DE3036134C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Funken­ erosionsbearbeiten einer Werkstückelektrode mit einer Werk­ zeugelektrode, bei dem die Elektroden relativ zueinander axial und gleichzeitig translatorisch unter Aufrechterhaltung des Arbeitsspalts verschoben werden, bis eine vorbestimmte Grenzamplitude erreicht ist, wonach die Translationsverschie­ bung zurückgenommen wird und dann weitere Arbeitsphasen mit relativen Vorschubbewegungen der Elektroden bis zu Grenzam­ plituden erfolgen, die alle auf eine Halbkugeloberfläche liegen.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 27 18 903 bekannt. Bei diesem Verfahren werden die Translationsverschie­ bungen mit derselben Neigung zur Hauptvorschubachse und aufeinanderfolgend vorgenommen. Damit läßt sich eine maximale Genauigkeit bei der funkenerosiven Bearbeitung erreichen, jedoch ist der Zeitaufwand vergleichsweise groß, was unten erläutert wird.

Aus der DE-OS 25 50 749 und aus der DE-Z Technische Rundschau, Nr. 37 vom 13. 09. 1977 ist es bekannt, die Funken­ erosionsbearbeitung eines Werkstücks gleichzeitig an dessen Seiten- und Frontalflächen zur Zeitersparnis vorzunehmen. Dabei erfolgt auch eine Funkenerosionsbearbeitung in mehreren Arbeitsphasen mit jeweils gleichzeitiger Seiten- und Frontal­ bearbeitung. Die Neigung der resultierenden schrägen Vorschub­ bewegung ist jedoch bei allen Arbeitsphasen gleich groß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, daß eingangs ge­ nannte Verfahren so zu verbessern, daß sich eine weitere wesentliche Zeitersparnis ergibt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß während der ersten Arbeitsphase die Funkenerosion an den Seiten- und Frontalflächen des Werkstücks gleichzeitig erfolgt, daß während der weiteren Arbeitsphasen die Seiten- und Frontalflächen abwechselnd bear­ beitet werden und daß während aller Arbeitsphasen die Stromdichte der Erosionsentladungen annähernd konstant gehalten wird.

Wenn die Eindringgeschwindigkeit in bezug auf die der Funkenerosionsbearbeitung unterworfene Oberfläche nicht über bestimmte Grenzen hinaus variiert, erlaubt es die obener­ wähnte Bearbeitungsfolge, eine bedeutsame Verringerung der Bearbeitungsdauer zu erzielen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung und eine Vorrichtung zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung er­ läutert, die schematisch und als Ausführungsbeispiel zwei Ar­ beitsweisen nach der Erfindung veranschaulicht. Die

Fig. 1 zeigt die bei Anwendung der bekannten Ver­ fahrensweise zustandekommende Verteilung der Materialwegnahme am bearbeiteten Werkstück. Die

Fig. 2 zeigt die beim Verfahren nach der Erfindung zustandekommende Verteilung der Werkstoff­ wegnahme. Die

Fig. 3 bezieht sich auf eine Verfahrensvariante. Die

Fig. 4 stellt eine Vorrichtung zur Durchführung des in Fig. 2 veranschaulichten Verfahrens dar. Die

Fig. 5 betrifft einen Steuerschaltkreis für die Vor­ richtung der Fig. 4.

Die Fig. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine Be­ arbeitungselektrode 1 und ein Werkstück 2, zwischen denen der Funkenerosionsabstand d liegt. Die Bearbeitungselektrode 1 be­ sitzt eine seitliche Oberfläche S ₁, eine geneigte Oberfläche S ₂ und eine frontale Oberfläche S ₃.

Nach der vorerwähnten bekannten Verfahrensweise wird die Erosions-Feinbearbeitung in drei nacheinander folgenden Arbeitsphasen durchgeführt, und zwar in einer ersten Ar­ beitsphase, in der die Elektrode 1 in der Richtung Z ₀₁, R ₁ verschoben wird, wonach in der zweiten Arbeitsphase eine Verschiebung Z ₀₂, R ₂ erfolgt, und schließlich eine dritte Phase mit einer Verschiebung in Richtung Z ₀₃, R ₃ folgt. Die Grenzpositionen R ₁, R ₂ und R ₃ liegen auf einer Halbkugel mit dem Radius r, deren Zentrum sich in der Ausgangsposition Z ₀₂ befindet.

Während der ersten Arbeitsphase Z ₀₁, R ₁ erfolgt die Werkstoffabtragung gegenüber der Oberfläche S ₁ über eine Tiefe r und gegenüber der Oberfläche S ₂, die um 45° geneigt ist, über eine Tiefe von 0,707 r. Gegenüber der Oberfläche S ₃ erfolgt keine Werkstoffabtragung, da die Elektrode noch nicht über die Anfangspositon Z ₀₂ hinaus axial verschoben worden ist.

Während der zweiten Bearbeitungsphase Z ₀₂, R ₂ erfolgt zunächst eine Werkstoffabtragung gegenüber der Oberfläche S ₃ in einer Schichtdicke von 0,5 r und anschließend gleichzeitig eine Werkstoffabtragung gegenüber der Oberfläche S ₂ um eine Schichtdicke von 0,293 r und gegenüber der Oberfläche S ₃ um eine Schichtdicke von 0,207 r. Es bleibt somit für die Werkstoffabtragung im Laufe der dritten Bearbeitungsphase Z ₀₃, R ₃ eine Schichtdicke von 0,293 r auf der Oberflächenseite S ₃. Wenn durch angepaßte Regelung des Bearbeitungsstroms die Dichte der Entladungen oder die Eindringgeschwindigkeit der Elektrode in das Werkstück auf einem annähernd konstanten Wert gehalten werden, z. B. indem man die Zeitintervalle zwischen zwei nacheinander folgenden Impulsfolgen gemäß der in der US-PS 38 75 362 beschriebenen Methode variiert, ist die Dicke der durch die Funkenerosion abgetragenen Schicht an den Oberflächen des Werkstücks proportional der Bear­ beitungsdauer dieser Schicht.

Im Beispiel der Fig. 1 soll die Bearbeitungsdauer während der ersten Bearbeitungsphase eine Zeiteinheit be­ tragen, so daß dann die Dauer der zweiten Bearbeitungs­ phase 0,5 + 0,207 = 0,707 Zeiteinheiten und die der dritten Bearbeitungsphase 0,293 Zeiteinheiten beträgt. Damit be­ trägt die Gesamtdauer der Erosionsbearbeitung für das Fort­ schaffen einer Schicht der Dicke r an den Oberflächen S ₁, S ₂ und S ₃ zwei Zeiteinheiten.

Die Fig. 2 zeigt die Verteilung des Materialabtragens, wenn die Bearbeitung in der nach der Erfindung erfolgenden Reihenfolge vorgenommen wird. Die erste Bearbeitungsphase wird ausgehend von der Anfangsposition Z ₀₁ in Richtung Z ₀₁, R ₁ in der Weise durchgeführt, daß an der Oberfläche S ₂ eine Schichtstärke r und die jeweils gleiche Schicht­ stärke von 0,707 r an der seitlichen Oberfläche S ₁ und an der frontalen Oberfläche S ₃ entfernt werden. Während der zweiten Bearbeitungsphase, die in Richtung Z ₀₂, R ₂ erfolgt, tritt an der frontalen Oberfläche S ₃ eine Material­ abtragung von 0,293 r Dicke auf.

Die gleiche Schichtabnahme von 0,293 r Dicke erfolgt dann gegenüber der Oberfläche S ₁ im Laufe der dritten, in Richtung Z ₀₃, R ₃ erfolgenden Bearbeitungsphase.

Somit ergibt sich, daß die Dauer während der ersten Be­ arbeitungsphase eine Zeiteinheit beträgt, wohingegen je­ doch die beiden nachfolgenden Bearbeitungsgänge jeweils eine Dauer von 0,293 Zeiteinheiten haben, die Gesamtbear­ beitungsdauer für das Abtragen der Schicht r an den drei Oberflächen also nur 1,596 Zeiteinheiten beträgt. Der durch Benutzung der neuen Bearbeitungsweise erzielbare Zeitgewinn beträgt somit gegenüber der bekannten Arbeitsweise im Ver­ gleich der Fig. 1 und 2 praktisch 20%.

Zu bemerken ist, daß die Reihenfolge, in welcher man die zweite und anschließende dritte Bearbeitungsphase durchführt, auf die Gesamtbearbeitungsdauer keinen Ein­ fluß hat.

Das gleiche Resultat könnte auch erzielt werden, wenn man die Neigung der Translationsrichtung während der zweiten und dritten Bearbeitungsphase ändert, bei­ spielsweise indem man dazu, wie das Fig. 3 zeigt, von einer Ausgangslage Z ₀ beginnend eine vertikale Translation Z ₀, R ₂ und dann eine horizontale Translation Z ₀, R ₃ vornimmt.

Die während der ersten Bearbeitungsphase durchzu­ führende Translation muß nicht notwendigerweise unter einem Winkel von 45° erfolgen, aber doch unter einer solchen Neigung, daß dabei sowie wie möglich Material auch an den seitlichen und frontalen Flächen des Werkstücks abgearbeitet wird. Die anschließenden Bearbeitungsphasen können mit anderen Neigungen und auch in größerer Zahl durchgeführt werden, aber immer so, daß man nacheinander die Bearbeitungsver­ schiebungen an den seitlichen und frontalen Oberflächen dieses Werkstückes vornimmt.

Ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung, mit deren Hilfe das neue Bearbeitungsverfahren selbsttätig durchgeführt bzw. gesteuert werden kann, ist in Fig. 4 dargestellt.

Die Elektrode 1 ist durch einen Servo-Motor 3 senk­ recht verschiebbar, während das Werkstück 2 auf einem Kreuz­ schlitten befestigt ist, der zwei bewegliche Schlittenteile 4, 5 besitzt, deren Verschiebungen durch die Motoren 6 bzw. 7 steuerbar sind. Diese drei Motoren werden durch eine Steuereinheit 8 in der Weise kontrolliert bzw. gesteuert, daß die Elektroden 1 und 2 in den in den Fig. 2 und 3 dar­ gestellten Richtungen translatorisch verschoben werden können.

Die Steuereinheit 8 kann durch eine Analog- oder Digital-Schaltung oder auch durch die in der CH-PS 5 96 540 beschriebene Schaltung realisiert werden. Die Steuer­ einheit 8 arbeitet in Abhängigkeit von vier Bearbeitungs­ parametern. Der erste davon ist die Betriebsspannung, die durch die Leitung 9 herangeführt wird und zum Steuern der Geschwindigkeit des Bearbeitungsvorschubes dient. Der zweite Bearbeitungsparameter ist die Winkelge­ schwindigkeit der radialen Translation, deren Wert durch einen Schaltkreis 10 eingegeben wird. Der dritte Bearbeitungs­ parameter ist das Verhältnis zwischen der axialen Ver­ schiebung der Elektrode 1 und der transversalen Verschie­ bung des Werkstückes 2, wobei dieses Verhältnis durch den Schaltkreis 11 festgelegt ist. Der vierte Bearbeitungs­ parameter ist die axiale Position der Elektrode 1, bei der die transversale Verschiebung des Werkstückes beginnt, wobei diese Position durch ein Übertragungsregister 12 modifiziert werden kann, welches die Reihenfolge der Ver­ schiebungen der geneigten Richtung der Translation fest­ legt.

Die Bearbeitungsfunken werden durch einen Impulsgene­ rator 13 erzeugt, der mit den beiden Elektroden 1 und 2 ver­ bunden ist und durch einen Regelkreis 14 gesteuert wird. Dieser Regelkreis 14, der unter dem Steuereinfluß der Be­ triebsspannung steht, erlaubt eine angepaßte Regelung der zwischen zwei durch den Generator 13 erzeugten Spannungs­ impulsen liegenden Zeitintervalle in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen nach der bekannten, z. B. in der US-PS 38 75 362 beschriebenen Verfahrensweise. Diese Regelung ermöglicht die Aufrechterhaltung einer Vorschub­ geschwindigkeit, die für jede der Bearbeitungsphasen im wesentlichen konstant ist.

Die Begrenzungsamplitude der Translationsbewegung wird durch ein zweites Übertragungsregister 15 bewirkt, das mit dem Register 12 synchronisiert ist. Der Ausgang des Registers 15 ist mit einem der Eintrittsstellen eines Komparators 16 unter Zwischenschaltung eines Multiplikations-Schaltkreises 17 verbunden, während die andere Eintrittsstelle des Kompa­ rators 16 mit einem Meßkreis 18 verbunden ist, der die jeweilige momentane axiale Position der Elektrode 1 anzeigt. Der Ausgang des Komparators 16 ist mit den beiden Eintrittsstellen der Register 12 und 15 verbunden. Die Eingangsgröße des Multiplikations-Schaltkreises 17 wird durch ein drittes Register 19 geliefert.

Wenn die durch das Register 15 und durch den Multi­ plikations-Schaltkreis 17 fixierte Grenzamplitude mit der durch den Meßkreis 18 angezeigten Position übereinstimmt, wird ein Impuls von dem Komparator 16 auf das Register 12 übertragen, um eine Verschiebung der Translationsbewegungs­ richtung parallel zu sich selbst hervorzurufen. Der gleiche Impuls wird auf das Register 15 übertragen, um den Grenzwert der Translation zu modifizieren, wobei all diese Grenzwerte so gewählt sind, daß sie auf einer Halbkugel liegen, deren Zentrum sich in der Position Z ₀₁ der Fig. 2 befindet. Nach einer vollständigen Abfolge des Richtungswechsels modifi­ ziert das Register 19 im gleichen Verhältnis alle Grenzwerte in der Weise, daß diese während der nachfolgenden Ope­ ration auf einer anderen Halbkugel liegen, die konzentrisch zur ersten liegt.

Die Fig. 5 zeigt eine andere Ausbildung des Steuer­ kreises der Fig. 4 für den Fall der Fig. 3, wo alle Trans­ lationsverschiebungen von einer zentralen Ausgangsposition Z ₀ ausgehen. In diesem Falle fixiert ein Schaltkreis 20 diese zentrale Position und ein Register 21 erlaubt es, die Neigung dieser Verschiebungen nach jeder Bearbeitungs­ phase zu variieren, wobei die Grenzamplituden mittels der gleichen Elemente, wie sie in Fig. 4 dargestellt sind, eingestellt werden können.

Claims (5)

1. Verfahren zum Funkenerosionsbearbeiten einer Werk­ stückelektrode mit einer Werkzeugelektrode, bei dem die Elektrode relativ zueinander axial und gleich­ zeitig translatorisch unter Aufrechterhaltung des Arbeitsspalts verschoben werden, bis eine vorbestimmte Grenzamplitude erreicht ist, wonach die Translations­ verschiebung zurückgenommen wird und dann weitere Ar­ beitsphasen mit relativen Vorschubbewegungen der Elek­ troden bis zu Grenzamplituden erfolgen, die alle auf eine Halbkugeloberfläche liegen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß während der ersten Arbeits­ phase die Funkenerosion an den Seiten- und Frontal­ flächen (S 1 bzw. S 3) des Werkstücks (2) gleichzeitig erfolgt, daß während der weiteren Arbeitsphasen die Seiten- und Frontalflächen abwechselnd bearbeitet werden und daß während aller Arbeitsphasen die Stromdichte der Erosionsentladungen annähernd konstant gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Winkel der Vor­ schubbewegungen mit der Richtung des Axialvorschubs bei allen Arbeitsphasen gleich groß sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei den weiteren Arbeits­ phasen die Anfangspositionen (Z 02, Z 03) der Vorschub­ bewegungen in Richtung des Axialvorschubs wenigstens je einmal beidseitig der Anfangsposition (Z 01) der Vor­ schubbewegung der ersten Arbeitsphase liegen (Fig. 2).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei den weiteren Arbeits­ phasen die Winkel der Vorschubbewegungen mit der Richtung des Axialvorschubs wenigstens je einmal größer oder kleiner sind, als der betreffende Winkel der ersten Ar­ beitsphase (Fig. 3).

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorschubbewegungen aller Bear­ beitungsphasen dieselbe Anfangsposition (Z 0) auf der Hauptachse des Axialvorschubs haben (Fig. 3).

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit wenigstens einem Servo-Motor für die relative Verschiebung der Elektroden unter Auf­ rechterhaltung eines bestimmten Verhältnisses zwischen der Längs- und Querverschiebung der Elektroden von einer bestimmten axialen Position ausgehend, und mit einem Steuerkreis zur Steuerung der vorerwähnten Bewegungen, um bestimmte Bearbeitungsbedingungen aufrecht erhalten zu können, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Übertragungsregister (11, 12) zum Variieren des erwähnten Verhältnisses und/oder der axialen Position vorhanden ist, um die Funkenerosion während der ersten Arbeitsphase gleichzeitig auch an den Frontal- und Seitenoberflächen des Werkstückes (2) und während der folgenden Arbeitsphasen abwechselnd an diesen beiden Oberflächen zu ermöglichen, daß weiterhin ein Meßkreis (18) für die Erfassung der axialen Position der Werk­ zeugelektrode (1), ein Komparator (16) zur Steuer­ ung des ersten Registers (12) in Abhängigkeit vom Ab­ stand zwischen der gemessenen axialen Position und einer Bezugsposition, und weiterhin ein zweites Register (15) vorgesehen sind, das mit dem ersten Register (12) zu­ sammenwirkt, um diese Bezugsposition derart zu variieren, daß sie auf der Oberfläche einer Halbkugel bleibt, und daß schließlich ein Regelkreis (14) zum Modifizieren des Mittelwertes des Arbeitsstroms der Erosionsentladungen vorgesehen ist, um die Eindringgeschwindigkeit der Werk­ zeugelektrode (1) in das Werkstück (2) in bestimmten Grenzen beizubehalten.