bushuev_v_v_i_dr_metallorezhushie_stanki_tom_2

Рис. 10.10. Направляющие проволочного электрода-инструмента:

1 — проволочный электрод-инструмент; 2 — сегментная направляющая; 3 — колесикоприжим; 4 — основание; 5 — токопровод; 6 — рычаг; 7 — толкатель; 8 — пружина; 9 — регулировочный винт

и дороги в изготовлении (материал — природный алмаз или сапфир), затруднена заправка в них проволоки, для каждого диаметра электрода-инструмента необходим комплект фильер; кроме того, проволоку приходится предварительно калибровать с допуском до 0,01…0,02 мм. Просты и достаточно технологичны пластинчатые направляющие (рис. 10.10, е), состоящие из двух взаимно-перпендикулярных пластин, разделенных и смещенных по вертикали относительно друг друга. Прижим создается за счет электромагнитов, притягивающих пластину к сердечнику, и его можно регулировать, управляя током катушки электромагнита. Износостойкость направляющих повышают армированием пластин и якоря искусственным алмазом.

Наиболее перспективны направляющие с V-образным пазом, прямые (рис. 10.10, ж) или круглые (рис. 10.10, з). Они могут использоваться для широкого диапазона диаметров проволоки, причем обеспечивается быстрая и удобная заправка электрода-инструмента без перестановки или замены направляющих элементов. Недостатком их остаются колебания усилия прижима при протягивании эродированной проволоки. Этого недостатка лишены V-образные сегментные направляющие с силовым замыканием (рис. 10.10, и), в которых проволока фиксируется в пазу роликом, расположенным поперек паза, с определенным усилием, регулируемым с помощью пружины или электромагнита. То-

232 ГЛАВА 10. СТАНКИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ И ВОДОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ

коподвод должен быть расположен как можно ближе к зоне обработки, не создавать дополнительного трения и потери энергии импульсов технологического тока. Применяются токоподводы скольжения и вращающиеся (рис. 10.10, и). Располагают токоподводы под нижней и над верхней направляющими.

Механизм перемотки и натяжения проволочного электрода-инструмента предназначен для обеспечения непрерывной, плавной, направленной подачи проволоки с заданной скоростью. Устройство перемотки обычно снабжено механизмом укладки проволоки на катушку. Натяжение проволоки создается асинхронным двигателем с полым ротором, работающим в тормозном режиме, либо с помощью грузов.

При обработке заготовок, имеющих контуры малого периметра, на электроэрозионных вырезных станках требуется частая заправка проволочного электрода-инструмента. Разработаны различные система автоматической заправки проволоки. Устройство типа ISOJET (Charmiles) использует для заправки направленную струю рабочей жидкости. По окончании обработки проволока обрезается, производится позиционирование электрода-инструмента к оси следующего заходного отверстия, проволока заправляется в него и протягивается механизмом перемотки и натяжения.

На рис. 10.11, а представлена система заправки проволочного электрода фирмы Mitsubishi (Япония). Устройства на рис. 10.11, б и в обеспечивают отрезку и скручивание концов проволоки соответственно. Устройство заправки состоит из вертикальных салазок, по которым с помощью пары винт—гайка перемещается блок 2 с подающими роликами и вертикальной трубкой 3. Проволочный электрод с катушки 9 проходит через ролики и трубку в заходное отверстие заготовки 5. Направляющая 6 проволоки расположена соосно с тянущими роликами,

Рис. 10.11. Устройства автоматической заправки проволочного электрода-инструмента (а), отрезки (б) и скручивания концов оборванной проволоки (в):

1 — двигатель; 2 — блок с подающими роликами; 3 — вертикальная трубка; 4 — зажим; 5 — заготовка; 6 — направляющая проволоки; 7, 8, 11 — двигатели; 9 — катушка; 10 — резак; 12 — трубка; 13 — привод; 14 — новый проволочный электрод-инструмент; 15 — конец оборванной проволоки; 16 — выступ зажима; 17 — конический валик

приводимыми во вращение двигателем 7. На вертикальных салазках смонтировано устройство обрезки проволоки с резаком 10, перемещаемое соленоидом. Поворот резака осуществляется двигателем 11. Перед обрезкой блок с подающими роликами и трубкой перемещается вверх, а зажим 4 автоматически освобождает нижний конец трубки. Устройство скручивания автоматически соединяет оборванную проволоку. Электрод подается сквозь трубку 12, а по образующей соосного с ней конического валика 17 заправляется нижний конец оборванной проволоки. Выступ 16, покрытый резиной, прижимается к выступу верхней консоли. Конический валик получает вращение от привода 13.

Современные электроэрозионные вырезные станки комплектуются совмещенными ЧПУ-генераторами с 32-разрядным процессором с высокой скоростью обработки данных, позволяющей обеспечивать не только управление 4-координатной обработкой, но и параллельно отслеживать параметры работы генератора.

Применение электроэрозионной обработки. Разработка и применение специализированных электроэрозионных станков определяются спецификой требований потребителей. Выпускаются станки для изготовления цилиндрических сеток генераторных ламп, обработки конструкций типа «беличьего колеса», расточки статоров электрических машин, нарезания резьб и т. д. Для получения заготовок из молибдена, вольфрама, никеля, сплавов на основе титана выполняют вырезку круглых и профильных заготовок на копировально-прошивочных станках графитовым или медным полым электродом. Резка проката трудно обрабатываемых материалов осуществляется на эрозионных станках с вращающейся головкой дисковым электродом. Малогабаритные и точные детали получают на вырезных станках.

Электроэрозионная обработка используется для прошивания каналов аэродинамического профиля монолитных колес газовых турбин. Обработка осуществляется за два перехода (на радиальной подаче образуют предварительный канал, а затем при тангенциальной — требуемый профиль) на специальных копировально-прошивочных станках. Обработанные на эрозионных станках штампы имеют повышенную износостойкость за счет высокой микротвердости поверхностного слоя.

Обработка групповыми электродами-инструментами позволяет одновременно обрабатывать до 800 и более отверстий диаметром от 0,2 до 2 мм с высокой точностью (±2 мкм) и шероховатостью (Ra 0,32…0,16) при изготовлении пазов, сеток и решеток.

Клеймение и гравирование применяются для нанесения на детали знаков, надписей и рисунков проволочным или профилированным инструментом. Электроэрозионная обработка позволяет наносить четкое, стойкое к истиранию изображение на труднообрабатываемые материалы с производительностью 3…8 мм/с.

Электроэрозионное шлифование — метод чистовой обработки труднообрабатываемых, магнитных и твердых сплавов проволочным, ленточным, круглым или профильным электродом. Для производительных режимов используют постоянный ток.

В качестве электрода-инструмента применяются диски гладкие либо с радиальными пазами или отверстиями малого диаметра, без покрытия и с ним, изготовленные из чугуна, углеродистых сталей, графита, меди, композитных материалов на основе вольфрама и никеля. При фрезеровании, обдирке и затачивании используют массивные диски из стали, чугуна или меди; глубокое прошивание и долбление ведут вращающимся или вибрирующим медным или латунным трубчатым электродом; для очистки поверхностей сложного профиля применяют стальные щетки из проволоки диаметром 2…3 мм. Широко используются электроды из углеродистых сталей и чугуна с абразивно-изоляционным покрытием. Подача электрода-инструмента достигает:

30…50 мм/мин — при прошивке отверстий в стальных и чугунных заготовках;

260…500 мм/мин — при черновой резке стального проката; 300 мм/мин — при черновой обработке плоскостей; 700 мм/мин — при чистовой обработке плоскостей.

Окружная скорость электрода при этом составляет от 2…6 м/с при обработке отверстий до 40…60 м/с — при резке и обработке плоскостей и пазов.

Производительность электроконтактной обработки составляет порядка 100…200 см3/мин, шероховатость обработанной поверхности от Rz 1000 до Rz 20. Толщина дефектного слоя при этом может достигать от 10 мкм до 5 мм.

На рис. 10.13 схематично показаны основные технологические процессы электроконтактной обработки. Электроконтактная резка проката из труднообрабатываемых материалов по схеме (рис. 10.13, а) осуществляется в ванне с рабочей жидкостью вращающимся электродом, поступательное движение подачи сообщается заготовке. При отрезке круглых деталей заготовка обычно вращается (рис. 10.13, б). Обработка шлицевых и шпоночных пазов, а также черновая обработка направляющих (рис. 10.13, в) ведется по подобной схеме. Для черновой и получистовой обработки тел вращения типа валиков прокатных станов, колес и слитков используется схема на рис. 10.13, г — заготовка и электродинструмент вращаются, причем последний осуществляет и движение подачи.

Для черновой и получистовой обработки сквозных отверстий диаметром до 80 мм в заготовках из труднообрабатываемых материалов используют эрозионную установку с вертикальной подачей электрода-инструмента (рис. 10.13, д). При обработке отверстий диаметром до 200 мм используют вращающийся трубчатый электрод (рис. 10.13, е), сквозь который прокачивается рабочая жидкость. Для черновой обработки зубчатых колес (рис. 10.13, ж) используют вращающийся профильный электрод; поступательное движение подачи совершает заготовка. Рабочая жидкость в зону обработки подается поливом. При обработке плоскостей напыленных или труднообрабатываемых деталей используют обработку периферией дискового электрода (рис. 10.13, з) или торцом чашечного инструмента (рис. 10.13, и); движения подачи совершает заготовка. При обработке конических поверхностей электрод-инструмент разворачивают под углом к заготовке (рис. 10.13, к).

Средства технологического оснащения для электроконтактной обработки можно подразделить на серийные, выпускаемые промышленностью, и специальные, выполненные путем модернизации базовых моделей фрезерных, отрез-

236 ГЛАВА 10. СТАНКИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ И ВОДОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ

Рис. 10.13. Основные разновидности электроконтактной обработки:

а—в — резка; г, к — обработка тел вращения; д, е — обработка отверстий; ж — обработка профилей; з, и — обработка плоскостей

ных, токарных, круглошлифовальных и других станков. Модернизация заключается в оснащении станка специальной дисковой головкой и в системе подачи и очистки рабочей жидкости. Такая доработка обычно не требует существенных изменений в кинематике и конструкции основных узлов базового станка. Например, установка для электроконтактной обработки пазов включает в себя серийный горизонтально-фрезерный станок, насосную станцию, источник тока 22…48 В, 4…5 кА мощностью 250 кВт и ванну для рабочей жидкости. Агрегат для резки заготовок из труб на базе токарно-револьверного станка оснащается источником тока 25…44 В, 05…2,5 кА, 140 кВт, гидростанцией с устройством подачи рабочей жидкости под давлением 2,5 МПа, приводом вращения электродаинструмента и защитными кожухами.

10.2. Ультразвуковые станки

Под ультразвуковой обработкой понимается целая группа технологических процессов различного назначения, осуществляемых под воздействием высокочастотных колебаний (частотой свыше 16 кГц) на заготовку, инструмент или технологическую среду. В этих процессах ультразвуковые колебания могут быть как основным источником энергии для обработки, так и средством интенсификации других видов технологических воздействий, в том числе и операций, выполняемых традиционными методами обработки.

Ультразвуковые колебания представляют собой бегущие волны упругой деформации, распространяющиеся в газах, жидкостях и твердых телах. Колебания

238ГЛАВА 10. СТАНКИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ И ВОДОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ

•тепловые эффекты, возникающие при рассеянии энергии колебаний в процессе ее передачи, — используются в процессах сварки и пайки;

•механические эффекты: возникновение знакопеременных напряжений в твердых телах, приводящих к усталостным явлениям, — активация ультразвуковой сварки, обработка давлением;

•кавитационные явления, находящие применение в процессах очистки, диспергирования и других операциях, проводящихся в жидких средах;

•интенсификация протекания химических реакций;

•диффузионные явления, вызываемые распространением бегущих ультразвуковых волн;

•эффект разрежения: образование зон дефицита давления при образовании стоячих волн в жидких средах, снижение температуры кипения жидкости и интенсификация удаления влаги при сушке;

•интенсификация капиллярных эффектов в жидкостях и расплавах, — применяется в процессах пайки, лужения и др.;

•образование микропотоков в жидкостях под действием акустических эффектов.

В процессах механообработки с использованием ультразвука наибольшее распространение получило использование механического воздействия колебаний на технологическую среду. Уже нашли применение в промышленности и продолжают разрабатываться различные процессы обработки с использованием колебаний ультразвуковой частоты в качестве основного или дополнительного источника энергии или средства повышения производительности технологического процесса.

Все эти методы обработки можно подразделить на следующие основные группы.

1.Ультразвуковая абразивная обработка. Эта наиболее многочисленная группа процессов включает в себя операции как с использованием абразивного инструмента, так и с применением свободного абразива в виде водных и других суспензий. Если в случае применения абразивного инструмента ультразвук оказывает лишь интенсифицирующее воздействие, то при применении свободного абразива он играет основную технологическую роль.

2.Ультразвуковая комбинированная обработка. К этой группе относятся различные технологические процессы обработки резанием, давлением, злектрохимическими методами, в которых ультразвуковые колебания используются для интенсификации хода основного процесса.

3.Процессы ультразвукового соединения материалов. В эту группу можно объединить операции сварки, пайки, лужения и склеивания, в которых высокочастотные механические колебания применяются в основном в качестве источника нагрева или вспомогательного интенсифицирующего средства.

4.Очистка различных поверхностей от загрязнений с помощью ультразву-

ковых волн. Она основывается на способности ультразвуковых колебаний вызывать кавитационные явления в жидких средах и применяется как самостоятельно, так и в составе других процессов, например, в качестве вспомогательной операции для восстановления режущей способности абразивного инструмента в процессе абразивной обработки (шлифования).

5.Размерная обработка деталей из твердых и хрупких материалов.

6.Поверхностно-упрочняющая обработка.

Для получения ультразвуковых колебаний необходимой частоты и амплитуды применяются специальные установки, состоящие из высокочастотного генератора, вырабатывающего переменный электрический ток с необходимой частотой (обычно порядка 18 кГц), и ультразвукового преобразователя, обеспечивающего преобразование электрического тока в механические колебания; затем полученные колебания через систему волноводов доставляются к месту их использования, т.е. в рабочую зону станка.

Применяемые для промышленных целей, ультразвуковые генераторы в зависимости от элементной базы могут быть ламповыми, транзисторными или тиристорными. Генераторы выпускаются как перестраиваемыми, т.е. допускающими работу с различными типами преобразователей, так и специальными, предназначенными для работы только с одним конкретным типом преобразователя. Транзисторные генераторы наиболее маломощны и обычно работают с преобразователями мощностью не более 4 кВт. Они имеют наибольший КПД порядка 60% и проще в обслуживании. Транзисторные генераторы, хотя и обладающие несколько меньшим КПД, рассчитаны на работу в диапазоне мощностей от 2 до 10 кВт. Для получения мощностей более 10 кВт используются ламповые или специальные транзисторные генераторы.

Кроме обеспечения необходимой выходной мощности, к высокочастотным генераторам предъявляются жесткие требования по стабильности выходной частоты и точности ее настройки (установки). Под стабильностью частоты понимается относительное отклонение выходной частоты f, которое может произойти вследствие изменения температуры окружающей среды, перепадов напряжения в питающей генератор сети и т.п., от ее номинального значения f0. Стабильность частоты генераторов f/f0, работающих с магнитострикционными преобразователями, должна быть не хуже 5 . 10–3, а для пьезоэлектрических преобразователей — не хуже 5 . 10–4.

Для стабилизации выходной частоты генератора может быть применена система автоматической подстройки частоты (АПЧ). Эта система, являясь составной частью генератора, обеспечивает автоматическую подстройку и стабилизацию частоты генерируемых колебаний с необходимой точностью. Структурная схема генератора представлена на рис. 10.15. При подключении установки к сети электропитания напряжение от блока питания (БП) подается на задающий генератор (ЗГ), который преобразует постоянное напряжение питания в переменный электрический ток ультразвуковой частоты. Система АПЧ поддерживает с высокой точностью значение частоты генерируемых колебаний. Усилитель мощности (УМ) позволяет получить необходимые мощностные характеристики.

Для преобразования электрической энергии в энергию механических колебаний и передачу ее к месту использования применяются ультразвуковые коле-

Рис. 10.15. Структурная схема генератора ультразвуковых колебаний:

БП — блок питания; ЗГ — задающий генератор; УМ — усилитель мощности; АПЧ — система автоматической подстройки частоты; fузк — выходная частота генератора

240 ГЛАВА 10. СТАНКИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ И ВОДОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ

бательные системы. Они могут обеспечивать получение продольных, крутильных, изгибных, радиальных и поперечных колебаний. Колебательная система состоит из активного и пассивного элементов. Активным элементом (звеном, возбуждающим колебания в механической системе) является преобразователь. Известны электромагнитные, электродинамические, магнитострикционные и пъезоэлектрические преобразователи. В ультразвуковом оборудовании применяются преобразователи двух типов: магнитострикционные и пьезоэлектрические.

Пассивные элементы выполняют роль связующего и согласующего звена между преобразователем и инструментом или технологической средой. Основные функции пассивных элементов колебательной системы:

•преобразование амплитуд колебаний;

•согласование волновых сопротивлений источника и потребителя для обеспечения минимальных потерь при передаче энергии ультразвука от преобразователя к инструменту;

•надежное закрепление колебательной системы на станке;

•обеспечение хорошего акустического контакта колебательной системы

сультразвуковым инструментом;

•излучение ультразвуковых колебаний в технологическую среду или на обрабатываемый объект.

Как и любые другие, ультразвуковая колебательная система обладает тремя основными характеристиками, от которых в значительной мере зависит ее работоспособность:

•резонансная частота f0 — частота основного резонанса колебательного звена, при которой амплитуда колебаний в системе достигает своего максимального значения;

•добротность Q — количественная характеристика резонансных свойств, показывающая отношение значения амплитуды колебаний на резонансной частоте к амплитуде возбуждающей силы;

•полное механическое сопротивление (механический импеданс) Z — отношение силы, с которой система воздействует на среду, к скорости колебаний частиц этой среды в определенной точке. Значение механического импеданса системы зависит от частоты колебаний и достигает своего минимального значения на резонансной частоте.

Выбор оптимального значения добротности колебательной системы зависит от характера потребителя ультразвуковых колебаний. Для передачи возможно большего количества энергии при излучении колебаний в жидкость добротность составляет Q = 10…20, а при работе с ультразвуковым инструментом для увеличения амплитуды колебаний Q =100…1000. Для достижения высокой добротности элементы колебательной системы изготавливаются из высокодобротных материалов (с минимальным рассеянием акустической энергии). Примером таких материалов могут служить титан, твердая латунь, легированные алюминиевые сплавы.

Магнитострикционные преобразователи. Принцип действия преобразователей этого типа основывается на применении магнитострикционного эффекта для преобразования электрической энергии в механические колебания