DE3813306A1

DE3813306A1 - Schneiddraht-funkenerosions-vorrichtung

Info

Publication number: DE3813306A1
Application number: DE3813306A
Authority: DE
Inventors: Yasunori Ono
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 1987-04-22
Filing date: 1988-04-20
Publication date: 1988-11-10
Also published as: FR2614223A1; IT8820297A0; IT1217188B; US4970362A; GB2205265B; GB8809302D0; FR2614223B1; JPS63267121A; GB2205265A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schneiddraht-Funkenerosions-Vorrichtung.

In den letzten Jahren sind die Anforderungen an die Präzision bei der Metallbearbeitung sehr gestiegen, und es ist ein Bedarf nach elektrischen Schneiddraht-Funkenerssions-Vorrichtungen erwachsen, die eine Metallbearbeitung durch Funkenerosion mit hoher Genauigkeit ausführen können. In der Folge sind hierfür Stromquellen entwickelt worden, bei denen die Energieabgabe genau mit Hilfe von entsprechenden Programmen gesteuert werden kann, um eine Grob-, Zwischen- und Endbearbeitung von Werkstücken in Schritten auszuführen.

Der Hauptnachteil von Schneiddraht-Funkenerosions-Vorrichtungen besteht jedoch darin, daß während der Bearbeitung als Folge von Schwankungen der Stromversorgung, durch die Entnahme von Chips währen der Bearbeitung eines Werstücks, durch Schwingungen der Drahtelektroden, durch andere Prozeßvariable und dergleichen kleine Änderungen auftreten, sodaß die Erosionsgenauigkeit während der Werkstückbearbeitung nicht gleichförmig und stabil ist.

Um eine hochpräzise Bearbeitung zu erzielen, war es bislang üblich, die Werkstücke vom Arbeitstisch nach der Bearbeitung zu entnehmen, das Werkstück zu prüfen, um die Bearbeitungsgenauigkeit auszuwerten, und dann das Werkstück wieder auf den Arbeitstisch aufzuspannen, um Nachbesserungen oder die Endbearbeitung auszuführen. Bei solchen Verfahren ist es jedoch schwierig, das Werkstück nach dem Abnehmen vom Arbeitstisch wieder dort aufzuspannen. Diese Remontage erfordert beachtliche Zeit und gibt Anlaß zu Fehlern, was zusätzliche Schwierigkeiten bei der Herstellung zufriedenstellender Produkte aufwirft.

Der Erfindung liegt daher Aufgabe zugrunde, eine Schneiddraht-Funkenerosions-Vorrichtung anzugeben, deren Verwendung die Prüfung der Bearbeitungsgenauigkeit auf einfache und schnelle Weise erlaubt, ohne daß es notwendig ist, das Werkstück vom Arbeitstisch abzunehmen, und die in der Lage ist, während der Bearbeitung eine hochgenaue elektrische Entladung auszuführen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung umfaßt eine Bearbeitungspräzisionsermittlungseinrichtung, die nach Abschluß der Grobbearbeitung oder der Endbearbeitung eines Werkstücks den Abstand zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück aus der Wirkung der sich im wesentlichen parallel zur Gestaltung des Produkts bewegenden Drahtelektrode mißt und auf diese Weise Fehler im elektrischen Entladevorgang aus Unterschieden im gemessenen Abstand ermittelt.

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

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer Schneiddraht-Funkenerosions-Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Erläuterungsdiagramm des Bearbeitungs- oder Prozessweges;

Fig. 3 ein Erläuterungsdiagramm der Prozesskurve eines ausgeführten Arbeitsvorgangs;

Fig. 4 ein Flußdiagramm eines Beispiels eines Bearbeitungs-Präzisions-Ermittlungsverfahrens;

Fig. 5 ein Erläuterungsdiagramm eines Beispiels der Einstellung des Messweges für das Verfahren nach Fig. 4, und

Fig. 6 ein Erläuterungsdiagramm eines Beispiels der Einstellung eines Messweges für ein anderes Bearbeitungsgenauigkeitsermittlungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der Schneiddraht-Funkenerosions-Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung. Fig. 2 ist ein Erläuterungsdiagramm des Bearbeitungs- oder Prozessweges.

Zunächst wird das mechanische System der Einrichtung erläutert. Ein Arbeitstisch (in den Zeichnungen nicht dargestellt), auf dem ein Werkstück 1 befestigt ist, wird in einer Ebene, die durch die Oberfläche desselben definiert ist, mittels zweier Servomotoren Mx und My bewegt.

Um den Arbeitstisch zu bewegen, wird von einem Impulsverteiler 3 und zwei Verstärkern 5 X und 5 Y ein verteilter Impuls, der der Bewegungsrichtung des Arbeitstisches in der X-Y-Ebene entspricht, abgegeben.

Die Servomotoren Mx und My werden durch die verstärkten Spannungen von den Verstärkern 5 X und 5 Y betrieben. Der Betrieb der Servomotoren Mx und My wird durch Tachogeneratoren Tx und Ty und zwei Kodierer Ex und Ey ermittelt, und die Ergebnisse werden jeweils an den Impulsverteiler 3 und die Verstärker 5 X und 5 Y rückgekoppelt. Ein Servosystem (U, V) ist mit dem Impulsverteiler 3 verbunden, um eine Drahtelektrode 9 zu veranlassen, sich um einen gewissen Winkel gegen das Werkstück 1 zu neigen.

Die Drahtelektrode 9 ist auf zwei Rollen 7 U, 7 D befestigt, die vertikal zueinander angeordnet sind, sodaß sie in vertikaler Richtung durch einen Spalt im Werkstück läuft. Eine Gleichstromschaltung mit einem Transistor T r ₁, der als Schalter verwendet wird, einem Widerstand R ₁ und einer Stromquelle E ₁ ist zwischen die Rolle 7 D und das Werkstück 1 geschaltet. Eine Prozeßspannungssteuerschaltung 11 zum Ein- und Ausschalten einer Prozeßspannung ist mit der Basis des Transistors T r ₁ verbunden, und die Prozeßspannung wird in Impulsform zwischen das Werkstück 1 und Drahtelektrode 9 geschaltet.

Mit dem oben beschriebenen Aufbau ist es möglich, das Werkstück 1 durch Funkenerosion in eine spezielle Form zu bearbeiten, in dem das Werkstück 1 in einer horizontalen Ebene gegenüber der Drahtelektrode 9 bewegt wird, die an einer festen Stelle in Bezug auf die horizontale Ebene angeordnet ist. Das Verhältnis zwischen dem Werkstück 1 und der Drahtelektrode 9 ist derart, daß im folgenden angenommen wird, das Werkstück sei fest, während die Drahtelektrode 9 auf der ebenen Fläche XY bewegt wird, die als auf dem Arbeitstisch liegend definiert ist, sodaß der elektrische Entladungsvorgang ausgeführt wird, um dem Werkstück 1 die spezifische Gestalt zu geben.

Als nächstes wird das Steuersystem erläutert. Eine Teilprogrammaufzeichnungssektion 13 zeichnet ein Programm auf, das die Elementargestalt eines durch Funkenerosion des Werkstücks 1 herzustellenden Produkts 15 angibt, wie in Fig. 2 gezeigt.

Eine Parametereinstellsektion 19 gibt Signale zur Einstellung von Parametern ab, wie beispielsweise für die Prozeßgeschwindigkeit F, den Skalenparameter S, den Musterrotationsparameter R, den Versatzwert der Drahtelektrode 9 gegenüber der Produktgestalt OFS, und dergleichen.

Eine Prozeßbedingungseinstellsektion 21 ermittelt die Prozeßbedingungen, wie beispielsweise Prozeßgeschwindigkeit, Prozeßweg, auf dem die Drahtelektrode die elektrische Entladung durchläuft, und dergleichen, indem die Parameter, die in die Parametereinstellsektion 19 eingegeben sind, auf die Produktgestalt angewendet werden, die von dem Teilprogramm spezifiziert wird, die in der Teilprogrammaufzeichnungssektion aufgezeichnet sind. Eine Prozeßwegsinterpolations- und Berechnungssektion 23 teilt einen Prozeßweg 17, der durch die Prozeßbedingungseinstellsektion 21 eingestellt ist, in Segmenteinheiten, wie beispielsweise einen geradlinigen Abschnitt, einen bogenförmigen Abschnitt und dergleichen, und führt nachfolgend Interpolationsberechnungen von einem Startpunkt ST bis zu einem Endpunkt SP aus (Fig. 2).

Eine Kehrweginterpolations- und Berechnungssektion 25 führt anschließend Interpolationsberechnungen vom Endpunkt SP zum Startpunkt ST aus. Die Berechnungen enthalten Berechnungsschritte (die Reihenfolge derselben ist umgekehrt zu der, die in der Prozeßweginterpolations- und Berechnungssektion 23 ausgeführt wird), um die Drahtelektrode 9 auf einem Rückweg zubewegen, wie in Fig. 2 gezeigt.

Im Betrieb wird das Impulssignal vom Impulsverteiler 3 so abgegeben, daß der Arbeitstisch veranlaßt wird, sich auf dem vorbestimmten Prozeßweg zu bewegen, wobei der für die Produktgestalt vorgeschriebene Versatz aufrechterhalten wird, der durch das Teilprogramm spezifiziert ist. Aufgrund der vorgeschriebenen Bewegung des Arbeitstisches, wie in Fig. 2 gezeigt, wird die Drahtelektrode 9 längs des Prozeßweges 17 bewegt, und die Bearbeitung wird längs einer Prozeßkurve L ₀ ausgeführt.

Fig. 3 zeigt ein Bild des Ergebnisses eines wirklichen Ablaufs, insbesondere zeigt sie eine wirkliche Kurve L für die wirkliche Bearbeitung während die Prozeßkurve L ₀ in Fig. 2 nur eine hypotetische für den idealen Fall ist. Wie aus Fig. 3 zu entnehmen ist, werden im wirklichen Arbeitsablauf Fehler längs der Prozeßkurve L gegenüber der idealen Kurve L ₀ nach Fig. 2 erzeugt. Der Arbeitsfehler wird durch die herrschenden Prozeßbedingungen, wie beispielsweise Schwankungen in der Stromquelle, während der Verarbeitung erzeugte Chips, durch Schwingungen der Drahtelektrode und dergleichen beeinflußt. Bei dieser Ausführungsform ist dementsprechend eine Prozeßgenauigkeitsüberwachungsvorrichtung am Steuersystem angebracht, und solche Fehler lassen sich mit dieser ermitteln.

Die Prozeßgenauigkeitsermittlungsvorrichtung enthält eine Meßspannungszuführschaltung 27, die zu einer Prozeßstromversorgungsschaltung parallel geschaltet ist, und eine Spannungsermittlungsschaltung 29, die mit einer Meßsteuersektion 31, einer Meßpunkteinstellsektion 31 und einer Prozeßfehlererkennungssektion 35 verbunden ist. Um einen erkannten Prozeßfehler rückzukoppeln und die Bearbeitungsgenauigkeit des Produkts zu verbessern, ist bei dieser Ausführungsform der Erfindung eine Kompensationswerteinstellsektion 37 zwischen die Prozeßfehlererkennungssektion 35 und die Prozeßbedingungseinstellsektion 21 geschaltet.

Die Meßspannungszuführungssektion 27 enthält eine Serienschaltung aus einem Schalttransistor T r ₂, einen Widerstand R ₂ und einer Gleichspannungsquelle E ₂, die eine sehr kleine Gleichspannung von beispielsweise 1,5 V erzeugt, und ist in der Lage, den Transistor T r ₂ mittels des Schalterkreises 39 ein- und auszuschalten.

Die Spannungsdetektorschaltung 29 hat den Aufbau einer üblichen Spannungsdetektorschaltung. Sie ermittelt die Spaltspannung zwischen dem Werkstück 1 und der Drahtelektrode 9.

Die Meßsteuersektion 31 gibt Befehle für einen vorbestimmten Meßbetrieb an den Impulsverteiler 3 nach Abschluß der Grob- oder Endbearbeitung mit einer vorbestimmten Folge, die später erläutert wird. Auch empfängt sie eine gemessenen Spannung V von der Spannungsdetektorschaltung 29, die als ein Interface wirkt, und gibt das ermittelte Ergebnis an die Prozeßfehlererkennungssektion 35.

Die Meßpunkteinstellsektion 33 stellt einen Meßpunkt als eine Abtastposition zur Ermittlung von Prozeßfehlern längs des Meßweges ein. Hier wird der Meßweg identisch mit oder parallel zum Prozeßweg eingestellt. Dies macht es möglich, die Einstellung des Weges auf einfache Weise zu berechnen.

Die Prozeßfehlererkennungssektion 35 erkennt Differenzen an den Meßpunkten zwischen der idealen Prozeßkurve L ₀ und der wirklichen Prozeßkurve L auf der Grundlage der Signale von der Meßsteuersektion 31.

Eine Kompensationswerteinstellsektion 37 setzt den Kompensationswert für den nächsten Endbearbeitungsprozeß fest, d. h. den Korrekturprozeß, der dem Endbearbeitungs- oder einem nachfolgenden zweiten Endbearbeitungsprozeß vorangeht, auf der Grundlage der Signale von der Prozeßfehlererkennungssektions 35.

Fig. 4 ist ein Flußdiagramm, daß das Prozeß-Präzisionsermittlungsverfahren zeigt, und Fig. 5 ist ein Erläuterungsdiagramm eines Beispiels der Einstellung eines Meßweges nach diesem Verfahren.

In diesem Beispiel wird der Meßweg als ein Rückkehrweg 41 zum Prozeßweg 17 bestimmt, ein Zwischenpunkt eines jeden Liniensegments wird als Meßpunkt gewählt, und an jedem Meßpunkt wird der vorgeschriebene Meßbetrieb ausgeführt.

Entsprechend der Messung wird der Vorschub der Drahtelektrode 9 angehalten, und die Drahtelektrode wird zwischen den Rollen 7 U und 7 D glattgespannt, um den Prozeßfehler richtig zu messen. Die Zuführung einer Prozeßflüssigkeit wird angehalten, damit die Drahtelektrode 9 nicht vibriert.

Anschließend, im Schritt 401, wird, wie in Fig. 5 gezeigt, der Rückkehrweg 41 auf der Grundlage des Prozeßweges 17 bestimmt.

Im Schritt 403 wird ein Schalterkreis aktiviert, und eine Meßspannung V ₀ wird zwischen die Drahtelektrode 9 und das Werkstück 1 geschaltet.

Im Schritt 405 wird die Endposition SP in Fig. 5 zum Startpunkt gemacht, und der Rückkehrweg wird begonnen.

Im Schritt 407 wird eine Entscheidung getroffen, ob dies der Endpunkt für den Rückkehrweg ist, oder nicht (speziell in diesem Beispiel, ob dies der Prozeßstartpunkt ST ist), und wenn dies der Fall ist, dann wird der Meßbetrieb beendet. Wenn es nicht der Endpunkt ist, geht das Programm zum Schritt 409 über.

Im Schritt 409 wird eine Entscheidung getroffen, ob der gegenwärtige Punkt ein Meßpunkt 43 ist, oder nicht, und wenn es der Meßpunkt 43 ist, dann geht das Programm zum Schritt 411 über.

Im Schritt 411 wird ein Zwischenhalt gemacht, und das Programm geht zum Schritt 413 über.

Im Schritt 413 bewegt sich die Drahtelektrode 9 mit geringer Geschwindigkeit gegen das Werkstück (Produkt) 1 längs einer Linie, die senkrecht zur Vorschubrichtung verläuft, entsprechend einem in der Meßsteuersektion 31 gespeicherten Programm.

Im Schritt 415 wird eine Entscheidung getroffen, um zu ermitteln, ob eine durch die Spannungsdetektorschaltung 31 ermittelte Spannung V gleich 0 geworden ist, ob die Drahtelektrode 9 und das Werkstück 1 in Berührung getreten sind.

Im Schritt 417 wird der Meßpunkt an die Prozeßfehlererkennungssektion 35 ausgegeben, um darin aufgezeichnet zu werden.

Im Schritt 419 kehrt die Drahtelektrode zum Meßweg 41 zurück und geht zum Schritt 405 über, und sodann geht sie zum nächsten Meßpunkt über.

Nach Abschluss dieser Schritte erkennt die Prozeßfehlererkennungssektion 35 Abweichungen der wirklichen Prozeßkurve L von der in Fig. 2 gezeigten idealen Prozeßkurve L ₀ an den Meßpunkten 43.

Eine Kompensationswerteinstellsektion 37 stellt den Kompensationswert für den nächsten Endbearbeitungsprozeß ein, nämlich für den Korrekturprozeß, der dem Endbearbeitungsprozeß vorangeht, oder für den zweiten Endbearbeitungsprozeß nach dem ersten Endbearbeitungsprozeß, auf der Grundlage der Signale von der der Prozeßfehlererkennungssektion 35. Hier können die zu kompensierenden Daten die Entladungsenergie im nächsten Prozeß, die Prozeßgeschwindigkeit, der Versatzwert der Drahtelektrode 9 für das Werkstück und dergleichen sein. Diese Kompensationswerte sind Werte, die den Daten für den Abschnitt des Liniensegments gegeben werden, in denen die Abweichung aufgetreten ist, sodaß Kompensationsdaten nicht notwendigerweise in Segmenteinheiten geliefert werden, oder sie können nur für den Abschnitt des Liniensegments bereitgestellt werden, in welchem der Fehler erzeugt worden war. Wenn fernerhin ermittelt wird, daß ein sehr großer Hohlraum im Produkt 15 aufgrund einer Spannungsabnormität nach der Grobbearbeitung erzeugt worden ist, dann kann der Prozeß beendet werden, bevor eine Endbearbeitung ausgeführt wird, und ein Urteil "unbefriedigend" kann zu diesem Zeitpunkt abgegeben werden, um die Weiterbearbeitung von Ausschuß zu verhindern.

Im obigen Beispiel wird einziger Meßpunkt in der Mitte eines jeden Liniensegments eingestellt. Der Meßpunkt 43 kann jedoch auch an einer Ecke oder zwischen einer Ecke und dem Mittelpunkt liegen.

Außerdem kann der Abstand zwischen der Drahtelektrode 9 und der bearbeiteten Kante des Werkstücks 1 gegenüber dem Produkt 15 gemessen werden.

Fig. 6 zeigt ein Beispiel des Meßweges für ein weiteres Prozeßgenauigkeitsermittlungsverfahren.

Bei diesem Beispiel wird der Meßweg 45 nicht an der Seite des Produkts 15 eingestellt, und die Ermittlung wird so ausgeführt, um zu bestimmen, ob die Drahtelektrode mit dem Produkt auf dem Meßweg in Berührung ist, oder nicht. Bei dieser Ausführungsform können mehrere Meßwege 45 (beispielsweise 3 Meßwege) parallel mit kleinen Abständen dazwischen eingestellt werden. Der Kontaktzustand der Drahtelektrode 9 und des Produktes 15 können dann nacheinander von der äußeren Spur zur inneren Spur hin beobachtet werden, oder in dem Rundlauf von der inneren Spur zurück zur inneren Spur, um Bearbeitungsfehler genauer zu ermitteln.

In der vorangehend erläuterten Ausführungsform wird die Distanz zwischen der Drahtelektrode 9 und dem Produkt 15 durch Bewegung der Elektrode 9 gegen das Produkt 15 und durch Ermittlung der Berührung zwischen der Drahtelektrode 9 und dem Produkt 15 ermittelt. Im Falle, daß es möglich ist, eine Prozeßflüssigkeit zwischen die Drahtelektrode 9 und das Werkstück 1 einzufüllen, kann die Distanz zwischen der Drahtelektrode 9 und dem Produkt 15 auch durch die Widerstandsänderung zwischen der Drahtelektrode 9 und dem Werkstück 1 ermittelt werden.

Wie oben erläutert, wird durch die vorliegende Erfindung eine Prozeßgenauigkeitsermittlungseinrichtung bei der Funkenerosionsbearbeitung mittels eines Schneiddrahtes angegeben, die bewirkt, daß die Drahtelektrode sich parallel zum Produkt bewegt. Die Vorrichtung macht es möglich, die Prozeßgenauigkeit von der Grobbearbeitung bis zur Endbearbeitung zu ermitteln. Dies macht es möglich, den Prozeß schnell und einfach zu überwachen, ohne daß das Werkstück vom Arbeitstisch genommen werden muß.

Claims

1. Schneiddraht-Funkenerosions-Vorrichtung enthaltend:
eine Einrichtung (11) zum Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen eine Drahtelektrode (9) und ein Werk stück (1);
eine Einrichtung (Mx, My) zum Bewegen der Drahtelektrode (9) längs eines Meßweges nach Abschluß eines Grob- oder Endbearbeitungsprozesses, wobei der Meßweg im wesent lichen längs einer bearbeiteten Kante eines Produkts (15) verläuft, das aus dem Werkstück (1) hergestellt ist;
eine Einrichtung (33) zum Bestimmen eines Meßbereiches oder eines Meßpunktes auf dem Meßweg;
eine Einrichtung (31) zum Ermitteln der Spannung zwischen der Drahtelektrode (9) und dem Produkt (15) und zum Abgeben eines Signals, wenn eine Änderung in der Spannung ermittelt wird;
eine Abstandsermittlungseinrichtung (29) zu Ermitteln des Abstandes zwischen dem Meßweg und der bearbeiteten Kante des Produkts (15) in dem Meßbereich oder an den Meßpunkten durch Bewegen der Drahtelektrode (9) aus ei ner Position auf dem Meßweg gegen die bearbeitete Kante des Produkts (15), während das Signal von der Spannungsdetektoreinrichtung (31) beobachtet wird; und
eine Fehlerdetektoreinrichtung (35) zum Ermitteln von Bearbeitungsfehlern bei der Grob- oder Endbearbeitung auf der Grundlage des Abstands zwischen dem Meßweg und dem bearbeiteten Werkstück (15), der von der Abstandsermittlungseinrichtung (29) ermittelt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Meßspannung eine kleine Gleichspannung ist, die mit einem Widerstand in Serie geschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Meßweg parallel zum Bearbeitungsweg (Prozeßweg) (17) verläuft.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Fehlerermittlungseinrichtung (35) ermitttelte Ergebnis als Daten zur Steuerung der Entladungsenergie verwendet wird, die einem Entladespalt für die nächste Modifikation oder Endbearbeitung zugeführt wird.