DE3528535A1

DE3528535A1 - Verfahren und vorrichtung zum regeln der werkzeugelektrode in einer funkenerosionsmaschine

Info

Publication number: DE3528535A1
Application number: DE19853528535
Authority: DE
Inventors: Toshihiro Koufu Yamanashi Dobashi; Kiyoshi Hiratsuka Kanagawa Imai; Masanori Isehara Kanagawa Konno
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 1984-08-08
Filing date: 1985-08-08
Publication date: 1986-02-20
Also published as: IT1185874B; DE3546803C2; FR2568805B1; US4700039A; DE3528535C2; IT8521890A0; FR2568805A1

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Regeln der Werkzeugelektrode in einer Funkenerosionsmaschine

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln der Werkzeugelektrode in beispielsweise einer Funkenerosionsmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken, beispielsweise aus Stahl, und speziell auf eine Regeleinrichtung, die, wenn die Wellenform der elektrischen Entladung zwischen .der Werkzeugelektrode und dem Werkstück anomal wird, in der Lage ist, diese Anomalität schnell zu beseitigen.

Es sei beispielsweise ein Werkzeug betrachtet, das ein Werkstück, beispielsweise aus Stahl, aufgrund elektrischer Entladung materialabtragend bearbeitet. Im allgemeinen stehen die Werkzeugelektrode und das Werkstück einander unter Ausbildung eines sehr schmalen Spaltes gegenüber, wobei den Spalt ein elektrisch isolierendes, dielektrisches Fluid, wie beispielsweise Kerosin ausfüllt. Spannungsimpulse werden wiederholt zwischen die Werkzeugelektrode und das Werkstück gelegt, um das Werkstück durch Schmelzen und Entfernen von Metall von seiner Oberfläche zu bearbeiten. Bei dieser Art von Entladungswerkzeug wiederholen sich die elektrischen Ladungen mit der Impulsfrequenz und die Werkzeugelektrode wird in das Werkstück allmählich abgesenkt. Wenn dabei der Spalt zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück zu groß ist, dann findet keine elektrische Entladung statt. Ist andererseits der Spalt zu eng, dann kann ein Kurzschluß auftreten. Die Funkenerosionsmaschine enthält daher einen Servomechanismus, der genau die Werkzeugelektrodenposition regelt, um sicherzustellen, daß der richtige Spalt zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück eingehalten wird.

Wenn bei einer Funkenerosionsmaschine der beschriebenen Art feine, von der Oberfläche des Werkstücks abgetragene Metallsplitter und Zersetzungsprodukte des dielektrischen Fluides zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück vorhanden sind, dann wird die elektrische Isolation zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück verringert, so daß normale Entladungen nicht stattfinden können, woraus eine Ungenauigkeit bei der Werkstückbearbeitung resultiert. Es sind daher verschiedene Verfahren entwickelt worden, um das abgetragene Metall von der Werkzeugelektrode und dem Werkstück zu entfernen. Wenn es beispielsweise möglich ist, ein Loch für das dielektrische Fluid in der Werkzeugelektrode oder dem Werkstück zu öffnen, dann kann dielektrisches Fluid durch das Loch ausgespritzt oder abgesaugt werden. Wenn es jedoch nicht möglich ist, ein solches Loch für das dielektrische Fluid in der Werkzeugelektrode oder dem Werkstück zu öffnen, dann ist es notwendig, ein anderes Verfahren anzuwenden, wie beispielsweise das dielektrische Fluid in den Spalt zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück scharf einzuspritzen oder periodisch die Werkzeugelektrode auf- und abzubewegen, um eine Pumpwirkung hervorzurufen, die von der Metallabtragung resultierende Metallsplitter aus dem Raum zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück zu entfernen.

Wenn man ein Werkstück zur Ausbildung eines Sackloches, d.h. eines Loches mit einem Boden, bearbeitet und dabei die Einspritz- und Pumpwirkungen zusammen anwendet, dann lassen sich die bei der Bearbeitung anfallenden Abfälle aus der Sackbohrung wirksam beseitigen. Bei dem Verfahren, bei dem man die Werkzeugelektrode periodisch auf- und abbewegt, ergibt sich selbst bei normaler Wellenform der elektrischen Entladung zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück aus der notwendigen Auf- und Abbewegung unvermeidlich eine Verringerung der Maschinenleistung.

Außerdem wird bei einer Funkenerosionsmaschine der beschriebenen Art die Einheitsdistanz, um die die Werkzeugelektrode in einer gewissen Zeit bewegt wird, auf einem
relativ'kleinen Wert gehalten, um den Materialabtragungs-Vorgang stabil zu halten, und die Bewegung ist langsam.
Wenn beispielsweise Abfallprodukte der Spanabhebung einen Kurzschluß zwischen der Werkzeugelektrode und dem Inneren eines Sackloches hervorrufen, dann kann daher die Werkzeugelektrode nicht mit hoher Geschwindigkeit weggezogen werden, so daß beachtliche Zeit benötigt wird, bevor der Kurzschluß beseitigt ist. Da dabei die Werkzeugelektrode um
eine relativ große Distanz zurückgezogen werden muß, wird beachtliche Zusatzzeit benötigt, bevor die Werkzeugelektrode in ihre ursprüngliche Position zurückgeführt werden kann.

In Funkenerosionsmaschinen der beschriebenen Art wird
manchmal eine dreidimensionale Metallabtragung ausgeführt, indem die Werkzeugelektrode in der X-, Y- und Z-Richtung gegenüber dem Werkstück bewegt wird. Bei dieser Art der
Metallabtragung wird die Werkzeugelektrode auf der Grundlage des Hauptprogramms gesteuert, das in einer Rechnersteuereinheit vorgespeichert ist, die die Funkenerosionsmaschine steuert. Da es nicht einfach ist, die Hauptelektrode über einen Pfad zu steuern, der von dem Programmweg abweicht, während die Metallabtragung ausgeführt wird,
dann ist alles, was im Falle der Notwendigkeit der Entfernung von Abfallprodukten bei der Metallbearbeitung aus dem Raum zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück oder

OQ ^zur Beseitigung eines Kurzschlusses getan wird, die Werkzeugelektrode auf- und abzubewegen, so daß eine wirksame Pumpwirkung dann nicht erwartet werden kann, wenn ein großes Loch ausgebildet wird.

oc Es ist daher ein Hauptzweck der vorliegenden Erfindung,

ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Wellenform der elektrischen Entladung zwischen einer Werk-

zeugelektrode und einem Werkstück bei der Funkenerosion anzugeben, bei dem ermittelt wird, ob sie normal oder abnorm ist, und die Werkzeugelektrode auf- und abbewegt wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Starten der Auf- und Abbewegung der Werkzeugelektrode anzugeben, wenn die Werkzeugelektrode sich an ihrem tiefsten Punkt während der Metallabtragung befindet, und die Auf- und Abbewegung zu beenden, wenn die Werkzeugelektrode auf ihren tiefsten Punkt zurückgekehrt ist.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die im Patentanspruch 1, bezüglich der Vorrichtung durch die im Patentanspruch 3 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Ansprüche.

Durch die Erfindung wird es auch möglich, den Metallabtragzustand zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück zu ermitteln, woraus die Möglichkeit abgeleitet wird, die Werkzeugelektrode schnell und kontinuierlich vorzuschieben oder zurückzuziehen. Dabei wird, wenn der Vorschub oder das Zurückziehen der Werkzeugelektrode für eine gewisse Zeit oder eine gewisse Anzahl angehalten hat, die Einheitsdistanz der Werkzeugelektrodenbewegung angepaßt, um sie auf einen oberen Grenzwert einer vorbestimmten Einheitsdistanz der Werkzeugelektrodenbewegung zu steigern.

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, die Werkzeugelektrode weit zu bewegen, wenn sie in den X-, Y- und Z-Richtungen gegenüber dem Werkstück, basierend auf einem Hauptprogramm während der Metallabtragung bewegt wird, um Abfallprodukte usw. von der Metallabtragung aus dem Raum zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück zu entfernen. Dabei wird die Werkzeugelektrode vorübergehend auf

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einen vorbestimmten Punkt bewegt,-der fern vom Werkstück längs der Z-Achse gelegen ist, und die Werkzeugelektrode wird auf- und abbewegt.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen an bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht des grundsätzlichen Aufbaus ■ einer Funkenerosionsmaschine, bei der die vorliegende Erfindung angewendet werden kann;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung, wie der elektrische Entladungszustand beurteilt wird;

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 ein Beispiel eines Unterbrechungsflußdiagramms, wenn ein Rechner benutzt wird, gemäß einer Ausführungsform der -Erfindung, und

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung, wie das Werkzeug bei der Erfindung bewegt wird.

Gemäß Fig. 1 enthält die Funkenerosionsmaschine 1 einen kastenartigen Sockel 3, einen XY-Kreuzsupport 5, der auf dem Sockel 3 montiert ist, eine aufrechtstehende hohle Säule 7, die an der Rückseite des Sockels 3 montiert ist, und einen Werkzeugkopf 9, der an der hohlen Säule 7 vertikal beweglich angeordnet ist. Der XY-Kreuzsupport 5 enthält einen in der Y-Achse beweglichen Tisch 13, der von einem Führungstisch 11 auf der Oberseite des Sockels in Y-Richtung freibeweglich geführt ist, und einen Tisch 15, der auf dem Tisch 13 in X-Richtung freibeweglich ge-

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führt ist. Die Details sind in der Zeichnung nicht gezeigt, aber der Tisch 13 wird in Y-Richtung durch einen Y-Achsen-Servomotor 17 bewegt, der auf dem Führungstisch 11 befestigt ist, während der Tisch 15 in X-Richtung durch einen X-Achsen-Servomotor 19 bewegt wird, der auf dem Tisch 13 montiert ist. Auf dem Tisch 15 ist ein Tank 21 angebracht, in welchem sich ein Werkstückhalter 23 befindet, der ein Werkstück W spannt.

Der Werkzeugkopf 9 wird durch einen Servomotor 25 auf- und abbewegt, der im oberen Teil der Säule 7 angeordnet ist. Er trägt eine Werkzeugelektrode 27 für die Materialabtragung am Werkstück W mittels Funkenerosion, das austauschbar an dem Werkzeugkopf 9 angebracht ist.

Bei dem dargestellten Aufbau werden die Werkzeugelektrode 27 und das Werkstück W in dichtem Abstand zueinander gehalten und eine Funkenerosionsbehandlung des Werkstücks W wird durch elektrische Entladungen ausgeführt, die zwisehen ihnen stattfinden. Dabei wird das Werkstück notwendigerweise in den X- und Y-Richtungen gesteuert bewegt. Außerdem wird die Werkzeugelektrode 27 in Z-Richtung bewegt. Man erkennt, daß selbst unter Verwendung einer Elektrode einfacher Gestalt es möglich ist, mit Funkenerosion Material unter Zurücklassung komplizierter dreidimensionaler Formen abzutragen.

Dabei wird ein sehr schmaler Arbeitsspalt 29 zwischen der Werkzeugelektrode 27 und dem Werkstück W mit Hilfe einer Anordnung aufrechterhalten, die nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert werden soll. An beiden Enden der Werkzeugelektrode 27 und des Werkstücks W ist eine Stromversorgungsquelle 31 angeschlossen, wobei ein Strombegrenzungswiderstand 33 und ein Transistor 35 in Serie geschaltet sind. Außerdem ist an den beiden Enden von Werkzeugelektrode 27 und Werkstück W ein Detektorwiderstand 37 zu dem Zweck angeschlossen, die Spannung zwischen

'· /οι der Werkzeugelektrode 27 und dem Werkstück W zu messen.

Eine geeignete Spannung erhält man mit Hilfe dieses Widerstandes 37 durch Spannungsteilung. Die abgegriffene Spannung wird dem Eingang eines Entladungsbedingungs-Beurteilungskreises 39 zugeführt, der den Zustand der elektrischen Entladungen beurteilt. Weiterhin ist mit dem Transistor 35 ein Impulsgenerator 41 verbunden, der das Ein- und Ausschalten des Transistors 35 steuert.

Wenn bei dem beschriebenen Aufbau ein Impulsstrom von dem Impulsgenerator 41 dem Transistor 35 zugeführt wird, dann wird dieser entsprechend dem Impuls leitfähig, ein Stromfluß findet statt und eine elektrische Entladung tritt in dem Entladungsspalt 29 zwischen der Werkzeugelektrode 27 und dem Werkstück W auf. Die Entladungsspannungsform in dem Entladungsspalt 29 wird durch den Beurteilungskreis 39 ermittelt und der Zustand der elektrischen Entladung beurteilt. Wie noch weiter unten detailliert erläutert wird, erlaubt der Beurteilungskreis die Unterscheidung von vier Zuständen: keine elektrische Entladung, anomale elektrische Entladung, normale elektrische Entladung und verunreinigter Zustand. Bei dieser Ausführungsform wird der Ausgang des Beurteilungskreises 39 ausgenutzt, wenn eine anomale Entladung oder ein verschmutzter Zustand in dem Entladungsspalt 29 auftritt.

Wie Fig. 2 zeigt sind die Ausgänge von Beurteilungskreis 39 und Impulsgenerator 41 mit einem Steuerkreis 43 für die Auf- und Abbewegung der Elektrode verbunden, der ein Signal abgibt, das die Werkzeugelektrode 27 in die Aufwärts- und Abwärtsbewegung zwingt. Der Ausgang dieses Steuerkreises 43 ist mit einem Elektrodensteuerkreis 45 verbunden, der den Servomotor 25 ansteuert, um die Werkzeugelektrode 27 auf- und abzubewegen.

Der Steuerkreis 43 enthält im wesentlichen eine ODER-Schaltung 47, einen Zähler 49, einen Komparator 51, eine

UND-Schaltung 53 und einen Voreinstellzähler 55.

Genauer gesagt, wenn ein anomaler Entladungszustand in dem Arbeitsspalt 29 auftritt, d.h., wenn der Isolationszustand zwischen den Elektroden nicht normal ist, dann wird ein Impuls 39a, der einen anomalen Entladungszustand angibt, abgegeben. Wenn ein verunreinigter Zustand im Arbeitsspalt 29 herrscht, dann wird ein Impuls 39b abgegeben, der diesen Zustand anzeigt. Diese Impulse werden von dem Beurteilungskreis 39 den zwei Eingängen der ODER-Schaltung 47 zugeführt. Der Ausgang dieser ODER-Schaltung 47 ist mit dem Zähler 49 verbunden, dessen Ausgang mit einem der Eingänge des !Comparators 51 verbunden ist. Der Zähler 49 zählt die Anzahl der Eingaben von der ODER-Schaltung 47 und gibt das kumulative Gesamtergebnis A an den Komparator 51. Der Komparator 51 vergleicht den Zählwert A mit einem Voreinstellwert B, der von einem weiteren Eingangsanschluß vorgegeben war. Wenn A^B, wird ein Impulssignal ausgegeben. Dieses Impulssignal ist dem einen Eingangsanschluß der UND-Schaltung 53 zugeführt. Deren anderer Eingangsanschluß ist mit dem Ausgang des Voreinstellzählers 55 verbunden. Der Eingang des Voreinstellzählers 55 ist mit dem Ausgang des Impulsgenerators 41 verbunden. Wenn die angesammelte Zahl von Impulseingaben vom Impulsgenerator 41 den Voreinstellwert C des Voreinstellzählers 55 erreicht, dann wird ein Impulssignal an die UND-Schaltung 53 abgegeben. Der Ausgang des Impulsgenerators 41 ist außerdem mit der Basis des Transistors 35 verbunden. Der Ausgang der UND-Schaltung 53 ist mit dem Elektrodensteuerkreis 45 verbunden.

Dieser Kreis treibt den Servomotor 25.

Außerdem ist der Ausgang des Voreinstellzählers 55 mit einem Verzögerungskreis 57 verbunden. Dessen Ausgang ist mit dem Zähler 49 verbunden und mit dem Rücksetzeingang des Voreinstellzählers 55.

Wenn in dem obenbeschriebenen Aufbau ein Stromimpuls von

dem Impulsgenerator 51 zum Transistor 35 gelangt, dann geht dieser, wie Fig. 3(a) zeigt, in den Leit- oder Sperrzustand. Wenn der Transistor 35 in den Leit- oder Sperrzustand geht, dann synchronisiert der Arbeitsspalt*"29 zwischen der Werkzeugelektrode 27 und dem Werkstück W mit dem Leit/Sperrbetrieb des Transistors 35 und eine Elektrodenentladung findet statt mit einer oder mehreren möglichen Spannungswellenformen, abhängig vom Zustand zwischen den Elektroden, wie in Fig. 3(b) gezeigt.

Der Entladungszustandsbeurteilungskreis 39 vergleicht den Spannungspegel E.. an der Vorderflanke des an die Elektroden angelegten Impulses und den Spannungspegel E_? bei Erregung eines Detektorimpulses zu einem um t gegenüber der Vorderflanke verzögerten Zeitpunkt mit den zwei Bezugsspannungspegeln V. und Vp und unterscheidet auf diese Weise, wie in den Figuren 3(d) bis (g) gezeigt, unter vier Zuständen: kein Impuls, anomaler Impuls, normaler Impuls und verunreinigter Zustand.

Speziell wenn der Spannungspegel E. an der Vorderflanke des zwischen die Elektroden gelegten Impulses größer als der Bezugsspannungspegel V₁ ist und wenn außerdem der Spannungspegel Ep kleiner als der Bezugsspannungspegel Vp ist, dann wird die Entladung als normal beurteilt. Wenn der Spannungspegel E.. an der Vorderflanke des genannten zugeführten Spannungsimpulses und auch der genannte Spannungspegel Ep kleiner als der Bezugsspannungspegel Vp sind, dann bedeutet dies, daß die Isolation im Spalt zwisehen den Elektroden, d.h. zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück, abgenommen hat, und dieser Zustand der Entladung wird als anomal beurteilt. Wenn der Spannungspegel E.. an der Vorderflanke des genannten Impulses und der Spannungspegel E₂ größer als die Bezugsspannung V₁ sind, dann ist der Spalt zwischen den Elektroden zu groß und es wird geurteilt, daß keine Entladung stattfindet. Wenn der Spannungspegel E₁ an der Vorderflanke des Impul-

• /13.

ses eine Größe zwischen V. und Vp hat, dann herrscht keine ausreichende Isolation zwischen den Elektroden und es wird auf einen verunreinigten Zustand aufgrund von Abfällen der Metallabtragung im Spalt zwischen den Elektroden geurteilt.

Wenn ein anomaler Impulszustand oder ein verunreinigter Zustand herrscht, dann sind Abfallprodukte im Spalt zwischen den Elektroden vorhanden, die zur Folge haben, daß die Isolation unzureichend ist, so daß es notwendig ist, die Abfallprodukte zu entfernen.

Wenn daher der Entladungszustandsbeurteilungskreis 39 eine Wellenform ermittelt, die eine anomale Entladung oder einen verunreinigten Zustand anzeigt, dann werden Ausgangsimpulse 39a und 39b zu der ODER-Schaltung 47 abgegeben und alle Impulse beider Arten werden von der ODER-Schaltung 47 dem Zähler 49 zugeführt und die Anzahl dieser Impulse wird dort gezählt. Der angesammelte Zählwert A wird vom Zähler 49 an den Komparator 51 gegeben. Im Komparator 51 wird der angesammelte Zählwert A mit dem Voreinstellwert von B verglichen. Wenn A>B, dann wird vom Komparator 51 ein Impulssignal an die UND-Schaltung 53 gegeben.

In der Zwischenzeit, wenn die Anzahl der Impulse vom Impulsgenerator den Zählwert C erreicht, der im Voreinstellzähler 55 voreingestellt ist, dann wird ein Impulssignal vom Voreinstellzähler 55 der UND-Schaltung 53 zugeführt. Gleichzeitig wird ein Impulssignal, das den Zähler 49 und den Voreinstellzähler 55 rücksetzt, über den Verzögerungskreis 57 zugeführt. Wenn daher die Gesamtzahl der anomalen Entladungszustand und. verunreinigten Zustand anzeigenden Impulse einen festen Wert innerhalb einer gewissen Zeit erreicht, dann gelangen Impulseingänge zu beiden Eingangsanschlüssen der UND-Schaltung 53 und es wird von dieser ein Ausgangsimpulssignal zu dem Elektrodensteuerkreis 45 gegeben. Dieser steuert wiederum den Servo-

'•/id-

motor 25, der bewirkt, daß die Werkzeugelektrode 27 sich um einen geeigneten Betrag auf- und abbewegt. Dies ruft eine Pumpwirkung zwischen der Werkzeugelektrode 27 und dem Werkstück W hervor, die Abfallprodukte aus dem Arbeitsspalt 29 entfernt und es ermöglicht, daß eine normale Entladung wieder auftritt.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Diese entspricht im wesentlichen jener nach Fig. 2 mit dem Zusatz eines Arbeitsspaltdetektorkreises 59 und eines Werkzeugelektrodeneinstellkreises 61, der die Position des Endes der Auf- und Abbewegung der Werkzeugelektrode 27 auf den tiefsten Punkt einstellt, der in dem Funkenerosionsprozeß erreicht wird.

Der Arbeitsspaltdetektorkreis 59 weist einen Widerstand 63, einen Kondensator 65 und einen Komparator 67 auf, der eine Spannung V- mit einer Voreinstellspannung V_Q vergleicht, die zu dem Zeitpunkt herrscht, wenn der Arbeitsspalt 29 minimal ist. Die Spannung V, wird durch Mittelwertbildung der Spannung erzeugt, die durch Spannungsteilung mit dem Widerstand 37 erhalten wird, wobei die Mittelwertbildung durch den Widerstand 63 und den Kondensator 65 erhalten wird. Wenn die zwei miteinander verglichenen Spannungen gleich sind, dann gibt der Komparator 67 ein Impulssignal ab. Der Ausgang des Komparators 67 ist mit einem der Eingänge der UND-Schaltung 69 verbunden. Der Ausgang der UND-Schaltung 53 ist mit dem anderen Eingang dieser UND-Schaltung 69 verbunden. Der Ausgang dieser UND-Schaltung 69 ist mit dem Elektrodensteuerkreis 45 verbunden.

Mit dem obenbeschriebenen Aufbau beginnt die Auf- und Abbewegung der Werkzeugelektrode 27, wenn diese während des Materialabtragungsprozesses an ihrem tiefsten Punkt ist. Dies bedeutet, daß der Pumpeffekt, der durch die Auf- und Abbewegung der Elektrode 27 erzeugt wird, groß ist. Dementsprechend wird der Arbeitsspalt 29 schnell gereinigt.

Der Werkzeugelektrodeneinstellkreis 61 hat eine lineare Skala 71, die die augenblickliche Stellung der Werkzeugelektrode 27 ermittelt, einen Spitzenhaltekreis 73, der 'die tiefste Stellung der Werkzeugelektrode 27 in einem Speicher unter den Positionsdetektorsignalen von der linearen Skala 71 während des Funkenerosionsprozesses speichert, und einen Komparator 75, der den Eingangswert des Spitzenhaltekreises 73 mit dem Eingangswert von der linearen Skala 71, der die augenblickliche Position der Werkzeugelektrode 27 angibt, miteinander vergleicht. Wenn die zwei Werte miteinander übereinstimmen, dann gibt der Komparator 75 ein Stoppsignal an den Elektrodensteuerkreis 45 ab. Dies bedeutet, daß mit diesem Aufbau die Auf- und Abbewegung der Werkzeugelektrode 27 zur Erzeugung einer Pumpwirkung am tiefsten Punkt, der während der Materialabtragung erreicht wird, angehalten wird. Dies stellt sicher, daß der von der Auf- und Abbewegung der Werkzeugelektrode 27 erzeugte Pumpeffekt groß ist, so daß der Arbeitsspalt 29 sehr schnell gereinigt wird, und gleichzeitig ist es einfach, die nachfolgende elektrische Entladung für die Materialabtragung wiederzubeginnen.

Wenn, wie oben erwähnt, der Arbeitsspalt 29 zwischen der Werkzeugelektrode 27 und dem Werkstück W durch Abfallmaterial von der Materialabtragung verunreinigt ist, dann kann der Arbeitsspalt 29 durch die Auf- und Abbewegung der Werkzeugelektrode gegenüber dem Werkstück W gereinigt werden. Nachdem der Arbeitsspalt 29 auf diese Weise gereinigt worden ist, wird der Funkenerosionsvorgang wieder in Betrieb gesetzt. Durch allmähliches Vorschieben der Werkzeugelektrode 27 in Richtung des Werkstückes W wird die Funkenerosion ausgeführt. Damit jedoch die Funkenerosion wirksam ausgeführt wird, ist es notwendig, daß die Werkzeugelektrode 27 so geregelt wird, daß sie die verschiedenartigsten Verrichtungen, wie Vorschieben, Anhalten und Zurückziehen entsprechend dem elektrischen Entladungszustand im Arbeitsspalt 29 ausführt. Wenn in diesem Falle

die Vorschub- oder Rückziehbewegung der Werkzeugelektrode 27 über eine gewisse Zeit oder eine gewisse Anzahl fortgesetzt wird, wenn die Einheitsdistanz, um die die Werkzeugelektrode 27 'durch jeden, von dem Rechnersteuergerät zugeführten Befehl unverändert bleibt, dann wird es schwierig, die Elektrode schnell zu bewegen.

Bei dieser Ausführungsform ist daher eine Einrichtung vorgesehen, die, wenn Vorschub- oder Rückziehbefehle für die Werkzeugelektrode 27 anhalten, die Einheitsdistanz, um die sich die Elektrode 27 bewegt, innerhalb einer vorgegebenen Grenze vergrößert, um die Werkzeugelektrode 27 schnell zu bewegen.

Spezieller gesagt, wenn die Funkenerosionsmaschine durch einen Rechner gesteuert wird und Unterbrechungen im Hauptprogramm auftreten und ein Bewegungsbefehlsberechnungsprogramm in regelmäßigem Zyklus begonnen wird, dann verläuft der Vorgang gemäß dem Flußdiagramm nach Fig. 5.

Im Schritt S1 wird, basierend auf dem Ergebnis des unmittelbar zuvor ermittelten Erosionszustandes, beurteilt, ob der nächste Befehl ein Vorschub-, Stopp- oder Rückziehbefehl ist.

Wenn beurteilt ist, daß der nächste Schritt ein Vorschub sein soll, dann wird im Schritt S2 untersucht, ob der vorangehende Bewegungsbefehl ein Vorschub- oder Rückziehbefehl war. Wenn er kein Vorschubbefehl war (entweder ein Stopp- oder Rückziehbefehl war), dann ist der laufende Vorschub keine Fortsetzung, so daß die Zahl des Zählers CF, der fortgesetzte Vorschübe zählt, gelöscht wird und die Einheitsdistanz ΔΧ auf den Anfangswert ^kX_Q gesetzt wird.

Wenn der vorangehende Bewegungsbefehl ein Vorschubbefehl war, dann wird im Schritt S3 untersucht, ob die Zahl im Zähler CF den eingestellten Wert CF erreicht hat. Wenn

ΠΙ α. Χ

der Zähler CF den eingestellten Wert CF nicht erreicht

lUcLX

hat, dann wird der Zählerstand im Zähler CF um 1 erhöht und die Einheitsdistanz ΔΧ wird nicht geändert. Wenn der Zähler CF den voreingestellten Wer't CF erreicht hat, dann wird entschieden, daß die Vorschubbefehle für die vorgegebene Zeit angehalten haben.

In diesem Falle wird im Schritt Sk untersucht, ob oder ob nicht die Einheitsdistanz ΔΧ ihren Maximalwert ΔΧ er-

ITIcIX reicht hat. Wenn der Maximalwert ΔΧ erreicht worden ist, dann wird die Einheitsdistanz nicht gesteigert. Wenn der Maximalwert ΔΧ nicht erreicht worden ist, dann wird im Schritt S5 die Einheitsdistanz ΔΧ um den vorgegebenen Wert Δχ vergrößert.

Im Schritt S6 wird ein Befehl für den Vorschub um die Einheitsdistanz ΔΧ ausgegeben.

Im Schritt S7 wird ein Kennzeichen gesetzt, das die Richtung des vorangehenden Bewegungsbefehls angibt.

Wenn im Schritt S1 beurteilt wird, daß der nächste Befehl ein Stoppbefehl sein soll, dann wird im Schritt S8 das Kennzeichen, das die Richtung der vorangehenden Bewegung angibt, auf "Stopp" gesetzt.

Wenn im Schritt S1 beurteilt wird, daß der nächste Befehl ein Rückziehbefehl sein soll, dann fährt der Vorgang in analoger Weise zum Fall des Vorschubes fort. Dies bedeutet, es wird untersucht, ob der vorangehende Bewegungsbefehl ein solcher für einen Vorschub oder eine Zurückziehung war. Wenn er kein Zurückziehbefehl war, dann wird die Zahl im Zähler CB, der die fortgesetzten Zurückziehungen zählt, gelöscht, und die Einheitsdistanz ΔΧ wird auf den Anfangswert ΔΧ₀ gesetzt. Wenn der vorangehende Bewegungsbefehl ein solcher für Rückziehen war, dann wird untersucht, ob oder ob nicht die Zahl im Zähler CB den voreingestellten

Wert CB_max erreicht hat. Wenn der Zähler CB den vorgegebenen Wert CB erreicht hat, dann wird die Einheitsdistanz um den vorgegebenen Wert 4x vergrößert. Wenn andererseits die Einheitsdistanz ÄX den Maximalwert ÄX_m erreicht

IUaX hat, dann wird er nicht erhöht. Wenn der Zähler CB nicht den vorgegebenen Wert CB_m„ erreicht hat, dann wird der

ITl α. Χ

Zähler CB um 1 erhöht und die Einheitsdistanz ΔΧ wird nicht verändert. Als nächstes wird ein Befehl für ein Zurückziehen um die Einheitsdistanz ΛΧ ausgegeben und das Kennzeichen, das die Bewegungsrichtung anzeigt, wird auf "Zurückziehen" gesetzt.

Wenn der Arbeitszustand im Arbeisspalt daher normal ist, dann ist die Einheitsdistanz klein, während, wenn der Arbeitszustand anomal ist, es möglich ist, beispielsweise durch Fortsetzung der Rückziehbefehle, die Bewegung der Werkzeugelektrode so zu steuern, daß sie um eine große Distanz bewegt wird. Wenn daher ein anomaler Zustand, wie beispielsweise ein Kurzschluß während der Funkenerosion auftritt, dann kann dieser anomale Zustand durch schnelle Vergrößerung der Bewegungsgeschwindigkeit der Werkzeugelektrode beseitigt werden.

Wenn, wie in Fig. 6 dargestellt, eine komplizierte Gestalt durch Funkenerosion auszubilden ist, indem die Werkzeugelektrode 27 einfacher Gestalt, die in der Funkenerosionsmaschine installiert ist, in X-, Y- und Z-Richtungen gegenüber dem Werkstück W bewegt wird, dann wird die Position der Werkzeugelektrode 27 durch einen Rechner gesteuert. Der Bewegungsweg der Werkzeugelektrode 27 und die anderen Bedingungen sind im voraus gespeichert, und zusätzlich wird eine Zielposition, genannt "Weglaufpunkt" voreingestellt. Ohne Rücksicht, wo die Werkzeugelektrode 27 steht, kann sie schnell zu oder von dem Weglaufpunkt mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bewegt werden, entweder längs einer geraden Linie im Raum oder durch unabhängige Bewegungen in den drei Koordinatenrichtungen.

Befehle für eine Umlaufbewegung der Werkzeugelektrode 27 zu oder von dem Weglaufpunkt können beispielsweise in festen Intervallen vorgegeben werden. Auch die Vor- und Zurückbewegung der Werkzeugelektrode kann automatisch auf der Grundlage des Ergebnisses der Ermittlung des Zustandes der elektrischen Entladung im Arbeitsspalt zwischen der Werkzeugelektrode 27 und dem Werkstück W getriggert werden, wodurch die Maschinenleistung vergrößert wird.

Bei dieser Ausführungsform sind die Programmkoordinaten mit X, Y und Z bezeichnet und der Weglaufpunkt ist auf den Punkt P (0, 0, Z.) auf der Z-Achse eingestellt. Wenn der Funkenerosionsvorgang fortschreitet und die Richtung der Vor- und Zurückbewegung der Werkzeugelektrode 27 sich ändert, dann wird die Position des Weglaufpunktes im Programm geändert.

Ebenso geschieht es in Abhängigkeit von der Gestalt, auf die das Werkstück W zu bearbeiten ist manchmal, daß ein Hindernis zwischen der Werkzeugelektrode 27 und dem Weglaufpunkt liegt. Wenn in diesem Falle die Vor- und Zurückbewegung der Werkzeugelektrode 27 durch einen Befehl begonnen wird, dann zieht es sich längs ihres Weges um eine Distanz zurück, die in dem Programm vorgegeben ist und läuft dann zu und von dem Weglaufpunkt. In diesem Falle wird eine Kollision zwischen der Werkzeugelektrode 27 und dem Hindernis vermieden.

Mit anderen Worten, wenn eine Funkenerosion in einer komplizierten Gestalt durch Bewegung der Werkzeugelektrode 27 in den X-, Y- und Z-Richtungen gegenüber dem Werkstück W ausgeführt wird und ein Befehl gegeben wird, um die Werkzeugelektrode 27 zurück- und vorzubewegen, dann bewegt sich die Werkzeugelektrode 27 zu und von einem Weglaufpunkt, der von dem Werkstück W einen Abstand hat. Dementsprechend bewegt sich die Werkzeugelektrode 27 um eine beachtliche Distanz und bewirkt eine bemerkenswerte Rühr-

1 bewegung im dielektrischen Fluid, die Abfallprodukte von der Materialabtragung aus dem Arbeitsspalt entfernt. Dementsprechend ist die Wahrscheinlichkeit, daß anomale elektrische Entladungen zwischen der Werkzeugelektrode und dem

5 Werkstück auftreten, gering, was die Maschinenleistung steigert.

- Leeseite -

Claims

GRÜNECKER, KiNKELDEY, STOCKMAIR & PARTNER PATENTANWÄLTE EUROPEAN ΡΛΤΕΝΤ ATlOBNFVS A. GRUNECKER d«l ini, DR. H KINKELDEY. oipl .ng DR W STOCKMAIR, DiPi ing »et iCAi DR K SCHUMANN, oipi. Pms P. H. JAKOB. Din inc DR. G BEZOLD. dif>i chem W MEISTER Diet ing H. HILGERS-oipi ing DR H-MEYER-PLATH. DiPL ing DR M. BOTT-BODENHAJSEN.'oipi DR. U. KINKELDEY. dipl biol *UCENCl£ EN DROlT DE L. UNlV DE GFNgVE 80OO MÜNCHEN 22 MAXIMILIANSTRASSE 58 P 19 745-514/to Amada Company, Limited 200 Ishida, Isehara-shi, Kanagawa-ken, Japan Verfahren und Vorrichtung zum Regeln der Werkzeugelektrode in einer Funkenerosionsmaschine Patentansprüche

1. Verfahren zum Regeln der Bewegung der Werkzeugelektrode in einer Funkenerosionsmaschine, dadurch gekennzeichnet , daß die Charakteristik der Wellenform der Entladung zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück ermittelt und, daraus abgeleitet, die Werkzeugelektrode angehoben oder abgesenkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Auf- und Abbewegung der Werkzeugelektrode beginnt, wenn die Elektrode während der Funkenerosion an ihrem tiefsten Punkt angekommen ist, und endet, wenn die Elektrode zu dem genannten tiefsten Punkt zurückkehrt.

3. Werkzeugelektroden-Steuereinrichtung in einer Funkenerosionsmaschine, gekennzeichnet durch:

a) einen Beurteilungskreis (39) zum Beurteilen des Zu-Standes der elektrischen Entladung zwischen einer Werkzeugelektrode (27) und einem Werkstück(W) aus der Wellenform der elektrischen Entladung zwischen der Werkzeugelektrode (27) und dem Werkstück (W) in der Funkenerosionsmaschine (1), wobei der Beurteilungskreis (39) ein Impulssignal ausgibt, das anzeigt, daß die Wellenform der elektrischen Entladung zwischen der Werkzeugelektrode (27) und dem Werkstück (W) anomal ist,

b) einen Steuerkreis (43) für die Auf- und Abbewegung der Elektrode (27), der ein Impulsbefehlssignal abgibt, das die Elektrode in eine Auf- und Abbewegung zwingt, wenn die Anzahl der anomalen elektrischen Entladungswellenformen einen vorbestimmten Wert erreicht,

c) einen Elektrodensteuerkreis (45), der die Impulssignale von dem Befehlskreis (43) empfängt und die Auf- und Abbewegung der Werkzeugelektrode (27) bewirkt.

4. Funkenerosionsmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß ein Arbeitsspaltdetektorkreis (59) vorgesehen ist, der ermittelt, daß die Werkzeugelektrode (27) ihren tiefsten Arbeitspunkt erreicht hat, so daß der Spalt (29) zwischen der Werkzeugelektrode (27) und dem Werkstück (W) minimal ist und der den Elektrodensteuerkreis (45) ansteuert, der die Auf- und Abbewegung der Werkzeugelektrode (27) auf der Grundlage des Ausgangs des Arbeitsspaltdetektorkreises (59) und des Befehlskreises (43) für die Auf- und Abbewegung der Elektrode (27) steuert, und daß ein Spitzenhaltekreis (73) vorgesehen ist, der die tiefste Position der Werkzeugelektrode (27) zu Beginn des Funkenerosionsvorgangs ermittelt und diesen in

einem Speicher speichert.

5 - Verfahren zum Steuern der Bewegung der Werkzeugelektrode in einer Funkenerosionsmaschine, dadurch g e kennzeichnet, daß der Zustand der elektrischen Entladung zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück in festen Zeitintervallen ermittelt, daß auf der Grundlage der Ermittlungsergebnisse die Werkzeugelektrode um eine Einheitsdistanz vorgeschoben oder zurückgezogen oder alternativ stillgehalten wird, daß, wenn der Vorschub oder das Zurückziehen für eine gewisse Zeit oder eine gewisse Anzahl fortgeführt worden ist, die Einheitsdistanz, um die die Werkzeugelektrode jedesmal bewegt wird, bis auf einen Grenzwert der Einheitsdistanz gesteigert und dann die Werkzeugelektrode bewegt wird.

6. Verfahren zum Steuern der Bewegung der Werkzeugelektrode in einer Funkenerosionsmaschine, dadurch gekennzeichnet , daß, wenn die Werkzeugelektrode in der Maschine in den X-, Y- und Z-Richtungen gegenüber dem Werkstück während der Funkenerosion bewegt wird, basierend auf dem Ergebnis der Ermittlung des Zustandes der Entladung zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück, oder, alternativ, nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit, die Werkzeugelektrode zu einem festen Punkt in der Z-Achse bewegt und zeitweilig von dem Werkstück ferngehalten wird, bevor die Elektrode um eine vorgegebene Distanz hin- und herbewegt wird.

7- Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der feste Punkt auf der Z-Achse variabel gemacht ist.