CH628558A5 - Electrical discharge machine tool - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Funkenerosionsmaschine mit einem das zu bearbeitende Werkstück aufnehmenden Arbeitstisch, einem oberhalb des Arbeitstisches angeordneten und zum Ausführen einer senkrechten Vorschubbewegung für die Erosionselektrode ausgebildeten Pinolenkopf mit darin drehbar gelagerter Pinole, deren unteres Ende einen auswechselbaren Elektrodenhalter trägt, sowie mit einer Antriebsvorrichtung, die als integraler Bestandteil des Pinolenkopfes ausgebildet ist und mit der der Pinole und dem von ihr getragenen Elektrodenhalter eine periodische Translationsbewegung in einer zur Vorschubrichtung senkrechten Ebene erteilt werden kann.

Eine senkrecht zur Vorschubrichtung der Elektrode verlaufende, kreisende oder andere relative Translationsbewegungen der Elektrode gegenüber dem auf dem Arbeitstisch gehalterten Werkstück ausführende Antriebsvorrichtung bietet vielfältige Vorteile. So ist es mit einem solchen Antrieb beispielsweise möglich, eine bereits grob vorerodierte Bohrung mit einer einzigen Schlichtelektrode geringeren Durchmessers gleichzeitig entlang der gesamten Bohrungstiefe zu schlichten, ohne die Ungenauigkeitcn in Kauf nehmen zu müssen, die bei Verwendung einer dem endgültigen Lochdurchmesser entsprechenden Schlichtelektrode durch zunehmenden Elektroden-verschleiss beim Vortreiben der Elektrode in die Tiefe der Bohrung auftreten. Ferner brauchen beim Vergrössern eines Lochdurchmessers die Elektroden nicht laufend gegen solche grösseren Durchmessers ausgetauscht zu werden. Mit diesen beiden Beispielen sind die Möglichkeiten einer translatorischen Elektrodenbewegung jedoch noch keineswegs erschöpfend beschrieben, sondern es wird noch eine Vielzahl weiterer Bearbeitungsmöglichkeiten geschaffen, weswegen die Vorteile einer solchen translatorischen Elektrodenbewegung allgemein anerkannt sind.

In der praktischen Ausführung bekannter Maschinen wird der Bewegungsablauf durch Überlagerung zweier rechtwinklig zueinander verlaufender linearer Bewegungen erzielt. Dabei bestehen unterschiedliche Ausführungen in Bezug auf diejenigen Bauteile der Maschine, denen die entsprechenden Bewegungskomponenten erteilt werden.

So sind beispielsweise Funkenerosionsmaschinen bekannt, bei denen der das Werkstück haltende Arbeitstisch gegenüber der in Ruhelage verbleibenden Elektrode bewegt wird, wie auch solche, bei denen beide Bewegungskomponenten einer aus Linearbewegungen überlagerten Kreisbewegung in verschiedenen Teilen des den Pinolenkopf tragenden Statives erzeugt werden. Eine Bewegung des Arbeitstisches ist insbesondere bei grösseren Funkenerosionsmaschinen nachteilig, weil hierbei meist grössere Massen in Form des Arbeitstisches und des darauf aufgespannten Werkstückes bewegt werden müssen. Die Verlagerung der Bewegung in unterschiedliche Abschnitte des Statives für den Pinolenkopf führt zu verhältnismässig aufwendigen Konstruktionen, da gerade die Stabilität dieses Statives für die Massgenauigkeit der Erosionsbearbeitung mit verantwortlich ist und Bewegungsabläufe innerhalb der Stativkonstruktion daher ungünstig sind. Die Nachteile dieser bekannten Ausführungen werden auch nicht dadurch beseitigt, dass man beispielsweise eine der Bewegungsrichtungen in den Arbeitstisch und die andere in das Pinolenstativ verlegt.

Es wurde daher bereits angestrebt, dem Elektrodenhalter selbst die gewünschte Translationsbewegung zu erteilen. Zu diesem Zweck sind bereits Antriebsvorrichtungen vorgeschlagen worden, die an den Pinolenkopf angebaut werden können. Hierbei kommt es wesentlich darauf an, dass einerseits die freie Höhe des Elektrodenhalters über dem Arbeitstisch möglichst nicht vermindert, anderseits aber auch keine seitlich stark ausladenden Bauteile verwendet werden, welche die Arbeit an und mit dem Pinolenkopf behindern können. Bekannte Lösungen können nicht befriedigen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Antriebsvorrichtung für eine horizontale Translationsbewegung des Elektrodenhalters anzugeben, welche mit dem Pinolenkopf verbunden ist, jedoch weder eine den Arbeitsabstand zwischen Elektrodenhalter und Arbeitstisch zu stark verhindernde Bauhöhe noch die Zugänglichkeit des Pinolenkopfes behindernde, ausladende Bauteile aufweist und eine unabhängige Rotation der Pinole zulässt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Funkenerosionsmaschine der eingangs beschriebenen Type gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Lagerung der Pinole innerhalb des Pinolenkopfes in zwei rechtwinklig zueinander verlaufenden Koordinatenführungen geführt ist, deren jede mit einem eigenen Linearantrieb versehen ist.

Zweckmässigerweise sind die Koordinatenführungen als Prismen-Nadelführungen ausgebildet.

Um eine möglichst raumsparende Ausführung zu erreichen, sind die mit der Pinole beweglichen Teile der Prismenführungen vorteilhafterweise als flache Stege oder Platten aus5

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gebildet, die unmittelbar übereinander paarweise parallel an der Aussens. ite einer Buchse angebracht sind, in der die Pinole drehbar gelagert ist.

Die Überlagerung der beiden Linearantriebe zu einer resultierenden Kreisbewegung oder ähnlichen periodischen Bewegung wird durch ein Steuerungssystem erreicht, durch das die beiden einzelnen Linearantriebe wirkungsmässig miteinander verbunden sind. Dabei ist die Steuerung vorteilhafterweise so ausgebildet, dass der Radius einer beispielsweise resultierenden Kreisbewegung von Null bis zu einem Höchstwert kontinuierlich veränderbar ist. Der maximal erforderliche Hub bei solchen Vorrichtungen liegt etwa in der Grössenordnung von

2 mm.

Es hat sich als besonders zweckmässig erwiesen, die Linearantriebe der beiden Koordinatenführungen als hydraulische Antriebe auszuführen, denen jeweils eine Sinus- bzw. Kosinusbewegung erteilt werden kann. Die Antriebe bestehen dabei aus je einem hydraulischen Linearmotor mit vorgeschaltetem elektrofluidischen Wandler.

Der verhältnismässig geringe erforderliche Hub für die Translationsbewegung der Pinole bzw. des Elektrodenhalters lässt es zu, den Drehantrieb für die Pinole auch bei der erfin-dungsgemässen Ausführung des Pinolenkopfes mechanisch auszuführen. Er erfolgt zweckmässigerweise von aussen durch einen Kegelradantrieb, dessen Antriebswelle jedoch zum Ausgleich der horizontalen Bewegung der Pinole und ihrer Lagerung mit einer elastischen Kupplung versehen ist.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Funkenerosionsmaschine unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen näher beschrieben.

Es stellen dar:

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen erfindungsgemässen Pinolenkopf einer Funkenerosionsmaschine;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Ansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1, die gegenüber der Fig. 1 um 90° gedreht liegt;

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Pinolenkopf entlang der Linie III-III in Fig. 1 ;

Fig. 4 eine teilweise geschnittene Stirnansicht eines elek-trohydraulischen Linearantriebes der Pinolenführung nach Fig. 1 ; und

Fig. 5 eine Draufsicht auf den hydraulischen Linearmotor nach Fig. 4.

Es sei zuerst auf die Fig. 1 und 2 bezug genommen. Von dem in diesen Figuren teilweise im Schnitt dargestellten Pinol-kopf sind im Rahmen der Erfindung nur die im unteren Bereich dargestellten Bauteile von Bedeutung. Der obere, nur durch Umrisslinien angedeutete Teil des Pinolenkopfes enthält unter anderem die hydraulische Regelung für den senkrechten Vorschub der Pinole bzw. der Elektrode und eine Halterung, mit der der Pinolenkopf am zugehörigen Pinolenstativ befestigt ist.

Dargestellt ist im unteren Bereich des Pinolenkopfes eine drehbar gelagerte Pinole 1, die an ihrem unteren Ende in einem Flansch 2 endet, der der Befestigung des (nicht gezeigten) Elektrodenhalters dient. Die drehbare Lagerung der Pinole 1 ist durch zwei Kugeliager 3 und 4 verwirklicht, die in die Enden einer Buchse 5 eingesetzt sind. Oberhalb des Kugellagers

3 ist die Pinole mit einem im wesentlichen radial verzahnten Kegelrad 6 versehen. Das Pinolenkegelrad 6 steht in Eingriff mit einem Antriebskegelrad 7, das auf eine Antriebswelle 8 aufgekeilt ist, die in zwei Kugellagern 9 gelagert ist.

Die Pinolenbuchse 5 ist beispielsweise durch Verschrau-bungen mit einem ortsfesten Bremsaufnehmer 10 verbunden, der seinerseits an einer Bremshalteplatte 11 angebracht ist. Innerhalb des Bremsaufnehmers 10 ist neben den Kegelrädern 6 und 7 für den Antrieb der Pinole eine Bremse 33 für die Pinole angeordnet.

In ihrem mittleren Bereich ist die Buchse 5 mit einem Flansch 12 versehen, an dessen Unterseite die bewegliche Führungsplatte 13 einer oberen Prismen-Nadelführung 14 fest angebracht ist. Mittels zwischengefügter Nadelrollen 15 liegt die bewegliche Führungsplatte 13 in linear verschiebbarer Weise an den Führungsschienen 16 der oberen Prismen-Nadelführung 14 an. Die Führungsschienen 16 der oberen Prismenführung 14 sind ihrerseits fest auf einer beweglichen Führungsplatte 17 einer unteren Prismenführung 18 angeordnet, deren ortsfeste Führungsschiene 19 fest mit dem Gehäuse 20 des Pinolenkopfes verbunden sind. Die in unmittelbar übereinander liegende Ebenen angeordneten Prismenführungen 14 und 18 verlaufen jedoch in rechtwinklig zueinander ausgerichteten Richtungen. Die gegenseitige Lage der Prismenführungen zueinander geht auch aus Fig. 3 hervor.

Als Antriebe für die Translationsbewegungen der Prismenführungen 14 und 18 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hydraulische Linearmotoren mit vorgeschalteten elektrofluidischen Wandlern vorgesehen, die in den Fig. 1 und 2 nur schematisch angedeutet sind. Dabei dient als Translationsantrieb für die obere Prismenführung 14 ein hydraulischer Linearmotor 21, dessen Gehäuse in fester Verbindung mit einer der Führungsschienen 16 der oberen Prismenführung 14 steht, und dessen Kolben über eine Verbindungsplatte 30 an dem Flansch 12 der Buchse 5 angreift. Entsprechend ist für eine Translationsbewegung der unteren Prismenführung 18 ein hydraulischer Linearmotor 23 vorgesehen, dessen Gehäuse fest mit dem Pinolengehäuse 20 verbunden ist, und dessen Kolben mittels einer Platte 34 an einer der Führungsschienen 16 angreift, durch welche die Bewegung auf die Führungsplatte 17 übertragen wird.

Jedem der Linearmotoren 21, 23 ist ein elektrofluidischer Wandler 24 vorgeschaltet. Zum Abtasten der Translationsbewegungen beider Prismenführungen ist je ein induktives Messsystem 25 vorgesehen, das in Fig. 1 bzw. in Fig. 2 ebenfalls nur schematisch angedeutet ist.

Die Fig. 4 und 5 zeigen den beispielsweise herausgegriffenen Linearmotor 21 in zwar vereinfachter, aber vergrösserter Darstellung. In Fig. 4 ist die untere Führungsplatte 17 zu erkennen, mit der eine der oberen Führungsschienen 16 fest verschraubt ist. Am Flansch 12 der Buchse 5 ist die obere Führungsplatte 13 mittels einer (nicht gezeigten) Verschraubung ebenfalls fest angebracht. Der Linearmotor 21 besitzt ein Zylindergehäuse 32, mit dem er fest auf der Führungsschiene 16 verschraubt ist. Wie aus Fig. 5 zu erkennen ist, enthält das Zylindergehäuse 32 in jedem seiner entgegengesetzten Enden eine Zylinderkammer 35. Die beiden Zylinderkammern 35 werden zur Mitte hin durch die entgegengesetzten Enden eines beweglichen Doppelkolbens 31 begrenzt. In seinem mittleren Bereich besitzt das Zylindergehäuse 32 eine (aus den Zeichnungen nicht deutlich erkennbare) nach oben weisende Aussparung, in der die die beiden Enden des Doppelkolbens 31 verbindende Kolbenstange frei zugänglich ist. Die an dieser Stelle an ihrer Oberseite abgeflachte Kolbenstange ist fest mit einer Verbindungsplatte 30 verbunden, über die die Kolbenbewegung auf den Flansch 12 der Pinolenbuchse 5 übertragen wird. Ein elektrofluidischer Wandler 24, der in Fig. 5 aus Übersichtlichkeitsgründen weggelassen wurde, ist direkt auf der Verbindungsplatte 30 angeordnet. Über zwei Bohrungen 36, die sich durch die Verbindungsplatte 30 erstrecken und durch die jeweiligen Enden des Doppelkolbens 31 bis in die Zylinderräume 35 weitergeführt sind, sind diese wechselweise zum Ausführen einer alternierenden Translationsbewegung unmittelbar von dem elektrofluidischen Wandler 24 aus mit Druckflüssigkeit beaufschlagbar.

Durch entsprechende Betätigung der Linearmotoren 21 bzw. 23 lässt sich die Pinole 1 innerhalb des Pinolengehäuses 20 in zwei zueinander rechtwinkligen, horizontalen Koordina5

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tenrichtungen mit einem Hub von etwa 2 mm verschieben. Zusammen mit der Buchse 5 und der drehbar in ihr gelagerten Pinole 1 führen auch die Bauteile 10, 11, 12, 13, 22 und 26 eine entsprechende Translationsbewegung aus. Die untere Abdeckkappe 26 dient dabei der Abdichtung zwischen dem rotierbaren Flansch 2 und dem Gehäuse 20. Damit eine Verschiebung der Pinole und ihrer Lagerung im Rahmen des maximal möglichen Hubes nicht durch Gehäusebauteile behindert wird, ist beispielsweise an den Stellen 27, 28 und 29 ein entsprechendes Translationsspiel vorgesehen.

Auch die Kugellager 9 für die Antriebswelle 8 ruhen in dem mit der Pinole 1 verbundenen beweglichen Bremsträger 10. Damit die Antriebswelle 8 den durch die Pinole ausführbaren Translationsbewegungen folgen kann, ist sie ausserhalb des Gehäuses 20 mit einer (nicht gezeigten) flexiblen Kupplung versehen. Dadurch ist auch im Rahmen der vorgesehenen Translationsverschiebungen der Pinole innerhalb des Pinolen-5 kopfes ein ungehinderter Drehantrieb für die Pinole möglich.

Die elektrofluidischen Wandler 24 sind mit (nicht gezeigten) Steuersystemen verbunden, die es gestatten, unterschiedliche translatorische Bewegungsabläufe der Pinole auszuführen. Zur Erzeugung der häufig erforderlichen Kreisbewegung io wird der eine Linearmotor zum Ausführen einer Kosinusbewegung und der andere Linearmotor zum gleichzeitigen Ausführen einer Sinusbewegung angesteuert.

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Claims (8)

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1. Funkenerosionsmaschine mit einem das zu bearbeitende Werkstück aufnehmenden Arbeitstisch, einem oberhalb des Arbeitstisches angeordneten und zum Ausführen einer senkrechten Vorschubbewegung für die Erosionselektrode ausgebildeten Pinolenkopf mit darin drehbar gelagerter Pinole, deren unteres Ende einen auswechselbaren Elektrodenhalter trägt, sowie mit einer Antriebsvorrichtung, die als integraler Bestandteil des Pinolenkopfes ausgebildet ist und mit der der Pinole und dem von ihr getragenen Elektrodenhalter eine periodische Translationsbewegung in einer zur Vorschubrichtung senkrechten Ebene erteilt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung (5) der Pinole (1) innerhalb des Pinolenkopfes in zwei rechtwinklig zueinander verlaufenden Koordinatenführungen (14, 18) geführt ist, deren jede mit einem eigenen Linearantrieb (21,23) versehen ist.

2. Funkenerosionsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Koordinatenführungen (14, 18) als Prismen-Nadelführungen ausgebildet sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Funkenerosionsmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Pinole (1) bewegliche Führungsplatte (13) dieser Prismenführungen (14) an der Aussen-seite einer Pinolen-Buchse (5) angebracht ist, in der die Pinole (1) drehbar gelagert ist.

4. Funkenerosionsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese Linearantriebe (21, 23) durch ein Steuerungssystem zum Erzeugen einer Kreisbewegung durch gegenseitige Überlagerung ihrer Bewegungsabläufe wirkungsmässig miteinander verbunden sind.

5. Funkenerosionsmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius dieser Kreisbewegung von Null bis zu einem Höchstwert veränderbar ist.

6. Funkenerosionsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Hub dieser Linearantriebe (21,23) etwa 2 mm beträgt.

7. Funkenerosionsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass hydraulische Linearantriebe vorgesehen sind.

8. Funkenerosionsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsantrieb für die Pinole (1) als mechanischer Kegelradantrieb (6, 7) ausgeführt ist, und die Antriebswelle (8) zum Ausgleich dieser Translationsbewegung der Pinole (1) mit einer elastischen Kupplung versehen ist.