DE3128078C2

DE3128078C2 -

Info

Publication number: DE3128078C2
Application number: DE3128078A
Authority: DE
Inventors: Bernard Dully Vaud Ch Bommeli
Original assignee: Ateliers des Charmilles SA
Current assignee: Agie Charmilles New Technologies SA
Priority date: 1980-07-30
Filing date: 1981-07-16
Publication date: 1988-06-16
Also published as: FR2487715B3; FR2487715A1; IT8168060A0; IT1144453B; US4404448A; CH638125A5; GB2132543A; JPS6320658B2; GB2132543B; DE3128078A1; JPS5754032A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Elektroerosionsbearbeitung eines Elektrodenwerkstücks mit einem Elektrodenwerkzeug, wobei in den Arbeitsspalt eine elektrisch leitfähige Partikel suspendiert enthaltende Flüssigkeit eingebracht wird, deren Partikelkonzentration konstant gehalten wird, und wobei aufeinanderfolgende Spannungsimpulse zum Zünden von Entladungen und von der Arbeitsspannung abhängige Meßsignale erzeugt werden.

Die Genauigkeit der Bearbeitung eines Hohlraums mittels einer Elektrode hängt wesentlich von der Genauigkeit des Stillstands des Vorschubs und derjenigen Arbeitsspaltweite ab, die im Augenblick des Bearbeitungsstopps vorhanden sind. Es sind schon Lösungen gefunden worden, um mit großer Genauigkeit die relative Stellung der Elektroden elektronisch zu kontrollieren und um die Abnutzung der bearbeitenden Elektroden im Laufe der Fertigstellungsphase zu verringern. Jedoch hängt die tatsächliche Arbeitsspaltweite in großem Umfang von den verwendeten Werkstoffen bzw. Werkstoffpaaren, dem Bearbeitungsbereich und der Verunreinigungsrate der Arbeitsflüssigkeit ab. Diese Variablen haben eine direkte Auswirkung auf die Genauigkeit der Bearbeitung.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der CH-PS 5 36 680 bekannt. Die Genauigkeit der Erosionsbearbeitung und die Arbeitsspaltweite werden in dieser Druckschrift jedoch nicht angesprochen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Genauigkeit der Erosionsbearbeitung unter Berücksichtigung der Verunreinigung der Arbeitsflüssigkeit im Arbeitsspalt gesteigert wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß mindestens zwei verschiedene Werte der mittleren Zündverzögerung der bei bestimmten Arbeitsspaltweiten vorhandenen Entladungen bei konstanter Spannung und unveränderten Erosionsflächen gemessen werden, daß mit Hilfe des Resultats dieser Messungen die Parameter einer den reziproken Wert der Arbeitsspaltweite mit dem Logarithmus der mittleren Zündverzögerung linear verknüpfenden Funktion bestimmt werden, und daß mit Hilfe dieser Funktion weitere Augenblickswerte der Arbeitsspaltweite durch Messung der mittleren Zündverzögerung berechnet werden.

Diese Methode der Überwachung der Funkenstrecke ist besonders erfolgreich bei derjenigen Feinbearbeitung anzuwenden, bei der man eine künstliche Dilatation der Elektroden mit Hilfe einer zyklischen Translationsbewegung bewirkt. Tatsächlich sind in diesem Fall die frontalen und seitlichen Arbeitsspaltweiten deutlich die gleichen und es ist dann möglich, eine präzise Steuerung des Vorschubs in all diesen Richtungen zu bewirken, in der die Elektroerosion auftritt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch den Anspruch 2 beschrieben.

Vorrichtungen, mit denen die erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt werden können, sind Gegenstand der Ansprüche 3, 4.

Die Erfindung wird anhand einer in der Zeichnung dargestellten Schaltung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung gemäß der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen experimentell gefundenen Zusammenhang zwischen der Arbeitsspaltweite und der mittleren Zündverzögerung der Entladungen,

Fig. 2 die Schaltung einer Vorrichtung für Elektroerosionsbearbeitung, mit einer Kontrolleinrichtung für den Arbeitsspalt.

Man weiß, daß die Funkenerosion unter guten Bedingungen abläuft, wenn die in den Arbeitsspalt eingeführte Arbeitsflüssigkeit eine gewisse Menge an Verunreinigungen enthält, d. h. wenn die Konzentration von in der Arbeitsflüssigkeit suspendierten Partikeln einen bestimmten Mindestwert er reicht.

Das Verfahren wird insbesondere dann angewendet, wenn die festen, in der Arbeitsflüssigkeit suspendierten Partikel aus einem Werkstoff bestehen, der sich von dem der Elektroden unterscheidet. Wenn die Konzentration dieser Partikel konstant gehalten wird und die der Elektroerosionsbearbeitung unterworfene Oberfläche wie auch die Zündspannung der Entladungen nicht verändert werden, existiert ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Arbeitsspaltweite und einem statistischen Wert der mittleren Zündverzögerung der Entladungen.

Dieser Zusammenhang ist eine lineare Funktion zwischen dem reziproken Wert des Arbeitsspalts und dem Logarithmus des Mittelwerts der Zündverzögerung der Entladungen, wie das die Fig. 1 zeigt.

Dieser lineare Zusammenhang kann dazu benutzt werden, um die Arbeitsspaltweite in Abhängigkeit von der Messung der mittleren Zündverzögerung zu berechnen. Es genügt dazu, zwei Punkte dieser Geraden zu kennen, um die Funktion zu erhalten. Wenn _D die mittlere Zündverzögerung der Entladung bezeichnet und g die Arbeitsspaltweite bedeutet, ergibt sich dafür die folgende Formel:

wobei C 1 eine Funktion der Zündspannung der Entladungen ist und C 2 darüber hinaus auch von der der Erosionsbearbeitung unterworfenen Oberfläche und der Konzentration der in der Arbeitsflüssigkeit enthaltenen Partikel abhängt. Es ist also für die Anwendung der obigen Formel notwendig, diese drei Bearbeitungsparameter konstant zu halten. Wenn man zwei nacheinander folgende Messungen von _D und g für verschiedene Werte von g vornimmt, erhält man zwei Gleichungen, mit denen man die Werte der beiden Konstanten C 1 und C 2 berechnen kann. Eine Methode um die Arbeitsspaltweite gegen Ende der Bearbeitung variieren zu können, besteht darin, daß man den Vorschub des Elektrodenwerkzeugs blockiert und die Erosionsbearbeitung fortführt. In dem Augenblick, da der Vorschub blockiert wird, mißt man den Wert g 1 des Arbeitsspalts und den Wert _D der mittleren Zündverzögerung der Entladungen, was dem Punkt A auf der Geraden der Fig. 1 entspricht. Dann, mit zunehmender Vergrößerung der Arbeitsspaltweite, mißt man die Werte g 2 und _D2, die dem Punkt B entsprechen. Wenn das Bearbeitungsmaß mit einem Wert gf für den Arbeitsspalt erreicht ist, wird die Elektroerosion gestoppt, wobei dann die mittlere Zündverzögerung den Wert _DF erreicht hat, entsprechend dem Punkt C.

Diese Operationen können mit Hilfe der in Fig. 2 schematisch dargestellten Vorrichtung durchgeführt werden. Das die eine Elektrode bildende Werkstück 1 wird mit Hilfe des die andere Elektrode bildenden Werkzeugs 2 bearbeitet. Ein Impulsgenerator 3 ist mit diesen Elektroden derart verbunden, daß er nacheinander Spannungsimpulse liefert, die dazu dienen, Entladungen in dem Arbeitsspalt 4 zu zünden. Ein Bearbeitungsfluid, das aus elektrisch leitfähigen festen Partikeln besteht, die in einer Flüssigkeit suspendiert sind, wird durch die Leitung 5 und die Düse 6 in den Arbeitsspalt geführt. Ein Strommeßinstrument 7, das zwischen einem der Anschlüsse des Generators 3 und dem Werkstück 1 liegt, ist einerseits mit dem Eintritt eines Steuerstromkreises 8 und andererseits mit dem Eintritt eines Meßkreises 9 für die mittlere Zündverzögerung der Entladungen leitend verbunden, dessen anderer Eintritt mit einem anderen Anschluß des Gene rators 3 verbunden ist. Dieser Meßkreis 9, der beispielsweise von der im US-Patent 38 25 714 beschriebenen Beschaffenheit ist, liefert ein Signal, das für den mittleren Wert des Zeitintervalls repräsentativ ist, das zwischen dem Zeitpunkt der zwischen den Elektroden angelegten Spannung und dem Beginn der Entladung besteht.

Das Elektroden-Werkzeug 2 ist mit Hilfe eines Servomotors 10 verschiebbar, der durch einen Regelkreis 11 gesteuert wird, dessen drei Eintrittsstellen durch Leitungen, z. B. S₁, mit dem Steuerstromkreis 8, mit dem Elektroden-Werkzeug 2 und dem Ausgang eines Komparators 12 verbunden sind. Die beiden Eintrittsstellen des Komparators 12 sind über ein Meßsystem 13 für die Axialpositionen der Elektrode 2 und mit einem Element 14 verbunden, das eine Bezugsgröße für die axiale Position der Elektrode 2 liefert. Die Elemente 11 bis 14 sind so beschaffen, daß sie die Elektrode 2 in der Weise verschieben, daß die vorerwähnten Bearbeitungsbedingungen dabei aufrechterhalten werden und es weiterhin verhindert wird, daß die Elektrode die durch das Element 14 voreingestellte Axialposition überschreitet. Die Arbeitsweise dieser Stromkreise ist in dem US-Patent 40 49 942 beschrieben.

Die Vorrichtung weist weiterhin ein Zählwerk 15 auf, dessen Eintritt mit einem Teil des Ausgangs des Meßsystems 13 verbunden ist und zum anderen mit dem Steuerstromkreis 8 über die Leitung S₂. Dieser Steuerstromkreis 8 ist weiterhin über die Leitungen S₃ und S₄ mit den Transferregistern 16 und 17 verbunden und über die Leitung S₅ mit dem Generator 3. Die Transferregister 16 und 17 haben je einen weiteren Eingang, deren einer mit dem Ausgang des Meßkreises 9 und deren anderer mit dem Ausgang des Zählwerks 15 verbunden ist. Die in diesen Transferregistern 16 und 17 gespeicherten Informationen sowie auch der Augenblickswert der mittleren Zündverzögerung der Entladungen, wie er von dem Meßkreis 9 geliefert wird, werden auf ein Rechenwerk 18 mit Komparator 19 übertragen, dessen Bezugsgröße von dem Element 20 geliefert wird. Der Ausgang des Komparators 19 ist mit dem Generator 3 verbunden.

Diese Vorrichtung arbeitet in der folgenden Weise:

Das Endmaß der Bearbeitung wird durch die mittels des Elements 14 eingestellte Bezugsposition der Elektrode festgelegt und durch den Endwert des Arbeitsspalts, der mit Hilfe des Elements 20 gewählt wird.

Sobald die vorerwähnte Bezugsposition erreicht ist, tritt der Steuerstromkreis 8 in Tätigkeit, um die Abfolgen der Messungen des Arbeitsspalts und der mittleren Zündverzögerung der Entladungen einzuleiten.

Ein Signal wird auf das Transferregister 16 durch die Leitung S₃ übertragen, um den Augenblickswert der durch das Meßwerk 9 gemessenen Zündverzögerung der Entladungen ein zuspeichern. Im gleichen Augenblick wird mit Hilfe eines über die Leitung S₂ übertragenen Signals das Zählwerk 15 auf Null gestellt.

Alsdann bewirkt der Steuerstromkreis 8 über die Leitung S₅, daß der Generator 3 nicht erodierende Entladungen liefert, indem beispielsweise die Impedanz bzw. der Widerstand des Versorgungsstromkreises der Elektroden entsprechend vergrößert wird, und weiterhin über die Leitung S₁, daß die Elektroden sich weiter annähern, bis die Bearbeitungselektrode 2 mit dem Werkstück 1 in Kontakt gelangt. In dem Augenblick, wo der Kontakt auftritt, wird dieser durch das Strommeßelement 7 signalisiert und ein Stromimpuls wird auf das Register für die Arbeitsspaltweite übertragen, von der man in Form der durch das Zählwerk 15 gelieferten Anzahl ausging, bevor der Kontakt erreicht wurde.

Man verschiebt dann die Elektrode, um eine korrekte Arbeitsspaltweite zu erhalten. Der Steuerstromkreis 8 stellt dann wieder die Elektroerosionsbearbeitung her und im Hinblick darauf, daß der Vorschub der Elektrode durch die Wirkung des Komparators 12 blockiert worden ist, vergrößert sich die Arbeitsspaltweite wieder. Nach einer kurzen Bearbeitungsdauer gebietet der Steuerstromkreis 8 eine neue Folge der Messungen der mittleren Zündverzögerung und der Arbeitsspaltweite, deren augenblickliche Werte in den Transferregistern 16 und 17 gespeichert werden. Diese vier gespeicherten Werte werden dann von dem Rechenwerk 18 dazu verwendet, um den Augenblickswert der Arbeitsspaltweite zu berechnen in Abhängigkeit von der oben erwähnten, empirisch vorbestimmten Funktion.

Wenn dieser Augenblickswert den durch den Kreis 20 eingestellten Wert erreicht, wird durch den Komparator 19 ein Signal auf den Generator 3 übertragen, um die Bearbeitung zu stoppen. Das Endmaß der Bearbeitung wird so mit einer sehr großen Genauigkeit erhalten. Die Messungen der Arbeitsspaltweite und der mittleren Zündverzögerung der Entladungen können auch zu einem anderen Zeitpunkt der Bearbeitung durchgeführt werden, beispielsweise im Laufe des Eindringens der Elektrode in das Werkstück.

Claims

1. Verfahren zur Elektroerosionsbearbeitung eines Elektrodenwerkstücks mit einem Elektrodenwerkzeug, wobei in den Arbeitsspalt eine elektrisch leitfähige Partikel suspendiert enthaltene Flüssigkeit eingebracht wird, deren Partikelkonzentration konstant gehalten wird, und wobei aufeinanderfolgende Spannungsimpulse zum Zünden von Entladungen und von der Arbeitsspannung abhängige Meßsignale erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei verschiedene Werte der mittleren Zündverzögerung der bei bestimmten Arbeitsspaltweiten vorhandenen Entladungen bei konstanter Spannung und unveränderten Erosionsflächen gemessen werden, daß mit Hilfe des Resultats dieser Messungen die Parameter einer den reziproken Wert der Arbeitsspaltweite mit dem Logarithmus der mittleren Zündverzögerung linear verknüpfenden Funktion bestimmt werden, und daß mit Hilfe dieser Funktion weitere Augenblickswerte der Arbeitsspaltweite durch Messung der mittleren Zündverzögerung berechnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem eine gegenseitige Annäherung der Elektroden über eine vorbestimmte relative Bezugsposition hinaus verhindert wird, wobei die Funkenbildung aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Messungen der mittleren Zündverzögerung ( _D ) ab Erreichen der relativen Bezugsposition erfolgen, und daß die Erosionsbearbeitung bei Erreichen eines Endwertes durch einen berechneten Wert der Arbeitsspaltweite gestoppt wird.

3. Vorrichtung zur Elektroerosionsbearbeitung, mit einem Elektrodenwerkstück und einem Elektrodenwerkzeug, die an einen Spannungsimpulse erzeugenden Generator angeschlossen sind, mit einem Servomotor zum relativen Verschieben der Elektroden in Abhängigkeit von den Bearbeitungsbedingungen und mit einer in den Arbeitsspalt eingebrachten Arbeitsflüssigkeit, die elektrisch leitfähige Partikel mit konstanter Partikelkonzentration enthält, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen von den Elektroden (1, 2) beaufschlagten Meßkreis (9) zur Messung der mittleren Zündverzögerung ( _D ) der Entladungen hat, daß ein den Servomotor (10) steuernder Regelkreis (11) vorhanden ist, der an ein die Arbeitsplatte (g) bei konstanter Spannung und unveränderten Erosionsflächen bestimmendes Meßsystem (13) angeschlossen ist, und daß sie weiterhin einen von dem Meßkreis (9) und dem Meßsystem (13) beaufschlagbaren Rechner (18) zum Berechnen von Augenblickswerten der Arbeitsspaltweite (g) in linearer Abhängigkeit des Logarithmus der mittleren Zündverzögerung (log( _D)) vom Reziprokwert der Arbeitsspaltweite (g) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen an den Rechner (18) und an einen Endwertgeber (20) angeschlossenen Komparator (19) zum Abschalten der Erosionsbearbeitung des Generators (3) bei Erreichen eines Endwertes durch den berechneten Augenblickswert der Arbeitsspaltweite (g) aufweist.