DE4029113C2 - Elektrische Entladungsbearbeitungsmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Entladungsbearbeitungsmaschine zur elektroerosiven Bearbeitung eines Werkstückes mit einer in Richtung des Werkstückes bewegbaren Elektrode gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige elektrische Entladungsbearbeitungsmaschine ist aus der DE-OS 23 03 717 bekannt. Hier werden Oberflächenbereiche einer Bearbeitungselektrode durch Einführen einer Dummy-Elektrode in einen Arbeitsbehälter bestimmt. Der Strom, der durch die Elektrode und das Werkstück fließt, repräsentiert hierbei den Oberflächenbereich oder die Oberfläche der Elektrode. Eine Steuereinheit ist zur Steuerung der elektrischen Entladungsmaschine vorgesehen, und zwar wird entsprechend der Elektrodenbearbeitungstiefe der Strom entsprechend eingestellt. Obwohl hier also eine Einstellung eines elektrischen Bearbeitungsparameters in Abhängigkeit der effektiven Querschnittsfläche der Elektrode verwendet wird, muß der Benutzer aber bei jedem Elektrodenwechsel die elektrische Bearbeitungsbedingung aufgrund der erfaßten Elektrodenfläche neu einstellen und kann somit keine genaue Bearbeitung flexibel und automatisch durchführen.

Die DE 29 09 073 A1 beschreibt eine elektrische Entladungsbearbeitungsmaschine, bei der der Bearbeitungsspalt im wesentlichen gleichbleibend gehalten werden soll. Hier wird beschrieben, daß der aktive Arbeitsflächenbereich der Werkzeugelektrode sich bei fortschreitender Materialabtragung ändert und daß aufgrund des sich ändernden Elektrodenquerschnitts verschiedene Bearbeitungsbedingungen (z. B. dem Strom) über Begrenzer und über eine Steuereinheit eingestellt werden. Jedoch geschieht diese Einstellung hier nicht durch die tatsächliche Erfassuung der Elektroden-Querschnittsfläche, sondern lediglich indirekt über eine Meßeinrichtung, die die Eindringtiefe der Elektrode in das Werkstück mißt. Es sind jedoch keinerlei Vorkehrungen getroffen, Bearbeitungsbedingungen flexibel vorzusehen, wenn z. B. das Werkstückmaterial oder das Elektrodenmaterial ausgetauscht wird, d. h. die Entladungsbearbeitungsmaschine kann nur für eine bestimmte Kombination von Werkstückmaterial und Elektrodenmaterial in Abhängigkeit von der Eindringtiefe eine Einstellung eines elektrischen Bearbeitungsparameters vornehmen.

Die DE 29 49 330 A1 beschreibt eine elektrische Entladungsbearbeitungsmaschine, bei der eine Konfigurationsinformation einer Elektrode (nämlich ein Spaltstatussignal) überwacht wird und eine elektrische Bearbeitungsbedingung entsprechend der verarbeiteten Elektrodenkonfiguration Information ausgewählt wird. Eine Datenbank enthält einen vorgegebenen Satz von Mikroinstruktionen oder Mikrobefehlen und numerische Daten. Elektrische Bearbeitungsbedingungen für die elektrische Entladungsmaschine werden in Steuereinheiten eingestellt, und zwar in Abhängigkeit eines Vergleichs der Mikrobefehle und der numerischen Daten. Eine Einstellung von elektrischen Bearbeitungsparametern wird hier jedoch nur in Abhängigkeit von einem Spaltstatussignal durchgeführt, welches keinerlei Informationen über die Querschnittsfläche der Bearbeitungselektrode enthält.

Die US 4,514,611 beschreibt im Zusammenhang mit einer elektrischen Entladungsbearbeitungsmaschine, daß der Arbeitsspalt während der elektrischen Bearbeitung erfaßt wird und diese Daten mit einigen gespeicherten Daten zum Erhalten einer elektrischen Bearbeitungsbedingung verglichen werden. Hier wird insbesondere das Problem behandelt, eine geeignete elektrische Bearbeitungsbedingung (nämlich den Vorschub und die Zurückziehung der Elektrode) entsprechend dem elektrischen Bearbeitungsstatus aus einer Vielzahl von gespeicherten Informationen zu wählen. Die Daten bezüglich des Arbeitsspalts beinhalten jedoch keine Information über Elektroden-Querschnittsflächen oder Elektroden-Querschnittsfläche im Zusammenhang mit Bearbeitungstiefen, so daß keine elektrischen Bearbeitungsentladungsbedingungen in Abhängigkeit von der Eindringtiefe der Bearbeitungseleketrode in das Werkstück eingestellt werden. Auch hier wird lediglich eine Elektrode und ein Werkstück betrachtet und keine Vorkehrungen sind getroffen, um elektrische Bearbeitungsbedingungen in Abhängigkeit von den Elektroden und Werkstückmaterialien vorzunehmen.

In Fig. 4 ist eine typische elektrische Entladungsbearbeitungsmaschine gezeigt. In Fig. 4 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine elektrische Entladungsbearbeitungselektrode; 2 ein zu bearbeitendes Werkstück; 3 einen Bearbeitungsbehälter; und 4 eine Bearbeitungslösung, wie etwa isolierendes Öl, in dem Bearbeitungsbehälter 3. Mit der elektrischen Entladungsbearbeitungsmaschine werden an dem in die Bearbeitungslösung in dem Bearbeitungsbehälter 3 eingetauchten Werkstück 2 verschiedene Bearbeitungsvorgänge durchgeführt. Ferner bezeichnet in Fig. 4 das Bezugszeichen 5 eine Impulsstrom-Erzeugungseinheit für die Lieferung eines elektrischen Entladungsimpulsstromes an die Elektrode 1 und das Werkstück 2; 8a eine Kugelumlaufspindel zum vertikalen Bewegen der Hauptwelle der elektrischen Entladungsbearbeitungsmaschine (in Richtung einer Z-Achse); 8c eine Kugelumlaufspindel zum Bewegen des Werkstückes 2 nach rechts und links (in Richtung einer X-Achse); 9a einen Servomotor zum Antreiben der Kugelumlaufspindel 8a; 9b einen Servomotor zum Antreiben einer Kugelumlaufspindel (nicht gezeigt), welche angepaßt ist, das Werkstück 1 vor und zurück zu bewegen (in Richtung einer Y-Achse); 9c einen Servomotor zum Antreiben der Kugelumlaufspindel 8c; und 10 eine numerische Steuerungseinheit zum geeigneten Steuern der Servomotoren 9a, 9b und 9c entsprechend einem Bearbeitungsprogramm. Ferner bezeichnet in Fig. 5 das Bezugszeichen 11 ein Kopfteil, welches den oberen Teil der elektrischen Entladungsbearbeitungsmaschine bildet; 12 eine Säule, welche ein Rahmen ist, der das Kopfteil 11 festhält; 13 ein Bett, auf welchem die elektrische Entladungsbearbeitungsmaschine installiert ist; 14b einen beweglichen Tisch zum Bewegen des Werkstückes 2 und des Bearbeitungsgefäßes 3 vor und zurück (entlang der Y-Achse); 14c einen beweglichen Tisch zum Bewegen des Werkstückes 2 und des Bearbeitungsbehälters 3 nach rechts und links (entlang der X-Achse); 15 einen Bearbeitungskopf, der auf der Hauptwelle der elektrischen Entladungsbearbeitungsmaschine montiert ist; 16 eine Elektrodenaustauscheinheit zum Austauschen der Elektrode 1 auf der Hauptwelle; 17 einen Arm zum Greifen einer Elektrode während eines Elektrodenaustauschvorganges; und 18 ein Magazin, welches eine Vielzahl von Werkzeugen, wie etwa Elektroden 1, aufnimmt.

Die so aufgebaute herkömmliche elektrische Entladungsbearbeitungsmaschine arbeitet wie folgt.

Die Elektrode 1 und das Werkstück 2 werden einander gegenüber angeordnet, während sie in der Bearbeitungslösung in dem Bearbeitungsgefäß 3 gehalten werden. Unter diesen Umständen wird ein Impulsstrom zwischen der Elektrode 1 und dem Werkstück 2 von der Impulsstrom-Erzeugungseinheit 5 fließen gelassen. Als Resultat ergibt sich, daß eine elektrische Entladung zwischen der Elektrode 1 und dem Werkstück intermittierend stattfindet, und somit das Werkstück 2 bearbeitet wird. Bei diesem Vorgang wird die Elektrode 1, welche durch die Kugelumlaufspindel 8a mit dem Z-Achsen-Servomotor 9a verbunden ist, auf und ab bewegt, entsprechend Anweisungen von der numerischen Steuereinheit 10. Wie oben beschrieben, ist der entlang der Y-Achse bewegliche Tisch 14b über die nicht gezeigte Kugelumlaufspindel mit dem Y-Achsen-Servomotor 9b verbunden, und der in X-Richtung bewegliche Tisch 14c ist über die Kugelumlaufspindel 8c mit dem X-Achsen- Servomotor 9c verbunden. Diese beweglichen Tische 14b und 14c werden auf Instruktionssignale von der numerischen Steuereinheit 10 hin horizontal bewegt, so daß das Werkstück horizontal positioniert oder bearbeitet wird; das heißt, das Werkstück 2 und die Elektrode 1 werden relativ zueinander bewegt. Somit kann durch geeignete Steuerung der Servomotoren 9a, 9b und 9c eine gewünschte Konfiguration in dem Werkstück an einer gewünschten Position durch elektrische Entladungsbearbeitung gebildet werden.

Bei dem Bearbeitungsvorgang werden das Bearbeitungs­ programm und die Bearbeitungsbedingungen von dem Bediener entsprechend den Konfigurationen von zu verwendenden Elektroden und anzuwendenden Bearbeitungstiefen bestimmt.

Die herkömmliche elektrische Entladungsbearbeitungs­ maschine, welche so aufgebaut ist, ist nachteilig darin, daß elektrische Bedingungen separat entsprechend den Konfigurationen der zu verwendenden Elektroden bestimmt werden müssen, und es deshalb für den Bediener essentiell ist, auf die Konfigurationen von zu verwendenden Elektroden Bezug zu nehmen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine elektrische Entladungsbearbeitungsmaschine zu schaffen, bei der eine elektrische Bearbeitungsbedingung während der elektroerosiven Bearbeitung des Werkstücks in Abhängigkeit von der Gestalt der Elektrode automatisch und genau eingestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Entladungsbearbeitungsmaschien gelöst, die die Merkmale des Patentanspruch 1 umfaßt.

Die elektrische Entladungsbearbeitungsmaschine ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß vorab eine Vielzahl von senkrecht zur Bearbeitungsrichtung erfaßten Elektroden-Querschnittsflächen(inhalten) für eine Vielzahl von effektiven Bearbeitungstiefen der Elektrode in das Werkstück in die Steuereinrichtung eingegeben wird (siehe Tabelle 1a). Eine Datenbank speichert eine Vielzahl von verschiedenen elektrischen Bearbeitungsbedingungen in Abhängigkeit von dem Elektroden- und Werkstückmaterial, sowie in Abhängigkeit von Elektroden-Querschnittsflächen (Tabelle 2).

Eine Wähleinrichtung der Steuereinrichtung wählt während der Bearbeituung in Abhängigkeit von der Eindringtiefe aus der Datenbank die Bearbeitungsbedingung, die bezüglich des Elektrodenquerschnitts und des Elektroden- und Werkstückmaterials optimal geeignet ist. Dadurch, daß vorab der Zusammenhang zwischen der Eindringtiefe und dem Flächeninhalt ermittelt ist, kann die Datenbank für eine Vielzahl von verschiedenen Elektroden, Konfigurationen und Materialien verwendet werden. Somit kann auf Grundlage der Datenbank und der Steuereinheit eine optimale automatische Auswahl von geeigneten elektrischen Bearbeitungsbedingungen während der Bearbeitung erfolgen.

Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Entladungsbearbeitungsmaschine wird in vorteilhafter Weise ein Elektrodenkonfigurationssensor verwendet, der Daten über die Bearbeitungs-Zonen einer elektrischen Entladungsbearbeitungselektrode ausgibt, welche für eine elektrische Entladungsbearbeitungs­ operation notwendig sind, und elektrische Bedingungen für den elektrischen Entladungsbearbeitungsvorgang werden automatisch in Übereinstimmung mit den so vorgesehenen Daten gewählt.

Eine automatische elektrische Bedingungen-Wähleinrichtung vergleicht eine Konfigurationsinformation einer mit der Hauptwelle der elektrischen Entladungsbearbeitungs­ maschine verbundenen Elektrode mit Daten, welche in Form von Datenbanken in der numerischen Steuereinheit vorgesehen sind, um automatisch am besten geeignete elektrische Bedingungen für die elektrische Entladungsbearbeitungsoperation auszuwählen.

In der elektrischen Entladungsbearbeitungsmaschine werden die Daten betreffend die elektrischen Bearbeitungs­ bedingungen, die zuvor in der numerischen Steuereinheit separat entsprechend Bearbeitungs-Zonen vorgesehen wurden, mit einem von der Elektroden­ konfigurations-Detektiereinrichtung (Elektroden­ konfigurationssensor) gelieferten Zonendaten separat entsprechend Bearbeitungstiefen und Zonendaten, welche von der Konfigurationsinformation der Elektrode im numerischen Steuerprogramm vorgesehen werden, verglichen, so daß am besten geeignete Bearbeitungsbedingungen automatisch gewählt oder separat geschaltet werden, entsprechend den Bearbeitungstiefen, um die elektrische Entladungsbearbeitungsmaschine zu betreiben.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den beiliegenden Unteransprüchen. Im folgenden wird die Erfindung anhand ihrer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

In den begleitenden Zeichnungen ist

Fig. 1 ein erläuterndes Diagramm, teilweise als Blockdiagramm, welches die gesamte Anordnung eines Beispiels einer elektrischen Entladungsbearbeitungs­ maschine gemäß dieser Erfindung zeigt;

Fig. 2 mit den Teilen (a) und (b) erläuternde Diagramme zur Beschreibung eines Teils eines elektrischen Entladungsbearbeitungs­ vorganges, welcher mit der in Fig. 1 gezeigten Maschine durchgeführt wird;

Fig. 3 ein erläuterndes Diagramm zur Beschreibung des Betriebes eines Elektrodenflächensensors, der für die elektrische Entladungsbearbeitungs­ maschine gemäß der Erfindung vorgesehen ist; und

Fig. 4 ein erläuterndes Diagramm, teilweise als Blockdiagramm, welches die gesamte Anordnung einer herkömmlichen elektrischen Entladungsbearbeitungsmaschine zeigt.

Ein Beispiel einer elektrischen Entladungsbearbeitungs­ maschine gemäß dieser Erfindung wird mit Bezug auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben.

In Fig. 1 sind Teile, welche funktional jenen entsprechen, welche bereits beschrieben wurden, durch entsprechende Bezugszeichen oder -ziffern bezeichnet; spezieller bezeichnen die Bezugszeichen 1 bis 5 und 8a bis 18 dieselben Gegenstände oder funktional dieselben Gegenstände, wie jene in Fig. 4. Ferner bezeichnet in Fig. 1 das Bezugszeichen 75 einen Elektroden­ konfigurations- oder Elektrodenflächensensor zum Messen der Konfiguration der Bearbeitungselektrode 1.

Der Betrieb der so konstruierten elektrischen Entladungsbearbeitungsmaschine wird beschrieben.

Wie in Fig. 2 gezeigt, wird die mit dem Bearbeitungskopf 15 verbundene elektrische Entladungsbearbeitungs­ elektrode 1 auf das Werkstück 2 zu bewegt, um einen elektrischen Entladungsbearbeitungsvorgang durchzuführen. Deshalb ist es notwendig, Flächeninhalte (oder Bearbeitungs-Flächeninhalte) an hervorstehenden Stellen (oder Bearbeitungsvertiefungen) der Elektrode 1 von ihrem Ende zu detektieren. Für diesen Zweck werden der Kopf 15 und der Elektrodenkonfigurationssensor 75 relativ zueinander bewegt, so daß der Kopf 15 über dem Sensor 75 angeordnet wird, um die Flächeninhalte an den hervorstehenden Stellen zu vermessen, wie in Fig. 3 gezeigt. Spezieller werden in dem Fall der Fig. 3 Flächeninhalte entlang horizontaler paralleler Linien gemessen, welche im Abstand von 1 mm zueinander angeordnet sind. Die so gemessenen Flächeninhalte werden an die numerische Steuereinheit 10 gegeben, wie unter (a) in der folgenden Tabelle 1 gezeigt; das heißt, in die numerische Steuereinheit 10 werden die Flächeninhalte mit den Längen eingegeben.

Tabelle 1

Auf der anderen Seite hat die numerische Steuereinheit 10 eine Funktion, automatisch Bearbeitungsbedingungen als Datenbanken zu wählen; das heißt, sie enthält Bearbeitungsbedingungs-Pakete (im folgenden mit "E-Pakete" bezeichnet, falls zutreffend) separat entsprechend den Materialien der Elektroden 1 und der Werkstücke 2, bezüglich der Flächeninhalte. In der numerischen Steuereinheit 10 werden die Flächeninhalte der Elektrode 1 an den vorstehenden Stellen, welche von dem Elektrodenkonfigurationssensor 75 geliefert werden, mit den Datenbanken verglichen, wie in der folgenden Tabelle 2 gezeigt, so daß Bearbeitungsbedingungen für die Bearbeitungstiefen bestimmt werden, wie unter (b) in Tabelle angedeutet.

Tabelle 2

Anmerkung: "Kupfer:Stahl" etc. entspricht "Elektroden­ material:Werkstückmaterial".

Danach werden die beweglichen Tische 14b und 14c bewegt, und der folgende Bearbeitungsschritt, das heißt, ein elektrischer Entladungsbearbeitungsschritt, wird durchgeführt. Obwohl nur eingestellte Bearbeitungstiefen gegeben sind, werden Bearbeitungsbedingungen (E-Pakte genannt) automatisch separat entsprechend den Bearbeitungstiefen gewählt, um die elektrische Entladungsbearbeitungsoperation durchzuführen.

Bei der Ausführungsform der Erfindung werden die für die jeweils für die Bearbeitungstiefen vorgesehenen Elektrodenzonen verwendet; es können jedoch zur Vereinfachung Teilflächen verwendet werden.

Bei der elektrischen Entladungsbearbeitungsmaschine gemäß der Erfindung wird der Elektrodenkonfigurationssensor, welcher in dem Bearbeitungsgefäß vorgesehen ist, um die Konfiguration der Elektrode zu detektieren, oder eine Elektrodenkonfigurationsinformation des numerischen Steuerprogrammes verwendet, um automatisch die am besten geeignete Bearbeitungsbedingung für den elektrischen Entladungsbearbeitungsvorgang zu wählen, welcher durchgeführt wird mit der Elektrode, deren Konfiguration so detektiert wurde.

Somit ist die elektrische Entladungsbearbeitungsmaschine im Gegensatz zur herkömmlichen elektrischen Entladungs­ bearbeitungsmaschine frei von dem Schwierigkeiten bereitenden Vorgang des Einstellens elektrischer Bedingungen. Ferner kann die Bearbeitungszeit stark reduziert werden, weil der elektrische Entladungs­ bearbeitungsvorgang durchgeführt wird, während elektrische Bedingungen gewählt werden, welche für Bearbeitungsflächeninhalte am besten geeignet sind. Zusätzlich kann mit der elektrischen Bearbeitungsmaschine nach der Erfindung sogar eine Person einen elektrischen Entladungsbearbeitungsvorgang durchführen, welche keine Fachkenntnisse hat.

Claims (3)

1. Elektrische Entladungsbearbeitungsmaschine (3-5, 8a, 9, 11-18) zur elektroerosiven Bearbeitung eines Werkstückes (2) mit einer in Richtung des Werkstückes (2) bewegbaren Elektrode (1), umfassend:

• a) einen Elektrodenflächen-Detektor (75) zur Erfassung der Elektroden-Querschnittsfläche senkrecht zur Bewegungsrichtung; und
• b) eine Steuereinheit (10) zur Steuerung der elektrischen Entladungsmaschine (3-5, 8a, 9, 11-18) entsprechend einer elektrischen Bearbeitungsbedingung auf der Grundlage der erfaßten Elektroden-Querschnittsfläche;
  dadurch gekennzeichnet, daß
• c) die Steuereinheit (10) umfaßt:
  • c1) einen Speicher zur Speicherung von vor der elektroerosiven Bearbeitung für eine Vielzahl von effektiven Bearbeitungstiefen der Elektrode (1) in das Werkstück (2) erfaßten Elektroden-Querschnittsflächen;
  • c2) eine Datenbank zur Speicherung einer Vielzahl von elektrischen Bearbeitungsbedingungen (E9901-E9919) für eine Vielzahl von Elektroden- und Werkstückmaterialien in Abhängigkeit von Elektroden-Querschnittsflächen; und
  • c3) eine Wähleinrichtung zum Auswählen der elektrischen Bearbeitungsbedingungen aus der Vielzahl von elektrischen Bearbeitungsbedingungen (E9901-E9919) aus der Datenbank für ein verwendetes Elektroden- und Werkstückmaterial in Abhängigkeit von der effektiven Bearbeitungstiefe der Elektrode (1) in das Werkstück (2) während einer elektroerosiven Bearbeitung des Werkstücks (2) mit der Elektrode (1).

2. Elektrische Entladungsbearbeitungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenflächen-Detektor (75) Elektroden-Querschnittsflächen an Höhen der Elektrode (1) von ihrem Ende aus mißt.

3. Elektrische Entladungsbearbeitungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenflächen-Detektor (75) Elektroden-Querschnittsflächen entlang horizontaler paralleler Linien mißt, welche in Abständen von 1 mm angeordnet sind.