DE3038410A1

DE3038410A1 - Verfahren und vorrichtung zum bearbeiten von werkstuecken mittels elektrischer entladung

Info

Publication number: DE3038410A1
Application number: DE19803038410
Authority: DE
Inventors: Testuro Itoh; Toshiro Oizumi; Shigeo Nagoya Aichi Yamada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1979-10-11
Filing date: 1980-10-10
Publication date: 1981-04-23
Also published as: DE3038410C2; US4400606A; CH658213A5

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mittels elektrischer Entladung

Die Erfindung betrifft Verfahren, bei denen mittels elektrischer Entladung ein Werkstück bearbeitet wird, indem zwischen Werkstück und bearbeitender Elektrode ein Strom durch eine Lösung hindurchgeschickt wird, die den Zwischenraum zwischen dem Werkstück und der Elektrode anfüllt. Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.

Bei bisher üblichen Verfahren zur Werkstückbearbeitung mittels elektrischer Entladung wird die Bearbeitung durch die sich zwischen dem Werkstück und der Elektrode ausbildende elektrische Entladung vorgenommen, während die Elektrode gegenüber dem Werkstück in einer primären oder Hauptbearbeitungsrichtung, die nachfolgend als Z-Achsenrichtung bezeichnet wird, bewegt wird. Außerdem wird die Elektrode in einer zur Z-Achsenrichtung im wesentlichen senkrecht liegenden Ebene bewegt, die nachfolgend als X-Y-Ebene bezeichnet ist. Die Relativbewegungen zwischen Werkstück und Elektrode sind mit Primärbearbeitungsvorschub und Sekundärbearbeitungsvorschub bezeichnet.

Ein Bearbeitungsverfahren mittels Entladung, welches mit Primärbearbeitungsvorschub entlang der Z-Achse und Sekundärbearbeitungsvorschub in der X-Y-Ebene arbeitet, ist beispielsweise aus der japanischen Patentanmeldung Nr. 3594/1966 bekannt. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß eine Anzahl von Bearbeitungsstufen, nämlich eine Grobbearbeitung, eine mittlere Bearbeitung, eine mittlere Finish-Bearbeitung, eine Finish-Bearbeitung und eine Feinfinish-Bearbeitung in ununterbrochener Folge durchgeführt werden können. Allgemein gesagt, erfolgt die Grobbearbeitung dadurch, daß der Vorschub nur in der Primärrichtung entlang der Z-Achse vorgenommen und ein großer elektrischer Strom ein-

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sich

gesetzt wird, so daß als Folge ein relativ .breiter Bearbeitungsspalt einstellt. Mit fortschreitender Entladungsbearbeitung in Richtung auf die Peinfinish-Stufe wird der Entladungsstrom allmählich verringert, wobei auch der Bearbeitungsspalt abnimmt. Der Sekundärbearbeitungsvarschub in der X-Y-Ebene macht es möglich, die Bearbeitungsflächen mit einer einzigen Elektrode glatt zu bekommen, da durch die Bewegung in der X-Y~-Ebene ein Ausgleich für die Verkleinerung, des Bearbeitungsspaltes geschaffen wird.

Bei einer herkömmlichen Entladungsbearbeitungsvorrichtung, bei der ein sekundärer Bearbeitungsvorschub angewendet wird, können Pulver und Späne, die bei der Entladungsbearbeitung entstehen und im Bearbeitungsspalt verbleiben, sowie Teile der isolierenden Bearbeitungslösung, die durch thermische Zersetzung aufgrund heißer Lichtbogenentladungen während der Entladungsbearbeitung entstanden sind, durch die Pumpwirkung der Bearbeitungslösung beseitigt werden, welche aufgrund der Sekundärbe'arbeitungsvorschubbewegungen durchgeführt wird, mit dem Ergebnis, daß eine zufriedenstellende Rauhigkeit des Werkstücks hervorgebracht wird.

Ein Ausführungsbeispiel eines herkömmlichen Bearbeitungsverfahrens mittels elektrischer Entladung wird in Verbindung mit Fig. 1 nachfolgend beschrieben. Diese Figur 1 zeigt, wie ein gewöhnlicher Bearbeitungsvorgang mit herkömmlichen Entladungsbearbeitungsverfahren ausgeführt wird, bei welchem ein Werkstück 2 mit einer Elektrode 1 bearbeitet wird, die die Form eines ungleichseitigen Dreiecks ; hat. Der Elektrode 1 wird ein Sekundärmaschinenvorschub in der X-Y-Ebene erteilt, der in diesem Fall eine Kreisbewegung ist, deren Radius R beträgt. Dieses Verfahren ergibt dieselbe Auswirkung wie eine Elektrode, deren Radius so groß wie der Radius R ist, der nach Bedarf ausgewählt werden kann. Wie jedoch die Fig. 1 deutlich macht, sind die Ecken der auf dem Werkstück bearbeiteten Fläche mit

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einem Radius R gerundet. Die.Gestalt der im Werkstück bearbeiteten Fläche unterscheidet sich also von der Gestalt der Elektrode nicht, unwesentlich. Diesem Verfahren haftet also der Nachteil an, daß das Werkstück nicht mit hoher Genauigkeit bearbeitet werden kann.

Um diese Schwierigkeit auszuschließen, sind verschiedene Verfahren für Sekundärbearbeitungsvorschübe vorgeschlagen worden. Eines dieser Verfahren ist in der Fig. 2 gezeigt, bei welchem eine Elektrode 1 gegenüber einem Werkstück 2 radial und mit gleichen Längsbewegungen auf die Scheitelecken der Figur, die im Werkstück 2 geformt werden soll, hin bewegt wird. Die Relativverschiebungen gegen die Scheitelecken hin sind in Fig. 2 mit den Vektoren a , b und c angedeutet, wobei die Größen dieser Vektoren sämtlich R sind. Wie aus der Gestalt der im Werkstück gemäß Fig. 2 erzeugten Bearbeitungsfigur hervorgeht, sind die Innenwinkel ungleichmäßig, auch wenn die Elektrode gegenüber dem Werkstück in der beschriebenen Weise radial bewegt wird. Mit anderen Worten, die so hergestellte Bearbeitungsfigur unterscheidet sich von der. Gestalt der Elektrode noch beträchtlich. Das Entladungsbearbeiten nach diesem Verfahren ist somit hinsichtlich Präzision immer noch unbefriedigend.

Ein weiteres, verbessertes Verfahren ist in der Fig. 3 angedeutet. Bei diesem Verfahren wird eine SekundärbearbeitungsvorSchubbewegung ausgeführt, bei der die drei Seiten A, B und C der Elektrode 1 gegenüber dem Werkstück 2 in einem Ähnlichkeit sverhältnis k verschoben werden. Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, daß die Bearbeitungsspalte α, β und γ zwischen der Elektrode 1 und dem Werkstück 2 unterschiedlich breit sind, so daß sich die Bearbeitungsfigur von der Gestalt der Elektrode unterscheidet, sofern es sich bei der Elektrode nicht ausnahmsweise um eine solche mit dem Querschnitt eines gleichseitigen Dreiecks handelt. Genauer gesagt, sind die nach dem Verfahren gemäß Fig. 3 entstehenden Erweiterungsspalte α, β und γ, die sich aufgrund

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der Sekundärbearbeitungsvorschübe der Elektrode ergeben, untereinander verschieden. Das Verfahren leidet deshalb unter dem Nachteil, daß die bearbeiteten Oberflächen nach mehreren Bearbeitungsschritten von der Grobbearbeitung bis zur Feinschlichtung nicht gleichmäßig sind. Somit ergibt die Entladungsbearbeitung nach dieser Technik keine zufriedenstellende Oberflächenrauhigkeit im Werkstück.

Es liegt deshalb der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Entladungsbearbeitungsverfahren zu schaffen, bei welchem die im Werkstück bearbeitete Figur oder Fläche mit der Umfangsgestalt einer bearbeitenden Elektrode übereinstimmt und bei der die Ecken ebenfalls zufriedenstellend mit der Kontur der bearbeitenden Elektrode übereinstimmen. Ferner soll das verbesserte Entladungsbearbeitungsverfahren einen gleichmäßigen Elektrodenverbrauch und gleichmäßige chemische Veränderungen des Materials haben und wenig Anlass zu unnormalen Funkenentladungen geben. Bei dem neuen Verfahren soll der Elektrodenraum zwischen der Elektrode und dem Werkstück in geeigneten Abmessungen gehalten und das Werkstück mit hoher Genauigkeit bearbeitet werden. Die Wirksamkeit des BearbeitungsVorganges soll überdies hoch sein. Daneben besteht die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Entladungsbearbeitung zu schaffen, mit der die angestrebten Verfahrensvorteile erzielbar sind.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mittels eines Entladungsbearbeitungsverfahrens zur Bearbeitung eines Werkstückes in der Weise, daß elektrischer Strom zwischen einem Werkstück und einer Elektrode über eine Bearbeitungslösung im Elektrodenraum zwischen dem Werkstück und der Elektrode zum Fließen gebracht wird, wobei die Elektrode und das Werkstück relativ zueinander verschoben werden, und zwar in einer Ebene mit Richtung der Gegenüberstellung von Elektrode und Werkstück, die in eine Primärbearbeitungsrichtung und die Richtung der Ebene, die praktisch senkrecht auf der Hauptabtastrichtung steht, unterteilt ist. Die Entladungs-

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bearbeitung wird durchgeführt, indem die Elektrode und das Werkstück derart gesteuert werden, daß ein Elektrodenzwischenraum von vorbestimmten Abmessungen zwischen der Elektrode und dem Werkstück von solchem Ausmaß aufrechterhalten wird, daß in dem Zwischenraum die elektrische Entladung stattfindet. Die Relativverschiebung erfolgt in Richtung auf die Schnittpunkte gerader aneinandergrenzender Linien, die parallel zu und mit gleichem Abstand von der Umfangslinie der Elektrode verlaufen. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Elektrode und das Werkstück gegeneinander mehrere Male verlagert, wobei die Schnittpunkte benachbarter gerader Linien als Endverschiebungspunkte dienen. Die benachbarten geraden Linien verlaufen parallel und mit gleichem Abstand von dem Umriss der Elektrode und bilden so eine gewünschte Bearbeitungsbegrenzung. Die Relativverschiebung wird entlang Verschiebungsvektoren ausgeführt, die zu den EndverSchiebungspunkten verlaufen. Der Abstand zwischen jeder geraden Linie und dem Umriss der Elektrode kann, während die Relativverschiebung zu den Endverschiebungspunkten ausgeführt wird, leicht vergrößert werden. Eine vorbestimmte geringe Verschiebungsbewegung kann der Relativverschiebung in solchem Maße überlagert sein, daß die Bearbeitungsgenauigkeit durch die Überlagerung nicht beeinflusst wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit einer Entladungsbearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstückes in der Weise durchführen, daß zwischen Werkstück und Elektrode über eine Bearbeitungslösung im Elektrodenabstandsspalt zwischen Werkstück und Elektrode ein Strom fließt und eine erste und eine zweite Antriebsvorrichtung vorhanden sind. Die erste Antriebsvorrichtung bestimmt zunächst, ob in einer Primärbearbeitungsrichtung eine Entladungsbearbeitung möglich ist. Ist dies möglich, so wird die Elektrode gegenüber dem Werkstück so weit vorgeschoben, bis zwischen ihr und dem Werkstück ein vorbestimmter Bearbeitungsabstands-

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raum verbleibt. Die zweite Antriebsvorrichtung bewegt die Elektrode gegenüber dem Werkstück in einer zur Primärbearbeitungsrichtung im wesentlichen senkrecht liegenden Ebene. Eine numerische Steuervorrichtung erzeugt Befehlssignale, um die Größe der Relativbewegung, mit der die Elektrode von der zweiten Antriebseinrichtung bewegt wird, zu bestimmen. Die zweite Antriebsvorrichtung wird aufgrund der von der numerischen Steuervorrichtung abgegebenen Befehlssignale, welche vom Zustand des Bearbeitungsspaltes abhängig sind, angetrieben. Es können Zeitsteuermittel zum Betrieb der numerischen Steuervorrichtung vorgesehen sein, die in jeweils bestimmten Zeitspannen Befehlssignale für Verschiebungsvektoren hervorbringen. Eine Prüfeinrichtung kann die zwischen Elektrode und Werkstück herrschende Spannung feststellen und ein Impulssignal abgeben, dessen Frequenz ein Maß für diese festgestellte Spaltspannung ist. Es können darüber hinaus Mittel vorhanden sein, die ein Treibersignal für einen Verschiebungsvektor, welche die numerische Steuervorrichtung für den Antrieb der zweiten Antriebsvorrichtung hervorbringt, abgeben, wenn die Zahl der von der Detektoreinrichtung erzeugten Impulse einen bestimmten Wert erreicht.

Zum besseren Verständnis wird nachfolgend auf die Zeichnungen Bezug genommen, welche im einzelnen zeigen:

Fig. 1 und 2 Erläuterungsdiagramme für herkömmliche Entladungsbearbeitungsverfahren, bei welchen eine Elektrode gegenüber einem Werkstück verlagert wird;

Fig. 3 ein weiteres Erläuterungsdiagramm eines anderen herkömmlichen Verfahrens, bei dem ein Werkstück so bearbeitet wird, daß die bearbeitete Stelle eine dem Umriss der Elektrode ähnliche Gestaltung erhält;

Fig. 4 ein Erläuterungsschaubild zum Beschreiben der idealen Relativverschiebung einer Elektrode gegenüber einem Werkstück bei einer bevorzugten Ausführungsform

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des Entladungsbearbeitungsverfahrens nach der Erfindung;

Fig. 5 und 6 Diagramme zur Beschreibung der Relativbewegungen gemäß Fig. 4;

Fig. 7 ein Erläuterungsdiagramm zur Beschreibung von Schwierigkeiten, die mit dem Verfahren nach Fig. 4 verbunden sind;

Fig. 8 und 9 Diagramme, die die Relativverschiebungen bei einer zweiten und dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Entladungsbearbeitungsverfahrens wiedergeben;

Fig. 10 und 11 teils in Blockschaltbild dargestellte Ausführungsformen von Entladungsbearbeitungsvorrichtungen zur Durchführung vorstehend genannter Verfahren nach der Erfindung;

Fig. 12 ein Diagramm zur Erläuterung eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens; und

Fig. 13 eine teils als Blockschaltbild dargestellte dritte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Entladungsbearbeitung nach dem in Fig. 12 dargestellten Verfahren.

Figur 4 zeigt den Sekundärbearbeitungsvorschub einer Elektrode 1 bei einem ersten Ausführungsbeispiel des Entladungsbearbeitungsverfahrens. Eine Umrissgestalt, die in einem Wekrstück durch Vorschieben der Elektrode 1 hervorgerufen wird, ist mit den Geraden A¹, B¹ und C dargestellt, die um einen Abstand R parallel zu den Seiten der Elektrode 1 verlaufen. Die Schnittpunkte dieser Geraden A¹, B¹ und C sind mit P₁, P_ und P, bezeichnet. Die Eckpunkte der dreieckigen Elektrode heißen q₁, q₂ und q₃ mit den zugehörigen Dreieckswinkeln O₁, Θ- und Q₃. Die Sekundärbearbeitungsvorschubvektoren ει, b* und <?, die für die Aufweitung der Seiten A, B und C der Elektroden 1 in gleichem Maß um den Wert R benötigt werden, werden bezüglich des Vorschubvektors a* beschrieben. Wenn senkrechte Verbindungen von dem Eckpunkt q. zu den Geraden A¹ und B¹ gezogen werden, schneiden diese

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die Geraden A¹ und B¹ in Punkten r₂ und r... Die Dreiecke P-r-q.. und P₁^g₁ sind rechtwinklige Dreiecke mit der gemeinsamen Dreiecksseite P7q7 und den Seiten rTqT und r g. die gleiche Länge haben. Diese beiden Dreiecke sind also kongruent. Die gemeinsame Seite P^q*, die durch den Vektor a gebildet wird, ist somit Winkelhalbierende des Winkels ^Tr_-. P ..r^· Wenn also die Elektrode 1 um den Vektor a* verschoben wird, führt der Eckpunkt q₂ eine Parallelbewegung auf einen Punkt g~ ' hin aus. Der Winkel des Parallelepipeds ^P1^1^2^2' k^e^ dem Punkt q₂ kann mit Θ./2 bezeichnet werden.

Damit hat der Vektor a ein Azimuth von (Q₀ +O₁/2) und

R
eine Größe von _s—. In gleicher Weise lassen sich die

anderen -~— Vektoren b und c leicht berechnen.

Die Vektoren a, b* und c" haben Azimuthe und Größen, wie sie in Fig. 5 angegeben sind. Wenn also die Elektrode gegenüber dem Werkstück 2 in der X-Y-Ebene gemäß den Vektoren a, b und verschoben wird, dann entspricht die im Werkstück durch die Elektrode hervorgerufene Figur derjenigen der Elektrode auch in den Ecken.

Im Beispiel der Fig. 4 ist die Elektrode dreieckig. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Dreiecksform beschränkt, so daß auch andere polygonale Elektroden, wie solche mit Rechteckgestalt, in einem Werkstück eine entsprechende Bearbeitungsgestalt hervorbringen können.

Wenn außerdem das Verfahren so eingesetzt wird _r daß die Daten der Schnittpunkte P.., P₃ und P₃ und der Geraden A·, B' und C' in eine numerische Steuervorrichtung eingegeben werden, so daß diese die Vektoren berechnet, dann erfolgt die Bearbeitung des Werkstücks in besonders zufriedenstellender Weise.

Fig. 6 zeigt Sekundärbearbeitungsvorschubvektoren, die aus den Vektoren ~&, b und c* erhaltene fortlaufende Vektoren sind. Die gewünschte Werkstückgestalt läßt sich gewinnen,

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wenn Elektrode 1 und Werkstück 2 gemäß den in Fig. 6 gezeigten Vektoren gegeneinander verschoben werden.

Die Beziehung zwischen der Elektrode 1 und dem Werkstück 2 soll betrachtet werden, speziell der bearbeitete Bereich des Werkstückes bei der Entladungsbearbeitungsmethode vorstehend beschriebener Art. Wie in Fig. 7 gezeigt, wird bei der ersten Relativverschiebung gemäß Vektor a mehr als die Hälfte des Bearbeitungsbereiches entfernt, wie durch die mit Punkten gekennzeichnete Fläche dargestellt. Bei der zweiten Relativverschiebung gemäß Vektor b wird dann der größere Teil der noch verbliebenen, zu bearbeitenden Zone, welcher gestrichelt gekennzeichnet ist, beseitigt. Bei der schließlich verbleibenden letzten Relativbewegung gemäß Vektor c wird ein nur^-mehr ziemlich kleiner zu bearbeitender Bereich entfernt. Folglich sind die Verbrauchsmengen der Elektrode 1 und der Grad der chemischen Veränderung des Elektrodenmaterials aufgrund thermischer Einwirkungen abhängig von der Reihenfolge der Relativverschiebungen und der Richtung der Relativverschiebungen großen Schwankungen unterworfen. Hierdurch ergibt sich, daß in der Praxis die sich schließlich ergebende Werkstückgestalt von der gewünschten abweichen kann aufgrund der Eigenschaftsveränderung und der Deformation der Elektrode.

Anhand der Fig. 8 wird ein weiteres Beispiel des Entladungsbearbeitungsverfahrens nach der Erfindung beschrieben, bei welchem die vorstehend aufgeführte Schwierigkeit ausgeschaltet ist. Dieses Verfahren führt einen Vektorbearbeitungsprozeß durch, in welchem die Elektrode nach vorbestimmten Verschiebungsvektoren in der X-Y-Ebene vorgeschoben wird. Genauer gesagt wird der Betrag der Vektorbewegung bei jeder Verschiebung kleiner gemacht, so daß das Werkstück dadurch bearbeitet wird, daß die Elektrode in jeder Verschiebungsrichtung mehrere Male verschoben wird. Dadurch sind die Bearbeitungsmengen insgesamt gesehen, gemittelt. Die Koordinaten der Endpunkte jedes Relativverschiebungsvektors werden

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ermittelt und dann durch η dividiert, so daß für jeden Vektor η Koordinaten vorhanden sind.

In Fig. 8 hat der Mittelpunkt O die Bezugskoordinaten (O, O), während die endgültigen Verschiebungsvektoren im Vektorbearbeitungsprozeß mit if, fcf und c bezeichnet sind, deren Koordinaten (X₁, y-) , (^χ?' Y?) ^un<^ (^χ-3/ sind.

Aus obiger Beschreibung lassen sich die Koordinaten (X₁, Y ) des Endpunktes des Vektors a ausdrücken durch folgende Gleichungen (1) und (2):

X=IaI cos (θ + ö¹) = ¹ ^{l l}

Y = \t\ sin(0 + ^¹) = ^{1 2 2}

Die Koordinaten des ersten Endpunktes (X₁₁/ Y₁₁)" des Vektors a"', der gleichmäßig in η Teile unterteilt ist, sind X₁. Y₁
(—' —), die des zweiten Endpunktes (X₁₉, Y₁.,) sind 2X. 2Y₁
( ; ), die des dritten Endpunktes (X₁-,/ Y₁ ο) sind

XX XX I -J I -J

3X 3Y
( ; ) usw. Somit läßt sich der k-te Verschiebungsvektor

a. darstellen durch £ a^ , der die Koordinaten (-X₁, -Y₁) hat.

rL ΓΧ Xl I XX I

In gleicher Weise sind die k-ten Verschiebungsvektoren b*", und

c, der Vektoren b und c in der Form —b und — c, und ihre

^k k k k ⁿ k ⁿ

Koordinaten sind (^x₂' n^y2^{) und (}n^x3' n^Y3⁾*

In jeder Richtung der Vektoren a, b unc c? wird die Vektorbewegung η-mal durchgeführt, wobei jedes Mal die Größe des Vektors geringfügig gesteigert wird. Mit anderen Worten, in der ersten Bearbeitungsstufe wird die Elektrode gemäß den

I	sin	I	sin	T	cos (6	¹)
		sin (€	2'
	*2 ⁺	^Θ1
*2 ⁺	²

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Vers ch iebungsvektoren

-j, ^Λ1 JI _, ^Λ? JO _*. ^Λ3 ·>:·?

^ai ⁼ 'tt~ ' TT"'' ^bi ⁼ l;r~ ' —)und C₁ = (—, ——) inn inn inn

vorgenommen. In der zweiten Bearbeitungsstufe wird die Elektrode entsprechend den Verschiebungsvektoren

bewegt usw. Schließlich wird die Elektrode in der n-ten Bearbeitungsstufe gemäß den Verschieburtgsvektoren a = (x^, Y₁), b* = (Xo/ Yt) ^un<^ ^ ⁼ (^χ3' Yr>) verschoben. Auf diese Weise wird der Vektorbearbeitungsprozeß durchgeführt .

Das in Verbindung mit Fig. 8 beschriebene Verfahren wird als "Radialbearbeitungsverfahren" bezeichnet. Nach dem Bearbeiten des Werkstücks nach den gleichermaßen durch η dividierten Vektoren wird die Elektrode stets wieder zu den Ausgangskoordinaten (O, 0) zurückgeführt. Mit anderen Worten, die Elektrode wird in Richtung des Vektors a, dann zu den Ausgangskoordinaten, in Richtung des Vektors S, zu den Ausgangskoordinaten, in Richtung Vektor c und zu den Ausgangskoordinaten und wieder in Richtung des Vektors a in der angegebenen Reihenfolge bewegt. Diese Bewegung wird in ständiger Wiederholung durchgeführt.

Wenn bei der Verschiebung der- Elektrode in den Richtungen der Vektoren 1i, B* und cf die zu bearbeitenden Flächenbereiche dieselben sind, dann führt die Oberfläche der Elektrode in Richtung des ersten Bearbeitungsvektors den Hauptbearbeitungsvorgang durch. Dies ist im Hinblick auf den Elektrodenverbrauch unerwünscht, kann jedoch durch Anwendung folgenden Verfahrens ausgeschaltet werden. Statt daß die Beträge, die bei den Verschiebungen der Elektrode in den Richtungen der Vektoren a, B* und ~c gleich gemacht werden, werden die Zeitspannen, die für die Verschiebungen der Elektrode benötigt werden, gleich gemacht. Durch Anwendung dieses Verfahrens-, merkmals ist das Problem des Elektrodenverbrauchs gelöst,

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die bei dem Vektorbearbeitungsvorgang erzeugten Pulvermengen sind gleich, und außerdem ist, da die Elektrode nicht für längere Dauer an einer Stelle des Werkstücks behalten wird, deren Bearbeitung relativ schwierig ist, das Auftreten außergewöhnlicher Lichtbogen verhindert.

Von den Bearbeitungsbereichen ist derjenige, der dem kürzeren Vektor ~a, b oder c entspricht, früher vollständig bearbeitet als die anderen. Es ist deshalb nötig, festzustellen, wenn dieser Bereich fertig bearbeitet ist, so daß er dann nicht weiter abgearbeitet wird.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Verbindung mit Fig. 9 beschrieben. Das Grundprinzip dieses Verfahrens ist im wesentlichen dem nach Fig. 8 gleich. Der Vektorbetrag bei jeder Verschiebung der Elektrode ist kleiner gemacht, so daß ein Werkstück durch die Elektrode bearbeitet wird, indem diese mehrere Male in jeder Verschiebungsrichtung verlagert wird.

Das sogenannte "Astronomische Orbit Bearbeitungsverfahren" und sein Unterschied gegenüber dem Verfahren gemäß Fig. 8 besteht darin, daß die Bearbeitung durchgeführt wird, ohne daß die Elektrode jedes Mal wieder zu den Ausgangskoordinaten zurückkehrt. Bei dem Bearbeitungsverfahren wird das Werkstück dadurch bearbeitet, daß die Elektrode durch Bewegung entsprechend den Vektoren iu = (X.. , Y.J,

1 ⁼ 22' ^22 ' ^1 ⁼ 33' "^33 ' 2 ~ 14' ^14 ' Ix, = (^χ25' ^Y2b'' ^2 ⁼ ^^X36' ^Y36^ ^usw· iⁿ &^er angegebenen Reihenfolge, die in Fig. 9 gestrichelt dargestellt ist, bewegt wird.

Folglich legen sich die Oberflächen der Elektrode 1 gleichmäßig gegen das Werkstück, wodurch die oberjbeschriebene Schwierigkeit ausgeschaltet werden kann. Um die genannten kleinen Relativverschiebungen der Elektrode durchführen zu können, ist eine numerische Steuervorrichtung (N/C) einge-

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setzt. Mit anderen Worten, es werden zunächst die Koordinaten (X₁, Y₁)/ (Xo/ Y~) und (X-., Y-.) angesteuert und anschließend die Koordinaten (X₁₁/ Y₁₁)/ <^X22' ^Y22* ' ^(X33' ^Y33* ' (X₁₄, Y-14)/ (^χ25^{7 Y}25^ ' ^^X36' ^Y36^ ^usw· ^an ^^en Endpunkten der Vektoren, und der geometrische Ort der Verschiebung der Elektrode ist entsprechend programmiert. Das Programmieren wird durch Lochung eines Speichermediums, etwa eines Papierlochstreifens, vorgenommen. Bei der Bearbeitung eines Werkstücks werden die auf dem Papierlochstreifen gespeicherten Daten mittels eines Lochstreifenlesers einer numerischen Steuervorrichtung ausgelesen, und daraufhin wird das Werkstück automatisch bearbeitet.

Eine Entladungsbearbeitungsvorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Entladungsbearbeitungsverfahrens wird nun in Verbindung mit Fig. 10 beschrieben. Darin steht eine Elektrode 1 einem Werkstück 2, das bearbeitet werden soll, in einem Bearbeitungstank 3 gegenüber, der eine (nicht gezeigte) Bearbeitungslösung enthält. Die Elektrode 1 ist mit einem Antriebskopf 5 für die Z-Achsenrichtung verbunden, der durch einen .Z-Achsen-Antriebsmotor 4 angetrieben -wird. Der Z-Achsen-Antrieb wird durch eine Kombination einer Elektrodenzwischenraum- und einer Positionsservosteuerung bei der Entladungsbearbeitung ausgeführt. Diese Antriebsmethode ist in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr.32112/1978 beschrieben. Der Ausgangswert £₁ eines Positionsdetektors 6 und ein Zwischenelektrodenservosignal €.„ werden einem Entscheidungs- und Auswahlkreis 7 zugeführt, in dem das niedrigere der beiden Eingangssignale ausgewählt wird, um damit den Z-Achsen-Servoschritt auszuführen, so daß der Z-Achsen-Antriebskopf in einer vorbestimmten Stellung angehalten werden kann. Bei diesem Vorgang wird ein X-Y-Antriebstisch 8 , auf dem das Werkstück 2 angeordnet ist, durch eine numerische Steuervorrichtung 9 angetrieben, wobei ein bestimmter Abstandsspalt zwischen den Polen aufrechterhalten wird. Die oben beschriebene Verschiebung oder der geometrische Ort

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ist auf einem Speichermedium 10 (beispielsweise Lochstreifen) programmiert. Die numerische Steuervorrichtung 9 betätigt X- und Y-Vektorverteilungsschaltungen 11 und 12 nach den auf dem Speichermedium 10 aufgezeichneten Daten. Die X-Vektorverteilungsschaltung 11 besteht aus einem Verriegelungskreis 13, der zeitweilig den X-Befehlausgang der numerischen Steuervorrichtung 9 speichert _r einem Impulsmultiplikationsschaltkreis 14 (der ein sogenannter Binärratenmultiplizierer "BRM" ist, wie er von der Firma Texas Instruments Co. unter der Typenbezeichnung SN7497 hergestellt wird) aus positiven und negativen Richtungsentscheidungsgattern 15 und 16 und einem X-Achsenantriebsverstärker 17 zum Antreiben eines X-Achsenantriebsmotors 19. Die Y-Vektorverteilungsschaltung 12, die im Grunde in der Anordnung der X-Vektorverteilungsschaltung 11 gleich ist, enthält eine Verriegelungsschaltung 13', einen Impulsmultiplikationskreis 14¹, positive und negative Richtungsentscheidungsgatter 15" und 16¹ und einen Y-Achsenantriebsverstärker 18 für den Antrieb eines Y-Achsenantriebsmotors 20.

Durch den folgenden Steuervorgang werden X- und Y-Achsenantriebsmotor 19 bzw. 20 um so viel betätigt, als die Verschiebungsdaten vorgeben und der Elektrodenabstandsspalt unverändert gehalten wird. Eine mittlere Bearbeitungsspannung Vg an den Ausgangsklemmen einer Bearbeitungsstromquelle 21, welche mit der Elektrode 1 und dem Werkstück 2 verbunden sind, wird gemessen. Es wird dann festgestellt, ob die so gemessene mittlere Bearbeitungsspannung Vg über oder unter einem vorgegebenem Bezugsspannungswert Vr liegt, so daß damit erfaßt wird, ob der Elektrodenzwischenraum zwischen der Elektrode 1 und dem Werkstück 2 größer oder kleiner als gewünscht ist oder ob ein Kurzschluß aufgetreten ist.

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Die Bearbeitung.?stromquelle 21 besteht aus einer Gleichstromquelle 22, einem Schaltelement 23 und einem Strombegrenzungswiderstand 24, wie dies in Fig. 10 angedeutet ist, und führt der Elektrode 1 und dem Werkstück 2 einen pulsierenden Strom mit einer Frequenz in der Größenordnung zwischen 1 und 100 kHz zu.

Das Zwischenelektrodenservosignal ₂ wird durch eine Diode und einen Widerstand 26 so gleichgerichtet, daß nur dann, wenn das Signal £. ~ positiv ist, dieses als Impulssignal mit einer dem Signal £~ proportionalen Frequenz über einen Frequenzwandler 27 zur Impulsmultiplikationsschaltung 14 gegeben wird. Folglich sind die Ausgangsimpulse der Impulsmultiplikationsschaltung mit der Zwischenelektrodenspannung moduliert, und die X-Y-Verschiebungsvektoren sind der Geschwindigkeitssteuerung gemäß dem Elektrodenzwischenraum unterworfen. Dadurch sind die vorbestimmten Beträge der X-Y-Verschiebungsvektoren weder mehr noch weniger, weil die zu multiplizierende Zahl durch einen Zähler 28 festgelegt ist, der dazu dient, die Ausgangsimpulse des Frequenzwandlers 27 zu zählen.

Mit der beschriebenen Einrichtung kann die Elektrode gegenüber dem Werkstück in gewünschter Weise so verschoben werden, daß der Elektrodenzwischenraum unverändert bleibt. Die Vorrichtung läßt sich dadurch dazu benutzen, das erfindungsgemäße Verfahren der Entladungsbearbeitung in der gewünschten Weise auszuüben.

Bei der beschriebenen Einrichtung soll der Tisch, auf dem das Werkstück liegt, angetrieben werden. Dieselbe Wirkung wird jedoch erreicht, wenn die Elektrode in der beschriebenen Weise mittels eines in X-Y-Richtung verschiebbaren Kopfes bewegt wird. Wenn außerdem die Vorrichtung so abgewandelt wird, daß die X- und Y-Antriebsmotoren in der einen Richtung angetrieben werden, wenn das Zwischenelektrodenservosignal £₂ positive Polarität hat, und der Antrieb bei negativer Polarität

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des Signals S~ in entgegengesetzter Richtung erfolgt, dann kann die Wirksamkeit der Bearbeitung wesentlich gesteigert werden.

Die Fig. 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung für Entladungsbearbeitung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei dieser Vorrichtung steht eine Elektrode 110 über eine Bearbeitungslösung einem Werkstück 112 gegenüber, das auf einem Tisch 114 ruht. Der Primärbearbeitungsvorschub erfolgt in Richtung der Z-Achse. Eine hochfrequente, impulsförmige Entladungsbearbeitungsspannung Vg wird der Elektrode 110 und dem Werkstück 112 von einer Stromquelle 116 zugeleitet, so daß die Entladungsbearbeitung zwischen diesen beiden Elementen auftritt. Der Tisch 114 ist mit einem Antriebsmotor 118 für die X-Achse und einem Antriebsmotor 120 für die Y-Achse versehen. Die Antriebssignale in Gestalt eines positiven Impulssignals und eines negativen Impulssignals gemäß der Erfindung werden den Motoren 118 und 120 von Motorantriebsverstärkern 122, 124 zugeleitet, so daß der Sekundärbearbeitungsvorschub, nämlich die Relativverschiebung von Elektrode 110 und Werkstück 112/ ausgeführt wird.

Ein Komparator 130 dient zum Vergleich der Entladungsbearbeitungsspannung Vg mit einer Bezugsspannung Vr, und das aus der Differenz dieser beiden gebildete Vergleichsergebnis wird einem Absolutwertdetektorschaltkreis 132 und einem Komparator 134 zugeführt. Die Differenzspannung, die vom Komparator 130 abgegeben wird, hängt vom Elektrodenzwischenabstand zwischen Elektrode und Werkstück ab. Die Differenzspannung wird von der Absolutweftdetektorschaltung 132 so umgesetzt, daß sie ein positives Vorzeichen hat, und wird dann einer Spannungs/Prequenz-Wandlerschaltung 136 zugeführt, deren Ausgangswert in Gestalt eines Impulssignals eine Frequenz aufweist, die dem Elektrodenzwischenabstand entspricht. Das Ausgangsimpulssignal der Wandlerschaltung 136 wird einer Multiplizierschaltung 164 in jedem der Vektorinterpolationsschaltkreise 160 und 170 zugeleitet, die

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später beschrieben werden, und wird außerdem über Gatterschaltungen 140, 142 einem variablen Zähler 138 eingegeben. Unter den normalen Entladungsbearbeitungsbedingungen gibt der Komparator 134 ein Signal A=O ab, da Vg > Vr ist. Wenn ein nicht normaler Lichtbogen zwischen der Elektrode 110 und dem Werkstück 112 auftritt oder Elektrode und das Werkstück kurzugeschlossen sind, dann ist Vg < Vr, so daß der Komparator 134 dann das Ausgangssignal A = 1 abgibt, um den abnormalen Zustand anzuzeigen. Getrennt davon zählt der variable Zähler 138 gemäß den Ausgangssignalen A=O und A = 1 die Ausgangsimpulse der Wandlerschaltung 136 vorwärts und rückwärts. Wenn die Zahl der so gezählten Ausgangsimpulse den Wert 2n erreicht, gibt der Zähler 138 sein Ausgangssignal an eine numerische Steuervorrichtung (N/C) 150 weiter.

Die numerische Steuervorrichtung 150 ist mit einem Lochstreifen so programmiert, daß die Elektrode 110 den Sekundärbearbeitungsvorschub ausführt. Mit Hilfe eines Zeitsteuermechanismus nämlich dem Zeittaktgeber 154, gibt die numerische Steuervorrichtung 150 die X-Y-Koordinaten eines Verschiebungsvektors in einer Vektorrichtung ab und beendet die Ausgangssignalabgabe, wenn der Zähler 138 2n Impulse gezählt hat. Wenn eine bestimmte Zeitspanne, die durch den Zeittaktgeber 154 vorgegeben wird, vorüber ist, gibt die numerische Steuervorrichtung Schrittwerte £x und ^y bis zur Größe eines Verschiebungsvektors in der nächsten Vektorrichtung ab, bis der Zähler 138 2n Impulse gezählt hat.

In der Fig. 11 ist mit 160 die bereits erwähnte Vektorinterpolationsschaltung für den X-Abstand eines Verschiebungsvektors, welcher durch die numerische Steuervorrichtung 150 ausgegeben ist, bezeichnet. Die Interpolationsschaltung 160 gibt an einen Verstärker 122 ein Treibersignal ab, um den Antriebsmotor 118 entsprechend dem Schrittwert ^x in X-Richtung anzutreiben, der durch das positive oder negative Ausgangs-

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impulssignal vom Verstärker 122 vorgegeben wird. Außerdem ist in Fig. 11 mit 162 eine Verriegelungsschaltung zum Speichern des Schrittwertes Δ χ in X-Richtung, ausgegeben durch die numerische Steuervorrichtung 150, bezeichnet. Die Verriegelungsschaltung 162 gibt an eine Impulsmultiplikationsschaltung 164 einen Ausgangswert ab und stellt an seiner +/- Klemme ein Ausgangssignal B bereit. Wenn & χ positiv ist, ist B = 1, ist Δχ negativ, so ist B = O. Die Impulsmultiplikationsschaltung 164 kann durch eine integrierte Schaltung der Type SN7497N der Firma Texas Instruments Co. verwirklicht werden. Nimmt man an, daß die Anzahl der Bits η ist, wenn 2n Impulse vom Wandlerschaltkreis 136 an die Schaltung 164 gegeben werden, dann gibt die Schaltung 164 Impulse ab, deren Zahl gleich dem Ausgangswert &x des Verriegelungsschaltkreises 162 ist, und zwar an den Verstärker 122 über eine Logikschaltung 166. Die Logikschaltung 166 arbeitet so, daß bei A=O die Polarität des Ausgangsimpulses des Verstärkers dieselbe wie die an der +/- Klemme der Verriegelungsschaltung 162, während bei A = 1 die Polarität des Ausgangsimpulses sich von der an der +/- Klemme der Verriegelungsschaltung 162 unterscheidet. Wenn also der Komparator 134 ein Ausgangssignal A = 1 abgibt, das einem unnormalen Zustand entspricht, dann wird die Elektrode 1 in entgegengesetzter Richtung zum Verschiebungsvektor bewegt.

Es ist beschrieben worden, daß die Frequenz des Impulssignals, das der Impulsmultiplikationsschaltung 164 vom Wandlerschaltkreis 136· zugeleitet wird, vom Abstand zwischen Elektrode 1 und Werkstück 2 abhängt. Folglich nimmt die Zeit, die die Schaltung 136 benötigt, um während der vorbestimmten Zeitspanne, die zu Ende ist, bis der Ausgang des Zeittaktgebers 154 geschaltet ist, zu zählen, ab, wenn die Verschiebung der Elektrode 1 zunimmt. Das heißt, je größer der Unterschied zwischen der Entladungsbearbeitungsspannung Vg und der Bezugsspannung Vr ist, umso höher ist die Verschiebungsgeschwindigkeit. Der Zählvorgang der Impulsmultiplikationsschaltung 164 wird von 0 bis 2n synchron mit dem Zähler ausgeführt.

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In Fig. 11 bezeichnet 170 die Vektorinterpolationsschaltung für die Y-Strecke eines Verschiebungsvektors, der durch die numerische Steuervorrichtung 150 ausgegeben wird. Die Anordnung der Schaltung 170 ist derjenigen der beschriebenen Vektorinterpolationsschaltung 160 gleich.

Es soll nun der Betriebsablauf der in Fig. 11 dargestellten Entladungsbearbeitungsvorrich-tung beschrieben v/erden. Als erstes wird ein Papierlochstreifen 152, auf dem sich zahlreiche Verschiebungsvektoren a*. , Σ?.. , ~c* , a^, b*₂, c^, ... ^, b* und cf entsprechend den Vektor richtungen a", ΪΓ und cf in Fig. 8 gespeichert sind, in die numerische Steuervorrichtung eingespeist. Immer wenn der Ausgang der Zeittaktsteuerung 154 geschaltet wird, gibt die numerische Steuervorrichtung 150 die Daten lL , B*. , c".. , if-' · · · a"/ B* und ~c nacheinander an die Vektorinterpolationsschaltungen 160 und 170 ab, die daraufhin Antriebssignale entsprechend den Verschiebungsvektoren an die Antriebsmotoren 118, 120 über die Verstärker 122, 124 abgeben, um die Elektrode 1 so zu verschieben, daß das Werkstück in der gewünschten Gestaltung bearbeitet wird. Bei diesem Ablauf ist die Geschwindigkeit, mit der die Elektrode 1 entsprechend einem Verschiebungsvektor verschoben wird, durch die Frequenz des Ausgangsimpulssignals vom Wandlerschaltkreis 136 in oben beschriebener Weise bestimmt. Mit anderen Worten, wenn der Betrag der Verschiebung klein ist, wie es für den Verschiebungsvektor a.. gilt, dann ist die Frequenz des Ausgangsimpulssignals von der Wandlerschaltung 136 niedrig, und folglich wird die Elektrode 1 langsam verschoben. Mit zunehmendem Verschiebungsbetrag, wie es für die Verschiebungsvektoren a\> und a~ der Fall ist, steigt die Frequenz des Ausgangsimpulssignals der Wandlerschaltung 136, und damit nimmt die Verschiebungsgeschwindigkeit der Elektrode 1 zu.

Bei dem oben beschriebenen Beispiel arbeiten die numerische Steuervorrichtung 150 und der Papierlochstreifen 152 als Vorgabemechanismus, die Verstärker 122 und 124 und die Vektorinterpolationsschaltungen 160 und 170 arbeiten als

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Steuermechanismus, der Komparator 130 arbeitet zusammen mit der Absolutwertdetektorschaltung 132 und dem Wandlerschaltkreis 136 als Elektrodenverschiebungsdetektormechanismus, und die Zeittaktsteuerung 154 arbeitet als Zeitgeber.

Die Zeittaktsteuerung 154 wird bei dem vorbeschriebenen Beispiel als Zeitgabemechanismus verwendet. Es sei jedoch bemerkt, daß die Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt ist. Der Zeittaktmechanismus kann als Zähler oder dgl. aufgebaut sein, so daß er mit der Zeit arbeitet, die für einen Verschiebungsvektor·in einer Richtung in Abhängigkeit von der Anzahl von auftretenden Kurzschlüssen oder von der Häufigkeit von RückwärtsSteuerbewegungen arbeitet.

Das Entladungsbearbeitungsverfahren gemäß den Figuren 8 und 9 weist jedoch noch folgende Mängel oder Schwierigkeiten auf. Wenn der Entladungsbearbeitungsvorgang derart ist, daß die Entladungsbearbeitung praktisch mit nur einer oder zwei Verschiebungen der Elektrode in jeder Vektorrichtung ausgeführt ist, dann ist der Elektrodenzwischenraum zwischen Elektrode und Werkstück klein oder wird nicht wesentlich verändert. Folglich kann sich durch den Abarbeitungsvorgang entstehendes Pulver im Elektrodenzwischenraum sammeln, so daß dann Lichtbogen oder Überschläge auftreten können. Somit ist die Bearbeitungsgeschwindigkeit wegen der Sekundärentladung beträchtlich vermindert.

Diese Schwierigkeit läßt sich bei Anwendung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Entladungsbearbeitungsverfahrens nach der Erfindung überwinden. Dieses Verfahren wird nachfolgend anhand der Fig. 12 dargelegt.

In Fig. 12 sind die Hauptbearbeitungsrichtungen oder Stellen durch Verschiebungsvektoren ~&, F und c angedeutet. Ein Drehvektor öf ist jedem der Verschiebungsvektoren überlagert. Der Drehvektor läuft mit hoher Geschwindigkeit in der Größenordnung von 60 bis 300 Umläufen pro Minute um. Der Radius des Drehvektors beträgt etwa 10 bis 50 μΐη oder

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ist so gewählt, daß er die endgültige Gestalt des Werkstückes nicht merklich beeinflusst. Mit diesem kleinen Radius kann das durch den Abarbeitungsvorgang entstandene und im Elektrodenzwischenraum zwischen der Elektrode 201 und dem Werkstück 202 angesammelte Pulver in ausreichendem Maße in Bewegung gehalten werden, so daß es aus dem Elektrodenzwischenraum herausschwemmt. Durch die Überlagerung des Drehvektors ändern sich die Kontaktflächen im Elektrodenzwischenraum der Elektrode 201 und des Werkstücks 202 ständig, so daß die Elektrode nicht lokal überhitzt wird. Wenn ein Kurzschluß zwischen Elektrode und Werkstück deswegen, weil der Elektrodenzwischenraum übermäßig klein ist, auftritt, dann sollte der Radius des Drehvektors vergrößert werden, so daß der Elektrodenzwischenraum schnell größer wird, damit nicht aufgrund von auftretenden Funken oder Lichtbogen ein unbefriedigendes Werkstück erzeugt wird.

Für das in der Fig. 12 angedeutete Verfahren ist eine Entladungsbearbeitungsvorrichtung in der Fig. 13 gezeigt. Ein Werkstück 202 ist auf einem in X- und Y-Richtung antreibbbaren.Tisch 203 angeordnet, der entsprechend den Vektoren a, b und c nach Fig. 7, die durch eine numerische Steuereinrichtung 204 zuvor programmiert sind, relativ zu einer Elektrode 201 bewegt wird. Die numerische Steuervorrichtung 204 gibt Antriebssignale an die Tischantriebsmotoren 206 und 207 ab, bis sie ein Vorschub-Stopsignal S von einem Komparator 205 erhält. Die Elektrode 201 ist fest mit einem Kreuzkopf 208 verbunden, der parallel zum Tisch 203 durch Motoren 209 und 210 in der X-Y-Ebene bewegt werden kann. Detektoren 211 und 212, die die Verschiebungsstellungen des Kreuzkopfes 208 feststellen, sind vorgesehen, durch die Spannungen entsprechend den Verschiebungspositionen des Kreuzkopfes 208 an die Additionskreise 215 und 216 abgegeben werden. Ein Zweiphasen-Oszillator 217 erzeugt Sinusschwingungssignale, die zueinander um 90

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phasenverschoben sind, so daß sie mit φ.. = sin &>t und (§2 ^{= cos 6}^t bezeichnet werden können. Diese Signale φ., und φ₂ werden auf Additionskreise 215 und 216 gegeben. Die Motoren 209 und 210 werden so angetrieben, daß die Differenzspannungen zwischen diesen Signalen und den Ausgangsspannungen der Detektoren 213 und 214 jeweils Null sind. Das heißt, die Motoren 209, 210 drehen sich aufgrund der Ausgangsgrößen des Zweiphasen-Oszillators 217, wodurch der Kreuzkopf 208 mit der Periode ort der Signale $.. 'und (|₂ eine exzentrische Kreisbewegung ausführt. Als Folge davon ist die Relatiwerschiebung der Elektrode 201 und des Werkstücks 202 derart, daß die lineare Bewegung, die von der numerischen Steuervorrichtung 204 vorgegeben wird, mit der exzentrischen Kreisbewegung kombiniert wird.

Wenn der Elektrodenzwischenraum kleiner wird, verringert sich der Durchschnittswerts der Ausgangsklemmenspannung Vg einer Bearbeitungsimpulsquelle 220, die durch einen Widerstand R und einen Kondensator C geglättet wird.Der so herabgesetzte Durchschnittswert wird durch Vergleich mit einem vorgegebenen Spannungswert oder der Bezugsspannung Vr in einem Komparator 205 festgestellt, und die Ausgangsspannungen des Zweiphasen-Oszillators 217 werden mit Hilfe von Analogschaltern 221 und 222 auf Null Volt gestellt, wodurch der Kreuzkopf auf den Punkt zurückgeführt wird, bei dem der Radius der exzentrischen Kreisbewegung Null ist. Andererseits wird das Stopsignal S an die numerische Steuervorrichtung 204 geleitet, so daß die Arbeit der Vorrichtung aufhört, bis der ElektrodenZwischenraum zwischen Elektrode 201 und Werkstück groß genug geworden ist. Wenn durch den beschriebenen Ablauf der Elektrodenzwischenraum sich nicht auf einen ausreichend großen Wert steigern kann, wird die Zeitspanne, während der das Stopsignal S ständig zugeführt wird, aufsummiert, und nach einer bestimmten Zeit gibt die numerische Steuervorrichtung. 204 ein Rückwärtssignal ab, damit ein ausreichend großer Elektrodenzwischenraum hergestellt wird.

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In der beschriebenen Vorrichtung wird die Relativverschiebung von Elektrode 201 und Werkstück 202 mittels einer Vierachsensteuerung durchgeführt. Die Erfindung läßt sich jedoch auch mit Hilfe einer Zweiachsensteuerung ausüben, wenn eine Steuervorrichtung eingesetzt wird, in der der Drehvektor und die Befehlswerte überlagert werden können.

Aus obiger Beschreibung wird deutlich, daß mit einer Vorrichtung nach Fig. 13 die Relativverschiebung zwischen Elektrode und Werkstück gemäß den Verschiebungsvektoren bei überlagerung durch den Drehvektor cd vorgenommen wird. Dadurch verfangen sich niemals Pulverteilchen und Späne, die während des Bearbeitungsvorgangs entstehen, im Elektrodenzwischenraum. Es läßt sich dabei jedoch nicht vermeiden / daß die Endgestalt des Werkstückes etwas abgerundete Ecken hat, wenn man mit der idealen Gestalt einen Vergleich anstellt. Da der Raum zwischen Entladungsbearbeitungselektrode und Werkstück im allgemeinen in der Größenordnung von 10 bis 50 iim beträgt, entsteht aber eine derartige Abrundung in jedem Fall. Somit stellt die Überlagerung eines Drehvektors mit einem Radius in der Größenordnung von 10 bis 50 μΐη über die Hauptbearbeitungsvektoren für die Praxis keine Probleme dar.

Mit Hilfe der Erfindung sind die Winkelbereiche des Werkstückes in ihrer Genauigkeit verbessert, und die Wirksamkeit der Bearbeitung ist beträchtlich gesteigert. Da darüber hinaus der Elektrodenzwischenraum bei der Relativverschiebung in der richtigen Weise gesteuert wird, wird das Werkstück jederzeit in zufriedenstellender Weise bearbeitet.

Es wird, zusammenfassend, mit der Erfindung ein Entladungsbearbeitungsverfahren zum Bearbeiten von Werkstücken mittels elektrischer Entladung zwischen Werkstück und einer Bearbeitungselektrode geschaffen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wobei die Elektrode dem Werkstück

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in einer Primärbearbeitungsrichtung und in der Richtung einer senkrecht auf dieser Primärbearbeitungsrichtung stehenden Ebene gegenübersteht. Die Relativverschiebung der Elektrode und des Werkstücks wird derart gesteuert, daß zwischen Elektrode und Werkstück ein Abstandsraum aufrechterhalten wird, über den die elektrische Entladung vor sich geht. Die Elektrode wird in Richtung auf die Schnittpunkte geraderLinien hin bewegt, die parallel zu den Umrisslinien der Elektrode verlaufen und zu diesen gleich beabstandet sind, wodurch die Elektrode gleichmäßig aufgebraucht wird. Es kann nur in sehr geringem Maße Funken- oder Lichtbogenbildung auftreten. Das bearbeitete Werkstück besitzt eine ausgezeichnete Endgestaltung.

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TA

Leerseite

Claims

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MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA
Tokyo/ Japan

Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mittels elektrischer Entladung.

PATENTANSPRÜCHE

1 . ) Entladungsbearbeitungsverf ahren zum Abarbeite.! eines Terkstückes durch Zuführen eines elektrischen Stroms zum Werkstück und zu einer Elektrode durch eine Bearbeitungslösung im Zwischenraum zwischen dem Werkstück und der Elektrode hindurch, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode und das Werkstück relativ zueinander in einer Ebene bewegt werden, wobei die Richtung der Gegenüberstellung der Elektrode und des Werkstückes in eine Primärbearbeitungsrichtung und eine Richtung in der genannten Ebene aufgeteilt wird, die im wesentlichen senkrecht auf der Primärbearbeitungsrichtung steht, daß die Entladungsbearbeitung durch Steuern der Elektrode und des Werkstücks derart vorgenommen wird, daß zwischen Elektrode und Werkstück ein so großer Elektrodenzwischenraum erhalten bleibt, so daß im Elektrodenzwischenraum elektrische Entladung stattfindet, und daß eine Relativverschiebung in Richtung auf die Schnittpunkte aneinander grenzender gerader Linien durchgeführt wird, die parallel zum Umriss der Elektrode und mit gleichem Abstand zu deren Umrisslinien verlaufen.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode einen polygonalen umriss hat.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativverschiebung in Richtung auf die Schnittpunkte benachbarter gerader Linien vorgenommen wird, die parallel zu den polygonalen Umrisslinien der Elektrode verlaufen und von diesen gleichen Abstand haben.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Daten, welche die Schnittpunkte der benachbarten geraden Linien, die parallel mit gleichem Abstand zum Umriss der Elektrode verlaufen, in eine numerische Steuereinrichtung eingegeben werden und die Relativverschiebung mit Hilfe der numerischen Steuervorrichtung ausgeführt wird.

5. Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mittels elektrischer Entladung durch Zuführen eines elektrischen Stroms zum Werkstück und zu einer Elektrode und Stromfluß durch eine Bearbeitungslösung im Elektrodenzwischenraum zwischen dem Werkstück und der Elektrode, 'dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode und das Werkstück relativ zueinander in einer Ebene mit Richtung der Gegenüberstellung der Elektrode und des Werkstücks verschoben werden, wobei die Verschiebung in eine Primärbearbeitungsrichtung und eine Richtung in einer im wesentlichen senkrecht zur Primärbearbeitungsrichtung verlaufenden Ebene unterteilt wird, daß eine Entladungsbearbeitung durch Steuern der Elektrode und des Werkstückes derart vorgenommen wird, daß der Elektrodenzwischenraum zwischen Elektrode und Werkstück in solchem Umfang aufrechterhalten wird, daß im Elektrodenzwischenraum eine elektrische Entladung stattfindet, und daß die Elektrode und das Werkstück relativ zueinander wiederholt verschoeben werden, wobei die Schnittpunkte benachbarter gerader Linien als endgültige Verschiebungspunkte dienen, welche Linien

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parallel zum Umriss der Elektrode und mit gleichem Abstand dazu verlaufen und so die gewünschten Bearbeitungsgrenzen definieren, wobei die Relativverschiebung entlang Verschiebungsvektoren erfolgt, die sich bis zu den endgültigen Verschiebungspunkten erstrecken.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die wiederholt vorgenommene Relativverschiebung derart gesteuert ist, daß die Elektrode zwischen den Ausgangskoordinaten der Verschiebungsvektoren, von denen sie zu den endgültigen Verschiebungspunkten verlaufen, und den Koordinaten der Enden der Verschiebungsvektoren hin- und herbewegt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der wiederholten Relativverschiebungen in der Zeitspanne, in der die Elektrode mit dem Werkstück in Kontakt ist, untereinander gleich ist.

8. Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks durch Zuführen eines elektrischen Stroms zum Werkstück und zu einer Elektrode über eine Bearbeitungslösung im Elektrodenzwischenraum zwischen Werkstück und Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode und das Werkstück relativ zueinander in einer Ebene bewegt werden, wobei die Gegenüberstellungsrichtung der Elektrode und des Werkstückes in eine Primärbearbeitungsrichtung und die Richtung der im wesentlichen auf der Primärbearbeitungsrichtung senkrecht stehenden Ebene unterteilt wird, daß die Entladungsbearbeitung durch Steuern der Elektrode und des Werkstückes derart vorgenommen wird, daß der Elektrodenzwischenraum zwischen Elektrode und Werkstück in einem solchen Maß aufrechterhalten wird, daß die elektrische Ladung in dem Elektrodenzwischenraum stattfindet, und daß Elektrode und Werkstück bis zu endgültigen Verschiebungspunkten zueinander verschoben werden, wobei die Schnittpunkte von benachbarten geraden Linien diese endgültigen Verschiebungspunkte bilden, die geraden Linien

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parallel mit gleichem Abstand zum Umriss der Elektrode verlaufen und so die gewünschten Bear.be itung s grenz en definieren und die Relatiyversehiebung ;zu ■ jedem* endgültigen Verschiebungspunkt durchgeführt wird, während der----Abstand zwischen jeder geraden Linie und dem Umriss-der '-Elektrode leicht erhöht wird. ; ..--.. . _-_:- / -

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode so gesteuert ist, daß bei. jedem Schnittpunkt benachbarter gerader Linien die Elektrodenbewegung entlang einer Bearbeitungsbahn erfolgt, die von diesem. Schnittpunkt ausgeht. -.-..- - - -

10. Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstückes durch Zuführen eines elektrischen Stroms zu einem Werkstück und zu einer Elektrode und durch eine Bearbeitungslösung im Elektrodenzwischenraum zwischen Werkstück und Elektrode hindurch, gekennzeichnet durch erste Antriebsmittel (4) für die Bestimmung, ob die Entladungsbearbeitung in einer Primärbearbeitungsrichtung annehmbar ist_r und zutreffendenfalls zum Bewegen der Elektrode (T) gegenüber dem Werkstück (2) auf einen vorbestimmten Bearbeitungsabstand, der zwischen Elektrode und Werkstück aufrechterhalten wird, zweite Antriebsmittel (19,20) zum Bewegen der Elektrode (T) gegenüber, dem Werkstück (2) in einer Richtung im-wesentlichen senkrecht zur Primärbearbeitungsrichtung, numerische Steuermittel (9), die Befehlssignale für die Steuerung der Größe: der Relativbewegung der von den zweiten Antriebsmitteln

f "b ■'"'"eben

(19,20) relativ bewegten Elektrode 'und Antriebseinrichtungen zum Treiben der zweiten Antriebsmittel (19,20) abhängigvon BefehlsSignalen, die von der numerischen Steuervorrichtung (9) abgegeben werden/ und von Signalen, die vom Zustand im Bearbeitungsspalt abhängen. _;

•11. Vorrichtung nach Anspruch .10.., dadurch gekennzeichnet, daß die numerische Steuervorrichtung (9) durch Speichermittel (10) betätigbar ist, auf denen die gewünschten Verschiebungs-

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bahnen gespeichert sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel für den Antrieb der zweiten Antriebseinrichtungen (19,20) diese in Abhängigkeit von Befehlssignalen von der numerischen Steuereinrichtung (9) betreiben, wenn der Zustand im Bearbeitungsspalt annehmbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung im wesentlichen senkrecht zur Primärbearbeitungsrichtung in einer X-Y-Ebene verläuft, wobei die zweiten Antriebseinrichtungen einen X-Achsenantrieb (19) und einen Y-Achsenantrieb (20) aufweisen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen Verteilerschaltkreis, durch dessen Ausgangssignale der X-Achsenantrieb (118) und der Y-Achsenantrieb (120) betätigbar sind, wobei die Verteilerschaltung dazu dient, die von der numerischen Steuervorrichtung (15o) stammenden Befehlssignale in Vektorkomponenten der X- und der Y-Richtung zu zerlegen.

15. Entladungsbearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstückes durch Zuführen von elektrischem Strom zum Werkstück und zu einer Elektrode und durch eine Bearbeitungslösung im Elektrodenzwischenraum zwischen Werkstück und Elektrode hindurch, gekennzeichnet durch eine erste Antriebseinrichtung zum Bestimmen, ob die Entladungsbearbeitung in einer Primärbearbeitungsrichtung möglich ist, und, wenn dies der Fall ist, zum Bewegen der Elektrode relativ zum Werkstück, wobei ein vorbestimmter BearbeitungsZwischenraum zwischen Elektrode und Werkstück erhalten bleibt, eine zweite Antriebseinrichtung zum relativen Bewegen von Elektrode und Werkstück in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zur Primärbearbeitungsrichtung, eine numerische Steuervorrichtung zur Abgabe von

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Befehlssignalen für die Steuerung eines Betrages der Relativbewegung der von der zweiten Antriebseinrichtung getriebenen Elektrode, Zeittaktmittel (154), in deren Abhängigkeit die numerischen Steuermittel arbeiten, um in jeder vorgegebenen Zeitspanne Befehlssignale für Verschiebungsvektoren zu schaffen, Detektormittel· zum Feststellen der Größe der Spannung zwischen Elektrode und Werkstück, woraus ein Impulssignal· gebiidet wird, dessen Frequenz ein Maß für die festgestellte Spannung zwischen Elektrode und Werkstück ist, und Mittel, die dann, wenn die Zahl der von der Detektoreinrichtung abgegebenen Impulse einen vorbestimmten Wert erreicht, ein Treibersignal für einen Verschiebungsvektor erzeugen, der von der numerischen Steuervorrichtung (150) abgegeben wird, um die zweite Antriebsvorrichtung zu betreiben.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung einen Komparator (130) zum Vergleich der Bearbeitungsspannung (Vg) mit einer Bezugsspannung (Vr) zur Abgabe einer Differenzspannung, einen Absolutwert-Detektarkreis (132) zum Umsetzen der Differenzspannung in einen Absolutwert, und eine Spannung in Frequenz umwandelnde Schaltung (136) aufweist, die das Ausgangssignal des Absolutwert-Detektorkreises (132) in eine entsprechende Impulsfrequenz umsetzt.

17. Entladungsbearbeitungsverfahren zum Bearbeiten eines Werkstückes durch Zuführen von elektrischem Strom zu dem Werkstück und zu einer Elektrode und durch eine Bearbeitungslösung im Elektrodenzwischenraum zwischen Werkstück und Elektrode hindurch, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode

(201) und das Werkstück (202) relativ zueinander in einer Ebene bewegt werden, wobei die Richtung der Gegenüberstellung der Elektrode . (201) und des Werkstücks (202) in eine Primärbearbeitungsrichtung und in die Richtung der Ebene aufgeteilt wird,, die im wesentlichen senkrecht auf der Primärbearbeitungsrichtung steht, daß die Entladungsbearbeitung durch Steuern

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der Elektrode und des Werkstücks derart erfolgt, daß ein Elektrodenzwischenraum zwischen Elektrode und Werkstück in solchem Maß erhalten bleibt/ daß in dem Elektrodenzwischenraum die elektrische Entladung stattfindet, daß die Relativbewegung derart gesteuert wird, daß die Elektrode (.201) in Richtung auf die Schnittpunkte von geraden Linien, die mit gleichem Abstand parallel zu den Umrisslinien der Elektrode verlaufen, bewegt wird, und daß dieser Relativbewegung eine vorbestimmte schwache Relativverschiebung von so geringer Größe überlagert wird, daß die Bearbeitungsgenauigkeit dadurch nicht verschlechtert . wird.

18. Verfahren nach Anspruch ■ 1 7., dadurch gekennzeichnet, daß die schwache Relativverschiebung der Elektrode (201) erteilt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, .daß die schwache Relativbewegung eine exzentrische Kreisbewegung ist.

.20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der exzentrischen Verschiebungsbewegung entsprechend den Entladungsbearbeitungszuständen gesteuert wird.

21.. Entladungsbearbeitungsverfahren zum Bearbeiten eines Werkstückes durch Zuführen eines elektrischen Stroms zum Werkstück und zu einer Elektrode durch eine im Elektroden-.Zwischenraum zwischen Werkstück und Elektrode befindliche Bearbeitungslösung hindurch, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode und das Werkstück relativ zueinander in einer Ebene verlagert werden, wobei die Richtung der Gegenüberstellung der Elektrode und des Werkstücks in eine Primärbearbeitungsrichtung und eine Richtung in der Ebene im wesentlichen senkrecht zur Primärbearbeitungsrichtung unterteilt ist, daß die Entladungsbearbeitung durch Steuern :der Elektrode und des Werkstücks derart vorgenommen wird,

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daß ein Elektrodenzwischenraum, zwischen der Elektrode. und dem Werkstück in solchemMaße äufrechterhalteh wird/ daß die elektrische Entladung im Elektrode'rizwischehräüm stattfindet, und daß der Relativverschiebung eine schwache Verschiebungsbewegung überlagert wird, die so .groß ,ist, daß die Bearbeitungsgenauigkeit nicht nachteilig beeinflusst wird. ..-.■.

22. Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks durch Zuführen von elektrischem Strom zum Werkstück und zu einer Elektrode und durch eine im Elektrodenzwischenraum zwischen Werkstück und Elektrode vorhandene Bearbeitungslösung hindurch, gekennzeichnet ,durch.eine erste Antriebsvorrichtung zur Bestimmung, ob.die Entladungsbearbeitung in einer Primärbearbeitungsrichtung annehmbar ist,, und, wenn dies der Fall ist, zum Bewegen der Elektrode (201) relativ zum Werkstück (202), so daß ein vorbestimmter Bearbeitungsabstand zwischen Elektrode und Werkstück aufrechterhalten bleibt, eine zweite Antriebsvorrichtung (206,207) zum Bewegen der Elektrode relativ zum Werkstück in einer Richtung im wesentlichen .senkrecht zur Primärbearbeitungsrichtung, Steuermittel (4) zum Steuern der Relativstellung der Elektrode und des Werkstücks in Abhängigkeit von einer Spannung am ElektrodenZwischenraum und Steuermittel für eine kleine Verschiebung, durch die die Relativposition von Elektrode und Werkstück in. Verbindung mit der Steuerung der Steuereinrichtung modifiziert wird.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung für die kleine Verschiebung entsprechend dem Zustand im Elektrodenzwischenraum zwischen Elektrode und Werkstück steuerbar ist.

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