CH646356A5 - Method and device for threading electrode wire in electrical discharge machine tools - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einfädeln von Elektrodendraht in Funkenerosionsmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens. 45 Bei üblichen Funkenerosionsmaschinen mit drahtförmi-ger Elektrode, wie sie zur Ausführung von Schneidarbeiten nach Art von Bandsägen benutzt werden, läuft der Elektrodendraht mit vorgegebener Geschwindigkeit durch das Ende des Erosionsspaltes im Werkstück, um die durch Funkenbil-50 dung beeinflusste Drahtoberfläche ständig gegen eine unbe-einflusste Oberfläche auszutauschen. Der Draht läuft dabei von einer Zuführvorrichtung durch den Arbeitsraum der Maschine zu einer Abzugsvorrichtung und wird durch mechanische Spannung genau gerade gehalten, wie es für die 55 Erzeugung geometrisch genauer Schnittflächen erforderlich ist. Für die Arbeitsbereitschaft der Maschine ist das Einfädeln des aus der Zuführvorrichtung kommenden Drahtes in die Abzugsvorrichtung unter Durchquerung des Arbeitsraumes erforderlich. Insbesondere bei Schnitten längs geschlos-60 sener Konturen, die von einer durchgehenden Werkstück-ausnehmung ausgehen, z.B. einer Bohrung geringen Durchmessers, muss der Elektrodendraht auch durch diese Bohrung gefädelt werden, was mit einem erheblichen Arbeitsaufwand verbunden ist, vor allem bei grossen Werkstück- bzw. 65 Bohrungstiefen und bei einer grösseren Anzahl von herzustellenden Ausnehmungen mit geschlossener Kontur. Entsprechendes gilt für Ausnehmungen, die zwar eine Konturdurchbrechung nach aussen aufweisen und daher grundsätz- The invention relates to a method for threading electrode wire into EDM machines according to the preamble of claim 1 and to a device for performing such a method. 45 In conventional spark erosion machines with wire-shaped electrodes, such as those used to perform cutting work in the manner of band saws, the electrode wire runs at a specified speed through the end of the erosion gap in the workpiece, around the wire surface influenced by spark formation against an uninterrupted surface - exchange the affected surface. The wire runs from a feed device through the working area of the machine to a take-off device and is held exactly straight by mechanical tension, as is necessary for the generation of geometrically precise cutting surfaces. For the machine to be ready for work, it is necessary to thread the wire coming from the feed device into the take-off device while crossing the work area. Especially when cutting longitudinally closed contours that start from a continuous workpiece recess, e.g. a hole of small diameter, the electrode wire must also be threaded through this hole, which is associated with a considerable amount of work, especially with large workpiece or 65 hole depths and with a larger number of recesses to be produced with a closed contour. The same applies to recesses which have a contour opening to the outside and are therefore fundamentally
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lieh ein Herausführen des Elektrodendrahtes zulassen, hierzu wegen der Werkstückgeometrie jedoch komplizierte und zeitaufwendige Bewegungen erforderlich machen. lent allow the electrode wire to be led out, but this requires complicated and time-consuming movements because of the workpiece geometry.
Eine Einrichtung zum automatischen Einfädeln von Elektrodendraht durch eine Werkstückausnehmung ist bekannt aus der CH-PS 559 599. Hiernach wird der Anfangsabschnitt des Elektrodendrahtes mittels eines Druckmediums durch die Werkstückausnehmung geschossen. Bei einem solchen, instationären Schiessvorgang wird nur eine begrenzte Menge des Druckmediums in Bewegung gesetzt, sodass der Anfangsabschnitt des Elektrodendrahtes vergleichsweise stark beschleunigt werden muss, um während der verfügbaren, begrenzten Einwirkungszeit der verschossenen Menge des Druckmediums durch die Ausnehmung zu gelangen. Dies ist nur mit extrem hohen Drücken und Geschwindigkeiten des Druckmediums erreichbar, wobei die hohe Einführgeschwindigkeit des Drahtes leicht zu einer unerwünschten Ablenkung an Unebenheiten der Werkstückausnehmung und gegebenenfalls zum Hängenbleiben des Anfangsabschnittes führen kann. A device for the automatic threading of electrode wire through a workpiece recess is known from CH-PS 559 599. The starting section of the electrode wire is then shot through the workpiece recess by means of a pressure medium. With such an unsteady shooting process, only a limited amount of the pressure medium is set in motion, so that the initial section of the electrode wire has to be accelerated comparatively strongly in order to pass through the recess during the available limited exposure time of the amount of pressure medium that has been fired. This can only be achieved with extremely high pressures and speeds of the printing medium, whereby the high insertion speed of the wire can easily lead to an undesirable deflection on unevenness in the workpiece recess and possibly to a snagging of the starting section.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Ein-fadelverfahrens und einer entsprechenden Einrichtung, die eine sichere und auch bei engen und tiefen Startbohrungen zuverlässige Führung des Elektrodendrahtes durch den gesamten Arbeitsraum ermöglicht. Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale, während die erfindungsgemässe Einrichtung zur Lösung der Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 5 bestimmt ist. The object of the invention is therefore to provide a single-thread method and a corresponding device which enables the electrode wire to be guided safely and reliably even through narrow and deep starting bores through the entire working space. The solution according to the invention of this object is characterized in a method of the type mentioned at the outset by the features specified in claim 1, while the device according to the invention for achieving the object is determined by the features of claim 5.
Der demnach vorgesehene, gerichtete Flüssigkeitsstrahl führt den sich vergleichsweise langsam bewegenden Anfangsabschnitt des Elektrodendrahtes unter entsprechend starker Relativbewegung und Flüssigkeitsreibung, d.h. mit einer vergleichsweise grossen Antriebskraft, stetig durch die Werkstückausnehmung. Der Draht unterliegt daher im Verlaufe der Einführbewegung einer vergleichsweise starken Spannung in Längsrichtung, wodurch er in gestreckter Form gehalten wird, und zwar weitgehend unabhängig von Unebenheiten und sogar in gewissem Umfang von Vorsprüngen oder anderen Bewegungshemmnissen innerhalb des Arbeitsraumes. Die praktische Erprobung hat insbesondere gezeigt, dass damit eine im wesentlichen koaxiale Führung des Drahtes innerhalb des Flüssigkeitsstrahles ohne seitliches Austreten des Drahtanfanges und Gefahr des Verhakens an Vorsprüngen in der Nähe der Drahtbahn erreichbar ist. Der Drahtanfang wird vom Strahl erfahrungsgemäss sogar um leichte Abwinkelungen von Führungs- und Kontaktelementen, wie sie vor und hinter dem Werkstück bzw. Arbeitsraum für die Stromzuführung am Draht vorhanden sind, herumgeführt. Die Flüssigkeitsstrahlführung des Drahtes hat sich ferner auch bei vergleichsweise dünnen Bohrungen von z.B. ca. 1 mm Durchmesser sowie weitgehend unabhängig von der Bohrungstiefe bzw. Werkstückdicke als wirksam und zuverlässig erwiesen. Mit Hilfe an sich üblicher Mittel und Einrichtungen zur Prozessautomatisierung kann daher ein von menschlichen Eingriffen und einer Überwachung durch Bedienungspersonal weitgehend unabhängiger Arbeitsablauf erzielt werden, was besonders bei Werkstücken mit einer grossen Anzahl von herzustellenden Durchbrechungen von grosser Bedeutung ist. The directional liquid jet provided accordingly guides the comparatively slow-moving initial section of the electrode wire with correspondingly strong relative movement and liquid friction, i.e. with a comparatively large driving force, constantly through the workpiece recess. The wire is therefore subject to a comparatively strong tension in the longitudinal direction in the course of the insertion movement, as a result of which it is kept in a stretched shape, to a large extent independent of unevenness and even to a certain extent of projections or other movement obstacles within the work space. Practical testing has shown, in particular, that an essentially coaxial guiding of the wire within the liquid jet can be achieved without lateral emergence of the wire start and risk of snagging on projections in the vicinity of the wire path. Experience has shown that the beginning of the wire is even guided around the beam by slight angling of guide and contact elements, such as those in front of and behind the workpiece or work area for the power supply to the wire. The liquid jet guidance of the wire has also been improved in the case of comparatively thin bores of e.g. 1 mm in diameter and largely independent of the drilling depth or workpiece thickness have been proven to be effective and reliable. With the aid of means and devices for process automation which are customary per se, a workflow which is largely independent of human intervention and monitoring by operating personnel can therefore be achieved, which is of great importance particularly for workpieces with a large number of openings to be produced.
Weitere Vorteile der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Hierin zeigt: Further advantages of the invention are explained using an exemplary embodiment with reference to the drawings. Herein shows:
Fig. 1 einen schematischen Vertikalschnitt der wesentlichen Funktionselemente einer Funkenerosionsmaschine mit drahtförmiger Elektrode, 1 shows a schematic vertical section of the essential functional elements of a spark erosion machine with a wire-shaped electrode,
Fig. 2 einen Axialschnitt der Flüssigkeitstrahl-Düse aus der Maschine nach Fig. 1, 2 shows an axial section of the liquid jet nozzle from the machine according to FIG. 1,
Fig. 3 eine Darstellung einer Draht-Schneidvorrichtung wie in Fig. 1, jedoch in einer anderen Betriebsstellung, 3 shows a wire cutting device as in FIG. 1, but in a different operating position,
Fig. 4 eine vereinfachte Teil-Draufsicht einer Werkstückoberfläche mit einer Drahteinführungsbohrung und anschliessendem Schnitt- bzw. Erosionsspalt und Fig. 4 is a simplified partial plan view of a workpiece surface with a wire insertion hole and subsequent cutting or erosion gap and
Fig. 5 einen Schnitt des in Fig. 4 dargestellten Werkstückabschnitts in einer axial zur Einführungsbohrung und durch den Schnitt- bzw. Erosionsspalt verlaufenden Darstellungsebene. 5 shows a section of the workpiece section shown in FIG. 4 in a representation plane running axially to the insertion bore and through the cutting or erosion gap.
In der Darstellung gemäss Fig. 1 befindet sich zuoberst eine Zuführvorrichtung 12 für Elektrodendraht 30, der nach unten durch eine Werkstückausnehmung in Form einer Einführungsbohrung 10 zu einer Draht-Abzugsvorrichtung 40 verläuft. Das Werkstück 1 ist in üblicher und daher nicht dargestellter Weise zur Gänze in eine Dielektrikumsflüssigkeit eingetaucht und mittels Halterungen 2 an einem bezüglich der Durchlaufbahn des Elektrodendrahtes, bestimmt durch die miteinander in fester räumlicher Zuordnung verbundene Zuführ- und Abzugsvorrichtung, zweidimensional verfahrbaren, ebenfalls innerhalb der Dielektrikumsflüssigkeit befindlichen Maschinentisch 3 befestigt. Letzterer ist mit einer weiten Aussparung 4 für die Relativbewegung zwischen der Durchlaufbahn des Elektrodendrahtes und dem Werkstück versehen. 1, there is a feed device 12 for electrode wire 30 at the top, which runs downward through a workpiece recess in the form of an insertion bore 10 to a wire take-off device 40. The workpiece 1 is completely immersed in a dielectric liquid in the usual and therefore not shown manner and by means of brackets 2 on a with respect to the trajectory of the electrode wire, determined by the feeding and withdrawal device connected to each other in a fixed spatial association, also within the dielectric liquid machine table 3 attached. The latter is provided with a wide recess 4 for the relative movement between the passage of the electrode wire and the workpiece.
Die Zuführvorrichtung 12 umfasst ein Motoraggregat 13, das über ein Ritzel mit an sich bekanntem, im einzelnen nicht dargestelltem Freilauf 14 und über einen Riementrieb 15 eine Zuführrolle 16 mit einer Führungsrille 16a in Umdrehung versetzt. Der Elektrodendraht 30 ist mit einer Windung umschlingend in der Führungsrille 16a angeordnet, wobei die Umschlingung auch ohne Längsspannung des Drahtes durch eine federnde Rolle 18, die im Bereich der Rille auf den Draht einwirkt, aufrechterhalten wird. Die Zuführrolle 16 ist ferner mit einer ebenfalls an sich bekannten und daher nicht näher dargestellten, einstellbaren Bremse 17 zur Aufrechterhaltung der Drahtspannung im laufenden Betrieb entgegen der Wirkung der Abzugsvorrichtung 40 versehen. The feed device 12 comprises a motor unit 13, which rotates a feed roller 16 with a guide groove 16a via a pinion with a known freewheel 14, not shown in detail, and via a belt drive 15. The electrode wire 30 is arranged with a winding in the guide groove 16a, the looping being maintained even without longitudinal tension of the wire by a resilient roller 18, which acts on the wire in the region of the groove. The feed roller 16 is also provided with an adjustable brake 17, which is also known per se and is therefore not shown in detail, for maintaining the wire tension during operation against the action of the take-off device 40.
Von der Zuführvorrichtung 12 gelangt der Draht 30 über eine isolierende, üblicherweise aus Saphir bestehende AbStützung 5 und einen gegensinnig angeordneten, üblicherweise aus Wolfram bestehenden Kontakt 6, der an eine Stromzuführung 7 angeschlossen ist, zu einer Düse 20 für die Erzeugung eines koaxial zur Draht-Durchlaufbahn verlaufenden Flüssigkeitsstrahls 34, der den Anfangsabschnitt 32 des Drahtes durch die Bohrung 10 zur Abzugsvorrichtung 40 führt. Die Düse 20 ist dazu über einen Anschluss 26 an eine nicht dargestellte Druckflüssigkeitsquelle angeschlossen. Für die Strahlerzeugung kommt z.B. ein Druck in der Grössen-ordnung von einigen zehn atü in Betracht, der für eine geschlossene Strahlführung über seine gesamte Länge ausreicht. From the feed device 12, the wire 30 passes via an insulating support 5, which is usually made of sapphire, and an oppositely arranged contact 6, usually made of tungsten, which is connected to a power supply 7, to a nozzle 20 for generating a coaxial to the wire Continuous flow of liquid jet 34 which leads the initial section 32 of the wire through the bore 10 to the withdrawal device 40. For this purpose, the nozzle 20 is connected via a connection 26 to a pressure fluid source, not shown. For the beam generation e.g. a pressure of the order of a few tens of atmospheres is sufficient, which is sufficient for a closed beam guidance over its entire length.
Die Düse 20 ist im Beispielsfall für geradlinigen Durchtritt des Drahtes 30 eingerichtet, wobei der Düsenausgang über den Arbeitsraum 8 der Maschine hinweg auf den Ein-lauf der Abzugsvorrichtung 40 gerichtet ist. Letztere umfasst im wesentlichen zwei gegensinnig rotierende Abzugsrollen 41 und 42 mit zugehörigen, endlos umlaufenden Transportbändern 43,44, zwischen denen der Draht unter Anpressung eingefasst ist und mit vorgegebener Geschwindigkeit abgezogen wird. Die Zuführgeschwindigkeit des Motoraggregats 13 ist geringer eingestellt, so dass nach dem Einfädeln, wobei letzteres die Geschwindigkeit des Drahtes innerhalb des Flüssigkeitsstrahls bestimmt, der Freilauf 14 den Zuführantrieb unwirksam macht und nur die Bremse 17 für die Draht- In the example, the nozzle 20 is set up for straight passage of the wire 30, the nozzle outlet being directed over the working space 8 of the machine towards the inlet of the extraction device 40. The latter essentially comprises two counter-rotating feed rollers 41 and 42 with associated, endlessly circulating conveyor belts 43, 44, between which the wire is enclosed under pressure and is drawn off at a predetermined speed. The feed speed of the motor unit 13 is set lower so that after threading, the latter determining the speed of the wire within the liquid jet, the freewheel 14 disables the feed drive and only the brake 17 for the wire
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10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
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Spannung in Funktion lässt. Der Zuführmotor kann dann abgestellt werden. Let tension work. The feed motor can then be turned off.
Die Strahlerzeugung erfolgt in der Düse in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise, wobei über den Anschluss 26 zweckmässig Dielektrikumsflüssigkeit zugeführt wird, so dass Verträglichkeit mit dem Erosionsbad ohne weiteres gegeben ist. Die Düse weist einen trichterförmigen Ringkanal 22 mit einem kegelartigen Zentralkörper 23 auf, wobei die Spaltform entsprechend einer störungsfreien Laminarströmung gewählt ist. An der Düsenmündung 21 ergibt sich somit ein kohärenter, scharf begrenzter Flüssigkeitsstrahl 34, der den wesentlich langsamer laufenden Draht durch Flüssigkeitsreibung mit sich führt. Im Zentralkörper 23 befindet sich ein Drahtführungskanal 24 mit erweitertem Einlauf und abnehmendem Querschnitt. Im Bereich der Mündung 21 ist der lichte Kanalquerschnitt noch grösser als der Drahtquerschnitt, so dass keine Berührung bei koaxialer Führung stattfindet. Der Kanal hat also eine Führungsfunktion nur für den Fall eines seitlichen Austritts des Draht-Anfangsabschnitts beim erstmaligen Einführen in die Düse. The jet is generated in the nozzle in the manner shown in FIG. 2, wherein dielectric liquid is expediently supplied via the connection 26, so that it is readily compatible with the erosion bath. The nozzle has a funnel-shaped ring channel 22 with a conical central body 23, the gap shape being selected in accordance with a trouble-free laminar flow. At the nozzle mouth 21 there is thus a coherent, sharply delimited liquid jet 34 which carries the much slower running wire with it by liquid friction. In the central body 23 there is a wire guide channel 24 with an enlarged inlet and a decreasing cross section. In the area of the mouth 21, the clear channel cross section is even larger than the wire cross section, so that there is no contact with a coaxial guide. The channel therefore has a guiding function only in the event of a lateral exit of the wire starting section when it is first introduced into the nozzle.
Im Anschluss an das Einfädeln kann der Flüssigkeitsstrahl als Spühlstrahl für den Erodierspalt 10a gemäss Fig. 4 und 5 aufrechterhalten werden, was zu einer verbesserten Oberflächenqualität der Schnittflächen führt Dabei gelangt ein Teilstrahl 34a durch den Spalt, während ein anderer Teil 34b entsprechend dem bezüglich des Strahlquerschnitts geringeren Spaltquerschnitt seitlich abgelenkt wird. Der durchtretende Teil wird in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise durch eine Absaugvorrichtung 50 erfasst, die zwischen dem Werkstück und der Abzugsvorrichtung 40 angeordnet ist und einen Absaugkanal mit einer im Austrittsbereich des Erosionsspaltes angeordneten AnsaugöFfnung 52. Der Staudruck des Flüssigkeitsstrahls ist um ein Mehrfaches grösser als der Following the threading, the liquid jet can be maintained as a flushing jet for the eroding gap 10a according to FIGS. 4 and 5, which leads to an improved surface quality of the cut surfaces. Partial beam 34a passes through the gap, while another part 34b corresponds to that with regard to the beam cross section smaller gap cross-section is deflected laterally. The part passing through is detected in the manner shown in FIG. 1 by a suction device 50, which is arranged between the workpiece and the extraction device 40 and a suction channel with a suction opening 52 arranged in the exit region of the erosion gap. The dynamic pressure of the liquid jet is several times greater as the
Saug-Unterdruck in dem Absaugkanal 51 bemessen, so dass beim Einfädeln keine Strahlstörung eintreten kann. Anderseits ist es auch möglich, die Absaugung erst nach dem Einfädeln einzuschalten. Der Erosionsschlamm wird so vor ei-5 ner Vermischung wirksam abgesaugt. Innerhalb des Bereiches der Absaugvorrichtung befinden sich wiederum eine Abstützung 5 mit Kontakt 6 und Stromzuführung 7. Measure suction vacuum in the suction channel 51 so that no beam interference can occur during threading. On the other hand, it is also possible to switch on the suction only after threading. The erosion sludge is effectively sucked off before it is mixed. A support 5 with contact 6 and power supply 7 are in turn located within the area of the suction device.
Zwischen der Düse 20 und dem Werkstück befindet sich eine Schneidvorrichtung 45 zum Abtrennen des Drahtes 30 zwecks Einfädeln in eine andere Ausnehmung. Die Vorrichtung umfasst zwei zwischen der Ruhestellung R gemäss Fig. 1 und der Arbeitsstellung A gemäss Fig. 3 zueinander gegensinnig bewegbare Schneidorgane 46 und 47 mit einem Führungselement 47b, welches in der Stellung A eine der 15 Normal-Durchlauflage des Drahtes angepasste Stellung einnimmt, während die Schneidkante 46a des anderen Schneidorgans in dieser Stellung nur wenig über den Drahtquerschnitt hinaus vorgerückt ist und damit zusammen mit der Schneidkante 47a den Draht einwandfrei trennt, dessen 20 Ende aber praktisch ohne Verbiegung lässt. Mittels Hydraulikmotoren 45a, 45b in Form von Kolben-Zylinderaggrega-ten werden die Schneidorgane in synchrone, gegensinnige Bewegung versetzt. Danach kehren sie unter der Wirkung der angedeuteten Rückstellfedern in ihre Ruhelage zurück. 25 Diese Bewegung wird mittels Ventilen 48,49 (s. Fig. 1) z.B. selbsttätig gesteuert. Die Bewegungsbegrenzung im vorgenannten Sinn wird mittels Anschlägen 45c, 45d hochgenau eingestellt. Between the nozzle 20 and the workpiece there is a cutting device 45 for severing the wire 30 for the purpose of threading it into another recess. The device comprises two cutting members 46 and 47, which can be moved in opposite directions between the rest position R according to FIG. 1 and the working position A according to FIG. 3, with a guide element 47b, which in position A assumes a position adapted to the 15 normal continuous position of the wire, while the cutting edge 46a of the other cutting element has advanced only a little beyond the wire cross section in this position and thus perfectly separates the wire together with the cutting edge 47a, the 20 end of which leaves practically no bending. Hydraulic motors 45a, 45b in the form of piston-cylinder units set the cutting elements into synchronous, opposite movement. Then they return to their rest position under the effect of the indicated return springs. 25 This movement is controlled by means of valves 48, 49 (see Fig. 1) e.g. controlled automatically. The movement limitation in the aforementioned sense is set very precisely by means of stops 45c, 45d.
30 Besonders einfach und vorteilhaft ist ein Anschluss (im einzelnen nicht dargestellt) der Hydraulikmotoren mit ihren Steuerventilen an die zur Strahlerzeugung ohnehin vorhandene Hochdruckquelle. 30 A connection (not shown in detail) of the hydraulic motors with their control valves to the high-pressure source, which is present anyway for generating the jet, is particularly simple and advantageous.
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