CH646356A5

CH646356A5 - Method and device for threading electrode wire in electrical discharge machine tools

Info

Publication number: CH646356A5
Application number: CH229980A
Authority: CH
Inventors: Rudolf Schneider
Original assignee: Charmilles Sa Ateliers
Priority date: 1980-03-24
Filing date: 1980-03-24
Publication date: 1984-11-30
Also published as: DE3014084C2; DE3014084A1; JPS6341697B2; JPS56152534A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einfädeln von Elektrodendraht in Funkenerosionsmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens. 45 Bei üblichen Funkenerosionsmaschinen mit drahtförmi-ger Elektrode, wie sie zur Ausführung von Schneidarbeiten nach Art von Bandsägen benutzt werden, läuft der Elektrodendraht mit vorgegebener Geschwindigkeit durch das Ende des Erosionsspaltes im Werkstück, um die durch Funkenbil-50 dung beeinflusste Drahtoberfläche ständig gegen eine unbe-einflusste Oberfläche auszutauschen. Der Draht läuft dabei von einer Zuführvorrichtung durch den Arbeitsraum der Maschine zu einer Abzugsvorrichtung und wird durch mechanische Spannung genau gerade gehalten, wie es für die 55 Erzeugung geometrisch genauer Schnittflächen erforderlich ist. Für die Arbeitsbereitschaft der Maschine ist das Einfädeln des aus der Zuführvorrichtung kommenden Drahtes in die Abzugsvorrichtung unter Durchquerung des Arbeitsraumes erforderlich. Insbesondere bei Schnitten längs geschlos-60 sener Konturen, die von einer durchgehenden Werkstück-ausnehmung ausgehen, z.B. einer Bohrung geringen Durchmessers, muss der Elektrodendraht auch durch diese Bohrung gefädelt werden, was mit einem erheblichen Arbeitsaufwand verbunden ist, vor allem bei grossen Werkstück- bzw. 65 Bohrungstiefen und bei einer grösseren Anzahl von herzustellenden Ausnehmungen mit geschlossener Kontur. Entsprechendes gilt für Ausnehmungen, die zwar eine Konturdurchbrechung nach aussen aufweisen und daher grundsätz-

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lieh ein Herausführen des Elektrodendrahtes zulassen, hierzu wegen der Werkstückgeometrie jedoch komplizierte und zeitaufwendige Bewegungen erforderlich machen.

Eine Einrichtung zum automatischen Einfädeln von Elektrodendraht durch eine Werkstückausnehmung ist bekannt aus der CH-PS 559 599. Hiernach wird der Anfangsabschnitt des Elektrodendrahtes mittels eines Druckmediums durch die Werkstückausnehmung geschossen. Bei einem solchen, instationären Schiessvorgang wird nur eine begrenzte Menge des Druckmediums in Bewegung gesetzt, sodass der Anfangsabschnitt des Elektrodendrahtes vergleichsweise stark beschleunigt werden muss, um während der verfügbaren, begrenzten Einwirkungszeit der verschossenen Menge des Druckmediums durch die Ausnehmung zu gelangen. Dies ist nur mit extrem hohen Drücken und Geschwindigkeiten des Druckmediums erreichbar, wobei die hohe Einführgeschwindigkeit des Drahtes leicht zu einer unerwünschten Ablenkung an Unebenheiten der Werkstückausnehmung und gegebenenfalls zum Hängenbleiben des Anfangsabschnittes führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Ein-fadelverfahrens und einer entsprechenden Einrichtung, die eine sichere und auch bei engen und tiefen Startbohrungen zuverlässige Führung des Elektrodendrahtes durch den gesamten Arbeitsraum ermöglicht. Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale, während die erfindungsgemässe Einrichtung zur Lösung der Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 5 bestimmt ist.

Der demnach vorgesehene, gerichtete Flüssigkeitsstrahl führt den sich vergleichsweise langsam bewegenden Anfangsabschnitt des Elektrodendrahtes unter entsprechend starker Relativbewegung und Flüssigkeitsreibung, d.h. mit einer vergleichsweise grossen Antriebskraft, stetig durch die Werkstückausnehmung. Der Draht unterliegt daher im Verlaufe der Einführbewegung einer vergleichsweise starken Spannung in Längsrichtung, wodurch er in gestreckter Form gehalten wird, und zwar weitgehend unabhängig von Unebenheiten und sogar in gewissem Umfang von Vorsprüngen oder anderen Bewegungshemmnissen innerhalb des Arbeitsraumes. Die praktische Erprobung hat insbesondere gezeigt, dass damit eine im wesentlichen koaxiale Führung des Drahtes innerhalb des Flüssigkeitsstrahles ohne seitliches Austreten des Drahtanfanges und Gefahr des Verhakens an Vorsprüngen in der Nähe der Drahtbahn erreichbar ist. Der Drahtanfang wird vom Strahl erfahrungsgemäss sogar um leichte Abwinkelungen von Führungs- und Kontaktelementen, wie sie vor und hinter dem Werkstück bzw. Arbeitsraum für die Stromzuführung am Draht vorhanden sind, herumgeführt. Die Flüssigkeitsstrahlführung des Drahtes hat sich ferner auch bei vergleichsweise dünnen Bohrungen von z.B. ca. 1 mm Durchmesser sowie weitgehend unabhängig von der Bohrungstiefe bzw. Werkstückdicke als wirksam und zuverlässig erwiesen. Mit Hilfe an sich üblicher Mittel und Einrichtungen zur Prozessautomatisierung kann daher ein von menschlichen Eingriffen und einer Überwachung durch Bedienungspersonal weitgehend unabhängiger Arbeitsablauf erzielt werden, was besonders bei Werkstücken mit einer grossen Anzahl von herzustellenden Durchbrechungen von grosser Bedeutung ist.

Weitere Vorteile der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Hierin zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Vertikalschnitt der wesentlichen Funktionselemente einer Funkenerosionsmaschine mit drahtförmiger Elektrode,

Fig. 2 einen Axialschnitt der Flüssigkeitstrahl-Düse aus der Maschine nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Darstellung einer Draht-Schneidvorrichtung wie in Fig. 1, jedoch in einer anderen Betriebsstellung,

Fig. 4 eine vereinfachte Teil-Draufsicht einer Werkstückoberfläche mit einer Drahteinführungsbohrung und anschliessendem Schnitt- bzw. Erosionsspalt und

Fig. 5 einen Schnitt des in Fig. 4 dargestellten Werkstückabschnitts in einer axial zur Einführungsbohrung und durch den Schnitt- bzw. Erosionsspalt verlaufenden Darstellungsebene.

In der Darstellung gemäss Fig. 1 befindet sich zuoberst eine Zuführvorrichtung 12 für Elektrodendraht 30, der nach unten durch eine Werkstückausnehmung in Form einer Einführungsbohrung 10 zu einer Draht-Abzugsvorrichtung 40 verläuft. Das Werkstück 1 ist in üblicher und daher nicht dargestellter Weise zur Gänze in eine Dielektrikumsflüssigkeit eingetaucht und mittels Halterungen 2 an einem bezüglich der Durchlaufbahn des Elektrodendrahtes, bestimmt durch die miteinander in fester räumlicher Zuordnung verbundene Zuführ- und Abzugsvorrichtung, zweidimensional verfahrbaren, ebenfalls innerhalb der Dielektrikumsflüssigkeit befindlichen Maschinentisch 3 befestigt. Letzterer ist mit einer weiten Aussparung 4 für die Relativbewegung zwischen der Durchlaufbahn des Elektrodendrahtes und dem Werkstück versehen.

Die Zuführvorrichtung 12 umfasst ein Motoraggregat 13, das über ein Ritzel mit an sich bekanntem, im einzelnen nicht dargestelltem Freilauf 14 und über einen Riementrieb 15 eine Zuführrolle 16 mit einer Führungsrille 16a in Umdrehung versetzt. Der Elektrodendraht 30 ist mit einer Windung umschlingend in der Führungsrille 16a angeordnet, wobei die Umschlingung auch ohne Längsspannung des Drahtes durch eine federnde Rolle 18, die im Bereich der Rille auf den Draht einwirkt, aufrechterhalten wird. Die Zuführrolle 16 ist ferner mit einer ebenfalls an sich bekannten und daher nicht näher dargestellten, einstellbaren Bremse 17 zur Aufrechterhaltung der Drahtspannung im laufenden Betrieb entgegen der Wirkung der Abzugsvorrichtung 40 versehen.

Von der Zuführvorrichtung 12 gelangt der Draht 30 über eine isolierende, üblicherweise aus Saphir bestehende AbStützung 5 und einen gegensinnig angeordneten, üblicherweise aus Wolfram bestehenden Kontakt 6, der an eine Stromzuführung 7 angeschlossen ist, zu einer Düse 20 für die Erzeugung eines koaxial zur Draht-Durchlaufbahn verlaufenden Flüssigkeitsstrahls 34, der den Anfangsabschnitt 32 des Drahtes durch die Bohrung 10 zur Abzugsvorrichtung 40 führt. Die Düse 20 ist dazu über einen Anschluss 26 an eine nicht dargestellte Druckflüssigkeitsquelle angeschlossen. Für die Strahlerzeugung kommt z.B. ein Druck in der Grössen-ordnung von einigen zehn atü in Betracht, der für eine geschlossene Strahlführung über seine gesamte Länge ausreicht.

Die Düse 20 ist im Beispielsfall für geradlinigen Durchtritt des Drahtes 30 eingerichtet, wobei der Düsenausgang über den Arbeitsraum 8 der Maschine hinweg auf den Ein-lauf der Abzugsvorrichtung 40 gerichtet ist. Letztere umfasst im wesentlichen zwei gegensinnig rotierende Abzugsrollen 41 und 42 mit zugehörigen, endlos umlaufenden Transportbändern 43,44, zwischen denen der Draht unter Anpressung eingefasst ist und mit vorgegebener Geschwindigkeit abgezogen wird. Die Zuführgeschwindigkeit des Motoraggregats 13 ist geringer eingestellt, so dass nach dem Einfädeln, wobei letzteres die Geschwindigkeit des Drahtes innerhalb des Flüssigkeitsstrahls bestimmt, der Freilauf 14 den Zuführantrieb unwirksam macht und nur die Bremse 17 für die Draht-

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Spannung in Funktion lässt. Der Zuführmotor kann dann abgestellt werden.

Die Strahlerzeugung erfolgt in der Düse in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise, wobei über den Anschluss 26 zweckmässig Dielektrikumsflüssigkeit zugeführt wird, so dass Verträglichkeit mit dem Erosionsbad ohne weiteres gegeben ist. Die Düse weist einen trichterförmigen Ringkanal 22 mit einem kegelartigen Zentralkörper 23 auf, wobei die Spaltform entsprechend einer störungsfreien Laminarströmung gewählt ist. An der Düsenmündung 21 ergibt sich somit ein kohärenter, scharf begrenzter Flüssigkeitsstrahl 34, der den wesentlich langsamer laufenden Draht durch Flüssigkeitsreibung mit sich führt. Im Zentralkörper 23 befindet sich ein Drahtführungskanal 24 mit erweitertem Einlauf und abnehmendem Querschnitt. Im Bereich der Mündung 21 ist der lichte Kanalquerschnitt noch grösser als der Drahtquerschnitt, so dass keine Berührung bei koaxialer Führung stattfindet. Der Kanal hat also eine Führungsfunktion nur für den Fall eines seitlichen Austritts des Draht-Anfangsabschnitts beim erstmaligen Einführen in die Düse.

Im Anschluss an das Einfädeln kann der Flüssigkeitsstrahl als Spühlstrahl für den Erodierspalt 10a gemäss Fig. 4 und 5 aufrechterhalten werden, was zu einer verbesserten Oberflächenqualität der Schnittflächen führt Dabei gelangt ein Teilstrahl 34a durch den Spalt, während ein anderer Teil 34b entsprechend dem bezüglich des Strahlquerschnitts geringeren Spaltquerschnitt seitlich abgelenkt wird. Der durchtretende Teil wird in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise durch eine Absaugvorrichtung 50 erfasst, die zwischen dem Werkstück und der Abzugsvorrichtung 40 angeordnet ist und einen Absaugkanal mit einer im Austrittsbereich des Erosionsspaltes angeordneten AnsaugöFfnung 52. Der Staudruck des Flüssigkeitsstrahls ist um ein Mehrfaches grösser als der

Saug-Unterdruck in dem Absaugkanal 51 bemessen, so dass beim Einfädeln keine Strahlstörung eintreten kann. Anderseits ist es auch möglich, die Absaugung erst nach dem Einfädeln einzuschalten. Der Erosionsschlamm wird so vor ei-5 ner Vermischung wirksam abgesaugt. Innerhalb des Bereiches der Absaugvorrichtung befinden sich wiederum eine Abstützung 5 mit Kontakt 6 und Stromzuführung 7.

Zwischen der Düse 20 und dem Werkstück befindet sich eine Schneidvorrichtung 45 zum Abtrennen des Drahtes 30 zwecks Einfädeln in eine andere Ausnehmung. Die Vorrichtung umfasst zwei zwischen der Ruhestellung R gemäss Fig. 1 und der Arbeitsstellung A gemäss Fig. 3 zueinander gegensinnig bewegbare Schneidorgane 46 und 47 mit einem Führungselement 47b, welches in der Stellung A eine der 15 Normal-Durchlauflage des Drahtes angepasste Stellung einnimmt, während die Schneidkante 46a des anderen Schneidorgans in dieser Stellung nur wenig über den Drahtquerschnitt hinaus vorgerückt ist und damit zusammen mit der Schneidkante 47a den Draht einwandfrei trennt, dessen 20 Ende aber praktisch ohne Verbiegung lässt. Mittels Hydraulikmotoren 45a, 45b in Form von Kolben-Zylinderaggrega-ten werden die Schneidorgane in synchrone, gegensinnige Bewegung versetzt. Danach kehren sie unter der Wirkung der angedeuteten Rückstellfedern in ihre Ruhelage zurück. 25 Diese Bewegung wird mittels Ventilen 48,49 (s. Fig. 1) z.B. selbsttätig gesteuert. Die Bewegungsbegrenzung im vorgenannten Sinn wird mittels Anschlägen 45c, 45d hochgenau eingestellt.

30 Besonders einfach und vorteilhaft ist ein Anschluss (im einzelnen nicht dargestellt) der Hydraulikmotoren mit ihren Steuerventilen an die zur Strahlerzeugung ohnehin vorhandene Hochdruckquelle.

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2 Blatt Zeichnungen

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Einfädeln von Elektrodendraht in Funkenerosionsmaschinen, durch Werkstü'ckausnehmun-gen, bei dem ein Anfangsabschnitt des Elektrodendrahtes mittels eines Druckmediums durch den Arbeitsraum befördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein gerichteter Flüs- ' sigkeitsstrahl erzeugt und der Anfangsabschnitt (32) des Elektrodendrahtes (30) in den Strahlquerschnitt eingeleitet sowie mit einer vorgebbaren, gegenüber der Strahl-Strömungsgeschwindigkeit geringeren Yorschubgeschwindigkeit innerhalb des Strahles geführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der den Elektrodendraht (30) mitführende Flüssigkeitsstrahl (34) aus der Dielektrikumsflüssigkeit der Funkenerosionsstrecke erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsstrahl (34) im Anschluss an das Einfädeln des Elektrodendrahtes (30) im laufenden Eru-dierbetrieb als wenigstens teilweise den Erodierspalt durchströmender Spühlstrahl aufrechterhalten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der den Erosionsspalt verlassende Teil des Flüssigkeitsstrahles im laufenden Erosionsbetrieb vor einer Vermischung mit der die Austrittsstelle umgebenden Dielektrikumsflüssigkeit abgesaugt wird.
5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine an eine Druckflüssigkeitsquelle angeschlossene und in den Arbeitsraum der Maschine gerichtete Düse (20) mit mindestens im Düsenausgangsbereich zur Düsenöffnung (21) wenigstens annähernd koaxialer Anordnung des Elektrodendrahtes (30).
6. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Düse (20) mit trichterförmigem Ringkanal (22) und kegelartigem Zentralkörper (23), der einen koaxialen Drahtführungskanal (24) aufweist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtführungskanal (24) im Bereich der Düsenöffnung (21) einen in bezug auf den Drahtquerschnitt grösseren lichten Querschnitt aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch eine Draht-Zuführvorrichtung (12) mit einstellbarer Vorschubgeschwindigkeit und mit einer Freilaufeinrichtung (14).
9. Einrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine einstellbare Bremsvorrichtung (17) für die Aufrechterhaltung der Drahtspannung innerhalb der Werkstückaus-nehmung bzw. des Erosionsspaltes.
10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Draht-Zuführvorrichtung (12) eine Zuführrolle mit einer Führungsrille (16a) für die Aufnahme mindestens einer umschlingenden Drahtwindung sowie einen federnden, im Bereich der Führungsrille gegen die Drahtelektrode wirkenden Anlagehalter (18) aufweist.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, mit einer im Ausgangsbereich der Werkstückausnehmung bzw. des Erosionsspaltes angeordneten Drahtabzugsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich zwischen dem Werkstück und der Drahtabzugsvorrichtung (40) eine den austretenden Teil des Flüssigkeitsstrahles erfassende Absaugvorrichtung (50) vorgesehen ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugvorrichtung (50) einen Absaugkanal (51) mit einer im Austrittsbereich des Erosionsspaltes angeordneten Ansaugöffnung (52) aufweist.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Staudruck des Flüssigkeitsstrahles (34) an der Öffnung des Absaugkanals (51) um ein Mehrfaches grösser als der Saugunterdruck des Absaugkanals bemessen ist.
14. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass für die Absaugvorrichtung eine in bezug auf den Durchtritt des Anfangsabschnitts (32) des Elektroden-

5 drahtes (30) verzögerte Einschaltung vorgesehen ist.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich zwischen der Düse (20) und dem Werkstück (1) eine Schneidvorrichtung (45) zum Abtrennen des Elektrodendrahtes (30) vorgesehen ist.

io 16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidvorrichtung zwei zwischen einer Ruhestellung (R) mit Freigabe eines Spielraums für den Durchtritt des Flüssigkeitsstrahls (34) und einer Arbeitsstellung (A) zueinander gegensinnig bewegbare Schneidorgane i5 (46,47) aufweist.
17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Schneidorgane (47) ein Drahtführungselement (47b) aufweist, welches in der Arbeitsstellung (A) eine der Normal-Durchlauflage des Elek-2o trodendrahtes (30) angepasste Stellung einnimmt, und dass für das andere Schneidorgan (46) eine hinsichtlich seiner Schneidkante (46a) unmittelbar jenseits der Normal-Durch-lauflage des Elektrodendrahtes (30) begrenzte Schneid-Endstellung vorgesehen ist.

25 18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass für die Schneidorgane (46,47) der Schneidvorrichtung (45) eine wenigstens annähernd synchrone, gegensinnige Arbeitsbewegung vorgesehen ist.
19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, da-30 durch gekennzeichnet, dass für die Schneidvorrichtung (45) als Antriebsvorrichtung mindestens ein über eine Steuerventilanordnung an die Druckflüssigkeitsquelle zur Erzeugung des Einfädel-Flüssigkeitsstrahls (34) angeschlossener Hydraulikmotor (45a, 45b) vorgesehen ist.

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