Тема 11. Станки с электрофизическими и электрохимическими методами обработки [1 ]

11.1. Электроэрозионные копировально-прошивочные станки.

Электроэрозионный станок (рис. 11.1) состоит из следующих элементов: собственно станка 1 с рабочей ванной 2, в которой нахо­дится стол 3 для установки электрода-изделия 4 регулятора подачи 5; источника питания 6 - генератора импульсов (ГИ); системы снабже­ния 7 диэлектрической жидкостью, состоящей из насосов, фильтров, бака и т.п.; электрода- инструмента 8.

Источник питания преобразует перемен­ный ток промышленной частоты в импульс­ный с регулируемыми частотой f (от сотен до сотен тысяч импульсов в секунду), амплитудой (от долей до тысяч ампер), скважностью q (от 1,01 до 5 - 10), продолжительностью t_и (от долей до нескольких тысяч микросекунд) и паузой t_п между импульсами. Изменением указанных параметров устанавливается техно­логический режим обработки.

Регулятор подачи автоматически изменя­ет положение одного из электродов с целью поддержания заданного межэлектродного за­зора (МЭЗ).

Система охлаждения служит для регули­рования расхода и очистки рабочей жидкости, подаваемой с целью облегчения удаления про­дуктов процесса и охлаждения непосредствен­но в межэлектродный промежуток (рабочую зону) и ванну станка.

Собственно станок в большинстве случа­ев представляет собой С-образную станину, на которой устанавливается узел подачи электро­да-инструмента и рабочий стол, оборудован­ный устройством (ванной), позволяющим осуществлять обработку детали под заливом рабочей жидкостью с глубиной погружения от верхней плоскости детали не менее 50 мм. Это требование необходимо выполнять, так как применяемые рабочие жидкости изготавлива­ются на основе нефтепродуктов и являются пожароопасными.

Рис. 11.1. Электроэрозионный станок со вспомогательными устройствами энергопитания и снабжения рабочей жидкостью

Узел подачи электрода-инструмента дол­жен отрабатывать сигналы регулятора подачи, которые могут следовать с частотами от не­скольких до 100 Гц, причем переменной по­лярности. Пиноль узла подачи также должна осуществлять реверс движения, с требуемой частотой и амплитудой от нескольких микро­метров до 0,5 - 0,7 мм. Такая динамика дви­жения пинали узла подачи предъявляет соот­ветствующие требования к конструкции стан­ка. Станина станка должна обладать соответст­вующей жесткостью, что обуславливает жест­кость всей технологической системы, чтобы исключить резонансные колебания станка. Поэтому электроэрозионные станки с боль­шим весом электродов-инструментов имеют жесткие станины и соответствующую им кон­фигурацию, чтобы обеспечить жесткость от 2-3 кг/мкм до 20 - 30 кг/мкм.

В электроэрозионных станках приняты две конструкции узлов подачи:

• гидравлическая, с гидростатическими подшипниками пиноли и управляющим ре­версивным гидро распределителем;

• электромеханическая с направляющими качения пиноли и перемещением ее беззазор­ной шарико-винтовой передачей.

Гидравлическая система обычно приме­няется на однокоординатных станках, которые имеют по остальным осям только установоч­ные перемещения.

В электромеханических системах в каче­стве привода перемещения используют высо­ко динамичные электродвигатели с соответст­вующими электронными преобразователями. Эти системы применяют на многокоординат­ных электроэрозионных станках.

Система снабжения рабочей жидкостью представляет собой циркуляционную систему, позволяющую быстро наполнять и сливать рабочую жидкость в ванне станка, поддержи­вать соответствующий уровень в ванне станка во время обработки и заданную температуру жидкости, проводить ее очистку от продуктов эрозии (фильтровать), осуществлять прокачку рабочей жидкости через межэлектродный за­зор. Система снабжения рабочей жидкостью состоит из бака, фильтров, насосов, теплооб­менников и т.п. элементов, необходимых для ее функционирования. Вместимость от 150 литров до нескольких кубометров рабочей жидкости в зависимости от габаритов станка и мощности генератора рабочего тока.

Генератор рабочего тока представляет со­бой электронный преобразователь, трансфор­мирующий энергию электрической сети в ра­бочие униполярные импульсы. Длительность и амплитуда импульсов рабочего контура станка имеют очень широкий диапазон. Это необхо­димо для того, чтобы получать высокую ско­рость съема материала заготовки и в то же время малые параметры шероховатости обра­ботанной поверхности. От режима рабочего тока зависит также и износ алектродов-инструментов, что в свою очередь влияет на точность обработки и экономические показа­тели процесса обработки. Современные гене­раторы имеют диапазон длительностей им­пульсов рабочего тока от 1 мкс до нескольких миллисекунд и даже десятков миллисекунд, амплитуду рабочего тока от десятых долей ампера до нескольких сотен ампер и паузу между импульсами от нескольких до десятков микросекунд. Все эти параметры легко меня­ются в процессе обработки и могут переклю­чаться оператором по программе в зависимо­сти от необходимой технологии обработки.

Копировально-прошивочные станки вы­пускаются различной конфигурации и различ­ного назначения. Их можно разделить по га­баритам обрабатываемых деталей и по степени автоматизации.

По габаритам обрабатываемых деталей станки можно подразделить на габаритные классы от нулевого до уникальных станков для обработки крупногабаритных деталей типа вытяжных штампов.

Станки нулевого габарита предназначены в основном для прошивки отверстий малого размера (от 0,03 мм до 10 мм приведенного диаметра) различной конфигурации, а также мелких штампов и пресс-форм.

В качестве рабочей жидкости на таких станках может применяться керосин, а в от­дельных случаях дистиллированная вода.

Среди станков этого габарита особое ме­сто занимают станки для скоростной прошив­ки отверстий диаметром 0,3 – З мм на глубину до 50 - 200 диаметров. В этих станках в каче­стве инструмента используют латунные или медные трубки, через которые в межэлектрод­ный зазор прокачивается дистиллированная вода под давлением 2 - 10 МПа.

Средний ток генераторов на станках ну­левого габарита находится в пределах 15 - 30 А.

Станки первого габарита имеют генера­торы на 50 - 80 А среднего тока и предназна­чены для изготовления штампов, пресс-форм, литейных форм и т.п. изделий, а также прошивки отверстий в заготовках с описываемым диа­метром до 400 мм.

Станки среднего габарита оснащают ге­нераторами на 50 - 150 А. По желанию потре­бителя ток генератора может быть увеличен.

На станках среднего габарита обрабаты­вают детали размером до 600 х 800 мм с мас­сой от 600 кг до 1т.

Станки крупного габарита оснащают ге­нераторами по желанию потребителя. Ток генератора может достигать 600 А. Заготовки могут иметь размер 800 х 1200 мм или 1200 х 2000 мм при массе до 3 т.

Уникальные алектроэрозионные станки для обработки деталей массой более 3 т осна­щают генераторами на ток до 600 А. Габариты рабочей ванны позволяют обрабатывать детали размером 2,5 х 4 м и более.

По степени автоматизации эрозионные копировально-прошивочные станки можно подразделить по количеству управляемых ко­ординат. У однокоординатных станков автома­тически управляется только вертикальная ось, на которой закрепляется электрод-инструмент.

У станков с ЧПУ трех- и четырех координатных оси X, Y, Z и С управляются по про­грамме; такие станки работают в следящем режиме. В этих станках может также исполь­зоваться ось С вращения электрода или заго­товки. Станки с ЧПУ обычно изготовляют начиная с первого габарита. Однако такие станки оправдывают себя только в случаях, когда надо производить сложные детали с различными поднутрениями, криволинейными пазами или многоместными штампами или пресс-формами.

Станочные электроэрозионные модули отличаются от станков с ЧПУ системами авто­матической смены инструмента на несколько позиций (обычно от четырех до 16).

Станочные модули предназначены для круглосуточной работы и оснащают дополни­тельно системами пожаротушения, системами оповещения нарушений режимов обработки и другими, необходимыми для безлюдной тех­нологии. Автоматическая смена заготовок применяется крайне редко из-за сложности их базирования при загрязнении рабочей зоны продуктами эрозии. Из-за длительного ма­шинного времени при эрозионной обработке время работы устройств смены инструмента в цикле изготовления детали составляет 0,5 - 5 %. Один оператор может обслуживать три - четыре станка, а время смены инстру­мента вручную занимает несколько минут. Поэтому установка на эрозионный станок дорогостоящего устройства смены инструмен­та, а тем более заготовки, с добавлением необ­ходимых операций подготовки вне станка час­то экономически не оправдана.