DE3043904A1

DE3043904A1 - Verfahren und vorrichtung zum elektrischen bearbeiten

Info

Publication number: DE3043904A1
Application number: DE19803043904
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Tokyo Inoue
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1979-11-22
Filing date: 1980-11-21
Publication date: 1981-06-04
Also published as: GB2067118A; IT8050228A0; JPS5676339A; US4383159A; FR2469976B1; FR2469976A1; IT1128634B; DE3043904C2; GB2067118B

Description

Inoue-Japax Research Incorporated Yokohamashi, Kanagawaken Japan

Verfahren und Vorrichtung zum elektrischen Bearbeiten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrischen Bearbeiten, beispielsweise zum elektrischen Entladungs-Bearbeiten, zum elektrochemischen oder elektrochemischen Entladungs-Elektroerosions-Bearbeiten, eines elektrisch leitenden Werkstückes mit einer kontinuierlichen drahtförmigen Elektrode, die im folgenden als "Draht" oder "Drahtelektrode" bezeichnet wird.

Bei einem derartigen elektrischen Bearbeiten, von dem eine bevorzugte Ausführungsform, die eine Folge elektroerosiver elektrischer Entladungen verwendet, gewöhnlich als "Drahtschneid-EDM" oder als "Laufdraht-EDM" (EDM = elektrisches Entladungs-Bearbeiten) bezeichnet wird, rückt die Drahtelektrode kontinuierlich von einer Zufuhrseite, beispielsweise in der Form einer Draht-Zufuhrspule, zu einer Aufnahmeseite, beispielsweise in der Form einer Draht-Aufnahmespule, durch eine Bearbeitungszone vor, in der das

581-(A 898)-E

130023/06U

Werkstück liegt. Die Bearbeitungszone ist gespült mit einer Bearbeitungsflüssigkeit, insbesondere destilliertem Wasser oder einem flüssigen Dielektrikum (beim elektri-*· sehen Entladungs-Bearbeiten oder EDM) oder einem flüssigen Elektrolyten (beim elektrochemischen Bearbeiten oder ECM) oder einem schwach leitenden flüssigen Elektrolyten (beim elektrochemischen Entladungs-Bearbeiten oder ECDM). Das Werkstück liegt neben dem axial laufenden Draht an der Bearbeitungszone zwischen zwei Führungsgliedern, die zum Spannen oder Dehnen des Laufdrahtes dienen, damit dieser genau in einer vorbestimmten Bearbeitungsbeziehung zum Werkstück liegt. Eine Reihe elektrischer Impulse liegt an dem zwischen dem Werkstück und der Laufelektrode ausgeführten Bearbeitungsspalt, um dort zeitlich beabstandete elektrische Entladungen zu bewirken, so daß Material elektroerosiv vom Werkstück in der typischen EDM-Betriebsart des Drahtschneid-Prozesses abgetragen wird. In der ECDM-Betriebsart eines Drahtschneid-Prozesses wird zusätzlich zur EDM-Wirkung auch die elektrolytische Material-Lösbarkeit benutzt. Die ECM-Betriebsart verwendet eine rein elektrochemische Wirkung für den Werkstück-Material-Abtragungsprozeß und kann einen kontinuierlichen Gleichstrom benutzen.

Mit fortschreitender Materialabtragung wird das Werkstück relativ und transversal zur kontinuierlich laufenden Drahtelektrode insbesondere unter numerischer Steuerung entlang einer vorbestimmten Strecke verschoben, um ein gewünschtes Muster eines Schnittes im Werkstück zu erzeugen. Das kontinuierliche Vorrücken oder Laufen des Drahtes wird vorzugsweise durch Zug-Antriebsrollen bewirkt, die an einer Stelle zwischen dem Führungsglied auf der Stromab-Seite und der Draht-Aufnahmeeinrichtung angeordnet sind. Eine gewünschte (mechanische) Spannung wird im Laufdraht erzeugt, indem vorzugsweise Bremsrollen an einer Stelle zwischen dem Führungsglied auf der Stromauf-Seite und der Draht-Zuführeinrichtung

130023/0644

vorgesehen werden.

Bekanntlich erfordert eine ausreichende Beärbeitungsgenauigkeit die Verwendung einer Drahtelektrode, die einen dünnen Durchmesser von 0,05 bis 0,5 mm aufweist. Diese Anforderung hat bisher Einschränkungen beim Bearbeiten gebracht. Ein derart dünner Draht bricht bei einer angelegten gewünschten (mechanischen) Spannung leicht, wenn gelegentlich ein Lichtbogen oder Kurzschluß mit dem Werkstück auftritt. So sind die Bearbeitungs-Leistungsfähigkeit oder die Abtragungsgeschwindigkeit, die bisher zu erzielen sind, auf einen unbefriedigenden Pegel begrenzt, da ein Drahtbruch unvermeidbar ist, wenn eine Steigerung in der Bearbeitungs-Leistungsfähigkeit oder eine Zunahme in der Rate oder Geschwindigkeit der relativen Verschiebung versucht wird.

Es wurde bereits darauf hingewiesen (vgl. DE-OS 27 21 804), daß diese Nachteile wirksam ausgeschlossen oder vermindert werden können, indem auf die Laufdrahtelektrode im Bereich des Bearbeitungsspaltes und in einer Richtung quer zur Achse der Laufdrahtelektrode eine Schwingung übertragen wird, deren Frequenz nicht kleiner als 100 Hz ist. Die Schwingungsfrequenz liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1 und 50 kHz, und die Amplitude liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1 und 5 /Um, wobei sie jedoch auch etwas kleiner als die Abmessung des Bearbeitungsspaltes, beispielsweise 50 ,um, sein kann. Die Schwingung wird auf die Drahtelektrode in einer Richtung quer zur Achse der laufenden Drahtelektrode übertragen, so daß eine wellige oszillatorische Bewegung mit mehr als zwei Knoten und Bäuchen oder Schleifen im Draht erzeugt wird, der zwischen den beiden Führungsgliedern läuft, die an entgegengesetzten Seiten bezüglich des Werkstückes angeordnet sind. Durch übertragen einer Schwingung oder welligen oszillatorischen Bewegung auf die gespannte und axial zwischen zwei Drahtführungsgliedern

130Ö23/0644

laufende Drahtelektrode scheint es, daß eine Pumpwirkung in der Bearbeitungszone erzeugt wird, um das Entfernen oder Abführen von Bearbeitungsprodukten, d. h. Spänen und Gasen, zu erleichtern, und - was noch bedeutender ist es wird eine streuende Erzeugung aufeinander folgender Entladungen in der Bearbeitungszone über der gesamten Werkstückdicke gewährleistet, so daß die Entladungen nicht auf einen einzigen Punkt oder Bereich der durch das Werkstück laufenden Drahtelektrode konzentriert werden können. Es ist auch einzusehen, daß der Kontaktwiderstand auf den Führungsgliedern und einem anderen Kontaktteil mit der Drahtelektrode wesentlich verringert ist, obwohl dies möglicherweise weniger bedeutend ist. Eine Einrichtung zum Übertragen der Schwingung auf die Laufdrahtelektrode ist vorzugsweise in Berührung mit einem Drahtführungsglied für die Elektrode und kann ein elektromagnetischer oder Schalloder Ultraschall-Schwinger sein. Die Schwingereinrichtung kann ein magnetostriktiver oder piezoelektrischer Schwinger sein. Ein Steuerungssystem ist vorzugsweise im Betrieb der Vorrichtung vorgesehen, um auf den Bearbeitungszustand im Spalt anzusprechen und abhängig vom Zustand eine Abänderung eines Parameters der Schwingung zu verursachen. Die Schwingereinrichtungen sind vorzugsweise so angeordnet, daß sie durch ein Kühlfluid kühlbar sind. Im Betrieb der Vorrichtung wird das Bearbeitungsfluid in vorteilhafter Weise zum Draht gespeist, indem es durch die Stelle strömt, an der das schwingende Ende der Schwingeranordnung in Berührung mit dem Draht kommt, so daß die am Schwingerkörper erzeugte Wärme ausreichend abgeführt wird, um ein nachteilhaftes Aufwärmen der Drahtelektrode zu vermeiden. Vorzugsweise wird auch die Ebene der Drahtschwingung in Übereinstimmung mit der Richtung der relativen Verschiebung des Werkstückes zur laufenden Drahtelektrode gehalten.

Es wurde auch bereits darauf hingewiesen (vgl. DE-OS 30 06 531), daß die Schwingung auf die Laufdrahtelektrode

130023/0644

vorzugsweise an zwei entgegengesetzten Stellen auf der einen bzw. anderen Seite des Werkstückes übertragen wird, wobei die Schwingungen an den beiden Stellen in einer Richtung quer zur Achse der Laufdrahtelektrode und mit einer Frequenz nicht kleiner als 100 Hz sowie vorzugsweise mit verschiedenen Frequenzen auftreten.

Die Schwingungen werden an zwei bezüglich des Werkstückes entgegengesetzten Stellen auf die Drahtelektrode jeweils in einer Richtung quer zur Achse der laufenden Drahtelektrode übertragen, so daß sie einander überlagern, um eine zusammengesetzte wellige oszillatorische Bewegung mit mehr als zwei Knoten und Bäuchen oder Schleifen im Draht hervorzurufen, der zwischen den beiden Führungsgliedern läuft, die an entgegengesetzten Seiten bezüglich des Werkstückes und jeweils außerhalb jeder Stelle vorgesehen sind, an der die Schwingung einwirkt. Durch Übertragen einer Schwingung auf die Laufdrahtelektrode an beiden Seiten des Werkstückes, durch das diese in einem Laufdraht-Elektroerosionssystem geschickt ist, hat sich gezeigt, daß eine weitere Verbesserung in der Abtragungsgeschwindigkeit erzielt wird, wobei dies insbesondere bemerkenswert ist, wenn Werkstücke einer größeren Dicke, beispielsweise über 10 mm, bearbeitet werden. Auf diese Weise scheint eine wesentlich verstärkte Pumpwirkung in der Bearbeitungszone erzeugt zu werden, um daraus das Entfernen oder Abführen von Bearbeitungsprodukten, d. h. Spänen und Gasen, zu erleichtern, wobei - was sogar noch bedeutender ist - eine äußerst wirksame zerstreuende Erzeugung aufeinander folgender Entladungen in der Bearbeitungszone über der gesamten Werkstückdicke gewährleistet wird, so daß in zweckmäßiger Weise eine Konzentration der Entladungen auf einen einzigen Punkt oder einen Bereich der Drahtelektrode zurückgehalten wird, die durch das Werkstück verläuft. Die an den beiden entgegengesetzten Stellen bezüglich des Werkstückes über-

130Ö23/0644

tragenen Schwingungen haben vorzugsweise verschiedene Frequenzen, so daß eine Schwebung oder die periodische Änderung in der Amplitude einer Welle, d. h. die Überlagerung der entsprechenden beiden einfachen harmonischen Wellen der verschiedenen Frequenzen, in der Laufdrahtelektrode erzeugt wird. Diese Anordnung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, um das Abführen von Bearbeitungsspänen und anderen Spaltprodukten zu erleichtern und zu begünstigen, während der Temperaturanstieg des bearbeiteten Werkstückes unterdrückt wird.

Die beiden Schwingungseinrichtungen liegen vorzugsweise an ihren jeweiligen Stellen, um die jeweiligen Schwingungen in Richtungen transversal zueinander zu erzeugen, z. B. eine Schwingung in der Richtung einer x-Achse und die andere Schwingung in der Richtung der y-Achse, also den Achsen, entlang denen das Werkstück bezüglich der Laufdrahtelektrode durch die oben erwähnte Verschiebungseinrichtung, z. B. eine numerisch gesteuerte Antriebseinrichtung, verschoben wird.

Jede der Schwingereinrichtungen ist vorzugsweise in Kontakt oder Berührung mit einem Drahtführungsglied für die Elektrode und kann ein elektromagnetischer oder Schalloder Ultraschall-Schwinger sein. Jede Schwingereinrichtung kann ein magnetostriktiver oder piezoelektrischer Schwinger sein. Die Schwinger können zur Erregung mit jeweiligen Resonanzschaltungen verbunden sein, die jeweils am Bearbeitungsspalt liegen. Ein Steuerungssystem ist vorzugsweise im Betrieb der Vorrichtung vorgesehen, um auf den Bearbeitungsspalt anzusprechen und abhängig vom Spaltzustand eine Abänderung eines Parameters der Schwingungen zu verursachen. Die Schwingereinrichtungen sind vorzugsweise so angeordnet, daß sie durch ein Kühlfluid kühlbar sind. Im Betrieb der Vorrichtung wird die Bearbeitungsflüssigkeit in vorteilhaf-

130023/0644

ter Weise zum Draht gespeist, indem sie durch die Stelle strömt, an der das Schwingerende jeder Schwingeranordnung in Berührung mit dem Draht kommt, oder indem sie in Berührung mit dem Körper jedes Schwingers strömt, so daß die am Schwingerkörper erzeugte Wärme ausreichend abgeführt wird, um eine schädliche Aufwärmung der Drahtelektrode zu vermeiden. Es ist manchmal auch vorteilhaft, die Ebene der Drahtschwingung in Übereinstimmung mit der Richtung der relativen Verschiebung des Werkstückes zur Laufdrahtelektrode zu halten.

Während eine wesentliche Verbesserung in Bearbeitungseigenschaften erzielt wird, indem eine Schwingung oder Schwingungen auf die Laufdrahtelektrode in den oben beschriebenen Arten übertragen wird, hat es sich nunmehr gezeigt, daß dieses Vorgehen einen gewissen Nachteil insbesondere im Zusammenhang mit einem Profil- oder Konturbearbeitungs-Vorschub oder einer relativen Verschiebung nach sich ziehen kann, die zwischen dem Werkstück und der Laufdrahtelektrode erforderlich ist. Wenn die Kontur-Bearbeitungsstrecke Stellen umfaßt, in denen die Richtung des transversalen Vorrückens der schwingenden Drahtelektrode in jedem Winkel geändert werden muß, kann insbesondere ein unerwünschter Abfall in der Bearbeitungsgenauigkeit an diesen Stellen auf dem Werkstück auftreten.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrischen Bearbeiten eines elektrisch leitenden Werkstückes mit einer schwingenden Drahtelektrode anzugeben, das bzw. die eine verbesserte Genauigkeit an einem Eck- oder Kantenteil oder denjenigen Teilen liefert, die nicht geradlinig elektroerosiv durch die schwingende Drahtelektrode bearbeitet sind; außerdem sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Drahtschneiden oder elektrischen Laufdraht-Bearbeiten angegeben werden, mit denen

13QÖ23/06U

3043304

eine erhöhte Materialabtragungsgeschwindigkeit bei einer extrem hohen Schneidgenauigkeit gegenüber herkömmlichen Prozessen erzielbar sind.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum elektrischen Bearbeiten eines elektrisch leitenden Werkstückes erfindungsgemäß gelöst, indem eine kontinuierliche drahtförmige Elektrode axial von einer Zufuhrseite zu einer Aufnahmeseite transportiert wird, um kontinuierlich das Werkstück zu durchsetzen, während hiermit ein mit einem Bearbeitungsfluid gespeister Bearbeitungsspalt gebildet wird; ein elektrischer Bearbeitungsstrom wird zwischen die Elektrode und das Werkstück gelegt, um elektroerosiv Material vom Werkstück abzutragen; eine Schwingung wird auf die drahtförmige Elektrode in dem Bereich des Bearbeitungsspaltes quer zur Achse der Elektrode übertragen; weiterhin werden das Werkstück und die schwingende drahtförmige Elektrode relativ quer zur Achse der Elektrode entlang einer vorbestimmten Schnittstrecke entsprechend einer gewünschten Kontur verschoben, die im Werkstück auszuführen ist, wobei die Strecke aufeinander folgende Abschnitte umfaßt, die sich unter einem Winkel schneiden; bei diesem Verfahren wird die Amplitude der Schwingung im Schnittbereich verringert. D. h., die Amplitude der auf die Drahtelektrode übertragenen Schwingungen wird abhängig von der Form der Drahtschneidstrecke gesteuert.

Die Erfindung sieht außerdem eine Vorrichtung zum elektrischen Bearbeiten eines elektrisch leitenden Werkstückes vor, die aufweist: eine kontinuierliche drahtförmige Elektrode, die axial kontinuierlich von einer Vorratsseite zu einer Aufnahmeseite transportierbar ist, während kontinuierlich das Werkstück durchsetzt wird und ein Bearbeitungsspalt hiermit gebildet wird, der mit einer Bearbeitungsflüssigkeit versorgt ist; eine Einrichtung, die einen elektrischen Be-

13 0023/0644

arbeitungsstrom zwischen das Werkstück und die drahtform!- ge Elektrode durch den Bearbeitungsspalt legt, um elektroerosiv Material vom Werkstück abzutragen; eine Einrichtung zum Übertragen einer Schwingung auf die drahtförmige Elektrode im Bereich des Bearbeitungsspaltes quer zur Achse der Elektrode; eine Bearbeitungs-Vorschubeinrichtung zum relativen Verschieben des Werkstückes und der drahtförmigen Elektrode quer zur Achse der Elektrode entlang einer vorbestimmten Strecke entsprechend einer im Werkstück auszuführenden gewünschten Kontur und einschließlich aufeinander folgender, sich unter einem Winkel schneidender Abschnitte; diese Vorrichtung umfaßt außerdem eine Fühlereinrichtung, die auf die Bearbeitungs-Vorschubeinrichtung anspricht, um die in den Schnittbereich eintretende drahtförmige Elektrode zu erfassen, und eine auf die Fühlereinrichtung ansprechende Steuereinrichtung zum Vermindern der Amplitude der auf die drahtförmige Elektrode übertragenen Schwingung. Somit spricht die Fühlereinrichtung auf die Form der Drahtschneidstrecke an, und die Steuereinrichtung ist gestaltet, um die Amplitude der auf die drahtförmige Elektrode übertragenen Schwingungen abhängig von der Form der Drahtschneidstrecke zu steuern.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung, die die Bearbeitungsbedingungen angibt, die auftreten, wenn die schwingende Drahtelektrode sich bezüglich des Werkstückes bewegt entlang einer Strecke, die von einer Geraden in eine andere mit einem Winkel übergeht, oder entlang einer Kurve,

130Ö23/06U

Pig. 2 eine schematische Darstellung, die

eine Drahtschneid-EDM-Vorrichtung nach der Erfindung zeigt, und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer elektrischen Drahtschneid-Kontur-Bearbeitungsstrecke einschließlich verschiedener Umkehrpunkte.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Drahtelektrode 1, die einen Schnitt 2 in einem Werkstück 4 von oben in einer Ebene senkrecht zur Achse 1a der Drahtelektrode 1 erzeugt, die relativ zum Werkstück 4 entlang einer vorbestimmten Schneidbahn oder -strecke 6 fährt, die durch vorprogrammierte NC-Befehle vorgeschrieben ist (NC = numerische Steuerung). Die Schneidstrecke hat einen Abschnitt A, der geradlinig ist, einen Abschnitt B, der ebenfalls geradlinig ist, und einen kurzen Zwischenabschnitt C, der den Abschnitt A und den Abschnitt B unter einem Winkel verbindet. Die Drahtelektrode 1 weist einen Radius d auf und schwingt mit einer Amplitude h quer zum Werkstück 4 und senkrecht zur Strecke 6. Ein Mindestspaltabstand g wird zwischen jeder einen Seitenfläche der schwingenden Drahtelektrode 1 und der gegenüberliegenden Seitenfläche oder Wand des Schnittes 2 gebildet, der elektroerosiv im Werkstück 4 erzeugt ist. Als Ergebnis wird in beiden Abschnitten A und B jede Seitenfläche des Schnittes 2 in einer Entfernung (d + h + g) von der Drahtachse 1a gebildet, die die Schneidstreckenachse 6 schneidet.

Im Zwischenbogenabschnitt C muß sich die Achse 1a der Drahtelektrode 1 bezüglich des Werkstückes 4 entlang der Strecke 6 bewegen, die um die Mitte des Bogens oder eine Spitze D bei einer gegebenen Geschwindigkeit wendet. Während dieser Zwischenbewegung muß die schwingende Draht-

130Ö23/06U

elektrode entsprechend beabstandet vom Punkt D im Abstand g gehalten werden, so daß eine übermäßige Erosion am Bereich der Spitze D auftritt und die Ecke oder Kante in unerwünschter Weise abgerundet wird, wie dies durch eine Strichlinie E angedeutet ist. Diese Erscheinung ist einem elektrischen Bearbeiten mit einer schwingenden Drahtelektrode eigen und tritt bei einem gewöhnlichen mechanischen Schneidwerkzeug nicht auf. Beim elektrischen Entladungs-Bearbeiten können Bearbeitungsprodukte, beispielsweise Späne, im Bearbeitungsspalt eingefangen werden, um Sekundärentladungen hervorzurufen, die durch die Schwingung der Drahtelektrode erleichtert werden, so daß eine übermäßige Erosion entsteht, wenn eine gegebene Werkstücklage gegenüber der Elektrode für eine verlängerte Zeitdauer bleibt. Die übermäßige Erosion oder der Bearbeitungsspalt-Abstand wird weiter ausgebreitet, wenn ein elektrolytisches Lösungsmittel bzw. ein Mittel beigefügt wird, das löslich macht.

Die übermäßige Erosion an einem Kanten- oder Eckteil oder denjenigen Teilen außer den geraden Strecken wird erfindungsgemäß wirksam ausgeschlossen oder vermindert, indem die Amplitude einer auf die Drahtelektrode 1 übertragenen Schwingung abhängig von der Form der Drahtschneidstrecke 6 gesteuert wird.

In der Fig. 2, die ein bestimmtes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, wird eine Drahtelektrode 1 von einer Zufuhrspule 3 zugeführt und auf einer Aufwickelspule 5 aufgewickelt, während sie durch zwei Lager- und Führungsglieder 7 und 8 gelagert und geführt ist. Die axiale Verschiebung der Drahtelektrode 1 wird mittels einer (nicht gezeigten) Zuginotor-Antriebsanordnung bewirkt, die stromab oder hinter dem Führungsglied 8 vorgesehen ist, während ein geeigneter (nicht gezeigter) Bremsmechanismus stromauf oder

130Ö23/06U

vor dem Führungsglied 7 liegt, damit der Draht 1 unter einer gesteuerten (mechanischen) Spannung zwischen den Gliedern 7 und 8 und durch den Bearbeitungsspalt läuft, der zwischen der Drahtelektrode und einem daneben angeordneten Werkstück 4 ausgeführt ist. Eine oder mehrere (nicht gezeigte) Düsen sind vorgesehen, um eine Bearbeitungsflüssigkeit in den Bearbeitungsspalt zu speisen, an dem eine Folge elektrischer Impulse von einer Strom- bzw. Spannungsquelle liegt, die hier als ein EDM-Impulsgenerator 9 gezeigt ist, damit aufeinander folgende Bearbeitungsentladungen zwischen der Drahtelektrode 1 und dem Werkstück 4 bewirkt werden.

Das Werkstück 4 ist auf einem Arbeitstisch 10 befestigt, der auf einer Kreuztischanordnung 11 liegt, die angetrieben wird durch einen ersten Motor 12, beispielsweise einen Schrittmotor, zum Verschieben des Arbeitstisches 10 entlang einer x-Achse und einen zweiten Motor 13, beispielsweise einen Schrittmotor, zum Verschieben des Arbeitstisches 10 entlang einer zur x-Achse senkrechten y-Achse, wobei der erste und der zweite Motor 12 bzw. 13 durch elektrische Signale angesteuert sind, die von einer numerischen Steuereinheit 14 eingespeist sind, um das Werkstück 4 bezüglich der Laufdrahtelektrode 1 entlang einer programmierten Schneidstrecke 6 (vgl. Fig. 1) zu verschieben.

Weiterhin ist eine Schwingeranordnung 15 mit einem elektromechanischen Wandler 16 gezeigt, der mit einer Hochfrequenz-Strom- bzw. -Spannungsquelle 17 über einen Schalter 18 verbunden ist. Der durch die Strom- bzw. Spannungsquelle 17 erregte Wandler 16 erzeugt dort Hochfrequenz-Schwingungen, die durch ein Horn oder einen Trichter 19 verstärkt und dort hindurch zu einer Spitze 20 ausgebreitet werden, die in Berührung oder in enger Nachbar-

130Ö23/06U

3043304

schaft mit der Laufdrahtelektrode 1 angeordnet ist, wodurch hierauf die gewünschten Schwingungen einer Frequenz über 100 Hz und vorzugsweise im Bereich zwischen 1 und 500 kHz einer kleinen Amplitude insbesondere zwischen 1 und 50 ,um übertragen werden. Wenn so eine Bogenentladung oder ein Kurzschluß im Bearbeitungsspalt auftritt, kann er mechanisch durch die Hochfrequenz-Schwingungen der Drahtelektrode 1 gelöscht werden, und die Kontaktreibung über den Führungsgliedern 7 und 8 ist merklich verringert. Weiterhin wird das Entfernen von im Bearbeitungsspalt erzeugten Bearbextungsprodukten und Gasen, die die Bearbeitungsstabilität stören, erleichtert durch die Drahtschwingungen, so daß ein stetiges Bearbeiten mit hoher Stabilität ohne Bruch der Drahtelektrode und mit einer erhöhten Abtragungsgeschwindigkeit fortgesetzt wird.

Vorzugsweise sind zwei derartige Schwingungen vorgesehen, nämlich eine stromab oder hinter dem Bearbeitungsbereich, wie dies gezeigt ist, und die andere stromauf oder vorher hierzu (nicht gezeigt). Die Schwingungen werden so in vorteilhafter Weise an zwei entgegengesetzt bezüglich des Werkstückes 4 zur Drahtelektrode 1 angeordneten Stellen jeweils in einer Richtung quer zur Achse der Laufdrahtelektrode übertragen, so daß sie einander überlagern, um eine zusammengesetzte wellige oszillatorische Bewegung mit zwei Knoten und Schleifen oder Bäuchen im Draht hervorzurufen, der zwischen den beiden Führungsgliedern 7 und 8 verläuft, die an entgegengesetzten Seiten bezüglich des Werkstückes 4 und jeweils außerhalb jeder Stelle vorgesehen sind, an denen die Schwingung einwirkt.

Die Schwingung eines Drahtes wird im allgemeinen beschrieben durch die Gleichung:

130023/0644

3Q433Q4

F =

mit F = Frequenz,

η = Knotenzahl,

L = Abstand zwischen Lagerpunkten,

P = (mechanische) Spannung,

g = Erdbeschleunigung, und

Jf = Gewicht einer Masseneinheit des Drahtes.

Es folgt, daß die Schwingung in einer Anzahl möglicher Schwingungsarten als eine Funktion der Frequenz auftritt. Z. B. kann mit einem Kupferdraht eines Durchmessers von 0,2 mm, mit Jf =2,8 · 10 kg/cm und P = 800 g, die Frequenz F = 840 Hz für L = 10 cm aufweisen. Für L = 1 cm ergibt sich F = 8,4 kHz; für L = 0,28 cm folgt F = 30 kHz; für L = 0,14 cm liegt schließlich F = 60 kHz vor. Für einen gegebenen konstanten Abstand L kann so eine Schwingung einer gewünschten Wellenlänge entwickelt werden, indem die Frequenz verändert wird, die eine proportionale Änderung der Knotenzahl verursacht. Es kann demgemäß gezeigt werden, daß es für ein dünneres Werkstück vorteilhaft ist, eine Schwingung einer größeren Frequenz oder höheren Knotenzahl zu erzeugen. Elektrische Bearbeitungs-Entladungen treten vorzugsweise an Schleifen- oder Bauchteilen der schwingenden Drahtelektrode auf.

Die Steigerung der Knotenzahl führt so zu einer Steigerung der Anzahl der elektrischen Bearbeitungs-Entladungen, die hervorgerufen werden. Die Steigerung der Knotenzahl- bewirkt auch eine Abnahme der Schwingungsamplitude, was zu einer Verringerung des Schneid-Zwischenraums im Werkstück

130023/0644

3043304

führt. Weiterhin erleichtert es das Abführen von Bearbeitungsprodukten aus dem Spaltbereich.

Die Schwingungen haben - wenn sie auf die beiden ^:entgegengesetzten Stellen bezüglich des Werkstückes 4 übertragen sind - vorzugsweise verschiedene Frequenzen, so daß eine Schwebung oder eine periodische Schwingung in der Amplitude einer Welle, d. h. die überlagerung der entsprechenden beiden einfachen harmonischen Wellen der verschiedenen Frequenzen, in der Laufdrahtelektrode 1 erzeugt wird. Diese Anordnung hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen, da sie das Abführen von Bearbeitungsspänen und anderen Spaltprodukten erleichtert und steigert, während der Temperaturanstieg des bearbeiteten Werkstückes 4 unterdrückt wird.

Die numerische Steuereinheit 14 hat ein Magnetband oder ein anderes Speichermedium, auf dem die für die Schneidstrecke 6 (vgl. Fig. 1) vorprogrammierte Information gespeichert ist. Eine geeignete Wiedergabeeinrichtung ist vorgesehen, um die Information auszulesen und Vorschubsignale wiederzugewinnen, die an Impulsverteilerschaltungen liegen, die ausgeführt sind, um Taktimpulse von einem Zeitgeber in x- und y-Komponenten-Ansteuerimpulse zu verteilen und diese an einen Schrittmotor 12 bzw. 13 zu legen, wodurch das Werkstück 4 so verschoben wird, daß die Achse 1a der Drahtelektrode wirksam entlang der gewünschten Schneidstrecke 6 fährt.

Erfindungsgemäß sind eine Fühlereinheit 21 zum Erfassen der Form einer Drahtschneidstrecke 6 sowie eine Steuereinheit 22 vorgesehen, die abhängig von der Fühlereinheit 21 den Ein-Aus-Betrieb des Schalters 18 steuert, der den Wandler 16 mit der Erreger-Strom- bzw. -Spannungsquelle verbindet, wodurch die Amplitude der auf die Drahtelektrode

130023/0644

3043804

1 übertragenen Schwingungen abhängig von der Form der Drahtschneidstrecke 6 gesteuert wird.

Die Fühlereinheit 21 umfaßt ein ODER-Gatter 23 mit Eingängen, die an einen x-Komponenten-Ansteuerimpuls- ^: Ausgang 14x und einen y-Komponenten-Ansteuerimpuls-Ausgang 14y der numerischen Steuereinheit 14 angeschlossen sind, um die verteilten x-Komponenten-AnSteuerimpulse und y-Komponenten-Ansteuerimpulse erneut in eine gleichförmige Folge von Impulsen umzusetzen, die durch zwei Voreinstellzähler 24 und 25 gezählt werden, wobei der Zähler 25 die überlauf-Zählerstände vom Zähler 24 zählt. Weitere Zähler (Register) 26 und 27 sind mit ihren beiden Eingängen mit dem x-Komponenten-Ansteuerimpuls-Ausgang 14x verbunden und über ihre Ausgänge an einen Dividierer 28 bzw. 29 angeschlossen. Der Dividierer 28 dient zum Vergleichen einer Anzahl N1 von x-Komponenten-Ansteuerimpulsen X1, die durch den Zähler 26 gezählt sind, mit dem Voreinstell-Zählerstand T1 des Zählers 24, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das X1/T1 = ot darstellt, und der Dividierer 29 dient zum Vergleichen einer Anzahl N2 von x-Komponenten-Ansteuerimpulsen X2, die durch den Zähler 27 gezählt sind, mit dem Voreinstell-Zählerstand T2 des Zählers 25, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das X2/T2 = ß darstellt. Ein durch ein Koinzidenzglied gebildeter Vergleicher 30 ist mit den Ausgängen der Dividierer 28 und 29 verbunden, um die Werte ot und ß zu vergleichen. Der Vergleicher 30 erzeugt ein "1"-Ausgangssignal, wenn ec = β vorliegt, und ein "O"-Ausgangssignal für oc φ ß. Die Binär-Ausgangssignale des Vergleichers 30 werden zum Steuerglied 22 gespeist, das seinerseits dadurch den Ein-Aus-Betrieb des Schalters 18 steuert. Dann werden die Zähler 24, 25, 26 und 27 gelöscht, und sie beginnen erneut mit dem Zählen. '.

130023/0644

Es sei angenommen, daß der Drahtschneid-EDM-Betrieb entlang einer Schneidstrecke 60 fortschreiten soll, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, wobei diese Strecke einen Startpunkt S aufweist. Im Anfangsabschnitt wird die Achse der Drahtelektrode 1 (bezüglich des Werkstückes) entlang einer geradlinigen Strecke SR unter dem Befehl der numerischen Steuereinheit 14 verschoben, die Ansteuerimpulse entsprechend in x-Achsen- und y-Achsen-Komponenten verteilt oder zerlegt. Am Punkt R wendet die Strecke und wird dann geradlinig, bis der Bereich des Punktes Q erreicht ist. In den aufeinander folgenden Verschiebungen wird die Achse der Drahtelektrode 1 stufenartig bewegt, um dx, -dx, dy oder -dy für einen Inkrement- oder Schritt-Ansteuerimpuls zu fahren. Im Abschnitt SR ist das Verhältnis £dx/ J)(dx + dy) immer konstant, da die Strecke geradlinig ist. Alle zu den Motoren 12 und 13 von der numerischen Steuereinheit 14 gelieferten Ansteuerimpulse werden über das ODER-Gatter 23 an die Zähler 24 und 25 gelegt, um dadurch gezählt zu werden. Die zum Motor 12 gespeisten x-Komponenten-Ansteuerimpulse werden durch die Zähler 26 und 27 gezählt. Der Zähler 24 zählt eine Gesamtzahl T1 von x-' und y-Komponenten-Ansteuerimpulsen bis zum Ni-ten Impuls, und der Zähler 26 zählt eine Gesamtzahl X1 von x-Komponenten-Ansteuerimpulsen. Der Zähler 25 zählt eine Gesamtzahl T2 von x- und y-Komponenten-Ansteuerimpulsen bis zum N2-ten Impuls, und der Zähler 27 zählt eine Gesamtzahl T2 von x-Komponenten-Ansteuerimpulsen (N2>N1, T2>T1). Im Abschnitt SR ist das Verhältnis X1/T1 = Ot gleich dem Verhältnis X2/T2 = ß. Der Vergleicher 30 liefert dann das "1"-Ausgangssignal, durch das das Steuerglied 22 den Schalter 18 einschalten oder halten kann, so daß die Drahtelektrode in Schwingungen verbleibt, wodurch das Schneiden mit erhöhter Abtragungsgeschwindigkeit und Stabilität fortschreiten kann.

130Ö23/06U

Im Bereich des Punktes R ändert sich das Verhältnis £S(dX + dY). Insbesondere wird die Anzahl von dY kleiner und erreicht gegebenenfalls den Wert Null, damit der Anteil von 2dX an Σ (dx + dy) zunimmt. Da ß so von oc abweicht, liefert der Vergleicher 30 nunmehr ein "O"-Ausgangssignal, das am Steuerglied 22 liegt, um den Schalter 18 auszuschalten, so daß die der Drahtelektrode 1 übertragenen Schwingungen gehalten werden.

Nach dem Durchgang durch den Punkt R wird die Schneidstrecke wieder geradlinig, bis der Bereich des Punktes Q erreicht ist. In diesem Abschnitt, in dem die Strecke parallel zur Y-Achse verläuft, liegen SdY = 0, T1 = X1 und T2 = X2 vor, so daß cc = ß gilt. Der Vergleicher 30 erzeugt dann wieder das "1"-Ausgangssignal, das am Steuerglied 22 liegt, um den Schalter 18 einzuschalten, wodurch wieder die Schwingungen der Drahtelektrode 1 beginnen. ; Wenn die Strecke den Punkt Q erreicht, schaltet der Schalter 18 aus, um erneut die Schwingungen zu halten.

Auf diese Weise wird eine übermäßige Erosion an den Kanten- oder Eckteilen (oben anhand der Fig. 1 beschrieben) praktisch ausgeschlossen, indem die Schwingungen für die Drahtelektrode abhängig von einer Änderung in der Vorrückrichtung der Drahtschneidstrecke oder einer Änderung in der Tangente zur Schneidstrecke abgeschlossen werden. Es wird so möglich, sogar ein sehr kompliziertes Konturmuster mit hoher Genauigkeit zu bearbeiten. Gelegentlich kann es ausreichend und zufriedenstellend sein, die Schwin-.gungsamplltude zu verringern, anstatt vollständig die Schwingungen anzuhalten. Weiterhin kann die Amplitude der Schwingungen abhängig von der Krümmung oder Kurven-: form der Drahtschneidstrecke verändert werden. Zusatzliph zur Schwingungsamplitudensteuerung kann die Strom- bzw. Spannungsquelle 9 durch das Steuerglied 22 steuerbar sein,

130023/0644

304390A

so daß deren Ausgangsspannung, der Impuls-Spitzenstrom Ip und die Zeitdauer T . ebenfalls änderbar sind.

Die Erfindung ermöglicht so ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum elektrischen Bearbeiten eines elektrisch leitenden Werkstückes, wodurch eine gewünschte Bearbeitungsoperation stabil fortschreiten kann, während eine extrem hohe Schneidgenauigkeit und -Wirksamkeit erzielt werden.

130023/0644

Claims

Ansprüche

1. ^Verfahren zum elektrischen Bearbeiten eines elektrisch leitenden Werkstückes,

- bei dem eine kontinuierliche Drahtelektrode axial von einer Zufuhrseite zu einer Aufnahmeseite transportiert wird, um kontinuierlich das Werkstück zu durchsetzen, während mit diesem ein mit einer Bearbeitungsflüssigkeit versorgter Bearbeitungsspalt gebildet wird,

- bei dem ein elektrischer Bearbeitungsstrom zwischen die Elektrode"und das Werkstück gelegt wird, um elektroerosiv Material vom Werkstück abzutragen,

- bei dem eine Schwingung auf die drahtförmige Elektrode im Bereich des Bearbeitungsspaltes quer zur Achse der Elektrode übertragen wird, und

- bei dem das Werkstück und die drahtförmige Elektrode relativ quer zur Achse der Elektrode entlang einer vorbestimmten Schneidstrecke entsprechend einer in dem Werkstück auszuführenden gewünschten Kontur verschoben werden,

gekennzeichnet

durch

- Steuern der Amplitude der auf die drahtförmige Elektrode (1) übertragenen Schwingung als Punktion der Form der Schneidstrecke.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

581-(A 898)-E

13QÖ23/06U

- daß die Strecke aufeinander folgende geradlinige Abschnitte aufweist, die sich unter einem Winkel schneiden, und

- daß die Amplitude der auf die drahtförmige Elektrode (1) übertragenen Schwingung im Bereich-der Überschneidungen verringert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Amplitude der auf die drahtförmige Elektrode (1) übertragenen Schwingung abhängig von der Krümmung bzw. Kurvenform der Schneidstrecke gesteuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch

- Ändern wenigstens eines Parameters des elektrischen Bearbeitungsstromes als Funktion der Form der Schneidstrecke.

5. Vorrichtung zum elektrischen Bearbeiten eines elektrisch leitenden Werkstückes, mit

- einer kontinuierlichen drahtförmigen Elektrode, die axial kontinuierlich von einer Zufuhrseite zu einer Aufnahmeseite transportierbar ist, während kontinuierlich das Werkstück durchsetzt und mit diesem ein mit einer Bearbeitungsflüssigkeit versorgter Bearbeitungsspalt gebildet wird, ;

- einer Strom- bzw. Spannungsquelle zum Einleiten eines elektrischen Bearbeitungsstromes zwischen das Werkstück und die drahtförmige Elektrode durch den Bearbeitungsspalt, um elektroerosiv Material vom Werkstück abzutragen, :

- einer Einrichtung zum übertragen einer Schwingung auf I die drahtförmige Elektrode im Bereich des Bearbeitungs-Spaltes quer zur Achse der Elektrode, und ;

130023/0644

- einer Bearbeitungs-Vorschubeinrichtung zum relativen Verschieben des Werkstückes und der drahtförmigen Elektrode quer zur Achse der Elektrode entlang einer vorbestimmten Schneidstrecke entsprechend einer im Werkstück auszuführenden gewünschten Kontur,

gekennzeichnet durch

- eine Steuereinrichtung (21, 22) zum Steuern der Amplitude der auf die drahtförmige Elektrode (1) übertragenen Schwingung abhängig von der Form der Schneidstrecke.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
gekennzeichnet durch

- eine Fühlereinrichtung (21), die betriebsmäßig mit der Bearbeitungs-Vorschubeinrichtung verbunden ist, um ein Fühlersignal zu erzeugen, das die Form der Schneidstrecke darstellt,

- wobei die Steuereinrichtung (22) auf das Fühlersignal anspricht, um die Amplitude der auf die drahtförmige Elektrode (1) übertragenen Schwingung zu steuern.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Strecke aufeinander folgende geradlinige Abschnit-' te aufweist, die sich unter einem Winkel schneiden, und

- daß die Fühlereinrichtung (21) auf die Ankunft der Strecke im Bereich der Überschneidung anspricht, um das Fühlersignal zu erzeugen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,

·- daß die Steuereinrichtung (22) auf das Fühler signal anspricht, um die Amplitude der Schwingung zu verringern.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,

130Ö23/06U

" ⁴ " :1

- daß die Fühlereinrichtung (21) auf eine Änderung in der Krümmung oder Krümmungsform der Strecke anspricht,

10. Vorrichtung nach Anspruch 6,
gekennzeichnet durch

- eine der Strom- bzw. Spannungsquelle zugeordnete Einrichtung zum Steuern wenigstens eines Parameters des elektrischen Bearbeitungsstromes abhängig vom Fühlersignal.

130Ö23/06U