DE3023436A1

DE3023436A1 - Schneiddraht-elektroerosionsverfahren

Info

Publication number: DE3023436A1
Application number: DE19803023436
Authority: DE
Inventors: Kazuhiko Kobayashi; Yoshifumi Nanasawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1979-06-26
Filing date: 1980-06-23
Publication date: 1981-01-15
Also published as: DE3023436C2; US4324970A; CH646357A5

Description

1A-329O

ME-496
(P-6290)

MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA
Tokyo, Japan

Schneiddraht-Elektroerosionsverfahren

Die Erfindung betrifft ein Schneiddraht-Elektroerosionsverfahren und insbesondere ein verbessertes Verfahren
zur Bestimmung des Abstands der Drahtelektrode vom Werkstück.

Es ist bekannt, Werkstücke durch Elektroerosion mit Hilfe eines Schneiddrahts zu beliebigen gewünschten Konfigurationen zu formen, indem man das Werkstück relativ zur
Drahtelektrode bewegt. Dabei kann man insbesondere komplizierte Konfigurationen mit hoher Genauigkeit verwirklichen.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer herkömmlichen
Schneiddraht-Elektroerosionseinrichtung mit einer Drahtelektrode 12 und einem Werkstück 10, wobei eine Arbeitsflüssigkeit 14 von einem Tank 16 über eine Pumpe 18 und

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eine Düse 20 in den Arbeitsbereich injiziert wird. Zur Ausführung der Relativbewegung zwischen dem Werkstück 10 und der Drahtelektrode 12 entlang der gewünschten Konfiguration dient ein Haltetisch 22 für das Werkstück 10, welcher zweidimensional in der X-Y-Ebene durch einen X-Achsenmotor 24 und einen Y-Achsenmotor 26 bewegt werden kann. Ein Steuersignal gelangt von einer Steuereinrichtung 28 zu den Motoren 24, 26 und die Relativbewegung des Werkstücks 10 und der Drahtelektrode 12 wird hierdurch derart gesteuert, daß die gewünschte Konfiguration verwirklicht wird. Bei der Steuereinrichtung 28 kann es sich um eine numerische Steuereinrichtung handeln oder um eine Kopiersteuerungseinrichtung oder einen Computer. Die Drahtelektrode 12 wird von einer Drahtvorratsspule 30 abgenommen und über eine Stromzuführungseinrichtung 32 und eine obere Drahtführung 34 dem Werkstück zugeführt und auf der anderen Seite über eine untere Drahtführungseinrichtung 36 auf eine eine Zugkraft ausübende Drahtaufwickelspule 38 aufgewickelt. Die elektrische Entladungsenergie wird von einer Stromquelle 40 dem Arbeitsspalt zwischen Werkstück 10 und Drahtelektrode 12 zugeführt. Die Stromquelle 40 umfaßt eine Gleichstromquelle 42, ein Schaltelement 44, z.B. einen Transistor; einen Kondensator 46 und einen Widerstand 48 für die Aufladung sowie eine Einrichtung 50 zur Steuerung des Schaltelements. Die Ausgangsspannung der Stromquelle wird der Stromzuführungseinrichtung 32 zugeführt.

Fig. 2 zeigt die Wellenform der Impulse des Schaltelements 44 mit einem Strommaximum I , einer Impulsbreite £* und einer Impulspause T*_r. Die elektrische Entladung findet in dem Spalt zwischen dem Werkstück 10 und der Drahtelektrode 12 statt und das Werkstück 10 wird zu der gewünschten Konfiguration geschnitten.

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-Ir-Fig. 3 zeigt eine Arbeitsnut 52 mit einer Breite, welche durch die Bearbeitungsbedingungen bestimmt wird. Zur Erzielung einer präzisen Werkstückkonfiguration ist es erforderlich, die Relativbewegung zwischen Werkstück 10 und Drahtelektrode 12 in Abhängigkeit von der Spaltweite zu steuern. Bei der Relativbewegung zwischen Drahtelektrode 12 und Werkstück 10 sollte die Steuerung dabei so vorgenommen werden, daß die Drahtelektrode 12 um einen bestimmten Versetzungsbetrag relativ zur gewünschten Konfiguration des Werkstücks versetzt ist. Man erkennt aus Fig. 3, daß dieser Versetzungsgrad vom Radius der Drahtelektrode 12 und vom Entladungsspalt G abhängt. Der Durchmesser der Drahtelektrode 12 liegt gewöhnlich im Bereich von etwa 0,05 bis 0,3 mm. Der genaue Durchmesser hängt von der Art der Drahtelektrode 12 ab. Der Entladungsspalt G variiert nun sehr stark mit dem Spitzenwert der Gleichspannung I , der Impulslänge T* und der Impulspause T gemäß Fig. 2 sowie mit den elektrischen Bearbeitungsbedingungen,z.B. der Spaltspannung im Arbeitsspalt; dem spezifischen Widerstand der Arbeitsflüssigkeit, der Art und Dicke des Werkstücks 10 und verschiedenen mechanischen Bedingungen, z.B. der Vorschubgeschwindigkeit. Bei Fluktuation dieser Bedingungen während der Bearbeitung kommt es zu einer Änderung des EntladungsSpaltes G. Es ist äußerst schwierig, den Versetzungsgrad der Drahtelektrode präzise in Abhängigkeit von dem variablen Entladungsspalt G einzustellen. Diese Schwierigkeit hat bisher die Erzielung äußerst genauer Werkstückkonfigurationen mit herkömmlichen Maschinen verhindert. Bei herkömmlichen Maschinen wird zunächst eine Testbearbeitung vor Jeder eigentlichen Hauptbearbeitung eines Werkstücks zu einer gewünschten Werkstückkonfiguration durchgeführt. Der Entladungsspalt G wird dabei zum Zwecke der Ermittlung des Versetzungsgrades gemessen. Diese bekannten Verfahren erfordern komplizierte Testbe-

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-4.

arbeitungen und die Errechnung des Versetzungsgrades erfordert eine lange Zeitdauer. Wegen der unvermeidlichen individuellen Abweichungen kann man mit diesen Verfahren keine hohe Genauigkeit erzielen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genannten Schwierigkeiten zu überwinden und ein verbessertes Schneiddraht-Elektroerosionsverfahren zu schaffen, bei dem der Versetzungsgrad auf einfache Weise präzise ermittelt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schneiddraht-Elektroerosionsverfahren gelöst, bei dem ein Zugangsschnitt im Werkstück außerhalb der Werkstückskonfiguration ausgeführt wird und unterbrochen wird. Sodann wird die Drahtelektrode um einen vorbestimmten Abstand von der Stopp-Position rückwärtsbewegt. Dann wird die Drahtelektrode in einer zur Arbeitsrichtung senkrechten Richtung verschoben, bis ein Kontakt zwischen der Drahtelektrode und der Wandung des Werkstücks hergestellt wird. Dabei wird der Entladungsspalt gemessen. Hieraus wird der Versetzungsgrad errechnet. Der Versetzungsgrad wird gemäß einem vorbestimmten Programm mit einer automatischen Folgesteuereinrichtung errechnet.

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

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Einrichtung zur Durchführung eines herkömmlichen Schneiddraht-ElektroerosionsVerfahrens;

Fig. 2 die Wellenform der Ausgangsimpulse der Stromversorgungseinrichtung der Einrichtung gemäß Fig.1;

Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht der Konfiguration des durch eine Drahtelektrode ausgebildeten Bearbeitungsschlitzes ;

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Fig. 4 eine Draufsicht eines Beispiels eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Werkstücks; Fig. 5 Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 6 eine Stufe der Messung des Entladungsspaltes bei dem Verfahren gemäß Fig. 5;

Fig. 7 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkstückbearbeitungsverfahrens;

Fig. 8 bis 10 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Werkstücke; und

Fig. 11 eine vergrößerte Teilschnittansicht der Konfiguration eines Bearbeitungsschlitzes.

Fig. 4 zeigt die Konfiguration eines Werkstücks 10, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden kann. Das Werkstück 10 erhält eine Ausnehmung mit einer hexagonalen Konfiguration entlang der Linie 100. Ein Werkstück mit einer solchen hexagonalen Ausnehmung dient als Form. Erfindungsgemäß ist es nicht erforderlich, die herkömmliche Testbearbeitung zur Ermittlung der Versetzung durchzuführen. Der Versetzungsgrad kann während des Zugangsschnittes vor der eigentlichen Hauptbearbeitung des Werkstücks unter Ausbildung der gewünschten Werkstückkonfiguration 100 ermittelt werden. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 wird zunächst eine Bohrung 54 im Werkstück ausgebildet. Sodann erfolgt ein Zugangsschnitt 200, bei dem die Drahtelektrode 12 von der Bohrung 54 zur Werkstückkonfiguration 100 geführt wird. Während dieses Zugangsschnittes wird der Versetzungsgrad der Drahtelektrode präzise ermittelt.

Fig. 5 zeigt verschiedene Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung des Versetzungsgrades der Drahtelektrode. Gemäß Fig. 5a wird die Drahtelektrode 12 in die Bohrung 54 des Werkstücks eingeführt, bevor der Zugangsschnitt entlang des mit gestrichelten Linien ange-

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-Jer-

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deuteten Schlitzes 200 ausgeführt wird. Gemäß Fig. 5b wird der Zugangsschnitt gestoppt, sobald die Drahtelektrode sich um eine ausreichende Strecke des ZugangsSchnitts vorwärtsbewegt hat. Während dieses Zugangsschnittes von der in Fig. 5a gezeigten Position zu der in Fig. 5b gezeigten Position stellen sich stabile elektrische Entladungsbedingungen ein. Die Drahtelektrode 12 wird nun um einen vorbestimmten Abstand 1 in den Bearbeitungsschlitz rückwärtsbewegt, wie dies in Fig. 5c gezeigt ist. Die Drahtelektrode entfernt sich dabei von der Stopp-Position des ZugangsSchnitts gemäß Fig. 5b. Nun wird die Drahtelektrode 12 in einer Richtung senkrecht zur Arbeitsrichtung des Zugangsschnitts bewegt, und zwar in der in Fig. 5c gezeigten Position. Die Verschiebung in der senkrechten Richtung wird fortgesetzt, bis die Drahtelektrode 12 die Wandung des Werkstücks 10 berührt. Hierdurch wird die Weite des Entladungsspaltes gemessen. Gemäß Fig. 5d wird die Drahtelektrode 12 nach oben verschoben, bis sie in Kontakt mit der Wandung des Arbeitsschlitzes 52 gelangt. Gemäß Fig. 5e wird die Drahtelektrode 12 nun abwärts verschoben, bis sie in Kontakt mit der gegenüberliegenden Wand des Arbeitsschlitzes gelangt. Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Meßbereichs. Das Zentrum der Drahtelektrode 12 wird gemäß der Pfeillinie Z aufwärts- und abwärtsverschoben und der Verschiebungsabstand c des Zentrums der Drahtelektrode 12 wird gemessen. Hieraus errechnet sich der Entladungsspalt G gemäß der Formel S/2. Der Versetzungsgrad der Drahtelektrode 12 kann aus dem Entladungsspalt und dem Durchmesser der Drahtelektrode 12 errechnet werden. Die obigen Stufen werden unter automatischer Folgesteuerung gemäß einem in einem Computer der Steuereinrichtung 28 gespeicherten Programm durchgeführt. Erfindungsgemäß werden dabei die Unterbrechung des Zugangsschnittes, die Rückwärtsverschiebung der Drahtelek-

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trode 12 und die Messung des EntladungsSpaltes durch Kontaktieren der Drahtelektrode 12 mit den Wandungen des Werkstückes 10 sowie die Errechnung des Versetzungsgrades automatisch durchgeführt.

Nach der Berechnung des Versetzungsgrades wird die Drahtelektrode 12 gemäß Fig. 5f wieder zur Mittelposition zurückbewegt, und sodann wird die Drahtelektrode wiederum im Zugangsschlitz 200 vorwärtsbewegt und die Bearbeitung wird wiederum gestartet und der Zugangsschnitt wird weitergeführt, bis die Drahtelektrode einen Abstand von der gewünschten Werkstückkonfiguration 100 einnimmt, welcher dem errechneten Versetzungsgrad entspricht.

Bei der obigen Ausführungsform wird der Entladungsspalt nur an einer Stelle des Zugangsschnittes 200 gemessen. Es ist Jedoch bevorzugt, die Entladungsspalte mehrmals in verschiedenen Positionen im Zugangsschnittbereich L zu ermitteln.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit einer numerischen Steuerungseinrichtung durchgeführt werden. Im folgenden sollen die Befehle des numerischen Steuerbandes anhand der Fig. 7 erläutert werden.

N001G90 - Absolutwertsbefehl (N001: Folgezahl) N002G92Xx0Yy0 - Koordinatenursprung im Punkt P_Q N003G1Xx1Yy1 - lineare Verschiebung zum Punkt P₁

(stabile Elektroerosion)

N004M00 - Programmstopp: Bearbeitungsunterbrechung N005G42Xx2Yy2 - lineare Verschiebung zu P^ nach

Ermittlung des Versetzungsgrades

NOO6G1Xx3Yy3 - lineare Verschiebung zu P^.

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Bei obigem Programm wird der Versetzungsgrad auf manuelle Weise ermittelt. Zum Zeitpunkt des Programmstopps wird die Drahtelektrode um einen vorbestimmten Abstand 1 gemäß Fig. 7 manuell rückwärts verschoben. In der nun erreichten Position wird die Drahtelektrode senkrecht zur Bearbeitungsrichtung verschoben, um die Weite des Entladungsspaltes zu messen. Der Meßwert wird in die numerische Steuerungseinrichtung eingegeben und die Berechnung des Versetzungsgrades wird automatisch durchgeführt. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren leicht durchgeführt werden, indem man die Folgesteuerung mit der numerischen Steuerung kombiniert.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch auch mit Hilfe eines NC-Bandes mit der numerischen Steuerungseinrichtung durchgeführt werden. Dabei werden die folgenden Befehle vorgesehen:

NOO1G9O - Absolutswertbefehl (N001: Folgeziffer) N002G92XxOYyO - Koordinatenursprung des Punkts P_Q N003G42Xx2Yy2 - lineare Verschiebung zu P^ nach Ermittlung des Versetzungsgrades

NOO4G1Xx3Yy3 - lineare Verschiebung zum Punkt P₅

Wenn der Befehl N003G42Xx2Yy2 gegeben wird, so erfolgt die automatische Folgesteuerung mit dem Computer der numerisch gesteuerten Einrichtung und die Drahtelektrode wird automatisch zu den Koordinaten des Punktes P^ verschoben. Sodann wird die Drahtelektrode automatisch um einen vorbestimmten Abstand 1 rückwärtsverschoben. Der Versetzungsgrad wird in dieser Position automatisch gemessen. Danach wird die Elektroerosionsbearbeitung in Abhängigkeit von dem ermittelten Versetzungsgrad durchgeführt. Erfindungsgemäß kann die Ermittlung des Versetzungsgrades automatisch mit Hilfe eines einfachen, numerischen Steuerstreifens durchgeführt werden.

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Fig. 8 zeigt eine weitere Konfiguration des Werkstücks 10 für die Ermittlung des Versetzungsgrades. Dabei erhält das Werkstück 10 eine hexagonale Ausnehmung 100; es dient als Form. Die Bohrung 54 wird innerhalb der hexagonalen Konfiguration 100 ausgebildet und der Zugangsschnitt 200 wird von dieser Bohrung 54 bis zur Linie der Werkstückkonfiguration 100 ausgeführt. Bei der Ausführungsform gemäß Fig.8 dient der Zugangsschnitt 200 dem gleichen Zweck wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4. Während des Zugangsschnittes wird der Versetzungsgrad in der beschriebenen Weise automatisch durchgeführt.

Die Ausführung des Zugangsschnittes ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere muß die Ermittlung des Versetzungsgrades nicht unbedingt im Zugangsschnitt erfolgen. Vielmehr kann der Versetzungsgrad in jeder beliebigen Schnittposition in einem Abfallbereich des Werkstücks außerhalb der Werkstückskonfiguration erfolgen.

Gemäß den Fig. 9 und 10 können die Schnitte in den Abfallbereichen des Werkstücks jeweils in gewünechten Positionen außerhalb der Werkstückskonfiguration des Werkstücks 10 erfolgen, derart,daß diskrete, lineare Schnittbereiche oder gekrümmte Schnittbereiche gebildet werden. Insbesondere kann der Zugangsschnitt aus mehreren diskreten Schnitten bestehen, und zwar zum Zweck der präzisen Ermittlung der Versetzungsdaten für eine zweidimensionale Bearbeitung in zwei Richtungen. Dies ist wichtig im Falle unterschiedlicher elektrischer Entladungsspalte zwischen dem Werkstück 10 und der Drahtelektrode 12 in den beiden Richtungen der X-Achse und der Y-Achse oder in den Vorwärtsrichtungen.

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Im praktischen Betrieb zeigt der Bearbextungsschlitz 52 des Werkstücks 10 gemäß Fig. 11 unterschiedliche Weiten entlang der axialen Richtung der Drahtelektrode 12. Diese unterschiedlichen Weiten des Schlitzes bleiben während der Verarbeitung im wesentlichen erhalten. Daher kann man eine stabile Bearbeitungskonfiguration mit höchster Genauigkeit erzielen, indem man die Weite des Schlitzes in einer beliebigen Position festlegt oder ermittelt.

Erfindungsgemäß ist es somit nicht erforderlich, in herkömmlicher Weise eine Testbearbeitung durchzuführen. Vielmehr kann die Ermittlung der Versetzung der Drahtelektrode mit höchster Genauigkeit in kürzester Zeit durchgeführt werden. Darüberhinaus eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren hervorragend zur vollautomatischen Elektroerosionsbearbeitung.

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Claims

Patentansprüche

π.J Schneiddraht-Elektroerosionsverfahren zur Erzeugung einer gewünschten Werkstückkonfiguration durch Relativbewegung zwischen dem Werkstück und einer Drahtelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schnitt in einem Abfallbereich des Werkstücks außerhalb der Werkstückkonfiguration ausgeführt wird und gestoppt wird, worauf die Drahtelektrode um einen vorbestimmten Abstand rückwärtsverschoben wird und sodann in einer Richtung senkrecht zur Bearbeitungsrichtung verschoben wird, bis die Drahtelektrode die Wandung des Werkstücks berührt, worauf aus der gemessenen Spaltweite der Betrag der Versetzung der Drahtelektrode relativ zur gewünschten Werkstückkonfiguration errechnet wird.
2. Schneiddraht-Elektroerosionsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnitt in einem Abfallbereich des Werkstücks als Zugangsschnitt von einer Bohrung zur Initiierung der Bearbeitung bis zur Werkstückkonfiguration ausgeführt wird.
3. Schneiddraht-Elektroerosionsverfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Entladungsspaltweite mehrmals in verschiedenen Positionen des Werkstückabfallbereichs durchgeführt wird.
4. Schneiddraht-Elektroerosionsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Versetzungsgrad der Drahtelektrode durch automatische Folgesteuerung nach einem vorbestimmten Programm ermittelt wird.

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5. Schneiddraht-Elektro erosions verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtelektrode zur Messung der Entladungsspaltweite in einer Richtung senkrecht zur Arbeitsrichtung hin- und herverschoben wird, bis die Drahtelektrode die beiden Wandungen des Bearbeitungsschlitzes berührt, worauf der Versetzungsgrad der Drahtelektrode automatisch aus der ermittelten Entladungsspaltweite und dem Durchmesser der Drahtelektrode errechnet wird.

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