DE3339025C2

DE3339025C2 -

Info

Publication number: DE3339025C2
Application number: DE3339025A
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Tokio/Tokyo Jp Inoue; Akihiko Kawasaki Kanagawa Jp Shimizu
Original assignee: INOUE-JAPAX RESEARCH Inc YOKOHAMA KANAGAWA JP; JAPAX Inc KAWASAKI KANAGAWA JP
Current assignee: INOUE-JAPAX RESEARCH Inc YOKOHAMA KANAGAWA JP; JAPAX Inc KAWASAKI KANAGAWA JP
Priority date: 1982-10-27
Filing date: 1983-10-27
Publication date: 1993-09-02
Also published as: JPS5976720A; GB2131204B; IT1170549B; FR2535236A1; FR2535236B1; IT8349236A0; JPS6336886B2; GB8328615D0; US4603391A; GB2131204A; DE3339025A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur funkenerosiven Bearbeitung eines Werkstückes mittels einer Draht-, Band- oder Stabelektrode der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Funkenerosionsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.

Bei der funkenerosiven Werkstückbearbeitung in programm gesteuerten Funkenerosionsmaschinen wird die relative Vorschubbbewegung zwischen dem Werkstück und der Elektrode von Gleichstrom- oder Schrittmotoren erzeugt, deren Dreh bewegung über Lineargetriebe, beispielsweise Schraubspin deln, auf die Spannhalterungen des Werkstückes und/oder der Werkzeugelektrode übertragen werden. Durch Bauteil-Toleran zen und Spiel im Übertragungszug verursachte Fehler können sich unter bestimmten Voraussetzungen addieren und zu einem Auslaufen der Werkzeugelektrode von der vorbestimmten Bahn führen. Zusätzlich können auch Änderungen der Arbeitsspalt- Bedingungen und von Betriebsparametern eine exakte Umsetzung der Steuerbefehle in eine entsprechene Abtragsstrecke be einträchtigen. Im Ergebnis können sich die auf unterschied liche Ursachen zurückzuführenden jeweils geringfügigen Abweichungen akkumulieren und zu einem beachtlichen Bearbeitungsfehler im Werkstück führen.

Aus der DE 32 05 884 A1 ist eine Funkenerosionsmaschine zur schneidenden bzw. abtragenden Bearbeitung von Werkstücken mit einer programmierbaren Steuereinheit bekannt, bei der die inkrementalen Vorschubsignale für den Werkzeugvorschub und auch die im Arbeitsspalt tatsächlich wirksamen Abtrags impulse gesondert erfaßt und in einer Recheneinheit mitein ander verknüpft werden, und zwar mit dem Ziel, die momentan am Abtragungsvorgang beteiligte Oberfläche der Werkzeugelektro de zu ermitteln und auf dieser Grundlage den Vorschubmotor der Werkzeugelektrode anzusteuern. In Abhängigkeit von den sich im Betrieb ändernden jeweils am Abtragsvorgang betei ligten Flächen der Werkzeugelektrode soll die Antriebs leistung des auf die Elektrode einwirkenden Vorschubmotors gesteuert werden. Eine Korrektur der sich ggf. akkumulie renden und auf unterschiedliche Ursachen zurückzuführenden Fehler kann bei dieser bekannten Funkenerosionsmaschine nicht erzielt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur funken erosiven Werkzeugbearbeitung und eine entsprechende Funkenerosionsmaschine zu schaffen, mit denen Beschädigungen des Werkstückes durch die vorstehend genannten Bearbeitungs fehler verhindert werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 (Verfahren) bzw. 5 (Vorrichtung) angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorgehen werden die Soll-Vorschub strecken der Werkzeugelektrode gegenüber dem Werkstück in herkömmlicher Weise auf der Grundlage der von der program mierbaren Steuereinrichtung erzeugten Befehlssignale erfaßt. Parallel hierzu werden erfindungsgemäß die innerhalb der Zeiteinheiten von der Werkzeugelektrode im Werkstück tatsächlich zurückgelegten Ist-Vorschubstrecken durch Rechenoperationen bestimmt, und zwar auf der Grundlage der in der jeweiligen Zeiteinheit abgetragenen Materialmenge, die aus der Anzahl der im Arbeitsspalt tatsächlich wirksamen Entladungsimpulse unter Einbeziehung der vorgegebenen Größe der Arbeitsfläche berechnet wird. Durch einen Vergleich der Befehlssignale für den inkrementalen Soll-Vorschub mit der den Ist-Vorschub kennzeichnenden Impulsfolge können dann Abweichungen von der programmierten Schneidbahn festgestellt und entsprechende weitergehende Maßnahmen getroffen werden.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 sowie 6 bis 8 angegeben.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch die funktionswesentlichen Teile einer funkenerosiven Drahtschneidemaschine;

Fig. 2A in Perspektivansicht ein Werkstück mit einer Laufdrahtelektrode;

Fig. 2B den Arbeitsbereich nach Fig. 2A im Querschnitt;

Fig. 3 im Blockschaltbild eine Ausführungsform eines Teils der Einrichtung nach Fig. 1.

Mit der funkenerosiven Drahtschneidemaschine nach Fig. 1 wird ein elektrisch leitendes Werkstück 1 mittels einer Laufdrahtelektrode 2 bearbeitet. Als Werkzeugelektrode 2 kann auch eine zylindrische Stabelektrode verwendet werden, deren Form unabhängig von der dem Werkstück 1 zu gebenden Kontur ist. Im dargestellten Zustand wurden auf einer vorgegebenen Schneidbahn Sc die Positionen A, B und C durchfahren, wobei der Schnitt in Richtung eines Pfeils F geführt wird. Die Laufdrahtelektrode 2 durchquert den rechteckigen Werkstückblock 1 senkrecht zu dessen Ober- und Unterseite. Die Drahtelektrode 1 läuft kontinuierlich von einer Vorratsrolle zu einer Aufwickelvorrichtung, wobei zwei Drahtführungen 3a und 3b einen geraden Schneidabschnitt im Bereich des Werkstücks 1 definieren. Dem Schneidbereich wird eine Arbeits- und Spülflüssigkeit, z. B. entionisiertes Wasser, aus einer oder zwei Düsen kontinuierlich zugeführt.

Das Werkstück 1 ist auf einem Kreuztisch 4 aufgespannt, dessen beide Antriebstische 5 und 8 von je einem Motor 6, 9 über je eine Leitspindel 7, 10 verfahren werden. Der erste Antriebstisch 5 ist auf einer Basis 11 in X-Richtung verfahrbar, und der zweite Antriebstisch 8 ist auf dem ersten Antriebstisch 5 in Y-Richtung verfahrbar angeordnet. Drehgeber 12 und 13 sind an der X-Leitspindel 7 und der Y-Leitspindel 10 vorgesehen. Das Werkstück 1 ist auf dem zweiten Antriebstisch 8 aufgespannt, so daß durch Akti vierung der Motoren 6 und 9 eine Querverschiebung des Werkstücks 1 gegenüber der Laufdrahtelektrode 2 erfolgt.

Eine Energieversorgung 14 ist elektrisch mit der Draht elektrode 2 und dem Werkstück 1 verbunden und umfaßt eine Gleichspannungsquelle 15, einen Leistungsschalter 16 in Form eines Transistors und einen damit reihengeschalteten Wider stand 17. Der Leistungsschalter 16 wird durch eine Folge von Signalimpulsen aus einem Oszillator oder Impulsgenerator 18 abwechselnd ein- und ausgeschaltet, so daß von der Gleich spannungsquelle 15 eine Folge elektrischer Spannungsimpulse mit geregelter Amplitude, Impulsdauer und Impulspause zwischen der Drahtelektrode 2 und dem Werkstück 1 in einem Arbeitsspalt G in Anwesenheit der Arbeitsflüssigkeit erzeugt wird. Ein adaptiver Regler 19, der auf den Arbeitsspalt G anspricht, steuert die Gleichspannungsquelle 14 und /oder den Impulsgenerator 18, um die Stromstärke oder den Spitzenstrom Ip, die Impulsdauer τ_on und/oder das Impulsintervall τ_off jeder wirksamen elektrischen Entladung zu optimieren. Der adaptive Regler 19 ist mit seinem Eingang an den Widerstand 17 angeschlossen und spricht auf den Strom und/oder die Spannung im Arbeitsspalt an.

Um eine kontinuierliche Materialabtragung zur Erzielung der erwünschten Kontur Sc im Werkstück 1 zu ermöglichen, muß die Achse der Drahtelektrode 2 in dem Werkstück 1 auf einer Bahn Se geführt werden, die von der Kontur Sc im wesentlichen durch den Radius D/2 der Drahtelektrode 2 plus dem seit lichen Überschnitt bzw. der maximalen Spaltbreite g des Arbeitsspalts G beabstandet ist. Eine numerische Steuerein heit 20 steuert auf der Grundlage von gespeicherten oder errechneten Daten die Nachführung der Elektrodenachse 0 im Werkstück 1 in der Bahn Se. Diese Daten werden in Steuer impulse umgesetzt und den Antriebsmotoren 6 und 9 über Treiberkreise 21 und 22 zugeführt. Dabei bewirkt jeder Antriebsimpuls ein vorgegebenes Verschiebungsinkrement von z. B. 1 µm in der jeweiligen X- oder Y-Achse. Die Drehgeber 12 und 13 erfassen jeden Drehschritt der Leitspindeln 7 und 8 und führen der numerischen Steuereinheit 20 Rückkopplungs signale zu, so daß eine Antriebsregelung mit Rückkopplung stattfindet. Der adaptive Regler 19 ist mit der numerischen Steuereinheit 20 gekoppelt und regelt die optimale Soll- Vorschubgeschwindigkeit und/oder bei besonderen Betriebs zuständen im Arbeitsspalt eine Rückziehbewegung der programmierten Bahn Se. Der adaptive Regler 19 steuert den Taktgenerator in der programmierbaren Steuereinheit 20 an, 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 Steuereinheit 20 an die Motoren 6, 9 abgibt.

Die Steuereinheit enthält ferner einen Soll-Strecken-Detek tor 23, einen Ist-Strecken-Detektor 24 und einen Vergleicher 25. Der Detektor 24 ist mit einem Ausgang eines Entladungs- Diskriminators 26 verbunden, der auf einen Spannungsabfall am Widerstand 17 anspricht und über einen Impulsgeber 27 mit dem Detektor 24 gekoppelt ist. Der Vergleicher 25 kann aus gangsseitig mit einer Anzeigeeinheit 28 verbunden sein.

Der Soll-Strecken-Detektor 23 spricht über die Treiberkreise 21 und 22 auf die Befehlssignale aus der Steuereinheit 20 an und erzeugt Signale für einen relativen Soll-Vorschub inner halb einer bestimmten Zeitspanne T. Der Detektor 23 erzeugt bei jedem X- oder Y-Achsenvorschub-Befehl aus der Steuerein heit 20 je einen Signalimpuls, so daß die Anzahl ηa eines Zugs dieser vom Detektor 23 in der Zeit T erzeugten Signal impulse einer Soll-Vorschub-Strecke Xa in der Zeitspanne T entspricht, weil jeder Antriebsimpuls einer vorbestimmten Streckeneinheit Xao von z. B. 1 µm entspricht. Der Detektor 23 spricht jedoch nicht auf die von der Steuereinheit 20 bei Bedarf ausgegebenen Befehlsimpulse für eine Rückziehbewegung der Werkzeugelektrode an. Vielmehr erzeugt der Detektor 23 je einen Signalimpuls, wenn in der Steuereinheit 20 ein Befehl für einen Vorschub-Schritt von z. B. 1 µm auftritt.

Der Entladungs-Diskriminator 26, der ein Mono- oder Vielfach-Grenzwert-Schmitt-Trigger sein kann, überwacht Bearbeitungsimpulse zwischen der Drahtelektrode 2 und dem Werkstück 1 und erfaßt selektiv nur diejenigen Impulse, die in effektiven elektrischen Entladungen resultieren. Andere Impulse, wie Kurzschluß-, Unterbrechungs-, Überschlagimpul se, die keine funkenerosive Materialabtragung des Werkstücks 1 bewirken, werden nicht erfaßt. Bei jeder wirksamen Entla dung wird über den Entladungs-Diskriminator 26 im Impuls geber 27 ein Impuls erzeugt.

Wenn aus dem Werkstück 1 in der Zeitspanne T Material mit einem Gewicht W (in g) abgetragen wird, muß die Draht elektrode 2 eine Vorschubstrecke X zurückgelegt haben, die durch die folgende Gleichung ausgedrückt ist:

wobei S die in Fig. 2A schraffiert dargestellte ebene Fläche im Werkstück 1 ist, und ρ das spezifische Gewicht des Werk stücks 1 ist. Da die Gewichtsmenge W des abgetragenen Materials in der Zeit T gegeben ist durch:

W = w · n (2),

wobei w die Gewichtsmenge abgetragenes Material je effek tiver elektrischer Entladung und n 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:

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),

wobei

oder

und

η = n/no (8).

Da w, S (oder g und D), t und ρ festgelegt sind und wenn Xo der Regel-Streckeneinheit Xao (z. B. 1 µm) gleichgesetzt wird, kann die Anzahl no aus einer der Gleichungen (6) oder (7) bestimmt werden.

Nach Fig. 3 weist der der Detektor 24 einen Zähler 31 und einen weiteren Impulsgeber 32 auf. Bei der gezeigten Anordnung hat der Zähler 31 einen vorher auf die unveränderliche Anzahl no eingestellten Pegel gleich der Anzahl effektikver elektri scher Entladungen, die zur Erzielung der Streckeneinheit der Materialabtragung Xo=Xao z. B. 1 µm) 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 ein Ausgangssignal, das im Impulsgeber 32 einen Einzel impuls erzeugt. In der vorbestimmten Zeit T liefert der Impulsgeber 32 eine Anzahl η Impulse, die eine Ist-Vorschub- Strecke kennzeichnen. Der Zähler 31 hat einen weiteren Ein gang, der von einem Rechner 33 zur Ausbildung des voreinge stellten Zählerpegels no kommt. Dem Rechner 33 werden Daten für Xo, S oder G und D, t, ρ und w zugeführt, und er errech net aus diesen Daten den vorgegebenen Zählerpegel no.

Mit Ausnahme des vorgegebenen Wertes Xo (z. B. 1 µm) können sämtliche weiteren Variablen für den Rechenvorgang bestimmt werden, wenn die Parameter für einen bestimmten Bearbei tungsvorgang festgelegt sind. Die Dicke t und das spezi fische Gewicht sind durch das Werkstück 1 vorgegeben, und der Durchmesser D der Elektrode 2 kann als konstant ange nommen werden. Ferner sind die Materialabtragungsmenge w pro effektiver elektrischer Entladung sowie der Überschnitt g durch die folgenden empirischen Gleichungen bestimmt:

w = kw · τon^l · Ip^m (9)

und

g = Kg · τon^p · Ip^q (10),

wobei kw, Kg, l, m, p und q Konstanten sind, die durch Werk stück- und Elektrodenwerkstoff bestimmt sind, wogegen τon und Ip die Impulsdauer und die Stromstärke der erffektiven 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 er halten. Auf diese Weise können die Anzahl no im Rechner 33 und die Variablen w und g von S ggf. in einem gesonderten Rechner errechnet werden, wobei als Eingangswerte die Variablen kw, Kg, l, m, p, q, τon und Im sowie die vorstehenden Beziehungen verwendet werden.

Gemäß Fig. 1 spricht der Vergleicher 25 auf einen Signal impulszug aus dem Soll-Strecken-Detektor 23 und auf einen Signalimpulszug aus dem Ist-Strecken-Detektor 24 an und erzeugt ein Ausgangssignal, das eine Abweichung der Ist- Vorschub-Strecke von der Soll-Vorschub-Strecke kennzeichnet. Ein Taktimpulsgeber 29 speist die beiden Detektoren 23 und 24, so daß deren Signalimpulse synchron ausgelöst werden und die Zeitspanne T eingehalten wird. Der Vergleicher 25 kann einen Differenzzähler enthalten, der einen Ausgangsimpuls erzeugt, wenn zwischen der Anzahl ηa der vom Detektor 23 gelieferten Impulse und der Anzahl η 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

1. Verfahren zur funkenerosiven Bearbeitung eines Werkstücks mittels einer Draht-, Band- oder Stabelektrode,

- bei dem das Werkstück (1) relativ zur Werkzeugelektrode (2) in Vorschubinkrementen auf einer programmierten Bahn (Sc) vorgeschoben wird,
- bei dem die Zahl der im Arbeitsspalt (G) wirksamen Entladungen erfaßt und daraus die in einer Zeiteinheit t abgetragene Materialmenge (W) bestimmt wird,
- bei dem die die Vorschubinkremente bestimmenden Befehlssignale einer NC-Steuereinheit für einen Soll-Vorschub erfaßt werden,
- und bei dem die Anzahl der jeweils erfaßten wirksamen Entladeimpulse und der Befehlssignale für den Soll- Vorschub miteinander verglichen werden,

dadurch gekennzeichnet,

- daß aus der in einer Zeiteinheit abgetragenen Material menge (W) unter Einbeziehung der vorgegebenen Größe der Arbeitsfläche (S) eine den Ist-Vorschub der Werkzeug elektrode im Werkstück kennzeichnenden Impulsfolge erzeugt wird,
- und daß durch den Vergleich der Befehlssignale für den inkrementalen Soll-Vorschub mit der den Ist-Vorschub kennzeichnenden Impulsfolge eine Abweichung von der programmierten Schneidbahn festgestellt und ggf. ange zeigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Arbeitsspalt (G) wirksamen Entladeimpulse bis zum Erreichen einer vorgegebenen Anzahl aufgezählt und erst bei Erreichen dieser Anzahl ein den Ist-Vorschub in einer vorgegebenen Zeitspanne kennzeichnendes Signal erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch jeden wirksamen Entladeimpuls abgetragene Materialmenge als eine Funktion der Stromstärke und der Impulsdauer der effektiven elektrischen Entladung bestimmt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Befehlssignale initiierte Ist-Vorschubbewegung durch Drehgeber (12, 13) überwacht und mit Hilfe einer Rückkopplung korrigiert wird.

5. Funkenerosionsmaschine, bestehend aus

- einer elektrischen Energieversorgung (14) zur Erzeugung einer Folge von elektrischen Entladeimpulsen,
- einer programmierbaren Steuereinrichtung (20) zur Erzeugung von Befehlssignalen für eine inkrementale relative Vorschubbewegung einer Draht- oder Band elektrode im Werkstück auf einer vorprogrammierten Bearbeitungsbahn (Sc),
- einem Entladungs-Diskriminator (26), der nur die im Arbeitsspalt (G) wirksamen Entladeimpulse erfaßt und
- einem Vergleicher (25), der die Vorschub-Befehlssignale der Steuereinrichtung (20) und die Ausgangssignale des Diskriminators (26) auswertet,

dadurch gekennzeichnet,

- daß mit dem Ausgang des Diskriminators (26) ein Detek tor (24) verbunden ist, der aus den Ausgangssignalen des Diskriminators (26) auf der Grundlage von Werk stückparametern, Elektrodendaten und elektrischen Kenn werten der Entladeimpulse Ausgangssignale erzeugt, welche die Ist-Vorschubstrecke kennzeichnen, und
- daß der Steuereinrichtung (20) ein Soll-Strecken-Detek tor (23) nachgeschaltet ist, welcher aus den Befehls signalen dieser Steuereinrichtung (20) Ausgangssignale erzeugt, welche den Soll-Vorschub kennzeichnen, und
- daß der Vergleicher (25) mit den beiden Detektoren (23, 24) sowie mit einer Anzeige (28) verbunden ist, welche bei Überschreiten von vorgegebenen Abweichungen zwischen Ist- und Soll-Vorschub aktiviert wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der programmierbaren Steuereinheit (20) ein adaptiver Regler (19) zugeordnet ist, der mit dem Diskriminator (26), dem Impulsgeber (16, 18) sowie mit der programmier baren Steuereinheit (20) elektrisch verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn zeichnet, daß zwischen dem Diskriminator (26) und dem Ist-Streckendetektor (24) ein Impulsgeber (27) einge schaltet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ist-Strecken-Detektor (24) einen Zähler (31) und einen Impulsgeber (32) aufweist, die bei Erreichen einer in einem Rechner (33) vorgegebenen Anzahl an wirksamen Entladeimpulsen ein Ausgangssignal zum Vergleicher (25) abgeben.