Первый станок промышленного уровня был создан компанией CHARMILLES TECHNOLOGIES в 1952 году, а электроэрозионный станок с ЧПУ появился в 1969 году. По сравнению с традиционными способами обработки металлов — ковкой, литьем, шлифованием, фрезеровкой, электроискровой способ можно считать инновационным. Первым упоминаниям о кованых и литых изделиях несколько тысяч лет.
Электроэрозионная обработка – это такая обработка, при которой происходит изменение формы, размеров, качества поверхности заготовки, которые происходят под действием электрических разрядов, что приводит к разрушению поверхности. В процессе этой обработки, материал заготовки плавится и (или) исправляется и удаляется в жидком и (или) парообразном состоянии. Удаление обычно носит взрывной (импульсный) характер, протекая в короткий отрезок времени на небольшом участке поверхностей, в месте локализации канала разряда. Канал разряда – это заполненная плазмой цилиндрическая область малого сечения.
Плазма – нагретый до высокой температуры ионизированный газ. И результатом пробоя и образования канала разряда является разрушение металла поверхности электродов в местах локализации канала – электрическая эрозия металла. Интенсивность разрушения каждого из электродов различна и при прочих условиях зависит от полярности электродов, формы и длительности импульсов разрядного тока. Соответственно обрабатываемая заготовка подключается таким образом, чтобы интенсивность ее разрушения (обработки) всегда была выше интенсивности разрушения (износа) электрода-инструмента.
Подавая на искровой промежуток электрические разряды или импульсы, мы получаем воздействие на металл. Для более лучшего результата обработки выбирается, соответственно и более подходящий путь для её выполнения. Итак, важным элементов этого воздействия является то, что заготовка может обрабатываться по различным направлениям в одно и то же время.
Прошивной станок предназначен для обработки как внутренних, так и наружных сферических элементов, работая по 3-мерной линейной траектории. Также можно производить электроэрозионный прожиг.
Первый в мире советский электроэрозионный станок был предназначен для удаления, застрявшего в детали сломанного инструмента. С тех пор в нашей стране и за рубежом выпущено большое число разнообразных по назначению, производительности и конструкции электроэрозионных станков.
В настоящее время цена электроэрозионного станка этого типа колеблется около 1 млн. 800 тыс. рублей.
Выбор технических характеристик станка
Проанализируем, при каких «критериях» выбираются электроэрозионные станки.
1) Геометрические параметры
Для того чтобы выбрать прошивной станок, который в свою очередь создает размерный ряд, нужно для начала просмотреть массу и габаритные размеры.
2) Производительность
Влияние электроэрозионных станков на производительность:
-
параметры импульсов разрядного тока;
-
условия подвода рабочей жидкости и характеристики ее потока;
-
материал и качество электрод-инструмента;
-
способ защиты проволоки от обрывов.
3) Точность
Критерии от которых зависит точность:
- жесткость;
- точность и повторяемость позиционирования по различным осям;
- динамические характеристики приводов;
- уровень температурных деформаций;
- стабильность параметров импульсов генератора;
- устойчивость устройства ЧПУ к помехам.
4) Шероховатость
Для обработки деталей важно достигнуть определенной шероховатости. Факторы, которые влияют на шероховатость детали:
-
Энергия разряда;
-
Сила тока;
-
Материал электрода-инструмента.
Для примера на рисунке 1 приведена таблица технических характеристик трех электроэрозионных станков.
Рис.1 - Технические характеристики ЭЭП станков
Компоновка станка
Для работы на электроэрозионном станке и для обработки, нужно специальное оборудование, которое связано с операцией прошивки. К специальным относят: транзисторный генератор, тиристорный генератор, электрошкаф. К дополнительной комплектации относят теплообменники.
Компоновка прошивных станков – вертикальная. Такая компоновка является выгодным вариантом, так как происходит удаление ненужных «отходов» при обработке детали. Позволяет эффективно защитить оборудование от пыли и грязи и экономно расходовать рабочий ресурс оборудования.
В настоящее время компоновка осталась такой же, как и раньше, но внешне дизайн стал лучше, что и можно пронаблюдать на рисунке 2.
Рис. 2 – Общий вид прошивочного станка
Далее рассмотрим из каких элементов (рис.3) состоит данный вид станков:
1) Станок;
2) Рабочая ванна;
3) Стол;
4) Электрод-изделие;
5) Регулятор подачи;
6) Источник питания (генератор импульсов);
7) Система снабжения;
8) Электрод-инструмент.
Рис. 3 – Основные элементы электроэрозионного прошивного станка
Привод главного движения в станке
Привод подачи электрода-инструмента является самым главным исполнительным механизмом в прошивных станках. Передача движения от электродвигателя к ЭИ может осуществляться реечной передачей, винтовой передачей или дифференциальной передачей.
Рассмотрим два вида привода подач и сравним какой их них является более предпочтительным:
1) Электромеханический привод: ходовой винт получает вращательное движение через редуктор от электрического двигателя постоянного тока. Вращение ходового винта 1 происходит в гайке, которая закрепляется в шпинделе. Шпиндель получает возвратно-поступательное движение тем самым, выполняя подвод ЭИ, а после окончания обработки отвод ЭИ. Опорами для шпинделя служат подшипники.
2) Электрогидравлический привод: для того чтобы поршень двигался в режиме колебаний соленоид с обмотками включается в сеть переменного тока. Соленоид управляет движением поршневого золотника. Золотник реагирует на изменение межэлектродного пространства между ЭИ и обрабатываемой деталью, когда получает сигнал на обмотке соленоида сигнал, золотник перемещается, и поршень связанный с золотником перемещается в цилиндре.
После просмотра принципа работы приводов, стало понятно, что с точки зрения быстродействия системы и стабильности подач электрогидравлический привод оказался предпочтительнее. С помощью такого привода можно создавать достаточно большие усилия при обработке. Но если смотреть, с другой стороны, со стороны точности обработки, то электромеханический привод уступает электрогидравлическому. Объясняется это устранением люфта. Однако электрический гидропривод имеет большие размеры и вес, да и то стоимость этого привода высокая.
Направляющие станка
Направляющие служат для перемещения по станине подвижных узлов станка, обеспечивая правильность траектории движения заготовки или детали и для восприятия внешних сил. Во всех металлорежущих станках применяются направляющие: скольжения, качения, комбинированные, жидкостного трения, аэростатические.
Предъявляющие требования: первоначальная точность изготовления, долговечность, высокая жесткость, высокие демпфирующие свойства, малые силы трения, простота конструкции, возможность обеспечения, регулирования зазора-натяга.
В зависимости от расположения направляющие делятся также на горизонтальные, вертикальные, наклонные.
Шпиндельные узлы станка
Рис. 4 - Конструкция прошивочной головки ЭЭ станка
В качестве шпинделя у ЭЭП станков является прошивочная головка, рассмотреть ее можно на рисунке 4, который представлен выше.
-
Гидростатическая направляющая;
-
Шпиндель;
-
Гидроцилиндр;
-
Вал
-
Гидротормоз
-
Редуктор
-
Гидропанель
-
Корпус
-
Стяжка
-
Переходная плита
Приводы подач станка
Электроэрозионное разрушение осуществляется в рабочей среде, которая подаётся в МЭП. Поэтому каждый ЭЭП станок оснащен системой подачи рабочей жидкости, что представлено на рисунке 5. Так как в процессе обработки происходит загрязнение рабочей жидкости, то в компоновку станка входит и система регенерации рабочей жидкости. В ЭЭП станках обычно эти две системы объединены.
Рис. 5 - Система подачи и регенерации РЖ
-
Емкость
-
Гидроносос
-
Манометр
-
Система фильтрации
-
Гидрораспределитель
-
Вентиль
-
Гидроприемник
-
Ротаметр
-
Кран
-
Кран
-
ЭИ
-
Деталь
-
Рабочая ванна
-
Слив
Рабочая жидкость из емкости >> гидронасос. Регулирование подачи рабочей жидкости - манометром. Поток рабочей жидкости >> систему фильтрации >> гидрораспределитель. При превышении требуемого давления открывается вентиль и часть рабочей жидкости >> гидроприемник >> либо через кран 10 в рабочую ванну, либо через кран 9 через полый ЭИ. Обрабатываемая деталь находится в рабочей ванне. Для регенерации рабочая жидкость >> рабочей ванны через слив.
Несущая система станка
Станина ЭЭП станков выполнена в виде коробки, которая придает конструкции устойчивость и повышенную жесткость. Каретка барабана, крепления колонны, направляющие стола, являются ответственными частями станины, которые подвергаются шабрению и полированию.
Для того, чтобы изготовить станину нужно использовать материалы, которые будут обладать высокой прочностью и иметь небольшой коэффициент теплового расширения. Для изготовления станины ЭЭП станка применялся особый вид чугуна - высокопрочный.
Типичные представители
В процессе подготовки реферата были разобраны несколько современных представителей станков электроэрозионного прошивного типа, оснащенных системой числового программного управления. Были представлены такие станки как, CNC-C90 и ZNC-50. Их основные технические характеристики и особенности приведены ниже.
Рис. 6 – Электроэрозионный прошивной CNC-C90
|
Параметры |
Ед. изм. |
CNC-C90 |
|
Размеры ванны рабочей жидкости |
мм |
1240 x 700 x 435 |
|
Размеры стола |
мм |
800 x 450 |
|
Перемещение X, Y, Z |
мм |
500 x 400 x 350 |
|
Расстояние от главной оси до плоскости рабочего стола |
мм |
650 |
|
Перемещение (пиноли) по оси Z |
мм |
- |
|
Макс. вес заготовки |
кг |
1350 |
|
Макс. вес электрода |
мм |
11 / 200 |
|
Макс. емкость диэлектрика |
литр |
600 |
|
Макс. скорость обработки |
мм3/ мин |
480 |
|
Мин. норма износа |
% |
< 0.1 |
|
Макс. показатель шероховатости обработанной поверхности |
μm |
< Ra 0.12 |
|
Макс. выходной ток |
А |
60 |
|
Макс. входная мощность |
кВт |
4.06 |
|
Габариты станка (Длина x Ширина x Высота) |
см |
205 x 180 x 244 |
|
Итоговый вес станка |
кг |
2,635 |
ОСОБЕННОСТИ прошивного станка:
-
Программа со вспомогательными иконками для более легкой работы
-
Встроенная память, жесткий диск и поддержка интернет или программа RS232 передачи данных
-
Оснащен высокоточным линейным энкодером Heidenhain (1мкм)
-
Расширенный линейный ход для круговой обработки и перемещения
-
Прецизионная ШВП для точной передачи
-
Двойная система фильтрации отделяет углеродный остаток более эффективно
-
Многоточечная противопожарная система обнаружения
-
Память до 1000 установок параметров обработки, 20 искровых данных в установке
-
Векторные и угловые функции EDM
-
Возможность редактирования программ
-
GM код и диалоговая функция редактирования
-
48 режимов обработки
-
Авто память на 60 установок рабочих координат
-
Автоматическая запись времени обработки и расхода материала
-
Доступное оборудование - АТС (4 инструмента / 6 инструментов/ 20 инструментов)
Рис. 7 – Электроэрозионный прошивной ZNC-50
|
Параметры |
Ед. изм. |
ZNC-50 |
|
Размеры ванны рабочей жидкости |
мм |
940 x 530 x 350 |
|
Размеры стола |
мм |
630 x 360 |
|
Перемещение X, Y, Z |
мм |
350 x 250 x 200 |
|
Расстояние от главной оси до плоскости рабочего стола |
мм |
520 |
|
Перемещение (пиноли) по оси Z |
мм |
200 |
|
Макс. вес заготовки |
кг |
500 |
|
Макс. вес электрода |
мм |
50 |
|
Макс. емкость диэлектрика |
литр |
300 |
|
Макс. скорость обработки |
мм3/ мин |
420 |
|
Мин. норма износа |
% |
< 0.1 |
|
Макс. показатель шероховатости обработанной поверхности |
μm |
< Ra 0.12 |
|
Макс. выходной ток |
А |
50 |
|
Макс. входная мощность |
кВт |
3.3 |
|
Габариты станка (Длина x Ширина x Высота) |
см |
140 x 138 x 220 |
|
Итоговый вес станка |
кг |
1,375 |
ОСОБЕННОСТИ прошивного станка:
-
Построение в экспертное системе
-
Параметр EDM может быть изменен в соответствии с Авто настройками программы
-
Оснащен высокоточным линейным энкодером Heidenhain (1мкм)
-
Китайский / английский; мм / дюймы
-
Автоматическая калибровка и позиционирование по оси Z
-
Доступна обработка большой поверхности со стабильным и медленным выводом отходов
-
С замкнутой цепью 0.5А достигается лучшая чистота поверхности
-
Прецизионная ШВП для точной передачи
-
Многоточечная противопожарная система обнаружения
-
Доступна обработка глубокого отверстия с эффективным выводом отходов
-
Объединенный рабочий интерфейс на экране способствует более простому пониманию
-
Возможность идентифицировать изношенное место электрода, поверхность, вызывающую обрыв электрода
Двойная система фильтрации отделяет углеродный остаток более эффективно.
