DE2954382C2

DE2954382C2 -

Info

Publication number: DE2954382C2
Application number: DE2954382A
Authority: DE
Inventors: Yutaka Tanaka; Takeshi Nagoya Jp Yatomi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1978-08-16
Filing date: 1979-08-13
Publication date: 1987-08-20
Also published as: US4292491A; CH659604A5; DE2932734A1; DE2932734C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Impulsparameter beim funkenerosiven Drahtschneiden, bei dem die Werkstückdicke erfaßt und die Ausgangsleistung des Impulsgenerators proportional zu der erfaßten Werk stückdicke geregelt wird.

Ein solches Verfahren ist bekannt aus der US-PS 40 52 583.

Bei einem Schneiderodierprozess mit einer Drahtelektrode werden die elektrischen Bedingungen stets so gesteuert, daß diese je nach Dicke des Werkstückes am günstigsten sind. Mit einem Metalldraht mit einem Durchmesser von etwa 0,05 bis 0,3 mm als Schneiddrahtelektrode wird eine Relativbewegung in X-Achsenrichtung und Y-Achsenrichtung des Werkstückes bewirkt, um dem Werkstück die gewünschte Form zu geben.

Bei der Relativbewegung handelt es sich gewöhnlich um eine stufenweise erfolgende Bewegung mit konstanter Vorschub geschwindigkeit in der Größenordnung von 1 µm pro Impuls der elektrischen Entladung. Dabei findet die elektrische Entladung gewöhnlich mit einer konstanten Spannung im Arbeitsspalt statt, ohne daß die elektrische Entladungs energie gesteuert wird. Wenn die Dicke des Werkstückes konstant ist, so kann diese Bearbeitung wunschgemäß ausge führt werden, selbst wenn die Vorschubgeschwindigkeit konstant ist. Wenn jedoch die Dicke des Werkstückes nicht konstant ist, so wird die Bearbeitung zunächst unter Einstellung der Vorschubgeschwindigkeit auf maximale Dicke, d. h. auf maximale Bearbeitungsfläche durchgeführt, um Störungen nach Art eines Kurzschlusses oder eines Bruches des Drahtes zu verhindern und es wird daher trotz Verringerung der Dicke des Werkstückes während der Bearbeitung die Elektrode mit der anfänglich eingestellten langsamen Geschwindigkeit bewegt. Die Arbeitseffizienz ist daher gering.

Bei dem Verfahren der US-PS 40 52 583 wird ein Bruch der Drahtelektrode dadurch vermieden, daß in gewissen zeitlichen Abständen der Vorschub angehalten wird und der Leckstrom zwischen Drahtelektrode und Werkstück gemessen wird und die Werkstückdicke aus diesem Leck strom ermittelt wird. Sodann wird die Impulslänge, die Impulspause und die Impulshöhe in Abhängigkeit von der errechneten Werkstückdicke eingestellt, wobei die zu jeder Werkstückdicke gehörenden Impulsparameter vorher in der Maschine abgespeichert wurden. Eine Ver größerung der Werkstückdicke hat eine höhere Ausgangs leistung des Impulsgenerators zur Folge.

Aus der JP-OS 53 66 092 ist zu entnehmen, die Werkstückdicke anhand des Leckstromes zu messen und die elektrischen Betriebsparameter, nicht jedoch die Schnitt geschwindigkeit zu ändern.

Schließlich ist es aus der US-PS 35 36 881 bekannt, bei der Elektroerosionsbearbeitung bei Verringerung der Be arbeitungsfläche im Arbeitsspalt die abgegebene elektrische Leistung zu verringern und bei Erhöhung der Bearbeitungs fläche die abgegebene elektrische Leistung zu erhöhen. Dabei wird ein Schnittgeschwindigkeitssignal mit einem Referenz signal verglichen, und abhängig vom Vergleichsergebnis die Leistungszufuhr zum Arbeitsspalt gesteuert.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Regelung der Impulsparameter beim funkenerosiven Drahtschneiden zu schaffen, bei dem die Regelung kontinuierlich während des Funkenerosionsprozesses erfolgen kann und auch bei einer stufenweisen abrupten Verringerung der Werkstück dicke die Gefahr eines Bruchs der Drahtelektrode vermieden werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Änderung der Werkstückdicke anhand einer Änderung der Vorschubgeschwindigkeit zwischen Drahtelektrode und Werk stück erfaßt wird, und daß bei einer Erhöhung der Vorschub geschwindigkeit die Ausgangsleistung sprunghaft auf einen Minimalwert abgesenkt und danach wieder allmählich auf einen optimalen Wert erhöht wird.

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

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Elektro erodiervorrichtung mit Schneiddraht,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Elektro erodiervorrichtung mit Schneiddraht und einem Werkstück unterschiedlicher Dicke,

Fig. 3 in einem Impulsdiagramm die Stromversorgung der Elektroerodiervorrichtung,

Fig. 4 das Blockschaltbild der Stromversorgungsein richtung für eine Elektroerodiervorrichtung,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Elektro erodiervorrichtung zur Durchführung des er findungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 6 in einem Diagramm die Arbeitsweise der in Fig. 5 dargestellten Vorrichtung,

Fig. 7 in einer grafischen Darstellung die Beziehung zwischen der Vorschubgeschwindigkeit und der Werkstückdicke bei der herkömmlichen in Fig. 2 dargestellten Elektroerodiervorrichtung, und

Fig. 8 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Vorschubgeschwindigkeit und der Werkstück dicke bei der in Fig. 5 dargestellten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver fahrens.

Bei einer Elektroerodiervorrichtung mit einem Schneiddraht, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, verwendet man gewöhnlich als Drahtelektrode 1 einen Draht mit einem Durchmesser von 0,05 bis 0,3 mm. Dieser Schneiddraht 1 bildet einen feinen Spalt im Werkstück 2. Eine pulsierende Spannung wird von einer Stromversorgungseinrichtung während der Bearbeitung dem Arbeitsspalt zugeführt, während andererseits eine Arbeits flüssigkeit 3 eingespeist wird. Dabei wird die elektrische Entladung fortwährend wiederholt.

Der Vorschubbefehl und die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstückteiles 5 werden durch eine Antriebssteuereinrichtung 7 gegeben. Diese steht in einer direkten Verbindung mit einem Computer 6. Motore 8 A, 8 B für die X-Achse und die Y-Achse werden hierdurch gesteuert, so daß ein X-Y-Kreuz tisch 9 nach einem gewünschten Vorschubmuster betätigt wird.

Im folgenden werden anhand der Fig. 2 bis 4 und 7 die Schwierigkeiten erläutert, die dann auftreten, wenn eine derartige Elektroerodiervorrichtung bei einem Werkstück mit unterschiedlicher Dicke eingesetzt wird. Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, wird ein Arbeitsstrom von der Stromversorgungs einrichtung, z. B. einer Impulsstromversorgungseinrichtung 4, dem Arbeitsspalt zwischen der Drahtelektrode 1 und dem Werk stück 2 A zugeführt. Die mittlere Arbeitsspannung Eg und die Referenzspannung Eo werden in einen Fehlerver stärker 14 eingegeben und die Werkstückvorschubgeschwindig keit F wird proportional zu einer Differenzspannung gewählt. Dabei handelt es sich um die Differenzspannung zwischen der durchschnittlichen Arbeitsspannung Eg und der Referenz spannung Eo . Die Werkstückvorschubgeschwindigkeit F wird der X-Achsenkomponente Fx und der Y-Achsenkomponente Fy durch einen Geschwindigkeitsverteiler 7 zugewiesen und der X-Achsen motor 8 A und der Y-Achsenmotor 8 B werden entsprechend ange trieben.

Das Ausgangssignal F des Fehlerverstärkers 14 und die Aus gangssignale Fx und Fy des Geschwindigkeitsverteilers 7 ha ben die folgende Beziehung:

Fx ² + Fy ² = F ².

Mit einem solchen Schaltungsaufbau kann die Größe des Spaltes zwischen der Drahtelektrode 1 und dem Werkstück 2 geregelt werden. Wenn die Arbeitsspannung Eg geringer ist als die Referenz spannung Eo, so wird die Werkstück-Vorschubgeschwindigkeit F verringert, so daß der Spalt vergrößert wird und die Arbeits spannung Eg sich wiederum der Referenzspannung Eo nähert. Wenn andererseits die Arbeitsspannung Eg höher ist als die Referenzspannung EO, so wird die Werkstück-Vorschubgeschwin digkeit F erhöht, so daß auch in diesem Falle die Arbeits spannung Eg sich wieder der Referenzspannung Eo nähert. So mit besteht eine Rückkopplung der Arbeitsspannung im Sinne einer Änderung der Werkstück-Vorschubgeschwindigkeit. Wenn dabei ein dünner Bereich des Werkstücks 2 A bearbeitet wird, so ist die Werkstück-Vorschubgeschwindigkeit höher. Anderer seits ist die Werkstück-Vorschubgeschwindigkeit geringer, wenn ein dicker Bereich bearbeitet wird. Insgesamt erhält man eine im wesentlichen konstante Arbeitsflächengeschwin digkeit.

Wenn die Werkstück-Vorschubgeschwindigkeit gesteuert wird durch Einstellung der Spannung gemäß der Referenzspannung, so kann man einen Verlust der Werkstück-Vorschubgeschwindig keit im normalen Vorschubprozeß wesentlich herabsetzen. Fig. 3 zeigt eine Stromimpulsform zur Aufladung des Konden sators für die Ladung und Entladung. Der Spitzenstrom I _p und die Impulsbreite T _p sowie das Ruhezeitintervall T _r des Impulsstroms für die Aufladung werden allesamt als einstell bare oder frei wählbare Parameter angesehen.

Fig. 4 zeigt eine Detaildarstellung der Stromversorgungsein richtung 4 gemäß Fig. 1. Die Schaltung umfaßt einen Konden sator 90 zur Beeinflussung der Rauhigkeit der bearbeiteten Oberfläche sowie einen Widerstand zur Steuerung des Stroms für die Einstellung des Spitzenstroms I _p und einen Schalt transistor 110 sowie einen Oszillator 120. Die Impulsbreite T _p und das Ruhezeitintervall T _r werden durch diesen Oszilla tor festgelegt. Ferner ist eine Gleichstromquelle 130 vorge sehen. Der Energieverbrauch der Elektroerosionsbearbeitung hängt in starkem Maße von diesen Parametern ab, auch wenn die mittlere Arbeitsspannung Eg stets die gleiche ist.

Wenn ein dünnes Werkstück bearbeitet wird, so erzielt man leicht eine konzentrierte elektrische Entladung. Daher kann es zu einem Bruch der Drahtelektrode 1 kommen, wenn die Energiezufuhr für die Bearbeitung nicht verringert wird durch Änderung der genannten elektrischen Parameter. Wenn die Werkstück-Vorschubgeschwindigkeit zur Erzielung einer konstanten Arbeitsspannung Eg im Falle eines Werkstücks mit unterschiedlicher Dicke gesteuert wird, so werden die die Bearbeitungsenergie beeinflussenden elektrischen Parameter so eingestellt, daß ein Bruch der Draht elektrode 1 bei Bearbeitung des Werkstückbereichs mit ge ringer Dicke vermieden wird. Daher ist die elektrische Leistung in den dicken Bereichen des Werkstücks unzurei chend und die Bearbeitungsgeschwindigkeit ist in diesen Be reichen zu gering. In Ansehung der Genauigkeit ist es bevor zugt, die elektrische Leistung im dicken Bereich des Werkstücks zu erhöhen. Wenn die Konfiguration des Werkstücks eine Kante aufweist, so sind die Verhältnisse ähnlich wie bei einem Werkstück mit wesentlich verringerter Dicke. In diesem Fall kann eine scharfe Kante erzielt werden durch Verringerung der elektrischen Leistung. Bei den herkömm lichen Verfahren (Steuerung unter Konstanthaltung der Vor schubgeschwindigkeit oder Steuerung der Vorschubgeschwindig keit unter Konstanthaltung der Arbeitsspannung) kann man die erwünschte Arbeitsgeschwindigkeit und die erwünschte Genauig keit nicht verwirklichen und die Einstellung der elektrischen Parameter muß manuell erfolgen, wozu eine lange Erfahrung erforderlich ist. Diese Einstellung bereitet große Schwierig keiten, und es kommt dennoch häufig zu einem Bruch der Drahtelektrode 1, und die Zuverlässigkeit der Bearbeitung ist gering.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungs gemäßen Verfahrens anhand der Fig. 5, 6 und 8 beschrieben. Die in Fig. 5 dargestellte Vorrichtung stimmt zum Teil mit derjenigen gemäß Fig. 2 überein. Auch hier wird die Bearbei tungsspannung Eg stets mit einer Referenzspannung Eo ver glichen und wird die Vorschubgeschwindigkeit F so geändert, daß die Bearbeitungsspannung Eg sich der Referenzspannung Eo nähert. Im folgenden soll die Arbeitsweise untersucht werden für den Fall, daß die Bearbeitung eines Bereiches des Werkstückes 2 A konstanter Dicke beendet ist und die Bearbeitung eines dickeren Bereiches des Werkstückes beginnt. Wenn die Vorschubgeschwindigkeit im Sinne einer Konstant haltung der Arbeitsspaltspannung gesteuert wird, und zwar auch im dickeren Bereich des Werkstückes, und die elektrischen Parameter nicht geändert werden, so ist die Bearbeitungsenergie und die Bearbeitungsflächenge schwindigkeit im wesentlichen konstant, so daß die Vorschub geschwindigkeit erheblich abnimmt, und zwar umgekehrt proportional zur Dicke des Werkstückes.

Die Vorschubgeschwindigkeit F wird in den Computer 6 B einge geben und die Abnahme der Vorschubgeschwindigkeit F bei Er höhung der Dicke wird erfaßt, wobei die elektrische Leistung allmählich erhöht wird. Wenn die elektrische Leistung erhöht wird, kommt es zu einer relativen Erhöhung der Vorschub geschwindigkeit. Da ein Bruch des Drahts verhin dert werden muß, kann jedoch die Vorschubgeschwindigkeit nicht auf den ursprünglichen Wert erhöht werden.

Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen der Dicke t des Werk stücks und der Vorschubgeschwindigkeit F, wenn die elektri sche leistung EC für den Bereich mit der geringsten Dicke t derart eingestellt ist, daß ein Bruch des Drahts verhindert wird. Die elektrische Leistung ist konstant, so daß die Vorschubgeschwindigkeit F verringert wird, und zwar umgekehrt proportional zur Dicke t des Werkstücks.

Fig. 8 zeigt die Beziehung zwischen der Dicke t des Werk stücks und der Vorschubgeschwindigkeit F bei der erfindungs gemäßen Einrichtung. Hierbei werden die elektrischen Parameter automatisch durch den Computer eingestellt. Bei Er höhung der Dicke t des Werkstücks kommt es zu einer Erhöhung der elektrischen Leistung, so daß die Vorschubgeschwindig keit F nicht so stark verringert wird, wie in Fig. 7 gezeigt.

Wenn die Daten der Vorschubgeschwindigkeit F bei der Ausfüh rungsform gemäß Fig. 5 in den Computer 6 B eingegeben werden, so wird die elektrische Leistung EC je nach den Daten der graphischen Darstellung in Fig. 3, welche in den Spei cher des Computers 6 B eingespeichert sind, eingestellt. Wenn die elektrische Leistung EC, welche gemäß der graphischen Darstellung der gegenwärtigen Vorschubgeschwindigkeit F ent sprechen, zu hoch ist, so befiehlt der Computer 6 B der Strom versorgungseinrichtung 4, die elektrische Leistung zu verringern, so daß schließlich die aktuelle Vorschub geschwindigkeit der ausgegebenen elektrischen Leistung EC entspricht.

Wenn die Dicke des Werkstücks erhöht wird, so befiehlt der Computer 6 B die allmähliche Erhöhung der elektrischen Leistung EC. Wenn die Dicke des Werkstücks nun aber in Stufen geändert wird, z. B. sich in einer Stufe verringert, so kann der Befehl des Computers 6 B zur Einstellung der elektrischen Bedingungen gegenüber dem Zeitpunkt, zu dem diese Änderung praktisch erforderlich ist, verzögert werden, so daß die Drahtelektrode 1 bricht.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei Erfassung der Zunahme der Vorschubgeschwindigkeit die elektrische Leistung EC plötzlich verringert, und zwar auf den Minimal wert für die Bearbeitung eines Werkstücks mit minimaler Dicke, und dann allmählich wieder erhöht, je nach der Beziehung zwischen der Vorschubgeschwin digkeit F und der elektrischen Leistung, welche graphisch in Fig. 8 dargestellt ist (wie bei der ersten Ausführungs form). Die elektrische Leistung EC wird an der Stelle stabilisiert, welche F in der graphischen Darstellung zuge ordnet ist.

Fig. 6 zeigt die Änderung der elektrischen Leistung bei dem Übergang vom dickeren Bereich eines Werkstücks zum dünne ren Bereich eines Werkstücks. Die gestrichelte Linie be trifft den plötzlichen Übergang der Dicke des Werkstücks zu der minimalen Dicke des Werkstücks.

Einen ähnlichen Effekt, wie mit der plötzlichen Verringerung der elektrischen Leistung, kann man erzielen durch Steue rung der Drahtvorschubgeschwindigkeit und der Drahtspannung, welche die Vorgänge des Bruchs des Drahtes während der Bearbeitung beeinflussen.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird stets ein Computer verwendet. Es ist jedoch möglich, den Computer durch eine herkömmliche Hardware-Steuereinrichtung zu er setzen, z. B. in Verbindung mit einem Festwertspeicher oder dergleichen mit der Datentabelle.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die elektrische Leistung, welche durch den Computer befohlen wird, ohne Ver zögerung gesteuert werden, selbst wenn die Dicke des Werk stücks sich plötzlich ändern sollte. Somit können Stö rungen in Form eines Bruchs des Drahtes verhindert werden, und man erzielt eine sehr hohe Betriebszuverlässig keit, ohne daß manuelle Eingriffe erforderlich wären.

Claims

Verfahren zur Regelung der Impulsparameter beim funkenerosiven Drahtschneiden, bei dem die Werkstück dicke erfaßt und die Ausgangsleistung des Impulsgenerators proportional zu der erfaßten Werkstückdicke geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Änderung der Werkstückdicke anhand einer Änderung der Vorschub geschwindigkeit zwischen Drahtelektrode und Werkstück erfaßt wird, und daß bei einer Erhöhung der Vorschub geschwindigkeit die Ausgangsleistung sprunghaft auf einen Minimalwert abgesenkt und danach wieder allmählich auf einen optimalen Wert erhöht wird.