DE2826069C2

DE2826069C2 -

Info

Publication number: DE2826069C2
Application number: DE2826069A
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Tokio/Tokyo Jp Inoue
Original assignee: INOUE-JAPAX RESEARCH Inc YOKOHAMA KANAGAWA JP
Current assignee: INOUE-JAPAX RESEARCH Inc YOKOHAMA KANAGAWA JP
Priority date: 1977-06-14
Filing date: 1978-06-14
Publication date: 1988-03-31
Also published as: GB2000055A; DE2826069A1; US4596640A; FR2394361B1; FR2394361A1; US4379042A; GB2000055B; IT1105209B; IT7849877A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum elektrolytischen bzw. elektroerosiven Trennen von Werkstücken der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Aus der DE-OS 23 51 357 ist ein derartiges Verfahren bekannt, bei welchem eine Laufdrahtelektrode von einer Vorratsspule kontinuierlich abgezogen und nach Durchlaufen des Arbeitsbereichs auf einer Sammelspule aufgewickelt wird. Führungsglieder und entsprechend ausgelegte Antriebe sorgen für eine gewünschte Ausrichtung des wirksamen Abschnitts und für eine bestimmte mechanische Zugspannung der kontinuierlich angetriebenen Laufdrahtelektrode im Arbeitsbereich. Der wirksame Abschnitt der Laufdrahtelektrode wird durch magnetische Mittel in relativ hochfrequente Querschwingungen versetzt, deren Schwingungsknoten entweder im Bereich der einen oder anderen Oberfläche oder im Mittelbereich desWerkstücks liegen sollen. Erzeugt werden diese Querschwingungen durch Magnetspulen, die zusammen mit den Führungsgliedern an jedem Ende des Arbeitsbereichs aufgehängt sind. Aufgrund der im wesentlichen gleichbleibenden Durchlaufgeschwindigkeit der Laufdrahtelektrode und des Fehlens von zusätzlichen spanabhebenden Bearbeitungsvorgängen ist die Trennleistung gering.

Andererseits ist aus der US-PS 31 55 087 eine sog. Drahtsäge bekannt, bei welcher ein spanend abtragendes Drahtwerkzeug von einer motorisch angetriebenen Vorratsspule über Führungsrollen und zwei Speicher zu einer motorisch angetriebenen Sammelrolle geführt und auf diese aufgewickelt wird. Der als Werkzeug dienende zugfeste Draht ist an seiner Oberfläche mit festhaftenden Schleifkörnern beschichtet. Die Geschwindigkeit des wirksamen Drahtabschnitts in dem im Werkzeug gebildeten Arbeitsspalt ist um ein Mehrfaches höher als die Abzieh- bzw. Aufwickelgeschwindigkeit des Drahtes von der Vorratsspule bzw. auf die Aufwickelspule, was durch die Führung von Drahtabschnitten in Form von zwei Schlaufen erreicht wird, die zwischen jeweils einer ortsfesten und einer beweglichen Umlenkrolle gebildet werden. Die beiden beweglichen Umlenkrollen sind an den Enden einer angetriebenen Wippe gelagert, so daß eine Bewegung des Wippenbalkens zur Vergrößerung der einen Schlaufe und zur gleichzeitigen proportionalen Verkleinerung der anderen Schlaufe führt. Dadurch wird der normalen Durchlaufgeschwindigkeit der Laufdrahtelektrode im Arbeitsbereich eine zusätzliche wesentlich schnellere Bewegung überlagert. Der Trennleistung dieser Maschine sind jedoch aufgrund ihrer rein spanend arbeitenden Wirkungsweise Grenzen gesetzt, wobei relativ hohe Anforderungen an die mechanische Zugfestigkeit des verwendeten Drahtwerkzeugs gestellt werden.

Aus der CH-PS 4 26 043 ist ein Verfahren zur elektrochemischen Erzeugung von Profilen in Hartmetallen mittels einer Schleifscheibe bekannt, bei dem das Hartmetall-Werkstück als Anode und die Schleifscheibe als Kathode geschaltet sind. In den Arbeitsspalt wird kontinuierlich eine elektrolytische Flüssigkeit eingeführt, die mit Schleifkörnern aus z. B. Siliziumkarbiden in der Korngröße von 20 bis 30 µ versetzt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Trennleistung beim elektrolytischen bzw. elektroerosiven Trennen von Werkstücken bei gleichzeitiger Schonung der verwendeten Laufdrahtelektroden wesentlich zu steigern.

Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 und bezüglich einer entsprechenden Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 2 gelöst.

Erfindungsgemäß werden der kontinuierlich in Längsrichtung verlaufenden Durchzugsbewegung der Laufdrahtelektrode gleich und entgegengesetzt gerichtete Zusatzbewegungen überlagert, deren Geschwindigkeit wesentlich größer als die ihrer kontinuierlichen Durchzugsbewegung ist und im Bereich von 5 bis 50 m/s liegt. Dadurch wird der am Trennvorgang beteiligte Längenabschnitt der Laufdrahtelektrode erheblich verlängert, was in Verbindung mit dem Schleifkörneranteil in der Bearbeitungsflüssigkeit eine überproportionale Steigerung der Trennleistung ergibt.

Zweckmäßige weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Trennvorrichtung,

Fig. 2 schematisch eine Laufrolle der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 schematisch eine andere Trennvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 4 eine abgewandelte Ausführung der Trennvorrichtung nach Fig. 3.

Bei der dargestellten Trennvorrichtung wird eine draht- bzw. bandförmige Elektrode 1 (im folgenden Laufdrahtelektrode bezeichnet) von einer Vorratsrolle 2 abgezogen und auf eine Sammelrolle 3 gewickelt, nachdem sie eine Bearbeitungszone M durchlaufen hat, in der ein Werkstück 4 auf einem Werkstücktisch 5 aufgespannt ist. Die Laufdrahtelektrode 1 besteht z. B. aus Klavierdraht, Wolfram, Kupfer, einer Messing-Zink-Zinn-Legierung oder einem ähnlichen wärme- und elektrischleitfähigen Werkstoff mit einem Durchmesser von 0,1 bis 1,0 mm. Schleifkörner aus z. B. Diamant, WC, B₄C, BN, SiC, ZrO₂, Al₂O₃ oder ähnlichen Schleifmaterialien sind in einer Bearbeitungsflüssigkeit suspendiert, die kontinuierlich in die Bearbeitungszone M gefördert wird.

Die Laufdrahtelektrode 1 wird in der Bearbeitungszone M unter einer mechanischen Spannung durch Leit- bzw. Spannrollen 6, 7 gehalten, deren Mantel aus z. B. Hartgummi, Polyurethan, Fluoridharz oder einem ähnlichen harten Werkstoff besteht und die eine V-förmige Führungsrille aufweisen (vgl. Fig. 2). Zur Bewegung der Laufdrahtelektrode 1 unter mechanischer Vorspannung von der Vorratsrolle 2 zur Sammelrolle 3 mit relativ geringer Geschwindigkeit von z. B. 0,1 bis 5 m/min sind Schrittmotoren PM₁, PM₂ für den Antrieb der Sammelrolle 3 und der Vorratsrolle 2 vorgesehen, welche von einer Steuereinheit 8 angesteuert werden. Eine Fangkupplung 31 verhindert Rückdrehungen der Sammelrolle 3.

In der Bewegungsbahn der Laufdrahtelektrode 1 ist ferner eine Speichereinheit 9 vorgesehen, die zwei bewegliche Rollen 10, 12 und zwei ortsfeste Rollen 11, 13 umfaßt. Die von der Vorratsspule 2 abgezogene Drahtelektrode 1 läuft über das Rollenpaar 10, 11, über die Führungsrolle 6, durch die Bearbeitungszone M, über die Führungsrolle 7, über das zweite Rollenpaar 12, 13 und wird schließlich auf die Sammelrolle 3 aufgewickelt. Die beweglichen Rollen 10 und 12 der Speichereinheit 9 sind an den Enden einer Wippe 14 gelagert, die mittig um ein Gelenk 15 schwenkt.

Die Führungsrollen 6, 7 werden durch Schrittmotoren PM₃ und PM₄ gedreht, um die zwischen ihnen gespannte Laufdrahtelektrode in Längsrichtung hin- und herzubewegen. Die Verdrehung der Schrittmotoren PM₃ und PM₄ wird von der Steuereinheit 8 so gesteuert, daß die axiale Hin- und Herbewegung der Laufdrahtelektrode 1 mit relativ hoher Geschwindigkeit von z. B. 5-30 m/s erfolgt.

Der Werkstücktisch 5 wird in einer X-Y-Ebene durch Schrittmotoren PM₅, PM₆ unter der Wirkung der numerischen Steuereinheit 16 in Vorschubinkrementen von z. B. 1 bis 5 µm oder weniger pro Antriebsimpuls vorgeschoben.

Eine ein Leitglied bildende Führungsrolle 6 oder 7 ist auf einem Kreuzschlitten 17 angeordnet, der in einer X′-Y′-Ebene verschiebbar ist und der Laufdrahtelektrode 1 im Bearbeitungsabschnitt zwischen den Leitrollen 6 und 7 eine vorgegebene Neigung erteilt, um eine konische bzw. schräge Schnittführung zu ermöglichen. Das Verschieben der Laufrolle erfolgt durch Schrittmotoren PM₇, PM₈, die durch die numerische Steuereinheit 16 angesteuert werden.

Das Bearbeiten des Werkstücks 4 mit der Laufdrahtelektrode 1 erfolgt durch mechanisches Schleifen und elektrolytische (oder elektrochemische) bzw. elektroerosive Abtragung. Beim elektrolytischen Bearbeiten bzw. Elysieren wird der Bearbeitungszone M ein flüssiger Elektrolyt zugeführt, wobei eine geeignete Stromquelle elektrisch mit dem Werkstück und über eine Bürstenanordnung mit der Laufdrahtelektrode verbunden ist. Beim elektroerosiven Bearbeiten wird eine dielektrische Flüssigkeit, z. B. destilliertes Wasser, verwendet und die Stromversorgung erfolgt durch einen geeigneten Impulsgenerator, der eine Folge von elektrischen Entladungen zwischen dem Werkstück 4 und der Laufdrahtelektrode 1 bewirkt.

Die Laufdrahtelektrode 1 wird auf dem Weg von der Vorratsspule 2 zur Führungsrolle in einer oder mehreren Schlaufen über die Rollen 10 und 11 geführt und dadurch in einer vorbestimmten Länge gespeichert. Ebenso wird die Laufdrahtelektrode 1 auf dem Weg von der Führungsrolle 7 zur Sammelspule 3 in einer oder mehreren Schlaufen zwischen den Rollen 12 und 13 gespeichert.

Während die Laufdrahtelektrode 1 von der Vorratsspule 2 mit geringer Geschwindigkeit zur Sammelspule 3 läuft, steuert die Steuereinheit 8 die Schrittmotoren PM₃ und PM₄ an, welche die Führungsrollen 6 und 7 synchron in die eine oder andere Richtung drehen und dabei den zugeführten Abschnitt der Laufdrahtelektrode 1 mit relativ hoher Geschwindigkeit von 5-50 m/s hin- und herbewegen. Diese Geschwindigkeit ist wesentlich höher als die kontinuierliche Durchlaufgeschwindigkeit der Laufdrahtelektrode von 0,1-5 m/min. Wenn der wirksame Abschnitt der Laufdrahtelektrode schnell in der durch den Vollinienpfeil gekennzeichneten Richtung durch positive Rotation der Motoren PM₃ und PM₄ bewegt wird, nähert sich die bewegliche Rolle 10 der ortsfesten Rolle 11 der Speichereinheit, wobei sich gleichzeitig die zweite bewegliche Rolle 12 von der zweiten ortsfesten Rolle 13 entfernt. Dabei verdreht sich die Wippe 14 im Gegenuhrzeigersinn, bis die positive Rotation der Motoren PM₃ und PM₄ durch die Steuereinheit 8 beendet wird. Im zweiten negativen Halbzyklus bewirken die Motoren PM₃ und PM₄ eine schnelle Bewegung des wirksamen Abschnitts der Laufdrahtelektrode 1 in die durch den Strichlinienpfeil gekennzeichnete Richtung und eine Verdrehung der Wippe 14 im Uhrzeigersinn. Dabei nähert sich die Rolle 12 der ortsfesten Rolle 13 und gibt den zuvor zwischen beiden Rollen gespeicherten Bahnabschnitt frei, während sich die Rolle 10 von der Rolle 11 entfernt und eine entsprechende Länge der Laufdrahtelektrode 1 von der Vorratsrolle 2 vorübergehend speichert. Dieser zyklische Betrieb der Motoren PM₃ und PM₄ ermöglicht gleichmäßige Hin- und Herbewegungen der Laufdrahtelektrode 1 in der Bearbeitungszone M mit ausreichender Schnelligkeit, ohne daß eine Lose in der Laufdrahtelektrode 1 auftritt.

Da die wirksamen Abschnitte der Laufdrahtelektrode 1 fortlaufend erneuert werden, ergibt sich ein nur relativ geringer Werkzeugverschleiß bei Erzielung einer konstanten Schnittbreite, was letztlich in einer erhöhten Bearbeitungsgenauigkeit und in einer Vermeidung von Brüchen der Laufdrahtelektrode resultiert.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 3 weist die Speichereinheit 9 Schalter 18, 19 auf, die elektrisch, elektromagnetisch oder optisch auf die Bewegungen der beweglichen Rollen 12, 10 ansprechen und der Steuereinheit 8 entsprechende Signale zuführen, um die Drehrichtung der Motoren PM₃ und PM₄ umzuschalten.

Bei der Ausführung nach Fig. 4 wird die Funktion der Schalter 18, 19 gemäß Fig. 3 von einer elektrisch leitfähigen Nadel 151 erfüllt, die am Gelenk 15 angeordnet ist und die Schwenkbewegung der Wippe 14 mit ausführt. Schalter 181, 191 werden von der Nadel 151 aktiviert und erzeugen zyklische Signale, die in der Steuereinheit 8 verarbeitet werden.

In der folgenden Tabelle sind die Trennleistungen für unterschiedliche Bearbeitungsweisen zusammengestellt, wobei Spalte (a) einen Sägevorgang mit einem galvanisch mit SiC-Schleifkörnern beschichteten Laufdraht, (b) einen mechanischen Sägevorgang mit einem Laufdraht nach (a) und zusätzlich in der Bearbeitungsflüssigkeit suspendierten Al₂O₃-Schleifkörnern, (c) ein kombiniertes Elysieren und Schleifen mit dem Drahtwerkzeug entsprechend (a) und Zufuhr von elektrischen Impulsen einer Dauer von 10 µs und einem Impulsabstand von 20 µs sowie einem Höchststrom von 1,5 A sowie (d) das Vorgehen gemäß (c) mit zusätzlicher Zufuhr von Al₂O₃-Schleifkörnern in Suspension mit einem Elektrolyten angeben. Der Laufdraht wurde mit einer Geschwindigkeit von 13 m/s hin- und herbewegt und mit einer Kraft von 250 g gespannt.

Aus der vorstehenden Tabelle ergibt sich, daß durch das erfindungsgemäß kombinierte mechanische und elektrische Bearbeiten Trennleistungen erzielt werden, die ein Vielfaches des herkömmlichen rein mechanischen Drahtsägens betragen.

Claims

1. Verfahren zum elektrolytischen bzw. elektroerosiven Trennen von Werkstücken mit einer kontinuierlich bewegten Laufdrahtelektrode, gegen die das Werkstück unter kontinuierlicher Zufuhr einer Bearbeitungsflüssigkeit quer vorgeschoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der kontinuierlichen Längsbewegung der Drahtelektrode eine wesentlich schnellere hin- und hergehende Längsbewegung überlagert wird, deren mittlere Geschwindigkeit im Bereich von 5 bis 30 m/s liegt und daß in der Bearbeitungsflüssigkeit Schleifkörner suspendiert sind.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend
aus einem Ständer, an dem je eine Vorratsspule und eine kontinuierlich angetriebene Aufwickelspule sowie zu beiden Seiten eines Bearbeitungsbereichs Führungsrollen für eine kontinuierlich längsbewegte Laufdrahtelektrode vorgesehen sind,
aus einem motorisch in einer Querebene zum Arbeitsbereich der Laufdrahtelektrode gesteuert bewegbaren Werkstücktisch und
aus einer Einrichtung zur Zufuhr von Bearbeitungsflüssigkeit zu dem auf dem Werkstücktisch aufgespannten Werkstück,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Führungsrollen (6, 7) zu beiden Seiten des Arbeitsbereichs (M) von je einem Motor (PM₃, PM₄) wechselweise in entgegengesetzten Drehrichtungen antreibbar sind und
daß eine Speichereinheit (9) für die Laufdrahtelektrode (1) vorgesehen ist, in der die durch den wechselweisen Antrieb der Führungsrollen (6, 7) erfaßten Längenabschnitte der Laufdrahtelektrode vor und nach Durchlaufen des Arbeitsbereichs (M) abwechselnd zwischengespeichert werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinheit (9) eine frei bewegliche Wippe (14, 15) mit einer Laufrolle (10, 12) an jedem Ende sowie zwei ortsfest gelagerte Laufrollen (11, 13) enthält, wobei entsprechende Abschnitte der Laufdrahtelektrode (1) vor und nach Durchlaufen des Arbeitsbereichs (M) über je eines der aus einer ortsfesten und einer beweglichen Laufrolle gebildeten Laufrollenpaares (10, 11 und 12, 13) geführt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine deren Führungsrollen (6 bzw. 7) an einem Kreuzschlitten (17) in der X-Y-Ebene gesteuert verschiebbar montiert ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Speichereinheit (9) Schalter (18, 19) zugeordnet sind, welche die Antriebsmotoren (PM₃, PM₄) der Führungsrollen (6, 7) wechselweise einschalten.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufdrahtelektrode (1) mit Schleifkörnern beschichtet ist.