DE4335830C2

DE4335830C2 - Verfahren und Vorrichtung zum funkenerosiven Schneiden einer Innenecke in ein Werkstück mittels einer Drahtelektrode

Info

Publication number: DE4335830C2
Application number: DE4335830A
Authority: DE
Inventors: Takuji Magara; Hisashi Yamada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-10-20
Filing date: 1993-10-20
Publication date: 1998-10-08
Anticipated expiration: 2013-10-21
Also published as: DE4335830A1; US5418344A; CH688185A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum funkenerosiven Schneiden einer Innenecke in ein Werkstück mittels einer Drahtelektrode in mehreren aufeinanderfolgenden Bearbeitungsdurchgängen.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art sind aus der DE 37 90 661 T1 bekannt, welche der japanischen Offenlegungschrift Nr. SHO 63-105837 A entspricht.

Im folgenden sind das darin offenbarte Verfahren und die darin offenbarte Vorrichtung anhand von Fig. 6a bis 8 der Zeichnungen näher beschrieben.

Bei der bekannten Vorrichtung ist gemäß Fig. 6a und 6b eine Drahtelektrode 1 mit einer Spannungsversorgung 3 verbunden. Ein zu bearbeitendes Werkstück 2 ist in Bezug auf die Drahtelektrode in der Weise verstellbar, daß es auf einem in X-Richtung verstellbaren Tisch 4 gelagert ist, der seinerseits auf einem in Y-Richtung verstellbaren Tisch 5 angeordnet ist. Je ein Motor 6a, 6b dient zur Verstellung des Tisches 4 bzw. 5, wobei die Motoren 6a, 6b jeweils durch einen Servoverstärker 7a bzw. 7b angetrieben werden. Das Werkstück ist somit in der durch die X- und Y-Richtung bestimmten Ebene gegenüber der Drahtelektrode 1 verstellbar.

Beim Betrieb der Vorrichtung wird die Drahtelektode 1 in Richtung ihrer Längsachse durch eine an sich bekannte und deshalb nicht dargestellte Antriebseinrichtung in Bewegung versetzt. Durch die Stromversorgung 3 wird eine Impulsspannung an den Arbeitsspalt zwischen der Drahtelektrode 1 und dem Werkstück 2 angelegt, um so das Werkstück bei dessen Vorschub relativ zur Drahtelektrode funkenerosiv zu bearbeiten.

Ferner werden beim Betrieb der Vorrichtung ein NC-Programm 8 und Offset-Daten, die in einer Speichereinheit 9 gespeichert sind, in eine NC-Einheit 10 eingegeben. Diese enthält eine nicht dargestellte Berechnungseinrichtung, die im folgenden auch als Arithmetikeinheit bezeichnet wird, um auf der Grundlage des NC-Programmes und abgespeicherter Offset-Werte Bahnkurven zu berechnen, auf denen die Relativbewegung zwischen dem Werkstück und der Drahtelektrode in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Drahtelektrode erfolgen soll. Eine an die NC-Einheit angeschlossene Steuereinrichtung 11 steuert die Servoverstärker 7a, 7b zum Antrieb der Motoren 6a, 6b für die Herbeiführung einer zweidimensionalen Relativbewegung zwischen Werkstück 2 und Drahtelektrode 1 auf den von der NC-Einheit 10 berechneten Bahnkurven.

Wie Fig. 6b zeigt, ist eine Detektorschaltung 12 vorgesehen, welche die durchschnittliche Spannung am Arbeitsspalt während der Bearbeitung des Werkstücks ermittelt. Die Drahtelektrode 1 wird von einem Drahtspulenkörper 1 abgezogen und über einen Mechanismus 17 zur Regelung einer mechanischen Vorspannung dem Arbeitsspalt zugeführt. Dort befinden sich Dielektrikums- Düsen 13a, 13b. Am Ende des Drahtelektroden-Transportweges sind ein Laufrollenpaar 15 und ein Sammelbehälter 16.

Fig. 6c zeigt ein in der NC-Einrichtung 10 verwendetes Programm zur Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks 2 relativ zur Drahtelektrode 1. Am Anfang wird in einem Schritt S20 die am Arbeitspalt herrschende durchschnittliche Spannung ermittelt, worauf in einem Schritt S21 die Berechnungseinrichtung der NC-Einheit 10 eine Abweichung zwischen einer eingestellten Spannung und der Durchschnittsspannung am Arbeitsspalt pro Zeitabschnitt errechnet. In einem Schritt S22 berechnet dann die Berechnungseinrichtung der NC-Einheit 10 aus der im Schritt 21 ermittelten Spannungsabweichung ein Sollgeschwindigkeitssignal pro Zeitabschnitt, das an die Steuereinrichtung 11 geliefert wird.

Die Steuereinrichtung 11 gibt dann ein entsprechendes Geschwindigkeitssignal an die Servoverstärker 7a, 7b aus, um die Motoren 6a, 6b entsprechend anzutreiben, wodurch die Tische 4, 5 entsprechend verstellt und das Werkstück 2 in einer gewünschten Sequenz bewegt wird. Die Bewegungsgeschwindigkeit wird entsprechend dem Zustand im Arbeitsspalt geändert. Hierbei wird die Bewegungsgeschwindigkeit erhöht, wenn der Arbeitsspalt breit ist, und verringert, wenn dieser eng ist. Dadurch wird verhindert, daß die Drahtelektrode 1 in Berührung mit dem Werkstück 2 gelangt, so daß eine optimale Bearbeitung erzielt wird. Da die Spaltbreite während der Bearbeitung aus einer Durchschnittsspannung ermittelt wird, wird die Bewegungsgeschwindigkeit üblicherweise so gesteuert, daß die Durchschnittsspannung am Arbeitsspalt einem vorbestimmten eingestellten Wert entspricht.

Wie bereits erwähnt, wird im Programm gemäß Fig. 6c die Durchschnittsspannung im Schritt S20 ermittelt, worauf im Schritt S21 eine Differenz zwischen einer durch die Recheneinrichtung der NC-Einheit 10 bestimmten voreingestellten Spannung Vs und der durch die Detektoreinrichtung 12 jeweils ermittelten, am Arbeitsspalt vorhandenen Durchschnittsspannung V berechnet wird. Diese Differenzspannung wird nachfolgend auch als Fehlerspannung Ve bezeichnet.

Die Arithmetikeinheit in der NC-Einheit 10 berechnet dann in jedem Zeitabschnitt n einen Geschwindigkeitskomponenten- Änderungswert DF(n), der als Funktion der Fehlerspannung Ve definiert ist. DF(n) wird aus dem Produkt eines Umwandlungsparameters K, der einen Spannungswert in eine Geschwindigkeitswert umwandelt, und der Fehlerspannung Ve(n) bestimmt. Dann wird eine aktualisierte Soll- Geschwindigkeit F(n) berechnet, die als das Ergebnis der Addition des Geschwindigkeits-Komponenten-Änderungswertes DF(n) zu einem vorher berechneten Wert F(n - 1) erhalten wird. Das Signal dieser Sollgeschwindigkeit wird an die Servoverstärker 7a, 7b übertragen zum Antrieb der Servomotoren 6a, 6b, wodurch die Tische 4, 5 und damit auch das Werkstück 2 mit einer gewünschten Soll-Geschwindigkeit bewegt werden. Diese Arithmetikvorgänge werden pro Zeitabschnitt (Samplingzeit) n wiederholt. Dementsprechend wird die Steuerung derart ausgeführt, daß sich die Bewegungsgeschwindigkeit des Werkstücks entsprechend den Daten des Arbeitsspeichers und entsprechend der fortschreitenden Bearbeitung ändern kann.

Anhand von Fig. 7a der Zeichnungen wird eine Endbearbeitung einer Ecke im Werkstück unter Berücksichtigung nachstehend näher beschrieben. Fig. 7a zeigt die Änderungen des Abtrags bei der Endbearbeitung einer Innenecke. Darin bezeichnet A ein gerades Bewegungsintervall, B ein Abtragserhöhungsintervall, in welchem der Materialabtrag vor der Ecke zunimmt, C ein Bogenbewegungsintervall, D ein Abtragsverringerungsintervall, in welchem vor dem Ende der Bogenbewegung der Materialabtrag geringer wird, und E ein gerades Bewegungsintervall im Anschluß an die Ecke. O₁ bis O₄ bezeichnen Positionen des Drahtmittelpunktes in einem Eckenendbearbeitungsvorgang. Im einzelnen bezeichnen O₁ die Position des Drahtzentrums beim Startpunkt des Abtragserhöhungsintervalls A, O_B die Position des Drahtzentrums in jedem Punkt in dem Abtragserhöhungsintervall B, O₂ die Position des Drahtzentrums am Startpunkt der Bogenbewegung C, O₃ die Position des Drahtzentrums am Startpunkt des Abtragsverringerungsintervalls D, und O_D die Position des Drahtzentrums an jedem Punkt innerhalb es Abtragsverringerungsintervalls D, und O₄ die Position des Drahtzentrums am Endpunkt der Bogenbewegung.

L₁ bis L₄ bezeichnen die jeweilige Tiefe des Materialabtrags an entsprechenden Drahtzentrumspositionen O₁ bis O₄, wobei L₁ den Abtrag bezeichnet, wenn sich das Drahtzentrum in der Position O₁ befindet, L_B den Abtrag, wenn sich das Drahtzentrum in der Position O_B befindet, L₂ den Abtrag, wenn sich das Drahtzentrum in der Position O₂ befindet, L₃ den Abtrag, wenn sich das Drahtzentrum in der Position O₃ befindet, L_D den Abtrag, wenn sich das Drahtzentrum in der Position O_D befindet, und L₄ den Abtrag, wenn sich das Drahtzentrum in der Position O₄ befindet. Der Parameter r bezeichnet einen Abstand des Mittelpunktes eines Kreisbogenortes von einer bearbeiteten Oberfläche (in Fig. 7a durch eine gestrichelte Linie dargestellt) im Bereich der Ecke, und r' bezeichnet den Bogenradius des Ortes des Drahtzentrums im Bereich der Ecke.

In Fig. 7a wird der Materialabtrag beim geradlinigen Schneiden im Intervall A bis zum Erreichen der Position O₁ des Drahtmittelpunktes durch L₁ gekennzeichnet. Der Abtrag steigt am Beginn der Ecke, also am Beginn des Intervalls B, abrupt von mit L₁ auf L₂ an, und die Ecke wird so geschnitten, daß der Abtrag erhöht bleibt (Intervall C). Der Abtrag am Auslaß der Ecke (Intervall D) nimmt abrupt von L₃ auf L₄ ab, und kehrt zu dem Wert zurück, den der Abtrag beim geradlinigen Schneiden aufweist (Intervall D).

Fig. 7b zeigt ein Beispiel für typische Änderungen des Abtragsbetrages (gemessen in µm) bei der Endbearbeitung einer Innenecke.

Im Gegensatz hierzu erfolgt bei der Endbearbeitung einer Außenecke eine Erhöhung des Betrages des Materialabtrages, wie dies in dem Beispiel gemäß Fig. 7c gezeigt ist.

Bei Erodiermaschinen der bekannten Art mußte darauf geachtet werden, daß abrupte Geschwindigkeitsänderungen vermieden werden. Da nämlich die Drahtelektrode 1 nicht starr ist und abrupte Änderungen der Geschwindigkeit zu Schwingungen der Drahtelektrode führen, kann dies ein wiederholtes Schließen und Öffnen des Arbeitsspaltes zur Folge haben, so daß eine ordnungsgemäße Bearbeitung des Werkstückes erschwert oder gar unmöglich wird.

Ferner ist es bei bekannten Erodiermaschinen mit einem Aufbau der voranstehend beschriebenen Art häufig nicht möglich, mit der Geschwindigkeit auf abrupte Änderungen des Abtrags bei der Endbearbeitung einer Ecke zu reagieren, wodurch sich der Arbeitsspalt an der Ecke ändert, was zu Fehlern bei der Formung der Ecke führt.

Fig. 8 der Zeichnungen zeigt eine weitere Schwierigkeit, welche bei herkömmlichen Erodiermaschinen die Bahnkurven zur Führung der Drahtelektrode bei der Innenecken- Endbearbeitung betrifft. Bei der Endbearbeitung einer Innenecke wird die Innenecke dadurch bearbeitet, daß ein Eckenradius in mehreren aufeinanderfolgenden Bearbeitungsdurchgängen geändert wird (erster bis vierter Schnitt in der Zeichnung), so daß eine bearbeitete Form einen gewünschten Radius R nach dem letzten Bearbeitungsdurchgang aufweist, also nach dem vierten Schneidvorgang bei der Ausführungsform nach Fig. 8. Die Innenecke wird nämlich auf der Bahn so bearbeitet, daß der Eckenradius bei jedem Bearbeitungsdurchgang einen Wert annimmt, der durch Subtrahieren eines Offset-Wertes in jedem Bearbeitungsdurchgang von einem programmierten Radius R (endgültiger gewünschter Radius) auf nachstehende Weise erhalten wird:

Rn = R - Hn.

Hierbei ist Rn der Bahnkurvenradius im Eckenbereich bei der n-ten Bearbeitung, R ist der programmierte Radius und Hn ist der Offset-Wert bei der n-ten Bearbeitung.

Bei der vorbeschriebenen herkömmlichen Erodiermaschine mit dem voranstehend beschriebenen Aufbau war es erforderlich, einen Eckenradius allmählich zu erhöhen, wenn die Bearbeitung sich von der Grobbearbeitung zur Endbearbeitung ändert. Auf diese Weise wurde schließlich der gewünschte Eckenradius erreicht. Allerdings gab es in der Praxis eine Grenze von etwa 0,2 mm für den Minimalradius einer Innenecke, die durch eine Drahtelektrode von beispielsweise 0,2 mm Durchmesser endbearbeitet werden konnte.

Aus der Druckschrift JP 1-228 727 (A) ist es bekannt, veränderliche Offset-Werte bei der Bearbeitung von Ecken vorzusehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben bzw. zu schaffen zum funkenerosiven Schneiden einer Innenecke in ein Werkstück mittels einer Drahtelektrode in mehreren aufeinanderfolgenden Bearbeitungsdurchgängen, wobei auch vergleichsweise kleine Eckenradien mit hoher Genauigkeit erzielt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Verfahren nach dem Patentanspruch 1 bzw. mit der Vorrichtung nach dem Patentanspruch 6 gelöst.

Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den auf die Patentansprüche 1 und 6 jeweils rückbezogenen Unteransprüchen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1a eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum funkenerosiven Schneiden einer Innenecke in schematischer Darstellung,

Fig. 1b eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung,

Fig. 2a Bahnkurven für die Bearbeitung einer Innenecke eines Werkstücks bei der ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2b Bahnkurven und Materialabtrag bei der Bearbeitung einer Innenecke zur Beschreibung des Betriebs der Vorrichtung nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 Änderungen des Materialabtrags bei der Bearbeitung einer Innenecke zur Beschreibung des Betriebs der Vorrichtung nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Betriebs einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Betriebs einer vierten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6a eine herkömmliche Vorrichtung zum funkenerosiven Schneiden einer Innenecke in schematischer Darstellung,

Fig. 6b eine weitere herkömmliche Vorrichtung zum funkenerosiven Schneiden einer Innenecke in schematischer Darstellung,

Fig. 6c ein Flußdiagramm zur Geschwindigkeitssteuerung bei einer herkömmlichen Vorrichtung zum funkenerosiven Schneiden einer Innenecke,

Fig. 7a Bahnkurven und Materialabtrag bei der Bearbeitung einer Innenecke zur Beschreibung des Betriebs einer herkömmlichen Erodiervorrichtung,

Fig. 7b Änderungen des Materialabtrags bei der Bearbeitung einer Innenecke mit einer herkömmlichen Erodiervorrichtung,

Fig. 7c Änderungen des Materialabtrags bei der Bearbeitung einer Außenecke mit einer herkömmlichen Erodiervorrichtung und

Fig. 8 Bahnkurven bei der Innenecken-Endbearbeitung bei der herkömmlichen Drahterodiermaschine.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Fig. 1a und 2a eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1a entsprechen die Drahtelektrode 1, das Werkstück 2, die Stromversorgung 3, der X-Tisch 4, der Y-Tisch 5, die Motoren 6a und 6b, die Servoverstärker 7a und 7b, das NC- Programm 8 und die Speichervorrichtung 9 zum Speichern von Offset-Daten den mit gleichen Bezugszahlen versehenen Komponenten der herkömmlichen Erodiermaschine nach Fig. 6a.

Anstelle der NC-Einheit 10 der herkömmlichen Erodiermaschine ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1a eine NC-Einheit 10' vorgesehen, in der eine Berechnungseinrichtung 20 (im folgenden auch Arithmetikeinheit genannt) gesondert dargestellt ist. Ferner ist eine Umschalteinrichtung 21 vorgesehen, der zur Auswahl zwischen einem Standard-Bearbeitungsmodus herkömmlicher Art und einem Bearbeitungsmodus gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren dient. Die Arithmetikeinheit 20 dient zur Berechnung einer Bahnkurve an einer Innenkante für jeden Bearbeitungsdurchgang auf der Grundlage des NC- Programms und von Offset-Daten, so daß bei der Inneneckenbearbeitung im Zuge von mehreren Bearbeitungsvorgängen kreisförmige Bahnkurven denselben Radius aufweisen, wenn mit der Umschalteinrichtung der Bearbeitungsmodus nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eingestellt wurde.

Die Steuereinrichtung 11 dient zum Steuern von Bewegungsabläufen derart, daß der Inneneckenradius bei jedem Bearbeitungsdurchgang gleich ist, entsprechend den Bahnkurven, die von der Arithmetikeinheit 20 berechnet werden.

Bei Inbetriebsetzen der Vorrichtung nach Fig. 1a wird wie bei der beschriebenen herkömmlichen Erodiermaschine die Drahtelektrode 1 durch eine nicht dargestellte Drahtelektroden-Antriebseinrichtung in Bewegung gesetzt, und von der Stromversorgung 3 wird an den Arbeitsspalt zwichen der Drahtelektrode 1 und dem Werkstück 2 eine Impulsspannung angelegt. Die Arithmetikeinheit 20 berechnet die Bahnkurven auf der Grundlage des NC-Programms und der Offset-Daten, die von einem Speicher oder einem NC-Band (Magnetband) geliefert werden.

Wenn mit der Umschalteinrichtung 21 der Bearbeitungsmodus nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eingestellt wurde, berechnet die Arithmetikeinheit 20 eine Bahnkurve für die Bearbeitung der Innenecke in jedem Bearbeitungsvorgang auf solche Weise, daß kreisförmige Bahnen, die bei der Inneneckenbearbeitung in den aufeinanderfolgenden Bearbeitungsvorgängen einen unterschiedlichen Offset-Wert aufweisen, im Ergebnis denselben Radius haben. Entsprechend den Berechnungsergebnissen für die Bahnkurven gibt die Steuereinrichtung 11 Befehlssignale an die X- und Y- Servoverstärker 7a, 7b zum Antrieb der Motoren 6a und 6b, wodurch die Drahtelektrode 1 und das Werkstück 2 relativ zueinander zweidimensional bewegt werden, um das Werkstück 2 zu bearbeiten.

Fig. 2a zeigt die Bahnkurven bei der Innenecken- Endbearbeitung bei Verwendung der Vorrichtung nach der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1a. Bei der Endbearbeitung der Innenecke wird diese so bearbeitet, daß ein Eckenradius bei den mehreren Bearbeitungsdurchgängen (erster bis vierter Schneidvorgang gemäß Fig. 2a) gleichmäßig ist. Dabei reichen die aufeinanderfolgenden Bearbeitungsdurchgänge von der Grobbearbeitung (erster Schneidvorgang im ersten Bearbeitungsdurchgang gemäß Fig. 2a) bis zur endgültigen Feinbearbeitung (vierter Schneidvorgang im vierten Bearbeitungsdurchgang gemäß Fig. 2a).

Nur der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß bei Einstellung eines herkömmlichen Standard- Bearbeitungsprogramms mittels der Umschalteinrichtung 21 die Arithmetikeinheit 20 die Bahnkurven so berechnet, daß der Eckenradius bei den Bearbeitungsdurchgängen (erster bis vierter Schnitt in Fig. 2a) geändert wird, wie in Fig. 7a für eine herkömmliche Eckenbearbeitung gezeigt ist, so daß das Werkstück bei Einstellung einer Innenecken-Bearbeitung nach dem vorgenannten Standard-Bearbeitungsmodus entsprechend dem Ergebnis einer derartigen Berechnung bearbeitet wird.

Während bei Verwendung einer Drahtelektrode mit einem Durchmesser von 0,2 mm mit einem herkömmlichen Bearbeitungsverfahren ein minimaler Eckenradius nicht unter annähernd 0,2 mm erreicht wird, ermöglichen das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung bei der Bearbeitung einer Innenecke längs Bahnkurven mit konstantem Radius einen minimalen Eckenradius von annähernd 0,15 mm, wenn wiederum eine Drahtelektrode mit einem Durchmesser von 0,2 mm verwendet wird.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1b, 2b und 3 eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Fig. 1b gleicht Fig. 1a mit der Ausnahme, daß eine zusätzliche Berechnungseinrichtung 22 (im folgenden auch zusätzliche Arithmetikeinheit genannt) vorgesehen ist, welche die Änderung des Abtrags an der Innenecke bei jedem Bearbeitungsdurchgang aus den durch die Arithmetikeinheit 20 bestimmten Bahnkurven berechnet. Weiterhin ist eine zusätzliche Steuereinrichtung 23 vorgesehen, die an den Ausgang der Arithmetikeinheit 22 angeschlossen ist, um den durch elektrische Arbeitsparameter bestimmten Zustand im Arbeitsspalt bei der Bearbeitung der Innenecke entsprechend einer Erhöhung oder Verringerung des Abtrags auf der Grundlage des Berechnungsergebnisses der zusätzlichen Arithmetikeinheit 22 zu ändern und zu steuern.

Im Betrieb wird bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1b die Drahtelektrode 1 durch eine Drahtelektroden- Antriebseinrichtung (nicht gezeigt) in Bewegung versetzt, und ein Impulsspannung wird von der Stromversorgung 3 zwischen die Drahtelektrode 1 und das Werkstück 2 angelegt, um dieses zu bearbeiten. Die Arithmetikeinheit 20 berechnet die Bahnkurven auf der Grundlage des NC-Programms und der Offset-Daten, die vorher durch einen Speicher oder ein NC- Band geliefert werden. Bei Einstellung des erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahrens mittels der Umschalteinrichtung 21 berechnet die Arithmetikeinheit 20 eine Bahnkurve an der Innenecke für jeden Bearbeitungsdurchgang derart, daß bei der Innenecken- Bearbeitung bei den aufeinanderfolgenden Bearbeitungsdurchgängen kreisbogenförmige Bahnkurven, die einen unterschiedlichen Offset-Wert aufweisen, im Ergebnis denselben Radius haben, wie dies in Fig. 2a gezeigt ist. Entsprechend den Berechnungsergebnissen für die Bahnkurven gibt die Steuereinrichtung 11 Bewegungsbefehlssignale an die X- und Y-Servo-Verstärker 7a, 7b zum Antrieb der Motoren 6a, 6b aus, wodurch die Drahtelektrode 1 und das Werkstück 2 relativ zueinander zweidimensional bewegt werden, um das Werkstück 2 zu bearbeiten.

Inzwischen berechnet die Arithmetikeinheit 22 die Änderung des Abtrags an der Innenecke bei jedem Bearbeitungsdurchgang aus den Bahnkurven, die von der Arithmetikeinheit 20 bestimmt wurden. Die Fig. 2b und 3 zeigen die Änderungen des Abtrags bei der Inneneckenbearbeitung. In diesen Zeichnungen ist zwar der Abtrag beim Wert von L₀ bis zur Position O0 des Elektrodenmittelpunktes gleichmäßig, jedoch steigt der Abtrag in einem linearen Bewegungsbereich (Bereich B in Fig. 3) vor der Kreisbogenbewegung in der Elektroden- Zentrumsposition O0 bis O3 abrupt an und erreicht einen Maximalwert an dem Startpunkt O3 für die Kreisbogenbewegung. Daraufhin nimmt der Abtrag in einem Kreisbewegungsbereich (Bereich C in Fig. 3) plötzlich ab und kehrt zum Wert des Abtrags im linearen Abschnitt von L7 (= L0) an einem Endpunkt O7 für die Kreisbogenbewegung zurück.

Das Verhältnis der Abtragsänderung in dem Bearbeitungsmodus nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist erheblich höher als bei herkömmlichen Standard-Verfahren zur Eckenbearbeitung, das in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. SHO 63-105837 A beschrieben ist. Daher kann eine herkömmliche Durchschnittsspannungs/Konstantzuführungs-Steuerung nicht auf derartige plötzliche Abtragsänderungen reagieren, und es tritt ein Kurzschluß oder dergleichen an der Innenecke auf, was die Bearbeitung extrem schwierig macht und die Bearbeitungsgenauigkeit wesentlich verringert.

Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die Änderungen des Abtrags auf der Innenecke berechnet, und die elektrischen Bearbeitungsbedingungen entsprechend den Abtragsänderungen geändert, um das Werkstück zu bearbeiten. Da der Abtrag in dem Bereich B vor der Innenecke abrupt zunimmt, wie in Fig. 3 gezeigt ist, wird nämlich die Entladungsfrequenz erhöht, so daß der mittlere Bearbeitungsstrom stärker und so die Bearbeitungsenergie erhöht wird. Da der Abtrag in dem kreisförmigen Bewegungsbereich C plötzlich abnimmt, wird dort die Bearbeitungsenergie verringert.

Überlegt man sich den Vorgang beim Abtragen von Material an einer Ecke, wie in Fig. 2b dargestellt, so läßt sich die Art und Weise der Festlegung des Abtragbetrages wie nachstehend angegeben verstehen.

In Fig. 2b wird zuerst der Abtrag von Material während der Linearbewegung vor der Ecke betrachtet, also im Bereich der Elektrodenzentrumspositionen 00 bis 03. Wird das Zentrum der relativen Kreisbogen-Elektrodenbewegung als Ursprung (0, 0) definiert, so ergibt sich für den Elektrodenumfang folgende Gleichung:

(x - 1_x)² + (y + r)² = R² (1)

hierbei ist r der Radius des Kreisbogenbahn des Drahtzentrums und R der Drahtelektroden-Radius.

Dann ergibt sich die Gleichung für die Oberfläche vor der Endbearbeitung wie folgt:

(x - ΔH)² + (y - ΔH)² = (R + r)² (2)

Hierbei ist ΔH der Elektrodenverschiebungswert, also die Differenz zwischen der Bahnkurve der vorhergehenden Bearbeitung und dem Offset-Wert.

Wird angenommen, daß die Koordinaten des Schnittpunkts der beiden Gleichungen (1) und (2) gegeben sind durch (x_p1, y_p1), so ergibt sich folgender Abtrag L:

L = R + r - y_p1 (3)

Durch Berechnung des Schnittpunktes der Gleichungen (1) und (2) und Einsetzen des Ergebnisses in Gleichung (3) ergibt sich daher der Abtrag L zum Zeitpunkt der Linearbewegung vor der Ecke (Bereich B in Fig. 3).

Bezüglich des Abtrags von Material in dem kreisbogenförmigen bewegungsbereich an der Ecke, d. h. im Bereich der Positionen O3 bis O7 des Elektrodenzentrums, ergibt sich eine ähnliche Gleichung für den Elektrodenumfang:

(x + rsin Θ)² + (y + rcos Θ)² = R² (4)

hierbei ist Θ der Winkel der Zentrumsposition auf der kreisförmigen Bahn.

Dann ergibt sich die Gleichung der Oberfläche vor der Endbearbeitung als

x = ΔH - R - r (5)

Die Koordinaten des Schnittpunktes der voranstehenden Gleichungen (4) und (5) sind definiert als (x_p2, y_p2). Nimmt man nunmehr an, daß der Schnittpunkt einer Tangente auf den Elektrodenumfang und einer Senkrechten von (x_p2, y_p2) zur Tangente gegeben ist durch (x_p3, y_p3), so ergibt sich folgender Abtrag L:

L = [(X_p3 - X_p2)² + (Y_p3 - Y_p2)²]^0,5 (6)

Durch Auffinden des Schnittpunktes der Gleichungen (4) und (5), Ermittlung des Schnittpunktes der Senkrechten von dem Schnittpunkt zur Tangenten auf dem Elektrodenumfang und der Tangente, und Berechnung des Abstandes zwischen den beiden Schnittpunkten unter Verwendung von Gleichung (6) ergibt sich daher der Abtrag L bei der Kreisbogenbewegung an der Ecke (Bereich C in Fig. 3).

Während bei einem herkömmlichen Bearbeitungsverfahren mit einer Drahtelektrode mit einem Durchmesser von 0,2 mm ein minimaler Eckenradius von annähernd 0,2 mm erreicht wird, ermöglicht das voranstehend angegebene Verfahren bei Verwendung einer Drahtelektrode mit einem Durchmesser von 0,2 mm die Erzielung einer Ecke mit einem minimalen Eckenradius von annähernd 0,11 mm, nämlich durch Bearbeitung der Ecke in dem Bearbeitungsmodus mit gleichbleibendem Bahnradius und durch Änderung und Steuerung der elektrischen Bearbeitungsbedingungen in Abhängigkeit von den Abtragsänderungen. Darüber hinaus wird ein Fehler in der Form der Innenecke auf weniger als 2 µm verringert.

Zwar wurde die vorstehend beschriebene Ausführungsform anhand eines Beispiels erläutert, bei welchem die elektrischen Bearbeitungsbedingungen entsprechend dem Abtrag an der Innenecke geändert wurden, jedoch wird darauf hingewiesen, daß auch die anderen Bearbeitungsbedingungen, beispielsweise Vorschubraten und Bahnkurven, geändert werden können, um eine Kompensation bei der Erzielung der endgültig bearbeiteten Form zu erreichen. Mit anderen Worten wird eine solche Steuerung durchgeführt, daß die Vorschubraten in dem Bereich B vor der Ecke verringert werden, wo der Abtrag zunimmt, und die Vorschubrate in dem Kreisbogenbewegungsbereich C erhöht wird, in welchem der Abtrag abnimmt, um so die Bearbeitungsgenaugigkeit zu erhöhen.

Wenn der Abtrag zunimmt, tritt im allgemeinen ein übermäßig starkes Schneiden auf, wie dies in der japanischen Offengelegungsschrift SHO 63-105837 A beschrieben ist. Durch Änderung der Bahnkurven zur Kompensierung dieses übermäßigen Schneidens läßt sich daher auch eine Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit erreichen.

Nachstehend wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung anhand von Fig. 4 beschrieben. Dort ist ein Flußdiagramm mit einer Darstellung der Geschwindigkeitssteuerung bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Schritt S21 bezeichnet einen Schritt, der normalerweise von einer Berechnungseinrichtung ausgeführt wird, und für einen jeweiligen vorbestimmten Zeitabschnitt (Samplingzeit) die Berechnung eines Fehlers zwischen einer eingestellten Spannung und einer Durchschnittsspannung am Arbeitsspalt betrifft, die gemäß Schritt S20 festgestellt wird. Daraufhin wird ein Schritt S22 von der Arithmetikeinheit ausgeführt. Er betrifft die Berechnung einer Sollgeschwindigkeit aus der im Schritt S21 ermittelten Fehlerspannung. Schließlich wird in einem Schritt S23 ein eingestellter Geschwindigkeitswert als Sollgeschwindigkeitsbefehlswert definiert, wenn der Sollgeschwindigkeitsbefehlswert den eingestellten Geschwindigkeitswert bei der Endbearbeitung eines Kreisbogens überschritten hat.

Nachstehend wird anhand von Fig. 1, 4 und 6b der Betriebsablauf beschrieben. Von der Stromversorgung 3 wird an den Arbeitsspalt zwischen der Drahtelektrode 1 und dem Werkstück 2 eine Bearbeitungsspannung angelegt und zwischen diesen Teilen eine elektrische Entladung erzeugt, so daß die Bearbeitung weitergehen kann.

Zuerst wird die Durchschnittsspannung oder mittlere Spannung von dem Detektor 12 im Schritt S20 ermittelt, und an die numerische Steuereinheit 10 geliefert. Dann berechnet im Schritt S21 die Arithmetikeinheit 20 eine Differenz zwischen einer Einstellspannung Vs, die bereits voreingestellt wurde, und der Durchschnittsspannung V am Arbeitsspalt, die von der Arbeitsspalt- Spannungsdetektorschaltung 12 ermittelt wird (nachstehend als die Fehlerspannung Ve bezeichnet). In diesem Fall kann die Fehlerspannung Ve durch das Verhältnis der Einstellspannung Vs zur Durchschnitts-Arbeitsspalt-Spannung V repräsentiert werden.

Dann berechnet im Sehritt S22 die Arithmetikeinheit 20 einen Geschwindigkeitskomponenten-Änderungswert DF(n), definiert als Funktion der Fehlerspannung Ve, die das Produkt beispielsweise eines Umwandlungsparameters K zum Umwandeln eines Spannungswertes in einen Geschwindigkeitswert und der Fehlerspannung ist, und berechnet weiterhin eine aktualisierte Sollgeschwindigkeit F(n), die dadurch erhalten wurde, daß der Geschwindigkeitskomponenten-Änderungswert DF(n) zu einem vorher berechneten Wert F(n - 1) hinzuaddiert wird.

Bei der Verarbeitung in der Arithmetikeinheit ist der eingestellte Geschwindigkeitswert FImax als Funktion des programmierten Kreisbogenradius R und des Elektroden- Offsets H definiert, und geeignete Einstellgeschwindigkeitswerte werden entsprechend der Größe der Ecke mit dem Radius R und dem Offset H berechnet. Diese lassen sich beispielsweise durch die nachstehende Beziehung darstellen:

Innenecke: FImax = b ((R - H)/R)^a (7)

wobei a und b Werte sind, die durch die Dicke und andere Parameter des plattenförmigen Werkstücks 2 festgelegt sind. Wie voranstehend erläutert, wird ein relativ niedriger Einstellgeschwindigkeits-Wert für die Innenecke eingestellt.

Wie wiederum aus Fig. 4 hervorgeht, vergleicht dann die Arithmetikeinheit im Schritt S23 den eingestellten Geschwindigkeitswert FImax und die Sollgeschwindigkeit F(n). Falls die Sollgeschwindigkeit F(n) den eingestellten Geschwindigkeitswert bei der Endbearbeitung eines Bogenstückes überschritten hat, so wird ein arithmetischer Vorgang ausgeführt, um den eingestellten Geschwindigkeitswert als Geschwindigkeitsbefehl zu definieren, und dieses Ergebnis wird als die endgültige Sollgeschwindigkeit verwendet. Dieses Sollgeschwindigkeitssignal wird an die Servoverstärker 7a, 7b übertragen zum Antrieb der Servomotoren 6a, 6b, wodurch der Tisch 4 und das Werkstück 2 mit einer gewünschten Sollgeschwindigkeit bewegt werden. Derartige Arithmetikoperationen werden pro vorbestimmter Samplingzeit wiederholt. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Werkstücks wird so gesteuert, daß sie sich entsprechend dem Zustand des Arbeitsspaltes ändert, und die Bearbeitung geht weiter.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 5 nachstehend erläutert, die ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Betriebs der vorliegenden Erfindung darstellt. Nach der Erfassung einer mittleren Spannung V, wie voranstehend unter Bezug auf den Schritt S20 erläutert wurde, berechnet die Arithmetikeinheit 20 einen Fehler zwischen einer eingestellten Spannung und einer Durchschnitts-Arbeitsspalt-Spannung pro vorbestimmten Sampling-Zeitintervall im Schritt S21. Daraufhin berechnet die Arithmetikeinheit 20 eine Integrationskommponente im Schritt S26 durch Addieren eines Geschwindigkeits- Änderungswertes, der unter Berücksichtigung der Geschwindigkeitsinformation bei einem vorherigen Samplingvorgang erhalten wurde, zu einem vorher berechneten Wert. Gleichzeitig berechnet im Schritt S27 die Arithmetikeinheit 20 eine Einschwingkomponente pro Samplingzeit aus dem Berechnungsergebnis für eine Fehlerspannung, die von der Arithmetikeinheit 20 im Schritt S21 ermittelt wurde. Im Schritt S23 definiert die Arithmetikeinheit 20 einen eingestellten Geschwindigkeitswert als die Integrationskomponente, falls die Integrationskomponente an einem Bogen den eingestellten Geschwindigkeitswert überschritten hat.

Schließlich berechnet im Schritt S28 die Arithmetikeinheit eine Sollgeschwindigkeit pro Samplingzeit aus der Gesamtsumme der Integrationskomponente und der Einschwingkomponente.

Im Betrieb wird wie bei dem herkömmlichen Verfahren gemäß Fig. 6b und 6c ein Bearbeitungsstrom von der Stromversorgung 3 über die Drahtelektrode 1 und das Werkstück 2 geführt, wodurch sich zwischen diesen beiden Teilen eine elektrische Entladung entwickelt, so daß die Bearbeitung weitergehen kann. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, berechnet im Schritt S21 die Arithmetikeinheit 20 eine Differenz zwischen einer eingestellten Spannung Vs, die bereits voreingestellt wurde, und einer Durchschnittsarbeitsspalt-Spannung V, die von der Arbeitsspalt-Detektorschaltung 5 ermittelt wird (nachstehend als die Fehlerspannung bezeichnet). Im Schritt S26 berechnet die Arithmetikeinheit 21 einen Integrationskomponenten-Änderungswert DFI(n), der als Funktion der Fehlerspannung Ve und einer vorherigen Geschwindigkeitskomponente definiert wurde. Beispielsweise wird der Integrationskomponenten-Änderungswert DFI(n) durch den nachstehenden Ausdruck dargestellt:

DFI(n) = K1 Ve(n) FI(n - 1) (8)

Hierbei ist K1 ein Umwandlungsparameter zur Umwandlung eines Spannungswertes in einen Geschwindigkeitswert. Daraufhin wird eine aktualisierte Integrationskomponente FI(n) berechnet durch Hinzuaddieren des Integrationskomponenten-Änderungswertes DFI(n) zu einem vorher berechneten Wert FI(n - 1). Gleichzeitig mit der Berechnung der Integrationskomponente führt die Arithmetikeinheit 20 den Schritt S27 aus und berechnet eine Einschwingkomponente FE pro Samplingzeit aus dem Berechnungsergebnis für die Fehlerspannung, das von der Arithmetikeinheit im Schritt S21 ermittelt wurde. Die Einschwingkomponente kann beispielsweise durch die nachstehende Beziehung wiedergegeben werden:

FE(n) = K2 Ve(n) (9)

Hierbei ist K2 ein Umwandlungsparameter zur Umwandlung eines Spannungswertes in einen Geschwindigkeitswert.

In der Arithmetikeinheit wird ein eingestellter Geschwindigkeitswert FImax als Funktion des programmierten Kreisbogenradius R und des Elektroden-Offsets H definiert, und es werden geeignete Einstellgeschwindigkeitswerte entsprechend der Größe des Eckenradius R und des Offsets H berechnet. Es wird ein relativ niedriger eingestellter Geschwindigkeitswert für die Innenecke eingestellt. Die Arithmetikeinheit 20 vergleicht im Schritt S23 von Fig. 5 den eingestellten Geschwindigkeitswert FImax und die Integrationskomponente FI(n). Falls bei der Endbearbeitung eines Bogens die Integrationskomponente FI(n) den eingestellten Geschwindigkeitswert überschritten hat, wird eine Arithmetikoperation ausgeführt, um den eingestellten Geschwindigkeitswert als die Integrationskomponente zu definieren. Schließlich berechnet die Arithmetikeinheit im Schritt S28 die Gesamtsumme der Integrationskomponenten, die im Schritt S26 ermittelt wurden, und der Einschwingkomponente, die im Schritt S27 ermittelt wurde, und dieses Ergebnis wird als die endgültige Sollgeschwindigkeit verwendet.

Wie bei der konventionellen Anordnung gemäß Fig. 6b wird dieses Sollgeschwindigkeitssignal an den Servoverstärker 7 zum Antrieb des Servomotors 6 übertragen, wodurch der Tisch 4 und das Werkstück 2 mit einer gewünschten Sollgeschwindigkeit bewegt werden. Derartige Arithmetikoperationen werden pro vorbestimmter Samplingzeit wiederholt, es wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Werkstücks so gesteuert, daß sie sich entsprechend dem Zustand des Arbeitsspaltes ändert, und die Bearbeitung geht weiter.

Wie aus den vorstehenden Erläuterungen besonders deutlich wird, wird bei der vorliegenden Erfindung eine Innenecke auf einer Bahnkurve mit demselben Radius bei jedem Bearbeitungsvorgang bearbeitet, wodurch der minimale bearbeitbare Eckenradius extrem verringert werden kann, verglichen mit dem Stand der Technik.

Weiterhin wird deutlich, daß die vorliegende Erfindung so ausgelegt ist, daß sie eine Innenecke auf einer Bahnkurve mit demselben Radius bei jedem Bearbeitungsvorgang bearbeitet, und die Ecke unter Bearbeitungsbedingungen bearbeitet, beispielsweise elektrischen Arbeitsbedingungen sowie Vorschubraten, die entsprechend den Änderungen des Abtrags der Innenecke geändert werden, wodurch der minimale, noch bearbeitbare Inneneckenradius extrem verringert werden kann, und die fein bearbeitete Innenform der Ecke bezüglich der Bearbeitungsgenauigkeit wesentlich verbessert werden kann.

Weiterhin wird deutlich, daß die voranstehend beschriebene vorliegende Erfindung auch zu einer Drahterodiermaschine führt, welche einen eingestellten Geschwindigkeitswert in Reaktion auf einen Eckenbogenradius und einen Elektroden- Offset an einer Ecke auffindet, und die Sollgeschwindigkeit so steuert, daß diese sofort gleich dem eingestellten Geschwindigkeitswert an einer Innenecke ist, wodurch ein Unterschneiden bei der Endbearbeitung einer Innenecke verhindert werden kann.

Weiterhin wird deutlich, daß die vorliegende Erfindung eine Drahterodiermaschine zur Verfügung stellt, welche eine Integrationskomponente so steuert, daß sie sofort an einer Ecke gleich einem eingestellten Geschwindigkeitswert ist. Da eine Einschwingkomponente für die Integrationskomponente berücksichtigt wird, ist die Maschine an subtile Abtragsänderungen beim Eckenschneiden angepaßt, wodurch die Exaktheit der Eckenform weiter verbessert wird. Wenn eine abrupte Änderung des Bearbeitungsbereichs (des Abtrags) auftritt, wenn beispielsweise ein Draht an einer Endstirnfläche eines Werkstücks angreift, kann darüber hinaus die Maschine das Werkstück extrem stabil schneidend bearbeiten.

Claims

1. Verfahren zum funkenerosiven Schneiden einer Innenecke in ein Werkstück mittels einer Drahtelektrode in mehreren aufeinanderfolgenden Bearbeitungsdurchgängen, wobei

1. die Drahtelektrode auf einer Bahnkurve geführt wird, die im Bereich der Innenecke einen kreisbogenförmigen Abschnitt aufweist,
2. der Radius der Bahnkurve für die aufeinanderfolgenden Bearbeitungsdurchgänge konstant gehalten wird, und
3. der Versatz der Bahnkurve für jeden nächsten Bearbeitungsdurchgang verringert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem für die aufeinanderfolgenden Bearbeitungsdurchgänge der Drahtelektrode auf der jeweils zugeordneten Bahnkurve die Größe des jeweiligen Abtrages von Material des Werkstückes berechnet wird und für die aufeinanderfolgenden Bearbeitungsdurchgänge wenigstens ein Bearbeitungsparameter in Abhängigkeit von der Größe des für den jeweiligen Bearbeitungsdurchgang berechneten Materialabtrages gesteuert wird.

3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Geschwindigkeit des Vorschubes der Drahtelektrode längs der Bahnkurve in Abhängigkeit von einem mittleren Wert der an dem Arbeitsspalt anliegenden Spannung gesteuert wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das einen Bearbeitungsmodus bildet, der durch Betätigen einer Umschalteinrichtung aus mehreren Bearbeitungsmoden ausgewählt wird, die zum funkenerosiven Schneiden einer Innenecke in ein Werkstück mittels einer Drahtelektrode in mehreren aufeinanderfolgenden Bearbeitungsdurchgängen vorgesehen sind.

5. Vorrichtung zum funkenerosiven Schneiden einer Innenecke in ein Werkstück mittels einer Drahtelektrode in mehreren aufeinanderfolgenden Bearbeitungsdurchgängen längs jeweils zugeordneter Bahnkurven, umfassend

1. eine Berechnungseinrichtung (20) zum Berechnen mehrerer, den aufeinanderfolgenden Bearbeitungsdurchgängen jeweils zugeordneter Bahnkurven derart, daß bei Beibehaltung eines gleichbleibenden Radius der Bahnkurven deren Versatz für den jeweils nächstfolgenden Bearbeitungsdurchgang gegenüber dem Versatz der Bahnkurve des jeweils vorangegangenen Bearbeitungsdurchganges von Bearbeitungsdurchgang zu Bearbeitungsdurchgang geringer wird, und
2. eine in Abhängigkeit von der Berechnungseinrichtung (20) wirksame Steuereinrichtung (11) zur Steuerung der Relativbewegung zwischen Drahtelektrode (1) und Werkstück (2) längs der für jeden Bearbeitungsdurchgang berechneten Bahnkurve.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, ferner umfassend

1. eine weitere Berechnungseinrichtung (22) zum Berechnen von Änderungen im Materialabtrag an der Innenecke bei den aufeinanderfolgenden Bearbeitungsdurchgängen und
2. eine weitere Steuereinrichtung (23) zur Steuerung von Arbeitsbedingungen im Arbeitsspalt in Abhängigkeit von von der weiteren Berechnungseinrichtung (22) berechneten Änderungen im Materialabtrag.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, die mittels einer Umschalteinrichtung (21) aus mehreren Vorrichtungen auswählbar ist, die zum funkenerosiven Schneiden einer Innenecke in ein Werkstück mittels einer Drahtelektrode in mehreren aufeinanderfolgenden Bearbeitungsdurchgängen längs jeweils zugeordneter Bahnkurven vorgesehen sind.