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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Benutzte
Begriffe werden wie folgt definiert: Definition: Beziehen Sie sich
bitte auf die 11.
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Bedingungen
der Elektrik: Beziehen Sie sich auf die Strombedingungen, die von
dem Funkenerosionsbohrgerät
(EDM) an das Werkstück
ausgegeben werden, inklusive Stromstärke, Spannung und Impulsschwingung;
Elektrode
(P) bezieht sich auf einen Metallstab, mit dem die Entladeleistung
zum Werkstück
gebracht wird, und in der Regel übernimmt
ein hohles Rohr die Beschickung mit Dielektrikum;
Die X-Achse
(X) und die Y-Achse (Y) beziehen sich auf die Richtung der Verarbeitung
der Elektrode (P) und regeln den Standort auf dem Werkstück;
Die
Z-Achse (Z) befindet sich auf der W-Achse (W), um die Elektrode
(P) in Längsrichtung
auf der W-Achse (W) zu bewegen;
Die C-Achse (C) befindet sich
auf der Z-Achse, um die Elektrode (P) zu fixieren und zu drehen;
Die
W-Achse (W), z.B. der Maschinenkopf erlaubt der Z-Achse (Z) das
Anheben oder Absenken in die Arbeits-Startposition; und
Die
Führung
(G), die sich unterhalb der W-Achse (W) befindet, um die durchgehende
Elektrode (P) zu führen
und sie in ihrer korrekten Position zu halten.
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EDM
Bohren: Die Elektrode (P) in die Spindel einspannen. Die W-Achse
(W) auf der X-Achse (X) und der Y-Achse (Y) auf der Startposition
in Höhe des
Werkstücks
einstellen. Bringen Sie die Elektrodenführung (G) der W-Achse (W) über das
Werkstück,
in eine Höhe,
die es erlaubt, dass die Elektrode (P) durch die Führung (G)
geführt
wird. Aktivieren Sie die C-Achse (C), um die Elektrode (P) rotieren
und die Dielektrik hinzufügen
zu können,
und bewegen Sie die Z-Achse (Z) den Bedingungen entsprechend zwischen
der Elektrode (P) und dem Werkstück,
um durch elektrische Entladung ein Loch in das Werkstück zu bohren.
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Einige
Anwendungen des CNC-Funkenerosionsbohrgeräts: Bei der Bearbeitung von
Teilen, in Bereichen, wie z.B. der Herstellung von Computerkomponenten,
Herstellung von Flugzeugmaschinen, medizinische Ausrüstung oder
Materialien ist die vollautomatische Produktion eine unbedingte
Voraussetzung für
diese Art der Bearbeitung.
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Die
gesamte Bearbeitung muss vollautomatisiert sein, um die Gleichheit
aller Werkstücke
zu gewährleisten.
Dies bedeutet, dass alle Vorgänge NC-rechnergesteuert
sein müssen.
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(a) Gebiet der Erfindung
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Bei
der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein CNC-Funkenerosionsbohrgerät, das aus einer
Elektrode besteht, die in der Lage ist ihre Länge abzufühlen, und eine Elektrodenführung zu
ersetzen, zu speichern und auszuwählen, um einen vollautomatisierten
und kontinuierlichen Ablauf des Loch-Entladungsvorgangs (Bohren)
von Werkstücken
verschiedener Dicke und Bohrgrößen zu gewährleisten.
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Solch
ein Bohrer ist bereits unter
JP09136222 bekannt,
dessen Dokumentierung in Kombination die Leistungsmerkmale des Vorworts des
Anspruchs 1 darstellt.
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(b) Beschreibung des Standes
der Technik: Merkmale der auf dem Markt befindlichen Elektroden:
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- 1. Schlechte Steife, insbesondere bei solchen
mit kleinem Abschnittsbereich, bei stark schwankender Steife;
- 2. Kupferlegierung stark unterschiedlicher Glasierung; neue
Elektroden können
gute Helligkeit bieten, können
jedoch bei der Nutzung nachdunkeln; und
- 3. Nicht-Konsistente Abnutzung der Elektrode auch bei absolut
identischen Verabeitungsbedingungen (inklusive Bedingungen aller
elektrischen Systeme, Elektrode und Werkstück, Lochgröße und -tiefe), und unterschiedliche
Abnutzung der Elektrode bei verschiedenen Einsätzen.
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Beim
heutigen Stand der Technik zeichnet sich der Arbeitsablauf dadurch
aus, das der Betreiber die „vorbereitenden
Maßnahmen" anwärmen muss, bevor
die Entladeleistung dem Prozess zugeführt wird. Diese „vorbereitenden
Maßnahmen" dauern drei bis
fünf Minuten,
beim Wechseln der Führung
für eine
Elektrode unterschiedlicher Größe noch länger. Die
Entladungszeit für
jedes Loch beträgt
dreissig bis sechzig Sekunden. Bei z.B. einem 25 mm Werkstück aus Stahllegierung
dauert die Entladungszeit bei einem Bearbeitungsverhältnis von
mm/Sek weniger als 30 Sekunden. In diesem Fall beträgt die Zeit
der Vorbereitung das 3 bis 5-fache der Bearbeitungszeit. Der Ablauf
der „vorbereitenden
Maßnahmen" wird folgend beschrieben:
- a. Bringen Sie die W-Achse (die vierte Achse)
und seine Elektrodenführung
zu dem Entladepunkt und 4-10 mm oberhalb der Höhe des Werkstücks;
- b. Spannen Sie die Elektrode gut ein und bewegen Sie die Z-Achse
so, dass die Elektrode durch die Elektrodenführung geführt wird, und die Elektrodenführung am
unteren Ende verlässt,
und mit 2-3 mm die korrekte Länge
hat. Beim manuellen Betriebsablauf muss der Betreiber: (1) beide W-Achsen
und die Elektrodenführung
manuell und langsam auf der W-Achse zur Bearbeitungsstelle bewegen;
(2) die Länge
der Elektrode manuell messen, um abzuschätzen, ob die Länge für den Vorgang
ausreicht; und (3) die Elektrode gut einspannen und die Z-Achse
bewegen, um die Elektrode durch die Elektrodenführung zu führen, und sie am unteren Ende
der Elektrodenführung 2-3
mm herausragen zu lassen (wird als korrekte Länge bezeichnet), nach Augenmaß. Je nach
Abschnittsbereich der Elektrode befindet sich die Elektrodenführung 4-10
mm oberhalb des Werkstücks.
Um eine konsistente Lochgröße und eine korrekte
Lochtiefe zu gewährleisten,
muss die Fehlerquote so gering wie möglich gehalten werden. Eine
solche geringe Fehlerquote ist jedoch bei manueller Handhabung sehr
schwierig zu erreichen, und es ist kaum möglich Arbeit einzusparen und
die Ausgabemenge zu erhöhen.
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Der
Stand der Technik kann wie folgt zusammengefasst werden: (1) Es
ist unmöglich
die „vorbereitenden
Maßnahmen" NC-rechnergesteuert
vorzunehmen. (2) Es ist nicht möglich
die Elektrode zu erkennen und die Länge der Elektrode zu messen.
(3) Es ist schwierig die Elektrode automatisch zu ersetzen, da die
Elektrode über
fast keine Steife verfügt. Aus
diesem Grund ist der Einsatz von Geräten, wie einem ATC (Automatic
Tool Changer) nicht möglich, die
heute von Bearbeitungszentrum benutzt werden, um Werkzeuge an der
Spindel auszutauschen. (4) Es ist nicht möglich verschiedene Elektrodenführungen automatisch
zu wählen.
Zudem kann die „vorbereitende
Maßnahme" nicht NC-rechnergesteuert
durchgeführt
werden, da es nicht möglich
ist, die Elektrode zu erfassen. Das automatische Messen der Elektrodenlänge ist
ebenfalls nicht möglich,
da es zu unverlässlich
ist, und ein kontinuierliches CNC EDM Bohren von zwei oder mehr
als zwei Löchern
bei identischer Lochgröße und der
Nutzung der selben Elektrode unmöglich
macht.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein CNC EDM Bohrgerät vorzustellen,
das die Möglichkeit
der Wahl einer Elektrodenführung
bietet, so dass ein kontinuierliches und automatisches Bearbeiten
von Löchern
verschiedener Größe möglich ist.
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Dies
wird durch ein CNC EDM Bohrgerät
erreicht, das die Leistungsmerkmale gemäß Anspruch 1 bietet. Weitere
vorzugsweise Ausführungen
werden in den abhängigen
Ansprüchen
beschrieben.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockdiagramm der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine Zeichnung einer vorzugsweisen Ausführung einer verbesserten optischen
Erkennung.
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3 ist
eine 3D Zeichnung, die eine Einheit zum Sammeln der Elektroden und
die Spannhülse
zeigt.
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4 ist
eine Schnittzeichnung, die den Vorgang des Ladens der Einheit zum
Sammeln der Elektroden und der Spannhülse zeigt.
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5 ist
eine Schnittzeichnung, die den Vorgang des Entladens der Einheit
zum Sammeln der Elektroden und der Spannhülse zeigt.
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6 ist
eine Frontansicht der Einheit zur Speicherung der Elektroden und
des Karussels.
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7 ist
eine Draufsicht auf die Einheit zur Speicherung der Elektroden und
das Karussel.
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8 ist
eine Frontansicht der Einheit zur Auswahl der Führung der vorliegenden Erfindung.
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9 ist
eine Seitenansicht der Einheit zur Auswahl der Führung.
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10 ist
eine 3D Zeichnung, die einen Führungshalter
zeigt, die die Einheit zur Auswahl der Führung nutzt.
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11 ist
eine Zeichnung des Standes der Technik.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER VORZUGSWEISEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt
die vorzugsweise Ausführung der
vorliegenden Erfindung und die Zusammenhänge eines CNC EDM Bohrgeräts (1)
wobei jeder Abschnitt (oder jeder Block) aufgeführt ist. Die Aufschlüsselung
dieser Blocks besteht aus folgenden Abschnitten:
- 1.
Abschnitt der Vorbereitung: zur automatischen Erkennung der Elektrode
und der Übertragung der
erkannten Signale an die Steureinheit, um die automatisierte vorbereitende
Maßnahme
abzuschließen;
- 2. Abschnitt der Längenmessung:
zur automatischen Messung der Länge
der Elektrode;
- 3. Abschnitt des Ersetzens: zum automatischen Ersetzen und Speichern
von Elektroden; und
- 4. Abschnitt der Auswahl der Führung: zur korrekten Wahl der
Elektrodenführung.
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Abschnitt
der Vorbereitung °F
Die vorbereitende Maßnahme
wird automatisch während
des Abschnitts der Vorbereitung durchgeführt (eine Vorbedingung des
vollautomatisierten Ablaufs des EDM Bohrens), ein Vorgang, der Mittel
der Erkennung der Elektrode (2) der vorzugsweisen Ausführung nutzt. Dabei
ist die Länge
und der Zustand der Elektrode für ein
bestimmtes Loch bekannt, bevor die Maschine mit der Ausführung der
Entladung automatisch beginnt.
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Im
Abschnitt der Längenmessung,
wird die automatisierte Messung der Länge der Elektrode vorgenommen,
entsprechend der Längenmessung
(3) der Elektrode der vorzugsweisen Ausführung. Dieser Abschnitt
leistet nicht nur die vorbereitende Maßnahme, er eliminiert zudem
die Notwendigkeit der Schätzung
und Eingabe für
das Einziehen der Z-Achse (Z) (nachdem ein Loch abgeschlossen ist)
und der Schätzung,
ob die restliche Länge
für das
folgende Loch ausreicht. Falls die restliche Länge der Elektrode nicht für das folgende
Loch reicht, wird diese automatisch zu einer anderen Bearbeitungsstelle,
oder dem Abschnitt zum Ersetzen gebracht, der folgend beschrieben
wird. Wenn beim Bohren eines Loches die Elektrode zu Ende geht,
kann automatisch eine andere Elektrode gewählt werden, und so die Bearbeitung
des Loches fortgesetzt werden, da die Länge der benutzten und der neuen
Elektrode bekannt ist.
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Der
Abschnitt des Ersetzens ermöglicht
das automatisierte Ersetzen einer Elektrode, entsprechend eines
Verfahrens zum automatischen Ersetzen der Elektrode (4)
und mit Hilfe einer Einheit zum Sammeln der Elektrode (44)
der vorzugsweisen Ausführung,
um so den einer Einheit zum Sammeln der Elektrode (44)
der vorzugsweisen Ausführung,
um so den vollautomatisierten und kontinuierlichen Ablauf der Bearbeitung
mehrerer Löcher
gleicher Größe in dem
Werkstück
abschließen
zu können.
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Der
Abschnitt der Auswahl der Führung,
entsprechend einer Einheit zur Wahl der Elektrodenführung (5)
der bevorzugten Ausführung
der vorliegenden Erfindung, bei dem bei der Wahl der korrekten Elektrodenführung der
automatische und kontinuierliche Ablauf der Bearbeitung mehrerer
Löcher
unterschiedlicher Größe im gleichen
Werkstück
möglich ist.
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Entsprechend 1 besteht
die vorzugsweise Ausführung
der CNC-Funkenerosionsbohrmaschine (1) aus folgenden Teilen:
Ein
Block der Elektrodenerkennung (2) umfasst die Kategorien
optische Erkennung (21) und Abfühlen der Leitfähigkeit
(22). Die optische Erkennung (21) ist wiederum
aufgeteilt in durchführbare
Mittel der Reflektion des Hintergrunds (211) oder Entfernen
der Reflektion des Hintergrunds (212), und die Kategorie der
durchführbaren
Mittel des Abfühlens
der Leitfähigkeit
(22), die Änderungen
der Leitfähigkeit
erkennt, inklusive Antasten des Werkstücks (221), Erkennung
des Dielektrikumniveaus (222), Antasten der Zusatzplatte
(223) oder Antasten der Führung (224).
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Eine
Längenmessung
der Elektrode (3) umfasst das gleiche Verfahren und die
Mittel, die bei der Elektrodenerkennung (2) genutzt werden,
und wird zur rechten Zeit angewendet. Das Antasten des Werkstücks (221)
birgt die Gefahr der Nicht-konsistenz, die Auftritt, wenn die Oberfläche eines
Kunden-Werkstücks
durch Waser rostet, das normalerweise als Dielektrikum dient. Es
müssen
die geeigneten elektrischen Bedingungen gewählt werden, um bei der Durchführung den
Rost zu entfernen, ohne die Oberfläche zu beschädigen. Die
Mittel der Kategorie des Abfühlens
der Leitfähigkeit
sind anwendbar, solange die Elektrode in einer korrekten Länge aus
der Führung
herausragt. Dem Design entsprechend ist unter jeder möglichen
Bedingung der Einsatz eines durchführbaren Mittels ausreichend.
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Ein
Vefahren zum Ersetzen einer Elektrode (4) umfasst zwei
Schlüssel:
Durch rechts- oder linksherum Drehen der Spindel (41),
und mit Hilfe der Bewegung der Z-Achse (42) der Maschine,
oder eines elastischen Elements (4412) zur Aufnahme der
Länge,
die beim Anziehen oder Lösen
der Spannhülse (B1)
entsteht. Eine Einheit zum Sammeln der Teil zum Sammeln der Elektroden
(441) und ein Elektrodenkarussel (442) (bestehend
aus mehreren Einheiten zum Sammeln der Elektrode und anderen Komponenten).
Dem Design entsprechend ist das Karussel (442) mobil oder
fest mit einer Konsole verbunden.
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Eine
Einheit zur Wahl der Elektrodenführung (5)
besteht grundsätzlich
aus einer sich drehenden Platte (55) die mit verschiedenen
Führungseinheiten verbunden
ist, die in Position gedreht werden können.
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Der
Block der optischen Erkennung (21), die Kategorie der Elektrodenerkennung
(2) umfasst die durchführbaren
Mittel der Reflektion des Hintergrunds (211) und Entfernen
der Reflektion des Hintergrunds (212). Wenn Licht in Richtung
eines Objektes zur Messung abgegeben wird, wird es von dem Objekt
reflektiert und von dem Receiver empfangen. Ist der Umfang des zu
messenden Objekts groß genug,
und hell genug, um eine ausreichende Menge Licht zu reflektieren,
kann ein vergleichendes Verfahren basierend auf Erfahrungswerten
erfolgreich sein. Beträgt
die Breite der Elektrode jedoch weniger als 0.5 mm, oder ist die
Glasierung der der Elektrode schwach, etwa bei einer nachgedunkelten
Elektrode, oder bei einer Elektrode mit einem Durchmesser von 0.1
mm die nur eine schwache Reflektion bietet, muss die Reflektion
des Hintergrundes auf das geringstmögliche Maß reduziert werden, um eine
korrekte Erkennung zu gewährleisten.
Das Mittel der Reflektion des Hintergrunds (211) basiert
auf dem Vergleich der eingehenden Lichtmenge mit der Menge die von
einem bestimmten Objekt (z.B. der Elektrode) und dem Hintergrund
reflektiert wird die im voraus ermittelt wurden. Das Licht wird
zuerst zum Hintergrund projeziert und von dort auf jeden Fall reflektiert,
da es weitere Objekte im Hintegrund gibt (insbesondere bei einer
Maschine bei der eine Konsole oder andere mechanische Teile vorhanden
sind). Die Menge des von dem Hintergrund reflektierten Lichts wird
als Referenzwert M0 gespeichert. Nach der Erkennung der Elektrode
wird die Lichtmenge die von dem zu messenden Objekt reflektiert
gemessen und als M1 bezeichnet. Der Vergleich des eingehenden Lichtes
mit den M1 und M0 Werten hilft festzustellen, ob die Elektrode erkannt
wurde. Dieses Verfahren des Vergleichs funktioniert bei neueren
und dickeren Elektroden. Die Helligkeit und Dicke der Elektrode
(neue, gebrauchte, groß oder
klein) hat großen
Einfluss auf den M1 Wert. Bei einer Änderung der Bedingungen der
Elektrode, muss der Hintergrund geändert werden. Bei einer dünneren und
dunkleren Elektrode (z.B. einem Durchmesser von 0.1 mm) besteht
die Gefahr eines Fehlers bei der Erkennung. Das Entfernen der Reflektierens
des Hintergrunds (212) hilft sicherzustellen, dass der
Hintergrund nur eine sehr geringe oder gar keine Lichtmenge reflektiert.
Wie in 2 gezeigt, wird ein Reflektor (2123)
(in der Form eines sehr hellen Spiegels) in einem geeigneten Winkel
(z.B. 45 Grad) in Richtung des erkannten Lichtstrahl (2122)
aufgestellt, um den Lichtstrahl zu eliminieren, der ansonsten vom
Hintergrund zum Detektor reflektiert würde, um den M0 Wert so niedrig
wie möglich
zu halten. In entsprechender Weise wird der von einem optischen
Sensor (2121) gemessene M0 Wert auf einen sehr geringen
Wert reduziert, so dass der Unterschied zwischen M0 und M1 groß genug
für den
Vergleich des eingehenden Lichtes ist. Solange das eingehende Licht
sich dem M1 Wert nähert,
kann die Elektrode (P) passieren. Daher kann die Länge der
Elektrode jederzeit gemessen werden. Zudem kann der optische Sensor
(2121) auf dem Teil zum Sammeln der Elektrode (441)
plaziert sein (4), wie später beschrieben. Ein Öffnung (4416)
auf dem Teil zum Sammeln der Elektrode (441) sorgt dafür, dass
kein Objekt Licht von dem Hintergrund reflektiert, so dass der niedrigste
M0 Wert erzielt wird.
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Wie
in 1 gezeigt arbeitet die Kategorie des Abfühlens der
Leitfähigkeit
(22) entsprechend den Änderungen
der Leitfähigkeit
in verschiedenen Situationen. Dazu gehört die durchführbaren
Mittel des Antastens des Werkstücks
(221), der Erkennung des Dielektrikumniveaus (222),
des Antasten der Zusatzplatte (223) und Antasten der Führung (224).
Das Verfahren des Abfühlens
beim Antasten des Werkstücks
(221) dient der Einleitung von nicht-Arbeits-Strom in die
restliche Elektrode, um Signale von dem Werkstück zu empfangen, das sich vom
Ende der restlichen Elektrode löst.
Die genannten Signale werden dann als Daten für die vorbereitenden Maßnahmen
der folgenden Bearbeitung genutzt.
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Die
Originallänge
der Elektrode ist als L0 gesetzt, und L1, der Parameter der Z-Achsen-Position der
Spindel wird nach dem Beginn des Entladungsvorgangs gespeichert,
sobald die in der Spindel eingespannte Elektrode sich in die Nähe des Werkstücks herunterlässt. Nach
dem Abschluss der Lochbohrung wechselt der Arbeitsstrom zu Sicherheitsteststrom
(nicht-Arbeits-Strom), das Verfahren der Elektrodenerkennung erkennt
die in der Spindel eingespannte Elektrode, die sich von dem Werkstück entfernt,
und es wird L2, der Parameter der Z-Achsenposition der genannten
Spindel gemessen. Der Unterschied zwischen den beiden genannten
Parametern L2 – L1
= L3 ist die Abnutzungslänge
der Elektrode. Diese genannte Abnutzungslänge L3 wird dann wiederum von
der Originallänge
L0 der Elektrode abgezogen, um die restliche Länge der Elektrode zu erhalten.
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L0
der Elektrode abgezogen, um die restliche Länge der Elektrode zu erhalten.
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Falls
jedoch die Steife der Elektrode zu schwach für das Antasten des Werkstücks ist,
besteht die Gefahr einer Beschädigung
der Elektrode (insbesondere bei Elektroden verschiedener Marken aus
sehr unterschiedlichen Materialien). In diesem Fall wird das Verfahren
der Erkennung des Dielektrikumniveaus (222) zur Erkennung
genutzt. Das Dielektrikum wird zuerst in die Elektrode injiziert,
wobei das Niveau das obere Niveau des Werkstücks bedecken sollte. Die Parameter
L11 und L12 werden beim Antasten beziehungsweise Verlassen des Dielektrikumniveaus
gemessen und ersetzen die Werte L1 und L2.
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Zudem
kann auch das Mittel des Antastens der Zusatzplatte (223)
zur Erkennung herangezogen werden. Dabei wird eine metallene Zusatzplatte
im Voraus am Boden des Werkstücks
angebracht. Der Parameter L22 ersetzt L2 (L1 bleibt unverändert) nachdem
sich die Elektrode zum Werkstück
bewegt um nach dem Ablauf des Bohrvorgangs die Zusatzplatte anzutasten.
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Bei
der Anwendung des Mittels des Antastens der Führung (224) wird vor
der Bearbeitung zunächst
Strom, dessen Stärke
die mechanischen Teile nicht beschädigt, in die Elektrode geleitet.
Dann bewegt sich die Elektrode herunter zu der Führung, die sich auf der W-Achse
befindet, so dass die bewegende Elektrode die Führung berührt und so Signale ausgegeben
werden. Die Elektrode wird so gesteuert, dass sie in einer ausreichenden
Länge aus
der Führung
herausragt. Diese Position dient als Startpunkt für die Berechnung,
die es der Elektrode ermöglicht, sich
weitere 2-3 mm herbzusenken, und so automatisch die vorbereitende
Maßnahme
abzuschließen.
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Die
Erkenung der Elektrode oder die Messung ihrer Länge, vor, während oder nach der elektrischen
Entladung macht das CNC-Funkenerosionsbohren durchfühbar. Das
Verfahren zum Ersetzen einer Elektrode (4) und die Einheit
zum Sammeln der Elektrode (44) werden folgend beschrieben:
Wie
in 1 gezeigt, umfasst ds Verfahren zum Ersetzen einer
Elektrode (4) für
das Funkenerosionsbohren das rechts- oder linksherum Drehen der
Spindel auf der Maschine (41) so dass sich die Z-Achse bewegt
und die Änderung
der Länge
der genannten Spindel (42) aufnimmt [oder ein elastisches
Element nimmt die Änderung
der Länge
der Spannhülse der Elektroden
(441) und einem Karussel (442) besteht, ist die
vorzugsweise Ausführung
des genannten Austauschverfahrens. Die Teile zum Sammeln der Elektrode
(441) sind in ausreichender Menge vorhanden, und die Spannhülse (B1)
die die Elektrode korrekt einspannt, befindet sich im Teil zum Sammeln
der Elektroden (441), welches dann in eine Position gebracht
wird, die ihr Erreichen im Falle der Bewegung der X-Achse oder Y-Achse
ermöglicht.
Die Spindel wird über
das Teil zum Sammeln der Elektrode (441) bewegt. Die Spindel
(B) kann enteder rechts- oder linksherum gedreht werden und die
Z-Achse bewegt sich in Längsrichtung,
so dass die Spannhülse
(B1) angezogen oder gelöst
wird, um die Elektrode zur Nutzung zu greifen oder sie vertikal
loszulassen.
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Wie
in 4 gezeigt, handelt es sich bei dem Teil zum Sammeln
der Elektrode (441) aus einem festen Element (4411),
das aus einem elastischen Element (4412) besteht, das die Änderung
der Länge
aufnimmt, die durch das Anziehen oder Lösen der Spannhülse (B1)
durch die Spindel (B) entsteht, und einem Halter (4413)
zur Speicherung und Einschränkung
der Rotation der Spannhülse
(B1). Der Halter (4413) der Spannhülse (B1) kann am oberen Ende
des Rahmens (4411) angebrcht werden, während sich eine Innenwölbung zur
Aufnahme des lokalen Profils der Spannhülse (B1) an dem Halter (4413) befindet.
Das elastische Element (4412) befindet sich unterhalb des
Rahmens (4411) (nicht in den begleitenden Zeichnungen abgebildet).
Zusätzlich
kann ein Elektrodenleitkanal (4414) in ausreichender Menge am
Rahmen (4411) und einem kreisförmigen Loch (nicht in den begleitenden
Zeichnungen abgebildet) in Form eines umgedrehten Konus befindet
sich im Innern des Elektrodenleitkanals (4414).
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Die
Spannhülse
(B1), wie in 3 gezeigt, verfügt über eine
Hülse (B11),
die eine Spannbuchse (B12) enthält
diese Spannbuchse (B12) spannt die Elektrode (P) sowie ihr auslaufsichere
Dichtung (P1), um die Hülse
(B11) direkt im Halter (4413) aufnehmen zu können. Die
weiblichen Gewindegänge (B111)
im Innern der Hülse
(B11) können
mit den männlichen
Gewindegängen
(B1) verschraubt werden, die sich am unteren Ende der Spindel (B)
befinden, um so ein Anziehen oder Lösen zu ermöglichen.
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4 zeigt
die Schnittzeichnung einer eingespannten Elektrode (P). Dabei wird
die Spindel (B) herabgesenkt, bis sie gegen die Hülse (B11)
der Spannhülse
(B1) und den Halter (4413) stößt [Die Hülse (B11) enthält die Spannbuchse
(B12), die Elektrode (P), und die Dichtung (P1)] und an den Halter (4413)
gedrückt
wird. Nun senkt sich der Halter (4413) ab und drückt das
elastische Element (4412) zusammen und in eine geeignete
Position, jedoch nicht ganz nach unten. Gleichzeitig dreht sich
die Spindel (B) rechtsherum, so dass Spannhülse (B1) und Spindel (B) einrasten,
während
die Spannbuchse (B12) eingespannt wird. Die Dichtung (P1) wird gedrückt und
die Elektrode korrekt eingespannt. Das elastische Element (4412)
drückt
den Halter (4413) zurück,
so dass der Halter (4413) die Hülse (B11) daran hindert sich
zu drehen, bis sie in der Spindel (B) eingeschraubt ist.
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Wie
in 5 gezeigt, werden beim Entladen der Elektrode
(P) die Spindel (B) und ihre Spannhülse (B1) zu der Hülse (B11)
heruntergeführt,
wo diese gegen den Halter (4413) drückt, ihn nach unten bringt,
bis die Hülse
(B11) sich von der Spindel (B) entfernt. Das elastische Element
(4412) nimmt die Änderung
der Länge
der sich lösenden
Hülse (B11) auf.
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Wie
in den 6 und 7 gezeigt, besteht die bevorzugte
Ausführung
eines kompletten CNC Systems aus der Einheit zum Sammeln der Elektroden
(44) und der Einheit zur Wahl der Elektrodenführung (5)
(auch in den 8 und 9 gezeigt).
Die Einheit zum Sammeln der Elektrode (44) besteht aus
mehreren Teilen zum Sammeln der Elektrode (441) und anderen
Komponenten und bildet ein to form a mobiles Elektrodenkarussel
(442), das zyklische Bewegungen ausführt. Die vorzugsweise Ausführung enthält zudem
eine W-Achse (W) die auf der existierenden X-Achse (X), oder Y-Ache
(Y) der Maschine und der Spindel (B) operiert. Diese genannte X-Achse
(X) erweitert sich und wird so zu einer erweiterten X-Achse (X'). Die Konstruktion
eines Förderers
der zyklischen Verbindung (4421) für das Elektrodenkarussel (442)
besteht aus zyklischen Ketten. Während
der Elektrodenerkennung (2) [und der Längenmessung (3), es
wird, wie gezeigt, das Mittel des Entfernens der Reflektion des
Hintergrunds (212) der optischen Erkennung (21)
angewendet] sind bei normalen Bedingungen die Hülse (B11), die Spannbuchse
(B12), die Elektrode (P) und die auslaufsichere Dichtung (P1) an
jeder Einheit zum Sammeln der Elektrode (441) angebracht.
Die genannte Spindel (B) muss jedoch leer sein [d.h. ohne Hülse (B11)],
andernfalls muss mindestens ein Satz der Einheit zum Sammeln der
Elektrode (441) des gesamten Systems leer sein. Das heißt, weder
die Hülse
(B11) noch die Spannbuchse (B12) befindet sich im Halter (4413)
der genannten Einheit zum Sammeln (441) zum Entladen der
Elektrode (P). Während des
Betriebs liefert das Elektrodenspeicherkarussel (442) eine
einzelne Einheit zum Sammeln (441), die sich in einer Kreisbewegung
an einen vorbestimmten Punkt begibt, während sich die W-Achse (W) einer Kreisbewegung
an einen vorbestimmten Punkt begibt, während sich die W-Achse (W)
zu der X-Achse (X), oder Y-Achse (Y) bewegt und sich die erweiterte X-Achse
(X') oberhalb der
Elektrode (P) plaziert. Die W-Achse (W) bewegt sich in Längsrichtung
entlang der Z-Achse und die Spindel (B) dreht sich rechts- oder
linksherum, um die Elektrode (P) zu greifen oder loszulassen. Das
Mittel der Längenmessung
(3) [Erkennen mit s with Entfernen der Reflektion des Hintergrunds
(212)] wird währendessen
zur Messung der Länge
der Elektrode (P) benutzt. Die Einheit zur Wahl der Elektrodenführung (5)
dreht sich, um die Führungseinheit
(56) in einer für
das Einsetzen der Elektrode (P) geigneten Größe auszuwählen.
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Wie
in den 8 und 9 gezeigt, besteht die vorzugsweise
Ausführung
der Wahl der Führung
aus Encoder (51), Motor (52), Bremse (53), Getriebe
(54), einer drehenden Platte (55), der geeigneten
Anzahl Führungseinheiten
(56) und der Grundplatte (57). Der Encoder (51)
bestimmt die Drehwinkel der drehenden Platte (55) oder
des Motors (52). Die Bremse (53) dient der Kontrolle
des Getriebes (54), jedoch wird die genannte Bemse (53)
unter Umständen
nicht benötigt,
falls das Getriebeübersetzung
einen bestimmten Wert überschreitet
(z.B. 20:1). Das Getreibe (54) ist fest an der drehenden Platte
fixiert (55) während
der Kreisumfang der genannten drehenden Platte (55) dazu
dient, die Führungseinheit
(56) in Position zu halten. Die Grundplatte (57)
ist fest an an der drehenden Welle des Motors (52) befestigt,
so dass sich beide synchron drehen. Eine Markierung (571)
ragt aus der Grundplatte (57) und ein Sensor (572)
erkennt die Drehzyklus der Grundplatte (57).
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10 zeigt
den detaillierten Aufbau der Führungeinheit
(56). Die 8 und 9 zeigt
die Führungseinheit
(56), die aus der Fixierungsplatte (561), Schiene
(562), Führungshalter
(563), Führung (564)
und Trichter (565) besteht. Die 8 und 9 zeigen
die Fixierungsplatte (561) und die Schiene (562).
Eine ovale Öffnung
(nicht abgebildet) befindet sich unterhalb der Fixierungsplatte
(561) (nicht abgebildet), die einen Bolzen (5611)
aufnimmt, der die drehende Platte (55) fixiert und die
Position zwischen der Führungseinheit
(56) und der drehenden Platte (55) ausrichtet.
Ein Schwalbenschwanz (5612) befindet sich an der Fixierungsplatte
(561) und stemmt sich beim Ausrichten ihrer Positionen
gegen die Schiene (562). Diese Schiene (562) ist
außerdem über einen
Bolzen (5633) mit dem Führungshalter
(563) verbunden, auf dem sich die Führung (564) befindet.
Nuten (5631) in ausreichender Anzahl befinden sich auf
dem Führungshalter
(563), und dem Führungshalter
(563). Die Nuten (5631) sind in einer horizontalen
Ebene angebracht, während
sich die Bolzenlöcher
(5632) im rechten Winkel zu den Nuten (5631) befinden
und mit Bolzen (5633) versehen sind. Wenn sich der Bolzen
(5633) dreht, ändert sich
die Neigung der Nuten (5631) und ändert entsprechend die vertikale
Lage der Führungseinheit (56),
und sorgt dafür,
dass die Führungseinheit
(56) auf der gleichen Achse mit der Spindel liegt (wie
in 9 gezeigt). Der Trichter (565) lenkt
die Elektrode (P) in die Führung
(564).
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Bei
der vorzugsweisen Ausführung
kann mehr als ein Satz Fühungseinheiten
(56) an der drehenden Platte befestigt sein (55)
und der Encoder (51) dient der automatisierten Steuerung
des Drehungswinkels der drehenden Platte (55) oder des Motors
(52), so dass die sich drehende Führungseinheit (56)
an der Stelle gestoppt werden kann, dass die Elektrode (P) sich
entlang der Z-Achse (Z) absenkt, um durch die Führung (564) geführt zu werden und
die Wahl der gewünschten
Führung
(564) auszuführen.
Der Referenzpunkt der vorzugsweisen Ausführung wird durch die Markierung
(571) der Grundplatte (57) definiert. Nach dem
Start des Motors (52) setzt das Abfühlen eines Sensors (572)
die Markierung (571) des Startpunktes zur Bestimmung und Steuerung,
um sicherzustellen, dass sich die Führungseinheit (56)
zu ihrer korrekten Position dreht.
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Es
folgt die Beschreibung der vorzugsweisen Ausführung eines CNC-Funkerosionsbohrgeräts.
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Ein
CNC-Funkerosionsbohrgerät
der ersten vorzugsweisen Ausführung
besteht aus einer Steuereinheit, einer W-Achse, einer Elektrodenführungseinheit,
einer Z-Achse und einem Verfahren zur Elektrodenerkennung und der
Möglichkeit
der automatischen kompletten Abwicklung der folgenden vorbereitenden
Maßnahme,
die jeweils vor der Bearbeitung eines Loches und aus dem Erkennen
von Signalen besteht, die beim Abfühlen der Elektrode entstehen:
- a. Die W-Achse und ihre Elektrodenführung bewegen
sich zum Arbeitspunkt und die Elektrodenführung befindet sich in geeigneter
Höhe oberhalb der
Ebene eines Werkstückes;
und
- b. Die Z-Achse bewegt sich so, dass die Elektrode durch die
Elektrodenführung
geführt
wird und eine geeignete Länge
des unteren Endes der Elektrode aus der Elektrodenführung ragt.
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Entsprechend
eines ersten Aspektes der ersten vorzugsweisen Auführung besteht
das Verfahren der Elektrodenerkennung des CNC-Funkenerosionsbohrgeräts aus einer
optischen Erkennung mit Reflektion des Hintergunds durch die Projektion
von Licht einer Lichtquelle an den Hintergrund und Speichern des
Reflektionsbetrags, ohne der Elektrode (M0) oder mit der Elektrode
(M1), und anschließendem
Vergleich mit der Eingehenden Menge, um festzustellen, ob die Elektrode
erkannt wurde.
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Entsprechend
eines zweiten Aspektes der ersten vorzugsweisen Auführung besteht
das Erkennen der Elektrode aus dem optischen Erkennen durch Entfernen
oder Minimieren der Reflektion des Hintergrunds.
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Dazu
kann ein Reflektor des CNC-Funkenerosionsbohrgerätes in einem geeigneten Winkel
in Richtung des zu erkennenden Lichtes vorhanden sein, um das Licht
des Hintegrundes auf einen Minimalwert zu reduzieren.
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Zudem
können
Objekte an der Seite dem Detektor gegenüber entfernt werden, um den
Hintergrund frei von Reflektion zu halten.
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Entsprechend
eines dritten Aspektes der ersten vorzugsweisen Auführung besteht
das Verfahren der Elektrodenerkennung aus einem Verfahren des Abfühlens der
Leitfähigkeit
zum Erkennen veränderter
Bedingungen des elektrischen Systems durch Einführung einer schwachen nicht-Bearbeitungs-Spannung
in die Elektrode, die der Erzeugung eines Kontrollsignals zum Abschluss
der vorbereitenden Maßnahme
dient, das durch den Kontakt der genannten Elektrode mit einem Führungshalter,
oder der Dielektrik, oder einer metallenen Zusatzplatte, die im
Voraus in einer bekannten Tiefe angebracht ist, erzeugt wird.
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Ein
CNC-Funkenerosionsbohrgerät
besteht entsprechend einer zweiten vorzugsweisen Auführung aus
einer Steuereinheit, einer Z-Achse, einem Verfahren und Mitteln
zum automatischen Messen und Speichern der Länge der Elektrode, und der Übertragung
der Messergebnisse an die Steuereinheit, um feststellen zu können welche
nächste
Elektrode zur Fortsetzung des Bearbeitens des unfertigen Loches,
oder des folgenden Loches benutzt wird.
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Entsprechend
eines ersten Aspektes der zweiten Auführung besteht die Längenmessung
der Elektrode aus dem optischen Erkennen mit Reflektion des Hintergrunds
durch die Projektion von Licht einer Lichtquelle an die Elektrode
und Speichern des Reflektionsbetrags, ohne der Elektrode (M0) oder
mit der Elektrode (M1), und anschließendem Vergleich mit der Eingehenden
Menge, um festzustellen, ob die Elektrode erkannt wurde, und um
die Länge
der Elektrode zu erkennen.
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Entsprechend
eines zweiten Aspektes der zweiten Auführung wird die Länge der
Elektrode automatisch gemessen, indem die Originallänge der Elektrode
als L0 gesetzt wird, und L1, der Parameter der Z-Achsenposition
der Spindel nach dem Beginn der Entladung gemessen wird, nachdem
sich die von der Spindel eingespannte Elektrode nach unten in die extreme
Nähe des
Werkstücks
bewegt; dann, nach dem Abschluss der Lochbohrung wechselt der Arbeitsstrom
zu Sicherheitsstrom (nicht-Arbeits-Strom), und das Verfahren der
Elektrodenerkennung erkennt die in der Spindel eingespannte Elektrode,
die sich nun von dem Werkstück
entfernt, oder die Dielektrik umgibt das Werkstück, und zeichnet den L2 Wert
auf, den Z-Achsenpositionsparameter der genannten Spindel; und schließlich wird
der Unterschied zwischen den beiden genannten Parametern L2 – L1 = L3,
der die Abnutzungslänge
der Elektrode darstellt von der Originallänge abgezogen, was L0 der Elektrode
ergibt, um so die restliche Länge
der Elektrode zu ermitteln.
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Ein
CNC-Funkenerosionsbohrgerät
entsprechend einer dritten Ausführung
besteht aus einer Steuereinheit, einer Z-Achse, einer Spindel, einer Spindelhülse, einem
elastischen Element, Verfahren und Mittel des automatischen Ersetzens
der Elektrode durch rechts- oder
linksherum Drehen der Spindel, um die Elektrode zu fassen, oder
zu lösen,
und anschließender
Kontrolle der Verschiebung der Z-Achse oder der Nutzung des elastischen
Elements zur Aufnahme der Änderung
der Länge
die durch das Fassen oder Lösen
der Spannhülse
der Spindel entsteht.
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Entsprechend
eines ersten Aspekts der dritten Ausführung wird die Elektrode in
einer Einheit zum Sammeln der Elektrode gespeichert und das elastische
Element ist in der Einheit zum Sammeln der Elektrode untergebracht.
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Entsprechend
eines zweiten Aspekts der dritten Ausführung umfasst die EDM zudem
eine Einheit zur Wahl der Elektrodenführung, die hauptsächlich aus
einer drehenden Platte besteht auf der mehrere Führungseinheiten angebracht
sind, die in die vorgesehenen Position gedreht werden können.
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Ein
CNC-Funkenerosionsbohrgerät
einer vieren Ausführung
besteht aus X-Achse, Y-Achse, Z-Achse, einer Spindel und Einheit
zum Sammeln der Elektrode in ausreichender Anzahl, um die Elektrode
speichern und automatisch Ersetzen zu können, indem die Spindel vom
Bereich des Werkstücks entfernt
und oberhalb der Einheit zum Sammeln der Elektrode plaziert wird
und entweder die Elektrode aus der Einheit zum Sammeln der Elektrode
herausnimmt oder wieder einstellt, wobei sie dazu die vertikale
Bewegung der Z-Achse und die rechts- oder linksherum drehende Spindel
nutzt.
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Entsprechend
einer weiteren Ausführung kann
eine Einheit zum Sammeln der Elektrode zur Nutzung als EDM Bohrgerät ein elastisches
Element enthalten, das die Änderung
der Länge
aufnimmt, die durch das Greifen oder Loslassen einer Elektrode entsteht.
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Entsprechend
einer zweiten weiteren Ausführung
kann eine Einheit zur Wahl der Elektrodenführung für ein EDM Bohrgerät aus einem
Motor, einer drehenden Platte und mehreren Führungshaltereinheiten bestehen;
wobei der Motor die drehende Platte treibt, der Motor zudem automatisch
gesteuert wird und an der gewünschten
Position stoppt, um so die bestimmte Führung zu der Stelle zu drehen,
an der die Mitte der Führung
auf die Mitte der Spindel abgestimmt ist.
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Zudem
können
auf jedem Führungshalter der
Einheit zur Wahl der Elektrodenführung
eines EDM Bohrgeräts
Nuten und Bolzenlöcher
in ausreichender Anzahl vorhanden sein, um den korrekten Winkel
der Führung
durch Drehen der Bolzen und die daraus resultierende Neigungsänderung
zwischen den genannten Nuten auszurichten.