DE3620965A1 - Verfahren um die lage eines metallteiles auf einer funkenerosionsmaschine zu sichern, vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens und anwendung desselben - Google Patents

Description

Die durchgehende Automatisierung einer Werkzeug­ maschine oder einer ganzen Werkstatt für Funkenerosion verlangt, dass sowohl das zu bearbeitende Werkstück wie auch die als Werkzeug dienende Elektrode durch bewegliche Träger gehaltert und transportiert werden, wobei die Ver­ bindung zwischen den Teilen und der Halterung absolut starr sein muss. Beim Ausschneiden mittels eines Drahtes muss eine solche Verbindung auch das Abfallstück halten, das von einem Rohling getrennt wurde, um einerseits Span­ nungen und Verformungen kurz vor dem vollständigen Abtren­ nen zu vermeiden, und um andererseits zu verhindern, dass das abgetrennte Stück am Ende des Arbeitsganges herunter­ fällt. Die beweglichen Träger müssen ausserdem folgende Funktionen erfüllen: Abtransport des Abfalles und Trans­ port des Rohlinges bei Aenderung der Bearbeitungsweise, beispielsweise beim Uebergang vom Schneiden mit einem Draht zum Absenken mittels einer Elektrode. Eine weitere sehr wichtige Operation ist das Fassen eines Teiles von einer einzigen Seite her, um es von einem Ort zum anderen zu be­ fördern.

Es ist das Ziel der Erfindung, die obgenannten Operationen mittels eines einzigen Befestigungssystemes zu bewerkstelligen, und zwar mit einer gegenüber bekannten Lösungen erhöhten Präzision und Zuverlässigkeit.

Zu diesem Zweck ist die Erfindung wie in den Ansprüchen 1, 9 und 16 beschrieben, definiert. Die haupt­ sächlichsten Vorteile der Erfindung gehen aus der folgen­ den Beschreibung hervor, es ist darüberhinaus aber zu be­ merken, dass die Erfindung von besonderem Vorteil für mit Funkenerosion arbeitenden Werkstätten ist, die beispiels­ weise sowohl Schneidmaschinen mit Drahtelektroden wie auch Werkzeugmaschinen zum Absenken von Massiven Elektroden ver­ wenden. In solchen Fällen kann ein erster Träger das zu bearbeitende Werkstück halten, während ein zweiter Trä­ ger ein Absenkwerkzeug hält. Jeder dieser Träger ist dann vorgesehen, um ein Teil, sei es das Werkstück, sei es das Werkzeug, zwischen seiner Arbeitsstellung und einer Tran­ sitstellung zu transportieren. Von dieser Transitstellung aus wird das betreffende Teil von einem Roboter übernommen, der es in ein Magazin schafft. Die umgekehrte Beförderung vom Magazin zur Arbeitsstelle wird dann mit denselben Ele­ menten durchgeführt. Um die Anzahl Bearbeitungsarten zu erhöhen, kann der Träger des Absenkwerkzeuges eingerichtet sein, um bezüglich zweier zueinander senkrechter Achsen zu rotieren, oder um Rotations- und Translationsbewegungen durchzuführen.

Die Erfindung sei nun anhand der Zeichnung durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsform,

Fig. 2 einen vergrösserten Schnitt durch einen Positionierungsfinger,

Fig. 3 und 4 zwei weitere Ausführungsformen, und

Fig. 5 eine Ausführungsform, welche die Halte­ rung und die Manipulation eines Abfallstückes ermöglicht, welches bei der Bearbeitung eines Rohlings entstanden ist.

In der besonders einfachen Ausführung der Fig. 1 wird ein zu bearbeitendes Werkstück 1 zwischen zwei Trä­ gern 2 und 3 gehalten, wobei nur letzterer einen Finger 4 aufweist, der als Absenkelektrode dient, um in der oberen Fläche des Werkstückes 1 eine Vertiefung auszunehmen.

Die Träger 2 und 3 werden durch Arme 6 und 7 ge­ tragen, deren gegenseitigerAbstand mittels eines Motores 5 verändert werden kann, wobei dieser Motor durch einen funkenerosiven Prozess gesteuert wird, welcher es gestat­ tet, den Finger 4 um einen gewissen Betrag in das Werk­ stück 1 abzusenken. Ein Leitung 9 führt eine Bearbeitungs­ flüssigkeit bis zu einem Kanal, welcher den Träger 3 und den Finger 4 durchläuft, um den zwischen diesem Finger und dem Werkstück 1 befindlichen Raum mit Flüssigkeit zu ver­ sorgen. Es zeigt die Fig. 1 schematisch die Hauptelemen­ te, die für ein funkenerosives Absenken notwendig sind, nämlich:

Ein Impulsgenerator 8, Leitungen 14 und 15, um die Impulse über den unteren Arm 2 resp. über den Finger 4 zum Werkstück 1 zu bringen, und eine Schaltung 16 zur Re­ gulierung des Spaltes, welcher während der Funkenerosion den Finger vom Werkstück 1 trennt. Die Hauptbestandteile des Impulsgenerators 8 sind eine Spannungsquelle 11, ein monostabiler Vibrator 12 und ein Schalter 13. Alle diese Organe und Schaltungen sind bekannte Elemente, die auf übliche Art zusammengefügt sind, um den Finger 4 mittels Funkenerosion in das Werkstück 1 abzusenken. Zu diesem Zweck ist es auch notwendig einen Fluss von Verarbeitungs­ flüssigkeit zwischen dem Finger 4 und dem Werkstück 1 auf­ recht zu erhalten. Zur Vereinfachung und Klarheit der Zeichnung sind die Organe, welche der Versorgung mit Flüs­ sigkeit und der Erneuerung derselben dienen in der Figur ausgelassen worden, da sie dem Fachmann wohlbekannt sind.

Wenn man, unter Verwendung des Fingers 4 als Absenkelektrode, eine hinreichend tiefe Vertiefung erhal­ ten hat, wird die Funkenerosion unterbrochen und fallwei­ se werden die Träger 2 und 3 einander noch etwas näher gebracht, damit sie das Werkstück 1 zwischen sich einklem­ men. Es ist dann dieses Werkstück 1 bezüglich der Träger 2 und 3 mit grösster Präzision und Zuverlässigkeit posi­ tioniert. Dadurch ist sichergestellt, dass während einer darauffolgenden Verarbeitung des Werkstückes (mittels an­ derer, in der Zeichnung nicht dargestellter funkenerodie­ render Werkzeuge) jede simultane Bewegung beider Träger das Werkstück 1 auf genau kontrollierter Weise positionie­ ren wird, und zwar mit praktisch ebenso grosser Genauig­ keit wie die Arme selbst. Die gleichzeitige Verschiebung beider Träger kann beispielsweise mittels zweier, synchro­ nisierter Translationsmotore 18,19 bewerkstelligt werden, welche dazu dienen die Arme 6 und 7 zu verlängern und zu verkürzen; die Arme können auch unter der Einwirkung eines Drehmotores 20 um denselben Winkel geschwenkt werden. All dies erlaubt natürlich eine sehr präzise Verarbeitung. Die gegenseitige Verriegelung zwischen den zwei Trägern einer­ seits und dem zu verarbeitenden Werkstück auf der anderen Seite kann noch dadurch verbessert werden, dass man den unteren Träger 2 mit einem (in der Figur nicht gezeigten) Finger versieht, der ähnlich demjenigen des oberen Trägers ist, und indem man diesen zweiten Finger benützt, um auch in der unteren Fläche des Werkstückes eine Vertiefung aus­ zunehmen.

Falls man des weiteren nicht nur eine äusserst exakte Positionierung des Werkstückes verlangt, sondern auch dass diese Positionierung nach einem vorübergehenden Lösen der Verbindung zwischen dem Werkstück und den Trä­ gern exakt wieder reproduzierbar ist, wie dies gelegent­ lich bei komplizierten Verarbeitungen notwendig sein kann, dann genügt es, mindestens einen Finger mit einem nicht kreisförmigen Querschnitt zu versehen, so dass das Werk­ stück bezüglich dieses Fingers nur eine kleine Anzahl von Orientierungen einnehmen kann, wenn es mit diesem Finger in Eingriff steht. Dasselbe kann natürlich erreicht werden, indem man auf der einen oder auf beiden Seiten des Werk­ stückes mindestens zwei Finger - und entsprechende Vertie­ fungen - verwendet.

Die Fig. 2 zeigt weitere Einzelheiten einer besonderen Ausführungsform eines Fingers. Dieser Finger 4 verjüngt sich von seiner Basis her in Richtung auf sein freies Ende, in dessen Nähe der Finger einen isolierenden Teil 21 aufweist. Wenn der Finger als Funkenerosionselek­ trode dient und das Werkstück 1 bearbeitet, d.h. sich in Richtung des Pfeiles F in das Werkstück hineinarbeitet, wird der isolierende Teil 21 schliesslich auf dem Werk­ stück 1 aufliegen. Es geschieht dies wegen der Verjüngung des Fingers und weil sein isolierender Teil kein Material vom Werkstück abträgt, und daher die durch den lei­ tenden Teil des Fingers geschaffene Vertiefung nicht ver­ breitert. Wenn weiterhin Funkenimpulse erzeugt werden, nachdem der isolierende Teil des Fingers das Werkstück be­ rührt, wird letzteres weiter erodiert, bis der Verarbei­ tungsspalt 22 asymptotischen Wert erreicht; danach hört die Funkenerosion auf, da der Finger wegen des Aufliegens seines isolierenden Teiles nicht weiter in das Werkstück hineindringen kann. Man kann den Druck des Fingers gegen das Werkstück verstärken, sei es mit Hilfe des Servomotors 5, welcher während der Funkenerosion den Vorschub des Fin­ gers bewirkt, sei es durch Verwendung einer (nicht darge­ stellten) Rückholfeder, die den oberen und den unteren Träger gegeneinander drängt.

In der Fig. 2 ist noch ein weiteres Mittel ge­ zeigt, um, unabhängig der Wirkung eines zweiten, unter dem Werkstück gelegenen Trägers, das Werkstück 1 gegen den Finger 4 zu pressen. Zu diesem Zwecke ist auf der Leitung 9 eine Saugpumpe 23 vorgesehen, die in Richtung des Pfei­ les P arbeitet. Mit dieser Pumpe kann man nach Beendigung der Funkenerosion im Arbeitsspalt 22 einen Unterdruck er­ zeugen, welcher das Werkstück 1 gegen den Finger drückt. Dieser Druck kann verstärkt werden, indem man den Finger so formt, dass eine grössere Unterdruckkammer entsteht als durch den asymptotischen Arbeitsspalt bedingt.

Die Fig. 3, in welcher Elemente, die analog zu denjenigen der vorangehenden Figuren sind, dieselben Re­ ferenzzahlen tragen wie in jenen, zeigt eine Ausführungs­ form mit einem Paar halbkugelförmiger Finger 34, 34′ und 35, 35′ auf jedem der beiden Träger 2, 3. Diese Finger weisen keinen Zufuhrkanal für die Verarbeitungsflüssigkeit auf und diese wird mittels Düsen 36, 37 aufgespritzt. Die Relativbewegungen der Träger werden durch einen einzelnen Servomotor 31 gesteuert, welcher durch den Funkenerosions­ vorgang gesteuert ist und auf einen hydraulischen Druck­ kolben 32 wirkt. Eine in diesem Kolben befindliche Rück­ hohlfeder 33 bewirkt, dass das Werkstück 1 zwischen den Trägern 2 und 3 eingeklemmt wird. In dieser Ausführungs­ form ist die auf den Arbeitsspalt (oder auf die Funken­ erosionsbedingungen in diesem Spalt) wirkende Regelschal­ tung 16, welche den Servomotor 31 steuert, eingerichtet, um die Werte der Parameter zu berücksichtigen, welche im kleineren der beiden Arbeitsspalte herrschen.

Die Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, in wel­ cher das Werkstück 1 nicht mehr zwischen zwei beidseits des Werkstückes einander gegenüberliegende Finger geklemmt ist, sondern wo die Finger 44, 45 das Werkstück in zwei konvergenten Richtungen D und E aushöhlen, um danach das Werkstück von einer einzigen Seite her fassen zu können. Das Einspritzen von Verabeitungsflüssigkeit geschieht, wie in der vorhergehenden Figur, durch getrennte Düsen 36, 37. Wegen der schrägen Arbeitsweise der Finger 45,46 besitzt jeder dieser Finger eigene funkensteuernde Schaltungen und Vorschubsvorrichtungen, nämlich: Zum unteren Finger 44 ge­ hören der Impulsgenerator 48, die Schaltkreise 46 für den Arbeitsspalt und der hydraulische Servomotor 42, während die entsprechenden Elemente 49,47 und 43 zum oberen Finger 45 gehören. Um eine grosse Verwendungsbreite zu erzielen wird die Orientierung der die Finger tragenden Arme eben­ falls durch zwei getrennte Motore bewerkstelligt, nämlich 40 für den unteren Arm und 41 für den oberen Arm. Natür­ lich kann das Werkstück auch auf andere Weise von einer einzigen Seite her ergriffen werden, beispielsweise mittels zweier divergierender Finger, durch Verwendung von drei im Dreieck liegender Finger usw.

Die Fig. 5 zeigt die Verwendung einer erfindungs­ gemässen Vorrichtung, um den mittleren Teil 51 (im folgen­ den einfachheitshalber als Abfall bezeichnet) zu stützen, der durch funkenerosives Schneiden mittels einer zwischen einem unteren Führungskopf 52 und einem oberen Führungskopf 53 gespannten Drahtelektrode vom Werkstück 1 abgetrennt wird. Der Abfall 51 wird durch die Finger 54, 55 gehalten, wel­ che auf Trägern 56, 57 fixiert sind. Ein Paar von Motoren 18, 19 ist vorgesehen, um die Arme, welche die Träger tragen, auszufahren und einzuziehen. Ein Paar von Motoren 58, 59 steuert die vertikalen Bewegungen der Arme, wobei die Motore jedes Paares für bestimmte Operationen synchro­ nisiert werden können. Der Motor 20 steuert die gleichzei­ tige Winkelbewegung beider Arme. Steuerkreise, welche in der Zeichnung nicht dargestellt sind, gestatten es die Mo­ tore so zu steuern, dass sie die die Träger tragenden Arme derart bewegen, dass diese die Bewegungen der Führungsköpfe 52, 53 nicht behindern, während der Abfallteil 51 vom Werk­ stück 1 durch Schneiden mittels einer Drahtelektrode ge­ trennt wird. Nach vollendeter Trennung können die beiden Arme durch synchrone Operation der beiden Motore 18, 19 nach oben verschoben werden, damit ein Roboterarm oder eine ähnliche Vorrichtung das Abfallstück 51 ergreifen und es aus der Arbeitszone entfernen kann.

Claims (19)

1. Verfahren, um während einer Bearbeitung durch Funkenerosion die Lage eines Metallteiles auf einer mit Funkenerosion arbeitenden Werkzeugmaschine zu sichern, da­ durch gekennzeichnet, dass man mit mindestens einem, als Absenkelektrode dienenden Finger durch Funkenerosion min­ destens eine Vertiefung in mindestens einer Seitenfläche eines zu bearbeitenden Werkstückes, eines von einem Roh­ ling zu entfernenden Abfallstückes, oder eines Funkenero­ sions-Werkzeuges einsenkt, und dann das Metallteil durch Eingriff des Fingers in die Vertiefung festhält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Metallteil durch den Eingriff von zwei Fingern in zwei auf entgegengesetzen Seiten des Teiles befindlichen Vertiefungen festgehalten wird, wobei jeder Finger in eine von ihm geschaffene Vertiefung eingreift.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Lage durch zwei in verschiedenen Rich­ tungen ausgerichtete Finger festgelegt wird, wobei jeder in einer von ihm geschaffenen Vertiefungen eingreift, wel­ che Vertiefungen auf derselben oder auf verschiedenen Sei­ ten des Metallteiles angebracht sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass sich der Finger in Richtung seines freien Endes verjüngt und im Abstand von diesem freien Ende einen isolierenden Mantel aufweist, welche das Einsenken des Fin­ gers durch Funkenerosion beendet, wenn der Mantel in der Vertiefung aufzuliegen kommt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall-Teil zwischen zwei Trägern gehalten wird, von denen mindestens einer einen als funkenerosive Senkelektrode dienenden Finger aufweist und dass man nach Ende des Absenkens die Trägeraufeinan­ der zu bewegt, um das Metallteil einzuklemmen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Finger einen nicht-kreis­ förmigen Querschnitt aufweist, derart, dass das mit diesem Finger in Eingriff stehende Metallteil nur eine kleine An­ zahl von Orientierungen gegenüber dem Finger einnehmen kann.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man den Raum zwischen den Oberflächen des Metallteiles und des Fingers mit einer Bearbeitungs-Flüssigkeit durchspült, welche durch einen im Finger ausgesparten Kanal fliesst, indem man durch Anlegen eines Soges an den Kanal in besagtem Raum einen Unterdruck gegenüber der Umgebung aufrecht hält.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass man den gegenseitigen Eingriff zwischen Finger und Metallteil während des Transfers des letzteren bis zur Bearbeitungszone und während seines Rücktranspor­ tes bis zu einer ausserhalb der Werkzeugmaschine befindli­ chen Stelle aufrechthält.

9. Vorrichtung, um während eines Bearbeitungsvor­ ganges ein Metallteil auf einer Werkzeugmaschine zu posi­ tionieren, gekennzeichnet durch mindestens einen metalli­ schen, auf einem beweglichen Träger montierten Finger, durch einen Spannungsimpulsgenerator, um zwischen dem Fin­ ger und der Oberfläche des Metallteiles elektroerosive Funken zu erzeugen, durch einen Servomotor, um die Funken­ strecke während des Absenkens des Fingers in das Metall­ teil auf eine bestimmte Länge zu halten, und durch Mittel, um nach beendeter Funkenerosion den Finger gegen das Me­ tallteil zu pressen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, dass sie zwei, gleichzeitig durch denselben Ser­ vomotor aufeinander zu bewegliche Finger aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, dass sie zwei, in konvergierenden Richtungen bewegliche und je durch einen Servomotor angetriebene Finger aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, dass sich der Finger an seinem freien Ende ver­ jüngt und dort einen nicht-kreisförmigen Querschnitt auf­ weist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, dass sich der Finger an seinem freien Ende ver­ jüngt und im Abstand von diesem Ende einen elektrisch iso­ lierenden Ueberzug aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen im Finger ausgesparten Absaug-Kanal und durch eine Saugpumpe, um in dem zwischen Metallteil und Finger befindlichen Raum einen Unterdruck zu erzeugen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Mittel, um den Finger und das damit im Eingriff stehende Metallteil zwischen der Bearbeitungszone und einer ausserhalb der Werkzeugmaschine befindlichen Stelle in beiden Richtungen zu fördern.

16. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, um ein Metallteil während seiner Bearbeitung durch Funken­ erosion zu halten.

17. Verwendung nach Anspruch 16, um ein Werk­ stück zu halten.

18. Verwendung nach Anspruch 16, um ein von einem Rohling zu entfernendes Abfallstück zu halten.

19. Verwendung nach Anspruch 16, um eine Absenk- Elektrode während der Funkenerosion zu halten.