DE19840465B4

DE19840465B4 - Meßvorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Länge einer Elektrode

Info

Publication number: DE19840465B4
Application number: DE19840465A
Authority: DE
Inventors: Claudio Tricarico; Eric Orhant; Bernard Forel
Original assignee: Agie Charmilles New Technologies SA
Current assignee: Agie Charmilles New Technologies SA
Priority date: 1997-09-09
Filing date: 1998-09-04
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2018-09-05
Also published as: JP3576394B2; JPH11138353A; DE19840465A1; US6072143A; CH692279A5

Abstract

Verfahren zum Bestimmen der aktuellen Länge einer steifen, unbiegsamen, von einer Elektrodenhalterung gehaltenen Elektrode (1) in einer Elektroerosionsmaschine unter Verwendung einer in einer vorbestimmten Position angeordneten Kontaktelektrode (5) und elektrischer Kontaktierung, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (1) zunächst mit einem beweglich gelagerten und in einer Ausgangsposition in einem vorbestimmten Abstand zur Kontaktelektrode (5) angeordneten, elektrischen Kontaktelement (2) in mechanischen und elektrischen Kontakt gebracht und danach das Kontaktelement (2) aus seiner Ausgangsposition gegen eine an ihm angreifende Kraft mittels der Elektrode (1) in elektrischen Kontakt mit der Kontaktelektrode (5) bewegt wird, wobei die aktuelle Länge der Elektrode (1) über die Koordinaten der Elektrodenhalterung und die elektrischen Auslösepunkte bestimmt wird und die elektrische Kontaktierung mit der Kontaktelektrode (5) in einer vor Verunreinigungen geschützten Umgebung vorgenommen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der aktuellen Länge einer steifen, unbiegsamen, von einer Elektrodenhalterung gehaltenen Elektrode nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 5.
Insbesondere bei der Bearbeitung nach dem Prinzip des funkenerosiven Fräsens, bei welchem rohrförmige Elektroden auf einer kontrollierten Bahn geführt werden, ist der gewünschte Materialabtrag an einen Werkstück mit einem starken Verschleiss dieser Elektrode verbunden, welcher zu einer Verkürzung der Elektrode führt. Eine genaue Kenntnis der Länge der Elektrode ist während des Bearbeitungsvorgangs notwendig, um diese rechtzeitig erneuern zu können oder entsprechende Korrekturen der Bahnsteuerung für die Bewegung der Elektrode vornehmen zu können.

Bekannte Elektroerosionsmaschinen, insbesondere Senkerosionsmaschinen, zur Bearbeitung von Werkstücken in einem Dielektrikumbad, sind mit Vorrichtungen ausgestattet, welche es erlauben, vor Beginn einer Bearbeitung eine neue Elektrode gegenüber dem Werkstück oder einer als Referenzpunkt dienenden Messkugel zu positionieren. Gemäss der Patenschrift US 4,039,779 , wird zwischen Elektrode und Werkstück/Referenzpunkt eine definierte Spannung, typischerweise 24 V, angelegt und die Elektrode langsam daran angenähert. Bei Annäherung an das Werkzeug/Referenzpunkt findet nun bei einer bestimmten Entfernung, dem Auslösepunkt, bereits vor einer mechanischen Berührung, eine elektrische Entladung, ein sogenannter Kurzschluss oder elektrischer Kontakt, statt. Dieser wird durch eine elektrische Schaltung nachgewiesen und somit ist in diesem Moment der relative Abstand zwischen Elektrode und Werkzeug oder Referenzpunkt bestimmt. Erfolgt für eine längliche Elektrode die Annäherung in Längsrichtung so ergibt sich die Länge der Elektrode aus den bekannten Koordinaten der Elektrodenhalterung und des Auslösepunktes im Moment des gemessenen Kurzschlusses. Durch diese elektrische Messung werden mechanische Kollisionen vermieden, welche zu einer Deformation von Elektrode oder Werkstück führen könnten.

Diese Art der Messung erfordert, dass sich in dem Zwischenraum zwischen Elektrode und dem Werkzeug oder Referenzpunkt keinerlei Verunreinigungen befinden, welche zu einem frühzeitigem Kurzschluss führen würden und daher die Positionsmessung verfälschen könnten. Insbesondere etwaige metallische Abtragspartikel in der dielektrischen Flüssigkeit oder Beläge auf der Oberfläche von Werkzeug oder Elektrode führen zu einer Auslösung der Entladung bei einer Entfernung, welche grösser ist als die normalerweise erwartete. Der Messfehler erreicht typisch 5 bis 10 mal die Grösse des grössten Verunreinigungsteilchens im Zwischenraum. Deshalb können derartige Positionsmessungen nur mit zuvor gereinigten oder neuen Elektroden und Werkstücken durchgeführt werden. Auch sollte sich keine dielektrische Flüssigkeit diesem Zwischenraum befinden, da diese Verunreinigungen enthalten könnte.

Eine Automatisierung diese Messprinzips gemäss Stand der Technik ist wegen der notwendigen manuellen Reinigung von Elektrode und Werkzeug nicht durchführbar. Aus diesem Grund ist auch eine rein mechanische Messung nicht geeignet. Optische Messverfahren erfordern ebenfalls ein manuelles Reinigen.

Aus DE 37 36 224 C1 ist es bekannt, zum Kompensieren des Elektrodenverschleißes bei einer Senkerodiermaschine unter Verwendung von zwei getrennten und getrennt ansteuerbaren Vorschubeinrichtungen für die Elektrode diese bis zu einer feststehenden Referenzfläche abzusenken, wobei die Referenzfläche vorzugsweise durch das Werkstück selbst gebildet wird. Hierbei wird zum Feststellen der Kontaktierung eine gesonderte Prüfspannung verwendet.

Aus DE 30 09 757 A1 ist es bekannt, eine Elektrode zum erodierenden Bearbeiten eines Werkstücks vor dem Bearbeitungsvorgang in eine vorbestimmte Position zu bringen, diese zu messen und nach der Bearbeitung den Meßvorgang unter denselben Bedingungen durchzuführen, um die Abnutzung zu ermitteln und das Bezugsmaß für die nachfolgende Bearbeitung entsprechend zu korrigieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung entsprechend den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 5 zu schaffen, die es ermöglichen, eine genaue Elektrodenlängenmessung ohne manuelle Reinigung der Elektrode, ohne Entfernen der dielektrischen Flüssigkeit und ohne Referenzpunkt für die Messung vorzunehmen.

Die Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 1 und 5 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Anhand der beigelegten Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung der Messvorrichtung;
2 eine Seitenansicht der Messvorrichtung mit Schutzbehälter;
3 einen Längsschnitt und eine Draufsicht einer Ausgestaltungsvariante
4 eine Draufsicht der Messvorrichtung mit zwei Kontaktflächen
5 eine Skizze zur Darstellung des durch Verunreinigungen verursachten Messfehlers.
In 1 ist an eine Elektrode 1, für eine nicht dargestellte Elektroerosionsmaschine, eine Spannung (von hier 24 V) angelegt. Diese Elektrode 1 kann in mechanischen Kontakt mit einem Kontaktelement 2 gebracht werden, welches auf einem Kipplager 3 aufliegt. Eine an dem Kontaktelement 2 und an einer elektrisch isolierten Federaufhängung 12 (in 2) angebrachte Feder 4 verhindert eine Berührung des Kontaktelements 2 mit der Kontak telektrode 5, welche mit der Masse der nicht abgebildeten Elektroerosionsmaschine verbunden ist. Nähert sich nun die Elektrode 1 dem Kontaktelement 2 so kommt es zu einer mechanischen Berührung, wodurch auch ein elektrischer Kontakt zwischen bei den hergestellt wird. Eine weitere Annäherung der Elektrode erfordert eine geringe mechanische Kraft zur Kompensation der Zugkraft der Feder. Dabei nähert sich nun das Kontaktelement der Kontaktelektrode und es kommt zum bereits beschriebenen elektrischen Kurzschluss zwischen der Elektrode abgewandten (und vor Verschmutzung geschützten) Seite des Kontaktelements und der Kontaktelektrode. Die Länge der Elektrode ergibt sich aus den bekannten Koordinaten der Elektrodenhalterung und des Auslösepunktes der Messvorrichtung im Moment des gemessenen Kurzschlusses und wird von der Maschinensteuerung aus diesen berechnet.
Aus der Differenz der Längenmessung der Elektrode zu verschiedenen Zeitpunkten kann die Maschinensteuerung den Verschleiss der Elektrode in diesem Zeitraum berechnen und entsprechende Korrekturen an der Bahnbewegung der Elektrode vornehmen oder einen Elektrodenwechsel veranlassen.
Die zur Messung notwendige Kraft wird vorzugsweise zu 250 bis 300 g für Werkzeuge mit einem Durchmesser von 1 mm bis zu 12 mm gewählt. Bei diesem Wert wird der Störeffekt durch Verunreinigungen in der Messzone wie in 5 dargestellt weitgehend vermieden. Für Elektroden mit anderem Durchmesser oder aus anderem Material kann eine Feder entsprechender Kraft verwendet werden.
Ohne Reinigung bzw. ohne Entfernung der dielektrischen Flüssigkeit ergibt sich bei einem maximalen Durchmesser von 20 μm der Verschmutzungsteilchen mit einer üblichen Messvorrichtung gemäss Stand der Technik, wie in 5a gezeigt, leicht ein Messfehler von ca. 0.12 mm, da sich mehrere Teilchen im elektrischen Feld aneinanderreihen. Wie in 5b dargestellt, lässt sich der Messfehler auf ca. 0.015 mm verringern. Eine Reinigung der Elektrode ist hierbei nicht notwendig.
Wie aus 2 ersichtlich, ist zum Schutz vor Verunreinigungen durch Abtragspartikel des elektrischen Kontakts 5 und der ihm zugewandten Seite des Kontaktelements 2 eine Schutzhaube 6 aus nicht leitendem Material, beispielsweise Plexiglas angebracht. Diese umschliesst das Kontaktelement 2 und folgt dessen Kippbewegung.
In einer Variante wird zum Schutz vor Verunreinigungen eine vollständige Kapselung der Kontaktelektrode und ihr zugewandten Seite des Kontaktelements durch eine nicht dargestellte elastischen Schlauchdichtung erreicht, welche zusätzlich auch am Sockel 7 der Körpers 8 der Messvorrichtung dicht befestigt ist. Hierdurch wird ein Eindringen von dielektrischer Flüssigkeit und Abtragspartikel in den Bereich des elektrischen Kontaktes verhindert. Die Messvorrichtung kann somit vollständig von dielektrischen Flüssigkeit umgeben sein, was es erlaubt die Länge einer in die dielektrischen Flüssigkeit eingetauchten Elektrode zu bestimmen.
In der in der 3 dargestellten Ausführungsform wird die Kippachse durch zwei Vorsprünge 11 realisiert, auf welchen das aus Stahl gefertigte Kontaktelement 2 aufliegt. Die Vorsprünge 11 sind in eine Platte 14 eingebettet und vom Körper 8 elektrisch isoliert. Die Kontaktelektrode 5 ist in die Platte 14 eingebettet und ebenfalls vorsprungartig ausgebildet und befindet sich auf der Mittelsenkrechten der Vorsprünge 11, und ist von diesen elektrisch isoliert und in elektrischem Kontakt mit dem Körper 8. Die Platte 14 ist durch eine elektrisch nicht leitende Schraube 15 mit dem Körper 8 verbunden. Die untere Federaufhängung 12 ist vom Körper 8 elektrisch isoliert. Zur flexiblen Installation im Arbeitsbereich einer Elektroerosionsmaschine ist in den Sockel des Körpers 8 ein Magnet 13 eingebettet.
Durch die in 4 gezeigte Aufsicht wird eine Variante dargestellt, welche die Messung von zwei Gruppen von Elektroden sehr unterschiedlichen Durchmessers mit einer einzigen Messvorrichtung ohne Austausch der Feder 4 ermöglicht. Bei grösseren Elektrodendurchmessern (mit Andruckfläche A) ist eine stärkere Kraft F notwendig, um den zur Verminderung des Messfehlers notwendigen Druck (p = F/A) zu erzeugen, welcher die Verunreinigungen zusammendrückt bzw. wegdrückt. Durch den unterschiedliche Hebelarm der zwei auf dem Kontaktelement angeordneten Kontaktflächen 9 und 10 ergeben sich entsprechend zwei verschiedene Kräftebereiche.
Die Einsatzmöglichkeit einer derartigen Messvorrichtung ist nicht auf die Längenmessung der Elektrode beim funkenerosiven Fräsen beschränkt, insbesondere erlaubt sie bei der klassische Senkerosion die Durchführung von Messungen in der dielektrischen Flüssigkeit, ohne zeit- und arbeitsaufwendiges Ablassen der Flüssigkeit aus dem Arbeitsbereich und ohne manuelles Reinigen der Elektrode.

1: Elektrode
2: Kontaktelement
3: Kipplager
4: Feder
5: Kontaktelektrode
6: Schutzhaube
7: Sockel
8: Körper
9: Kontaktfläche (gross)
10: Kontaktfläche (klein)
11: Noppen (der Kippachse)
12: Federaufhängung
13: Magnet
14: Platte
15: Schraube (nicht leitend)

Claims

Verfahren zum Bestimmen der aktuellen Länge einer steifen, unbiegsamen, von einer Elektrodenhalterung gehaltenen Elektrode (1) in einer Elektroerosionsmaschine unter Verwendung einer in einer vorbestimmten Position angeordneten Kontaktelektrode (5) und elektrischer Kontaktierung, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (1) zunächst mit einem beweglich gelagerten und in einer Ausgangsposition in einem vorbestimmten Abstand zur Kontaktelektrode (5) angeordneten, elektrischen Kontaktelement (2) in mechanischen und elektrischen Kontakt gebracht und danach das Kontaktelement (2) aus seiner Ausgangsposition gegen eine an ihm angreifende Kraft mittels der Elektrode (1) in elektrischen Kontakt mit der Kontaktelektrode (5) bewegt wird, wobei die aktuelle Länge der Elektrode (1) über die Koordinaten der Elektrodenhalterung und die elektrischen Auslösepunkte bestimmt wird und die elektrische Kontaktierung mit der Kontaktelektrode (5) in einer vor Verunreinigungen geschützten Umgebung vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus wiederholten Bestimmungen der aktuellen Länge der Elektrode (1) während eines Bearbeitungsvorgangs der Elektrodenverschleiß bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte Länge und der bestimmte Verschleiß zur automatischen Korrektur der Bahnsteuerung der Elektrode (1) während eines Bearbeitungsvorgangs verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unter- oder Überschreiten eines von einer Bahnsteuerung für die Elektrode (1) vorgegebenen Wertes für die Länge oder den Verschleiß der Elektrode (1) ein Austausch hiervon veranlaßt wird.
Vorrichtung zum Bestimmen der aktuellen Länge einer steifen, unbiegsamen, von einer Elektrodenhalterung gehaltenen Elektrode (1) in einer Elektroerosionsmaschine unter Verwendung einer in einer vorbestimmten Position angeordneten Kontaktelektrode (5) und elektrischer Kontaktierung, dadurch gekennzeichnet, daß über der Kontaktelektrode (5) ein beweglich gelagertes, elektrisches Kontaktelement (2) in einem vorbestimmten Abstand zur Kontaktelektrode (5) angeordneten Kontaktelement (2) gelagert und von der Elektrode elektrisch kontaktierbar und gegen eine am Kontaktelement (2) angreifende Kraft in Kontakt mit der Kontaktelektrode (2) bringbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Kontaktelement (2) angreifende Kraft veränderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Kontaktelektrode (5) in einem vor Verunreinigungen geschützten Bereich angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (2) mehrere Kontaktflächen (9, 10) aufweist, die von unterschiedlich starken Kräften beaufschlagt sind.