DE1615109B2 - Vorrichtung zur funkenerosiven Bearbeitung von metallischen Werkstücken - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur funkenerosiven Bearbeitung von metallischen Werkstükken, insbesondere solchen mit großen Abmessungen, mit einer auf den elektrischen Zustand im Spalt ansprechenden Steuervorrichtung für die Relativbewegung zwischen Elektrode und Werkstück zur Einstellung der gewünschten Spalthöhe, wobei Werkstück und Elektrode durch mehrere synchronisierte Winden gegeneinder bewegbar sind.

Es sind bereits zahlreiche Vorrichtungen zur elektrischen Bearbeitung von metallischen Werkstücken bekannt, bei welchen das Abtragen von Metallpärtikeln durch die Einwirkung eines zwischen einer als Werkzeug dienenden Elektrode und einem zu bearbeitenden Werkstück fließenden elektrischen Stromes erzielt wird. Der elektrische Strom kann in Form von elektrischen, zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück überspringenden Entladungen fließen, wobei diese beiden Teile durch einen mit einer dielektrischen Flüssigkeit ausgefüllten sehr kleinen Spielraum voneinander getrennt sind. An Stelle der dielektrischen Flüssigkeit kann ebenso ein Elektrolyt verwendet werden, wobei dann die Bearbeitung durch eine elektrochemische Wirkung erzielt wird.

Für Werkstücke mit kleineren und mittleren Abmessungen arbeiten diese Vorrichtungen einwandfrei und sind für die Bearbeitung von sehr harten Stoffen besonders zweckmäßig.

Wird die Bearbeitung größerer Werkstücke erfordert, z.B. Tiefziehwerkzeuge für Karosserieblech von Kraftwagen, so werden die Werkstücke und die Werkzeugelektroden derart umfangreich, daß ihr Gewicht einige Tonnen erreicht und ihre Bearbeitung mit elektrischem Verfahren auf beträchtliche Schwierigkeiten stößt hinsichtlich der genauen Lagefestlegung und der haarscharfen Kontrolle des Verschubes der Werkzeugelektrode und des Werkstückes. Man war bisher genötigt, eine Tiefziehpresse für die Führung der Werkzeugelektrode in bezug auf die Matrize zu benützen, wobei im allgemeinen die Elektrode als Gegenmatrize gebildet wird. Diese Lösung ist deshalb nachteilig, weil die für die elektrische Bearbeitung in Anspruch genommene Presse für ihren normalen Betrieb eine gewisse Zeit ausfällt. Darüber hinaus sind diese Pressen sehr kostspielig, so daß sich die Anschaffung einer ausschließlich für die elektrische Bearbeitung der Werkstücke bestimmten Presse nicht lohnen würde.

Es wurden bereits Maschinen hergestellt, die wie die Gesenkpressen mit Schlitten zur Führung des Elektrodenhalters ausgerüstet sind. Dieser Schlittten ist sehr sperrig und schwer und daher kostspielig.

Es ist auch ein Vorschubmechanismus für Maschinen zur elektroerosiven Bearbeitung bekannt, wobei vier mittels einer Kette synchron-gesteuerte Schraubenwinden vorgesehen sind, um den erforderlichen Bearbeitungsspalt zwischen der Elektrode und dem Werkstück aufrechtzuerhalten (USA.-Patentschrift2 861164).

Diese bekannte Vorrichtung ermöglicht die Verwendung von Windenmechanismen an Stelle von Einrichtungen nach Art hydraulischer Pressen, jedoch stellen die bekannten Synchronisiereinrichtungen keine ausreichende Präzision der Verschiebung der Elektrode sicher. Die Synchronisation wird mittels einer Antriebskette mit Zahnrädern erreicht, die ein unzulässiges Spiel und Ungenauigkeit in der Servo-Steuerung bewirkt. Darüber hinaus hat die Steuereinrichtung eine große Masse, welche schnelle Reaktionen der Servo-Steuerung, wie sie für eine schnelle elektroerosive Bearbeitung erforderlich sind, verhindert.

Es ist bereits eine Hubeinrichtung bekannt (USA.-Patentschrift 2 235 246) mit mehreren Winden, die durch ein automatisches elektrisches Steuerorgan synchronisiert werden.

Es ist ferner eine Hubeinrichtung für Fahrzeuge bekannt (deutsche Patentschrift 828 304), bei welcher jede von vier Winden einen eigenen Elektromotor als Antrieb aufweist, wobei die Elektromotoren zur Synchronsteuerung elektrisch gekoppelt sind.

Bei einer anderen derartigen bekannten Einrichtung (französische Patentschrift 1 108 366) sind hydraulische Winden vorgesehen, wobei die Bewegung der hydraulischen Kolben über je ein Zahnstangensystem mit Tachometergenerator synchronisiert wird.

Diese bekannte Vorrichtungen sind jedoch zum Anheben von Lasten, insbesondere Fahrzeugen, und nicht für Einrichtungen für die elektroerosive Bearbeitung bestimmt.

Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der die größtmögliche Ansprechgeschwindigkeit und -genauigkeit erreicht ist. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß jede Winde einen hydraulischen Antrieb ein Hilfsmotor zugeordnet ist, wobei sämtliche Hilfsmotoren durch eine elektrische Synchronisierkopplung miteinander verbunden sind.

Um die Winden von seitlichen Kräften zu entlasten sind vorzugsweise Führungselemente vorgesehen, die

zwischen Elektrode und dem Werkstück einwirken, um jegliche gegenseitige Verschiebungen derselben in Querrichtung in bezug auf die Vorschubachse und jegliche relative Drehung um diese Achse zu verhindern, wobei die Führungselemente unmittelbar zwisehen der Elektrode und dem Werkstück liegen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 einen Schnitt der ersten Ausführungsform,

Fig.2 ein Schema zur Erläuterung der Arbeitsweise dieser ersten Ausführungsform,

F i g. 3 eine Variante der Ausführung nach F i g. 1.

Gemäß F i g. 1 liegt ein metallisches Werkstück 1 auf der am Boden 3 liegenden Grundplatte 2. Der aus Beton bestehende Boden weist eine die Grundplatte 2 umringende Rinne 4 auf, zur Rückgewinnung der dielektrischen Arbeitsflüssigkeit, die in einem durch die Wandung 5 gebildeten Becken enthalten ist.

Das Werkstück 1 ist eine Tiefziehmatrize für große Blechwerkstücke, die eine zur Gegenform 7 des die Gegenmatrize bildenden Blockes 8 genau entsprechende Prägung 6 aufweist.

Die entsprechende elektrische Bearbeitung, welche das erwünschte Zusammenpassen der Prägung 6 mit der Gegenform 7 gewährleisten soll, wird durch kontinuierliche oder intermittierende Funkenentladung zwischen der Gegenform 7 und der Matrize 1 bewirkt, wobei diese Teile in eine dielektrische Flüssigkeit wie Kerosene eingetaucht und gleichzeitig gegeneinander in einer genau bestimmten Lage gehalten werden. Die elektrischen Entladungen werden durch einen hier nicht ausführlich beschriebenen Generator G gewährleistet, welcher in der Technik bereits bekannt ist.

Das Problem der genauen Lagefestlegung des Blockes 8 in bezug auf die Matrize 1 wird dank der Führungselemente gelöst, die aus den mit dem Block8 festverbundenen Kolben 9 bestehen, welche praktisch ohne Spiel in den in entsprechenden Bohrungen der Matrize 1 festsetzenden, durch die Buchsen 11 isolierten Hülsen 10 verschiebbar angeordnet sind. Um das Eindringen von Kerosene in die Hülse 10 zu verhindern, wird um jeden Kolben 9 ein Faltenbalg 12 angeordnet.

Dank dieser Kolben 9 kann der Block 8 parallel zur Achse dieser Kolben verschoben und somit der Matrize 1 näher gerückt werden. Diese beiden Kolben 9 unterbinden jegliche zur Vorschubrichtung senkrechten Verschiebungen des Blockes 8 gegenüber der Matrize 1 und verhindern ebenfalls jegliche gegenseitige Drehung dieser Teile. Diese Kolben 9 sind hingegen zu kurz, um die Parallelität des Blockes 8 in bezug auf die Matrize 1 zu gewährleisten.

Diese Parallelität wird durch drei Schraubenwinden 13 gewährleistet, welche den Abstand zwischen den Teilen 8 und 1 bestimmen. Diese Schraubenwinden umfassen einen nicht ausführlich dargestellten hydraulischen Motor, welcher eine Schraube 14 antreibt, die mit Hilfe umlaufender Kugeln die Mutter 15 bewegt. Die hydraulischen Motoren werden mit Hilfe der Befestigungswinkel 16 an den Block 8 lösbar befestigt, während die Muttern 15 ebenfalls mittels Befestigungswinkeln 17 und Isolierbuchsen 18 an der Matrize 1 lösbar befestigt werden.

Es sind mindestens drei Schraubenwinden 13 vorgesehen, die synchron angetrieben werden, so daß die Parallelität zwischen dem Block 8 und der Matrize 1 stets gewährleistet wird und folglich sich die Verwendung einer Maschine mit übermäßig großen Führungsschlitten erübrigt.

Es ist bekannt, daß bei Funkenerosion die Minimaldistanz zwischen Werkstück und Elektrode überwacht werden muß, damit sie einem vorbestimmten Wert entsprechend genau eingehalten wird, welcher von verschiedenen Faktoren, insbesondere von der vorgesehenen Bearbeitungsspannung abhängt. Wird diese Distanz zu groß, so setzt das Erodieren aus, während hingegen ein Kurzschluß zwischen der Elektrode und dem Werkstück entsteht und folglich die zu bearbeitende Oberfläche beschädigt, wenn diese Distanz zu kurz wird. Die gewünschte Distanz wird in bekannter Weise durch eine elektronische Einrichtung 19 eingehalten, die in bezug auf die zwischen dem Block 8 und der Matrize 1 herrschenden Bearbeitungsspannung empfindlich ist. Diese Spannung wird mit einer durch den Spannungsteiler P einstellbaren Bezugsspannung verglichen. Diese Einrichtung 19 steuert dabei eine auf sämtliche Schraubenwinden 13 einwirkende Hilfsvorrichtung.

Die Fig.2 veranschaulicht das Schaltungsschema zur Steuerung der Schraubenwinden 13. In dieser Figur sind die elektronische Einrichtung 19 und der Spannungsteiler P, welcher die Bezugsspannung liefert, wieder sichtbar. Diese elektronische Einrichtung 19 steuert die Rotation eines elektrischen Motors M und treibt ihn in der einen oder anderen Drehrichtung an, je nachdem ob die Bearbeitungsspannung über oder unter der Bezugsspannung liegt. Wenn die Bearbeitungsspannung zunimmt, wird der Motor M in die Richtung angetrieben, die das Annähern des Blockes 8 an die Matrize 1 bewerkstelligt. Wird hingegen die von der Einrichtung 19 erfaßte Bearbeitungsspannung kleiner als der erwünschte Wert, so dreht sich der Motor M in jene Richtung, die diese Teile voneinander entfernt.

Der Motor M ist ein Steuermotor, welcher mit dem hydraulischen Motor der Schraubenwinden 13 durch eine elektrische Verbindung zur Lagefestlegung gekoppelt ist, die als »elektrische Welle« bezeichnet wird. Der Motor M ist mit dem Rotor eines Synchrongebers T verbunden, wobei dieser Rotor durch eine an die Klemme α und b angeschlossene Wechselstromquelle gespeist wird. Dieser Geber T enthält einen sterngeschalteten dreiphasigen Stator,. welcher mit den Statoren der Synchron-Detektoren D1, D 2 und D 3 unmittelbar verbunden ist, die wie der Geber T aus dreiphasigen Synchronmotoren bestehen. An den Rotorwicklungen dieser Detektoren entsteht eine Spannung, deren Amplitude und Phasenstellung von der Winkelabweichung zwischen der Stellung des Gebers T und des betreffenden Detektors abhängen. Die Rotorspannung jeder dieser Detektoren wird einem Verstärker 21 zugeführt, welcher eine Wicklung 22 eines Synchrondrehmomentmotors MC 1, MC 2 bzw. MC 3 speist. Jeder Synchrondrehmomentmotor wird durch eine zweite Wicklung 23 erregt, welcher eine gegenüber jener an die Klemme α und b angeschlossenen, um 90° phasenverschobene Wechselspannung zugeführt wird.

Der Rotor jedes Synchron-Detektors ist mit der Motorwelle der entsprechenden Schraubenwinde gekuppelt, so daß die Rotorspannung jedes Synchron-Detektors von der relativen Winkelstellung zwischen der zugehörigen Schraubenwinde und dem Synchrongeber T abhängt. Wenn diese relative Winkelstellung

richtig ist, wird die Spannung an den Rotorklemmen des betreffenden Detektors Null.

Jeder Synchrondrehmomentmotor steuert eine Schraubenwinde 13, aber zur Vereinfachung der Zeichnung wurde einzig die vom Motor MC 1 kontrollierte Steuervorrichtung der Schraubenwinde 13 dargestellt. Der Rotor dieses Motors steht also in bekannter Weise unter Wirkung eines Drehmomentes, dessen Richtung und Amplitude von der Amplitude und von der Phasenstellung des in der Wicklung 22 fließenden Erregerstromes abhängt. Der Rotor 24 dieses Motors weist einen Flügel 25 auf, welcher zwischen zwei Öffnungen 26 und 27 angeordnet ist, die von einer aus der Pumpe 28 bestehenden hydraulisehen Druckquelle gespeist werden, und deren Ausfluß über einen Druckregler 29 in zwei Abzweigungen geführt wird, wobei jede dieser Abzweigungen eine sich vor der Öffnung 26 bzw. 27 befindliche kalibrierte Blende 30 aufweist. Der Druck in den Zuleitungen zu den Öffnungen 26 und 27 wirkt auf die Steuerkolben eines Schieberventils 31 ein.

Wenn der Flügel 25 sich genau in der Mittelstellung zwischen den Öffnungen 26 und 27 befindet, ist der Druck nach den Blenden 30 gleichwertig, und das Schieberventil 31 steht in seiner Mittellage, bei welcher es auf den Motor der Schraubenwinde 13 nicht einwirkt. Hingegen, wenn sich der Flügel der einen oder der anderen Öffnung 26 oder 27 nähert, bewirkt er eine Druckzunahme in der entsprechenden Abzweigung und eine entsprechende Verschiebung des Schieberventils 31, welches sodann den hydraulischen Motor der Schraubenwinde 13 speist, um sie in die entsprechende Richtung zu drehen.

Sobald die Winkelstellung einer Schraubenwinde jener durch den Synchrongeber T angezeigten Stellung nicht mehr entspricht, wird also eine vom entsprechenden Detektor herrührende Steuerspannung dem Synchrondrehmomentmotor zugeführt, welcher die Drehung des Motors der Schraubenwinde bewirkt, bis sie in die richtige Lage zurückkehrt.

Es ist also erkennbar, daß die von der elektronischen Einrichtung 19 gelieferte Spannung die synchrone Drehung der drei Schraubenwinden 13 steuert, so daß die Parallelität zwischen dem Block 8 und der Matrize 1 stets gewährleistet wird.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist die Konstruktion der dargestellten Einrichtung verhältnismäßig einfach und wenig sperrig. Nach beendeter Bearbeitung kann man den Block 8 und dann die Matrize 1 mit Hilfe eines Laufkranes 32 wegnehmen und auf die Tiefziehpresse überführen, auf welcher sie gemeinsam benützt werden. Selbstverständlich müssen vorher die Winkel 16 und 17, welche mittels Schrauben auf dem mit Gewindelöcher versehenen Block 8 bzw. auf die Matrize 1 geschraubt sind, entfernt werden.

Es ist erkennbar, daß die dargestellte Vorrichtung sehr vorteilhaft ist im Hinblick auf Raumbedarf und Kostenaufwand, weil jeglicher verschiebbarer Prazisions-Support überflüssig wird. Die Bearbeitungsvorrichtung besteht letzten Endes ausschließlich aus der Matrize 1 und dem Block 8 oder Gegenmatrize und weiterhin aus den Schraubenwinden 13, ihren Steuervorrichtungen und dem den Bearbeitungsstrom Hefernden Generator.

Die gleiche Anordnung kann für die Bearbeitung von Schnittwerkzeugen eingesetzt werden; in diesem Falle würde der Block 8 den Stempel der zugehörigen Matrize 1 eines Stanzwerkzeuges bilden.

Bei der Variante gemäß F i g. 3 ist die Matrize 1 auf einem feststehenden senkrechten Support 35 befestigt, welcher mit dem Tisch 36 starr verbunden ist, dessen Schienen 37 als Laufflächen für die Rollen 39 eines Supports 38 dienen. Dieser Support 38 trägt den Block 8, welcher die Gegenform 7 zur Bearbeitung der Prägung 6 der Matrize 1 bildet.

Wie zuvor, liefert der Generator G die Bearbeitungsenergie.

Der Vorschub des Supportes 38 wird durch drei hydraulische Winden 40, von denen nur zwei dargestellt sind in der Zeichnung, bewirkt. Jede Winde enthält einen im Hylinder 42 verschiebbaren Kolben 41, auf welchen eine unter Druck stehende Flüssigkeit einwirkt, die von den Schieberventilen 43 wie zuvor bei der ersten Ausführungsform gesteuert werden. Zur Vereinfachung der Zeichnung wurden einzig die Wicklungen 44 des auf das Ventil einwirkenden Synchrondrehmomentmotors dargestellt. Diese Wicklungen 44 werden durchflossen vom Ausgangsstrom der Verstärker 45, die von den Synchron-DetektorenZ) gesteuert werden. Diese gewährleisten gleichzeitig den Gleichlauf der drei Winden 40 und den Vorschub des Blockes 8 entsprechend der im Arbeitsspalt zwischen der Prägung 6 und der Gegenform 7 herrschenden Spannung. Die mit dem Support 38 gekuppelten Kolbenstangen 47 der Winden 40 weisen eine Verzahnung 48 auf und treiben über ein Zahnrad49 den damit verbundenen Rotor des Synchron-Detektors.

In gleicher Weise wie die vorstehend erläuterte erfindungsgemäße Vorrichtung zur funkenerosiven Bearbeitung läßt sich vorteilhaft auch eine Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung aufbauen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur funkenerosiven Bearbeitung von metallischen Werkstücken, insbesondere solchen mit großen Abmessungen, mit einer auf den elektrischen Zustand im Spalt ansprechenden Steuervorrichtung für die Relativbewegung zwischen Elektrode und Werkstück zur Einstellung der gewünschten Spalthöhe, wobei Werkstück und Elektrode durch mehrere synchronisierte Winden gegeneinander bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Winde (14) einen hydraulischen Antrieb (13) aufweist und jedem hydraulischen Antrieb (13) ein Hilfsmotor zugeordnet ist, wobei sämtliche Hilfsmotoren durch eine elektrische Synchronisierkopplung miteinander verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Führungselemente (9, 10) vorgesehen sind, die zwischen der Elektrode (7) und dem Werkstück (1) einwirken, um jegliche gegenseitige Verschiebungen derselben in Querrichtung in bezug auf die Vorschubachse und jegliche relative Drehung um diese Achse zu verhindern.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungselemente (9, 10) unmittelbar zwischen der Elektrode (7) und dem Werkstück (1) liegen.

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