Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, Verfahren und Vorrichtungen anzugeben bzw. zu schaffen,
mit denen die Bearbeitungsgenauigkeit wesentlich erhöht werden
kann, ohne dass dafür
ein hoher Bearbeitungsaufwand erforderlich wäre.
Ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren
wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
das Werkstück
gedreht wird. Die Abtragung der Partikel ist dadurch an den Seitenwänden gleichmäßiger. Dies
wird noch verbessert, wenn gemäß einer
weiteren Ausführungsform der
Erfin dung die Drehrichtung des Werkstücks zur Drehrichtung der Elektrode
entgegengesetzt ist.
Gemäß einer besonders vorteilhaften
Ausführung
der Erfindung sind die Drehachsen von Elektrode und Werkstück zueinander
parallel. Durch Versetzen der parallelen Drehachsen zueinander,
beispielsweise dadurch, dass das Werkstück auf einem Kreuztisch in
seiner x/y-Lage verändert
wird, wird die Bearbeitungsgenauigkeit noch weiter erhöht. Denn durch
das Versetzen der beiden Drehachsen zueinander wird nur ein Teilbereich
des Lochbodenfläche durch
den Erosionsprozess bearbeitet, so dass der Seitenspalt an einer
Seite vergrößert und
die Spülung,
d.h. das Entfernen der Abtragspartikel verbessert wird und die Abtragspartikel
insbesondere weniger zu zusätzlichen
Erosionen und zu Kurzschlüssen im
Seitenspalt und damit zu einem geringeren zusätzlichen Abtrag an den Loch-Seitenwänden führen. Durch
den Versatz zwischen den Drehachsen der Elektrode und des Werkstücks und
einer Drehung des Werkstücks
kann das Loch sehr kontrolliert und genau mit geringen Toleranzabweichungen
bearbeitet werden. Darüber
hinaus ist es aufgrund der weiteren erfindungsgemäßen Maßnahme,
die beiden Drehachsen zu versetzen, auf einfache Weise möglich, mit
derselben Elektrode unterschiedliche Lochdurchmesser zu schaffen.
Gemäß einer weiteren sehr vorteihaften
Ausführungsform
der Erfindung sind die Drehachsen von Elektrode und Werkstück nicht
parallel zueinander ausgerichtet, sondern bilden miteinander einen
Winkel. Dadurch ist es auf einfache Weise möglich, Löcher mit beliebiger Konizität und beliebigen
Durchmessern mit der gleichen Elektrode zu fertigen. Dies verringert
die Standzeiten für
die Umrüstung
und führt
zu einer erheblich höheren
Produktivität.
Vorzugsweise ist der Ort des Kreuzungspunkts
der Drehachsen von Elektrode und Werkstück veränder-, einstell- oder steuerbar.
Wird der Kreuzungspunkt so gewählt,
dass er über
dem zu bildenden Loch liegt, wird das Loch konisch ausgebildet, wobei
der Durchmesser größer wird,
je tiefer das Loch gebohrt wird. Liegt dagegen der Kreuzungspunkt
unterhalb des auszubildenden Lo ches, ergibt sich eine Konizität, bei der
der Lochdurchmesser mit zunehmender Tiefe abnimmt. Wenn der Kreuzungspunkt
im Loch liegt, ist an dieser Stelle der Lochdurchmesser am geringsten
und vergrößert sich nach
beiden Seiten, so dass das Loch die Form einer Sanduhr erhält. Durch
die Wahl des Winkels und/oder der Lage des Kreuzungspunkts der beiden Drehachsen
ist es auch möglich,
die Ungleichmässigkeiten
auszugleichen, die bei ungewollter Erosion und Abtragung im Seitenspalt
zwischen Elektrode und Seitenwand des Lochs auftreten, wenn das
Loch noch nicht offen ist.
Durch Steuern des Kreuzungspunkts
der beiden Drehachsen während
des Bohren eines Loches ist es in einem Verfahrensgang insbesondere auch
möglich,
das Loch mit einer gewünschten
und sich über
die Lochtiefe gegebenenfalls ändernder Konizität zu bilden.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht
also insbesondere für
die Massenfertigung eine sehr genaue Bearbeitung bei einer großen Freiheit
in der Wahl der Form oder Geometrie des zu bildenden Loches.
Gemäß einer besonders vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung, sind die Elektrodenoberflächen vorzugsweise
elektrisch isoliert um Kurzschlüsse
zwischen ihr und den Seitenwänden
des Lochs und damit eine ungewollte oder unkontrollierte Abtragung
zu vermeiden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird ein Loch in einem ersten Verfahrensschritt grob
bearbeitet um durch Erodierung im sogenannten Schruppbetrieb ein
grobes Loch zunächst schnell
und damit in kurzer Bearbeitungszeit zu bilden. Danach wird ein
zweiter Verfahrensschritt durchgeführt, bei dem das grob bearbeitete
Loch fein, also im Schlichtbetrieb bearbeitet wird, und dadurch
genaue Maße
mit geringer Toleranz erhält.
Da aufgrund der Grobbearbeitung bereits ein Loch vorhanden ist,
können
die Abtragpartikel in Richtung der Austrittsseite des Lochs entweichen,
so dass Seitenwand-Abtragungen auf Grund von Kurzschlüssen und
zusätzlichen
Erosionen vermieden oder zumindest stark verringert werden. Darüber hinaus
werden bei Verwendung einer auf ihrer Oberfläche elektrisch isolierten Elek trode
Kontaktierungen mit Seitenwänden
vermieden, so dass Kurzschlüsse
und zusätzliche
Erosionen auch aus diesem Grunde nicht auftreten. Aufgrund der zweistufigen
Verfahrensweise wird die Produktivität der Anlage erhöht und die
Maßgenauigkeit
verbessert, was insbesondere bei der Bildung von kleinen Löchern und
in der Serienproduktion von großer
Bedeutung ist.
Die gestellte Aufgabe wird auch mit
einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die erfindungsgemäß einen
drehbaren Werkstückhalter aufweist.
Vorzugsweise ist der Werkstückhalter
auf einem Kreuztisch in einer waagrechten Ebene angeordnet, so dass
ein Versatz zwischen den Drehachsen des Werkstücks und der Elektrode durchführbar ist.
Die Vorteile dieser Vorrichtung entsprechen denen, wie sie zuvor
im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften
Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind wenigsten zwei Werkzeughalter für die Elektroden bzw. deren
Führungen
vorgesehen, mit denen unterschiedliche Elektroden bzw. unterschiedliche
Führungseinrichtungen über dem
zu bearbeitenden Werkstück
positioniert werden.
Umgekehrt sind gemäß einer
weiteren, alternativen Ausführungsform
der Erfindung, wenigstens zwei Werkstückhalter zur wahlweisen Positionierung eines
Werkstücks
unter wenigstens zwei unterschiedliche Bearbeitungsstationen vorgesehen.
Ausgehend von dem eingangs beschriebenen
Verfahren, wird die gestellte Aufgabe einer genauen elektroerosiven
Bearbeitung eines Werkstücks
erfindungsgemäß alternativ
oder zusätzlich auch
dadurch gelöst,
dass die Elektrode innerhalb der Elektrodenführung, etwa bezüglich der
Elektrodenachse, radial elastisch deformiert bzw. ausgelenkt wird.
Dadurch ist es möglich,
die Elektrode in der Elektrodenführung
definiert und auch bei relativ großem Innendurchmesser der Elektrodenführung bezüglich des
Außendurchmessers
der Elektrode zu halten und zu führen.
Da die Elektrode in der Elektrodenführung sowohl
eine Drehbewegung als auch in vielen Fällen eine Axialbewegung auszuführen hat,
wird zur besseren Bewegung der Elektrode ein an sich großes Radialspiel,
d.h. ein relativ großer
Innendurchmesser der Elektrodenführung,
angestrebt. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die Abweichungen
in der Toleranz der zu bildenden Lochdurchmesser umso größer werden,
je größer das
Radialspiel in der Elektrodenführung
für die
Elektrode ist. Durch die erfindungsgemäße elastische radiale Auslenkung
oder Deformierung der Elektrode in der Elektrodenführung ergibt sich
eine definierte Lage der Elektrode ohne Radialspiel und damit kleine
Durchmessertoleranzen der zu bildenden Löcher bei gleichzeitiger Leichtgängigkeit der
Bewegungen der Elektrode in der Elektrodenführung, weil sich die Elektrode
aufgrund ihrer Elastizität bei
Deformierung an eine Führung
definiert anlehnt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform dieser
erfinderischen Lösung
der gestellten Aufgabe liegt die Elektrode in der Elektrodenführung an
wenigstens zwei Führungselementen
an, von denen wenigstens ein Führungselement
einen Kontaktbereich aufweist, der von der Mittelachse der Elektrodenführung radial
beabstandet ist. Auf diese Weise ergibt sich eine elastische Auslenkung
oder Deformierung der Elektrode. Die Führungselemente unterstützen die
Elektrode an unterschiedlichen Stellen über die Länge der Elektrode in der Elektrodenführung hinweg,
so dass sich die Elektrode elastisch leicht deformiert und dabei
trotz relativ großem
Innendurchmesser der Führung
in ihrer Lage definiert gehalten wird, ohne dass die axiale und
Drehbewegung der Elektrode unzumutbar beeinträchtigt wird, weil die Elektroden
mit den Führungsteilen
sehr kleine, definierte Kontaktbereiche aufweisen und dadurch die
Reibung gering gehalten wird.
Gemäß einer sehr vorteilhaften
Ausführungsform
der Erfindung, sind die Führungselemente in
ihrer Lage radial veränderbar.
Dadurch können
die Führungselemente
radial je nach den verwendeten Elektroden, ihrer Elastizität und deren
Durchmesser eingestellt und ihre Lage auf sie abgestimmt werden.
Darüber hinaus ist es dadurch möglich, die Führungselemente
radial nach außen
zu bewegen, um eine neue Elektrode einfädeln zu können. wird. Nach dem Einfädeln werden
die Führungselemente dann
wieder radial nach innen bewegt und liegen an der Elektrode in der
gewünschten
Weise an.
Vorteilhafterweise bestehen die Führungselemente
und insbesondere deren Kontaktbereiche mit den Elektroden aus einem
verschleißfesten
und eine möglichst
geringe Reibung aufweisenden Material, wie z.B. aus einem Keramikmaterial.
Die gestellte Aufgabe wird weiterhin
mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei der
erfindungsgemäß mindestens
zwei Führungselemente
vorgesehen sind, an der die Elektrode mit ihrem Außenumfang
anliegt, wobei wenigstens ein Führungselement
zur Mittelachse der Elektrodenführung
beabstandet ist. Die Elektrode wird dabei elastisch deformiert,
so dass sie aufgrund ihrer Eigenelastizität definiert an einem Führungselement,
insbesondere dem letzten Führungselement
an der Seite der Elektrodenführung
anliegt, an der die Elektrode aus der Elektrodenführung austritt.
Die Vorteile dieser Vorrichtung entsprechen den zuvor in Zusammenhang
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
beschriebenen.
Die Erfindung sowie weitere Merkmale
der Erfindung werden nachstehend anhand von Auführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Figuren erläutert.
Es zeigen:
1 eine
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in schematischer Darstellung,
2 eine
schematische Darstellung von Teilen der in 1 dargestellten Vorrichtung in vergrößerter Darstellung,
zur Erläuterung
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 eine
weitere schematische Darstellung von Teilen der in 1 dargestellten Vorrichtung, in vergrößerter Darstellung,
zur Erläuterung
einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
4 eine
schematische Darstellung einer Revolverwerkzeughalter-Vorrichtung für die Verwendung
in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung.
Wie sich aus 1 ergibt, ist eine Elektrodenführung 1 über einen
Elektrodenführungshalter 2 an
einer senkrechten Achse 3 befestigt, an der die Elektrodenführung in
Z-Richtung auf und ab bewegbar ist. Ein Gehäuse 4 trägt die Achse 3,
die um eine Achse 5 in einer Ebene senkrecht zur Z-Richtung drehbar
ist. In der Elektrodenführung 1 ist
eine Elektrode 6 angeordnet, deren freies unteres Ende 6a auf ein
Werkstück 7 gerichtet
ist, in das ein Loch gebohrt werden soll. Das Werkstück 7 ist
auf einem Werkstückhalter 8 befestigt,
der mit einem Motor 9 verbunden ist und von ihm gedreht
wird. Der Werkstückhalter 8 mit
dem Motor 9 ist an einem Kreuztisch 10, 11 befestigt,
der die Verschiebung des Werkstückhalters 8 und
damit des Werkstück 7 in
X-Y-Richtung ermöglicht.
Wie in 1 durch
den Doppelpfeil 12 angedeutet ist, ist die Elektrode 6 innerhalb
der Elektrodenführung 1 axial
bewegbar und wird gemäß dem Pfeil 13 um
ihre Achse im Uhrzeigersinn gedreht.
Das Werkstück 7 wird vom Motor 9 zusammen
mit dem Werkstückhalter 8 gemäß dem Pfeil 14 entgegen
der Drehrichtung 13 der Elektrode 6 im Gegenuhrzeigersinn
gedreht.
Wie aus 2 im Einzelnen zu ersehen ist, ist die
Drehachse 15 der Elektrode 6 parallel zur Drehachse 16 des
Werkstücks 7 ausgerichtet.
Die beiden Drehachsen 15 und 16 weisen jedoch
zueinander einen Versatz e auf, wie dies in 2 gezeigt ist. Durch den Versatz e der
beiden Drehachsen 15, 16 entsteht daher ein Loch 17 im
Werkstück 7,
dessen Durchmesser D größer als
der Durchmesser d der Elektrode 6 ist, und zwar um den
Betrag e.
Durch den Versatz e zwischen den
Drehachsen 15 und 16 der Elektrode 6 bzw.
des Werkstücks 7 ist
es also möglich,
unabhängig
vom Durchmesser d der Elektrode 6 einen Durchmesser D für das zu schaffende
Loch 17 zu wählen.
Wie aus 2 insbesondere
auch deutlich wird, ist ein Seitenspalt zwischen den Seitenwänden des
Lochs 17 und dem Elektrodenaußenumfang relativ groß, so dass
die abgetragenen Partikel besser und schneller aus dem Loch entweichen
können.
Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn das Loch noch nicht nach
unten offen ist.
In 3 ist
ein Ausführungsbeispiel
dargestellt, bei dem die Drehachse 15 der Elektrode 6 mit der
Drehachse 16 des Werkstücks 7 einen
Winkel α bildet.
Die Elektrode 6 ist also unter dem Winkel α schräg auf das
Werkstück 7 gerichtet.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel
von 3 befindet sich
der Schnittpunkt 19 zwischen den beiden Drehachsen 15 und 16 oberhalb
des Werkstücks 7 bzw.
des Lochs 17. Daher bildet sich eine konische Lochform
aus, deren oberer Radius kleiner als der untere Radius ist. Durch
Wahl des Winkels α kann
die Konusform eingestellt werden und durch Wahl des Schnittpunkts 19 ist
es möglich,
eine Konusform in der in 3 dargestellten
Art zu bilden. Wenn der Schnittpunkt 19 im Loch 17 oder
unterhalb des Loches 17 liegt, ergibt sich eine Konusform
in umgekehrter Lage.
4 zeigt
eine Ausführungsform
der Erfindung, bei der ein Loch in zwei Schritten bearbeitet wird.
Die Achse 3 trägt
zwei starr miteinander verbundene Schwenkarme 2a, 2b,
die jeweils entsprechend der Ausführungsform gemäß 1 eine Elektrodenführung 1a, 1b an
Führungsköpfen 20a, 20b aufweisen.
Das Werkstück 7 ist
auf einem Werkstückhalter 21 befestigt
und wird in einem ersten Arbeitsschritt mit dem Werkzeugkopf 20a bzw.
der Elektrode 6a bearbeitet, so dass das Loch 17 entsteht.
Danach werden die Schwenkarme 2a, 2b um den Winkel β im Uhrzeigersinn
gedreht, so dass der Werkzeugkopf 20b mit der Elektrode 6b über das
bereits gebohrte Loch des Werkstücks 7 gebracht
wird.
Nachdem die einen größeren Durchmesse aufweisende
Elektrode 6a des Werkzeugkopfs 20a ein relativ
großes
Loch schnell und grob gebildet hat, übernimmt jetzt die Elektrode 6b,
die einen kleineren Durchmesser als die Elektrode 6a aufweist,
die Feinbearbeitung. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die zur Feinbearbeitung
vorgesehene Elektrode 6b auf ihrer Oberfläche elektrisch
isoliert ist, so dass Elektroerosion im Seitenspalt verhindert und
damit eine genauere Bearbeitung mit geringeren Toleranzen erreicht wird.
In 5 ist
schematisch eine Elektrodenführung 1 in
vergrößertem Maßstab dargestellt.
Die Elektrodenführung 1 weist
einen Innendurchmesser f auf, der wesentlich größer als der Außendurchmesser
d der Elektrode 6 ist.
Innerhalb der Elektrodenführung 1 sind
Führungselemente 22, 23 und 24 vorgesehen,
die über die
Länge der
Führungselektrode 1 hinweg
verteilt sind, und Kontaktbereiche 25, 26, 27 in
Form von V- oder U-förmige
Ausnehmungen aufweisen, an denen die Elektrode 6 anliegt.
Dabei ist wenigstens eines der Führungselemente
radial außerhalb
der Mittelachse der Elektrodenführung 1 und
vorzugsweise radial in einem anderen Abstand als die anderen Führungselemente
angeordnet. Dadurch wird die Elektrode 6 an diesen Stellen
radial verschoben und damit elastisch ausgelenkt und deformiert.
Da sich die Elektrode 6 entsprechend dem Pfeil 13 im
Uhrzeigersinn dreht, ist immer gewährleistet, dass das freie Ende
der Elektrode 6 durch ihre elastischen Kräfte an der
Kontaktfläche 27 des
Führungsteils 24 anliegt. Die
Elektrode 6 weist daher für den Erosionsvorgang eine
definierte Lage an deren Ende 6a auf, so dass gewährleistet
ist, dass das entstehende Loch 17 im Werkstück 7 geringe
Toleranzen und geringe Abweichungen von den Sollwerten aufweist.
Wie durch die Pfeile dargestellt,
können
die Führungselemente
aus dem Innenbereich der Elektrodenführung 1 herausgezogen
werden, so dass eine neue Elektrode 6 leicht und einfach
eingefädelt werden
kann. Danach werden die Führungselemente wieder
radial eingeschoben um die Elektrode 6 elastisch zu verformen.
Die Erfindung wurde zuvor anhand
bevorzugter Ausführungsbeispiele
beschrieben. Dem Fachmann sind jedoch Modifikationen, Ausgestaltungen
und Abwandlungen der Ausführungsbeispiele möglich, ohne
dass dadurch der Gedanke der vorliegenden Erfindung verlassen wird.