DE3029971C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks durch elektrische Entladung mit einer bewegbaren Elektrode und dem Werkstück als Gegenelektrode, mit einem Hauptantrieb für eine Hauptbearbeitungsbewegung zwischen Elektrode und Werkstück und mit einem zusätzlichen Antrieb für zusätzliche Bearbeitungsbewegungen zwischen Elektrode und Werkstück in einer die Richtung (Z-Achse) der Hauptbearbeitungsbewegung kreuzenden Ebene (X-Y-Ebene).

Eine Bearbeitungsvorrichtung der vorgenannten Gattung ist aus DE 27 54 261 A1 bekannt.

Eine ähnliche Bearbeitungsvorrichtung ist in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung 3594/1966 beschrieben. Das dort beschriebene Verfahren ermöglicht eine Anzahl von Bearbeitungsschritten, nämlich eine Grobbearbeitung, eine Zwischenbearbeitung, eine einleitende Endbearbeitung, eine abschließende Bearbeitung einschließlich einer Feinbearbeitung kontinuierlich mit einem einzigen, als Elektrode ausgebildeten Werkzeug.

Aus DE 26 14 765 A1 ist bekannt, bei der dort offenbarten Bearbeitungsvorrichtung die jeweilige Lage der Elektrode durch einen Anzeiger anzuzeigen.

Im allgemeinen wird bei den Grobbearbeitungen eine erste Bearbeitungsbewegung in Richtung der Z-Achse verwendet und das Werkstück wird mit einem großen Strom bearbeitet, wodurch die vom Werkstück entfernte Werkstoffmenge, d. h. die "Bearbeitungsbreite" verhältnismäßig groß ist. Andererseits wird bei den übrigen Bearbeitungsschritten bis zur feinen Endbearbeitung der Entladestrom allmählich verringert und infolgedessen wird die Bearbeitungsbreite verkleinert. Bei diesen Bearbeitungsschritten wird durch die erwähnte zusätzliche Bearbeitungsbewegung in der X-Y-Ebene die bearbeitete Oberfläche flach und glatt, während die Abnahme der Bearbeitungsbreite mit dem aus einer einzelnen Elektrode bestehenden Werkstück korrigiert wird.

Bei einer bekannten, mit elektrischer Entladung arbeitenden Bearbeitungsmaschine, die die Möglichkeit einer zusätzlichen Bearbeitungsbewegung aufweist, können Werkstückteilchen und zersetzte Bestandteile eines isolierenden Arbeitsmediums, welches durch die Hochtemperatur-Lichtbögen während der elektrischen Entladung zersetzt wurde und die sich in einem Entladungsspalt ansammeln können, durch eine Pumpwirkung des Arbeitsmediums als Folge der zusätzlichen Bearbeitungsbewegung entfernt werden, wodurch die bearbeitete Oberfläche eine erwünschte Glätte erhält.

Fig. 1 zeigt eine Bearbeitung, die unter Verwendung eines bekannten Verfahrens erzielt wurde, bei welchem ein Werkstück 12 mittels einer Elektrode bearbeitet wird, die im Schnitt ein ungleichseitiges Dreieck bildet. Eine zusätzliche Bearbeitungsbewegung in der X-Y-Ebene wird der Elektrode 10 erteilt, die eine Bahn- oder Kreisbewegung durchführt. Der Radius der Kreisbewegung ist in Fig. 1 mit R angegeben. Dieses bekannte Verfahren kann die gleiche Wirkung erzielen, die bei der Verwendung einer Elektrode mit einem größeren Radius R, im Vergleich zur Elektrode 10, erreicht wird. Jedoch ist das bekannte Verfahren bezüglich folgender Punkte noch nachteilig. Wie sich aus Fig. 1 ergibt, werden die Ecken der Bögen mit einem Radius R bearbeitet, d. h. da die Bearbeitungsformgebung sich extrem von der Formgebung der Elektrode 10 unterscheidet, ist es mit dem üblichen Verfahren unmöglich, die elektrische Entladungsbearbeitung mit sehr hoher Genauigkeit durchzuführen.

Eine Anzahl zusätzlicher Vorschubverfahren sind vorgeschlagen worden, um die Schwierigkeiten zu beseitigen, die bei einer gleichförmigen Bewegung auftreten. Eine dieser zusätzlichen Vorschubverfahren ist in Fig. 2 dargestellt, gemäß welcher eine Elektrode 10 gegenüber einem Werkstück 12 um einen gleichen Betrag und in radialer Richtung gegen die Ecken hin bewegt wird: Gemäß Fig. 2 sind die radialen Bewegungen gegen die Ecken hin durch Vektoren , und angezeigt, wovon jeder die Größe R aufweist. Wie jedoch aus Fig. 2 hervorgeht, unterscheidet sich die Bearbeitungsformgebung erheblich von der Formgebung der Elektrode 10 im Hinblick auf die erhaltenen Eckwinkel, selbst wenn die radialen relativen Bewegungen im Einklang mit den üblichen Verfahren durchgeführt werden. Somit ist es bei dem üblichen Verfahren noch nicht möglich, eine elektrische Entladungsbearbeitung mit hoher Genauigkeit durchzuführen. Ein weiteres bekanntes, zusätzliches Vorschubverfahren ist in Fig. 3 dargestellt, welches eine Verbesserung des Verfahrens nach Fig. 2 darstellt. Beim Verfahren nach Fig. 3 werden die Seiten A, B und C einer dreieckförmigen Elektrode gegenüber dem Werkstück mit einem Ähnlichkeitsmaßstabsfaktor k bewegt. Jedoch ist dieses Verfahren insofern nachteilig, als mit Ausnahme des Falles, bei dem die Elektrode 10 im Schnitt ein gleichförmiges Dreieck darstellt, die Bearbeitungsbreiten α, β und γ zwischen dem Werkstück 12 und der Elektrode 10 sich voneinander unterscheiden und daher die erhaltene Bearbeitungsformgebung nicht der Formgebung der Elektrode 10 entspricht. Anders ausgedrückt, beim üblichen Verfahren nach Fig. 3 sind die Breiten α, β und γ, welche wegen der zusätzlichen Bearbeitungsbewegung gegenüber der tatsächlichen Formgebung der Elektrode vergrößert sind, untereinander verschieden, abhängig von der Formgebung der Seiten. Infolgedessen können gleichförmig bearbeitete Oberflächen nicht durch eine Anzahl elektrischer Entladungsbearbeitungsvorgänge, ausgehend von einer Grobbearbeitung bis zu den Feinbearbeitungen, erhalten werden. Das heißt, die bearbeiteten Oberflächen weisen keine ausreichend hohe Oberflächenglattheit auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bearbeitungsvorrichtung der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, daß eine visuelle Überprüfung der zweidimensionalen Relativbewegung zwischen Elektrode und Werkstück möglich ist und die Bewegungsrichtung der Elektrode relativ zum Werkstück in der Ebene der zweidimensionalen Bewegung auf einfache Weise vorgegeben werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüchen.

Die erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung eröffnet die Möglichkeit, den momentanten Bearbeitungsvorgang kontinuierlich und genau zu überwachen, was auch für eine abschließende Feinbearbeitung des Werkstücks gilt. Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung die exakte Steuerung der Relativbewegung zwischen Elektrode und Werkstück in allen Richtungen der Bewegungsebene.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand von Fig. 4 bis 12 der Zeichnungen näher beschrieben.

Zunächst wird das mit der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung verwendete Verfahren in Verbindung mit Fig. 4 näher erläutert.

In Fig. 4 wird die von einer Elektrode 10 erzeugte Bearbeitungsformgebung durch gerade Linien A′, B′ und C′ angegeben, die parallel zu den entsprechenden Seiten der Elektrode 10 liegen und einen Abstand R von den entsprechenden Seiten der Elektrode 10 aufweisen. Die geraden Linien A′, B′ und C′ kreuzen sich jeweils an den Punkten P₁, P₂ und P₃. Die Elektrode 10 weist Scheitelpunkte q₁, q₂ und q₃ und Winkel R₁, R₂ und R₃ auf.

Unter den zusätzlichen Bearbeitungsbewegungsvektoren , und zur Bewegung der Seiten A, B und C der Elektrode 10 um gleiche Beträge R nach außen wird beispielsweise der Vektor beschrieben. Die Linien A′ und B′ umfassen die Schnittpunkte r₂ und r₁, die erhalten werden, in dem Senkrechte einer Länge R ausgehend von den Scheitelpunkten q₁ jeweils auf die Linien A′ und B′ aufgetragen werden. Das Rechteck P₁r₂q₁r₁ ist ein Quadrat. Wird der Scheitelpunkt q₁ um die Länge des Vektors verschoben, so wird der Scheitelpunkt q₂ zum Punkt q₂′ bewegt. Der Winkel des Parallelogramms P₁q₁q₂q₂′ am Scheitelpunkt q₂ beträgt R₁/2. Daher hat der Vektor ein Azimuth entsprechend R₂ + R₁/2 und eine Größe gleich R/sin (R₁/2). Durch entsprechende Berechnungen ergeben sich für die anderen Bewegungsvektoren und Azimuth- und Größenwerte gemäß Fig. 5. Erfolgt die relative Verschiebung zwischen Elektrode 10 und dem Werkstück 12 durch die zusätzliche Bearbeitungsbewegung in der X-Y-Ebene entsprechend den Vektoren , und , so wird eine zufriedenstellende Bearbeitungsformgebung erhalten, die mit der Formgebung der Elektrode 10 übereinstimmt und insbesondere mit der Winkelausbildung entsprechend dieser Elektrode.

Fig. 6 zeigt kontinuierliche Vektoren, zusätzliche Bearbeitungsvektoren, die durch Umwandlung der Vektoren , und erhalten werden. In diesem Falle kann eine gewünschte Bearbeitungsformgebung erhalten werden, indem relative Bewegungen entsprechend den Vektoren nach Fig. 6 der Elektrode 10 und dem Werkstück 12 erteilt werden. Jedoch wird darauf hingewiesen, daß in der Praxis eine verhältnismäßig komplexe Technik benötigt wird, um die vorausgehend beschriebenen Vektorberechnungen durchzuführen und den Ort des Elektrodenwerkzeugs entsprechend der Vektorberechnung zu steuern.

Der Grund hierfür ist, daß die Formgebung der Elektrode 10 nicht immer auf das vorausgehend erwähnte Dreieck beschränkt ist und häufig komplizierter ist. Bei einer Elektrode mit komplizierter Formgebung können die vorausgehend aufgeführte Vektorberechnung und Ortssteuerung nur durch eine sogenannte "N/C-Steuerung" vorgenommen werden, die in beträchtlichem Umfang eine komplexe Rechnerausstattung und/oder den Einsatz von Computerprogrammen erfordert.

Bei einem in der Praxis erprobten elektrischen Entladungs- Bearbeitungsvorgang beträgt der Entladungsspalt etwa 10 bis 100 µm und die Elektrode neigt dazu, abhängig von ihrer Formgebung sich ungleichmäßig zu verbrauchen. Daher werden die Bewegungsvektoren durch die Winkel, die Dicke und die Fläche der Elektrode bestimmt, anstatt nur durch eine Vektorberechnung. In den meisten Fällen werden die Bewegungsvektoren graphisch ermittelt.

Die Erfindung betrifft ferner eine Steuervorrichtung für die unter elektrischer Entladung erfolgende Bearbeitung, um die Bewegung der Relativstellung einer Elektrode und eines Werkstücks so zu steuern, daß die Relativstellung von Elektrode und Werkstück nicht nur in der Hauptrichtung geändert werden, in welcher das Werkstück mit der Elektrode bearbeitet wird, sondern auch in einer zur Z-Achse senkrechten Ebene, ohne daß die Elektrode gedreht wird, während ein vorgegebener Entladungsspalt der Bearbeitung von typischerweise 10 bis 100 µm zwischen Elektrode und Werkstück aufrechterhalten wird.

Wie in der vorausgehend aufgeführten japanischen Patentanmeldung 3594/1966 bezüglich der Relativbewegung von Elektrode und Werkstück in der X-Y-Ebene ausgeführt ist, wird die Elektrode längs einer umlaufenden Bahn oder einer sternförmigen Bahn (Radialbewegung) geführt, so daß das Werkstück eine größere oder kleinere Größe im Vergleich zur Größe der Elektrode erhält. Die Größe der Relativbewegung bei diesen Bearbeitungsvorgängen ist ziemlich klein und beträgt typischerweise nur 50 bis 500 µm entsprechend einem sogenannten "Endbearbeitungsspiel".

Neuerdings wurde eine numerische Steuerung verwendet, um eine vorausgehend erwähnte Bahn für die Bewegung von Elektrode und Werkstück zu erzielen, wobei das Werkstück selbsttätig durch Steuerung der Bewegung eines Arbeitstisches bearbeitet wird, auf welchem das Werkstück befestigt ist oder durch Bewegung eines Werkzeugkopfs, auf dem die Elektrode in der X-Y-Ebene befestigt ist. In einer derartigen numerischen Steuerung wird der gewünschte Ort auf einem Papierband im voraus programmiert, welches in die numerische Steuerung eingegeben wird. Die Koinzidenz des programmierten Orts mit dem gewünschten Ort kann durch Bewegung des Arbeitstisches ohne tatsächlichen Bearbeitungsvorgang am Werkstück überprüft werden. Jedoch macht es erhebliche Schwierigkeiten, visuell zu bestätigen, ob der programmierte Ort mit dem gewünschten Ort übereinstimmt, da die Größe der relativen Bewegung, wie vorausgehend erwähnt wurde, sehr gering ist. Nachdem die Bearbeitung des Werkstücks begonnen hat, ist es im wesentlichen unmöglich, den Ort zu überprüfen. Daher kann die Brauchbarkeit der Bearbeitungsvorgänge erst festgestellt werden, nachdem der Bearbeitungsvorgang beendet wurde.

Der Erfindung liegt deshalb ferner die Aufgabe zugrunde, eine Steuerung für eine elektrische Entladungsbearbeitung zu schaffen, bei welcher ein Ort einer geringen Verschiebung vergrößert wird, damit er visuell überprüft werden kann und bei welcher eine zweidimensionale Bewegung in der X-Y-Ebene von Elektrode und Werkstück an einer Anzeigevorrichtung, wie beispielsweise einer Kathodenstrahlröhre, angezeigt wird.

Unter Berücksichtigung der vorausgehenden Erörterungen soll daher durch die Erfindung eine Bearbeitungsvorrichtung mittels elektrischer Entladung geschaffen werden, bei welcher die gewünschten Bewegungsvektoren aus einer Anzeigevorrichtung angezeigt werden, in welcher eine zusätzliche Bearbeitungsbewegungsebene auf einer X- und Y-Achse angegeben wird, und in welcher die Bewegungsvektoren als Daten in einem Speicher voreingestellt bleiben und die zusätzliche Bearbeitungsbewegung entsprechend den im Speicher voreingestellten Bewegungsvektoren ausgeführt wird.

Die genannte Aufgabe sowie weitere Aufgabenstellungen werden mittels einer mit elektrischer Entladung arbeitenden Bearbeitungsvorrichtung gelöst, bei welcher ein elektrischer Strom einer Elektrode und einem Werkstück zugeführt wird, wobei ein flüssiges Arbeitsmedium den Spalt zwischen der Elektrode und dem Werkstück füllt, und eine Hauptbearbeitungsbewegung in einer Hauptbearbeitungsrichtung und eine zusätzliche Bearbeitungsbewegung in einer Ebene senkrecht zur Hauptbearbeitungsrichtung für die Elektrode und das Werkstück durchgeführt werden und der Spalt zwischen Elektrode und Werkstück zwecks Aufrechterhaltung eines bevorzugten elektrischen Entladespalts gesteuert werden und in welcher eine Eingabevorrichtung mit einer Anzeigevorrichtung vorgesehen ist, in welcher die zusätzliche Bearbeitungsbewegungsebene auf einer X- und Y-Achse angezeigt wird und eine Befehlsvorrichtung zur Erteilung eines Befehls für einen zusätzlichen Bearbeitungsbewegungsvorgang dient, bei welchem ein gewünschter Bewegungsvektor auf einer Bewegungsebene beschrieben wird, die auf der Anzeigevorrichtung zur Bewegung des Werkstücks gegenüber der Elektrode angezeigt wird, um einen gewünschten Teil des Werkstücks zu bearbeiten, und in welcher ferner ein Speicher zur Voreinstellung von Daten eines zusätzlichen Bearbeitungsvorgangs entsprechend den im Speicher voreingestellten Daten voreingestellten Daten vorhanden ist.

Die erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung ist gekennzeichnet durch einen Hauptantrieb zur Durchführung einer ersten Bearbeitungsbewegung und zur Bearbeitung des Werkstücks in einer Hauptbearbeitungsrichtung, wobei die Elektrode dem Werkstück gegenüberliegt, einen zusätzlichen Antrieb zur Durchführung einer zweiten Bearbeitungsbewegung zur Bearbeitung des Werkstücks, indem die Elektrode relativ zum Werkstück in einer Ebene bewegt wird, welche die Hauptbearbeitungsrichtung schneidet, eine Steuereinrichtung zur Aufrechterhaltung eines Spalts vorgegebener Größe zwischen Elektrode und Werkstück und einer Anzeigevorrichtung zur Ermittlung von Verschiebungen der zusätzlichen Bearbeitungsbewegung in der genannten Ebene zwecks Anzeige dieser Verschiebungen in vergrößertem Maßstab, wobei der Mittelpunkt der Verschiebung einen Nullpunkt bildet.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 erläuternde Diagramme für die Beschreibung eines bekannten zusätzlichen Bearbeitungsbewegungsverfahrens,

Fig. 4 bis 6 erläuternde Diagramme zur Beschreibung eines verbesserten zusätzlichen Vorschubverfahrens des Stands der Technik,

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung mittels elektrischer Entladung,

Fig. 8 ein Schaltbild, das einen Teil der in Fig. 7 dargestellten Vorrichtung darstellt,

Fig. 9 ein Blockschaltbild einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung mittels elektrischer Entladung,

Fig. 10 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß verwendbaren Elektrode und

Fig. 11 und 12 schematische Darstellungen einer dritten und vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen, mit elektrischer Entladung arbeitenden Bearbeitungsvorrichtung.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen, mit elektrischer Entladung arbeitenden Bearbeitungsvorrichtung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 7 bis 10 beschrieben.

Eine erste Ausführungsform der mit elektrischer Entladung arbeitenden Bearbeitungsvorrichtung ist in Fig. 7 dargestellt. Eine Elektrode 10 ist einem Werkstück 12 gegenüberliegend angeordnet, das fest auf einem Arbeitstisch 14 aufgebracht ist. Die Elektrode 10 wird in Z- oder Hauptbearbeitungsrichtung bewegt. Eine Stromversorgung 16 liefert eine impulsförmige, zur Bearbeitung dienende Entladungsspannung Vg an die Elektrode 10 und das Werkstück 12, damit unter elektrischer Entladung ein Bearbeitungsvorgang im Spalt zwischen der Elektrode 10 und dem Werkstück 12 erfolgt. Der Arbeitstisch 14 ist mit einem X-Achse-Antriebsmotor 18 und einem Y-Achse-Antriebsmotor 20 versehen, so daß das Werkstück 12 relativ zur Elektrode bewegt werden kann, indem zwecks Durchführung der zusätzlichen Bearbeitungsbewegung zur Durchführung der Bearbeitung Vektorantriebssignale den Motoren 18 und 20 zugeführt werden.

Eine Kathodenstrahlröhre 22 dient als Anzeigevorrichtung, welche die Ausgangssignale von Adreßzählern 24 und 26 über Digital-Analog-Umsetzer 28 und 30 sowie Verstärker 32 und 34 erhält. Infolgedessen wird auf der Kathodenstrahlröhre 2 ein Elektronenstrahl in horizontaler und vertikaler Richtung geführt, so daß die relativen Positionen von Elektrode 10 und Werkstück 12 auf einem X-Y-Koordinatensystem angezeigt werden. Der Adreßzähler 24 bestimmt die Abtastlinienlage in Richtung der Horizontalachse. Zu diesem Zweck zählt der Adreßzähler die ausgangsseitigen Taktimpulse eines Oszillators 36 bis zu einem Maximalwert Nx entsprechend der Anzahl der Bitelemente auf der Horizontalachse der Kathodenstrahlröhre 22. Andererseits bestimmt der Adreßzähler 26 eine Abtastlinienlage in Vertikalachse- Richtung der Kathodenstrahlröhre 22. Der Adreßzähler 26 ist mit dem Adreßzähler 24 in Kaskade geschaltet, so daß der um eine Einheit weitergeschaltet wird, so oft der Zähler 24 bis Nx zählt. Der Zähler 26 zählt bis zu einem Maximumwert Ny entsprechend der Anzahl der horizontalen Abtastlinien. Nx × Ny Taktimpulse sind erforderlich, um ein Halbbild von Daten auf der Kathodenstrahlröhre 22 anzuzeigen.

Da die Zähler 24 und 26 ihre Zählungen wiederholt vornehmen, beispielsweise von 0, 1, 2, . . . bis Nx, und 0, 1, 2, . . . bis Ny, ist es erforderlich, eine Bildwechselperiode für die Anzeige bei ungefähr 50 ms festzulegen, um ein Flimmern des angezeigten Bilds auf der Kathodenstrahlröhre 22 zu vermeiden. Entsprechend soll die Frequenz der vom Oszillator 36 abgegebenen Taktimpulse mindestens (1000/50) × N× × Ny Hz sein.

Gemäß Fig. 7 ist ein digitaler Speicher 38 vorgesehen. Wird ein Signal mit hohem Pegel der Schreibklemme WD des digitalen Speichers 38 zugeführt, so werden in diesem Speicher Daten gespeichert. Wird ein Signal mit hohem Pegel der Ausleseklemme RD des Speichers 38 zugeführt, so werden Daten aus dem Speicher 38 ausgelesen.

Gemäß Fig. 7 ist ferner eine Anzeigevorrichtung 40, insbesondere ein Lichtgriffel vorgesehen, dessen Schaltung in Fig. 8 dargestellt ist. Der Lichtgriffel 40 hat eine Klemme WR, die mit der Klemme WD des Speichers 38 verbunden ist, sowie eine Klemme D, die an die Klemme D des Speichers 38 angeschlossen ist. Die Klemme D des Lichtgriffels 40 ist über einen Widerstand an eine Stromversorgung +Vcc angeschlossen und über einen Schalter SW1 44 geerdet. Die Klemme WR des Lichtgriffels 40 ist mit der Ausgangsklemme einer UND-Schaltung 46 verbunden, welche als Eingänge drei Signale A, B und C erhält. Das Signal A nimmt einen hohen Logikpegel H nur dann an, wenn der Schalter SW2 48 eingeschaltet ist. Das Signal B nimmt einen H-Wert an, so oft der Oszillator 36 seinen ausgangsseitigen Taktimpuls liefert. Das Signal C nimmt einen H-Wert nur dann an, wenn ein Phototransistor 50 am Ende des Lichtgriffels 40 leitend wird. Wird daher die Spitze des Lichtgriffels 40 nahe an einem mitgegebenen Punkt des Bildschirms der Kathodenstrahlröhre 22 bei eingeschaltetem Schalter 48 gehalten, so wird der Phototransistor 50 durch den Abtaststrahl periodisch leitend gemacht, welcher periodisch durch den in Frage stehenden Punkt tritt, wodurch das H-Signal an der Klemme WR synchron mit der Leitung des Phototransistors 50 geliefert wird. Falls bei diesem Vorgang der Schalter 44 abgeschaltet wird, so wird die X-Y-Adresse auf der Kathodenstrahlröhre des Punkts, an dem der Lichtgriffel gehalten wird, in eine Adresse im Speicher eingeschrieben. In gleicher Weise werden die Adressen gegebener Punkte, beispielsweise der Punkte, welche gemäß Fig. 4 den Bewegungsvektor bestimmen, aufeinanderfolgend im Speicher 38 durch Anzeichnen derselben mit dem Lichtgriffel eingespeichert. Die auf diese Weise im Speicher eingeschriebenen Daten können durch Anzeichnen der zu löschenden Punkte mit dem Lichtgriffel gelöscht werden, nachdem der Schalter 44 abgeschaltet wurde.

Eine UND-Schaltung 52 ist zum Schalten der Helligkeit der Kathodenstrahlröhre 22 vorgesehen. Die Helligkeit eines auf der Kathodenstrahlröhre 22 wiedergegebenen Bildes wird durch eine Helligkeitsspannung bestimmt, die einer Helligkeits-Eingangsklemme (VIDEO) zugeführt wird. Befindet sich die UND-Schaltung 52 im ausgeschalteten oder gesperrten Zustand, so ist die Helligkeitsspannung niedrig, nämlich

r₂/(r₂ + r₂) · V_cc = 1/2 V_cc,

und die Helligkeit ist niedrig. Befindet sich andererseits die UND-Schaltung im eingeschalteten oder offenen Zustand, so ist die Helligkeitsspannung hoch und die Helligkeit ist hoch. Zu solchen Zeitpunkten liegt das H-Signal an der Klemme D des Speichers 38, wenn die Abtastlinie der Kathodenstrahlröhre 22 durch einen Punkt auf der Kathodenstrahlröhre 22 tritt, dessen Adresse gespeichert wurde, indem der Lichtgriffel gegen den Bildschirm an der Stellung jenes Punktes gelegt wird. Dieses H-Signal öffnet die UND-Schaltung 52 mittels eines Taktimpulses, der vom Oszillator 36 ausgegeben wird, womit der entsprechende Punkt an der Kathodenstrahlröhre 22 erhellt wird.

Die mit elektrischer Entladung arbeitende Bearbeitungsvorrichtung weist ferner einen X-Achse-Abtast- und Haltekreis 54 und einen Y-Achse-Abtast- und Haltekreis 56 auf. Nur wenn die UND-Schaltung 52 geöffnet ist, sind die Tore der Abtast- und Haltekreise 54 und 56 geöffnet, so daß die Abtast- und Haltekreise 54 und 56 die Ausgangsspannungen Ex und Ey halten und abgeben, die den X und Y Koordinaten entsprechen, die jeweils von den D/A-Umsetzern 28 und 30 ausgegeben werden. Die Spannungen Ex und Ey werden gehalten bis die UND-Schaltung 52 erneut geöffnet wird. Die Spannungen Ex und Ey, die von den Abtast- und Haltekreisen 54 und 56 abgegeben werden, werden durch primäre Verzögerungsanordnungen 58 und 59 in Spannungen Vcx und Vcy umgewandelt, wobei jede dieser Verzögerungsanordnungen aus einem Widerstand R und einem Kondensator C besteht. Die Spannungen Vcx und Vcy werden jeweils Additionspunkten 62 und 64 zugeführt. Die Spannungen Vcx und Vcy lassen sich durch folgende Gleichungen darstellen:

wobei Ex₀ und Ey₀ die Spannungen sind, welche vorliegen, bevor die Tore der Abtast- und Haltekreise 54 und 56 geöffnet sind, Ex₁ und Ey₁ die Spannungen darstellen, welche erneut bei geöffneten Toren gehalten werden und t die Zeit darstellt, welche nach der Öffnung der Tore verstreicht.

Wie aus obigen Gleichungen hervorgeht, sind die sich ändernden Bestandteile der Spannungen Vcx und Vcy jeweils das Produkt aus einer Spannung und einer Funktion, die sich nur abhängig von der Zeit ändert, d. h.

und die Zeitabhängigkeit der beiden Gleichungen ist dabei dieselbe. Somit steigern die Spannungen Vcx und Vcy an oder verringern sich in völlig linearer Weise in bezug aufeinander.

Lagedetektoren 66 und 68 sind vorgesehen, um die relativen Stellungen der Elektrode 10 und des Werkstücks 12 in X- und Y-Richtung in analoge Spannungen Vx und Vy umzuwandeln, die jeweils den Additionspunkten 62 und 64 zugeführt werden. Die Lagedetektoren bestehen beispielsweise aus Differenzwandlern.

An den Additionspunkten 62 und 64 werden die Detektorausgangsspannungen der Lagedetektoren 66 und 68 mit den Ausgangsspannungen Vcx und Vcy der Abtast- und Haltekreise 54 und 56 miteinander verglichen und die resultierenden Differenzkomponenten werden über Verstärker 70 und 72 jeweils den Motoren 18 und 20 zugeführt. Somit werden die Motoren 18 und 20 entsprechend den gespeicherten Punkten, nämlich den im Speicher 38 gespeicherten Bewegungsvektoren angetrieben.

Um mit der mit elektrischer Entladung arbeitenden, vorausgehend beschriebenen Bearbeitungsvorrichtung eine zusätzliche Bearbeitungsbewegung, beispielsweise im Einklang mit der Bewegung des Vektors vorzunehmen, werden die den Vektor bestimmenden Punkte mit dem Griffel 40 auf der Kathodenstrahlröhre 22 eingetragen. Bei diesem Vorgang sollten die Schalter 44 und 48 des Lichtgriffels 40 jeweils ab- und eingeschaltet sein.

In beschriebener Weise werden die den Vektor bestimmenden Punkte in Form von Daten im Speicher 38 gespeichert. Sooft daher die Abtastlinie über einen bezeichneten Punkt auf der Kathodenstrahlröhre 22 hinwegtritt, liefert der Speicher 38 das H-Signal an der Klemme D synchron mit dem vom Oszillator kommenden Taktimpuls, um dadurch die UND- Schaltung 52 zu öffnen. Wie vorausgehend beschrieben wurde, wird bei geöffneter UND-Schaltung 52 die Helligkeit des Abtaststrahls auf der Kathodenstrahlröhre 22 erhöht und die Tore der Abtast- und Haltekreise 54 und 56 sind geöffnet. Daher wird der im Speicher gespeicherte Punkt sichtbar auf der Kathodenstrahlröhre 22 erhellt und die Spannungen Ex und Ey entsprechend den X- und Y-Koordinaten des Punktes werden durch die Abtast- und Haltekreise 54 und 56 gehalten. An den Additionspunkten 62 und 64 werden die Ausgangsspannungen Vcx und Vcy von den Abtast- und Haltekreisen 54 und 56 mit den Detektorspannungen aus den Lagedetektoren 66 und 68 verglichen und die resultierenden Differenzkomponenten werden über die Verstärker 70 und 72 den Motoren 18 und 20 zum Antrieb derselben zugeführt. Da in diesem Fall die Spannungen Vcx und Vcy in bezug aufeinander völlig linear ansteigen oder sich verkleinern, wie vorausgehend beschrieben wurde, erfolgt die Relativbewegung von Elektrode 10 und Werkstück 12 mittels der Motoren 18 und 20 in linearer Weise in bezug auf den Bewegungsvektor .

Die vorausgehend erwähnte relative Vorschubgeschwindigkeit kann nach Wunsch durch Veränderung der Taktimpulsfrequenz des Oszillators 36 verändert werden. Wird daher die mittels elektrischer Entladung arbeitende Bearbeitungsvorrichtung derart entworfen, daß die Taktimpulsfrequenz durch den Unterschied zwischen der Funktion des Bearbeitungsspalts zwischen Elektrode 10 und Werkstück 12 gesteuert wird, was durch Differenzbildung zwischen der durchschnittlichen Bearbeitungsspannung Vg und einer Bezugsspannung Vr erreicht werden kann, so läßt sich bei unverändertem Bearbeitungsspalt ein komplizierter Bearbeitungsort erreichen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen, mit elektrischer Entladung arbeitenden Bearbeitungsvorrichtung ist in Fig. 9 dargestellt. Bei dieser Ausführung ist der Ausgang eines Speichers 38 mit einem digitalen Speicher 80 verbunden. Die Adressen X, Y, welche im Speicher 38 gespeichert sind, werden im Speicher 80 abgelegt und die Adreßdaten im Speicher 80 werden einer numerischen Steuerung 84, abhängig von einem Steuerbefehl von einem Befehlszähler 82, zugeführt, der unabhängig vorgesehen ist. Gemäß den vom Speicher 80 abgegebenen Daten verändert die numerische Steuerung 84 die Relativstellungen von Elektrode 10 und Werkstück 12 und schaltet den Befehlszähler 82 weiter, so oft die Relativstellungen geändert werden, um den Speicher 80 zu veranlassen, die nächsten Daten auszugeben, abhängig von welchen die Relativstellungen erneut verändert werden. Auf diese Weise nimmt die numerische Steuerung 84 kontinuierlich die Verschiebung vor. Wird daher eine polygonale Bahn, die aus mehreren Verschiebungsvektoren besteht, auf der Kathodenstrahlröhre 22 beschrieben und als Daten in den Speichern 38 und 80 gespeichert, so können die kontinuierlichen Verschiebungsvorgänge selbsttätig durch die Bearbeitungsmaschine vorgenommen werden.

In den vorausgehend aufgeführten Ausführungsbeispielen wird eine Kathodenstrahlröhre als Anzeigevorrichtung verwendet. Jedoch ist jede Anzeigevorrichtung geeignet, falls sie die zusätzliche zur Bearbeitung benötigte Vorschubfläche auf einer X- und Y-Achse darstellen kann. Beispielsweise kann eine Plasmaanzeigetafel oder eine Anzeigevorrichtung mit einer Anzeigefläche in Gestalt einer X-Y-Matrix verwendet werden.

Im vorausgehend aufgeführten Ausführungsbeispiel ist ferner die Elektrode im Querschnitt als dreieckigförmig beschrieben. Die Erfindung ist jedoch mit einer komplizierten polygonalen Ausbildung, beispielsweise gemäß Fig. 10, kann mit guter Wirkung für den zusätzlichen Bearbeitungsbewegungsvorgang verwendet werden.

Wie aus der vorausgehenden Beschreibung hervorgeht, wird erfindungsgemäß der Verschiebungsvektor auf einer Anzeigevorrichtung angezeigt, auf welcher die zusätzliche Bearbeitungsbewegungsfläche für Elektrode und Werkstück auf einer X- und Y-Achse angezeigt wird und der Verschiebungsvektor wird in Form von Daten im Speicher voreingegeben, wobei der zusätzliche Bearbeitungsbewegungsvorgang entsprechend dem derart vorgewählten Verschiebungsfaktor durchgeführt wird. Daher kann selbst mit einer Elektrode von verhältnismäßig komplizierter Formgebung der zusätzliche Bearbeitungsbewegungsvorgang mit einer verhältnismäßig einfachen Anordnung durch einen visuell einfachen Vorgang erreicht werden. Daher ist die erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung im Betrieb sehr zweckmäßig.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform einer Steuervorrichtung für die Bearbeitungsvorrichtung wird in Verbindung mit Fig. 11 beschrieben. Gemäß Fig. 11 wird eine Elektrode 10 gegenüber einem Werkstück 12 in einer Hauptrichtung oder Z-Achse-Richtung bewegt, während eine Entladungsspannung angelegt ist und die Bearbeitung erfolgt durch Bewegung der Elektrode 10 relativ zum Werkstück 12 in der X-Y-Ebene. Die relative Verschiebung in der X-Y-Ebene wird beispielsweise vorgenommen, indem ein Arbeitstisch 14, auf dem sich das Werkstück 12 befindet, längs einer Bahn bewegt wird, die auf einem Papierband 80 programmiert wurde, und zwar mit Hilfe einer numerischen Steuerung 84 mit Antriebsmotoren 86 und 87. Die auf diese Weise durchgeführte Relativbewegung wird in Form von Zweiphasenausgangssignalen durch optische Codierdetektoren 88X und 88Y erfaßt, die jeweils auf der X-Achse und Y-Achse vorgesehen sind. Die Phasenausgangssignale werden in ein Impulsausgangssignal in positiver Richtung und in ein Impulsausgangssignal in negativer Richtung jeweils mittels Detektoren 89X und 89Y umgewandelt. Die Impulsausgangssignale werden durch vorwärts- und rückwärtszählende Zähler 90X und 90Y gezählt, so daß die jeweilige Position in Richtung der X-Achse und der Y-Achse durch die akkumulierten Zählerpositionen dargestellt werden. Die jeweiligen Positionen werden durch D/A-Umsetzer 91X und 91Y in analoge Spannungen umgesetzt, die durch den Vertikalverstärker 34 und den Horizontalverstärker 32 für die Kathodenstrahlröhre 22 verstärkt werden, um auf dieser auf den X-Y-Koordinaten angezeigt zu werden. Der Abstand zwischen dem Nullpunkt der relativen Verschiebung von Elektrode 10 und Werkstück 12 und der maximalen Verschiebung ist gewöhnlich in der Größenordnung von 500 µm. Daher ist die Anzahl Bits für die Zähler 90X und 90Y und die D/A-Umsetzer 91X und 91Y nicht höher als 10. Falls jedoch gewünscht wird, daß der Nullpunkt der Relativverschiebung verschoben werden kann, können die in beiden Richtungen betätigbaren Zähler 90X und 90Y einen Überlauf aufweisen oder es kann unmöglich sein, einen gewünschten Nullpunkt auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre 22 festzulegen. Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, sind für die in beiden Richtungen arbeitenden Zähler 90X und 90Y jeweils Rückstellklemmen 92X und 92Y vorgesehen und die Zähler sind zur Rückstellung angeschlossen, indem ein Rückstellschalter 93 betätigt wird, wenn sich Elektrode 10 und Werkstück 12 im Nullpunkt der relativen Verschiebung befinden, so daß der Mittelpunkt der Kathodenstahlröhre 22 ständig mit dem Nullpunkt überein­ stimmt. Mit diesem Merkmal werden die Y-X-Koordinaten der relativen Verschiebung nach Wunsch auf den Bildschirm der Kathodenstrahlröhre 22 eingestellt. Darüber hinaus kann, selbst wenn eine Abschwächung, eine Regelschwingung oder eine Verzögerung zwischen der Relativverschiebung und den Befehlen von der numerischen Steuerung 84 eintritt, weil die Relativverschiebung mit hoher Geschwindigkeit erfolgt, die tatsächliche Bewegung nichtsdestoweniger genau erfaßt werden.

Ferner können in einem Fall, bei welchem ein Werkstück mit einer geringen Verschiebung von einigen 100 µm bearbeitet wurde, und anschließend die Elektrode an eine andere Position gebracht wird, um das Werkstück mit einer geringen Verschiebung an dieser zu bearbeiten, die Rückstellklemmen 92X und 92Y zur Betätigung durch die numerische Steuerung 84 angeschlossen sein, so daß die Zähler rückgestellt werden, wenn dem Werkstück eine geringe Verschiebung erteilt wird. In diesem Falle wird selbst bei einer langen Bewegung des Arbeitstisches 14 eine kleine Verschiebung am Schirm der Kathodenstrahlröhre 22 beobachtet.

Daher können bei der erfindungsgemäßen, mit elektrischer Entladung arbeitenden Bearbeitungsvorrichtung nicht nur kleine relative Verschiebungen von Elektrode und Werkstück an der Anzeigevorrichtung bestätigt werden, wobei der Nullpunkt der relativen Verschiebung immer mit dem Mittelpunkt der Anzeigevorrichtung übereinstimmt, sondern es kann auch der Unterschied zwischen dem Befehlswert und der Bahnverschiebung und der tatsächlichen Bewegung an der Anzeigevorrichtung visuell verfolgt werden.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der schematischen Darstellung nach Fig. 12 angegeben, gemäß welcher vorteilhafte Merkmale der Ausführungsformen nach den Fig. 7 und 11 kombiniert sind. In Fig. 12 sind die gleichen Komponenten gemäß den Fig. 7 und 11 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Bei dieser Ausführungsform werden die Ausgangssignale der D/A-Umsetzer 91X und 91Y jeweils summiert, wobei die Ausgangssignale der D/A-Umsetzer 28 und 30 anschließend an die Eingänge jeweils des Horizontalvertärkers 32 und des Vertikalverstärkers 34 angeschlossen werden. Die Betriebsweise ist im übrigen die gleiche wie sie in Verbindung mit den Fig. 7 und 11 beschrieben wurde.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Steuervorrichtung für eine mit elektrischer Entladung arbeitende Bearbeitungsvorrichtung, durch welche die Verschiebung der relativen Positionen zwischen einer Bearbeitungselektrode und einem Werkstück gesteuert wird, so daß diese relativen Positionen nicht nur in der Hauptrichtung geändert werden, in welcher das Werkstück mittels der Elektrode bearbeitet wird, sondern auch in einer zur Z-Achse senkrechten Ebene ohne Drehung der Elektrode, während ein vorgegebener Bearbeitungs- und Entladungsspalt zwischen Elektrode und Werkstück aufrechterhalten wird. Die relative Verschiebung in der senkrechten Ebene wird in einem vergrößerten Maßstab auf einer X-Y-Anzeigevorrichtung angezeigt, für welche eine Kathodenstrahlröhre verwendet werden kann, wobei der Mittelpunkt der Verschiebung an einem vorgegebenen Nullpunkt gehalten wird. Ein optischer Codierer erfaßt die Bewegung in der X-Y-Ebene und liefert ein Erfassungssignal, welches über in beiden Richtungen arbeitende Zähler dem Horizontalverstärker und Vertikalverstärker der Anzeigevorrichtung zugeführt wird.

Claims (11)

1. Bearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks durch elektrische Entladung mit einer bewegbaren Elektrode und dem Werkstück als Gegenelektrode mit

• - einem Hauptantrieb (18, 20; 86, 87) für eine Hauptbearbeitungsbewegung zwischen Elektrode (10) und Werkstück (12), und
• - einem zusätzlichen Antrieb (18, 20; 67, 86) für zusätzliche Bearbeitungsbewegungen zwischen Elektrode (10) und Werkstück (12) in einer die Richtung (Z-Achse) der Hauptbearbeitungsbewegung kreuzenden Ebene (X-Y-Ebene),

gekennzeichnet durch
eine Anzeigevorrichtung, die bezogen auf einen Nullpunkt die Relativbewegung zwischen Elektrode (10) und Werkstück (12) in den Richtungen (X-Achse, Y-Achse) der zusätzlichen Bearbeitungsbewegungen in vergrößertem Maßstab anzeigt, und
eine Befehlsvorrichtung (40) zum Festlegen der zusätzlichen Bearbeitungsbewegungen durch Zeichnen eines gewünschten Verschiebungsvektors (a) mit Hilfe der Anzeigevorrichtung.

2. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung aufweist:

• - einen Speicher (38, 80) für die Abspeicherung des eingegebenen Verschiebungsvektors (a) in Form von Daten,
• - eine Steuervorrichtung (28, 70, 30, 72; 84) zur Steuerung des zusätzlichen Antriebs (18, 20; 67, 86) zur Durchführung der zusätzlichen Bearbeitungsbewegungen entsprechend den Daten des eingegebenen Verschiebungsvektors (a).

3. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung die Stellung zwischen Elektrode (10) und Werkstück (12) in den Richtungen (X-Achse, Y-Achse) der zusätzlichen Bearbeitungsbewegungen erfaßt und in vergrößertem Maßstab anzeigt.

4. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung aufweist:

• - Lagedetektoren (88X, 88Y) für die Erfassung der relativen Stellungen zwischen Elektrode (10) und Werkstück (12) durch Abgabe von Impulsausgangssignalen,
• - Vorwärts-/Rückwärtszähler (90X, 90Y) für das Zählen der Impulsausgangssignale der Lagedetektoren,
• - D/A-Wandlern (91X, 91Y) für die Umwandlung der Zählerinhalte in analoge Spannungen, und
• - Verstärker (32, 34) für die Verstärkung der analogen Spannungen in horizontaler bzw. vertikaler Richtung.

5. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärts/Rückwärtszähler (90X, 90Y) rückstellbare Zähler mit Rückstellanschlüssen (92X, 92Y) sind und daß deren Rückstellanschlüsse durch einen Rückstellschalter (93) betätigbar sind, um den Nullpunkt der Anzeige der Anzeigevorrichtung festzulegen.

6. Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung eine Kathodenstrahlröhre (22) aufweist.

7. Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Befehlsvorrichtung einen Lichtgriffel (40) aufweist.

8. Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung eine Schaltung (52, r2, r2) zur Erhöhung der Helligkeit der Kathodenstrahlröhre (22) in Abhängigkeit von einem Taktimpulssignal bei der Eingabe eines Verschiebungsvektors (a) mit Hilfe des Lichtgriffels (40) aufweist.

9. Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung für den zusätzlichen Antrieb einen Abtast- und Halteschaltkreis (54, 56) aufweist.

10. Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zeitkonstantenschaltung (58, 59) zwischen dem Abtast- und Halteschaltkreis (54, 56) und dem zusätzlichen Antrieb vorgesehen ist.