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Elektroerodiermaschine Die Erfindung betrifft eine Elektroerodiermaschine
mit einem Elektrodenhalter sowie eine Einrichtung zur Annäherung einer in dem Halter
eingespannten Elektrode an ein Werkstück, um in dem Werkstück eine Aussparung auszubilden,
und zur Vermeidung eines wiederholten Auswechselns der Elektrode, wenn die Tiefe
der Aussparung zunimmt, zur Ausbildung von scharfkantigen Ekken der Aussparung und
zum Erodieren entsprechender Materialmengen von allen Bereichen des Bodens der Werkstückaussparung,
unabhängig von der Form der Aussparung.
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Die bisher bekannten Verfahren zur Elektroerosion benötigen mehrere
nacheinander eingespannte Elektroden im Verlaufe der
Ausbildung
einer Aussparung. Jede dieser Elektroden muß genau diejenigen Abschrägungen aufweisen,
die die in das Werkstück eingebrachte Aussparung erhalten soll. Im Normalfall, in
dem die Aussparung in einem Werkzeug eingebracht wird, das als Matrize dienen soll,
ist es notwendig, daß die Matrize eine Querschnittsverengung bekommt, damit die
Matrize von dem fertigen Gußstück besser getrennt werden kann. Um eine solche Querschnittsverengung
zu erzielen, beginnt die Elektroerodiermaschine mit dem Einschnitt an der Oberseite
des Werkstückes, wobei eine sich verjüngende Elektrode verwendet wird. Da sich die
Elektrode durch die Erosion abnutzt, ist es notwendig, die abgenutzten Elektroden
etwa fünfmal während der Ausbildung einer einzigen Aussparung auszuwechseln, damit
eine genaue Aussparung gebildet wird. Das typische Ergennis ist eine sich nach unten
verjüngende Ausspg ung mit der gewunschten Querschnittsverengung. Selbst nn, wenn
die Aussparung keine Querschnittsverengung aufweisen soll, ist es notwendig, die
Elektroden während der Ausführung eines anfänglichen Schruppschnittes und einer
nachfolgenden Feinschlichtung auszuwechseln. Die Elektrode zum Feinschlichten ist
etwas größer als die Elektrode zum Schruppen.
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Durch das Auswechseln der Elektroden werden die Unkosten wesentlich
erhöht, insbesondere wenn komplizierte Querschnitte ausgebildet werden sollen.
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Durch die vorliegende Erfindung wird es vermieden, daß die Elektroden
nacheinander bei der Ausbildung der.Aussparung ausgewechselt werden müssen, wenn
diese tiefer wird und anschließend geschlichtet wird. Es wird nur eine C nzige Elektrode
benötigt, deren Seiten nicht ahgeschrägt sind um die Aussparung vollstandig auszubilder.
Es ist ledi glich notwendig,
die Elektrode wieder einsatzbereit
zu machen, indem ihr Ende abgeschnitten oder zugeschnitten wird. Die einzige Elektrode
wird dazu verwendet, jede gewünschte Querschnittsverengung zu erzeugen, und sie
wird ferner für den Schruppschnitt und den Feinschlichtvorgang eingesetzt.
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Gemaß der Erfindung ist eine einzige Elektrode an dem Elektrodenhalter
befestigt, welcher sich mit intermittierenden Bewegungen entlang einer regelmäßigen
polygonalen Kurvenbahn mit geraden Seiten gleicher Länge und in scharfkantige Ecken
in einer quer zum Vorschub verlaufenden Ebene gegenüber dem Werkstück bewegt. An
der Oberseite der Aussparung, die mit einer Querschnittsverminderung oder einem
Konus versehen werden soll, ist die Bahnkurve relativ groß. Gemäß der Erfindung
ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, durch welche die Bahnkurve automatisch und
zunehmend kleiner gesteuert wird, wenn die Aussparung in ihrer Tiefe zunimmt. Wenn
die Elektrode durch Erosion verbraucht ist, wird sie wieder zugeschnitten, jedoch
nicht weggeworfen oder durch eine andere Elektrode ersetzt.
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Wenn die Elektrode den Boden der Aussparung erreicht hat, dann bewegt
sie sich nicht mehr. Es ergibt sich daraus, daß die gleiche Elektrode zur Herstellung
einer sich nach unten verjüngenden Aussparung benutzt wird, ohne daß sie durch neue
Elektroden ersetzt werden muß. Um die Aussparung feinzuschlichten, wird der Vorgang
mit der gleichen Elektrode wiederholt, wobei diese eine etwas größere Bewegungsbahn
ausführt.
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In einem besonderen Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung wird die
Kurvenbahn mit Hilfe einer Führungsstange gesteuert, die einen sich in vertikaler
Richtung erstreckenden, sich verjüngenden Abschnitt aufweist, der der gewunschten
Querschnittsverengung
-der in dem Werkstück auszubildenden Aussparung
entspricht. Der'Elektrodenhalter ist so montiert, daß er in einer quer verlaufenden
Ebene beliebige Bewegungen ausführen kann. Der Elektrodenhalter ist ferner mit einem
Arm ausgestattet, der an dem konischen Teil der Führungsstange entlanggeführt wird,
so daß seine Kreisbahn zunehmend verkleinert wird, wenn sich die Elektrode gegenüber
dem Werkstück vorwärtsbewegt, wobei die Abnahme der Kreisbahn dem Konus der Führungsstange
entspricht.
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Zu diesem Zweck kann ein Arm am Elektrodenhalter angeordnet sein,
der zur Vorgabe der Bewegungsbahn eine regelmäßige polygonale Bohrung aufweist,
durch welche sich die Führungsstange hindurch erstreckt. Die Bohrung ist so ausgebildet,
daß die gewünschte Bahnkurve erzielt wird, und die Ränder der Bohrung gleiten auf
der Stange. Der allseitig bewegbare Elektrodenhalter ist mit einem Antrieb ausgestattet,
durch welchen der Halter in der Querebene in alle Richtungen bewegt werden kann.
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Jedoch wird seine tatsächliche Bewegung durch die Ausgestaltung der
Bohrung in Verbindung mit der sich verjüngenden FUhrungsstange begrenzt. Der Antrieb
bewegt den Elektrodenhalter intermittierend mit einer geradlinigen Bewegung entlang
der geraden Seiten der polygonalen Kurvenbahn, während er den Elektrodenhalter in
den Ecken der polygonalen Kurvenbahn verweilen läßt.
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Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen hat die polygonale Bohrung vier
Seiten gleicher Länge, so daß eine gleichmäßige Entfernung des Materials von allen
Seiten der Aussparung gewährleistet wird, ohne daß die Elektrode von einer genau
senkrechten Vorschubachse abweicht.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.
Darin zeigen: Fig.l einen Vertikalschnitt durch einen Elektrohalter, den Antrieb
und den Steuermechanismus einer Erodiermaschine gemäß der Erfindung; Fig.2 einen
Horizontalschnitt entlang der Linie 2-2 nach Fig.l; Fig.3 einen Horizontalschnitt
entlang der Linie 3-3 nach Fig.1; Fig.4 eine Draufsicht auf einen Teil des Führungskörpers
mit einer runden Bohrung, wobei durch die Ausgestaltung dieses Führungskörpers keine
spitzwinkligen Ecken in der Aussparung hergestellt werden könsnen; Fig.S eine Draufsicht
auf einen Teil des Führungskörpers mit einem Ausschnitt in Form eines gleichzeitigen
Vieleckes, z.B. eines Dreieckes, durch welches die Bewegungsbahn bestimmt wird;
Fig.6 eine Teilansicht einer vorbekannten Elektrode in ihrer typischen zugespitzten
Ausführung; Fig.7 eine Teilansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung einschl. der
Einrichtung zum Ausrichten der sich verjüngenden Führungsstange; Fig.8 eine Ansicht
ähnlich der Fig.7 in verkleinertem Maßstab, die ein weiteres Ausführungsbeispiel
der
erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt mit zwei zueinander einstellbaren
Richtteilen zur Ausrichtung der sich verjüngenden Führungsstange; Fig.9 ein schematisch
dargestellter Grundriß einer ungleichmäßig ausgestalteten Aussparung mit darin angeordneten
ähnlich ausgebildeten Elektroden; Fig. 10 eine Explosionsdarstellung des Elektrodenhalters
von unten gesehen und Fig.llA bis ilE schematische Darstellungen der nacheinander
folgenden Einstellungen der Elektrode gegenüber der Aussparung in dem Werkstück
mit den entsprechenden Stellungen der Fuhrungsstange in der die Bewegungsbahil begrenzenden
Bohrung.
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In den US-PS 3 539 754, 3 322 929 und 3 135 852 sind bereits Elektroerodiermaschinen
gezeigt, die durch die vorliegende Erfindung verbessert werden. In keiner dieser
Druckschriften ist eine Vorrichtung gezeigt, mit welcher eine Aussparung mit scharfkantigen
Ecken hergestellt werden kann. Durch die vorgenannten Druckschriften ist auch keine
Vorrichtung zum Antrieb einer Elektrode bekannt geworden, die zeitweilig geradlinige
Bewegungen entlang den geraden Seiten einer polygonalen Bewegungsbahn ausführen
kann und die zSchenzeitlich in den Ecken verweilen kann.
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Die Fig.6 zeigt eine typische herkömmliche Elektroerodiermaschine,
bei welcher der Stempel 10 eine Elektrode 11 mit einem zugespitzten Ende 12 trägt,
die zur Ausbildung einer Vertiefung 13 mit einer entsprechenden Verjüngung in dem
Werkstück 14 dient. Die in der Fig.6 dargestellte Vorrichtung benötigt
im
allgemeinen drei bis sechs Elektroden 11 mit einer in der Fig.6 dargestellten Ausgestaltung,
wobei einige Elektroden kleinerer Abmessung zum Schruppen und einige Elektroden
größerer Abmessung zum Einschlichten dienen. Die kleinsten Elektroden werden zuerst
benutzt. Nachdem die Vertiefung teilweise ausgebildet ist, hat sich die erste Elektrode
verbraucht und wird entfernt und durch eine neue Elektrode ersetzt usw., bis die
Vertiefung 13 fertig ist. Die Elektrode wird von einem Stempel 10 nur in Vertikalrichtung
bewegt.
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Die Querschnittsverminderung oder Zuspitzung der Vertiefung 13 erfordert
nacheinander auszuführende Erneuerungen von Elektroden, sobald diese abgetragen
sind.
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Selbst wenn keine Querschnittsverjüngung oder eine Zuspitzung in dem
Werkstück gefordert wird, so müssen doch wenigstens zwei Elektroden verwendet werden,
nämlich eine zunächst für einen groben Schnitt und eine andere ; größere Elektrode
für die Nachbearbeitung des Schnittes.
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Gemäß der Erfindung wird eine sich verjüngende Vertiefung 13 in ein
Werkstück 14 nur mit einer einzigen Elektrode 15 mit parallelen Seiten ausgeführt.
Wie noch ausgeführt wird, können verschiedene Vertiefungen oder Querschnitte mit
der solchermaßen ausgestatteten Elektrode hergestellt werden. Die Fig.9 zeigt die
Ausbildung eines unregelmäßigen Querschnittes einer Vertiefung in einem Werkstück
14. Die Elektrode hat einen ähnlichen Querschnitt Gemäß der Erfindung ist die einzige
Elektrode 15 derart angeordnet, daß sie eine Bewegung in einer Ebene quer zur vertikalen
Bewegungsachse des Stempels 10 in Bezug auf das Werkstück 14 ausführen kann. An
der Oberseite des Werkstückes ist
die Bewegungsbahn relativ groß.
Wenn die Aussparung 13 in der Tiefe zunimmt, dann wird die Bewegungsbahn fortschreitend
kleiner, so daß die Seiten der Vertiefung 13 trichterförmig werden, wie dies in
der Fig.7 dargestellt ist, was genau den Erfordernissen hinsichtlich der Querschnittsverminderung
der Matritze entspricht. Die gleiche Elektrode 15 führt auch den Feinschlichtvorgang
aus. Daraus folgt, daß eine einzige Elektrode 15 alle Funktionen mehrerer Elektroden
ausführt, die früher notwendig waren.
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Gemäß der Erfindung weist der Elektrodenhalter einen Schiebeblock
16 auf, an welchem die Elektrode 15 mittels einer Klemmeinrichtung 17 gehalten wird.
Bei einem Ausführungen spiel weist die Klemmeinrichtung 17 einen V-förmig abgewinkelten
Träger 18 auf, der an dem Rand der Stirnplatte 19 festgeschweißt ist, die ihrerseits
mittels Schrauben 20 an dem Schiebeblock 16 angeschraubt ist Jeder Schenkel des
V-Trägers 18 trägt einen Arm 21 mit Daumenschrauben 28, mittels welchen die Elektrode
in den Winkel des Trägers 18 lösbar eingespannt wird.
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Der Schiebeblock 14 ist derart in Gleitführungen montiert, daß er
allseitige Bewegungen in einer Horizontalebene ausführen kann. Wie am besten in
den Fig.1 und 3 zu erkennen ist, weisen die Gleitführungen zwei Paar Gleitstangen
22 und 27 auf. Die Gleitstangen 22 können eine begrenzte Axialbewegung in Kugelbüchsen
23 ausführen, die an dem Rahmen 24 des Gehäuses 32 für den Elektrodenhalter befestigt
sind. Die Gleitstangen 22 tragen einen Schlitten 25, der sich entlang der Gleitstangenachsen
frei bewegen kann. Der Schlitten 25 trägt Kugelbüchsen 26, in denen ein Paar quer
verlaufender
Gleitstangen 27 angeordnet sind. Die Gleitstangen
27 tragen unmittelbar den Schiebeblock 16, so daß sich dieser auf den Gleitstangenachsen
der Gleitstangen 27 bewegen kann.
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Dementsprechend kann sich der Schiebeblock 16 in alle Richtungen auf
den quer verlaufenden Achsen der Gleitstangen 22 und 27 verschieben, er kann sich
jedoch nicht drehen.
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Um den Schiebeblock 16 in alle Richtungen zu bewegen, ist ein Antrieb
vorgesehen. Der Antrieb weist einen Rotor 30 auf, der auf in dem Gehäuse 32 des
Elektrodenhalters angeordneten Kugellagern 31 gelagert ist. Der Gehausedeckel des
Gehäuses 32 ist lösbar in dem Spannfutter 29 des Stempels 10 eingespannt. Der Rotor
30 trägt an seiner Außenseite ein Schnekkenrad 38, das mit der Antriebsschnecke
33 über eine Rupp-1ung man eine biegsame Antriebsv»relle 35 von einer geeigneten
Antriebseinrichtung (die in der Zeichnung nicht dargestellt ist) angeschlossen ist.
Die Kupplung 34 und die damit verbundenen Teile sind mit Isoliermaterial versehen,
damit die Welle 35 gegenüber der Elektrode und den damit verbundenen Teilen elektrisch
isoliert ist.
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Der Rotor besitzt eine zentrale Ausnehmung 36, in welche ein Lagerzapfen
37, der mit dem Block 16 fest verbunden ist, nach oben hinein erstreckt. Der Lagerzapfen
37 trägt an seiner Spitze eine Rolle 40, die in einer in der Seite eines Antriebsarmes
42 angeordneten Führungsnut 41 aufgenommen wird, wobei der Antriebsarm 42 mittels
eines Gelenkbolzens 43 an dem Rotor 30 schwenkbar befestigt ist. Der Lagerzapfen
37 und die Elektrode 15 werden über das biegbare Kabel 39 elektrisch erregt.
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Eine energiespeichernde Feder 44 drückt den Arm 42 gegen die Rolle
40 und drückt den Lagerzapfen 37 und den damit verbundenen Schiebeblock 16 von der
Drehachse des Rotors 30 weg in Richtung auf. die Seite des Rotors 30, die der Feder
44 gegenüberliegt. Wenn also der Rotor 30 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird,
wie dies in der Fig.2 gezeigt ist, dann übt der Arm 42 auf den Lagerzapfen 37 in
Normalrichtung zum Arm 42 eine Druckkraft aus und drückt den Schiebeblock 16 infolgedessen
in alle Richtungen, in welche der Arm 42 zeigt.
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Die genaue Bewegungsbahn, welcher der Schiebeblock 16 und die damit
verbundene Elektrode 15 folgen, wird jedoch durch den Bahnsteuermechanismus gesteuert,
der im rechten Teil der Fig.1 und 2 dargestellt ist. Von dem Elektrodenhalterrahmen
32 erstreckt sich ein Arm 45 nach außen, der eine in senkrechter Richtung verlaufende
Bohrung 46 aufweist, die für eine senkrechte Einstellung einer länglichen Führungsstange
47 dient. In der Nähe seines unteren Endes ist das Gehäuse 49 mit einer Kugelbüchse
48 versehen, und im Gehäuseoberteil ist eine Lagerbüchse 51 angeordnet, die für
eine relativ reibungsfreie Bewegung der Führungsstange 47 sorgt. Die Führungsstange
47 kann jeder beliebigen Lage von dem Klemmring 52 festgeklemmt werden, der auf
den Gewindeteil 53 des Gehäuses 49 aufgeschraubt ist. Der Klemmring 52 besitzt eine
konische Nockenfläche 54, die auf drei in gleichem Winkelabstand zueinander angeordneten
Sperrkugeln 55 drückt, die in entsprechenden Lagerbohrungen in der Seitenwand des
Gehäuses 49 aufgenommen werden. Eine abwärts gerichtete Bewegung des Klemmringes
52 auf seinem Gewindeteil 53 klemmt die Kugeln 55 gegen die Führungsstange 47, wodurch
diese in ihrer Lage festgehalten wird. Ein Lösen des Klemmringes 52
führt
dazu, daß die Führungsstange 47 in vertikaler Richtung eingestellt werden kann.
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Ein Teil der Führungsstange 27 weist einen konischen Teil 57 auf.
Für eine besondere Querschnittsverminderung in einem Werkstück, das als Matritze
in einer Spritzgußmaschine dienen soll, beträgt der Konus des Teiles 57 der Führungsstange
47 annähernd 30 Der Schiebeblock 16 weist einen sich seitwärts erstreckenden Arm
60 auf, der ein austauschbares spitzes Ende 61 mit einer regelmäßigen gleichseitigen
Bohrung 62 zur Begrenzung einer Bewegungsbahn besitzt, wobei die Bohrung gegenüber
der Führungsstange 47 ausgerichtet ist, die sich durch die Bohrung hindurch erstreckt.
Die Bohrung 62 weist einen geraden, polygonalen Grundriß auf, durch welchen die
Bewegungsbahn des Schiebeblocks 16 und der Elektrode 15 infolge des Antriebs des
Rotorarmes 42 bestimmt wird. Bei dem in den Fig.l und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Bohrung 62 quadratisch ausgebildet. Sie besitzt gerade Seitenkanten gleicher
Länge und scharfkantige Ecken. Rus Gründen, die noch nachfolgend erklärt werden,
sind die vier Seiten oder Kanten der Bohrung 62 gleichlang. Es ergibt sich daraus,
daß die Bewegungsbahn der angetriebenen Elektrode quadratisch ist und der Gestalt
der Bohrung entspricht. Andere regelmäßige Polygone wie z.B. Dreiecke, Sechsecke
oder Achtecke usw. können ebenfalls für die Bohrung 62 verwendet werden, die die
Gestalt der Bewegungsbahn festlegt.
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Die auswechselbare Spitze 61 ist an dem Arm 60 mittels einer Nut-
und Federverbindung 63 befestigt. Die Spitze 61 ist an dem Arm mittels länglicher
Gewindebolzen 64 befestigt, so daß
durch eine Entfernung dieser
Bolzen die Spitze 61 gelöst und durch andere Spitzen, wie z.B. durch die Spitzen
65 und 66, die teilweise in den Fig.4 und 5 dargestellt sind, ersetzt werden kann.
Man bringt eine andere Spitze am Arm 60 an, damit man Bohrunaen verschiedener Ausgestaltungen
erhält, um dadurch die Bewegungsbahn des Elektrodenhalters und der Elektrode zu
verändern. Die in der Fig.4 dargestellte Bohrung 67 ist kreisförmig und die in der
Fig.5 dargestellte Bohrung 68 dreieckig ausgebildet. Die kreisförmige Bohrung 67
gemäß Fig.4 wird nur dann verwendet, wenn für die erodierte Aussparung runde Ecken
benötigt werden. Die Anwendung erfolgt hauptsächlich bei maschinell hergestellten
Aussparungen mit einem Kreisguerschnitt. Die Erfindung betrifft jedoch die Herstellung
von polygonalen Aussparungen mit geraden Seiten und scharfkantigen Ecken. Es ist
daher im wesentlichen nur eine polygonale Bohrung interessant. Da eine quadratische
Bohrunq dazu dient, die Elektrode derart zu führen, daß sie sowohl Sechs-Ecke und
Acht-Ecke als auch quadratische Formeln oder unregelmäßige Vielecke mit rechtwinkligen
Ecken ausschneidet, wie dies z.B. in der Fig.9 dargestellt ist, reicht die quadratische
Bohrung 62 für die meisten Anwendungsfälle der Erfindung aus.
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Die in der Fig.2 dargestellte rechtwinklige Bohrung 62 hat gerade
Kanten, die sich unter Winkeln von 900 schneiden. Diese Kanten gleiten auf dem konischen
Stangenteil 57 der Führungsstange 47. Es folgt daraus, daß, wenn sich der Rotor.
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30 dreht, die Elektrode 15 entsprechend der rechteckigen Bohrung gemäß
Fig.2 einer rechteckigen Bahn folgt, die genau.
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den Abmessungen und der Ausgestaltung der quadratischen Bohrung 62
entspricht und von der Größe und der Ausgestaltung der Führungsstange 47 abhängt.
Um ein Sechseck auszuschneiden,
wird eine sechseckige Bohrung oder
eine quadratische Bohrung verwendet, wobei jedoch bei der Verwendung einer quadratischen
Bohrung drei aufeinanderfolgende, sich überlappende Aussparungen ausgeschnitten
werden müssen. Um ein Achteck auszuschneiden, wird eine achteckige Bohrung benutzt
oder eine quadratische Bohrung, indem vier sich überlappende Aussparungen ausgeschnitten
werden.
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Wenn sich die Führungsstange 47 in ihrer senkrecht eingestellten Lage
befindet, die in der Fig.l dargestellt ist, dann ist ein relativ kleines Spiel zwischen
der Führungsstange und der quadratischen Bohrung 62 vorhanden. Infolgedessen führt
die Elektrode 15 eine sehr kleine, rechteckige Bewegung aus. Wenn jedoch die Führungsstange
47 in der Bohrung 46 nach unten bewegt wird, so daß sich ein kleinerer Querschnitt
des Konus 57 in der Bohrung 62 befindet, dann besteht ein größeres Spiel zwischen
der Führungsstange und den Rändern der Bohrung 62. Entsprechend bewegt sich die
Elektrode auf einer größeren Bahn, wenn der Rotor 30 gedreht wird. Es ergibt sich
daraus, daß sich die Abmessungen der Bewegungsbahn zunehmend ändern, wenn sich das
an der Stange entlanggeführte spitze Ende 61 senkrecht zur Führungsstange 47 bewegt.
Die hinter dem Arm 42 angeordnete Feder 44 wird zusammengedrückt und entspannt sich,
um die Energie in Abhängigkeit von der Größe und den Abmessungen der Bewegungsbahn,
die von der Gestalt der Bohrung 62 abhängt, zu speichern und abzugeben.
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Die Elektrode und der Halter bewegen sich periodisch auf der polygonalen
Bewegungsbahn mit einer relativ schnellen geradlinigen Bewegung entlang den geraden
Seiten der polygonalen Bahn und mit relativ langen, dazwischenliegenden
ruhigen
Bewegungen in den scharfkantigen Ecken der polygonalen Bewegungsbahn. Es wird daher
eine kurze Bearbeitungszeit während der Bewegung der Elektrode benötigt. Praktisch
benötigt man die größte Bearbeitungszeit für die vorgenannte Verweilperiode. Diese
Tatsache ist wesentlich für die Erzielung einer ausgeglichenen Entfernung des Werkstoffs
von allen Oberflächen der Aussparung und für ein genaues senkrechtes Eindringen
der Elektrode in die Vertiefung.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung wird
diese periodische, gradlinige Bewegung in den dazwischenliegenden Verweilzeiten
wie in der Fig. 11 dargestellt erzielt.
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Durch eine Drehung des Rotors 30 wird, wie dies z.B. in der Fig.2
zu erkennen ist, eine Kraft F des Antriebsarmes "4- in einer Richtung auf den Lagerzapfen
37 ausgeübt, die im wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Armes 42 verläuft.
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Wie in Fig.2 zu erkennen ist, wird infolgedessen der Lagerzapfen nach
unten und nach rechts bewegt. Dies ist schematisch ebenfalls n der Fig. 11A dargestellt,
wobei die Darstellung der Fig.2 entspricht, jedoch zeigt, daß die Elektrode 15 in
der Aussparung 13 und die Fuhrungsstange 47 in der die Bahnkurve bestimmenden Bohrung
62 zentriert ist. Die Kraft F bewegt die Elektrode in die in der Fig.llB dargestellte
Lage, wobei die Führungsstange 47 in diesem Zustand die obere linke Ecke der quadratischen
Bohrung 62 berührt und wobei der Schiebeblock und die Elektrode in die untere rechte
Ecke der Aussparung 13 in dem Werkstück bewegt werden und dort verweilen. Die Haltezeit
in dieser Lage dauertsolange an, bis sich der Rotor 30 entgegen dem Uhrzeigersinn
in Fig.2 soweit gedreht hat, daß die von dem Arm 42 auf den
Lagerzapfen
37 ausgeübte Kraft F annähernd die Richtung gemäß Fig. 11C einnimmt. In dieser Lage
bewegen sich die Führungsstange 47 und die Elektrode 15 entsprechend aus der Ecke
der Bohrung 62 und der Vertiefung 13, in welcher sie sich befunden haben, heraus.
Die Elektrode 15 bewegt sich schnell auf einem geradlinigen, durch den Pfeil 100
angedeuteten Weg in die obere rechte Ecke der Vertiefung 13, wie dies in der Fig.
11C dargestellt ist, wo die Teile erneut verharren, bis der Rotor 30 sich weit genug
gedreht hat, daß die Kraft F annähernd die in der Fig.llD eingezeichnete Lage einnimmt.
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In diesem Zustand bewegt sich die Elektrode 15 von der in der Fig.llC
eingezeichneten Lage entlang einer geradlinigen, durch den Pfeil 101 angezeigten
Bewegungsbahn in die obere linke Ecke der Vertiefung 13, wie dies in der Fig.llD
dargestellt ist, und verharrt dort. Dagegen wird die Lage der Führungsstange 47
in Bezug auf die Bohrung 62 von ihrer in der Fig.llC dargestellten Lage in die in
der Fig.llD dargestellten Lage bewegt.
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Die Teile verharren in der Stellung gemäß Fig.llD, bis sich der Rotor
30 weit genug gedreht hat, so daß die Kraft F annähernd die in der Fig.11E eingezeichnete
Lage einnimmt, woraufhin sich die Elektrode 15 auf einer geradlinien, durch den
Pfeil 102 angezeichneten Bahn in die untere linke Ecke der Vertiefung 13 bewegt,
während sich die Führungsstange 47 dann in der oberen rechten Ecke der Bohrung 62
befindet, wie dies in der Fig.llE dargestellt ist. Die Teile verharren in dieser
Lage, bis sich der Rotor 30 weit genug gedreht hat, daß er sich wieder in der Fiv.llB
dargestellten Lage befindet,
wobei sich die Elektrode entlang der
gradlinigen, durch den Pfeil 103 gekennzeichneten Bewegunqsbahn in die untere rechte
Ecke der Vertiefung bewegt, während die Führungsstange 47 sich dann in der oberen
linken Ecke der Bohrung 62 befindet, wie dies in der Fig. 11B dargestellt ist.
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Die geradlinigen Bewegungen der Elektrode von einer Ecke der Vertiefung
zur nächsten erfolgen relativ schnell, und die dazwischenliegenden Halteperioden
zwischen solchen geradlinigen Bewegungen sind relativ lang. Die genauen Zeitabschnitte
und die Bewegungsgeschwindigkeit hanges von verschiedenen Faktoren ab, wie z.B.
von der Drehgeschwindigkeit der biegsamen Antriebswelle 35 (siehe Fig.2), von der
Reibung zwischen der Führungsstange 47 und den Rindern der Bohrung 62, von der Reibung
in den Kugelbüchsen 23 usw. Bei einem typischen Ausführungsbeispiel werden jedoch
99 % der Gesamtzeit der Bahnbewegung der Elektrode während der Verharrung in den
Ecken verwendet und das übrige eine Prozent wird für die geradlinige Bewegung von
einer Ecke zur nächsten verbraucht.
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Entsprechend wird im wesentlichen die ganze Wirkung der Elektroerodiermaschine
(EDM) mit der Elektrode dann entfaltet, wenn die Elektrode in einer Ecke der Aussparung
13 verharrt, so daß eine saubere, scharfkantig ausgeschnittene Ecke entsteht, die
genau die Form der Elektrodenecke aufweist.
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Um diese intermittierende Bewegung mit dazwischenliegenden Verharrzeiten
zu erreichen, muß der Antrieb für den Elektrodenhalter in der Lage sein, auf diesen
während der ganzen Länge der geradlinigen Bewegung eine Bewegungskraft F auszuüben,
die schematisch durch die Pfeile 100, 101, 102 und 103 dargestellt ist, und muß
ebenso in der Lage sein, bewegungslos gegenüber dem Elektrodenhalter während der
Verweilzeiten
zu verharren, selbst wenn der Rotor 30 während der
ganzen Zeit konstant gedreht wird.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird dies durch die energieaufnehmende
und abgebende Feder 44 erreicht, die den schwenkbaren Arm 42 belastet, welcher die
Bewegung von dem Rotor 30 auf den Lagerzapfen 37 überträgt. Während die Bewegung
des Rotors ununterbrochen erfolgt, ist die Bewegung des Elektrodenhalters oder des
Schiebeblocks 16 intermittierend. Wenn sich die Elektrode in der Ecke der Werkstückaussparung
befindet und sich gegenüber dieser nicht bewegt, dann führt die ununterbrochene
Drehung des Rotors 30 dazu, daß der Arm 42 entgegen dem Uhrzeigersinn in Fig.2 um
den Gelenkbolzen 43 geschwenkt wird und daß die Energie in der Feder 44 gespeichert
wird. Wenn sich die Elektrode auf ihrer geradlinigen Bahn von einer Ecke in die
nächste Ecke bewegt, dann gibt die Feder 44 die gespeicherte Energie an den Arm
42 wieder ab, wodurch der Arm 42 im Uhrzeigersinn in Fig.2 um seinen Gelenkbolzen
43 geschwenkt wird und die Elektrode schnell von einer Ecke in die nächste Ecke
vorrücken läßt, so daß der Antriebs arm 42 während der Verweilzeit der Elektrode
wieder bewegungslos wird und die Feder 44 die Energie wieder speichern wird. Daher
kann der federbelastete Arm 42 als ein Motor angesehen werden, der dauernd die Energie
speichert und an den Elektrodenhalter wieder abgibt.
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Die vorbeschriebene Einrichtung, die dafür sorgt, daß sich die Elektrode
intermittierend auf geradlinigen Bewegungsbahnen in die Ecken bewegen kann und daß
die Elektrode in den Eckenvaharren kann,bewirkt, daß die Aussparung den Eckenwinkeln
der Elektrode genau nachgebildet wird. Praktisch läuft die ganze Arbeitszeit der
Elektrode dann ab, wenn sich
die Elektrode in der Ecke der Aussparung
befindet.
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Um eine Aussparung 13 mit einem Dreigradionus herzustellen, wie dieser
in der Fig.7 dargestellt ist, verwendet man eine Führungsstange 47 mit einem Dreigradkonus
57, die in dem Gehäuse 45 in folgender Weise eingestellt wird. Die Spitze 58 der
Elektrode 15 wird auf die Werkstückoberseite 59 des unbearbeiteten Werkstückes 14
aufgesetzt, wie dies in der Fig.8 dargestellt ist. Dann verwendet man entweder die
gleitenden Richtteile 71, 72 (siehe Fig.8) oder das in der Fig.7 dargestellte Meßgerät
73 und dann wird die Stange 47 in eine Lage angehoben, die in der Fig.l dargestellt
ist und in welcher ihr maximaler Durchmesser seitlich gegenüber der quadratischen
Bohrung 62 in dem spitzen Ende 61 des Schiebeblockarmes angeordnet ist. Praktisch
entspricht der Durchmesser der Stange 47 einer Seitenlänge der Bohrung 62. Daher
führt die Drehung des Rotors 30 nicht zu irgendeiner Bahnbewegung der Elektrode,
weil die Stange 47 den Schiebeblock 16 an jeglicher Bewegung hindert. Die Stange
47 wird nun um ein solches Stück abgesenkt, das genau der gewunschten Tiefe der
Aussparung 13 entspricht. Dies kann dadurch erzielt werden, daß die Richtteile 71
und 72 entsprechend eingestellt werden, so daß die Stange 47 um das gewünschte Stück
abgesenkt wird. Bei dem in der Fig.7 dargestellten Ausführungsbeispiel kann der
genaue Abstand zwischen dem Anschlag 77 am Rahmen 78 der Maschine und einem Anschlagring
75 der Stange 76 gemessen werden. Die Stange 47 wird dann solange abgesenkt, bis
der Anschlagring gegen die Oberseite des Anschlages 77 anstößt.
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Wenn die Stange 47 derart auf das neue Niveau abgesenkt ist, indem
die Richtteile 71 und 72 entsprechend eingestellt wurden
oder bis
der Anschlagring 75 gegen den Anschlag 77 anstößt, dann befindet sich ein kleinerer
Durchmesser des Stangenteiles 57 der Führungsstange 47 innerhalb der Bohrung 62.
Daher bewirkt eine Drehung des Rotors 30, daß die Elektrode 15 auf der Oberseite
des Werkstückes entlang ihrer längsten Bewegungsbahn bewegt wird.
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Der Rahmen 78 wird normal bewegt bis der Stempel 10 bis zum Werkstück
abgesenkt ist. Gleichzeitig wird die Antriebswelle 35 ununterbrochen angetrieben,
um die Elektrode auf ihrer Bewegungsbahn zu bewegen, die durch die Bohrung 62 und
den entsprechenden Querschnitt 57 der Führungsstange 47 festgelegt ist. Wenn die
Stange 47 in vertikaler Richtung mittels der Richtteile 71, 72 (siehe Fig.8) oder
mit Hilfe des Anschlagringes 75 (siehe Fig.7) eingestellt ist, dann bewirkt eine
fortlaufend nach unten erfolgende Bewegung des Stempels 10, daß sich die Elektrode
entsprechend in das Werkstück einsenkt, wobei sie kleinere Bahnbewegungen quer zur
Vorschubrichtung des Stempels ausführt. Die Verkleinerung der Bahnbewegung erfolgt
deshalb, weil das spitze Ende 61 dem kegelförmigen Teil nach unten folgt, wobei
die Bohrung 62 einen zunehmend grösseren Querschnitt der Stange 47 erfaßt, so daß
die Kreisbahn zunehmend kleiner wird. Durch diesen Vorgang wird die konische Form
oder die Querschnittsverminderung der Seitenwände der Vertiefung 13 erzielt, wie
dies in der Fig.7 dargestellt ist. Wenn die Elektrode 15 den Aussparungsboden erreicht
hat, hört die Bewegung auf der Bewegungsbahn auf. Es ergibt sich daher, daß eine
einzige Elektrode 15 dazu in der Lage ist, eine konische Aussparung 13 zu schaffen.
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Die gleiche Elektrode kann auch dazu verwendet werden, einen groben
Schnitt und einen feingeschlichteten Schnitt herzustellen.
Nachdem
der grobe Schnitt wie vorbeschrieben ausgeführt ist,-wird der Schnittvorgang wiederholt,
wobei die Fuhrungsstange 47 etwas tiefer in ihrer Bohrung 46 abgesenkt wird.
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Dadurch werden in jeder Höhe der Aussparung etwas größere Bewegungsbahnen
erzielt, wenn sich der Stempel absenkt, so daß etwas mehr metall für den Feinschlichtvorgang
abgetragen wird.
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Selbst wenn die Aussparung 13 z.B. keinen Konus aufweist, wenn keine
Querschnittsverminderung gefordert wird, kann dieselbe Elektrode 15 für sowohl den
rauhen Schnitt als auch für den feingeschlichteten Schnitt verwendet werden. Der
rauhe Schnitt kann ausgeführt werden, während sich die Führungsstange 47 in einer
Lage in ihrer Bohrung 46 befindet, in welcher sich die Elektrode 15 überhaupt nicht
bewegt. Die Führungsstange 47 wird an einer beliebigen Stelle des rohrförmigen Gehäuses
49 mittels des Klemmringes 52 festgeklemmt oder festgespannt, wobei die Bohrung
62 einen Paßsitz gegenüber der Mantelfläche der Führungsstange 47 einnimmt. Nachdem
der senkrechte Schruppschnitt fertiggestellt ist, wird die Stange 47 etwas tiefer
eingestellt, so daß ein kleines Spiel zwischen den Wandungen der Bohrung 62 und
dem Führungsstangenabschnitt 57 auftritt.
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Die Führungsstange wird wieder in dem Gehäuse 49 mittels dem Klemmring
52 festgespannt, und der Feinschlichtschnitt wird mit einer kleinen Bewegung der
Elektrode ausgeführt, damit ein zusätzlicher Werkstoffbetrag von dem Werkstück abgetragen
wird.
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Da der Betrag des abgetragenen Werkstoffes bei einer Elektroerosion
mittels einer Elektroerodiermaschine von der Elektrodenfläche abhängt, die dem Werkstück
pro Zeiteinheit ausgesetzt ist, ist es wesentlich, daß diese Fläche während aller
Stellungen der Elektrodenbewegung unverändert bleibt. Die
polygonale
Ausgestaltung der durch die Bohrung 62 vorgegebenen Bewegungsbahn führt automatisch
in jeder Stellung der Elektrode zu einer gleichen Materialabtragung vom Boden der
Aussparung, unabhängig von der Gestalt des Schnittes. Dies ist in der Fig.9 dargestellt,
in welcher zu erkennen ist, daß die äußere Begrenzung der Vertiefung 13 unregelmäßig
ist. Die Elektrode 15 hat einen ähnlichen unregelmäßigen Querschnitt.
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Da die Bohrung 62 rechtwinklig ausgeführt ist, bewegt sich die Elektrode
infolgedessen auf geraden Bewegungsbahnen, wobei die auf die Elektrode einwirkenden
Kräfte durch die Pfeile 87, 90, 93 und 95 dargestellt sind; Die Elektrode befindet
sich während fast der ganzen Zeitspanne der Einwirkung jeder Kraftkomponente in
einer Ruhestellung in der Ecke, in welche ein jeder Pfeil zeigt. Während der Aufbringung
der Kraft in Richtung des Pfeiles 87, befindet sich die Elektrode im Bereich der
Werkstückflächen 80, 81, 82, 83, 84, 85 und 86 und erodiert Metall vom Boden der
Aussparung im Bereich dieser Oberfläche, wobei diese Erosion im wesentlichen gleichmäßig
über die Bodenfläche der Aussparung erfolgt, die dem Elektrodenende gegenüberliegt.
Bei dem in der Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei welchem die Abmessungen
eingetragen sind, beträgt die Gesamterstreckung dieser Flächen 12 inch (304,8 mm).
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Wenn die Antriebskraft in die Richtung des Pfeiles 90 wirkt, dann
unterliegen die Flächen 81, 84 und 92 im Bereich der Elektrode und der Boden der
Aussparung im Bereich dieser FlEchen,die dem Boden der Elektrode gegenüberliegen,
der Schnittwirkung der Elektrode. Die Gesamterstreckung dieser Flächen beträgt ebenfalls
12 inch (304,8 mm).
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Wenn die Kraft in Richtung des Pfeiles 93 wirkt, dann werden
die
Flächen 91,92 und 94 im Bereich der Elektrode und der Boden der Aussparung im Bereich
dieser Flächen bearbeitet, wobei die gerade Erstreckung dieser Flächen wieder 12
inch beträgt.
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Wenn die Antriebskraftin Richtung des Pfeiles 95 wirkt, dann werden
die Flächen 94, 80, 82, 91, 83 und 85 im Bereich der Elektrode und der Boden der
Aussparung im Bereich dieser Flächen bearbeitet, wobei die Gesamterstreckung dieser
Flächen wieder 12 inch beträgt. Es ergibt sich daraus, daß die rechtwinklige Ausbildung
der Bohrung 62 automatisch zu einer gleichen Ausrichtung sämtlicher Schnittflächen
gegenüber der Elektrode 15 in allen Bewegungsrichtungen der Elektrode während ihrer
Bahnbewegung führt. Daher wird von einer Seite der Aussparung nicht mehr Metall
abgetragen als von der anderen Seite, und die Elektrode bewegt sich auf einer genau
senkrechten Achse ohne seitliche Auslenkung.