DE3115580A1

DE3115580A1 - Verfahren zum bestimmen der relativen lage eines werkzeuges zu einem werkstueck in einer werkzeugmaschine und danach arbeitende werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE3115580A1
Application number: DE19813115580
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Tokyo Inoue
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1980-04-21
Filing date: 1981-04-16
Publication date: 1982-06-09
Also published as: FR2480660B1; JPS6240128B2; JPS56152525A; GB2074326A; FR2480660A1; GB2074326B; IT8148310A0; US4366360A; IT1142406B

Description

O I..I J-JUU

Inoue-Japax Research Incorporated Yokohamashi, Kanagawaken, Japan

Verfahren zum Bestimmen der relativen Lage eines Werkzeuges zu einem Werkstück in einer Werkzeugmaschine und danach arbeitende Werkzeugmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der relativen Lage eines Werkzeuges zu einem Werkstück in einer Werkzeugmaschine und eine danach arbeitende Werkzeugmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 14; insbesondere betrifft die Erfindung auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln oder Korrigieren der relativen Lage eines Bearbeitungswerkzeuges oder eines Werkzeugteiles zu einem Werkstück in einer Werkzeugmaschine und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich,in einer Elektroerosions-Werkzeugmaschine, beispielsweise bei EDM (elektrisches Entladungs-Bearbeiten)- und ECM (elektrochemisches Bearbeiten)-Ausrüstungen.

In einer Werkzeugmaschine ist es wünschenswert, die 581-(A 1003)-E

relative Lage zwischen einem Werkzeugteil und einem Werkstück zu einem gegebenen Zeitpunkt während eines Bearbeitungsbetriebes zu ermitteln und zu korrigieren, damit das Bearbeiten sicher und in einer Weise fortschreitet, die die gewünschten Ergebnisse und die angestrebte Bearbeitungsgenauigkeit liefert.

Beispielsweise liegt in einer Elektroerosions-Werkzeugmaschine bzw. -Bearbeitungsmaschine eine Werkzeugelektrode neben einem Werkstück an einem mit einem flüssigen Bearbeitungsmedium gespülten Bearbeitungsspalt, und ein kontinuierlicher oder gepulster elektrischer Strom hoher Stromdichte wird durch den Spalt zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück geschickt, um elektroerosiv Material vom Werkstück abzutragen. Mit fortschreitender Materialabtragung werden die Werkzeugelektrode und das Werkstück relativ in einer Richtung, in der der Erosionsprozeß fortschreitet, und in einer Weise verschoben, so daß der Bearbeitungsspalt im wesentlichen in seiner Größe und vorzugsweise auch im darin herrschenden physikalischen Zustand konstant gehalten wird. Daher ist die Genauigkeit der Ermittlung und Korrektur des Bearbeitungsspaltes ein kritischer Parameter für die daraus folgenden Bearbeitungsergebnisse.

Bisher haben sich wesentliche Anstrengungen darauf konzentriert, ein Verfahren großer Zuverlässigkeit zu schaffen, mit dem die Spaltgröße und der Spaltzustand insbesondere in EDM-Prozessen festgestellt werden kann. Dabei wird beispielsweise die Zufuhr von Bearbeitungs-Strom- bzw. Spannungsimpulsen zum EDM-Spalt zeitweise unterbrochen, und während der Periode der Unterbrechung liegt ein Überwachungsimpuls am Spalt, um eine Spaltveränderliche, beispielsweise die Impedanz oder den Wider-

stand, zu messen, woraus die Spaltgröße und der Spaltzustand ermittelt werden kann (vgl. DE-OS 27 55 772).

Der Erfinder hat jedoch erkannt, daß die Messung allein von einer Veränderlichen des Spaltzustandes, wie dieser tatsächlich zu jedem Zeitpunkt während des Überwachungsimpulses vorliegt, zu dem ein Befehl für die Messung eingespeist ist, nicht notwendig die genaue Anzeige der Spaltgröße und des Spaltzustandes liefert.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem eine tatsächliche relative Lage eines Werkzeugteiles zu einem Werkstück genau festgestellt und in eine vorbestimmte Lage in einer Werkzeugmaschine korrigiert werden kann; außerdem soll ein Verfahren zum Überwachen des Bearbeitungsspaltes in einer Elektroerosions-Werkzeugmaschine geschaffen werden, mit dem nicht nur die tatsächliche Größe des Bearbeitungsspaltes, sondern auch dessen spezifischer Widerstandswert genau und zuverlässig ermittelt werden kann; dieses Verfahren soll auch die Vorteile des bereits bestehenden Verfahrens (vgl. obige DE-OS) aufweisen; schließlich soll noch eine genaue und zuverlässige Vorrichtung zum Ermitteln und/oder Korrigieren der relativen Lage zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück in einer Werkzeugmaschine, insbesondere einer Elektroerosions-Werkzeugmaschine, geschaffen werden, wobei diese Vorrichtung relativ einfach und unaufwendig sein soll und relativ leicht aufgebaut werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum Ermitteln oder Bestimmen der relativen Lage eines Werkzeugteiles zu einem Werkstück in einer Werkzeugmaschine, insbesondere - jedoch nicht ausschließlich -

in einer elektroerosiven Werkzeugmaschine vorgesehen, wobei das Verfahren aufweist:

(a) Messen des elektrischen Widerstandes zwischen dem Werkzeugteil und dem Werkstück in einer gegebenen relativen Lage oder Stellung, um einen ersten Meßwert zu liefern,

(b) relatives Verschieben des Werkzeugteiles und des Werkstückes um einen bekannten Abstand, wodurch eine verschobene relative Lage zwischen dem Werkzeugteil und dem Werkstück aufgebaut wird,

(c) Messen des elektrischen Widerstandes zwischen dem Werkzeugteil und dem Werkstück in der verschobenen relativen Lage, um einen zweiten Meßwert zu liefern, und

(d) Berechnen wenigstens einer Lage von der gegebenen und der verschobenen relativen Lage aus dem ersten und dem zweiten Meßwert sowie dem bekannten Abstand.

Die obigen Verfahrensschritte werden vorzugsweise nach Unterbrechen eines gegebenen Bearbeitungsbetriebes oder im Anschluß an die Zeit dieser Unterbrechung durchgeführt, zu welcher Zeit das Werkzeugteil und das Werkstück in die gegebene relative Lage gebracht wurden. Somit kann mittels einer Elektroerosions-Werkzeugmaschine die Zufuhr eines Bearbeitungsstromes zeitweise angehalten werden, um eine Überwachungsperiode aufzubauen, wenn das Werkzeugteil und das Werkstück die gegebene relative Lage erreicht haben. Während der Überwachungsperiode wird der Verfahrensschritt (a) ausgeführt, wobei das Werkzeugteil und das Werkstück in dieser gegebenen relativen Lage sind. Mehrere Überwachungsimpulse werden zwischen das

Werkzeugteil und das Werkstück während der Überwachungsperiode gelegt, und der Verfahrensschritt (a) zum Messen des elektrischen Widerstandes dazwischen in dieser gegebenen relativen Lage wird ausgeführt mit einem oder mehreren überwachungsimpulsen vor dem Verfahrensschritt (b), d. h. dem Verschieben des Werkzeugteiles und des Werkstückes um den bekannten Abstand, damit diese in die verschobene relative Lage gebracht werden. Die Verfahrensschritte (a) und (c) werden mit einem oder mehreren anschließenden Überwachungsimpulsen ausgeführt, um den elektrischen Widerstand zwischen dem Werkzeugteil und dem Werkstück in der verschobenen relativen Lage zu messen. Im Verfahrensschritt (d) werden die in den Verfahrensschritten (a) und (c) gewonnenen ersten und zweiten Meßwerte zusammen mit dem obigen bekannten Abstand verwendet, um den einen und/oder den anderen Wert aus der ,gegebenen und der verschobenen relativen Lage zwischen dem Werkzeugteil und dem Werkstück zu liefern.

Auf diese Weise wird die genaue relative Lage oder die genaue Größe des Spaltes zwischen dem Werkzeugteil und dem Werkstück während oder nach einem gegebenen Ablauf des Bearbeitungsbetriebes ermittelt und kann dazu dienen, das Werkzeugteil und das Werkstück in eine vorbestimmte richtige Lage oder in eine beabstandete Lage mit einer vorbestimmten richtigen Spaltgröße zum weiteren Bearbeiten des Werkstückes zu bringen oder die Genauigkeit des durchgeführten Bearbeitens zu beurteilen.

In einer Weiterbildung der Erfindung umfaßt das Verfahren den Verfahrensschritt einer Korrektur der relativen Lage des Werkzeugteiles zum Werkstück durch Berechnen einer Abweichung im Abstand des einen Wertes aus der gegebenen und der verschobenen relativen Lage von der vor-

bestimmten richtigen relativen Lage oder Spaltgröße und ein relatives Verschieben des Werkzeugteiles und des Werkstückes aus der einen Lage von der gegebenen und verschobenen relativen Lage um die Abweichung im Abstand oder um die Abweichung auf den Wert Null zu bringen. Das Verfahren kann alternativ oder zusätzlich den Verfahrensschritt eines Beurteilens oder Entscheidens der Genauigkeit der Bearbeitung umfassen, die durchgeführt wurde, indem eine Abweichung im Abstand der einen Lage aus der gegebenen und verschobenen relativen Lage von der vorbestimmten richtigen relativen Lage oder eine Spaltgröße zwischen dem Werkzeugteil und dem Werkstück berechnet wird.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfaßt das Verfahren den Verfahrensschritt des Bestimmens des spezifischen Widerstandes des Spaltes zwischen dem Werkzeugteil und dem Werkstück, indem dieser aus dem ersten und dem zweiten Meßwert sowie dem bekannten Abstand berechnet wird.

Sobald der spezifische Widerstand im Spalt mit einem gegebenen Spaltmedium - entweder einer Flüssigkeit oder Gas oder beidem - oder allgemein ein fester hierzu proportionaler Wert erhalten ist, kann automatisch die oben erwähnte Abweichung erreicht werden oder das Werkzeugteil und das Werkstück in die oben erwähnte vorbestimmte richtige relative Lage gebracht werden. Somit wird der besondere elektrische Widerstandswert entsprechend der vorbestimmten richtigen relativen Lage oder Spaltgröße zwischen dem Werkzeugteil und dem Werkstück aus dem spezifischen Widerstand oder dem hierzu proportionalen festen Wert erhalten. Dann werden das Werkzeugteil und das Werkstück relativ verschoben, bis der elektrische Widerstand dazwischen den oben

erwähnten besonderen Wert annimmt. Dadurch wird die vorbestiitimte richtige relative Lage oder Spaltgröße zwischen dem Werkzeugteil und dem Werkstück erreicht, und die oben erwähnte Abweichung wird aus dieser bewirkten Abstandsverschiebung zwischen dem Werkzeugteil und dem Werkstück erhalten.

Die Erfindung ist insbesondere bei einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, beispielsweise einer numerisch gesteuerten Schleif- oder sonstigen Werkzeugmaschine, bei einer numerisch gesteuerten zwei- oder dreidimensionalen EDM-Werkzeugmaschine oder bei einer numerisch gesteuerten Drahtschneid-EDM-Werkzeugmaschine einsetzbar. Die relative Lage zwischen dem Werkzeugteil und dem Werkstück, in der der elektrische Widerstand einen besonderen Wert annimmt, kann in einem NC-Regelglied gespeichert werden (NC = numerische Steuerung). Aus dem Abstand zwischen dieser Lage und der oben erwähnten gegebenen Lage wird die Abweichung der letzteren von einer gewünschten oder ausersehenen Lage berechnet und verwendet, um die Lagekorrektur zu erzielen. Der Abstand einer Verschiebung ist durch die Anzahl der anliegenden Ansteuerimpulse gegeben. Somit kann die gegebene Lage aus der Anzahl der Ansteuerimpulse bestimmt werden, die für eine Verschiebung verwendet werden, bis ein vorbestimmter Wert des elektrischen Widerstandes erreicht ist.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung kann der Verfahrensschritt (b) ausgeführt werden, indem auf das Werkzeugteil eine kleine Schwingung mit einer Amplitude übertragen wird, die dem oben erwähnten bekannten Abstand entspricht oder mit diesem übereinstimmt, und der Verfahrensschritt (c) kann durchgeführt werden, indem der

elektrische Widerstand zwischen dem schwingenden Werkzeugteil und dem Werkstück gemessen wird.

Die Erfindung sieht auch eine Vorrichtung zum Ermitteln oder Bestimmen der relativen Lage eines Werkzeugteiles zu einem Werkstück in einer Werkzeugmaschine, insbesondere - jedoch nicht ausschließlich - in einer Elektroerosions-Werkzeugmaschine, vor, wobei die Vorrichtung zusammen aufweist:

Eine Unterbrechungseinrichtung zum Unterbrechen eines gegebenen Bearbeitungsbetriebes mit der Werkzeugmaschine ,

eine Antriebseinrichtung zum relativen Verschieben des Werkzeugteiles und des Werkstückes, um diese in einer gegebenen relativen Lage zu halten und um diese anschließend während einer Unterbrechungsperiode des Bearbeitungsbetriebes in eine relative Lage zu bringen, die um einen bekannten Abstand von der gegebenen relativen Lage verschoben ist,

eine Fühlereinrichtung zum Messen der elektrischen Widerstände zwischen dem Werkzeugteil und dem Werkstück in der gegebenen relativen Lage und anschließend in der verschobenen relativen Lage, so daß ein erster und ein zweiter Meßwert erhalten wird,und

eine Rechnereinrichtung zum Berechnen wenigstens eines Wertes von der gegebenen und der verschobenen relativen Lage aus dem ersten und dem zweiten Meßwert sowie dem bekannten Abstand.

Die Vorrichtung kann in vorteilhafter Weise die vor-

bestimmte relative Lage zwischen dem Werkzeugteil und dem Werkstück korrigieren. Hierzu kann die Rechnereinrichtung eine Abweichung im Abstand des einen Wertes aus der gegebenen und der verschobenen relativen Lage von einer vorbestimmten richtigen relativen Lage oder den Spaltabstand zwischen dem Werkzeugteil und dem Werkstück berechnen, und die Antriebseinrichtung kann abhängig von der Rechnereinrichtung arbeiten, um relativ das Werkzeugteil und das Werkstück um die berechnete Abweichung im Abstand zu verschieben.

Die Vorrichtung weist in vorteilhafter Weise weiterhin eine der Rechnereinrichtung zugeordnete Anzeigeeinrichtung auf, um den einen Wert von der gegebenen und verschobenen relativen Lage oder eine Abweichung hiervon von einer vorbestimmten richtigen relativen Lage oder Spaltgröße zwischen dem Werkzeugteil und dem Werkstück anzuzeigen.

Die Rechnereinrichtung kann weiterhin den spezifischen Widerstand des Spaltes zwischen dem Werkzeugteil und dem Werkstück aus dem oben erwähnten ersten und zweiten Meßwert und dem bekannten Abstand berechnen. Die Anzeigeeinrichtung kann den bestimmten spezifischen Widerstand anzeigen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Antriebseinrichtung einen Schall- oder Ultraschall-Schwinger aufweisen, um auf das Werkzeugteil Schwingungen einer Schall- oder Ultraschall-Frequenz zu übertragen, damit periodisch das Werkzeugteil und das Werkstück in die oben erwähnte verschobene relative Lage gebracht werden, wodurch die Fühlereinrichtung den elektrischen Widerstand zwischen dem schwingenden Werkzeugteil und dem Werkstück messen kann,

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so daß der zweite Meßwert erhalten wird, der den elektrischen Widerstand in der oben erwähnten verschobenen relativen Lage darstellt.

Zum genauen Bestimmen der Größe eines Bearbeitungsspaltes und dessen spezifischen Widerstandes in einer Werkzeugmaschine, insbesondere in einer Elektroerosions-Werkzeugmaschine, beispielsweise einer EDM-Maschine, wird der elektrische Widerstand zwischen einem Werkzeugteil und einem Werkstück in einer gegebenen relativen Lage gemessen, um einen ersten Meßwert zu erhalten. Das Werkzeugteil und das Werkstück werden dann relativ um einen bekannten Abstand aus der gegebenen relativen Lage verschoben, um eine verschobene relative Lage aufzubauen; der elektrische Widerstand dazwischen wird gemessen, um einen zweiten Meßwert zu erhalten. Die Berechnung aus dem ersten und dem zweiten Meßwert liefert einen Wert von der gegebenen und verschobenen relativen Lage und dem spezifischen Widerstand des Spaltes.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Werkzeugelektrode und eines Werkstückes, die in einer EDM-Anordnung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verbunden und positioniert sind,

Fig. 2 eine Kurve, die die Beziehungen zwischen der Spaltgröße und dem elektrischen Widerstand darstellt, der ver-

. - . O I- -l_ O 'J O U

anderlieh mit sich verändernden Spaltzuständen auftritt/

Fig. 3 den Verlauf von Signalen, die an verbis 7 schiedenen Teilen der Schaltung von Fig. 1 auftreten, und

Fig. 8 schematische Darstellungen verschiedebis 10 ner Arten von EDM- oder anderen Elektroerosions-Bearbeitungsprozessen.

In der folgenden Beschreibung wird in erster Linie auf einen EDM-Prozeß und auf eine entsprechende Anordnung oder Werkzeugmaschine eingegangen. Selbstverständlich ist die Erfindung in gleicher Weise auch auf andere Bearbeitungsprozesse, Anordnungen oder Werkzeugmaschinen anwendbar.

In Fig. 1 liegt eine zylinderförmige Werkzeugelektrode 1 neben einem elektrisch leitenden Werkstück 2. Die Werkzeugelektrode 1 und das Werkstück 2 bilden dazwischen einen Bearbeitungsspalt G, der zum besseren Verständnis vergrößert gezeigt ist. Der Spalt G ist mit einem flüssigen Dielektrikum, wie beispielsweise Kerosin oder einer entionisierten wäßrigen Flüssigkeit, gefüllt, die von einem (nicht gezeigten) Fluidkanal, der in der Werkzeugelektrode 1 ausgeführt ist, oder von einer oder mehreren Düsen zugeführt wird, die in der Nähe des Bearbeitungsspaltes G angeordnet sind.

Die Werkzeugelektrode 1 und das Werkstück 2 werden durch eine EDM-Strom- bzw. -Spannungsversorgung erregt, die hier aus einer ersten Gleichstromquelle 3 mit hoher Spannung und

großem Strom und aus einer zweiten Gleichstromquelle 4 mit niedriger Spannung und niedrigem Strom besteht. Diese beiden Gleichstromquellen sind zueinander und mit dem Spalt G über einen Leistungsschalter 5 in Reihe geschaltet, um eine Bearbeitungsspannung und einen Bearbeitungsstrom an den Spalt G zu legen. Ein zweiter Leistungsschalter 6 verbindet zusammen mit einem Widerstand 7 und einer Diode 8 die zweite Gleichstromquelle 4 mit dem Spalt G, um daran eine überwachungsspannung und einen Überwachungsstrom zu erzeugen. Ein Oszillator oder Signalimpulsgenerator 9 hat zwei Ausgangsanschlüsse 9-1 und 9-2, die verbunden sind, um den Ein-Aus-Schaltbetrieb des ersten bzw. zweiten Schalters 5 bzw. 6 zu steuern. Der Oszillator 9 ist gestaltet, um abwechselnd an seinen beiden Ausgangsanschlüssen 9-1 und 9-2 eine Folge von Bearbeitungssignalimpulsen bzw. eine Folge von überwachungssignalimpulsen zu erzeugen, die in Fig. 3 bzw. 4 gezeigt sind.

In einer anschließenden Folge treten die Bearbeitungssignalimpulse in einer festen Anzahl, beispielsweise 1024 oder 2 , auf. Der mit den Bearbeitungssignalimpulsen erregte Leistungsschalter 5 wird abwechselnd ein- und ausgeschaltet, um das summierte Ausgangssignal der ersten und der zweiten Gleichstromquelle 3 und 4 zu pulsen. Als Ergebnis wird die Folge von Bearbeitungsleistungsimpulsen an den mit einem Dielektrikum gefüllten Spalt G zwischen der Werkzeugelektrode 1 und dem Werkstück 2 geliefert, um elektroerosiv Material vom Werkstück 2 abzutragen. Der Verlauf der Spaltspannung und des Stromes dieser Bearbeitungsleistungsimpulse ist in den Fig. 5 und 6 mit A bezeichnet. Mit fortschreitender elektroerosiver Materialabtragung wird das Werkstück 2 bezüglich der Werkzeugelektrode 1 in einer durch einen Pfeil gezeigten Richtung oder entlang einer x-Achse senkrecht zur Achse der Werkzeugelektrode 1 verscho-

O l-.l Ο

ben, um eine dünne und gleichmäßig bearbeitete Aussparung 2a im Werkstück 2 zu bilden.

Der BearbeitungsZyklus wird zur Zeit t₁ unterbrochen, wonach eine Überwachungsperiode aufgebaut wird und bis zur Zeit t fortdauert. Während der Überwachungsperiode t^tp wird der mit den überwachungs Signalimpulsen erregte Schalter 6 abwechselnd ein- und ausgeschaltet, um das Ausgangssignal der zweiten oder Überwachungs-Gleichstromquelle 4 zu pulsen. Als Ergebnis wird die Folge von Überwachungsimpulsen an den Spalt G zwischen der Werkzeugelektrode 1 und dem Werkstück 2 geliefert. Der Verlauf der Spaltspannung und des Spaltstromes dieser Überwachungs impulse ist in den Fig. 5 und 6 mit B bezeichnet. Die dargestellte Überwachungsspannung ist relativ niedrig und erlaubt lediglich, daß ein schwacher Leckstrom durch den Spalt G fließt.

Es hat sich gezeigt, daß die Verwendung von einem oder von mehreren Überwachungsimpulsen allein oder die Messung des Spaltwiderstandes mit einem oder mehreren Überwachungsimpulsen allein nicht ausreichend oder genügend ist, um entweder den tatsächlichen Spaltabstand G oder den spezifischen Widerstand des Spaltes zu bestimmen, wie dies aus der Kurve der Fig. 2 zu ersehen ist. Wenn die Messung einen beträchtlich hohen elektrischen Widerstand R₁ zeigt, ist es nicht gewiß, ob der Spalt eine relativ kleine Größe g.. oder eine beträchtlich weite Größe G. oder irgendeinen Zwischenwert G besitzt.

Gemäß der Erfindung erfolgt die Messung des elektrischen Widerstandes nicht nur über den Spalt G₁, der gefunden wird, wenn der letzte der aufeinander folgenden (Hochspannungs-)Bearbeitungsimpulse endet, sondern auch

über den Spalt, der von diesem um einen bekannten Abstand Ag während der Überwachungsperiode t₁~t» verschoben ist, so daß nicht nur die Spaltgröße G, sondern auch der spezifische Widerstand r des dort befindlichen flüssigen Bearbeitungsmediums bestimmt wird, um eine genaue Korrektur der Spaltgröße, eine Einstellung des flüssigen Bearbeitungsmediums und/oder eine Bestimmung der Bearbeitungsgenauigkeit zu erlauben. Die bestimmte Spaltgröße kann als ein Steuersignal verwendet werden, wodurch die Rate bzw. Geschwindigkeit des relativen Vorschubes der Werkzeugelektrode zum Werkstück und/oder die Parameter der Bearbeitungsimpulse einstellbar sind.

In Fig. 7 sind die (überwachenden) Stromimpulse gezeigt, die durch den Widerstand 7 verlaufen und in einem damit verbundenen Signalformer 10 verstärkt werden. Dem Signalformer 10 ist eine Rechnerschaltung 11 nachgeschaltet, die ihrerseits zu einer zentralen Steuerschaltung 12 führt. Eine numerische Anzeige 13 ist ebenfalls mit der Rechnerschaltung 11 verbunden.

Die Rechnerschaltung 11 ist so ausgelegt, daß sie Anschlußspannungen am Fühlerwiderstand 7 prüft, die mit verschiedenen anfänglichen Überwachungsimpulsen auftreten, und daß sie einen Befehlsimpuls abgibt, wenn diese als stabilisiert ermittelt werden. Der Befehlsimpuls wird über die zentrale Steuerschaltung 12 zu einer Elektroden-Verschiebungseinrichtung 14 übertragen, wodurch die Werkzeugelektrode 1 um einen bekannten Abstand Ag vorrückt, und wodurch dann der Widerstand über dem verringerten Spalt G~ = G₁ - Δ G mittels der Rechnerschaltung 10 gemessen werden kann.

Wenn angenommen wird, daß die elektrischen Widerstän-

de bei Spaltgrößen G- und G₂ jeweils den Wert R. bzw. haben, dann gelten die folgenden Beziehungen:

^R2 " ~Ä~ ^G2

mit r = spezifischer Widerstand des flüssigen Bearbeitungsmediums , und

A = Querschnittsfläche der Werkzeugelektrode 1.

Da G₁ - G~ = Δ G bekannt ist, ist der spezifische Widerstand r durch die folgende Gleichung gegeben:

R-R₂ R₁-R₂ r = A = A (3)

G₁-G₂ Ag

Damit sind die Spaltgrößen G₁ und G„ durch die folgenden Gleichungen gegeben:

^R1
G = ! · AG (4)

R₁-R₂

^R2
G₂ = — 'AG (5)

R₁-R₂

Die Rechenschaltung 11 führt diese Berechnungen durch und kann von üblichem Aufbau sein. Die zentrale Steuerschaltung 12 ist gestaltet, um auf Ergebnisse dieser Berechnungen anzusprechen, so daß ein Spaltkorrektursignal gespeist wird zur Elektrodenvorschubeinrichtung, wodurch die richtige Spaltgröße G entsteht, oder ein Flüssigkeitskorrektursignal zu einer (nicht gezeigten) Flüssigkeitsverarbeitungseinheit, beispielsweise einem Ionenaustauscher, wodurch der richtige spezifische Spaltwiderstand r entsteht. Die zentrale Steuerschaltung 12 kann von üblichem Aufbau sein und wird daher nicht näher erläutert. Die Anzeigeeinheit 13 ist mit der Rechenschaltung 11 gekoppelt, UTii numerisch die darin gemessenen Werte anzuzeigen, und sie kann von üblichem Aufbau sein.

Es ist zu ersehen, daß eine extrem genaue Bestimmung des Bearbeitungsspaltzustandes erzielt wird. Nicht nur die Größe des Bearbeitungsspaltes, sondern auch die Art des flüssigen Bearbeitungsmediums kann dadurch gesteuert werden. Damit kann ein EDM-Betrieb mit größerer Zielstrebigkeit und Wirksamkeit ausgeführt werden.

Es ist zu ersehen, daß die Erfindung auf jede Art einer EDM-Bearbeitung oder auf andere elektrische Bearbeitungsoperationen anwendbar ist, die irgendeine Form einer Werkzeugelektrode verwenden. Fig. 8 zeigt eine Drahtschneid-EDM-Anordnung mit einer kontinuierlichen Drahtelektrode 15 zum Bearbeiten eines Werkstückes 2, wobei die Spaltgröße und der spezifische Widerstand in der beschriebenen Weise, ermittelt oder festgestellt werden. Fig. 9 zeigt eine Absenk-EDM-Anordnung mit einer zylindrischen Werkzeugelektrode 16 zum Bearbeiten eines entsprechend geformten Hohlraumes in einem Werkstück Zum Bestimmen einer seitlichen Spaltgröße Gs kann die

O |--ί JJUJ

Werkzeugelektrode 1 zuerst in einer vertikalen Richtung oder entlang einer Z-Achse zurückgefahren werden, um den vorderen Spalt ausreichend zu vergrößern, so daß eine Messung des elektrischen Widerstandes am seitlichen Spalt Gs möglich ist, der auf den folgenden Bearbeitungsimpulsen A beruht, und dann wird die Werkzeugelektrode 1 bezüglich des Werkstückes 2 um einen bekannten Abstand Δ Gs horizontal oder entlang der x-Achse verschoben. Fig. 10 zeigt eine Absenk-EDM-Anordnung mit einer kegelförmigen oder konischen Werkzeugelektrode 18 zum Bearbeiten eines entsprechend geformten Hohlraumes in einem Werkstück 2. Zum Bestimmen der Spaltgröße kann die Werkzeugelektrode 1 in verschiedenen Richtungen verschoben werden, damit eine Messung über verschiedenen Spaltbereichen möglich ist.

Anstelle einer direkten Verschiebung der Werkzeugelektrode 1 um einen bekannten Abstand können mechanische Schwingungen mit einer einer bekannten Verschiebung Δ G gleichwertigen Amplitude auf die Werkzeugelektrode 1 einwirken. Somit kann eine Schall- oder Ultraschall-Horn- oder Trichtereinheit 20 in Berührung mit der Werkzeugelektrode 1 angeordnet werden, wie dies in den Fig. 8 und 9 gezeigt ist. Eine derartige Horneinheit 20 oder ein elektromechanischer Wandler 21 können auf der dreidimensionalen Werkzeugelektrode 1 gehalten werden, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist. Der übliche Verschiebungsabstand kann 0,5 bis 10 ,um und vorzugsweise 1 bis 2 ,um betragen.

Die Erfindung ermöglicht somit ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der relativen Lage eines Werkzeuges zu einem Werkstück in einer Werkzeugmaschine mit großer Genauigkeit.

Claims

Ansprüche

Π yVerfahren zum Bestimmen der relativen Lage eines Werkzeuges zu einem Werkstück in einer Werkzeugmaschine,

gekennzeichnet durch

- (a) Messen des elektrischen Widerstandes zwischen

dem Werkzeugteil (1) und dem Werkstück (2) in einer gegebenen relativen Lage, um einen ersten Meßwert zu liefern,

- (b) relatives Verschieben des Werkzeugteiles (1) und

des Werkstückes (2) um einen bekannten Abstand, wodurch eine verschobene relative Lage zwischen dem Werkzeugteil (1) und dem Werkstück (2) aufgebaut wird,

- (c) Messen des elektrischen Widerstandes zwischen dem

Werkzeugteil (1) und dem Werkstück (2) in der verschobenen relativen Lage, um einen zweiten Meßwert zu liefern, und

- (d) Berechnen wenigstens eines Wertes von der gegebenen und der verschobenen relativen Lage zwischen dem Werkzeugteil (1) und dem Werkstück (2) aus dem ersten und dem zweiten Meßwert und dem bekannten Abstand.

581-(A 1003)-E

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2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- daß der Verfahrensschritt (a) nach Unterbrechen eines gegebenen Bearbeitungsbetriebes ausgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

- daß der Verfahrensschritt (a) mit dem Werkzeugteil (1) und dem Werkstück (2) in der gegebenen relativen Lage nach Abschluß eines gegebenen Bearbeitungsbetriebes ausgeführt wird, und

- daß die Bearbeitungsgenauigkeit des Betriebes aus der bestimmten relativen Lage festgelegt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Bearbeitungsgenauigkeit durch Berechnen einer Abweichung im Abstand von einer vorbestimmten richtigen relativen Lage zwischen dem Werkzeugteil (1) und dem Werkstück (2) bestimmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Werkzeugmaschine eine Elektroerosions-Werkzeugmaschine ist,

- daß der Verfahrensschritt (a) nach Unterbrechen eines Elektroerosions-Bearbeitungsstromes ausgeführt wird, um eine Überwachungsperiode aufzubauen, und

- daß die Verfahrensschritte (a), (b) und (c) während der Überwachungsperiode und mit einem elektrischen Überwachungssignal unabhängig vom Elektroerosions-Bearbeitungsstrom ausgeführt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet,

- daß die Elektroerosions-Werkzeugmaschine eine EDM-Werkzeugmaschine ist,

- daß der Elektroerosions-Bearbeitungsstrom zwischen dem Werkzeugteil (1) und dem Werkstück (2) in der Form einer Folge von Bearbeitungsimpulsen liegt, und

- daß das überwachungssignal zwischen dem Werkzeugteil (1) und dem Werkstück (2) in der Form wenigstens eines überwachungsimpulses während der Überwachungsperiode liegt.
7. Verfahren nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch

- Korrigieren der relativen Lage des Werkzeugteiles

(1) zum Werkstück (2) durch Berechnen einer Abweichung im Abstand des einen Wertes von der gegebenen und der verschobenen relativen Lage von einer vorbestimmten richtigen relativen Lage zwischen dem Werkzeugteil (1) und dem Werkstück (2), und

- relatives Verschieben des Werkzeugteiles (1) und des Werkstückes (2) von der einen Lage aus der gegebenen und der verschobenen relativen Lage um die Abweichung im Abstand.
8. Verfahren nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch

- Bestimmen des spezifischen Widerstandes eines Spaltes (G) zwischen dem Werkzeugteil (1) und dem Werkstück

(2) durch dessen Berechnen aus dem ersten und dem zweiten Meßwert und dem bekannten Abstand.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,

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- daß die Werkzeugmaschine eine Elektroerosions-Werkzeugmaschine ist,

- daß der spezifische Widerstand der spezifische Widerstand eines Elektroerosionsspaltes ist, der zwischen dem Werkzeugteil (1) und dem Werkstück (2) ausgeführt und mit einem flüssigen Bearbeitungsmedium gefüllt ist, und

- daß die Zufuhr des flüssigen Bearbeitungsmediums abhängig vom bestimmten spezifischen Widerstand gesteuert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 7,
gekennzeichnet durch

- Bestimmen des spezifischen Widerstandes eines Spaltes zwischen dem Werkzeugteil (1) und dem Werkstück (2) durch dessen Berechnen aus dem ersten und dem zweiten Meßwert sowie dem bekannten Abstand, wobei die Abweichung von dem bestimmten spezifischen Widerstand erhalten wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
gekennzeichnet durch

- Berechnen eines besonderen elektrischen Widerstandswertes entsprechend der vorbestimmten richtigen Lage aus dem bestimmten spezifischen Widerstand, wobei das Werkzeugteil (1) und das Werkstück (2) relativ verschoben werden, bis der elektrische Widerstand dazwischen den besonderen Wert annimmt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7, 10 und 11, gekennzeichnet durch

- numerisches Anzeigen der bestimmten Abweichung.
13. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

- daß das Werkzeugteil (1) und das Werkstück (2) relativ um den bekannten Abstand verschoben werden, indem mechanische Schwingungen auf das Werkzeugteil (1) oder das Werkstück (2) mit einer Amplitude übertragen werden, die zu dem bekannten Abstand gleichwertig ist, und

- daß der Verfahrensschritt (c) durch Messen des elektrischen Widerstandes zwischen dem Werkzeugteil (1) und dem Werkstück (2) ausgeführt wird, von denen eines schwingt.
14. Werkzeugmaschine mit

~ einem Werkzeugteil zum Bearbeiten eines Werkstückes in einem gegebenen Bearbeitungsbetrieb,

- einer Unterbrechungseinrichtung zum Unterbrechen des Bearbeitungsbetriebes mit der Werkzeugmaschine, und

- einer Antriebseinrichtung zum relativen Verschieben des Werkzeugteiles und des Werkstückes, um diese in einer gegebenen relativen Lage zu halten, wenn der gegebene Bearbeitungsbetrieb durch die Unterbrechungseinrichtung unterbrochen ist, und um diese dann in eine relative Lage während einer Periode der Unterbrechung des Bearbeitungsbetriebes zu bringen, die um einen bekannten Abstand von der gegebenen relativen Lage verschoben ist,

gekennzeichnet durch

- eine Fühlereinrichtung zum Messen des elektrischen Widerstandes zwischen dem Werkzeugteil (1) und dem Werkstück (2) in der gegebenen relativen Lage und anschließend des elektrischen Widerstandes zwischen dem Werkzeugteil (1) und dem Werkstück (2) in der verschobenen relativen Lage, um einen ersten bzw. zweiten Meßwert zu liefern, und

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- eine Rechnereinrichtung (11) zum Berechnen wenigstens eines Wertes von der gegebenen und der verschobenen relativen Lage aus dem ersten und dem zweiten Meßwert und dem bekannten Abstand.
15. Werkzeugmaschine nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Rechnereinrichtung (11) eine Abweichung im Abstand des einen Wertes von der gegebenen und der verschobenen relativen Lage aus einer vorbestimmten richtigen relativen Lage zwischen dem Werkzeugteil (1) und dem Werkstück (2) berechnet.
16. Werkzeugmaschine nach Anspruch 15,
gekennzeichnet durch

- eine Steuereinrichtung (12), die auf die Rechnereinrichtung (11) anspricht, um auf die Antriebseinrichtung (14) einzuwirken, so daß das Werkzeugteil (1) und das Werkstück (2) um die Abweichung im Abstand relativ verschoben werden.
17. Werkzeugmaschine nach Anspruch 15,
gekennzeichnet durch

- eine mit der Rechnereinrichtung (11) verbundene Anzeigeeinrichtung (13) zum numerischen Anzeigen der Abweichung im Abstand.
18. Werkzeugmaschine nach Anspruch 14,
gekennzeichnet durch

- eine mit der Rechnereinrichtung (11) verbundene Anzeigeeinrichtung (13) zum numerischen Anzeigen eines Wertes von der gegebenen und der verschobenen relativen Lage.
19. Werkzeugmaschine nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet,

- daß die Rechnereinrichtung (11) den spezifischen Widerstand eines Spaltes (G) zwischen dem Werkzeugteil (1) und dem Werkstück (2) aus dem ersten und dem zweiten Meßwert sowie dem bekannten Abstand berechnet.
20. Werkzeugmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Antriebseinrichtung (14) eine Schwingereinrichtung (20) aufweist, um auf das Werkzeugteil (16) oder das Werkstück (2) mechanische Schwingungen mit einer Amplitude zu übertragen, die dem bekannten Abstand gleichwertig ist (vgl. Fig. 9).
21. Werkzeugmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,

- daß der bekannte Abstand eine Länge zwischen 0,5 und 10 ,um aufweist.
22. Werkzeugmaschine nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Länge 1 bis 2 ,um beträgt.