СТАНОК СПЕЦИАЛЬНЫЙ ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ

Предлагаемая полезная модель относится к области станкостроения, а именно - к станкам для электрохимической обработки (ЭХО) глубоких отверстий хонингованием в деталях типа труб из конструкционных сталей и сплавов и может найти широкое применение в общем и специальном машиностроении.
Электрохимическая обработка деталей из жаропрочных, высокопрочных и вязких конструкционных материалов, обработка которых резанием и другими традиционными методами затруднительна, особенно при изготовлении ответственных деталей точных по форме и специального назначения как в отечественной, так и в зарубежной практике приобретает все большее значение, как наиболее перспективная.
Электрохимическое хонингование применяется для размерной обработки неглубоких и глубоких отверстий и полостей постоянного сечения. Этот метод обработки основан на одновременном электрохимическом и механическом воздействии на обрабатываемую поверхность. Технологические схемы электрохимического и обычного хонингования сходны. Обычное хонингование производится специальной головкой с укрепленными на ней абразивными брусками, при этом шарнирно соединенная со шпинделем станка головка совершает возвратно-поступательное и вращательное движение, тем самым обеспечивая съем металла [1]. При абразивно-электрохимическом хонинговании кроме механического воздействия на материал детали абразивным инструментом дополнительно на материал заготовки воздействуют энергией электрического тока, формирующей поток заряженных частиц в зоне обработки и способствующей более эффективному удалению излишней части материала заготовки, при этом к станкам для электрохимического хонингования предъявляются повышенные требования по качеству
2
обрабатываемой поверхности, погрешности и производительности обработки, величины необходимых припусков на обработку, энергоемкости процесса. Особенностью процессов ЭХО является высокая локальная плотность анодного тока (70-100 А/см. и более) на поверхности обрабатываемой заготовки. Регулируемый в процессе ЭХО межэлектродный зазор при обработке составляет 0.1-0.5 мм и может достигать сотых долей мм. Напряжение на электродах в процессе ЭХО колеблется в пределах 20-24 в. Удаление продуктов обработки обеспечивается прокачкой раствора электролита через межэлектродный промежуток со скоростью потока в несколько десятков метров в секунду. При оптимальных режимах ЭХО с высокой производительностью точность заданных размеров обрабатываемых деталей достигает 0.05-0.15 мм. В станках для ЭХО-обработки глубоких отверстий роль автономного катода выполняет металлический "корпус хон-головки, разделенный абразивными или алмазными брусками на несколько параллельно работающих зон, а подачу электролита в рабочую зону ведут через корпус хона или через хонингуемое отверстие. Этот вариант реализуется на станках моделей 3820Э и 3822Э обеспечивает более высокую стабильность процесса, однако его конструктивное исполнение сложно [2] и, кроме того, на известных станках возможна обработка глубоких отверстий до 40 мм.
Процессу хонингования с использованием абразивных брусков свойственны следующие недостатки:
- происходит шаржирование обрабатываемой поверхности зернами абразива с образованием при этом надиров;
- высокий износ абразивных брусков, а при хонинговании вязких материалов их «засаливание»;
- шероховатость поверхности при хонинговании не превышает 10-11 класса чистоты.
Эти недостатки устраняются при электрохимическом хонинговании, которые в большинстве случаев осуществляются на модернизированных
металлообрабатывающих станках (например, для обработки глубоких отверстий), однако наибольшего эффекта от использования станков электрохимического хонингования можно достичь максимальной их специализацией, особенно для изделий специального назначения (деталей типа труб с диаметром до 400 мм. и длиной до 8000 мм. и более).
Известны станки для ЭХО-обработки хонингованием внутренних поверхностей цилиндрических деталей с их вращением и поступательным перемещением инструмента содержащие станину с установленными на ней передней и задней бабками, средства для закрепления обрабатываемой заготовки, приводы вращения заготовки и инструмента с устройствами регулирования их числа оборотов, а также узлы подвода и отвода электролита, источник рабочего тока и средства для его подвода к заготовке и инструменту и вспомогательные устройства - агрегат очистки электролита от продуктов реакции, насосы для прокачки электролита, баки для электролита и др. [3]
Недостатком известных станков является ограниченные возможности для обработки изделий с длиной 4000-8000 мм и диаметрами более 40 мм.
В отечественном станкостроении известен специальный станок для электрохимической обработки внутренних поверхностей цилиндрических деталей хонингованием производства Рязанского станкостроительного завода модели РТ 628 [4] (прототип).
Известный станок предназначен для обработки цилиндрических деталей типа труб внутренним диаметром до 150 мм и длиной до 8000 мм алмазными хонинговальными головками совместно с электрохимической обработкой.
Станок содержит секционированные, соединенные между собой и снабженные направляющими станины бабки изделия и бабки стебля, размещенные на направляющих с возможностью перемещения снабженную полым шпинделем, коробкой скоростей, механизированным кулачковым патроном и приводом бабку изделия, снабженные индивидуальными приводами загрузочные стойки, снабженный индивидуальным приводом и
кулачковым патроном кольцевой люнет, токоподвод изделия, неподвижно закрепленные на станине осевой упор изделия и ложе базирования хонинговальной головки, установленную на направляющих с возможностью перемещения и снабженную шпинделем, коробкой скоростей, приводом вращения стебля стеблевую бабку, токоподвод стебля, снабженный кулачковым патроном стеблевой люнет, систему подачи и отвода электролита, систему подачи и отвода промывочной жидкости, систему вентиляции и средства управления станком, выполненные в виде размещенных на выносных пультах управления коммутационных и сигнальных элементов и датчиков линейных перемещений стеблевой бабки и бабки изделия.
При достаточно высоких технических характеристиках станка он обладает недостатками, заключающимися в том, что скорость вращения изделия и скорость вращения стебля в нем, а также поступательная скорость подачи стебля задается ступенчато механическими коробками скоростей; при этом все управление станком осуществляется оператором с выносных пультов. управления, что снижает производительность как в процессе предварительной наладки станка на режим обработки, так и в процессе самой обработки.
Целью предлагаемой полезной модели является повышение степени автоматизации станка и его производительности, а также снижение трудоемкости обслуживания при мелкосерийном и серийном выпуске однотипных изделий.
Поставленная цель достигается тем, что в станок специальный для электрохимической обработки глубоких отверстий, содержащий секционированные, соединенные между собой и снабженные направляющими станины бабки изделия и бабки стебля, размещенные на направляющих с возможностью перемещения снабженную полым шпинделем, коробкой скоростей, механизированным кулачковым патроном и приводом бабку изделия, снабженные индивидуальными приводами
загрузочные стойки, снабженный индивидуальным приводом и кулачковым патроном кольцевой люнет, токоподвод изделия, подвижный уплотнитель торца изделия, неподвижно закрепленные на станине осевой упор изделия и ложе базирования хонинговальной головки, установленную на направляющих с возможностью перемещения и снабженную шпинделем, коробкой скоростей, приводом вращения стебля стеблевую бабку, токоподвод стебля, снабженный кулачковым патроном стеблевой люнет, систему подачи и отвода электролита, систему подачи и отвода промывочной жидкости, систему вентиляции и средства управления станком, выполненные в виде размещенных на выносных пультах управления коммутационных и сигнальных элементов и датчиков линейных перемещений стеблевой бабки и бабки изделия дополнительно введены датчики скорости вращения изделия и стебля, датчики скорости перемещения бабки изделия и бабки стебля, приводы вращения изделия, перемещения бабки изделия, вращения и перемещения стебля выполнены бесступенчатыми, а система управления станком выполнена в виде системы числового программного управления (ЧПУ), причем выходы датчиков линейного перемещения бабки изделия, бабки стебля, скорости вращения изделия, скорости вращения и перемещения стебля подключены на вход системы ЧПУ, а ее выход через силовые преобразователи и согласующие устройства подключен к приводам вращения изделия, перемещения бабки изделия, вращения и перемещения стебля и перемещения стеблевой бабки.
Предлагаемая полезная модель представлена на чертежах, где:
- на Фиг.1 представлен, общий вид станка;
- на Фиг.2 представлен вид на станок в плане;
- на Фиг.3 представлена блок-схема системы ЧПУ
Станок содержит секционированную станину стебля 1 (см. Фиг 1) и секционированную станину изделия 2. Станины соединены между собой жестко болтами. Станина 1 снабжена направляющими 3, а станина 2 - направляющими 4. На направляющих 4 размещена бабка изделия 5 (см. Фиг.2)
с полым шпинделем 6, механизированным кулачковым патроном 7 и приводом 8, люнет кольцевой 9 с кулачковым патроном 10. Люнет снабжен приводом перемещения 11. На направляющих размещены также загрузочные стойки 12 и 13, снабженные приводами 14 и 15 соответственно, упор изделия 16, уплотнитель 17, ложе 18 и токоподвод к изделию 19. На направляющих 3 размещена бабка 20 стебля 21 с приводом вращения 22 и приводом перемещения бабки 23, люнет стебля 24 с патроном 25 и токоподвод к стеблю 26. Станок содержит также систему 27 подачи и отвода электролита с емкостью для электролита 27, насосами 28, трубопроводами 29, фильтрами 30 и отстойниками 31, систему подвода и отвода промывочной жидкости с емкостью 32, насосами 33 и трубопроводами 34. Система вентиляции содержит вентиляционную установку 35 с вентиляторами, фильтрами и воздуховодами 33. Обрабатываемая деталь 34 показана на Фиг.1, 2 в положении обработки. Управление станком осуществляется с пульта управления 35, на котором сосредоточены элементы ручного управления предварительной наладкой с соответствующей световой сигнализацией, а система ЧПУ 36 (см. Фиг.3) размещена в электрошкафу 37 с силовыми элементами управления двигателями. На вход системы ЧПУ 36 подключены датчики 38 скорости вращения изделия, 39 - линейного перемещения бабки изделия, 40 - линейного перемещения стеблевой бабки, 41 - скорости реверсивного вращения стебля и его возвратно-поступательного перемещения 42. Система управления содержит блок 43 переключения режимов работы станка «ручное-автоматическое». Выход системы ЧПУ подключен ко входам согласующих устройств 44-48, их выходы подключены на входы силовых преобразователей 49-53, а выходы последних подключены к приводам вращения изделия 54, перемещения бабки изделия 55, вращения стебля 56, перемещения стебля 57 и перемещения стеблевой бабки 58. Датчики 38-42 служат также элементами обратной связи для ЧПУ и исполнительных двигателей 54-58.
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом. Обрабатываемое изделие 34 при помощи грузоподъемных устройств устанавливается на загрузочные стойки 12, 13 и при их помощи в режиме ручного управления с пульта 35 изделие перемещается в полый шпиндель 6 и кулачковый патрон 7 и фиксируется в нем, кольцевой люнет 9 перемещается вправо (см. Фиг.2) и изделие фиксируется в его патроне. 10. К левому торцу изделия подводится уплотнитель торца 17 и производится уплотнение изделия, затем к изделию подводится токоподвод 19 и фиксируется на изделии. Перемещением стеблевой бабки приводом 23 хонинговальная головка укладывается на ложе 18, изделие при помощи бабки 6 перемещается вправо до упора 16 и фиксируется, при этом хонинговальная головка оказывается в начальной позиции обработки. В систему ЧПУ вводятся технологические параметры обработки - скорость вращения изделия, скорость реверсивного вращения стебля хонинговальной головки, скорость возвратно-поступательного перемещения стебля, которые являются показателями величины съема припуска на обработку. Затем включается система вентиляции 35 и система подачи и отвода электролита (насосы 28), включается источник рабочего тока (на чертежах не показан), электролит подается внутрь изделия. После выполнения заданного количества ходов хонинговальной головки подача электролита прекращается, источник рабочего тока отключается, стебель отводится вправо, при этом хонинговальная головка укладывается на ложе, отводится уплотнитель торца изделия и производятся технологические замеры отверстия изделия на точность и качество обработки. После уточнения параметров обработки в систему ЧПУ вводятся соответствующие поправки, к изделию подводится уплотнитель, упор изделия, хонинговальная головка вводится в изделие и станок включается в автоматический режим работы с ЧПУ. После окончания обработки отключаются источник рабочего тока и система подачи электролита, включается система промывки и после ее окончания (по показаниям контрольного прибора наличия электролита в промывочной жидкости, на чертежах не показан) производится отвод
стеблевой бабки вправо, хонинговальная головка укладывается на ложе, отводится торцевое уплотнение, производится розжим патрона люнета, отводится токоподвод от изделия, при помощи перемещения установочных стоек и бабки изделие выводится из шпинделя бабки, освобождается люнет и установочные стойки и изделие цеховым грузоподъемным механизмом переносится на последующие операции, а на станок устанавливается заготовка в соответствии с вышеизложенным, при этом обработка ведется в автоматическом режиме.
Предлагаемые технические решения позволяют значительно повысить качество обработки внутренних поверхностей глубоких (до 8000 мм и диаметром до 150 мм) отверстий, увеличить производительность станка за счет сокращения настроечных операций при обработке каждого последующего изделия, сократить затраты труда оператора.
Прелагаемые технические решения использованы на ОАО «РСЗ» при проектировании специального станка для обработки глубоких отверстий модели РТ628Ф2.
Библиографические ссылки:
1. М.И.Морозов, Г.А.Алексеев и др. «Электрохимическая обработка металлов», изд-во «Машиностроение», М., 1969 г., стр.174-175.
2. «Электрофизические и электрохимические станки», каталог Научно-исследовательского института информации по машиностроению, М., 1978 г., стр.56.
3. Б.А.Артамонов, B.C.Волков «Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов». Том 1, изд-во «Высшая школа», М., 1983 г., стр.165-166.
4. Техническая документация на станок модели РТ628 «Станок специальный для электрохимической обработки глубоких отверстий» РТ 628.00.000.СБ, РТ628.00.000 РЭ, г.Рязань, ОАО «РСЗ», 1988 г.