DE3026508A1

DE3026508A1 - Verfahren und vorrichtung zum elektroerosiven schneiden

Info

Publication number: DE3026508A1
Application number: DE19803026508
Authority: DE
Inventors: Roland Martin
Original assignee: Ateliers des Charmilles SA
Current assignee: Ateliers des Charmilles SA
Priority date: 1979-07-24
Filing date: 1980-07-12
Publication date: 1981-02-19
Also published as: US4329558A; JPS5621734A; GB2055068A; FR2461549A1

Description

PATENTANWÄLTE OR.-,NG. D,P_L,-P,«_S. H DIPL-ING. P. EICHLER BRAHMSSTRASSE 29, 5600 WUPPERTAL 2

Ateliers des Charmilles S.A., 109, rue de Lyon, Geneve (Schweiz)

Verfahren und Vorrichtung zum elektroerosiven Schneiden.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektroerosiven Schneiden eines Werkstücks mit einer Drahtelektrode, die zur Erzeugung von Entladungen mit aufeinanderfolgenden Spannungsimpulsen beaufschlagt werden.

Bei Funkenerosionsschneidemaschinen werden der Draht und das Werkstück relativ zueinander so bewegt, daß das Werkstück entsprechend einer programmierten Bahn geschnitten wird. Es ist vorteilhaft, den Strom mit dem Draht von beiden Seiten dem Arbeitsbereich zuzuführen, was mit zwei Stromkreisen erfolgt, von denen jeder eine Stromzuführung zur Drahtelektrode hat, die mit einer der Klemmen eines Impulsgenerators verbunden ist, dessen andere Klemme mit dem zu bearbeitenden Werkstück verbunden ist.

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Wenn die Funkenerosion normal verläuft, ist die Verteilung der Entladungen in dem zwischen den Elektroden befindlichen Arbeitsspalt aleatorisch. Oft tritt jedoch eine Konzentration der Entladungen an einer besonderen Stelle des Arbeitsbereichs auf, wobei die Bearbeitung durch eine Zunahme anormaler Entladungen gestört wird, was einen Drahtbruch infolge einer übermäßigen örtlichen Erwärmung des Drahtes zur Folge haben kann. Diese Störungen können vermieden werden, indem genügend schnell auf Arbeitsparameter eingewirkt wird, wie die Entladungsleistung oder die Zuführung von Arbeitsflüssigkeit.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine derartige Entladungskonzentration aufzuspüren, um Bearbeitungsfehlern vorzubeugen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das elektrische Signal einen der Entladungsstelle jeder im beim Schneiden aktiven Drahtbereich erfolgenden Entladung entsprechenden Wert hat.

Mit der Erfindung können die Stellen ermittelt werden, wo sich Entladungen haufen. Das ist sehr wichtig, um eine Kontrolle oder eine Korrektur der Werkstückoberfläche oder das Ausrichten des Drahtes und des Werkstücks vor der Bearbeitung zu bewirken. Die Ermittlung der Entladungsstellen kann dazu benutzt werden, die Veränderungen der Höhe des der Funkenerosion unterworfenen Werkstücks zu ermitteln, um die Arbeitsparameter entsprechend so zu verändern, daß der Wirkungsgrad der Be-

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arbeitung unabhängig von der Höhe des Werkstücks so groß wie möglich gehalten wird.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 das Prinzip einer Funkenerosionsschneidemaschine, die entsprechend der Ermittlung der Entladungsstellen gesteuert wird,

Fig. 2 eine elektrische Schaltung eines Teils der Fig. 1,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines der Elemente der Fig. und

Fig. 4 eine andere Ausführungsform eines der Element der Fig. 1.-

Die Funkenerosionsschneidemaschine der Fig. 1 hat eine Drahtelektrode 1 und eine Werkstückelektrode 2, die mit Hilfe eines Generators 3 von aufeinanderfolgenden Spannungsimpulsen beaufschlagt werden, um in einem zwischen diesen Elektroden 1, 2 befindlichen Arbeitsbereich 4 Entladungen zu erzeugen.

Der Draht 1 wird zur Längsbewegung im Arbeitsbereich über Rollen 5, 6 und Führungsflächen 7, 8 geführt. Diese Bauteile sind alle fest an einer beweglichen Gabel, die nicht dargestellt ist. Diese bewegliche Gabel und das Werkstück 2 werden relativ zueinander durch Servomotoren verstellt, die entsprechend einer programmierten Bahn numerisch gesteuert sind. Der Arbeitsstrom wird dem Arbeitsbereich 4 über den Draht 1 mit zwei Kontakten 9, 10 züge-

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führt, die an jeder Seite dieses Bereichs 4 angeordnet und mit der einen Klemme des Generators 3 durch Leitungen AC, BC verbunden sind. Die andere Klemme dieses Generators 3 ist direkt mit dem zu bearbeitenden Werkstück 2 verbunden.

Eine Überwachungsschaltung 11 ist mit den Klemmen A, B verbunden und gibt nach einer Verarbeitung einer über Leitungen a, b erhaltenen Information ein Signal ab, das dem Generator 3 über eine Leitung 12 übermittelt wird. Diese Überwachungsschaltung 11 gibt in gleicher Weise weitere Signale ab, die über Leitungen 13 einer optischen Signaleinrichtung 14 zugeleitet werden, die Leuchtzeichengeber 15, 16 und 17 aufweist.

Fig. 2 zeigt den Aufbau des Leistungskreises der Fig. 1, der den Generator 3 mit dem Arbeitsbereich 4 verbindet. Wenn eine Entladung an der Stelle D des Arbeitsbereichs 4 auftritt, erfolgt der Zufluß des Arbeitsstroms über einen ersten Stromkreis CAD, dessen Zweig CA eine Impedanz Zl und dessen Zweig AD eine Impedanz Z2 hat, sowie über einen zweiten Stromkreis CBD, dessen Zweige CB und BD Impedanzen Z3 bzw. Z4 haben. Die Impedanzen Zl, Z3 haben einen konstanten Wert, während die Impedanzen Z2, Z4 Werte haben, die von der Länge des Drahtes 1 zwischen der Entladungsstelle D und den Kontakten 9, 10 abhängen. Diese vier Impedanzen Zl bis Z4 sind in einer Westhone-Brücke angeordnet, deren Symmetrie bzw. Abgleich von der Lage der Entladung im Arbeitsbereich 4 abhängt. Der Arbeitsstrom

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fließt nach dem Durchtritt durch den Arbeitsbereich 4 zum Generator 3 über eine durch eine Impedanz Z5 dargestellte Leitung zurück. Wenn die Impedanzen Zl, Z3 gleich groß sind und wenn die Kontakte 9, 10 in gleicher Entfernung vom Arbeitsbereich 4 entfernt sind, ist die Brücke abgeglichen, wenn eine Entladung in der Mitte des Arbeitsbereichs 4 erfolgt und zwischen den Klemmen A, B ist während dieser Entladung keine Spannung. Wenn aber eine Entladung an einem Ende des Werkstücks 2 erfolgt, nimmt das Verhältnis der Impedanzen Z2, Z4 einen Wert an, der die Brücke unsymmetrisch macht und zwischen den Klemmen A, B liegt eine Spannung, deren Höhe von der Lage der Entladung abhängt.

Ein anderes Verfahren zur Messung des Gleichgewichtszustandes der Brücke besteht gemäß Fig. 2 darin, den in den beiden Parallelzweigen dieser Brücke fließenden Strom mit Hilfe zweier Stromwandler 18, 19 zu messen, deren Sekundärwicklungen mit zwei Dioden 20, 21 zur Bildung einer Einphasengleichrichterbrücke in Reihe geschaltet sind, deren Strom ein Potentiometer 22 und einen Glättungskondensator 23 durchfließt, an dessen Klemme eine Spannung liegt, die der Differenz der in den beiden Zweigen der Brücke fließenden Ströme entspricht. Ein Schleifkontakt des Potentiometers 22 ist mit dem Verbindungspunkt der Sekundärwicklungen der Stromwandler 18, 19 verbunden und erlaubt es, die Brücke bei einer ursprünglichen Un-

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symmetrie abzugleichen, wenn z. B. das Werkstück 2 nicht in derselben Entfernung von den Kontakten 9, 10 angeordnet ist.

Diese Messung des Symmetriezustandes der Brücke hat den Vorteil, von der Spannung einer zwischen dem Draht 1 und dem Werkstück 2 erfolgenden Entladung unabhängig zu sein und liefert eine Polarität, die es erlaubt, die Entladung der oberen oder der unteren Hälfte des Arbeitsbereichs 4 oder der Mitte dieses Arbeitsbereichs 4 zuzuordnen.

Wenn die Messung zwischen den Leitungen a¹, b¹ des Kondensators 23 durchgeführt wird, hängt sie nicht nur von der Entladungsstelle D, sondern auch von der Stärke des Entladungsstroms ab, so daß von der Überwachungsschaltung 11 eine Kompensation in Abhängigkeit von dieser Stromstärke durchgeführt werden muß. Die Überwachungsschaltung 11 vermittelt eine Sichtanzeige der Stelle einer Entladungskonzentration über die Leuchtzeichengeber 15, 16, 17, die eine Entladungskonzentration in der Mitte, im oberen Teil oder im unteren Teil des Arbeitsbereichs 4 anzeigen. Außerdem wird ein das Vorhandensein dieser Entladungskonzentration anzeigendes Signal über die Leitung 12 übertragen, um auf bekannte Weise die Parameter des Generators 3 zu verändern, z. B. um die Entladungsleistung zu verringern, bis diese Entladungskonzentration verschwindet, was es erlaubt, optimale Arbeitsbedingungen beizubehalten und einen Drahtbruch zu vermeiden.

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Diese Signale können auch benutzt werden, um einen anderen Parameter zu beeinflussen, der auf eine Entladungskonzeritration einwirkt, z. B. auf die Zuführung der Arbeitsflüssigkeit. Diese Signale können auch dazu dienen, die Neigung des Drahtes 1 zur Oberfläche des Werkstücks 2 zu verändern.

Es können auch andere Vorrichtungen verwendet werden, um die Teilströme in jedem Zweig der Brücke der Fig. 2 zu messen, z. B. Hall-Sonden.

Die Schaltung der Fig. 1 kann auch dazu verwendet werden, eine fehlerhafte Bearbeitung zu ermitteln, die während des Schneidens des Werkstücks 2 infolge einer fehlerhaften Ausrichtung des Drahtes 1 durch seine Führungsflächen 7, 8 erfolgt. Die bearbeitete Oberfläche kann dann eine konvexe oder konkave Form haben, was durch eine anormale Entladungskonzentration bei einer Kontrolle ermittelt wird, bei der die Schnittbahri nochmals durchfahren wird, nachdem zuvor der Schnitt des Werkstücks durchgeführt wurde.

Die Überwachungsschaltung 11 zum Anzeigen und Lokalisieren von Entladungskonzentrationen kann nach dem Prinzipschaltbild der Fig. 3 aufgebaut sein.

Die zwischen den Leitungen a, b oder zwischen den Leitungen a¹, b¹ gemessene Potentialdifferenz wird einem Differentialverstärker 25 zugeleitet, dessen Ausgangssignal an zwei analoge Speicherkreise 26, 27 und an

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einen Flipp-Flopp 28 weitergeleitet wird, dessen Ausgänge Q, Q mit diesen analogen Speicherkreisen 26, 27 verbunden sind. Außerdem ist der Ausgang der Differentialverstärkers 25 mit einem Schaltkreis 29 verbunden, der die Polarität des Ausgangssignals des Differentialverstärkers 25 signalisiert. Die Ausgänge dieser Speicherkreise 26, 27 sind jeweils mit einem der Eingänge zweier Vergleichsschaltungen 30, 31 verbunden, deren andere Eingänge mit dem Signal des Differentialverstärkers 25 beaufschlagt sind. Letzterer ist mit einer Schaltung 32 zur Berechnung seines Mittelwertes verbunden. Die beiden Vergleichsschaltungen 30, 31 sind mit ihren Ausgängen über je eine Diode 34, 35 an einen der Eingänge einer Triggerschaltung 33 geschaltet, deren anderer Eingang von der Spannung eines Potentiometers 36 beaufschlagt ist.

Eine weitere Triggerschaltung 37 erhält über einen ihrer Eingänge die durch die Schaltung 32 bestimmte mittlere Spannung und über ihren anderen Eingang die Bezugsspannung eines Potentiometers 38.

Ein über den Ausgang Q der Triggerschaltung 33 abgegebenes Digitalsignal wird auf jeden Eingang der drei UND-Glieder 39, 40, 41 gegeben, während das logische Signal des Ausgangs Q der Triggerschaltung 37 einem zweiten Eingang des UND-Gliedes 40 zugeführt wird. Das logische Signal des Ausgangs Q wird auf jeden der zwei-

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ten Eingänge der UND-Glieder 39, 41 gegeben, deren dritte Eingänge jeweils das Ausgangssignal des Schaltkreises 29 aufnehmen, dessen Ausgangssignal mit einem Inverter 42 auf das UND-Glied 41 gegeben wird.

Die Schaltung arbeitet folgendermaßen:

Die die Unsymmetrie der Brücke der Fig. 2 kennzeichnende Spannung oder die Lage jeder Entladung im Arbeitsbereich 4 wird unter der Wirkung der Ausgänge Q und Q des Flipp-Flopps 28 abwechselnd durch die Speicherschaltungen 26 und 27 gespeichert. Diese gespeicherten Werte werden mit den durch die Speicherschaltungen 26, bei der letzten Entladung gemessenen Werten derart verglichen, daß diese beiden Vergleicher abwechselnd die Abweichung des Spannungspegels zweier aufeinanderfolgender Entladungen messen. Diese von den Dioden 34, 35 ausgewählte Abweichung wird durch die Triggerschaltung 33 mit einer Bezugsabweichung verglichen. Der Ausgang Q der Triggerschaltung 33 gibt ein Signal auf die Leitung 12, wenn die gemessene Abweichung unter dem durch das Potentiometer 36 eingestellten Wert liegt und meldet so ein anormales Ausmaß einer Entladungskonzentration.

Diese Meldung könnte auch durch eine andere Schaltung erreicht werden, z. B. die Schaltung der Fig. 5 der DE-OS 22 14 486.

Die Triggerschaltung 37 gibt ihrerseits ein Signal auf ihren Ausgang Q, wenn der mittlere Pegel der Span-

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nungsimpulse der Unsymmetrie der Brücke größer ist, als der Bezugspegel des Potentiometers 38, wodurch gemeldet wird, daß die Entladungen an einer Außenseite des Arbeitsbereichs 4 konzentriert sind. Das Polaritätssignal des Schaltkreises 29 und der Inverter 42 erlauben es, diese Konzentration dem oberen oder dem unteren in Teil des Arbeitsbereichs 4 zuzuordnen, je nach dem, ob das UND-Glied 39 oder das UND-Glied 41 durch dieses Signal durchgängig wird. Wenn die Konzentration der Entladungen in der Mitte des Arbeitsbereichs 4 stattfindet, ist der mittlere Impulspegel unter dem Pegel des Potentiometers 38 und der Ausgang Q der Triggerschaltung 37 deblockiert das UND-Glied 40.

Bei einer normalen Verteilung der Entladungen im Arbeitsbereich 4 erscheint kein Signal am Ausgang Q der Triggerschaltung 33 und die drei UND-Glieder 39, 40, 41 sind blockiert.

Wenn die Messung der Unsymmetrie der Brücke der Pig. 2 mit zwei Stromwandlern durchgeführt wird, muß die Spannung des Potentiometers 36 in Abhängigkeit von der Stromstärke des gesamten Stroms der Bearbeitung so eingestellt werden, daß die Messung der Unsymmetrie der Brücke unabhängig von dieser Stromstärke wird.

In Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform der Überwachungsschaltung 11 für den Fall dargestellt, in dem diese Schaltung den Maximalwert des die Unsymmetrie

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der Brücke kennzeichnenden Signals liefern muß, wobei dieser Maximalwert ein Maß für die Höhe der aktiven
Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks 2 ist.

Der Ausgang des Differentialverstärkers 25 ist
einerseits mit dem Eingang einer Speicherschaltung 43 und andererseits mit einem der Eingänge eines Vergleichers 44 verbunden, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang der Speicherschaltung 43 verbunden ist. Der Ausgang des Vergleichers 44 steuert die Einspeicherung durch die Speicherschaltung 43 nur, wenn der Pegel des Signals des Differentialerstärkers 25 über dem ist, der
in der Speicherschaltung 43 gespeichert ist. Daher entspricht der über die Leitung 45 übertragene gespeicherte Pegel dem Maximalpegel des Ausgangs des Differentialverstärkers 25 und ist ein Maß für die Höhe des Werkstücks 2. Dieses Maß kann in bekannter Weise zur Änderung eines oder mehrerer Arbeitsparameter verwendet werden, z. B. der Leistung des Generators 3.

Man kann den Ort einer Entladung auch messen, indem den von dem Generator 3 gelieferten Stromimpulsen ein vorbestimmter Höchstwert gegeben wird. In diesem
Fall ist die Verbindung zwischen der Klemme C des Generators 3 und dem Kontakt 9 der Fig. 1 nicht mehr notwendig, da der Spannungsabfall zwischen den Kontakten 9, 10 während einer Entladung auch ein Maß für den
Ort D dieser Entladung ist.

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Claims

DR.-ING. DIPL.--PKYS·. H. STURIES ■- 3020508 PATENTANWÄLTE DIPL-ING. P. EICHLER BRAHMSSTRASSE 29, 5600 WUPPERTAL 2 Ansprüche:

1.) Verfahren zum elektroerosiven Schneiden eines Werkstücks mit einer Drahtelektrode, die zur Erzeugung
von Entladungen mit aufeinanderfolgenden Spannungsimpulsen beaufschlagt werden, bei dem ein von einer Kenngröße der Funkenerosion abhängiges elektrisches Signal erzeugt wird, dementsprechend wenigstens ein Arbeitsparameter verändert wird, dadurch
gekennzeichnet, daß das elektrische Signal einen der Entladungsstelle (D) jeder im beim
Schneiden aktiven Drahtbereich (4) erfolgenden Entladung entsprechenden Wert hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß während der Bearbeitung die Abweichungen zwischen den Entladungsstellen (D) einer Entladung und einer folgenden als Maß für die Entladungskonzentration ermittelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß zur Ortung der Entladungskonzentration der mittlere Pegel des Signals
ermittelt wird.

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4. Verfahren nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der im Laufe der Bearbeitung erfolgenden Änderungen der Höhe des bearbeiteten Werkstücks (2) die extremen Änderungen des Pegels des Signals gespeichert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Signal die Neigung des Drahtes (1) zum Werkstück (2) geändert wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem aufeinanderfolgende Spannungsimpulse erzeugenden Generator, dessen eine Klemme mit dem Werkstück und dessen andere Klemme mit zwei Strom-· kreisen verbunden ist, von denen jeder eine Stromzuleitung zum Draht auf einer der Seiten des Arbeitsbereichs hat, dadurch gekennzeic hn e t, daß zwischen die Stromkreise (CAD, CBD) ein Differentialmeßkreis (Fig. 2) geschaltet ist, dem ein auf wenigstens einen Arbeitsparameter einwirkender Regelkreis (Fig. 3, 4) nachgeschaltet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch G,dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Speicherschaltung (26, 27) für den Pegel eines jeden elektrischen

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Signals hat und eine Meßschaltung (30, 31, 33 bis 36) zur Ermittlung der Abweichung des gespeicherten Pegels von dem Pegel einer folgenden Entladung aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Signaleinrichtung (14) für einen einen vorbestimmten Wert unterschreitenden Mittelwert der Abweichungen hat und eine Anzeigeschaltung für den mittleren Pegel der elektrischen Signale aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Suchschaltung für Extremwerte des elektrischen Signals und Speicher für diese Werte hat.

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