DE3306713A1

DE3306713A1 - Edm-verfahren und -vorrichtung

Info

Publication number: DE3306713A1
Application number: DE19833306713
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Tokyo Inoue
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1982-02-25
Filing date: 1983-02-25
Publication date: 1983-09-01
Also published as: JPH0229451B2; FR2521891B1; JPS58149131A; GB8305254D0; FR2521891A1; GB2115335A; GB2115335B; IT1197591B; IT8347817A0; US4543460A

Description

EDM-Verfahren und -Vorrichtung

Die Erfindung betrifft eine elektroerosive Bearbeitung
(EDM) mit Universal-Elektroden, insbesondere eine EDM-Verfahren und eine Vorrichtung für die dreidimensionale Einarbeitung eines gewünschten Musters, z. B. eines Hohlraums, in ein elektrisch leitfähiges Werkstück mittels mindestens einer Universal-Elektrode und eine Vorrichtung zur Durchführung derartiger dreidimensionaler EMD-Verfahren, um die Konzentration des Arbeitsabfalls in der Arbeitsflüssigkeit im EDM-Arbeitsspalt auf oder über einem vorbestimmten Wert zu halten.

Dabei bezeichnet der Begriff "Universal-Elektrode", wie üblieh, eine axial nicht weiter gestaltete Werkzeugelektrode mit einfachem Arbeitsflächen-Profil, das zylindrisch,
dreieckig oder quadratisch im Querschnitt sein kann und
das im allgemeinen verschieden oder unabhängig von der
dreidimensionalen Gestalt des fertigen Hohlraums oder Profils ist, der bzw. das in ein Werkstück eingearbeitet werden soll. Eine derartige "Universal-Elektrode" ist von einer gestalteten Werkzeug-Elektrode mit Spiegelbild-Abbild
oder maßstäblich verkleinertem oder vergrößertem Abbild
des im Werkstück gewünschten dreidimensionalen Hohlraums
oder Profils zu unterscheiden.

In dem dreidimensionalen EDM-Verfahren mit wenigstens einer Universal-Werkzeugelektrode, die ein Arbeitsflächen-Profil an einem Endstück hat, ist die Werkzeugelektrode axial einem Werkstück benachbart, um das Arbeitsflächen-Profil in eine Nachbarstellung damit über einen EDM-Arbeitsspalt zu bringen, welcher mit einer Arbeitsflüssigkeit versehen ist. Eine Aufeinanderfolge von elektrischen Entladungen wird im Arbeitsspalt erzeugt, um von einem dem Arbeitsflächen-Profil benachbarten Werkstückteil elektrosiv abzutragen. Für den Arbeitsablauf wird das Werkstück relativ zur Werkzeugelektrode entlang eines dreidimensionalen Weges - tpyischerweise unter numerischer Steuerung - verschoben, während die Breite des Arbeitsspaltes im wesentlichen konstant gehalten wird; dabei wird der gewünschte Hohlraum oder das Profil, die von der Universal-Elektrode verschieden sind und die wesentlich durch den Weg des dreidimensionalen Vorschubs zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück bestimmt sind, aus dem Werkstück ausgeschnitten.

Die Vorteile des Universalelektroden-EDM-Verfahrens gegenüber dem üblichen "Senk"-EDM-Verfahren, bei dem. wesent- ■ lieh ist, daß mehrere ähnlich gestaltete Elektroden mit . Spiegel-Abbildern des gewünschten Hohlraumes oder Profils verwendet worden, finden in der Technik zunehmend Anerkennung. In dem Senk-EDM-Verfahren findet man beträchtliche Schwierigkeiten bei der Gestaltung der Werkzeugelektrode als exaktes Spiegelbild des gewünschten Hohlraumes oder Profils. Außerdem sind mehrere derartiger Elektroden von leicht abgeänderten Größen erforderlich, um die Wiederholung des Verfahrens in verschiedenen Betriebsarten zu erlauben, die von der Vorbearbeitung bis zur Fertigbearbeitung reichen. Wegen dieser Elektroden-Probleme ist das Senk-EDM-Verfahren zur Einarbeitung eines dreidimensionalen Hohlraumes oder Profils beträchtlich teuer und mühsam gewesen. Außerdem gibt es das Pro-

blera der Elektroden-Positionierung bei aufeinanderfolgenden Stufen des Elektrodenaustausches. Man hat auch erkannt, daß die Abtrage-Rate mit zunehmender Arbeitstiefe abnimmt, und das macht eine komplizierte Energiezufuhr notwendig sowie komplizierte Steuerungen des Arbeitsvorschubs, der Zirkulation des Dielektrikums und der Elektroden-Hin- und-Herbewegung.

Im Gegensatz dazu können beim Universal-EDM-Verfahren eihe einfache Werkzeugelektrode in der Gestalt eines Zylinders mit kleinem Querschnitt oder ähnlichem, oder mehrere derartiger einfacher Elektroden mit verschiedenen Größen einfach verwendet werden, um einen großen und/oder komplizierten Hohlraum oder ein Profil zu erzeugen. Der Hohlraum oder das Profil wird in einfacher Weise in das Werkstück eingearbeitet, indem die Universal-Elektrode und das Werkstück relativ zueinander verschoben werden - unter numerischer oder Folge-Nachform-Steuerung entlang eines vorgeschriebenen dreidimensionalen Weges, welcher den endgültigen im Werkstück gewünschten Hohlraum oder das Profil bestimmt. Da die Universal-Elektrode für den Arbeitsvorgang sich in einem offenen Raum allgemein bewegen darf, bringt das Verfahren kein Problem mit sich, wie das Senk-EDM-Verfahren, wenn die Arbeitstiefe zunimmt.

Während das Universal-EDM-Verfahren diese besonderen Vorteile bietet, hat man nun herausgefunden, daß seine "Offen-Raum"-Eigenschaft ein besonderes Problem mit sich bringt. So werden, weil die wirksame Arbeitsfläche der Elektrode viel kleiner ist als die damit überstrichene Fläche des Werkstückes, die bei den elektrischen Entladungen erzeugten Späne und Gase ziemlich schnell aus dem Arbeitsspalt entfernt. Infolge dessen bleibt die Konzentration dieses Arbeitsabfalls in der Arbeitsflüssigkeit im Arbeitsspalt auf einem unerwünscht niedri-

gen Wert. Versuche des Erfinders zeigen, daß die Arbeitsflüssigkeit bis zu einem gewissen Grad mit Arbeitsabfällen verunreinigt sein sollte, um nacheinander und mit Beständigkeit elektrische Abtrage-Entladungen zu erzeugen. So hat man gefunden, daß zwar anormale elektrische Entladungen aufgrund einer übermäßigen Anhäufung des Arbeitsabfalls im Arbeitsspalt selten vorkommen, daß aber im Verfahren die elektrischen Arbeitsentladungen dazu tendieren, instabil zu werden oder daß es ihnen nicht gelingt, hintereinander aufzutreten. Dies kann einen.instabilen Arbeitsvorschub oder nicht zufriedenstellende Arbeitsausführung zur Folge haben.

Z. B. wird mit Kerosin als Arbeitsflüssigkeit unter lastfreien Spannungsimpulsen von 100 V eine elektrische Entladung erst erzeugt, wenn der Arbeitsspalt zwischen der Universal-Elektrode und dem Werkstück auf 3 um verengt wird. Zum Vergleich: Im Senk-EDM-Verfahren genügt ein Arbeitsspalt von 39 um für aufeinanderfolgende, zeitlich getrennte elektrische Entladungen, die hintereinander oder mit einer Auftrittsrate der elektrischen Entladungen pro angewandten Spannungsimpulsen von 40 bis 90 % erzeugt werden. Dies kommt offensichtlich davon her, daß Arbeitsabfälle aus vorangehenden Entladungen mit einem bedeutenden Anteil in der Arbeitsflüssigkeit enthalten sind, welche die Erzeugung einer nachfolgenden elektrischen Entladung erleichtern.

Man nehme an, daß mittels eines Servo-Vorschubs der Arbeitsspalt auf eine Größe von 3 um verengt wird, um das Auftreten einer elektrischen Entladung zu erlauben, der mehrere elektrische Entladungen aufgrund der Anwendung von Spannungsimpulsen folgen. Das Servo-System wird dann den Arbeitsspalt von 3 um zu klein finden und handeln, um den Arbeitsspalt zu vergrößern. Wegen der dem Servo-System anhaftenden Trägheit wird dann der Arbeitsspalt im Über-

maß bis zu 50 bis 60 μΐη vergrößert, so daß eine elektrische Entladung nicht mehr stattfinden kann. Das Servo-System wird dann auf die Universal-Elektrode einwirken, um den Arbeitsspalt zu verkleinern. In diesem Stadium werden die Arbeitsabfälle wegen der "Offen-Raum"-Anordnung der Universal-Elektrode fast vollständig aus dem Arbeitsspalt weggeflossen sein. Deshalb wird der Arbeitsspalt wieder auf den vorangehenden Abstand von 3 um verkleinert werden müssen. Das Ergebnis der Wiederholung eines derartigen Vorgangs ist sozusagen "Jagen", was kein wesentliches oder nur ein äußerst begrenztes Abtragen vom Werkstück erlaubt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Universal-Elektroden-EDM-Verfahren anzugeben, das die bisherigen Schwierigkeiten überwindet;

ferner eine EDM-Vorrichtung mit einer oder mehreren Elektroden, die

elektrische Arbeitsentladungen mit erhöhter Stabilität ermöglicht.

Insbesondere soll die Erfindung eine Vorrichtung zur Benutzung mit dem EDM-Universal-Elektroden-System angeben, wodurch die Konzentration der Arbeitsabfälle in der Arbeitsflüssigkeit im Arbeitsspalt gehalten wird auf oder über einem vorbestimmten erhöhten Wert, um so eine stabilisierte Erzeugung von aufeinanderfolgenden elektrischen Entladungen zu erlauben.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Lehre des Anspruchs 1.

Eine weitere Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Lehre des Anspruchs 2.

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Schließlich erfolgt eine Lösung der Aufgabe erfindungsgemäß durch die Lehre des Anspruchs 3.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderschnittansicht, die schema-

tisch eine EDM-Anordnung erläutert, welche eine erfindungsgemäße Vorrichtung enthält, um die Verunreinigung

der Arbeitsflüssigkeit im Arbeitsspalt bei oder über einem bestimmten erhöhten Wert zu halten;

Fig. 2 eine Vorderschnittansicht, die schematisch ein abgeändertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert;

Fig. 3 eine ähnliche Ansicht , die schematisch ein weiter abgeändertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert;

Fig. 4 eine ähnliche Ansicht , die schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert; und

Fig. 5 eine Arbeitskennlinie , die in einem Universal-EDM-Verfahren mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erhalten wurde, im Vergleich zu einer ohne eine derartige Vorrichtung erhaltenen.

Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, wo eine EDM-Vorrichtung gezeigt ist, welche eine Universal-Elektrode 1 verwendet, d.h. eine Werkzeugelektrode mit einem Arbeits-Flächen-Profil 1a, dessen Gestalt im allgemeinen unabhängig von der Form des gewünschten Musters, d.h. eines Hohlraumes oder eines Profils, ist, die aus einem Werkstück durch elektroerosives Abtragen vom Werkstück 2 ausgeschnitten werden sollen. Die wirksame Arbeitsfläche 1a der Elektrode 1 ist viel kleiner als die gesamte Fläche des einzuarbeitenden Musters. Die wirksame. Arbeitsfläche 1a wird von einem Endteil der Elektrode 1 geliefert, welcher in Richtung ihrer Längsachse - d.h. wie gezeigt - in der vertikalen Richtung liegt und ebenfalls in einer Ebene senkrecht zur Längsachse - d.h. wie gezeigt in einer Horizontalebene.

Die Werkzeugelektrode 1 ist gezeigt als axial benachbart zum Werkstück 2, um die wirksame Arbeitsfläche la in räumliche Nachbarstellung damit über einen Arbeitsspalt zu bringen. Die Elektrode 1 erstreckt sich durch eine innere Bohrung eines zylindrischen Führungsgliedes 3 und ist axial verschiebbar in der vertikalen Richtung oder der Richtung einer Z-Achse mittels einer Antriebseinheit 4. Die Antriebseinheit 4 wird gesteuert von einem Motor 5, welcher durch eine NC-Einheit 6 mit Antriebsbefehlssignalen (Impulsen) beliefert wird, um die vertikale Position der wirksamen Arbeitsfläche 1a und deren Vorschub in Richtung der Tiefe in dem Werkstück 2 zu steuern. Zusätzlich ist die Antriebseinheit 4 so gebaut, daß sie auf ein Arbeitsspalt-Signal anspricht und so verfährt, daß die Arbeitsspalt-Größe zwischen der wirksamen Arbeitsfläche la und dem Werkstück 2 wesentlich konstant gehalten wird. Die Arbeitsspalt-Größe ist auch wesentlich konstant zu halten zum Ausgleich für den elektroerosiven Verschleiß der Werkzeugelektrode 1. Die Antriebseinheit 4 kann eine weitere zusätzliche Funktion oder Funktionen haben, um

die Werkzeugelektrode 1 um ihre Längsachse zu drehen und /oder um zeitweilig die Werkzeugelektrode vom Werkstück wegzuziehen.

Das Werkstück 2 ist sicher auf einem Arbeitstisch 7 in Quervorschub-Anordnung befestigt, welcher von zwei Motoren 8 und 9 bewegt wird, die mit Antriebsbefehlssignalen (Impulsen) von der ,NC-Einheit 6 beliefert werden. Der Motor 8 verschiebt das Werkstück 2 in Richtung einer X-Achse und der Motor 9 verschiebt das Werkstück 2 in Richtung einer Y-Achse in einer X-Y- oder horizontalen Ebene. In der NC-Einheit 6 ist ein Satz von programmierten Daten gespeichert, der einen dreidimensionalen Vorschub-Weg relativ zwischen der wirksamen Arbeitsfläche 1a und dem Werkstück 2 definiert, welcher vorgeschrieben ist zur Bestimmung der Form eines mittels Elektroerosion in das Werkstück 2 einzuarbeitenden Hohlraums. Ein Elektroerosionsmittel oder eine Arbeitsflüssigkeit werden unter Druck, d.h. unter einem Druck von 1 kg/cm² od. dgl., dem EDM-Arbeitsspalt aus einer Quelle (nicht gezeigt) über eine Einlaßröhre 10 und die innere Bohrung 3a des Führungsgliedes 3 zugeführt. Typischerweise ist das Werkstück 2 von einem Arbeitsbehälter (nicht gezeigt) aufgenommen, wobei letzterer sicher auf dem Arbeitstisch 7 befestigt und mit der Arbeitsflüssigkeit gefüllt ist, in welche das Werkstück 2 ganz tief eintaucht, obwohl das Werkstück 2 auch nur teilweise eintauchen oder frei von Eintauchen sein kann, besonders wenn die verwendete Arbeitsflüssigkeit nicht-brennbar wie z. B. Wasser (destilliert) ist. Die Arbeitsflüssigkeit im Arbeitsbehälter wird abgeleitet und nach Reinigung wieder dem Einlaß 10 zugeführt.

Die Elektroerosion wird durch einen EDM-Generator durchgeführt, der gezeigt ist als bestehend aus einer Gleich-

Stromquelle 11 und einem Schalter 12, welche in Reihe mit der Werkzeugelektrode 1 und dem Werkstück 2 geschaltet sind. Der Generator-Schalter 12 wird mit einer Folge von Signal-Impulsen gespeist, die von einem Oszillator 13 geliefert werden, der gesteuert wird durch Befehlssignale von der NC-Einheit 6. So kommen unter den Befehlen der NC-Einheit 6 eine Folge von Spannungsimpulsen mit durch den Oszillator 13 bestimmten Zeitparame.tern zwischen der Werkzeugelektrode 1 und dem Werkstück 2 zur Anwendung und können diskrete, zeitlich verteilte oder intermittierende elektrische Entladungen im EDM-Arbeitsspalt erzeugen, der von der wirksamen Elektroden-Fläche la und dem Werkstück 2 gebildet wird, um so vom Werkstück 2 elektroerosiv abzutragen. Die Abtrage-Tätigkeit wird begleitet von der Bildung von Arbeits-oder Erosions-Abfällen, z. B. Spänen und Gasen, welche in der beschriebenen Anordnung ziemlich schnell aus dem EDM-Arbeitsspalt herausdrängen, wobei die letztere Region wesentlich gereinigt gehalten wird und praktisch frei von diesen Verunreinigungen. Man hat erkannt, daß als Ergebnis nur etwa 30 % der angewandten Spannungsimpulse elektrische Entladungen zum Abtragen erzeugen können.

Die Erfindung ist wesentlich dadurch gekennzeichnet, daß ein Polster- oder Block-Glied 14 in der Vorrichtung vorgesehen ist, um die Entfernung oder den Abfluß der Arbeitsabfälle aus dem EDM-Arbeitsspalt so zu steuern, daß ihre Konzentration in der Arbeitsflüssigkeit im Arbeitsspalt über einem vorbestimmten Wert gehalten wird, wodurch eine stabilisierte Erzeugung von elektrischen Entladungen und die daraus folgende Stabilisierung des Elektroden-Vorschubs und des Arbeits-Vorgangs erlaubt werden. Man hat herausgefunden, daß durch die Wirkung des Blockglieds mehr als 70 % der angewandten Spannungsimpulse zur Erzeugung von elektrischen Entladungen für das Abtragen vom Werkstück 2 führen.

Das Blockglied 14 ist mit einer mittigen Bohrung 14a zur Aufnahme der Werkzeugelektrode 1 versehen und ist in der Nähe der unbearbeiteten oder bearbeiteten oberen Fläche des Werkstückes 2 mit einem kleinen Zwischenraum 15 angeordnet, wobei die Werkzeugelektrode 1 mit einem kleinen Zwischenraum 16 umgeben ist. Die beiden Zwischenräume 15 und 16 sind beide im allgemeinen nicht größer als 1 mm, obwohl die exakten Werte von der besonderen Größe der zu bearbeitenden Werkstück-Fläche und der besonderen ausgewählten Betriebsart (z. B. Vor-, Mitteloder Fertig-Bearbeitung) abhängen. Das gezeigte Blockglied 14 hat an seinem oberen Ende eine mittige ringförmige Aussparung 14b, die das untere Ende des zylindrischen Führungsgliedes 3 für die Werkzeugelektrode 1 aufnimmt, um den Hauptteil des Blockgliedes 14 mit dem Führungsglied 3 sicher zu verbinden. Die Steuer-Bohrung 14a ist gezeigt als bündig mit der inneren Bohrung 3a des Elektroden-Führungsgliedes 3 am unteren Teil davon. Wie gezeigt, ist das Blockglied 14 an seinem unteren Ende geflanscht, wobei die untere End-Fläche parallel zu der oberen Fläche des Werkstückes mit dem einheitlichen Zwischenraum 15 liegt.

Das Blockglied 14 kann durch einen Motor 17 vertikal verschoben werden. Der Motor 17 kann durch Befehlssignale von der NC-Einheit 6 gesteuert werden, um die vertikale Position des Blockgliedes 14 so zu steuern, daß der kleine Zwischenraum 15 zum Werkstück 2 im wesentlichen konstant gehalten wird. Die Befehlssignale für den Motor 17 werden in der NC-Einheit aus Daten für die Form des in das Werkstück 2 einzuarbeitenden Hohlraumes und aus den programmierten aufeinanderfolgenden Positionen des wirksamen Arbeits-Profils 1a der Werkzeugelektrode 1 relativ zum Werkstück 2 abgeleitet. Der Motor 17 kann auch auf ein Arbeitsspalt-Signal ansprechen, welches eine Verschlechterung des Arbeitsspalt-Zustandes anzeigt, z. B. eine Aus-

bildung von Bogen- oder anormalen Entladungen, um den Zwischenraum 15 für die Wiedergewinnung eines normalen Arbeitsspalt-Zustandes zu vergrößern. Auf diese Weise wird die vertikale Position des Blockgliedes 14 mit dem Fortschreiten des EDM-Vorganges und des Vorschubs der Arbeits-Region gesteuert. Das Blockglied 14 kann auch vertikal hin- und herbewegt werden mit einem kleinen Hub, um zeitweilig den Zwischenraum zum Werkstück 2 zu erweitern.

Fig. 2 zeigt ein abgeändertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, um die Verunreinigung der Arbeitsflüssigkeit mit Arbeitsabfällen im Arbeitsspalt auf einem erhöhten Wert zu halten. Die Vorrichtung besitzt ein Blockglied 114, welches eine Form wie in Fig. hat, aber hier als zylindrisch gezeigt ist. Das Blockglied 114 wird durch eine Vielzahl von Federn 18 hinuntergedrückt, z. B. durch vier Federn, wovon nur zwei in Fig. 2 zu sehen sind. Die Federn 18 sind befestigt an und zwischen dem Führungsglied 3 und dem Blockglied 114 und wirken so, daß sie das Blockglied 114 gegen das Werkstück 2 entgegen dem Druck der Arbeitsflüssigkeit drücken, die durch den schmalen Zwischenraum 15 vom EDM-Arbeitsspalt her fließt.

In einer in Fig. 3 gezeigten Anordnung wird eine röhrenförmige Elektrode 101 von relativ kleinem Querschnitt verwendet, um als Universal-Elektrode zu dienen, und das Blockglied hat die Form eines röhrenförmigen Gliedes 214 von relativ großem Querschnitt, welches koaxial mit der röhrenförmigen Elektrode liegt, um einen kleinen Zwischenraum 15 mit dem Werkstück 2 zu bilden. Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind Federn 18 zwischen dem Führungsglied 3 und dem Blockglied 214 angebracht, um das letztere gegen den Druck der Arbeitsflüssigkeit nach unten zu drücken, die den kleinen Zwischenraum 15 durchfließt,

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Hier hängt das zylindrische oder ringförmige Blockglied 114, dessen mittige Bohrung 114a von der Werkzeugelektrode 1 durchsetzt wird, über einen oder mehreren Führungsstäben19 und über einen Antriebsstab 20 an einem Führungs-Kopfglied 103. Das Kopfglied 103 ist fest angebracht und besitzt eine mittige öffnung,durch welche die Elektrode 1 hindurchgeht und in vertikaler Richtung gesteuert bewegt werden kann. Der Antriebsstab 20 wird von einem Vorschubmotor 117 angetrieben, der fest auf dem Kopfglied 103 montiert ist. Der Vorschub-Motor 117 wird gemäß Befehlssignalen von der NC-Einheit 106 (Fig. 1) angetrieben, um die vertikale Position des Blockgliedes 114 zu steuern. Der Motor 117 kann auch auf ein Arbeitsspalt-Signal ansprechen, um die Größe des kleinen Zwischenraums 15 wie vorher beschrieben zu steuern.

Die Blockglieder 14, 114 und 214 sollten aus einem elektrisch isolierenden Material, wie etwa Kunststoff, bestehen und sollten, wenn sie aus einem Metall oder irgendeinem anderen leitenden Material bestehen, mit einer Oberflächenschicht von isolierendem Material versehen werden, um elektrische Isolation von der Werkzeugelektrode 1 und dem Werkstück 2 - besonders von dem letzteren zu erreichen. Der Isolations-Werkstoff sollte auch einigermaßen widerstandsfähig sein in bezug auf elektrische Entladungs-Hitze und in bezug auf Korrosion oder Zersetzung infolge von Berührung mit der Arbeitsflüssigkeit.

Bei einem gegebenen Arbeitsbetrieb können eine Vielzahl von Blockgliedern 14, 114 und 214 mit verschiedenen Formen und/oder Größen in Aufeinanderfolge verwendet werden. Zu diesem Zweck können mehrere Blockglieder in einem Magazin trennbar gelagert werden oder zusammen mit den Universal-Elektroden 1 und 101 ausgetauscht werden.

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Fig. 5 zeigt eine Arbeitskennlinie, die in einem Universal-EDM-Arbeitsvorgang mit einer erfindungsgemäßen Anordnung erhalten wurde (Vollinien-Kurve), verglichen mit der Arbeitskennlinie ohne eine solche Anordnunq (Strichlinien-Kurve). In dem Diagramm ist die Arbeitszeit auf der Abszisse aufgetragen und die Vorschubtiefe auf der Ordinate. Aus der Zeichnung ersieht man, daß eine wesentliche Verbesserung der Arbeitsleistung aufgrund der Erfindung erreicht wird, insbesondere während des Anfangsstadiums der Bearbeitung. Angewandte Arbeitsbedingungen werden unten angegeben. Ein S55C (Japanischer Industrie-Standard) Kohlestahl wurde dreidimensional mit einer Universal-Elektrode bearbeitet, die aus Kupfer bestand und einen Durchmesser von 11 mm hatte. Eine Folge von angelegten Entladungs-Impulsen hatte eine Impuls-Dauer τοη von 120 us, eine Impulspause von 100 us und einen Spitzen-Strom Ip von 10 A. Das Werkstück wurde horizontal mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 1 mm/min (konstant) verschoben, während die Werkzeugelektrode vertikal und servo-gesteuert verschoben wurde. Das verwendete Blockglied war zylindrisch (Fig. 4) mit einem inneren Durchmesser von 12 mm, einem äußeren Durchmesser von 20 mm und einer Dicke von 5 mm. Es stellte sich heraus, daß mehr als 70 % der angelegten Spannungs-Impulse elektrische Entladungen verursachten und daß die Abtrag-Rate 0,7 g/min betrug.

Leerseite

Claims

EDM-Verfahren zur Einarbeitung eines gewünschten Musters in ein Werkstück mit mindestens einer Werkzeugelektrode mit einem Oberflächen-Profil, dessen Gestalt im allgemeinen unabhängig von der Form des gewünschten Musters ist,

gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte :

a) Anordnen der Werkzeugelektrode (1) axial benachbart zum Werkstück, um das Arbeitsflächen-Profil in kurzem Abstand von einem mit Arbeitsflüssigkeit versorgten Arbeitsspalt zu positionieren;

b) Vorsehen eines Blockg]jedes (14; 114; 214) mit einer mittigen Bohrung nahe dem Werkstück, damit mindestens ein Abschnitt der Werkzeugelektrode benachbart zum Arbeitsflächen-Profil ist, das sich in der Bohrung befindet;

c) elektrisches Isolieren des Blockgliedes sowohl von der Werkzeugelektrode als auch vom Werkstück;

d) Erzeugen einer Folge elektrischer Entladungen im Arbeitsspalt, um elektroerosiv von einem örtlich begrenzten Teil des Werkstücks nahe dem Arbeitsflächen-Profil abzutragen, während sich durch die elektrischen Entladungen erzeugte Arbeitsabfälle im Arbeitsspalt anhäufen dürfen zur Abfuhr daraus; sowie

e) Steuern der Abfuhr der Arbeitsabfälle aus dem Arbeitsspalt mit dem vorgesehenen Blockglied, so daß die Konzentration der Arbeitsabfälle in der Arbeitsflüssigkeit im Arbeitsspalt über einem vorbestimmten Wert gehalten wird, um die elektrischen Entladungen zu stabilisieren, während ein mehrachsiger Arbeitsvorschub zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück entlang eines vorbestimmten dreidimensionalen Weges ausgeführt wird, welcher durch drei Koordinatenachsen definiert ist, wovon zwei eine Ebene im wesentliehen senkrecht zur Längsachse der Werkzeugelektrode definieren und die dritte im wesentlichen senkrecht zu der Ebene ist, wobei gleichzeitig die Breite dos

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Arbeitsspalts im wesentlichen konstant gehalten wird, wodurch das Werkstück wenigstens teilweise durch die stabilisierten elektrischen Entladungen dreidimensional bearbeitet wird, um im Werkstück das gewünschte Muster zu bilden.
2. EDM-Einrichtung zur Einarbeitung eines'gewünschten dreidimensionalen Musters in ein Werkstück, gekennzeichnet durch

- mindestens eine Werkzeugelektrode (1) mit einem Ar-

beitsflächen-Profil (1a), dessen Gestalt grundsätzlich von der Form des gewünschten Musters unabhängig und derart ausgebildet ist, daß sie axial so an das Werkstück (2) bringbar ist, daß das Arbeitsflächen-Profil (la) in kurzem Abstand davon entlang eines mit Arbeitsflüssigkeit versorgten Arbeitsspalts positionierbar ist;

- ein Block-Glied (14; 114; 214) mit mittiger Bohrung, das so ausgebildet ist, daß es nahe an das Werkstück (2) bringbar ist, damit wenigstens ein Teil der Werkzeugelektrode in die Nähe des Arbeitsflächen-Profils in der Bohrung positioniert wird, wobei das Glied so aufgebaut ist, daß es elektrisch sowohl von der Werkzeugelektrode als auch vom Werkstück isoliert;

- eine Generator-Einrichtung zur Erzeugung einer Folge

von elektrischen Entladungen am Arbeitsspalt zum elektroerosiven Abtrag von einem räumlich begrenzten Teil des Werkstücks, der dem Arbeitsflächen-Profil benachbart ist, während sich durch die elektrischen Entladungen erzeugte Arbeitsabfälle im Arbeitsspalt zur Abfuhr daraus ansammeln;

- eine Einrichtung (3) zum Halten des Block-Glieds und damit Steuern der Abfuhr der Arbeitsabfälle aus dem Arbeitsspalt (15), so daß die Konzentration der Arbeitsabfälle in der Arbeitsflüssigkeit im Arbeitsspalt über einem vorbestimmten Wert gehalten wird, um die elektrischen Entladungen zu stabilisieren, sowie

*- eine Vorschubeinrichtung (4, 5) zur Durchführung eines mehrachsigen Arbeitsvorschubs zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück entlang eines vorbestimmten

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dreidimensionalen Weges, der durch drei Koordinatenachsen definiert ist, wovon zwei eine im wesentlichen zur Längsachse der Werkzeugelektrode senkrechte Ebene definieren und die dritte im wesentlichen senkrecht zu der Ebene ist, wobei die Breite des Arbeitsspaltes im wesentlichen konstant gehalten wird, wodurch das Werkstück wenigstens teilweise durch die stabilisierten elektrischen Entladungen dreidimensional bearbeitet wird, um das gewünschte Muster im Werkstück zu bilden.
3. Vorrichtung, um die Konzentration der Arbeitsabfallc in der Arbeitsflüssigkeit im Arbeitsspalt über einem vorbestimmten Wert zu halten, für eine EDM-Einrichtung zur Einarbeitung eines dreidimensionalen Musters in ein elektrisch leitendes Werkstück, welche mindestens eine Werkzeugelektrode mit einem Arbeitsflächen-Profil besitzt, dessen Gestalt im allgemeinen unabhängig von der Form des gewünschten Musters ist, welche so angepaßt ist, daß sie axial an das Werkstück so herangebracht werden kann, daß das Arbeitsflächen-Profil in kurzem Abstand damit über einen mit einer Arbeitsflüssigkeit versehenen Arbeitsspalt kommt, mit

- einem Generator (11, 12, 13), der eine Folge von elektrischen Entladungen über den EDM-Arbeitsspalt erzeugt, um elektroerosiv von einem räumlich begrenzten Toil • des· Werkstückes abzutragen, der dem Arbeitsflächen-Profil benachbart ist, während sich die durch die elektrischen Entladungen erzeugten Arbeitsabfälle im Arbeitsspalt zum Abfluß daraus ansammeln dürfen,, und - einer Vorschub-Einrichtung (4, 5, 6), die einen mehrachsigen Vorschub zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück entlang eines vorbestimmten dreidimensionalen Weges durchführt, der durch drei Koordinatenachsen definiert ist, wovon zwei eine Ebene im wesentlichen senkrecht zur Längschase der Werkzeugelektrode definieren und die dritte im wesentlichen senkrecht zu der Ebene ist, während die Breite des Arbeitsspaltes im wesentlichen konstant gehalten wird, wodurch das Werkstück wenigstens teilweise durch die elektrisehen Entladungen dreidimensional bearbeitet wird,

um das gewünschte Muster im Werkstück zu bilden, gekennzeichnet durch

- ein Blockglied (14; 114; 214) mit einer mittigen Boh rung derart ausgebildet, daß es in die Nähe des Werk Stücks gebracht werden kann, damit wenigstens ein Teil der Werkzeugelektrode nahe dem Arbeitsflächen-Profil in der Bohrung zu liegen kommt, wobei das Glii so konstruiert ist, daß elektrische Isolation in bezi auf die Werkzeugelektrode und das Werkstück gegeben ist, und

- eine Einrichtung (3) zum Halten des Blockgliedes und um damit den Abfluß der Arbeitsabfälle aus dem Arbeit spalt zu steuern, um die elektrischen Entladungen bei dreidimensionalen Einarbeiten des gewünschten Musters in das Werkstück zu stabilisieren.