DE3023302A1 - METHOD FOR AUTOMATICALLY CONTROLLING THE ELECTROEROSIVE MACHINING OF METALS AND ALLOYS - Google Patents
METHOD FOR AUTOMATICALLY CONTROLLING THE ELECTROEROSIVE MACHINING OF METALS AND ALLOYSInfo
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Description
Beschreibungdescription
Die Erfindung bezieht sich auf die elektroerosive Bearbeitung von Metallen und "betrifft insbesondere ein Verfahren zur automatischen Steuerung der elektroerosiven Bearbeitung von Metallen und Legierungen.The invention relates to electrical discharge machining of metals and "relates in particular to a method for the automatic control of electrical discharge machining of metals and alloys.
Das Verfahren zur automatischen Steuerung der elektroerosiven Bearbeitung von Metallen und Legierungen wird zweckmäßig erweise zur Steigerung der Produktivität des Erodiervorganges und der Bearbeitungsgenauigkeit sowie zur Vermeidung einer Beschädigung von Teilen mit kompliziertem Profil und Teilen aus schwerbearbeitbaren stromleitenden Werkstoffen benutzt.The method of automatically controlling the electrical discharge machining of metals and alloys becomes useful prove to increase the productivity of the eroding process and machining accuracy, as well as avoiding damage to parts with complicated Profile and parts made of difficult-to-work electrically conductive materials used.
Einer weitgehenden Anwendung der bekannten Verfahren zur automatischen Steuerung steht die Kompliziertheit der Gewinnung und Verarbeitung von Signalen, die den V/erlauf des elektroerosiven Bearbeitungsprozesses kennzeichnen, sowie der ungenügende Informationsi-nhalt dieser Signale im Wege.A widespread application of the known methods for automatic control is the complexity of the extraction and processing of signals that characterize the course of the electrical discharge machining process, as well as the insufficient information content of these signals in the way.
Bekannt ist ein Verfahren zur automatischen Steuerung der elektroerosiven Bearbeitung von Metallen und Legierungen (s. z.B. M.W. Korenblum, M.L. Lewit, A.L. Liwschitz "Adaptive Steuerung elektroerosiver Maschinen", Verlag "Maschinost rojenie", Moskau, 1977) nach Signalen, die den laufenden Zustand des Vorganges kennzeichnen. Als Signale werden abgetrennt: A method for the automatic control of the electrical discharge machining of metals and alloys is known (See e.g. M.W. Korenblum, M.L. Lewit, A.L. Liwschitz "Adaptive Control of electrical discharge machines ", publishing house" Maschinost rojenie ", Moscow, 1977) according to signals that the current Identify the status of the process. The following signals are separated:
- Verzögerungszeit von dem Zeitpunkt der Spannungsimpulsgabe bis zum Zeitpunkt des Durchschlages des Elektrodenabstandes, -- Delay time from the time of the voltage pulse until the time of the breakdown of the electrode gap,
- Wert der Spannung am Lichtbogen nach dem Durchschlag und zeitliche Ableitung dieser Spannung,- value of the voltage at the arc after the breakdown and time derivative of this voltage,
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- Widerstand des Elektrodenabstandes in der Pause zwischen den Erfladungs impuls en,- Resistance of the electrode gap in the pause between the charging pulses,
- Zahl der Leerlaufimpulse und der Kurzschlussimpulse. Diese Signale werden nach Amplitude ,gewandelt, genormt und in eine Rechenanlage eingeführt, die die Servosysteme der elektroerosiven Maschine steuert. Jedoch ist die Grosse dieser Signale von der Wahl des Bearbeitungsregimes, dem Elektrodenpaar, der Elektrodenpolarität-und dem Medium, in dem sich die Werkstuckelektrode und die Werkzeugelektrode befinden, der Form und Tiefe der zu bearbeitenden Höhlung abhangig. Deshalb schwanken die opimaIeF1 Werte dieser Signale während des BeVbeitungsvorganges, was eine entsprechende automatische Korrektur des Programms der Rechenanlage erfordert. Dies erschwert wesentlich die Analyse dieser Signale und vermindert demzufolge die Wirksamkeit des automatischen Steuersystems, was seinerseits zu einem schnellen Verschleiss der Werkzeugelektrode und einer Senkung der Produktivität führt.- Number of idle pulses and short circuit pulses. These signals are converted according to amplitude, standardized and fed into a computer system that controls the servo systems of the electrical discharge machine. However, the size of these signals depends on the choice of the machining regime, the electrode pair, the electrode polarity and the medium in which the workpiece electrode and the tool electrode are located, the shape and depth of the cavity to be machined. Therefore, the opimaIeF fluctuate 1 values of these signals during the BeVbeitungsvorganges, which requires a corresponding automatic correction of the program of the computing system. This makes the analysis of these signals much more difficult and consequently reduces the effectiveness of the automatic control system, which in turn leads to rapid wear of the tool electrode and a reduction in productivity.
Bekannt ist auch ein Verfahren zur automatischen Steuerung der elektroerosiven Bearbeitung von Metallen und Legierungen, das in der periodisCh81Messung des elektrischen Widerstandes des durch die Werkzeugelektrode und die Werkstückelektrode aus dem zu bearbeitenden Metall gebildeten Elektrodenabstandes in den nach Dauer und Frequenz gleichbleibenden Pausen zwischen den Entladungsimpulsgruppen und in der Änderung nach den Messergebnissen des Durchsatzes der der Bearbeitungszone zugeführten Arbeitsflüssigkeit besteht.Also known is a method for automatically controlling the electrical discharge machining of metals and alloys, which in the periodically 81 measuring the electrical resistance of by the tool electrode and the workpiece electrode of the formed to be machined metal electrode distance in the constant duration and frequency intervals between the discharge pulse groups and consists in the change according to the measurement results of the flow rate of the working fluid supplied to the processing zone.
Bei dem erwähnten Verfahren zur automatischen Steuerung ermittelt man nach der Messung des elektrischen Y/iderstandesIn the above-mentioned method for automatic control, the electrical Y / resistance is determined after the measurement
des Elektrodenabstandes die Ableitung von diesem Wert. Nach dem Wert und Vorzeichen des der Ableitung des Widerstandes des Elektrodenabstandes proportionalen Signals steuert man den Durchsatz der der Bearbeitungszone zugeführten Flüssigkeit und den Betrieb des Entladungsimpulsgenerators. Das erwähnte Verfahren gestattet nicht, einen optimalen Durchsatz der Arbeitsflüssigkeit einzustellen. Darüber hinaus ist bei diesem Verfahren keine automatische Steuerung der Arbeitszustellung der Werkzeugelektrode vorgesehen, was stark die Wirksamkeit des Erodierverfahrens infolge des Verschleißes der Werkzeugelektrode herabsetzt. Ein wirksamer automatischer Antrieb der Werkzeugelektrodenzustellung, durch den in allen Bearbeitungsregimen der Signalwert unveränderlich gehalten wird, der direkt proportional dem absoluten Wiederstandswert des Elektrodenabstandes in den nach Frequenz und Dauer gleichbleibenden Pausen zwischen den Entladungsimpulsgruppen ist, kann bei dem erwähnten Verfahren nicht benutzt werden, da hierbei die Ableitung des Widerstandswerte des Elektrodenabstandes in dem durch die Zeitkonstante des automatischen Antriebs bestimmten Zeitintervall nahezu gleich Null ist, was eine Steuerung nach diesem Signal unmöglich macht.of the electrode spacing is the derivation of this value. To the value and sign of the signal proportional to the derivative of the resistance of the electrode spacing is controlled the throughput of the liquid supplied to the processing zone and the operation of the discharge pulse generator. The mentioned method does not allow an optimal throughput to adjust the working fluid. In addition, at This method does not provide any automatic control of the working infeed of the tool electrode, which greatly affects the The effectiveness of the erosion process is reduced due to the wear and tear of the tool electrode. An effective automatic Drive of the tool electrode infeed, by means of which the signal value is kept unchangeable in all machining regimes which is directly proportional to the absolute resistance value of the electrode spacing in the pauses between the groups of discharge pulses, which are constant in terms of frequency and duration cannot be used with the above-mentioned method, since it uses the derivative of the resistance value of the The electrode spacing is almost the same in the time interval determined by the time constant of the automatic drive Zero is, which makes control based on this signal impossible.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur automatischen Steuerung der elektroerosiven Bearbeitung von Metallen und Legierungen anzugeben, bei dem die Steuerung des Arbeitsflüssigkeitsdurchsatzes, des Antriebs für die Zustellung der Werkzeugelektrode und des Entladungsimpulsgenerators nach dem relativen Amplitudenwert der Wechsel, ^komponente des dem elektrischen Widerstand des Elektrodenabstan-The invention is based on the object of a method for the automatic control of electrical discharge machining of metals and alloys, in which the control of the working fluid throughput, the drive for the infeed the tool electrode and the discharge pulse generator according to the relative amplitude value of the change, ^ component the electrical resistance of the electrode spacing
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— σ —- σ -
des proportionalen Signals es gestattet, die Produktivität des Erodiervorganges und die Lebensdauer der Werkzeugelektrode zu erhöhen.the proportional signal allows productivity of the eroding process and to increase the service life of the tool electrode.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch, gelost, daß man bei dem Verfahren zur automatischen Steuerung der elektroerosiven Bearbeitung von Metallen und Legierungen, welches darin besteht, das . . man den elektrischen Widerstand des durch eine Werkzeugelektrode und eine Werkstückelektrode aus zu bearbeitendem Metall bzw. Legierung gebildeten Elektrodenabstandes in den nach Dauer und Frequenz^leichbleibenden Pausen zwischen den Ent ladungsjLmjpulsgruppen periodisch mißt und aufgrund der Meßergebnisse den Durchsatz der der Bearbeitungszone zügeführten Arbeitsflüssigkeit ändert, gemäßThe given task is solved by being at the method for the automatic control of the electrical discharge machining of metals and alloys which is contained therein exists that. . the electrical resistance of the material to be machined by a tool electrode and a workpiece electrode Metal or alloy formed electrode spacing in the pauses that remain constant according to duration and frequency periodically measures between the discharge pulse groups and changes the throughput of the working fluid supplied to the processing zone on the basis of the measurement results, according to
der Erfindung die Amplitude der WeChSeIx ^, komponente desof the invention, the amplitude of the WeChSeI x ^, component of the
dem elektrischen Widerstand des E Ie kt rodenabstand es proportionalen Signals abgetrennt, diese mit dem Absolutwert der Amplitude dieses Signals, der dem Widerstand des Elektrodenabstandes beim Ausbleiben der Arbeitsentladungsimpulse entspricht, verglichen wird, wobei der Durchsatz der der Bearbeitungszone zugeführten Arbeitsflüssigkeit umgekehrt proportional dem durch den Vergleich erhaltenen relativen Amplitudenwert der Signalwechsel^____^komponente geändert wird.it is proportional to the electrical resistance of the electrode spacing Signal separated, this with the absolute value of the amplitude of this signal, the resistance of the electrode spacing in the absence of the work discharge pulses, is compared, the throughput of the working fluid supplied to the processing zone being inversely proportional the relative amplitude value obtained by the comparison of the signal change ^ ____ ^ component is changed.
Es ist zweckmäßig, daß bei Verminderung des relativen Wertes der Wechsel- ^^komponente bis auf ein bestimmtes konstantes, der Konzentration der Entladungsimpulse auf einem lokalen Abschnitt der Bearbeitungszone vorangehendes Niveau das Arbeitsregime des Antriebs für die Arbeitszustellung der Werkzeugelektrode durch mehrmaliges Zurückführen der Werkzeuge lektrode mit anschließendem Einführen in die Bearbeitungszone geändert wird. It is advisable that when the relative value of the change component is reduced to a certain value constant level preceding the concentration of the discharge pulses on a local section of the machining zone the working regime of the drive for the working infeed of the tool electrode by returning the tools several times electrode is changed with subsequent insertion into the processing zone.
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Es ist auch vorteilhaft, daß bei Erhaltung des relativen Wertes der Wech.se 1^__^,,komponente des Signals auf dem der Konzentration der Entladungsimpulse auf einem lokalen Abschnitt der Bearbeitungszone vorangehenden Niveau der Wert des von dem Entladungsimpulsgenerator zugeführten Arbeitsstromes mehr als um das l,5fache vermindert und dieser Arbeit sstromwert aufrechterhalten wird, bis sich der relative Wert der WechselK ,,.komponente des dem elektrischen Widerstand des Elektrodenabstandes proportionalen Signals vergrößert. It is also advantageous that while maintaining the relative value of the alternation 1 ^ __ ^ ,, component of the signal on the the level preceding the concentration of the discharge pulses on a local section of the machining zone of the working current supplied by the discharge pulse generator is reduced by more than 1.5 times and this work current value is maintained until the relative Value of the change K ,, component of the electrical resistance the signal proportional to the electrode spacing is increased.
Grundsätzlich neu ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur elektroerosiven Bearbeitung von Metallen und Legierungen die Benutzung des relativen Amplitudenwertes der Wechsel., ,,komponente des dem elektrischen Widerstand des Elektrodenabstandes in den nach Frequenz und Dauer gleichbleibenden Pausen zwischen den Entladungsimpulsgruppen proportionalen Signals zur Aufrechterhaltung des optimalen Arbeitsflüssigkeit s durchsatzes. Darüber hinaus ist bei diesem Verfahren die Möglichkeit gegeben, eine für die jeweiligen Bearbeitungsbedingungen maximale Leistung bei minimalem Verschleiß der Werkzeugelektrode einzustellen. Die Benutzung einer abwechselnden beschleunigten Ab- und Zuführung der Werkzeugelektrode gestattet eine Beschädigung der Werkzeugelektrode zu vermeiden. Die Verminderung des von dem Entladungsimpulsgenerator zugeführten Arbeitsstromes gestattet auch, Beschädigungen der Werkzeugelektrode, die mit der Schlackenbildung in der.Bearbeitungszone verbunden sind, auszuschließen.What is fundamentally new is the method according to the invention for the electrical discharge machining of metals and alloys the use of the relative amplitude value of the changes., ,, Component of the electrical resistance of the electrode gap in the pauses between the groups of discharge pulses, which are constant according to frequency and duration Signal to maintain optimal working fluid s throughput. In addition, this method offers the option of selecting one for the respective machining conditions set maximum power with minimum wear of the tool electrode. The use of an alternate Accelerated removal and supply of the tool electrode allows damage to the tool electrode avoid. The reduction in the working current supplied by the discharge pulse generator also allows damage of the tool electrode, which are associated with the formation of slag in the machining zone.
Nachstehend soll die Erfindung anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels erläutert werden.The invention will be explained below with the aid of a specific exemplary embodiment.
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Es wird ein Werkstück mit kompliziertem Profil bearbeitet.A workpiece with a complicated profile is being machined.
Die Bearbeitungsfläche der Werkzeugelektrode ändert sich mit der Eindringtiefe 2The machining surface of the tool electrode changes with the penetration depth 2
v von 500 bis 10 000 mm ; hierbei wird ein Tiefendurchgang von 120 mm im Schrupp-, Halbschlicht- und Schlichtregime mit einer Oberflächenrauheit von etwa 1 ... 1,2 μ erreicht. v from 500 to 10,000 mm; a depth passage of 120 mm is achieved in the roughing, semi-finishing and finishing regime with a surface roughness of about 1 ... 1.2 μ .
Sodann wird der elektrische Widerstand des durch die Werkzeugelektrode und die Werkstückelektrode gebildeten Elektrodenabstandes in den nach Dauer und Frequenz gleichbleibenden Pausen zwischen den Entladungsimroulsgruppen periodisch gemessen. Dann wird die Amplitude der WechselN ^,.komponente desThe electrical resistance of the electrode spacing formed by the tool electrode and the workpiece electrode is then periodically measured in the pauses between the groups of discharge pulses, which are constant in terms of duration and frequency. Then the amplitude of the alternation N ^,. Component of the
<zwis chenraums<between space
dem elektrischen Widerstand des Elektroden' proportionalen Signals abgetrennt. Der erhaltene Wert wird durch Division mit dem Absolutwert der Amplitude dieses Signals beim Ausbleiben der Arbeitsentladungsimpulse verglichen. Hierbei wird der Durchsatz der der Bearbeitungszone zugeführten Arbeitsflüssigkeit umgekehrt proportional dem durch den Vergleich erhaltenen relativen Amplitudenwert der Wechselkomponente des Signals geändert.proportional to the electrical resistance of the electrode Signal disconnected. The value obtained is determined by dividing with the absolute value the amplitude of this signal at Absence of the work discharge pulses compared. The throughput of the working fluid supplied to the processing zone is thereby determined inversely proportional to the relative amplitude value of the alternating component obtained by the comparison of the signal changed.
Bei geringer Bearbeitungstiefe ist die Stabilität des Erodiervorganges hoch, der relative Wert der Wechsel^^^komponente groß und der Arbeitsflüssigkeitedurchsatz klein (we-If the machining depth is low, the stability of the erosion process is high, the relative value of the change ^^^ component large and the working fluid throughput small (we-
3
niger als 0,5 cm /s). Mit zunehmender Bearbeitungstiefe des
Werkstückes wird die Stabilität des Erodiervorganges verschlechtert, das TTiveau der Wex>chsels__^^komponente gesenkt.
Je-doch wird bis zu einer bestimmten Tiefe diese Senkung durch
die Zunahme des Durchsatzes der umlaufenden Arbeitsflüssigkeit3
less than 0.5 cm / s). With increasing machining depth of the workpiece, the stability of the eroding process deteriorates and the level of the Wex > chsel s __ ^^ component is lowered. J e -Yes up to a certain depth such reduction by the increase of the flow rate of the circulating working fluid
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— Q —- Q -
kompensiert. Bei einer Bearbeitungstiefe von 30 .·. 40 mm hat die Zunahme des Arbeitsfluss igte its durchsatzes keinencompensated. With a processing depth of 30. ·. 40 mm the increase in the work flow does not affect its throughput
Einfluß auf den Amplitudenwert der Wechsel- ^,,komponenteInfluence on the amplitude value of the alternating component
des Signals.of the signal.
Bei Verminderung des relativen Wertes der Wechsel komponente bis auf ein bestimmtes, der Konzentration der Entladungsimpulse auf einem lokalen Abschnitt der Bearbeitungszone vorangehendes Niveau wird das Arbeitsregime des Antriebs für die Arbeitszustellung der Werkzeugelektrode automatisch durch mehrmaliges Zurückführen der Werkzeugelektrode mit anschließendem Einführen derselben in die Bearbeitungszone geändert.If the relative value of the alternating component is reduced to a certain level, the concentration of the discharge pulses on a local section of the previous level of the machining area becomes the working mode of the drive for the working infeed of the tool electrode automatically by returning the tool electrode several times and then inserting it into the machining zone changed.
Falls aber der relative Wert der Wechsel. komponenteBut if the relative value of the bills. component
des Signals auf einem der Konzentration der Entladungsimpulse auf einem lokalen Abschnitt der Bearbeitungszone vorangehenden Niveau erhalten bleibt, wird der Wert des von dem Entladungsimpulsgenerator zugeführten Stromes mehr als um das l,5fache durch Verlängerung der Pausen zwischen den Entladungsimpülspaketen vermindert. Dieser Arbeitsstromwert wird nun bis zur Vergrößerung des relativen Wertes der Wechsel- ,komponente des dem elektrischen Widerstand des Elektrodenabstandes proportionalen Signals aufrechterhalten. Dadurch wird die Bearbeitung des Werkstückes bis auf eine Tiefe von 100-120 mm ohne Beschädigung der Werkzeugelektrode und des Werkstücks ermöglicht. Der Unterschied in der Produktivität des Erodiervorganges auf der Oberfläche und in der Tiefe übersteigt nicht 25-30%, während bei den bekannten Verfahren dieser Unterschied einen dreifachen Wert erreicht.of the signal on one of the concentration of the discharge pulses is maintained at a local portion of the machining zone preceding level, the value of the discharge pulse generator supplied current more than 1.5 times by lengthening the pauses between the discharge pulse packets reduced. This working current value is now up to to increase the relative value of the interchangeable component of the signal proportional to the electrical resistance of the electrode spacing. This will do the editing of the workpiece to a depth of 100-120 mm without damaging the tool electrode and the workpiece. The difference in the productivity of the eroding process on the surface and in the depth does not exceed 25-30%, while with the known methods this difference reached a threefold value.
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