-
Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines
-
dreidimensionalen Hohlraumes in einem Werkstück durch Elektroerosion
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen
(3D-) Hohlraumes in einem Werkstück durch Elektroerosion mittels einer dünnen Werkzeugelektrode,
z. B. eines Drahtes oder einer Stabelektrode, die im allgemeinen in der Form unabhängig
von dem gewünschten Hohlraum ist.
-
Unter "Elektroerosion" und "elektroerosivem Bearbeiten" wird hier
im folgenden ein Bearbeitungsprozeß verstanden, durch den Material von einem neben
einer Werkzeugelektrode liegenden Werkstück mittels der Einwirkungen aufeinanderfolgender
elektrischer Entladungen abgetragen wird, die dazwischen durchgeführt werden, wobei
diese
Einwirkungen teilweise ein elektrolytisches oder elektrochemisches
Materialabtragen umfassen.
-
Es wird allgemein davon ausgegangen, daß die auf das Bearbeiten eines
3D-Hohlraumes in einem Werkstück angewandte Elektroerosion gewöhnlich eine Werkzeugelektrode
erfordert, die dreidimensional geformt ist, um mit dem gewünschten Hohlraum im Werkstück
übereinzustimmen. Weiterhin muß eine Vielzahl derartiger Elektroden einer gleichen
oder ähnlichen Gestalt und Größe vorbereitet werden, um die Abnutzung zu kompensieren,
die die Elektroden oder Werkzeuge während des Erosionsprozesses erleiden, oder um
die Bearbeitungszeit möglichst kurz zu machen, bis das Ziel einer gewünschten Bearbeitungsgenauigkeit
und Oberflächengüte erreicht ist.
-
Die Vorbereitung einer derart genau geformten und mehrfach vorliegenden
Elektrode ist offenbar zeitaufwendig und mühsam. Weiterhin macht es der übliche
Absenkbetrieb schwierig, den Bearbeitungsspalt frei vom Schlamm bearbeiteter Späne
und anderer Produkte zu halten, die leicht eine Bearbeitungsinstabilität hervorrufen.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum elektroerosiven Bearbeiten eines 3D-Hohlraumes in einem Werkstück anzugeben,
bei denen der gewünschte Hohlraum mittels einer einfachen Elektrode und mit erhöhter
Leistungsfähigkeit hergestellt bzw. bearbeitet werden kann.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ein Verfahren zum Bearbeiten
eines 3D-Hohlraumes in einem Werkstück durch Elektroerosion vor, das aufweist:
Axiales
Nebeneinanderstellen einer dünnen Werkzeugelektrode, die im allgemeinen formunabhängig
von dem gewünschten Hohlraum ist, mit dem Werkstück an einem mit einer Bearbeitungsflüssigkeit
gespülten Bearbeitungsspalt, Bewirken einer Reihe elektrischer Entladungen zwischen
der Werkzeugelektrode und dem Werkstück über den Bearbeitungsspalt, um elektroerosiv
Material vom Werkstück abzutragen, dreidimensionales Verschieben der Werkzeugelektrode
bezüglich des Werkstückes und über dessen Oberfläche, in dem der Hohlraum auszuführen
ist, während der Bearbeitungsspalt' im wesentlichen konstant zwischen der Werkzeugelektrode
und dem Werkstück gehalten wird, so daß in letzterem der gewünschte Hohlraum ausgeführt
wird, und Übertragen einer Ultraschallschwingung bzw. eines Ultraschall-Rüttelns
auf die Werkzeugelektrode, während diese dreidimensional über das Werkstück und
bezüglich des Werkstückes verschoben wird.
-
Insbesondere kann die dünne Werkzeugelektrode aus Kupfer, aus einer
kupferhaltigen Legierung, wie beispielsweise Messing, oder aus Kupfer-Wolfram, Silber-Wolfram
oder Graphit bestehen. Die Werkzeugelektrode ist ein Draht oder ein Stab, der vorzugsweise
einen Durchmesser von 0,05 bis 1 mm haben sollte, wobei jedoch ein Durchmesser von
3 bis 5 mm für ein Roh- oder Grobbearbeiten und ein Durchmesser von 1 bis 3 mm für
ein mittleres Bearbeiten ausreichend ist. Der Bereich von 0,05 bis 1 mm wird bevorzugt,
um ein Feinbearbeiten oder Feinschlichten zu erzielen, oder dann angewandt, wenn
dies gewünscht wird.
-
Die Bearbeitungsflüssigkeit kann von jeder Art sein, die gewöhnlich
in der herkömmlichen Absenk-EDM-Praxis (EDM = elektrisches Entladungs-Bearbeiten)
verwendet wird, wobei jedoch hier Wasser oder destilliertes Wasser mit einem spezifischen
Widerstand zwischen 1 103 und 5 . 106 Ohm cm eingesetzt wird.
-
Die Schwingung kann auf die dünne Werkzeugelektrode in deren Axial-
oder Längsrichtung übertragen werden, und sie kann auch in einer abgewandelten Ausführungsform
quer zu deren Achse einwirken. Die Frequenz der Schwingung liegt allgemein im Bereich
zwischen 1 und 100 kHz und vorzugsweise zwischen 10 und 50 kHz und weiterhin vorzugsweise
auch im Bereich zwischen 100 kHz und 10 MHz. Die Amplitude der Schwingung liegt
allgemein im Bereich zwischen 1 und 50 /um und vorzugsweise zwischen 1 und 10 /um.
-
Weiterhin ist zur Lösung der oben genannten Aufgabe auch eine Vorrichtung
zum Bearbeiten oder Herstellen eines 3D-Hohlraumes in einem Werkstück durch Elektroerosion
vorgesehen; diese Vorrichtung hat erfindungsgemäß: Eine dünne Werkzeugelektrode,
die im allgemeinen formunabhängig vom gewünschten Hohlraum ist und neben dem Werkstück
an einem mit einer Bearbeitungsflüssigkeit gespülten Bearbeitungsspalt liegt, eine
Strom- bzw. Spannungsversorgung, die elektrisch mit der dünnen Werkzeugelektrode
und dem Werkstück verbindbar ist, um aufeinanderfolgende elektrische Entladungen
dazwischen durch den Bearbeitungsspalt zu bewirken,
eine Vorschubeinrichtung
zum dreidimensionalen Verschieben der dünnen Werkzeugelektrode bezüglich des Werkstückes
und über dessen Oberfläche, in der der gewünschte Hohlraum auszuführen ist, während
der Bearbeitungsspalt im wesentlichen konstant zwischen der dünnen Werkzeugelektrode
und dem Werkstück gehalten wird, damit der gewünschte Hohlraum im Werkstück hergestellt
wird, und eine Einrichtung zum übertragen einer Ultraschallschwingung bzw. eines
Ultraschall-Rüttelns auf die dünne Werkzeugelektrode, während diese dreidimensional
über das Werkstück und bezüglich des Werkstückes verschoben wird.
-
Vorzugsweise sind weiterhin vorgesehen eine Detektoreinrichtung,
die auf die Abnutzung der dünnen Werkzeugelektrode anspricht, und eine Antriebseinrichtung,
die auf ein von der Detektoreinrichtung erhaltenes Sictral anspricht, um die dünne
Werkzeugelektrode so vorzufahren, daß die erfaßte Abnutzung kompensiert wird.
-
Die Abnutzung-Detektoreinrichtung kann auf eine Änderung in der auf
die dünne Werkzeugelektrode übertragenen Schwingungsart ansprechen, wobei diese
Änderung eine Abnutzung der dünnen Werkzeugelektrode darstellt. Die Änderung in
der Schwingungsart kann als eine Änderung in der Frequenz, Amplitude und/oder Energie
der Schwingung erfaßt werden, die auf die dünne Werkzeugelektrode übertragen wird.
-
Die Reflexion der über die Bearbeitungsflüssigkeit auf das Werkstück
übertragenen Ultraschallschwingung kann ebenfalls verwendet werden, und eine Änderung
in der Echo-Periode kann dann benutzt werden, um eine Abnutzung der Werkzeugelektrode
anzuzeigen.
-
Eine Abnutzung der dünnen Werkzeugelektrode kann auch erfaßt werden,
indem die Eigenschaften einer Schall-oder Ultraschall-Welle überwacht werden, die
durch die
Bearbeitungsentladung erzeugt und über die Bearbeitungsflüssigkeit
übertragen wird.
-
Eine Abnutzung der dünnen Werkzeugelektrode kann auch erfaßt werden
durch Überwachen des Verhältnisses der Anzahl von Bearbeitungsentladungen zur Anzahl
der am Bearbeitungsspalt liegenden eingespeisten Bearbeitungsimpulse in einer gegebenen
Zeit oder in einer Zeiteinheit.
-
Eine Vielzahl verschiedener dünner Elektroden, deren jede durch einen
Werkzeughalter getragen ist, kann verwendet und in einem Magazin einer automatischen
Werkzeug-Austauschanordnung (ATC-Anordnung) aufbewahrt und so ersetzt werden, daß
eine gegebene benutzte Werkzeugelektrode nach Bestätigung von deren Abnutzung im
Magazin gesammelt und eine neue Elektrode am Maschinenkopf befestigt wird, um diese
zu ersetzen.
-
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann eine Zurichteinrichtung
zum Zurichten der dünnen Werkzeugelektrode so vorgesehen werden, daß deren Abnutzung
während eines Ablaufes eines gegebenen Bearbeitungsbetriebes kompensiert wird. Die
Zurichteinrichtung kann umfassen eine Zurichtelektrode in der Form eines Drahtes
oder Bandes, der bzw. das wahlweise neben die abgenutzte Bearbeitungsfläche der
Werkzeugelektrode abhängig von einem Signal gebracht wird, und eine Strom- bzw.
-
Spannungsversorgung zum Erregen der Werkzeugelektrode und der Zurichtelektrode
in einer Zurichtstellung. Die Zurichtelektroden-Anordnung kann in einem Werkstück
liegen, in dem das Bearbeiten des Werkstückes ausgeführt wird.
-
Das Zurichten der abgenutzten Werkzeugelektrode kann auch bewirkt
werden, indem zwangsweise der unabgenutzte
Teil der Werkzeugelektrode
bearbeitet wird, so daß eine flache Bearbeitungsfläche immer in einer vorbestimmten
Bearbeitungsbeziehung zu der gerade bearbeiteten Werkstückoberfläche frei liegt.
-
Die Erfindung sieht also ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektroerosiven
Bearbeiten eines 3D-Hohlraumes in einem Werkstück mittels einer dünnen Werkzeugelektrode,
z. B. in der Form eines Drahtes oder eines dünnen Stabes, vor, die im allgemeinen
formunabhängig von dem gewünschten Hohlraum ist und axial neben dem Werkstück liegt,
um dazwischen einen fluidgespülten Bearbeitungsspalt zu bilden. Die dünne Werkzeugelektrode
und das Werkstück werden relativ dreidimensional entlang drei wechselseitig orthogonalen
unabhängigen Achsen verschoben, so daß die dünne Werkzeugelektrode abtastend über
die Werkstückoberfläche fährt, während eine Ultraschallschwingung auf die abtastende
dünne Werkzeugelektrode übertragen wird. Eine Bearbeitungsabnutzung der Elektrode
wird vorzugsweise abhängig vom Schwingungssignal erfaßt, und ein Vorschub zur Kompensation
der Abnutzung wird bewirkt, um axial die dünne Elektrode unabhängig von der den
dreidimensionalen Hohlraum bildenden Bewegung der Werkzeugelektrode und des Werkstückes
vorzuschieben.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines 3D-Elektroerosions-Bearbeitungssystems
mit einem Schwingungskopf nach der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische
Darstellung eines anderen Systems nach der Erfindung mit einem abgewandelten Elektroden-Schwingungskopf,
der einen Kompensationsvorschub der abgenutzten Elektrode erlaubt, Fig. 3 eine schematische
Darstellung eines Schwingungskopfes mit einer abgewandelten Erregeranordnung, Fig.
4 den Verlauf des Schwingungssignales, das auf die dünne Werkzeugelektrode gemäß
der Anordnung der Fig. 3 übertragen wird, Fig. 5 eine schematische Darstellung eines
weiteren Ausführungsbeispieles der Erfindung, bei dem die dünne Elektrode ein Rohr
ist, Fig. 6 eine schematische Darstellung einer anderen Schwingungs-Fühleranordnung
nach der Erfindung, um die Abnutzung der dünnen Werkzeugelektrode festzustellen,
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines anderen Systems nach der Erfindung, bei
dem die Werkzeugelektrode ein kontinuierlicher Draht ist, Fig. 8 und 9 schematische
Darstellungen eines anderen Systems nach der Erfindung, bei
dem
eine flexible Werkzeugelektrode durch eine Justierhülle geführt ist, um deren Bearbeitungsfläche
an das Profil eines Werkstückes anzupassen, Fig. 10 eine schematische Darstellung
eines weiteren Abnutzung-Detektorsystems nach der Erfindung, bei dem das Verhältnis
der tatsächlichen elektrischen Entladungen zu den eingespeisten Bearbeitungsimpulsen
in der Anzahl überwacht wird, Fig. 11 eine schematische Darstellung einer automatis
chen Werkzeug-Änderungs anordnung (ATC-Anordnung), die zur Durchführung der Erfindung
besonders vorteilhaft ist, Fig. 12 eine schematische Darstellung eines weiteren
Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem der Spaltwiderstand überwacht wird,
um die auf das Werkstück übertragene Bearbeitungsgenauigkeit während der Herstellung
des 3D-Hohlraumes zu überprüfen, Fig. 13 eine schematische Darstellung eines Bildanzeigesystems,
das bei der Anordnung der Fig. 12 nach der Erfindung verwendbar ist, Fig. 14 eine
teilweise geschnittene schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung
mit einer Zurichteinrichtung zum Zurichten der dünnen Werkzeugelektrode,
Fig.
15 eine teilweise geschnittene schematische Darstellung, die eine Abwandlung der
Anordnung der Fig. 14 zeigt, Fig. 16 eine schematische Darstellung zur Erläuterung
des Betriebs der Zurichtanordnungen der Fig. 14 und 15, Fig. 17 eine teilweise geschnittene
schematische Darstellung einer weiteren Abwandlung des Systems der Fig. 14, Fig.
18 eine schematische Darstellung eines Teiles des Systems der Fig. 17, Fig. 19 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung des Betriebs des Systems der Fig.
-
17, Fig. 20 eine schematische Darstellung eines NC-Systems (NC =
numerische Steuerung) für den 3D-Bearbeitungsvorschub und zum automatischen Zurichten
der Werkzeugelektrode nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, Fig. 21(A), 21(B),
21(C) und 21(D) den Verlauf von Signalimpulsen und Bearbeitungsimpulsen, die im
System der Fig. 20 auftreten, Fig. 22 bis 24 teilweise geschnittene Darstellungen,
die schematisch erläutern, wie eine Abnutzung auf der Bearbeitungsfläche einer Werkzeugelektrode
in einem 3D-Betrieb gebildet wird,
Fig. 25 eine schematische Darstellung,
die Profillinien einer abgenutzten Elektrode zeigt, und Fig. 26 bis 29 schematische
Darstellungen, die verschiedene Wege oder Strecken entlang einer X- und einer Z-Achse
zeigen, denen durch die Werkzeugelektrode bezüglich des Werkstückes beim 3D-Bearbeiten
zu folgen ist.
-
In der Fig. 1 liegt eine Werkzeugelektrode 1 neben einem Werkstück
2 an einem Bearbeitungsspalt G, der mit einem elektroerosiven Bearbeitungsmedium
gespült ist, das von einer (nicht gezeigten) Fluidquelle eingespeist ist.
-
Die Werkzeugelektrode 1 ist hier von einer einfachen Konfiguration
unabhängig von einer komplizierten Gestalt eines in das Werkstück 2 zu bearbeitenden
Hohlraumes 2a und besteht so aus einem festen~oder rohrförmigen Draht oder Stab,
der insbesondere bei einer herkömmlichen Absenk-EDM- oder ECDM-Elektrode (ECDM =
elektrochemisches Entladungs-Bearbeiten) aus Kupfer, Messing, Silber-Wolfram, Kupfer-Wolfram
oder Graphit zusammengesetzt ist und der insbesondere dünn mit einem Durchmesser
oder einer Dicke zwischen gewöhnlich 0,05 bis 1 mm und in einigen Fällen bis hinauf
zu 5 mm abhängig von dem gewünschten bestimmten Bearbeitungsgrad ausgeführt ist.
So ist zum Grobbearbeiten eine Dicke oder ein Durchmesser von 3 bis 5 mm ausreichend.
Für ein mittleres und ein End- oder Feinbearbeiten sind die Bereiche von 1 bis 3
mm bzw. von 0,05 bis 1 mm vorteilhaft.
-
Das Bearbeitungsmedium kann eine herkömmliche EDM-oder ECDM-Flüssigkeit
sein; es ist vorzugsweise Wasser eines
spezifischen Widerstandes
zwischen 1 103 bis 5 . 106 Ohm cm, das - insbesondere, wenn es im vorliegenden Prozeß
eingesetzt wird - ein Fortschreiten des Bearbeitens mit hoher Stabilität und ausgezeichneten
Ergebnissen erlaubt.
-
Das Werkstück 2, das entweder ein unbearbeitetes Rohstück oder ein
zuvor grob bearbeitetes Stück sein kann, wird durch einen Arbeitstisch 3 getragen,
der durch MOtoren 4, 5 und 6 angetrieben ist, um eine Verschiebung des Werkstückes
2 bezüglich der Werkzeugelektrode 1 entlang drei wechselseitig orthogonalen Achsen
X, Y und Z zu erzeugen. Die Motoren 4, 5 und 6 sind jeweils ein Schrittmotor oder
ein Gleichstrommotor, der mit einem Codierer ausgerüstet ist, und sie werden abhängig
von von einer numerischen Steuereinheit (NC-Einheit) 7 eingespeisten Ansteuersignalen
gemäß darin vorprogrammierten Digital-Daten angetrieben, die eine vorbestimmte dreidimensionale
Profilstrecke, der durch die relative Verschiebung zwischen der Werkzeugelektrode
1 und dem Werkstück 2 zu folgen ist, und somit ein gewünschtes dreidimensionales
Profilmuster vorschreiben, das im Werkstück 2 herzustellen oder zu bearbeiten ist.
-
Eine Bearbeitungs-Strom- bzw. Spannungsversorgung 8, die ein herkömmlicher
EDM-Generator sein kann, ist mit der Werkzeugelektrode 1 und dem Werkstück 2 verbunden,
um eine Reihe von Bearbeitungsimpulsen an den Bearbeitungsspalt G zu legen, damit
zeitlich beabstandete, diskrete elektrische Entladungen zwischen der Werk zeugelektrode
1 und dem Werkstück 2 durch das Bearbeitungsmedium auftreten, so daß Material vom
Werkstück 2 abgetragen wird. Die Bearbeitungseinwirkung kann teilweise die elektrolytische
oder elektrochemische Einwirkung umfassen.
-
Die Werkzeugelektrode 1 ist durch einen Halter 9 geführt oder getragen,
der hier ein Ultraschall-Schwingungshorn aufweist, das ausgelegt ist, um eine Ultraschallschwingung
auszubreiten und zu verstärken, die durch einen Wandler 10 erzeugt ist, der durch
eine Hochfrequenz-Versorgung 11 erregt wird. Der Wandler 10 kann ein herkömmliches
piezoelektrisches Element (z. B.
-
Quarz, Rochellesalz, Bariumtitanat), ein herkömmliches magnetostriktives
Element (z. B. Nickel, Aluminium-Eisen-Legierung) oder ein Elektromagnet sein, und
die Schwingungsversorgung 9, 10, 11 ist so gestaltet, daß die Werkzeugelektrode
1 in der Längsrichtung mit einer allgemein zwischen 1 und 500 kHz liegenden Frequenz
und mit einer Amplitude von 1 bis 50 um schwingt, obwohl eine größere Amplitude
und eine höhere Frequenz ebenfalls verwendbar sind. Da eine Hochfrequenzschwingung
bei einer Frequenz von z. B. 10 bis 50 kHz auf die Werkzeugelektrode 1 übertragen
wird, während diese dreidimensional die Oberfläche des Werkstückes 2 überstreicht,
um das Bearbeiten zu einem gewünschten Endprofil vorzutreiben, hat sich gezeigt,
daß die Bearbeitungsstabilität merklich gesteigert und die Abtragungsgeschwindigkeit
um einen Faktor 3 bis 5 größer als ohne eine derartige Schwingung ist.
-
Infolge des von Entladungen betroffenen Bereiches der Werkzeugelektrode
1, der viel kleiner als der entsprechende Bereich des Werkstückes ist, neigt die
Elektrode 1 zu einer Abnutzung an ihrem Spitzenteil. Es hat sich gezeigt, daß die
Abnutzung wirksam durch Überwachen einer Änderung in der Schwingungsart der Werkzeugelektrode
1 oder im Schwingungsansprechen des Werkstückes 2 erfaßt werden kann. Z. B. ist
die Änderung At in der Ankunftszeit eines Echos, das auf einem Schwingungssignal
beruht, das von der Elektrodenspitze übertragen wird und
auf das
Werkstück einfalls sowie zurück zur Elektrode reflektiert wird, im allgemeinen proportional
zur Änderung in der Elektrodenlänge oder in der Spaltabmessung Al: At = Z A l, nl,
wobei X eine Konstante ist. Durch Erfassen der Änderung A t kann die Änderung A
1 oder eine Elektrodenabnutzung festgestellt werden.
-
In der gezeigten Anordnung ist ein Schwingungsfühler oder -sensor
12 entsprechend mit einem Detektor 12a, einem Voreinstell-Schwellenwert- oder Bezugs-Einstellglied
12b und einem Vergleicher oder Diskriminator 12c versehen. Der Detektor 12a kann
die Ankunftszeit t eines Echos erfassen, die im Diskriminator 12c mit einem hierfür
entsprechend einer gegebenen Elektrodenlänge oder Spaltabmessung 1o vorgewählten
Bezugswert verglichen wird. Wenn ermittelt wird, daß eine Abweichung auftritt, wird
ein Signal durch den Diskriminator 12c abgegeben und zu einer einem Schrittmotor
14 zugeordneten Steuereinheit 13 gespeist. Wenn eine Schwingungsfrequenz von z.
B. 10 bis 500 MHz verwendet wird, um die Werkzeugelektrode 1 in Schwingungen zu
versetzen, so wird eine Elektrodenabnutzung von 0,05 bis 0,1 mm mit einem hohen
Genauigkeitsgrad auf diese Weise festgestellt.
-
Der Fühler 12 kann auch auf eine Änderung in der Schwingungsfrequenz
ansprechen, und dann besteht der Detektor 12a aus einem Frequenzdetektor, und die
Einstelleinheit 12b hat eine vorbestimmte Bezugseinstellung entsprechend der ankommenden
Frequenz, bei der die Werkzeugelektrode keiner Abnutzung ausgesetzt ist und der
Bearbeitungsspalt G einen optimalen Abstand aufweist.
-
Der Diskriminator 12c ist dann so gestaltet, daß er ein eine Frequenzverschiebung
darstellendes Signal erzeugt, und er kann auf diese Weise ähnlich die Elektrodenabnutzung
vorschreiben.
Es hat sich gezeigt, daß bei einer Eingangsfrequenz zwischen 10 und 50 kHz die Elektrodenabnutzung
einer Größe, wie diese oben erwähnt wurde, zu einer Frequenzverschiebung oder -steigerung
von 4 bis 5 kHz führt.
-
Die Werkzeugelektrode 1 ist durch den Halter 9 über eine Einspanneinrichtung
15 gelagert, in der sie durch Führungsrollen 16 und Vorschubrollen 17 getragen ist,
die betriebsmäßig mit dem Motor 14 verbunden sind. Somit arbeitet die Steuereinheit
13 abhängig von einem Signal vom Diskriminator 12c, das eine Abnutzung der Werkzeugelektrode
anzeigt, um den Motor 14 mit einem Ansteuerimpuls oder Impulsen zu versorgen, und
der Motor 14 treibt seinerseits die Vorschubrollen 17 an, damit die Werkzeugelektrode
1 um eine vorgewählte Anzahl von Inkrement-Verschiebungen durch den Führungsweg
in der Einspanneinrichtung 15 vorrücken kann, wodurch die Abnutzung kompensiert
wird. Das Inkrement der Verschiebung wird vorzugsweise auf einen kleinen Wert von
z. B. 1 um eingestellt, so daß ein optimaler Spaltabstand mit einem hohen Genauigkeitsgrad
sofort wieder hergestellt werden kann.
-
Beispiel Ein eisenhaltiges Werkstück wird dreidimensional mit der
in Fig. 1 dargestellten und beschriebenen Anordnung mittels eines Kupferdrahtes
oder einer Stabelektrode, die mit einer Frequenz von 28 kHz schwingt, und bei verschiedenen
elektrischen Bearbeitungsbedingungen bearbeitet. Es hat sich gezeigt, daß der Abnutzungs-Kompensationsvorschub
benötigt wird einmal für alle 104 Entladungsimpulse unter einem Abnutzungszustand,
der zu einer Oberflächenrauhigkeit von 5 Rmax führt, einmal für alle 106 Entladungsimpulse
unter
einem Zustand geringer Abnutzung, der zur gleichen Rauhigkeit führt, einmal für
alle 5 103 Entladungsimpulse unter einem Abnutzungszustand, der zu 10 /uRmax führt,
einmal für alle 5 10 Entladungsimpulse unter einem Zustand geringer Abnutzung, der
zur gleichen Rauhigkeit führt, und einmal für alle 5 . 102 Entladungsimpulse unter
einem Abnutzungszustand, der zu 20 /uRmax führt, sowie einmal für alle 5 10 Entladungsimpulse
unter einem Zustand geringer Abnutzung, der zur gleichen Rauhigkeit führt.
-
Auf diese Weise wird die Elektroden-Abnutzungskompensation mit einem
hohen Genauigkeitsgrad konstant erzielt, so daß eine einzige Werkzeugelektrode 1
einer einfachen Konfiguration gleichbleibend ein 3D-Bearbeiten ausführen kann, um
einen gewünschten 3D-Hohlraum oder ein gewünschtes Muster mit einem hohen Genauigkeitsgrad
zu liefern.
-
Um eine Änderung in der Schwingungsart zu ermitteln, kann auch die
Amplitude erfaßt werden. Dann kann ein piezoelektrisches Element am Wandler 10 oder
am Horn 9 angebracht werden, um ein Signal entsprechend einer Änderung in der Schwingungsamplitude
mit erforderlicher Genauigkeit abzuleiten. Weiterhin kann auch eine Änderung in
der von der Quelle 11 zum Wandler übertragenen Energie mittels z. B. eines Strommessers
erfaßt werden. Unabhängig davon, welcher Parameter erfaßt wird, ist eine scharfe
Änderung erfaßbar und als ein Signal verwendbar, um eine Werkzeugabnutzung zuverlässig
zu bestimmen, so daß ein Abnutzungs-Kompensationsvorschub mit hoher Genauigkeit
erzielt werden kann.
-
Die Werkzeugelektrode 1 braucht nicht einen runden oder kreisförmigen
Querschnitt zu besitzen; sie kann jeden anderen einfachen Querschnitt aufweisen,
wie z. B. ein
Quadrat oder Dreieck. Dann kann die Einspanneinheit
15 ein Anpaßstück enthalten, das so ausgelegt ist, daß es eine derartige Elektrode
eines anderen Querschnittes hält, und daß es - geführt oder getragen durch die Führungsrollen
16 und 17 - durch die öffnung des Hornes 9 verschiebbar ist. Der Abnutzungs-Kompensationsvorschub
wird alternativ durch einen (nicht gezeigten) Maschinenkopf bewirkt, um das Horn
9 und den Wandler 10 zu tragen.
-
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2, in dem einander entsprechende
Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen sind, ist die Werkzeugelektrode
1 fest an einer Kupplung 115 durch das Ultraschall-Horn 9 gelagert, das seinerseits
verschiebbar von einem Maschinenkopf 18 aufgehängt ist. In dieser Anordnung ist
der Kopf 18 vertikal auf einer Spindel 106a durch einen Z-Achsen-Motor 106 verschiebbar,
um die Werkzeugelektrode 1 entlang der Z-Achse oder in ihrer Axialrichtung zu verfahren,
während der Arbeitstisch 3 entlang den X- und Y-Achsen durch die Motoren 4 bzw.
5 verschoben wird, um das Werkstück 2 in der X-Y-Ebene so zu bewegen, daß eine vorbestimmte
relative Profilbewegung zwischen dem Arbeitsteil der Werkzeugelektrode 1 und dem
Werkstück geliefert wird, wodurch ein gewünschter 3D-Hohlraum oder ein Muster in
dem zu bearbeitenden Werkstück erzeugt wird.
-
Die Bearbeitungs-Strom- bzw. Spannungsversorgung 8 ist einerseits
mit der Werkzeugelektrode 1 über die Einspanneinrichtung 115 und andererseits mit
dem Werkstück 2 über den Arbeitstisch 3 verbindbar, um elektroerosive Impulse am
Bearbeitungsspalt G zu erzeugen. Ein Nebenschlußwiderstand 19 liegt am Spalt G parallel
mit der Strom- bzw.
-
Spannungsversorgung 8, um die Spaltspannung zu-erfassen.
-
Ein V/F-Umsetzer 20 (V/F = Spannungs/Frequenz) ist mit dem
Fühlerwiderstand
19 verbunden, um das Spannungssignal in eine Impulsfolge umzuwandeln, deren Frequenz
proportional zur Spaltspannung ist. Das Frequenzsignal liegt dann an der Nc-Einheit
7, so daß die Verschiebungsgeschwindigkeit entlang der X-Achse, der Y-Achse und
der Z-Achse als Funktion der Spaltspannung steuerbar ist.
-
Das die Werkzeugelektrode 1 lagernde Horn 9 ist in einer Kammer enthalten
dargestellt, die durch ein kegelstumpfförmiges Gehäuse 21 festgelegt wird, die mit
ihrem oberen Ende am Bearbeitungskopf 18 angebracht ist. Das untere Ende des Gehäuses
21 ist mit Führungsspulen oder -rollen 22 ausgestattet, zwischen denen der Draht
oder eine ähnliche Werkzeugelektrode 1 geführt wird, um die Bearbeitungsbeziehung
mit dem Werkstück 2 aufzubauen, während eine Schwingung durch ein Schwingungssignal
über das Horn 9 vom Wandler 10 einwirkt, der durch die Versorgung 11 erregt wird.
Das Horn 9 ist hier verschiebbar auf einer Leitspindel 23 getragen, die durch einen
Motor 114 angetrieben wird, der wiederum vorzugsweise ein Schrittmotor oder ein
Gleichstrommotor ist, der mit einem Codierer ausgerüstet ist. Somit spricht die
Steuereinheit 13 auf die durch den Schwingungsfühler 12 erfaßte Werkzeugabnutzung
an, um den Motor 114 mit einem Ansteuersignal zu versorgen. Der Motor 114 wird angetrieben,
um das Horn 9 zu bewegen, so daß die Werkzeugelektrode 1 axial vorrückt, und um
die Werkzeugabnutzung der Elektrode 1 zu kompensieren, so daß eine vorgewählte Länge
hiervon aus der Elektroden-Führungseinrichtung 22 in einer Bearbeitungsbeziehung
mit dem Werkstück 2 weiterhin vorspringt.
-
Die in Fig. 3 gezeigte Ultraschallanordnung umfaßt einen ersten Wandler
210a, der am verstärkenden Horn 9 angebracht ist und von einer ersten Versorgung
211a einer
niederfrequenten Ausgangsleistung erregt wird, und einen
zweiten Wandler 21 Ob, der am ersten Wandler angebracht ist und von einer zweiten
Versorgung 211b einer hochfrequenten Ausgangsleistung versorgt wird. Der Ausgang
der ersten Quelle 211a ist mit dem Eingang der zweiten Quelle 211b verknüpft, so
daß die zweite Quelle 211b aufeinanderfolgende Reihen von Hochfrequenz-Impulsen
liefert, wobei die Reihen bei der Frequenz der NF-Quelle 211a, nämlich beispielsweise
bei 10 bis 50 kHz auftreten, und wobei die Impulse bei der Frequenz der HF-Quelle
211b vorliegen, nämlich beispielsweise bei 10 bis 100 MHz. Als Ergebnis erlangt
die am Ende des Verstärkungshornes 9 angebrachte Drahtelektrode Schwingungssignale
eines in Fig. 4 gezeigten Verlaufes, um eine genaue Erfassung der Werkzeugabnutzung
zu ermöglichen, während die Bearbeitungsstabilität gesteigert ist.
-
Die Resonanzfrequenz der Schwingung wird ausgedrückt durch:
mit n = Anzahl der Knoten, 1 = Länge der Drahtelektrode, p = (mechanische) Spannung
der Drahtelektrode 1, r = Gewicht der Drahtelektrode je Längeneinheit, und g = Erdbeschleunigung.
-
Da p, r und g konstante Werte sind und n als konstanter Wert angenommen
wird, ist zu ersehen, daß sich die Schwingungsfrequenz F umgekehrt proportional
zur Werkzeuglänge 1 verändert, und die Werkzeugabnutzung abhängig von der Änderung
A l in der Länge wird erhalten, indem die Schwingungsfrequenz F erfaßt wird, und
sie wird kompensiert.
-
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Werkzeugelektrode
ein Rohr 301 mit einer Innenbohrung ist, durch die eine von einem (nicht gezeigten)
Vorrat über einen Einlaß 24 eingeführte Bearbeitungsflüssigkeit in den Bearbeitungsspalt
G getrieben wird. Die Bearbeitungsflüssigkeit ist vorzugsweise destilliertes Wasser,
das aus Frischwasser in einen spezifischen Widerstand vorzugsweise ab 5 103 Ohm
cm entionisiert und durch den sehr kleinen Bearbeitungsspalt G zwischen das Rohrende
und das Werkstück 2 getrieben wird. Das Horn 9 wirkt hier zur Übertragung einer
durch den Wandler 10 erzeugten Ultraschallschwingung einer Frequenz im Bereich zwischen
z. B. 1 und 100 MHz auf die Bearbeitungsflüssigkeit. Somit breitet sich die Ultraschallschwingung
mit einer Geschwindigkeit von 1500 m/s durch die Bearbeitungsflüssigkeit aus, was
zwei-bis dreimal höher als die Geschwindigkeit durch den Metallkörper der Rohrelektrode
301 ist. Durch Erfassen einer Änderung in der Echoperiode oder jedes anderen Schwingungsparameters
(vgl. oben), kann die Abnutzung der Werkzeugelektrode 301 sehr genau ermittelt werden.
Die rohrförmige Elektrode 301 ist beweglich durch Führungsrollen 317 gelagert, die
durch einen Motor 314 angetrieben sind, damit die Elektrode 301 zur Kompensation
der erfaßten Elektrodenabnutzung vorfährt.
-
Bei dieser Anordnung kann der Bearbeitungsspalt G
auch
als Quelle der auf die Werkzeugelektrode 301 übertragenen Ultraschallschwingung
verwendet werden. Die Erzeugung intermittierender elektrischer Entladungen am Bearbeitungsspalt
liefert eine zyklische Erzeugung eines Entladungsdruckes und damit eine Erzeugung
einer mechanischen Schwingung, die sich durch die Elektrode 301 ausbreitet und mit
einem Wandler (in dieser Figur nicht gezeigt) erfaßt werden kann, der in Berührung
mit der Elektrode 301 angeordnet ist, um die Elektrodenabnutzung zu ermitteln.
-
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 6 wird die Werkzeugabnutzung erfaßt
durch den Wandler 10, der die Ultraschallschwingung auf die Werkzeugelektrode 1
überträgt, und ein Mikrofon 25, das in der Nähe des Bearbeitungsspaltes angeordnet
ist. Ein Vergleicher 26 wird verwendet, um die beiden Signale zu vergleichen, die
durch diese beiden Einrichtungen erfaßt sind, so daß dadurch die Werkzeugabnutzung
angezeigt wird.
-
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 7 ist die Werkzeugelektrode ein kontinuierlicher
Draht 401, der von einer Spule 27 abgewickelt und durch Führungsrollen 417 geführt
wird. Die Führungsrollen 417 sind durch einen Motor 414 angetrieben, um den kontinuierlichen
Elektrodendraht 401 zur Kompensation der Abnutzung von dessen Endteil zuzuführen.
-
In den Ausführungsbeispielen der Fig. 8 und 9 ist die Drahtelektrode
401 durch flexible Hüllen 28 geführt, so daß der die Bearbeitungsspitze bildende
Endteil hiervon in Übereinstimmung mit dem Oberflächenprofil eines gerade bearbeiteten
Werkstückes 2 gebogen ist Die Hülle 28
ist fest an einem Schwingungskopf
oder Horn 9 gelagert, wie dies oben erläutert wurde. Die gebogene Drahtelektrode
fährt entlang dem Werkstückprofil.
-
Ein in Fig. 10 gezeigtes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer
Elektrodenanordnung, einem Schwingungskopf und einer dreidimensionalen Bearbeitungs-Vorschubeinheit,
die im wesentlichen gleich aufgebaut sind, wie dies oben insbesondere anhand der
Fig. 2 erläutert wurde, hat zusätzlich ein Elektroden-Abnutzungs-Detektorsystem,
das auf die Erzeugungsrate oder -geschwindigkeit von Bearbeitungsentladungen anspricht.
-
Das System hat einen ersten Signal-Impulsgeber 30, der eine Reihe
von ersten Signalimpulsen entsprechend eingespeisten Bearbeitungsimpulsen liefert,
die von der Strom-bzw. Spannungsquelle 8 an den Bearbeitungsspalt G zwischen der
Werkzeugelektrode 1 und dem Werkstück 2 abgegeben werden. Ein zweiter Signal-Impulsgeber
31 ist mit dem Spaltwiderstand 19 verbunden, um eine Reihe zweiter Signalimpulse
entsprechend den tatsächlichen Bearbeitungs-Entladungsimpulsen zu liefern, die durch
den Bearbeitungsspalt G erzeugt werden. Dem ersten und dem zweiten Signal-Impulsgeber
30 bzw. 31 ist der erste Eingang eines UND-Gatters 32 bzw. 33 nachgeschaltet, deren
jeweiligen zweiten Eingänge mit Takt- oder Zeitsteuersignalen versorgt werden, die
von einem Zeitgeberglied 34 geliefert werden. Die Ausgänge der UND-Gatter 32 und
33 sind in einen Voreinstellzähler 35 bzw. 36 geführt, der Ausgangssignale synchron
dank einer Kopplung 37 liefern kann, wobei die Ausgangssignale in einen Dividierer
38 eingespeist werden. Dem Dividierer 38 ist ein Diskriminator 39 nachgeschaltet,
der - wenn das Ausgangssignal des Dividierers 38 einen darin voreingestellten Schwellenwert
überschreitet - ein Ausgangssignal
erzeugt, das an einem Steuerglied
40 liegt. Das Steuerglied 40 erzeugt bei Betätigung einen Vorschubimpuls oder Vorschubimpulse,
der bzw. die eingespeist werden, um einen Elektroden-Abnutzungs-Kompensationsmotor
114 anzusteuern, wie dies weiter oben näher erläutert wurde.
-
In einem Bearbeitungsbetrieb wird die Werkzeugelektrode 1, die ein
Draht einer Dicke von 0,1 bis 1 mm oder ein Stab oder ein Rohr eines Durchmessers
von 2 bis 10 mm sein kann und durch den Werkzeugkopf 8 getragen wird, vertikal entlang
der Z-Achse mittels des Motores 106 zugeführt, um in einer Bearbeitungsbeziehung
mit dem Werkstück 2 positioniert oder justiert zu werden, wie dies dargestellt ist.
Dann wird der Arbeitstisch 3 angetrieben, um das Werkstück 2 in einer X-Y-Ebene
durch den X-Achsen-Motor 4 und den Y-Achsen-Motor 5 vorzuschieben. Wie weiter oben
erläutert wurde, werden Ansteuerimpulse für die Motoren 4, 5 und 106 von der numerischen
Steuereinheit 7 aufgrund von darin vorprogrammierten Daten über gewünschte Bahnbewegungen
geliefert. Ein EDM-Bearbeitungsfluid wird in den Bereich des Bearbeitungsspaltes
G gespeist, während eine Reihe elektrischer Bearbeitungsimpulse von der Strom- bzw.
Spannungsversorgung 8 an die Werkzeugelektrode 1 und das Werkstück 2 gelegt wird.
Als Ergebnis werden elektrische Entladungen zwischen der Spitze oder der Seitenfläche
nahe der Spitze der Werkzeugelektrode 1 und dem Werkstück 2 erzeugt, um nacheinander
Material vom Werkstück 2 abzutragen.
-
Wie weiter oben näher erläutert wurde, ist das Bearbeitungsfluid
vorzugsweise destilliertes Wasser eines spezifischen Widerstandes im Bereich in
der Größenordnung von 103 bis 105 Ohm cm. Es hat sich gezeigt, daß mit einem
derartigen
Wasser-Bearbeitungsfluid eine merklich verbesserte Oberflächengüte gegenüber Kerosin
erhalten werden kann. Somit wird ein Rmax-Wert unter gleichen Impulsbedingungen
halbiert. Z. B. ist mit einer Impuls-Ein-Zeit Stein von 1 /us, einer Impuls-Aus-Zeit
T aus von 3 /us und einem Impuls-Spitzenstrom 1 von 20 A eine Oberflächenrauhigp
keit von 3 bis 4 uR mittels des Wasser-Bearbeitungsmax fluids zu erhalten.
-
Die Motoren 4, 5 und 106 sind jeweils Impulsmotoren oder ein mit
einem Codierer ausgerüsteter Gleichstrommotor.
-
Ansteuerimpulse können gelegt werden an jeden Impulsmotor bei einer
festen Frequenz, jedoch vorzugsweise bei einer gesteuerten Frequenz, die abhängig
vom Spaltzustand verändert wird, so daß sich die Vorschubgeschwindigkeit entlang
jeder Achse abhängig von dieser ändern kann, wie dies oben erläutert wurde.
-
Während des Bearbeitungsbetriebes wird eine Hochfrequenzschwingung
auf die Werkzeugelektrode 1 mittels einer Ultraschall-Schwingungsanordnung 9, 10
und 11 übertragen, wie diese oben beschrieben wurde. Die Bearbeitungsstabilität
ist so merklich verbessert, und eine um einen Faktor 3 höhere Abtragungsgeschwindigkeit
als ohne Elektrodenschwingung oder -rütteln ist erzielbar.
-
Die Werkzeugelektrode 1 neigt zu einer Abnutzung von ihrem als eine
Bearbeitungsfläche dienenden Spitzenteil, und die Abnutzung ist insbesondere bei
einer dünneren Elektrode bemerkenswert, die in einer Bearbeitungsbeziehung mit einer
weiten zu bearbeitenden Werkstückfläche liegt.
-
Das Werkzeugabnutzungs-Fühler- und Kompensationssystem arbeitet in
der folgenden Weise. Der Zeitgeber 34 liefert
periodisch ein Taktsignal,
das an den UND-Gattern 32 und 33 liegt, um diese freizugeben. Während der Freigabeperiode
werden die Signalimpulse vom Eingangs-signal-Impulsgeber 30 durch das Gatter 32
geschickt und an den Zähler 35 gelegt, um dadurch gezählt zu werden. In der Zwischenzeit
werden die Signalimpulse, die vom Impulsgeber 30 abgegebene Spalt-Entladungsimpulse
darstellen, durch das Gatter 33 geschickt und an den Zähler 36 gelegt, um dadurch
gezählt zu werden. Wenn der erste Zähler 35 aufwärts bis zu einer Zahl von eingespeisten
oder darin voreingestellten Quellenimpulsen zählt, so liefert er ein Ausgangssignal.
Wenn in der Zwischenzeit der zweite Zähler 36 aufwärts bis zu einer Zahl von darin
voreingestellten Spalt-Entladungsimpulsen zählt, so erzeugt er ein Ausgangssignal.
Diese beiden Ausgangssignale werden zum Dividierer 38 gespeist, der dann ein Ausgangssignal
liefert, das das Verhältnis oder die Differenz dieser beiden Zähler-Ausgangssignale
darstellt.
-
Wenn sich die Elektrode 1 abnutzt, erweitert sich der Spaltabstand
G zwischen der Werkzeugelektrode 1 und dem Werkstück 2, so daß Bearbeitungsentladungen
schwierig auftreten. Dies bedingt eine Abnahme in der Anzahl der Entladungen bezüglich
einer im wesentlichen festen Anzahl von Quellenimpulsen, die von der Strom- bzw.
Spannungsversorgung 8 in der Zeiteinheit geliefert werden. Folglich erzeugt der
Signal-Impulsgeber 31 eine verringerte Anzahl von Signalimpulsen, die durch den
Zähler 36 gezählt werden. Der Dividierer 38 vergleicht dann die Ausgangssignale
der Zähler 35 und 36 und erzeugt ein Verhältnissignal, das proportional zur Werkzeugabnutzung
ist. Wenn das Verhältnis einen Schwellenwert überschreitet, liefert der Diskriminator
39 ein Signal, das das Steuerglied 40 betätigt, welches seinerseits einen Ansteuerimpuls
liefert, der in den Kompensations
-Vorschubmotor 114 eingespeist
wird. Die Zähler 35 und 36 werden dann selbst gelöscht und sind bereit für einen
nächsten Zählzyklus. In dieser Stufe werden die Gatter 32 und 33 weiter durch das
Taktsignal vom Zeitgeberglied 34 freigegeben, und die Eingangsimpulse sowie die
Spalt-Entladungsimpulse können geleitet werden, um den Zähler 35 bzw. 36 zum Zählen
zu erreichen. Der Dividierer 38 erzeugt weiter das Verhältnissignal, damit das Steuerglied
39 fortgesetzt arbeitet, so daß der Motor 114 weiter angesteuert ist, um den Kompensationsvorschub
für die Werkzeugelektrode 1 durchzuführen.
-
Wenn der Spaltabstand als Ergebnis eines Abnutzungs-Kompensations-Vorschubes
durch den Motor 114 verringert ist, wird das Verhältnis der Spaltentladungsimpulse
zu den Quellenimpulsen kleiner. Wenn das Verhältnis unter den Schwellenwert abfällt,
wird der Diskriminator 39 entregt, um das Ansteuern des Motores 114 aufzuhören.
Die Gatter 32 und 33 werden nach Ablauf des Taktsignales vom Zeitgeberglied 34 abgeschaltet,
um die Signalimpulse von den Impulsgebern 30 und 31 zu sperren.
-
Fig. 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei
dem eine automatische Werkzeug-Änderungseinheit 41 vorgesehen ist. Die Einheit 41
umfaßt ein Werkzeug-Speicherungsmagazin 42 in der Form einer Scheibe, an der abnehmbar
mehrere Werkzeugelektrodeneinheiten 1a, 1b, 1c, ... mit verschiedenen Elektrodenkonfigurationen,
die rund, dreieckig, quadratisch usw. sein können, und/oder mit verschiedenen Abmessungen
angebracht sind, wobei jede Einheit eine Ultraschall-Schwinger- oder Rüttelanordnung
9, 10 besitzt, die den Elektrodenkörper 1 lagert und durch den Werkzeugkopf 18 geführt
werden kann, wie dies oben erläutert wurde. Das Magazin 42 wird abhängig von einem
von einem Stellglied gelieferten Signal nacheinander in gegebene
Werkzeug-Änderungsstellungen
gedreht. Ein Werkzeug-Änderungsarm 44 mit einem Greifer ist ebenfalls abhängig von
einem Signal vom Stellglied 43 vorgesehen, um vom Werkzeugkopf 18 eine benutzte
Elektrodeneinheit, z. B. die Elektrodeneinheit 1a, zum Magazin 42 zu sammeln und
dann eine folgende programmierte Elektrodeneinheit, z. B. die Elektrodeneinheit
1b, vom Magazin 42 zu entfernen sowie am Werkzeugkopf 18 anzubringen, damit ein
anschließender Bearbeitungsschritt dadurch am Werkstück 2 durchführbar ist.
-
Eine weitere, in Fig. 12 dargestellte Anordnung verwendet eine Werkzeug-Schwingungseinrichtung
zum Überprüfen der Bearbeitungsgenauigkeit eines Werkstückes vor, während und nach
einem gegebenen elektrischen Bearbeitungsbetrieb. Wie weiter oben näher erläutert
wurde, ist eine Werkzeugelektrode 1 sicher an einer Kopplung 115 durch ein Ultraschallhorn
9 mit einem daran angebrachten Wandler gelagert, der durch eine HF-Versorgung 11
eines veränderlichen Ausgangssignales erregt wird, damit die Amplitude der auf die
Werkzeugelektrode 1 übertragenen Schwingung veränderlich einstellbar ist. Das Horn
9 ist am Maschinenkopf 18 befestigt, der vertikal entlang der Z-Achse durch den
Motor 106 verschiebbar ist, während der das Werkstück 2 tragende Arbeitstisch 3
in der X-Y-Ebene durch die Motoren 4 und 5 verschoben wird. Somit wird eine dreidimensionale
Bearbeitungsverschiebung durch die Motoren 4, 5 und 106 wie in den bereits dargestellten
Ausführungsbeispielen unter vorprogrammierten Befehlen der numerischen Steuereinheit
7 bewirkt.
-
In dieser Anordnung ist eine von der Bearbeitungs-Strom- bzw. Spannungsversorgung
8 unabhängige Überwachungs-Strom- bzw. Spannungsversorgung 50 mit dem Bearbeitungsspalt
zwischen der Werkzeugelektrode 1 und dem Werkstück
über einen Fühlerwiderstand
51 verbunden, von dem abgegriffene Anschlüsse an einem Diskriminatorglied 52 liegen.
Eine Bildanzeige 53 ist einerseits mit dem Ausgang des Diskriminatorgliedes 52 und
andererseits mit einem Ausgang der numerischen Steuereinheit 7 verbunden.
-
Es sei angenommen, daß ein gegebener dreidimensionaler Bearbeitungsbetrieb
auf dem Werkstück 2 vorgenommen wurde. Die Werkzeugelektrode 1 wird dann bei einer
Frequenz im Bereich von z. B. 2 bis 3 kHz oder 10 bis 50 kHz und mit einer Amplitude
im Bereich zwischen z. B.
-
0,1 bis 1 /um oder zwischen 5 und 10 /um in Schwingungen versetzt,
indem die Schwingungsanordnung 9, 10 und 11 betätigt wird, und die Werkzeugelektrode
1 wird dreidimensional durch Betätigen der Vorschubmotoren 4, 5 und 106 über das
bearbeitete Profil 2a des Werkstückes 2 entlang der gleichen Bahn gefahren, der
während des Bearbeitungsbetriebes unter den Befehlssignalen der numerischen Steuereinheit
7 zu folgen ist. Die Frequenz und die Amplitude der Werkzeugschwingung werden konstant
bei Werten abhängig von einem bestimmten Genauigkeitsgrad einer gewünschten Überwachung
gehalten. Die schwingende Werkzeugelektrode 1 liegt dann neben dem Werkstück 2 an
einem sehr kleinen mittleren Spaltabstand, der in vorteilhafter Weise mit dem Bearbeitungsfluid
gefüllt sein kann. Die Werkzeugelektrode 1 bildet und unterbricht so einen leichten
Kontakt mit der Werkstückoberfläche 2a, und bei einer gegebenen Frequenz und Amplitude
der Schwingung kann der elektrische Widerstandswert abhängig von der neutralen Stellung
und damit der wirksamen Stellung der Werkzeugelektrode 1 bezüglich der Werkstückoberfläche
2a erfaßt werden. Die Annäherungs- oder Berührungszeit ändert sich proportional
zur mittleren Nähe und wird eng mit dem überwachten elektrischen Widerstandswert
wiedergegeben.
-
Das Diskriminatorglied 52 kann einen oder mehrere Schwellenwertpegel
entsprechend einem gewünschten Spaltabstand oder entsprechend gewünschten Spaltabständen
und damit einem Grad oder Graden einer gewünschten Bearbeitungsgenauigkeit aufweisen,
und es liefert diskriminierte oder ausgefilterte Ausgangssignale, die an der Bild-Anzeigeeinheit
53 liegen. Die Anzeigeeinheit 53 empfängt Lage- oder Stellungssignale entsprechend
der programmierten dreidimensionalen (X-, Y-, Z-)Bearbeitungsverschiebung der Werkzeugelektrode
1 bezüglich des Werkstückes 2 und registriert entsprechend jeder dieser Stellungen
ein diskriminiertes Bearbeitungs-Genauigkeitssignal, das vom Diskriminatorglied
52 empfangen ist.
-
Fig. 13 zeigt eine bestimmte Ausführungsform der in Fig. 12 dargestellten
Bild-Anzeigeeinheit 53. Ein Aufzeichnungskopf 54 trägt eine Aufzeichnungsfeder 55
in Eingriff mit einem Aufzeichnungspapier 56, das in der Lage festgelegt und durch
einen Arm oder Ausleger 57 getragen wird, der exakt in der gleichen Weise verschoben
wird, wie die Werkzeugelektrode 1 bezüglich des Werkstückes 2 entlang der X-, der
Y- und der Z-Achse verschoben wird. Der Kopf 54 speichert in getrennten Kammern
54a, 54b und 54c drei verschiedenfarbige Farben oder Tinten, z. B. rot (R), gelb
(Y) und blau (B), und besitzt getrennte Ventile, die jeweils hiermit zugeordnet
sind, wobei die Ventile wahlweise durch Ausgangs signale des Diskriminatorgliedes
52 betätigbar sind, die verschiedene Grade einer Bearbeitungsgenauigkeit darstellen.
Wenn so z. B. der Diskriminator einen Spaltwiderstand im Bereich zwischen 1 und
50 Ohm feststellt, wird das Ventil (R) geöffnet, um roten Farbstoff zur Feder 55
zu speisen.
-
Wenn ein Spaltwiderstand im Bereich zwischen 51 und 100 Ohm festgestellt
wird, so wird das Ventil (Y) geöffnet, um den gelben Farbstoff zur Feder 55 zu speisen.
Wenn der
Spaltwiderstand im Bereich zwischen 101 und 300 Ohm liegt,
so wird das Ventil (B) geöffnet, um den blauen Farbstoff zur Feder 55 zu speisen.
Somit wird auf dem Aufzeichnungspapier 56 eine Kurve 58 durch die Feder 55 entsprechend
der relativen dreidimensionalen Bearbeitungsbahn zwischen der Werkzeugelektrode
1 und dem Werkstück 2 gezeichnet, und die Kurve kann sich lokal farblich abhängig
von Genauigkeitsgraden des bearbeiteten Profiles auf dem Werkstück 2 von Stelle
zu Stelle ändern.
-
Die blau gezeichneten Teile der Kurve stellen den höchsten Grad der
Bearbeitungsgenauigkeit dar; der gelb gezeichnete Teil stellt den mittleren Grad
der Bearbeitungsgenauigkeit dar; die rot gezeichneten Teile stellen schließlich
den geringsten Grad der Bearbeitungsgenauigkeit dar. Eine sehr genaue Überprüfung
der Bearbeitungsgenauigkeit wird so auf dem Aufzeichnungspapier 56 erhalten und
kann dazu dienen, ein Nachbearbeiten des bearbeiteten Werkstückes 2 vorzunehmen.
-
Fig. 14 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung einschließlich
einer Zurichteinrichtung zum Zurichten cder Aufbereiten der Werkzeugelektrode während
eines gegebenen Ablaufes eines Bearbeitungsbetriebes. In diesem System ist eine
Werkzeugelektrode 501 an einem Werkzeughalter 521 mittels einer Einspanneinrichtung
515 und eines O-Ringes 515a befestigt, und der Werkzeughalter 521 ist fest an einem
Fuß oder einem Bearbeitungs- bzw. Maschinenkopf 518 angebracht, der vertikal oder
entlang der Z-Achse verfahrbar ist. Die Werkzeugelektrode 501 und der Werkzeughalter
521 sind koaxial hohl, und der Werkzeughalter 521 ist mit einem Fluideinlaß 521a
ausgestattet, durch den eine Bearbeitungsflüssigkeit, vorzugsweise destilliertes
Wasser eines weiter oben angegebenen spezifischen Widerstandes, unter einem hohen
Druck von einer Versorgungseinheit einschließlich einer
Pumpe 560a
zugeführt wird. Die Bearbeitungsflüssigkeit verläuft so nach innen durch den Werkzeughalter
521 und die Werkzeugelektrode 501 und wird unter einem erhöhten kp/cm2 2 Druck über
5 kp/cm2, , vorzugsweise über 10 kp/cm und insbesondere über 25 kp/cm2 in den Bearbeitungsspalt
G zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück 502 abgegeben, das fest in einem
Arbeitsbehälter 561 angebracht ist. Die im Arbeitsbehälter 561 gesammelte Bearbeitungsflüssigkeit
wird zur Fluid-Versorgungseinheit über eine Pumpe 560b zurückgeführt. Der Arbeitsbehälter
561 ist auf einem Arbeitstisch 503 getragen, der durch einen X-Achsen-Motor und
einen Y-Achsen-Motor (in dieser Figur nicht gezeigt) verschiebbar ist, um das Werkstück
502 in der X-Y-Ebene zu verschieben, wie dies oben erläutert wurde.
-
Ein Ultraschallschwinger 562 ist hier an einer Platte 518a des Fußes
518 angebracht und wird durch eine Hochfrequenz-Versorgung 562a erregt, um eine
Ultraschallschwingung zu erzeugen, die über die Bearbeitungsflüssigkeit in den Bereich
des Bearbeitungsspaltes G und über den Werkzeughalter 521 zur Werkzeugelektrode
501 übertragen wird.
-
Eine EDM-Strom- bzw. Spannungsversorgung umfaßt eine Gleichstromquelle
508a und einen Leistungsschalter 508b in Reihe mit der Werkzeugelektrode 501 und
dem Werkstück 2. Der Schalter 508b wird durch einen Signal-Impulsgeber 563 über
eine Leitung 563a erregt, um den Ausgang der Gleichstromquelle 508a so zu pulsen,
daß eine Reihe von Bearbeitungsimpulsen am Bearbeitungsspalt G zwischen der Werkzeugelektrode
501 und dem Werkstück 502 liegt.
-
Eine Elektroden-Zurichteinheit 564 umfaßt eine Bandelektrode 564a
einer Breite von 1 bis 2 cm und einer Dicke von ca. 0,1 mm, die axial von einer
Vorrats-oder Abwickelspule 564b zugeführt und auf einer Aufnahme-oder Aufwickelspule
564c gesammelt wird, wobei die Spulen 564b und 564c auf einem Ständer 564d angebracht
sind. Die Laufstrecke der Band- oder Riemenelektrode 564a zwischen der Abwickelspule
564b und der Aufwickelspule 564c umfaßt eine Strom-Leitrolle 564e mit einer Bürste
564f, Bremsrollen 564g und 564h, einen Bezugselektrodentisch 564i, Führungsrollen
564j, 564k und 5641, eine Transportrolle 564m und eine Preßrolle 564n.
-
Die Transportrolle 564m wird durch einen (nicht gezeigten) Motor angetrieben,
um axial die Bandelektrode 564a entlang dieser Bauteile vorzurücken. Eine Zurichtversorgung
565 umfaßt eine Gleichstromquelle 565a und einen Leistungsschalter 565b, der mit
der Werkzeugelektrode 501 und der Bürste 564f verbunden ist. Der Leistungsschalter
565b wird durch den Signal-Impulsgeber 563 über eine Leitung 563b erregt, um den
Ausgang der Gleichstromquelle 565a zu pulsen, so daß dadurch eine Reihe eines Zurichtstromes
zwischen die Werkzeugelektrode 501 und die Bandelektrode 564a gelegt wird.
-
Fig. 15 zeigt eine abgewandelte Anordnung zum Übertragen einer Schwingung
auf die Werkzeugelektrode 501.
-
Hier besteht der Werkzeughalter 521' aus einer magnetostriktiven Substanz
und weist eine darauf gewickelte Erregerspule 562' auf, wobei diese Spule durch
eine Hochfrequenz-Strom- bzw. Spannungsversorgung 562a' versorgt wird. In dieser
Anordnung ist eine Steuereinheit 566 vorgesehen und wird durch ein (in dieser Figur
nicht gezeigtes) numerisches Stellglied betrieben und spricht außerdem an auf einen
Spannungsabfall, der an einem Widerstand 566a in Reihe mit der Bearbeitungs-Strom-
bzw. Spannungsversorgung
508a erfaßt wird, und auf einen Spannungsabfall,
der an einem Widerstand 566b in Reihe mit der Zurichtversorgung 565a erfaßt wird.
Verstärker 566c und 566d liegen zwischen dem Widerstand 566a und der Steuereinheit
566 bzw. zwischen dem Widerstand 566b und der Steuereinheit 566. In dieser Anordnung
ist der Signal-Impulsgeber der Fig. 14 in einen ersten Impulsgeber 563' zum Erregen
des Schalters 508b und in einen zweiten Impulsgeber 563'' zum Erregen des Schalters
565b unterteilt.
-
Die Steuereinheit 566 arbeitet abhängig von dem numerischen Stellglied
und überwacht durch die Verstärker 566c und 566d den Bearbeitungsstrom bzw. den
Zurichtstrom und wirkt ein auf die Ansteuermotoren zum dreidimensionalen Bearbeiten,
die Signal-Impulsgeber 563' und 563'' und die Hochfrequenz-Strom- bzw. Spannungsversorgung
562a, so daß diese einzelnen Funktionen mit einer optimalen Wirksamkeit ausführbar
sind.
-
Die Hochfrequenz-Schwingung der Werkzeugelektrode dient zum Stabilisieren
des Bearbeitungszustandes, wie dies oben erläutert wurde, und kann gleichzeitig
dazu verwendet werden, um die Abnutzung der Werkzeugelektrode 501 möglichst gering
und gleichmäßig zu machen. Dennoch sind die Abnutzung der Werkzeugelektrode 1 und
deren Unregelmäßigkeit in einem bestimmten Ausmaß nicht vermeidbar. Um die Zurichtfunktion
auszuführen, ist so die Einheit 564 erforderlich. Wie in der Fig. 16 gezeigt ist,
wird der Bezugstisch 564i dann unter die Werkzeugelektrode 501 verschoben, während
die Transportrolle 564m angetrieben wird, um axial die Bandelektrode 564a zu verschieben,
so daß sich diese in Berührung mit der Oberfläche des Bezugstisches 564i bewegt.
Der Impulsgeber 563 über die Leitung 563b oder der Impulsgeber 563'' wird betrieben,
um
abwechselnd den Leistungsschalter 565b ein- und auszuschalten, und die Werkzeugelektrode
501 wird von der Stellung 501' zur Stellung 501" verschoben und dort für eine vorbestimmte
Zeitdauer gehalten, so daß deren Bearbeitungsfläche 501a', die unregelmäßig abgenutzt
wurde, in eine flache Oberfläche 501a" zugerichtet wird.
-
In einer in Fig. 17 gezeigten abgewandelten Anordnung wird der Werkzeughalter
620, der mit einem Fluid-Zufuhr-Absperrglied 621a ausgestattet ist und die Werkzeugelektrode
601 in der oben erläuterten Weise lagert, durch einen sich horizontal erstreckenden
Ausleger oder Arm 618 getragen, und er ist vertikal hiermit bezüglich eines Gestelles
618a der Maschine verschiebbar. Die Werkzeugelektrode 501 ist wie in der vorhergehenden
Anordnung rohrförmig und kann einen Außendurchmesser von 0,5 mm bis 10 mm besitzen.
-
Wie in der vorhergehenden Anordnung ist eine Elektroden-Zurichteinheit
644 im Arbeitsbehälter 561 angeordnet und weist den allgemein in Fig. 18 gezeigten
Aufbau auf.
-
Die Einheit 644 umfaßt eine Zurichtelektrode 644a in der Form eines
kontinuierlichen Drahtes oder eines Bandes, der bzw.
-
das von einer Vorrats- oder Abwickelspule 644b zugeführt und in einem
Behälter 644c nach Schneiden in Stücke 644a' mittels eines Messers 6640 gesammelt
wird, nachdem er bzw. es über Führungsrollen 644j, 644k und 6441, eine Transportrolle
644m und eine Preßrolle 644n verlaufen ist. In der Laufstrecke der Zurichtelektrode
644a ist ein Vorzurichtteil 644g zwischen den Führungsrollen 644k und 6441 angeordnet.
-
Eine Federbremse 644r ist an einem Bügelteil 644s des Vorzurichtteiles
644g angebracht, um eine Bremskraft auf die Spule 644b auszuüben, die durch zwei
Lagerrollen 644t und 644u getragen wird. Diese Bauteile sind sicher in
einem
Gehäuse 664v untergebracht.
-
Das Gehäuse 664v ist an der Oberseite offen, um ein Einbauen und
Entfernen der Spule 664b und ein Spannen der Draht- oder Bandelektrode 664a über
die Führungselemente zu erlauben, und es weist den Bügel 664s auf, der an einem
oberen Teil hiervon zurückgeführt ist. Der am Bügel 664s angebrachte Vorzurichtteil
664g ist an seiner Oberseite mit einer Führungsnut zum Aufnehmen der Draht-oder
Bandelektrode 664a ausgestattet, und der Bügel 664s ist, wie dies in Fig. 19 gezeigt
ist, an seiner Oberseite mit einer Isolierbeschichtung 664w bedeckt, um ihn vor
einer elektrische Entladungserosion zu schützen.
-
Die Draht- oder Bandelektrode 664a wird von der Vorratsspule 664b
abgezogen, über die Rollen 664j und 664k geführt, durch die Führungsnut auf dem
Bügel 664s geschickt, über die Rolle 6641 geführt, zwischen die Transportrolle 664m
und die Preßrolle 664n geschickt und gegebenenfalls durch die Schneideinheit 6640
in Stücke 664a' geschnitten, die im Behälter 664c gesammelt werden.
-
Die Spule 664b ist drehbar durch die Rollen 664t und 664u gelagert,
und ein angemessenes Drehmoment wird über die Federbremse 664r vermittelt. .Demgemäß
wird mit der durch einen (nicht gezeigten) Motor angetriebenen Transportrolle 664m
eine Spannung größer als ein gewünschter Mindestwert immer an der Draht- oder Bandelektrode
664a gehalten.
-
Die Oberseite des Teiles 664q und die durch die Führungsnut auf dem
Bügel 664s verlaufende Draht- oder Bandelektrode sind so angeordnet, daß sie genau
parallel zu einer horizontalen Bezugs-Bearbeitungsebene der Maschine sind.
-
Die Elektroden-Zurichteinheit 664 arbeitet in der folgenden Weise.
Der Arbeitstisch 503 wird verschoben, um den Teil 664q so anzuordnen, daß er unmittelbar
unter der Werkzeugelektrode 601 liegt; der Impulsgeber 563'' wird betätigt. Die
Pumpe 560a wird angetrieben, damit die Bearbeitungsflüssigkeit in den Bereich des
Teiles 664q geliefert wird, während der Arm oder Ausleger 618 nach unten verschoben
wird, um die Werkzeugelektrode 601 von einer Stellung 601' zu einer Vorzurichtstellung
601'' zu bringen. Der Teil 664q kann dann die abgenutzte Bearbeitungsfläche 601a
grob oder roh zurichten. Danach wird die Abwärtsbewegung des Armes oder Auslegers
518 angehalten, und der Arbeitstisch 503 wird angetrieben, um die Werkzeugelektrode
601 endgültig zuzurichten, während sie von der Stellung 601" in eine Stellung 601
(vgl. Fig. 19) mit der Zurichtelektrode 664a verschoben wird.
-
In der Fig. 20 ist ein weiteres System zum Erfassen der Abnutzung
einer Werkzeugelektrode und zum Steuern des dreidimensionalen Bearbeitungsvorschubes
sowie zum Kompensieren der Werkzeugabnutzung gezeigt. In diesem System hat eine
Strom- bzw. Spannungsversorgung 708 eine Gleichstromquelle 708a und einen Leistungsschalter
708b in Reihe mit einer Werkzeugelektrode 701 und einem Werkstück 702. Der Schalter
708b wird durch einen Signal-Impulsgeber 708c über eine Leitung 708d gesteuert,
um den Ausgang der Quelle 708a zu pulsen, so daß dadurch eine Reihe von Bearbeitungsimpulsen
zwischen der Werk zeugelektrode 701 und dem Werkstück 702 liegt. Der Signal-Impuls
geber 708c wirkt auch über eine Leitung 708e auf einen Schalter 719b ein, der in
Reihe mit der Gleichstromquelle 708a und einem Widerstand 719a liegt. Ein Spalt-Detektorglied
719c spricht auf den Spannungsabfall am Widerstand 719a an, wenn jeder Signalimpuls
am Schalter 719b liegt, um den Widerstand 719a mit dem Bearbeitungsspalt
G
zu verbinden.
-
Der das Werkstück 702 tragende (in dieser Figur nicht gezeigte) Arbeitstisch
wird dreidimensional entlang einer X-Achse, einer Y-Achse und einer Z-Achse durch
Motoren 704, 705 und 706 mit Codierern 704a bzw.
-
705a bzw. 706a verschoben, wie dies oben erläutert wurde. Ein Takt-Impulsgeber
770 ist vorgesehen, um eine Folge von Taktimpulsen zu liefern, die geeignet durch
eine numerische Steuereinheit 707 verteilt werden, um den X-Achsen-Motor 704, den
Y-Achsen-Motor 705 und den Z-Achsen-Motor 706 in üblicher Weise anzusteuern. Hierzu
sind Verteilungsnetzwerke 771, 772 und 773 sowie verstärkende Polaritäts-Bestimmungsnetzwerke
774, 775 und 776 in den jeweiligen Eingangskanälen für die Motoren 704, 705 und
706 vorgesehen, wie dies dargestellt ist.
-
Der Signal-Impulsgeber 708c gibt Hochfrequenz-Signalimpulse (vgl.
Fig. 21(A)) entlang der Leitung 708d und Niederfrequenz-Signalimpulse (vgl. Fig.
21(B)) entlang der Leitung 708e ab, wobei diese getrennten Reihen von Impulsen am
Schalter 708b und am Schalter 719b liegen.
-
Jeder auf der Leitung 708e (vgl. Fig. 21(B)) abgegebene Signalimpuls
ist synchron zu irgendeinem der auf der Leitung 708d abgegebenen Signalimpulse.
-
Ohne jeden Impuls auf der Leitung 708e wird der Schalter 708b durch
auf der Leitung 708d abgegebene Signalimpulse ein- und ausgeschaltet, um eine Reihe
von Hochspannungs-Impulsen an die Werkzeugelektrode 701 und das Werkstück 702 zu
legen, wobei diese Impulse zu elektrischen Entladungen am Spalt führen, deren Spannungs-und
Stromverlauf mit A in der Fig. 21(C) bzw. 21(D) gezeigt ist. Bei Vorliegen eines
auf der Leitung 708d synchron mit einem Impuls auf der Leitung 708d abgegebenen
Impulses
werden beide Schalter 708b und 719b eingeschaltet, und die Quelle 708a wird zum
Widerstand 719a nebengeschlossen. Als Folge hat der Spaltimpuls verringerte Spannungs-
und Stromgrößen, wie dies durch B in den Fig.
-
21(C) und 21(D) dargestellt ist, die nicht eine Bearbeitungsentladung
unter einem normalen Spaltzustand hervorbringen können. Wenn jedoch der Spaltzustand
unbefriedigend ist, entwickelt sich ein erhöhter Strom durch den Bearbeitungsspalt
G, und dieser Strom wird als ein gesteigerter Spannungsabfall am Fühlerwiderstand
719a erfaßt.
-
In den Fig. 22 bis 24 ist dargestellt, wie die Werkzeugelektrode
von einer Abnutzung während eines EDM-Betriebes beeinträchtigt wird, bei dem die
Werkzeugelektrode 701 in der Form eines Zylinders verwendet wird, um eine Nut 702a
einer Tiefe D herzustellen oder zu bearbeiten, die sich in der Richtung der X-Achse
erstreckt. Es ist zu ersehen, daß der seitliche Spaltabstand g in der Vorschubrichtung
entlang der X-Achse kleiner als der Spaltabstand G in der senkrechten Richtung oder
entlang der Z-Achse ist, und die Materialabtragung vom Werkstück 702 schreitet vorherrschend
entlang der halbkreisförmigen Oberfläche und auch in einem geringeren Ausmaß entlang
eines Grundteiles der Werkzeugelektrode 701 in der Vorschubrichtung fort, wobei
eine bearbeitete Oberfläche 702a darin zurückgelassen wird. Als Ergebnis entwickelt
sich eine unregelmäßige Abnutzung 701a mit einer Neigung auf der Elektrodenoberfläche.
Die Konfiguration dieser Abnutzung, -die sich entwickelt, wenn die Werkzeugelektrode
in der einzigen Richtung oder entlang der X-Achse vorfährt, ist auch in Fig. 25
dargestellt, und wird komplex, wenn die Richtung von ihrem Vorschub in verschiedener
Weise abgeändert wird.
-
Wenn die Werkzeugelektrode 701 abwärts fährt oder sich in der Abwärtsrichtung
(entlang der Z-Achse) bei einem Punkt Q in einer Folge von Vorschubstrecken bewegt,
wie dies in Fig. 26 gezeigt ist, und dann zurückkehrt, so daß eine gesteigerte Tiefe
702c erreicht ist, so entwickelt sich leicht eine unregelmäßig bearbeitete Neigung
702d auf der Oberfläche 702c, wie dies in Fig.
-
24 dargestellt ist. Es ist auch zu ersehen, daß dort ein Unterschied
im wirksamen Spaltabstand g zwischen dem Zustand in Fig. 22 und demjenigen in Fig.
23 besteht. Eine unregelmäßige Abnutzung der Werkzeugelektrode wird auch auf deren
Mantelfläche sowie auf deren Grundteil verursacht, wie dies dargestellt ist.
-
Diese Probleme werden überwunden, indem zur Kompensation die Werkzeugelektrode
um eine Entfernung d zugeführt wird, während sie von einem Punkt P' zu einem Punkt
Q' in Fig. 27 gemäß einem vorbestimmten Programm vorrückt, wenn eine Änderung im
Bearbeitungszustand nicht durch den Detektor 719c erfaßt wird, so daß der unabgenutzte
Teil 701b auf dem Boden der Werkzeugelektrode (vgl. Fig.
-
24) positiv bearbeitet oder abgenutzt wird.
-
Es ist auch zweckmäßig, eines von verwobenen Vorschubmustern anzuwenden,
wie diese in Fig. 28 und 29 gezeigt sind. In der Fig. 29 geben Stellungen A, B,
C, D und E und hiermit zugeordnete Pfeile eine Folge von Strecken an, denen zu folgen
ist.
-
In der Fig. 20 sind ein Steuersystem zum Regeln der Schrittmotore
704 und 705 und ein Steuersystem zum Regeln des Schrittmotores 706 wechselseitig
getrennt und einander zugeordnet. Das System für die Schrittmotoren 704 und 705
wird unter einem numerischen Steuerprogramm betrieben, um
einen
Profil-Vorschub in der X-Y-Ebene zu bewirken, während es auf den Detektor 719c anspricht,
damit die Geschwindigkeit des Profil-Vorschubes derart erfolgt, daß der Spaltabstand
g immer geeignet konstant gehalten ist. Dagegen wird das System für den Schrittmotor
706 betrieben, um eine Absenkbewegung (eines Abstandes D) an einem Umkehrpunkt zu
bewirken, und um zusätzlich einen kleinen Aufwärts- und Abwärts-Vorschub in einer
Richtung oder eine eine Abnutzung kompensierende verwobene Bewegung entlang der
Z-Achse zu erreichen.
-
Auf diese Weise wird die Abnutzung der Werkzeugelektrode 701 stark
ausgeglichen, um den in Fig. 22 dargestellten Zustand aufzubauen, wie dies aus den
schematischen Darstellungen der Fig. 24 bis 29 folgt.