станок для электроэрозионной обработки проволочным электродом-инструментом с неподвижной обрабатываемой деталью

Формула изобретения

1. Станок для электроэрозионной обработки проволочным электродом-инструментом с неподвижной обрабатываемой деталью, содержащий основание с вертикальными элементами, на которых расположена поперечина, на противоположных сторонах которой друг под другом выполнены направляющие элементы, предназначенные для размещения двух независимых друг от друга систем перекрестного перемещения, связанных каждая с двумя кронштейнами, на которых установлены соответственно верхняя и нижняя рабочие головки, направляющие проволочный электрод и инжектирующие рабочую жидкость между электродами, отличающийся тем, что вертикальные элементы, составляющие основание станка, ограничивают полость (выемку), открытую с одного из ее торцов, что указанное основание снабжено стойками, предназначенными для размещения системы перекрестного перемещения, причем вертикальные элементы указанного основания служат коллектором для жидкого диэлектрика и для использованной проволоки-электрода и объем в основании от нижней рабочей головки до этого коллектора совершенно свободен.

2. Станок по п. 1, отличающийся тем, что кронштейн с нижней рабочей головкой продолжает по горизонтали один из ползунов или элемент системы перекрестного перемещения для передвижения этой головки во взаимно перпендикулярных направлениях.

3. Станок по п. 1, отличающийся тем, что система перекрестного перемещения для передвижения верхней рабочей головки идентична системе перекрестного перемещения для перемещения нижней рабочей головки.

4. Станок по п. 1, отличающийся тем, что он включает соединенную с системой горизонтального перемещения систему вертикального перемещения верхней рабочей головки, снабженной устройством с программой для регулирования расстояния между головкой и обрабатываемой деталью.

5. Станок по п. 1, отличающейся тем, что обе системы перекрестного перемещения установлены на поперечине с возможностью перемещения по всей ее длине.

6. Станок по и. 1, отличающийся тем, что обе системы перекрестного перемещения установлены так, что могут смещать относительные положения рабочих головок до наклона на угол не меньше 30^o.

7. Станок по п. 1, отличающийся тем, что на поддоне также размещены приемник и введенные в станок генератор импульсов и система цифрового управления.

8. Станок по п. 1, отличающийся тем, что приемник проволоки и использованной диэлектрической жидкости представляет собой резервуар, в который погружены вертикальные элементы, составляющие основание станка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электроэрозионному станку с проволокой и с неподвижной обрабатываемой деталью, в котором содержатся обрабатывающие головки, имеющие направляющие для проволоки, подвижные в двух плоскостях, параллельных между собой по обе стороны от зоны обработки за счет двух систем с перекрещивающимся перемещением, а обрабатываемая деталь устанавливается и зажимается на стойках, неподвижных относительно станины станка. Проволока-электрод, проходящая через зону обработки, т.е. через прорезь в обрабатываемой детали, и перемещающаяся в прорези по установленной траектории, может одновременно наклоняться по отношению к плоскости обработки на заранее определенный угол.

Известны два типа конструкции электроэрозионных станков: в виде буквы С или с рамой (см. работу "Электроэрозионная обработка металлов", М. Ферер, Вюрцбург, 1983, стр. 29-31). В обоих случаях станина имеет основание, на котором установлен рабочий бак с диэлектрической жидкостью для обработки, на дне этого бака установлены стойки для системы закрепления обрабатываемой детали.

В конструкции в виде буквы С вертикальная колонна жестко скрепляется с этим основанием, на этой колонне напротив друг друга установлены два плеча (или кронштейна), каждое из которых имеет на конце обрабатывающую головку; нижний кронштейн закрепляется на определенной высоте таким образом, чтобы нижняя головка располагалась между обрабатываемой деталью и дном рабочего бака, верхний кронштейн находится над рабочим баком, и он подвижен в вертикальной обрабатывающей головкой и обрабатываемой деталью можно было регулировать. Относительное перемещение обрабатывающих головок и обрабатываемой детали получается (движение Х, Y) в общем случае за счет системы перекрестного перемещения, установленной на основании, под рабочим баком (подвижной является обрабатываемая деталь), как описано, например, в документе ДЕ 3524377, кл. В 23 Н 7/10, 1986 г; эта система может быть встроена в колонну (тогда подвижным будет нижний кронштейн), наклон проволоки (т.е. перемещение верхней головки по осям U и V) осуществляется при помощи второй системы перекрестного перемещения, установленной на верхнем кронштейне или на конце подвижной по оси Z тележки, несущей обрабатывающую головку, или в том месте, где он соединяется с колонной.

В конструкции в виде рамы по обе стороны от основания установлены две колонны или выступа, которые жестко соединены поперечиной, на которой установлен верхний кронштейн, эти колонны проходят выше рабочей зоны и рабочего бака. В общем случае этот кронштейн подвижен не только в вертикальном направлении (перемещение Z), но и в направлении по поперечине, в направлении оси Х. Часто обрабатываемая деталь бывает подвижной, по меньшей мере, по оси Y. Известны электроэрозионные станки с проволокой, сконструированные в виде рамы и с неподвижной обрабатываемой деталью (фиг.1, 2 в патенте FR 2099848, кл. В 23 Р 1/00, 1972 г.).

Как в станках в виде буквы С, так и в станках в виде рамы, известных в настоящее время (с подвижной или неподвижной обрабатываемой деталью), перемещение в направлении U, V зависит от системы перекрестного перемещения (Х, Y) или же их амплитуда ограничена, поскольку системы перекрестного перемещения (Х, Y) и (U, V) расположены рядом (FR 2099848), ни одна из этих конструкций не позволяет работать с большим уклоном, поскольку амплитуда системы перекрестного перемещения по (U, V) ограничена.

Известно, что конструкция в виде рамы более жесткая, более устойчивая и менее чувствительная к вибрациям, чем система в виде буквы С. Недостатком конструкции в виде рамы является то, что доступ к детали больше ограничен, чем в станках в виде С. Поэтому у станков в виде рамы в общем случае имеется рабочий бак со съемными или телескопическими стенками или же бак суживается к основанию, чтобы освободить рабочий стол, на котором располагается обрабатываемая деталь и система закрепления детали, или же имеются средства для отклонения в направлении оси Y рабочего стола вместе с обрабатываемой деталью и системой закрепления детали, относительно стоек рамы (за счет тележки, на которой находится бак и система закрепления обрабатываемой детали, или же за счет подвижной рамы).

Станок в виде рамы с неподвижной обрабатываемой деталью и баком, сужающимся в основании, описан в заявке на патент ДЕ 3841314, кл. В 23 Н 7/02, 1990. Преимуществом этого станка является жесткость конструкции в виде рамы и две системы перекрестного перемещения, полностью независимые, которые позволяют иметь большие наклоны. Однако объем в основании для размещения сужающегося бака увеличивает необходимую площадь на полу для станка по сравнению со станком в виде буквы С или в виде рамы, которые известны, этот станок некомпактен, поскольку всегда надо предусматривать один или несколько резервуаров вне цоколя станка, в частности, для диэлектрической жидкости и для использованной проволоки-электрода.

Настоящее изобретение ставит цель устранить эти недостатки, и предлагается станок для вырезания с проволокой-электродом

простой и жесткой конструкции, которая позволяет точно обрабатывать тяжелые детали,

с полностью независимыми двумя системами перекрестного перемещения, которые располагаются с одной и другой стороны от обрабатываемой детали, позволяющие осуществлять наклон без ограничения угла наклона,

в котором деталь доступна со всех сторон, зона обработки максимально свободна так, что можно обрабатывать, используя все перемещения станка, детали более крупных размеров, чем на станках известной конструкции таких же размеров,

более компактный, чем станки для вырезания с проволокой-электродом, которые известны, объем под зоной обработки полностью свободен до основания цоколя, так что там можно собирать использованную проволоку-электрод и использованную диэлектрическую жидкость.

Под термином систем с "полностью независимыми" перекрестными перемещениями подразумевают системы, которые никак механически не связаны между собой.

Для этой цели электроэрозионный станок с проволокой, с неподвижной обрабатываемой деталью, в соответствии с настоящим изобретением, не имеет ни рабочего бака, ни рабочего стола, в нем имеется два кронштейна, на каждом из которых установлена рабочая головка, направляющая проволоку-электрод и инжектирующая рабочую жидкость между электродами, они установлены на двух системах перекрестного перемещения, которые полностью независимые и располагаются с одной и другой стороны от плоскости обработки, станок отличается следующим:

основание образовано вертикальными элементами, соединенными между собой так, чтобы ограничить камеру, открытую с одной стороны, в виде буквы "U",

поперечин, закрепленная на одном или нескольких элементах этого основания, на которой закреплены эти две системы перекрестного перемещения,

непосредственно на этом основании закреплены стойки, на которых установлена система закрепления обрабатываемой детали,

коллектор для использования диэлектрической жидкости и для проволоки-электрода располагается под этой системой закрепления, в опорах основания, в этом основании,

пространство в основании, между нижней рабочей головкой и этим коллектором, полностью свободно.

Таким образом, станок с проволокой не имеет рабочего бака и собственно самого рабочего стола, т.е. после прохождения через обрабатываемое отверстие и через нижнюю рабочую головку проволока непосредственно попадает в приемник внизу, где она собирается. Это очень упрощает станок, нет необходимости предусматривать систему ремней или сжатой текучей среды для переноса проволоки на заднюю сторону станка. Кроме того, в этот приемник попадает также диэлектрическая жидкость, в частности, жидкость, подаваемая соплами двух рабочих головок в обрабатываемое отверстие для охлаждения электродов и для удаления отходов, в необходимом случае в сливы, сделанные в обрабатываемой детали, таким образом, он служит "баком использованной жидкости", и нет необходимости иметь средства для освобождения рабочего бака.

Поперечины (поперечина) устанавливаются съемными или несъемными на одном или нескольких элементах основания, предпочтительно так, чтобы было симметричное расположение. Если на поперечине, под нижней ее стороной, устанавливается система перекрестного перемещения, то на элементах основания предусматриваются выступы, обеспечивая необходимое место. Такая конструкция с одной или несколькими рамами очень жесткая. На основании нет ни рабочего бака, заполненного диэлектрической жидкостью, ни рабочего стола. Таким образом, конструкция более жесткая и более простая. Обрабатываемая деталь неподвижна, нет никакой тележки или ползуна системы перемещения для передвижения обрабатываемой детали большого веса, таким образом, точность и воспроизводимость обработки практически не зависит от веса обрабатываемой детали.

Кроме того, в большинстве способов реализации нижний кронштейн по горизонтали продолжает один из ползунов или одну из тележек системы перекрестного перемещения, таким образом, отсутствует любой свес, что также обеспечивает хорошую жесткость и точность обработки.

Рамная конструкция станка имеет преимущество не только за счет жесткости, но и за счет того, что она обеспечивает большой ход в направлении Z без увеличения стоимости станка.

Устранение рабочего бака имеет и другие преимущества: исчезли проблемы, связанные с отверстием или случайным переполнением бака, с негерметичностью бака, нет необходимости в элементах и логических системах для опорожнения или заполнения бака (если работа идет с погружением детали в бак).

Известно, что температура диэлектрической жидкости в баке неравномерно передается на станину станка, которая вследствие этого неконтролируемо деформируется. Наоборот, в варианте настоящего изобретения, когда основание станка находится в резервуаре, куда подается использованная рабочая жидкость или же основание находится в контакте с этой жидкостью, любое изменение температуры равномерно передается на станину и на органы станка. Кроме того, окружающий воздух свободно циркулирует через зону обработки, и для него нет препятствия в виде рабочего стола или рабочего бака. За счет этого активизируется диссипация тепла, выделяемого при обработке, и уравнивается температура аппаратуры, отсутствует изменение относительного расположения обрабатываемой детали и рабочих головок за счет разного расширения, это увеличивает точность и воспроизводимость обработки.

Поскольку система перекрестного перемещения нижней головки по осям ХI и YI механически не связана с системой перекрестного перемещения по осям Х2 и Y2, проволока может иметь практически любые наклоны.

Ползун или тележка для перемещения верхней рабочей головки по вертикальной оси Z в общем случае устанавливается на верхнем ползуне или тележке системы перекрестного перемещения для горизонтального перемещения по осям ХI и Y2.

По первому варианту можно расположить системы перекрестного перемещения, как это описано в заявке на патент ДЕ 3841314, т.е. они располагаются выше и ниже одной горизонтальной поперечины, закрепленной на выступах основания.

Однако настоящее изобретение никак не ограничивается такой частной конструкцией, в соответствии с другими вариантами две поперечины закрепляются каждая на одном из элементов основания, образующих U-образные ветви, одна закрепляется на выступе, и на ее нижней стороне закреплена система перемещения для нижнего кронштейна, а на другой, на верхней стороне, находится система перекрестного перемещения верхнего кронштейна. Точно такое же расположение может быть и при одной поперечине, на которой находится система перекрестного перемещения нижнего кронштейна, система перекрестного перемещения верхнего кронштейна закреплена непосредственно на элементе основания напротив, на соответствующей высоте. Две указанных выше поперечины могут быть закреплены на двух соседних элементах основания, на одной закреплена система перекрестного перемещения нижнего кронштейна и на другой система перекрестного перемещения верхнего кронштейна, или же поперечина, на которой закреплена система перекрестного перемещения нижнего кронштейна, может быть прикреплена на одном из элементов основания, образующего одну U-образную ветвь, а соседний элемент приподнят, и на нем непосредственно закреплена система перекрестного перемещения верхнего кронштейна. Обе системы перекрестного перемещения могут быть установлены так, чтобы плоскости, в которых происходит перемещение рабочих головок, были вертикальными, таким образом, сама плоскость обработки будет вертикальной. В этом случае нельзя уже говорить о "верхней" и "нижней" головке.

Поперечина или поперечины и системы перекрестного перемещения могут быть или не быть модульными элементами, взаимозаменяемыми с другими, различных размеров и изготовлены из различных материалов. Основание может быть изготовлено в виде одной детали или же сделано из нескольких деталей, жестко сваренных. Элементы могут образовывать форму U, больше или меньше расширяющуюся и не обязательно перпендикулярными. Они могут иметь различный профиль, с выступами, бортиками и т.д.

Системы перекрестного перемещения могут быть любого известного типа, обеспечивающего длительный срок службы и хорошую точность перемещений: с иглами с направляющими в виде двойной буквы V, предварительно напряженными и оборудованными игольчатыми корпусами, с механическим, гидравлическим или пневматическим приводом, с направляющими и тележками, с ползунами и рельсами, в случае необходимости с устранением зазоров. По всем осям может быть предусмотрена система антистолкновений, которая может определять, например, наличие ненормального усилия, превышающего десятков килограммов. Реальное положение каждого ползуна или тележки может определяться преобразователями углов, расположенными на конце винта, перемещающего ползун или тележку, однако предпочтительно это положение непосредственно считывается на уровне детали при помощи точных линейных цифровых линеек (оптических) что позволяет точно определять траекторию, эффективно прорезаемую в детали. Может быть предусмотрена коррекция этого положения, например, при помощи лазерного измерения точности установки по осям ХI, YI, Х2, Y2 и ввода персонализированной коррекции в станок. Устройство для разрезания использованной проволоки-электрода или для ее свивания может быть закреплено на нижнем кронштейне или на нижней рабочей головке.

В соответствии с некоторыми способами реализации станок имеет следующие преимущества:

можно изолировать рабочую зону от механических органов, обеспечивающих перемещения рабочих головок, в частности, при помощи стенки, которая пропускает только кронштейн с рабочей головкой на конце,

вокруг станины станка может располагаться кабина или набор высоких стенок, с участком, скользящим вбок или вверх, в необходимом случае она может располагаться вокруг элементов цепи диэлектрической жидкости и может даже захватывать электрический шкаф или электрические шкафы, в которых находятся генератор импульсов и цифровое управление, может быть также предусмотрена кабина, у которой несколько стенок или все стенки могут целиком перемещаться вверх,

когда приемником отработанной проволоки-электрода и отработанной диэлектрической жидкости является бак, в котором находятся основание и элементы цепи подачи диэлектрической жидкости, то этот бак и все другое оборудование станка может быть закреплен на одном шасси или "поддоне", включая и электрический шкаф с генератором импульсов и цифровым управлением. Различные элементы станка соединяются между собой при монтаже в ходе изготовления, что значительно облегчает установку станка, делает его транспортировку простой и снижает расходы на эксплуатацию, площадь пола под станок значительно меньше, чем известных подобных станков.

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлен только один способ реализации. Показанный станок может иметь любые модификации формы и детали, без выхода за замысел изобретения.

На фиг.1 показана упрощенная перспектива фронтальной стороны и одной из сторон станины станка в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 2 схематизирован вариант станка в соответствии с изобретением, здесь все элементы станка, включая электрический шкаф и систему цифрового управления, располагаются на одном поддоне.

На фиг. 3 показана перспектива задней стенки и одной из сторон станка, показанного на фиг.2.

На всех трех чертежах одинаковые органы обозначены одними и теми же цифрами.

Показанная на фиг.1 станина станка имеет основание, образованное тремя перпендикулярными стенками 1, 2, 3. На стенках 1 и 3 имеются выступы 4, 5, на которые опирается поперечина 6. Стенка 2 ниже, чем стенки 1 и 3 с выступами, так чтобы образовать пространство, достаточное для системы перекрестного перемещения, образованной ползунами 7, 8 и нижним кронштейном 9, являющимся продолжением ползуна 8. Это основание изготовлено из материала РЕНОКАСТР (R) (марка фирмы Жорж Фишер, обозначающая полимерный бетон). Это стойки материал, не ржавеет, является электрическим и тепловым изолятором, подходит для такого применения, поскольку основание находится в контакте с использованной диэлектрической жидкостью и с выходящей проволокой-электродом, которая электрически заряжена от нижней обрабатывающей головки 18. Плотность материала равна трети плотности стали, при сравнимом коэффициенте термического расширения 12 мкм/град/мин. Это основание может быть изготовлено из любого другого материала, применяемого для этих целей: чугун, сварная сталь, гидравлический бетон, керамика и т.д.

Имеющиеся в выступах 4, 5 выемки 10, 11 позволяют размещать винт для перемещения ползуна 7, который закреплен на нижней стороне поперечины 6.

Поперечина 6 имеет прямоугольную и полую форму, она закреплена при помощи крепящих элементов известного типа, входящих в соответствующие отверстия в выступах 4,5. На поперечине 6 расположены четыре рельса, два из которых расположены вдоль верхней стороны поперечины 6 и два вдоль нижней ее стороны. На фиг.1 показан рельс 12. Рельсы предварительно напряжены, имеют профиль в виде V и установлены по обе стороны от центральной выступающей части 24 на верхней стороне поперечины 6 и соответственно 25 на ее нижней стороне. Рельсы на верхней стороне служат направляющими для поперечного перемещения ползуна 14 вдоль оcи Х2 (или U), а на нижней стороне для перемещения ползуна 7 в направлении оси ХI). Эти направляющие, а также направляющие между двумя ползунами той же системы перекрестного перемещения, типа двойного V с предварительным напряжением и оборудованы игольчатыми сепараторами. Каждый из ползунов 7 и 14 взаимодействует с ползуном, соответственно, 8 и 15, для перемещения ортогонально к этим осям Х1 и Х2. Эти системы имеют большую жесткость и позволяют производить точное и воспроизводимое вырезание.

Ползун 8 продолжен нижним кронштейном 9, на котором закреплена нижняя рабочая головка 18. С помощью гармошки 37 нижний кронштейн 9 изолируется от попадания рабочей жидкости, распыляемой рабочими головками для охлаждения рабочей зоны и для удаления отходов электроэрозии.

Ползун 15 продолжен верхним кронштейном (не виден на фиг.1), на котором закреплен вертикальный элемент 16 с устройством 20 известного типа, у которого на фиг.1 видна только оболочка, которая перемещает верхнюю рабочую головку 19 вдоль кремальеры (зубчатой рейки), расположенной по оси Z. На этом вертикальном элементе 16 закреплены также различные органы подачи проволоки-электрода.

Поперечина 6 и ползуны 7, 8, 14, 15 изготовлены из чугуна. Однако, они могут быть изготовлены из любого другого известного материала: сваренная сталь, чугун, керамика и т.д. На верхней стороне стенок 1 и 3 при помощи шести элементов 34 закреплены две стойки 17, 21 из гранита, они расположены ниже выступов 4 и 5. Они представляют собой рельсы для закрепления элементов системы закрепления известного типа, в данном случае рельсы с пазом 35, 36 системы SYSТЕMCТ 1000.

Прозрачная и подвижная стенка 49 сбоку ограничивает пространство 50 между дном бака 45 и головкой 18, в котором собирается отработанная проволока.

Функционирование двух систем перекрестного сложного перемещения ползунов 7 и 8, и соответственно 14 и 15, описывается с помощью чертежей фиг.2 и фиг. 3, на которых видны некоторые органы, приводящие в движение ползун 7, 8, 14, 15.

Каждый из упомянутых выше направляющих рельсов взаимодействует с рельсом с полым профилем в виде буквы V, установленным вдоль ползунов 7, 14, они на чертеже не видны.

Кроме того, вдоль верхней стороны ползуна 14 и вдоль нижней стороны ползуна 7 выполнена центральная выступающая часть, на которой имеются два боковых рельса с профилем в виде V. Эти рельсы (на чертеже не показаны) взаимодействуют с рельсами, установленными сбоку в выемках, сделанных вдоль верхней стороны ползуна 8 и вдоль нижней стороны ползуна 15.

Игольчатые сепараторы располагаются между выступающими рельсами, выполненными на поперечине 6 и между рельсами с полым профилем, а также между рельсами, выполненными по ползунах 8 и 15 и соответственно, на ползунах 7, 14. Перемещение каждого ползуна 7, 8, 14, 15 вдоль этих рельсов осуществляется при помощи винта, связанного с двигателем ремнем: например, винт 28 связан ремнем с двигателем 40, винт 29 cоответственно, с двигателем 41 (см. фиг.2). Перемещение ползунов 7, 8, 15 осуществляется с помощью соответствующего каждому ползуну двигателя, связанного с винтом. Двигатели 40, 41 скрыты в поперечине 6. Все двигатели управляются цифровым устройством станка. Таким образом, ползуны 7, 14 перемещаются поперечно, параллельно фронтальной плоскости станка ниже, соответственно выше поперечины 6 и по оси ХI, соответственно Х2, а ползуны 8 и 15 перемещаются перпендикулярно к фронтальной плоскости станка ниже ползуна 7 и по оси YI, соответственно выше ползуна 14 по оси Y2.

Таким образом, рабочие головки 18, 19 могут принимать любое положение относительно обрабатываемой детали, независимо друг от друга; можно наклонить проволоку на угол больше 30^o в детали высотой 400 мм. Поперечное перемещение нижней рабочей головки 18 ограничено только внутренней стороной стенок 1, 3 основания. Перемещение верхней рабочей головки 19 ограничено только длиной поперечины. Перемещение в направлении осей YI и Y2 рабочих головок 18, 19 ограничено их толщиной, а для верхней головки 19 толщиной ползуна 16.

В данном примере две системы перекрестного перемещения, образованные ползунами 7, 8 и 14, 15, идентичны. Их ход по осям Х и Y равен соответственно 400 и 250 мм. Можно обрабатывать детали весом более 500 кг, имеющие высоту до 400 мм, длину 850 мм и ширину 500 мм. Как проиллюстрировано на фиг.2 и 3, основание станка и элементы, необходимые для питания и возвращения в цикл диэлектрической жидкости, батарея фильтров 44, устройства вентиляции располагаются в баке 45. Этот бак 45 и электрический шкаф 46 с генератором импульсов и цифровым управлением закреплены на общем поддоне 47.

Этот станок реально компактный (3 м²). Размеры на полу 1,8 х 1,6 м и высота 2,23 м.

Позади поперечины 6 видны две оптические прямые линейки. Они позволяют непосредственно считывать реальное положение каждого ползуна непосредственно на уровне детали, что позволяет точно знать траекторию, эффективно вырезаемую в детали. Имеются датчики давления (на чертежах не видны) для выдачи информации о реальном давлении орошения.

Следует отметить, что станок позволяет обрабатывать детали высотой 60 мм со скоростью 250 мм²/мм при помощи многослойной проволоки диаметром 0,3 мм.