DE3128078A1

DE3128078A1 - Verfahren und vorrichtung zur elektroerosionsbearbeitung

Info

Publication number: DE3128078A1
Application number: DE19813128078
Authority: DE
Inventors: Bernard 1195 Dully Vaud Bommeli
Original assignee: Ateliers Des Charmilles SA 1203 Geneve; Ateliers des Charmilles SA
Current assignee: Agie Charmilles New Technologies SA
Priority date: 1980-07-30
Filing date: 1981-07-16
Publication date: 1982-05-06
Also published as: US4404448A; CH638125A5; GB2132543A; DE3128078C2; JPS6320658B2; FR2487715B3; GB2132543B; FR2487715A1; JPS5754032A; IT1144453B; IT8168060A0

Description

PATENTANWÄLTE ^ΒΗ-^1Νβ· ^^ "■ ^STU"^tES

DIPL-ING. P. EICHLER

BRAHMSSTRASSE 29. 5600 WUPPERTAL 2

Ateliers des Charmilles S.A., 109, rue de Lyon, Geneve (Schweiz)

Verfahren und Vorrichtung zur Elektröerosionsbearbeitung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Elektro- bzw. Funkenerosionsbearbeitung eines Elektroden-Werkstückes mit Hilfe eines Elektroden-Werkzeuges, bei welchem man in die Bearbeitungszone ein Fluidum einführt, das aus elektrisch leitenden Partikeln besteht, die in einer Flüssigkeit suspendiert sind, und bei dem man zwischen diesen Elektroden aufeinanderfolgende Spannungsimpulse anwendet, um die Entladungen zu zünden. Dieses Verfahren hat zum Ziel, mit größer Genauigkeit den Elektroerosionsabstand zu kontrollieren, der zwischen dem Elektroden-Werkstück und dem Elektroden-Werkzeug einer Maschine zur Elektröerosionsbearbeitung besteht.

Die Genauigkeit der Bearbeitung eines Hohlraums mittels einer Elektrode hängt wesentlich von der Genauigkeit des Stillstands des Vorschubes und von dem Wert ab, der durch die

Partikel aus einem Material bestehen, das sich von dem der Funkenstrecke im Äugenblick des Bearbeitungsstops angenommen Elektroden unterscheidet. Wenn die Konzentration dieser im Bearwird. Es sind schon Lösungen gefunden worden, um mit großer beitungsfluidum suspendierten Partikel konstant gehalten wir.d Genauigkeit die relative Position der Elektroden elektronisch und die der Elektroerosionsbearbeitung unterworfene Qberzu kontrollieren und um die Abnutzung der Elektrode im Laufe fläche wie auch die Zündspannung der Entladungen nich£. verder Fertigstellungsphase zu verxngern. Jedoch hängt die tatändert werden, existiert ein eindeutiger Zusammenhang sächliche Länge der Erosionsstrecke in großen Umfang von zwischen dem Wert der Elektroerosionsstrecke und einem staden verwendeten Werkstoffen bzw. Werkstoffpaaren, dem Beartistischen Wert des mittleren Zündverzugs der Entladungen,, beitungsbereich und der Verunreinigungsrate des Bearbeitungs-

Dieser Zusammenhang ist eine lineare.Funktion zwischen _ fluidums ab. Diese Variablen haben eine direkte Auswirkung auf dem reziproken Wert der Funkenerosionsstrecke und dem Logadie Genauigkeit der Bearbeitung.

rithmus des Mittelwerts des Zündverzugs,der Entladungen,, wie Das Ziel dieser Erfindung besteht darin, dieses"Problem

das die Fig. 1 zeigt=
zu lösen.

Dieser lineare Zusammenhang kann dazu benutzt werden, , Die vorgeschlagene Lösung besteht in einem Verfahren, bei

um den Wert der Elektroerosionsstrecke in Abhängigkeit von dem man in die Bearbeitungszone ein Fluidum einbringt, das aus der Messung des mittleren Zündverzugs der Entladungen, zu bein einer Flüssigkeit suspendierten, elektrisch leitfahigen rechnen. Es genügt dazu, zwei Punkte dieser Geraden, zu kennen, Partikeln besteht, und bei dem man zwischen den Elektroden um„d4.ese Funktion ,zu„erhalten. Wenn t den ,mittleren Zündverzug aufeinanderfolgende Spannungsimpulse anwendet, um die Entlader Entladungen bezeichnet, und ,g ,die. Funkenerosionsstrecke, düngen zu zünden, und welches dadurch gekennzeichnet ist, daß

bedeutet» ergibt,sich dafür die folgende Formel: . man die Funken- bzw. Elektroerosionsstrecke una einen zugehörigen mittleren Wert für°SenDZünduitgsverzug der Entladungen

wobei Cl eine Funktion.der Zündspannuna der ,Entladungen.ist mißt, und zwar fur wenigstens zwei verschiedene werte dieser und Q2 darüber hinaus.auch von der-der Erosionsbearbeitung Erosionsstrecke wobei man mit Hilfe des Resultats aieser^

und Q2 darüber hinaus.auch vo
Erosionsstrecke, wobei man mi

unterworfenen Oberfläche und der,Konzentration der im Be₁. Messungen die Parameter einer Bekannten empirischen Funktion arbe^tungsfluidum enthaltenen Partikel ,abhängt, Es is,t also bestimmt, die die Erosionsstrecke una den mittleren wert aes

mtiii&l&t* ^rMnde^^wu^¹ w6bei^emtn^äS?ese

fm^n^älS^ugl^biicMchen Werts der

_ .Wenn .man, zwei nacheinander; folgende,Messungen γ,οη t , Erosionsstrecke ausgehend von aer augenolicRlicnen Messung des und σ für zwei verschiedene Werte^von q vornimmt,, erhält man Mittelwerts des Zundverzuges Benutzt, wobei Üie Konzentration

der in dem Bearbeitungsfluidum suspendierten Partikel und die Oberfläche der der Funkenerosionsbearbeitung unterworfenen Elektroden im Laufe dieser Messungen konstant gehalten werden.

Diese Methode der Überwachung der Funkenstrecke ist besonders gut anzuwenden auf die Fertigstellungsphasen, bei welchen man eine künstliche Dilatation der Elektroden mit Hilfe einer zyklischen Translationsbewegung bewirkt. Tatsächlich sind in diesem Falle die frontalen und seitlichen Bearbeitungsabstände deutlich die gleichen und es ist dann möglich, eine präzise Steuerung des Bearbeitungsvorschubs in all diesen Richtungen zu bewirken, in der die Elektroerosion auftritt.

Die beigefügten Zeichnungen zeigen schematisch und als Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung zur praktischen Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt einen experimentell gefundenen Zusammenhang zwischen der Elektroerosionsstrecke und dem mittleren Zündverzugswert der Entladungen.

Die Fig. 2 zeigt das Prinzipschema einer Vorrichtung zur Elektroerosionsbearbeitung, die mit einer Kontrolleinrichtung für die Elektroerosionsstrecke versehen ist.

Man weiß, daß die Bearbeitung durch Funken- bzw. Elektroerosion unter guten Bedingungen abläuft, wenn das Bearbeitungsfluidum, das man in die Bearbeitungszone einführt, eine gewisse Menge an Verunreinigungen enthält, d.h. wenn die Konzentration dieser suspendierten Partikel einen bestimmten Mindestwert erreicht.

Das neue Verfahren wird besonders für den Fall angewendet, wo die festen, im Bearbeitungsfluidum suspendierten

Partikel aus einem Material bestehen, das sich von dem der Elektroden unterscheidet. Wenn die Konzentration dieser im Bearbeitungsfluidum suspendierten Partikel konstant gehalten wird und die der Elektroerosionsbearbeitung unterworfene Oberfläche wie auch die Zündspannung der Entladungen nicht verändert werden, existiert ein eindeutiger Zusammenhang zwischen dem Wert der Elektroerosionsstrecke und einem statistischen Wert des mittleren Zündverzugs der Entladungen.

Dieser Zusammenhang ist eine lineare Funktion zwischen dem reziproken Wert der Funkenerosionsstrecke und dem Logarithmus des Mittelwerts des Zündverzugs der Entladungen, wie das die Fig. 1 zeigt.

Dieser lineare Zusammenhang kann dazu benutzt werden, um den Wert der Elektroerosionsstrecke in Abhängigkeit von der Messung des mittleren Zündverzugs der Entladungen zu berechnen. Es genügt dazu, zwei Punkte dieser Geraden zu kennen, um diese Funktion zu erhalten. Wenn t den mittleren Zündverzug der Entladungen bezeichnet und g die Funkenerosionsstrecke bedeutet, ergibt sich dafür die folgende Formel:

log.t = - Cl + C2, D ■

wobei Cl eine Funktion der Zündspannung der Entladungen ist und C2 darüber hinaus auch von der der Erosionsbearbeitung unterworfenen Oberfläche und der Konzentration der im Bearbeitungsfluidum enthaltenen Partikel abhängt. Es ist also für die Anwendung der obigen Formel notwendig, diese drei Bearbeitungsparameter konstant zu halten.

Wenn man zwei nacheinander folgende Messungen von t und g für zwei verschiedene Werte von g vornimmt, erhält man

zwei Gleichungen, mit denen man die Werte der beiden Konstanten Cl und C2 berechnen kann.

Eine Methode um den Funkenerosxonsabstand gegen Ende der Bearbeitung variieren zu können, besteht darin, daß man den Vorschub des Elektrodenwerkzeuges blockiert und die Erosionsbearbeitung fortführt. In dem Augenblick, da der Vorschub blockiert wird, mißt man den Wert gl der Elektroerosionsstrecke und den Wert t der mittleren Zündverzögerung der Entladungen, was dem Punkt A auf der Geraden der Fig. entspricht. Dann, mit zunehmender Vergrößerung der Funkenerosionsstrecke, mißt man die Werte g2 und t die dem Punkt

dz ,

B entsprechen. Wenn das Bearbeitungsmaß mit einem Wert gf für die Funkenerosionsstrecke erreicht ist, wird die Elektroerosionsbearbeitung gestoppt, wobei dann die mittlere Zündverzögerung den Wert t erreicht hat, entsprechend dem

DF

Punkt C.

Diese Operationen können mit Hilfe der in Fig. 2 schematisch dargestellten Vorrichtung durchgeführt werden. Das die eine Elektrode bildende Werkstück 1 wird mit Hilfe des die andere Elektrode bildenden Werkzeugs 2 bearbeitet. Ein Impulsgenerator 3 ist mit diesen Elektroden derart verbunden daß er nacheinander Spannungsimpulse liefert, die dazu dienen, Entladungen in dem Bearbeitungszwischenraum 4 zu zünden. Ein Bearbeitungsfluidum, das aus elektrisch leitfähigen festen Partikeln besteht, die in einer Flüssigkeit suspendiert sind, wird durch die Leitung 5 und die Düse 6 in die Bearbeitungszone geführt. Ein Strommeßinstrument 7, das zwischen einem der Anschlüsse des Generators 3 und dem Werkstück 1 liegt, ist

einerseits mit dem Eintritt eines Steuerstromkreises 8. und Alsdann bewirkt der Steuerstromkreis 8 über die Lei-

andererseits mit dem Eintritt eines Meßkreises 9 ,für den tung S , daß der Generator 3 nicht erodierende Entladungen

mittleren Zündverzug der Entladungen leitend verbunden, dessen liefert, indem beispielsweise die Impedanz bzw. der Wideranderer Eintritt mit einem anderen Anschluß des Generators ,3

stand des Versorgungsstromkreises der Elektroden entsprechend

verbunden ist. Dieser Meßkr.eis 9, der beispielsweise „von der im vergrößert wird, und weiterhin über die Leitung S , dab die

US-Patent 38 25 714 beschriebenen Beschaffenheit ist. liefert Elektroden sich weiter annähern, bis die BearbeixungseleJctroae

ein Signal, das für den mittleren Wert des Zeitintervalle 2 mit dem Werkstück 1 in Kontakt gelangt. In dem Augenblick wo

repräsentativ ist, das zwischen dem Zeitpunkt der „zwischen den der Kontakt auftritt, wird dieser durch das Strommeß-

Elektroden angelegten Spannung, und dem Beginn der. Entladung element 7 signalisiert und ein "Stromimpuls "wird auf das Rebesteht.
gister für die Funkenerosionsstrecke übertragen, von der man

Das Elektroden-Werkzeug 2 ist rn.it Hilfe eines, Servain Form der durch das Zählwerk 15 gelieferten Anzani ausging,

motors 10 verschiebbar, der durch einen Regelkreis 11 gebevor der Kontakt erreient wurde.

steuert wird, dessen drei. Eintrittsstellen .durch Leitungen» .

Man verschiebt dann die Elektrode, um eine Tcorrelte ^EleTctro-

z.B. S, ,mit dem Steuerstromkreis 8, mit dem E.lektrode,n-Werkerosionstetrecke zu erhalten. Der Steuerstromkreis 8 stellt dann

zeug 2 und dem Ausgang eines Ko.mparators 12 v.erbu.nden. sind. wieder die Elektroerosionsbearbeitung her und im Hinblick

Die beiden Eintrittsstellen des !Comparators 1.2 sind über., ein darauf, daß der Vorschub der Elektrode durch die Wirkung des

Meß- und Ablesesystem 13 für die Axialpositionen, der., Elek-Komparators 12 blockiert worden ist, vergrößert sich die

trode 2 und mit einem E.leraent 14 verbunden, das eine B.ezugs-Elektroerosionsstrecke wieder. Nach einer kurzen Bearbeitungsgröße für die axiale Position der Elektrode 2 liefert. Die dauer gebietet der Steuerstromkreis 8 eine neue Folge der

Elemente 11 bis 14 sind so beschaffen, daß sie die EIeJc-Messungen des mittleren Zündverzuges und der Funkenerosions-

trode 2 in der Weise verschieben, daß die vorerwähnten. strecke, deren augenblickliche Werte in den Transferregistern

Bearbeitungsbedingungen dabei aufrechterhalten werden und es 16 und 17 gespeichert werden. Diese vier gespeicherten Werte

weiterhin verhindert wird, daß die Elektrode die durch das werden dann von dem Rechenwerk 18 dazu verwendet, um den

Element 14 voreingestellte Axialposition überschreitet. Die

augenblicklichen Wert der Elektroerosionsstrecke zu oerechnen

Arbeitsweise dieser Stromkreise ist in dem. U.S-P,atent 40 .49 942' in Abhängigkeit von der oben erwähnten, empirisch vorbestimmten beschrieben.

Funktion.

Die Vprrichtung weist .weiterhin ein Zählwerk 15 a.uf,_o„ Wenn dieser augenblickliche Wert den durch den Kreis 20

dessen Eintritt mit einem Teil des Ausgangs des Meß- und

eingestellten Wert erreicht, wird durch den Komparator 19

ein Signal auf den Generator 3 übertragen, um die Bearbeitung

Ablesesystems 13 verbunden ist und zum anderen mit dem Steuerstromkreis 8 über die Leitung S . Dieser Steuerstromkreis 8 ist weiterhin über die Leitungen S und S mit den Transferregistern 16 und 17 verbunden und über die Leitung S mit dem Generator 3. Die Transferregister 16 und 17 haben je eine weitere Eintrittsstelle, deren eine mit dem Ausgang des Meßkreises 9 und deren andere mit dem Ausgang des Zählwerks, 15 verbunden ist. Die in diesen Transferregistern 16 und 17 gespeicherten Informationen sowie auch der augenblickliche Wert der mittleren Zündverzögerung der Entladungen, wie er von dem Meßkreis 9 geliefert wird, werden auf ein Rechenwerk 18 mit Komparator 19 übertragen, dessen Bezugsgröße von dem Element geliefert wird. Der Ausgang des !Comparators 19 ist mit dem Generator 3 verbunden.

Diese Vorrichtung arbeitet in der folgenden Weise:

Das Endmaß der Bearbeitung wird durch die mittels des Elements 14 eingestellte Bezugsposition der Elektrode festgelegt und durch den Endwert der Elektroerosionsstrecke, die mit Hilfe des Elements 20 gewählt wird.

Sobald die vorerwähnte Bezugsposition erreicht ist, tritt der Steuerstromkreis 8 in Tätigkeit, um die Abfolgen der Messungen der Elektroerosionsstrecke und des mittleren Zündverzuges der Entladungen einzuleiten.

Ein Signal wird auf das Transferregister 16 durch die Leitung S übertragen, um den augenblicklichen Wert des durch das Meßwerk 9 gemessenen Zündverzugs der Entladungen einzuspeichern. Im gleichen Augenblick wird mit Hilfe eines über die Leitung S übertragenen Signals das Zählwerk 15 auf Null gestellt.

Alsdann bewirkt der Steuerstromkreis 8 über die Leitung S , daß der Generator 3 nicht erodierende Entladungen liefert, indem beispielsweise die Impedanz bzw. der Widerstand des Versorgungsstromkreises der Elektroden entsprechend vergrößert wird, und weiterhin über die Leitung S , daß die Elektroden sich weiter annähern, bis die Bearbeitungselektrode 2 mit dem Werkstück 1 in Kontakt gelangt. In dem Augenblick wo der Kontakt auftritt, wird dieser durch das Strommeßelement 7 signalisiert und ein Stromimpuls wird auf das Register für die Funkenerosionsstrecke übertragen, von der man in Form der durch das Zählwerk 15 gelieferten Anzahl ausging, bevor der Kontakt erreicht wurde.

Man verschiebt dann die Elektrode, um eine korrekte Elektroerosionsstrecke zu erhalten. Der Steuerstromkreis 8 stellt dann wieder die Elektroerosionsbearbeitung her und im Hinblick darauf, daß der Vorschub der Elektrode durch die Wirkung des Komparators . 12 blockiert worden ist, vergrößert sich die Elektroerosionsstrecke wieder. Nach einer kurzen Bearbeitungsdauer gebietet der Steuerstromkreis 8 eine neue Folge der Messungen des mittleren Zündverzuges und der Funkenerosionsstrecke, deren augenblickliche Werte in den Transferregistern 16 und 17 gespeichert werden. Diese vier gespeicherten Werte werden dann von dem Rechenwerk 18 dazu verwendet, um den augenblicklichen Wert der Elektroerosionsstrecke zu berechnen in Abhängigkeit von der oben erwähnten, empirisch vorbestimmten Funktion.

Wenn dieser augenblickliche Wert den durch den Kreis 20 eingestellten Wert erreicht, wird durch den Komparator 19 ein Signal auf den Generator 3 übertragen, um die Bearbeitung

zu stoppen. Das Endmaß der Bearbeitung wird so mit einer sehr großen Genauigkei erhalten. Die Messungen der Elektroerosionsstrecke und des mittleren Zündverzuges der Entladungen können auch zu einem anderen Zeitpunkt der Bearbeitung durchgeführt werden, beispielsweise im Laufe des Eindringens der Elektrode in das Werkstück.

Claims

DR.-ING.OIFL.-PHYS. rl. STUR(ES

PATENTANWÄLTE

DIPL.-ING. P. EICHLER

BRAHMSSTRASSE 29. 5600 WUPPERTAL 2

Patentansprüche:

Verfahren zur Elektroerosionsbearbeitung eines Elektroden-Werkstückes mittels eines Elektroden-Werkzeuges, bei dem in die Bearbeitungszone ein Fluidum eingebracht wird, das in einer Flüssigkeit suspendierte elektrisch leitfähige Partikel enthält, und bei dem zwischen den Elektroden aufeinanderfolgende Spannungsimpulse zum Zünden der Entladungen erzeugt werden, dadurchgekennzeichnet, daß die Elektroerosionsstrecke und der zugehörige mittlere Wert für den Zündverzug der Entladungen gemessen werden, und zwar für mindestens zwei verschiedene Werte dieser Elektroerosionsstrecke, wobei die Konzentration der im Bearbeitungsfluidum suspendierten Partikel und die Oberfläche der der Erosionsbearbeitung unterworfenen Elektroden im Laufe dieser Messungen konstant gehalten werden, und daß mit Hilfe des Resultats dieser Messungen die Parameter einer bekannten empirischen Funktion bestimmt werden, die die Elektroerosionsstrecke und den Mittelwert der Zündverzögerung miteinander verbindet, und daß unter Zugrundelegung der so bestimmten Funktion der augenblickliche Wert der Erosionsstrecke in Abhängigkeit von der augenblicklichen Messung des zugehörigen mittleren Werts des Zündverzugs bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem verhindert wird, daß sich die Elektroden während der Aufrechterhaltung der Erosionsbearbeitung über eine vorbestimmte relative Position hinaus einander nähern, dadurch gekennzeichnet, daß die Messungen der Elektroerosionsstrecke und des Mittelwerts des Zündverzuges der Entladungen von dem Augenblick ab vorgenommen werden, wo die vorerwähnte relative Position erreicht ist und wobei die Bearbeitung gestoppt wird, sobald der berechnete Wert für die Elektroerosionsstrecke einen Bezugswert erreicht.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Spannungsimpulsgenerator (3), der zwischen den Elektroden (1, 2) liegt, einem Servomotor (.10) zum Verschieben der Elektroden gegeneinander in Abhängigkeit von den Bearbeitungsbedingungen und mit Mitteln zum Aufrechterhalten der Konzentration von in einem Bearbeitungsfluidum suspendierten Partikeln auf einem bestimmten Wert, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Impulsgenerator (3) verbundene Mittel (9) vorgesehen sind, um den mittleren Wert (te ) des Zündverzugs der Entladungen zu messen, und weiterhin mit dem Servomotor (10) verbundene Mittel (11 bis 14), um den zugehörigen Wert der Elektroerosionsstrecke (g) zu messen, sowie weiterhin Mittel vorgesehen sind, die bewirken, daß wenigstens zwei Messungen der Elektroerosionsstrecke erfolgen können, und weiterhin ein Rechenwerk (18) vorgesehen ist, das mit den

vorerwähnten Mitteln zusammenarbeitet, um den augenblicklichen Wert des mittleren Zündverzugs (t ) zu

DF

berechnen, entsprechend einer vorbestimmten linearen Funktion zwischen dem reziproken Wert der Erosionsstrecke (g) und dem Logarithmus des mittleren Zündverzugs (t ) der Entladungen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß ein Komparator (19) vorhanden ist, um ein Signal zu liefern, sobald der besagte berechnete Wert für die Elektroerosionsstrecke einen Bezugswert erreicht, und weiterhin Mittel vorhanden sind, die mit dem Impulsgenerator (3) verbunden sind, um die Erosionsbearbeitung auf das vorerwähnte Signal hin zu stoppen.