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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen in einer elektrischen
Entladungsmaschine, zum Durchführen
einer Bearbeitung an einem Werkstück durch Erzeugen von elektrischer
Entladung zwischen einer Elektrode und dem Werkstück in einer
Bearbeitungslösung.
Im Besonderen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Verbesserungen in
einer elektrischen Entladungsmaschine, in der eine Reaktionskraft,
die beim Bearbeiten hervorgerufen wird, wenn ein Abstand zwischen
den Elektroden geändert
wird, auf einen Wert nicht größer als
ein spezifischer Wert unterdrückt
werden kann.
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Technischer
Hintergrund
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4 zeigt eine Anordnungsansicht,
die eine herkömmliche
elektrische Entladungsmaschine zeigt. In der Ansicht bezeichnet
Bezugszeichen 1 eine Elektrode, Bezugszeichen 2 ein
Werkstück,
Bezugszeichen 3 eine Bearbeitungslösung, Bezugszeichen 4 einen
Bearbeitungsbehälter,
Bezugszeichen 5 eine Elektrodenhaltevorrichtung, Bezugszeichen 6 eine
Richtplatte zum Fixieren des Werkstücks 2, bezeichnen
Bezugszeichen 7 und 8 entsprechend eine x-Achse
und y-Achse zum relativen Bewegen der Elektrode 1 und des
Werkstücks 1 in
einer x-y-Ebene, bezeichnet Bezugszeichen 9 eine z-Achse,
welche eine Hauptachse zum relativen Bewegen der Elektrode 1 und
des Werkstücks 2 in
z-Richtung ist, bezeichnen Bezugszeichen 10, 11 und 12 entsprechend
einen x-Achsen-Servoverstärker, einen
Y-Achsen-Servoverstärker
und einen Z-Achsen-Servoverstärker zum
Antreiben von nicht gezeigten Servomotoren, um die X-Achse, Y-Achse
und Z-Achse anzutreiben, bezeichnet Bezugszeichen 13 ein
Versorgungsmittel für
elektrische Bearbeitungsleistung, und Bezugszeichen 14 eine
NC-Einrichtung.
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Die
Bearbeitungslösung 3 füllt den
Bearbeitungstank 4. Eine elektrische Bearbeitungsleistung bzw.
-energie zum Anwenden als elektrische Entladungsenergie wird zwischen
der Elektrode 1 und dem Werkstück 2 zugeführt, durch
das Versorgungsmittel für
elektrische Bearbeitungsleistung 13. Die Elektrode 1 und
das Werkstück 2 werden
relativ zur X-Achse, Y-Achse und Z-Achse bewegt, welche Positionsmittel
sind, und das Werkstück 2 wird
bearbeitet durch eine elektrische Entladung, die zwischen den Elektroden
erzeugt wird.
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Die
NC-Einrichtung 14 überwacht
eine relative Positionssteuerung zum relativen Positionieren der
Elektrode 1 und des Werkstücks 2 durch das Positionsmittel,
und sie überwacht
auch eine Steuerung der elektrischen Bearbeitungsbedingung.
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In
der elektrischen Entladungsmaschine ist es, anders als bei der Steuerung
(Bearbeitungsservosteuerung) zum Steuern eines Abstands zwischen der
Elektrode 1 und des Werkstücks 2 in dem Prozess
der elektrischen Entladungsbearbeitung, nötig, ein Mittel zum Beseitigen
von Ausschuss bereitzustellen, welcher in dem Prozess der elektrischen
Entladungsbearbeitung zwischen den Elektroden erzeugt wird, so dass
der Ausschuss nicht zwischen ihnen zurückbleiben kann. Als eines der
Mittel zum Beseitigen von Ausschuss wird die sogenannte Springbewegung
benutzt, in welcher elektrische Entladungsbearbeitung in regelmäßigen Intervallen
unterbrochen wird, und die Elektrode 1 schnell hin und
her bewegt wird, mit Bezug auf das Werkstück 2. Ausschuss kann
zwischen den Elektroden durch eine Pumpaktivität beseitigt werden, die durch
diese Springbewegung hervorgerufen wird, so dass die elektrische
Entladungsbearbeitung stabil aufrecht erhalten werden kann.
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In
der elektrischen Entladungsmaschine wird eine Bearbeitung in einer
Bearbeitungslösung
ausgeführt,
welche eine viskose Flüssigkeit
ist. Deshalb wird, wenn ein Abstand zwischen den Elektroden geändert wird,
eine Flüssigkeitskraft
durch die Viskosität
der Bearbeitungslösung
erzeugt.
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Eine
Intensität
dieser Reaktionskraft F, die in einer Bearbeitung hervorgerufen
wird, kann durch die folgende Formel (Stefansche Formel) ausgedrückt werden, F = (3·ν·V·S2)/(2·π·G3) (1)wobei ν ein Viskosekoeffizient
der Bearbeitungslösung
ist, V eine Relativbewegungsgeschwindigkeit der Elektrode zu dem
Werkstück
ist, S ein Elektrodenbereich ist und G ein Abstand zwischen den
Elektroden ist.
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Das
Folgende lässt
sich anhand der obigen Formel (1) erkennen. Eine hohe Intensität einer
Reaktionskraft F wird in dem Prozess der elektrischen Entladungsbearbeitung
erzeugt, wenn ein Elektrodenbereich S groß ist, wenn eine Relativbewegungsgeschwindigkeit
V der Elektrode zu dem Werkstück in
dem Fall einer Springbewegung hoch ist und wenn ein Abstand G zwischen
den Elektroden klein ist.
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5 zeigt einen Graphen, der
ein Ergebnis zeigt, das erhalten wird, wenn eine Reaktionskraft
F, welche im Bearbeiten in dem Fall erzeugt wird, in dem der Abstand
G zwischen der Elektrode und dem Werkstück geändert wird, mit einer hydraulischen servoelektrischen
Entladungsmaschine gemessen wird. Dieser Graph zeigt einen Fall,
in welchem der Elektronenbereich S 9,6 cm2 ist
und die Relativbewegungsgeschwindigkeit V der Elektrode zu dem Werkstück 4 mm/s
ist. In der elektrischen Entladungsbearbeitungsbedingung, in welcher
ein Abstand G zwischen den Elektroden ungefähr 7 μm ist, ist eine erzeugte Intensität einer
Reaktionskraft F ungefähr
440 N (etwa 45 kgf). In diesem Fall ist eine Spannung, die in dem
Prozess der Bearbeitung hervorgerufen wird, ungefähr 46 N/cm2 (etwa 4,7 kgf/cm2).
Da hydraulische Servosteuerung in diesem Fall durchgeführt wird,
ist eine Relativgeschwindigkeit V der Elektrode zu dem Werkstück 4 mm/s,
was um zwei Größenordnungen
bzw. Stellen geringer ist als die Relativgeschwindigkeit in dem
Fall einer linearen Motorservosteuerung. Sogar in diesem Fall wird
eine Reaktionskraft erzeugt, deren Intensität ungefähr 440 N ist (Spannung hervorgerufen
bei Bearbeitung, deren Intensität
ungefähr
46 N/cm2 ist).
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Durch
Verwenden des in 5 gezeigten
Ergebnisses, ausgehend von der durch die Formel (1) gezeigten Relation,
ist es möglich,
eine Intensität
einer Reaktionskraft F auszurechnen, die in dem Prozess der Bearbeitung
erzeugt wird, in welchem eine Relativgeschwindigkeit V der Elektrode
zu dem Werkstück
und Elektrodenbereich S geändert
wird. 6(a) zeigt eine
Intensität
einer Reaktionskraft F, die in dem Prozess der Bearbeitung erzeugt
wird, in welchem der Elektrodenbereich S 9,6 cm2 ist
und die Relativbewegungsgeschwindigkeit V der Elektrode zu dem Werkstück 400 mm/s
ist. Diese Relativbewegungsgeschwindigkeit der Elektrode zu dem
Werkstück
kann durch eine Linearmotorservosteuerung umgesetzt werden. 6(b) zeigt eine Intensität einer
Reaktionskraft F, die in dem Prozess der Bearbeitung erzeugt wird,
in welcher der Elektrodenbereich S 100 cm2 ist
und die Relativbewegungsgeschwindigkeit V der Elektrode zu dem Werkstück 4 mm/s
ist. Es lässt
sich erkennen, dass eine Intensität einer Reaktionskraft F, die
in dem Prozess einer Bearbeitung erzeugt wird, auf einen Wert nahe
dem Maximalwert 44000 N (4500 kgf) erhöht wird, entweder in dem in 6(a) gezeigten Fall oder
in dem in 6(b) gezeigten
Fall.
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In
der obigen elektrischen Entladungsmaschine, in welcher elektrische
Entladungsbearbeitung in einer Bearbeitungslösung durchgeführt wird, wenn
der Abstand zwischen den Elektroden durch eine Springbewegung verändert wird,
wird eine Reaktionskraft in dem Prozess der Bearbeitung notwendigerweise
erzeugt. Da die Reaktionskraft mit einer hohen Intensität wiederholend
zwischen die Elektroden gegeben wird, wird eine Schutzschaltung
in der NC-Einrichtung aktiviert und ein Betrieb wird in der Mitte
einer elektrischen Entladungsbearbeitung angehalten. Schlimmstenfalls
werden die Elektrode und Teile, um den Hauptachse anzutreiben, beschädigt. Weiterhin
wird dadurch, dass eine Deformation des ganzen Hauptachsenabschnitts,
um die Elektroden zu unterstützen,
im Verhältnis
zu der Intensität
der Reaktionskraft erhöht
wird, die in dem Prozess der Bearbeitung hervorgerufen wird, die
endgültige
Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks verschlechtert. Hauptsächlich wird
dann, wenn eine Elektrode mit großem Bereich benutzt wird, wenn
eine Sprunggeschwindigkeit hoch ist und wenn ein kleiner Abstand zwischen
den Elektroden in dem Fall des Beendens aufrecht erhalten wird,
eine Intensität
der Reaktionskraft in dem Prozess der Bearbeitung erhöht. Deshalb
ist es in dem Fall des Festsetzens der Bearbeitungsbedingungen notwendig,
Gegenmaßnahmen zu
ergreifen, so dass eine Springbewegungsgeschwindigkeit der Hauptachse
unterdrückt
werden kann.
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Beispielsweise
beschreibt JP-A-7-124821 eine lastverringernde Einrichtung für den Hauptachse
der elektrischen Entladungsmaschine, in welcher ein erfasster Spitzenwert
eines Motordrehmoments in einem Prozess der Springbewegung mit einem vorbestimmten
Referenzwert verglichen wird, und gemäß dem Ergebnis des Vergleichs
die Geschwindigkeit der nächsten
Springbewegung durch Benutzen von vorher gespeicherten Korrekturdaten
bestimmt wird.
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Der
obige Stand der Technik basiert auf dem Verfahren, in welchem eine
Intensität
einer Reaktionskraft F, die beim Bearbeiten erzeugt wird, durch Verringern
der Relativbewegungsgeschwindigkeit V der Elektrode zu dem Werkstück gemäß der Stefanschen
Formel (1) unterdrückt
wird. Wenn V verringert wird, wird ein Verhältnis der Springzeit erhöht, welche eine
Zeitverschwendung ist und nicht zur Bearbeitung beiträgt. Demgemäß wird die
gesamte Bearbeitungszeit erhöht
und die Produktivität
der elektrischen Entladungsbearbeitung vermindert, was ein Problem
hervorruft.
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Weiterhin
können
die folgenden Probleme auftreten. Eine Vibration der elektrischen
Entladungsmaschine wird durch die Reaktionskraft der Bearbeitung
in dem Fall einer Springbewegung angeregt. Durch diese Vibration
wird die Bearbeitungsgenauigkeit verschlechtert, und weiterhin wird
die Bearbeitungszeit erhöht,
was die Produktivität
der elektrischen Entladungsbearbeitung verschlechtert.
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DE 197 54 674 A1 beschreibt
ein Funkenerosions-Bearbeitungsgerät mit einer
Funktion für
einen Sprungbetrieb zum Entfernen von Pulver aufgrund der Bearbeitung
aus einem Bearbeitungszwischenraum. Dazu umfasst das Funkenerosions-Bearbeitungsgerät einen
Bearbeitungsflächen-Eingabeabschnitt
zum Eingeben einer Fläche,
die bei der Elektrode und dem hierzu entgegengesetzt angeordneten Werkstück zu bearbeiten
ist. Daneben umfasst das Funkenerosions-Bearbeitungsgerät eine Eingabemöglichkeit
für die
die Länge
des Bearbeitungszwischenraums. Ein Sprungbedingungs-Berechnungsabschnitt
berechnet die Geschwindigkeit während des
Sprungbetriebs, mit dem der Abstand zwischen Elektrode und Werkstück vergrößert wird,
auf der Basis eines Werts, der eine vorbestimmte maschinenzulässige Last
beschreibt, einer eingegebenen Bearbeitungsfläche und einer eingegebenen
Länge des Bearbeitungszwischenraums.
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Auch
aus
US 5.973.498 A ist
eine Funkenerosions-Bearbeitungsmaschine
bekannt, bei der eine Sprungbewegung zwischen Werkstück und Elektrode
durchgeführt
wird, um eine Rückwirkungskraft
auf den Maschinenkörper
innerhalb eines vorgegebenen Wertes oder bei einem konstanten Wert
zu halten. Dazu ist ein Detektor vorgesehen, der die Reaktionskraft
ermittelt, die durch die Bearbeitungsoperation in dem Spalt zwischen
der Elektrode und dem Werkstück
hervorgerufen wird. Daneben ist ein Schaltkreis vorgesehen, der
feststellt, dass die Bearbeitungsoperation am Werkstück beendet
ist, wenn das Ausgangssignal des Detektors kleiner oder gleich als
ein vorgegebener Wert der zulässigen
Reaktionskraft ist.
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Gemäß
JP 07088722 A ist
in einer elektrischen Entladungsbearbeitungsmaschine ein Drucksensor
und ein Aktuator zwischen einer Elektrode und einer Spindel vorgesehen.
Wenn ein Sensorsignal einen zulässigen
Wert überschreitet,
wird der Aktuator so angetrieben, dass der sich zu Beginn der Springbewegung
ausdehnt und die Spindel sich mit gleichmäßiger Geschwindigkeit von dem
Werkstück wegbewegt,
wodurch die Belastungskraft reduziert wird.
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Weitere
elektrische Entladungsmaschinen sind aus
JP 07124821 A ,
JP 05116031 A und
JP 06250723 A bekannt.
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Offenbarung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wurde geschaffen, um die obigen Probleme zu
lösen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Entladungsmaschine
bereitzustellen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Intensität der Reaktionskraft
der Bearbeitung auf ungefähr
die Hälfte
des spezifizierten Werts so verringert werden kann, und dass eine
Springzeit so verringert werden kann, dass eine Schädigung der
Teile des Hauptantriebsachse vermieden, eine Verschlechterung der
Genauigkeit der Bearbeitung vermieden, und die Produktivität verbessert
werden kann.
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Es
ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische
Entladungsmaschine bereitzustellen, die dadurch gekennzeichnet ist,
dass eine Vibration, die durch eine Springbewegung hervorgerufen
wird, so unterdrückt
werden kann, dass die Verschlechterung der Bearbeitungsgenauigkeit vermieden
und die Produktivität
verbessert werden kann.
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Diese
Aufgaben werden gelöst
durch die Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1,
3 und 5, sowie die elektrischen Entladungsmaschinen gemäß den Patentansprüchen 2,
4 und 6.
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Da
die elektrische Entladungsmaschine der vorliegenden Erfindung, wie
oben beschrieben, zusammengesetzt ist, ist es möglich, eine genaue Steuerung
bzw. Regelung durchzuführen,
in welcher eine Reaktionskraft einer Bearbeitung und ein spezifizierter
Wert miteinander in Echtzeit verglichen werden. Deshalb kann die
Reaktionskraft der Bearbeitung auf einen Wert im wesentlichen nicht
größer als
der spezifizierte Wert unterdrückt
werden, und eine Springbewegung kann verringert werden. Demgemäß ist es möglich zu
vermeiden, dass Teile zum Antreiben der Hauptachse beschädigt werden,
und weiterhin ist es möglich
zu vermeiden, dass die Bearbeitungsgenauigkeit verschlechtert wird.
Außerdem
ist es möglich, die
Produktivität
der elektrischen Entladungsmaschine zu verbessern.
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Sogar
wenn ein Ort plötzlich
in dem Prozess einer Springbewegung gemäß einer Erhöhung in der Reaktionskraft
der Bearbeitung verändert
wird, ist es möglich
eine Verschlechterung einer Bearbeitungsgenauigkeit zu vermeiden,
welche durch die Anregung der mechanischen Resonanz hervorgerufen wird.
Weiterhin ist es möglich
eine Zunahme in der Bearbeitungszeit zu vermeiden, welche durch
eine Restvibration hervorgerufen wird.
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Kurze
Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt
eine Anordnungsansicht, die eine elektrische Entladungsmaschine
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 zeigt
ein Blockdiagramm zum Erklären einer
Springbewegung einer elektrischen Entladungsmaschine einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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3 zeigt eine schematische Abbildung zum
Erklären
eines Steuerns einer Springkraft, die gemäß eines Ergebnisses eines Vergleichs
durchgeführt
wird, das von einem Bearbeitungsreaktionskraft-Vergleichsmittel in einer elektrischen
Entladungsmaschine einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erhalten wird.
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4 zeigt
eine Anordnungsansicht einer herkömmlichen elektrischen Entladungsmaschine.
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5 zeigt
eine Ansicht, die ein Beispiel einer Messung einer Bearbeitungsreaktionskraft
zeigt, die erzeugt wird, wenn ein Abstand zwischen einer Elektrode
und einem Werkstück
verändert
wird.
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6 zeigt eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen
einer Bearbeitungsreaktionskraft und eines Abstands zwischen den
Elektroden zeigt.
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Bester Modus
zum Ausführen
der Erfindung
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1 zeigt
eine elektrische Entladungsmaschine einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. In der Ansicht bezeichnet Bezugszeichen 1 eine
Elektrode, Bezugszeichen 2 ein Werkstück, Bezugszeichen 3 eine
Bearbeitungslösung,
Bezugszeichen 4 einen Bearbeitungsbehälter, Bezugszeichen 5 eine
Elektrodenhaltevorrichtung, Bezugszeichen 6 eine Richtplatte
zum Fixieren des Werkstücks 2,
bezeichnen Bezugszeichen 7 und 8 jeweils eine
X-Achse und Y-Achse zum relativen Bewegen der Elektrode 1 und
des Werkstücks 1 in einer
X-Y-Ebene, ferner bezeichnet Bezugszeichen 9 eine Z-Achse, welche eine
Haupt-achse zum relativen Bewegen der Elektrode 1 und des
Werk-stücks 2 in
Z-Richtung ist, bezeichnen Bezugszeichen 10, 11 und 12 jeweils
einen X-Achsen-Servoverstärker, einen
Y-Achsen-Servoverstärker
und einen Z-Achsen-Servoverstärker
zum Antreiben und Steuern von nicht gezeigten Servomotoren, um entlang
einer X-Achse, Y-Achse
und Z-Achse anzutreiben, bezeichnet Bezugszeichen 13 ein
Versorgungsmittel für
elektrische Bearbeitungsleistung, und das Bezugszeichen 15 bezeichnet
eine NC-Einrichtung.
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Die
Bearbeitungslösung 3 füllt den
Bearbeitungsbehälter 4.
Eine elektrische Bearbeitungsleistung, die als elektrische Entladungsenergie
geeignet ist, wird zwischen die Elektrode 1 und das Werkstück 2 durch
das Versorgungsmittel 13 für elektrische Bearbeitungsleistung
zugeführt.
Die Elektrode 1 und das Werkstück 2 werden relativ
durch eine x-Achse, y-Achse
und z-Achse bewegt, welche Positionsmittel sind. Das Werkstück 2 wird
durch eine elektrische Entladung bearbeitet, die zwischen den Elektroden erzeugt
wird.
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Eine
NC-Einrichtung 15 überwacht
eine relative Positionssteuerung zum relativen Positionieren der
Elektrode 1 und des Werkstücks 2 durch das Positionsmittel.
Sie überwacht
ferner eine Steuerung bzw. Regelung der elektrischen Bearbeitungsbedingung.
Die NC-Einrichtung 15 steuert bzw. regelt eine Bearbeitungsservobewegung
und eine vorbestimmte Springbewegung zum Entfernen von Ausschuss,
der in dem Prozess der elektrischen Entladungsbearbeitung produziert
wird.
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2 zeigt
ein Blockdiagramm zum Erklären einer
Springbewegung, die in der elektrischen Entladungsmaschine der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
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Ähnliche
Bezugszeichen werden benutzt, um ähnliche Teile in 1 und 2 zu
kennzeichnen. In 2 bezeichnet Bezugszeichen 9a einen Servomotor
zum Antreiben einer z-Achse,
Bezugszeichen 9b einen Positionsdetektor, Bezugszeichen 9c einen
Geschwindigkeitsdetektor, Bezugszeichen 9d eine Kugelumlaufspindel,
Bezugszeichen 16 einen Bearbeitungsbedingungs-Festsetzabschnitt
zum Festsetzen einer elektrischen Bedingung, eine Springbewegungsbedingung
und sowie anderer Größen, Bezugszeichen 17 einen
Bewegungsorts-Anfangsparameter-Speicherabschnitt zum Erstellen eines
Bewegungsorts entsprechend der Bearbeitungsbedingung, welche in
dem Bearbeitungsbedingungs-Festsetzabschnitt 16 festgesetzt
ist. Ferner bezeichnet Bezugszeichen 18 einen Anfangsbewegungsorts-Berechnungsabschnitt
zum Berechnen eines Bewegungsorts durch Benutzen einer Bearbeitungsbedingung,
welche in dem Bearbeitungsbedingungs-Festsetzabschnitt 16 festgesetzt
wird, und auch durch Benutzen eines Parameters des Bewegungsorts-Anfangsparameter-Speicherabschnitts 17,
entsprechend der Bearbeitungsbedingung. Ferner bezeichnet das Bezugszeichen 19 einen
Bewegungssteuerparameter-Berechnungsabschnitt zum Senden von Anweisungsdaten
für jede
Servoanweisungsperiode an den Servoverstärker 12, während einer
Korrektur, wie zum Beispiel eine Backslash- bzw. Totgangkorrektur
hinzugefügt
wird, bezeichnet Bezugszeichen 20 einen elektrischen Stromerfassungsabschnitt
zum Erfassen eines elektrischen Stroms des Servomotors 9a zum
Antreiben einer z-Achse, Bezugszeichen 21 einen Motorkonstantenspeicherabschnitt,
Bezugszeichen 22 einen Bearbeitungsreaktionskraft- und
Deformationsberechnungsabschnitt, Bezugszeichen 23 ein
Bearbeitungsreaktionskraft-Spezifizierterwert-Festsetzmittel, Bezugszeichen 24 ein
Bearbeitungsreaktionskraft-Vergleichsmittel,
Bezugszeichen 25 ein Bewegungsortsänderungsungsmittel, und Bezugszeichen 26 einen Bewegungsortsänderungsparameter-Speicherabschnitt.
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Positionsdaten
der Z-Achse 9, die eine Hauptachse ist, werden durch den
Positionsdetektor 9b erfasst und bei dem Z-Achsen-Servoverstärker 12 eingegeben.
Eine Drehgeschwindigkeit des Servomotors 9a zum Antreiben
der Z-Achse wird durch den Geschwindigkeitsdetektor 9c erfasst
und bei dem Z-Achsen-Servoverstärker 12 eingegeben.
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In
der Antriebseinrichtung zum Antreiben der z-Achse 9, die
aus dem Servomotor 9a zum Antreiben der z-Achse und der
Kugelumlaufspindel 9d zusammengesetzt ist, sind eine Antriebskraft
und ein elektrischer Strom des Motors zueinander proportional. Deshalb
ist es möglich,
eine Intensität
der Bearbeitungsreaktionskraft zu finden, durch Anwenden einer Motorkonstanten
des Servomotors 9a zum Antreiben der Z-Achse. Gemäß den Daten
des Motorkonstantenspeicherabschnitts 21, in welchem ein Satz
von Konstanten des Servomotors 9a zum Antreiben der Z-Achse
gespeichert wird, und auch gemäß des Motorstroms,
der durch den elektrischen Stromerfassabschnitt 20 erfasst
wird, berechnet der Bearbeitungsreaktionskraft- und Deformationsberechnungsabschnitt 22 eine
Antriebslast, und eine Intensität
der Bearbeitungsreaktionskraft kann gefunden werden, wenn eine Trägheitskraft
des beweglichen Abschnitts bezüglich
der Bewegung der Z-Achse von dieser Antriebslast subtrahiert wird.
Weiterhin ist es, da der Bearbeitungsreaktionskraft- und Deformationsberechnungsabschnitt 22 mit
einer Konvertiertabelle zum Konvertieren einer Kraft in eine Deformation
bereitgestellt wird, möglich,
eine Deformation des elektrischen Entladungsmaschinenkörpers von der
Bearbeitungsreaktionskraft zu finden.
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In
dem in 2 gezeigten Blockdiagramm entsprechen der elektrische
Stromerfassabschnitt 20, der Motorkonstantenspeicherabschnitt 21 und der
Bearbeitungsreaktionskraft- und Deformationsberechnungsabschnitt 22,
dem Bearbeitungsreaktionskraft-Erfassungsmittel und dem Deformations-Erfassungsmittel.
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Zum
Beispiel kann ein spezifizierter Wert der Bearbeitungsreaktionskraft,
welcher in dem Bearbeitungsreaktionskraft-Spezifizierterwert-Festsetzmittel 23 festgesetzt
wird, auf einen Wert festgesetzt werden, bei welchem die zulässige Last
am geringsten ist, wenn die zulässige
Last der Teile der Hauptachse und die zulässige Last der Anbringungsstärke der Elektrode
und der Elektrodenhaltevorrichtung in Betracht gezogen wird. Der
spezifizierte Wert der Bearbeitungsreaktionskraft kann manuell festgesetzt
werden. Alternativ kann der spezifizierte Wert der Bearbeitungsreaktionskraft
gemäß dem berechneten Wert
basierend auf den Elektrodenprofildaten festgesetzt werden. Da dieser
spezifizierte Wert durch eine Änderung
in dem Bearbeitungsbereich und der Bearbeitungsbedingung geändert wird,
wird die Maschine auf solche eine Art und Weise zusammengesetzt, dass
das Festsetzen des spezifizierten Wertes sogar in dem Prozess der
elektrischen Entladungsbearbeitung verändert werden kann.
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Das
Bearbeitungsreaktionskraft-Vergleichsmittel 24 vergleicht
den spezifizierten Wert, welcher durch das Bearbeitungsreaktionskraft-Spezifizierterwert-Festsetzmittel 23 festgesetzt
wird, mit der Bearbeitungsreaktionskraft, welche durch den Bearbeitungsreaktionskraft-
und Deformationsberechnungsabschnitt 22 in Echtzeit gefunden
wird.
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Das
Bewegungsortsänderungsmittel 25 führt Berechnungen
durch, um einen Bewegungsort in dem Fall zu verändern, wo das Bearbeitungsreaktionskraft-Vergleichsmittel 24 beurteilt,
dass eine Intensität
der Bearbeitungsreaktionskraft höher
ist als die des spezifizierten Wertes.
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Der
Bewegungsortsänderungsparameter-Speicherabschnitt 26 speichert
einen Bewegungsortsänderungssteuerparameter
in dem Fall, indem das Bewegungsortsänderungsmittel 25 betätigt wird.
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Ein
Steuerparameter des Bewegungsorts, welcher durch die Berechnung
bestimmt wird, die durch das Bewegungsortsänderungsmittel 25 durchgeführt wird,
wird durch den Bewegungsortsänderungsparameter-Speicherabschnitt 26 gespeichert. In
dem Fall, wo es unnötig
ist den Bewegungsort in der nächsten
Springbewegung zu ändern,
zieht der Bewegungssteuerparameter-Berechnungsabschnitt 19 einen
Steuerparameter aus dem Bewegungsortsänderungsparameter-Speicherabschnitt 26,
und er sendet Anweisungsdaten für
jede Servoanweisungsperiode an den Servoverstärker 12, während eine Korrektur
bei dieser hinzugefügt
wird.
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3 zeigt eine schematische Abbildung zum
Erklären
des Steuerns einer Springbewegung, die gemäß dem Ergebnis des Vergleichs
durchgeführt
wird, das von dem Bearbeitungsreaktionskraft-Vergleichsmittel 24 erhalten
wird. 3(a)–3(c) zeigen
Beispiele von Änderungen im
Abstand G zwischen den Elektroden, der Bearbeitungsreaktionskraft
F und der Relativbewegungsgeschwindigkeit V des Werkstücks bezüglich der
Zeit. In 3 bezeichnet LG1 einen Anfangsbewegungsort,
LG2 einen Bewegungsort nachdem der Anfangsbewegungsort geändert wird
(nachstehend "geänderter
Bewegungsort" genannt),
LF1 eine Bearbeitungsreaktionskraft, die durch die Bewegung des
Anfangsbewegungsorts erfasst wird, LF2 eine Bearbeitungsreaktionskraft,
die durch die Bewegung des geänderten
Bewegungsorts erfasst wird, LV1 eine Relativbewegungsgeschwindigkeit
der Elektrode zu dem Werkstück
in dem Anfangsbewegungsort, und LV2 eine Relativbewegungsgeschwindigkeit
der Elektrode zu dem Werkstück
in dem geänderten
Bewegungsort.
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In 3 wird in dem Fall, indem eine Bewegung
durch den Anfangsbewegungsort LG1 durchgeführt wird und ein Absolutwert
der Bearbeitungsreaktionskraft F einen spezifizierten Wert f überschreitet, gemäß dem Ergebnis
des Vergleichs, der durch das Bearbeitungsreaktionskraft-Vergleichsmittel 24 (Zeit t1) gemacht
wird, die Bewegung zum Beispiel durchgeführt, während die Relativbewegungsgeschwindigkeit
V im wesentlichen konstant durch das Bewegungsortänderungsmittel 25 aufrecht
erhalten wird. Der Grund, warum die Bewegung auf diese Weise durchgeführt wird,
wird wie folgt erklärt.
Am Zeitpunkt t1 wird die Bewegung in eine Richtung durchgeführt, in
welcher der Abstand G zwischen den Elektroden erhöht wird.
In diesem Zustand werden der Abstand G zwischen den Elektroden und
die Relativbewegungsgeschwindigkeit V erhöht. Jedoch ist gemäß der Stefanschen
Formel (1) die Bearbeitungsreaktionskraft F proportional zu der
Relativbewegungsgeschwindigkeit V und umgekehrt proportional zu
der dritten Potenz des Abstands G zwischen den Elektroden. Deshalb
wird, wenn die Relativbewegungsgeschwindigkeit V konstant aufrecht
erhalten wird, die Bearbeitungsreaktionskraft F vermindert gemäß einer
Erhöhung
in dem Abstand G zwischen den Elektroden.
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Danach
verändert
in dem Fall, in dem der Abstand G zwischen den Elektroden erhöht wird
und das Bearbeitungsreaktionskraft-Vergleichsmittel 24 ein
Ergebnis eines Vergleichs erhält,
dass ein Absolutwert der Bearbeitungsreaktionskraft F geringer wird
als ein spezifizierter Wert f (Zeit t2), das Bewegungsortsänderungsmittel 25 den
Bewegungsort auf den selben Bewegungsort wie den des Anfangsbewegungsorts
LG1.
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In
dem Fall, in dem das Bearbeitungsreaktionskraft-Vergleichsmittel 24 ein Ergebnis
eines Vergleichs erhält,
dass ein Absolutwert der Bearbeitungsreaktionskraft F einen spezifizierten
Wert f überschreitet,
während
die Bewegung in eine Richtung durchgeführt wird, in welcher der Abstand
G zwischen den Elektroden vermindert wird (Zeit t3), vermindert
das Bewegungsortsänderungsmittel 25 einen
Absolutwert der relativen Bewegungsgeschwindigkeit V auf einen Wert
nicht größer als
eine festgesetzte Geschwindigkeit Vs. Diese festgesetzte Geschwindigkeit
Vs kann wie folgt gefunden werden. Durch die Formel Vmax = (f·2·π·G3)/(3·ν·S2), welche erhalten wird, wenn die Stefansche
Formel (1) modifiziert wird, ist es möglich, die maximal erreichbare Geschwindigkeit
Vmax zu finden, aufgrund des spezifizierten Werts f der Bearbeitungsreaktionskraft
F. Deshalb kann diese festgesetzte Geschwindigkeit Vs auf solch
eine Art und Weise gefunden werden, dass diese maximal erreichbare
Geschwindigkeit Vmax mit einem vorbestimmten Koeffizienten multipliziert wird.
Das heißt,
die Bewegung wird durchgeführt, während die
Relativbewegungsgeschwindigkeit V auf einen Wert nicht größer als
die festgesetzte Geschwindigkeit Vs (Vs = k·Vmax (0 < k < 1))
festgesetzt wird.
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Der
Grund, warum die Bewegung auf diese Weise durchgeführt wird,
wird wie folgt beschrieben. Am Zeitpunkt t3 wird die Bewegung in
eine Richtung durchgeführt,
in welcher der Abstand G zwischen den Elektroden vermindert wird.
In diesem Zustand ist gemäß der Stefanschen
Formel (1) die Bearbeitungsreaktionskraft F umgekehrt proportional
zu der dritten Potenz des Abstands G zwischen den Elektroden. Deshalb
ist es nötig,
um die Bearbeitungsreaktionskraft F zu vermindern, welche tendenziell
zunimmt, wenn der Abstand G zwischen den Elektroden vermindert wird,
dass die Relativbewegungsgeschwindigkeit V nicht dazu ausgebildet
wird, größer als
die festgesetzte Geschwindigkeit Vs zu sein.
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Danach,
wenn der Abstand G zwischen den Elektroden weiter vermindert wird
und ein Absolutwert einer Bearbeitungsreaktionskraft F wieder auf einen
Wert nicht kleiner als ein spezifizierter Wert f (Zeit t4) erhöht wird,
verrichtet das Bewegungsortsänderungsmittel 25 die
gleiche Berechnung, wie die der Steuerung, durchgeführt bei
der obigen Zeit t3, so dass die Relativbewegungsgeschwindigkeit
dazu ausgebildet wird, größer als
die festgesetzte Geschwindigkeit Vs zu sein, und weiterhin wird
ein Absolutwert einer Relativbewegungsgeschwindigkeit V vermindert.
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Aufgrund
der obigen Bewegungsortssteuerung kann eine Intensität einer
Bearbeitungsreaktionskraft LF2, die durch Änderung des Bewegungsorts LG2
erfasst wird, dazu ausgebildet werden, ein Wert, im wesentlichen
nicht größer als
ein spezifizierter Wert f, der Bearbeitungsreaktionskraft zu sein.
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Da
eine Steuerung genau durchgeführt
wird, durch Vergleichen der Bearbeitungsreaktionskraft mit dem spezifizierten
Wert in Echtzeit, wie oben beschrieben, das heißt, da eine Geschwindigkeit
der Springbewegung als ein Ganzes nicht einfach erhöht oder
vermindert wird, kann die Bearbeitungsreaktionskraft im wesentlichen
dazu ausgebildet werden, ein Wert nicht größer als der spezifische Wert
zu sein, und weiterhin kann die Springbewegung als ganze Zeit verringert
werden. Demgemäß kann die Produktivität der elektrischen
Entladungsbearbeitung verbessert werden. Weiterhin kann die vorliegende Erfindung
auf einen Fall angewendet werden, in welchem eine Elektrode benutzt
wird, deren Profil kompliziert ist und häufig in einer tatsächlichen
elektrischen Entladungsbearbeitung benutzt wird.
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In
dem obigen Fall kann, in welchem die Springbewegung durchgeführt wird,
wenn ein Anweisungswert V(t) der Relativbewegungsgeschwindigkeit
der Elektrode zu dem Werkstück
als eine, wie folgt gezeigte, Fourier-Reihe synthetisiert wird,
die Erhöhung
der Bearbeitungszeit weiter vermieden werden. V(t) = Σ(Ak·sin(ωk·t + θ) + Bk·cos(ωk·t + θ)) (2)
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In
diesem Fall ist k = 1, 2, ..., t die Zeit und θ eine Anfangsphase. Gemäß Formel
(2) wird diese Fourier-Reihe in einem Fall synthetisiert, während die
n-te Komponente der Fourier-Reihe des Anweisungswerts V(t) der Relativbewegungsgeschwindigkeit
zwischen Elektrode und Werkstück
beseitigt wird, oder diese Fourier-Reihe wird synthetisiert, während die
Komponenten höherer
Ordnungen als die n-te Komponente in dem Fall beseitigt werden,
in dem die n-te Frequenzkomponente der Fourier-Reihe mit der Resonanzfrequenz
des mechanischen Systems der elektrischen Entladungsmaschine übereinstimmt
oder die n-te Frequenzkomponente der Fourier-Reihe ähnlich der
Resonanzfrequenz des mechanischen Systems ist. Alternativ wird diese Fourier-Reihe
synthetisiert, während
die Amplitude der n-ten Komponente der Fourier-Reihe klein gehalten
wird, oder diese Fourier-Reihe wird synthetisiert, während die
Amplituden der Komponenten höherer Ordnungen
als die n-te Komponente klein gehalten werden.
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Die
Resonanzfrequenz des mechanischen Systems der elektrischen Entladungsmaschine
kann vorher erfasst werden, durch ein Experiment zum Analysieren
eines Vibrationsmodus. Wenn eine Geschwindigkeitsanweisung benutzt
wird, welche durch eine Fourier-Reihe synthetisiert wird, in welcher
die n-te Komponente der Fourier-Reihe beseitigt wird, oder diese
Fourier-Reihe synthetisiert wird, während die Komponenten höherer Ordnungen
als die n-te Komponente in dem Fall beseitigt werden, in dem die n-te
Frequenzkomponente der Fourier-Reihe mit der Resonanzfrequenz des
mechanischen Systems übereinstimmt
oder die n-te Frequenzkomponente der Fourier-Reihe ähnlich der
Resonanzfrequenz des mechanischen Systems ist, ist es aufgrund des
Vorhergehenden möglich,
sogar wenn ein Ort plötzlich
in dem Prozess einer Springbewegung verändert wird, gemäß einer
Erhöhung
der Reaktionskraft der Bearbeitung, eine Verschlechterung der Bearbeitungsgenauigkeit
zu vermeiden, welche durch die Erregung der mechanischen Resonanz
hervorgerufen wird. Weiterhin ist es möglich, eine Erhöhung in
der Bearbeitungszeit zu vermeiden, welche durch Restvibration hervorgerufen
wird.
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In
den obigen Erklärungen
wird ein spezifizierter Wert der Bearbeitungsreaktionskraft in dem Bearbeitungsreaktionskraft-Spezifizierterwert-Festsetzmittel 23 festgesetzt,
und dieser spezifizierte Wert der Bearbeitungsreaktionskraft wird
mit einem erfassten Wert der Bearbeitungsreaktionskraft verglichen.
Jedoch wird, da das Bearbeitungsreaktionskraft- und Deformationsberechenmittel 22 eine
Kraft in eine Deformation umsetzen kann, ein spezifizierter Wert
der Deformation anstatt des spezifizierten Wertes der Bearbeitungsreaktionskraft
des Bearbeitungsreaktionskraft-Spezifizierterwert-Festsetzmittels 23 festgesetzt,
und dieser spezifizierte Wert der Deformation wird mit der Deformation
verglichen, die durch das Bearbeitungsreaktionskraft- und Deformationsberechenmittel 22 erfasst
wird, und eine Steuerung kann gemäß dem Ergebnis des Vergleichs
verrichtet werden. Alternativ wird eine Bearbeitungsspannung F/S
durch eine Bearbeitungsreaktionskraft F und einen Elektrodenbereich
S gefunden, und ein spezifizierter Wert der Bearbeitungsspannung
wird anstatt des spezifizierten Wertes der Bearbeitungsreaktionskraft
des Bearbeitungsreaktionskraft-Spezifizierterwert-Festsetzmittels 23 festgesetzt,
und dieser spezifizierte Wert der Maschinenspannung wird mit der
obigen Bearbeitungsspannung F/S verglichen, und eine Steuerung kann
gemäß dem Ergebnis
des Vergleichs durchgeführt
werden.
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In
den obigen Erklärungen
werden die Bearbeitungsreaktionskraft und die Deformation durch eine
Berechnung erfasst, durch Benutzen einer elektrischen Stromdetektion
des Servomotors zum Antreiben der z-Achse und auch durch Benutzen
der Motorkonstanten. Jedoch können
die Bearbeitungsreaktionskraft und die Deformation direkt durch
Sensoren erfasst werden. Zum Beispiel kann die Bearbeitungsreaktionskraft
durch einen Kraftsensor oder einen Drucksensor erfasst werden, und
die Deformation kann durch einen Laserstrahl-Verschiebungssensor
oder einen elektrostatischen kapazitätsartigen Verschiebungssensor
erfasst werden.
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Die
obigen Erklärungen
werden in einem Beispiel der elektrischen Entladungsmaschine gegeben,
in welchem eine Antriebskraft über
die, wie in 2 gezeigte Kugelumlaufspindel 9d, übermittelt wird.
Jedoch kann die vorliegende Erfindung auf eine elektrische Entladungsmaschine
angewendet werden, die durch einen linearen Motor ohne Benutzen der
Kugelumlaufspindel 9d getrieben wird.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Wie
oben beschrieben, wird die elektrische Entladungsmaschine der vorliegenden
Erfindung, passend für
elektrische Entladungsarbeit benutzt, in welcher eine elektrische
Entladung zwischen einer Elektrode und einem Werkstück in einer
Bearbeitungslösung
erzeugt wird, und das Werkstück
wird durch diese elektrische Entladungsenergie bearbeitet.