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Schaltanordnung zur Elektroerosion mit mehrfach unterteilten Elektroden
Es sind elektroerosiv arbeitende Scharfschleifmaschi,nen fürDrehistählebekannt,
bei denendasErosionswerkzeugdie Form einer rotierenden Scheibe besitzt. Versuche,
mit einem ,solchen Werkzeug Fräser zu schärfen, führten wegen zu geringer Leistung
an den bei Fräsern erheblich größeren Schleifflächen nicht zu brauchbaren Ergebnissen.
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Es wird daher bei der Erfindung ein anderer Weg beschritten, um zu
besseren Ergebnissen zu gelangen. Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung zur
Elektroerosion mit einer flädhenhaft ausgedehnten, mehrfach unterteilten Werkzeugelektrode
urndbesteht darin, daß die einzelnen voneinander isolierten Teilelektroden durch
voneinander unabhängige Schwingkreise gleicher oder verschiedenerelektrischerCharakteristik
und gleicher oder verschiedener Spannung gespeist werden, welche durch eine automatische
Steuerungseinrichtung nach einem festen Programm in bestimmten zeitlichen Abständen,
beginnend mit der Stufe der stärksten Werkstoffabtragung, nacheinander auf Stufen,
schwächerer Werkstoffabtragung biss zur feinsten Schil-ichtstufe geschaltet werden.
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Indem die rotierende Schleifscheibe durch eine mehrfach unterteilte,
flächenhaft ausgedehnte Werkzeugelektrode ersetzt wird, deren einzelne, voneintander
isolierte Teilelektroden durch voneinander unabhängige Schwingkreise von gleicher
oder verschiedener elektrischer Charakteristik gespeist werden, wird die Abtragungsleistung
vervielfacht, deren Größe bei einer zusammenhängenden ausgedehnten Elektrode, die
von einem Schwingkreis gespeist wird, durch die Zahl und Energie der einzelnen Funkenüberschläge
begrenzt ist und daher nicht beliebig gesteigert werden kann. Eine weitere Leistungsteigerung
wird durch eine Schaltanordnung erzielt, durch welche nach einem von der Art des
zu schärfenden: Werkzeuges, der gesamten erforderlichen Materialabnahme und der
angestrebten Oberflächengüte abhängigen Programm die Teilelektroden in bestimmten
zeitlichen Abständen, beginnend mit der stärksten Erosionsstufe, allmählich auf
Stufen schwächerer Werkstoffabtragung bis zur feinsten Schlichtstufe umgeschaltet
werden. Damit wird erreicht, daß die beim schnellen Schnippen mit hoher Funkenenergie
entstehende, natürlich gröbere Oberfläche mit dem geringsten Zeitaufwand bis zur
gewünschten Güte verfeinert wird. Die mechanische Zustellung der Spanbrustfläche
an die Elektrode wird dabei entsprechend dem Verlauf der Werkstoffabtragung nach
und nach vermindert, und eine Schutzvorrichtung sorgt in bekannter Weise für ihre
Unterbrechung im Falle einer zu starken Verminderung des Erosionsabstandes zwischen
Elektroden- und Arbeitsfläche. Ein weiteres wesentlich zur Leistungssteigerung beitragendes
Merkmal der Erfindung ist die Ausstattung einer Maschine mit mehreren gleichzeitig
in verschiedene, am Fräserumfang versetzte Scharfschleifnuten eingreifenden Werkzeugelektroden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus dem nachstehend an Hand
der Zeichnungen beschriebenen Ausführungsbeispiel der Schaltanordnung für eine elektroerosive,
mit mehrfach unterteilten Elektroden arbeitende Scharfschleifmaschine für kegelige
Wälzfräser mit gerader Nutenzahl zu entnehmen. In den Zeichnungen stellt dar: Fig.
1 einen teilweisen Längsschnitt durch den Teilkopf und .die Elektrodenhalterung
einer elektroerosiven Scharfschleifmaschine für kegelige Wälzfräser etwa längs der
Linien. A-A, B-B der Fig. 3 (Elektroden nicht geschnitten), Fig. 2 eine Draufsicht
des Oberteiles der Maschine bei abgenommenem Deckel mit teilweisem Schnitt längs
der Linie C-C der Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt in der Höhe der Blektrodenhalter
längs der Linie D-D in Fig. 1, Fig. 4 einen Teilschnitt durch die Ebene der Werkzeugführungen
längs der Linie B-B der Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt durch eine F,liektrode längs
:der Linie E-E in Fig. 4, Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie F-F :der Fig. 4,
Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie G-G der Fig. 2, Fig.8 ein vereinfachtes Schema
der elektrischen Schaltanordnung.
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In Fig. 1, 4, 5 und 6 sind 1 und 2 zwei aus elektrisch nichtleitendem
Werkstoff bestehende Efektrodenhalter, die auf Lagerkörpern 3, 4 verschraubt sind,
welche mit Kugelführungen 5 auf je zwei Buchsen 6 laufen, die an je einem Haltearm
7, 8 festgeschraubt sind. Die Haltearme 7, 8 laufen, ihrereseits auf Rollen geführt,
auf Führungsarmen 9, 10 (Fig. 1).
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An seitlichen Auslegern der Haltearme 7, 8 sind kleine, langsam laufende
Motoren 11, 12 (Hubmotoren) gelagert (Fig. 1 und 6). Diese treiben Exzenter 13 an,
welche in Schlitze 14 eingreifen. Diese Schlitze sind in Stege an den Lagerkörpern
3, 4 eingearbeitet.
Jeder Elektrodenhalter 1, 2 besitzt vier Elektroden
15 aus erosionsfestem Werkstoff, die voneinander isoliert auf ihm befestigt sind
(Fig.5 und 6). Die Elektroden werden von Deckplatten 16 gehalten, an d,-nen die
Spannung zugeführt wird, und können nach Lockern der Klemmschrauben 17 mittels der
Schrauben 18 nachgestellt werden.
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Auf einem Drehteil 19, das die Fräseraufnahmespindel 19' trägt
(Fig. 1), ist um einen Bolzen 20,drehbar eine Leitschiene 21 befestigt (Fig. 2 und
7), die mit einer Verstellschraube 22 gegen den Zug einer Feder 23 um kleine Winkel
verschwenkt und mit einer Schraube 24 in der eingestellten Lage festgestellt werden
kann. Eine Druckfeder 25, die sich über ein Zwischenstück am feststehenden Ring
26 abstützt, übt ein in Fig. 2 linksdrehendes Moment auf das Drehteil 19 aus. Auf
-der Tragplatte 27 ist eine Spindel 28 gelagert. Auf dieser verschraubt sich eine
Mutter 29 mit einem Zapfen 30, auf welchem drei Rollen 31, 32, 33 drehbar gelagert
sind. Die mittlere dieser Rollen 31 läuft an der Schiene21, die beiden anderen,
32, 33, an einer Schiene 34 entlang, die an der Tragplatte 27 befestigt ist. An
der Mutter 29 sind zwei Schaltnocken 35 und 36 vorgesehen, welche Schalter 37 bis
40 (Fig. 2) und 41 und 42 (Fig. 1) betätigen. Die Schalter sind auf an der Tragplatte
verschraubten Montageleisten in ihrer Lage parallel zur Spindel 28 einstellbar befestigt.
Die Spindel 28 wird von einem Motor 43 (Zustellmotor) unmittelbar oder nach Umschaltung
der Kupplung 44 in der entgegengesetzten Richtung mit erhöhter Drehzahl angetrieben.
Auf weitere konstruktive Einzelheiten braucht für das Verständnis der Wirkungsweise
der den Gegenstand der Erfindung bildenden Schaltanordnung nicht eingegangen zu
werden.
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In .dem Blockschaltschema der Fig. 8 bedeutet 45 einen Generator mit
vier nach Spannung und Charakteristik verschiedenen Schwingkreisen für die Funkenerzeugung,
die im folgenden mit A, B, C, D bezeichnet werden. 46 ist eine Programmsteuerung,
die eine Reihe im einzelnen nicht dargestellter Relais enthält, welche von den Schaltern
37 bis 40 angesprochen werden. 47 ist eine Relaissteuerung mit einer größeren Zahl
von Relais, die, von durch Druckknöpfe oder Nöcken betätigten Schaltern angesprochen,
eine Reihe von Elementen für die Steuerung des automatischen Arbeitsablaufes der
Maschine in oder außer Funktion setzen. Auf diese Einzelheiten braucht hier nicht
näher eingegangen zu werden. Lediglich die Druckknöpfe 48 und 49 und .die Verbindung
50 sind noch zu erwähnen. 48 ist ein Druckknopf, der ,durch Einschalten des Zustellmotors
43 und der Hubmotoren 11 und 12 den automatischen Ablauf des elektroerosiven Schärfens
in Gang setzt. 49 ist ein Druckknopf, der den Ablauf unterbricht. 50 ist eine Verbindung
von einer der Elektroden, im :dargestellten Falle beispielsweise 15 b, zu einem
Überstromrelais in der Relaissteuerung 47, welche in bekannter Weise im Falle eines
zu kleinen Elektrodenabstandes (entsprechend eines zu großen Elektrodenstromes)
den Zustellmotor 43 so lange abschaltet, bis der zulässige Abstand durch die weitergehende
Erosion wiederhergestellt ist. Anstatt einer der Teilelektroden können auch mehrere
bzw. alle auf die Schutzabschalteinrichtung einwirken.
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Die Wirkungsweise der Schaltanordnung im Zusammenwirken mittler Zustelleinrichtung
ist folgende: Nach Drücken ades Druckknopfes 48 läuft der Zustellmotor 43 an und
dreht die Spindel 28. Zugleich laufen die Hubmotoren 11 und 12 an und erteilen über
die Exzenter 13 ,den Elektroaden eine kleine hin- und hergehende Bewegung. Diese
ist einerseits erforderlich, um den Spalt zwischen den einzelnen Teilelektroden
zu überbrücken, und sie fördert andererseits die Entfernung <der aberodierten
Werkstoffteilchen aus dem Erosionsspalt. Die Mutter 29 befindet sich zu Beginn .der
Arbeit am linken (inneren) Ende der Spindel 28 und läuft nun langsam nach außen.
Da die Rolle 31 der sich mit den Rollen 32, 33 an der festen Schiene 34 abstützenden
Mutter hierbei die zu ihrer Bewegungsrichtung geneigte am Drehteil 19 feste
Schiene 21 nach außen drängt, bewirkt sie eine Rechtsdrehung (Fig. 2) des Drehteiles,
die eine Zustellung der zu bearbeitenden Spanbrustflächen ..des Fräsers an die Elektroden
bedeutet.
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Da die Zustellung dem durch die Abdrängung der Schiene 21 bewirkten
Verdrehungswinkel des Drehteiles 19 proportional isst, ist leicht zu erkennen, daß
der Fräser durch diese Einrichtung bei Arbeitsbeginn, solange die Rollen innen,
also in seinem kleinen Abstand von der Drehachse von 19 sich befinden, stärker und
mit fortschreitender Zeit, während sich ihr Abstand von der Drehachse vergrößert,
immer langsamer zugestellt wird.
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Während .die Mutter 29 von innen nach außen läuft, betätigt sie nacheinander
mit ihren Schaltnocken 35 und 36 ,die Schalter 37 bis 40 und 42. Die Schalter 37
bis 40 steuern die zeitliche Aufeinanderfolge der Beaufschlagung der vier Teilelektro'iden
15a bis
15d
(Fig. 5 und 8) durch die vier Schwingkreise des Generator
45 über die Relais der Programmsteuerung 46. Bei einem kegeligen Fräser nimmt die
Größe der Zustellung in Millimetern bei einer bestimmten Zustellungsdrehung vom
kleinen zum großen Durchmesser zu. Die Zustelldrehung müßte daher, wenn alle vier
Teilelektroden von Schwingkreisen gleicher Energie beaufschlagt würden, so bemessen
werden, daß am großen Durchmesser die größte damit mögliche Werkstoffabtragung gerade
erreicht wird. Sie wird dann an .den kleineren Durchmessern natürlich geringer als
dieser größtmögliche Betrag, d. h., dieLeistungsfähigkeit der dortigen Teilelektroden
würde nicht ausgenutzt. Deshalb ist es zweckmäßig, von vornherein die einzelnen
Teilelektroden verschieden zu beaufschlagen und im Zuge der Bearbeitung nach und
nach entsprechend der verminderten Zustellung auf Stufen geringerer Energie zurückzuschalten,
damit am Schluß die erforderliche gute Oberfläche erreicht wird. Ein derartiges
Steuerprogramm für vier Stufen, das entsprechend den jeweiligen Erfordernissen variiert
werden kann, könnte z. B. dem nachstehenden Schema entsprechen:
Hierzu sind I, II, III, IV die vier Programmstufen,
A, B, C,
D vier Schwingkreise des Generators mit in dieser Reihenfolge fallenden Energie
und 15a, 15
b,
15c, 15d die vier Teilelektroden. Die Abstimmung der zeitlichen
Aufeinanderfolge der Umschaltung auf die einzelnen Stufen im Zusammenhang mit der
Verminderung .der Zustellung wird durch die entsprechende Anordnung der auf der
Montageleiste verstellbaren Schalter 37 bis 40 erreicht.
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_Nach Durchlaufen des gesamten Zustellweges betätigt .der Nocken 36
der Mutter 29 den Schalter 42. Dieser bewirkt über ein zugeordnetes Relais die Umschaltung
der Kupplung 44 auf beschleunigte Dreh.ung der Spindel 28 im Gegensinn und damit
den Rücklauf der Mutter 29. Diese betätigt dann den Schalter 41, wodurch der Teilvorgang
ausgelöst wird und der Zyklus sich wiederholt usw., bis alle Nuten bearbeitet sind.
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Die Verwendung der in ihrer Wirkungsweise am Beispiel einer Schärfmaschine
für einen Wälzfräser dargestellten Schaltanordnung zur Elektroerosion reit eier
oder mehreren Mehrfachelektroden ist natürlich nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt,
sondern kann im Rahmen der Erfindung in gleich vorteilhafter Weise in allen ähnlich
gelagerten Fällen benutzt werden, bei denen es sich darum handelt, größere Flächen
in rationeller Weise unter Einhaltung- einer hohen Oberflächengifte abzutragen.