DE3140036C2 - - Google Patents
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
- B23H7/00—Processes or apparatus applicable to both electrical discharge machining and electrochemical machining
- B23H7/38—Influencing metal working by using specially adapted means not directly involved in the removal of metal, e.g. ultrasonic waves, magnetic fields or laser irradiation
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine
Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 4
angegebenen Art.
Der Begriff "Elektroerosion" und "elektroerosive Bearbeitung"
wird hier im Sinne eines Bearbeitungsverfahrens verwendet,
wodurch Material von einem einer Werkzeugelektrode gegenüber
gestellten Werkstück mittels der Wirkungen von aufeinander
folgenden, zeitlich beabstandeten elektrischen Entladungen
dazwischen entfernt wird, welche Wirkungen
teilweise eine Wirkung elektrolytischer oder elektro
chemischer Materialabtragungsart enthalten können.
Es wurde allgemein angenommen, daß die Elektro
erosionstechnik 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 präzisions
bearbeiteter leitender Block oder ein Metallblech
sein, das präzisionsverformt oder auf einer Prä
zisions-Galvanoplastikform abgeschieden ist. Weiter
muß eine Vielzahl solcher Elektroden identischer
oder ähnlicher Form hergestellt werden, um den Ver
schleiß zu kompensieren, den die Elektroden während
des Erosionsverfahrens erleiden, oder zwecks Geringst
haltung der Bearbeitungsdauer, um das Ende einer
gewünschten Bearbeitungsgenauigkeit und Oberflächen
güte zu erzielen. Die Herstellung solcher präzisions
geformten 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 sogar 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 Verur
sachung einer Bearbeitungsinstabilität neigen.
Andererseits sind aus der DE-OS 19 33 058 ein Verfahren und
eine Vorrichtung der eingangs vorausgesetzten Art bekannt, die
also eine dünne, von der Form der gewünschten Ausnehmung unab
hängige Werkzeugelektrode verwenden und keine Präzisions-Werk
zeugelektrode mehr erfordern.
Schließlich sind aus der nicht vorveröffentlichten DE-OS
30 36 462 ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs
vorausgesetzten Art bekannt, wobei zusätzlich vorgesehen ist,
eine Schwingung auf die Werkzeugelektrode in deren Axialrich
tung oder quer zu deren Achse zu übertragen, während die Werk
zeugelektrode das Werkstück dreidimensional überstreicht. Die
Dicke der Werkzeugelektrode liegt beispielsweise im Bereich
von 0,05 bis 1 mm. Es kann auch eine Vielzahl solcher dünnen
Elektroden verwendet werden. Schließlich kann auch eine hohle
Werkzeugelektrode verwendet werden, durch die die Bearbei
tungsflüssigkeit dem Bearbeitungsspalt mit einem Druck über
10 bar zugeführt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Vorrichtung der eingangs vorausgesetzten Art zu ent
wickeln, die die Ausbildung der gewünschten Ausnehmung mit
erhöhtem Wirkungsgrad gewährleisten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichenden
Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 4 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter
ansprüchen 2, 3 und 5-12 gekennzeichnet.
Durch die seitlichen Schwingungen der Werkzeugelektrodenspitze
in zwei Dimensionen erzielt man einen erhöhten Wirkungsgrad,
d. h. eine Steigung der Abtragungsgeschwindigkeit im Ver
gleich mit der Arbeitsweise, die keine solche Schwingungsbe
wegung der Werkzeugelektrode vorsieht.
Die Amplitude der zweidimensionalen Schwingungsbewegung des
Spitzenteils der dünnen Werkzeugelektrode kann im Bereich
zwischen 10 µm und 1 mm und vorzugsweise im Bereich bis
höchstens 0,5 mm liegen.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung
veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert;
darin zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung
gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer anderen
Form der Vorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren
Form der Vorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 4 eine Schnittansicht einer Mehzahl von die
dünne Werkzeugelektrode bildenden Elektroden
elementen, die zusammen durch eine Schalt- oder
Ultraschallschwingungseinrichtung des Horn
verstärkertyps 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 Ver
wendung bei einer der in den Fig. 1, 2, 3 und 4
dargestellten Vorrichtungen; und
Fig. 6 eine graphische Darstellung der Beziehung
zwischen der Geschwindigkeit der seitlichen
Schwingungsbewegung des Spitzenteils der
dünnen Elektrode und der EDM-Abtragungs
geschwindigkeit.
Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung macht von einer
dünnen Werkzeugelektrode 1 in der Form eines durch
laufenden Drahtes oder dünnen Stabes Gebrauch, der
vorzugsweise rohrförmig ist, wie Fig. 5 zeigt, und
etwa aus Kupfer oder Messing 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 vorzu
rücken, 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-Achsen
motor 13, einen X-Achsenmotor 14 und einen Z -Achsen
motor 15 beweglich ist, die im Ansprechen auf von
einer numerischen Steuer-(NC) Einheit 16 gelieferte
Steuersignale betätigbar sind. Die numerische Steuer
einheit 16 ist mit vorprogrammierten Daten gespeichert,
die eine gewünschte Bahn der 3D-Verschiebung des Werk
stücks 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 gewünschten 3D-Vor
schubbahn zu bewegen.
In der erwähnten vertikalen Bahn ist die dünne
Elektrode 1 ebenfalls gleitbar in einer Öffnung 17 a
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 hori
zontal und koaxial mit der Metallstange 17 er
streckende Hornkörper 18 weist einen daran befestigten
elektromechanischen Wandler 20 auf, der iln einem
becherförmigen Halter 21 a gehalten ist, der seinerseits
am Werkzeugkopf 3 mittels eines L-förmigen Arms 21
befestigt ist. Der Wandler 20 wird von einer Strom
quelle 22 gespeist, um darin eine Schall- oder Ultra
schallschwingung 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 1 a
der dünnen Elektrode 1, die dem Werkstück 11 axial
gegenübergestellt ist, eine Schwingungsbewegung mit
einer kleinen Amplitude, etwa von 1 bis 50 µm,
in einer zur Elektrodenachse senkrechten x-y-Ebene
annimmt. Ein weiteres, dem System 19 entsprechendes
Schall- oder Ultraschallschwingungssystem, das nicht
dargestellt ist, dient dazu, der dünnen Elektrode 1
eine Schwingung in der x-y-Ebene senkrecht zur ersten, durch
das System 19 erzeugten Schwingungsrichtung zu verleihen. Die
dünne Elektrode 1 wird, wenn sie rohrförmig oder in der Form
eines zusammenhängenden Rohres ist,
mit einer Bearbeitungsflüssigkeit an ihrer Zuführungs
seite von einer Flüssigkeitspumpeinheit 23 ge
speist, um einen Hochgeschwindigkeitsstrom der Bear
beitungsflüssigkeit durch ihre Innenbohrung 1 b
(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-Spitzen
teil 1 a in den zwischen dem Elektrodenspitzenteil 1 a
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 Bearbei
tungsspaltes G richten. Die Bearbeitungsflüssigkeit
kann ein flüssiger Kohlenwasserstoff sein, wie es
beim Absenktyp-EDM typisch ist, sollte jedoch vor
zugsweise eine wässerige Flüssigkeit mit einem
spezifischen Widerstand im Bereich zwischen 103 und
105 Ohm · cm sein.
Eine EDM-Stromquelle ist allgemein mit 24 be
zeichnet und umfaßt einen Wandler 25 zum Gleich
richten eines an einem Eingang 26 verfügbaren üblichen
Wechselstroms in einen Gleichstrom und einen Umformer 27
zum Umformen des Gleichstroms in eine Folge von
Hochfrequenzimpulsen einer Frequenz etwa von 1 MHz,
die der Primärwicklung 28 a eines Hochfrequenz
transformators 28 zugeführt werden. Ein Niederfrequenz-
Schaltkreis 29 ist zwischen dem Umformer 27 und der
Transformator-Primärwicklung 28 a 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 28 a und dann an der
Sekundärwicklung 28 b mit einem gewünschten Spannungs
niveau. Ein aus vier Dioden 30 a- 30 d gebildeter
Doppelgleichrichter 30 ist mit der Sekundärwicklung 28 b
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 Gleichstrom
drossel 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 ver
bunden. 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 1 a
der dünnen Elektrode 1 und dem Werkstück 11 durch den
mit der Bearbeitungsflüssigkeit gespülten Bearbeitungs
spalt 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-Be
wegungsbahn zu bewegen. Dies bewirkt, daß der
seitlich schwingend bewegte Spitzenteil 1 a der dünnen
Elektrode 1 in abtastartiger Weise das Werkstück 11
dreidimensional überstreicht, um darin einen gewünschten
Bearbeitungshohlraum 36 mit einem äußerst hohen Wir
kungsgrad und mit der gewünschten Genauigkeit zu
erzeugen. Eine erhöhte Bearbeitungsstabilität
rührt von der Tatsache her, daß die Beseitigung
von Bearbeitungsspänen und anderen Spaltverunreinigungen
durch die seitliche Schwingungsbewegung des Elektroden
spitzenteils 1 a 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 Hilfssteuerkreis 37 betätigt, der einen
Signaleingangsanschluß 37 a und einen Bezugseingangs
anschluß 37 b aufweist. Der Signaleingangsanschluß 37 a ist
geschaltet, um eine Spaltspannung zu erfassen, die
an einem Abtastwiderstand 38 auftritt, der den Leiter 32
mit Erde verbindet. Der Bezugseingangsanschluß 37 b
ist mit einem Widerstand 39 verbunden, der seinerseits
mit Erde verbunden ist. Es entwickelt sich eine Spannungs
differenz zwischen dem Signaleingangsanschluß 37 a und
dem Bezugseingangsanschluß 37 b, die bewirkt, daß
der Hilfssteuerkreis 37 ein gesteuertes Antriebs
signal liefert, das dem Motor 8 zugeführt wird.
In dieser Weise wird die dünne Elektrode 1 ge
steuert vorgerückt, um den Verschleiß des Spitzen
teils 1 a zu kompensieren, während der Bearbeitungs
spalt G zwischen dem seitlich schwingenden Spitzen
teil 1 a und dem Werkstück 11 in seiner Abmessung
in der Richtung der vertikalen oder Z-Achse
während des gesamten Ablaufs des 3D-Bearbeitungs
vorganges im wesentlichen konstant gehalten wird.
Bei der Anordnung nach Fig. 2 ist die Werkzeug
elektrode 1 aus einer Mehrzahl von dünnen Elektroden
elementen 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 Elektroden
elemente 1-1, 1-2 und 1-3 und werden durch vielfache
Ausgangsanschlüsse einer EDM-Stromquelle 124 gespeist.
Die Stromquelle 124 wird hier wieder vom Ausgangs
anschluß 26 einer üblichen Wechselstromquelle gespeist.
Der Wandler 25 richtet den Wechselstromausgang zu
einem Gleichstrom gleich, der durch den Umformer 27
in eine 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 128 a eines Hochfrequenztransformators 128
zugeführt werden. Der Transformator 128 ist hier
mit einer Mehrzahl von Sekundärwicklungen 128 b, 128 c
und 128 d versehen, deren Mittelanzapfungen gemeinsam
mit Erde verbunden sind. Die beiden Enden jedes dieser
mehreren Sekundärwicklungen sind zusammen über Gleich
richter 130 a, 130 b, 130 c an einem Verbindungspunkt 42 a,
42 b, 42 c verbunden, wobei diese Verbindungspunkte
mit den Metallringen 40-1, 40-2 und 40-3 über Induktions
spulen 131 a bzw. 131 b bzw. 131 c verbunden sind. Das
Werkstück 11 ist hier wieder elektrisch mit Erde
verbunden. Als Ergebnis entwickelt sich eine Folge
von zeitlich beabstandeten Reihen von Hochfrequenz
impulsen 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 drei
dimensional 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 Bauteil 43
gebildete Kammer 46 hat eine mit einer Pumpeneinheit 23
der Bearbeitungsflüssigkeit verbundene Öffnung und
dient der zeitweiligen Speicherung der Bearbeitungs
flüssigkeit und ihrer Verteilung in die mehreren
Elektrodenelemente 1-1, 1-2 und 1-3 durch in der Isolier
platte 41 gebildete Kanäle 47. Die Flüssigkeitspumpeneinheit 23
enthält eine Pumpe zur Druckerhöhung der Bearbeitungs
flüssigkeit in der Kammer 46, wodurch der Durchlauf
der Bearbeitungsflüssigkeit durch jedes rohrförmige
Elektrodenelement 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 be
wirkt 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 Bezugs
ziffer 58 bezeichnet, die das Seitlichschwingungs-Antriebs
system darstellt.
Die Tische 53 und 56 sind mit je
einer mittleren Öffnung 53 a bzw. 56 a 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 Dreh
winkel 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 Bear
beitungsspitzenteil eine Schwingungsbewegung längs
einer kleinen kreisförmigen oder elliptischen Bahn
in einer vorgeschriebenen X-Y-Ebene ausführt.
Mit einer Anordnung, wie sie allgemein in Fig. 2
dargestellt ist, wurde die Kritikalität der Bewegungs
geschwindigkeit 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 Werkzeug
elektrode bestand aus Kupfer und hatte einen Durch
messer 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 m mit verschiedenen Geschwin
digkeiten 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 wurde die
Lage der Elektrodenspitze hilfsgesteuert, um den
Bearbeitungsspalt praktisch konstant zu halten.
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 Bewegungs
geschwindigkeit (m/min) längs der Abszisse aufgetragen ist.
Man sieht, daß die Abtragungsgeschwindigkeit scharf
ansteigt, wenn die Geschwindigkeit der seitlichen
Schwingungsbewegung 5 m/min oder 8 cm/s über
steigt.
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 Ultraschallschwingungs
system 19 wie in Fig. 1 und eine Motorantriebs
einheit 58 wie in Fig. 2 für eine alternative oder
gleichzeitige Verwendung. Bei diesem Ausführungs
beispiel wird das Ultraschallschwingungssystem 19
fest von einer Welle 60 über Bauteile 41, 43 und 45
gehalten, welche Welle 60 vom Schlitten 48 fest
gehalten 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 60 a
ausgebildet, durch die eine zusammenhängende dünne
Werkzeugelektrode 1, die hier wiederum vorzugsweise
rohrförmig ist, gleitend durchtritt, um in Gegenüber
stellung 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 grund
sätzlich 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 ver
wendet werden, um auf eine oder mehrere dünne Elek
troden 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 Bearbeitungs
vorganges und einen weiter erhöhten Bearbeitungs
wirkungsgrad.
In Fig. 4 ist eine Vielfachwerkzeugelektroden
einheit mit einer Vielzahl rohrförmiger Elektroden
elemente 1-1, 1-3, 1-2, 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 be
stehen. Diese rohrförmigen Elektrodenelemente sind
zueinander parallel und untereinander isoliert ange
ordnet und an einer Trägerplatte 70 befestigt. Bei
der dargestellten Anordnung ist an den Elektroden
elementen 1-1, 1-2, 1-3, 1-4 und 1-5 eine Stange 17
befestigt, die an der Spitze eines Hornkörpers 18 ange
braucht 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 Ultraschallschwingung darin zu erzeugen,
die durch den Hornkörper 18 und die Stange 17 ver
stärkt und übertragen wird, um die dünnen Elektroden
elemente 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 ein
gestellt werden, daß sie etwas größer als der ein
heitliche Zwischenraum d zwischen den benachbarten
Elektrodenelementen 1-1 bis 1-5 ist. Eine weitere
Ultraschalleinheit gleicher Auslegung, die nicht
dargestellt ist, wird vorgesehen, um die Elektroden
elemente in der zur durch das System 19 bewirkten
Schwingungsrichtung senkrechten Richtung in
Schwingung zu versetzen.
Claims (12)
1. Verfahren zur elektroerosiven Bearbeitung einer Ausnehmung
in einem Werkstück, bei dem eine dünne Werkzeugelektrode
verwendet wird, deren Form allgemein unabhängig von der Form
der gewünschten Ausnehmung ist und der ein Werkstück an einem
mit einer Bearbeitungsflüssigkeit gespülten Bearbeitungsspalt
axial gegenübergestellt wird, und eine Folge elektrischer Ent
ladungen zwischen dem Spitzenteil der Werkzeugelektrode und
dem Werkstück durch den mit der Flüssigkeit gespülten Bearbei
tungsspalt zwecks elektroerosiver Materialabtragung vom Werk
stück erzeugt wird, wobei eine dreidimensionale Relativbewe
gung der Achse der Werkzeugelektrode und des Werkstücks zwecks
dreidimensionalen abtastartigen Überstreichens des Werkstücks
durch den Spitzenteil der Werkzeugelektrode unter wesentlicher
Konstanthaltung der Bearbeitungsspaltweite dazwischen bewirkt
wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die dünne Werkzeugelektrode zwecks Schwingungsbewegung
ihres Spitzenteils mit einer kleinen Amplitude in einer zu
ihrer Achse im wesentlichen senkrechten Ebene in seitliche
Schwingungen in zwei Dimensionen versetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
dem Spitzenteil verliehene Geschwindigkeit der seitlichen
Schwingbewegung im Bereich über 5 m/min liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, wobei die dünne Elektrode
sich zusammenhängend zwischen ihrem offenendigen Spitzenteil
und ihrer vom Bearbeitungsspalt entfernten Nachschubquelle
erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem den Schnitt
des axialen Vorrückens der zusammenhängenden Werkzeugelektrode
von der Nachschubquelle zur Kompensation des Verschleißes des
Spitzenteils unter wesentlicher Konstanthaltung des Bearbei
tungsspaltes umfaßt.
4. Vorrichtung zur Durchführung des elektroerosiven Bearbei
tungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer
dünnen Werkzeugelektrode (1), deren Form allgemein unabhängig
von der Form der gewünschten Ausnehmung (36) ist und die sich
zur Gegenüberstellung mit dem Werkstück (11) unter Bildung
eines mit einer Bearbeitungsflüssigkeit gespülten Bearbei
tungsspaltes (G) eignet, mit einer mit der Werkzeugelektrode
(1) und dem Werkstück (11) elektrisch verbindbaren Stromquelle
(24, 124, 224) zur Erzeugung aufeinanderfolgender elektrischer
Entladungen zwischen dem Spitzenteil (1 a) der Werkzeug
elektrode (1) und dem Werkstück (11) durch den mit der Flüs
sigkeit gespülten Bearbeitungsspalt (G) zwecks elektroerosiver
Materialabtragung vom Werkstück (11) und mit einer Vorschub
einrichtung (12, 13, 14, 15, 16) zur Bewirkung einer drei
dimensionalen Relativbewegung der Achse der dünnen Werkzeug
elektrode (1) und des Werkstücks (11) zwecks dreidimensiona
len, abtastartigen Überstreichens des Werkstücks (11) durch
den Spitzenteil (11 a) unter wesentlicher Konstanthaltung der
Bearbeitungsspaltweite,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung eine Einrichtung (19, 58) zum seitlichen
Schwingen der dünnen Werkzeugelektrode (1) zwecks schwingender
Bewegung ihres Spitzenteils (1 a) mit kleiner Amplitude in
einer zu ihrer Achse im wesentlichen senkrechten Ebene in zwei
Dimensionen aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schwingungseinrichtung ( 19, 58 ) zur Schwingungsbewegung
des Spitzenteils (1 a) mit einer Bewegungsgeschwindigkeit über
5 m/min geeignet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die dünne Werkzeugelektrode (1) eine Dike (D) im Bereich
zwischen 0,05 und 1 mm hat.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, in der die Werkzeugelektrode
(1) rohrförmig ist und sich zusammenhängend zwischen ihrem
offenendigen Spitzenteil (1 a) und ihrer vom Bearbeitungsspalt
(G) entfernten Nachschubquelle erstreckt, dadurch gekennzeich
net, daß sie außerdem Elektrodenvorschubmittel (4, 5, 6, 7, 8,
9) zum axialen Vorrücken der zusammenhängenden Werkzeug
elektrode (1) von der Nachschubquelle zur Kompensation des
Verschleißes des Spitzenteils (1 a) unter wesentlicher Kon
stanthaltung des Bearbeitungsspaltes (G) aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Werkzeugelektrode ( 1 ) aus einer Mehrzahl von parallel
zueinander angeordneten und fest zusammengehaltenen dünnen
Elektrodenelementen (1-1, 1-2, 1-3) zusammengesetzt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die parallelen Elektrodenelemente (1-1, 1-2, 1-3) unter Ab
stand voneinander mit einem Zwischenraum (d) zwischen den be
nachbarten Elementen (1-1, 1-2, 1-3) im Bereich zwischen 0,05
und 0,5 mm angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die Elektrodenelemente (1-1, 1-2, 1-3) einzeln eine Dicke (D)
im Bereich zwischen 0,05 und 1 mm haben.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
der Zwischenraum (d) etwa die Hälfte der Dicke (D) jedes der
Elektrodenelemente (1-1, 1-2, 1-3) beträgt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schwingungseinrichtung zwei in zueinander im wesentlichen
senkrechten Richtungen ausgerichtete Hornverstärker (18) auf
weist, deren jeder quer zur Achse der dünnen Werkzeugelektrode
(1) gerichtet ist und an dem ein durch eine Hochfrequenzstrom
quelle (22) speisbarer elektromechanischer Wandler (20) befe
stigt ist.
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