EP0306503A1 - Funkenerosionsmaschine mit elektrodenwechsler - Google Patents

Description

FUNKENEROSIONSMASCHINE MIT ELEKTRODENWECHSLER

Die Erfindung betrifft eine Funkenerosionsmaschine mit einem Elektrodenwechsler gemäss dem Oberbegriff des Patent¬ anspruchs 1.

Funkenerosionsmaschinen werden zunehmend in automatischen Produktionsanlagen "rund um die Uhr" genutzt. Geführt von einer NC-Steuerung führt die Maschine zuvor programmierte Arbeitsschritte aus, wobei die Erosionswerkzeuge zwischen einzelnen Bearbeitungsschritten gewechselt werden. Sie sind in einem Elektrodenwechsler gespeichert, der mit der Maschi¬ ne in Verbindung steht. Da die Herstellung der Elektroden sehr aufwendig ist, besteht grosses Interesse, insbesondere an Produktionsanlagen, die teuren Elektroden optimal zu nutzen. Insbesondere für Maschinen zur Bearbeitung grosser Werkstücke besteht in der Praxis keine befriedigende Lösung zur Integration eines Elektrodenwechslers in die Maschine und in den vorwiegend automatisch gesteuerten Prozessablauf. Die bisherige Technik sieht vor, dass an der Maschine ein Elektrodenmagazin vorgesehen ist, in welchem diejenigen Elektroden enthalten sind, welche zur Bearbeitung eines sic gerade auf dem Maschinentisch befindlichen Werkstücks erfor derlich sind. Während der Benutzung eines der Werkzeuge aus dem Magazin bleiben alle anderen ungenutzt. Sind mehrere Maschinen zur parallelen Bearbeitung gleicher Werkstücke vorhanden, muss auf jeder Maschine ein vollständiger Werk¬ zeugsatz vorhanden sein. Bei komplizierten Werkstücken kann dies mit erheblichen Aufwendungen verbunden sein, so dass gelegentlich auf die parallele und damit effektive Bear¬ beitung dieser Art aus Kostengründen verzichtet wird. Bei Serienfabrikation besteht die Gefahr, dass sich gleicharti Werkzeugelektroden auf verschiedenen Maschinen unterschied¬ lich stark abnutzen, so dass die Masstoleranzen der Werk¬ stücke innerhalb der Serie stärker als erwünscht schwanken.

Bei grossen Maschinen treten mit der notwendigen Verbrei¬ terung des Arbeitstisches zusätzliche Schwierigkeiten für die Integration eines automatischen Elektrodenwechslers au Wegen des langen Weges und damit des Zeitaufwandes bei der üebergabe der Elektroden nimmt die Gesamtbelegung der Maschine zur Bearbeitung eines Werkstücks mit h ufigem Elektrodenwechsel merklich zu.

Aus EP-0 111 633 ist eine automatische Werkzeug-Wechselvor¬ richtung bekannt, bei der das Werkzeugmagazin mit der ver¬ fahrbaren Werkzeughalterung an der Maschine verbunden ist und vorzugsweise über der projizierten Grundfläche des Maschinenarbeitstisches angeordnet ist. Diese Anordnung wir zwar für bestimmte Anwendungen als platzsparend angesehen. Bei grösseren Elektroden wird jedoch die gesamte Elektroden- halterung und deren Führung, auch Pinole genannt, mit einem erheblichen zusätzlichen Gewicht belastet, welche die Beweg¬ lichkeit dieser koordinatengesteuert verfahrbaren Baugruppe stört. Ausserdem würde der Magazinanbau bei grösseren Elek¬ troden die Zugänglichkeit zum Maschinentisch bzw. zum Werkstück unerwünscht einschränken.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Funkenero¬ sionsmaschine mit Elektrodenmagazin zu schaffen, welche eine bessere Ausnutzung wertvoller Werkzeuge gewährleistet und gleichzeitig die Ausnutzungsmöglichkeit der Anlage zur Erzielung einer optimalen Produktivität verbessert. Ausser¬ dem soll die gleichmässige Produktgualität bei Serienferti¬ gungen innerhalb enger Toleranzgrenzen gewährleistet sein. Dabei soll die freie Zugänglichkeit zum Arbeitsbereich der Maschine sichergestellt sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemass durch die in den Patent¬ ansprüchen definierten Merkmale gelöst.

Der entscheidende Vorteil dieser Massnahme liegt im wesent¬ lichen darin, dass die Elektroden auch bei breiten Maschinen rotierend an mehreren Uebergabestationen zugänglich sind, so dass sich die Belegungszeiten der Maschinen auch bei der Bearbeitung grosser Werkstück mit häufigen Elektroden¬ wechseln optimieren lassen. Ausserdem lässt sich durch den Mehrfachzugriff auf das Elektrodenmagazin die Ausnutzung einzelner Elektroden innerhalb eines Magazins verbessern. Die Pinole ist nicht durch zusätzliches Gewicht des Elek¬ trodenmagazins belastet.

Sind auf der Maschine mehrere Bearbeitungsstationen oder mehrere autonome Tische vorgesehen, erfolgt auch in diesem Fall der Zugriff auf ein gemeinsames Elektrodenmagazin. Damit ist die Ausnutzung der Elektroden innerhalb des Maga¬ zins nochmals verbessert, da die Ruhezeiten der Elektroden geringer werden. Die Bearbeitung von Massenprodukten lässt sich damit rationeller durchführen als mit konventionellen Maschinen.

Die in einem Magazin vorzugsweise hängenden Elektroden wei¬ sen eine einfache Spannvorrichtung auf, welche mit einer zweckmässigen Uebergabevorrichtung zwischen der Elektroden- halterung an der Maschine und dem Elektrodenmagazin zusam¬ menwirkt. Unmittelbar nach der Bearbeitung hängen die Elek troden über dem Schmutztank des Dielektrikum-Aggregats, wodurch das in der Regel kritische Reinigungproblem beson¬ ders zweckmässig gelöst ist.

Durch die Verlegung des Elektrodenmagazins an den hinteren Teil der Maschine sind beide Seiten neben dem Maschinenbet frei. Dieser Raum lässt sich auf besonders vorteilhafte Weise für eine längs der Vorderkante des Maschinenbetts un auf beide Seiten der Maschine verfahrbare Bedienungs-Konso nutzen, wodurch' sich eine wesentliche Verbesserung der Be- dienbarkeit der Maschine insbesondere beim Rüsten ergibt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausfüh¬ rungsbeispiele mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Aufsicht auf eine Senk-Erosionsmaschine mit de Hilfsaggregaten,

Fig. 2 die teilweise geschnittene Seitenansicht der Maschine nach Fig. 1 , und

Fig. 3 die Vorderansicht der Maschine gemäss Fig. 1.

Die in den Figuren gezeigte Funkenerosionsmaschine, die al Senk-Erosionsmaschine ausgebildet ist, weist als wesent¬ liches Bestandteil eine Pinole 2 zur Aufnahme einer Werk¬ zeugelektrode 1 , und einen darunter angeordneten Maschinen tisch 3 auf, unter dem sich wiederum ein Dielektrikum-Behä ter 4 befindet. Zur kompletten Maschine gehören ferner ein tragendes Maschinenbett 5 sowie Hilfsaggregate, nämlich ei Dielektrikum-Aggregat zur Aufbereitung des verwendeten Dielektrikums mit einem Schmutztank 6 zur Aufnahme des von der Maschine kommenden Dielektrikums und einem Saubertank 7 in dem das aufbereitete Dielektrikum gespeichert wird. Als weitere, in den Figuren nicht dargestellte Komponenten der Maschine sind ein Generator zur Erzeugung der gewünsch¬ ten Entladuπgsimpulse und eine Maschinensteuerung vorge¬ sehen.

Diese Hilfsaggregate sind so um die eigentliche Maschine angeordnet, dass ein Bedienungsbereich A frei bleibt und die ungehinderte Zugänglichkeit zum Bearbeitungsteil der Maschi¬ ne gewährleistet ist. Durch geeignete Maschinensteuerungen in X-, Y~ und Z-Richtung lässt sich die Elektrode 1 relativ zum Werkstück beliebig positionieren. Im Beispiel sind dazu X-, Y- und Z-Koordinatenschlitten vorgesehen, mit denen die Pinole 2 und damit die Werkzeugelektrode 1 geführt wird. Es sind auch andere Führungen, z.B. auch die Führung des Maschinentisches und damit der Werkstückelektrode möglich.

In der Maschine ist ferner ein Elektrodenwechsler 10 vor¬ gesehen, der mit einem Elektrodenmagazin_,11 und der Pinole 2 zusammenwirkt. Das Magazin 11 ist im hinteren Bereich der Maschine, insbesondere hinter dem X-Koordinatenschlitten, angeordnet. Es befindet sich im Beispiel direkt über dem Schmutztank 6 und ist in der horizontale Ebene drehbar. Das Magazin besteht aus einem k.3ttenartigen Antriebs- und Hal¬ terungsteil für die Bearbeitungselektroden, welche im Maga¬ zin hängend angeordnet sind. Die Hängeanordnung hat den Vor teil, dass die Elektroden bei der Uebergabe an die Pinole 2 zum Zwecke der Werkstückbearbeitung nicht gedreht oder ge¬ wendet werden müssen, sondern in der gleichen Position aus dem Magazin heraus an die Pinole gebracht und dort in der gleichen Position angesetzt werden können. Sowohl die Elek trode 1 als auch die Pinole 2 sind mit einer korrespondie¬ renden Schnellspannvorrichtung ausgestattet, welche eine besonders schnelle und zweckmässige Uebernahme und Halteru der Elektroden gewährleistet.

Die Uebergabe der Elektroden zwischen dem Magazin 11 hinte dem Maschinenständer und der Pinole 2 erfolgt durch mindes¬ tens eine Oeffnung 25, 26, die im Maschinenständer 8 vorge¬ sehen ist, mit Hilfe des erwähnten Elektrodenwechslers 10. Die Oeffnungen 25, 26 sind vorzugsweise verschliessbar, z. durch eine Klappe, um das Innere der Maschine vor Ver- ^ schmutzung zu schützen.

Der Elektrodenwechsler 10 besteht aus einem Schwenkarm 20, der auf einer vertikalen Drehachse 21 gelagert ist und an seinen beiden Enden Aufnahmepositionen 22A und 22B für die Elektroden aufweist. Der Wechsler 10 ist innerhalb der Oeffnung 25 bzw. 26 parallel zur Y-Richtung der Maschinen¬ steuerung z.B. auf Schienen 28 verfahrbar.

Zum Wechsel einer in der Pinole 2 befindlichen ersten Elek¬ trode durch eine vom Magazin 11 herangeführte zweite Elek¬ trode wird die Pinole programmgesteuert in eine der vorpro¬ grammierten Uebergabestationen, z.B. in die Uebergabestatio C, verfahren. Der Wechsler 10 hat inzwischen in einer Maga- zin-Uebernahmestation D die neue zweite Elektrode aus dem _Magazin 11 in seine Aufnahmeposition 22A übernommen. In den Schienen 28 fährt der Wechsler 10 nach vorn bis in die Uebergabestation C an die Pinole 2 heran, übernimmt mit der zweiten, leeren Aufnahmeposition 22B die gebrauchte erste Elektrode aus der Pinole 2, schwenkt um seine Drehachse 21 und übergibt die neue, zweite Elektrode aus der Aufnahme- position 22A an die Pinole 2. Anschliessend fährt der Wechsler 10 ohne zu schwenken wieder nach hinten in die Magazin-Uebernahmestation D, um die gebrauchte, zweite Elek¬ trode aus seiner Aufnahmeposition 22B dem Magazin 11 zu über eben.

Der geschilderte Ablauf erlaubt einen sehr schnellen und - wie im folgenden beschrieben - mehrfachen Zugriff auf das Elektrodenmagazin 11, wobei der Schwenkarm 20 nur wenige Schwenkbewegungen durchführen muss. Insgesamt führt der Wechsler 10 beim Elektrodenwechsel nur wenige unkomplizierte und einfach zu steuernde Bewegungen aus.

Die Anordnung des umlaufenden Magazins 11 hinter dem X- Schlitten weist den entscheidenden Vorteil auf, dass mehrere nebeneinander angeordnete Bearbeitungsstationen auf dem gleichen oder auf- benachbarten Bearbeitungstischen vom gleichen Elektrodenmagazin 11 bedient werden können. Im Aus¬ führungsbeispiel nach Fig. 1 ist denn auch als Beispiel ein zweiter Maschinentisch 23 vorgesehen, der sogar einen eige¬ nen Dielektrikumsbehälter 24 aufweisen kann. Auf diesem Tisch kann ein zweites identisches Werkstück bearbeitet wer- den, wobei der Elektrodenwechsler 10 an einer zweiten Ueber¬ gabestation E durch die zweite Gehäuseöffnung 26 in einer zweiten Magazin-Uebernahmestation F Zugriff zu dem gemein¬ samen Elektrodenmagazin 11 hat. Vorteilhaft ist in diesem Fall eine bestimmte Phasenverschiebung in der Bearbeitung, so dass der Zugriff zu den einzelnen Elektroden programmge¬ steuert gestaffelt erfolgen kann und es nicht zu Ueber- schneidungen kommt. Dies lässt sich durch einfache Mass- nahmen im Programm der Maschinensteuerung sicherstellen.

Der im Beispiel von den Oeffnungen 25, 26 durchbrochene X- Koordinatenschlitten lässt sich als stabile Kastenkonstruk¬ tion ausführen, so dass der Einbezug der Oeffnungen in dieses Bauteil dessen Stabilität zusätzlich wesentlich erhöht.

Auch auf einem einzigen sehr breiten Maschinen-Tisch können mehrere Uebergabestationen C, E für den Elektrodenwechsler 10 zu einem vereinfachten und zweckmässigen Bewegungsablauf führen.

Die Bedienung der beschriebenen Maschine lässt sich durch eine im folgenden als Beispiel gezeigte Zusatzeinrichtung besonders vorteilhaft und zweckmässig vereinfachen. Damit das Einrichten der Maschine auch bei breiten Tischen von z.B. 2,5 m Breite, eventuell mit mehreren Bearbeitungs¬ plätzen, mit grösster Präzision und mit der gewünschten Zuverlässigkeit vorgenommen werden kann, ist eine längs des Maschinentisches 3 bzw. der Maschinentische 3, 23 verschieb¬ bare einzige Bedienungskonsole 30 vorgesehen. Die Konsole 30 ist schwenkbar auf einem Arm 32 montiert und von einer Lauf¬ und Führungsschiene 31 geführt, welche im bevorzugten Bei¬ spiel an der vorderen unteren Kante des Maschinengehäuses unter dem Maschinentisch entlang verläuft und seitlich in einem leichten Bogen um den Maschinentischbereich herum geführt ist.

Direkt am Gehäuse der Konsole 30 ist eine bei Berührung reagierende Kontaktleiste 33 angeordnet, welche auf eine Bremsvorrichtung zwischen dem Konsolenarm und der Führungs¬ schiene 31 wirkt. Die Kontaktleiste kann als elektrischer oder druckelektrischer Sensor ausgebildet sein. Bei Berüh¬ rung wird eine sonst arretierte Bremse 34 gegenüber der Schiene 31 gelöst, so dass die Konsole längs der Schiene frei verfahrbar ist. Sobald die Kontaktleiste losgelassen wird, tritt die Bremse 34 wieder in Funktion. Diese Art der Bremsbetätigung lässt sich mit Vorteil auch auf Dreh- und/- oder Schwenkgelenke des Konsolenarmes 32 erweitern. Zusätz¬ lich kann die Konsole 30 höhenverstellbar sein.

Die üt-3r den schwenkbaren Arm 32 mit der Führungsschiene 31 in Verbindung stehende Konsole 30 trägt wesentlich zur prak¬ tischen Realisierung des Konzeptes der zuvor beschriebenen unkonventionell breiten Maschine bei. Die Maschine kann von jeder Stelle über die einzige Konsole individuell bedient werden. Es ist nicht mehr erforderlich, zwischen mehreren Konsolen umzuschalten, wenn während des Einrichtens von einer Seite des Maschinentisches auf die andere gewechselt werden muss. In Kombination mit dem auch für mehrere Bear¬ beitungsstationen gemeinsamen Elektrodenmagazin ist damit das Konzept einer kombinierten Erosions-Bearbeitungsstation realisiert, welche sich für den universellen und automati¬ sierten Betrieb eignet, mit den eingangs aufgezählten wei¬ teren Vorteilen.

Claims

P A T E N T A N S P R U E C H E

1. Funkenerosionsmaschine mit Werkzeugelektroden-Pinole (2) mit Werkstückelektroden-Tisch (3), mit Koordinatenführungen (X, Y, Z) für mindestens eine der Elektroden, mit Elek¬ trodenmagazin (11) und Elektrodenwechsler (10) sowie mit einer Maschinensteuerung und damit verbundener Bedie¬ nungsstation (30), dadurch gekennzeichnet, dass das Elek¬ trodenmagazin (11) vollständig auf der Rückseite der Maschine, hinter dem Bereich der Koordinatenführungen (X) , angeordnet ist, dass zwischen den Arbeitsbereich für die Werkzeugelektrode (1) und dem auf der Rückseite der Maschin angeordneten Elektrodenmagazin (11) mindestens eine Oeffnun (25, 26) zum Durchführen von Elektroden (1) während des Wechselvorganges vorgesehen ist und dass im Bereich des Maschinentisches (3) mindestens eine Uebergabestation (C, E für den Elektrodenwechsel vorgesehen ist.

2. _Funkenerosionsmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekenn¬ zeichnet, dass der Elektrodenwechsler (10) mit Mitteln zur Aufnahme der Elektroden (1) in der gleichen Lage versehen ist, in welcher die Elektroden an der Pinole (2) eingespann sind, und dass der Elektrodenwechsler als doppelarmiger Schwenkarm (20) ausgebildet ist,.. welcher um eine vertikale Schwenkachse (21) drehbar ist und durch die Oeffnungen (25, 26) zwischen den Uebergabestationen (C, E) und Uebernahme- stationen (D, F) im Bereich des Elektrodenmagazins (11) verfahrbar ist.

3. Funkenerosionsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass mindestens eine Oeffnung (25, 26) zum Durchführen der Elektroden im X-Koordinatenschlitten der Elektrodenführung vorgesehen ist.

4. Funkenerosionsmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekenn¬ zeichnet, dass mindestens zwei Maschinentische (3, 23) mit je einer Elektroden-Uebergabestation (C, E) mit Zugang zum gemeinsamen Elektrodenmagazin vorgesehen sind.

5. Funkenerosionsmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekenn¬ zeichnet, dass im Schnittbereich jeder Oeffnung (25, 26) mit dem Maschinentisch (3) je eine Uebergabestation (C, E) für den Elektrodenwechsel vorgesehen ist und dass im rückwärti¬ gen Schnittbereich jeder Oeffnung (25, 26) mit dem Elektro¬ denmagazin (11) je eine Uebernahmestation (D, F) zwischen dem Elektrodenwechsler (10) und dem Magazin (11) vorgesehen ist.

6. Funkenerosionsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass der Elektrodenwechsler (10) mit der Maschi¬ nensteuerung in Verbindung steht, in welcher Mittel zum gestaffelten Zugriff der ersten Uebergabestation (C) bzw. der zweiten Uebergabestation (E) auf den gemeinsamen Elek¬ trodenspeicher (11) vorgesehen sind, so dass sich ein phasenverschobener Zugriff der verschiedenen Uebergabe¬ stationen (C, E) auf ein und dieselbe Elektrode innerhalb des Elektrodenmagazins (11) ergibt.

7. Funkenerosionsmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekenn¬ zeichnet, dass unterhalb des Elektrodenmagazins (11) ein zu Dielektrikum-Aggregat gehörende Schmutztank (6) angeordnet ist.

8. Funkenerosionsmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Bedienungsstation (30) als Bedienungskon sole ausgebildet ist, welche auf einer Schienenführung (31) über die gesamte Maschinenbreite verfahrbar ist.

9. Funkenerosionsmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Schiene (31) parallel zur Vorderkante de Maschinentisches (3, 23) und um die Vorderkanten der Maschi ne herum bis in den Bereich der Seitenwände der Maschine geführt ist.

10. Funkenerosionsmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass an der Bedienungskonsole (30) ein manuell auslösbarer Kontaktgeber (32) angeordnet ist, dass die Kon¬ solenführung mit Bremsvorrichtungen versehen ist und dass der Kontaktgeber (32) mit den Bremsvorrichtungen in Funk¬ tionsverbindung steht.