DE3223608C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Funkenerosionsma­ schine, bei der eine Arbeitselektrode einem zu bearbei­ tenden Werkstück gegenübersteht und bei der eine Anzahl von Spannungsimpulsen an den Arbeitsspalt zwischen Elek­ trode und Werkstück so angelegt werden, daß elektrische Entladungen zwischen Elektrode und Werkstück erzeugt wer­ den und dadurch das Werkstück bearbeitet wird, mit einem parallel zum Arbeitsspalt angeschlossenen Diskriminie­ rungskreis, der die elektrischen Entladungen im Arbeits­ spalt überwacht und bei jeder Entladung ein als Servosi­ gnal zum Vergrößern oder Verkleinern des Spaltes verwert­ bares Ausgangssignal abgibt, und mit einer Vorschubsteue­ rung zum Steuern der Größe des Arbeitsspaltes auf einen geeigneten Wert. Eine derartige Schaltung ist durch die US-PS 38 25 715 bekanntgeworden.

Durch die DE-OS 24 00 580 ist ein auf einen Stromfluß in einem Arbeitsspalt ansprechender Detektor mit nachgeschal­ tetem A/D-Wandler und Zähler bekanntgeworden. Der Zähler gibt ein Ausgangssignal ab, wenn sein Zählerstand einen vorgegebenen Wert erreicht. Eine kontinuierliche Erfassung der zeitlichen Dauer von Signalen in vorbestimmten Zeit­ bereichen entsprechend Abtastperioden ist dort nicht vor­ gesehen.

Weiter ist es durch die US-PS 36 94 599 bekanntgewor­ den, eine Anzahl von Strom und Spannungsimpulsen im Ar­ beitsspalt zu erfassen und hieraus eine Auf- und Nieder­ bewegung der Elektrode zu bestimmen.

Im allgemeinen ist es wesentlich, daß das Servosystem einer Schaltung der eingangs beschriebenen Art den Ar­ beitsspalt in Erwiderung auf die Zustände der elektri­ schen Entladung schnell steuert. Dementsprechend wurde ein Servobetätiger, wie ein hydraulischer Zylinder, ein Im­ pulsmotor oder ein Gleichstrom-Servomotor verwendet, um die Elektrode anzutreiben. Weiterhin wurde ein Positions­ steuer-Servosystem mit Abtast-, logischen Operations- und Haltefunktionen verwendet, um den Arbeitsspalt zu steu­ ern. Außerdem wurden für einen allgemeinen Zweck bestimm­ te Berechnungseinheiten, wie ein Mikroprozessor oder ein Mikrocomputer für das Positionssteuer-Servosystem verwen­ det.

Ein Beispiel einer derartigen Schaltung ist im Zusammen­ hang mit der Beschreibung der Zeichnungen unter Bezugnah­ me auf Fig. 1 später beschrieben.

Der herkömmliche Diskriminierungskreis 18 dieser Schal­ tung sieht ein Servosignal für jeden Entladeimpuls der beschriebenen Art vor. Daher tastet der Kreis einen mo­ mentanen Wert zum Zeitpunkt des Abtastens als Eingangs­ mittel für ein Abtastwert-Steuersystem vor, welches in vorbestimmten Intervallen Abtastvorgänge vollzieht. Dabei wird das Servosignal zwischen den Abtastzeitpunkten nicht berücksichtigt. Daher bildet entsprechend der bekannten Abtasttheorie der Diskriminierungskreis einen Filter, dessen Frequenz ungefähr der Hälfte der Abtastfrequenz entspricht. Dementsprechend ist es schwierig für die her­ kömmliche Schaltung, für das Bearbeiten mit elektrischer Entladung eine Servosteuerung mit einer guten Folgecha­ rakteristik durchzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung der eingangs beschriebenen Art derart zu verbessern, daß die Einstellung bzw. Nachregelung der Einstellung des Arbeitsspaltes mit verbesserter Genauigkeit vorgenommen werden kann, um dadurch die Bearbeitungsqualität zu ver­ bessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Diskriminierungskreis zu einer Diskriminierungsschaltung zur kontinuierlichen Erfassung der zeitlichen Dauer sei­ ner Ausgangssignale ergänzt ist, und daß ein Aufwärts/Ab­ wärts-Zähler vorgesehen ist, der über einen vorbestimmten Zeitbereich entsprechend einer Abtastperiode zwischen aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten hinweg die Aus­ gangssignale der Diskriminierschaltung jeweils auf einen Integrationswert am Ende jedes Zeitbereichs integriert, der das Servosignal für den folgenden Zeitbereich bildet, wobei der Zeitbereich unabhängig von der Periode der Ent­ ladungen im Arbeitsspalt bemessen ist.

Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Ansprüchen 2 bis 7 hervor.

Die Erfindung ermöglicht das Abtasten aller Zeitperioden innerhalb der Abtastperiode. Dementsprechend kann der Zu­ stand des Arbeitsspaltes in der Funkenerosionsmaschine korrekt erfaßt werden. Als Resultat dessen kann eine Ser­ vosteuerung mit ausgezeichneten Nachlaufeigenschaften entsprechend den Zuständen des Arbeitsspaltes durchge­ führt werden, d. h. die Bearbeitungseigenschaft kann er­ heblich verbessert werden.

Die Erfindung ist im folgenden an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeich­ nungen zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm mit der Darstellung einer herkömmlichen Steuerschaltung für eine Fun­ kenerosionsmaschine,

Fig. 2a bis 2e Zeitdiagramme zum Beschreiben des Betriebs der Steuerschaltung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ein Blockdiagramm mit der Darstellung eines Beispiels einer Steuerschaltung für eine Funkenerosionsmaschine entsprechend der Erfindung, und

Fig. 4a bis 4g Zeitdiagramme zum Beschreiben des Betriebs der Steuerschaltung gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer Steuerschaltung für das Bearbeiten mit elektrischer Entladung. Bei dieser Vor­ richtung wird als Betätigungsglied ein Gleichstrom-Servo­ motor verwendet. Eine stromgesteuerte Impulsspannung wird parallel zum Entnahmespalt zwischen einer Elektrode 12 und einem Werkstück 14 durch eine Stromquelle 16 ange­ legt. Die Impulsspannung wird, nachdem sie in ein Servo­ signal (nieder) zum Verkleinern des Bearbeitungsspaltes und ein Servosignal (auf) zum Vergrößern des Bearbeitungs­ spaltes entsprechend der jeweiligen Entladeperioden mittels eines Diskriminierungskreises 18 (Demodulations­ kreis) umgewandelt worden ist, an eine Abtastwert- Auswerteschaltung 20 angelegt, welche Abtast-, logische Operations- und Haltefunktionen hat.

Bei der Auswerteschaltung 20 wird ein Eingangszwischenspeicher 22 dazu veranlaßt, zu jedem Zeitbereich Δ T das zuvor beschriebene Servosignal abzutasten. Das so ab­ getastete Servosignal wird durch einen logischen Operations­ kreis 24 in ein Hauptwellen-Positionsinstruktionssignal umgewandelt. Der Instruktionswert wird durch einen Aus­ gangszwischenspeicher 26 gehalten, bis der nächste Instruktionswert vorgesehen wird. Der Instruktionswert ist ein paralleler Digitalausgang. Der parallele digitale Ausgang wird durch einen binären Geschwindigkeitsmulti­ plikator (BRM) 28 in einen Reihen-Digitalausgang umgewan­ delt und dann als Zähleingang einem Fehler-Zähler 30 zuge­ führt, welcher ein Positionssteuer-Servosystem bildet. Im Zähler 30 wird der zuvor erwähnte Instruktionswert durch den Betrag des Versetzens der Hauptwelle reduziert, welche durch einen Hauptwellen-Positionsdetektor 44 einer Detektion unterworfen wurde. Das Resultat dieser Subtrak­ tion, nämlich ein Positionsfehlerwert, wird durch einen Digital/Analogwandler 32 in ein analoges Signal umge­ wandelt. Das analoge Signal wird als Geschwindigkeits­ instruktion einem Elektrodenantriebs-Geschwindigkeits- Steuer-Servosystem zugeführt, welches einen Geschwindig­ keitsverstärker 34, einen Gleichstrom-Servomotor 36 und einen spezifizierten Geschwindigkeitsgenerator 38 umfaßt. Dies bedeutet, daß der Gleichstrom-Servomotor 36 durch das Analogsignal angetrieben wird, um eine Kugelspindel 40 zu drehen, wodurch die Hauptwelle 42, an der die Elektrode 12 befestigt ist, solange versetzt wird, bis das Versetzen der Hauptwelle 42 mit der Positionsinstruktion zusammen­ fällt, wodurch der Arbeitsspalt gesteuert wird.

Der Diskriminierungskreis 18 entspricht im wesentlichen dem in der US-PS 38 25 715 beschriebenen Kreis, dessen Betrieb wie folgt ist.

Die Wellenformen der dem Arbeitsspalt gemäß Fig. 1 zugeführten Spannung und des dem Arbeitsspalt ent­ sprechend zugeführten Stromes ergeben sich aus Fig. 2a bzw. 2b. Es ist aus Fig. 2 ersichtlich, daß in vielen Fällen die elektrische Entladung nicht unmittelbar nach dem Anlegen des Spannungsimpulses parallel zum Arbeits­ spalt verursacht wird. In anderen Worten bedeutet dies, daß für eine bestimmte Zeitperiode eine Leerlauf­ spannung 100 erscheint und danach eine elektrische Ent­ ladung auftritt, d. h. ein Entladestrom 102 fließt, während parallel zum Arbeitsspalt eine Spannung 104 ent­ wickelt wird. Diese elektrische Entladung wird zu Beginn einer Pausenzeit 106 gesperrt.

Das Vorsehen der Leerlaufspannung 100 der vorbeschriebenen Art bedeutet, daß die dielektrische Festigkeit des Arbeits­ spaltes während der Pausenzeit ausreichend wieder hergestellt wird. Wenn die elektrische Entladung inner­ halb einer Zeitperiode t ₂ auftritt, ist es bestimmt, daß die Spaltlänge ausreichend ist, und es wird entsprechend der Darstellung in Fig. 2d ein "Stop-Signal" als Servo­ signal vorgesehen. Wenn die elektrische Entladung inner­ halb einer Zeitperiode τ ₃ auftritt, ist es bestimmt, daß die Spaltlänge übermäßig ist, und es wird ein "Elektroden- Nieder-Signal" entsprechend 2c vorgesehen. Wenn anderer­ seits die Leerlaufspannung für eine sehr kurze Zeit­ periode entwickelt oder wenn sie überhaupt nicht ent­ wickelt wird, wurde während der Pausenzeit die dielektri­ sche Festigkeit des Arbeitsspaltes nicht ausreichend wieder hergestellt. Wenn daher die elektrische Entladung innerhalb der Zeitperiode τ ₁ stattfand, ist es bestimmt, daß die Spaltlänge zu kurz ist, und es wird entsprechend Fig. 2e ein "Elektroden-Auf-Signal" vorgesehen. Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, gibt der Diskriminierungs­ kreis 18 für jede Impulsspannung das Servosignal ab.

Ein Beispiel einer Steuerschaltung für das Bearbeiten mit einer elektrischen Entladung gemäß der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Bei dieser Schaltung sind die Kom­ ponenten, die mit der bekannten Schaltung gemäß Fig. 1 übereinstimmen, mit denselben Bezugszeichen versehen.

Der Ausgangsanschluß eines Bezugszeitkreises 46 ist an UND-Kreise 48 und 50 angeschlossen, denen das "Auf"-Servo­ signal und das "Nieder"-Servosignal vom Diskriminierungs­ kreis 18 jeweils zugeführt wird. Die Ausgangsanschlüsse der UND-Kreise 48 und 50 sind mit dem "Auf"-Eingangsan­ schluß und dem "Nieder"-Eingangsanschluß eines Aufwärts/Abwärts- Zählers 52 verbunden, welcher als Integrator funktioniert. An der Ausgangsseite des Aufwärts/Abwärts-Zählers 52 ist ein Register 54 zum Halten des gezählten Wertes des Aufwärts/Abwärts- Zählers 52 angeschlossen. Der logische Operationskreis 24 besteht aus einem CPU (zentrale Recheneinheit) 24 b, einem Speicher 24 a und einem Steuerinterface (oder einem programmier­ baren peripheren Interface) 24 c. Ein Steuersignal 56 des logischen Operationskreises 24 wird an den Rückstellan­ schluß R des Aufwärts/Abwärts-Zählers 52 angeschlossen, so daß der gezählte Inhalt des letzteren in vorbestimmten Inter­ vallen zurückgestellt wird. Gleicherweise wird ein Steuer­ signal 58 des logischen Operationskreises 24 an den Ein­ stellanschluß S des Registers 54 angelegt, so daß der Ausgang des Aufwärts/Abwärts-Zählers 52 eingestellt wird. Der Ausgang des Registers 54 wird dem Eingangszwischenspeicher 22 der Abtastwert-Auswerteschaltung 20 zugeführt. Das Signal wird über eine Sammelschiene an das CPU 24 b abge­ geben.

Das aus der Abtastwert-Auswerteschaltung 20, dem BRM 28, dem Fehler-Zähler 30, dem Digital/Analogwandler 32, dem Geschwindigkeitsverstärker, dem Gleichstrom-Servomotor 36, dem spezifizierten Geschwindigkeitsgenerator und dem Hauptwellen-Positionsdetektor 44 bestehende Einheit wird nachfolgend als "Elektrodenpositions-Steuerservosystem" bezeichnet.

Der Betrieb der Steuerschaltung für das Bearbeiten durch elektrische Entladung, wie sie zuvor beschrieben ist, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben. Fig. 4a und 4b zeigen die "Auf"- und "Nieder"-Servosignale, wie sie vom Diskriminierungskreis 18 jeweils abgegeben werden. Fig. 4c und 4d zeigen die Eingangssignale, welche den "Auf"- und "Nieder"-Eingangsanschlüssen des Aufwärts/Abwärts- Zählers 52 zugeführt werden. Fig. 4e zeigt das dem Einstell­ anschluß S des Registers 54 zugeführte Einstellsignal. Fig. 4f zeigt das Rückstellsignal, welches dem Rückstell­ anschluß R des Aufwärts/Abwärts-Zählers 52 zugeführt wird. Schließ­ lich zeigt Fig. 4g den Zählzustand des Aufwärts/Abwärts-Zählers 52.

Zunächst werden das "Auf"-Servosignal und das "Nieder"- Servosignal vom Diskriminierungskreis 18 in Erwiderung auf die Spannungsimpulse erhalten, wie dies in Fig. 4a und 4b dargestellt ist. Um die Rate bzw. die Geschwindig­ keit der "Auf"- und "Nieder"-Servosignale in einer vorbe­ stimmten Zeitperiode, unabhängig von der Größe der Spannungsimpulsbreite, zu erhalten, werden die "Auf"- und "Nieder"-Servosignale und der Hochfrequenzausgang des Bezugszeitkreises 46, dessen Impulsbreite viel kleiner ist als die Spannungsimpulsbreite, den UND-Kreisen 48 und 50 zugeführt, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Die (UND)-Ausgänge der UND-Kreise 48 und 50 werden entsprechend der Darstellung in Fig. 4c und 4d dem Aufwärts/Abwärts-Zähler 52 zugeführt, wo diese einer Integration für eine bestimmte Zeitperiode unterworfen werden.

Andererseits werden das Einstellsignal 58 und das Rück­ stellsignal 56 durch den logischen Operationskreis 24 für jeden Zeitbereich Δ T entsprechend der Abtastperiode abgegeben, wie dies in Fig. 4e und 4f dargestellt ist. Infolge des Einstellsignales wird der gezählte Wert des Aufwärts/Abwärts-Zählers 42 im Register 54 eingestellt. Nach dem Rückstellen durch das zuvor beschriebene Rückstell­ signal beginnt der Aufwärts/Abwärts-Zähler erneut mit dem Zählen des "Auf"-Impulses zum Zeitpunkt a in Fig. 4g und hält den gezählten Wert zum Zeitpunkt b entsprechend dem Ende des "Auf"-Impulses. Der Zähler 52 führt durch Zählen des "Nieder"-Impulses vom Zeitpunkt c an eine Substraktion durch und stellt den resultierenden gezählten Wert zum Zeitpunkt d mit Hilfe des durch den logischen Operations­ kreis 24 am Ende des Zeitbereichs Δ T vorgesehenen Ein­ stellsignals ein. Danach wird der Zähler zurückgestellt und der Betrieb gleicherweise fortgesetzt, so daß mit zwischen aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten integrier­ ten Servosignalen die Servosignale durch das Register dem Abtastwert-Steuersystem zugeführt werden, wobei dieses System den Eingangszwischenspeicher 22, den logischen Operationskreis 24 und den Ausgangszwischenspeicher 26 umfaßt. Dies bedeutet, daß das Register 54 ein Signal entsprechend dem darin eingestellten gezählten Wert als Abtastsignal dem Eingangs­ zwischenspeicher 22 zuführt. Dieses Abtastsignal wird dann in einen Hauptwellenpositions-Instruktionswert umge­ wandelt, und zwar durch den logischen Operationskreis 24. Der Instruktionswert wird durch den Ausgangszwischenspeicher 26 für den Zeitbereich Δ T gehalten und dann dem Positionssteuer-Servosystem zugeführt, welches den Fehler- Zähler 30, den Digital/Analogwandler 32, den Geschwindig­ keitsverstärker 34, den Gleichstrom-Servomotor 36, den spezifizierten Geschwindigkeitsgenerator 38 und den Haupt­ wellenpositionsdetektor 44 umfaßt. Als Resultat wird derselbe Vorgang, wie er im Zusammenhang mit Fig. 1 be­ schrieben wurde, durchgeführt, um die Hauptwelle 42 zu bewegen und dadurch den Spalt zwischen der Elektrode 12 und dem Werkstück 14 zu steuern.

Claims (7)

1. Schaltung zum Steuern einer Funkenerosionsmaschine, mit einem parallel zum Arbeitsspalt angeschlossenen Diskriminierungskreis, der die elektrischen Entla­ dungen im Arbeitsspalt überwacht und bei jeder Ent­ ladung ein als Servosignal zum Vergrößern oder Ver­ kleinern des Spaltes verwertbares Ausgangssignal ab­ gibt, und mit einer Vorschubsteuerung zum Steuern der Größe des Arbeitsspaltes auf einen geeigneten Wert, dadurch gekennzeichnet, daß der Diskriminierungskreis (18) zu einer Diskriminier­ schaltung (18, 46, 48, 50) zur kontinuierlichen Er­ fassung der zeitlichen Dauer seiner Ausgangssignale ergänzt ist, und daß ein Aufwärts/Abwärts-Zähler (52) vorgesehen ist, der über einen vorbestimmten Zeitbereich (Δ T) entsprechend einer Abtastperiode zwischen aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten hin­ weg die Ausgangssignale der Diskriminierschaltung (18, 46, 48, 50) jeweils auf einen Integrationswert am Ende jedes Zeitbereichs (Δ T) integriert, der das Servosignal für den folgenden Zeitbereich (Δ T) bil­ det, wobei der Zeitbereich (Δ T) unabhängig von der Periode der Entladungen im Arbeitsspalt bemessen ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Aufwärts/Abwärts-Zähler (52) ein Register (54) zum Übernehmen und Halten eines gezählten Wertes des Auf­ wärts/Abwärts-Zählers (52) am Ende jedes vorbestimm­ ten Zeitbereichs (Δ T) angeschlossen ist, und daß die Vorschubsteuerung entsprechend einem Ausgangssignal des Registers (54) betreibbar ist.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubsteuerung eine Abtastwert-Auswerteschaltung (20) zum Aufnehmen und Auswerten des Ausgangssignales des Registers (54) umfaßt.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastwert-Auswerteschaltung (20) an der Ausgangs­ seite des Registers (54) angeschlossen ist und einen Eingangszwischenspeicher (22) zum Übernehmen des Aus­ gangssignals des Registers (54), einen am Eingangs­ zwischenspeicher (22) angeschlossenen logischen Ope­ rationskreis (24) zum Erzeugen eines Elektrodenposi­ tions-Instruktionswertes entsprechend dem Ausgangssi­ gnal des Registers (54) und einen Ausgangszwischen­ speicher (26) zum Übergeben des Elektrodenpositions- Instruktionswertes umfaßt, und daß der logische Ope­ rationskreis (24) mit dem Aufwärts/Abwärts-Zähler (52) und dem Register (54) verbunden ist, um diesem ein Rückstellsignal bzw. ein Einstellsignal nach je­ dem vorbestimmten Zeitbereich (Δ T) zuzuführen.

5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von UND-Kreisen (48, 50) mit ersten Eingangs-An­ schlüssen an die Ausgangsseite des Diskriminierungs­ kreises (18), mit Ausgangsanschlüssen an den Auf­ wärts/Abwärts-Zähler (52) und mit zweiten Eingangs­ anschlüssen an eine Bezugstakteinrichtung (46) zum Erzeugen eines hochfrequenten Taktimpulses ange­ schlossen sind.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugstakteinrichtung (46) einen hochfrequenten Takt­ impuls erzeugt, dessen Impulsbreite wesentlich klei­ ner ist als die der Ausgangssignale des Diskriminie­ rungskreises (18).

7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufwärts/Abwärts-Zähler (52) seinen gezählten Wert mit einer Frequenz verändert, die gleich der des hochfrequenten Taktimpulses ist.