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Die vorliegende Erfindung betrifft ein
Großkegelbearbeitungsverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches
Verfahren ist beispielsweise aus der JP-A-58-28424 bekannt.
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Eine Drahtelektroentladungsmaschine ist so ausgebildet, daß
ein Tisch mit einem darauf befestigten Werkstück in Richtung
zweier Achsen, einer X- und einer Y-Achse, und eine obere
Drahtführung und/oder eine untere Drahtführung um eine
Drehachse oder in Richtung zweier Achsen, einer U-Achse und einer
V-Achse angetrieben werden. Bei einem vom Kegelschneiden oder
-bearbeiten verschiedenen normalen Bearbeiten wird der Tisch
in der X- und Y-Achsrichtung derart angetrieben, daß die obere
und untere Drahtführung in Ausrichtung zueinander positioniert
sind, oder so, daß sich eine Drahtelektrode zwischen den zwei
Drahtführungen unter rechten Winkeln zum Werkstück erstreckt.
Andererseits wird beim Kegelbearbeiten der Tisch bewegt,
während beispielsweise die obere Drahtführung in der U- und
V-Achsrichtung angetrieben wird, so daß die Drahtelektrode
bezüglich des Werkstücks zwischen der oberen und unteren
Drahtführung geneigt ist. Ein Beispiel für Kegelbearbeiten
geht aus der US-A-4431896 hervor, während eine besondere Form
eines Elektrodenmaterials aus der US-A- 4424432 hervorgeht.
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Nach der US-A-4431896 schwenken oder drehen sich die oberen
und unteren Drahtführungsköpfe, um den Neigungswinkel der
Drahtelektrode zu ermöglichen. In Fällen, bei denen sich
diese Köpfe nicht drehen oder verschwenken, sind, um zu
vermeiden, daß sich die Drahtelektroden und die zwei Drahtführungen
gegenseitig stören, ein Auslaß der oberen Drahtführung und ein
Einlaß der unteren Drahtführung gekrümmt geformt, so wie es
beispielsweise aus der JP-A-58-28424 hervorgeht. Struktureller
Einschränkungen wegen wird der Krümmungsradius der Form auf
10 mm oder weniger eingestellt.
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Konventionell wird ein und diesselbe Drahtelektrode sowohl
beim normalen Bearbeiten als auch beim Kegelbearbeiten
verwendet, und aus besonderen Gründen, beispielsweise um eine
erforderliche Bearbeitungsgeschwindigkeit zu erhalten, wird
eine Drahtelektrode mit einer Zugfestigkeit von etwa 50 Kg/mm²
benutzt.
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Wenn jedoch die Drahtelektrode dieses Typs benutzt wird,
erleidet die Drahtelektrode eine elastische und plastische
Verformung, wenn sieh sich während der Kegelbearbeitung an
Drahtstützabschnitten und gebogenen Abschnitten der oberen und
unteren Drahtführung, in welche sich die Drahtelektrode
zwischen den einzelnen Drahtführungen schräg erstreckt, biegt,
insbesondere wenn sich die Drahtelektrode während einer
Großkegelbearbeitung für einen Kegelwinkel von 20º oder mehr in
eine gebogene Form biegt. In einem solchen Fall kann, obgleich
die durch den Stützabschnitt und den gebogenen Abschnitt der
oberen Drahtführung hindurchgehende Drahtelektrode zwischen
der oberen und unteren Drahtführung gerade gestreckt sein
sollte, die Drahtelektrode keinen geraden Abschnitt mit einem
vorbestimmten Kegelwinkel zwischen der oberen und unteren
Drahtführung bilden, da die Beanspruchung der elastischen
Komponente der Drahtelektrode groß ist, wenn die
Drahtelektrode von dem gebogenen Zustand am Drahtstützabschnitt und an
dem gebogenen Abschnitt der oberen Drahtführung in einen
geraden Zustand an einer Stelle auf der unteren Verlaufsseite
des Bereiches für den gebogenen Zustand überführt wird. Da der
Grad dieser Ungeradheit der Drahtelektrode bei der Bewegung
des Drahtes variiert, vibriert oder schwingt überdies die
Drahtelektrode während der Elektroentladungsbearbeitung so daß
keine stabile Bearbeitung erbracht und die Genauigkeit der
Kegelform und die Rauhigkeit der Bearbeitungsoberfläche
verschlechtert werden.
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Demgemäß ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in
solchen Fällen ein Bearbeitungsverfahren bereitzustellen, bei
welchem eine Großkegelbearbeitung für einen Kegelwinkel von
20º oder mehr mit Stabilität und hoher Genauigkeit bewirkt und
die Rauhigkeit der Bearbeitungsfläche verbessert werden kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein
Großkegelbearbeitungsverfahren bereitgestellt, welches eine elektrische
Drahtelektroentladungsmaschine verwendet, wobei der Kegelwinkel 20º
oder mehr beträgt und sich der Elektrodendraht zwischen zwei
entgegengesetzten Drahtführungen erstreckt, deren relative
Positionen den Kegelwinkel definieren, und die Drahtführungen
weisen Drahtstützabschnitte mit gebogenen
Drahtbiegeabschnitten auf, um welche sich der Elektrodendraht an den
Drahtführungen an jedem Ende eines im wesentlichen geraden Abschnitts
des sich zwischen den Drahtführungen erstreckenden
Elektrodendrahtes biegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodendraht
ein weicher Elektrodendraht ist, der eine Biege- oder
Zugfestigkeit im Bereich von 37 Kg/mm² bis 46 Kg/mm² aufweist, und
der aus Messing gefertigt ist, das aus im wesentlichen 63 %
bis 67 % Cu, wobei im wesentlichen der Rest Zn ist,
zusammengesetzt ist.
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Da die Großkegelbearbeitung unter Verwendung der weichen
Drahtelektrode mit der Zugfestigkeit von 46 Kg/mm² oder kleiner
bewirkt wird, biegt sich infolgedessen gemäß der vorliegenden
Erfindung die Drahtelektrode leicht an den
Drahtstützabschnitten der Drahtführungen, so daß die Linearität der
Drahtelektrode zwischen der oberen und unteren Drahtführung
aufrechterhalten und eine hochgenaue Kegelbearbeitung bewirkt
werden kann. Selbst wenn die Drahtelektrode für eine
Großkegelbearbeitung an den Drahtstützabschnitten der
Drahtführungen wesentlich gebogen wird, wird überdies die weiche
Drahtelektrode danach leicht plastisch in eine gerade Form
deformiert. Demgemäß wird die an einen
Elektroentladungsbearbeitungsabschnitt
über den Drahtführungsabschnitt abgegebene
Drahtelektrode selbst nicht Windungen oder dergleichen
unterworfen und ihre Linearität wird beibehalten.
Infolgedessen sind die Bearbeitungsspannung und der Bearbeitungsstrom
und deshalb die Elektroentladungsbearbeitung stabil und es
besteht keine Möglichkeit oder Wahrscheinlichkeit für ein
Abbrechen, Einrasten oder Schnappen oder dergleichen der
Drahtelektrode. Da die Linearität der Drahtelektrode
beibehalten wird, kann überdies die Rauhigkeit der
Bearbeitungsoberfläche verbessert werden, das heißt, die Glattheit der
Bearbeitungsoberfläche kann erhöht werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung einer
Drahtelektroentladungsmaschine zum Bewirken eines
Großkegelbearbeitungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung weist eine
Drahtelektroentladungsmaschine eine aufrechte Säule 1 und
einen oberen und unteren Arm 2 und 3 auf, die sich von einer
Seite der Säule horizontal erstrecken. An dem oberen Abschnitt
der Säule 1 ist eine Drahtzufuhrspule 4 angeordnet und am
oberen Arm 2 sind eine Bremsschaltung 6 und eine Führungsrolle 7
vorgesehen. An dem distalen Ende des oberen Arms 2 ist eine
UV-Achseneinheit 9 zum Antrieb einer oberen Drahtführung 8 in
den Richtungen der U- und V-Achse angebracht. Die
UV-Achseneinheit 9 ist so angeordnet, daß sie durch eine Einrichtung
eines U-Achsenantriebsabschnitts 10 und eines
V-Achsenantriebsabschnitts 11 angetrieben ist. An dem distalen Ende des
unteren Arms 3 ist eine untere Drahtführung 12 befestigt.
Innerhalb des unteren Arms 3 sind ein Führungsteil 14, eine
Führungsrolle 15 und ein Bandfördersystems 13 angeordnet. Das
Führungsteil 14 und die Führungsrolle 15 dienen in
Zusammenwirkung miteinander zum Führen einer Drahtelektrode 5 zum
Bandfördersystem 13, wobei das Bandfördersystem 13 zum
Transportieren der Drahtelektrode 5 derart dient, daß die Elektrode
zwischen einem oberen und unteren Bandförderabschnitt 13a und
13b gehalten ist. An dem Ausgang des Bandfördersystems 13 sind
eine Drahtantriebsrolle 16 und eine so ausgebildete Klemmrolle
17 angeordnet, daß diese gegen die Rolle 16 gedrückt wird.
Unter der Drahtantriebsrolle 16 und der Klemmrolle 17 ist ein
Drahtausbringungsgehäuse bzw. Drahtrückgewinnungsgehäuse 18
angeordnet.
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Zwischen der oberen und unteren Drahtführung 8 und 12 ist ein
Tisch 21 zum Befestigen eines Werkstücks 20 angeordnet. Der
Tisch 21 ist so angeordnet, daß er in den Richtungen der X-
und Y-Achse, die sich im rechten Winkel zueinander erstrecken,
mittels eines X-Achsenantriebsabschnitts 22 und eines
Y-Ach-Senantriebsabschnitts 23 angetrieben wird.
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Die Symbole M1 und M2 bezeichnen Motoren zum Antrieb des
Bandfördersystems 13 bzw. der Drahtantriebsrolle 16. Das
Bezugszeichen 100 bezeichnet eine Regel- oder Steuereinheit,
beispielsweise eine numerische Steuereinheit, die in
Steuerrelation zu den Elementen 10, 11, 22, 23, M1 und M2 geschaltet
ist.
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Bei der obenbeschriebenen Anordnung wird die Drahtelektrode 5
von der Drahtzufuhrspule 4 abgegeben, um zwischen der
Bremsrolle und einer Klemmrolle der Bremsschaltung 6 durchgeführt
zu werden, und sie wird dann in dem Bereich zwischen dem
Führungsteil 14 und der Führungsrolle 15 über die Führungsrolle 7
und die obere und untere Drahtführung 8 und 12 gebracht.
Ferner wird die Drahtelektrode 5 mittels des von dem Motor M1
angetriebenen Bandfördersystems 13 so transportiert, daß sie
zwischen der Drahtantriebsrolle 16 und der Klemmrolle 17
hindurchgeht, und sie wird dann von dem
Drahtwiedergewinnungsgehäuse 18 empfangen. Während des Drahtelektrodentransports wird
auf die Drahtelektrode 5 durch den Drahtantrieb mittels des
Bandfördersystems 13 und der Drahtantriebsrolle 16 so wie
durch die Bremswirkung der Bremsschaltung 6 eine Spannung
ausgeübt.
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Bei Ausführung einer von einer Kegelbearbeitung verschiedenen
normalen elektrischen Entladungsbearbeitung wird zwischen der
Drahtelektrode 5 und dem Werkstück 20 eine Spannung zum
Bewirken einer elektrischen Entladung angelegt, wobei die Motoren
M1 und M2 zum Bewegen des Drahtes 5 längs des obengenannten
Drahttransportweges in der vorstehend angegebenen Weise
angetrieben und die X- und Y-Achsantriebsabschnitte 22 und 23 zum
Bewegen des Tisches 21 angetrieben werden. Beim Ausführen der
Kegelbearbeitung werden die U- und V-Achsantriebsabschnitte 10
und 11 auch so angetrieben, daß die obere Drahtführung 8
relativ zur unteren Drahtführung 12 mittels der UV-Achseinheit 9
bewegt wird, wobei die Drahtelektrode 5 zwischen der oberen
und unteren Drahtführung 8 und 12 geneigt wird.
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Beim Ausführen der normalen Elektroentladungsbearbeitung
und der nur die Kegelbearbeitung für einen Kegelwinkel von
weniger als 20º enthaltenden Elektroentladungsbearbeitung wird
für die Drahtelektrode 5 ein harter Elektrodendraht zur
Elektroentladungsbearbeitung mit einer Zugfestigkeit von
beispielsweise etwa 50 Kg/mm² verwendet. Beim Ausführen einer
Elektroentladungsbearbeitung mit einer Großkegelbearbeitung
für einen Kegelwinkel von 20º oder mehr wird andererseits ein
weicher Elektrodendraht für eine Elektroentladungsbearbeitung,
vorzugsweise ein Messingdraht mit einer Zugfestigkeit von 46
Kg/mm² oder weniger als Drahtelektrode 5 verwendet. Aus
Gründen, die sich auf die Erzeugung des Elektrodendrahtes
beziehen, ist der untere Grenzwert der Zugfestigkeit des weichen
Elektrodendrahtes 37 Kg/mm². Der weiche Elektrodendraht ist
aus 63 % bis 67 % Cu, 0,07 % oder weniger Pb, 0,05 % oder
weniger Fe, und Zn für den Rest zusammengesetzt. Die
Verlängerung oder Dehnung des weichen Elektrodendrahtes, die eine
seiner mechanischen Eigenschaften ist, beträgt 15 % oder mehr,
wenn die Zugfestigkeit von 42 bis 46 Kg/mm² beträgt.
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Während der Großkegelbearbeitung biegt sich die Drahtelektrode
an jenen (nicht dargestellten) Stützabschnitten der oberen und
und unteren Drahtführung 8 und 12, welche die Drahtelektrode 5
stützen, und an den (nicht dargestellten) gebogenen
Abschnitten an der oberen oder unteren Verlaufsseite der
Stützabschnitte. Die Drahtelektrode 5, die weich ist und deren
Zugfestigkeit 46 Kg/mm² oder weniger beträgt, muß sich biegen und
kann leicht einer plastischen Verformung ausgesetzt werden,
wenn sie an den Stützabschnitten und gebogenen Abschnitten der
einzelnen Drahtführungen 8 und 12 eine drastische
Beanspruchung erfährt. Danach kann die Drahtelektrode 5 durch
plastische Verformung leicht in eine gerade Form zurückgeführt
werden. Infolgedessen kann während der Großkegelbearbeitung des
zwischen der oberen und unteren Drahtführung 8 und 12
angeordneten Werkstücks 20 die Linearität der Drahtelektrode
zwischen den zwei Drahtführungen 8 und 12 aufrechterhalten
werden, so daß das Werkstück in eine hochgenaue Kegelform
gearbeitet werden kann. Da der Betrag der elastischen Verformung
der Drahtelektrode 5 aufgrund der Biegung an dem
Stützabschnitt und gebogenen Abschnitt der oberen Drahtführung 8
klein ist, wird die nachher einem
Elektroentladungsbearbeitungsabschnitt zugeführte Drahtelektrode 5 selbst keinen
Verbiegungen, beispielsweise Windungen, unterworfen und ihre
Linearität wird beibehalten. Deshalb ist der Spalt oder
Abstand zwischen der Drahtelektrode 5 und dem Werkstück 20
gleichförmig, so daß die Elektroentladungsbearbeitung
stabil und die Rauhigkeit der Bearbeitungsoberfläche
verbessert ist.
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Ein Vergleichsexperiment an einem Werkstück von 25 mm Dicke
wurde für eine Kegelbearbeitung für einen Kegelwinkel von 30º
durchgeführt, wobei eine weiche Drahtelektrode mit einem
Drahtdurchmesser von 0,25 mm und einer Zugfestigkeit von
42 Kg/mm² bis 46 Kg/mm² und eine andere Drahtelektrode mit dem
gleichen Drahtdurchmesser und einer Zugfestigkeit von
50 Kg/mm² verwendet wurde. Darauf wurde die Drahtelektrode mit
der Zugfestigkeit von 50 Kg/mm² einer Änderung der
Bearbeitungsspannung von 6 V oder mehr unterworfen. Andererseits
wurde der Drahtelektrode mit der Zugfestigkeit von 46 Kg/mm² oder
weniger eine Bearbeitungsspannungsänderung von nur 2 V oder
nahe dabei auferlegt und demgemäß eine stabile
Elektroentladungsbearbeitung sichergestellt.
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Was die Oberflächenrauhigkeit der Kegeloberfläche betrifft,
wurde überdies nachgewiesen, daß die maximale
Oberflächenrauhigkeit der Drahtelektrode mit der Zugfestigkeit von
46 Kg/mm², ausgedrückt als Abstand zwischen Spitze und
Boden, etwa 6 u beträgt. Infolgedessen wurde eine Verbesserung
der Oberflächenrauhigkeit von etwa 37 % in Vergleich zum Fall
der Bearbeitung unter Verwendung der Drahtelektrode mit der
Zugfestigkeit von 50 Kg/mm² hergestellt.