DE2900557C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 genannten Art und auf eine Drahtschneidemaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 2 genannten Art.

Maschinen zum funkenerosiven Bearbeiten mit einer kontinuier­ lichen Drahtelektrode od. dgl. verwenden typischerweise zwei Arme, die einzeln von einem Maschinenständer ausgehen und an ihren freien Endabschnitten Elektrodenleitglieder, normaler­ weise in Form von Rollen, tragen, zwischen denen die Draht­ elektrode gestreckt und durch eine Bearbeitungszone geführt wird; dabei wird die Drahtelektrode kontinuierlich von einer Vorratsspule zugeführt, die am Maschinenständer vor dem einen Leitglied angeordnet ist, und auf eine Aufwickelspule ge­ wickelt, die am Maschinenständer nach dem zweiten Leitglied angeordnet ist. Eine elektrische Energieversorgung ist mit der Drahtelektrode und mit einem der Drahtelektrode in der Bearbeitungszone gegenüberliegenden Werkstück verbunden, so daß zwischen der bewegten Drahtelektrode und dem Werkstück eine Serie elektrischer Entladungen stattfindet, und zwar an einem Bearbeitungsspalt, der mit einem flüssigen Di­ elektrikum, z. B. mit destilliertem Wasser, gespült wird, das die Abtragsprodukte vom Werkstück abführt.

Einheiten zum Zuführen und Aufnehmen der Drahtelektrode und zum Bewegen oder Vorschieben derselben durch den Bearbeitungs­ spalt umfassen normalerweise eine Antriebseinheit, die in einer Bahn zwischen der Aufwickelspule und einem Leitglied angeordnet ist, sowie eine Bremseinheit, die in einer Bahn zwischen dem anderen Leitglied und der Vorratsspule angeord­ net ist. Typischerweise umfaßt die Antriebseinheit eine von einem Motor kontinuierlich getriebene Antriebsrolle und eine Leitrolle, die in Reibungskontakt mit der Antriebsrolle um­ läuft, wobei die Drahtelektrode zwischen beiden Rollen gehal­ ten ist; die Bremseinheit umfaßt eine gleichartige Rollen­ anordnung, die von einem Motor getrieben wird, so daß die kontinuierlich von den Antriebsrollen zugeführte Drahtelektro­ de mit einer ausreichend großen Bremskraft beaufschlagt wird, um unter mechanischer Spannung gerade gestreckt und damit zwischen den Elektrodenleitgliedern mechanisch gespannt zu werden. Die erforderliche Bremskraft oder mechanische Span­ nung wird z. B. dadurch erhalten, daß die Umlaufgeschwindig­ keit der Zufuhr-Antriebsrolle um einige Prozent größer als die Umlaufgeschwindigkeit der Brems-Antriebsrolle einge­ stellt wird.

Die Elektrodenleitglieder müssen nicht nur die Drahtelektrode genau in einer Schneidbeziehung zum Werkstück in der Bear­ beitungszone positionieren, sondern dienen auch dazu, die Drahtvorschubrichtung von der Vorratsseite zum Bearbeitungs­ spalt und von diesem zur Aufwickelseite zu ändern, um damit die Drahtelektrode aus einer bestimmten Richtung in eine zu dieser im wesentlichen senkrechten Richtung zu leiten, da die die Leitglieder tragenden Armabschnitte einzeln vom Maschinenständer ausgehend an diesem befestigt sind und der Ständer auf dem Maschinenbett steht, das in vertikaler Lage einen das Werkstück halternden Werkstückeinspanntisch trägt, und die Aufwickel- und die Vorratsspule beide an oder in dem Maschinenständer angeordnet sind. Infolgedessen werden die Arme von beträchtlichen Biegekräften beaufschlagt, so daß die Gefahr besteht, daß sie nach innen oder zur Bearbeitungs­ zone hin abgelenkt bzw. durchgebogen werden.

Üblicherweise ist die Drahtelektrode sehr dünn, und die rei­ bungsbedingten Spannungsänderungen an den Antriebs- und Bremsrollen resultieren in einer Änderung der die Drahtelek­ trode beaufschlagenden mechanischen Spannung und damit in einer Änderung der Ablenkung der die Drahtelektrode an den freien Endabschnitten führenden Arme. Die Ablenkung der Arme unterliegt ebenfalls Änderungen, und zwar aufgrund von Än­ derungen anderer äußerer Kräfte und von über die Arme ver­ teilten Temperaturungleichmäßigkeiten.

Eine Änderung der Ablenkung oder Durchbiegung der Arme ist insofern nachteilig, als dadurch eine Abweichung der Draht­ elektrode von der vorgegebenen Bearbeitungsstellung relativ zum Werkstück hervorgerufen wird, so daß ein Schnitt des Werkstücks längs einer vorgegebenen Bahn nicht durchführbar und damit keine ausreichende Bearbeitungsgenauigkeit erziel­ bar ist. Ferner bringt die Positionsschwankung der Führungs­ arme die Gefahr mit sich, daß zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück Kurzschlüsse auftreten.

Aus der DE 22 30 917 C2 ist eine Vorrichtung zum Führen und Antreiben einer draht- oder bandförmigen Elektrode für die funkenerosive Bearbeitung von Werkstücken bekannt, bei der zur Aufrechterhaltung einer konstanten Zugkraft an der Drahtelektrode im Arbeitsbereich zwecks Einstellung und Beibehaltung einer je nach verwendetem Elektrodenmaterial optimalen Zugkraft der Antriebsmotor an der Aufwickelseite mit konstantem Drehmoment betrieben wird.

Weiter ist aus der DE 26 25 349 A 1 eine Vorrichtung zum Führen mindestens einer draht- oder bandförmigen Elektrode für das funkenerosive Schneiden von Werkstücken bekannt, bei der zur Aufrechterhaltung einer konstanten Zugkraft an der Drahtelektrode im Arbeitsbereich zwecks Einstellung und Beibehaltung einer optimalen Zugkraft und Verbesserung der Arbeitsqualität der funkenerosiven Schneidanlage die Drehzahl des Antriebsmotors an der Abwickelseite mit Hilfe einer Tänzerrolle gesteuert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Drahtschneidemaschine der eingangs vorausgesetzten Art zu entwickeln, womit die auf die Drahtelektrode ausgeübte Zugkraft konstant gehalten wird, um ein Schwanken der Ablenkung der Drahtführungsarme zu verhindern und dadurch eine Erhöhung der Bearbeitungsgenauigkeit zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 2 gelöst.

Durch das direkte Erfassen der Ablenkung der Drahtführungs­ arme und das Steuern der Antriebseinrichtungen entsprechend der erfaßten Ablenkung derart, daß die erfaßte Ablenkung konstant gehalten wird, erzielt man eine genaue Beibehaltung der Bearbeitungslage der Drahtelektrode relativ zum Werk­ stück und damit eine erhöhte Bearbeitungsgenauigkeit.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 teilweise im Schnitt eine Ansicht der Drahtschneide­ maschine nach der Erfindung; und

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild, das die Erfindung veranschaulicht.

Nach Fig. 1 ist ein Werkstück 1 in einem Arbeitsbereich M einer Drahtelektrode 2 gegenüberliegend angeordnet und auf einem Werkstückeinspanntisch (nicht gezeigt) gehaltert, der seinerseits auf einem Maschinenbett (nicht gezeigt) montiert ist. Der Arbeitsbereich M liegt zwischen einem Paar von Armen 4 und 5, die so montiert sind, daß sie horizontal von einem Maschinenständer 3 ausgehen, der auf dem Maschinenbett vertikal montiert ist. Die Drahtelektrode 2 verläuft ununter­ brochen durch den Arbeitsbereich M längs einer Bahn zwischen einer Abwickelspule 6, in der die Drahtelektrode gespeichert ist, und einer Aufwickelspule 7, in der sie aufgenommen wird.

Die Drahtelektrode wird längs der Bahn kontinuierlich vor­ geschoben, und zwar durch eine Vorschubeinheit 9, die An­ triebsrollen 10 und 11 umfaßt, deren eine über eine An­ triebswelle 13 mit einem Servomotor 12 gekoppelt ist, so daß die Elektrode fortlaufend aus der Abwickelspule 6 ge­ zogen und auf die Aufwickelspule 7 gewickelt wird. Eine Bremseinheit 14 umfaßt Bremsrollen 15 und 16, deren eine über eine Antriebswelle 18 mit einem Gleichstrommotor 17 gekoppelt ist.

An ihren freien Endabschnitten weisen die Arme 4 und 5 Elek­ trodenleitglieder 19 und 20 auf, so daß die bewegte Draht­ elektrode 2 zwischen diesen durch Arbeitsbereich M gestreckt bzw. gespannt wird.

Nach der Erfindung ist eine Einheit zum Erfassen der Ablenkung von wenigstens einem der Arme 4 und 5 vorgesehen; diese Ein­ heit kann ein Dehnungsmeßstreifen 21 sein, der in der gezeigten Weise angeordnet ist.

Mit der Leitrolle 20 steht an der Drahtelektrode 2 eine Energieübertragungsrolle 22 in Wirkverbindung, die über eine Durchführung 23 mit einem Anschlußpunkt einer Energieversor­ gung verbunden ist, die eine Gleichstromquelle 24, die mit einem als Transistor 25 ausgebildeten Schaltelement reihen­ geschaltet ist, und einen Strombegrenzerwiderstand 27, der über den anderen Anschlußpunkt zum Werkstück 1 führt, umfaßt. Das Schaltelement 25 wird von einem Oszillator 26 gesteuert, so daß zwischen Werkstück 1 und Drahtelektrode 2 ein pulsie­ render elektrischer Strom von der Gleichstromversorgung 24 angelegt wird.

Eine Arbeitsflüssigkeit bzw. ein flüssiges Dielektrikum, z. B. destilliertes Wasser, wird dem Arbeitsbereich M aus einer Düse 28 zugeführt und dient als Arbeitsmedium sowie zum Abführen der Abtragsprodukte aus dem Arbeitsbe­ reich M.

Während eines Bearbeitungsvorgangs werden - unter der An­ nahme, daß die Ablenkung der Arme 4 und 5 gleichbleibend ist - die Positionen der Leitglieder 19 und 20 konstantge­ halten, so daß die Drahtelektrode 2 axial bewegt wird, wobei sie ihre Bearbeitungslage relativ zum Werkstück 1 genau, wie vorgegeben, einhält.

Durch einen Schlupf der Drahtelektrode 2 beim Kontakt mit den Vorschubrollen 10, 11 oder den Bremsrollen 15, 16 werden je­ doch Änderungen der die Elektrode streckenden mechanischen Spannung und damit eine Änderung des Betrags der Ablenkung der Arme 4 und 5 bewirkt, so daß die Stellungen der Leit­ glieder 19 und 20 geändert werden und die Bearbeitung ungenau wird.

Nach der Erfindung wird die Ablenkung des Arms 5 mittels des Dehnungsmeßstreifens 21 erfaßt, der ein die Ablenkung repräsen­ tierendes Signal erzeugt, mit dem der Gleichstrommotor 12 und/ oder der Gleichstrommotor 17 gesteuert werden, so daß das Meßsignal konstantgehalten wird.

Nach Fig. 2 sind ein Anker 12 a und eine Erregerwicklung 12 b für den Gleichstrommotor 12 vorgesehen; der Gleichstrommotor 17 hat einen Anker 17 a und eine Erregerwicklung 17 b, ferner sind Anschlußpunkte 29-32, Widerstände 33-35 mit einem festen Widerstandswert R, eine Gleichstromversorgung 36, ein Schal­ ter 37, ein Vorverstärker 38, ein Servosteuerglied 39, ein Belastungswiderstand 40, eine Konstant-Gleichstromquelle 41 und eine Konstant-Gleichspannungsquelle 42 vorgesehen.

Der Dehnungsmeßstreifen 21 und die Festwiderstände 33, 34 und 35 sind als Wheatstone-Brücke geschaltet, wobei die Gleich­ stromversorgung 36 über den Schalter 37 parallel zu den An­ schlüssen 29 und 30 geschaltet ist und die Anschlüsse 31 und 32 eine Ausgangsspannung führen, deren Amplitude dem Betrag der Ablenkung des Arms 5 proportional ist.

Der Gleichstrommotor 12 ist ein fremd erregter Motor, dessen Ankerwicklung 12 a mit der Konstantspannungsquelle 42 und dessen Erregerwicklung 12 b mit der Konstantstromquelle 41 verbunden sind. Die Ankerwicklung 12 a empfängt einen dem Drehmoment der Welle oder der Schubbelastung proportionalen Strom.

Das Wellen- oder Schubbelastungs-Drehmoment ist die Summe des durch die Bewegung der Drahtelektrode 2 bewirkten Wider­ standsdrehmoments und des Drehwiderstands der Abwickelspule 6.

Die an den Anschlüssen 31 und 32 auftretende Ausgangsspannung wird dem Servosteuerglied 39 zugeführt, das zur Aufrechter­ haltung seines Eingangssignals den Erregerstrom für den Gleichstrommotor 17 steuert.

Wenn eine Störung auftritt, bei der die Gefahr besteht, daß sie die Ablenkung des Arms 5 verstärkt, verringert das Servo­ steuerglied 39 den durch die Wicklung 17 b fließenden Konstant­ strom, so daß der vom Generator 17 erzeugte Strom vermindert wird. Dann wird das Drehmoment der Welle oder der Bremsrolle 15 und damit die Bremswirkung der Einheit 14 vermindert, wodurch automatisch das Wellen-Lastdrehmoment des Gleichstrommotors 12 vermindert wird, so daß die Ablenkung des Arms 5 gleich­ bleibend gehalten wird.

In diesem Fall wird zwar der Ankerstrom für den Gleichstrom­ motor 12 vermindert, aber dessen Umlaufgeschwindigkeit ist unveränderlich, so daß die axiale Vorschubgeschwindigkeit der Drahtelektrode 2 und die Umlaufgeschwindigkeit des Gene­ rators 17 beide konstant gehalten werden.

Wenn umgekehrt eine Störung auftritt, bei der die Gefahr be­ steht, daß der Betrag der Ablenkung des Arms vermindert wird, erhöht das Servosteuerglied 39 den durch die Ankerwicklung 12 a fließenden Strom und den durch die Wicklung 17 b fließen­ den Feldstrom, wodurch sowohl die die Einheit 9 beaufschlagen­ de mechanische Spannung als auch die von der Einheit 14 ausgeübte Bremswirkung verstärkt werden, so daß die Ablen­ kung des Arms 5 gleichbleibt.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind verschiedene Abwandlungen möglich. Zum Beispiel kann der Dehnungsmeßstreifen zum Er­ fassen der Ablenkung eines der Arme 4 und 5 oder beider Arme durch irgendeinen bekannten Ablenkungs-Erfasser ersetzt wer­ den, z. B. durch ein elektromagnetisches Mikrometer oder einen Differentialübertrager, der mit einem oder beiden Ar­ men 4 oder/und 5 gekoppelt wird. Der Dehnungsmesser braucht nicht auf der Oberfläche des Arms befestigt zu sein, sondern kann in ihn eingebettet sein. Natürlich kann für jeden Arm jeweils ein Dehnungsmesser vorgesehen sein.

Der die Elektrodenvorschubeinheit 9 treibende Motor braucht kein fremd erregter Gleichstrommotor zu sein, sondern kann irgend­ ein anderer Motor sein. Der durch die Erregerwicklung des Gleich­ strommotors 17 fließende Strom kann konstant gehalten werden, während der Erregerstrom für den Gleichstrommotor 12 durch das Servosteuerglied 39 steuerbar ist. In diesem Fall werden die Umlaufgeschwindigkeiten des Gleichstrommotors 12 und des Gleichstrommotors 17 so gesteuert, daß sie die von der Einheit 9 ausgeübte mechanische Spannung und die von der Einheit 14 ausgeübte Bremskraft steuern.

Es ist auch möglich, gleichzeitig den Ankerstrom und/oder den Erregerstrom für den Motor der Elektrodenvorschubeinheit und/oder den Motor der Bremseinheit zu steuern.

Die Bremseinheit braucht ferner nicht unbedingt einen Gleich­ stromerzeuger zu umfassen, sondern kann von irgendeiner an­ deren bekannten Art sein, wobei z. B. eine elektromagnetische Bremse verwendbar ist.

Claims (4)

1. Verfahren für den Betrieb einer funkenerosiven Draht­ schneidemaschine,

• - bei der zwei Arme gesondert an einem Ständer befestigt sind und an ihren freien Enden Drahtführungen tragen, wobei der Arbeitsbereich für das funkenerosive Draht­ schneiden zwischen diesen Drahtführungen liegt,
• - und bei der die Drahtelektrode mittels Antriebsein­ richtungen von einer am Ständer angeordneten Abwickel­ spule über die Drahtführungen zu einer ebenfalls am Ständer angeordneten Aufwickelspule bewegt wird,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Ablenkung wenigstens eines der Arme (4, 5) erfaßt wird, und
daß die Antriebseinrichtungen (9, 14) so gesteuert werden, daß die erfaßte Ablenkung konstant gehalten wird.

2. Funkenerosive Drahtschneidemaschine,

• - bei der zwei Arme einzeln an einem Ständer befestigt sind und an ihren freien Enden Drahtführungen tragen, wobei der Arbeitsbereich für das funkenerosive Draht­ schneiden zwischen diesen Drahtführungen liegt,
• - und bei der Antriebseinrichtung vorgesehen sind, die die Drahtelektrode von einer am Ständer angeordne­ ten Abwickelspule über die Drahtführungen zu einer ebenfalls am Ständer angeordneten Aufwickelspule bewegen,

gekennzeichnet durch
einen Meßfühler (21) zum Erfassen der Ablenkung wenigstens eines der Arme (4, 5), und
eine darauf ansprechende Schaltung (29-42) zum Steuern der Antriebseinrichtungen (9, 14) derart, daß die erfaßte Ablenkung konstant gehalten wird.