Устройство для электроэрозионного легирования Советский патент 1988 года по МПК B23H9/00 

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки и касается устройств для электроэрозионного легирования,

Цель изобретения - повышение производительности легирования путем улучшения качества регулирования межэлектродного промежутка при легировании.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства для электроэрозионного легирования при реализации на транзисторах и тиристорах.

Устройство подключено к межэлект- родному промежутку 1 и содержит генератор технологических импульсов на элементах 2-22, имеющий диод 2, то- коограничающий резистор 3, диод 4, ; транзистор 5, силовой источник 6, настраиваемый в соответствии с требованиями технологии до начала обработки. Направление проводимости диодов 2,4 и перехода база-эмиттер транзистора 5 согласно направлению ЭДС ис- точника 6. Источник 6 заземлен на шину 7. Резистор 8 включен параллельно переходу эмиттер-база транзистора 5 для защиты перехода, аналогичные резисторы подключены к переходам ба- за-эмиттер других транзисторов генератора и других элементов схемы, что далее не поясняется. Дополнительный токоогранйчивающий резистор 9 включен последовательно между резистором

3 и диодом 2. Стабилитрон 10 включен между общей точкой торов 3 и 9 и положительным полюсом источника 6, направление проводимости которого в режиме стабилизации согласно направ- лению проводимости диода 2. Источник 6 положительным полюсом подключен через переход эмиттер-коллектор транзистора 5 и последовательные диод 11, нагрузочный резистор 2 и билитрон 13 к шине 7.

К межэлектродному промежутку подключен силовой диод 14 и емкостной накопитель, выполненный в виде конденсатора 15, регулируемого до чачала обработки. Общая точка конденсатора 15 н диода Н подключена чере последовательные токоогранйчивающий резистор 16 и переход транзистора 17 к положительному полюсу источника 6. Переход эмиттер-коллектор транзистора 1 7 и диод 14 включены согласно проводимости при прохождении силово- го и зарядного токов конденсатора 15

5 0 5 О

5

.Q г

5

Параллельно выводам источника 6 включена цепь из транзистора 17 и резистора 18, служащая для управления ключевым элементом на транзисторе 17. Параллельно транзистору 17 включен транзистор 19, переход эмиттер-база которого через последовательные резистор 20, стабилитрон 21 и диод 22 подключен к межэлектродному промежутку 1, образуя цепь обратной связи для отключения источника 6 от конденсатора 15 по состоянию промежутка 1.

Таким образом, зарядную цепь накопителя на конденсаторе 15 коммутирует ключ на транзисторе 17, цепь управления этого транзистора коммутирует ключ на транзисторе 19, связанный по цепи обратной связи с промежутком 1. Ключ на транзисторе 5 по выходу связан с цепями входа интегратора из элементов 23-36-, для чего общая точка резистора 12 и стабилитрона 13 подключена через диод 23, резистор 24 и транзистор 25 к шине 7. Коллектор транзистора 25 подключен через резистор 26 к базе транзистора 27 .

Положительный полюс источника 28 подключен через последовательную цепь из транзистора 27, резистора 29, диода 3 0 к обкладке конденсатора 31 . Для фиксации потенциала коллектора транзистора 27 коллектор подключен через резистор утечки 32 к шине 7 . Постоянная времени заряда интегратора на конденса торе 3J от ключевого элемента на транзисторе 27 по цепи стабилизированного источника 28 напряжения определяется величиной резистора 29 и величиной емкости конденсатора 31, которая устанавливается до начала обработки в зависимости от необходимого быстродействия регулятора подачи, как вне зоны нечувствительности, где подача осуществляется в релейном режиме, так и в зоне нечувствительности, где следящая подача осуществляется только путем подмагничи- ,вания привода вибрации электрода промежутка 1. Время интеграции всегда должно превьш1ать период колебательных осциллирующих движений электродов, что исключает возможность возникновения автоколебаний в регуляторе. Постоянная времени разряда интегратора на конденсаторе 31 определяется резистором 33 и также емкостью конденсатора 31. Для возможности регулирования вр-емени инткг рации вели31

чинсп емкое:ти коидеистаора 31 ,при симметричной характеристике заряд- разряд величины резисторов 29 и 33 рыбрянь одинаковыми.

Выход интегратора 23-36 выполнен в ниде цепи на последовательных ре- чис торя ЗА, переменного резистора 3 (.;оединенн()го первым неподвижным вывдом с резистором 34, вторым непод- вижньгм зыводом - с резистором 36, При этом свободный вывод резистора 34 подключен к первой обкладке кон- де1 сатора 31, свободный вывод резистора 36 - к второй его обкладке. Под .1Й вывод резистора 35 подключен через пе.ременн1,1й резистор 37 и последовательный ему резистор 38 к шине 7. Подвижный вывод резистора 37 является выходом интегратора по вход цепи сравнения хода от обрабатываемой детали. Резисторы 39 и 40 соединены последовательно и подключены г торыми свободными выводами соответственно к подвижному выводу резисто- ра 35 и тине 7, Общая точка резисторов 39 и 40 является выходом интегратора по входу цепи сравнения хода к обрабатываемой детали.

1 езистором 35 устанавливают необ- ходимое усилие прижима легирующего электрода к обрабатываемой детали.

Резистор 39 выбран таким, чтобы при ;шбом положении подвижного вывода 37 повышение уровня напряжения на подвижном выводе резистора 35 вызывало сначала срабатывание по цепи управления прямого хода к детали, а только затем по депи обратного хода от детали.

Резистором 37 устанавливают величину зоны не гувствительности привода дискретного перемещения, в .которой фу7-;киионирует только подрегулировка по. южения П(. движной части виб- рятора промежутка 1 гюдмагничиванием Верхнее положение движка резистора 37 соответствуе миниг- алъно допустимой зоне нечувствлтел -;иости, которая при данных нежес:косткх и нелиней- ностях кинемлтическ1;л связей от привода дискретного псремеип Н.ия до ра- бочего котща легнр по1цего кпектрода гарантирует отсутствие автоколебателного режима работы уст1)ойства. Ыиж- нее положение подвижного вывода резистора 37 cooTBei c гвуе-1 наибольшей величине зоны нечувствите.чьностя, которая еще обеспечивает необходимую

044

по требованиям точности похщержания среднего за период осциллирующего движения электрода усилия его давления на деталь, точность дискретного перемещения подвижной части.

Общая точка резисторов 39 и 40 подключена через последовательные

стабилитрон 41, резистор 42 и транзистор 43 к тине 7,

Последовательные регуляторы напряжения выполнены на элементах 43-55

Последовательная цепь из стабилитрона 56, резистора 57, транзистора 58 и резистора 59 подключена к резистору 37. Элементы 57-65 составляют блок 66 сравнения обратного хода электрода инструмента. Аналогичный блок 67 сравнения прямого хода электрода-инструмента подключен по входу через пороговый элемент на стабилитроне 68 к выходу интегратора - общей точке резисторов 39 и 40, Выход элемента 67 подключен через переход база-эмиттер транзистора Ь9 к шине 7, коллектор транзи .-тора 69 подключен чег ез резистор 7С; к положительному полюсу источника 28, через IJesucTop 7 - к шине , а также соединен с прямым входом .-.югического элемента 72 ЗАПРЕТ и инверсным входо логического элемента 73 ЗАПРЕТ ,

Таким образом, цепи cpaBHeii i.H прямо и o6pariioro хода электрода- ;1нструмента выполнены в виде элементов 67 и 68, 56 и 66, При птом осуществляется сравнение выходного напряжения интегратора 23-36 с параметрически заданным напряжением порога стабилитронов 56 и 68, а элементы 66 и 67 служат для получения пороговой характеристики кан,.;;оч прямого и обратного ходов с гистерезисом, что необходимо для отсутствия дребезга ,:при переключении и сохранении чисто релейного режима дискретной подачи. Напряжение стабилизации стабилитрона 68 несколько выше напряжения стабилизации стабилитрона 41, напряжение стабилитрона 51 вьппе напряжения стабилитрона 56. При удобном применении всех стабилитронов 41 и 68 (и соответственно 56 и 51) одинаковыми последовательно со стабилитронами 68 и 51 включают диоды в прямом направлении, увеличивающие напряжение порога срабатьшания по соответствующим цепям на этих диодах (штриховая линия).

Общая точка стабилитрона 64 и ре- зистора 65 подключена к прямому вхо5

Л , -.лем . -.-; / i 11 ипнероному нходу .лК мсит- 72, что исключает . поступления ГИ1 Н.ЧЛ(Ч yitpanju iuiH ojiiioHpfMOHHC ия подъем и опускание - чктрода-ннструмента.

; ьгход элемента 73 через элемент f- задержки ип включение, а выход ; эл(-меитл 72 череч элемент 75 задержки ня нк.п чение подключены соответ- твенно ко входам регулируемых задающих генераторов 76 и 77, управляющих посредстном задания неличины среднего тока мощностью соответственно плеча 78 и плеча 79 полумосто- вого преобразователя из элементов , к которым подключен реверсивный электродвигатель 80.

Подвижный вывод резистора 35 подключен через диод 81 и резистор 82 к инвертирующему входу сравнивающего усилителя 83, выход которого подключен к обмотке 84 электромагнитного вибратора 85. При этом весь вибратор 85 посредством закрепленной с обмот- кой 84 части кинематически связан с валом электродвигателя 80 для осуществления дискретного следящего перемещения вибратора 85 относительно поверхности обрабатываемой детали. Вибратор выполнен с возможностью подрегулировки подвижной части путем подмагничивания постоянным током магнитной системы для точного поддержания среднего усилия давления элект- рода-инструмента на деталь при нахождении системы дискретной регулировки в зоне нечувствительности. Обмотка 84 подключена к источнику 86 периодического тока. Последователь- ная цепь из резисторов 87 и 88 включена параллельно источнику 28 и служит для подачи смещения на прямой вход усилителя 83.

Устройство для электроэрозионного легирования работает следующим образом.

Подают переменный ток в обмотку 8i вибратора 85 от источника 86. Подвижная часть вибратора 85 совершает периодические колебательные движения. Подают напряжения от источников b и 28. Протекает ток по цепи: положительный полюс источника 6, транзистор 17, резистор 18, шина 7, от- ркцательный полюс источника 6. Транзистор 7 открьшается, возникает за- рядньпй силовой ток накопительного конденсатора по цепи; источник 6,

ОА6

транзистор 17, розистор 16, конденсатор 15, 1чина 7. После, заряда коп- денсаторя 15 до илпряжеиия источника 6 тран шстор 17 остаотс.я открытым и обеспечивается постоянная готовность генератора зависимого типа к генерированию импульса технологического тока при вочникнонении пробоя. В это же время ток источника 28 проходит по цепи: резистор 48, транзистор 45. Транзистор 45 открывается и возникает ток по цепи; транзистор 47, резистор 46, транзистор 45. При этом возникает чарядный ток по цепи интегратора 23- 56: источник 28, транзистор 47, резистор 49, диод 50, конденсатор 31. По мере заряда конденсатора 31 напряжение прикладывается к цепи резисторов 34, 35 к 36 и цепи резисторов 39 и 40. Открывается стабилитрон 41 и возникает ток управления по цепи: стабилитрон 41, резистор 42, транзистор 43. Транзистор 43 открывается, транзисторы 5 и 47 закрываются. Заряд конденсатора 31 прекращается, рост напряжения 5ir, нем прекращается, ток через pesi.CTop 49 становится равным о .- мме токов через резистор 33, небольшого тока через резистор 34.и тока утечки конденсатора 31, если таковой имеет место, так как напя- жение на конденсаторе 31 соответствует положению рабочей точки стабилитрона 4 на пороге открьгаания. В таком состоянии интегратор 23-36 может находиться неограниченное время обеспечивая постоянную готовность к слежению.

В то же время ток источника 28 протекает по цепи: резистор 70, элемент 72, элемент 73, по его инверсному входу и параллельно через резистор 71 к шине 7. При этом элемент 73 закрыт сигналом на запрещающем входе, элемент 72 открыт, Сигнал с выхода элемента 72 поступает на вход элемента 75 и через непродолжительное время установки, сравнимое с временем переключения плеч 78 и 79, включает генератор 76. Запускающие импульсы генератора 76 включают плечо 79 полумостового преобразователя 72-79, приводной электродвигатель 80 перемещает вибратор 85 с легирующим электродом по направлению к обрабатываемой поверхности детали.

7

Hi MHPi pc-.iroM входе усилителя 83 ирису г ч: грует гигнал источника 8, в результате поднижная чясть вибратора 83 максимально смещена полмагничи- нанием по направлен1-по к обрабатываемой поверхности детали.

При пробоях межэлектродного промежутка 1 ГОК течет по измерительной цепи: ис1очни г-. 6, транзистор 5, диод 4, резистор . i, резистор 9, диод 2, промежуток 1. Сразу после возникновения этого тока транзистор 5 насыщается и включает цепь: источник 6, транзист Ф 5, диод 11, резистор 12, диод 23, речистор 24, транзистор 25.

Одновременно через промежуток 1 протекает силовой ток конденсатора 15 через диод 14. Происходит электроэрозионное легирование поверхностного слоя- детали. Одновременно с силовым и измерительным током через промежуток 1 проходит дополнительный ток по цепи: транзистор 17, токоог- раничивающий резистор 16, диод 14, Этот ток подогревает приэлектродную зону, чем интенсифицирует процесс легирования и повышает производительность.

По мере разряда конденсатора 15 уменьшение напряжения на промежутке 1 приводит к возрастанию напряжения на стабилитроне 10. Возникает ток по цепи: стабилитрон 10, резистор 9, диод 2, промежуток 1 . В р ультате при дальнейшем падении напряжения на промежутке 1 цепь: транзистор 5, диод 4, резистор 3 - питается напряжением, не превышающим напряжение стабилитрона 10. Это позволяет получить переключение транзистора 5 сразу после возникновения проводимости промежутка 1.

Аналогичную функцию для транзистора 25 выполняет стабилитрон 13.

При дальнейшем разряде конденсатора 15 возникает ток по цепи: транзистор 19, резистор 20, стабилитрон 21, диод 22, промежуток 1. Пороговую характеристику этой цепи обеспечивае стабилитрон 21.

Транзистор 19 шунтирует транзис-. тор 17, которьгй выключается. Дополнительный ток источника 6 прекращается, прекращает,ся и дополнительное воздействие ;ркоулевой теплоты и ионизации зоны разряда. После этого через промежуток 1 продолжает протекать силовой ток разряда конденса4441048

тора 15 и измерительные токи по цепям транзисторов 5 и 19.

После полного разряда конденсато-- ц ра 15 протекает только ток по измерительным цепям баз транзисторов 5 и 19.

Вибратор 85 разводит электроды. Вследствие малой величины измеритель10 ных токов происходит размыкание промежутка 1 без возникновения дуги. Выключаются транзисторы 5 и 19.

Измерительная цепь ключа на транзисторе 5 питается непосредственно

15 от источника 6, и вк.пюченное состояние транзистора 5 возникает сразу при возникновении проводимости про межутка 1. Это позволяет подавать на интегратор 23-26 сигнал о возникнове20 НИИ проводимости промежутка 1, а не о механическом контакте, что определяется только при дальнейшем падении напряжения на промежутке I. Питание от источника 6 обеспечивает расшире25 ние диапазона усилий среднего давления электрода на деталь за период осциллирующего колебательного дпи- жения в сторону уменьшения давления. Среднее давление электрода на деталь

30 может быть получено близким к нулю. Таким образом, включение ключа 5 к источнику 6, промежутку 1 и интегратору 23-36, обеспечивает повышение производительности.

35 При открытом транзисторе 25 ток течет по цепи: транзистор 27, резистор 26. Транзистор 27 открьшается, ток на вход интегратора 23-36 течет по цепи: транзистор 27, резистор 29,

40 диод 30, конденсатор 31.

Конденсатор 31 заряжается, напряжение на интеграторе 23-36 растет и достигает напряжения включения стабилитрона 68 и элемента 67. Возника45 ет ток по цепи: С1абилитрон 68, элемент 67, транзистор 69.

При этом ток течет по цепи: ре- з.истор 70, транзистор 69. На входах элементов 72 и 73 сигналы отсутству50 WT, генераторы 76, 77 и плечи 78,79 выключены, якорь двигателя 80 останавливается, дискретный привод подачи переходит в зону нечувствительности системы.

55 В это же время напряжение на инвер- тирующем вупле ч-лшителя 83 возрастает. Подвижная часть вибратора 85 занимает промежуточное положение в зоне нечувствительности привода.

Ксли при продольном перемещении оверхность детали приближается к лектроду, то отношение длительноси открытого состояния транзисторен f. , 25, 27 к длительности их закрьп о- о состояния увеличивается,среднее апряжение на конденсаторе 31 растет, апряжение на входе усилителя 83 увеичивается, ток подмагничивания ка- ю тушки 84 уменьшается, вибрирующая асть вибратора 85 с электродом отодит от поверхности детали.

Если поверхность детали удаляется от электрода, описанные процессы 15 происходят в обратном порядке.

Если в ходе процесса диапазон хода подвижной части подмагничива- нием вибратора 85 оказывается недостаточным, т.е. отношение времени 20 открытого состояния транзистора 5,25, 27 ко времени их закрытого состояния слишком велико, напряжение на конденсаторе 31 интегратора продолжает расти. В результате возникает ток 25 по цепи: стабилитрон 56, элемент 66, резистор 65. На прямой вход элемен - та 73 и инверсный вход элемента 72 поступают сигналы, в результате сигнал с выхода элемента 73 через эле- ме}1т 74 задержки включает генератор 77 и соответственно определенной до начала обработки скорости подачи от детали вк№1чает плечо 78, электродвигатель 80 отводит вибратор от де- 35 тали.

1Тсп:кс1Л1 ку кинематическая цепь, приводимая электродвигателем 80, 40 обладает инерцией, то некоторое время продолжает рост напряжения на конденсаторе 31 интегратора 23-36. Такой рост напряжения ограничивает второй регулятор напряжения устрой- 45 ства: включается стабилитрон 51, ток течет по цепи: стабилитрон 51, резистор 52, транзистор 53. Транзистор 53 открьшается и ток течет по цепи: конденсатор 31, токоограничи- §0 вающий резистор 55, транзистор 53. В результате регулятор напряжения интегратора 23-36 поддерживает напряжение на конденсаторе 31 несколько превышающим напряжение срабатывания ее стабилитрона 56. Небольшая разница этих напряжений по каналу хода от детали позволяет исключить перезаряд конденсатора 31.

П4К)

При уменычении среднего времени рлзомкиуто о сос:тояиия промежутка I , описанныр ni oueccbJ происходят в обратном порядке.

Выбор гоотншмения напряжений включения пороговых элементов по входам каналов прямой и обратной подачи электродя-инструмента при невысоких требованиях к приводу подачи вибратора обеспечивает точное поддержание заданного среднего давления электрода на деталь, обеспечивая качественное и производительное легирование сложнофлсопных поверхностей. Формула изобретения

Устройство для электроэрозио}{па- го легирования, содержащее вибратоу-), регулятор подачи с двумя автономными цепями сравнения прямого и обратного хода электрода-инструмента с элементами сравнения на выходах н с интегратором, генератор технологических импульсов с источником напряжения, с зарядной «мкостыо, ключом коммутации цепи межэлектродного промежутка, двухвходовый сраг-- иваю1ций усилитель с задатчиком, ис очник рерио- дического тока с целью подмагничивания вибратора, отличающее- с я тем, что, с целью повышения производительности, в устройство введены две дополнительные цепи сравнения, выполненные в виде третьего и четвертого элементов сравнения, первый и второй регуляторы напряжения, соединенные по входам с введенным дополнительным источником напряжения третий и четвертый ключи, при этом третий элемент сравнения подк.гтк1чен к управляющему входу первого регулятора напряжения, выход которого подключен последовательно к входу интегратора, четвертый элемент подклю- ,чен к управляющему входу второго регулятора, выход KOTOpoi O подк. гк чен параллельно входу интегратора, входы третьего и четвертог-о элементов сравнения соединены сооть-отс -веино с входами первого и второп: элементов сравнения, вход третьего -дюча подключен к первому источнику, то управляющий вход - к межэлектродному промежутку, выход - к управляющему входу четвертого ключа, вход которог соединен с вторым источшжом, а выход - с входом интегратора, выход которого соединен с Езторым входом сравнивающего усшгителя.

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки и в частности касается устройств для электроискрового легирования. Цель изобретения - повышение лроизводительности путем улучшения качества регулирования меж- электродного промежутка.В устройство, содержащее вибратор и регулятор подачи с цепями управления прямым и обратным ходом перемещения электрода-инструмента при вибрациях, введены две дополнительные цепи сравнения и регуляторы напряжения, соединенные с дополнительным источником напряжения . 1 ил.