DE2410335B2 - Verfahren und steuervorrichtung zur elektroerosiven bearbeitung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Steuervorrichtung zur elektroerosiven Bearbeitung mit einer Werkzeugelektrode, deren Form der herzustellenden Werkstückform entspricht, wobei Werkzeugelektrode und Werkstück relativ zueinander zusätzlich zum Vorschub eine nach vorwählbarem Programm änderbare Querbewegung ausführen und eine der Werkzeugelektrode entsprechende äquidistante Fläche im Werkstück hergestellt wird.

Es sind Verfahren und Vorrichtungen dieser Art bekannt, bei denen sich die Relativbewegung zwischen der Elektrode und dem Werkstück aus einer axialen Vorschubbewegung und einer Querbewegung in einer Ebene, die senkrecht auf der Vorschubrichtung steht, zusammensetzt. Die Bewegung der Werkzeugelektrode in Querrichtung kann entweder in Strahlen- oder Kreisform um die Vorschubachse herum ausgeführt werden (TZ für praktische Metallbearbeitung, 57. Jahrgang 1963, H. 2, S. 100-104).

Das Ausmaß der seitlichen Verschiebung in Richtung der Querbewegung kann entweder von Hand oder durch eine Schablone während der Einsenkung der Werkzeugelektrode verändert werden (CH-PS 494085). Dabei ist in erster Linie die Herstellung geometrisch einfacher Raumformen, etwa mit zur Vorschub- und Querrichtung parallelen Flächen beabsichtigt sowie auch die Herstellung sich verjüngender Öffnungen.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Vorrichtungen der eingangs genannten Art so zu vervollkommnen, daß auch Elektroden mit stirnseitiger Gravur eine möglichst genau äquidistante Fläche im Werkstück erzeugen, wobei das Abstandsmaß von Werkzeug und Werkstück einmal eingestellt und beibehalten werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hüllfläche der Soll-Positionen der Bewegung zwischen Werkzeug und Werkstück eine Halbkugel beschreibt und daß die räumliche Bewegung zwischen Werkzeug und Werkstück abhängig von der Richtung und Größe des den Radius der Halbkugel

iildenden Raumvektors gesteuert wird.

Vorteilhaft werden dabei die Soll- und Ist-Größen Jes Raumvektors von einer Regelung überwacht, um iach dem Erreichen der Soll-Positinn eine Drehung jes Raumvektors zu bewirken. Hierbei ist noch vorteilhaft, wenn die Richtungdes Raumvektors und dessen Umlaufgeschwindigkeit in einer ΛΎ-Kbene in einem variablen Verhältnis eingestellt werden.

Eine besonders vorteilhafte Steuervorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist so beschaffen, daß eine Soll-Ist-Wert-Differenzspannung eines Impulsge-.ierators einen Drehmelder speist und dessen Ausgangsspannungen in Abhängigkeit von Winkelfunktionen sowohl unmittelbar den axialen Vektor des Raumvektors steuern, als auch einen zweiten Drehmelder speisen, dessen Ausgangsspannungen auch in Abhängigkeit von Winkelfunktionen ihrerseits die beiden radialen Vektoren des Raumvektors steuern.

Weitere, vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein Schaltschema,

Fig. 2 ein abgewandeltes Schaltschema,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Bewegungen des Raumvektors,

Fig. 5 eine schematische Darstellung bisher bekannter Erosionsverfahren.

In der Fig. 1 sind schematisch angedeutet die drei Achsen einer Funkenerosionsmaschine A^-, V, Z. Den Achsen ist je ein Servoantrieb 27, 30 und 24 mit Servoverstärker 26, 29 und 23 zugeordnet. Außerdem besitzt jede Achse einen Weg-Ist-Wert-Geber 28, 31 und 25. Ein Impulsgenerator 1 gibt für die Regelung des Funkenerosionsprozesses eine Soll-Ist-Wert-Differenzspannung U ab, diese speist einen Drehmelder 2.

Eine Wicklung dieses Drehmelders 2 gibt dadurch eine Spannung am Ausgangeines Demodulators 6 mit der Funktion U cos α ab, die über das Schaltglied 20 und den Servoverstärker 23 den Z-Servo-Antrieb 24 ansteuert. Die zweite Wicklung des Drehmelders 2 mit der Spannung U sin α speist einen Drehmelder 3, dessen eine Wicklung am Ausgang des Demodulators 7 eine Spannung mit der Funktion L' sin α cos β und dessen andere Wicklung am Ausgang des Demodulators 8 eine Spannung mit der Funktion U sin α sin β abgibt. Die Spannung U sin α cos β steuert über ein Schaltglied 21 den Servoverstärker 26 und damit den X-Servo-Antrieb 27. Die Spannung fsin α sin β steuert über das Schaltglied 22 den Servoverstärker 29 und damit den y-Servo-Antrieb 30.

In dieser Weise wird die Spannung U vektoriell auf alle drei Raumachsen aufgeteilt. Ein weiterer Drehmelder 4 erzeugt mit Hilfe eines Trägerfrequenzgenerators 13 und einer Amplitudeneinstellung 14 am Ausgang des Demodulators 9 eine Spannung R cos α, den Weg-Soll-Wert der Z-Achse (Vektor Z, Fig. 4), und speist einen Drehmelder 5 mit der Spannung R sin α, der am Ausgang des Demodulators IO eine Spannung R sin α cos ß, den Weg-Soll-Wert der λ¹-Achse (Vektor X Fig. 4), und am Ausgang des Demodulators 11 eine Spannung R sin α sin ß, den

Weg-Soll-Wert der V-Achse (Vektor Y Fig. 4) erzeugt. Die Einstellung der Größe des Summen-Weg-Soll-Wertes bzw. des Vektors R (siehe Fig. 4) is! am Aniplituden-Einstellglied 14 möglich.

Die Drehmelder 2 und 4 sowie die Drehmelder 3 und 5 sind mechanisch gekuppelt. Ein Stellmotor 16 dreht die Drehmelder 3 und 5 und über ein verstellbares Getriebe 15 die Drehmelder 2 und 4. Beim Drehen der Drehmelder durch den Stellmotor wandert der Vektor R (Fig. 4) an der Außenkontur der Halbkugel spiralförmig herauf oder herunter. Die Umlaufgeschwindigkeit (Rotation um den Punkt C Fig. 4) ist am Einstellglied 19 einstellbar, welches über das Schaltglied 18 und den Verstärker 17 den Stellmotor 16 steuert. Die Weg-Ist-Werte werden durch die Geber 25, 28 und 31 an jeder Achse ermittelt.

Beim Erodieren mit der Steuerung nach der Erfindung ändert sich laufend in Abhängigkeit des Erosionsprozesses die Spannung (J, die durch die vektorielle Aufteilung in U cos «, U sin α cos β und U sin α sin β alle drei Maschinenachsen derart steuert, daß eine Änderung des Funkenspaltes immer in Richtung des Vektors R erfolgt (Fig. 4). Das Erodieren mit der Steuerung nach der Erfindung erfolgt in zweckmäßiger Weise derart, daß zuerst am Amplituden-Einstellglied 14 die Größe des Vektors R bzw. die zu berücksichtigende Differenz zwischen Elektrode und Werkstück eingestellt wird. Der Stellmotor 16 verstellt nach dem Abschalten eines Erodiervorganges über ein Spannungsauswertungsglied 44 die Drehmelder derart, daß die Spannung am Ausgang des Demodulators 9 den maximalen Wert annimmt bzw. die Spannungen am Ausgang der Demodulatoren 10 und 11 null Volt sind. Hiermit erfolgt ein Erodieren in Z-Richtung bis zur vorgewählten Position (Größe des Vektors R), dabei gibt der Weg-Ist-Wert-Geber 25 ein Signal ab, das der Größe R entspricht (Punkt A in Fig. 4). Die Positionsauswertung 32 stoppt die Erodierrichtung Z im Schaltglied 20 und schaltet über die Positionsauswahl 37 und das Schaltglied 18 den Stellmotor 16 ein.

Dieser dreht nun mit der am Einstellglied 19 vorgewählten Geschwindigkeit die Drehmelder 3, 5 und 2. 4. In Abhängigkeit der Drehbewegung der Drehmelder und der Spannung U vom Impulsgenerator wandert nun der Vektor R spiralförmig auf einer Halbkugelhülle, bis der Teilvektor Z bzw. die Spannung R cos α gleich null ist. Dann schaltet die Z-O-Positionsauswertung ab. Die Erodierregelbewegung erfolgt immer in Richtung des Vektors R (Fig. 4). Während des gesamten Erodiervorganges mit der Steuerung nach der Erfindung wird die maximale Größe des R-Vektors überwacht, und zwar in der Art, daß in jeder Richtung von R die Überwachung der augenblicklichen maximalen Vektorgröße in jeder Achse erfolgt. Die Weg-Ist-Werte der Geber 25, 28 und 31 werden mit den Spannungen R cos α (Vektorgröße Z), R sin π cos β (Vektorgröße .Y) und R sin « sin β (Vektorgröße V) in den Positionsausweitungen für .V, V und Z (33, 34 und 32) verglichen. Erreicht z. B. die Z-Achse die Soll-Vektorgröße, so erfolgt im Schaltglied 20 die Abschaltung der Erodierrichtung; erreicht die -Y- oder die V-Achse die Soll-Vektorgrößc. so erfolgt über richtungsabhängige Abschaltauswahl 36 bzw. 35 die Abschaltung der Erodierrichtunn, wobei diese in der positiven und negativen Achsrichtung liegen kann (siehe Fig. 3 und 4).

Bei einem Kurzschluß im Erodierspalt erfolgt das

Vergrößern des Spaltes und damit Beseitigen des Kurzschlusses in Richtung des Vektors R, d. h. die Achsen Λ' und Y steuern, bis ihre Teilvektorgrößen gleich null sind, dann erfolgt eine Abschaltung dieser Achsen über die O-Positionsauswcrtung 39 bzw. 40 der Abschaltauswertung 35 bzw. 36 in den Schaltgliedern 21 und 22. Nur die Z-Achse steuert so lange die Spaltvergrößerung, bis der Kurzschluß beseitigt ist. Während des Kurzschlusses wird die Drehbewegung der Drehmelder durch den Stellmotor 16 über Su: Kiirzschlußauswertung 12 unterbrochen.

Erreicht der Z-Teilvektor die Größe gleich null Punkt Ii in Fig. 4), so erfolgt die Abschaltung der i rodiercnergie durch die O-Positionierung 38.

Hin Erodieranfang im Punkt B Fig. 4 und Ende im Punkt A ist ebenfalls möglich. Ebenso ist es möglich, zwischen den Punkten A und B zu erodieren, wobei die Drehbewegung um die Z-Achse nach jedem Erodiervorgang zwischen Punkt A und B erfolgt.

Die erfindungsgemäße Steuerung kann auch so abgewandelt werden, daß die vektorielle Aufteilung teilweise oder ganz durch Rechenschaltglieder vorgenommen wird. In Fig. 2 ist die Steuerung so geändert, daß die vektorielle Aufteilung der Regelspannung U durch die Rechenschaltglieder 41, 42 und 43 vorgenommen wird. Dadurch kann die richtungsabhängige Abschaltauswahl entfallen, da die Polarität der Spannung {/ für Vergrößerung oder Verkleinerung des eSfes

FunkenspalteTiestiiegt und die Abschaltung dafür für jede Achse direkt im t/-Kreis vorgenommen wird.

In Fig. 3 ist eine Funkenerosionsmaschine dargestellt mit den Servo-Antrieben 7, 9 und 5 für die drei Achsen, den Weg-Ist-Wertgebern 8, 10 und 6 sowie der Elektrodenaufnahmc 1 mit der Elektrode 2, dem Kreuztisch 4 mit dem Werkstück 3. Selbstverständlich läßt sich auch in einer anderen Ausführung die Elektrodenaufnahme in alle drei Richtungen steuern bei feststehendem Werkstück.

In Fig. 4 ist eine Halbkugel dargestellt, in der die Vektoren der drei Achsen zu sehen sind. Der Vektor R ist der Surnmen-Vektor aus den drei Teiivektoren der Achsen. Der Teilvektor r ist der Summenvektor der Achsen ,V und Y. Es besteht folgender Zusammenhang:
Z=R cos rr
r = R sin α

.Y = /' ■ cos β ~ R ■ sin α cos β Y = r ■ sin β -= R ■ sin « sin β

Der Vektor R dreht sich beim Erodieren mit der Steuerung nach der Erfindung spiralförmig von Punkt A nach Punkt B oder umgekehrt.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu erkennen, daß die Vorrichtung nach der Erfindung und ihre Steuerung durch geringfügige Änderungen und/oder Ersatz einiger Teile der Steuerung auch zum erosiven Kopierfräsen zu verwenden ist.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Ij. Patentansprüche:

1. Verfahren zur elektroerosiven Bearbeitung mit einer Werkzeugelektrode, deren Form der herzustellenden Werkstückform entspricht, wobei Werkzeugelektrode und Werkstück relativ zueinander zusätzlich zum Vorschub eine nach vorwählbarem Programm änderbare Querbewegung ausführen, und eine der Werkzeugelektrode entsprechende äquidistante Fläche im Werkstück hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllfläche der Sollpositionen der Bewegung zwischen Werkzeug und Werkstück eine Halbkugel beschreibt und daß die räumiiche Bewegung zwischen Werkzeug und Werkstück abhängig von der Richtung und Größe des den Radius der Halbkugel bildenden Raumvektors gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Soll- und Istgrößen des Raumvektors von einer Regelung überwacht werden, um nach dem Erreichen der Sollposition eine Drehung des Raumvektors zu bewirken.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des Raumvektors und dessen Umlaufgeschwindigkeit in einer ΛΎ-Ebene in einem variablen Verhältnis eingestellt werden.

4. Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Soll-Ist-Wert-Differenzspannung eines Impulsgenerators (1) einen Drehmelder (2) speist und dessen Ausgangsspannungen in Abhängigkeit von Winkelfunktionen sowohl unmittelbar den axialen Vektor Z des Raumvektors R steuern als auch einen zweiten Drehmelder (3) speisen, dessen Ausgangsspannungen auch in Abhängigkeit von Winkelfunktionen ihrerseits die beiden radialen Vektoren A' und V des Raumvektors R steuern.

5. Steuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Weg-Sollwerte ein Drehmelder (4) mit einer Wechselspannung, die an einem Einstellglied (14) in ihrer Amplitude variabel ist, gespeist wird und dessen Ausgangsspannungen in Abhängigkeit von Winkelfunktionen teilweise unmittelbar den axialen Weg-Sollwert Z vorgeben und teilweise einen zweiten Drehmelder (5) speisen, dessen Ausgangsspannungen auch in Abhängigkeit von Winkelfunktionen ihrerseits die beiden anderen Weg-Sollwerte in A' und V vorgeben.

6. Steuervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, d^ß die Drehmelder (2, 4 bzw. 3, 5) paarweise direkt mechanisch gekuppelt sind, wobei das eine Paar (3, 5) direkt und das andere Paar (2, 4) unter Zwischenschaltung eines verstellbaren Getriebes (15) von einem Motor (16) angetrieben ist.

7. Steuervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmelder (2, 4 bzw. 3. 5) paarweise unabhängig voneinander durch je einen Motor angetrieben sind.

(S. Steuervorrichtung nach Anspruch (■>, gekennzeichnet durch ein Einstellglied (19), das über ein Schaltglied und einen Verstärker (17) den Motor (16) hinsichtlich der Einstellung der Umlaufgeschwindigkeit des Raumvektors R um die Z-Achse steuert.

9. Steuervorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch zwei Einstellglieder, die zwei Stellmotoren über Verstärker steuern, wobei der eine Stellmotor die Umlaufgeschwindigkeit des Raumvektors R um die Z-Achse und der zweite Stellmotor die Umlaufgeschwindigkeit des Raumvektors R um einen Punkt C auf der Z-Achse steuert.

K). Steuervorrichtung nach Anspruch ο und 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Kurzschluß während des Erodierprozesses eine Einrichtung (12) zur Kurzschlußauswertung über einen Schalter (18) die Speisespannung und damit die Drehbewegung der Stellmotoren (16) unterbricht.

11. Steuervorrichtung nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß für die vektorieile Aufteilung anstelle der mechanischen Funktionsglieder, wie der Drehmelder (2-5), Rechenschaltglieder vorgesehen sind.