DE3312722C2 - Verfahren und Vorrichtung zur elektroerosiven Abtragsbearbeitung von Werkstücken - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur elektroerosiven Abtragsbearbeitung von WerkstückenInfo
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- B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
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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 rmax 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 (6)
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 rmax ver größert wird,
- - nach Erreichen einer End-Umlaufbahn vom Radius rmax 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.
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