-
Verfahren und Vorrichtung zur dreidimensionalen
-
elektroerosiven Bearbeitung Die Erfindung bezieht sich allgemein
auf die Elektroerosion und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
elektroerosiven Bear~beitung eines dreidimensionalen Hohlraums in einem Werkstück
unter Verwendung einer dünnen Elektrode, zum Beispiel einer Draht- oder dünnen Stab-
oder Rohrelektrode, deren Profil allgemein eine von dem gewünschten Hohlraum unabhängige
Form hat. Der Begriff 'Elektroerosion" und "elektroerosive Bearbeitung" wird hier
im Sinne eines Bearbeitungsverfahrens verwendet, wodurch Material von einem einer
Werkzeugelektrode gegenUbergestellten Werkstück mittels der Wirkungen von aufeinanderfolgenden,
zeitlich beabstandeten elektrischen Entladungen dazwischen entfernt wird, welche
Wirkungen
teilweise eine Wirkung elektrolytischer oder elektrochemischer
Materialabtragungsart enthalten können.
-
Es wurde allgemein angenommen, daß die Elektroerosionstechnik bei
Anwendung auf die Bearbeitung eines dreidimensionalen Hohlraums in einem Werkstück
gewöhnlich eine Werkzeugelektrode erfordert, die dreidimensional zur Anpassung an
den gewünschten Hohlraum im Werkstück geformt ist. So kann eine Elektrode vom herkömmlichen
Absenktyp oder eine 3D-(dreidimensionale) EDM-Elektrode ein präzisionsbearbeiteter
leitender Block oder ein Mttallblech sein, das präzisionsverformt oder auf einer
Präzisions-Galvanoplastikform abgeschieden ist. Weiter muß eine Vielzahl solcher
Elektroden identsficher oder ähnlicher Form hergestellt werden7 um den Verschleiß
zu kompensieren, den die Elektroden während des Erosionsverfahrens erleiden, oder
zwecks Beringsthaltung der Bearbeitungsdauer, um das Ende einer gewünschten Bearbeitungsgenauigkeit
und Oberflächengüte zu erzielen. Die Herstellung solcher präzisionsgeformten und
vielfachen Elektroden ist allgemein zeitaufwendig und lästig oder- erfordert beträchtliche
Fertigkeit und Arbeit und kann infolgedessen einen gewünschten EDM-Vorgang unzulässig
kostspielig oder oft sorgar praktisch undurchführbar machen. Außerdem macht es der
herkömmliche Absenktyp-Vorgang schwierig, den Bearbeitungsspalt frei vom Rückstand
der abgelösten Späne und anderer Produkte zu halten, die zur Verursachung einer
Bearbeitungsinstabilität neigen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren
zur elektroerosiven Bearbeitung eines dreidimensionalen Hohlraums in einem Werkstück
zu entwickeln, wodurch sich der gewünschte Hohlraum in einem Werkstück mit einem
einfachen Elektrodenwerkzeug und mit erhöhtem Wirkungsgrad bilden läßt, und auch
eine verbesserte Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu entwickeln, mit
der ein gewünschter dreidimensionaler Hohlraum in einem Werkstück mit einer einfachen
Elektrodenwerkzeuganordnung und mit erhöhtem Wirkungsgrad gebildet werden kann.
-
Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist zunächst
ein Verfahren zur elektroerosiven Bearbeitung eines dreieimensionalen Hohlraums
in einem Werkstück, gekennzeichnet durch die Schritte: Axiale Gegenüberstellung
einer dünnen Werkzeugelektrode, deren Form allgemein unabhängig von der Form des
gewünschten Hohlraums ist, und des Werkstücks zur Begrenzung eines mit einer Bearbeitungsflüssigkeit
gespülten Bearbeitungsspaltes zwischen dem Spitzenteil der dünnen Elektrode und
dem Werkstück, seitliches Schwingen der dünnen Elektrode zwecks Schwingungsbewegung
des Spitzenteils mit einer kleinen Amplitude in einer zur Achse der dünnen Elektrode
im wesentlichen senkrechten Ebene, Bewirken einer Folge elektrischer Entladungen
zwischen dem seitlich schwingenden Spitzenteil und dem Werkstück
durch
den mit Flüssigkeit gespülten Bearbeitungsspalt zwecks elektroerosiver Materialabtragung
vom Werkstück und Durchführung einer dreidimensionalen Ielativbewegung der Achse
der seitlich schwingenden dünnen Elektrode und des Werkstücks zwecks Hervorrufens
eines dreidimensionalen, abtastartigen Uberstreichens des Werkstücks durch den schwingend
bewegten Spitzenteil unter wesentlicher Konstanthaltung der Bearbeitungsspaltweite
dazwischen.
-
Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieses Verfahrens sind in den
Unteransprüchen 2 bis 14 gekennzeichnet.
-
Insbesondere sollte die dem Spitzenteil verliehene Geschwindigkeit
der Schwingungsbewegung vorzugsweise im Bereich über 5 m/min oder 8 cm/s liegen.
Es wurde gefunden, daß dies zu einer merklichen Steigerung der Abtragungsgeschwindigkeit
gegenüber dem System führt, bei dem keine solche Schwingungsbewegung auf die dünne
Elektrode übertragen wird.
-
Vorzugsweise ist die dünne Elektrode rohrförmig oder in der Form
eines vorzugsweise zusammenhängenden Rohres gebildet, das eine zum Bearbeitungsspalt
offene Innenbohrung zum Einführen eines Hochgeschwindigkeitsstroms der Bearbeitungsflüssigkeit
unter einem erhöhten Druck über 10 Bar, vorzugsweise über 50 Bar, in den Bearbeitungsspalt
aufweist. Die Bearbeitungsflüssigkeit
besteht vorzugsweise aus
einer wässerigen Füssigkeit mit einem spezifischen Widerstand im Bereich zwischen
103 und 105 Ohm . cm. Es wurde gefunden, daß diese Anordnung zu einem äußerst stabilisierten
Bearbeitungsvorgang führt.
-
Nach einem weiterbildenden Merkmal der Erfindung ist die Werkzeugelektrode
aus einer Mehrzahl dünner Elektrodenelemente, z. Bo Drähte oder dünner Stäbe oder
Rohre, zusammengesetzt, die parallel zueinander angeordnet und mit einem Halteorgan
fest zusammengehalten sind. Solche Elektrodenelemente sind vorteilhaft derart angeordnet,daß
ihre einzelnen Spitzen in einer zu ihren Längsachsen senkrecht ausgerichteten Ebene
liegen. Die Elektrodenelemente haben vorteilhaft eine Dicke von 0,05 bis 1 mm und
weisen einen gegenseitigen Abstand mit einem Zwischenraum von vorzugsweise 0,05
bis 0,5 mm oder etwa der halben Dicke oder des halben Durchmessers der einzelnen
Elektrodenelemente auf. Auch hier sollten die einzlnen Elektrodenelemente vorzugsweise
rohrförmig oder jeweils in vorzugsweise zusammenhängender Rohrform ausgebildet sein,
die mit einer zum Bearbeitungsspalt offenen Innenbohrung zum Einspeisen von Hochgeschwindigkeitsptrömen
der Bearbeitungsflüssigkeit unter einem erhöhten Druck in den Bearbeitungsspalt
ausgebildet ist.
-
Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens, gekennzeichnet durch: eine dünne Werkzeugelektrode,
deren Form allgemein unabhängig von der Form des gewünschten Hohlraums ist
und
die sich zur Cegenüberstellung mit dem Werkstück unter Bildung eines mit einer Bearbeitungsflüssigkeit
gespülten Bearbeitungsspaltes eignet, eine Einrichtung zum seitlichen Schwingen
der dünnen Elektrode zwecks Schwingender Bewegung ihres Spitzenteils mit einer kleinen
Amplitude in einer zur Achse der dünnen Elektrode im wesentlichen senkrechten Ebene,
eine mit der dünnen Elektrode und dem Werkstück elekauf ina d trisch verbindbare
Stromquelle zur Bewlrkung7ere AlrVesncteerr Entladungen zwischen dem schwingend
bewegten Spitzenteil und dem Werkstück durch den mit Flüssigkeit gespülten Bearbeitungsspalt
zwecks elektroerosiver Materialabtragung vom Werkstück und eine Vorschubeinrichtung
zur Bewirkung einer dreidimensionalen Relativbewegung der Achse der seitlich schwingenden
dünnen Elektrode und des Werkstücks zwecks Hervorrurens eines dreidimensionalen,
abtastartigen Uberstreichens des Werkstücks durch den schwingend bewegten Spitzenteil
unter wesentlicher Konstvanthaltung der Bearbeitungsspaltweite.
-
Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Vorrichtung sind in den
Unteransprüchen 16 bis 26 gekennzeichnet.
-
Insbesondere eignet sich die Einrichtung zum seitlichen Schwingen
der dünnen Elektrode zur Bewirkung einer Schwingungsbewegung deren Spitzenteils
mit einer Bewegungsgeschwindigkeit über 5 m/min oder 8 cm/s en-oder zweidimensional
in einer zur Achse der dünnen Elektrode
im wesentlichen senkrechten
Ebene. Diese Einrichtung kann einen durch eine Hochfrequenzstromquelle speisbaren
elektromechanischen Wandler zur Ubertragung-einer darin erzeugten Schall- oder Ultraschallschwingung
auf die dünne Elektrode über einen Hornverstärker herkömmlicher Auslegung aufweisen.
Der Hornverstärker ist dann quer zur Achse der dünnen Elektrode ausgerichtet und
zu deren seitlichen Schwingung angeordnet. Es können auch zwei solche Hornverstärker
mit je einem elektromechanischen Wandler vorgesehen und unter einem rechten Winkel
zueinander quer zur Achse der dünnen Elektrode ausgerichtet sein. Mit dieser letzteren
Anordnung nimmt der Spitzenteil der dünnen Elektrode eine kreisförmige oder zweidimensionale
Schwingungsbewegung kleiner Amplitude an. Die Amplitude der ein- oder zweidimensionalen
Schwingungsbewegung des Spitzenteils der dünnen Elektrode kann im Bereich zwischen
10 /um und 1 mm und vorzugsweise im Bereich bis höchstens 0,5 mm liegen.
-
Diese Einrichtung zur seitlichen Schwingung kann alternativ einen
oder zwei Motoren enthalten, die antriebsmäßig mit einem Halteorgan für die dünne
Elektrode jeweils über ein Vorschubspindelgetriebe gekuppelt sind. Ein solcher oder
zwei solche Motoren sind dazu eingerichtet, hin- und hergehend zu rotieren, um die
dünne Elektrode seitlich x-Achse oder einer anderen gegebenen, zur x-Achse senkrechten
y-Achse oder längs der beiden oder x- und y-Achsen hin- und herzubewegen. In dieser
Weise läßt sich eine ein- oder zweidimensionale SchwingungsbeX wegung der dünnen
Elektrode erreichen.
-
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten
Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen: Fig. 1 eine E schematische Darstellung
-einer Vorrichtung gemäß der Erfindung; Fig. 2 eine schematische Darstellung einer
anderen Form der Vorrichtung gemäß der Erfindung; Fig. 3 eine schematische Darstellundeiner
weiteren Form der Vorrichtung gemäß der Erfindung, Fig. 4 eine Schnittansicht einer
Mehrzahl von die dünne Werkzeugelektrode bildenden Elektrodenelementen, die zusammen
durch eine Schall- oder Ultraschallschwingungseinrichtung des Hornverstärkertyps
erfindungsgemäß in seitliche Schwingung versetzt werden; Fig. 5 eine vergrößerte
Seitenansicht, teilweise weggebrochen und im Schnitt, zur Veranschaulichung eines
Teils einer dünnen Werkzeugelektrode oder von zusammenhängenden Elektrodenelementen
oder solchen einer festen Länge zur Verwendung bei einer der in den Fig. 1, 2, 3
und 4 dargestellten Vorrichtungen; und Eg. 6 eine graphische Darstellung der Beziehung
zwischen der Geschwindigkeit der seitlichen Schwingungsbewegung des Spitzenteils
der dünnen Elektrode und der EDM-Abtragungsgeschwindigkeit.
-
Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung macht von einer dünnen Werkzeugelektrode
1 in der Form eines durchlaufenden Drahtes oder dünnen Stabes Gebrauch, der
vorzugsweise
rohrförmig ist, wie Fig. 5 zeigt, und etwa aus Kupfer oder Messung besteht. Die
dünne Werkzeugelektrode 1 ist ausreichend dünn mit einem Durchmesser D im Bereich
zwischen 0,05 und 1 mm und dazu eingerichtet, von einer (nicht dargestellten) Nachschubquelle
abgezogen und in und durch einen Raum 2 in einem Werkzeugkopf 3 geführt zu werden.
-
Eine Mehrzahl von Führungsrollen 4, 5 und 6 sind im Werkzeugkopf 3
angeordnet, um eine Erstreckung und ein Vorrücken der dünnen Elektrode 1 längs einer
geraden vertikalen Bahn oder Z-Achse in einem vorgeschriebenen dreidimensionalen
(3D) rechtwinkligen Koordinatensystem zu ermöglichen. Eine von einem Motor 8 angetriebene
Mitnehmerrolle 7 und eine Quetschrolle 9 sind ebenfalls im Werkzeugkopf 3 angeordnet,
um die zusammenhängende Elektrode 1 längs der genannten Bahn aus einer Öffnung 10
des Werkzeugkopfes 3 zu einem Werkstück 11 hin vorzurücken,das fest auf einem Werkstücktisch
12 und mit diesem in einer X-Y-Ebene und auch längs der Z-Achse des Koordinatensystems
verschiebbar montiert ist. Der Werkstücktisch 12 hat eine herkömmliche Quervorschubanordnung,
die durch einen X-Achsenmotor 13, einen X-Achsenmotor 14 und einen Z-Achsenmotor
15 beweglich ist, die im Ansprechen auf von einer numerischen Steuer-(NC) Einheit
16 gelieferte Steuersignale betätigbar sind. Die numerische Steuereinheit 16 ist
mit vorprogrammierten Daten gespeichert, die eine gewünschte Bahn der 3D-Verschiebung
des Werkstücks 11 darstellen. Im Betrieb werden die gespeicherten
Daten
reproduziert, um eine Folge von Steuerimpulsen zum Antrieb der Motoren 13, 14 und
15 zu liefern, um so das Werkstück 11 längs der gewUnschten 3D-Vorschubbahn zu bewegen.
-
In der erwähnten vertikalen Bahn ist die dünne Elektrode 1 ebenfalls
gleitbar in einer oeffnung 17a einer Metallstange 17 geführt, die sich horizontal
und unter einem rechten Winkel zur senkrechten Bahn erstreckt und die an der Spitze
eines Hornkörpers 18 eines Schall-- oder Ultraschallschwingungssystems 19 herkömmlicher
Auslegung befestigt ist. Der sich horizontal und koaxial mit der Metallstange 17
erstreckende Hornkörper 18 weist einen daran befestigten elektromechanischen Wandler
20 auf, der in einem becherförmigen Halter 21a gehalten ist, der seinerseits am
Werkzeugkopf 3 mittels eines L-förmigen Arms 21 befestigt ist. Der Wandler 20 wird
von einer Stromquelle 22 gespeist, um darin eine Schall- oder Ultraschallschwingung
einer Frequenz im Bereich etwa zwischen 1 und 50 kHz zu erzeugen, die über den Verstärkerhornkörper
18 auf die Stange 17 übertragen wird, um die dünne Elektrode 1 in seitliche Schwingungen
zu versetzen. Dies bewirkt, daß der Spitzenteil la der dünnen Elektrode 1, die dem
Werkstück 11 axial gegenübergestellt ist, eine Schwingungsbewegung mit einer kleinen
Amplitude, etwa von 1 bis 50 /um, in einer zur Elektrodenachse senkrechten x-y-Ebene
annimmt.
-
Die dünne Elektrode 1 wird, wenn sie rohrförmig oder in der Form
eines zusammenhängenden Rohres ist,
mit einer Bearbeitungsflüssigkeit
an ihrer Zuführungsseite von einer Flüssigkeitspumpeinheit 23 gespeist, um einen
Hochgeschwindigkeitsstrom der Bearbeitungsflüssigkeit durch ihre Innenbohrung Ib
(Fig. 5) zu erzeugen und ihn bei erhöhtem Druck von vorzugsweise über 10 Bar und
sogar mehr als 30 oder 50 Bar durch ihren offenendigen Bearbeitungs-Spitzenteil
la in den zwischen dem Elektrodenspitzenteil la und dem Werkstück 11 gebildeten
Bearbeitungsspalt G zu fördern. Wenn die dünne Elektrode 1 kompakt oder nicht rohrförmig
ist, werden eine oder mehrere Düsen vorgesehen und so ausgerichtet, daß sie die
Bearbeitungsflüssigkeit in den Bereich des Bearbeitungsspaltes G richten. Die Bearbeitungsflüssigkeit
kann ein flüssiger Kohlenwasserstoff sein, wie es beim Absenktyp-EDM typisch ist,
sollte jedoch vorzugsweise eine wässerige Flüssigkeit mit einem spezifischen Widerstand
im Bereich zwischen 103 und 105 Ohm . cm sein.
-
Eine EDM-Stromquelle ist allgemein mit 24 bezeichnet und umfaßt einen
Wandler 25 zum Gleichrichten eines an einem Eingang 26 verfügbaren üblichen und
Wechselstroms in einen Cleichstrom einen Umformer 27 zum Umformen des Gleichstroms
in eine Folge von Hochfrequenzimpulsen einer Frequenz etwa von 1 MHz, die der Primärwicklung
28a eines Hochfrequenztransformators 28 zugeführt werden. Ein Niederfrequenz-Schaltkreis
29 ist zwischen dem Umformer 27 und der Transformator-Primärwicklung 28a vorgesehen,
um die
Hochfrequenzimpulse mit einer niedrigen Frequenz etwa von
1 bis 100 kHz periodisch zu unterbrechen.
-
Eine Folge von zeitlich beabstandeten Reihen von Hochfrequenzimpulsen
entwickelt sich so an der Transformator-Primärwicklung 28a und dann an der Sekundärwicklung
28b mit einem gewünschten Spannungsniveau. Ein aus vier Dioden 30a-30d gebildeter
Doppelgleichrichter 30 ist mit der Sekundärwicklung 28b des Hochfrequenztransformators
28 verbunden und hat ein Paar von Ausgangsanschlüssen, von denen einer mit Erde
verbunden ist. Der andere Ausgangsanschluß des Gleichrichters 30 ist über eine Gleichstromdrossel
31 und einen Leiter 32 mit einer leitenden Bürste 33 verbunden, die im Gleitkontakt
mit einem elektrisch leitenden, drehbaren Rad 34 gehalten ist, das seinerseits im
Gleitkontakt mit der dünnen Elektrode 1 im Raum 2 des Werkzeugkopfes 3 gehalten
wird. Eine elektrische Isolation 35 ist dort vorgesehen, wo der Leiter 32 in den
Raum 2 durch eine metallische Wand des Werkzeugkopfes 3 eingeführt ist. Das Werkstück
11 ist elektrisch mit Erde verbunden. So wird eine Folge von zeitlich beabstandeten
Reihen von einseitig gerichteten EDM-Impulsen justierter Impulsparameter zwischen
der dünnen Elektrode 1 und dem Werkstück 11 angelegt, um aufeinanderfolgende, zeitlich
beabstandete Reihen elektrischer Entladungen zwischen dem seitlich schwingenden
Spitzenteil la der dünnen Elektrode 1 und dem Werkstück 11 durch den mit der Bearbeitungsflüssigkeit
gespülten Bearheitungsspalt G zu erzeugen und dadurch elektroerosiv Material vom
Werkstück 11 abzutragen.
-
Während die Materialabtragung fortschreitet,wird der Werkstücktisch
12 durch die Motoren 13 und 14 im Ansprechen auf Steuersignale von der numerischen
Steuereinheit 16 verschoben, um das Werkstück 11 in der X-Y-Ebene längs einer vorbestimmten
3D-Bewegungsbahn zu bewegen. Dies bewirkt, daß der seitlich schwingend bewegte Spitzenteil
la der dünnen Elektrode 1 in abtastartiger Weise das Werkstück 11 dreidimensional
überstreicht, um darin einen gewünschten Bearbeitungshohlraum 36 mit einem äußerst
hohen Wirkungsgrad und mit der gewünschten Genauigkeit zu erzeugen. Eine erhöhte
Bearbeitungsstabilität rührt von der T¾isache her, daß die Beseitigung von Bearbeitungsspänen
und anderen Spaltverunreinigungen durch die seitliche Schwingungsbewegung des Elektrodenspitzenteils
la gefördert wird. Weiter wurde gefunden, daß die Entladungskrater auf der Werkstückoberfläche,
wenn in dieser Weise bearbeitet, gleichmäßig gemacht und in ihrer Höhe verringert
sind, so daß sich eine äußerst feine Oberflächengüte ergibt.
-
Der Motor 8 zum Antrieb der Mitnehmerrolle 7 wird durch einen Hilfsteuerkreis
37 betätigt, der einen Signaleingangsanschluß 37a und einen Bezugseingangsanschluß
37b aufweist. Der Signaleingangsanschltk ist geschaltet, um eine Spaltspannung zu
erfassen, die an einem Abtastwiderstand 38 auftritt, der den Leiter 32 mit Erde
verbindet. Der Bezugseingangsanschluß 37b ist mit einem Widerstand 39 verbunden,
der seinerseits mit Erde verbunden ist. Es entwickelt sich eine Spannungsdifferenz
zwischen dem Signaleingangsanschluß 37a und
dem Bezugseingangsanschluß
37b, die bewirkt, daß der Hilfssteuerkreis 37 ein gesteuertes Antriebssignal liefert,
das dem Mbtor 8 zugeführt wird.
-
In dieser Weise wird die dünne Elektrode 1 gesteuert vorgerückt, um
den Verschleiß des Spitzenteils la zu kompensieren, während der Bearbeitungsspalt
G zwischen dem seitlich schwingenden Spitzenteil la und dem Werkstück 11 in seiner
Abmessung in der Richtung der vertikalen oder Z-Achse während des gesamten Ablaufs
des 3D-Bearbeitungsvorganges im wesentlichen konstant gehalten wird Bei der Anordnung
nach Fig. 1 ist noch zu bemerken, daß auch zwei solche Schwingungseinheiten wie
das dargestellte Schwingungssystem 19 vorgesehen sein können. In diesem Fall wird
eine Einheit angeordnet, um der dünnen Elektrode 1 eine seitliche Schwingung in
einer zu einer X-Z-Ebene senkrechten Richtung, wie dargestellt, zu verleihen, und
die andere Einheit wird angeordnet, um der Elektrode 1 eine seitliche Schwingung
in einer zu einer Y-Z-Ebene senkrechten Richtung zu verleihen.
-
Bei der Anordnung nach Fig. 2 ist die Werkzeugelektrode 1 aus einer
Mehrzahl von dünnen Elektrodenelementen 1-1, 1-2 und 1-3 zusammengesetzt, die hier
wieder rohrförmig sind und einzeln einen Durchmesser D im Bereich zwischen 0,05
und 1 mm aufweisen und unter Abständen mit einem Zwischenraum d im Bereich zwischen
0,05 und 1 mm angeordnet sind. Vorzugsweise ist der Zwischenraum d etwa die Hälfte
des Durchmessers D.
-
Die vielfachen Elektrodenelemente 1-1, 1-2 und 1-3 sind einzeln in
Metallringen 40-1 bzw. 40-2 bzw. 40-3 eingepaßt, die ihrerseits fest in einer Isolierplatte
41 gehalten sind. Die Metallringe 40-1, 40-2 und 40-3 bilden Stromleiter für die
rohrförmigen Elektrodenelemente 1-1, 1-2 und 1-3 und werden durch vielfache Ausgangsanschlüsse
einer EDM-Stromquelle 124 gespeist.
-
Die Stromquelle 124 wird hier wieder vom Ausgangsanschluß 26 einer
üblichen Wechselstromquelle gespeist.
-
Der Wandler 25 richtet den Wechselstromausgang zu einem Gleichstrom
gleich, der durch den Umformer 27 inpine Folge von Hochfrequenzimpulsen umgeformt
wird.
-
Ein Niederfrequenzschaltkreis 29 unterbricht die letzteren Impulse
periodisch mit niedriger Frequenz, wodurch eine Folge von zeitlich beabstandeten
Reihen von Hochfrequenzimpulsen erzeugt wird, die der Primärwicklung 128a eines
Hochfrequenztransformators 128 zugeführt werden. Der Transformator 128 ist hier
mit einer Mehrzahl von Sekundärwicklungen 128b, 128c und 128d versehen, deren Mittelanzapfungen
gemeinsam mit Erde verbunden sind. Die beiden Enden jedes dieser mehreren Sekundärwicklungen
sind zusammen über Gleichrichter 130a, 130b, 130c an einem Verbindungspunkt 42a,
42b, 42c verbunden, wobei diese Verbindungspunkte mit den Metallringen40-1, 40-2
und 40-3 über Induktionsspulen 131a bzw. 131b bzw. 131c. verbunden sind. Das Werkstück
11 ist hier wieder elektrisch mit Erde verbunden. Als Ergebnis entwickelt sich eine
Folge von zeitlich beabstandeten Reihen von Hochfrequenzimpulsen einzeln zwischen
jedem der Elektrodenelemente 1-1, 1-2 und 1-3 und dem Werkstück 11. Das Werkstück
11 wird
von einem (hier nicht dargestellten) Werkstücktisch getragen
und in der schon beschriebenen Weise dreidimensional verschoben.
-
Die die Elektrodenelemente 1-1, 1-2 und 1-3 tragende Isolierplatte
41 ist an einem becherförmigen Bauteil 43 befestigt, das seinerseits mittels eines
Ringes 45 an einer Spindel 44 befestigt ist. Eine im. Baflteil 43 gebildete Kammer
46 hat eine mit einer Pumpeneinheit 23 der Bearbeitungsflüssigkeit verbundene öffnung
und dient der zeitweiligen Speicherung der Bearbeitungsflüssigkeit und ihrer Verteilung
in die mehreren Elektrodenelemente 1-1, 1-2 und 1-3 durch in der Isolierplatte 41
gebildete Kanäle 47. Die FlüssigkeitSpumpeneinheit 23 enthält eine Pumpe zur Druckerhöhung
der Bearbeitungsflüssigkeit in der Kammer 46, wodurch der Durchlauf der Bearbeitungsflüssigkeit
durch jedes rohrförmige Elektrodenetement 1-1, 1-2, 1-3 und das Pumpen der Bearbeitungsflüssigkeit
in den Bearbeitungsspalt mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit und mit erhöhtem
Druck in dem schon beschriebenen Bereich bewirkt werden.
-
Die Spindel 44 ist an ihrem oberen Ende an einem Schlitten 48 befestigt,
der auf parallelen Schienen 49 gleitbar beweglich ist, die sich senkrecht zur X-Z-Ebene
erstrecken. Der Schlitten 48 weist eine daran befestigte Vorschubmutter 50 im Eingriff
mit einer Vorschubschraube 51 auf, die von einem Motor 52 angetrieben wird, der
fest auf einem Antriebstisch 53 montiert ist, auf dem auch die Schienen 49 aufliegend
fest montiert sind. Der Antriebstisch 53 ist seinerseits
gleitbar
auf parallelen Schienen 54 beweglich; die sich senkrecht zur Y-Z-Ebene erstrecken,
und wird von einem Motor 55 angetrieben. Der letztere und die parallelen Schienen
54 sind fest auf einem Tisch 56 angebracht. Ein Pfosten 57 ist fest auf dem Tisch
56 montiert und lagert die Vorschubschraube 51 darauf über dem Antriebstisch 53
in einer X-Y-Ebene. Die Bauelemente 48-57 sind allgemein mit der Bezugsziffer 58
bezeichnet, die das Seitlichschwingungs-Antriebssystem darstellt, das das in Fig.
1 dargestellte Antriebssystçem 19 bei der Verwirklichung der Erfindung ersetzen
kann. Die Tische 53 und 56 sind mit je einer mittleren öffnung 53a bzw. 56a eines
genügend großen Durchmessers ausgebildet, um ihre Störung mit der Spindel 44 zu
vermeiden, wenn die letztere durch das Antriebssystem 58 zur seitlichen Schwingung
der dünnen Elektrodenelemente 1-1, 1-2 und 1-3 angetrieben wird.
-
In der Anordnung nach Fig. 2 ist jeder der Motoren 52 und 55 eingerichtet,
um mit einem gegebenen Drehwinkel hin- und her-zu rotieren, der die Amplitude der
seitlichen Schwingung der Elektrodenelemente in der jeweiligen Y-Achsenkomponente
und X-Achsenkomponente der Schwingung bestimmt. Wenn die beiden Motoren 52 und 55
gleichzeitig betrieben werden, versteht man, daß die Elektrodenelemente kreisförmig
oder elliptisch seitlich schwingen und bewirken, daß ihr Bearbeitungsspitzenteil
eine Schwingungsbewegung längs einer kleinen kreisförmigen oder elliptischen Bahn
in einer vorgeschriebenen X-Y-Ebene ausführt.
-
Beispiel Mit. einer Anordnung, wie sie allgemein in Fig.
-
dargestellt ist, wurde die Kritikalität der Bewegungsgeschwindigkeit
oder Geschwindigkeit einer dünnen Werkzeugelektrode bei Bewegung in seitlicher Schwingung
mit einer kleinen Amplitude bei einem 3D-EDM-Vorgang gemäß der Erfindung untersucht.
Ein Werkstück bestand aus einem "SKD 11" (japanische Industrienormen)-Stahl, und
eine dünne Werkzeugelektrode bestand aus Kupfer und hatte einen Durchmesser von
0,2 mm/ während die Bearbeitungsflüssigkeit eine wässerige Flüssigkeit mit einem
spezifischen Widerstand von 104 Ohm . cm war. Beim Versuch ließ man die dünne Werkzeugelektrode
seitlich mit einer Amplitude von 0,05 mm mit verschiedenen Geschwindigkeiten schwingen,
während die Elektrode so bewegt wurde, daß sie das Werkstück in abtastartiger Weise
dreidimensional oder.längs einer bestimmten 3D-Bahn überstrich. Bei diesem Vorgang
wurdetdrie Lage der Elektrodenspitze hilfsgesteuert, um den Bearbeitungsspalt praktisch
konstan4ztalten.
-
In Fig. 6 ist ein Diagramm dargestellt, das die Beziehung zwischen
der Geschwindigkeit der seitlichen Schwingungsbewegung der dünnen Elektrode und
der Materialabtragungsgeschwindigkeit zeigt, wie sie bei der Untersuchung erhalten
wurde. Im Diagramm ist die Abtragungsgeschwindigkeit (mm/min) längs der Ordinate
aufgetragen, während die Bewegungsgeschwindigkeit ( m/min) längs der Abszisse aufgetragen
ist.
-
Man sieht, daß die Abtragungsgeschwindigkeit scharf ansteigt, wenn
die Geschwindigkeit der seitlichen Schwingungsbewegung 5 m imin oder 8 cm/s übersteigt.
-
Fig.3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung und enthält
die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 und 2 zur Bezeichnung gleicher oder ähnlicher
vorher beschriebener Bestandteile. Dieses Ausführungsbeispiel enthält ein Ultraschallschwingungssystem
19 wie in Fig 1 und eine Motorantriebseinheit 58 wie in Fig. 2 für eine alternative
oder gleichzeitige Verwendung. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Ultraschallschwingungssystem
19 fest von einer Welle 60 über Bauteile 41, 43 und 45 gehalten, welche Welle 60
vom Schlitten 48 festgehalten ist. Wie bei der Anordnung nach Fig. 2 ist der Tisch
56 fest auf der eigentlichen Maschine montiert. Die Welle 60 ist mit einer Innenbohrung
60a ausgebildet, durch die eine zusammenhängende dünne Werkzeugelektrode 1, die
hier wiederum vorzugsweise rohrförmig ist, gleitend durchtritt, um in Gegenüberstellung
zu einem Werkstück 11 zu kommen. Der Antriebstisch 48 hat einen fest darauf montierten
Trägerblock 61, der eine Mitnehmerrolle 7 und eine Quetschrolle 9 trägt, deren Funktionen
bereits beschrieben wurden. Ein EDM-Bearbeitungsstrom wird der dünnen Elektrode
1 von einer Stromquelle 224, wie sie grundsätzlich als 124 in Fig. 2 gezeigt ist,
über eine Bürste 33 und eine leitende Rolle 34 zugeführt, wie bereits beschrieben
wurde.
-
Die Anordnung nach Fig. 3 kann vorteilhaft verauf.
-
wendet werden, um eine oder mehrere dünne Elektroden 1 eine seitliche
Schwingungsbewegung in doppelter Art zu übertragen. So kann das System 19 arbeiten,
um eine Schwingung hoher Frequenz, etwa 50 kHz bis 1 MHz, zu erzeugen, wodurch die
Elektrode 1 in seitliche Schwingung mit höherer Geschwindigkeit versetzt wird, während
die Einheit 58 arbeiten kann, um eine Hin- und Herbewegung mit einer niedrigeren
Frequenz, etwa 1 bis 50 kHz zu erzeugen, wodurch die Elektrode 1 in seitliche Schwingung
mit niedriger Geschwindigkeit versetzt wird. Diese Arbeitsweise ermöglicht eine
größere Stabilität des Bearbeitungsvorganges und einen weiter erhöhten Bearbeitungswirkungsgrad.
-
In Fig. 4 ist eine Vielfachwerkzeugelektrodeneinheit mit einer Vielzahl
rohrförmiger Elektrodenelemente 1-1, 1-2, 1-3, 1-4 und 1-5, wie vorher beschrieben,
dargestellt. Diese Elektroden sollen, wie bereits beschrieben, eine Dicke (Außendurchmesser)
von höchstens 1 mm, vorzugsweise höchstens 0,5 mm haben und vorzugsweise aus Kupfer
oder--Messing bestehen. Diese rohrförmigen Elektrodenelemente sind zueinander parallel
und untereinander isoliert angeordnet und an einer Trägerplatte 70 befestigt. Bei
der dargestellten Anordnung ist an den Elektrodenelementen 1-1, 1-2, 1-3, 1-4 und
1-5 eine Stange 17 befestigt, die an der Spitze eines Hornkörpers 18 angebracht
ist, der von einem Werkzeugkopf 3 getragen wird.
-
Im Schwingungssystem 19 ist ein elektromechanischer Wandler 20 am
Hornkörper 18 befestigt und wird von einer Hochfrequenz-Stromquelle 22 gespeist,
um eine Schall- oder Ultraschall schwingung darin zu erzeugen, die durch den Hornkörper
18 und die Stange 17 verstärkt und übertragen wird, um die dünnen Elektrodenelemente
1-1, 1-2, 1-3, 1-4 und 1-5 gemeinsam in seitliche Schwingung mit einer kleinen Amplitude
zu versetzen. Die Amplitude der Schwingung kann so eingestellt werden, daß sie etwas
größer als der einheitliche Zwischenraum d zwischen den benachbarten Elektrodenelementen
1-1 bis 1-5 ist. Eine weitere Ultraschalleinheit gleicher Auslegung, die nicht dargestellt
ist1 wird vorgesehen, um die Elektrodenelemente in der zur durch das System 19 bewirkten
Schwingungsrichtung senkrechten Richtung in Schwingung zu versetzen.