DE3933195A1 - Schraegschnitt-bearbeitungsvorrichtung bei drahtschneidemaschinen durch elektrische entladung - Google Patents

Schraegschnitt-bearbeitungsvorrichtung bei drahtschneidemaschinen durch elektrische entladung

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schrägschnitt-Bear­ beitungsvorrichtung bei Drahtschneidemaschinen durch elek­ trische Entladung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Schrägschnitt-Bearbeitungsvorrichtung, bei der die Drahtelek­ trode schräg verläuft und obere und untere Kippunkte aufweist, wobei der obere oder der untere Kippunkt als Referenz-Scheitel­ punkt dient, und der verbleibende untere oder obere Kippunkt innerhalb eines imaginären konischen Körpers relativ bewegbar ist, der einen vorbestimmten Winkel an der Spitze aufweist, und dessen Scheitelpunkt durch den oberen oder unteren Kippunkt bestimmt wird.
Bei einer herkömmlichen Drahtschneidemaschine durch elektrische Entladung wird das Überschießen des Arbeitstisches durch End­ schalter festgestellt, die an den äußersten erlaubten Positio­ nen der mit dem Arbeitstisch verbundenen Spindeln angeordnet sind, die den Arbeitstisch in X- und Y-Richtung in horizontaler Ebene bewegen. Durch das Ansprechen der Schalter wird ein Über­ schießen des Tisches festgestellt.
Bei der Schrägschnitt-Bearbeitung mit einer Drahtschneide­ maschine durch elektrische Entladung wird die Drahtelektrode schräg zwischen oberen und unteren Drahtelektrodenführungen (im folgenden kurz Drahtführung genannt) geführt. Eine Drahtführung ist fest, während die andere in einer horizontalen Ebene beweg­ bar ist, so daß die Lage des Drahtes zur Durchführung eines Schrägschnitts geändert werden kann. Bei dieser Bearbeitung wird das Überschießen der anderen Drahtführung durch einen Endschalter festgestellt, der an einem zulässigen entfernten Ende vorgesehen ist.
Der vertikale Abstand zwischen der oberen und der unteren Drahtführung kann entsprechend der Dicke des zu bearbeitenden Werkstücks geändert werden. Deshalb ist, wie in Fig. 5(a) gezeigt, der Neigungswinkel R 1 relativ zu einer vertikalen Linie L des Drahtes 11(1) sehr unterschiedlich im Vergleich zu einem Winkel R 2 des Drahtes 11(2), da der vertikale Abstand H 1 zwischen der oberen und der unteren Drahtführung 12 a 1 und 13 a sehr unterschiedlich ist zu einem Abstand H 2 zwischen der oberen und der unteren Drahtführung 12 a 2 und 13 a. Dies gilt auch dann, wenn die relative Verschiebung U X der oberen Draht­ führung 12 a 1 und der unteren Drahtführung 13 a gleich der Verschiebung der oberen Drahtführung 12 a 2 und der unteren Drahtführung 13 a ist.
Wenn beabsichtigt ist, das Überschießen der Drahtführung nur durch die relative horizontale Verschiebung der Drahtführungen festzustellen, so kann die Drahtelektrode 11 übermäßig geneigt sein und eine tolerierbare Neigung überschreiten, obwohl das Überschießen der Drahtführung noch nicht entdeckt wurde. Aus diesem Grunde kann es zu einer Kollision zwischen der Masse der Drahtelektroden und den Düsen 24(1), 24(2) und 25 kommen, die Schmiermittel abgeben.
Außerdem kann die obere oder untere Drahtführung beweglich ausgebildet sein, z.B. ist die obere Drahtführung in der durch die U- und V-Achsen aufgespannten horizontalen Ebene be­ weglich, parallel zur X- und Y-Achse, in der sich der Arbeits­ tisch bewegt. Wenn bei diesem Aufbau ein Überschießen durch Endschalter am Ende der äußeren Bewegungsbereiche der U- und V-Achsen festgestellt werden soll, so kann dieses Überschießen in den schraffiert angezeigten Bereichen der Fig. 5(b) nicht genau entdeckt werden. Genauer gesagt, selbst wenn die Draht­ elektrodenlinie L 2 einen Neigungswinkel aufweist, der einen erlaubten Winkel α überschreitet, so kann, da es sich um eine dreidimensionale Anordnung handelt, eine solche zu große Nei­ gung nicht entlang der U- und V-Achsen entdeckt werden, da die Linie L 2 so projeziert wird, als ob sie sich innerhalb des zu­ lässigen Neigungswinkels befinden würde (z.B. wird das proje­ zierte Bild der Linie L 2 (U 3, V 2) koinzident mit der Projektion des Bildes der Linie L 3 (U 3, V 3 entlang der U-Achse).
Außerdem befindet sich die Drahtelektrode zum Zeitpunkt der elektrischen Entladung zwischen der oberen und der unteren Drahtführung unter Spannung und wird durch Zug in Gleitkontakt mit den Drahtführungen gebracht. Aus diesem Grund wird eine Reibungskraft auf der Gleitführung erzeugt. Wenn der Neigungs­ winkel der Drahtelektroden groß ist, erhöht sich auch die Reibungskraft, und dadurch die auf den Draht ausgeübte Spannung. Aus diesem Grund kann die Drahtelektrode reißen.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, muß der Neigungswinkel der Drahtelektrode innerhalb eines erlaubten Bereichs bleiben, um eine Schrägschnitt-Bearbeitung durchzuführen. Jedoch muß, wie oben beschrieben, der vertikale Abstand zwischen der oberen und der unteren Drahtführung in Abhängigkeit von der Dicke des Werkstückes geändert werden. Deshalb muß zum Feststellen des Überschießens die maximal erlaubte Endposition der Drahtfüh­ rung unter Berücksichtigung des erlaubten Neigungswinkels der Drahtelektrode neu eingestellt werden.
Im Falle der Bearbeitung eines Werkstücks, das eine komplizier­ te Konfiguration aufweist, durch Bewegung des Arbeitstisches mit dem aufgespannten Werkstück in eine Position und durch Bewegung der Drahtführung in eine andere bewegliche Position, ist es fast unmöglich, die maximal erlaubte Endposition festzustellen um ein Überschießen der Drahtführung zu entdecken.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Nachteile zu vermeiden und eine verbesserte Schrägschnitt-Bearbeitungsvorrichtung bei Drahtschneidemaschi­ nen durch elektrische Entladung zu schaffen.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche ver­ besserte Schrägschnitt-Bearbeitungsvorrichtung zu schaffen, bei welcher eine Drahtelektrode schräg zwischen einem oberen und einem unteren Kippunkt angeordnet ist, wobei der obere oder der untere Kippunkt als Referenzscheitelpunkt dient und der ver­ bleibende untere oder obere Kippunkt relativ zu einem Kippunkt innerhalb eines imaginären konischen Körpers beweglich ist, welcher einen vorbestimmten Winkel an der Spitze aufweist und dessen Scheitelpunkt durch den oberen oder unteren Kippunkt bestimmt wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, die automatisch die rela­ tive Verschiebung der Drahtführung bestimmt, unabhängig von einer Änderung des vertikalen Abstandes zwischen der oberen und der unteren Drahtführung.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit welcher eine Schrägschnitt-Bearbeitung innerhalb eines maximalen Neigungswinkels der Drahtelektrode möglich ist, um auf diese Weise eine Kollision zwischen der Drahtelektrode und den Schmierdüsen zu vermeiden und dadurch ein unbeabsich­ tigtes Reißen des Drahtes aufgrund einer übermäßigen Reibung des Drahtes in der Drahtführung zu vermeiden.
Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden durch die im Anspruch 1 angegebenen Mittel gelöst.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Drahtschneide­ maschine durch elektrische Entladung;
Fig. 2 ein Blockdiagramm zur Steuerung der Bewegung eines Schlittens und der Schlittenbasis entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 dient zur Erläuterung des Kippunktes der Drahtelektrode im Bewegungsbereich;
Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Steuerung des Bewegungsbereichs des oberen Drahtkippunktes 12 a innerhalb eines Bewegungsbereiches S; und
Fig. 5(a) und 5(b) schematische Darstellungen zur Erläuterung der her­ kömmlichen Methode, um ein Überschießen der Drahtelektroden festzustellen.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 wird zunächst eine Drahtschnei­ demaschine durch elektrische Entladung beschrieben. Es ist ein Arbeitstisch 2 zur Aufnahme eines Werkstückes 1 vorgesehen. Der Tisch 2 ist in der horizontalen Ebene entlang von Führungs­ mitteln (nicht dargestellt) durch einen X-Achsenservomotor 3 und einen Y-Achsenservomotor 4 relativ zur Drahtelektrode 11 verschiebbar.
Die Drahtelektrode 11 wird durch obere und untere durch Werk­ zeuge geformte Drahtführungen 12 und 13 geführt, außerdem bewegt sich die Drahtelektrode 11 durch die Führungen der Drahtführungen 12 und 13. Die obere Drahtführung 12 ist fest an einem Schlitten 14 befestigt. Der Schlitten 14 ist durch eine Gleitnut in der Schlittenbasis 15 verschiebbar und durch einen U-Achsenservomotor 16 und einen V-Achsenservomotor 17 bewegbar. Auf diese Weise kann die Bewegung des Schlittens 14 durch die Motoren 16 und 17 gesteuert werden. Im vorliegenden Fall de­ finieren die U-Achse und die V-Achse eine Ebene, die sich parallel zu der Ebene erstreckt, die durch die X- und die Y-Achsen festgelegt wird. Die U-Achsen und V-Achsenservomotoren 16 und 17 sind mit U-Achsenpositionsdetektoren 18 und V-Achsen­ positionsdetektoren 19 versehen, um die Lage des Schlittens 14 in U- und V-Achsenrichtung festzustellen. Rotationscodierer können für diese Detektoren vorgesehen sein.
Die untere Drahtführung 13 ist fest unter dem Arbeitstisch 1 vorgesehen. In Abhängigkeit von der Bewegung des Schlittens 14 in der durch die U-, V-Achsen definierten Ebene, wird die Drahtelektrode 11 schräg zwischen der oberen und der unteren Drahtführung 12 und 13 gespannt, an welchen der Draht 11 so geknickt wird, daß er einen oberen und einen unteren Kippunkt 12 a und 13 a definiert. Der obere und der untere Drahtkippunkt 12 a und 13 a definieren den maximal erlaubten Neigungswinkel von 15° in bezug auf eine vertikale Gerade.
Die Schlittenbasis 15 ist mit einem Z-Achsenschlitten 20 ver­ bunden, der sich in vertikaler Richtung erstreckt und durch eine Führung 21 für den Z-Achsenschlitten geführt ist. Mit diesem Aufbau kann die vertikale Lage der oberen Drahtführung 12, die mit dem Schlitten 14 verbunden ist, in Übereinstimmung mit der vertikalen Größe des Werkstückes 1 verändert werden.
Die Führung 21 für den Z-Achsenschlitten ist mit einem Posi­ tionsdetektor 22 für die Z-Achse versehen, um die Position des Schlittens in Z-Richtung festzustellen. Eine Skala mit einem Nonius oder einem linearen Encoder kann ebenfalls als Z-Achsen­ positionsdetektor 22 verwendet werden. Außerdem ist ein An­ schlagstift 23 vorgesehen, der als Meßstück dient und dessen unteres Ende mit der oberen Fläche der Schlittenbasis 15 in Berührung kommt.
In den oberen und unteren Drahtführungen 12 und 13 sind Düsen 24 und 25 integriert, um Schmierflüssigkeit abzugeben. Diese Düsen 24, 25 geben die Flüssigkeit in axialer Richtung der Drahtelektrode 11 ab, so daß ein intensiver Flüssigkeitsstrom entsteht. Eine Versorgungselektrode 26 steht in Gleitkontakt mit der Drahtelektrode, und die Versorgungselektrode 26 wird von einem Netzteil (nicht dargestellt) mit einer impulsförmigen Spannung beaufschlagt. Auf diese Weise wird eine elektrische Entladung zwischen der schräg verlaufenden Drahtelektrode 11 und dem Werkstück 1 hergestellt. Außerdem sind obere und untere Führungsrollen 27 und 28 vorgesehen, um die unter Spannung stehende Drahtelektrode 11 zu führen. Ein Transportmechanismus für die Drahtelektrode und ein Aufwickelmechanismus sind eben­ falls vorgesehen. Eine nähere Erläuterung dieser Teile erübrigt sich jedoch, da diese Teile nicht zum Umfang der Erfindung gehören.
Im folgenden wird die Steuerung der Bewegung des Schlittens 14 und der Schlittenbasis 15 unter Bezugnahme auf die Fig. 2 beschrieben.
Eine Recheneinheit (CPU) 30 ist zur Steuerung der Bewegung des Schlittens 14 in dreidimensionaler Richtung vorgesehen. ROM 31, RAM 32, Tastatur 33 zur Eingabe von Daten an die CPU, und ein Bildschirm 34 sind mit der CPU 30 verbunden. Ein U-Achsentrei­ ber 35, welcher den Servomotor 16 der U-Achse steuert, ist mit der CPU 30 über eine U-Achsensteuerung 36 verbunden, und ein V-Achsentreiber 35, der den Servomotor 17 der V-Achse steuert, ist ebenfalls mit der CPU über eine V-Achsensteuerung 38 verbunden. Außerdem sind Positionsdetektoren 18 und 19 für die U-Achse und die V-Achse mit der Steuerung 36 und 38 für die U-Achse bzw. die V-Achse verbunden, zur Rückkopplung jedes dieser Erkennungssignale an die Steuerungen. Der Positions­ detektor 22 zur Feststellung der Lage des Z-Achsenschlittens 20 in Z-Achsenrichtung ist mit einem Z-Achsenzähler 39 verbunden, welcher mit der CPU 30 verbunden ist. Die oben beschriebene Recheneinheit 30, die Speicher 31, 32 etc. sind innerhalb einer numerischen Steuerungsanlage zusammengefaßt, welche überge­ ordnet die elektrische Entladungsdrahtschneidemaschine steuert. Es ist auch möglich, die Recheneinheit 30 etc. in einer ein­ zigen Einheit zusammenzufassen und diese Einheit mit einem Prozessor des Bearbeitungsgerätes über einen Datenbus zu verbinden.
Als nächstes wird der erlaubte Bereich S des oberen Kippunktes 12 a der Drahtelektrode in U- und V-Richtung bestimmt, und zwar durch die folgende Formel in Beziehung zu dem erlaubten maxi­ malen Neigungswinkel α der Drahtelektrode, vorausgesetzt der untere Kippunkt 13 a dient als Referenz oder Ausgangspunkt.
S = ≦ (a+b+Z) tan α (1)
wobei bedeuten
U: die relative Verschiebung der oberen Drahtführung 12 a und der unteren Drahtführung 13 a in Richtung der U-Achse;
V: die relative Verschiebung der oberen Drahtführung 12 a und der unteren Drahtführung 13 a in Richtung der V-Achse;
Z: die Lage in Richtung der Z-Achse, gezählt von der oberen Fläche des Tisches 2 (ein Wert, der durch den Z-Achsen­ positionsdetektor 22 festgestellt wird);
a: der Abstand zwischen der oberen Oberfläche des Tisches 2 und dem unteren Kippunkt 13 a;
b: der Abstand zwischen der Position in Richtung der Z-Achse und dem oberen Kippunkt 12 a.
Auf diese Weise überschreitet der Neigungswinkel 0 der Draht­ elektrode 12, die sich zwischen der oberen und der unteren Drahtführung erstreckt, nicht den erlaubten maximalen Nei­ gungswinkel α, solange der Bewegungsbereich des oberen Kippunktes 12 a relativ zum unteren Kippunkt 13 a (U = 0, V = 0) innerhalb des Bereichs der oben angegebenen Formel bleibt.
Die Darstellung in Fig. 3 zeigt die Änderung des Bewegungsbe­ reichs S des oberen Kippunktes 12 a des Drahtes in Abhängigkeit von einer Änderung der vertikalen Lage der U-V-Ebene, wie sie vom Z-Achsenpositionsdetektor 22 festgestellt wird. Praktisch liegt der Bewegungsbereich innerhalb eines umgekehrten koni­ schen Körpers A, der einen Öffnungswinkel 2 α am unteren Kippunkt 13 a aufweist.
Fig. 4 ist ein Flußdiagramm, das den Ablauf für die Steuerung der Lage des oberen Kippunktes 12 a innerhalb des Bewegungsbe­ reichs S in Übereinstimmung mit der Formel (1) für eine prokla­ mierte Schrägschnitt-Bearbeitungsvorrichtung wiedergibt.
Als erstes wird die Routine mit Schritt S 100 gestartet und die Position der Schlittenbasis 15 in Z-Richtung wird im Schritt S 101 durch den Z-Achsenpositionsdetektor 22 automatisch festgestellt, der sich an der Führung 21 des Z-Achsenschlittens befindet. Es ist aber auch möglich, die Position der Schlit­ tenbasis 15 in Z-Achsenrichtung manuell mit der Tastatur 33 einzugeben und im Speicher 32 zu speichern. Daraufhin wird im Schritt S 102 die Spannlänge zwischen der oberen und der unteren Führung 12 und 13, d.h. a + b + Z in Formel (1) berechnet. Dann wird im Schritt S 103 i als "1" initialisiert, und die Rou­ tine geht zum Schritt S 104, wo der Wert von U 2 + V 2 in der Formel (1) in Übereinstimmung mit den Bewegungssignalen in U- und V-Richtung, wie sie vom Maschinenprogramm in Block i geliefert werden, berechnet wird. Im Schritt S 105 wird der maximale Neigungswinkel R max der Drahtelektrode 11 im Block i des Maschinenprogramms während der Bearbeitung berechnet. Dieser Neigungswinkel R folgt aus der Formel (1) wie folgt:
R = arc tan { / (a+b+Z) } (2)
Daraufhin geht die Routine zum Schritt S 106, wo das oben berechnete R max und der maximal erlaubte Neigungswinkel α der Drahtelektrode 11 verglichen werden. Wenn R max kleiner ist als α, dann wird der Schlitten 14 in U- und V-Achsenrichtung in Übereinstimmung mit dem Bearbeitungsprogramm bewegt und die schräge Bearbeitung des Werkstückes wird durchgeführt. Dann geht die Routine zum Schritt S 108, wo ein Vergleich zwischen der item-Nummer i und der voreingestellten item-Nummer i max durchgeführt wird. Die Zahl i wird inkrementiert, bis sie der item-Nummer i max im Schritt S 109 entspricht, und die Routine kehrt zum Schritt S 104 zurück, um den vorher beschriebenen Vor­ gang zu wiederholen. Andererseits wird, wenn R max größer ist als α, die Bewegung in U- und V-Achsenrichtung im Schritt S 110 angehalten, und ein Alarm wird im Schritt S 111 angezeigt, um die Routine zu beenden.
Der oben beschriebene Vorgang kann sowohl bei einer manuellen als auch bei einer programmierten Schrägschnitt-Bearbeitungsma­ schine verwendet werden. Beim oben beschriebenen Ausführungs­ beispiel wird der erlaubte Bewegungsbereich des oberen Kippunk­ tes der Drahtelektrode in bezug auf den unteren Kippunkt 13 a gesteuert, welcher als Referenzpunkt dient. Es ist jedoch auch möglich, den Neigungswinkel der Drahtelektrode innerhalb des erlaubten maximalen Neigungswinkels dadurch zu steuern, daß der Bewegungsbereich des unteren Kippunktes der Drahtelektrode in bezug auf einen festen oberen Kippunkt beschränkt wird.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird der relative Bewegungsbereich des oberen oder unteren Kippunktes der Draht­ elektrode innerhalb eines imaginären konischen Körpers be­ schränkt, welcher einen Öffnungswinkel aufweist, der zweimal so groß ist als der erlaubte maximale Neigungswinkel der Drahtelektrode. Auf diese Weise wird der relative Bewe­ gungsbereich zwischen dem oberen und dem unteren Kippunkt der Drahtelektrode automatisch bestimmt, unabhängig vom vertikalen Abstand zwischen beiden, nachdem der erlaubte maximale Nei­ gungswinkel der Drahtelektrode festgestellt ist. Folglich kann eine schräge Bearbeitung mit einer gewünschten Neigung der Drahtelektrode ausgeführt werden, die nicht den erlaubten maximalen Neigungswinkel überschreitet. Dementsprechend wird eine Kollision zwischen der Drahtelektrode und den Düsen zur Zufuhr von Bearbeitungsflüssigkeit vermieden und das Reißen des Drahtes durch Überspannung, die durch eine erhöhte Reibungs­ kraft an den Gleitstellen zwischen der Drahtelektrode und der oberen und der unteren Drahtführung verursacht wird, wird vermieden.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf ein spezielles Ausführungsbeispiel detailiert beschrieben. Es ist für den Fachmann jedoch offensichtlich, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne vom Inhalt und dem Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims (3)

1. Schrägschnitt-Bearbeitungsvorrichtung bei Drahtschneide­ maschinen durch elektrische Entladung zur Schrägschnitt-Bear­ bietung von Werkstücken mit einer oberen Drahtführung und einer unteren Drahtführung zur Führung einer Drahtelektrode in schräger Anordnung, wobei mindestens eine der oberen oder unteren Drahtführungen in einer horizontalen Ebene bewegbar ist, und wobei die Drahtelektrode und das Werkstück relativ zueinander mit einem Bearbeitungsabstand bewegbar sind, wobei die Drahtelektrode einen oberen Kippunkt an der oberen Draht­ führung und einen unteren Kippunkt an der unteren Drahtführung aufweist, und mit Einstellmitteln zur Regulierung der Bewegung des oberen oder unteren Kippunktes innerhalb eines imaginären konischen Kör­ pers, wobei der Scheitelpunkt des imaginären konischen Körpers durch den verbleibenden unteren oder oberen Kippunkt als Re­ ferenzpunkt bestimmt wird, und der Öffnungswinkel des konischen Körpers zweimal so groß ist wie der erlaubte maximale Neigungswinkel der Drahtelektrode.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit
einem Arbeitstisch zum Aufspannen des Werkstücks, der sich in einer horizontalen Ebene erstreckt;
einem Schlitten, der sich in einer Ebene parallel zu der horizontalen Ebene erstreckt; und
Antriebsmitteln zum Antrieb des Schlittens in einer horizon­ talen Ebene und in vertikaler Richtung, wobei die obere Drahtführung am Schlitten befestigt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Einstellmittel Positionsdetektoren zur Feststellung von mindestens der verti­ kalen oder horizontalen Position des Schlittens umfassen, wobei die Positionsdetektoren Signale erzeugen, die die Posi­ tionen angeben, und Steuermittel, die mit den Positionsdetek­ toren verbunden sind um die Antriebsmittel als Antwort auf die Signale der Positionsdetektoren zu steuern, umfassen.
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