Параметры режима электроэрозионной обработки и основы их выбора

На верхних направляющих станины 18 расположены поперечные 17 и продольные 16 салазки. Они обеспечивают перемещение заготовки, закрепляемой на рабочем столе станка 3 с помощью маховичков 2 и 15 соответственно по взаимно перпендикулярным направлениям X и Y. Цена деления лимбов поперечного и продольного перемещения салазок равна 0,01 мм.

Станок устанавливается на фундамент основанием 1, внутри которого расположен бак с диэлектрической жидкостью ёмкостью 260 литров. На основании станка смонтирована станина 18 с вертикальной колонной 10 и электрошкаф 13 с панелью управления 12. На вертикальных направляющих колонны 10 установлена шпиндельная бабка 9, перемещаемая по направляющим колонны с помощью маховичка 11. Внутри шпиндельной бабки расположена выдвижная пиноль 7, имеющая возможность автоматического перемещения вверх и вниз с помощью кнопок пульта управления, расположенного на правой стороне шпиндельной бабки (на рисунке пульт не показан). На торцовой части пиноли закреплён патрон 5 для установки электрода-инструмента. Электрод-инструмент при обработке с помощью серводвигателя постоянного тока, размещённого в шпиндельной бабке, совершает движение вертикальной подачи Ds.

Рабочий стол 3, имеющий габаритные размеры 500 ´ 250 мм (длина, ширина), размещён в рабочей ванне 14 с открывающейся створкой 4. В ванну насосом закачивается диэлектрическая жидкость. Подача жидкости в ванну 14 осуществляется через штуцер, подсоединённый к гидравлической системе станка.

В ванне станка смонтировано устройство для регулирования уровня диэлектрической жидкости, который при обработке должен быть выше обрабатываемой поверхности заготовки на 30…50 мм. Установку уровня диэлектрика осуществляют при наладке станка, исходя из высоты системы «приспособление — заготовка». Давление подаваемой в ванну жидкости можно контролировать по манометру 6 и регулировать при помощи специального клапана. Для контроля температуры диэлектрической жидкости используется устройство, которое автоматически отключает питание станка при температуре 55 ºС.

Точность и качество выполненных на электроэрозионном станке работ в значительной степени зависят от точности установки и надёжности закрепления электрода-инструмента. Для реализации этих задач на станке предусмотрен патрон 5 (см. рис. 1.59), устанавливаемый в пиноль шпиндельной бабки. Патрон обеспечивает возможность закреплённому в нём электроду-инструменту отклоняться от вертикальной оси на угол ± 10º с помощью регулировочных винтов. Нижняя часть корпуса патрона может поворачиваться вокруг вертикальной оси и фиксировать малый патрон, а вместе с ним и электрод-инструмент в необходимом положении при выверке последнего. Более детально устройство и наладка патрона при установке электрода-инструмента будут рассмотрены в разделе «Наладка электроэрозионного станка Sure First ED-203 на прошивание отверстия».

Физическая модель электроэрозионной обработки характеризуется сложными, многоэтапными процессами, происходящими на электродах и в межэлектродном промежутке. В первую очередь, к таким процессам относят съём материала с обрабатываемой поверхности заготовки и удаление образовавшихся отходов (шлама) из зоны обработки. Скорости протекания этих процессов и время их прохождения должны быть строго согласованы между собой. Нарушение согласования приводит к неустойчивости всего процесса электроэрозионной обработки из-за загрязнения зоны обработки отходами или к снижению производительности съёма материала.

Для реализации этого требования на станке Sure First ED- 203 специальной следящей системой проводится сбор информации о состоянии рабочей зоны и на её основе осуществляется адаптивное управление электрическими и гидравлическими режимами работы станка с помощью сервопривода (следящего привода). Сервопривод станка Sure First ED-203 обеспечивает примерное постоянство в работе межэлектродного торцового зазора d_т, называемого управляемым параметром. Величина зазора существенно изменяется только в моменты периодического подъёма электрода-инструмента D_всп (см. рис. 1.58, а) на расстояния от 0,5 до 15 мм с последующим подводом его в рабочую позицию, что обеспечивает интенсификацию удаления из зоны обработки продуктов эрозии электродов.

Важнейшим элементом сервопривода станка Sure First ED-203 является серводвигатель постоянного тока, обеспечивающий прерывистое поступательное движение электрода-инструмента в направлении движения подачи D_s в момент, когда межэлектродный зазор d_т выйдет за пределы установленного оптимального диапазона его значений, определяемых режимом обработки.

Панель управления станкомSure First ED-203, расположенная на лицевой стенке электрошкафа 13 (см. рис. 1.59),представлена на рис. 1.60. Обозначенные на ней кнопки и рукоятки имеют следующие назначения:

1 — главный выключатель питания станка: позиция «0» ‒ питание отключено, позиция «1» ‒ питание включено;

2 — кнопка аварийного останова;

3 — кнопка выключения насоса для прокачки диэлектрической жидкости;

4 —кнопка включения насоса для прокачки диэлектрической жидкости;

5 — датчик уровня диэлектрической жидкости в ванне (включён или выключен);

Рис. 1.60. Панель управления станка Sure First ED-203

6 — кнопка датчика контроля разряда. Если кнопка не нажата, то разряд между электродами не образуется до тех пор, пока диэлектрическая жидкость в ванне не дойдет до уровня, необходимого при электроэрозионной обработке с погружением заготовки в диэлектрик. Образование разряда прекратится, если уровень диэлектрической жидкости в процессе обработки станет ниже требуемого положения. При нажатой кнопке разряд в межэлектродном промежутке образуется без погружения электродов в диэлектрическую жидкость;

7 — кнопка (выключатель) контроля автоматического останова. При не нажатой кнопке в тот момент, когда электрод-инструмент достигнет установленнной глубины обработки, будет отключено питание разряда. После отключения питания пиноль шпиндельной бабки 8 (см. рис. 1.59) с электродом-инструментом отойдёт вверх. При включённой кнопке 7 в момент достижения электродом-инструментом заданной глубины обработки будет полностью отключено питание станка, автоматическое движение подачи электрода-инструмента прекратится, а электрод-инструмент отойдет вверх;

8 — переключатель настройки длительности импульсов t_и, устанавливаемой дискретно по значениям, указанным на шкале, в пределах от 1 мкс до 1200 мкс(10^-6 ‒ 1,2×10^-3 с).

9 — кнопки установки силы тока I при низком напряжении U (40‒60 В) на электродах. Значения силы тока, устанавливаемые при нажатии кнопок с цифрами, указанными на панели управления станка, приведены в таблице 1.30. Требуемое значение силы тока устанавливается нажатием одной или нескольких кнопок. Если ни одна из кнопок не нажата, то используется по умолчанию сила тока равная 0,5 А. Одновременное нажатие нескольких кнопок обеспечивает установку силы тока, равной сумме значений, указанных в таблице 1.30 для каждой из нажатых кнопок, и силы тока при не нажатых кнопках (0,5 А).

Таблица 1.30

Значение силы тока при нажатии кнопок панели для обработки с низким напряжением на электродах

Кнопка	½		1½
Iср,А	1,25	2,5	3,75	7,5

10 — амперметр средних значений силы тока разряда I_ср в межэлектродном промежутке;

11 — переключатель диапазона напряжений U на электродах. Имеет две позиции: диапазон низкого напряжения (40‒60 В) и диапазон высокого напряжения (около 300 В). Диапазон высокого напряжения используют для улучшения условий промывки межэлектродного промежутка при обработке и обеспечения стабильности прохождения разрядов;

12 — красный и зелёный светодиоды, указывающие на состояние работы станка и уровень эффективности электроэрозионного съёма материала. При нормальном состоянии работы станка зелёный светодиод (обозначение на панели ‒ ) включён. Эффективная обработка и нормальные условия протекания процесса соответствуют выключенному красному светодиоду (обозначение на панели ‒ ). Мигание этого светодиода указывает на низкую эффективность процесса, вызванную плохим удалением отходов из межэлектродного промежутка или нестабильностью искрового разряда. Включение красного светодиода связано с неисправностью в системе работы станка или наличием контакта заготовки и электрода-инструмента;

13 — кнопки установки высокого напряжения U (до 300 В) на электродах. Силы тока, обеспечиваемые при нажатии кнопок 13, указаны в таблице 1.31.

Таблица 1.31

Значения силы тока, соответствующие нажатым кнопкам установки высокого напряжения

Кнопка
Iср, А	0,5

14 — светодиоды, указывающие при обработке в относительных единицах (от 0 до 100 %) уровень частоты разрядов (светодиод EFF) и чувствительности следящей системы станка к величине отклонения межэлектродного торцового зазора δ_т от установленного значения (светодиод SERVO). Низкий уровень частоты разрядов соответствует большой длительности импульсов τ_и. Установленная при наладке станка величина торцового зазора зависит от принятых электрических параметров режима обработки, в первую очередь, от установленных силы тока I_ср и напряжения на электродах U_ср. Численное значение торцового зазора δ_т не устанавливается;

15 — переключатель полярности электродов. Имеет три позиции: нулевая, правая — обратная полярность (заготовка — катод), левая позиция — прямая полярность (заготовка — анод).

16 — рукоятка регулировки чувствительности системы к созданию условий для прохождения электрического разряда между электродами. При нормальных условиях обработки эта рукоятка должна быть установлена в положение «2». Поворот рукоятки по часовой стрелке повышает чувствительность системы к началу образования электрического разряда, что не рекомендуется для чистовой обработки и обработки с силой тока I менее 5 А;

17 — переключатель настройки длительности перерывов между импульсами t_п;

18 — вольтметр, указывающий среднее значение напряжения на электродах U_ср;

19 — рукоятка регулировки высоты периодического подъёма электрода-инструмента с целью удаления продуктов эрозии из межэлектродного промежутка и последующего подвода его в рабочую позицию. Высота подъёма может устанавливаться дискретно в диапазоне от 0,5 до 15 мм. Нормальное значение этой высоты находится в пределах 0,5‒1,5 мм. Наибольшее значение подъема электрода-инструмента соответствует положению рукоятки в позиции 1, наименьшее — в позиции 10;

20 — рукоятка регулировки времени периода подъёма и опускания электрода-инструмента (движение D_всп). Это время устанавливается дискретно в диапазоне от 0,5 до 10 с в соответствии с позициями рукоятки на панели электрошкафа. Напряжение между электродами в период подъёма ‒ опускания устанавливается равным 100 В;

21 —рукоятка установки оптимального по величине искрового разряда в межэлектродном промежутке путём регулировки напряжения на электродах, а, соответственно, величины межэлектродного торцового зазора. Величина зазора при этом не контролируется. В условиях черновой обработки (Ra более 6,3 мкм) используется напряжение U в диапазоне 40‒45 В. При чистовой обработке (Ra 3,2‒1,25 мкм) напряжение на электродах устанавливают в диапазоне 50‒60 В. Контроль напряжения осуществляют по вольтметру 18 в условиях прохождения рабочего процесса при установленном значении средней силы тока;

22 — рукоятка регулировки чувствительности системы к величине отклонения межэлектродного торцового зазора δ_т от оптимального установленного значения. Позволяет сохранить стабильный по величине межэлектродный зазор в процессе обработки, а, соответственно, высокую эффективность процесса. Более высокая, чем оптимальная, чувствительность может стать причиной нестабильности разряда, а низкая чувствительность может привести к плохой промывке межэлектродного промежутка и его заполнению продуктами эрозии электродов;

23 — индикатор чувствительности системы к величине отклонения межэлектродного торцового зазора δ_т;

24 — кнопка включения режима автоматического опускания пиноли шпиндельной бабки 9 (см. рис. 1.63) с электродом-инструментом;

25 — кнопка блокировки пиноли от перемещений при выполнении специальных операций;

26 — кнопка включения быстрого перемещения пиноли шпиндельной бабки. Кнопка нажимается при установке глубины обработки с помощью устройства 8 (см. рис. 1.59);

27 — кнопка включения режима быстрого отвода и подвода электрода-инструмента;

28 — светодиод и зуммер включающиеся в момент контакта заготовки и электрода-инструмента при установке глубины обработки с помощью устройства 8 (см. рис. 1.59).

Режимом электроэрозионной обработки называют совокупность численных значений регулируемых (устанавливаемых при наладке станка) параметров процесса, которые определяют технико-экономические показатели выполнения операции на станке.

Режим электроэрозионного формообразования на станке Sure First ED-203 включает три группы параметров: электрические, механические, гидромеханические.

Электрическими параметрами режима электроэрозионной обработки являются: напряжение на электродах U, их полярность (прямая или обратная), форма и частота прохождения f импульсов, время действия импульсов t_и и время перерыва между импульсами t_п, период действия импульсов Т, скважность импульсов q, средняясила тока I_ср в межэлектродном промежутке.

Механические параметры обработки включают: скорость подачи электрода-инструмента υ_S, межэлектродные зазоры δ (боковой δ_б и торцовый δ_т), частоту и высоту периодического подъёма электрода-инструмента с последующим подводом его в рабочую позицию для интенсификации удаления из зоны обработки продуктов эрозии электродов.

Гидромеханические параметры режима обработки связаны с прокачкой диэлектрической жидкости через межэлектродный промежуток. В качестве диэлектрических жидкостей на станке Sure First ED-203 используют жидкости марок ESSO, CASTROL, CHEVRON, MENTOR, EDM 71, основу которых составляют жидкие масла и керосин. Диэлектрическая жидкость используется при обработке как охлаждающая среда и как средство стимулирования искрового разряда. Она также вымывает продукты эрозии заготовки и электрода-инструмента из межэлектродного промежутка и образует электрический изолятор между заготовкой и электродом.

Диэлектрические жидкости высокой вязкости используют при черновой обработке, характеризующейся большими межэлектродными зазорами. При чистовой обработке, ставящей целью достижение низкой шероховатости обработанной поверхности и высокой точности размеров, используют диэлектрические жидкости с малой вязкостью.

К гидромеханическим параметрам обработки относят: рабочее давление жидкости, расход диэлектрика, скорость прокачки его через межэлектродный промежуток, температуру диэлектрика. Температура диэлектрической жидкости не должна превышать 55 ⁰С. Если она выходит за этот предел, аварийная сигнализация автоматически выключает станок.

Выбор режима электроэрозионной обработки. Экспериментальными исследованиями в области электроэрозионной обработки выработан ряд зависимостей и практических рекомендаций по выбору режимов обработки, являющихся общими для электроэрозионного метода обработки вне зависимости от применяемого оборудования. Эти зависимости и рекомендации, устанавливающие связь между параметрами режима обработки и технико-экономическими показателями процесса, распространяются и на обработку заготовок на станке Sure First ED-203.

В соответствии с ними на выбор режима электроэрозионной обработки влияют:

— выходные параметры обработки, которыми чаще всего являются максимальная производительность процесса П_m, кг/мин, при условии получения заданной точности выполнения размеров и шероховатости обработанных поверхностей. Эти технико-технологические требования в своей совокупности или независимо друг от друга чаще всего и принимают в качестве критериев оптимизации режима обработки;

— марка материалов и физические характеристики заготовки и электрода-инструмента;

— площадь S, мм², и глубина обработки l, мм;

— вид и схема обработки;

— схема и параметры прокачки электролита через межэлектродный промежуток.

Приведём далее некоторые общие рекомендации по выбору режима электроэрозионной обработки.

В зависимости от требуемых точности выполнения размеров и значений параметров шероховатости обработанных поверхностей электроэрозионную обработку разделяют на черновую (предварительную), получистовую и чистовую (окончательную). Границы достигаемых при каждом виде обработки требуемых по чертежу параметров в данном случае, как и при других методах обработки, весьма условны. Так, за чистовую обработку принимают обработку, обеспечивающую 6‑9-й квалитеты точности размеров и шероховатость поверхности по параметру Ra не более 1,25…3,2 мкм. Черновая обработка, в свою очередь, характеризуется 12‒14-м квалитетами точности и высотой микронеровностей профиля обработанных поверхностей Ra, равной12,5 мкм и более. При назначении режимов чистовой, получистовой и черновой электроэрозионной обработки придерживаются следующих рекомендаций.

При чистовой электроэрозионной обработке необходимо осуществлять процесс с низкой энергией импульсов W_и, что обеспечивается применением небольших значений средней силы тока I_ср и выбором короткого времени действия импульсов τ_и (10^-5…10^-7 с) с установкой на электродах прямой полярности. Средняя сила тока по паспортным данным станка Sure First ED-203 может изменяться в весьма широких пределах от 0,5 А до 130 А. Необходимость выбора прямой полярности связана с тем, что при малых длительностях импульсов съём металла происходит преимущественно с анода. Поэтому для обеспечения меньшего износа электрода-инструмента и обеспечения эффективного съёма материала с заготовки целесообразно применить прямую полярность, при которой заготовка является анодом, а электрод-инструмент — катодом.

При черновой обработке заготовки (Ra более 12,5 мкм) необходимо обеспечить большую производительность процесса. Это требует применения импульсов большой мощности (большие значения средней силы тока I_ср) и высокой продолжительности действия τ_и. С увеличением длительности разряда съём металла с катода становится выше, чем с анода. Именно поэтому при черновой обработке целесообразно устанавливать обратную полярность, при которой электрод-инструмент принимают анодом, а заготовку — катодом.

Получистовую обработку проводят, как правило, в режиме обратной полярности со средними по отношению к чистовой и черновой видам обработки значениями плотности тока ρ_I, А/мм².

Еще одной важной характеристикой обрабатываемой заготовки, влияющей на значения параметров режима обработки, является площадь обработки S, мм². Зависимость производительности электроэрозионной обработки от площади обрабатываемой поверхности при постоянной средней силе тока I_ср носит экстремальный характер. При малых площадях обработки в межэлектродном зазоре создается обильная парогазовая фаза, которая значительно снижает производительность обработки. Повышение при тех же условиях обработки I_ср приводит к уменьшению этой фазы, а соответственно, к повышению производительности съёма материала. Но после достижения некоторого значения площади обработки, являющегося оптимальным в условиях принятых значений других параметров режима, дальнейшее её увеличение приводит к затруднённому удалению продуктов эрозии из межэлектродного промежутка, что вновь начинает снижать производительность обработки. При этом площадь обработки S, при которой достигается экстремум производительности, при изменении средней силы тока меняется также по экстремальной зависимости.

В соответствии с паспортными данными станка рекомендуемые значения силы тока в зависимости от обрабатываемой площади заготовки S можно определить через плотность тока , А/мм², по таблице 1.32.

Таблица 1.32

Рекомендуемые значения плотности тока

Материал электрода-инструмента	Полярность	Материал заготовки	Плотность тока, ρI, А/мм^2
Площадь обработки, S, мм^2
до 1500	свыше 1500
Медь	Обратная	Сталь	0,03	0,08‒0,15
Медно-графитовая композиция	Обратная		0,03‒0,08	0,08‒0,12
	Прямая		‒	0,06‒0,18
Медно-вольфрамовая композиция	Обратная	Твёрдый сплав	‒	0,05‒0,07
Прямая	‒	0,15

Сложные зависимости между производительностью обработки по массе П_m, кг/мин, с одной стороны, и средней силой тока I_ср и площадью обработки S, с другой стороны, находят экспериментально и представляют применительно к каждой модели станка в виде номограмм или таблиц. В ходе таких экспериментов устанавливаются и другие зависимости технико-экономических параметров обработки от выбранного режима, в частности, достигаемые параметры точности обработки, шероховатости поверхности, глубины дефектного слоя и др.

Номограммы и таблицы, позволяющие непосредственно устанавливать оптимальные режимы обработки на электроэрозионном станке Sure First ED-203, отсутствуют. В связи с этим установку режима обработки при изготовлении каждой конкретной детали выполняют в два этапа. На первом этапе проводят установку параметров режима обработки на пульте управления станка, руководствуясь общепринятыми рекомендациями, содержащимися в справочниках, например, в работе [9]. Второй этап содержит действия оператора по отладке режима обработки на основе визуальной и звуковой информации, поступающей с приборов панели управления в процессе изготовления первой детали с выходом на оптимальный режим.

В целом выбор режима обработки при заданных геометрических характеристиках детали и партии изготовления предполагает:

1. Выбор критерия оптимизации: производительности процесса по массе П_m (или по объёму П_v), шероховатости поверхности Ra, точности размеров (погрешности обработки).

2. Выбор марки материала электрода-инструмента и диэлектрической жидкости, схемы её поступления в зону обработки.

3. Выбор полярности напряжения на электродах (прямой или обратной).

4. Выбор средней силы тока I_ср, А.

5. Определение длительности импульса t_и как функции заданной шероховатости обработки Ra.

6. Задание времени перерыва между импульсами тока t_п.

7. Выбор напряжения на электродах U_ср, которое обеспечивает оптимальную величину межэлектродного зазора (конкретное значение зазора на приборах не устанавливается). Напряжение, используемое при черновой обработке, может регулироваться в диапазоне 40‒45 В, а при чистовой обработке — 50‒60 В. Большие значения напряжения на электродах соответствуют более высоким требованиям к точности размеров и шероховатости обработанной поверхности.

8. Выбор высоты и времени подъёма пиноли станка с электродом-инструментом из зоны обработки и возвращения её в исходную позицию. Время отвода – подвода может регулироваться в диапазоне от 0,5 до 10 с.

Большие значения используются для обработки при использовании токов большой силы или при черновой обработке. Более короткое время подъема электрода-инструмента принимается при обработке с использованием токов малой силы (менее 3 А), при чистовой обработке или при прошивке глубоких отверстий. Обычная высота подъёма электрода-инструмента устанавливается в пределах от 0,3 до 1,5 мм.

Дата добавления: 2014-12-27