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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren -zur elektroerosiven Bearbeitung
eines Werkstückes mittels eines zwischen einer Werkzeugelektrode und einer Werkstückelektrode
über einen Arbeitsspalt fließenden elektrischen Stromes, mit einer Zustelleinrichtung,
die ein der Stellung der Werkzeugelektrode relativ zur Werkstückelektrode entsprechendes
Zustellsignal einem Antriebssignalgeber für einen Pinolenantrieb zuführt, sowie
mit einer Uberwachungseinrichtung, welche in Abhängigkeit von anormalem Stromfluß
über den Arbeitsspalt ein Rückführungssignal für die Werkzeugelektrode bildet. Die
Erfindung betrifft weiterhin eine Funkenerosionsmaschine zur Ausführung des Verfahrens.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift 2614765 ist ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstückes mit intermittierenden elektrischen
Entladungen bekannt. Eine Überwachungseinrichtung spricht auf einen anormalen Stromfluß
über den Arbeitsspalt zwischen Werkzeugelektrode und Werkstückelektrode an. Ein
anormaler Stromfluß kann beispielsweise dadurch entstehen, daß der von einem Dielektrikum
ausgefüllte Arbeitsspalt von einem elektrisch leitenden'Partikel überbrückt ist.
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Das Ausgangs signal der Uberwachungseinrichtung wird einem Antriebssignalgeber
für einen Pinolenantrieb zugeführt, welches eine Rückführung der Werkzeugelektrode
bei anormal hohem Stromfluß über den Arbeitsspalt oder eine Hinführung der Werkzeugelektrode
zur Werkstückelektrode bei zu geringem Stromfluß bewirkt. Ein Ausgangssignal eines
Pinolen-Positionsfühlers läßt Rückführungssignale für die Werkzeugelektrode solange
durch den Antriebssignalgeber passieren, wie sich die Werkzeugelektrode noch nicht
in ihrer durch die Geometrie des in der Werkstückelektrode zu erzeugenden Loches
bedingten Endstellung befindet.
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Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß bei sehr großer Entfernung
der Werkzeugelektrode von ihrer Endstellung die durch das analoge Rückführungssignal
hervorgerufenen Rückführungsbewegungen der Werkzeugelektrode sehr groß werden können.
Dadurch wird für die stets langsame Hinführung der Werkzeugelektrode an die Werkstückelektrode
relativ viel Zeit benötigt, was zu einer entsprechenden Verlängerung der zum Erodieren
des Werkstückes benötigten Zeit führt. Außerdem müssen bei diesem Bearbeitungsverfahren
relativ große Massen von der Uberwachungseinrichtung und dem Pinolenantrieb bewegt
werden, was eine entsprechend starke Dimensionierung der Pinolenlager und der gesamten
Maschine bedingt. Die Trägheit der relativ großen Pinolen-Masse verhindert eine
rasche und feinfühlige Regelung der Position der Werkzeugelektrode relativ zur Werkstückelektrode.
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In der deutschen Patentschrift 2455544 ist eine Funkenerosionsmaschine
beschrieben, die mit einem sogenannten Tandemantrieb für die Werkzeugelektrode ausgerüstet
ist. Der Tandemantrieb umfasst einen in der Pinole untergebrachten Elektrodenantrieb
sowie einen Pinolenantrieb, der die Pinole relativ zur Werkstückelektrode verstellt.
Während des Erodierens wird nach einer Auslenkung der Werkzeugelektrode über eine
Referenzstellung relativ zur Pinole hinaus die Pinole durch den Pinolenantrieb solange
nachgeführt, bis die Werkzeugelektrode wieder die Referenzstellung erreicht hat.
Während mit dieser Maschine ein schnelles und feinfühliges Rückführen und Vorschieben
der Werkzeugelektrode erreicht wird, ist die Relativbewegung der Pinole während
des ordnungsgemäßen Erodierens störend, zumal wenn ein derartiger Tandemantrieb
für alle drei zur Bearbeitung des Werkstückes erforderlichen Freiheitsgrade vorgesehen
ist. Außerdem ist die Signalverarbeitung in der Haupt steuerung der Maschine relativ
kompliziert und erfordert eine umfangreiche elektronische Einrichtung.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte
Verfahren sowie eine zu dessen Ausführung geeignete
Maschine derart
zu schaffen, daß die durch die Geometrie der zu erodierenden Werkstückrläche bedingte
Zustellung möglichst weitgehend von den schnellen Rückführbwegungen der Werkzeugelektrode
unabhängig bleibt.
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Das eingangs erwähnte Verfahren zeichnet sich dazu erfindungsgemäß
dadurch aus, daß ein vorbestimmter Bruchteil des Zustellsignals durch eine vom Rückführungssignal
aufgesteuerte Antriebseinrichtung einem Elektrodenantrieb zugeführt wird.
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Eine zur Ausführung des Verfahrens geeignete Funkenerosionsmaschine
weist eine Pinole, in der eine Werkzeugelektrode und ein Elektrodenantrieb gelagert
sind, einen Pinolenantrieb zur Zustellung der Pinole relativ zu einer Werkstückelektrode
sowie eine Überwachungseinrichtung auf, die in Abhängigkeit von anormalem Stromfluß
über den Arbeitsspalt zwischen Werkstückelektrode und Werkzeugelektrode ein Rückführungssignal
bildet.
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Erfindungsgemäß ist eine Rückführungssignalleitung der überwachungseinrichtung
mit dem Eingang einer Antriebseinrichtung für den Elektrodenantrieb gekoppelt, und
eine Ausgangssignalleitung eines Zustellsignalgebers ist mit einer Teilerschaltung
verbunden, die an den Eingang der Antriebseinrichtung angeschlossen ist.
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Die Erfindung vermeidet die Bewegung großer Massen bei der Rückholung
der Werkzeugelektrode und ermöglicht eine besonders einfache Signalverarbeitung
für Zustellung und Rückholung. Die Werkzeugelektrode, die selbst nur kleine Masse
hat, kann relativ leicht und schnell um die durch das Zustellsignal dem Pinolenantrieb
aufgeprägte, von der Geometrie der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche bestimmten
Sollage oszillieren.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind mit den Unteransprüchen
umschrieben.
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Die Erfindung wird nachstehend an dem in der beigefügten Figur dargestellten
Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Figur zeigt schematisch die Umrisse einer Funkenerosionsmaschine
in Seitenansicht sowie Teile der zugehörigen Steuerung.
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Die Funkenerosionsmaschine weist ein Bett 11 auf, auf dessen vorderer
Arbeitsbühne 13 ein Werkstück als Werkstückelektrode 14 relativ zushier schematisch
stabförmig dargestellten Werkzeugelektrode 12 eingerichtet ist. Am hinteren Abschnitt
ist ein Turm 18 in vertikaler Richtung (z Richtung) mit einem üblichen Spindeltrieb
auf- und niederfahrbar angeordnet. Am oberen Ende trägt der Turm 18 einen Querschlitten
16, der am vorderen freien Ende über der Werkstückelektrode 14 eine auf-und abwärts
bewegbare Pinole 10 hält. Im unteren Teil der Pinole 10 ist in nicht dargestellter
Weise die Werkzeugelektrode 12 um ihre Achse drehbar in zwei im Ganzen mit 60 bezeichneten
Kreuz-Führungen gelagert. Diese Kreuzführungen 60 und der zugehörige Elektrodenantrieb
42 können von der Art sein, wie sie in der deutschen Offenlegungsschrift 2748804
im einzelnen beschrieben sind.
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Die Erfindung wird nachstehend nur anhand des in der Zeichenebene
liegenden Freiheitsgrades, also der vom Turm 18 zur Werkstückbühne 13 weisenden
Y-Richtung. Die Erfindung läßt sich in gleicher Weise auch für die senkrecht zur
Zeichenebene stehende X-Richtung sowie die bereits erwähnte Z-Richtung der Anstellung
der Werkzeugelektrode 12 alternativ oder überlagernd anwenden. *beschrieben Der
Pinolenantrieb 90, der hier im Querschlitten 16 eingebaut dargestellt ist, umfaßt
eine in Y-Richtung weisende Spindel 94, die in einem mit dem Turm 18 fest uerbundenen
Lager 92 von einem Antriebsmotor 38 angetrieben drehen kann. Der Antriebsmotor 38
verstellt den Querschlitten 16 zusammen mit der Spindel in Y-Richtung. Ein Pinolen-Positionsfühler
weist
einen am Turm 18 angebrachten Glasmaßstab 17 und einen Pinolen-Positionssignalgeber
15 auf, dessen Pinolen-Positionssignale über eine Ausgangs leitung 68 einem Eingang
eines Verstärkers 36 sowie über eine Abzweigleitung 70 einer Hauptsteuerung 34 der
Maschine zugeführt ist. Die Hauptsteuerung 34 beaufschlagt einen Zustellsignalgeber
32, der ein Zustellsignal über Leitung 66 einem weiteren Eingang des Verstärkers
36 zuführt, dessen Ausgangssignal über Leitung 37 dem Motor 38 zugeleitet wird.
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Das Zustellsignal aus dem Zustellsignalgeber 32 gelangt über Leitung
64 an einen Eingang einer Teilerschaltung 26, die das Zustellsignal um einen vorgegebenen
Teiler, beispielsweise 2, herunterdividiert. Das herunterdividierte Zustellsignal,
das am Ausgang der Teilerschaltung 26 geliefert wird, wird bei 28 invertiert und
über Leitung 62 einem Gatter 30 zugeführt.
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Das Gatter 30 ist Teil einer Antriebseinrichtung für den Y-Antrieb
60 der Werkzeugelektrode 12. Die Antriebseinrichtung umfasst ferner einen Regelkreis
bestehend aus einem Verstärker 40, dessen einer Eingang über Leitung 54 das Ausgangssignal
des Gatters 30 aufnimmt. An einem zweiten Eingang des Verstärkers 40 tritt ein über
eine Leitung 56 herangeführtes Elektroden-Positionssignal auf, das von einem Elektroden-Positionsfthler
44 in der Pinole 10 abgegeben wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers 40 gelangt
über eine Leitung 58 an den Elektrodenantriebsmotor 42, der mit dem in Y-Richtung
beweglichen Elektrodenschlitten 60 gekoppelt ist.
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Das Elektroden-Positionssignal wird ferner über Leitung 84 einer Überwachungseinrichtung
20 zugeführt.
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Die Überwachungseinrichtung misst die Größe des Stromflusses aus einer
in der Überwachungseinrichtung 20 vorgesehenen Stromquelle, wobei der Strom über
die Leitung 50, die Werkzeugelektrode 12, über den Arbeitsspalt 80 zwischen Werkzeug-
elektrode
12 und Werkstückelektrode 14 und Leitung 52 zurück zur Stromquelle fließt. Der Arbeitsspalt
80 ist in üblicher Weise mit einem Dielektrikum ausgefüllt.
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Die Überwachungseinrichtung 20 besitzt drei Ausgangssignalleitungen
24, 22, 82, von denen die eine rückführungssignalführende Ausgangs leitung 24 zu
dem Steuereingang des Gatters 30 gelegt ist und die Ausgangsleitungen 22 und 82
zur Hauptsteuerung 34 der Maschine führen.
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Die Maschine arbeitet wie folgt: Wenn die Hauptsteuerung 34, die ein
numerisch gesteuerter Rechner sein kann, den Zustellsignalgeber 32 zur Abgabe eines
Zustellsignals veranlaßt, stellt der Verstärker 36 den Unterschied der Signale auf
den Leitungen 68 und 66 fest und beaufschlagt Uber Leitung 37 den Pinolen-Antriebsmotor
38 mit einem Stellsignal solange, bis das vom Pinolen-Positionsfühler 15 abgegebene
Pinolen-Positionssignal gleich dem Zustellsignal auf Leitung 66 ist.
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Ein Bruchteil des Zustellsignals liegt über Leitung 62 am Gatter 30,
das solange geschlossen ist, wie auf Leitung 24 kein Rückführungssignal ansteht.
Wenn die Oberwachungseinrichtung 20 einen anormalen Stromfluß über den Arbeitsspalt
80 feststellt, wird auf der Ausgangsleitung 24 ein Rückführungssignal erzeugt, welches
das Gatter 30 öffnet, so daß der Bruchteil des Zustellsignals über Leitung 54 an
einen Eingang des Verstärkers 40 gelangt. Die Werkzeugelektrode 12 und ihr als Kolben
46 ausgebildeter oberer Teil nimmt in einem Zylinder des Elektroden-Positionsfühlers
44 eine mittlere Stellung als Referenzstellung ein, bei der ein Referenzsignal,
etwa vom logischen Wert Null, über Leitung 56 dem anderen Eingang des Verstärkers
40 zugeführt wird. Das aus der Differenz des Referenzsignals zu dem Bruchteil des
Zustellsignals gebildete, auf Leitung 58 stehende Stellsignal veranlaßt den Elektroden-Antriebsmotor
42 die Elektrode so weit in die - Y-Richtung, also entgegengesetzt zum Antrieb des
Pinolen-Antriebsmotors 38, zurückzufahren, bis entweder die Oberwachungseinrichtung
20
normalen Stromfluß feststellt und durch Wegnahme des Rückführungssignals
auf Leitung 24 das Gatter 30 schließt, oder der Unterschied zwischen dem auf Leitung
54 anstehenden Bruchteil des Zustellsignals und dem auf Leitung 56 herangeführten
Elektroden-Positionssignal zu Null wird.
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Im ersten Fall wird das Signal auf Leitung 54 durch Schließen des
Gatters 30 zu Null, woraufhin der Verstärker 40 den Elektroden-Antriebsmotor 42
in umgekehrter Richtung antreibt und die Werkzeugelektrode 12 erneut im Sinne einer
Verkleinerung des Arbeitsspaltes 80 solange bewegt , bis auf Leitung 46 wieder das
Referenzsignal auftritt.
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Im anderen Fall ermittelt die Überwachungseinrichtung 20 das über
Leitung 84 herangeführte maximale Elektroden-Positionssignal und das über die Zweigleitung
88 aus der Leitung 58 herangeführte Nullsignal und den weiterhin bestehenden anormalen
Stromfluß über den Arbeitsspalt 80 und gibt daraufhin über die Ausgangsleitung 82
an die Hauptsteuerung 34 ein Signal, das die Rückführung der Pinole auf eine Ausgangsstellung
veranlaßt. Während dieser Rückführung der Zustellung der Werkstückelektrode 12 in
Y-Richtung (und entsprechend in X-Richtung und Z-Richtung) wird der anormale Stromfluß
über dem Arbeitsspalt 80 mit Sicherheit beendet, woraufhin das Signal auf Leitung
82 verschwindet und die Hauptsteuerung 34 die Pinole erneut zustellt.
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Die letztgenannte Alternative tritt jedoch sehr selten auf, während
die erste Alternative das normale Betriebsverhalten beschreibt.
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Ist die Werkzeugelektrode 12 in dem Nest der Werkstückelektrode 14
einmal voll umgelaufen, ohne daß die Oberwachungseinrichtung 20 einen anormalen
Stromfluß über den Arbeitsspalt 80 festgestellt hat, meldet dies die Uberwachungseinrichtung
20 über Leitung 22 der Hauptsteuerung 34, die
daraufhin ein für
einen neuen Umlauf der Werkzeugelektrode 12 geeignetes Zustellsignal vom Zustellsignalgeber
32 erzeugen läßt.
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Die Erfindung bringt den großen Vorteil, daß die Werkzeugelektrode
12 während des Erodierens bei den normalerweise kurzzeitig auftretenden anormalen
Stromflüssen schnell zurückgeführt und wieder angestellt werden kann, ohne daß davon
die Zustellung der Pinole beeinflußt wird. Außerdem wird durch die Begrenzung der
Rückführung auf einen Bruchteil des Zustellsignals der Erfahrung Rechnung getragen,
daß neben anderen Einflußfaktoren die Größe der Zustellung die Größe der von der
Werkstückelektrode 14 aberodierten Partikel beeinflußt und daher die Rückführung
der Werkzeugelektrode 12 nur in entsprechendem Umfang erforderlich ist.
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Die Erfindung ist selbstverständlich auf Einzelheiten des dargestellten
Ausführungsbeispiels nicht beschränkt. So versteht es sich, daß die Werkzeugelektrode
12 wesentlich kürzer als aus Gründen der Übersichtlichkeit zeichnerisch dargestellt
ist.
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