DE10218929B4

DE10218929B4 - EDM-Maschine

Info

Publication number: DE10218929B4
Application number: DE10218929A
Authority: DE
Inventors: Chiao-Chin Shih
Original assignee: Castek Mechatron Ind Co Ltd
Current assignee: Castek Mechatron Ind Co Ltd
Priority date: 2001-07-25
Filing date: 2002-04-27
Publication date: 2010-08-19
Anticipated expiration: 2022-04-28
Also published as: US20030019844A1; FR2827802A1; ITBO20020417A1; GB0209063D0; ITBO20020417A0; DE10218929A1; GB2377903A; CN2541111Y; GB2377903B; FR2827802B1; US6590178B2

Abstract

EDM-Maschine mit einer Rotationsachse (11) (als R-Achse), die von einem Servomotor (12) angetrieben wird und eingerichtet ist zu rotieren, um ein Gewinde aus einem Werkstück auszuschneiden, einer Gewindeelektrode (15), die sich von der Rotationsachse (11) durch eine Gewindeführung (16) erstreckt, und einer Einrichtung (151) in der Gewindeelektrode (15) zur Zufuhr einer dielektrischen Flüssigkeit (20),
gekennzeichnet durch:
eine Z-Achse (13) für den Vorschub, die von einem weiteren Servomotor (14) angetrieben wird,
wobei die EDM-Maschine so ausgebildet ist, dass entweder die Z-Achse (13) für den Vorschub und die Rotationsachse (11) zum Schneiden eines Gewindes gekoppelt sind oder zum Bohren eines Loches nicht gekoppelt sind, wobei bei Kopplung der Vorschub der Z-Achse (13) auf die Drehung der Rotationsachse (11) abgestimmt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft das Gebiet der elektrischen Entladungsbearbeitungsbohrmaschine (EDM) und insbesondere eine verbesserte EDM-Bohrmaschine, bei der wahlweise ein Lochbohrmodus und ein Gewindeschneidmodus erfolgen kann.
Die Erfindung geht aus von einer EDM-Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 4. Solche EDM-Maschinen sind aus der DE 970 754 C und der DE 11 02 311 B bekannt.
Hintergrund der Erfindung
Eine herkömmliche EDM-Bohrmaschine enthält eine Maschinenachse, (d. h. Z-Achse), eine Rotationsachse (d. h. R-Achse), eine Dielektrikumzufuhreinrichtung (Pumpe), eine runde Rohrelektrode, eine Führung, ein Dielektrikum-Filtersystem, eine Steuereinheit und eine EDM-Energiezufuhr. Beim EDM-Bohrvorgang wird zuerst die R-Achse in konstanter Geschwindigkeit oder einstellbarer Geschwindigkeit gedreht, und die Pumpe führt Dielektrikum durch eine Drehspindel in die Rohrelektrode zu, woraufhin die Rohrelektrode durch die Führung geht. Gleichzeitig werden die Bearbeitungsachsen-Servozufuhr und die EDM-Energie aktiviert, um einen EDM-Bohrvorgang an einem Werkstück auszuführen. Ein solcher EDM-Bohrer kann ein Loch mit einem sehr kleinen Durchmesser und einer Tiefe bohren, beispielsweise 0,5 mm mit einer Tiefe von 100 mm des Werkstücks, wobei das Verhältnis von Durchmesser zu Tiefe 1:200 ist (d. h. ein kleinerer Durchmesser im Verhältnis zur Tiefe als dies andere mechanische Bohrer können). Außerdem ist die Ausrichtung des gebohrten Lochs sehr gut. Solche Hochgeschwindigkeits-EDM-Bohrmaschinen sind weit verbreitet. Ein leitendes Metallmaterial kann unabhängig seiner Härte durch die EDM-Bohrmaschine bearbeitet werden. Mit solcher hoher Effektivität und Präzision kann aber nur das Lochbohren ausgeführt werden.
Herkömmliche Gewindeschneidvorrichtungen werden in den folgenden drei breiten Kategorien verwendet:

(1) mechanische Gewindebohrvorrichtungen (die am meisten verbreitet sind). Im Detail wird zuerst von einem Bohrer ein Loch in ein Werkstück gebohrt. Dann wird ein Schneidbohrer angetrieben, um einen Gewindeschneidvorgang auszuführen. Das Werkstück ist üblicherweise aus einem weichen Material gebildet, d. h. es wurde keine Wärmebehandlung (beispielsweise Härten) daran durchgeführt. Bei einem Beispiel wird ein Karbid-Gewindeschneider zum Gewindeschneiden eines gehärteten Gewindematerials verwendet. Der Gewindeschneider kann aber bei der Bearbeitung brechen.
(2) Gewindeschneidvorrichtungen, die numerisch von einem Computer gesteuert werden (CNC) EDM. Im Einzelnen sind Rotationsachse (d. h. C-Achse) und Bearbeitungsachse (d. h. Z-Achse) einer CNC EDM-Gesenkfräsmaschine interpoliert Servobeschickt mit der Gewindesteigung der Gewindelektrode und die EDM-Energie wird aktiviert, um einen EDM-Gewindeschneidvorgang auszuführen. Eine solche Technik ist jedoch nur bei einer Vorrichtung anwendbar, die eine Rotationsachse (d. h. C-Achse oder vierte Achse) hat, anderenfalls ist die folgende Vorrichtung anwendbar.
(3) Befestigung einer Kreisvorrichtung an einer herkömmlichen EDM-Gesenkfräsmaschine. Im Detail wird zuerst ein Loch in ein Werkstück gebohrt. Dann wird eine Gewindeelektrode in das Loch getrieben. Dann wird nach Einschalten der EDM-Energie zu der Elektrode ein Dielektrikumfluid zugeführt und die Elektrode kreist, um ein Gewinde durch EDM-Bearbeitung auszubilden. Die Nachteile dieser Technik bestehen darin, dass sie manuell ausgeführt wird. Außerdem sind wenigstens zwei Arten von Gewindeschneidvorrichtungen erforderlich, um das Werkstück in akzeptabler Form herzustellen. Hierdurch steigen die Kosten, und das Verfahren ist ineffizient. Es besteht demnach ein Bedarf nach Verbesserung.

Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Elektroentladungsbearbeitungsmaschine (EDM) zum kombinierten Lochbohren und Gewindeschneiden anzugeben, bei dem ein Lochbohrmodus und ein Gewindeschneidmodus wählbar sind. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 4. Im einzelnen enthält eine EDM-Bohrmaschine eine Rotationsachse (als R-Achse) die von dem Servomotor angetrieben wird, eine Bearbeitungsachse (als Z-Achse), die von einem weiteren Servomotor angetrieben wird, der zwischen einem Unterlassungsmodus bzw. Ruhemodus und einem Servofolgemodus umschaltbar ist, um eine Funkenzuführung zu realisieren, und eine Gewindeelektrode, die sich von der R-Achse durch eine Führung nach unten erstreckt, wobei eine Dielektrikumzufuhr stattfindet, und die R-Achse rotiert, um den EDM-Gewindeschneidvorgang an dem Werkstück auszuführen. Vorteilhafte Weiterbildungen zum Anspruch 1 sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Vorderansicht, teilweise geschnitten, einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer EDM-Bohrmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung;
2A und 2B sind Vorderansichten, teilweise geschnitten, der Größen der Führung der EDM-Bohrmaschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3A und 3B zeigen Vorderansichten und Schnitte der Größe der Elektroden und Gewindeelektrode der EDM-Bohrvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
4 ist eine teilweise geschnittene Vorderansicht, die die Dielektrikumzufuhr von der Rohrelektrode zeigt, die auf ein Werkstück gespült wird;
5 ist eine teilweise geschnittene Vorderansicht, die das Spülen bzw. Ausspritzen von Dielektrikumfluid in den Funkenspalt zeigt;
6 ist eine teilweise geschnittene Vorderansicht, die eine Maschine mit einem Tauchtank zeigt und Dielektrikumfluid durch die Elektrode in eine Vakuumvorrichtung saugt;
7 ist eine teilweise geschnittene Vorderansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer EDM-Bohrmaschine gemäß der Erfindung;
8 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht von 7;
9 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsform einer EDM-Bohrmaschine gemäß der Erfindung und
10 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer vierten bevorzugten Ausführungsform einer EDM-Bohrmaschine gemäß der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die 1 bis 3 zeigen eine erste bevorzugte Ausführungsform einer elektrischen Entladungsbearbeitungsbohrmaschine 10 (EDM) zum kombinierten Lochbohren und Gewindeschneiden gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Einzelheiten der EDM-Bohrmaschine 10 sind folgendermaßen: Eine Rotationsachse (d. h. R-Achse) 11 wird von einem Servomotor 12 anstelle eines herkömmlichen Induktionsmotors angetrieben. Eine Bearbeitungsachse (d. h. Z- Achse) 13 wird von einem weiteren Servomotor 14 angetrieben, der zwischen einem Unterlassungsmodus und einem Servofolgemodus zum Hervorrufen einer Funkenfolge umschaltbar ist. Eine Gewindeelektrode 15 erstreckt sich von der R-Achse 11 durch eine Führung 16 einer Mutter. Die Führung 16 kann durch eine andere ersetzt werden, um an die Gewindesteigung der Gewindeelektrode 15 angepaßt zu werden. Die Zuführung des Dielektrikums 20 beginnt, wenn die Energie eingeschaltet ist und die R-Achse 11 dreht, um ein EDM-Gewindeschneiden an einem Werkstück auszuführen. In dem EDM-Gewindeschneidmodus ist die R-Achse 11 eine Hauptservoachse und die Z-Achse 13 eine Folgeachse. Alternativ ist die Z-Achse 13 eine Hauptservoachse und die R-Achse 11 eine Folgeachse in Kooperation mit der Z-Achse 13. Beim Durchführen eines EDM-Bohrvorgangs wird die Servoachse einfach wieder als Z-Achse 13 festgesetzt bzw. eingestellt, und die R-Achse 11 eingestellt, um mit einer konstanten (oder eingestellten) Geschwindigkeit zu rotieren. Kurz gesagt, ist die EDM-Bohrmaschine gemäß der Erfindung eine multifunktionale Maschine, die wahlweise Gewindebohren und Gewindeschneiden an einem Werkstück durchführen kann.
Durch Aktivierung der Steuerung kann die Erfindung die Gewindesteigung der Gewindelektrode 15 einstellen bzw. festlegen und eine Führung einer Mutter auswählen, die dieselbe Gewindesteigung hat. Der Vorschub der Z-Achse 13 und der R-Achse 11 kann in einer Interpolationstechnik realisiert werden. In einem Beispiel ist die Gewindesteigung der Gewindeelektrode 15 1 mm. Damit bewegt sich die Z-Achse 13 um einen Millimeter, wenn die R-Achse 11 eine Drehung während des EDM-Gewindeschneidmodus ausführt.
Der EDM-Gewindeschneidvorgang der EDM-Bohrmaschine 10 wird nachfolgend mit Bezug auf die 3 bis 6 beschrieben. Dielektrikum 20 wird durch eine Rohrelektrode 151 in der Gewindeelektrode 15 zugeführt, um auf einen Funkenspalt 31 zwischen der Rohrelektrode 151 und dem Werkstück 30 gespritzt bzw. gespült zu werden. Alternativ ist eine Vakuumeinrichtung 40 in der R-Achse 11 vorgesehen und die Rohrelektrode 151 ist in Dielektrikum 20 eingetaucht, um Dielektrikum 20 in den Funkenspalt 31 zu richten, bevor das Dielektrikum 20 in die Rohrelektrode 151 eingesaugt wird. Dies kann die Sekundärzeiten der Funkenbildung und den Funkenbildungsspalt verringern.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer EDM-Bohrmaschine 10 gemäß der Erfindung ist in den 7 und 8 dargestellt und durch eine mechanische Anordnung realisiert. Die Einzelheiten dieser Ausführungsform werden nachfolgend erläutert. Ein Gleitbahnbewegungsteil 131 ist an der Z-Achse 13 vorgesehen. Eine Hilfsgleitführung 132 ist in einer Parallelbewegung mit der Z-Achse vorgesehen und mit einer Isolierplatte 133 versehen. Ein Hilfsgleitbahnbewegungsteil 50 und eine Feder 60 sind in der Hilfsgleitführung 132 vorgesehen und erstrecken sich von dieser. Das Hilfsgleitbahnbewegungsteil 50 ist in Längsrichtung der Hilfsgleitführung 132 bewegbar. Beim EDM-Bohrvorgang ist die EDM-Bohrmaschine 10 verriegelt. Während des EDM-Gewindeschneidens bewegt sich die Z-Achse 13 zu einer vorbestimmten Stelle und wird dort verriegelt. Dann wird die komprimierte Feder 60 freigegeben, was zur Folge hat, dass der Hilfsgleitbahnteil 50 einen Gewichtsausgleich der Spindel aufrecht erhält. Beim EDM-Gewindeschneidmodus werden eine Gewindeelektrode 15 an der R-Achse 11 und eine Gewindeführung 16 an der Führungsplatte befestigt, woraufhin die Gewindeelektrode 15 durch die Führung 16 geführt wird. Wenn der EDM-Strom eingeschaltet ist und Dielektrikum zugeführt wird, wird ein EDM-Gewindeschneidvorgang durchgeführt. Wenn die R-Achse 11 im Uhrzeigersinn rotiert, bewegt sich der Hilfsgleitbahnbewegungsteil 50 vorwärts (d. h. nach unten), wobei die Strecke der Steigung der Gewindeelektrode 15 entspricht. Wenn im Gegensatz hierzu die R-Achse 11 im Gegenuhrzeigersinn rotiert, bewegt sich der Hilfsgleitbahnbewegungsteil 50 rückwärts (d. h. nach oben), wodurch die Feder 60 zusammengedrückt wird. Im Ergebnis sind die R-Achse 11 und der Hilfsgleitbahnbewegungsteil 50 synchron mit dem Vorschub der Gewindesteigung der Gewindeelektrode 15, um einen EDM-Gewindeschneidvorgang auszuführen.
9 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer EDM-Bohrmaschine 10 gemäß der Erfindung, die durch eine andere mechanische Konfiguration realisiert ist. Die Einzelheiten dieser Ausführungsform werden nachfolgend beschrieben. Ein Gleitbahnbewegungsteil 70 besteht aus einem oberen Element 71 und einem unteren Element 72 mit einem Verbindungsteil 80, um diese zusammen oder separat zu koppeln, angetrieben durch eine Schraubeneinheit 13. Ein Stift 721 ist mit der Oberseite des unteren Gleitelements 72 über einen Ring 711 verbunden, der sich von einer Seite des oberen Gleitelements 71 erstreckt. Eine Feder 61 sitzt auf dem Stift 721 und ist zwischen dem oberen Ende des Stiftes 721 und dem Ring 711 gespannt. Beim EDM-Bohren sind das obere und das untere Gleitelement 71 und 72 durch das Verbindungsteil 80 miteinander verbunden. Während des EDM-Gewindeschneidens bewegt sich die Z-Achse 13 an eine vorbestimmte Stelle und stoppt. Dann wird das Verbindungsteil 80 gelöst und die Gewindeelektrode 15 wird an der R-Achse 11 und eine Führung (Mutter) 16 an der Führungsplatte befestigt. Dann wird die Gewindeelektrode 15 durch die Führung 16 geführt. Wenn die Energie eingeschaltet ist und das Dielektrikum beginnt, zugeführt zu werden, findet ein EDM-Gewindeschneidvorgang statt. Wenn die R-Achse 11 im Uhrzeigersinn rotiert, bewegt sich das untere Gleitelement 72 vorwärts (d. h. nach unten) und zwar um eine Strecke, die der Steigung der Gewindeelektrode 15 entspricht. Wenn die R-Achse 11 hingegen im Gegenuhrzeigersinn rotiert, bewegt sich das untere Gleitelement 72 rückwärts (d. h. nach oben) bei Kompression der Feder 61. Im Ergebnis sind die R-Achse 11, das untere Gleitelement 72 und die Feder 61 synchron mit dem Vorrücken der Gewindesteigung der Gewindeelektrode 15, um ein EDM-Gewindeschneiden auszuführen.
10 zeigt eine vierte bevorzugte Ausführungsform einer EDM-Bohrmaschine 10 gemäß der vorliegenden Erfindung, die durch eine weitere mechanische Konfiguration realisiert ist. Die Einzelheiten dieser Ausführungsform sind die folgenden. Eine Mutter 90 ist mit der Oberseite eines Gleitbahnbewegungsteils 131 der Z-Achse 13 verbunden. Die Mutter 90 ist in das Gleitbahnbewegungsteil 131 eingesetzt.
Die Mutter 90 enthält ferner zwei gegenüberliegende Öffnungen 92, in die Stifte 93 eingesetzt sind. Eine Feder 63 ist auf den unteren Teil jedes Stiftes 93 aufgesetzt und zwischen dem Boden des oberen Abschnitts der Mutter 90 und der Oberseite des Gleitbahnbewegungsteils 131 gespannt. Eine weitere Feder 63 befindet sich auf dem oberen Teil jedes Stiftes 93 und ist zwischen der Oberseite der Mutter 90 und dem Kopf der Stifte. 93 gespannt. Ein Verriegelungsteil 134 ist an einer Seite des Gleitbahnbewegungsteils 131 vorgesehen, um den Schaft 91 der Mutter 90 in der Bohrung des Gleitbahnbewegungsteil 131 zu befestigen. Damit ist der Schaft 91 der Mutter 90 unbefestigt, wenn das Verriegelungsteil 134 nicht verriegelt ist. Die Z-Achse 13 ihrerseits ist teilweise unbefestigt, da die Mutter 90 und das Gleitbahnbewegungsteil 131 noch durch die Stifte 93 und die Federn 30 befestigt sind. Als Ergebnis wird der Gleitbahnbewegungsteil 131 der Z-Achse 13 synchron mit der Drehung der R-Achse 11 vorgerückt.

Claims

EDM-Maschine mit einer Rotationsachse (11) (als R-Achse), die von einem Servomotor (12) angetrieben wird und eingerichtet ist zu rotieren, um ein Gewinde aus einem Werkstück auszuschneiden, einer Gewindeelektrode (15), die sich von der Rotationsachse (11) durch eine Gewindeführung (16) erstreckt, und einer Einrichtung (151) in der Gewindeelektrode (15) zur Zufuhr einer dielektrischen Flüssigkeit (20), gekennzeichnet durch: eine Z-Achse (13) für den Vorschub, die von einem weiteren Servomotor (14) angetrieben wird, wobei die EDM-Maschine so ausgebildet ist, dass entweder die Z-Achse (13) für den Vorschub und die Rotationsachse (11) zum Schneiden eines Gewindes gekoppelt sind oder zum Bohren eines Loches nicht gekoppelt sind, wobei bei Kopplung der Vorschub der Z-Achse (13) auf die Drehung der Rotationsachse (11) abgestimmt ist.
EDM-Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindeführung (15) wählbar ist, wenn eine Größe des Werkstücks variiert, so dass verschiedene Größen und Gewindearten der Gewindeelektrode (15) verwendbar sind.
EDM-Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Kopplung der Z-Achse (13) für den Vorschub mit der Rotationsachse (11) entweder die Rotationsachse (11) die Hauptservozuführachse und die Z-Achse (13) die Folgeachse bildet, oder dass die Z-Achse (13) als Hauptservozuführachse und die Rotationsachse (11) als Folgeachse gestaltet ist, die auf den Vorschub der Z-Achse (13) abgestimmt ist.
EDM-Maschine mit einer Rotationsachse (11) (als R-Achse), die von einem Servomotor (12) angetrieben wird und eingerichtet ist zu rotieren, um ein Gewinde aus einem Werkstück auszuschneiden, einer Gewindeelektrode (15), die sich von der Rotationsachse (11) durch eine Gewindeführung (16) erstreckt, und einer Einrichtung (151) in der Gewindeelektrode (15) zur Zufuhr einer dielektrischen Flüssigkeit (20), gekennzeichnet durch: eine Z-Achse (13) für den Vorschub, die zum Bohren eines Loches bewegbar ist und zum Schneiden eines Gewindes verriegelbar ist, eine Gleithülse (70), die aus einem oberen Gleithülsenelement (71), einem unteren Gleithülsenelement (72) und einem Verbindungsteil (80) zum Verbinden des oberen und des unteren Gleithülsenelements (71, 72) und zum Trennen der Gleithülsenelemente (71, 72) besteht, wobei das Verbindungsteil (80) beim Schneiden eines Gewindes gelöst ist, einen Ring (711), der sich von dem oberen Gleithülsenelement (71) erstreckt, einen Stift (721), der mit dem unteren Gleithülsenelement (72) über den Ring (711) verbunden ist, eine Feder (61), die zwischen dem Stift (721) und dem Ring (711) gespannt ist, wobei beim Schneiden eines Gewindes die Rotationsachse (11), das untere Gleithülsenelement (72) und die Feder (61) in Zusammenwirkung mit der Gewindeelektrode (15) stehen, um einen synchronen Vorschub der Gewindeelektrode (15) durchzuführen.