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Elektrodenkopf an elektroerosiv arbeitenden
Werkzeugmaschinen und Antrieb hiefür
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektrodenkopf an elektroerosiv arbeitenden Werkzeugma- schinen und Antrieb hiefür, mit einem Elektrodenhalter, welcher um seine Achse rotierbar und in axialer
Richtung längsverschieblich angeordnet ist, mit einer Führungseinrichtung, welche mit einer Führung- spindel in Eingriff steht und mit dem Elektrodenhalter derart verbunden ist, dass eine Drehung der FUh- rungsspindel eine axiale Verschiebung des Elektrodenhalters bewirkt, und mit einer mit dem Elektroden- halter verbundenen Antriebswelle, welche unabhängig von der axialen Lage des Elektrodenhalters eine Ro- tation des Halters bewirken kann.
Einrichtungen dieser Art sind bekannt zur Bewegung der Elektroden bei elektroerosiv arbeitenden
Werkzeugmaschinen. Sie sind im wesentlichen identisch mit den entsprechenden Einrichtungen bei span- abhebenden Werkzeugmaschinen und gestatten, eine Eigen drehung eines Werkzeuges mit einer freien oder von der Eigendrehung abhängigen Vorschubbewegung zu kombinieren. Werkzeugmaschinen dieser Art gestatten es jedoch nicht, die durch die Funkenerosion gegebenen Bearbeitungsmöglichkeiten voll auszunützen.
Die durch die elektroerosiven Verfahren an die Werkzeugmaschinen gestellten Anforderungen unterscheiden sich von den Anforderungen bisheriger spanabhebender Verformungsverfahren insofern, als das Werkzeug, d. h. die Elektrode, bei erosiven Verfahren gegenüber den Werkstücken nicht nur relativ schnell bewegbar sein muss, sondern auch sehr langsam. Bei erosiven Schleifen ist die Bewegung zwischen Werkzeug und Werkstück dem spanabhebenden Schleifen vergleichbar, während beispielsweise bei der Herstellung von Gesenken die Elektrode äusserst langsam und in Abhängigkeit von einem elektrischen Parameter des Verfahrens, wie z. B. der Stromstärke, in das Werkstück hineinbewegt werden muss.
Ausserdem soll die Elektrode mindestens zwei Freiheitsgrade erhalten, um alle Möglichkeiten, welche die Elektroerosion bietet, auszunutzen. So muss die Elektrode eine vertikale Bewegung und eine Rotationsbewegung allein oder gemeinsam ausführen können, so dass sowohl vertikale Profillöcher als auch Kreisbogenlöcher ausgeführt werden können. Bei Überlagerung beider Bewegungen in einem bestimmten Verhältnis zueinander entstehen Gewinde oder spiralenartige Formen. In allen Freiheitsgraden muss daher sowohl der bereits erwähnte elektroerosive Vorschub als auch die Eilgangbewegung verwirklicht werden können.
Zweck der Erfindung ist die Lösung der vorgenannten Bedingungen durch Schaffung eines Elektrodenkopfes, welcher für die Elektrode die erforderlichen Freiheitsgrade vorsieht, und ferner einen langsamen Vorschub für erosive Zwecke und einen schnellen Vorschub zum Heranführen der Elektrode an das Werkstück und gegebenenfalls zum erosiven Schleifen bei rotierender Elektrode.
Der Elektrodenkopf gemäss der vorliegenden Erfindung zeichnet sich aus durch je eine auf der Antriebswelle des Elektrodenhalters und auf der mit der Spindel verbundenen Vorschubswelle befindliche Kupplung und durch zwei unabhängig voneinander betätigbare und an beiden Wellen mittels der Kupplungen anschliessbare Antriebssysteme und durch ein Wechselgetriebe, welches über je eine weitere Kupplung mit den beiden Wellen verbunden werden kann.
In den beiliegenden Zeichnungen ist ein Ausfuhrungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt, wobei im einzelnen zeigen : Fig. l eine Seitenansicht des Elektrodenkopfes ; Fig. 2 einen Querschnitt durch
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ein Antriebssystem ; Fig. 3 einen Querschnitt durch das Vorschubs- und Führungssystem ; Fig. 4 einen Querschnitt durch den die Kupplungen enthaltenden Bauteil ; Fig. 5 die in Fig. 3 schematisch angedeutete Arre- tierungsvorrichtung als Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 3.
Fig. 1 zeigt die wesentlichsten Teile desElektrodenkopfes schematisch im Schnitt. Ein TrägerbNndel l sei beispielsweise an einem Vertikalträger der Werkzeugmaschine in seiner Höhe sowie seiner seitlichen Lage verstellbar. An dem Bügel 1 ist ein Führungsrohr 2 für die die Elektrode 4 tragende Welle vorgesehen. In dem Bügel l befindet sich ferner ein Führungsrohr 3, welches die Spindel für die vertikale Führung der Elektrode 4 enthält. Zwischen der Vorschubführung und einer Führungsspindel 5 für die Elektrode 4 ist ein Mitnehmerarm 6 vorgesehen. Die Antriebswellen 7 für die Rotation der Elektrode und 8 für den Vorschub stehen mit je einem Kupplungssystem 9 bzw. 10 in Verbindung. Beide Kupplungssysteme sind mit zwei Antrieben verbunden.
Die Kupplungsanordnung 9 enthält beispielsweise ein Keilriemenrad lOa, welches über einen Keilriemen 11 und einKeilriemenrad 12 mit der Welle 13 eines Motors 14 verbunden ist.
In gleicher Weise besitzt die Kupplungsanordnung 10 ein Keilriemenrad 15, welches über einen Keilriemen 16 mit einem Keilriemenrad 17 verbunden ist, das ebenfalls auf der Welle 13 des Motors 14 sitzt.
Der Motor 14 ist für schnelle Rotationen, beispielsweise beim Schleifen, mittels der Elektrode 4, oder zur schnellen Lageveränderung der Führungsspindel 5 vorgesehen.
Jede Kupplungsanordnung enthält ferner ein Zahnrad 18 bzw. 19, welche über ein Ritzel 20 miteinander drehverbunden sind. Mit dem Zahnrad 19 steht ferner ein Ritzel 21 in Eingriff, welches über die Welle 22 mit einem Kegelrad 23 drehverbunden ist, das über ein entsprechendes Kegelrad 24 in Verbindung zu dem zweiten Antriebssystem steht.
Die nach oben aus den Kupplungsanordnungen 9 und 10 heraustretenden Wellen 25 und 26 stellen eine Drehverbindung zu einem Getriebe dar, welches bei 27 angedeutet ist. Vorzugsweise ist das Getriebe 27 als Wechselgetriebe ausgebildet, so dass mittels mehrerer wechselräder verschiedene Übersetzungsverhaltnisse einstellbar sind. Getriebe dieser Art sind bei Werkzeugmaschinen durchaus bekannt, so dass sich eine eingehendere Beschreibung erübrigt.
Fig. 2 stellt eine beispielsweise Ausführungsform des an dem Kegelrad 24 angreifenden Antriebs dar.
Dieser Antrieb enthält beispielsweise zwei Motore 30 und 31, welche über je ein Ritzel 32 bzw. 33 und je ein mit diesen in Eingriff stehendes Zahnrad 34 und 35 an einem Differentialgetriebe angreifen. Dieses Differentialgetriebe besteht aus den Kegelrädern 36 und 37, welche über die Muffe 38 bzw. das Wellenstück 39 mit den Rädern 34 bzw. 35 verbunden sind. Die Ausgleichsräder 40 und 41 tragende Querstrebe 42 ist mit der durch die Muffe 38 verlaufenden Welle 43 verbunden, auf welcher das Ritzel 24 sitzt. Bezüg-
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Drehzahlen nl und n2 der Motorespielsweise der Motor 31 während des erosiven Vorgangs mit gleichbleibender Umdrehungszahl rotiert, kann die Drehzahl des Steuermotors 30 mit variabler Drehzahl, beispielsweise in Abhängigkeit von einem Parameter wie dem durch die Arbeitsstelle hindurchgehenden Strom gesteuert werden.
Durch die beschriebene Anordnung wird erreicht, dass die Drehgeschwindigkeit der Welle 43 und damit wahlweise die Vorschubgeschwindigkeit oder die Elektrodendrehung oder beide gleichzeitig entsprechend den erosiven Vorschubbedingungen-durch ebenfalls wahlweise einen oder zwei der Motore 30 bzw. 31 gesteuert und auch in der Drehrichtung umgekehrt werden kann, indem lediglich die Drehzahl eines Motors 30 oder 31 oder beider gleichzeitig geändert wird, ohne die Motordrehrichtung selbst umzukehren.
An Stelle des beschriebenen Antriebes können jedoch auch andere Steuerungs- oder Kopierantriebe verwendet werden, welche wie der beschriebene Antrieb, in anderem Zusammenhang bereits bekannt sind.
Fig. 3 zeigt einen vergrösserten Querschnitt durch die Führungsrohre für die Rotationsbewegung und den Vorschub. In dem Führungsrohr 2 ist längsverschieblich ein Rohr 50 gelagert, wobei sich zwischen den Rohren 2 und 50 ein Käfig 51 mit Kugeln 52 zur praktisch spiel-und reibungsfreien Lagerung des Rohres 50 befindet. In gleicher Weise befindet sich in dem Rohr 3 ein längsverschiebliches Rohr 60, welches in diesem mittels der in dem Käfig 61 befindlichen Kugeln 62 praktisch spiel- und reibungsfrei gelagert ist. Das Rohr 60 enthält ein Führungsgewinde 63, welches mit einer Spindel 64 in Eingriff steht, die sich an die Welle 8 anschliesst. Die Teile 5,6 und 60 können somit durch die Welle 8 bzw. die Spindel 64 in ihrer Höhe verstellt werden.
In dem Rohr 50 befindet sich die Elektroden-Antriebswelle 53, welche in dem Rohr 50 beispielsweise mittels eines Nadellagers 54 und zweier sowohl Axial- als auch Radialkräfte aufnehmender Kugellager
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55 und 56 drehbar gelagert ist. An dem unteren Ende der Welle 53 befindet sich der Elektrodenhalter 57 mit einer schematisch bei 58 angedeuteten Klemmvorrichtung, welches gestattet, die relative Winkellage zwischen einer bei 4 angedeuteten Elektrode und dem Elektrodenhalter 57 fein zu verstellen. Die Welle 53 besitzt eine unrunde zentrale Bohrung 59, in welche der Fortsatz der Welle 7 derart eingepasst ist, dass beide gegeneinander längsverschieblich, jedoch drehverbunden sind. Der Querschnitt der Bohrung 59 kann beispielsweise quadratisch sein.
Durch diese Anordnung wird erreicht, dass bei einer Rotation der Spindel 54 und somit einer Höhenverstellung des Teiles 5 die Drehverbindung zwischen den Wellen 7 und
53 erhalten bleibt.
In dem Elektrodenhalter befindet sich eine Elektrode, welche bei der Darstellung der Fig. 3 nur ge- strichelt angedeutet ist. Der Elektrodenhalter 57 ist beispielsweise als Wechselfüller ausgebildet, so dass die verschiedenartigsten Elektroden eingespannt werden können. Die Elektrode 4 enthält beispielsweise Schleifringe 4a, welche mit Schleifkontakten 6a in Berührung stehen, die über einen Träger 6b mit dem Mitnehmerarm 6 verbunden sind.
Fig. 4 zeigt die Kupplungssysteme 9 und 10 mehr im einzelnen. Die Anordnung der Kupplung ist ganz allgemein so getroffen, dass die Elektrodenwelle 7 und die Vorschubspindel 8 wahlweise mittels des Motors 14 oder des langsamen Antriebssystems (Fig. 2) angetrieben werden können. Ferner besteht die Möglichkeit, beide Wellen mittels des Wechselgetriebes 27 in beliebig vielen Drehzahlverhältnissen miteinander zu verkuppeln. Diese Verkupplung ist dabei unabhangig davon, ob die Antriebskraft an dem Kupplungssystem 9 oder dem Kupplungssystem 10 angreift. Ferner ist eine Kupplung vorgesehen, welche-falls die Wellen 25 und 26 miteinander drehverbunden sind-die drehstarre Verbindung zwischen den Wellen 7 und 8 trennen kann, so dass beispielsweise die Höhe des Elektrodenhalters ohne Rotation der Elektroden- ,pindel verstellt werden kann.
Bei dem Kupplungssystem 9 befindet sich beispielsweise das Zahnrad 18 auf einem rotierenden Gehäuse 70, welches mittels eines Wälzlagers 71 auf der Welle 25 gelagert ist. In gleicher Weise sitzt das Keilriemenrad 10a auf einem Rotationsgehäuse 72, in welchem sich ein Wälzlager 73 befindet, mittels welchem das Gehause 72 auf der Welle 7 gelagert ist. Die Anordnungen sind dabei so getroffen, dass auf den Wellen 25 bzw. 7 die Gehäuse 70 bzw. 72 drehbar, jedoch gegen axiale Verschiebung gesichert gelagert sind.
Die Welle 7 ist direkt an das Kupplungsorgan 77 angeschlossen und stellt mit ihm eine Drehverbindung her. Das Kupplungsorgan 77 ist anderseits auch mit der Welle 25 verbunden. Das Kupplungsorgan 77 besitzt ebenfalls elektromechanische Vorrichtungen, welche eine wahlweise, kraftschlüssige Drehverbindung mit entweder dem Gehäuse 72 oder dem Gehäuse 70 herstellen können. Diese elektromechanischen Mittel können beispielsweise aus Nocken oder Stiften bestehen, welche aus dem Kupplungsorgan 77 heraustreten und mit entsprechenden Bohrungen oder Ausnehmungen in den Gehäusen 70 oder 72 in Eingriff gelangen. Die zur Betätigung dieser Nocken oder Stifte erforderliche elektrische Schaltenergie kann dem Kupplungsorgan 77 durch Schleifringe zugeführt werden.
In völlig analoger Weise enthält die Kupplungsanordnung 10 ein Kupplungsorgan 80, welches wahlweise mit dem Gehäuse 82, das mit dem Keilriemenrad 15 drehverbunden ist, oder mit dem Gehäuse 80, das mit dem Ritzel 19 drehverbunden ist, in kraftschlüssigen Eingriff gebracht werden kann. Das Kupp- íungsorgan 8ì ist mit den Wellen 26 und 8 starr verbunden.
Mit der beschriebenen Anordnung können die wichtigsten elektroerosiven Materialabtragungsverfahren durchgeführt werden. Beim elektroerosiven Schleifen beispielsweise werden die Teile 77 und 72 mit- einander verkuppelt, so dass die die Elektrode antreibende Welle 7 durch den Motor 14 in Rotation verietzt werden kann. Das Kupplungsorgan 87 ist mit keinem der Gehäuse 80 bzw. 82 verbunden. Die Wech- ; elräder haben dabei die Aufgabe, die Wellen 7 und 8 in einem zwangsläufigen, jedoch beliebig wähl- Jaren Übersetzungsverhältnis miteinander zu verbinden, um Spiralen oder Gewinde mit beliebiger Stei- gung ausfahren zu können.
Hiebei wird der Antrieb entweder Eilgang vom Motor 14 oder Vorschub über Welle 22, immer auf die Welle 7 oder 8 gekuppelt, die auf Grund des im Getriebe 27 gewählten Über- setzungsverhältnisses die grössere Anzahl von Drehungen ausführen muss.
Soll beispielsweise eine schraubenlinienförmige Bohrung in einem Werkstück hergestellt werden, kann entweder zwischen den Teilen 77 und 70 oder zwischen den Teilen 87 und 80 eine Drehverbindung besteien. In einem Fall erfolgt die Kraftübertragung durch die Welle 22, die Ritzel 21. 19. 20 und 18, auf die lektrodenwelle 7, während gleichzeitig der Vorschub von der Welle 25 auf das Wechselgetriebe 27, die Welle 26 und die Spindel 8 gelangt. Im andern Falle wird die Kraft für die Elektrodenspindel 7 durch das kupplungsorgan 87 und 80 und das Wechselgetriebe übertragen. Vorzugsweise wird die Anordnung dabei ; 0 getroffen. dass die schneller rotierende Welle die Kraft direkt erhält.
Soll der schraubenlinienförmigen
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Bohrung die Spindel 8 zurückgestellt werden, werden sämtliche erwähnten Kupplungsverbindungen getrennt und das Kupplungsorgan 87 mit dem Gehäuse 82 verbunden, so dass der Motor 14 den Elektrodenhalter relativ schnell anhebt.
Zum schnellen Trennen aufgesetzter Wechselräder können ferner Kupplungen 100 und 101 vorgesehen sein (Fig. 1). Sollen beispielsweise Gesenke bei nichtrotierender Elektrode hergestellt werden, kann durch eine Trennung mit der Kupplung 100 erreicht werden, dass an dem Elektrodenhalter keine Kraft angreift, ohne dass die Wechselrader in dem Getriebe 27 abgenommen werden müssen.
Für diesen Fall ist es ferner von Vorteil, eine Arretierungsvorrichtung für die Elektrodenwelle vorzusehen. Eine derartige Arretierung ist beispielsweise in Fig. 5 mehr im einzelnen gezeigt.
Die Arretierung 102 besteht aus 2 Ringhälften 104 und 105, welche sich um die Elektrodenspindel 57 legen, um zum Arretieren mit der Schraube 106 zusammengezogen zu werden, wobei sich die entgegengesetzten Ringenden 107 und 108 im Bügel 109 abstützen. Auf den Bügel 109 wirken zwei Schrauben 110 und 111, deren Muttern 112 und 113 starr mit dem Mitnehmerarm 6 verbunden sind. Durch Betätigung der
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Elektrodenspindel 53 und damit der Elektrode möglich. Die Arretierung 102 nach Fig. 5 erlaubt daher sowohl die Arretierung der Spindel 53 als auch deren Drehjustierung, um Gesenk-oder Profilelektroden sehr genau in eine vorgegebene Stellung eindrehen zu können. Der Drehbereich der Justierung ist so gross, dass vorher noch eine bequeme Grobeinstellung (Drehen) der Elektrode von Hand möglich ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrodenkopf an elektroerosiv arbeitenden Werkzeugmaschinen und Antrieb hiefür, mit einem Elektrodenhalter, welche um seine Achse rotierbar und in axialer Richtung längsverschieblich angeordnet ist, mit einer Führungseinrichtung, welche mit einer Führungsspindel in Eingriff steht und mit dem Elektrodenhalter derart verbunden ist, dass eine Drehung der Fihrungsspindel eine axiale Verschiebung des Elektrodenhalters bewirkt, und mit einer mit dem Elektrodenhalter verbundenen Antriebswelle, welche unabhängig von der axialen Lage des Elektrodenhalters eine Rotation des Halters bewirken kann,
gekennzeichnet durch je eine auf der Antriebswelle des Elektrodenhalters und auf der mit der Spindel verbundenen Vorschubwelle befindliche Kupplung und durch zwei unabhängig voneinander betätigbare und an beiden Wellen mittels der Kupplungen anschliessbare Antriebssysteme und durch ein Wechselgetriebe, wel-