DE3225424C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 14 angegebenen Art.

Während der durch die funkenerosive Bearbeitung erzeugten Materialabtragung werden die Werkzeugelektrode und das Werkstück relativ verschoben, bis ein gewünschtes Bearbeitungsausmaß erreicht ist.

Funkenerosive Bearbeitungs-(EDM-)Verfahren werden allgemein in zwei Kategorien, nämlich Senk-EDM und Durchlaufdraht-EDM, eingeteilt. Beim Senk-EDM-Ver­ fahren ist die Werkzeugelektrode eine einfache oder ge­ formte feste Elektrode, die zur Bildung eines zu ihr komplementär gestalteten Hohlraums in einem Werkstück ge­ staltet ist. Bei diesem Verfahren wird das Werkstück in die Arbeitsflüssigkeit eingetaucht, die gewöhnlich aus einer Kohlenwasserstoffflüssigkeit, wie z. B. Kerosin, besteht. Ein Arbeitstank wird zur Aufnahme der Kohlen­ wasserstoff-Arbeitsflüssigkeit verwendet, und das Werkstück wird darin eingetaucht und ausreichend unter­ halb der Oberfläche dieser Flüssigkeit im Arbeitstank positioniert. Die Werkzeugelektrode ist gewöhnlich mit einem oder mehreren Fluidkanälen ausgebildet, wodurch die Arbeitsflüssigkeit in den Arbeitsspalt ein­ geführt wird. Alternativ oder zusätzlich werden eine oder mehrere Düsen im Bereich der Werkzeugelektrode oder des Werkstücks angeordnet und zum Richten der Arbeits­ flüssigkeit in den Arbeitsspalt verwendet. Es wurde festgestellt, daß dieses Verfahren wegen der Entflammbar­ keit der Kohlenwasserstoffflüssigkeit eine Feuergefahr mit sich bringt. Wenn elektrische Entladungen durch die der Luft ausgesetzte Kohlenwasserstoffflüssigkeit auftreten, kann sich Feuer entwickeln und zu Anlage- bzw. Eigen­ schaftsschäden führen. Außerdem ergibt die Kohlenwasser­ stoffflüssigkeit bei Zersetzung durch elektrische Entla­ dungen Gase und Nebel und neigt zur Verschmutzung der um­ gebenden Atmosphäre. Während die Feuergefahr durch Zusatz bestimmter Chemikalien zur Kohlenwasserstoffflüssigkeit unterdrückt werden kann, erhöht dies die Kosten und kann zu einer erheblichen Verringerung des Bearbeitungswirkungs­ grades führen.

Beim Durchlaufdraht-EDM-Verfahren ist die Werkzeug­ elektrode ein dünner, durchgehender Draht, der axial zum ständigen Durchlauf des Luft ausgesetzten Werkstücks ge­ fördert wird. Der zwischen der Durchlaufdrahtelektrode und dem Werkstück gebildete Arbeitsspalt muß laufend mit der Arbeitsflüssigkeit gespült werden, die jedoch, da das Werkstück ständig der Luft ausgesetzt ist, keines­ wegs durch eine entflammbare Kohlenwasserstoffflüssigkeit wie beim Senk-EDM-Verfahren gebildet werden kann. Daher war es beim Durchlaufdraht-EDM-Verfahren übliche Praxis, eine Wasserflüssigkeit als die Arbeitsflüssigkeit zu ver­ wenden.

Während das Durchlaufdraht-Verfahren wachsende Be­ liebtheit gewann, wurden Versuche durchgeführt, eine Wasserflüssigkeit, die ihre alleinige Verwendung bei die­ sem Verfahren fand, auf das Senk-Verfahren anzuwenden. Es wurde jedoch gefunden, daß die Wasserflüssigkeit bei Verwendung beim Senk-Verfahren nicht geeignet ist, eine hochglanzbearbeitete Oberfläche zu liefern, wie sie in einem Ultrafeinbearbeitungsbereich benötigt wird, und auch zur Verwendung mit "Nichtabrieb"- oder "Niedrigabrieb"- Bearbeitungsanforderungen ungeeignet ist. Außerdem wurde beobachtet, daß bei etwa auf weniger als einige hundert mm² verringerter Werkzeugbearbeitungsfläche die Wasser­ arbeitsflüssigkeit selten die erforderliche Bearbei­ tungsstabilität und Wirksamkeit beim Senk-Verfahren bietet.

Diese Nachteile der Wasserflüssigkeit führen ebenso zu Problemen beim Durchlaufdraht-Verfahren. So neigt die Materialabtragung dazu, bei einem dickeren Werkstück oder mit einer dickeren Drahtelektrode instabil zu sein. Das Ergebnis ist ein Bruch der Drahtelektrode.

Ein Verfahren der eingangs vorausgesetzten Art, das eine Senkelektrode verwendet, ist aus der DE-AS 12 296 496 bekannt, wobei die zu bearbeitende Fläche des Werkstücks von einem Bad der zwecks Umlaufs durch den Arbeitsspalt eingespritzten Kohlenwasserstoffflüssigkeit bedeckt ist.

Aus der US-PS 38 78 352 ist es bei einem solchen Verfahren mit Senkelektrode und Kohlenwasserstoffflüssigkeit als Arbeitsflüssigkeit bekannt, eine Entflammung von bei der Funkenerosion entwickelten Gasen zu verhindern, indem der Arbeitstank unter Bildung einer Kammer über der Arbeitsflüssigkeit abgedeckt wird und die Gase aus dieser Kammer ständig abgesaugt und gereinigt werden.

Andererseits beschreibt die US-PS 34 72 993 ein funkenerosives Bearbeitungsverfahren mit Senkelektrode, bei dem ein zweischichtiges Arbeitsmedium aus einer oberen Kohlenwasserstoffflüssigkeitsschicht und einer unteren Wasserschicht verwendet wird und Wasser auf die Oberfläche der oberen Schicht zugeführt wird, um die Kühlwirkung des Arbeitsmediums zu verbessern und die Erosionsabfall­ produkte zur unteren Wasserschicht zu befördern, von wo sie durch eine untere Behälteröffnung abgeführt werden.

Schließlich ist es aus der GB-A 20 09 242 bekannt, bei einem funkenerosiven Bearbeitungsverfahren mit Senkelektrode entionisiertes Wasser mit Zusatz eines im wesentlichen chloridfreien Leitfähigkeitsmodifikators als Arbeitsflüssigkeit zu verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes EDM-Verfahren der eingangs vorausgesetzten Art, das sowohl auf das Verfahren mit Senkelektrode als auch auf das Verfahren mit Durchlaufdrahtelektrode anwendbar ist, zu entwickeln, welches ermöglicht, einen gewünschten EDM-Vorgang trotz Einspritzung einer Kohlenwasserstoff­ flüssigkeit in den Arbeitsspalt ohne die Gefahr eines Feuers und dennoch bei Gewährleistung einer ausgezeichneten Bearbeitungsgenauigkeit, Qualität und Wirksamkeit durchzuführen und gleichzeitig eine stabilere Materialabtragung als bei der Verwendung von Wasser beim Durchlaufdraht-Verfahren zu erreichen; außerdem ist Aufgabe der Erfindung, eine gegenüber der eingangs voraussgesetzten Vorrichtung verbesserte Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 14 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung ver­ anschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigt

Fig. 1 eine teilweise geschnittene und teilweise sche­ matische Darstellung zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung bei Anwen­ dung auf ein Senk-EDM-Verfahren;

Fig. 2A-2E Zeitdiagramme zur Veranschaulichung ver­ schiedener Arten der Zuführung der Kohlen­ wasserstoffflüssigkeit in den Arbeits­ spalt gemäß der Erfindung; und

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht zur Veranschaulichung eines Ausführungsbei­ spiels der Erfindung in Anwendung auf ein Durchlaufdraht-EDM-Verfahren.

In Fig. 1 ist eine die Prinzipien der Erfindung verkörpernde Vorrichtung zur Anwendung als Bohr- oder Senk-EDM-Maschine gezeigt, die ein Bett 1 und einen darauf gleitbar beweglich montierten Kreuztisch 2 ent­ hält. Auf dem Kreuztisch 2 ist ein Arbeitstank 3 fest montiert, und der Kreuztisch 2 ist in einer X-Y- oder horizontalen Ebene mittels eines X-Achsenantriebsmotors 2 X und eines Y-Achsenantriebsmotors 2 Y verschiebbar. Typisch werden diese Motoren 2 X und 2 Y durch eine (nicht darge­ stellte) Programmsteuer- oder numerische Steuer-(NC)- Einheit zur Durchführung einer EDM-Positionierung oder zwei- oder dreidimensionalem EDM-Profilierung gesteuert angetrieben. Wo ein dreidimensionales Hohlraumsenken, wie mit einer geformten Werkzeugelektrode gemäß der Dar­ stellung, durchzuführen ist, braucht eine solche Steuer­ einheit nur zur Annahme einer Punkt-zu-Punkt-Positionie­ rungsfunktion vorbereitet zu sein, um die Lage eines Werk­ stücks in der X-Y-Ebene relativ zur Achse der Werkzeug­ elektrode 4 einzustellen.

In fester Lage im Arbeitstank 3 angeordnet ist ein Arbeitstisch 5, der darauf ein Werkstück 6 trägt. Das Werkstück 6 ist in Gegenüberstellung unter Abstand zur Werkzeugelektrode 4 unter Bildung eines kleinen Arbeits­ spalts 7 angeordnet, der zwischen einer geformten Bearbeitungsoberfläche 4 a der Werkzeugelektrode 4 und einer durch diese funkenerosiv bearbeiteten Oberfläche 6 a des Werkstücks 6 gezeigt ist. Die Werkzeugelektrode 4 ist mit Fluidkanälen 4 b darin ausgebildet, die zum Arbeits­ spalt 7 an ihren einen Enden münden und die an ihren ande­ ren Enden einen gemeinsamen Einlaß haben. Die Fluidkanäle 4 b münden an der Werkzeugelektrode 4 zum Arbeitsspalt 7 hauptsächlich an relativ vorspringenden oder konvexen Tei­ len der Bearbeitungsoberfläche 4 a oder an Stellen um diese herum. Es ist zweckmäßig, daß diese Öffnungen der Fluid­ kanäle 4 b gleichmäßig über die gesamte Bearbeitungsober­ fläche 4 a der Werkzeugelektrode 4 verteilt sind.

Der Arbeitstank 3 ist mit einer Wasserarbeits­ flüssigkeit 8 gefüllt, um darin die Werkzeugelektrode 4, das Werkstück 6 und den dazwischen begrenzten Arbeits­ spalt 7 einzutauchen. Es ist wesentlich, daß der Arbeits­ spalt 7 ausreichend tief unter der Oberfläche der Wasserarbeitsflüssigkeit 8 im Arbeitstank 3 liegt und die Wasserarbeitsflüssigkeit 8 im letzteren in Kontakt mit dem Werkstück 6 gehalten wird, um es während des funkenerosiven Bearbeitungsvorgangs ausreichend kühl zu halten.

Die Werkzeugelektrode 4 wird von einem Schaft 4 c fest gehalten, der seinerseits abnehmbar von einem Werkzeugkopf 9 getragen wird. Der Werkzeugkopf 9 hat einen den Schaft 4 c tragenden Halter 9 a und einen Kolben 9 b, der den Halter 9 a trägt. Der Werkzeughalter 9 a und der Schaft 4 c enthalten Bohrungen zum Zuführen einer Kohlenwasserstoffflüssigkeit durch einen am Halter 9 a angebrachten Einlaß 9 c zum Leiten der Kohlenwasserstoffflüssigkeit durch die Kanäle 4 b in den Arbeitsspalt 7. Der Kolben 9 b erstreckt sich nach der Darstellung koaxial zum Werk­ zeughalter 9 a und zum Elektrodenschaft 4 c und ist verti­ kal durch eine Servosteuereinheit 10 beweglich, um die Werkzeugelektrode 4 längs einer Z-Achse, die zur X-Y- Ebene senkrecht ist, auf- und abzubewegen.

Eventuell kann die Seitenoberfläche der Werkzeugelektrode 4 von einer allgemein ringförmigen Trennwand 4 d zur Begrenzung des Eintritts der Wasserflüssigkeit 8 in den Arbeitsspalt 7 eingeschlossen sein, welche Trennwand 4 d einen zylindrischen porösen Körper 4 e aufweist, der aus einem Gummi oder Kunst­ harz oder aus einem porösen Metall oder einer porösen Le­ gierung besteht, das bzw. die mit einem Kunstharz bzw. Gummi überzogen ist. Der Körper 4 e steht nach der Darstel­ lung auf dem Werkstück 6 und ist von einem Becherbauteil 4 f mit einer oberen Öffnung eingeschlossen, durch die die Werk­ zeugelektrode 4 gleitbar durchgeführt ist. Das Becherbau­ teil 4 f ist mit Öffnungen ausgebildet. Die in den Arbeits­ spalt 7 eingespritzte und von diesem abströmende Kohlenwasserstoffflüssigkeit 8 a kann so durch den porösen Körper 4 e und dann durch die Öffnungen des Becherbauteils 4 f zur Diffusion in die Wasserflüssigkeit 8 strömen. Das Becherbauteil 4 f besteht vorzugsweise aus einem Dauer­ magnetmaterial, um zur magnetischen Halterung an einem Eisenwerkstück 6 geeignet zu sein.

Über der Werkzeugelektrode 4 und dem Werkstück 6 an­ geordnet ist ein Abdeckbauteil 11 in der Form eines nach unten offenen Kastens oder Schirms zum Erfassen der auf der Wasserflüssigkeit 8 schwimmenden Kohlenwasserstoff­ flüssigkeit 8 a aus dem Arbeitsspalt 7. Das Abdeck­ bauteil 11 wird in seiner Mittenöffnung mit Paßsitz vom Schaft 4 c gehalten und sollte von einer Abmessung sein, daß es sich ausreichend über den Arbeitsspalt 7 erstreckt und die aufschwimmende Kohlenwasserstoffflüssig­ keit 8 a völlig erfaßt. Das Abdeckbauteil 11 kann so ange­ ordnet sein, daß es völlig in die im Arbeitstank 3 ent­ haltene Wasserflüssigkeit 8 eintaucht. Zu Beginn eines EDM-Vorganges muß wenigstens der Umfang 11 a des Abdeck­ bauteils 11 an seinem unteren Ende in die Wasserflüssig­ keit 8 eingetaucht sein. Das Abdeckbauteil 11 ist an einem Teil seines oberen Bereichs mit einer Entleerungsleitung 11 b zum Abziehen der vom Arbeitsspalt 7 kommenden und unterhalb des Abdeckbauteils 11 gesammelten Kohlen­ wasserstoffflüssigkeit 8 a zusammen mit einem Teil der Wasserflüssigkeit 8 versehen. So wird wirksam verhindert, daß eine Überansammlung der aus dem Arbeitsspalt 7 erfaßten Kohlenwasserstoffflüssigkeit 8 a im Abdeckbauteil 11 und ein Herausfließen derselben auftreten. Das Abdeckbau­ teil 11 kann außerdem an einem anderen Teil seines oberen Bereichs mit einer Spaltentfernungsleitung 11 c zum Ab­ ziehen von Gasen mittels Unterdrucks versehen sein, die durch Zersetzung von Kohlenwasserstoffen und Wasser im EDM-Spalt 7 entstehen und vom Abdeckbauteil 11 gesammelt werden.

Der Arbeitstank 3 ist mit einem Abflußrohr 3 a ver­ sehen, das zu einem ersten Flüssigkeitsbehandlungssystem 12 führt. Im Rohr 3 a ist ein Ventil 3 b vorgesehen. Der obere Rand 3 c des Arbeitstanks 3 ragt nach außen zur Erfassung der überlaufenden Wasserflüssigkeit 8 und zum Ermöglichen deren Fließens mittels Schwerkraft durch ein Rohr 3 d in das Abflußrohr 3 a vor.

Das erste Flüssigkeitsbehandlungssystem 12 enthält einen Absetztank 12 a zur Aufnahme der gebrauchten Wasser­ flüssigkeit 8 vom Abflußrohr 3 a, um ein allgemein durch Schwerkraft erfolgendes Absetzen von Schlämmen in der erfaßten Flüssigkeit darin zu ermöglichen. Eine klarere obere Schicht der Wasserflüssigkeit im Absetztank 12 a wird durch eine Pumpe 13 a abgezogen und durch ein Filter 13 b zur Aufnahme in einem Tank 12 b für gereinigtes Wasser ge­ fördert. Der letztere ist mit einer Temperatursteuerungs- (Abkühlungs- und/oder Erhitzungs-)Einheit 12 c zum Halten der gereinigten Wasserflüssigkeit im Tank 12 b auf einer vorbestimmten Temperatur ausgerüstet. Die Wasserflüssigkeit im Tank 12 b wird mittels einer Pumpe 14 a durch eine Ionen­ austauschpatrone 14 b zur Steuerung ihrer spezifischen Leit­ fähigkeit bzw. ihres spezifischen Widerstandes zirkuliert. Die leitfähigkeitsjustierte Wasserflüssigkeit wird vom Tank 12 b durch eine Pumpe 15 a abgezogen und dadurch durch ein Ultrafeinfilter 15 b über eine an einem oberen Teil des Arbeitstanks 3 angeordnete Einlaßleitung 16 in den Arbeits­ tank 3 gefördert. Ein Leitfähigkeits-(Widerstands-)Erfassungs­ sensor 14 c ist zwischen dem Filter 15 b und der Einlaßlei­ tung 16 vorgesehen und mit einem Steuerkreis 14 d verbunden, der zur Steuerung des Betriebs der Pumpe 14 a ausgelegt ist, wodurch die spezifische Leitfähigkeit oder der spezifische Widerstand auf einem vorbestimmten Wert oberhalb von 10³ Ohm · cm gehalten wird. Wenn eine Abweichung der Leit­ fähigkeit oder des Widerstandes von diesem voreingestell­ ten Wert durch den Sensor 14 c erfaßt wird, wird der Steuer­ kreis 14 d zur Betätigung der Pumpe 14 a (die abgeschaltet war) betrieben, um die Wasserflüssigkeit im Tank 12 b durch die Ionenaustauschpatrone 14 b zirkulieren zu lassen, bis die voreingestellte Leitfähigkeit oder der voreingestellte Widerstand der Wasserflüssigkeit wieder erreicht ist.

Dem gereinigten Wasser, das durch eine Wasser­ förderleitung 15 c zwischen dem Ultrafeinfilter 15 b und der Einlaßleitung 16 zum Arbeitstank 3 fließt, kann eine von einem Hahn 17 gelieferte städtische Wasserflüssig­ keit zugesetzt werden. Eventuell kann eine weitere Ionen­ austauschpatrone 17 a zwischen dem Hahn 17 und der Wasser­ förderleitung 15 c vorgesehen sein.

In dieser Weise wird der Arbeitstank 3 mit der auf­ gefrischten Wasserflüssigkeit der gewünschten Leitfähig­ keit und des gewünschten Widerstandes, der oberhalb von 10³ Ohm · cm sein soll, wieder aufgefüllt. Alternativ kann die städtische Wasserflüssigkeit vom Hahn 17 mit oder ohne Entionisierung durch die weitere Ionenaustausch­ patrone 17 a dem Tank 12 b oder 12 a zugesetzt werden. Die Tanks 12 a und 12 b können, wie dargestellt, zwei durch eine Trennwand 12 d getrennte Behälter in einer einzelnen Tankeinheit sein, die durch die Temperatursteuereinheit 12 c gekühlt und/oder erhitzt wird, um die Flüssigkeiten in beiden Behältern auf einer gleichen vorbestimmten Tempera­ tur zu halten.

Die unmittelbar unter dem Abdeckbauteil 11 gesammelte Kohlenwasserstoffflüssigkeit 8 a wird in ein zweites Flüssig­ keitsbehandlungssystem 18 geleitet. Dieses System besteht nach der Darstellung aus einem einzelnen Tank mit zwei Be­ hältern 18 a und 18 b, die durch eine Trennwand 18 d darin getrennt sind. Der Behälter 18 a ist zur Aufnahme der verunreinigten Arbeitsflüssigkeit 8 a und zur Trennung derselben in einen Wasserbestandteil 8, einen Kohlenwasser­ stoffflüssigkeitsbestandteil 8 a und Bearbeitungsprodukte ausgelegt, welch letztere sich allgemein durch Schwerkraft am Boden des Behälters 18 a absetzen. Wie dargestellt, schwimmt der Kohlenwasserstoffbestandteil 8 a wegen seines niedrigeren spezifischen Gewichts auf der Wasserflüssig­ keit 8 unter Bildung der oberen Schicht im Behälter 18 a. Die die untere flüssige Schicht im Behälter 18 a bildende Wasserflüssigkeit wird von einer Pumpe 23 a in den Absetztank 12 a im beschriebenen ersten Flüssigkeitsbehandlungssystem 12 gefördert. Ein Wassersensor 23 b, der einen Flüssigkeitsleitfähigkeits­ oder -widerstandssensor darstellt, ist im Behälter 18 a angeordnet, um die Anwesenheit der Wasserflüssigkeit im Bereich einer Öffnung der von der Pumpe 23 a ausgehenden Leitung 23 c im Behälter 18 a zu erfassen, und ist mit einem der Pumpe 23 a zugeordneten Steuerkreis 23 d verbunden. So zieht die Pumpe 23 a ständig die Wasserflüssigkeit 8 in das erste Flüssigkeitsbehandlungssystem 12, solange der Sensor 23 b die Wasserflüssigkeit 8 erfaßt. In dieser Weise wird gesichert, daß die Pumpe 23 a keine Kohlenwasser­ stoffflüssigkeit 8 a vom Behälter 18 a in das erste Flüssig­ keitsbehandlungssystem 12 fördert.

Die aufschwimmende Kohlenwasserstoffflüssigkeit 8 a im Behälter 18 a wird von einer Pumpe 22 a durch ein Filter 22 b in den zweiten Behälter 18 b gefördert. Der zweite Behälter 18 b erfaßt so eine gereinigte Kohlenwasserstoffflüssigkeit 8 a, die durch eine Pumpe 19 a abgezogen und dadurch durch ein Ultrafeinfilter 19 b und ein elektromagnetisch gesteuertes Ventil 20 über den Einlaß 9 c zur Werkzeugelektrode 4 in den Arbeitsspalt 7 gefördert wird. Die Behälter 18 a und 18 b werden durch eine Temperatursteuereinheit 18 c gekühlt und/oder erhitzt

Die durch die Kanäle 4 b in den Arbeitsspalt 7 gespülte Kohlenwasserstoffflüssigkeit 8 a dient als Funkenerosions- Arbeitsmedium und schwimmt dann, zusammen mit den Bearbeitungsprodukten im Spalt 7 und einer Menge der Wasserflüssigkeit 8 im Arbeitstank 3, im Bereich unmittelbar unter dem Abdeckbauteil 11 auf. Wie beschrie­ ben wurde, wird die in dieser Weise vom Abdeckbauteil 11 erfaßte, verunreinigte Kohlenwasserstoffflüssigkeit 8 a durch die Entleerungsleitung 11 b in das zweite Flüssigkeitsbehandlungs­ system 8 abgezogen. In der dargestellten Anordnung wird diese verunreinigte Kohlenwasserstoffflüssigkeit 8 a durch ein Saugsystem 21 abgezogen, das einen hermetisch abge­ dichteten Behälter 21 a enthält, in dem die Flüssigkeit aufgenommen wird. Der Raum über der Flüssigkeit 8 a im Behälter 21 a wird durch eine Vakuumpumpe oder Unterdruck­ einrichtung 21 b evakuiert. Nebel und Gase von der Bear­ beitungsflüssigkeit 8 a im Raum innerhalb des Behälters 21 a werden von einem Nebelsammler 21 c und einer Gasbehandlungs­ einheit 21 d gesammelt und behandelt, die zwischen dem Behälter 21 a und der Unterdruckeinrichtung 21 b vorgesehen sind. Die Arbeitsflüssigkeit 8 a im Behälter 21 a wird von einer Pumpe 21 e abgezogen und zusammen mit dem vom Nebelsammler 21 c abgetrennten flüssigen Bestandteil in den Behälter 18 a im zweiten Flüssigkeitsbehandlungssystem 18 gefördert.

Eine EDM-Stromquelle 24 hat einen elektrisch über den leitenden Werkzeughalter 9 a und den leitenden Elektroden­ schaft 4 c mit der Werkzeugelektrode 4 verbundenen Ausgangs­ anschluß und den anderen mit dem Werkstück 6 elektrisch verbundenen Ausgangsanschluß. Die Stromquelle 24 kann von jeder herkömmlichen Auslegung zur Lieferung einer Reihe elektrischer Spannungsimpulse über den Arbeitsspalt 7 zwischen der Werkzeugelektrode 4 und dem Werkstück 6 sein. Diese Spannungsimpulse führen zu einer Folge elektrischer Entladungen durch den Spalt 7, wodurch funkenerosiv Material vom Werkstück 6 abgetragen wird.

Mit dem Arbeitsspalt 7 ist außerdem ein Spalt­ erfassungskreis 25 verbunden, der zur Erfassung einer oder mehrerer elektrischer Spaltvariablen, z. B. Spalt­ spannung und/oder -strom, auf einer Einzelimpulsbasis oder auf einer Durchschnittsbasis über eine Anzahl von Bearbeitungsimpulsen ausgelegt ist, um den Spaltzustand beim EDM-Betrieb zu überwachen. Beispielsweise können Durchschnittsspalt- oder Entladungsspannung und/oder -strom oder Spitzenentladungsstrom oder -spannung oder Durchschnitts­ entladungsstrom oder -spannung während jedes einzelnen Im­ pulses oder Hochfrequenzstrom- oder -spannungsbestandteil während jedes Entladungsimpulses durch den Spalterfassungs­ kreis 25 erfaßt und mit einem oder mehreren darin vorein­ gestellten Bezugswerten verglichen werden. Das Ausgangs­ signal des Spalterfassungskreises 25 wird einem Steuer­ kreis 26 zugeführt, der über einen Schalter 27 mit dem Erregungskreis 20 a des Elektromagnetventils 20 verbunden ist, um das Ventil selektiv zu öffnen und zu schließen oder die Öffnung des Ventils 20 zu steuern. Der Schalter 27 wird durch ein Programmsteuergerät 28 geschlossen.

Bei geöffnetem Ventil 20 ist ersichtlich, daß die Kohlenwasserstoffflüssigkeit 8 a durch den Einlaß 9 c in den Bearbeitungsspalt 7 getrieben wird, um im wesentlichen oder fast die gesamte Fläche desselben, die zwischen der Werkzeugelektrode 4 und dem Werkstück 6 gebildet ist, zu spülen. Die Kohlenwasserstoffflüssigkeit 8 a, wie z. B. Kerosin, außerhalb des Arbeitsspalts 7 neigt aufgrund ihres niedrigeren spezifischen Gewichts zum Schwimmen auf der im Arbeitstank 3 enthaltenen Wasserflüssigkeit 8 und wird ggf. vom Abdeckbauteil 11 erfaßt und durch die Entlee­ rungsleitung 11 b abgezogen.

Andererseits werden die Werkzeugelektrode 4 und das Werkstück 6 längs fast ihrer gesamten Oberflächenbereiche, wo sie nicht den Arbeitsspalt 7 begrenzen, in Berüh­ rung mit der Wasserflüssigkeit 8 gehalten, die eine höhere Wärmeleitfähigkeit und eine größere Wärmekapazität, also auch eine höhere Kühleignung als die Kohlenwasserstoff­ flüssigkeit 8 a, wie z. B. Kerosin, hat. Die Eignung der Wasserflüssigkeit 8 zum Kühlen der Werkzeugelektrode 4 und des Werkstücks 6 mit größerem Wirkungsgrad ermöglicht, daß die Einschaltdauer oder das Impulsintervall zwischen aufeinanderfolgenden Spannungsimpulsen stark reduziert wird und die Frequenz dieser Impulse oder die Entladungs­ wiederholungsgeschwindigkeit erheblich gesteigert werden, wodurch die Abtragungsgeschwindigkeit erhöht oder die Bear­ beitungsdauer verkürzt wird. Weiter wird eine ausgeprägte Verbesserung bezüglich des relativen Elektrodenverschleißes, d. h. des Gewichts- oder Volumenverhältnisses des Abriebs der Werkzeugelektrode 4 zur Menge des vom Werkstück 6 ab­ getragenen Materials im Vergleich mit dem herkömmlichen Verfahren (das bisher als das beste Ergebnis liefernd ange­ sehen wurde) erzielt, bei dem der Arbeitstank 3 mit einer Kohlenwasserstoffflüssigkeit, wie z. B. Kerosin, gefüllt ist, dessen Temperatur bei 25° C oder ähnlich gehalten wird.

Es wurde gefunden, daß Kohlenwasserstoffgase von 1000 cm³ zusammen mit einer sehr geringen Menge von Koh­ lenstoff beim Abtragen von 1 g Eisenmaterial durch elektri­ sche Entladungen gebildet werden und 1 cm³ flüssiges Kerosin erfordern. Um eine Abtragungsgeschwindigkeit von 1 g/min zu erzielen, ergibt sich, daß die Kerosinflüssig­ keit 8 a in und durch den Bearbeitungsspalt 7 mit einem Volumenströmungsdurchsatz von 1 cm³/min erneuert werden muß. Unter Berücksichtigung der Tatsache jedoch, daß ein Teil der in den Spalt 7 eingeführten Kohlenwasserstoff­ flüssigkeit 8 a ohne Ablauf der EDM-Wirkung vom Spalt 7 wegfließt, ist der mindest erforderliche Strömungsdurch­ satz praktisch unzureichend. Es wurde gefunden, daß die Anwendung eines Strömungsdurchsatzes für die Kohlenwasser­ stoffflüssigkeit 8 a in Höhe von wenigstens dem 5fachen des mindest erforderlichen Durchsatzes ausreichend ist.

Das elektromagnetische Ventil 20 kann in irgendeiner der verschiedenen Arten betrieben werden, wie sie in den Zeittafeln A-E in Fig. 2 gezeigt sind, um die Kohlenwasser­ stoffflüssigkeit 8 a vom Behälter 18 b durch die Einlaßlei­ tung 9 c in den Arbeitsspalt 7 einzuführen. Man kann sehen, daß die Tafel A einen konstanten Durchsatz (Q) der Kohlenwasserstoffflüssigkeit mit der Zeit zeigt. Die Tafel D zeigt, daß das Ventil 20 periodisch mit einer vorbestimmten Öffnungszeit und einer vorbestimmten Schließzeit geöffnet wird, um den Arbeitsspalt 7 periodisch mit einer vor­ bestimmten Menge der Kohlenwasserstoffflüssigkeit 8 a zu spülen. In diesem Fall ist das Programmsteuergerät 28 aus­ gelegt, um eine Folge von Signalimpulsen zu liefern, und über den Schalter 27 mit dem Erregungskreis 20 a für das Elektromagnetventil 20 verbunden, um es periodisch zu öffnen. Der Steuerkreis 26 bleibt vom Erregungskreis 20 a getrennt. Die Tafel B zeigt, daß das Ventil 20 offenge­ halten wird, um einen konstanten Mindeststrom der in den Arbeitsspalt 7 eingeführten Kohlenwasserstoffflüssig­ keit 8 a zu sichern, und die Öffnung des Ventils 20 wird periodisch vergrößert, um den Zuführungsstrom periodisch zu steigern. Das über den Schalter 27 ständig mit dem Erregungskreis 20 a verbundene Programmsteuergerät 28 liefert ein konstantes Erregungssignal, dem eine Folge von Signalimpulsen überlagert wird. Die Zeittafel E zeigt, daß der im Ansprechen auf den EDM-Spaltsensor 25 arbeitende Steuerkreis 26 mit dem Erregungskreis 20 a für das Elektromagnetventil 20 verbunden ist, während das Programmsteuergerät 28 davon getrennt bleibt. Es ist gezeigt, daß das Ventil 20 aperiodisch mit einer vorbe­ stimmten Öffnungszeit und der Schließzeit geöffnet wird, die als Funktion des Spaltzustands variiert. Die Tafel C zeigt, daß das Ventil 20 im Ansprechen auf ein vom Programmsteuergerät 28 geliefertes kontinuierliches Signal offengehalten wird, um einen konstanten Mindest­ stromdurchsatz zu sichern, und die Öffnung des Ventils 20 wird in Abständen vergrößert, um in Abständen den Strö­ mungsdurchsatz im Ansprechen auf Ausgangssignale des Steuerkreises 26 im Ansprechen auf den Spaltzustand durch den Sensor 25 zu steigern. Der Schalter 27 hält den Steuerkreis 27 und das Programmsteuergerät 28 mit dem Erregungskreis 20 a verbunden. Es versteht sich, daß auch verschiedene Kombinationen der verschiedenen Arten der Zuführung der Kohlenwasserstoffflüssigkeit, wie sie in den Fig. 2A-2E gezeigt und beschrieben sind, möglich sind.

Die Prinzipien der Erfindung sind auch auf eine Durchlaufdraht-EDM-Anordnung anwendbar, bei der eine durchlaufende Drahtelektrode axial bewegt wird und verti­ kal ein zwischen einem Paar von Drahtführungskörpern angeordnetes Werkstück durchläuft. Zur Durchführung der Erfindung wird beispielsweise das Werkstück in eine in einem Arbeitstank aufgenommene Wasserflüssigkeit 8 einge­ taucht, und zwei an der oberen bzw. der unteren Seite des Werkstücks angeordnete Düsen werden mit einer Kohlen­ wasserstoffflüssigkeit 8 a zum Einspritzen in den Ar­ beitsspalt gespeist. Ein Abdeckbauteil 11 kann von einem Arm, an dem der obere Drahtführungskörper montiert ist, herabhängend angebracht sein.

Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Er­ findung in Anwendung auf eine Durchlaufdraht-EDM-Maschine. Wie üblich wird eine durchlaufende Drahtelektrode 4 w axial zum Vertikaldurchlauf durch ein Werkstück 6 gefördert, das auf einem Werkstücktisch 5 montiert ist. Die Maschine enthält einen oberen Arm 29, der über dem Werkstück 6 an­ geordnet ist und daran montiert eine Bremsrolleneinheit 30, eine Führungsrolle 31 und einen oberen Drahtpositionierungs- Führungskörper 32 aufweist, und einen unter dem Werkstück angeordneten unteren Arm 33, der daran montiert einen unte­ ren Drahtpositionierungs-Führungskörper 34, eine Antriebs- und Quetschrolleneinheit 35 und eine Führungsrolle 36 hat. So wird die Drahtelektrode 4 w von einer (nicht dargestellten) Zuführungseinheit axial durch die Antriebs- und Quetsch­ rolleneinheit 35 und unter einer von der Bremsrolleneinheit 30 ausgeübten Bremskraft angetrieben und axial über die Führungsrolle 31, den oberen Drahtpositionierungs-Führungs­ körper 32, das Werkstück 6, den unteren Drahtpositionie­ rungs-Führungskörper 34 und die Führungsrolle 36 gefördert und wird ggf. von einer (nicht dargestellten) Sammeleinrich­ tung aufgenommen.

Zusätzlich ist die Maschine erfindungsgemäß mit zwei koaxialen Düseneinheiten 37 und 38 versehen, die zwischen dem oberen Drahtpositionierungs-Führungskörper 32 und dem Werkstück 6 bzw. zwischen dem letzteren und dem unteren Drahtpositionierungs-Führungskörper 34 angeordnet sind. Die obere Düseneinheit 37, die zur oberen Seite des Werk­ stücks 6 geöffnet und zur Drahtelektrode 4 w koaxial ist, weist eine erste Düse 39 mit einer Düsenöffnung 39 a größe­ ren Querschnitts und eine zweite Düse 40 mit einer Düsen­ öffnung 40 a eines geringeren Querschnitts koaxial zur Düsenöffnung 39 a der ersten Düse 39 und von dieser vor­ springend auf. Die untere Düseneinheit 38, die zur Unter­ seite des Werkstücks 6 geöffnet und zur Drahtelektrode 4 w koaxial ist, weist eine erste Düse 41 mit einer Düsen­ öffnung 41 a auf, die von gleichem Querschnitt wie die Düsenöffnung 39 a sein kann, und eine zweite Düse 42 mit einer kleineren Düsenöffnung 42 a auf, die zur größeren Düsenöffnung 41 a koaxial ist und von dieser vorspringt. Die Düsenöffnung 42 a der unteren zweiten Düse 42 ist ko­ axial zur Düsenöffnung 40 a der oberen zweiten Düse 40 und von gleichem Querschnitt wie diese Düsenöffnung 40 a. Die obere Düseneinheit 37 und die untere Düseneinheit 38 sind in fester Lage relativ zum oberen Arm 29 bzw. zum unteren Arm 33 (d. h. auch zum oberen bzw. unteren Draht­ positionierungs-Führungskörper 32 bzw. 34), so daß sie, wenn das Werkstück 6 während des Bearbeitungsvorgangs ver­ schoben wird, in ihrer Lage gehalten werden, um die Koaxialität ihrer zugehörigen Düsenöffnungen 39 a, 40 a und 41 a, 42 a mit der Drahtelektrode 4 w beizubehalten, die der EDM-Erosion des Werkstücks 6 durch den Arbeits­ spalt 7 dient. Elektrische Bürsten 43 und 44 sind im Kontakt mit der durchlaufenden Drahtelektrode 4 w inner­ halb der oberen bzw. der unteren größeren Düse 39 bzw. 41 angeordnet gezeigt und elektrisch gemeinsam mit einem Ausgangsanschluß einer EDM-Stromquelle 24 verbunden, deren anderer Ausgangsanschluß elektrisch mit dem Werk­ stück 6 verbunden ist.

Erfindungsgemäß werden die obere größere Düse 39 und die untere größere Düse 41 mit einer Wasserflüssigkeit 8 gespeist, während die obere kleinere Düse 40 und die untere kleinere Düse 42 mit einer Kohlenwasserstoffflüssigkeit 8 a gespeist werden. Als Ergebnis wird die Kohlenwasserstoff­ flüssigkeit 8 a koaxial zur durchlaufenden Drahtelektrode 4 w zugeführt und in den Bearbeitungsspalt 7 von den dem Werk­ stück 6 näheren oberen und unteren kleineren Düsen 40 und 42 eingeführt. Die Wasserflüssigkeit 8 wird koaxial zum Strom der Kohlenwasserstoffflüssigkeit 8 a, als Umhüllungs­ strom für diese dienend, aus den oberen und unteren größeren Düsen 39 und 41 zugeführt und neigt dazu, über die obere und die untere Seite des Werkstücks 6 und hinter die vor­ rückende Drahtelektrode 4 w und den Bearbeitungsspalt 7 darin zu fließen. Elektrische Entladungen werden so wenig­ stens überwiegend durch die Kohlenwasserstoffflüssigkeit 8 a im Bearbeitungsspalt 7 erzeugt, während ein Teil des Werk­ stücks 6, der den Arbeitsspalt 7 umgibt, in die Wasser­ flüssigkeit 8 eingetaucht ist und von dieser gespült wird, wodurch er ausreichend kühl gehalten wird. Die Kohlenwasser­ stoffflüssigkeit 8 a und die Wasserflüssigkeit 8, die den Werkstückbereichen zugeführt werden, sammelt man ggf. mittels einer Wanne 45 und zieht sie durch eine Öffnung 45 a darin ab, von wo sie in ein Flüssigkeitstrennsystem 18 geleitet werden können, wie es in Fig. 1 gezeigt und in Zusammenhang damit beschrieben wurde. Da Bereiche elektrischer Entladungen, die durch die entflammbare Kohlenwasserstoffflüssigkeit be­ wirkt werden, von einer ausreichenden Menge der nicht-ent­ flammbaren Wasserflüssigkeit eingeschlossen gehalten werden, besteht praktisch keine Feuergefahr.

Claims (16)

1. Verfahren zum funkenerosiven Bearbeiten eines Werk­ stücks, bei dem man eine Folge elektrischer Impulse über den Arbeitsspalt zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück zuführt und in den Arbeitsspalt eine Kohlenwasserstoffflüssigkeit einspritzt,
gekennzeichnet durch die Schritte:

• a) Einschließen des Arbeitsspalts in einer Wasser­ flüssigkeit und
• b) Einspritzen der Kohlenwasserstoffflüssigkeit in den von der Wasserflüssigkeit eingeschlossenen Arbeits­ spalt mit einem solchen Durchsatz, daß
• c) die Arbeitsflüssigkeit im Arbeitsspalt mindestens zur Hälfte aus der Kohlenwasserstoffflüssigkeit gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß man den Schritt a) mittels Eintauchens des Werkstücks und eines Teils der diesem gegenübergestellten, als Senkelektrode ausgebildeten Werkzeug­ elektrode in die in einem Arbeitstank enthaltene Wasserflüssigkeit durchführt.

3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß man die in den Arbeitsspalt eingespritzte und den elektrischen Entladungen unterworfene Kohlenwasser­ stoffflüssigkeit in die den Arbeitsspalt umgebende Wasser­ flüssigkeit zum Aufschwimmen auf der Wasserflüssigkeit aufsteigen läßt.

4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß man die vom Arbeitsspalt stammende, auf der Wasserflüssigkeit schwimmende Kohlenwasserstoffflüssigkeit mittels Unterdrucks abzieht.

5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß man den Schritt b) mittels Einspritzens der Kohlen­ wasserstoffflüssigkeit in den Arbeitsspalt durch wenigstens einen in der Werkzeugelektrode gebildeten Kanal durchführt.

6. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß man im Schritt b) die Kohlenwasserstoffflüssigkeit kontinuierlich in den Arbeitsspalt einspritzt.

7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß man den Strömungsdurchsatz der kontinuierlich in den Arbeitsspalt eingespritzten Kohlenwasserstoffflüssigkeit in zeitlichen Abständen steigert.

8. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß man im Schritt b) die Kohlenwasserstoffflüssigkeit in zeitlichen Abständen in den Arbeitsspalt einspritzt.

9. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß man die Spaltspannung und/oder den Spaltstrom zur Lieferung eines Steuersignals erfaßt und den Strömungsdurchsatz der Kohlenwasserstoffflüssigkeit in den Arbeitsspalt in Abhängigkeit vom Steuersignal steuert.

10. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schritt b) ein selektives Richten wenigstens eines engen Stroms der Kohlenwasserstoffflüssigkeit in den Arbeitsspalt vorsieht und der Schritt a) ein Richten eines Stroms der Wasserflüssigkeit zum Werkstück derart vorsieht, daß er als Umhüllungsstrom für den engen Strom dient und überwiegend nicht in den Arbeitsspalt eindringt, sondern sich über einen den Arbeitsspalt umgebenden Teil des Werkstücks verteilt.

11. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 10 auf die funkenerosive Bearbeitung mit einer durchlaufenden Draht­ elektrode, die kontinuierlich zum axialen Durchlauf durch das Werkstück gefördert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wasserflüssigkeit einen spezifischen Widerstand über 10³ Ohm · cm aufweist.

13. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kohlenwasserstoffflüssigkeit Kerosin aufweist.

14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
mit einer dem Werkstück unter Abstand über einen Arbeitsspalt gegenüberstellbaren Werkzeugelektrode, einer Stromquelle zum Zuführen einer Folge von elektrischen Impulsen über den Arbeitsspalt zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück und einer Einrichtung zum Einspritzen einer Kohlenwasserstoffflüssigkeit in den Arbeitsspalt,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie eine weitere Einrichtung (3; 39, 41) zum Einschließen des Arbeitsspalts (7) in einer Wasserflüssigkeit (8) aufweist und
daß die Einspritzeinrichtung (4 b; 40, 42) zum Einspritzen der Kohlenwasserstoffflüssigkeit (8 a) in den von der Wasserflüssigkeit (8) eingeschlossenen Arbeitsspalt (7) mit einem solchen Durchsatz dient, daß die Arbeitsflüssigkeit im Arbeitsspalt (7) wenigstens zur Hälfte aus der Kohlenwasserstoff­ flüssigkeit besteht.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die weitere Einrichtung einen Arbeitstank (3) zur festen Positionierung des Werkstücks (6) darin und zu dessen Eintauchen in der Wasserflüssigkeit (8) zusammen mit einem Teil der Werkzeugelektrode (4) aufweist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie ein wenigstens teilweise in die Wasserflüssigkeit (8) im Arbeitstank (3) eintauchbares Abdeckbauteil (11) zum Erfassen der vom Arbeitsspalt (7) in die Wasser­ flüssigkeit (8) aufgestiegenen und auf der Wasser­ flüssigkeit (8) schwimmenden Kohlenwasserstoffflüssigkeit (8 a) und eine Unterdruckeinrichtung (11 b, 21) zum Abziehen der erfaßten Kohlenwasserstoffflüssigkeit (8 a) aus dem Abdeckbauteil (11) aufweist.