DE3111775C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von genauen Anstellbewegungen der Elektrode einer Elektro­ erosionsmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Aus dem DE-GM 66 08 619 ist eine derartige Vorrichtung zum Erzeugen genauer Zustellbewegungen der Werkzeugelektrode bekannt, bei welcher jeweils ein Motor die Spindel und ein weiterer Motor die Mutter eines Mutter-Spindel-Triebs gleichsinnig antreiben, um die Werkzeugelektrode unter Ausschaltung der Trägheit bei Richtungswechsel und der Übersteuerung gegen das Werkzeug vorzuschieben bzw. zu­ rückzuholen. Dies geschieht bei unterschiedlichen Dreh­ zahlen der Mutter und der Schraubenspindel, wobei die hierzu erforderlichen Steuerimpulse in einer Steuerein­ richtung erzeugt werden. Die Spindel bzw. eine angekuppel­ te Stange ist in einer unteren Gehäusewand geführt und er­ streckt sich durch die drehangetriebene Mutter hindurch bis in eine in der oberen Gehäusezwischenwand drehbar gelagerte Schiebehülse. Die fehlende Führung der Spindel bzw. des Elektrodenhalters macht diese bekannte Vorrich­ tung für die Handhabung und genaue Positionierung von schweren Elektroden nur bedingt geeignet. Ein weiteres, die Bearbeitungsgenauigkeit beeinträchtigendes Problem ergibt sich bei dieser bekannten Vorrichtung durch die während der Bearbeitung auftretenden Schwingungen und Vibrationen, die aufgrund der freien Länge der Spindel und der Elektrodentragstange gebildeten Baueinheit sich ver­ stärkt auf die Bearbeitungsgenauigkeit auswirken.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige Anstell-Vor­ richtung für elektroerosive Maschinen zu schaffen, die eine hochgenaue Positionierung und Führung auch schwerer und voluminöser Werkzeugelektroden mit der gewünschten hohen Ansprechgeschwindigkeit gewährleistet.

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

Die Ausbildung des Elektrodenträgers als napfförmiger Hohlzylinder ermöglicht seine schwingungsdämpfende Führung im Tragarm und die Montage auch schwerer Elektroden an seiner unteren Stirnfläche. Vom ständig umlaufenden An­ triebssystem können keinerlei Schwingungen auf die Elek­ trode übertragen werden. Die Anordnung des einen Elektro­ motors direkt auf dem Elektrodenträger und dessen axial feste Verbindung mit der Mutter des Spindeltriebs ergeben eine vereinfachte Konstruktion durch Wegfall der bei der bekannten Vorrichtung notwendigen Freilaufkupplung zwi­ schen der Spindel und der Tragstange. Eine weitere kon­ struktive Vereinfachung ist ebenfalls auf die axial unver­ schiebbare Lagerung der Spindel zurückzuführen, weil da­ durch Schiebemuffen od. dgl. wegfallen. Da die bei Elek­ troerosionsmaschinen besonders wichtige Zustell- und Po­ sitioniergenauigkeit direkt von der Anzahl der relativ bewegten Bauteile des Antriebssystems mitbestimmt wird, führt die Verringerung der Anzahl dieser Bauteile unmit­ telbar zu einer Steigerung der Bearbeitungsgenauigkeit und damit zu einem stabileren Betrieb.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt einer Antriebsvor­ richtung;

Fig. 2 schematisch eine Schaltung mit den An­ trieben für eine Vorrichtung nach Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 ist in einem Tragarm 1 einer Elektroerosions­ maschine ein Elektrodenträger 2 in der Vertikalen ver­ schiebbar geführt. An einem unteren Flansch 3 des Elektro­ denträgers 2 ist eine Werkzeugelektrode 4 befestigt. Der Elektrodenträger 2 ist hohlzylindrisch und weist in seiner oberen Stirnwand eine Öffnung 2 a auf, in der eine Mutter 5 ein Lager 6 festlegt, das durch einen Rückhaltering 7 ge­ halten wird. Eine Mutter 8 ist im Lager 6 drehbar und ge­ gen Axialverschiebungen gegenüber dem Elektrodenträger 2 gesichert. Ein in einer Richtung drehbarer Motor 9 ist auf dem Elektrodenträger 2 befestigt. Die Mutter 8 enthält ein Schneckenrad 8 a, das in Eingriff mit einer Schnecke 9 a des Motors 9 steht. Die Mutter 8 steht über ein Innengewinde 8 b mit einer Spindel 10 in Eingriff, die eine obere Öff­ nung 1 a am Arm 1 und eine obere Öffnung 11 a in einem schalenförmigen Deckel 11 durchragt und in auf dem Arm 1 befestigten Lagern 12 und 13 gehalten wird. Die Lager 12, 13 sind in den Öffnungen 1 a bzw. 11 a befestigt und durch Rückhalteringe 14 bzw. 15 festgelegt. Die Spindel 10 ist gegen axiale Verschiebungen durch zwei Ringbunde 16 und 17 gesichert, die zu beiden Seiten des Lagers 12 angeordnet sind. Die Spindel 10 wird durch einen in einer Richtung drehbaren Motor 18 gedreht, der auf dem Arm 1 in der Haube 11 befestigt ist. Auf der Spindel 10 ist ein Schneckenrad 10 a durch einen Stift 19 befestigt, das mit einer Schnecke 18 a des Motors 18 kämmt. Verdrehungen des Elektrodenträ­ gers 2 im Tragarm 1 werden durch ein Gleitführungselement 20 des Arms 1 verhindert.

Die Schneckengetriebe 8 a, 9 a und 10 a, 18 a sind gleich aus­ gebildet. Die Drehrichtungen der Motoren 9 und 18 liegen fest und über die Schneckengetriebe 10 a, 18 a und 8 a, 9 a bewirkt die Drehung des einen Motors 9 bzw. 18 eine Vor­ schubbewegung und die Drehung des anderen Motors 9 bzw. 18 eine Rückholbewegung des Elektrodenträgers 2. So erzeugt beispielsweise der Motor 18 eine Drehung der Spindel 10, die über die Mutter 8 in eine Rückholbewegung des Elektro­ denträgers 2 umgesetzt wird. Der Motor 9 erzeugt über die Mutter 8 eine Zustellbewegung des Elektrodenträgers 2. Zweckmäßig ist wenigstens der die Zustellbewegung des Elektrodenträgers 2 erzeugende Motor 9 ein Schrittmotor. Wenn beide Motoren 9 und 18 mit gleicher Drehzahl umlau­ fen, bleibt der Elektrodenträger 2 in einer Ruhelage, da sich die beiden Drehungen der Spindel 10 und der Mutter 8 aufheben. Wenn jedoch Drehzahldifferenzen auftreten, dreht sich die Mutter 8 um die Spindel 10, und der Elektroden­ träger 2 fährt abhängig von dem Vorzeichen der Differenz in Inkrementen abwärts oder aufwärts.

Auf diese Weise kann die Elektrode 4 mit einer hohen An­ sprechgeschwindigkeit auch bei großem Gewicht zurückgefah­ ren und in der Arbeitsrichtung vorgeschoben werden. Die Motoren 9 und 18 und insbesondere der Motor 9 sollten mit einem Codierer ausgestattete Impulsschritt- oder Gleich­ strommotore sein. Durch Wahl ausreichend kleiner Vorschub­ inkremente kann die Trägheit weitestgehend verringert und eine extrem stabile Nachlaufsteuerung ohne Kurzschlußbe­ dingungen durch unbeabsichtigtes Übersteuern erzielt wer­ den.

Da während der gesamten Auf- und Abwärtsbewegungen die Motoren, die Getriebe und die Spindel mit der Mutter in jeder Einstellung ihre Drehrichtung beibehalten, werden bei der Änderung der Bewegungsrichtung der Elektrode er­ zeugte Fehler vermieden. Ferner können die Motoren 9, 18 wegen des hohen Untersetzungsverhältnisses der Schnecken­ getriebe und des Spindel-Mutter-Triebs kleine Abmessungen und hohe Drehzahlen aufweisen, was ein extrem rasches An­ sprechen und eine genaue Steuerung ergibt.

Bei der bevorzugten Steuerschaltung zur Verwendung mit der Antriebsvorrichtung nach Fig. 1 sind der Motor 9 mit der Mutter 8 über Stirnräder 9 a′ und 8 b′ und der Motor 18 mit der Spindel 10 über Stirnräder 18 a′ und 10 a′ gekoppelt. Diese Stirnräder in jeder Kopplung entsprechen dem Schneckengetriebe 9 a, 18 a und dem Schneckenrad 8 b, 10 a im Ausführungsbeispiel von Fig. 1. Weiterhin sind die Motoren 9 und 18 mit einem Codierer 21 bzw. 22 ausgerüstet. Die Werkzeugelektrode 4 wird über einem Werkstück 23 in einem konstanten Spaltabstand gehalten, der optimale Entladungen gewährleistet. Eine Spaltfühlerschaltung 24 ist mit der Werkzeugelektrode 4 und dem Werkstück 23 verbunden und einer Überwachungsschaltung 25 vorgeschaltet. Die Überwa­ chungsschaltung 25 versorgt eine Servosteuerschaltung 26, die einen Oszillator 27 veränderlicher Frequenz aufweist, dessen Ausgangssignale über einen Verstärker 28 dem Motor 9 zugeführt werden. Der Ausgang des Codierers 21 für den Motor 9 ist zur Servosteuerschaltung 26 zurückgeführt. Der Motor 18 wird durch einen Oszillator 29 mit veränderlicher Frequenzeinstellung über einen Verstärker 30 versorgt, wo­ bei der Ausgang des Codierers 22 zur Servosteuerschaltung 26 zurückführt. Ein Aufwärts/Abwärts-Zähler 31 ist mit den Ausgängen der Oszillatoren 27 und 29 und mit einer Anzeige 32 verbunden, welche die ermittelte Stellung numerisch an­ zeigt.

Die Überwachungsschaltung 25 spricht auf den Spaltsensor 24 an und bestimmt, wenn der Entladungszustand im Bearbei­ tungsspalt befriedigend ist. Wenn die Materialabtragung als normal fortschreitend befunden wird, gibt die Überwa­ chungsschaltung 25 ein Befehlssignal einer ersten Klasse ab, das zur Servoschaltung 26 übertragen wird, damit die Werkzeugelektrode 4 in einer normalen Nachlaufbetriebsart vorrücken kann. Wenn der Bearbeitungsspalt als mit Bear­ beitungsprodukten verschmutzt ermittelt wird und somit eine intensive Korrektur- oder Reinigungswirkung erfor­ dert, gibt die Überwachungsschaltung 25 ein Befehlssignal einer zweiten Klasse ab, das zur Servoschaltung 26 über­ tragen wird, damit die Werkzeugelektrode 4 zurückgefahren wird oder hin- und herfährt. Die Motoren 18 und 9 sind hier beide Impuls- oder Schrittmotoren und werden durch Ausgangsimpulse der Oszillatoren 29 und 27 angesteuert. Der Motor 18 wird mit Impulsen einer festen Frequenz ver­ sorgt und läuft dadurch mit einer festen Drehzahl um, da­ mit die Spindel 10 in Inkrementen bei einer festen Dreh­ zahl umläuft. Der Motor 9 wird mit Impulsen der Frequenz versorgt, die durch die Servoschaltung 26 entsprechend dem ermittelten Spaltzustand veränderlich festgelegt wird, so daß im Normalbetrieb der Motor 9 bzw. die Mutter 8 mit einer veränderlichen größeren Drehzahl als der Motor 18 bzw. Spindel 10 umläuft und die Werkzeugelektrode mit einer Geschwindigkeit proportional zu diesem veränderli­ chen Betrag vorgeschoben wird. Wenn das Werkzeug zurück­ fährt oder hin- und herfährt, wird die Frequenz des Oszil­ lators 27 zuerst stark verringert, um die Drehzahl des Mo­ tors 9 herabzusetzen, wodurch die Werkzeugelektrode 4 schnell zurückgezogen werden kann. Danach wird die Fre­ quenz bis über die feste Frequenz des Oszillators 29 er­ höht, wodurch die Werkzeugelektrode 4 rasch in eine Stel­ lung nahe dem Werkstück 23 zurückkehrt.

Die Erfindung ermöglicht so den Erhalt von genau gesteuer­ ten Bewegungen einer beweglichen Elektrode bezüglich einer Gegenelektrode entlang einer vorbestimmten Achse in einer elektroerosiven Bearbeitungsmaschine und ermöglicht die Verwendung von Motoren einer extrem kleinen Nennleistung, ein extrem rasches Ansprechen und genaues Servosteuern mit praktisch keinem nachteilhaften Einfluß von Spiel und Trägheit des mechanischen Systems.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Erzeugen von genauen Anstellbewegungen der Elektrode einer Elektroerosionsmaschine, bestehend
aus einem mit einem axial geführten Elektrodenhalter verbundenen Spindel-Mutter-Trieb, dessen in Anstell­ richtung verlaufende Spindel und dessen Mutter ständig über ein Untersetzungsgetriebe von je einem Elektromotor in entgegengesetzten Drehrichtungen angetrieben sind, und
aus einer Steuereinrichtung, die entsprechend den über­ wachten Betriebszuständen im Arbeitsspalt Steuersignale für die Drehzahlverstellung mindestens eines Elektro­ motors erzeugt,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mutter (8) mit ihrem Antriebsmotor (9) und dem Untersetzungsgetriebe (8 a, 9 a) an dem als napf­ förmiger Hohlzylinder ausgebildeten Elektrodenträger (2) befestigt ist,
wobei zumindest der die Zustellbewegung des Elektroden­ halters (2) erzeugende Elektromotor (9 bzw. 18) durch eine von der Steuereinrichtung erzeugte Impulsfolge von veränderlicher Frequenz angesteuert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektromotoren (9, 18) über je einen Oszillator (27, 29) mit einer Impulsfolge angesteuert werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der unverschiebbar in einem Arm (1) des Maschinen­ ständers gelagerten Spindel (10 b) ein Schneckenrad (10 a) befestigt ist, das mit einer auf der Welle des stationären Elektromotors (18) befestigten Schnecke (18 a) in Eingriff steht.