DE4132341C2 - Verfahren zum automatischen Wiedereinfädeln bei einer Vorrichtung zum funkenerosiven Drahtschneiden eines Werkstückes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Wieder­ einfädeln bei einer Vorrichtung zum funkenerosiven Drahtschneiden eines Werkstückes nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es ist allgemein bekannt, daß funkenerosive Drahtschneidevor­ richtungen mit Drahtelektroden Werkstücke aus elektrisch leitfähigen Materialien leicht und präzise zu komplizierten Formen bearbeiten können, und zwar ungeachtet der Härte der Werkstücke. Die Drahtelektrode der funkenerosiven Draht­ schneidevorrichtungen ist jedoch dünn, sie hat normalerweise einen Durchmesser zwischen ca. 0,03 mm und 0,3 mm, und sie unterliegt während des funkenerosiven Drahtschneidens durch die Entladungsvorgänge einem Verschleiß. Daher kann die Draht­ elektrode durch die auf sie während des funkenerosiven Drahtschneidens aufgebrachte mechanische Spannung brechen bzw. reißen, wodurch der Bearbeitungsvorgang unterbrochen wird. Daher ist beispielsweise in der JP 63-28731B (entspricht der US 4 338 505) ein automatisches Verfahren zum Wiedereinfädeln einer Drahtelektrode bei einer Vorrichtung zum funkenerosiven Drahtschneiden eines Werkstücks vorgeschlagen.

Fig. 10 zeigt im Querschnitt eine funkenerosive Draht­ schneidevorrichtung, bei der die Drahtelektrode gemäß dem konven­ tionellen Verfahren wiedereingefädelt wird, und Fig. 11 ist eine schematische Perspektivansicht, die die Bahn der Drahtelek­ trode während des Wiedereinfädelns gemäß dem konventionellen Verfahren zeigt. Wenn die Drahtelektrode 3 bricht, treibt die numerisch gesteuerte bzw. NC-Einheit 8 die X- und Y-Antriebseinrichtungen (nicht gezeigt) so an, daß das Werkstück 1 über einen XY- Arbeitstisch (nicht gezeigt) parallelverschoben wird, so daß die Drahtelektrode 3 von der Drahtbruchposition 11 zu der Bearbeitungsstartposition 12 bewegt wird. Wenn sich die Drahtelektrode 3 in der Bearbeitungsstartposition 12 befin­ det, wird vom abgabeseitigen Drahtführungskopf 4 ein neues Stück der Drahtelektrode 3 zum aufnahmeseitigen Draht­ führungskopf 5 gefördert, während gleichzeitig aus der Öffnung des abgabeseitigen Drahtführungskopfes 4 ein Wasser­ strahl 7 ausgestoßen wird, so daß die von dem Elektrodenvor­ schubmechanismus des abgabeseitigen Drahtführungskopfes 4 geförderte Elektrode 3 von dem Wasserstrahl 7 so eingegrenzt wird, daß sie durch die Bearbeitungsstartöffnung 2 und die aufnahmeseitige Drahtführung geht, um auf einen Drahtaufnah­ memechanismus gewickelt oder in einem Behälter aufgenommen zu werden. Die Drahtelektrode 3 ist nunmehr neu gespannt und für den funkenerosiven Drahtschneidevorgang bereit.

Dann wird die Drahtelektrode 3 relativ zum Werkstück 1 ent­ lang der Schneidbahn 13 in den Schneidspalt 14 be­ wegt und zu der Drahtbruchposition 11 zurückgebracht. Danach wird die Stromversorgung 15 eingeschaltet, um die Entladungs­ energie zu erzeugen und das funkenerosive Drahtschneiden des Werkstücks 1 wieder aufzunehmen. Dieser automatische Wieder­ einfädelvorgang der gebrochenen Drahtelektrode kann unendlich häufig wiederholt werden, wenn die NC-Einheit 8 entsprechend eingestellt ist. Im allgemeinen wird jedoch eine vorbestimmte Obergrenze vorgegeben, so daß das automatische Wiedereinfädeln der gebrochenen Drahtelektrode bis zu dieser Obergrenze durchge­ führt wird.

Die vorstehende funkenerosive Drahtschneidevorrichtung kann also automatisch arbeiten. Trotzdem hat das konventionelle Wiedereinfädelverfahren einen Nachteil, und zwar geschieht es häufig, daß die Zahl der Wiedereinfädelvorgänge für die Drahtelektrode die vorgegebene Obergrenze erreicht und einen Bedienereingriff erforderlich macht.

Die Drahtelektrode 3 läuft in dem engen Schneidspalt 14, der nur um ca. 0,02-0,08 mm breiter als der Durchmesser der Drahtelektrode 3 ist. Die Breite g des Schneidspalts 14 kann jedoch entlang der Schneidbahn 13 kleiner als der Durchmesser d der Drahtelektrode 3 werden, wie Fig. 11 zeigt, und zwar aufgrund einer Formänderung des Werkstücks 1 in­ folge der Freisetzung von inneren Spannungen oder aufgrund einer speziell beim funkenerosiven Drahtschneiden auftretenden Abweichung des Schneidspalts von der Sollkontur an den Ecken der Schneidbahn. Wenn dies der Fall ist, kann die frisch gespannte Drahtelektrode 3 den engen Spalt g des Schneidspalts 14 nicht passieren und kann wiederum brechen, bevor sie die Drahtbruchposition 11 erreicht. Unter diesen Umständen wird die gebrochene Elektro­ de sofort an der Drahtbruchposition 11 beim erneuten Beginn der Bearbeitung des Werkstücks detektiert. Die Schritte beim Wiedereinfädeln werden also wiederholt, aber die Elektrode bricht an dem engen Spalt g gleich wieder, bis die Anzahl der Wiedereinfädelvorgänge die vorgegebene Obergrenze erreicht.

Wenn die Anzahl der Wiedereinfädelvorgänge die vorbestimmte Ober­ grenze erreicht, werden diese Vorgänge nicht mehr wiederholt. Somit wird die Bearbeitung beendet, wobei ein Teil der Soll­ kontur unbearbeitet bleibt. Wenn die funkenerosive Draht­ schneidevorrichtung nach einem Programm zum Bearbeiten einer Vielzahl von Formen (Schneidbahnen) im Werkstück 1 be­ trieben und die nächste Form eingestellt wird, kann alter­ nativ das Bearbeitungsprogramm zum Schneiden der nächsten Form übergehen, wobei ein Teil der unterbrochenen Schneidbahn unbearbeitet bleibt.

Wenn die automatische Bearbeitung beendet wird und ein Teil der Sollkontur unbearbeitet bleibt, muß ein Bediener die Drahtelektrode 3 durch den Schneidspalt 14 und den auf­ nahmeseitigen Drahtführungskopf 5 an der Drahtbruchposition 11 führen und nach dem Spannen der Elektrode 3 den Bearbei­ tungsvorgang erneut dadurch starten, daß die Arbeitsflüs­ sigkeit zugeführt, die Drahtelektrode 3 bewegt und die Stromversorgung 15 eingeschaltet wird.

Wenn ein Programm zum Bearbeiten einer Vielzahl von Formen beendet wird, wobei ein Teil der unterbrochenen Bahn unbe­ arbeitet bleibt, muß der Bediener die Vorrichtung so antrei­ ben, daß die Drahtelektrode 3 zu der Unterbrechungsstelle bewegt wird, ohne daß das Werkstück 1 dabei abgetragen wird. Wenn die Drahtelektrode die Drahtbruchposition 11 erreicht oder zu einer Stelle unmittelbar vor der Drahtbruchposition 11 entlang der Schneidbahn bewegt wird, schaltet der Bediener die Vorrichtung einmal aus und startet dann das funkenerosive Drahtschneiden erneut, nachdem er die Drahtelek­ trode vorwärtsbewegt und gespannt und die erforderlichen Wiederanfahrvorgänge ausgeführt hat, wie vorstehend beschrie­ ben wurde. Dieser Vorgang ist für den Bediener zeitraubend und lästig.

Da die Drahtelektrode 3 nicht entlang der Schneidbahn 13 im Schneidspalt 14 bewegt werden kann und die auto­ matischen Wiedereinfädelvorgänge bei jedem Versuch erfolglos sind, wird der Eingriff durch den Bediener notwendig. Bei dem kon­ ventionellen Wiedereinfädelverfahren kann somit ein automatisches Drahtschneiden über einen langen Zeitraum nicht störungsfrei ohne Bedienereingriff erreicht werden.

Wenn ferner das Werkstück 1 längere Zeit mit einem nichtbear­ beiteten Abschnitt liegenbleibt, bildet sich Rost im Schneidspalt 14, so daß nach dem erneuten Starten des Be­ arbeitungsvorgangs durch den Bediener die Gefahr besteht, daß die Drahtelektrode 3 noch häufiger als vorher bricht. Auf­ grund der wiederholten Wiederanfahrvorgänge übersteigt dann die Breite des Arbeitsspalts den Sollwert bei weitem, so daß das Werkstück 1 fehlerhaft wird.

Ein weiterer Nachteil der konventionellen Wiedereinfädel­ methode liegt darin, daß sie auch dann zeitraubend ist, wenn die Vorrichtung ohne Bedienereingriff automatisch arbeitet. Wenn nämlich die Drahtelektrode 3 entlang des Schneidspalts 14 bewegt wird, wird die Lageabweichung (die allgemein als Durchhang bezeichnet wird) umso größer, je größer die Ge­ schwindigkeit der Drahtelektrode 3 ist. Wenn daher die Draht­ elektrode 3 mit hoher Geschwindigkeit parallelverschoben wird, weicht die Ist-Laufbahn der Drahtelektrode 3 von der Soll-Laufbahn stark ab, so daß die Bewegung der Drahtelek­ trode 3 durch die Oberfläche des Schneidspalts 14 an deren Ecken unterbrochen wird und die Elektrode 3 bricht. Daher ist die Bewegungsgeschwindigkeit der Drahtelektrode 3 im allgemeinen auf weniger als 100 mm/min begrenzt. Wenn die Schneidbahn einige tausend mm lang ist, erfordert jeder Reparaturvorgang einige zehn Minuten. In einem solchen Fall ist also das konventionelle Wiedereinfädelverfahren äußerst ineffizient.

Die DE 39 26 972 A1 beschreibt eine Drahtelektroden-Zuführ­ vorrichtung zur Verwendung in einem Gerät zum funkenerosiven Drahtschneiden eines Werkstückes. Die Zuführvorrichtung ist derart aufgebaut, daß die Drahtelektrode in eine Drahtführung in einem Drahtführungskopf eingebracht wird. Die Drahtelektrode durchtritt die Drahtführung und wird dann in die Strahldüse geleitet. Weiterhin wird die Draht­ elektrode in Richtung auf einen unteren Drahtführungskopf fortbewegt, wäh­ rend sie durch einen Düsenstrahl geführt bzw. eingezwängt ist. Bei einer derartigen Vorrichtung bestehen Probleme dann, wenn die Drahtelektrode vom Düsenstrahl freigegeben wird und aus demselben heraustritt. In diesem Fall läuft nämlich ein Drahtelektroden-Führungsmotor weiter und es kann die Draht­ elektrode in das Schneidstartloch hinein gebogen werden. Dar­ aus resultiert die Ausbildung eines gewellten Abschnittes der Drahtelektrode, der nicht weiterverwendbar ist. Deshalb ist es notwendig, daß ein eventuelles Freigeben der Draht­ elektrode vom Düsenstrahl und eine nachfolgende Berührung der Drahtelektrode mit dem Werkstück detektiert wird, um dann den gebogenen oder gewellten Abschnitt der Drahtelektrode zu ent­ fernen und einen neuen Einfädelvorgang zu starten.

Die EP 0 371 724 A1 offenbart ein Verfahren zum automatischen Einfädeln eines Drahtes für eine Vorrichtung zum funkenero­ siven Drahtschneiden eines Werkstückes. Um das Zurückbewegen eines Einfädelkopfes zu einem Ausgangs- bzw. Einfädelloch im Falle eines Drahtbruches zu vermeiden, wird ein Einfädeln mit einem Führungsrohr in unmittelbarer Nähe bzw. an der Stelle des Drahtbruches selbst vorgenommen, wodurch das ansonsten erforderliche zeitaufwen­ dige Zurückfahren des Bearbeitungstisches bzw. des Bearbei­ tungskopfes an eine Ausgangs-Einfädelposition vermieden wird.

Das DE 86 12 557 U1 zeigt eine Vorrichtung zum Wieder­ einfädeln eines Elektrodendrahtes in einen Schneidspalt mit einer hohen Verarbeitungsgeschwindigkeit. Dort wird auf­ gezeigt, einem Drahtbruch, der zum Beispiel in Abwesenheit des Bedienungspersonals auftritt, durch automatisches Wieder­ einfädeln zu begegnen.

Die US 4 465 915 beschreibt ein Verfahren und eine Vor­ richtung zum Einführen eines Elektrodendrahtes durch eine Öffnung in einem Werkstück. Zur Verbesserung der Führung des Drahtes innerhalb einer Öffnung des Werkstückes wird vorge­ schlagen, eine Arbeitsflüssigkeit, welche die Öffnung des Werkstückes durchdringt, unterhalb des Werkstückes abzu­ saugen. Durch die sich ausbildende Druckdifferenz zwischen Unter- und Oberseite des Werkstückes bzw. der Öffnung wird das freie Ende des Drahtes durch die Öffnung gezogen und ein leichteres Wiedereinfädeln des Drahtes ist damit möglich.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum auto­ matischen Wiedereinfädeln bei einer Vorrichtung zum fun­ kenerosiven Drahtschneiden eines Werkstückes anzugeben, die es ermöglicht, eine gebrochene Drahtelektrode automatisch und schnell mit hoher Zuverlässigkeit selbst bei einem engen Schneidspalt wieder einzufädeln.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit einem Verfahren nach den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteil­ hafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind im Unteranspruch beschrieben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung zum funkenerosiven Drahtschneiden eines Werkstückes, deren Drahtelektrode gemäß der Erfindung wiedereingefädelt wird;

Fig. 2 die Relativbewegung der Drahtelektrode in bezug auf das Werkstück, um das Elektrodenende in den Schneid­ spalt einzufädeln;

Fig. 3 die Unmöglichkeit des Einfädelns der Drahtelektrode in den Schneidspalt, wenn die Auslenkung der Elektrode zu stark ist;

Fig. 4 eine schematische Draufsicht, die die bevorzugten Bahnen der Drahtelektrode beim Einfädelvorgang zeigt;

Fig. 5 ein aus einem durchsichtigen Acrylharzblock herge­ stelltes Versuchsmodell zur Sichtbarmachung des Verhaltens der Drahtelektrode und der Wasserstrahl­ strömung während des Einfädelvorgangs gemäß der Er­ findung;

Fig. 6 den Lagekorrektureffekt des Wasserstrahls in bezug auf die Drahtelektrode im Schneidspalt bei dem Experiment von Fig. 5;

Fig. 7 den Einfädelvorgang der Drahtelektrode 3, wenn die­ se direkt in den Schneidspalt eingefädelt wird, ohne mit der Oberfläche des Werkstücks in Kontakt zu gelangen;

Fig. 8 ein modifiziertes Verfahren zum Einfädeln der Drahtelektrode, wobei anstelle des Wasserstrahls die Arbeitsflüssigkeit zugeführt wird;

Fig. 9 die Auswirkung der Entladungsreaktion auf die Drahtelektrode und die bevorzugte Einfädellage der Drahtelektrode nach Erfassung eines Elektroden­ bruchs;

Fig. 10 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung zum funkenerosiven Drahtschneiden eines Werkstückes, wobei die Drahtelektrode gemäß dem konventionellen Verfahren wiedereingefädelt wird; und

Fig. 11 eine schematische Perspektivansicht, die die Lauf­ bahn der Drahtelektrode während ihres Wiedereinfädelns gemäß dem konventionellen Verfahren zeigt.

In den Zeichnungen sind gleiche oder entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine Vorrichtung zum funkenerosiven Drahtschneiden eines Werkstückes, deren Drahtelektrode repariert wird. Dabei sind gleiche oder entsprechende Teile wie in den Fig. 10 und 11 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Drahtelektrode 3 wird über eine Drahtführung 20 in den abgabeseitigen Drahtführungskopf 4 geführt. Eine scheiben­ förmige abgabeseitige Halterung 21, die auf dem Drahtfüh­ rungskopf 4 angeordnet ist, haltert die Drahtführung 20 und die Drahtelektrode 3. An der Innenseite des hohlzy­ lindrischen Teils der abgabeseitigen Halterung 21 ist ein Stromzuführteil 22 befestigt und verläuft von der Mitte der scheibenförmigen abgabeseitigen Halterung 21 abwärts. Die Drahtelektrode 3 ist an beiden Enden des Stromzuführteils 22 über die Drahtführung 20 am Oberende und über die Unterseite des hohlzylindrischen Teils der Halterung 21 am Unterende gehaltert, so daß sie mit der an dem Stromzuführteil 22 ge­ bildeten Kerbe in engem Kontakt liegt.

Die von einem Vorrat (nicht gezeigt) zugeführte Arbeitsflüs­ sigkeit wird in die Strahldüse 6 durch eine Arbeitsflüssig­ keitseinlaßöffnung 23 eingeleitet. Außerdem wird die durch Einlaßöffnungen 24 und 25 eingeleitete Arbeitsflüssigkeit während des funkenerosiven Drahtschneidens in die Arbeitsflüs­ sigkeitsdüse 26 geleitet.

Der aufnahmeseitige Drahtführungskopf 5 umfaßt eine Arbeitsflüssigkeitsdüse 27 und eine aufnahmeseitige Draht­ führung 28. Die Arbeitsflüssigkeitseinlaßöffnung 29 liefert Arbeitsflüssigkeit in die Arbeitsflüssigkeitsdüse 27. Eine Saugpumpe 30 ist mit dem Innenraum der Düse 27 über ein elektromagnetisches Ventil 31 und eine Arbeitsflüssigkeitsaus­ laßöffnung 32 verbunden und erzeugt eine Saugkraft, um die Arbeitsflüssigkeit aus dem Inneren der Düse 27 abzuziehen.

Die NC-Einrichtung 8 hat eine Steuereinheit 40 mit Speichern, Gate Arrays usw. Die Steuereinheit 40 hat einen Elektroden­ kontaktdetektor 40a. Ein Anschluß des Elektrodenkontakt­ detektors 40a ist mit dem Werkstück 1 gekoppelt, und sein anderer Anschluß ist über die abgabeseitige Drahtführungsein­ heit 22 und das Stromzuführteil 22 mit der Drahtelektrode 3 gekoppelt.

Der Vorgang des Wiedereinfädelns der Drahtelektrode wird wie folgt durchgeführt.

Das Auftreten eines Bruchs der Drahtelektrode 3 wird von der Steuereinheit 40 detektiert. Beispielsweise hat ein wohlbe­ kannter Elektrodenbruchdetektor (nicht gezeigt) einen Impuls­ geber (nicht gezeigt), der beispielsweise mit einer in dem Spannweg der Drahtelektrode 3 an der Abgabeseite angeordneten Scheibe (nicht gezeigt) gekoppelt ist. Der Drahtbruchdetektor zählt die Anzahl Impulse, die von dem Impulsgeber erzeugt werden, und vergleicht die Impulsanzahl mit einem vorgege­ benen Bezugswert, um das Auftreten eines Bruchs der Draht­ elektrode zu bestimmen. Bei Erfassung eines Drahtelektroden­ bruchs liefert der Detektor an die Steuereinheit 40 ein Drahtbruchsignal.

Daraufhin erzeugt die Steuereinheit 40 der NC-Einrichtung 8 einen Befehl zum Abschneiden der Drahtelektrode 3. Daraufhin durchtrennt ein Drahtelektrodenschneidmechanismus (nicht ge­ zeigt), der beispielsweise in der JP 60-80 528 A (Kokai) ge­ zeigt ist, die Drahtelektrode 3 an der Abgabeseite und ent­ fernt den abgeschnittenen Teil der Elektrode 3.

Dann erzeugt die Steuereinheit 40 einen Befehl zum Vorschub der Drahtelektrode 3. Daraufhin beginnt ein Elektrodenvor­ schubmechanismus (nicht gezeigt) mit dem Vorschub der Draht­ elektrode 3 zum Werkstück 1. Gleichzeitig wird ein Wasser­ strahl 7 mit einem Durchmesser von ca. 1-1,5 mm aus der Strahldüse 6 ausgestoßen, so daß die Drahtelektrode 3 unter Eingrenzung durch den Wasserstrahl 7 dem Werkstück 1 zuge­ führt wird.

Im allgemeinen wird die Drahtelektrode 3 über lange Zeit auf einer Abwickelrolle gehalten und neigt daher zum Einrollen. Die Einrolltendenz der Drahtelektrode 3 kann außerdem durch die plastische Verformung während des Abziehens von der Rolle oder durch metallurgische Vorgänge hervorgerufen sein. Die Scherkräfte des Wasserstrahls 7 auf die Drahtelektrode 3 sind entlang der Länge der Elektrode 3 bis zu ihrem Ende einheit­ lich und wirken somit in Strömungsrichtung auf die Drahtelek­ trode 3, so daß diese Einrolltendenz der Drahtelektrode 3 korrigiert und die Elektrode auf das Zentrum des Wasser­ strahls 7 justiert wird. Diese Korrekturkraft des Wasser­ strahls 7 reicht jedoch nicht aus, um die Einrollneigung der Elektrode 3 an ihrem Endabschnitt zu korrigieren, und somit ist das Ende der Drahtelektrode 3 nicht unbedingt in der Mitte des Wasserstrahls 7 positioniert. Wenn daher die Drahtelektrode 3 in Richtung zum Werkstück 1 gefördert wird, ist die Wahrscheinlichkeit groß, daß sie aus der Arbeits­ flüssigkeitsdüse 26 heraus in Kontakt mit der Oberfläche des Werkstücks 1 gelangt und nicht genau in den Schneidspalt 14 fällt. Wenn also das Ende der Drahtelektrode 3 nicht durch den Schneidspalt 14 gelangt und mit der Oberfläche des Werkstücks 1 in Kontakt tritt, wird ein Einfädelvorgang zum Einfädeln der Drahtelektrode 3 in den Schneidspalt 14 wie folgt durchgeführt.

Zuerst detektiert der Elektrodenkontaktdetektor 40a das Auftreten eines Kontakts zwischen der Drahtelektrode 3 und dem Werkstück 1 und erzeugt ein Kontaktdetektiersignal. Daraufhin unterbricht die Steuereinheit 40 den Vorschub der Drahtelektrode 3.

Fig. 2a zeigt den Zustand, in dem der Elektrodenvorschub an­ gehalten wird. Die Drahtelektrode 3 ist um einen vorbestimm­ ten Betrag ausgelenkt. Die Auslenkung der Elektrode 3 wird absichtlich dadurch erhalten, daß entweder der Befehl zur Vorschubunterbrechung der Drahtelektrode 3 durch die Steuereinheit 40 nach Erfassung der Kontaktgabe verzögert wird oder in die Kontaktdetektier/Befehlserzeugungsschaltung eine Verzögerung eingebaut ist. Die Auslenkung der Drahtelek­ trode 3 ist für den Einfädelvorgang notwendig. Untersuchungen der Erfinder haben gezeigt, daß der Auslenkungsbetrag zwi­ schen ca. 0,5 und 0,8 mm optimal ist, wenn der Abstand zwi­ schen der Unterseite der abgabeseitigen Drahtführung 21 und dem Werkstück 8 mm beträgt.

Nachdem entsprechend Fig. 2a der Vorschub der Drahtelektrode 3 unterbrochen ist, treibt die Steuereinheit 40 eine der X- und Y-Antriebseinrichtungen (nicht gezeigt) oder beide Ein­ richtungen, die den Tischantriebsmechanismus bilden, um das Werkstück 1 über den XY-Kreuztisch (nicht gezeigt) zu bewe­ gen, und die Drahtelektrode 3 wird relativ zum Werkstück pa­ rallelbewegt. Wie oben beschrieben, zeigt Fig. 2a die Draht­ elektrode 3 in der Phase, in der ihr Vorschub unterbrochen ist, wobei ihr Unterende die Oberfläche des Werkstücks 1 auf der rechten Seite des Schneidspalts 14 berührt. Die Drahtelektrode 3 wird entsprechend Fig. 2b nach rechts und dann entsprechend Fig. 2c nach links bewegt, so daß sich ihr Ende auf der Oberfläche des Werkstücks 1 nach rechts und links bewegt. Somit fällt das Ende der Drahtelektrode 3 schließlich in den Schneidspalt 14, wie Fig. 2d zeigt. Die Drahtelektrode 3 wird außerdem vor und zurück bewegt, um sicherzustellen, daß ihr Ende schließlich in den Schneid­ spalt 14 fällt.

In diesem Zusammenhang ist zu sagen, daß die Auslenkung der Drahtelektrode 3 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu halten ist, da bei zu starker Auslenkung der Drahtelektrode 3 ihr Ende in einer kleinen Ausnehmung auf der Oberfläche des Werkstücks 1 hängenbleiben kann, wie die Fig. 3a-3c zeigen, und bei zu geringer Auslenkung die das Ende der Drahtelek­ trode 3 auf die Oberfläche des Werkstücks 1 drückende Kraft zu gering ist, so daß das Elektrodenende zu leicht außer Berührung mit der Oberfläche des Werkstücks 1 gelangt und die Feststellung, ob das Ende der Drahtelektrode 3 in den Schneid­ spalt 14 gefallen ist, erschwert wird.

Außerdem wird die Relativbewegung der Drahtelektrode 3 in bezug auf den Schneidspalt 14 bevorzugt in einem vor­ bestimmten Bereich ausgeführt, so daß das Ende der Drahtelek­ trode 3, das in den Schneidspalt 14 gefallen ist, nicht durch die weitere Relativbewegung der Drahtelektrode 3 wieder aus dem Schneidspalt 14 austritt. Entsprechend den durchgeführten Experimenten liegt der bevorzugte Bereich der Relativbewegung zwischen der Drahtelektrode 3 und dem Schneid­ spalt 14 nach dem Anhalten des Vorschubs der Drahtelektrode 3 zwischen ca. 1 und 2 mm, wenn der Abstand zwischen der abgabeseitigen Drahtführung 21 und dem Werkstück 8 mm beträgt. Ferner ist es bevorzugt, daß die Drahtelektrode 3 relativ zu dem Werkstück 1 in mehreren Richtungen bewegt wird, so daß ihr Ende schließlich ungeachtet der relativen Richtung der Drahtelektrode 3, in der der Elektrodenvorschub unterbrochen wurde, in bezug auf den Schneidspalt 14 in diese fällt. Beispielsweise kann gemäß Fig. 4a die Drahtelek­ trode 3 von der Stopplage P0 entlang der Bahn P0 - P1 - P5 - P0 - P2 - P6 - P0 - P3 - P7 - P0 - P0 - P4 - P8 oder entlang der vierflügeligen Bahn von Fig. 4b bewegt werden.

Wenn das Ende der Drahtelektrode 3 erfolgreich in den Schneid­ spalt 14 eingefädelt ist, gelangt die Drahtelektrode 3 außer Kontakt mit dem Werkstück 1. Wenn erfaßt wird, daß die Drahtelektrode 3 außer Kontakt mit dem Werkstück 1 ist, erzeugt der Elektrodenkontaktdetektor 40a ein Kein-Kontakt- Signal, das anzeigt, daß die Drahtelektrode 3 in den Schneid­ spalt 14 eingefädelt ist.

Aufgrund dieses Kein-Kontakt-Signals hält die Steuereinheit 40 die X- und Y-Antriebseinrichtungen einmal an. Nach dem so beendeten Einfädeln der Drahtelektrode 3 wird diese weiter in Richtung zum aufnahmeseitigen Drahtführungskopf 5 geför­ dert. Es ist jedoch zu beachten, daß die Drahtelektrode 3, wenn sie ohne jede Eingrenzung vorwärtsbewegt wird, nicht unbedingt vertikal abwärts im Schneidspalt 14 läuft, da sie eine Einrolltendenz hat, wie bereits erläutert wurde. Daher kann das Ende der Drahtelektrode 3 aus der aufnahmesei­ tigen Drahtführung 28 herausgehen.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird daher gleichzeitig mit dem Wiederbeginn des Vorschubs der Drahtelektrode 3 die Saug­ pumpe 30 eingeschaltet, und das elektromagnetische Ventil 31 wird geöffnet, so daß in der Arbeitsflüssigkeitsdüse 27 eine Saugwirkung erzeugt wird. Da das offene Oberende der Arbeits­ flüssigkeitsdüse 27 sich sehr nahe an der Unterseite des Werkstücks 1 (z. B. innerhalb von 0,1 mm davon) befindet, ist das Innere der Arbeitsflüssigkeitsdüse 27 praktisch dicht. Daher erzeugt die in der Arbeitsflüssigkeitsdüse 27 erzeugte Saugkraft wiederum eine Saugwirkung im Schneidspalt 14, so daß der einströmende Wasserstrahl 7 in die Arbeits­ flüssigkeitsdüse 27 gesaugt wird. Der so erzeugte Strom des Wasserstrahls 7 begrenzt in wirksamer Weise die Haltung der Drahtelektrode 3 in Abwärtsrichtung, so daß die Drahtelek­ trode 3 innerhalb der Arbeitsflüssigkeitsdüse 27 vertikal abwärts in die aufnahmeseitige Drahtführung 28 geführt wird.

Der Stand der Technik, z. B. die JP 57-21232 A (Kokai) (entspricht der US 44 65 915), zeigt, daß das Ende der Drahtelektrode in ein Bearbeitungs­ startloch mit kleinem Durchmesser dadurch geführt werden kann, daß die Drahtelektrode gemeinsam mit der Arbeitsflüs­ sigkeit in eine Düse an der Unterseite des Werkstücks gesaugt wird. Es wurde jedoch gefunden, daß die oben beschriebene Saugwirkung in wirksamer Weise die Haltung der Drahtelektrode bestimmt, wenn die Drahtelektrode 3 im Schneidspalt 14 von der Drahtbruchposition ausgeht.

Fig. 5 zeigt ein experimentelles Modell aus einem durchsich­ tigem Acrylharzblock zur Sichtbarmachung des Verhaltens der Drahtelektrode und der Strömung des Wasserstrahls während des Einfädelvorgangs gemäß der Erfindung. Das Experiment wurde durchgeführt, während gleichzeitig der Wasserstrahl von der Saugpumpe 30 abgesaugt wird. Wenn der Schneidspalt 14 gemäß Fig. 5 nach links verläuft (in die der Bearbeitungs­ richtung entgegengesetzte Richtung), trifft der Wasserstrahl 7 auf die Oberfläche des Werkstücks 1, und ein Hauptteil des Wasserstrahls spritzt zu den Seiten des Schneidspalts 14 weg (nach links und rechts in der Figur). Ein Teil des Was­ serstrahls 7 fließt jedoch in den Schneidspalt 14, wie durch die Pfeile in Fig. 5 gezeigt ist. Nahe der Oberseite des Werkstücks 1 ist der Wasserstrahl von der aktuellen Bearbeitungs­ position im Werkstück weg gerichtet (nach links in der Figur), da er auf einen Bereich der Oberfläche des Werkstücks 1, der den Schneidspalt 14 und den massiven Teil des Werkstücks 1 enthält, geblasen wird. Zur Mitte der Dicke des Werkstücks 1 wird der Wasserstrahl 7 rasch verlangsamt, da er durch einen engen Bereich des Schneidspalts 14 geht, und ändert seine Richtung allmählich nach vertikal unten. Zur Unterseite des Werkstücks 1 hin konvergiert der Wasserstrahl 7 zur Öffnung des Schneidspalts 14, an die die Arbeitsflüssigkeitsdüse 27 angrenzt, und zwar infolge der von der Düse 27 ausgehenden wirksamen Saugkraft.

Auch wenn, wie die Fig. 6a und 6b zeigen, die Drahtelektrode 3 innerhalb des Schneidspalts 14 infolge ihrer Einroll­ tendenz aus der vertikal abwärts führenden Richtung abweicht, wird das Ende der Drahtelektrode 3 nahe der unteren Öffnung des Werkstücks 1 durch die in die Öffnung der Arbeitsflüssig­ keitsdüse 27 gesaugte Strömung so eingegrenzt, daß sie nach vertikal unten geführt wird. Außerdem erzeugt die von der Saugpumpe 30 in der Arbeitsflüssigkeitsdüse 27 erzeugte Saug­ kraft eine abwärts gerichtete Saugwirkung im Schneidspalt 14, so daß die Drahtelektrode 3 durch den Atmo­ sphärendruck von oben beaufschlagt und damit zusätzlich in einer vertikal aufrechten Haltung begrenzt wird.

Nachdem die Drahtelektrode 3 auf diese Weise aus dem Schneid­ spalt 14 herausgeführt ist, geht sie vollständig durch die aufnahmeseitige Drahtführung 28 innerhalb der Arbeits­ flüssigkeitsdüse 27 und wird auf einen bekannten Drahtelek­ trodenaufwickelmechanismus gewickelt oder in einem vorgege­ benen Behälter aufgenommen, so daß sie zum funkenerosiven Drahtschneiden bereit ist. Da die Drahtelektrode 3 nach ihrem Einfädeln in den Schneidspalt 14 leicht mit dem Werk­ stück 1 in Kontakt gelangt, wird im übrigen der Vorschub der Drahtelektrode 3 nach der Wiederaufnahme des Vorschubs fort­ gesetzt, und zwar ungeachtet des Ausgangssignals des Elektro­ denkontaktdetektors 40a.

Somit wird die Drahtelektrode 3 vom abgabeseitigen Draht­ führungskopf 4 zum aufnahmeseitigen Drahtführungskopf 5 gespannt. Dann erzeugt die Steuereinheit 40 einen Be­ fehl für einen Arbeitsflüssigkeitsvorrat (nicht gezeigt). Daraufhin tritt Arbeitsflüssigkeit aus den beiden Arbeits­ flüssigkeitsdüsen 26 und 27 aus. Außerdem wird die horizon­ tale Relativbewegung der Drahtelektrode 3 in bezug auf das Werkstück 1 wieder aufgenommen, und die Stromversorgung 15 für die Bearbeitung wird eingeschaltet, um mit dem funken­ erosiven Drahtschneiden fortzufahren.

Bei dem obigen Einfädelvorgang der Drahtelektrode 3 kann das Ende der Drahtelektrode 3 gleich zu Beginn des Einfädelvor­ gangs in den Schneidspalt 14 eingefädelt werden, wobei das Ende der Drahtelektrode 3 mit der Oberfläche des Werk­ stücks 1 nicht in Kontakt gelangt. Fig. 7 zeigt den Einfä­ delvorgang für die Drahtelektrode 3, wenn sie direkt in den Schneidspalt eingefädelt wird, ohne daß sie mit der Werkstückoberfläche in Kontakt gelangt. Wenn die Drahtelek­ trode 3 nur eine geringe Einrolltendenz hat oder die Länge der in den Schneidspalt 14 eingefädelten Elektrode 3 gering ist, ist die Wahrscheinlichkeit relativ groß, daß die Drahtelektrode 3 nicht mit dem Werkstück 1 in Kontakt ge­ langt. Wenn daher die Einfädellänge der Drahtelektrode 3 in den Schneidspalt 14 eine vorgegebene Länge L2 von ca. 1-2 mm erreicht hat, ohne daß sie mit dem Werkstück 1 nach Wiederbeginn des Vorschubs der Drahtelektrode 3 in Kontakt gelangt ist, wird bestimmt, daß die Drahtelektrode 3 erfolg­ reich in den Schneidspalt 14 eingefädelt wurde.

Die Bestimmung, ob die Drahtelektrode 3 in den Schneidspalt 14 eingefädelt wurde, ohne die Oberfläche des Werk­ stücks 1 zu berühren, wird wie folgt durchgeführt. In dem Speicher der Steuereinheit 40 sind folgende Daten gespei­ chert: Die Strecke L0 zwischen der Position (mit X in Fig. 7 bezeichnet), an der die Drahtelektrode 3 abgeschnitten wurde, und dem Unterende der Strahldüse 6; der Spalt L1 zwischen der Strahldüse 6 und dem Werkstück 1; und die vorgegebene Ein­ fädellänge L2 der Drahtelektrode 3 in den Schneidspalt 14. Diese Werte können vom Bediener eingegeben oder als Fest­ werte in der Steuereinheit 40 gespeichert sein. Andererseits wird die Vorschublänge der Drahtelektrode 3 nach dem Beginn ihres Vorschubs beispielsweise bestimmt durch Messen der Vor­ schubzeitdauer oder durch Zählen der Anzahl Impulse eines mit einer Scheibe gekoppelten Impulsgebers usw. an dem Elektro­ denspannweg auf der Drahtabgabeseite. Wenn der Elektroden­ kontaktdetektor 40a bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die so ge­ messene Vorschublänge die Länge L erreicht, wobei

L = L0 + L1 + L2,

kein Kontaktdetektiersignal ausgegeben hat, dann wird be­ stimmt, daß die Drahtelektrode 3 erfolgreich in den Schneid­ spalt 14 eingefädelt wurde, und der Vorschub der Draht­ elektrode 3 in den Schneidspalt 14 in der beschriebenen Weise wird fortgesetzt, wobei das dann folgende Kontaktdetek­ tiersignal unberücksichtigt bleibt.

Es kann sein, daß die Drahtelektrode 3 mit dem Werkstück 1 während des Zeitraums in Kontakt gelangt, in dem die Draht­ elektrode 3 um die Länge L vorgeschoben wird, obwohl die Elektrode 3 erfolgreich in den Schneidspalt 14 einge­ fädelt wurde. In einem solchen Fall wird der gleiche Vorgang ausgeführt wie in dem Fall, wenn die Drahtelektrode 3 mit der Oberfläche des Werkstücks 1 in Kontakt gelangt. Da das Ende der Drahtelektrode 3 um höchstens 1-2 mm in den Schneidspalt 14 eingefädelt ist, gelangt die Drahtelektrode 3 an irgendeiner Stelle entlang ihrer relativen Horizontalbewegung in bezug auf das Werkstück 1 außer Kontakt, wie oben be­ schrieben wurde. Bei Erfassung der Nichtkontaktgabe der Drahtelektrode 3 kann ihr Vorschub wie oben beschrieben fortgesetzt werden.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel wird übrigens der Wasser­ strahl 7 während der Zeitdauer, in der die Drahtelektrode 3 durch den Schneidspalt 14 geht und von dort zu der auf­ nahmeseitigen Drahtführungseinheit 5 weiterläuft, fortgesetzt ausgestoßen. Wie Fig. 8 zeigt, kann aber anstelle des Was­ serstrahls 7 auch die Arbeitsflüssigkeit 50 aus der Arbeits­ flüssigkeitsdüse 26 mit im wesentlichen der gleichen vor­ teilhaften Auswirkung ausgestoßen werden.

Wenn ferner das Werkstück 1 eine relativ geringe Dicke von beispielsweise einigen zehn Millimetern hat, ist die Ab­ weichung der Drahtelektrode 3 von der Vertikalen infolge ihrer Einrolltendenz gering. Dann kann die trichterförmige Leitfläche der aufnahmeseitigen Drahtführung 28, die sich nach oben öffnet, das Ende der Drahtelektrode 3 auch dann einfangen, wenn die Drahtelektrode 3 nicht eingegrenzt ist. Somit kann der Vorschub der Drahtelektrode 3 ohne die Saug­ wirkung des Wasserstrahls 7 oder der Arbeitsflüssigkeit durchgeführt werden.

Es ist wohlbekannt, daß die Drahtelektrode 3 von der aktuellen Bearbeitungsposition des Schneidspalts 14 abgelenkt wird (entgegenge­ setzt zu der Bearbeitungsrichtung), und zwar aufgrund der Reaktion der elektrischen Entladung, wie Fig. 9a zeigt. Die Positionen der abgabeseitigen Drahtführung 20 und der auf­ nahmeseitigen Drahtführung 28 (jeweils mit X in Fig. 9 be­ zeichnet) und die Position der Drahtelektrode 3 zu dem Zeitpunkt, zu dem der Tischantriebsmechanismus aufgrund der Erfassung eines Drahtbruchs angehalten wird, sind daher in Horizontalrichtung um einen geringen Betrag versetzt. Diese Versetzung, die je nach der Bearbeitungsenergie und der wäh­ rend des Schneidvorgangs auf die Drahtelektrode 3 aufgebrachten Zugspannung usw. veränderlich ist, kann bis zu maximal einige hundert µm betragen. Wenn daher der Vorschub der Drahtelek­ trode 3 unmittelbar über der Drahtbruchposition durchgeführt wird, ist die Wahrscheinlichkeit groß, daß die Drahtelektrode 3 nicht direkt nach unten in den Schneidspalt 14 ge­ fördert wird, wie Fig. 9b zeigt. Wenn ferner die Drahtelek­ trode 3 geradlinig über eine vorbestimmte Bahn gespannt ist, während die Kraft der Entladungsreaktion unwirksam ist, kann die Drahtelektrode 3 mit der Bearbeitungsfront innerhalb des Schneidspalts 14 des Werkstücks 1 in Berührung treten, wie Fig. 9c zeigt. Dann kann ein zur Durchführung des funken­ erosiven Drahtschneidens notwendiger geeigneter Arbeitsspalt zwischen der Drahtelektrode 3 und dem Werkstück 1 nicht aufrecht­ erhalten werden, und die Entladungen können nicht wiederauf­ genommen werden. Die Fortsetzung des funkenerosiven Drahtschneidens wird damit unmöglich.

Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird der Vorschub der Drahtelektrode 3 durchgeführt, nachdem diese zuerst von der aktuellen Bearbeitungsposition im Werkstück wegbewegt wurde, wie Fig. 9d zeigt. Bevor dabei ein Abwärtsvorschub der Drahtelektrode 3 in Richtung zum Werkstück 1 erfolgt, wird die Drahtelektrode 3 zuerst horizontal relativ zum Werkstück 1 um eine vorgegebene Länge l entgegengesetzt zu der Schneidrichtung aus der Posi­ tion (in Fig. 9d in Strichlinien gezeigt) bewegt, in der die Elektrode 3 gebrochen ist. Das Einfädeln der Drahtelektrode 3 kann also mit einer hohen Erfolgsquote durchgeführt werden. Die Länge l ist als ein Wert gewählt, der zum Ausgleich der horizontalen Versetzung der Drahtelektrode 3 in bezug auf die abgabeseitige Drahtführung 20 und die aufnahmeseitige Draht­ führung 28 beim Bruch der Elektrode ausreicht und der auch genügt, um einen geeigneten Arbeitsspalt zwischen der Draht­ elektrode 3 und der aktuellen Bearbeitungsposition im Werkstück zu erhalten, wenn die Drahtelektrode 3 über den vorbestimmten Weg gespannt ist. Diese Länge l beträgt beispielsweise ca. 0,1-1 mm. Nachdem die Drahtelektrode 3 gespannt ist, wird die Arbeitsflüssig­ keit ausgestoßen, die Drahtelektrode 3 wird relativ zum Werkstück 1 horizontal verschoben, und die Stromversorgung wird eingeschaltet, um das funkenerosive Drahtschneiden wieder aufzunehmen. Es ist jedoch möglich, zum Erhalt eines Arbeits­ spalts zwischen der Drahtelektrode 3 und dem Werkstück 1 den Vorschub der Drahtelektrode 3 an der Stelle durchzuführen, an der die Drahtelektrode 3 gebrochen ist, und das funkenero­ sive Drahtschneiden kann dann wieder aufgenommen werden, nachdem die Drahtelektrode 3 relativ zu dem Werkstück 1 entgegen­ gesetzt zu der Bearbeitungsrichtung entlang der Bearbeitungs­ bahn verschoben wurde.

Claims (2)

1. Verfahren zum automatischen Wiedereinfädeln bei einer Vorrichtung zum funkenerosiven Drahtschneiden eines Werkstückes, wobei nach dem Feststellen eines Drahtbruches die Bearbeitung unterbrochen und die Drahtelektrode drahtabgabeseitig abgetrennt wird, ein Drahtelektroden- Vorschubmechanismus die Drahtelektrode von der Drahtabgabeseite zum Werkstück nahe bei einer momentanen Bearbeitungsposition eines Schneidspaltes hinbewegt, und bei einem Kontakt zwischen Drahtelektrode und Werkstück der Vorschub der Drahtelektrode unterbrochen wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• a) während des Vorschubes der Drahtelektrode über eine vorbestimmte Länge in z-Richtung hin zum Werkstück wird überprüft, ob die Drahtelektrode mit der Oberfläche des Werkstückes in Kontakt kommt;
• b1) im Falle eines festgestellten Kontaktes wird der Vorschub der Drahtelektrode in z-Richtung nach einer bestimmten Verzögerung unterbrochen, so daß die Drahtelektrode eine Auslenkung erfährt;
• b2) das Werkstück und die Drahtelektrode werden relativ zueinander in x- und/oder y-Richtung bewegt, wobei die Drahtelektrode über die Oberfläche des Werkstückes gleitet, bis sie in den Schneidspalt eintritt und außer Kontakt mit dem Werkstück kommt;
• b3) die x- und/oder y-Relativbewegung wird mit der Feststellung des Außerkontaktkommens zwischen Drahtelektrode und Werkstück angehalten und die Drahtelektrode weiter in z-Richtung bewegt und vollständig eingefädelt;
• c) beim Nichtfeststellen des Kontaktes beim Vorschub der Drahtelektrode über die vorbestimmte Länge in z-Richtung wird der Vorschub bis zum vollständigen Einfädeln der Drahtelektrode fortgesetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der weiteren Bewegung der Drahtelektrode in z-Richtung nach deren verzögerter Unterbrechung eine drahtabgabeseitig zugeführte Flüssigkeit durch den Schneidspalt nahe der Bearbeitungsposition abgesaugt wird, wodurch die Drahtelektrode ausgerichtet und geführt den Schneidspalt durchdringt.