Проектирование средств технологического оснащения для высокоскоростной комбинированной обработки непрофилированным электродом-щеткой

УДК 621.9.047

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СРЕДСТВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОСНАЩЕНИЯ ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ НЕПРОФИЛИРОВАННЫМ ЭЛЕКТРОДОМ-ЩЕТКОЙ О.Н. Кириллов

В статье рассмотрены вопросы выбора средств технологического оснащения для комбинированной обработки электродом-щеткой, определены общие подходы, представлены результаты проектирования, предложен алгоритм выбора средств технологического оснащения для высокоскоростной обработки электродом-щеткой

Ключевые слова: средства технологического оснащения, оборудование, электрод-щетка,

инструмент

Обработка электродом-щеткой является комбинированным процессом в котором на обрабатываемую поверхность воздействуют: электроэрозионная обработка, импульсом тока формируемым в межэлектродном зазоре, определяющая производительность, точность, состояние поверхностного слоя изделия; анодное растворение металла, улучшающее качество поверхности и ускоряющее удаление припуска; механическое воздействие пучков проволоки, которое сводится к депассивации и локальному нагреву обрабатываемой поверхности [1]. Механическое воздействие проволок рабочей части электрода-щетки на обрабатываемую заготовку позволяет удалять с ее поверхности окислы, неметаллические включения, что дает возможность значительно интенсифицировать процесс обработки, расширяет технологические возможности метода. Важное значение приобретают технологические характеристики оборудования для комбинированной обработки.

При электроэрозионной обработке, где в качестве непрофилированного инструмента применяется металлическая проволока диаметром от 20 мкм до 0,5 мм, разработано серийно выпускаемое оборудование для проволочной вырезки, а также многокоординатные

обрабатывающие центры для электроэрозионных операций прямого копирования. Известно оборудование для электрохимической

последовательно строчной обработки

непрофилированными электродами-инструментами (в форме стержня с полусферическими и плоскими рабочими торцами) [1]. Однако выпускаемое

серийное оборудование для электроэрозионной и электрохимической обработки очень специфично и не может быть использовано для обработки непрофилированными электродами-инструментами другой формы, конструкции и размеров, кроме изначально предусмотренной. Обработка электродом-щеткой, вследствие высокой производительности процесса и достигаемого качества поверхностного слоя (до Яа 0,1 мкм), универсальности (она охватывает все значимые параметры основных непрофилированных

Кириллов Олег Николаевич - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, тел. 89081472413

электродов-инструментов) представляет наибольший интерес для машиностроительных предприятий. На современном этапе развития машиностроения отсутствует серийно выпускаемое оборудование для комбинированной обработки непрофилированным электродом-щеткой. По этой причине обработка электродом-щеткой

осуществляется на модернизированном под комбинированную обработку с наложением электрического поля металлорежущем

оборудовании: шлифовальном [2], сверлильном [3], фрезерном [4], токарном [5]. Однако полное использование всех возможностей комбинированного метода обработки возможно только при изготовлении разработанного специального оборудования, имеющего регулируемые окружные скорости, при числе оборотов шпинделя до 60000 об/мин, которое позволяет учесть всю специфику совмещенного процесса и особенности выполняемых технологических операций. Проведенные теоретические исследования закономерностей комбинированной обработки непрофилированным электродом-щеткой и их экспериментальная проверка, в том числе в производственных условиях, позволили

сформировать основные требования к изготовлению технологического оснащения. В общем случае технологическое оснащение включает следующие агрегаты:

1. Станок (специальный или модернизированный для комбинированной обработки непрофили-рованным электродом).

2. Пульт управления (система управления оборудованием).

3. Источник питания (с бесступенчатой регулировкой напряжения и токоподводом).

4. Насосная станцию с коммуникациями

5. Емкость для хранения и приготовления рабочей жидкости

Так как на переоборудование шлифовального станка для комбинированной обработки непрофилированным электродом-щеткой требуются наименьшие затраты, рассмотрим модернизацию оборудования на его примере. Вначале выбирается модель шлифовального станка. Для предотвращения попадания рабочей жидкости в окружающую

среду, что приводит к коррозии элементов оборудования и снижает точность обработки, станок оснащается рабочей камерой обеспечивающей изоляцию зоны обработки. Высокоскоростная обработка происходит с окружными скоростями на периферии электрода-щетки от 40 м/с и выше, что позволяет получать поверхности высокого качества с шероховатостью Яа 0,08 мкм и ниже и сохранением начальной геометрической точности. Для этого станок оснащается приводами вращения и подачи инструмента, обеспечивающими достижение заданных режимов обработки. Величина хода, настроечные перемещения выбираются в

зависимости от особенностей выполняемых технологических операций, геометрических размеров, конструктивных особенностей обрабатываемых изделий, физико-механических свойств материала, из которого они изготовлены. Привод подачи электрода-инструмента должен обеспечивать не только рациональный рабочий ход, но и его ускоренное перемещение. Для изменения схемы обработки необходимо наличие реверса вращения электрода-щетки, что расширяет

технологические возможности оборудования. Для изоляции корпуса станка, в месте установки подшипников на шпиндель, применяются вставки из диэлектрического материала (капролона, фторопласта, текстолита, капрона и др.). Через меднографитовые или графитовые щетки, изолированные от корпуса шпиндельного узла, рабочее напряжение подается на токосъемное кольцо, которое устанавливается в месте крепления привода шпинделя станка. Для защиты подшипников и элементов токоподводов к

электроду-щетке от попадания рабочей жидкости необходимо располагать их вне рабочей зоны.

С целью предотвращения возникновения блуждающих токов на внутреннюю поверхность рабочего стола станка крепится плита из диэлектрического материала. После этого устанавливается рабочая плита для крепления обрабатываемых заготовок. На нее крепится токоподвод. От стола станка рабочая плита изолируется с помощью диэлектрических шайб. От корпуса станка необходимо изолировать помпу для подачи рабочей жидкости в зону обработки и ее коммуникации, контактирующие с корпусом станка.

Необходимо предусмотреть возможность обработки изделий не только с подачей рабочей жидкости поливом, но и с погружением в рабочую среду. Для обеспечения стабильного протекания процесса комбинированной обработки в оборудовании необходима система

терморегулирования и очистки рабочей жидкости. Узлы оборудования, контактирующие с рабочей средой, необходимо изготавливать в

антикоррозионном исполнении, в частности из неметаллических материалов, неподдающихся анодному растворению. Станок должен иметь надежную токоизоляцию станины и рабочей зоны, а также автономную вытяжную вентиляцию.

Требования для модернизации оборудования других групп (фрезерной, токарной, сверлильной) сводятся к максимальной изоляции рабочей зоны от корпуса станины и окружающей среды, что позволяет обеспечить длительный срок использования оборудования с достижением заданных технологических показателей. При изготовлении серийного оборудования или модернизации имеющегося в наличие парка металлорежущих станков для комбинированной обработки электродом-щеткой применяются меры техники безопасности, соответствующие оборудованию для электрических методов обработки.

На рис. 1 представлено изготовленное

технологическое оснащение для чистовой комбинированной обработки электродом-щеткой.

Рис. 1. Технологическое оснащение установки для чистовой комбинированной обработки

Шпиндель 1 установки изготовлен точением из стали 45. Для устранения дефектов после термообработки шпиндель шлифуется до шероховатости Яа 1,25 мкм. Токоподвод 2 изготовлен из латуни, так как она обладает высокими физико-механическими свойствами и недорога по сравнению с медью. Использование токоподвода, изготовленного из латуни, позволяет обеспечить надежность передачи электрического тока. Для изоляции токоподвода используется капроновая диэлектрическая прокладка 3. Корпус непрофилированного электрода-инструмента 4 изготовлен из стали 45. Его закрепление на шпинделе установки происходит с помощью крепежной шайбы.

На рис. 2 показана сборка электрода-щетки на шпинделе установки.

Рис. 2. Сборка электрода-щетки на шпинделе установки

Корпус электрода-щетки 1 имеет внешний диаметр 75 мм и закрепляется на шпинделе 2 установки. В корпусе, для размещения пучков проволоки 3 рабочей части щетки, на

универсально-фрезерном станке, проделаны отверстия 4. Они размещены по периферии электрода-щетки через 30° друг от друга.

Число отверстий в корпусе электрода-щетки рассчитывается и зависит от внешнего диаметра щетки. Диаметр электрода-щетки выбирается в зависимости от выбранной схемы обработки, выполняемой технологической операции. Рабочая часть электрода-щетки изготовлена из латунной проволоки диаметром 0,15 мм и имеет максимальную длину до 30 мм. Расположение пучков проволоки рабочей части под углом 30° к оси вращения шпинделя установки позволяет повысить окружную скорость на периферии электрода-щетки и увеличить площадь

обрабатываемой за один проход поверхности заготовки. Диаметр проволок рабочей части электрода-щетки и материал для их изготовления выбираются в зависимости от вида обработки и требований предъявляемых к обработанной поверхности изделия.

Для комбинированной обработки

непрофилированным электродом-щеткой в качестве источников питания, преобразующих переменный ток в постоянный и обеспечивающих подачу напряжения в рабочую зону станка, применяются промышленные трансформаторы.

Требования к изготовлению электродов-щеток применяемых для высокоскоростной размерной комбинированной обработки приведены в [6]. В целях устранения дисбаланса и приведения проволок пучков к номинальному заданному диаметру электроды-щетки, используемые для размерного формообразования, шлифуют по периферии диска и окончательно правят на обратной полярности электрохимическим методом.

Как правило, шлифование щетки по наружному диаметру осуществляется боковой поверхностью шлифовального круга, но могут применяться и другие абразивные инструменты. Шлифование осуществляется в следующей последовательности: вначале электроду-щетке

задается высокая окружная скорость, достаточная для придания проволокам пучков линейного положения (в нашем случае от 40 м/с и выше) и только после этого назначается величина контакта щетки и шлифовального круга, как правило до нескольких десятых долей миллиметра. Для выравнивания условий контактирования проволок пучка с обрабатываемой заготовкой

осуществляется правка электрода-щетки электрохимическим методом на обратной полярности. Для этого могут использоваться шлифовальные круги на токопроводящих связках, что позволяет проводить шлифовку и правку одним инструментом, а также другие электроды-инструменты. Электроду-щетке задается вращение с заданной окружной скоростью, до приведения проволок в положение близкое к радиальному, затем накладывается электрическое поле

напряжением до 4 В и с минимальной величиной зазора, применяемого при электрохимической обработке, осуществляется правка щетки. При этом используется реверсивное вращение электрода-щетки, что достигается переключением обмоток статора электродвигателя. Изменение вращения электрода-щетки на противоположное создает одинаковые условия работы для всех проволок пучков, находящихся в рабочей зоне. Время правки электрода-щетки определяется достижением периферией диска заданного значения диаметра.

Из-за отсутствия серийно изготавливаемого оборудования проектирование средств технологического оснащения для высокоскоростной

обработки непрофилированным электродом-щеткой можно свести к последовательности действий представленных на рис. 3.

Выводы:

Рассмотрены требования к проектированию средств технологического оснащения для

высокоскоростной комбинированной размерной обработки непрофилированным электродом-щеткой; предложен алгоритм их выбора;

представлено разработанное и изготовленное технологическое оборудование для чистовой обработки.

Литература

1. Зайцев А.Н. Принципы создания

интегрированных технологических операций физикохимической обработки скульптурных поверхностей деталей машин / А.Н. Зайцев // Оптимизация технологических процессов по критериям прочности: межвуз. темат. науч. сб. Уфа: УАИ, 1989.

2. Кириллов О.Н. Чистовая обработка переходных участков непрофилированным электродом / О.Н. Кириллов // Известия Орел ГТУ Сер. Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2009. № 22/274 (560). С. 66-71.

3. Кириллов О.Н. Область использования непрофилированного электрода-щетки / О.Н. Кириллов, В.П. Смоленцев //Модернизация машиностроительного комплекса России на научных основах технологии машиностроения (ТМ-2011):сб.тр. междунар. науч.-техн. конф. Брянск: БГТУ, 2011. С. 118-119.

4. Смоленцев В.П. Удаление заусенцев электродом-щеткой / В.П. Смоленцев, О.Н. Кириллов, Н.В. Сухоруков // Наукоемкие технологии в машиностроении и приборостроении: тез. докл. Российской науч.- техн. конф. Рыбинск, 1994. С. 209-210.

5. Гунин В.И. Модернизация токарно-винторезного станка для обработки электродом-щеткой / В.И. Гунин, О.Н. Кириллов, А. В. Писарев // Теория и практика машиностроительного оборудования: тез. докл. седьмой регион. межвуз. конф. Воронеж: ВГТУ, 2000. Вып.7. С. 15-16.

6. Кириллов О.Н. Инструмент для зачистки сварных швов / О. Н. Кириллов // Нетрадиционные технологии в машиностроении и приборостроении: межвуз. сб. науч. тр. Воронеж, 1998. Вып. 2. С. 33-37.

7. Кириллов О.Н. Технология комбинированной обработки непрофилированным электродом: монография / О.Н. Кириллов. Воронеж: ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2010. 254 с.

Рис. 3. Алгоритм выбора средств технологического оснащения для высокоскоростной обработки электродом-

щеткой

Воронежский государственный технический университет

THE DESIGNING OF THE MEANS OF TECHNOLOGICAL EQUIPMENT FOR HIGHSPEED COMBINED MACHINING BY A NON-PROFILE ELECTRODE-BRUSH O.N. Kirillov

The problems of the choice of the means of technological equipment for combined machining by an electrode - brush are considered in this article, general approaches are defined, the results of the designing are presented, the algorithm of the choice of technological equipment means for high -speed machining by an electrode - brush is proposed

Key words: means of technological equipment, equipment, electrode - brush, instrument