DE1296497B - Funkenerosionsvorrichtung mit regelbarem Elektrodenabstand - Google Patents

Funkenerosionsvorrichtung mit regelbarem Elektrodenabstand

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DE1296497B
DE1296497B DEN24241A DEN0024241A DE1296497B DE 1296497 B DE1296497 B DE 1296497B DE N24241 A DEN24241 A DE N24241A DE N0024241 A DEN0024241 A DE N0024241A DE 1296497 B DE1296497 B DE 1296497B
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DE
Germany
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electrode
current
arm
mean
metal wire
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Withdrawn
Application number
DEN24241A
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English (en)
Inventor
Van Osenbruggen Cornelis
Luimes Gerrit
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23HWORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H7/00Processes or apparatus applicable to both electrical discharge machining and electrochemical machining
    • B23H7/26Apparatus for moving or positioning electrode relatively to workpiece; Mounting of electrode
    • B23H7/32Maintaining desired spacing between electrode and workpiece, e.g. by means of particulate material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23HWORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H7/00Processes or apparatus applicable to both electrical discharge machining and electrochemical machining
    • B23H7/14Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply
    • B23H7/18Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply for maintaining or controlling the desired spacing between electrode and workpiece

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung des Elektrodenabstandes bei funkenerosiver Bearbeitung, insbesondere bei Mikro-Funkenbearbeitung, in Abhängigkeit von dem mittleren Strom oder der mittleren Spannung über dem Arbeitsspalt.
Bei einer bekannten Vorrichtung wird die Grobregelung des Elektrodenabstandes einer motorgetriebenen Antriebsvorrichtung entnommen, die eine Werkzeugelektrode während des Vorganges in der Richtung auf das als andere Elektrode geschaltete Werkstück oder in der entgegengesetzten Richtung bewegen kann. Die Feinregelung erfolgt durch ein Solenoid, das von einem Strom durchflossen wird, der von dem mittleren Elektrodenstrom abhängig ist. Das Solenoid zieht einen fest mit der Arbeitselektrode verbundenen Elektrodenhalter an, an welchem außerdem eine Federkraft in der entgegengesetzten Richtung angreift.
Diese Feinregelung erfordert, daß die auf die Arbeitselektrode ausgeübten Kräfte infolge der verhältnismäßig großen Masse des Elektrodenhalters mit den daran verbundenen Hilfsstücken verhältnismäßig groß sind. Sie bedingt ferner eine unerwünschte Bewegungsmöglichkeit der Arbeitselektrode infolge des erforderlichen Luftspaltes zwischen dem Solenoid und dem Elektrodenhalter. Bei dem im allgemeinen geringen Abstand zwischen der Arbeitselektrode und dem Werkstück kann infolge der Trägheit die Werkzeugelektrode mit dem Werkstück in Berührung kommen, wodurch Werkzeug und Werkstück beschädigt werden können.
Es ist auch bereits ein Funkenerosionsverfahren bekannt, bei dem der Funkenstrom ein die Elektrode bewegendes, temperaturempfindliches Glied, z. B. einen Bimetallkörper, direkt erwärmt. Um eine ausreichende Durchbiegung dieses Körpers zu erzielen, ist jedoch ein relativ hoher Strom erforderlich. Zu Beginn des Prozesses drückt die Elektrode auf das Werkstück. Diese Voraussetzungen sind aber besonders bei Mikro-Funkenerosionsbearbeitung sehr nachteilig. Auch ist die durch die hohe Wärmekapazität bedingte Trägheit dieser bekannten Anordnung unerwünscht. Ferner macht sich dabei gerade bei sehr kleinen Abmessungen störend bemerkbar, daß die Elektrode keine geradlinige, sondern eine bogenförmige Bewegung ausführt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Regelung des Elektrodenabstandes bei funkenerosiver Bearbeitung, insbesondere Mikro-Funkenbearbeitung mit sehr geringen Verschiebungen der Elektroden gegeneinander unter Verwendung eines temperaturempfindlichen Stellgliedes zu schaffen, die von einem kleinen Funkenstrom gesteuert werden kann, eine geringe Wärmekapazität und Trägheit aufweist, sowie eine geradlinige Bewegung der Elektrode bewirkt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen nahezu senkrecht zur axialen Vorschubrichtung der Elektrode wippend gelagerten Hebel, dessen einer Arm an der Elektrode angreift und auf dessen anderen Arm ein temperaturempfindlicher Metalldraht eine der Elektrode gleichlaufende Zugkraft ausübt.
Vorteilhafterweise wird der Metalldraht von einem Strom durchflossen, der von dem mittleren Strom oder von der mittleren Spannung des Arbeitsspalts abhängig, jedoch in Größe und Frequenz von diesem Strom verschieden ist.
In einer vorteilhaften weiteren Ausbildung wird der Elektrodenvorschubbewegung in an sich bekannter Weise eine davon unabhängige, gleichgerichtete Schwingbewegung mit geringer Amplitude überlagert. Der Steuerstrom, der sich in bezug auf den mittleren Strom oder auf die Spannung des Arbeitsspalts entgegengesetzt ändert, bringt eine solche Längenänderung des Metalldrahtes mit sich, daß der gewünschte Abstand zwischen der Arbeitselektrode und dem Werkstück beibehalten wird.
ίο Diese Abstandsregelung unterscheidet sich von den bekannten Regelungen durch die verhältnismäßig große, schnell reagierende Steuerkraft, welche auf die Arbeitselektrode ausgeübt wird. Der Metalldraht läßt erhebliche Kräfte für die Bewegung der Arbeitselektrode bei einer hinreichend großen Regelstrecke mit einer vernachlässigbaren Trägheit zu.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Figur näher erläutert.
Nach der Figur ist das Werkstück 1 in dem Werkstückhalter 2 in einem Gefäß 3 mit einer nicht leitenden Flüssigkeit eingeklemmt. Das Gefäß 3 ist steif mit einem Schlitten 4 verbunden, der an der feststehenden Säule 5 auf- und abwärts beweglich ist. Der Abstand des Werkstückes 1 von der Arbeitselektrode 6 kann durch den verschiebbaren Schlitten 4 grob eingestellt werden. Die Elektrode 6 ist an einem Elektrodenhalter 7 befestigt, auf dem ein Arm 8 ruht, der auf einer Blattfeder 9 an der Oberseite der Säule 5 wippend gelagert ist.
Die zur Funkenerosion erforderliche Spannung wird einem stabilisierten Gleichspannungsgerät 10 entnommen, wobei das Werkstück 1 an der positiven, die Elektrode 6 an der negativen Klemme liegt. Der Elektrodenstrom wird durch den veränderlichen Widerstand 14 begrenzt. Gemäß der Erfindung wird die Feinregelung des Elektrodenabstandes durch einen Metalldraht 25 herbeigeführt. Zu diesem Zweck ist der Metalldraht 25 am Ende 30 unverrückbar mit der Unterseite der Säule 5 und an dem Ende 31 am Arm 8 befestigt. Der Draht 25 wird am Ende 31 gegen den Arm 8 durch eine nicht leitende Buchse 42 isoliert. Die Befestigungsstelle 31 am Arm 8 und der Stützpunkt 32 des Armes 8 an dem Elektrodenhalter? liegen auf je einer Seite der Lagerung des Armes 8 auf der Blattfeder 9. Bewegt sich infolge der Ausdehnung des Drahtes 25 der Punkt 31 aufwärts, so bewegt sich infolge der Hebelwirkung der Punkt 32 nach unten, so daß der Abstand zwischen den Elektroden 1 und 6 kleiner wird. Das Umgekehrte erfolgt, wenn der Draht 25 schrumpft.
Die Längenänderung des Drahtes 25 wird wie folgt erzielt. Infolge der Funkenerosionswirkung wird der Abstand zwischen den Elektroden 1 und 6 größer. Der mittlere Elektrodenstrom und somit der Spannungsfall über den Widerstand 14 nehmen infolgedessen ab. Über die Diode 15 wird der Kondensator 18 des i?C-Kreises 17,18 aufgeladen. Das mittlere Potential der mit dem Verbindungspunkt des i?C-Kreises und der Kathode der Diode 15 verbundenen Eingangsklemme 40 des Verstärkers 20 wird somit durch die Zeitkonstante des Kreises 17,18 und die Anodenspannung der Diode 15 bedingt. Nimmt der Abstand zwischen der Arbeitselektrode 6 und dem Werkstück 1 zu und somit der mittlere Elektrodenstrom ab, so wird die Anodenspannung der Diode 15 höher und somit auch das mittlere Potential der Eingangsklemme 40. Die Eingangsspannung des Verstärkers 20 vergrößert sich und infolgedessen
nimmt der durch den Hitzedraht 25 fließende Ausgangsstrom zu, wodurch der Draht 25 sich ausdehnt. Infolge der Hebelwirkung bewegt sich der Kontaktpunkt 32 und somit die Elektrode 6 nach unten, so daß der ursprüngliche Abstand zwischen der Arbeitselektrode und dem Werkstück wieder hergestellt wird.
Die Ausdehnung des Metalldrahtes 25 wird lediglich durch die Temperatur bedingt. Infolge der verhältnismäßig geringen Masse folgt die Längenänderung mit einer geringen Trägheit der Stromänderung des Drahtes. Die Bewegungen der Elektrode 6, die lediglich durch das Verhalten des Drahtes 25 bedingt werden, sind somit genau definiert und eine Berührung zwischen der Arbeitselektrode und dem Werkstück tritt nicht ein. Die Feder 9 mit großer Steifheit erlaubt verhältnismäßig große Steuerkräfte zu übertragen. Diese Regelung ermöglicht eine Bearbeitung bei einem sehr geringen, mittleren Abstand zwischen Werkstück und Elektrode, so daß Werkstücke geringer Abmessungen bearbeitet werden können.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, auf die nach dem Werkstück 1 gerichtete Bewegung der Elektrode 6 eine Schwingbewegung mit kleiner Amplitude zu überlagern. Dies fördert die Geschwindigkeit und die Genauigkeit der Bearbeitung. Die Schwingbewegung kann durch Erregung einer um einen ferromagnetischen Teil des Elektrodenhalters 7 gewickelten Spule 22 mittels eines Niederfrequenzoszillators 21 hervorgerufen werden.
In einem Ausführungsbeispiel war das Werkstück 1 eine Metallfolie, in der Löcher mit einer Tiefe von 200 μ und einem Durchmesser von 10 μ durch Funkenerosion angebracht wurden. Der Metalldraht 25 bestand aus einer Chrom-Nickel-Legierung und hatte eine Länge von 25 cm. Die Maximalausdehnung des Drahtes betrug etwas 100 μ. Das Verhältnis der Hebelarme 8 war 2:5, so daß die Stichtiefe der Elektrode 6 etwa 250 μ betrug. Der mittlere Abstand des Werkstückes 1 von der Elektrode 6 war etwa 1 μ. Die Elektrode 6 bestand aus Wolfram und hatte einen Durchmesser von 8 μ.
Die Gleichspannungsquelle 10 lieferte eine Spannung von 50 V. Die Potentiometer 13 und 14 hatten Werte von 1 MOhm und 4 kOhm. Der Widerstand 17 hatte einen Wert von 0,5 MOhm und der Kondensator 18 hatte einen Wert von 470 pF. Der Kondensator 16 hatte einen Wert von etwa 30 pF. Die Diode war eine Vakuumdiode des Typs EY 84. Der Ausgangsstrom des Verstärkers 20 schwankte zwischen 0 und 2,5 Amp., wenn die Eingangsspannung zwischen und 10 V schwankte.
Die Frequenz des Oszillators 21 lag zwischen 40 und 100 Hz. Die zugehörige Amplitude der Arbeitselektrode 6 war ein Bruchteil des Funkenspaltes.
Grundsätzlich könnte die gleiche Regelung des Arbeitsspaltes bewerkstelligt werden, indem der Funkenstrom direkt durch den Metalldraht geführt wird. Naturgemäß müssen dabei der Befestigungspunkt 31 des Hitzedrahtes und der Stützpunkt 32 gegenüber der Blattfeder 9 auf dem gleichen Teil des Armes vorgesehen werden. In der Praxis führt dies jedoch nicht zum Erfolg, da die Größe und die Änderungen des Funkenstromes nicht den für den Hitzedraht erforderlichen Werten entsprechen.

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zur Elektroden-Vorschub-Regelung bei funkenerosiver Bearbeitung innerhalb verhältnismäßig geringer Bearbeitungstiefen, bei der die Elektrode von einem temperaturempfindlichen, stromdurchfiossenen Glied bewegt wird, gekennzeichnet durch einen nahezu senkrecht zur axialen Vorschubrichtung der Elektrode (6) wippend gelagerten Hebel, dessen einer Arm (8) an der Elektrode (6, 7) angreift und auf dessen anderen Arm ein temperaturempfindlicher Metalldraht (25) eine der Elektrode gleichlaufende Zugkraft ausübt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metalldraht (25) von einem Strom durchflossen wird, der von dem mittleren Strom oder der mittleren Spannung des Arbeitsspalts abhängig, jedoch in Größe und Frequenz von diesem Strom verschieden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenvorschubbewegung in an sich bekannter Weise eine davon unabhängige gleichgerichtete Schwingbewegung mit geringer Amplitude überlagert wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
DEN24241A 1963-01-09 1964-01-04 Funkenerosionsvorrichtung mit regelbarem Elektrodenabstand Withdrawn DE1296497B (de)

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