DE2940477A1

DE2940477A1 - Elektrische bearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2940477A1
Application number: DE19792940477
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Inoue
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1978-10-06
Filing date: 1979-10-05
Publication date: 1980-04-17
Also published as: GB2032320B; IT7950461A0; GB2032320A; IT1119875B; FR2437907A1; FR2437907B1; US4301349A

Description

Inoue-Japax Research Incorporated Yokohamashi, Kanagawaken, Japan

Elektrische Bearbeitungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine elektrische Bearbeitungsv/orrichtung für elektrisches Bearbeiten, uie z.B. elektroerosives Bearbeiten (EDM), elektrochemisches Bearbeiten (ECM) und elektrochemisches-elektroerosives Bearbeiten (ECDM) und insbesondere eine elektrische Bearbeitungsvorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen (3D-) Oberflächenprofils in einem Werkstück oder eines Profils einer dreidimensionalen Anordnung auf einer Werkstückoberfläche mit einer Laufdrahtelektrode.

Zum Herstellen eines dreidimensionalen Profils oder eines Oberflächenmusters in einem Werkstück erfordert das elektrische Bearbeiten im allgemeinen eine Lüerkzeugelektrode, die dreidimensional geformt ist, um an das gewünschte Profil oder Oberflächenmuster angepaßt zu sein. Außerdem müssen zahlreiche derartige Elektroden gleicher oder ähnlicher Anordnung und Größe vorbereitet werden, um einerseits den Abrieb zu kompensieren, dem diese während des Erosions- oder Abtragungsprozesses unterliegen, oder um andererseits die Bearbeitungszeit bis zu einer

030016/0851

gewünschten Bearbeitungsgenauigkeit und Oberflächenbeschaffenheit oder -gute möglichst klein zu machen. Die Warbereitung solcher genau geformter Mehrfach-Elektroden ist offensichtlich zeitaufwendig und mühsam.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Fräs-, Formoder Schleif-Bearbeitungsvorrichtung anzugeben, mit der ein gewünschtes dreidimensionales Profil oder Oberflächenmuster sofort und mit erhöhter Wirksamkeit bzw. Leistungsfähigkeit in einem Werkstück mittels eines Drahtes oder einer ähnlichen durchgehenden länglichen Elektrode hergestellt werden kann.

Die Erfindung sieht zur Lösung dieser Aufgabe eine elektrische Fräs-, Form- oder Schleif-(Hobel-)Bearbeitungsvorrichtung zum Formen eines dreidimensionalen Oberflächenprofils in einem Werkstück vor. Die Bearbeitungsvorrichtung hat eine Draht- oder eine ähnliche durchgehende längliche (Draht-)Elektrode, einen Draht-Vorschub zum axialen Transportieren oder Ablaufen des Drahtes von einer Vorratseinrichtung zu einer Aufwickeleinrichtung, einen Werkstückhalter zum Halten des Werkstückes, eine Drahtführungseinrichtung, die durch einen Werkzeugkopf gehalten ist und neben dem Werkstück liegt, um den gespannt ablaufenden Draht in eine Bearbeitungsbeziehung mit dem Werkstück zu justieren, eine Strom- bzw. Spannungsversorgung zum elektrischen Erregen des Drahtes und des Werkstückes, um elektroerosiv Material vom Werkstück abzutragen, und einen Bearbeitungs-Vorschub, um relativ den Werkzeugkopf und den Werkstückhalter zu verschieben, so daB der über die Führungseinrichtung vordringende Draht einen vorbestimmten Oberflächenbereich auf dem Werkstück entlang eines vorbestimmten Bearbeitungsweges überstreicht, um darin das dreidimensionale Oberflächenprofil zu formen, wobei die Führungseinrichtung eine elektrisch leitende vertiefte (mit einer Nut versehene) Drahtführungsfläche besitzt, die den vordringenden Draht so aufnimmt, daß dieser im wesentlichen zur benachbarten Werkstückflächa freiliegt.

030016/0851

Die Führungseinrichtung hat eines ader mehrere umlaufende oder nicht umlaufende Führungsglieder, deren Drahtführungsanordnung einstellbar sein kann, um veränderlich die Länge, die Breite und den Bereich des Drahtes einzustellen, der daneben in einer Bearbeitungsbeziehung mit der LJerkstückoberflache läuft.

Der Bearbeitungs-Vorschub kann aufweisen eine erste Antriebseinrichtung zum Verschieben des LJerkzeugkopfes zum und vom Werkstück entlang einer Z-Achse und eine zweite Antriebseinrichtung zum Verschieben des Werkstückhalters in einer Ebene entlang der X-Achse und der Y-Achse, die senkrecht zur Z-Achse sind. Vorzugsweise kann eine dritte Antriebseinrichtung enthalten sein, die eine Dreheinrichtung aufweist, um den Uerkzeugkopf um die Z-Achse in Drehung zu versetzen, so daß die Richtung des quer laufenden Vorschubes des Drahtes immer senkrecht oder allgemein unter einem vorbestimmten Winkel zu der im Werkstück bearbeiteten Oberfläche verläuft. Beim Schleifen werden insbesondere die zweite und die dritte Antriebseinrichtung verwendet, während Fräsen und Formen im allgemeinen die erste, die zweite und die dritte Antriebseinrichtung gemeinsam benötigen. Eine herkömmliche numerische Steuerung wird verwendet, damit der Antrieb den Werkzeugkopf die Werkstückoberfläche unter einem Programm überstreichen läßt, das so voreingestellt ist, daB es einem gewünschten Abtastweg entspricht.

Zusätzlich kann eine vierte Antriebseinrichtung vorhanden sein, um eine Neigung des liierkzeugkopfes mit einen veränderlichen Uinkel bezüglich des Werkstückes zu erlauben, so daß der izlerkzeugkopf und das Werkstück relativ mit fünf Freiheitsgraden verschiebbar bzw. drehbar sind.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Rütteleinrichtung vorgesehen, um ein Hochfrequenz-Rütteln im Schall- oder Ultraschallbereich direkt ader indirekt z.B. durch ain BearbeitungemadiuB auf den Draht zu Oberwagen, der durch die Führungseinrichtung neben dem Werkstück vordringt. Das Rütteln kann mittels eines elektrochemischen Wandlers oder eines

— 7 —

030016/08B1

magnetostriktiven Bauelements erzeugt werden; es kann jedoch in vorteilhafter Weise abhängig von elektrischen Bearbeitungsimpulsen induziert werden, die am Bearbeitungsspalt zwischen dem Draht und dem Werkstück liegen. Insbesondere ist ein Resananzglied mit dem Bearbeitungsspalt verbunden, dessen Resonanzfrequenz auf die Frequenz der elektrischen Schwingung abgestimmt ist, die am Bearbeitungsspalt erzeugt wird.

Eine Mehrachsen-Fräs-, Form- oder Schleif-(Hobel-)EDM-Maschine trägt also Material von einem gewählten Oberflächenteil eines Uerkstückes mit einer durchgehenden Laufdrahtelektrode ab, die an einem Endteil eines Lderkzeugkopfes geführt und benachbart zum Werkstück angeordnet ist. Der Draht dringt kontinuierlich vor und läuft von einer Vorratsspule zu einer Aufuickelspule auf dem Werkzeugkopf durch eine Antriebseinrichtung, um kontinuierlich die aktive Elektrodenfläche am Führungsabschnitt zu erneuern, während eine Lagesteuerung den Uerkzeugkopf abtastend über die Werkstückfläche führt. Ein hochfrequentes (mechanisches) Rütteln wird direkt ader indirekt auf die Drahtelektrode übertragen, die durch den Führungsabschnitt gelagert ist, während sie neben dem Werkstück läuft.

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

Figur 1 einen Aufriß mit einem Werkzeugkopf einschließlich einer Drahtführungseinrichtung nach der Erfindung,

Figur 2 einen vergrößerten Aufriß einer anderen Ausführungsform der Drahtführungseinrichtung nach der Erfindung, Figur 3 eine Seitensicht der Drahtführungseinrichtung der Figur 2,

Figur ί+ einen Aufriß einer weiteren Ausführungsform des Drahtführungsteiles nach der Erfindung,

Figur 5 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung einschließlich eines Werkzeugkopfes mit einer Drahtführungseinrichtung aus zwei Drehführungsrollen oder -walzen der Figur 1,

-B-

030016/0861

-B-

Figur 6 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, das grundsätzlich dem Ausführungsbeispiel der Figur 5 entspricht und zuiei Führungsblöcke mit Gleitführungsflachen verwendet,

Figur 7 eine Draufsicht mit einem auf dem werkstück nach der Erfindung geformten Muster,

Figur B eine zur Figur 5 oder 6 ähnliche schematische Darstellung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung einschließlich einer Einrichtung, um die Laufdrahtelektrode in eine Schwingung oder Rüttelbeuiegung zu versetzen, und

Figuren 9 bis 11 Aufrisse weiterer verschiedener Ausführungsformen der Drahtführungseinrichtung eines LJerkzeugkopfes nach der Erfindung, uobei jedes Führungsglied eine Rütteleinrichtung besitzt, die in verschiedenen Ausführungsfarmen zugeordnet ist.

In Figur 1 ist eine Draht- oder eine ähnliche längliche durchgehende Elektrode 1 (im folgenden als "Draht" bezeichnet) vorgesehen, die aus Kupfer, Messing ader einem ähnlichen Material besteht, das in herkömmlichen elektrischen Laufdraht- oder Drahtschneid-Entladungsmaschinen verwendet wird, und die eine Dicke von 0,05 bis 1 mm besitzt. Der Draht 1 ist über zwei elektrisch nichtleitenden Rollen oder üJalzen 2a und 2b gelagert, um eine Spannstrecke 1a zu tragen, die an einem vorspringenden Endteil 3a eines üjerkzeugkopfes 3 angeordnet ist, der eine Draht-Uorratsspule k und eine Aufwickelspule 5 hat (vergleiche Figur 1) und weiterhin Antriebsrollen 6 und Bremsrollen 7 aufweist, die darauf zusammen mit Hilfsführungsrollen Ba und Bb angebracht sind. Die Antriebsrolle 6 und die Bremsrolle 7 werden angetrieben, damit der Draht 1 von der Vorratsspule k abgewickelt und auf der Aufwickelspule 5 aufgewickelt wird und in der Strecke dazwischen einschließlich einer U-förmigen Strecke über die Bearbeitungs-Führungswalzen 2a und 2b kontinuierlich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit unter einer geeigneten (mechanischen) Spannung läuft. Obwohl dies nicht dargestellt ist, sind die die Drahtführungseinrichtung bildenden Rollen 2a und 2b fUr Bearbeitungszwecke jeweils mit einer Drahtaufnahmevertiefung oder -nut auf

030016/0851

deren Mantelfläche mit einer derartigen Tiefe und Breite versehen, daß der wesentliche Teil des Drahtes 1 freiliegen kann. Wenn lter in den Vertiefungen geführte Draht 1 angetrieben wird, laufen die Rollen 2a und 2b um.

Die Figuren 2 und 3 zeigen eine andere Ausföhrungsför» einer Beartreitungs-Drahtfüfarungseinrichtunig 9 zum Justieren des Laufdrahtes in der U-förmigen Anordnung am vorspringenden Endteil des liäerkzeugkopfes 3. In diesem AusFührungsbeispiel hat das Führungsglied 9 zwei Segmente 9a und 9b, die am klerkzeugkopfende 3a befestigt sind und Drahtaufnahmenuten 10 auf deren jeweiligen Außenflächen aus elektrisch nichtleitendem abriebfestem Material, z.B. Saphir, besitzen, durch die der Draht 1 gleitend aufgenommen wird. Wenn der Draht 1 angetrieben wird, beuiegt er sich in diesem Fall daher gleitend in den nichtleitenden Führungsnuten 1G. Die Führungssegmente 9a und 9b sind, uie dies dargestellt ist, miteinander durch eine Schraubanordnung 11 gekuppelt, deren Einstellung eine Änderung in der Breite oder dem Bereich des Drahtes 1a an der Spitze der U-förmigen Laufstrecke bewirkt, die gegebenenfalls daneben in einer Bearbeitungsbeziehung mit einem Werkstück vorgesehen sein kann.

Figur it zeigt eine weitere Ausführungsfarm einer Bearbeitungs-Drahtführungseinrichtung 12 mit drei Rollen 12a, 12b und 12c zum Führen des Drahtes 1 entlang einer U-förmigen Strecke mit einem verengten Endteil oder einer V-förmigen Laufstrecke einschließlich einer gerundeten Spitze. Die Führungsrallen 12a, 12b und 12c werden durch das Ende 3a des LderkzeugkopfEs 3 über jeweilige Lagerschrauben 13a, 13b und 13c getragen, die einstellbar sind, um veränderlich die Anordnung der Draht-Laufstrecke einzustellen, die durch die Lagen der Rollen 12a, 12b und 12c bestimmt ist. Uie die Rollen 2a und 2b in Figur 1 ist die Rolle 12b am unteren Ende der Anordnung 12 auf ihrem Rand mit einer nichtleitenden vertieften überfläche einschließlich einer derartigen Tiefe und Breite versehen, so daß der Draht 1 in seinem wesentlichen Teil freiliegen kann, wenn dieser darauf geführt wird.

- 10 -

030016/08S1

In Figur 5 sind eine kJerkzeuganordnung 14 aus dem Werkzeugkopf 3, der die Vorratsspule 4, die Aufwickelspule 5, die Antriebsrollen 6 und die Bremsrallen 7 (und im allgemeinen auch nicht gezeigte Führungsrollen Θ) trägt, die das Draht-Vorschubsystem bilden, und die Bearbeitunns-Fünrungsrollen 2a und 2b, die am vorspringenden Endteil 3a des literkzeugkopfes 3 angeordnet sind, neben einem Werkstück 15 dargestellt, das fest auf einem Werktisch 16 angebracht ist. Der letztere wird in üblicher liteise in einer waagrechten Ebene durch einen Kreuz-Vorschub-Antrieb mit einem ersten Motor 17 zum Verschieben des Werktisches 15 entlang einer X-Achse und einem zweiten Motor 1Θ zum Verschieben des Werktisches 15 entlang einer zur X-Achse senkrechten Y-Achse angetrieben.

Die ülerkzeuganordnung 14 wird vertikal entlang einer Z-Achse durch einen Motor 19 angetrieben und um die senkrechte oder Z-Achse mit einer Drehbewegung θ durch einen weiteren Motor 21 gedreht. Die Drehachse des Werkzeugkopfes 3 ist senkrecht oder orthogonal zur Achse des Drahtes 1 liegend gezeigt, der durch die Führungsrollen 2a und 2b im Bereich des Werkstückes 15 gelagert ist.

Die vier dargestellten Motoren 17, 1Θ, 19 und 21 werden abhängig vom jeweiligen Verlauf von Steuerimpulsen von einer numerischen Steuereinheit (IMG) 22 angesteuert, die in üblicher Weise aufgebaut sein kann.

Eine Strom- bzw. Spannungsversorgung 23, die zur Einspeisung der Bearbeitungsenergie dient, ist einerseits mit dem werkstück 15 und andererseits mit der Drahtelektrode 1 über eine Bürste in der Strecke des Drahtes 1 bei einer oder mehreren Drahtablauf-Führungsrollen auf dem Kopf 3 verbunden; in der Zeichnung ist sie lediglich mit den Führungsrollen 6 verbunden gezeigt. Wie bereits oben erwähnt wurde, bestehen die Bearbeitungs-Führungsrollen 2a und 2b aus einem elektrisch nichtleitenden Material wenigstens auf deren Berührungsoberflächenbereichen mit dem Draht 1, so daß kein Leckstrom durch die Rollen 2a und 2b im Bereich des Werkstückes 15 geleitet werden kann.

- 11 -

030016/0861

Die Strom- bzw. Spannungsversorgung 23 kann so ausgebildet sein, daß sie einen gleichgerichteten Strom (Gleichstrom) für elektrochemisches Bearbeiten (ECW) oder eine Reihe elektrischer Impulse für elektroerosives Bearbeiten (EDM), elektrochemisches-elektroerosives Bearbeiten (ECDM) oder für elektrochemisches Bearbeiten (ECM) abgibt, wobei diese V/erfahren oder Prozesse im allgemeinen als elektrisches oder alektroerosives Bearbeiten bezeichnet werden. Das die Materialabtragung anbelangt, so idird die Bezeichnung "elektroerosiv" oder "auf elektroerosivem Weg" hier im allgemeinen im Zusammenhang damit trotz der Tatsache verwendet, daß verschiedene Bearbeitungsprinzipien wahlweise verwendbar sind.

Obwohl dies nicht dargestellt ist, wird auch ein geeigneter Fluidvorrat vorgesehen, um ein Bearbeitungsmedium, z.B. ein flüssiges Dielektrikum oder einen Elektrolyten, in den Bereich des Bearbeitungsspaltes zwischen dem Werkstück 15 und der Drahtelektrode 1a zu speisen, die über die Führungsrollen 2a und 2b gelagert ist.

Im Betrieb erzeugt der kontinuierlich von der Uorratsseite U, 7 zur Aufnahmeseite 5, 6 vordringende Draht 1 im Bereich des Endes 3a des üJerkzeugkopfes 3 eine kontinuierlich erneuerte Bearbeitungselektrodenfläche mit einem durch den Abstand zwischen den Führungsrollen 2a und 2b bestimmten Bereich, um elektroerosiv Material von dem Oberflächenbereich des Werkstückes 15 abzutragen, der neben oder direkt gegenüber hierzu vorgesehen ist. Der Motor 19 kann angesteuert werden, um den Kopf 3 nach unten entlang der Z-Achse mit fortschreitender Materialabtraqung vorzutreiben, bis eine gewünschte Bearbeitungstiefe oder -dicke im Werkstück 15 erreicht ist, wonach der Werktisch 16 durch den Betrieb des X-Achsen-Matores 17 und des Y-Achsen-Motores 18 verschoben wird, so daß die Spannstrecke des Drahtes 1a zwischen den Führungen 2a und 2b seitlich bezüglich des Werkstückes 15 verschoben wird, um die Materialabtragung fortzusetzen.

- 12 -

030016/0851

Während der Werktisch 16 in der X-Y-Ebene verschoben wird, kann der Drehantriebsmotor 21 gleichzeitig angesteuert werden, um den Werkzeugkopf 3 entlang der Winkelkoordinate B um die Z-Achse zu drehen, die die Spannstrecke des Drahtes 1 zwischen den Führungen 2a und 2b in deren Mitte schneidet oder die sich im allgemeinen senkrecht oder orthogonal zur X-Y-Ebene erstreckt, so daß die Richtung einer seitlichen Verschiebung immer senkrecht zur Bearbeitungs-Spannstrecke der Drahtelektrode 1 liegen kann.

Folge-Bearbeitungsblöcke, die ein auf dem Werkstück 15 auszuführendes Oberflächenprofil oder -muster festlegen, sind daher durch entsprechende Reihen von X-Achsen-, Y-Achsen-, Z-Achsen- und 0-Achsen-Verschiebungen zusammen festgelegt, die in der numerischen Steuerung in der Form eines vorbestimmten Programmes gespeichert sind. Indem die Motoren 17, 18, 19 und 21 mit Befehlsimpulsen ansteuerbar sind, die von der numerischen Steuerung entsprechend hiermit eingespeist sind, um die jeweiligen axialen Vorschübe in jedem Folgeblock auszuführen, wird das gewünschte Oberflächenprofil oder -muster auf der Werkstückoberfläche 15 erzeugt.

Obwohl dies nicht dargestellt ist, kann zusätzlich eine Werkzeugkopfanordnung 1f» mit einem fünften Achsen-(!^-)Antrieb zum Neigen oder Drehen des Kopfes 3 um einen veränderlichen Winkel φ bezüglich der Z-Achse vorgesehen werden, damit die Spannstrecke des Drahtes 1 bei der Führung 2a, 2b mit einem Winkel (T-φ) bezüglich der waagrechten oder X-Y-Ebene neigbar ist.

Die Dicke des Drahtes 1 liegt im allgemeinen im Bereich zwischen 0,05 mm und 1 ram, wie dies oben erwähnt wurde, und erstreckt sich insbesondere oberhalb von 0,1 mm. Z.B. sind Drahtelektroden mit einem Durchmesser von 0,2 mm oder 0,3 mm in der Lage, einen mittleren Bearbeitungestrom von 7 A bzw. 16 A in einer EDM-Operation mit Wasser als Bearbeitungsmedium zu führen, was es erlaubt, eine Abtragungsgeachwindigkeit von 0,33 g/min und eine Oberflöchenrauhheit von 12 ^R

- .13 -

030016/0851

mit einer Stabilität des Prozesses zu erzielen, wenn der Draht mit einer Laufgeschwindigkeit von z.B. 3,5 m/min abläuft.

In dem in Figur 6 dargestellten Ausführungsbeispiel hat die durch den Uerkzeugkopf 3 getragene Bearbeitungsdrahtführung 2 zwei V/iertelscheibenglieder 20a und 2Gb, die jeweils im Abstand sicher an den beiden Ecken des Endes 3a befestigt sind und wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen jeweils auf ihrem Rand eine vertiefte elektrisch nichtleitende Fläche besitzen, um den entlang der U-förmigen Strecke ablaufenden Draht aufzunehmen und gleitend zu führen. Die Kopfanordnung 1^ in dem durch die vier Antriebsmotoren 17, 18, 19 und 21 unter dem Befehl der numerischen Steuerung 22 angetriebenen System ist so dargestellt, daß sie eine durch Strichlinien gezeigte Materialabtragung auf dem üJerkstück 15 ausgeführt hat, wobei der von der Strom- bzw. Spannungsversorgung 23 abgegebene Bearbeitungsstrom zwischen der Drahtelektrode 1 und dem Werkstück 15 liegt. In diesem Fall wird das zu relativ ebenen Flächen führende Schleifen (Hobeln) zuerst durchgeführt, wobei der Draht 1 zwischen den Führungsgliedern 2Qa und 20b läuft, und gewünschte Uorsprünge oder Rippen bzw. Kanten 15a werden mittels des Drahtes 1 erhalten, der über die Führungsflächen der Glieder 2Ga und 2Db geführt ist.

Figur 7 zeigt eine Draufsicht des bearbeiteten Werkstückes 15 mit einer geschlossenen Kante 15a, die darauf nach dem Schleifen in einem gewünschten Muster zurückbleibt. Derartige Schleifmuster sind insbesondere zur Herstellung bestimmter Formwerkzeuge (Matrizen und Patrizen) mit kreisförmigen oder anderen darauf zurückbleibenden Kanten vorteilhaft, die in zweckmäßiger Ueise einen Bruch eines Metallbleches vermeiden, wenn dieses gestanzt oder durchbohrt wird. Eine derartige besondere Musterbildung kann daher sofort mit den Ausführungsbeispielen der Erfindung erzielt werden.

Figur 8 zeigt ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, in der ein Rüttler Zk zum hochfrequenten Rütteln des Drahtes

- 11» -

030016/0851

vorgesehen ist. Der Rüttler 2k hat einen Wandler 25, der aus Quarz, AlFe, Ni-Familie, Kobaltatahl, PbTiD₃-Familie, Pb(TiZr)0₃-Familie, Rochellesalz oder anderen elektrisch (piezoelektrisch), magnetisch (magnetostriktiv) oder elektromagnetisch schwingfähigen Elementen zusammengesetzt sein kann. Der Wandler 25 hat einen mit ihm gekuppelten Arm 26, dessen Ende 26a bei einer tragenden Führung 27 im Eingriff mit dem Draht 1 ist, der von der Vorratsseite k auf dem Werkzeugkopf zur Bearbeitungsführung 2 aus den beiden Rollen 2a und 2b vordringt. Das durch den Wandler 25 eingeführte Hochfrequenz-Rütteln uiird daher auf die Draht-Spannstrecke 1a übertragen, die im Bereich der Bearbeitungsführung 2 verläuft.

Der Wandler 25 kann auch eine Ersatzkapazität C bilden, wenn er elektrisch mit dem Bearbeitungsspalt zwischen dem Draht 1 und dem Werkstück 15 verbunden ist, und er kann - wenn eine Induktivität L in Reihe oder parallel hierzu vorgesehen wird - eine Resonanzschaltung erzeugen.

Eine Spule 2Θ ist daher zusammen mit dem Wandler 25 in diesem Ausführungsbeispiel in der Schaltung vorgesehen, die die elektrische Bearbeitungs-Strom- bzw. Spannungsversorgung/ffirt dem Draht 1 und dem Werkstück 15 verbindet. Die Verbindung besteht, wie dies gezeigt ist, aus der Spule 26 und dem Kondensator in Reihe mit der Strom- bztu. Spannungsversorgung 23 und einer der Bremsrollen 7 für den Draht 1, so daß der Draht 1 wirksam erwärmbar ist, um seine Geradlinigkeit vor der Ankunft im Bearbeitungsbereich bei der Führung 2 zu erhöhen. Die Induktivität L der Spule 2B ist so gewählt, daß sie zusammen mit der wirksamen Kapazität C des Wandlers 25 eine Resonanzbedingung mit dem Bearbeitungsstrom aufbaut.

Wenn Bearbeitungsimpulse von der Strom- bzw. Spannungsversorgung zwischen die Draht-Spannstrecke 1 bei der Führung 2 und das Werkstück gespeist werden, um elektroerosive Entladungen im dort liegenden Spalt

- 15 -

030016/0851

zu erzeugen, wird die Reihenschaltung aus dem liiandler 25 und der Spule in den Resonanzzustand gebracht. Der durch den Resonanzstram erregte Wandler 25 erzeugt ein Hochfrequenz-Rütteln, das durch den Arm 26 verstärkt an den Draht 1 beim Führungsteil 27 abgegeben uird. Die Schaltungsparameter des Wandlers 25 und der Spule 2Θ sind so eingestellt, daß diese in Resonanz mit einer Hochfrequenzkomponente des Spalt-Entladungsstromes oder mit einer Hochfrequenzkomponente sind, die im Spalt-Entladungsstrom enthalten ist, um ein geuiünschtes Hochfrequenzsignal im Bereich zwischen 1 und 200 kHz zu erhalten, das durch den Laufdraht 1 geführt wird und sich durch diesen ausbreitet. Das Ergebnis ist eine transversale wellige Bewegung der Draht-Spannstrecke 1a bei der Hochfrequenz mit zahlreichen Knoten und Bäuchen bzw. Schleifen bei der Bearbeitungsführung 2.

Das Rütteln oder Schwingen des Drahtes 1 bietet verschiedene vorteilhafte Wirkungen in der Bearbeitungszone der vorliegenden Vorrichtung. Es dient zur Steigerung der Entfernung von Spänen und Gasen, die in bearbeiteten Vertiefungen und Aussparungen erzeugt sind, zur Erleichterung der Dünnflüssigkeit des Bearbeitungsmediums und zum Abbrechen einer Bogenentladung und eines Kurzschlusses, die auftreten können. Weiterhin erleichtert! die Bildung und der kontinuierliche Lauf der Mehr-Knoten und -Bäuche in der Draht-Spannstrecke 1 eine ausgeglichene und disperse Erzeugung elektrischer Entladungen über den gesamten benachbarten Elektroden- und Werkstück-Oberflächen, so daß die Oberflächenbeschaffenheit verbessert und die Abtragungsgeschwindigkeit sowie die Bearbeitungswirksamkeit gesteigert werden kann. Die erhöhte Abführung von Spänen oder die Spalt-Reinigung und die möglichst geringe Beschädigung durch einen Bogen oder Kurzschluß machen die dünne Drahtelektrode wenig bruchempfindlich, wodurch die Bearbeitungsstabilität und -leistungsfähigkeit gesteigert ist.

Eine Verbesserung in der Abtragungsgeschwindigkeit und der Bearbeitungswirksamkeit beruht auch auf der Überlagerung der durch die Ersatzkapazität des Wandlers 25 und die Spule 2Θ gelieferten Resonanzenergie

- 16 -

030016/0861

auf die Quellenenergie, die van der Strom- bzw. Spannungsversorgung für Bearbeitungsentladungen abgegeben wird.

Die Spule 28 kann auch zusätzlich durch eine äußere Hochfrequenz-Strom- bzw. -Spannungsquelle erregt werden, damit der Wandler 25 stabil schwingt und die Schwingung auf den Draht 1 mit erhöhter Wirkung überträgt.

Die Verwendung einer schwingfähigen Resonanzschaltung 25, 28, wie diese gezeigt ist, liefert jedoch bestimmte Vorteile gegenüber der äußeren Signalquelle. Da die erzeugte Schwingung synchron mit den Bearbeitunqsentladungen und in der Energie in Beziehung mit den Bearbeitungsentladungen ist, wird deren Schwingungsart abhängig von den Bearbeitungsbedingungen auf einem optimalen Wert gehalten.

Figur 9 zeigt eine Abwandlung des Rüttlers 2k, bei der der durch den Wandler 25 erregte schwingfähige Arm 26 (vergleiche oben) in Eingriff mit einer Bearbeitungsführung 30, z.B. einem Saphir, gehalten wird, die auf dem Werkzeugkopf/Testgelegt ist, um den Draht 1 entlang einer LJ-förmigen Strecke zu führen. Die auf das Führungsglied 30 einwirkende Schwingung wird auf den Draht 1 übertragen. Das Führungsglied 30 weist auf seinem spitzen Teil eine Aussparung 30a auf, so daß die darüber laufende Draht-Spannstrecke 1a frei schwingen kann.

In einer in Figur 10 gezeigten Abwandlung ist auch ein Führungsglied 31, das darüber den Draht 1 in einer U-förmigen Strecke führt, auf seiner Einlaßseite mit einer Aussparung 31b versehen, und das Ende 26a des Armes 26 wird in Eingriff mit dem Draht 1 gehalten, der über die Aussparung 31a verläuft. In dieser Vorrichtung wird ein Hochfrequenz-Rütteln ader -Schwingen, das auf den Draht 1 bei der Aussparung 31b einwirkt, übertragen, so daB die Draht-Spannstrecke 1a über der Aussparung 31a frei schwingen kann.

- 17 -

Ö30016/08E1

Figur 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rüttlers, bei dem das Elektrodensystem gleichzeitig mehreren Schwingungsarten ausgesetzt ist. In diesem Fall wirkt ein Hochfrequenz-Schwingen oder -Rütteln einer Frequenz im Bereich zwischen 10 und 2DD kHz direkt auf den Draht 1 durch die Anordnung 2k in einer Weise ein, die oben anhand der Figuren B, 9 ader 10 erläutert uiurde, so daß die Draht-Spannstrecke la, die über die Aussparung 32a läuft, die am Ende des Führunqsgliedes 32 ausgeführt ist, frei bei der Hochfrequenz schwingen kann, während ein niederfrequentes Schwingen oder Rütteln einer Frequenz im Bereich zwischen 50 und 500 Hz durch einen Hilfsrüttler 33 auf den LJerkzeugkDpf 3 einwirkt, der es an seinem Ende zum Führungsglied 32 überträgt. Das niederfrequente Schwingen oder Rütteln wird daher zur Draht-Spannstrecke 1a übertragen, wo es dem hochfrequenten Schwingen ader Rütteln überlagert wird. Hier hat das niederfrequente Schwingen oder Rütteln vorzugsweise eine größere Amplitude als das hochfrequente Schwingen oder Rütteln.

Es sei darauf hingewiesen, daß das Schwingen oder Rütteln alternativ oder zusätzlich auf die Seite des Werkstückes und auch indirekt auf den Draht über die elektrische Bearbeitungsflüssigkeit zur Bearbeitungszone mittels z.B. einer Düse 35 einwirken kann (vergleiche Figur 8). Weiterhin können diese verschiedenen Schuingungsarten in einer gewünschten Kombination verwendet werden.

Die Schwingungsanordnung, die in einer der oben erläuterten Ausführungsfarmen dem dreidimensionalen Draht-Werkzeugkopf zugeordnet ist, gewährleistet ein stabilisiertes Bearbeiten. Der dreidimensionale Abtastkopf hat eine Führungsanordnung mit nichtleitenden IMut-Drahtführungsflachen, so daß der wesentliche Teil des darüber kontinuierlich laufenden Drahtes die Erzeugung im wesentlichen jedes gemusterten Oberflächenprofils auf einem Werkstück mit einer hohen Materialabtra gung und gesteigerter Leistungsfähigkeit erlaubt, d.h. rascher, wirtschaftlicher und wirksamer als herkömmliche elektrische Einsenk-

- 18 -

Ö30Ü16/08S1

Bearbeitungsköpfe mit einer festen, dreidimensional geformten Elektrode. Bei der Erfindung mit der nacheinander durch kontinuierliches Ablaufen erneuerten Drahtelektrodenoberfläche wird der Abrieb darauf wirksam kompensiert, um eine Deformation unwesentlich zu machen; gewünschte Oberflächenmuster werden mit einer ausreichend hohen Genauigkeit erzielt.

Es sei darauf hingewiesen, daß die in Figur B gezeigte Resonanzschaltung zum Erzeugen einer hochfrequenten Schwingung tatsächlich auch eine Parallel-Verbindung über dem Bearbeitungsspalt zwischen dem Werkstück 15 und der Drahtelektrode 1 erlaubt. Die Spule im Rüttler Zk kann auch mit einem äußeren Kondensator verbunden werden, um eine Resonanzschaltung zu bilden, die an den Spalt entweder in Reihe oder parallel mit der Quelle 23 angeschlossen werden kann. Die l/erwendung einer durch den Rüttler Zk eingenommenen Kapazität ader Induktivität zur Bildung einer Resonanzschaltung ist zur Vereinfachung der Vorrichtung vorteilhaft.

Eine weitere oder alternative Aus Führungsform des Rüttlers Zk kann verwendet werden, die auf eine elektromagnetische Induktion zurückgeht. Der durch den Draht 1 fließende Bearbeitungsstrom kann dann mit einem äußeren Magnetfeld zusammenwirken, damit der Draht 1 schwingt. Das äußere Magnetfeld kann durch eine Resonanzschaltung aus einer Feldspule und einem äußeren Kondensator erzeugt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zusammen in verschiedenen Bereichen von Bearbeitungsoperationen mit EDM, ECM oder ECDM vorteilhaft anwendbar.

030016/0851

Claims

Patentanwälte

BEETZ-LAMPRECHT-BEETZ
8QQQ München 22 - SWoadorfetr. 10

58I-30.24lP(3o.242H) 5. Okt. 1979

Patentansprüche

( 1. Elektrische Bearbeitungsvorrichtung zum Erzeugen eines dreidimensionalen Dberflächenprofils in einem Werkstück, mit

— einer durchgehenden länglichen Elektrode,

-· einem Elektroden-Vorschub zum axialen Ablaufen der Elektrode von einem Vorrat zu einer Aufnahmeeinrichtung,

— einem Werkstück-Träger für das Werkstück und

— einer Elektroden-Führungseinrichtung, die durch einen Werkzeugkopf gelagert ist und neben dem Werkstück liegt, um die unter (mechanischer) Spannung ablaufende Elektrode in eine Bearbeitungsbeziehung mit dem Werkstück zu justieren,

gekennzeichnet durch

—eine Strom- bzu. Spannungsversorgung (23) zum elektrischen Erregen der Elektrode (1) und des Werkstückes (15), um elektroeroaiv vom Werkstück (15) Material abzutragen, und

—eine Bearbeitungs-Vorschubeinrichtung zum relativen Verschieben des Werkstück-Trägers (16), damit die über die Führungseinrichtung (2a, 2b)voi*-

581-(A723) - 2 -

030016/0851

-ORIGINAL INSPECTED

"²" 23Α0Α77

dringende Elektrode (1) einen vorbestimmten Oberflächenbereich auf dem Werkstück (15) entlang einer vorbestimmten Bearbeitungsstrecke überstreicht, um darin das dreidimensionale Oberflächenprofil zu bilden,

n.Vfat,

—wobei die Führungseinrichtung (2a, 2b) eine elektrisch leitende IMut-Drahtführungsf lache zur Aufnahme der vordringenden Elektrode besitzt, wenn diese zur Oberfläche des Werkstückes (15) freiliegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungs-Uorschubeinrichtung aufweist:

— eine Einheit zum Verschieben des LJerkzeugkopfes (3) in einer Z-Achse, und

— eine Einheit zum Verschieben des Uerkstück-Trägers (16) in einer X-Y-Ebene senkrecht zur Z-Achse.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

— daß die Bearbeitungs-Vorschubeinrichtung eine Einheit aufweist, um den Uerkzeugkopf (3) um eine Achse parallel zur Z-Achse zu drehen.

k. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

— daß die Bearbeitungs-Vorschubeinrichtung eine Einheit aufweist, um den Uerkzeugkopf (3) bezüglich der X-Y-Ebene zu neigen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

— eine Rütteleinrichtung (24) zum Übertragen einer Schwingung auf den Draht (1).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

— daß die Rütteleinrichtung (Zk) eine Resonanzschaltung aufweist,

sorg mm (23) die mit der Strom- bzw. Spannungs-verp" un5 fflnem Bearbeitungsspalt zwischen der Elektrode (1) und dem Werkstück (15) verbunden ist.

030Ö16/08B1

7. Vorrichtung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet,

— daß die Rütteleinrichtung den Draht (1) bei einer Frequenz im Bereich zwischen 10 und 200 kHz rüttelt bzw. in Schwingung versetzt.

B. Vorrichtung nach Anspruch 7,

gekennzeichnet durch,

— eine Einrichtung zum Übertragen eines niederfrequenten Rütteins einer Frequenz im Bereich zwischen 50 und 500 Hz auf den Iderkzeugkopf (3).

030016/0851