DE2939005A1

DE2939005A1 - Verfahren und vorrichtung zum drahtschneiden

Info

Publication number: DE2939005A1
Application number: DE19792939005
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Inoue
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1978-09-26
Filing date: 1979-09-26
Publication date: 1980-04-03
Also published as: IT7950364A0; JPS5548526A; US4353785A; IT1119856B; GB2033107A; JPS5932252B2; FR2437268B1; FR2437268A1; GB2033107B

Description

Inoue-Japax Research Incorporated Yokohamashi, Kanagawaken, Japan

Verfahren und Vorrichtung zum Drahtschneiden

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Drahtschneiden und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Drahtschneiden eines Werkstückes mit unebenem, gekrümmtem oder kompliziertem Oberflächenprofil.

Drahtschneidmaschinen verwenden gewöhnlich einen Draht oder ein ähnliches dünnes, durchgehendes, längliches Werkzeug. In derartigen Maschinen wird der Draht durchgehend von einer Vorratsspule abgewickelt und auf einer Aufwickelspule aufgewickelt. In der Bahn zwischen der Vorratsspule und der Aufwickelspule sind zwei Drahthalter oder Führungsglieder vorgesehen, die dazwischen eine Bearbeitungszone festlegen, in der ein Werkstück oder ein Teil des zu bearbeitenden Werkstückes vorgesehen ist. Die Halter strecken einerseits den Draht, der zwischen ihnen unter einer geeigneten

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(mechanischen) Spannung läuft, und justieren andererseits genau den Laufdraht in einer Bearbeitungsbeziehung mit dem Werkstück.

Im berührungsfreien Prozeß ist der Draht elektrisch leitend und bildet eine Elektroerosionselektrode, und elektrische Energie wird zwischen den Laufdraht und das Werkstück am Bearbeitungsspalt gelegt, der mit einer dielektrischen Flüssigkeit oder einem Elektrolyten gefüllt ist, um elektrophysikalisch oder elektrochemisch Material vom Werkstück abzutragen. Im berührungsfreien Prozeß erfolgt die Bearbeitung insbesondere bei Vorliegen eines Abriebmittels, das verteilt über der Drahtoberfläche angebracht oder sonst in Suspension mit einem Bearbeitungsfluid in den Bearbeitungsspalt zwischen dem Laufdraht und dem Werkstück eingeführt ist.

Mit fortschreitendem Materialabtrag wird das auf dem Bearbeitungstisch oder -bett geführte Werkstück bezüglich des Laufdrahtes in einer vorgeschriebenen Schneidbahn verschoben, bis ein gewünschtes Profil im Werkstück geformt ist.

Bisher wird die beschriebene Technik im allgemeinen mit einer festen Draht-Halter-Anordnung bezüglich des das Werkstück tragenden Schlittens unabhängig von einer Änderung im Oberflächenprofil des Werkstückes verwendet, das bezüglich der Achse des Laufdrahtes ausgerichtet ist. Wenn als Ergebnis das Werkstück ein gekrümmtes, kompliziertes oder allgemein unebenes Oberflächenprofil besitzt, tritt eine Änderung in der relativen Ausrichtung zwischen der Achse des Laufdrahtes und der Werkstück-Oberfläche während der Bearbeitung auf. Es hat sich nun gezeigt, daß diese Änderung unvorteilhaft ist, da sie eine Abweichung in bearbeiteter Form und Menge von einem Teil zu einem Teil aufweist, was zu einem Bearbeitungsergebnis führt, das hinsichtlich Genauigkeit oder Leistungsfähig-

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keit unbefriedigend ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Drahtschneiden eines Werkstückes mit unebenem Oberflächenprofil anzugeben, mit dem eine erhöhte Bearbeitungsgenauigkeit und ein besseres Schneidverhalten über dem gesamten Werkstückbereich erzielbar ist; außerdem soll eine Vorrichtung zum Drahtschneiden der oben erläuterten Art angegeben werden, die zum Bearbeiten von Werkstücken unebener Oberflächenprofile mit erhöhter Bearbeitungsgenauigkeit und überlegenem Schneidverhalten angepaßt ist.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Drahtschneiden eines Werkstückes mit einem unebenen Oberflächenprofil mittels eines Drahtes oder eines ähnlichen dünnen, durchgehenden und länglichen Werkzeuges vorgesehen, das zwischen einer Zufuhr-Seite und einer Abfuhr-Seite läuft und das Werkstück durchsetzen kann; das Verfahren hat folgende Verfahrensschritte: momentanes Erfassen einer fiktiven Ebene, die zum Oberflächenprofil in jedem Punkt darauf tangential ist, um nacheinander im wesentlichen durch die Achse des laufenden länglichen Werkzeuges geschnitten zu werden, Ausrichten der Achse des laufenden länglichen Werkzeuges in einen vorbestimmten Winkel bezüglich der Ebene im wesentlichen in diesem Punkt und im wesentlichen Beibehalten der vorbestimmten Ausrichtung des laufenden länglichen Werkzeuges bezüglich des Oberflächenprofils trotz einer Änderung der tangentialen Ebene von Punkt zu Punkt darauf über einen wesentlichen Teil der gesamten Bearbeitung. Die Winkelausrichtung wird vorzugsweise so eingestellt, daß die Achse des laufenden länglichen Werkzeuges im wesentlichen senkrecht zur Tangentialebene auf jedem Punkt auf dem Oberflächenprofil gehalten ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat einen Fühler zum momen-

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tanen Erfassen oder Abtasten einer fiktiven Ebene, die tangential zu einem unebenen Werkstückprofil in jedem Punkt darauf ist, um nacheinander im wesentlichen durch die Achse des laufenden, länglichen Werkzeuges geschnitten zu werden, und eine Stelleinrichtung zum Ausrichten der Achse des laufenden länglichen Werkzeuges in einen bevorzugten Winkel, vorzugsweise in einen rechten Winkel, bezüglich der Ebene im wesentlichen in dem Punkt, um im wesentlichen die vorbestimmte Richtung des laufenden länglichen Werkzeuges bezüglich des Oberflächenprofils trotz einer Änderung in der Neigung der Tangentialebene von Punkt zu Punkt darauf über einen wesentlichen Teil der gesamten Bearbeitung beizubehalten.

Ein Werkstück eines unebenen, gekrümmten oder komplizierten Oberflächenprofils wird mittels eines Schwenkkopfes für ein Laufdraht-Werkzeug also drahtbearbeitet, indem eine fiktive Ebene erfaßt wird, die tangential zum Oberflächenprofil in jedem Punkt darauf ist, um nacheinander im wesentlichen durch die Achse des Laufdraht-Werkzeuges geschnitten zu werden, und indem der Schwenkkopf geneigt wird, damit die Achse des Laufdraht-Werkzeuges in einem vorbestimmten Winkel, vorzugsweise 90°, bezüglich der Ebene im wesentlichen in diesem Punkt ausgerichtet ist, damit im wesentlichen die vorbestimmte Richtung des Laufdraht-Werkzeuges bezüglich des Oberflächenprofils unabhängig von einer Änderung in der Neigung der Tangentialebene bezüglich der Horizontalebene von Punkt zu Punkt über einen wesentlichen Teil der gesamten Bearbeitung beibehalten wird.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 einen schematischen Teilschnitt mit

einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig. 2 in ähnlichen Darstellungen abgewandel- und 3 te Ausführungsbeispiele der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Draht oder ein ähnliches dünnes, durchgehendes, längliches Werkzeug 1 (im folgenden als "Draht-Werkzeug" bezeichnet) gezeigt, das durch einen bogenförmigen oder C-förmigen Werkzeugkopf 2 zwischen zwei darauf befestigten Draht-Justier-Führungsgliedern 3a und 3b getragen und zwischen einer Vorratsspule 4 und einer Aufwickelspule 5 transportiert ist, die getrennt vom Werkzeugkopf 2 befestigt gezeigt sind, aber auch von diesem getragen sein können. Außerdem sind - obwohl nicht besonders bezeichnet - übliche Antriebs- und Bremswalzen gezeigt, die auf dem Werkzeugkopf 2 vorgesehen sind, um einen axialen Trieb und Zug auf das Draht-Werkzeug 1 auszuüben, so daß dieses glatt zwischen den Führungsgliedern 3 und 4 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit (Takt) unter einer gegebenen Spannung laufen kann.

Der Werkzeugkopf 2 ist drehbar für eine Schwenkbewegung auf einem Gelenkpunkt aus einem Kugellager 6 gelagert und durch eine Antriebsanordnung einschließlich Schlitten 7 und 8 mit jeweiligen zugeordneten Antriebsmotoren für eine Drehbewegung um einen Winkel θ in einer gegebenen Ebene bzw. um einen Winkel φ in einer dazu senkrechten Ebene geneigt. Der Werkzeugkopf 2 kann so jede Winkelstellung bezüglich eines Werkstückes 9 annehmen, das fest auf einem Werkzeugtisch oder -bett 10 befestigt ist.

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Das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist so ausgelegt, daß das Oberflächenprofil des Werkstückes 9 durch Abtasten eines Kopier- oder Schablonenmodells 11 abtastbar ist, das vorgesehen ist, um das Profil des Werkstückes 9 in Form oder in Form und Größe wiederzugeben. Das Modell 11 ist auf dem Tisch oder Bett 10 befestigt und so durch einen Tastkopf 12 abtastbar, der durch ein Verbindungsstück oder Gelenk 13 mit dem Kugellager 6 gekuppelt ist, das den Werkzeugkopf 2 trägt. Der Tastkopf 12 ist gezeigt mit drei Fühlerstiften oder -fingern 14, 15 und 16, die in den Scheiteln eines regelmäßigen Dreieckes in eng benachbarter Beziehung vorgesehen sind, um die Achse des Kopfes 12 mit einem kleinen Abstand hiervon zu umgeben. Die Finger 14, 15 und 16 sind einzeln im Kopf 12 mit einer Feder vorgespannt, um jeweils gegen das Modell 11 zu drücken und dessen Oberflächenprofil zu folgen, so daß eine fiktive Ebene tangential zur Modell-Oberfläche in dem Punkt festlegbar ist, in dem die Achse des Kopfes schneidet.

Der Tastkopf 12 enthält geeignete Lagesignal-Wandler, z. B. lineare Differenz-Umformer (nicht gezeigt), die den Fingern 14, 15 und 16 zugeordnet sind, um elektrische Tastsignale zu erzeugen, die die fiktive Tangentialebene darstellen, die in jedem Punkt auf dem Modell abgetastet ist, wobei die Signale in Winkel- oder Drehkomponenten θ und 0 umgesetzt sind, die an den jeweiligen Verstärker/Ansteuergliedern 17 und 18 aufgenommen werden, die die Θ- und 0-Dreh-Antriebseinheiten 7 und 8 (vgl. oben) erregen, um die Winkel- oder Drehstellung des Werkzeugkopfes 2 zu steuern. Der Tisch oder das Bett 10 ist durch eine übliche Kreuz-Vorschub-Anordnung einschließlich Schlitten 19 und 20 angetrieben, die jeweils entlang der x- und der y-Koordinate abhängig von Befehlssignalen von einer numerischen Steuereinheit 21 antreibbar sind, um ei-

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ner gewünschten Schnittbahn zu folgen.

Im Betrieb werden das Werkstück 9 und das Modell 11 fest an vorgeschriebenen Stellen angebracht, um die gleichen Lagen auf dem Tisch 10 einzunehmen. Der Werkzeugkopf 2 und der Tastkopf 12 sind dann neben dem Werkstück 9 bzw. dem Modell 11 vorgesehen, so daß die Achse des Drahtes 1 und die Achse des Tastkopfes immer geführt sein können, um entsprechende Bereiche auf den Oberflächen des Werkstückes 9 und des Modelies 11 zu schneiden, wenn der das Werkstück 9 und das Modell 11 tragende Tisch 10 durch Bearbeitungs-Vorschub-Antriebe 19 und 20 abhängig von Befehlssignalen von der numerischen Steuereinheit 21 verschoben wird.

In der Elektroerosions- oder elektrischen Entladungs-Bearbeitung wird eine Reihe elektrischer Impulse von einer (nicht gezeigten) Strom- bzw. Spannungsquelle zwischen das Draht-Werkzeug 1, das (mechanisch) gespannt zwischen den Führungsgliedern 3a und 3b unter einer geeigneten (mechanischen) Spannung laufend, eine Werkzeugelektrode bildet, und dem Werkstück 9, das eine Gegenelektrode bildet, gelegt, um eine Folge elektrischer Entladungen über einem Bearbeitungsspalt zu bewirken, der zwischen den Elektroden ausgeführt ist, während ein Bearbeitungsmedium, wie z. B. destilliertes Wasser, in den Bereich des Bearbeitungsspaltes gespeist ist. Indem das Werkstück 9 quer zum Laufdraht 1 verschoben wird, um der Bearbeitungswirkung am Spalt entlang einer programmierten Schnittbahn zu folgen, wird ein gewünschtes Bearbeitungsergebnis erzielt.

Die Erfindung erlaubt die Ausführung einer derartigen Bearbeitung mit einer erhöhten Genauigkeit, selbst wenn das Werkstück 9 kompliziert oder uneben ist, wie dies in der Zeich-

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nung in der Form eines konvexen und konkaven Profils zusammen dargestellt ist.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 dient der Tastkopf 12 zum Abtasten eines momentanen Profils des Werkstückes 9, in dem auf dem Modell 11 gefolgt wird, das kopiert wird, um das Oberflächenprofil des Werkstückes 9 zu verdopppeln. Die Fühlerstifte oder -finger 14, 15 und 16 auf der Spitze des Tastkopfes 12 werden einzeln vorgetrieben, um immer in Berührung mit der Oberfläche des Modelies 11 zu sein, so daß deren jeweiligen axialen Verschiebungen Tastsignale erzeugen, die eine Neigung bezüglich der Horizontalebene einer fiktiven Ebene darstellen, die tangential zum Oberflächenprofil im Tastbereich ist. Die Signale, die diese fiktive Tangentialebene bestimmen, werden so erzeugt, woraus die Senkrechte zur Tangentialebene hergeleitet wird. Die Signale, die die Senkrechte oder Normale bezüglich einer gegebenen Vertikalebene oder der obigen Horizontalebene in Ausdrücken unterteilter Θ- und 0-Winkelkomponenten festlegen, werden dann vom Tastsystem 12 abgegeben und in die jeweiligen Θ- und 0-Antriebsglieder 17 und 18 gespeist, wo sie in entsprechende Folgen von Ansteuerimpulsen für die Θ- und 0-Impuls- oder Schrittmotoren 7 und 8 umgesetzt werden, um den Werkzeugkopf 2 um den Gelenkpunkt 6 durch die gerichtete Drehbewegung zu drehen. Dies führt zur Ausrichtung des Drahtwerkzeuges 1, wobei dessen Achse immer senkrecht zu einer fiktiven Ebene gehalten ist, die tangential zum Oberflächenprofil des Werkstückes 9 ist, das momentan mittels des Modelies 11 abgetastet ist, unabhängig von der momentanen Änderung in der Neigung des Oberflächenprofils des Werkstückes 9 bezüglich der Horizontal- oder der Vertikalebene, die auftritt, während der Tisch entsprechend einem Bearbeitungsvorschub verschoben wird. Die Änderung der Ausrichtung der gesteuerten Drahtachse 1 entspre-

chend dem geänderten Profil ist durch Strichlinien A, B und C gezeigt. Als Folge wird der Materialabtrag auf und zur oberen und unteren Oberfläche des Werkstückes 9 ausgeglichen, wodurch eine erhöhte Schnittgenauigkeit über dem gesamten Bearbeitungsbereich erzielt wird. Weiterhin werden der Abtrag des Bearbeitungsmediums und das Span-Abtragen über der gesamten Schnittbreite erleichtert und ausgeglichen, um die Erzeugung von Bearbeitungsentladungen zu stabilisieren, was zu einer verbesserten Abtragungsrate bzw. -geschwindigkeit und einer erhöhten Schneid-Wirksamkeit führt.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 wird ein optischer Kopierkopf verwendet, der mehrere optische Fühler aufweist, von denen zwei Fühler 22 und 23 gezeigt sind und die den Werkzeugkopf 2 umgeben, der das Drahtwerkzeug 1 trägt, wie dies anhand der Fig. 1 erläutert wurde. Die optischen Fühler 22 und 23 sind in üblicher Weise so ausgelegt, daß sie optische Strahlen gegen die Oberfläche des Werkstückes 9 abstrahlen und nach Abtasten der jeweiligen reflektierten Strahlen die fiktive Tangentialebene in dem bestrahlten Bereich auf der Oberfläche des Werkstückes 9 in der Form elektrischer Signale erfassen und festlegen. Die elektrischen Signale werden wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel zu einem Antriebsglied 24 gespeist, um den Werkzeugkopf 2 um den Gelenkpunkt 6 zu drehen, so daß die Achse des Drahtwerkzeuges 1 senkrecht zum Profil des Werkstückes ausgerichtet ist.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel, das in Fig. 3 gezeigt ist, wird eine Gelenk- oder Verbindungseinheit vorgesehen, die zwei parallele Stangen 26 und 27 besitzt, die drehbar mit einer weiteren Stange 25 gekuppelt sind, die so

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ausgelegt ist, daß sie parallel zum Oberflächenprofil (mit dessen Tangentialebene) liegt und den Werkzeugkopf 2 aufweist, der daran befestigt ist. Die parallelen Stangen 26 und 27 sind mit ihren Spitzen in Berührung über die Oberfläche geführt, und der Werkzeugkopf 2 ist fest auf der Stange 25 ausgerichtet, wobei die Achse des Drahtwerkzeuges 1 senkrecht zur Stange 25 und zur fiktiven Tangentialebene auf der infrage kommenden Oberfläche liegt. Indem so der Kopf 2 über der Oberfläche verschoben werden kann, während die Vertikal- oder voreingestellte Ausrichtung der Stangen 26 und 27 beibehalten wird, ist die Orthogonalität des Drahtwerkzeuges 1 bezüglich des bearbeiteten Oberflächenprofils aufrechterhalten.

Gelegentlich sollte die Achse des Drahtwerkzeuges 1 in einem anderen Winkel als 90° bezüglich des Profils des Werkstückes 9 ausgerichtet werden. Die Erfindung ist in gleicher Weise auf einen unterschiedlichen Bereich der Drahtschneidoperationen anwendbar, einschließlich Abrieb-, elektrochemischen und elektrischen Entladungs-Bearbeitungen und Kombinationen hiervon.

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Claims

2.

3.

Ansprüche

Verfahren zum Drahtschneiden eines Werkstückes mit einem unebenen Oberflächenprofil mittels eines Drahtes oder eines ähnlichen dünnen, durchgehenden, länglichen Werkzeuges, das zwischen einer Zufuhr-Seite und einer Abfuhr-Seite läuft und das Werkstück durchsetzen kann,

gekennzeichnet

durch

Abtasten einer Tangentialebene zum Oberflächenprofil in jedem Punkt darauf, um nacheinander im wesentlichen durch die Achse des laufenden länglichen Werkzeuges (1) geschnitten zu werden,

Ausrichten der Achse des laufenden länglichen Werkzeuges (1) in einem vorbestimmten Winkel bezüglich der Ebene im wesentlichen in diesem Punkt, und

im wesentlichen beibehalten der vorbestimmten Richtung des laufenden länglichen Werkzeuges (1) bezüglich des Oberflächenprofils trotz einer Änderung in der Tangentialebene von Punkt zu Punkt über einem wesentlichen Teil der gesamten Bearbeitung.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel 90° beträgt.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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daß die Tangentialebene auf dem Werkstück (9) mit einem Tastkopf (12) auf dem Werkstück (9) oder einem Modell (11) hiervon abgetastet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Tastkopf (12) eine Kontakt-Stift-Anordnung (14, 15, 16) aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Tastkopf (12) eine optoelektrische Wandler-Anordnung (22, 23) aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Tangentialebene durch eine Verbindungs- oder Gelenk-Anordnung abtastbar ist, die in die Oberfläche des Werkstückes (9) oder des Modelles (11) eingreifen kann, und

daß der Werkzeugkopf (2) automatisch abhängig von der Ausrichtung der Gelenk- oder Verbindungs-Anordnung ausrichtbar ist.

7. Vorrichtung zum Drahtschneiden eines Werkstückes mit einem unebenen Oberflächenprofil mittels eines Drahtes oder eines ähnlichen, dünnen, durchgehenden, länglichen Werkzeuges, das zwischen einer Zufuhr-Seite und einer Abfuhr-Seite läuft und das Werkstück durchsetzen kann,

gekennzeichnet durch

eine Abtasteinrichtung zum Abtasten einer Tangentialebene zum Oberflächenprofil in einem Punkt darauf, um nacheinander im wesentlichen durch die Achse des laufenden länglichen Werkzeuges (1) geschnitten zu sein, und

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eine Stelleinrichtung zum Ausrichten der Achse des laufenden länglichen Werkzeuges (1) in einem vorbestimmten Winkel bezüglich der Ebene im wesentlichen in diesem Punkt, um im wesentlichen die vorbestimmte Ausrichtung des laufenden länglichen Werkzeuges (1) bezüglich des Oberflächenprofils trotz einer Änderung in der Tangentialebene von Punkt zu Punkt darauf über einem wesentlichen Teil der gesamten Bearbeitung beizubehalten.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,.

daß die Abtasteinrichtung einen Tastkopf (12) zum Abtasten des Oberflächenprofils des Werkstückes (9) oder eines Modelles (11) hiervon zur Festlegung der Tangentialebene und eine Einrichtung zum Erzeugen elektrischer Signale, die die abgetastete Ebene darstellen, aufweist, und

daß die Stelleinrichtung einen auf die elektrischen Signale ansprechenden Antrieb hat, um den Werkzeugkopf (2) zu neigen, so daß dieser eine Stellung annimmt, in der das längliche Werkzeug (1) im wesentlichen unter dem Winkel bezüglich der Tangente zum Oberflächenprofil des Werkstückes (9) ausgerichtet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Abtasteinrichtung eine Gelenk- oder Verbindungsanordnung besitzt, die in das Oberflächenprofil des Werkstückes (9) oder eines Modelles (11) hiervon eingreifen kann, um automatisch das laufende längliche Werkzeug (1) abhängig von der Ausrichtung der Gelenk- oder Verbindungsanordnung auszurichten.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,

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daß das laufende längliche Werkzeug (1) zwischen zwei Trägern geführt ist, die auf einem Schwenkkopf angebracht sind, der um einen Gelenkpunkt (6) abhängig von der Abtasteinrichtung neigbar ist.

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