DE3709433A1 - Verfahren und vorrichtung zum elektrochemischen bearbeiten von werkstuecken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrochemischen Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere zum elektrochemischen Senken mit einer gegen das Werkstück verstellbaren Bearbeitungselektrode (Werkzeug) und mit einer Versorgungseinheit für die dem Werkstück zugeführte elektrische Arbeitsgröße (Strom/Spannung).

Bei der elektrochemischen Bearbeitung von Werkstücken schließt die Bearbeitungselektrode mit dem Werkstück einen Arbeitsspalt ein, der mit einem Elektrolyten gefüllt ist. Bei einer aus der DE-PS 30 32 757 bekannten Vorrichtung wird im Falle eines Kurzschlusses im Arbeitsspalt zwischen Elektrode und Werkstück die Arbeitsspannung des Gleichrichters durch einen Kurzschlußschalter abgeschaltet und auf diese Weise das Werkzeug bzw. das Werkstück vor Beschädigungen durch Überströme geschützt.

Bei der gleichzeitigen Bearbeitung von mehreren Werkstücken mit Vorrichtungen der bekannten Art kommt es jedoch häufig zu Kontaktverzunderungen der Verbindungsstelle zwischen der Zuführung der elektrischen Arbeitsgröße und einzelner gleichzeitig bearbeiteter Werkstücke.

Die Unterbrechung des Stromzuflusses in einzelnen Strompfaden führt nicht zu einer Abschaltung der Arbeitsspannung. Werkstücke in einwandfreien Strompfaden werden auch ordnungsgemäß bearbeitet. Die Kathoden in den gestörten Strompfaden bewegen sich mit zum Teil hoher Vorschubgeschwindigkeit gegen das Werkstück, wodurch eine mechanische Beschädigung von Werkstück und/oder Werkzeug erfolg.t

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung von Werkstücken anzugeben, bei der bei durch Unterbrechung des Arbeitsstromkreises hervorgerufenen Betriebsstörungen eine Beschädigung von Werkstück bzw. Werkzeug vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung gelöst durch einen Speicher für den zeitlichen Verlauf der durch eine Meßeinrichtung erfaßten Arbeitsgröße und durch eine Vergleichsstufe für den Vergleich des als Sollwert dienenden, abgespeicherten Verlaufs der Arbeitsgröße mit dem als Istwert von der Meßeinrichtung gelieferten zeitlichen Verlauf wobei die Vergleichsstufe beim Überschreiten einer vorgebbaren Soll/Istabweichung ein Steuersignal an die Versorgungseinheit abgibt. Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum elektrochemischen Bearbeiten von Werkstücken, bei dem eine Bearbeitungselektrode (Werkzeug) gegen das Werkstück verstellt wird, welches von einer Versorgungseinheit mit einer elektrischen Arbeitsgröße (Strom/Spannung) versorgt wird, gelöst, wobei der Bearbeitungsvorgang unterbrochen wird, wenn durch eine Vergleichsstufe die Überschreitung einer zulässigen Differenz zwischen einem aus einem Speicher ausgelesenen Sollwert und einem mit einer Meßeinrichtung erfaßten Istwert für die elektrische Arbeitsgröße festgestellt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Gemäß der erfindungsgemäßen Lösung wird zunächst unmittelbar nach dem optimalen Einrichten der elektrochemischen Bearbeitungsvorrichtung der zeitliche Verlauf der elektrischen Arbeitsgröße während des Bearbeitungsvorganges des ersten Werkstückes in einen Speicher eingelesen. Dieser Meßwertverlauf dient im weiteren als Sollwertvorgabe. Bei der Bearbeitung der nachfolgenden Werkstücke, bei der ebenfalls jeweils der zeitliche Verlauf der Arbeitsgröße überwacht wird, stellt eine Vergleichsstufe eine Überschreitung der zulässigen Soll-/Ist-Toleranzgrenzen, zum Beispiel in Folge einer Störung der eingestellten Arbeitsparameter oder Verzunderung des Kontaktes zwischen der Zuführung der elektrischen Arbeitsgröße und dem Werkstück fest und bewirkt eine Unterbrechung des Bearbeitungsvorganges. Hierdurch werden einerseits Werkstückabmaße außerhalb der zugelassenen Fertigungstoleranzen vermieden und andererseits eine Beschädigung von Werkstück bzw. Werkzeug durch unkontrollierte Bewegungen gegeneinander verhindert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel zeigenden Zeichnung näher erläutert.

Die Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken durch elektrochemisches Senken enthält ein Werkstück 1 und eine gegen das Werkstück 1 in üblicher Weise verstellbare Bearbeitungselektrode (Werkzeug) 2, die beide einen mit einem Elektrolyten gefüllten Arbeitsspalt einschließen. Die Bearbeitungsvorrichtung ist an den Ausgang einer Versorgungseinheit 3 angeschlossen, die eine Gleichstromquelle beinhaltet und den Arbeitsstrom für den Bearbeitungsvorgang liefert, wobei die am Werkstück 1 anliegende Spannung von der Versorgungseinheit 3 konstant gehalten wird. Währen das Werkzeug 2 auf Massepotential liegt, ist das Pluspotential der Versorgungseinheit 3 über einen Kontakt 4 an das Werkstück 1 angeschlossen.

Der vom Werkstück 1 aufgenommene Arbeitsstrom wird von einer Meßeinrichtung 5, die beispielsweise einen Shunt enthält, gemessen. Der Ausgang der Meßeinrichtung 5 ist jeweils mit dem Eingang eines Analog/Digitalwandlers und dem Ist-Eingang einer Fensterdiskriminator ausgeführt ist und deren Fensterbreite durch ein Potentiometer 15 einstellbar ist. Das digitalisierte Ausgangssignal des Wandlers 6 wird auf einen nichtflüchtigen, jedoch elektrisch löschbaren Schreib-Lesespeicher 8 (E²-PROM) gegeben. Der Speicher 8 wird durch einen quarzgesteuerten Oszillator 10 getaktet, wobei die Taktfrequenz durch einen zwischen Oszillator 10 und Speicher 8 geschalteten Teiler/Zähler 9 einstellbar ist. Der Teiler/Zähler 9 wird über eine Start/Stop-Einrichtung 11 aktiviert bzw. abgeschaltet. Die aus dem Speicher 8 ausgelesenen Daten werden einem Digital/Analogwandler 12 zugeführt, dessen Ausgang den Solleingang der Vergleichsstufe 7 bildet, deren Ausgang mit der Versorgungseinheit 3 verbunden ist. Die Umschaltung der jeweiligen Funktion des Speichers 8 (Schreiben/Lesen) erfolgt über einen Steuersignalgeber 13, der direkt mit dem A/D Wandler 6 und über einen Inverter 14 mit dem D/A Wandler 12 verbunden ist.

Das zusammenwirken der in diesem Ausführungsbeispiel beschriebenen Schaltungskomponenten ist wie folgt:

Nach Einstellung der elektrochemischen Bearbeitungsvorrichtung auf die gewünschten Betriebsbedingungen (z. B. Vorschub) dient der Bearbeitungsvorgang des ersten Werkstückes 1 zur Erzeugung der Sollvorgabewerte im Speicher 8. Dazu wird bei Beginn des Bearbeitungsvorganges der Teiler/Zähler 9 über die Start/Stop-Einrichtung 11 aktiviert. Über den Steuersignalgeber 13 wird der Speicher 8 durch Setzen des A/D Wandlers 6 in die Schreibefunktion gebracht. Der zeitliche Verlauf des in das Werkstück 1 fließenden Arbeitsstromes wird vom Wandler 5 gemessen und durch den A/D Wandler 6 in digitale Maßwerte umgesetzt, die im Speicher 8 abgelegt werden. Nach Ablauf des Bearbeitungsvorganges wird der Teiler/Zähler 9 über die Start/Stopeinrichtung 11 angehalten, so daß der im folgenden als Sollwert für die Bearbeitung weiterer Werkstücke dienende Meßwertverlauf in Form digitaler Meßwerte im Speicher 8 abgespeichert ist. Bei Beginn des nächsten Bearbeitungsvorganges wird der Teiler/Zähler 9 wieder gestartet, der Speicher 8 jedoch über den Steuersignalgeber 13 in die Lesefunktion umgeschaltet, so daß der D/A Wandler 12 aktiviert wird, an dessen Ausgang nun die in Speicher 8 abgespeicherten Meßwerte als analoge Referenzsignale für den Sollwerteingang des Vergleichers 7 vorliegen. Synchron mit dem Auslesen der Sollwerte gibt der Stromwandler 5 den Verlauf des jeweiligen Ist-Arbeitsstromes während der Bearbeitung eines Werkstückes 1 wieder, der nunmehr in der Vergleicherstufe 7 mit dem Sollwert verglichen wird.

Ändern sich nun während der Bearbeitung des Werkstückes die Betriebsbedingungen gegenüber den am ersten Werkstück gemessenen Bedingungen, zum Beispiel in Folge einer Verzunderung des am Werkstück 1 anliegenden Kontaktes 4, wird dies am Ausgang der Vergleichsstufe 7 durch Abgabe eines Alarmsignals an die Versorgungseinheit 3 festgestellt. Hierdurch wird der Bearbeitungsvorgang unterbrochen, so daß sich die Bearbeitungselektrode 2 nicht unkontrolliert weiter gegen das Werkstück 1 vorschieben kann, so daß eine mechanische Beschädigung von Werkzeug 2 bzw. Werkstück 1 vermieden wird.

Je nach Wahl der Fensterbreite des Vergleichers 7 aufgrund der Einstellung des Potentiometers 15 läßt sich die Schwelle für die Auslösung der Alarmfunktion vorwählen. Vorteilhafterweise wird diese so eng eingestellt, daß schon geringe Abweichungen des Arbeitsstromes vom Sollwertverlauf gemeldet werden. Auf diese Weise wird eine Einhaltung der geforderten Fertigungstoleranzen für das Werkstück 1 ermöglicht.

Je nach Geschwindigkeit des Bearbeitungsvorganges läßt sich durch das Teilerverhältnis des Teilers/Zählers 9 die Abtastrate der Wandler 6, 12 bzw. die Taktfrequenz des Speichers 8 so einstellen, daß eine optimale Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Speicherinhaltes gegeben ist.

Die im Ausführungsbeispiel beschriebene Vorrichtung wird bevorzugt für die Bearbeitung von Werkstücken durch elektrochemisches Senken verwendet. Jedoch ist auch eine Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung für elektrochemisches Entgraten denkbar, wobei der Unterschied zum elektrochemischen Senken allein darin besteht, daß beim Entgraten die am Werkstück anliegende Arbeitsspannung durch die Meßeinrichtung 5 überwacht wird, während durch die Versorgungseinheit 3 der Strom konstant gehalten wird.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum elektrochemischen Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere zum elektrochemischen Senken, mit einer gegen das Werkstück verstellbaren Bearbeitungselektrode (Werkzeug) und mit einer Versorgungseinheit für die dem Werkstück zugführte elektrische Arbeitsgröße (Strom/Spannung), gekennzeichnet durch einen Speicher (8) für den zeitlichen Verlauf der durch eine Meßeinrichtung (5) erfaßten elektrischen Arbeitsgröße und durch eine Vergleichsstufe (7) für den Vergleich des als Sollwert dienenden, abgespeicherten Verlaufs der Arbeitsgröße mit dem als Istwert von der Meßeinrichtung (5) gelieferten zeitlichen Verlauf wobei die Vergleichsstufe (7) beim Überschreiten einer vorgebbaren Soll/Istabweichung ein Steuersignal an die Versorgungseinheit (3) abgibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (8) ein nichtflüchtiger, elektrisch lösbarer Schreib-Lesespeicher (E²PROM) zum Abspeichern des Verlaufs des Ausgangssignals der Meßeinrichtung (5) in Form digitaler Meßwerte mit vorgebbaren zeitlichen Abständen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (8) Mittel aufweist, die in Abhängigkeit von der Änderungsgeschwindigkeit der Arbeitsgröße die Taktfrequenz des Speichers (8) zur Verbesserung der Auflösung verändern.

4. Verfahren zum elektrochemischen Bearbeiten von Werkstücken, bei dem eine Bearbeitungselektrode (Werkzeug) gegen das Werkstück verstellt wird, welches von einer Versorgungseinheit mit einer elektrischen Arbeitsgröße (Strom/Spannung) versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Bearbeitungsvorgang unterbrochen wird, wenn durch eine Vergleichsstufe (7) die Überschreitung einer zulässigen Differenz zwischen einem aus einem Speicher (8) ausgelesenen Sollwert und einem mit einer Meßeinrichtung (5) erfaßten Istwert für die elektrische Arbeitsgröße festgestellt wird, insbesondere unter Verwen­ dung einer Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3.