CH639308A5

CH639308A5 - Verfahren und einrichtung zur orientierung der drahtfuehrungskoepfe an funkenerosiven schneidanlagen zum erodieren mit grosser schraeglage des drahtes.

Info

Publication number: CH639308A5
Application number: CH393079A
Authority: CH
Inventors: Attilio Lodetti
Original assignee: Agie Ag Ind Elektronik
Priority date: 1979-04-26
Filing date: 1979-04-26
Publication date: 1983-11-15
Also published as: SE435029B; US4431896A; DE3041612C1; GB2062528B; IT1120937B; IT7923140A0; JPS56500405A; FR2454869A1; FR2454869B1; SE8008262L; GB2062528A; JPS6336888B2; WO1980002395A1; DE3041612D2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Winkellage-Orientierung von Drahtführungsköpfen bei polar oder kartesisch gesteuertem Konisch-Schneiden an funkenerosiven Schneidanlagen. Bei derartigen Verfahren kann auch bei beliebigem, numerisch gesteuertem Bahnverlauf der Drahtneigungswinkel gegenüber der momentanen Bewegungsrichtung einen steuerbaren Schrä-gungswinkel einhalten, der relativ grosse Beträge annehmen kann.

Das funkenerosive Schneiden mit numerischer Steuerung und Drahtelektrode ist zunächst eingeführt worden, um bevorzugt prismatische Durchbrüche in Werkstücken herstellen zu können. Im Schnittwerkzeugbau, bei Sintermatrizen und Extrudiermatrizen liegen jedoch häufig fertigungstechnische Probleme an, bei denen abgesehen vom zylindrischen Durchbruch auch konische Profileinläufe oder Stanzausschnitte bewerkstelligt werden müssen. Zur Vermeidung von Nebenzeiten und von Wechseln auf andere Betriebseinrichtungen soll deshalb ein Weg gesucht werden, auf derselben funkenerosiven Schneidanlage in einer Werkstückeinspannung auch diese Bearbeitung durchführen zu können. Die Winkelbeträge können dabei 45° und mehr einnehmen, so dass die auf den bestehenden Anlagen üblichen Führungsmittel nicht ohne weiteres angewendet werden können, da beim Austritt der Drahtelektrode aus einem solchen Führungsmittel unter grosser Schräglage Kerbwirkungen und erhöhte Reibungen am Draht verursacht werden, die zu unzulässigen Drahtzugspannungs-Schwankungen und zu Biegungen führen können, die eine bleibende plastische Verformung im Draht hervorrufen.

Die gegenwärtig bekannten Einrichtungen, um das konische funkenerosive Schneiden mit einer Drahtelektrode anzuwenden, haben bevorzugt kleine Schrägneigungswinkel in der Grössenordnung von weniger als 2° im Auge und beinhalten deshalb nur Steuerungsverfahren, nachdem die obere zur unteren Drahtführungseinrichtung um kleine Beträge V verlagert geführt werden kann. Dabei kann sowohl eine polare wie eine kartesische Führung der Koordinaten angewendet werden und der jeweilige Verlagerungsbetrag V und seine Richtung entweder fest eingestellt werden (DP 2 155 622/ US-P 3 830 996) oder aber auch rechentechnisch aus der numerischen Steuerung abgeleitet werden und kontinuierlich tangential zur momentanen Schnittrichtung justiert werden (CH 513 693/US-P 3 731 045 und CH 513 694/US-P 3 731 043). Es sind im Rahmen dieser Lösungen Einrichtungen bekannt, die als Zubehörgeräte zu bestehenden Maschinen montiert werden aber auch Einrichtungen, die integral in die Maschine einbezogen werden und bei denen die Arme, die die Führungsköpfe tragen, entsprechend bewegt werden (DOS 2 255 429). Nachteil aller dieser Einrichtungen ist wie vorher beschrieben, dass die Führungsmittel nicht auf die Schräglage des Drahtes orientiert werden und dass dadurch grosse Schrägeinstellungen nicht möglich sind. Es ist zwar bekannt, Führungsmittel wie z.B. Ziehsteine oder Rollen einzusetzen, bei denen die seitlichen Abzugswinkel grösser sein können, bei denen jedoch dann der Kontaktpunkt auf dem Auslaufbogen dieses Führungsmittels sich verlagert, so dass bei Veränderung der Konizität Schwankungen bezüglich der Bearbeitungsgeometrie, d.h. auch der Genauigkeit in Kauf genommen werden müssen. Die dadurch entstehenden Werkstück-Geometrie-Fehler haben Grössenord-nungen, die im normalen Werkzeugbau nicht akzeptiert werden können. Ein Beispiel dieser Art ist in CH-P 486 288 enthalten, bei dem die Signale für die Konik-Verstellmotoren aus der Abtastung einer Schablone gewonnen werden.

Zur Erzielung grösserer Neigungswinkel der Drahtelektrode ist auch der Weg beschritten worden, die untere und die obere Drahtführung an einen gemeinsamen Bügel zu befestigen und diesen durch Steuereinrichtungen zu verschwenken (DOS 2 644 369). Abgesehen von der schwierigen kardanischen Bewegungslagerung für diesen Bügel und der begrenzten Möglichkeit der Einstellung der Bearbeitungshöhe zwischen den beiden Führungsköpfen, hat eine solche Lösung den Nachteil, dass der Haltebügel bei Schrägstellung schnell zu einer Kollision mit dem Werkstück führen kann und dass es nicht möglich ist, die Relativ-Lage des Kegel-Zentrums für den konischen Schnitt gegenüber dem Werkstück in der Höhe einzustellen. Eine weitere Lösung aus dieser Familie zeigt DDR-Patent 115 444.

Bekannt ist schliesslich noch eine dritte Ausführungsart, bei der zur Erreichung grösserer Winkel die Werkstücke auf einer kardanischen Aufhängung montiert und verschwenkt werden (DOS 2 401 424). Da die Werkstücke im allgemeinen gegenüber der fast dimensionslosen Drahtelektrode wesentlich störendere Abmessungen annehmen, bedeutet die Ausführung einer kardanischen Aufhängung der Werkstücke im Maschinenbau immer einen beträchtlichen Aufwand. Bei Schrägstellung des mit grossen Abmessungen versehenen Werkstückes entsteht zusätzlich der Nachteil, dass die Schwenkbewegung der äusseren Werkstückspartien zu Kollisionen mit der Maschinenstruktur oder den Führungsarmen führen können, die sonst auf besonders weite Füh2

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rungsdistanzen eingestellt werden müssen. So beträgt z.B. bei einer Winkeleinstellung von 30° der Hub der Verschwen-kung in nur 200 mm Abstand vom Bearbeitungszentrum bereits 100 mm (Sinus 30° = 0,5).

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Einstellbarkeit der Führung zu erreichen, ohne dass dabei störend durch die entstehende Verschwendung im Bearbeitungsraum Platz verloren geht und zusätzlich soll erreicht werden, dass durch die individuelle Einstellbarkeit der unteren Führung gegenüber der oberen Führung eine Steuerungsmöglichkeit erhalten bleibt für die Relativlage des Kegelzentrums der Konikeinstellung gegenüber dem zu bearbeitenden Werkstück.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die in den Pa-tantansprüchen definierten Merkmale gelöst.

Ein Beispiel für einen kompletten Führungskopf zeigt CH-P 594 477. Die Schnittprofil- und einstellungsabhängige Orientierung der Führungen kann entweder mit mechanischen oder elektromechanischen oder rein elektronischer Antriebseinrichtungen durchgeführt werden. Die verschiedenen Lösungen werden im folgenden anhand der Figuren beschrieben, die im einzelnen zeigen:

Fig. 1 Übersichtsskizze zur Anordnung orientierbarer Drahtführungsköpfe in der Arbeitszone einer Schneiderodieranlage;

Fig. 2 Anordnung der kardanischen Aufhängung für den Führungskopf an einem Führungsarm mit motorischem Verschwenkantrieb;

Fig. 3a und 3b, schematische Erklärung der unterschiedlichen Anforderungen an Schwenkbewegung der Führungsköpfe in Abhängigkeit von der Einstellung der Bearbeitungshöhe und von der Lage des momentanen Kegelzentrums;

Fig. 4 Lösung für den mechanischen Verschwenk-An-trieb für die Führungsköpfe oben und unten;

Fig. 5 Lösungsbeispiel für den elektro-mechanischen Antrieb der oberen und unteren Führungsköpfe, abgeleitet von den Antrieben für die kartesische Achsverstellung.

Die in den Zeichnungen dargestellten Lösungen gelten als ein Ausführungsbeispiel und sind Prinzip-Darstellungen zur verständlichen Darstellung verschiedener, möglicher konstruktiver Lösungswege, die im Rahmen dieser Anmeldung eingeschlossen sein sollen.

In Fig. 1 wird schematisch und ausschnittsweise die Arbeitszone einer funkenerosiven Schneidanlage dargestellt mit der Drahtelektrode (1) und dem Werkstück (2), wobei die Drahtelektrode durch die Führungsköpfe (3) und (4) gegenüber dem Werkstück in der beabsichtigten Lage geführt wird. Die Führungsköpfe selbst befinden sich an Tragarmen (5 und 6), welche am Maschinengestell, das nur mit (7) angedeutet ist, befestigt werden. Der obere Drahtführungsarm (5) ist dabei an einem Koordinatenschlitten (8) montiert, der in diesem Fall eine kartesische Ausführungsart mit den Motoren (9) und (10) darstellt, wodurch es möglich ist, den Arm (5) gegenüber dem Gestell (7) im Rahmen der Verstellmöglichkeiten des Koordinatenschlittens (8) zu verstellen, so dass der obere Führungskopf (3) gegenüber dem unteren Führungskopf (4) eine Relativlage einnimmt, die zur Schrägführung des Drahtes im Werkstück benötigt wird. Der Neigungswinkel des Drahtes gegenüber dem Werkstück wird im Vergleich zur senkrechten Laufrichtung des Drahtes gemessen und ist mit a gekennzeichnet. Es ist wohl selbstverständlich, dass die Drahtelektrode während der konkreten Bearbeitung von Antriebsmitteln bewegt wird und dass das Werkstück (2) gegenüber dem Koordinatentisch auf der Maschine mit in der Skizze nicht enthaltenen Aufspannmitteln befestigt wird. Die Drahtführungsköpfe (3) und (4) sind an den Armen (5) und (6) gemäss der Erfindung in einer kardanischen Aufhängung (11) und (12) befestigt und können

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deshalb entsprechend dem Winkel a in Schräglage verschwenkt werden. Einzelheiten dieses Vorganges werden im folgenden anhand der Fig. 2 erklärt, die schematisch sowohl für den oberen wie für den unteren Führungsarm identisch sind und nur spiegelbildlich angeordnet werden muss.

In Fig. 2 zeigt den Endteil des die Führungsköpfe tragenden Armes (5, 6) der Maschine, an dem die Führungsköpfe für den Draht (3,4) in einer kardanischen Aufhängung (11, 12) befestigt werden. Diese Aufhängung besteht zunächst aus einem Zapfen (13), der stirnseitig in dem Endstück des Führungsarmes gelagert ist und der in dieser Lagerung gedreht werden kann. In diesem Beispiel erfolgt das über einen Antrieb durch einen Regelmotor (14), der mit seinem auf der Motorwelle montierten Ritzel (15) ein Gegenzahnrad (16) treibt, an dem ein Tragstück fest montiert ist. An diesem Tragstück ist der Führungskopf (3,4) in einer zur ersten Lagerung senkrechten Ebene drehbar befestigt und gelagert durch den Zapfen (17) und das zugeordnete Zahnrad (20). Auch in diesem Fall erfolgt der Schwenkantrieb über einen Regelmotor (18) mit einem auf seiner Motorwelle montierten Ritzel (19) auf ein Zahnrad (20) das fest auf dem Lagerzapfen angeordnet ist. Die Schwenkebenen in den Zapfen (13) und (17) sind im Niveau konstruktiv so angeordnet,

dass sie in der Ebene liegen, wo in den Führungsköpfen (3) und (4) die Drahtelektrode aus dem Drahtführungsmittel austritt. Dadurch wird bei Ausführung der Verschwenkung keine weitere Lageveränderung dieses Austrittspunktes ausser der Verschwenkung hervorgerufen. Damit die Drahtelektrode von ihrer Zuführseite oder Entsorgungsseite ohne Probleme zu den Drahtführungsköpfen zugeführt werden kann, ist es notwendig, an der entsprechenden Seite noch eine zusätzliche Umlenkrolle (21) anzuordnen, die an ihrem Halter (22) drehbar angeordnet ist und sich automatisch nach der jeweiligen Schräglage orientiert. Die Laufrichtung der Drahtelektrode (1) ist bei Einstellung der Anordnung auf a = 0° genau senkrecht zur Ebene, die von den Bewegungsachsen der Schwenkzapfen (13) und (17) aufgespannt wird. Die Regelmotoren (14) und (18) erhalten von der numerischen Steuerung ihre Bewegungsinformationen auf definierte Winkellage, die sich mathematisch bestimmt nach dem Grössenbetrag des Winkels a und nach der Lage des momentanen Kegelzentrums gegenüber dem Werkstück. Die Bestimmung dieser Berechnungen erfolgt gleich wie die Rechnung der Verlagerung der oberen Führung relativ zur unteren Führung in kartesischen, bzw. polaren Koordinatensystemen gemäss CH-Patent 513 694 und CH-P 513 693.

Aus Fig. 3a wird deutlich, dass bei unterschiedlich eingestellter Rachenweite H1; H2 zwischen den Führungsköpfen (3) und (4) der Verschwenkungswinkel der Führungsköpfe (3,4) immer gleich dem Neigungswinkel a der Drahtelektrode ist. Das bedeutet auch, dass die Verschwenkung der Führungsköpfe bei unterschiedlicher Schnitthöhe in bezug auf die Verlagerung VI bzw. V2 des Führungskopfes (3) gegenüber des Führungskopfes (4) eine geänderte Beziehung einnimmt.

In Fig. 3b ist ein Fall dargestellt, wo der Zentrumspunkt für die Kegelstellungen der Elektrode (1) nicht bei einem der Führungsköpfe (3,4) liegt, sondern zwischen den Führungen angeordnet ist. Bei einer solchen Anordnung wird ebenfalls die untere Führung (4) an ihrem Drahtarm (6) aus der strich-punktierten Achse für die zylindrische Schnittlage zusätzlich herausbewegt. Es wird ohne weiteres deutlich, dass der Schwenkwinkel a für die Führungsköpfe damit zu der Verlagerung V3 wiederum eine andere Relation einhalten muss gegenüber den Fällen, die in Fig. 3 beschrieben wurden.

In Fig. 4 wird eine rein mechanische Lösung für das Verfahren der «orientierten Drahtführungsköpfe» prinzipmäs-

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sig dargestellt. In der Skizze sind die gleichen Bezeichnungen wie in Fig. 1 für den Aufbau der Bearbeitungsanordnung benutzt. An den Drahtführungsköpfen (3,4) wird ein Auslenkhebel (30) angebracht, der sich über ein sphärisches Lager (31) jeweils in einem Verstellhebel (32, 33) abstützt. Die beiden Verstellhebel sind zur Einstellung des Schwenkwinkelbetrages im Verhältnis zur Relativverlagerung V zwischen den Führungsköpfen auf verschiedenes Hebelverhältnis verstellbar und werden jeweils mit Hilfe einer Klemmschraube (34, 35) geklemmt an eine Halterung (36, 37). Dabei ist die Halterung für den oberen Führungsarm, der selbst im Koordinatenschlitten (8) bewegt werden kann, an dessen feststehenden Teil abgestützt, während der feststehende untere Arm seinen Halter (37) fest mit dem beweglichen oberen Tragarm (5) verbunden hat. Beim Antrieb der Motoren (9, 10) zur Einstellung der relativen Verlagerung des oberen Führungskopfes zum unteren Führungskopf - und dies in der vollen Bearbeitungsebene - wird über die Halter (36, 37) und die Verstellhebel (32, 33) die durch das eingestellte Übersetzungsverhältnis vorgegebene Auslenkung der Führungsköpfe zwangsweise eingehalten.

Fig. 5 zeigt eine elektro-mechanische Alternative, die zur Vermeidung von störenden Gestängen in der Arbeitszone die Antriebe der Verschwenkbewegung mit Hilfe von biegbaren Zug/Schub-Mitteln ausgeführt. Auf den Antriebs-

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motoren für die Relativverlagerung zwischen oberer und unterer Führung (9,10), wird zusätzlich ein kleines Getriebe (40) montiert, in dem ein Ritzel (41) auf der Motorwelle (42) montiert ist. Beim Betrieb des Motors zur Verlagerung der s Führungsköpfe wird durch die Drehung des Ritzels je eine Zahnstange (43,44) verschoben, die mit dem Zug/Schub-Mittel in direkter fester Verbindung steht und die ihre Verlagerung damit über die biegsame Antriebseinrichtung zu den Führungsköpfen jeweils oben und unten überträgt. Dort io wird gemäss der Skizze in Fig. 2 die Verschiebebewegung jeweils auf die Zahnräder 20 für die eine Achse bzw. auf die Zahnräder (16) für die andere Achse wiederum mit Hilfe von Zahnstangen übertragen. Damit die Schiebebewegung genügend leichtgängig ist, sind die Zahnstangen in Lagern (45) 15 axial leicht beweglich und zur Erzielung einer guten Präzision wird um das Zug/Schub-Mittel ein biegeelastisches Distanzrohr (46) geführt, das als Abstützung zwischen der Antriebsstelle und der Abtriebsstelle an den Führungsköpfen liegt. Zur Einstellung des Übertragungsverhältnisses zwi-20 sehen der Verlagerungsbewegung und der Schwenkpunkte der Führungsköpfe kann die Untersetzung zwischen Zahnstange und Ritzel entweder im Getriebe (40) verändert werden oder an den Führungsköpfen im Verhältnis zu den Zahnrädern (20) und (16).

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

639308 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Winkellage-Orientierung von Drahtführungsköpfen bei polar oder kartesisch gesteuertem Konisch-Schneiden an funkenerosiven Schneidanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlagerung (V) des einen Führungskopfes relativ zum anderen als Antriebsinformation für die Schwenkung der Führungsköpfe (3,4) der Drahtelektrode (1) benutzt wird, dass das Übertragungsverhältnis zwischen Verlagerung (V) und Schwenkwinkel veränderlich ist, und dass der Antrieb für die Schwenkbewegung mechanisch oder elektrisch ausgeführt wird.

2. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäss Anspruch 1 an einer funkenerosiven Schneidanlage, dadurch gekennzeichnet, dass beide Führungsköpfe (3,4) für die Drahtelektrode (1) in je einer kardanischen Aufhängung (11/ 12) schwenkbar in einer Ebene senkrecht zur normalen Drahtaufrichtung gelagert sind und dass je Führungskopf zwei unabhängige Antriebe (14,18) bestehen, die die Verstellinformation aus der elektronischen Steuerung für den Konuswinkel beziehen, wobei die Verstellinformation auf die von der eingestellten Rachenweite (H^ H2) abhängigen Verlagerung (Vl5 V2) mit Hilfe eines Getriebes (30-33; 40-44) korrigiert wird.

3. Einrichtung gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kardanische Lagerung der Führungsköpfe nur einseitig ausgeführt wird.

4. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäss Anspruch 1 an einer funkenerosiven Schneidanlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkbewegung der Drahtführungsköpfe (3,4) über Hebel (32, 33) und Gestänge (36, 37) mit einstellbarer Übersetzung von den Antrieben für die Verlagerung abgeleitet wird.

5. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäss Anspruch 1 an einer funkenerosiven Schneidanlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkbewegung der Drahtführungsköpfe über flexible Zug/Schub-Mittel (48) mit einstellbarer Übersetzung von den Antrieben für die Verlagerung abgeleitet wird.