Verbesserung der Prozeßführungssysteme für funkenerosive Senkanlagen unter Einbeziehung von Fuzzy-Technologien

von Michael Paul Witzak

Hamburg 11.1997
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Inhaltsverzeichnis

I.	EINLEITUNG	1
II.	STAND DER TECHNIK	3
2.1.	Aufbau und Funktion einer funkenerosiven (FE) Senkanlage	3
2.2.	Automatisierungsstruktur funkenerosiver Senkanlagen	6
2.3.	Fertigungswirtschaftliche Gesichtspunkte der FE-Bearbeitung	8
2.3.1.	FE-Bearbeitung innerhalb der Prozeßkette	9
2.3.2.	Kostenfaktoren und Einsparpotentiale in der Senkerosion	12
2.3.3.	Konkurrierende Bearbeitungsverfahren	14
III.	ZIELSETZUNG UND VORGEHENSWEISE	15
IV.	FUNKENEROSIVER ABTRAGSPROZESS	17
4.1.	Physikalische Einordnung des funkenerosiven (FE)-Abtragens	17
4.1.1.	Elektrische (Einzel-) Entladung in Gasen	17
4.1.1.1	Bildung von Ladungsträgern im Gasraum	18
4.1.1.2	Vorkommende Entladungsformen für Gase	19
4.1.2.	Besonderheiten der funkenerosiv genutzten Entladungen	21
4.1.2.1	Energietragende Größen des FE-Abtragens	22
4.1.2.2	Dielektrikum in der Funkenerosion	23
4.1.3.	Entladephasen und Werkstoffabtrag	27
4.2.	Funkenerosives Energieübertragungssystem	31
4.2.1.	Energieverteilung in den Entladephasen	33
4.2.2.	Energieverteilung im Arbeitsspalt	33
4.3.	Steuerung und Regelung des funkenerosiven Abtragssystems	35
4.3.1.	Funkenerosives Übertragungssystem	35
V.	GRUNDLAGEN DER ENERGIEÜBERTRAGUNG UND FOLGERUNGEN	41
5.1.	Energiequellen für die Senkerosion	41
5.2.	Wirkungsanalyse der pulsförmigen Energiegrößen im Entladekreis	46
5.2.1.	Wirkung der impulsförmigen Energiegrößen im Funkenspalt	46
5.2.2.	Leitungsgebundene Energieübertragung	49
5.2.3.	Schwingkreismodell	52
5.3.	Prozeßentartungen infolge fehlerhafter Energieübertragung	56
5.3.1.	Ursache und Wirkung von Prozeßentartungen	56
5.3.2.	Methoden zur Erkennung und Vermeidung von Prozeßentartungen	61
VI.	KONZEPTION DER HIERARCHISCHEN PROZEßFÜHRUNG	65
6.1.	Anforderungen an die FE-Prozeßführung	65
6.1.1.	Technische Spezifikation des Prozeßführungssystems	65
6.1.2.	Steuerungs- und regelungstechnischer Systementwurf	67
6.2.	Zeitliche Analyse und Entwurf des Prozeßführungssystems	70
6.3.	Neue regelungstechnische Konzepte: Fuzzy Logic - Fuzzy Control	73
6.3.1.	Grundlagen der Fuzzy-Mengen/Logik Theorie	74
6.3.2.	Integration der Fuzzy-Technologie in die FE-Prozeßführung	77
VII.	UMSETZUNG DER HIERARCHISCHEN PROZEßFÜHRUNG	85
7.1.	Prozeßstabilisierung	85
7.1.1.	Lichtbogen-, und Kurzschlußbehandlung	85
7.1.2.	Spaltweitenregelung	89
7.1.3.	Bewegungsspülung als Micro-Oszillations-Spülung	96
7.1.4.	Wirkungsanalyse der kombinierten Prozeßstabilisierung	99
7.1.4.1	Einzelwirkungen der Elemente der Prozeßstabilisierung	101
7.1.4.2	Betrachtung der überlagerten Wirkungen	103
7.2.	Prozeßoptimierung	104
7.2.1.	Kriterien und Parameter der Optimierungsaufgabe	104
7.2.2.	Die Architektur der Prozeßoptimierung	107
7.2.2.1	Eingangsgrößen der Prozeßoptimierung	108
7.2.2.2	Datenverdichtung	110
7.2.2.3	Zeitliche Steuerung der Optimierung	110
7.2.2.4	Fuzzy-Parameter Klassifikation	112
7.2.2.5	Gedächtnisbasierte prozeßangepaßte Einstellstrategie	117
7.2.2.6	Ausgangsgrößen der Prozeßoptimierung	119
7.2.3.	Fuzzy-Adaption des Spaltweitenreglers	120
7.3.	Technische Beschreibung der Realisierung	122
7.3.1.	Prozeßrechnerarchitektur und Kommunikationsstrukturen	122
7.3.2.	Programmarchitektur und Multi-Tasking Organisation	128
7.3.3.	Antriebssteuerung für die Spaltweitenregelung	131
7.3.4.	Spaltsensorik zur Lichtbogendetektion	133
VIII.	DIE ENTWICKELTEN VERFAHREN IN DER ANWENDUNG	135
8.1.	Definition der Spezialbearbeitungsaufgabe	135
8.2.	Spezialerodieraufgabe mit Variation der grundlegenden Einstellparameter	136
8.3.	Standarderodieraufgabe mit automatischer Prozeßoptimierung	141
IX.	ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK	149
X.	SCHRIFTTUM	153
.	FORMELZEICHEN	.