DE2614765C2 - Verfahren und Vorrichtung zur funkenerosiven Bearbeitung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur funkenerosiven Bearbeitung einer Werkstückelektrode mit einer Werkzeugelektrode, bei dem die relative Vorschubgeschwindigkeit der Elektroden von einer Regelung im Sinne eines Konstanthaltens einer die Funkenbildungsbedingungen kennzeichnenden Größe beeinflußt und zum Erreichen einer Bearbeitungsendlage der s) Elektroden auf Null verringert wird.

Bei einem derartigen allgemein bekannten Verfahren wird die Werzeugelektrode in Richtung auf die Werkstückelektrode vorgeschoben. Die Vorschubgeschwindigkeit wird geregelt Ist der Elektrodenabstand zu ss groß, iTiuß die Vorschubgeschwindigkeit gesteigert werden, bis die Arbeitsspaltweite die gewünschte Größe hat Umgekehrt muß die Vorschubgeschwindigkeit herabgesetzt werden, wenn die Arbeitsspaltweite zu klein ist, infolgedessen also ein zu großer Arbeitsstrom fließt κι bzw. ein Kurzschluß mit entsprechend großer Stromstärke vorhanden ist. In beiden Fällen wird die Vorschubgeschwindigkeit so geregelt, daß eine die Funkenbildungsbedingungen kennzeichnende Größe konstant gehalten wird. Die Vorschubgeschwindigkeit wird auf (i:i; Null verringert, wenn die Elektroden ihre relative Bearbeitungsendlage erreicht haben. Diese Verringerung der Vorschübgeschwindigkeit auf Null erfolgt durch Abschalten des Elektrodenantriebs. Da das Elektrodensystem nicht trägheitslos ist und jeder Schalter eine Hysterese aufweist, stimmt die erreichte Bearbeitungsendlage der Elektroden praktisch nie mit der gewünschten Bearbeitungsendlage überein. Außerdem ist die Qualität der Frontfläche erfahrungsgemäß schlechter, als die der Seitenflächen.

Aus der Zeitschrift »Industrieanzeiger« Nr. 89 vom 6.11.1962, S. 41 bis 50, ist ein Verfahren zur En&'agensteuerung von Werkzeugmaschinen bekannt, bei dem vor dem Erreichen der Endlage eines Werkzeugs die Geschwindigkeit eines Maschinenschlittens gestuft oder stufenlos herabgesetzt wird. Bei Erreichen der Endlage bzw. kurz vorher erfolgt eine Endabschaltung. Die gewünschte Endlage kann nicht genau erreicht werden, weil Schalt- bzw. Schalterungenauigkeiten und/oder ein Nachlaufen des Maschinenschlittens Positionierungsungenauigkeiten zur Folge haben, die weit über Her für Elektroerosionsmaschinen erforderlichen Größenordnung von Mikron liegen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die gewünschte Bearbeitungsendlage der Elektroden genau erreicht und die Bearbeitungsqualität der Frontfläche der bearbeiteten Elektrode eingehalten wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Regelung der Vorschubgeschwindigkeit ab Erreichen einer in Erosionsrichtung vor der Bearbeitungsendlage der Elektroden gelegenen Bezugslage durch eine weitere Regelung begrenzt ist, die die Verringerung der Vorschubgeschwindigkeit auf Null als Funktion der wachsenden Abweichung der jeweiligen Relativlage der Elektroden von der Bezugslage bewirkt

Für die Erfindung ist das Vorhandensein einer zweiten Regelung von Bedeutung, die die erste, die Funkenbildungsbedingungen berücksichtigende Regelung begrenzt, nachdem die Bezugslage erreicht wurde. Die Begrenzung der ersten Regelung durch die zweite Regelung erfolgt derart, daß die Vorschubgeschwindigkeit allmählich bis auf Null verringert wird Dabei bleibt die die Funkenbildungsbedingungen berücksichtigende Regelung voll in Funktion, so daß auch die Fähigkeit zum schnellen Zurückziehen der unter Spannung stehenden Elektroden im Kurzschlußfall erhalten bleibt Während der Verringerung des Vorschubs verringert sich der mittlere Arbeitsstrom bis auf Null und die Bearbeitung hört mit dem Ausfunken beim Stillstand der Elektroden auf. Infolgedessen hat der Arbeitsspalt stets eine bekannte und reproduzierbare Weite. Außerdem ergibt sich, daß die örtliche Verunreinigung des Dielektrikums durch Bearbeitungsrückstände im Arbeitsspalt vermindert wird, so daß am Ende der Bearbeitung ein Arbeitsspalt mit sauberem Dielektrikum vorliegt, wodurch die Durchschlagfestigkeit des Arbeitsspaits hoch ist Des weiteren ergibt sich durch das Ausfunken beim Stillsetzen der Elektroden, daß die Qualität der erodierten Frontfläche sehr hoch ist und der Qualität der erodierten Seitenflächen entspricht. Dieses Ergebnis gleicher Qualität bzw. gleicher Glätte von Front- und Seitenflächen wäre auch dann nicht zu erreichen, wenn die Frontfläche mit Endladungen sehr niedriger Energie bearbeitet wäre.

Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt Bearbeitungsmaßzahlen hoher Genauigkeit und vereinfacht die Einstellungsmaßnahmen an der Maschine.

In Ausgestaltung der Erfindung werden die Elektroden in an sich bekannter Weise quer zur Erosionsrich^

tung unter kontinuierlich kreisenden Relativbewegungen translatorisch verschoben, wobei sich die Bearbeitungsendlage auf der Bahn dieser Translationsbewegung befindet Mit diesem Verfahren ist es möglich, das die Seitenflächen und die Frontfläche kontrollierende Stillsetzen der Elektrodenbewegungen auch dann durchzuführen, wenn die zyklischen Translationsbewegungen mit veränderlicher Amplitude ausgeführt werden. Dabei ermöglicht es die Erfindung überdies, durch die Geometrie des Werkstücks bedingte Bearbeitungsfehle·· nach einem Translationszyklus zu korrigieren, die dadurch entstanden sind, daß die Translationsgeschwindigkeit konstant gehalten und die Amplitude der Translationsbewegung geändert wurde, um bestimmte Funkenbildungsbedingungen im Arbeitsspalt aufrechtzuerhalten.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur funkenerosiven Bearbeitung, bestehend aus einem ersten Regelkreis zum Regeln der relativen Vorschubgeschwindigkeit der Elektroden als Funktion der Abweichung der die Funkenbildung kennzeichnenden Größe von der Bezugsgröße und ist dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Regelkreis zum Liiden einer Regelgröße als Funktion der Abweichung der jeweiligen Relativlage der Elektroden von der Bezugslage vorhanden ist, der mit dem ersten Regelkreis an einen Vergleichskreis zur allmählichen Verringerung der Vorschubgeschwindigkeit ab Erreichen der Bezugslage angeschlossen ist

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Schaltungsbeispielen erläutert Es zeigen

F i g. 1 bis 3 Blockschaltbilder, wonach die Werkzeugelektrode eine einfache Vorwärtsbewegung in Richtung auf die Werkstückelektrode ausführt, und

F i g. 4 das Blockschaltbild einer der F i g. 1 ähnlichen Vorrichtung, deren Werkzeugelektrode eine Translaiionsbewegung relativ zur V/erkstückeiektrode ausführt

Gemäß F i g. 1 weist die Vorrichtung eine Werkzeugelektrode 1 auf, die in Richtung auf eine Werkstückelektrode 2 vorgeschoben werden kann, um eine Bohrung in dieser zu bewirken. Der Arbeitsspalt 3 liegt hauptsächlich vor der vorderen Fläche der Elektrode 1.

Die intermittierenden elektrischen Entladungen für die Funkenbildung werden ausgehend von einer Gleichstromquelle S erzeugt, deren Strom von einem Leistungsschalter 4 zerhackt wird, der seibst von einerp Impulsgenerator 5 gesteuert wird. Jeder Impuls erzeugt einen Spannungsabfall in einem Widerstand /Ji, wodurch ermöglicht wird, ein Signal zur Kontrolle des Stromdurchgangs für einen Stromkreis 6 zur Messung der Funkenbildungsbedingungen zu entnehmen. Der Stromkreis 6 spricht gleichermaßen auf die Spannung zwischen der Elektrode 1 und dem Werkstück 2 an.

Der Stromkreis 6 liefert ein Ausgangssignal U, das die Bearbeitungsbedingungen kennzeichnet und mittels eines Widerstandes R7 an einen Eingang eines Operationsverstärkers 7 angelegt wird. Der andere Eingang dieses Verstärkers 7 erhält eine Bezugsspannung, die von einem Potentiometer 8 abgegriffen wird. Der Verstärker 7 weist in bekannter Weise einen Gegenkopplungswiderstand R-i auf, um die Verstärkung dieses Verstärkers 7 zu definieren. Dieser liefert auf der Ausgangsleitung A ein Signal, das eine Unterschiedsfunktion zwischen der Ausgangsgröße des Stromkreises 6 und der von dem Potentiometer 8 abgegriffenen Bezugsgröße ist.

Das auf der Leitung A gelieferte Signal wird von einem Widerstand A4 an den Eingang eines Verstärkers 9 angelegt dessen Verstärkung von einem Widerstand Rb bestimmt wird. Der Verstärker 9 steuert eine Vorrichtung 10 zur Erzeugung der Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode 1 in Richtung auf das Werkstück 2.

Der bisher beschriebene Teil der Vorrichtung ist üblicher Stand der Technik. Im allgemeinen wird der Meßstromkreis 6 so eingestellt daß eine Vergrößerung der mittleren Spannung zwischen der Elektrode 1 und dem Werkstück 2, was bedeutet, daß der Arbeitsspalt größer als der gewählte Wert ist, einen größeren Vorschub der Vorrichtung 10 zufolge hat Wenn sich der Arbeitsstrom in anomaler Weise vergrößert, was eine Erhöhung der abgegriffenen Spannung am Widerstand R, bewirkt gibt der Meßstromkreis 6 ein Signal mit dem Ziel, die Geschwindigkeit der Elektrode 1 zu vermindern oder sogar umzukehren, um eine augenblickliche Zurückziehung der Elektrode 1 vom Werkstück 2 zu erhalten.
Um die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung zu ermöglichen, hat die Vorschubvorrichtung 10 der Elektrode 1 noch einen Anzeige· Tür die Lage dieser Elektrode i. Dieser Anzeiger ist von einem festen Teil 11, das elektrische Wicklungen aufweist, und von einem verschiebbaren magnetischen Kern 11a gebildet Der Kern 11a ist auf einem mit der Elektrode 1 ein Stück bildenden Halter 12 befestigt. Der ortsfeste Teil 11 des Lageanzeigers kann mittels einer Schraube 13 eingestellt werden, die mit einem Knopf 14 betätigt wird und auf einer festen Stütze 15 angeordnet ist Somit ist es durch Betätigung des Knopfes 14 mög'ich, diejenige Bezugslage einzustellen, von der aus das Ende der Bearbeitung eingeleitet werden muß.

Das von dem festen Teil 11 des Lageanzeigers der Elektrode 1 gelieferte Signal ist ein Analogsignal proportional der Elektrodenlage, dessen Vorzeichen sich umkehrt wenn die Elektrode 1 die Bezugslage erreicht hat Dieses analoge Signal gelangt durch einen Widerstand Ri an einen Verstärker 16, dessen Verstärkung von einem Widersland Rs bestimmt wird. Dps Ausgangssignal des Verstärkers 16 wird mittels einer Diode 17 und eines Widerstandes Rs an den Eingang des Verstürkers 9 gegeben. Das Vorhandensein der Diode 17 bewirkt, daß dieses Signal nur an den Verstärker 9 angelegt wird, wenn es negativ ist.

Der Lageanzeiger ist so konstruiert, daß er solange ein positives Signal liefert, wie die Elektrode 1 die genannte Bezugslage nicht erreicht hat. Das positive Signal wird nach Verstärkung durch den Verstärker 16 von der Diode 17 gesperrt und spielt somit keine Rolle.

Wenn die Bezugslage erreicht ist, kehrt sich das Signal des Anzeigers um und übt einen Einfluß auf den Eingang des Verstärkers 9 aus. Die von den Verstärkern 7 und 16 gelieferten Signale werden auf einen Spannungsteiler "errveigt, der von den Widerständen Ri und Λ5 gebildet ist. Auf diese Weise verläßt die Elektrode 1 um so mehr die genannte Bezjgslage, je stärker das von dem Verstärker 16 gelieferte Signal ist. Dieses Signal wirkt also mehr und mehr der von dem Stromkreis 6 geregelten Vorschubregelung entgegen. Wenn das Signal zum Verlassen der Bezugbiage stark genug ist. verhindert es jede Vorwärtsbewegung der Elektrode 1, und die Bearbeitung ist beendet. Unter diesen Bedingungen harder vordere Arbeitsspalt 3 zwischen der Elektrode 1 und dem Werkstück 2 sein Maximum erreicht und ist gleich dem seitlichen Abstand zwischen der Elektrode 1 und der Vertiefung, die sie in dem Werkstück 2 gebildet hat.

Während des gesamten Zeitraums, in dem das von dem Verstärker 16 verstärkte Lagesignal auf den Ein-

gang des Verstärkers 9 wirkt, bleiben alle Befehle zum Zurückziehen der Elektrode 1 wirksam, die durch eine Vergrößerung des Kurzschlusses bedingt sind und durch den Stromkreis 6 gesteuert werden, da sie das gleiche Vorzeichen wie die Signale haben, die den Verstärker 16 verlassen und die Diode 17 durchqueren.

F i g. 2 stellt eine zweite Ausführungsform dar, in der man alle Teile und Elemente von 1 bis 16 der ersten Ausführungsform wiederfindet. Jedenfalls arbeitet die Steuervorrichtung zur Verschiebung der Elektrode 1 als Integrator, und infolgedessen ist die geregelte Lage der Elektrode 1 die Position, die einem Wert Null des Abweichungssignals entspricht, das von dem das feste Teil 11 und den Kern Ua aufweisenden Lageanzeiger gegeben wird.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 16 wird an einen Eingang eines Differentialverstärkers 18 angelegt, dessen anderer Eingang an Masse liegt. Auf diese Weise hat Lageanzeiger herrührende Wirkung, wenn die Elektroden 1, 2 die Bezugslage um ein vorbestimmtes Maß überschritten haben. Somit wird eine augenblickliche Verschiebung zugelassen, die aber von der Bezugslage der Elektrode 1 begrenzt ist.

Wenn man die Funktionen der Schaltung nach F i g. 2 nicht durch Hinzufügung des Hysteresestromkreises verbessern will, wird eine Vereinfachung dadurch erreicht, daß man den Transistor T₂ wegläßt und wie in F i g. 1 eine Diode 17 am Ausgang des Verstärkers 16 verwendet.

F i g. 3 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform, die der Ausführungsform nach F i g. 1 sehr nahe kommt. Jedoch ist der Lageanzeiger durch einen Anzeiger 22 ersetzt, der eine Digitalanzeige des Vorschubs der Elektrode 1 gibt. Das die Lage der Elektrode 1 angebende Digitalsignal wird an eine Digitalvergleichsschaltung 23 angelegt, die dieses Signal mit einer Bezugszahi

das Ausgangssignai des Verstärkers SS auf der Leitung vergleicht, weiche die Bczugsisge besthn.T.t. Der Aue-

C ein Vorzeichen, das von der Polarität des Ausgangssl· gnals des Verstärkers 16 abhängt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 18 wirkt mittels der beiden Dioden 19 und 20 auf zwei Feldeffekttransistoren Ti und T₂. Der Transistor Γι ist in Reihe zwischen den Ausgang des Verstärkers 7 und den Eingang des Verstärkers 9 geschaltet. Er ist von einer Diode 21 überbrückt. Der Transistor Ti ist so geschaltet, daß er den Ausgang des Verstärkers 16 kurzschließt.

Solange die Eiektrode 1 die Bezugslage nicht erreicht hat, ist das Ausgangssigna! des Verstärkers 16 positiv und auch ebenso das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 18. Das Ausgangssignal des Verstärkers 18 wird von den Dioden 19 und 20 gesperrt, und die beiden Transistoren Ti und Ti werden leitend infolge der Widerstände R<) und Äio, die ihre Basis auf Erdpotential halten. Das Ausgangssignal des Verstärkers 7 wirkt soniit 5»ί den Eingang des Verstärkers 9. während das Ausgangssignal des Verstärkers 16 den Verstärker 9 nicht erreicht, da es von dem Transistor Ti kurzgeschlossen wird.

Sobald die Elektrode 1 die Bezugslage erreicht, wird das Ausgangssignal des Verstärkers 16 negativ, ebenso wie das Ausgangssignal des Verstärkers 18. Durch die Dioden 19 und 20 legt es die Basis der Transistoren Ti und T₂ an ein negatives Potential, so daß diese zwei Transistoren nichtleitend werden. Daraus ergibt sich, daß die positiven Ausgangssignale des Verstärkers 7, die eine Vorwärtsbewegung der Elektrode 1 steuern, nicht mehr an den Verstärker 9 gelangen können. Dagegen können die negativen Ausgangssignale des Verstärkers 7, die ein Zurückziüien der Elektrode 1 bei zu starker Vergrößerung des Arbeitsstromes steuern müssen, an den Verstärker 9 durch die Diode 21 gelangen. Andererseits werden die Ausgangssignale des Verstärkers 16 nicht mehr an Masse durch den Transistor T₂ abgeleitet, sondern gelangen durch den Widerstand Rs an den Eingang des Verstärkers 9.

Auf diese Weise kann sich die Elektrode 1, sobald sie die Endlage erreicht, nicht mehr in Richtung des Werkstücks 2 vorschieben, wogegen sie noch Rückzugsbewegungen ausführen kann, wenn es die Bearbeitungsbedingungen notwendig machen.

Wenn man die Stillsetzdauer verkürzen will, kann man am Ausgang des Verstärkers 18 einen Stromkreis vorsehen, der eine Hysterese einführt, d. h. Mittel zum Verzögern der Wirkung des Verstärkers 18 auf die Transistoren T\ und T₂. Auf diese Weise tritt die Wirkung der zweiten Regelgröße erst ein, d. h. die von dem gang der Vergleichsschaltung 23 wird an einen Digital-Analog-Umsetzer 24 angelegt, der das Eingangssignal für den Verstärker 16 liefert. Dieser ist nicht von einem Widerstand Rs wie in F i g. 1 überbrückt, sondern von einem Kondensator 25, so daß dieser Verstärker 16 als integrator arbeitet Infolgedessen integriert man den von der Vergleichsschaltung 23 gebildeten Lageabweichungswert, wodurch es ermöglicht wird, die Elektrode 1 in der s Cn dem Signal N_m fixierten Bezugslage zu halten.

Die in F i g. 4 veranschaulichte Ausführungsform entspricht weitgehend der Ausführungdorm gemäß Fig. 1. Jedoch ist in diesem Fall die Elektrode 1 nicht einer Vorwärtsbewegung in Richtung auf ein zu bearbeitendes Werkstück 3 unterworfen, sondern erfährt eine zyklische Translationsbewegung, die von einem Xxeuzschlittentisch 26 bewirkt wird. Dieser Tisch 26 wird von zwei Motoren Mi und M₂ gesteuert, die ihre Steuersignale von einem Rechner 27 erhalten, der zwei Eingänge aufweist, und zwar den einen für ein Signal ω zur Steuerung der Translationsgeschwindigkeit und das andere für ein Signal R zur Steuerung der Amplitude der Translationsbewegung.

Dieses Eingangssignal R wird gleichermaßen an einen Verstärker 28 angelegt, der von einem Widerstand R_n überbrückt ist, um ein Abweichungssignal zwischen R und einer von einem Potentiometer 29 gelieferten Bezugsgröße zu bilden. Wenn R größer als die von dem Potentiometer 29 gelieferte Bezugsgröße wird, wird das Ausgangssignal des Verstärkers 28 negativ und wirkt durch die Diode 17 auf den Eingang eines Verstärkers 30, der infolge des Kondensators 31 als Integrator at weitet. Der Verstärker 30 erhält das Ausgangssignal des Verstärkers 7 und spielt weitgehend dieselbe Rolle wie der Verstärker 9 der F i g. 1.

Die Erfindung ist auch zu verwenden, wenn man die Amplitude der Translationsbewegung proportional zu den relativen Verschiebungen der Elektroden I₁ 2 in Vorschubrichtung variiert In diesem Fall wird eine der Schaltungen der Fig. 1, 2 oder 3 verwendet und eine starre Koppelung zwischen dem Vorschub der Elektrode 1 und der Amplitude der Translationsbewegung vorgesehen. Man erhält auf diese Weise die Vorteile der Erfindung bei einer dreidimensionalen Bearbeitung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Verfahren zur funkenerosiven Bearbeitung einer Werkstückelektrode mit einer Werkzeugelek- s trode, bei dem die relative Vorschubgeschwindigkeit der Elektroden von einer Regelung im Sinne eines Konstanthaltens einer die Funkenbildungsbedingungen kennzeichnenden Größe beeinflußt und zum Erreichen einer Bearbeitungsendlage der Elektroden id auf Null verringert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Vorschubgeschwindigkeit ab Erreichen einer in Erosionsrichtung vor der Bearbeitungsendlage der Elektroden (1,

   2) gelegenen Bezugslage durch eine weitere Rege- is lung begrenzt ist, die die Verringerung der Vorschubgeschwindigkeit auf Null als Funktion der wachsenden Abweichung der jeweiligen Relativlage der Elektroden (1.2) von der Bezugslage bewirkt

   2. Verfahrca nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 2« zeichnet, daß die Elektroden {1,2) in an sich bekannter Weise quer zur Erosionsrichtung unter kontinuierlich kreisenden Relativbewegungen translatorisch verschoben werden, wobei sich die Bearbeitungsendlage auf der Bahn dieser Translationsbewe- 2!i gung befindet

   3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem ersten Regelkreis zum Regeln der relativen Vorschubgeschwindigkeit der Elektroden als Funktion der Abweichung 3» der die Funker^büdung kennzeichnenden Größe von der Bezugsgröße, dadurch gekennzeichnet daß ein zweiter Regelkreis (16, "*&) zum Bilden einer Regelgroße (B) als Funktion der Abweichung der jeweiligen Relativlage der Elektroden \s, 2) von der Bezugslage vorhanden ist. der mit dem ersten Regelkreis (7} an einen Vergleichskreis (9,30) zur allmählichen Verringerung der Vorschubgeschwindigkeit ab Erreichen der Bezugslage angeschlossen ist

   41)