DE19707696A1

DE19707696A1 - Vorrichtung zur Bearbeitung mit elektrischer Entladung

Info

Publication number: DE19707696A1
Application number: DE19707696A
Authority: DE
Inventors: Tatsushi Sato; Yoshihito Imai; Tomoko Sendai; Hidetaka Miyake; Takashi Yuzawa; Takuji Magara
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-02-27
Filing date: 1997-02-26
Publication date: 1997-11-06
Anticipated expiration: 2017-02-27
Also published as: TW446691B; DE19707696C2; CN1096326C; KR19980069017A; US5837957A; KR100245538B1; CN1170649A; JPH09290327A; CH691797A5

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bearbeitungsvorrichtung, die mit elektrischer Entladung arbeitet.

Bislang wurden Kupfer und isotroper Graphit als Materialien zur Herstellung einer Werkzeugelektrode verwendet. In den letzten Jahren wurde ein Versuch berichtet, ein durch Wärme zersetztes Kohlenstoffmaterial dazu zu verwenden, die Werkzeugelektrode herzustellen, um den Verbrauch der Elektrode zu verhindern (vgl. beispielsweise die Veröffentlichung "EDM Characteristics of Heat Resolved Carbon Electrode" von Uno und Okada, Seiten 163 bis 166 der Proceedings of Annual Meeting of the Japan Society of Electrical-Machining Engineers 1995).

Allerdings tritt in der Hinsicht eine Schwierigkeit auf, daß ein elektrischer Entladungsvorgang äußerst instabil wird, wenn durch Wärme zersetzter Kohlenstoff dem elektrischen Entladungsvorgang unterworfen wird. Da die Anisotropie des voranstehend genannten Materials bei dem Bearbeitungsvorgang mit elektrischer Entladung nicht berücksichtigt wurde, haben die vorliegenden Erfinder ausführliche Entwicklungen und Forschungsvorhaben durchgeführt, und die Tatsache herausgefunden, daß die Anisotropie der Wärmeleitfähigkeit und der elektrischen Leitfähigkeit berücksichtigt werden müssen, wenn ein anisotropes, leitfähiges Material, beispielsweise durch Wärme zersetzter Kohlenstoff, verwendet wird, wenn ein Bearbeitungsvorgang mit einer elektrischen Entladung durchgeführt wird.

Wenn das durch Wärme zersetzte Kohlenstoffmaterial zur Ausbildung einer Werkzeugelektrode verwendet wird, tritt in der Hinsicht eine Schwierigkeit auf, daß dieses Material recht teuer ist, verglichen mit konventionellen Elektrodenmaterialien.

Die vorliegende Erfindung wurde zur Ausschaltung der voranstehend angegebenen Schwierigkeiten entwickelt, die bei konventionellen Vorrichtungen auftreten, und daher besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer Bearbeitungsvorrichtung mit elektrischer Entladung, welche einen stabilen Bearbeitungsvorgang durchführen kann, in der Bereitstellung eines kostengünstigen Werkzeugelektrodenmaterials, und darin, den Verbrauch der Elektrode im wesentlichen zu verhindern.

Zur Lösung der voranstehend angegebenen Schwierigkeiten wird gemäß einer ersten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung eine Bearbeitungsvorrichtung mit elektrischer Entladung zur Verfügung gestellt, bei welcher zumindest entweder eine Werkzeugelektrode oder ein Werkstück aus einem anisotropen, leitfähigen Material besteht, wobei die Bearbeitungsvorrichtung mit elektrischer Entladung auf einer verwendbaren leitfähigen Oberfläche des anisotropen leitfähigen Materials einen Abschnitt zum Anschluß eines isotropen, leitfähigen Teils aufweist.

Gemäß einer zweiten Zielrichtung der Erfindung wird eine Bearbeitungsvorrichtung mit elektrischer Entladung gemäß der ersten Zielrichtung der Erfindung zur Verfügung gestellt, bei welcher eine elektrische Entladung auf der nutzbaren leitfähigen Oberfläche des anisotropen, leitfähigen Materials erzeugt wird.

Gemäß einer dritten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird eine Bearbeitungsvorrichtung mit elektrischer Entladung gemäß der ersten Zielrichtung der Erfindung zur Verfügung gestellt, bei welcher ein leitfähiges Klebemittel dazu verwendet wird, das anisotrope leitfähige Material und das isotrope leitfähige Teil miteinander zu verbinden.

Gemäß einer vierten Zielrichtung der Erfindung wird eine Bearbeitungsvorrichtung mit elektrischer Entladung gemäß einer der ersten bis dritten Zielrichtungen der Erfindung zur Verfügung gestellt, bei welcher das anisotrope leitfähige Material ein durch Wärmeeinwirkung zerlegtes Kohlenstoffmaterial als Werkzeugelektrodenmaterial verwendet wird.

Gemäß einer fünften Zielrichtung der Erfindung wird eine Bearbeitungsvorrichtung mit elektrischer Entladung gemäß der vierten Zielrichtung zur Verfügung gestellt, bei welcher das durch Wärmeeinwirkung zerlegte Kohlenstoffmaterial als Werkzeugelektrodenmaterial verwendet wird.

Gemäß einer sechsten Zielrichtung der Erfindung wird eine Bearbeitungsvorrichtung mit elektrischer Entladung gemäß der fünften Zielrichtung der Erfindung zur Verfügung gestellt, wobei ein nicht verbrennbares, dielektrisches Fluid, beispielsweise reines Wasser, als dielektrisches Fluid verwendet wird.

Gemäß einer siebten Zielrichtung der Erfindung wird eine Bearbeitungsvorrichtung mit elektrischer Entladung gemäß der ersten Zielrichtung der Erfindung zur Verfügung gestellt, welche weiterhin eine Entladungsspannungsmeßvorrichtung zur Messung der Spannung während der elektrischen Entladung aufweist, eine Bezugsspannungseinstellvorrichtung zur Einstellung eines Schwellenwertes zur Verwendung bei der Bestimmung, ob die elektrische Entladung eine normale elektrische Entladung oder eine nicht normale elektrische Entladung ist, und eine Vergleichsvorrichtung zur Unterbrechung der Zufuhr eines Entladungsstroms in einem Fall, in welchem die gemessene Entladungsspannung höher ist als der Schwellenwert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerich dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

Fig. 1 eine Darstellung des Aufbaus eines Graphitkristalls gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Darstellung des Aufbaus eines durch Wärmeeinwirkung zerlegten Kohlenstoffmaterials bei der ersten Ausführungsform;

Fig. 3 eine Darstellung der Anisotropie des durch Wärmeeinwirkung zerlegten Kohlenstoffmaterials bei der ersten Ausführungsform;

Fig. 4 eine Darstellung des Aufbaus einer Elektrode für einen Bearbeitungsvorgang mit elektrischer Entladung gemäß der ersten Ausführungsform;

Fig. 5 eine Darstellung des Aufbaus einer Bearbeitungsvorrichtung mit elektrischer Entladung gemäß der ersten Ausführungsform;

Fig. 6 eine Darstellung des Aufbaus einer Elektrode für einen Bearbeitungsvorgang mit elektrischer Entladung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7 eine Darstellung der Anordnung eines durch Wärmeeinwirkung zerlegten Kohlenstoffmaterials gemäß der zweiten Ausführungsform;

Fig. 8 eine Darstellung der Anordnung des Bearbeitungsvorgangs gemäß der zweiten Ausführungsform;

Fig. 9 eine Darstellung des Aufbaus einer Elektrode für einen Bearbeitungsvorgang mit elektrischer Entladung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 10 eine Darstellung des Aufbaus eines durch Wärmeeinwirkung zerlegten Kohlenstoffmaterials gemäß der dritten Ausführungsform;

Fig. 11 eine Darstellung des Aufbaus eines Bearbeitungsvorgangs gemäß der dritten Ausführungsform;

Fig. 12 eine Darstellung eines weiteren Beispiels für den Aufbau der Elektrode für einen Bearbeitungsvorgang mit elektrischer Entladung gemäß der dritten Ausführungsform;

Fig. 13 eine Darstellung des Aufbaus eines Vorgangs, bei welchem die in Fig. 12 gezeigte Elektrode für einen Bearbeitungsvorgang gemäß Fig. 12 und gemäß der dritten Ausführungsform verwendet wird;

Fig. 14 eine Darstellung eines weiteren Beispiels für den Aufbau der Elektrode für einen Bearbeitungsvorgang mit elektrischer Entladung gemäß der dritten Ausführungsform;

Fig. 15 eine Darstellung des Aufbaus eines rohrförmig laminierten, durch Wärmeeinwirkung zerlegten Kohlenstoffmaterials gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 16 eine Darstellung des Aufbaus einer Elektrode für einen Bearbeitungsvorgang mit elektrischer Entladung gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 17 eine Darstellung des Aufbaus eines durch Wärmeeinwirkung zerlegten Kohlenstoffmaterials gemäß der vierten Ausführungsform;

Fig. 18 eine Darstellung des Aufbaus eines Bearbeitungsvorgangs gemäß der vierten Ausführungsform;

Fig. 19 eine Darstellung des Aufbaus einer Bearbeitungsvorrichtung mit elektrischer Entladung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 20 eine Darstellung eines Beispiels des Aufbaus einer zweiten Steuereinheit gemäß der fünften Ausführungsform; und

Fig. 21 eine Darstellung eines weiteren Beispiels für den Aufbau der zweiten Steuereinheit gemäß der fünften Ausführungsform.

ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM

Zuerst wird das durch Wärmeeinwirkung zerlegte Kohlenstoffmaterial beschrieben.

Bekanntlich besteht Graphit aus zahlreichen Kohlenstoffatomschichten 22, in denen jeweils ein Kohlenstoffatom an jeder Spitze eines regelmäßigen Rechtecks angeordnet ist, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Wenn durch Wärmeeinwirkung zerlegte Kohlenstoffatome auf einem Substrat durch ein Dampfablagerungsverfahren abgelagert werden, sind entsprechend zahlreiche Kohlenstoffatomschichten ebenfalls wie Graphit laminatartig aufgebaut (vgl. Fig. 2). Um diesen Aufbau einfach zu beschreiben, werden die laminierten Kohlenstoffatomschichten 200 als laminierte Schichten 20 bezeichnet, wobei Endoberflächen, die parallel zu den laminierten Schichten 20 verlaufen, als schlecht leitfähige Oberflächen 20a bezeichnet werden, und Endoberflächen, welche die laminierten Schichten 20 quer kreuzen, werden nachstehend als nutzbare leitfähige Oberflächen 20b bezeichnet. Bei ihrer Darstellung werden mehrere laminierte Schichten 20 wie in Fig. 3 dargestellt, um die schlecht leitfähigen Oberflächen 20a und die nutzbaren leitfähigen Oberflächen 20b zu unterscheiden.

Da wie voranstehend geschildert das durch Wärmeeinwirkung zersetzte Kohlenstoffmaterial einen anisotropen Aufbau aufweist, weist dieses Material eine extreme Anisotropie bezüglich der Wärmeleitfähigkeit und der elektrischen Leitfähigkeit auf. Wie in Fig. 3 dargestellt beträgt nämlich die elektrische Leitfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit in Richtungen (angezeigt durch Pfeile Y und Z) parallel zu den laminierten Schichten 20 mehr als das Hundertfache der entsprechenden Leitfähigkeit in der Richtung (angezeigt durch einen Pfeil X) quer über die laminierten Schichten 20. Darüber hinaus ist die Leitfähigkeit entlang den Y- und Z-Richtungen vergleichbar zu jener metallischer Materialien. Wärme und Elektrizität werden daher entlang nutzbaren leitfähigen Oberflächen 20b geleitet, welche Metallen vergleichbar sind, wogegen die Leitung zwischen den schlecht leitfähigen Oberflächen 20a und den nutzbaren leitfähigen Oberflächen 20b im wesentlichen gesperrt ist.

Es wird darauf hingewiesen, daß eine isotrope Graphitelektrode, die üblicherweise bei der konventionellen Bearbeitung mit elektrischer Entladung verwendet wurde, und deren elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit erheblich geringer ist als jene von Metall, nicht die voranstehend geschilderte Anisotropie aufweist.

Weiterhin wird darauf hingewiesen, daß das durch Wärmeeinwirkung zersetzte Kohlenstoffmaterial sehr teuer ist, da dieses Material bei einem Dampfablagerungsprozeß sehr langsam wächst.

Der Aufbau und der Betriebsablauf bei dieser Ausführungsform werden nachstehend geschildert.

Zuerst wird die Elektrode so aufgebaut, daß ein Kupferrohr 22, welches ein isotropes leitfähiges Teil darstellt, mit der nutzbaren leitfähigen Oberfläche 20b des durch Wärmeeinwirkung zerlegten Kohlenstoffmaterials 2 verbunden wird, unter Verwendung eines leitfähigen Klebemittels 23, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Dann wird, wie in Fig. 5 dargestellt ist, die so hergestellte Elektrode an der Spindel 1 einer Bearbeitungsvorrichtung mit elektrischer Entladung angebracht. Ein Werkstück 3 wird in einem Behälter 4 angeordnet, der mit einem dielektrischen Fluid 5 gefüllt ist. Die Steuereinheit 6 steuert die Entfernung zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück. Dann werden elektrische Entladungen durch die Bearbeitungsstromversorgung 7 erzeugt, so daß ein Bearbeitungsvorgang mit elektrischer Entladung durchgeführt wird.

Infolge des voranstehend geschilderten Vorgangs fließt ein Entladungsstrom leicht entlang der laminierten Schicht 20 des durch Wärmeeinwirkung zerlegten Kohlenstoffmaterials 2 über das Kupferrohr 22. Daher kann ein stabiler Bearbeitungsvorgang durchgeführt werden. Weil die Menge des teuren, durch Wärmeeinwirkung zersetzten Kohlenstoffmaterials 2 minimalisiert werden kann, kann darüber hinaus die Werkzeugelektrode unter geringem Kostenaufwand hergestellt werden. Da der Hauptanteil der elektrischen Entladungen auf den nutzbaren leitfähigen Oberflächen 20b auftritt, wird auf der Elektrodenoberfläche erzeugte Wärme schnell in die Elektrode entlang der laminierten Schicht 20 abgeleitet. Daher wird die Oberfläche der Elektrode schnell gekühlt, so daß ein Verbrauch der Elektrode im wesentlichen verhindert wird.

Tabelle 1 zeigt Ergebnisse, bei denen die Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung bzw. die konventionelle, isotrope Graphitelektrode verwendet wurde, unter denselben Bedingungen bezüglich der umgekehrten Polarität, bei einem Spitzenstrom von 5,5 Ampere und einer Impulsbreite von 4 Mikrosekunden. Wie aus dieser Tabelle hervorgeht, verringerte sich das Verbrauchsverhältnis bei der vorliegenden Ausführungsform auf etwa 1/100, verglichen mit der isotropen Graphitelektrode. Bei diesen Versuchen wurde beobachtet, daß die Bearbeitungsstabilität bei der vorliegenden Ausführungsform vergleichbar mit der Stabilität bei dem konventionellen Verfahren war.

TABELLE 1

Bislang wurde angenommen, daß die Ausbildung einer schützenden Kohlenstoffschicht auf der Elektrodenoberfläche für einen niedrigen Elektrodenverbrauch erforderlich ist, und daß eine große Impulsbreite, die nicht kürzer als 100 Mikrosekunden, verwendet werden muß, um die Schutzschicht auszubilden. Wie jedoch aus dem voranstehend geschilderten Versuch hervorgeht, führt die Elektrode gemäß der vorliegenden Ausführungsform zu einem niedrigen Elektrodenverbrauch, selbst wenn kurze Impulsbreiten eingesetzt werden. Aus diesen Versuchen wird geschlossen, daß ein niedriger Elektrodenverbrauch ohne eine schützende Kohlenstoffbeschichtung bei der vorliegenden Ausführungsform erreicht werden kann. Diese Annahme wird auch durch entsprechende Versuchsergebnisse bestätigt, bei denen ein nicht brennbares dielektrisches Fluid verwendet wurde, welches im Handel erhältlich ist, sowie reines Wasser als dielektrisches Fluid. Zusätzlich wird deutlich, daß die Bearbeitungsgeschwindigkeit erhöht werden kann, da zur Erzielung derselben Oberflächenrauhigkeit eine kürzere Impulsbreite eingesetzt werden kann. Darüber hinaus ist das vorliegende Verfahren auch in der Hinsicht vorteilhaft, daß Störungen verhindert werden, da ein niedriger Elektrodenverbrauch mit einem dielektrischen Fluid auf Wasserbasis erzielt werden kann.

Zwar wird bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform ein Aufbau eingesetzt, bei welchem das durch Wärmeeinwirkung zerlegte Kohlenstoffmaterial 2 und das Kupferrohr 22 miteinander unter Verwendung des leitfähigen Klebemittels 23 verbunden wurden, jedoch kann auch ein anderes Verfahren, beispielsweise Löten, Hartlöten oder eine Befestigung mit Bolzen, dazu verwendet werden, die elektrische Verbindung herzustellen. Wenn die Verbindung durchgeführt wird, nachdem ein Abschnitt oder die gesamte Oberfläche der nutzbaren leitfähigen Oberfläche 20b mit Nickel oder dergleichen plattiert wurde, kann die elektrische Verbindung noch verläßlicher hergestellt werden.

Zwar wird bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform ein Aufbau eingesetzt, bei welchem Kupfer, also ein übliches Material zur Herstellung der Werkzeugelektrode, zur Herstellung des isotropen leitfähigen Teils 22 verwendet wird, ist die Materialauswahl nicht hierauf beschränkt. Andere Materialien wie beispielsweise Aluminium, Stahl, Messing, Kupfer, Wolfram, eine superharte Legierung und Bornitrid können ebenfalls eingesetzt werden. Isotropes Graphit, welches bei der konventionellen Bearbeitung mit elektrischer Entladung verwendet wurde, kann ebenfalls verwendet werden. Irgendeines der üblichen isotropen leitfähigen Materialien kann daher dazu eingesetzt werden, die Auswirkungen der vorliegenden Erfindung zu erzielen.

Zwar weist die voranstehend geschilderte Ausführungsform einen derartigen Aufbau auf, daß das durch Wärmeeinwirkung zerlegte Kohlenstoffmaterial 2 als Werkzeugelektrodenmaterial verwendet wird, jedoch läßt sich die vorliegende Erfindung auch bei einer Anordnung einsetzen, bei welcher dieses Material als Material für das Werkstück 3 verwendet wird. Da die vorliegende Erfindung in großem Ausmaß dazu eingesetzt werden kann, eine Bearbeitung mit einer stabilen elektrischen Entladung unter Verwendung des anisotropen Materials durchzuführen, ist das anisotrope, leitfähige Material nicht auf durch Wärmeeinwirkung zerlegtes Kohlenstoffmaterial 2 beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann bei verschiedenen anisotropen leitfähigen Materialien eingesetzt werden, beispielsweise bei einkristallinem Graphit.

ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM

Nachstehend werden der Aufbau und der Betriebsablauf geschildert.

Wie aus Fig. 6 hervorgeht, wird eine Werkzeugelektrode so hergestellt, daß das durch Wärmeeinwirkung zerlegte Kohlenstoffmaterial 2 mit dem Vorderende eines Kupferrohrs 22 verbunden wird. Hierbei wird das durch Wärmeeinwirkung zerlegte Kohlenstoffmaterial 2 in eine in Fig. 7 gezeigte Ausrichtung gebracht. Dann wird gemäß Fig. 8 die hergestellte Werkzeugelektrode so gedreht und bewegt, daß der Bearbeitungsvorgang mit elektrischer Entladung am Vorderende der Werkzeugelektrode durchgeführt wird, an welchem sich das durch Wärmeeinwirkung zerlegte Kohlenstoffmaterial 2 befindet.

Selbst wenn die Elektrode so wie voranstehend geschildert aufgebaut ist, ist die nutzbare leitfähige Oberfläche 20b des durch Wärmeeinwirkung zerlegten Kohlenstoffmaterials 2 mit dem Kupferrohr 22 verbunden, und findet die elektrische Entladung auf der nutzbaren leitfähigen Oberfläche 20b statt. Daher läßt sich ein ähnlicher Effekt wie bei der ersten Ausführungsform erzielen. Wenn eine Anordnung eingesetzt wird, bei welcher ein dielektrisches Fluid dazu veranlaßt wird, durch den Innenabschnitt der rohrförmigen Elektrode zu fließen, kann darüber hinaus die Bearbeitungsleistung noch weiter verbessert werden.

Zwar wird bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform eine rohrförmige Elektrode verwendet, jedoch kann auch eine andere Form, beispielsweise die Form eines Zylinders ohne Loch, als Form eines Kupferrohrs 22 und/oder des durch Wärmeeinwirkung zerlegten Kohlenstoffmaterials 2 verwendet werden.

Entsprechend der ersten Ausführungsform ist auch hier das Material für das isotrope, leitfähige Teil 22 nicht auf Kupfer beschränkt.

DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM

Nachstehend werden der Aufbau und der Betrieb beschrieben.

Wie in Fig. 9 gezeigt ist, wird eine Werkzeugelektrode hergestellt, die einen solchen Aufbau aufweist, daß ein rohrförmiges, durch Wärmeeinwirkung zerlegtes Kohlenstoffmaterial 2 mit der Außenoberfläche eines Kupferrohrs 22 verbunden wird. Hierbei wird das durch Wärmeeinwirkung zerlegte Kohlenstoffmaterial 2 in eine Ausrichtung gebracht, die in Fig. 10 gezeigt ist. Dann wird die hergestellte Werkzeugelektrode, wie in Fig. 11 gezeigt ist, gedreht und bewegt, um den Bearbeitungsvorgang mit elektrischer Entladung auf der Außenoberfläche des durch Wärmeeinwirkung zerlegten Kohlenstoffmaterials 2 durchzuführen.

Selbst wenn die Elektrode wie voranstehend geschildert aufgebaut ist, ist die nutzbare leitfähige Oberfläche 20b des durch Wärmeeinwirkung zerlegten Kohlenstoffmaterials 2 mit dem Kupferrohr 22 verbunden, und tritt die elektrische Entladung auf der nutzbaren leitfähigen Oberfläche 20b auf. Daher kann ein ähnlicher Effekt erzielt werden wie bei der ersten Ausführungsform. Wenn eine Anordnung eingesetzt wird, bei welcher ein dielektrisches Fluid zum fließen durch den inneren Abschnitt der rohrförmigen Elektrode veranlaßt wird, kann darüber hinaus die Bearbeitungsleistung noch weiter verbessert werden.

Zwar ist die voranstehend geschilderte Ausführungsform so aufgebaut, daß das Kupferrohr 22 das durch Wärmeeinwirkung zerlegte Kohlenstoffmaterial 2 durchdringt, jedoch kann auch eine Anordnung eingesetzt werden, wie sie in Fig. 12 gezeigt ist, bei welcher das Kupferrohr 22 auf solche Weise eingefügt ist, daß die Bodenoberfläche des Kupferrohrs 22 auf derselben Ebene angeordnet ist wie die Bodenoberfläche des durch Wärmeeinwirkung zerlegten Kohlenstoffmaterials 2. In diesem Fall können Vorgänge zur Herstellung einer Nut und von Taschen gemäß Fig. 13 durchgeführt werden, ebenso wie der in Fig. 11 gezeigte Profilierungsvorgang.

Zwar ist die voranstehend geschilderte Ausführungsform so aufgebaut, daß das durch Wärmeeinwirkung zerlegte Kohlenstoffmaterial 2 rohrförmig ausgebildet ist, jedoch ist die Form nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann das Vorderende kugelförmig ausgebildet werden, wie in Fig. 14 gezeigt ist. Das durch Wärmeeinwirkung zerlegte Kohlenstoffmaterial 2 kann daher verschiedene Formen aufweisen, um die Vorgänge zur Erzeugung einer Nut, einer Tasche und eines Profils durchzuführen.

Zwar wird bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform das rohrförmige Kupferrohr 22 verwendet, jedoch kann auch eine zylindrische Kupferstange, welche kein Durchgangsloch aufweist, statt des Kupferrohrs 22 eingesetzt werden.

Ahnlich wie bei der ersten Ausführungsform ist das Material für das isotrope leitfähige Teil 22 nicht auf Kupfer beschränkt.

VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM

Zunächst wird nunmehr das rohrförmige laminierte, durch Wärmeeinwirkung zerlegte Kohlenstoffmaterial beschrieben.

Bei jeder der ersten bis dritten Ausführungsformen weist das Wärmeeinwirkung zerlegte Kohlenstoffmaterial 2 ebene, laminierte Schichten auf. Bei der vorliegenden Ausführungsform allerdings wird ein Material eingesetzt, welches konzentrisch und zylindrisch laminierte Schichten aufweist, wie dies in Fig. 15 gezeigt ist. Dieses Material wird nachstehend als rohrförmig laminiertes, durch Wärmeeinwirkung zerlegtes Kohlenstoffmaterial 21 bezeichnet. Dieses Material wird so hergestellt, daß die durch Wärmeeinwirkung zerlegten Kohlenstoffatome um ein Kernteil herum abgelagert werden, welches aus Kohlenstoff-Fasern besteht. Wie man aus der Form der laminierten Schichten ersieht, sind die Wärmeleitfähigkeit und die elektrische Leitfähigkeit dieses Materials in Axialrichtung extrem höher als in Radialrichtung.

Nunmehr wird der Aufbau des Betriebs bei dieser Ausführungsform beschrieben.

Wie aus Fig. 16 hervorgeht, ist das rohrförmig laminierte, durch Wärmeeinwirkung zerlegte Kohlenstoffmaterial 21 mit dem Vorderende eines Kupferrohrs 22 verbunden. Hierbei wird das rohrförmig laminierte, durch Wärmeeinwirkung zerlegte Kohlenstoffmaterial 21 in eine Ausrichtung gebracht, die in Fig. 17 gezeigt ist. Dann wird gemäß Fig. 18 der Bearbeitungsvorgang mit elektrischer Entladung an dem Vorderende durchgeführt, an welchem sich das rohrförmig laminierte, durch Wärmeeinwirkung zerlegte Kohlenstoffmaterial 21 befindet.

Selbst wenn die Elektrode wie voranstehend geschildert aufgebaut ist, ist die nutzbare leitfähige Oberfläche 20b des rohrförmig laminierten, durch Wärmeeinwirkung zerlegten Kohlenstoffmaterials 21 mit dem Kupferrohr 22 verbunden, und tritt die elektrische Entladung auf der nutzbaren, leitfähigen Oberfläche 20b auf. Daher können ähnliche Auswirkungen wie bei der ersten Ausführungsform erzielt werden. Diese Konstruktion einer Werkzeugelektrode ist für eine Bearbeitung entlang der Axialrichtung geeignet. Wenn die Elektrode gedreht wird, oder man ein dielektrisches Fluid durch den inneren Abschnitt der Elektrode fließen läßt, kann darüber hinaus die Bearbeitungsleistung noch weiter verbessert werden.

Zwar ist die voranstehende Ausführungsform so strukturiert, daß eine zylindrische Elektrode verwendet wird, jedoch kann das Kupferrohr 22 und/oder das rohrförmig laminierte, durch Wärmeeinwirkung zerlegte Kohlenstoffmaterial 21 auch eine andere Form aufweisen, beispielsweise die Form eines Zylinders ohne Durchgangsloch, eine bezüglich der Drehung asymmetrische Form, usw.

Ahnlich wie bei der ersten Ausführungsform, ist das Material für das isotrope, leitfähige Teil 22 nicht auf Kupfer beschränkt.

FÜNFTE AUSFÜHRUNGSFORM

Zunächst wird der technische Hintergrund bei dieser Ausführungsform geschildert.

Wie voranstehend erwähnt weist das durch Wärmeeinwirkung zerlegte Kohlenstoffmaterial eine extreme Anisotropie auf. Wenn beispielsweise ein Vorgang zur Ausbildung einer Nut oder einer Tasche durchgeführt wird, wie in Fig. 13 gezeigt, so ist der elektrische Widerstand parallel zur Axialrichtung der Elektrode wesentlich größer als der elektrische Widerstand in Radialrichtung der Elektrode. Daher findet die elektrische Entladung in Axialrichtung ungleichförmig statt. Bei einer elektrischen Entladung in Axialrichtung erzeugt jedoch der hohe elektrische Widerstand eine zu hohe Wärme in der Elektrode, und daher kann die Elektrode brechen.

Die elektrische Entladung in Axialrichtung zeichnet sich durch einen großen Spannungsabfall in der Elektrode aus. Daher wird eine höhere Entladungsspannung gemessen, verglichen mit einer üblichen elektrischen Entladung. Wenn die Bearbeitungsstromversorgung Widerstände zur Begrenzung des Entladungsstroms verwendet, wird ein niedriger Entladungsstrom gemessen, verglichen mit einer normalen Entladung. Wenn die Bearbeitungsstromversorgung ihre innere Impedanz ändert, um den Entladungsstrom auf einen vorbestimmten Betrag durch eine Rückkopplungsregelung zu regeln, wird die interne Impedanz niedriger eingestellt als bei einer normalen Entladung. Die vorliegende Erfindung nutzt die voranstehend geschilderten Eigenschaften dazu, das ungewünschte Auftreten der voranstehend geschilderten Entladung festzustellen, und unterbricht sofort die elektrische Entladung, um die Elektrode gegen eine Beschädigung zu schützen.

Nunmehr wird der Aufbau und der Betriebsablauf bei dieser Ausführungsform geschildert.

Die vorliegende Ausführungsform ist so ausgebildet, daß eine zweite Steuereinheit 8 zum Steuern der Bearbeitungsstromversorgung 7 vorgesehen ist (vgl. Fig. 19), zusätzlich zu der Anordnung (vgl. Fig. 5) gemäß der vorherigen Ausführungsform. Ein Beispiel für den Aufbau der zweiten Steuereinheit 8 ist in Fig. 20 dargestellt. Nunmehr wird deren Betriebsablauf beschrieben.

Die zweite Steuereinheit 8 weist eine Entladungsspannungsmeßvorrichtung 81 auf, eine Bezugsspannungeinstellvorrichtung 82 und eine Vergleichsvorrichtung 83. Für die Bezugsspannungseinstellvorrichtung 82 ist ein Schwellenwert (etwa 30 V, wenn das Werkstück 3 aus Stahl besteht) vorher eingestellt, der etwas höher ist als die normale Entladungsspannung. Die Entladungsspannungsmeßvorrichtung 81 mißt die Spannung zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück 3 während der elektrischen Entladung, nachdem das Vorhandensein der elektrischen Entladung festgestellt wurde. Die Vergleichsvorrichtung 83 vergleicht die gemessene Entladungsspannung mit dem Schwellenwert, um einen Befehl zur Unterbrechung des Entladungsstroms an die Bearbeitungsstromversorgung 7 aus zugeben, wenn die Entladungsspannung größer ist als der Schwellenwert.

Wie voranstehend geschildert wird bei der vorliegenden Ausführungsform, wenn eine anomale elektrische Entladung stattfindet, deren Entladungsspannung höher ist als die normale Entladung, der Entladungsstrom sofort unterbrochen. Daher kann das Auftreten einer ungewünschten Entladung verhindert werden. Dies führt dazu, daß die Elektrode gegen eine Beschädigung geschützt ist.

Zwar wird bei der voranstehenden Ausführungsform die Entladungsspannung gemessen, jedoch kann zu diesem Zweck auch der Entladungsstrom oder die innere Impedanz der Stromversorgung verwendet werden, wie aus der voranstehenden Schilderung des technischen Hintergrundes deutlich wird.

Fig. 21 zeigt ein weiteres Beispiel für den Aufbau der zweiten Steuereinheit 8, welche den Entladungsstrom mißt. Hierbei ist eine Entladungsstrommeßvorrichtung 84 vorgesehen, eine Bezugsstromeinstellvorrichtung 85, und eine Vergleichsvorrichtung 83. Da der Betriebsablauf ansonsten dem Betriebsablauf der in Fig. 20 gezeigten Anordnung entspricht, erfolgt hier insoweit keine erneute Beschreibung.

Wie voranstehend geschildert kann bei der Bearbeitungsvorrichtung mit elektrischer Entladung gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welcher zumindest entweder die Werkzeugelektrode oder das Werkzeug aus dem anisotropen, leitfähigen Material besteht, auf der nutzbaren leitfähigen Oberfläche des anisotropen, leitfähigen Materials der Abschnitt zum Anschluß eines isotropen leitfähigen Teils zur Verfügung gestellt werden. Daher kann der Entladungsstrom einfach von dem anisotropen, leitfähigen Material zu dem isotropen, leitfähigen Teil fließen. Daher kann der elektrische Widerstand verringert werden, und deswegen kann der Bearbeitungsvorgang stabilisiert werden.

Weiterhin werden bei der Bearbeitungsvorrichtung mit elektrischer Entladung gemäß der vorliegenden Erfindung elektrische Entladungen auf der nutzbaren leitfähigen Oberfläche des anisotropen leitfähigen Materials hervorgerufen. Durch die elektrische Entladung hervorgerufene Wärme kann daher einfach in den Innenabschnitt der Elektrode eindiffundieren. Daher kann eine Kühlwirkung bei der Entladungsoberfläche erzielt werden, und kann der Elektrodenverbrauch verhindert werden.

Weiterhin wird bei der Bearbeitungsvorrichtung mit elektrischer Entladung gemäß der vorliegenden Erfindung das leitfähige Klebemittel dazu verwendet, das anisotrope, leitfähige Material und das isotrope, leitfähige Teil miteinander zu verbinden. Die elektrische Verbindung zwischen diesen Teilen kann daher einfach und verläßlich hergestellt werden.

Weiterhin ist bei der Bearbeitungsvorrichtung mit elektrischer Entladung gemäß der vorliegenden Erfindung das anisotrope, leitfähige Material ein durch Wärmeeinwirkung zerlegtes Kohlenstoffmaterial. Daher kann der Aufwand für das kostenaufwendige, durch Wärmeeinwirkung zerlegte Kohlenstoffmaterial minimalisiert werden, und deswegen läßt sich die Elektrode kostengünstig herstellen.

Weiterhin wird bei der Bearbeitungsvorrichtung mit elektrischer Entladung gemäß der vorliegenden Erfindung das durch Wärmeeinwirkung zerlegte Kohlenstoffmaterial als Werkzeugelektrodenmaterial eingesetzt. Daher läßt sich ein Bearbeitungsvorgang mit elektrischer Entladung durchführen, während der Elektrodenverbrauch im wesentlichen unterdrückt ist.

Bei der Bearbeitungsvorrichtung mit elektrischer Entladung gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein nicht brennbares, dielektrisches Fluid wie beispielsweise reines Wasser als dielektrisches Fluid verwendet. Das Risiko einer Entzündung kann daher ausgeschaltet werden.

Bei der Bearbeitungsvorrichtung mit elektrischer Entladung gemäß der vorliegenden Erfindung wird darüber hinaus die Entladungsspannungsmeßvorrichtung zum Messen der Spannung während der elektrischen Entladung zur Verfügung gestellt, die Bezugsspannungseinstellvorrichtung zur Einstellung eines Schwellenwertes zur Verwendung bei der Bestimmung, ob es sich bei der elektrischen Entladung um eine normale elektrische Entladung oder eine anomale elektrische Entladung handelt, sowie die Vergleichsvorrichtung zur Unterbrechung der Zufuhr eines Entladungsstroms in einem Fall, in welchem die gemessene Entladungsspannung höher ist als der Schwellenwert. Daher kann das Auftreten einer anomalen elektrischen Entladung festgestellt werden, um dann sofort die elektrische Entladung zu unterbrechen, um zu verhindern, daß die Elektrode beschädigt wird.

Die voranstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erfolgte zum Zwecke der Erläuterung und Beschreibung. Dies soll nicht als erschöpfend oder beschränkend verstanden werden, und insbesondere nicht die Erfindung exakt auf die dargestellte Form einschränken, und es sind Abänderungen und Variationen angesichts der voranstehend geschilderten Lehre möglich, oder lassen sich bei der Umsetzung der Erfindung in die Praxis erfahren. Die voranstehenden Ausführungsformen wurden dazu ausgesucht und beschrieben, um die Grundlagen der Erfindung zu erläutern, und deren Einsatz in der Praxis, um es einem Fachmann auf diesem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen Abänderungen einzusetzen, je nach dem Verwendungszweck. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen, und soll von den beigefügten Patentansprüchen umfaßt sein.

Claims

1. Bearbeitungsvorrichtung mit elektrischer Entladung, welche aufweist:
eine Werkzeugelektrode, wobei zumindest entweder die Werkzeugelektrode oder ein Werkstück aus einem anisotropen, leitfähigen Material besteht; und
ein isotropes, leitfähiges Teil;
wobei das isotrope, leitfähige Teil mit einer nutzbaren, leitfähigen Oberfläche des anisotropen, leitfähigen Materials verbunden ist.

2. Bearbeitungsvorrichtung mit elektrischer Entladung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Entladung auf der nutzbaren leitfähigen Oberfläche des anisotropen, leitfähigen Materials erzeugt wird.

3. Bearbeitungsvorrichtung mit elektrischer Entladung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein leitfähiges Klebemittel zur Verbindung des anisotropen, leitfähigen Materials und des isotropen, leitfähigen Teils miteinander.

4. Bearbeitungsvorrichtung mit elektrischer Entladung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das anisotrope, leitfähige Material ein durch Wärmeeinwirkung zerlegtes Kohlenstoffmaterial enthält.

5. Bearbeitungsvorrichtung mit elektrischer Entladung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Wärmeeinwirkung zerlegte Kohlenstoffmaterial als Werkzeugelektrodenmaterial verwendet wird.

6. Bearbeitungsvorrichtung mit elektrischer Entladung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als dielektrisches Fluid ein nicht brennbares dielektrisches Fluid verwendet wird.

7. Bearbeitungsvorrichtung mit elektrischer Entladung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:
eine Entladungsspannungsmeßvorrichtung zur Messung der Spannung während der elektrischen Entladung;
eine Bezugsspannungseinstellvorrichtung zur Einstellung eines Schwellenwertes, um zu bestimmen, ob es sich bei der elektrischen Entladung um eine normale elektrische Entladung oder eine anomale elektrische Entladung handelt; und
eine Vergleichsvorrichtung zur Unterbrechung der Zufuhr eines Entladungsstroms, wenn die gemessene Entladungsspannung höher ist als der Schwellenwert.