DE4436663A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung mittels Bearbeitung durch elektrische Entladung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung mittels Bearbeitung durch elektrische Entladung

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung eines sich drehenden Schneidwerkzeuges oder spanabhebenden Werkzeuges oder dergleichen unter Verwendung einer Bearbeitung mit einer elektrischen Entladung.
Ein Oberflächenverfahren wie beispielsweise PVD und CVD wird häufig zur Behandlung einer Oberfläche von Schneidwerkzeugen verwendet, um deren Oberfläche mit TiC, TiN und dergleichen zu beschichten. Andererseits wurde in Bezug auf eine Oberflächenbehandlung mit Hilfe einer Bearbeitung durch elektrische Entladung eine Oberflächenbehandlung für eine Metallform vorgeschlagen, jedoch wurde keine Oberflächenbehandlung oder -beschichtung in Bezug auf Bearbeitungswerkzeuge vorgeschlagen. Fig. 5 zeigt ein konventionelles Verfahren und eine konventionelle Vorrichtung zur Oberflächenveränderung durch eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung, die in der Vergangenheit vorgeschlagen wurde (bezüglich weiterer Einzelheiten vgl. Masui et al.: "Surface Alloying Treatment by Electrical Discharge Machining", Electrical Nachining Technology, Band 16, Nr. 53 (1993)).
In Fig. 12 wird ein Werkstück 1, dessen Oberfläche verändert werden soll, in der Nähe einer Elektrode 2 angeordnet, die durch eine Spindel 3 gehalten wird, die durch einen Antrieb (nicht gezeigt) in der Vertikalrichtung bewegt werden kann. Die Elektrode 2 ist innerhalb eines Bearbeitungsbades 4 angeordnet, welches ein Dielektrikum 5 enthält, welches mit Änderungsmaterialpulver versehen ist. Eine Bearbeitungs- Energieversorgung 6 stellt die Energie für den Bearbeitungsvorgang zur Verfügung.
Nachstehend sind in einer Liste die Bearbeitungsbedingungen angegeben.
Werkstück: SKH51 (61)
Elektrode: Kupfer (15×15 mm)
Dielektrikum: Kerosin für Beleuchtungszwecke
Zusatzpulver: nicht wahrnehmbares Wolframpulver
Korndurchmesser: 1,3 µm Rmax
Zugefügte Menge: 20 g/1000 ml Beleuchtungskerosin
Leerlaufspannung: 80 (V)
Spitzenstrom: 2,5, 5, 10, 20 (A)
Impulsbreite: 5, 10, 20
Tastverhältnis: 0,3 (konstant).
Im Betrieb wird eine Impulsspannung zwischen dem Werkstück 1 und der Elektrode 2 von der Bearbeitungsenergieversorgung 6 aus angelegt, um eine elektrische Entladung zu erzeugen. Die Elektrode 2 wird zusammen mit der Spindel 3 beim Bearbeitungsvorgang in der Vertikalrichtung (der Richtung der Z-Achse) durch den Antrieb (nicht gezeigt) servo-getrieben. Da das Dielektrikum 5 ein nicht wahrnehmbares Wolframpulver enthält, veranlaßt die elektrische Entladung das Basismetall des Werkstückes 1 zum Schmelzen auf der Oberfläche des Werkstückes 1, und das Wolframpulver in dem Dielektrikum 5 zum Eintreten in die Oberfläche, wodurch eine Änderungsschicht, nämlich eine Wolframlegierungsschicht, auf der Oberfläche des Werkstückes 1 ausgebildet wird. Der Literatur ist zu entnehmen, daß eine besonders gleichmäßige Änderungsschicht durch eine elektrische Entladung mit positiver Polarität zur Verfügung gestellt wird (Elektrode negativ, Werkstück positiv). Weiterhin ist auf diesem Gebiet der Technik bekannt, daß eine entsprechende Änderungsschicht auf einer Metalloberfläche durch eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung ausgebildet wird, bei welcher ein Dielektrikum eingesetzt wird, welches Siliziumpulver, Chrompulver oder dergleichen enthält, wodurch eine hohe Korrosionsfestigkeit und Verschleißfestigkeit zur Verfügung gestellt werden.
Als ein ähnliches Verfahren zur Ausbildung einer Änderungsschicht auf einer Metalloberfläche beschreibt die japanische Veröffentlichung eines offengelegten Patents Nr. HEI2-83119 ein Verfahren, bei welchem ein Pulvermaterial zur Ausbildung einer Oberflächenschicht zwischen einer Elektrode und einem Werkstück vorgesehen wird, so daß eine oszillierende Bearbeitung mit einer elektrischen Entladung durchgeführt wird. Bei diesem Verfahren ist ein Material zur Ausbildung einer Oberflächenschicht auf dem Werkstück in einem Arbeitsspalt als Pulver vorgesehen, und es wird eine oszillierende Bearbeitung mit elektrischer Entladung durchgeführt, um ein Fixieren des Pulvers aus einer Substanz zu verhindern, die zur Oberflächenbehandlung verwendet wird, wodurch eine gleichmäßige Änderungsschicht zur Verfügung gestellt werden kann, und die Gleichförmigkeit der bearbeiteten Materialoberfläche aufrechterhalten werden kann.
Ein konventionelles Verfahren bzw. eine konventionelle Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung mittels einer Bearbeitung mit einer elektrischen Entladung, wie sie voranstehend beschrieben wurden, erlaubten zwar die Oberflächenbehandlung eines geänderten Materials mit einfacher Form, jedoch war es schwierig, eine Oberflächenbehandlung bei komplizierten Formen durchzuführen. Insbesondere bei der Oberflächenbearbeitung eines Schneidwerkzeuges sind dessen schneidkanten kompliziert ausgebildet und hängen wesentlich von der Art des Werkzeugs ab. Wenn eine Elektrode zur Oberflächenbehandlung eines Werkzeugs eingesetzt wird, so ist es daher erforderlich, eine Elektrode mit komplizierter Form entsprechend den Schneidkanten des Werkzeuges herzustellen, oder eine komplizierte Elektrodenbewegungsbahn entsprechend der Form der Schneidkante zu programmieren, was einen beträchtlichen Arbeitsaufwand und Kosten für die Elektrodenherstellung, die Programmierung und die Bearbeitungsverfahren erfordert. Bei Bearbeitungswerkzeugen ist zu berücksichtigen, daß die Bearbeitungswerkzeuge nach Gebrauch zum Aufarbeiten normalerweise geschliffen werden, und zwar mit einer Schleifmaschine. Da bei den voranstehend beschriebenen PVD- oder CVD-Verfahren verhältnismäßig hohe Gerätekosten auftreten, ist es selten, daß das Bearbeitungswerkzeug mittels PVD oder CVD kopiert wird.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Überwindung der voranstehend geschilderten, beim konventionellen Verfahren und der konventionellen Vorrichtung auftretenden Schwierigkeiten, um eine Änderungsschicht auf den Schneidkanten und anderen kritischen Teilen eines sich drehenden Schneidwerkzeuges auszubilden, und die Lebensdauer des Schneidwerkzeuges zu erhöhen. Ein weiteres Ziel besteht darin, den Austausch der verbrauchten Bearbeitungswerkzeuge zu erleichtern.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2A und 2B eine Ansicht des Werkzeugs während eines EDM-Vorgangs (EDM: electrical discharge machining, also Bearbeitung mit einer elektrischen Entladung) bei niedriger Geschwindigkeit;
Fig. 2C eine Signalform für abwechselndes Schneiden und EDM-Betrieb; und
Fig. 2D den Bearbeitungsmechanismus an der Schneidkantenspitze während der Schneidperioden und der EDM-Perioden;
Fig. 3A bis 3C die miteinander zusammenhängenden Beziehungen zwischen Werkzeugvorschubrate, EDM-Rate und Spannung bei der ersten Ausführungsform;
Fig. 4A und 4B abwechselnde Prozesse zur Änderung einer Werkzeugkante, und
Fig. 4C die Wirkung derartiger Vorgänge auf eine Werkzeugklinge;
Fig. 5 ein Diagramm mit einer Darstellung der Bearbeitung bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 eine graphische Darstellung der Wirkung der Werkzeugdrehung auf die Dicke der abgeänderten Schicht;
Fig. 7 eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8A und 8B die Verwendung eines Schneidvorgangs mit hoher Vorschubgeschwindigkeit und einer EDM mit niedriger Vorschubgeschwindigkeit;
Fig. 9A und 9B eine andere Ausführungsform, bei welcher sich EDM und Schneiden abwechseln;
Fig. 10A und 10B alternative Prozesse zur Durchführung der Schneid- und EDM-Prozesse bis zu einem Endbearbeitungsschritt;
Fig. 11 eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 12 eine Darstellung einer konventionellen Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung durch Bearbeitung mit einer elektrischen Entladung.
Auf der Grundlage von Fig. 1 wird nunmehr die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In dieser Zeichnung bezeichnet 101 ein drehbares Schneidwerkzeug (beispielsweise einen Stirnflächenfräser, einen Bohrer), bei welchem eine Oberflächenbehandlung durchgeführt werden soll, und mit 102 ist ein Pulverkompaktblock bezeichnet, der durch Formen des Pulvers eines Änderungsmaterials hergestellt wurde, also durch eine Sinterformung des Pulvers aus W-C (Wolframkarbid) in einer Mischung mit Co (Kobalt) als Abänderungsmaterial. Mit 3 ist eine Spindel bezeichnet, welche das sich drehende Schneidwerkzeug 101 in der Vertikalrichtung (der Richtung der Z-Achse) bewegt, 4 bezeichnet ein Bearbeitungsbad, in welchem der Pulverkompaktblock 102 befestigt ist, und welches mit einem Dielektrikum für die Bearbeitung mit einer elektrischen Entladung gefüllt ist, 6 bezeichnet eine Energieversorgung für eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung, welche eine Spannung zwischen das sich drehende Schneidwerkzeug 101 und den Pulverkompaktblock 102 anlegt, 7 bezeichnet ein Dielektrikum, und 8 bezeichnet eine Aufspannvorrichtung, beispielsweise ein Dreibackenfutter mit automatischer Zentrierung, welches das sich drehende Schneidwerkzeug 101 hält. 9 bezeichnet eine Drehvorrichtung, welche das sich drehende Schneidwerkzeug dreht, 10 bezeichnet einen Elektrodendrehmotor, welcher die Drehvorrichtung 9 dreht, 11 bezeichnet einen X-Achsen-Antrieb, welcher das Bearbeitungsbad 4 zusammen mit dem Pulverkompaktblock 102 in der X-Richtung bewegt, 12 bezeichnet einen Y-Achsen-Antrieb, welcher das Bearbeitungsbad in der Y-Richtung antreibt, 13 bezeichnet einen Z-Achsen-Antrieb, welcher die Spindel 3 zusammen mit dem sich drehenden Schneidwerkzeug 101 in der Z-Richtung antreibt (Vertikalrichtung), 14 bezeichnet einen Arbeitsspaltdetektor, welcher eine Arbeitsspaltspannung oder einen Kurzschluß zwischen dem sich drehenden Schneidwerkzeug 101 und dem Pulverkompaktblock 102 erfaßt, und 15 bezeichnet eine Steuer- oder Regelvorrichtung, welche die relativen Bewegungsgeschwindigkeiten des sich drehenden Schneidwerkzeugs 101 und des Pulverkompaktblocks 102 entsprechend dem Meßergebnis des Arbeitsspaltdetektors 14 steuert oder regelt.
Nunmehr wird der Betriebsablauf beschrieben. Das sich drehende Schneidwerkzeug 101, welches von der Spannvorrichtung 8 gehalten wird, wird durch die Drehvorrichtung 9 gedreht, und das sich drehende Schneidwerkzeug 101 und der Pulverkompaktblock 102 werden in Bezug aufeinander durch die X-, Y- und Z-Antriebe 11, 12, 13 bewegt, um den Pulverkompaktblock 102 zu schneiden. Genauer gesagt wird, wenn das sich drehende Schneidwerkzeug 101 ein Stirnflächenfräser ist, das Schneiden in den Seitenrichtungen (X-, Y-Richtungen) ausgeführt, und wenn das sich drehende Schneidwerkzeug 101 ein Bohrer ist, so wird das Schneiden in der Achsenrichtung (Z-Achsen-Richtung) ausgeführt. Da die EDM-Spannung zwischen dem sich drehenden Schneidwerkzeug 101 und dem Pulverkompaktblock 102 durch die Energieversorgung 6 für die elektrische Entladungsbearbeitung angelegt ist, tritt eine elektrische Entladung in dem Arbeitsspalt auf, wenn das sich drehende Schneidwerkzeug 101 und der Pulverkompaktblock 102, die miteinander in Berührung stehen, beim Schneidvorgang getrennt werden. Da das Änderungsmaterial (W-C) in den Arbeitsspalt in Form von Pulver als Ergebnis des Schneidens hineingelangt, veranlaßt die elektrische Entladung das W- C-Pulver in dem Dielektrikum dazu, in die Schneidkantenoberfläche des sich drehenden Schneidwerkzeuges 101 hinein zu gelangen. Durch ordnungsgemäße Steuerung der Vorschubrate des sich drehenden Schneidwerkzeuges 101 wie voranstehend erläutert wird die Bearbeitung aufeinanderfolgend so durchgeführt, daß sich das Schneiden und die elektrische Entladung abwechseln, um eine gleichmäßige Änderungsschicht, also eine W-C- Legierungsschicht, auf den Schneidkanten auszubilden. Fig. 2A und 2B sind eine Seitenansicht und eine Aufsicht, welche den Bearbeitungsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen, und Fig. 2C zeigt die Wellenform einer Spannung im Spalt zwischen den Elektroden. Wie in dem Signalformdiagramm gezeigt ist, werden eine Schneidperiode und eine Entladungsperiode wiederholt, mit einer Frequenz von mehreren Millisekunden bis zu mehreren zig-Millisekunden. Genauer gesagt wird ein Kurzschlußzustand während der Schneidperiode aufrecherhalten, wogegen eine elektrische Entladung kontinuierlich während der Entladungsperiode erzeugt wird. Die Entladung- und Schneidbearbeitung wird, wie in Fig. 2D gezeigt ist, durch Wiederholung der Schneidperiode und der EDM-Periode durchgeführt, so daß in der Wirkung ein Schneiden des Werkstücks 102 durch die Kante 101 erzielt wird, ebenso wie ein wirksamer Schutz der Kante 101.
Um den voranstehend geschilderten, kontinuierlichen Prozeß des Schneidens und der elektrischen Entladung aufrecht zu erhalten, ist die Steuerung oder Regelung der relativen Bewegungsgeschwindigkeit (Vorschubrate) des sich drehenden Schneidwerkzeugs 101 wesentlich. Während nämlich die Steuerung so durchgeführt wird, daß eine Sicherheits- Elektrodenbewegungsbahn beim Auftreten eines Kurzschlusses oder dergleichen zur Verfügung gestellt wird (Kurzschluß­ sicherung), bei der üblichen Bearbeitung mit elektrischer Entladung, muß eine Sicherheit für einen Kurzschluß nicht häufig bei der Bearbeitung gemäß der Erfindung durchgeführt werden, da der Kurzschluß durch Schneiden überwunden wird. Da im Gegensatz hierzu die Bearbeitung hauptsächlich durch eine elektrische Entladung erfolgt, wenn der Rückziehvorgang der Elektrode zu häufig durchgeführt wird, so wird die Konzentration des Änderungsmaterialpulvers in dem Arbeitsspalt durch Schneiden verringert, was den Oberflächenänderungseffekt verringert. Beim vorliegenden Bearbeitungsvorgang ist es daher vorzuziehen, das Elektrodenrückziehverhältnis und die Elektrodenvorschubrate zu steuern, so daß eine Schneidbearbeitung und eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung im geeigneten Verhältnis durchgeführt werden. Zu diesem Zweck erfaßt der Arbeitsspaltdetektor 14 in Fig. 1 die Arbeitsspaltspannung in dem Arbeitsspalt und verwendet diese als Durchschnittsspannung, um eine Frequenz für die elektrische Entladung zu erfassen, also einen Betrag entsprechend dem Betrag für die Bearbeitung mittels elektrischer Entladung, in dem Arbeitsspalt. Unter Verwendung dieses Ergebnisses und der momentanen Werkzeugvorschubrate stellt die Steuervorrichtung 15 das Verhältnis der Bearbeitung mit elektrischer Entladung zur Schneidbearbeitung (spanabhebenden Bearbeitung) fest und ändert und steuert die Werkzeugvorschubrate, um dieses Verhältnis auf einem geeigneten Wert zu halten. Durch Änderung der Werkzeugvorschubrate und Änderung des Verhältnisses der Schneidbearbeitung zur Bearbeitung mit elektrischer Entladung kann die Dicke der Änderungsschicht geändert werden. Mit anderen Worten läßt eine hohe Vorschubrate in der Anfangsstufe der Behandlung die Ausbildung einer Dickenänderungsschicht zu, und eine niedrige Vorschubrate bei der Endbearbeitung führt dazu, daß die endbearbeitete Änderungsschicht gleichmäßig ausgebildet ist.
Die Fig. 3A bis 3C zeigen miteinander in Beziehung stehende Diagramme, welche das Ergebnis einer Steuerung der Entladungs- und Schneidbearbeitung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen. Nach einer Vorbehandlung wird eine Steuerspannung auf 18 Volt eingestellt, und eine Werkzeugvorschubrate auf 0,1 mm/Minute, so daß die Rate der elektrischen Entladung 50% beträgt (wobei die Rate der Schneidbearbeitung auf 50% eingestellt ist). In diesem Zustand beträgt die Pulverdichte im Raum zwischen den Elektroden etwa 20 g/l, was dazu führt, daß eine dicke W-C-Schicht auf der Oberfläche des Werkzeugs ausgebildet wird. Nach der Endbehandlung wird daraufhin die Steuerspannung auf 44 Volt eingestellt, und die Werkzeugvorschubgeschwindigkeit auf 0,03 mm/Minute, so daß die Rate der elektrische Entladung 90% beträgt (wobei die Rate für das Schneiden auf 10% eingestellt ist). In diesem Zustand ist die Pulverdichte auf etwa 5 g/l verringert, so daß die dicke W-C-Schicht eine Umschmelzbehandlung erfährt, um auf dieser eine feine, verbesserte Oberfläche zu erzeugen.
Die Stabilität der elektrischen Entladung wird ebenfalls durch die Drehgeschwindigkeit des sich drehenden Schneidwerkzeugs beeinflußt. Eine zu hohe Drehgeschwindigkeit verursacht nämlich die Bewegung eines elektrischen Entladungspunktes während des Zeitraums eines einzelnen Entladungsimpulses in dem Arbeitsspalt, was es schwierig macht, einen Entladungslichtbogen aufrechtzuerhalten, und den Wirkungsgrad der elektrischen Entladung verringert, so daß daher mit höherer Drehgeschwindigkeit der Schneidwirkungsgrad absinkt.
Der Wirkungsgrad nimmt zu, wogegen der Wirkungsgrad der elektrischen Entladung abnimmt und das Schneidverhältnis zunimmt. Im Gegensatz hierzu sinkt, wenn die Drehgeschwindigkeit niedriger ist, der Schneidwirkungsgrad ab, und steigt der Wirkungsgrad der elektrischen Entladung an. Daher kann das Verhältnis der Bearbeitung mit elektrischer Entladung zum Schneiden auch durch die Drehgeschwindigkeit geändert werden. Da die Oberflächengeschwindigkeit selbst bei derselben Umdrehungsgeschwindigkeit vom Werkzeugdurchmesser abhängt, wird vorzugsweise eine Steuerung zur Bereitstellung einer ordnungsgemäßen Drehgeschwindigkeit entsprechend dem Werkzeugdurchmesser durchgeführt.
Die Fig. 4A und 4B sind Diagramme, welche die Schritte der Oberflächenbehandlung mit elektrischer Entladung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen. Wie in Fig. 4A gezeigt ist, wird die Behandlung dadurch durchgeführt, daß eine Kombination einer Oberflächenbehandlung mit elektrischer Entladung und des Schleifens eines Werkzeugs durchgeführt wird. Alternativ hierzu kann, wie in Fig. 4B gezeigt ist, die Behandlung dadurch erzielt werden, daß nur die Oberflächenbehandlung mit elektrischer Entladung durchgeführt wird, ohne Schleifen. Im Falle des in Fig. 4A gezeigten Prozesses wird, nachdem die Oberflächenbehandlung durchgeführt wurde, das Werkzeug an einer Werkzeugschleifvorrichtung angebracht, um eine Schneidklinge des Werkzeugs zu schleifen. Andererseits wird in dem Fall des in Fig. 4B gezeigten Prozesses die Endbearbeitung durch die elektrische Entladung statt durch einen Werkzeugschleifvorgang durchgeführt. Die Endbearbeitung wird statt des Schleifens der Schneidklinge dadurch erzielt, daß die elektrische Energie bei der Endbearbeitung mit elektrischer Entladung verringert wird, um so eine feine Oberfläche fertigzustellen. Das Ergebnis der beiden Prozesse ist in Fig. 4C gezeigt.
Nachdem die Änderungsschicht auf den Schneidkanten in einem der genannten Prozesse ausgebildet wurde, wird die Energiequelle 6 für die elektrische Entladung so gesteuert oder geregelt, daß sie das Anlegen der Spannung zwischen den Elektroden stoppt. Daraufhin wird für einen gewissen Zeitraum nur ein Schneidvorgang durchgeführt, wodurch die Schneidkanten, an welchen die Änderungsschicht ausgebildet wurde, geschliffen werden, um hervorragende Schneidkanten auszubilden, bei welchen Entladungspunkte auf der Oberfläche entfernt wurden. Zu diesem Zeitpunkt wird empfohlen, auch eine Umkehroperation bezüglich der Werkzeugdrehrichtung, der Relativbewegung in der Werkzeugachsenrichtung oder dergleichen durchzuführen.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Bearbeitung durchgeführt werden kann, während das Werkzeug in ein Bearbeitungsbad 4 eingetaucht wird, welches mit einem Dielektrikum gefüllt ist, oder daß die Bearbeitung ausgeführt werden kann, während das Werkzeug mit beispielsweise einem nicht-brennbaren Fluid besprüht wird, welches als Dielektrikum verwendet wird.
Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr auf der Grundlage von Fig. 5 beschrieben, wobei 101 ein sich drehendes Schneidwerkzeug bezeichnet, beispielsweise einen Bohrer, welches eine Oberflächenbehandlung erfahren soll, und 102 einen Pulverkompaktblock bezeichnet, der durch Ausformung des Pulvers eines Änderungsmaterials hergestellt wurde, also durch Sinterformen eines Pulvers aus W-C (Wolframkarbid) gemischt mit Co (Kobalt) als Änderungsmaterial. 3 bezeichnet eine Spindel, welche das sich drehende Schneidwerkzeug 101 in der Vertikalrichtung bewegt (Z-Achsen-Richtung), 8 bezeichnet eine Spannvorrichtung, welche das sich drehende Schneidwerkzeug 101 haltert, 16 bezeichnet eine Spannvorrichtung, welche den Pulverkompaktblock 102 haltert, 17 bezeichnet eine Drehvorrichtung, welche den Pulverkompaktblock 102 dreht, 18 bezeichnet einen Drehmotor, welcher die Drehvorrichtung 17 dreht, 13 bezeichnet einen z-Achsen-Antrieb, welcher die Spindel 3 zusammen mit dem sich drehenden Schneidwerkzeug 101 in der Z-Richtung (Vertikalrichtung) antreibt, 6 bezeichnet eine Energieversorgung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung, welche eine Spannung zwischen dem sich drehenden Schneidwerkzeug 101 und dem Pulverkompaktblock 102 anlegt, 7 bezeichnet ein Dielektrikum, 19 bezeichnet Dielektrikum- Zufuhrdüsen, welche den Arbeitsspalt mit dem Dielektrikum versorgen, 14 bezeichnet einen Arbeitsspaltdetektor, welcher eine Arbeitsspaltspannung oder einen Kurzschluß zwischen dem sich drehenden Schneidwerkzeug 101 und dem Pulverkompaktblock 102 erfaßt, und 15 bezeichnet eine Steuer- oder Regelvorrichtung, welche die relativen Bewegungsgeschwindigkeiten des sich drehenden Schneidwerkzeugs 101 und des Pulverkompaktblocks 102 entsprechend dem Meßergebnis des Arbeitsspaltdetektors 14 steuert.
Nunmehr wird der Betriebsablauf beschrieben. Der von der Spannvorrichtung 16 gehaltene Pulverkompaktblock 102 wird durch die Drehvorrichtung 17 gedreht, und das sich drehende Schneidwerkzeug 101 und der Pulverkompaktblock 102 werden in Bezug aufeinander durch den Z-Achsen-Antrieb 13 so bewegt, daß der Pulverkompaktblock 102 geschnitten wird. Da die Bearbeitungsspannung für die elektrische Entladung zwischen das sich drehende Schneidwerkzeug 101 und den Pulverkompaktblock 102 durch die Energieversorgung 6 für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung angelegt ist, tritt zu diesem Zeitpunkt eine elektrische Entladung in dem Arbeitsspalt auf, wenn das sich drehende Schneidwerkzeug 101 und der Pulverkompaktblock 102, die miteinander in Berührung stehen, beim Schneidvorgang getrennt werden. Da das Änderungsmaterial (W-C) in den Arbeitsspalt in Form eines Pulvers als Ergebnis des Schneidvorgangs hineingelangt, veranlaßt die elektrische Entladung, daß das W-C-Pulver in dem Dielektrikum in die Schneidkantenoberfläche des sich drehenden Schneidwerkzeuges 101 hineingelangt. Durch Steuern der z-Achsen-Vorschubrate des sich drehenden Schneidwerkzeuges 101 auf ordnungsgemäße Weise, wie voranstehend erläutert, wird eine Bearbeitung aufeinanderfolgend mit sich abwechselnden Schneid- und elektrischen Entladungsvorgängen durchgeführt, um eine gleichmäßige Änderungsschicht zu erzeugen, nämlich eine W-C- Legierungsschicht, und zwar auf den Schneidkanten.
Der Arbeitsspalt des Detektors 14 erfaßt die Arbeitsspaltspannung in dem Arbeitsspalt und verwendet deren mittlere Spannung zur Ermittlung der Frequenz der elektrischen Entladung, also eines Betrages, welcher einem Bearbeitungsbetrag der elektrischen Entladung in dem Arbeitsspalt entspricht. Unter Verwendung dieses Ergebnisses und der momentanen Werkzeugvorschubrate erhält die Steuervorrichtung 15 das Verhältnis der Bearbeitung mit elektrischer Entladung zur Schneidbearbeitung, und ändert und steuert die Werkzeugvorschubrate so, daß dieses Verhältnis auf einem geeigneten Wert gehalten wird. Weiterhin kann durch Änderung der Werkzeugvorschubrate und Änderung des Verhältnisses der Schneidbearbeitung zur Bearbeitung mit elektrischer Entladung die Dicke der Änderungsschicht geändert werden. Mit anderen Worten kann durch eine hohe Vorschubrate in der Anfangsstufe der Behandlung eine dicke Änderungsschicht ausgebildet werden, und durch eine niedrige Vorschubrate bei der endgültigen Endbearbeitung ermöglicht es, daß die endbearbeitete Änderungsschicht gleichmäßig und dünn ist.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Stabilität der elektrischen Entladung auch durch die Drehgeschwindigkeit der Drehvorrichtung 17 beeinflußt wird. Eine zu hohe Drehgeschwindigkeit führt nämlich dazu, daß sich ein elektrischer Entladungspunkt während des Zeitraumes eines einzelnen Entladungsimpulses in dem Arbeitsspalt bewegt, was es schwierig macht, einen Entladungslichtbogen aufrechtzuerhalten, und den Wirkungsgrad der elektrischen Entladung verringert, so daß bei einer höheren Drehgeschwindigkeit der Schneidwirkungsgrad zunimmt, wogegen der Wirkungsgrad der elektrischen Entladung abnimmt, und das Schneidverhältnis zunimmt. Wenn im Gegensatz hierzu die Drehgeschwindigkeit niedriger ist, so sinkt der Schneidwirkungsgrad ab, und erhöht sich der Wirkungsgrad der elektrischen Entladung. Daher kann das Verhältnis der Bearbeitung mit elektrischer Entladung zur Schneidbearbeitung auch durch die Drehgeschwindigkeit geändert werden. Da die Oberflächengeschwindigkeit selbst bei derselben Drehgeschwindigkeit vom Werkzeugdurchmesser abhängt, wird vorzugsweise eine solche Steuerung durchgeführt, bei welcher eine ordnungsgemäße Drehgeschwindigkeit auf der Grundlage des Werkzeugdurchmessers bereitgestellt wird.
Fig. 6 ist ein Diagramm, welches die Wirkung der Drehung eines Werkzeugs auf die Oberflächenbehandlung mit elektrischer Entladung zeigt. In Fig. 5 bezeichnet die Vertikalachse die Variation der Dicke einer geänderten Schicht, wogegen-die Horizontalachse die Anzahl der Umdrehungen eines Werkzeugs angibt.
Nachdem in dem genannten Prozeß die Änderungsschicht auf den Schneidkanten ausgebildet wurde, wird das Anlegen der Spannung durch die Energieversorgung 6 für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung gestoppt, und für einen gewissen Zeitraum nur eine Schneidbearbeitung ausgeführt, wodurch die Schneidkanten, auf welchen die Abänderungsschicht ausgebildet wurde, geschliffen werden, um besonders hervorragende Schneidkanten zur Verfügung zu stellen, von welchen Entladungspunkte auf der Oberfläche entfernt wurden. Auch in diesem Fall ist es empfehlenswert, einen Umkehrvorgang bezüglich der Drehrichtung, oder der Relativbewegung in der Werkzeugachsenrichtung durchzuführen.
Während das zu ändernde Werkzeug bei der ersten Ausführungsform gedreht wurde, unterscheidet sich die vorliegende Ausführungsform von der ersten Ausführungsform darin, daß der Pulverkompaktblock 102 gedreht wird. Insbesondere kann die Oberflächenänderung eines Werkzeugs, welches in der Axialrichtung schneidet, also eines Bohrers, mit einer einfacheren Anordnung als bei der vorliegenden Ausführungsform erzielt werden.
Es wird darauf hingewiesen, daß der Pulverkompaktblock 102, der zur Änderung des sich drehenden Schneidwerkzeuges 101 bei der ersten und zweiten Ausführungsform eingesetzt wird, durch einen Block ersetzt werden kann, der unter Verwendung eines temporär gesinterten Materials oder eines Schlammaterials (durch Wasser aufgelöster Schlamm, getrocknet wie Gips), wenn sich dieser Block einfach schneiden läßt.
Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr auf der Grundlage von Fig. 7 beschrieben, wobei 101 ein sich drehendes Schneidwerkzeug bezeichnet (Stirnfräser), dessen Oberfläche behandelt werden soll, 103 einen Metallmaterialblock (Cu), 3 eine Spindel bezeichnet, welche das sich drehende Schneidwerkzeug 101 in der Vertikalrichtung (Z-Achsen-Richtung) bewegt, 4 ein Bearbeitungsbad bezeichnet, in welchem der Metallmaterialblock 103 befestigt ist, und welches mit einem Dielektrikum für eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung gefüllt ist, 5 ein Dielektrikum mit W-C-Pulver als Änderungsmaterial bezeichnet, 6 eine Energieversorgung für eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung bezeichnet, welche eine Spannung zwischen dem sich drehenden Schneidwerkzeug 101 und dem Metallmaterialblock 103 anlegt, 8 eine Spannvorrichtung bezeichnet, welche das sich drehende Schneidwerkzeug 101 haltert, 9 eine Drehvorrichtung bezeichnet, welche das sich drehende Schneidwerkzeug dreht, 10 einen Elektrodendrehmotor bezeichnet, welcher die Drehvorrichtung 9 dreht, 11 einen X-Achsen-Antrieb bezeichnet, welcher das Arbeitsbad 4 zusammen mit dem Metallmaterialblock 103 in der X-Richtung antreibt, 12 einen Y-Achsen-Antrieb bezeichnet, welcher diesen in der Y-Richtung antriebt, 13 einen Z-Achsen-Antrieb bezeichnet, welcher die Spindel 3 zusammen mit dem sich drehenden Schneidwerkzeug 101 in der Z-Richtung dreht (Vertikalrichtung), 14 einen Arbeitsspaltdetektor bezeichnet, welcher eine Arbeitsspaltspannung oder einen Kurzschluß zwischen dem sich drehenden Schneidwerkzeug 101 und dem Metallmaterialblock 103 erfaßt, 15 eine Steuervorrichtung bezeichnet, welche die relativen Bewegungsgeschwindigkeiten des sich drehenden Schneidwerkzeugs 101 und des Metallmaterialblocks 103 entsprechend dem Meßergebnis des Arbeitsspaltdetektors 14 steuert, und 19 Versorgungsdüsen für das Dielektrikum bezeichnet, welche den Arbeitsspalt mit dem Dielektrikum 5 versorgen, welches Änderungsmaterialpulver enthält.
Nachstehend wird der Betriebsablauf beschrieben. Wie bei der ersten Ausführungsform wird das sich drehende Schneidwerkzeug 101, welches durch die Spannvorrichtung 8 gehaltert wird, durch die Drehvorrichtung 9 gedreht, und werden das sich drehende Schneidwerkzeug 101 und der Metallmaterialblock 103 relativ zueinander durch den X-, Y- und Z-Antrieb 11, 12, 13 angetrieben, um den Metallmaterialblock 103 zu schneiden. Zu diesem Zeitpunkt wird der Arbeitsspalt, der durch das sich drehende Schneidwerkzeug 101 und den Metallmaterialblock 103 gebildet wird, von den Dielektrikumversorgungsdüsen 19 mit dem Dielektrikum 5 versorgt, welches das Änderungsmaterialpulver enthält. Da die Bearbeitungsspannung für die elektrische Entladung zwischen dem sich drehenden Schneidwerkzeug 101 und dem Metallmaterialblock 103 durch die Energieversorgung 6 für die Bearbeitung mittels elektrischer Entladung angelegt wird, tritt eine elektrische Entladung in dem Arbeitsspalt auf, wenn das sich drehenden Schneidwerkzeug 101 und der Metallmaterialblock 103, die miteinander in Berührung stehen, im Verlauf des Schneidens getrennt werden. Da das Änderungsmaterialpulver (W-C), welches sich im Dielektrikum befindet, in den Arbeitsspalt hineinwandert, veranlaßt die elektrische Entladung das W-C-Pulver in dem Dielektrikum zum Eintritt in die Schneidkantenoberfläche des sich drehenden Schneidwerkzeuges 101. Durch Steuern der Vorschubrate des sich drehenden Schneidwerkzeuges 101 auf ordnungsgemäße Weise, wie voranstehend erläutert, wird aufeinanderfolgend eine Bearbeitung durchgeführt, bei welcher sich eine Schneidbearbeitung und eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung abwechseln, zur Ausbildung einer gleichmäßigen Änderungsschicht, also einer W-C- Legierungsschicht, auf den Schneidkanten.
Um den voranstehend geschilderten, kontinuierlichen Prozeß des Schneidens und der elektrischen Entladung aufrechtzuerhalten, ist die Steuerung der relativen Bewegungsgeschwindigkeit (Vorschubrate) des sich drehenden Schneidwerkzeugs 101 ebenso wie bei der ersten Ausführungsform auch bei der vorliegenden Ausführungsform wesentlich. Es ist nämlich ebenfalls vorzuziehen, das Elektrodenrückziehverhältnis und die Elektrodenvorschubrate bei dem vorliegenden Bearbeitungsprozeß zu steuern, so daß die Schneidbearbeitung und die Bearbeitung mit elektrischer Entladung in einem geeigneten Verhältnis durchgeführt werden. Zu diesem Zweck ermittelt, wie bei der ersten Ausführungsform, der Arbeitsspaltdetektor 14 die Arbeitsspaltspannung in dem Arbeitsspalt und verwendet diese als Durchschnittsspannung zur Ermittlung der Frequenz der elektrischen Entladung, also eines Betrages, welcher einem Bearbeitungsbetrag einer elektrischen Entladung in dem Arbeitsspalt entspricht. Unter Verwendung dieses Ergebnisses und der momentanen Werkzeugvorschubrate ermittelt die Steuervorrichtung 15 das Verhältnis der Bearbeitung mit elektrischer Entladung zur Schneidbearbeitung, und ändert und steuert die Werkzeugvorschubrate, um dieses Verhältnis auf einem geeigneten Wert zu halten. Durch Änderung der Werkzeugvorschubrate und Änderung des Verhältnisses der Schneidbearbeitung zur Bearbeitung mit elektrischer Entladung kann darüber hinaus die Dicke der Änderungsschicht geändert werden. Mit anderen Worten gestattet eine hohe Vorschubrate in der Anfangsstufe der Behandlung die Ausbildung einer dicken Änderungsschicht, und gestattet eine niedrige Vorschubrate bei der endgültigen Endbearbeitung die Ausbildung einer gleichmäßigen und dünnen, endbearbeiteten Änderungsschicht.
Weiterhin wird darauf hingewiesen, daß die Stabilität der elektrischen Entladung auch durch die Drehgeschwindigkeit des sich drehenden Schneidwerkzeuges beeinflußt wird. Eine zu hohe Drehgeschwindigkeit führt nämlich dazu, daß sich ein elektrischer Entladungspunkt während der Zeitdauer eines einzelnen Entladungsimpulses in dem Arbeitsspalt bewegt, wodurch es schwierig wird, einen Entladungslichtbogen aufrecht zu erhalten, und daher der Wirkungsgrad der elektrischen Entladung verringert wird, so daß daher bei einer höheren Drehgeschwindigkeit der Schneidwirkungsgrad zunimmt, wogegen der Wirkungsgrad für die elektrische Entladung abnimmt, und das Schneidverhältnis zunimmt. Ist im Gegensatz hierzu die Drehgeschwindigkeit niedriger, so sinkt der Schneidwirkungsgrad, und steigt der Wirkungsgrad der elektrischen Entladung an. Daher kann das Verhältnis der Bearbeitung mit elektrischer Entladung zur Schneidbearbeitung ebenfalls durch die Drehgeschwindigkeit geändert werden. Da selbst bei derselben Drehgeschwindigkeit die Oberflächengeschwindigkeit von dem Werkzeugdurchmesser abhängt, wird vorzugsweise die Steuerung so durchgeführt, daß eine ordnungsgemäße Drehgeschwindigkeit entsprechend dem Werkzeugdurchmesser zur Verfügung gestellt wird.
Während - ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform - die Bearbeitung mit elektrischer Entladung und die Schneidbearbeitung wiederholt ausgeführt werden, um die Oberflächenbehandlung mit elektrischer Entladung bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform durchzuführen, können im Falle der Mischung eines Änderungsmittelpulvers mit einer Bearbeitungslösung die voranstehend geschilderten zwei Operationen getrennt ausgeführt werden, wie in den Fig. 8A und 8B, und in den Fig. 9A und 9B gezeigt ist. Im einzelnen zeigen die Fig. 8A und 8B einen Fall, in welchem die Bearbeitung mit elektrischer Entladung nach einer Schneidbearbeitung ausgeführt wird, mit der Mischung aus der Bearbeitungslösung und dem Pulver. In Fig. 8A wird die Energiequelle 6 abgeschaltet, und dann wird nur die Schneidbearbeitung mit hoher Werkzeugvorschubgeschwindigkeit durchgeführt, um einen Arbeitsspalt für eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung auszubilden, der entsprechend der Form des Werkzeugs geformt ist. Daraufhin wird, wie aus Fig. 8B hervorgeht, die Energiequelle 6 eingeschaltet, um die Bearbeitung mit elektrischer Entladung bei einer niedrigen Werkzeugvorschubgeschwindigkeit auszuführen. In diesem Fall wird nur die elektrische Entladung durchgeführt, oder es wird eine extrem niedrige Rate der Schneidbearbeitung durchgeführt, um bei der Schneidklinge des Werkzeugs 101 die Oberflächenbehandlung durchzuführen.
Die Fig. 9A und 9B zeigen den Fall, in welchem die Bearbeitung mit elektrischer Entladung durchgeführt wird, nachdem eine Schneidbearbeitung durchgeführt wurde, mit der Mischung aus Bearbeitungslösung und Pulvern. Ein Metallblock 103, der wie in Fig. 9A gezeigt gebohrt wurde, wird als zu bearbeitendes Werkstück verwendet, und die Schneidbearbeitung wird bei dem Metallblock 103 so durchgeführt, daß ein Arbeitsspalt für eine elektrische Entladung gebildet wird. Dann kann gemäß Fig. 9B die Werkzeugelektrode 101 zusammen mit dem Metallblock 103 während der Oberflächenbehandlung mit elektrischer Entladung gedreht werden. Die in den Fig. 9A und 9B gezeigte Ausführungsform ist in der Hinsicht vorteilhaft, daß das Werkstück effektiv genutzt werden kann.
Die in den Fig. 8A und 8B sowie 9A und 9B gezeigten Behandlungsverfahren können auch bei der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Diese Ausführungsformen können daher so abgeändert werden, daß die Schneidbearbeitung nur dazu durchgeführt wird, um den Arbeitsspalt auszubilden, und dann sowohl eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung als auch eine Schneidbearbeitung durchgeführt wird, um eine gewünschte Oberflächenbehandlung durchzuführen.
Die Fig. 10A und 10B sind Diagramme, welche die Schritte zur Durchführung einer Oberflächenbehandlung mit elektrischer Entladung zeigen. Es gibt zwei Arten, und in Fig. 10A ist eine Kombination einer Oberflächenbehandlung mit elektrischer Entladung und eines Schleifens der Klinge des Werkzeugs vorgesehen. In Fig. 10B erfolgt nur eine Oberflächenbehandlung. Im Falle von Fig. 10A wird nach der voranstehend geschilderten Oberflächenbehandlung das Werkzeug an einer Schleifvorrichtung angebracht, um so das Schleifen und Polieren der Klinge des Werkzeugs durchzuführen. Bei dem Prozeß von Fig. 10B dient die Endbearbeitung mit elektrischer Entladung ebenfalls als Schleifmechanismus. Bei dem Prozeß von Fig. 10B wird die elektrische Entladungsenergie für die Endbearbeitung verringert, um die feine Oberflächenendbearbeitung durchzuführen, um so den Schritt des Schleifens der Klinge des Werkzeugs auszuschalten.
Nachdem bei diesem Prozeß die Änderungsschicht auf den Schneidkanten ausgebildet wurde, wird das Anlegen der Spannung von der Energieversorgung 6 für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung angehalten, und über einen gewissen Zeitraum nur eine Schneidbearbeitung durchgeführt, wodurch die schneidkanten, an welchen die Änderungsschicht ausgebildet wurde, geschliffen werden, um extrem hervorragende Schneidkanten zur Verfügung zu stellen, von welchen Entladungspunkte auf der Oberfläche entfernt wurden.
Es wird empfohlen, zu diesem Zeitpunkt auch eine Umkehroperation bezüglich der Werkzeugdrehrichtung, der Relativbewegung in der Werkzeugachsenrichtung oder dergleichen durchzuführen.
Anders als bei der ersten Ausführungsform ist bei der vorliegenden Ausführungsform das Änderungsmaterialpulver bereits in dem Dielektrikum enthalten. Daher wird das Schneiden nur deswegen durchgeführt, um zu veranlassen, daß das Werkzeug die Form des Metallmaterialblocks 103 verfolgt, um einen vorgegebenen Entladungsspalt zwischen dem Metallmaterialblock 103 und den Schneidkanten des sich drehenden Schneidwerkzeugs 101 auszubilden. Da die Schneidgeschwindigkeit (das Ausmaß des Schneidens) nicht die Änderungsmaterialpulverkonzentration in dem Arbeitsspalt beeinflußt, kann daher das Schneidverhältnis wesentlich verringert werden, um eine Behandlung mit einem hohen Entladungsverhältnis durchzuführen, verglichen mit der ersten Ausführungsform.
Eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend auf der Grundlage von Fig. 11 beschrieben, wobei 101 ein sich drehendes Schneidwerkzeug (Bohrer) bezeichnet, welches eine Oberflächenbehandlung erfahren soll, 103 einen Metallmaterialblock (Cu) bezeichnet, 3 eine Spindel bezeichnet, welche das sich drehende Schneidwerkzeug 101 in der Vertikalrichtung (Z-Achsen-Richtung) bewegt, 8 eine Spannvorrichtung bezeichnet, welche das sich drehende Schneidwerkzeug 101 haltert, 16 eine Spannvorrichtung bezeichnet, welche den Metallmaterialblock 103 haltert, 17 eine Drehvorrichtung bezeichnet, welche den Metallmaterialblock 103 dreht, 18 einen Drehmotor bezeichnet, welcher die Drehvorrichtung 17 dreht, 13 einen Z-Achsen- Antrieb bezeichnet, welcher die Spindel 3 zusammen mit dem sich drehenden Schneidwerkzeug 101 in der Z-Richtung dreht (Vertikalrichtung), 5 ein Dielektrikum mit W-C-Pulver als Änderungsmaterial bezeichnet, 19 Versorgungsdüsen für Dielektrikum bezeichnet, welche den Arbeitsspalt mit dem Dielektrikum versorgen, 6 eine Energieversorgung für eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung bezeichnet, welche eine Spannung zwischen dem sich drehenden Schneidwerkzeug 101 und dem Metallmaterialblock 103 anlegt, 14 einen Arbeitsspaltdetektor bezeichnet, welcher eine Arbeitsspaltspannung oder einen Kurzschluß zwischen dem sich drehenden Schneidwerkzeug 101 und dem Metallmaterialblock 103 mißt, und 15 eine Steuervorrichtung bezeichnet, welche die relativen Bewegungsgeschwindigkeiten des sich drehenden Schneidwerkzeuges 101 und des Metallmaterialblocks 103 entsprechend dem Meßergebnis des Arbeitsspaltdetektors 14 steuert.
Nachstehend wird der Betriebsablauf beschrieben. Der von der Spannvorrichtung 16 gehaltene Metallmaterialblock 103 wird durch die Drehvorrichtung 17 gedreht, und das sich drehende Schneidwerkzeug 101 und der Metallmaterialblock 103 werden in Bezug aufeinander durch den Z-Achsen-Antrieb 13 bewegt, um den Metallpulverblock 103 zu schneiden. Zu diesem Zeitpunkt wird der Arbeitsspalt, der durch das sich drehende Schneidwerkzeug 101 und den Metallmaterialblock 103 gebildet wird, von den Versorgungsdüsen 19 für Dielektrikum mit dem Dielektrikum 5 versorgt, welches das Änderungsmaterialpulver enthält. Da die Bearbeitungsspannung für die elektrische Entladung zwischen dem sich drehenden Schneidwerkzeug 101 und dem Metallmaterialblock 103 durch die Energieversorgung 6 für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung angelegt wird, tritt eine elektrische Entladung in dem Arbeitsspalt auf, wenn das sich drehende Schneidwerkzeug 101 und der Metallmaterialblock 103, die miteinander in Berührung stehen, beim Schneidprozeß getrennt werden. Da das Änderungsmaterialpulver (W-C) in den Arbeitsspalt in Form von Pulver hineinwandert, infolge des Schneidens, veranlaßt die elektrische Entladung das W-C-Pulver in dem Dielektrikum zum Eintreten in die Schneidkantenoberfläche des sich drehenden Schneidwerkzeuges 101. Durch ordnungsgemäße Steuerung der Z-Achsen-Vorschubrate des sich drehenden Schneidwerkzeugs 101 auf die voranstehend beschriebene Weise wird eine Bearbeitung aufeinanderfolgend mit abwechselnder Schneidbearbeitung und Bearbeitung mit elektrischer Entladung durchgeführt, um auf den schneidkanten eine gleichmäßige Änderungsschicht auszubilden, nämlich eine W-C-Legierungsschicht.
Der Arbeitsspaltdetektor 14 erfaßt die Arbeitsspaltspannung in dem Arbeitsspalt und verwendet deren Durchschnittswert zur Erfassung der Frequenz der elektrischen Entladung, also eines Betrages entsprechend einem Bearbeitungsbetrag mit elektrischer Entladung in dem Arbeitsspalt. Unter Verwendung dieses Ergebnisses und der momentanen Werkzeugvorschubrate erhält die Steuervorrichtung 15 das Verhältnis der Bearbeitung mit elektrischer Entladung zur Schneidbearbeitung, und ändert und steuert die Werkzeugvorschubrate so, daß dieses Verhältnis auf einem ordnungsgemäßen Wert gehalten wird. Durch Änderung der Werkzeugvorschubrate und Änderung des Verhältnisses der Schneidbearbeitung zur Bearbeitung mit elektrischer Entladung kann darüber hinaus die Dicke der Änderungsschicht geändert werden. Mit anderen Worten erlaubt eine hohe Vorschubrate in der Anfangsstufe der Behandlung die Ausbildung einer dicken Änderungsschicht, und erlaubt eine niedrige Vorschubrate bei der endgültigen Endbearbeitung eine gleichmäßige und dünne Ausbildung der fertiggestellten Änderungsschicht.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Stabilität der elektrischen Entladung auch durch die Drehgeschwindigkeit der Drehvorrichtung 17 beeinflußt wird. Eine zu hohe Drehgeschwindigkeit führt nämlich dazu, daß sich ein elektrischer Entladungspunkt während des Zeitraums eines einzigen Entladungsimpulses in dem Arbeitsspalt bewegt, was es schwierig macht, einen Entladungslichtbogen aufrecht zu erhalten, und den Wirkungsgrad der elektrischen Entladung verringert, so daß daher mit höherer Drehgeschwindigkeit der Schneidwirkungsgrad zunimmt, wogegen der Wirkungsgrad der elektrischen Entladung abnimmt, und das Schneidverhältnis zunimmt. Wenn im Gegensatz hierzu die Drehgeschwindigkeit niedriger ist, so sinkt der Schneidwirkungsgrad ab, und steigt der Wirkungsgrad der elektrischen Entladung an. Daher kann auch das Verhältnis der Bearbeitung mit elektrischer Entladung zur Schneidbearbeitung durch die Drehgeschwindigkeit geändert werden. Da selbst bei derselben Drehgeschwindigkeit die Oberflächengeschwindigkeit von dem Werkzeugdurchmesser abhängt, wird vorzugsweise die Steuerung zur Bereitstellung einer ordnungsgemäßen Drehgeschwindigkeit entsprechend dem Werkzeugdurchmesser durchgeführt.
Nachdem die Änderungsschicht auf den Schneidkanten in diesem Prozeß ausgebildet wurde, wird das Anlegen der Spannung durch die Energieversorgung 6 für eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung beendet, und über einen gewissen Zeitraum nur eine Schneidbearbeitung durchgeführt, wodurch die Schneidkanten, an welchen die Änderungsschicht ausgebildet wurde, geschliffen werden, um extrem hervorragende Schneidkanten zur Verfügung zu stellen, von welchen Entladungspunkte auf der Oberfläche entfernt wurden. Es wird empfohlen, zu diesem Zeitpunkt auch eine Umkehroperation bezüglich der Drehrichtung, der Relativbewegung in der Werkzeugachsenrichtung oder dergleichen durchzuführen.
Während das zu ändernde Werkzeug bei der vierten Ausführungsform gedreht wurde, unterscheidet sich die vorliegende Ausführungsform von der vierten Ausführungsform darin, daß der Metallmaterialblock 103 gedreht wird.
Insbesondere die Oberflächenänderung eines Werkstücks, welches in der Axialrichtung schneidet, beispielsweise eines Bohrers, kann mit einem einfacheren Aufbau bei der vorliegenden Ausführungsform erfolgen.
Da das Dielektrikum bei der vorliegenden Ausführungsform, anders als bei der zweiten Ausführungsform, bereits das Änderungsmaterialpulver enthält, wird das Schneiden nur deswegen durchgeführt, um das Werkzeug dazu zu veranlassen, die Form des Metallmaterialblocks 103 zu verfolgen, um einen vorbestimmten Arbeitsspalt zwischen dem Metallmaterialblock 103 und den Schneidkanten des sich drehenden Schneidwerkzeuges 101 auszubilden. Daher beeinflußt die Schneidgeschwindigkeit (die abgetragene Menge) nicht die Änderungsmaterialpulverkonzentration in dem Arbeitsspalt, wodurch das Schneidverhältnis wesentlich verringert werden kann, um die Behandlung mit einem hohen Entladungsverhältnis durchzuführen, verglichen mit der zweiten Ausführungsform.
Bei jeder der voranstehend geschilderten Ausführungsformen kann die Spannvorrichtung 8 so ausgelegt sein, daß sie jedes sich drehende Schneidwerkzeug haltert, das einen unterschiedlichen Schaftdurchmesser aufweist, um eine große Variationsbreite von Werkzeugen aufzunehmen. Andere Klemmechanismen wie beispielsweise sich verjüngende Schäfte können verwendet werden, und Werkzeuge automatisch geändert werden, um eine kontinuierliche Oberflächenänderung mehrerer Werkzeuge durchzuführen, wodurch eine große Anzahl an Werkzeugen eine Oberflächenbehandlung mit höherem Produktionswirkungsgrad erhalten kann.
W-C, das als Beispiel für das Änderungsmaterial bei jeder der voranstehend geschilderten Ausführungsformen verwendet wurde, kann durch ein Materialpulver auf Keramikbasis ersetzt werden, beispielsweise TiC (Titankarbid) oder Ti-N (Titannitrid), welches ein leitfähiges Pulver wie beispielsweise Ni (Nickel) enthält.
Während bei jeder der voranstehenden Ausführungsformen eine Oberflächenbehandlung bei dem sich drehenden Schneidwerkzeug durchgeführt wurde, können auch eine sich drehende Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung und ein axial symmetrisches Werkzeug eine identische Oberflächenbearbeitung bei jeder der voranstehenden Ausführungsformen erfahren. In diesen Fällen erfahren sie eine Oberflächenbehandlung nur durch eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung, und werden nicht geschnitten (spanabhebend bearbeitet).
Wenn bei jeder der voranstehend beschriebenen Ausführungsformen der Block, der das Änderungsmaterial enthält, gedreht wird, so kann eine vorhandene Maschine, wie beispielsweise eine Drehbank dazu verwendet werden, eine Oberflächenbehandlung mit elektrischer Entladung einfacher auszuführen.
Es wird deutlich, daß wie voranstehend beschrieben die vorliegende Erfindung ein Oberflächenbehandlungsverfahren erzielt, welches das Drehen eines modifizierten Metallteils, dessen Oberfläche geändert werden soll, oder eines ein Änderungsmaterial enthaltenden Blockes umfaßt, und die Erzeugung einer elektrischen Entladung zwischen dem Block mit dem Änderungsmaterial und dem modifizierten Metallteil, zur Ausbildung einer Änderungsschicht auf der Oberfläche des modifizierten Metallteils, wodurch eine Oberflächenänderung einfach auf der Oberfläche einer sich drehenden Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung oder eines axial symmetrischen Teils durchgeführt werden kann, um eine sich drehende Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung zur Verfügung zu stellen, die extrem wenig verbraucht wird, sowie ein axial symmetrisches Teil, welches hervorragende Verschleißfestigkeit und Korrosionsfestigkeit aufweist.
Es wird weiterhin deutlich, daß die vorliegende Erfindung ein Oberbeflächenbehandlungsverfahren mittels elektrischer Entladung zur Verfügung stellt, zur Ausbildung einer Änderungsschicht auf einer Metalloberfläche durch eine Bearbeitung mit einer elektrischen Entladung, wobei das Verfahren das Drehen eines sich drehenden Schneidwerkzeuges oder eines Blocks mit einem Änderungsmaterial umfaßt, sowie eine Relativbewegung des Blocks mit dem Änderungsmaterial und des sich drehenden Schneidwerkzeuges, um den Block mit dem Änderungsmaterial mit Hilfe des sich drehenden Schneidwerkzeuges zu schneiden, sowie die Erzeugung einer elektrischen Entladung zwischen den Schneidkanten des Schneidwerkzeuges und dem Block mit dem Änderungsmaterial zur Ausbildung einer Änderungsschicht auf den Schneidkanten des sich drehenden Schneidwerkzeuges, wodurch die Schneidkanten eines Schneidwerkzeuges, welches eine komplizierte Form aufweist, eine einfache Änderung der Oberfläche erfahren können, um eine Werkzeugoberflächenbehandlung durchzuführen, welche die Lebensdauer eines Schneidwerkzeuges wesentlich erhöht.
Es wird ebenfalls deutlich, daß die vorliegende Erfindung ein Oberflächenbehandlungsverfahren zur Verfügung stellt, welches die Drehung eines modifizierten Metallteils, dessen Oberfläche geändert werden soll, oder eines Metallmaterialblocks umfaßt, und das Zuliefern eines Dielektrikums mit Änderungsmaterialpulver zwischen dem Metallmaterialblock und dem modifizierten Metallteil, und die gleichzeitige Erzeugung einer elektrischen Entladung zwischen dem modifizierten Metallteil und dem Metallmaterialblock zur Ausbildung einer Änderungsschicht auf der Oberfläche des modifizierten Metallteils, wodurch einfach eine Oberflächenänderung auf der Oberfläche einer sich drehenden Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung oder eines axial symmetrischen Teils durchgeführt werden kann, um eine sich drehende Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung zur Verfügung zu stellen, die einen extrem niedrigen Verbrauch aufweist, sowie ein axial symmetrisches Teil, welches eine hervorragende Verschleißfestigkeit und Korrosionsfestigkeit aufweist. Weiterhin ermöglicht es das Änderungsmaterial, welches vorher in dem Dielektrikum vorgesehen wird, daß die Schneidmenge des Metallmaterials verringert wird, wodurch die Menge des Metallmaterials, welches elektrisch mit dem Werkzeug entladen wird, wesentlich verringert wird. Weiterhin kann ein Material wie beispielsweise Kupfer, welches hervorragende Bearbeitungseigenschaften für die elektrische Entladung aufweist, dazu verwendet werden, die Bearbeitung mit einer elektrischen Entladung zu stabilisieren, und eine gleichförmigere Oberflächenbehandlung zur Verfügung zu stellen. Wenn der Metallmaterialblock gedreht wird, so kann eine vorhandene Maschine wie beispielsweise eine Drehbank dazu verwendet werden, auf einfachere Weise eine Oberflächenbehandlung mit elektrischer Entladung durchzuführen.
Weiterhin wird deutlich, daß die vorliegende Erfindung ein Oberflächenbehandlungsverfahren zur Verfügung stellt, welches die Drehung eines sich drehenden Schneidwerkzeuges oder eines Metallmaterialblocks umfaßt, sowie eine Relativbewegung des Metallmaterialblocks und des sich drehenden Schneidwerkzeuges, um den Metallmaterialblock mit Hilfe des sich drehenden Schneidwerkzeuges zu schneiden, und die Lieferung eines Dielektrikums, welches Änderungsmaterialpulver enthält, sowie die gleichzeitige Erzeugung einer elektrischen Entladung zwischen den Schneidkanten des sich drehenden Schneidwerkzeuges und dem Metallmaterialblock zur Ausbildung einer Änderungsschicht auf den schneidkanten des sich drehenden Schneidwerkzeuges, wodurch die Schneidkanten eines Schneidwerkzeuges, welches eine komplizierte Form aufweist, einfacher in der Oberfläche modifiziert werden können, um eine Werkzeugoberflächenbehandlung durchzuführen, welche die Lebensdauer eines Schneidwerkzeugs wesentlich verlängert. Das Änderungsmaterial, welches vorher in dem Dielektrikum vorgesehen wird, ermöglicht es darüber hinaus, die Schnittmenge des Metallmaterials zu verringern, wodurch die Menge des Metallmaterials wesentlich verringert wird, das elektrisch mit dem Werkzeug entladen wird. Weiterhin kann ein Material wie beispielsweise Kupfer, welches hervorragende Eigenschaften bezüglich einer Bearbeitung mit elektrischer Entladung aufweist, dazu verwendet werden, die Bearbeitung mit elektrischer Entladung zu stabilisieren, und eine gleichförmigere Oberflächenbehandlung zur Verfügung zu stellen.
Weiterhin wird deutlich, daß die vorliegende Erfindung ein Oberflächenbehandlungsverfahren zur Verfügung stellt, welches ein Material auf Keramikbasis als das Änderungsmaterial verwendet, wodurch die Verschleißfestigkeit und die Korrosionsfestigkeit der Werkzeugänderungsschicht wesentlich verbessert werden. Durch Ausbildung eines Films mit hohem Widerstand auf der Oberfläche einer Elektrode für eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung durch die Oberflächenbehandlung mit dem Material auf Keramikbasis können Stromanteile infolge einer Arbeitsspaltkapazität verringert werden, um die Verschleißeigenschaften der Elektrode und die Oberflächenrauhigkeit zu verbessern.
Weiterhin wird deutlich, daß die vorliegende Erfindung ein Oberflächenbehandlungsverfahren zur Verfügung stellt, bei welchem sich eine Schneidbearbeitung und eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung abwechseln, um die Änderungsschicht auf den Schneidkanten des sich drehenden Schneidwerkzeuges auszubilden, und daraufhin nur eine Schneidbearbeitung ausgeführt wird, ohne daß eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung durchgeführt wird, um die Schneidkanten des sich drehenden Schneidwerkzeuges zu schleifen, wodurch die Schneidkanten, an denen die Änderungsschicht ausgebildet wurde, geschliffen werden, um extrem hervorragende Schneidkanten zur Verfügung zu stellen, von welchen elektrische Entladungspunkte auf der Oberfläche entfernt wurden.
Weiterhin wird deutlich, daß die vorliegende Erfindung eine Oberflächenbehandlungsvorrichtung zur Verfügung stellt, welche eine Halteeinrichtung zum Halten eines sich drehenden Schneidwerkzeuges oder einer Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung aufweist, eine Drehvorrichtung zum Drehen des sich drehenden Schneidwerkzeuges oder der gehaltenen Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung, eine Fixiereinrichtung zum Fixieren eines Blockes mit einem Änderungsmaterial gegenüberliegend dem sich drehenden Schneidwerkzeug oder der Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung, einen Antriebsmechanismus für eine Relativbewegung des sich drehenden Schneidwerkzeuges oder der Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung und des Blockes mit dem Änderungsmaterial, und eine Energieversorgung für Bearbeitung mit elektrischer Entladung, zum Anlegen einer Spannung zwischen dem sich drehenden Schneidwerkzeug oder der Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung und dem Block mit dem Änderungsmaterial, und wenn das sich drehende Schneidwerkzeug gedreht wird, welches eine Drehbewegung infolge der Drehvorrichtung und eine Relativbewegung infolge des Antriebsmechanismus durchführt, um den Block mit dem Änderungsmaterial mit Hilfe des sich drehenden Schneidwerkzeuges zu schneiden, und eine elektrische Entladung zwischen den Schneidkanten des sich drehenden Schneidwerkzeuges und dem Block mit dem Änderungsmaterial erzeugt, um die Änderungsschicht auf den Schneidkanten des sich drehenden Schneidwerkzeuges auszubilden, so wird hierdurch eine Oberflächenbehandlungsvorrichtung auf der Bearbeitungsgrundlage einer elektrischen Entladung zur Verfügung gestellt, welche einfach eine Oberflächenänderung der Schneidkanten eines Schneidwerkzeuges mit komplizierter Form durchführen kann, und daher eine Werkzeugoberflächenbehandlung durchführt, infolge welcher die Lebensdauer eines Schneidwerkzeuges wesentlich erhöht wird. Darüber hinaus kann eine Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung, welche eine komplizierte Form aufweist, eine einfache Änderung der Oberfläche erhalten.
Weiterhin wird deutlich, daß die vorliegende Erfindung eine Oberflächenbehandlungsvorrichtung zur Verfügung stellt, welche eine Halteeinrichtung zum Haltern eines sich drehenden Schneidwerkzeuges oder einer Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung aufweist, eine Drehvorrichtung zum Halten eines Blocks mit einem Änderungsmaterial gegenüberliegend dem sich drehenden Schneidwerkzeug oder der Bearbeitungselektrode für die elektrische Entladung, und zum Drehen des Blockes mit dem Änderungsmaterial auf der Achse des sich drehenden Schneidwerkzeuges oder der Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung, einen Antriebsmechanismus für eine Relativbewegung des sich drehenden Schneidwerkzeuges oder der Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung und des Blockes mit dem Änderungsmaterial, und eine Energieversorgung für eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung zum Anlegen einer Spannung zwischen dem sich drehenden Schneidwerkzeug oder der Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung und dem Block mit dem Änderungsmaterial, wobei bei der Drehung des sich drehenden Schneidwerkzeuges eine Drehbewegung mit Hilfe der Drehvorrichtung und einer Relativbewegung mit Hilfe des Antriebsmechanismus durchgeführt wird, um den Block mit dem Änderungsmaterial mit Hilfe des sich drehenden Schneidwerkzeuges zu schneiden, und eine elektrische Entladung zwischen den Schneidkanten des sich drehenden Schneidwerkzeuges und dem Block mit dem Änderungsmaterial erzeugt wird, um die Änderungsschicht auf den Schneidkanten des sich drehenden Schneidwerkzeuges auszubilden, wodurch eine Oberflächenbehandlungsvorrichtung auf der Grundlage einer Bearbeitung mit elektrischer Entladung zur Verfügung gestellt wird, welche einfach eine Oberflächenänderung der Schneidkanten eines Schneidwerkzeuges mit komplizierter Form ausführen kann, und daher eine Werkzeugoberflächenbehandlung zur wesentlichen Erhöhung der Lebensdauer eines Schneidwerkzeuges durchführen kann. Darüber hinaus wird das Änderungsmaterial wie bei einer Drehbank gedreht, wodurch eine einfachere, kostengünstigere Oberflächenbehandlungsvorrichtung auf der Bearbeitungsgrundlage einer elektrischen Entladung zur Verfügung gestellt werden kann. Weiterhin kann eine Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung mit komplizierter Form eine einfache Oberflächenänderung erfahren.
Weiterhin wird deutlich, daß die vorliegende Erfindung eine Oberflächenbehandlungsvorrichtung zur Verfügung stellt, welche eine Halteeinrichtung zum Haltern eines sich drehenden Schneidwerkzeuges oder einer Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung aufweist, eine Drehvorrichtung zum Drehen des sich drehenden Schneidwerkzeuges oder der gehaltenen Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung, eine Fixiereinrichtung zum Fixieren eines Metallmaterialblocks gegenüberliegend dem sich drehenden Schneidwerkzeug oder der Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung, Dielektrikum-Versorgungsvorrichtungen zum Zuführen eines Dielektrikums mit Änderungsmaterialpulver zwischen dem sich drehenden Schneidwerkzeug oder der Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung und dem Metallmaterialblock, einen Antriebsmechanismus für eine Relativbewegung des sich drehenden Schneidwerkzeuges oder der Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung und des Metallmaterialblocks, und eine Energieversorgung für eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung zum Anlegen einer Spannung zwischen dem sich drehenden Schneidwerkzeug oder der Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung und dem Metallmaterialblock, wobei bei einer Drehung des sich drehenden Schneidwerkzeuges, welches eine Drehbewegung mit Hilfe der Drehvorrichtung und eine Relativbewegung mit Hilfe des Antriebsmechanismus durchführt, um den Metallmaterialblock mit Hilfe des sich drehenden Schneidwerkzeuges zu schneiden, und das Dielektrikum mit dem Änderungsmaterial zugeführt wird, und gleichzeitig eine elektrische Entladung zwischen den Schneidkanten des sich drehenden Schneidwerkzeuges und dem Metallmaterialblock erzeugt wird, um die Änderungsschicht auf den Schneidkanten des sich drehenden Schneidwerkzeuges auszubilden, so wird eine Oberflächenbehandlungsvorrichtung auf der Bearbeitungsgrundlage mit elektrischer Entladung zur Verfügung gestellt, welch einfach eine Oberflächenänderung der Schneidkanten eines Schneidwerkzeugs mit komplizierter Form durchführen kann, und daher eine Werkzeugoberflächenbehandlung durchführen kann, zur wesentlichen Erhöhung der Lebensdauer eines Schneidwerkzeuges. Da das Änderungsmaterial vorher in dem Dielektrikum vorgesehen wird, kann darüber hinaus die geschnittene Menge des Metallmaterialblocks verringert werden, und die Menge des Metallmaterials, welches elektrisch mit dem Werkzeug entladen wird, kann wesentlich verringert werden. Weiterhin kann ein Material wie beispielsweise Kupfer, welches hervorragende Eigenschaften für eine elektrische Entladung aufweist, als der Metallmaterialblock verwendet werden, wodurch eine Oberflächenbehandlungsvorrichtung auf der Bearbeitungsgrundlage mit elektrischer Entladung zur Verfügung gestellt wird, bei welcher die Bearbeitung mit elektrischer Entladung stabilisiert ist, und welche eine stabilere Oberflächenbehandlung ausführen kann. Weiterhin kann eine Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung, welche eine komplizierte Form aufweist, eine einfache Oberflächenänderung erfahren.
Weiterhin wird deutlich, daß die vorliegende Erfindung eine Oberflächenbehandlungsvorrichtung zur Verfügung stellt, welche eine Halteeinrichtung zum Haltern eines sich drehenden Schneidwerkzeuges oder einer Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung aufweist, eine Drehvorrichtung zum Haltern eines Metallmaterialblocks gegenüberliegend dem sich drehenden Schneidwerkzeug oder der Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung, und zum Drehen des Metallmaterialblocks auf der Achse des sich drehenden Schneidwerkzeuges oder der Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung, Dielektrikum-Zuführungsvorrichtungen zum Zuführen eines Dielektrikums mit einem Änderungsmaterialpulver zwischen dem sich drehenden Schneidwerkzeug oder der Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung und dem Metallmaterialblock, einen Antriebsmechanismus zur Relativbewegung des sich drehenden Schneidwerkzeuges oder der Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung und dem Metallmaterialblock, und eine Energieversorgung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung zum Anlegen einer Spannung zwischen dem sich drehenden Schneidwerkzeug oder der Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung und dem Metallmaterialblock, wobei eine Drehung des sich drehenden Schneidwerkzeugs durchgeführt wird, und eine Drehbewegung mit Hilfe der Drehvorrichtung und eine Relativbewegung mit Hilfe des Antriebsmechanismus durchgeführt wird, um den Metallmaterialblock mit Hilfe des sich drehenden Schneidwerkzeugs zu schneiden, und eine Zufuhr des Dielektrikums mit dem Änderungsmaterial erfolgt, und gleichzeitig eine Erzeugung einer elektrischen Entladung zwischen den Schneidkanten des sich drehenden Schneidwerkzeuges und dem Metallmaterialblock erfolgt, um die Änderungsschicht auf den Schneidkanten des sich drehenden Schneidwerkzeuges auszubilden, wodurch die Schneidkanten eines Schneidwerkzeuges mit komplizierter Form durch eine einfache Vorrichtung eine Änderung der Oberfläche erfahren können, was dazu führt, daß eine Werkzeugoberflächenbehandlung zur Erhöhung der Lebensdauer eines Schneidwerkzeugs in wesentlichem Ausmaß ausgeführt werden kann. Da das Änderungsmaterial vorher in dem Dielektrikum vorgesehen wird, kann darüber hinaus die Schnittmenge des Metallmaterials verringert werden, und die Menge des Metallmaterialblocks, die elektrisch mit dem Werkzeug entladen wird, kann wesentlich verringert werden. Weiterhin kann ein Material wie beispielsweise Kupfer, welches hervorragende Eigenschaften für eine elektrische Entladung aufweist, als der Metallmaterialblock verwendet werden, wodurch eine Bearbeitung mit einer elektrischen Entladung stabilisiert wird, und eine stabilere Oberflächenbehandlung ausgeführt werden kann. Darüber hinaus wird das Änderungsmaterial wie bei einer Drehbank gedreht, wodurch eine einfachere, kostengünstigere Oberflächenbehandlungsvorrichtung auf der Bearbeitungsgrundlage einer elektrischen Entladung zur Verfügung gestellt werden kann. Weiterhin kann eine Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung in komplizierter Form eine einfache Oberflächenänderung erfahren.
Weiterhin wird deutlich, daß die vorliegende Erfindung eine Oberflächenbehandlungsvorrichtung zur Verfügung stellt, welche eine Oberflächenbehandlung durchführt, während sie gleichzeitig die relative Bahngeschwindigkeit, die Drehgeschwindigkeit oder die relative Drehgeschwindigkeit des sich drehenden Schneidwerkzeuges entsprechend einem Bearbeitungsbetrag mit elektrischer Entladung ändert und steuert, wodurch zusätzlich zu den voranstehend genannten Effekten eine effiziente Oberflächenbehandlung durchgeführt werden kann, und die Dicke der Änderungsschicht geändert werden kann.
Weiterhin wird deutlich, daß die vorliegende Erfindung eine Oberflächenbehandlungsvorrichtung zur Verfügung stellt, welche die relative Bahngeschwindigkeit, die Drehgeschwindigkeit oder die relative Drehgeschwindigkeit des sich drehenden Schneidwerkzeuges steuert, so daß das Verhältnis der Schneidbearbeitung zur Bearbeitung mit elektrischer Entladung auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird, wodurch zusätzlich zu den genannten Effekten eine gleichmäßige Änderungsschicht zur Verfügung gestellt werden kann, wenn das Werkzeug unterschiedliche Formen und Abmessungen aufweist.
Die gesamte Offenbarung jeder ausländischen Patentanmeldung, deren Auslandspriorität in der vorliegenden Anmeldung beansprucht wurde, wird in die vorliegende Anmeldung so durch Bezugnahme eingeschlossen, als wäre sie hierin vollständig enthalten.
Zwar wurde die vorliegende Erfindung auf der Grundlage zumindest einer bevorzugten Ausführungsform mit einem gewissen Ausmaß an Einzelheiten beschrieben, jedoch wird darauf hingewiesen, daß die vorliegende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform nur beispielhaft erfolgte, und daß sich zahlreiche Änderungen der Einzelheiten und Anordnungen der Bauteile vornehmen lassen, ohne vom Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, welche sich aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen ergeben und von den beigefügten Patentansprüchen umfaßt sein sollen.

Claims (25)

1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung mit einer Bearbeitung mit elektrischer Entladung zur Ausbildung einer Änderungsschicht auf einer Metalloberfläche durch eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung, mit folgenden Schritten:
Relativdrehung eines geänderten Metallteils, dessen Oberfläche geändert werden soll, und eines Blockes aus leitfähigem Material;
Bereitstellung eines Änderungsmaterials an einer Grenzfläche zwischen dem Block und dem geänderten Metallteil; und
Erzeugung einer elektrischen Entladung zwischen dem Block und dem geänderten Metallteil zur Ausbildung einer Änderungsschicht auf der Oberfläche des geänderten Metallteils.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Bereitstellungsschritt das Einfügen eines Änderungsmaterials in den Block vorgesehen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereitstellungsschritt die Bereitstellung eines Dielektrikums mit dem Änderungsmaterialpulver an der Grenzfläche gleichzeitig mit zumindest einem Abschnitt des Entladungserzeugungsschritts vorgesehen ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereitstellungsschritt für das Dielektrikum zumindest entweder das Baden des Blockes und des Metallteils im Dielektrikum oder das Sprühen des Dielektrikums mit dem Änderungsmaterialpulver auf die Grenzfläche umfaßt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Block ein Metallmaterialblock ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Änderungsmaterial Keramik enthält.
7. Verfahren zur Oberflächenbehandlung mit elektrischer Entladungsbearbeitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
in einem ersten Prozeß der Schneidschritt und der Bearbeitungsschritt mit elektrischer Entladung abwechselnd vorgesehen sind, um die Änderungsschicht auf den Schneidkanten des sich drehenden Schneidwerkzeuges auszubilden; und
in einem zweiten Prozeß nach dem ersten Prozeß nur eine Schneidbearbeitung ausgeführt wird, um die Schneidkanten des sich drehenden Schneidwerkzeuges zu schleifen.
8. Verfahren zur Oberflächenbehandlung durch eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung zur Ausbildung einer Änderungsschicht auf einer Metalloberfläche durch Bearbeitung mit elektrischer Entladung, mit folgenden Schritten:
Drehen zumindest entweder eines sich drehenden Schneidwerkzeuges, welches Schneidkanten aufweist, oder eines Blockes mit einem Änderungsmaterial, und Relativbewegen des Blockes mit dem Änderungsmaterial und des sich drehenden Schneidwerkzeuges zum Schneiden des Blockes mit dem Änderungsmaterial mit Hilfe des sich drehenden Schneidwerkzeuges; und
Erzeugen einer elektrischen Entladung zwischen den Schneidkantendes Schneidwerkzeuges und dem Block mit dem Änderungsmaterial zur Ausbildung einer Änderungsschicht auf den Schneidkanten des sich drehenden Schneidwerkzeuges.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Änderungsmaterial Keramik aufweist.
10. Verfahren zur Oberflächenbehandlung mit einer Bearbeitung mittels elektrischer Entladung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
in einem ersten Prozeß der Schneidschritt und der Bearbeitungsschritt mit elektrischer Entladung abwechselnd ausgeführt werden, um die Änderungsschicht auf den Schneidkanten des sich drehenden Schneidwerkzeuges auszubilden; und
in einem zweiten Prozeß nach dem ersten Prozeß nur eine Schneidbearbeitung ausgeführt wird, um die Schneidkanten des sich drehenden Schneidwerkzeuges zu schleifen.
11. Verfahren zur Oberflächenbehandlung mittels Bearbeitung mit elektrischer Entladung zur Ausbildung einer Änderungsschicht auf einer Metalloberfläche durch Bearbeitung mit elektrischer Entladung, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Drehen eines Drehschneidwerkzeuges oder eines Metallmaterialblocks, und Relativbewegung des Metallmaterialblocks und des Drehschneidwerkzeuges zum Schneiden des Metallmaterialblocks mit Hilfe des Drehschneidwerkzeugs, und Zuliefern eines Dielektrikums mit einem Änderungsmaterialpulver, und gleichzeitige Erzeugung einer elektrischen Entladung zwischen den Schneidkanten des Drehschneidwerkzeugs und dem Metallmaterialblock, um eine Änderungsschicht auf den Schneidkanten des Drehschneidwerkzeuges auszubilden.
12. Verfahren zur Oberflächenbehandlung durch eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als das Änderungsmaterial ein Material auf Keramikbasis verwendet wird.
13. Verfahren zur Oberflächenbehandlung mittels einer Bearbeitung mit elektrischer Entladung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidbearbeitung und die Bearbeitung mit elektrischer Entladung abwechselnd ausgeführt werden, um die Änderungsschicht auf den Schneidkanten des Drehschneidwerkzeuges auszubilden, und daß daraufhin ein Schneiden nur dazu ausgeführt wird, um die Schneidkanten des Drehschneidwerkzeuges zu schleifen.
14. Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung mittels Bearbeitung mit elektrischer Entladung zur Ausbildung einer Änderungsschicht auf einer Metalloberfläche durch Bearbeitung mit elektrischer Entladung, gekennzeichnet durch:
eine Dreheinrichtung zum Haltern eines Bearbeitungswerkzeuges, welches entweder ein Drehschneidwerkzeug oder eine Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung ist, und zum Drehen des gehaltenen Bearbeitungswerkzeugs;
eine Fixiereinrichtung zum Fixieren eines Blocks mit einem Änderungsmaterial gegenüberliegend dem Bearbeitungswerkzeug;
einen Antriebsmechanismus zur Relativbewegung des Drehbearbeitungswerkzeugs und des Blocks mit dem Änderungsmaterial; und
eine Energieversorgungseinrichtung für eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung zum selektiven Anlegen einer Spannung zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und dem Block mit dem Änderungsmaterial.
15. Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung mittels Bearbeitung mit elektrischer Entladung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, um zumindest entweder die Relativbahngeschwindigkeit, die Drehgeschwindigkeit oder die relative Drehgeschwindigkeit des sich drehenden Schneidwerkzeuges entsprechend einer Bearbeitungsmenge mittels elektrischer Entladung zu ändern und zu steuern.
16. Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung mittels Bearbeitung mit elektrischer Entladung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung so betreibbar ist, daß sie die Relativbahngeschwindigkeit, die Drehgeschwindigkeit oder die relative Drehgeschwindigkeit des Drehschneidwerkzeuges steuert, um das Verhältnis der Schneidbearbeitung zur Bearbeitung mit elektrischer Entladung auf einem vorbestimmten Wert zu halten.
17. Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung mittels Bearbeitung mit elektrischer Entladung zur Ausbildung einer Änderungsschicht auf einer Metalloberfläche durch Bearbeitung mit elektrischer Entladung, gekennzeichnet durch:
eine Einrichtung zum Haltern eines Bearbeitungswerkzeugs, welches eine Achse aufweist, wobei das Werkzeug ein Drehschneidwerkzeug oder eine Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung ist;
eine Dreheinrichtung zum Haltern eines Blocks mit einem Änderungsmaterial gegenüberliegend dem Bearbeitungswerkzeug, und zur Drehung des Blocks mit dem Änderungsmaterial auf der Achse des Bearbeitungswerkzeugs;
einen Linear-Antriebsmechanismus für eine Relativbewegung des Bearbeitungswerkzeugs und des Blockes mit dem Änderungsmaterial; und
eine Energieversorgungseinrichtung für die Bearbeitung mit elektrischer Entladung zum selektiven Anlegen einer Spannung zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und dem Block mit dem Änderungsmaterial.
18. Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung mittels Bearbeitung mit elektrischer Entladung zur Ausbildung einer Änderungsschicht auf einer Metalloberfläche durch eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung, gekennzeichnet durch:
eine Dreheinrichtung zum Haltern eines Bearbeitungswerkzeugs, welches entweder ein Drehschneidwerkzeug oder eine Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung ist, und zum Drehen des Bearbeitungswerkzeugs um eine Werkzeugachse;
eine Fixiereinrichtung zum Fixieren eines Metallmaterialblocks gegenüberliegend dem Bearbeitungswerkzeug;
eine Dielektrikum-Zufuhreinrichtung zum Liefern eines Dielektrikums mit einem Änderungsmaterialpulver zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und dem Metallmaterialblock;
einen Antriebsmechanismus für eine weitere Relativbewegung des Drehbearbeitungswerkzeugs und des Metallmaterialblocks; und
eine Energieversorgung für eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung zum Anlegen einer Spannung zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und dem Metallmaterialblock.
19. Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung mittels Bearbeitung mit elektrischer Entladung zur Ausbildung einer Änderungsschicht auf einer Metalloberfläche durch eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung, gekennzeichnet durch:
eine Halteeinrichtung zum Haltern eines Bearbeitungswerkzeuges, welches eine Achse aufweist, wobei das Werkzeug zumindest entweder ein Drehschneidwerkzeug oder eine Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung ist;
eine Drehvorrichtung zum Haltern eines Metallmaterialblocks gegenüberliegend dem Bearbeitungswerkzeug, und zum Drehen des Metallmaterialblocks auf der Achse des Drehschneidwerkzeuges oder der Bearbeitungselektrode für elektrische Entladung;
eine Dielektrikum-Versorgungsvorrichtung zum Liefern eines Dielektrikums mit Änderungsmaterialpulver zwischen das Bearbeitungswerkzeug und den Metallmaterialblock;
einen Antriebsmechanismus für eine Relativbewegung des Bearbeitungswerkzeugs und des Metallmaterialblocks; und
eine Energieversorgung für eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung zum Anlegen einer Spannung zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und dem Metallmaterialblock.
20. Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung mittels Bearbeitung mit elektrischer Entladung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, um zumindest entweder die Relativbahngeschwindigkeit, die Drehgeschwindigkeit oder die Relativdrehgeschwindigkeit des Bearbeitungswerkzeuges entsprechend einem Bearbeitungsbetrag für elektrische Entladung zu steuern.
21. Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung mittels Bearbeitung mit elektrischer Entladung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, um zumindest entweder die Relativbahngeschwindigkeit, die Drehgeschwindigkeit oder die Relativdrehgeschwindigkeit des Bearbeitungswerkzeuges auf der Grundlage eines Bearbeitungsbetrages für elektrische Entladung zu steuern.
22. Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung mittels Bearbeitung mit elektrischer Entladung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, um zumindest entweder die Relativbahngeschwindigkeit, die Drehgeschwindigkeit oder die Relativdrehgeschwindigkeit des Bearbeitungswerkzeuges auf der Grundlage eines Bearbeitungsbetrages für elektrische Entladung zu steuern.
23. Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung mittels Bearbeitung mit elektrischer Entladung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung so ausgebildet ist, daß sie eine Schneidbearbeitung und eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung in einem vorbestimmten Verhältnis zur Verfügung stellt.
24. Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung mittels Bearbeitung mit elektrischer Entladung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung so ausgebildet ist, daß sie die Schneidbearbeitung und Bearbeitung mit elektrischer Entladung in einem vorbestimmten Verhältnis zur Verfügung stellt.
25. Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung mittels Bearbeitung mit elektrischer Entladung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung so ausgebildet ist, daß sie eine Schneidbearbeitung und eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung in einem vorbestimmten Verhältnis zur Verfügung stellt.
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