DE2608867C2 - Verfahren zur Einstellung der Exzentrizität einer Elektroerosions-Elektrode und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

Dabei handelt es sicm a'per um einen stufenförmigen Vorschub, der über einen Schrittregler gesteuert wird. Ist die Spannung zwischen Elektrode und Werkstück über einen vorgegebenen Optimalwert angestiegen, so wird ein Sperrad od. dgl, um einen Zahn weitergedreht und die Elektrode hierdurch entsprechend an das Werkstück angenähert. Stattdesssen geht es bei der vorliegenden Erfindung nicht darum, eine augenblickliche Überschreitung der vorgegebenen Sollspannung als Signal für eine weitere Annäherung der Elektrode zu verwenden, sondern es wird die Zeitspanne gemessen, während derer die Spannung oberhalb der Sollspannung liegt und erst dann, wenn diese Zeitspanne zumindest gleich der Zeit für einen Umlauf der Elektrode ist, wird die Exzentrizität vergrößert

Bei einer einfachen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen sich die Merkmale gemäß Anspruch 2. Hierbei ergibt sich allerdings bei langandauernden Umläufen der Elektrode der Nachteil, daß die Vergrößerung der Exzentrizität immer erst dann stattfinden kann, wenn der Geber eine bestimmte Stelle passiert hat. Im ungünstigsten Fall kann sich dabei die Vergrößerung der Exzentrizität fast um die Dijüer eines Umlaufes der Elektrode verzögern.

Vorzugsweise wird deshalb mit den Merkmalen des Anspruches 3 gearbeitet Hierbei wird die Zeitmessung sofort ausgelöst, wenn die Spannung zwischen Elektrode und Werkstück den Bezugswert überschreitet Dadurch ist sichergestellt, daß die Vergrößerung der Exzentrizität zum frühestmöglichen Zeitpunkt erfolgt

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert

F i g. 1 ist eine waagrecht geschnittene schematische Teilansicht eines Elektrodenabschnitts und eines Werkstückabschnitts.

Fig.2 ist ein Schaubild der Änderung der Spannung zwischen der Elektrode und dem Werkstück während eines Umlaufs.

F i g. 3 und 4 zeigen schematisch zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung.

F i g. 5 zeigt eine Ausführungsabwandlung eines einer drehbaren Anordnung zugeordneten Impulsgenerators.

In Fig. 1 vollendet eine Elektrode 1, welcher in dem Sinn der Pfeile f eine Kreisbewegung mit dem Halbmesser r erteilt wird, mit ihr-cr Seite a-b die Bearbeitung der Innenwand A-B eines Werkstücks 2 und mit ihrer Seite b-c die der anschließenden Innenwand B-C Die einander gegenüberliegenden Flächen des Werkstücks biw. der Elektrode können als die eingreifenden bzw. umgreifenden Seitenabschnitte von parallelen Pyramidenstiimpfen angesehen werden, wobei der in dem Werkstück ausgebildete Hohlraum durch »Räumen« desselben mittels der Elektrode erhalten wurde, wercher dann eine einfache lotrechte Abwärtsbewegung erteilt wurde.

In der vollausgezogen dargestellten Stellung der Elektrode 1 hat ihre Fläche a-b den kleinsten Abstand von der Fläche A-B des Werkstücks und liegt dem Werkstück erheblich näher, als die Fläche ö-cder Fläche B-C.

Die Spannung, welche an einem im Nebenschluß zwischen der Elektrode und dem Werkstück liegenden Spannungsmesser abgelesen werden kann, stellt sich auf einen Kleinstwert ein, welcher praktisch zu einem gegebenen Zeitpunkt der Funkenspannung zwischen den beiden einander am n'i jhslen liegenden Punkten der Flächen a-b bzw, A -B entspricht

Wenn die Elektrode (oder das Werkstück) ihren

Umlauf fortsetzen, dessen Sinn durch die Pfeile f angegeben ist, entfernt sich die Fläche a-b allmählich von A-B, während sich die Fläche b-c der Fläche B-C nähert

Die Spannung zwischen der Elektrode und dem Werkstück beginnt daher zuzunehmen und kann ihren Leerlaufwert erreichen, wenn der Funke, welcher sich in

ίο gewissen Grenzen verlängern kann, nicht mehr aufrechterhalten werden kann. Wenn der Abstand zwischen b-c und B-C kürzer als der Abstand zwischen a-b und A-B wird, beginnt die Spannung abzunehmen, und zwar sobald die Funken von neuem zünden können, und diese Spannung geht durch ein Minimum in der Stellung b\-C\ der Räche b-c (gestrichelte Stellung la der Elektrode).

Während des nächsten Umlaufs der Elektrode 1 haben die kleinsten Spannungswerte, welche bei den aufeinanderfolgenden Vorbeigängen von a-b an A-B und von b-c an B-C auftreten, in*rlge der vorher ausgeführten Bearbeitung und somit «'er Zunahme des Abstands zwischen der Elektrode und dem Werkstück größere Werte als die vorhergehenden.

Die Potentialänderungen zwischen der Elektrode und dem Werkstück während eines Umlaufs von der Dauer T(F i g. I) können daher durch eine Kurve 3 dargestellt werden.

Der Wert der Leerlaufspannung Vo des Generators

^M zur Speisung der Bearbeitung wird erreicht, wenn der Abstand zwischen der Elektrode und dem Werkstück für diesen Spannungswert zu groß ist, um das Auftreten von Funken zu ermöglichen (Zeitpunkte 4a, 4b, 4c) während der Wert der Spannung umso niedriger ist, je kleiner dieser Abstand ist, und je leichter der Funke übergeht

Die Kurve 3 hat daher im großen und ganzen einen zyklischen allgemeinen Verlauf, welcher der Form der benutzten Elektrode mit Änderungen entspricht die von dem Oberflächenzustand einer jeden der Seiten abhängen, wobei diese Oberflächenzustände durch ihre größten Vorsprünge die kleinsten Werte der Kurve bestimmen.

Es kann daher eine unter Vo liegende Spannung V\ gewählt werden, welche einem solchen Abstand zwischen den Seiten entspricht, daß eine bestimmte Exzentrizitätsänderung erteilt werden kann, welche kleiner als dieser Abstand ist. Diese Bedingung ist erfüllt, wenn während eines Umlaufs die Spannung zwischen der Elektrode und dem Werkstück stets größer als dieser Wert V_t bleibt.

Zur Festlegung der Begriffe sei angegeben, daß der Wert von Vi z. B. 85 Volt beträgt, wenn V₀ z. B. den Wert 100 Volt hat.

F i g. 3 zeigt eine erste Anordnung zur Erzielung dieses Ergebnisses.

In dieser Figur ist die Elektrode 1 durch Stifte 5 an einen Elektrodenhalter 6 angeflanscht, welcher fest mit einem Kranz 7 verbunden ist, der in seiner waagerechten Ebene parallel zu sich selbst bleibt, aber in allen Richtungen um eine kleine Strecke gegenüber einem Gestell 8 verschiebüch ist.

Dieses Ergebnis kann auf verschiedene Weise erhalten werden, z. B.. wie dargestellt, mit Hilfe von

^h) einander entgegenwirkenden Schraubenfederpaaren 9, 10. welche langentia' nuf den Umfang des Kranzrs 7 wirken und sich an dem Gesteil 8 abstützen.

Diese Feclerpaare verhindern den Kranz 7 an einer

Drehung in dem einen oder dem anderen Sinn, sie ermöglichen jedoch Translationsbewegungen geringer Amplitude dieses Kranzes in allen Richtungen infolge der vernachlässigbaren Längenänderungen, welche derartige Translationsbewegungen an den Federn erzeugen.

Die Federpaare 9, IO können in an sich bekannter Weise insbesondere durch zwei gekreuzte Gleitschienen oder durch ein doppeltes Tragparallelogramm ersetzt werden, es können jedoch auch verwickeitere Anordnungen hergestellt werden, wie z. B. in der genannten französischen Patentanmeldung 74 04 869 beschrieben.

In einer kreisförmigen Öffnung 7,? des Kranzes 7 ist unter Zwischenschaltung von Rollen, Kugeln oder Nadeln 12 eine durch eine Welle 13 in Umdrehung versetzte Scheibe 11 drehbar.

Der Kopf 15 des unteren Endes der Welle 13 gleitet ohne Spiel in einer Durchmesseröffnung 14 der Scheibe J i, wobei uie Stellung ues Kupis ni uicsci wfiiiuiig uuilii eine diametrale Mikrometerschraube 16 bestimmt wird, welche sich an einem fest mit der Scheibe 11 \erbundenen Lager 17 abstützt und bedarfsgemäß von einem Elektromotor 18, gegebenenfalls über ein Untersetzungsgetriebe 19. angetrieben wird.

Der Motor wird über Schleifringe 20 und 21 durch nicht dargestellte Leiter gespeist. Die Achse X der Welle 13 kann so gegenüber der Achse V'der Scheibe 11 um eine Stecke exzentrisch gestellt werden, welche sich z. B. zwischen Null und einigen Millimetern ändert.

Die regelbare Exzentrizität der Welle 13 gegenüber der Scheibe kann mittels eines Motors 18 durch andere Mechanismen erhalten werden, welche eine gestaffelte oder schrittweise Änderung ermöglichen, insbesondere durch eine exzentrische Lagerung der Welle 13 in der Scheibe 11 durch eine Montage des Endes der Welle 13 in der Scheibe II mittels einer Rampe. Diese Rampe kann z. B. in der Ebene der Scheibe oder in einer zu der Scheibe schrägliegenden Ebene spiralig sein.

Die obige Anordnung wird gewöhnlich durch ihr den Antriebsmotor der Welle 13 enthaltendes Gestell 8 an einer Vorrichtung für den automatischen lotrechten Vorschub der Elektrode befestigt, welche für das anfängliche Räumen des Einschnitts benutzt wird, aber bei dem Vorgang der seitlichen Bearbeitung mit automatischer Rege'ung der Exzentrizität der Elektrode, welcher den Gegenstand der Erfindung bildet, nicht mehr in Tätigkeit tritt.

Bei der dargestellten Ausführung wird das Potential der Elektrode 1 gegenüber dem geerdeten Werkstück 2 an einen der Eingänge eines Spannungskomparators 23 angelegt, dessen anderer Eingang ein Bezugspotential empfängt, das durch eine Spannungsquelle 24 geliefert und durch ein Potentiometer 25 eingestellt wird.

Die Ausgangsspannung des !Comparators wird unmittelbar an einen Eingang einer UND-Schaltung 26 angelegt, deren anderer Eingang Impulse 36 eines Taktgebers 35 empfängt.

Der Ausgang der Torschaltung 26 ist mit dem Eingang eines durch in Kaskade geschaltete bistabile Kippschaltungen gebildeten binären Zählers 27 verbunden.

Der Ausgang des Komparators 23 ist ferner über eine Umkehrschaltung 28 mit den Rückstellverbindungen 29 des Zählers 27 verbunden. *

Die Kapazität dieses Zählers kann durch die Verbindungen 30 zwischen gewissen Kippschaltungen und dem Ausgang des Zählers über eine UND-Schaltung 31 eingestellt werden.

Der Ausgang des Zählers 27 ist mil einer Ver/ögerungsschaltung 32 verbunden, z. B. einer monostabilen Kippschaltung, welche einen Steuerimpuls, einer genau bestimmten Dauer einem Relais 33 zur Speisung des Motors 18 liefern kann.

Wenn unter diesen Bedingungen die Spannung zwischen der Elektrode und dem Werkstück die Bezugsspannung z.B. zu dem Zeitpunkt I_n (Fig. 2) übersteigt, wird der Torschaltung 26 ein Signal zugeführt, so daß diese die Impulse 36 durchläßt. Diese werden dem Zähler 27 zugeführt, solange das Ausgangssignal <.'-s Komparators 23 /. B. positiv ist. Sobald sich dieses Signal zu dem Zeitpunkt Ii (Fig. 2) umkehrt, hört die Zählung auf. und dank der Umkehrschaltung 28 wird dem Zähler 27 ein Rückstellsignal zugeführt. Dioden 38 bzw. 39 verhindern die Aussendung von Störsignalen.

Wenn während der der Gesamtkapazität des Zählers

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tors positiv bleibt, bleibt die Kurve 3 über dem Pegel Vi, und der Verzögerungsschaltung 32 wird ein Signal zugeführt, welches über das Relais 3i die Speisung des Motors 18 bewirkt, um die Erhöhung um einen Schritt ι der Exzentrizität e zu gestalten.

Das gleiche Signal kann nur Herabsetzung des Betriebszustands des Bearbeitungsgenerators benutzt werden.

Der Motor 18 kann insbesondere ein Schrittschaltwerk sein, und die Anordnung 32,33 kann so ausgebildet sein, daß sie dem Motor eine bestimmte Zahl von Impulsen zuführt, was eine Drehung desselben mit einer genau definierten Amplitude bewirkt.

Die in F i g. 3 dargestellte Anordnung erfordert, wenn

ι die Drehzahl der Welle 13 nicht konstant ist, eine derartige Regelung der Kapazität des Zählers 27 (durch die Verbindungen 30), daß diese Kapazität wenigstens einer Umdrehung der Welle 13 entspricht.

Die in Fig.4 dargestellte Anordnung ist von der Drehzahl der Welle 13 unabhängig. Die Welle trägt z. B. einen magnetischen Stift 40, welcher bei jeder Umdrehung eine Wicklung 41 so beeinflußt, daß in dieser ein Impuls entsteht. Diese Impulse werden über eine Diode 48 einem Zähler 42 zugeführt, welcher nur zwei Kippschaltungen 42a und 42b umfaßt. Der Ausgang der Kippschaltung 426 ist mit der Verzögerungsschaltung 32 verbunden, während der Ausgang des Komparators 23, dessen Eingänge gegenüber der Anordnung der Fig. 3 umgekehrt sind, mit den Rückstellverbindungen 43 der beiden Kippschaltungen verbunden ist.

Das die Zunahme der Exzentrizität bewirkende Signal gelangt dann zu der Anordnung 32,33 nur, wenn während eines vollständigen Umlaufs, d. h. zwischen zwei aufeinanderfolgenden, von der Wicklung 41 beim Vorbeigang des Stifts 40 gebildeten Signalen, kein Rückstellsignal (Bezugsspannung größer als die Spannung zwischen der Elektrode und dem Werkstück) aufgetreten ist

Wie in F i g. 5 dargestellt, kann in dem Fall der F i g. 3 jede Regelung des Zählers 27 vermieden werden, wenn bei jeder Umdrehung der Welle 13 unabhängig von der Drehzahl derselben die gleiche Impulszahl erzeugt wird. Hierfür ist die Welle 13 fest mit einem ferromagnetischen gezahnten Rad 45 verbunden, dessen Zähne 46 vor einer mit der Torschaltung 26 über eine Diode 48 verbundenen Wicklung 47 vorbeilaufen.

Wenn die Drehzahl der Welle 13 verhältnismäßig

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klein ist, können der Stift 40 oder die Zähne 46 kleine durch mit unter Spannung stehenden Schleifringen

Abmessungen haben, um kurzdauernde Impulse zu zusammenwirkende Schleifkontakte ersetzt werden,

erzeugen, wobei dann die Verbindungsschaltung zwi- Die Erfindung kann natürlich abgewandelt werden,

sehen den Zählern und den elektromagnetischen So kann der Zeitschalter eine beliebige bekannte Bauai i

Wicklungen 41 und 47 einen Verstärker und eine Stufe > aufweisen und durch andere, dem Fachmann geläufige

zur Formung der Impulse enthält. Wenn die Drehzahl Mittel gesteuert werden,
sehr klein ist, können die Wicklungen 41 oder 47 einfach

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Einstellung der Exzentrizität einer Elektroerosions-Elektrode relativ zu einem Werkstück, das durch Grobbearbeitung zu einer dem Elektrodenabdruck entsprechenden Form vorgeformt ist, wobei die Elektrode und das Werkstück relativ zueinander eine gleichförmige Kreisbewegung mit konstanter Eintauchtiefe der Elektrode ausführen, deren Exzentrizität unter Messung der Spannung zwischen Elektrode und Werkstück und ständigem Vergleich dieser Spannung mit einer Bezugsspannung in aufeinanderfolgenden Schritten geändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß während jeden Umlaufes die Zeitspanne gemessen wird, während der die Meßspannung stets oberhalb der Bezugsspannung bleibt und daß man die Amplitude der Exzentrizität erhöht, sobald diese gemessene Zeitspanne zumindest gleich der Umlaufzcit wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei die Elektrode mit einem Bohrkopf in Verbindung steht, dessen Exzentrizität mittels eines durch Signale gesteuerten Elektromotors einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb (13) des Bohrkopfes (15) einen Geber (40) aufweist, der beim Passieren eines ortsfesten Organes (41) einen Zeitmesser (42) zur Messung der genannten Zeitspanne auslöst.

3. Vorrithiung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei die Elektrode mit einem Bohrkopf in Verbindung stent, dessen Exzentrizität mittels eines durch Signale gesteuerten Elektromotors einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Meßspannung und die Bezugsspannung vergleichender Spannungskomparator (23) einen Zeitmesser (27) zur Messung der genannten Zeitspanne auslöst.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitmesser (27, 42) durch einen zweistufigen, binären Zähler gebildet ist, der beim Absinken der Meßspannung unter die Bezugsspannung auf null zurückgestellt wird und dessen Ausgang die Signale für den Elektromotor (18) liefert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse dem Zähler (27) durch eine UND-Schaltung (26) zugeführt werden, die an einen Spannungskomparator (23) angeschlossen ist, derart, daß sie bei einer Meßspannung oberhalb der Bezugsspannung die von einem Taktgeber ausgesandten Impulse zu dem binären Zähler (27) durchläßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Zeitmessers (27, 42) mil einer mit einem Relais (33) zur Steuerung des Elektromotors (18) verbundenen Verzögerungseinrichtung (32) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (18) ein Schrittschaltwerk ist, wobei die durch die Verzögerungseinrichtung (32) und das Relais (33) gebildete Anordnung eine Folge von einer bestimmten Zahl von Impulsen liefert.

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ein derartiges Verfahren ist im wesentlichen durch die DE-OS 22 29 525 bekannt. Dabei erfolgt die Einstellung der Exzentrizität über eine Programmsteuerung mit einem Soil-Istwert-Vergleich, wobei die Exzentrizität mit zunehmendem Werkstoffabtrag bis zu einem Maximalwert kontinuierlich erhöht wird.
Generell besteht bei der elektroerosiven Wtrkstoffabtragung das Bestreben, die Exzentrizität möglichst früh zu vergrößern und die durch den Werkstoffabtrag eintretende Spaltvergrößerung zu kompensieren, damit die Werkstoff-Abtragungsleistung nicht abfällt. Andererseits darf die Elektrode auf keinen FaI! zu stark an

I:. das Werkstück angenähert werden, da es sonst zum Kurzschluß kommt und die Bearbeitung unterbrochen wird.

Die Steuerung der Exzentrizität aufgcund eines Vergleiches der zwischen Elektrode und Werkstück herrschenden Ist-Spannung mit einer vorgegebenen Soll-Spannung ist insofern unbefriedigend, da die Ist-Spannung normalerweise unvorhersehbar schwankt. Sie kann deshalb nicht unmittelbar zur Steuerung der Exzentrizität herangezogen werden oder bedarf zusätzlicher Sicherheitsmaßnahmen, die kostenaufwendig sind.

Durch die GB-?S 12 56 358 ist eine elektroerosive Abtragungsanlage bekannt, bei der dann, wenn ein Kurzschluß erfolgt ist oder droht, die Servosteuerung automatisch das Zurückfahren der Elektrode auslöst, indem die Exzentrizität der Lateralbewegung vermindert wird. Es handelt sich hier um ein Sicherheitssystem, das den Zweck hat, den Werkstoffabtrag bei Kurzschlußrisiko zu unterbrechen, das jedoch nichts mit der Steuerung der Exzentrizität während des laufenden Werkstoffabtrages zu tun hat

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Spannungsmessung im Spalt zwischen Elektrode und Werkstück dahingehend zu verbessern,daß man damit die Zunahme der Exzentrizität ohne Kurzschlußrisiko steuern kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale. Durch diese Maßnahmen ist sichergestellt, daß die Spannung zwischen Elektrode und Werkstück oberhalb eines vorgegebenen Wertes bleibt, und zwar während eines vollständigen Umlaufes unter allen möglichen Stellungen längs der Bahnkurve der Elektrode und nicht nur während eines kurzen, zufälligen Augenblickes oder Bruchteiles der Umlaufbewegung. Erst wenn während eines vollständigen Umlaufes der Abstand zwischen Elektrode und Werkstück sich als ausreichend groß erwiesen hat, wird die Amplitude der Exzentrizität um eine Stufe erhöht, wobei jedes Kurzschlußrisiko ausgeschlossen ist. Bei dieser automatischen Steuerung der Exzentrizität können sehr kleine Amplitudenschritte durchgeführt werden, so daß die Elektrode immer so nahe wie möglich am Werkstück gehalten wird und die Bearbeitungsleistung nahe ihrem theoretischen Höchstwert liegt.

Zwar ist es bekannt, den Vorschub der Elektrode in aufeinanderfolgenden Schritten auszuführen (Schriftenreihe des Verlages Technik SVT, Band 186, Seite 32 und 33, SVT Band 177, Seite 34 und 64 und FR-PS 15 36 006), wobei stets die Bearbeitiingsspannung zwischen Elektrode und Werkstück mit einer Bezugsspannung verglichen wird und der Vergleich ein Steuersignal zum Weiterschalten des Vorschubes der Elektrode gibt.