DE3941335A1 - Bearbeitungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bearbeitungsvorrichtung wie beispielsweise eine elektrische Drahtschnittentladungsmaschine, die mit einer Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse ausgestattet ist.

Fig. 5 veranschaulicht die stellungsmäßige Beziehung zwischen einem X-Y-Kreuztisch und einem Bearbeitungskopf der elektrischen Drahtschnittentladungsmaschine. In Fig. 5 bezeichnen die Bezugszeichen: 1 - ein zu bearbeitendes Werkstück, das auf dem X-Y-Kreuztisch 2 plaziert ist, der in der Waagrechtebene beweglich ist; und 3 - den Maschinenkopf, der eine Maschinenflüssigkeitsspritzdüse 4 und eine Elektrodenführung 6 besitzt und an einem Schaft 7 befestigt ist, welcher im Chassis (nicht dargestellt) der elektrischen Entladungsmaschine in Richtung der Z-Achse verschiebbar ist. Der X-Y-Tisch 2 und die Schaft 7 werden jeweils durch Antriebsmotoren 15 und 16 bzw. einen Antriebsmotor 17 bewegt, wobei die Bewegungsbeträge durch eine Steuereinheit 8 überwacht werden. Durch Bewegen des X-Y-Quertisches 2 werden das Werkstück 1 und die Drahtelektrode 5 zweidimensional zueinander bewegt. Das Werkstück 1 und die Düse 4 werden durch Bewegen des Maschinenkopfes 3 in Stellung gehalten. In dem Falle, daß das Werkstück 1 eine ungleichförmige Dicke besitzt, wird der Maschinenkopf 3 automatisch in Richtung der Z-Achse entsprechend der Dicke bewegt.

Um die Bearbeitungsgeschwindigkeit beim Betrieb der elektrischen Drahtschnittentladungsmaschine zu steigern, ist es erforderlich, den anfallenden Schlamm aus dem Bearbeitungsschlitz wirksam und ausreichend zu entfernen. Zu diesem Zweck ist es wesentlich, daß die durch den Schlitz zwischen dem Werkstück 1 und der Mündung der Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse 4 auslaufende Bearbeitungsflüssigkeit minimal gehalten wird, wodurch der Druck der Bearbeitungsflüssigkeit im Bearbeitungsschlitz erhöht wird. Im allgemeinen beträgt der Abstand zwischen der Halterung der Maschinenflüssigkeitsspritzdüse 4 und dem Werkstück 1 etwa 100 µm, d.h., er ist visuell recht schwer festzustellen. Entsprechend der Dicke des Werkstückes 1 muß sich der Maschinenkopf 3 in Richtung der Z-Achse befinden, wobei der Abstand zwischen den beiden so lange eingehalten werden muß, bis der Kopf exakt in Stellung gebracht ist. Zu diesem Zweck können die beiden folgenden Methoden zur Einstellung des Maschinenkopfes in Betracht gezogen werden: Bei der ersten Methode wird der Maschinenkopf mit einem zwischen das Werkstück 1 und die Stirnfläche der Düse 4 eingefügten Dickenfühler positioniert. Bei der zweiten Methode wird der Maschinenkopf 3, nachdem die Stirnfläche der Düse 4 in Berührung mit dem Werkstück 1 gebracht worden ist, um den geforderten Abstand angehoben. Um daher das Problem zu vermeiden, daß die Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse 4 beim irrtümlichen Zusammenstoß mit dem Werkstück zerbrochen wird, wenn der Maschinenkopf 3 zur Positionierung durch den Antriebsmotor bewegt wird, ist es erforderlich, Mittel zur Erfassung der Kollision vorzusehen, um den Maschinenkopf anzuhalten.

Die Fig. 6A und 6B stellen Schnittansichten durch einen konventionellen Maschinenkopf dar. Die Bearbeitungslösungsspritzdüse 4 ist an dem unteren Endabschnitt des Maschinenkopfes über eine Feder 10 mit einem Rückhaltering 11 befestigt. Der Maschinenkopf besitzt einen Grenzschalter 12 zur Erfassung des Hubes der Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse 4. Der Signalausgang des Grenzschalters 12 ist mit der Steuereinheit 9 verbunden.

Gemäß Fig. 6A steht die Düse 4 nicht mit dem Werkstück 1 in Verbindung. In diesem Zustand wird die Düse 4 durch die Feder 10 und den Rückhaltering 4 so gehalten, daß der Grenzschalter 12 nicht betätigt wird. Beim Bewegen des Maschinenkopfes 3 in Richtung auf das Werkstück 1 gelangt die Düse 4 in Berührung mit dem Werkstück 1 und wird dadurch gestoppt. Wenn in dieser Lage der Maschinenkopf weiter in Richtung auf das Werkstück 1 bewegt wird, stößt der am Maschinenkopf 3 befestigte Grenzschalter 12 an der oberen Stirnfläche der Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse 4 an, so daß er betätigt wird und ein Ausgangssignal liefert. Das Signal geht an die Steuereinheit 4 und beendet die Bewegung des Bearbeitungskopfes 3.

Wie oben beschrieben, wird bei der konventionellen elektrischen Drahtschnittentladungsmaschine, wenn der Bearbeitungskopf in Richtung der Z-Achse nach unten bewegt wird, der Zusammenstoß des Kopfes mit dem Werkstück wie folgt erfaßt: Nachdem die Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse des Maschinenkopfes mit dem Werktstück in Berührung gekommen ist, wird der Grenzschalter mechanisch betätigt und gibt ein Signal zum Anhalten der Bewegung des Bearbeitungskopfes aus. Die Methode besitzt jedoch den Nachteil, daß der Grenzschalter nicht korrekt betätigt wird, weil sich während der Bearbeitung Schlamm angesammelt hat, so daß der Maschinenkopf nicht angehalten wird, mit der Folge, daß die Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse, der Schaft und der Maschinenkopf zerbrochen werden. Weiter kann bei der oben beschriebenen konventionellen elektrischen Drahtschnittentladungsmaschine nicht festgestellt werden, wenn das Werkstück waagrecht bewegt wird und mit der Düse zusammenstößt.

Es ist demgemäß ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die vorgenannten Schwierigkeiten, die mit einer konventionellen Bearbeitungsvorrichtung wie einer elektrischen Drahtschnittentladungsmaschine verbunden sind, zu beseitigen.

Insbesondere ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Bearbeitungsvorrichtung zu schaffen, bei der der Zusammenstoß eines Bearbeitungsorgans, wie etwa eines Bearbeitungskopfes, mit dem Werkstück positiv erfaßt werden kann.

Diese und weitere Ziele der Erfindung werden durch die Schaffung einer Bearbeitungsvorrichtung errreicht, die eine Düse zum Spritzen einer Lösung zwecks Beschleunigung des Bearbeitungsvorganges besitzt, wobei die Düse aus einem elektrisch isolierenden Material besteht, sowie ein Bearbeitungswerkzeug zur Bearbeitung eines Werkstückes, wobei das Bearbeitungswerkzeug an der Lösungsspritzmündung der Düse angeordnet ist, und die Vorrichtung weiter gemäß der Erfindung folgende Komponenten aufweist: ein elektrisch leitendes elastisches Element, das an mindestens einem Teil der Düse befestigt ist, wobei das elastische Element bei der Verformung seinen Widerstand ändert; Mittel zur Erfassung der Widerstandsänderung des elastischen Elementes; und Mittel, um festzustellen, ob die Widerstandsänderung durch den Druck der von der Düse gespritzten Flüssigkeit, oder durch die Kollision der Düse verursacht wird, um den Bearbeitungsvorgang zu stoppen, wenn die Widerstandsänderung durch die Kollision der Düse verursacht ist.

Wenn bei der Bearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung die Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse mit dem Werkstück kollidiert, drücken die Düse und das Werkstück das elektrisch leitende elastische Element zusammen und ändern damit seinen Widerstand. Die so verursachte Widerstandsänderung wird erfaßt. Die durch den Zusammenstoß verursachte Widerstandsänderung unterscheidet sich in ihrer Charakteristik von einer Widerstandsänderung, die durch den Druck der von der Düse ausgestoßenen Lösung hervorgerufen wird. Durch die Unterscheidung der beiden unterschiedlichen Widerstandsänderungen kann die Kollision der Düse mit dem Werkstück erfaßt werden.

Art, Prinzip und Nützlichkeit der Erfindung werden durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verdeutlicht, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen oder Buchstaben gekennzeichnet sind.

Fig. 1A stellt eine Schnittansicht dar, teilweise als Blockschaltung ausgeführt, die einen Maschinenkopf eines ersten Ausführungsbeispiels der Bearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, während Fig. 1B ebenfalls eine Schnittansicht darstellt, welche den Maschinenkopf mit der über ein elektrisch leitendes Gummielement gegen das Werkstück anstoßenden Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse veranschaulicht;

Fig. 2 stellt das Schaltbild der in Fig. 1A vorkommenden Brückenschaltung dar;

Fig. 3 ist eine grafische Darstellung der Widerstandsänderung des in der Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendeten elektrisch leitenden Gummielementes;

Fig. 4A und 4B stellen Schnittansichten, teilweise als Blockschaltbild ausgeführt, dar, die ein zweites Ausführungsbeispiel der Bearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung veranschaulichen;

Fig. 5 ist eine perspektivische Darstellung der stellungsgemäßigen Beziehungen zwischen dem X-Y-Kreuztisch und dem Bearbeitungskopf einer elektrischen Drahtschnittentladungsmaschine; und

Fig. 6A und 6B zeigen Schnittansichten eines konventionellen Bearbeitungskopfes einer elektrischen Drahtschnittentladungsmaschine.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 ein Beispiel einer Bearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Bearbeitungsvorrichtung ist eine Bearbeitungslösungsspritzdüse 3 aus isolierendem Material am unteren Endabschnitt eines Bearbeitungskopfes befestigt, während ein elektrisch leitendes Gummielement 13 mit der unteren Stirnfläche der Düse 3 gegenüber dem Werkstück 1 verbunden ist. Mit dem Gummielement 13 ist eine elektrische Brückenschaltung 14 verbunden, die die Widerstandsänderung des Gummielementes 13 mißt, wenn es verformt wird. Bei der Brückenschaltung handelt es sich um eine konventionelle Schaltung, wie aus Fig. 3 hervorgeht. Die Brückenschaltung 14 besitzt die Widerstände R ₁, R ₂, R ₃ und R ₅, deren Widerstandswerte bekannt sind, und einen Widerstand R ₄, dessen Widerstandswert unbekannt ist. Der Widerstand R ₄ ist das obenerwähnte elektrisch leitende Gummielement 13.

Gemäß Fig. 1A steht die Bearbeitungslösungsspritzdüse 4 mit dem Werkstück 1 nicht in Berührung. In dieser Situation werden die Widerstände R ₁, R ₂ und R ₃ so eingestellt, daß die Vorschrift R ₂×R ₃=R ₁×R ₄ erfüllt wird und im Widerstand R ₅ kein Strom I ₅ fließt. Wenn nun der Bearbeitungskopf 3 durch den Antriebsmotor entlang der Z-Achse nach unten bewegt wird, gelangt das an der unteren Stirnfläche der Düse 4 befestigte elektrische leitenden Gummielement 13 in Kontakt mit dem Werkstück 1. Bei diesem Vorgang wird das Werkstück vor elektrischer Erosion geschützt, weil die Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse aus isolierendem Material besteht. Wenn der Bearbeitungskopf 3 weiter nach unten bewegt wird, wird das elektrisch leitende Gummielement 13 zusammengedrückt, durch das Werkstück und die Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse 4 verformt, welche beispielsweise aus einem harten Material wie Keramik besteht. Wird das Gummielement 13 innerhalb der Elastizitätsgrenze verformt, hebt es den Bearbeitungskopf 3 an; wenn es freigegeben wird, stellt sich seine Form wieder her. Wird durch die Verformung der Widerstandswert des Widerstandes R ₄ um den Betrag Δ R ₄ erhöht, fließt durch die Brückenschaltung 14 ein Strom proportional zu R ₄/Δ R ₄. Der Strom I ₅ wird durch eine Entscheidungsschaltung 8 erfaßt und als Stopsignal der Steuereinheit 8 zugeführt, so daß der Schaft 7 angehalten wird. Dementsprechend wird die Abwärtsbewegung des Bearbeitungskopfes in dem Moment angehalten, in dem die Bearbeitungslösungsspritzdüse 4 mit dem Werkstück 1 in Berührung kommt. Das elektrisch leitenden Gummielement kann zusätzlich zum Schutz der Düse 4 gegen Beschädigung dienen.

Nach dem Start arbeitet die elektrische Drahtschnittentladungsmaschine wie folgt: Wenn vor einem Bearbeitungsgang der Positionierungsvorgang in der oben beschriebenen Weise durchgeführt worden ist, wird Bearbeitungsflüssigkeit von der Düse 4 ausgestoßen und ein Bearbeitungssignal der Drahtelektrode 5 zugeführt. Damit wird der Bearbeitungsgang ausgelöst. Fig. 3 zeigt die Widerstandsänderung des elektrisch leitenden Gummielementes 3 nach dem Beginn des Bearbeitungsganges. In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen A diejenige Widerstandsänderung, die auf den Druck der anfänglich gespritzten Bearbeitungslösung zurückzuführen ist, d.h., daß sich der Widerstand abrupt ändert. Da das Gummielement elastisch ist, schwingt es für eine kurze Zeit. Nach Ablauf dieses Übergangsverhaltens bleibt der Widerstand konstant, wie durch das Bezugszeichen B angezeigt wird, und zwar so lange, bis die Geschwindigkeit des Düsenstrahls der Bearbeitungsflüssigkeit geändert wird. Wenn sich nun in dem Falle, daß der Bearbeitungskopf bewegt wird, der Widerstand von einem bestimmten Zeitpunkt an ändert, wie durch das Bezugszeichen C angezeigt wird, kann daraus geschlossen werden, daß die Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse 4 mit einem Gegenstand in Berührung gekommen ist, wodurch das elektrisch leitende Gummielement 13 verformt wird. Die Entscheidungsschaltung 8 stellt aus den obenerwähnten Widerstandskennlinien fest, ob die Widerstandsänderung durch den normalen Betrieb oder durch die Kollision der Düse verursacht worden ist. Wird festgestellt, daß die Widerstandsänderung durch die Kollision hervorgerufen worden ist, liefert die Entscheidungsschaltung ein Signal an die Steuerschaltung 9 zu deren Information.

Bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist das Gummielement 13 mit der unteren Stirnfläche der Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse 4 verbunden, die dem Werkstück gegenübersteht. Die Düse 4 kann aber auch in ihrer Gesamtheit mit einem elektrisch leitenden Gummielement 13 bedeckt sein, wie in Fig. 4 gezeigt ist.

Diese Ausführungsform ist bei der Erfassung des Zusammenstoßes der Düse in dem Falle wirksam, daß der Bearbeitungskopf in der Waagrechtebene oder in einer zweidimensionalen Ebene X-Y bewegt wird.

Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf eine elektrische Drahtschnittentladungsmaschine beschrieben worden ist, kann das technische Prinzip der Erfindung in gleicher Weise und mit der gleichen Wirkung bei jeder anderen Bearbeitungsvorrichtung mit einem Bearbeitungswerkzeug und einer Fluidspritzdüse angewendet werden.

Wie oben beschrieben, wird bei der Bearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung die Kollision der Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse mit dem Werkstück durch die kombinierte Verwendung des elektrisch leitenden elastischen Elementes, der Mittel zur Erfassung der Widerstandsänderung des elastischen Elementes sowie der Mittel zur Feststellung darüber erfaßt, ob die Widerstandsänderung des elastischen Elementes normal oder anormal ist. Entsprechend kann bei der Bearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung der Zusammenstoß der Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse mit dem Werkstück positiv erfaßt werden, wodurch der Bearbeitungskopf geschützt wird. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen derselben beschrieben wurde, können Fachleute verschiedene Auswechslungen und Abänderungen vornehmen, ohne daß der Rahmen der Erfindung überschritten wird. Es wird daher davon ausgegangen, daß die beigefügten Ansprüche alle derartigen Auswechslungen und Veränderungen, die in das Konzept und den Umfang der Erfindung fallen, abdecken.

Claims (3)

1. Bearbeitungsvorrichtung mit einer Düse zum Spritzen einer Flüssigkeit zwecks Beschleunigung eines Bearbeitungsvorganges, wobei die Düse aus einem elektrisch isolierenden Material besteht; sowie mit einem Bearbeitungswerkzeug zum Bearbeiten eines Werkstückes, wobei das Bearbeitungswerkzeug an der Flüssigkeitsspritzmündung der Düse angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung weiter folgende Komponenten aufweist:

• - ein elektrisch leitendes elastisches Element, das an mindestens einem Teil der Düse befestigt ist, wobei das elastische Element bei Verformung seinen Widerstand ändert;
• - Mittel zur Erfassung der Widerstandsänderung des elastischen Elementes; und
• - Mittel, um festzustellen, ob die Widerstandsänderung durch den Druck der von der Düse gespritzten Flüssigkeit, oder durch die Kollision der Düse verursacht wird, um einen Bearbeitungsvorgang zu beenden, wenn die Widerstandsänderung durch die Kollision der Düse verursacht ist.

2. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element mit der unteren Stirnfläche der Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse verbunden ist, die dem Werkstück gegenübersteht.

3. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse in ihrer Gesamtheit mit dem elektrisch leitenden Gummielement überzogen ist.