DE3622482A1 - Drahtschneide-zusatzgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Drahtschneide-Zusatz­ gerät für eine Werkzeugmaschine.

Das Trennen einer Vielzahl, der heute in der Technik ein­ gesetzten Werkstoffe ist meist nur mit speziell für ein bestimmtes Material ausgelegten Maschinen/Werkzeugkombi­ nation möglich. D. h. eine Einrichtung auf der z. B. Kunststoff getrennt wird kann nicht ohne weiteres auch für das Sägen von Metall oder von Verbundmaterialien einge­ setzt werden. Dazu kommt, daß für viele Werkstoffe ge­ fügeschonende Trennverfahren gefragt sind. Ein bekanntes Konzept für solche Zwecke, das mit geringen Schnittver­ lusten und Werkstückerwärmung arbeitet ist die Diamant- Drahtsäge. Dieses Konzept wurde bereits bei Kleingeräten zum Trennen unterschiedlicher Werkstoffe angewandt (vgl. hierzu Industriediamantenrundschau 18, 1984, Nr. 3, Seite 158). Es sind auch bereits Entwicklungsarbeiten mit dem Ziel im Gange, die Technik des Sägens mit einem Diamant- Draht auch für große Werkstücke im industriellen Einsatz nutzbar zu machen.

Gedacht wurde dabei, offensichtlich an eine einzeln stehende Maschine (Diamant-Drahtsäge), d. h. eine nur für diesen Zweck des Sägens ausgelegte und nutzbare Maschine, welche mit oder ohne Fundament in einer Halle wie Fertigungshalle aufgestellt werden könnte.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Drahtschneide-Zusatzge­ rät zu schaffen, welches an eine Werkzeugmaschine mit einer Antriebswelle kuppelbar ist. Gelöst wird diese Auf­ gabe als allgemein gesprochen dadurch, daß das Zusatzge­ rät eine Einheit bildet, insbesondere eine von Werkzeug­ maschine zu Werkzeugmaschine transportabler Einheit, etwa in der Art eines Arbeitskopfes, der mit einer Antriebswelle kuppelbar ist, die aus einer Werkzeugmaschine wenigstens teilweise herausragt. Somit ist die Erfindung auch zur Anwendung an Werkzeugautomaten oder Fertigungsstraßen mit einzelnen Bearbeitungsstationen geeignet.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht deshalb mit anderen Worten darin, daß es als Zusatzgerät an beliebiger passender Stelle an eine vorhandene Werkzeugmaschine ange­ baut werden kann und mindestens eine der vorhandenen Be­ wegungsachsen als Vorschub benutzt wird. Der Antrieb für den umlaufenden Draht kann entweder von den Maschinen ab­ genommen werden oder wird durch einen integrierten Motor erzeugt. Durch den Kreisquerschnitt eines verwendeten Schneiddrahtes können beliebige Konturen geschnitten werden. Durch die geringe Schnittbreite des Drahtes ist sowohl der Energieaufwand als auch das Spanvolumen sehr gering. Durch eine Auslegung der Erfindung als Einheit in der Art eines Winkel-Arbeitskopfes, lassen sich auch schwierige räum­ liche Verhältnisse ohne großen Aufwand beherrschen. Die ge­ ringen Schnittkräfte, beider Erfindung lassen eine hohe Labilität bzw. eine minimale Stabilisierung der Bauteile zu.

Die notwendige Umlaufgeschwindigkeit des Schneiddrahtes kann durch einen im Zusatzgerät integrierten, selbständigen An­ trieb oder, wie oben erwähnt, durch Abnahme der erforder­ lichen Antriebsleistung an geeigneter Stelle der Maschine erfolgen.

Der Anbauort des Zusatzgerätes an die Maschine richtet sich nach den jeweiligen Gegebenheiten wie Werkstückgeometrie, Antriebsmöglichkeit oder Arbeitsraum.

Der Schneiddraht des Zusatzgerätes wird auf einer oder mehreren Primärspeichereinheiten (z. B. Gewinderollen) auf­ genommen. Er läuft von hier über eine von der speziellen Ge­ räteauslegung abhängigen Anzahl von Führungsrollen und Spanneinrichtungen über die Arbeitsstrecke (Schneidbereich zwischen zwei entsprechenden Führungen) und weiter über Führungs- und Spanneinrichtungen auf die Sekundärspeicher­ einheit(en).

Dabei wird mit Hilfe der von der Maschine zur Verfügung stehenden Achsen bzw. Antriebseinrichtungen in der Arbeits­ strecke eine entsprechende Schneidarbeit geleistet.

Der Schneiddraht kann

• 1a) als Endlosdraht mit immer gleichem Richtungssinn der Antriebseinheit während einer Arbeitsperiode oder
• 1b) als Draht mit definierter Länge und Umkehrung der Bewegungsrichtung bei Erreichen des festgehaltenen (z. B. geklemmten) Endstückes genutzt werden.

Skizze 1 zeigt beispielhaft eine Auslegung eines solchen Drahtschneide-Zusatzgerätes.

Die besonderen Vorteile eines solchen Gerätes sind:

• 1) Durch die verschiedenen Schneiddrähte (z. B. Stahldrähte, diamantbelegte Drähte, beschichtete Drähte) sind nahezu alle Materialien mit dem Zusatzgerät bearbeitbar (und zwar auf bereits vorhandenen Maschinen/Anlagen). Diese Universalität bringt insbesondere dann entscheidende wirtschaftliche Vorteile, wenn das Zusatzgerät z. B. für eine der konventionellen Bearbeitungsmethoden wie Fräsen mit den dabei auftretenden, materialabhängigen Werkzeug­ auswahl-und Verschleißproblemen eingesetzt wird.
• 2) Durch den sehr schmalen Schneidspalt (abhängig vom Drahtdurchmesser; als Richtwerte seien hier Drahtdurch­ messer von ca. 0,1 mm bis da. 3 mm genannt, die je nach Bearbeitungsproblem vernünftige Schnittwerte garantieren) sind die erforderlichen Schnittkräfte und damit die benötigten Leistungen für eine entsprechende Zerspannung sehr gering (minimaler Energieaufwand).
• 3) Durch die niedrigen Schnittkräfte entsteht die Möglichkeit Bauteile an sehr labilen Zonen bzw. ohne großen Stabilisierungsaufwand (wie z. B. Fräsvorrich­ tungen) zu bearbeiten (minimale Bauteilbelastung).
• 4) Die Kreisgeometrie des Werkzeuges (= Schneiddraht) er­ möglicht (im Gegensatz zu bekannten Bearbeitungsver­ fahren wie z. B. Sägen mit Sägeblättern oder Trennen mit Schleifscheiben) bei vorhandener Bewegungsein­ richtung das Drahtschneiden beliebiger Konturen (z. B. 2 D- bzw. 2 ½ D- Bearbeitung bei Verwendung zweier gesteuerter Linearachsen bzw. einer zusätzlichen gesteuerten Rundachse wie Rundtisch).
  Als geometrische Begrenzung durch das Werkzeug ist dabei lediglich der am Bauteil geforderte Eckenradius (min. Schneiddrahtdurchmesser =2× min. Eckenradius) bzw. der für die Zerspannkräfte (material-, vorschub- und schnitt­ geschwindigkeitsabhängig) erforderliche Mindestdurch­ messer des Schneiddrahtes mit definierter Zugfestigkeit maßgebend.
• 5) Das zu zerspannende Volumen von Material ist so gering, daß keine Späneprobleme auftreten (Entsorgung etc.). Zusätzlich kann je nach Gegebenheit das herausgeschnit­ tene Abfallteil als Ganzes (im Gegensatz zu Fräs-, Dreh­ spänen o. ä.) wiederverwendet werden (autom. Rohstoff­ erhaltung, Einsparung hochwertiger Materialabfälle).
• 6) Das Gerät bietet durch die Eintauchmöglichkeit (Nutzung ähnlich wie Winkelfräskopf) mehr Bearbeitungsmöglich­ keiten wie das Drahterodieren mit dem zusätzlichen Vor­ teil, daß beim Drahtschneiden wie hier geschildert der technologische sowie auch wirtschaftliche Aufwand durch den flexiblen Einsatz als Zusatzgerät minimiert wird und prinzipiell keine physikalische Beeinflussung des Werk­ stoffes (wie z. B. Randschichtaufklärung beim Erodieren) erfolgt (wirtschaftlichere Nutzung vorhandener Einrich­ tungen).
• 7) Durch eine Bearbeitung mit Schneiddraht entsteht im Vergleich zu anderen spannenden Bearbeitungsverfahren wie Fräsen, Drehen, Schleifen, Sägen prinzipiell ein wesentlich kleinerer Grat, so daß der Nachbearbeitungs­ aufwand sehr gering wird.
• 8) Durch spezielle Auslegung des Zusatzgerätes für die jeweiligen Anwendungsfälle kann eine enorme Flexibilität erreicht werden (Anpassung sowohl an die Maschine als auch an das Bearbeitungsproblem (s. a. Skizze 2).

In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Arbeitskopf für den Antrieb von einer Werkzeugmaschine dargestellt. Mit 1 ist dabei bezeichnet eine Primär­ speichereinheit wie Spule, mit 2 eine Sekundärspeicher­ einheit wie Auflegespule oder Haspel, mit 3 sind Spann­ rollen bezeichnet und mit 4 eine Spanneinheit. 5 be­ zeichnet eine Führungsrolle für den umlaufenden Arbeits­ draht. Dieser Draht mit Kreisquerschnitt kann z. B. als diamantbestückter Stahldraht hoher Festigkeit ausge­ bildet sein, dabei sind die Diamanten galvanisch in der Oberfläche eingebettet, z. B. 20 Diamanten (Körnung 120) je mm Drahtlänge.

Auch eine Bestückung der Oberfläche mit Hartmetall­ körnern (Schleifkörnern) ist geeignet je nach dem zu bearbeitendem Material. Der Draht läuft wie Fig. 1a zeigt ständig um mit einer Schnittgeschwindigkeit, die abhängig ist vom Durchmesser der Führungs- bzw. An­ triebsrollen bis ungefähr 1000 m pro Minute, wenn der Drahtdurchmesser zwischen etwa 0,5 und 1 mm beträgt.

Bearbeitbar sind nahezu alle Materialen oder Werk­ stücke, wobei sich für Werkstücke aus kohlenstoffhaltigen Stählen ein CBN-beschichteter Draht empfiehlt. Be­ arbeitbare insbesondere trennbare Werkstoffe sind neben den erwähnten Stählen auch faserverstärkte Kunststoffe oder Metalle (weicher als Stahl) und die Legierungen wie Inconel, Keramik und Glas, Holz und Naturstein außerdem Sinterwerkstoffe. Zersägt werden können auch bestimmte Keramiken insbesondere Oxidkeramiken, die als sogenannte Wabenwerkstoffe bezeichnet werden und entweder in Folien­ form oder als Strangpreßkörper im Handel erhältlich sind.

Das mit dem Draht zertrennte Bauteil oder Werkstück hat eine Oberfläche, die abhängig ist von der gewählten Körnung der Bestückung oder des Besatzes am Arbeitsdraht und von den gewählten Bearbeitungsparametern insbesondere der gewählten Schnittgeschwindigkeit. Je höher die Schnitt­ geschwindigkeit und je feiner die Körnung, um so glatter ist in der Regel die erhaltene Oberfläche nach dem Trennen. Bei einer Material- oder Werkstückbearbeitung mit einem endlos umlaufenden Arbeitsdraht liegen Genauigkeitswerte infolge des Wegfalls einer Schnittrichtungsumkehr wie im Bespiel eines hinundhergehenden Drahtes prinzipiell günstiger (Richtwert Ra ungefähr 1,0 (µm) Micrometer).

Die Werkstücke müssen oberhalb und unterhalb der Arbeits­ strecke zur Unterbringung der Führungsrollen frei zugäng­ lich sein, deshalb muß der Arbeitskopf hierfür genügend Raum bieten.

Der Arbeitskopf kann von der Hauptspindel einer Werkzeug­ maschine erfolgen, z. B. über eine SK-50-Aufnahme. Dies ist eine übliche Ankopplung an eine Werkzeugmaschine. Die Ankopplung soll einen leichten Austausch des Arbeitskopfes gewährleisten, jedoch im angekoppelten Zustand eine dichte, zumindest flüssigkeitsdichte, Kapselung ergeben.

Claims (9)

1. Drahtschneide-Zusatzgerät, dadurch gekennzeichnet, daß es als zusätzliche Nutzungseinheit an vorhandene Maschinen oder Werkzeugmaschinen mit verfahrenden Achsen (konventionell oder gesteuert) angebaut bzw. angekoppelt werden kann.

2. Drahtschneide-Zusatzgerät, nach Anspruch 1 dadurch ge­ kennzeichnet, daß durch dessen Anbau an Maschinen oder Anlagen der Einsatzbereich, Flexibilität und Wirt­ schaftlichkeit dieser Maschinen oder Anlagen erweitert bzw. erhöht wird.

3. Drahtschneide-Zusatzgerät, nach Anspruch 1 dadurch ge­ kennzeichnet, daß es mit über Spanneinheiten und Füh­ rungseinheiten stabilisierten Schneiddrähten verschie­ denster Ausführungen und Abmessungen arbeitet. Die Schneiddrähte sind ebenso wie die Führungs- und Spann­ einheiten austauschbar.

4. Drahtschneide-Zusatzgerät, nach Anspruch 1 dadurch ge­ kennzeichnet, daß der für die Umlaufbewegung des Schneid­ drahtes erforderliche Antrieb von der Maschine/Anlage ab­ genommen wird.

5. Drahtschneide-Zusatzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Umlaufbewegung des Schneiddrahtes erforderliche Antrieb im Zusatzgerät selbst integriert ist.

6. Drahtschneide-Zusatzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es konstruktiv entsprechend den speziellen Anwendungsaufgaben ausgelegt werden kann, um verschiedenste platzgeometrische Gegebenheiten zu berücksichtigen (s. a. Skizze).

7. Drahtschneide-Zusatzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Arbeitsstrecke des Drahtes (s. a. Skizze) den Fertigungsbedingungen ent­ sprechend verändert bzw. angepaßt werden kann.

8. Drahtschneide-Zusatzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneiddraht als umlaufender Endlosdraht arbeitet.

9. Drahtschneide-Zusatzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneiddraht als Draht mit definierter Länge arbeitet und sich dabei von einer Speichereinheit ab und auf die andere Speichereinheit aufwickelt. Dabei wird jeweils kurz vor Drahtende die Bewegungsrichtung umgekehrt.