DE69011537T2

DE69011537T2 - Steuerungseinrichtung und Verfahren zum elektroerosiven Schneiden mittels einer Drahtelektrode.

Info

Publication number: DE69011537T2
Application number: DE1990611537
Authority: DE
Inventors: Jean-Michel Bosson; Lorenzo Crivelli; Alain Reynier
Original assignee: Agie Charmilles New Technologies SA
Current assignee: Agie Charmilles New Technologies SA
Priority date: 1989-01-13
Filing date: 1990-01-11
Publication date: 1995-04-13
Anticipated expiration: 2010-01-12
Also published as: EP0378278A1; EP0378278B1; ES2063895T3; DD292156A5; KR930007688B1; DE69011537D1; JPH02292130A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung einer Elektroerosions-Schneidmaschine mit einer Drahtelektrode, die auf automatischen Änderungen an bestimmte Arbeitszustände von zumindest einem Arbeitsparameter beruht.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Kontrolle der Bearbeitung durch Elektroerosion bekannt geworden, mit denen bestimmte Arbeitsparameter automatisch geregelt wurden, insbesondere um das Abreißen des Drahtes zu verhindern oder um die auftretenden Fehler zu beheben, die beim Schneiden in den Winkeln auftreten (spitze Winkel einlaufend oder auslaufend, oder durch die Schnittbahn gegebene konvexe oder konkave Abschnitte).
Eine Vielzahl dieser bekannten Verfahren beruhen auf einer Regelung der Arbeitsgeschwindigkeit, zum Beispiel aus der schweizerischen Patentschrift 590.107, der Patentschrift US 4.703.143 (eine Patentschrift, die ein Verfahren gemäß der Einleitung von Anspruchs 9), der Veröffentlichung EP 67 876, die japanischen Patentanmeldungen, die unter der Nr. 51-85589 und Nr. 58-40229 veröffentlicht sind. Dennoch beschreiben die zahlreichen japanischen Patentanmeldungen, insbesondere die Veröffentlichung 57-41129, eine Methode, gemäß der man im Gegenteil eine Arbeitsgeschwindigkeit konstant halt, in dem man die Stärke der Entladungen proportional zur Änderung der Erosionsoberfläche verändert ( bedingt durch einem Schnitt in einem Winkel, die Änderung der Dicke des Werkstücks oder eine weitere Änderung der Oberfläche oder Menge des zu erodierenden Materials), um eine vorgegebenen Arbeitsenergiedichte aufrecht zu erhalten.
Jedoch verringert keine dieser Methoden die Fehler, die unmittelbar nach der Durchbiegung des Winkels auftreten, wobei die schweizerische Patentschrift 654.233, eine Verringerung der Arbeitsgeschwindigkeit vor dem Erreichen der Durchbiegung des spitzen Winkels vorschlägt und eine verringerte Arbeitsgeschwindigkeit während eines vorbestimmten Zeitintervalls, nach dem dieser durchlaufen ist, beizubehalten.
Nach der Vielzahl der bekannten Methoden ist die Regelung der Arbeitsgeschwindigkeit verwirklicht
- sei es fortschreitend und ohne den Drahtvorschub zu unterbrechen,
- sei es durch das Anhalten dieses Vorschubes und dieses in einem Schritt.
Es wurde beispielsweise vorgeschlagen, diese Geschwindigkeit zu verändern:
- fortschreitend und während eines gegebenen Zeitintervalls (CH 654.233) oder über eine vorbestimmte Länge der durchlaufenen Bahn (JP 58-40229), alles unter Aufrechterhaltung des Drahtvorschubes,
- oder durch Anhalten des Vorschubes und des Veränderns der Geschwindigkeit oder des Betriebszustandes in einem einzigen Schritt und durch Bearbeiten während einer vorbestimmten Dauer, bei verringertem Betriebszustand und in stationärer Bearbeitung im Falle eines Winkels, oder durch Bearbeiten mit verringerter Geschwindigkeit im Fall eines Bogens; diese Geschwindigkeit oder diese Dauer ist berechnet als Funktion der Durchbiegung vom einem geradlinigen Draht, die durch das Anhalten des Arbeitsvorganges bestimmt ist (EP 67 876), oder diese Dauer ist jene, die durch das Verschwinden der Durchbiegung gegeben ist (US 4 703 143).
Keine dieser Veröffentlichungen erwähnen, daß es vorteilhaft ist, die Geschwindigkeit oder den Betriebszustand fortschreitend zu verändern, selbst wenn man diese Änderung im stationären Betrieb verwirklicht. Es scheint, daß der Fachmann erwarten wird, daß die graduellen Veränderungen eines Parameters während des angehaltenen Drahtvorschubes viel Zeit beanspruchten und dadurch die Arbeitsdauer zu sehr verlängerten. Dies ist der Grund, dar vor allem im Fall hoher Geschwindigkeit, wie aus dem Stand der Technik hervorgeht, zum Beispiel der Patentschrift US 4 725 706, abrupte Wechsel des Betriebszustandes empfiehlt und niemals das Anhalten des drahtvorschubes mit einer gleichzeitigen, graduellen Änderung eines Parameters in Zusammenhang bringt.
Das Ziel der vorliegenen Erfindung ist es, eine automatische Regelung von zumindest einem Arbeitsparameter zu schaffen, die eine schnellere Bearbeitung als mit den bekannten Methoden erlaubt, die unter Vermeidung des Abreißens des Drahtes eine höheren Genauigkeit in den Winkeln der Werkstücke erzielt. Diese Regelung muß das Erreichen einer zufriedenstellenden Geometrie erlauben, die die Bahn als konvexe oder konkave Kurven oder als unterbrochene Linien mit einlaufenden und auslaufenden Winkeln darstellt.
Rufen wir kurz die Funktionsweise einer Elektroerosions- Schneidmaschine mit einer Drahtelektrode in Erinnerung, wie zum Beispiel diejenige, die in Figur 1 dargestellt ist:
- eine Drahtelektrode 1 läuft kontinuierlich zwischen zwei Drahtführungen 3 und 4, die auf beiden Seiten des Werkstücks 2 angeordnet sind, wobei Dank von Mechanismen (nicht dargestellt), die den Draht in der Art führen, daß ihm durch Bremsung eine vorbestimmte mechanische Spannung übertragen wird. Zwei Schleifkontakte 5 und 6 führen der Drahtelektrode den Arbeitsstrom zu, der von einem Impulsgenerator 30 abgegeben wird, während zwei Einspritzdüsen 7 und 8 Ströme von Arbeitsflüssigkeit entlang des Drahtes 1 und in den eingeschnittenen Spalt im Werkstück 2 durch diesen hindurch lenken.
- Die Drahtführung 3, die Düse 7 und der obere Kontakt 5 sind in einem entlang der vertikalen Achse Z bewegbaren Arbeitskopf 10 angeordnet und im allgemeinen in gleicher Weise (den relativ kleinen Wegen entsprechend) auf einer horizontalen Ebene entlang zweier orthogonaler Achsen U und V beweglich, die es erlauben, den Draht zu neigen, wobei die untere Drahtführung 4 fixiert bleibt. Diese Bewegung (U, V) ist dank eines Tisches mit Kreuz-Bewegungen 11 ermöglicht, der durch einen Servo-Mechanismus (bekannter Art, nicht dargestellt) angetrieben ist und zwei Motoren 12, 13 aufweist. Der untere Arbeitskopf 15, der die Drahtführung 4, die Düse 8 und den unteren Kontakt 6 enthält, ist in Bezug auf den Maschinenrahmen fest angeordnet.
- Das Werkstück 2 ist dank eines nicht dargestellten Mechanisinus auf einem Tisch befestigt ist, der wiederum auf dem Boden eines mit Arbeitsflüssigkeit gefüllten Arbeitsbehälters (nicht dargestellt) befestigt ist. Der letztere ist entlang zweier horizontaler und orthogonal angeordneter Achsen X und Y dank eines Tisches mit Kreuz-Bewegungen 25 bewegbar, der durch einen Servo-Mechanismus (der bekannten Art, nicht dargestellt) angetrieben ist und zwei Motoren 23 und 24 aufweist.
- Die Schnittbahn ist über einen Informationsträger 16 abgespeichert, der seine Daten an die Rechnereinheit 14 einer numerischen Steuerung 9 übermittelt. Die letztere umfaßt gleichermaßen eine zweckmäßig programmierte Einheit, die zumindest einen Speicher und eine Leseeinheit aufweist, sowie eine Einrichtung (Prozessor oder Interpolationseinheit), die die relativen Wegänderungen zwischen Werkstück-Elektrode 2 und der Draht-Elektrode 1 überwacht und steuert , indem diese die Motoren 12,13, 23 und 24 antreibt, sowie anderer Arbeitsparameter, so der Einspritzdruck der Arbeitsflüssigkeit, der auf die Elektroventile 31 und 32 wirkt. Die Rechnereinheit 14 errechnet die Schnittlinie und übermittelt die Steuersignale an die Interpolationseinheit 18, die dazu bestimmt ist, die Wegänderungen entlang den beiden Richtungen X und Y weiterzugeben, indem die zwei Motoren 23 und 24 angetrieben werden.
- Der Impulsgenerator 30 ist zwischen den zwei Elektrode 1 und 2 angeschlossen, in der Art, daß aufeinanderfolgende Impulsspannungen abgegeben werden, die dazu bestimmt sind, Entladungen in der Arbeitszone einzuleiten. Dieser empfängt Signale von der numerischen Steuerung 9 (Verbindung nicht dargestellt), um zum Beispiel eine Änderung des gegebenen Wertes der Impulsfrequenzen oder die Spannung oder die Dauer der Funken zu steuern.
- Ein Behälter mit dielektrischer Flüssigkeit versorgt den Arbeitsbehälter und die Einspritzkreisläufe in Richtung der Düsen 7 und 8 der Arbeitsköpfe. Diese Kreisläufe sind schematisch in Figur 1 durch die Pumpe 35 und die Elektroventile 31 und 32 dargestellt, die mit den Flüssigkeitsverteilern verbunden sind. Die oben erwähnte Aufgabe wird durch die Verwendung der folgenden Vorgehensweise ermöglicht, um den/die zu modifizierenden Parameter auf fortschrittliche Weise zu verändern, wobei diese Veränderung beispielsweise eine Verringerung ist:
- man hält die Relativbewegung zwischen Draht und Werkstück an, jedoch sendet der Generator weiterhin Impulse in den Draht;
- dieses Anhalten Verursacht die Änderung eines zweiten Parameters (oder kennzeichnender Faktor), der sich asymptotisch gegen einen gegebenen Grenzwert entwickelt und man folgt dieser Änderung Dank einem zweckmäßigen Organ;
- sobald der kennzeichnenden Faktor einen Referenzwert erreicht hat (im Verlauf seiner Entwicklung in Richtung einer Asymptote), verringert man den Wert V des zu modifizierenden Parameters, zum Beispiel die durch den Generator gegebene Impulsfrequenz um eine vorgegebene grundlegende Größe (oder Dekrement) Q;
- diese Änderung des Parameters verursacht eine Änderung des kennzeichnenden Faktors, der danach zunehmend seinen Referenzwert wieder annimmt, wobei die Lücke wieder hergestellt wird.
- der Parameter wird erneut, zum Beispiel um eine Größe Q' herabgesetzt und so weiter, um ihn so fortlaufend auf einen Endwert V' zurückzuführen, nachdem n Verringerungsschritte durchlaufen sind.
- die Relativbewegung zwischen Draht und Werkstück wird wieder in Gang gesetzt; der modifizierte Parameter ist im allgemeinen ein Faktor der Entladungsstärke, seine Herabsetzung löst eine Verringerung der Vorschubgeschwindigkeit aus, die automatisch durch die Servo-Mechanismen erfolgt, die die Relativbewegung antreiben.
- es wird in diesem verringerten Arbeitsbereich eine Strecke lo der Bahn bearbeitet;
- dann, ohne daß das Anhalten der Relativbewegung erforderlich ist, wird der Parameter um eine gegebene Größe Q'' erhöht; dieses verursacht eine Änderung des Faktors, der daraufhin zunehmend seinen Referenzwert wieder einnimmt, wobei sich das Gleichgewicht im Spalt wieder einstellt; man fährt mit n' aufeinanderfolgenden Erhöhungen fort;
- wenn der Parameter wieder seinen Anfangswert V hat, führt man die Bearbeitung mit dem Anfangs-Betriebszustand fort.
Es wurde so eine fortschreitende, zweifache Änderung des Arbeits-Betriebszustandes in Stufen durchgeführt, wobei diese Änderung sich durch die Schwankungen eines kennzeichnenden, ein Bild der im Arbeitsspalt herrschenden Zustände liefernden Faktors ergeben, d.h. sei es über das Erreichen der Referenz- Arbeitszustände, sei es über eine Rückkehr zum Arbeitsgleichgewicht nach jeder grundlegenden Änderung. Die Dauer dieser Stufen sind festgelegt durch die Zeit, die für die schrittweise Rückkehr in die Referenz-Arbeitszustände oder in das Gleichgewicht erforderlich ist. Die Größen Q, Q', Q'' können gleich oder unterschiedlich für jedes der Dekremente und Inkremente (grundlegende Änderungen) gegeben Bein. Diese Größen können hinreichend gering (und die Stufen hinreichend zahlreich) sein, um die Änderung graduell oder partiell fortzuführen. Die Erniedrigung des Betriebszustands und des Endwertes, der dem Parameter V' entspricht, sind insbesondere so wie die Durchbiegung des Drahtes hinreichend verringert worden, um akzeptabel zu sein, d.h. für die Fehler der Geometrie, die zum Teil auf dieser Durchbiegung beruhen, könnten verschwunden oder akzeptabel sein, in Anbetracht der geforderten Genauigkeit. Aber dies ist nur eine der Konsequenzen der Änderung des Betriebszustandes, die verwirklicht worden ist.
Es sei hinzufügt, daß die oben beschriebene Strategie auch verwendet werden könnte, um in Stufen einen Parameter zu erhöhen (die mechanische Spannung des Drahtes beispielsweise).
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft also eine Vorrichtung für eine Maschine zum elektroerosiven Schneiden mit einer Drahtelektrode gemäß des Anspruchs 1.
Ein zweiter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist gleichermaßen ein Verfahren zur Steuern (oder zum Kontrollieren) einer Maschine zum elektroerosiven Schneiden gemäß Anspruch 9. Gemäß diesem Verfahren kann man zum Beispiel einen Parameter verringern und dann erhöhen oder umgekehrt, den Parameter erhöhen und dann verringern, bis er seinen Anfangswert wieder eingenommen hat.
Wie in der Patentschrift CH 654.233 erlaubt die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung graduell einen Parameter, der auf die Geometrie Einfluß hat, zu modifizieren, so die Impulsfrequenzen, die durch den Generator abgegeben werden und die Arbeitszustände berechnet nachfolgend der Änderungen der mittleren Arbeitsspannung, zum Beispiel. Aber
- anstatt die Entladefrequenz gemäß einer zeitabhängigen Funktion zu ändern, fährt man in Stufen von vorbestimmter Dauer fort, wobei die Dauer der Stufenänderung der Entladefrequenz (oder eines anderen, die Geometrie beeinflussenden Parameter, indem zum Beispiel über die Impulsleistung beeinflußt wird) nicht mehr vorbestimmt ist. Man läßt die Bearbeitung sich selbst nach jeder der Änderungen stabilisieren, bevor die nächste Änderung folgt. Es sind also die von diesen aufeinanderfolgenden Stabilisierungen eingenommenen Zeiten, die die Dauer dieser Stufen wiedergeben;
- anstatt die Verringerung des Parameters zu ändern, wird weiterhin der Draht beschleunigt, wobei eine Änderung im stationären Betriebszustand feststellbar ist. Es ist also nicht mehr notwendig, die Vorschubgeschwindigkeit als Funktion von aufeinanderfolgenden Werten der mittleren Arbeitsspannung zu korrigieren, um einen konstanten Abstand zur Funkenbildung zu erhalten, bis der Vorschub gleich Null ist;
- anstatt die Vorschubgeschwindigkeit bereits vor dem Erreichen der Spitze des Winkels zu reduzieren, wird die Vorschubqeschwindigkeit erst nach der Durchbiegung verringert.
Überraschenderweise erlaubt diese Art des Verfahrens, bei dem der Drahtvorschub unterbrochen und in Stufen die Arbeitszustände im stationären Betriebszustand geändert werden, auf prägnante Weise die Arbeitsdauer der Bearbeitung eines Winkels oder eines Bogens im Vergleich zu Bearbeitungen, die mit einem Verfahren erfolgt sind, das auf einer Änderung während des Drahtvorschubes beruht, zu verringern.
Der Parameter, der für die Änderung in Stufen ausgewählt ist, ist im allgemeinen einer der Charakteristiken des Betriebszustandes, insbesondere die abgegebene Impulsleistung durch den Generator, wie auch die Impulsfrequenz, die Stärke des Arbeitsstromes, die Dauer der Funken oder die Spannung der Funken. Seine Änderung kann bevorzugt mit diesem einen oder mehreren anderen Parametern verbunden sein, wie zum Beispiel mit einer Änderung des Einspritzdruckes der Flüssigkeit und / oder der mechanischen Spannung des Drahtes und / oder der Vorschubqeschwindigkeit des letzteren. Dies erlaubt insbesondere den Vorgang der Frequenzverringerung über die Durchbiegung des Drahtes zu erhöhen.
Der kennzeichnende Faktor, der ein Bild Arbeitszustände gibt, ist zum Beispiel die mittlere Arbeitsspannung, der Steuerspannung (Differenz zwischen der mittleren Referenzspannung und der mittleren Arbeitsspannung), oder die mittlere Dauer der verzögerten Entladungszündung.
Der vorbestimmte Schwellenreferenzwert erreicht durch diesen kennzeichnenden Faktor am Ende einer jeden Stufe wahrscheinlich seinen Anfangswert in dem Moment, in dem der Draht anhält. In diesem Fall ist die erste Stufe unterdrückt und es wird mit der ersten Verringerung des Parameters V, von dem Anhalten der Relativbewegung des Werkstückes an, fortgefahren.
Die Größen, um die der Parameter in jeder Stufe geändert wird, ebenso wie die Zahl n oder n + 1 dieser Stufen, der Endwert V', der vor dem Schneiden eines Winkels erzielt wird, oder der vorbestimmte Schwellenwert, der durch den kennzeichnenden Faktor am Ende einer jeden durchlaufenen Stufe erreicht wird, werden zum Beispiel experimentell vorbestimmt, in dem Werte gewählt werden, die dem Werkstück eine zufriedenstellende Geometrie mit einem Bogenschnitt oder mit einem Winkelschnitt geben, der am schnellsten erfolgt, alles unter Vermeidung von Kurzschlüssen. Diese Werte sind auf einem zweckmäßigen Informationsträger gespeichert, der mit einer Rechnereinheit einer numerischen Steuerung der Maschine EDM in Verbindung steht. Sie sind abhängig von der Paarung Material des Werkstücks / Material und Geometrie der Drahtelektrode.
Im Fall des Bogenschneidens wird, je größer der Krümmungsradius ist, umso weniger das Verringern des Betriebszustandes und dessen Parameter erforderlich sein, um eine gute Geometrie zu erhalten. Es ist möglich, daß in einer Zwischenstufe, die einem verringertem Wert V(x) des ersten Parameters entspricht, angehalten wird, an Stelle bis V' fortzufahren. Anders ausgedrückt, V(x) und n hängen von diesem Radius ab: je größer der Radius ist , desto näher liegt V(x) an dem Anfangswert des Parameters und desto kleiner wird n; Im Gegensatz je kleiner der Radius ist, desto näher liegt V(x) an dem Wert V', der dem Winkelschneiden entspricht, desto größer wird n. Der Begriff "Winkel" kennzeichnet genausogut einen spitzen Winkel wie einen abgerundeten, dessen Krümmungsradius in einer Größenordnung von dem Radius der Drahtelektrode ist, oder geringer als dieser Radius ist. Die Bereiche der Strecke, wo der Automatismus, welcher Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, Gebrauch macht, sind durch eine in zweckmäßiger Weise programmierte Rechnereinheit bestimmt und eingerichtet, um ein erstes Signal (Signal A) abzugeben, das den Beginn dieses Automatismus in Gang setzt, d.h., das Anhalten der Relativbewegung Draht zu Werkstück und die schrittweise Veringerungen des Parameters auszulösen, danach wird ein zweites Signal (Signal B) abgegeben, wenn der Draht eine Distanz lo durchlaufen haben wird, wobei er gemäß dem Parameter, der um den Wert V' oder V(x) reduziert ist, bearbeitet hat. Dieses zweite Signal wird der Anfang der nacheinanderfolgenden Erhöhungen des Parameters in Gang setzen. Die Berechnung von lo wird in dem Fall eines Bogens oder eines Winkels unterschiedlich sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung,
- im Fall eines Winkels α ist die Einheit, um lo zu berechnen, gemäß folgender Gleichung programmiert
(siehe Figur 2):
- im Fall eines Bogens mit dem Krümmungsradius r ist diese Rechnereinheit, um lo zu berechnen, gemäß folgender Gleichung programmiert
Lo = γ r,
wobei γ der im Bogenmaß ausgedrückte Winkel ist, der diesem Bogen entspricht (siehe Figur 3).
Auf diese Weise ist lo nur von der Geometrie und des Drahtdurchmessers abhängig und nicht von dem Material der Elektroden und der Dicke des Werkstücks.
Die Bestimmung von lo und die Absendung der Signale A und B an die numerische Steuerung, um die zunehmenden Änderungen des Betriebszustandes anzutreiben, die über die Rückkehr des Arbeitsgleichgewichtes gesteuert sind, sind durch die Rechnereinheit ohne Eingriff eines Programmierers bewirkt. Diese Einheit analysiert die abgespeicherte Strecke (die insbesondere programmiert ist, um der Entwicklung des Krümmungsradius diese Strecke zu folgen) und bewirkt einfache Berechnungen; wie sie im oben aufgeführten Ausführungsbeispiel angegeben sind.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand einer der möglichen Ausführungsformen beschrieben, die einzig durch das Ausführungsbeispiel dargestellt ist, jedoch ohne auf diese beschränkt zu sein. In der beibefügten Zeichnung zeigen
- Figur 1 eine schematisch dargestellte Maschine EDM einer Drahtelektrode gemäß dem Stand der Technik,
-Figur 2 die Zustände während des Winkelschneidens,
- Figur 3 die Zustände während des Bogenschneidens,
- Figur 4 eine Maschine EDM mit einer Drahtelektrode, die auf einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist und
- Figur 5 eine Grafik, die eine mögliche Strategie gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist.
Gemäß diesem Beispiel handelt es sich um zwei Parameter: die Impulsfrequenz und der Einspritzdruck. Der kennzeichnende Faktor, der ein Bild der Arbeitszustände gibt, ist der Mittelwert der Arbeitsspannung der durch die Integration über eine bestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Messungen erhalten wurde.
Es wird experimentell bestimmt, daß bei einer verringerten Frequenz F(x) = F/8 in einem Winkel die Geometrie zufriedenstellend ist, und die Kurzschlüsse vermieden werden, wobei F die Impulsfrequenz des nominellen Arbeits-Betriebszustandes ist. d.h. des Betriebszustands, der für die Bearbeitung verwendet wird, bevor mit diesem Winkel begonnen wird. Es ist in gleicher Weise experimentell bestimmt worden, daß mit weniger als 8 Verringerungen vorangegangen werden muß, um von der nominellen Frequenz F zu der reduzierten Frequenz F/8 zu gelangen, um einen Winkel mit einer zufriedenstellenden Geometrie zu schneiden.
Es ist auch experimentell die Beziehung zwischen dem Krümmungsradius r eines Bogens mit kleinem Krümmungsradius und dem Wert entsprechend der verringerten Frequenz F(x) oder der Anzahl n der grundsätzlichen Änderungen bestimmt worden (und auf dem Element 17 des Informationsträgers 16 der Maschine EDM gespeichert, wie in Figur 4 schematisch dargestellt ist), gemäß der folgenden Tabelle:
Deswelteren wird, nachdem der nominelle Betriebszustand der Bearbeitung eingerichtet ist, um ein gegebenes Werkstück zu bearbeiten, der Mittelwert Umr der Arbeitsspannung, die diesem Betriebszustand entspricht, bestimmt und abgespeichert.
Zunächst wird die Herstellung eines Winkels beschrieben (siehe Figur 2 und 4): der Draht, der das Werkstück mit einem Betriebszustand bearbeitet, der die Impulsfrequenz des Wertes F und dem Einspritzdruck des Wertes P hat, erreicht den Punkt 0, die Spitze des Winkels (d.h., daß die Ideallinie, die die beiden Drahtführungen verbindet, die an diesem Punkt 0 erreicht ist); das Element 20 der Rechnereinheit 14, die für diesen Zweck programmiert ist, sendet ein erstes Signal A an die Kontrolleinheit 18 der numerischen Steuerung 9, die die Relativbewegung von Draht und Werkstück anhält.
Es wird im weiteren die Arbeitsspannung Um dank eines Messkreises 21 einer bekannten Art gemessen, so wie dies in der Patentschrift CH 654 233 beschrieben ist. Dank eines zweiten Schaltkreises 22 wird ihr Mittelwert Um bestimmt und dieser mit dem Wert Umr von diesem Mittelwert, der durch den nominellen Betriebszustand erhalten wurde, verglichen. Das Fehlersignal
Usa = Um - Umr
nimmt stetig mit der Vergrößerung des Spaltes zu, aufgrund des Anhaltens des Drahtvorschubes. Dieses Fehlersignal ist kontinuierlich durch den Kreis 22 bestimmt. Wenn Usa einen vorbestimmten Schwellenwert Usa / ref erreicht, ist dies das Ende der Stufe O. Das Element 17 sendet ein Signal, das eine erste Verringerung Q&sub1; der Frequenz f und Q&sub2; des Druckes p bewirkt, so daß
und
Es wird bevorzugt die Verringerung des Einspritzdruckes der Arbeitsflüssigkeit mit einer Stufe weniger als für die Frequenz verwirklicht, um die Änderung dieses Einspritzdruckes gegen Null gehen zu lassen, während der letzten Änderung der Frequenz, die das Risiko des Kurzschluß verringert, wobei der Draht dann eine geringe Durchbiegung aufweist. Dies vermeidet weitestgehend, daß der Draht bei dem Wiederanlauf verschleppt wird. (wenn er noch nicht im Vollmaterial ist) und während der Bearbeitung des Winkels.
Die Kontrolle des Druckes erfolgt durch eine Batterie von vier Elektroventilen 36 bis 39, die parallel zu dem Bypass der Hochdruckpumpe 35 angeschlossen sind, die die Arbeitsflüssigkeit aus einem Behälter bis zu einem Verteilernetz der Einspritzdüsen 7 und 8 und dem Arbeitsbehälter herbeiführt.
Es wird dann erwartet, daß Um von Neuem seinen vorbestimmten Schwellenwert erreicht (d.h., daß Usa = Usa / ref) und der Schaltkreis 22 ein neues Signal (über das Element 20) zu dem Element 19 sendet, um von Neuem die Frequenz um die Größe Q&sub1; und den Druck um die Größe Q&sub2; (Stufe 1) zu verkleinern.
Es wird so die Frequenz f und der Druck p verkleinert, bis ein Einspritzdruck P/8 und eine Frequenz F/8 erreicht ist, also sind in diesem Beispiel, nachdem acht grundlegende Änderungen für die Frequenz und sieben für den Einspritzdruck ausgeführt wurden, acht Stufen beobachtet worden (siehe Figur 5, Kurve A). In bestimmten Fällen ist eine Verzögerung von Usa erforderlich, um ein Wert zu erzielen, der einen Drahtvorschub erlaubt. Es werden dabei neun Stufen beobachtet.
Diese so verwirklichte Verringerung des Betriebszustandes weist den Schaltkreis 22 auf, der ein Signal B (über das Element 20) an die Einheit 18 der numerischen Steuerung schickt, die die Durchfahrt der Bahn lo bei reduziertem Betriebszustand bewirkt.
Die in diesem Ausführungsbeispiel verwendete Maschine EDM ist mit einem integrierten Schaltkreis ausgestattet, der erlaubt, die Relativgeschwindigkeit von Draht zu Werkstück über Umr zu steuern. Folglich ist die Geschwindigkeit, mit der der Draht lo durchlaufen wird, automatisch festgelegt.
Während der Draht die berechnete Strecke lo durchläuft, wie oben ausgeführt ist, sendet die Rechnereinheit dann ein Signal an das Element der numerischen Steuerung 9, damit diese eine erste Erhöhung Q&sub1; der Frequenz und Q&sub2; des Einspritzdruckes bewirkt, nachdem eine erste Stufe beobachtet wurde; es werden die Großen Q&sub1; und Q&sub2; in acht aufeinanderfolgenden Änderungen für die Frequenz und sieben aufeinanderfolgende Änderungen für den Einspritzdruck inkrementiert, gemäß acht aufeinanderfolgenden Stufen (siehe Figur 5, Kurve A).
Bei jeder dieser Erhöhungen, erhöhen sich Um und Usa, und danach, wenn der Spalt sich durch den Drahtvorschub verringert, stabilisiert sich die Spannung Um auf dem Wert Umr. Sobald Usa = 0 ist, ist die entsprechende Stufe beendet und die Parameter erfahren eine neue Inkrementation.
Es wird nun die Herstellung eines Bogens beschrieben (siehe Figur 3). Der in Frage stehende Bogen weist einen Krümmungsradius von 1,26 mm auf. Es wird auf dieselbe Weise wie oben beschrieben vorgegangen, indem die Impulsfrequenz um die Größe Q&sub1; mit fünf aufeinanderfolgenden Änderungen dekrementiert und danach inkrementiert wird (gemäß der Tabelle, die die Beziehung zwischen dem Krümmungsradius und der reduzierten Frequenz darstellt) und der Einspritzdruck um die Größe Q&sub2; in vier aufeinanderfolgenden Änderungen, und folglich sechs Stufen beobachtet werden (siehe Figur 5, Kurve B).
Diese Beziehung, die bereits auf dem Element 17 gespeichert ist, hat auf diese Weise durch das Element 20 der Rechnereinheit 14 eine automatische Auswahl eines zweckmäßigen Wertes für die Frequenz und des reduzierten Druckes, und eine Absendung der Signale von einer Anzahl von erforderlichen Stufen erlaubt. Die oben für den Fall des Winkels berechneten Größen Q&sub1; und Q&sub2; bleiben diesselben.
Am Ende der letzten Stufe, sobald Usa = Usa / ref ist und bevor die Relativbewegung von Draht zu Werkstück wieder in Gang geßetzt wird, sendet das Element 20 der Rechnereinheit 14 an das Element 19 der numerischen Steuerung 9 ein Signal, um die Durchfahrt unter reduziertem Betriebszustand zu bewirken.
Es ist besonders überraschend, daß, obwohl keine vorbestimmte Dauer der Änderung der Stufen des Betriebszustandes festgelegt worden war, wie in der schweizerischen Anmeldung 99 / 89 beschrieben, die Bearbeitung eines Winkels oder eines Bogens viel schneller wird, als wenn die Änderungen des Betriebszustandes durch Stufen mit festgelegter Dauer bewirkt werden, wie in der schweizerischen Anmeldung 99 / 89 beschrieben ist. Um auf diese Weise einen Winkel von 90º in einem Werkstück mit 80 mm zu bearbeiten, ist eine Bearbeitungszeit von 121 Sekunden erforderlich, wenn die Frequenz alle 7,5 Sekunden zuerst verringert und danach erhöht wird. Geht man gemäß der vorliegenden Erfindung vor, so beträgt die Zeit nur 47 Sekunden. In beiden Fällen war die Strecke lo die selbe.
Wenn das Werkstück nicht zu dick ist, kann der Bogen oder der Winkel selbst mit einem Einspritzdruck von Null bearbeitet werden, anstatt den Einspritzdruck bis auf P / 8 zu verringern. In diesem Fall ist Q&sub2; = P / 7. In diesem Beispiel sind die Änderungen der Parameter durch die Größen Q&sub1; und Q&sub2; für jede Stufe gleich, jedoch ist es auch möglich, diese von einer Stufe zur anderen zu ändern.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Vereinfachung, die sie mit sich bringt, sowohl unter dem Gesichtspunkt der Anlage als auch der Programmierung. Es ist nicht mehr erforderlich die Strecke der Funkenbildung den Änderungen der Impulsfrequenz folgend zu regulieren, wie es zum Beispiel für die Herstellung in der CH 654.233 gefordert war.
Die automatischen Verfahren zur Änderung des Parameters gemäß der vorliegenden Erfindung sind sehr viel einfacher als diejenigen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, zum Beispiel aus der EP 67 876: Erfassen der Durchbiegung des Drahtes und der Breite des Schneidspaltes (welches einen Stillstand in der Herstellung erfordert) und Berechnung einer reduzierten Geschwindigkeit gemäß einer Formel, bei der der Krümmumgsradius, der Spalt und diese Durchbiegung eingeht, wobei die letztere abhängig ist von der Art des Drahtes, der Dicke des Werkstückes, dem Abstand zwischen den Drahtführungen, des Einspritzdruckes, der Stärke der Arbeitsspannung, der mechanischen Spannung des Drahtes, und... . Die Vorgehensweisen gemäß der vorliegenden Erfindung erfordern keinen Stillstand der Herstellung und keine speziellen Schaltkreise mit Sensoren, die eine Messung der Durchbiegung und des Spaltes erlauben. Sie sind unabhängig von den meisten dieser Faktoren, insbesondere von der Dicke des Werkstückes und der Durchbiegung des Drahtes. Sie erfordern kein Eingreifen in die Änderung der Vorschubgeschwindigkeit. Sie rufen keine Korrektur der gespeicherten Bahn hervor, um die Fehler der Geometrie aufgrund dieser Durchbiegung auszugleichen.
Sie zeigen einen weiteren Vorteil: sie können einfach mit weiteren Strategien kombiniert werden, wie Strategien zum Schutz der Verarbeitung, die verwendet werden, um den Arbeitsbetriebszustand zu reduzieren, wenn zum Beispiel die Gefahr eines Drahtbruchs besteht und diesen Arbeitsbetriebszustand wiederherstellt, wenn die Gefahr vorüber ist, wie diese in der Patentanmeldung 100 / 89 beschrieben ist.
Es kann dabei zu Schwierigkeiten kommen, wenn zwei Kurven mit kleinen Krümmungsradien aufeinanderfolgen oder wenn eine Kurve dieser Art zum Beispiel sehr nahe nach einem Winkel folgt. Außerdem erlaubt die vorliegende Erfindung auf sehr einfache Weise die Überlappung von zwei Automatismen. In der Tat enthält jeder Automatismus gemäß der vorliegenden Erfindung drei sehr einfach zu trennende Phasen: die Selbsteinstellung der Durchbiegung in der stationären Bearbeitung durch eine stufenweise Verringerung des Betriebszustandes (Phase A); eine Durchfahrt mit einem reduzierten Betriebszustand über eine gegebene Strecke (Phase B); ein stufenweises Zurücksetzen auf einen Anfangsbetriebszustand (Phase C). Jede dieser Phasen A und C können sowohl unterbrochen als auch synchronisiert zu irgendeiner der Phasen sein.
Der Draht kann sich zum Beispiel in der Spitze eines Winkels oder am Beginn einer Kurve mit kleinem Radius bef inden, während der Bearbeitungs-Betriebszustand bereits auf einen Wert V(x)&sub1; reduziert worden ist, gefolgt zum Beispiel von der Gefahr des Drahtbruchs. Der reduzierte Betriebszustand, mit dem die Bearbeitung des winkels oder der Durchbiegung vorgesehen wurde, entspricht einem Wert V(x)&sub2; von diesem Parameter.
- Wenn V(x)&sub2; < V(x)&sub1; wird die Verringerung der Parameter fortgeführt bis V(x)&sub2; erreicht ist, jedoch indem von einer Stufe ausgegangen wird, die einem aktuellen Wert des Parameters entspricht, anstatt der Stufe O, die seinem Anfangswert V entspricht; V(x)&sub1; wird ein oberer Grenzwert für das Zurücksetzen in den Betriebszustand sein.
- Wenn V(x)&sub2; ≥ V(x)&sub1;: es wird die programmierte Verringerung für die Bearbeitung des Winkels oder der Kurve rückgängig gemacht, da ja der Parameter bereits ausreichend verringert ist; der Drahtvorschub wird nicht angehalten und es wird unmittelbar mit der Phase B fortgefahren. Der Wert V(x)&sub1; wird ein unterer Grenzwert für das Schutzverfahren sein.
Der Draht kann sich auch in der Spitze eines Winkels oder am Beginn einer Kurve mit kleinem Radius befinden, während der Arbeits-Betriebszustand, der zuvor aufgrund der Gefahr eines Drahtbruchs oder bei der Bearbeitung eines Winkels oder einer vorhergehenden Kurve reduziert worden ist, im Begriff ist, sich zu erhöhen. Der Parameter weist einen aktuellen Wert V(x)&sub3; auf.
- Wenn V(x)&sub2; < V(x)&sub1;: Es wird das laufende Verfahren angehalten, es wird der Drahtvorschub angehalten und es wird mit der Verringerung des Parameters fortgefahren bis dieser den Wert V(x)&sub2; erreicht, jedoch indem von einer Stufe ausgegangen wird, die dem aktuellen Wert V(x)&sub3; des Parameters entspricht, anstatt der Stufe O, die seinem Anfangswert V entspricht;
- wenn V(x)&sub2; ≥ V(x)&sub3;; es wird der vorgesehene Automatismus für die Phase A aufgehoben ( Verringerung des stationären Arbeits-Betriebszustandes vor der Bearbeitung des Winkels oder der Kurve), und V(x)&sub2; wird zum Grenzwert des Wiederanstiegs von dem vorgesehenen Betriebszustand des bereits laufenden Verfahrens; es wird unverzüglich mit den vorgegebenen Phasen B und C fortgefahren, den Winkel oder die Kurve zu bearbeiten, wenn der Parameter den bereits gewünschten Wert erreicht (oder sogar überschritten) hat.
Die vorliegende Erfindung kann nicht nur dazu verwendet werden, um die Arbeitsbedingungen zur Bearbeitung eines Winkels oder eines Bogens mit einem zweckmäßigen Arbeits- Betriebszustand zu ändern, sondern auch um eine Bearbeitung anzuhalten oder wieder aufzunehmen z.B. für den Fall, daß das Auftreten der Gefahr des Drahtbruches oder von Kurzschlüssen durch ein freiwilliges Anhalten oder eine Erniedrigung des Betriebszustandes gefolgt ist. sie erlaubt insbesondere, die Kurzschlüsse bei der Wiederaufnahme der Bearbeitung zu vermeiden.

Claims

1. Vorrichtung für eine Maschine zum elektroerosiven Schneiden mit einer Drahtelektrode (1) längs einer vorbestimmten Bahn, und einem, zwischen die beiden Elektroden (1,2) geschalteten und Spannungsimpulsen abgebenden Generator (30) aufweist, sowie eine numerische Steuerung (9,18,19) für die Relativbewegungen zwischen dem Werkstück (2) und den Drahtführungen (3,4) dank einem Steuerglied (18) und für die Arbeitsparameter, wie die Eigenschaften der durch den Generator (30) abgegebenen Impulse und der Einspritzdruck der Arbeitsflüssigkeit in den durch die Drahtelektrode (1) erzeugten Spalt, dank einem anderen Steuerglied (19), sowie eine Rechner- und Behandlungseinheit (20), die so ausgebildet ist, daß sie, sobald sie festgestellt hat, daß der Draht (1) die Spitze eines Winkels oder den Anfang eines Bogens erreicht hat, das Anhalten der Relativbewegungen zwischen dem Werkstück (2) und dem Draht (1) und die Änderung des Anfangswertes V wenigstens eines Arbeitsparameters bis zu einem vorbestimmten Endwert V' bewirkende Signale an den Steuergliedern (18, 19) abgibt, daß sie die Durchfahrt einer durch Berechnen vorbestimmten Bahnstrecke lo bewirkt, wobei jeder Arbeitsparameter seinen Endwert V' beibehält, und daß sie, sobald sie das Ende dieser Bahnstrecke festgestellt hat, die Rückkehr dieses Parameters an seinen Anfangswert V bewirkt, wobei diese Vorrichtung folgende Mitteln aufweist, die mit dieser Einheit (20) und der Steuerung (9) mitwirken und zur Durchführung der Änderungen dieses Parameters in Stufen deren Dauer durch die Schwankungen eines kennzeichnenden, ein Bild der im Arbeitsspalt herrschenden Zustände liefernden Faktors gesteuert wird, ausgebildet sind:

- ein mit der Einheit (20) mitwirkenden, informationstragenden Element (17), daß die Zahl der Stufen und/oder den Endwert V'und/oder die Größe jeder elementaren Änderung speichert,

- ein Messkreis (21), der die Schwankungen des kennzeichnenden Faktors kontinuierlich folgt oder bestimmt,

- ein zweiter, mit dem vorhergehenden Kreis verbundener Schaltkreis (22), der diesen Faktor mit einem Schwellenwert kontinuierlich vergleicht und ein Signal an der Einheit (20) sowie an den Steuergliedern (18,19) abgibt, das entweder die elementaren Änderungen des Parameters, oder ein Beendigen des Änderungsverfahrens bewirkt, wenn das Parameter seinen Endwert V'erreicht hat oder zu seinem Anfangswert V zurückgekehrt ist oder wenn eine vorbestimmte Anzahl von Stufen durchgeführt worden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, die zur stufenweisen Änderung der Frequenz der durch den Generator (30) abgegebenen Spannungsimpulsen ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, die ebenfalls zur stufenweisen Änderung des Einspritzdrucks der Arbeitsflüssigkeit in den Elektroerosionsspalt ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, die an eine, durch die numerische Steuerung (9) geschäftigte, und zur Ausführung elementarer Änderungen des Einspritzdrucks ausgebildete Batterie von mehreren Elektroventilen (36,37,38,39), angeschlossen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die durch das informationstragenden Element (17) gespeicherten, elementaren Änderungen des Parameters, einen konstanten Wert aufweisen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, in welcher der die Schwankungen des kennzeichnenden Faktors kontinuierlich folgenden oder bestimmenden Messkreis (21) ein Organ aufweist, das zur Messung der zwischen dem Werkstück (2) und der Drahtelektrode (1) herrschenden Arbeitsspannung Um vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, in welcher der zweiten, mit dem Messkreis (21) verbundenen Schaltkreis (22) Mittel zum Bestimmen eines Mittelwertes Um dieser Arbeitsspannung, zum davon Abrechnen der Differenz Usa zu einer mittleren Referenzspannung Umr sowie zum Vergleichen des so erhaltenen Wert für Usa mit einem vorbestimmten Bezugsschwellenwert umfaßt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, in welcher dieser zweite Schaltkreis (22) Mittel zum Integrieren des Wertes von Usa auf einer bestimmten Dauer umfaßt.

9. Verfahren zum Steuern einer Maschine zum elektroerosiven Schneiden mit einer Drahtelektrode (1) längs einer vorbestimmten Bahn unter Variieren wenigstens eines Arbeitsparameters von einem Anfangswert V bis zu einem vorbestimmten Endwert V' wenn die Drahtelektrode (1) die Spitze eines Winkels oder den Anfang eines Bogens erreicht, wonach der Wert V' auf den Anfangswert V am Ende des Schneidens des Winkels oder des Bogens zurückgebracht wird, wenn eine Strecke Io durchgefahren ist, und indem die Bahnstellen, wo diese Änderungen einzuschalten sind, berechnet und die Relativbewegungen zwischen der Drahtelektrode (1) und dem Werkstück (2) angehalten werden wenn die Drahtelektrode (1) die Spitze eines Winkels oder den Anfang eines Bogens erreicht, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- kontinuierliche Bestimmung der Schwankungen eines kennzeichnenden, ein Bild der im Arbeitsspalt herrschenden Zustände liefernden Faktors, und wenn der Wert dieses Faktors einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht, Änderung des Wertes des Parameters um eine vorbestimmte Größe Q, wobei diese Änderung erneut den kennzeichnenden Faktor änderte wenn der Wert dieses kennzeichnenden Faktors erneut den vorbestimmten Schwellenwert erreicht, erneute Änderung des Wertes des oder der Parameter, wobei diese Änderung in Stufen durchgeführt wird, bis der gewünschte Endwert V' oder bis eine vorbestimmte Zahl von stufenweisen Änderungen vorgenommen worden sind,

- Wiederaufnahme der Relativbewegungen zwischen der Drahtelektrode (1) und dem Werkstück (29 wobei jeder Arbeitsparameter in seinem Endwert V' beibehalten wird, wenn der Draht (1) die Bahnstrecke Io durchgefahren hat, Änderung des oder der Parameter im umgekehrten Sinne, in aufeinanderfolgenden Stufen, wobei die Dauer dieser Stufen wie vorher durch kontinuierlichen Vergleich mit einem Bezugsschwellenwert des kennzeichnenden Faktors bestimmt wird, bis jeder Parameter auf seinen Anfangswert V zurückgebracht wird oder bis eine vorbestimmte Anzahl von Änderungsstufen durchgeführt worden sind.

10. Verfahren nach Anspruch 9, in welchem die an einem Parameter angewandeten Inkremente und Dekremente alle gleich sind.

11. Verfahren nach Anspruch 9, in welchem der durch den kennzeichnenden Faktor am Ende jeder stufe erreichte, vorbestimmte Schwellenwert, sein Wert für ein Schneiden längs einer geraden Linie ist.

12. Verfahren nach Anspruch 9, in welchem die Parameter, die variiert werden, die Frequenz der Impulse und/oder der Einspritzdruck der Arbeitsflüssigkeit in den Arbeitsspalt sind.

13. Verfahren nach Anspruch 9, in welchem die zwischen dem Werkstück (2) und der Drahtelektrode (1) herrschende Arbeitsspannung gemessen wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, in welchem der Mittelwert Um dieser Arbeitsspannung bestimmt, die Differenz Usa zur mittleren Referenzspannung Umr davon abrechnet und der so erhaltene Wert für Usa mit einem vorbestimmten Bezugsschwellenwert verglichen wird.

15. Verfahren nach Anspruch 9, in welchem der Schritt des Berechnen eine arithmetische Operation umfaßt, die darin besteht, die Strecke lo, die indem jedes Arbeitsparameter an seinen Endwert V'beibehalten wird durchzufahren ist, gemäß der Gleichung

berechnet wird, wobei R der Radius des Drahtes, g die spaltbreite und α der zu schneidende Winkel sind.

16. Verfahren nach Anspruch 9, in welchem der Schritt des Berechnen eine arithmetische Operation umfaßt, die darin besteht, die Strecke Io, die indem jedes Arbeitsparameter an seinen Endwert V' beibehalten wird durchzufahren ist, gemäß der Gleichung

lo = γ r

berechnet wird, wobei γ der im Bogenmaß ausgedrückte Winkel und r der Krümmungsradius des zu schneidenden Bogens sind.