DE3142606A1

DE3142606A1 - Verfahren und vorrichtung zum elektroerosiven bearbeiten

Info

Publication number: DE3142606A1
Application number: DE19813142606
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Tokyo Inoue
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1980-10-27
Filing date: 1981-10-27
Publication date: 1982-08-05
Also published as: DE3142606C2; US4436976A; FR2492711B1; JPS5775732A; GB2089267A; IT8149562A0; GB2089267B; IT1142963B; FR2492711A1

Description

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Inoue-Japax Research Incorporated Yokohamashi, Kanagawaken, Japan

Verfahren und Vorrichtung zum elektroerosiven Bearbeiten

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf das elektroerosive Bearbeiten eines leitenden Werkstücks mit einer Werkzeugelektrode, insbesondere auf ein verbessertes Elektroerosionsverfahren und eine verbesserte Elektroerosionsvorrichtung, die sich zur genauen Überwachung des Verschleißes der Werkzeugelektrode eignen und dadurch den weiteren Ablauf des erosiven Bearbeitungsprozesses im Werkstück unter automatischer Kompensation des Werkzeugverschleißes ermöglichen.

Beim elektroerosiven Bearbeiten, welcher Begriff sich hier auf ein Bearbeitungsverfahren bezieht, das die Materialabtragung von einem leitenden Werkstück mindestens teilweise durch die Wirkung elektrischer Entladungen vorsieht, wird eine Werkzeugelektrode

unter Abstand einem Werkstück über einen Bearbeitungsspalt gegenübergestellt, der mit einer Bearbeitungsflüssigkeit gespült wird, und ein Erosionsbearbeitungsstrom, gewöhnlich in der Form einer Folge elektrischer Impulse, fließt zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück« Aufeinanderfolgende elektrische Entladungen werden so durch den mit Flüssigkeit gespülten Bearbeitungsspalt erzeugt, um elektroerosiv Material vom Werkstück abzutragen» Beim Fortschritt der Materialabtragung wird die von einem Werkzeugkopf gehaltene Werkzeugelektrode durch ein Hilfssystem vorgerückt, um den Bearbeitungsspalt, der zur Vergrößerung neigt, im wesentlichen konstant zu halten=

Beim Erosionsprozeß kann gleichzeitig auch der erosive Verschleiß der Bearbeitungsfläche der Werkzeugelektrode auftreten<> Obwohl verschiedene Techniken, wie ζ ο Β» "Formung" der erosiven Impulse einzeln oder in Gruppe, Steuerung der Flüssigkeitszufuhr in den Bearbeitungsspalt und die Verwendung eines besonderen Elektrodenmaterials, als wirksam befunden wurden, um den erosiven Verschleiß der Werkzeugelektrode möglichst gering zu halten oder eine sog. verschleißlose Art zu erzielen, ist der Werkzeugverschleiß nichtsdestoweniger in bestimmten Stufen des Bearbeitungsvorganges, wie z„ B₉ Endbearbeitung oder Mikroendbearbeitung, unvermeidlich und sollte sogar bewußt bei solchen und anderen Bearbeitungsvorgängen im Interesse der Erzielung eines erhöhten Bearbeitungswirkungsgrades erzeugt werden» Die besondere erosive Bearbeitungsart, die den "Verschleiß"typbetrieb unvermeidlich oder sogar erwünscht macht, verwendet eine Werkzeugelektrode, die typisch

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dünn und von einfachem Querschnitt ist, z. B. eine Drahtelektrode oder Stangenelektrode von kreisförmiger oder quadratischer Querschnittsfläche/ zur Bearbeitung eines großen und/oder komplizierten dreidimensionalen Hohlraumes im Werkstück. Der Hohlraum wird dann im Werkstück gebildet, indem man gesteuert die Werkzeugelektrode relativ zum Werkstück multiaxial in einem dreidimensionalen Koordinatensystem längs einer vorgeschriebenen Gruppe von Bewegungsbahnen verschiebt, die das Profil des gewünschten Hohlraumes bestimmt.

Bei solchen Bearbeitungsvorgängen, die vorteilhaft mit "Verschleiß" arbeiten, ist es klar, daß es kritisch wichtig wird, den Verschleiß der Elektrodenbearbeitungsfläche auf Sofortbasis zu erfassen, um eine optimale Beibehaltung des Bearbeitungsspaltes zu ermöglichen.

Es wurde jedoch festgestellt, daß die Verschleißgeschwindigkeit der Werkzeugelektrode von einer Anzahl von Bearbeitungsfaktoren abhängt, die das Werkzeugmaterial und die Werkzeugform, die gewählten Param_eter der erosiven Impulse und die besondere Art der Bearbeitungsflüssigkeit sowie ihre besondere Zuführungsart zum Spaltbereich umfassen. Weiter gehören dazu die augenblickliche Bearbeitungstiefe und die Konfi⁴-guration der bearbeiteten Teile sowie ihre physikalischen Wechselwirkungen mit den Strömen der Bearbeitungsflüssigkeit, die von einem Augenblick zum anderen variieren können. Praktisch kann daher eine solche Mehrzahl komplizierter Faktoren nicht korreliert werden, um die Werkzeugverschleißgeschwindigkeit genau

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zu überwachen oder ein angemessenes Programm für ein Steuersystem herzustellen,das ausgelegt ist, die Werkzeugelektrode in solcher Weise vorzurücken, daß der tatsächliche Werkzeugverschleiß genau kompensiert wird» Auch ein empirisches Programm,, das auf einem einzelnen Versuchsbearbeitungsvorgang basiert, läßt sich kaum erhalten» Die herkömmlich gewählte Lösung,, den Werkzeugverschleiß zu überwachen, beruht daher auf einer Verfahrensablauf-Basis, die den Zustand der erosiven Entladungen überwacht und analysiert. Beispielsitfeise wurden das Verhältnis der Zahl der Nichtlast-Impulse oder Lichtbogenimpulse zur gesamten Zahl der je Zeiteinheit angelegten Impulse, die Entladungsbeginnspannung oder der Spaltwiderstand gemessen, und das Elektrodenhilfssystem wurde so eingerichtet, daß es die Werkzeugelektrode gesteuert derart vorrückt, daß irgendeine dieser Variablen auf einem gegebenen konstanten Wert gehalten wird»

Der Entladungszustand stellt jedoch nicht ausschließlich die physikalische Abmessung des Bearbeitungsspaltes dar, sondern hängt auch vom Verunreinigungsgrad der Bearbeitungsflüssigkeit,von den Bearbeitungsimpulsbedingungen und allgemein von anderen Spaltvariablen ab, und es wurde als praktisch unmöglich gefunden, daraus eine Information abzuleiten, die ausschließlich der physikalischen Größe des Bear= beitungsspaltes entspricht= So stellt ein Zustand, in welchem befriedigende Entladungen andauern, nicht immer den Bearbeitungsspalt mit|einer gewählten Größe dar,

und es ist ohne weiteres möglich, daß ein Fortgang befriedigender Entladungen nicht zu einer gewünschten Bearbeitungsgenauigkeit führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum elektroerosiven Bearbeiten eines Werkstücks mit einer Werkzeugelektrode zu entwickeln, womit der Verschleiß der Werkzeugelektrode auf Verfahrensablaufbasis genau erfaßt werden kann, um eine automatische Kompensation des Verschleißes zur kontinuierlichen Bearbeitung des Werkstücks zwecks Bildung eines gewünschten Hohlraums darin insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, durch multiaxiales Verschieben der Werkzeugelektrode relativ zum Werkstück zu ermöglichen, die zur Lageeinstellung der Bearbeitungsfläche einer zum erosiven Verschleiß neigenden Werkzeugelektrode in genauem Abstand mit einer gegebenen Entfernung vom erosiv bearbeiteten Werkstück mit vereinfachten Mitteln zum Vorrücken der Werkzeugelektrode relativ zum Werkstück geeignet sind und die es ermöglichen, einen sich auf den Werkzeugverschleiß beziehenden Faktor von der Analyse eines elektrischen Entladungszustandes im Bearbeitungsspalt genau zu subtrahieren und dabei zu erreichen, daß andere Bearbeitungsfaktoren, wie z. B. der Verunreinigungsgrad der Bearbeitungsflüssigkeit, genau ausgesondert werden, um so eine erhöhte Bearbeitungsgenauigkeit bei einem gegebenen Bearbeitungsvorgang zu erzielen.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist zunächst ein Verfahren zum elektroerosiven Bearbeiten eines Werkstücks mit einer Werkzeugelektrode, bei dem man die Werkzeugelektrode derart hält, daß

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ihr eine Bearbeitungselektrodenfläche bildender freier Endteil in einem Abstand dem Werkstück gegenübersteht und ein B.earbeitungsspalt dazwischen begrenzt wird, den Bearbeitungsspalt mit einer Bearbeitungsflüssigkeit spült, einen Teil der Werkzeugelektrode in Querschwingungen einer gegebenen Frequenz versetzt und einen Erosionsbearbeitungsstrom zx-zischen der Werkzeugelektrode und dem WerJsstück anlegt, um elektroerosiv Material vom Werkstück abzutragen, wobei man einen erosiven Verschleiß der Bearbeitungselektrodenfläche zuläßt, mit dem Kennzeichens, daß man den freien Endteil der Werkzeugelektrode in die Querschwingungen versetzt und den erosiven Verschleiß der Werkzeugelektrode durch Abtasten einer Änderung in der Art der Schwingungen erfaßt.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 19 gekennzeichnet.

Insbesondere wird die Werkzeugelektrode so gehalten,, daß sie den freien Endteil mit einer vorbestimmten Länge aufweist und man diesen in Schwingungen mit einer Resonanzfrequenz desselben versetzt«

Die Frequenz der Schwingungen!, mit der man. den freien Endteil der Werkzeugelektrode schwingen läßt, ist vorzugsweise über 0,5 MHz und noch bevorzugter über 10 MHz„

Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren weiter den Schritt des automatischen Vorrückens der Werkzeugelektrode relativ zum Werkstück im Ansprechen auf die Änderung in den erwähnten Schwingungen umfassen,

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um den Bearbeitungsspalt in seiner Abmessung im wesentlichen konstant zu halten.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Vorrichtung zum elektroerosiven Bearbeiten eines Werkstücks mit einer Werkzeugelektrode nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, mit einem Werkzeugkopf zum Halten der Werkzeugelektrode zwecks Bringens ihres eine Bearbeitungselektrodenfläche bildenden freien Endteils in einen Abstand gegenüber dem Werkstück und zwecks Begrenzens eines Bearbeitungsspaltes dazwischen, einer Einrichtung zum Spülen des Bearbeitungsspaltes mit einer Bearbeitungsflüssigkeit, einer Einrichtung zum Versetzen eines Teils der Werkzeugelektrode in Querschwingungen einer gegebenen Frequenz und einer Stromzufuhreinrichtung zum Anlegen eines Erosionsbearbeitungsstromes zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück zwecks elektroerosiver Materialabtragung vom Werkstück unter Zulassungpines erosiven Verschleißes der Bearbeitungselektrodenfläche, mit dem Kennzeichen, daß die Schwingungseinrichtung zum Versetzen des freien Endteils der Werkzeugelektrode in die Querschwingungen dient und daß eine Elektrodenverschleiß-Erfassungesinrichtung zum Abtasten einer durch den Verschleiß der Bearbeitungselektrodenfläche verursachten Änderung in der Art der Schwingungen vorgesehen 1st.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 21 und 22 gekennzeichnet.

Insbesondere kann die Erfassungseinrichtung einen Wandler zum Umwandeln der Schwingungen des freien Endteils

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in ein entsprechendes elektrisches Signal und eine Einrichtung zur Erfassung einer durch den Verschleiß der Bearbeitungselektrodenfläche verursachten Störung oder Auf lösungjdes Signals vom Wandler aufweisen.

Es !tonnen Bearbeitungsvorschub-Antriebsorgane zur dreidimensionalen Relativbewegung des Werkzeugkopfes und des Werkstücks in einem dreidimensionalen Koordinatensystem längs einer das Profil eines gewünschten,? im Werkstück zu bearbeitenden Hohlraums definierenden Bahn vorgesehen sein. Das dreidimensionale Koordinatensystem kann ein orthogonales Koordinatensystem sein, das eine erste Koordinatenachse parallel oder übereinstimmend mit der Achse der Werkzeugelektrode und eine zweite sowie eine dritte, zur zweiten senkrechte Koordinatenachse enthalten„ welche beide zur ersten Koordinatenachse senkrecht sind. Die Bearbeitungsvorschub-Antriebsorgane umfassen dann drei unabhängige Antriebsmotoren, die zur Bewegung des Werkzeugkopfes relativ zum Werkstück längs der ersten bzw= zweiten bzw. dritten Koordinatenachse eingerichtet sind« Eine numerische Steuereinheit kann zur Speisung der drei Äntriebsmotoren mit zugehörigen Steuersignalen versehen sein, um zu ermöglichen, daß die Bearbeitungselektrodenfläche am freien Endteil der Werkzeugelektrode sich längs der vorgeschriebenen u darin vorprogrammierten dreidimensionelan Bahn bewegt»

Die Werkzeugelektrode kann die Form eines durch= laufenden länglichen Werkzeugs, wie z. B„ eines Drahtes

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haben, das bzw. der am erwähnten freien Endteil endet. Ein solches, etwa aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehendes Werkzeug kann von einem Durchmesser oder einer Dicke im Bereich von 0,05 bis 1 mm sein und vom Werkzeugkopf gehalten werden, um axial relativ zum Werkzeugkopf beweglich zu sein und den freien Endteil einer vorbestimmten Länge aufzuweisen, damit ermöglicht wird, daß dieser freie Endteil in Querschwingungen mit einer Resonanzfrequenz desselben als der erwähnten gegebenen Frequenz versetzt werden kann. Elektrodenvorschub-Antriebsorgane können unabhängig von den .Bearbeitungsvorschub-Antriebsorganen vorgesehen sein und so arbeiten, daß, wenn die Erfassungseinrichtung eine Störung oder Löschung des Signals vom Wandler erfaßt, das Werkzeug automatisch längs der erwähnten ersten Koordinatenachse um eine vorbestimmte Strecke oder solange vorgerückt wird, bis die Störung des Signals verschwindet oder die ursprüngliche Resonanzschwingungsart wiederhergestellt ist. Dies ermöglicht, daß die Bearbeitungselektrodenfläche am freien Endteil des Werkzeugs erneuestjin eine genaue Lage gebracht wird, die durch Bewegung des Werkzeugkopfes relativ zum Werkstück in der ersten Koordinatenachse mittels des ersten Bearbeitungsvorschub-Antriebsmotors eingerichtet wird. Dies ermöglicht auch, daß die erwähnte vorbestimmte Länge des freien Endteils des Werkzeugs, die vom Werkzeugkopf vorragt, automatisch wieder eingestellt wird, so daß eine korrekte Bearbeitungsspaltweite wiederhergestellt ist.

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Alternativ kann die Werkzeugelektrode vom Werkzeugkopf festgehalten x-jerden und von irgendeiner einfachen Form, jedoch vorzugsweise ein dünner Körper, wie z» B= ein Draht oder eine Stange sein» Während die Werkzeugelektrode verschleißt, verringert sich die Länge des vom Werkseugkopf vorragenden schwingenden freien Endteils„ vras eine Änderung von dessen Resonanzfrequenz oder -art verursacht. Vielfache Einstellungen können in der Erfassungseinrichtung vorgesehen werden, um auf eine Änderung von einer voreingestellten Resonanzart zu einer anderen anzusprechen, und der erste Bearbeitungsvorschub-Antriebsmotor kann im Ansprechen auf jede solche Änderung betrieben werden, um die Werkzeugelektrode axial relativ zum Werkstück längs der ersten Koordinatenachse um eine vorbestimmte. Strecke vorzurücken-

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin seigern

Fig_o 1 eine schematische Darstellung, teilweise in einer Schnittansicht und teilweise als Schaltbild, zur Veranschaulichung einer 3D-(dreidimensional=} Elektroerosionsbearbeitungsvorrichtung mit Verwendung einer durchlaufenden Drahtelektrode und Anwendung der Erfindung? und

Fig» 2 eine ähnliche Darstellung·zur Veranschaulichung einer 3D-Elektroerosionsmaschine mit Verwendung einer am Werkzeugkopf befestigten Werkzeugelektrode und Anwendung der Erfindung.

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Gemäß Fig. 1 macht die dargestellte Vorrichtung von einer Werkzeugelektrode 1 in der Form eines durchlaufenden Drahtes aus beispielsweise Kupfer mit einer Dicke von 0,05 bis 1 mm Gebrauch. Nach der Darstellung erstreckt sich die Drahtelektrode 1 von einem allgemein mit 2_ bezeichneten Werkzeugkopf so, daß sie einen daraus vorragenden freien Endteil 1a aufweist, der. an einer Bearbeitungselektrodenfläche 1b endet, die unter Abstand über einen Bearbeitungsspalt G einem Werkstück 3 gegenübersteht, in dem nach der Darstellung ein 3D (dreidimensionaler) Hohlraum damit bearbeitet wird. Die durchlaufende Drahtelektrode ist auf einer Trommel 4 gespeichert, die in einem Gehäuse 5 gehalten ist, das Teil des Werkzeugkopfes 2^ bildet. Das Gehäuse 5 ist an einer Spindel 6 befestigt, die zur Bewegung des Werkzeugkopfes 2_ in Vertikalrich'tung oder nach oben und unten in der Richtung einer Z-Achse längs ihrer Längsachsen dient. Nach der Darstellung enthält das Gehäuse 5 außerdem eine Mitnehmerrolle 7 und eine Quetschrolle 8, die die Drahtelektrode 1 dazwischen halten, und einen Antriebsmotor 9 zur Drehung der MitnehmerrolLe 7 über ein (nicht dargestelltes) Getriebe zur Axialbewegung der von der Trommel 4 durch ein Paar von Bremsrollen 10 geführten Drahtelektrode 1. Ein Paar weiterer Rollen 11 ist zur Führung der Drahtelektrode 1 zwecks Gleitdurchgangs durch eine schneidenartig verengte Öffnung 12, die in einer zylindrischen, fest in das Gehäuse 5 eingeschraubten Buchse 13 gebildet ist, und zwecks anschließenden Gleitdurchgangs durch eine schneidenartig verengte Öffnung 14 vorgesehen, die in einer becherförmigen,

fest in die zylindrische Buchse 13 eingeschraubten Buchse 15 gebildet ist= Eine Ultraschallhorn-Schwingungseinrichtung J_£ ist in die Buchse 13 eingepaßt und weist ihr aktives Ende in leichtem Kontakt mit der Drahtelektrode 1 auf halbem Weg zwischen den öffnungen und 14 angeordnet auf«

Eine Erosionsbearbeitungs-Stromquelle weist eine Gleichstromquelle 20 auf, die elektrisch einerseits mit einer der Führungsrollen 11 im Kontakt mit der Drahtelektrode 1. und andererseits mit dem Werkstück verbunden ist. Ein Strom- oder Leistungsschalter 21, z- Bo eine Gruppe von Transistoren, ist in der Reihenschaltung vorgesehen, die die Gleichstromquelle mit der Drahtelektrode 1 und dem Werkstück 3 verbindet, und wird durch einen Signalimpulsgenerator gesteuert ein- und ausgeschaltet, um eine Folge elektrischer Bearbeitungsimpulse zwischen der Drahtelektrode 1 und dem Werkstück 3 anzulegen, wodurch aufeinanderfolgende elektrische Entladungen zwischen der Bearbeitungsfläche 1b am freien Endteil 1a der Drahtelektrode 1 und dem Werkstück 3 durch den mit einer Bearbeitungsflüssigkeit gespülten Bearbeitungsspalt G erzeugt werden, um elektroerosiv Material vom Werkstück 3 abzutragen„ Die Bearbeitungsflüssigkeit, ζ= B= eine wässerige Flüssigkeit, kann in den Bearbeitungsspalt G von einer oder mehreren mit einer Flüssigkeitsquelle 25 verbundenen Düsen 24 eingeführt werden=

Das Werkstück 3 ist auf einem Werkstücktisch fest montiert, der in einer zu der vertikalen oder Z-Achse senkrechten X-Y= oder horizontalen Ebene durch ein Paar

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von Motoren 31 und 32 verschiebbar ist. Der Motor ist zum Verschieben des Werkstücktisches 30 längs der X-Achse eingerichtet, und der Motor 32 ist zum Verschieben des Werkstücktisches 30 längs der Y-Achse eingerichtet. Ein weiterer Motor 33 ist antriebsmäßig mit der Spindel 6 gekuppelt, um den Werkzeugkopf 2_ vertikal oder längs der Z-Achse zu verschieben. Die Motoren 31, 32 und 33 werden durch ihre zugehörigen Steuerkreise 34, 35 und 36 gespeist, denen Steuersignale von einer nummerischen Steuer-(NC)Einheit 37 zugeführt werden. Die letztere enthält vorprogrammierte numerische Daten, die eine Bahn einer Relativbewegung zwischen der Bearbeitungselektrodenfläche 1b und dem Werkstück 3 definieren und im Betrieb der Vorrichtung als Steuersignale für die Motoren 31, 32 und 33 reproduziert werden, um die Bearbeitungselektrodenfläche 1b relativ zum Werkstück längs der vorprogrammierten Bahn zu bewegen und dadurch eine Bearbeitung eines gewünschten Hohlraumes des dadurch definierten Profils im Werkstück 3 zu ermöglichen.

In der dargestellten Anordnung ist die Drahtelektrode so/eingerichtet, daß ihr freier Endteil 1a bestimmter konstanter Länge vorragt, und der Motor 9 ist bestimmt, die Drahtelektrode 1 von der Speichertrommel 4 unter Kompensierung des Elektrodenverschleißes an der Bearbeitungselektrodenfläche 1b vorzurücken, um diese konstante Länge beizubehalten. Es ist wesentlich, daß der freie Endteil 1a geeignet ist, Querschwingungen mit einer Resonanzfrequenz desselben aus zuführen.

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0 O

O ο Ο Ο ο

ο οβ

α ο

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Die dargestellte Ultralschallhorn-Schwingungseinrichtung 2j>_, die von herkömmlicher Auslegung sein kann, enthält einen elektromechanischen Wandler 17_P z» Bo vom piezoelektrischen Typ, der von einer Hochfrequenzstromquelle 18 gespeist wird, um den freien Endteil 1a in Querschwingungen bei einer Resonanzfrequenz desselben mit einer kleinen Amplitude zu versetzen» Der Wandler dient zur Abtastung bzw» Erfassung der Schwingungen des freien Endteils 1a und ist über einen Widerstand 19 mit einem Erfassungskreis 41 verbunden. Zur Bewirkung der Querschwingungen des freien Endteils 1a mit einer Resonanzfrequenz desselben kann irgendein anderer Motor außer der ültraschallhorn-Schwingungseinrichtung Ί6_ verwendet werden und vom elektromagnetischen oder elektrodynamischen Typ sein« Gleichfalls kann der Wandler 17, der die mechanische Schwingung des freien Endteils 1a in ein entsprechendes elektrisches Signal umwandelt, vom elektromagnetischen, piezoelektrischen oder elektrodynamischen Typ sein. In Abhängigkeit vom verwendeten Motor wird es möglich sein, auf den freien Endteil 1a eine ebene Schwingung oder eine Drehschwingung aufzubringen«

Die Quersanbringung des freien Endteils 1a kann selbsterregt sein, indem man die vom Wandler 17 übertragene Spannung in einem elektronischen Verstärker verstärkt und sie dem Motor mit der geeigneten Phase zuführtο Eine andere Verfahrensart besteht darin, den Motor von der Hochfrequensstromquelle 18 unter Abstimmung auircfder Synchronisierung mit der Resonanz-

a ·

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frequenz des freien Endteils 1a zu speisen.

Der Erfassungskreis 41 ist bestimmt, eine Änderung einer der physikalischen Variablen der Schwingung des freien Endteils 1a, die durch dessen erosiven Verschleiß an der Bearbeitungselektrodenfläche 1b verursacht ist, d. h. entweder der Amplitude oder der Resonanzfrequenz desselben, zu signalisieren.

Eine Zeitschaltung 42 ist ebenfalls vorgesehen, um Prüfimpulse mit einem vorbestimmten Zeitintervall oder im Ansprechen auf Steueisignale· von der numerischen Steuereinheit 37 zu erzeugen und so periodisch oder aperiodisch zu ermöglichen, daß der Erfassungskreis auf das am Abtastwiderstand 19 entwickelte Schwingungssignal -anspricht. -

Ein die Änderung der Art der Schwingung infolge des Verschleißes der Bearbeitungselektrodenflache 1b am freien Endteil 1a darstellendes Signal wird durch den Erfassungskreis 41 erzeugt und einem Steuerkreis zur Betätigung des Motors 9 zugeführt, der ein Schrittmotor oder Gleichstrommotor sein kann. Der Steuerkreis 50 kann dem Motor 9 einen Steuerimpuls in der Form eines einzelnen Impulses oder mehrerer Impulse zuführen, die bemessen sind, um die Drahtelektrode 1 um eine vorbestimmte kleine Strecke vorzurücken, die zur Kompensierung des auftretenden Verschleißes berechnet ist. Alternativ kann eine Folge von Steuerimpulsen oder ein kontinuierliches Steuersignal geliefert werden, um die Drahtelektrode 1 vorzurücken,

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bis der Erfassungspreis 41 das Verschwinden oder die Störung des Abtastschwingungssignals oder die Wiedererreichung der voreingestellten Resonanzschwingungsart anzeigt.

Die schneidenartig verengten öffnungen 12 und 14 in den injäas Gehäuse 5 eingepaßten Buchsen 13 und 15 sind vorzugsweise so bemessen,, daß sie in leichtem Kontakt mit der durchlaufenden Drahtelektrode 1 sind, um zwei feste Knoten für eine Resonanzschwingung des freien Endteils 1a zu ergeben» Der Abstand zwischen der Kante der öffnung 12 und der Kante der öffnung 14 wird natürlich durch Einstellen des Einschraubens der Buchse 15 in die Buchse 13 derart justiert, daß er bei einem Vielfachen der halben Wellenlänge einer Resonanzschwingung des freien Endteils 1a liegt.

Zwecks Erzielung einer größeren Genauigkeit der Erfassung des Elektrodenverschleißes wurde gefunden, daß der freie Endteil 1a in Querschwingungen mit einer gegebenen Resonanzfrequenz in einem höheren Frequenzbereich versetzt werden soll» Die Frequenz sollte allgemein über O₇5 MHz und vorzugsweise über 10 MHz liegen.

Beispielsweise kann mit einer Kupferdrahtelektrode

Durchmesser?
von 0„2 mm die mit einer Frequenz von 1 MHz schwingt, der Verschleiß mit einer Genauigkeit von 1 bis 3 ,um Länge erfaßt werden. Wenn man die gleiche Drahtelektrode

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mit einer Frequenz von 20 MHz schwingen läßt, steigt die Genauigkeit auf O
verschlissenen Teils.

die Genauigkeit auf 0,1 bis 0,5 ,um Länge des

Prüfimpulse könnenjvon der Zeitschaltung 42 beispielsweise mit einer Folge von 10 Impulsen je Sekunde abgegeben werden. Solange der freie Endteil 1a in Resonanz mit dem von der Hochfrequenzstromquelle zugeführten Schwingungssignal schwingend bleibt, kann der Erfassungskreis 41 kein Ausgangssignal abgeben. Wenn sich die Resonanzfrequenz ändert oder sich die vorhandene Resonanzart als Ergebnis des erosiven Verschleißes der Bearbeitungselektrodenfläche 1b verschiebt, spricht der Erfassungskreis 41 auf ein verringertes Signal am Widerstand 19 an und gibt ein Steuersignal ab, das dem Motor 9 zugeführt wird, um einen Vorschub der Drahtelektrode .1 von der Trommel 4 zur Kompensation des erfaßten erosiven Verschleißes zu ermöglichen. In dieser Weise wird erreicht, daß die vom Werkzeugkopf 2^ vorragende Länge der Drahtelektrode 1 oder der freie Endteil 1 a und die Länge des Bearbeitungsspaltes G zwischen der Bearbeitungselektrodenfläche 1b und dem Werkstück 3 beide konstant bleiben. Bei der beschriebenen Anordnung ist festzustellen, daß dieses kompensierende Vorrücken der Drahtelektrode 1 unabhängig vom Z-Achsen-Bearbeitungsvorschubvorrücken der Bearbeitungselektrodenfläche 1b durch den Werkzeugkopf 2_ oder die Spindel 6 mittels des Motors 33 erfolgt.

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Wenn man den Motor 33 wegläßt oder den Werkzeugkopf 2_ stationär hältAwird der Steuerkreis 50 für den Motor 9 so eingerichtet, daß er sowohl auf die Z-Achsen-Bearbeitungsvorschub-Steuersignale von der numerischen Steuereinheit 37 als auch auf das Elektrodenverschle ißkompensations-Vorrücks ignal vom Erfassungskreis 41 anspricht«

In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wo gleiche Bezugszeichen wie die in Fig„ 1 gleiche oder ähnliche Bestandteile bezeichnen, ist die Werkseugelektrode in der Form einer zylindrischen Stange 101 dargestellt, die fest am Werkzeugkopf in der Form einer Platte 102 angebracht ist, die fest von der Spindel 6 gehalten ist. Die stangenförmige Werkzeugelektrode 101 kann hier wieder aus Kupfer oder dessen Legierung bestehen und einen Durchmesser von 1 bis 5 mm aufweisen und hat eine vorbestimmte Anfangslänge, die einen querschwingungsfähigen freien Endteil 101a darstellt, der eine Bearbeitungselektrodenflache 101b bildet. Die Ultraschallhorn-Schwingungseinrichtung 1j5 ist am Werkzeugkopf 102 mittels einer Halterung 16a befestigt, die eine Justierung deren Vertikallage ermöglicht, und wird wie im ersten Ausführungsbeispiel in leichtem Kontakt mit der Werkzeugelektrode 101 gehalten.

Wie im Ausführungsbeispiel nach Fig_o 1 liefert die Zeitschaltung 42 periodisch einen Prüfimpuls zum Erfassun^jgskreis 41, um eine periodische überwachung

des am Abtastwiderstand 19 erfaßten Schwingungssignals vorzusehen. In der Anordnung nach Fig. 2 wird jedoch ermöglicht, daß die Länge der Werkzeugelektrode 101 nach und nach abnimmt, während ihr erosiver Verschleiß an der Bearbeitungseiektrodenflache 101b andauert. Dies führt zu einer fortschreitenden Änderung (Steigerung) der Resonanzfrequenz der Werkzeugelektrode So arbeitet jedesmal, wenn eine in der Hochfrequenzstromquelle 18 bestimmte, voreingestellte Resonanzart verschoben ist, der Erfassungskreis 41 derart," " daß er dem Steuerkreis 36 ein Verschleißkompensationssignal liefert und gleichzeitig auf die Hochfrequenzstromquelle 18 einwirkt, um deren Ausgangsschwingungsfrequenz derart zu ändern, daß sie mit der Resonanzfrequenz der verschlissenen Länge des freien Endteils 101a der Werkzeugelektrode 101 abgestimmt wird. So arbeitet der Steuerkreis 36, indem er sowohl auf das Verschleißkompensationssignal vom Erfassungskreis 41 als auch auf das Z-Achsen-Bearbeitungsvorschub-Steuersignal von der numerischen Steuereinheit anspricht.

Alternativ betätigt der Erfassungskreis 41, eine in der Hochfrequenzstromquelle 18 bestimmte, voreingestellte j Resonanzart abgewandert ist, die Hochfrequenzstromquelle 18 zur Änderung deren Ausgangsschwingungsfrequenz auf einen nächsten voreingestellten Wert. Ein die Frequenzänderung darstellendes Signal wird dann zu einem Verarbeitungskreis 45 übertragen, der die Länge des freien Endteils 101a entsprechend vorprogrammierten Weisungen bestimmt und den tatsächlichen Elektrodenverschleiß entsprechend der verschobenen Frequenz berechnet. Die numerische Steuereinheit 37 wird dann mit einem Verschleißsignal beliefert

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und betätigt den Steuerkreis 36 unter Addition des erfaßten Verschleißbetrages zu einer ρ rogrammierten Bearbeitungsvorschubverschiebung in der Z-Achsen- komponente,. um ein Vorrücken der Werkzeugelektrode 101 durch den Motor 33 um die summierte Verschiebung zu bev/irken.

Claims

Ansprüche

1 ./Verfahren zum elektroerosiven Pearbeiten eines Werkstücks mit einer Werkzeugelektrode, bei dem man die Werkzeugelektrode derart hält, daß ihr eine Bearbeitungselektrodenfläche bildender freier Endteil in einem Abstand dem Werkstück gegenübersteht und ein Bearbeitungsspalt dazwischen begrenzt wird,

den Bearbeitungsspalt mit einer Bearbeitungsflüssigkeit spült,

einen Teil der Werkzeugelektrode in Querschwingungen einer gegebenen Frequenz versetzt und

einen Erosionsbearbeitungsstroms zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück anlegt, um elektroerosiv Materialjvom Werkstück abzutragen, wobei man einen erosiven Verschleiß der Bearbeitungselektrodenfläche zuläßt,

dadurch

gekennzeic h net,

daß man den freien Endteil der Werkzeugelektrode in die Querschwingungen versetzt und

den erosiven Verschleiß der Werkzeugelektrode durch Abtasten einer Änderung in der Art der Schwingungen erfaßt.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man die Werkzeugelektrode so hält, daß sie den freien Endteil mit einer vorbestimmten Länge aufweist,

dadurch gekennzeichnet,

daß man den freien Endteil dieser Länge in Schwingungen mit einer gegebenen Resonanzfrequenz desselben versetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Frequenz über 0,5 MHz ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese Frequenz über 10 MHz ist.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugelektrode im Ansprechen auf die Änderung in der Art der Schwingungen zur im wesentlichen konstanten Beibehaltung der vorbestimmten Länge dieses freien Endteils automatisch vorgerückt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugelektrode axial um eine bestimmte Strecke vorgerückt wird»
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugelektrode axial vorgerückt wird, bis der freie Endteil seine Schwingungen mit der Resonanzfrequenz wieder aufgenommen hat.
8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugelektrode im Ansprechen auf die Änderung in der Art der Schwingungen zur im wesentlichen konstanten Beibehaltung der Abmessung des Bearbeitungsspaltes relativ zum Werkstück automatisch vorgerückt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8„ dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugelektrode axial relativ zum Werkstück um eine bestimmte Strecke vorgerückt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugelektrode axial relativ zum Werkstück um eine Strecke als Funktion der Änderung in der Art der Schwingungen vorgerückt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ".das Werkstück zur Bildung eines Hohlraumes darin bearbeitet wird;,

dadurch gekennzeichnet, daß man die Werkzeugelektrode und das Werkstück relativ zueinander längs einer vorbestimmten, dem Profil

des Hohlraumes entsprechenden vieldimensionalen Bahn multiaxial in einem eine Koordinatenachse in Übereinstimmung mit der Werkzeugelektrodenachse enthaltenden Vielachsen-Koordinatensystem verschiebt,

auf den freien Endteil der Werkzeugelektrode ein äußeres Schwingungssignal einer gegebenen Frequenz überträgt, um dessen Querschwingung in Resonanz mit dem äußeren Schwingungssignal und im Fall des erosiven Verschleißes der Bearbeitungselektrodenfläche dessen Querschwingung außer Resonanz mit dem äußeren Schwingungssignal zu ermöglichen,

die Störung der Resonanz zur Erfassung des erosiven Verschleißes der .Werkzeugelektrode erfaßt und

im Ansprechen auf die Störung die Werkzeugelektrode relativ zum Werkstück längs der Koordinatenachse unabhängig von der multiaxialen Relatiwerschiebung bewegt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem man die Werkzeugelektrode so hält, daß sie den freien Endteil mit einer vorbestimmten Länge aufweist,

dadurch gekennzeichnet,

daß man den freien Endteil dieser Länge in Schwingungen in Resonanz mit dem äußeren Schwingungssignal versetzt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,

daß die Werkzeugelektrode im Ansprechen auf die Störung der Resonanz zur im wesentlichen konstanten Beibehaltung der vorbestimmten Länge dieses freien Endteils automatisch längs der Koordinatenachse vorgerückt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Werkzeugelektrode längs der Koordinatenachse um eine bestimmte Strecke vorgerückt wird=
15. Verfahren nach Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Werkzeugelektrode längs der Koordinatenachse um eine Strecke als Funktion der Störung vorgerückt
16. Verfahren nach Anspruch 1-3,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Werkzeugelektrode längs der Koordinatenachse vorgerückt wird, bis der freie Endteil seine Schwingungen in Resonanz mit dem äußeren Schwingungssignal wieder aufgenommen hat.
17= Verfahren nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Werkzeugelektrode im Ansprechen auf die Störung der Resonanz automatisch relativ zum Werkstück vorgerückt wird«.
18. Verfahren nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Frequenz des äußeren Schwingungssignals über 0,5 MHz ist.

3U2606
19. Verfahren nach Anspruch 18,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Frequenz über 10 MHz ist.
2O. Vorrichtung zum elektroerosiven Bearbeiten eines Werkstücks mit einer Werkzeugelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 19,

mit einem Werkzeugkopf zum Halten der Werkzeugelektrode zwecks Bringens ihres eine Bearbeitungselektrodenfläche bildenden freien Endteils in einen Abstand gegenüber dem Werkstück und zwecks Begrenzens eines Bearbeitungsspaltes dazwischen,

einer Einrichtung zum Spülen des Bearbeitungsspaltes mit einer Bearbeitungsflüssigkeit,

einer Einrichtung zum Versetzen eines Teils der Werkzeugelektrode in Querschwingungen einer gegebenen Frequenz undjeiner Stromzuführeinrichtung zum Anlegen eines Erosionsbearbeitungsstromes zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück zwecks elektroerosiver Materialabtragung vom Werkstück unter Zulassung eines erosiven Verschleißes der Bearbeitungselektrodenfläche,

dadurch gekennzeichnet

daß die Schwingungseinrichtung (JJL) zum Versetzen des freien Endteils (1a; 101a) der Werkzeugelektrode (1; 101) in die Querschwingungen dient und

daß eine Elektrodenverschleiß-Erfassungseinrichtung (17, 19, 41) zum Abtasten einer durch den Verschleiß der Bearbeitungselektrodenfläche (1b; 101b) verursachten Änderung in der Art der Schwingungen vorgesehen ist.

3U2606
21, Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,,

daß die Erfassungseinrichtung einen Wandler (17) zum Umwandeln der Schwingungen des freien Endteils (1a, 101a) in ein entsprechendes elektrisches Signal

eine Einrichtung (41) zur Erfassung einer durch den Verschleiß der Bearbeitungselektrodenfläche (1b; 101b) verursachten Störung des Signals vom Wandler (17) aufweist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,

daß sie außerdem Bearbeitungsvorschub-Antriebsorgane (31, 32, 33) zur Relativverschiebung des Werkzeugkopfes (£; 102) und des Werkstücks (3) zwecks Bewirkung eines abtastartigen Überstreichens des Werkstücks (3) durch die Bearbeitungselektrodenfläche (1b,· 101b),

eine Steuereinrichtung (34, 35, 36, 37) zum Liefern eines Bearbeitungsvorschub-Steuersignals zu den Antriebsorganen (31, 32, 33) zwecks Bewirkung des Überstreichens des Werkstücks (3) durch die Bearbeitungselektrodenfläche (1b; 101b) längs einer vorbestimmten Bahn zur Bearbeitung eines Hohlraumes eines durch die Bahn bestimmten Profils im Werkstück (3) und

auf die Erfassungseinrichtung (17, 19, 41) ansprechende Organe (50, 9; 45, 33) zum Vorrücken der Werkzeugelektrode (1; 101) unabhängig von den Bearbeitungsvorschub-Steuersignalen zwecks Kompensierung des erosiven Verschleißes der Bearbeitungselektrodenfläche (1b, 101b) aufweist.