NO115899B - - Google Patents

Description

Elektro-erosjonsapparat.

Denne oppfinnelse vedrører et apparat for materialfjernende bearbeiding av elektrisk ledende materialer ved fra disse å fjerne materialpartikler ad elektrisk vei; metoden ofte benevnt, elektro-erosjon.

Oppfinnelsen omfatter et elektro-erosjonsapparat utstyrt med en elektrisk kraftkilde og en ramme som bærer en verktøybærende spindel bevegelig relativt til rammen, en forbindelse for høye strømstyrker fra kraftkilden til spindelen, hvilken forbindelse omfatter en spindelkapsel med en utboring for opptagelse av nevnte spindel med glidepasning og også omfattende en uthulning med åpning mot nevnte utboring hvilken uthulning lukkes av spindelen, et kvantum ledende væske som fyller den i kapslen lukkede uthulning, og en kontakt for strømtilførsel på nevnte kapsel i ledende forbindelse med nevnte uthulning, nevnte kontakt isolert fra nevnte spindel unntatt gjennom nevnte ledende væske.

Bearbeiding av metall eller andre elektrisk ledende arbeidsstykker ved elektro-erosjon kan utføres ved anvendelse av en serie elektriske gnistutladninger med tidsintervaller over et gnistgap mellom en elektrode, som tjener som verktøy, og et arbeidsstykke. Under gnistutladningen vil ørsmå partikler fra arbeidsstykket fri-gjøres fra dette på et område som ligger like overfor den aktive ende av elektroden, slik at partikkeltransporten vil forårsake en bearbeidingskontur i arbeidsstykket. Etter hvert som bearbeidingsprosessen skri-der frem så mates elektroden med en roterende eller translatorisk bevegelse, eller begge deler, relativt til arbeidsstykket, slik at det opprettholdes et passende gap mellom elektrode og arbeidsstykket og slik at det bearbeides en på forhånd fast-lagt kontur på arbeidsstykket. Den over-ordentlige store gniststrøm som fordres ved elektro-erosjon reiser problemer i forbindelse med strømkretsens tilkobling til den bevegelige elektrode. Siden bøyelige ledninger ikke kan anvendes ved alle ap-parater, så er det nødvendig å anvende en pålitelig glidende forbindelse som ikke forårsaker gnistutladning i forbindelses-punktene og som ikke yder nevneverdig motstand.

En hensikt med oppfinnelsen er å angi et elektro-erosjonsapparat av den tidligere nevnte type, ved hvilken en positiv og kontinuerlig kontakt er oppnådd mellom elektroden og kraftkilden selv om elektroden gis en roterende eller translatorisk bevegelse relativt til arbeidsstykket.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å angi et apparat av førnevnte type hvor elektrisk strøm tilføres en bevegelig elektrode uten variasjoner i motstanden i den elektriske kontakt mellom elektroden og kraftkilden som kan fremkomme ved den nødvendige roterende eller translatoriske bevegelse av elektroden relativt til arbeidsstykket for å oppnå den nødvendige mat-ning av elektroden.

En videre hensikt med oppfinnelsen er å angi et apparat av den førstnevnte type hvor de bevegelige deler i apparatet er beskyttet mot ødeleggelse i forbindelses-punktet med kraftkilden.

Ifølge oppfinnelsen så bærer den bevegelige elektrode en kapsel med glidepasning hvilken kapsel har en innvendig uthulning som munner ut i den utboring som opptar elektroden eller spindelen og uthulningen er fylt med kvikksølv som. danner en ledende forbindelse for store strømstyrker mellom verktøyet og en kon-taktdel på kapslen.

Andre trekk ved oppfinnelsen vil frem-gå av den følgende beskrivelse i forbindelse med vedlagte tegning hvor: Fig. 1 viser, delvis i snitt, et elektro-erosjonsapparat ifølge oppfinnelsen hvor enkelte deler er vist rent skjematisk, - fig. 2 viser en forstørret detalj av den elektriske forbindelse ved spindelen,

fig. 3 viser et snitt etter linjen 3—3 i fig. 2 og

fig. 4 viser en modifisert form av spindel-forbindelsen.

Oppfinnelsen er naturligvis gjenstand for en rekke alternative konstruksjoner og enkelte illustrerende trekk vises på tegning og beskrives i det etterfølgende i detalj. Det er imidlertid underforstått at oppfinnelsen ikke er begrenset til de spe-sifikke utførelsesformer som er vist, tvert imot, hensikten er å dekke alle modifika-sjoner som faller innenfor oppfinnelsens ramme i henhold til påstandene.

I fig. 1 vises et elektro-erosjonsapparat 10 ifølge opfinnelsen. Apparatet 10 omfatter en mekanisk del 11 og en elektrisk strømkrets 12. Den sistnevnte er anordnet for å frembringe med tidsintervaller en serie ensrettede elektriske gnistutladninger som tilføres arbeidsstykket.

Den mekaniske del 11 i det viste apparat har en ramme som omfatter en basisplate 14, en vertikal søyle 15 og en regulerbar radiell arm 16. Basisplaten 14 bærer en beholder 18 hvori er festet et arbeidsstykke 19. Den ytre eller frie ende av. den radielle arm 16 bærer en holder og en matningsmekanisme for verktøyet slik at det elektriske verktøy 26 kan bæres og beveges relativt til arbeidsstykket 19. Arbeidsstykket 19 og dets fastholdningsinn-retninger, såvel som den underste aktive ende av elektroden 26, er omgitt av et bad av en dielektrisk væske 28, som f. eks. petroleum, fylt i beholderen 18. Ved til-føring av intermitterende elektriske utlad-ninger til den mekaniske del, oppstår det gnistutladninger over gnistgapet SG mellom .den.neddyppede ende av elektroden og arbeidsstykket.

. Elektrodens bevegelsesinnretning omfatter hensiktsmessig en vertikal skrue-spindel 32 av metall som bæres av den radielle;, arm 16 og i denne er anordnet for bevegelse i vertikal retning. Den nedre ende av spindelen 32 bærer en metallchuck 34 som holder elektroden eller verktøyet Skaftenden av elektroden passer inn i

■en aksiell sliss i chucken 34 og kan fast-holdes i denne f. eks. med en settskrue 35. Matningen av spindelen 32 og elektroden 26 kan utføres enten manuelt ved sveiven 36 eller automatisk ved en elektrisk motor

38 festet på den radielle arm.

Ved visse bearbeidingsprosesser kan det være ønskelig å rotere elektroden 26 såvel som gir den en translatorisk bevegelse relativt til arbeidsstykket 19. For å oppnå dette, kan rotering eller ossilering i passende vinkel bevirkes manuelt eller ved en elektrisk motor 42 festet på den radielle arm og koplet til den endre koaksiale del 40 av spindelen ved en vertikal driv-aksel 44.

For å oppnå elektrisk gnistutladning med passende mellomrom mellom elektrode og arbeidsstykke kan en rekke for-skjellige elektriske kretser anvendes og disse beskrives ikke i detalj. Kun for å illustrere er på tegningen vist skjematisk en likestrømkilde i form av en generator G og en kondensator 46. Kondensatoren 46 mates gjennom en impedans bestående av en motstand og en induktivitet. Strøm-kretsens uttak skjer fra kontaktene på kondensatoren 46 hvor forbindelsene 50,

51 fører til respektive elektroden 26 som

katode og arbeidsstykket 19 som anode. Strømkretsens konstanter kontrollerer has-tighetsgraden av utladningen og gnistut-ladningene mellom elektrode og arbeidsstykket.

En hensikt med oppfinnelsen er å sørge for ledende innretninger for utladnings-strømmene, som kan være så høye som 20 000 amp., fra strømkilden til elektroden på en slik måte at det opprettholdes en effektiv og kontinuerlig kontakt selv om elektroden beveges relativt til arbeidsstykket. Ved de forbindelsesinnretninger eller koplinger som før er anvendt, viser idet seg at den spesielle natur som. de elektriske strømutladningene har bevirker en hurtig ødeleggelse av spindel eller elektrode på det sted hvor kraftkilden kobles til, spesielt i det tilfelle hvor elektroden roteres og en glidepasning er nødvendig. Ifølge oppfinnelsen dannes den ledende forbindelse til spindlen 32 eller elektroden 26 gjennom et kvantum elektrisk ledende væske 52. Fortrinsvis anvendes kvikksølv til dette formål av grunner som senere diskuteres. Av tegningen fremgår det at det anordnes en væskefylt uthulning 53 som har en åpen side som lukkes av spindelen 32 eller skaftet på elektroden 26, slik at væsken i uthulningen er i kontakt med overflaten av skaftet på elektroden. I en foretrukket utførelsesform ifølge oppfinnelsen er uthulningen 53 av ringformet tverrsnitt og dens ytre flate og endeflater dannes av en stort sett sylindrisk kapsel 54 idet dens indre flate begrenses eller dannes av spindlens 32 overflate, eventuelt elektrodeskaftets 26 overflate.

Fig. 2 viser en utførelsesform av kapselen festet til spindlen 32 og kapslen består av et ringformet legeme 55 hvis indre diameter er vesentlig større enn spindlens 32 diameter slik at en ringformet åpning dannes rundt spindelen. Endene av det ringformede legeme 55 er lukket ved hjelp av skiver eller ringer 56 som har en sen-tral åpning hvis størrelse tilsvarer spindlens diameter og som således danner en tett pasning. Som vist i fig. 2 består legemet 55 og endeskivene 56 av en sammen-hengende konstruksjonsdel og ved anbrin-gelse på spindlen dannes den foretrukne ringformede uthulning 53. Endeskivene eller ringene 56 som har tett pasning med spindlen har tilstrekkelig klaring slik at' rotasjon eller aksiell gnidning av spindlen relativt til kapslen 54 tillates.

Innretninger forefinnes for å kople kraftkilden i ledende forbindelse med den innelukkede væske 52. For dette formål er det anordnet en ledende forbindelse gjennom det ringformede legeme eller kapslen. I de utførelsesformer som er vist i fig. 2 og 3 består forbindelsen av en bolt 58 av metall eller annet ledende materiale som er opptatt i en utboring i veggen på det ringformede legeme 55. Bolten 58 holdes på plass f. eks. ved muttere 59, 60 på kapselens ytre og indre side. Den inn-vendige mutter 59 er avpasset til å føye seg etter kapslens sylindriske vegg. Ved således å forme den indre mutter oppnår man fullt inngrep mellom mutter og kap-selvegg og mutteren hindres å bevege seg. Den ytre mutter 60 og skive 61 på bolten 58 kan være av en eller annen passende konstruksjon. Den ytterste ende av bolten er utformet med en pasende kontaktinn-retning 62 for å motta en elektrisk ledning fra kraftkilden 12.

Den elektrisk ledende bolt 58 som danner den ledende forbindelse gjennom kapselen til den innelukkede væske 52 er plasert slik at dens indre ende eller mutter 59 ikke danner kontakt med spindelen 32. I tillegg hertil er den elektrisk ledende forbindelse gjennom kapselen elektrisk isolert fra spindelen slik at den eneste elektriske forbindelse mellom kraftkilden og den relativt bevegelige spindel er gjennom den innesluttede ledende væske 52. I ut-førelsen i fig. 2 er det ringformede legeme av isolerende materiale så som en fe-nol-formaldehyd plast eller annet passende plast slik at man er sikret elektrisk kontakt kun gjennom væsken.

For å tillate fylling av væskekammeret eller uthulning 53 er det anbrakt en åpning 64 i kapselen 54. Fortrinsvis anbringes åpningen 64 slik at uthulningen kan fylles helt med kvikksølv eller annen ledende væske og slik at all luft eller gass fjernes. I de eksempler som er vist er det boret ut et hull i kapselveggen. Svinges spindelen og kapselen til horisontal stilling med utboringen 64 visende opp, så kan væsken fylles direkte ned i utboringen. Etterhvert som væskespeilet stiger presses luft eller gass ut av uthulningen 53. Etter endt fylling kan utboringen lukkes ved en propp eller liknende for å holde væsken inne-sperret i kapselen.

I en foretrukket utførelsesform forefinnes det innretninger hvorved væsken 52 kan holdes under trykk i uthulningen 53 slik at det dannes en effektiv og kontinuerlig overflatekontakt mellom væsken og så vel den indre ende av den ledende forbindelse i kapselen som overflaten av spindelen 32. For å oppnå dette er det anordnet et presstempel 66 og innretninger for å fiksere presstemplet i en bestemt stilling. Som vist på tegningen så omfatter

presstemplet en med gjenger utstyrt plugg

66 som gjerne kan være en vanlig maskin-skrue. Med væskerommet helt fylt med kvikksølv eller annen ledende væske, kan stemplet 66 presses innover for å oppnå en trykkøkning i den innelukkede væske. Som

vist på tegningen vil gjengene på pluggen tjene til å bevege pluggen innover for å øke trykket og til å holde pluggen i en inneskrudd trykk-posisjon.

Kapselen 54 som vist på tegningen hal-et vesentlig areal i aksialretningen som utsettes for det trykk som tilføres den innelukkede væske. Kapselen utsettes således for en viss grad av deformerende krefter som virker mot de elastiske krefter i kapselens materiale slik at det oppstår en lett deformasjon i kapselen. Som et resultat herav vil de elastiske krefter i kapselma-terialet forsøke å gjenvinne deformasjo-nen og derved holde den innesluttede væske under trykk og således også opprett-holde den intime overflatekontakt mellom væsken, lederens indre ende og spindel-overflaten.

Det er funnet at når det anvendes kvikksølv som ledende væske, så er over-flatespenningen hos kvikksølvet så stor at det tillater glidende og roterende klaring mellom enderingene og spindelen uten at kvikksølvet unnviker selv under trykk.

Kvikksølv er også funnet å være gunstig

fordi det har stabil elektrisk karakteri-

stikk. Den forbindelse som her er beskre-

vet når det anvendes kvikksølv har vist seg å være meget tilfredsstillende selv om ekstremt høye strømmer for gnistutlad-

ninger passerer gjennom kapselen under elektro-erosj onsprosessen.

I fig. 4 vises en annen utførelsesform

for kapselen ifølge oppfinnelsen. Her om-

fatter kapselen 54 et ringformet legeme 68

av metall eller annet ledende materiale. Anvendelsen av et ledende ringformet le-

geme øker den elektriske kontaktflate mellom væsken og forbindelsen til kraft-

kilden. I dette tilfelle dannes den ledende forbindelse gjennom kapselen ved det le-

dende materiale i kapselen selv. En gjen-

get kontaktbolt 69 kan være anbrakt på

det ringformede legeme 68 for å kople denne til strømkretsen 12.

For å oppnå lukking av endene på det ringformede legeme 68 er det anordnet ende-elementer som isolerer legemet 68 fra spindelen 32 og begrenser den elektriske forbindelse til ledende forbindelse kun gjennom den innesluttede væske 52. I den-

ne hensikt er et par metallringer eller ski-

ver 70 med sentrale hull tredd over spin-

delen 32 og anbrakt ved endene av det ringformede legeme 68. Metallringene 70

har mindre ytre diameter enn den indre diameter av det ringformede legeme 68, og mellom den ytre periferi av metallringene 70 og den indre overflate av legemet 68 er innsatt ringer 71 av isolerende materiale som fullfører inneslutningen av væskekammeret eller uthulningen 53 og isolerer det ringformede legeme fra spindelen 32.

Som ved den utførelse som er vist i fig.

2 har utførelsen i fig. 4 tett pasning mel-

lom enderingene 70, 71 og spindelen 32 og det ringformede legeme. I det minste er en av disse pasninger, f. eks. mellom ringene 70 og spindelen 32, mellom de isolerende ringer 71 og metallringen 70 eller mellom det ringformede legem 68 og de isolerende ringer 71, utstyrt med nødvendig klaring for å danne en glidepasning som tillater rotasjon av spindelen relativt til kapselen.

Hvis relativ aksial translatorisk bevegelse

av spindelen er ønsket så bør en glidepas-

ning fortrinsvis anvendes mellom metallringene 70 og spindelen 32. Ledningen 50

til kapselen kan være av vanlig vel kjent bøyelig konstruksjon.

De forbindelser eller kapsler som er

vist på tegningen er anordnet på spindelen 32 for relativ bevegelse til denne. I denne forbindelse er spindelen utstyrt med en skulder 73 som støter mot den ene ende-

flate av kapselen og en skive 74 som ligger mot den annen endeflate av kapselen. En mutter 75 er i inngrep med gjenger på spindelen 32 som holder skiven 74 i anlegg mot kapselen 54. Skulderen 73 og skivene 74 har mindre diameter enn den ytre dia-

meter av de isolerende ringer eller på an-

nen måte isolert fra den metalliske ringformede kapsel i den utførelse som er vist i fig. 4 for å avverge en ledende forbindelse utenom den innesluttede væske. Denne skulder- og skiveanordning i tillegg til å

feste kapselen hjelper til å redusere en-

hver tendens av væsken til å unnslippe fra kapselen 54. Det vil forståes at i det til-

felle en relativ aksiell bevegelse er ønskelig så kan skulderen og mutteren på spindelen fjernes.

Om så ønskes kan enhver tendens for væskens unnvikelse reduseres ved å an-

bringe pakninger i berøringspunktene mel-

lom endedelene. En O-formet ring 77 av gummi eller annet elastisk pakningsma-materiale for tetningsformål er vist i fig. 2.

Det vil forståes at en slik ring også kan anvendes i kapselen ifølge fig. 4. Ved å anvende elastisk pakningsmateriale vil det trykk som væsken utsettes for også defor-

mere pakningen i tillegg til kapselen og således øke både pakningens effektivitet og den volummessige endring av uthulin-

gen ved deformasjon av kapselen.

Claims (7)

1. Elektro-erosjonsapparat utstyrt med en elektrisk kraftkilde og en ramme som bærer en verktøybærende spindel bevegelig relativt til rammen, en forbindelse for høye strømstyrker fra kraft kilden til spin-

delen, hvilken forbindelse omfatter en spindelkapsel med en utboring for opptagelse av nevnte spindel med glidepasning,karakterisert ved at spindelkapselen er for-synt med en uthulning med åpning inn mot den nevnte utboring, hvilken uthulning lukkes av spindelen, og at et kvantum ledende væske fyller den av kapselen og spindelen avgrensede uthulning idet en kontakt for strømtilførsel er anordnet på kapselen og står i ledende forbindelse med væsken i uthulningen mens kontakten er isolert fra spindelen unntatt gjennom den ledende væske.

2'. Apparat etter påstand 1, karakterisert ved at den ledende væske er kvikk-sølv.

3. Apparat etter påstand 1 eller 2, karakterisert ved innretninger som tillater at væsken settes under trykk.

4. Apparat etter påstand 3, karakteri- sert ved at de trykkfrembringende innretninger omfatter en ifyllingsåpning for uthulningen i kapselen i hvilken åpning et trykkstempel er anbrakt.

5. Apparat etter påstand 1, 2, 3 eller 4, karakterisert ved at uthulningen som munner ut i utboringen er ringformet.

6. Apparat etter påstand 5, karakterisert ved at kapselen består av en ringformet isolator.

7. Apparat etter påstand 5, karakterisert ved at det ringformede kapsellegeme er fremstilt av metall med isolerende ende-ringer anbrakt mellom det ringformete legeme og spindelen.