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TECHNISCHES
GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Verbesserungen eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum
Drahterodieren für
die Bearbeitung eines Werkstücks
auf Basis elektrischer Entladungsenergie durch Bereitstellen einer
elektrischen Arbeitsenergie über
einen Spalt zwischen einer Drahtelektrode und dem Werkstück.
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STAND DER TECHNIK
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Die Funkenerosion hat einen festen
Platz als eine Bearbeitungstechnologie für beispielsweise Werkzeuge
und Formstücke
eingenommen und kommt in den Gebieten der Automobilindustrie, der elektrischen
Haushaltsgeräte-Industrie, der Halbleiterindustrie
und ähnlichem
extensiv zum Einsatz.
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7 ist
eine erläuternde
Zeichnung des Mechanismus der Funkenerosion. In der Zeichnung bezeichnet
das Bezugszeichen 1 eine Elektrode; 2 ein Werkstück; 3 eine
Bogensäule; 4 eine
Arbeitsflüssigkeit;
und 5 Bearbeitungsabfallprodukte, die bei der Funkenerosion produziert
wurden. Die Abtragsbearbeitung auf Basis von elektrischen Entladungen
an dem Werkstück 2 setzt
sich fort, während
sich der Kreislauf (entsprechend der Schritte (a) bis (e) in 7) der folgenden Schritte
((a) bis (e) wiederholt: diese Schritte sind nämlich (a) die Bildung einer
Bogensäule 3 aufgrund
der Erzeugung einer elektrischen Entladung, (b) das lokale Schmelzen
und die Verdampfung der Arbeitsflüssigkeit 4 aufgrund
der thermischen Energie der elektrischen Entladung, (c) die Erzeugung
einer Verdampfungssprengkraft der Arbeitsflüssigkeit 4, (d) das
Streuen eines geschmolzenen Abschnitts, (Bearbeitungsabfallprodukt 5),
und (e) Kühlung,
Verfestigung und Wiederherstellung der Isolation zwischen den Elektroden
aufgrund der Arbeitsflüssigkeit.
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Diese Erfindung betrifft die Drahterosion, welche
beim Bohren, Schneiden und ähnlichem
bei der Funkenerosion zur Anwendung kommt. Insbesondere bestand
eine wachsende Nachfrage für
eine größere Präzision bei
der Drahterosion und eine große
Bearbeitungsgenauigkeit in der Größenordnung von 1 bis 2 μm oder dieser
Gegend hat sich in der Bearbeitung von Hochpräzisionswerkzeugen und Formstücken, die
in der Halbleiterindustrie und ähnlichem verwendet
werden, als notwendig erwiesen.
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8 ist
eine erläuternde
Zeichnung, die ein Beispiel des Bearbeitungsprozesses der Drahterosion
darstellt. In der Zeichnung bezeichnet die Bezugsziffer 1a eine
Drahtelektrode; 2 das Werkstück; 4a eine
Arbeitsflüssigkeit,
die z.B. Wasser ist; und 6 ein Ausgangsloch. Der Teil (a) in 8 zeigt den Zustand eines
ersten Schnitts, der einer Grobbearbeitung entspricht, der Teil
(b) in 8 zeigt den Zustand
eines zweiten Schnitts, welcher einer halbfertigen Bearbeitung nach
der Grobbearbeitung entspricht, und der Teil (c) in 8 zeigt den Zustand eines dritten Schnitts,
welcher der abschließenden Endbearbeitung
entspricht.
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Das Beispiel der Bearbeitung des
ersten Schnitts in Teil (a) aus 8 zeigt
die Bearbeitung, bei der die Drahtelektrode 1a durch das
Ausgangsloch 6 dringt und das Werkstück 2 durchbohrt ist.
Im Falle eines derartigen ersten Schnitts sind eine genaue Oberflächengüte und Genauigkeit
nicht so sehr erforderlich, da die Oberflächengüte und Genauigkeit bei der
nachfolgenden Bearbeitung fertiggestellt werden und es ist wichtig,
die Bearbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen, insbesondere um die Produktivität zu verbessern.
Um die Bearbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen wird bei der Drahterosion
die Einspritzung der Arbeitsflüssigkeit 4a in
den Spalt zwischen der Drahtelektrode 1a und dem Werkstück 2 derart ausgeführt, dass
die Bearbeitungsabfallprodukte wirkungsvoll aus dem Spalt ausgeführt werden.
Zusätzlich,
um die Ungleichmäßigkeit
der Eingabe der Arbeitsflüssigkeit 4a in
den Spalt zu eliminieren und die Trennung der Drahtelektrode 1a zu
verhindern, wird ein Verfahren aufgegriffen, bei dem die Arbeitsflüssigkeit 4a in
einem nicht dargestellten Arbeitsbehälter gespeichert und das Arbeitsstück 2 darin
versenkt ist. Somit kommt eine Arbeitsfluid-Zuführeinrichtung zur Anwendung,
um die Arbeitsflüssigkeit
dem Spalt zwischen der Elektrode 1a und dem Werkstück 2 zuzuführen.
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Bei der oben beschriebenen herkömmlichen Drahterosion
wird die Bearbeitung nach dem ersten Schnitt (der Teil (a) in 8), wie der zweite Schnitt (der Teil (b)
in 8) und der dritte Schnitt (der
Teil (c) in 8) ebenso in der Arbeitsflüssigkeit 4a durchgeführt.
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Wird eine Spannung über den
Spalt zwischen der Drahtelektrode 1a und dem Werkstück 2 angelegt,
wirkt eine Kraft, bei der die positive Polarität und die negative Polarität zueinander
hingezogen werden, so dass die Drahtelektrode 1a mit einer
geringen Festigkeit durch diese elektrostatische Kraft in Richtung
der Werkstück-2-Seite
gezogen wird. Dies verursacht eine Vibration der Drahtelektrode 1a,
so dass ein Problem darin bestand, dass aufgrund derartiger Vibrationen
eine Präzisionsbearbeitung schwierig
ist.
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In einem Zustand, indem die Verdampfungssprengkraft
der Arbeitsflüssigkeit
aufgrund der Entladungsenergie erzeugt wurde (z.B. der Teil (c)
in 7) aufgrund der Verdampfungssprengkraft
der Arbeitsflüssigkeit
zusätzlich
eine große
Kraft auf die Drahtelektrode 1a in einer Richtung entgegengesetzt zu
der des Werkstücks 2 wirkt,
so dass Vibrationen auftreten. Es bestand ein Problem darin, dass
aufgrund derartiger Vibrationen Unregelmäßigkeiten in der Form des Werkstücks 2 auftraten,
was zu einer Verschlechterung der Genauigkeit führte.
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In der Halbleiterindustrie und ähnlichem, welche
die Anwendungsgebiete der Drahterosion darstellen, nehmen bei der
Bearbeitung von beispielsweise einem Werkzeug für IC Trägerstreifen, ferner Anwendungen
zu, bei denen extrem hohe Genauigkeiten und eine sehr glatte Oberflächengüte des Werkstücks erforderlich
sind, dessen Formgenauigkeit 1 μm
und dessen Oberflächengüte 1 μm Rmax oder
weniger beträgt.
Bei derartigen Anwendungen wurde insbesondere das oben beschriebene Problem,
das auf die Vibrationen der Drahtelektrode und ähnliches zurückgeführt werden
kann, festgestellt .
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Als eine Maßnahme, um derartige Probleme bei
der Drahterosion in einer Flüssigkeit
zu beheben, wurde eine Technik offenbart, die eine atmosphärische Drahterosion
betrifft, bei der die Drahterosion in der Lufthülle ohne eine Arbeitsflüssigkeit,
die in den Spalt zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück eingeschoben
ist, durchgeführt
(Adachi, Tokyo University of Agriculture and Technology, et al.: "Attaining High Precision
in Second Cuts by Aerial EDM," Die & Mold Technology,
Vol. 14, No. 7, 1999, p. 154, The Nikkan Kogyo Shimbun, Ltd.). Bei
dieser Technik ist offenbart, dass die Genauigkeit in der Geradheit der
Schnittfläche
des Werkstücks
durch Drahterosion in der Atmosphäre verbessert sein kann. Obwohl
seine Signifikanz aus der Perspektive des Erhalts einer hohen Präzision im
Vergleich mit der gewöhnlichen Drahterosion
in einer Arbeitsflüssigkeit
hoch ist, ist es jedoch unmöglich,
in dem Fall Verwendung von dem Kühleffekt
der Arbeitsflüssigkeit
(z.B., Teil (e) in 7) zu machen, in
dem die Drahterosion in einer solchen Atmosphäre durchgeführt wird oder indem die Drahterosion
in einem Nebel durchgeführt
wird. Daher ist es unmöglich,
den Spalt zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück ausreichend
zu kühlen
und die Bearbeitung setzt sich in dem Zustand fort, in dem thermische
Beanspruchungen in dem Werkstück
aufgrund der durch die elektrische Entladung erzeugten Hitze aufgetreten
sind. Folglich bestand ein Problem darin, dass diese Technik mit
Anwendungen nicht fertig werden kann, bei denen eine extrem hohe
Genauigkeit und eine sehr glatte Oberflächengüte der Werkstücke, wie
sie oben erwähnt wurden,
erfordert sind.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Diese Erfindung wurde erdacht, um
die oben beschriebenen Probleme zu beheben und es ist ihre Aufgabe,
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Drahterosion bereitzustellen,
die für
den Erhalt einer hohen Genauigkeit und hohen Qualität bei der
Drahterosion geeignet sind.
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Das Drahterosionsverfahren gemäß dieser Erfindung
ist ein Drahterosionsverfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks durch
Erzeugen einer elektrischen Entladung in einem Spalt zwischen einer Drahtelektrode
und dem Werkstück,
wobei bei einem Bearbeitungsprozess in Nebel oder Gas die Bearbeitung
unter Kühlung
des Werkstücks
durchgeführt wird.
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Zusätzlich ist das Drahterosionsverfahren gemäß dieser
Erfindung ein Drahterosionsverfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks durch
Erzeugen einer elektrischen Entladung in einem Spalt zwischen einer
Drahtelektrode und dem Werkstück,
wobei die Bearbeitung durch Kombination zumindest zweier Bearbeitungsarten
aus drei Bearbeitungsarten umfassend Bearbeitung in einer Arbeitsflüssigkeit,
Bearbeitung in einem Nebel und Bearbeitung in einem Gas, durchgeführt wird,
und bei einem Bearbeitungsprozess in Nebel oder Gas die Bearbeitung
unter Kühlung
des Werkstücks
durchgeführt
wird.
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Die Drahterosionsvorrichtung gemäß dieser Erfindung
ist eine Drahterosionsvorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks in einem
Gas oder einem Nebel durch Bereitstellen einer elektrischen Entladungsenergie
in einem Spalt zwischen einer Drahtelektrode und dem Werkstück mittels
einer Elektrische-Bearbeitungsenergie-Zuführeinrichtung
und durch Relativbewegung der Drahtelektrode und des Werkstücks mittels
einer Positioniereinrichtung, welche Drahterosionsvorrichtung umfasst:
eine Kühlfluid-Zuführeinrichtung
zum Zuführen
eines Kühlfluids zum
Kühlen
des Werkstücks.
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Zusätzlich ist die Drahterosionsvorrichtung gemäß dieser
Erfindung eine Drahterosionsvorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks durch
Bereitstellung elektrischer Entladungsenergie in einem Spalt zwischen
einer Drahtelektrode und dem Werkstück mittels einer Elektrischen-Bearbeitungsenergie-Zuführeinrichtung
und durch Relativbewegung der Drahtelektrode und des Werkstücks mittels
einer Positioniereinrichtung, welche Drahterosionsvorrichtung umfasst:
eine Arbeitsfluid-Zuführeinrichtung zum
Zuführen
von mindestens zwei Arbeitsfluids aus einer Arbeitsflüssigkeit-Zuführeinrichtung
zum Zuführen
einer Arbeitsflüssigkeit
in den Spalt, einer Nebel-Zuführeinrichtung
zum Zuführen
von Nebel in den Spalt und einer Gas-Zuführeinrichtung zum Zuführen eines
Gases in dem Spalt; und eine Kühlfluid-Zuführeinrichtung
zum Zuführen
eines Kühlfluids zum
Kühlen
des Werkstücks.
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Zusätzlich ist die Drahterosionsvorrichtung gemäß dieser
Erfindung eine Drahterosionsvorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks durch
Bereitstellung elektrischer Entladungsenergie in einem Spalt zwischen
einer Drahtelektrode und dem Werkstück mittels einer Elektrische-Bearbeitungsenergie-Zuführeinrichtung
und durch Relativbewegung der Drahtelektrode und des Werkstücks mittels
einer Positioniereinrichtung, welche Drahterosionsvorrichtung umfasst:
eine Arbeitsfluid-Zuführeinrichtung zum
Zuführen
mindestens zweier Arbeitsfluids aus einer Arbeitsflüssigkeit-Zuführeinrichtung
zum Zuführen
einer Arbeitsflüssigkeit
in den Spalt, einer Nebel-Zuführeinrichtung
zum Zuführen
von Nebel in den Spalt und einer Gas-Zuführeinrichtung zum Zuführen von
Gas in den Spalt; eine Kühlfluid-Zuführeinrichtung
zum Zuführen
eines Kühlfluids
zum Kühlen
des Werkstücks;
und eine Steuereinrichtung, um einen Wechsel bei der Zufuhr der
Arbeitsflüssigkeit
in den Spalt durch die Arbeitsflüssigkeit-Zuführeinrichtung,
der Zufuhr des Nebels in den Spalt durch die Nebel-Zuführeinrichtung,
und der Zufuhr von Gas in den Spalt durch die Gas-Zuführeinrichtung
zu bewirken und um die Zufuhr des Kühlfluids zu dem Werkstück durch
die Kühlfluid-Zuführeinrichtung
während der
Zufuhr von Nebel in den Spalt durch die Nebel-Zuführeinrichtung
oder während
der Zufuhr von Gas in den Spalt durch die Gas-Zuführeinrichtung entsprechend
der Produktivität,
der erforderten Genauigkeit des Werkstücks, und ähnlichem, zu steuern.
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Zusätzlich führt die Arbeitsfluid-Zuführeinrichtung
bei der Drahterosionsvorrichtung gemäß dieser Erfindung das Arbeitsfluid
entlang der Drahtelektrode in den Spalt, und die Kühlfluid-Zuführeinrichtung
spritzt das Kühlfluid
von außerhalb
des Arbeitsfluids in Richtung des Werkstücks.
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Zusätzlich weist die Drahterosionsvorrichtung
gemäß dieser
Erfindung eine Fluid-Zuführeinrichtung
auf, in der die Arbeitsfluid-Zuführeinrichtung und
die Kühlfluid-Zuführeinrichtung
kombiniert und integral ausgebildet sind.
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Zusätzlich führt die Arbeitsflüssigkeit-Zuführeinrichtung
bei der Drahterosionsvorrichtung gemäß dieser Erfindung die Arbeitsflüssigkeit
in einem Arbeitsflüssigkeitsbehälter mittels
einer Pumpe in den Spalt, die Gas-Zuführeinrichtung führt das
Gas, wie beispielsweise Luft, dem Spalt zu, nachdem das Gas durch
einen Kompressor unter Druck gesetzt wurde und die Nebel-Zuführeinrichtung
erzeugt einen Nebel durch Mischung der durch die Arbeitsflüssigkeit-Zuführeinrichtung
zugeführten
Arbeitsflüssigkeit
und des durch die Gas-Zuführeinrichtung
zugeführten Gases
und führt
den Nebel dem Spalt zu.
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Bei der Drahterosionsvorrichtung
gemäß dieser
Erfindung setzt die Kühlfluid-Zuführeinrichtung die
Arbeitsflüssigkeit
in dem Arbeitsflüssigkeitsbehälter zusätzlich mittels
der Pumpe unter Druck und führt
sie dem Spalt zu.
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Die Drahterosionsvorrichtung gemäß dieser Erfindung
umfasst ferner zusätzlich:
eine Kühleinrichtung
zum Kühlen
des durch den Kompressor unter Druck gesetzten Gases.
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Bei der Drahterosionsvorrichtung
gemäß dieser
Erfindung ist die Kühleinrichtung
zusätzlich durch
Verwendung eines Wärmetauschers,
der in dem Arbeitsflüssigkeitsbehälter angeordnet
ist, ausgebildet.
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Da das Verfahren und die Vorrichtung
für die Drahterosion,
wie oben beschrieben aufgebaut sind, ist es möglich, bei der Drahterosion
in Gas oder Nebel das Werkstück
wirkungsvoll zu kühlen
und thermische Spannungen in dem Werkstück zu unterdrücken, so
dass ein Vorteil dadurch geboten ist, dass es möglich ist, eine Drahterosion
zu bewirken, die zum Erhalt einer hohen Genauigkeit und hohen Qualität geeignet
ist. Zusätzlich
wird ein Vorteil dadurch geboten, dass es möglich ist, mittels Bewirken
einer Bearbeitung durch Kombinieren einer Bearbeitung in Arbeitsflüssigkeit,
einer Bearbeitung in Nebel, und einer Bearbeitung in Gas, entsprechend
der Produktivität, der
von dem Werkstück
geforderten Genauigkeit und ähnlichem,
mit den erforderten Bestimmungen geeignet fertig zu werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine erläuternde
Zeichnung, die ein Beispiel eines Drahterosionsverfahrens gemäß einer ersten
Ausführungsform
der Erfindung darstellt;
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2 ist
eine schematische Zeichnung, die eine Drahterosionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform
dieser Erfindung darstellt;
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3 ist
eine erläuternde
Zeichnung, die die Konfiguration einer Fluid-Zuführeinrichtung der Drahterosionsvorrichtung
gemäß der ersten
Ausführungsform
dieser Erfindung darstellt;
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4 ist
eine erläuternde
Zeichnung eines Verfahrens der Zufuhr des Fluids zu der Fluid-Zuführeinrichtung
der Drahterosionsvorrichtung gemäß der ersten
Ausführungsform
dieser Erfindung;
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5 ist
eine erläuternde
Zeichnung eines Verfahrens der Zufuhr des Fluids zu der Fluid-Zuführeinrichtung
der Drahterosionsvorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
dieser Erfindung;
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6 ist
eine erläuternde
Zeichnung eines Verfahrens der Zufuhr des Fluids zu der Fluid-Zuführeinrichtung
der Drahterosionsvorrichtung gemäß einer
dritten Ausführungsform
dieser Erfindung;
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7 ist
eine erläuternde
Zeichnung des Mechanismus der Funkenerosion; und
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8 ist
eine erläuternde
Zeichnung, die ein Beispiel des Bearbeitungsprozesses bei der Funkenerosion
darstellt.
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BESTER MODUS ZUM AUSFÜHREN DER
ERFINDUNG
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Erste Ausführungsform.
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1 ist
eine erläuternde
Zeichnung, die ein Beispiel eines Drahterosionsverfahrens gemäß einer ersten
Ausführungsform
dieser Erfindung darstellt. In der Zeichnung bezeichnet die Bezugsziffer 1a eine Drahtelektrode,
Bezugsziffer 2 bezeichnet ein Werkstück, Bezugsziffer 4a bezeichnet
eine Arbeitsflüssigkeit,
die z.B. Wasser ist, Bezugszeichen 6 bezeichnet ein Ausgangsloch.
Bezugszeichen 7 bezeichnet Nebel, wie z.B. Wasser, und
Bezugszeichen 8 ein Gas, wie z.B. Luft. 1(a) zeigt einen ersten Schnitt, der einer
Grobbearbeitung entspricht. 1(b) zeigt
einen zweiten Schnitt, welcher einer halbfertigen Bearbeitung nach
der Grobbearbeitung entspricht. 1(c) zeigt
einen dritten Schritt, welcher der abschließenden Endbearbeitung entspricht.
Die Benennung des ersten Schnitts, des zweiten Schnitts und des
dritten Schnitts sind der Einfachheit halber gewählt und es ist nicht notwendig,
dass die Drahterosion in drei Bearbeitungsschritten abgeschlossen
ist. Bei einer Bearbeitung, in der die für das Werkstück erforderte
Genauigkeit niedrig ist, gibt es Fälle, in denen die Bearbeitung
nach nur dem ersten Schnitt und nur dem ersten und dem zweiten Schnitt,
abgeschlossen ist; bei einer Bearbeitung, bei der die für das Werkstück erforderte
Genauigkeit hoch ist, gibt es Fälle,
in denen die Bearbeitung in bis zu sieben oder acht Schritten durchgeführt wird.
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Als nächstes wird eine Beschreibung
eines Plans des Bearbeitungsverfahrens gegeben. Der in 1(a) dargestellte erste
Schnitt entspricht einer Bearbeitung, in der die Drahtelektrode 1(a) durch
das Ausgangsloch 6 geführt
ist und das Werkstück 2 durchbohrt
ist. Bei dem ersten Schnitt ist eine exakte Oberflächengüte und Genauigkeit
nicht so sehr erfordert, weil die Oberflächengüte und Genauigkeit in der nachfolgenden
Bearbeitung fertiggestellt werden und es ist wichtig, insbesondere
die Bearbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen, um die Produktivität zu verbessern.
In der gleichen Art wie in 8, die
den Stand der Technik betrifft, wird die Bearbeitung mit der Arbeitsflüssigkeit 4a,
die in einen Spalt zwischen der Drahtelektrode 1a und dem
Werkstück 2 mittels einer
Arbeitsflüssigkeit-Zuführeinrichtung
zum Zuführen
der Arbeitsflüssigkeit
in den Spalt eingebracht ist, durchgeführt. Als diese Arbeitsflüssigkeit-Zuführeinrichtung
kommt zumindest eine Einrichtung zum Speichern der Arbeitsflüssigkeit 4a in
einem Arbeitsspeicher und zum Versenken des Werkstücks 2 darin oder
eine Einrichtung zum Ausspritzen der Arbeitsflüssigkeit 4a in den
Spalt zwischen den Elektroden zur Anwendung.
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Bei der herkömmlichen Drahterosion schreitet
die Bearbeitung fort, während
die Arbeitsflüssigkeit
durch die Arbeitsflüssigkeit-Zuführeinrichtung
in den Spalt geführt
wird, selbst nach dem ersten Schnitt. Da es jedoch Probleme wie
die Vibration der Drahtelektrode, wie im Stand der Technik gezeigt, gibt,
ist die herkömmliche
Drahterosion für
die Hochpräzisionsbearbeitung
nicht geeignet.
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Bei dieser Erfindung wird die Bearbeitung
bei der Endbearbeitung ohne nischengebrachte Arbeitsflüssigkeit
in dem Spalt durchgeführt,
um so die Genauigkeit und Oberflächengüte des Werkstücks zu verbessern.
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Bei dem zweiten Schnitt in 1(b), welcher der halbfertigen
Bearbeitung entspricht, wird die Bearbeitung nicht in der Arbeitsflüssigkeit 4a,
sondern in Nebel 7 durchgeführt, um die Vibrationen der
Drahtelektrode 1a zu unterdrücken und um die Bearbeitungsformgenauigkeit
zu verbessern. Die Bearbeitungsgeschwindigkeit in dem Nebel 7 ist
keinesfalls schlechter als bei der Bearbeitung in der Arbeitsflüssigkeit 4a und
die Bearbeitungsgenauigkeit ist verbessert, da die Vibrationen der
Drahtelektrode aufgrund der elektrostatischen Kraft unterdrückt sind. Die
Bearbeitung unter Nebel 7 kann durch Einsprühen von
Nebel in den Spalt zwischen der Drahtelektrode 1a und des
Werkstücks 2 durch
z.B. eine nicht dargestellte Nebelzuführeinrichtung ausgeführt werden.
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Im Fall des dritten Schnitts in 1(c), welcher der abschließenden Endbearbeitung
entspricht, können
die Vibrationen der Drahtelektrode 1a zusätzlich durch
Ausnutzen der elektrischen Entladung in dem Gas 8 weiter
unterdrückt
werden. Die Bearbeitung in Gas 8 kann in der Atmosphäre oder
durch Einspritzen eines Gases mit vorbestimmten Bestandteilen in
den Spalt zwischen der Drahtelektrode 1a und dem Werkstück 2 durch
eine nicht dargestellte Gaszuführeinrichtung
durchgeführt
werden.
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Der Grund dafür, dass durch die oben beschriebene
Funkenerosion in Nebel 7 und in Gas 8 eine höhere Genauigkeit
erreicht werden kann, ist wie folgt: da die elektrostatische Kraft,
die in dem Spalt zwischen der Drahtelektrode 1a und dem
Werkstück 2 wirkt,
wenn eine Spannung über
den Spalt angelegt wird, proportional zu der dielektrischen Konstante
des Spalts ist, ist die elektrostatische Kraft, wenn eine Berechnung
unter der Annahme durchgeführt
wird, dass die Länge
des Spalts die gleiche ist, in dem Fall, in dem das eingeschaltete
Objekt in dem Spalt Nebel 7 oder Gas 8 ist, im
Vergleich zu dem Fall, in dem das eingeschaltete Objekt zwischen
den Elektroden die Arbeitsflüssigkeit 4a ist,
ein Zehntel (z.B. ist die dielektrische Konstante in einem Vakuum am
kleinsten und in Wasser ungefähr
achtzig mal so groß wie
in einem Vakuum). Da die Verdampfungssprengkraft aufgrund der elektrischen
Entladung durch die zwischen den Elektroden eingeschaltete Flüssigkeit
erzeugt wird, wird die Drahtelektrode 1a zusätzlich in
dem Fall, in dem nur Nebel 7 oder Gas 8 in dem
Spalt vorliegt, praktisch nicht durch die Verdampfungssprengkraft
beeinflusst.
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Demnach kann eine hochpräzise Drahterosion
durch elektrische Entladung in Nebel 7 oder Gas 8 durchgeführt werden
und es wird durch kombiniertes Bearbeiten in der Arbeitsflüssigkeit,
Bearbeiten in Nebel und Bearbeiten in Gas entsprechend mit der Produktivität, der von
dem Werkstück
erforderten Genauigkeit und ähnlichem
möglich,
mit den erforderten Bestimmungen angemessen fertig zu werden.
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2 ist
eine schematische Zeichnung, die eine Drahterosionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform
dieser Erfindung darstellt. In der Zeichnung bezeichnet die Bezugsziffer 1a die
Drahtelektrode, Bezugsziffer 2 bezeichnet das Werkstück, Bezugsziffer 4a bezeichnet
die Arbeitsflüssigkeit,
die z.B. Wasser ist, und Bezugszeichen 7 bezeichnet den
Nebel. Bezugszeichen 8 bezeichnet das Gas, Bezugszeichen 9 bezeichnet
eine Oberflächenplatte zum
Fixieren des Werkstücks 2,
Bezugszeichen 11 bezeichnet eine Drahtspule und Bezugszeichen 12 bezeichnet
eine Fluid-Zuführeinrichtung.
Bezugsziffer 13 bezeichnet eine Capstan-Walze, Bezugszeichen 14 bezeichnet
eine Andruckrolle, Bezugszeichen 15 bezeichnet einen X
Tisch zum Verfahren des Werkstücks 2 in
einer horizontalen Richtung (in der X Richtung), Bezugsziffer 16 bezeichnet
einen Y Tisch zum Verfahren des Werkstücks 2 in einer horizontalen
Richtung (in der Y Richtung); Bezugszeichen 17 bezeichnet
einen X-Achsen-Verstärker zum
Regeln eines nicht dargestellten Antriebsmotors zum Antreiben des
X Tischs 15, Bezugszeichen 18 bezeichnet einen
Y-Achsen-Verstärker
zum Regeln eines nicht dargestellten Antriebsmotors zum Antreiben
des X Tisches 16 und Bezugszeichen 19 bezeichnet
eine Regeleinrichtung. Die Drahtelektrode 1a wird durch die
Capstan Walze 13 und die Andruckwalze 14 eingequetscht
und gezogen, eine elektrische Bearbeitungsenergie wird über den
Spalt zwischen der Drahtelektrode 1a und dem Werkstück 2 durch
eine nicht dargestellte Elektrische-Bearbeitungsenergie-Zuführeinrichtung
bereitgestellt, während
die Drahtelektrode 1a angetrieben ist, und die Bearbeitung
des Werkstücks 2 wird
durchgeführt,
während die
Drahtelektrode 1a und das Werkstück 2 anhand von beispielsweise
dem X Tisch und dem Y Tisch, welche eine Positioniereinrichtung
sind, relativ bewegt.
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3 ist
eine erläuternde
Zeichnung, die die Konfiguration der Fluid-Zuführeinrichtung 12 der Drahterosionsvorrichtung
gemäß der ersten
Ausführungsform
dieser Erfindung darstellt, in der 3(a) eine
vertikale Querschnittsansicht und 3(b) eine Querschnittsansicht
entlang der Linie A-A in 3(a) ist.
In 3 bezeichnet Bezugszeichen 1a die Drahtelektrode,
Bezugszeichen 2 bezeichnet das Werkstück, Bezugszeichen 4a bezeichnet
die Arbeitsflüssigkeit,
die z.B. Wasser ist; 7 den Nebel; 8 das Gas; 12 die
Fluid-Zuführeinrichtung;
und 12a eine Nut, die in der Fluid-Zuführeinrichtung 12 auf
der äußeren Seite
des Loches durch welches die Drahtelektrode 1a geführt ist,
konzentrisch ausgebildet ist, um so die Arbeitsflüssigkeit 4a,
welche ein Kühlfluid
ist, in Richtung des Arbeitsstücks 2 einzuspritzen.
Die Bezugszeichen 20 und 21 bezeichnen Kuppler.
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4 ist
eine erläuternde
Zeichnung eines Verfahrens zum Zuführen des Fluids zu der Fluid-Zuführeinrichtung
12. In der Zeichnung bezeichnet Bezugszeichen 4a die Arbeitsflüssigkeit,
welche z.B. Wasser ist, Bezugszeichen 22 bezeichnet einen
Arbeitsflüssigkeitsbehälter, Bezugszeichen 23 bezeichnet
einen Kompressor zum Zuführen
eines unter Druck gesetzten Gases in den Spalt zwischen der Drahtelektrode 1a und
dem Werkstück
2, und Bezugszeichen 24 bezeichnet einen Temperaturregler zum
Regeln der Temperatur der Arbeitsflüssigkeit 4a in dem
Arbeitsflüssigkeitsbehälter 22.
Die Bezugszeichen 25 bis 27 bezeichnen Ventile
und Bezugszeichen 28 bezeichnet eine Pumpe zum Zuführen der Arbeitsflüssigkeit 4a,
dessen Temperatur durch den Temperaturregler 24 geregelt
wurde. In dem Fall, in dem die Drahterosion in Gas oder Nebel während der Zufuhr
des Gases 8 oder des Nebels 7 in den Spalt zwischen
der Drahtelektrode 1a und dem Werkstück 2 durchgeführt wird,
wird die Arbeitsflüssigkeit 4a, welche
das Kühlfluid
ist, durch Zuführen
der Arbeitsflüssigkeit 4a von
dem Kuppler 21 zu der Fluid-Zuführeinrichtung 12 von
der Nut 12a der Fluid-Zuführeinrichtung 12 in
Richtung einer Umgebung des Spalts zu der Drahtelektrode 1a konzentrisch
eingespritzt. Die Einspritzung eines derartigen Kühlfluids ist
nicht auf die in bezug auf die Drahtelektrode 1a konzentrische
Form begrenzt und es reicht aus, wenn das Kühlfluid von außerhalb
des Gases
8 oder des Nebels 7, welcher als das
Arbeitsfluid in den Spalt geführt
wird, in Richtung des Werkstücks 2 eingespritzt
wird.
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In dem Fall, in dem die Drahterosion
derart in Gas oder Nebel durchgeführt wird, kann das Werkstück, wenn
das Gas 8 oder der Nebel 7 mittels des Kompressors 23 unter
hohen Druck gesetzt und in den Spalt geführt wird, durch Zuführen der
kühlenden Arbeitsflüssigkeit
in der Umgebung des Spalts gekühlt
werden, ohne zu verursachen, dass die Arbeitsflüssigkeit 4a in den
Spalt eintritt. Folglich ist es möglich, thermische Spannungen
in dem Werkstück
aufgrund der Bearbeitungswärme
wirkungsvoll zu reduzieren.
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Als nächstes wird eine Beschreibung
des Betriebes während
der tatsächlichen
Bearbeitung gegeben. In dem Fall, in dem die Bearbeitung während dem
Zuführen
der Arbeitsflüssigkeit 4a in
den Spalt zwischen der Drahtelektrode 1a und dem Werkstück 2 durchgeführt wird,
ist das Ventil 25 geschlossen, das Ventil 26 geöffnet und
das Ventil 27 geschlossen und die Arbeitsflüssigkeit 4a,
welche das Arbeitsfluid ist, wird dem Kuppler 20 zugeführt. In
dem Fall, in dem die Bearbeitung bei Zufuhr des Gases 8 in
den Spalt durchgeführt
wird, ist das Ventil 25 geöffnet, das Ventil 26 geschlossen
und das Ventil 27 geöffnet, und
das unter Dreck gesetzte Gas 8, welches das Arbeitsfluid
ist, wird dem Kuppler 20 zugeführt, während die Arbeitsflüssigkeit 4a,
welche das Kühlfluid ist,
dem Kuppler 21 zugeführt
wird. In dem Fall, in dem die Bearbeitung bei Zufuhr des Nebels 7 in
den Spalt durchgeführt
wird, sind ferner alle Ventile 25, 26 und 27 geöffnet, der
Nebel 7, welcher das Arbeitsfluid ist, wird durch das von
dem Kompressor 23 unter Druck gesetzte Gas 8 und
die Arbeitsflüssigkeit 4a erzeugt
und dem Kuppler 20 zugeführt, während die Arbeitsflüssigkeit 4a,
welche das Kühlfluid
ist, dem Kuppler 21 zugeführt wird. Der Wechsel zwischen dem Öffnen und
Schließen
dieser Ventil 25 bis 27 wird durch die Steuereinrichtung 19 ausgeführt.
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Wie oben beschrieben, weist die Fluid-Zuführeinrichtung 12 die
Funktionen (Arbeitsfluid-Zuführeinrichtung)
der Arbeitsflüssigkeit-Zuführeinrichtung,
der Nebel-Zuführeinrichtung
und der Gas-Zuführeinrichtung,
sowie die Funktion einer Kühlfluid-Zuführeinrichtung
zum Kehlen des Werkstücks auf.
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Angesichts der oben beschriebenen
Konfiguration wird die Arbeitsflüssigkeit 4a,
der Nebel 7 oder das Gas 8 dem Spalt zwischen
der Drahtelektrode 1a und dem Werkstück 2 entsprechend
der erforderten Bearbeitungsgeschwindigkeit, Bearbeitungsgenauigkeit
usw. selektiv zugeführt.
Zur gleichen Zeit kann das Werkstück 2 bei der Drahterosion in
Gas oder Nebel wirkungsvoll gekühlt
werden. Da die thermischen Spannungen in dem Werkstück unterdrückt sind,
ist es demnach möglich,
mit beispielsweise Anwendungen, in denen eine höhere Genauigkeit und eine sehr
glatte Oberflächengüte erfordert sind,
fertig zu werden.
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Obwohl eine Beschreibung des Falles
oben gegeben wurde, in dem die Fluid-Zuführeinrichtung 12 die
Funktion der Arbeitsfluid-Zuführeinrichtung und
die Funktion der Kühlfluid-Zuführeinrichtung
aufweist, können
die Arbeitsfluid-Zuführeinrichtung
und die Kühlfluid-Zuführeinrichtung
getrennt sein und getrennt bereitgestellt werden.
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Zweite Ausführungsform
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5 ist
eine erläuternde
Zeichnung eines Verfahrens zum Zuführen des Fluids zu der Fluid-Zuführeinrichtung 12 der
Drahterosionsvorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform dieser
Erfindung. Die Konfiguration der Drahterosionsvorrichtung ist ähnlich zu
der der ersten Ausführungsform, die
in 2 gezeigt ist und
die Konfiguration der Fluid-Zuführeinrichtung 12 ist ähnlich zu
der der ersten Ausführungsform,
die in 3 dargestellt ist. In 5 bezeichnen die gleichen
Bezugszeichen wie die in 4,
welche die erste Ausführungsform
darstellt, identische und entsprechende Abschnitte und das Bezugszeichen 29 bezeichnet
einen Kühler.
Der Betrieb sowie der Wechsel zwischen dem Öffnen und Schließen der
Ventile 25 bis 27 ist zusätzlich ähnlich wie der in der ersten
Ausführungsform.
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Da der Kühler 29 in 5 zwischen dem Kompressor 23 und
dem Ventil 25 angeordnet ist, wird Gas, welches durch den
Kühler
gekühlt
wurde, in dem Fall dem Spalt zugeführt, in dem eine Funkenerosion
bei Zufuhr eines Gases in den Spalt zwischen der Drahtelektrode
und dem Werkstück
durchgeführt
wird. In dem Fall, in dem die Bearbeitung bei Zufuhr von Nebel in
den Spalt durchgeführt
wird, wird zusätzlich
Nebel unter Verwendung des unter Druck gesetzten Gases, welches
durch den Kühler
gekühlt wurde,
erzeugt. Im Vergleich zu dem konventionellen Fall, in dem ein Gas,
dessen Temperatur nicht geregelt wurde, verwendet wird, ist es demnach
möglich, die
Effizienz der Kühlung
eines Abschnitts des Werkstücks
zu verbessern, welches in dem Fall der Durchführung der Bearbeitung unter
Einspritzen des Gases oder Einsprühen des Nebels in den Spalt
bearbeitet wurde.
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Dritte Ausführungsform
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6 ist
eine erläuternde
Zeichnung eines Verfahrens zur Zuführung des Fluids zu der Fluid-Zuführeinrichtung 12 der
Drahterosionsvorrichtung gemäß einer
dritten Ausführungsform
dieser Erfindung. Die Konfiguration, der Betrieb und ähnliches
der Drahterosionsvorrichtung sind ähnlich zu denen der ersten
und zweiten Ausführungsform.
In 6 bezeichnen die
gleichen Bezugszeichen wie die in 4,
welche die erste Ausführungsform
darstellt und die in 5,
welche die zweite Ausführungsform darstellt,
identische oder entsprechende Abschnitte und Bezugszeichen 30 bezeichnet
einen Wärmetauscher.
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In 6 ist
der Wärmetauscher 30 zwischen dem
Kompressor 23 und dem Ventil 25 in 4, welche die erste Ausführungsform
darstellt, hinzugefügt und
dieser Wärmetauscher 30 ist
in dem Arbeitsflüssigkeitsbehälter 22 installiert.
Da die Temperatur der Arbeitsflüssigkeit 4a in
dem Arbeitsflüssigkeitsbehälter 22 durch
den Temperaturregler 24 auf Raumtemperatur oder eine Temperatur
unterhalb der Raumtemperatur geregelt ist, wird die Luft 8,
die durch den Kompressor 23 unter Druck gesetzt ist, durch
die Arbeitsflüssigkeit 4a,
die der Temperaturregelung in dem Arbeitsbehälter 22 unterzogen
wurde, gekühlt. Demnach
gibt es einen Verbesserungseffekt in der Effizienz der Kühlung eines
Abschnitts des Werkstücks,
welches in der gleichen Art wie in der zweiten Ausführungsform
bearbeitet wird. Da die Funktion des Kühlers 29 in 5, der die zweite Ausführungsform
darstellt, darüber
hinaus mit einer einfacheren Konfiguration realisiert werden kann,
ergibt sich ein Vorteil darin, dass es möglich ist, eine Kostenreduzierung
zu erreichen.
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INDUSTRIELLE
ANWENDBARKEIT
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Wie oben beschrieben, sind das Verfahren und
die Vorrichtung zur Drahterosion gemäß dieser Erfindung insbesondere
für die
Hochpräzisions-
und Hochqualitäts-Funkenerosion
geeignet.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Drahterosionsvorrichtung zum Bearbeiten
eines Werkstücks
(2) durch Zuführen
einer elektrischen Entladungsenergie in einen Spalt zwischen einer
Drahtelektrode (1a) und dem Werkstück (2) mittels einer
Elektrischen-Arbeitsenergie-Zuführeinrichtung
und durch Relativbewegung der Drahtelektrode (1a) und des
Werkstücks
(2) mittels einer Positioniereinrichtung, die eine Fluid-Zuführeinrichtung
(12) aufweist, in der eine Arbeitsflüssigkeit-Zuführeinrichtung zum
Zuführen
einer Arbeitsflüssigkeit
(4a) in den Spalt, eine Nebel-Zuführeinrichtung zum Zuführen von
Nebel (7) in den Spalt, eine Gas-Zuführeinrichtung zum Zuführen eines
Gases (8) in den Spalt und eine Kühlfluid-Zuführeinrichtung zum Zuführen der Arbeitsflüssigkeit
(4a}, welche das Kühlfluid
zum Kühlen
des Werkstücks
(2) ist, kombiniert und integral ausgebildet sind. Es ist
möglich,
eine Drahterosion zu bewirken, die zum Erreichen einer höheren Genauigkeit
und höheren
Qualität
geeignet ist.