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Verfahren zur Herstellung von Teilen fUr Schnittwerkzeuge, wie Matrizen,
Stempel oder auch andere Formkörper mit hinzersetzten Flächen, aus einem vorzugsweise
planparallele Flächen aufweisenden Werkstück durch elektrothermisches Drahterodieren
sowie Drahterodiermaschine zur Durchführlmg des Verfahrens ~~~ ~~ Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Teilen für Schnittwerkzeuge,
wie Matrizen, StelDpel, aber auch andere Formkörper mit hintersetzten Flächen, aus
einem vorzugsweise planparallele Flächen aufweisenden Werkstück durch elektrothermisches
WDrahterodieren" (Funken-Erodieren) mittels einer mit konstantem Vorschub durch
das Werkstück geführten Drahtelektrode sowie auf eine zur Durchführung des Verfahrens
dienende, numerisch gesteuerte Drahterodiermaschine.
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Schnittwerkzeuge, insbesondere zum Stanzen und Schneiden von Blechen,
Kunststofftafeln u. dgl., werden mit einer von der Schnittkante hintersetzten Flanke
ausgebildet. Diese hintersetzte Flanke verlauft von der Schnittkante leicht konisch
bzw. schräg, derart, daß das Werkzeug sich beim Stanz- oder Schnitthub freischneidet.
Es ist bekannt, derartige Schnittwerkzeuge oder auch andere Formkörper durch elektrothermisches
Drahterodieren herzustellen. Dabei wird die Drahtelektrode bei den bekannten Eresionsmaschinen
senkrecht zur Schnittebene des Werkstückes während des Erodierens geführt. Nach
erfolgtem Erodieren des Schnittwerkzeuges, z.B. aus einer Platte od. dgl., wird
sodann von der Schnittkante bzw. Schneide ausgehend die Schnittflanke freigearbeitet.
Dieser zusätzliche Arbeitsgang ist zeitraubend sowie arbeitsaufwendig.
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Zur Erzeugung einer hintersetzten Flanke ist es an sich möglich, das
Werkstück auf dem Kreuztischsupport schräg zu lagern, derart, daß sich ein Erodierschnittmit
hintersetzter Flanke ergibt. Dies ist jedoch nur dann möglich, wenn die Schneide
linear verläuft. Ist indessen der Verlaul der Schneide z.B. in Form einer geschlossenen
Kurve gehalten, so müßte das Werkstück während des Erodierens mit fortschreitendem
Hub eine ständig andere Lage auf dem Kreuztischsupport einnehmen. Hierzu wäre ein
erhetlicher Aufwand erforderlich. Eine andere Möglich keit besteht auch darin, die
Drahtelektrode während des Erodierens schräg zu führen, derart, daß sich während
des Erodieren schnittes eine von der Schneide her hintersetzte Flanke ergibt.
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Aber auch in diesem Falle ergeben sich die gleichen Schwierigkeiten,
wie bei einer Schrägstellung des Werkstückes nur mit dem Unterschied, daß anstelle
des Werkstückes die Drahtelektrodenführung räumlich positioniert werden müßte, Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mit einem vergleichsweise geringen Aufwand
zu betreibendes Arbeitsverfahren zur Herstellung von Schnittwerkzeügen oder von
anderen, mit nintersetzten Flanken versehenen Formkörpern durch "Drahterodieren"
eines Werkstückes zu schaffen. Das geschieht gemäß der Erfindung dadurch, daß man
während des Erodierens der Drahtelektrode entweder eine um die Flåchennormale des
Werkstückes verlaufende kegelförmige Bewegung aufzwingt, derart, daß die Hüllkurvenspitze
dieser Bewegung nahe der Drahteinführung am Werkstück gelegen ißt oder die Drahtelektrode
in Abhängigkeit von der Bahnsteuerung des Werkstückes aus der Richtung der Flächennormalen
des Werkstückes sukzessiv ablenkt.
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Diese erfindungsgemäße Verfahrensweise erlaubt die Herstellung von
Schnittdurchbrüchen oder ähnlichen mit hintersetzten Flächen versehenen Körpern
mit einem vergleichsweise geringen Aufwand an Mitteln-und Arbeitszeit. Der Hintersetzungswinkel
ist bei Schnittwerkzeugen relativ klein; er beträgt im allgemeinen nur 10 - 30 Minuten,
so daß die Auslenkung der Drahtelektrode während
des Erodierens
die Erodiergeschwindigkeit nicht allzu sehr beeinträchtigt. Der durch das Verfahren
gegebene Vorteil besteht im Fortfall eines Arbeitsganges, nämlich einem Nacharbeiten
bzw. Hintersetzen des erodierten Werkzeuges.
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Bei einer bekannten Drahterodiermaschine mit stetigem Vorschub der
Drahtelektrode, die nahe über und unter dem Werkstück in mit Kerben versehenen Führungsstiften
oder -ringen, allgemein mit Führungselemente bezeichnet, geführt ist und mit einer
numerischen Bahnsteuerungsvorrichtung für den das Werkstück aufnehmenden Kreuztischsupport
ausgerüstet ist, ist gemäß derErfindung eines der Führungselemente mit einer motorisch
betriebenen Steuervorrichtung verbunden. Nach einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung
beinhaltet die Steuervorrichtung einen Antriebsmotor, der eines der beiden Führungselemente
in eine exzentrisch zur Drahtführungsachse des anderen ortsfesten Führungselementes
verlaufende Drehbewegung versetzt, derart, daß die Drahtführungsachse des bewegten
Drahtfhrungselementes die Drahtführungsachse des ortsfesten Führungselementes umkreist.
Die Exzentrizität zwischen dem ortsfesten und dem bewegten Führungselement ist ein
stellbar. Die Exzentrizität bedingt die Größe der Auslenkung der Drahtelektrode
während ihres Umlaufes und somit auch die Größe des Freischnittwinkels. Im Rahmen
der Erfindung ist es auch möglich, durch Zustellbewegungen, d.h. Weginkremente,
in Richtung der s- und y-Achse das bewegliche Führungselement derart zu steuern,
daß sich in jeder Führungslage des Werkstückes die am Bearbeitsungsort gewünschte
Hintersetzung ergibt Die numerische Steuerung des Führungselemes ist besonders dann
vorteilhaft, wenn das zu bearbeitende Werkstück bzw. der Abstand von der Oberkante
bis zur Unterkante des Werkstückes groß ist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus den Zeichnungen ersichtlich,
anhand deren das Verfahren näher verdeutlicht sowie als Beispiel eine zur Ausübung
des Verfahrens dienende Drahterodiervorrichtung gezeigt ist.
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Figur 1 zeigt ein Werkstück in der Ansicht von oben, bestehend z.B.
aus einer 10 mm starken, aus Werkzeugstahl gebildeten, doppelseitig geschliffenen
Platte 1. Gemäß der strichpunktiert gezeichneten Konturlinie 2 soll aus der Platte
1 ein Teil 3 durch Erodieren herausgeschnitten werden, und zwar derart, daß ohne
weitere Nacharbeit die Platte 1 als Matrize für ein Schnittwerkzeug Anwendung finden
kann. Hierzu wird zunächst im Bereich des späteren Abfallteiles 3 und möglichst
nahe der Konturlinie 2 eine Bohrung 4 eingebracht, durch welche die drahtförmige
Erodierelektrode vor Beginn des Erodierens hindurchgefädelt wird.
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Wahrend des Erodierens ruht die Platte 1 auf einem Kreuztischsupport,
welcher in den Koordinatenrichtungen x und y verfahrbar ist. Der Erodierschnitt
beginnt bei A - dem Startpunkt -wobei sodann die Platte 1 in Richtung x bis zur
Konturlinie 2 verschoben wird. Die Steuerung des Werkstückes entsprechend der vorprogrammierten
Bahn erfolgt durch Zustellimpulse (Bahninkremente) an die nicht dargestellten Stellmotoren
eines Ereuztischsupportes. Wie relativ dargestellt, wandert die Drahtelektrode,
gemäß der scharf ausgezogenen Linie 5, d.h. parallel zur programmierten Konturlinie
2. Die Drahtelektrode durchsetzt die Platte in Richtung zur Flächennormalen N des
Werkstückes.
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Figur 2 zeigt einen Schnitt durch die Platte gemäß der Figur 1.
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Die Drahtelektrode 6 ist in einem oberen Drahtfiihrungselement 7 und
einem unteren Drahtführungselement 8 geführt. Das obere Drahtführungselement liegt
dicht über der geschliffenen Oberfläche 1' der Platte 1. Wie ersichtlich, ist das
untere Drahtführungselement 8 um ein Exzentermaß E aus der Richtung der Drahtführungsachse
des oberen Drahtführungselementes versetzt.
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Während des Erodiervorganges wird die Drahtelektrode 6 in Richtung
des Pfeiles 9 vorzugsweise mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit bewegt.
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Vie bekannt, erfolgt das Erodieren des WerkstUckes unter Zufuhr eines
nicht dargestellten flüssigen Dielektrikums und Anlegen einer Spannung an die Elektrode
sowie am Werkstück. Zur Erzeugung
der von der Schneide S des Schnittwerkzeuges
schräg einwärts verlaufenden Flanke F wird nun derart verfahren, daß man das untere
Drahtführungselement um die durch das obere Drahtführungselement verlaufende Drahtführungsachse
dreht, wobei die Rotationsebene parallel zur Plattenoberfläche 1' verläuft.
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Die Drahtelektrode beschreibt somit im Bereich des Werkstückes einen
Kegelmantel 10, dessen Spitze 11 dicht über der Oberfläche 1' des Werkstückes gelegen
ist. Der Hintersetzungswinkel a der Schneidflanke F ergibt sich somit aus der Größe
des Exzentermaßes E und dem Abstand H zwischen dem oberen Drahtführungselement 7
und dem unteren Drahtführungselement 8.
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Man kann aber auch, wie Figur 3 zeigt, das Verfahren in anderer Weise
betreiben. Bei einer Platte 1 ist die Durchbruchsform durch einen gedachten Linienzug
12 dargestellt, wobei jedoch Stützpunkte dieses Linienzuges in einem Geber gespeichert
sind, der diese einem Interpolator zuführt. Der Interpolator steuert durch Ausgabe
von Zustellinkrementen an die Stellmotore den die Platte 1 tragenden Kreuztischsupport.
In Abhängigkeit von der programmierten Bahnkurve wird vom Interpolator auch das
untere Drahtfuhrungseleinent derart gesteuert, daß sich in jedem Punkt der Bahnkurve
ein Hintersetzungswinkel a ergibt. Zur Vereinfachung der Darstellung sei angenommen,
daß die Bewegungsebene des unteren Drahtführungselementes 8 mit der unteren Flächenbegrenzung
der Platte 1 zusammenfällt. R1 R2 und R3 seien die Krümmungsradien verschiedener
Punkte P1 P2 und P3 der Schnittkurve 12. Entsprechend seien M1, M2 und M3 die Krümmungsmittelpunkte
der vorgenannten Radien. Der Kurvenpunkt P1 liege in Richtung der Verschiebeachse
x des Ereuztischsupportes. Der Punkt P 2 liege genau in Verschieberichtung zur y-Achse
des Kreuztischsupportes, während der Punkt P3 ein beliebiger Punkt der Bahnkurve
sei.
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Wie ersichtlich, ist das untere Drahtführungselement während des Erodierens
der Drahtelektrode 6 im Punkte P1 in Richtung der w-Achse um den Betrag d x aus
der Richtung der durch den
Punkt P1 geführten Flächennormalen N
versetzt. Hingegen ist beim Erodieren der Drahtelektrode im Punkt P2 das Drahtführungselement
8 um das Maß a y gegenüber der durch den Punkt P2 verlaufenden Flächennormalen N
versetzt; im Punkt P3 ist jedoch das untere Drahtführungselement um das additive
Maß ti y, ß x aus der Richtung der Flächennormalen versetzt.
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In jedem Fall ist die resultierende Stellgröße für das untere Drahtführungselement
in Bezug auf ihre Richtung, in der Bei ligen gedachten Ebene zwischen den beiden
Normalen, geführt durch die Funkte M und P gelegen. Beim Erodieren einer geschlossenen
Bahnkarve beschreibt auch das untere Drahtführungselement durch Zustellbewegungen
in der x- und y-Richtung eine Bahnkurve, wobei die Stellkurte des unteren Drahtführungselementes
der Erodierkurve 12 gleicht. Es versteht sich, daß zum Verstellen des unteren Drahtführungselementes
in Abhängigkeit von der Bahnkurve 12 ein zusätzlicher technischer Aufwand erforderlich
ist. Indessen besteht der Vorteil zur Steuerung des unteren F=hrungselementes darin,
daß beim Erodieren von relativ dicken Platten mit hintersetzten Flanken bzw. Flächen
mit einer höheren Geschwindigkeit gearbeitet werden kann.
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Eine ur Ausübung des Verfahrens dienende Erodiervorrichtung ist in
Figur 4 dargestellt. Dicht über dem Werkstück ist das obere Drahtführungselement
7 gelegen, wo hingegen unter dem Werkstück das untere Drahtführungselement 8 in
einem Zylinder 13 eingelassen ist. Wie an sich bekannt, besitzen die Drahtführungselemente
einen, vorzugsweise aus Diamant bestehenden Innenring (nicht dargestellt), durch
welchen der Draht mit geringem Spiel geführt ist. Das Drahtführungselement ist im
Zylinder 13 exzentrisch angeordnet, wobei der Zylinder 13 im Stirnteil einer Buchse
14 ebenfalls exzentrisch gelagert ist.
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Durch Drehen der beiden Exzenter, nämlich des Zylinders 13 im Stirnteil
der Buchse 14, läßt sich die Exzentrizität E einstellen. Die Buchse 14 ist in einer
zweiteiligen Aufnahme 15, 15' in Schulterlagern 16, 16- drehbar gelagert. Ein Zahnkranz
17 umgibt die Buchse 14. Der Zahnkranz steht im Eingriff mit einem Ritzel 18, welches
über den Wellenzapfen 19 und einer Kupplung 20. 2Q' von einem Schrittmotor 21 aneetrieben
wird. Der Schrittmotor
steht in Verbindung mit der numerischen
Steuerung des Rechners bzw. der numerischen Steuervorrichtung für die Eahnsteuerung
des Kreuztischsupportes.
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Anstelle der in Figur 4 dargestellten Vorrichtung kann auch eine andere
Steuervorrichtung zur Steuerung des unteren Drahtführungselementes 8 treten. Diese
ersatzweise anzuwendende Steuerung besteht ebenfalls aus dem unteren steuerbaren
Drahtführungseleinent 8, wobei jedoch das Drahtführungselement in einem Kreuztischsclllitten
gehalten ist, dessen Steuerantriebe ihre Zustellinkremente in den jeweiligen Koordinatenrichtungen
von der numerischen Bahnteuerung erhalten. Kreuztische mit Stellmotoren sind bekannt
und nicht Gegenstand der Erfindung.
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7 Patentansprüche 4 Figuren