DE3116857A1

DE3116857A1 - Bearbeitungseinrichtung mit elektrischer entladung

Info

Publication number: DE3116857A1
Application number: DE19813116857
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Yamato Kanagawa Furukawa
Original assignee: Sodick Co Ltd
Current assignee: Sodick Co Ltd
Priority date: 1980-05-06
Filing date: 1981-04-28
Publication date: 1982-02-04
Also published as: IT8121520A0; FR2481979A1; DE3116857C2; IT1138304B; FR2481979B1; US4441005A; CH652058A5

Description

Anwaltsakte: 31 584

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungseinrichtung mit elektrischer Entladung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Wenn eine Bearbeitungseinrichtung mit elektrischer Entladung verwendet wird, welche eine nichtspeichernde Energiequelle zum Erzeugen von Arbeitsimpulsen benutzt, ist es bekannt, daß die Impulsbreite der Arbeitsimpulse verringert werden kann, um eine Oberfläche mit geringerer Rauhigkeit zu erhalten. Um mit einer herkömmlichen, nichtspexchernden Energiequelle zum Erzeugen von Arbeitsimpulsen die Glattheit der maschinell bearbeiteten Oberfläche zu verbessern, sind Versuche unternommen worden, um Impulse mit einer geringeren Impulsebreite mittels hochfrequenten Hochleistungs-Schaltelementen zu schaffen. Da jedoch Impulse dieser Art eine hohe Spitzenspannung (von mehreren 10 (rens) Volt) haben müssen, liegt die minimale Impulsbreite, die im Hinblick auf die Schaltcharakteristiken der Schaltelemente erreichbar ist, die für eine solche Hochspannung verwendbar sind, bestenfalls bei 1μΞ. Wenn jedoch die effektive EntladungsStromstärke in Betracht gezogen wird, ist in der Praxis die minimale Impulsbreite etwa 2\is.

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Selbst wenn eine maschinelle Bearbeitung mit einer elektrischen Entladung mit Impulsen mit einer derart geringen Impulsbreite durchgeführt wird, liegt die Rauhigkeit der bearbeiteten Oberfläche bestenfalls bei etwa iiR max. Wenn jedoch eine feinere Oberflächen' Endbearbeitung gefordert wird, ist ein zusätzlicher Schritt erforderlich. Folglich nehmen die Anzahl Schritte und die Kosten der maschinellen Bearbeitung zu.

Die Erfindung soll daher eine Bearbeitungseinrichtung mit elektrischer Entladung schaffen, mit welcher ein Werkstück mit einer geringen Oberflächenrauhigkeit geschaffen- werden kann, ohne daß die Impulsbreite unter die vorerwähnte Breite verringert zu werden braucht. Ferner soll eine Bearbeitungseinrichtung mit elektrischer Entladung geschaffen werden, mit welcher die Oberfläche eines Werkstückes mit einer genauen und glänzenden Endbearbeitung bearbeitet werden

kann. Gemäß der Erfindung ist dies bei einer Bearbeitungseinrichtung mit elektrischer Entladung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Von dem Erfinder wurden Untersuchungen angestellt und Versuche durchgeführt, aus denen zu ersehen war, daß der in dem Werkstück durch einen Arbeitsimpuls gebildete konkave Teil oder Bereich flacher und im Durchmesser breiter wird, wenn

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'IfT Ar^-I)O i i r; i πιριι 1 :; vrhäl i:n i r;nuiP> i q scliin.il qomnnhl wird und seiner Anstiegsflanke ein allmählicher Anstieg gegeben wird, und daß darüber hinaus die Polarität des Arbeitsimpulses, der an den Spalt zwischen der Elektrode und dem Werkstück angelegt worden ist, eine Wirkung auf den Rauhigkeitsgrad der Oberflächenendbearbeitung hat.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist eine Bearbeitungseinrichtung mit elektrischer Entladung mit einer nichtspeichernden Energiequelle zum Erzeugen von Arbeitsimpulsen, die an einen Spalt zwischen einer Elektrode und einem Werkstück zum Schneiden des Werkstücks angelegt werden, eine Induktionsspule oder -wicklung zum Abschwächen der Schärfe der Vorder.flanke der Arbeitsimpulse aufweist, die von der Energiequelle zugeführt worden sind, um Arbeitsimpulse mit einem allmählichen, graduellen Anstieg zu erhalten. Die Impulsbreite der Arbeitsimpulse mit dem graduellen Anstieg ist verhältnismäßig schmal gemacht und liegt beispielsweise zwischen 2μΞ und 10us. Wenn eine maschinelle Bearbeitung mit elektrischer Entladung mit Hilfe derartiger Impulse vorgenommen wird, wird der sich ergebende konkave Teil, der durch jeden Impuls erzeugt worden ist, flacher und im Durchmesser größer als die konkaven Teile oder Bereiche , die durch herkömmliche Arbeitsimpulse hergestellt worden sind. Folglich wird die Rauhigkeit der maschinell bearbeiteten Oberfläche gering (d.h. gut). Wenn darüber hinaus die Arbeitsimpulse an den Spalt in der Weise angelegt werden, daß

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in dem vorerwähnten Fall die werkstücksseitige Polarität positiv und die elektrodenseitige Polarität negativ ist, wird
die maschinell bearbeitete Oberfläche unabhängig von der Art des Materials des Werkstückes eine blanke, glänzende Fläche. Auch kann der geforderte Rauhigkeitsgrad durch Einstellen des Induktionswertes der Induktionsspule oder -wicklung erhalten werden. Da eine äußerst geringe Rauhigkeit erhalten werden
kann, ohne die Impulsbreite der Arbeitsimpulse übermäßig zu
verringern, kann ein preiswertes Schaltelement verwendet werden, wodurch die Kosten der gesamten Einrichtung niedrig gehalten werden können.

Durch die Erfindung kann somit eine blanke bzw. glänzende
maschinell bearbeitete Oberfläche durch eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung erhalten werden, ohne daß die Impulsbreite der Arbeitsimpulse übermäßig stark verringert werden
muß. Insbesondere braucht die Impulsbreite nicht unter dem
herkömmlichen Grenzwert herabgesetzt zu werden, der durch die
Ansprechcharakterisitik des Schaltolemcntt-'S festgelegt ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig.1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Bearbeitungseinrichtung mit elektrischer Entladung gemäß der Erfindung;

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Fig.2 eine Wellenform des Impulses/ welcher in der in Fig.1 dargestellten Stromversorgungseinheit erzeugt worden ist;

Fig.3A die Form eines herkömmlichen Arbeitsimpulses;

Fig.3B eine Schnittansicht durch ein Werkstück, das mit dem in Fig.3A dargestellten Arbeitsimpuls bearbeitet worden ist;

Fig.4A . die Form des Arbeitsimpulses, welcher in der in Fig.1 dargestellten Einrichtung verwendet worden ist, und

Fig.4B eine Schnittansicht eines Werkstückes, das mit dem in Fig.4A dargestellten Arbeitsimpuls bearbeitet worden ist.

In Fig.1 ist eine Ausführungsform einer Bearbeitungseinrichtung mit elektrischer Entladung gemäß der Erfindung dargestellt. Eine Bearbeitungseinrichtung 1 mit elektrischer Entladung weist ein Hauptteil 2, das in Fig.1 schematisch dargestellt ist, und eine Stromversorgungseinheit 3 zum Zuführen von Arbeitsimpulsen auf, welche zwischen ein Werkstück 6, das in ein entsprechendes dielektrisches Fluid 5 in einem Bearbeitungsbehälter 4 eingetaucht ist, und eine am Kopf 7 des

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Hauptteils 2 angebrachte Elektrode 8 angelegt werden. In dem Kopf ist ein (nicht dargestellter) Servomechanismus angeordnet, und der Spalt zwischen der Elektrode 8 und dem Werkstück 6 kann auf eine entsprechende Größe eingestellt werden, um eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung durchzuführen. Da die Anordnung des vorbeschriebenen Hauptteils 2 bekannt ist, wird dessen Aufbau sowie der Aufbau des Servomechanismus nicht mehr im einzelnen beschrieben.

Die Stromversorgungseinheit 3 weist einen Schalttransistor 11 auf, der von einer Steuereinrichtung 10 so gesteuert wird, daß er an- und ausgeschaltet wird. Der positive Pol einer Gleichspannungsquelle 12 ist über einen Widerstand 13 mit dem Kollektor des Schalttransistors 11 und ihr negativer Pol ist unmittelbar mit einem Ausgangsanschluß 14 verbunden.Eine kernlose Spule bzw. Wicklung 16 ist zwischen einem weiteren Ausgangsanschluß 15, der elektrisch mit dem Werkstück 6 verbunden ist, und der Ausgangsschaltung des Schalttransistors 11 vorgesehen, um der Anstiegsflanke jedes der Arbeitsimpulse, die von dem Schalttransistor 11 erzeugt werden, einen allmählichen bzw. graduellen Anstieg zu geben. Der Grad des allmählichen bzw. graduellen Anstiegs kann durch Ändern der Induktivität der Wicklung 16 eingestellt werden. Zum Ändern der Induktivität der Wicklung 16 ist ein Schalter 17 vorgesehen, über welchen der Emitter des Schalttransistors 11 mit einem der Abgriffe 16a bis 16d der Wicklung 16 wahlweise verbunden werden kann.

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Ein Widerstand 18 ist zwischen einen beweglichen Kontakt 17a und den Ausgangsanschluß 15 geschaltet, so daß der Widerstand 18 unabhängig von der Schaltstellung des Schalters 17 parallel zu der kernlosen Wicklung 16 geschaltet ist. Da durch das Vorsehen des Widerstandes 18 die in der kernlosen Wicklung 16 gespeicherte Energie in dem Widerstand 18 verbraucht wird, wenn der Schalttransistor 11 abgeschaltet ist, kann dadurch eine unerwünschte Entladung aufgrund der in der Wicklung 16 gespeicherten Energie am Spalt 9 verhindert werden. Die Ausgangsanschlüsse 14 und 15 sind durch Leitungen 19 bzw. 20 mit der Elektrode 8 und dem Werkstück 6 verbunden, so daß die Arbeitsimpulse an den Spalt 9 in der Weise angelegt werden, daß das Werkstück 9 auf positivem Potential und die Bearbeitungselektrode 8 auf negativem Potential liegt. Wie nachstehend noch im einzelnen beschrieben wird, hat die Wahl der Polarität der an dem Spalt 9 angelegten Arbeitsimpulse einen großen Einfluß auf den fertigen Zustand der bearbeiteten Oberfläche .

Die Steuereinrichtung 10 weist einen Impulsgenerator zum Erzeugen von Impulsen mit einer geforderten Impulsebreite und Frequenz auf, und die Steuereinrichtung 10 steuert den Ein- und den Ausschaltzeitpunkt des Schalttransistors 11 mittels der Impulse von dem Impulsgenerator. Folglich kann die Impulsbreite der Impulse, die vom Emitter des Schalttransistors 11 erhalten werden,auf einen geforderten Wert festgelegt werden. Beispielsweise kann die Impulsbreite auf weniger als

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10μΞ festgelegt werden, welches die Impulsbreite im herkömmlichen Fall ist, wenn eine so geringe Rauhigkeit der Bearbeitungsfläche wie bei einer Endbearbeitung gefordert wird. Ferner wird die Induktivität der Wicklung 16 so festgelegt, daß die Vorderflanke der Arbeitsimpulse einen allmählichen bzw. graduellen Anstieg hat, wie durch gestrichelte Linien in Fig.2 dargestellt ist. Je größer der Induktivitätswert der Wicklung ist, umso langsamer wird der Anstieg der Vorderflanke des Impulses. Von dem Erfinder wurde bestätigt, daß je langsamer bzw. gradueller der Anstieg der Vorderflanke der Impulse ist,umso geringer (d.h. besser) die Rauhigkeit der bearbeiteten Oberfläche wird.

Der Grund, warum die Rauhigkeit der bearbeiteten Fläche herabgesetzt (d.h. verbessert) ist, indem der Vorderflanke der Arbeitsimpulse, die eine geringe Impulsbreite von weniger als 10με haben, ein allmählicher gradueller Anstieg gegeben wird, ist folgender:

Der Durchmesser eines konkaven Teils oder Bereichs, der durch einen herkömmlichen schmalen Impuls, wie er in Fig.3A dargestellt ist, erzeugt worden ist, ist so klein, wie er in Fig. 3B dargestellt ist, aber die Tiefe des konkaven Teils oder Bereichs ist verhältnismäßig groß (d.h. der konkave Bereich ist verhältnismäßig tief). Wenn jedoch außer einer Verringerung der Breite des Arbeitsimpulses der Vorderflanke des Impulses ein allmählicher bzw. gradueller Anstieg gegeben wird,

wie in Fig.4A dargestellt ist, ist der sich ergebende konkave Teil oder Bereich _ r; _

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flacher und sein Öffnungsdurchmesser ist größer, wie in Fig.4B dargestellt ist. Von dem Erfinder der vorliegenden Erfindung wurde durch Versuche bestätigt, daß die Rauhigkeit der in einer Bearbeitungseinrichtung mit elektrischer Entladung bearbeiteten Oberfläche auf weniger als 1 iiR max verringert werden kann, wenn die Bearbeitung mit Arbeitsimpulsen mit einer graduellen Anstiegscharakteristik durchgeführt wird. Um eine so geringe Rauhigkeit zu erhalten, sollte außerdem der Induktivitätswert der Wicklung 16 groß genug gemacht werden, um nicht nur der Anstiegsflanke des Impulses einen graduellen Anstieg zu geben, sondern auch um die Streukapazität auf der Seite des Schaltelementes zu der kernlosen Wicklung 16 hin zu beseitigen. Folglich wird eine Induktivität von mindestens 3μΗ in einer bestimmungsgemäß arbeitenden Einrichtung gefordert.

Da außerdem die effektive EntladungsStromstärke am Spalt 9 kleiner wird, wenn die Arbeitsimpulse einen graduellen Anstieg haben, wird vorzugsweise die Spannung an der Gleichspannungsquelle 12 erhöht, um zu verhindern, daß die effektive Entladungsstromstärke geringer wird. Die Spannung an der Hauptgleichspannungsquelle in einer herkömmlichen Einrichtung beträgt etwa 60 bis 100V. Entsprechend von dem Erfinder durchgeführten Versuchen kann annähernd die gleiche effektive Entladungsstromstärke wie in der herkömmlichen Einrichtung bei allmählich bzw. graduell ansteigenden Arbeitsimpulsen erhalten v/erden, wenn die Spannung der Gleichspannungsquelle

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- 13 auf 150V oder höher eingestellt wird.

Die Beziehung zwischen der Anstiegscharakteristik des Arbeitsimpulses und dem sich ergebenden Zustand an der bearbeiteten Oberfläche ist vorstehend bereits erläutert. Nunmehr wird die Beziehung zwischen der Polarität des Arbeitsimpulses, der von den Anschlüssen 14 und 15 an den Spalt 9 angelegt worden ist, und dem sich ergebenden Zustand an der bearbeiteten Oberfläche erläutert. Zuerst wird in Abhängigkeit von dem Material des Werkstücks, usw. festgesetzt, ob der positive Ausgangsanschluß der Energiequelle an das Werkstück oder an die Bearbeitungselektrode angeschlossen werden sollte. Bei verschiedenen, von dem Erfinder durchgeführten Versuchen hat sich jedoch bestätigt, daß der sich ergebende Zustand der bearbeiteten Fläche in beachtlichem Maße durch die Polarität der an den Spalt 9 angelegten Bearbeitungsimpulse beeinflußt wird, wenn eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung mit Hilfe von Arbeitsimpulsen mit einer geringen Impulsbreite und einem graduellen Anstieg durchgeführt wird.

Es wurde ein Versuch mit einem Werkstück aus Eisen und einer Bearbeitungselektrode aus Kupfer durchgeführt. Die Induktivität der Wicklung 16 wurde mit 6μΗ gewählt, der Widerstandswert des Widerstandes 18 betrug 20Q- und die angelegte Spannung betrug 270V. Der positive Ausgangsanschluß 15 der Stromversorgungseinheit 3 wurde mit dem Werkstück 6 und deren negativer Anschluß wurde mit der Bearbeitungselektrode 8 verbun-

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den. Das Werkstück wurde durch Anlegen von Arbeitsimpulsen an den Spalt 9 bearbeitet, wobei das Werkstück 5 auf positivem und die Elektrode 8 auf negativem Potential lagen.Die bearbeitete Oberfläche des Werkstücks 6 hatte nicht nur eine geringe Rauhigkeit, sondern wurde auch blank bzw. glänzend. Der Versuch wurde dann auch noch mit CU-W und Ag-W-Elektroden und nichtrostenden sowie WC-Werkstücken durchgeführt. Die blanke bzw. glänzende Oberfläche wurde bei jeder Elektroden- und Werkstückkombination erhalten. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung war außer der Bearbeitung mit einer elektrischen Entladung keine End- oder Feinbearbeitung oder eine Hochglanzpolitur erforderlich. Folglich wird die Anzahl Schritte bei einer Bearbeitung mit elektrischer Entladung geringer. Ferner wurde auch noch ein i^eiterer Versuch unter denselben Bedingungen wie in dem vorbeschriebenen Fall durchgeführt, außer daß die Polarität der an den Spalt angelegten Arbeitsimpulse umgekehrt wurde. Obwohl in diesem Fall die Rauhigkeit der bearbeiteten Oberfläche des Werkstückes geringer (d.h. besser) war als die eines Werkstückes, das mit einer herkömmlichen Bearbeitungseinrichtung mit elektrischer Entladung bearbeitet worden ist, war dessen Oberfläche nicht blank bzw. glänzend.

Der Tnduktivitätswert von 6μΗ für die Wicklung, der Widerstandswert von 20 jX. und die Spannung von 270V waren nur Beispiele, und die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf diese Werte beschränkt.

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Wie oben ausgeführt, kann eine blank bzw. glänzend bearbeitete Fläche unabhängig von der Materialart der Bearbeitungselektrode oder des Werkstückes erhalten werden, indem die Impulsbreite des Arbeitsimpulses verringert, dem Arbeitsimpuls ein gradueller Anstieg gegeben wird, und die Polarität des Arbeitsimpulses entsprechend gewählt wird, um das Potential des Werkstückes bezüglich des Potentials der Bearbeitungselektrode positiv zu machen. Der Rauhigkeitsgrad der Oberfläche des Werkstückes kann dann durch Auswählen der Stellung des Schalters 17 ohne weiteres gesteuert werden.

Mit der Erfindung können somit die Herstellungskosten der Bearbeitungseinrichtung mit elektrischer Entladung herabgesetzt werden, weil kein teueres Schaltelement erforderlich ist, da mit der erfindungsgemäßen Einrichtung eine bearbeitete Oberfläche geringer Rauhigkeit geschaffen werden kann, ohne daß die Impulsbreite des Ärbeitsimpulses extrem stark verringert werden muß. Obwohl nur eine Schaltanordnung zum Erzeugen von Arbeitsimpulsen in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform gemäß der Erfindung verwendet ist, ist die Erfindung nicht auf eine Bearbeitungseinrichtung mit elektrischer Entladung mit nur einer Schaltanordnung zum Erzeugen der Arbeitsimpulse beschränkt. Die Erfindung ist auch bei einer Einrichtung anwendbar, die zum Triggern eine Hochspannungs-Überlagerungsenergiequelle aufweist.

Ende der Beschreibung

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Claims

DR. BERG D.tPL.-J-RG. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR/D-R: SANDMAIR 311685 7

PATENTANWÄLTE
Postfach 860245 · 8000 München 86

Änwaltsakte: 31 584 2t .%'$ 1381

Sodick Co., Ltd. Kanagawa 223/Japan

Bearbeitungseinrichtung mit elektrischer Entladung

Patentansprüche

( 1 Λ Bearbeitungseinrichtung mit elektrischer Entladung mit einem Teil zum Erzeugen einer geforderten Relativbewegung zwischen einer Elektrode und einem Werkstück, gekennzeichnet durch eine nichtspexchernde Stromversorgungseinheit (3) zum Erzeugen von Arbeitsimpulsen mit einer schmalen Impulsbreite; durch ein induktives Element (16), um dem Anstiegsteil der Arbeitsimpulse einen graduellen Anstieg zu geben, wobei das induktive Element (16) in der Ausgangs-

vii/xx/Ha ,30065/0838 "²"

β (089) 988272 Telegramme: Bankkonten: Hypo-Bank München 4410122850

988273 BERGSTAPFPATENT München (BLZ 7002UOIt) Swift Gide: HYPO DF. MM

988274 TELEX: " Bavi-r. Vereinshank München 453100 (HI.Z 701)202TOi 983310 0524560BERGd Postscheck München 65343-808 (BL.: ιHX)SO)

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schaltung der Stromversorgungseinheit (3) angeordnet ist; durch ein Widerstandselement (18), das parallel zu dem induktiven Element (16) geschaltet ist, und durch eine Einrichtung (19, 20) zum Zuführen der Impulse von dem induktiven Element (16) an den Hauptteil (2).
2. Bearbeitungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungseinheit (3) eine Gleichspannungsquelle (12), einen Schalttransistor (11) der in Reihe mit der Gleichspannungsquelle (12) geschaltet ist, und eine Steuereinrichtung (10) zum Steuern des leitenden Zustandes des Schalttransistors (11) aufweist, wobei Impulse mit einer geringen Impulsbreite erzeugt werden.
3. Bearbeitungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (17) zum Einstellen des Induktivitätswertes des induktiven Elementes (16).
4. Bearbeitungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsbreite nicht größer als 10μκ ist.
5. Bearbeitungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e kenn zeichnet, daß die Impulsbreite nicht größer als 10με ist, daß der Induktivitätswert des induktiven Elements (16) nicht kleiner als 3μΗ ist, und daß die Spannung der Gleichspannungsquelle (12) der Schaltanordnung nicht

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- 3 kleiner als 150V ist.
6. Bearbeitungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e kenn zeichnet, daß die Zuführeinrichtung (19, 20) Arbeitsimpulse an den Spalt (9) zwischen der Bearbeitungselektrode (8) und dem Werkstück (6) in der Weise anlegt, daß das Potential des Werkstückes (6) höher ist als das der Bearbeitungselektrode (8) .
7. Bearbeitungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsbreite nicht größer als 1ΟμΞ ist, daß der Induktivitätswert des induktiven Elementes (16) nicht kleiner als 3μΗ ist, und daß die Spannung der Gleichspannungsquelle (12) der Schaltanordnung nicht kleiner als 150V ist.

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