DE2437602A1

DE2437602A1 - Maschine zur bearbeitung einer werkstueckelektrode durch elektroerosion

Info

Publication number: DE2437602A1
Application number: DE2437602A
Authority: DE
Inventors: Roger Delpretti; Roger Girardin; Hans Lehmann; William Morf
Original assignee: Ateliers des Charmilles SA
Current assignee: Ateliers des Charmilles SA
Priority date: 1973-08-06
Filing date: 1974-08-05
Publication date: 1975-02-27
Also published as: FR2240072A1; DE2437602C2; US3943322A; FR2240072B1; JPS5044943A; GB1474960A; JPS5525012B2; CH571380A5

Description

Patentanwälte Dr.Thomsen - Dr. Ruch - Dr.Agnlor

8000 München 2 Kaiser-Ludwig-Platz Telefon 089/530211-530212 \ £5. Aug.

Y/AG/5

ATELIERS DES CHARMILLES S.A., GEiIB¹, Schweiz

Maschine zur Bearbeitung einer Werkstückelektrode durch Elektroerosion

Me Erfindung betrifft eine Maschine zur Bearbeitung einer Werkstückelektrode durch Elektroerosion mittels einer Drahtelektrode_o

In Maschinen dieser Art entsteht die Funkenbildung zwischen einer Werkstückelektrode und einer Drahtelektrode, die in der Bearbeitungszone zwischen zwei Führungsvorrich-

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tungen angeordnet sind, wobei diese Elektroden relativ zueinander längs zwei Koordinatenachsen durch Motoren mit numerischer Steuerung verschoben werden, deren Positionierungsbefehle ausgehend von Daten verarbeitet werden, die eine vorbestimmte Bearbeitungsbahn definieren.

Die Genauigkeit, mit der die Bearbeitung erfolgt, hängt zum großen Teil von der Konstruktion des Führungssystems der Drahtelektrode in der Funkenbildungszone ab. Bekanntlich ist es praktisch unmöglich, die Drahtelektrode von ihrer Führung in vollständig geradliniger Weise ausgehen zu lassen. Die Führungsfehler sind durch verschiedene mechanische Vorgänge bedingt, im besonderen durch auf den Draht ausgeübte Zwangskräfte, wenn die Führung eine Richtungsänderung bewirkt, und infolge Änderungen der Reibungskräfte des Drahtes gegen seine Führungsoberflächen, deren Längskomponenten ein Moment oder Kräftepaar ausüben, das eine Verschiebung des Drahtes am Ausgang seiner Führung hervorruft. Die Änderung des Durchmessers des Drahtes im Laufe seiner Vorwärtsbewegung sowie die Unebenheit oder die Abnutzung der Drahtoberfläche, welcher der Draht bei der Bearbeitung unterworfen ist, kann ebenfalls eine Ursache für Positionierungsfehler des Drahtes mit Bezug auf die programmierte Bahn sein.

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Ein bekanntes Führungssystem besteht darin, die Drahtoberfläche in Berührung mit zwei ebenen Bezugsoberflächen zu halten, die zwischen sich einen Winkel vorbestimmter Größe bilden₀

Jedoch kann dieses Führungssystem die oben erwähnten Positionierungsfehler nicht vollständig beseitigen, vor allem dann nicht, wenn das bewegliche Teil, das den Draht gegen die Bezugsflächen drückt, zur Zuführung des Stromes auf der Drahtelektrode dient, da in diesem Fall der Reibungskoeffizient dieses Metallteiles sich von dem der aus Saphir hergestellten Bezugsflächen der Führung unterscheidet.

Bei einer Änderung des Drahtdurchmessers erzeugt dieser Führungstyp einen Positionierungsfehler der aktiven Oberfläche der Elektrode, der wesentlich stärker in der Richtung der Symmetrieebene der zwei Bezugsflächen als in der dazu senkrechten Richtung ist. Das Verhältnis dieser Fehler ist beispielsweise gleich 3₅ wenn der von den Bezugsflächen gebildete Winkel 60° beträgt. Man kann also feststellen, daß die verschiedenen in der Drahtführung störend auftretenden Fehler getrennt oder kombiniert in einer durch die Geometrie der Führungsvorrichtung bestimmten Richtung entstehen«, Infolgedessen treten diese Fehler auf der bearbeiteten Fläche als Funktion der Richtungserteilung oder Drahtorientierung

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seitens der Führung hinsichtlich der Bearbeitungsbahn auf.

Bisher haben die Systeme zur Steuerung der relativen Position der Werkstückelektrode und der Drahtelektrode diese Orientierung nicht berücksichtigt, und die Bezugsflächen der Drahtführung konnten irgendeine Position mit Bezug auf die
Richtung der Bearbeitungsbahn einnehmen,

Aufgabe der Erfindung ist, die Genauigkeit der Bearbeitung dadurch zu vergrößern, daß man die wichtigsten Positionierungsfehler des Drahtes in einer solchen mit Bezug auf die Bearbeitungsbahn bestimmten Richtung entstehen läßt, daß sie keinen Einfluß auf die bearbeitete Oberfläche haben. Die Drahtführungsvorrichtung wird somit so hinsichtlich der Drahtrichtungserteilung eingestellt orientiert, daß die genannte
bestimmte Richtung der Richtung der Tangente an die Bearbeitungsbahn entspricht.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die
Richtungserteilung oder Drahtorientierung der Führungsvorrichtung der Drahtelektrode im Laufe der aufeinanderfolgenden Positionierungsbewegungen als Funktion der Richtung, welche die programmierte Bearbeitungsbahn nimmt, so bestimmt
wird, daß die Berührungspunkte der Drahtelektrode mit den
Bezugsflächen der Führungsvorrichtung sich außerhalb des der

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Funkenbildung unterworfenen Teiles der Oberfläche der Drahtelektrode befinden.

Die Zeichnung veranschaulicht schematisch und beispielsweise Ausführungsformen der Maschine nach der Erfindung» Es zeigen:

Fig. 1 eine allgemeine Ansicht zur Veranschaulichung von Führungsvorrichtungen einer Drahtelektrode, von denen eine auf einem Drehtisch angeordnet ist;

Fig. 2 einen Grundriß einer Führungsvorrichtung der Fig. 1, die mit Rücksicht auf die Bearbeitungsbahn richtungsmäßig verstellt oder orientiert wird;

Fig. 3 das Blockschaltbild der Schaltung zur Steuerung der Winkelposition der Führungsvorrichtungen nach Fig. 1 und 2;

Fig« 4- Bearbeitungsbahnen der Führungsvorrichtungen nach Fig. 1 sowie die Orientierung eines Drahtführungsteils in dem Fall, in dem die Drahtachse mit Bezug auf das bearbeitete Werkstück geneigt ist;

Fig. 5 eine besondere Anordnung der Führungsvorrichtung ; und

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Fig. 6 eine Ausführungsvariante, bei der die Führung mittels eines Tasters orientiert wird.

Mit Bezug auf Fig. 1 wird ein Werkstück 1 mit einem Draht 2 bearbeitet, der eine Werkzeugelektrode bildet. Die Mittel zur elektrischen Speisung zwischen dem Werkstück 1 und dem Draht 2 sowie diejenigen Vorrichtungen, welche die Benetzung der Bearbeitungszone mit einer geeigneten Flüssigkeit ermöglichen, sind nicht dargestellt, da sie in der Technik an sich bekannt sind.

Der Draht 2 wird zwischen Führungsvorrichtungen 3 und 4- gehalten, die von einer Stütze 5 in Bügelform getragen werden. Ficht dargestellte Vorrichtungen ermöglichen die Steuerung einer relativen Verschiebung zwischen dem Draht 2 und dem Werkstück 1, um die Form zu erhalten, die dem Werkstück 1 durch die Bearbeitung gegeben werden soll. Am häufigsten wird diese Steuerung der relativen Verschiebungen durch eine Anlage für numerische Steuerung bewirkt, die als Funktion der gewünschten Bearbeitungsbahn programmiert ist. Es ist klar, daß diese Bearbeitungsbahn entweder durch Verschieben des Werkstücks 1 längs zwei Koordinatenachsen mit Bezug auf den ortsfest bleibenden Draht 2 oder durch Verschieben des Drahtes 2 längs zwei Koordinatenachsen mit Bezug auf das ortsfest bleibende Werkstück 1 oder

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durch "Verschieben des Drahtes 2 längs einer Koordinatenachse und des Werkstücks 1 längs.einer anderen Koordinatenachse erhalten wird.

Die Drahtführungsvorrichtung 3 weist einen Drehtisch 7 auf, dessen Umfang verzahnt ist und dessen Winkelposition von einem Motor 6 eingestellt wird, der eine Schnecke 6a antreibt. Der Tisch 7 trägt noch ein Führungsteil 8 für den Draht, das eine Nut in V-Form aufweist, deren zwei Wandungen Abstütz- und Führungsflächen für den Draht 2 bilden. Dieses Führungsteil 8 ist auf einem Tragelement 9 angebracht, dessen Position zu dem Drehtisch 7 durch Keile oder Füllstücke 10 und 11 eingestellt wird. Durch die Wahl der Dicke dieser Keile kann man dem Draht 2 eine vorbestimmte Neigung mit Rücksicht auf das Werkstück 1 geben.

Wie im besonderen aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird der Draht 2 gegen die beiden Flächen der V-förmigen Nut durch ein der Kraft einer Feder 13 unterworfenes Druckelement 14 angelegt gehalten.

Die Beibehaltung der Position des Tragelementes 9 auf dem Tisch 7 wird durch eine Schraube 16 gewährleistet, deren freies Ende 15 nicht mit Gewinde versehen ist und gegen das Tragelement 9 drückt, um es gegen die Keile 10 und 11 zu pressen.

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In Fig. 2 sind die Berührungspunkte des Drahtes 2 gegen die Flächen der Führungsnut mit CL und Cp bezeichnet. Während der Dauer der Bearbeitung wird der Draht in Längsrichtung durch nicht dargestellte, jedoch an sich bekannte Vorrichtungen verschoben, wobei sich einerseits Reibung mit dem Führungsteil 2 und andererseits Reibung mit dem Druckelement 14 ergeben. Da diese Teile im allgemeinen nicht aus dem gleichen Material bestehen, ergeben sich unterschiedliche Reibungskräfte, die den Draht 2 leicht verformen können. Jedenfalls erfolgt diese verhältnismäßig leichte Verformung in der Richtung S und hat praktisch keine Rückwirkung auf die Genauigkeit der bearbeiteten Oberflächen, wenn man die Vorsichtsmaßnahme trifft, das Führungsteil 8 im Laufe der Bearbeitung so einzustellen oder zu orientieren, daß sich die Bezugsflächen des Führungsteiles 8 außerhalb des der Funkenbildung unterworfenen Teiles der Elektrodenoberfläche befinden»

Die relative Verschiebung des Drahtes 2 mit Bezug auf das Werkstück Λ erfolgt gemäß dem Pfeil S, wobei die Bearbeitungsbahn mit dem Buchstaben b bezeichnet ist. Wenn man Maßnahmen trifft, daß die Winkelposition der Halbierenden des von den Bezugsflächen, d.h. von den Seitenflächen der V-förmigen Nut, gebildeten Winkels gleich der Winkelposition der Tangente an die Bahn b ist, erreicht man, daß sich die Be-

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rührungspunkte C. und Cp immer auf einem Teil des Drahtes befinden, der durch die Funkenbildung nicht abgenutzt wird, wobei aber zu beachten ist, daß die Verschiebung des Drahtes in der von der Führungsvorrichtung 4- zu der Führungsvorrichtung 3 verlaufenden Richtung erfolgt. Auf diese Weise entsteht die Abnutzung des Drahtes im Laufe der Bearbeitung auf einem Drahtteil, der nicht in Berührung mit den Führungsflächen gelangt, so daß diese Abnutzung keinen ungünstigen Einfluß auf die Genauigkeit der Führung des Drahtes 2 hat.

Fig. 3 veranschaulicht ein Blockschaltbild einer elektrischen Vorrichtung zur Steuerung der Drehung des Drehtisches 7» Bei einer Maschine mit numerischer Steuerung des schrittweisen Vorschubes relativer Verschiebungen der Drahtelektrode zu der Werkstückelektrode werden die gespeicherten Informationen, welche die gewünschte Bearbeitungsbahn definieren, von einer Leitung 17 an einen Verteiler 18 gelieferte Dieser Verteiler 18 steuert drei Rechnerschaltungen 19, 20 und 21, von denen die Rechnerschaltung 19 für die linearen Korrekturen, die Rechnerschaltung 20 für die zirkulären Korrekturen und die Rechnerschaltung 21 für die Steuerung der Drehung des Tisches 7 dienen. Die Steuerimpulse zur Fortbewegung werden von den Rechnerschaltungen 19 und 20 an Motoren 22 bzw. 23 schrittweise geliefert,

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während 'der Motor 6 von den Rechnerschaltungen 20 und 21 gesteuert wird. Die drei Rechnerschaltungen 19-21 werden von Taktimpulsen gesteuert, die über eine Leitung 25 übertragen und von einem Generator 26 geliefert werden. Die Frequenz dieser Impulse kann von Hand über eine Leitung oder als Funktion der zwischen der Werkstückelektrode 1 und der Drahtelektrode 2 herrschenden Bedingungen mittels des auf einer Leitung 28 von einer Gleiehrichtungsvorrichtung 29 gelieferten Signals geregelt werden. Die geregelten Spannungs- oder Stromimpulse von einem nicht dargestellten Generator werden an Klemmen 30 und 31 eier Elektroden angelegt.

Fig. 4 veranschaulicht, wie die Winkeleinstellung von einer der Führungsvorrichtungen für den Fall erfolgt, daß die Drahtelektrode gegen die Bezugsebene der linearen Verschiebungen geneigt ist. Das untere Führungsteil 8 folgt der programmierten Bahn a des Mittelpunktes A der Drahtelektrode 2, wobei ihre Dicke und der Funkenbildungsraum berücksichtigt werden. Die Neigung des Drahtes ist in Fig.4 durch die WinkelverSchiebung der Achse A,-, Ap der Drahtelektrode zwischen ihren zwei Führungsteilen dargestellt.

Im ersten Teil der Bahn, der eine bestimmte Krümmung hat, unterliegt das durch die Bezugsflächen dargestellte

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obere Führungsteil 8 einer fortschreitenden Drehung, so daß die durch die Achse k*, B^. des Drahtes und die Drehachse des Führungsteils 8 verlaufende Ebene P,, senkrecht zu der Bahn a des unteren Führungsteils und zu der Bahn b des oberen Führungsteils liegt. Infolgedessen genügt es, die Bezugsflächen des Führungsteils 8 beim Anlaufen in eine genaue Position mit Bezug auf diese Ebene zu plazieren, um geeignete Richtungserteilung oder Drahtorientierung des Führungsteils im Verlauf des Bearbeitungsvorganges zu gewährleisten. An dem Punkt Ap ändert die Bahn a plötzlich ihre Richtung. In diesem Falle werden die translatorischen Vorwärtsbewegungen unterbrochen, bis sich das obere Führungsteil um einen Winkel j* cLrelit, um auf diese Weise die Ebene P"p in einer zu der Bearbeitungsrichtung Ap, A, und B"o> ^B* senkrechten Richtung zu halten. In dem zweiten Teil ist diese in Fig. 4 dargestellte Bahn linear, so daß die Winkelposition des Drahtführungsteils im Verlauf dieser Bearbeitungsphase nicht geändert wird.

Um die bestmögliche Genauigkeit der Bearbeitungsbahn zu erhalten, ist es vorteilhaft, daß der Teil des Drahtes 2 zwischen den Führungsvorrichtungen 3 und 4 so geradlinig wie möglich ist. Zu diesem Zweck zeigt Fig. 5, daß das Führungsteil 8 mit Bezug auf den Tisch 7 geneigt werden kann, um jede Richtungsänderung zwischen diesem Führungsteil'und dem

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Teil des Drahtes zu vermeiden, der es verläßt, um sich zu der Führungsvorrichtung 4 zu erstrecken. Diese Neigung wird erhalten, weil das Teil 8 in ein Loch des Tragelementes 9 eingeführt ist, wobei die Achse dieses Loches gegen eine Senkrechte zu der allgemeinen Ebene des Tisches 7 geneigt ist.

Fig. 6 zeigt, daß in bestimmten Fällen die Orientierungsfunktion der Abstütz- oder Bezugsflächen der Führungsvorrichtung des Drahtes 2 mechanisch durch sehr einfache Mittel erhalten werden kann. Tatsächlich trägt in diesem Fall das Führungsteil 8, das sich mit dem Tragelement 9 und dem Tisch 7 drehen kann, einen Taster 24, der beispiels· weise aus Isolierstoff besteht oder gegen den Draht 2 elektrisch isoliert ist und in dem Bearbeitungsspalt 12 nahe der Drahtelektrode angeordnet ist. Der Taster 24, der genau dieselbe Breite wie der Bearbeitungsspalt 12 hat, stützt sich gegen die eine oder andere Wand des Spaltes 12 und hält das Führungsteil 8 automatisch in einer Winkelposition, bei der die Halbierende der V-förmigen Nut offensichtlich Tangente an die Bearbeitungsbahn ist. Diese Ausführungsvariante ist dann sehr vorteilhaft, wenn man aus besonderen Gründen eine Maschine für Elektroerosion des Drahtelektrodentyps verwendet, die nicht mit einer elektronischen Vorrichtung zur

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digitalen oder analogen Steuerung der Bahn versehen ist. Tatsächlich würde in einfachen Fällen die Bearbeitungsbahn allein durch ein Steuerkurvenprofil bestimmt werden, das die relativen Verschiebungen zwisehen dem zu bearbeitenden Werkstück und der Drahtelektrode steuert.

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Claims

Patentansprüche

V 1.Jk

. /Maschine zur Bearbeitung einer Werkstückelektrode durch Elektroerosion mittels einer Drahtelektrode, die in der Bearbeitungszone zwischen zwei Führungsvorrichtungen angeordnet ist, von denen wenigstens eine zwei Bezugsflächen aufweist, gegen welche die Drahtelektrode in Berührung durch eine transversale Kraft gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungserteilung oder Drahtorientierung der genannten Führungsvorrichtung (3) im Verlauf der Verschiebung als Funktion der Richtung, welche die programmierte Bearbeitungsbahn (b) nimmt, so bestimmt wird, daß die Berührungspunkte der Drahtelektrode (2) mit den genannten Bezugsflächen (0,,, Gp) sich außerhalb des der Funkenbildung unterworfenen Teiles der Oberfläche der Drahtelektrode (2) befinden.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierung der Führungsvorrichtung (3) derart bestimmt wird, daß die Winkelposition der Halbierenden des von den Bezugsflächen (CL, Cp) gebildeten Winkels gleich der Winkelposition der Tangente an die programmierte Bearbeitungsbahn (b) ist.

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3. Maschine nach Anspruch 1, bestehend aus einer Anlage zur numerischen Steuerung der relativen Verschiebung zwischen der Werkstückelektrode und der Drahtelektrode gemäß einer programmierten Bearbeitungsbahn und aus einem Tisch für Drehbewegungen, auf dem die genannte !Führungsvorrichtung so befestigt ist, daß eine bestimmte Neigung der Drahtelektrode mit Bezug auf die Oberfläche der Werkstückelektrode aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkeleinstellbefehle der Führungsvorrichtung (3) nach Interpolation an den Antriebsmotor (6) des Tisches (7) für Drehbewegungen durch einen Rechner für zirkuläre Verschiebungen und einen Rechner für die durch den Tisch (7) zu bewirkende Drehung dann übertragen werden, wenn die andere Führungsvorrichtung (4·) an der Stelle unbeweglich gemacht ist, an der die programmierte Bahn einen spitzen Winkel bildet.
4-, Maschine nach den Ansprüchen 1 und 3> ausgerüstetmit einer Führungsvorrichtung, die zwei ebene Bezugsflächen aufweist, gegen die sich die Drahtelektrode abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung (3) auf dem Drehtisch (7) so angeordnet ist, daß die Achse der Drahtelektrode (2), die sich zwischen den zwei Führungsvorrichtungen (3, 4) befindet, parallel zu den Bezugsflächenebenen (CL, C-) verläuft.

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5. Maschine nach Anspruch 1, die wenigstens eine !Führüngsvorrichtung aufweist, die auf einem Tisch für Drehbewegungen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelposition der Führungsvorrichtung (3) von einem [Taster (24) bestimmt wird, der exzentrisch mit Bezug auf die Drehachse des Tisches (7) für Drehbewegungen befestigt und in dem Bearbeitungsspalt (12) nahe der Drahtelektrode (2) angeordnet ist.

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