ЭЛЕКТРОД-ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ СФЕРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
TOOL-ELECTRODE FOR ELECTRICAL DISCHARGE MACHINING OF SPHERICAL SURFACES

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при разработке технологических процессов и проектировании технологической оснастки для электроэрозионного формообразования прецизионных сферических поверхностей в виде шаровых сегментов или шаровых поясов.
Известен способ электроэрозионной обработки (ЭЭО) сферических поверхностей, в котором используются трубчатые цилиндрические электроды-инструменты (ЭИ), вращающиеся вокруг своей оси и работающие при обработке выпуклых или вогнутых сферических поверхностей, соответственно внутренней или наружной кромкой [а.с. №442909 СССР, приоритет от 10.07.1972, опубл. 15.09.1974 г., В23Р 1/00]. ЭЭО основана на удалении припуска за счет эрозии металла под воздействием последовательных электрических импульсов, возникающих в межэлектродном промежутке (МЭП), - пространстве между электродом-инструментом (ЭИ) и заготовкой. Для формирования необходимого МЭП и для удаления из зоны обработки продуктов эрозии электроэрозионную обработку обычно ведут в среде диэлектрической жидкости, в которую погружаются заготовка и ЭИ. Использование трубчатого (полого) ЭИ позволяет отказаться от погружения зоны обработки в жидкость и прокачивать ее через полость ЭИ.
Недостатком данного технического решения является нестабильность формы инструмента, кромка которого из-за эрозии ЭИ быстро теряет первоначальную форму, и в обработку вступает площадь прилегающей части сечения ЭИ. Кроме того, в процессе обработки изменяется радиус обрабатываемой сферической поверхности, что приводит к нарушению основного признака технического решения.
Наиболее близким к предлагаемому является выбранный в качестве прототипа способ электроэрозионной обработки сферических поверхностей трубчатым ЭИ, при котором в процессе эрозии ЭИ происходит его самопрофилирование [Халдеев В.Н., Иванов А. А., Завалишин Ю.К. Электроэрозионное формообразование прецизионных оболочек сферической формы. - Саров, 2011, стр. 15-18, рис. 2.4]. При установленных условиях торец самопрофилирующегося электрода-инструмента в процессе эрозии также принимает сферическую форму, эквидистантную обрабатываемой поверхности (фиг. 1). В ходе дальнейшей обработки, независимо от ее продолжительности, сферическая форма рабочей поверхности ЭИ сохраняется. Недостаток данного технического решения определяется тем, что для ЭЭО самопрофилирующимся инструментом характерна интенсивная эрозия ЭИ. С учетом того, что ЭИ изготавливают преимущественно из дорогостоящей меди или медных сплавов, это связано с большими технологическими расходами, особенно при больших габаритах ЭИ. Кроме того, рассмотренный способ требует изготовления для каждого вида и размера заготовки электродов с индивидуальными значениями внешнего и внутреннего диаметров. Это сопровождается большим расходом металла и высокими затратами на изготовление ЭИ.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является возможность производить обработку сферических поверхностей различных размеров одним и тем же инструментом, после незначительной его переналадки. Это повышает производительность труда и приводит к снижению технологических расходов на изготовление оснастки для электроэрозионной обработки сферических поверхностей.
Технический результат достигается тем, что для электроэрозионной обработки сферических поверхностей различных типоразмеров применяется электрод-инструмент, ось вращения которого проходит через центр обрабатываемой сферической поверхности, находящийся на оси вращения заготовки. В состав электрода-инструмента входит по крайней мере один рабочий элемент, выполненный в виде стержня со сквозным отверстием для прокачки диэлектрической жидкости. Рабочий элемент расположен параллельно оси вращения электрода-инструмента и прикреплен к нему с возможностью регулировки расстояния от оси вращения электрода-инструмента. Рабочая поверхность стержня имеет скошенный торец, расположенный по касательной к обрабатываемой поверхности. Рабочий элемент соединен с имеющимся центральным каналом электрода-инструмента гибкой трубкой. В случае применения нескольких рабочих элементов, они распределены по окружности, описываемой их торцами при вращении электрода-инструмента вокруг оси.
На фиг. 1 показан осевой разрез электрода-инструмента и заготовки с обрабатываемой сферической поверхностью, где:
1 - заготовка;
2 - рабочий элемент;
3 - механизм радиального перемещения;
4 - механизм поворота рабочих элементов;
5 - центральный канал электрода инструмента;
6 - гибкая трубка;
7 - сферообразующий контур;
8 - образующая окружность.
Электрод-инструмент (фиг. 1) устроен и работает следующим образом. При обработке он приводится во вращение вокруг своей оси, которая пересекается с осью вращения заготовки 1 в центре обрабатываемой сферической поверхности. В состав электрода-инструмента входит рабочий элемент 2 (в данном случае два рабочих элемента), выполненный в виде стержня с постоянным по длине сечением. При вращении электрода-инструмента торец рабочего элемента 2 описывает образующую окружность 8, которая при вращении заготовки 1 вокруг своей оси, с учетом геометрических особенностей рассматриваемой системы, эквивалентна сферообразующему контуру 7 обрабатываемой поверхности и обеспечивает ей сферическую форму. Диаметр образующей окружности 8 регулируется таким образом, чтобы образующая окружность 8 полностью охватывала сферообразующий контур 7 обрабатываемой поверхности. Изменение диаметра образующей окружности 8 обеспечивается механизмом радиального перемещения 5, создающим возможность изменения расстояния R оси рабочего элемента 2 от оси вращения электрода-инструмента. Для сокращения периода приработки торца рабочего элемента 2 относительно сферической поверхности, торец располагается по касательной к обрабатываемой сферической поверхности, что достигается выбором угла скоса торца и регулировкой углового положения рабочего элемента 2 относительно его оси при помощи механизма поворота 4. Принципиально для сферообразования достаточно одного рабочего элемента 2, однако для повышения производительности обработки и обеспечения непрерывности электрического контакта может использоваться несколько рабочих элементов, размещенных по образующей окружности. Поперечный размер самих рабочих элементов 2 принципиального значения не имеет, он может приниматься из условия оптимизации производительности обработки во взаимосвязи с условиями самопрофилирования инструмента.
Чтобы, по мере изнашивания рабочих элементов, диаметр образующей окружности не искажался, рабочие элементы располагают параллельно оси вращения электрода-инструмента.
Для заполнения межэлектродного промежутка диэлектрической жидкостью полости рабочих элементов 2 соединяются с центральным каналом электрода инструмента 5 гибкой трубкой 6.