DE3045783C2 - Anordnung zum elektroerosiven Bearbeiten konischer Innenflächen von Werkstücken - Google Patents

Description

¹ — daß der Arbeitskolben (20) mit der Elektrode (8) in Längsrichtung zwangsläufig gekoppelt ist,

— daß für den Mikrovorschub und den Schnellvorschub je ein weiterer feststehender Zylinder (4 bzw. 3) vorgesehen ist,

— daß in diesen beiden Zylindern je ein mechanisch betätigter Kolben (43 bzw. 32) angeordnet ist, und

— daß die drei Zylinder (2,3,4) durch einen Kanal (10) miteinander verbunden sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur mechanischen Betätigung der Kolben (32,43) je eine von einem Elektromotor (37,47) angetriebene Schraubspindel (34,45) vorgesehen ist, gegen die der jeweilige Kolben von einer im Zylinder angeordneten Druckfeder (31,42) gedruckt wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zugfeder (21) im Arbeitszylinder (2), die den Arbeitskolben (20) in seine Ruhelage zu ziehen sucht.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß am zweiten Ende des Zylinders (3) für den Schnellvorschub ein Sicherungskolben (30) angeordnet ist, gegenüber welchem sich ein Ausschalter (51) befindet.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am zweiten Ende des Zylinders (4) für den Mikrovorschub ein Kolben (40) vorgesehen ist, der von einem Elektromotor (411) mit einem Nocken (410) um einen beschränkten Weg aus- und einwärts bewegbar ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum des Zylinders (3) für den Schnellvorschub in der Ruhelage des Kolbens (32) mit einem Vorratsbehälter (38) in Verbindung steht.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Elektrode (8) in Kontakt kommende Stirnfläche des Arbeitskolbens (20) mit einem in den Kolben (20) eingesetzten Anschlag (22) aus Hartmetall versehen ist.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum elektroerosiven Bearbeiten konischer Innenflächen von Werkstücken mit einem Hohlraum mit hohem Schlankheitsgrad, der durch eine gleichachsige zylindrische Fläche gebildet wird, die mit einer konischen Fläche endet, mit einer mit konischem Brennteil endenden Elektrode, die mit einer isolierenden Führung versehen ist, die im zylindrischen Hohlraum des Werkstücks geführt ist, wobei das Werkstück und die Elektrode an die beiden Pole einer Spannungsquelle für Brennimpulse angeschlossen sind und die Elektrode in Eingriff mit Mitteln zum Erzeugen einer Rotationsbewegung steht, weiter mit einem feststehenden hydraulischen Arbeitszylinder und einem Arbeitskolben für den Vorschub der Elektrode und mit einer hydraulischen Zylinder-Kolben-Anordnung für den Schnellvorschub.

Die DE-OS 27 11 697 betrifft eine derartige Einrichtung zur Vorschub- und Rückzugsteuerung der Elektrode einer Elektroerosionsmaschine, bei der man glaubte, mit nur einer einzigen Kolbenanordnung für den Schnellvorschub und den Mikrovorschub der Elektrode auskommen zu können. Die Elektrode wird in die Arbeitslage in einer Phase durch den hydraulischen Kolben 6 mitgenommen. Wenn auch diese bekannte Anordnung einen einfachen Aufbau und eine hohe Genauigkeit aufweist, so bereitet doch das genaue Bearbeiten konischer Innenflächen von Werkstücken, die einen Hohlraum mit hohem Schlankheitsgrad abschließen,

z. B. das Schleifen der Ventilsitze von örennstoffeinspritzdüscn für Dieselmotoren, große Schwierigkeiten.

Es Find zwar auch Verfahren zum genauen Bearbeiten konischer Innenflächen von Werkstücken dieser Art bekannt, sie haben jedoch wesentliche Nachteile.

So ist z. B. das Verfahren der sogenannten Abrasionstechnologie bekannt, bei dem eine kleine Schleifscheibe verwendet wird, die mit hoher Geschwindigkeit in der Größenordnung von 70 000 U/min rotiert Der aktive Teil der Schleifscheibe ist konisch, die Schleifscheibe ist mit der geschliffenen konischen Fläche in Berührung und vollführt außer der erwähnten Drehbewegung eine geradlinige Umkehrbewegung in Richtung einer Mantellinie der geschliffenen konischen Fläche.

Dieses Schleifverfahren erfordert eine Einrichtung zum Erzeugen hoher Drehzahlen, was bei geforderter Schleifgenauigkeit besondere Probleme mit sich bringt. Es verlangt genaue Schleifscheiben hoher Güte und birgt auch vom Standpunkt des Arbeitsschutzes ein gewisses Risiko in sich. Die Bedienung und Wartung ist sehr anspruchsvoll — insbesondere hinsichtlich des Einstellens — und die Spindeln mit hohen Drehzahlen haben kurze Lebensdauer. Zu diesen ungünstigen Faktoren kommt als weiterer Nachteil, daß das erwähnte Verfahren bei genauem Schleifen konischer Innenflächen mit einem hohen Schlankheitsgrad, der größer ist als 1 :8, praktisch nicht anwendbar ist. In diesen Fällen versagt das erwähnte bekannte Verfahren, da bei Anwendung einer relativ langen Spindel nicht nur Probleme mit deren Lagerung und Antrieb mit hohen Drehzahlen auftreten, sondern es kommt auch zu einer unerwünschten Deformation der Spindel und damit zu einer Beeinträchtigung der erforderlichen Geometrie der konisehen Fläche.

Ein weiteres bekanntes Verfahren verwendet das Prinzip elektrischer Erosion, bei dem das Bearbeiten konischer Flächen mittels einer Elektrode erfolgt, wobei das Werkstück rotiert und die Elektrode eine Umkehrbewegung entlang einer Mantellinie der konischen Fläche ausführt. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist, daß es bei einem Schlankheitsgrad von 1 :6 nicht mehr fähig ist, verläßlich zu arbeiten, und zwar wegen Raumman-

gels, vor allem aber wegen Federung und Dauerdeformation der Elektrode, Schwierigkeiten beim Einstellen, außerordentlicher Ansprüche auf Bedienung usw. Das Ergebnis ist eine Beeinträchtigung der erforderlichen Geometrie der geschliffenen Fläche.

Es ist auch eine Anordnung zum Schleifen konischer Innenflächen von Werkstücken mit einem Hohlraum mit großem Schlankheitsgrad bekannt, wo der Hohlrajm als gleichachsige zylindrische Fläche gestaltet ist, die mit einer konischen Fläche endet und wo zum Bearbeiten eine Elektrode verwendet wird, die an eine Abgabevorrichtung für Brennimpulse geschaltet ist und wo die Elektrode, deren Kern als ein konischer Brennteil endet, mit einem gegenüber dem Kern isolierten und in der durch eine zylindrische des Hohlraumes im Werkstück gebildeten Elektrodenleitung eingelegten Leitungsteil versehen ist, und mittels eines elektrisch leitfähigen Metallteiles an einem Mitnehmerherz befestigt ist, während der Elektrodenkern an einen Pol einer Abgabevorrichtung für Brenmimpulse und das Werkstück an den zweiten Pol angeschlossen ist. Dabei ist an einer in Eingriff mit einem Gerät für den Schnellvorschub stehenden vertikal verschiebbaren Brücke ein Antrieb für die Rotation der Elektrode und eine Antriebsquelle für deren Mikrovorschub angeordnet

Es hat sich gezeigt, daß diese Anordnung, obwohl sie einen bedeutenden Fortschritt beim Bearbeiten konischer Innenflächen von Werkstücken brachte, verhältnismäßig kompliziert ist, soweit es sich um die Lösung des Schnell- und Mikrovorschubs handelt und daß sie ferner kein augenblickliches Anhalten in den Fällen ermöglicht, wo infolge elektrisch nicht leitender Verunreinigungen zwischen der Elektrode und der bearbeiteten Fläche kein elektrischer Kontakt der Elektrode mit der bearbeiteten Fläche zustande kommt. Es hat sich gleichfalls gezeigt, daß es wünschenswert ist, das Spülsystem zum Entfernen von Verbrennungsprodukten zu verbessern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art dahingehend zu verbessern, daß auch bei konischen Innenflächen ein vollkommen verläßliches System zum Erzielen eines Schnell- und Mikrovorschubs erreicht wird, wobei das Ausschalten möglich sein soll, wenn beim Auftreten Verunreinigungen zwischen der Elektrode und der zu bearbeitenden Fläche die richtige Wirkungsweise der Elektrode nicht gewährleistet ist und auch eine Verbesserung des Spülvorgangs erreicht werden soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Hauptanspruch gekennzeichneten Merkmale.

Die Unteransprüche kennzeichnen zweckmäßige weitere Ausbildungsformen.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in teilweisem Längsschnitt.

An einem, an dem nicht dargestellten Maschinenrahmen befestigten Halter 1 ist z. B. durch Einpressen ein hydraulischer Arbeitszylinder 2 befestigt und zu dessen beiden Seiten ein hydraulischer Zylinder 3 für den Schnellvorschub und ein hydraulischer Zylinder 4 für den Mikrovorschub, die gleichfalls im Halter 1 eingepreßt sind.

Der hydraulische Zylinder 3 für den Schnellvorschub ist an seinem linken Ende durch einen Sicherungskolben 30 verschlossen, gegenüber welchem sich ein Ausschalter 51 einer programmierbaren Steueranordnung 5 befindet. Im hydraulischen Zylinder 3 für den Schnellvorschub ist eine Druckfeder 31 und ferner ein Kolben 32 eelaeert. eeeen welchen sich eine auf einer Schraube 34 angeordnete und gegen Verdrehen gesicherte Mutter 33 stützt

Die Schraube 34 ist mittels einer Kupplung 35 mit einem Getriebe 36 und einem Elektromotor 37 für den Schnellvorschub in Verbindung, der an die erwähnte Steueranordnung 5 geschaltet ist

Der Raum des hydraulischen Zylinders 3 für den Schnellvorschub ist in der rechten Grenzlage des Kolbens 32 mit einem Vorratsbehälter 38 verbunden.
Der hydraulische Zylinder 4 für den Mikrovorschub ist an dessen linkem Ende durch einen Spülkolben 40 verschlossen, gegenüber welchem sich eine Stange 41 befindet, die sich gegen einen Nocken 410 auf der Welle eines Elektromotors 411 stützt, der an die programmierbare Steueranordnung 5 geschaltet ist Die linke Grenzlage der Stange 41 wird durch einen Hebel 412 gesichert, der sich gegen einen Anschlag 413 stützt.

Im hydraulischen Zylinder 4 für den Mikrovorschub

ist eine Druckfeder 42 gelagert an welcher der zweite Kolben 43 anliegt gegen den sich eine zweite Mutter 44 stützt, die an einer Schraube 45 für den Antrieb des Mikrovorschubs angeordnet ist, der durch ein Getriebe 46 und einen Elektromotor 47 gebildet wird. Die Schraube 45 ist mit der Austrittswelle des Getriebes 46 über eine Kupplung 48 verbunden. Auch die zweite Mutter 44 ist gegen Verdrehen gesichert, so daß sie nur eine Axialbewegung ausführen kann.

Aus dem Getriebe 46 ist eine Welle 49 herausgeführt, die mit einem Flügel 490 endet, an welchem ein Endschalter 491 angeschlossen ist, der eine Angabe über die Bewegung des zweiten Kolbens 43 mit einer Genauigkeit von 0,01 mm übermittelt.

Der Raum des hydraulischen Zylinders 3 für den Schnellvorschub, des hydraulischen Zylinders für den Mikrovorschub und des hydraulischen Arbeitszylinders 2 sind miteinander über einen Kanal 10 verbunden.

Im hydraulischen Zylinder 2 ist ein Stützkolben 20

verschiebbar gelagert, in dessen Bohrung eine Zugfeder 21 vorgesehen ist, die den Stützkolben 20 nach rechts zieht. Der Stützkolben 20 ist an seinem Stirnende mit einem Anschlag 22 aus Hartmetall versehen.

Das zum Bearbeiten bestimmte Werkstück 6 — im gegebenen Fall eine Einspritzdüse für Dieselmotoren — ist an einem Werkstückspanner 7 mittels einer Mutter 70 befestigt. Der Werkstückspanner 7 besitzt eine Bohrung 71 zur Flüssigkeitszufuhr in dem Hohlraum 60 des Werkstücks 6, der eine konzentrische Öffnung 61 zur Ableitung dieser Flüssigkeit besitzt.

Durch den Werkstückspanner 7 führt kontaktlos eine Elektrode 8, die einen Stahlschaft besitzt, der in einem kupfernen konischen Brennteil endet, dessen Form der resultierenden konischen Fläche zwischen der konzentrischen öffnung 61 und dem Hohlraum 60 entspricht die mittels Elektrofunkenbearbeitung gebildet werden soll. Der leitende Teil der Elektrode 8, das ist ein Teil der Oberfläche des Stahlschaftes, ist mit einer Isolation 80 versehen, mittels deren äußerer zylindrischer Oberfläche die Elektrode 8 genau in der zylindrischen Fläche 62 des Werkstückes 6 geführt wird.

Am Stahlschaft der Elektrode 8 ist ein Mitnehmerherz 9 mit einer Spannschraube 90 befestigt, die sich gegen einen Mitnehmerbolzen 91 eines Zahnrades 92 stützt, das mit einem Ritzel 93 auf der Welle eines Elektromotors 94 zum Übertragen der Rotationsbewegung der Elektrode 8 kämmt.

Das Mitnehmerherz 9 ist elektrisch und mechanisch mittels einer Feder 95 mit dem Zahnrad 92 verbunden, die mittels ihrer Zugkraft die Elektrode 8 eeeen den

Anschlag 22 drückt und gleichzeitig einen elektrisch verläßlichen Kontakt zwischen der Elektrode 8 und dem Zahnrad 92 sichert, gegen dessen mit einem Kupferring

96 versehenen zylindrischen Absatz ein Kohlekontakt

97 angedrückt wird, der an den negativen Pol einer Brennimpulsquelle 98 geschaltet ist. Der positive Pol der Brennimpulsquelle 98 ist elektrisch leitend mit dem Werkstückspanner 7 und derart auch mit dem Werkstück 6 verbunden.

Die Brennimpulsquelle 98 ist an das programmierbare Steuergerät 5 geschaltet.

Die beschriebene Anordnung arbeitet folgendermaßen: Die Elektrode 8 wird in das Werkstück 6 eingeschoben, das mittels der Mutter 70 am Werkstückspanner 7 befestigt ist. An das herausragende Elektrodenen- is de wird das Mitnehmerherz 9 aufgesetzt und gesichert. Am Steuergerät wird das Bearbeitungsprogramm eingestellt, d. h. die Brennbedingungen — Stromintensität, Brenndauer, die Frequenzzahl, die Geschwindigkeit des Schnellvorschubes und des Mikrovorschubes u. dgl.

Nach Anlassen der Einrichtung, wobei über die Bohrung 71 von einer nicht dargestellten Pumpe Flüssigkeit in den Hohlraum 60 des Werkstückes 6 zu strömen beginnt, wird die Elektrode 8 unter Mitwirkung der Feder 95 gegen den Anschlag 22 gedrückt. Anschließend beginnt der Schnellvorschub zu wirken, und nachdem der Kolben 32 die Verbindung mit dem Vorratsbehälter 38 schließt, beginnt der eigentliche Schnellvorschub der Elektrode 8, d. i., deren schnelle Annäherung an die zum Bearbeiten bestimmte Fläche des Werkstückes 6.

Sobald infolge dieser Bewegung der erste Kontakt des kupfernen konischen Brennteils der Elektrode 8 mit der erwähnten Fläche zustande kommt, erfolgt ein kurzzeitiges Reversieren des Elektromotors 37 für den Schnellvorschub, die Elektrode 8 entfernt sich von der erwähnten Fläche des Werkstückes 6 und diese so entstandene Unterbrechung des elektrischen Kontaktes ist ein Impuls einerseits zum Drehen der Elektrode 8 durch den Elektromotor 94 mit gewählter Drehzahl, andererseits zum Anlassen des Elektromotors 47, d. i. zum Einleiten des Mikrovorschubes der Elektrode 8 nach vorgewählten Parametern.

Der Flüge! 490 und der Endschalter 491 ermöglichen in gewählten Intervallen, z. B. nach Erzielen eines Abbrandes der Elektrode 8 von je 0,02 mm, ein wirksames Spülen, das heißt ein Entfernen der Abbrandprodukte im Werkstück 6 dadurch, daß durch programmiertes kurzzeitiges Anlassen des Elektromotors 411 der Nokken 410 mittels der Stange 41 es ermöglicht, daß sich der Spülkolben 40 kurzzeitig nach links und zurück verschiebt, wodurch ein plötzliches Verschieben der Elektrode 8 von der bearbeiteten Fläche eintritt und es der Flüssigkeit ermöglicht wird, die erwähnten Abbrandprodukte mit erhöhter Intensität aus dem Werkstück 6 zu entfernen.

Nach Erzielen des vorbestimmten Bearbeitungswertes kommt die beschriebene Anordnung selbsttätig zum Stillstand und Mikrovorschub und Schnellvorschub, d. h. die Organe für deren Tätigkeit, kommen in ihre Ausgangslage, worauf nach Herausnehmen des bearbeiteten und Einspannen eines nicht bearbeiteten Werkstükkes 6 sich der beschriebene Zyklus wiederholt

Falls es beim Anlassen oder auch während des Bearbeitens des Werkstückes 6 zu keinem leitenden Kontakt der Elektrode mit der bearbeiteten Fläche kommen sollte. gegebenenfalls zu keinem Annähern, welches Elektrofunkenentladungen ermöglichen würde, könnte durch Druckanstieg in den hydraulischen Zylindern 2,3 und 4 eine Gefährdung der Anordnung zustande kommen. Um dem vorzubeugen, kommt es bei Übersteigen eines bestimmten voraus eingestellten Druckwertes zu | einem Herausschieben des Sicherungskolbens 30, der mittels des Ausschalters 51 die Einrichtung augenblicklich ausschaltet.

Ein Einstellen des Druckes, bei welchem das beschriebene Ausschalten der Einrichtung erfolgt, kann vorteilhaft durch geeignete Anordnung des Sicherungskolbens erzielt werden, was mittels auf eine nicht dargestellte Feder wirkender Stellelemente ausgeführt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum elektroerosiven Bearbeiten konischer Innenflächen von Werkstücken mit einem Hohlraum mit hohem Schlankheitsgrad, der durch eine gleichachsige zylindrische Fläche gebildet wird, die mit einer konischen Fläche endet, mit einer mit konischem Brennteil endenden Elektrode, die mit einer isolierenden Führung versehen ist, die im zylindrischen Hohlraum des Werkstücks geführt ist, wobei das Werkstück und die Elektrode an die beiden Pole einer Spannungsquelle für Brennimpulse angeschlossen sind und die Elektrode in Eingriff mit Mitteln zum Erzeugen einer Rotationsbewegung steht, weiter mit einem feststehenden hydraulischen Arbeitszylinder und einem Arbeitskolben für den Vorschub der Elektrode und mit einer hydraulischen Zylinder-Kolben-Anordnung für den Schnellvorschub, dadurch gekennzeichnet,