DE3917785C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Ausrichtung einer Drahtelektrode einer Drahtschnitt-Funkenerosionsmaschine senkrecht zu einer Bezugsfläche eines Bearbeitungstisches - Google Patents

Description

Der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausrichtung einer Drahtelektrode einer Drahtschnitt-Funkenerosionsmaschine senkrecht zu einer Bezugsfläche eines Bearbeitungstisches gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Vertikaleinstellung einer Drahtelektrode einer Drahtschnitt-Funkenerosionsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung ist bereits aus der US 46 73 788 bekannt. Eine Senkrechtstellung der Drahtelektrode wird hier mittels eines oberen und eines unteren Kontaktelements einer Erfassungseinrichtung für die Drahtelektrode durchgeführt. Während das untere Kontaktelement lediglich ein Berührungselement ist, welches den Kontakt mit der Drahtelektrode erfaßt, besteht das obere Kontaktelement aus zwei zueinander senkrecht angeordneten Kontakten, so daß eine Senkrechtstellung der Drahtelektrode in zwei Ebenen möglich ist. Zur Erfassung der Lage des Drahtes wird die Berührung des Drahtes an den jeweiligen Kontaktelementen ausgewertet. Eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren weisen jedoch den Nachteil auf, daß bei einem schwingenden Draht eine mehrfache Berührung des Drahtes an den jeweiligen Kontaktelementen erfolgen kann bzw. daß auch bei richtiger Vertikalausrichtung des Drahtes eine Abhebung des Drahtes vom Kontaktelement erfolgen kann, was eine Vertikaleinstellung unmöglich macht. Daher ist entweder eine vertikale Ausrichtung mit hoher Genauigkeit nicht möglich oder die Geschwindigkeit der Einstellung ist so reduziert, daß sich die beim Ausrichten des Drahtes entstehenden Schwingungen erst nach einer bestimmten Zeitdauer beruhigt haben müssen. Demnach ist bei Schwingungen ein langer Zeitraum für eine hinreichend genaue Ausrichtung erforderlich. Bei einem schwingenden Draht ist eine Vertikalausrichtung nicht möglich.

Fig. 1 ist eine erläuternde Darstellung zur Beschreibung der Problematik der Erfindung bezüglich eines Verfahrens zur Einstellung einer Drahtelektrode in Vertikalrichtung für eine mit Drahtschnitt arbeitende Funkenerosionsmaschine. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Drahtelektrode; 2 eine Drahtelektrodenvorratsspule; 3 eine Drahtelektrodenaufwickelspule; 4 eine untere Führungsrolle; 5 eine obere Führungsrolle; 6 eine untere Drahtführung; und 7 eine obere Drahtführung. Die Drahtelektrode 1 wird mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit von der Drahtelektrodenvorratsspule 1 über die untere Führungsrolle 4, die untere Drahtführung 6, die obere Drahtführung 7 und die obere Führungsrolle 5 zur Drahtelektrodenaufwickelspule 3 geführt, so daß sie auf letzterer aufgewickelt wird. Ist beispielsweise die Drahtelektrode 1 ein Messingdraht mit 0,2 mm Durchmesser, so wird im allgemeinen auf sie eine Zugkraft von 8 N bis 15 N (800 bis 1500 g) ausgeübt.

Ferner bezeichnet in Fig. 1 das Bezugszeichen 8 eine Drahtführungsantriebseinheit, um es der oberen Drahtführung zu gestatten, sich zweidimensional in Richtung der U-Achse und der V-Achse in einer horizontalen Ebene zu bewegen. Die Drahtführungsantriebseinheit wird dazu verwendet, um ein (nicht dargestelltes) Werkstück in erforderlicher Weise abzuschrägen.

Das Werkstück wird fest mittels einer Klemmvorrichtung an einem Bearbeitungstisch 10 festgehalten, der zweidimensional in Richtung einer X-Achse und einer Y-Achse in einer Horizontalebene bewegbar ist.

Eine Meßeinheit 12 für die Senkrechtstellung der Drahtelektrode ist am Bearbeitungstisch 10 vorgesehen. Die Meßeinheit 12 umfaßt einen am Bearbeitungstisch befestigten Körper 14 sowie ein oberes Kontaktelement 15 und ein unteres Kontaktelement 16, die mit dem Körper 14 derart gekoppelt sind, daß sich das Kontaktelement 15 über dem Kontaktelement 16 befindet und sie parallel zueinander liegen, so daß sie elektrisch in Berührung mit der Drahtelektrode 1 gebracht werden können. Ferner ist die Meßeinheit 12 für die Senkrechtstellung der Drahtelektrode so ausgeführt, daß die Linie, die einen oberen Kontakt 151 und einen unteren Kontakt 161 verbindet, die jeweils an den Enden des oberen Kontaktelements 15 und des unteren Kontaktelements 16 befestigt sind, senkrecht zum Bearbeitungstisch 10 verläuft.

Die Kontaktsignale des oberen Kontakts 151 und des unteren Kontakts 161 mit der Drahtelektrode 1 werden jeweils als ein oberes Kontaktsignal 20 und als ein unteres Kontaktsignal 21 einer numerischen Steuereinheit 18 zugeführt. Die numerische Steuereinheit 18 führt ein X-Achse-Antriebssignal 22 und ein Y-Achse-Antriebssignal 23 jeweils einem (nicht dargestellten) X-Achse-Antriebsmotor und einem (nicht dargestellten) Y-Achse-Antriebsmotor zu, die für den Bearbeitungstisch 10 vorgesehen sind, und führt jeweils ein U-Achse-Antriebssignal 24 und V-Achse-Antriebssignal 25 einem (nicht dargestellten) U-Achse-Antriebsmotor und einem (nicht dargestellten) V-Achse-Antriebsmotor zu, die für die Drahtführungsantriebseinheit vorgesehen sind.

Das bekannte Verfahren zur Einstellung einer Drahtelektrode in Vertikalrichtung für eine mit Drahtschnitt arbeitende Funkenerosionsmaschine wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben.

Fig. 2 zeigt eine Verfahrensweise zur Einstellung einer Drahtelektrode vertikal in Richtung der X-Achse. Die nachfolgende Beschreibung kann in gleicher Weise auf die Verfahrensweise der Einstellung einer Drahtelektrode vertikal in Richtung der Y-Achse verwendet werden.

Falls die obere Drahtführung 7 nach rechts längs der U-Achse gemäß Fig. 1 bewegt wird, so ist die Drahtelektrode 1 nicht vertikal, wie aus Fig. 2(a) hervorgeht. Das heißt, die Drahtelektrode 1 ist in Richtung der U-Achse geneigt, und sowohl der obere Kontakt 151 als auch der untere Kontakt 161 sind ohne Anlage an der Drahtelektrode 1.

Daher wird der Bearbeitungstisch 10 in Richtung der X-Achse vorwärtsbewegt, so daß der untere Kontakt 161 in Anlage mit der Drahtelektrode gelangt. Bei diesem Vorgang wird das untere Kontaktsignal 21 der numerischen Steuereinheit 18 zugeführt. Entsprechend wird, zu gleicher Zeit, wo der untere Kontakt in Berührung mit der Drahtelektrode gelangt, der Bearbeitungstisch 10 angehalten. Darauf wird der untere Kontakt 161 geringfügig rückwärtsbewegt, bis er von der Drahtelektrode gemäß Fig. 2(b) gelöst ist.

Anschließend wird die obere Drahtführung 7 bewegt, beispielsweise 1 µm nach links längs der U-Achse gemäß Fig. 2(c), so daß die Drahtelektrode 1 aufgerichtet wird.

Der Bearbeitungstisch 10 wird erneut in Richtung der X-Achse bewegt, und es wird festgestellt, ob der obere Kontakt 151 und der untere Kontakt 161 gleichzeitig in Berührung mit der Drahtelektrode gelangt oder nicht gelangt sind; d. h. es wird festgestellt, ob das obere Kontaktsignal 20 und das untere Kontaktsignal 21 gleichzeitig an die numerische Steuereinheit 18 gelangt oder nicht gelangt sind. Wird entschieden, daß der obere und untere Kontakt nicht gleichzeitig in Berührung mit der Drahtelektrode gekommen sind, so wird der in Bezug auf Fig. 2(b) beschriebene Vorgang erneut durchgeführt, und anschließend wird der in Verbindung mit Fig. 2(c) beschriebene Vorgang erneut ausgeführt.

Wird entschieden, daß der obere und der untere Kontakt gleichzeitig in Berührung der Drahtelektrode gebracht wurden, so werden der Bearbeitungstisch, die Drahtelektrode, etc. gemäß Fig. 2(d) positioniert. Jedoch wird zur Bestätigung der Bearbeitungstisch 10 eine vorgegebene Strecke rückwärtsbewegt und anschließend nach vorne, um zu bestimmen, ob der obere und untere Kontakt gleichzeitig in Berührung mit der Drahtelektrode gebracht oder nicht gebracht werden. Wird entschieden, daß der obere und untere Kontakt nicht gleichzeitig in Berührung mit der Drahtelektrode gebracht worden sind, so wird der Bearbeitungstisch gemäß Fig. 2(b) erneut zurückgesetzt, und wiederum 1 µm bewegt, so daß die Drahtelektrode vertikal gehalten wird. Dieser Vorgang wird wiederholt durchgeführt, bis ermittelt wird, daß der obere und der untere Kontakt in Berührung mit der Drahtelektrode gebracht worden sind. Wurde festgestellt, daß der obere und untere Kontakt in Berührung mit der Drahtelektrode gebracht worden sind, so werden die Drahtelektrode, der untere und obere Kontakt, etc. gemäß Fig. 2(e) positioniert. Damit ist der Vorgang der Einstellung der Drahtelektrode 1 in Vertikalrichtung durchgeführt.

Falls die Drahtelektrode 1 relativ zur U-Achse nach links geneigt ist, so wird das vorausgehend beschriebene Verfahren gleichermaßen verwendet, um die Drahtelektrode 1 vertikal zu halten, mit der Maßgabe, daß in diesem Fall der obere Kontakt 151 zuerst in Berührung mit der Drahtelektrode 1 gebracht wird.

Aus der JP 58-12 60 25 ist eine Vorrichtung zur Ausrichtung einer Drahtelektrode bekannt, bei der die Ausrichtung der Drahtelektrode durch Wegmessungen bestimmt wird. Auch diese Vorrichtung umfaßt ein oberes und ein unteres Kontaktelement, welche jeweils die Form eines kreisförmigen offenen Rings besitzen. Die Elektrode kann durch obere und untere Drahtführungselemente in den axialen Richtungen zur Senkrechtstellung bewegt werden, wobei sich die Elektrode jeweils innerhalb des unteren und oberen ringförmigen Kontaktelements befindet. Die Absicht ist, die Elektrode jeweils in der Mitte des oberen und unteren ringförmigen Kontaktelements zu positionieren, was gleichzeitig eine Senkrechtstellung der Elektrode anzeigt. Zur Mittenpositionierung wird die Elektrode mittels der oberen und unteren Drahtführung bewegt, bis jeweils eine Berührung der Elektrode an den jeweiligen oberen und unteren Kontaktelementen, d. h. an der Innenwand des ringförmigen Kontaktelements, auftritt. Gleichzeitig wird dabei eine Wegmessung in zwei zueinander senkrechten axialen Richtungen durchgeführt. Nachdem die Wegmessungen bezüglich des oberen und unteren Kontaktelements abgeschlossen sind, wird eine Auswertung mittels des Strahlensatzes verwendet, um die oberen und unteren Drahtführungen zur Mittelpunkteinstellung der Elektrode in die Mitte der jeweiligen ringförmigen Kontaktelemente zu bewirken. Für diese Mittenbestimmung bzw. für die Vertikalstellung der Elektrode sind aber mehrere Wegmessungen erforderlich, die zudem voneinander unabhängig sein müssen. Dieses Einstellungsverfahren erfordert eine hochgenaue Wegmessung, erfordert viel Zeit und besitzt außerdem den Nachteil, daß bei einem möglichen Schwingen der Drahtelektrode eine genaue Wegmessung und somit eine genaue Vertikaleinstellung bis zur Berührung überhaupt nicht möglich ist.

Wie aus obiger Beschreibung hervorgeht, ist das bekannte Verfahren zur Einstellung einer Drahtelektrode in Vertikalrichtung bei einer mit Drahtschnitt arbeitenden Funkenerosionsmaschine in der Praxis knifflig und mühsam. Um festzustellen, ob der obere Kontakt 151 und der untere Kontakt 161 gleichzeitig in Berührung mit der Drahtelektrode gebracht oder nicht gebracht wurden, ist es erforderlich, den Kontaktfeststellungsvorgang durchzuführen; d. h., es wird entschieden, daß die Drahtelektrode vertikal gehalten wird, wenn der obere und der untere Kontakt in Berührung mit der Drahtelektrode ist. Der gleichzeitige Kontakt mit dem unteren und oberen Kontaktelement muß dabei aufeinanderfolgend zweimal festgestellt werden.

Wird daher beispielsweise die Drahtelektrode 1 aus irgendeinem Grund in Schwingung versetzt (wozu sie neigt), beispielsweise durch die nicht vollständig gleichmäßige Bewegung der Drahtführungen oder durch die Berührung und die Loslösung der Kontaktelemente und des Drahtes voneinander oder durch die Zuführung des Drahtes, so kann der Vorgang, daß der obere und der untere Kontakt aufeinanderfolgend zweimal in Anlage mit der Drahtelektrode gelangen, nicht auftreten. In diesem Falle wird der Drahtaufrichtevorgang automatisch durchgeführt; d. h. er kann öfter als erforderlich durchgeführt werden, und es bedarf infolgedessen einer verhältnismäßig langen Zeit, um die Drahtelektrode vertikal einzustellen. Wird die Drahtelektrode in Schwingungen versetzt, wobei die Drahtelektrode völlig regellos nicht periodische Schwingungen ausführt, z. B. weil die Phase und/oder die Amplitude durch die Berührung der oberen und unteren Kontaktelemente völlig willkürlich nur an einer Stelle beeinflußt wird, so können der obere und untere Kontakt aufeinanderfolgend zweimal gleichzeitig in Berührung mit der Drahtelektrode gebracht werden, obgleich die Drahtelektrode noch nicht vertikal gehalten wird. In diesem Falle kann die Drahtelektrode gegebenenfalls nicht ausreichend senkrecht gestellt werden.

Um die vorausgehend beschriebenen Schwierigkeiten zu überwinden, die beim bekannten Verfahren vorliegen, wurde beispielsweise durch die japanische Patentanmeldung JP 57-61420 A folgendes Verfahren vorgeschlagen: Der obere und untere Kontakt ist derart ausgebildet, daß er mittels Schrauben, wie beispielsweise Mikrometerschrauben, bewegt wird. Die Bewegungen des oberen und unteren Kontakts zur Drahtelektrode werden gemessen, und die Korrekturgröße in der Position der oberen Drahtführung wird entsprechend den gemessenen Bewegungen berechnet, und die obere Drahtführung wird im Einklang mit der auf diese Weise berechneten Korrekturgröße bewegt, um die Drahtelektrode vertikal einzustellen. Es muß jedoch angemerkt werden, daß das bekannte Verfahren nur unter der Bedingung durchgeführt werden kann, daß die Drahtelektrode nicht in Schwingungen versetzt wird, wozu sie, wie oben beschrieben, von selbst neigt. Ferner erfolgt beim bekannten Verfahren der Einstellvorgang von Hand. Daher eignet sich das bekannte Verfahren nicht zum kontinuierlichen Betrieb oder zum unbeaufsichtigten Betrieb einer Funkenerosionsmaschine.

Der Erfindung liegt somit das technische Problem zugrunde,

• - ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Senkrechtstellung der Drahtelektrode mit Drahtschnitt arbeitenden Erosionsmaschine derart auszubilden, daß selbst bei durch Schwingungen verursachten Berührungen der Drahtelektrode mit den oberen und unteren Kontaktelementen dieselbe automatisch und mit hoher Genauigkeit vertikal eingestellt werden kann.

Dieses technische Problem wird durch ein Verfahren mit den Schritten 1-6 des Patentanspruchs 1 gelöst. Ferner wird dieses technische Problem mit den Merkmalen a-f des Patentanspruchs 7 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Senkrechtstellung der Drahtelektrode unter Verwendung eines statistischen Verfahrens durchgeführt, wenn die Drahtelektrode infolge ihrer Schwingung mit dem oberen Kontaktelement und dem unteren Kontaktelement wiederholt in Berührung kommt. Die Drahtelektrode, die, wie oben beschrieben kleine Schwingungen völlig regellos ausführt, berührt das obere und das untere Kontaktelement gleichzeitig oder das untere und das obere Kontaktelement bei der Schwingung wiederholt, wobei die Parameter der Schwingung, d. h. die Phase und die Amplitude bei jeder Berührung mit den Kontaktelementen völlig regellos, d. h. statistisch verändert wird. Die Drahtelektrode führt also statistische Schwingungen durch und die Berührungen der Drahtelektrode mit den oberen und unteren Kontaktelementen werden statistisch ausgewertet. Dies hat insbesondere den Vorteil zur Folge, daß eine Senkrechtstellung der Drahtelektrode immer mit Sicherheit gewährleistet werden kann, unabhängig davon, ob die Drahtelektrode schwingt oder nicht.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung zur Einstellung einer Drahtelektrode in Vertikalausrichtung bei einer mit Schnittdraht arbeitenden Funkenerosionsmaschine werden die Anzahl der Berührungen des oberen und unteren Kontaktelements mit der Drahtelektrode während ihrer Schwingung in jeder Abtastzeitspanne während einer vorgegebenen Zeitspanne gezählt, um eine Gesamtanzahl von Probenahmen N der Abtastvorgänge zu erhalten. Jede Abtastzeitspanne von beispielsweise 35,5 ms Dauer wird als eine Probenahme gezählt. Insbesondere umfaßt die Gesamtanzahl der Probenahmen N folgende Daten:

N = N₁ + N₂ + N₃ + N₄ (1)

wobei N₁ die Häufigkeit von Ereignissen ist, bei welchen der obere und untere Kontakt nicht in Berührung mit der Drahtelektrode gelangen; N₂ ist die Häufigkeit der Ereignisse, bei welchen nur der untere Kontakt in Berührung mit der Drahtelektrode gelangt; N₃ ist die Häufigkeit der Ereignisse, bei denen nur der obere Kontakt in Berührung mit der Drahtelektrode gelangt; und N₄ ist die Häufigkeit der Ereignisse, bei welchen der obere und der untere Kontakt gleichzeitig in Berührung mit der Drahtelektrode gelangen.

Ist im Ausdruck (1), N₂ + N₃ < K₁ (wobei K₁ < N) und k₂ < N₃/N₂ < K₁ (wobei k₁ und k₂ Konstante sind), so wird entschieden, daß der obere und untere Kontakt im wesentlichen gleichmäßig in Berührung mit der Drahtelektrode sind. Anders ausgedrückt, die Häufigkeit der oberen Kontaktsignale und unteren Kontaktsignale, die während der vorgegebenen Zeitspanne geliefert werden, werden gezählt, und es wird entschieden, daß die Drahtelektrode im wesentlichen vertikal eingestellt ist, wenn die auf diese Weise gezählten beiden Häufigkeiten gleich groß miteinander werden.

In vorteilhafter Weise umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Vertikaleinstellung einer Drahtelektrode eine Einrichtung zur Entnahme einer Gesamtzahl von Probenahmen N von Abtastvorgängen; eine Einrichtung zur Beurteilung N₂ + N₃ < K₁; eine Einrichtung zur Beurteilung N₃/N₂ < k₂; und eine Einrichtung zur Beurteilung N₁ < N₄ zwecks Bestimmung, ob der obere und untere Kontakt exzessiv vorwärtsbewegt wurden, wenn das Ergebnis der Beurteilung von N₂ + N₃ < K₁) ein "NEIN" ergibt.

Erfindungsgemäß wird, nachdem der obere und untere Kontakt gleichzeitig einmal in Berührung mit der Drahtelektrode gebracht worden sind, eine Gesamtzahl von Probenahmen N von Abtastvorgängen innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne erhalten, und es wird entschieden, ob N₂ + N₃ < K₁ ist oder nicht ist, um die Wirkung einer Schwingung der Drahtelektrode auf den oberen und unteren Kontakt in den gegenwärtigen Positionen zu beurteilen. Das heißt, falls N₂ + N₃ < K₁ ist, werden die Kontakte in Berührung an die Drahtelektrode durch Schwingung der letzteren gebracht. Daher wird aus N₃/N₂ entschieden, ob der obere untere Kontakt im wesentlichen gleichförmig in Berührung mit der Drahtelektrode sind oder nicht sind. Falls im Gegensatz dazu, N₂ + N₃ < K₁ nicht vorliegt, so liegen der obere und untere Kontakt von der Drahtelektrode entfernt, oder sie wurden exzessiv nach vorne bewegt. In diesem Falle werden die Positionen des oberen und unteren Kontakts und der Drahtführung korrigiert, und der Vorgang der Erzielung einer Gesamtzahl von Probenahmen N von Abtastvorgängen wird erneut durchgeführt, und die vorausgehend beschriebenen Vorgänge werden wiederum durchgeführt, beginnend mit dem Vorgang der Erzielung einer Gesamtanzahl von Probenahmen N von Abtastvorgängen.

Ist N₃/N₂ <k₁ bei N₂ + N₃ < K₁ , so steht nur der obere Kontakt in Berührung mit der Drahtelektrode; und falls unter der gleichen Bedingung N₃/N₂ < k₂ ist, so steht nur der untere Kontakt in Berührung mit der Drahtelektrode. In diesem Fall wird die Position der Drahtführung korrigiert, und die vorausgehend beschriebenen Vorgänge werden erneut durchgeführt, beginnend mit dem Vorgang der Erzielung einer Gesamtanzahl von Probenahmen N von Abtastvorgängen. Ist k₂ < N₃/N₂ < k₁, so wird entschieden, daß der obere und untere Kontakt im wesentlichen gleichförmig in Berührung mit der Drahtelektrode gebracht sind. Somit wurde die Drahtelektrode vertikal eingestellt.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Im folgenden wird die Erfindung nun anhand ihrer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine erläuternde Darstellung einer bekannten Vorrichtung zur Einstellung einer Drahtelektrode in Vertikalrichtung;

Fig. 2(a) bis 2(e) erläuternde Darstellungen zur Beschreibung eines Verfahrens zur Einstellung einer Drahtelektrode in Vertikalrichtung bei der bekannten Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Ablaufdarstellung für eine Steuerschaltung in einer Vorrichtung, die ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Einstellung einer Drahtelektrode in Vertikalrichtung verwendet;

Fig. 4(a) bis 4(e) erläuternde Darstellungen zur Beschreibung der Betriebsvorgänge beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Einstellung einer Drahtelektrode in Vertikalrichtung; und

Fig. 5 eine erläuternde Darstellung, die die Beziehungen der Konstanten K₁, k₁ und k₂ mit der Gesamtzahl von Probenahmen N der Abtastvorgänge beim erfindungsgemäßen Verfahren angibt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen erläutert.

Fig. 3 ist eine Ablaufdarstellung für eine Steuerschaltung einer Vorrichtung, die ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Einstellung einer Drahtelektrode in Vertikalrichtung durchführt und die den Ablauf der Betriebsvorgänge darstellt, die ausgehend von dem Zeitpunkt durchgeführt werden, wo der obere und untere Kontakt gleichzeitig zum ersten Mal in Berührung mit der Drahtelektrode gelangen, bis hin zur vertikalen Einstellung der Drahtelektrode. Fig. 3 zeigt ein Verfahren zur Einstellung einer Drahtelektrode in Vertikalrichtung gegenüber einer U-Achse und einer X-Achse; es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die gleiche Steuerschaltung für die V-Achse und Y-Achse vorgesehen ist.

In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen (101) einen Schritt zur Bestimmung einer Gesamtzahl von Probenahmen N von Abtastvorgängen in einer vorgegebenen Zeitspanne, nachdem der obere und untere Kontakt gleichzeitig zum ersten Mal in Berührung an die Drahtelektrode gebracht werden. In dem Schritt (101) werden die Häufigkeit von Ereignissen N₁, N₂, N₃ und N₄ in dem vorausgehend beschriebenen Ausdruck (1) gezählt. Die Gesamtzahl der Probenahmen N ist die Summe der Häufigkeit der Ereignisse N₁, bei denen sowohl der obere als auch der untere Kontakt an der Drahtelektrode wegbleiben, der Häufigkeit der Ereignisse N₂, bei denen nur der untere Kontakt in Berührung mit der Drahtelektrode gelangt, der Häufigkeit von Ereignissen N₃, bei denen nur der obere Kontakt in Berührung mit der Drahtelektrode gelangt, und der Häufigkeit von Ereignissen N₄, bei denen der obere und untere Kontakt gleichzeitig in Berührung mit der Drahtelektrode gebracht werden. Daher sind aus der Häufigkeit der Ereignisse jene entsprechend N₂ und N₃ die wesentlichen Bestimmungsfaktoren. Es sei der Fall betrachtet, wo eine Abtastzeit beispielsweise auf 35,5 ms eingestellt ist, und die Gesamtanzahl der Probenahmen N durch Zählen der Abtastzeit während einer vorgegebenen Zeitspanne erhalten wird. Die vorgegebene Zeitspanne beträgt vorzugsweise etwa 1 s, obgleich sie so kurz wie möglich sein sollte. Die Gesamtanzahl der Probenahmen N wird auf 30 (N = 30) bei der Ausführungsform festgelegt, da sie einen bestimmten Wert haben soll, um erfindungsgemäß eine statistische Wirkung zu ergeben, obgleich sie von der mechanischen Genauigkeit der verwendeten Funkenerosionsmaschine abhängt.

Ferner bezeichnet in Fig. 3 das Bezugszeichen (102) einen Schritt der Beurteilung von N₂ + N₃ < K₁. Das heißt, in dem Schritt (102) wird die Summe von N₂ und N₃ aus der Gesamtzahl der Probenahmen N erhalten. Bei der infrage stehenden Ausführungsform wird K₁ mit 25 (K₁ = 25) festgesetzt. Jedoch kann mit der Beurteilung von (N₂ + N₃) allein nicht bestimmt werden, ob die Häufigkeiten der Berührungen des oberen Kontakts (151) und des unteren Kontakts (161) gleich groß sind. Daher wird erfaßt, ob das Verhältnis der Häufigkeiten N₃/N₂ in einem vorbestimmten Bereich numerischer Werte liegt.

Somit wird in einem Beurteilungsschritt (103) bestimmt, ob N₃/N₂ < k₁ ergibt oder nicht ergibt. In der Ausführungsform wird k₁ auf 3,0 festgelegt (k₁ = 3,0).

Ist das Ergebnis der Beurteilung "ja", so wird ein Schritt (104) ausgeführt, in dem bestimmt wird, ob N₃/N₂ < k₂ gilt oder nicht gilt. In der Ausführungsform wird k₂ auf 0,3 festgesetzt (k₂ = 0,3). Ist das Ergebnis der Beurteilung "ja", so ist der Einstellvorgang der Drahtelektrode in Vertikalrichtung beendet, da das Verhältnis N₃/N₂ im vorbestimmten Bereich numerischer Werte liegt.

Ist das Ergebnis der Bestimmung in dem vorausgehend beschriebenen Bestimmungsschritt (102) "nein", so ist sowohl der obere Kontakt (151) als auch der untere Kontakt (161) von der Drahtelektrode (1) entfernt oder beide sind in Berührung mit der Drahtelektrode (1), die exzessiv bewegt wird. Daher wird zum Vergleich von N₁ und N₄ ein Schritt (105) durchgeführt, um zu bestimmen, ob N₁ größer als N₄ ist oder nicht ist (N₁ < N₄). Ist das Ergebnis der Bestimmung seitens des Schritts (105) "ja", wird eine X-Achse/ U-Achsevorschubstufe (106) für 1 µm in Betrieb genommen, so daß der Bearbeitungstisch (10) und die obere Drahtführung (10) 1 µm jeweils längs der X-Achse und U-Achse vorwärtsbewegt werden. Anschließend wird der vorausgehend beschriebene Schritt (101) zur Entnahme einer Gesamtzahl von Probenahmen N von Abtastvorgängen erneut betrieben. Somit werden die vorausgehend beschriebenen Vorgänge erneut durchgeführt. Ist dagegen das Ergebnis der Beurteilung von N₁ < N₄ ein "nein", so wird eine X-Achse/ U-Achserückzugsstufe (107) um 1 µm betätigt, so daß der Bearbeitungstisch (10) und die obere Drahtführung (7) um 1 µm jeweils rückwärts längs der X-Achse und der U-Achse bewegt werden. Anschließend wird der Schritt (101) erneut durchgeführt, und die vorausgehend beschriebenen Vorgänge werden erneut durchgeführt.

Ist das Ergebnis der Beurteilung von N₃/N₂ < k₁ in dem Schritt (103) ein "nein", so befindet sich nur der obere Kontakt in Berührung mit der Drahtelektrode. Deshalb wird eine Rückzugsstufe (108) für den alleinigen Rückzug der U-Achse um 1 µm betätigt, so daß nur die obere Drahtführung (7) 1 µm rückwärts längs der U-Achse bewegt wird, und anschließend wird der Schritt (101) zur Entnahme einer Gesamtanzahl von Probenahmen N der Abtastvorgänge erneut betrieben und die vorausgehend beschriebenen Vorgänge werden erneut durchgeführt.

Ist das Ergebnis der Bestimmung von N₃/N₂ < k₂ seitens der Stufe (104) ein "nein", so befindet sich nur der untere Kontakt in Berührung mit der Drahtelektrode. Daher wird mittels einer Vorschubstufe (109) zum alleinigen Vorschub der U-Achse um 1 µm nur die Drahtführung 7 längs der U-Achse um 1 µm vorwärtsbewegt, und anschließend wird der Schritt (101) erneut durchgeführt, und die vorausgehend beschriebenen Vorgänge werden erneut durchgeführt.

Die vor ausgehend beschriebenen Vorgänge sind wie in Fig. 4 angegeben, die der Fig. 2 entspricht. Die Fig. 4(a) bis 4(d) entsprechen jeweils den Fig. 2(a) bis 2(d). Jedoch wird darauf hingewiesen, daß sich der Fall gemäß Fig. 4 von jenem der Fig. 2 darin unterscheidet, daß in Fig. 4(d), nachdem der obere und untere Kontakt einmal gleichzeitig in Berührung mit der Drahtelektrode gebracht wurden, der vorausgehend beschriebene Bestimmungsvorgang in der Vertikalstellung während 1 s durchgeführt wird.

Zusammenfassend ergibt sich

• (1) für N₂ + N₃ < K₁,
  falls N₃/N₂ < k₁ ist, so steht nur der obere Kontakt in Berührung mit der Drahtelektrode;
  falls K₂ < N₃/N₂ < k₁ ist, so steht der obere und der untere Kotakt in Berührung mit der Drahtelektrode; und
  falls N₂/N₂ < k₂ ist, so ist nur der untere Kontakt in Berührung mit der Drahtelektrode.
• (2) Für N₂ + N₃ ≦ K₁,
  falls N₁ < N₄ ist, so sind sowohl der obere und untere Kontakt nicht in Berührung mit der Drahtelektrode; und falls N₁<N₄ ist, so sind sowohl der obere und untere Kontakt in Berührung mit der Drahtelektrode.

Die Daten K₁, k₁ und k₂ werden bezüglich N unter Bezugnahme auf die Fig. 5(a) bis 5(d) erläutert.

In jedem Fall, wo gemäß Fig. 5(a) der obere und untere Kontakt überhaupt nicht in Berührung mit der Drahtelektrode gebracht werden oder nur einige wenige Male, gilt N = N, N₁ ≒ N, N₂ ≒ 0, N₃ ≒ 0 und N₄ ≒ 0. Somit ist N₂ + N₃ ≒ 0 und N₁ < N₄. Entsprechend sind sowohl der obere als auch der untere Kontakt nicht in Berührung mit der Drahtelektrode. Da N₃/N₂ instabil ist, ist es eine Bedingung der gleichzeitigen Berührung des oberen und unteren Kontakts, daß N₂ + N₃ gleich oder größer als die Konstante K₁ ist.

In dem Fall, wo gemäß Fig. 5(b) der obere Kontakt (151) und der untere Kontakt (161) exzessiv vorwärtsbewegt werden, sind sie beide in Berührung mit der Drahtelektrode und N = N, N₁ ≒ 0, N₂ ≒ 0, N₃ ≒ 0 und N₄ ≒ N.

Entsprechend ist N₂ + N₃ ≒ 0, und N₁ < N₄. Somit sind sowohl der obere als auch der untere Kontakt in Berührung mit der Drahtelektrode und N₃/N₂ ist instabil.

Es sei der Fall betrachtet, bei welchem gemäß Fig. 5(c) nur der obere Kontakt (151) oder der untere Kontakt (161) in Berührung mit der Drahtelektrode steht. Befindet sich nur der obere Kontakt (151) in Berührung mit der Drahtelektrode, so ist N = N, N₁ ≒ 0, N₂ ≒ 0, N₃ ≒ N und N₄ ≒ 0. Befindet sich nur der untere Kontakt (161) in Berührung an der Drahtelektrode, so ist N = N, N₁ ≒ 0, N₂ ≒ N, N₃ ≒ 0 und N₄ ≒ 0. Somit ist N₂ + N₃ ≒ N und N₃/N₂ ≒ 0 (wenn der untere Kontakt in Berührung mit der Drahtelektrode steht) oder ∞ (wenn der obere Kontakt in Berührung mit der Drahtelektrode steht). Im Einklang hiermit wird die Konstante k₂ als Bezugswert ausgewählt, um zu bestimmen, daß nur der untere Kontakt oder der obere und der untere Kontakt in Berührung mit der Drahtelektrode stehen und die Konstante k₁ wird als Bezugswert ausgewählt, um zu bestimmen, daß der obere Kontakt oder der obere und der untere Kontakt in Berührung mit der Drahtelektrode stehen.

In dem Fall, wo gemäß Fig. 5(d) der obere Kontakt (151) und der untere Kontakt (161) im wesentlichen gleichförmig in Berührung mit der Drahtelektrode (1) stehen, gilt N = N, N₁ ≒ 0, N₂ ≒ N/2, N₃ ≒ N/2 und N₄ ≒ 0, und somit ist N₂ + N₃ ≒ N und N₃/N₂ ≒ 1.

Bei der vorausgehend beschriebenen Ausführungsform wird bestimmt, ob N₂ + N₃ größer als K₁ ist oder nicht ist. Jedoch kann statt dieser Bestimmung N₄ < K₁ , oder N₁ < K₁ verwendet werden, um zu bestimmen, ob sowohl der obere als auch der untere Kontakt in Berührung mit der Drahtelektrode stehen, oder ob sowohl der obere und untere Kontakt nicht in Berührung mit der Drahtelektrode stehen oder nicht stehen, und die Senkrechtstellung der Drahtelektrode wird aus dem Verhältnis der Häufigkeiten N₃/N₂ ermittelt, der das Verhältnis der Kontakthäufigkeit des oberen Kontakts zur Kontaktfrequenz des unteren Kontakts darstellt.

Wie vorausgehend beschrieben wurde, wird erfindungsgemäß ein statistisches Verfahren zur Bestimmung der Senkrechtstellung der Drahtelekrode verwendet. Daher werden, wenn der obere und untere Kontakt in Berührung mit der Drahtelektrode infolge einer Schwingung der letzteren gebracht werden, im Einklang mit der Gesamtanzahl von Probenahmen von Abtastvorgängen in der vorgegebenen Zeitspanne, die erhalten wird, nachdem der obere und untere Kontakt zum ersten Mal in Berührung mit der Drahtelektrode gebracht wurden, die Häufigkeit von Ereignissen einer Berührung des oberen und unteren Kontakts als Bestimmungsfaktoren verwendet, so daß die Senkrechtstellung der Drahtelektrode mit hoher Genauigkeit bestimmt werden kann. Somit kann die Drahtelektrode mit hoher Geschwindigkeit und hoher Genauigkeit automatisch vertikal eingestellt werden.

Claims (12)

1. Verfahren zur Ausrichtung einer Drahtelektrode (1) einer Drahtschnitt-Funkenerosionsmaschine senkrecht zu einer Bezugsfläche eines Bearbeitungstisches (10), umfassend die folgenden Schritte:

• (1) Bewegen des Bearbeitungstisches (10), auf dem eine Erfassungsvorrichtung (12) für die Senkrechtstellung der Drahtelektrode (1) vorgesehen ist, die ein oberes und ein unteres Kontaktelement (15, 16) enthält; und
• (2) Erfassen, ob sowohl das obere als auch das untere Kontaktelement (15, 16) gleichzeitig eine Berührung mit der Drahtelektrode (1) haben;

gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

• (3) Erfassen der Häufigkeit von Berührungen der schwingenden Drahtelektrode (1) mit dem unteren und/oder oberen Kontaktelement (15, 16) in vorgegebenen Zeitpunkten während einer vorgegebenen Zeitspanne;
• (4) Bestimmen der Lage der Drahtelektrode (1) aus dem Verhältnis der Häufigkeiten;
• (5) Einstellen der Drahtelektrode (1) und/oder des Bearbeitungstisches (10) abhängig von der im Schritt (4) bestimmten Lage;
• (6) Wiederholen der Schritte (3)-(5), bis eine Senkrechtstellung der Drahtelektrode (1) erreicht ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt (4) bestimmt wird, ob die Summe der Häufigkeit (N₂) von Berührungen der Drahtelektrode (1) mit dem oberen Kontaktelement (16) und die Häufigkeit (N₃) von Berührungen der Drahtelektrode (1) mit dem unteren Kontaktelement (15) größer als eine Mindestanzahl (K₁) ist oder nicht und wenn die Summe größer ist, bestimmt wird, ob das Verhältnis der Häufigkeiten (N₃/N₂) von Berührungen mit dem unteren bzw. oberen Kontaktelement (16, 15) in dem vorgegebenen Bereich (k₁, k₂) liegt und wenn die Summe kleiner ist, verglichen wird, ob die Häufigkeit (N₁) von Ereignissen, bei welchen das obere und das untere Kontaktelement nicht in Berührung mit der Drahtelektrode (1) gelangen größer ist als die Häufigkeit (N₄) von Ereignissen, bei welchen das obere und das untere Kontaktelement gleichzeitig in Berührung mit der Drahtelektrode (1) gelangen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt (5) eine Drahtführung der Drahtelektrode zurückbewegt wird, wenn das Verhältnis der Häufigkeiten (N₃/N₂) größer ist als der erste Wert (k₁) des vorgegebenen Bereichs und die Drahtführung vorwärts bewegt wird, wenn das Verhältnis der Häufigkeiten (N₃/N₂) kleiner als der erste Wert (k₁) und kleiner als ein zweiter Wert (k₂) des vorgegebenen Bereichs ist und die Summe größer als die Mindestanzahl (K₁) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bearbeitungstisch (10) und eine Drahtführung der Drahtelektrode (1) vorwärts bewegt werden, wenn das Ergebnis des Vergleichs positiv ist und zurück bewegt werden, wenn das Ergebnis negativ ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt (6) die Schritte (3)-(5) wiederholt werden, wenn eine Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung der Drahtführung und/oder des Bearbeitungstisches (10) vorgenommen wurde, und eine Senkrechtstellung der Drahtelektrode (1) erreicht wird, wenn das Verhältnis der Häufigkeiten (N₃/N₂) in dem vorgegebenen Bereich (k₂, k₁) liegt und die Summe (N₂+N₃) größer als die Mindestanzahl (K₁) ist.

6. Drahtelektroden-Vertikaleinstellvorrichtung für eine Drahtschnitt-Funkenerosionsmaschine, umfassend:

• a) eine Drahtelektrode (1);
• b) einer Drahtelektroden-Zufuhrvorrichtung mit einer ersten Drahtführung (6) und einer Drahtelektroden- Aufwickelvorrichtung mit einer zweiten Drahtführung (7);
• c) einem in einer Ebene bewegbaren Bearbeitungstisch (10) zur Aufnahme eines Werkstücks;
• d) einer am Bearbeitungstisch (10) vorgesehenen Erfassungsvorrichtung (12) für die Senkrechtstellung der Drahtelektrode (1), die ein oberes Kontaktelement (15) und ein unteres Kontaktelement (16) enthält;

gekennzeichnet durch:

• e) eine Vorrichtung (18) zur Bestimmung der Lage der Drahtelektrode (1) aus dem Verhältnis der festgestellten Häufigkeiten von Berührungen der schwingenden Drahtelektroden (1) mit dem unteren und/oder oberen Kontaktelement (15, 16);
• f) eine Drahtführungs-Antriebsvorrichtung (8) für eine Bewegung einer der Drahtführungen (6, 7), abhängig von dem Ergebnis der Lagebestimmung.

7. Drahtelektroden-Vertikaleinstellvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (18) zur Bestimmung der Lage der Drahtelektrode (1) umfaßt:
eine Einrichtung (101) zur Bestimmung der Gesamtzahl von Probenahmen (N) von Abtastvorgängen;
eine Einrichtung (102) zur Beurteilung, ob die Summe der Häufigkeit (N₂) von Berührungen der Drahtelektrode (1) mit dem oberen Kontaktelement und der Häufigkeit (N₃) von Berührungen der Drahtelektrode (1) mit dem unteren Kontaktelement (15) größer als die Mindestzahl (K₁) ist;
eine Einrichtung (103) zur Beurteilung, ob das Verhältnis der Häufigkeiten (N₃/N₂) von Berührungen mit dem unteren bzw. dem oberen Kontaktelement (16, 15) größer als der erste Wert (k₁) des vorgegebenen Bereichs ist;
eine Einrichtung (104) zur Bestimmung, ob das Verhältnis der Häufigkeiten (N₃/N₂) größer ist als ein zweiter Wert (k₂) des vorgegebenen Bereichs; und
eine Einrichtung (105) zum Vergleichen, ob die Häufigkeit der Ereignisse (N₁), bei welchen das obere und das untere Kontaktelement (15, 16) nicht in Berührung mit der Drahtelektrode (1) gelangen größer ist als die Häufigkeit der Ereignisse, bei welchen das obere und das untere Kontaktelement (15, 16) gleichzeitig in Berührung mit der Drahtelektrode (1) gelangen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtführungs-Antriebsvorrichtung (8) eine der Drahtführungen (6, 7) zurückbewegt, wenn das Verhältnis der Häufigkeiten (N₃/N₂) größer als der erste Wert (k₁) ist und die Drahtführung (6, 7) vorwärtsbewegt, wenn das Verhältnis der Häufigkeiten (N₃/N₂) kleiner ist als der zweite Wert (k₂) und die Beurteilungseinrichtung (102) bestimmt, daß die Summe größer als die Mindestanzahl (K₁) ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Bewegung des Bearbeitungstisches (10) vorgesehen ist, und diese Bewegungsvorrichtung und die Drahtführungs-Antriebsvorrichtung (8) den Bearbeitungstisch (10) und die Drahtführung (6, 7) vorwärts bewegen, wenn die Vergleichseinrichtung (105) ein positives Ergebnis bestimmt und rückwärts bewegt, wenn die Vergleichseinrichtung (105) ein negatives Ergebnis bestimmt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungsvorrichtung (12) und die Drahtführungs- Antriebsvorrichtung (8) zur Senkrechtstellung der Drahtelektrode (1) in zwei verschiedenen Richtungen vorgesehen sind.