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Vorrichtung zum elektro-erosiven Herstellen von Rillen oder Nuten veränderlichen Querschnittes in metallischen Werkstücken
Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zum elektro-erosiven Herstellen von Rillen oder Nuten veränderlichen Querschnittes in metallischen Werkstücken, mit einem drehbaren Futter zum Aufspannen des die eine Elektrode bildenden Werkstückes und mit einer Werkzeugelektrode, deren Achse die Drehachse des Futters in einem Abstand senkrecht kreuzt und die in einem Elektrodenhalter befestigt ist, dessen zur Elektrodenachse parallele Vorschubbewegung mit der Drehbewegung des Futters abstimmbar ist.
Die Bearbeitung von Werkstücken aus Metall, aber auch aus andern Werkstoffen, z. B.
Halbleiterwerkstoffen mit Hilfe von elektro-erosiven Prozessen, findet zunehmend Eingang in die moderne Fertigungstechnik. Beispielsweise ist eine Vorrichtung zum Bearbeiten, insbesondere zum Schneiden von Halbleiterwerkstoffen bekannt, bei welcher das Werkzeug, die Säge, aus zwei mittels einer Isolierschicht voneinander getrennten Blättern besteht, zwischen denen die Funken überspringen, welche das Material des Werkstückes beim Schneiden abtragen. Der Abstand zwischen den Elektroden ist unveränderlich, denn er ist ja von der Dicke der Isolierschicht bestimmt. Bei dieser Vorrichtung bildet das Werkstück keine Elektrode.
Bekannt ist ferner eine zum Ankörnen von Werkstücken bestimmte Vorrichtung, deren Elektrode auf einem Schlitten sitzt, der längs einer Führung verstellbar ist, die ihrerseits entlang einer normal zu ihr verlaufenden, zweiten Führung eingestellt werden kann. Auch der Abstand der Elektrode von dem Werkstück ist verstellbar, und überdies kann die Elektrode verdreht werden, so dass sie über jeden Punkt des Werkstückes gebracht und dort abgesenkt werden kann, wie es zum Ankörnen notwendig ist. Die verschiedenen Einstellbewegungen sind voneinander unabhängig.
Bei bekanntgewordenen Vorrichtungen der eingangs erwähnten Art wird dem Elektrodenhalter eine parallel zur Achse der Werkzeugelektrode verlaufende, hin-und hergehende Bewegung mit Hilfe eines Folgeantriebes erteilt, der kinematisch mit dem Futter verbunden ist, in dem das Werkstück eingespannt ist, und der mittels einer Vorrichtung zum Einstellen des Abstands zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück gesteuert wird.
Bei diesen Vorrichtungen werden die Rillen oder Nuten mit Hilfe einer räumlich profilierten Werkzeugelektrode bearbeitet, wobei die Formgebung nicht nur durch die Form der Werkzeugelektrode, sondern auch durch ihre relative Bewegung zum rotierenden, runden Werkstück bestimmt wird.
Solche Vorrichtungen sind mit einem wesentlichen Nachteil behaftet, der darin besteht, dass die Aufrechterhaltung des erforderlichen Abstands zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück durch eine Bewegung der Elektrode in Richtung ihrer Achse schon für geringfügige Abstandsänderungen langer Einstellwege bedingt und viel Zeit in Anspruch nimmt.
Das Heranführen der Werkzeugelektrode an die zu bearbeitende Oberfläche sowie das Rückführen derselben während der Bearbeitung dieser Oberfläche sind unbedingt notwendige Bewegungen, und der
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grosse Zeitaufwand beeinträchtigt die Leistungsfähigkeit. Überdies zeigt sich, dass die Erosionsprodukte aus dem Erosionsspalt ungenügend austreten, so dass ein Zusetzen des Spaltes eintritt und die Einhaltung des richtigen Abstands zwischen Elektrode und Werkstück unmöglich wird bzw.
Kurzschlüsse auftreten.
Es ist das Ziel der Erfindung, die erwähnten Nachteile zu beseitigen, eine höhere Leistung zu gewährleisten und dabei die Bedienung einfach, betriebssicher und übersichtlich zu gestalten.
Diese Ziele lassen sich mit einer Vorrichtung des eingangs umrissenen Aufbaues erreichen, bei welcher erfindungsgemäss der Elektrodenhalter mittels eines Antriebs in Achsrichtung der Werkzeugelektrode sowie mittels eines eigenen Antriebs senkrecht zu dieser Richtung zur Änderung des Abstands zwischen der Werkzeugelektrode und der Drehachse des Futters verstellbar, die Drehbewegung des letzteren von der Bewegung des Elektrodenhalters in Achsrichtung abgeleitet ist und bei welcher die beiden Antriebe mittels eines elektrischen Schaltkreises steuerbar sind, dessen Eingangsklemmen mit dem Werkstück bzw. der Werkzeugelektrode elektrisch verbunden sind.
Bei einer vorteilhaften, sehr einfachen Ausführungsform ist der Elektrodenhalter an einem längs Führungen parallel zur Elektrodenachse bewegbaren Wagen montiert, und diese Führungen sind an einem zweiten Wagen befestigt, der in einer zur Richtung der Elektrodenachse senkrechten Richtung verschiebbar ist.
Infolge der vorgesehenen zusätzlichen Hin-und Herbewegung des Elektrodenhalters mit der Werkzeugelektrode in der zur Werkzeugelektrodenachse senkrechten Richtung, die durch einen unabhängigen Antrieb erzeugt wird, der elektrisch mit der Vorrichtung zum Einstellen des Abstands zwischen Werkzeugelektrode und Rohling verbunden ist, besitzen erfindungsgemässe Vorrichtungen hohe Leistungsfähigkeit und bieten weitergehende fertigungstechnische Möglichkeiten im Vergleich mit den bekannten Maschinen desselben Typs.
Zweckmässig ist es, wenn der zweite Wagen einen Anschlag aufweist, der mit einem verstellbaren Anschlag am Maschinengestell zur Begrenzung der Wagenbewegung in Richtung gegen das Werkstück zusammenwirkt. Die Drehbewegung des Futters von dem den Elektrodenhalter tragenden Wagen kann in sehr einfacher und übersichtlicher Weise mittels Bändern abgeleitet sein, die an von diesem Wagen abstehenden Kragarmen und an einer mit dem Futter drehfest verbundenen Schablonenscheibe befestigt sind, die sie wenigstens teilweise umschlingen.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand einer beispielsweisen Ausführungsform näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht ist.
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--3-- abgestützterWagens --4-- ist dieser mit einem Anschlag ausgestattet, der mit einem Anschlag-9zusammenwirkt, der am Gestell --1-- verschiebbar gelagert und mit einem Gewindeloch versehen ist, in das eine unverschiebbar gehalterte und mittels eines Handrades --11-- verdrehbare Gewindespindel --10-- eingeschraubt ist.
Jeder der beiden Wagen ist mit Hilfe eines eigenen Antriebes--12 bzw. 13--bewegbar, und diese beiden Antriebe sind von einem elektrischen Schaltkreis gesteuert.
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Wagens--4-alselektrohydraulische Steuerschieber--14 und 15--von dem Schaltkreis--16--steuerbar sind. Der spezielle Aufbau dieses Schaltkreises ist nicht Gegenstand der Erfindung und deshalb nicht näher erläutert. Im übrigen sind für erfindungsgemässe Vorrichtungen verwendbare Schaltkreise verschiedener Ausführung bekannt.
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--7-- sind Kragarme --17--21-- sitzt.
Bei dem in Rede stehenden Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser der Schablonenscheibe --21-- gleich dem Durchmesser des Werkstückes --24--.
Auf diese Weise ist der Wagen--7--mit dem Werstück --24-- kinematisch verbunden. Das
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System der hydraulischen Wagenantriebe --12 bzw. 13-- wird von einer Pumpe--26-gespeist.
Die beschriebene Vorrichtung arbeitet folgendermassen : Das Werkstück wird mit Hilfe der Werkzeugelektrode --8-- bearbeitet, die sich mit dem Wagen --7-- parallel zu ihrer Achse - a-a-und zusammen mit dem Wagen --4-- quer zu dieser Achse bewegt, wobei als Betriebsstromquelle für den Elektroerosionsprozess ein beliebiger der bekannten Impulsstromgeneratoren
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gegenüber dem Werkstück sich ändert.
Der Bearbeitungsvorgang wird, wie bekannt, unter einer Schicht dielektrischer Flüssigkeit, die sich in einer (nicht gezeigten) Wanne befindet, durchgeführt.
Der erforderliche Abstand zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück kann entweder durch Verschieben des Wagens --7-- parallel zur Achse --a-a-- der Elektrode --8-- oder durch Verschieben des Wagens --4-- quer zu dieser Achse aufrecht erhalten werden. Die Verschiebungen der beiden Wagen werden je nach der Form der zu bearbeitenden Oberfläche derart koordiniert, dass der Abstand in der bezüglich der Leistungsfähigkeit vorteilhaftesten Richtung, d. h. vor allem in Richtung der Achse--a-a--oder quer zu ihr, eingestellt wird.
Die Bearbeitungstiefe des im Werkstück herzustellenden Rillen-oder Nutenprofils wird mit Hilfe des verstellbaren Anschlags--9--geregelt, welcher die Verschiebung des Wagens--4--begrenzt.
Zur Steigerung der Leistungsfähigkeit der Vorrichtung können mehrere Werkstücke aufgespannt und am Wagen --7-- mehrere, ihnen zugeordnete Elektrodenhalter --28-- mit Elektroden angeordnet werden.
Bei der Bearbeitung von Werkstücken auf der erfindungsgemässen Vorrichtung können die Fertigungsgänge in unterschiedlicher Reihenfolge durchgeführt werden, wie dies aus nachstehenden Beispielen ersichtlich ist.
Beispiel 1: Der Elektrodenhalter --28-- mit der Werkzeugelektrode --8-- am Wagen - befindet sich in der Höchstlage und der Wagen-4-in der äussersten rechten Stellung.
Hiebei entspricht die Lage des Anschlags--9--der vollen Bearbeitungstiefe des Rilleneinschnitts.
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Abwalzvorgang verwirklichen, und unter der Einwirkung der Erosionsimpulse auf das Werkstück - wird die erforderliche Oberflächenform erzeugt.
Hiebei gewährleistet die Hublänge des Wagens --7-- die erforderliche Bearbeitungslänge entlang des Umfanges des Werkstückes.
Vorbearbeitung (Schrupparbeit) und Fertigbearbeitung (Schlichtarbeit) können in zwei unabhängigen Durchgängen erfolgen, die auf die oben beschriebene Art durchgeführt werden. Hiebei erfolgt das Schlichten nach Verschieben des Anschlags--9--um ein Mass, das der Zugabe für die Schlichtarbeit entspricht.
Beispiel 2 : Die Werkzeugelektrode--8--, die im mit dem Wagen-7-verbundenen
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--28-- eingespannt--24-- befindet.
In der Zeichnung ist die Werkzeugelektrode in einer Mittellage in bezug auf das Werkstück gezeigt, wobei die Stirnseite-A-der Elektrode-8-schon tiefer als die Achse --25-- des Futters liegt.
Der Wagen --7-- bleibt unbeweglich, während Wagen --4-- sich gegen den Anschlag --9--, welcher der entsprechenden Bearbeitungstiefe gemäss eingestellt ist, verschiebt. Nachdem der Wagen --4-- den Anschlag erreicht hat, d. h., nachdem die Bearbeitung bis zur erforderlichen Tiefe
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--8-- längszusammen mit dem Vorschub des Wagens --7-- eingeschaltet. Das Abwälzen erfolgt durch Kombination der erwähnten Bewegung mit der Drehbewegung-des Werkstückes --24---, wie dies im Beispiel 1 beschrieben wurde.
Beispiel 3 : Die Bearbeitung erfolgt ebenso, wie dies im Beispiel 1 beschrieben ist, doch werden jetzt beide Wagen verschoben und der Abstand zwischen der Elektrode und Werkstück wird durch zweifache Verschiebung der Werkzeugelektrode in bezug auf den Rohling --24-- aufrecht erhalten, nämlich durch Tangentialverschiebung (parallel der Achse--a-a--der Werkzeugelektrode
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- -8--) und durch Radialverschiebung (quer zur Achse-a-a-der Werkzeugelektrode-8--).
Beispiel 4 : Die Bearbeitung erfolgt durch radiales Einschneiden mit Drehung des Werkstückes um den erforderlichen Winkel nach jedem Einschnitt. Hiebei wird die Werkzeugelektrode --8-- zusammen mit dem Schlitten--4--bis zum Anschlag--9--verschoben, dann wird die Elektrode --8-- zurückgeführt und das Werkstück --24-- mit Hilfe eines (nicht dargestellten) Teilkopfes um den erforderlichen Winkel gedreht. Diese Vorgänge wiederholen sich bis zur vollkommenen Bearbeitung des Rohlings.
Es ist erwähnenswert, dass die erfindungsgemässe Vorrichtung ein Abwälzen "mit gleitend veränderlichem Längsschnitt" ermöglicht, da Schablonenscheiben mit veränderlichem Durchmesser verwendet werden können, d. h., dass dank der Änderung des Verhältnisses des Rohlings-zum Schablonenscheibendurchmesser auf diese Weise bei Verwendung ein-und derselben Werkzeugelektrode im Werkstück Rillen mit unterschiedlichem Längsschnitt hergestellt werden können. Ausserdem ermöglicht die erfindungsgemässe Vorrichtung durch radiales Einschneiden mit Drehung des Werkstückes nach jedem Einschnitt die Ausbildung von Rillen mit veränderlichem Querschnitt in Längsrichtung bei Verwendung einer Werkzeugelektrode mit konstantem Querschnitt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum elektro-erosiven Herstellen von Rillen oder Nuten veränderlichen Querschnittes in metallischen Werkstücken, mit einem drehbaren Futter zum Aufspannen des die eine Elektrode bildenden Werkstückes und mit einer Werkzeugelektrode, deren Achse die Drehachse des Futters in einem Abstand senkrecht kreuzt und die in einem Elektrodenhalter befestigt ist, dessen zur Elektrodenachse parallele Vorschubbewegung mit der Drehbewegung des Futters abstimmbar ist,
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Achsrichtung (a-a) der Werkzeugelektrode (8) sowie mittels eines eigenen Antriebs (12) senkrecht zu dieser Richtung zur Änderung des Abstands zwischen der Werkzeugelektrode und der Drehachse des Futters verstellbar,
die Drehbewegung des letzteren von der Bewegung des Elektrodenhalters in Achsrichtung abgeleitet ist und dass die beiden Antriebe mittels eines elektrischen Schaltkreises (16) steuerbar sind, dessen Eingangsklemmen mit dem Werkstück bzw. der Werkzeugelektrode elektrisch verbunden sind.
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