DE2540998A1 - Maschine zur elektrochemischen bearbeitung eines werkstuecks aus elektrisch leitendem material - Google Patents

Description

AEG-Elotherm Gesellschaft mit beschränkter Haftung

o7*lo/75-(o8) Remscheid, 12.ο9·75

PAT/Seiffert/Sw.

Maschine zur elektrochemischen Bearbeitung eines Werkstücks aus elektrisch leitendem Material

Die Erfindung bezieht sich auf eine Maschine zur elektrochemischen Bearbeitung eines Werkstücks aus elektrisch leitendem Material, mit einer Werkstückaufnähme zur elektrisch isolierten Lagerung des Werkstücks, einer an der Werkstückaufnahme angeordneten Vorrichtung zur elektrischen Kontaktierung und Verbindung des Werkstücks mit einem Pol einer Gleichstromquelle, einer neben der Werkstückaufnahme angeordneten, mit dem anderen Pol der Gleichstromquelle verbindbaren und gegen die Oberfläche des Werkstücks verstellbaren Bearbeitungselektrode, deren der Oberfläche des Werkstücks gegenüberstehende elektrisch aktive Oberfläche mit der Werkstückoberfläche einen Bearbeitungsspalt einschließt, und Flüssigkeitszu- und -ableitungen zum Arbeitsspalt zur Zu- und Abführung eines flüssigen Elektrolyten.

Maschinen dieser Art sind z.B. für den speziellen Zweck der Einarbeitung einer reliefartigen Ausnehmung in die Oberfläche eines metallischen Werkstücks bekannt. In anderen Ausführungsformen dienen sie zum Bohren von Löchern durch elektrochemisches Einsenken einer passend geformten Bearbeitungselektrode, zum Entgraten der Kanten von Werkstücken oder von Bohrlöchern in solchen Werkstücken, zur Herstellung von Verzahnungen für Getriebe odgl., zur Formgebung von metallischen Ersatzstücken des menschlichen Skeletts und für andere Zwecke, die das foriagenaue Herstellen oder Bearbeiten metallischer Werkstücke verlangen.

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In jedem Fall wird das zu bearbeitende Werkstück in eine Werkstückaufnahme der Maschine eingelegt oder eingespannt und dort

- in exakt durch die Werks tückaiif nähme vorgegebener Lage durch Heranführen an eine geeignet geformte Bearbeitungselektrode in eine Bearbeitungsposition gebracht, in der die zu bearbeitenden Oberflächenteile elektrisch leitenden Teilen der Bearbeitungselektrode gegenüberstehen und mit diesen einen Arbeitsspalt einschließen, der mit einem fließenden flüssigen Elektrolyten gefüllt wird. Darauf werden das zu bearbei- > tende Werkstück und die Bearbeitungselektrode jeweils an zugeordnete Pole einer Gleichstromquelle angeschlossen und dtirch Einschalten der Gleichstromquelle ein Stromfluß über den Arbeitsspalt bewirkt, wodurch elektrolytisch Material von dem Werkstück abgetragen wird. Maschinen dieser Ausbildung sind

- bei niedrigerer Stromdichte-auch zur Oberflächenbearbeitung zur Herbeiführung von Oberflächeneffekten, z.B. durch elektrolytisches Polieren oder elektrolytisches Atzen, bekannt.

Wenngleich die Maschinen dieser Ausbildung sich dazti eignen, einzelne Werkstücke mit erheblicher Geschwindigkeit genau zu bearbeiten, sind in nicht zum Stande der Technik gehörigen Vorschlägen Anordnungen erörtert worden, bei denen die vorgesehenen Werkstückaufnahmen zur Aufnahme zweier oder mehrerer Werkstücke bzw. Werkstückrohlinge vorgesehen sind. Durch Vervielfältigung der Bearbeitungselektroden der Maschine läßt sich so mit einer einzigen Maschine eine Mehrzahl von Werkstükken bzw. Werkstückrohlingen gleichzeitig bearbeiten, wodurch die Ausnutzung der Maschine erhöht und ihre Wirtschaftlichkeit verbessert wird.

Alle Maschinen dieser Art - und auch die bekannten Maschinen leiden unter dem Mangel, daß bei komplizierten Formen, die elektrochemisch herzustellen sind, und in solchen Fällen, in denen die Maßhaltigkeit extremen Forderungen genügen muß, die Werkstückaufnahmen, die an die Form der Werkstücke bzw. Werkstückrohlinge anzupassen sind, ggf. zur genauen Lagefixierung der zu bearbeitenden Werkstücke das Einspannen der Werkstücke in

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der Werkstückaufnahme verlangen. Auch wird es bei einer größeren Anzahl von in der Werkstückaufnähme zu lagernden Werkstükken oder Werkstückrohlingen erforderlich, diese sorgfältig in die Werkstückaufnahme einzulegen und dort ggf. zu verspannen. Diese Arbeiten erfordern für den Bedienungsmann der Maschine einen erheblichen Zeitaufwand, der ggf. den zeitlichen Aufwand der Maschinenbearbeitung: erheblich übersteigt.

Zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der Arbeitsweise von Maschinen der eingangs näher bezeichneten Art wird der Erfindung entsprechend eine solche Maschine vorgeschlagen, die sich erfindungsgemäß dadurch kennzeichnet, daß die Werkstückaufnahme als selbständige Baueinheit ausgebildet und in der Maschine in einer Halterung zusammen mit dem Werkstück lös- und austauschbar angeordnet ist.

Mit dieser Ausbildung läßt sich ggf» eine größere Anzahl von Werkstücken oder Werkstückrohlingen, die zu bearbeiten ist, gemeinsam in einer Werkstückaufnahme anordnen und gemeinsam in die zugehörige Halterung der Maschine einbringen. Durch .Austausch der Werkstückaufnahme nach dem Bearbeitungsvorgang ist es dabei möglich, die Maschinenkapazität zu erhöhen und das Einbringen der Werkstücke in die Werlcstückaufnahme außerhalb der Maschine zu organisieren. Es ist dabei auf einfache Art und Weise eine selbsttätige Bestückung der Werkstückaufnähme in gesonderten Bestückungsvorrichtungen möglich. Auch wird die maschinelle Zuführung der zu bearbeitenden Werkstücke bzw. Werkstückrohlinge in die Bearbeitungsposition der Maschine durch Zuführung einer genormten Werkstückaufnahme in die Bearbeitungsposition möglich.

Die anliegende Zeichnung dient zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, das gleichzeitig weitere Einzelheiten der Erfindung erläutert.

Fig. 1 zeigt teilweise in Ansicht, teilweise im Schnitt die eigentliche Bearbeitungsanordnung der der Erfindung entsprechenden Maschine mit der zugehörigen Bearbeitungselektrode und dem

zu bearbeitenden Werkstück.

Fig. 2 zeigt eine Einzelheit der Anordnung nach Fig. 1.

In Fig. 1 bezeichnen 1 eine aus Isolierstoff gefertigte Grundplatte, die auf einem Maschinenständer 2 gelagert ist und ihrerseits zur Lagerung einer zweiten - ebenfalls aus Isolierstoff gefertigten - Grundplatte 3 dient. Mit 4 ist eine plattenförmige, aus Isolierstoff bestehende und auf der Grundplatte 3 lösbar gelagerte Werkstückaufnahme bezeichnet, die zur Lagerung mehrerer zu bearbeitender Werkstücke dient. In der geschnittenen Darstellung ist ein zu bearbeitendes Werkstück 5 im Schnitt dargestellt. Mit 6 ist ein unter der Kraftwirkung von Schraubenfedern 7 und 8 stehendes Bauteil bezeichnet, das auf zwei Führungen 9 und Io, die jeweils entsprechende Ausnehmungen im Bauteil 6 durchsetzen, verschiebbar gelagert ist. Es ist mit einem ebenfalls aus Isolierstoff gefertigten zylindrischen Ansatz 11 gegen einen zylindrischen Ansatz 12 der Werks tückauf nähme 4 durch die Kraftwirkung der Federn 7» 8 anpreßbar, so daß die einander zugewandten Stirnflächen beider Bauteile fest miteinander zum Kontakt gelangen.

Der Ansatz 12 /weist eine zylindrische Ausnehmung 13 mit einer konzentrischen Bohrung l4 auf. Die Bohrung l4 durchsetzt die Werks tückaufnähme 4 und dient mit einer dem Ansatz 11 zugewandten Ausnehmung zur Aufnahme des Werkstücks 5·

In der Grundplatte 3 ist in einer Ausnehmung 15 eine Druckfeder l6 gelagert, die ein metallisches Kontaktstück 17 fest gegen den Boden l8 (vgl. Fig. 2) des Werkstücks 5 drückt. Das Kontaktstück 17 ist über (in der Darstellung nicht sichtbare) elektrische Zuleitungen mit einer elektrischen Anschlußklemme 19 der Vorrichtung, die auf der Grundplatte 3 angeordnet ist, elektrisch leitend verbanden.

Der Ansatz 11 des Bauteils 6 drückt mit seiner dem Ansatz 12 zugewandten Fläche fest auf den Rand 2o des Bauteils 5 und drückt dieses damit fest auf seinen Sitz in der Bohrung l4.

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Bei dem Werkstück 5 handelt es sich um ein zylindrisches Werkstück aus elektrisch leitendem Werkstoff, das mit einer zylindrischen Ausnehmung 21 versehen ist.

Der Rand 2o des Werkstücks 5 ist an zwei um l8o° gegeneinander versetzten Stellen mit einer Nut 22 zu versehen, die durch elektrochemische Einsenken einer entsprechenden Bearbeitungselektrode 23 hergestellt werden soll.

Die Bearbeitungselektrode 23 ist dazu über ein mit einer Bohrung 24 versehenes Zwischenstück 25 an der Führungsstange Io befestigt.

Die Ausnehmung 13 des Ansatzes 12 , die das Werkstück 5 ringförmig umfaßt, ist über eine den Ansatz 11 durchsetzende Ausnehmung Jo und eine im Bauteil 6 verlaufende Bohrung 31 mit einer flexiblen Schlauchverbindung 32 in Verbindung gesetzt, die mit dem Druckstutzen einer Pumpvorrichtung verbunden und der Zuführung eines flüssigen Elektrolyten in den Bereich der Ausnehmung 13 dient. Der Elektrolyt gelangt von dort über den Rand 2o des Bauteils "5 in das Innere der Ausnehmung 21 und von dort über eine (nicht dargestellte) Ausnehmung in der Bearbeitungselektrode 23 in die Bohrung 24 und von dort aus über in der Stange Io gelegene Bohrungsteile in die in dem Bauteil 6 verlaufende Bohrung 33» die analog zur Bohrung 31 mit einem flexiblen Anschlußschlauch Jh in Verbindung steht.

Über die Leitung Jh gelangt der über die Zuleitung 32 der Anordnung zugeführte Elektrolyt in einen Vorratsbehälter zurück, von dem aus er in an sich bekannter Weise ggf. nach Reinigung wieder dem aus dem Werkstück 5 und der Bearbeitungselektrode gebildeten Arbeitsspalt der Vorrichtung zugeführt wird.

Es sei noch bemerkt, daß die äußere Oberfläche des Halterungsteils 25 mit einem Überzug aus elektrisch nicht leitendem Material überzogen ist,· so daß lediglich die mit dem elektrisch leitenden Körper des Halterungsteils 25 in Verbindung stehenden Teile der Bearbeitungselektrode 23 eine elektrisch leitende

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Oberfläche aufweisen.

Die aus elektrisch leitendem Material bestehenden Führungsstangen 9 und Io stehen deshalb einerseits in elektrisch leitender Verbindung mit der Bearbeitungselektrode 23 und andererseits über - in der Darstellung nicht sichtbare - elektrische Zuleitungen mit einer zweiten Anschlußklemme 19A der Vorrichtung.

Die Führungsstangen 9 und Io sind starr an einem Halterungsteil 35 befestigt, das teilweise aus Isoliermaterial gefertigt ist und mit einer Antriebsstange 36 verbunden ist, die es gestattet, das Bauteil 35» die an ihm befestigten Führungsstangen 9 und Io, das auf den Führungsstangen 9 und Io gleitende Bauteil 6 mit dem Ansatz 11 und der Bearbeitungselektrode 2"), z.B. über einen pneumatischen Stellmotor, von dem Ansatz 12 der Werkstückaufnahme 4 abzuheben, so daß die Werkstückaufnahme 4 zusammen mit dem zu bearbeitenden Werkstück 5 aus beiderseits an die Werkstückaufnahme 4 angreifende, mit einem Führungsschlitz versehene Führungen senkrecht zur Darstellungsebene aus der Maschine herausgezogen werden kann. Zur Erlf.ichetung der Entnahme der Werkstückaufnahme 4 aus der Maschine sind die Führungen 38 und 39 jeweils gegen die Kraft einer Feder, z.B. 4o, höhenverstellbar gelagert, so daß beim Abheben des Bauteils 6 von der Werkstückaufnähme die Werkstückaufnahme selbst durch die Kraftwirkung der Federn, z.B. 4o, von der Grundplatte 3 abgehoben und aus den Schlitzen der Führungsteile 38 und 39 herausgezogen werden kann.

Zur Abdichtung des Arbeitsspaltes 5» 23 der Anordnung sind Gummidichtungen 45 vorgesehen, die den Flußpfad des flüssigen Elektrolyten zwischen den Ansätzen 11 und 12, der Werkstückaufnahme 4 und der Grundplatte 3 und in der Bohrung l4 abdichten.

Ferner sind die Anordnungen derart getroffen, daß die Werkstückaufnahme zur Lagerung eines zweiten Werkstückes, das gleichfalls zu bearbeiten ist, benutzt wird.

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Die entsprechende Lageranordnung ist in Draufsicht in der Darstellung mit HA bzw. 12A bezeichnet, während 32A und 34A in der Zeichnung die zugehörigen flexiblen Anschlußschläuche zur Zu- bzw. Abführung des flüssigen Elektrolyten in den Bearbeitungsspalt dieser Anordnung bezeichnet.

Über die Anschlußleitungen 46 und 47 sind jeweils die Bearbeitungselektroden 23 und das zu bearbeitende Werkstück 5 an die zugehörigen Pole einer Gleichstromquelle anschließbar.

Mit der erläuterten Anordnung wird wie folgt gearbeitet: Ausgehend von der in der Zeichnung dargestellten Stellung der Bau-· teile zueinander wird über die Antriebsstange 36 das Bauteil 6 von der Werketückaufnähme 4 abgehoben, wodurch infolge der Kraftwirkung der Federn 4o die Werkstückaufnahme 4 von der Grundplatte 3 abgehoben und der Kontakt zwischen dem Kontaktstück 45 und dem Werkstück 5 unterbrochen wird. Danach ist die Werkstückaufnahme 4 aus den schlitzförmigen Führungen 38 und 39 herausziehbar. Die Werkstückaufnahme 4 wird sodann - ggf. unter Zuhilfenahme maschineller Hilfsmittel - mit den zu bearbeitenden Werkstücken 5 bestückt und erneut in die Halterung 38, 39 eingeschoben, worauf die Ansätze 11, HA durch Absenken des Bauteils 6 mit der Werkstückaufnahme 4 in Kontakt gebracht wird. Dabei werden über die Gummidichtungen 45 die Zu- bzw. Ableitungen für den flüssigen Elektrolyten abgedichtet und es wird die Gleichstromquelle eingeschaltet. In diesem Zustand der Anordnung fließt über dem Bearbeitungsspalt 5»23 ein elektrischer Gleichstrom, der zur elektrolytischen Metallabtragung im Bereich der Nute 22 Anlaß gibt. Dabei wird die Form der Bearbeitungselektrode 23 in den Rand 2o des Bauteils 5 eingesenkt, worauf der Stromfluß über den Arbeitsspalt unterbrochen und das Bauteil 6 über die Zugstange 36 erneut von der Werkstückaufnahme 4 abhebbar ist. Die Werkstückaufnahme kann dann aus der Maschine herausgenommen und erneut mit zu bearbeitenden Werkstücken beladen werden.

Die beschriebene Erfindung weist den Vorzug auf, daß die Bearbeitungskapazität der Bearbeitungsmaschine nicht unwesentlich

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gesteigert werden kann. Es ist dazu möglich, die Anordnung mit einer Werkstückaufnahme zur Lagerung einer größeren Anzahl zu bearbeitender Werkstücke auszubilden, wodurch bei entsprechender Vervielfachung der Bearbeitungselektroden die Bearbeitungskapazität beträchtlich zu steigern ist. Dabei ist es dann zweckmäßig, die Anordnung ggf. so zu treffen, daß die Werkstückaufnahme in der Maschine gegen eine andere Werkstückaufnahme austauschbar ist, so daß - ggf. durch selbstätigen maschinellen Austausch der,Werkstückaufnahmen - auch die Stillstandszeiten der Maschine verkürzt werden können.

1 Zeichnung k Ansprüche

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Claims (3)

Ansprüche

1. Maschine zur elektrochemischen Bearbeitung eines Werkstücks aus elektrisch leitendem Material mit einer Werkstückaufnahme zur elektrisch isolierten Lagerung des Werkstücks, einer an der Werkstückaufnähme angeordneten Vorrichtung zur elektrischen Kontaktierung und Verbindung des Werkstücks mit einem Pol einer Gleichstromquelle, einer neben der Werkstückaufnahme angeordneten, mit dem anderen Pol der Gleichstromquelle verbindbaren und gegen die Oberfläche des Werkstücks motorisch verstellbaren Bearbeitungselektrode, deren der Oberfläche des Werkstücks gegenüberstehende elektrisch aktive Oberfläche mit der Werkstückoberfläche einen Bearbeitungsspalt einschließt, und Flüssigkeitsleitungen zum und vom Bearbeitungsspalt zur Zu- bzw. Abführung eines flüssigen Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückaufnahme (4) als selbständige Baueinheit ausgebildet und in der Maschine in einer Halterung (38,39) zusammen mit dem Werkstück (5) lös- und austauschbar angeordnet ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückaufnahme (4) zwischen dem Haiterungsteil (3) und einem von der Werkstückaufnahme abhebbaren Spann teil (6) angeordnet und durch dieses Spannteil in seiner Lage fixierbar ist.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen (45) zur Abdichtung des Arbeitsspaltes (23,5,22) und der Flüssigkeitszu- bzw. -ableitungen (32, 3o,i3,24,33) derart vorgesehen sind, daß der flüssige Elektrolyt dem Arbeitsspalt unter Druck zu- und aus ihm über geschlossene Leitungen abführbar ist.

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Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 31 dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückaufnahme (4) im zugehörigen Haiterungsteil (3) in einer Führung (38,39) geführt gelagert ist.

AEG-Elotherm G.m.b.H.

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