DE3790661C2

DE3790661C2 - Vorrichtung zur Steuerung einer funkenerosiven Nachbearbeitung eines grob vorgeschnittenen Werkstücks

Info

Publication number: DE3790661C2
Application number: DE3790661A
Authority: DE
Inventors: Takuji Magara; Toshio Suzuki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-10-24
Filing date: 1987-10-23
Publication date: 1996-10-24
Anticipated expiration: 2007-10-24
Also published as: WO1988003071A1; DE3790661T1; KR880701606A; KR910008244B1; CH672607A5; US5021622A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung einer funkenerosiven Nachbearbeitung eines grob vorgeschnittenen Werkstücks mittels Drahtelektrode, wobei Werkstück und Drahtelektrode mittels einer Vorschubeinrichtung längs einer Bearbeitungsbahn mit einer bestimmten Vorschubgeschwindigkeit relativ zueinander verschoben werden.

Eine herkömmliche Funkenerosionsmaschine ist im folgenden anhand von Fig. 6 bis 8 näher beschrieben.

Fig. 6 zeigt diese Funkenerosionsmaschine in schematischer Darstellung. Darin bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine drahtförmige Elektrode, 2 ein Werkstück, 3 einen X-Schlitten zur Bewegung des Werkstückes 2 von rechts nach links in Fig. 6, 4 einen Y-Schlitten zur Bewegung des Werkstückes 2 in einer Richtung von vorne nach hinten in Fig. 6, 5 einen Servomotor zum Antrieb des X-Schlittens, 6 einen Servomotor zum Antrieb des Y-Schlittens 4, 7 einen Servorverstärker zur Zuführung eines Stroms zum Servomotor 5, 8 einen Servoverstärker zur Zuführung eines Stroms zum Servomotor 6, 9 eine Stromversorgung für die Bearbeitung zwecks Zuführung einer impulsförmigen Spannung zwischen der drahtförmigen Elektrode 1 und dem Werkstück 2, 10 einen Sensor zur Erfassung eines Durchschnittswertes der Bearbeitungsspannung, die zwischen der drahtförmigen Elektrode 1 und dem Werkstück 2 angelegt wird, und 11 eine Steuereinheit zur Steuerung der Servoverstärker 7, 8 im Einklang mit einem Signal aus dem Sensor 10 und einem vorgegebenen Bearbeitungsprogramm.

Anschließend wird die Betriebsweise beschrieben. Die Bearbeitung erfolgt durch Vorschub der drahtförmigen Elektrode 1 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit durch Anlegen der impulsförmigen Spannung zwischen der drahtförmigen Elektrode 1 und dem Werkstück 2 aus einer Stromversorgung 9 für die Bearbeitung und durch Erzeugung einer Entladung zwischen der drahtförmigen Elektrode 1 und dem Werktstück 2. In diesem Falle werden die Bewegungssteuersignale den Servoverstärkern 7, 8 im Einklang mit einem programmierten Ort zugeführt, der der Steuereinheit 11 vorab zur Verfügung gestellt wird, und die Servomotoren 5, 6 steuern jeweils den X-Schlitten 3 und den Y-Schlitten 4, um dadurch das Werkstück 2 auf eine gewünschte Form zu bearbeiten. Da sich die Bearbeitungsbedingungen häufig ändern, steuert die Steuereinheit 11 im wesentlichen im Einklang mit einer vom Sensor 10 erfaßten, zwischen den Polen (Anode und Kathode) liegenden Durchschnittsspannung den X-Schlitten 3 und den Y-Schlitten 4 mit optimaler Vorschubgeschwindigkeit, so daß das Bearbeitungsspiel zwischen der drahtförmigen Elektrode 1 und dem Werkstück 2 konstant wird. Normalerweise ist es möglich, eine ausreichende Genauigkeit der Geometrie und der Oberflächenrauhigkeit zu erzielen, indem die Oberflächenendbearbeitung nach der Grobbearbeitung mehrmals durchgeführt wird. Diesbezüglich wird die Genauigkeit der Geometrie nach der Endbearbeitung durch den Elektrodenseitenspalt (Spiel zwischen der Seite der Elektrode und dem Werkstück) bestimmt. Aus diesem Grunde ist es zur Erzielung einer Formbearbeitung bei hoher Genauigkeit erforderlich, den Elektrodenseitenspalt auf einem konstanten Wert zu halten.

Fig. 7 ist eine vergrößerte Darstellung der drahtförmigen Elektrode 1 und des Werkstückes 2 während der Endbearbeitung. Bei der üblichen bekannten Art der Steuerung der Durchschnittsspannung auf einen konstanten Wert sinkt die Bearbeitungsgeschwindigkeit (U), wenn der Betrag der Materialabtragung, nachfolgend auch Abtragungsgröße (L) genannt, erhöht wird. Infolgedessen steigt die Bearbeitungssummenwirkung an einem Seitenabschnitt des Drahtes (einem Abschnitt (D) in der Fig. 7 an und der Elektrodeseitenspalt (g_s) wird größer. Anders ausgedrückt, selbst wenn die elektrischen Bearbeitungsbedingungen und die Durchschnittsservospannung unverändert beibehalten werden, wird, wenn die Abtragungsgröße (L) geändert wird, der Elektrodenseitenspalt (g_s) nicht konstant gehalten, was zu einer Verschlechterung der Genauigkeit der Geometrie nach der Endbearbeitung führt.

Fig. 8 stellt eine Beziehung zwischen der Abtragungsgröße (L) und dem Elektrodenseitenspalt (g_s) dar, wenn die elektrischen Bearbeitungsbedingungen und die Durchschnittsservospannung nicht geändert werden. Aus Fig. 8 ist ersichtlich, daß sich der Elektrodenseitenspalt (g_s) abhängig von einer Änderung der Abtragungsgröße (L) erheblich ändert. Bei einer tatsächlichen Formbearbeitung wird die Änderung der Abtragungsgröße (L) ein Maximum in einem Eckabschnitt des Werkstückes.

Fig. 9 ist eine vergrößerte Darstellung der drahtförmigen Elektrode 1 und des Werkstückes 2 während der Bearbeitung eines Inneneckabschnittes, wobei (R) ein Drahtradius, (r) eine Oberfläche der vorhergehenden Bearbeitung und (r₁) ein Radius eines Drahtortes ist, und (L₀-L₅) zeigen die Abtragungsgröße an jeder der Drahtmittenpositionen (O₀-O₅). Aus Fig. 8 ist ersichtlich, daß die Abtragungsgrößen (L₂-L₄) am Inneneckabschnitt sich gegen hohe Werte hin verändern, verglichen mit den Abtragungsgrößen (L₀, L₅) während einer geradlinigen Bearbeitung.

Fig. 10 zeigt eine Änderung der Abtragungsgröße (L) an dem Inneneckabschnitt des Werkstückes. In Fig. 10 beginnt die Abtragungsgröße (L) in einer bestimmten Entfernung (H1) vor dem Beginn des Eckabschnittes anzusteigen und wird eine Zeit lang auf einem konstanten Wert gehalten. Anschließend beginnt die Abtragungsgröße (L) sich in einer bestimmten Entfernung (H3) vor dem Ende des Eckabschnittes zu verringern, und sie erreicht erneut die Abtragungsgröße des geradlinigen Bearbeitungsabschnittes des Werkstückes.

Wie vorausgehend beschrieben wurde, wird die Geometrie des Werkstückes nach der Bearbeitung erheblich verschlechtert, wie in Fig. 11 dargestellt ist, in welcher (d) die Größe der zu starken Bearbeitung angibt, und dies trifft insbesondere für den Inneneckabschnitt zu, da die Vergrößerung des Elektrodenseitenspaltes (g_s) als Folge der Erhöhung der Abtragungsgröße (L) auftritt. Auch an einem Außeneckabschnitt des Werkstückes wird die Geometrie des Werkstückes nach der Bearbeitung ebenfalls verschlechtert, da eine Verringerung des Elektrodenseitenspaltes (g_s) als Folge der Verringerung der Abtragungsgröße (L) auftritt.

Da die bekannte Schneiddraht-Funkenerosionsmaschine in der vorausgehend beschriebenen Weise aufgebaut ist und betrieben wird, bestehen Schwierigkeiten, indem der Drahtelektrodenseitenspalt als Folge einer Änderung der Abtragungsgröße geändert wird, die insbesondere an Eckabschnitten und dergleichen des Werkstückes auftritt, und infolgedessen wird die Genauigkeit der Geometrie nach der Bearbeitung erheblich verschlechtert.

Aus der Druckschrift DE 29 42 202 A1, welche eine Funkerosionsmaschine für die Durchführung von Vollschnitten offenbart, ist es bekannt, daß die Größe des seitlichen Spalts zwischen Drahtelektrode und Werkstück von der Vorschubgeschwindigkeit zwischen Drahtelektrode und Werkstück und die Vorschubgeschwindigkeit wiederum vom Betrag des Materialabtrags abhängt. Deshalb werden dort die Impulsparameter so angepaßt, daß beim Schneiden von Eckabschnitten die Breite einer in ein Werkstück geschnittenen Ausnehmung konstant bleibt. Diese Anpassung ist jedoch verhältnismäßig kompliziert.

Aus der Druckschrift CH 639 886 ist es bekannt, daß beim Nachschneiden von grob vorgeschnittenen Werkstücken ein größerer Betrag des Materialabtrags eine Verringerung der Bearbeitungsgeschwindigkeit und dadurch eine Vergrößerung des seitlichen Spalts zur Folge hat, was zu Berbeitungsungenauigkeiten führt. Zur Berücksichtigung von Daten der Bearbeitungsbahn wird dort eine Korrekturgröße berechnet. Auch bei dieser Vorrichtung ist die Erzielung einer hinreichenden Schnittgenauigkeit in Eckabschnitten der Bearbeitungsbahn verhältnismäßig kompliziert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerung für eine funkenerosive Nachbearbeitung eines grob vorgeschnittenen Werkstücks der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher die Bearbeitungsgenauigkeit auch an Eckabschnitten der Bearbeitungsbahn verbessert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit der Vorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Darin zeigen, jeweils in schematischer Darstellung:

Fig. 1 eine Funkenerosionsmaschine mit einer Steuerung der Nachbearbeitung eines Werkstücks gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 die Darstellung eines Bearbeitungsverfahrens mit einer erfindungsgemäß gesteuerten funkenerosiven Nachbearbeitung,

Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Darstellung des Betriebsablaufs bei einer Funkenerosionsmaschine mit einer erfindungsgemäßen Steuerung der Nachbearbeitung eines Werkstücks,

Fig. 4 ein Kurvendiagramm zur Darstellung der Änderung des Betrags des Materialabtrags bei erfindungsgemäß gesteuerter Nachbearbeitung eines Werkstücks an einem Inneneckabschnitt,

Fig. 5 ein Kurvendiagramm zur Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Bearbeitungsgeschwindigkeit bei einem zweiten Bearbeitungsvorgang an einem Inneneckabschnitt des Werkstücks,

Fig. 6 eine herkömmliche Funkenerosionsmaschine,

Fig. 7 Drahtelektrode und Werkstück bei dessen Bearbeitung mit einer herkömmlichen Funkenerosionsmaschine in vergrößerter Darstellung,

Fig. 8 ein Kurvendiagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Betrag des Materialabtrags und dem Spalt zwischen Werkstück und Drahtelektrode bei der Bearbeitung mit einer herkömmlichen Funkenerosionsmaschine,

Fig. 9 Werkstück und Drahtelektrode in aufeinanderfolgenden Phasen der Bearbeitung eines Inneneckabschnitts,

Fig. 10 ein Kurvendiagramm zur Darstellung der Änderung des Betrags des Materialabtrags bei herkömmlicher funkenerosiver Nachbearbeitung eines Inneneckabschnitts des Werkstücks,

Fig. 11 den Materialabtrag an einem Inneneckabschnitt mit zu starker Bearbeitung durch Verwendung einer herkömmlichen Funkenerosionsmaschine,

Fig. 12 bis 16 grafische Darstellungen zur Wirkungsweise von einer erfindungsgemäß gesteuerten funkenerosiven Nachbearbeitung eines Werkstücks im Vergleich zur Wirkungsweise einer herkömmlichen funkenerosiven Nachbearbeitung,

Fig. 17 Werkstück und Drahtelektrode in aufeinanderfolgenden Phasen der Bearbeitung eines Außeneckabschnitts,

Fig. 18 Änderungen des Betrags des Materialabtrags bei der Bearbeitung eines scharfen Eckabschnitts,

Fig. 19 eine Funkenerosionsmaschine mit einer Steuerung der Nachbearbeitung eines Werkstücks gemäß zweiten weiteren Ausführungsformen der Erfindung und

Fig. 20 eine Funkenerosionsmaschine mit einer Steuerung der Nachbearbeitung eines Werkstücks gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

Zunächst wird anhand von Fig. 1, 2 und 3 eine Funkenerosionsmaschine mit einer Steuerung der Nachbearbeitung eines Werkstücks gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Dabei sind Teile, die mit der herkömmlichen Funkenerosionsmaschine gemäß Fig. 6 übereinstimmen, mit gleichen Bezugszahlen versehen.

Dabei bezeichnet in Fig. 1 das Bezugszeichen 12 eine Diskriminatoreinrichtung, die unterscheidet, ob sich die Bearbeitungsposition längs einer Kreisbahn an einem Eckabschnitt eines Werkstückes 2 bewegt oder ob dies nicht zutrifft. Beispielsweise unterscheidet die Diskriminatoreinrichtung 12, ob ein Steuerbefehlsblock eines gerade ausgeführten, numerisch gesteuerten Programms ein linearer Interpolationssteuerbefehl oder ein zirkularer Interpolationssteuerbefehl ist. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet eine Korrekturberechnungseinrichtung, nachfolgend auch Rechenwerk genannt, zur Berechnung einer Bearbeitungsgeschwindigkeit, die bezüglich einer Änderung in der Abtragungsgröße korrigiert wird, und 14 bezeichnet eine Steuereinrichtung zur Umschaltung der Bearbeitungsgeschwindigkeit im Einklang mit einem Signal aus der Diskriminatoreinrichtung 12 und einem berechneten Korrekturwert aus dem Rechenwerk 13. Die vorausgehend erwähnte Diskriminatoreinrichtung 12, das Rechenwerk 13 und die Steuereinrichtung 14 werden in der Praxis durch die Software eines Mikroprozessors (Zentraleinheit) innerhalb einer Steuereinheit 11 betrieben.

Anschließend wird der Betrieb dieser Ausführungsform beschrieben. Wie beim Stand der Technik gemäß Fig. 6 wird der Bearbeitungsvorgang ausgeführt, indem eine drahtförmige Elektrode 1 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bewegt und eine impulsförmige Spannung zwischen der drahtförmigen Elektrode 1 und dem Werkstück 2 zugeführt wird, um dazwischen eine Entladung zu erzeugen. In diesem Falle werden den Servoverstärkern 7, 8 Bewegungssteuersignale im Einklang mit einem programmierten Ort zugeführt, der der Steuereinheit 11 vorab zur Verfügung gestellt wird, und Servomotoren 5, 6 treiben, abhängig von diesen Signalen, den X-Schlitten 3 und den Y-Schlitten 4 an, um die Bearbeitung des Werkstückes 2 in eine gewünschte Form zu erreichen. Die Steuereinheit 11 treibt den X-Schlitten 3 und den Y-Schlitten 4 mit optimaler Geschwindigkeit, im Einklang mit einer zwischen den Polen (Anode und Kathode) liegenden Durchschnittsspannung, die von einem Sensor 10 erfaßt wird, womit das Bearbeitungsspiel zwischen der drahtförmigen Elektrode 1 und dem Werkstück 2 auf einem konstanten Wert gehalten wird. Eine befriedigende Genauigkeit der Geometrie und Oberflächenrauhigkeit werden erhalten, indem nach der Grobbearbeitung mehrmals eine Oberflächenendbearbeitung (Nachbearbeitung) erfolgt. Wie vorausgehend beschrieben wurde, wird die Genauigkeit der Geometrie nach der Endbearbeitung durch den Elektrodenseitenspalt bestimmt, und es ist daher wichtig, den Elektrodenseitenspalt auf einem konstanten Wert zu halten, um eine Formbearbeitung mit hoher Genauigkeit zu erzielen.

Bei dem Endbearbeitungsvorgang unterscheidet die Diskriminatoreinrichtung 12, ob die laufende Bearbeitungsposition sich längs einer Kreisbahn an einem Eckabschnitt des Werkstückes 2 bewegt oder ob dies nicht zutrifft. Falls sie sich längs der Kreisbahn am Eckabschnitt bewegt, so wird ein Signal der Steuereinrichtung 14 übermittelt, um diese zu betätigen. Ferner wird im Rechenwerk 13 eine Bearbeitungsgeschwindigkeit berechnet, die bezüglich einer Änderung in der Abtragungsgröße am Eckabschnitt korrigiert ist. Die Steuereinrichtung 14 steuert, abhängig von dem von der Diskriminatoreinrichtung 12 erhaltenen Signal und dem berechneten Ergebnis des Rechenwerks 13, die Steuereinheit 11, um die tatsächliche Bearbeitungsgeschwindigkeit zu ändern und nach Beendigung der Bearbeitung des Eckabschnittes zur vorausgehenden Bearbeitungsgeschwindigkeit zurückzukehren. Beispielsweise schaltet die Steuereinrichtung 14 im Falle einer Inneneckbearbeitung zur Verringerung eines vorausgehend beschriebenen zu starken Materialabtrags infolge einer Vergrößerung des Elektrodenseitenspaltes die Bearbeitungsgeschwindigkeit auf einen vergleichsweise größeren Wert um, um dadurch das Phänomen zu verhindern, daß die Bearbeitungsgeschwindigkeit am Inneneckabschnitt zu gering wird. Infolgedessen kann die zu starke Bearbeitung infolge eines Bearbeitungssummeneffektes korrigiert werden.

Bei der vorausgehend beschriebenen Umschaltung der Bearbeitungsgeschwindigkeit wird vorab eine Bearbeitungsgeschwindigkeitskorrekturwerttabelle in einem Speicher erstellt, und ein Bearbeitungsgeschwindigkeitsbefehlswert wird, abhängig von der Tabelle, im Einklang mit dem Rechenergebnis des Rechenwerks 13 geändert. Anders ausgedrückt, eine Reihe dieser Vorgänge wird automatisch für alle Eckabschnitte während der Bearbeitung durchgeführt, ohne eine Änderung der Bearbeitungsgeschwindigkeit unmittelbar seitens des Benutzers zu erfordern.

Bei der vorausgehend beschriebenen Ausführungsform sind die Steuereinheit 11 die Diskriminatoreinrichtung 12, das Rechenwerk 13 und die Steuereinrichtung 14 unabhängig voneinander vorgesehen. Jedoch können diese Bauelemente durch eine einzige Steuervorrichtung ersetzt werden, falls vergleichbare Funktionen durch die einzige Steuervorrichtung ausgeführt werden können. Ferner wurde bei der vorausgehenden beschriebenen Ausführungsform ein Beispiel zur Erzielung der Korrektur lediglich an einem Inneneckabschnitt des Werkstückes beschrieben. Es ist jedoch möglich, die Korrektur sowohl für den Inneneck- als auch den Außeneckabschnitt zu erzielen, indem ein zweiter Diskriminator vorgesehen wird, der unterscheidet, ob die zu bearbeitende Ecke ein Inneneckabschnitt oder ein Außeneckabschnitt ist.

Eine modifizierte Ausführungsform der Erfindung, die komplexer als die erste Ausführungsform ist, wird nunmehr beschrieben. In dieser Ausführungsform sind die Steuereinheit 11, die Diskriminatoreinrichtung 12, das Rechenwerk 13 und die Steuereinrichtung 14 der ersten Ausführungsform in einer Einheit kombiniert. Die modifizierte Ausführungsform umfaßt ferner eine rechnergestützte numerische Steuervorrichtung (CNC).

Ein Bearbeitungsprogramm einschließlich einer Anzahl Blöcke wurde in einem NC-Programmspeicher im Hauptspeicher der CNC gespeichert. Das Bearbeitungsprogramm soll eine abschließende Gestaltung definieren, die beispielsweise durch die Bearbeitung gemäß Fig. 2 erhalten wird.

In einem mit Drahtelektrode arbeitenden Funkenerosionsbearbeitungsverfahren wird eine endgültige Gestaltung dem Werkstück nicht durch lediglich einen Bearbeitungsvorgang erzielt; vielmehr wird der Bearbeitungsvorgang wiederholt längs des Orts (MP) durchgeführt, der durch das Bearbeitungsprogramm bestimmt ist, und schließlich wird eine Oberfläche mit hoher Genauigkeit gebildet. Es sei der Fall betrachtet, bei welchem ein Werkstück die erforderliche Form durch dreimalige Bearbeitung erhält. In diesem Fall wird das Werkstück zuerst derart bearbeitet, daß die Mittenachse der Drahtelektrode 1 längs einer Linie bewegt wird, die um einen vorgegebenen Versetzungswert (h₁) vom Ort (MP) des Bearbeitungsprogrammes entfernt ist (dieser Bearbeitungsvorgang wird als "erster Schnittvorgang" bezeichnet). Anschließend wird das Werkstück derart bearbeitet, daß die Mittenachse der Drahtelektrode längs einer Linie bewegt wird, die um einen Versetzungswert (h₂), der kleiner als der Versetzungswert (h₁) ist, im Abstand vom Ort (MP) liegt. Schließlich wird das Werkstück derart endbearbeitet, daß die Mittenachse der Drahtelektrode 1 längs einer Linie bewegt wird, die um einen Versetzungswert (h₃), der kleiner als der Versetzungswert (h₂) ist, im Abstand vom Ort (MP) liegt, so daß eine Oberfläche, die im wesentlichen mit dem Bearbeitungsprogrammort (MP) zusammfällt, gebildet wird.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Inneneckbearbeitung mit der erfindungsgemäß gesteuerten Funkenerosionsmaschine. Jedoch betrifft die vorausgehende Beschreibung in gleicher Weise den Fall der Bearbeitung eines Außeneckabschnitts.

Fig. 3 ist ein Flußdiagramm, das den Betrieb der CNC und die im Hauptspeicher (MM) gespeicherten Daten angibt. Es wird der Betrieb der CNC beschrieben. Wird ein Funkenerosionsbearbeitungsvorgang gestartet, so wird in der Stufe (S₁) bestimmt, ob der folgende Bearbeitungsblock des Bearbeitungsprogrammes einen Bogenbefehl enthält oder nicht enthält; d. h. es wird bestimmt, ob eine Ecke vorhanden oder nicht vorhanden ist. Enthält das Programm beispielsweise (GO2), so wird bestimmt, daß der Block einen Bogenbefehl umfaßt.

In der folgenden Stufe (S₂) wird das Änderungsverhältnis der Abtragungsgrößen (L₂/L₁) berechnet. In dem Ausdruck (L₂/L₁) sind (L₁, L₂) die vorgesehenen Abtragungsgrößen, wenn die Mittenachse der Drahtelektrode 1 jeweils zu (O₁, O₂) gelangt, wie aus dem Teil (A) von Fig. 9 hervorgeht.

In der Stufe (S₃) wird der Abstand (l₁) zwischen der vorliegenden Bearbeitungsposition und einem Eckenstartpunkt berechnet. Der Abstand kann durch Vergleich der Koordinaten der vorliegenden Bearbeitungsposition mit jenen des Eckenstartpunktes erhalten werden.

In der Stufe (S₄) wird bestimmt, ob der Abstand (l₁) gleich Null (0) ist oder nicht. Wird bestimmt, daß der vorhergehende Abstand (l₁) gleich Null ist, so wird die Stufe (S₅) durchgeführt. In der Stufe (S₅) wird bestimmt, ob der Bearbeitungsvorgang ein Grobbearbeitungsvorgang oder ein Nachbearbeitungsvorgang ist. Im Falle der vorausgehend beschriebenen Fig. 2 ist der erste Bearbeitungsvorgang ein Grobbearbeitungsvorgang, und der letzte Bearbeitungsvorgang ist ein Nach- oder Endbearbeitungsvorgang. Aus der Anzahl der im Hauptspeicher gespeicherten Bearbeitungszeiten wird bestimmt, ob der Bearbeitungsvorgang ein Grobbearbeitungsvorgang oder ein Endbearbeitungsvorgang ist.

Wenn bestimmt wurde, daß der Bearbeitungsvorgang ein Nach- oder Endbearbeitungsvorgang ist, so wird die Stufe (S₆) durchgeführt, in der die Steuerparameter für den Bearbeitungszustand geändert werden.

Im Fall von Fig. 3 wird eine Datentabelle der Bezugsspannung und der Servoverstärkung sowie der zu korrigierenden Steuerparameter gespeichert, und ein Korrekturwert (V_c) oder ein Korrekturkoeffizient (K_G) wird aus der Größe des Abtragungsänderungsverhältnisses (L₂/L₀) erhalten.

In an sich bekannter Weise wird in der Servovorrichtung der Funkenerosionsmaschine der Spalt zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück entsprechend dem Unterschied zwischen einer Durchschnittsbearbeitungsspannung (V_g), die tatsächlich zwischen den Elektroden angelegt wird, und einer vorgegebenen Bezugsdurchschnittsspannung (V(V_ref) derart gesteuert, daß die beiden Spannungen gleich groß werden. Daher kann der Zwischenelektrodenspalt geändert werden, indem die Servobezugsspannung oder Verstärkung, wie vorausgehend beschrieben wurde, gesteuert wird.

In der Stufe (S₆) wird die Bezugsdurchschnittsspannung (V_ref) eingestellt (erhöht oder verringert) und die Servoverstärkung (G_S) wird durch Verwendung des Korrekturkoeffizienten korrigiert.

In der Stufe (S₇) wird der Abstand (l₂) zwischen der vorliegenden Bearbeitungsposition und einem Eckenendpunkt berechnet. Anders ausgedrückt, der Abstand (l₂) zwischen der vorliegenden Bearbeitungsposition und dem Punkt (O₅) in Fig. 9 wird berechnet.

In der nächsten Stufe (S₈) wird bestimmt, ob der Abstand (l₂) gleich Null (0) oder nicht gleich Null ist. Wird bestimmt, daß der Abstand (l₂) gleich Null ist, so wurde die Bearbeitung der Ecke durchgeführt. Daher werden in der Stufe (S_g) die Steuerparameter wieder hergestellt in der Stufe (S₁) wird erneut durchgeführt.

Es sollen die Abtragungsgrößen (L) bei der Bearbeitung eines Inneneckabschnitts gemäß Fig. 9 und Fig. 10 betrachtet werden. Die Abtragungsgröße am Inneneckabschnitt ändert sich abrupt im Intervall (B) (zwischen O₁ und O₂), das vor einem Bogenort liegt, zu dem die Drahtelektrode (L₁→L₂) geführt werden soll, und wird im Bogenbewegungsintervall (C) (zwischen O₂ und O₄) konstant gehalten (L₂=L₃=L₄).

Der Bearbeitungsvorgang wird weiter fortgesetzt und die Abtragungsgröße wird im Intervall (D) (zwischen O₄ und O₅) verringert, das sich unmittelbar vor dem Ende des Bogens (L₄→L₅) befindet, und sie ist im Intervall (E) konstant, das ein geradliniges Bearbeitungsintervall ist, wobei eine gleich große Abtragungsgröße (L₅=L₀) erhalten wird.

In der oben beschriebenen Ausführungsform wird entsprechend der Änderung in der Abtragungsgröße ((L₁) nach (L₂)) das Abtragungsgrößenänderungsverhältnis (L₂/L₁) entsprechend den im Hauptspeicher (MM) gespeicherten Daten vorab berechnet, bevor die Drahtelektrode den Punkt (O₂) erreicht.

Fig. 4 zeigt Variationen in der Abtragungsgröße an einem Inneneckabschnitt, der mit einer Abtragungsgröße von 40 µm für einen geradlinigen Bearbeitungsabschnitt bearbeitet wird, wobei der zweite Schnittvorgang betrachtet wird (Drahtelektrode 0,2 mm Durchmesser, Radius der Innenecke 0,2 mm). Bei diesem Bearbeitungsvorgang beginnt die Abtragungsgröße an einem Punkt anzusteigen, der etwa 80 µm vor dem Startpunkt der Ecke liegt, und sie ist etwa 72 µm konstant, während die Ecke bearbeitet wird. Die Abtragungsgröße beginnt sich an einer Stelle etwa 65 µm vor dem Endpunkt der Ecke zu verringern und kehrt schließlich auf 40 µm zurück, und es wird erneut der geradlinigen Bearbeitungsvorgang durchgeführt.

Fig. 5 stellt die Bearbeitungsgeschwindigkeiten (FC-Werte) im zweiten Schnittvorgang an einem Inneneckabschnitt dar. Bei im wesentlichen unverändert gehaltenen elektrischen Bedingungen ist die Bearbeitungsgeschwindigkeit im wesentlichen der Abtragungsgröße umgekehrt proportional. Daher zeigt Fig. 5, daß sich die Abtragungsgröße am Eckabschnitt ändert.

Die Fig. 12 bis 19 sind grafische Darstellungen zur Beschreibung der mit der erfindungsgemäßen Steuerung erzielten Wirkungen. Insbesondere zeigt Fig. 12 das bekannte Verfahren, bei welchem an einem Eckabschnitt die Servoverstärkung nicht korrigiert ist, und Fig. 13 zeigt das Verfahren mit der erfindungsgemäßen Steuerung bei welchem die Servoverstärkung korrigiert ist (K_G=4). In Fig. 12 und 13 hat die Drahtelektrode jeweils einen Durchmesser von 0,2 mm, der Eckenradius ist 0,2 mm, und die Abtragungsgröße (L₁) des geradlinigen Teils ist 40 µm. Wie aus den Fig. 12 und 13 hervorgeht, verringert sich, wenn die Servoverstärkung an einem Eckabschnitt korrigiert wird, die Zeitkonstante am Anstieg oder Abfall der Bearbeitungsgeschwindigkeit im Eckabschnitt, d. h. das Ansprechverhalten der Maschine bezüglich eines Eckabschnittes wird verbessert. Diese Tendenz ist besonders bedeutsam in der Nähe des Bearbeitungsendpunktes eines Eckabschnitts.

Die Fig. 14 und 15 stellen die Wirkungen dar, die sich ergeben, wenn die Servobezugsspannung für eine Innenecke korrigiert wird. Anders ausgedrückt, Fig. 14 zeigt das bekannte Verfahren, bei welchem die Bezugsspannung nicht korrigiert wird, und Fig. 15 zeigt das Verfahren mit der erfindungsgemäßen Steuerung. In Fig. 14 und 15 hat die Drahtelektrode einen Durchmesser von 0,2 mm, der Eckenradius ist 0,2 mm, und die Abtragungsgröße (L₁) des geradlinigen Teils ist 40 µm. In Fig. 15 ist der Bezugsspannungskorrekturwert (V_c=9(V)). Wie aus Fig. 14 und 15 hervorgeht, trägt die Korrektur der Bezugsspannung stark zur Verringerung des Betrages eines zu großen Schnittes bei. Der Beginn der Bezugsspannungskorrektur am Startpunkt der Abtragungsgrößenänderung (wie durch die Kurve (PB) in Fig. 15 angegeben ist) kann den Gestaltungsfehler verringern.

Fig. 16 ist eine grafische Darstellung, die die Inneneckenradien (R) mit den Abtragungsgrößenänderungsverhältnissen (L₂/L₁) des Eckenabschnittes angibt, die für den Fall vorhanden sind, daß Drahtelektroden mit einem Durchmesser von 0,05, 0,1, 0,15, 0,2, 0,25 und 0,3 mm Durchmesser verwendet werden, und die Abtragungsgröße für den geradlinigen Abschnitt konstant gehalten wird (12 µm). Mit Verwendung einer jeden der Drahtelektroden ist das Abtragungsänderungsverhältnis (L₂/L₁) des Eckenabschnittes umgekehrt proportional zum Inneneckenradius (R). Die Tendenz erhöht sich mit dem Durchmesser der Drahtelektrode. Die Abtragungsgrößenänderung beeinflußt die Spalterweiterung infolge des Summeneffektes, d. h. des Gestaltungsfehlers.

Fig. 17 ist eine Darstellung zur Beschreibung der Änderung der Abtragungsgröße an einem Außeneckabschnitt.

An einem scharfen Eckabschnitt ist die Abtragungsgröße konstant, wenn sich die Mittenachse der Drahtelektrode im Intervall (A) befindet, und sie wird im Intervall (B) (O₁-O₃) abrupt verringert und wird an der Position (O₃) gleich Null. Ferner wird die Abtragungsgröße unverändert gehalten, und zwar gleich Null, wenn die Mittenachse der Drahtelektrode sich in den Intervallen (C, D) befindet (O₃-O₄), und sie wird abrupt erhöht im Intervall (E) (O₄-O₆) und ferner an der Position (O₅) auf die Abtragungsgröße (L_o) für den geradlinigen Teil zurückgeführt.

Fig. 18 zeigt Veränderungen in der Abtragungsgröße bei einem scharfen Kantenteil, der mit einer Abtragungsgröße von 40 µm für einen geradlinigen Bearbeitungsabschnitt bearbeitet wird, wobei der zweite Schnittvorgang betrachtet wird (die Drahtelektrode hat einen Durchmesser von 0,2 mm). Bei diesem Bearbeitungsvorgang beginnt sich die Abtragungsgröße an einem Punkt zu verringern, der etwa 70 µm vor dem Endpunkt des scharfen Eckteils liegt, und wird am Endpunkt des scharfen Endteils gleich Null. Anschließend wird die Bewegungsrichtung der Drahtelektrode geändert. Hierauf verringert sich die Abtragungsgröße während der Zeitspanne, bei der die Drahtelektrode etwa 70 µm nach Erreichen des Endpunktes des scharfen Eckabschnittes bewegt wird, und sie wird auf die Abtragungsgröße von 40 µm für den geradlinigen Teil zurückgebracht.

Erfindungsgemäß können die zu korrigierenden Steuerparameter nicht nur die Servorbezugsspannung und die Servoverstärkung bei der vorausgehend beschriebenen Ausführungsform umfassen, sondern auch, wie vorausgehend beschrieben, die Bearbeitungsgeschwindigkeit und den Versetzungswert, und desgleichen die bekannten elektrischen Bearbeitungsbedingungen, wie beispielsweise die Spannung zwischen den Elektroden ohne Belastung, der Scheitelwert des zwischen den Elektroden fließenden Stroms, und eine Pausenperiode zwischen aufeinanderfolgenden Funkenerosionsbearbeitungsvorgängen. Die Korrekturwerte oder Koeffizienten dieser Steuerparameter werden im Hauptspeicher (MM) entsprechend den Abtragungsgrößenänderungsverhältnissen (L₂/L₁) gespeichert.

Fig. 19 stellt eine zweite Ausführungform der Erfindung dar. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 15 einen zweiten Diskriminator, der bestimmt, ob der durchzuführende Bearbeitungsvorgang eine Grobbearbeitung oder eine Nach- oder Endbearbeitung einer Oberfläche eines Werkstücks ist, und sein Ausgangssignal wird einer Steuereinrichtung 14 zugeführt. Bei dieser Ausführungsform wird der zweite Diskriminator 15 zusätzlich vorgesehen, und beispielsweise werden Daten bezüglich der Anzahl, wie oft die Bearbeitungsvorgänge einschließlich Grobbearbeitung erfolgen sollen, vorab einer Steuereinheit 11 zugeführt. Der zweite Diskriminator 15 unterscheidet zwischen der Grobbearbeitung und der Oberflächennach- oder -endbearbeitung durch Bezug auf die Reihenfolge des laufenden Nachbearbeitungsvorganges in der Reihe der Bearbeitungsvorgänge während des Ausführungsverlaufes des Programmes. Der zweite Diskriminator 15 liefert ein Signal zur Betätigung der Steuereinrichtung 14 nur, wenn eine Oberflächennachbearbeitung erkannt ist.

Fig. 20 illustriert eine dritte Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 20 bezeichnet das Bezugszeichen (16) einen Speicher, um die vorab festgelegte Abtragungsgröße für die geradlinige Bearbeitung zu speichern, und 17 bezeichnet ein Rechenwerk zur Berechnung einer Änderung der Abtragungsgröße am Eckenabschnitt des Werkstückes 2, abhängig von den Daten des Speichers 16. Im Speicher 16 werden die Größe des Entladungsspaltes während des geradlinigen Bearbeitungsvorganges für verschiedene Bearbeitungszustände, und die Abtragungsgröße während der geradlinigen Bearbeitung, die aus der Größe der Elektrodenverschiebung (einem Unterschied zwischen der Versetzung an der Oberfläche der vorhergehenden Bearbeitung und der laufenden Versetzung) gespeichert. Der Rechner 17 berechnet die Abtragungsgröße (L₂) in Fig. 3) am Eckabschnitt, abhängig von den Daten aus dem Speicher 16 und anderen Daten, einschließlich einem Eckenradius, einem Elektrodendurchmesser und dergleichen. Ein weiteres Rechenwerk 13 berechnet, abhängig von dem Rechenergebnis des Rechenwerkes 17, eine Bearbeitungsgeschwindigkeit, die bezüglich einer Änderung in der Abtragungsgröße korrigiert wird. Eine Steuervorrichtung 14 steuert eine Steuereinheit 11 entsprechend einem vom Diskriminator 12 erhaltenen Signal und dem Ergebnis aus dem Rechenwerk 13 zur Umschaltung der tatsächlichen Bearbeitungsgeschwindigkeit, und anschließend die Rückkehr zur vorausgehenden Bearbeitungsgeschwindigkeit bei Beendigung der Bearbeitung des Eckabschnittes.

Bei der ersten bis dritten vorausgehend aufgeführten Ausführungsform wird das Rechenwerk 13 derart beschrieben, daß es die Berechnung der Bearbeitungsgeschwindigkeit ausführt, die bezüglich einer Änderung in der Abtragungsgröße am Eckabschnitt korrigiert wird. Jedoch kann das Rechenwerk 13 derart angeordnet sein, daß es die Berechnung der Korrekturgröße eines programmierten Orts am Eckabschnitt ausführt, und ferner hierzu entsprechend kann die Steuervorrichtung 14 ausgebildet sein, um die Bewegung des korrigierten Orts in Einklang mit den von den Diskriminatoren (12, 15) erhaltenen Signalen und dem Rechenergebnis aus dem Rechenwerk 13 zu steuern.

Ferner kann in der dritten Ausführungsform die Steuervorrichtung 14 derart ausgebildet sein, um die elektrischen Bearbeitungsbedingungen zu ändern und die Bezugsspannung und Verstärkungsfaktoren zu ändern. Ferner kann bei dieser Anordnung die Aufgabe in im wesentlichen gleicher Weise gelöst werden. Die Steuervorrichtung, die diese Umschaltvorgänge vornimmt, wird durch eine unabhängige Software des Mikroprozessors (CPU) gebildet. Ferner werden die Umschaltwerte aus einer Korrekturtabelle ausgewählt, die vom Radius des Eckabschnittes ausgeht.

Zudem umfassen die elektrischen Bearbeitungsbedingungen eine Spannung (V₀) zwischen Anode und Kathode im lastfreien Zustand, einen Stromscheitelwert (I_p) (Bearbeitungseinstellung) der zwischen der Anode und Kathode fließt, eine Ruhezeit (OFF) zwischen dem Ende der Entladung bis zur erneuten Zufuhr der Spannung, eine Bearbeitungsdurchschnittsspannung (V_G) etc. Jedoch wird aus diesen Werten, da der Bearbeitungsspalt geändert werden kann, indem der Stromscheitelwert (I_p) oder die Ruhezeit (OFF) geändert werden, eine Tabelle der elektrischen Bearbeitungszustände vorab hergestellt, die vom Radius des Eckabschnittes ausgeht. Somit wird die Korrektur des Bearbeitungsspaltes am Eckabschnitt durchgeführt, indem die jeweiligen Bedingungen in der Tabelle ausgewählt und geändert werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Steuerung einer funkenerosiven Nachbearbeitung eines grob vorgeschnittenen Werkstücks mittels Drahtelektrode, wobei Werkstück und Drahtelektrode mittels einer Vorschubeinrichtung längs einer Bearbeitungsbahn mit einer bestimmten Vorschubgeschwindigkeit relativ zueinander verschoben werden, mit

(a) einer Diskriminatoreinrichtung (12) zum Erkennen des Beginns eines Eckabschnitts im Verlauf einer Bearbeitungsbahn und zum Erzeugen eines entsprechenden Diskriminatorsignals,
(b) einer Korrekturwertberechnungseinrichtung (13) zum Berechnen eines Korrekturwertes in Abhängigkeit vom Verhältnis des Betrags des Materialabtrags an dem Eckabschnitt zu dem Betrag des Materialabtrags bei geradliniger Bearbeitung derart, daß bei einer Inneneckbearbeitung die Vorschubgeschwindigkeit zwischen Drahtelektrode und Werkstück so erhöht, bzw. bei einer Außeneckbearbeitung die Vorschubgeschwindigkeit so verringert wird, daß die bei Bearbeitung eines Eckabschnitts auftretende Änderung des seitlichen Spaltes zwischen Drahtelektrode und Werkstück kompensiert wird, und
(c) einer Steuereinrichtung (14) zur Steuerung von Vorschubparametern abhängig von dem Diskriminatorsignal und dem Korrekturwert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher zusätzlich zu der einen ersten Diskriminator umfassenden Diskriminatoreinrichtung (12) ein weiterer Diskriminator vorgesehen ist zum Erkennen, ob der von dem ersten Diskriminator erkannte Eckabschnitt ein Inneneckabschnitt (konkaver Eckabschnitt) oder ein Außeneckabschnitt (konvexer Eckabschnitt) ist, und zum Erzeugen eines entsprechenden Diskriminatorsignals.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher zusätzlich zu der einen ersten Diskriminator umfassenden Diskriminatoreinrichtung (12) ein weiterer Diskriminator (15) vorgesehen ist zum Erkennen, ob eine Grob- oder Feinbearbeitung des Werkstücks durchgeführt wird, und bei Feinbearbeitung des Werkstücks zum Erzeugen eines Feinbearbeitungssignals, wobei die Steuereinrichtung (14) bei Empfang des Feinbearbeitungssignals vom weiteren Diskriminator (15) durch dieses Feinbearbeitungssignal aktivierbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend

(a) eine Speichereinrichtung (16) zur Eingabe eines Wertes des Materialabtrags längs eines geradlinigen Abschnitts der Bearbeitungsbahn und von Parameterwerten für einen Eckabschnitt der Bearbeitungsbahn und
(b) eine Recheneinrichtung (17) zum Berechnen des Verhältnisses des Betrages des Materialabtrags an dem Eckabschnitt zum Betrag des Materialabtrags an dem geradlinigen Abschnitt der Bearbeitungsbahn und zum Erzeugen eines entsprechenden Ausgangssignals,
(c) wobei das Ausgangssignal der Recheneinrichtung (17) an die Korrekturwertberechnungseinrichtung (13) übertragen wird zum Berechnen eines Korrekturwertes in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Recheneinrichtung (17).

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher die Steuereinrichtung (14) die Vorschubgeschwindigkeit zwischen Werkstück und Drahtelektrode in Abhängigkeit von dem von der Diskriminatoreinrichtung (12) gelieferten Diskriminatorsignal und von einem von der Korrekturwertberechnungseinrichtung (13) gelieferten Korrekturwertsignal steuert.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher die Steuereinrichtung (14) Parameter einer elektrischen Spannung, die an den Spalt zwischen Werkstück und Drahtelektrode angelegt ist, in Abhängigkeit von dem von der Diskriminatoreinrichtung (12) gelieferten Diskriminatorsignal und von einem von der Korrekturwertberechnungseinrichtung (13) gelieferten Korrekturwertsignal steuert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher die Steuereinrichtung den Durchschnitt der an den Spalt zwischen Werkstück und Drahtelektrode angelegten Spannung auf einem konstanten Wert hält, der entsprechend dem Korrekturwert eingestellt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, bei welcher die Korrekturwertberechnungseinrichtung (13) eine Speichereinrichtung zur Speicherung einer Tabelle von Korrekturwerten umfaßt, die jeweils entsprechend dem Diskriminatorsignal und dem Verhältnis des Betrags des Materialabtrags im Eckabschnitt zum Betrag des Materialabtrags an einem geradlinigen Abschnitt der Bearbeitungsbahn auswählbar sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher der Sensor (10) vorgesehen ist zum Erfassen eines Durchschnittswertes der am Spalt zwischen Werkstück und Drahtelektrode anliegenden Spannung.