DE3034483C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektroerosiven oder elektrochemischen Bearbeitung von Werkstücken mittels einer Laufdrahtelektrode der im Oberbegriff des Patentan­ spruchs angegebenen Gattung.

Aus der US-PS 36 42 601 (Fig. 7 bis 9) ist eine derartige Vorrichtung bekannt, bei welcher an dem frei vorstehenden Ansatz eines Werkzeugkopfes ein Umlenkelement lösbar ange­ ordnet ist, das die Form eines drehbaren Ringes oder eines festen Gleitstückes haben kann. Der Bearbeitungsabschnitt der Laufdrahtelektrode ist in einer Nut in der Außenfläche des Umlenkelements geführt, wobei die Tiefe dieser Nut so gewählt ist, daß ein beträchtlicher Teil der Außenfläche der Laufdrahtelektrode frei bleibt und für die Abtragungs­ entladungen zur Verfügung steht. Programmgesteuerte Vor­ schubbewegungen in den drei Koordinatenachsen zwischen dem Werkzeugkopf und dem auf einem Tisch aufgespannten Werkstück ermöglichen die Herstellung von dreidimensionalen Oberflächenprofilen im Werkstück. Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung ist jedoch, daß das im Werkstück auszubildende Oberflächenprofil strikt an die Form des Führungselements gebunden ist und daß nur relativ geringe Abtragungsleistungen möglich sind, da nur ein relativ kurzer wirksamer Bearbeitungsabschnitt der Laufdrahtelek­ trode zur Verfügung steht.

Aus der DE-OS 28 16 588 ist eine Vorrichtung zur elektro­ chemischen Werkstückbearbeitung mittels einer Laufdraht­ elektrode bekannt, bei welcher mehrere Führungselemente an einem frei vorstehenden Ansatz eines um seine vertikale Längsachse verdrehbaren Werkzeugkopfes verstellbar ange­ ordnet sind. Der wirksame Bearbeitungsabschnitt der Lauf­ drahtelektrode befindet sich zwischen zwei dieser Führungs­ glieder und kann durch Verstellen des einen oder anderen Führungsgliedes verlängert und/oder in seiner Raumlage verändert werden. Die Herstellung von dreidimensionalen reliefartigen Oberflächenprofilen im Werkstück mit dieser Vorrichtung ist jedoch nicht oder nur in seltenen Sonder­ fällen möglich, da der wirksame Bearbeitungsabschnitt der gespannten Laufdrahtelektrode stets geradlinig verläuft.

In der - nachveröffentlichten - DE-OS 29 40 477 ist eine andere Vorrichtung zur dreidimensionalen Oberflächenbear­ beitung eines Werkstücks mittels einer Laufdrahtelektrode vorgeschlagen worden, bei der die band- oder drahtförmige Elektrode an der Außenfläche von einem oder mehreren Füh­ rungselementen geführt ist, welche an einem frei vorstehen­ den Ansatz eines um seine Längsachse verdrehbaren Werkzeug­ kopfes befestigt sind. Durch Verstellen der einzelnen Führungsglieder kann die Länge des wirksamen Bearbeitungs­ abschnitts der Laufdrahtelektrode in bezug zur Werkstück­ fläche eingestellt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur elektro­ erosiven oder elektrochemischen Bearbeitung von Werkstücken mittels einer Laufdrahtelektrode zu schaffen, mit der beliebige dreidimensionale Profile mit wesentlich erhöhter Abtragungsleistung erzeugt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber den vergleichbaren bekannten Ausführungen liegt darin, daß die wirksame Länge des Bearbeitungsabschnitts der Laufdrahtelektrode entsprechend der herzustellenden Werkstückkontur verändert werden kann, was nicht nur die Bearbeitungsgenauigkeit und die Oberflächenbeschaffenheit verbessert, sondern auch die Abtragungsleistung erhöht, weil der zur Länge des wirksamen Bearbeitungsabschnitts proportionale maximale Strom entsprechend vergrößert werden kann.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine teilgeschnittene Vordersicht einer elektroerosiv arbeitenden Vorrichtung,

Fig. 2 eine teilgeschnittene schematische Seiten­ ansicht der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3-5 Teile der Führungseinrichtung beim Eingriff der Laufdrahtelektrode in ein Werkstück,

Fig. 6 in Draufsicht ein Werkstück mit bogenförmigen Nuten und der jeweiligen Bahnkurve,

Fig. 7 ein radförmiges Führungselement mit einer Laufdrahtelektrode zur Bearbeitung nach Fig. 6,

Fig. 8, 9 schematisch andere Bearbeitungsbeispiele.

Die Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 enthält eine Draht­ elektrode aus Kupfer, Messing oder einem ähnlichen Material mit einem Durchmesser von 0,05 bis 1 mm. Die Drahtelektrode 1 läuft um eine Umlenkrolle oder eine Gleitbacke 2 aus elektrisch nichtleitendem Material, die an einem vorkragen­ den Endteil 3 a eines Werkzeugkopfes 3 angeordnet ist. Am Werkzeugkopf 3 sind eine Vorratsspule 4 und eine Sammel­ spule 5 sowie Antriebsrollen 6 a, 6 b, Bremsrollen 7 a, 7 b und Hilfsführungsrollen 8 a, 8 b, 8 c gelagert. Die Antriebs- und Bremsrollen 6 a, 6 b und 7 a, 7 b sind angetrieben und ziehen die Drahtelektrode 1 von der Vorratsspule 4 konti­ nuierlich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit und einer gewissen Spannung ab. Die Umlenkrolle 2 kann zur Drahtführung eine Aufnahmenut aufweisen, deren Tiefe und Breite so gewählt wird, daß der wesentliche Teil der Draht­ oberfläche freiliegt. Die auf einer Welle 9 am Ende 3 a des Werkzeugkopfes 3 gelagerte Umlenkrolle 2 wird von der durchlaufenden Drahtelektrode 1 angetrieben. Wenn statt der Umlenkrolle eine Gleitbacke 2 am Endteil 3 a des Werkzeugkopfes 3 mittels einer Schraube 9 a und einer Mutter 9 b befestigt ist (vgl. Fig. 2) gleitet der Lauf­ draht 1 in der Nut.

Der Werkzeugkopf 3 enthält einen Hauptrahmen 3 b mit dem Endteil 3 a und einen Befestigungsflansch 3 c am Hauptrahmen 3 a. In zwei vom Flansch 3 c nach unten ragenden Bügeln 3 d und 3 e sind die Wellen 4 a und 5 a der Vorratsspule 4 und der Sammelspule 5 in geteilten Lagern 4 b und 5 b gelagert, die an den unteren Enden der Bügel 3 d und 3 e mittels Ge­ lenken 4 c und 5 c angebracht sind. Die Wellen 4 a und 5 a werden von einem Motor 10 a (vgl. Fig. 2) angetrieben, der auf der Rückseite des Hauptrahmens 3 b befestigt ist. Hebel 4 d und 5 d verriegeln die Spulen 4 und 5, wenn die Maschine nicht in Betrieb ist. In der Fig. 2 sind andere Antriebseinheiten 10 b und 10 c gezeigt, die ein Drehmoment auf die Bremsrollen 7 a und 7 b übertragen bzw. die Kapstan­ rolle 6 a antreiben.

Die Umlenkrolle oder Gleitbacke 2, über deren Führungsfläche der Bearbeitungsabschnitt 1 a der Laufdrahtelektrode 1 läuft, ist um eine Achse drehbar, die durch die Mitte der gewölbten Führungsfläche geht, so daß der Bearbeitungs­ abschnitt 1 a seine Vorschubrichtung gegenüber dem Werkstück ändern kann. Dies wird bei der dargestellten Vorrichtung erreicht durch eine drehbare Anordnung des Werkzeugkopfes 3 um diese oder um eine hierzu parallele Achse.

Zu diesem Zweck weist der Flansch 3 c des Werkzeugkopfes 3 eine zentrale Bohrung 3 f auf, in der eine mit dem Haupt­ rahmen 3 b verschraubte Welle 11 sitzt. Die Welle 11 ragt in ein Gehäuse 12 über dem Flansch 3 c, das durch Schrauben 13 an einer Platte 14 befestigt ist, die ihrerseits an einem Ausleger der (nicht gezeigten) Maschine angebracht ist. Die Welle 11 ist in der Platte 14 und dem Gehäuse 12 in Lagern 15 und 16 gelagert und trägt den Werkzeugkopf 3. Ein mit einem Codierer 18 ausgerüsteter Schrittmotor 17 sitzt im Gehäuse 12 und treibt die Welle 11 über Stirn­ zahnräder 19 und 20 an, so daß der Werkzeugkopf 3 und die an seinem unteren Ende 3 b angeordnete Umlenkrolle 2 von der Welle 11 gedreht werden.

Das Drahtführungssystem mit den Hilfsführungsrollen 8 a, 8 b, 8 c führt die Drahtelektrode 1 in einer bestimmten Ebene in bezug zum Hauptrahmen 3 b parallel zur Welle 11. Dieser Aufbau ermöglicht ein einfaches Programmieren der Drehbewegungen des Werkzeugkopfes 3 entsprechend einem gewünschten Bearbeitungsprofil durch den Bearbeitungsab­ schnitt 1 a der Drahtelektrode 1.

Das Führungselement 8 c ist direkt neben der Umlenkrolle 2 angeordnet und gegenüber diesem während eines gegebenen Bearbeitungsvorgangs verschiebbar, wenn die Länge des zwischen beiden geführten Laufdrahtes 1 als Bearbeitungs­ abschnitt 1 a dienen soll. Auf diese Weise kann der wirk­ same Bearbeitungsabschnitt je nach dem herauszuarbeitenden Werkstückprofil verändert oder konstant gehalten werden.

Um während einer Bearbeitung die Führungsrolle 8 c gegen­ über dem Umlenkelement 2 zu verstellen, ist die Rolle 8 c über einen Stab 21 mit einer Kolbenstange 22 eines hyraulischen Zylinders 23 (vgl. Fig. 2) verbunden, der an der Rückseite des Hauptrahmens 3 b durch Schrauben 24 befestigt ist. Druckflüssigkeit wird über ein Vierwegventil 25 von einer Pumpe 26 in den Zylinder 23 eingespeist und in einem Rücklaufbehälter 27 gesammelt. Der Zylinder 23 ist mit einem Codierer 28 ausgestattet. Das Vierwegventil 25 wird durch eine (nicht gezeigte) Steuereinheit gesteuert, um die Führungsrolle 8 c zwischen den in Fig. 1 durch Voll­ linien bzw. Strichlinien gezeigten Stellungen zu verschieben. Diese Verschiebungen werden im Codierer 28 erfaßt, dessen elektrische Signale zur Programm-Steuereinheit rückge­ koppelt werden.

Ein Werkstücktisch ist mittels Schrittmotoren in der hori­ zontalen X-Y-Ebene verschiebbar und der den Werkzeugkopf 3 tragende Ausleger der Maschine ist mittels eines Schritt­ motors in der vertikalen Z-Achse verschiebbar.

Wenn im Werkstück 30 gemäß Fig. 3 eine Nut 30 a mit einer der Dicke des Drahtes entsprechenden Breite ausgeführt werden soll, kann der wirksame Bearbeitungsabschnitt am Teilumfang der Umlenkrolle 2 zu kurz sein und eine über­ mäßige Konzentration der Abtragungsentladungen in seinem Winkelbereich α ergeben. Dadurch besteht eine erhöhte Kurzschlußgefahr bei verminderter Abtragungsleistung.

In diesem Fall wird das Führungselement 8 c verschoben, um die Drahtelektrode in Vorschubrichtung auszuziehen, so daß der wirksame Bearbeitungsabschnitt 1 a zu einer Länge l verlängert ist und unter einem kleinen Neigungs­ winkel β zur Werkstückoberfläche 31 liegt. Durch die ver­ größerte Bearbeitungsfläche werden Konzentrationen der elektrischen Entladungen vermieden, während der mittlere Bearbeitungsstrom und damit die Abtragungsleistung ver­ größert sind. Die Länge l des verlängerten Bearbeitungs­ abschnitts kann durch Verstellen der Führungsrolle 8 c gesteuert werden. Wenn der Vorschub in der X-Achse dx beträgt, hat der Bearbeitungsspalt die Länge sin β · dx. Da sin β <l und β klein ist, ergibt sich eine kleine Ände­ rung in der Abmessung des Bearbeitungsspaltes, die eine erhöhte Bearbeitungsstabilität bedingt. Auf diese Weise wird die Stellung des Führungselements 8 c während des Bearbeitungsbetriebs entsprechend Änderung der Schnittiefe oder beim Schneiden, Formieren oder Profilieren eines Musters gesteuert.

Beispielsweise kann eine zylindrische Ausnehmung 32 a unter Ausbildung eines spindelförmigen Vorsprungs 32 b gemäß Fig. 5 in einem Werkstück 32 mit der Vorrichtung bearbeitet werden, wobei das Führungselement 8 c eine Verschiebung gegenüber dem Umlenkelement 2 während des Bearbeitungs­ betriebes ausführt. In diesem Fall kann das Werkstück 32 um die Symmetrieachse des Musters oder die gezeigte Z-Achse gedreht werden, während das Umlenkelement 2 verschoben wird und nacheinander in der Z-Achse die Stellungen 2-1, 2-2, 2-3 und 2-4 einnimmt. Die Hilfsführung 8 c kann nach­ einander in der X-Z-Ebene verschoben werden und mit Fort­ schreiten der Materialabtragung die Stellungen 8 c-1, 8 c-2, 8 c-3 und 8 c-4 einnehmen. Damit wird eine Mindestfläche des Bearbeitungsabschnitts 1 a beibehalten, um das gewünschte Profil mit gesteigerter Wirksamkeit und eine befriedigende Oberflächengüte zu erzielen. Der Aufbau des Werkzeugkopfes 3 mit seinen Drahtführungen, der Lagerstruktur und der Verstellung des Führungselements 8 c kann geändert werden. Weiterhin können die Abwickelspule 4, die Aufwickelspule 5, die Rollenpaare 6 und 7 getrennt vom Werkzeugkopf 3 angeordnet werden, z. B. auf einem Gestell der Maschine, wobei der Werkzeugkopf 3 dann lediglich die Führungsele­ mente 2 und 8 trägt.

Wenn die senkrechte Drehachse des Werkzeugkopfes 3 durch den unteren Umkehrpunkt der Drahtelektrode 1 am Führungsele­ ment 2 führt, wird die Anwendung der Vorrichtung merklich ausgedehnt. Es können z. B. die in den Fig. 6 und 7 ge­ zeigten flachen und gekrümmten Nuten oder Rillen 35 a in ein Werkstück 35 eingearbeitet werden, wenn die Drahtelek­ trode 1 in der Kurvenbahn 35 b gegenüber dem Werkstück 35 vorgeschoben wird. Bei drehfester Anordnung des Werk­ zeugkopfes 3 und Verwendung eines horizontal verschieb­ baren Drehtisches für das Werkstück wird das Programm zur Steuerung der Tischbewegungen außerordentlich kompli­ ziert und die Tischbewegungen erfordern einen beträcht­ lichen Freiraum. Ferner ergeben sich die in Fig. 6 ange­ deuteten Änderungen der Nutbreite im Bereich des Punktes B.

Demgegenüber führt bei der neuen Vorrichtung das Werkstück 35 lediglich eine Translationsbewegung in der X-Y-Ebene aus, wobei der Punkt B auf der Bearbeitungskurve ABC immer mit dem Umkehrpunkt des Drahtes zusammenfällt und der Werkzeugkopf 3 zusammen mit dem Führungselement 2 um die Z-Achse gedreht wird, so daß die Tangente T _B immer in der Ebene der Hauptführung und der Ebene des Abschnitts 1 a liegt. Die Drehsteuerung der Hauptführung und das hierzu erforderliche NC-Programmieren sind extrem einfach, wobei die Anzahl an Programmierschritten gering ist. Ferner wird nur der für die Bewegung des X-Y-Kreuztisches erfor­ derliche Raum benötigt und es können auch größere Werk­ stücke gehandhabt und bearbeitet werden.

In Abwandlung der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 kann ein Teil des Werkzeugkopfes, der die Hauptführung 2 trägt, gedreht werden.

Die Vorrichtung ist auch zum Schneiden eines dünnen Werkstücks 36 (vgl. Fig. 8) und zum Schneiden einer Innenkante 37 a oder zum Schneiden eines Gewindes 37 b in ein Werkstück 37 (vgl. Fig. 9) geeignet. Ein derart kompliziertes Profil kann mit einem relativ einfachen Programm ausgeführt werden.

Claims (1)

1. Vorrichtung zur elektroerosiven oder elektrochemischen Bearbeitung von Werkstücken mittels einer Laufdraht­ elektrode,
   mit einem um seine Längsachse verdrehbaren Werkzeugkopf (3), an dessen frei vorstehendem Ansatz (3 a) ein Umlenk­ element (2) für die Laufdrahtelektrode (1) angeordnet ist,
   wobei der am Umlenkelement (2) außen anliegende Teil der Laufdrehtelektrode (1) ihren Arbeitsabschnitt (1 a) bildet, und
   mit programmgesteuerten Vorschubantrieben für den Werk­ zeugkopf bzw. den Werkstücktisch,
   dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Umlenkelement (2) ein verstellbares Führungs­ element (8 c) für die Laufdrahtelektrode (1) an der Kolbenstange (22) eines am Werkzeugkopf (3) befestigten Stellzylinders angeordnet ist, um die Länge und Winkel­ lage des wirksamen Arbeitsabschnitts (1 a) der Laufdraht­ elektrode (1) zu verstellen.