DE3536864C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Funkenerosions-Bedingungen auf einer Maschine zum Funkenerodieren eines Werkstückes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vor­ richtung zum Steuern einer Maschine zum funkenerosiven Drahtschneiden bei welchem die gegenseitige Verschiebungs- Geschwindigkeit zwischen Werkstück und Führungen gesteuert und in der Arbeitszone zwischen den Elektroden ein Hilfs­ magnetfeld mit einer senkrecht zum Draht und senkrecht zur Verschiebungs-Richtung orientierten Komponenten erzeugt wird.

Auf Maschinen zum Funkenerodieren sind die zur Ausfüh­ rung eines bestimmten Schnittes notwendigen Relativbe­ wegungen zwischen den Führungen und dem Werkstück im allgemeinen durch eine digitale Steueranlage gesteuert.

Derzeit ist die Geschwindigkeit dieser Bewegungen so geregelt, daß in der zwischen den Elektroden befindli­ chen Arbeitszone bestimmte Bedingungen für die Funken­ erosion eingehalten werden.

Eines der bei der Elektroerosion üblicherweise ange­ wandten Mittel zur Verhinderung einer Störung an der Funkenerosionsarbeit, beispielsweise durch Kurzschlüs­ se, besteht darin, die Elektroden rasch auseinanderzu­ rücken. Bei einer Senkbearbeitung kann eine solche Rückzugsbewegung äußerst schnell durchgeführt werden, da die Bearbeitungselektrode starr mit ihrem Fortbewe­ gungsmechanismus verbunden ist. Beim Schneiden mittels eines Draht es hingegen fehlt eine solche starre Verbin­ dung, da der Draht zwischen seinen Führungen biegbar und während der Bearbeitung transversalen Kräften aus­ gesetzt ist. In der Tat hängt die Lage des Drahtes be­ züglich einer seine Führungen verbindenden Geraden von einem Gleichgewicht zwischen abstoßenden Kräften, be­ dingt durch Entladungen, elektromagnetischen sowie elektrostatischen Kräften, die von dem Bearbeitungs­ strom bzw. der Bearbeitungsspannung hervorgerufen sind, und einer Rückzugskraft, die durch die mechanische Spannung bewirkt wird, die die Führungen auf den Draht ausüben, ab.

Wenn ein Kurzschluß auftritt, gibt es keine Entladungen mehr, und die abstoßenden Kräfte verschwinden, während anziehende Kräfte noch bestehen und zur Folge haben, daß der Draht gegen das Werkstück gezogen wird, was die Neigung zu Kurzschlüssen noch erhöht, so daß eine uner­ wünschte Instabilität entsteht. Es ist also eine Anordnung erwünscht, die es gestattet, eine Kraft auf einen Draht auszuüben, die schnell und wahlweise in Vorschubrichtung und umgekehrt dazu wirkt.

Die Schrift JP-55-164 425 A schlägt vor, mittels eines mit Wechselstrom betriebenen Elektromagneten ein Magnetfeld mit zur Richtung des Drahtes sowie zu seiner Vorschub­ richtung senkrechten Komponente zu erzeugen, um eine Ver­ breiterung des Arbeitsspaltes zu bewirken. Diese Anordnung verlangt den Anschluß eines in der Regel sperrigen Elektro­ magneten an das Werkstück, und das verwendete Wechselfeld eignet sich schlecht, um den Schneid-Draht wahlweise na-her an die zu erodierende Fläche zu bringen oder von dieser zu entfernen.

In der CH-PS 476 544 wird eine Rückzugsbewegung der Drahtführungen vorgeschlagen, sobald ein Kurzschluß entstanden ist, um damit eine Rückwärtsbewegung des Drahtes zu erreichen. Um jedoch den Draht effektiv vom Werkstück zu entfernen, muß die Rückzugbewegung der Führungen groß genug sein, um eine Rückzugskraft aus zu­ üben, die größer ist als die anziehenden Kräfte. Der Rückzug des Drahtes tritt daher erst nach einer nicht unwesentlichen Verzögerungszeit auf, welche die Wirk­ samkeit des Rückzugs mittels der Führungen in Frage stellt und es nicht erlaubt, die Funkenerosions-Bedin­ gungen rasch zu korrigieren.

Um das Fluchten des Drahtes zwischen seinen Führungen zu verbessern, wird in der DE-AS 25 02 288 vorgeschla­ gen, die auf den Draht ausgeübten anziehenden Kräfte zu verstärken, indem zusätzlich zu dem für die Funkenero­ sion notwendigen Strom ein Hilfsstrom durch den Draht geführt. Die damit erzielte elektromagnetische Wirkung auf den Draht wirkt jedoch nur in einer einzigen Rich­ tung, ohne Möglichkeit die auf den Draht ausgeübte Kraft umzukehren, da diese von einem induzierten Spie­ gelfeld abhängt, dessen Orientierung gleichzeitig mit dem Hilfsstrom seine Richtung ändert. Eine durch Ver­ ringerung des Hilfsstromes bewirkte Verkleinerung des Feldes wird nur dann einen Rückzug des Drahtes, d. h. sein Entfernen von der Bearbeitungsfläche, bewirken, wenn noch abstoßende Kräfte vorhanden sind, die durch die Entladungen bewirkt werden. Wenn hingegen ein völ­ liger Kurzschluß besteht, ist es nicht mehr möglich den Draht vom Werkstück zu entfernen, ohne die Führungen zu bewegen, und letzteres ist - wie weiter oben erläutert wurde - langsam.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei denen im Falle eines Kurzschlusses eine extrem schnelle Rückzugbewegung des Draht es unabhängig von der Bewegung seiner Führungen ermöglicht ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ein Ver­ fahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Pa­ tentanspruches 1 bzw. 5 vor.

Die Erfindung gestattet es, die Richtung des magneti­ schen Feldes in Abhängigkeit der Stromrichtung im Draht so zu wählen, daß auf den Draht entweder eine abstoßen­ de Kraft ausgeübt wird, wenn ein Kurzschluß entsteht, oder eine anziehende Kraft ausgeübt wird, wenn der Draht zu weit vom Werkstück entfernt ist. Diese Korrek­ turen werden rein elektromagnetisch, d. h. äußerst rasch, erzeugt, und zwar von jeglicher Bewegung der Führungen, so daß optimale Arbeitsbedingungen eingehal­ ten werden können.

Im folgenden soll die Erfindung durch Beschreibung ei­ ner Ausführungsform und mit Hilfe der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch die Ar­ beitszone, senkrecht zum Draht, und

Fig. 2 eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Fig. 1 zeigt in einer zu einem Draht 2 mit einer Mitte C senkrechten Ebene die auf diesen Draht 2 bei Anwendung der Erfindung einwirkenden Kräfte. Mit dem Draht 2 ist in einem Werkstück 1 bereits ein Schlitz mit einer Wandung 3 ausgeschnitten. Ausgehend von einer Arbeitszone 4 ist der Draht 2 abstoßenden Kräften F_R, welche im wesentlichen durch die erodierenden Ladungen und das durch diese erzeugte Gas bewirkt werden, unter­ worfen. Der Draht 2 unterliegt außerdem elektrostati­ schen Anziehungskräften F_A, welche durch die Bearbei­ tungsspannung erzeugt sind, elektromagnetischen Kräf­ ten, welche durch den Strom bedingt sind, und mechani­ schen Kräften, welche aus dem auf den Draht 2 ausgeüb­ ten Zug resultieren. Nimmt man an, daß der Strom im Draht 2 von unten nach oben, senkrecht zur Zeich­ nungsebene fließt, dann erzeugt ein Hilfsstrom I, der in der Nähe der Arbeitszone 4 von oben nach unten durch das Werkstück 1 fließt, ein Magnetfeld der Richtung H₁ und bewirkt eine Kraft F₁, welche den Draht von der Ar­ beitszone 4 wegdrängt. Umgekehrt wird mit einem Hilfs­ strom -I (in der Figur nicht gezeigt), der von unten nach oben gerichtet ist, ein Magnetfeld H₂ entgegenge­ setzter Richtung erzeugt, das auf den Draht 2 eine Kraft F₂ ausübt, welche in Richtung der Arbeitszone 4 drängt.

Es genügt also, Richtung und Intensität des Stromes im Draht 2 sowie die Richtung und die Intensität eines Hilfsstromes I, welcher das Werkstück in der Nähe der Arbeitszone 4 durchsetzt, zu regeln, um das Gleichge­ wicht der auf den Draht 2 einwirkenden Kräfte so zu verändern, daß dieser Draht in Richtung auf die Ar­ beitszone 4 oder davon weg bewegt wird. Im nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht der im Draht 2 fließende Strom ausschließlich aus dem in einer einzigen Richtung fließenden Bearbei­ tungsstrom.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung der Relativbewegungen von Draht 2 und Werk­ stück 4.

In dieser Vorrichtung werden die Bearbeitungsimpulse durch eine klassische Schaltung mit einer Stromquelle 15 und einem durch einen Oszillator 17 gesteuerten Schalter 16 erzeugt. Die Bewegungen des Werkstückes 1 in der Bearbeitungsebene werden durch einen Kreuztisch erzeugt, der durch zwei Motore 11, 12 bewegt wird, die selbst durch eine digitale Steuerschaltung 24 gesteuert werden. Ein von den Bearbeitungsströmen unabhängiges quergerichtetes Magnetfeld wird durch einen Strom er­ zeugt, der durch das Werkstück 1 in einer zum Bearbei­ tungsstrom parallelen Richtung durchsetzt. Dieser Hilfsstrom wird durch eine unabhängige Schaltung er­ zeugt, die eine in eine Wheatstonebrücke 19 montierte Stromquelle sowie zwei drehbare Kontakte 20, 21, die sich beidseitig des Werkstückes 1 in der Nähe der Ar­ beitszone 4 befinden, erzeugt. Die Stromrichtung wird durch zwei in den Ästen der Wheatstonebrücke 19 gelege­ ne Transistoren 22, 23 geregelt. Die drehbaren Kontakte 20, 21 können um eine Achse geschwenkt werden, die mit den Führungen 32, 33 fluchtet, zwischen denen der Draht 2 aufgespannt ist. Die Orientierung der Reibkontakte um diese Achse wird durch die digitale Steuerschaltung 24 gesteuert, welche so auf zwei Motore 30 und 31 wirkt, daß der durch das Werkstück 1 fließende Strom ein zur Schnittrichtung senkrechtes Magnetfeld erzeugt.

Die relative Geschwindigkeit zwischen Werkstück 1 und Führungen 32, 33 wird von einer Schaltung gesteuert, welche ihrerseits in Abhängigkeit der Bearbeitungsbe­ dingungen arbeitet. Diese Steuerung kann beispielsweise durch die Differenz zwischen der durch einen Kreis 25 abgetasteten mittleren Bearbeitungsspannung und einer durch die Referenzschaltung 26 abgegebenen Sollspannung beaufschlagt werden. Diese beiden Spannungen werden,in einem Komparator 27 verglichen, dessen Ausgangssignale der digitalen Steuerschaltung 24 zugeführt werden. Eine Korrektur des Vorschubes wird jedoch mittels einer Re­ gelschaltung 28 erst dann eingeleitet, wenn der Abso­ lutwert der Differenz zwischen den beiden Spannungen einen bestimmten Wert erreicht. Unterhalb dieser Schwelle wird die Geschwindigkeit des Vorschubes durch eine Schaltung 29 konstant gehalten, und es wird eine schnelle Korrektur der Lage des Drahtes 2 durch Ände­ rung des quergerichteten Magnetfeldes erreicht. Der Sollwert des Magnetfeldes, welcher einer verschwinden­ den Abweichung - und demnach einer verschwindenden Kor­ rektur - entspricht, wird vorzugsweise durch eine Schaltung 35 so bestimmt, daß der Draht 2 mit seinen Führungen 32, 33 fluchtet. Auf diese Weise ist es nicht nötig das Magnetfeld umzukehren, wenn die Richtung der Korrektur geändert werden muß, und dies ermöglicht es, den Draht 2 von der Arbeitszone 4 zu entfernen, indem man einfach das Magnetfeld unterhalb des Sollwertes senkt.

Man kann jedoch auch den Wert 0 als Sollwert für das Magnetfeld wählen, und ein Magnetfeld der gewünschten Polarität ausschließlich dann erzeugen, wenn ein anor­ maler Zustand korrigiert werden soll. Diese Lösung ist besonders bei der Nachbearbeitung einer vorher schon ausgeschnittenen Fläche vorteilhaft, weil in diesem Fall das Fluchten des Drahtes 2 mit seinen Führungen 32, 33 ohne Zuhilfenahme eines Hilfsmagnetfeldes er­ reicht werden kann.

Für normale Funkenerosionsbedingungen wird die Vor­ schubgeschwindigkeit durch die Schaltung 29 auf einen Wert festgelegt, der von der Dicke des Werkstückes 1, der Art der Elektroden und den Charakteristiken des Im­ pulsgenerators abhängt, und zwar derart, daß die Bear­ beitungsstromdichte auf einem konstanten Wert festge­ halten wird, was zum Erreichen eines optimalen Wir­ kungsgrades der Erosion sehr wichtig ist.

Es ist auch möglich, die Breite der Schwelle der Regel­ schaltung 28 auf 0 zu reduzieren, so daß die Vorschub­ geschwindigkeit ständig von den Funkenerosionsbedingun­ gen abhängt, und eine Korrektur durch die Wirkung des quergerichteten Magnetfeldes nur bei abnormalen Bedin­ gungen (beispielsweise Kurzschlüssen) äußerst schnell erfolgt, was für den Wirkungsgrad der Bear­ beitung sehr wichtig ist.

Claims (7)

1. Verfahren zum Steuern einer Maschine zum funkenerosiven Drahtschneiden, bei welchem die gegenseitige Verschie­ bungs-Geschwindigkeit zwischen Werkstück (1) und Füh­ rurigen (32, 33) gesteuert und in der Arbeitszone (4) zwischen den Elektroden ein Hilfsmagnetfeld mit einer senkrecht zum Draht (2) und senkrecht zur Verschiebungs- Richtung orientierten Komponenten erzeugt wird, wobei das Hilfsmagnetfeld durch einen, in der Nähe der Arbeitszone (4) durch das Werkstück (1) geleiteten elektrischen Hilfsstrom erzeugt wird, der eine zum Draht (2) parallele Komponente aufweist, und die Intensität und Richtung des Hilfsmagnetfeldes so ver­ ändert werden, daß der Draht (2) im Falle eines Kurz­ schlusses vom Werkstück (1) entfernt und bei Abnahme der Entladungsfrequenz näher an das Werkstück (1) her­ angebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsstrom in Abhängigkeit einer für die Funken­ erosions-Bedingungen charakteristischen Größe verändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenseitige Verschiebungs-Geschwindigkeit zwischen dem Werkstück (1) und den Führungen (32, 33) konstant gehalten wird, so lange die Variationen der für die Funkenerosions-Bedingungen charakteristischen Größe innerhalb eines vorgegebenen Soll-Bereiches bleiben, und daß diese Geschwindigkeit geändert wird, wenn diese Variationen den Soll-Bereich überschreiten.

4. Vorrichtung zum Steuern einer Maschine zum funken­ erosiven Drahtschneiden, mit einer numerischen Steuer­ anlage (24) für die gegenseitigen Bewegungen von Werk­ stück (1) und Führungen (32, 33) und mit Mitteln, um in der zwischen Draht (2) und Werkstück (1) liegenden Arbeitszone (4) ein veränderliches Hilfsmagnetfeld zu erzeugen, sowie mit einem Regelkreis, um die Intensität des Hilfsmagnetfeldes in Abhängigkeit von der Differenz zwischen einer für die Funkenerosions-Bedingungen charakteristischen Größe und einem Sollwert derselben zu steuern, und mit Mitteln, um einen zum Draht parallelen Hilfstrom durch einen der Arbeitszone (4) benachbarten Teil des Werkstückes (1) zu schicken.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen zweiten Regelkreis, um die gegenseitige Verschiebungs- Geschwindigkeit zwischen Werkstück (1) und Führungen (32, 33) auf einem bestimmten Wert zu halten, so lange die Variationen einer für die Funkenerosions-Bedingungen charakteristischen Größe innerhalb eines vorgegebenen Soll-Bereiches bleiben, und um diese Geschwindigkeiten zu ändern, wenn die Variationen den Soll-Bereich über­ schreiten.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch Kontaktstücke (20, 21), welche um eine im wesent­ lichen mit dem Draht (2) zusammenfallende Achse dreh­ bar und so angeordnet sind, daß sie die Ober- und die Unterseite des Werkstückes (1) in der Nähe der Arbeits­ zone (4) berühren, um den Hilfsstrom durch das Werk­ stück (1) zu schicken, sowie durch einen Steuerkreis, um die Kontaktstücke (20, 21) so zu orientieren, daß sie auf der auf der zum Draht (2) entgegengesetzten Seite der Arbeitszone (4) bleiben.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekenn­ zeichnet durch Mittel, um den Hilfsstrom in Abhängig­ keit einer für die Funkenerosions-Bedingungen charakter­ istischen Größe zu ändern.