DE3141602A1

DE3141602A1 - Verfahren und vorrichtung zum elektroerosiven bohren eines duennen loches in einem werkstueck

Info

Publication number: DE3141602A1
Application number: DE19813141602
Authority: DE
Inventors: Akihiko Kawasaki Kanagawa Shimizu
Original assignee: Japax Inc
Current assignee: Japax Inc
Priority date: 1980-10-21
Filing date: 1981-10-20
Publication date: 1982-07-15
Also published as: FR2492297B1; JPS646890B2; GB2090555A; FR2492297A1; GB2090555B; IT1142905B; IT8149519A0; DE3141602C2; JPS5771728A; US4430180A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum elektroerosiven Bohren eines dünnen Loches in einem Werkstück

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf das elektroerosive Bohren und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektroerosiven Bohren eines dünnen Loches (d.h. eines Durchmessers von beispielsweise 1 mm) mit einem hohen Tiefe/Durchmesser-Verhältnis (z. B. 5 oder mehr) in einem Werkstück mit einer rohrförmigen Elektrode hohen Schlankheitsgrades durch Leiten eines elektroerosiven Bearbeitungsstromes zwischen der rohrförmigen Elektrode und dem Werkstück durch einen mit einer Bearbeitungsflüssigkeit gespülen Bearbeitungsspalt, die von einer Quelle derselben durch die Innenbohrung der rohrförmigen Elektrode zugeführt wird, und durch Relativbewegung der rohrförmigen Elektrode und des bearbeiteten Werkstücks zum Vorrücken der ersteren in das letztere zwecks fortschreitender Bildung des gewünschten Hohlraumes im Werkstück. Der Begriff "Elektroerosion" soll hier eine elektrolytische Materialabtragung, eine Materialabtragung durch die Wirkung elektrischer Entladungen oder eine Materialabtragung durch eine Kombination der Wirkung elek.trolytischer Auflösung und der Wirkung

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elektrischer Entladungen bedeuten.

Beim praktischen Verfahren zum elektroerosiven Bohren der erwähnten Art wurde es allgemein als wesentlich anerkannt, daß die Bearbeitungsflüssigkeit in den Bearbeitungsspalt von der rohrförmigen Elektrode bei erhöhtem Druck und mit regulierter hoher Geschwindigkeit oder reguliertem hohen Strömungsdurchsatz während des gesamten Bearbeitungsvorganges eingeführt wird.

Beispielsweise wurde gezeigt, daß ein solches dünnes Loch elektroerosiv mit einer so hohen Abtragungsgeschwindigkeit wie 10 bis 30 mm/min mit einer hochgradig schlanken metallischen rohrförmigen Elektrode gebohrt werden kann, die etwa aus Kupfer oder Messing besteht, wobei man als die Bearbeitungsflüssigkeit eine wässrige Flüssigkeit mit einer leitfähigkeit von 150 bis 250 μΑ (oder

2 5 einem spezifischen Widerstand von 5x10 bis 10

Ohm.cm) verwendet, wenn die Flüssigkeit zum Ausspritzen aus der rohrförmigen Elektrode bei einem erhöhten Druck von etwa 30 bar eingerichtet ist und der Bearbeitungsstrom zur Erzeugung einer Folge elektrischer Entladungen durch den Bearbeitungsspalt angelegt wird.

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Für ein elektroerosives Hochgeschwindigkeitsbohren wurde anerkannt, daß, die Bearbeitungsstromdichte so hoch wi§ 1QÖQ A/cm² sein sollte und daß der Bearbeitungsspalt von der Bearbeitungsflüssigkeit mit einem so hohen Durchsatz wie 2 bis 5 cm³/A/min in Abhängigkeit vom verwendeten Bearbeitungsstrom durchströmt werden sollte. Eine so hohe Strömungsgeschwindigkeit der Bearbeitungsflüssigkeit sollte beibehalten werden, um eine zügige Beseitigung der Bearbeitungsprodukte aus dem Spalt zu sichern. Es wurde auch anerkannt, daß die Entfernung der Spaltprodukte gefördert werden kann,indem man eine Ultraschallschwingung auf die strömende Bearbeitungsflüssigkeit oder auf die Werkzeugelektrode oder auf beide einwirken läßt.

Während die-elek£rgerpsive Materialabtragung fortschreitet ,muß' -'^ilJ^lfifiiffSrinige Elektrode in das Werkstück vorger^cHJ; w^elen, um fortlaufend das gewünschte Loch im Wei?ks^oR^;Msu ,bi%d^ri. Um eine hohe Bohrgenauigkeit zu sichejjrij jjjuß, d^es/ps Vorrücken glatt und daher mit konstin^ej: pdjpjr gesteuerter Geschwindigkeit erfolgen , dpch^gillp l^n |est, daß dies mit der her- ^]i^fepi if<p||kig erreichbar ist.

Es wurde ημη. pfIfR^V;J^f Ö4-© Schwierigkeit hauptsächli-qh ÄH|fep!ff jj pU '||W Strömungsgeschwindigkeit der B^rb^itvino^i'maiiaHöit von ^er Innenbohrung der

rohrförmigen Elektrode in den Bearbeitungsspalt in unkontrollierter Weise zu Schwankungen neigt, besonders wenn sie bei erhöhtem Druck, also etwa über 20 bar, zur Erzielung einer hohen Bohrgeschwindigkeit zugeführt wird. So neigt die Strömungsgeschwindigkeit zu Schwankungen aufgrund von Änderungen der mechanischen Genauigkeit beim Bearbeiten und Endbearbeiten der Innenbohrung der rohrförmigen Elektrode, die so dünn wie mit einem Durchmesser von 1 mm ist, und aufgrund von Abmessungsänderungen des durchschneiden bzw. Drehen hergestellten Bearbeitungsendteiles der dünnen rohrförmigen Elektrode. Aufgrund dieser Änderungen ergibt sich in der Innenbohrung der rohrförmigen Elektrode ein unregelmäßiger Druckabfall und neigt zur Verursachung einer Schwankung in der Strömungsgeschwindigkeit der Bearbeitungsflüssigkeit in den Bearbeitungsspalt. Außerdem neigt die Länge der rohrförmigen Elektrode aufgrund des Verschleißes und der Erosion ihres Bearbeitungsspitzenendes, die während des Bearbeitungsvorganges unvermeidlich auftreten, zur Änderung.

Die Druckverluste 4 P in der Innenbohrung einer rohrförmigen Elektrode können unter Annahme, daß der Flüssigkeitsstrom laminar ist, wie folgt, ausgedrückt werden:

AP = XQ= — xv (1),

nd

ό \ A- I DUZ

worin μ .viskositätskonstante, Q den Strömungsdurchsatz der Bearbeitungsflüssigkeit als Volumen, d den Innendurchmesser der rohrförmigen Elektrode, Z die Länge der rohrförmigen Elektrode und ν die Strömungsgeschwindigkeit bedeuten. Durch Einsetzen gewisser tatsächlicher Werte für d und unter der Annahme, daß ν 1 m/s ist, lassen sich & P und Q berechnen, wie in der Tabelle 1 gezeigt ist.

d (mm)	ΔΡ fcar)	Q (cm³ /min)
0,1	64	1,8
0,15	29	4,2
0,2	16	7,2
0,25	10	11,4

Tabelle 1

f» e

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In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß beispielsweise, wo die rohrförmige Elektrode einen Innendurchmesser von 0,15 mm (und einen Außendurchmesser von 0,3 mm) hat und der Bearbeitungsstrom im Bereich von 2 bis 3 A liegt, die Wasser-Bearbeitungsflüssigkeit mit einem so hohen Druck wie über 40 bar zugeführt werden muß, um einen volumenmäßigen Strömungsdurchsatz von 7 bis 10 cm³/min zu erreichen.

Bei der herkömmlichen Flüssigkeitszuführungs-Einrichtung wurde eine Pumpe mit einem Speisedruck von 50 bis 100 bar verwendet und kann von einem Motor mit 735,5 bis 1.471 W angetrieben werden. Eine solche Pumpe mit mehr als genug Speisedruck ist erforderlich, um ein Pulsieren möglichst weit zu unterdrücken und dabei eine Abgabe von Überschußflüssigkeit durch ein Rückflußventil und eine umwandlung der Überschußenergie in Wärme zu ermöglichen. Auch mit einevsolchen Einrichtung war es äußerst schwierig, den Speiseströmungsdurchsatz der Bearbeitungsflüssigkeit in den Bearbeitungsspalt vor einem oder, während eines gegebenen Bearbeitungsvorganges auf einem gewünschten Niveau zu halten, da ein hoher Druckabfall, wie oben erwähnt, durch die dünne rohrförmige Elektrode auftrat und die erwähnten unvermeidlichen Abmessungsunterschiede der Elektrode vorlagen.

J 1 4 I DUZ

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum elektroerosiven Bohren zu entwickeln, die das Bohren eines dünnen Loches mit erhöhter Genauigkeit sichern und bei denen die Bearbeitungsflüssxgkeit mit einer genau regulierten Strömungsgeschwindigkeit in den Bearbeitungsspalt einführbar ist, um das Hochgenauigkeitsbohren eines dünnen Loches im Werkstück zu sichern.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist zunächst ein Verfahren zum elektroerosiven Bohren eines dünnen Loches mit einem hohen Tiefe/Durchmesserverhältnis in einem Werkstück mit .einer rohrförmigen Elektrode entsprechenden hohen Schlankheitsgrades , gemäß dem man einen elektroerosiven Bearbeitungsstrom zwischen der rohrförmigen Elektrode und dem Werkstück durch einen mit einer Bearbeitungsflüssigkeit gespülten Bearbeitungsspalt fließen läßt, die von der zum Bearbeitungsspalt offenen Innenbohrung der rohrförmigen Elektrode zugeführt wird, und die rohrförmige Elektrode axial in das Werkstück zur fortschreitenden Bildung des Loches im Werkstück relativ vorrückt, mit dem Kennzeichen, daß man zum Zuführen der Bearbeitungsflüssxgkeit in den Bearbeitungsspalt eine zylindrische Kammer, die durch eine Auslaßöffnung mit der Innenbohrung der rohrförmigen Elektrode in Verbindung steht, und einen Kolbenkörper zur Verschiebbaren Aufnahme in der zylindrischen Kammer im Sinne einer Gleitbewegung in Längsrichtung

darin vorsieht, die zylindrische Kammer mit einer vorbestimmten Menge der Bearbeitungsflüssigkeit von einer Quelle dsrselben füllt- und die zylindrische Kammer und den darin aufgenommenen Kolbenkörper mit einer gesteuerten Relativbewegungsgeschwindigkeit zur Druckbeaufschlagung der eingefüllten Bearbeitungsflüssigkeit in der Kammer durch den Kolbenkörper relativ vorrückt und dadurch eine fortschreitende Abgabe der Flüssigkeit aus der Kammer und Förderung durch die Innenbohrung mit einer gesteuerten Strömungsgeschwindigkeit bewirkt.

Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 gekennzeichnet.

Die in die zylindrische Kammer eingefüllte Bearbeitungsflüssigkeit kann gleich der oder etwas mehr als die Menge sein, die während des gesamten Ablaufs eines gegebenen Bohrvorganges abgegeben und in den Bearbeitungsspalt eingeführt werden muß. Der Kolbenkörper und die zylindrische Kammer können zweckmäßig mit einer voreingestellten konstanten Relativbewegungsgeschwindigkeit vorgerückt werden, um zu ermöglichen, daß die Bearbeitungsflüssigkeit in den Bearbeitungsspalt während eines geanzen gegebenen Bohrungsvorganges mit einer entsprechend voreinstellbaren Strömungsgeschwindigkeit eingeführt wird. Vorteilhaft ist die zylindrische Kammer weiter mit einem Werkzeugkopf zur Halterung der rohrförmigen Elektrode verbunden, und der Kolbenkörper selbst kann gegen Bewegung festgehalten sein. Dann kann durch ein einfaches Verschieben des Werkzeugkopfes zum Vorrücken der rohrförmigen Elektrode in das Werkstück gleichzeitig der

Kolbenkörper wirksam in der zylindrischen Kammer vorgerückt werden. Vorteilhaft kann die Verschiebung des Werkzeugkopfes auf eine gewünschte konstante Geshwindigkeit eingestellt werden. Die Anordnung sichert dann gleichzeitig auch eine Konstanz der Strömungsgeschwindigkeit der Bearbeitungsflüssigkeit in den Bearbeitungsspalt.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Vorrichtung zum elektroerosiven Bohren eines dünnen Loches mit einem hohen Tiefe/Durchmesser-Verhältnis in einem Werkstück mit einer rohrförmigen Elektrode entsprechenden hohen Schlankheitsgrades, mit einer Stromquelle zum Leiten eines elektroerosiven Bearbeitungsstromes zwischen der rohrförmigen Elektrode und dem Werkstück durch einen mit einer Bearbeitungsflüssigkeit gespülten Bearbeitungsspalt, die von der zum Bearbätungsspalt offenen Innen- · bohrung der rohrförmigen Elektrode zugeführt wird, und Elektrodenvorschubmitteln zum relativen Axialvorrücken der rohrförmigen Elektrode in das Werkstück zwecks fortschreitender Bildung des Loches im Werkstück, mit dem Kennzeichen, daß sie als Flüssigkeitszuführeinrichtung eine zylindrische Kammer, die durch eine Auslaßöffnung mit der Innenbohrung der rohrförmigen Elektrode in Verbindung steht, eine Einrichtung zum Füllen der zylindrischen Kammer mit einer vorbestimmten Menge der Bearbeitungsflüssigkeit von einer Quelle derselben, einen Kolbenkörper zur verschiebbaren Aufnahme in der zylindrischen Kammer im Sinne einer Gleitbewegung in Längsrichtung darin und KolbenVerschiebungsorgane zum

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Relativvorrücken der zylindrischen Kammer und des darin aufgenommenen Kolbenkörpers mit einer gesteuerten Relativbewegungsgeschwindigkeit zur Druckbeaufschlagung der eingefüllten Bearbeitungsflüssigkeit in der Kammer durch den Kolbenkörper und damit zur Bewirkung einer fortschreitenden Abgabe der Flüssigkeit aus der Kammer und Förderung durch· die Innenbohrung mit einer gesteuer- · ten Strömungsgeschwindigkeit aufweist.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 7 bis 16 gekennzeichnet.

Insbesondere ist die zylindrische Kammer mit einem Werkzeugkopf zur Halterung der rohrförmigen Elektrode verbunden. Der Werkzeugkopf ist durch den ersten Motor zum axialen Vorrücken der rohrförmigen Elektrode in das Werkstück beweglich. Der Kolbenkörper kann so eingerichtet sein, daß er tatsächlich in der gleichen Richtung wie der Richtung vorgerückt wird, in der der Werkzeugkopf vorgerückt wird, und kann in der zylindrischen Kammer durch den zweiten Motor, der getrennt vom genannten ersten Motor vorgesehen ist, beweglich sein. Der zweite Motor kann dann so eingerichtet sein, daß er den Kolbenkörper in der zylindrischen Kammer mit der gleichen Geschwindigkeit verschiebt, mit welcher der Werkzeugkopf vom ersten Motor verschoben wird. Alternativ kann der Kolbenkörper selbst gegen jede Bewegung festgehalten werden, und nur der Werkzeugkopf kann dann einfach durch■ "en ersten Motor verschoben werden, um die rohrförmig© Elektrode in das Werkstück vorzurücken. Dies bewirkt ein effektives Vorrücken des Kolbenkörpers - in einer zu der

Richtung, in der die rohrförmige Elektrode vorrückt, entgegengesetzten Richtung - in der zylindrischen Kammer, wenn der Werkzeugkopf verschoben wird. Hierbei ist offenbar, daß die Funktion des zweiten Motors der ersten Anordnung gleichzeitig durch den ersten Motor erfüllt wird.

Mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der .Erfindung wird der Fortschritt erzielt, daß die Zuführung der Bearbeitungsflüssigkeit in den Bearbeitungsspalt genau auf einer regulierten oder gewünschten konstanten Strömungsgeschwindigkeit gehalten werden kann. Weiter braucht der Verschiebungsmotor nur während eines tatsächlichen Bohrvorganges angetrieben zu werden, und da kein vorausgehender Antrieb desselben wie bei der herkömmlichen Anordnung erforderlich ist, läßt sich ein merklicher Anstieg des Energiewirkungsgrades erzielen. Auch kann der Verschiebungsmotor in seiner Kapazität reduziert werden.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der herkömmlichen Flüssigkeitszuführanordnung beim elektroerosiven Bohren;

ββ »β H * m «η _#

* ■■ * ο β η β « I λο

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Fig. 2 eine zum Teil geschnittene Ansicht zur schematischen Veranschaulichung einer elektroerosiven Bohrmaschine mit einem Flüssigkextszuführsystem gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine im wesentlichen geschnittene Ansicht zur schematischen Darstellung eines Teils der Anordnung in Fig. 2 in vergrößertem

Maßstab;

und

Fig. 4 eine zum'Teil.·, geschnittene Ansicht zur

schematischen Veranschaulichung eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Beim herkömmlichen elektroerosiven Bohrsy.stem zieht eine von einem Motor angetriebene Flügelpumpe 1 eine Bearbeitungsflüssigkeit 2 aus einem Speicher 3 und fördert sie in die Innenbohrung einer rohrförmigen Elektrode E durch eine Fluidleitung 4, die ein Drosselventil 5 enthalten kann. Die Pumpe 1 hat einen Speisedruck, der typisch im Bereich von 20 bis 100 bar liegt, und wird von einem Motor von 735,5 bis 1.471 W angetrieben, um ein Pulsieren der geförderten Bearbeitungsflüssigkeit möglichst weitgehend zu verringern, sollte die Pumpe 1 einen ausreichenden Förderausgang haben und erfordert gewöhnlich in ihren Fluidleitungen einen Speicher 6 und außerdem ein Rückflußventil 7, das eine Überschußflüssigkeit zum Speicher zurückleitet. Ein Druckmeßgerät 8 ist an der Auslaßseite

der Leitung 4 vorgesehen.

Trotz der Anbringung des Speichers 6 und des Rückflußventils 7 macht ein ziemlich hoher Druckverlust, · der sich durch die dünne rohrförmige Elektrode E entwickelt, es schwierig, die Strömungsgeschwindigkeit der geförderten Bearbeitungsflüssigkeit während des Ablaufs eines gegebenen Bohrvorganges aufrechtzuerhalten, weil die Abmessungsschwankungen der rohrförmigen Elektrode vorliegen.

Fig. 2 zeigt ein neues Flüssigkeitszuführsystem gemäß der Erfindung, das in der Elektroerosionsbohrmaschine IJ) verwendet wird, die eine Basis 11 und eine darauf senkrecht stehende Säule 12 aufweist. Ein Werkzeugkopf 13, der einer ohrförmige Elektrode E hält, wird von einer Vorschubspindel 14 zur Vertikalbewegung unter Führung auf einer Führungsstange 15 in einer Ausnehmung

16 der Säule 12, wenn die VorschubspindejVciurch einen Motor 17 in Rotation versetzt wird, getragen. Der Motor

17 ist vorteilhaft ein Schrittmotor oder ein Gleichstrommotor, der mit einem Kodierer ausgerüstet ist und von einem Steuerkreis 18 gesteuert wird.

Der Werkzeugkopf 13 hat einen sichjvertikal erstreckenden, horizontalen Endteil 19, an dessen unterem Ende die rohrförmige Elektrode E mittels eines Spannfutters 20 und einer Ringdichtung 2T^e¥estigt ist. Wie in Eig. 2 bzw. 3 gezeigt ist, ist der Endteil 19 weiter mit einer zylindrischen Kammer 22 ausgebildet, in die ein Kolbenkörper 23 gleitbar eingesetzt ist. Der Kolbenkörper 23

weist eine daran befestigte Vorschubmutter 24 im Eingriff mit einer Vorschubspindel 25 auf, die von einem Motor 26 in Rotation versetzt wird. Der Motor 26 ist wieder vorteilhaft ein Schrittmotor oder ein Gleichstrommotor, der mit einem Kodierer ausgerüstet ist und von einem Steuerkreis 27 gesteuert wird. Zweckmäßig sind die Vorschubspindel . 25- der Kolbenkörper 23 und die rohrförmige Elektrode E hier zueinander koaxial angeordnet. Die rohrförmige Elektrode E steht axial einem Werks tuck W gegenüber, das fest auf einem Werkstücktisch

28 montiert ist, der seinerseits in einem Werkstück

29 angeordnet ist, der auf einem horizontalen Vorsprung 11a der Maschinenbasis 11 montiert ist.

Eine Bearbeitungsstromquelle 30 hat ein Paar von Ausgangsanschlüssen, die elektrisch mit der rohrförmigen Elektrode E bzw. dem Werkstück W verbunden sind, um einen elektroerosiven Bearbeitungsstrom, vorzugsweise eine Folge von Impulsen, durch einen Bearbeitungsspalt G fließen zu lassen, der mit einer Bearbeitungsflüssigkeit 2 gespült wird, die von der rohrförmigen Elektrode E bei erhöhtem Druck zugeführt wird. Die Bearbeitungsflüssigkeit ist vorzugsweise eine wässrige.Flüssigkeit mit einem spezifischen Widerstand im Bereich zwischen

5
5x1ü· und 10 hm.cm. Ein Ultraschallschwinger 31 ist außerdem nach der Darstellung vorgesehen und dazu eingerichtet, auf die rohrförmige Elektrode E eine Hochfrequenzschwingung quer zu ihrer Längsachse zwecks Erleichterung des elektroerosiven Bohrverfahrens zu übertragen .

Während des Bohrvorganges liefert der Steuerkreis 18 dem Motor 17 Steuersignale, die bewirken, daß sich d§r Werkzeugkopf 13 abwärts bewegt und sich ihrerseits 4|,p rohrförmig©. Elektrode E axial mit einer regulierten ade,r- gewünschten konstanten Bewegungsgeschwindigkeit fortschreitend in das Werkstück W bewegt, bis eine gewünschte Bohrtiefe erreicht ist.

Vor dem Bohrvorgang wird die zylindrische Kammer 22 mit einer vorbestimmten Menge der Bearbeitungsflüssigkeit 2 von einer Quelle derselben durch ein Regulierventil 32 gefüllt. Nach der Darstellung wird die Bearbeitungsflüssigkeit 2 vom Werkstücktank 29 zugeführt, doch ist die Quelle typisch ein getrennt vom Werkstücktank 29 vorgesehener Speicherbehälter. Um zu ermöglichen, daß die Kammer 22 mit einer vorbestimmten Menge der Bearbeitungsflüssigkeit 2 gefüllt wird, justiert man anfänglich die Stellung des Kolbe^körpers 23 durch Betätigung des Motors 26 mit einem Lageeinstellungssignal, das vom Steuerkreis 27 geliefert wird. In diesem Stad^VHti wurde der Werkzeugkopf 13 bereits dujrch Betätigung des Rotors 17 mit einem Lageeinstellungspignal vom Steuerkrgig 18 in eine Lage gebracht, um die Spitze der rohrförm|(|i?ri Elektrode E gegenüber dem Werkstück

ti Abstand anzuordnen.

Jß. m_:i£ einem vorbestimmten geringen

tatsjghj-iehin/ B^phrphase beginnt der Kolbenkörper 23 seine Abw^rtpbewqgung gleichzeitig mit oder unmittelbar ypr dejij Bg|jj,p^ ^g_ ligrpiickens der Werkzeugelektrode E durch ^|@^ Weirk^eugkopfes 13. Ein Zeitgeber-

itung 33 vom Steuerkreis 18 dem |7- ^u^lljj^p^^plen. Während der Kolbenkörper

ί|Αϊ?^: §2 vorrückt, wird die eingefüllte ig^eil! darin unter Druck gesetzt und

φ |]||||||||PP| 34 und ein Regulierventil 35 dej? ^lniilj^: ||l||j III''Innenbohrung der rohrförmigen

E i|ji4 iifih'^P^en Bearbeitungsspalt G zwischen

der Spitze der Elektrode E und dem Werkstück W abgegeben. Die Vorrückgeschwindigkeit des Kolbenkörpers 23 kann eingestellt werden, um der Vorrückgeschwindigkeit des Werkzeugkopfes 13 gleich oder zu dieser proportional zu sein. Hierzu kann die erforderliche Synchronisierung der Signale über die Leitung 33 vorgesehen werden.

Es genügt, daß der Motor 26 nur während des tatsächlichen Bohrvorganges arbeitet. Es ist kein vorheriger Antrieb des Motors 26 erforderlich. Dies führt zu einem merklichen Anstieg des Energiewirkungsgrades gegenüber dem herkömmlichen Pumpsystem beim elektroerosiven Bohren. Weiter kann der Motor 26 von stark reduzierter Ausgangsleistung sein. Daher läßt sich die Erfindung sehr praktisch verwirklichen. Unter Hinweis auf Fig. 3 wird angenommen, daß die Fläche und der Durchmesser der zylindrischen Kammer 22 S1 und D1 sind und die Fläche und der Durchmesser der Innenbohrung der rohrförmigen Elektrode E S2 und D2 sind. Dann kann die zum Antrieb des Kolbenkörpers 23 erforderliche Kraft F1 folgendermaßen angegeben werden:

SI χ F2 DI² χ F2 ._. = ~ (2),

S2 D2^Z

worin F2 die Antriebskraft an der Elektrodenbohrung S2 bedeutet. Dann werden unter der Annahme, daß D1 = 4 cm oder S1 = 12,56 cm² und D2 = 0,030 cm oder S2 = 7x1θ"⁴ cm² und F2 = 2,8x10"² N/cm² und daß der

O IH IUUZ

* M

- 24 -

erforderliche Strömungsdurchsatz der Bearbeitungsflüssigkeit in den Spalt Q = 4,2 cm³/min ist, die Antriebskraft F1 für den Kolbenkörper 23 und seine Verschiebungsgeschwindigkeit v1:

F1 - _{= 5QQ N} _{3)

7 χ 10"⁴

_ S2 χ v2 ₌ 7 χ 10~⁴ χ 1000

S1 12,56
= 5,6 χ 10~ cm/s = 3,3 cm/min. (4)

dementsprechend wird die Arbeitsmenge des Kolbenkörpers W=B-1.V1 ?5OOx5,6x1O ' =0,28 N m/s ··

Bei einer Ganghöhe der Vorschubspindel 25 von 1 mm sieht man, daß sie nur mit einer Drehzahl von 3,3 U/min gedreht zu werden braucht. Wenn der Motor 26 ein zur Ausgangsverschiebung von IOm^inipuls geeigneter Schrittmotor ist, brauchen die Signalimpulse nur mit 3300/60*55 pps (Impulse je Sekunde) zugeführt zu werden.

Bei einer anderen Form der Erfindung gemäß Fig. 4 wird der Werkzeugkopf 113 auf einer Vorschubspindel 114 vertikal verschoben, wenn die letztere durch einen (nicht dargestellten) Motor wie im vorigen Ausführungsbeispiel in Rotation versetzt wird. Nach dieser Fig. 4 ist jedoch ein Paar von Führungsstangen 115 und 115' dargestellt, die parallele Führungsbahnen für den Werkzeugkopf 113 bilden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der vertikal erstreckte Kolbenkörper 123 mit seinem unteren Ende an einer festen Ebene befestigt und so gegen jede absolute Verschiebung gehalten. Das obere Ende des Kolbenkörpers 123 ist in die zylindrische Kammer 122 eingeführt, die im Werkzeugkopf 113 nach unten offen gebildet ist. Die vertikale zylindrische Kammer 122 ist an ihrem oberen Ende mit einer Öffnung 140 ausgebildet, in der ein Paar von Leitungen 141 und 14 2 zusammenkommt. Die Leitung 141 steht über ein Regulierventil 132 mit einer (nicht dargestellten) Quelle der Bearbeitungsflüssigkeit in Verbindung, während die Leitung 142 wieder in den Werkzeugkopf 113 eintritt und über ein Regulierventil 135 mit der Innenbohrung der rohrförmigen Elektrode E in Verbindung steht, die mit einem Vordervorsprung 119 des Werkzeugkopfes 113 mittels eines Spannfutters 20 und einer Ringdichtung 21 verbunden ist.

Wie im vorigen Ausführungsbeispiel wird die zylindrische Kammer 122 vor einem Bohrvorgang mit einer vorbestimmten Menge der Bearbeitungsflüssigkeit von der (nicht dargestellten) Quelle über das Regulierventil 132, die Leitung 141 und die öffnung 140 der Kammer 122 gefüllt.

Die dargestellte Anordnung ermöglicht, daß die Bearbeitungsflüssigkext in die zylindrische Kammer 122 durch Aufwärtsbewegung des Werkzeugkopfes 113 eingesaugt wird. Während des Bohrvorganges bewirkt die Abwärtsbewegung des Werkzeugkopfes 113 zum fortschreitenden Vorrücken der rohrförmigen Elektrode E in das (nicht dargestellte) Werkstück das Absinken der Kammer 122, so daß ihr mit der oberen Fläche des Kolbenkörpers 123 begrenzter Raum fortlaufend verkleinert wird. Dies ermöglicht, daß die in die Kammer 122 gefüllte Bearbeitungsflüssigkext darin unter Druck gesetzt und fortlaufend durch die Öffnung 140 und die Leitung 142 und dann durch die Innenbohrung der rohrförmigen Elektrode E in den (nicht dargestellten) Bearbeitungsspalt abgegeben wird. So ist die Strömungsgeschwindigkeit der Bearbeitungsflüssigkext in den (nicht dargestellten) Bearbeitungsspalt proportional zur Vorrückgeschwindigkeit des Werkzeugkopfes und damit der Werkzeugelektrode E. Bei Einstellung der Elektrodenvorrückgeschwindigkeit auf einen gewünschten konstanten Wert wird die Abgabegeschwindigkeit der Bearbeitungsflüssigkext in den Bearbeitungsspalt zwangsläufig auf einem entsprechend voreinstellbaren konstanten Wert gehalten.

In der vorstehenden Beschreibung sollte verstanden werden, daß der Begriff "zylindrische Kammer" hier durchweg so verwendet wird, daß er sich nicht nur auf eine zylindrische oder säulenförmige Kammer kreisförmigen Querschnitts bezieht, sondern auch eine solche längliche Kammer irgendeine Querschnittsform, wie Ellipse, Dreieck, Quadrat oder Vieleck, umfaßt. Der Kolbenkörper soll selbstverständlich eine Querschnittsform entsprechend derjenigen der "zylindrischen Kammer" aufweisen.

• ti-

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Claims

Ansprüche

Verfahren zum elektroerosiven Bohren eines dünnen Loches mit einem hohen Tiefe/Durchmesser-Verhältnis in einem Werkstück mit einer rohrförmigen Elektrode entsprechenden hohen Schlankheitsgrades, gemäß dem man einen elektroerosiven Bearbeitungsstrom zwischen der rohrförmigen Elektrode und dem Werkstück durch einen mit einer Bearbeitungsflüssigkeit gespülten Bearbeitungsspalt fließen läßt, die von der zum Bearbeitungsspalt offenen Innenbohrung der rohrförmigen Elektrode zugeführt wird, und die rohrförmige Elektrode axial in das Werkstück zur fortschreitenden Bildung des Loches im Werkstück relativ vorrückt, dadurch gekennzeichne t ,

581-(A 1128)-TSc

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daß man zum Zuführen der Bearbeitungsflüssigkeit in den Bearbeitungsspalt eine zylindrische Kammer, die durch eine Auslaßöffnung mit der Innenbohrung der rohrförmigen Elektrode in Verbindung steht/

' " ren und einen Kolbenkörper zur verschiefeba- Aufnahme in der zylindrischen Kammer im Sinne einer Gleitbewegung in Längsrichtung darin vorsieht, die zylindrische Kammer mit einer vorbestimmten Menge der Bearbeitungsflüssigkeit von einer Quelle derselben füllt und

die zylindrische Kammer und den darin aufgenommenen Kolbenkörper mit einer gesteuerten Relativbewegungsgeschwindigkeit zur Druckbeaufschlagung der eingefüllten Bearbeitungsflüssigkeit in der Kammer durch den Kolbenkörper relativ vorrückt und dadurch eine fortschreitende Abgabe der Flüssigkeit aus der Kammer und Förderung durch die Innenbohrung mit einer gesteuerten Strömungsgeschwindigkeit bewirkt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß man die zylindrische Kammer in einem einen Teil eines Werkzeugkopfes zur Halterung der rohrförmigen Elektrode darstellenden Körper ausbildet und den Werkzeugkopf zum Vorrücken der rohrförmigen Elektrode in das Werkstück verschiebt.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die rohrförmige Elektrode relativ in das Werkstück mit einer konstanten Vorrückbewegungsgeschwindigkeit vorrückt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Kolbenkörper in und relativ zu der zylindrischen Kammer mit der Relativbewegungsgeschwindigkeit, die konstant ist, zum Halten der Strömungsgeschwindigkeit der Bearbeitungsflüssigkeit auf einem bestimmten Niveau vorrückt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Vorrückgeschwindigkeit des Kolbenkörpers in und relativ zu der zylindrischen Kammer proportional zur Vorrückgeschwindigkeit der rohrförmigen Elektrode in das Werkstück hält.
6. Vorrichtung zum elektroerosiven Bohren eines dünnen Loches mit einem hohen Tiefe/Durchmesser-Verhältnis in einem Werkstück mit einer rohrförmigen Elektrode entsprechenden hohen Schlankheitsgrades nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer Stromquelle zum Leiten eines elektroerosiven Bearbeitungsstromes zwischen der rohrförmigen Elektrode und dem Werkstück durch einen mit einer Bearbeitungsflüssigkeit gespülten Bearbeitungsspalt, die von der

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zum Bearbeitungsspalt offenen Innenbohrung der rohr*- förmigen Elektrode zugeführt wird/ und Elektrodenvorschubmitteln zum relativen Axialvorrücken der rohrförmigen Elektrode in das Werkstück zwecks fortschreitender Bildung des Loches im Werkstück,, dadurch gekennzeichnet,

daß sie als Flussigkeitszuführeinrichtung eine zylindri^ sehe Kammer (22; 122), die durch eine Auslaßöffnung (34; 140) mit der Innenbohrung der rohrförmigen Elektrode (E) in Verbindung steht,

eine Einrichtung (32; 132) zum Füllen der zylindrischen Kammer (22; 122) mit einer vorbestimmten Menge der Be-^ arbeitungsflüssigkeit (2) von einer Quelle derselben, einen Kolbenkörper (23; 123) zur verschiebbaren Auf ^ nähme in der zylindrischen Kammer (22_; 122) im Sinne einer Gleitbewegung in Längsrichtung darin und Kolbenverschiebungsorgane (24, 25, 26; 114) zum Relativvorrücken der zylindrischen Kammer (22; 122) und des darin aufgenommenen Kolbenkörpers (23; 123) mit einer gesteuerten Relativbewegungsgeschwindigkeit zur Druckbeaufschlagung der eingefüllten Bearbeitungsflüssigkeit (2) in der Kammer (22; 122) durch den Kolbenkörper (2.3; 123) und damit zur Bewirkung einer fortschreitenden Abgabe der Flüssigkeit (2) aus der Kammer (22; 122) und Förderung durch die Innenbohrung mit einer gesteuerten Strömungen geschwindigkeit aufweist.

3 UI
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenvorschubmittel einen Werkzeugkopf (13; 113) zum Halten der rohrförmigen Elektrode (E) im Abstand gegenüber dem Werkstück (W) aufweisen

die zylindrische Kammer (22; 122) in einem einen Teil des Werkzeugkopfes (13; 113) darstellenden Körper ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Kammer (22) eine Kolbenaufnahmeöffnung enthält, die ein Vorrücken des Kolbenkörpers (23) in und relativ zu der zylindrischen Kammer (22) in der gleichen Richtung wie der Richtung ermöglicht, in der das Vorrücken der rohrförmigen Elektrode (E) mit dem Werkzeugkopf (13) in das Werkstück (W) bewirkt wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenkörper (23) im wesentlichen koaxial mit der rohrförmigen Elektrode (E) und mit der zylindrischen Kammer (22) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugkopf (13) auf einer ersten Vorschubspindel (14) zur Bewegung damit mittels eines ersten Motors (17) angebracht ist und

der Kolbenkörper (23) auf einer zweiten, sich im wesentlichen parallel zur ersten Vorschubspindel (14) erstreckenden Vorschubspindel (25) zur Bewegung mit der zweiten Vorschubspindel (25) mittels eines zweiten Motors (26) angebracht ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

daß der zweite Motor (26) zum Vorrücken des Kolbenkörpers (23) mit der Bewegungsgeschwindigkeit des Werkzeugkopfes (13) durch den ersten Motor (17) überlegener und dazu proportionaler Bewegungsgeschwindigkeit eingerichtet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Motor (17) und der zweite Motor (26) zum Antrieb mit konstanten Drehzahlen eingerichtet sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

daß die zylindrische Kammer (122) eine Kolbenaufnahmeöffnung enthält, die ein Vorrücken des Kolbenkörpers

(123) in und relativ zu der zylindrischen Kammer (122) in einer zu derjenigen Richtung, in der das Vorrücken der rohrförmigen Elektrode (E) mit dem Werkzeugkopf

(113) in das Werkstück bewirkt wird, entgegengesetzten Richtung ermöglicht.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet.

daß der Kolbenkörper (123) an einer festen Ebene festgehalten wird und zur Erstreckung im wesentlichen parallel zu der vom Werkzeugkopf (113) gehaltenen rohrförmigen Elektrode (E) und im wesentlichen koaxial mit der zylindrischen Kammer (122) eingerichtet ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,

daß der Werkzeugkopf (113) auf einer Vorschubspindel (114) zur Bewegung damit mittels eines Motors zwecks Vorrückens der rohrförmigen Elektrode (E). in das Werkstück in einer ersten Richtung und gleichzeitigen Vorrückens des Kolbenkörpers (123) in·und relativ zu der zylindrischen Kammer (122) in einer zur ersten Richtung im wesentlichen parallelen, jedoch entgegengesetzten, zweiten Richtung angebracht ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,

daß der Motor zum Antrieb mit konstanter Drehzahl eingerichtet ist.