DE3303660A1

DE3303660A1 - Verfahren und vorrichtung zur edm-elektroden-positionierung

Info

Publication number: DE3303660A1
Application number: DE19833303660
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Tokyo Inoue; Akihiko Kawasaki Kanagawa Shimizu
Original assignee: Japax Inc; Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Japax Inc; Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1982-02-03
Filing date: 1983-02-03
Publication date: 1983-08-18
Also published as: GB8302726D0; IT1167069B; FR2520651B1; FR2520651A1; GB2116751B; IT8347665A0; GB2116751A; US4527034A; JPS58137529A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur EDM-Elektroden-Positionierung 10

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Elektrodenpositionierung für numerisch gesteuerte elektroerosive Bearbeitung (NC-EDM), insbesondere, um die relative Positionierung von Werkzeugelektrode und Werkstück während der NC-EDM-Bearbeitung zu steuern.

Bei der NC-Elektroerosiv-Bearbeitung wird ein gewünschtes Ausmaß an Bearbeitung,ζ. B. in der Richtung der Tiefe eines Werkstücks,vorprogrammiert, und numerische Werte, die aufeinanderfolgenden relativen Positionen von Werkzeugelektrode und Werkstück entsprechen, werden in einer NC-Einheit gespeichert und verwendet, um Befehlssignale zur Ausführung der gewünschten relativen Verschiebung zu erzeugen. So werden unter den Befehlen der NC-Einheit die Werkzeugelektrode und das Werkstück relativ zueinander verschoben, während sich eine Aufeinanderfolge von wirksamen elektrischen Entladungen zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück entwickelt, wobei das EDM-Abtragen fortschreitet. Wenn die befohlene Arbeitsverschiebung mit der gespeicherten Endposition übereinstimmt, kann die Verschiebung beendet werden.

In der "Verschleiß-Betriebsart", die oft der "Nicht-Verschleiß-Betriebsart" vorgezogen wird, um größeres Abtragen oder Erosion zu erzielen, erodiert auch die Werkzeugelektrode. Deshalb wird mit fortschreitender Elektroden-Erosion oder -Verschleiß der programmierte Wert für die relative Verschiebung zu klein und muß um den Betrag des Elektrodenverschleißes in Richtung der Verschiebung ausgeglichen werden. Deshalb mußte die Bedienungsperson dann die tatsächliche Dicke des Abtrags messen und anschließend den korrigierenden Arbeitsschritt durchführen. Dieses Verfahren ist natürlich nicht wirksam und ungenau. Während eine Vielzahl von Elektrodenverschleiß-Ausgleichstechniken vorgeschlagen wurde, hat sich keine davon als wirklich zufriedenstellend herausgestellt.

Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Steuerung der relativen Positionierung von Werkzeugelektrode und Werkstück während der NC-Elektroerosiv-Bearbeitung anzugeben, die wirksam und zuverlässig sind bei größerer Arbeitsgenauigkeit als nach den üblichen NC-Elektroerosiv-Verfahren (kurz EDM-Verfahren genannt).

Nach der ersten erfindungsgemäßen Lösung wird durch die vorliegende Erfindung ein Verfahren angegeben, um die relative Positionierung von Werkzeugelektrode und Werkstück während der elektroerosiven Bearbeitung zu steuern, wobei

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das Verfahren umfaßt:

a) Verschieben der Werkzeugelektrode relativ zum Werkstück unter Befehlen einer numerischen Steuereinheit, wobei das EDM-Abtragen des Werkstücks infolge wirksamer elektrischer Entladungen zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück fortschreitet;

b) Zählen der wirksamen elektrischen Entladungen;

c) Ableiten einer Verschiebungs-Korrekturgröße aus einer vorgegebenen Größe des Elektrodenverschleißes je einzelne wirksame Entladung, aus dem wirksamen Arbeitsbereich der Werkzeugelektrode und aus der gezählten Anzahl der wirksamen elektrischen Entladungen; und

d) Steuern der befohlenen Verschiebung in Schritt a) mittels der in Schritt c) abgeleiteten Korrekturgröße.

Insbesondere: die Verschiebungs-Korrekturgröße wird abgeleitet und kann addiert werden zu der befohlenen Verschiebung für jede Zeiteinheit, nach Ablauf einer solchen Zeit, für jede Einheit der befohlenen Verschiebung, nach Beendigung einer solchen Verschiebungseinheit, oder nach Beendigung der befohlenen Verschiebung um einen vorbestimmten Gesamtabstand.

Nach einer zweiten erfindungsgemäßen Lösung wird durch die Erfindung eine Vorrichtung zur Steuerung der relativen Positionierung von Werkzeugelektrode und Werkstück während der elektroerosiven Bearbeitung angegeben, wobei die Vorrichtung umfaßt: eine NC-Einheit, die programmierte Befehle liefert, um die Werkzeugelektrode relativ zum Werkstück mit einer programmierten Rate um eine programmierte Verschiebungsgröße zu verschieben, während das EDM-Abtragen des Werkstückes infolge wirksamer elektrischer Entladungen zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück fortschreitet; eine erste Stelleinrichtung zur Erzeugung eines ersten Signals, das eine vorgegebene Größe des Elektrodenverschleißes je einzelne elektrische Entladung darstellt; eine zweite Stelleinrichtung zur Erzeugung eines zweiten Signa-

les, das einen wirksamen Arbeitsbereich der Werkzeugelektrode darstellt, der dem Werkstück benachbart ist; eine Einrichtung zum Zählen der wirksamen elektrischen Entladungen zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück, um ein drittes Signal zu erzeugen; und eine Einrichtung, die auf die ersten, zweiten und dritten Signale anspricht, um ein Korrektursignal zu erzeugen, das auf die programmierten Befehle einwirkt, wobei die relative Verschiebung zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück korrigiert wird. 10

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht - teilwei-

se in Blockform - , die die Prin

zipien der vorliegenden Erfindung erläutert;

Fig. 2 ein Blockdiagramm, das ein Verfah-

ren entsprechend der vorliegenden

Erfindung erläutert;

Fig. 3 ein Schaltbild - teilweise in Block

form - , das ein System zur Unterscheidung zwischen angewandten Im

pulsen und zum Zählen von Impulsen erläutert, die zu wirksamen elektrischen Entladungen führen; und

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Fig. 4 (A) , 4 ί B) Wellenform-Diagranune, die verschiedene Arbeitsimpulse unter Einschluß eines wirksamen elektrischen Entladungsimpulses erläutern.

Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, wo eine Werkzeugelektrode 1 gezeigt ist, die einem elektrische leitenden Werkstück 2 über einen Arbeitsspalt G benachbart ist, Das Werkstück 1 ist in eine Arbeitsflüssigkeit 3 eingetaucht, die in einem Arbeitsbehälter 4 enthalten ist. Die Werkzeugelektrode 1 wird so gehalten, daß sie vertikal oder in der Richtung einer Z-Achse bewegbar ist, und sie ist so konstruiert, daß sie axial in das Werkstück 2 durch einen Motor 5, z. B. einen Impulsmotor, vorbewegt wird, während das elektroerosive Abtragen im Werkstück 2 vor sich geht. Das elektroerosive Abtragen wird durch eine Folge von elektrischen Arbeitsimpulsen erzeugt, die von einem EDM-Generator 6 geliefert werden, der elektrisch mit der Werkzeugelektrode 1 und dem Werkstück 2 zusammengeschaltet ist.

Der Motor 5 für den Vorschub der Werkzeugelektrode 1 wird durch eine Treiberschaltung 7 angetrieben, die von dem Ausgang 8a der Recheneinheit 8 gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung erregt wird. Der Rechner 8 hat einen ersten Eingang, welcher an eine NC-Einheit 9 angeschlossen ist und zusätzliche Eingänge, welche an die Stelleinheiten 10 bzw. 11 angeschlossen sind.

Der Rechner 8 hat einen weiteren Eingang, um über eine Leitung 12a ein Signal zu empfangen, das sich bei einer mit dem Arbeitsspalt G verbundenen Fühlschaltung 12 entwickelt. Der Rechner 8 ist hier so aufgebaut, daß er Rückkopplungsschleifen herstellt mit der Treiberschaltung 7 über eine Leitung 7b und mit der Fühlschaltung 12 über eine Leitung 12b.

Die NC-Einheit 9 liefert der Treiberschaltung 7 Befehlssignale, die den Motor 5 veranlassen, die Werkzeugelektrodesmit einer programmierten Vorschubrate um eine programmierte Größe vorzuschieben. Die erste Stelleinheit 10 liefert dem Rechner 8 einen Wert W, der eine vorgegebene Größe des Verschleißes je einzelne wirksame Entladung darstellt. Der Wert W, der für einen gegebenen Arbeitsvorgang konstant ist, wird bei der Stelleinheit 10 aus den jeweiligen Arbeitsparametern festgestellt, die die Elektroden- und die Werkstück-Werkstoffe, die Art der Arbeitsflüssigkeit 3 ebenso umfassen, wie die Impulsdauer τοη und die Impulspause toff und den Spitzenstrom Ip der Entladungsimpulse, die über den Arbeitsspalt, erzeugt werden. Die zweite Stelleinheit 11 liefert dem Rechner 8 einen Wert S, der den wirksamen Arbeitsbereich der Werkzeugelektrode 1 darstellt, der entweder konstant sein kann oder für einen gegebenen Arbeitsvorgang veränderlich sein kann. Man wird bemerken, daß die gezeigte Werkzeugelektrode 1 einen wirksamen Arbeitsbereich besitzt, der sich ändert, wenn die Bearbeitung fortschreitet. In einem solchen Fall werden aufeinanderfolgende Werte des sich ändernden Arbeitsbereiches gespeichert und beim Arbeitsvorgang nacheinander abgerufen in Verbindung mit aufeinanderfolgenden Signalen, die von der NC-Einheit 9 geliefert werden. Die Fühlschaltung 12 liefert dem Rechner 8 ein Signal, das die Zahl η der im Arbeitsspalt G pro Zeiteinheit erzeugten wirksamen elektrischen Entladungen darstellt. Der Rechner 8 berechnet eine Korrekturgröße für die Verschiebung der Werkzeugelektrode 1 aus den Werten W, S und n.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 werden nun die Stelleinheiten 10 und 11 und der Rechner 8 ausführlich beschrieben. Die Stelleinheit 10 umfaßt eine Eingangseinheit 10a, bei der vorgegebene Arbeitsparameter, die eine vorgegebene Größe des Elektrodenverschleißes je einzelne wirksame Entladung bestimmen, eingegeben werden. Diese Parameter

schließen die Impulsdauer 'on, die Impulspause Toff und den Spitzenstrom Ip der wirksamen Arbeitsentladungen ebenso ein, wie Konstanten für die Werkstoffe von Elektrode und Werkstück und andere Arbeitseinstellungen. Eine Verarbeitungseinheit 10b ist mit der Eingabeeinheit 10a verbunden, um die vorgegebene Größe des Elektrodenverschleißes je einzelne wirksame Entladung mittels einer Formel (1) oder (1') wie folgt zu berechnen:

τ = K · (ion)^m · (Ip)ⁿ (g/Impuls) (1)

τ = Κ_γ · (ion)¹¹¹ · (Ip)ⁿ · (Toff)^P (g/Impuls) (T),

mit K , m, η und ρ = Größen, die von den Werkstoffen von Elektrode und Werkstück und anderen Arbeitseinstellungen abhängen.

Die Stelleinheit 11 umfaßt eine Eingangseinheit 11a, bei der Daten für die Form und die Größe der Werkzeugelektrode 1 eingegeben werden. Eine Verarbeitungseinheit 11b ist vorgesehen, um einen konstanten Wert oder aufeinanderfolgende

Werte für den wirksamen Bereich S der Werkzeugelektrode 1 ■ zu berechnen.

Die Recheneinheit 8 umfaßt drei Prozessoren oder Rechner 13, 14 und 15. Der erste Prozessor 13 spricht auf die Ausgabe Ύ der Stelleinheit 10 und die Ausgabe S der Stelleinheit 11 an und berechnet den Wert AZe, der die Größe des Elektrodenverschleißes je einzelne wirksame Entladung und je Bereichseinheit wie folgt darstellt: 30

AZe = Y/S (2) .

Der zweite Prozessor oder Rechner 14 hat einen ersten Eingang, der den berechneten Wert AZe empfängt, und einen zweiten Eingang, der den Wert n, d.h. die Zahl von wirksamen

Entladungen, empfängt, die durch die Fühleinheit 12 im Arbeitsspalt G für jede Zeiteinheit gefunden wird. Der Prozessor 14 berechnet dann den Wert Ze wie folgt:

Ze = η · AZe (3).

Man sieht, daß der Wert Ze die Größe des Elektrodenverschleißes ,der pro Zeiteinheit und pro Bereichseinheit erzeugt wird, darstellt; er kann wirksam als eine Korrekturrate der Elektroden-Verschiebung oder als Korrekturgröße für die Elektrodenverschiebung je Zeiteinheit dienen. Der Wert Ze wird an den ersten Eingang des dritten Prozessors

15 weitergegeben, dessen zweiter Eingang ein Befehlssignal für die Elektrodenverschiebung Zd von der NC-Einheit 9 empfängt. Der dritte Prozessor 15 berechnet die korrigierte Größe (Rate) für die Verschiebung wie folgt:

Z = Zd + Ze (4) .

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Entladungs-Fühler-Schaltung 12. Die gezeigte Schaltung 12 umfaßt einen Widerstand 16, der über den Arbeitsspalt G parallel mit dem Arbeitsgenerator 6 geschaltet ist. Der Widerstand

16 hat eine Potentiometer-Abzweigung 16a, die zu einem

ersten Schwellenglied 17 (z. B. Schmitt-Trigger-Schaltung) mit einem oberen Schwellenwert Vh für die Arbeitsimpulse geht und zu einem zweiten Schwellenglied 18 (z. B. Schmitt-Trigger-Schaltung) mit einem unteren Schwellenwert Vl für die Arbeitsimpulse. Die Ausgänge der Schwellenglieder und 18 führen zu einem AND-Glied 19, das einen weiteren Eingang besitzt, der über ein Zeitsteuerglied 20 mit dem Arbeitsgenerator 6 verbunden ist. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, können aufeinanderfolgende Ausgangsimpulse a, b und c von dem Arbeitsgenerator 16 verschiedene Lastkennlinien besitzen. Der erste Impuls a erweist sich als

wirksamer Entladungsimpuls, der zweite Impuls b als lastfreier Impuls oder Leerlauf-Impuls und daher als unwirksam, und der dritte Impuls c ist ein Kurzschluß-Impuls und ebenso unwirksam. Das Zeitsteuerglied 20 liefert ein Uberwachungsintervall d_t~ das für eine kurze Dauer nach dem Ablauf der Zeit t hergestellt wird, die dem Einsetzen eines jeden Impulses a, b, c folgt. Man sieht, daß für jede Dauer d das AND-Glied nur dann imstande ist, eine "1"-Ausgabe zu liefern, wenn die Impulsspannung zwischen Vh und Vl (wie bei

a) liegt. Ein Zähler 21 ist vorgesehen zur gesonderten Zählung solcher "1"-Ausgaben, die das Auftreten von wirksamen Arbeitsentladungen über den Arbeitsspalt G zwischen der Werkzeugelektrode 1 und dem Werkstück 2 darstellen.Auf diese Weise bildet sich ein Signal, das die Zahl η der wirksamen Entladungen darstellt, bei dem Ausgang des Zählers 21, und es wird weitergegeben an den Rechner 14, der in Fig. 2 gezeigt ist.

Es versteht sich, daß die Lehre gemäß der Erfindung nicht nur auf die vertikale Elektroden-Verschiebung - wie gezeigt - angewandt werden kann, sondern auch auf jede andere relative Verschiebung, die bei NC-Elektroerosiv-Bearbeitung Verwendung findet, z. B. wo die Werkzeugelektrode und das Werkstück relativ in einer horizontalen Ebene längs eines Weges verschoben werden.

Claims

PATENTANWALT* & RECHTSANWALT DIPL-PHYS. DR. JUR. U. HEIDRICH

•ZUGELASSEN BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT EUROPEAN PATENT ATTORNFY

33036B0

Patentansprüche

Franziskanerstr.

D-8000 MÜNCHEN

Tel. (089)448 5040 Telex 5 213 7lOeptod

3. Februar 1983

IJR - DE Elektrod-P

Verfahren zur Steuerung der relativen Positionierung von Werkzeugelektrode und Werkstück für einen Arbeitsgang elektrosiver Bearbeitung, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrens-Schritte:

a) Verschieben der Werkzeugelektrode (1) relativ zum Werkstück (2) unter den Befehlen einer numerischen Steuereinheit (9) bei fortschreitendem elektroerosiven Abtragen am Werkstück durch wirksame elektrische Entladungen zwischen der Werkzeugelektrode (1) und dem Werkstück (2);

b) Zählen der wirksamen elektrischen Entladungen;

c) Ableiten einer Verschiebungs-Korrekturgröße aus einem vorgegebenen Wert des Elektrodenverschleißes je einzelne wirksame Entladung, aus dem wirksamen Arbeitsbereich der Werkzeugelektrode und aus der gezählten Anzahl wirksamer elektrischer Entladungen; sowie

d) Steuern der befohlenen Verschiebung in Schritt a) mittels der in Schritt c) abgeleiteten Korrekturgröße.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Verschiebungs-Korrekturgröße abgeleitet und addiert wird - zu der befohlenen Verschiebung für jede Zeiteinheit

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - daß die Verschiebungs-Korrekturgröße abgeleitet und addiert wird

- zu der befohlenen Größe der Verschiebung für jede Einheit der befohlenen Verschiebung.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - daß die Verschiebungs-Korrekturgröße abgeleitet und addiert wird - zu der befohlenen Verschiebung bei Ablauf von jeder Zeiteinheit.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Verschiebungs-Korrekturgröße abgeleitet und addiert wird

- zu der befohlenen Verschiebung nach Ausführung jeder Einheit der befohlenen Verschiebung.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Verschiebungs-Korrekturgröße abgeleitet und ausgeführt wird

- nach Abschluß der befohlenen Verschiebung um einen vorbestimmten Arbeitsabstand.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - daß im Schritt c)

- die vorgegebene Größe des Elektrodenverschleißes 5 bestimmt wird durch mindestens einen von vorgegebenen Arbeitsparametern

- einschließlich Werkstoffe von Elektrode und Werkstück, Impulsdauer, Impulspause und Spitzenstrom der elektrischen Entladungsimpulse. 10

8. Vorrichtung zur Steuerung von relativer Positionierung von Werkzeugelektrode (1) und Werkstück (2) für einen Arbeitsgang elektroerosiver Bearbeitung, gekennzeichnet durch - eine numerische Steuereinheit (9) für die Erzeugung von programmierten Befehlen, um die Werkzeugelektrode (1) relativ zum Werkstück (2) mit einer programmierten Geschwindigkeit um eine programmierte Verschiebungs-Größe zu verschieben, während das elektroerosive Abtragen des Werkstückes mittels wirksamer elektrischer Entladungen zwischen Werkzeugelektrode (1) und Werkstück (2) fortschreitet;

- eine erste Stelleinrichtung (10) zur Erzeugung eines ersten Signales, das eine vorgegebene Größe des Elektrodenverschleißes je einzelne elektrische Entladung darstellt;

- eine zweite Stelleinrichtung (11) zur Erzeugung eines zweiten Signales, das einen dem Werkstück (2) benachbarten wirksamen Arbeitsbereich der Werkzeugelektrode (1) darstellt;

- eine Zähleinrichtung (12) zum Zählen der wirksamen elektrischen Entladungen zwischen Werkzeugelektrode (1) und Werkstück (2), um ein drittes Signal zu erzeugen; und

- einen Korrektursignal-Erzeuger (8), der aus dem ersten, zweiten und dritten Signal ein Korrektur-Signal erzeugt, das auf die programmierten Befehle einwirkt und dabei die relative Verschiebung von Werkzeugelektrode (1) und Werkstück (2) korrigiert.