DE3109722A1

DE3109722A1 - Verfahren und vorrichtung zum elektroerosiven schneiden eines elektrisch leitenden werkstueckes

Info

Publication number: DE3109722A1
Application number: DE19813109722
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Tokyo Inoue
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1980-03-13
Filing date: 1981-03-13
Publication date: 1982-01-28
Also published as: IT8148018A1; GB2077171A; GB2077171B; DE3109722C2; FR2477932B1; IT8148018A0; IT1170802B; FR2477932A1

Description

Inoue-Japax Research Incorporated Yokohamashi, Kanagawaken, Japan

Verfahren und Vorrichtung zum elektroerosiven Schneiden eines elektrisch leitenden Werkstük-

kes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektroerosiven Schneiden eines elektrisch leitenden Werkstückes nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 16 mit insbesondere einer kontinuierlichen Drahtelektrode an einem Schneidspalt, der mit einem Schneid-Flüssigkeitsmedium gespült ist; dabei wird das Spül-Flüssigkeitsmedium zum Schneidspalt in neuartiger Weise gespeist, um grundsätzlich den Ablauf bzw. die Leistungsfähigkeit des elektroerosiven Drahtschneidprozesses unter verschiedenen Gesichtspunkten zu verbessern.

Beim Prozeß des elektroerosiven Drahtschneidens wird im allgemeinen eine kontinuierliche Drahtelektrode verwendet, die beispielsweise aus Messing oder Kupfer besteht und eine Dicke zwischen 0,05 und 0,5 mm aufweist.

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Die Drahtelektrode wird axial kontinuierlich entlang einer gegebenen kontinuierlichen Führungsbahn von einer Zufuhrseite zu einer Aufnahmeseite über ein Werkstück transportiert, das in einer vorbestimmten Schneidzone angeordnet ist. Die Schneidzone wird gewöhnlich durch zwei Schneid-Führungsglieder festgelegt, die die Drahtelektrode am Werkstück lagern. Drahtzug- und Bremseinrichtungen erlauben ein straffes Spannen des kontinuierlichen Drahtes zwischen der Zufuhrseite und der Aufnahmeseite und dessen axialen Antrieb zwischen den Schneid-Führungsgliedern, während das Werkstück durchsetzt wird, so daß die kontinuierlich erneuerte Elektrodenfläche daneben in einer Schneidbeziehung mit dem Werkstück an einem Schneidspalt vorliegt. Der Schneidspalt wird mit ei- ' nem Schneid-Flüssigkeitsmedium gespült und elektrisch mit einem elektrischen Strom hoher Dichte erregt, der zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück fließt, um elektroerosiv Material vom Werkstück abzutragen. Der Schneidprozeß kann mit verschiedenen elektroerosiven Bearbeitungsanordnungen durchgeführt werden. Beim elektrischen Entladungs-Bearbeiten (EDM) ist das Schneid-Flüssigkeitsmedium eine dielektrische Flüssigkeit, und der elektrische Strom wird in der Form einer Folge elektrischer Impulse eingespeist. Beim elektrochemischen Bearbeiten (ECM) ist das Flüssigkeitsmedium ein flüssiger Elektrolyt, und der Bearbeitungsstrom ist ein kontinuierlicher oder gepulster Strom hoher Amperezahl. Beim elektrochemischen Entladungs-Bearbeiten (ECDM) hat das Schneidmedium elektrolytische und dielektrische Eigenschaften, und der Bearbeitungsstrom liegt vorzugsweise in der Form von Impulsen an, die die Erzeugung elektrischer Entladungen durch das Flüssigkeitsmedium erleichtern.

Mit fortschreitender elektroerosiver Materialabtragung

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. ΦΙ.

wird das Werkstück bezüglich der Drahtelektrode quer zu deren Achse verschoben. Dies erlaubt ein Vorrücken oder einen Vorschub der Drahtelektrode quer zum Werkstück und folglich das Ausführen eines Schneidschlitzes hinter der vorrückenden Drahtelektrode. Die kontinuierliche relative Verschiebung entlang einer vorgewählten Bahn führt zur entsprechenden Bildung eines gewünschten Profiles bzw. einer angestrebten Kontur, das bzw. die durch diesen Schneidschlitz im Werkstück festgelegt ist.

Bei der Durchführung des elektroerosiven Drahtschneidprozesses liegt die Schneidzone zweckmäßigerweise in Luft oder in einer üblichen Umgebung, und eine Düse wird verwendet, um ein Schneid-Flüssigkeitsmedium zum Schneidspalt zu liefern. Die Schneidflüssigkeit ist in zweckmäßiger Weise ein wäßriges Medium, das in verschiedenem Ausmaß ionisiert oder entionisiert sein kann, um als ein gewünschtes elektroerosives Schneidmedium zu dienen. Es ist wünschenswert,- den Schneidspalt mit einem ausreichenden Volumen an Schneidflüssigkeit gespült zu halten und dadurch mit einer ausreichenden Geschwindigkeit oder Rate zu durchsetzen, damit die elektroerosive Einwirkung stabil fortdauert, Schneidspäne und andere Spaltprodukte glatt oder störungsfrei abgeführt werden und die Drahtelektrode wirksam gekühlt wird. Dies bedingt, daß die Schneidflüssigkeit unter einem erhöhten Druck abgegeben wird. In der herkömmlichen Anordnung, in der die Schneidzone oder Düse der Luft ausgesetzt ist, neigt jedoch die Schneidflüssigkeit aufgrund des Spannungsabfalles, der hervorgerufen wird, wenn diese die Düse verläßt, zum Wegspritzen, so daß der größte Teil von dieser ausströmt, ohne in den schmalen Schneidspaltabzustand zu gelangen, der zwischen der dünnen Drahtelektrode und dem Werkstück vorgesehen ist. Wenn die Abgabe der Schneidflüssigkeit zum

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Schneidspalt unzureichend oder der Schneidspalt unvollständig mit der Schneidflüssigkeit gefüllt ist, dann treten Gasentladungen darin auf, die den elektroerosiven Prozeß und die Abfuhr von Spaltprodukten beeinträchtigen und gegebenenfalls einen Bruch der Drahtelektrode aufgrund einer dann entwickelten übermäßigen Wärme verursachen. Eine ungesteuerte Steigerung des Flüssigkeitsdruckes in einem Versuch zum Gewährleisten einer vollständigen Abgabe der Schneidflüssigkeit in den Schneidspalt führt zu einer ungesteuerten Ablenkung oder Schwingung der Drahtelektrode, die wiederum die Schneidstabilität beeinträchtigt. Es gibt also unzweckmäßige Beschränkungen der Schneidstabilität und -Wirksamkeit, die auf dem herkömmlichen Spaltspülen beim elektroerosiven Drahtschneidprozeß beruhen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektroerosiven Drahtschneiden anzugeben, die eine erhöhte Schneidstabilität und -Wirksamkeit gewährleisten; dabei soll ein Schneid-Flüssigkeitsmedium in den schmalen Schneidspaltabstand mit ausreichendem Volumen und genügendem Durchsatz gespeist und durch.diesen geschickt werden, wodurch die Schneidstabilität und -Wirksamkeit gegenüber dem Stand der Technik verbessert werden können; die Vorrichtung zum elektroerosiven Drahtschneiden soll einfach aufgebaut und zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sein; schließlich soll eine neuartige Einrichtung geschaffen werden, die die Schneidflüssigkeit in den Schneidspalt liefert und zu einer merklichen Verbesserung in der Schneidstabilität und -Wirksamkeit gegenüber dem Stand der Technik beiträgt.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil angegebenen Merkmale gelöst.

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Der Niedergeschwindigkeitsstrom kann einen Druck

von 1 bis 5 kp/cm besitzen, und der Hochgeschwindig-

2 keitsstrom kann einen Druck zwischen 5 und 100 kp/cm ,

vorzugsweise wenigstens 10 kp/cm , aufweisen. Die Schneidflüssigkeit umfaßt vorzugsweise ein flüssiges Wasser, das

2 5 einen spezifischen Widerstand von 10 bis 10 0hm·cm hat. Der Querschnitt des Hochgeschwindigkeitsstromes kann eine etwas größere oder kleinere Breite als die Breite des Schneidschlitzes aufweisen, und wenn er kleiner ist, sollte er im wesentlichen gleich der Dicke der Drahtelektrode sein. Vorzugsweise ist der Hochgeschwindigkeitsstrom des Schneid-Flüssigkeitsmediums auf einen Teil des Spaltbereiches hinter der vorrückenden Elektrode gerichtet.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann das Schneid-Flüssigkeitsmedium, das insbesondere in dem oben erwähnten Hochgeschwindigkeitsstrom ausgeführt ist, Gase und/oder fein verteilte Abriebteilchen enthalten. Die Gase können Sauerstoff in der Form von 0„ oder O^ (Ozon) sein.

.Insbesondere werden beim erfindungsgemäßen Verfahren der Niedergeschwindigkeitsstrom mit einer ersten Düse mit einer relativ großen öffnung und der Hochgeschwindigkeitsstrom mit einer zweiten Düse mit einer kleineren Öffnung als die öffnung der ersten Düse und mit einer Breite im wesentlichen gleich der Breite des Schneidschlitzes erzeugt. Wenn die Drahtelektrode bezüglich des Werkstückes entlang einer nichtlinearen Bahn, also einer Bahn, die gekrümmt ist oder eine oder mehrere Ecken besitzt, vorrückt, dann wird nach einer Weiterbildung der Erfindung wenigstens die zweite Düse der oben erwähnten Düsen vorzugsweise entlang einer kreisförmigen Bahn, die um die Achse der Drahtelektrode verläuft, abhängig von einer Änderung in der Richtung des

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.Ak-

relativen Vorschubes zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück entlang der nichtlinearen Bahn verschoben, so daß der Hochgeschwindigkeitsstrom immer zu einem Teil des Spaltbereiches hinter der vorrückenden Drahtelektrode ausgerichtet oder justiert sein kann.

Die Erfindung sieht auch eine Vorrichtung zum elektroerosiven Schneiden eines elektrisch leitenden Werkstückes mit einer kontinuierlichen Drahtelektrode vor, die aufweist:

Eine Transporteinrichtung zum axialen Transportieren der Drahtelektrode,

eine Führungseinrichtung, die die Drahtelektrode so führt, daß das Werkstück durchsetzt wird, während ein Schneidspalt mit diesem gebildet wird, in dem ein Schneid-Flüssigkeitsmedium vorhanden ist,

eine Strom- bzw. Spannungsversorgung zum elektrischen Erregen des Schneidspaltes, um elektroerosiv Material vom Werkstück abzutragen, und

eine Vorschubeinrichtung zum Vorrücken des Werkstükkes bezüglich der Drahtelektrode quer zu deren Achse, wodurch ein Schneidschlitz hinter der vorrückenden Drahtelektrode im Werkstück gebildet wird.

Diese Vorrichtung zeichnet sich durch eine Spüleinrichtung zum Spülen des Schneidspaltes mit dem Schneid-Flüssigkeitsmedium aus, die aufweist:

(a) Eine erste Düseneinrichtung mit einer relativ großen Öffnung zum Erzeugen eines Niedergeschwindigkeitsstromes des Schneid-Flüssigkeitsmediums und zu dessen Richten auf den Bereich des Schneidspaltes, und

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(b) eine zweite Düseneinrichtung mit einer öffnung kleiner als die öffnung der ersten Düseneinrichtung und mit einer Breite im wesentlichen gleich der Breite des oben erwähnten Schneidschlitzes zum Erzeugen eines Hochgeschwindigkeitsstromes des Schneid-Flüssigkeitsmediums und zu dessen Richten auf den Schneidspalt und zum Injizieren oder Einspritzen des Hochgeschwindigkeitsstromes in den Niedergeschwindigkeitsstrom des Schneid-Flüssigkeitsmediums .

Die Breite der öffnung der zweiten Düseneinrichtung kann etwas größer oder kleiner als die Breite des Schneidschlitzes sein und sollte - wenn sie kleiner ist - im wesentlichen gleich der Dicke der Drahtelektrode sein.

Vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung weiterhin eine erste Pumpeinrichtung zum Treiben des Niedergeschwindigkeitsstromes des Schneid-Flüssigkeitsmediums aus der er-

2 sten Düseneinrichtung bei einem Druck zwischen 1 und 5 kp/cm und eine zweite Pumpeinrichtung zum Treiben des Hochgeschwindigkeitsstromes des Schneid-Flüssigkeitsmediums aus der zwei-

2 ten Düseneinrichtung bei einem Druck zwischen 5 und 100 kp/cm

2
und vorzugsweise über 10 kp/cm . Eine Quelle für flüssiges

2 Wasser mit einem spezifischen Widerstand zwischen 10 und 10 0hm·cm kann - wenn dieses als Schneid-Flüssigkeitsmedium gewählt wird - mit der ersten und der zweiten Düseneinrichtung über eine erste bzw. zweite Leitungseinrichtung verbunden sein. Eine Einrichtung kann der zweiten Leitungseinrichtung zugeordnet werden/ um Gase, d. h. Sauerstoff in der Form von O₂ oder O₃/ oder fein unterteilte Abriebmaterialien in den Hochgeschwindigkeitsstrom des flüssigen Wassers einzuführen .

Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist

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wenigstens die zweite Düseneinrichtung der oben erwähnten Düseneinrichtungen in der Richtung eines Teiles des Schneidspaltbereiches hinter der vorrückenden Drahtelektrode ausgerichtet. Um diese Ausrichtung für die Drahtelektrode beizubehalten, wenn diese bezüglich des Werkstückes entlang einer nichtlinearen Bahn, also einer Bahn, die gekrümmt ist oder eine oder zwei Ecken besitzt, durch die Vorschubeinrichtung vorrückt, kann eine Düsenverschiebungseinrichtung vorgesehen und der Vorschubeinrichtung zugeordnet werden. Die Düsenverschiebungseinrichtung verschiebt wenigstens die zweite Düseneinrichtung der oben erwähnten Düseneinrichtungen, so daß der Hochgeschwindigkeitsstrom immer zu dem Teil des Schneidspaltbereiches hinter der vorrückenden Drahtelektrode trotz einer Änderung der Vorschubrichtung der Drahtelektrode bezüglich des Werkstückes ausgerichtet sein kann. Eine Führungseinrichtung kann vorgesehen werden, um diese Düsenverschiebung entlang einer kreisförmigen Bahn entlang der Achse der Drahtelektrode zu führen.

Bei der Erfindung wird eine günstige Fluidverteiluncvorgesehen, in der ein reichliches und im wesentlichen aufspaltfreies Volumen des Flüssigkeitsmediums, das in einem dicken Niedergeschwindigkeitsstrom unter einem mäßigen Druck getragen ist, die Umgebung der Schneidzone füllt und einwirkt, um diese von der Atmosphäre zu isolieren. Ein dünner Hochgeschwindigkeitsstrom des Schneid-Flüssigkeitsmediums, das unter einem erhöhten Druck in diesen sich bewegenden "Flüssigkeitsvorhang (Druckkissen)" eingespritzt wird, ist sicher darin zurückgehalten und wird dadurch gegen wesentliches Aufspalten _una zerstreuen gehalten. Weiterhin hat der Hochgeschwindigkeitsstrom eine extrem kleine Dicke, die im wesentlichen gleich der Breite des Schneidschlitzes bemessen ist, der hinter der vorrückenden Drahtelektrode ausgeführt ist. Demgemäß kann eine ausreichende

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. Al-

Menge des Schneid-Flüssigkeitsmediums im gerichteten Hochgeschwindigkeitsstrom ohne Hindernis auf den Bereich des Schneidspaltes unter dem erhöhten Druck fokussiert werden, der ausreichend bleibt, und durch die Fläche des Schneidspaltes mit einem Durchsatz geschickt werden, der ausreichend hoch bleibt. Der sich bewegende "Flüssigkeitsvorhang", der durch den Niedergeschwindigkeitsstrom gebildet wird, verhindert wirksam, daß die Umgebungsluft in den Hochgeschwindigkeitsstrom des Schneid-Flüssigkeitsmediums eingefangen wird, wodurch dessen Dichte auf einem gewünschten Pegel gehalten wird, und liefert auch eine Unterteilung geringer Reibung für den Hochgeschwindigkeitsstrom, damit dieser glatt zum fokussierten Bereich des Schneidspaltes laufen kann. Eine auf diese Weise erzielte konstante Erneuerung des Schneid-Flüssigkeitsmediums durch die gesamte Fläche des Schneidspaltes baut optimale Bedingungen für den Fortgang der elektroerosiven Einwirkung mit Stabilität, Kühlen der Drahtelektrode und Entfernen der Spaltprodukte auf.

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

Fig. 1 teilweise geschnitten und teilweise im einem Blockdiagramm eine elektroerosive Drahtschneidvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 im wesentlichen in einem Schnitt eine Düsenanordnung zum Spülen des Schneid-Flüssigkeitsmediums zum Bereich eines Schneidspaltes nach der Erfindung, und

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Pig. 3 eine Draufsicht, die schematisch die Düsenanordnung von Fig. 2 zeigt.

In der Fig. 1 verwendet eine elektroerosive Drahtschneidvorrichtung eine kontinuierliche Drahtelektrode 1 einer üblichen metallischen Zusammensetzung und einer Dicke von 0,05 bis 0,5 mm. Die Drahtelektrode 1 wird axial von einer Zufuhr- oder Abwickelrolle 2 zu einer Aufnahme- oder Aufwickelrolle 3 durch eine Zugeinheit 4 angetrieben, um kontinuierlich durch eine Schneidzone zu verlaufen, die zwischen zwei Schneid-Führungsgliedern 5a und 5b festgelegt ist. Eine geeignete (mechanische) Spannung wird der Laufdrahtelektrode 1 durch eine Bremseinheit 6 vermittelt. Ein Werkstück 7 liegt in der Schneidzone zwischen den Führungsgliedern 5a und 5b und wird durch die Laufdrahtelektrode 1 durchsetzt. Das Werkstück 7 ist sicher auf einem Arbeitstisch 8 befestigt, der in einer X-Y-Ebene durch zwei Motoren 9 und 10 verschoben wird, die durch Ansteuersignale betrieben werden, die von einer numerischen Steuereinheit 11 (NC) geliefert werden. Der Motor 9 ist so ausgelegt, daß er das Werkstück 7 entlang einer vorbestimmten X-Achse verschiebt, und der Motor 10 ist so gestaltet, daß er das Werkstück 7 entlang einer vorbestimmten Y-Achse senkrecht zur X-Achse verschiebt. Die numerische Steuereinheit 11 hat darin vorprogrammierte Eingangsdaten, die eine gewünschte Bahn darstellen, der durch die relative Verschiebung zwischen dem Werkstück 8 und der Achse einer linearen Streckung der Drahtelektrode zu folgen ist, die zwischen den Führungsgliedern 5a und 5b läuft. Eine Düsenanordnung 12, die weiter unten näher beschrieben wird, liegt in der Schneidzone, um eine Schneidflüssigkeit in einen Bereich des Schneidspaltes zu speisen, der zwischen der Drahtelektrode 1 und dem Werkstück 7 fest-

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. JA.

gelegt ist. Eine Elektroerosions-Strom- bzw. -Spannungsversorgung 13 hat Ausgangsanschlüsse, die elektrisch mit der Drahtelektrode 1 und dem Werkstück 7 verbunden sind, um elektrisch den Schneidspalt zu erregen oder einen elektrischen Strom mit genau eingestellten Parametern zwischen die Drahtelektrode 1 und das Werkstück 7 zu legen, so daß Material elektroerosiv vom Werkstück 7 abgetragen wird. Im Betrieb werden die in der numerischen Steuereinheit 11 gespeicherten Daten wiedergegeben und in Ansteuersignale umgesetzt, die an den Motoren 9 und 10 liegen, um dadurch das Werkstück 7 bezüglich der Drahtelektrode 1 in der voreingestellten X-Y-Ebene entlang der vorprogrammierten Bahn zu verschieben. Somit rückt die in einer Richtung quer zur X-Y-Ebene gestreckte Drahtelektrode 1 bezüglich dieser Bahn vor, um hinter sich einen Elektroerosions-Schneidschlitz auszuführen. Die kontinuierliche relative Verschiebung entlang dieser Bahn führt zur Bildung eines Drahtschneidprofiles im Werkstück, das durch den Schneidschlitz und entsprechend der vorprogrammierten Bahn festgelegt ist.

Die Düsenanordnung 12, die in der Schneidzone angeordnet ist, die durch die Drahtelektrode 1 und das Werkstück 7 in Fig. 1 gebildet wird, kann in einer in den Fig. 2 und 3 gezeigten Form 120 ausgeführt werden. Die Anordnung 120 umfaßt ein erstes Düsenglied 121 und ein zweites Düsenglied 122. Das erste Düsenglied 121 hat eine große Düsenöffnung 121a, um einen Niedergeschwindigkeitsstrom des Schneid-Flüssigkeitsmediums zu erzeugen und diesen zum Bereich des Schneidspaltes zu richten. Das zweite Düsenglied 122 hat eine schmale Düsenöffnung 122a, um einen Hochgeschwindigkeitsstrom des Schneid-Flüssigkeitsmediums zu bilden. Die schmale öffnung 122a des zweiten Düsenglie-

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des 122 ist in der großen öffnung 121a des ersten Düsengliedes 121 vorgesehen und koaxial mit diesem angeordnet. Die schmale Öffnung 122a des zweiten Düsengliedes 122 hat eine Breite 1 im wesentlichen gleich der Breite s des Schneidschlitzes S. Das Ende der schmalen öffnung 122a ist leicht vorspringend vom Ende der großen öffnung 121a gezeigt. Die Anordnung umfaßt weiterhin ein Ringglied 123, an dem das erste und das zweite Düsenglied 121 und 122 fest durch eine Klammer 124 befestigt sind. Das Ringglied 123 ist drehbar durch Walzen 125 und 126 geführt, die drehbar in Eingriff hiermit gehalten sind, und es wird durch eine Walze 127 angetrieben, die mit ihm antriebsmäßig in Eingriff ist. Die Walze 127 wird durch einen Motor 128 angetrieben, der seinerseits durch Ansteuersignale angesteuert ist, die von einer ebenfalls in Fig. 1 gezeigten Steuerschaltung 14 eingespeist werden. Wie in Fig.2 gezeigt ist, sind die Führungswalzen 125 und 126 und die Triebwalze 127 an festen Ebenen angebracht und so in einer festen Beziehung mit den Führungsgliedern 5a und 5b und also mit der Achse der Drahtelektrode 1, die durch diese Glieder gelagert ist. Die Drehmitte des drehbaren Ringgliedes 123 fällt mit der Mittelachse der Drahtelektrode 1 zusammen. Wenn das Ringglied 123, das die Düsenglieder 121 und 122 trägt, umläuft, werden die Richtungen der von diesen Düsen abgegebenen Niedergeschwindigkeits- und Hochgeschwindigkeitsströme geändert. Die zweite Düse 122 ist so ausgerichtet, daß der Hochgeschwindigkeitsstrom, der von ihr abgegeben wird, auf einen Punkt im Schneidspalt hinter der Drahtelektrode 1 justiert ist, die in das Werkstück 7 vorrückt und den Schneidschlitz S zurückläßt, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist.

Es ist im allgemeinen vorteilhaft, die Düsenanordnung 12, 120 auf der Seite des Werkstückes 7 vorzusehen, in die die axial laufende Drahtelektrode 1 in das Werkstück 7 ein-

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tritt, oder so anzuordnen, daß die Ströme des Schneid-Flüssigkeitsmediums zum und in den Schneidspalt in der gleichen Richtung fließen, in der die axial laufende Drahtelektrode 1 in das Werkstück 7 eintritt. Versuche haben ergeben, daß optimale Ergebnisse erhalten werden, wenn die Drahtelektrode 1 von unten nach oben durch das Werkstück 7 verläuft, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, und die Düsenanordnung 12, 120 unterhalb des Werkstückes 7 vorgesehen wird, so daß das Schneid-Flüssigkeitsmedium zwangsweise in den Schneidspalt von unterhalb des Werkstückes 7 strömt.

Die erste und die zweite Düse 121 und 122 werden mit dem Schneid-Flüssigkeitsmedium versorgt, das aus einem Vorrat 15 durch eine Pumpe 16 bzw. 17 abgesaugt wird. Die Pumpe 16 wird verwendet, um durch die Düse den Niedergeschwindigkeitsstrom des Schneid-Flüssigkeits-

2 mediums zu erzeugen, das mit einem Druck von 1 bis 5 kp/cm beaufschlagt ist. Die Pumpe 17 wird verwendet, um durch die Düse 122 den Hochgeschwindigkeitsstrom des Schneid-Flüssigkeitsmediums zu erzeugen, das auf einen Druck von

2 2

5 bis 100 kp/cm , vorzugsweise über 10 kp/cm , beaufschlagt ist. Der Niedergeschwindigkeitsstrom von der ersten Düse 121 kann streuen, um eine relativ große Fläche zu bedecken, die den Bereich des Schneidspaltes und der Drahtelektrode 1 umgibt, die aus dem Schneidschlitz S (wie gezeigt) läuft oder in den Schneidschlitz S eintritt (wenn die Richtung von deren axialem Lauf umgekehrt wird). Es tritt praktisch kein Aufspalten oder Sprühen in diesem Strom auf, der einen geringen Durchsatz und Druck besitzt, wenn er aus der Düse 121 austritt. Somit wird ein reichliches und im wesentlichen aufspaltfreies Volumen des Flüssigkeitsmediums im Niedergeschwindigkeitsstrom geführt, um die Umgebung des Schneidbereiches zu füllen und diesen von der Atmosphäre zu trennen.

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Das zweite Düsenglied 122 hat eine Düsenöffnung 122a, die so bemessen ist, daß die Dicke des Hochgeschwindigkeitsstromes im wesentlichen gleich der Breite des Schneidschlitzes S ist. Der Hochgeschwindigkeitsstrom, der durch die Düse 122 in den Niedergeschwindigkeitsstrom eingespritzt ist, der als ein sich bewegender "flüssiger Vorhang" und "Druckkissen" wirkt, ist so sicher darin zurückgehalten und wird dadurch gegen wesentliches Aufspalten und Streuen gehalten. Demgemäß kann eine ausreichende Menge an Schneid-Flüssigkeitsmedium im gerichteten Hochgeschwindigkeitsstrom ohne Hindernis auf den Bereich des Schneidspaltes unter dem Druck fokussiert werden, der genügend bleibt, und durch die Fläche des Schneidspaltes mit einem Durchsatz verlaufen, der ausreichend hoch bleibt. Der sich bewegende "Flüssigkeitsvorhang", der durch den Niedergeschwindigkeitsstrom' gebildet wird, verhindert wirksam, daß die Umgebungsluft in den Hochgeschwindigkeitsstrom des Schneid-Flüssigkeitsmediums eingefangen wird, wodurch dessen Dichte auf einem gewünschten Pegel verbleibt, und er liefert auch eine Unterteilung geringer Reibung für den Hochgeschwindigkeitsstrom, so daß dieser glatt zum fokussierten Bereich des Schneidspaltes laufen kann. Die auf diese Weise erzielte konstante Erneuerung des Schneid-Flüssigkeitsmediums durch die gesamte Zone des Schneidspaltes baut optimale Bedingungen für den Fortgang der elektroerosiven Einwirkung mit Stabilität, Kühlen der Drahtelektrode 1 und Entfernen der Spaltprodukte auf.

Während die das Werkstück 7 durchsetzende Laufdrahtelektrode 1 fest zwischen den Schneid-Führungsgliedern 5a und 5b gestreckt ist, neigt die Drahtelektrode 1 beim Schneiden während des Vorrückens zu einer Auslenkung nach

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hinten aufgrund des Bearbeitungsdruckes, also des Entladungsdruckes oder des Gasausdehnungsdruckes, der dem Elektroerosionsprozeß eigen ist. Diese Auslenkung oder Durchbiegung kann einen Kurzschlußzustand zwischen der Drahtelektrode 1 und dem Werkstück 7 oder ungesteuerte Schwingungen der gestreckten Drahtelektrode hervorrufen, was beides unerwünscht ist. um einen Gegenausgleich mit diesem Bearbeitungsdruck zu erzielen, ist es wünschenswert, wie oben erläutert wurde, den Hochgeschwindigkeitsstrom des Schneid-Flüssigkeitsmediums auf eine Zone im Schneidspalt unmittelbar hinter der Laufdrahtelektrode 1 ausgerichtet zu halten, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Solange die Drahtelektrode 1 entlang einer geraden Bahn vorrückt, wird diese Ausrichtung beibehalten, wobei die Stellung des Düsengliedes 122 fest ist, wie dies dargestellt ist. Wenn die Drahtelektrode 1 entlang einer gekrümmten Bahn oder einer Kante bzw. Ecke vorrücken soll, die durch zwei miteinander verbundene gerade oder gekrümmte Linien gebildet ist, muß die Stellung des Düsengliedes 122 verändert werden, um diese Ausrichtung oder Orientierung beizubehalten.

Die Steuerschaltung 14 (vgl. Fig. 1 und 2) ist so aufgebaut, daß sie Steuersignale von der numerischen Steuereinheit 11 empfängt, die an den Antriebsmotoren 9 und 10 für den Arbeitstisch 8, also für das Werkstück 7, liegen. Diese Signale bestimmen eine gewünschte Profilbahn des Vorschubes des Werkstückes 7 bezüglich der Drahtelektrode 1 und damit des Vorschubes der Drahtelektrode 1 bezüglich des Werkstückes 7. Die Steuerschaltung 14 leitet aus diesen Signalen ein "Winkel"-Fühlersignal ab, das einen Winkel einer Tangente an die Profilbahn in jedem voreingestellten Punkt darauf bezüglich einer vorbestimmtrη Koordinatenachse darstellt, und erzeugt daraus ein an den Motor 128 abzugebendes "Win-

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ZU-

kel"-Ansteuersignal. Wenn so eine Änderung in der Vorschubrichtung der Drahtelektrode 1 in der Profilbahn auftritt, wird ein "Winkel"-Ansteuersignal zum Motor 128 gespeist, damit das Ringglied 123 gedreht und damit die Winkelstellung des darauf angebrachten Düsengliedes 122 geändert wird. Das Ansteuersignal dauert fort, bis das Düsenglied 122 eine Stellung einnimmt, in der die gewünschte Ausrichtung oder Orientierung des Hochgeschwindigkeitsstromes erzielt ist.

Das Schneid-Flüssigkeitsmedium kann in vorteilhafter Weise eine wäßrige Flüssigkeit mit einem spezifi-

2 5 sehen Widerstand zwischen 10 und 10 Ohm·cm sein. Das Flüssigkeitsmedium kann Gase und/oder feine Abriebteilchen enthalten. In der Vorrichtung der Fig. 1 ist daher eine Mischkammer 18 an einem Teil der Flüssigkeitsleitung vorgesehen, durch die das Schneid-Flüssigkeitsmedium, beispielsweise eine wäßrige Flüssigkeit, unter einem hohen Druck geschickt ist, der durch die Pumpe 17 ausgeübt wird, um durch die Düse (zweite Düse 122 in Fig. 2 und 3) den Hochgeschwindigkeitsstrom zu erzeugen, der auf einen Teil des Schneidspaltes hinter der vorrückenden Drahtelektrode 1 gerichtet ist. Die Gase, die vorzugsweise Sauerstoffgase in der Form von 0„ oder 0~ (Ozon) sind, werden von einer Quelle 19 eingespeist und bei der Mischkammer 18 in den Hochgeschwindigkeitsstrom eingeführt. Es hat sich gezeigt, daß Ozon insbesondere vorteilhaft ist, wenn es in einem Anteil von 10 bis 55 Vol.-% im Hochgeschwindigkeits-Schneid-Flüssigkeitsstrom enthalten ist, damit die Abtragungsgeschwindigkeit und die Schneidstabilität verbessert werden. Die Abriebteilchen, die SiO_?, B.C, Al-O-., oder andere Abriebkörner sein können, werden von einer Quelle 20 eingespeist und bei der Mischkammer 18 in den Hochgeschwindigkeitsstrom eingeführt.

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Die Erfindung ermöglicht so in vorteilhafter Weise ein elektroerosives Drahtschneidverfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

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Leerseite

Claims

Ansprüche

1.J Verfahren zum elektroerosiven Schneiden eines elektrisch leitenden Werkstückes mit einer kontinuierlichen Drahtelektrode,

- bei dem die Drahtelektrode axial transportiert wird, um das Werkstück zu durchsetzen, während mit diesem ein Schneidspalt gebildet wird, der mit einem Schneid-Flüssigkeitsmedium gespült und elektrisch erregt wird, damit elektroerosiv Material vom Werkstück abgetragen wird, das bezüglich der Drahtelektrode quer zu deren Achse verschoben wird, wodurch ein Schneidschlitz hinter der in das Werkstück vorrückenden Drahtelektrode entsteht,

dadurch

gekennzeichnet ,

- daß das Spülen des Schneidspaltes mit dem Schneid-Flüssigkeitsmedium aufweist:

- (a) Richten eines Niedergeschwindigkeitsstromes des Schneid-Flüssigkeitsmediums, der mit einem relativ großen Querschnitt geformt ist, zum Bereich des Schneidspaltes, und

(b) Richten zum Schneidspalt und Einspritzen in den Niedergeschwindigkeitsstrom eines Hochgeschwindigkeitsstromes des Schneid-Flüssigkeitsmediums, der mit einem Querschnitt schmaler als der Querschnitt des Niedergeschwindigkeitsstromes geformt ist und eine Breite im wesentlichen gleich der

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Breite des Schneidschlitzes aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Niedergeschwindigkeitsstrom einen Druck von

2 1 bis 5 kp/cm aufweist, und

- daß der Hochgeschwindigkeitsstrom einen Druck von

2 bis 100 kp/cm aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß das Schneid-Flüssigkeitsmedium flüssiges Wasser umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

- daß das flüssige Wasser einen spezifischen Widerstand

2 5 zwischen 10 und 10 0hm·cm aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

- daß in den Hochgeschwindigkeitsstrom des Wasser-Flüssigkeitsmediums Gase eingeführt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Gase Sauerstoff sind, der in das Wasser-Flüssigkeitsmedium in einem Anteil von 10 bis 55 Vol.-% eingeführt ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

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— .j —

- daß für den Sauerstoff Ozon verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Hochgeschwindigkeitsstrom des Wasser-Flüssigkeitsmediums fein unterteilte Abriebteilchen enthält, die darin mitgeführt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß der schmalere Querschnitt eine Breite aufweist, die etwas größer als die Breite des Schneidschlitzes ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn ζ e i chnet,

- daß der schmalere Querschnitt eine Breite aufweist, die etwas kleiner als die Breite des Schneidschlitzes ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekenn ζ ei chnet,

- daß die Breite des schmaleren Querschnittes im wesentlichen gleich der Dicke der Drahtelektrode (1) ist.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß im Verfahrensschritt (b) der Hochgeschwindigkeitsstrom des Schneid-Flüssigkeitsmediums auf einen Teil des Spaltbereiches hinter der vorrückenden Drahtelektrode (1) gerichtet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12,

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dadurch gekennzeichnet,

- daß der Verfahrensschritt (a) aufweist:

- Erzeugen des Niedergeschwindigkeitsstromes mit einer ersten Düse (121) mit einer relativ großen Öffnung (121a) , und

- daß der Verfahrensschritt (b) aufweist:

- Erzeugen des Hochgeschwindigkeitsstromes mit einer zweiten Düse (122) mit einer öffnung (122a) kleiner als die öffnung (121a) der ersten Düse (121) und mit einer Breite im wesentlichen gleich der Breite des Schneidschlitzes.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Drahtelektrode bezüglich des Werkstückes entlang einer nichtlinearen Bahn vorrückt,

gekennzeichnet durch

- Verschieben wenigstens der zweiten Düse (122) abhängig von einer Änderung in der Vorschubrichtung der Drahtelektrode (1) bezüglich des Werkstückes (7) entlang der nichtlinearen Bahn, so daß der Hochgeschwindigkeitsstrom immer zu einem Teil des Spaltbereiches hinter der vorrückenden Drahtelektrode (1) gerichtet wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,

- daß wenigstens die zweite Düse (121) entlang einer kreisförmigen Bahn verschoben wird, die um die Achse der Drahtelektrode (1) angeordnet ist.

16. Vorrichtung zum elektroerosiven Schneiden eines elektrisch leitenden Werkstückes mit einer kontinuierlichen Drahtelektrode, mit

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- einer Transporteinrichtung zum axialen Transportieren der Drahtelektrode,

- einer Führungseinrichtung zum Führen der Drahtelektrode, so daß das Werkstück durchsetzt wird, während ein Schneidspalt mit diesem gebildet wird, in dem ein Schneid-Flüssigkeitsmedium vorhanden ist,

- einer Strom- bzw. Spannungsversorgung zum elektrischen Erregen des Schneidspaltes, um elektroerosiv Material vom Werkstück abzutragen, und

- einer Vorschubeinrichtung zum Vorrücken des Werkstückes bezüglich der Drahtelektrode quer zu deren Achse, wodurch ein Schneidschlitz hinter der in das Werkstück vorrückenden Drahtelektrode gebildet wird,

gekennzeichnet durch

- eine Spüleinrichtung zum Einführen des Schneid-Flüssigkeitsmediums, die aufweist:

- (a) eine erste Düseneinrichtung (121) zum Richten eines

Niedergeschwindigkeitsstromes des Schneid-Flüssigkeitsmediums, der mit einem relativ großen Querschnitt geformt ist, auf den Bereich des Schneidspaltes , und

- (b) eine zweite Düseneinrichtung (122) zum Richten auf

den Schneidspalt und zum Einspritzen in den Niedergeschwindigkeitsstrom des Schneid-Flüssigkeitsmediums eines Hochgeschwindigkeitsstromes des Schneidmediums, der mit einem Querschnitt schmaler als der Querschnitt des Niedergeschwindigkeitsstromes geformt ist und eine Breite im wesentlichen gleich der Breite des Schneidschlitzes hat.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet.

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- daß die Spüleinrichtung aufweist:

- (a) eine erste Düse (121) mit einer relativ großen

Öffnung (121a) zum Erzeugen des Niedergeschwin- ι digkeitsstromes der Schneidflüssigkeit, und

- (b) eine zweite Düse (122) mit einer öffnung (122a)

kleiner als die Öffnung (121a) der ersten Düse (121) und mit einer Breite im wesentlichen gleich der Breite des Schneidschlitzes.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die öffnung (122a) der zweiten Düse (122) etwas größer als die Breite des Schneidschlitzes ist. :

19. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Breite der öffnung (122a) der zweiten Düse (122) etwas kleiner als die Breite des Schneidschlitzes ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Breite der Öffnung (122a) der zweiten Düse (122) im wesentlichen gleich der Dicke der Drahtelektrode (1) ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Spüleinrichtung weiterhin aufweist:

- (a) eine erste Pumpeinrichtung (16) zum Treiben des

Niedergeschwindigkeitsstromes des Schneid-Flüssigkeitsmediums aus der ersten Düse (121) bei einem

2 Druck zwischen 1 und 5 kp/cm , und

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- (b) eine zweite Pumpeinrichtung (17) zum Treiben des Hochgeschwindigkeitsstromes des Schneid-Flüssigkeitsmediums aus der zweiten Düse (122) bei einem

2 Druck zwischen 10 und 100 kp/cm

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch

- eine Quelle (15) an flüssigem Wasser eines spezifischen

2

Widerstandes zwischen 10 und 10 Ohm·cm, das das Schneid-Flüssigkeitsmedium bildet,

- wobei die Quelle (15) mit der ersten und der zweiten Düse (121, 122) über eine erste bzw. zweite Leitungseinrichtung verbunden ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch

- eine der zweiten Leitungseinrichtung zugeordnete Einrichtung (18) zum Einführen von Gasen in den Hochgeschwindigkeitsstrom des flüssigen Wassers.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Gase Sauerstoff enthalten.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Sauerstoff Ozon ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch

- eine der zweiten Leitungseinrichtung zugeordnete Einrichtung (18) zum Einführen von fein unterteilten Abriebteilchen in den Hochge^chwindigkeitsstrom des flüssigen Wassers.

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27. Vorrichtung nach Anspruch 17,
gekennzeichnet durch

- eine Ausrichteinrichtung zum Ausrichten wenigstens der zweiten Düse (122) in der Richtung eines Teiles des Schneidspaltbereiches hinter der vorrückenden Drahtelektrode (1).

28. Vorrichtung nach Anspruch 27,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Drahtelektrode (1) bezüglich des Werkstückes (7) entlang einer nichtlinearen Bahn durch die Vorschubeinrichtung vorrückbar ist,

- daß die Ausrichteinrichtung eine Antriebseinrichtung aufweist, die der Vorschubeinrichtung zugeordnet ist, um wenigstens die zweite Düse (122) so zu verschieben, daß der Hochgeschwindigkeitsstrom immer zu dem Teil des Schneidspaltbereiches trotz einer Änderung in der Vorschubrichtung der Drahtelektrode (1) bezüglich des Werkstückes (7) gerichtet ist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28,
gekennzeichnet durch

- eine Führungseinrichtung, mit der wenigstens die zweite Düse (121) entlang einer kreisförmigen Bahn um die Achse der Drahtelektrode (1) verschiebbar ist.

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