bushuev_v_v_i_dr_metallorezhushie_stanki_tom_2

10.1. Станки для электроэрозионной обработки

221

поджигающих импульсов напряжения), и оперативные, требующие настройки в процессе обработки в зависимости от условий в рабочей зоне и прямо влияющие на конечные результаты. К оперативным относятся параметры единичных импульсов разрядного тока, пространственно-временно´е распределение разрядов, расход, температура и диэлектрическая прочность прокачиваемой рабочей жидкости, частота и длительность релаксации электродов.

В зависимости от характера изменения регулируемой величины используют системы программного регулирования, следящие системы и системы автоматической стабилизации.

Режимы электроэрозионной обработки. Режимы электроэрозионной обработки выбираются в соответствии с материалом детали, геометрией обрабатываемой поверхности (глубина, площадь, форма), припуском под обработку, требуемой шероховатостью Ra поверхности детали и допустимой глубиной измененного слоя, допуском на размеры и допустимым относительным износом электрода-инструмента.

Оптимизация технологического процесса электроэрозионной обработки в общем случае сводится к разбиению припуска на пооперационные переходы и выбору режимов обработки для каждой операции. Сложнопрофильные полости обрабатываются обычно последовательно. Вначале, на этапе предварительной обработки, удаляется основная часть припуска за минимальное время, определяемое допустимым износом электрода-инструмента. Затем, при получистовой обработке, получают заданную точность изготовления и уменьшают высоту неровностей и толщину измененного слоя. Целью окончательной обработки или доводки является получение требуемой шероховатости поверхности, при этом износ инструмента несколько менее важен, так как удаляемый слой составляет обычно 0,1…0,3 мм.

10.1. Характеристики режимов электроэрозионной обработки

	Установленная	Длительность		Производи-	Шероховатость
Режим	мощность гене-		Частота, Гц	тельность	обработанной
работы	ратора импуль-	импульсов,		обработки,	поверхности Rz,
		мс
	сов, кВт			мм/мин	мкм
Черновой	3…30	10…10 000	50…3000	100…30 000	80…320
Чистовой	0,3…5	20…500	1000…10 000	30…200	20…40
Доводочный	1	Свыше 20	До 300	30	0,63…2,5

Характеристики режимов электроэрозионной обработки приведены в табл. 10.1, а зависимость шероховатости обработанной поверхности от режимов электроэрозии показана в табл. 10.2 и 10.3.

Полярность включения электродов зависит от материала электродаинструмента и изделия, с учетом требуемой шероховатости обработки. При обработке сталей медными электродами используется обратная полярность (электрод-инструмент — анод), при обработке тугоплавких материалов типа вольфрамо-кобальтовых сплавов электрод-инструмент — катод, прямая полярность.

222 ГЛАВА 10. СТАНКИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ И ВОДОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ

10.2. Зависимость шероховатости от электрических режимов электроэрозии для стали

Частота, Гц	Сила тока, А	Энергия импульса, Дж	Шероховатость Ra (Rz), мкм
0,1	10…300	2,6…70	(Rz < 320)
0,4	10…300	0,6…20,5	100…160
7	2…30	0,009…0,0098	10…40
25	2…20	0,0028…0,024	2,5…20
100	2…10	0,0065…0,0027	1,25…20
10.3. Зависимость шероховатости от электрических режимов электроэрозии
		для твердых сплавов
Частота, Гц	Сила тока, А	Энергия импульса, Дж	Шероховатость Ra, мкм
0,4	10…50	0,6…3,3	40…160
7	5…30	0,02…0,098	2,5…20
25	5…20	0,012…0,024	1,5…20
100	5…10	0,012…0,0027	1,25

В качестве рабочей жидкости при всех видах электроэрозионной обработки используются низкомолекулярные углеводородные жидкости различной вязкости (керосин, трансформаторное масло и т.п., менее вязкие — для чистовых режимов), вода с присадками (для вырезных станков), кремнийорганические жидкости или многоатомные спирты. Рабочая жидкость должна обеспечивать высокие технологические параметры обработки, сочетая термическую стабильность физико-химических свойств и низкую коррозионную активность к материалам заготовки и инструмента, высокую температуру вспышки, низкую испаряемость, хорошую фильтруемость и низкую токсичность.

Средства технологического оснащения. Станки для электроэрозионной обработки по технологическому назначению классифицируют на универсальные, специализированные и специальные. Наиболее распространены универсальные копировально-прошивочные и вырезные станки, преимущественно вертикальной компоновки. Принципиальная схема станка для электроэрозионной обработки показана на рис. 10.2.

Электроэрозионный станок состоит из станины с рабочей ванной, в которой расположен стол для установки заготовки, рабочей головки, источника технологического тока, регулятора подачи (сервопривода) и блока снабжения рабочей жидкостью. Генератор импульсов представляет собой преобразователь переменного тока промышленной частоты в импульсный униполярный ток с регулируемыми формой, амплитудой и временны´ми параметрами (длительностью, частотой и скважностью). Технологический режим обработки определяется, прежде всего, генератором. Регулятор подачи автоматически поддерживает установленный межэлектродный зазор. Блок снабжения рабочей жидкостью служит для фильтрации и подачи ее в межэлектродную полость в ванну станка с необходимым расходом. В копировально-прошивочных станках электрод-инструмент фа-

10.1. Станки для электроэрозионной обработки

223

сонный, его форма является обратной копией той полости, которую предстоит обрабатывать; в вырезных станках электрод-инструмент представляет собой непрерывно перематываемую проволоку. Физические процессы при обработке на электроэрозионных станках различных типов имеют общую природу и во многом схожи.

10.1.2. Электроэрозионные копировально-прошивочные станки

Электроэрозионные копировально-прошивочные станки позволяют обрабатывать фасонные отверстия и полости, внутренние и наружные поверхности тел вращения, производить шлифование, разрезание и т.д. При копировальнопрошивочных работах изменение формы и размеров заготовки происходит за счет электрической эрозии в результате отображения в заготовке формы фасонного электрода. Точки поверхности заготовки задаются в координатах XYZ, а обработка ведется, как правило, вдоль оси Z (рис. 10.5). Копировальнопрошивочные станки с ЧПУ имеют несколько видоизмененную схему формообразования: управление осуществляется обычно по всем трем координатам, вследствие чего возможно получение винтовых и эвольвентных поверхностей и различных внутренних фасонных отверстий и полостей с прямым, обратным или переменным конусами. Перспективны также схема огибания (обкатки) обрабатываемой поверхности фасонным электродом и обработка вращающимся электродом, выполненным в виде тела вращения.

Копировально-прошивочный электроэрозионный станок состоит из станины с рабочим столом и рабочей головкой, приводов подач, устройства управления, генератора импульсов технологического тока и гидростанции с фильтрами для подачи рабочей жидкости. Наиболее распространены вертикальные компоновки копировально-прошивочных станков, оснащенных либо неподвижным столом и подъемной ванной для рабочей жидкости, либо координатным столом и раскрывающейся или съемной ванной (см. рис. 10.5). Рабочая головка с подвижной пинолью крепится на стойке; координатный стол выполняется часто на опорах качения, установленных с предварительным натягом. Возвратно-поступательное движение стола осуществляется, как правило, электромеханическим приводом подач с высокомоментным двигателем постоянного тока, допускающим безре-

	дукторное соединение с ходовым вин-
	том. Кинематическая схема привода по-
	дачи с высокомоментным двигателем и
	широко регулируемым электроприво-
	дом серии ПРП показана на рис. 10.6.
	Вал электродвигателя 7 через сильфон-
	ную муфту 6 соединен с ходовым винтом
	4. Винт вращается в радиально-упорных
	подшипниках 5. Гайка 3 жестко связана с
	пинолью 2, к которой крепится электрод-	Рис. 10.5. Компоновки универсальных
	инструмент. Пиноль перемещается в ша-
	риковых направляющих качения 1. По-	копировально-прошивочных станков:
		а — с неподвижным столом и подъемной
	ворот пиноли вокруг оси исключен меха-
		ванной; б — с координатным столом и
	низмом 10. Для контроля перемещений
		съемной ванной

10.4. Технические характеристики электроэрозионных копировально-прошивочных станков

	Россия		Charmilles	AGIE	SODICK (Япония)
			(Швейцария)	(Швейцария)
Параметр
	4Л723Ф3М	СЭП.МЭП-2-004	ROBOFORM 100	AGIETRON 100C	SODIC A30R	MoldMaker3
Размер стола, мм	400×630	140×140	450×280	630×500	520×350	600×300
Ход стола/пиноли, мм:
продольный	400	25	220	350	300	300
поперечный	250	25	160	250	250	200
Ход пиноли, мм	До 400	До 70	220	350	250	250
Масса заготовки, кг	До 800	—	100	600	400	550
Размер заготовки, мм,	550×400×275	—	—	780×500×200	<490	<550
не более
Масса электрода, кг, не	80	—	50	200	25	50
более
Точность позиционирова-	0,02	0,01	0,1/100	0,005		0,1/300
ния, мм
Число одновременно управ-	3	—	До 4	4	4 (до 6)	4 (до 6)
ляемых координат
Шероховатость Ra, по стали	2,5 + 40 %	—	До 0,05	До 0,6	—	До 0,05
медным электродом, мкм
Производительность по	1200	—	900	590	—	—
стали 45, мм/мин
Габариты станка, мм	1740×1760×3030	710×600×400	2500×1500×1300	1650×2115×3670	1400×1905× 2000	1280×1185×1600
Масса станка, кг	3650	—	1500	3670	200	1600
Рабочий ток, А	80		64	60/90	25	40

ОБРАБОТКИ ВОДОАБРАЗИВНОЙ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ДЛЯ СТАНКИ .10 ГЛАВА 224

10.1. Станки для электроэрозионной обработки

225

Рис. 10.6. Кинематическая схема электромеханического привода подач электрода-инструмента с высокомоментным дви-

гателем

Рис. 10.7. Кинематическая схема электроэрозионного копировально-прошивочного станка с электрогидравлическим приводом подачи электрода-инструмента:

1 — передача винт—гайка для подъема-опускания ванны; 2 — рабочий стол; 3 — ванна с рабочей жидкостью; 4 — орбитальная головка; 5 — электрогидравлический золотник; 6 — маховичок ручного поперечного перемещения прошивочной головки; 7 — электродвигатель орбитальной головки; 8 — электродвигатель поперечного перемещения; 9 — ходовой винт; 10 — редуктор; 11 — электродвигатель привода ванны; 12 — передача винт—гайка вертикального установочного перемещения прошивочной головки; 13 — прошивочная головка; 14 — электродвигатель вертикального перемещения прошивочной головки; 15 — электродвигатель продольного перемещения; 16 — маховичок ручного и продольного перемещения

инструмента установлен сельсин 8, связанный с блоком индикации. Вращение на вал сельсина передается через зубчатую передачу 9, обеспечивающую один оборот вала сельсина на 10 мм перемещения пиноли.

В крупногабаритных станках используется также электрогидравлический привод подач, имеющий большой момент и высокую приемистость. Кинематическая схема станка мод. 4Д722АФЗ приведена на рис. 10.7. Станок имеет Г-образную стойку, к которой крепится шпиндельный узел и пиноль на гидростатических опорах. В узле смонтирован датчик линейных перемещений пиноли. Отсчетная система координатных перемещений стола — оптическая с предварительным заданием параметров. Основные характеристики отечественных и зарубежных копировально-прошивочных станков приведены в табл. 10.4.

Типовой техпроцесс обработки на копировально-прошивочных станках заключается в следующем. Заготовку фиксируют и жестко закрепляют на столе или в приспособлении. Тяжелые заготовки обрабатывают без закрепления. Устанавливают и закрепляют в электрододержателе инструмент. Выверяют по уста-

226 ГЛАВА 10. СТАНКИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ И ВОДОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ

новочным рискам или по базовым штифтам положение электрода-инструмента относительно заготовки. Затем поднимают ванну станка и заполняют ее рабочей жидкостью на 70…80 мм выше поверхности заготовки. Включают генератор, устанавливают требуемый режим обработки, настраивают глубиномер и регулятор подачи. При необходимости включают вибратор и прокачку рабочей жидкости через электрод-инструмент. Для повышения производительности и уменьшения шероховатости обработку проводят за два прохода: предварительный, с высокопроизводительными режимами (черновым электродом) и окончательный (чистовым электродом), не доходя до окончательной глубины профиля на 0,4…0,5 мм, постепенно снижают энергию импульсов, и окончательную обработку ведут в высокочастотном диапазоне.

Электроэрозионной обработкой прошивают отверстия длиной до 20 диаметров стержневым, а до 40 диаметров — трубчатым электродом-инструментом. Глубина обработки может быть увеличена при вращении инструмента и заготовки и прокачкой рабочей жидкости. На черновых режимах используется графитовый инструмент, а на чистовых — металлический.

Нередко электроэрозионная операция используется после фрезерования основной массы металла и термообработки, что существенно сокращает время обработки на электроэрозионном станке и вместе с тем позволяет улучшить качество поверхности детали, ее шероховатость и характеристики поверхностного слоя.

Электроды-инструменты должны обеспечивать стабильную работу во всем диапазоне рабочих режимов при максимальной производительности и минимальном износе. Конструкция электрода должна быть достаточно жесткой и стойкой к деформации от усилий прокачки и нагрева. Важным требованием является технологичность инструмента. При обработке углеродистых и инструментальных сталей, жаропрочных сплавов на основе никеля применяют графитовый и медный инструмент, для черновой обработки может применяться инструмент из алюминиевых сплавов и чугуна, а при обработке отверстий — из латуни. Детали из твердого сплава и тугоплавких материалов обрабатывают композитным инструментом на основе меди и вольфрама, так как медный инструмент сильно изнашивается, а графитовый не обеспечивает высокой производительности из-за низкой стабильности процесса.

10.1.3. Особенности электроэрозионных вырезных станков

Электроэрозионные вырезные станки широко применяются для обработки деталей в приборостроении, так как отвечают высоким требованиям по точности и степени автоматизации. На вырезных станках также изготавливают детали вырубных штампов, копиры, шаблоны, фасонные резцы, лекала и другую инструментальную оснастку. В зависимости от числа одновременно обрабатываемых заготовок выпускаются одно- и многопозиционные электроэрозионные вырезные станки. Производительность современных вырезных станков достигает 300 мм в минуту, шероховатость поверхности Ra 0,1…0,4, точность обработки контура и точность формы до 3…5 мкм.

Особенности конструкции станков определяют их технологические преимущества: не требуется фасонный инструмент, нет необходимости делать поправки

10.1. Станки для электроэрозионной обработки

227

на износ электрода, возможно получение мелких деталей сложной формы, в том числе деталей с эквидистантным профилем (например, матриц и пуансонов)

сиспользованием одной программы ЧПУ, возможность автоматизации, использование в качестве рабочей жидкости воды, эффективная обработка опытных образцов деталей и профильных калибров.

Вместе с тем размеры заготовок, обработанных на вырезных станках, зависят от точности и качества проволочного электрода-инструмента. На точность обработки влияют износ электрода-инструмента, величина зазора между заготовкой и инструментом, точность системы управления или копирования. Износ зависит от режима обработки, толщины заготовки, скорости перемотки проволоки и рабочей среды. Зазор определяется энергией и амплитудой импульсов и также зависит от толщины заготовки, скорости перемотки и натяжения проволоки. Шероховатость обработанной поверхности определяется в основном энергией импульсов и натяжением проволоки. На производительность влияют диаметр и марка проволоки, ее натяжение, скорость перемотки, энергия импульса, среда обработки и толщина заготовки.

От электропроводности рабочей жидкости зависят ширина паза и скорость резания. Максимальная производительность достигается при использовании деионизированной воды, а на чистовых режимах — керосина, который позволяет, кроме повышения эффективности обработки, улучшить шероховатость. При вырезке с поливом зоны обработки, а не погружением требуемое количество прокачиваемой жидкости зависит от толщины заготовки.

Натяжение электрода-инструмента зависит от материала проволоки и ее диаметра. Для достижения высокой точности вырезки желательно использовать максимально возможное натяжение, которое не должно, однако, приводить к обрывам за счет износа и тепловой нагрузки. Для проволоки диаметром 0,05… 0,1 мм среднее усилие натяжения примерно 4…6 Н, для 0,15…0,3 мм — соответственно 6…10 Н. Скорость перемотки зависит от толщины детали: слишком малая скорость приводит к обрывам проволоки, слишком высокая — к увеличению конусности. Скорость перемотки выбирается такой, чтобы вся выходящая из межэлектродного промежутка проволока поражалась электрическими разрядами. С увеличением толщины детали от 2 до 80 мм скорость перемотки увеличивается пропорционально от 10 до 200 мм/с.

Принцип вырезания детали с цилиндрической образующей представлен на рис. 10.8, а. Проволочный электрод-инструмент внедряется в заготовку, образуя

узкую щель шириной bп, равной сумме диаметров проволоки d и двух боковых зазоров Sl между проволокой и деталью.

При вырезании внутренних замкнутых контуров необходимо вначале получить технологическое отверстие для заправки проволоки. Эта операция выполняется на специализированных электроэрозионных станках либо с помощью автоматических приспособлений — стартронов вырезных станков, осуществляющих «сверление» заправочных отверстий методом прошивки. Стартроны позволяют получать отверстия глубиной до 80 мм при диаметре 2 мм или до 30 мм при диаметре 1 мм.

Основные узлы электроэрозионного вырезного станка: координатный стол

сприводами подач и приспособлением, фиксирующим заготовку; устройство

228 ГЛАВА 10. СТАНКИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ И ВОДОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ

Рис. 10.8. Принципиальная схема вырезания проволочным электродом-инструментом:

а — прорезка щели; б — структурная схема вырезного станка: 1 — рабочая скоба; 2 — рабочий стол; 3 — ванна с рабочей жидкостью; 4 — заготовка; 5 — проволочный электродинструмент; 6 — координатный стол; 7 — система управления подачами; 8 — двигатели подач по координатам X и Y; 9 — генератор импульсов технологического тока; 10 — блок перемотки и натяжения проволочного электрода-инструмента; 11 — регулирующее устройство подачи рабочей жидкости; 12 — насос; 13 — бак для рабочей жидкости

Рис. 10.9. Компоновки электроэрозионных вырезных станков:

а — с крестовым столом; б — с крестовым столом и консольным креплением заготовки; в — заготовка со столом перемещается в одном направлении, а рабочая скоба на портале — в другом; г — деталь неподвижна, каретка перемещается на неподвижном портале

направляющих проволоки, ее перемотки и натяжения; агрегат подготовки и подачи рабочей жидкости в зону обработки, система управления подачами; генератор импульсов технологического тока.

Вырезные станки работают обычно в декартовой системе координат, что определяет компоновку координатного стола (рис. 10.9):

1)заготовка устанавливается на крестовом столе и совершает координатные перемещения вместе с ним;

2)заготовка неподвижна, координатные перемещении имеет инструментальная скоба, закрепленная на жестком портале;

3)в крупных станках используют портальную конструкцию, инструментальная скоба перемещается вдоль портала, а стол с заготовкой движется в перпендикулярном направлении, что позволяет обрабатывать детали больших габаритов и массы.

Характеристики электроэрозионных вырезных станков приведены в табл. 10.5. Конфигурация детали определяется геометрией зазора и кинематикой передаваемого станком движения. Эрозионный промежуток между поверхностями электрода и изделия составляет несколько сотых долей миллиметра. Осуществление движений рабочих органов станка должно соответствовать точности обработки с учетом геометрических и динамических погрешностей станка.

10.5. Технические характеристики электроэрозионных станков

	Параметр	Мод. 4732ФЗМ	Мод. А207.78	Bother (Япония)	Sodick (Япония)	Charmilles (Швейцария)	AGIE (Швейцария)
				HS-300	A 320 L-E	ROBOFIL 200	AGIECUT 100D
	Размер заготовки,	250×160×75	430×270×120	250×380×100	700×500×175	900×520×150	810×580×250
	мм, не более
	Масса заготовки, кг,	45	200	60	250	500	200
	не более
	Перемещение по
	координатам, мм:
	X	250	250	160	320	320	300
	Y	125	250	260	200	220	200
	Диаметр проволоки,	0,05…0,03	0,06…0,4	0,1…0,3	0,1…0,3	0,1…0,3	0,03…0,33
	мм
	Число координат	3	2	4	4	4	4
	Производительность	35	30	180	до 300	265	>175
	съема, мм/мин, не
	более
	Шероховатость Ra,	1,25	—	0,5	0,5	0,5	до 0,18
	мкм, не менее
	Точность позициони-	0,02	0,02	—	0,1/300	0,1/100	0,01/100
	рования, мм
	Габариты станка, мм	830×1200×1570	1030×1000×1790	980×980×1675	1185×1131×1800	1675×1970×2335	3200×3800×2200
	Масса станка, кг	1500	1150	530	2420	1930	2700

обработки электроэрозионной для Станки .1.10

229

230 ГЛАВА 10. СТАНКИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ И ВОДОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ

Устройства осуществления движения должны быть выполнены с высокой жесткостью, чтобы исключить короткое замыкание между электродом и заготовкой и поддерживать регулируемый эрозионный зазор, который сравнительно невелик из-за наличия продуктов эрозии и собственных колебаний проволоки под действием разрядных импульсов. Таким образом, исходя из точности электроэрозионной обработки наименьший шаг перемещения, отрабатываемый приводом подач, должен составлять 0,2…2 мкм.

Механизм перемотки и натяжения и направляющие проволоки предназначены для обеспечения прямолинейности, малых колебаний проволочного электрода и постоянства скорости проволоки. Прямолинейность достигается усилием натяжения. Нежелательные деформации проволоки могут быть устранены низким отжигом вблизи зоны обработки. Кроме натяжения проволоки на амплитуду колебаний большое влияние оказывает расстояние между направляющими, зависящее от толщины вырезаемой детали.

Для электроэрозионной вырезки используется латунная, медная, молибденовая или вольфрамовая проволока диаметром 0,15…0,3 мм. Допустимые отклонения диаметра проволочного электрода-инструмента — не более 5 мкм; существуют типы проволоки, калиброванные через 1…2 мкм.

Направляющие проволоку элементы выполняются в виде различных конструкций из призм, пространственных лабиринтов из штифтов, подвижных и неподвижных роликов, фильер и т.п. К системе направляющих проволочного электрода предъявляются следующие требования: постоянство силы трении проволоки при ее перемещении, надежная фиксация и отсутствие смещения, постоянство натяжения проволочного электрода и уменьшение амплитуды поперечных колебаний. Этим обусловлено постоянное совершенствование систем направления проволочного электрода-инструмента (рис. 10.10).

Первоначально применялись направляющие вилки (рис. 10.10, а), но производительность процесса обработки оказалась зависимой от направления подачи — максимальной при подаче в направлении закрытого конца и существенно меньшей при движении в сторону открытого конца из-за нарушения стабильности обработки при частых коротких замыканиях. Тот же недостаток имеют направляющие в виде твердосплавной призмы с пазом (рис. 10.10, б), кроме того, они допускают боковой зазор в пазу, что вызывает появление рисок на поверхности детали. Широко распространены пространственные лабиринты из штифтов, изготовленных из ультракерамики (рис. 10.10, в). Проволока располагается между образующими цилиндрических стержней, ограничивающих ее смещение с четырех сторон. Производительность не зависит от направления подачи, но при больших диаметрах проволоки возникают значительные усилия трения, что вызывает быстрый износ штифтов и самой проволоки. Используются призматические направляющие с силовым замыканием (рис. 10.10, г), в которых электрод-инструмент проходит между двумя твердосплавными призмами: в одной сделаны канавки для различных диаметров проволоки, а другая поджимается к ней пластинчатой пружиной. Недостатками такого устройства являются низкая технологичность и трудность обеспечения оптимального прижима для тонких проволок диаметром 0,02…0,1 мм.

Перспективны фильерные направляющие (рис. 10.10, д), однако они сложны