DE3116857C2

DE3116857C2 - Vorrichtung zum elektroerosiven Bearbeiten von Werkstücken

Info

Publication number: DE3116857C2
Application number: DE3116857A
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Yamato Kanagawa Furukawa
Original assignee: Sodick Co Ltd
Current assignee: Sodick Co Ltd
Priority date: 1980-05-06
Filing date: 1981-04-28
Publication date: 1993-09-09
Anticipated expiration: 2001-04-29
Also published as: DE3116857A1; FR2481979A1; FR2481979B1; CH652058A5; IT1138304B; IT8121520A0; US4441005A

Abstract

Eine Bearbeitungseinrichtung mit elektrischer Entladung, die eine nichtspeichernde Stromversorgungseinheit zum Erzeugen von Arbeitsimpulsen aufweist, die an einen Spalt zwischen einer Elektrode und einem Werkstück anzulegen sind, um das Werkstück zu schneiden, weist eine Induktionswicklung zum Verringern des scharfen Anstiegs der Vorderflanke der von der Stromversorgungseinheit zugeführten Arbeitsimpulse auf, um Arbeitsimpulse mit einem graduellen Anstieg zu erhalten. Wenn eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung mit Hilfe derartiger Impulse durchgeführt wird, ist der sich ergebende konkave Teil oder Bereich, der durch jeden Impuls geschaffen wird, flacher und im Durchmesser größer als die konkaven Bereiche, die mit herkömmlichen Arbeitsimpulsen geschaffen worden sind. Folglich wird die Rauhigkeit einer bearbeiteten Oberfläche gering (d.h. besonders gut).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektroerosiven Bearbeiten von Werkstücken nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der DE-AS 17 65 032 ist bereits eine Vorrichtung zum elektroerosiven Bearbeiten von Werkstücken bekannt, die eine Halterung für das Werkstück, ferner eine Elektrode und eine Antriebseinrichtung zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Elektrode und dem Werkstück enthält. Die bekannte Vorrichtung ist ferner mit einer Gleichspannungsquelle ausgestattet, die mit einem Anschluß direkt mit der genannten Elektrode verbunden ist, wobei zwischen dem anderen Anschluß der Gleichspannungsquelle und dem Werkstück ein Schaltelement zwischengeschaltet ist und wobei das Schaltelement von einem Impulsgenerator angesteuert wird. Das Schaltelement hat hier die Form eines steuerbaren Gleichrichters. Ferner ist eine Parallelschaltung aus einem Widerstand und einem veränderlichen induktiven Element zwischen dem andern Anschluß der Gleichspannungsquelle und dem Werkstück eingeschaltet.
Aus der Zeitschrift "Metall", 12. Jahrgang, Mai 1958, Heft 5, Seiten 366-380 ist es bekannt, bei einem elektroerosiven Bearbeitungsvorgang in den Entladekreis Zusatzinduktivitäten einzuschalten, um dadurch die Oberflächengüte zu verbessern.
Auch aus der Zeitschrift "Machines and Tooling", Vo. 33, 1962, No. 6, Seiten 24-26 ist eine schaltungstechnische Maßnahme bekannt, um bei einem elektroerosiven Bearbeitungsverfahren in den Entladekreis Zusatzinduktivitäten einzuschalten.
Aus der DE-AS 12 05 636 ist eine Schaltungsanordnung für eine Funkenerosionsmaschine bekannt, die eine Entladekreisinduktivität aufweist.
Aus der Zeitschrift "Werkstattstechnik", 57. Jahrgang, July 1967, Seiten 305-308 ist es bekannt, die Impulsdauer durch Zusatzinduktivitäten im Entladekreis zu verringern. Dabei werden Impulsdauern erwähnt, die zwischen 1 µs und 40 µs liegen.
Schließlich ist aus der US-PS 31 58 728 eine Vorrichtung zum elektroerosiven Bearbeiten von Werkstücken bekannt, bei der Spannungen von mehr als 150 V an den Bearbeitungsspalt angelegt werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zum elektroerosiven Bearbeiten von Werkstücken der angegebenen Gattung zu schaffen, mit der Impulse mit einer besonderen Form erzeugt werden können, um dadurch besonders günstige konkave Formen der Oberfläche des bearbeiteten Werkstücks erzeugen zu können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Durch die vorliegende Erfindung wird insbesondere der Vorteil erreicht, daß sich durch die erfindungsgemäßen schaltungstechnischen Maßnahmen eine Rauhigkeit der bearbeiteten Oberfläche ergibt, die sehr exakt auf vorgegebene Werte eingestellt und nach Belieben verändert werden kann, indem die Induktivität des induktiven Elementes entsprechend angepaßt wird.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus dem Unteranspruch.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur elektroerosiven Bearbeitung von Werkstücken mit Merkmalen nach der Erfindung;
Fig. 2 eine Wellenform des Impulses, welcher in der in Fig. 1 dargestellten Stromversorgungseinheit erzeugt worden ist;
Fig. 3A die Form eines herkömmlichen Arbeitsimpulses;
Fig. 3B eine Schnittansicht durch ein Werkstück, das mit dem in Fig. 3A dargestellten Arbeitsimpuls bearbeitet worden ist;
Fig. 4A die Form des Arbeitsimpulses, welcher in der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung verwendet worden ist, und
Fig. 4B eine Schnittansicht eines Werkstückes, das mit dem in Fig. 4A dargestellten Arbeitsimpuls bearbeitet worden ist.
In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum elektroerosiven Bearbeiten von Werkstücken mit Merkmalen nach der Erfindung dargestellt. Eine Vorrichtung 1 zur elektroerosiven Bearbeitung weist ein Hauptteil 2, das in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, und eine Stromversorgungseinheit 3 zum Zuführen von Arbeitsimpulsen auf, welche zwischen ein Werkstück 6, das in ein entsprechendes dielektrisches Fluid 5 in einem Bearbeitungsbehälter 4 eingetaucht ist, und eine am Kopf 7 des Hauptteils 2 angebrachte Elektrode 8 angelegt werden. In dem Kopf ist ein (nicht dargestellter) Servomechanismus angeordnet, und der Spalt zwischen der Elektrode 8 und dem Werkstück 6 kann auf eine entsprechende Größe eingestellt werden, um eine elektroerosive Bearbeitung durchzuführen. Da die Anordnung des vorbeschriebenen Hauptteils 2 bekannt ist, wird dessen Aufbau sowie der Aufbau des Servomechanismus nicht mehr im einzelnen beschrieben.
Die Stromversorgungseinheit 3 weist einen Schalttransistor 11 auf, der von einer Steuereinrichtung 10 so gesteuert wird, daß er an- und ausgeschaltet wird. Der positive Pol einer Gleichspannungsquelle 12 ist über einen Widerstand 13 mit dem Kollektor des Schalttransistors 11 und ihr negativer Pol ist unmittelbar mit einem Ausgangsanschluß 14 verbunden. Ein kernloses induktives Element 16 ist zwischen einem weiteren Ausgangsanschluß 15, der elekrtrisch mit dem Werkstück 6 verbunden ist, und der Ausgangsschaltung des Schalttransistors 11 vorgesehen, um der Anstiegsflanke jedes der Arbeitsimpulse, die von dem Schalttransistor 11 erzeugt werden, einen allmählichen bzw. graduellen Anstieg zu geben. Der Grad des allmählichen bzw. graduellen Anstiegs kann durch Ändern der Induktivität des induktiven Elements 16 eingestellt werden. Zum Ändern der Induktivität des induktiven Elements 16 ist ein Schalter 17 vorgesehen, über welche der Emitter des Schalttransistors 11 mit einem der Abgriffe 16 a bis 16 d des Elements 16 wahlweise verbunden werden kann.
Ein Widerstand 18 ist zwischen einen beweglichen Kontakt 17 a und den Ausgangsanschluß 15 geschaltet, so daß der Widerstand 18 unabhängig von der Schaltstellung des Schalters 17 parallel zu dem induktiven Element 16 geschaltet ist. Da durch das Vorsehen des Widerstandes 18 die in dem induktiven Element 16 gespeicherte Energie in dem Widerstand 18 verbraucht wird, wenn der Schalttransistor 11 abgeschaltet ist, kann dadurch eine unerwünschte Entladung aufgrund der in dem induktiven Element 16 gespeicherten Energie am Spalt 9 verhindert werden. Die Ausgangsanschlüsse 14 und 15 sind durch Leitungen 19 bzw. 20 mit der Elektrode 8 und dem Werkstück 6 verbunden, so daß die Arbeitsimpulse an den Spalt 9 in der Weise angelegt werden, daß das Werkstück 9 auf positivem Potential und die Elektrode 8 auf negativem Potential liegt. Wie nachstehend noch im einzelnen beschrieben wird, hat die Wahl der Polarität der an dem Spalt 9 angelegten Arbeitsimpulse einen großen Einfluß auf den fertigen Zustand der bearbeiteten Oberfläche.
Die Steuereinrichtung 10 weist einen Impulsgenerator zum Erzeugen von Impulsen mit einer geforderten Impulsbreite und Frequenz auf, und die Steuereinrichtung 10 steuert den Ein- und Ausschaltzeitpunkt des Schalttransistors 11 mittels der Impulse von dem Impulsgenerator. Folglich kann die Impulsbreite der Impulse, die vom Emitter des Schalttransistors 11 erhalten werden, auf einen geforderten Wert festgelegt werden. Beispielsweise kann die Impulsbreite auf weniger als 10 µs festgelegt werden, welches die Impulsbreite im herkömmlichen Fall ist, wenn eine so geringe Rauhigkeit der Bearbeitungsfläche wie bei einer Endbearbeitung gefordert wird. Ferner wird die Induktivität des Elements 16 so festgelegt, daß die Vorderflanke der Arbeitsimpulse einen allmählichen bzw. graduellen Anstieg hat, wie durch gestrichelte Linien in Fig. 2 dargestellt ist. Je größer der Induktivitätswert des induktiven Elements ist, umso langsamer wird der Anstieg der Vorderflanke des Impulses. Von dem Erfinder wurde bestätigt, daß je langsamer bzw. gradueller der Anstieg der Vorderflanke der Impulse ist, umso geringer (d. h. besser) die Rauhigkeit der bearbeiteten Oberfläche wird.
Der Grund, warum die Rauhigkeit der bearbeiteten Fläche herabgesetzt (d. h. verbessert) wird, indem der Vorderflanke der Arbeitsimpulse, die eine geringe Impulsbreite von weniger als 10 µs haben, ein allmählicher gradueller Anstieg gegeben wird, ist folgender:
Der Durchmesser eines konkaven Teils oder Bereichs, der durch einen herkömmlichen schmalen Impuls, wie er in Fig. 3A dargestellt ist, erzeugt worden ist, ist so klein, wie er in Fig. 3B dargestellt ist, aber die Tiefe des konkaven Teils oder Bereichs ist verhältnismäßig groß (d. h. der konkave Bereich ist verhältnismäßig tief). Wenn jedoch außer einer Verringerung der Breite des Arbeitsimpulses der Vorderflanke des Impulses ein allmählicher bzw. gradueller Anstieg gegeben wird, wie in Fig. 4A dargestellt ist, ist der sich ergebende konkave Teil oder Bereich flacher und sein Öffnungsdurchmesser ist größer, wie in Fig. 4B dargestellt ist. Von dem Erfinder der vorliegenden Erfindung wurde durch Versuche betätigt, daß die Rauhigkeit der in einer Bearbeitungseinrichtung mit elektrischer Entladung bearbeiteten Oberfläche auf weniger als 1 µR max verringert werden kann, wenn die Bearbeitung mit Arbeitsimpulsen mit einer graduellen Anstiegscharakteristik durchgeführt wird. Um eine so geringe Rauhigkeit zu erhalten, sollte außerdem der Induktivitätswert des induktiven Elements 16 groß genug gemacht werden, um nicht nur der Anstiegsflanke des Impulses einen graduellen Anstieg zu geben, sondern auch um die Streukapazität auf der Seite des Schaltelementes zu dem induktiven Element 16 hin zu beseitigen. Folglich wird eine Induktivität von mindestens 3 µH in einer bestimmungsgemäß arbeitenden Vorrichtung gefordert.
Da außerdem die effektive Entladungsstromstärke am Spalt 9 kleiner wird, wenn die Arbeitsimpulse einen graduellen Anstieg haben, wird vorzugsweise die Spannung an der Gleichspannungsquelle 12 erhöht, um zu verhindern, daß die effektive Entladungsstromstärke geringer wird. Die Spannung an der Hauptgleichspannungsquelle in einer herkömmlichen Einrichtung beträgt etwa 60 bis 100 V. Entsprechend von dem Erfinder durchgeführten Versuchen kann annähernd die gleiche effektive Entladungsstromstärke wie in der herkömmlichen Einrichtung bei allmählich bzw. graduell ansteigenden Arbeitsimpulsen erhalten werden, wenn die Spannung der Gleichspannungsquelle auf 150 V oder höher eingestellt wird.
Die Beziehung zwischen der Anstiegscharakteristik des Arbeitsimpulses und dem sich ergebenden Zustand an der bearbeiteten Oberfläche ist vorstehend bereits erläutert. Nunmehr wird die Beziehung zwischen der Polarität des Arbeitsimpulses, der von den Anschlüssen 14 und 15 an den Spalt 9 angelegt worden ist, und dem sich ergebenden Zustand an der bearbeiteten Oberfläche erläutert. Zuerst wird in Abhängigkeit von dem Material des Werkstücks, usw. festgesetzt, ob der positive Ausgangsanschluß der Energiequelle an das Werkstück oder an die Bearbeitungselektrode angeschlossen werden sollte. Bei verschiedenen, von dem Erfinder durchgeführten Versuchen hat sich jedoch bestätigt, daß der sich ergebende Zustand der bearbeiteten Fläche in beachtlichem Maße durch die Polarität der an den Spalt 9 angelegten Bearbeitungsimpulse beeinflußt wird, wenn eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung mit Hilfe von Arbeitsimpulsen mit einer geringen Impulsbreite und einem graduellen Anstieg durchgeführt wird.
Es wurde ein Versuch mit einem Werkstück aus Eisen und einer Bearbeitungselektrode aus Kupfer durchgeführt. Die Induktivität des Elements 16 wurde mit 6 µH gewählt, der Widerstandswert des Widerstandes 18 betrug 20 Ω und die angelegte Spannung betrug 270 V. Der positive Ausgangsanschluß 15 der Stromversorgungseinheit 3 wurde mit dem Werkstück 6 und deren negativer Anschluß wurde mit der Elektrode 8verbunden. Das Werkstück wurde durch Anlegen von Arbeitsimpulsen an den Spalt 9 bearbeitet, wobei das Werkstück 5 auf positivem und die Elektrode 8 auf negativem Potential lagen. Die bearbeitete Oberfläche des Werkstücks 6 hatte nicht nur eine geringe Rauhigkeit, sondern wurde auch blank bzw. glänzend. Der Versuch wurde dann auch noch mit CU-W- und Ag-W-Elektroden und nichtrostenden sowie WC-Werkstücken durchgeführt. Die blanke bzw. glänzende Oberfläche wurd bei jeder Elektroden- und Werkstückkombination erhalten. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung war außer der Bearbeitung mit einer elektrischen Entladung keine End- oder Feinbearbeitung oder eine Hochglanzpolitur erforderlich. Folglich wird die Anzahl Schritte bei einer Bearbeitung mit elektrischer Entladung geringer. Ferner wurde auch noch ein weiterer Versuch unter denselben Bedingungen wie in dem vorbeschriebenen Fall durchgeführt, außer daß die Polarität der an den Spalt angelegten Arbeitsimpulse umgekehrt wurde. Obwohl in diesem Fall die Rauhigkeit der bearbeiteten Oberfläche des Werkstückes geringer (d. h. besser) war als die eines Werkstückes, das mit einer herkömmlichen Bearbeitungseinrichtung mit elektrischer Entladung bearbeitet worden ist, war dessen Oberfläche nicht blank bzw. glänzend.
Der Induktivitätswert von 6 µH für das induktive Element, der Widerstandswert von 20 Ω und die Spannung von 270 V waren nur Beispiele, und die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf diese Werte beschränkt.
Wie oben ausgeführt, kann eine blank bzw. glänzend bearbeitete Fläche unabhängig von der Materialart der Elektrode oder des Werkstückes erhalten werden, indem die Impulsbreite des Arbeitsimpulses verringert, dem Arbeitsimpuls ein gradueller Anstieg gegeben wird, und die Polarität des Arbeitsimpulses entsprechend gewählt wird, um das Potential des Werkstückes bezüglich des Potentials der Elektrode positiv zu machen. Der Rauhigkeitsgrad der Oberfläche des Werkstückes kann dann durch Auswählen der Stellung des Schalters 17 ohne weiteres gesteuert werden.
Mit der Erfindung können somit auch die Herstellungskosten der Vorrichtung zum elektroerosiven Bearbeiten von Werkstücken herabgesetzt werden, weil kein teueres Schaltelement erforderlich ist, da mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine bearbeitete Oberfläche geringer Rauhigkeit geschaffen werden kann, ohne daß die Impulsbreite des Arbeitsimpulses extrem stark verringert werden muß. Obwohl nur eine Schaltanordnung zum Erzeugen von Arbeitsimpulsen in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform gemäß der Erfindung verwendet ist, ist die Erfindung nicht auf eine Vorrichtung mit nur einer Schaltanordnung zum Erzeugen der Arbeitsimpulse beschränkt. Die Erfindung ist auch bei einer Einrichtung anwendbar, die zum Triggern eine Hochspannungs-Überlagerungsenergiequelle aufweist.

Claims

1. Vorrichtung zm elektroerosiven Bearbeiten von Werkstücken

a) mit einer Halterung für das Werkstück,

b) mit einer Elektrode,

c) mit einer Antriebseinrichtung zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen Elektrode und Werkstück,

d) mit einer Gleichspannungsquelle, die mit einem Anschluß direkt mit der Elektrode verbunden ist,

e) mit einem Schaltelement zwischen dem anderen Anschluß der Gleichspannungsquelle und dem Werkstück,

f) mit einem Impulsgenerator zur Ansteuerung des Schaltelements, und

g) mit einer Parallel-Schaltung auf einem Widerstand und einem veränderlichen induktiven Element zwischen dem anderen Anschluß der Gleichspannungsquelle und dem Werkstück,

dadurch gekennzeichnet, daß

h) das induktive Element (16) mehrere, wählbare Abgriffe (16 a, 16 b, 16 d, 16 d) aufweist, die jeweils mit dem parallelen, den Widerstand (18) enthaltenden Zweig verbindbar sind, daß

i) die Induktivität des induktiven Elements (16) nicht kleiner als 3 µH ist, daß

j) die Impulsdauer der an Elektrode (8) und Werkstück (6) angelegten Impulse nicht länger als 10 µs ist, daß

k) die von der Gleichspannungsquelle (12) gelieferte Spannung nicht kleiner als 150 V ist, und daß

l) das Potential des Werkstücks (6) auf einem höheren Wert als das Potential der Elektrode (8) gehalten ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität des induktiven Elements (16) so groß gewählt ist, daß die Vorderflanke der an Elektrode (8) und Werkstück (6) angelegten Impulse eine allmähliche bzw. graduelle Anstiegscharakteristik aufweist.