DE2716344A1

DE2716344A1 - Funkenentladungs-werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE2716344A1
Application number: DE19772716344
Authority: DE
Inventors: Raymond Dinsdale
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1976-04-15
Filing date: 1977-04-13
Publication date: 1978-02-16
Also published as: IT1114803B; GB1574143A; US4107504A; JPS52127695A; FR2348011A1; DE2716344C2

Description

Patentanwälte Di pi.-Ing. Curt Wallach Dipl.-Ing. Günther Koch

7 1 6 3 4 A Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl. -Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 ■ Telefon (O 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 1?. April 1977

Unser Zeichen: I5 854 - Κ/Ne

Bezeichnung: Funkenentladungs-Werkzeugmaschine

Anmelder: Rolls-Royce Limited

London / England

Vertreter: Dipl.-Ing. C. Wallach

Dipl.-Ing. G. Koch
Dr. T. Haibach
Dipl.-Ing. R. Feldkamp
8OOO München

Erfinder: Raymond Dinsdale

Nelson, Lancashire/England

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Benutzung in Verbindung mit einer Elektroentladungs-Werkzeugmaschine.

Die Größe des zwischen einer Werkzeugelektrode und einer komplementären Werkstückelektrode während der Funkenentladung aufrechterhaltenen Spaltes wird durch die Höhe des zwischen den beiden Elektroden liegenden elektrischen Potentials bestimmt. Wenn der Spalt größer ist als eine gegebene Norm, dann steigt das Potential über einen entsprechenden gegebenen Wert infolge eines Widerstandsanstiegs, der durch die Vergrößerung des Spaltes erzeugt wurde und wenn der Spalt seine Breite von einer gegebenen Norm aus verringert, dsm fällt das Potential ab weil der Widerstand sich mit dem resultierenden Stromfluß vermindert.

Es ist bekannt, die Spannungsänderung durch Ableitung eines Signals hiervon zu benutzen und das Signal zum Antrieb des Elektrodenvorschubs zu benutzen, derart, daß bei Empfang eines Signals, welches beispielsweise anzeigt, daß der Spalt zu groß ist, weil das Potential gestiegen ist, die Vorschubeinrichtung so betätigt wird, daß sich die Elektrode schnell auf das Werkstück hin bewegt, bis der Spalt genügend weit in seiner Breite vermindert ist, um das richtige Potential darüber aufrechtzuerhalten.

Dieses Verfahren hat den Nachteil insofern, als es gelegentlich erforderlich ist, ein Loch in ein anderes Loch in einem Winkel hierzu einzubohren und unter diesen Umständen erzeugt der Elektrodendurchbruch einen Potentialanstieg, der von der Werkzeugmaschine festgestellt wird und der Regler sucht dann diesen Potentialanstieg zu vermindern, indem die Vorwärtsgeschwindigkeit der Elektrode beschleunigt wird, um den Spalt zu schließen, der im ersten Fall gleich ist dem Durchmesser des hineinzubohrenden Loches. Wenn die Elektrode Jedoch nach vorn verschoben wird, steigt

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auch die Bearbeitungswirkung der Elektroden auf die Seitenwände des zu bohrenden Loches momentan an und dies bewirkt, daß das elektrische Potential wiederum auf irgendeinen Wert abfällt, der ähnlich dem Durchschnittswert ist, welcher für eine ordnungsgemäße Bearbeitung erforderlich ist und dies führt dazu, daß der Durchbruch bis zu einem gewissen Grade überdeckt wird. Demgemäß ist es schwierig zu beobachten, daß der Durchbruch tatsächlich erfolgt ist.

Es ist weiter bekannt, eine Tiefenlehre mit einem Mikroschalter zu benutzen, die relativ zu der Stelle eingestellt wird, an der die Löcher durchgebrochen sind, jedoch selbst wenn man so verfährt, kann dies wegen der geometrischen Änderungen sowohl im Werkstück als auch in der Elektrodeneinstellung der Maschine dazu führen, daß die Rückwand des Loches bearbeitet wird, in das das neue Loch eingebohrt werden soll und zwar wenigstens von einer der Bearbeitungselektroden .

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit der Bearbeitungselektrode bei einer Funkenentladungs-Bearbeitungsmaschine zu verbessern.

Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung von Mitteln, die anzeigen, wenn die Gesamtdicke des Werkstücks durch eine Elektrode dieser Punkenentladungsmaschine durchbohrt ist.

Gemäß der Erfindung weist die Elektro-Entladungs-Werkzeugmaschine zwei komplementäre Stabelektroden auf, die in einer Linie auf einer Funkenentladungs-Bearbeitungsmaschine angeordnet sind und relativ zueinander aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind, wobei ein Mechanismus diese relative hin- und hergehende Bewegung der komplementären Elektroden bewirkt und außerdem eine ähnliche Relativbewegung zwischen wenigstens einer Bearbeitungselektrode und einer Werkstückelektrode. Ferner sind erste Mittel vorge-

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sehen, die elektrisch mit den Komplementärelektroden verbunden sind und wenigstens eine Bearbeitungselektrode und eine Werkstiickelektrode und die zweiten Mittel sind an eine Spannungsquelle anschaltbar, die ein elektrisches Bezugspotential liefert, wobei die ersten Mittel im Betrieb auf die Differenzen des elektrischen Potentials über den Komplementärelektroden relativ zu dem elektrischen Potential über wenigstens einer der Bearbeitungselektrode bzw. Werkstiickelektrode ansprechen und beim Feststellen eines Unterschieds auf den Mechanismus einwirken, um diesen zu veranlassen, eine Relativbewegung der entsprechenden Komplementärelektroden aufeinander zu und voneinander weg mit einer Rate zu bewirken, die durch die Differenz zwischen den Potentialen der ersten und zweiten Mittel bestimmt wird.

Die Erfindung sieht ferner eine visuelle Überwachungsvorrichtung vor, um das Potential der elektrischen Impulsentladungen über den Komplementärelektroden zu überwachen, welche Entladungen der Funkenrate entsprechen, um schnelle Funkenratenänderungen mit großen Werten sichtbar zu machen, die den Durchbruch wenigstens einer Bearbeitungselektrode durch die Werkstückdicke anzeigen.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Funkenent-

ladungs-Bearbeitungsmaschine mit Schaltbild;

Fig. 2 eine grafische Darstellung, welche die Funkenratenänderungen zwischen den Komplementärelektroden während eines Bearbeitungsvorganges erkennen läßt.

Mit dem Bezugszeigen 10 Ist allgemein eine Funkenentladungs-Werkzeugmaschine dargestellt. Die Werkzeugmaschine weist einen

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starren vertikalen Abschnitt 12 auf, der einen Tisch 14 am unteren Ende trägt, auf dem das Werkstück 16 abgelegt ist. Der vertikale Abschnitt 12 trägt außerdem einen Bauteil 18, der in Vertikalrichtung relativ zu dem Vertikalabschnitt 12 gleitbar ist. Der Bauteil 18 weist seinerseits ein Magazin 20 auf, das mehrere Bearbeitungselektroden 22 fixiert, die während der Bearbeitung mit diesem gleiten. Das Magazin könnte erforderlichenfalls auch nur eine Elektrode haltern, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Auf einer Seite des Bauteils 18 sind zwei Hilfselektroden 38, 40 angeordnet und die Elektrode 38 ist mit dem Bauteil l8 auf die Elektrode 40 zu und von dieser weg beweglich.

Der Bauteil 18 und die ihm zugeordneten Elektroden 22 werden nach der Werkstückelektrode 16 hin und von dieser weg durch Kräfte bewegt, die über ein nicht dargestelltes Hydrauliksystem aufgebracht werden. Die Strömungsmittelkraft und die Kraftrichtung werden gemäß der Stellung eines Doppelkegelventils 24 gesteuert. Das Ventil 24 wird durch Wicklungen 32 und 35 gesteuert und die erstgenannte Wicklung wird durch Signale eines Bezugsservomechanismus 30 erregt und diese Signale betätigen das Ventil Im Sinne eines Vorschubs der Elektroden und die letztgenannte Wicklung empfängt Signale, die das niedrigste jeweils über den Komplementärelektroden 38 und 40 und der Bearbeitungs- und Werkstückelektrode 22, liegende Spannung repräsentieren, wodurch das Signal gegeben wird, die Elektroden auseinanderzufahren. Die Signale von den komplementären Elektroden werden der Wicklung 35 über eine Leitung 37 und eine Diode 37a zugeführt und die Signale von den Bearbeitungs- und Werkstückelektroden werden der Wicklung 32 über die Leitung 26 und die Diode 26a zugeführt. Die Leitung 26 führt außerdem Strom nach den Elektroden 22 und zwar von der Spannungsquelle 28 über einen Widerstand R₁ und ebenso eine Leitung 31 über einen Widerstand R-. Der Strom wird der Komplementärelektrode 38 über Leitungen 31, 31a,

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31b und einen Widerstand R und jenen Teil der Leitung 37 stromauf der Diode 37 zugeführt und zwar im Hinblick auf die Leitfähigkeitsrichtung der Diode 37a.

Zu Beginn der Bearbeitung werden die Elektroden so eingestellt, daß die Komplementärelektroden aneinanderstoßen und die Bearbeitungselektroden an dem Werkstück anstoßen, wonach sie um einen gegebenen Betrag zurückgezogen werden und dann wird die Maschine angeschaltet. An diese Stelle hat das Potential über beiden Elektrodengruppen einen hohen Wert und reicht aus, um die Wicklung 35 gegen die Wicklung 32 zu erregen, Indem mehr Strom durch die Wicklung 35 als durch die Wicklung 32 geführt wird, so daß das Ventil 24 so eingestellt wird, daß der Vorwärtsantrieb (nicht dargestellt) die Elektroden schnell nach dem Werkstück 16 hin bewegt und demgemäß wird auch die Komplementärelektrode 38 gleich schnell nach der Komplementärelektrode 4o hin verschoben. Wegen der vorbeschriebenen Einstellung erreichen die Elektroden 38 und 22 ihre jeweiligen Komplementärelektroden gleichzeitig und das elektrische Potential über den ihnen zugeordneten Spalten bleibt auf einem vorgewählten Gleichgewichtswert, der zu einer Bearbeitung der Elektroden 40 und 16 geeignet ist. Außerdem vermindert der vorgewählte Potentialwert das Stromverhältnis zwischen den Wicklungen 32 und 35 mit der Folge, daß das Ventil 24 eine Stellung einnimmt, durch die die Vorwärts-Vorschubgeschwindigkelt der Elektroden 28 und 22 auf eine Geschwindigkeit vermindert wird, die der gewünschten Rate der Bearbeitungs-Werkstückelektrode 16 und der Elektrode 38 angepaßt ist.

Jedoch zeigt die Situation sehr bald eine Änderung insofern, als die Elektroden 22 in das Werkstück 16 einbohren und es baut sich ein Säureschlamm auf und das elektrische Eindringen fällt ab und es wird der Spalt zwischen der Elektrode 22 und dem Werkstück 16 geschlossen. Hierdurch wird das Potential über Elektrode 22 und Werkstück 16 relativ zu Jenem Über den Elektroden 38 und 40 vermindert und dieses nunmehr niedrigere

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Potential wird der Wicklung 35 durch den reduzierten Stromfluß zugeführt. Dies führt dazu, daß die Wirkung der Wicklung 32 auf das Ventil 24, d.h. die Bewegung im Sinne eines Rückzugs der Elektrode gedämpft wird, wodurch weiter die Vorschubgeschwindigkeit der Elektroden 22 und 38 vermindert wird.

Die verminderte Vorwärtsgeschwindigkeit der Elektrode hat außerdem die Wirkung, daß die Fähigkeit der Elektrode vermindert wird, die Komplementärelektrode 40 mit einer geeigneten Rate zu bearbeiten, so daß ein Potential dazwischen aufgebaut wird und eine Verminderung der Funkenrate pro Zeiteinheit auftritt.

Diese Situation setzt sich fort wenn die Vorwärtsvorschubgeschwlndigkeit, die sich mit der Vergrößerung der Lochtiefe vermindert, bis der Durchbruch der Elektroden 22 in den Raum l6a erfolgt, der aus einem Kanal innerhalb des Werkstücks besteht. Zu diesem Zeitpunkt kehren sich die Ereignisse in dramatischer Weise um und das elektrische Potential über den Elektroden 22 und dem Werkstück 16 steigt in sehr kurzer Zeit auf einen relativ großen Wert an und infolgedessen wird das Ende der Elektroden 22 plötzlich von der gegenüberliegenden WerkstUckfläche um einen Betrag abgehoben, der gleich ist dem Ksnaldurchmesser. Der Potentialanstieg erzeugt ein großes Ungleichgewicht zwischen den Ausgängen über den Bearbeitungsund Komplementärelektroden und dies führt dazu, daß die Wicklung 35 einen vergrößerten Strom führt und augenblicklich gegen dieWicklung 32 arbeitet, um einen schnellen Vorschub der Elektroden 22 durch geeignete Einstellung des Ventils 24 zu bewirken, um den Spalt zu schließen und den richtigen Potentialwert aufrechtzuerhalten. Jedoch besteht auch eine Wiedereinstellung des Spaltes zwischen den Elektroden 38» ^K)* wodurch das aufgebaute Potential vermindert und der Funken dazwischen vergrößert wird und die resultie-

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rende weitere Änderung des Ungleichgewichts wird wiederum durch die Wicklung 35 dadurch abgefühlt, daß der Stromfluß nach den Elektroden 38, 40 vermindert wird. Die Wirkung gegen die V/icklung 32 wird augenblicklich verminder, so daß das Ventil 24 sich in der Weise bewegt, daß die Vorwärts-Vorschubbewegung der Elektroden auf einen Wert vermindert wird, der zu Beginn der Arbeitsweise gewählt war. So wird die Vorschubgeschwindigkeit der Elektroden 22 über den Kanal 16a dann insgesamt durch die Vorschubrate gesteuert, die durch das Potential über den Komplementärelektroden 38, 40 bestimmt wird.

Der durch die Erfindung erreichte Vorteil besteht darin, daß der Bedienungsperson genügend Zeit verbleibt, in der überwacht durch irgendeinen Fühler der Durchbruch der Elektroden in den Kanal 16a stattfindet und diese Zeit ist abhängig von der gewünschten Bearbeitungsvorschubgeschwindigkeit der Elektroden 22 und der Größe des Durchmessers des Kanals. Wenn der Durchbruch festgestellt ist, kann die Bedienungsperson alle Schritte unternehmen, um eine Bearbeitung der Rückwand des Kanals zu verhindern, indem die Spannung,die an den Elektroden 22 liegt, abgeschaltet wird oder indem die Vorwärtsbewegung vollständig angehalten wird.

Ein weiterer Vorteil, der aus der Benutzung einer komplementären Bearbeitungselektrodenschaltung herrührt, liegt darin, daß es möglich wird, visuell den Durchbruch der Elektroden 22 zu beobachten, indem die Funkenrate über den Komplementärelektroden überwacht wird. Die tatsächlichen Funken selbst werden zu diesem Zweck nicht überwacht, aber das Durchschnittspotential der elektrischen Impulse wird festgestellt, die jeweils beim Auftreten eines Funken emittiert werden.

In Fig. 2 ist eine grafische Darstellung der Funkenratenänderung an den Komplementärelektroden in Abhängigkeit von der Tiefe des zu bearbeitenden Loches dargestellt. Der Punkt A

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zeigt den Beginn der Bearbeitung von Komplementärelektroden 38, 4o und Bearbeitungselektroden 22 an. Es ist ersichtlich, daß die Funkenrate fast augenblicklich abzufallen beginnt, wenn die Elektrodenbearbeitungsrate rasch beim Eindringen schlecht wird, wodurch die Vorschubbewegung verlangsamt wird.

Der Kurventeil B stellt die ansteigende und dann abfallende Rate der Funkenraten dar, wenn das Loch sich bis zum Punkt C vertieft hat, wo der Durchbruch der Elektroden 22 erreicht ist und infolgedessen ein Potentialanstieg zwischen den Elektroden 22 und 16 auftritt, was ein schnelles Vorfahren beider Gruppen von Elektroden zur Folge hat und außerdem ein Schließen der Elektroden 38, 40, verknüpft mit einem rapiden Spannungsabfall darüber und einem Ansteigen der Funkenrate an den Elektroden 38, 40 im Kurvenabschnitt D bis zu dem ursprünglichen Wert A,. Dieses Ansteigen der Funkenrate findet über eine sehr kurze Entfernung statt und dadurch wird die Vorschubbewegung der Elektroden 22 unter die Steuerung der Komplementäre lektroden zurückgeführt. Die Erfindung ist in zweckmäßiger Weise geeignet zur Benutzung in Verbindung mit einer Funkenentladungs-Werkzeugmaschine, wie sie in der gleichzeitig mit vorliegender Anmeldung eingereichten Patentanmeldung (Prioritätsaktenzeichen 15444/76) beschrieben ist, jedoch ist die Anwendung nicht hierauf beschränkt. Dadurch, daß die beiden Erfindungen gemeinsam benutzt werden, wird es möglich, die erste Steuerung der Vorschubbewegung der Elektroden 22 beim Durchbruch vorzunehmen und dann ein geeignetes Zeitintervall nach dem Durchbruch abzuwarten, um Jede Elektrode von der Spannungsquelle abzuschalten.

Die benachbarten Enden der Elektroden 38, 40 sind von einer Kammer 42 umschlossen, durch die die Elektrolytflüssigkeit im Betrieb hindurchströmt. Die Flüssigkeit wird von der FlUssigkeitsquelle nach den Bearbeitungselektroden 22 geführt und zwar in einer solchen Menge, daß ein Eintauchen der gegenüberliegenden Elektrodenenden gewährleistet ist.

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Claims

2Ί !634A Patentansprüche

1. Funkenentladungs-Werkzeugmaschine mit einem Mechanismus zur Erzeugung einer hin- und hergehenden Bewegung zwischen wenigstens einer Bearbeitungselektrode auf die andere Elektrode hin und von dieser weg mit zwei elektrischen Wicklungen, die gegensinnig zueinander wirken, um den Mechanismus in der einen oder anderen Richtung wirksam werden zu lassen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Elektroden (38, 40) an der Bearbeitungsmaschine (¹K;) gelagert sind, die den besagten Mechanismus (24) aufweist, daß die Elektroden (38, 40) gegensinnig zueinander liegen und mit der Spannungsquelle (28) derart verbindbar sind, daß die eine Elektrode (38) auch in der hin- und hergehenden Weise bewegt werden kann, um die andere Elektrode (40) zu bearbeiten und daß die eine Elektrode an jene Wicklung (35) anschaltbar ist, die den Mechanismus (24) in der Weise betätigt, daß wenigstens eine Bearbeitungselektrode (22) und die WerkstUckelektrode (l6) gegeneinander bewegt werden, derart, daß während dieses Vorgangs der elektrische Stromfluß zwischen den Elektroden (jj8, 40) den Stromfluß nach der Wicklung (35) vermindert und die Wirkung auf die gegenüberliegende V/ick lung (32) so eingestellt wird, daß die Geschwindigkeit der Relativbewegung von selbst gesteuert wird und dadurch die Bearbeitungselektrode (22) und die Werkstückelektrode (Ιο) aufeinanderzu bewegt werden.

2. Punkenentladungs-Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne t, daß eine Kammer (42) vorgesehen ist und daß im Betrieb die gegenüberliegenden Enden der Elektroden (38, 40) aufnehmen, wobei die Kammer für die Aufnahme und den Durchtritt des Elektrolyten vorgesehen ist, in den im Betrieb die gegenüberliegenden Enden der Elektroden (38, 40) eintauchen.

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ORIGINAL INSPECTED

Funkenentladungs-Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (42) so schaltbar ist, daß sie einen Elektrolyten von einer Elektrolytquelle einer Werkzeugmaschine (10) erhält, mit welcher im Betrieb die Kammer ausgestattet ist.

Funkenentladungs-Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennze lehnet , daß jene Elektrode (}8), die sich mit der Bearbeitungselektrode (22) bewegt, eine wettere Bewegung relativ zu der Bearbeitungselektrode (22) derart durchführt, daß im Betrieb eine Einstellung der Elektrode (}8) gegenüber der Elektrode (40) erfolgen kann.

FunkenentladungG-Werkzeugmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (38, 40) mehr Material zur Bearbeitung haben als eine Werkstückelektrode, die mit der Maschine bearbeitet werden soll, welche die Elektroden (38, 40) aufweist.

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