DE2022440A1

DE2022440A1 - Verfahren und Vorrichtung zum elektroerosiven Bearbeiten,insbesondere Trennen od.dgl.von vorzugsweise aus Metall bestehenden Werkstuecken

Info

Publication number: DE2022440A1
Application number: DE19702022440
Authority: DE
Inventors: Dathe Robert P
Original assignee: Hexel Corp
Current assignee: Hexel Corp
Priority date: 1969-05-07
Filing date: 1970-05-08
Publication date: 1970-11-12
Also published as: GB1276582A; US3564188A; FR2047444A5; JPS4819160B1

Description

HEXCEL CORPORATION, eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Californien, 11711 Dublin Boulevard, Publin, Californien (V. St. A.)

Verfahren und Vorrichtung zum elektro-erosiven Bearbeiten, insbesondere Trennen o. dgl. von vorzugsweise aus Metall bestehenden Werkstücken

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektro-erosiven Bearbeiten, insbesondere Trennen o. dgl. von vorzugsweise aus Metall bestehenden Werkstücken; sie betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Ausführen dieses Verfahrens.

Die elektro-erosive Bearbeitung von Werkstücken wird in allen Gebieten der Technik in zunehmendem Maße eingesetzt. Ein vor nicht allzu langer Zeit erschlossenes Anwendungsgebiet der elektro-erosiven Metallbearbeitung besteht in dem Schneiden von relativ großen, unterschiedliche Konturen aufweisenden Gegenständen aus größeren Werkstücken. Hinweise hierzu finden sich in den US Patenten 2 794 110 und 2 974 216, In beiden Fällen wird die elefctro-erosive Bearbeitung insbesondere zum Schneiden von Metall in Zellenstruktur benutzt.

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Es ist alter Stand der Technik bei Werkzeugmaschinen im allgemeinen und auch bei elektro-erosiven Bearbeitungsmaschinen im besonderen, daß die Werkstücke auf horizontalen Tischen oder anderen Tragvorrichtungen aufgespannt werden. Diese Art der Werkstückbefestigung hat sich bewährt und ist besonders bei Fräs-, Hobel-, Räum- und vergleichbaren Arbeiten geeignet. Probleme treten jedoch auf, wenn die Werkstücke auch beim elektro-erosiven Bearbeiten in dieser Weise gehaltert werden, beispielsweise gemäß den vorgenannten US-Patentschriften, da die elektro-erosive Bearbeitung lediglich in einem Aufschlitzen des Werkstückes besteht. Unter dem Einfluß der Schwerkraft werden dabei die eingeschnittenen Abschnitte des Werkstükkes aufeinander zu bewegt, wodurch sich die Wahrscheinlichkeit und die Gefahr von einer Berührung zwischen dem Werkstück und dem die Bearbeitung ausführenden Schneiddraht o. dgl. verstärken. Ein Kontakt zwischen Werkstück und Schneiddraht ergibt einen elektrischen Kurzschluß, erfordert ein Zurückziehen des Drahtes, bevor die Bearbeitung weitergehen kann und ist daher auch im Hinblick auf die angestrebte Oberflächenbeschaffenheit des herausgearbeiteten Gegenstandes unerwünscht. Häufig ist es sogar beobachtet worden, daß die lichte Weite des Schlitzes soweit verringert wurde, daß ein Zurückziehen des Drahtes unmöglich wurde. Die Konsequenz dieser Schwierigkeiten bestand darin, daß man nach Erreichen einer zunächst nur geringen Schlitztiefe Kelle.in den Schlitz hineingetrieben hat, um eine Verengung zu verhindern. Es leuchtet ein, daß hierdurch nur Arbeitszeit vergeudet wird.

Ein weiterer Nachteil der bisherigen Maschinen besteht darin, daß man - um die Schlitzverengung möglichst klein zu halten - nur einen oder zwei Schnitte machen konnte und das Werkstück dann neu einspannen mußte, und zwar so, daß der schwerere Teil des Werkstückes unmittelbar auf dem Maschinentisch auflag. Dieses Umspannen des Werkstük-

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kes ist nicht nur zeitraubend, sondern kann auch zur Entstehung unerwünscht hoher Toleranzen zwischen zwei Flächen führen. Diese Schwierigkeiten treten besonders stark bei der Bearbeitung von Werkstücken in Zellstruktur-Bauweise auf, da derartiges Material nicht besonders steif ist und üblicherweise nur eine verhältnismäßig geringe Dicke hat, so daß ein Umspannen eines Zellstruktur-Bauteiles häufig zu Veränderungen in dessen Abmessungen führt. Das Umspannen ist in diesen Fällen also besonders schwierig und kann sogar dazu führen, daß die Oberflächen uneben bzw. rauh werden und eine Nachbearbeitung erfordern. ä

Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Schwierigkeiten bei der elektro-erosiven Bearbeitung zu vermeiden. Zur Lösung wird ein Verfahren vorgeschlagen, daß sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, daß die Werkstücke in ihrem oberen Bereich eingespannt und mit. ihrer Unterseite mit Abstand von einem Maschinentisch, Maschinenfundament o. dgl. gehalten werden und daß das Werkstück dann an Stellen bearbeitet bzw. geschnitten wird, die in vertikaler Richtung unterhalb des Spannbereiches des Werkstückes liegen. Das Werkstück Wird hierbei also so eingespannt, daß die Schnitte und dgl· unterhalb der Einspannung vorgenommen werden, so daß die von % dem Einspann-Bereich abgetrennten Teile sich unter dem Schwerkrafteinfluß zunächst nach unten - den Schlitz er~ _t weiternd - abbiegen und schließlich abfallen.

Durch das Verfahren wird also verhindert, daß sich der Schlitz in der bisher üblichen Weise auf Grund des über ihm befindlichen Werkstückgewichtes wieder ganz oder teilweise schloß. Gemäß der Erfindung wird das Gewicht des abzutrennenden Teils dazu benutzt, den Schlitz zu vergrößern. Hierdurch wird nicht nur die Bildung von Kontaktstellen zwischen dem Schneiddraht o. dgl. und dem Werk-

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stück weitgehend verhindert, und es ist darüberhinaus besonders sicher möglich, den Draht ohne die Notwendigkeit der Verwendung von Keilen aus dem Schlitz herauszunehmen.

Besonders vorteilhaft ist, daß die erfindungsgemäße Einspannung die kontinuierliche, das heißt ununterbrochene Bearbeitung sämtlicher Oberflächen eines Werkstückes gestattet, und zwar sogar eine Umkehr der Bewegungsrichtung des Schneiddrahtes o. dgl. durch das Werkstück. Da das Gewicht des abzutrennenden Werkstückteiles den Schlitz öffnet,· kann sich der Draht nicht im Schlitz festklemmen, so daß alle damit verbundenen Schwierigkeiten und die dadurch bedingte Zeitverschwendung vermieden sind.

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Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: ·

Fig. 1 eine teilgeschnittene schematische Vor- deransicht einer gemäß der Erfindung arbeitenden Vorrichtung; und

Fig. 2 einen Schnitt durch die Vorrichtung entlang der Linie II-II in Fig. 1

Ein zu bearbeitendes Werkstück 6, beispielsweise ein g

Bauteil mit einer Zellenstruktur, ist in einem vertikal oben liegenden Bereich 8 eingespannt und hängt in einer Tragvorrichtung 10. Diese Tragvorrichtung besitzt aufrechtstehende Säulen 12, die über Isolatoren 16 mit dem Maschinenfundament 14 verbunden sind. Am oberen Ende 18 der Säulen 12 ist eine Halterung 20 befestigt, die - in dem dargestellten Ausführungsbeispiel - eine Querspindel .22 mit links und rechts liegenden Gewindeabschnitten 24, 26 besitzt und in ihrer horizontalen Lage drehbar in Lagernde gehalten ist. Die Spindel 22 kann mit einer geeigneten, an einer der Säulen 12 befestigten Einrichtung, beispielsweise mit Hilfe des dargestellten Handrades 30 und eines nicht gezeigten Getriebes in die eine oder an- ä dere Drehrichtung rotiert werden.

Jede Querspindel 22 besitzt zwei Spanner 32, die mit Gewindebuchsen 34 versehen sind, welche ihrerseits von den Gewindeabschnitten 24 bzw. 26 der Spindel 22 durchsetzt werden. Eine Verdrehung des Handrades 30 in die eine oder andere Richtung führt folglich dazu, daß die Spanner sich aufeinander zu oder voneinander weg bewegen. Die Spanner 32 besitzen weiterhin nach unten abstehende Greifarme 36, die an ihrem unteren Ende vorzugsweise mit Vorsprüngen 38 versehen sind, die von den Greifarmen in Richtung auf das Werkstück 6 abstehen.

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Das Werkstück wird dadurch in die Tragvorrichtung 10
eingesetzt, daß es zunächst von dem Maschinenfundament
14 bzw. einem dort befindlichen Arbeitstisch soweit angehoben wird, daß sein oberer Bereich 8 zwischen den
Greifarmen 36 und den Vorsprüngen 38 liegt. Anschließend werden die den Säulenpaaren 12 zugeordneten Handräder 30 soweit verdreht, bis sich die Spanner 32 fest gegen das
Werkstück legen. Dabei dringen die Vorsprünge 38 - insbesondere bei einem von einer Zellenstruktur gebildeten
Werkstück - in das Werkstück ein und sichern dieses auf
Grund der erzielten Formschlußverbindung.

Bei der dargestellten Halterung 20 handelt es sich lediglich um ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel. Mit Vorteil können auch andere Einspannvorrichtungen, beispielsweise Aufspannfutter, Hängeträger o. dgl. benutzt werden, die
in Nuten oder das Werkstück durchsetzende Bohrungen eingreifen. Es kann weiterhin vorgesehen sein, die Betätigung der Halterung zu automatisieren, beispielsweise durch Verwendung von Motoren oder hydraulischen bzw. pneumatischen Vorrichtungen.

Weiterhin ist eine in bekannter Weise aufgebaute - und
keinen Teil der Erfindung bildende - mit elektrischer
Entladung arbeitende Trenn- oder Bearbeitungsvorrichtung 40 (nachstehend kurz ETB-Vorrichtung genannt) vorgesehen, die eine elektrische Stromquelle 22 beispielsweise in
Form eines Hochfrequenz-Generators aufweist, welcher einerseits an das Werkstück 6 und andererseits an einen zur ETB-Vorrichtung gehörenden Schneiddraht 44 ο. dgl. angeschlossen ist. Die Konstruktion derartiger ETB-Vorrichtungen ist bekannt und braucht deshalb hier nicht näher erläutert zu werden. Es sei an dieser Stelle der Vollständigkeit halber lediglich auf die US-Patentschriften
2 794 110 und 2 974 216 verwiesen, in denen ETB-Vorrichtungen mit aufgespulten Schneiddrähten zum Bearbeiten von

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Werkstücken mit Zellstruktur beschrieben sind.

An jeder Seite des Werkstückes 6 ist eine Abgabe- und Aufnähme-Verrichtung 46 für den Schneiddraht 44 ο. dgl. vorgesehen, die diesen in einer geraden Linie gespannt hält. Der Schneiddraht verläuft dadurch über die gesamte Werkstück-Länqe bzw. -breite.

Jede dieser Abgabe- und Aufnahme-Vorrichtungen 46 enthält eine - nicht gezeigte - Spule, die an einen Antrieb ange schlossen ist, um gleichzeitig das Abspulen des Drahtes " von der einen Spule und das Aufnehmen des Drahtes auf die andere Spule zu ermöglichen. Hierdurch wird ein Vorschub des Drahtes in seiner Längsrichtung erreicht, wie es nach stehend noch im einzelnen erläutert wird. DieAbgabe- und Aufnahme-Vorrichtungen besitzen weiterhin nicht gesondert gezeigte Buchsen o. dgl., durch die der Schneiddraht 44 ο. dgl. hindurchverläuft und die an einen Zuführer angeschlossen sind, der die Buchsen und damit den Schneiddraht senkrecht, zur Längsrichtung des Drahtes zwischen den Buchsen und den Abgabe- und Aufnahme-Vorrichtungen vorschiebt. Einrichtungen dieser Art sind im Handel erhältlich und besitzen üblicherweise einen hydraulischen An- g trieb, um eine gleichmäßige vibrationsfreie Drähtbewegung zu erzielen.

Der hydraulische Antrieb für diese Drahtbewegung ist so aufgebaut, daß er den Draht senkrecht zu seiner Längsrichtung entlang gerader oder gekrümmter Wege vorschiebt und/ oder gestattet, daß die Bewegungsrichtung geändert oder so- -gar umgekehrt wird· Dieser Antrieb kann folglich so ausgebildet sein, daß die Drahtbewegung — in der Darstellung gemäß Fig. 2 - zunächst von links nach rechts verläuft und sich dann auf einem Bogen von mehr als 180° uodeehrt, so daß sich der Draht bei Arbeitsbeginn und -ende auf dersel-

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ben Seite des Werkstückes befindet. Hierbei können - wie dargestellt - die Positionen des Drahtes bei Arbeitsbeginn und -ende sogar zusammenfallen.

Weiterhin ist ein Trog 47 ο. dgl. vorgesehen, der eine di- elektrische Flüssigkeit aufnimmt, in die das Werkstück 6 eintauchen kann, während sich der Schneiddraht 44 o. dgl. durch das Werkstück 6 hindurcharbeitet. Der Trog 47 ist vorzugsweise auf einer hydraulisch betriebenen Hubvorrichtung 49 befestigt, wodurch er je nach Anforderungen angehoben bzw. abgesenkt werden kann. Der Aufbau eines solchen Troges ist bekannt, so daß er hier nicht mehr erläutert zu werden braucht.

Um einen Gegenstand, beispielsweise einen Tragflächenkern 48, aus dem Werkstück 6 herauszuarbeiten, wird dieses mit Hilfe der Halterung 2G in der Tragvorrichtung 10 befestigt, wie es oben bereits erläutert wurde. Daraufhin wird die Antriebs- und Führungsvorrichtung für den Schneiddraht justiert, so daß sich die erwähnten Führungsbuchsen ent lang der vorgeschriebenen Tragflächenkontur bewegen könneni gleichzeitig wird der Schneiddraht 44 in eine Anfangsposition 50 gebracht, die sich an einer Stelle des Werkstückumfangs befindet. Die Position 50 wird so ausgewählt, daß der Querschnitt des Tragflächenkernes, wie er durch die Bahn der Buchsen für den Draht 44 vorgegeben ist, innerhalb des Querschnittes des Werkstückes 6 fällt;

weiterhin wird darauf geachtet, daß die Position 50 vertikal unterhalb des Bereiches 8 des Werkstückes sowie der Greifarme 36 der Spanner 32 befindet. Nunmehr wird die Stromquelle 42 der ETB-Vorrichtung 40 eingeschaltet und der Schneiddraht 44 o. dgl. gegen das Werkstück vorgeschoben. Sobald sich der Draht unmittelbar vor dem Werkstück befindet, dieses jedoch gerade noch nicht berührt, findet eine elektrische Funkenentladung zwischen dem Werkstück . und dem Draht statt. Hierdurch wird Metall des Werkstückes 009846/1342

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durch Erosion abgetragen,, so daß der Schneiddraht 44 - gemäß der Darstellung in Fig. 2 - einen Schlitz 52 in das Werkstück einschneidet* Der Schlitz hat eine etwas größere lichte Weite als der Durchmesser des Schneiddrahtes, und dieser befindet sich auch immer in.einem kleinen Abstand vor dem jeweils vorderen Ende 54 des Schlitzes, so daß eine Berührung zwischen dem Draht und dem Werkstück ausgeschlossen und elektrische Kurzschlüsse während der ElektEO-Erosion vermieden werden.

Während der Vorschub—Bewegung des Schneiddrahtes in das Werkstück 6 hinein wird das von dem Schneiddraht abgetrenn— te Abfallstück 56 des Werkstückes unter dem Einfluß der Schwerkraft nach unten von dem übrigen Teil des Werkstückes weg vorgespannt, so daß der Schlitz dazu neigt, sich zu erweitern, während seine lichte Weite bei den bisher bekannten Vorrichtungen abnahm. Es wird auf'diese Weise also verhindert, daß eine unerwünschte Verengung des Schlitzes auftritt, wodurch ein Kontakt zwischen ,dem Draht und dem Werkstück hergestellt würde.

Der Drahtvorschub wird aufrechterhalten, und zwar auch dann, wenn die Profil-Oberfläche 58 des Tragflächenkerns ihre Richtung ändert und eine entsprechende Änderung des Drahtvorschubes um über 90° erfordert. Hierbei entsteht beispielsweise die Vorderkante des Tragflächenkerns 6:0· Die Vorschubrichtung kann sich weiter ändern und sogar umkehren, um die andere Profil-Oberfläche 6.2 des Kernes 48 zwischen dessen Vorderkante 60 und der Hinterkante im .Bereich der Anfangsposition 50 herauszuarbeiten. Während des Bearbeitungsvorganges werden sowohl der Abfallabschnitt 56 als auch der Tragflächenkern 48 durch die Schwerkraft konstant vom oberen Bereich 8 des Werkstückes weg vorgespannt und fallen nach dem Abschneiden - wiederum auf Grund der Schwerkraft - von dem eingespannten Bereich abv Es wird also verhindert, daß abgetrennte oder -gebogene Werkstück—

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teile die Bearbeitung behindern _t so daß der Arbeitsvorgang des Schneidens eines Tragflächenkernes oder eines anderen Gegenstandes in einem einzigen Vorgang, ohne unterbrechung ablaufen kann.

Ein auf diese Weise herausgearbeiteter Gegenstand hat einen außergewöhnlich hohen Genauigkeitsgrad, der beispielsweise bei weitern ausreicht, um Tragflächenkerne mit den dort erforderlichen engen Toleranzen herzustellen. Um eine Verringerung des Drahtdurchmessers und damit eine Veränderung der Toleranzen in dem herausgearbeiteten Teil zu vermeiden, wird es bevorzugt, den Schneiddraht o. dgl. kontinuierlich in seiner Längsrichtung dadurch vorzuschieben, daß er zwischen den bereits erwähnten Spulen bewegt wird.

Die Erläuterung der Erfindung anhand der bevorzugten Ausführung ist nicht als Beschränkung zu verstehen; vielmehr können eine Reihe von Abwandlungen vorgenommen werden, insbesondere hinsichtlich der konstruktiven Ausbildung der Tragvorrichtung. Es ist darüberhinaus möglich, den Antrieb des Schneiddrahtes und der Abgabe- und Aufnahmevorrichtung durch einen Rechner, beispielsweise über einen Lochstreifen, zu steuern.

Zusammengefaßt besteht der erfindungsgemäße Vorschlag in einem Verfahren zum Bearbeiten, insbesondere Schneiden von Werkstücken durch Elektro-Erosion, wobei das Werkstück in einem oberen Bereich eingespannt wird, so daß die abgetrennten Werkstückteile durch die Schwerkraft von dem eingespannten Teil des Werkstückes weg vorgespannt werden.

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Claims

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A N S P R Ü C H E

Λ. J Veri r.hi Γ-r. zum elektro-erosiven Bearbeiten, insbesonoere Trenner, r. dal. von aus Metall bestehenden Werkstükken, daciu-"!. gekennzeichnet, daß die Werkstücke (6) in ihrem ei er"r, Bereich (P-) eingespannt und mit ihrer Unterseite mit Al stand von einem Maschinentisch, Maschinenfundament ■' . cql. ( j4; 47) gehalten werden und daß das Werkstück iann an Stellen bearbeitet bzw. geschnitten ^

wird, die in vertikaler Richtung unterhalb des Spannbereiches (Θ) des Werkstückes (6) liegen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrc-orosive Trenn- bzw. Bearbeitungsvorrichtung (4C) unterhalb des Einspannbereiches (8) des Werkstückes (6) durch dieses in beliebigen, auch wechselnden Richtungen hindurchgeführt wird.

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3. Verfahron zum elektro-erosiven Bearbeiten, insbesondere Schneiden von Oberflächen eines Werkstückes, die unter Außenwinkeln von über 90° zueinander verlaufen, nach . ' einerr der Ansprüche 1 oder 2 und unter Verwendung eines g Schneiddrahtes od. dgl«, dadurch gekennzeichnet, daß Eintritts- und Austrittsposition des Schneiddrahtes (44) mit Bezuq auf das Werkstück (6) unterhalb des Einspannbereiches (8) des Werkstückes gehalten und zwischen dem ; Werkstück und dem Schneiddraht ein pulsierender Strom ausreichender Größe und Frequenz aufrechterhalten wird. . ■
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneiddraht (44) o. dgl. zunächst durch den unteren Bereich des hängend eingespannten Werkstückes (6) hindurchgeführt und der dabei abgetrennte Ab-

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f al labschnitt (56) all aim unter dem EiaaflaaB tier Schwerkraft von dem Werkstück abgenommen wixd; ,und daß dear Schneiddraht (44) ο. dgl., anschließend auf einem zweiten Pfad durch das Werkstück (6) zurückbewegt wird, der vertikal oberhalb des ersten Pfades liegt, wodurch das aus dem Werkstück (6) herausgearbeitete Bauteil wieroam unter Schwerkraft-Einfluß vom El nspaininberelch (B) des Merks tuckes abfal11*
5. Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche,, gekennzeichnet durch eine Tragvorrichtung (ID), an derem oberen Bereich (IB) eine Halterung (ΓΟ) feefestigt ist, deren Abstand von einem Ma schinen ti sch, Maschinenfundsment (14), Trog (47) o. dgl, größer ist als die maximale Vertikal—Abmessung des zu bearbeitenden Werkstückes; durch eine einen Schneiddraht (44) o. dgl, aufweisende elektro-eroslve Trenn- b;zw. Bearbeitungsvorrichtung (40), die relativ zum Werkstück (6) auf vorgegebenem Weg verschiebbar 1st-, und durch einen freien Raum unterhalb des eingespannten Werkstückes (6), der ein unter dem Einfluß der Schwerkraft stattfindendes Abwärtsbiegen bzw» -fallen von teilweise oder ganz von dem Werkstück (6) abgetrennten Werkstückteilen (56, 48) gestattet.
6, Vorrichtung nach Anspruch S, gekennzeichnet durch einen unterhallo der Halterung (20) und des eingespannten Werkstückes (6) angeordneten Trog (47) o. dgl*
7» Vorrichtung nach Anspruch 6, -da^aarcfo gekennzeichnet, daß der Trog (47) gegenüber der Tragvorrichtiang (10) vertikal bewegbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß -der Trcq ganz oder teilweise

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mit einer di-elektrischen Flüssigkeit gefüllt ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragvorrichtung (10) aus mehreren, paarweise angeordneten Säulen (12) besteht, deren unteres Ende mit einem Maschinentisch, Maschinenfundament (14) o. dgl. verbunden ist und die mit ihrem oberen Ende (18) die das Werkstück (6) spannende Halterung (2.0) tragen.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Halterung (20) eine Querspindel (22) besitzt, die drehbar und axial unverschiebbar in der Tragvorrichtung (10) sitzt sowie gegenläufig gerichtete Gewindeabschnitte (24, 26) aufweist, auf denen mit Gewindebuchsen (34) versehene Spanner (30) mit Greif armen (3.6) angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Greifarm (36) der Spanner (32) mindestens einen in Richtung auf das Werkstück (6) vom Greifarm abstehenden Vorsprung (38) aufweist.

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L e e r s e i t e