Главная / Принцип действия и устройство проволочно-вырезного электроэрозионного станка

Принцип действия и устройство проволочно-вырезного электроэрозионного станка

ФОТО-8-DK7740AZ-с-контр-бк-1.png

  В основе электроэрозионной обработки лежит съем материала заготовки за счет выплавления и испарения при электрическом пробое межэлектродного промежутка (зазора) в жидкой среде. Необходимым условием электроэрозионной обработки материала является его достаточная электропроводность; этому условию удовлетворяют все металлы и многие другие материалы, в частности, полупроводники.

    В проволочных станках электродом-инструментом является натянутая проволока. Между заготовкой и проволокой от специального генератора подаются импульсы напряжения, если в какой-либо точке межэлектродного промежутка напряженность электрического поля превзойдет критическую, происходит пробой с образованием плазменного канала (как при ударе молнии), обеспечивающего протекание импульса тока, в результате которого происходит частичное разрушение (эрозия) в виде микроскопических лунок. Полярность напряжения (минус к проволоке) выбирается так, что в большей степени разрушается заготовка. Вода в межэлектродном зазоре вымывает продукты эрозии и охлаждает проволоку.

   Электрические импульсы следуют с высокой частотой; в результате происходит равномерная эрозия по длине зазора, т.к. пробой каждый раз происходит в самом узком месте, а в результате образования лунки зазор здесь увеличивается. По мере расширения зазора в результате эрозии проволоку и/или заготовку перемещают в нужном направлении относительно друг друга, чтобы процесс продолжался непрерывно; таким образом осуществляется резание заготовки любой твердости, в результате которого можно получить с высокой точностью линейчатую поверхность нужного вида, не обязательно цилиндрическую, т.к. можно не просто перемещать проволоку параллельно самой себе, а непрерывно изменять ее наклон. Как правило, заготовка располагается в горизонтальной плоскости, рабочий участок проволоки (без наклона) – вертикально. Разумеется, контур, по которому перемещается центр проволоки на том или другом конце рабочего участка, должен отстоять от заданного на величину, определяемую радиусом проволоки и шириной эрозионного зазора (так называемое эквидистантное смещение).

   Скорость резания зависит от температуры плавления, тепло- и электропроводности материала, условий промыва эрозионного промежутка и др. и примерно пропорциональна мощности, выделяемой в зазоре, причем чем выше скорость, тем хуже горизонтальная и вертикальная точность и шероховатость поверхности. Это противоречие обычно преодолевается за счет нескольких проходов с последовательным уменьшением мощности генератора и соответственным изменением эквидистантного смещения. Поскольку на последних проходах съем материала мал, и обрывов из-за разрушения проволоки не бывает, для повышения качества обработки иногда используется противоположная полярность или переменный ток. Многопроходная обработка с уменьшающейся мощностью генератора желательна также с точки зрения уменьшения толщины измененного слоя, образующегося в результата сильного местного нагрева при резании. За несколько проходов можно вырезать не только матрицу, но и пуансон, необходимо только оставить перемычку в месте, удобном для зачистки после отрезания.

   Практическое воплощение этих простых принципов в электроэрозионном станке сопряжено с серьезными техническими трудностями, обусловленными тем, что нужно не просто резать заготовку, а обеспечивать при этом приемлемые показатели качества: точность размеров детали, шероховатость поверхности, производительность (скорость резания), а также выполнение ряда вспомогательных функций, например, прецизионных измерений с целью базирования. Кроме того, станок должен быть достаточно долговечен, надежен, прост и не очень дорог в эксплуатации, должен потреблять как можно меньше энергии, не портить окружающую среду и отвечать требованиям безопасности.

   В отличие от прошивочных станков, у которых производительность измеряется объемом выплавляемого материала в единицу времени, производительность проволочно-вырезных станков – это площадь реза в единицу времени, т.е. полезный эффект. Точность размеров детали зависит не только от станка, но и от свойств заготовки и от проволоки. Шероховатость поверхности (класс чистоты) обычно характеризуется усредненной величиной высоты неровностей (например, параметры Ra или Rz).

   Очевидно, что сколько-нибудь продолжительное резание без обновления проволоки невозможно ввиду ее разрушения, поэтому проволока при резании постоянно перематывается со скоростью порядка 5..11,5 м/мин; при этом необходимо поддерживать на рабочем участке натяжение в зависимости от диаметра, а также поддерживать точную фиксацию в пространстве концов рабочего участка проволоки с помощью специальных направляющих и, наконец, обеспечивать пропускание импульсов тока в через скользящий контакт с проволокой. Для повышения скорости резания исключительное значение имеет удаление продуктов эрозии из зазора, что достигается двухсторонним промывом водой; струи промыва направляются сверху и снизу вдоль проволоки. Износостойкие направляющие проволоки (чаще всего симметричные, в виде фильер) и скользящие контакты токоподводов, а также сопла, формирующие струи промыва, конструктивно объединяются в верхней и нижней камерах, к которым подводятся электрические провода от генератора и шланги для подачи воды. Токоподводы обычно твердосплавные, имеют выпуклую рабочую поверхность и располагаются вблизи от направляющих вне рабочего участка. Расстояние от токоподвода до направляющей должно быть минимальным, а весь участок проволоки между скользящими контактами (а не только эрозионный промежуток!) должен омываться водой для охлаждения, поскольку через токоподводы по проволоке протекают очень большие импульсные токи.

   Пара перпендикулярных осей X,Y обеспечивает движение заготовки относительно проволоки в горизонтальной плоскости, что достаточно для обычного цилиндрического резания. Нижняя камера условно неподвижна (т.е. ее кронштейн связан с корпусом станка при движении заготовки или с соответствующей кареткой при движении проволоки), а верхняя может перемещаться как по вертикали (ось Z), так и в горизонтальной плоскости (оси U,V), причем ось U параллельна X, а V – Y. Перемещение в плоскости UV обеспечивает наклон проволоки относительно плоскости основного движения XY, что необходимо для конического резания. Перемещение по оси Z позволяет согласовать положение верхней камеры с толщиной обрабатываемой заготовки, при этом нижняя камера постоянно установлена так, чтобы ее направляющая проволоки была по возможности ближе к плоскости стола крепления заготовки. Обычно в процессе резания положение оси Z не изменяется, так что в дешевых моделях иногда отсутствует автоматический привод, и ось Z перемещается и фиксируется вручную.

   Одновременное синхронизированное перемещение по нескольким осям характерно и для станков, использующих механические принципы обработки; с этой точки зрения электроэрозионные станки даже проще, т.к. в них практически отсутствуют усилия резания, а значит требуются менее мощные моторы и приводы, но необходимы дополнительные системы электрода-проволоки и генератора технологического тока. Автоматическое позиционирование по осям X, Y, U, V, Z и согласованное функционирование других систем предполагает обязательное наличие числового программного управления (ЧПУ), обычно реализуемого в современных станках на базе наиболее распространенных PC-совместимых компьютеров, но в промышленном исполнении.

   В составе станка можно также выделить систему электропитания, которая не только вырабатывает и коммутирует необходимые питающие напряжения, но и обеспечивает правильный порядок включения и выключения, в том числе аварийного, выполняет диагностику, следит за состоянием питающей сети, поддерживает питание ЧПУ и дисплея от аккумуляторных батарей при кратковременном (до нескольких минут) пропадании сетевого питания, позволяет выполнять автоматическое отключение в так называемом «ночном» режиме по окончании программы или при возникновении ситуации, когда продолжение работы невозможно без вмешательства оператора, и др.

Система позиционирования по осям X, Y, U, V, Z

   Сначала рассмотрим принципы управления перемещениями по осям исходя из требований геометрии детали, а затем – пути их реализации. В случае, когда боковая поверхность детали имеет форму обобщенного цилиндра, т.е. получается при перемещении прямолинейной образующей параллельно самой себе, в процессе резания достаточно движения проволоки относительно заготовки только по двум осям XY. В большинстве случаев заготовка имеет параллельные плоские грани сверху и снизу, которые устанавливаются параллельно плоскости XY; при перемещении по осям X и Y контуры, описываемые направляющими проволоки, а также точками пересечения проволоки с верхней и нижней гранями заготовки одинаковы. Контур представляет собой последовательность участков (кадров), причем конец текущего кадра совпадает с началом следующего. Описание геометрии требуемого контура, ограничивающего деталь, а также другая необходимая информация содержится в стандартной форме в виде ISO-программы, которая интерпретируется станком в процессе резания. Любой станок с ЧПУ может выполнять перемещения по контуру, элементами которого являются отрезки прямых и дуги окружности. Поскольку отрезками прямых (даже без использования дуг) можно в принципе с необходимой точностью аппроксимировать заданный контур за счет уменьшения длины отрезков и увеличения их числа, насущной потребности в реализации более сложных кривых нет; однако, программа при этом становится очень громоздкой и необозримой, и ее ручная коррекция невозможна. Поскольку ISO-программа представляет собой некоторый текст, но написанный по строгим правилам, ее можно для деталей простой формы составить вручную; однако, более типичным является применение различных программ автоматизированного проектирования, которые в наглядном интерактивном режиме позволяют строить геометрические элементы и сопрягать их, т.е. получать контуры, которые автоматически переводятся в последовательность геометрических ISO-команд, а также добавлять необходимые технологические команды управления генератором, перемоткой, промывом, задавать необходимые системы координат и эквидистантные смещения, скорость подачи и др.

   Геометрия детали, боковая поверхность которой не является цилиндрической, задается парой связанных контуров, располагающихся в параллельных плоскостях, нижняя из которых называется базовой, а верхняя – вторичной; обычно эти плоскости совпадают с гранями заготовки, но это не обязательно. Необходимым условием является равное количество кадров в обоих контурах, при этом любой точке нижнего контура соответствует одна точка верхнего в том же номере кадра; в частности, связанными точками являются границы соответствующих кадров; в принципе возможны кадры нулевой длины. Таким образом, для любой точки базового контура однозначно задается положение проволоки в пространстве, поскольку известны координаты второй точки, определяющей прямую. Однако, в отличие от цилиндрического резания, эти координаты нельзя непосредственно использовать для управления движением, поскольку система управления станка по осям X,Y,U,V контролирует станочные координаты направляющих проволоки, не совпадающие с координатами точек в базовой и вторичной плоскостях; более того, система координат UV, задающая наклон проволоки, в отличие от плоскости XY, вообще не совпадает с системой координат детали, в которой задан верхний контур: координаты UV являются разностными. Для управления движением координаты направляющих по осям XY и UV рассчитываются по координатам точек в базовой и вторичной плоскостях с помощью простых тригонометрических соотношений; конечно, при этом необходимо знать координаты по оси Z нижней и верхней направляющих проволоки и обеих плоскостей.

   При больших (> 15 градусов) углах наклона проволока сильно изгибается в направляющих, что увеличивает трение и заметно ухудшает точность, т.к. желательно по возможности увеличивать радиус изгиба, при этом расчетные точки положения концов рабочего участка проволоки будут смещаться по вертикали в зависимости от угла наклона, и эти смещения определяются формой продольного сечения направляющих (фильер) и жесткостью проволоки. Даже при максимально близком расположении фильер к срезам сопел промыва диаметр отверстия сопла при большом наклоне проволоки приходится увеличивать (посредством кранов подачи СОЖ). При резке под конус используются дополнительные опоры для проволоки при больших углах наклона, значительные смещения высоты концов рабочего участка проволоки учитываются при управлении.

   Любое цифровое управление, в т.ч. и управление движением по заданной траектории предполагает дискретизацию по времени. Управляющие воздействия по каждой оси вычисляются и вводятся через постоянные интервалы дискретизации T. Величина T должна быть достаточно мала, чтобы даже при максимальных скоростях ошибки из-за запаздывания управления не превышали заданного предела, но достаточно велика, чтобы управляющий компьютер успел провести за это время все необходимые вычисления; обычно T=0.1..10 мсек. Координаты точки траектории в следующем периоде регулирования рассчитываются по уравнению, описывающему текущий элемент контура, и заданной скорости; разность между рассчитанными и текущими координатами пропорциональна необходимой мгновенной скорости и определяет величину управляющего воздействия в данном периоде регулирования по данной оси.

   Описанная выше система координат станка (оси XY – перемещение нижней направляющей проволоки относительно заготовки в горизонтальной плоскости, оси UV – перемещение верхней направляющей относительно нижней тоже в горизонтальной плоскости, ось Z – перемещение верхней направляющей по нормали к плоскости XY) может быть реализована в различных вариантах. В частности, по осям X и Y может перемещаться как проволока, так и заготовка – с точки зрения управления это не имеет значения. При задании положительных направлений принято считать, что движется инструмент, т.е. проволока. В станках с небольшими полями обработки обычно по обеим осям перемещается заготовка, а все элементы тракта проволоки неподвижны относительно станины. Изготовители станков, в которых заготовка неподвижна, аргументируют такой выбор тем, что при этом легче обеспечить жесткость конструкции при массивных заготовках, а также тем, что масса движущихся частей, а значит и динамические параметры системы практически постоянны и не зависят от массы заготовки. Но при этом обычно получается, что опорные точки движущихся кареток расположены дальше от направляющих проволоки, чем в распространенной конструкции, где каретки X и Y расположены друг над другом и образуют стол, на котором крепится заготовка. Это приводит к тому, что отклонения от прямолинейности движения в направляющих X или Y приводят к ошибкам в положении проволоки, умноженным в несколько раз.

   Поступательное движение по всем осям практически всегда получается из вращательного движения электромоторов с помощью ходовых винтов. В каретках UV с небольшими полями обычно используются винты с малым шагом (0.5..1мм) и разрезные гайки для уменьшения люфтов, на остальных осях – безлюфтовые шаровинтовые пары с шагом 2..5 мм.

   Применяются два основных способа определения текущих координат: разомкнутая система с шаговыми моторами и система с обратной связью, где координаты задаются специальными датчиками положения – угловыми или линейными, а моторы могут быть любого типа. Угловой датчик устанавливается на валу мотора, а линейный – на движущейся каретке. Поскольку практически используемые датчики положения являются инкрементными, т.е. выдают не саму координату, а лишь ее приращение, равное 0, +1 или -1 дискрет, в любом случае требуются реверсивные координатные счетчики, которые в разомкнутой системе считают импульсы управления, а в системе с обратной связью – импульсы от инкрементных датчиков. Начальные значения счетчиков обеспечивают привязку к станочной системе координат и записываются, когда положение соответствующей оси соответствует референсной точке. В разомкнутой системе это момент срабатывания ограничителя перемещений (или специального высокостабильного выключателя), а в замкнутой – момент достижения специальной индексной метки, которая выдается инкрементным датчиком по отдельному каналу; в угловом датчике, очевидно, такая метка повторяется на каждом обороте вала, поэтому для однозначности обычно используется ближайшая к концу оси, задаваемому ограничителем перемещений. Таким образом, ограничители перемещений или концевые выключатели, которые обычно устанавливаются на обоих концах каждой оси, являются не только устройствами защиты, но и элементами системы счисления координат.

   Обычно ограничители представляют собой механические выключатели, которые, как и другие устройства защиты, нормально замкнуты – обрыв цепи или ее отсутствие означает состояние блокировки; применяются и электронные устройства – оптические, индуктивные и на эффекте Холла, которые чаще используются для разомкнутых систем из-за повышенных требований к стабильности точки срабатывания – порядка нескольких микрон.

   Конструкция станков DK77/AZ позволяет после включения питания восстановить запомненные перед выключением координаты, что очень удобно для автоматического продолжения работы после длительного пропадания питания (так называемый «холодный» рестарт).

   Основной недостаток системы с угловыми датчиками моторов, в полной мере присущий и разомкнутой системе, связан с тем, что неидеальность ходового винта, его осевой люфт и люфты в редукторе и винтовой паре приводят к ошибкам в положении оси, особенно при реверсировании. В системе с линейными датчиками перечисленные факторы влияют только на динамические свойства, но не на точность позиционирования; однако, это не значит, что качество изготовления винтовых пар, редукторов и затяжка осевых подшипников не имеют значения, когда используются линейные датчики: это в лучшем случае скажется только на равномерности движения, а в худшем приведет к самовозбуждению и потере работоспособности. Недостатком линейных датчиков является их дороговизна, причем, в отличие от угловых, стоимость растет пропорционально длине. Поэтому линейные датчики в основном используются в прецизионных станках, обеспечивающих точность лучше 6 мкм, а в станках обычной точности чаще используются угловые датчики, но принимаются специальные меры коррекции ошибок. Систематические ошибки изготовления винтов и направляющих компенсируются программно, но для этого их надо предварительно определить с помощью внешнего измерителя; к сожалению, из-за износа и загрязнения ошибки меняются, и данные коррекции надо периодически обновлять. Люфты винтовой пары (и редуктора, если он есть) приводят к гистерезисной зависимости координаты оси от угла поворота мотора, так называемому мертвому ходу; для его компенсации при реверсе добавляют перемещение на определенное число дискрет.

   В старых станках, где из-за недостаточного уровня электроники отсутствовал графический дисплей, для проверки правильности описания контура резания и текущего визуального контроля положения делался планшет с карандашом, которые связаны с соответствующими осями; при движении по XY карандаш рисовал на листе бумаги траекторию в масштабе 1:1. В современных станках с цветными графическими дисплеями возможности отображения как траектории, так и прочих параметров так велики, что планшеты не применяются.

Система электрода-проволоки

   Простейший тракт транспортировки проволоки включает приводной вал с мотором, обеспечивающий перемотку с заданной постоянной скоростью независимо от натяжения. Износостойкие направляющие (обычно сапфировые или алмазные), ролик натяжения, закрепленный на общей оси, а также свободно вращающиеся ролики. Проволока многократного использования закольцована и движется в обе стороны. Кроме этого, необходим датчик обрыва проволоки, который реализован с помощью контроля тока на заданном участке. Проволока заменяется по желанию, например перед стартом производства емких работ, либо при её обрыве. Чем толще проволока, тем больше достижимая скорость резания (при достаточной мощности генератора технологического тока), поскольку выплавляемый объем пропорционален диаметру проволоки, а ее прочность – поперечному сечению, т.е. квадрату диаметра. Однако, толстая проволока увеличивает объем продуктов эрозии, т.е. ускоряет засорение фильтров системы очистки СОЖ; кроме того, у нее больше минимально достижимый радиус элемента контура, ограничивающий точность. Хорошее натяжение и равномерное движение проволоки особенно важно при подчистке и проведении контактных измерений. Рывки и непрямолинейность проволоки являются основной причиной ошибок контактных измерений, что напрямую приводит к ошибкам базирования, т.е. точность изготовления детали может быть неприемлемой даже при идеально вырезанном контуре, если он неправильно расположен. Следует также заметить, что все элементы тракта, которых касается проволока, должны быть изолированы от корпуса и выдерживать напряжение в сотни вольт. Все изложенное приводит к выводу, что тракт проволоки электроэрозионного станка представляет систему, от которой существенно зависит как скорость резания, так и точность и чистота поверхности.

Генератор технологического тока (ГТТ)

   Генератор обеспечивает пробой эрозионного промежутка и протекание тока через зазор, благодаря чему, собственно, и происходит резание. Для эффективного разрушения материала заготовки необходимо создать очень большую мгновенную мощность, при этом средняя энергия, выделяемая в зазоре за единицу времени и примерно пропорциональная скорости резания, должна быть ограничена из-за возможного обрыва проволоки, поэтому ток имеет вид последовательности коротких импульсов. Чем больше пиковая величина импульса тока и меньше его длительность (при той же энергии), тем лучше. При пробое параметры зазора резко меняются: сравнительно высокое электрическое сопротивления после образования плазменного канала снижается до сотых долей ома, так что напряжение на зазоре резко падает, и в этом случае генератор работает фактически при коротком замыкании. После пробоя необходимо время на восстановление свойств среды, иначе могут произойти повторные пробои в том же месте, что чревато разрушением проволоки; этот фактор ограничивает рабочую частоту. Для того, чтобы снизить вероятность такого события, пауза должна быть не менее нескольких микросекунд, длительность фронта импульса напряжения до пробоя также должна быть не очень мала (порядка микросекунды), продукты эрозии должны удаляться как можно быстрее, обновление проволоки, т.е. скорость перемотки – достаточно высока.

   Разрушение проволоки может произойти из-за недостаточной прочности, которая при прохождении проволоки через зазор снижается за счет нагрева (температура проволоки в зазоре может достигать сотен градусов при толстых заготовках) и по причине уменьшения поперечного сечения вследствие эрозии – так называемый термический обрыв; в этом случае помогает улучшение промыва и скорости перемотки. Другой механизм обрыва связан с неоднородностями зазора – образованием короткозамыкающих мостиков; при этом в небольшом объеме выделяется энергия, достаточная для быстрого разрушения проволоки за несколько импульсов тока. Вероятность возникновения коротких замыканий тем выше, чем уже и загрязненнее зазор, так что улучшение промыва здесь тоже помогает, но главным способом борьбы с такими обрывами является резкое снижение мощности генератора при обнаружении состояния короткого замыкания или близкого к нему.

   Чтобы удовлетворять изложенным выше требованиям, современный ГТТ разделен на ряд секций – поджигающих и силовых; поджигающие выдают на зазор импульсы напряжения трапецеидальной формы с заданными параметрами и поддерживают небольшой заданный ток после пробоя до подключения силовых секций, а силовые работают только после пробоя и выдают на низкоомную нагрузку токовые импульсы заданной амплитуды и длительности, формирование которых зависит от состояния зазора в данный момент. Для силовых секций очень важен коэффициент полезного действия (КПД), для поджигающих и маломощных, используемых при подчистке – стабильность параметров, поэтому они зачастую строятся совершенно по-разному.

    В первых образцах отечественных станков в качестве формирователя импульсов использовались мощные тиратроны (R-C генераторы были в доэлектронную эпоху и могли работать только в керосине как очень высокоомной среде); с помощью мощного понижающего трансформатора на выходе они могли генерировать импульсы тока в сотни ампер при длительностях менее 2 мксек, что неплохо и по современным понятиям, но имели низкую частоту и плохой КПД, не было специальных импульсов поджига. С созданием мощных высоковольтных транзисторов появилось целое поколение генераторов на основе ключей с резистивным балластом, каждый из которых создавал ток 5..10 А, коммутируя напряжение питания через балласт на зазор, т.е. несколько десятков таких ключей давали требуемую амплитуду тока. Достоинством таких генераторов является большая гибкость, позволяющая за счет управления создавать импульсные токи в широчайшем диапазоне длительностей (от десятой доли до десятков микросекунд), амплитуд и даже формы, а также высокая надежность, поскольку для каждого транзисторного ключа при любом состоянии нагрузки максимальное напряжение и ток жестко ограничены. Станки с такими генераторами, а также их модификациями, где для увеличения импульсного тока параллельно зазору подключались конденсаторы, достигли весьма высоких показателей: скорость резания свыше 120 мм*мм/мин, а чистота поверхности – на уровне современных станков; здесь нет ничего удивительного, т.к. ключи с резистивным балластом и сейчас широко применяются для поджига (пробоя) и при подчистке. Основные недостатки такой схемы – плохой КПД и большие габариты, т.к. безиндуктивные резисторы мощностью порядка сотни ватт весьма громоздки. КПД фактически равен отношению падения напряжения на зазоре (порядка 30 В) к напряжению питания последнее нельзя существенно уменьшить, т.к. уменьшится крутизна фронта тока, импульсы будут треугольными и с меньшей амплитудой.

    В последнее десятилетие большое распространение получили конструкции силовых каскадов, где через транзисторный ключ к зазору подключается предварительно заряженный конденсатор. При этом форма импульса тока практически совпадает с полуволной синуса, т.к. образуется колебательная система, индуктивность которой определяется цепью подвода, а емкость равна сумме емкостей конденсаторов, подключенных в данном периоде к зазору. Таким образом, длительность и амплитуда импульса тока пропорциональна квадратному корню из числа одновременно работающих секций, а амплитуда, кроме того, тем больше, чем больше напряжение на конденсаторах. За счет энергии, накопленной в индуктивности подвода, по окончании импульса тока конденсаторы оказываются заряженными в противоположной полярности, но напряжение меньше первоначального, т.к. часть энергии расходуется в зазоре. С помощью специальных цепей, содержащих дроссели с последовательно включенными диодами, выполняется перезаряд конденсаторов с добавлением энергии от источника питания, в результате чего в конце цикла полярность восстанавливается, а напряжение увеличивается. Накопление и преобразование энергии в реактивных L C цепях не сопровождается потерями в отличие от резистивных схем, потери возникают лишь из-за неидеальности элементов, поэтому достижимый КПД выше, а требуемая мощность источника питания – меньше.

Заключение

  Перечислим основные факторы, влияющие на качественные показатели станка – точность, производительность и шероховатость поверхности, имея в виду, что все системы станка исправны. Ошибки при изготовлении детали складываются из ошибок установки, базирования, позиционирования и связанных с особенностями технологии. Если горизонтальная поверхность (база) заготовки не параллельна плоскости XY, то даже если проволока выставлена по нормали к базе, будут ошибки искажения масштаба, если плоскость базы не параллельна данной оси. Причины ошибок позиционирования частично рассмотрены в соответствующем разделе и связаны в основном с неточностью изготовления направляющих, недостаточной жесткостью конструкции, непараллельностью и неперпендикулярностью соответствующих осей и др.; эти ошибки в большинстве систематические и могут быть скомпенсированы программно. Ошибки базирования обусловлены ошибками контактных измерений, которые можно уменьшить увеличением времени усреднения и специальной обработкой результатов, а также обеспечением постоянных условий измерений, например, в струе воды.

   Специфические ошибки проволочно-вырезных станков в основном связаны с непрямолинейностью проволоки как электрода-инструмента на рабочем участке и с неодинаковой ее толщиной по высоте реза из-за постепенного износа от входа в зазор до выхода. Непрямолинейность проволоки вызвана ее прогибом под действием сил электромагнитной и газодинамической природы; при первичном резе равнодействующая этих сил направлена в горизонтальной плоскости по касательной к траектории, описываемой центром проволоки на данной высоте, в сторону прорезанного участка, при повторных проходах – по нормали к обрабатываемой поверхности. Эти силы уравновешиваются только силами упругости проволоки. Прогиб тем больше, чем толще заготовка, выше интенсивность эрозионного процесса и меньше ширина промежутка. Износ проволоки вызывает конусность вертикального профиля реза, колебания – «бочку», которая усугубляется неоднородностью зазора: при симметричном промыве концы зазора содержат меньше продуктов эрозии, чем его центр. Очевидно, прогиб проволоки не вызывает искажения формы на прямолинейных участках контура при первом резе, но проявляется при изменении направления тем сильней, чем меньше радиус поворота, поэтому на участках с большой кривизной уменьшается скорость подачи, мощность генератора и принимается ряд других мер, совокупность которых называется стратегией обработки углов и малых радиусов. Во всех случаях увеличение натяга проволоки уменьшает описанные вертикальные искажения; точность также повышается при уменьшении давления промыва и увеличении зазора. Когда длины связанных элементов при двухконтурном резании сильно различаются или тангенциальные составляющие скорости проволоки в базовой и вторичной плоскостях направлены противоположно, возникают дополнительные ошибки конусности, поскольку разные скорости подачи на разных высотах соответственно приводят к разной ширине зазора. Значительные ошибки формы детали могут быть также вызваны силами внутренних напряжений закаленной заготовки в процессе резания; для уменьшения этих искажений применяются различные меры разгрузки заготовки: уменьшение высоты реза фрезерованием паза вдоль контура до закаливания (при изготовлении матриц), выполнение предварительных разрезов в местах концентрации напряжений, специальная термообработка и др. Самым надежным способом устранения таких искажений является многопроходная обработка с увеличенным припуском на первом проходе. Ошибки, связанные с тепловым расширением заготовки и элементов конструкции станка, можно уменьшить поддержанием стабильной температуры воздуха в помещении, где установлен станок и охлаждением воды до температуры воздуха; в погружном станке эти ошибки меньше, чем в струйном, благодаря стабилизирующему действию большой массы воды в рабочей ванне.

   Основным фактором, повышающим производительность резания, является увеличение мощности, выделяемой в зазоре, т.е. энергии (амплитуды и длительности) и частоты импульсов тока. Щели больше 0.1 мм приводят к существенному падению давления в эрозионном промежутке, и, хотя общий расход воды может быть даже больше, она утекает мимо. С другой стороны, слишком плотное прижатие камер к заготовке может вызывать их смещение от нормального положения в горизонтальной плоскости за счет сил трения; в любом случае – упругие или неупругие смещения – это ошибки контура. Если же сдвинется заготовка – это скорее всего неисправимый брак. Другие факторы, повышающие стойкость проволоки – увеличение диаметра, повышение скорости перемотки и обеспечение ее стабильности при умеренном натяге, специальное покрытие (оцинковка). Наконец, очень важно поддержание оптимальных параметров эрозионного промежутка за счет регулирования скорости подачи и мощности генератора.

   Шероховатость поверхности, измеренная вдоль проволоки, зависит от энергии и формы импульсов тока: глубина лунок тем меньше, чем меньше длительность (при постоянной энергии). Размер неровностей в поперечном направлении больше, чем в продольном, за счет неидеальной формы проволоки и флюктуаций вектора скорости подачи, которые вызывают нестабильность бокового зазора при подчистке.

 

Станкостроение - 2015 13.10.2015 02:15 Продукция компании Альта была представлена на состоявшейся выставке в г. Москва -  с 13 по 16 октября 2015г. Машиностроение. Металлургия. Металлообработка 14.09.2015 05:01 Продукция компании Альта была представлена на состоявшейся выставке в г. Ижевск -  с 07 по 10 апреля 2015г. "Металлообработка. Сварка - 2015" 13.04.2015 02:58 Продукция компании Альта была представлена на выставке в г. Пермь - Металлообработка. Сварка - 2015" состоявшейся с 07 по 10 апреля 2015г.