DE3339025A1

DE3339025A1 - Nc-verfahren und maschine zum elektroerosiven bearbeiten eines werkstuecks

Info

Publication number: DE3339025A1
Application number: DE19833339025
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: 1982-10-27
Filing date: 1983-10-27
Publication date: 1984-05-03
Also published as: GB2131204A; US4603391A; FR2535236B1; GB2131204B; JPS5976720A; GB8328615D0; FR2535236A1; IT8349236A0; IT1170549B; JPS6336886B2; DE3339025C2

Description

1. Iaoue-Japax Research Incorporated
Yokohamashi, Kanagawaken, Japan

2. JAPAX Incorporated
Kawasakishi, Kanagawaken, Japan

NC-Verfahren und Maschine zum elektroerosiven Bearbeiten

eines Werkstücks

Die Erfindung bezieht sich auf die numerisch gesteuerte
elektroerosive Bearbeitung, wobei Antriebsmittel unter
Steuerung einer numerischen Steuereinheit eine Werkzeugelektrode und ein Werkstück relativ zueinander entlang einer
programmierten Vorschubbahn nachführen, während die Materialabtragung vom Werkstück durch aufeinanderfolgende
elektrische Entladungen fortschreitet, die an einem Arbeitsspalt zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück, die relativ zueinander vorgeschoben werden, stattfindet, so daß das Werkstück eine erwünschte Form erhält. Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf ein verbessertes Verfahren
bzw. eine Maschine, wobei ein Schutz gegen Bearbeitungsfehler vorgesehen ist.

Im letzten Jahrzehnt wurden Elektroerosionsmaschinen immer mehr darauf abgestellt, mit numerischer Steuerung zu arbeiten, wodurch die erforderliche Nachführung zur Erzielung einer erwünschten Bearbeitungsgeometrie steuerbar ist. Diese immer stärkere Anpassung zeigt sich in dem heute immer mehr zunehmenden Einsatz von hochautomatisierten Elektroerosionsmaschinen in der Industrie, die mit bewegter Drahtelektrode und anderen gattungsgleichen Elektroden arbeiten, wobei Werkzeuge, Formen oder ähnliche sehr komplexe oder schwer zu bearbeitende Artikel mit immer höherer Leistungsfähigkeit bearbeitet werden können. Eine numerische Steuerung kann zwar auch bei elektroerosiven Flachsenkmaschinen eingesetzt werden, die eine geformte Werkzeugelektrode verwenden; die Möglichkeiten der elektroerosiven Bearbeitung wurden jedoch größtenteils bei numerisch gesteuerten Elektroerosionsmaschinen mit Elektroden der eingangs genannten Gattung erweitert. Dabei ist die Werkzeugelektrode ein Draht, ein Band, ein zylindrischer Stab oder eine ähnliche einfache Elektrode und kann zur Herstellung einer komplexen Form eines Werkstücks mit hoher Genauigkeit eingesetzt werden.

Bei Werkzeugen, Formen oder ähnlichen Objekten gibt es strenge Spezifikationen, die für die jeweiligen Einsatzzwecke dieser Objekte erfüllt werden müssen, so daß jedes Objekt aus einem relativ teuren Rohling hergestellt und dann einzeln mit extrem hoher Bearbeitungsgenauigkeit bearbeitet werden muß. Ferner wird eine lange Bearbeitungszeit, die zwischen einer Stunde und Tagen liegen kann, benötigt, um eine gewünschte Form in einem Rohling zu erzeugen. Da somit ein Werkzeug, eine Form od. dgl., die mit einer numerisch gesteuerten Elektroerosionsmaschine in effizienter Weise bearbeitet werden kann, einen hohen Wert und Preis hat,

stellt jeder Bearbeitungsfehler, der während der Bearbeitung auftritt, ein schwerwiegendes Problem dar.

In einer Elektroerosionsmaschine ist es die Funktion der numerischen Steuerung, einen erforderlichen Bearbeitungsvorschub durchzuführen, um der Entladungs-Erosion am Arbeitsspalt zu folgen und die Fortsetzung der Entladungs-Erosion entlang einer programmierten Bahn zu ermöglichen-. Der Bearbeitungsvorschub erfolgt durch eine Folge von Antriebsimpulsen auf der Basis von digitalen Befehlen, die auf einem Aufzeichnungsträger programmiert sind, so daß der erwünschte relative Vorschub möglichst genau nach Maßgabe der programmierten Befehle durchgeführt werden kann. Ein Antrieb, z. B. ein Gleichstrommotor oder ein Schrittmotor, zur Aktivierung durch die Antriebsimpulse ist antriebsmäßig mit einem Antriebselement wie etwa einer Leitspindel gekoppelt, die ihrerseits mit einem Support für die bewegliche Werkzeugelektrode oder das Werkstück verbunden ist. Jeder einzelne Antriebsimpuls ist der Genauigkeit halber typischerweise dazu bestimmt, einen bis zu 1 pm kleinen Schritt des relativen Vorschubs zu bewirken, und wird in einem Bruchteil einer Sekunde zugeführt. Solche aufeinanderfolgenden Antriebsimpulse müssen dem Antrieb während des sich über eine lange Zeit erstreckenden Bearbeitungsvorgangs konsekutiv zugeführt werden, so daß der erforderliche Bearbeitungsvorschub präzise entlang der programmierten Vorschubbahn fortgesetzt wird.

Bei solchen Antriebssystemen erfolgt jedoch üblicherweise eine Umsetzung elektrischer in mechanische Signale und eine weitere mechanische Umsetzung von Rotations- oder Längs-Signalen oder -Verschiebungen. Es wurde erkannt, daß sich im Umsetzungsstadium ein mechanischer Fehler einstellen kann,

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ζ. B. aufgrund eines Fehlers in der Ganghöhe einer Leitspindel und infolge von Spiel in verschiedenen Bauelementen. Als noch wichtigerer Grund wurde nun gefunden, daß Änderungen der Arbeitsspalt-Bedingungen und von Bearbeitungsparametern einschließlich der Elektrodengeometrie verhindern können, daß jeder NC-Befehl sich präzise in einer Ist-Strecke der erosiven Materialabtragung und damit der entsprechenden Bearbeitungs-Nachführung oder relativen Verschiebung niederschlägt. Infolgedessen kann es geschehen, daß von Zeit zu Zeit aus einem oder mehreren der genannten Gründe auftretende geringe Abweichungen akkumuliert werden und in einem schwerwiegenden Bearbeitungsfehler im Werkstück und infolgedessen einer nicht wiedergutzumachenden Beschädigung desselben resultieren.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines numerisch gesteuerten elektroerosiven Bearbeitungsverfahrens und einer dafür geeigneten Maschine, wobei eine Beschädigung des Werkstücks infolge der genannten Bearbeitungsfehler in wirksamer Weise verhindert wird.

Das NC-Verfahren nach der Erfindung zum elektroerosiven Bearbeiten eines Werkstücks mittels einer Werkzeugelektrode, wobei zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück eine Folge elektrischer Spannungsimpulse angelegt wird, die wenigstens teilweise in effektiven elektrischen Entladungen in einem Arbeitsspalt resultieren, wodurch Werkstoff elektroerosiv vom Werkstück abgetragen wird, während Antriebsmitteln eine Folge von Schrittantriebs-Befehlssignalen von einer numerischen Steuereinheit zuführbar ist zur relativen Nachführung von Werkzeugelektrode bzw. Werkstück ineinander, so daß die

Bearbeitung des Werkstücks entlang einer programmierten Bahn kontinuierlich erfolgt, ist gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Erfassen der Befehlssignale zur Erzeugung eines ersten Erfassungssignals, das einen zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück entlang der programmierten Bahn in einer vorgegebenen Zeit durchzuführenden relativen Soll-Vorschub bezeichnet, b) Erfassen der im Arbeitsspalt erzeugten effektiven elektrischen Entladungen zur Erzeugung eines zweiten Erfassungssignals, das einen zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück entlang der Bahn in der vorgegebenen Zeit durchgeführten Ist-Vorschub bezeichnet, und c) Vergleichen der beiden Erfassungssignale unter Erzeugung eines Ausgangssignals, das eine Differenz zwischen dem Ist- und dem Soll-Vorschub bezeichnet.

In spezieller Weiterbildung der Erfindung ist dabei das erste Erfassungssignal ein erster Signalimpulszug, dessen Impulsanzahl in der gegebenen Zeit eine Strecke des Soll-Vorschubs für diese Zeit bezeichnet, und das zweite Erfassungssignal ein zweiter Signalimpulszug, dessen Impulsanzahl in der gegebenen Zeit eine Strecke des Ist-Vorschubs in dieser Zeit bezeichnet. Dabei ist vorgesehen, daß jeder Signalimpuls des ersten Impulszugs beim Auftreten eines jeden Schrittantriebs-Befehlssignals, das einen relativen Vorschubbefehl um eine vorbestimmte Streckeneinheit bezeichnet, der zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück schrittweise durchzuführen ist, erzeugt wird. Dabei wird jeder Signalimpuls des zweiten Impulszugs beim Auftreten einer vorbestimmten Anzahl der effektiven elektrischen Entladungen erzeugt. In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß jeder Signalimpuls des zweiten Impulszugs erzeugt wird nach Feststellung, daß eine Streckeneinheit der Materialabtragung, die nominell gleich der Soll-Streckeneinheit

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des relativen Vorschubs ist, durch eine Anzahl der effektiven elektrischen Entladungen im Arbeitsspalt erzielt ist.

In bevorzugter Ausbildung der Erfindung ist das Verfahren weiter dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit Schritt (b) ein Wert für die Menge der Materialabtragung, die durch jede effektive elektrische Entladung bewirkt wird, festgelegt wird und daß aus diesem Wert die Anzahl der effektiven elektrischen Entladungen abgeleitet wird. Dabei kann in Verbindung mit Schritt (b) die Streckeneinheit der Materialabtragung wenigstens aus der vorbestimmten Streckeneinheit des relativen Vorschubs und aus der Menge des abgetragenen Materials pro effektiver elektrischer Entladung und der Fläche im Werkstück, durch die eine Materialabtragung bei der genannten Anzahl effektiver elektrischer Entladungen erfolgt, bestimmt werden. Dabei wird die abgetragene Materialmenge pro effektiver elektrischer Entladung als eine Funktion der Stromstärke und der Impulsdauer der effektiven elektrischen Entladung bestimmt, und die Fläche im Werkstück wird als eine Funktion der Stromstärke und der Impulsdauer

der effektiven elektrischen Entladung bestimmt. Die Anzahl der effektiven elektrischen Entladungen wird aus der vorbestimmten Streckeneinheit des relativen Vorschubs und der festgelegten Streckeneinheit der Materialabtragung bestimmt.

Die NC-Maschine nach der Erfindung zum elektroerosiven Bearbeiten eines Werkstücks, mit einer elektrischen Energieversorgung zum Anlegen einer Folge elektrischer Spannungsimpulse zwischen eine Werkzeugelektrode und ein Werkstück, wobei die Impulse wenigstens zum Teil in effektiven elektrischen Entladungen an einem Arbeitsspalt resultieren und eine elektroerosive Materialabtragung vom Werkstück bewirken, und mit einer numerischen Steuereinheit, die Antriebsmittel mit

einer Folge von Schrittantriebs-Befehlssignalen speist, so daß eine relative Nachführung von Werkzeugelektrode bzw. Werkstück ineinander erfolgt unter kontinuierlicher Bearbeitung des Werkstücks entlang einer vorbestimmten Bahn, ist gekennzeichnet durch einen ersten Detektor, der aufgrund der Antriebssignale ein erstes Erfassungssignal erzeugt, das einen zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück entlang der programmierten Bahn in einer vorgegebenen Zeit durchzuführenden relativen Soll-Vorschub bezeichnet, durch einen zweiten Detektor, der aufgrund der effektiven elektrischen Entladungen im Arbeitsspalt ein zweites Erfassungssignal erzeugt, das einen zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück entlang der Bahn in der vorgegebenen Zeit durchgeführten Ist-Vorschub bezeichnet, und durch einen Vergleicher, der mit den beiden Detektoren gekoppelt ist und das erste und das zweite Erfassungssignal miteinander vergleicht unter Erzeugung eines Ausgangssignals, das eine Differenz zwischen dem Ist- und dem Soll-Vorschub bezeichnet.

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

Fig. 1 eine schematische Ansicht - teils perspektivisch und teils als Blockschaltbild - einer numerisch gesteuerten elektroerosiven Bearbeitungseinrichtung, die nach der Erfindung arbeitet;

Fig. 2A eine Perspektivansicht, die ein Werkstück zeigt, das mit einer bewegten Drahtelektrode bearbeitet wird;

Fig. 2B einen Querschnitt eines Arbeitsbereichs der Einrichtung nach Fig. 2A; und

Fig. 3 ein Blockschaltbild, das eine Ausführungsform eines Teils der Einrichtung nach Fig. 1 zeigt.

Fig. 1 zeigt eine elektroerosive Bearbeitungseinrichtung, in der ein elektrisch leitfähiges Werkstück 1 mittels einer Werkzeugelektrode 2 bearbeitet wird. Die Werkzeugelektrode ist dabei bevorzugt eine Elektrode der Gattung, deren aktive Elektrodenkontur einfach, z. B. zylindrisch, ist und die im wesentlichen unabhängig von einer dem Werkstück 1 zu gebenden Kontur ist; beispielsweise ist sie eine Drahtelektrode, die für ein elektroerosives Bearbeitungsverfahren mit bewegter Werkzeugelektrode geeignet ist. Es sei angenommen, daß bei dem Verfahren aus dem Werkstück 1 eine zweidimensionale Kontur Sc auszuarbeiten ist, die Positionen A, B und C umfaßt, und daß dann die Bearbeitung in Richtung eines Pfeils F fortgesetzt werden soll. In üblicher Weise ist die Drahtelektrode 2 so angeordnet, daß sie das in Form eines rechteckigen Blocks vorliegende Werkstück 1 senkrecht zu dessen Ober- und Unterseite durchquert. Die Drahtelektrode 1 wird kontinuierlich von einer Vorratsrolle (nicht gezeigt) auf eine geeignete Aufwickelvorrichtung (nicht gezeigt) transportiert und zwischen zwei Bearbeitungsführungen 3a und 3b geführt unter Bildung eines kontinuierlich bewegten und sich erneuernden geraden Schneidabschnitts im Bereich des Werkstücks 1. Dem Schneidbereich wird ebenfalls kontinuierlich ein Bearbeitungsfluid bzw. Dielektrikum, z. B. entionisiertes Wasser, aus z. B. einer oder zwei Zuführdüsen (nicht gezeigt) zugeführt.

Das Werkstück ist auf einem Mehrfachantriebs-Arbeitstisch 4 in Form eines konventionellen Plandrehsupports befestigt, der einen ersten Antriebstisch 5, der von einem Motor 6 über eine Leitspindel 7 getrieben wird, sowie einen zweiten Antriebstisch 8 aufweist, der von einem Motor 9 über eine Leitspindel 10 getrieben wird. Der erste Antriebstisch 5 ist auf einer Basis 11 in Richtung einer X-Achse verschiebbar

oder sowohl auf die Arbeitsspaltspannung als auch den -strom anspricht.

Um die fortgesetzte Materialabtragung zur Erzielung der erwünschten Kontur Sc in dem Werkstück 1 zu ermöglichen, muß die Achse 0 der bewegten Drahtelektrode 2 in dem Werkstück effektiv entlang einer Bahn Se nachgeführt werden, die der Kontur Sc entspricht und von dieser im wesentlichen durch den Radius D/2 der Drahtelektrode 2 plus den seitlichen überschnitt oder die maximale Größe g des Arbeitsspalts G beabstandet ist. Eine numerische Steuereinheit 20 konventioneller Bauart ist vorgesehen, in der Daten vorgespeichert oder errechnet sind, um die Nachführung der Elektrodenachse 0 im Werkstück 1 entlang der Bahn Se zu ermöglichen. Diese Daten werden in X- und Y-Achsen-Antriebsimpulse umgesetzt, die von der numerischen Steuereinheit 20 in die X- und Y-Achsen-Antriebsmotoren 6 und 9 über deren jeweilige Treiberkreise 21 und 22 eingegeben werden, so daß die entsprechende Nachführung des Werkstücks 1 relativ zu der bewegten Drahtachse 0 erfolgen kann. Dabei ist jeder Antriebsimpuls, der an den X- und den Y-Achsen-Motor 6 und 9 angelegt wird, so vorgegeben, daß eine vorgegebene Verschiebungs-Streckeneinheit von z. B. 1 jum des Werkstücks 1 relativ zu der Drahtelektrode 2 entlang der jeweiligen X- oder Y-Achse erreicht wird. Die Codierer 12 und 13 erfassen jeden Schritt des Rotationsvorschubs der angetriebenen Leitspindeln 7 und 8 und führen der numerischen Steuereinheit 20 Rückkopplungssignale zu, so daß eine Antriebsregelung mit Rückführung stattfindet. Der adaptive Regler 19, der auf den Arbeitsspalt G anspricht, weist einen weiteren Ausgang auf, der mit der numerischen Steuereinheit 20 gekoppelt ist, um die Geschwindigkeit des Soll-Vorschubs des Werkstücks 1 optimal zu regeln und/oder aufgrund des

angeordnet, und der zweite Antriebstisch 8 ist auf dem ersten Antriebstisch 5 in Richtung einer Y-Achse verschiebbar angeordnet. Codierer 12 und 13 sind zur Rotationserfassung an der X-Achsen-Leitspindel 7 und der Y-Achsen-Leitspindel 10 vorgesehen. Das Werkstück 1 ist auf dem zweiten Tisch 8 mittels einer geeigneten Einspannvorrichtung (nicht gezeigt) befestigt, so daß durch Aktivierung der Motoren 6 und 9 eine Verschiebung des Werkstücks 1 relativ zu der bewegten Drahtelektrode 2 quer dazu erfolgen kann.

Eine Energieversorgung 14 ist elektrisch mit der Drahtelektrode 2 und dem Werkstück 1 verbunden und umfaßt eine Gleichspannungsquelle 15, einen Leistungsschalter 16 in Form eines Transistors und einen damit reihengeschalteten Widerstand 17. Der Leistungsschalter 16 wird aufgrund einer Folge von Signalimpulsen von einem Oszillator oder Signalimpulsgeber 18 abwechselnd ein- und ausgeschaltet zur Zuführung von Impulsen zu der Gleichspannungsquelle 15, so daß eine gleiche Folge elektrischer Spannungsimpulse geregelter Amplitude, Impulsdauer und Impulsintervall zwischen die Drahtelektrode 2 und das Werkstück 1 in einem Arbeitsspalt G zwischen beiden in Anwesenheit der Arbeitsflüssigkeit angelegt wird. Ein adaptiver Regler 19 bekannter Ausführung, der auf den Arbeitsspalt G anspricht, ist bevorzugt vorgesehen und wirkt auf die Gleichspannungsquelle 14 und/oder den Signalimpulsgeber 18, um die Stromgröße oder den Spitzenstrom Ip, die Impulsdauer T_Qn und/oder das Impulsintervall "T₀JPf jeder einzelnen wirksamen elektrischen Entladung zu optimieren. Der adaptive Regler 19 ist mit seinem Eingang an den Widerstand 17 angeschlossen und spricht auf einen Arbeitsspaltstrom an, er kann jedoch alternativ so elektrisch gekoppelt sein, daß er auf eine Arbeitsspaltspannung

veränderlichen Arbeitsspaltzustands eine Rückbewegung desselben entlang der programmierten Bahn Se zu ermöglichen. Um die Regelung der Geschwindigkeit des Soll-Vorschubs zu ermöglichen, ist der adaptive Regler 19 so ausgelegt, daß er den Taktgenerator in der numerischen Steuereinheit 20 beaufschlagt, so daß dieser in adaptiver Weise nach Maßgabe des sich ändernden Arbeitsspaltzustands die Frequenz der Taktimpulse und damit die Rate der Antriebsimpulse ändert, die die numerische Steuereinheit 20 abgibt.

Die gezeigte Anlage umfaßt ferner einen Regelvorschubstrekke-Detektor 23, einen Bearbeitungsstrecke-Detektor 24 und einen Signalvergleicher 25. Der Bearbeitungsstrecke-Detektor 24 spricht auf den Ausgang eines Entladungsdiskriminators 26 an, der - wie ersichtlich - auf einen Spannungsabfall am Widerstand 17 anspricht. Der Entladungsdiskriminator 26 ist über einen Impulsgeber 27 mit dem Detektor 24 gekoppelt. Der Vergleicher 25 kann ausgangsseitig eine Warnanzeigeeinheit 28 aufweisen, wie noch erläutert wird.

Der Regelvorschubstrecke-Detektor 23 spricht über die Treiberkreise 21 und 22 auf die Schrittantriebssignale an, die von der numerischen Steuereinheit 20 geliefert werden, und erzeugt ein Erfassungssignal, das einen relativen Soll-Vorschub bezeichnet, der zwischen der bewegten Drahtelektrode 2 und dem Werkstück 1 in einer bestimmten Zeit T zu erfolgen hat. Der Detektor 23 kann somit jedesmal einen Signalimpuls erzeugen, wenn ein X- oder ein Y-Achsenvorschub-Befehlsimpuls von der numerischen Steuereinheit 20 abgegeben wird, so daß die Anzahl ij a eines Zugs solcher Signalimpulse, die vom Detektor 23 während der Zeit T ausgehen, einer Strecke Xa des relativen Soll-Vorschubs für die Zeit T insofern entspricht, als jeder Antriebsimpuls

dazu vorbestimmt ist, eine vorbestimmte Streckeneinheit Xao von z. B. 1 jum der relativen Verschiebung zu erzielen. Es ist ersichtlich, daß dann, wenn die numerische Steuereinheit 20 so ausgelegt ist, daß mit einer Serie von Rücktriebs-Befehlsimpulsen auch eine Rückwärtsbewegung möglich ist, der Detektor 23 natürlich nicht auf diese Impulse anspricht. Es kann somit angenommen werden, daß der Detektor 23 jedesmal einen Signalimpuls abgibt, wenn in der numerischen Steuereinheit 20 ein Befehl für einen Schritt (z. B. 1 pm) des relativen Vorschubs auftritt und an den X-Achsen-Motor 6 oder den Y-Achsen-Motor 9 angelegt wird.

Es wird nunmehr die Bearbeitungsstrecke-Detektoreinheit 24, 26, 27 erläutert. Der Entladungsdiskriminator 26, der ein Mono- oder Vielfach-Grenzwert-Schmitt-Trigger sein kann, überwacht Bearbeitungsimpulse, die zwischen Elektrode 2 und Werkstück 1 von der Energieversorgung 14 angelegt werden, und erfaßt selektiv diejenigen Impulse, die in effektiven elektrischen Entladungen resultieren, und schließt solche Impulse wie Kurzschluß-, Unterbrechungs-, Überschlagsimpulse und andere erfaßte Impulse aus, die keine elektroerosive Materialabtragung des Werkstücks 1 bewirken. Jedesmal, wenn eine wirksame elektrische Entladung erfaßt wird, veranlaßt der Entladungsdiskriminator 26 den Impulsgeber 27, einen Impuls zu erzeugen, der dessen Ausbildung in dem Arbeitsspalt G repräsentiert.

Es sei nun angenommen, daß von dem Werkstück 1 in der bestimmten Zeit T Material mit einem Gewicht W (in g) abgetragen wird; dann muß angenommen werden, daß der relative Vorschub zwischen der Elektrode 2 und dem Werkstück tatsächlich erfolgt ist und eine Strecke X ist, die durch die folgende Gleichung ausgedrückt ist:

X = -^-(pm) (1)

wobei S gemäß Fig. 2A eine ebene Fläche im Werkstück 1 ist, durch die die Materialabtragung fortgesetzt wird, und ρ die Wichte des Werkstücks 1 ist. Da die Gewichtsmenge W des abgetragenen Materials in der Zeit T gegeben ist durch:

W = w - η (2)

wobei w die Gewichtsmenge abgetragenes Material je effektiver elektrischer Entladung und η die Anzahl effektiver elektrischer Entladungen in der Zeit T ist, und da unter Bezugnahme auf die Fig. 2A und 2B die Fläche S gegeben ist durch:

S = (2g + D)-t (3)

wobei D der Durchmesser der Elektrode 2, g der Überschnitt und t die Dicke des Werkstücks 1 ist, kann die in der Zeit T resultierende Materialabtragungsstrecke X wie folgt ausgedrückt werden:

(2g+D) t ρ

Wenn man annimmt, daß eine Anzahl no effektiver elektrischer Entladungen zur Erzielung einer Streckeneinheit Xo der Materialabtragung auftritt, so wird die Gleichung (4) wie folgt geschrieben:

X = Xo · η (5)

ν-, _ w _ _ffix

^XO " (2g+D) tp ^{no (b)}

ΛΟ - ς „ ρ * '

9 = n/no (8).

Wenn man annimmt, daß w, S (oder g und D), t und ρ sämtlich festgelegt sind, und wenn man Xo der vorher beschriebenen Regel-Streckeneinheit Xao (z. B. 1 pm) gleichsetzt, so kann die Anzahl no aus der Gleichung (6) oder der Gleichung (7) bestimmt und somit vorher festgelegt werden.

Wie Fig. 3 zeigt, kann der Detektor 24 somit einen Zähler und einen weiteren Impulsgeber 32 aufweisen. Bei der gezeigten Anordnung hat der Zähler 31 einen vorher auf die unveränderliche Anzahl no eingestellten Pegel gleich der Anzahl effektiver elektrischer Entladungen, die zur Erzielung der Streckeneinheit der Materialabtragung Xo = Xao (z. B. 1 jjm) erforderlich sind. Jedesmal, wenn der die Impulse vom Impulsgeber 27 zählende Zähler 31 den Zählstand no erreicht, und somit jedesmal, wenn die Streckeneinheit Xo erreicht ist, erzeugt der Zähler 31 einen Ausgang, durch den der weitere Impulsgeber 32 einen Einzelimpuls erzeugt. In der vorbestimmten Zeit T liefert der Impulsgeber 32 eine Anzahl V) Signalimpulse, die einer Strecke tatsächlicher Materialabtragung und somit der zwischen der Elektrode 2 und dem Werkstück 1 tatsächlich erfolgten relativen Verschiebung

entsprechen. Der Zähler 31 hat einen weiteren Eingang, der von einem Rechner 33 zur Ausbildung des voreingestellten Zählerpegels no kommt. Eingänge des Rechners 33 empfangen Daten für Xo, S oder G und D, t, ρ und w, und der Rechner errechnet aus diesen Daten den vorgegebenen Zählerpegel no.

Mit Ausnahme der Variablen Xo, die ein vorgegebener Wert (z. B. 1 pm) ist, können sämtliche weiteren Variablen für den Rechenvorgang bekannt sein, wenn einmal die Einstellungen und Bedingungen für ein bestimmtes elektroerosives Verfahren festgelegt sind. Die Dicke t und die Wichte sind vorgegeben, wenn das Werkstück 1 bekannt ist, und die Variable D ist der Durchmesser der Elektrode 2, der als gleichbleibend angenommen werden kann. Ferner sind die Materialabtragungsmenge w pro effektiver einzelner elektrischer Entladung sowie der überschnitt g durch die folgende empirische Gleichung gegeben;

w = kw .Ton¹ ' Ip^m (9)

g = Kg - τοη^ρ · Ip^q (10)

wobei kw, Kg, 1, m, ρ und q Konstanten sind, die durch Werkstück- und Elektrodenwerkstoff bestimmt sind, wogegen on und Ip die Impulsdauer und die Stromstärke der effektiven elektrischen Entladungen darstellen, die im wesentlichen in der Energieversorgung 14, 18 der Maschine voreinstellbar sind, um den jeweils gewählten Bedingungen zu entsprechen. Aus den Gleichungen (3) und (10) wird auch die Fläche S ohne weiteres erhalten. So können die direkte Errechnung der

Anzahl no im Rechner 33 oder Vorberechnungen der Variablen w und g von S im Rechner oder in einem gesonderten Rechner ausgeführt werden, wobei als Eingangswerte die Variablen kw, Kg, 1, m, p, q, Ton und Im sowie die vorstehenden Beziehungen verwendet werden.

Gemäß Fig. 1 spricht der Vergleicher 25 auf einen Signalimpulszug an, der von dem Regelvorschubstrecke-Detektor 23 kommt und einer Strecke Xa der relativen Regelverschiebung entspricht, die in der bestimmten Zeit T durchzuführen ist, und spricht ferner auf einen Signalimpulszug an, der von dem Bearbeitungsstrecke-Detektor 24 kommt und einer Strecke X der relativen Ist-Verschiebung in der Zeit T entspricht; der Vergleicher erzeugt ein Ausgangssignal, das eine Abweichung der Bearbeitungsstrecke von der Regelstrecke bezeichnet. Ein Taktimpulsgeber 28 speist die beiden Detektoren 23 und 24, so daß deren Signalimpulse synchron ausgelöst werden oder die bestimmte Zeit T gehalten wird. Der Vergleicher 25 kann einen Differenzzähler enthalten, der einen Ausgangsimpuls erzeugt, wenn zwischen der Anzahl »7a der vom Detektor 23 gelieferten Impulse und der Anzahl *? der vom Detektor 24 kommenden Impulse eine Differenz vorhanden ist. Wenn die Differenz einen unzulässigen Grenzwert übersteigt, aktiviert der Ausgang' des Vergleichers 25 die Warnanzeige 28, so daß ein Warnsignal erzeugt wird, das für den Bediener entweder hörbar oder sichtbar ist.

Claims

Ansprüche

[i.- NC-Verfahren zum elektroerosiven Bearbeiten eines Werkstücks mittels einer Werkzeugelektrode, wobei zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück eine Folge elektrischer Spannungsimpulse angelegt wird, die wenigstens teilweise in effektiven elektrischen Entladungen in einem Arbeitsspalt resultieren, wodurch Werkstoff elektroerosiv vom Werkstück abgetragen wird, während Antriebsmitteln eine Folge von Schrittantriebs-Befehlssignalen von einer numerischen Steuereinheit zuführbar ist zur relativen Nachführung von Werkzeugelektrode bzw. Werkstück ineinander, so daß die Bearbeitung des Werkstücks entlang einer programmierten Bahn kontinuierlich erfolgt,
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Erfassen der Regelsignale zur Erzeugung eines ersten Erfassungssignals, das einen zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück entlang der programmierten Bahn in einer vorgegebenen Zeit durchzuführenden relativen Soll-Vorschub bezeichnet;

b) Erfassen der im Arbeitsspalt erzeugten effektiven elektrischen Entladungen zur Erzeugung eines zweiten Erfas-

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sungssignals, das einen zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück entlang der Bahn in der vorgegebenen Zeit durchgeführten Ist-Vorschub bezeichnet; und c) Vergleichen der beiden Erfassungssignale unter Erzeugung eines Ausgangssignals, das eine Differenz zwischen dem Ist- und dem Soll-Vorschub bezeichnet.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß das erste Erfassungssignal ein erster Signalimpulszug ist, dessen Impulsanzahl in der gegebenen Zeit eine Strecke des Soll-Vorschubs für diese Zeit bezeichnet, und daß das zweite Erfassungssignal ein zweiter Signalimpulszug ist, dessen Impulsanzahl in der gegebenen Zeit eine Strecke des Ist-Vorschubs in dieser Zeit bezeichnet.

3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die beiden Signalimpulszüge in Schritt (c) differentiell gezählt werden unter Erzeugung des Ausgangssignals.

4. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß jeder Signalimpuls des ersten Impulszugs beim Auftreten eines jeden Schrittantriebs-Befehlssignals, das einen relativen Vorschubbefehl um eine vorbestimmte Streckeneinheit bezeichnet, der zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück schrittweise durchzuführen ist, erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß jeder Signalimpuls des zweiten Impulszugs beim Auftreten einer vorbestimmten Anzahl der effektiven elektrischen Entladungen erzeugt wird. ,

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6. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß jeder Signalimpuls des zweiten Impulszugs erzeugt wird nach Feststellung, daß eine Streckeneinheit der Materialabtragung, die nominell gleich der Soll-Streckeneinheit des relativen Vorschubs ist, durch eine Anzahl der effektiven elektrischen Entladungen im Arbeitsspalt erzielt ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,

daß in Verbindung mit Schritt (b) ein Wert für die Menge der Materialabtragung, die durch jede effektive elektrische Entladung bewirkt wird, festgelegt wird und daß aus diesem Wert die Anzahl der effektiven elektrischen Entladungen abgeleitet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,

daß in Verbindung mit Schritt (b) die Streckeneinheit der Materialabtragung wenigstens aus der vorbestimmten Streckeneinheit des relativen Vorschubs und aus der Menge des abgetragenen Materials pro effektiver elektrischer Entladung und der Fläche im Werkstück, durch die eine Materialabtragung bei der genannten Anzahl effektiver elektrischer Entladungen erfolgt, bestimmt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,

daß die abgetragene Materialmenge pro effektiver elektrischer Entladung als eine Funktion der Stromstärke und der Impulsdauer der effektiven elektrischen Entladung bestimmt wird.

0O. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Fläche im Werkstück als eine Funktion der Stromstärke und der Impulsdauer der effektiven elektrischen Entladung bestimmt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Anzahl der effektiven elektrischen Entladungen aus der vorbestimmten Streckeneinheit des relativen Vorschubs und der festgelegten Streckeneinheit der Materialabtragung bestimmt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Bahn so programmiert ist, daß sie einer im Werkstück auszuarbeitenden Kontur entspricht, und daß die Werkzeugelektrode eine Elektrode der Gattung ist, deren Arbeitsflächenkontur einfach und deren Form im wesentlichen von der im Werkstück auszuarbeitenden Kontur unabhängig ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Elektrode eine kontinuierliche Drahtelektrode ist.

14. NC-Maschine zum elektroerosiven Bearbeiten eines Werkstücks, mit einer elektrischen Energieversorgung zum Anlegen einer Folge elektrischer Spannungsimpulse zwischen eine Werkzeugelektrode und ein Werkstück, wobei die Impulse wenigstens zum Teil in effektiven elektrischen Entladungen an einem Arbeitsspalt resultieren und eine elektroerosive Materialabtragung vom Werkstück bewirken, und mit einer

numerischen Steuereinheit, die Antriebsmittel mit einer Folge von Schrittantriebs-Befehlssignalen speist, so daß eine relative Nachführung von Werkzeugelektrode bzw. Werkstück ineinander erfolgt unter kontinuierlicher Bearbeitung des Werkstücks entlang einer vorbestimmten Bahn, gekennzeichnet durch

- einen ersten Detektor (23), der aufgrund der Antriebssignale ein erstes Erfassungssignal erzeugt, das einen zwischen der Werkzeugelektrode (2) und dem Werkstück (1) entlang der programmierten Bahn (Se) in einer vorgegebenen Zeit (T) durchzuführenden relativen Soll-Vorschub bezeichnet;

- einen zweiten. Detektor (24), der aufgrund der effektiven elektrischen Entladungen im Arbeitsspalt ein zweites Erfassungssignal erzeugt, das einen zwischen der Werkzeugelektrode (2) und dem Werkstück (1) entlang der Bahn (Se)' in der vorgegebenen Zeit (T) durchgeführten Ist-Vorschub bezeichnet; und

einen Vergleicher (25), der mit den beiden Detektoren (23, 24) gekoppelt ist und das erste und das zweite Erfassungssignal miteinander vergleicht unter Erzeugung eines Ausgangssignals, das eine Differenz zwischen dem Ist- und dem Soll-Vorschub bezeichnet.