Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы теории и технологии электроэрозионного формообразования прецизионных полусферических оболочек. Монография.pdf
Рис. 1.13. Разнотолщинность стенки оболочки, вызванная отклоне нием от пересечения осей вращения электродов
Погрешность формы сферической поверхности, вызванная наличием отклонения от пересечения осей вращения ЭИ
и заготовки, может быть скомпенсирована смещением электрода-инструмента в соответствующем направлении. Совместить оси с заданной точностью в процессе предварительной
наладки станка на практике очень трудно, поэтому целесообразно воспользоваться следующей методикой корректировки
относительного расположения осей вращения ЭИ и обрабатываемой сферической поверхности [14].
Установка ЭИ в напр
авлении оси, перпендикулярной
плоскости чертежа (рис. 1.12), проводится на основании визуальной оценки различия интенсивности искровых разрядов между ЭИ и обрабатываемой сферической поверхностью
в точке А (рис. 1.12), поскольку непересечение осей неизбежно приводит к разности в величине МЭП в этих точках (точки
и А2 на рис. 1.14). Так, согласно рис. 1.14, смещение ЭИ на
А
1
величину е (или заготовки в противоположном направлении)
вызывает увеличение МЭП в сечении, проходящем через точ-
кромки инструмента, на величину
ку А
2
2.S (1.19)
ф
41
В соответствии с форму-
а
лой (1.19) при обработке полусферы смещение ЭИ на 1 мкм
приводит к увеличению МЭП
на одной из сторон приблизительно на 3 мкм. При таком
увеличении МЭП интенсивность искровых разрядов н
соответствующем участке ЭИ,
особенно при малой энергии
импульса, снижается достаточно резко, причем изменение интенсивности искрообразования заметно визуально.
Поэтому уменьшения отклонения от пересечения осей можно достичь плавным переме-
Рис. 1.14. Изменение МЭП в результате относительного смеще ния электродов
щением ЭИ в ту сторону, где
интенсивность искрения выше (при обработке как выпуклых,
так и вогнутых сферических поверхностей), до восстановления равномерного искрообразования.
Основным достоинством данного способа корректировки взаимного положения осей вращения электродов является
то, что он основан на принципе электроэрозионного формообразования, поэтому отпадает необходимость в использовании дополнительных приемов.
Наличие погрешности формы сферической поверхности, обу
словленной непересечением осей вращения обрабатываемой заготовки и инструмента, подтверждено экспериментально в ходе исследования, проведенного на электроэрозионном станке модели 4Л721 с генератором импульсов ШГИ
63-440. Для обеспечения вращательного движения обрабатываемой заготовки было сконструировано и изготовлено специальное приспособление, устанавливаемое на стол станка.
42
Вращательное движение электроду-инструменту сообщалось
от шпинделя станка. Частота вращения заготовки составляла
1000 об/мин, частота вращения инструмента – 375 об/мин.
Электрические параметры режима обработки были следующими: энергия импульса W
пульса t
= 3·10–6 с. Материал обрабатываемых заготовок –
и
= 5·10–5 Дж, длительность им-
и
сталь 40Х и вольфрам. Электрод-инструмент был изготавлен
из меди М1.
В ходе эксперимента предварительно сформированная
при ЭЭО по схеме, приведенной на рис. 1.6, сферическая поверхность диаметром 20 мм подвергалась дальнейшей обработке, но уже с преднамеренным смещением оси вращения
ЭИ относительно оси вращения обрабатываемой сферической
поверхности. После такой обработки сферическая поверхность контролировались с помощью кру
гломера модели 289.
Контроль производился в плоскости, проходящей через полюс и экватор сферической поверхности. Результаты контроля представлены круглограммами (рис. 1.15).
Круглограммы позволяют оценить влияние величины
непересечения осей вращения на точность формы обработанной сферической поверхности. Как следует из рис. 1.15, при
отклонении от пересеч
ения осей вращения на 40 мкм отклонение от круглости сферической поверхности превышает 10 мкм;
при отклонении от пересечения осей на 100 мкм отклонение от
круглости уже более 26 мкм. То есть наличие отклонения от
пересечения осей вращения ЭИ и заготовки вызывает искажение формы обрабатываемой поверхности от правильной сферической, причем с ростом отклонения от пересечения осей
степень искажения фор
мы увеличивается.
43
а б
Рис. 1.15. Погрешность формы сферической поверхности при смещении оси вращения ЭИ относительно оси вращения заготовки на
40 мкм (а) и 100 мкм (б)
Устранение вышеуказанных, а также некоторых других
причин, способных негативно повлиять на точность формы
сферической поверхности при ЭЭО с наличием вращательных движений ЭИ и обрабатываемой заготовки, обеспечило
возможность получения сферических поверхностей повышенной точности. На рис. 1.16 представлена круглограмма
выпуклой сферической поверхности (полусферы) диаметром
24 мм, изготовленной из вольфрама. Контроль точности формы данной поверхности, т. е. отклонение от кру
глости, осуществлялся по сечению, проходящему через полюс и экватор
полусферы.
44
Рис. 1.16. Круглограмма выпуклой сферической поверхности. Откло нения от круглости менее 0,5 мкм
Анализ круглограммы показывает, что предложенная
схема электроэрозионного формообразования и устранение
причин, негативно влияющих на точность формы сферической поверхности, обеспечивают возможность изготовления
сферических поверхностей с более высокой точностью формы по сравнению с методами механической обработки. Данная схема электроэрозионного формообразования обеспечивает также возможность обработки внутренних (вогнутых)
поверхностей оболочки диаметром менее 3 мм (рис. 1.17), что
практически невозможно при механической обработке лезвийным реж
ущим инструментом.
45
Рис. 1.17. Полусферические оболочки наружным диаметром 17 мм
и 3 мм из вольфрама, изготовленные методом электроэрозионного
формообразования
1.5.2. Влияние погрешности формы исходной заготовки на
точность сферической поверхности
Процесс ЭЭО обычно характеризуется колебательным
изменением МЭП вследствие изменения режима работы генератора, характера эвакуации продуктов эрозии, площади
и глубины обработки, температуры и формы электродов, материала и массы электродов, жесткости их закрепления. В целях достижения наибольшей стабильности процесса, а, следовательно, производительности и точности обработки сферической поверхности необходимо, чтобы величина МЭП
а постоянной и оптимальной при каждом из заданных
был
условий обработки. Автоматический регулятор подачи контролирует величину МЭП и поддерживает ее постоянство
при установившемся режиме обработки. Регулятор любой
конструкции обязательно имеет механическую передачу, которая может быть изготовлена лишь с некоторой степенью
точности, т. е. обязательно будет иметь место по
грешность
изготовления. Следовательно, изготовленная в реальных условиях механическая передача имеет некоторый свободный
ход рабочего органа, приводящий к его инертности.
46
При выполнении прошивочных операций без перемещения электрода-инструмента и обрабатываемой заготовки
относительно друг друга (не считая поступательного движения инструмента в вертикальном направлении, обеспечивающего его подачу) инерционность рабочих органов системы
слежения за величиной МЭП приводит к снижению стабильности процесса формообразования. Следовательно, выполнение таких операций требует применения оборудования, оснащенно
го высокочувствительной малоинерционной системой
слежения и регулировки МЭП.
Несколько по-другому регулятор слежения работает при
ЭЭО с наличием относительных перемещений рабочих поверхностей инструмента и заготовки, в частности при обработке сферических поверхностей самопрофилирующимся инструментом. Одним из условий достижения высокой точности по данной схеме формообразования является устранение
влияния погрешности формы исходной заготовки на форму
чаемой сферической поверхности. Основной погрешно-
полу
стью формы заготовки является наличие выступающих относительно центра сферической поверхности участков, поэтому
заданная точность может быть реализована лишь в том случае, если с обрабатываемой поверхности первоначально будут удалены именно эти участки. Тогда система слежения
должна обеспечивать возможность взаимодействия рабочей
поверхности инстру
мента лишь с выступающими участками
обрабатываемой поверхности. Таких участков может быть
несколько или один (если заготовка имеет ярко выраженное
биение). Если заготовка имеет лишь один выступающий участок, то применение высокочувствительного регулятора слежения неэффективно, поскольку его быстродействие (т. е. высокая чувствительность) будет способствовать тенденции
слеживанию рабочей поверхностью инструмента первона-
к от
чального профиля заготовки. Поэтому первоначальное биение
заготовки не может быть устранено в процессе обработки.
47
Первоначальное удаление в процессе обработки именно
выступающих участков поверхности возможно при условии
согласования скорости поступательного перемещения инструмента и частоты вращения обрабатываемой заготовки. Приняв в качестве неизменного на заданном режиме обработки
значения поступательного перемещения инструмента, можно
достичь согласования скоростей инструмента и заготовки,
установив необходимую для этого частоту вращения заготовки.
Время, за к
ние t
кол
стью v перемещения инструмента в направлении заготовки:
оторое инструмент совершает одно полное колеба-
, определяется значением биения А заготовки и скоро-
2.tAv
кол
(1.19)
Чтобы процесс эрозии обрабатываемой поверхности изначально происходил лишь в наиболее выступающей ее точке, электрод-инструмент должен совершать колебательные
перемещения в пределах МЭП, причем за время одного колебания заготовка должна совершать один полный оборот, т. е.
должно соблюдаться условие
t
= tоб, (1.20)
кол
где tоб – время, за которое заготовка совершает один полный
оборот.
Время совершения заготовкой одного оборота t
опре-
об
деляется зависимостью
1,tn
об
(1.21)
где n – частота вращения заготовки.
Из выражений (1.19)–(1.21) легко получить формулу для
определения минимально необходимой частоты вращения
заготовки:
2.nvA
min
(1.22)
Если в реальных условиях обработки частота вращения
заготовки n > n
, то для обеспечения одновременного по-
min
ступления в зону обработки как рабочей поверхности инст-
48
румента, так и наиболее выступающего участка поверхности
заготовки необходимо, чтобы реальная частота n вращения
заготовки была кратной n
min
.
При достижении обрабатываемой поверхностью формы
сферы, т. е. по мере устранения ее первоначального биения,
минимальная (или кратная ей) частота вращения заготовки будет определяться исходя из заданной точности формы, т. е. по
допустимому отклонению от сферичности. В этом случае амплитуда А колебательного движения инструмента принимается
равной (или несколько меньшей) допустимому отклонению
формы. Минимальная (или кра
тная ей) частота вращения заго-
товки и в этом случае также определяется формулой (1.22).
1.5.3. Влияние состава и свойств рабочей среды на электроэрозионное формообразование сферических поверхностей
Рабочая среда при ЭЭО, являющаяся диэлектриком, выполняет весьма важные функции: во-первых, уменьшает
МЭП, концентрируя тем самым энергию канала разряда; вовторых, интенсифицирует процесс удаления продуктов эрозии из МЭП; в-третьих, охлаждает нагретые участки электродов. Кроме того, она существеннейшим образом влияет на
технологические показатели процесса. Наиболее широкое
применение в качестве рабочих сред нашли у
глеводородные
жидкости (керосин, смесь керосина и индустриального масла
и т. д.) за счет своей низкой электропроводности, благоприятно сказывающейся на параметрах ЭЭО. Однако углеводородные жидкости имеют ряд недостатков: склонность к возгоранию, из-за чего обработку ведут с погружением в жидкость зоны взаимодействия электродов; резк
ий запах; выделение твердых, жидких и газообразных продуктов в процессе
пиролиза. Таким образом, вопрос о рабочей среде, отвечающей всем требованиям ЭЭО, остается открытым, особенно
при обработке прецизионных полусферических оболочек, для
49
достижения заданной точности которых необходимы как по-
–
стоянный визуальный контроль, так и многократные периодические измерения, что не может быть реализовано при работе с погружением в рабочую среду [16].
В качестве рабочей среды при ЭЭО предпочтительнее
всего обыкновенная промышленная вода, лишенная недостатков углеводородосодержащих жидкостей и применяемая
в ряде случаев при обработке на электроискровых станках.
Однако вод
а, будучи слабым электролитом, обладает сравнительно высокой электропроводностью, что является ее основным и единственным недостатком как рабочей среды при
ЭЭО. Высокая электропроводность приводит к межэлектродному замыканию при обработке на электроимпульсных станках. Причиной замыкания является присутствие в воде большого количества солей, обусловливающих ее сравнительно
сокую проводимость. Как показал анализ воды, используе-
вы
мой в экспериментах в рамках настоящей работы, в ней со-
2
держится: 16–47 мг/л сульфидов (
–
); 0,12–0,72 мг/л нитратов (NO–3); 0,15–0,25 мг/л ионов
(Cl
фтора (F
ионов марганца (Mn
–
); 0,06–0,09 мг/л ионов железа (Fe3+); 0,02–0,05 мг/л
2+
); 0,002 мг/л ионов меди (Cu2+). Кроме
того, в воде присутствуют ионы Са
SO , S–2); 3–8 мг/л хлоридов
4
2+
, Mg2+, определяющие ее
жесткость. Наличие в воде столь большого количества ионов
обоих знаков способствует ее достаточно хорошей проводимости: удельное электрическое сопротивление промышленной воды составляет 0,5–1,0 кОм·см.
Значительно меньшей проводимостью обладает дистиллированная вода, удельное электрическое сопротивление которой составляет 50–60 кОм·см. Дистиллированная вода в качестве рабочей жидкости обеспечивает высокую стабильность и интенсивность процесса ЭЭО. Однако получение
дистиллированной воды – процесс достаточн
о дорогой и тру-
50