DE3016891A1

DE3016891A1 - Verfahren und vorrichtung zum funkenerosionsbearbeiten

Info

Publication number: DE3016891A1
Application number: DE19803016891
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Heverlee Kruth
Original assignee: Ateliers des Charmilles SA
Current assignee: Ateliers des Charmilles SA
Priority date: 1979-05-08
Filing date: 1980-05-02
Publication date: 1981-04-09
Also published as: JPS582778B2; CH630829A5; US4370536A; GB2049991B; JPS55150928A; GB2049991A; FR2455946B1; FR2455946A1

Description

DR.-ING. DIPL.-PHYS. H. STURIES

PATENTANWÄLTE _Λ ^ „ .

DIPL-ING. P. EICHLER 3016891

BRAHMSSTRASSE 29, 5600 WUPPERTAL 2

Ateliers des Charmilles S.A., 109, rue de Lyon, Geneve (Schweiz)

Verfahren und Vorrichtung zum Funkenerosionsbearbeiten

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Funkenerosionsbearbeiten einer Werkstückelektrode mit einer Werkzeugelektrode, bei dem die Elektroden zur Erzeugung von Funkenerosion mit aufeinanderfolgenden Spannungsimpulsen beaufschlagt werden, bei dem eine charakteristische Größe eines Leistungsindex der Bearbeitung gebildet wird, und bei dem zur Erzielung eines Maximalwertes dieser Größe ein Bearbeitungsparameter schrittweise geändert wird.

Das Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Spannungsimpulsen ist ein wichtiger Parameter, auf den bekannterweise eingewirkt wird, damit der Wirkungsgrad der Bearbeitung maximal wird. Der Leistungsindex der Funkenerosion oder der Wirkungsgrad der Bearbeitung kann auf verschiedene

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Weisen ermittelt werden, z. B. durch das Messen der Gesamtdauer aller wirksamen Entladungen während einer bestimmten Zeit. Wenn man die Dauer der Zeitintervalle zwischen zwei Spannungsimpulsen verringert, beobachtet man eine Verringerung der Zahl der wirksamen Entladungen infolge eines Verfalls der Funkenerosion, weswegen sich der Wirkungsgrad der Bearbeitung verringert. Wird im Gegensatz die Dauer dieser Zeitintervalle vergrößert, verringert sich die Zahl der wirksamen Entladungen in der Zeiteinheit, so daß der Wirkungsgrad der Bearbeitung Tendenz zur Abnahme zeigt. Zwischen diesen Extremen liegt ein Bereich, in dem der Wirkungsgrad der Bearbeitung einen Maximalwert annimmt.

Die Schnelligkeit dieses bekannten Optimierungsverfahrens kann verbessert werden, indem die Dauer dieses Zeitintervalls schrittweise variiert und die Abweichung eines Schritts mit dem Wert der Neigung multipliziert wird, mit der sich der Wirkungsgrad der Bearbeitung in Abhängigkeit von dieser Dauer ändert.

Eine Annäherung dieser Neigung wird dadurch erreicht, daß der Quotient der Veränderung des Wirkungsgrades und der entsprechenden Veränderung des Zeitintervalls gebildet wird. Daher sind die Abweichungen dieses Zeitintervalls dicht in der Nähe des Scheitels des Wirkungsgrades gering und viel größer, wenn man sich davon entfernt. Doch ist zu beobachten, daß eine Erhöhung der Dauer dieses

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Zeitintervalls nicht eine sofortige entsprechende Verbesserung des Wirkungsgrades der Bearbeitung bewirkt, wenn zuvor ein Einbruch im Bereich kurzer Zeitintervalle stattgefunden hat, in dem die oben erwähnte Neigung einen positiven Wert hat. Man stellt also fest, daß eine Herabsetzung der Bearbeitung eine Remanenz zur Folge hat, die ein schnelles Erreichen guter Bearbeitungsbedingungen verhindert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, den beschriebenen Vorgang weitgehend zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Vorzeichen des Quotienten aus der charakteristischen Größe und der zugehörigen Veränderung des Bearbeitungsparameters ermittelt wird und daß einem Absolutwert der Abweichung der Werte des Bearbeitungsparameters eines Schrittes im folgenden wenigstens ein erster Wert gegeben wird, wenn dieser Quotient positiv ist, und wenigstens ein zweiter, den ersten übersteigenden Wert, wenn dieser Quotient negativ ist.

Der Abweichung des Wertes des Bearbeitungsparameters eines Schrittes wird im folgenden in dem Bereich ein wesentlich kleinerer Wert gegeben, wo sich der Wirkungsgrad der Bearbeitung mit einer positiven Neigung verändert, um die Amplitude der Veränderungen des Bearbeitungsparameters zu begrenzen. Des weiteren ist in der Nachbarschaft dieses

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Bereichs eine Schutzzone vorhanden, in der dieser Koeffizient ebenfalls einen kleinen Wert hat. Diese Schutzzone hat ein veränderliches Ausmaß, welches von den Einbrüchen abhängt, die zuvor in der eine positive Neigung aufweisenden Gefahrenzone stattgefunden haben. Daher hat das neue Verfahren den Vorteil, solche Einbrüche in der Gefahrenzone zu begrenzen und sogar zu vermeiden, wodurch der größtmögliche Wirkungsgrad der Bearbeitung so schnell wie möglich wieder erreicht werden kann.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Verlauf eines Leistungsindex in Abhängigkeit eines Bearbeitungsparameters,

Fig. 2 einen Verlauf des Leistungsindex gemäß Fig. 1 bei Zuordnung einer Schutzzone, und

Fig. 3 das Funktionsschema einer Maschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt den allgemeinen Verlauf eines Leistungsindex I in Abhängigkeit eines Bearbeitungsparameters, z. B-. der Intervallzeit t zwischen zwei aufeinanderfolgenden

Spannungsimpulsen. Andere Parameter, wie die Bezugsspannung des den Arbeitsspalt steuernden Servomechanismus haben einen ähnlichen Verlauf. Hier wurde beispielsweise der Leistungsindex besonders eingehend behandelt, der ein Maß für die Gesamtdauer der wirksamen Entladungen während einer bestimmten Zeit ist, was in der US-PS 4 090 961 beschrieben

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wurde. Rechts des Scheitels zu der Zeit t_ .__ senkt sich der Leistungsindex I in der dargestellten Weise, da sich die Zahl der Entladungen pro Zeiteinheit verringert. Diese Absenkung ist im allgemeinen reproduzierbar, weswegen die Kurve mit einer negativen Neigung S dargestellt ist. Links des Scheitels senkt sich der Leistungsindex I ebenfalls, da anormale Entladungen auftreten, die in einen punktförmigen Lichtbogen entarten können. Daher wird dieser Bereich, der durch eine positive Neigung gekennzeichnet ist, Lichtbogen- oder Gefahrenzone genannt.

Für einen innerhalb dieser Gefahrenzone gegebenen Wert

t sinkt der Leistungsindex I im Laufe der Zeit. Die Ab-B

hängigkeit ist nicht mehr eindeutig, weswegen die Gefahrenzone schraffiert wurde, was symbolisiert, daß der Leistungsindex I irgendeinen Wert zwischen Null und einem theoretischen Maximalwert annehmen kann.

Anhand der Fig. 1 läßt sich erklären, weswegen die vor der vorliegenden Erfindung verwirklichten Optimierungssysteme des bekannten Standes der Technik, bei denen der Abweichungswert nicht mit dem Vorzeichen der Neigung des Leistungsindex I wechselt, entweder an Instabilitäten oder an außergewöhnlich langen Optimierungszeiten leiden. Ein klein gewählter Schritt ist gut dicht links neben dem Scheitel, aber schlecht im rechten Bereich, der ohne Gefahr Schritte mit großer Amplitude toleriert. Entsprechend ist ein groß gewählter Schritt gut im rechten Bereich und er-

-AD

laubt eine schnelle Konvergenz, bewirkt aber große Schwierigkeiten im linken Bereich, da hier ein zufälliger Einbruch immer möglich ist. Es wurde.bereits ausgeführt, daß der Verfall der Bearbeitung, der sich in dieser Gefahrenzone herausbildet, nicht sofort korrigiert werden, kann. Fig. 1 macht diese Erscheinung der Irreversibilität-des Verlaufs des Leistungsindex I in Abhängigkeit von t sehr klar, welche.für die Instabilitäten in den bekannten Systemen verantwortlich ist:
Im Punkt P: Die Maschine stellt eine negative Neigung fest

und verlegt den Arbeitspunkt nach links.-Im Punkt Q: Während einer sehr kurzen Zeit.scheint sich

der Leistungsindex I zu verbessern, dann - verfällt die Bearbeitung infolge des Auftretens anormaler Entladungen. _:; ... \._:- - ".....

Die Maschine stellt ihren Irrtum fest und korrigiert durch Veränderung der IntervalI-

Im Punkt R:

Im Punkt S:

zeit t_B. ... . .

Die Maschine erreicht nicht den ursprünglichen, der Zeit t entsprechenden Wirkungsgrad, da

B ,UJr X - :- '

die anormalen Entladungen andauern. Dennoch verbessern sich die Dinge, wenn auch sehr langsam. Infolge der festgestellten, positiven Neigung korrigiert die Maschine weiterhin, -indem sie t durch aufeinanderfolgende Schritte vergrößert. ... ...,_-.·■

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Im Punkt P: Der Zyklus PQRSTP wiederholt sich, da die Maschine das Vorhandensein eines gefährlichen Bereichs nicht in Erinnerung behält.

Diese unstabile Wirkungsweise ist unerwünscht, da sie eine allgemeine Verringerung des Leistungsindex I zur Folge hat. Je tiefer und längerdauernd die Einbrüche in der Gefahrenzone infolge einer Wahl großer Schritte sind, desto größer ist auch die Amplitude des vorbeschriebenen Zyklus.

Fig. 1 zeigt das wesentliche Kennzeichen der Erfindung, welche darin besteht, die Schritte oder Abweichungswerte A und A links und rechts des Scheitels unterschiedlich zu wählen. Natürlich erfolgt die Auswahl unter Beachtung des Vorzeichens des Differentialquotienten. Letzterer wird angenähert durch den Quotienten aus der Änderung des Leistungsindex I und der Intervallzeit t , die die Ursache

der Änderung des Leistungsindex I ist.

Wegen des abgerundeten Maximums werden die Abweichungswerte A und A mit der Neigung multipliziert, so daß eine schnelle Konvergenz fern vom Scheitel und eine langsame in dessen unmittelbarer Nähe erreicht wird. Die Abweichung A muß sehr klein gewählt werden, um dem Einfluß der starken Neigung entgegenzuwirken, die zu einer übermäßigen Korrektur führen könnte. Fig. 1 zeigt noch eine sehr geringe Neigung für große Intervallzeiten t . Daher ist es vorteilhaft, die

Abweichungen mit dem Wert der Intervallzeit t zu multi-

plizieren, um eine schnelle Konvergenz auch für diesen Be-

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reich der Kurve zu erreichen.

Fig. 2 zeigt, wie die unerwünschten Wirkungen der Einbrüche in der Gefahrenzone stark abgemildert oder sogar verhindert werden können. Man kann die Existenz einer Gefahrenzone aufspüren und speichern. Das verwendete Kriterium ist das auf einen negativen Schritt folgende Erfassen z.B. einer bestimmten Rate anormaler Entladungen oder einer sehr steilen positiven Neigung. Infoigedessen-ist es wichtig, der Abweichung oder dem Proportionalitätskoeffizienten der Neigung einen dritten Wert A in einer Schutzzone zuzuordnen, die der Gefahrenzone bzw. dem Bereich positiver Neigungen benachbart im Bereich negativer Neigungen angeordnet ist. Gemäß Fig. 2 wird diese Schutzzone durch die Intervallzeitwerte t und t begrenzt.

B ,OPT B,W ' -

Dieser dritte Wert A wird viel kleiner gewählt, als der normalerweise einer negativen Neigung zugeordnete Wert, um die Annäherung von rechts an den Scheitel zu verlangsamen und die sich daran anschließenden Abschnitte der Gefahrenzone zu vermeiden. Das Verfahren kann noch verfeinert werden, indem die Schutzzone in mehrere Bereiche unterschiedlichen .Abweichungswerten oder Proportionalitätskoeffizienten der Neigung unterteilt wird, um die Annäherung an den Scheitel progressiv herabzusetzen und jedem neuen Einbruch großer Amplitude in der Gefahrenzone zuvorzukommen.

Fig. 3 zeigt ein Funktionsschema einer Ausführungsform einer Maschine zur Durchführung der vorliegenden Er-

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findung. Eine Werkzeugelektrode 6 bearbeitet durch Funkenerosion eine Werkzeugelektrode 7. Eine Leitung 61 überträgt die Bearbeitungsspannung auf einen Überwacher 1 der Bearbeitung. Dieser Überwacher 1 hat zur Aufgabe, einen Leistungsindex I, eine Kurzschlußrate N , ein für die mittlere Verzögerung des Entladungsbeginns repräsentatives Maß N und wenigstens ein Maß N der anormalen Entladungen zu erarbeiten. Diese verschiedenen, für einen guten Verlauf der Bearbeitung repräsentativen Größen werden mittels z.B. aus der US-PS 4 090 961 bekannter Schaltungen gewonnen und z.B. in Form binär kodierter Signale über ein Leitungsbündel mit den für I, N , N und N be-

CC* U Dn

stimmten Verbindungsleitungen 11, 12, 13 und 14 übertragen. Ein Optimierer 2 nimmt diese Informationen auf und erzeugt wenigstens einen Regelparameter, ζ. B. die Intervallzeit t zwischen zwei aufeinanderfolgenden Spannungsimpulsen.

Der Optimierer 2 erarbeitet beispielsweise auch die Bezugsspannung U des Servomechanismus. Vorzugsweise und beispielsweise wird der Überwacher 1 von einem Mini- oder Mikro-Datenverarbeiter gebildet. Dieser Datenverarbeiter veranlaßt eine Messung der Bearbeitungsbedingungen durch ein Synchronisationssignal, das durch die Leitung 10 dem Überwacher 1 zugeleitet wird, der dieses Signal aufnimmt und daraufhin die Übermittlungsleitungen 11, 12, 13 und 14 entsprechend den Meßergebnissen unter Spannung setzt.

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Die von dem Optim±erer 2 bestimmte Intervallzeit t wird über die Leitung 21 dem Generator 3 zugeführt, der für die Funkenerosion notwendige aufeinanderfolgende Spannungsimpulse erzeugt. Diese Spannungsimpulse werden der Werkzeugelektrode 6 über die Leitung 31 zugeführt. Ändere Regelparameter, die für die Optimierung im Laufe der Bearbeitung nicht verändert werden, werden über die Eingänge 8 eingegeben. Die Bezugsspannung U, die vom Optimierer in digitaler Form gewonnen wurde, wird einem Digital-Analog-Wandler 4 über ein Leitungsbündel 22 übertragen. Das analoge Signal wird über die Leitung 41 dem Servomechanismus 5 zugeleitet. Letzterer erhält die Bearbeitungsspannung über die Leitung 62, bewirkt eine dem Arbeitsspalt entsprechende Größe und vergleicht diese mit der Bezugsspannung, um den Arbeitsspalt unter Einwirkung auf die Bewegung der Werkzeugelektrode 6 auf seinem optimalen Wert zu halten.

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Claims

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BRAH MSSTRASSE 29, 5600 WUPPERTAL 2

Ansprüche:

Verfahren zum Funkenerosxonsbearbeiten einer Werkstückelektrode mit einer Werkzeugelektrode, bei dem die Elektroden zur Erzeugung von Funkenerosion mit aufeinanderfolgenden Spannungsimpulsen beaufschlagt werden, bei dem eine charakteristische Größe eines Leistungsindex der Bearbeitung gebildet wird, und bei dem zur Erzielung eines Maximalwertes dieser Größe ein Bearbeitungsparameter schrittweise geändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorzeichen des Quotienten aus der charakteristischen Größe und der zugehörigen Veränderung des Bearbeitungsparameters ermittelt wird und daß einem Absolutwert der Abweichung der Werte des Bearbeitungsparameters eines Schrittes im folgenden wenigstens ein erster Wert (A ) gegeben wird, wenn dieser Quotient positiv ist, und wenigstens ein zweiter, den ersten übersteigenden Wert (A ), wenn dieser Quotient negativ ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absolutwerte der Abweichungen mit dem Wert des Quotienten multipliziert werden.

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3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d ure hg eke η η-z e i c h"n e t, daß die Absolutwerte der Abweichungen zusätzlich mit dem Mömentanwerfc des Bearbeitungsparameters multipliziert werden. '
4. Verfahren nach Anspruch 1, da d u r" c h g e k e η η-z e i c h η e t; daß der Absolutwert der Abweichung bei negativem Quotienten multipliziert wird, wenn zuvor in einer einen positiven Quotienten aufweisenden Gefahrenzone Einbrüche stattgefunden haben.
5. Verfahren nach Anspruch 4, d ä d u rc h' g e k e η η-zeich η e t, daß an die Gefahrenzone eine zur Modifikation des Absolutwertes der Abweichung mit einem dritten Wert (Ä_) der Abweichung dienende Schutzzone angrenzt.
6. Verfahren nach Anspruch !,dadurch g e k e η η-zeichnet, daß der Beärbeitungsparameter die Dauer des Zeitintervalls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Spahnungsimpulsen ist.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Generator, der in bestimmten Zeitintervallen aufeihanderfolgende Spännungsimpulse für

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die Elektroden erzeugt, mit einem die charakteristische Größe des Leistungsindex der Bearbeitung bestimmenden Überwacher, und mit einem die charakteristische Größe durch schrittweises Verändern des Bearbeitungsparameters auf ihren Maximalwert bringenden Optimierer, dadurch gekennzeichnet, daß der Optimierer (2) wenigstens ein erstes Signal zu erzeugen vermag, welches dem Vorzeichen des Quotienten aus der Veränderung der charakteristischen Größe und der zugehörigen Veränderung des Bearbeitungsparameters entspricht'und daß eine Schaltung vorhanden ist, die dem Absolutwert der Abweichung der Werte des Bearbeitungsparameters eines Schrittes im folgenden in Abhängigkeit vom ersten Signal bei positivem Quotienten einen ersten Wert und bei negativem Quotienten mindestens einen zweiten, den ersten übersteigenden Wert zu geben vermag.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet, daß der Optimierer (2) ein zweites, dem Wert des Quotienten entsprechendes Signal zu erzeugen und den Absolutwert der Abweichung mit dem Wert dieses zweiten Signals zu multiplizieren vermag.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,dadurch gekennzeichnet, daß der Optimierer (2) ein drittes,

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dem Momentanwert des Bearbeitungsparameters entsprechendes Signal zu erzeugen und den Absolutwert der Abweichung mit dem Wert dieses dritten Signals zu multiplizieren vermag.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Optimierer (2) dem Absolutwert der Abweichung in einer an die einen positiven Quotienten aufweisenden Gefahrenzone angrenzenden Schutzzone wenigstens einen dritten Wert (A ) zu geben vermag und daß Speichermittel zur Speicherung vorher in der Gefahrenzone erfolgter Einbrüche sowie den dritten Wert (A ) und/oder die Erstreckung der Schutzzone nach den erfolgten Einbrüchen abändernde Modifizierungsmittel vorhanden sind.

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