DE2921356C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei solchen Verfahren wird während der Elektroerosion der Draht oder das Band Querkräften ausgesetzt, von denen die einen eine Abstoßungswirkung haben, wie z. B. dieje­ nigen, die von Explosionen bzw. Zündungen hervorgerufen werden, wie sie bei jeder Entladung in einem Bearbeitungs­ strömungsmittel erzeugt werden, während die anderen eine Anziehungswirkung haben, wie z. B. die elektrostatischen und elektromagnetischen Kräfte, die aufgrund der Bearbei­ tungsspannung und des Bearbeitungsstroms auftreten. Wenn die Resultierung dieser Abstoßungs- und Anziehungskräfte unterschiedlich sind, wird der Draht oder das Band in Querrichtung bezüglich der Achse seiner Führungen ausge­ lenkt, bis sich ein Kräftegleichgewicht unter der Ein­ wirkung einer zusätzlichen Kraft ergibt, die von der Quer­ komponente der auf den Draht oder das Band ausgeübten Zug­ kraft herrührt. Diese Auslenkung des Drahtes oder Bandes hat Bearbeitungsfehler, insbesondere bei einer Schnitt­ bahn mit großer Krümmung zur Folge.

Um diese Bearbeitungsfehler zu vermindern ist es nach der DE-OS 26 35 766 bekannt, allein auf die Abstoßungskräfte einzuwirken und nach der DE-OS 25 02 288 bekannt, allein auf die Anziehungskräfte einzuwirken. Nach der DE-OS 25 02 288 erfolgt während der Erosion eine Kompensation der Erosionskräfte in der Weise, daß ein Kompensations­ strom (Gleichstrom oder Wechselstrom) durch die Werkzeug­ elektrode fließt. Mit Hilfe der Kraftwirkung des elektro­ magnetischen Feldes, welches die Werkzeugelektrode umgibt, werden Schwingungen der Werkzeugelektrode eliminiert. Eine Schaltungsanordnung steuert während der Erosion den Betrag und/oder die Frequenz des Kompensationsstromes. Das Ver­ fahren nach der DE-OS 26 35 766 ist jedoch insofern nach­ teilig, als dadurch die Bearbeitung verlangsamt wird, während es das Verfahren nach der DE-OS 25 02 288 nicht ermöglicht, die Fluchtung des Drahtes oder Bandes mit seinen Führungen aufrechtzuerhalten, so daß noch erhebliche Be­ arbeitungsfehler verbleiben.

Nach der DE-OS 27 48 454 ist es bekannt, eine programmierte Schnittbahn unter dauernder Auslenkung des Drahts zu korri­ gieren. Die dauernde Auslenkung hat zur Folge, daß aufgrund der gewölbten Form, die der Draht in der Bearbeitungszone einnimmt, Bearbeitungsfehler in Winkeln der Schnittbahn auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Draht oder das Band im Verlauf der Bearbeitung unter Aufrechterhaltung einer maximalen Schnittgeschwindigkeit zur Vermeidung von Bear­ beitungsfehlern geradezurichten.

Durch die Erfindung wird eine gesteuerte Korrektur der auf den Draht oder das Band einwirkenden Kräfte bewirkt, bis eine vollständige Fluchtung des Drahts oder Bands mit seinen Führungsvorrichtungen erreicht ist. Auf diese Weise wird sowohl eine genaue als auch eine schnelle Bearbeitung erreicht.

In der folgenden Beschreibung umfaßt die Bezeichnung "Elektro­ erosion" insbesondere den Begriff der "Funkenerosion" und umgekehrt.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigen

Fig. 1 bis 3 jeweils drei Fälle von Auslenkungen eines Drahts in Bezug auf seine Führungsvorrichtun­ gen und die Querkräfte, die auf den Draht aus­ geübt werden;

Fig. 4 schematisch eine Einrichtung zum Steuern und Regeln der Auslenkung des Drahts;

Fig. 5 schematisch einen Teil der Einrichtung nach Fig. 4.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine Werkzeugelektrode in Form eines Drahts 1, die zur Erzeugung eines Schnitts in bezug auf eine Werkstückelektrode 2 mittels zweier Führungsvor­ richtungen 3 und 4 zu bewegen ist. Zwischen den Führungs­ vorrichtungen 3 und 4 ist der Draht 1 mit einer vorbe­ stimmten Zugkraft gespannt. Bei einer Funkenerosion in einer Bearbeitungszone 5, zwischen dem Draht und der Werkstückelektrode wird der Draht 1 in Querrichtung von Kräften hoch belastet. Kräfte, die durch Explosionen und Zündungen aufgrund von Entladungen in einem Bearbeitungs­ strömungsmittel entstehen, drängen den Draht 1 von der Werkstückelektrode 2 fort. Kräfte, die aufgrund der elektro­ statischen Wirkung einer zwischen den Draht 1 und die Werk­ stückelektrode 2 gelegten Spannung hervorgerufen werden, drängen den Draht 1 zur Werkstückelektrode 2 hin. Die Re­ sultanten dieser Kräfte sind in den Fig. 1 bis 3 durch die Vektoren F _I und F _E dagestellt. Wenn die Abstoßungs­ kräfte F _I zwischen dem Draht 1 und der Werkstückelektrode 2 die Anziehungskräfte F _E zwischen dem Draht 1 und der Werk­ stückelektrode 2 übersteigen, verbiegt sich der Draht 1, eine mechanische Kraft F _M , hervorgerufen durch die auf den Draht 1 ausgeübte Zugkraft, kommt zu den Kräften F _I und F _E hinzu, so daß sich ein Gleichgewicht mit den Kräften F _I und F _E ergibt. Der Draht 1 nimmt dann in bezug auf die Werk­ stückelektrode 2 die in Fig. 1 dargestellte Lage ein, in der die Bearbeitungszone 5 nicht mehr mit den Führungsvorrich­ tungen 3 und 4 fluchtet, wodurch eine Verschiebung zwischen der programmierten Bahn und der tatsächlichen Bahn des Schnitts bewirkt wird.

Wenn dagegen die Kräfte F _I gleich den Kräften F _E sind, ist die Kraft F _M nicht mehr vorhanden, und der Draht 1 fluchtet mit den Führungsvorrichtungen 3 und 4, wie in Fig. 2 darge­ stellt. Infolgedessen werden keinerlei Bearbeitungsfehler hervorgerufen. Sind, wie in Fig. 3 dargestellt, die Kräfte F _E größer als die Kräfte F _I , kommt eine Kraft F _M hinzu, die ein Gleichgewicht gegenüber den Kräften F _I und F _E be­ wirkt. Die Bearbeitungszone 5 wird in bezug auf die Posi­ tion der Führungsvorrichtungen 3 und 4 entgegengesetzt zu Fig. 1 verrückt und es ergeben sich ebenfalls Bearbeitungs­ fehler.

Wenn man im Fall der Fig. 1 die auf den Draht 1 ausgeübte Zugkraft zeitweise vermindert bzw. vergrößert, vergrößert bzw. vermindert sich zeitweise der Abstand zwischen dem Draht 1 und der Werkstückelektrode 2 in der Bearbeitungs­ zone 5. Diese Vergrößerung bzw. Verminderung hat eine Ver­ minderung bzw. Vergrößerung des Entladungsstroms in der Bearbeitungszone 5 sowie eine Vergrößerung bzw. Verminde­ rung der Verzögerung des Überschlags bzw. der Zündung zur Folge. Wenn sich dagegen der Draht 1 vor einer zeitweili­ gen Verminderung bzw. Vergrößerung der Zugkraft in der in Fig. 3 dargestellten Lage befindet, bewirkt diese Vermin­ derung bzw. Vergrößerung eine Verminderung bzw. Vergröße­ rung des Abstands zwischen dem Draht 1 und der Werkstück­ elektrode 2 in der Bearbeitungszone 5 und eine Vergrößerung bzw. Verminderung des Entladungsstroms in der Bearbeitungs­ zone 5 sowie eine Verminderung bzw. Vergrößerung der Ver­ zögerung des Überschlags bzw. der Zündung.

Die Richtung der Änderung einer der Erosionsleistung ent­ sprechenden Größe während einer Änderung der auf den Draht 1 ausgeübten Zugkraft, wie des Entladungsstroms in der Bearbeitungszone 5 oder der mittleren Verzögerung des Überschlags bzw. der Zündung, geben somit einen Hinweis auf die Richtung der Abweichung des Drahts 1 von den Füh­ rungsvorrichtungen 3 und 4. Man kann daher die Kräfte F _E und/oder F _I in Abhängigkeit von der Erosionsleistung der­ art variieren, daß der Draht geradegerichtet wird, bis er sich in der in Fig. 2 dargestellten Lage befindet, in der ein Variieren der auf den Draht 1 ausgeübten Zugkraft keine Wirkung mehr auf die Erosionsleistung hat.

Die Kräfte F _E können dadurch eingestellt werden, daß man auf die Höhe und/oder die Dauer der Spannung zwischen dem Draht 1 und der Werkstückelektrode einwirkt. Die Kräfte F _I können dadurch eingestellt werden, daß man auf die Energie der Entladungen und/oder die Wiederholungsfre­ quenz der Entladungen einwirkt. Bevorzugt wirkt man nur auf die Kräfte F _E , und zwar derart ein, daß man eine maxi­ male Bearbeitungsgeschwindigkeit aufrechterhält.

Die Fig. 4 zeigt eine Anordnung, mittels der die Zugkraft auf den Draht 1 gesteuert bzw. geregelt wird. Bevor der Draht 1 in die Bearbeitungszone 5 eintritt, wird er durch Reibung zwischen einem festen Teil 6 und einem beweglichen Teil 7, das unter dem Druck einer Feder 8 steht, gebremst. Nachdem der Draht 1 die Bearbeitungszone 5 verlassen hat, läuft er über Rollen 9 und 10 zwischen von einem Motor 13 angetriebenen Rollen 11 und 12.

Die durch den Motor 13 auf den Draht 1 ausgeübte Zugkraft wird durch die Verschiebung einer Stange 14 gemessen, an der die Rolle 10 gelagert ist und die von dem Draht 1 gegen die Wirkung einer Feder 15 verschoben wird. Die Ver­ schiebung der Stange 14 wird von einem Meßfühler 16 abge­ tastet. Ein dem Abtastergebnis entsprechendes Signal wird von dem Meßfühler 16 in einen der beiden Eingänge eines Operationsverstärkers 17 gegeben. In den anderen Eingang dieses Operationsverstärkers 17 wird ein variables Bezugs­ signal von einem Verstärker 18 gegeben. Der Verstärker 18 hat zwei Eingänge, von denen der eine mit einem Potentio­ meter 19 und der andere mit dem Q-Ausgang einer monosta­ bilen Kippschaltung 20 über einen Widerstand 21 verbunden ist.

Die monostabile Kippschaltung 20 wird von einem Signal im Q-Ausgang einer monostabilen Kippschaltung 22 gesteuert, deren Eingang von einem Oszillator 23 gelieferte Taktim­ pulse über eine Frequenzteilerschaltung 24 erhält. Die Q-Ausgänge der Kippschaltungen 22 bzw. 20 sind mit je einem Eingang je eines UND-Tors 25 bzw. 26 verbunden. Die anderen Eingänge dieser UND-Tore 25 bzw. 26 sind mit einem Ausgang einer Schaltung 27 verbunden, die eine Einrichtung zum Anlegen von Bearbeitungsimpulsen zwischen den Draht 1 und die Werkstückelektrode 2 zum Einstellen von wenigstens einem der elektrischen Parameter dieser Impulse und zum Messen der Erosionsleistung enthält.

Die von den UND-Toren 25 bzw. 26 durchgelassenen Impulse werden in einen Zähler 28 bzw. 29 gegeben. Ausgänge der Zähler 28 bzw. 29 sind mit einer Vergleichsschaltung 30 verbunden, die das Vorzeichen der Abweichung zwischen den Zählerständen in Form von Signalen abgibt, die in Ein­ gänge C und D der Schaltung 27 gegeben werden. Weitere Eingänge H und G der Schaltung 26 sind mit dem Oszillator 23 bzw. dem Q-Ausgang der Kippschaltung 20 verbunden. Die Bearbeitungsimpulse werden zwischen einem Ausgang B er­ zeugt, der mit der Werkstückelektrode 2 verbunden ist, und einem Ausgang A, der über zwei Schleifkontakte 31 und 32 mit dem Draht 1 verbunden ist.

Periodisch, stets wenn ein Impuls von der Frequenzteiler­ schaltung 24 in den Eingang der Kippschaltung 22 gegeben wird, wird festgestellt, ob der Draht 1 fluchtet. Ein Signal am Q-Ausgang der Kippschaltung 22 bewirkt nach jedem von der Frequenzteilerschaltung 24 abgegebenen Impuls, daß die vom Ausgang E der Schaltung 27 abgegebenen Impulse, von denen jeder das Vorhandensein einer Entladung in der Bearbeitungszone 5 anzeigt, in den Zähler 28 ge­ langen. Nach einem vorbestimmten Zeitintervall ändert die Kippschaltung 22 ihren Zustand und schließt das Tor 25.

Der Zähler 28 zeigt infolgedessen die Anzahl der während dieses Zeitintervalls in der Bearbeitungszone 5 erzeugten Entladungen an. Der erste am Q-Ausgang der Kippschaltung 22 erzeugte Impuls bewirkt eine Änderung des Zustands der Kippschaltung 20. Das daraufhin am Q-Ausgang der Kipp­ schaltung 20 auftretende Signal wirkt einerseits auf den Verstärker 18 ein, wodurch der Bezugswert der Zugkraft auf den Draht vermindert wird, und andererseits auf das UND-Tor 26, so daß die am Ausgang E der Schaltung 27 auf­ tretenden Impulse in den Zähler 29 gelangen. Der Zähler 29 zeigt infolgedessen die Anzahl der Entladungen in der Bearbeitungszone 5 an, die während des Zeitintervalls, innerhalb dem die auf den Draht 1 ausgeübte Zugkraft ge­ ändert wird, erzeugt werden. Die Vergleichsschaltung 30 gibt das Vorzeichen der Abweichung der Anzahl der von dem Zähler 28 bzw. 29 aufgenommenen Impulse an und gibt diese Informationen in Form eines Logiksignals an die Eingänge C und D der Schaltung 27. Eine entsprechende Korrektur eines Bearbeitungsparameters, der eine Querkraft auf den Draht 1 bewirkt, z. B. der Höhe der Spannung, die zwischen den Draht 1 und der Werkstückelektrode 2 ange­ legt wird, wird durch die Schaltung 30 vorgenommen, so­ bald ein Signal am Q-Ausgang der Kippschaltung 20 er­ scheint, d. h. am Ende des Zeitintervalls, während dessen die auf den Draht ausgeübte Zugkraft verändert wird.

Am Ende dieses Vorgangs wird ein Impuls vom Ausgang F der Schaltung 27 abgegeben, der die Zähler 28 und 29 auf Null zurückstellt. Der Zyklus beginnt erneut, wenn ein neuer Impuls von der Frequenzteilerschaltung 24 abgegeben wird.

Das Maß der Abweichungen des Drahts 1 und die Korrektur dieser Abweichung können am Beginn der Bearbeitung oder in regelmäßigen Zeitintervallen, z. B. alle 5 Minuten, oder vor der Bearbeitung einer Werkstückelektrode 2 längs einer Bahn mit starker Krümmung vorgenommen werden.

Die Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Schaltung 27. Eine monostabile Kippschaltung 33 ist mit dem Eingang G (Fig. 4) verbunden. Der Q-Ausgang dieser Kippschaltung 33 ist einerseits über einen Schalter 36 mit je einem Ein­ gang je eines UND-Tors 34 bzw. 35 verbunden und anderer­ seits über einen Schalter 39 mit je einem Eingang je eines UND-Tors 37 bzw. 38. Der Q-Ausgang der Kippschal­ tung 33 ist über den Anschluß F (Fig. 4) mit den Eingän­ gen R (Fig. 4) der Zähler 28 und 29 verbunden. Die An­ schlüsse C und D (Fig. 4) sind mit den anderen Eingängen der Tore 34 und 38 bzw. 35 und 37 verbunden. Die Tore 34 und 35 steuern den Drehsinn eines Motors 40, der ein Potentiometer 41 verstellt. Die Tore 37 und 38 steuern den Drehsinn eines Motors 42, der ein Potentiometer 43 verstellt.

Die Bearbeitungsimpulse werden von einer Gleichstromquelle 44 erzeugt, die zusammen mit einem Impulsgenerator 45, einem Widerstand 46 und einer Diode 47 in Reihe zwischen die Anschlüsse A und B (Fig. 4) geschaltet ist. Die An­ schlüsse A und B sind mit dem Draht 1 bzw. der Werkstück­ elektrode 2 verbunden. Der Impulsgenerator 45 erhält Impulse einer festen Frequenz von dem Anschluß H (Fig. 4) und erzeugt Impulse, deren Frequenz mittels einer ver­ änderbaren Spannung eingestellt wird, die von dem Poten­ tiometer 41 abgegeben wird. Ein Schleifkontakt des Potentiometers 42 ist mit dem Anschluß A (Fig. 4) über einen Widerstand 48 mit hohem Ohmschem Widerstandswert verbunden.

Die Ermittlung der Entladungen in der Bearbeitungszone 5 erfolgt mittels eines Schmitt-Triggers 49, dessen einer Eingang mit dem Anschluß A (Fig. 4) und dessen anderer Eingang mit einem Potentiometer 50 verbunden ist. Der Schmitt-Trigger 49 gibt an seinem Ausgang ein logisches Signal ab, wenn die Höhe der Bearbeitungsspannung unter­ halb einer entsprechenden Spannung des Potentiometers 50 liegt. Ein zweiter Schmitt-Trigger 51 ermittelt den Spannungsabfall am Widerstand 46 während eines Stromim­ pulses und gibt ein logisches Signal ab, das auf einen Eingang des UND-Tors 52 gegeben wird, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des Schmitt-Triggers 49 verbun­ den ist. Auf diese Weise wird von dem mit dem Anschluß E verbundenen Ausgang des UND-Tors 52 jedesmal dann ein Impuls abgegeben, wenn die Bearbeitungsspanne während einer Entladung unterhalb einer vorbestimmten Höhe ist.

Am Ende einer Veränderung der auf den Draht 1 ausgeübten Zugspannung ändert das Signal am Q-Ausgang der Kippschal­ tung 20 (Fig. 4) den Zustand der Kippschaltung 33. Ist der Schalter 39 geschlossen, geht daraufhin das Q-Signal der Kippschaltung 33 durch das UND-Tor 37 oder 38, je nach dem von der Vergleichsschaltung 30 ermittelten Vor­ zeichen der Abweichung der Zählerstände und dem Signal an dem Eingang D oder C. Der Motor 42 verstellt das Potentiometer 43 in der Weise, daß die hohe Spannung, die während des instabilen Zustands der Kippschaltung 33 zwischen dem Draht 1 und der Werkstückelektrode 2 liegt, progressiv verändert wird, bis die elektrostatischen Kräfte, die auf den Draht 1 einwirken, das in Fig. 2 dar­ gestellte Kräftegleichgewicht herstellen. Wenn diese Ver­ änderung zum Erreichen des Kräftegleichgewichts nicht genügt, wird der Schalter 36 geschlossen, und der Motor 40 verändert die Frequenz der Entladungen durch Verstellen des Potentiometers 41.

Die elektrostatischen Kräfte, die auf den Draht 1 ein­ wirken, kann man auch dadurch regeln bzw. steuern, daß man den Zeitpunkt verändert, zu dem die Hochspannung nach dem Ende der letzten Entladung zwischen den Draht 1 und die Werkstückelektrode 2 gelegt wird. In diesem Fall wird die Spannung des Potentiometers 43 dazu benutzt, die Dauer des instabilen Zustands einer monostabilen Kipp­ schaltung zu verändern, deren Ausgangssignal das Anlegen der Hochspannung zwischen den Draht 1 und die Werkstück­ elektrode 2 nach dem Ende jeder Entladung blockiert.

Claims (5)

1. Verfahren zum Bearbeiten einer Werkstückelektrode (2) mittels Elektroerosion mit einer Werkzeugelektrode in Form eines mit einer vorbestimmten Zugkraft gespannten Drahts (1) oder Bands, bei dem man den Draht (1) oder das Band bezüglich der Werkstückelektrode (2) mittels zweier Führungsvorrichtungen (3, 4) verschiebt, zwischen denen der Draht (1) oder das Band verläuft, und bei dem man zwischen dem Draht (1) oder dem Band und der Werk­ stückelektrode (2) aufeinanderfolgende Spannungsim­ pulse zum Zünden von Entladungen anlegt, wobei die Fluchtung des Drahts (1) oder Bands mit seinen Führungs­ vorrichtungen (3, 4) dadurch sichergestellt wird, daß auf den Draht (1) oder das Band eine Querkraft ausgeübt wird, die den Draht (1) oder das Band zu den Führungs­ vorrichtungen (3, 4) ausrichtet, dadurch gekennzeichnet, daß man die auf den Draht (1) oder das Band ausgeübte Zugkraft zeitweise verändert, daß man den Einfluß dieser Veränderung auf eine der Erosionsleistung entsprechende Größe mißt und daß man nach Maßgabe dieser Größe wenigstens einen Bearbeitungsparameter, der eine Querkraft auf den Draht (1) oder das Band bewirkt, derart regelt oder steuert, daß man, wenn eine Vergrößerung bzw. eine Verringerung der auf den Draht (1) oder das Band ausgeübten Zugkraft eine Verringerung bzw. eine Vergrößerung der Erosions­ leistung bewirkt, durch entsprechende Änderung des er­ wähnten Bearbeitungsparameters den Abstand zwischen dem Draht (1) oder dem Band und der Werkstückelektrode (2) verringert, und daß man, wenn eine Vergrößerung bzw. Verringerung der auf den Draht (1) oder das Band ausgeübten Zugkraft eine Vergrößerung bzw. eine Ver­ ringerung der Erosionsleistung bewirkt, durch ent­ sprechende Änderung dieses Parameters den Abstand zwischen dem Draht (1) oder dem Band und der Werk­ stückelektrode (2) vergrößert, und daß man diese Ände­ rungen der Zugkraft wiederholt, bis die Änderungen der Erosionsleistung, die von den Änderungen der Zugkraft herrühren, minimal geworden sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Draht (1) oder das Band ausgeübte Zugkraft während vorbestimmter Zeitintervalle vermindert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Gewinnung der der Erosionsleistung entsprechenden Größe die Anzahl von Kurzschlußstromimpulsen und/oder die Be­ arbeitungsgeschwindigkeit während vorbestimmter Zeit­ intervalle mißt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Gewin­ nung der der Erosionsleistung entsprechenden Größe die Höhe der zwischen den Draht (1) oder das Band und die Werkstückelektrode (2) gelegten Spannung und/oder den mittleren Bearbeitungsstrom zwischen dem Draht (1) oder dem Band und der Werkstückelektrode (2) in Ab­ hängigkeit von dem der Erosionsleistung entsprechenden Parameter verändert.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1 mit einer Einrichtung (27) zum Erzeugen eines ersten, der Erosionsleistung entsprechenden Signals (abgegeben von F), gekennzeichnet durch eine Einrich­ tung (14 bis 17) zum Einstellen der auf den Draht (1) oder das Band ausgeübten Zugkraft mit Hilfe eines zweiten Signals (abgegeben von 17), durch eine Ein­ richtung (20) zum Verändern des zweiten Signals (ab­ gegeben von 17) während vorbestimmter Zeitintervalle, durch eine Einrichtung (28, 29) zum Messen der Größe des ersten Signals (abgegeben von F) vor und während dieser Zeitintervalle, durch eine Vergleichseinrichtung (30) zum Vergleichen der Ergebnisse dieser Messungen und durch eine Einrichtung (40 bis 43) zum Verändern der Höhe der zwischen die Elektroden angelegten Span­ nung und/oder des mittleren Bearbeitungsstroms zwischen den Elektroden in Abhängigkeit von der Differenz zwischen diesen Messungen, bis diese Differenz einen Minimalwert annimmt.