DE19709190C2 - Oberflächenbehandlungsverfahren und Gerät für elektrische Entladungsbearbeitung - Google Patents
Oberflächenbehandlungsverfahren und Gerät für elektrische EntladungsbearbeitungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein
Oberflächenbehandlungsverfahren gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung
ein Oberflächenbehandlungsgerät.
Aus EP 0 527 626 A2 ist ein Oberflächenbehandlungsverfahren
der eingangs genannten Art bekannt, bei dem in einem ersten
Schritt eine Oberflächenbehandlungselektrode gegenüber einem
zu bearbeitenden Zahn platziert wird. In einem zweiten
Schritt erfolgt eine Relativbewegung der
Oberflächenbehandlungselektrode entlang dem Zahn unter
Ausführung einer elektrischen Entladung zwischen dem Zahn und
der Oberflächenbehandlungselektrode, wodurch eine
Reformierschicht an dem Zahn gebildet wird. Hierbei wird die
Elektrode mit sich änderndem Abstand zu dem Zahn bewegt.
Aus US-A-4,556,775 ist ebenfalls das Aufbringen einer Schicht
zum Härten einer Werkzeugoberfläche mittels Durchführung
einer elektrischen Entladung bekannt.
In Patent Abstracts of Japan, C-73, 1980, Band 4, Nr. 19, JP 54-158352 A
wird vorgeschlagen, einen derartigen
Beschichtungsvorgang mit einem Schleifvorgang über ein eigens
hierfür vorgesehenes Schleifwerkzeug zu kombinieren.
Ferner beschreibt die japanische Patentveröffentlichung
(kokai) 7-112329, vgl. DE 44 36 663 A1, ein Verfahren und ein
Gerät zum Formen einer Reformierschicht aus einem Zahn oder
einem Schneidkantenabschnitt eines Bohrwerkzeugs durch
Einsatz einer elektrischen Entladungsbearbeitung. Diese
Offenbarung zeigt eine nachfolgend beschriebene Technik.
Schließlich ist in EP 0 704 271 A1 ein Verfahren zum
Vorbereiten einer elektrisch leitenden Oberfläche
beschrieben, zum Aufnehmen einer thermisch aufgesprühten
Beschichtung.
Fig. 25 zeigt eine Gesamtstruktur eines
Oberflächenbearbeitungsgeräts nach dem Stand der Technik.
Unter Bezug auf die Fig. 25 erfolgt die Durchführung der
Oberflächenbearbeitung bei einem Drehschneidwerkzeug 101,
beispielsweise einem Schaftfräser, einem Spiralbohrer oder
dergleichen. Ein roher Kompaktblock 102 wird durch Pressen
von Pulver aus einem Reformiermaterial geformt. Das
Reformiermaterial ist durch Sintern von Pulver aus
Wolframkarbid (WC)- gemischt mit Kobalt (Co)-Pulvern
hergestellt. Eine Hauptwelle 103 bewegt das umlaufende
Schneidwerkzeug 101 vertikal oder entlang einer Z-
Achsenrichtung. Der rohe Kompaktblock 101 wird an einem
Bearbeitungsgefäß 104 fixiert, das mit einem
Bearbeitungsfluid 105 für eine elektrische
Entladungsbearbeitung gefüllt ist. Eine elektrische
Entladungsenergiequelle 106 führt eine Spannung zwischen dem
unlaufenden Schneidwerkzeug 101 und dem rohen Kompaktblock
102 zu. Eine Zwischenpol-Detektoreinrichtung detektiert eine
Zwischenpolspannung oder einen Kurzschluss zwischen dem
umlaufenden Schneidwerkzeug 102 und dem rohen Kompaktblock
102. Eine Steuereinheit 108 steuert eine
Relativbewegungsgeschwindigkeit zwischen dem Schneidwerkzeug
101 und dem rohen Kompaktblock 102 anhand eines
Detektionsergebnisses der Zwischenpol-Detektoreinrichtung
107. Eine Z-Achsen-Antriebseinrichtung 109 treibt die
Hauptwelle 103 vertikal oder in Z-Achsenrichtung zusammen mit
dem Schneidwerkzeug 101. Eine X-Achsen-Antriebseinrichtung
101 treibt das Bearbeitungsgefäß 104 in X-Achsenrichtung
zusammen mit dem rohen Kompaktblock 102 an. Eine Y-Achsen-
Antriebseinrichtung 111 treibt das Bearbeitungsgefäß 104
entlang einer Y-Achsenrichtung zusammen mit dem rohen
Kompaktblock 102 an. Eine Drehantriebseinrichtung 112 ist der
Z-Achsen-Antriebseinrichtung 109 zugeordnet, und sie dreht
sich mit dem Schneidwerkzeug 101.
Ein Betrieb eines derartigen Oberflächenbehandlungsgeräts
gemäß dem Stand der Technik wird im folgenden beschrieben.
Das Schneidwerkzeug 101 wird auf der Hauptwelle 103 gehalten
und durch die Antriebs-Treibereinrichtung 112 angetrieben.
Anschließend werden das Schneidwerkzeug 101 und der rohe
Kompaktblock 102 relativ zueinander bewegt, und zwar durch
die X-Achsen-Antriebseinrichtung 110, die Y-Achsen-
Antriebseinrichtung 111 und die Z-Achsen-Antriebseinrichtung
109, derart, dass das Schneidwerkzeug 101 den rohen
Kompaktblock 102 schneidet. Detaillierter schneidet es in
einem Fall, in dem das Schneidwerkzeug 101 ein Stirnfräser
ist, den Block 102 hauptsächlich in einer Breitenrichtung (X-
Achsenrichtung und Y-Achsenrichtung). Ist das Schneidwerkzeug
101 ein Spiralbohrer, so schneidet es den Block 102 entlang
einer Axialrichtung (Z-Achsenrichtung). Zu diesem Zeitpunkt
führt die Energieversorgung 106 eine Spannung für die
elektrische Entladung zwischen dem Schneidwerkzeug 101 und
dem rohen Kompaktblock 102 zu. Demnach wird dann, wenn der
Schneidprozess voranschreitet und der Kontakt zwischen dem
Schneidwerkzeug 101 und dem rohen Kompaktblock 102 zueinander
unterbrochen wird, eine elektische Entladung bei einer Lücke
zwischen diesen erzeugt. Das Reformiermaterial (WC) strömt in
der Form als Pulver bei der Lücke aufgrund der
Schneidbearbeitung. Demnach werden Pulver aus WC an einer
Oberfläche im Umfeld einer Schneidkante des Schneidwerkzeugs
101 gemischt. Eine Zuführgeschwindigkeit des Schneidwerkzeugs
101 wird geeignet derart gesteuert, daß der Schneidvorgang
und die elektrische Entladung der Reihe nach durchgeführt
werden. Somit wird die Oberflächenbehandlungsbearbeitung
fortlaufend durchgeführt, und die Reformierschicht mit der
Legierung aus WC wird einheitlich auf dem
Schneidkantenabschnitt, wie zuvor erwähnt, gebildet.
Insbesondere offenbart die obige Veröffentlichung ein
Verfahren, bei dem eine elektrische Entladung durchgeführt
wird, während der Block, der ein Beschichtungsmaterial
enthält, durch das Schneidwerkzeug geschnitten wird. Bei
diesem Verfahren wird die Reformierschicht bei dem
Schneidrandabschnitt des Schneidwerkzeugs durch Erzeugung
einer elektrischen Entladung zwischen dem Block und dem
Schneidkantenabschnitt gebildet.
Dieses Verfahren kombiniert zwei widersprüchliche
Bearbeitungsprozesse: den Schneidprozeß, bei dem der Block
und der Schneidrand des Werkzeugs in Kontakt zueinander
gelangen, und den elektrischen Entladungsprozeß, bei dem der
Block mit der Schneidkante des Werkzeugs nicht in Kontakt
sind. Jedoch wird die elektrische Entladungsbearbeitung dann
durchgeführt, wenn eine geeignete Lücke zum Erzeugen der
elektrischen Entladung durch das Schneiden gebildet ist, und
zwar zwischen dem Schneidrand des Werkzeugs und dem Block.
Insbesondere wird die elektrische Entladungsbearbeitung
zufällig durchgeführt, abhängig von dem Schneidvorgang, und
sie lässt sich nicht steuern. Deshalb ist es schwierig, eine
stabile Bearbeitung zu erreichen und eine einheitliche
Reformierschicht bei dem Schneidrandabschnitt des Werkzeugs
zu erzeugen.
Weiterhin wird die Schneidkante des Werkzeugs durch Reibung
gegenüber dem Block während des Schneidprozesses gerieben, so
dass die Schneidkante durch eine konzentrierte elektrische
Entladung bei dem elektrischen Entladungsprozess stumpf wird.
Dann ist es erforderlich, den Schneidrandabschnitt, an dem
die Reformierschicht aufgebaut wird, zu schleifen. Ferner
erfordert das Oberflächenbehandlungsgerät eine mechanische
Steifigkeit, die diejenige einer normalen elektrischen
Entladungsmaschine übersteigt, aufgrund eines
Schnittwiderstands, der erzeugt wird, wenn das umlaufende
Werkzeug den Block schneidet, der das Reformiermaterial
enthält.
Demnach besteht die Aufgabe der Erfindung in der Schaffung
eines Oberflächenbehandlungsverfahrens und -geräts, mit dem
sich eine Reformierschicht einheitlich an einem
Schneidrandabschnitt eines Werkzeugs bei Verbesserung des
Schneidrands bilden lässt.
Diese Aufgabe wird durch ein Oberflächenbehandlungsverfahren
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Ferner wird die Aufgabe durch ein Oberflächenbehandlungsgerät
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.
Insgesamt wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine
erhebliche Verbesserung einer Werkzeuglebensdauer lediglich
durch eine elektrische Entladungsbearbeitung erreicht.
Gemäß der Erfindung bildet das
Oberflächenbehandlungsverfahren mit elektrischer
Entladungsbearbeitung eine Reformierschicht an einem Zahn
eines umlaufenden Werkzeugs, durch eine
Oberflächenbehandlungselektrode, die aus einem
Reformiermaterial hergestellt ist. Die
Oberflächenbehandlungselektrode ist gegenüber dem Zahn
plaziert. Die Oberflächenbehandlungselektrode wird relativ
entlang dem Zahn bewegt, während eine elektrische Entladung
zwischen dem Zahn und der Oberflächenbehandlungselektrode
erzeugt wird. Hierdurch wird die Reformierschicht an dem Zahn
gebildet.
Zudem enthält gemäß der Erfindung das
Oberflächenbehandlungsgerät ein
umlaufendes Werkzeug mit einem Zahn. Eine
Oberflächenbehandlungselektrode, die aus einem
Reformiermaterial hergestellt ist, bildet eine
Reformierschicht an dem Zahn. Ein Relativbewegungsantrieb
bewirkt die Drehung des umlaufenden Werkzeugs und bewegt
dieses relativ zur Oberflächenbehandlungselektrode entlang
dem Zahn, während es die Oberflächenbehandlungselektrode
gegenüber dem Zahn platziert. Eine elektrische
Entladungsenergiequelle führt eine Spannung zwischen dem Zahn
und der Oberflächenbehandlungselektrode zu. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich
anhand der folgenden Beschreibung unter Bezug auf die
beiliegende Zeichnung, in der bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung klar gezeigt sind; es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht zum Darstellen einer
Gesamtstruktur eines Oberflächenbehandlungsgeräts
auf der Grundlage einer elektrischen
Entladungsbearbeitung gemäß einer ersten
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine erläuternde Ansicht zum Darstellen eines
Hauptabschnitts, d. h. eines Schneidrandabschnitts
eines umlaufenden Werkzeugs, der durch das
Oberflächenbehandlungsgerät der ersten
Ausführungsform bearbeitet wird;
Fig. 3 eine Vorderansicht zum Darstellen einer
Relativbewegung des umlaufenden Werkzeugs und einer
Oberflächenbehandlungselektrode des
Oberflächenbehandlungsgeräts der ersten
Ausführungsform;
Fig. 4 eine Vorderansicht zum Darstellen einer Beziehung
zwischen einem umlaufenden Werkzeug und einer
Oberflächenbehandlungselektrode bei einem
Oberflächenbehandlungsgerät bei einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 eine Seitenansicht zum Darstellen einer Beziehung
zwischen dem umlaufenden Werkzeug und der in Fig. 4
gezeigten Oberflächenbehandlungselektrode;
Fig. 6 eine Vorderansicht zum Darstellen eines Zustands
nach einer Veränderung der Positionsbeziehung
zwischen dem umlaufenden Werkzeug und der
Oberflächenbehandlungselektrode;
Fig. 7 eine erläuternde Querschnittsansicht zum Darstellen
einer Positionsbeziehung zwischen einer Mittenachse
eines umlaufenden Werkzeugs und einer
Oberflächenbehandlungselektrode, bei einer
horizontalen Ebene, gemäß der zweiten
Ausführungsform eines Oberflächenbehandlungsgeräts
auf der Basis einer elektrischen
Entladungsbearbeitung nach der Erfindung;
Fig. 8 eine erläuternde Querschnittsansicht zum Darstellen
einer Positionsbeziehung zwischen dem umlaufenden
Werkzeug und einer Außendurchmesserlinie der
Oberflächenbehandlungselektrode in der horizontalen
Ebene;
Fig. 9 eine erläuternde Querschnittsansicht zum Darstellen
einer Positionsbeziehung zwischen dem umlaufenden
Werkzeug und einer Außendurchmesserlinie der
Oberflächenbehandlungselektrode in der horizontalen
Ebene, derart, daß die Elektrode innerhalb eines
Drehorts eines Schneidrands fortschreitet;
Fig. 10 eine erläuternde Querschnittsansicht zum Darstellen
einer Positionsbeziehung zwischen dem umlaufenden
Werkzeug und einer Außendurchmesserlinie bei der
Oberflächenbehandlungselektrode in der horizontalen
Ebene, derart, daß die Elektrode in Kontakt zu dem
Schneidrand gelangt;
Fig. 11 eine erläuternde Querschnittsansicht zum Darstellen
eines Positionsbeziehung zwischen dem Schneidrand
und dem umlaufenden Werkzeug und einer
Außendurchmesserlinie bei der
Oberflächenbehandlungselektrode;
Fig. 12 eine erläuternde Querschnittsansicht zum Darstellen
einer Winkelbeziehung zwischen einer Randflanke des
umlaufenden Werkzeugs und einer
Längsabschlußoberfläche der
Oberflächenbehandlungselektrode;
Fig. 13 eine erläuternde Querschnittsansicht zum Darstellen
einer parallelen Beziehung zwischen einer
Randflanke des umlaufenden Werkzeugs und einer
Längsabschlußoberfläche der
Oberflächenbehandlungselektrode;
Fig. 14 eine erläuternde Ansicht eines Betriebs zum
Aufbauen einer Reformierschicht bei einer
Randflanke des umlaufenden Werkzeugs;
Fig. 15 einen ersten Teil eines Flußdiagramms eines
Programms zum Aufbauen der Reformierschicht beim
Festlegen einer Beziehung zwischen dem umlaufenden
Werkzeug und der Oberflächenbehandlungselektrode
nach der zweiten Ausführungsform des
Oberflächenbehandlungsgeräts;
Fig. 16 einen zweiten Teil des Flußdiagramms des Programms
zum Aufbauen der Reformierschicht beim Festlegen
einer Beziehung zwischen dem umlaufenden Werkzeug
und der Oberflächenbehandlungselektrode nach der
zweiten Ausführungsform des
Oberflächenbehandlungsgeräts;
Fig. 17 eine schematische Ansicht zum Darstellen einer
Gesamtstruktur eines Oberflächenbehandlungsgeräts
durch elektrische Entladungsbarbeitung gemäß einer
dritten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 18 eine schematische Ansicht zum Darstellen einer
Gesamtstruktur eines Oberflächenbehandlungsgeräts
durch eine elektrische Entladungsbearbeitung gemäß
einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 19 eine schematische Ansicht zum Darstellen einer
Gesamtstruktur eines Oberflächenbehandlungsgeräts
durch eine elektrische Entladungsbearbeitung gemäß
einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 20 eine schematische Ansicht zum Darstellen eines
Hauptabschnitts eines Oberflächenbearbeitungsgeräts
durch eine elektrische Entladungsbearbeitung gemäß
einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 21 eine schematische Ansicht zum Darstellen eines
Hauptabschnitts eines Oberflächenbehandlungsgeräts
durch eine elektrische Entladungsbearbeitung gemäß
einer siebten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 22 eine schematische Ansicht zum Darstellen einer
Gesamtstruktur eines Oberflächenbehandlungsgeräts
durch eine elektrische Entladungsbearbeitung gemäß
einer achten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 23 eine schematische Ansicht zum Darstellen einer
Gesamtstruktur eines Oberflächenbehandlungsgeräts
durch eine elektrische Entladungsbearbeitung gemäß
einer neunten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 24 eine schematische Ansicht zum Darstellen eines
Hauptabschnitts eines Oberflächenbehandlungsgeräts
durch eine elektrische Entladungsbearbeitung gemäß
einer zehnten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 25 eine schematische Ansicht zum Darstellen eines
Gesamtstruktur eines Oberflächenbearbeitungsgeräts
nach dem Stand der Technik.
Mehrere bevorzugte Ausführungsformen eines
Oberflächenbehandlungsverfahrens und -geräts der Erfindung
werden hier nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung
beschrieben. In der Zeichnung kennzeichnen die gleichen
Bezugsbuchstaben und -zeichen die gleichen oder entsprechende
Elemente, die gemeinsam in den Ausführungsformen genützt
werden, und deren Beschreibung wird weggelassen, um Redundanz
zu vermeiden.
Die Fig. 1 zeigt eine Gesamtstruktur eines
Oberflächenbehandlungsgeräts durch eine elektrische
Entladungsbearbeitung gemäß einer ersten Ausführungsform der
Erfindung. Die Fig. 2 zeigt einen Hauptabschnitt oder einen
Schneidrandabschnitt eines umlaufenden Werkzeugs, das durch
das Oberflächenbehandlungsgerät der ersten Ausführungsform
bearbeitet wird.
Nach der Fig. 1 und 2 erfolgt die Oberflächenbearbeitung bei
einem umlaufenden Werkzeug 1, beispielsweise einem
Stirnfräser, einem Spiralbohrer oder dergleichen. Eine
Oberflächenbehandlungselektrode 2 ist aus einer Komponente
hergestellt, die eine Reformierschicht bildet, beispielsweise
TiC, TiH2 oder dergleichen. Die Elektrode kann durch Sintern
der Pulver des Reformiermaterials (WC oder dergleichen)
gebildet werden, gemäß dem Stand der Technik. Das umlaufende
Werkzeug 1 wird durch ein Spannfutter 3 gehalten. Die
Oberflächenbehandlungselektrode 2 wird koaxial an einem
Elektrodenhalter 4 gehalten. Eine Hauptwelle 5 bewegt das
umlaufende Werkzeug 1 in einer Z-Achsenrichtung. Eine
Drehwelle 6 dreht das umlaufende Werkzeug 1 entlang einer
Umfangsrichtung C um dessen Mittenachse (im folgenden als C-
Achse bezeichnet). Ein Z-Achsenantrieb 7 treibt die
Hauptwelle 5 vertikal oder die Z-Achsenrichtung zusammen mit
dem umlaufenden Werkzeug 1 an. Ein Drehwellenantrieb 8,
bestehend aus einem Motor oder dergleichen, treibt die
Drehwelle 6 an. Der Elektrodenhalter 4 ist an der Innenseite
eines Bearbeitungsgefäßes 9 fixiert, das ein
Bearbeitungsfluid 10 für eine elektrische
Entladungsbearbeitung enthält. Der Bearbeitungsbehälter 9
läßt sich horizontal in der X-Achsenrichtung durch einen X-
Tisch 11 bewegen, und in der Y-Achsenrichtung durch einen Y-
Tisch 12. Ein X-Achsenantrieb 13 treibt den X-Tisch 11 in der
X-Achsenrichtung an. Ein Y-Achsenantrieb 14 treibt den Y-
Tisch 12 in der Y-Achsenrichtung an. Eine Steuereinheit 15
besteht aus einem Computer oder dergleichen. Eine
Ortsbewegungs-Steuerschaltung 16 ist in der Steuereinheit 15
vorgesehen. Die Ortsbewegungs-Steuerschaltung 16 steuert eine
Bewegung des umlaufenden Werkzeugs 1 derart, daß eine
Entladungsoberfläche der Oberflächenbehandlungselektrode 2
einer Randflanke oder einem Schneidrandabschnitt des
Werkzeugs 1 folgt. Die Ortsbewegungs-Steuerschaltung 16
entspricht einer normalen numerischen Steuerschaltung. Eine
Zwischenpol-Detektorschaltung 17 detektiert eine
Zwischenpolspannung (Spannung zwischen den Elektroden) oder
einen Kurzschluß zwischen dem umlaufenden Werkzeug 1 (einer
Elektrode) und der Oberflächenbehandlungselektrode 2
(Gegenelektrode). Eine elektrische Entladungsenergiequelle 18
führt eine Spannung zwischen dem umlaufenden Werkzeug 1 und
der Oberflächenbehandlungselektrode 2 zu. Die Zwischenpol-
Detektorschaltung 17 bestimmt die Zwischenpolspannung oder
den Kurzschluß anhand eines Spannungsabfalls bei einem
internen Widerstand der Energiequelle 18. Die Energiequelle
18 enthält einen Entladungswiderstand und dergleichen,
obgleich nicht gezeigt.
Das umlaufende Werkzeug 1 führt eine Relativbewegung zu der
Oberflächenbehandlungselektrode 2 vertikal oder entlang der
Z-Achsenrichtung über das Spannfutter 3 durch. Der
Elektrodenhalter 4 ist bei einer festgelegten Position an dem
X-Tisch 11 fixiert. Hierdurch läßt sich die Position der
Elektrode 2 durch die Steuereinheit 15 dadurch steuern, daß
der X-Tisch 11 und der Y-Tisch 12 in X-Achsenrichtung und Y-
Achsenrichtung über den X-Achsenantrieb 13 und den Y-
Achsenantrieb 14 bewegt werden. Die Befestigungsposition des
Elektrodenhalters 4 an dem X-Tisch 11 wird so angeglichen,
daß die Achse der Elektrode 2 sich in X-Achsenrichtung
erstreckt. Somit können das umlaufende Werkzeug 1 und die
Oberflächenbehandlungselektrode 2 in gesteuerter Weise eine
Relativbewegung entlang einer oder zweiter oder dreier
Achsenrichtungen gemäß der X-Achsen- und Y-Achsen- und Z-
Achsenrichtung gleichzeitig durchführen. Bei dieser
Ausführungsform hält der Elektrodenhalter 4 die
Oberflächenbehandlungselektrode 2 derart, daß sie sich
rechtwinklig zu der Z-Achsenrichtung und parallel zu der X-
Achsenrichtung erstreckt. Jedoch kann der Elektrodenhalter 4
in einer Neigungsrichtung (vertikale Richtung) T mit
fixiertem Abstand zu dem umlaufenden Werkzeug 1 neigbar sein.
In diesem Fall ist es möglich, daß eine Randflanke 1a des
umlaufenden Werkzeugs 1 um einen festgelegten Winkel bezogen
auf dessen Mittenachse 0-0 (vgl. Fig. 3) schräggestellt ist.
Der Drehwellenantrieb 8 und der Z-Achsenantrieb 7 bilden
einen Relativbewegungsantrieb für die relative Bewegung des
umlaufenden Werkzeugs 1 und der
Oberflächenbehandlungselektrode 2 nach dieser
Ausführungsform.
Wie in Fig. 2 gezeigt, ist das umlaufende Werkzeug 1 in
dieser Ausführungsform mit einer Randflanke 1a ausgebildet,
die eine Oberfläche mit einem Freiwinkel (Randanstellwinkel)
β ist, angeordnet bei einem Schneidrandabschnitt eines
Schneidzahns. Das umlaufende Werkzeug 1 weist eine Räumfläche
1b auf, die eine Oberfläche ist, die einen Anschnittwinkel
definiert, unmittelbar neben der Flanke 1a mit einem
Werkzeugwinkel γ plaziert. Das Werkzeug 1 enthält eine
schraubenförmige Spannut 1c, die in einer festgelegten ebenen
Form ausgebildet ist, beispielsweise einer schraubenförmigen
Form oder einer geraden Form.
Ein Betrieb des Oberflächenbehandlungsgeräts dieser
Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben.
Das umlaufende Werkzeug 1 und die
Oberflächenbehandlungselektrode 2 werden relativ zueinander
bewegt, durch den Z-Achsenantrieb 7, den X-Achsenantrieb 13
und den Y-Achsenantrieb 14, wodurch deren Relativpositionen
so festgelegt sind, daß eine durch die Endoberfläche 2a der
Elektrode 2 definierte Entladungsoberfläche parallel der
Flanke 1a des Werkzeugs 1 mit fixiertem Abstand
gegenüberliegt. In dem Fall, in dem das umlaufende Werkzeug 1
eine Randflanke mit bogenförmiger Form aufweist,
beispielsweise einem exzentrischen Schneidrand, hergestellt
durch eine exzentrische Reliefschärfung (relief sharpening),
ist die Endoberfläche 2a der Elektrode 2 so festgelegt, daß
sie parallel zu einer Ebene zu liegen kommt, die eine
Tangente der bogenförmigen Flanke enthält. Der obige Abstand
ist ein Abstand, durch den eine elektrische Entladung
zwischen der Flanke 1a des umlaufenden Werkzeugs 1 und der
Endoberfläche 2a der Oberflächenbehandlungselektrode 2
gebildet wird. Die Position (Anfangseinstellposition) der
Elektrode 2, insbesondere die Z-Achsenposition der
Endoberfläche 2a in diesem Zeitpunkt kann wie gewünscht
ausgewählt werden. Jedoch ist eine höchstmögliche oder
niedrigste Endposition der Flanke 1a vorzuziehen. Die obige
Positionseinstellung wird beispielsweise durch Einsatz der
Steuereinheit 15 und der Zwischenpol-Detektorschaltung 17
durchgeführt.
Anschließend wird das durch das Spannfutter 3 gehaltene
Werkzeug 1 durch den Drehwellenantrieb 8 zusammen mit der
Drehwelle 6 gedreht, bei gleichzeitiger Vertikalbewegung
durch den Z-Achsenantrieb 7 zusammen mit der Hauptwelle 5. In
diesem Zeitpunkt sind die Vertikalbewegung und die Drehung
des Werkzeugs 1 durch die Steuerung der Ortsbewegungs-
Steuerschaltung 16 synchronisiert. Der Synchronisierbetrieb
erfolgt derart, daß die Entladeoberfläche der Elektrode 2
sich entlang einem Helixort (Helixwinkel θ) des Schneidrands
des bearbeiteten Werkzeugs bewegt. Für diesen Zweck ist ein
Drehumfang der Drehwelle 6 so festgelegt, daß er einem
Bewegungsumfang der Hauptwelle 5 entspricht (ein
Vorschubumfang gemäß einer festgelegten Schneidrandlänge in
axialer Richtung des Werkzeugs 1). Ein derartiger
festgelegter Umfang ist in der Ortsbewegungs-Steuerschaltung
als Parameter für den Betrieb des umlaufenden Werkzeugs 1
gespeichert.
Ein Beispiel des obigen Betriebs wird beschrieben, in dem ein
rechtsgängiger Stirnfräser mit Helixzahnung bearbeitet wird,
mit einem Helixwinkel θ, einer Schneidrandlänge L (mm) und
einem Durchmesser D (mm).
Wird die Hauptwelle 5 entlang einer Minusrichtung (nach oben)
der Axialrichtung (Z-Achsenrichtung) um einen festgelegten
Bewegungsumfang bewegt, d. h. um einen Bewegungsumfang der
Schneidrandlänge L in einer Richtung weg von dem führenden
Ende des Werkzeugs 1 zu dem Spannfutter 3, so wird eine
Bewegung des Werkzeugs 1 in der Minusrichtung (nach oben)
beibehalten, während es nach rechts mit einem konstanten
Verhältnis von (360' × L × tanθ)/π × D) gedreht wird.
Beispielsweise zeigt die Fig. 3 eine Relativbewegung des
umlaufenden Werkzeugs und der Oberflächenbehandlungselektrode
der ersten Ausführungsform des Oberflächenbehandlungsgeräts.
Wie in Fig. 3 gezeigt, wird das Werkzeug 1 nach oben bewegt,
während es sich nach rechts betrachtet von der Seite der
Endoberfläche 2a der Elektrode 2 dreht. Hierdurch wird die
Endoberfläche 2a als Entladeoberfläche der Elektrode 2
relativ nach unten entlang der Schraubenlinie der Randflanke
1a des Werkzeugs 1 bewegt. Im Ergebnis wird die
Reformierschicht 19 entlang der Länge der Flanke 1a über eine
Distanz 21 der nach unten gerichteten Bewegung der
Endoberfläche 2a aufgebaut. Die Hauptwelle 5 wird in eine
Plusrichtung (nach unten) der Z-Achsenrichtung bewegt, d. h.
von dem Spannfutter weg zu dem führenden Ende des Werkzeugs
1, das Werkzeug 1 wird in umgekehrter Richtung nach oben
(linksgängige Drehung) gedreht. Somit wird die
Entladeoberfläche der Elektrode 2 an der Randflanke 1a
entlang der Schraubenlinie des Schneidzahns hin- und
herbewegt, unter Beibehaltung der in Fig. 2 gezeigten
Positionsbeziehung der Bearbeitungsstartzeit
(Anfangseinstellposition). Die Zwischenpoldetektorschaltung
17 detektiert die Positionsbeziehung zwischen der Elektrode 2
und dem umlaufenden Werkzeug 1 anhand deren Kontakte oder
dergleichen. Eine detektierte Information wird zu der
Steuereinheit 15 gesendet. Information wird zum Positionieren
der Entladeoberflächeelektrode 2 und der Flanke 1a und der
Fläche 1b des Werkzeugs 1 (vgl. Fig. 2) so eingesetzt, daß
diese entgegengesetzt zueinander sind. Werden der Helixwinkel
θ, die bearbeitete Schneidrandlänge L, der Durchmesser D, die
Information für den schraubenlinienförmigen Schneidzahn
(rechtsgängig oder linksgängig), die Bewegungsgeschwindigkeit
und die Zahl der Wiederholzeiten bei der Ortsbewegungs-
Steuerschaltung 16 eingegeben, so gibt diese an die
Steuereinheit 15 einen Befehl derart ab, daß die
Ladungsoberfläche der Schraubenlinie/Helix der Flanke 1a
folgt. Die Steuereinheit 15 steuert den X-Achsenantrieb 13,
den Y-Achsenantrieb 14, den Z-Achsenantrieb 7 und den
Drehwellenantrieb 8 in Übereinstimmung mit dem Befehl derart,
daß sich das Werkzeug 1 und die Elektrode 2 relativ
zueinander, wie gewünscht, bewegen.
Wie oben erwähnt, führt die Energiequelle 18 eine Spannung
zum Erzeugen einer elektrischen Entladung zwischen dem
Werkzeug 1 und der Elektrode 2 zu, während der
Entladungsabschnitt in das Bearbeitungsfluid 10 eingetaucht
wird und während die Elektrode 2 der bearbeiteten
Schneidzahnoberfläche folgt. Somit wird eine Reformierschicht
19 auf der Randflanke 1a und der Randfläche 1b des
umlaufenden Werkzeugs 1 gebildet. Insbesondere erstreckt sich
die auf der Flanke 1a gebildete Reformierschicht 19 entlang
einem äußeren Umfangsrandteil der Fläche 1b, wodurch die
Reformierschicht 19 auch auf der Fläche 1b definiert ist.
Bei der ersten Ausführungsform ist es vorzuziehen, den
Elektrodenhalter 4 so zu steuern, daß er sich in der
Axialrichtung der Elektrode 2 (X-Achsenrichtung) bewegt,
wodurch die Position der Endoberfläche 2a der Elektrode 2
korrigiert wird, die durch die elektrische Entladung
abgetragen wird. In diesem Fall wird die Entladungslücke
zwischen der Endoberfläche 2a der Elektrode 2 und den
Schneidzahn des Werkzeugs 1 immer geeignet für die
elektrische Entladung aufrechterhalten.
Die Fig. 4 zeigt eine Beziehung zwischen einem umlaufenden
Werkzeug und einer Oberflächenbehandlungselektrode bei einem
Oberflächenbehandlungsgerät nach einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung. Die Fig. 5 zeigt eine
Beziehung zwischen dem umlaufenden Werkzeug und der
Oberflächenbehandlungselektrode nach Fig. 4. Die Fig. 6 zeigt
einen Zustand, nachdem eine Positionsbeziehung zwischen dem
umlaufenden Werkzeug und der Oberflächenbehandlungselektrode
verändert ist. Die Fig. 7 zeigt eine Positionsbeziehung
zwischen einer Mittenachse eines umlaufenden Werkzeugs und
einer Oberflächenbehandlungselektrode bei einer horizontalen
Ebene gemäß einer zweiten Ausführungsform eines
Oberflächenbehandlungsgeräts mit der elektrischen
Entladungsbearbeitung der Erfindung. Die Fig. 8 zeigt eine
Positionsbeziehung zwischen dem umlaufenden Werkzeug und
einer äußeren Durchmesserlinie der
Oberflächenbehandlungselektrode in der horizontalen Ebene.
Die Fig. 9 zeigt eine Positionsbeziehung zwischen dem
umlaufenden Werkzeug in einer äußeren Durchmesserlinie der
Oberflächenbehandlungselektrode in der horizontalen Ebene
derart, daß die Elektrode innerhalb eines Drehorts eines
Schneidrands fortschreitet. Die Fig. 10 zeigt eine
Positionsbeziehung zwischen einem umlaufenden Werkzeug und
einer äußeren Durchmesserlinie bei einer
Oberflächenbehandlungselektrode in der horizontalen Ebene,
derart, daß die Elektrode in Kontakt mit dem Schneidrand
gelangt. Die Fig. 11 zeigt eine Positionsbeziehung zwischen
dem Schneidrand des umlaufenden Werkzeugs und einer
Außendurchmesserlinie der Oberflächenbehandlungselektrode.
Die Fig. 12 zeigt eine Winkelbeziehung zwischen einer Flanke
des umlaufenden Werkzeugs und einer Längsendoberfläche der
Oberflächenbehandlungselektrode. Die Fig. 13 zeigt eine
Parallelbeziehung zwischen einer Flanke des umlaufenden
Werkzeugs und einer Längsendoberfläche der
Oberflächenbehandlungselektrode. Die Fig. 14 erläutert einen
Betrieb zum Aufbauen einer Reformierschicht bei einer Flanke
des umlaufenden Werkzeugs.
Eine Gesamtstruktur der zweiten Ausführungsform des
Oberflächenbehandlungsgeräts stimmt mit derjenigen des in
Fig. 1 gezeigten Geräts überein, und eine detaillierte
Beschreibung hiervon wird weggelassen.
Unter Bezug auf die Fig. 4 bis 14 enthält das
Oberflächenbehandlungsgerät der zweiten Ausführungsform das
umlaufende Werkzeug 1, die Oberflächenbehandlungselektrode 2,
das Spannfutter 3, den Elektrodenhalter 4, die Hauptwelle 5,
die umlaufende Welle 6, den Z-Achsenantrieb 7 und den
Drehwellenantrieb 8, wie die erste Ausführungsform.
Ein Betrieb des Oberflächenbehandlungsgeräts in der zweiten
Ausführungsform wird nachfolgend unter Bezug auf die Fig. 4
bis 14 und die Fig. 15 und 16 beschrieben.
Die Fig. 15 und 16 zeigen ein Flußdiagramm eines Programms
zum Aufbauen der Reformierschicht bei gleichzeitiger
Festlegung einer Beziehung zwischen dem umlaufenden Werkzeug
und der Oberflächenbehandlungselektrode in der zweiten
Ausführungsform des Oberflächenbehandlungsgeräts.
Im Schritt S1 werden Bedingungen oder Daten für das Werkzeug
1 und die Elektrode 2 eingegeben und in der Steuereinheit 15
festgelegt. Bedingungen für das umlaufende Werkzeug 1 sind
ein Helixwinkel θ, eine Schneidrandlänge L (mm), ein
Durchmesser D (mm), eine Schraubenrichtung (rechtsgängig oder
linksgängig) und dergleichen. Die Bedingungen der obigen
Behandlungselektrode 2 sind eine Länge M (mm), ein
Durchmesser d (mm) und dergleichen. Die Position des
Elektrodenhalters 4, der zum Halten der Elektrode 2 als
mechanische Struktur ausgebildet ist, ist eindeutig
festgelegt, wenn der Halter 4 an dem Bearbeitungsgefäß 9
montiert ist. Anschließend läßt sich die X-Koordinate und Y-
Koordinate des Halters 4 spezifizieren, während die Z-
Koordinate hiervon spezifiziert ist. Hierfür wird die
Position der Mittenlinie A-A der an den Elektrodenhalter 4
angepaßten Elektrode eindeutig festgelegt. Weiterhin wird die
Pegelhöhe der Elektrode 2 durch die mechanische Montierung
festgelegt, so daß sich die Y-Koordinate spezifizieren läßt,
während die X-Koordinate spezifiziert ist. Die Mittenlinie O-
O des umlaufenden Werkzeugs (vgl. Fig. 4 und 5) ist eindeutig
durch die Mittenlinie-(Achse) Z-Z bestimmt, die sich in Z-
Achsenrichtung der Hauptwelle 5 erstreckt, so daß die X-
Koordinate und die Y-Koordinate hiervon spezifiziert sind.
Wie in Fig. 4 gezeigt, ist sie selbst dann, wenn die
Elektrode 2 und das Werkzeug 1 an ihren Positionen montiert
sind, dort nicht spezifiziert, wo die Mittenlinie A-A der
Elektrode 2 und die Mittenlinie O-O des Werkzeugs 1
(Mittenlinie Z-Z der Hauptwelle 5) positioniert sind. Jedoch
ist die Position der Mittenlinie A-A der Elektrode 2
mechanisch festgelegt, und sie läßt sich spezifizieren.
Ferner ist die Position der Mittenlinie O-O des Werkzeugs 1
mechanisch festgelegt, und sie läßt sich spezifizieren. Somit
läßt sich, wie in Fig. 5 gezeigt, die Positionsbeziehung des
Werkzeugs 1 (rechtsgängiger schraubenförmiger Zahn und
Stirnfräser mit vier Zähnen), das in dem Spannfutter 3
gehalten ist, und der Elektrode 2, die in dem Halter 4
gehalten ist, derart festlegen, daß die Mittenlinie A-A der
Elektrode 2 und die Mittenlinie O-O des Werkzeugs 1 einander
in rechten Winkeln kreuzen, durch Angleichen der Position des
Elektrodenhalters 4 über den X-Achsenantrieb 13 und den Y-
Achsenantrieb 14. Anschließend werden in dem Schritt S2
Betriebstasten betätigt, die jeweils in Zuordnung zu den
entsprechenden Antrieben 7, 13 und 14 an einem nicht
gezeigten Steuerpult vorgesehen sind. In dem Schritt S3 wird
die Position des Elektrodenhalters 4 so angeglichen, daß die
Mittenlinie O-O des Werkzeugs 1 rechtwinklig die Mittenlinie
A-A der Elektrode 2 kreuzt. Eine horizontale Ebene Af-Af mit
der Mittenlinie A-A ist in Fig. 5 gezeigt. Zu diesem
Zeitpunkt sind deren Positionen so ausgelegt, daß das
Werkzeug 1 und die Elektrode 2 mit einem kleinen Intervall
derart angeordnet sind, daß sie nicht miteinander
kollidieren, wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt, auf der
Grundlage der Schneidrandlänge L (in mm) des Werkzeugs 1, der
Länge M (mm) und des Durchmessers d (mm) der Elektrode 2 und
dergleichen.
In dem Schritt S4 und dem Schritt S5 ist das umlaufende
Werkzeug 1 abgesenkt und die Zwischenpol-Detektorschaltung 17
detektiert, ob ein Längsendschneidrandabschnitt des Werkzeugs
1 in Kontakt zu einem oberen Abschnitt der Elektrode 2
vorliegt oder nicht. Berührt der Endschneidrandabschnitt den
oberen Abschnitt der Elektrode 2, so wird die Z-Koordinate
des Endschneidrands in dem Zeitpunkt als eine
Standardposition berechnet, auf der Grundlage einer Distanz
d/2 zwischen der Position des Endschneidrands und der
Mittenlinie A-A der Elektrode 2, und zwar in dem Schritt S6.
In diesem Zeitpunkt ist aufgrund der Tatsache, daß die Z-
Koordinate der Mittenlinie A-A der Elektrode 2 mechanisch
bestimmt und spezifiziert ist, wie oben erwähnt, eine
derartige Berechnung der Standardpositon möglich.
Anschließend wird in dem Schritt S7 das umlaufende Werkzeug 1
nach oben bewegt, und es wird nach oben zu einer solchen
Position zurückgeführt, dass es nicht mit der Elektrode 2
wechselwirkt, und die Elektrode 2 wird ebenfalls rückwärts
bewegt. Anschließend wird, wie in Fig. 6 gezeigt, das
umlaufende Werkzeug 1 in Z-Achsenrichtung durch den Z-
Achsenantrieb 7 abgesenkt, auf der Grundlage der
Schneidrandlänge des Werkzeugs 1, derart, dass ein Ende des
Schneidrands bei der Schaftseite des Werkzeugs 1 oder eine
Schulterposition 1d der Endoberfläche 2a der Elektrode 2
gegenüberliegt und es an einer Verlängerungslinie der
Mittenlinie A-A positioniert ist.
Bei Betrachtung des Abschnitts des Werkzeugs 1 in der
horizontalen Ebene Af/Af ausgehend von der Seite des
Spannfutters ist die Positionsbeziehung zwischen der
Endoberfläche 2a und der Flanke 1a beispielsweise so, wie sie
in Fig. 7 gezeigt ist. Insbesondere ergeben sich zwei Fälle:
einer, bei dem der Schneidrand des Werkzeugs 1 nach oben (im
Uhrzeigersinn) ausgehend von der Mittenlinie A-A der
Elektrode 2 gedreht ist, wie anhand der durchgezogenen Linie
in Fig. 7 gezeigt, und ein anderer, bei dem der Schneidrand
des Werkzeugs 1 nach links (entgegen dem Uhrzeigersinn)
ausgehend von der Mittenlinie A-A der Elektrode 2 gedreht
ist, wie anhand der Zwei-Punkt strichpunktierten Linie in
Fig. 7 gezeigt.
Wie in Fig. 8 gezeigt, wird in dem Schritt S8 die Elektrode 2
entlang der X-Achsen- und Y-Achsenrichtungen zum Angleichen
der Relativposition zu dem umlaufenden Werkzeug 1 so bewegt,
dass eine Verlängerungslinie A1-A1 eines Endes in
Breitenrichtung der Endoberfläche 2a (unterstes Ende in Fig.
8) an der Mittenachse O des umlaufenden Werkzeugs 1
vorbeiläuft oder diese rechtwinklig kreuzt. Die
Verlängerungslinie A1-A1 ist bei dem Winkelende (unteren Ende
in Fig. 8) angeordnet, betrachtet von der Seite der
Endoberfläche 2a der Elektrode 2, und zwar in dem Fall, in
dem die Schraubenlinie des Werkzeugs 1 rechtsgängig ist, wie
in Fig. 8 gezeigt. Ist die Schraubenlinie des Werkzeugs 1
linksgängig, so ist es an dem rechten Ende (oberen Ende in
Fig. 8) angeordnet, betrachtet von der Seite der
Endoberfläche 2a der Elektrode 2. Insbesondere dann, wenn die
Elektrode 2 aus einem Rundmaterial besteht, ist diese eine
Verlängerungslinie einer Tangentiallinie der am weitesten
links oder rechts vorliegenden Randoberfläche. Besteht die
Elektrode 2 aus einem Vierkantstab/Material, so ist sie eine
Verlängerungslinie der am weitesten links oder rechts
befindlichen Endoberfläche. Die Verlängerungslinie A1-A1 der
Elektrode 2 läßt sich erhalten und erkennen, indem der
Kontakt der Seitenoberfläche der Elektrode 2 und des
Schenkelteils des Werkzeugs 1 durch die Zwischenpol-
Detektorschaltung 17 detektiert wird. Bei dieser
Ausführungsform ist die Verlängerungslinie A1-A1 diejenige,
die anhand der Mittenlinie A-A und dem Radius d/2 der
Elektrode 2 aus Einfachheitsgründen berechnet ist. Die
Mittenlinie O-O (Mittenachse) in diesem Zeitpunkt wird anhand
des Bewegungsumfangs des X-Tisches 11 und des Y-Tisches 12
gemessen.
Wie in Fig. 9 gezeigt, wird die Elektrode 2 in X-
Achsenrichtung derart bewegt, daß die Endoberfläche 2a an
einer solchen Position angeordnet ist, daß sie innerhalb
eines Ortes 1A des Schneidrands des Werkzeugs 1 vorliegt und
nicht in Kontakt zu dem Werkzeug 1 gelangt. Im Schritt S9
wird entschieden, ob die Elektrode 2 eine solche Position
erreicht oder nicht. Insbesondere folgt eine JA-Entscheidung
in dem Fall, wenn die Endoberfläche 2a innerhalb eines
Bereichs von D/2 ausgehend von der Mittenlinie O-O des
Werkzeugs 1 plaziert ist, während die Zwischenpol-
Detektorschaltung 17 nicht den Kontakt der Elektrode 2 und
des Werkzeugs 1 detektiert. Anschließend wird in dem Schritt
S10 das Werkzeug 1 im Uhrzeigersinn gedreht (Rechtsumdrehung
in den Fig. 4 bis 14) und zwar für den Fall des
rechtsgängigen schraubenförmigen Zahns, ohne entgegen dem
Uhrzeigersinn in dem Fall des linksgängigen schraubenförmigen
Zahns. Im Schritt S11 werden, wie in Fig. 10 gezeigt, die
Elektrode 2 und das Werkzeug 1 in Kontakt zueinander
gebracht. In diesem Zeitpunkt detektiert die Zwischenpol-
Detektorschaltung 17 den Kontakt der Seitenoberfläche der
Elektrode 2 mit dem Schneidrand des Werkzeugs 1. In dem
Schritt S12 liest die Steuereinheit 15 eine Koordinate (x0,
y0) ein, und zwar für den Schneidrand des Schneidzahns der
mehreren Zähne (für die dargestellte Ausführungsform zwei
Zähne) des Werkzeugs 1, der in Kontakt zu der Elektrode 2 in
diesem Zeitpunkt vorliegt. Eine derartige Koordinate (x0, y0)
des Schneidrands läßt sich auf der Basis der Koordinate der
Mittenlinie O-O und des Radius D/2 des Werkzeugs 1 berechnen,
sowie einer Distanz von der Endoberfläche 2a der Elektrode zu
der Mittenlinie O-O des Werkzeugs 1. Die Koordinate (x0, y0)
des obigen, in Kontakt vorliegenden Zahn der mehreren Zähne
kann eine vorläufige Koordinate für die nachfolgenden
Schritte sein, beispielsweise einer Positionierung, d. h. eine
Koordinate eines virtuellen Schneidrands. Dies bedeutet, daß
die Koordinate des virtuellen Schneidrands eine Koordinate
des Schneidrands des Zahns sein kann, der bezogen auf die
Mittenkoordinate O des Werkzeugs 1 ausgelesen wird und von
dem die Zwischenpol-Detektorschaltung 17 in Kontakt zu der
Seitenoberfläche der Elektrode 2 detektiert, ausgehend von
den mehreren Zähnen des Werkzeugs 1. Eine derartige
Koordinate kann eine Koordinate (x0 = 0, y0 = 0) sein, und sie
kann in den nachfolgenden Schritten benützt werden. Auf jeden
Fall ist es ausreichend, wenn die Koordinate des Schneidrands
von dem Werkzeug 1 spezifiziert ist. Bei dieser
Ausführungsform wird die Koordinate (x0, y0) eines
festgelegten Zahnschneidrands eingelesen und für die
nachfolgenden Schritte eingesetzt.
Die Drehung der Drehwelle 6 wird in dem obigen Kontaktzustand
gestoppt und bei einer solchen Position in Drehrichtung
gehalten (nachfolgend unter Bezug als "C-Koordinate"). In
diesem Zustand wird die Elektrode 2 gemäß den Fig. 11 und 12
so nach oben bewegt, daß das Werkzeug 1 relativ von der
Verlängerungslinie A1-A1 der Elektrode 2 wegbewegt wird, oder
entlang der Y-Achsenrichtung nach oben zu einer solchen
Position, daß sie nicht mit der Elektrode 2 wechselwirkt,
nach Schritt S13. Weiterhin wird die Elektrode 2 ebenfalls
auch entlang der X-Achsenrichtung bewegt, und zwar um eine
festgelegte Distanz. Beträgt in diesem Zeitpunkt, wie in Fig.
11 gezeigt, der Bewegungsumfang der Elektrode Δy, so nimmt
die Koordinate des Schneidrands des Werkzeugs 1 eine
Koordinate (x1, y1) an. Eine solche Koordinate (x1, y1) des
Werkzeugs 1 stellt eine Relativkoordinate zu der Elektrode 2
dar. In dem in Fig. 11 gezeigten Zustand ist eine
Schneidzahnfläche oder eine Randflanke 1a um einen Umfang
gemäß dem dem Randfreiwinkel β des Zahns des Werkzeugs 1
geneigt. Deshalb wird dann, wenn die Elektrode 2 parallel
entlang der X-Achsenrichtung in Beziehung zu dem Schneidrand
derart bewegt wird, daß der Schneidrand der Endoberfläche 2a
der Elektrode 2 gegenüberliegt, um die elektrische Entladung
durchzuführen, die Reformierschicht 19 so aufgebaut, daß sie
den Schneidrand ausgehend von der Flanke 1a zu der Fläche 1b
abdeckt, wodurch der Schneidrand gerundet und stumpf wird.
Anschließend wird in dem Schritt S14 das Werkzeug 1 um die Z-
Achsenrichtung gedreht, im Umfang des Randfreiwinkels β des
Schneidrands, bis zu einer festgelegten C-Koordinate, und
zwar durch die Drehwelle 6. Somit wird die zu bearbeitende
Flanke 1a bei einer Position eingestellt, die gegenüber und
parallel zu der Endoberfläche 2a der Elektrode 2 liegt. Hier
unterscheidet sich der Randfreiwinkel β, der tatsächlich die
Flanke 1a des Werkzeugs 1 definiert, in Abhängigkeit von dem
Werkzeugdurchmesser D oder den Herstellern, die das Werkzeug
herstellen. Anschließend wird der Randfreiwinkel β anhand
einer Tabelle von Randfreiwinkeln oder dergleichen erhalten,
die der Werkzeughersteller herausgibt und die im Zeitpunkt
des Nachschleifens eingesetzt wird. Derartige Freiwinkel
werden bei der Steuereinheit 15 so eingegeben, daß der
Schneidzahn nach rechts im Fall des rechtsgängigen
schraubenförmigen Zahns und nach links im Fall des
linksgängigen schraubenförmigen Zahns positioniert ist.
Anschließend wird die Drehwelle 6 durch den Drehwellenantrieb
8 wie oben erwähnt gedreht, und eine geeignete Korrektur wird
so durchgeführt, daß die Endoberfläche 2a der Elektrode 2 und
die Flanke 1a des Werkzeugs 1 parallel zueinander werden.
Bei dieser Ausführungsform wird aufgrund der Tatsache, daß
das Werkzeug 1 den Durchmesser von D aufweist, die Koordinate
des Schneidrands von der Koordinate (x1, y1) zu der
Koordinate {x1 + D(1 - cosβ), y1 + D × sinβ} verändert, nach der
Drehung des Werkzeugs 1 bei dem Freiwinkel β. Hierbei nimmt
dann, wenn y1 = y0 - Δy gilt, die Koordinate den Wert {x1 + D(1 -
cosβ), y0 - Δy + D × sinβ} an.
Im Schritt 15 wird das sich drehende Werkzeug 1 in Z-
Achsenrichtung um einen Umfang von d - (y0 - Δy + D × sinβ) derart
bewegt, daß der Schneidrand an derselben Position wie ein
Eckenrand der Endoberfläche 2a der Elektrode (in Fig. 13
oberer Eckenrand) oder außerhalb derselben (in Fig. 13 nach
oben) positioniert ist. Hierdurch wird vermieden, daß der
Schneidrand durch die Bildung der Reformierschicht 19 hierauf
stumpf wird. Demnach ist es, wie in Fig. 13 gezeigt, möglich,
den Schneidrand des Werkzeugs 1 an der Endoberfläche 2a der
Elektrode 2 zu positionieren, während vermieden wird, daß die
Elektrode 2 über den Schneidrand hinaus positioniert wird. Im
Schritt S16 werden das umlaufende Werkzeug 1 und die
Endoberfläche 2a der Elektrode 2 so positioniert, daß die
Lücke einen Wert von Δx annimmt. Hierauf wird in dem Schritt
S17 eine elektrische Entladung zwischen der Randflanke 1a des
Werkzeugs 1 und der Elektrode 2 erzeugt. Im Schritt S18 wird,
wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben, das Werkzeug
1 in C-Achsenrichtung gedreht, während es in Z-Achsenrichtung
bewegt wird. Insbesondere die Relativbewegung der Elektrode 2
und des Werkzeugs 1 ist so gesteuert, daß die
Entladungsoberfläche der Elektrode 2 und die bearbeitete
Oberfläche des Schneidrands des Werkzeugs 1 dieselbe
positionsmäßige Beziehung während aller Zeitpunkte aufweisen.
Die elektrische Entladungsbearbeitung wird gleichzeitig so
durchgeführt, daß die Reformierschicht 19 einheitlich an der
Randflanke 1a entlang der gesamten Schneidrandlänge L des
Schneidzahns gebildet wird. Im Schritt S19 wird entschieden,
ob die Reformierschicht 19 einheitlich an der Flanke 1a über
die gesamte Schneidrandlänge L des Werkzeugs 1 einheitlich
gebildet wurde oder nicht. In dem Schritt S20 wird das
Werkzeug 1 um einen festgelegten Winkel gedreht, entsprechend
der Zahl der Zähne, so daß ein nächster zu bearbeitender
Schneidrand positioniert ist, beispielsweise ein Schneidrand
benachbart zu dem zuletzt bearbeiteten Schneidrand, und zwar
an der Elektrode 2 in derselben Weise wie oben beschrieben.
Im Schritt S22 wird entschieden, ob die Bearbeitung
entsprechend der Wiederholungszahl der Zahnzahl des
umlaufenden Werkzeugs 1 durchgeführt wurde oder nicht. Wurde
die Bearbeitung nicht gemäß der Wiederholungszahl der
Zahnzahl durchgeführt, so kehrt die Bearbeitung zu der
Routine ausgehend von dem Schritt S3 zurück, und derselbe
Betrieb wird wiederholt. Wird im Schritt S21 entschieden, daß
die Bearbeitung gemäß der Wiederholungszahl der Zahnzahl des
Werkzeugs 1 wiederholt wurde, so endet die Durchführung
dieser Routine.
Wird der Schneidrandabschnitt durch eine große elektrische
Entladungsenergie bearbeitet, so läßt sich das Werkzeug 1 in
größerem Umfang entlang der Y-Achsenrichtung als im Fall der
Fig. 14 bewegen, so daß es über den Eckenrand der Elektrode 2
hinaus angeordnet ist. In diesem Fall ist es möglich, die
Reformierschicht 19 des Schneidrands durch die elektrische
Entladungsbearbeitung aufzubauen, während vermieden wird, daß
er stumpf wird.
Mit dem obigen Verfahren zum Positionieren des Schneidrands
des Werkzeugs 1 an einer Endoberfläche 2a der Elektrode 2 ist
es möglich, die Elektrode 2 an dem Werkzeug 1 automatisch zu
positionieren, und zwar lediglich durch Eingabe des
Randfreiwinkels β, der Schneidrandlänge L und des
Durchmessers D des Werkzeugs 1 und des Durchmessers d der
Elektrode 2 bei der Steuereinheit 15, selbst wenn sich der
Durchmesser D des zu bearbeitenden Werkzeugs 1 unterscheidet.
Weiterhin läßt sich die Endoberfläche 2a der Elektrode 2
selbst an der Schneidzahnoberfläche eines als Reibahle
gebildeten umlaufenden Werkzeugs 1 positionieren, das keinen
schraubenförmigen Schneidzahn aufweist, sondern einen geraden
Schneidzahn, der sich entlang dessen Axialrichtung erstreckt.
Dann ist es möglich zu bewirken, daß die Elektrode 2 der
Zahnoberfläche jeder geraden Schneidkante folgt, wodurch eine
einheitliche Reformierschicht 19 hierauf gebildet wird.
Die Fig. 17 zeigt eine Gesamtstruktur eines
Oberflächenbehandlungsgeräts mit elektrische
Entladungsbearbeitung gemäß einer dritten Ausführungsform der
Erfindung.
Wie in Fig. 17 gezeigt, weist die dritte Ausführungsform eine
ähnliche Struktur wie diejenige der ersten Ausführungsform im
ganzen auf, jedoch ist bei ihr die Positionsbeziehung
zwischen dem umlaufenden Werkzeug 1 und der
Oberflächenbehandlungselektrode 2 umgekehrt. Insbesondere
wird die Oberflächenbehandlungselektrode 2 durch das
Spannfutter 3 so gehalten, daß es über die Drehwelle 6 durch
den Drehwellenantrieb 8 gedreht wird. Die Elektrode 2 wird in
Z-Achsenrichtung über die Hauptwelle 5 bewegt, und ihre
Position wird durch die Steuerung der Steuereinheit 15 in
derselben Weise wie bei dem umlaufenden Werkzeug 1 der ersten
Ausführungsform gesteuert.
Andererseits wird das umlaufende Werkzeug 1 koaxial an einem
Elektrodenhalter 24 gehalten. Der Elektrodenhalter 24 ist an
einer festgelegten Position des X-Tisches 11 fixiert, wie der
Elektrodenhalter 4 der ersten Ausführungsform. Der
Elektrodenhalter 24 ist so eingestellt, daß sich seine Achse
horizontal entlang dem X-Achsentisch erstreckt. Somit
erstreckt sich die Achse des umlaufenden Werkzeugs 1
ebenfalls horizontal entlang dem X-Tisch. Hierdurch wird das
umlaufenden Werkzeug 1 gesteuert in X-Achsenrichtung oder Y-
Achsenrichtung relativ zu der Oberflächenbehandlungselektrode
2 bewegt, in derselben Weise wie bei der Steuerung der
Bewegung der Elektrode 2 der ersten Ausführungsform.
Weiterhin nimmt der Elektrodenhalter 24 hierin einen Motor
24a zum Drehen des Werkzeugs 1 auf, zusätzlich zu der
gleichen Struktur wie der Elektrodenhalter 4 der ersten
Ausführungsform. Anschließend wird die Drehgeschwindigkeit
des Werkzeugs 1 über den Motor 24a durch die Steuereinheit 15
und die Bewegungsort-Steuerschaltung 16 gesteuert, in
derselben Weise wie die Drehsteuerung für den
Drehwellenantrieb 8 der ersten Ausführungsform.
Der Elektrodenhalter 24 mit dem Motor 24a, der X-
Achsenantrieb 13 und der Y-Achsenantrieb 14 bilden einen
Relativbewegungsantrieb für die Relativbewegung des
umlaufenden Werkzeugs 1 und die
Oberflächenbehandlungselektrode 2 der dritten
Ausführungsform.
Ein Betrieb des Oberflächenbehandlungsgeräts der dritten
Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben.
Bei der dritten Ausführungsform wird die
Oberflächenbehandlungselektrode 2 in Z-Achsenrichtung bewegt,
während das umlaufende Werkzeug 1 entlang der X-Achsen- und
Y-Achsenrichtung bewegt wird, jeweils in einem gesteuerten
Zustand. Anschließend liegt die Endoberfläche 2a der
Elektrode 2 dem Schneidrand des Werkzeugs 1 gegenüber, durch
Einsatz der Zwischenpol-Detektorschaltung 17 in derselben
Weise wie bei der ersten Ausführungsform. Anschließend wird
eine elektrische Entladung zwischen dem Werkzeug 1 und der
Elektrode 2 durch die Energiequelle für die elektrische
Entladung 18 bewirkt. Gleichzeitig wird ein X-Achsenvorschub
des Werkzeugs 1 gesteuert, während dessen Drehung in Z-
Achsenrichtung so gesteuert wird, daß sie mit dem X-
Achsenvorschub synchronisiert ist. Somit folgt die
Endoberfläche 2a der Elektrode 2 der Gesamtlänge des
Schneidrands des Werkzeugs 1, und sie wird dieser nachgeführt.
Detaillierter wird die Oberflächenbehandlungselektrode 2
durch das Spannfutter 3, an der Hauptwelle 5 montiert,
gehalten. Das umlaufenden Werkzeug 1 ist an den
Elektrodenhalter 24 angepaßt und durch Antriebskopplung mit
dem Motor 24 derart, daß es drehbar ist. Der Elektrodenhlater
24 ist in dem Bearbeitungsbehälter 9 angeordnet, der mit dem
Bearbeitungsfluid 10 gefüllt ist, so daß er mit dem X-Tisch
11 und dem Y-Tisch 12 beweglich ist. Die Steuereinheit 15
steuert die Drehung des Motors 24a und die Betriebsschritte
des X-Achsenantriebs 13 und des Y-Achsenantriebs 14. Somit
steuert sie die X-Achsenposition und Y-Achsenposition des
Elektrodenhalters 24 über den X-Tisch 11 und den Y-Tisch 12.
Die Oberflächenbehandlungselektrode 2 ist so festgelegt, daß
die Endoberfläche 2a der Randflanke 1a des Schneidzahns des
Werkzeugs 1 gegenüberliegt. Insbesondere wird der X-Tisch 11
und/oder der Y-Tisch 12 so gesteuert, daß das Werkzeug 1
ebenfalls über den Elektrodenhalter 24 horizontal bewegt
wird. Die Horizontalbewegung und die Drehung hiervon sind
gleichzeitig synchronisiert. Für den Synchronsierungsbetrieb
werden der Bewegungsumfang in Axialrichtung (X-
Achsenrichtung) und der Bewegungsumfang des Werkzeugs 1 so
angeglichen, daß die Entladungsoberfläche oder die
Endoberfläche 2a der Elektrode 2 sich entlang der
Schraubenlinie des Schneidrands des Werkzeugs 1 bewegt, um
durch die elektrische Entladung bearbeitet zu werden. Der
obige Betrieb wird durch Steuerung mit der Steuereinheit 15
und der Bewegungsort-Steuerschaltung 16 durchgeführt, in
derselben Weise wie bei der ersten Ausführungsform.
Beispielsweise wird in einem Fall der Bearbeitung eines
Stirnfräsers mit rechtgängigem schraubenförmigem Zahn mit
einem Helixwinkel θ, einer Schneidrandlänge L (mm) und einem
Durchmesser D (mm) dann, wenn die Achsrichtung die X-
Achsenrichtung ist und der Stirnfräser in Minusrichtung
gedreht wird und wenn der Bewegungsumfang gleich der
Schneidrandlänge L ist, der Stirnfräser so betrieben, daß er
sich in der Minusrichtung in einem Umfang von
(360° × L × tanθ)/(π × D) relativ zu der Axialbewegung dreht.
Wird das umlaufende Werkzeug 1 in Plusrichtung der X-Achse
bewegt, so wird es in umgekehrter Richtung (Plusrichtung)
gedreht. Somit wird die Entladungsoberfläche der Elektrode 2
hin- und herbewegt, und zwar an der Randflanke 1a und der
Randfläche 1b, entlang der Helix des Schneidrands, während
die Positionsbeziehung hier zwischen dem Zeitpunkt der
Bearbeitung aufrecht erhalten wird.
Insbesondere ist bei der dritten Ausführungsform der Betrieb
des umlaufenden Werkzeugs 1 und der
Oberflächenbehandlungselektrode 2 umgekehrt. Natürlich ist
bei dieser Ausführungsform eine Elektronenpolarität beim
Einstellen einer elektrischen Bedingung für die elektrische
Entladung umgekehrt zu derjenigen der ersten Ausführungsform.
Anschließend wird, wie bei der ersten Ausführungsform, eine
elektrische Entladung erzeugt, während die Elektrode 2 der
Zahnoberfläche des Werkzeugs 1 folgt, so daß die
Reformierschicht 19 an der Randflanke 1a des Werkzeugs 1
gebildet wird.
Die Fig. 18 zeigt eine Gesamtstruktur eines
Oberflächenbehandlungsgeräts durch elektrische
Entladungsbearbeitung gemäß einer vierten Ausführungsform der
Erfindung.
Wie in Fig. 18 gezeigt, weist die vierte Ausführungsform eine
ähnliche Struktur wie die erste Ausführungsform als ganzes
auf, jedoch nützt sie eine Randoberfläche der
Oberflächenbehandlungselektrode 2 als Entladungsoberfläche.
Insbesondere wird die Oberflächenbehandlungselektrode 2
koaxial in einem Elektrodenhalter 34 gehalten. Der
Elektrodenhalter 34 ist an einer festgelegten Position des X-
Tisches 11 fixiert, wie der Elektrodenhalter 4 der ersten
Ausführungsform. Der Elektrodenhalter 34 ist so festgelegt,
daß sich seine Achse horizontal entlang dem X-Achsentisch
erstreckt. Somit erstreckt sich die Achse der
Oberflächenbehandlungselektrode 2 ebenfalls horizontal
entlang dem X-Tisch 11. Hierdurch wird die Position der
Elektrode 2 gesteuert, indem der X-Tisch 11 und der Y-Tisch
12 in X-Achsen- und Y-Achsenrichtung über dem X-Achsenantrieb
13 und dem Y-Achsenantrieb 14 durch die Steuereinheit 15
bewegt werden, wie bei der ersten Ausführungsform. Hierfür
werden das Werkzeug 1 und die Elektrode 2 gesteuert zur
gleichen Zeit entlang einer oder zweier oder dreier
Achsenrichtungen gemäß der X-Achsen-, Y-Achsen- und Z-
Achsenrichtung bewegt. Der Elektrodenhalter 34 nimmt in sich
einen Motor 34a zum Drehen der Elektrode auf, zusätzlich zu
derselben Struktur wie der Elektrodenhalter 4 der ersten
Ausführungsform. Anschließend wird die Drehung des Motors 34a
durch die Steuereinheit 15 gesteuert. Der Elektrodenhalter 34
kann neigbar in einer Neigungsrichtung (vertikal) T
hergestellt sein, wie der Halter 4 der ersten
Ausführungsform, so daß die Flanke 1a des Werkzeugs 1
gegenüber der Mittenachse mit einem festgelegten Winkel
geneigt ist.
Der Elektrodehalter 34, der X-Achsenantrieb 13 und der Y-
Achsenantrieb 14 sowie der Z-Achsenantrieb 7 und der
Drehwellenantrieb 8 bilden einen Relativbewegungsantrieb für
die Relativbewegung des umlaufenden Werkzeugs 1 und die
Oberflächenbehandlungselektrode 2 der dritten
Ausführungsform.
Ein Betrieb des Oberflächenbehandlungsgeräts der vierten
Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben.
Bei der vierten Ausführungsform wird das umlaufende Werkzeug
1 mit der Drehwelle 6 über das Spannfutter 3 durch den
Drehwellenantrieb 8 gedreht, während einer Vertikalbewegung
mit der Hauptwelle 5 durch den Z-Achsenantrieb 7. In diesem
Zeitpunkt ist die Vertikalbewegung und die Drehung des
Werkstücks 1, die Steuerung der Steuereinheit 15 und der
Bewegungsort-Steuerschaltung 16 synchronisiert. Für den
Synchronisierungsbetrieb sind der Z-Achsen-Bewegungsumfang
der Hauptwelle 5 und der Drehumfang der Drehwelle 6 so
festgelegt, daß sich die Randoberfläche 2b als
Entladungsoberfläche der Elektrode 2 entlang der
Schraubenlinie des Schneidrands des Werkzeugs 1 bewegt.
Beispielsweise wird in einem Fall der Bearbeitung eines
Stirnfräsers mit rechtsgängigem schraubenförmigem Zahn mit
einem Helixwinkel θ, einer Schneidrandlänge L (mm) und einem
Durchmesser D (mm) der Stirnfräser in Minusrichtung mit einer
Rate von (360° × L × tanθ)/(π × D) gedreht, und zwar für den
Bewegungsumfang der Hauptwelle 5 in Minus- (nach oben
gerichteter) Richtung entsprechend der Schneidrandlänge L.
Wird der Stirnfräser in Plus-(nach unten gerichteter)
Richtung der Hauptwelle 5 bewegt, so wird er in umgekehrter
Richtung (Plusrichtung) selektiv zu der obigen bewegt.
Weiterhin wird die Oberflächenbehandlungselektrode 2 durch
den Motor 34a des Halters 34 gedreht. Jedoch genügt es, die
Elektrode 2 mit fixierter konstanter Geschwindigkeit zu
drehen, entgegen der Drehung des Werkzeugs 1, die durch die
elektrische Bearbeitung zu bearbeiten ist. Die
Drehgeschwindigkeit hiervon ist vorzugsweise eine, die eine
elektrische Entladungsabtragung an der Randoberfläche 2b der
Elektrode 2 einheitlich macht und die die elektrische
Entladung nicht beeinflußt. Anschließend wird die
Entladungsoberfläche oder die Randoberfläche 2b, die sich
entlang der Länge der Elektrode 2 erstreckt, entlang der
Randflanke 1a der Schraubenlinie der Schneidkante hin- und
herbewegt, unter Aufrechterhalten derselben
Positionsbeziehung mit der Flanke 1a, wie sie im
Startzeitpunkt der Bearbeitung vorliegt. Weiterhin ist es
vorzuziehen, eine derartige Relativbewegung zu bewirken, wenn
das Werkzeug 1 hin und her in Axialrichtung entlang der
Elektrode 2 bewegt wird, bei Durchführung einer Drehung und
einer vertikalen Bewegung. Insbesondere läßt sich mit der
vierten Ausführungsform der Einfluß der Abnutzung der
Elektrode 2 absenken, und die Randoberfläche 2b kann durch
Drehen der Elektrode 2 einheitlich hergestellt werden.
Demnach läßt sich die Abschlußgenauigkeit einer durch die
Oberflächenbehandlung bearbeiteten Oberfläche erhöhen.
Anschließend wird durch die Energiequelle 18 eine Spannung
zwischen dem Werkzeug 1 und der Elektrode 2 zum Erzeugen
einer elektrischen Entladung zugeführt, während die
Randoberfläche 2b der Elektrode 2 der Schraubenlinie der
Zahnoberfläche des Werkzeugs 1 folgt und während der durch
elektrische Entladung bearbeitete Teil in das
Bearbeitungsfluid 10 eingetaucht ist. Hierdurch wird die
gesamte Randoberfläche 2b der Elektrode 2 gleichmäßig für die
Bearbeitung in der gegebenen Folge eingesetzt. Somit wird
vermieden, daß die Elektrode 2 partiell abgetragen wird, so
daß sich die Reformierschicht 19 einheitlich an der
Randflanke 1a des Werkzeugs 1 aufbauen läßt.
Die Oberflächenbehandlungselektrode 2 kann durch den
Elektrodenhalter 34 um einen vorgegebenen Winkel geneigt
sein. In diesem Fall ist ein derartiger vorgegebener
Neigungswinkel vorgegeben durch die Reformierschicht 19, der
an der Randflanke 1a aufgebaut wird. Ein derartiger
festgelegter Winkel kann durch die Schritte S16 und
dergleichen gemäß dem Flußdiagramm nach Fig. 15 und 16
festgelegt sein, obgleich die detaillierte Beschreibung
hierfür zum Vermeiden von Redundanz weggelassen wird.
Fig. 19 zeigt eine Gesamtstruktur eines
Oberflächenbehandlungsgeräts für eine elektrische
Entladungsbearbeitung gemäß einer fünften Ausführungsform der
Erfindung.
Wie in Fig. 19 gezeigt, ist diese Ausführungsform für den
Einsatz bei einer Oberflächenbehandlung eines umlaufenden
Werkzeugs angeglichen, beispielsweise einem Stirnfräser oder
einem Spiralbohrer mit exzentrisch geschärftem Schneidzahn.
Die Oberflächenbehandlungselektrode 42 ist aus einer
Komponente mit einer Reformierschicht gebildet, d. h. der
gleichen Komponente wie derjenigen der ersten
Ausführungsform, und zwar in Form eines komprimierten
Zylinders mit geringer Länge, in Form einer Scheibe oder
dergleichen. Die Oberflächenbehandlungselektrode 42 wird
an einem Elektrodenhalter 44 gehalten. Das umlaufende
Werkzeug 1 wird in Z-Achsenrichtung bewegt, bei
gleichzeitiger synchroner Drehung und Steuerung in derselben
Weise wie bei der ersten Ausführungsform. Der
Elektrodenhalter 44 wird an einer festgelegten Position bei
dem X-Tisch 11 gesichert, wie der Elektrodenhalter 4 der
ersten Ausführungsform. Hierdurch wird die Position der
Elektrode 42 gesteuert, und zwar durch Bewegung des X-Tisches
11 und des Y-Tisches 12 entlang der X-Achsen- und Y-
Achsenrichtung via den X-Achsenantrieb und den Y-
Achsenantrieb durch die Steuereinheit 15. Demnach werden das
Werkstück 1 und die Elektrode 42 in gesteuerter Weise
gleichzeitig bewegt, entlang einer oder zweier oder dreier
Achsenrichtungen gemäß der X-Achsen-, der Y-Achsen- und der
Z-Achsenrichtung. Der Elektrodenhalter 44 nimmt hierin einen
Motor 44a zum Drehen der Elektrode 42 auf, zusätzlich zu der
gleichen Struktur wie der Elektrodenhalter 4 der ersten
Ausführungsform. Anschließend wird die Drehung des Motors 44a
durch die Steuereinheit 15 gesteuert. Der Elektrodenhalter 44
kann neigbar in einer Neigungsrichtung (vertikal) T
ausgebildet sein, jeder Halter für die erste Ausführungsform,
so daß die Flanke 1a des Werkzeugs 1 bezogen auf die
Mittenachse mit festgelegtem Winkel geneigt ist. Die
Oberflächenbehandlungselektrode 42 weist eine
Entladungsoberfläche auf, die durch eine äußere
Randoberfläche 42a oder einen Umfangsabschnitt 42a einer
Seitenoberfläche definiert ist, die der Randflanke 1a des
Schneidzahns des Werkzeugs 1 gegenüberliegt. Weiterhin ist
die Elektrode 42 in der Lage, eine Schneidbearbeitung
durchzuführen, beispielsweise ein mechanisches Nachschleifen
oder Polieren oder dergleichen, durch Kontaktbildung der
Randoberfläche 42a oder des Umfangsabschnitts 42b mit dem
Werkzeug 1.
Die Fig. 19 zeigt einen Zustand, in dem der Elektrodenhalter
44 in der Neigungsrichtung T geneigt ist. Somit ist es
möglich, die Oberfläche des Schneidrands des Werkzeugs
mit einer Flanke 1a zu behandeln, und zwar mit einer
Reliefschärfung (relief sharpening).
Der Elektrodenhalter 44 sowie der Z-Achsenantrieb 7 und der
Drehwellenhalter 8 bilden einen Relativbewegungsantrieb zum
relativen Bewegen des umlaufenden Werkzeugs 1 und der
Oberflächenbehandlungselektrode 42 bei der fünften
Ausführungsform.
Ein Betrieb des Oberflächenbehandlungsgeräts der fünften
Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben.
Bei der fünften Ausführungsform wird das umlaufende Werkzeug
1 mit der Drehwelle 6 über das Spannfutter 3 durch den
Drehwellenantrieb 8 gedreht, bei gleichzeitiger
Vertikalbewegung mit der Hauptwelle 5 durch den Z-
Achsenantrieb 7. In diesem Zeitpunkt sind die
Vertikalbewegung und die Drehung des Werkzeugs 1 durch die
Steuerung der Steuereinheit 15 und der Bewegungsort-
Steuerschaltung 16 synchronisiert. Für den
Synchronisierbetrieb in der Z-Achsen-Bewegungsumfang der
Hauptwelle 5 und der Drehumfang der Drehwelle 6 ist so
festgelegt, daß sich die Randoberfläche 42a oder der
Umfangsabschnitt 42b als Entladungsoberfläche der Elektrode
43 entlang der Schraubenlinie dies Schneidrands des Werkzeugs
1 bewegt. Ein derartiger Synchroniserbetrieb der
Vertikalbewegung und der Drehung des Werkzeugs 1 stimmen mit
demjenigen der ersten bis vierten Ausführungsform überein.
Die Oberflächenbehandlungselektrode 42 ist an der
Antriebswelle 44b montiert, und sie dreht sich um deren Mitte
durch den Motor 44a des Halters 44. Es genügt, die Elektrode
42 mit fester konstanter Geschwindigkeit zu drehen im
Gegensatz zu der Drehung des Werkzeugs 1, das durch die
elektrische Bearbeitung zu bearbeiten ist. Die
Drehgeschwindigkeit hiervon ist vorzugsweise eine, die eine
Einheitlichkeit einer elektrischen Entladungsabtragung an der
Randoberfläche 42a oder dergleichen der Elektrode 42 bewirkt
und die die elektrische Bearbeitung nicht beeinflußt.
Anschließend wird die Entladungsoberfläche der Elektrode 42
über die Randflanke 1a entlang der Schraubenlinie des
Schneidrands hin- und herbewegt, unter Aufrechterhaltung
derselben Positionsbeziehung zwischen der Flanke 1a und dem
umlaufenden Werkzeug 1, wie sie im Startzeitpunkt der
Bearbeitung vorliegt. Insbesondere in dem Fall, in dem die
Elektrode 42 eine komprimierte Zylinderform aufweist, die
dicker als eine Scheibenform ist, ist es vorzuziehen, eine
solche Relativbewegung vorzugeben, bei der das Werkzeug 1 hin
und her in Axialrichtung entlang der Elektrode 2 bewegt wird,
bei Durchführung einer Drehung und Bewegung in
Vertikalrichtung. In diesem Fall ist es möglich, die
Abtragung der Entladungsoberfläche oder der Randoberfläche
42a der Elektrode einheitlich auszubilden.
Anschließend wird eine Spannung zwischen dem Werkzeug 1 und
der Elektrode 42 durch die Energiequelle 18 zugeführt, um
eine elektrische Entladung zu erzeugen, während die
Randoberfläche 42a oder der Abschnitt 42b der Elektrode 42
der Schraubenlinie der Schneidoberfläche des Werkzeugs 1
folgt und während der Teil mit elektrischer Entladung in das
Bearbeitungsfluid 10 eingetaucht ist. Hierdurch wird der
gesamte Rand oder Umfangsteil der Elektrode 42 einer Scheibe
mit großem Durchmesser für die Bearbeitung eingesetzt. Somit
wird vermieden, daß die Elektrode 42 partiell abgenutzt wird.
Weiterhin läßt sich dann, wenn die Elektrode 42 über den
Elektrodenhalter 44 entlang der Neigungsrichtung T, wie oben
erwähnt, geneigt ist, die Reformierschicht 19 einheitlich an
der Randflanke 1a des Werkzeugs 1 aufbauen, während dessen
exzentrische Reliefschärfung aufrecht erhalten wird. Ferner
kann die Elektrode 42 die Reformierschicht schleifen oder
polieren, wenn keine elektrische Entladung zwischen der
Elektrode 42 oder der behandelten Zahnoberfläche erfolgt,
d. h. wenn die Zwischenpol-Detektorschaltung 17 deren Kontakt
detektiert. Hierdurch wird die Reformierschicht 19
einheitlich an der Flanke 1a des Werkzeugs 1 mit
exzentrischer Reliefschärfung gebildet, während der
Schneidrand schärfer ausgebildet wird.
Ein Winkel zum Herstellen der exzentrischen Reliefschärfung
kann durch den Schritt S16 und dergleichen gemäß dem
Flußdiagramm der Fig. 15 und 16 festgelegt sein, obgleich
dessen detaillierte Beschreibung zur Vermeidung von Redundanz
weggelassen ist.
Die Fig. 20 zeigt einen Hauptabschnitt eines
Oberflächenbehandlungsgeräts mit elektrischer
Entladungsbearbeitung gemäß einer sechsten Ausführungsform
der Erfindung.
Wie in Fig. 20 gezeigt, wird eine
Oberflächenbehandlungselektrode 52 gebildet aus einer
Komponente einer Reformierschicht, beispielsweise derselben
Komponente wie derjenigen der ersten Ausführungsform, und
zwar in Form eines Hohlkegels einer festgelegten Dicke mit
einem größeren Durchmesser zur geöffneten Seite hin. Die
Oberflächenbehandlungselektrode 52 wird an einem
Elektrodenhalter 54 gehalten. Der Elektrodenhalter 54 nimmt
hierin einen Motor 54a zum Drehen der Elektrode 52 auf,
zusätzlich zu derselben Struktur des Elektrodenhalters 4 der
ersten Ausführungsform. Anschließend wird die Drehung des
Motors 54a durch die Steuereinheit 15 gesteuert. Der
Elektrodenhalter 54 kann entlang einer Neigungsrichtung
(vertikal) T neigbar sein, wie der Halter 4 der ersten
Ausführungsform, so daß die Flanke 1a des Werkzeugs 1
gegenüber der Mittenachse mit festgelegtem Winkel geneigt
ist. Die Oberflächenbehandlungselektrode 52 weist eine
Entladungsoberfläche auf, die durch eine Drehringoberfläche
52a bei einer offenen Seite definiert ist, die der Flanke 1a
und dergleichen des Schneidzahns des Werkzeugs 1
gegenüberliegt. Die Elektrode 52 kann eine Schneidbearbeitung
durchführen, beispielsweise ein mechanisches Schleifen oder
Polieren oder dergleichen durch Kontaktbildung zwischen der
Drehringoberfläche 52a mit dem Werkzeug 1. Das Drehwerkzeug 1
wird entlang der Z-Achsenrichtung durch die Hauptwelle 5
bewegt, während es durch die Drehwelle 6 gedreht wird, unter
Steuerung der Steuereinheit 15 und der Bewegungsort-
Steuerschaltung 16 in derselben Weise wie bei der ersten
Ausführungsform. Der Elektrodenhalter 54 wird mit einer
festgelegten Position an dem X-Tisch 11 gesichert, wie der
Elektrodenhalter 4 der ersten Ausführungsform, so daß die
Position der Elektrode 52 in der X-Achsen- und Y-
Achsenrichtung durch die Steuereinheit 15 gesteuert ist.
Hierdurch werden das Werkzeug 1 und die Elektrode 52
gesteuert zur gleichen Zeit bewegt, entlang einer oder zweier
oder dreier Achsenrichtungen der X-Achsen-, Y-Achsen- und Z-
Achsenrichtung, und zwar durch die Steuereinheit 15.
Obgleich in der Zeichnung nicht gezeigt, stimmen die
mechanischen und elektrischen Strukturen dieser
Ausführungsform grundlegend mit denjenigen der ersten
Ausführungsform überein.
Der Elektrodenhalter 54 sowie der Z-Achsenantrieb 7 und der
Drehwellenantrieb 8 bilden einen Relativbewegungsantrieb für
die Relativbewegung des umlaufenden Werkzeugs 1 und die
Oberflächenbehandlungselektrode 52 der sechsten
Ausführungsform.
Ein Betrieb des Oberflächenbehandlungsgeräts der sechsten
Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben.
Eine Mitte der geschlossenen Seite der
Oberflächenbehandlungselektrode 52 ist an eine Drehwelle 54b
des Elektrodenhalters 54 angepaßt. Die Elektrode 52 führt
eine Oberflächenbehandlung durch, indem sie die
Ringoberfläche 52a entlang der Schraubenlinie des
Schneidrands dreht. Die Ringoberfläche 52a der Elektrode 52
weist einen Durchmesser auf, der größer als die
Schneidrandlänge L des umlaufenden Werkzeugs 1 ist, so daß
lediglich ein Abschnitt des Werkzeugs 1 näherkommt und der
sich drehenden Ringoberfläche 52a der Elektrode 52
gegenüberliegt. Andererseits wird das umlaufenden Werkzeug 1
mit der Drehwelle 6 durch den Drehwellenantrieb 8 gedreht,
während es vertikal mit der Hauptwelle 5 durch den Z-
Achsenantrieb 7 bewegt wird. In diesem Zeitpunkt sind die
Vertikalbewegung und die Drehung des Werkzeugs 1 durch die
Steuerung der Steuereinheit 15 und der Bewegungsort-
Steuerschaltung 16 synchronisiert. Für den
Synchronisierbetrieb sind der Z-Achsen-Bewegungsumfang der
Hauptwelle 5 und der Drehumfang der Drehwelle 6 so
festgelegt, daß eine Entladungsoberfläche (eine dem
Schneidrand gegenüberliegende Oberfläche) der Ringoberfläche
52a der Elektrode 52 sich entlang der Schraubenlinie des
Schneidrands des Werkzeugs 1 bewegt.
Wie bei der ersten Ausführungsform ist der Elektrodenhalter
54 in dem Bearbeitungsgefäß 9 angeordnet, das mit dem
Bearbeitungsfluid gefüllt ist. Anschließend werden die
Zwischenpol-Detektorschaltung 17 und die Steuereinheit 15 zum
Positionieren der Elektrode 52 und des Werkzeugs 1 derart
eingesetzt, daß die Ringoberfläche 52a der Randflanke 1a und
der Randfläche 1b gegenüberliegt. Weiterhin synchronisiert
die Bewegungsort-Steuerschaltung 16 die Z-Achsenbewegung und
die Drehung des Werkzeugs 1 auf Basis von
Eingangsinformationen, beispielsweise einem Helixwinkel θ des
zu bearbeitenden Werkzeugs 1, wie bei der ersten
Ausführungsform. Beispielsweise wird in einem Fall der
Bearbeitung eines Stirnfräsers mit rechtsgängigem
schraubenförmigen Zahn der Stirnfräser in Minusrichtung in
einem Umfang von (360° × L × tanθ)/(π × D) gedreht, für den
Bewegungsumfang der Hauptwelle 5 in Minus (nach oben
gerichteter) Richtung, entsprechend der Schneidrandlänge L,
und zwar durch die Bewegungsort-Steuerschaltung 16. Hierdurch
gibt die Bewegungsort-Steuerschaltung 16 einen solchen Befehl
an die Steuereinheit 15 ab, daß die Entladungsoberfläche
(Ringoberfläche 52a) der Randflanke 1a folgt. Die
Steuereinheit 15 steuert den Bewegungsumfang des X-
Achsenantriebs 13, des Y-Achsenantriebs 14 und des Z-
Achsenantriebs 7 und den Drehumfang des Drehwellenantriebs 8
derart, daß eine gewünschte Dreh- und Reltativbewegung des
Werkzeugs 1 erzielt wird.
Anschließend wird eine elektrische Entladung zwischen der
Elektrode 52 und der zu bearbeitenden Zahnoberfläche erzeugt,
wodurch die Reformierschicht 19 an der Randflanke 1a des
Werkzeugs 1 aufgebaut wird. Weiterhin ist es dann, wenn keine
elektrische Entladung zwischen der Elektrode 52 und der
Zahnoberfläche vorliegt, möglich, die Reformierschicht 19
durch die konische Elektrode 52 mit großem Durchmesser zu
schleifen oder polieren. Somit wird die Reformierschicht 19
einheitlich an der Randflanke 1a des Werkzeugs 1 aufgebaut,
während der Schneidrand scharfgemacht wird. Insbesondere wird
die Elektrode 52 gedreht, und sie gelangt in Kontakt zu der
Randflanke 1a des Werkzeugs 1, während der
Entladungsabschnitt in das Bearbeitungsfluid 1 eingetaucht
ist. Hierdurch wird der Schneidrand durch die
Oberflächenbehandlungselektrode 52 geschliffen oder poliert.
Zusätzlich wird eine Spannung angelegt, und eine elektrische
Entladung wird zwischen der Elektrode 52 und der bearbeiteten
Zahnoberfläche derart erzeugt, daß die Reformierschicht 19 an
der Randflanke 1a erzeugt wird. Hier kann die
Oberflächenbehandlungselektrode 52 eine Scheibenform
aufweisen, oder dieselbe Form wie ein Topfscheiben-
Planschleifer, der eine andere als die konische Form
aufweist.
Ferner läßt sich der Kontaktwinkel der Elektrode 52 zu der
Randflanke 1a des Werkzeugs 1 geeignet einstellen, d. h. wie
in derselben Weise wie in der fünften Ausführungsform, so daß
die Reformierschicht 19 an dem Schneidrand des Werkzeugs mit
einer exzentrischen Reliefschärfung aufgebaut wird, während
der Schneidrand scharf ausgebildet wird. Ein Winkel zum
Durchführen der exzentrischen Schärfung kann durch die
Schritte S16, und dergleichen, nach dem Flußdiagramm der Fig.
15 und 16 festgelegt werden, obgleich dessen detaillierte
Beschreibung zur Vermeidung von Redundanz weggelassen ist.
Die Fig. 21 zeigt einen Hauptabschnitt eines
Oberflächenbehandlungsgeräts mit elektrischer
Behandlungsbearbeitung gemäß einer siebten Ausführungsform
der Erfindung.
Wie in Fig. 21 gezeigt, ist diese Ausführungsform für den
Einsatz bei einer Oberflächenbehandlung eines umlaufenden
Werkzeugs wie einem Stirnfräser oder einem Spiralbohrer mit
exzentrisch geschärftem Zahn wie bei der fünften
Ausführungsform angeglichen. Eine
Oberflächenbehandlungselektrode 62 ist aus einer Komponente
aus einer Reformierschicht gebildet, d. h. derselben
Komponente wie derjenigen der ersten Ausführungsform, und
zwar in eine Scheibenform mit festgelegter Dicke. Die
Oberflächenbehandlungselektrode 62 wird an einem
Elektrodenhalter 64 gehalten. Der Elektrodenhalter 64 nimmt
hierin einem Motor 64a zum Drehen der Elektrode 62 auf,
zusätzlich zu der gleichen Struktur wie der Elektrodenhalter
4 der ersten Ausführungsform. Anschließend wird die Drehung
des Motors 64a durch die Steuereinheit 15 gesteuert. Der
Elektrodenhalter 64 ist in der Neigungsrichtung (vertikal) T
neigbar, wie der Halter 4 der ersten Ausführungsform, so daß
sich die Flanke 1a des Werkzeugs 1 gegenüber der Mittenachse
mit festgelegtem Winkel neigen läßt. Die
Oberflächenbehandlungselektrode 52 weist eine
Entladungsoberfläche auf, die durch eine
Außenumfangsoberfläche 62a definiert ist, die der Flanke 1a
des Schneidrands des Werkzeugs 1 gegenüberliegt. Weiterhin
kann die Elektrode 62 eine Schneidbearbeitung durchführen,
beispielsweise ein mechanisches Schleifen oder Polieren oder
dergleichen, indem eine Kontaktbildung der Randoberfläche 62a
mit dem Werkzeug 1 erfolgt. Das umlaufende Werkzeug 1 wird in
Z-Achsenrichtung über die Hauptwelle 5 bewegt, bei
gleichzeitiger Drehung über die Drehwelle 6 unter Steuerung
der Steuereinheit 15 und der Bewegungsort-Steuerschaltung 16,
in derselben Weise wie die erste Ausführungsform. Der
Elektrodenhalter 64 ist bei einer festgelegten Position des
X-Tisches gesichert, wie der Elektrodenhalter 4 der ersten
Ausführungsform. Hierdurch wird die Position der Elektrode 62
in X-Achsen- und Y-Achsenrichtung durch die Steuereinheit 15
gesteuert. Somit lassen sich das Werkzeug 1 und die Elektrode
62 gesteuert zur gleichen Zeit gemäß einer oder zwei oder
drei Achsenrichtungen der X-Achsen-, Y-Achsen- und Z-
Achsenrichtung bewegen. Hier zeigt Fig. 21 einen Zustand, in
dem die Mittenachse des Halters 64 vorab in der
Neigungsrichtung T so geneigt ist, daß er sich nach oben
unter Kreuzung der X-Achsenrichtung erstreckt, da die
Elektrode 62 die Randoberfläche 62a zum Definieren der
Entladungsoberfläche sowie der Schleif- oder Polieroberfläche
aufweist. In dem Fall einer exzentrischen Flanke wird ein
derartiger Neigungswinkel so festgelegt, daß die Achse des
Halters 64 und der Elektrode 62 mit einem Winkel von α für
eine exzentrische Reliefschärfung bezogen auf die Z-
Achsenrichtung geneigt sind. Andererseits wird er im Fall
einer Flanke mit flacher Reliefschärfung so festgelegt, daß
die Achse des Halters 64 an der Elektrode 62 sich in Z-
Achsenrichtung erstrecken.
Obgleich in der Zeichnung nicht gezeigt, sind die
mechanischen und elektrischen Strukturen dieser
Ausführungsform im wesentlichen die gleichen wie diejenigen
der ersten Ausführungsform.
Der Elektrodenhalter 64 sowie der Z-Achsenantrieb 7 und der
Drehwellena 50049 00070 552 001000280000000200012000285914993800040 0002019709190 00004 49930ntrieb 8 bilden einen Relativbewegungsantrieb für
die Relativbewegung des umlaufenden Werkzeugs 1 und der
Oberflächenbehandlungselektrode 62 der siebten
Ausführungsform.
Ein Betrieb des Oberflächenbehandlungsgeräts der siebten
Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben.
Das umlaufende Werkzeug 1 mit einer exzentrischen
Reliefschärfung wird an dem Spannfutter 3 montiert. Die
Oberflächenbehandlungselektrode 62 ist relativ zu dem zu
behandelnden Schneidrand des Werkzeugs 1 positioniert,
beispielsweise gemäß dem Prozeßablauf nach dem Flußdiagramm
der zweiten Ausführungsform, gezeigt in den Fig. 15 und 16.
Weiterhin ist die Elektrode 62 so festgelegt, daß deren
Mittenachse A-A mit einem Winkel α zu der Mittenlinie O-O des
Werkzeugs 1 gezeigt ist, wie in Fig. 21 gezeigt. Der
Neigungswinkel α hängt von dem Durchmesser D des Werkzeugs
ab. Es gilt, den Winkel α auf einen solchen Wert
einzustellen, bei dem eine exzentrische Reliefschärfung in
einer üblichen Schleifmaschine durchgeführt wird.
Beispielsweise wird der Neigungswinkel α auf ungefähr 9° dann
eingestellt, wenn das Werkzeug 1 ein Stirnfräser mit einem
Durchmesser von 10 mm ist. Andererseits kann der Winkel α ein
Winkel sein, der durch den Ausdruck (tanα = tanβ × tanθ) nach
Fig. 21 berechnet ist, derart, daß β ein Randfreiwinkel und θ
ein Helixwinkel bei dem Werkzeug 1 sind. Anschließend
bearbeitet die Elektrode 62 den Schneidrand des Werkzeugs 1
durch elektrische Entladung, während es diesem folgt, in
Übereinstimmung mit dem synchronisierten Betrieb der Relativ-
und Vertikalbewegung der Drehung des Werkzeugs 1 bei dieser
Ausführungsform. Die Bearbeitung wird in Übereinstimmung mit
der Zahl der Zähne des zu behandelnden umlaufenden Werkzeugs
1 wiederholt. Mit diesem Prozeß wird die Reformierschicht 19
einheitlich an dem Schneidrand des Werkzeugs 1 mit einer
exzentrischen Reliefschärfung aufgebaut. Ein derartiger
elektrischer Entladungsbetrieb kann im wesentlichen durch
denselben Prozeß wie demjenigen der vierten oder sechsten
Ausführungsform durchgeführt werden. Bei dem obigen Prozeß
ist es vorzuziehen, die Elektrode 62 mit einer konstanten
Geschwindigkeit während der elektrischen Bearbeitung zu
drehen.
Weiterhin wird sich selbst im Fall der Behandlung des
umlaufenden Werkzeugs 1 mit einer flachen Reliefschärfung ein
Zahn hiervon durch die Oberflächenbehandlung bearbeitet,
unter Veränderung in eine Form mit einer exzentrischen
Reliefschärfung. Insbesondere ist die Elektrode 62 an dem
Schneidrand des Werkzeugs 1 in derselben Weise wie oben
beschrieben positioniert. Anschließend folgt die Elektrode 62
dem Schneidrand des Werkzeugs 1 und behandelt dieses durch
elektrische Entladungsbearbeitung in Übereinstimmung mit dem
Prozeß zum Drehen und für die Relativbewegung des Werkzeugs 1
und der Elektrode 2 beispielsweise gemäß der ersten, vierten
und fünften Ausführungsform. In diesem Zeitpunkt wird die
Bearbeitung mit einer solchen Entladungsenergie durchgeführt,
daß das Basismaterial, d. h. der Schneidrand des Werkzeugs 1,
während der Bearbeitung entfernt wird, so daß die
Reformierschicht 19 auf der bearbeiteten Zahnoberfläche
aufgebaut wird, während die Flanke 1a des umlaufenden
Werkzeugs 1 von einer flachen Form in eine exzentrische Form
verändert wird. Der Prozeß wird entsprechen der Zahl der
Zähne des zu behandelnden Werkzeugs 1 wiederholt. In diesem
Zeitpunkt läßt sich ein Winkel für die exzentrische Schärfung
anhand der Schritte S16 und dergleichen des Flußdiagramms
nach Fig. 15 und 16 festlegen, obgleich dessen detaillierte
Beschreibung zur Vermeidung von Redundanzen weggelassen ist.
Die Fig. 22 zeigt eine Gesamtstruktur eines
Oberflächenbehandlungsgeräts durch elektrische
Entladungsbearbeitung gemäß einer achten Ausführungsform der
Erfindung.
Grundlegend weist das Gerät der vorliegenden Ausführungsform
eine umgekehrte Positionsbeziehung des umlaufenden Werkzeugs
1 und einer Oberflächenbehandlungselektrode 72 relativ zu der
siebten Ausführungsform auf, wie in Fig. 22 gezeigt.
Insbesondere ist diese Ausführungsform für den Einsatz bei
einer Oberflächenbehandlung eines umlaufenden Werkzeugs
angeglichen, beispielsweise einem Stirnfräser oder einem
Spiralbohrer, mit exzentrisch geschärften Zähnen wie bei der
fünften Ausführungsform. Die Oberflächenbehandlungselektrode
72 wird aus einer Komponente einer Reformierschicht gebildet,
beispielsweise derselben Komponente wie derjenigen der ersten
Ausführungsform, und zwar in Scheibenform mit festgelegter
Dicke. Das umlaufende Werkzeug 1 wird an einem
Elektrodenhalter 74 gehalten. Der Elektrodenhalter 74 nimmt
hierin einen Motor 74a zum Drehen des Werkzeugs 1 auf,
zusätzlich zu derselben Struktur wie der Elektrodenhalter 4
der ersten Ausführungsform. Anschließend wird die Drehung des
Motors 74a durch die Steuereinheit 15 gesteuert. Der
Elektrodenhalter 74 ist in einer Neigungsrichtung (vertikal)
T neigbar, wie der Halter 4 der ersten Ausführungsform, so
daß die Flanke 1a des Werkzeugs 1 sich gegenüber der
Mittenachse mit festgelegtem Winkel neigen läßt. Die
Oberflächenbehandlungselektrode 72 weist eine
Entladungsoberfläche auf, definiert durch eine
Außenrandoberfläche 72a, die der Randflanke 1a des Werkzeugs
1 gegenüberliegt. Weiterhin ist die Elektrode 72 in der Lage,
eine Schneidbearbeitung durchzuführen, beispielsweise ein
mechanisches Schleifen oder Polieren oder dergleichen, durch
Kontaktieren der Randoberfläche 72a mit dem Werkzeug 1. Die
Elektrode 72 wird in dem Spannfutter 3 über eine
Verbindungswelle 71 gehalten und durch die Drehwelle 6 durch
den Drehwellenantrieb 8 gedreht. Weiterhin wird die Elektrode
72 in Z-Achsenrichtung über die Hauptwelle 5 durch den Z-
Achsenantrieb 7 bewegt, während deren Position durch die
Steuereinheit 15 in derselben Weise wie bei der ersten
Ausführungsform gesteuert wird.
Andererseits wird das umlaufende Werkzeug 1 koaxial an dem
Elektrodenhalter 74 gehalten. Der Halter 74 ist bei einer
festgelegten Position an dem X-Tisch 11 gesichert, so daß das
Werkzeug 1 in X-Achsen- und Y-Achsenrichtung durch den X-
Tisch 11 und den Y-Tisch 12 durch den X-Achsenantrieb 13 und
dem Y-Achsenantrieb 14 bewegt wird, während seine Position
durch die Steuereinheit 15 gesteuert wird. Der Halter 74 ist
so angeordnet, daß sich seine Achse parallel zu dem X-Tisch
erstreckt, als Standardposition, so daß die Achse des
Werkzeugs 1 sich parallel zu dem X-Tisch in X-Achsenrichtung
erstreckt.
Hierfür werden das Werkzeug 1 und die Elektrode 72 relativ
zur gleichen Zeit bewegt, gemäß einer oder zweier oder dreier
Achsenrichtungen der X-Achsen-, Y-Achsen- und Z-
Achsenrichtung.
Der Elektrodenhalter 74 einschließlich des Motors 74a und der
Z-Achsenantrieb 7 bilden einen Relativbewegungsantrieb für
die Relativbewegung des umlaufenden Werkzeugs 1 und die
Oberflächenbehandlungselektrode 72 der achten
Ausführungsform.
Ein Betrieb des Oberflächenbehandlungsgeräts der achten
Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben.
Die Oberflächenbehandlungselektrode 72 ist in dem Spannfutter
3 über die Verbindungswelle 71 montiert. Das umlaufenden
Werkzeug 1 mit exzentrischer Reliefschärfung ist an dem
Elektrodenhalter 74 montiert. Die
Oberflächenbehandlungselektrode 72 ist relativ zu einer
behandelten Oberfläche des Schneidrands des Werkzeugs 1
positioniert, durch die Zwischenpol-Detektorschaltung 17 und
die Steuereinheit 15. In diesem Zeitpunkt wird das Werkzeug 1
so festgelegt, daß dessen Mittenlinie O-O (vgl. Fig. 21) mit
festgelegtem Winkel zu der Mittenlinie A-A (vgl. Fig. 21) der
Elektrode 72 geneigt ist. Der Neigungswinkel ist in derselben
Weise wie bei der siebten Ausführungsform festgelegt und er
hängt von dem Durchmesser D des Werkzeugs 1 ab. Andererseits
kann der Neigungswinkel ein solcher sein, der durch den
Ausdruck (tanα = tanβ × tanθ) wie bei der siebten Ausführungsform
berechnet ist, derart, daß β ein Randfreiwinkel und θ ein
Helixwinkel bei dem Werkzeug 1 sind. Anschließend bearbeitet
die Randoberfläche 72a der Elektrode 72 den Schneidrand des
Werkzeugs 1 durch elektrische Entladung, während es diesem
folgt, in Übereinstimmung mit dem Betrieb der Relativ- und
Vertikalbewegung und Drehung des Werkzeugs 1 beispielsweise
bei der ersten, zweiten oder dritten Ausführungsform. Die
Bearbeitung wird in Übereinstimmung mit der Zahl der Zähne
des zu behandelnden umlaufenden Werkzeugs 1 wiederholt. Durch
diesen Prozeß wird die Reformierschicht einheitlich an dem
Schneidrand des Werkzeugs 1 mit einer exzentrischen
Reliefschärfung gebildet.
Ferner läßt sich selbst im Fall der Behandlung des
umlaufenden Werkzeugs 1 mit einer flachen Reliefschärfung ein
Zahn hiervon durch die Oberflächenbehandlung bearbeiten, bei
Veränderung in eine Form mit exzentrischer Reliefschärfung
wie bei der siebten Ausführungsform. Insbesondere ist die
Elektrode 72 an dem Schneidrand des umlaufenden Werkzeugs 1
in derselben Weise wie oben positioniert. Anschließend folgt
die Elektrode 72 dem Schneidrand des Werkzeugs 1 und sie
behandelt dieses durch elektrische Entladungsbearbeitung,
entsprechend dem obigen Prozeß zum Drehen und für die
Relativbewegung des Werkzeugs 1 und der Elektrode 72. Wird in
diesem Zeitpunkt die Bearbeitung mit einer solchen
Entladungsenergie durchgeführt, daß das Basismaterial, d. h.
der Schneidrand des Werkzeugs 1, beim Bearbeiten entfernt
wird, so wird die Reformierschicht 19 an der bearbeiteten
Zahnoberfläche gebildet, während die Flanke 1a des
umlaufenden Werkzeugs 1 ausgehend von einer flachen Form in
eine exzentrische Form verändert wird. Dieser Prozeß wird
gemäß der Zahl der Zähne des zu bearbeitenden Werkzeugs 1
wiederholt. In diesem Zeitpunkt läßt sich ein Winkel zum
Herstellen der exzentrischen Schärfung anhand der Schritte
S16 und dergleichen des Flußdiagramms nach Fig. 15 und 16
festlegen, obgleich die detaillierte Beschreibung hiervon zum
Vermeiden von Redundanz weggelassen ist.
Die Fig. 23 zeigt eine Gesamtstruktur eines
Oberflächenbehandlungsgeräts durch elektrische
Entladungsbearbeitung gemäß einer neunten Ausführungsform der
Erfindung.
Wie in Fig. 23 gezeigt, ist diese Ausführungsform zum Einsatz
bei einer Oberflächenbehandlung eines umlaufenden Werkzeugs
angepaßt, beispielsweise einem Stirnfräser oder einem
Spiralbohrer, mit exzentrisch geformtem Zahn, wie bei der
fünften, siebten und achten Ausführungsform. Weiterhin weist
das Gerät der vorliegenden Ausführungsform eine Struktur
ähnlich zu derjenigen des Geräts der ersten Ausführungsform
auf. Insbesondere weist eine Oberflächenbehandlungselektrode
2 eine ähnliche Struktur wie die Elektrode 2 der ersten
Ausführungsform auf, während es aus einer Komponente einer
Reformierschicht im runder Säulenform mit festgelegter Länge
gebildet ist. Die Oberflächenbehandlungselektrode 2 wird an
einem Elektrodenhalter 84 gehalten. Der Elektrodenhalter 84
ist an dem X-Tisch 11 in derselben Weise wie der
Elektrodenhalter 4 der ersten Ausführungsform gesichert.
Hierdurch werden das Werkzeug 1 und die Elektrode 2 relativ
zueinander bewegt, und zwar zur selben Zeit in eine oder zwei
oder drei Achsenrichtungen, gemäß der X-Achsen-, Y-Achsen-
und Z-Achsenrichtung, in derselben Weise wie bei der ersten
Ausführungsform. Der Elektrodenhalter 84 nimmt hierin einen
Motor 84a zum Drehen der Elektrode 2 auf, wie der
Elektrodenhalter 44 der fünften Ausführungsform oder
dergleichen. Der Elektrodenhalter 84 ist in der
Neigungsrichtung (vertikal) T wie der Halter 4 der ersten
Ausführungsform neigbar, so daß sich die Flanke 1a des
Werkzeugs 1 zu der Mittenachse mit festgelegtem Winkel neigen
läßt. Die Oberflächenbehandlungselektrode weist eine
Entladungsoberfläche auf, die durch eine Endoberfläche
definiert ist, die der Flanke 1a oder dergleichen des
Werkzeugs 1 gegenüberliegt, wie bei der ersten
Ausführungsform. Weiterhin ist die Elektrode 82 in der Lage,
eine Schneidbearbeitung durchzuführen, beispielsweise ein
mechanisches Schleifen oder Polieren oder dergleichen, und
zwar durch Kontaktbildung der Endoberfläche 82a mit dem
Werkzeug 1.
Der Elektrodenhalter 84 sowie der Z-Achsenantrieb 7 und der
Drehwellenentrieb 8 bilden einen Relativbewegungsantrieb für
die Relativbewegung des umlaufenden Werkzeugs 1 und der
Oberflächenbehandlungselektrode der neunten
Ausführungsform.
Ein Betrieb des Oberflächenbehandlungsgeräts gemäß der
neunten Ausführungsform wird hier nachfolgend beschrieben.
Die Oberflächenbehandlungselektrode 82 ist an dem
Elektrodenhalter 84 montiert. Das umlaufende Werkzeug 1 mit
exzentrischer Reliefschärfung ist an dem Spannfutter 3
montiert. Die Oberflächenbehandlungselektrode ist mit
einem Neigungswinkel α schräggestellt. Insbesondere ist die
Elektrode so eingestellt, daß deren Mittenlinie A-A mit
einem Winkel von α zu der Mittenlinie O-O des Werkzeugs 1
geneigt ist, wie in Fig. 23 gezeigt. Anschließend wird die
Elektrode 83 zu dem Schneidrand des zu behandelnden Werkzeugs
1 positioniert, beispielsweise auf der Grundlage desselben
Prozesses, wie derjenige der zweiten Ausführungsform (vgl.
Fig. 15 und 16). Der Neigungswinkel α der Elektrode 82 hängt
von dem Durchmesser des Werkzeugs 1 ab. Es ist ausreichend,
den Winkel α auf einen solchen Wert festzulegen, bei dem eine
exzentrische Reliefschärfung in einer üblichen
Schleifmaschine erfolgt. Beispielsweise wird der
Neigungswinkel α zu ungefähr 9° dann festgelegt, wenn das
Werkzeug 1 ein Stirnfräser mit einem Durchmesser von D mit 10 mm
ist. Andererseits kann der Neigungswinkel α einen Wert
aufweisen, der anhand des Ausdrucks (tanα = tanβ × tanθ) nach
Fig. 23 berechnet ist, derart, daß β ein Randfreiwinkel und θ
ein Helixwinkel des Werkzeugs 1 ist. Anschließend bearbeitet
die Elektrode den Schneidrand des Werkzeugs 1 durch
elektrische Entladung, während es diesem folgt, gemäß dem
synchronisierten Betrieb der Relativvertikalbewegung und der
Drehung des Werkzeugs 1, die gemäß der ersten Ausführungsform
durchgeführt wird. Die Bearbeitung wird in Übereinstimmung
mit der Zahl der Zähne des zu behandelnden umlaufenden
Werkzeugs 1 wiederholt. Bei diesem Prozeß wird die
Reformierschicht 19 einheitlich an dem Schneidrand des
Werkzeugs mit einer exzentrischen Reliefschärfung aufgebaut.
Weiterhin kann selbst im Fall der Behandlung des umlaufenden
Werkzeugs 1 mit einer flachen Reliefschärfung ein Zahn
hiervon durch die Oberflächenbehandlung bearbeitet werden,
während er in eine Form mit exzentrischer Reliefschärfung
verändert wird. Insbesondere wird die Endoberfläche der
Elektrode zu dem Schneidrand des umlaufenden Werkzeugs 1
in derselben Weise wie oben positoniert. Anschließend folgt
die Elektrode dem Schneidrand des Werkzeugs 1, und sie
behandelt diesen durch elektrische Ladungsbearbeitung, gemäß
dem obigen Prozeß zum Drehen und für die Relativbewegung des
Werkzeugs 1 und der Elektrode 82. In diesem Zeitpunkt wird
dann, wenn die Bearbeitung mit einer solchen
Entladungsenergie durchgeführt wird, daß das Basismaterial,
d. h. der Schneidrand des Werkzeugs 1, beim Bearbeiten
entfernt wird, die Reformierschicht 19 an der bearbeiteten
Zahnoberfläche aufgebaut, während die Flanke 1a des
umlaufenden Werkzeugs 1 ausgehend von einer flachen Form in
eine exzentrische Form verändert wird. Dieser Prozeß wird
gemäß der Zahl der Zähne des zu bearbeitenden Werkzeugs 1
wiederholt. In diesem Zeitpunkt läßt sich ein Winkel α zum
Herstellen der exzentrischen Schärfung anhand der Schritte
S16 und dergleichen der Flußdiagramme nach Fig. 15 und 16
festlegen, obgleich deren detaillierte Beschreibung zum
Vermeiden von Redundanz weggelassen ist.
Die Fig. 24 zeigt einen Hauptabschnitt eines
Oberflächenbehandlungsgeräts mit elektrischer
Entladungsbearbeitung gemäß einer zehnten Ausführungsform der
Erfindung.
Wie in Fig. 24 gezeigt, wird eine
Oberflächenbehandlungselektrode 92 aus einer Komponente einer
Reformierschicht gebildet, beispielsweise mit derselben
Komponente wie die Elektrode 2 oder dergleichen der ersten
Ausführungsform, und zwar in eine runde Säulenform mit
festgelegter Länge. Die Elektrode 92 ist an dem
Elektrodenhalter 94 gehalten. Das Werkzeug 1 und die Elektrode
werden relativ zueinander bewegt, zur gleichen Zeit gemäß
einer oder zweier oder dreier Achsenrichtungen, und zwar der
X-Achsen-, Y-Achsen- und Z-Achsenrichtung, in derselben Weise
wie bei der ersten Ausführungsform. Ein Hilfselement 26 weist
einen Vorsprung auf, gemäß der Form der schraubenförmigen
Spannut 1c des Werkzeugs 1, beispielsweise ein zu
behandelnder Stirnfräser oder Spiralbohrer. Das Hilfselement
26 ist in die Spannut 1c eingepaßt, unter Bildung eines engen
Kontakts mit der Randfläche 1b des Zahns des Werkzeugs 1. Die
Hilfselemente 26 sind gemäß der Zahl der schraubenförmigen
Spannuten 1c des Werkzeugs 1 vorbereitet und jeweils an die
Spannuten 1c angepaßt. Weist das umlaufende Werkzeug 1 keine
Schraubenlinie auf und ist die Spannut linear oder mit
geradliniger planer Form ausgebildet, so hat das Hilfselement
26 einen Vorsprung mit gerader planer Form, damit es an die
gerade Spannut mit gleichzeitig engem Kontakt mit der
Raumfläche 1b angepaßt werden kann. Das Hilfselement 26
definiert eine stetig zu der Schneidrandflanke 1a verlaufende
Oberfläche in dem Fall, in dem es an die Spannut 1c des
Werkzeugs 1 angepaßt ist.
Obgleich nicht detailliert gezeigt, stimmen die mechanische
und elektrische Struktur dieser Ausführungsform im
wesentlichen mit derjenigen der ersten Ausführungsform
überein.
Ein Betrieb des Oberflächenbehandlungsgeräts der zehnten
Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben.
Zunächst wird das umlaufende Werkzeug 1 an dem Spannfutter
der ersten Ausführungsform montiert. Anschließend wird das
Hilfselement 26 in die Spannut 1c so eingepaßt, daß die
äußere Randoberfläche des Hilfselements eine fortlaufende
Oberfläche zu der Flanke 1a des Werkzeugs 1 definiert.
Hierauf werden das Werkzeug 1 und das Hilfselement 6, das in
dem Spannfutter 3 gehalten ist, mit der Drehwelle 6 durch den
Drehwellenantrieb 8 gedreht, während einer Vertikalbewegung
mit der Hauptwelle 5 durch den Z-Achsenantrieb 7. In diesem
Zeitpunkt sind die Vertikalbewegung und die Drehung
synchronisiert, wie bei jeder obiger Ausführungsform.
Insbesondere ist der Vertikalbewegungsumfang und der
Drehumfang so festgelegt, daß eine Entladungsoberfläche der
Elektrode 92 sich entlang der Schraubenlinie mit dem
Helixwinkel θ des durch die elektrische Entladung zu
bearbeitenden Werkzeugs 1 bewegt.
Anschließend wird eine Endoberfläche 92a als
Entladungsoberfläche der Elektrode 92 an der Randflanke 1a
entlang der Schraubenlinie des Schneidrands bewegt, bei
Aufrechterhaltung von deren Positionsbeziehung zu der Flanke
1a im Startzeitpunkt der Bearbeitung. Hier ist die Elektrode
92 zu dem Werkzeug 1 so positioniert, daß die Endoberfläche
92a der Flanke 1a gegenüberliegt, während sie hinter den
Schneidrand hiervon voranschreitet.
Anschließend führt die Energiequelle 18 eine Spannung zum
Erzeugen einer elektrischen Entladung zwischen dem Werkzeug 1
und der Elektrode 92 zu, während die Elektrode 92 der
bearbeiteten Zahnoberfläche folgt und während der
Entladeabschnitt in das Bearbeitungsfluid 10 eingetaucht
wird. Somit wird die Reformierschicht an der Randflanke 1a
des Werkzeugs 1 aufgebaut. In diesem Zeitpunkt steht, wie in
Fig. 24 gezeigt, das Hilfselement 26 im engen Kontakt zu der
Randfläche 1b derart, daß es mit der Randflanke 1a egalisiert
ist. Deshalb wird vermieden, daß der Schneidrand durch die
elektrische Entladung stumpf wird, wenn das Hilfselement 26
nach der Bildung der Reformierschicht 19 durch die
elektrische Entladung, erzeugt zwischen der Endoberfläche 92a
der Elektrode 92 und der Zahnoberfläche, entfernt wird.
Gleichzeitig läßt sich die Reformierschicht 19 vollständig
bis zu dem Schneidrand der Flanke 1a des Werkzeugs 1
aufbauen. Weiterhin wird die Räumfläche 1b mit der
Reformierschicht 19 ebenfalls mit der Dicke hierfür gebildet.
Ferner verringert selbst dann, wenn die Entladungsoberfläche
der Elektrode 92 über den Schneidrand hinausgeht, das
Hilfselement 26 die elektrische Entladungskonzentration an
dem Schneidrandabschnitt des Werkzeugs 1, wodurch Einflüsse
hierauf vermieden werden, beispielsweise das Eindämmen des
Abstumpfens des Schneidrands.
Während der Relativbewegungsantrieb bei jeder der obigen
Ausführungsformen den Drehwellenantrieb 8 enthält, sowie den
Z-Achsenantrieb 7 oder dergleichen, um die Drehwelle 1 und
die Oberflächenbehandlungselektrode relativ zueinander zu
bewegen, ist jede Modifikation möglich, solange sie die
Relativbewegung des umlaufenden Werkzeugs 1 und des
Elektrodenhalters zum Halten der Elektrode derart steuern
kann, daß die Entladeoberfläche der Elektrode der behandelten
Oberfläche des Schneidrands des Werkzeugs 1 folgt.
Bei dem Oberflächenbehandlungsgerät jeder der obigen
Ausführungsformen werden der Schneidrand des umlaufenden
Werkzeugs 1 und die Oberflächenbehandlungselektrode relativ
zueinander bewegt, bei Aufrechterhaltung einer Beziehung
(360° × L × tanθ)/(π × D) zwischen der Drehung und dem Vorschub der
Schneidrandlänge in Axialrichtung des Werkzeugs 1, dann, wenn
das Werkzeug 1 einen Helixwinkel θ aufweist, sowie eine
Schneidrandlänge L zum Bilden der Reformierschicht 19 und
einen Durchmesser D. Jedoch ist es möglich, daß die
elektrische Entladungsbearbeitung lediglich dann durchgeführt
wird, wenn die Randflanke 1a des Werkzeugs 1 der Elektrode
gegenüberliegt, während die Drehgeschwindigkeit schneller als
die Bewegungsgeschwindigkeit in Axialrichtung des Werkzeugs 1
ausgebildet wird. Weiterhin kann der Rand des Werkzeugs 1
wiederholt parallel zu der Längsrichtung beim Durchführen der
elektrischen Entladungsbearbeitung bewegt werden.
Insbesondere wird bei jeder obigen Ausführungsform des
Oberflächenbehandlungsgeräts mit elektrischer
Entladungsbearbeitung die Reformierschicht 19 an dem
Schneidrand des umlaufenden Werkzeugs 1 durch die
Oberflächenbehandlungselektrode 2, 42, 52, 62, 72, 82, 92
aufgebaut, bestehend aus einem Reformiermaterial. Sie kann
mit einer Struktur gemäß dem folgenden Merkmal ausgeführt
sein. Dies bedeutet, daß die Oberflächenbehandlungselektrode
bestehend aus dem Reformiermaterial die Reformierschicht an
dem Schneidrand des umlaufenden Werkzeugs 1 durch elektrische
Entladung für das Werkzeug 1 aufbaut. Der
Relativbewegungsantrieb dreht das Werkzeug 1, und er bewegt
das Werkzeug 1 und die Elektrode relativ zueinander derart,
daß diese einander gegenüberliegen. Der
Relativbewegungsantrieb kann auf mehrere Weisen gebildet
sein, beispielsweise durch eine der folgenden Kombinationen:
dem Drehwellenantrieb 8 und dem Z-Achsenantrieb 7; dem Elektrodenhalter 24, dem X-Achsenantrieb 13 und dem Y- Achsenantrieb 14; dem Z-Achsenantrieb 7 und dem Drehwellenantrieb 8 mit dem Elektrodenhalter 34, dem X- Achsenantrieb 13 und dem Y-Achsenantrieb 14; dem Elektrodenhalter 44 und dem Z-Achsenantrieb 7 und dem Drehwellenantrieb 8; dem Elektrodenhalter 54 und dem Z- Achsenantrieb 7 und dem Drehwellenantrieb 8; dem Elektrodenhalter 64 und dem Z-Achsenantrieb 7 und dem Drehwellenantrieb 8; mit dem Elektrodenhalter 74 und dem Z- Achsenantrieb 7 und dem Drehwellenantrieb 8; dem Elektrodenhalter 84 und dem Z-Achsenantrieb 7 und dem Drehwellenantrieb 8. Die Energiequelle für die elektrische Entladung 18 führt eine Spannung zwischen dem Schneidrand des Werkzeugs 1 und der Elektrode zu.
dem Drehwellenantrieb 8 und dem Z-Achsenantrieb 7; dem Elektrodenhalter 24, dem X-Achsenantrieb 13 und dem Y- Achsenantrieb 14; dem Z-Achsenantrieb 7 und dem Drehwellenantrieb 8 mit dem Elektrodenhalter 34, dem X- Achsenantrieb 13 und dem Y-Achsenantrieb 14; dem Elektrodenhalter 44 und dem Z-Achsenantrieb 7 und dem Drehwellenantrieb 8; dem Elektrodenhalter 54 und dem Z- Achsenantrieb 7 und dem Drehwellenantrieb 8; dem Elektrodenhalter 64 und dem Z-Achsenantrieb 7 und dem Drehwellenantrieb 8; mit dem Elektrodenhalter 74 und dem Z- Achsenantrieb 7 und dem Drehwellenantrieb 8; dem Elektrodenhalter 84 und dem Z-Achsenantrieb 7 und dem Drehwellenantrieb 8. Die Energiequelle für die elektrische Entladung 18 führt eine Spannung zwischen dem Schneidrand des Werkzeugs 1 und der Elektrode zu.
Mit der obigen Struktur läßt sich das folgende
Oberflächenbehandlungsverfahren für elektrische
Entladungsbearbeitung zum Aufbauen der Reformierschicht 19 an
dem Schneidrand des Werkzeugs 1 durch die Elektrode anpassen.
Bei dem Verfahren liegt die Elektrode entgegengesetzt zu dem
Werkzeug 1 entlang dem Schneidrand vor, während die
elektrische Entladung zwischen dem Werkzeug 1 und der
Elektrode erzeugt wird, wodurch die Reformierschicht 19 an
dem Schneidrand des Werkzeugs 1 aufgebaut wird.
Demnach läßt sich die Reformierschicht 19 an der Randflanke
1a und der Randfläche 1b des Werkzeugs 1 erzeugen, wenn das
Werkzeug 1 gedreht wird, während die
Oberflächenbehandlungselektrode relativ zu dem Werkzeug 1
derart bewegt wird, daß sie den Schneidrand hiervon
gegenüberliegt, und zwar durch den Relativbewegungsantrieb
bestehend aus beispielsweise dem Drehwellenantrieb 8 und dem
Z-Achsenantrieb 7, und während durch die Energiequelle 18 die
Spannung zugeführt wird, damit die elektrische Entladung
zwischen dem Werkzeug 1 und der Elektrode durch die
Energiequelle 18 erzeugt wird. Hierdurch läßt sich die
Reformierschicht 19 einheitlich an dem Schneidrand des
Werkzeugs 1 derart aufbauen, daß sich die Werkzeuglebensdauer
erheblich verlängern läßt und sich die Schärfe des
Schneidrands verbessern läßt.
Weiterhin kann bei jeder obigen Ausführungsform des
Oberflächenbehandlungsgeräts mit elektrischer Entladung diese
in einer Struktur ausgeführt sein, die die folgenden Merkmale
zusätzlich zu den obigen Merkmalen aufweist. Insbesondere ist
der Relativbewegungsantrieb durch den Drehwellenantrieb 8 und
den Z-Achsenantrieb 7 gebildet, zum Drehen des Werkzeugs 1
während einer Bewegung der Elektrode relativ zu dem Werkzeug
1 derart, daß sie dem Schneidrand hiervon gegenüberliegt. Die
Energiequelle 18 führt eine Spannung zwischen dem Schneidrand
des Werkzeugs 1 und der Elektrode zu. Die Zwischenpol-
Detektorschaltung 17 detektiert die Zwischenpolspannung
zwischen dem Werkzeug 1 und der Elektrode. Die Steuereinheit
17 steuert die elektrische Entladung, die zwischen dem
Schneidrand des Werkzeugs 1 und der Elektrode erzeugt wird,
und zwar auf Basis des Ausgangssignals der Zwischenpol-
Schaltung 17.
Mit der obigen Struktur läßt sich das folgende Verfahren
anpassen, indem eine spezifische Kontrolle durchgeführt wird.
Insbesondere wird die Relativposition der Elektrode zu dem
Schneidrand des Zahns des Werkzeugs 1 detektiert.
Anschließend wird diese Positon korrigiert, auf Basis einer
Korrekturinformation, bestehend aus zumindest einer Größe der
folgenden Werte: Randfreiwinkel β und Anschnittwinkel γ des
Werkzeugs 1, sowie Durchmesser D der Elektrode, derart, daß
die Positionen des Werkzeugs 1 und der Elektrode bestimmt
sind. Anschließend werden das Werkzeug 1 und die Elektrode
relativ bewegt, während die Elektrode dem Werkzeug 1 entlang
dem Schneidrand gegenüberliegt. Gleichzeitig wird die
elektrische Entladung zwischen dem Werkzeug 1 und der
Elektrode erzeugt, wodurch die Reformierschicht 19 an dem
Schneidrand des Werkzeugs 1 hergestellt wird.
Im Detail ist der Schneidrand des zu bearbeitenden Werkzeugs
1 zum Start an der Elektrode positioniert, die aus einem
Oberflächenbehandlungsmaterial gebildet ist, in einfacher
Form, beispielsweise einer runden Säule oder einer
rechteckigen Säule. Anschließend wird der Kontaktzustand des
bearbeiteten Schneidrands und der Elektrode so detektiert,
daß die Positionsbeziehung zwischen der bearbeiteten
Oberfläche des Schneidrands und der Entladungsoberfläche der
Elektrode identifiziert wird. Anschließend werden deren
Positionen automatisch so korrigiert, daß die bearbeitete
Oberfläche des Schneidrands und der Entladungsoberfläche der
Elektrode eine festgelegte Positionsbeziehung annehmen.
Anschließend folgt die Elektrode der Zahnoberfläche des
helixförmigen oder geradlinigen Schneidrands, während sich
die Bearbeitungsoberfläche für die elektrische Bearbeitung
mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt. Somit wird die
Reformierschicht 19 entlang der gesamten Länge des
Schneidrands des Werkzeugs 1 aufgebaut.
Entsprechend läßt sich die Reformierschicht 19 an der
Randflanke 1a und der Randfläche 1b des Werkzeugs 1 erzeugen.
Insbesondere steuert die Steuereinheit 15 die zwischen dem
Schneidrand des Werkzeugs 1 und der Elektrode erzeugte
elektrische Entladung. Hierfür ist es möglich, eine stabile
elektrische Entladung zu erzielen und die Reformierschicht
19, die an der Flanke 1a und der Randfläche 1b des Werkzeugs
1 hergestellt wird, gleichmäßig auszubilden.
Insbesondere weist bei der dritten bis neunten
Ausführungsform die Oberflächenbehandlungselektrode 42, 52,
62, 72, 82 eine Scheibenform oder eine Kegelform auf. Die
Relativposition wird zwischen der Elektrode und dem
Schneidrand des Werkzeugs 1 detektiert. Die Position wird auf
der Grundlage der Korrekturinformation korrigiert, bestehend
aus zumindest einer Größe der folgenden Werte: Randfreiwinkel
β, Anschnittwinkel γ des Werkzeugs 1, sowie Durchmesser d der
Elektrode, so daß die Positionen des Werkzeugs 1 und der
Elektrode bestimmt werden. Anschließend wird die Elektrode
mit Scheibenform oder dergleichen gedreht und relativ zu dem
Werkzeug 1 entlang dem Schneidrand hiervon bewegt, während
sie diesem gegenüberliegt. Gleichzeitig wird die elektrische
Entladung zwischen dem Werkzeug 1 und der Elektrode erzeugt,
wodurch die Reformierschicht 19 an dem Schneidrand des
Werkzeugs 1 gebildet wird. Im selben Zeitpunkt wird der
Schneidrand des Werkzeugs 1 durch die Schneidbearbeitung
unter Einsatz der Elektrode geschärft.
Demnach ist es möglich, die beste Position für die
elektrische Entladungsbearbeitung zwischen der Elektrode und
dem Werkzeug 1 automatisch festzulegen. Weiterhin wird die
Spannung zum Erzeugen der elektrischen Entladung zwischen dem
Werkzeug 1 und der Elektrode so zugeführt, daß sich die
Reformierschicht 19 an dem Schneidrand des Werkzeugs 1
erzeugen läßt. Zusätzlich läßt sich die Reformierschicht 19
einheitlich an dem Schneidrand des Werkzeugs 1 aufbauen, und
die Werkzeuglebensdauer läßt sich erheblich verlängern.
Weiterhin ist es möglich, den Schneidrand scharf für das
weitere Schneiden der Reformierschicht 19 durch die Elektrode
herzustellen.
Jede der obigen Ausführungsformen fixiert entweder das
Werkzeug 1 oder die Elektrode, bei gleichzeitiger Bewegung
der jeweiligen anderen Komponente, so daß sich eine übliche
elektrische Gravur-Entladungsbearbeitung, so wie sie ist,
einsetzen läßt. Weiterhin läßt sich der Prozeßmechanismus
vereinfachen, da die Entladungsoberfläche der Elektrode die
Randflanke 1a mit gerader oder schraubenlinienförmiger Form
des Werkzeugs 1 bearbeitet, während sie dem Schneidrand
folgt, und zwar durch den Dreh- und Vertikalbewegungsbetrieb
des Werkzeugs 1.
Ferner werden die Relativpositionen und die
Positionsbeziehung der Elektrode und des Werkzeugs 1 dadurch
bestimmt, daß der Kontakt der Elektrode mit dem Schneidrand 1
detektiert wird, so daß sie an festgelegten Positionen
plaziert sind. Somit kann selbst dann, wenn ein anderer Typ
von Oberflächenbehandlungselektrode oder umlaufendem Werkzeug
eingesetzt wird, das erfindungsgemäße Gerät eine derartige
Veränderung handhaben. Zusätzlich werden nach dem obigen
Relativpositions-Detektorbetrieb die Positionen der Elektrode
und des Werkzeugs 1 zu festgelegten Positionen korrigiert.
Somit ergibt sich keine unbeabsichtigte Veränderung beim
Einstellen der Positionen, und es läßt sich eine Veränderung
der Ergebnisse bei der Bearbeitung verhindern.
Bei der vierten bis neunten Ausführungsform gemäß den obigen
Strukturen ist der Winkel α zwischen der Entladungsoberfläche
der Elektrode und der Randflanke 1a des Werkzeugs 1 gleich zu
einem Winkel, bei dem eine exzentrische Reliefschärfung bei
der Randflanke 1a des umlaufenden Werkzeugs 1 erfolgt.
Anschließend wird eine elektrische Entladung zwischen dem
Werkzeug 1 mit einer exzentrischen Reliefschärfung und der
Oberflächenbehandlungselektrode erzeugt, während die
Elektrode relativ zu dem Werkzeug 1 entlang dem Schneidrand
hiervon bewegt wird. Hierdurch wird die Reformierschicht 19
an der exzentrisch geschärten Randflanke 1a des Werkzeugs
aufgebaut.
Demnach läßt sich die Reformierschicht 19 am Schneidrand des
Werkzeugs 1 dadurch bilden, daß eine Spannung zugeführt wird
und die elektrische Entladung zwischen dem Werkzeug 1 mit
exzentrischer Reliefschärfung der Elektrode erzeugt wird.
Somit ist es möglich, die behandelte Oberfläche entsprechend
der Eigenschaft des umlaufenden Werkzeugs 1 lediglich mit
exzentrischer Ladungsbearbeitung umzuformen. Weiterhin wird
die Reformierschicht 19 einheitlich an dem Schneidrand des
Werkzeugs 1 so gebildet, daß die Werkzeuglebensdauer
drastisch verlängert wird und die Schärfe des Schneidrands
verbessert ist.
Bei der vierten bis neunten Ausführungsform gemäß dem obigen
Verfahren wird die elektrische Entladungsbearbeitung mit
einer solchen Entladungsenergie durchgeführt, daß das
Basismaterial des umlaufenden Werkzeugs 1 gleichmäßig
bearbeitet wird. Hierdurch wird die Reformierschicht 19 an
der Randflanke 1a des Werkzeugs 1 hergestellt, und die Flanke
1a wird gleichzeitig exzentrisch geschärft.
Demnach läßt sich die Form der Randflanke 1a ausgehend von
einer flachen in eine exzentrische verändern, ohne Einsatz
einer mechanischen Schleifmaschine, insbesondere durch
Durchführung der elektrischen Entladungsbarbeitung mit
festgelegter elektrischer Bedingung, d. h. bei einer
Entladungsenergie zum Bearbeiten des Basismaterials des
Werkzeugs 1. Hierdurch ist es möglich, die Kosten für ein
erneutes Schleifen oder dergleichen zu reduzieren.
Bei der zehnten Ausführungsform mit der obigen Struktur ist
das Hilfselement 26 in die Spannut 1c des umlaufenden
Werkzeugumlaufenden Werkzeugs 1 eingepaßt; während es in
engem Kontakt zu der Randfläche 1b steht, wodurch eine
fortlaufende Oberfläche zu der Randflanke 1a definiert ist.
Anschließend wird eine elektrische Entladung zwischen dem
Schneidrand des Werkzeugs 1 mit dem Hilfselement 26 und der
Oberflächenbehandlungselektrode 92 aus dem Reformiermaterial
erzeugt, während die Elektrode 92 relativ entlang dem
Schneidrand des Werkzeugs 1 bewegt wird, wodurch die
Reformierschicht 19 an der Randflanke 1a gebildet wird.
Anschließend wird das Hilfselement 26 entfernt. Demnach wird
vermieden, daß der Schneidrand aufgrund der elektrischen
Entladung stumpf wird, indem bewirkt wird, daß das
Hilfselement 26 den zu behandelnden Schneidrand berührt.
Hierdurch läßt sich die Werkzeuglebensdauer verlängern, ohne
daß sich die Schärfe des zu bearbeitenden umlaufenden
Werkzeugs 1 verschlechtert.
Bei der obigen Ausführungsform werden der Schneidrand des
umlaufenden Werkzeugs 1 und die
Oberflächenbehandlungselektrode relativ zueinander bewegt,
unter Aufrechterhaltung einer Beziehung (360° × L × tanθ)/(π × D)
zwischen der Drehung und dem Vorschub entlang der
Schneidrandlänge in Axialrichtung des Werkzeugs 1, in dem
Fall, in dem das Werkzeug 1 einen Helixwinkel θ aufweist,
sowie eine Schneidrandlänge L zum Bilden der Reformierschicht
19 und einen Durchmesser D.
Demnach wird die Relativanordnung zwischen der behandelten
Oberfläche des Werkzeugs 1 und der Elektrode anhand des
Helixwinkels θ erhalten, sowie der Schneidrandlänge L, dem
Durchmesser D und der Helixrichtung des Zahns, so daß sich
eine derartige Ortsbeziehung leicht erzeugen läßt. Weiterhin
bewegen sich die Elektrode und die behandelte Oberfläche des
Werkzeugs 1 relativ zueinander mit konstanter
Geschwindigkeit, wodurch die Schwankung des elektrischen
Entladungsbearbeitungszustands für die behandelte Oberfläche
abnimmt. Somit ist es möglich, die an der Flanke 1a des
Werkzeugs 1 erzeugte Reformierschicht 19 im Hinblick auf die
Dicke Oberflächenrauhigkeit oder dergleichen einheitlich
auszubilden. Ferner kann aufgrund der Tatsache, daß der
Helixwinkel θ, die Schneidrandlänge L und dergleichen des
bearbeiteten Werkzeugs 1 als Daten zum Erzeugen der
Ortsbeziehung eingesetzt werden, das umlaufende Werkzeug 1
ohne schraubenlinienförmigen Schneidrand bearbeitet werden.
Die Oberflächenbehandlungselektrode 2 der ersten bis dritten
Ausführungsform ist mit festgelegtem Winkel so gesichert, daß
sie dem Schneidrand gegenüberliegt. Demnach kann der
Mechanismus zum Sichern der Elektrode 2 weitestgehend
vereinfacht sein.
Das Oberflächenbehandlungsgerät gemäß der vierten bis neunten
Ausführungsform kann eine gegenüberliegende
Oberflächenbehandlungselektrode zu dem Schneidrand des
umlaufenden Werkzeugs 1 bewirken und den Neigungswinkel α
festlegen. Somit läßt sich der Einstellwinkel der Elektrode
zu dem behandelten Schneidrand des Werkzeugs 1 frei
auswählen. Somit ist es möglich, das umlaufende Werkzeug 1
handzuhaben, bei dem die Randflanke 1a durch eine flache
Reliefschärfung oder eine exzentrische Reliefschärfung
gebildet ist.
Das Oberflächenbehandlungsgerät der vierten bis neunten
Ausführungsform dreht die Oberflächenbehandlungselektrode
derart, daß der Einfluß der Abmessung der Elektrode aufgrund
der elektrischen Entladungsbearbeitung verringert ist.
Weiterhin kann der Rand der Elektrode glatt hergestellt sein
und dessen Abschlußgenauigkeit läßt sich verbessern.
Weiterhin ist das mechanische Schleifen oder das exzentrische
Reliefschärfen möglich. Ferner ist es möglich, das Streuen
bei der elektrischen Entladungsbearbeitung für die behandelte
Oberfläche abzusenken und die Dicke, die Rauhigkeit oder
dergleichen an der Randflanke des Werkzeugs 1 aufgebauten
Reformierschicht 19 einheitlich auszubilden.
Bei den obigen Ausführungsformen ist es wichtig, die
Relativbewegungsgeschwindigkeit (Vorschubgeschwindigkeit) des
umlaufenden Schneidwerkzeugs 1 zu steuern, um den
sequentiellen Prozeß beim Schneiden (Schleifen, Polieren oder
dergleichen) aufrecht zu erhalten und hiernach die
elektrische Entladung sukzessive durchzuführen. Insbesondere
erfolgt bei einer normalen elektrischen Entladungsbearbeitung
eine Steuerung zum Rückführen eines
Elektrodenbearbeitungsorts im Zeitpunkt der Erzeugung eines
Kurzschlusses oder dergleichen, beispielsweise ein Betrieb,
der als "Kurzschluß-Rückführung" bezeichnet wird. Jedoch
verschwindet bei der erfindungsgemäßen Oberflächenbehandlung
durch eine derartige elektrische Entladungsbearbeitung der
Kurzschluß während des Schneidbetriebs, so daß es nicht
erforderlich ist, oft die Kurzschluß-Rückführung
durchzuführen. Im Gegensatz hierzu besteht dann, wenn die
Elektrode zu oft rückgeführt wird, die Bearbeitung
hauptsächlich aus der elektrischen Entladungsbearbeitung. In
diesem Fall ist es möglich, daß eine Dichte des durch das
Schneidwerkzeug erzeugen Reformiermaterials zwischen den
Elektroden abnimmt, so daß die Oberflächenreformiereffekte
verschlechtert sind. Dies bedeutet, daß es bei der
erfindungsgemäßen Oberflächenbehandlung durch elektrische
Entladungsbearbeitung vorzuziehen ist, den Umfang des
Elektrodenrückführbetriebs oder der Geschwindigkeit des
Elektrodenvorschubs so zu steuern, daß das Schneiden und die
elektrische Entladungsbearbeitung in einem geeigneten
Verhältnis durchgeführt werden. Aus diesem Grund detektiert
die Zwischenpol-Detektorschaltung 17 die Zwischenpolspannung
zwischen den Elektroden, und sie berechnet eine
Durchschnittsspannung und bestimmt einen Umfang entsprechend
einer elektrischen Entladungsfrequenz, d. h. einen
Bearbeitungsumfang der elektrischen Entladung auf Basis der
Durchschnittspannung. Die Steuereinheit 15 berechnet ein
Verhältnis zwischen der elektrischen Entladungsbearbeitung
und des Schneidvorgangs auf der Basis der obigen Ergebnisse
und einer momentanen Werkzeug-Vorschubgeschwindigkeit.
Anschließend steuert und verändert die Steuereinheit 15 die
Werkzeugvorschubgeschwindigkeit so, daß das Verhältnis auf
einem geeigneten Wert gehalten wird. Weiterhin kann die
Steuereinheit 15 die Dicke der Reformierschicht 19 dadurch
verändern, daß sie die Werkzeugvorschubgeschwindigkeit
verändert und das Verhältnis zwischen dem Schneidvorgang und
der elektrischen Entladungsbearbeitung. Insbesondere ist es
möglich, die Reformierschicht als dünne und einheitliche
abzuschließen, indem die Vorschubgeschwindigkeit verringert
wird, in einem abschließenden Endfertigungsprozeß.
Die Stabilität der elektrischen Entladung wird durch die
Drehgeschwindigkeit des Werkzeugs 1 beeinflußt. Demnach tritt
dann, wenn die Umlaufgeschwindigkeit zu hoch ist, bei einem
Entladungspunkt zwischen den Elektroden eine Schwankung im
Hinblick auf eine elektrische Entladungsimpulsdauer auf.
Hierdurch wird es schwierig, einen Entladungsbogen aufrecht
zu erhalten, so daß ein Entladungswirkungsgrad verringert
ist. Insbesondere dann, wenn die Drehgeschwindigkeit hoch
ist, nimmt der Schneidwirkungsgrad zu, jedoch nimmt der
Entladungswirkungsgrad ab und das Schneidverhältnis steigt
an. Andererseits ist dann, wenn die Drehgeschwindigkeit
niedrig ist, der Schneidwirkungsgrad abgesenkt, im Gegensatz
zu vorher, und der Entladungswirkungsgrad wird hoch. Demnach
ist es möglich, die Drehgeschwindigkeit zum Verändern des
Verhältnisses zwischen der elektrischen Entladungsbearbeitung
und dem Schneiden einzusetzen. Selbst wenn die
Drehgeschwindigkeit dieselbe ist, unterscheidet sich eine
Umfangsgeschwindigkeit gemäß dem Werkzeugdurchmesser. Somit
ist es vorzuziehen, die Drehgeschwindigkeit auf einen
geeigneten Wert gemäß dem Werkzeugdurchmesser zu steuern.
Bei jeder obigen Ausführungsform ist es nicht immer
erforderlich, die Oberflächenbehandlungselektrode an der
Innenseite des Bearbeitungsbehälters 9 in das
Bearbeitungsfluid 1 einzutauchen, sowie den behandelten
Abschnitt des umlaufenden Werkzeugs 1. Andererseits ist es
möglich, die Reformierschicht 19 an der Randflanke 1a und der
Randfläche 1b des Werkzeugs 1 durch das obige elektrische
Bearbeitungsverfahren aufzubauen, während das
Bearbeitungsfluid 10 auf einen Entladungsabschnitt
aufgesprüht wird.
Bei den obigen Ausführungsformen bildet der Elektrodenhalter
4, 34, 44, 54, 64, 84, 94 oder das Spannfutter 3 eine
Sicherungsvorrichtung zum Sichern der
Oberflächenbehandlungselektrode 2, 42, 52, 62, 72, 82, 92 mit
einem spezifischen Winkel derart, daß sie dem Zahn des
umlaufenden Werkzeugs 1 gegenüberliegt. Weiterhin bildet der
Elektrodenhalter 4, 34, 44, 54, 64, 84, 94 oder das
Spannfutter 3 eine Montiervorrichtung zum Montieren der
Oberflächenbehandlungselektrode 2, 42, 52, 62, 72, 82, 92
entgegengesetzt zu dem Zahn des Werkzeugs 1, und die
Montiervorrichtung ist in der Lage, einen Gegenwinkel der
Oberflächenbehandlungselektrode zu dem Zahn festzulegen und
zu verändern. Ferner bildet der Motor 4a, 34a, 44a, 54a, 64a,
84a oder ein Regelantrieb 8 eine Drehvorrichtung zum Drehen
der Oberflächenbehandlungselektrode 2, 42, 52, 62, 72, 92.
Zusätzlich kann bei der fünften bis neunten Ausführungsform
die Oberflächenbehandlungselektrode jede beliebige
Drehkörperform aufweisen, im Gegensatz zu der Scheiben- oder
Kegelform, solange sie eine gewünschte elektrische
Entladungsbearbeitung durchführen kann, sowie eine
Schneidbearbeitung, in derselben Weise wie oben beschrieben.
Bei der zweiten bis zehnten Ausführungsform wird die
Elektrode bevorzugt in Axial- oder Radialrichtung bewegt,
über den X-Achsen, Y-Achsen- oder Z-Achsenantrieb, unter
Steuerung der Steuereinheit, derart, daß die Abnutzung
aufgrund der elektrischen Entladung kompensiert ist, wie bei
der ersten Ausführungsform angegeben.
Die hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen sind
illustrativ und nicht einschränkend, und der Schutzbereich
der Erfindung wird durch die angefügten Patentansprüche
festgelegt, und sämtliche Veränderungen, die innerhalb der
Bedeutung der Patentansprüche liegen, sollen durch diesen mit
umfaßt sein.
Claims (13)
1. Oberflächenbehandlungsverfahren durch elektrische
Entladungsbearbeitung zum Bilden einer Reformierschicht
(19) an einem Zahn eines umlaufenden Werkzeugs (1) durch
eine Oberflächenbehandlungselektrode (2, 42, 52, 62, 72,
82, 92), hergestellt aus einem Reformiermaterial,
enthaltend:
- a) einen ersten Schritt zum Platzieren der Oberflächenbehandlungselektrode (2, 42, 52, 62, 72, 82, 92) gegenüber dem Zahn; und
- b) einen zweiten Schritt für die Relativbewegung der Oberflächenbehandlungselektrode entlang dem Zahn, bei Erzeugung einer elektrischen Entladung zwischen dem Zahn und der Oberflächenbehandlungselektrode (2, 42, 52, 62, 72, 82, 92), wodurch die Reformierschicht (15) an dem Zahn gebildet wird, derart, dass
- c) bei dem ersten Schritt eine durch die Endoberfläche der Oberflächenbehandlungselektrode definierte Entladungsoberfläche (2a) mit einer definierten Relativpositionierung zu einer Randflanke (1a) des umlaufenden Werkzeugs mit einem hierzwischen gebildeten Entladungszwischenraum angeordnet ist,
- d) bei dem zweiten Schritt die Oberflächenbehandlungselektrode relativ zu dem umlaufenden Werkzeug (1) so bewegt wird, dass die Entladungsoberfläche (2a) entlang einer gesamten Länge des Zahns des umlaufenden Werkzeugs (1) nachgeführt wird, während der Entladungszwischenraum konstant zwischen der Entladungsoberfläche (2a) und der Randflanke (1a) gesteuert wird, und
- e) in dem zweiten Schritt eine elektrische Entladung mit dem konstant gesteuerten Entladungszwischenraum erzeugt wird, und zwar zwischen der Entladungsoberfläche (2a) und der Randflanke (1a), derart, dass ein Bearbeitungsfluid vollständig den Entladungszwischenraum so ausfüllt, dass die Reformierschicht (19) sukzessive schichtweise an der Randflanke (1a) des Zahns aufgebracht wird.
2. Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass es ferner enthält:
einen dritten Schritt zum Detektieren der Relativposition der Oberflächenbehandlungselektrode (2, 42, 52, 62, 72, 82, 92) und der Randflanke (1a) des Zahns;
einen vierten Schritt zum Korrigieren der Relativposition auf der Grundlage der Korrekturinformationen bestehend aus zumindest einer Größe des Randfreiwinkels (β), eines Anschnittwinkels des umlaufenden Werkzeugs (1) sowie eines Durchmessers (d) der Oberflächenbehandlungselektrode; und
einen fünften Schritt zum Fixieren der Relativposition.
einen dritten Schritt zum Detektieren der Relativposition der Oberflächenbehandlungselektrode (2, 42, 52, 62, 72, 82, 92) und der Randflanke (1a) des Zahns;
einen vierten Schritt zum Korrigieren der Relativposition auf der Grundlage der Korrekturinformationen bestehend aus zumindest einer Größe des Randfreiwinkels (β), eines Anschnittwinkels des umlaufenden Werkzeugs (1) sowie eines Durchmessers (d) der Oberflächenbehandlungselektrode; und
einen fünften Schritt zum Fixieren der Relativposition.
3. Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass
die Oberflächenbehandlungselektrode (42, 52, 62, 72) eine Drehkörperform aufweist und in dem zweiten Schritt gedreht wird; und
der Schneidrand des Werkzeugs (1) geerdet wird und durch die Drehoberflächenbehandlungselektrode in einem sechsten Schritt geschärft wird.
die Oberflächenbehandlungselektrode (42, 52, 62, 72) eine Drehkörperform aufweist und in dem zweiten Schritt gedreht wird; und
der Schneidrand des Werkzeugs (1) geerdet wird und durch die Drehoberflächenbehandlungselektrode in einem sechsten Schritt geschärft wird.
4. Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Winkel (α) definiert zwischen
einer Entladungsoberfläche der
Oberflächenbehandlungselektrode und einer Randflanke
(1a) des Zahns auf einen Winkel einer exzentrischen
Reliefschärfung festgelegt wird, die bei der Randflanke
durchgeführt wird.
5. Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, dass
das umlaufende Werkzeug (1) ursprünglich eine exzentrisch geschärfte Flanke als Randflanke (1a) aufweist; und
die Reformierschicht (19) auf der exzentrisch geschärften Randflanke (1a) gebildet wird.
das umlaufende Werkzeug (1) ursprünglich eine exzentrisch geschärfte Flanke als Randflanke (1a) aufweist; und
die Reformierschicht (19) auf der exzentrisch geschärften Randflanke (1a) gebildet wird.
6. Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, dass
das umlaufende Werkzeug (1) ursprünglich eine flach geformte Randflanke als Randflanke aufweist; und
die elektrische Entladung in dem zweiten Schritt mit einer Entladungsenergie derart erzeugt wird, dass ein Basismaterial des umlaufenden Werkzeugs (1) so bearbeitet wird, dass die flach geschärfte Randflanke in eine exzentrisch geschärfte Randflanke geformt wird, während die Reformierschicht (19) geformt wird.
das umlaufende Werkzeug (1) ursprünglich eine flach geformte Randflanke als Randflanke aufweist; und
die elektrische Entladung in dem zweiten Schritt mit einer Entladungsenergie derart erzeugt wird, dass ein Basismaterial des umlaufenden Werkzeugs (1) so bearbeitet wird, dass die flach geschärfte Randflanke in eine exzentrisch geschärfte Randflanke geformt wird, während die Reformierschicht (19) geformt wird.
7. Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass
ein Hilfselement (26) an das umlaufende Werkzeug für den zweiten Schritt so angepasst wird, dass es mit einer Randflanke des Zahns egalisiert ist und in engem Kontakt zu einer Randfläche (1b) des Zahns gelangt; und
das Hilfselement (26) von dem umlaufenden Werkzeug nach dem zweiten Schritt entfernt wird.
ein Hilfselement (26) an das umlaufende Werkzeug für den zweiten Schritt so angepasst wird, dass es mit einer Randflanke des Zahns egalisiert ist und in engem Kontakt zu einer Randfläche (1b) des Zahns gelangt; und
das Hilfselement (26) von dem umlaufenden Werkzeug nach dem zweiten Schritt entfernt wird.
8. Oberflächenbehandlungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass
der Zahn des umlaufenden Werkzeugs (1) und die
Oberflächenbehandlungselektrode (2, 42, 52, 62, 72, 82,
92) relativ zueinander in dem zweiten Schritt unter
Aufrechterhaltung der Drehung des umlaufenden Werkzeugs
bewegt werden und bei Bewegung entlang einer
Axialrichtung des Werkzeugs mit einer Beziehung
(360° × L × tanθ)/(π × D) zwischen einer Drehung und einer
Axialbewegung des umlaufenden Werkzeugs, derart, dass θ
ein Helixwinkel des Zahns ist, L eine Schneidrandlänge
des Zahns ist, der mit der Reformierschicht gebildet
wird, und D ein Durchmesser des umlaufenden Werkzeugs
ist.
9. Oberflächenbehandlungsgerät für eine elektrische
Entladungsbearbeitung, enthaltend:
- a) eine Oberflächenbehandlungselektrode (2, 42, 52, 62, 72, 82, 92), die aus einem Reformiermaterial zum Bilden einer Reformierschicht (19) bei einem Zahn eines umlaufenden Werkzeugs (1) hergestellt ist,
- b) einen Positionierantrieb zum Platzieren der Oberflächenbehandlungselektrode (2, 42, 52, 62, 72, 82, 92) gegenüber dem Zahn,
- c) einen Relativbewegungsantrieb (7, 8, 13, 14, 24, 34, 44, 54, 65, 75, 84) zum Durchführen einer Relativbewegung der Oberflächenbehandlungselektrode entlang dem Zahn, und
- d) eine Entladungsenergiequelle (18) zum Zuführen einer Spannung zum Erzeugen einer Entladung zwischen dem Zahn und der Oberflächenbehandlungselektrode zum Bilden der Reformierschicht (9) an dem Zahn, derart, dass
- e) der Positionierantrieb bewirkt, dass eine durch die Endoberfläche (2a) der Oberflächenbehandlungselektrode definierte Entladungsoberfläche mit einer definierten Relativpositionierung zu einer Randflanke (1a) des umlaufenden Werkzeugs mit einem hierzwischen gebildeten Entladungszwischenraum angeordnet ist,
- f) der Relativbewegungsantrieb die Oberflächenbehandlungselektrode relativ zu dem umlaufenden Werkzeug so bewegt, so dass die Entladungsoberfläche über eine volle Länge des Zahnes des umlaufenden nachführbar ist, während der Entladungszwischenraum auf eine konstanten Wert zwischen der Entladungsoberfläche und der Randflanke steuerbar ist, und
- g) die Entladungsenergiequelle (18) so steuerbar ist, dass eine elektrische Entladung mit konstant gesteuertem Entladungszwischenraum zwischen der Entladungsoberfläche und der Randflanke erzeugbar ist; und ein Bearbeitungsfluid, das den Entladungszwischenraum vollständig ausfüllt.
10. Oberflächenbehandlungsgerät nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, dass es ferner eine Zwischenpol-
Detektorschaltung (17) zum Detektieren einer
Zwischenpolspannung zwischen dem umlaufenden Werkzeug
(1) und der Oberflächenbehandlungselektrode (2, 42, 52,
62, 72, 82, 92) enthält.
11. Oberflächenbehandlungsgerät nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, dass sie ferner einen Elektrodenhalter
(3, 4, 34, 44, 54, 64, 84, 94) zum Fixieren der
Oberflächenbehandlungselektrode (2, 42, 52, 62, 72, 82,
92) enthält, und zwar gegenüber dem Zahn, derart, dass
der Elektrodenhalter in der Lage ist, einen Gegenwinkel
zwischen der Oberflächenbehandlungselektrode und dem
Zahn einzustellen und zu verändern.
12. Oberflächenbehandlungsgerät nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, dass sie ferner eine Drehvorrichtung
(4a, 8, 34a, 44a, 54a, 64a, 84a) zum Drehen der
Oberflächenbehandlungselektrode (42, 52, 62, 72, 82, 92)
enthält.
13. Oberflächenbehandlungsgerät nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, dass der Relativbewegungsantrieb den
Zahn des umlaufenden Werkzeugs (1) und die
Oberflächenbehandlungselektrode (2, 42, 52, 62, 72, 82,
92) relativ zueinander bewegt, unter Aufrechterhaltung
der Drehung des unlaufenden Werkzeugs (1) und einer
Bewegung in Axialrichtung hiervon, bei einer Beziehung
von (360° × L × tanθ)/(π × D) zwischen einer Drehung und einer
Axialbewegung des umlaufenden Werkzeugs, derart, dass θ
ein Helixwinkel des Zahns ist, L eine Schneidrandlänge
des Zahns ist, der mit der Reformierschicht (19)
gebildet ist, und D ein Durchmesser des umlaufenden
Werkzeugs (1).
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