DE19840470A1

DE19840470A1 - Vorrichtung zur Halterung einer Elektrode für Elektroerosionsmaschinen

Info

Publication number: DE19840470A1
Application number: DE19840470A
Authority: DE
Inventors: Claudio Tricarico; Eric Orhant; Gerald Naville
Original assignee: Agie Charmilles New Technologies SA
Current assignee: Agie Charmilles New Technologies SA
Priority date: 1997-09-09
Filing date: 1998-09-04
Publication date: 1999-05-20
Also published as: JP4279377B2; US6011230A; JPH11138348A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Halterung einer Elektrode, insbesondere einer zylindrischen, rohrförmigen Elektrode bei einer Elektroerosionsmaschine, welche nach dem Prinzip des funken-erosiven Fräsens arbeitet.

Dabei wird die Elektrode auf einer gewählten Bahn bewegt und durch Funkenentladung zwischen ihr und einem Werkstück findet an diesem der gewünschte Materialabtrag statt. Dabei unterliegt die Elektrode kontinuierlich einem Verschleiß, welcher zu einer Verkürzung der Elektrode führt.

Für das funkenerosive Fräsen, wie in der Patenschrift EP 0 642 866 beschrieben, ist es vorteilhaft, daß das Werkzeug eine rohrförmige Elektrode ist, welche sich in einer Halterung befindet, welche wiederum von einer Spindel aufgenommen wird, welche eine Rotationsbewegung durchführt. Das Prinzip des funkenerosive Fräsen eignet sich bevorzugt für Elektroden von kleinem Durchmesser. Entsprechend sollte die Spindel und der Elektrodenhalter zur Vermeidung von Unwuchtproblemen, sowie Kollisionen der Elektrodenhalterung oder Spindel mit dem Werkstück, kleine Abmessungen besitzen.

Handelsübliche Werkzeughalterungen für den Einsatz in Werkzeugmaschinen ist sind im allgemeinen zur Übertragung von größeren Drehmomenten und zum Standhalten der reaktiven Wirkung konzipiert. Hierbei werden zwischen Spindel und Werkzeughalter Konus-Konus Kupplungen verwendet. Die entsprechende axiale Schließkraft, welche die Spitze eines Konus eines Werkzeughalters in die entsprechende Spindel zieht, ist daher sehr groß (von der Größenordnung von 500 kg und mehr). Sie dient auch dazu ein eventuell vorhandenes Spiel zwischen Werkzeug- und Spindelkonus auszugleichen. Die Kraft ist ausreichend den Konus der Werkzeughalterung zu verlängern und ihn in Folge dessen zu deformieren. Da für Elektroden mit kleinem Durchmesser die Spindel entsprechend klein sein sollte, sind dort nur kleine Schließkräfte anbringbar. Dadurch ist ein vorhandenes Spiel nicht durch Verlängerung des Konus des Werkzeughalters ausgleichbar.

Als Elektrodenmaterial findet vorzugsweise Kupfer Verwendung, welches weich und nachgiebig ist. Diese Eigenschaft ist aber nachteilig zur festen Einspannung in eine konventionelle Halterung, da diese für konventionelle Schneidewerkzeuge konstruiert sind, welche steif und fest sind.

Aufgrund des Verschleißes müssen die Elektroden häufig ersetzt werden, vorzugsweise automatisch. Dabei kann die verschließende Elektrode sowohl durch Wechsel mit der Halterung aus der Spindel als auch nur durch Austausch der Elektrode in der Halterung mit einer Repositionierung der neuen Elektrode in der selben Halterung geschehen. Zur problemlosen Fortsetzung der Bearbeitung nach einem notwendigen Elektrodenwechsel muß das freie Elektrodenende innerhalb einer Toleranz von plus minus 0.01 mm repositioniert werden. Die Präzision der Repositionierung einer konventionellen Konus-Konus-Kopplung ist dafür ungenügend, insbesondere wäre für eine Serie von Konussen eine Verbesserung der Präzision sehr kostspielig.

Weiterhin muß an den Verbindungsstellen von Elektrode und Halterung sowie Halterung und Spindel eine sehr gute Dichtheit für die dielektrische Arbeitsflüssigkeit gewährleistet sein. Diese wird mit geregeltem Druck durch die Elektrode zur Evakuierung der Abtragspartikel eingebracht und ist bei der Bildung der gewünschten Funkenentladung notwendig. Bei einer konventionellen Werkzeughalterung ist ein Einbringen von Arbeitsflüssigkeit durch das Werkzeug hindurch nicht notwendig ist und somit fallen auch keine Dichtungsprobleme an.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Elektrodenhalter für Erosionsmaschinen nach dem Prinzip des Funkenerosiven Fräsens zu schaffen, welcher mit hoher Reproduktionsgenauigkeit die Fixierung einer Elektrode und die Durchführung einer Rotationsbewegung ermöglicht, wobei die Elektrode bevorzugt aus einem zylinderförmigen Kupferrohr kleinen Durchmessers besteht. Die Halterung soll eine einfache Handhabung gewährleisten, insbesondere sollen die Elektroden beim Ein- oder Ausbauen in die Halterung nicht beschädigt werden.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre des Anspruches 1 gelöst. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung erge ben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel näher erläutert; diese zeigen schematisch in

Fig. 1a einen Längsschnitt durch die Konus-Kopplung der Halterung;

Fig. 1b einen Längsschnitt der prismatischen Führung;

Fig. 1c eine Ansicht der Spritzschutzkappe der prismatischen Führung;

Fig. 1d eine Draufsicht auf die prismatischen Führung;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Einspritzelement;

Fig. 3 einen Querschnitt durch die prismatische Führung mit einer vergrößerten Darstellung der elastischen Lamelle;

Fig. 4 einen Querschnitt durch die Spritzschutzhaube.

Wie aus den Figuren ersichtlich, ist die Halterung als Verbindung einer konische Führung 2 mit einem flachen Anschlagfläche 1 ausgebildet. Eine solche flache Anschlagfläche läßt sich einfach und kostengünstig mit hoher Präzision etwa durch Schleifen, herzustellen. Dies garantiert, daß der Halter mit minimalem lotrechten Fehler repositioniert werden kann. Der konvexe Konus des Halterns 2 und der konkave Konus der Spindel dienen als Führung bei der Einführung des Halters in die Spindel. Wenn die zwei Oberflächen des Halters und der Spindel gegeneinander drücken, so besitzt das System ein Spiel zwischen dem konvexen und dem konkaven Konus. Vorteilhaft erlaubt der elastische, exzentrische O-Ring 3 unter einer Schließkraft dieses Spiel zu auszugleichen und die radiale Position des Halters wiederholt in der Spindel zu erlangen. Dieser elastische exzentrische O-Ring 3, in unserem Falle aus Kautschuk gefertigt und mit einer Exzentrizität von einigen zehntel mm (4/10), gestattet vorteilhaft mit geringen Schließkräften (von ungefähr 50 kg) zu arbeiten.

Das doppelte Kopfstück 4 des Halters dient zur Übertragung der Schließkraft unter Vermeidung von parasitären radialen Komponenten besagter Schließkraft.

Der Dichtring 5 mit dem Einspritzelement der Spindel befindet sich im Halter und nicht im Spindelkopf, er ist daher leicht austauschbar, da es sich bei ihm um ein Verschleißteil handelt.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der prismatischen Führung 7 wird, wie in den Zeichnungen dargestellt, eine zylindrische Elektrode durch eine elastische Lamelle 8 an den Rücken eines Prismas gedrückt. Diese Führung ist dem verwendeten Elektrodendurchmesser angepaßt. In der Fig. 3 ist diese aus einem Stück gefertigt, welches gleichzeitig mit der prismatischen Führung 9 hergestellt wurde. Andere Ausführungsformen sind offensichtlich, beispielsweise kann die Elektrode an die Rückseite des Prismas durch ein ablösbares Teil gedrückt werden.

Ein Spreizer erlaubt die Elektrode zu entnehmen und eine neue Elektrode praktisch ohne mechanische Belastung einzuführen.

Dies ist speziell für Elektroden mit kleinem Durchmesser (beispielsweise 0,5 mm oder 1 mm) von Bedeutung. Ein der in Fig. 3 dargestellten Führung entsprechender Spreizer ist ein zylindrischer, metallischem Stift aus poliertem Stahl, der von Hand in die Öffnung 10 eingeführt wird, um die Lamelle 8 nach hinten zu biegen. Das Prinzip dieser entkoppelbaren elastischen Lamelle erlaubt auch eine automatische Vorrichtung, welche die Federlamelle nach hinten biegt und hierzu innerhalb oder außerhalb der Halterung angreift. Hierdurch kann eine verschließende Elektrode direkt im Halter ohne manuelle Intervention ausgetauscht werden.

Das Prinzip der prismatischen Führung erlaubt die Einführung und Entnahme von Elektroden ohne Änderung der Position der Führung und ohne Nachstellung der Einstellung der Führung durch einen Bediener. Eine Führung wird einmal definitiv eingestellt und der Austausch von Elektroden beeinträchtigt diese Einstellung nicht.

Das System zur Einstellung der Konzentrizität einerseits und der Lotrechtigkeit andererseits arbeitet auf unabhängige Art und Weise. Die Führung ist mit drei Sätzen zu je drei Schrauben ausgestattet, welche die im folgenden beschriebenen Funktionen besitzen.

Die Konzentrizität wird durch drei radial am unteren Ende des Körpers der Halterung 12 angeordneten Schrauben 11 geregelt. Diese erlauben die Einstellung der Position in der horizontalen Ebene der prismatischen Führung 9 gegenüber dem Körper der Halterung 12. Diese drei Schrauben sind bezüglich der Flächen des Prismas um je 60 Grad gegeneinander versetzt, wodurch eine Verformung der Flächen des Prismas beim Anziehen der Schrauben für die Konzentrizität vermieden wird.

Die Parallelität zur Rotationsachse d. h. die Lotrechtigkeit gegenüber der untere Anschlagfläche 14 des Elektrodenhalters wird durch drei zur Achse 13 parallele Schrauben geregelt. In die Führung eingeschraubt, drücken sich diese von der unteren Anschlagfläche 14 des Halters ab und dehnen dadurch die Blockierschrauben 15 in die Länge, schließlich wird hierdurch eine Feinregulierung der Parallelität der Elektrode zur Rotationsachse erzielt. Drei Schrauben 15 sind parallel zur Achse in den Körper der Halterung 12 eingespannt und erlauben das Feststellen der radialen Position der prismatischen Führung.

Die Elemente zur Gewährleistung der Dichtheit der Halterung bei der Einführung der dielektrischen Flüssigkeit werden im folgenden beschrieben. Die Dichtung 16 zwischen der Elektrode 6 und dem Einspritzelement 17 wird bei der Montage des Systems vollkommen konzentrisch ausgeführt, indem das Einspritzelement 17 in den Körper der prismatischen Führung mit einem diametralen Spiel 18 eingesetzt wird, welches mit Klebstoff ausgefüllt ist. Vor der Trocknung des Klebers wird ein Referenzstift an Stelle einer Elektrode eingeführt, um dadurch den Einspritzelement 17 in der Achse der prismatischen Führung 9 festzuhalten. Mit der Trocknung des Klebers wird die Justierung endgültig. Auf diese Weise stört das Element zur Einspritzung der dielektrischen Flüssigkeit nicht die Positionierung einer Elektrode in der prismatischen Führung.

Die Wirkung der Dichtung 20 zwischen der Gesamtheit der prismatische Führung 9 und dem Einspritzelement 17 einerseits und dem Körper der Elektrodenhalterung 12 andererseits, stört nicht die radiale Position der besagten Gesamtheit. Während der Justierung der Konzentrizität kann diese Gesamtheit aus dem Zentrum gebracht werden, ohne die Dichtheit der Verbindung zu gefährden.

Die Rotationsbewegung der Spindel versetzt die dielektrischer Flüssigkeit ebenfalls in eine Rotationsbewegung, gleichzeitig wird sie durch die Öffnung der Spritzschutzhaube 19 nach unten in den Arbeitsbereich mit Druck eingebracht. Der die Öffnung umgebende Ring besitzt eine charakteristische Wölbung 21 welche verhindert, daß die Flüssigkeit aufgrund ihrer Zentrifugal bewegung aus der Arbeitszone hinaus getrieben wird, gleichfalls verhindert diese eine Verschmutzung der Umgebung der Arbeitszone mit durch Abtragspartikeln verunreinigter Flüssigkeit.

Bezugszeichenliste

1

ebene Anschlagfläche

2

Konische Führung

3

exzentrischer Dichtring

4

zweifaches Kopfstück

5

Dichtring

6

zylindr. Elektrode

7

Prisma

8

elastische Lamelle

9

prismatische Führung

10

Öffnung

11

radiale Schrauben

12

Körper der Halterung

13

Schrauben parallel zu Rotationsachse

14

untere Anschlagfläche

15

Blockierschrauben

16

Dichtung

17

Einspritzelement

18

diametrales Spiel

19

Spritzschutzhaube

20

Dichtung

21

charakteristische Wölbung

Claims

1. Vorrichtung zur Halterung einer Elektrode, insbesondere einer zylindrischen, rohrförmigen Elektrode bei einer Elektro-Erosionsmaschine, mit einer prismatische Führung zur Aufnahme der Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode mittels einer elastischen Lamelle gegen eine prismatische Führung andrückbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur prismatische Führung eine Öffnung zur Aufnahme eines Stifts vorgesehen ist, welcher als Spreitzer wirkt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch den in die Öffnung eingeführten Stift die elastische Lamelle entkoppelt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die elastische Lamelle und die prismatische Führung aus einem Stück gefertigt sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Lamelle aus einem von der Führung ablösbaren separaten Stück gefertigt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Regeleinheiten die Konzentrizität und die Lotrechtigkeit der Elektrode in der Halterung getrennt regelbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Regulierung der Konzentrizität der Elektrode mittels dreier um 120 Grad versetzt angeordneter Schrauben erfolgt, welche radial in dem Körper der Elektroden halterung angeordnet sind, wodurch eine gefundene Justierung auch bei einem Austausch von Elektroden beibehalten bleibt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Regulierung der Lotrechtigkeit der Elektrode durch drei um 120 Grad versetzt angeordnete Schrauben erfolgt, welche parallel zur Rotationsachse angeordnet sind und in die Führung eingeschraubt gegen die untere An schlagfläche des Körpers des Elektrodenhalters drücken, wodurch eine gefundene Justierung auch bei einem Austausch von Elektroden beibehalten bleibt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung als eine Verbindung einer konische Führung mit einer flachen, zur Spindel gerichteten, Anschlagfläche ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konus-Konus-Kopplung, welche die Halterung mit der Spindel verbindet, anfänglich ein Spiel zwischen dem konvexen und konkaven Konus aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Konus-Konus-Kopplung vorhandene Spiel durch radiale Verformung eines elastischen O-Rings beseitigbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Ring eine Exzentrizität aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtheit der Verbindungen von Spindel mit Halter und von Halter mit Elektrode gegen Austreten von dielektrischer Flüssigkeit durch O-Ringe gewährleistet wird, welche durch ihre Anordnung die Regulierung der Elektrode nicht behindern.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spritzschutz in Form einer ringartigen Kappe ausgestaltet ist, wobei der die zentrale Öffnung umgebende Teil mindestens eine konkave Wölbung aufweist, derart, daß die dielektrische Flüssigkeit beim Durchtritt durch die Öffnung nicht aus der Arbeitszone hinaus getrieben wird und eine Verschmutzung der Umgebung der Arbeitszone mit durch Abtragspartikeln verunreinigter Flüssigkeit verhindert wird.