DE3312722C2

DE3312722C2 - Verfahren und Vorrichtung zur elektroerosiven Abtragsbearbeitung von Werkstücken

Info

Publication number: DE3312722C2
Application number: DE19833312722
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Inoue
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1983-04-08
Filing date: 1983-04-08
Publication date: 1997-02-27
Anticipated expiration: 2003-04-09
Also published as: DE3312722A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektraerosiven Abtragsbearbeitung eines Werkstückes der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 (Verfahren) bzw. des nebengeordneten Anspruchs 6 (Vorrichtung) angegebenen Gattung.

Beim herkömmlichen Senkerodieren wird die Werkzeugelek trode, deren Querschnitt etwa der Form des herzustellen den Hohlraumes entspricht, in einer vorgegebenen Richtung mittels einer Werkzeugspindel in das aufgespannte Werk stück vorgeschoben, bis eine vorgegebene Senktiefe er reicht ist. Bei Verwendung von Werkzeugelektroden mit ei nem einfachen, z. B. zylindrischen, Querschnitt kann nach Erreichen der Senktiefe der geradlinige Axialvorschub ab geschaltet und die Werkzeugelektrode in einer vorgegebe nen Umlaufbahn relativ zum Werkstück bewegt werden, um den Hohlraum auf zuweiten und/oder die Oberflächen der Hohlraumwandung fein zu bearbeiten.

Aus der US 4 229 636 A ist ein derartiges auch als Plane tär-Erodieren bezeichnetes Verfahren bekannt, bei dem nach Erreichen der Senktiefe der Axialvorschub der Werk zeugspindel abgeschaltet und daraufhin die Werkzeugelek trode auf kreisförmigen Bahnen in senkrechter Ebene zur bisherigen Senkrichtung inkremental bewegt wird. Der Ra dius dieser Umlaufbahnen wird schrittweise in Inkrementen von 0,01 mm bis auf eine End-Umlaufbahn vergrößert, auf wel cher die wirksame Außenfläche der Werkzeugelektrode eine der Umfangskontur des herzustellenden Hohlraumes folgende Bahn beschreibt. Nachteilig bei diesem bekannten Bearbei tungsverfahren ist der außerordentlich hohe Steuerungs aufwand zur Einhaltung der die Abtragsleistung bestimmen den Erodier-Parameter insbesondere unter Berücksichtigung einerseits einer hohen Abtragsleistung und andererseits einer genauen Endbearbeitung der Werkstückoberflächen.

Für das herkömmliche Senk-Erodieren sind zwar bereits Steuersysteme bekannt, bei denen zur Steigerung der Ab tragsleistung insbesondere die Rückzugsbewegungen der Werkzeugelektrode aus dem Werkstück verkürzt werden und bei denen die für verschiedene Betriebszustände die je weils optimalen Daten für die Leistungsparameter des Ero diervorganges aus digitalen Speichern abgerufen werden können. Diese Systeme sind jedoch zur Anwendung beim Pla netär-Erodieren ungeeignet, weil sie den komplexen Rela tivbewegungen zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück sowie auch den sich entsprechend stark ändernden Be triebsbedingungen im Spalt nicht Rechnung tragen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vor richtung zur funkenerosiven Abtragsbearbeitung aufzuzei gen, die im automatischen Betrieb hohe Abtragsleistungen im Grobbetrieb und eine verbesserte Genauigkeit bei der Feinbearbeitung ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentan spruch 1 (Verfahren) bzw. 6 (Vorrichtung) angegebenen Merkmale gelöst.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungs gemäßen Vorrichtung und deren Wirkungsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur funkenerosiven Abtragsbearbeitung;

Fig. 2 schematisch eine Werkzeugelektrode in einem Hohlraum eines Werkstücks.

In Fig. 2 ist eine Werkzeugelektrode gezeigt, deren Quer schnitt komplementär zu einem in ein Werkstück 2 eingear beiteten Hohlraum 2a und auch zu einem herzustellenden Hohlraum ist. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist das Werk stück 2 auf einem Werkstücktisch 3 befestigt, der von zwei Motoren 4, 5 in den horizontalen Koordinatenachsen X und Y bewegt wird. Die Motoren 4, 5 werden von einer NC- Einheit 6 gesteuert und bewegen das Werkstück 2 relativ zur Werkzeugelektrode 1 auf einer Umlaufbahn C vom Radius r, wobei sich jeder Punkt P der Werkzeugelektrode 1 auf einer derartigen Kreisbahn C mit einem Mittelpunkt O und dem Radius r bewegt (vgl. Fig. 2).

Die NC-Einheit 6 wird durch Taktimpulse von einem Oszil lator 7 so angetrieben, daß die Umlaufbewegung des Werk stückes 2 relativ zur Werkzeugelektrode 1 mit dem in ei ner Stelleinheit 8 vorgegebenen Radius r ausgeführt wird.

Eine elektrische Schaltungsanordnung 9 umfaßt einen Lei stungsschalter 10, der über eine Gleichstromquelle 11 mit der Werkzeugelektrode 1 und dem Werkstück 2 in Reihe ge schaltet ist und der durch Ausgangsimpulse eines UND- Gliedes 12 ein- und ausgeschaltet wird. Dieses UND-Glied 12 hat zwei Eingänge, von denen einer zu einem hochfre quente Signalimpulse erzeugenden ersten Oszillator 13 und der zweite zu einem niedrigfrequente Signalimpulse lie fernden zweiten Oszillator 14 führt. Dadurch werden in termittierend unterbrochene Folgen von Arbeitsimpulsen zwischen der Werkzeugelektrode 1 und dem Werkstück 2 an gelegt, die eine entsprechende Folge von elektrischen Ab tragsentladungen im Arbeitsspalt G erzeugen.

Eine der minimalen Weite des Arbeitsspaltes G entspre chende Spaltspannung wird durch einen mit dem Arbeits spalt G verbundenen Meßwiderstand 15 erfaßt und in einem Schwellenglied 16, z. B. einem Schmitt-Trigger, mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen. Bei einem Anstieg der Spaltweite über den vorgegebenen Wert wird ein Signal in die NC-Einheit 6 eingegeben. Da nach jedem Umlauf der Werkzeugelektrode ein solcher Anstieg der Spaltweite ein tritt, wird ein solches Signal nach jedem Umlauf der Werkzeugelektrode auf einer vorgegebenen Umlaufbahn er zeugt und in die NC-Einheit eingespeist, um den Radius r der Umlaufbewegung um ein entsprechendes Inkrement zu vergrößern. Die NC-Einheit 6 enthält einen Speicher 6a, in den das gewünschte Muster der Umlaufbewegung und eine Vielzahl von gewünschten Inkrementwerten für den Radius r gespeichert sind. Wenn die End-Umlaufbahn mit dem maxima len Radius r_max erreicht ist und der Beginn dieser End- Umlaufbahn durch eine Übereinstimmung des Signals des Schwellengliedes 16 mit den Werten im Speicher 6a und in der Stelleinheit 8 bestimmt worden ist, liefert eine Zen traleinheit 6b in der NC-Einheit ein Trigger-Signal zu einem mit den Oszillatoren 13, 14 verbundenen Steuerglied 17, um die zuvor auf Grobbearbeitung eingestellten Ar beitsimpuls-Parameter auf Feinbearbeitung umzustellen.

Durch Zuführen des Trigger-Signals zu den Oszillatoren 13, 14 kann die Dauer jedes einzelnen Arbeitsimpulses und/oder die Dauer der einzelnen Impulsfolgen verringert werden. Das Trigger-Signal kann auch zur Änderung des Spitzenstroms der Arbeitsimpulse verwendet werden. Zum Erhöhen des Spitzenstroms kann der Leistungsschalter meh rere parallelgeschaltete Schalt-Transistoren aufweisen, von denen ein Teil bei der Schruppbearbeitung betrieben wird. Für die Feinbearbeitung können die verbleibenden Transistoren auch zur Vergrößerung des Spitzenstroms je des einzelnen Arbeitsimpulses betrieben werden.

Die Abtrags-Parameter können in mehr als zwei Schritten geändert werden, z. B. zur Grob-, Normal- und Feinbear beitung. Zu diesem Zweck können die Oszillatoren 13, 14 drei Sätze von ausgewählten Impuls-Zeit-Parametern ent halten von denen ein erster Satz in der Anfangsstufe für die Grobbearbeitung verwendet wird. Nach Erhalt eines Trigger-Signals, das einen vorgegebenen Abstand der Werk zeugelektrode von der herzustellenden Hohlraumkontur an zeigt, schaltet das Steuerglied 17 auf den zweiten Satz von Impuls-Zeit-Parametern für die Normalbearbeitung um. Das Steuerglied hält diese Parameter in den Oszillatoren 13, 14 solange aufrecht, bis ein weiteres Trigger-Signal von der Zentraleinheit 6b empfangen wird, das eine weite re Annäherung der Werkzeugelektrode an die endgültige Hohlraumkontur bis zu einem geringeren Abstand anzeigt. In diesem Fall bestimmt das Steuerglied 17 einen dritten Satz von Impuls-Zeit-Parametern für die folgende Schlicht- bzw. Feinbearbeitung, so daß der endgültige Hohlraum die gewünschte Kontur erhält. Der Spitzenstrom der Arbeitsimpulse kann in ähnlicher Weise gesteuert wer den.

In der Praxis können auch andere Umlaufbahnen zur relati ven Verschiebung von Werkzeugelektrode 1 und Werkstück 2 verwendet werden. So kann die Relativbewegung auch in ei ner quadratischen Bahn erfolgen, und zwar zuerst in der +X-Richtung, danach in der +Y-Richtung, danach in der -X-Richtung und danach in der -Y-Richtung, jeweils um dieselbe Strecke. Nach Abschluß eines Durchlaufs auf ei ner solchen programmierten Umlaufbahn wird die jeweilige Strecke um ein vorbestimmtes Inkrement vergrößert, wobei der Umlauf so oft wiederholt wird, bis das ausgearbeitete Profil der gewünschten Kantur des herzustellenden Hohl raums entspricht.

Die Weite des Arbeitsspalts G wird durch ein Spaltsignal und eine Servosteuerung im wesentlichen konstant gehal ten, während die relative Vorschubbewegung von Werkzeug elektrode 1 und Werkstück 2 auf der vorbestimmten Umlauf bahn von der NC-Einheit gesteuert wird. Die Servosteue rung kann auf eine am Arbeitsspalt G erfaßte Spannung an sprechen und diese mit einer Bezugsspannung vergleichen, die einer optimalen Spaltweite entspricht, wobei der NC- Einheit 6 Fehlersignale zugeführt werden, welche Abwei chungen von der optimalen Spaltweite anzeigen.

Claims

1. Verfahren zur funkenerosiven Abtragsbearbeitung eines Werkstücks, bei welchem

- eine Werkzeugelektrode zur Ausbildung eines entspre chenden Hohlraums inkremental in das Werkstück abge senkt wird,
- anschließend die Werkzeugelektrode zur Aufweitung des Hohlraums bis auf das vorgegebene Endmaß des herzustel lenden Hohlraums auf sich schrittweise vergrößernden Umlaufbahnen in Inkrementen quer zur Senkrichtung relativ zum Werkstück bewegt wird,
- wobei nach Durchlaufen der jeweiligen Umlaufbahn deren Radius r um einen vorgegebenen Wert vergrößert wird, dadurch gekennzeichnet, daß
- die minimale Weite des Arbeitsspalts (G) anhand der Spaltspannung überwacht und der Radius r der Umlaufbahn (C) nach Beendigung jedes Umlaufs der Werkzeugelektrode auf der Grundlage der über die Spaltspannungsänderung erfaßten Zunahme der Spaltweite und eines Stellsignals inkremental bis auf einen vorgegebenen Wert r_max ver größert wird,
- nach Erreichen einer End-Umlaufbahn vom Radius r_max die die Abtragsleistung des Erodiervorgangs bestimmenden Parameter von Grobbearbeitung auf Feinbearbeitung umge stellt werden und
- zur Durchführung der Feinbearbeitung die Werkzeugelek trode auf der End-Umlaufbahn bewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Abtragsleistung bestimmenden Parameter entspre chend dem errechneten Ist-Abstand der Werkzeugelektrode von der gespeicherten Endkontur des herzustellenden Hohl raums in mehreren Schritten von der Schruppbearbeitung auf die Feinbearbeitung umgestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

- die der minimalen Arbeitsspaltweite entsprechende Spaltspannung erfaßt und mit einem Schwellenwert verglichen wird,
- nach jedem Umlauf ein die dann vergrößerte Spaltweite anzeigendes Abweichungssignal erzeugt wird,
- dieses Abweichungssignal zur Vergrößerung des Radius r der Umlaufbahn um abgespeicherte Inkrementwerte bis zum Erreichen der Endumlaufbahn verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufbahnen kreisförmig sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufbahnen quadratisch sind.

6. Vorrichtung zur funkenerosiven Abtragsbearbeitung von Werkstücken, mit

- einem Werkstücktisch (3) zum Aufspannen eines Werk stückes (2)
- einer in Richtung des Werkstückes vorschiebbaren Werk zeugelektrode (1),
- Antriebsaggregaten (4, 5) zum inkrementalen Relativ verschieben des Werkstückes (2) und der Werkzeugelek trode (1) auf vorgegebenen Umlaufbahnen (C),
- einer elektrischen Schaltungsanordnung (9-14) zum Er zeugen von elektrischen Abtragsimpulsen im Arbeitsspalt (G) zwischen der Werkzeugelektrode (1) und dem Werk stück (2) und
- einer programmierbaren Steuereinheit (6-8) für die Steuerung der Antriebsaggregate (4, 5) und der elektri schen Schaltungsanordnung (9-14), die Eingabeglieder (7, 8) zum Einstellen der relativen Umlaufbewegung der Werkzeugelektrode (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Steuereinheit (6) einen Speicher (6a) enthält, in dem die Daten für die Endkontur des herzustellenden Mahlraums und Inkrementwerte für verschiedene Radien r der Umlaufbahnen (C) gespeichert sind,
- ein Meßelement (15), das eine der minimalen Arbeits spaltweite (G) entsprechende Spaltspannung erfaßt und über einen Schwellwertgeber (16) so an die Steuerein heit (6) angeschlossen ist, daß schrittweise eine Ra diusvergrößerung am Ende einer Umlaufbahn ausgelöst wird und daß eine in der Steuereinheit (6) vorgesehene Zentraleinheit (6b) bei Erreichen der im Speicher (6a) abgelegten Daten der Endkontur des Hohlraumes ein Si gnal einem Steuerglied (17) zuführt, das mit der elek trischen Schaltungsanordnung (9-14) verbunden ist und die die Abtragsleistung bestimmenden Parameter von Grobbearbeitung auf Feinbearbeitung umstellt.