DE2152064C3 - Verfahren zum Steuern des Durchflusses des Arbeitsmediums durch den Arbeitsspalt zwischen Elektrode und Werkstück bei elektrisch abtragender, insbesondere elektrochemischer Bearbeitung und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Durchflusses des Arbeitsmediums durch den Arbeitsspalt zwischen Elektrode und Werkstück bei elektrisch abtragender, insbesondere elektrochemischer Bearbeitung, wobei das Arbeitsmedium aus einer nicht stabilen Mischung von Flüssigkeit und Gas in veränderlich einstellbaren Anteilen besteht.

Von einer Reihe technologischer Parameter, welche wesentlich den Ablauf von derzeitigen elektrischen Bearbeitungsverfahren beeinflussen, wurden manche bisher nicht genügend gewürdigt. Einer dieser Parameter ist die Durchflußmenge des flüssigen Arbeitsmediums, sei es, daß dieses Medium als Dielektrikum wie bei der Elektrofunkenbearbeitung, oder daß es als Elektrolyt wirkt, wie beim elektrochemischen Bearbeiten. Das strömende Dielektrikum ermöglicht bei neuzeitlichen Anordnungen für Elektrofunkenbearbeitung eine Stabilität des Verfahrens, da sich jedoch im Verlauf des Bearbeitens die Form und Größe des Arbeitsspaltes ändern, ändert sich bei ungeeignetem Regeln der ganzen Durchflußmenge auch der Durchfluß des Dielektrikums von Stelle zu Stelle und so auch dessen elektrische Festigkeit. Daraus folgen variable Arbeitsbedingungen, die sich in unterschiedlicher Abnahme des Materials und der Elektrode zeigen, was alles eine wesentliche Unebenheit der Oberflächen verursacht.

Beim elektrochemischen Bearbeiten mit einem reinen Elektrolyt beeinflußt die Durchflußmenge des Arbeitsmediums die Größe der Diffusionsanodenschicht, welche hohe Stromdichten ermöglicht, was für das elektrochemische Bearbeiten eine der wichtigster.Voraussetzungen ist Beim elektrochemischen Bearboten mit einer nicht stabilen Mischung von Elektrolyt und Si. wo sich die spezifische elektrische Leitfah.gke.t des Mediums im Arbeitsspalt in Abhängigkeit von der Form des Werkzeuges und dessen Eindringen m das Werkstück ändert, ist die Steuerung der Leitfähigkeit neben dem schon erwähnten Steuern der DurchfluS-menge des flüssigen Mediums während des Bearbeiten* ein nötiges Element des technologischen Prozesses, welches die Genauigkeit der bearbeiteten Flache sichert Es ist dann bei einem wiederholten Eindringen des Werkzeuges in das Werkstück nötig daß jedem einzelnen Eindringen gleicher Tiefe jeweils eine genau bestimmte Menge von durchgeflossenem Arbeitsmedi-^UmEs"sfnun^hbereits bei einer Vorrichtung zum elektrochemischen Abtragen (DT-OS 2 030 657) bekannt, eine Einrichtung zum Zumischen von Gas zum Elektrolyten und eine Steuereinrichtung zum Steuern des Verhältnisses von Elektolyt- und Gasmenge im Arbeitsspalt zu verwenden. Die Steuerung erfolgt dabei so daß ein festgelegtes Verhältnis konstant erhalten wird. Es wird also zur Erhaltung des erforderlichen Arbeitsspaltes das Verhältnis der einzelnen Komponenten des Arbeitsmediums auf einen konstanten Wert geregelt und so eine stabile Mischung des Arbeitsmediums erreicht Eine programmäßige Änderung der Zufuhr des einen oder anderen Arbeitsmediums ist nicht vorgesehen.

Bei elektrochemisch abtragenden Verfahren ist es zwar bereits bekannt in Abhängigkeit von der Lage des Werkzeuges mittels Abtastens einer Schablone die Arbeitsspannung bzw. die Vorschubgeschwindigkeit bei einem stabilen Einkomponentenarbeismedium (GB-PS 1 115 816) oder die Vorschubgeschwindigkeit bzw die Durchflußmenge des Elektrolyts (US-PS 3 444 069) zu steuern. Damit ist aber lediglich bekannt, daß gerade diese Parameter herausgegriffen wurden und ihre Regelung im einzelnen durch Abtasten einer Schablone und Beeinflussung elektrischer Kreise versucht worden ist

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gut reproduzierbaren Regeln des Durchflusses des Arbeitsmediums bei elektrisch abtragender Bearbeitung, wobei das Arbeitsmedium aus einer nicht stabilen Mischung von Flüssigkeit und Gas besteht zu schaffen, womit eine hohe Abmessungsgenauigkeit zu erzielen ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Änderung der Stellung des die Zufuhr des flüssigen Arbeitsmediums steuernden Ventils in Abhängigkeit von der Lage des Werkzeuges mittels einer Schablone bestimmt wird, wobei die Form der Arbeitsfläche der Schablone durch die programmierte Menge des flüssigen Arbeitsmediums gegeben ist, das durch den Arbeitsspalt fließt

Die dem Anmeldungsgegenstand zugrunde liegende Aufgabe wird ferner dadurch gelöst, daß die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens einen Rahmen mit einem Lagerbett aufweist, in welchem vertikal verschiebbar ein Gleitstück geführt ist, das eine Mischvorrichtung und daran das Werkzeug trägt, daß am Rahmen ein Ventilgehäuse mit einem darin in horizontaler Richtung verschiebbaren Ventilkolben befestigt ist, wobei das Ventilgehäuse oberhalb des Kolbens eine Speisekammer mit einer Speiseöffnung und einer Ablaßöffnung aufweist und wobei im Ventilkolben Durchflußkanäle vorgesehen sind und daß am Gleitstück eine

Schablone und am Ventilkolben ein sich an der Schablone abstützender Finger befestigt ist

Durch das Heranziehen des Parameters »Mischungsverhältnis«, d. h. durch die Steuerung des Durchflusses giner unstabilen Mischung des Arbeitsmediums, das aus einer flüssigen und einer gasförmigen Komponente besteht und damit durch Änderung der spezifischen Leitfähigkeit durch die Veränderung des Mischungsverhältnisses mittels eines rein mechanischen \btastens einer Schablone läßt sich eine große Formgenauigkeit auch bei der wiederholten Formung z. B. von mehreren Werkstücken erreichen. Die flüssige Komponente des Arbeitsmedhiüia weist eine größere elektrische Leitfähigkeit auf als die Gaskomponente. Die Steuerung des Mischungsverhältnisses ist mit Hilfe einer Schablone in Abhängigkeit von der Lage des Werkzeuges und dessen Form in einfachster Weise möglich und gestattet auch den Einsatz verhältnismäßig komplizierter For

Ein weiterer Vorteil ist, daß man in der ersten Bear- _ao beitungsphase mit größerem Arbeitsspalt als in der letzten Arbeitsphase arbeiten kann, wodurch man die Bearbeitungssicherheit bis zur letzten Arbeitsphase erhöhen kann (z. B. von 0,2 bis 0,04 mm). Zu den Vorteilen der Erfindung gehört jedoch auch, daß man in der letz- _aj ten Bearbeitungsphase einen relativ geringen Stirnarbeitsspalt und so auch einen geringen Seitenarbeitsspalt erzielt wodurch man eine relativ hohe Genauigkeit der Abmessungen des ausgehöhlten Raumes ohne besondere Korrektur der Werkzeugelektrode erzielt

Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, jeweils gemäß der Erfindung, wird an Hand der Zeichnungen erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Gesamtansicht der Anordnung zum elektrochemischen Bearbeiten mittels einer nicht stabilen Mischung eines Elektrolyten und eines Gases mit Steuerung des Durchflusses des Arbeitsmediums,

Fig.2 die Anfangslage des Werkzeuges und des Werkstückes im Augenblick des größten Durchflusses des flüssigen Arbeitsmediums,

F i g. 3 die Lage des Werkzeuges im Augenblick, wo eine Änderung des Durchflusses des flüssigen Arbeitsmediums eintritt und

Fig.4 das Werkzeug und das Werkstück in ihrer letzten Bearbeitungsphase.

Am Rahmen 10 der Anordnung ist ein Lagerbett 11 vorgesehen, das zum Führen eines Gleiistückes 14 dient. Das Gleitstück 14 ist im Lagerbett 11 vertikal verschiebbar gelagert und im oberen Teil über eine Bewegungsschraube 13 an einen die Bewegung des Gleitstückes 14 steuernden Elektromotor 12 angeschlossen. Am unteren Ende des Gleitstückes 14 ist eine Mischvorrichtung 15 befestigt, die zum Mischen de» flüssigen Arbeitsmediums 25 und des Gases 18 dient An die Mischvorrichtung 15 ist das Werkzeug 16 angeschlossen. Am Gleitstück 14 ist mittels eines Halters 23 eine Schablone 20 befestigt An der Funktiunsfläche der Schablone 20, deren Form durch die programmierte Menge des durch den Arbeitsspalt fließenden Mediums bestimmt ist, stützt sich ein Finger 27 ab, der an der Kolbenstange 32 eines Ventilkolbens 31 befestigt ist. Der Kolben 31 ist verschiebbar in einem Ventilgehäuse 30 gelagert, das horizontal am Rahmen 10 befestigt ist. Im Ventilgehäuse 30 ist oberhalb des Kolbens 31 eine Speisekammer 35 mit einer Speiseöffnung 36 und einer Ablaßöffnung 37 ausgebildet. Die Speiseöffnung speist eine Zuführkammer 40 und die Ablaßöffnung 37 eine Ablaßkammer 41. Der Kolben 31 trägt an einem Ende die genannte Kolbenstange 32, am anderen Ende eine durch das Ventilgehäuse 30 durchführende Steuerstange 33. Die Steuerstange 33 trägt am Ende eine Konsole 34, an welcher mit einem Ende eine Feder 28 befestigt ist, deren anderes Ende an einer am Ventilgehäuse 30 befestigten Konsole 29 verankert ist Der Kolben 31 weist ferner einen senkrecht zu seiner Achse ausgeführten Durchflußkanal 38 auf, der die Speiseöffnung 36 mit der Zuführkammer 40 verbindet Femer befindet sich im Kolben 31 ein gleichfalls senkrecht zu dessen Achse ausgeführter Durchflußkanal 39, der die Ablaßöffnung 37 mit der Ablaßkammer 41 verbindet Die Zuführkammer 40 ist über eine Rohrleitung 24 mit der Mischvorrichtung 15 verbunden, in welche noch eine, mit einem Ventil 19 versehene Rohrleitung 21 für das Gas 18 mündet Die Ablaßkammer 41 ist über die Rohrleitung 22 mit einem nicht gezeichneten Überfall verbunden. In die Speisekammer 35 mündet eine Rohrleitung 26 für die Zufuhr des flüssigen Arbeitsmediums 25.

Beim elektrochemischen Bearbeiten mit dem erfindungsgemäßen Regelverfahren wird zwischen dem Werkzeug 16 und dem Werkstück 17 vor Beginn des Bearbeitens ein Arbeitsspalt gebildet durch welchen das flüssige Arbeitsmedium 25 strömt Man geht vom Augenblick aus, wo sich das Werkzeug 16 in seiner Ausgangslage oberhalb des Werkstückes 17 befindet. In diesem Augenblick stützt sich der durch die Feder 28 angedrückte Finger 27 am Ausgangspunkt der Schablone 20 ab. Der Kolben 31 ist dabei im Ventilgehäuse 30 in einer Lage, wo der Durchflußkanal 38 die Speiseöffnung 36 mit der Zuführkammer 40 verbindet und der Durchflußkanal 39 fast die Verbindung der Ablaßöffnung 37 mit der Ablaßkammer 41 schließt Bei Beginn des elektrochemischen Bearbeitens beginnen über die Rohrleitung 21 das Gas 18 und über die Rohrleitung 26 das flüssige Arbeitsmedium 25 in die Mischvorrichtung 15 zu strömen, das über die Speisekammer 35, über den Durchflußkanal 38 und die Rohrleitung 24 fließt

Nach Einschalten des Elektromotors 12 beginnt sich das Gleitstück 14 mit dem Werkzeug 16 nach unten zu verschieben, wobei das eigentliche elektrochemische Bearbeiten des Werkstückes 17 eingeleitet wird. Beim Vorschub des Werkzeuges 16 wird dessen Lage auf die Schablone 20 übertragen, die sich gleichfalls in Richtung des Vorschubes des Werkzeuges 16 bewegt Beim Vorschub der Schablone 20 nach unten folgt der Finger 27 deren Form und verschiebt den Kolben 31 nach links. Bei dieser Bewegung des Kolbens 31 wird der Durchflußkanal 38 gleichfalls nach links verschoben, und der Kolben 31 beginnt die Speiseöffnung 36 zu verdecken und die Ablaßöffnung 37 zu öffnen. Dabei beginnt ein Aushöhlen des Werkstückes 17 durch das Werkzeug 16, wobei gleichzeitig der Zufluß des flüssigen Arbeitsmediums 25 gedrosselt wird, das über die Ablaßöffnung 37, den Durchflußkanal 39 und die Ablaßkammer 41 über die Rohrleitung 22 abgeleitet wird. Bei fortschreitendem Aushöhlen des Werkstückes durch das Werkzeug 16 ändert sich auch die Lage der Schablone 20 und so auch die Lage der Kolbenstange 32, wie z. B. in F i g. 3 angedeutet ist, wo sich der Finger 27 in der Mittellage der Schablone 20 befindet und die Größe des Aushöhlens des Werkstückes 17 durch das Werkzeug 16 gleichfalls die Hälfte ausmacht. Im Augenblick des Beendens der Bearbeitung (Fig.4) stützt sich der Finger 27 am Endteil der Schablone ab, wobei der Kolben 31 in einer Lage ist wo die Spei-

seöffnung 36 und die Zuführkammer 40 fast verschlossen sind und durch den Arbeitsspalt nur eine geringe Menge des flüssigen Arbeitsmediums 25 fließt. Das überschüssige Arbeitsmedium 25 fließt dabei über den Durchflußkanal 39 und die Rohrleitung 22 ab. Nach Beenden des Bearbeitens wird das Gleitstück 14 mit dem Werkzeug 16 vom Werkstück 17 entfernt, wobei auch die Lage der Schablone 20 so geändert wird, daß sich der Finger 27 wieder an ihrer Anfangslage abstützt und der Kolben 31 in einer Lage ist, wo das flüssige Arbeitsmedium 25 über den beschriebenen Weg in die Mischvorrichtung 15 strömt und die Anordnung für einen weiteren Arbeitsvorgang vorbereitet ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Steuern des Durchflusses des Arbeitsmediums durch den Arbeitsspalt zwischen Elektrode und Werkstück bei elektrisch abtragender, insbesondere elektrochemischer Bearbeitung, wobei das Arbeitsmedium aus einer nicht stabilen Mischung von Flüssigkeit und Gas in veränderlich einstellbaren Anteilen besteht, dadurch ge-io kennzeichnet, daß die Änderung der Stellung des die Zufuhr des flüssigen Arbeitsmediums steuernden Ventils in Abhängigkeit von der Lage des Werkzeuges mittels einer Schablone bestimmt wird, wobei die Form der Arbeitsfläche der Schablone durch die programmierte Menge des flüssigen Arbeitsmediums gegeben ist, das durch den Arbeitsspalt fließt

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Rahmen (10) mit einem Lagerbett (If) aufweist, in welchem vertikal verschiebbar ein Gleitstück (14) geführt ist, das eine Mischvorrichtung (IS) und daran das Werkzeug (16) trägt, daß am Rahmen (10) ein Ventilgehäuse (32) mit einem darin in horizontaler Richtung verschiebbaren Ventilkolben (31) befestigt ist, wobei das Ventilgehäuse (30) oberhalb des Kolbens (31) eine Speisekammer (35) mit einer Speiseöffnung (36) und einer Ablaßöffnung (37) aufweist und wobei im Ventilkolben (31) Durchflußkanäle (38,39) vorgesehen sind und daß am Gleitstück (14) eine Schablone (20) und am Ventilkolben (31) ein sich an der Schablone (20) abstützender Finger (27) befestigt ist

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