DE3100342A1 - METHOD AND DEVICE FOR MACHINING A WORKPIECE - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR MACHINING A WORKPIECEInfo
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
- B23H7/00—Processes or apparatus applicable to both electrical discharge machining and electrochemical machining
- B23H7/38—Influencing metal working by using specially adapted means not directly involved in the removal of metal, e.g. ultrasonic waves, magnetic fields or laser irradiation
Description
Inoue-Japax Research Incorporated Yokohamashi, Kanagawaken JapanInoue-Japax Research Incorporated Yokohamashi, Kanagawaken Japan
Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten einesMethod and apparatus for processing a
WerkstückesWorkpiece
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstückes nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 11.The invention relates to a method and a device for machining a workpiece according to the preamble of claim 1 or 11.
Unter "Bearbeiten" soll im folgenden verstanden werden ein Materialabtragen, wie beispielsweise ein Absenken, Formen, Schneiden, Bohren oder Schleifen, bei dem Material von einem Werkstück entfernt wird, sowie ein Materialzusetzen, wie beispielsweise ein Plattieren, Auftragen oder Formen, bei dem Material aus einer Bearbeitungsflüssigkeit entfernt und dem Werkstück zugesetzt oder beigefügt wird.In the following, "processing" is to be understood as removing material, such as lowering, Shaping, cutting, drilling, or grinding, in which material is removed from a workpiece, as well as a Material setting, such as plating, application or molding, in the material from a machining liquid removed and added or added to the workpiece.
Die Erfindung betrifft insbesondere (jedoch nicht ausschließlich) ein elektrisches Bearbeitungsverfahren und eine elektrische Bearbeitungsvorrichtung einschließlich der Schritte und Einrichtungen, die zum Stabilisieren des Zustandes in einem elektrischen BearbeitungsspaltThe invention particularly (but not exclusively) relates to an electrical machining method and an electrical processing apparatus including the steps and means for stabilizing the state in an electrical machining gap
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geeignet sind.are suitable.
Unter "t Lektrischem Bearbeiten" soll im folgenden in erster Linie ein elektrisches Entladungs-Bearbeiten (EDM-Bearbeiten) verstanden werden; die Erfindung ist jedoch in gleicher Weise auf jede andere Form eines elektrischen Bearbeitens anwendbar, wie beispielsweise auf ein elektrochemisches Bearbeiten (ECM-Bearbeiten), ein elektrochemisches Entladungs-Bearbeiten (ECDM-Bearbeiten) und auf Elektroplattieren sowie auf nichtelektrisches oder herkömmliches Bearbeiten, das ein mechanisches oder Abrieb-Materialabtragen verwendet.In the following, "t electrical machining" is primarily intended to mean electrical discharge machining (EDM editing) to be understood; however, the invention is equally applicable to any other form of one electrical machining applicable, such as electrochemical machining (ECM machining), electrochemical discharge machining (ECDM machining) and electroplating as well as non-electric or conventional machining using mechanical or abrasive material removal.
Beim elektrischen Abtragen und Zusetzen liegt - soweit dies hier von Bedeutung ist - eine Werkzeugelektrode neben einem Werkstück, um dazwischen einen sehr kleinen Bearbeitungsspalt zu bilden, wobei eine Bearbeitungsflüssigkeit oder ein Bearbeitungsmedium vorhanden ist, und ein elektrischer Strom wird zwischen die Elektrode und das Werkstück durch den flüssigkeitsgefüllten kleinen Bearbeitungsspalt geschickt, um elektrisch von der Werkstückoberfläche Material abzutragen oder dieser Material zuzusetzen. Eine Strom- bzw. Spannungsquelle zum Erzeugen des Bearbeitungsstromes ist vorzugsweise derart ausgelegt, daß ein elektrischer Strom hoher Stromdichte in dem Bereich des Bearbeitungsspaltes geliefert wird, so daß ein Materialabtragen oder -zusetzen von der bzw. auf die Werkstückfläche in enger Übereinstimmung mit der Form der Werkzeugelektrode stattfinden kann. Eine Einrichtung ist gewöhnlich vorgesehen, um von der Werkzeugelektrode und dem Werkstück eine Einheit auf die andere vorzurücken, so daß der Bearbeitungsspalt im wesentlichen konstant gehalten wird, wenn das Materialabtragen oder -zusetzen auf der Werkstückoberfläche fortschreitet. In the case of electrical ablation and clogging - as far as this is important here - there is a tool electrode next to a workpiece in order to form a very small machining gap between them, with a machining fluid or a machining medium being present, and an electric current is passed between the electrode and the workpiece through the liquid-filled small Machining gap sent to electrically remove material or this material from the workpiece surface to add. A current or voltage source for generating the machining current is preferably of this type designed to deliver an electric current of high current density in the area of the machining gap is so that a material removal or deposition from or on the workpiece surface in close correspondence can take place with the shape of the tool electrode. A facility is usually provided in order to benefit from the Tool electrode and the workpiece to advance one unit to the other, so that the machining gap is substantially is held constant as the material removal or deposition progresses on the workpiece surface.
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Man weiß seit längerem, daß das elektrische Bearbeiten eines leitenden Werkstückes, beispielsweise das elektrische Entladungs-Bearbeiten, das elektrochemische Bearbeiten oder das Elektroplattieren von Werkstückteilen, die neben einer Elektrode liegen, oft durch eine ungleichförmige Stromverteilung über dem Spalt gekennzeichnet ist, der die Elektrodenoberfläche von der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche trennt. Diese inhomogene Stromverteilung beruht zumeist auf einer Verschmutzung des Bearbeitungsmediums in der Form von Ansammlungen oder Konzentrationen von Ionen, Bearbeitungsspänen und anderen Spaltprodukten entlang der einen oder anderen Oberfläche der Elektroden. Zusätzlich hat sich die ungleichmäßige Verteilung des Stromverlaufes zwischen den Oberflächen auch teilweise abhängig von magnetischen Effekten erwiesen, die auf dem Durchgang eines Stromes zwischen der Elektrode und dem Werkstück beruhen.It has long been known that the electrical machining of a conductive workpiece, for example electrical discharge machining, electrochemical machining or electroplating of Workpiece parts that are next to an electrode, often due to a non-uniform current distribution the gap that separates the electrode surface from the workpiece surface to be machined separates. This inhomogeneous current distribution is mostly due to contamination of the processing medium in the form of accumulations or concentrations of ions, machining chips and other fission products along one surface or the other of the electrodes. In addition, the uneven distribution has become the course of the current between the surfaces has also been shown to be partly dependent on magnetic effects based on the passage of a current between the electrode and the workpiece.
Es wurde bereits darauf hingewiesen (vgl. US-PS 3 252 881), daß es möglich ist, mechanisch Ionen-Verunreinigungen in einem elektrochemischen Bearbeitungsspalt zu verlagern, indem an die Elektrode eine mechanische Schwingung auf das Werkstück zu und von diesem weg bei einer relativ niederen oder Schallfrequenz gelegt wird (beispielsweise 10 Hz oder 10 kHz). Es hat sich auch gezeigt, daß ein ähnliches Ergebnis erhalten wird, wenn gleichzeitig mit der mechanischen Schwingung der Elektrode ein gasförmiges Fluid in den Elektrolyten eingespritzt wird oder als Alternative hierzu eine Ultraschallschwingung auf den Elektrolyten in der Elektrode einwirkt. Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß die Ultraschallschwingung eine Frequenz zwischen etwa 10 kHz und 10 MHz haben kann und durch einen Elektroschallwandler erzeugt werden sollte, der im Innern derIt has already been pointed out (see US Pat. No. 3,252,881) that it is possible to mechanically remove ionic impurities to relocate in an electrochemical machining gap by attaching a mechanical to the electrode Vibration is placed towards and away from the workpiece at a relatively low or sonic frequency (e.g. 10 Hz or 10 kHz). It has also been found that a similar result can be obtained when, simultaneously with the mechanical vibration of the electrode, a gaseous fluid enters the electrolyte is injected or, as an alternative, an ultrasonic vibration on the electrolyte in the electrode acts. It has already been pointed out that the ultrasonic oscillation has a frequency between approximately 10 kHz and 10 MHz and through an electro-sound transducer should be generated inside the
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rohrförmigen Elektrode befestigt ist.tubular electrode is attached.
Es wurde bereits erkannt, daß die Ultraschallschwingung beim ele. trischen Entladungs-Bearbeiten sowie beim Elektroplattieren verwendbar ist, um bei diesen Verfahren Spaltverunreinigungen abzuführen. Beispielsweise wurde für das elektrische Entladungs-Bearbeiten ermittelt, daß die Ultraschallschwingung zur Stabilisierung des Bearbeitungszustandes und zum Schutz des Werkstückes und der Elektrode vor Kurzschlußschäden dient. Beim Elektroplattieren neigt die Ansammlung elektrolytischer Blasen dazu, als Ergebnis der Einwirkung einer Ultraschallschwingung auf den Elektrolyten entfernt zu werden, so daß eine fein plattierte Schicht auf der Werkstückoberfläche erhalten werden kann. Bei diesen Verfahren ist es übliche Praxis, eine Ultraschallschwingung auf die Bearbeitungsflüssigkeit mittels eines Ultraschallwandlers zu übertragen.It has already been recognized that the ultrasonic vibration in the ele. tric discharge machining as well as during Electroplating can be used to remove gap contaminants in these processes. For example, was for the electric discharge machining determined that the ultrasonic vibration to stabilize the machining state and serves to protect the workpiece and the electrode from damage caused by short circuits. When electroplating the accumulation of electrolytic bubbles tends to occur as a result of exposure to ultrasonic vibration the electrolyte to be removed so that a finely plated layer is obtained on the workpiece surface can be. In these methods, it is common practice to apply ultrasonic vibration to the machining liquid to be transmitted by means of an ultrasonic transducer.
Wenn die Form eines Werkstückes unregelmäßige Krümmungen oder Biegungen enthält oder ein tiefes Bohren oder Schlitzen einschließt und so ein zweidimensionales oder dreidimensionales Formen darstellt, hat es sich gezeigt, daß eine gleichmäßige Spaltreinigung nicht mittels eines Wandlers erzielbar ist, wenn die eine oder andere oben beschriebene Anordnung vorliegt. Es hat sich so als ein Problem mit üblichen Ultraschall-Schwingersystemen erwiesen, eine befriedigende, wirksame und gleichmäßige Spaltreinigung über der gesamten Arbeitsfläche durchzuführen, die elektrisch bearbeitet wird.When the shape of a workpiece contains irregular curves or bends, or deep drilling or Includes slots and so represents a two-dimensional or three-dimensional shape, it has been shown that a uniform gap cleaning cannot be achieved by means of a transducer if one or the other described above There is an arrangement. It has thus proven to be a problem with conventional ultrasonic transducer systems, to carry out a satisfactory, effective and even gap cleaning over the entire work surface, which is processed electrically.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit denen eine Reinigung des Bereiches des Bearbeitungsspaltes in befriedigender, wirksamer und gleichmäßiger Weise erzielbar ist; außerdem soll die Reinigung des Bereiches vonIt is therefore the object of the invention to provide a method and a device of the type mentioned at the beginning, with which a cleaning of the area of the machining gap in a more satisfactory, effective and uniform way Way is achievable; in addition, the cleaning of the area should be
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Bearbeitungsflächen komplizierter Konfiguration mit extrem hoher Gleichmäßigkeit erzielbar sein.Machining surfaces of complicated configuration with extremely high uniformity can be achieved.
Diese Aufgabe wird bei einem Bearbeitungsverfahren, bei dem ein Werkstück in eine Bearbeitungsflüssigkeit eintaucht, die in einem Arbeitsbehälter aufgenommen ist, und bei dem ein Werkzeug neben dem Werkstück im Arbeitsbehälter liegt, um eine Bearbeitungs-Zwischenflache dazwischen zu bilden, die mit der Bearbeitungsflüssigkeit gefüllt ist, erfindungsgemäß durch die folgenden Verfahrensschritte gelöst:This task is performed in a machining process in which a workpiece is immersed in a machining liquid immersed, which is received in a working container, and in which a tool lies next to the workpiece in the working container, around a machining interface between them to form, which is filled with the machining liquid, according to the invention by the following method steps solved:
Anordnen mehrerer Ultraschalleinheiten im Arbeitsbehälter derart, daß sie voneinander beabstandet sind und die Zwischenfläche in einer wellenübertragenden Beziehung hiermit umgeben,Arranging several ultrasonic units in the working container in such a way that they are spaced from one another and herewith surround the interface in a wave-transmitting relationship,
einzelnes Erregen der Einheiten, um Ultraschallschwingungen einer Frequenz über 0,05 MHz und vorzugsweise nicht größer als 0,1 MHz sowie kleiner als 10 MHz und vorzugsweise nicht größer als 2 MHz zu erzeugen, undindividually exciting the units to produce ultrasonic vibrations a frequency above 0.05 MHz and preferably not greater than 0.1 MHz and less than 10 MHz and preferably no greater than 2 MHz, and
Übertragen der Schwingung auf den Bereich der Zwischenfläche durch die Bearbeitungsflüssigkeit.Transfer of the vibration to the area of the interface through the machining fluid.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Bearbeitungsvorrichtung mit einem Arbeitsbehälter, der eine Bearbeitungsflüssigkeit enthält und in den ein Werkstück eingetaucht ist, und mit einem Werkzeug, das in eine Lage neben dem Werkstück im Arbeitsbehälter justierbar ist, um dazwischen eine mit der Bearbeitungsflüssigkeit gefüllte Grenz- oder Zwischenfläche zu bilden; diese Vorrichtung umfaßt:The invention also relates to a processing device with a working container that contains a processing liquid contains and in which a workpiece is immersed, and with a tool that is in a position next to the workpiece in the working container can be adjusted in order to have a To form interface or intermediate surface; this device comprises:
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Mehrere Ultraschalleinheiten, die im Arbeitsbehälter angeordnet und voneinander derart beabstandet sind, daß sie den Erreich der Bearbeitungs-Zwischenfläche in einer wellenü, ertragenden Beziehung hiermit umgeben, wobei jede der Einheiten einen elektromechanischen Wandler umfaßt, undSeveral ultrasonic units, which are arranged in the working container and spaced from one another in such a way that that they surround the reaching of the machining interface in a wavy, enduring relationship therewith, with each of the units comprises an electromechanical transducer, and
eine Strom- bzw. Spannungsquelle zum einzelnen Erregen der Wandler, um an jeder der Stellen der Einheiten Ultraschallschwingungen einer Frequenz zwischen 0,05 und 10 MHz und vorzugsweise zwischen 0,1 und 2 MHz zu erzeugen und um diese Schwingungen auf den Bereich der Bearbeitungs-Zwischenfläche durch die Bearbeitungsflüssigkeit zu übertragen.a current or voltage source for individually energizing the transducers to operate at each of the locations of the units Ultrasonic vibrations of a frequency between 0.05 and 10 MHz and preferably between 0.1 and 2 MHz generate and around these vibrations on the area of the machining interface by the machining liquid transferred to.
Trotz des Vorurteils, daß Ultraschallwellen einer Frequenz über 0,05 MHz schwierig große Ausgangsschwingungen in einem flüssigen Medium liefern und keine wahrnehmbar bessere Bearbeitungsausführung erzielbar ist, hat es sich in überraschender Weise gezeigt, daß die Ultraschallwellen einer Schwingungsfrequenz über 0,05 MHz und vorzugsweise nicht kleiner als 0,1 MHz, jedoch kleiner als 10 MHz und vorzugsweise nicht größer als 2 MHz die Abtragungsrate oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit um bis 50 % im Vergleich mit der Verwendung der herkömmlichen niederfrequenten Ultraschallwellen steigern und den wirksamen Abstand des erzeugenden Ortes weg vom Ort der Bearbeitungs-Zwischenfläche erhöhen, sofern die Ultraschallwellen an mehreren beabstandeten Stellen erzeugt werden, die im Arbeitsbehälter so festgelegt sind, daß sie die Bearbeitungs-Zwischenfläche umgeben. Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß eine derartige Steigerung in der Abtragungsrate mit Einheiten einer viel kleineren Ausgangskapazität erzielbar ist.Despite the prejudice that ultrasonic waves of a frequency above 0.05 MHz difficult to produce large output vibrations deliver in a liquid medium and no noticeably better processing performance can be achieved has it has been shown in a surprising manner that the ultrasonic waves have an oscillation frequency above 0.05 MHz and preferably not less than 0.1 MHz, but less than 10 MHz and preferably not greater than 2 MHz, the erosion rate or the machining speed by up to 50% compared with using the conventional one Increase low-frequency ultrasonic waves and the effective distance of the generating location away from the location of the Increase the machining interface if the ultrasonic waves are generated at several spaced apart locations which are set in the working container so that they surround the machining interface. It has surprisingly shown that such an increase in the rate of removal with units of a much smaller Output capacitance is achievable.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist jede der Ultraschalleinheiten mit einer Fluid-Einspritzdüse ausgeführt und justierbar, um diese in die Richtung der Bearbeitungs-Zwischenflache auszurichten; das Verfahren zeichnet sich dabei aus durch:According to a further development of the invention, each of the ultrasonic units is equipped with a fluid injection nozzle designed and adjustable to align them in the direction of the machining interface; the process is characterized by:
Erzeugen einer Zwangsströmung der Bearbeitungsflüssigkeit von einer Flüssigkeitsquelle durch jede der Düsen zur Bearbeitungs-Zwischenflache, undForcing the machining fluid from a fluid source through each of the nozzles to the machining interface, and
Einwirken der Hochfrequenz-Ultraschallschwingungen bei jeder der Einheiten auf die Zwangsströmung der Bearbeitungsflüssigkeit, die auf die Bearbeitungs-Zwischenf lache im Arbeitsbehälter gerichtet ist.Action of the high-frequency ultrasonic vibrations in each of the units on the forced flow of the Machining liquid, which is directed to the intermediate machining area in the working container.
Die Flüssigkeitsquelle umfaßt vorzugsweise eine Verteilungskammer, die innerhalb oder außerhalb des Arbeitsbehälters angeordnet ist und aufweist einen Einlaß zum Empfang der Bearbeitungsflüssigkeit und Auslässe, die mit den Düsen durch Fluidleitungen verbunden sind, deren jede vorzugsweise in der Form eines flexiblen Rohres vorliegt, das sich selbst tragen kann, beispielsweise in der Form einer Röhre mit zahlreichen Verbindungsstellen. Die Verteilungskammer weist vorzugsweise innerhalb ihres Raumes einen Niederfrequenz-Schwinger auf, der schwingend die Bearbeitungsflüssigkeit bei einer niederen Frequenz von 100 Hz bis 50 kHz aktivieren oder anregen kann. Als Ergebnis hat die zwangsweise zum Bereich des Niederfrequenz-Schwingers gespeiste Bearbeitungsflüssigkeit die niederfrequenten Schall- oder Ultraschall-Schwingungen, denen bei jeder der Ultraschalleinheiten hochfrequente Ultraschallschwingungen überlagert werden.The liquid source preferably comprises a distribution chamber, which is arranged inside or outside of the working container and has an inlet to the Receipt of the machining liquid and outlets connected to the nozzles by fluid conduits, their each is preferably in the form of a flexible tube that can support itself, for example in the Shape of a tube with numerous joints. The distribution chamber preferably faces within its space a low frequency vibrator that vibrates the machining liquid at a low frequency can activate or excite from 100 Hz to 50 kHz. As a result, it has become inevitable to the range of the low frequency vibrator fed machining liquid the low-frequency sonic or ultrasonic vibrations, on which high-frequency ultrasonic vibrations are superimposed on each of the ultrasonic units.
Es hat sich gezeigt, daß dies zu einer merklichen Verbesserung in der Bearbeitungsrate bzw. -geschwindigkeit und Wirksamkeit führt, nämlich zu einer gesteigertenIt has been found that this leads to a marked improvement in the machining rate and effectiveness leads, namely to an increased
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Kühlung des Werkzeuges und damit zu einer erhöhten Werkzeug-Lebensdauer, zu einer verbesserten Schärfe und damit Genauigkeit der bearbeiteten Kante und zu einer erhöhten Freiheit von der Bearbeitungsinstabilität aufgrund beispielsweise einer schädlichen Bogenentladung oder eines Kurzschlusses. Die niederfrequenten Schalloder Ultraschallschwingungen bei der Verteilungskammer und die hochfrequenten Ultraschallschwingungen am Düsen-Ort können auf die Zwangsströmung der Bearbeitungsflüssigkeit gleichzeitig oder abwechselnd einwirken.Cooling of the tool and thus an increased tool life, to an improved sharpness and thus accuracy of the machined edge and to an increased one Freedom from machining instability due to, for example, a harmful arc discharge or a short circuit. The low-frequency sonic or ultrasonic vibrations in the distribution chamber and the high-frequency ultrasonic vibrations at the nozzle location can affect the forced flow of the machining fluid act simultaneously or alternately.
Die hochfrequenten Ultraschallschwingungen, die auf die Zwangsströmung der Bearbeitungsflüssigkeit durch die Düse bei jeder der Einheiten einwirken, werden vorzugsweise in deren Größe abhängig von der Erfassung des Zustandes bei der Bearbeitungs-Zwischenflache abgewandelt. Somit kann die Strom- bzw. Spannungsquelle aufweisen eine Steuerschaltung, die den elektromechanischen Wandlern der Einheiten zugeordnet ist, oder Steuerschaltungen, die jeweils jedem der Wandler zugeordnet sind, um die Amplitude der hochfrequenten Ultraschallschwingungen, die auf die Bearbeitungsflüssigkeit einwirken, abhängig vom Bearbeitungszustand an der Zwischenfläche zu steuern. Der Zwischenflächenzustand kann abhängig von der Spannung, dem Strom, dem Widerstand oder der Impedanz zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück erfaßt werden.The high-frequency ultrasonic vibrations that affect the forced flow of the machining fluid through the Nozzle acting on each of the units are preferably dependent in their size on the detection of the state modified in the machining intermediate surface. Thus, the current or voltage source can have a Control circuit associated with the electromechanical transducers of the units, or control circuits, respectively each of the transducers are assigned to the amplitude of the high frequency ultrasonic vibrations that affect the Acting processing liquid, depending on the processing status to steer at the interface. The interface state may depend on the voltage, current, resistance or impedance between the tool and the workpiece can be detected.
In vorteilhafter Weise sind die Ultraschalleinheiten im Arbeitsbehälter so angeordnet, daß sie die Bearbeitungs-Zwischenf lache umgeben, indem sie auf verschiedenen Wandteilen des Arbeitsbehälters derart gesichert werden, daß sie in der Richtung der Bearbeitungs-Zwischenflache ausgerichtet sind. Die elektromechanischen Wandler in diesen Einheiten können durch die Strom- bzw. Spannungsquelle synchron oder in einer Aus-Phasen-Beziehung miteinanderIn an advantageous manner, the ultrasonic units are arranged in the working container so that they the processing intermediate pool by securing it on various wall parts of the working container in such a way that they are aligned in the direction of the machining interface are. The electromechanical transducers in these units can be through the current or voltage source synchronously or in an out-of-phase relationship with one another
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erregt werden.get excited.
Es hat sich auch gezeigt, daß es manchmal vorteilhaft ist, wenn wenigstens eine der Ultraschalleinheiten, die angeordnet sind, um die Bearbeitungs-Zwischenfläche zu umgeben, arbeitet, um Ultraschallschwingungen einer Frequenz zu erzeugen, die von der Frequenz der durch die anderen Einheiten erzeugten Ultraschallschwingung verschieden ist. Alternativ kann wenigstens eine Hilfsultraschalleinheit vorgesehen werden, um zusammen mit der Folge der Primärultraschalleinheiten die Bearbeitungs-Zwischenfläche zu umgeben, und sie kann betrieben werden, um Ultraschallschwingungen einer Frequenz im Bereich von 20 bis 50 kHz zu erzeugen. Dann sind die Primäreinheiten gestaltet, um Ultraschallschwingungen einer Frequenz zwischen 0,1 und 1,6 MHz zu liefern. Es hat sich gezeigt, daß diese Maßnahme eine Steigerung in der Verschiebungsrate oder -geschwindigkeit der Bearbeitungsspäne oder -produkte liefert, die von der Bearbeitungs-Zwischenfläche abzuführen sind, so daß in einem EDM-Betrieb die Entladungs-Folgefrequenz merklich gesteigert werden kann.It has also been shown that it is sometimes advantageous if at least one of the ultrasound units, which are arranged to surround the machining interface works to generate ultrasonic vibrations To generate frequency different from the frequency of the ultrasonic vibration generated by the other units is. Alternatively, at least one auxiliary ultrasound unit can be provided to go along with the sequence of the primary ultrasound units to surround the machining interface, and it can be operated to generate ultrasonic vibrations at a frequency in the range from 20 to 50 kHz. Then are the primary units designed to deliver ultrasonic vibrations at a frequency between 0.1 and 1.6 MHz. It has shown, that this measure increases the rate or speed of displacement of the machining chips or products supplies to be discharged from the machining interface are, so that the discharge repetition frequency can be increased noticeably in an EDM operation.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Show it:
Fig. 1 und 2 eine Draufsicht bzw. VordersichtFigures 1 and 2 are top and front views, respectively
der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der drei Ultraschalleinheiten so angeordnet sind, daß sie die Bearbeitungs-Zwischenfläche in einer wellenübertragenden Beziehung mit dieser durch die Bearbeitungsflüssigkeit umgeben,the device according to the invention, in which three ultrasound units are arranged to be in a wave-transmitting relationship with the machining interface this is surrounded by the machining fluid,
Fig. 3 eine Kurve, die erläutert, wie sichFig. 3 is a curve that explains how
das Ausgangssignal mit steigenderthe output signal with increasing
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Frequenz ändert, wobei die Frequenz der Ultraschallwellen auf der Abszisse und deren Ausgangssignal auf der Ordinate aufgetragen sind,Frequency changes, with the frequency of the ultrasonic waves on the abscissa and whose output signal is plotted on the ordinate,
Fig. 4 eine Kurve, die einen optimalen Bereich der Ultraschallfrequenzen mit den Einheiten der Fig. 1 und 2 zeigt, wobei die Frequenz der Ultraschallwellen auf der Abszisse und die mittlere Geschwindigkeit der EDM-Materialabtragung auf der Ordinate aufgetragen sind,Fig. 4 is a graph showing an optimal range of ultrasonic frequencies with the units of Figs. 1 and 2, the frequency of the ultrasonic waves on the abscissa and the mean EDM material removal speed are plotted on the ordinate,
Fig. 5 eine Kurve, die die Frequenz der Ultraschallwellen auf der Abszisse und den Abstand zwischen den Einheiten und der Bearbeitungs-Zwischenflache darstellt, der wirksam ist, um die Bearbeitungsausführung und -Wirksamkeit zu verbessern, Fig. 5 is a graph showing the frequency of ultrasonic waves on the abscissa and the Represents the distance between the units and the machining interface, effective to improve machining execution and efficiency,
Fig. 6 eine teilweise geschnittene Vordersicht,6 shows a partially sectioned front view,
die schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert, bei dem mehrere Ultraschalleinheiten, die so anzuordnen sind, daß sie die Bearbeitungs-Zwischenflache umgeben, jeweils mit einer Fluidstrahldüse ausgeführt sind, wobei die Düsen über jeweilige flexible oder biegsame Rohre an eine Fluidverteilungskammer angeschlossen sind, die innerhalb oder außerhalb des Arbeitsbehälters vorzusehen ist,which schematically explains an embodiment of the invention in which several Ultrasonic units which are to be arranged in such a way that they cover the intermediate processing surface surrounded, each carried out with a fluid jet nozzle, the Nozzles via respective flexible or pliable tubes to a fluid distribution chamber are connected, which are to be provided inside or outside the working container is,
Fig. 7 eine teilweise geschnittene Vordersicht7 shows a partially sectioned front view
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einer Vorrichtung von grundsätzlich der Art der Fig. 6 einschließlich einer elektrischen Bearbeitungs-Strom- bzw. -Spannungsquelle und einer Schaltungseinrichtung zum Erfassen des Zustandes einer elektrischen Bearbeitungs-Zwischenflache oder des Spaltes zum Steuern der Erregung der Ultraschalleinheiten, an apparatus of basically the type of FIG. 6 including one electrical machining current or voltage source and a circuit device for detecting the state of an electrical machining interface or the gap to control the excitation of the ultrasonic units,
Fig. 8 eine perspektivische Darstellung, dieFig. 8 is a perspective view showing
schematisch mehrere Ultraschalleinheiten zeigt, die derart angeordnet sind, daß sie den Bearbeitungsspalt umgeben, indem sie auf verschiedenen Wandteilen des Arbeitsbehälters befestigt sind,shows schematically a plurality of ultrasonic units arranged in such a way that they surround the machining gap by placing them on different wall parts of the working container are attached,
Fig. 9 ein Schaltbild, das schematisch eineFig. 9 is a circuit diagram schematically showing a
Ausführungsform der Verbindung einer Hochfrequenz-Strom- bzw. -Spannungsquelle mit den mehreren Ultraschalleinheiten erläutert,Embodiment of the connection of a high-frequency current or voltage source explained with the multiple ultrasound units,
Fig. 10 ein Schaltbild, das schematisch eineFig. 10 is a circuit diagram schematically showing a
andere Ausführungsform der Verbindung der Hochfrequenz-Strom- bzw. -Spannungsquelle mit den mehreren Ultraschalleinheiten erläutert,Another embodiment of the connection of the high-frequency current or voltage source to the plurality of ultrasonic units explained
Fig. 11 eine Kurve, die die EDM-Abtragungsge-11 is a graph showing the EDM ablation
schwindigkeit gegenüber der Bearbeitungstiefe nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Vergleich mit herkömmlichen Systemen zeigt,speed compared to the machining depth according to an embodiment of the Invention in comparison with conventional systems shows
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Fig. 12 eine perspektivische Darstellung,Fig. 12 is a perspective view,
die schematisch mehrere Ultraschalleinheiten zeigt, die in einer zur Fig.8 ähnlichen Weise angeordnet, jedoch in eine erste und in eine zweite Gruppe unterteilt sind, die bei einer höheren Ultraschallfrequenz bzw. einer niedrigeren Ultraschallfrequenz arbeiten, undwhich schematically shows several ultrasonic units arranged in a manner similar to FIG. 8, however, are divided into a first and a second group that operate at a higher ultrasonic frequency or work at a lower ultrasonic frequency, and
Fig. 13 ein Schaltbild, das schematisch einFig. 13 is a circuit diagram schematically showing a
Strom- bzw. Spannungsversorgungssystem zum Erregen der Ultraschalleinheiten der Fig. 12 zeigt.Power or voltage supply system for exciting the ultrasonic units of Fig. 12 shows.
Funktion, Aufbau und Vorteile der Erfindung werden im folgenden zunächst anhand von Versuchsergebnissen erläutert, die auf dem elektroerosiven Bearbeiten eines Werkstückes aus einem kaltbearbeiteten Gesenkstahl SKD-11 mit einer zylindrischen Kupferelektrode eines Durchmessers von 50 mm beruhen. In den Fig. 1 und 2 sind eine Werkzeugelektrode 1 und ein Werkstück 2 sowie mehrere - in diesem Beispiel drei - Ultraschalleinheiten 3, 4 und 5 gezeigt, die derart angeordnet sind, daß sie den Bereich der Bearbeitungs-Zwischenflache oder den zwischen der Werkzeugelektrode 1 und dem Werkstück 2 gebildeten Spalt bei Vorliegen einer Bearbeitungsflüssigkeit, beispielsweise eines flüssigen Kohlenwasserstoffes oder destillierten Wassers, das in einem nicht gezeigten Arbeitsbehälter aufgenommen ist, umgeben. Die Einheiten 3, 4 und 5 sind mit gleicher Entfernung D vom Rand des Bearbeitungsspaltbereiches angeordnet und einzeln ausgerichtet, um bei jeder Einheit erzeugte Ultraschallwellen aufFunction, structure and advantages of the invention are initially explained in the following on the basis of test results. which is based on the electrical discharge machining of a workpiece from a cold-worked die steel SKD-11 with a cylindrical copper electrode with a diameter of 50 mm. In Figs. 1 and 2 are a Tool electrode 1 and a workpiece 2 as well as several - in this example three - ultrasonic units 3, 4 and 5 shown, which are arranged such that they the area of the machining interface or between the gap formed between the tool electrode 1 and the workpiece 2 in the presence of a machining liquid, for example of a liquid hydrocarbon or distilled water in a working container, not shown is included, surrounded. The units 3, 4 and 5 are at the same distance D from the edge of the machining gap area arranged and individually aligned to accommodate ultrasonic waves generated at each unit
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den Bearbeitungsspaltbereich durch die Bearbeitungsflüssigkeit zu richten. Die Einheiten 3, 4 und 5 weisen einzeln elektromechanisch^ Wandler auf, die synchron miteinander durch eine Strom- bzw. Spannungsquelle erregbar sind.to straighten the machining gap area through the machining liquid. Units 3, 4 and 5 have individually electromechanical ^ converter, which can be excited synchronously with one another by a current or voltage source are.
In Versuchen wurden Kerosin oder Paraffin für die Bearbeitungsflüssigkeit verwendet, und die EDM-Bearbeitungsparameter wurden so gewählt, daß eine Oberflächenrauhigkeit von 6 ,um R entstand. Dann wurden unter Veränderung der Frequenz F der Schwingungen der Wandler und des Abstandes D die mittlere Abtragungsrate (Bearbeitungsgeschwindigkeit) und der größte effektive Abstand D , bis eine gegebene Bearbeitungstiefe erreicht maxIn tests, kerosene or paraffin were used for the machining fluid, and the EDM machining parameters were chosen to give a surface roughness of 6 µm. Then were under Change in the frequency F of the vibrations of the transducers and the distance D the average removal rate (processing speed) and the largest effective distance D until a given machining depth is reached Max
war, gemessen und in den Fig. 4 und 5 aufgetragen. In diesem Fall hatten die bei Frequenzen nicht größer als 200 kHz arbeitenden Wandler eine Ausgangsleistung von 20 W, und Wandler bei Frequenzen zwischen 500 und 800 kHz hatten eine Ausgangsleistung von 15 W. Weiterhin hatten bei 1,6 MHz bzw. bei 2 MHz arbeitende Wandler eine Ausgangsleistung von 10 bzw. 8 W. Die Beziehung zwischen der Frequenz und der Ausgangsleistung der verwendeten Wandler ist in Fig. 3 aufgetragen.was measured and plotted in Figs. In In this case, the transducers operating at frequencies no greater than 200 kHz had an output power of 20 W, and converters at frequencies between 500 and 800 kHz had an output power of 15 W. Furthermore, they had converters operating at 1.6 MHz and 2 MHz have an output power of 10 or 8 W. The relationship between the The frequency and the output power of the converter used is plotted in FIG.
Aus den Fig. 4 und 5 ist zu ersehen, daß die mittlere Abtragungsrate bzw. -geschwindigkeit und der maximale effektive Abstand D jeweils konstant sind, wenn die Frequenzen der Schwingungen oder Ultraschallwellen kleiner als gegebene Werte sind. Wenn diese Werte überschritten werden, nehmen die Abtragungsrate und der maximale effektive Abstand D beide merklich zu. Es sei insbesondere darauf hingewiesen, daß die mittlere Abtragungsrate und der maximale effektive Abstand beide konstant und unabhängig von der Frequenz sind, wenn die Frequenz kleiner als 100 kHz ist. Wenn die Frequenz zwischen 100 kHz und 2 MHzFrom FIGS. 4 and 5 it can be seen that the average removal rate or speed and the maximum effective distance D are constant when the frequencies of the vibrations or ultrasonic waves are smaller as are given values. If these values are exceeded, the removal rate and the maximum effective Distance D both noticeably close. It should be noted in particular that the mean removal rate and the maximum effective distance are both constant and independent of the frequency if the frequency is less than 100 kHz. When the frequency is between 100 kHz and 2 MHz
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und insbesondere zwischen 300 und 1 MHz liegt, wird jedoch eine merkliche Steigerung hinsichtlich der mittleren Abtragungsrate und des maximalen effektiven Abstandes D trotz ejner Verringerung der Ultraschall-Ausgangsleistung erreicht. Eine Steigerung bis zum 1,5-fachen der Abtragungsrate und eine Steigerung bis zum 2-fachen des maximalen effektiven Abstandes D sind tatsächlich überraschend.and especially between 300 and 1 MHz, however, there will be a noticeable increase with respect to the mean Removal rate and the maximum effective distance D despite a reduction in the ultrasonic output power achieved. An increase of up to 1.5 times the removal rate and an increase of up to 2 times of the maximum effective distance D are actually surprising.
Es hat sich allgemein bestätigt, daß - wenn die Schwingungsfrequenz der Ultraschallwellen, die von den Ultraschalleinheiten ausgesandt werden, die den Bearbeitungsspaltbereich umgeben, im angegebenen Bereich liegt - das Bearbeiten bei einer rascheren Rate oder Geschwindigkeit erfolgt, um zu einer gegebenen Oberflächenrauhigkeit zu führen, und eine glattere Oberflächengüte bei einer gegebenen Abtragungsrate liefert. Weiterhin wird die Bearbeitungsausführung stabiler, und das Steuern des Bearbeitungsbetriebes wird erleichtert.It has been generally confirmed that if the oscillation frequency of the ultrasonic waves transmitted by the ultrasonic units that surround the machining gap area are sent in the specified area - machining is done at a faster rate or speed in order to achieve a given surface roughness and provides a smoother surface finish for a given rate of removal. Furthermore, the machining execution becomes more stable and the control of the machining operation becomes easier.
Fig. 6 zeigt ein Fluid-Strahlsystem zum elektrischen Bearbeiten, insbesondere für einen EDM-Betrieb, nach der Erfindung. Das System umfaßt ein Gehäuse 11, in dem elastisch eine Fluidverteilungskammer 12 mit einem Fluideinlaß 12a befestigt ist. Die Kammer 12 hat als Auslässe eine Vielzahl flexibler oder biegsamer, jedoch sich selbst tragender Rohre 13, 14 und 15, beispielsweise in der Form von Röhren mit zahlreichen Verbindungsstellen aus rostfreiem Stahl oder von Vinylchloridröhren, die daran angeschlossen sind, um ein Bearbeitungsfluid zu verteilen, das vom Einlaß 12a in diese Rohre eingespeist ist.Fig. 6 shows a fluid jet system for electrical Processing, in particular for an EDM operation, according to the invention. The system comprises a housing 11 in which elastic a fluid distribution chamber 12 is attached to a fluid inlet 12a. The chamber 12 has one as outlets A variety of flexible or pliable, but self-supporting tubes 13, 14 and 15, for example in shape of pipes with numerous joints made of stainless steel or of vinyl chloride pipes connected to them to distribute a machining fluid fed into these tubes from the inlet 12a.
An den einzelnen freien Enden der Rohre 13, 14 und 15 sind Ultraschalleinheiten 3, 4 und 5 angebracht, die in der anhand der Fig. 1 und 2 oder weiter unten beschrie-At the individual free ends of the tubes 13, 14 and 15 ultrasonic units 3, 4 and 5 are attached, which are described with reference to FIGS. 1 and 2 or below.
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benen Weise anzuordnen sind. Jede Ultraschalleinheit 3, 4 und 5 umfaßt einen elektromechanischen Wandler 3a, 4a und 5a sowie ein Horn oder einen Trichter 3b, 4b, 5b mit mittleren öffnungen, die miteinander übereinstimmen, um eine Fluid-Strahldüse zu bilden, damit jede der durch die Rohre 13, 14 und 15 verteilten Strömungen ausgespritzt und auf den Bereich des Bearbeitungsspaltes gerichtet wird. Die Wandler 3a, 4a werden durch eine Strom- bzw. Spannungsquelle 10 erregt, um ültraschallschwingungen einer Frequenz im Bereich zwischen 0,5 und 10 MHz, vorzugsweise zwischen 0,1 und 2 MHz, zu erzeugen, und um über das Horn 3b, 3c und 3d die Schwingungen an jede ausgespritzte Strömung der Bearbeitungsflüssigkeit zu legen, die auf den Bereich des Bearbeitungsspaltes gerichtet ist.are to be arranged in the same manner. Each ultrasound unit 3, 4 and 5 comprises an electromechanical transducer 3a, 4a and 5a and a horn or funnel 3b, 4b, 5b central openings that coincide with each other to form a fluid jet nozzle to allow each of the through the Tubes 13, 14 and 15 injected distributed flows and directed to the area of the machining gap will. The transducers 3a, 4a are excited by a current or voltage source 10 in order to generate ultrasonic vibrations a frequency in the range between 0.5 and 10 MHz, preferably between 0.1 and 2 MHz, and around to apply the vibrations to each ejected flow of the machining liquid via the horns 3b, 3c and 3d, which is directed to the area of the machining gap.
Die Verteilungskammer 12 ist vorzugsweise weiterhin mit einer Einrichtung zum schwingenden Aktivieren oder Anregen der darin enthaltenen Bearbeitungsflüssigkeit bei einer Schall- oder tieferen Ultraschallfrequenz, beispielsweise zwischen 100 Hz und 50 kHz, ausgestattet. Diese Einrichtung ist gezeigt mit einer schwingungsfähigen Platte 21, die auf einem Stab 22 gelagert ist, der in der Kammer 12 vorgesehen ist, und sie kann mit diesem bei der Frequenz von einem elektromagnetischen System 23 hin- und herfahren, das durch eine Strom- bzw. Spannungsquelle 24 erregt ist. Der Stab 22 ist elastisch auf der Bodenwand des Gehäuses 11 durch eine Feder 25 befestigt. Zwei Begrenzungsstifte 26 sind in der Kammer 12 vorgesehen, um die unterste Stellung der schwingungsfähigen Platte 21 festzulegen.The distribution chamber 12 is preferably further provided with a device for oscillating activation or Exciting the machining fluid contained therein at a sonic or lower ultrasonic frequency, for example between 100 Hz and 50 kHz. This device is shown with a vibratory Plate 21 which is mounted on a rod 22 which is provided in the chamber 12, and it can with this at the Frequency of an electromagnetic system 23 back and forth, which is generated by a current or voltage source 24 is excited. The rod 22 is resiliently attached to the bottom wall of the housing 11 by a spring 25. Two limit pins 26 are provided in the chamber 12 to the lowest position of the vibratable plate 21 to be determined.
Infolge dieser Hilfsschwingungseinrichtung hat jede von jeder Ultraschall/Düseneinheit 3, 4, 5 eingespritzte Fluidstrahl-Strömung die niederfrequenten Schwingungen, denen die hochfrequenten Ültraschallschwingungen aufgrund des Betriebs der Wandler 3a, 3b, 3c überlagert sind. AlsAs a result of this auxiliary vibrator, each of each ultrasonic / nozzle unit has 3, 4, 5 injected Fluid jet flow the low-frequency vibrations that the high-frequency ultrasonic vibrations are due to the operation of the transducers 3a, 3b, 3c are superimposed. as
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Ergebnis hat sich gezeigt, daß Späne und Teer, die am Bearbeitungsspalt durch das elektroerosive Bearbeiten erzeugt werden, leie'iter vom kleinen Bearbeitungsspalt oder der ZwischenfIac/e entfernt werden. Zusätzlich ist der Kühleffekt für die Werkzeugelektrode verbessert, was eine gesteigerte Lebensdauer gewährleistet, die Schärfe einer bearbeiteten Kante ist verbessert, und die Abtragungsrate oder -geschwindigkeit ist erhöht.The result has been shown that chips and tar, which at the machining gap are generated by the electrical discharge machining, led by the small machining gap or the Intermediate surfaces must be removed. In addition, there is the cooling effect for the tool electrode, which ensures an increased service life, improves the sharpness of a machined edge is improved and the rate or speed of removal is increased.
Fig. 7 zeigt eine Verteilungskammer 12, ein Gehäuse 11 und flexible Rohre 13, 14 und 15 in einer zur Fig. 6 ähnlichen Form, wobei die Rohre an ihren jeweiligen freien Enden ültraschalleinheiten 3, 4 und 5 besitzen, die so angeordnet sind, daß sie den Bereich des Bearbeitungsspaltes G umgeben, der zwischen einer EDM-Elektrode 1 und einem Werkstück 2 gebildet ist, das in eine Bearbeitungsflüssigkeit 27 eintaucht, die in einem Arbeitsbehälter 28 aufgenommen ist. Die Werkzeugelektrode 1 und das Werkstück 2 sind mit einer EDM-Strom- bzw. -Spannungsquelle 29 verbunden, die eine Reihe elektrischer Bearbeitungsimpulse an den mit der dielektrischen Flüssigkeit gefüllten Bearbeitungsspalt G liefert, um Material vom Werkstück 2 abzutragen. Während des Ablaufes eines Bearbeitungsbetriebes kann die Werkzeugelektrode 1 dreidimensional verschoben werden, um einen Hohlraum 2a im Werkstück 2 zu bilden.FIG. 7 shows a distribution chamber 12, a housing 11 and flexible pipes 13, 14 and 15 in one of FIG. 6 similar shape, the tubes having ultrasonic units 3, 4 and 5 at their respective free ends so arranged are that they surround the area of the machining gap G between an EDM electrode 1 and a Workpiece 2 is formed, which is immersed in a machining liquid 27, which is received in a working container 28 is. The tool electrode 1 and the workpiece 2 are connected to an EDM current or voltage source 29, a series of electrical machining pulses to the machining gap filled with the dielectric fluid G supplies to remove material from workpiece 2. During the course of a machining operation the tool electrode 1 can be shifted three-dimensionally in order to form a cavity 2a in the workpiece 2.
Die Hochfrequenz-Ultraschall-Strom- bzw. -Spannungsquelle 10 ist mit den jeweiligen Wandlern der Ultraschalleinheiten über eine Parallelverbindung eines Widerstandes 31 und eines Ein-Aus-Schalters 32 verbunden, der hier durch einen Zuführungsschalter gezeigt ist, der durch eine elektromagnetische Spule 33 betrieben wird. Ein Fühlerwiderstand liegt an der Werkzeugelektrode 1 und dem Werkstück 2 parallel mit der EDM-Strom- bzw. -Spannungsquelle, um den EDM-Spaltzustand abhängig von der am Widerstand 34 erfaßten Spannung zu ermitteln. Eine Steuerschaltung 35 spricht auf die er-The high-frequency ultrasonic current or voltage source 10 is connected to the respective transducers of the ultrasonic units connected via a parallel connection of a resistor 31 and an on-off switch 32, which is here by a feed switch is shown operated by an electromagnetic Coil 33 is operated. A sensor resistor is located on the tool electrode 1 and the workpiece 2 in parallel with the EDM current or voltage source to determine the EDM gap state as a function of the voltage detected at resistor 34 to investigate. A control circuit 35 responds to the
faßte Spannung an und ist so ausgelegt, daß die Spule 33 erregt wird, wenn die Spannung unter einen vorgewählten Schwellenwertpegel absinkt. Somit liegt in einem normalen oder befriedigenden Bearbeitungszustand der Widerstand 31 in der Schaltung zwischen der Strom- bzw. Spannungsquelle 10 und jeder der Ultraschalleinheiten 3, 4 und 5, um die Ultraschallwellen bei jeder Einheit auf einen begrenzten Pegel erzeugen zu können. Wenn die Spaltspannung unter den Schwellenwert abfällt, was einen Kurzschlußzustand aufgrund eines Verstopfens des Spaltbereiches mit Bearbeitungsprodukten wiederspiegelt, wird die Spule 33 erregt, um den Schalter 32 zu schließen, wodurch der Strombegrenzungswiderstand 31 nebengeschlossen oder die Strombzw. Spannungsquelle 10 direkt an jeden Wandler der Einheiten 3, 4 und 5 angeschlossen wird. Die Einheiten 3, 4 und 5 sind so erregt, um die Ultraschallwellen bei einem höchsten Pegel zu erzeugen, damit die Spaltreinigung verstärkt wird. Während das Gehäuse 11 außerhalb des Arbeitsbehälters 28 angeordnet gezeigt ist, kann es auch in diesem vorgesehen werden.grasped voltage and is designed so that the coil 33 is energized when the voltage falls below a preselected one Threshold level drops. Thus, the resistor 31 is in a normal or satisfactory processing state in the circuit between the current or voltage source 10 and each of the ultrasonic units 3, 4 and 5 to the To be able to generate ultrasonic waves at a limited level at each unit. When the gap tension is below the threshold value drops, resulting in a short-circuit condition due to clogging of the gap area with processing products reflected, the coil 33 is energized to close the switch 32, thereby reducing the current limiting resistor 31 shunted or the Strombzw. Voltage source 10 directly to each converter of the units 3, 4 and 5 is connected. The units 3, 4 and 5 are so excited that the ultrasonic waves at a to generate the highest level so that the gap cleaning is intensified. While the housing 11 is shown arranged outside the working container 28, it can also be in this are provided.
In einem in Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind sechs ähnliche Ultraschalleinheiten 3, 4, 5, 6, 7 und 8 so angeordnet, daß sie den Bereich eines EDM-Spaltes oder einer Zwischenfläche zwischen der aktiven Elektrodenoberfläche 1a einer Werkzeugelektrode 1 in der Form eines Kegels und einem Werkstück 2 in der Form eines rechteckigen Blockes umgeben, der auf zwei Rampen im Arbeitsbehälter 28 gelagert ist, der eine Bearbeitungsflüssigkeit bis zu einem Pegel enthält, so daß die Einheiten 3 bis 8 sowie der Bereich des Bearbeitungsspaltes G vollständig darin eintauchen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine der Ultraschalleinheiten 3 schwenkbar auf einem gegabelten Lagerarm 37 gelagert und einstellbar an dessen Griffen 37a und 37b mittels einer Schraube oder eines Bolzens 38 ge-In an embodiment of the invention shown in FIG. 8, six similar ultrasonic units 3, 4, 5, 6, 7 and 8 arranged so that they the area of an EDM gap or an interface between the active electrode surface 1a a tool electrode 1 in the shape of a cone and a workpiece 2 in the shape of a rectangular one Surrounding block, which is mounted on two ramps in the working tank 28, which is a processing liquid contains up to a level, so that the units 3 to 8 and the area of the machining gap G completely immerse yourself in it. In this embodiment, one of the ultrasonic units 3 is pivotable on a forked one Bearing arm 37 supported and adjustable at its handles 37a and 37b by means of a screw or bolt 38.
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sichert gezeigt, wobei der Stab zum oberen Ende hin in eine Röhre 37c eingepaßt ist, die auf einer gegabelten Armunterlage 39 gelagert und daran mittels einer Schraube oder eines Bozens 40 einstellbar gesichert ist. Die Stellung der Röhre 37c auf dem Armstab 37 und damit die Trägerlänge des letzteren von der Armunterlage 39 oder die vertikale Stellung der Ultraschalleinheit 3 ist durch einen Stift 41 einstellbar. Die Armunterlage 39 ist gleitend auf einer Führungsschiene 42 beweglich, die auf einer inneren Seitenwand 28a des Arbeitsbehälters 28 ausgeführt ist. Die Stellung der Armunterlage 39 auf der Führungsschiene 42 und damit die horizontale Stellung der Einheit 3 ist durch einen Stift oder eine Klemme 43 einstellbar. Die Winkel- oder Schwenkstellung der Einheit 3 auf den Griffen 37a und 37b des Lagerarmes 37 und damit die Winkelausrichtung der Einheit 3 im System ist durch die Einstellung der Schraube oder des Bolzens 38 einstellbar. Die anderen ültraschalleinheiten 4, 5, 6, 7 und 8 sind in ähnlicher Weise auf Seitenwandteilen des Arbeitsbehälters 28 gelagert, obwohl dies zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt ist.secures shown, the rod is fitted towards the upper end in a tube 37c which is on a forked Arm pad 39 is mounted and is adjustably secured thereon by means of a screw or a bolt 40. The position of the tube 37c on the arm rod 37 and thus the support length of the latter from the arm pad 39 or the vertical The position of the ultrasonic unit 3 can be adjusted by means of a pin 41. The arm pad 39 is sliding movable on a guide rail 42 which is carried out on an inner side wall 28 a of the working container 28 is. The position of the arm support 39 on the guide rail 42 and thus the horizontal position of the unit 3 is adjustable by a pin or a clamp 43. The angular or pivoting position of the unit 3 on the Handles 37a and 37b of the bearing arm 37 and thus the angular alignment of the unit 3 in the system is determined by the setting the screw or the bolt 38 adjustable. The other ultrasonic units 4, 5, 6, 7 and 8 are similar Way mounted on side wall parts of the working container 28, although this is for simplicity of illustration is not shown.
Die ültraschalleinheiten 3, 4,5, 6, 7 und 8 enthalten ihre jeweiligen elektromechanischen Wandler, die jeweils ein piezoelektrisches oder elektrostriktives Element oder ein magnetostriktives Element umfassen, die in Phase miteinander an den Hochfrequenzgenerator 10 angeschlossen sind, wie dies in Fig. 9 dargestellt ist. Die Schaltungsanordnung kann abgewandelt werden, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist, um einen Verstärker 10a, 10b, 10c, 1Od, 10f zwischen dem Generator 10 und jedem der Wandler der Einheiten 3, 4, 5, 6, 7 und 8 aufzuweisen.The ultrasonic units 3, 4, 5, 6, 7 and 8 contain their respective electromechanical transducers, each a piezoelectric or electrostrictive element or comprise a magnetostrictive element connected in phase with each other to the high frequency generator 10, as shown in FIG. The circuit arrangement can be modified as shown in Fig. 10, an amplifier 10a, 10b, 10c, 10d, 10f between the generator 10 and each of the converters of the units 3, 4, 5, 6, 7 and 8.
Ein Werkstück aus SKD-11-Stahl wird elektroerosivA workpiece made of SKD-11 steel becomes electroerosive
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mit einer Kupferelektrode als Werkzeug und Kerosin als Bearbeitungsflüssigkeit bearbeitet, während zahlreiche Ultraschalleinheiten benutzt werden, die jeweils bei einer Frequenz von 0,8 MHz arbeiten. Die EDM-Impulse haben eine Ein-Zeit oder Impulsdauer von 10 /US, eine Aus-Zeit oder ein Impulsintervall von 5 ,us und einen Spitzenstrom von 25 A. Die Ergebnisse sind in der Kurve der Fig. 11 gezeigt, in der die EDM-Abtragungsrate (g/mm) auf der Ordinate und die Bearbeitungstiefe (mm) auf der Abszisse aufgetragen sind. In dieser Figur gilt eine Kurve A für eine einzige Ultraschalleinheit, eine Kurve B für zwei Ultraschalleinheiten und eine Kurve C für vier Ultraschalleinheiten. machined with a copper electrode as a tool and kerosene as the machining fluid, while numerous Ultrasonic units are used, each operating at a frequency of 0.8 MHz. Have the EDM pulses an on-time or pulse duration of 10 / US, an off-time or a pulse interval of 5 µsec and a peak current of 25 A. The results are shown in the graph of FIG. 11, in which the EDM removal rate (g / mm) on the The ordinate and the machining depth (mm) are plotted on the abscissa. In this figure, a curve A applies to a single ultrasonic unit, a curve B for two ultrasonic units and a curve C for four ultrasonic units.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 12 verwendet eine erste Gruppe von Ultraschalleinheiten 3, 4 und 5, die bei einer hohen Ultraschallfrequenz im Bereich zwischen 0,1 und 1,6 MHz arbeiten, und eine zweite Gruppe von Ultraschalleinheiten 6, 7 und 8, die bei einer niederen Ultraschallfrequenz im Bereich zwischen 20 und 50 kHz arbeiten, wobei die Einheiten 3 bis 5 und die Einheiten 6 bis 8 in jeder Gruppe symmetrisch so angeordnet sind, daß sie den Bearbeitungsspaltbereich zwischen dem Werkzeug 1 und dem Werkstück 2 in dem Arbeitsbehälter 28 in der oben erläuterten Weise umgeben.The embodiment of FIG. 12 uses a first group of ultrasonic units 3, 4 and 5, which at a high ultrasonic frequency in the range between 0.1 and 1.6 MHz, and a second group of ultrasonic units 6, 7 and 8, which operate at a low ultrasonic frequency in the range between 20 and 50 kHz, the units 3 to 5 and the units 6 to 8 in each group are symmetrically arranged so that they Machining gap area between the tool 1 and the workpiece 2 in the working container 28 in the above-explained Way around.
Wie in der Fig. 13 gezeigt ist, werden die Einheiten 3, 4 und 5 in der ersten Gruppe in Phase miteinander durch eine Strom- bzw. Spannungsversorgung 100 aus einer Gleichstromquelle 101, einem Hochfrequenzoszillator 102 und einem Verstärker 103 erregt, während die Einheiten 6, 7 und 8 in der zweiten Gruppe in Phase miteinander durch eine Strom- bzw. Spannungsversorgung 104 aus einer Gleichstromquelle 105, einem Niederfrequenzoszillator 106 und einemAs shown in Fig. 13, the units 3, 4 and 5 in the first group in phase with each other by a power supply 100 from a direct current source 101, a high frequency oscillator 102 and an amplifier 103, while the units 6, 7 and 8 in the second group in phase with each other by a power supply 104 from a DC power source 105, a low frequency oscillator 106 and a
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Verstärker 107 versorgt werden.Amplifier 107 are supplied.
Die Erf i .ldung ermöglicht so ein Verfahren und eine Vorrichtung σ im Bearbeiten, insbesondere zum elektroerosiven Bearbeiten, wobei der Wirkungsgrad, die Stabilität und der Arbeitsablauf wesentlich verbessert sind.The invention thus enables a method and a Device σ in machining, in particular for electrical discharge machining Machining where the efficiency, stability and workflow are significantly improved.
.130047/0441.130047 / 0441
Claims (25)
gekennzeichnet durch4. The method according to claim 3,
marked by
dadurch gekennzeichnet,6. The method according to claim 1,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,8. The method according to claim 7,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,9. The method according to claim 8,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,10. The method according to claim 1,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,12. The device according to claim 11,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,13. Apparatus according to claim 11,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,14. Apparatus according to claim 13,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,15. Apparatus according to claim 14,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,16. The device according to claim 15,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,17. The device according to claim 14,
characterized,
gekennzeichnet durch18. Apparatus according to claim 14,
marked by
dadurch gekennzeichnet,20. Apparatus according to claim 11,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,21. The device according to claim 11,
characterized,
gekennzeichnet durch23. The device according to claim 11,
marked by
dadurch gekennzeichnet,24. The device according to claim 21,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,25. Apparatus according to claim 24,
characterized,
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8125 | Change of the main classification |
Ipc: B23H 7/38 |
|
8130 | Withdrawal |