DE2502288A1

DE2502288A1 - Funkenerosionsmaschine fuer die bearbeitung metallischer werkstuecke durch eine drahtfoermige oder bandfoermige werkzeugelektrode

Info

Publication number: DE2502288A1
Application number: DE19752502288
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr Panschow; Werner Dr Ullmann
Original assignee: Agie Charmilles SA
Current assignee: Agie Charmilles SA
Priority date: 1974-11-25
Filing date: 1975-01-21
Publication date: 1976-08-12
Also published as: DE2502288C3; JPH0329531B2; DE2502288B2; FR2291823A1; IT1031574B; BR7506155A; FR2291823B1; SE432214B; CH591919A5; GB1512654A; SE7504438L; JPS5163092A

Description

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'3OTTHAiU)STR. 81

A.G. für industrielle Elektronik,

AGIE Losone bei Locarno Losone

(Schweiz)

Funkenerosionsmaschine für die Bearbeitung metallischer Werkstücke durch eine drahtförmige oder bandförmige Werkzeugelektrode

Die Erfindung betrifft eine Funkenerosionsmaschine für die Bearbeitung von metallischen Werkstückelektroden durch eine drahtförmige oder bandförmige Werkzeugelektrode, die durch eine Halte- und Führungs-Vorrichtung gespannt ist und durch eine gesteuerte, relative Bewegung zwischen den beiden Elektroden Schnitte in der Werkstückelektrode erzeugt.

Das funkenerosive Abtragsverfahren wird bei der Bearbeitung von Metallen häufig verwendet. Bei diesem Abtragsverfahren bildet sich eine Elektrode durch vorgegebene Form und/oder durch vorgegebene Bewegung im Metallstück ab. Der Vorschub der Elektrode wird durch eine Servoeinrichtung so geregelt, dass das Metallstück, welches im folgenden Werkstückelektrode genannt wird, und die Werkzeugelektrode in einem kleinen Abstand, der im folgenden Arbeitsspalt genannt wird, gegenüber stehen. Im Arbeitsspalt ist ein flüssiges oder gasförmiges Medium zum Kühlen, Entfernen bzw. Fortspülen der Erosionsprodukte und zum Deonisieren der Funkenstrecke vorgesehen. Die Funken werden durch Generatoren erzeugt, welche entsprechend eingestellt werden. Der funkenerosive Abtragsprozess wird durch einstellbare Parameter wie Strom, Spannung, Repetxtionsfrequenz, Tastverhältnis der Impulse, Pause zwischen den Impulsen, Werkstoffpaarungen der Werkzeugelektrode und Werkstückelektrode, flüssiges oder gasförmiges

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Medium gesteuert. Diese Parameter können entweder durch eine Bedienungsperson oder durch eine numerische Steuerung eingestellt werden. Die relative Bewegung zwischen Werkzeugelektrode und Werkstückelektrode kann ebenfalls entweder durch Hand oder normalerweise durch eine Steuerschaltung bewerkstelligt werden. Solche Steuerschaltungen sind beschrieben in der CH-PS 528*328 (BE 14629), CH-PS 537*243 (BE 1469 6). Verfahren und Ueberwachung und zum Regeln auf optimalen Erosionsprozess sind beschrieben in der CH-PS 547*678 (BE 15*335) und in der CH-PS 548*246 (BE 15*561). Die drahtförmige bzw. bandförmige Werkzeugelektrode wird an der eigentlichen Erosionsstelle kontinuierlich durch Abrollen von einer Vorratsspule erneuert. Je nach Quer-

2 2 schnitt der Werkzeugelektrode von z.B.o,oolmm bis 2mm ist die abrollende Werkzeugelektrode nicht starr sondern ein nachgiebiges, schwingungsfähiges Gebilde wie eine Saite eines Musikinstrumentes. Während des Erosionsprozesses wird die Werkzeugelektrode mit Kräften beaufschlagt, welche sie in Auslenkungen bzw. Schwingungen versetzt. Neuere Untersuchungen der Anmelderin geben nähere Aufschlüsse über Entstehung und Wirkung dieser Kräfte. Es wurde festgestellt, dass die durch die Durchschlage bzw. Funken im Arbeitsspalt hervorgerufenen Kräfte der Abtragsleistung proportional sind. Damit ist die Auslenkung der Werkzeugelektrode, die Rückwirkungen auf die Bearbeitungsgenauigkeit ausübt, auch der Abtragsleistung proportional. Der Versuch, die Abtragsleistung zu erhöhen bzw. zu verbessern, führte deshalb zwangsläufig zu unzulässigen Auslenkungen bzw. Schwingungen der Werkzeugelektrode und somit zu Instabilitäten des Erosionsprozesses, zu kleinerer bzw. schlechterer Bearbeitungsgenauigkeit und sogar zu Kurzschlüssen mit der Werkstückelektrode, welche den Erosionsprozess vorzeitig beendeten. Wegen des Vorrangs der Stabilität des Erosionsprozesses wurde bisher mit kleiner Abtragsleistung oder mit schlechter Bearbeitungsgenauigkeit als Kompromisslösung gearbeitet.

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Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Erhöhung der Abtragsleistung bei gleicher Bearbeitungsgenauigkeit oder in der Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit bei gleicher Abtragsleistung.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zum Kompensieren von während des Erosionsprozesses auftretenden und die Werkzeugelektrode beeinflussenden Kräften eine Schaltungsanordnung vorgesehen ist, deren Ausgangsklemmen entweder an den Stromzuführungen für die Werkzeugelektrode angeschlossen sind oder deren eine Ausgangsklemme mit der Werkstückelektrode und deren andere Ausgangsklemme mit mindestens einer Stromzuführung für die Werkzeugelektrode verbunden sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1, 2 Ausführungsbeispiele, in welchen die Schaltungsanordnung ausgangsseitig an den Stroitizuführungen für die Werkzeugelektrode angeschlossen ist;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel, in welchem die Schaltungsanordnung mit ihrem einen Ausgang an der Werkstückelektrode und mit dem andern Ausgang an mindestens einer Stromzuführung für die Werkzeugelektrode angeschlossen sind.

Gemäss Fig. 1 wird die Drahtelektrode 1 von der Vorratsspule 2 abgewickelt und über die Rollen 3, 4 einer nicht näher dargestellten Haltevorrichtung geführt und gespannt und anschliessend auf eine Aufwickelrolle 5 aufgewickelt. Die Haltevorrichtung ist nicht besonders dargestellt worden. In der CH-PS 806'298 (BE 15'923) sind verschiedene Ausführungsbeispiele von Haltevorrichtungen für z.B. drahtförmige Werkstückelektroden dargestellt und beschrieben.Diese Typen von Haltevorrichtungen können in der Fig. 1 der vorliegenden Erfindung verwendet

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werden. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 spannen die Rollen 3 und 4 die Drahtelektrode wie eine Saite eines Musikinstrumentes. Ferner ist an diesen Rollen oder Spannmitteln die Stromzuführung angeschlossen, über welche die Betriebsspannung und der Strom der Impulse aus dem Generator 6 auf die Werkzeugelektrode 1 und weiter auf die Werkstückelektrode 7 gelangen. Der eine Ausgang 61 des Generators ist über Entkopplungsdioden 71, 72 und Entkopplungswiderstände 73, 74 mit den beiden Stromzuführungen 3, 4 der Drahtelektrode 1 verbunden. Die Entkopplungsdioden 71, 72 sind in der gezeichneten Weise angeordnet, wenn der Erosionsgenerator 6 keine unipolaren Impulse auf den Arbeitsspalt zwischen der Werkzeugelektrode 1 und der Werkstückelektrode 7 liefert. Bei Erzeugung unipolarer Impulse sind die Entkopplungsdioden nur in einer Durchlassrichtung angeordnet. Bei der Verwendung von Werkzeugelektroden grossen Durchmessers, bei denen der durch den Kompensationsstrom zwischen den Stromzuführungen 3, 4 verursachte Spannungsabfall hinreichend klein ist, können die Dioden 71, 72 vollkommen entfallen. Die Entkopplungswiderstände 73, 74 bleiben jedoch in jedem Fall in der Verbindungsleitung. Der andere Ausgang 62 des Erosionsgenerators 6 ist direkt mit der Werkstückelektrode 7 verbunden. Während des Erosionsprozesses läuft die Drahtelektrode 1 in Pfeilrichtung von der Abwickelspule 2 durch den Arbeitsspalt auf die Aufwickelspule 5. Hierdurch wird die Drahtelektrode laufend erneuert. Selbstverständlich kann auch die Drahtelektrode in der anderen Richtung bewegt werden. Durch geeignete Steuerung wird die relative Bewegung zwischen den beiden Elektroden 1, 7 so gesteuert, dass sich die gewünschten Schnitte bzw. Werkstückkonturen 9 ergeben. Die Kräfte, die während des Erosionsprozesses im Arbeitsspalt auf die Werkzeugelektrode 1 einwirken, entstehen aus dem elektrischen Feld zwischen den beiden Elektroden 1, 7, aus dem elektromagnetischen Feld um die Drahtelektrode 1, aus den Funkenentladungen, aus der

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Blasenbildung im dielektrischen Medium bei Funkendurchschlag. Diese Kräfte bilden eine resultierende Kraft und versetzen die Werkzeugelektrode 1 in Auslenkungen bzw. in Schwingungen. Diese Schwingungen ergeben Instabilitäten des Erosionsprozesses und sogar Kurzschlüsse zwischen den beiden Elektroden 1, 7. Zur Eliminierung dieser Erosionskräfte ist eine Schaltungsanordnung 8 vorgesehen, welche mit ihrem einen Ausgang 81 direkt an eine Stromzuführung 3 angeschlossen ist. Der andere Ausgang 82 liegt an der anderen Stromzuführung 4 der Werkzeugelektrode 1. Während des Erosionsbetriebes wirktdie Schaltungsanordnung 8 zur Kompensation der Erosionskräfte in der Weise, dass ein Kompensationsstrom (Gleichstrom oder Wechselstrom) durch die Werkzeugelektrode 1 fliesst. Hierbei wird die Kraftwirkung des elektromagnetischen Feldes, welches die Werkzeugelektrode 1 umgibt, ausgenutzt, so dass die Schwingungen der Werkzeugelektrode 1 eliminiert sind. Die Schaltungsanordnung 8 steuert während des Erosionsprozesses den Betrag und/oder die Frequenz des Kompensationsstromes, der über die Leitungen 81, 82, Stromzuführungen 3, 4 und Werkzeugelektrode 1 fliesst. Die Einstellung des Kompensationsstromes erfolgt entweder durch Hand in der Schaltungsanordnung 8 oder über die gestrichelt gezeichnete Eingangsleitung 83 durch ein numerisches Steuersystem und/oder Optimierungssysteme wie sie in der eingangs erwähnten schweizerischen Patentschrift . näher beschrieben sind. Der Erosionsgenerator 6 erhält seine Steuerparameter wie Strom, Spannung, Repetitionsfrequenz, Tastverhältnis der Impulse, Pause zwischen den Impulsen usw. entweder über die Eingangsleitung 63 von den gleichen numerischen Steuersystemen bzw. Optimierungssystemen oder die Einstellung erfolgt durch Hand am Generator selbst.

In der Fig. 2 ist die Schaltungsanordnung 8 zur Kompensation der Erosionskräfte als weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt. Die übrigen Bauteile sind gleich wie in der Fig. 1 und daher

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auch mit den gleichen Bezugszahlen beziffert. Daher wird im folgenden nur die unterschiedliche Anordnung der Schaltung 8 beschrieben. Der Erosionsgenerator 6 ist mit seinem einen Ausgang 61 über die Sekundärwicklung 101 eines Transformators 10 an die beiden Stromzuführungen 3, 4 der Werkzeugelektrode 1 angeschlossen. Der Ausgang 61 führt auf eine Mittelanzapfung der Sekundärwicklung

11 zur Vermeidung einer Rückwirkung des Erosionsstromes auf die Schaltungsanordnung 8. Die Schaltungsanordnung 8 ist mit ihren beiden Ausgängen 81, 82 an der Primärwicklung

12 des Transformators 10 angeschlossen und gibt ihren Wechselstrom ebenfalls über die Stromzuführungen 3, 4 an die Werkzeugelektrode 1. Hierdurch werden in gleicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel· der Fig. 1 die Erosionskräfte kompensiert. Die Einstellung der Stärke und der Frequenz des Kompensationsstromes erfolgt in der Schaltungsanordnung entweder durch Hand oder über die Steuerleitung 83 durch ein numerisches Steuersystem bzw. durch ein Optimierungssystem. In den beiden Ausführungsbeispielen der Fig. 1, 2 erzeugt die Schaltungsanordnung 8 einen Wechselstrom zur Kompensation der Erosionskräfte mit einer solchen Frequenz, die hinreichend weit von der Resonanzfrequenz der Werkzeugelektrode 1 entfernt ist.

Die Fig. 3 zeigt eine weitere Anordnung der Schaltungsanordnung 8. Diejenigen Bauteile, welche bereits im Zusammenhang der Fig. 1 und 2 besprochen wurden, haben die gleichen Bezugszahlen und werden als bekannt vorausgesetzt. Gemäss Fig. 3 ist die Schaltungsanordnung 8 mit ihrer einen Leitung 81 an der Stromzuführung 3 und 4 angeschlossen. Es genügt, wenn die Schaltungsanordnung 8 über ihre Ausgangsleitung 81 nur mit einer der beiden Stromzuführungen 3 oder 4 verbunden ist. Die andere Ausgangsleitung 82 der Schaltungsanordnung 8 ist an der Ausgangsleitung 62 des Erosionsgenerators 6 angeschlossen. Die Leitungen 81 und 61 weisen Entkopplungs— dioden 71, 72 auf. Die Schaltungsanordnung 8 liefert eine

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Kompensationsspannung (Gleichspannung und Wechselspannung) zwischen den beiden Elektroden 1, 7. Der Betrag und/oder die Frequenz der Kompensationsspannung wird an der Schaltungsanordnung 8 entweder durch Hand oder über die Steuerleitung 83 durch ein numerisches Steuersystem bzw. durch ein Optimierungssystem eingestellt. Die Synchronisationsleitung 11 zwischen dem Erosionsgenerator 6 und der Schaltungsanordnung 8 zur Kompensation der Erosionskräfte im Arbeitsspalt 9 sind zur Synchronisation der Kompensationsspannung zur Arbeitsspannung im Arbeitsspalt. Der Erosionsgenerator 6 gibt bekanntlich Impulse über die Leitungen 61 und 62 auf den Arbeitsspalt zwischen den beiden Elektroden 1 und 7. Die Schaltungsanordnung 8 gibt z.B. während der Pausen zwischen den Erosionsimpulsen die Kompensationsspannung über die Leitungen 81, 82 auf den Arbeitsspalt 9. Die KompensationsSpannung kann auch für eine bestimmte Gruppe von Impulsen aus dem Erosionsgenerator vorgesehen sein. Hierbei kann der Betrag der Kompensationsspannung sich ändern. Für diese Fälle ist die Synchronisation zwischen der Schaltungsanordnung 8 und dem Erosionsgenerator 6 über die Leitung 11 erforderlich. Die Kompensationsspannung wird in der Weise auf den Arbeitsspalt 9 der beiden Elektroden 1, 7 gegeben, dass die Werkzeugelektrode 1 nicht in Resonanzschwingungen gerät.

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Claims

Patentansp r ü ehe

Funkenerosionsmaschine für die Bearbeitung von metallischen Werkstückelektroden durch eine drahtförmige oder bandförmige Werkzeugelektrode, die durch eine Halte- und Führungs-Vorrichtung gespannt ist und durch eine gesteuerte, relative Bewegung zwischen den beiden Elektroden Schnitte in der Werkstückelektrode erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass zum Kompensieren von während des Erosionsprozesses auftretenden und die Werkzeugelektrode (1) beeinflussenden Kräften eine Schaltungsanordnung (8) vorgesehen ist, deren Ausgangsklemmen (81, 82) entweder an den Stromzuführungen (3, 4) für die Werkzeugelektrode (1) angeschlossen sind oder deren eine Ausgangsklemme (82) mit der Werkstückelektrode (7) und deren andere Ausgangsklemme (81) mit mindestens einer Stromzuführung (3, 4) für die Werkzeugelektrode (1) verbunden-sind.

Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Ausgangsklemmen (81, 82) der Schaltungsanordnung (8) direkt an den Stromzuführungen (3, 4) für die Werkzeugelektrode (1) angeschlossen sind, wobei der Erosionsgenerator (6) mit seiner einen Ausgangsleitung (61) über Entkopplungsglieder (71, 72, 73, 74) an den Stromzuführungen (3, 4) und mit seiner anderen Ausgangsleitung (62) an der Werkstückelektrode (7) angeschlossen ist.

Maschine nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , dass die Ausgangsklemmen (81, 82) der Schaltungsanordnung (8) über einen Transformator (10) an den Stromzuführungen (3, 4) angeschlossen ist, wobei der Erosionsgenerator 6 mit seiner einen Ausgangs-

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leitung (61) über eine Mittelanzapfung einer Wicklung (110) des Transformators (10) an den beiden Stromzuführungen (3, 4) und mit seiner anderen Ausgangsleitung (62) an der Werkstückelektrode (7) angeschlossen ist.

4. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die eine Ausgangsklemme (81) der Schaltungsanordnung (8) über ein Entkopplungsglied (71) an einer oder mehreren Stromzuführungen (3,4) der Werkzeugelektrode (1) und die andere Ausgangsklemme (82) an eine Ausgangsleitung (62) des Erosionsgenerators (6) angeschlossen sind, wobei der Erosionsgenerator mit seiner einen Ausgangsleitung (61) über ein Kopplungsglied (72) an den Stromzuführungen (3, 4) und mit seiner anderen Ausgangsleitung (62) an der Werkstückelektrode 7 angeschlossen ist.

5. Maschine nach Anspruch 2, oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass die Schaltungsanordnung (8) so dimensioniert ist, dass der durch die Werkzeugelektrode (1) fliessende Kompensationsstrom ein elektromagnetisches Feld steuerbarer Amplitude und steuerbarer Frequenz erzeugt.

6. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass die Schaltungsanordnung (8) so dimensioniert ist, dass die Kompensationsspannung zwischen der Werkzeugelektrode 1 und der Werkstückelektrode (7) ein elektrisches Feld im Arbeitsspalt (9) von steuerbarer Amplitude und steuerbarer Frequenz erzeugt.

26.11.1974
GP/dm

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