DE3036134A1

DE3036134A1 - Verfahren und vorrichtung zum funkenerosionsbearbeiten von werkstuecken

Info

Publication number: DE3036134A1
Application number: DE19803036134
Authority: DE
Inventors: Michel Annemasse Mazond; Alain Genf Wavre
Original assignee: Ateliers Des Charmilles SA Geneve; Ateliers des Charmilles SA
Current assignee: Agie Charmilles New Technologies SA
Priority date: 1979-10-09
Filing date: 1980-09-25
Publication date: 1981-04-23
Also published as: CH632949A5; JPS5662729A; GB2059848A; GB2059848B; FR2467047B1; DE3036134C2; FR2467047A1; US4323749A

Description

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BRAHMSSTRASSE 29, 5600 WUPPERTAL 2

Ateliers des Charmilles S.A., 109, rue de Lyon, Geneve (Schweiz)

Verfahren und Vorrichtung zum Funkenerosionsbearbeiten von Werkstücken.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Funkenerosionsbearbeiten eines Elektroden-Werkstückes mittels eines Elektroden-Werkzeuges, bei welchem man diese Elektroden in Bezug zueinander in wenigstens einer geneigten Richtung verschiebt, die einen bestimmten Winkel mit einer Hauptachse des Bearbeitungsvorschubes bildet, wobei man den Funkenbearbeitungsabstand zwischen diesen Elektroden in der Weise steuert, daß man bestimmte Bearbeitungsbedingungen aufrechterhält, und wobei weiterhin die Bearbeitung in mehreren Arbeitsphasen erfolgt, bei welchem diese geneigte Richtung geändert wird, sobald die Amplitude der Translationsbewegung einen Grenzwert erreicht hat, und dieser Grenzwert von einer

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Arbeitsphase zur folgenden geändert werden kann. Diese in der US-PS 38 75 362 beschriebene bekannte Verfahrensweise bietet den Vorteil, daß dank der geneigten Vorschubrichtung gleichzeitig zwei Oberflächen des Werkstücks bearbeitet werden können und zugleich auch die Bearbeitungselektrode von diesen Oberflächen im Kurzschlußfalle entfernt werden kann.

Darüber hinaus erlaubt es diese Verfahrensweise, eine gleichförmige Ausdehnung der Elektrode in allen ihren Richtungen zu erhalten, wenn die Grenzposltioneri der Elektrodenverschiebung in all diesen Richtungen auf einer Halbkugel liegen. Gemäß dieser Methode werden die Translationsverschiebungen in der geneigten Richtung nacheinander und in gleichem Sinne der Hauptvorschubachse folgend vorgenommen.

Der angemeldeten Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnte bekannte Verfahrensweise leistungsmäßig noch zu verbessern, und zwar unter Beibehalt ihrer Vorteile. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Bearbeitung in der ersten Bearbeitungsphase in der geneigten Richtung in der Weise erfolgt, daß die Funkenerosion zugleich auch an den seitlichen und frontalen Oberflächen des Werkstückes erfolgt, wobei diese geneigte Arbei'tsrichtung im Laufe der folgenden Arbeitsphasen in der Weise geändert bzw. verschoben wird, daß die Funkenerosion dann nacheinander an den seitlichen und frontalen Oberflächen des

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Werkstückes erfolgt, wobei die Eindringgeschwindigkeit der Elektrode in das Werkstück in bestimmten Grenzen im Laufe jeder der Bearbeitungsphasen beibehalten wird.

Wenn diese Eindringgeschwindigkeit nicht in Bezug auf die der Funkenerosionsbearbeitung unterworfene Oberfläche variiert, erlaubt es die obenerwähnte Bearbeitungsfolge, eine bedeutsame Verringerung der Bearbeitungsdauer zu erzielen.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung erläutert, die schematisch und als Ausführungsbeispiel zwei Arbeitsweisen nach der Erfindung veranschaulicht.

Die Fig. 1 zeigt die bei Anwendung der bekannten Verfahrensweise zustandekommende Verteilung der Materialwegnahme am Bearbeitungswerkstück.

Die Fig. 2 zeigt die beim Verfahren nach der Erfindung zustandekommende Verteilung der Werkstoffwegnahme.

Die Fig. 3 bezieht sich auf eine Verfahrensvariante.

Die Fig. 4 stellt eine Vorrichtung zur Durchführung des in Fig. 2 veranschaulichten Verfahrens dar.

Die Fig. 5 betrifft einen Steuerschaltkreis für das Verfahren gemäß Fig. 3.

Die Fig. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine Bearbeitungselektrode 1 und ein Werkstück 2, zwischen denen der Funkenerosionsabstand d liegt. Die Bearbeitungselektrode 1 besitzt eine seitliche Oberfläche S , eine geneigte Oberfläche S und eine frontale Oberfläche S .

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Nach der vorerwähnten bekannten Verfahrensweise wird die Erosions-Feinbearbeitung in drei nacheinander folgenden Arbeitsphasen durchgeführt, und zwar in einer ersten Arbeitsphase, in der die Elektrode 1 in der Richtung Z , R verschoben wird, wonach in der zweiten Arbeitsphase eine Verschiebung Z _, R erfolgt, und schließlich eine dritte Phase mit einer Verschiebung in Richtung Z , R folgt. Die Grenzpositionen R , R und R liegen auf einer Halbkugel mit dem Radius r, deren Zentrum sich in der Ausgangsposition Z befindet.

Während der ersten Arbeitsphase Z , , R erfolgt die

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Werkstoffabtragung gegenüber der Oberfläche S über eine Tiefe r und gegenüber der Oberfläche S-, die um 45° geneigt ist, über eine Tiefe von 0,707 r. Gegenüber der Oberfläche S erfolgt keine Werkstoffabtragung, da die Elektrode noch nicht über die Anfangsposition Z hinaus axial verschoben worden ist«

Während der zweiten Bearbeitungsphase Z , R erfolgt zunächst eine Werkstoffabtragung gegenüber der Oberfläche S in einer Schichtdicke von 0,5 r und anschließend gleichzeitig eine Werkstoffabtragung gegenüber der Oberfläche S um eine Schichtdicke von 0,293 r und gegenüber der Oberfläche S um eine Schichtdicke von 0,207 r. Es bleibt somit für die Werkstoffabtragung im Laufe der dritten Bearbeitungsphase Z , R eine Schichtdicke von 0,293 r auf der Oberflächenseite S Wenn durch angepaßte Regelung des Bearbeitungsstroms die

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Dichte der Entladungen oder die Eindringgeschwindigkeit der Elektrode in das Werkstück auf einem annähernd konstanten Wert gehalten werden, z.B. indem man die Zeitintervalle zwischen zwei nacheinander folgenden Impulsfolgen gemäß der in der US-PS 38 75 362 beschriebenen Methode variiert, ist die Dicke der durch die Funkenerosion abgetragenen Schicht an den Oberflächen des Werkstücks proportional der Bearbeitungsdauer dieser Schicht.

Im Beispiel der Fig. 1 soll die Bearbeitungsdauer während der ersten Bearbeitungsphase eine Zeiteinheit betragen, so daß dann die Dauer der zweiten Bearbeitungsphase 0,5 + 0,207 = 0,707 Zeiteinheiten und die der dritten Bearbeitungsphase 0,293 Zeiteinheiten beträgt. Damit beträgt die Gesamtdauer der Erosionsbearbeitung für das Fortschaffen einer Schicht der Dicke r an den Oberflächen S , S und S zwei Zeiteinheiten.

Die Fig. 2 zeigt die Verteilung des Materialabtragens, wenn die Bearbeitung in der nach der Erfindung erfolgenden Reihenfolge vorgenommen wird. Die erste Bearbeitungsphase wird ausgehend von der Anfangsposition Z in Richtung Z , R in der Weise durchgeführt, daß an der Oberfläche S eine Schichtstärke r und die jeweils gleiche Schichtstärke von 0,707 r an der seitlichen Oberfläche S und an der frontalen Oberfläche S entfernt werden. Während der zweiten Bearbeitungsphase, die in Richtung Z , R

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erfolgt, tritt an der frontalen Oberfläche S ein Materialabtragung von 0,293 r Dicke auf.

Die gleiche Schichtabnahme von 0,293 r Dicke erfolgt dann gegenüber der Oberfläche S im Laufe der dritten, in Richtung Z , R erfolgenden Bearbeitungsphase. Somit ergibt sich, daß die Dauer während der ersten Bearbeitungsphase eine Zeiteinheit beträgt, wohingegen jedoch die beiden nachfolgenden Bearbeitungsgänge jeweils eine Dauer von 0,293 Zeiteinheiten haben, die Gesamtbearbeitungsdauer für das Abtragen der Schicht r an den drei Oberflächen also nur 1,596 Zeiteinheiten beträgt. Der durch Benutzung der neuen Bearbeitungsweise erzielbare Zeitgewinn beträgt somit gegenüber der bekannten Arbeitsweise im Vergleich der Fig. 1 und 2 praktisch 20 %.

Zu bemerken ist, daß die Reihenfolge, in welcher man die zweite und anschließende dritte Bearbeitungsphase durchführt, auf die Gesamtbearbextungsdauer keinen Einfluß hat.

Das gleiche Resultat könnte auch erzielt werden, wenn man die Neigung der Translationsrichtung während der zweiten und dritten Bearbeitungsphase ändert, beispielsweise indem man dazu, wie das Fig. 3 zeigt, von einer Ausgangslage Z beginnend eine vertikale Translation Z , R und dann eine horizontale Translation Z , R vornimmt.

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Die während der ersten Bearbeitungsphase durchzuführende Translation muß nicht nowendigerweise unter einem Winkel von 45° erfolgen, aber doch unter einer solchen Neigung, daß dabei soviel wie möglich Material auch an den seitlichen und frontalen Flächen des Werkstücks abgearbeitet wird. Die anschließenden Bearbeitungsphasen können mit anderen Neigungen und auch in größerer Zahl durchgeführt werden, aber immer so, daß man nacheinander die Bearbeitungsverschiebungen an den seitlichen und frontalen Oberflächen dieses Werkstückes vornimmt.

Ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung, mit deren Hilfe das neue Bearbeitungsverfahren selbstätig durchgeführt bzw. gesteuert werden kann, ist in Fig. 4 dargestellt.

Die Elektrode 1 ist durch einen Servo-Motor 3 senkrecht verschiebbar, während das Werkstück 2 auf einem Kreuzschlitten befestigt ist, der zwei bewegliche Schlitteriteile 4, 5 besitzt, deren Verschiebungen durch die Motoren 6 bzw. 7 steuerbar sind. Diese drei Motoren werden durch eine Steuereinheit 8 in der Weise kontrolliert bzw. gesteuert, daß die Elektroden 1 und 2 in den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Richtungen translatorisch verschoben werden können.

Die Steuereinheit 8 kann durch eine Analog- oder Digital-Schaltung oder auch durch die in der CH-PS 596 beschriebene Schaltung realisiert werden. Die Steuer-

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einheit 8 arbeitet in Abhängigkeit von vier Bearbeitungsparametern. Der erste davon ist die Betriebsspannung, die durch die Leitung 9 herangeführt wird und zum Steuern der Geschwindigkeit des Bearbeitungsvorschubes dient. Der zweite Bearbeitungsparameter ist die Winkelgeschwindigkeit der radialen Translation, deren Wert durch einen Schaltkreis 10 eingegeben wird. Der dritte Bearbeitungsparameter ist das Verhältnis zwischen der axialen Verschiebung der Elektrode 1 und der transversalen Verschiebung des Werkstückes 2, wobei dieses Verhältnis durch den Schaltkreis 11 festgelegt ist. Der vierte Bearbeitungsparameter ist die axiale Position der Elektrode 1, bei der die transversale Verschiebung des Werkstückes beginnt, wobei diese Position durch ein Übertragungsregister 12 modifiziert werden kann, welches die Reihenfolge der Verschiebungen der geneigten Richtung der .Translation festlegt.

Die Bearbeitungsfunken werden durch einen Impulsgenerator 13 erzeugt, der mit den beiden Elektroden 1 und 2 verbunden ist und durch einen Regelkreis 14 gesteuert wird. Dieser Regelkreis 14, der unter dem Steuereinfluß der Betriebsspannung steht, erlaubt eine angepaßte Regelung der zwischen zwei durch den Generator 13 erzeugten Spannungsimpulsen liegenden Zeitintervalle in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen nach der- bekannten, z.B. in der US-PS 38 75 362 beschriebenen Verfahrensweise. Diese

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Regelung ermöglicht die Aufrechterhaltung einer Vorschubgeschwindigkeit, die für jede der Bearbeitungsphasen im wesentlichen konstant ist.

Die Begrenzungsamplitude der Translationsbewegung wird durch ein zweites Übertragungsregiser 15 bewirkt, das mit dem Register 12 synchronisiert ist. Der Ausgang des Registers 15 ist mit einem der Eintrittsstellen eines Komperators 16 unter Zwischenschaltung eines Multiplikations-Schaltkreises 17 verbunden, während die andere Eintrittsstelle des !Comparators 16 mit einem Meßkreis 18 verbunden ist, der die jeweilige momentane axiale Position der Elektrode 1 anzeigt. Der Ausgang des !Comparators 16 ist mit den beiden Eintrittsstellen der Register 12 und 15 verbunden. Die Eingangsgröße des Multiplikations-Schaltkreises 17 wird durch ein drittes Register 19 geliefert.

Wenn die durch das Register 15 und durch den Multiplikations-Schalkreis 17 fixierte Grenzamplitude mit der durch den Meßkreis 18 angezeigten Position übereinstimmt, wird ein Impuls von dem Komparator 16 auf das Register 12 übertragen, um eine Verschiebung der Translationsbewegungsrichtung parallel zu sich selbst hervorzurufen. Der gleiche Impuls wird auf das Register 15 übertragen, um den Grenwert der Translation zu modifizieren, wobei all diese Grenzwerte so gewählt sind, daß sie auf einer Halbkugel liegen, deren Zentrum sich in der Position Z der Fig. 2 befindet. Nach

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einer vollständigen Abfolge des Richtungswechsels modifiziert das Register 19 im gleichen Verhältnis alle Grenzwerte in der Weise, daß diese während der nachfolgenden Operation auf einer anderen Halbkugel liegen, die konzentrisch zur ersten liegt.

Die Fig. 5 zeigt eine andere Ausbildung des Steuerkreises der Fig. 4 für den Fall der Fig. 3, wo alle Translationsverschiebungen von einer zentralen Ausgangsposition Z ausgehen. In diesem Falle fixiert ein Schaltkreis 20 diese zentrale Position und ein Register 21 erlaubt es, die Neigung dieser Verschiebungen nach jeder Bearbeitungsphase zu variieren, wobei die Grenzamplituden mittels der gleichen Elemente, wie sie in Fig. 4 dargestellt sind, eingestellt werden können.

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zum Funkenerosionsbearbeiten eines Elektroden-Werkstückes (2) mittels eines Elektroden-Werkzeuges (1), bei welchem die Elektroden in Bezug aufeinander in wenigstens einer geneigten Richtung translatorisch verschoben werden, die einen bestimmten Winkel mit einer Hauptachse des Bearbeitungsvorschubes bildet, wobei der Funkenbearbeitungsabstand (d) zwischen diesen Elektroden so gesteuert wird, um bestimmte Bearbeitungsbedingungen aufrechtzuerhalten, und wobei weiterhin die Bearbeitung in mehreren Phasen erfolgt, bei welchen diese geneigte Richtung geändert wird, sobald die Amplitude der Translationsbewegung einen Grenzwert (R., R„, R-) erreicht, und dieser Grenzwert von einer Phase zur folgenden variiert werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung in der ersten Bearbeitungsphase in der geneigten Richtung in der Weise erfolgt, daß die Funkenerosion gleichzeitig auch an den seitlichen und frontalen Oberflächen (S bzw. S) des Werkstücks erfolgt, wobei diese geneigte Arbeitsrichtung im Laufe der nachfolgenden Arbeitsphasen in der Weise geändert bzw. gewechselt wird, daß die Funkenerosion

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dann abwechselnd an den seitlichen und frontalen Flächen (S bzw. S) des Werkstücks (2) erfolgt, wobei die Eindringgeschwindigkeit der Elektrode (1) in das Werkstück (2) innerhalb bestimmter Grenzen im Laufe jeder der Bearbeitungsphasen beibehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die anfängliche geneigte Bearbeitungsrichtung (^z _ni ~ R₁) für die anschließenden Bearbeitungsphasen parallel zu sich selbst verschoben wird, wobei diese Verschiebung mindestens je einmal in Richtung der erwähnten Hauptachse sowie in dazu entgegensetztem Sinne erfolgt (Fig. 2).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß der Winkel, den die anfängliche Bearbeitungsrichtung (Z - R) mit der erwähnten Hauptachse bildet, für die anschließenden Bearbeitungsphasen jeweils wenigstens einmal vergrößert und verkleinert wird, also in Bezug auf seinen in der ersten Arbeitsphase vorhandenen Anfangswert (Fig. 3).
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach · einem der Ansprüche 1 bis 3, mit wenigstens einem

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Servo-Motor (3) für die relative Verschiebung der Elektroden (1, 2) durch deren Translationsbewegung und unter Aufrechterhaltung eines bestimmten Verhältnisses zwischen der Längs- und Querverschiebung der Elektroden von einer bestimmten axialen Position ausgehend, und mit einem Steuerkreis (8) zur Steuerung der vorerwähnten Bewegungen, um bestimmte Bearbeitungsbedingungen aufrecht erhalten zu können, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Übertragungsregister (11, 12) zum Variieren des erwähnten Verhältnisses und/oder der axialen Position vorhanden ist, um die Funkenerosion während der ersten Arbeitsphase gleichzeitig auch an den frontalen und seitlichen Oberflächen des Werkstückes (2) und während der folgenden Arbeitsphasen abwechselnd an diesen beiden Oberflächen zu ermöglichen, daß weiterhin ein Meßkreis (18) für die Abtastung der axialen Position der Bearbeitungselektrode (1), ein Komparator (16) zur Steuerung des ersten Registers (12) in Abhängigkeit vom Abstand zwischen der gemessenen axialen Position und einer Bezugsposition, und weiterhin ein zweites Register (15) vorgesehen sind, das mit dem ersten Register (12) zusammenwirkt, um diese Bezugsposition derart zu variieren, daß sie auf der Oberfläche einer Halbkugel bleibt, und daß schließlich ein Regelkreis (14) zum Modifizieren des Mittelwertes

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des Bearbeitungsstroms in Bezug auf die Funkenbearbeitungsbedingungen vorgesehen ist, um die Eindringgeschwindigkeit der Bearbeitungselektrode (1) in das Werkstück (2) in bestimmten Grenzen beizubehalten.

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