DE2830792C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung eines rotierenden, zylindrischen Werkstückes mittels Elektroerosion - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines rotierenden, zylindrischen Werkstückes mittels Elektroerosion, wobei wenigstens eine Elektrode entlang der Rotationsachse des Werkstückes bewegt wird und Spannungsiinpulsc an Elektrode und Werkstück angelegt werden, um eine Oberfläche des Werkstückes zu saunieren.

Unter Verwendung dieses bekannten Bearbeitungsverfahrens lassen sich Werkstücke mit einer sdir gleichmäßigen Satinierung herstellen. Zudem erfährt die Mctallstruktur der Walzenoberfläche durch die elektrischen Entladungen eine Härtung, die insbesondere bei Verwendung der so bearbeiteten Walzen in Walzwerken vorteilhaft ist. Allerdings weisen bekannte Verfahren der einleitend beschriebenen Art den Nachteil auf, daß es schwierig, wenn nicht unmöglich ist, die Endbereiche des Werkstückes einheitlich und gleichmäßig zu bearbeiten mit der Folge, daß auch das Bearbcitungsergebnis ungleichmäßig ist.

Dieser Nachteil wird nachfolgend unier Bezugnahme auf Fig. 1 der Zeichnung beschrieben, in welcher eine zum Stand der Technik gehörende Elektroerosionsvorrichtung dargestellt ist. Diese Vorrichtung weist eine Energiequelle 10 für die Arbeitsimpulsc, eine /.. B. aus Kupfer hergestellte Elektrode 12, eine zu satinicrcnde Walze 14, einen Halter 16 für die Elektrode 12, einen Kopfständer 18 zur Einstellung des Arbeitsspalt zwischen Elektrode 12 und Walze 14, eine Halterung 20 für den Kopfständer 18undeincnGlciischaft22,andcmdie Halterung 20 in Richtung der in der Figur dargestellten Pfeile (entlang der Achse der Walze) gleiten kann, sowie eine Vorschubspindel 24 /um Antrieb der Halterung ItO auf. Weiterhin sind ein erstes Reduktionsgetriebe 28, ein Rotationsanirieb 30 für die Spindel zur Gleitbewegung der Elektrode 12 entlang dem Gleitschuh 22. Stützen 12, auf denen die Walze 14 roticrbar gehalten ist. ein zweites Rcdukiionsgciricbe 14, ein die Walze in Rotation versetzender Motor 36 und eine Bürsten-Einheit 38 als Stromanschluß der Walze vorgesehen.

Die Arbeitsbedingungen bestimmen die Oberflächenrauhigkcil, mit welcher die Oberfläche der Walze 14 zu versehen ist. Der Arbeitsspalt zwischen Elektrode 12 und Walze 14 wird mit einer isolierenden Flüssigkeit, 7- B. Petroleum, gefüllt. Eine Wechselspannung wird von der Spannungsqucllc 10 angelegt: dies bewirkt eine Entladung und somit eine cleklroerosivc Behandlung. Dato bei wird gleichzeitig die Walze 14 rotiert und die Elektrode 12 langsam entlang der Rotationsachse der Walze 14 bewegt, z. B. von links nach rechts in F i g. 1.

Somit bearbeitet die Elektrode 12 die Oberfläche der Walze 14. während sie sich schraubenlinienförmig entlang der Oberfläche der Walze 14 bewegt. Die Vorschubgcschwindigkcil der Elektrode 12 entlang der Rotationsachse der Walze ist z. B. so gewählt, daß die gewünschte Rauhigkeit auf die gesamte Oberfläche der Walze 14 gebracht wird. Wenn die gewünschte Oberflächenrauhigkcit für die Bearbeitung 18 μ Rmax beträgt und der Walzcndurchmesser in der Größenordnung von 600 liegt, wird die richtige Vorschubgeschwindigkeit in der Größenordnung von 2,5 mm/min liegen. Die Rotationsgeschwindigkeil der Walze 14 sollte so hoch wie möglich sein, soweit die clcktrocrosivc Bearbeitung sicher und stetig bewirkt werden kann. Denn die Arbeitsgeschwindigkeit pro Walzenumdrehung nimmt mit Zunahme der Drehgeschwindigkeit der Walze ab, so daß die Möglichkeit des Entstehens von schraubenlinienför-

jo migcn Spuren an der Oberfläche der Walze 14 eliminiert wird. Auf diese Weise kann ein einheitliches, gleichmäßiges satiniertes Finish auf der gesamten Oberfläche der Walze nach und nach hergestellt werden.

Jedoch kann dieses Verfahren nicht mit Erfolg für die Bearbeitung der Endbercächc der Walze angewendet werden. Wo die Bearbeitung in Abhängigkeit vom Erreichen des Endes der Walze 14 durch die Elektrode 12 endet, verbleibt unter solchen Arbeitsbedingungen die die Mindestanforderungen für die Herstellung einer Oberfläche mit satiniertem Finish auf der Walze während der Bearbeitung des zentralen Bereiches der WaI-zcnoberflächc erfüllen, am Ende ein unbearbeiteter Bereich, dessen Breite der Breite der Elektrode 12 entspricht. Wenn jedoch die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode 12 nur während der Zeilräume der Bearbeitung der Walzenendcn herabgesetzt wird, wird die Arbeitsgeschwindigkeit an jedem Ende der Walze 14 vergrößert mit dem Ergebnis, daß eine einheitliche, gleichmäßige Bearbeitung der gesamten Oberfläche nicht crreichbar ist. Wenn ferner die Elektrode 12 das Ende der Walze 14 erreicht und die Bearbeitung nicht unterbrochen und statt dessen fortgesetzt wird, bis die Elektrode 12 sich über die Enden der Rolle 14 hinaus bewegt, wird der bearbeitete Oberflächenbereich verringert mit dem Ergebnis einer Vergrößerung der Arbeitsgeschwindigkeit pro Flächeneinheit, so daß verglichen mit dem Fall, bei welchem die gesamte Stirnfläche der Elektrode 12 der Walze 14 gegenüberliegt, die Tiefe der Funkenerosion langsam vergrößert wird, wodurch schraubenli-

W) nicnförmig gestufte Bereiche auf der Oberfläche der Walze ^entstehen.

Der !-!rfindung liegt die Aufgabe zugrunde. Verfahren und Vorrichtung der einleitend beschriebenen Art so abzuwandeln, daß die vorstehend beschriebenen Naeh-

b^r> teile vermieden werden. Hs soll ein einheitliches und gleichmäßiges Bearbeiten auch der Walzenenden möglich sein.

Zur I .ÖM in j; dieser Aufgabe schlägt die !'!rfindung vor.

daß bei der Bearbeitung jedes Endes des Werkstückes die Abnahme des der Bearbeitung unterliegenden Bereiches mitteis einer die Position der Elektrode überwachenden Gebers festgestellt und der Betriebssirom durch den Geber gesteuert in Abhängigkeit von der Abnahme der Arbeitsfläche zur Konstanthaltung der Stromdichte verringert wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 2 ausgebildet sein.

Zwar ist durch die US-PS 35 36 881 ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstückes mittels Elektroerosion bekannt, bei welchem bei Veränderung der in Bearbeitung befindlichen Werkstückoberflächcngröße die Stromstärke im Sinn einer Konstanthaltung der Stromdichte verändert wird, um die Abtragsgeschwindigkeit konstant zu halten. Dabei dient eine Veränderung der Vorschubgeschwindigkeit als Anzeichen einer Veränderung der Bearbeiiiingsfläche. Der Gedanke, die Abnahme des der Bearbeitung unterliegenden Bereiches festzustellen und in Abhängigkeit davon den Belriebssirom zu beeinflussen, ist der Vorveröffentlichung nicht zu entnehmen. Diese Verfahrensweise ist einfach und ohne Schwierigkeiten an die jeweiligen Arbeitsvoraussetzungen anpaßbar. Sie schließt zudem irgendwelche unkontrollierbaren Einflüsse aus, da die Position der Elektrode zweifelsfrei festgestellt werden kann und die relative Zuordnung von Elektrode und zu bearbeitendem Werkstück ohne weiteres festlegbar ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, die sich auf die Zeichnungen bezieht. Es zeigt

F i g. 1 ein Schema einer Vorrichtung zur clektrocrosiven Bearbeitung von zylindrischen Werkstücken gemäß dem Stand der Technik,

F i g. 2 ein Schema einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 3 eine schematische Darstellung der wesentlichen Teile einer anderen Ausführung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Das in F i g. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung weist — wie die zum Stand der Technik gehörende Vorrichtung gemäß Fig. 1 — eine Elektrode 12, eine Walze 14, einen Elektrodenhalter 16, einen Kopfständer 18, eine Kopfständerhalierung 20, einen Gleitschafl 22, eine Vorschubspindel 24 und eine Bürstcncinheit 38 für die Energiezufuhr sowie ein erstes Reduziergetriebe 28, einen Drehantrieb 30 für die Vorschubspindel, Lager 32 für die Walze, ein zweites Reduziergetriebe 34 und einen Motor 36 auf, welcher die Walze in Rotation versetzt. Diese Teile stimmen mit den entsprechenden Teilen der Ausführungsform gemäß I" ig. 1 überein. Sie sind in F i g. 2 nicht dargestellt.

Zusätzlich zu der vorbeschriebenen Konstruktion weist die Vorrichtung gemäß der Erfindung einen Positionsgeber 40 auf, der entlang dem Gleitschaft 22 angeordnet ist und die Position der Elektrode 12 in Längsrichtung der Walzenachse feststellt. Der Positionsgeber 40 kann z. B. eine bekannte Einrichtung darstellen, die mit einer entlang dem Gleitschaft 22 angeordneten Zahnstange versehen ist, wobei ein Ritzel oder dgl., das an der Halterung 20 angebracht ist, mit der Zahnstange kämmt und durch diese in Rotation versetzt wird und einen Impulsgeber antreibt, der Absiandsimpulsc erzeugt, aus denen die Position der Elektrode 12 herlcitbar ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Meßeinheit 40 irgendein anderes bekanntes Mittel aufweist, das beispielsweise mit einem entlang dem Gleitschafi 22 angeordneten Potentiometer versehen ist und dessen Abgriff an der Halterung 20 angebracht ist, um die Position der Elektrode 12 in Abhängigkeit von der Änderung des Widerstandwertes festzustellen. Weiterhin ist ein Umformer 42 vorgesehen, der das Ausgangssignai des Positionsgebers 40 in ein elektrisches Signal umwandelt, aus welchem die Position der Elektrode herleitbar ist. Im Umformer 42 ist die Position, bei welcher die Elektrode 12 das Ende der Walze 14 erreicht, eingegeben, so daß, wenn das Ausgangssignal des Positionsgcbcrs 40 über den eingegebenen Wert hinausgeht, d. h., wenn ein Teil der Elektrode 12 über das Ende der Walze 14 hinaus verschoben wird, ein Signal erzeugt wird, welches proportional ist der Abweichung der Elektrode 12 vom Walzcnende.

Eine Steuereinheit 44 für die Impulspausen spricht auf das Signal vom Umformer 42 an und erzeugt ein Signal zur Steuerung der Wellenform des Entladungs-Spannungsimpulses, der an Elektrode 12 und Walzen 14 über die Zuleitungsbürsten 38 angelegt wird. Die Steuereinrichtung 44 vergrößert die Impulspause des Spannungsimpulses in Abhängigkeit von der Größe des Signals vom Umformer 42, um den Entladungs-Betriebsstrom zu verringern. Die Arbeitsimpulsquelle 46 besteht aus einem Impulsgenerator und einem Schaltgerät 50, das z. B. einen Thyristor enthält. Die Schwingfrequenz des Impulsgenerators 48 wird durch das Signal von der Steuereinheit 44 gesteuert.

Im folgenden wird das Bcarbeitungsverfahren gemäß der Erfindung im Zusammenhang mit Fig.2 beschrieben. Das Verfahren zur Bearbeitung des mittleren Bereiches der Walze 14 ist das gleiche wie beim vorerwähnten Verfahren. Wenn die Walze 14 kontinuierlich bei derselben Walzengeschwindigkeit und derselben Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode 12 in Längsrichtung der Walzenachse bearbeitet wird, wie das im mittleren Bereich der Walze 14 der Fall ist, steht die Elektrode schließlich über das Ende der Walze 14 vor, z. B. über das rechte Ende der Walze 14 in F i g. 2, so daß der Arbeitsbereich der Elektrode 12 langsam abnimmt. Wenn der Arbcitsablauf ohne irgendeine Änderung beibehalten wird, nimmt die Arbeitsgeschwindigkeit pro Flächeneinheit der Walzen 14 zu, so daß wie bereits erwähnt eine Schraubenlinicnförmige Spur auf der Oberfläche der Walze 14, hervorgerufen wird. Um diesen Mangel zu vermeiden, also die Arbeitsgeschwindigkeit pro Flächeneinheit konstant zu halten, ist es notwendig, den Betriebsstrom im Verhältnis zur Abnahme der Arbeitsfläche zu verringern. Zu diesem Zweck stellt der Positionsgeber 40 die Position der Elektrode 12 in Längsrichtung der Walzenachse fest und erzeugt dementsprechend ein Registriersignal, welches durch die Einrichtung 42 in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Das elektrische Ausgangssignal des Umwandlers 42 steuert die Inipulspausen-Steuercinheit 44 in der Weise, daß die Impulspause der vom Impulsgenerator 48 erzeugten Impulse vergrößert wird.

Da eine Änderung der Impulspause keinerlei Effekt bezüglich der Oberflächenrauhigkeit, des Elektroden-

bo Verschleißes und dgl. hat, wird lediglich die Arbeitsgeschwindigkeit in Übereinstimmung mit dem Arbeitsbereich geändert, um die Arbeitsgeschwindigkeit pro Flächeneinheit konstant zu hallen. Dies ermöglicht ein einheitliches und gleichmäßiges Bearbeiten der Oberfläche

b^r> der Walze 14 von deren minieren Bereich zum Ende.

Wenn die Elektrode 12 umgekehrt in Richtung auf die Elcktrodenposition bewegt wird, in welcher die Bearbeitung ursprünglich begonnen hat, d. h. von rechts nach

links in F i g. 2 mit derselben Geschwindigkeit, kann das linke Ende der Walze 14 in gleicher Weise gleichmäßig bearbeitet werden. In diesem Fall kann die Elektrode 12, die für die Bearbeitung des rechten Endes der Walze 14 benutzt worden war, nicht für die Bearbeitung des Hnken Endes der Walze 14 verwendet werden, weil die Arbeitsfläche der Elektrode 12 keine ebene Oberfläche mehr hat, da sie einem Verschleiß unterliegt. Folglich muß die gebrauchte Elektrode 12 durch eine neue Elektrode ersetzt werden, mit welcher das linke Ende der in Walze 14 bearbeitet werden kann.

F i g. 3 zeigt im Schema ein anderes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, wobei insbesondere die Elektroden und die zugehörigen Teile, d. h., eine Mehrfachelektrode oder Bündclclckirode, die aus einer Anzahl einzelner Elektroden 12 besteht, die in bestimmten Abständen in Längsrichtung der Rotationsachse der Walze 14 an einem isolierenden Halter 52 angeordnet sind und dem mittleren Bereich der Walze 14 gegenüberliegen, Arbeitsköpfe 54 und 56 und daran jeweils an Halterungen 58 und 60 angebrachte Endelektroden 62,64, die ausschließlich für die Bearbeitung der Walzenenden vorgesehen sind, dargestellt sind. Das Bearbeitungsverfahren mittels Elektroerosion gemäß der zweiten Ausführungsform wird in der Weise durchgeführt, daß für jede der Endelektroden 62 und 64 ein Positionsgeber 40, ein Umformer 42, eine Steuereinheit 44 für Impulspausen und eine Quelle 46 für den Arbeitsimpuls mit Impulsgenerator 48 und Schaltgerät 50 gemäß F i g. 2 vorgesehen sind. Darüber hinaus ist bei der Ausführungsform gemäß Fig.3 für jede Elektrode 12 eine besondere Quelle für die Arbeitsimpulse vorgesehen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

40 45 50

55

65

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bearbeitung eines rotierenden, zylindrischen Werkstückes mittels Elektroerosion, wobei wenigstens eine Elektrode entlang der Rotationsachse des Werkstückes bewegt wird und Spannungsimpulse an Elektrode und Werkstück angelegt werden, um eine Oberfläche des Werkstückes zu satinieren, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bearbeitung jedes Endes des Werkstückes die Abnahme des der Bearbeitung unterliegenden Bereiches mittels eines die Position der Elektrode überwachenden Gebers festgestellt und der Bctriebsstrom durch den Geber gesteuert in Abhängigkeit von der Abnahme der Arbeitsfläche zur Konstanthaltung der Stromdichte verringert wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch !,gekennzeichnet durch Positionsgeber (40) für die Position der Elektrode (12) zwecks Feststellung einer Abnahme des bearbeiteten Bereiches während des Bearbeitens an jedem Ende des zylindrischen Werkstückes (14) und durch eine Steuereinrichtung, die auf ein Signal des Positionsgebers (40) ansprechend die Wellenform der an Elektrode (12) und Werkstück (14) angelegten Spannungsirmpulse zur Konstanthaltung der Stromdichte steuert.