle 31 c. Die Untereinheit 29 dient zur Verarbeitung mit der CPU 29 a des Ausgangssignals der CPU 1, die durch den Ausgangsdaten-Verteiler 35 verbunden ist, zur Abgabe an die Verknüpfungsschaltung 28 von Einschaltzeit- und Ausschaltzeit-Steuersignalen über die Schnittstellen 29 c bzw. 29 d.

Das in Fig. 6 dargestelte EDM-System ist eine Senk- EDM und es versteht sich, daß dann, wenn eine Drahtschnitt-EDM- Maschine zu steuern bzw. zu regeln ist, eine x-y-Vorschubeinheit die Elektroden-Vertikalvorschubeinheit 32 ersetzt, wobei eine Einheit zum axialen Antreiben der Drahtelektrode und ein Elektrodenvibrator zusätzlich vorzusehen ist oder sein sollte zur Steuerung durch die CPU 1 über den Ausgangsdaten-Verteiler 35 unabhängig oder in Zusammenwirkung mit anderen steuerbaren Einrichtungen.

Die CPU 1 arbeitet zum Auslesen von Instruktionen und Daten für den Spaltabstand, die Bearbeitungsimpulse und die dielektrische Flüssigkeit, die in dem Speicher 2 gespeichert sind, und führt eine entsprechende Folge von Datenverarbeitungen durch. Das Auslesen und Datenverarbeiten wird in Zusammenhang mit dem Ausgangssignal von dem Ausgangsdaten-Verteiler 35 durchgeführt. Wenn eine Timesharing-Datenverteilung (Zeitmultiplex) erwünscht ist, kann ein geeigneter Satz von Zeitzuteilungen (Zeitschlitzen) vorgesehen sein.

Die in dem Speicher 2 a programmierte Datenkonfiguration kann in der Form gemäß Fig. 3 sein, beispielsweise zum Steuern des EDM-Spaltabstandes oder des Bearbeitungsvorschubs. Die dargestellten Daten enthaten 8 Bits, wobei die Anzahl der Vorschubansteuerimpulse, die zu setzen sind, mit B₁ = 2, B₂ = 10. . . B₅ = 100 . . . B₈ = 1000 festgelegt sind. Die 8 Bits werden parallel zueinander ausgelesen und die jeweiligen Bits werden den entsprechenden Datenbussen zugeleitet, die mit ALU 3 in der CPU 1 verbunden sind und diese werden zu dem Register 4 übertragen.

Andererseits werden in der CPU 1 die numerischen Spaltdaten von der Eingangsschnittstelle 7 in dem Akkumulator 8 gespeichert. Die Datenverarbeitung erfolgt aufgrund der Inhalte des genannten Registers 4 und des Akkumulators 8. Das Ergebnis ist ein Eingangssignal zum Akkumulator 8, der das verarbeitete Ausgangssignal abgibt.

Fig. 7 zeigt ein Flußdiagramm, das aufeinanderfolgende funktionelle Schritte auflistet, die bei dem Betrieb des Systems gemäß Fig. 6 für die EDM-Spaltsteuerung enthalten sind, wobei jeder Block jeweils einen Prozedurschritt wiedergibt. Wie bei dem anhand Fig. 4 erläuterten System beginnt der Betrieb mit einen Start-Block 40 zum Einschalten des Systems. Im Block 41 wird das Markierungsbit FLG gelöscht zur Weitergabe an den Block 42, in dem abgefragt wird, ob FLG = 0 ist oder nicht. Nun wird, wenn die Bearbeitung in dem EDM-Spalt G fortschreitet, die negative Antwort NEIN (N) abgegeben und andernfalls wird die positive Antwort JA (Y) abgegeben. Wenn die Antwort NEIN ist, kann das System zum Block 43 vorwärtsschreiten. Dann werden die Bearbeitungsdaten A von der Spalt-Detektorschaltung 5 im Akkumulator 8 gespeichert und der folgende Block 44 wird erreicht. Im Block 44 wird gefragt, ob die Eingangsdaten A zum Akkumulator 8 gleich dem Minimumbit B₁ (= 2) ist, das von dem Speicher 2 a übertragen wird. Wenn A = B₁, wird das Ausgangssignal Y (JA) abgegeben und das System geht zum Block 45 weiter, damit B₁=2 im Register 4 gespeichert wird. Wenn A ≠ B₁ oder das Signal N (NEIN) abgegeben wird, werden die anderen Bits B₂ . . . B₈ sequentiell verglichen und es wird das Koinzidenzbit, beispielsweise B₂ (= 10), im Block 46 gespeichert.

Nach Feststellung des Koinzidenzbits geht der Betrieb zum Block 47 weiter, in dem gefragt wird, ob die im Register 4 gespeicherten Daten B gleich 0 sind oder nicht, d. h., ob B ≦ 0. Mit dem Antwortsignal N wird der Block 48 erreicht, in dem die Polarität der im Akkumulator 8 gespeicherten Daten A abgefragt wird. Wenn A < 0, tritt das Ausgangssignal Y auf, das am Block 49 eintrifft, damit ein Erweiterungssignal abgegeben wird, das befiehlt, daß der Arbeitsspalt G zu vergrößern ist. Im anderen Fall, d. h., wenn A < 0, erreicht das Antwortsignal N den Block 50, damit ein Verengungssignal zur Verkleinerung des Spaltabstandes abgegeben wird. Das System geht dann zum Block 51 über, in dem das Bit D im Register 4 abwärts gezählt wird, damit die Schleife A₁ zur Rückführung zum Block 47 verfolgt werden kann. Diese Schleifenführung setzt sich fort und der Befehlsimpuls wird wiederholt erzeugt, bis B 0. Daher werden die Impulse erzeugt, deren Anzahl dem Bit B₁ = 2 (oder B₂ = 10 usw.) entspricht, die in den Blöcken 45 und 46 gespeichert sind, abhängig von Eingangsdaten A. Daraus folgt, daß ein bestimmtes Bit gewählt wird, abhängig von der Eingangssignalgröße mit dem Ergebnis, daß eine vorteilhafte gewichtete Steuer-Betriebsart erreicht wird für einen Bearbeitungsparameter, damit der Bearbeitungszustand im Arbeitsspalt G schnell und mit optimaler Wirkung verbessert wird. Das Gewicht durch weitere erhöhte Schritte wird selbstverständlich durch Erhöhen der Anzahl der Bits für die Wahl erreicht. Auch hier besitzt der Polaritäts-Abfrage­ block 47 für die Daten B einen zusätzlichen Ausgang, der mit B ≦ 0 ein Antwortsignal Y abgibt, das zum Block 42 über die Schleife A₂ zurückgeführt wird, um zu befehlen, daß neue Daten vom Arbeitsspalt G geliefert werden.

Auf diese Weise arbeitet das beschriebene Steuersystem durch konstantes Überwachen von Änderungen des Spaltzustandes, und vom Arbeitsspalt G kontinuierlich abgeleitete Daten, die den Spaltzustand wiedergeben, werden in der CPU 1 verarbeitet. Das gewichtete Verarbeiten durch die CPU 1 liefert Ausgangssignale, die den peripheren Untereinheiten 29, 31, 33 über den Ausgangsdaten-Verteiler 35 zugeführt werden, der als Timesharing- Einheit dient.

Daher ist zu einem gegebenen Zeitschlitz der Prozessor (CPU) 33 a in der Untereinheit 33 (Servosteuereinrichtung) in Verbindung mit dem Ausgangssignal der CPU 1 um abhängig vom Ergebnis der Datenverarbeitung ein Signal für die Vorwärtsbewegung oder Rückwärtsbewegung der Elektrode zu erzeugen, das der Betätigungseinheit 32 über die Schnittstellen 33 b bzw. 33 c zugeführt wird. Eine konstant stabile und optimale Spaltsteuerung bzw. -regelung wird auf diese Weise erreicht.

In einem folgenden Zeitschlitz kann der Prozessor 29 a in der Untereinheit 29 Impuls-Steuereinrichtung gewählt werden für das Ansprechen auf das Ausgangssignal der CPU 1 um eine Steuerung von entweder einer oder von beiden Impuls-Einschaltzeit- und Ausschaltzeit- Steuerungsschnittstellen 29 c und 29 d durchzuführen, die ihrerseits die Verknüpfungsschaltung 28 ansteuern.

Die Verknüpfungsschaltung 28 kann hier einen Mehrfachringzähler enthalten, der so ausgebildet ist, daß er Leistungstransistoren 26 sequentiell ein- und ausschaltet, so daß eine Aufeinanderfolge von Impulszügen, jeweils aus Elementarimpulsen der Einschaltzeit τ _on und der Ausschaltzeit τ _off , wobei die Impulszüge einer Dauer Ton und ein Abschaltzeitintervall Toff besitzen, über den Arbeitsspalt G angelegt wird. Daher schafft die Verknüpfungsschaltung 28 in Zusammenhang mit den Schnittstellen 29 c und 29 d bei Betätigung durch den Prozessor (CPU) 29 a abhängig von dem festgestellten Spaltzustand eine optimale Beschaffenheit der Bearbeitungsimpulse.

Die Zeitdauer Ton bestimmt bekanntlich die Materialabnahme bzw. -entfernung und damit einen Parameter, der zur Änderung des Oberflächenzustandes d. h. rauh oder fein, zu wählen ist. Geeignete Befehle zur Änderung von einem abgestuften Rauhigkeitszustand zu einem anderen werden durch den Datenverarbeitungsvorgang der CPU 1 erzeugt aufgrund eines in dem Speicher 2 gespeicherten Programms, abhängig von einem durch die Spalt-Detektorschaltung 5 gelieferten Spalt-Statussignals.

Das Löschen einer Bogenentladung und die Entfernung von Bearbeitungsabfällen, um eine Spalt- Säuberung zu erreichen, kann während Abschaltzeitintervallen Toff durchgeführt werden, die aufeinanderfolgende Entladungs- Impulszüge voneinander trennen. Auch hier liefert die CPU 1 Befehlssignale zum optimalen Ändern und Einstellen des Abschaltzeitintervalls Toff der Impulszüge durch deren Auswahl von vorprogrammierten Werten abhängig von der Anzeige der Spalt- Detektorschaltung 5.

Es kann auch notwendig sein, das Verhältnis von Ton und Toff zu modifizieren oder diese Parameter kombiniert mit der Impuls-Einschaltzeit τ _on , -Ausschaltzeit τ _off und dem -Spitzenstrom I _p zu ändern, um bestimmte Anforderungen zu erfüllen aufgrund einer bestimmten Wahl einer Bearbeitungsart, eines Elektrodenmaterials, einer Bearbeitungsform, einer Bearbeitungstiefe usw.

Jede notwendige zu wählende Information ist zuvor in der Speichereinheit 2 gespeichert und wird aufeinanderfolgend durch die CPU 1 wieder aufgefunden abhängig vom Eingangssignal von dem Arbeitsspalt G zur analytischen Verarbeitung der Inhalte und um dann eine notwendige Anzahl von Steuerbefehlen aufeinanderfolgend zu erzeugen, so daß ein optimaler Bearbeitungszustand erzielt wird.

Vorteilhaft kann die Impulszugdauer Ton aufeinanderfolgend erhöht werden innerhalb eines gegebenen Bereiches, so daß ein Normal-Bearbeitungszustand im Arbeitsspalt G aufrecht erhalten werden kann. Wenn irgendeine Abnormalität auftritt, kann die Dauer Ton aufeinanderfolgend verringert werden. Ein modifiziertes Programm kann so sein, daß es angewendet wird, so daß ein Maximalwert für die Dauer konstant angenähert werden kann. Ein optimaler Wert für das Abschaltzeitintervall Toff zur Änderung in beide Richtungen ist in ähnlicher Weise bestimmt. Bei der Programmsteuerung des Systems können, anstatt einer inkrementellen oder dekrementellen Änderung bzw. Umschaltung gewählter Werte für einen gegebenen Bearbeitungsparameter, bestimmte analytische Ergebnisse von empfangenen Eingangsdaten das Überspringen von zwei oder drei aufeinanderfolgenden Schritten ermöglichen in Übereinstimmung mit einem entsprechenden gewichteten Steuerprogramm, um so ein beschleunigtes Erreichen des gewünschten Zustandes zu ermöglichen.

Der Prozessor (CPU) 31 a der peripheren Untereinheit 31 für die Pumpe 30 kann dann im nächsten Zeitschlitz durch den Ausgangsdaten-Verteiler 35 betätigt werden zum Ansprechen auf von der CPU 1 stammende Ausgangssignale. Daher kann beispielsweise, wenn die Entfernung von Bearbeitungsabfällen aus dem Spaltbereich und damit die Zwangsströmung des Bearbeitungsfluids als unzureichend festgestellt ist aufgrund irgendeiner Änderung des Spaltzustandes, der Abgabedruck oder die Strömungsgeschwindigkeit der Pumpe 30 erhöht werden, um einen optimalen Spalt-Ausspülungszustand wiederherzustellen.

Mindestens eine zusätzliche Steuereinrichtung für andere Bearbeitungsparameter kann zur Betätigung durch die CPU 1 über den Ausgangsdaten-Verteiler 35 vorgesehen sein. Beispielsweise kann die axiale Vorwärtsbewegungsgeschwindigkeit einer Drahtelektrode, der Widerstand und die Temperatur eines Bearbeitungsfluids (z. B. destilliertes Wasser) und die Dicke eines Werkstücks Gegenstand einer weiteren Steuerung oder Regelung bei der WC-EDM sein.

Ein Zyklus einer zeitgeteilten Steuerung (Zeitmultiplex) für eine vorgegebene Anzahl von Bearbeitungsparametern wird wiederholt. Zeitschlitze, die den einzelnen Steuereinheiten für unterschiedliche Parameter zugeordnet sind, können jeweils individuell gesetzt bzw. eingestellt werden. Daher können die Zeitzuteilungen für die Bearbeitungsimpuls-Steuerung oder Servosteuerung relativ lang sein.

Für verschiedene Bearbeitungsparameter ermöglicht die Timesharing- Steuerung bzw. -Regelung durch das erläuterte System eine deutlich erhöhte Bearbeitungswirkung. Bearbeitungsabfälle (Späne oder dergleichen) und andere in dem Spalt angesammelte Produkte werden wirksam während Impulszug-Abschaltzeitintervallen entfernt, deren Dauer anpassend gesteuert bzw. geregelt wird. Wenn die Abfallentfernungswirkung durch die Impulszug-Intervallsteuerung nicht ausreichend ist, kann der Bearbeitungsspalt zyklisch vergrößert werden zur Förderung der Spalt-Auswasch- bzw. -Ausschwemmwirkung durch die intermittierende Elektroden-Rückwärtsbewegungseinheit, die gesteuert wird. Aufeinanderfolgend oder im wesentlichen simultan kann die Fluidzufuhreinheit gesteuert betätigt werden, um den Fluiddruck und die Strömungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Diese vielen unabhängigen Steuereinheiten werden auf Grundlage des Timesharing durchgeführt unter Beurteilung und Überwachung eines Prozessors bzw. eines Mikroprozessors, um ein gewünschtes Endprodukt mit maximalem Wirkungsgrad zu erzielen.

Claims (3)

1. Verfahren zum Steuern und Regeln mehrerer miteinander in Beziehung stehender Betriebsparameter bei einer Elektroerosionsmaschine mit

• - einem einzigen Arbeitsspalt (G) zwischen einer Elektrode (E) und einem Werkstück (W),
• - einer Spalt-Detektorschaltung (5; 5 a, 5 b),
• - einer programmierbaren Zentralrecheneinheit (1),
• - einem Speicher (2; 2 a, 2 b),
• - einer Eingangsschnittstelle (7), und
• - mehreren Ausgangsschnittstellen (9, 10),

dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektroerosionsmaschine mehrere periphere Untereinheiten (29, 31, 33) zur Steuerung bzw. Regelung der Parameter aufweist,
daß jede der peripheren Untereinheiten (29, 31, 33) einen Prozessor (29 a, 31 a, 33 a) aufweist,
daß im Speicher (2, 2 a) der Zentraleinheit (1) vorgegebene Sätze von Mikroprogrammen für jeweils eine der peripheren Untereinheiten (29, 31, 33) gespeichert sind, wobei die Mikroprogramme in den einzelnen Programmschritten vorbestimmte Parameterwerte aufweisen,
daß die vorgenannten Sätze von Mikroprogrammen nach Auswertung der Spalt-Detektorsignale (von 5 a) durch die Zentraleinheit (1) von dieser ausgewählt und aufeinanderfolgend einzeln den entsprechenden peripheren Untereinheiten (29, 31, 33) zugeteilt werden, und
daß die Zuteilung in Zeitteilung ("timesharing") über einen Ausgangsdaten-Verteiler (35) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zentraleinheit (1) die Eingangsdaten von der Spalt-Detektorschaltung (5 a) mit vorgegebenen, gespeicherten und unterschiedlich gewichteten Parameterdaten verglichen werden.