DE3009757A1

DE3009757A1 - Verfahren und vorrichtung zum funkenerosionsbearbeiten

Info

Publication number: DE3009757A1
Application number: DE19803009757
Authority: DE
Inventors: Georges Semon; Alain Wavre
Original assignee: Ateliers des Charmilles SA
Current assignee: Ateliers des Charmilles SA
Priority date: 1979-03-29
Filing date: 1980-03-14
Publication date: 1980-10-09
Also published as: FR2452350A1; CH627392A5; JPS55131440A; GB2045670B; GB2045670A; US4345131A

Description

DR.-INü. D:PL.-FHY£. H. STURIES

PATENTANWÄLTE

DlPL-ING. P. EICHLER

BRAHMSSTRASSE 29, 5600 WUPPERTAL 2

Ateliers des Charmilles S.A., 109, rue de Lyon, Geneve (Schweiz)

Verfahren und Vorrichtung zum Funkenerosionsbearbeiten

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern der Tiefe der Materialabtragung in einem Elektrodenwerkstück durch Funkenerosion mit einer Werkzeugelektrode, bei dem die Bearbeitung zur Berücksichtigung der Abnutzung der Werkzeugelektrode unterbrochen wird, wenn die Eindringtiefe der Werkzeugelektrode in dem Elektrodenwerkstück einen vorbestimmten Sollwert erreicht.

Es ist bekannt, diesen Sollwert unter Berücksichtigung der theoretischen Abnutzung der aktiven Oberfläche der Werkzeugelektrode von Hand einzustellen. Jedoch ist diese Methode nicht genau, da es schwierig ist, in jedem Bearbeitungsfall vorauszusehen, wie die tatsächliche Abnutzung der Werkzeugelektrode sein wird. Bei der Feinbearbeitung mit abnehmenden

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Bearbeitungsbereichen ist es notwendig, bei jeder Bereichsänderung diese Korrektur einbringen zu lassen.

Die Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, diesem Obelstand dadurch abzuhelfen, daß eine selbsttätige Korrektur dieses Sollwertes durchgeführt wird, welche die tatsächliche Werkzeugabnutzung berücksichtigt, unabhängig vom jeweiligen Bearbeitungsbereich.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Werkzeugelektrode vor einem Bearbeitungsvorgang in eine Lage gebracht wird, in der eine ihrer aktiven Oberflächen ein bestimmtes Bezugsmaß erreicht, daß diese Lage gemessen wird, daß der Bearbeitungsvorgang durchgeführt wird, daß danach eine neue Lagemessung unter denselben Umständen durchgeführt wird, um die Abweichungen der Lagen infolge der Abnutzung der Werkzeugelektrode zu ermitteln, und daß der vorgenannte Sollwert der nachfolgenden Bearbeitung in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen den genannten Maßen korrigiert wird.

Gemäß der Erfindung wird die selbsttätige Korrektur der Tiefenbegrenzung der Bearbeitung entweder in aufeinanderfolgenden Schritten im Verlauf mehrerer Bearbeitungsvorgänge verwirklicht, die mit derselben Elektrode durchgeführt werden, oder indem eine genaue Berechnung der Korrektur aufgrund der tatsächlichen Abnutzung der Werkzeugelektrode im Verlauf des ersten Bearbeitungsvorgangs durchgeführt wird.

Diese beiden Varianten lassen sich besonders gut in den Fällen anwenden, in denen das Bearbeitungsmaß mit einer sehr großen Genauigkeit eingehalten werden muß, z.B. bei der drei dimensionalen Feinbearbeitung mehrerer identischer Ausnehmungen

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mit Hilfe derselben Elektrode. Dieses neue Verfahren erlaubt es, die zunehmende Abnutzung der Elektrode im Verlauf dieser Bearbeitungsvorgänge zu kompensieren.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann,
Fig. 2 ein Diagramm, welches die Signalfolgen eines der

Schaltkreise der Fig. 1 zeigen, und Fig. 3 ein Diagramm, mit dem das Wirkungsprinzip der Schaltung der Fig. 1 illustriert wird.

Gemäß Fig. 1 besitzt eine Maschine zum Funkenerosionsbearbeiten eine Werkzeugelektrode 1, welches in Bezug auf ein Elektrodenwerkstück 2 mit einem Servomotor 3 verlagert wird. Die Elektroerosion zwischen diesen Elektroden wird durch einen Stromkreis bewirkt, der eine Gleichstromquelle 4 aufweist, die in Reihe mit einem Impulsgenerator 5 und einem Widerstand 6 geschaltet ist, an dem mit Hilfe eines Schmitt-Triggers 7 ein Spannungsabfall gemessen wird, um das Vorhandensein eines Bearbeitungsstroms anzuzeigen.

Das Werkstück 2 ist auf einem Kreuzschlittentisch befestigt, der eine erste bewegliche Platte 8 aufweist, die mit Hilfe eines Motors 9 in Bezug auf eine zweite bewegliche Platte 10 verschiebbar ist, welche in Bezug auf einen Sockel 11 mit Hilfe eines Motors 12 und senkrecht zu der ersten beweglichen Platte 8 zu verlagern ist.

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Mit einem Umschalter 13 können diese Motoren 9,12 entweder mit einem Stromkreis 14 verbunden werden, der eine Translationsverlagerung des Werkstücks 2 steuert, oder mit einem Stromkreis 15, mit dem eine programmierte Positionierung dieses Werkstücks 2 bewirkt werden kann. Die vertikale Verstellung der Elektrode 1 wird mit einer Lagemeßvorrichtung gemessen, die einen Meßfühler 16 und einen beweglichen Teil 17 aufweist, der an einem Support 18 der Elektrode 1 befestigt ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 erhält der Stromkreis 14 das Signal des Meßfühlers 16, so daß die Exzentrizität der Translationsbewegung der Elektrode 1 in demselben Verhältnis verändert wird, wie deren axiale Verstellung. Der Stromkreis 14 könnte z.B. entsprechend der in der USA-Patentschrift 4 057 703 beschriebenen Schaltung verwirklicht werden.

Die an der Elektrode 1 gemessene Bearbeitungsspannung wird an einen der drei Eingänge des Verstärkers 19 gelegt, deren beide andere Eingänge mit einem Potentiometer 20 und einem Ausgang S3 eines programmierten Steuerkreises 21 verbunden sind.

Die Geschwindigkeit, mit der der Servomotor 3 die Elektrode 1 verstellt, wird durch das Ausgangssignal eines Verstärkers 22 gesteuert, dessen einer Eingang das Ausgangssignal des Verstärkers 19 empfängt und dessen anderer Eingang unter Zwischenschaltung eines Digital-Analogwandlers mit einem numerischen Vergleicher 23 verbunden ist.

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Das vom Meßfühler 16 herrührende Signal wird einerseits auf einen der Eingänge eines numerischen Subtrahierers 25 und andererseits auf einen der Eingänge eines Zweispeicher-Transferregisters 26 gegeben.

Die anderen Eingänge des Subtrahierers 25 und des Transferregisters 26 empfangen die in die erste Position des Registers 26 eingelesene Information und das Signal eines Ausgangs Sl des Steuerkreises 21. Die in den zweiten Speicher des Transferregisters 26 eingelesene Information wird mit Hilfe eines Differenzbildners 27 mit der in den ersten Speicher dieses Transferregisters 26 eingelesenen Information verglichen. Die Differenz wird auf einen der Eingänge einer Speicherschaltung 28 gegeben, deren anderer Eingang einen Speicherimpuls von einem Ausgang S2 des Steuerkreises 21 erhält. Die in der Speicherschaltung 28 zurückgehal tene Information wird direkt einem Addierer 29 übermittelt, wenn ein umschalter 30 in der in Fig. 1 dargestellten Lage a ist. Dieser Addierer 29 erhält andererseits einen festen Bezugswert von einer Vorrichtung 31. Wenn der Umschalter 30 in der Lage b ist, wird die numerische Information der Speicherschaltung 28 zugleich auf einen der Eingänge eines ersten Rechenkreises 32 und auf einen der Eingänge eines zweiten Rechenkreises 33 gegeben, deren beide andere Eingänge mit dem Ausgang der Vorrichtung 31 verbunden sind. Die von jedem dieser Rechenschaltungen 32,33 berechneten Zahlen werden einer dritten Rechenschaltung 34 übermittelt, deren Ausgang mit einem der Eingänge des Addierers 29 über den Umschalter 30 verbunden ist.

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Der programmierte Steuerkreis 21 ist mit seinem Eingang El mit dem Schmitt-Trigger 7 und mit seinem Eingang E2 mit einer optischen Lagemeßvorrichtung verbunden, die eine Lichtquelle 35 und einen Empfänger 36 aufweist. Das Wechseln der Lage des Umschalters 13 wird durch ein Signal des Ausgangs S4 des Steuerkreises 21 gesteuert und die programmierte Positionierung des Werkstücks 2 wird unter der Einwirkung eines Signals des Ausgangs S5 des Steuerkreises 21 bewirkt, wenn der Umschalter 13 in der Lage b ist.

Die vorbeschriebene Schaltung wirkt folgendermaßen:

Der Umschalter 30 ist in der Lage a und das gewünschte Bearbeitungsmaß ist durch die Vorrichtung 31 festgelegt. In der Speicherschaltung 28 ist eine Zahl nur so enthalten, daß der Wert dieses Maßes ohne Korrektur auf einen der Eingänge des numerischen Vergleichers 23 gegeben wird und den Grenzwert der Eindringung der Elektrode 1 in das Werkstück 2 bestimmt. Die folgenden Operationen werden durch den Steuerkreis 21 gesteuert, der gemäß dem Diagramm in Fig. 2 wirkt.

Vor dem Beginn des ersten Bearbeitungsvorgangs wirkt das Signal des Ausgangs S3 auf den Verstärker 19 so, daß die Elektrode 1 in ihrer oberen Lage gehalten wird. Beim Erlöschen dieses Signals nähert sich die Elektrode 1 dem Werkstück 2 bis auf eine Lage, in der eine aktive Oberfläche 38 der Elektrode 1 in Kontakt mit dem Werkstück 2 tritt. Diese Lage wird im Zeitpunkt tO durch das Erscheinen eines Signals am Ausgang des Schmitt-Trigers 7 und dem Eingang El des Steuerkreises 21 signalisiert. In diesem Zeit-

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punkt tO überträgt der Ausgang Sl einen Impuls auf das Transferregister 26, der in den ersten Speicher dieses Registers die durch den Meßfühler 16 gemessene Lage der Elektrode 1 eingibt.

Danach dringt die Elektrode 1 in das Werkstück 2 unter Funkenerosion mit einer Geschwindigkeit ein, die durch den Verstärker 19 so gesteuert wird, daß die Bearbeitungsspannung auf einem durch das Potentiometer 20 festgelegten Wert gehalten wird. Der Subtrahierer 25 berechnet in jedem Augenblick die Abweichung zwischen der im Transferregister 26 gespeicherten Lage der Elektrode 1 und der tatsächlichen, durch den Meßfühler 16 gemessenen Lage dieser Elektrode.

Wenn die Abweichung den durch die Vorrichtung 31 bestimmten Wert passiert, gibt der numerische Vergleicher 23 ein Signal ab, welches durch den Digital-Analogwandler 24 in ein analoges Signal umgewandelt wird, das auf den Verstärker 22 so einwirkt, daß das Eindringen der Elektrode 1 gemäß einem in der USA-Patentschrift 4 049 942 beschriebenen Verfahren angehalten wird.

Wenn die Elektrode die durch die Vorrichtung 31 vorbestimmte axiale Lage erreicht hat, verschwindet das Signal am Eingang El des Steuerkreises 21 zum Zeitpunkt ti und das Signal des Ausgangs S3 bewirkt das Aufziehen der Elektrode In diesem Zeitpunkt ti bewirkt das Signal des Ausgangs S4 das Umschalten des Umschalters 13 aus der Lage a in die Lage b und das Signal des Ausgangs S5 gibt dem Stromkreis den Befehl, das Werkstück 2 so zu verstellen, daß die

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aktive Oberfläche 38 der Elektrode 1 sich oberhalb einer nichtüberarbeiteten Oberfläche 37 des Werkstücks 2 befindet.

Wenn die Positionierung des Werkstücks 2 beendet ist, verschwindet das Signal am Ausgang S3 und die Elektrode 1 nähert sich dem Werkstück 2, bis Stromfluß zwischen ihr und der Oberfläche 37 dieses Werkstücks auftritt. Im Zeitpunkt ti¹ wird auf den Ausgang Sl ein Impuls gegeben, der die Übergabe des Inhalts des ersten Speichers des Transferregisters in dessen zweiten Speicher veranlaßt und bewirkt, daß im ersten Speicher diejenige Lage der Elektrode 1 eingespeichert wird, bei der der Stromdurchgang zwischen der Elektrode 1 und der Oberfläche 37 des Werkstücks 2 gemessen wurde. Die Elektrode 1 wird dann vom Werkstück 2 unter der Einwirkung des Signals des Ausganges S3 zurückgezogen und das Verschwinden des Signals des Ausgangs S5 gibt dem Stromkreis 15 den Befehl, das Werkstück 2 in eine Ausrichtung zur Elektrode 1 zu bringen, wie bei dem ersten Bearbeitungsvorgang. Wenn diese Ausrichtung beendet ist, verschwinden die Signale der Ausgänge S3 und S4 und die Elektrode 1 dringt in das Werkstück 2 ein, um die Bearbeitung der Ausnehmung in einem zweiten Bearbeitungsvorgang fortzusetzen. Dieser zweite Bearbeitungsvorgang beginnt zum Zeitpunkt ti¹¹, in dem das auf den Eingang El des Steuerkreises 21 gegebene Signal einen Impuls am Ausgang S2 bewirkt, mit dem in die Speicherschaltung 28 die Abweichung zwischen den in die beiden Speicher des Transferregisters 26 eingegebenen Lagen eingegeben wird, wobei diese Abweichung mit dem Differenzbilder 27 berechnet wird.

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Wenn der Umschalter 30 in der Lage a ist, wirkt die Schaltung gemäß einer ersten Variante und die Abweichung der in den Speicher 28 eingegebenen Lage wird zu dem von der Vorrichtung 31 gelieferten Sollwert addiert. Diese Abweichung entspricht der Abnutzung der frontalen Oberfläche der Elektrode 1 bei dem ersten BearbeitungsVorgang. Wenn die axiale Lage der Elektrode 1 im Zeitpunkt t2 diesen neuen Sollwert erreicht, wiederholt sich der Zyklus der Vorgänge, so, daß die Abnutzung der Elektrode im Verlauf dieses zweiten Bearbeitungsvorganges gemessen und dieser neue Abnutzungswert dem korrigierten Sollwert zugefügt wird, um eine erneute Korrektur dieses Sollwertes zu erhalten.

Das Diagramm in Fig. 2 zeigt die aufeinanderfolgenden Schritte der Korrektur des Sollwerts. Der erste Bearbeitungsvorgang beginnt zum Zeitpunkt tO. Wenn die axiale Verstellung der Elektrode 1 den Sollwert Zl im Zeitpunkt ti erreicht, erreicht die frontale Oberfläche der Elektrode 1 nur das Maß Pl wegen der Abnutzung Ul dieser Oberfläche. Diese Abnutzung wird dann mit dem vorbeschriebenen Verfahren gemessen und dem Sollwert zugefügt, um den neuen Sollwert Z2 zu erhalten. Wenn dieser Sollwert Z2 nach einem zweiten Bearbeitungsvorgang erreicht ist, erreicht die aktive Oberfläche der Elektrode 1 das Maß P2 wegen einer zusätzlichen Abnutzung während diesen zweiten BearbeitungsVorganges. Nach einem dritten Bearbeitungsvorgang erreicht die aktive Elektrodenoberfläche ein Maß P3, welches dem gewünschten Wert Zl benachbart ist. Wenn UR die relative Abnutzung der Elektrode

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1 und η die Zahl der aufeinanderfolgenden Korrekturschritte ist, ist die Abweichung zwischen dem Maß der bearbeiteten Oberfläche und dem angezeigten Maß im Verhältnis zu diesem angezeigten Maß:

•l— \"

U + u_R)

Wenn die Abnutzung der Elektrode 1 nicht sehr stark ist, genügen zwei oder drei aufeinanderfolgende Korrekturen, damit die Abweichung praktisch vernachlässigbar wird. Tatsächlich ist für UR =0,06 und n=3 e=0,00018.

Die Bezugslage der aktiven Oberfläche 38 der Elektrode kann auch durch das Verschwinden oder das Erscheinen eines Lichtstrahls zwischen der Lichtquelle 35 und dem Meßfühler 36 gemessen werden. In diesem Fall wird das auf den Eingang El des Steuerkreises 21 gegebene Signal durch das auf den Eingang E2 gegebene Signal ersetzt und die Positionierung des Werkstücks 2 mit dem Umschalter 13 und dem Stromkreis 15 ist nicht mehr notwendig.

In dem Fall der Feinbearbeitung mehrerer identischer Ausnehmungen, die vorher in dasselbe Werkstück grob eingearbeitet wurden, kann man mit demselben Verfahren entweder aufeinanderfolgende Bearbeitungsvorgänge in derselben Ausnehmung bis zum Erreichen einer vollständigen Korrektur bis auf die gewünschte Tiefe bewirken und danach einen einzigen Bearbeitungsvorgang jeder anderen Ausnehmung durchführen, oder eine Ausnehmung nach der anderen bearbeiten, indem eine einzige Korrektur für jede Ausnehmung durchgeführt wird, bis eine vollständige Korrektur erreicht wird und indem danach eine ergänzende Korrektur in jeder anderen Ausnehmung bewirkt wird. 030041/0603

Der exakte Wert der Korrektur der Tiefenbegrenzung kann nach einem einzigen Bearbeitungsvorgang berechnet werden. In diesem Fall hat der Umschalter 30 der Fig. 1 die Lage b. Der gemessene Wert Ul der Abnutzung der Elektrode 1 während des ersten Bearbeitungsvorganges wird sogleich mit dem Sollwert Zl der Vorrichtung 31 in einen Rechenkreis angegeben, um den genauen Korrekturwert nach folgender Beziehung zu be-

rechnen: £|Z =

^zl * ^Ul

Die Rechenschaltung 32 berechnet das Produkt Zl mal Ul, während die Rechenschaltung 33 die Differenz Zl minus Ul und die Rechenschaltung 34 den Quotienten beider Ergebnisse bildet. Das Resultat wird dem Sollwert Zl durch den Addierer 29 zugefügt und das exakte Bearbeitungsmaß wird in dem zweiten Bearbeitungsvorgang erreicht. Der korrigierte Bezugswert für die Tiefenbegrenzung bleibt während der Bearbeitung der anderen Ausnehmungen mit denselben Abmessungen an dem Eingang des Vergleichers 23 angelegt.

Der mit Hilfe der Vorrichtung 31 eingestellte Sollwert der Tiefenbegrenzung könnte um die angenommene Abnutzung der Elektrode 1 vergrößert werden. In diesem Fall muß dieser angenommene Wert der Abnutzung auch in den Differenzbildner eingegeben werden, so daß an seinem Ausgang ein Wert erhalten wird, der der Abweichung unter Berücksichtigung dieser Abnutzung entspricht.

Die Abnutzung der Elektrode könnte auch auf, einem anderen Abschnitt ihrer Oberfläche gemessen werden, z.B. auf einer ihrer seitlichen Oberflächen, sowie auch mit an-

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deren Mitteln, als den in Fig. 1 dargestellten, z.B. mit einem Taster an einer der aktiven Oberflächen der Elektrode.

Dieser selbsttätige Ausgleich der Tiefenbegrenzung ist besonders bei solchen Bearbeitungsverfahren vorteilhaft, bei denen die Translationsbahn auf einem Drehkonus verläuft, dessen Spitzenwinkel ein Rechter ist. In diesem Fall dringt die Elektrode in das Werkstück zugleich axial und radial ein, so daß die Abnutzung dieser Elektrode ebensogut an ihren frontalen sowie auch an ihren seitlichen Oberflächen gemessen werden kann.

Claims

PATENTANWÄLTE DR-INH °^-™^ H. STURiES DIPL.-ING. P. EICHLER BRAHMSSTRASSE 29, 5600 WUPPERTAL 2 Patentansprüche:

1.) Verfahren zum Steuern der Tiefe der Materialabtragung in einem Elektrodenwerkstück durch Funkenerosion mit einer Werkzeugelektrode, bei dem die Bearbeitung zur Berücksichtigung der Abnutzung der Werkzeugelektrode unterbrochen wird, wenn die Eindringtiefe der Werkzeugelektrode in dem Elektrodenwerkstück einen vorbestimmten Sollwert erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugelektrode (1) vor einem Bearbeitungsvorgang in eine Lage gebracht wird, in der eine ihrer aktiven Oberflächen ein bestimmtes Bezugsmaß erreicht, daß diese Lage gemessen wird, daß der Bearbeitungsvorgang durchgeführt wird, daß danach eine neue Lagemessung unter denselben Umständen durchgeführt wird, um die Abweichungen der Lagen infolge der Abnutzung der Werkzeugelektrode (1) zu ermitteln, und daß der vorgenannte Sollwert der nachfolgenden Bearbeitung in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen den genannten Maßen korrigiert wird.

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ORIGINAL INSPECTED

2. Verfahren nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgend mehrere Bearbeitungen des Elektrodenwerkstücks (2) durchgeführt werden, und daß dem Sollwert (Zl,Z2 etc.) nach jeder Bearbeitung die Abnutzung (Ul etc.) hinzugefügt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert (Zl) nach der ersten Bearbeitung um einen Wert ( Δ Z) vergrößert wird, der dem Quotienten des Produkts dieses Sollwerts (Zl) mit der Abnutzung (Ul) der Werkzeugelektrode (1) und der Differenz dieser beiden Werte (Zl,Ul) entspricht.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Meßvorrichtung zum Erfassen der relativen Verstellung der Elektroden in einer bestimmten Richtung und Mitteln zum Begrenzen dieser während einer Bearbeitung erfolgenden Verstellung bei Erreichen eines vorbestimmten Sollwerts, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lagemeßvorrichtung (16,17) zur Erfassung der relativen Lage, der Elektroden (1,2) bei Erreichen eines vorbestimmten Bezugsmaßes durch eine aktive Oberfläche der Werkzeugelektrode (1) vorhanden ist, daß Rechenmittel (26,27) zum Berechnen der nach der Bearbeitung des Elektrodenwerkstücks (2) vorhandenen Abweichung der Lage der Werkzeugelektrode

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(1) von ihrer vor der Bearbeitung gemessenen Lage vorhanden sind, und daß Korrekturmittel (28,29) zum in Abhängigkeit von der Abweichungen erfolgenden Korrigieren des Sollwerts für die Bearbeitung vorhanden sind und eine bei Beendigung der Bearbeitung genau dem Sollwert entsprechende Eindringtiefe der aktiven Oberfläche (3) der Werkzeugelektrode (1) in das Elektrodenwerkstück (2) erreichbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenmittel (32) die Abweichung dem Sollwert addieren und daß Mittel zum Wiederholen dieses Vorgangs nach jeder Bearbeitung vorhanden sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Rechenmittel (32,33 bzw. 34) zum Multiplizieren des Sollwertes mit der Abweichung, zum Subtrahieren der Abweichung von dem Sollwert, zum Dividieren des Produktes durch die Differenz und zum Addieren des Quotienten und des Sollwertes (31) vorhanden sind.

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