СПОСОБ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО ВЫРЕЗАНИЯ ЭЛЕКТРОДОМ - ПРОВОЛОКОЙ ВНУТРЕННИХ УГЛОВ КОНТУРА ДЕТАЛИ Российский патент 1994 года по МПК B23H7/02 

Изобретение относится к электрофизическим способам обработки и может быть использовано в станкоинструментальной, электронной и приборостроительной отраслях промышленности.

При электроэрозионном вырезании электродом-проволокой под воздействием электрических разрядов возникают погрешности на обрабатываемых деталях, связанные с прогибом электрода-проволоки. Величина прогиба достигает до 0,5 мм и более. Эти погрешности проявляются особенно существенно при резких изменениях направления перемещения электрода-проволоки, т.е. при обработке углов контура детали.

Известен способ, при котором направляющие электрода-проволоки останавливаются в узловой точке эквидистантны первой грани внутреннего угла на некоторое время. За время паузы электрод-проволока постепенно выпрямляется под действием усилия натяжения. Скорость перемещения электрода-проволоки постепенно уменьшается до нуля, что ведет к расширению паза в плоскости, перпендикулярной оси электрода-проволоки из-за дополнительных боковых разрядов. Увеличение ширины паза вызывает искажение обрабатываемого контура и для его устранения требуются дополнительные проходы электрода-проволоки на более мягких режимах.

Известен также способ, предложенный для обработки углов, основанный на перемещении направляющих электрода-проволоки за вершину угла на величину максимального прогиба электрода-проволоки, а затем переброске направляющих по дуге на линию участка траектории.

Однако этот способ непригоден для обработки внутренних углов. Во первых, при перемещении за узловую точку в верхней и нижней частях по высоте обрабатываемой детали получаются "зарезы", а, во-вторых, при переброске по дуге направляющих на линию нового участка возникает короткое замыкание, так как максимальный прогиб электрода-проволоки формируется не мгновенно, а постепенно при внедрении электрода-проволоки, в обрабатываемую деталь на некоторую величину, например на 0,2-0,3 мм при средних режимах.

Прототипом предлагаемого способа является способ, основанный на постепенном уменьшении частоты импульсов и скорости перемещения направляющих электрода-проволоки при подходе к вершине угла. В одном из вариантов этого способа предлагается перемещать направляющие на малую величину за угол и отводить обратно в узловую точку при значительном уменьшении скорости перемещения.

Однако в этом способе не определена величина отрезка до узловой точки, на котором производится постоянное снижение скорости вырезания и уменьшение частоты импульсов генератора, не определена величина перемещения за угол.

Целью предлагаемого способа является уменьшение времени обработки и повышения точности изготовления. Это достигается тем, что при способе с регулировкой частоты импульсов генератора и уменьшении скорости вырезания с перемещением направляющих электрода-проволоки по эквидистанте первой грани внутреннего угла за узловую точку, а затем обратно на туже же самую величину, величину перемещения за узловую точку эквидистанты задают равной величине минимального прогиба ε_minэлектрода-проволоки, отсчитанного в плоскости, проходящей по поверхности обрабатываемой детали, скорость вырезания при этом задают равной максимальной скорости вырезания V_n при заданной шероховатости поверхности, затем отводят направляющие электрода-проволоки от узловой точки эквидистанты на отрезок, равный разности между максимальным ε_maxи минимальным ε_min величинами рогиба электрода-проволоки. Далее повторно перемещают направляющие электрода-проволоки по эквидистанте к узловой точке и при этом частоту импульсов f_i генератора и скорость подачи V_i направляющих электрода-проволоки регулируют согласно соотношений:
f_i= f_n · X_i
V_i= · f_i, где f_n - частота импульсов генератора при вырезании граней внутреннего угла, заданная для получения максимальной производительности при требуемой шероховатости поверхности, имп./с;
f_min - минимальная частота импульсов генератора в узловой точке эквидистанты первой грани внутреннего угла, при которой максимальный прогиб электрода-проволоки равен или меньше допустимой погрешности обработки, имп/с;
x_i - величина перемещения направляющих электрода-проволоки с точки, отстающей от узловой точки эквидистанты первой грани внутреннего угла на величину ε_max- ε_min, мм.

Указанные отличия позволяют добиться минимального времени обработки внутреннего угла контура обрабатываемой детали. При этом точность обработки повышается из-за уменьшения времени на сопутствующие с электроэрозией нежелательные процессы электрохимического растворения стенок обрабатываемого паза и уменьшается количество боковых разрядов.

На фиг. 1 представлен внутренний угол АВС участка контура обрабатываемой детали 1 и траектория перемещения А1В1С1 направляющих электрода-проволоки 2 при отсутствии прогиба; на фиг. 2-7 - различные фазы обработки внутреннего угла АВС, где I-I, II-II, ..., IV-IV - различные положения направляющих 3 и 4 электрода-проволоки 2 относительно обрабатываемой детали.

Обработку внутреннего угла АВС элемента контура детали 1 (фиг. 1) при строго вертикальном положении электрода-проволоки 2 должно было бы осуществляться перемещением направляющих 3 и 4 электрода-проволоки по эквидистантной траектории A₁В₁С₁. Однако в виду изгиба электрода-проволоки 2 от воздействия электрических разрядов при перемещении электрода-проволоки по эквидистанте А₁В₁С₁ вершина угла АВС будет искажаться.

В плоскости ММ (фиг. 2), проходящей по середине обрабатываемой детали, прогиб электрода-проволоки ε_max максимален, а на поверхности детали на плоскостях М₁М₁ и М₂М₂ прогиб ε_min имеет минимальное значение. Соответственно имеет место максимальное минимальное искажение дна паза.

При плавном уменьшении мощности, выделяемой в межэлектродном промежутке при подходе к конечной точке прямой линии, прогиб может быть полностью скомпенсирован. Если выделяемая энергия регулируется за счет уменьшения единичных импульсов, то ширина обрабатываемого паза будет переменной, в этом случае необходимо непрерывно корректировать эквидистанту. Когда же регулирование мощности производится за счет уменьшения частоты импульсов при неизменной энергии импульсов и при этом соблюдать принцип постоянства количества импульсов на единицу длина обрабатываемого паза, то ширина обрабатываемого паза будет поддерживаться постоянной. Здесь подразумевается, что способ генерирования импульсов и вид диэлектрической жидкости практически исключает электрохимический процесс растворения стенок обрабатываемого паза.

Принцип постоянства количества импульсов на единицу длины обрабатываемого контура представим в виде соотношения:
= K , (1) где f_i - частота импульсов генератора в текущий момент времени, имп./с;
V_i - линейная скорость перемещения направляющих электрода-проволоки в текущий момент времени, мм/мин;
K - постоянная величина, характеризующая заданный технологический процесс вырезания (количество импульсов на миллиметр периметра обрабатываемой детали), имп./мм.

Выведем соотношения для регулирования частоты f_i и скорости вырезания V_i по линейной функции.

Регулирование частоты f_i по линейной функции определяется выражением:
f_i = a ˙x_i + b (2) где x_i - приращение перемещения направляющих электрода-проволоки от точки торможения и сброса частоты импульсов;
a - коэффициент;
b - свободный член выражения (2). При x_i = 0;
fi = f_n = b; где f_n - номинальная частота импульсов генератора для выбранного технологического режима, при которой достигается оптимальная производительность вырезания. При x_i = l_т;
f_i = f_min; где l_т - отрезок, на котором до узловой точки эквидистанты первой грани внутреннего угла производится плавное снижение частоты и скорости перемещения;
f_min - минимальная частота импульсов генератора в узловой точке эквидистанты внутреннего угла, при которой максимальный прогиб электрода-проволоки меньше или равен допустимой погрешности.

Подставляя значения a и b в (2) имеем:
f_i= f_n · X_i (3) Из условия постоянства количества импульсов на единицу длины контура обрабатываемой детали (1) имеем:
=
V_i= · f_i (4)
V_i= f_n · X (5) Время коррекции t_к на отрезке l_т при линейном регулировании f_i и V_iпервой грани:
t_k = = ;;
Решая интервал для t_к, получим:
t_k= · -ln (6)
Ниже в описании предложенного способа определяется минимально дорпустимое значение l_т, при котором достигается наименьшее время вырезания внутреннего угла и соответственно наибольшая точность обработки.

Предложенный способ осуществляется следующим образом. Направляющие 3 и 4 электрода-проволоки 2 перемещают по линии А₁В₁ (фиг. 3 и 4) с рабочей скоростью вырезания V_n и частоте импульсов f_n генератора до точки В2 (положение II-II). Точка В₂ смещена от узловой точки В₁эквидистанты на величину ε_min минимального прогиба электрода-проволоки, отсчитанного по плоскости М₁М₁ (или М₂М₂), проходящей по поверхности детали. Скорость вырезания V_n и частота импульсов f_n заданы технологическим режимом обработки детали для получения максимальной производительности обработки при заданной шероховатости поверхности.

В положении II-II электрод-проволока находится в изогнутом состоянии. На поверхностях М₁М₁ и М₂М₂ обрабатываемой детали точки дна паза G и G₁ находятся на стенках вертикального паза СЕС₁, который необходимо формировать для получения первой грани АВ внутреннего угла АВС.

В средней плоскости ММ крайняя точка D₁ смещена от заданной точки Е на величину ε_max-ε _min.

В положении II-II (фиг. 4) с эрозионного промежутка отключают импульсы генератора и на быстром ходу направляющие 3 и 4 перемещают обратно на величину ε_max- ε_min от узловой точки В₁ эквидистанты.

В положении III-III электрод-проволока занимает строго вертикальное положение (фиг. 5), затем включают генератор и перемещают повторно направляющие 3 и 4 электрода-проволоки 2 к узловой точке B₁ (положение IV-IV, фиг. 6 и 7).

В начальный момент частоту импульсов fi генератора устанавливают равной f_n, а скорость подачи V_i направляющих равной V_n. Далее частоту импульсов генератора f_i и скорость вырезания V_i регулируют согласно соотношениям:
f_i=f_n- · X_i (7)
V_i= · f_i где f_n - частота импульсов генератора при вырезании граней внутреннего угла для получения максимальной производительности обработки при заданной шероховатости поверхности, имп./с;
f_min - минимальная частота импульсов генератора в конечной узловой точке эквидистанты первой грани внутреннего угла АВС, имп../с;
x_i - величина перемещения направляющих 3 и 4 электрода-проволоки 2 от узловой точки D₁ до точки Е (фиг. 4), мм.

Выражение (7) выведено из соотношения (3) из условия, что тормозной путь l_т в предложенном способе определяется из соотношения
l_т = ε_max-ε _min.

Эта величина наиболее оптимальная с точки зрения достижения минимального времени вырезания внутреннего угла и наибольшей точности изготовления.

Линия взаимодействия электрода-проволоки со дном паза GD₁G₁ в завершающей фазе обработки первой грани внутреннего угла (фиг. 5) изменяется с точностью 10% по линейному закону от нуля до максимального значения, равной высоте обрабатываемой детали H.

При завершении обработки первой грани АВ внутреннего угла АВС в конечной точке В₁ (положение IV-IV, фиг. 6 и 7) прогиб электрода-проволоки имеет минимальное значение, так как частота импульсов генератора снижается до f_min, при которой величина прогиба равна или меньше допустимого искажения профиля. В конечной точке В₁перемещение вдоль первой грани прекращается, а затем направляющие 3 и 4 перемещаются вдоль второй грани ВС к точке С₁ (рис. 7), и вырезается вторая грань внутреннего угла.

На отрезке D₁E (фиг. 5) прогиб электрода-проволоки меньше допустимой величины, так как в начальной точке D₁ задается максимальная частота f_n, но при этом линия взаимодействия зоны обработки с электродом-проволокой минимальна. В конце обработки первой грани в точке Е линия взаимодействия увеличивается до максимального значения H, но частота импульсов снижается до минимального значения f_min, при которой прогиб не больше допустимой величины.

Время обработки конечного участка первой грани определяется из выражения
t_k= · -ln (8) Выражение (8) получено из соотношения (6) при замене l_т на ε_max-ε _min.

Так, например, при высоте обрабатываемой детали 80 мм и материале обрабатываемой детали - сталь нержавеющая 40Х, f_n = 50 000 имп/с, V_n = 1 мм/мин, ε_max = 0,5 мм, ε_min = 0,25 мм, при f_min = 500 имп/c прогиб будет составлять менее 5 мкм.

Подставляя выше приведенные параметры в выражение (8), находим время компенсации прогиба за счет регулирования f_i и V_i первой грани внутреннего угла
t_к = 1 мин. 9с.

Время вырезания отрезка ε_min за узловой точкой В₁ (рис 4) составит:
= 15 сек..

Время отвода направляющих с положения II-II в положение III-III при скорости перемещения V_х = 50 мм/мин составит:
= 0.6 с..

Общее время компенсации погрешности из-за прогиба с обработкой вершины первой грани составит
1 мин 9 с + 15 с + 0,6 с = 1 мин 24,6 с
Изменение частоты импульсов генератора и скорости вырезания осуществляется с помощью УЧПУ с микропроцессорным управлением в соответствии с приведенными выше математическими соотношениями. Значения ε_max и ε _min определяются заранее при построении технологических режимов обработки или в процессе изготовления детали автоматически. Таким образом, предложенный способ дает возможность обработать внутренние углы контура деталей электродом-проволокой с минимальным временем и минимальными искажениями.

Использование: электроэрозионная обработка электродом-проволокой сложных контуров. Сущность изобретения: при достижении направляющими электрода-проволоки узловой точки эквидистанты первой грани угла направляющие перемещают дальше с той же рабочей скоростью вырезания U_n на величину минимального прогиба ε_min электрода-проволоки, отсчитанного по поверхности обрабатываемой детали. Затем направляющие перемещают от узловой точки эквидистанты обратно по пройденной траектории на быстром ходу со снятием напряжения на величину, равную разности между максимальным ε_max и минимальным ε_min прогибами электрода-проволоки, а далее направляющие электрода-проволоки повторно перемещают до узловой точки эквидистанты с регулированием частоты f_i импульсов генератора и скорости вырезания U_i согласно приведенным выражениям. В узловой точке эквидистанты переключают подачу вдоль первой грани угла и перемещают направляющие со скоростью U_n вдоль второй грани угла. 7 ил.

СПОСОБ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО ВЫРЕЗАНИЯ ЭЛЕКТРОДОМ - ПРОВОЛОКОЙ ВНУТРЕННИХ УГЛОВ КОНТУРА ДЕТАЛИ, при котором регулируют частоту импульсов и скорость вырезания, перемещают направляющие электрода-проволоки по эквидистанте первой грани внутреннего угла за узловую точку, а затем их перемещают обратно в узловую точку, отличающийся тем, что величину перемещения за узловую точку задают равной величине минимального прогиба Ε_min электрода-проволоки, отсчитанного в плоскости, проходящей по поверхности обрабатываемой детали, скорость вырезания при этом выбирают равной максимальной скорости вырезания v_п при заданной шероховатости поверхности, затем снимают напряжение и отводят направляющие электрода-проволоки за узловую точку на отрезок, равный разности между максимальным Ε_max и минимальным Ε_min величинами прогиба электрода-проволоки, а далее повторно перемещают направляющие электрода-проволоки с включением генератора к узловой точке эквидистанты и при этом частоту импульсов f_i генератора и скорость подачи v_i направляющих электрода-проволоки регулируют согласно соотношений
f_i= f_n · X_i;;
V_i= · f_i,,
где f_п - частота импульсов генератора при вырезании граней внутреннего угла, заданного для получения максимальной производительности при заданной шероховатости поверхности, имп/с.;
f_min - минимальная частота импульсов генератора в узловой точке эквидистанты первой грани внутреннего угла, при которой максимальный прогиб электрода-проволоки равен или меньше допустимой погрешности обработки, имп/с. ;
x_i - величина перемещения направляющих электрода-проволоки с точки, отстоящей от узловой точки эквидистанты первой грани внутреннего угла на величину Ε_max - Ε_min , мм .