DE3609709A1

DE3609709A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der bogenhoehe eines fuer die funkenerosion verwendeten schneiddrahtes

Info

Publication number: DE3609709A1
Application number: DE19863609709
Authority: DE
Inventors: Roger Vernier Delpretti
Original assignee: Agie Charmilles New Technologies SA
Current assignee: Agie Charmilles New Technologies SA
Priority date: 1985-03-28
Filing date: 1986-03-21
Publication date: 1986-10-09
Anticipated expiration: 2006-03-22
Also published as: DE3609709C2; US4773030A; JPS61230817A; CH665374A5; JP2550317B2

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Bogenhöhe eines für die Funkenerosion verwendeten Schneiddrahtes

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung um beim Schneiden eines Werkstückes durch Funkenerosion mittels eines zwischen zwei Führungen gespannten und ablaufenden, als'Elektrode wirkenden Drahtes die Abweichung desselben von einer Geraden zu bestimmen. Bei dieser Art von Verarbeitung unterliegt der Draht, dessen Durchmesser in der Grössenordnung von 0,25 mm liegt, während der Funkenerosion einerseits den abstossenden Kräften, welche durch die bei jeder Entladung entstehenden Gase erzeugt werden, und andererseits anziehenden Kräften elektromagnetischer und elektrostatischer Art, welche durch den Strom resp. durch die Spannung der elektrischen Impulse verursacht sind. Während des Schneidvorganges *i

überwiegen die abstossenden Kräfte und der Draht neigt dazu nicht mehr mit den Führungen zu fluchten, und eine Form anzunehmen, bei der sich unter dem Einfluss einer zusätzlichen anziehenden Kraft, welche durch den auf den Draht ausgeübten mechanischen Zug erzeugt wird, ein Gleichgewicht einstellt.

Man weiss, dass diese Verformung des Drahtes zwischen seinen Führungen zu wesentlichen Verarbeitungsfehlern führt, weil bei jeder Richtungsänderung des Schnittes der gebogene Teil des Drahtes hinter der die Führung verbindenden Strecke herschleppt und einen Weg beschreibt, der kürzer ist als der von den Führungen zurückgelegte Weg. Es ist daher sehr wichtig, das Ausmass der Krümmung des Drahtes, und insbesondere seine Bogenhöhe zu bestimmen, um bekannte Korrekturen für diese Verschiebung anzuwenden, beispielsweise indem man die Schnittgeschwindigkeit herabsetzt oder den von den Führungen beschriebenen Weg korrigiert.

« / Die Veröffentlichung JP-56-20134 beschreibt eine

bekannte Methode um die Verformung des Drahtes zu bestimmen. Diese besteht in einer direkten Messung, durch optisch oder elektrische Mittel, der Abweichung des Drahtes von der idealen, gradlinigen Form. Die Messung wird zwischen der Oberfläche des Werkstückes und einer der Führungen durchgeführt. Diese Methode ist jedoch kompliziert und verwendet eine sperrige Vorrichtung an einem Ort der Maschine wo Platzmangel herrscht, vor allem wenn die Führungen sehr nahe an das Werkstück herangeführt werden, was wünschenswert ist, um die Grosse der Verformung des Drahtes zwischen den Führungen zu beschränken.

Das erfindungsgemässe Verfahren zielt darauf, diese Nachteile zu vermeiden, indem es zur Messung der Abweichung nur elektrische und mechanische Grossen benutzt, welche bestimmt werden können ohne Messvorrichtungen in unmittelbarer Nähe der Verarbeitungszone zu benötigen, was offensichtliche Vorteile mit sich bringt. Zu diesem Zwecke ist die Erfindung wie in den Ansprüchen 1 und 6 aufgeführt definiert.

Die Erfindung soll nunmehr näher erläutert werden, unter Zuhilfenahme der Beschreibung einer Ausführungs form und der Zeichnung, in welcher Fig. 1 eine bevorzugte Variante des erfindungsgemässen Verfahrens illustriert, und

Fig. 2 das Funktionsschema einer erfindungsgemässen Maschine zum Schneiden durch Funkenerrosion darstellt

Wenn, für vorgegebene Arbeitsbedingungen, f die Bogenhöhe des Drahtes bei stationärem Betrieb bezeichnet, und T den längs des Drahtes ausgeübten Zug, um diesen zu strecken, dann erfüllen diese beiden Grossen näherungsweise folgende Beziehung

f ~- K (1)

wo K eine von den Betriebsbedingungen abhängige Konstante ist. Man kann den Wert dieser Konstante bestimmen, wenn

man die Differenz Af zwischen den Bogenhöhen f.. und f kennt, die der Draht bei stabilen Betriebsbedingungen aufweist, wenn man im Zeitpunkt t die Zugkraft T auf den Draht ausübt, und in einem anderen Zeitpunkt t_ eine andere Zugkraft T auf den Draht ausübt. In diesem Fall folgt aus der Gleichung (1):

K = ^I ^2 (f₂ - f.|) (2) .

¹I 2

Die auf den Draht ausgeübten Zugkräfte T₁ und T₉ können entweder direkt oder indirekt gemessen werden, während die Differenz (f - f ) zwischen den Bogenhöhen dadurch erhalten werden kann, dass man die Differenz zwischen der Vorschubgeschwindigkeit der Führungen und der Schnittgeschwindigkeit selbst, welche ihrerseits eine Funktion des Bearbeitungsstromes ist, zwischen den Zeitpunkten t₁ und t_ integriert. Dieses Verfahren ist in der Patentanmeldung 3476/84-9 ausführlich beschrieben. Hat man solchermassen den Faktor K mittels der Gleichung (2) für bestimmte Betriebsbedingungen bestimmt, dann kann aus Gleichung (1) der Wert der Bogenhöhe f direkt aus der auf den Draht ausgeübten Zugkraft T bestimmt werden.

Man kann die Bestimmung des Faktors K vereinfachen, indem man zwei entgegengesetzt gleiche Veränderungen des auf den Draht ausgeübten Zuges durchführt, wie es durch die Figur 1 veranschaulicht wird. Zu diesem Zweck wird die Zugkraft von einem ersten Wert T₁, den sie in einem Zeitpunkt t₁ einnimmt, auf einen zweiten Wert T_ gebracht, den sie in einem Zeitpunkt t„ einnimmt, danach wird die Zugkraft so verändert, dass sie den Wert T₁ in einem Augenblick t,. einnimmt, welcher so gewählt ist, dass die zwischen t„ und t zurückgelegte Schnittlänge dieselbe Länge hat, wie diejenige, welche zwischen t.. und t zurückgelegt wurde. Es kann dies vorzugsweise dadurch erreicht werden, dass man die Schnittgeschwindigkeit kon-

stant hält und folgende Beziehung einhält;;

t₂ - _ti = t₃ - t₂ J (3) .

Nennt man dann die zwischen t..: und t„ zurückgelegte Schnittlänge χ und den durch- da:e Führungen in diesem Zeitintervall zurückgelegten Weg x., während x¹ und x' die entsprechenden Grossen im .Zeitraum zwischen t_o

Ca Δ

und t bezeichnen, dann ergibt sich die Veränderung der Bogenhöhe während des ersten Zeitintervalles aus

f_o - f- = x~ - x_TT (4) ,

2 1 G U

und die Aenderung während des zweiten Intervalles folgt aus

3 2 G U

In diesen Ausdrücken bezeichnen f , f„ und f_ die Bogenhöhen des Drahtes in den Zeitpunkten t., t und t_. Wenn man dafür sorgte, dass die Schnittlängen x__T und x¹ gleich gross sind, beispielsweise indem man die Schnittgeschwindigkeit konstant hält, was - bei sonst gleichbleibenden Bedingungen - sicherstellt, dass die Bogenhöhe f am Ende des zweiten Intervalles gleich gross ist wie die Bogenhöhe f₁ am Anfang des ersten Zeitintervalles, dann ergibt sich aus der Differenz der Gleichungen (4) und (5):

Wenn man diesen Wert der Differenz zwischen den Bogenhöhen f und f als Funktion der Vorschubsdifferenz (x -x' )

[Z. Ca G

der Führungen in Gleichung (2) einsetzt, erhält man den gesuchten Wert des Faktors K in Gleichung (1). Es gestattet dies bei gegebenen Betriebsbedingungen die Bogenhöhe des Drahtes ausschliesslich aufgrund der darauf ausgeübten Zugkraft zu bestimmen.

So entnimmt man beispielsweise aus den Gleichun-

•1-

gen (1) und (2) dass für einen auf den Draht ausgeübten Zug T„ die Bogenhöhe dieses Drahtes gleich ist dem Quotienten der Bogenhöhe-Aenderung, geteilt durch den relativen Wert der Aenderung der Zugkraft, welche die Aenderung der Bogenhöhe verursacht hat. Es ist also der Proportionalitätsfaktor zwischen der Bogenhöhe und dem Kehrwert dieses relativen Unterschiedes gleich der entsprechenden Differenz der Bogenhöhe, welche mittels der Beziehungen (4) oder (6) bestimmt wird.

Eine andere Möglichkeit, die Bogenhöhe des Drahtes zu verändern, ohne die Schnittgeschwindigkeit zu ändern besteht darin, dass man den Abstand zwischen den beiden Führungen des Drahtes verändert. Es bleibt in diesem Fall die auf den Draht ausgeübte Zugkraft konstant und der entsprechende Unterschied in der Bogenhöhe kann mittels der Beziehung (4) bestimmt werden, wenn man die Entfernung zwischen den Führungen nur einmal verändert; falls man danach auf den ursprünglichen Abstand zurückkommt, kann man die Beziehung (6) benützen.

V 20 Die Figur 2 zeigt das Funktionsschema einer Maschine zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Die Bezugszahl 1 bezeichnet das zu bearbeitende Werkstück und die Bezugszahl 2 den zur Bearbeitung verwendeten Draht. Dieser Draht 2 ist zwischen zwei Führungen 3 und 4 gespannt, über welche er ständig abläuft, damit sein für die Funkenerosion verwendeter Teil ständig erneuert wird. Dafür genügt es, den Draht ständig nach unten zu ziehen, und zwar mittels eines Motors 9 mit konstanter Geschwindigkeit, der ein Paar 10 von den Draht umfassenden Rollen antreibt. Zwei Motore 11 und 12 bewegen das Werkstück parallel zur Schnittebene. Die für den Schnitt nötigen Impulse werden auf bekannte Weise von einer Schaltung erzeugt, welche eine Gleichspannungsquelle 5 aufweist, die in Serie mit einem Schalter 6 geschaltet ist, der durch einen Multivibrator 7 gesteuert wird. Zwischen der Quelle 5 und dem Werkstück 1 ist ein Widerstand zur Strombegren-

zung vorgesehen. Um die mittlere Bearbeitungsspannung zu bestimmen, ist ein Messkreis 13 mit dem Draht 1 verbunden, während ein zweiter Messkreis 14 geschaltet ist, um den wirksamen Bearbeitungsstrom zu bestimmen.

Dieser zweite Messkreis 14 steuert eine Schaltung 15, welche auf bekannte Weise eingerichtet ist, um anhand des Bearbeitungsstromes und der momentanen Bearbeitungsbedingungen die Schnittgeschwindigkeit zu bestimmen. Das Ausgangssignal des ersten Messkreises 13 wird zu einem Eingang eines Spaltreglers 16 geführt, dessen anderer Eingang eine von einer Spannungsquelle 17 erzeugte Referenzspannung erhält. Es dient der Regler 16 dazu, die Vorschubgeschwindigkeit des Drahtes in Funktion der Abweichung zwischen der effektiven Bearbeitungsspannung und besagter Referenzspannung zu regeln. Zu diesem Zweck ist der Ausgang des Reglers 16 mit einer numerischen Rechenschaltung 18 verbunden, welche die nötigen Bewegungen des Werkstückes 1 bezüglich der Führungen berechnet und die Motore 11 und 12 entsprechend steuert. Die=numerische Rechenschaltung 18 erzeugt ausserdem ein die Geschwindigkeit der Führung darstellendes Signal und führt dieses zu einem Eingang einer Integrierschaltung 21, dessen anderer Eingang das Ausgangssignal der Schaltung 15 erhält, wobei dieses letztere Signal die effektive Schnittgeschwindigkeit darstellt. Die Integrierschaltung 21 ist eingerichtet, um über ein Zeitintervall &t das Integral der Differenz zwischen diesen beiden Geschwindigkeiten zu berechnen, wobei Anfang und Ende des Zeitintervalles durch Signale identifiziert werden, welche eine Steuerschaltung 22 der Integrierschaltung liefert. Die Integrierschaltung bestimmt die Aenderung der Af der Bogenhöhe des Drahtes während des Zeitintervalles &t und überträgt ein dieser Aenderung entsprechendes Signal zu einem Eingang einer Rechenschaltung 23, wobei ein anderer Eingang dieser Rechenschaltung ein Signal S erhält, welches durch die Steuerschaltung 22 erzeugt ist und die auf den Draht aus-

geübte Zugkraft T darstellt. Es berechnet die Rechenschaltung anhand der vom Anfang bis zum Ende eines bestimmten Zeitintervalles erhaltenen Signale die Bogenhöhe f des Drahtes mittels der Gleichungen (1) und (2), und zeigt den berechneten Wert auf einem Anzeigeorgan 24 an. Des weiteren kann ein den so bestimmten Wert darstellendes Signal über die fakultative Rückkopplungsleitung 25 (welche gestrichelt eingezeichnet ist) entweder zum Multivibrator 7, oder zur Referenzspannungsquelle 13 geführt werden. Es gestattet dies entweder die Form oder die Frequenz der Impulse, oder auch die Referenzspannung zu ändern, derart, dass der Wert der Bogenhöhe innerhalb eines vorbestimmten Intervalles bleibt.

Das durch die Steuerschaltung 22 erzeugte Signal S , welches den die Bogenhöhe beeinflussenden Parameter darstellt, wird andererseits einem Schalter 26 mit zwei Kontakten a und b übertragen, welcher zwischen zwei verschiedenen Betriebsarten zu wählen gestattet, je nachdem, ob man die Aenderungen der Bogenhöhe des Drahtes durch eine Aenderung des auf den Draht ausgeübten Zuges oder durch Aenderung des Abstandes zwischen den Führungen 3 und 4, die den Draht tragen, bewirken will. Denn die auf den Draht ausgeübte Zugkraft erzeugt eine Kraft, welche den Draht in Richtung der bearbeiteten Fläche drängt, und also quer zum Draht wirkt. Bei gleichbleibender Zugkraft erzeugt eine Aenderung des Abstandes zwischen den Führungen eine Aenderung der Bogenhöhe des Drahtes; wenn - wie es oft der Fall ist - der Mechanismus, welcher das Ablaufen des Drahtes bewirkt Organe aufweist, die für einen konstanten Zug auf den Draht sorgen, dann ist es möglich die Bogenhöhe des Drahtes zu ändern, indem man einfach den Abstand zwischen den Führungen 3 und 4 verändert.

Zu diesem Zweck ist ein Motor 27 vorgesehen, der, wenn der Schalter 26 in der Stellung b ist, durch das Signal S gesteuert wird, um über eine Endlosschraube 28 die obere Führung 3 vertikal zu verschieben, und zwar in

Abhängigkeit des durch die Steuerschaltung 22 abgegebenen Signales S .

Um die zum Draht quergerichtete Rückstellkraft ändern zu können, indem man auf seine Längsspannung einwirkt, ist ein Bremsmotor 31 vorgesehen, der auf ein Paar Bremsrollen 32 wirkt, zwischen denen der Draht hindurchgeht, wobei die Rollen ein Bremsmoment ausüben, welches durch das Signal S bestimmt ist, welches der Motor von der Steuerschaltung 22 erhält, wenn der Schalter 26 in der Stellung a ist.

Es ist natürlich möglich Aenderungen der Bogenhöhe des Drahtes durch gleichzeitige Verwendung beider hier beschriebenen Methoden zu erzeugen, oder auch durch den ausschliesslichen Gebrauch der einen oder anderen davon. In letzterem Fall wird man den Schalter 26 sowie die Leitungen und Vorrichtungen die stromabwärts des einen oder anderen Kontaktes a, b liegen, auslassen.

•Al·

Leerseite -

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren um auf einer Maschine die vorgesehen ist, um mittels eines als Bearbeitungs-Elektrode dienenden, zwischen zwei Führungen gespannten Drahtes, ein als Elektrode dienendes Werkstück durch Funkenerosion zu schneiden, die Bogenhöhe des Drahtes zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass man durch ändern eines die Bogenhöhe beeinflussenden Parameters den Proportionalitätsfaktor zwischen der Bogenhöhe und dem Kehrwert der entsprechenden relativen Aenderung des Parameters bestimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den Proportionalitätsfaktor bestimmt, indem man dem Parameter nacheinander zwei verschiedene Werte gibt und die beim Uebergang vom ersten zum zweiten Wert stattfindende Aenderung &£ der Bogenhöhe bestimmt. ·*

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn- ^

zeichnet, dass man die Aenderung ^f der Bogenhöhe bestimmt, indem man die während des Ueberganges des Parameters vom ersten zum zweiten Wert auftretende Differenz zwischen dem durch die Führungen zurückgelegten Weg und dem Vorrücken des Schnittes bestimmt.

4.Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Aenderung &£ der Bogenhöhe bestimmt, indem man dem Parameter am Anfang und am Schluss eines ersten Zeitintervalles einen ersten beziehungsweise einen zweiten Wert gibt, indem man danach diesem Parameter zu Beginn und am Ende eines zweiten, gleich langen Zeitintervalles den zweiten bzw. den ersten Wert gibt, und indem man die Hälfte der Differenz zwischen den von den Führungen während des ersten und des zweiten Zeitintervalles zurückgelegten Wege berechnet, wobei die Schnittgeschwindigkeit während beider Intervalle auf demselben Wert gehalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Bogenhöhe verändert,

Dr. LP/dp 4 3 79 3 a

12.3.1986

indem man die zwischen den Führungen auf den Draht ausgeübten Zug ändert.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Bogenhöhe verändert, indem man den Abstand zwischen den Führungen ändert.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer numerischen Steuerungsanlage für die Relativbewegungen zwischen dem Werkstück und den Führungen, und mit einem Regelkreis, welcher diese Bewegungen so regelt, dass der Funkenabstand einen bestimmten Wert beibehält, gekennzeichnet durch eine von der numerischen Steuerungsanlage abhängige Steuerschaltung, um einen die Bogenhöhe beeinflussenden Parameter zu verändern und um diesen Parameter darstellende Signale zu erzeugen, durch Mittel, um die Schnittgeschwindigkeit und die Geschwindigkeit der Relativbewegungen zwischen dem Werkstück und den Führungen zu bestimmen, und um-diesen Informationen entsprechende Signale zu erzeugen sowie durch eine Recheneinheit, um die Bogenhöhe anhand dieser letzteren Signale sowie der durch die Steuerschaltung erzeugten Signale zu bestimmen.