DE3014084C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Einfädeln von Elektrodendraht in Funkenerosionsmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einfädeln von Elektrodendraht in Funkenerosionsmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Bei üblichen Funkenerosionsmaschinen mit drahtförmiger Elektrode, wie sie zur Ausführung von Schneidarbeiten nach Art von Bandsägen benutzt werden, läuft der Elektrodendraht mit vorgegebener Geschwindigkeit durch das Ende des Erosionsspaltes im Werkstück, um die durch Funkenbildung beeinflußte Drahtoberfläche ständig gegen eine unbeeinflußte Oberfläche auszu-

tauschen. Der Draht läuft dabei von einer Zuführvorrichtung durch den Arbeitsraum der Maschine zu einer Abzugsvorrichtung und wird durch mechanische Spannung genau gerade gehalten, wie es für die Erzeugung geometrisch genauer Schnittflächen erforderlich ist. Für die Arbeitsbereitschaft der Maschine ist das Einfädeln des aus der Zuführvorrichtung kommenden Drahtes in die Abzugsvorrichtung unter Durchquerung des Arbeitsraumes erforderlich. Insbesondere bei Schnitten längs geschlossener Konturen, die von einer durchgehenden Werkstückausnehmung ausgehen, z. B. einer Bohrung geringen Durchmessers, muß der Elektrodendraht auch durch diese Bohrung gefädelt werden, was mit einem erheblichen Arbeitsaufwand verbunden ist, vor allem bei großen Werkstück- bzw. Bohrungstiefen und bei einer größeren Anzahl von herzustellenden Ausnehmungen mit geschlossener Kontur. Entsprechendes gilt für Ausnehmungen, die zwar eine Konturdurchbrechung nach außen aufweisen und daher grundsätzlich ein Herausführen des Elektrodendrahtes zulassen, hierzu wegen der Werkstückgeometrie jedoch komplizierte und zeitaufwendige Bewegungen erforderlich machen.

Eine Einrichtung zum automatischen Einfädeln von Elektrodendraht durch eine Werkstückausnehmung ist bekannt aus der CH-PS 5 59 599. Hiernach wird der Anfangsabschnitt des Elektrodendrahtes mittels eines Druckmediums durch die Werkstückausnehmung geschossen. Bei einem solchen, instationären Schießvorgang wird nur eine begrenzte Menge des Druckmediums in Bewegung gesetzt, so daß der Anfangsabschnitt des Elektrodendrahtes vergleichsweise stark beschleunigt werden muß, um während der verfügbaren, begrenzten Einwirkungszeit der verschossenen Menge des Druckmediums durch die Ausnehmung zu gelangen. Dies ist nur mit extrem hohen Drücken und Geschwindigkeiten des Druckmediums erreichbar, wobei die hohe Einführgeschwindigkeit des Drahtes leicht zu einer unerwünschten Ablenkung an Unebenheiten der Werkstückausnehmung und gegebenenfalls zum Hängenbleiben des Anf jigsabschnitts führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Einfädelverfahrens und einer entsprechenden Einrichtung, die eine sichere und auch bei engen und tiefen Startbohrungen zuverlässige Führung des Elektrodendrahtes durch den gesamten Arbeitsraum ermöglicht. Die erfindungsgemäße Lösung diener Aufgabe kennzeichnet sich bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale, während die erfindungsgemäße Einrichtung zur Losung der Aufgabe durch ue Merkmale des Anspruchs 5 bestimmt ist.

Der der.inach vorgesehene, gerichtete Flüssigkeitsstrahl führt den sich vergleichsweise langsam bewegenden Anfangsabschnitt des Elektrodendrahtes unter entsprechend starker Relativbewegung und Flüssigkeilsreibung, d. h. mit einer vergleichsweise großen Antriebskraft, stetig durch die Werkstückausnehmung. Der Draht unterliegt daher im Verlaufe der Einführbewegung einer vergleichsweise starken Spannung in Längsrichtung, wodurch er in gestreckter Form gehalten wird, und zwar weitgehend unabhängig von Unebenheiten und sogar in gewissem Umfang von Vorsprüngen oder anderen Bewegungshemmnissen innerhalb des Arbeitsraumes. Die praktische Erprobung hat insbesondere ge- zeigt, daß damit eine im wesentlichen koaxiale Führung des Drahtes innerhalb des Flüssigkeitsstrahles ohne seitliches Austreten des Drahtanfanges und Gefahr des Verhakens an Vorsprüngen in der Nähe de-/ Drahtbahn erreichbar ist Der Drahtanfang wird vom Strahl erfahrungsgemäß sogar um leichte Abwinkelungen von Fährungs- und Kontaktelementen, wie sie vor und hinter dem Werkstück bzw. Arbeitsraum für die Stromzuführung am Draht vorhanden sind, herumgeführt. Die Flüssigkeitsstrahlführung des Drahtes hat sich ferner auch bei vergleichsweise dünnen Bohrungen von z. B. ca. 1 mm Durchmesser sowie weitgehend unabhängig von der Bohrungstiefe bzw. Werkstückdicke als wirksam und zuverlässig erwiesen. Mit Hilfe an sich üblicher Mittel und Einrichtungen zur Prozeßautomatisierung kann daher ein von menschlichen Eingriffen und einer Überwachung durch Bedienungspersonal weitgehend unabhängiger Arbeitsablauf erzielt werden, was besonders bei Werkstücken mit einer großen Anzahl von herzustellenden Durchbrechungen von großer Bedeutung ist

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert Hierin zeigt

F i g. 1 einen schematischen Vertikalschnitt der wesentlichen Funktionselemente einer Ffinkenerosionsmaschine mit drahtförmiger Elektrode,

F i g. 2 einen Axialschnitt der Flüssigkeitsstrahl-Düse aus der Maschine nach F i g. 1,

F i g. 3 eine Darstellung einer Draht-Schneidvorrichtung wie in Fig. 1, jedoch in einer anderen Betriebsstellung,

F i g. 4 eine vereinfachte Teil-D'raufsicht einer Werkstückoberfläche mit einer Drahteinführungsbohrung und anschließendem Schnitt- bzw. Erosionsspalt und

F i g. 5 einen Schnitt des in F i g. 4 dargestellten Werkstückabschnitts in einer axial zur Einführungsbohrung und durch den Schnitt- bzw. Erosionsspalt verlaufenden Darstellungsebene.

In der Darstellung gemäß F i g. 1 befindet sich zuoberst eine Zuführvorrichtung 12 für Elektrodendraht 30, der nach unten durch eine Werkstückausnehmung in Form einer Einführungsbohrung :1O zu einer Draht-Abzugsvorrichtung 40 verläuft. Das Werkstück 1 ist in üblicher und daher nicht dargestellter Weise zur Gänze in eine Dielektrikumsflüssigkeit eingetaucht und mittels Halterungen 2 an einem bezüglich der Durchlaufbahn des Elektrodendrahtes, bestimmt durch die miteinander in fester räumlicher Zuordnung verbundene Zuführ- und Abzugsvorrichtung, zweidimensional verfahrbaren, ebenfalls innerhalb der Dieiektrikumsflüssigkeit befindlichen Maschinentisch 3 befestigt. Letzterer ist mit einer weiten Aussparung 4 für die Relativbewegung zwischen der Durchlaufbahn des Elektrodendrahtes unJ dem Werkstück versehen.

Die Zuführvorrichtung 12 umfaßt ein Motoraggregat 13, das über ein Ritzel mit an sich bekanntem, im einzelnen nicht dargestelltem Freilauf 14 und über einen Riementrieb 15 eine Zuführrolle 16 mit einer Führungsrille 16a in Umdrehung versetzt. Der Elektrodendraht 30 ist mit einer Windung umschlingend in der Führungsrille 16a angeordnet, wobei die Umschlingung auch ohne Längsspannung des Drahtes durch eine federnde Rolle 18, die im Bereich der Rille auf den Draht einwirkt, aufrechterhalten v. ird. Die Zuführrolle 16 ist ferner mit einer ebenfalls an sich bekannten und daher nicht näher dargestellten, einstellbaren Bremse 17 zur Aufrechterhaltung der Drahtspannung im laufenden .'Jetrieb entgegen der Wirkung der Abzugsvorrichtung 40 versehen.

Von der Zuführvorrichtung 12 gelangt der Draht 30 über eine isolierende, üblicherweise aus Saphir bestehende Abstützung 5 und einen gegensinnig angeordneten, üblicherweise aus Wolfram bestehenden Kontakt 6,

der an eine Stromzuführung 7 angeschlossen ist, zu einer Düse 20 für die Erzeugung eines koaxial zur Draht-Durchlaufbahn verlaufenden Flüssigkeitsstrahls 34, der den Anfangsabschnitt 32 des Drahtes durch die Bohrung 10 zur Abzugsvorrichtung 40 führt. Die Düse 20 ist dazu über einen Anschluß 26 an eine nicht dargestellte Druckflüssigkeitsquelle angeschlossen. Für die Strahlerzeugung kommt z. B. ein Druck in der Größenordnung von einigen zehn bar in Betracht, der für eine geschlossene Strahlführung über seine gesamte Länge ausreicht.

Die Düse 20 ist im Beispielsfall für geradlinigen Durchtritt des Drahtes 30 eingerichtet, wobei der Düsenausgang über den Arbeitsraum 8 der Maschine hinweg auf den Einlauf der Abzugsvorrichtung 40 gerichtet ist. Letztere umfaßt im wesentlichen zwei gegensinnig rotierende Abzugsrollen 41 und 42 mit zugehörigen, endlos umlaufenden Transportbändern 43,44, zwischen denen der Draht unter Anpressung eingefaßt ist und mit vorgegebener Geschwindigkeit abgezogen wird. Die Zufünrgeschwiiiuigkeuii des rviuioraggregais 13 ist ge- M ringer eingestellt, so daß nach dem Einfädeln, wobii letzteres die Geschwindigkeit des Drahtes innerhalb des Flüssigkeitsstrahls bestimmt, der Freilauf 14 den Zuführantrieb unwirksam macht und nur die Bremse 17 für die Drahtspannung in Funktion läßt. Der Zuführmotor kann dann abgestellt werden.

Die Strahlerzeugung erfolgt in der Düse in der aus F i g. 2 ersichtlichen Weise, wobei über den Anschluß 26 zweckmäßig Dielektrikumsflüssigkeit zugeführt wird, so daß Verträglichkeit mit dem Erosionsbad ohne weiteres gegeben ist. Die Düse weist einen trichterförmigen Ringkanal 22 mit einem kegelartigen Zentralkörper 23 auf, wobei die Spaltform entsprechend einer störungsfreien Laminarströmung gewählt ist. An der Düsenmündung 21 ergibt sich somit ein kohärenter, scharf begrenzter Flüssigkeitsstrahl 34, der den wesentlich langsamer laufenden Draht durch Flüssigkeitsreibung mit sich führt, !rn Zentra!körⁿer 23 befindet sich sin Drahtführungskanal 24 mit erweitertem Einlauf und abnehmendem Querschnitt. Im Bereich der Mündung 21 ist der lichte Kanalquerschnitt noch größer als der Drahtquerschnitt, so daß keine Berührung bei koaxialer Führung stattfindet Der Kanal hat also eine Führungsfunktion nur für den Fall eines seitlichen Austritts des Draht-Anfangsabschnitts beim erstmaligen Einführen in die Düse.

Im Anschluß an das Einfädeln kann der Flüssigkeitsstrahl als Spühlstrahl für den Erodierspalt 10a gemäß F i g. 4 und 5 aufrechterhalten werden, was zu einer verbesserten Oberflächenqualität der Schnittflächen führt. Dabei gelangt ein Teilstrahl 34a durch den Spalt, während ein anderer Teil 346 entsprechend dem bezüglich des Strahlquerschnitts geringeren Spaltquerschnitt seitlich abgelenkt wird. Der durchtretende Teil wird in der aus F i g. 1 ersichtlichen Weise durch eine Absaugvorrichtung 50 erfaßt, die zwischen dem Werkstück und der Abzugsvorrichtung 40 angeordnet ist, und einen Absaugkanal mit einer im Austrittsbereich des Erosionsspaltes angeordneten Ansaugöffnung 52 aufweist Der Staudruck des Flüssigkeitsstrahls ist um ein Mehrfaches &o größer als der Saug-Unterdruck in dem Absaugkanal 51 bemessen, so daß beim Einfädeln keine Strahlstörung eintreten kann. Andererseits ist es auch möglich, die Absaugung erst nach dem Einfädeln einzuschalten. Der Erosionsschlamm wird so vor einer Vermischung wirksam abgesaugt. Innerhalb des Bereiches der Absaugvorrichtung befinden sich wiederum eine Abstützung 5 mit Kontakt 6 und Stromzuführung 7.

Zwischen der Düse 20 und dem Werkstück befindet sich eine Schneidvorrichtung 45 zum Abtrennen des Drahtes 30 zwecks Einfädeln in eine andere Ausnehmung. Die Vorrichtung umfaßt zwei zwischen der Ruhestellung R gemäß F i g. I und der Arbeitsstellung A gemäß Fig. 3 zueinander gegensinnig bewegbare Schneidorgane 46 und 47 mit einem Führungselement 47£>, welches in der Stellung A eine der Normaldurchlauflage des Drahtes angepaßte Stellung einnimmt, während die Schneidkante 46a des anderen Schneidorgans in dieser Stellung nur wenig über den Drahtquerschnitt hinaus vorgerückt ist und damit zusammen mit der Schneidkante 47a den Draht einwandfrei trennt, dessen Ende aber praktisch ohne Verbiegung läßt. Mittels Hydraulikmotoren 45a, 45i> in Form von Kolben-Zylinderaggregaten werden die Schneidorgane in synchrone, gegensinnige Bewegung versetzt. Danach kehren sie unter der Wirkung der angedeuteten Rückstellfedern in ihre Ruhelage zurück. Diese Bewegung wird liiiiicis Vcniiicil 48, 49 (siehe Fig.!) l.o. seibsüäiig gesteuert. Die Bewegungsbegrenzung im vorgenannten Sinn wird mittels Anschlägen 45c, 45c/hochgenau eingestellt.

Besonders einfach und vorteilhaft ist ein Anschluß (im einzelnen nicht dargestellt) der Hydraulikmotoren mit ihren Steuerventilen an die zur Strahlerzeugung ohnehin vorhandene Hochdruckquelle.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (17)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Einfädeln von Elektrodendraht in Funkenerosionsmaschinen, insbesondere zum Einfädeln durch Werkstückausnehmungen, bei dem ein Anfangsabschnitt des Elektrodendrahtes mittels eines gerichteten Flüssigkeitsstrahls durch den Arbeitsraum befördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfangsabschnitt (32) des Elektrodendrahtes (30) in den Strahlquerschnitt eingeleitet sowie mit einer vorgebbaren, gegenüber der Strahl-Strömungsgeschwindigkeit geringeren Vorschubgeschwindigkeit innerhalb des Flüssigkeitsstrahles (34) geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Elektrodendraht (30) mitführende Flüssigkeitsstrahl (34) aus der Dielektrikumsflüssigkeit der Funkenerosionsstrecke erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsstrahl (34) im Anschluß an das Einfädein des Eiektrodendrahtes (3G) im laufenden Erodierbetrieb als den Erodierspalt durchströmender Spühlstrahl aufrechterhalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den Erosionsspalt verlassende Teil des Flüssigkeitsstrahles im laufenden Erodierbetrieb vor einer Vermischung mit der die Austrittsstelle umgebenden Dielektrikumsflfissigkeit abgesaugt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einen: der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich beks.-Jiter Weise eine an eine DruckflüssigkeitsqueUe angeschlossene und in den Arbeitsraum der Maschine gr-richtete, den Elektrodendraht (30) aufnehmende Düse (20) vorgesehen ist, and daß diese Düse (20) einen trichterförniiger. Ringkanal (22) aufweist und mit einem kegelartigen Zentralkörper (23) versehen ist, der einen koaxialen Drahtführungskanal (24) aufweist

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Draht-Zuführvorrichtung (12)*nit in an sich bekannter Weise einstellbarer Vorschubgeschwindigkeit und mit einer Freilaufvorrichtung (14) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine einstellbare Bremsvorrichtung (17) für die Aufrechterhaltung der Drahtspannung innerhalb der Werkstückausnehmung bzw. des Erosionsspaltes.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Draht-Zuführvorrichtung (12) eine Zuführrolle mit einer Führungsrille (16a) für die Aufnahme mindestens einer umschlingenden Drahtwindung sowie eine federnde, den Elektrodendraht in die Führungsrille (16a,) drückende Rolle (18) aufweist.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise im Ausgangsbereich der Werkstückausnehmung bzw. des Erosionsspaltes eine Drahtabzugsvorrichtung (40) angeordnet ist und daß im Bereich zwischen dem Werkstück und der Drahtabzugsvorrichtung (40) eine den austretenden Teil des Flüssigkeitsstrahles (34) erfassende Absaugvorrichtung (50) vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Absaugvorrichtung (50) einen Absaugkanal (51) mit einer im Austrittsbereich des Erosionsspaltes angeordneten Ansaugöffnung (52) aufweist

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß der Staudruck des Flüssigkeitsstrahles (34) an der Öffnung des Absaugkanals (51) um ein Mehrfaches größer als der Saupdruck des

ίο Absaugkanals (51) bemessen ist

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß für die Absaugvorrichtung eine in bezug auf den Durchtritt des Anfangsabschnitts (32) des Elektrodendrahtes (30) verzögerte Einschaltung vorgesehen ist

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise eine an eine Druckflüssigkeitsquelle angeschlossene und in den Arbeitsraum der Maschine gerichtete, den Elektrodendraht (30) aufnehmende Düse (20) vorgesehen ist und daß im Bereich zwischen der Düse (20) und dem Werkstück (1) eine Schneidvorrichtung (45) zum Abtrennen des Elektrodendrahtes (30) vorgesehen ist

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet daß die Schneidvorrichtung (45) zwei zwischen einer Ruhestellung (R) nait Freigabe eines Spielraumes für den Durchtritt des Flüssigkeitsstrahles (34) und einer Arbeitsstellung (A) zueinan- der gegensinnig bewegbare Schneidorgane (46, 47) aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Schneidorgane (47) ein Drahtführungselement (476,) aufweist, welches in der Arbeitsstellung (A) eine der Normal-Durchlauflage des Elektrodendrahies (30) angepaßte Stellung einnimmt und daß für das andere Schneidorgan (46) eine hinsichtlich seiner Schneidkante (46a,} unmittelbar jenseits der Normal-Durchlauflage des Elektrotiendraviles (30) begrenzte Schneid-Endstellung vorgesehen ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß für die Schneidorgane (46,47) der Schneidvorrichtung (45) eine synchrone, gegensinnige Arbeitsbewegung vorgesehen ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß für die Schneidvorrichtung (45) als Antriebsvorrichtung mindestens ein über eine Steuerventilanordnung an die Druckflüssigkeitsquelle zur Erzeugung des Einfädel-Flüssigkeitss'.rahls (34) angeschlossener Hydraulikmotor (45a, 45b) vorgesehen ist.