DE3941335C2 - - Google Patents
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- DE3941335C2 DE3941335C2 DE3941335A DE3941335A DE3941335C2 DE 3941335 C2 DE3941335 C2 DE 3941335C2 DE 3941335 A DE3941335 A DE 3941335A DE 3941335 A DE3941335 A DE 3941335A DE 3941335 C2 DE3941335 C2 DE 3941335C2
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Bearbeitungsvorrichtung wie beispielsweise eine
elektrische Drahtschnittentladungsmaschine, die mit einer
Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse ausgestattet ist, nach
dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine derartige Bearbeitungsvorrichtung ist aus der DE 34 19 628
C2 bekannt.
Aus der DE 26 44 608 B2 ist eine Schutzeinrichtung für
Schiebe- oder Rolltore, Pressenschutzschirme und
dergleichen bekannt, bei der der Signalgeber durch einen
elektrisch leitenden, elastisch verformbaren, der auf
seiner gesamten Länge von einem Steuerstrom durchflossen
ist, gebildet wird. Ein Zusammendrücken des Streifens an
irgendeiner Stelle seines Längsbereiches führt zu einer
Veränderung seines Widerstandes. Die Änderung des
Durchgangswiderstandes wird von einem Steuergerät erfaßt
und ein Steuersignal ausgelöst, welches zum Beispiel zur
Stillsetzung des Antriebes führt.
In der DE 37 23 250 A1 ist ferner für eine Elektro-Erosionsmaschine
eine Endschaltereinrichtung beschrieben,
die bei einer Kollision von beweglichen und feststehenden
Maschinenteilen durch Verformung eines elastischen und
damit initiierter Auslösung zum Anhalten der
Antriebsbewegung führt.
Bei keiner der aus den genannten Druckschriften bekannten
Anordnung ist jedoch der Einsatz des druckempfindlichen
Signalgebers zur Positionierung des Bearbeitungskopfes
relativ zum Werkstück vorgesehen.
Fig. 5 veranschaulicht die stellungsmäßige Beziehung
zwischen einem X-Y-Kreuztisch und einem Bearbeitungskopf
der elektrischen Drahtschnittentladungsmaschine. In Fig. 5
bezeichnen die Bezugszeichen: 1 - ein zu bearbeitendes
Werkstück, das auf dem X-Y-Kreuztisch 2 plaziert ist, der
in der Waagrechtebene beweglich ist; und 3 - den
Maschinenkopf, der eine Maschinenflüssigkeitsspritzdüse 4
und eine Elektrodenführung 6 besitzt und an einem Schaft 7
befestigt ist, welcher im Chassis (nicht dargestellt) der
elektrischen Entladungsmaschine in Richtung der Z-Achse
verschiebbar ist. Der X-Y-Tisch 2 und der Schaft 7 werden
jeweils durch Antriebsmotoren 15 und 16 bzw. einen
Antriebsmotor 17 bewegt, wobei die Bewegungsbeträge durch
eine Steuereinheit 9 überwacht werden. Durch Bewegen des
X-Y-Quertisches 2 werden das Werkstück 1 und die
Drahtelektrode 5 zweidimensional zueinander bewegt. Das
Werkstück 1 und die Düse 4 werden durch Bewegen des
Maschinenkopfes 3 in Stellung gehalten. In dem Falle, daß
das Werkstück 1 eine ungleichförmige Dicke besitzt, wird
der Maschinenkopf 3 automatisch in Richtung der Z-Achse
entsprechend der Dicke bewegt.
Um die Bearbeitungsgeschwindigkeit beim Betrieb der
elektrischen Drahtschnittentladungsmaschine zu steigern,
ist es erforderlich, den anfallenden Schlamm aus dem
Bearbeitungsschlitz wirksam und ausreichend zu entfernen.
Zu diesem Zweck ist es wesentlich, daß die durch den
Schlitz zwischen dem Werkstück 1 und der Mündung der
Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse 4 auslaufende
Bearbeitungsflüssigkeit minimal gehalten wird, wodurch der
Druck der Bearbeitungsflüssigkeit im Bearbeitungsschlitz
erhöht wird. Im allgemeinen beträgt der Abstand zwischen
der Halterung der Maschinenflüssigkeitsspritzdüse 4 und
dem Werkstück 1 etwa 100 µm, d. h., er ist visuell recht
schwer festzustellen. Entsprechend der Dicke des
Werkstückes 1 muß sich der Maschinenkopf 3 in Richtung der
Z-Achse befinden, wobei der Abstand zwischen den beiden
solange eingehalten werden muß, bis der Kopf exakt in
Stellung gebracht ist. Zu diesem Zweck können die beiden
folgenden Methoden zur Einstellung des Maschinenkopfes in
Betracht gezogen werden: Bei der ersten Methode wird der
Maschinenkopf mit einem zwischen das Werkstück 1 und die
Stirnfläche der Düse 4 eingefügten Dickenfühler
positioniert. Bei der zweiten Methode wird der
Maschinenkopf 3, nachdem die Stirnfläche der Düse 4 in
Berührung mit dem Werkstück 1 gebracht worden ist, um den
geforderten Abstand angehoben. Um daher das Problem zu
vermeiden, daß die Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse 4
beim irrtümlichen Zusammenstoß mit dem Werkstück
zerbrochen wird, wenn der Maschinenkopf 3 zur
Positionierung durch den Antriebsmotor bewegt wird, ist es
erforderlich, Mittel zur Erfassung der Kollision
vorzusehen, um den Maschinenkopf anzuhalten.
Die Fig. 6A und 6B stellen Schnittansichten durch einen
konventionellen Maschinenkopf dar. Die
Bearbeitungslösungsspritzdüse 4 ist an dem unteren
Endabschnitt des Maschinenkopfes über eine Feder 10 mit
einem Rückhaltering 11 befestigt. Der Maschinenkopf
besitzt einen Grenzschalter 12 zur Erfassung des Hubes der
Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse 4. Der Signalausgang
des Grenzschalters 12 ist mit der Steuereinheit 9
verbunden.
Gemäß Fig. 6A steht die Düse 4 nicht mit dem Werkstück 1
in Verbindung. In diesem Zustand wird die Düse 4 durch die
Feder 10 und den Rückhaltering 4 so gehalten, daß der
Grenzschalter 12 nicht betätigt wird. Beim Bewegen des
Maschinenkopfes 3 in Richtung auf das Werkstück 1 gelangt
die Düse 4 in Berührung mit dem Werkstück 1 und wird
dadurch gestoppt. Wenn in dieser Lage der Maschinenkopf
weiter in Richtung auf das Werkstück 1 bewegt wird, stößt
der am Maschinenkopf 3 befestigte Grenzschalter 12 an der
oberen Stirnfläche der Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse
4 an, so daß er betätigt wird und ein Ausgangssignal
liefert. Das Signal geht an die Steuereinheit 4 und
beendet die Bewegung des Bearbeitungskopfes 3.
Wie oben beschrieben, wird bei der konventionellen
elektrischen Drahtschnittentladungsmaschine, wenn der
Bearbeitungskopf in Richtung der Z-Achse nach unten bewegt
wird, der Zusammenstoß des Kopfes mit dem Werkstück wie
folgt erfaßt: Nachdem die
Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse des Maschinenkopfes mit
dem Werktstück in Berührung gekommen ist, wird der
Grenzschalter mechanisch betätigt und gibt ein Signal zum
Anhalten der Bewegung des Bearbeitungskopfes aus. Die
Methode besitzt jedoch den Nachteil, daß der Grenzschalter
nicht korrekt betätigt wird, weil sich während der
Bearbeitung Schlamm angesammelt hat, so daß der
Maschinenkopf nicht angehalten wird, mit der Folge, daß
die Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse, der Schaft und der
Maschinenkopf zerbrochen werden. Weiter kann bei der oben
beschriebenen konventionellen elektrischen
Drahtschnittentladungsmaschine nicht festgestellt werden,
wenn das Werkstück waagrecht bewegt wird und mit der Düse
zusammenstößt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Bearbeitungsvorrichtung zu schaffen, bei der der
Zusammenstoß eines Bearbeitungsorgans, wie etwa eines
Bearbeitungskopfes, mit dem Werkstück positiv erfaßt
werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1.
Insbesondere wird durch die Erfindung
eine Bearbeitungsvorrichtung geschaffen, die
eine Düse zum Spritzen einer Lösung zwecks Beschleunigung
des Bearbeitungsvorganges besitzt, wobei die Düse aus
einem elektrisch isolierenden Material besteht, sowie ein
Bearbeitungswerkzeug zur Bearbeitung eines Werkstückes,
wobei das Bearbeitungswerkzeug an der Lösungsspritzmündung
der Düse angeordnet ist, und die Vorrichtung weiter gemäß
der Erfindung folgende Komponenten aufweist: ein
elektrisch leitendes elastisches Element, das an
mindestens einem Teil der Düse befestigt ist, wobei das
elastische Element bei der Verformung seinen Widerstand
ändert; Mittel zur Erfassung der Widerstandsänderung des
elastischen Elementes; und Mittel, um festzustellen, ob
die Widerstandsänderung durch den Druck der von der Düse
gespritzten Flüssigkeit, oder durch die Kollision der Düse
verursacht wird, um den Bearbeitungsvorgang zu stoppen,
wenn die Widerstandsänderung durch die Kollision der Düse
verursacht ist.
Wenn bei der Bearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung
die Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse mit dem Werkstück
kollidiert, drücken die Düse und das Werkstück das
elektrisch leitende elastische Element zusammen und ändern
damit seinen Widerstand. Die so verursachte
Widerstandsänderung wird erfaßt. Die durch den
Zusammenstoß verursachte Widerstandsänderung unterscheidet
sich in ihrer Charakteristik von einer
Widerstandsänderung, die durch den Druck der von der Düse
ausgestoßenen Lösung hervorgerufen wird. Durch die
Unterscheidung der beiden unterschiedlichen
Widerstandsänderungen kann die Kollision der Düse mit dem
Werkstück erfaßt werden.
Art, Prinzip und Nützlichkeit der Erfindung werden durch
die nachfolgende Beschreibung anhand der in
den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele verdeutlicht, in denen
gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen oder Buchstaben
gekennzeichnet sind.
Fig. 1A stellt eine Schnittansicht dar, teilweise als
Blockschaltung ausgeführt, die einen Maschinenkopf
eines ersten Ausführungsbeispiels der
Bearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht, während Fig. 1B
ebenfalls eine Schnittansicht darstellt, welche
den Maschinenkopf mit der über ein elektrisch
leitendes Gummielement gegen das Werkstück
anstoßenden Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse
veranschaulicht;
Fig. 2 stellt das Schaltbild der in Fig. 1A vorkommenden
Brückenschaltung dar;
Fig. 3 ist eine grafische Darstellung der
Widerstandsänderung des in der Vorrichtung gemäß
der Erfindung verwendeten elektrisch leitenden
Gummielementes;
Fig. 4A und 4B
stellen Schnittansichten, teilweise als
Blockschaltbild ausgeführt, dar, die ein zweites
Ausführungsbeispiel der Bearbeitungsvorrichtung
gemäß der Erfindung veranschaulichen;
Fig. 5 ist eine perspektivische Darstellung der
stellungsgemäßen Beziehungen zwischen dem
X-Y-Kreuztisch und dem Bearbeitungskopf einer
elektrischen Drahtschnittentladungsmaschine; und
Fig. 6A und 6B
zeigen Schnittansichten eines konventionellen
Bearbeitungskopfes einer elektrischen
Drahtschnittentladungsmaschine.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 ein Beispiel
einer Bearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Bearbeitungsvorrichtung
ist eine Bearbeitungslösungsspritzdüse 4 aus isolierendem
Material am unteren Endabschnitt eines Bearbeitungskopfes
befestigt, während ein elektrisch leitendes Gummielement
13 mit der unteren Stirnfläche der Düse 4 gegenüber dem
Werkstück 1 verbunden ist. Mit dem Gummielement 13 ist
eine elektrische Brückenschaltung 14 verbunden, die die
Widerstandsänderung des Gummielementes 13 mißt, wenn es
verformt wird. Bei der Brückenschaltung handelt es sich um
eine konventionelle Schaltung, wie aus Fig. 2 hervorgeht.
Die Brückenschaltung 14 besitzt die Widerstände R₁,
R₂, R₃ und R₅, deren Widerstandswerte bekannt sind,
und einen Widerstand R₄, dessen Widerstandswert
unbekannt ist. Der Widerstand R₄ ist das obenerwähnte
elektrisch leitende Gummielement 13.
Gemäß Fig. 1A steht die Bearbeitungslösungsspritzdüse 4
mit dem Werkstück 1 nicht in Berührung. In dieser
Situation werden die Widerstände R₁, R₂ und R₃ so
eingestellt, daß die Vorschrift R₂ · R₃=R₁ · R₄
erfüllt wird und im Widerstand R₅ kein Strom I₅
fließt. Wenn nun der Bearbeitungskopf 3 durch den
Antriebsmotor entlang der Z-Achse nach unten bewegt wird,
gelangt das an der unteren Stirnfläche der Düse 4
befestigte elektrische leitenden Gummielement 13 in
Kontakt mit dem Werkstück 1. Bei diesem Vorgang wird das
Werkstück vor elektrischer Erosion geschützt, weil die
Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse aus isolierendem
Material besteht. Wenn der Bearbeitungskopf 3 weiter nach
unten bewegt wird, wird das elektrisch leitende
Gummielement 13 zusammengedrückt, durch das Werkstück und
die Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse 4 verformt, welche
beispielsweise aus einem harten Material wie Keramik
besteht. Wird das Gummielement 13 innerhalb der
Elastizitätsgrenze verformt, hebt es den Bearbeitungskopf
3 an; wenn es freigegeben wird, stellt sich seine Form
wieder her. Wird durch die Verformung der Widerstandswert
des Widerstandes R₄ um den Betrag ΔR₄ erhöht, fließt
durch die Brückenschaltung 14 ein Strom proportional zu
R₄/ΔR₄. Der Strom I₅ wird durch eine
Entscheidungsschaltung 8 erfaßt und als Stopsignal der
Steuereinheit 8 zugeführt, so daß der Schaft 7 angehalten
wird. Dementsprechend wird die Abwärtsbewegung des
Bearbeitungskopfes in dem Moment angehalten, in dem die
Bearbeitungslösungsspritzdüse 4 mit dem Werkstück 1 in
Berührung kommt. Das elektrisch leitende Gummielement
kann zusätzlich zum Schutz der Düse 4 gegen Beschädigung
dienen.
Nach dem Start arbeitet die elektrische
Drahtschnittentladungsmaschine wie folgt: Wenn vor einem
Bearbeitungsgang der Positionierungsvorgang in der oben
beschriebenen Weise durchgeführt worden ist, wird
Bearbeitungsflüssigkeit von der Düse 4 ausgestoßen und ein
Bearbeitungssignal der Drahtelektrode 5 zugeführt. Damit
wird der Bearbeitungsgang ausgelöst. Fig. 3 zeigt die
Widerstandsänderung des elektrisch leitenden
Gummielementes 3 nach dem Beginn des Bearbeitungsganges.
In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen A diejenige
Widerstandsänderung, die auf den Druck der anfänglich
gespritzten Bearbeitungslösung zurückzuführen ist, d. h.,
daß sich der Widerstand abrupt ändert. Da das Gummielement
elastisch ist, schwingt es für eine kurze Zeit. Nach
Ablauf dieses Übergangsverhaltens bleibt der Widerstand
konstant, wie durch das Bezugszeichen B angezeigt wird,
und zwar so lange, bis die Geschwindigkeit des Düsenstrahls
der Bearbeitungsflüssigkeit geändert wird. Wenn sich nun
in dem Falle, daß der Bearbeitungskopf bewegt wird, der
Widerstand von einem bestimmten Zeitpunkt an ändert, wie
durch das Bezugszeichen C angezeigt wird, kann daraus
geschlossen werden, daß die
Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse 4 mit einem Gegenstand
in Berührung gekommen ist, wodurch das elektrisch leitende
Gummielement 13 verformt wird. Die Entscheidungsschaltung
8 stellt aus den obenerwähnten Widerstandskennlinien fest,
ob die Widerstandsänderung durch den normalen Betrieb oder
durch die Kollision der Düse verursacht worden ist. Wird
festgestellt, daß die Widerstandsänderung durch die
Kollision hervorgerufen worden ist, liefert die
Entscheidungsschaltung ein Signal an die Steuerschaltung 9
zu deren Information.
Bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist
das Gummielement 13 mit der unteren Stirnfläche der
Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse 4 verbunden, die dem
Werkstück gegenübersteht. Die Düse 4 kann aber auch in
ihrer Gesamtheit mit einem elektrisch leitenden
Gummielement 13 bedeckt sein, wie in Fig. 4 gezeigt ist.
Diese Ausführungsform ist bei der Erfassung des
Zusammenstoßes der Düse in dem Falle wirksam, daß der
Bearbeitungskopf in der Waagrechtebene oder in einer
zweidimensionalen Ebene X-Y bewegt wird.
Claims (3)
1. Bearbeitungsvorrichtung mit einer Düse zum Spritzen
einer Flüssigkeit zwecks Beschleunigung eines
Bearbeitungsvorganges, wobei die Düse aus einem
elektrisch isolierenden Material besteht; sowie mit
einem Bearbeitungswerkzeug zum Bearbeiten eines
Werkstückes, wobei das Bearbeitungswerkzeug an der
Flüssigkeitsspritzmündung der Düse angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Vorrichtung weiter folgende Komponenten aufweist:
- - ein elektrisch leitendes elastisches Element, das an mindestens einem Teil der Düse befestigt ist, wobei das elastische Element bei Verformung seinen Widerstand ändert;
- - Mittel zur Erfassung der Widerstandsänderung des elastischen Elementes; und
- - Mittel, um festzustellen, ob die Widerstandsänderung durch den Druck der von der Düse gespritzten Flüssigkeit, oder durch die Kollision der Düse verursacht wird, um einen Bearbeitungsvorgang zu beenden, wenn die Widerstandsänderung durch die Kollision der Düse verursacht ist.
2. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das
elastische Element mit der unteren Stirnfläche der
Bearbeitungsflüssigkeitsspritzdüse verbunden ist, die
dem Werkstück gegenübersteht.
3. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Düse in
ihrer Gesamtheit mit dem elektrisch leitenden
Gummielement überzogen ist.
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