DE3715844A1 - Funkenerosionsmaschine mit drahtelektrode - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Funkenerosionsmaschine, in der eine Entladung in einem schmalen Spalt zwischen einer Drahtelektrode und einem Werkstück mit einer Bearbeitungsflüssigkeit als Medium erzeugt wird, um die Bearbeitung am Werkstück voranzutreiben, und sie betrifft insbesondere eine Verbesserung einer Drahtführungsvorrichtung in der Funkenerosionsmaschine der vorausgehend aufgeführten Bauart.

Unter Bezugnahme auf den Stand der Technik ist Fig. 1A eine Darstellung zur Erläuterung einer Drahtführungsvorrichtung in einer Funkenerosionsmaschine und in der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen (1) eine Drahtelektrode, (2 a) und (2 b) bezeichnen ziehformartig ausgebildete Drahtführungen zur Halterung und Führung der Drahtelektrode (1), und (3 a) und (3 b) bezeichnen Stromversorgungselemente zur Zuführung elektrischer Leistung von einer (nicht dargestellten) Stromversorgung zur Drahtelektrode (1). Ein Spiel zwischen der Drahtelektrode (1) und jeder der Drahtführungen (2 a) und (2 b) wird im allgemeinen auf etwa 2 bis 10 µm eingestellt. Wie aus Fig. 1A hervorgeht, werden die Stromversorgungselemente (3 a) und (3 b) im wesentlichen von der Drahtelektrode (1) in jeweils oberhalb und unterhalb der Drahtführungen (2 a) und (2 b) liegenden Abschnitten angedrückt, so dass die Drahtelektrode (1) an jeder der Drahtführungen (2 a) und (2 b) um einen Winkel (alpha) umgebogen wird.

Die jeweiligen, in den Fig. 1A und 4B dargestellten Zustände werden im allgemeinen als Geradeaus-Bearbeitung und Schräg-Bearbeitung bezeichnet. Die Betriebsweise bei der Schräg-Bearbeitung wird anschliessend beschrieben. Es ist möglich, die Drahtelektrode (1) schrägzustellen, indem die Drahtführung (2 a) horizontal gemäss Fig. 4B bewegt wird. Der Abschrägwinkel (Theta) der Drahtelektrode (1) wird infolge einer Relativbewegung zwischen den Drahtführungen (2 a) und (2 b) verursacht und ist entsprechend der Grösse dieser Bewegung veränderlich. In diesem Falle wird die Lagebeziehung zwischen dem Stromversorgungselement (3 a) und der Drahtführung (2 a) und jene zwischen dem Stromversorgungselement (3 b) und der Drahtführung (2 b) nicht geändert.

Die Drahtführungen (2 a, 2 b) bestehen im allgemeinen aus Edelsteinen, beispielsweise einem Diamanten, der ziehformartig ausgebildet ist und eine sehr geringe Grösse aufweist (mit ebenfalls geringem Krümmungsradius). Ferner hat die Drahtelektrode (1) eine grosse Biegesteifigkeit, so dass wenn die Drahtelektrode (1) tatsächlich um einen Winkel (Theta) gemäss Fig. 4B abgeschrägt ist, eine Biegeverformung in der Drahtelektrode (1) verursacht wird, was zu einem Fehler (epsilon) führt.

Fig. 3 ist eine vergrösserte Darstellung einer Drahtführung (3) und das Bezugszeichen (3 a) bezeichnet einen Diamanten, wobei ein geradliniger Abschnitt von etwa 0,2 bis 0,3 mm als Führungabschnitt wirkt und im zentralen Abschnitt der Drahtführung ausgebildet ist, und der Abschrägwinkel sich allmählich, ausgehend vom geradlinigen Abschnitt, erweitert, so dass der Draht leicht eingeführt werden kann (ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (Kokai) 1 50 934/1980). Bei einer derartigen, vorausgehend beschriebenen Funkenerosionsmaschine tritt in der Drahtelektrode (1) ein Biegeverformungsfehler (epsilon) auf, wobei, wenn der Abschrägwinkel (Theta) gross wird, der Biegeverformungsfehler stark ansteigt. Ist die Biegeverformung gross, so wird eine grössere Kraft an der Grenzfläche zwischen der Drahtführung (1) und jeder der Drahtführungen (2 a, 2 b) wirksam, was zu einem Ansteigen der an der Drahtelektrode (1) angreifenden Zugkraft führt. Infolgedessen tritt die Schwierigkeit auf, dass ein Auftrennen des Drahtes häufig bei der Bearbeitung eines Werkstückes verursacht wird, so dass es unvermeidlich ist, dass die Bearbeitungsenergie auf Kosten der Arbeitsgeschwindigkeit klein gemacht wird und dass die Bearbeitung nicht bei einem Werkstück mit einem Abschrägwinkel von etwa 30° erfolgen kann und ein Auftrennen des Drahtes allein infolge des Laufs der Drahtelektrode verursacht werden kann.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die vorausgehend aufgeführten Schwierigkeiten zu überwinden und der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Funkenerosionsmaschine zu schaffen, die eine Drahtführungsvorrichtung aufweist, in der eine von der Drahtführung verursachte Biegeverformung der Drahtelektrode verhindert wird und ein Anstieg der an der Drahtelektrode wirkenden Zugkraft beseitigt wird, so dass die Arbeitsgeschwindigkeit verbessert werden kann.

Bei der erfindungsgemässen Funkenerosionsmaschine ist die Drahtführungsvorrichtung derart angeordnet, dass das Biegen der Drahtelektrode durch Abdrücken mittels einer Drahtführung erfolgt, die einen grossen Krümmungsradius aufweist, damit der Drahtelektrode bei einer Schrägbearbeitung keine grosse Zugkraft erteilt wird und damit die Arbeitsgeschwindigkeit verbessert wird.

Die eingangs genannte Aufgabenstellung wird bei der erfindungsgemässen Funkenerosionsmaschine dadurch gelöst, dass ein Drahtelektrode-Stützabschnitt einer Drahtführungsvorrichtung zum Halten und Führen der Drahtelektrode derart ausgebildet ist, dass er einen Querschnitt aufweist, der in allen Richtungen einer Horizontalebene gekrümmt verläuft.

Die Erfindung wird anschliessend anhand der Zeichnungen erläutert; es zeigen.:

Fig. 1 Darstellungen zur Erläuterung des Betriebs einer üblichen Funkenerosionsmaschine,

Fig. 2 eine Kurve, die die Beziehung zwischen einem Abschrägwinkel (Theta) und einem Biegeverformungsfehler (epsilon) bei der üblichen Funkenerosionsmaschine angibt,

Fig. 3 einen vergrösserten Querschnitt einer bekannten Elektrodenführung,

Fig. 4 Darstellungen einer ersten erfindungsgemässen Ausführungsform, wobei Fig. 4A einen Grundriss und Fig. 4B einen Querschnitt längs der Linie (A-A) in Fig. 4A darstellt,

Fig. 5 Darstellungen zur Erläuterung des Betriebs der erfindungsgemässen Ausführungsform,

Fig. 6 eine Kurve, die eine Beziehung zwischen einem Abschrägwinkel (Theta) und einer Arbeitsgeschwindigkeit (F) angibt,

Fig. 7 Darstellungen einer zweiten erfindungsgemässen Ausführungsform, wobei Fig. 7A einen Grundriss angibt, Fig. 7B einen Querschnitt längs der Linie (A-A) in Fig. 7A, 7C einen Querschnitt längs der Linie (B-B) in Fig. 7A, und Fig. 7D eine erläuternde Darstellung einer Lagebeziehung zwischen einer Drahtelektrode und einer Drahtführungsvorrichtung,

Fig. 8 Darstellungen zur Erläuterung des Betriebs der zweiten erfindungsgemässen Ausführungsform, und

Fig. 9 eine Kurve, die eine Beziehung zwischen einem Abschrägwinkel (Theta) und einer Arbeitsgeschwindigkeit (F) angibt.

Es wird nunmehr auf die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen Bezug genommen. Fig. 4 ist eine Darstellung einer ersten erfindungsgemässen Ausführungsform, wobei Fig. 4A einen Grundriss und Fig. 4B einen Querschnitt längs der Linie (A-A) in Fig. 4A darstellt. In diesen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen (4) eine gesamte Drahtführungsvorrichtung, (5) bezeichnet einen Körper der Drahtführungsvorrichtung und (6) bezeichnet einen Stützabschnitt, den eine Drahtelektrode unmittelbar berührt. Der Stützabschnitt (6) berührt die Drahtelektrode, wenn die Drahtelektrode (1) vertikal verläuft, und die Drahtelektrode (1) berührt sowohl den Körper (5) und den Stützabschnitt (6), wenn die Drahtelektrode (1) gegenüber der Vertikalrichtung geneigt ist, beispielsweise bei einer Schräg-Bearbeitung.

In Fig. 4B ist eine Berührungsfläche der Drahtelektrode (1) bei einer Schräg-Bearbeitung gekrümmt mit einem Krümmungsradius (r). Ist der Wert von (r) auf r5 mm eingestellt, so ist ein grosser Unterschied in der Wirkung vorhanden, verglichen mit einer üblichen ziehformartigen Führung (in welcher r≈0,1 bis 0,5 mm beträgt).

Bei dieser Ausführungsform bestehen der Körper (5) und der Stützabschnitt (6) aus einem Saphir und einem Diamanten. Ein Spiel zwischen der Drahtelektrode (1) und dem Stützabschnitt (6) ist auf 2 µm eingestellt.

In der auf diese Weise aufgebauten Funkenerosionsmaschine wird die Drahtelektrode (1) unmittelbar von Drahtführungen (4 a, 4 b) gehalten und wird durch Stromversorgungselemente (3 a, 3 b) mit einem Andruckwert (E) gemäss Fig. 5A angedrückt. In diesem Falle sind die jeweiligen Krümmungsradien an den Berührungsabschnitten zwischen der Drahtelektrode (1) und jeder der Drahtführungen (4 a, 4 b) und zwischen der Drahtelektrode (1) und jedem der Stromversorgungselemente (3 a, 3 b) gemäss Fig. 4B gleich gross, relativ zueinander, auf (r) eingestellt. Ist in diesem Falle die Drahtelektrode (1) gemäss Fig. 5B schräggestellt, so wird die Drahtelektrode (1) längs des Krümmungsradius (r) einer jeden der Drahtführungen (4 a, 4 b) umgebogen, so dass eine Schräg-Bearbeitung mit einem Winkel (Theta) durchgeführt werden kann. In diesem Falle ist es selbstverständlich, dass der in Fig. 1B dargestellte Fehler nicht verursacht wird.

Fig. 6 ist eine Kurve, die eine Beziehung zwischen einem Abschrägwinkel (Theta) und einer Arbeitsgeschwindigkeit (F) angibt, wobei der Verlauf (7) die Beziehung bei einer üblichen Funkenerosionsmaschine und der Verlauf (8) die Beziehung bei der vorliegenden Ausführungsform angibt. Bei der üblichen Maschine erfolgt ein Auftrennen einer Drahtelektrode häufig infolge des Anstiegs der Zugkraft, eines Ringelns, und einer Verformung als Folge des Biegens der Drahtelektrode, entsprechend dem Anstieg des Abschrägwinkels (Theta), was zu einem schnellen Abstieg der Arbeitsgeschwindigkeit (F) führt, wie aus dem Verlauf (7) in der Kurvendarstellung ersichtlich ist. Im Gegensatz hierzu ändert sich im Falle der vorliegenden Erfindung die Arbeitsgeschwindigkeit (F) wenig, relativ zur Geschwindigkeit (F) beim Abschrägwinkel Theta = 0, selbst wenn der Abschrägwinkel (Theta) erhöht wird, so dass es möglich wird, eine Bearbeitung mit hoher Geschwindigkeit in einem Bereich durchzuführen, in welchem der Abschrägwinkel (Theta) gross ist, wie aus dem Verlauf (8) in der Kurvendarstellung hervorgeht.

Obgleich die erste Ausführungsform einen Fall betrifft, in welchem ein Saphir und ein Diamant jeweils für den Körper (5) und den Stützabschnitt (6) verwendet werden, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern jeder Werkstoff kann verwendet werden, sofern er eine grosse Beständigkeit hinsichtlich Abnützung aufweist.

Als Ergebnis von Versuchen seitens des Erfinders der vorliegenden Anmeldung hat sich ergeben, dass, falls der Stützabschnitt (6) und der Körper (5) aus dem gleichen Werkstoff bestehen, die Produktion einfach und kostengünstig ist. In diesem Falle ist als Werkstoff ein Edelstein, beispielsweise ein Saphir oder ein Rubin geeignet, oder ein keramischer Werkstoff, wie beispielsweise Siliciumnitrid, und als Werkstoff wird ein isolierender Werkstoff bevorzugt.

Es wurde ferner gefunden, dass, obgleich das Spiel zwischen der Drahtelektrode und dem Stützabschnitt (6) bei der vorausgehenden Ausführungsform mit 2 µm gewählt wurde, der gleiche erfindungsgemässe Effekt erzielt werden kann, wenn das Spiel in einem Bereich von einschliesslich 0 bis einschliesslich 20 µm liegt.

Wie vorausgehend beschrieben wurde, ist erfindungsgemäss die Drahtführungsvorrichtung derart ausgebildet, dass sie in allen Richtungen in einer Horizontalebene gekrümmt (torusförmig) ist, so dass der günstige Effekt vorliegt, dass der Anstieg der Zugkraft, ein Ringeln und eine Verformung infolge der von der Abschrägung der Drahtelektrode verursachten Biegekraft in der Drahtelektrode verhindert werden können, um dadurch ein Auftrennen der Drahtelektrode selbst bei Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit zu verhindern.

Fig. 7 zeigt Darstellungen einer zweiten erfindungsgemässen Ausführungsform, wobei Fig. 7A einen Grundriss, Fig. 7B einen Querschnitt längs der Linie (A-A) in Fig. 7A, Fig. 7C einen Querschnitt längs der Linie (B-B) in Fig. 7A und Fig. 7D eine erläuternde Darstellung der Lagebeziehung zwischen einer Drahtelektrode (11) und einer Drahtführungsvorrichtung (14) darstellt. In diesen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen (14) die gesamte Drahtführungsvorrichtung, (15) bezeichnet die kreisförmige, zylindrische Fläche und (16) bezeichnet einen Körper, der die kreisförmige zylindrische Fläche aufweist. Die kreisförmige zylindrische Fläche (15) ist mit einem Krümmungsradius (r) gemäss Fig. 7B gekrümmt. Wie aus Fig. 7D hervorgeht, ist die Drahtelektrode (11) hinsichtlich der anfänglichen Einstellung einfach, verglichen mit der üblichen ziehförmigen Führung (wobei das Spiel zwischen der Drahtelektrode und der Führung auf 5 bis 10 µm eingestellt ist) und das Spiel ist 0. Bei einer Schräg-Bearbeitung mit abgeschrägt verlaufender Drahtelektrode (11) wird die Drahtelektrode (11) längs der gekrümmten Form gebogen, wenn sie im rechten Winkel zur kreisförmigen zylindrischen Fläche (15) abgeschrägt verläuft und die Drahtelektrode wird längs einer Elipse gebogen, wenn sie in anderen Richtungen schräggestellt wird.

Da r 5 mm gewählt wird, ist der Krümmungsradius (r) der kreisförmigen zylindrischen Fläche (15) viel grösser als jener der üblichen ziehförmigen Führung (wobei im wesentlichen (r) angenähert 0,1 bis 0,5 mm beträgt), wodurch der Einfluss der Biegekraft verringert wird. Der Werkstoff der kreisförmigen zylindrischen Fläche (15) ist ein Saphir.

In der in der vorausgehend beschriebenen Weise aufgebauten Funkenerosionsmaschine wird die Drahtelektrode (11) (geradlinig durch Drahtführungen (14 a, 14 b) gehalten und durch die Stromversorgungselemente (13 a, 13 b) unter einem Andruckwinkel ( ) gemäss Fig. 8A angedrückt. In diesem Falle sind die jeweiligen Krümmungsradien an den Berührungsabschnitten der Drahtelektrode (11) und jeder der Drahtführungen (14 a, 14 b) und zwischen der Drahtelektrode und jedem der Stromversorgungselemente (13 a, 13 b) jeweils gemäss den Fig. 7B und 7C gleich (r). In diesem Falle wird, selbst wenn die Drahtelektrode (11) (bei einer Schräg-Bearbeitung) gemäss Fig. 8B schräggestellt ist, die Drahtelektrode (11) längs des Krümmungsradius (r) der Drahtführungen (14 a, 14 b) umgebogen, so dass die Schräg-Bearbeitung unter einem Winkel (Theta) durchgeführt werden kann. Es braucht nicht erwähnt zu werden, dass ein Fehler (epsilon), wie er in Fig. 1B dargestellt ist, nicht verursacht wird. In Fig. 8B muss, wenn der Abschrägwinkel (Theta) ist, der Andruckwinkel immer β Theta sein.

Fig. 9 ist eine Kurve, die eine Beziehung zwischen einem Abschrägwinkel (Theta) und einer Arbeitsgeschwindigkeit (F) angibt, wobei der Verlauf (17) die Beziehung in einer üblichen Funkenerosionsmaschine und der Verlauf (18) die Beziehung gemäss der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Bei der üblichen Maschine tritt ein Auftrennen einer Drahtelektrode häufig infolge eines Anstiegs der Zugkraft, des Ringelns und Verformung wegen eines Umbiegens der Drahtelektrode entsprechend dem Anstieg des Abschrägwinkels (Theta) auf, was zu einem raschen Absenken der Arbeitsgeschwindigkeit (F) führt, wie aus dem Verlauf (17) in der Darstellung ersichtlich ist. Im Gegensatz hierzu ändert sich erfindungsgemäss die Arbeitsgeschwindigkeit (F) wenig gegenüber der Arbeitsgeschwindigkeit (F) bei einem Abschrägwinkel Theta = 0, selbst wenn der Abschrägwinkel (Theta) erhöht wird, so dass es möglich ist, eine mit hoher Geschwindigkeit erfolgende Bearbeitung in einem Bereich durchzuführen, wo der Abschrägwinkel (Theta) gross ist, wie aus dem Verlauf (18) der Darstellung hervorgeht.

Obgleich die zweite Ausführungsform den Fall angibt, in welchem ein Saphir für die kreisförmige zylindrische Fläche (15) verwendet wird, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern es kann jeder Werkstoff verwendet werden, solange er eine grosse Beständigkeit gegen Abnützung aufweist.

Als Ergebnis von Versuchen, die vom Erfinder der vorliegenden Anordnung durchgeführt worden sind, hat sich ergeben, dass, falls die kreisförmige zylindrische Fläche (15) und der Körper (16) aus dem gleichen Werkstoff bestehen, die Produktion einfach und kostengünstig ist. In diesem Falle kann als Werkstoff ein Edelstein, wie beispielsweise ein Saphir, ein Rubin oder dergleichen, verwendet werden, oder ein keramischer Werkstoff, wie beispielsweise Siliciumnitrid und vorzugsweise wird als Werkstoff ein Isolierwerkstoff verwendet.

Bei der vorausgehend beschriebenen Ausführungsform wird der Andruckwinkel gemäss Fig. 8B mit β Theta gewählt, vorzugsweise entsprechend den Versuchen mit β ≈ 30°.

Erfindungsgemäss wird, wie vorausgehend beschrieben wurde, die Drahtführungsvorrichtung als kreisförmige zylindrische Fläche ausgebildet, die V-förmig angeordnet ist, so dass der günstige Effekt vorliegt, dass der Anstieg der Zugkraft, ein Ringeln und eine Verformung infolge der Biegekraft, die durch die Schräg-Führung der Drahtelektrode verursacht werden, bei der Drahtelektrode verhindert werden, wodurch ein Auftrennen der Drahtelektrode verhindert wird, selbst wenn die Arbeitsgeschwindigkeit erhöht wird. Ferner ist die günstige Wirkung vorhanden, dass die Einstellung der Drahtelektrode leicht erfolgen kann.

Claims (6)

1. Funkenerosionsmaschine mit Drahtelektrode, in welcher eine Entladung in einem schmalen Spalt zwischen einer Drahtelektrode und einem Werkstück mit einer Bearbeitungsflüssigkeit als Medium erzeugt wird, um die Bearbeitung des Werkstückes durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drahtelektrode-Stützabschnitt (6) einer Drahtführungsvorrichtung (4, 14) zum Halten und Führen der Drahtelektrode (1, 11) derart ausgebildet ist, dass er einen Querschnitt aufweist, der in allen Richtungen einer Horizontalebene gekrümmt verläuft.

2. Funkenerosionsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtelektrode-Stützabschnitt (6) aus einem Diamanten besteht.

3. Funkenerosionsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gekrümmte Querschnittsverlauf des Drahtelektrode-Stützabschnittes (6) so bemessen ist, dass er einen Krümmungsradius aufweist, der nicht kleiner als 5 mm ist.

4. Funkenerosionsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spiel zwischen der Drahtelektrode (1, 11) und dem Drahtelektrode-Stützabschnitt (6) so bemessen ist, dass es einen Wert innerhalb eines Bereiches von einschliesslich 0 bis einschliesslich 20 µm aufweist.

5. Funkenerosionsmaschine, in welcher eine Entladung in einem schmalen Spalt zwischen einer Drahtelektrode und einem Werkstück mit einer Bearbeitungsflüssigkeit als Medium erzeugt wird, um die Bearbeitung des Werkstückes durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass eine kreisförmige zylindrische Fläche einer Drahtführungsvorrichtung (4, 14) zum Halten und Führen der Drahtelektrode (1, 11) V-förmig ausgebildet ist, damit die Drahtelektrode durch zwei kreisförmige zylindrische Oberflächenabschnitte gehalten wird.

6. Funkenerosionsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen V-förmigen, kreisförmigen, zylindrischen Flächen am oberen und unteren Abschnitt der Drahtführungsvorrichtung (4, 14) zum Halten und Führen der Drahtelektrode (1, 11) in gleicher Richtung orientiert sind.