К вопросу о линейном сервоприводе

к.т.н. Кохановская Т.С., ОАО "ЭНИМС"

Высокочувствительный и быстродействующий линейный сервопривод на электроэрозионных станках фирмы Sodick – это удачно реализованные результаты трудов многих отечественных и зарубежных исследователей. В ОАО “ЭНИМС”, в частности, много внимания уделялось исследованию процесса эвакуации продуктов эрозии из межэлектродной зоны, динамическим и статическим характеристикам процесса, анализу электрических импульсов, проходящих через межэлектродный зазор.

В процессе электроэрозионной обработки (ЭЭО) каждый электрический разряд между инструментом и заготовкой, производимый импульсом напряжения с генератора и протекающий в жидком диэлектрике (рабочей жидкости), осуществляет съём материала с заготовки и образует вокруг себя быстро расширяющийся и так же быстро сжимающийся газовый пузырь. Скорость движения границы газового пузыря в открытом межэлектродном промежутке (пара электродов “игла – плоскость”) составляет 80 – 100 м/сек.

межэлектродный зазор и электрический разряд в нем

Рис.1 Межэлектродный зазор и электрический разряд в нем
Sp – рабочий электрический зазор
St – торцовый геометрический зазор

Внутри пузыря – канал разряда с температурой tp = 5000° – 10000°С в зависимости от вводимой мощности, осуществляющий плавление и испарение материала заготовки. В областях, прилегающих к каналу разряда и характеризующихся температурами t >> 600° С – сажа и пары металла, ближе к границе газового пузыря – пары жидкости. Время существования газового пузыря – в 2,5 – 3,5 раза больше длительности разряда, после чего он схлопывается с образованием мелких пузырьков. В реальном процессе при массовом воздействии разрядов в межэлектродном промежутке всегда есть выброшенные металлические частицы, сажа и парогазовые пузырьки. И электрический разряд может протекать по-всякому: через “мостики” из металлических частиц, из металлических частиц и газовых пузырьков, через газовый пузырь или по границе “газовый пузырь-жидкость” и т.п. Наименее эффективны разряды через газ, при которых съём на один разряд снижается в 20 – 30 раз, перегреваются электроды и может нарушиться стабильность процесса.

Состоявшийся электрический разряд в свою очередь может расплавить непосредственно металл заготовки, а может повторно диспергировать скопившиеся в межэлектродной полости твёрдые частицы. В таком случае имеет место снижение производительности процесса на 20 – 30% при повышении износа ЭИ, хотя процесс внешне стабилен.

При локальном скоплении твердых и газообразных продуктов эрозии возникает “гнездо” разрядов с короткими замыканиями, приводящее к прижогам или шлаку.

И такие ситуации не исключает чётко дозированная длительность разрядов (длительность импульсов) в генераторах зарубежных фирм.

Для стабильного протекания процесса необходимо различными способами (прокачкой, отсосом, релаксацией, вибрацией и т.д.) исключать скопление газов и твердых продуктов эрозии, а следящий привод должен точно держать максимальное значение рабочего электрического зазора Sp max, соответствующего 100%-ному следованию разрядов. Не следует путать его с торцовым геометрическим зазором, учитываемым при корректировке размеров электрода-инструмента (ЭИ) и представляющим расстояние между работающими поверхностями электродов, измеренное по нормали к обрабатываемой поверхности. Торцовый геометрический зазор всегда больше рабочего электрического на величину диаметра осевших металлических частиц.

Величина рабочего электрического зазора Sp max невелика и для напряжения Uxxa = 300В составляет 0,02 ~ 0,03 мм в зависимости от степени загрязнённости диэлектрика. Увеличение Sp max уже на 0,010 ~ 0,015 мм приводит к многократному сокращению количества рабочих импульсов и появлению холостых импульсов напряжения, а следовательно, к потере производительности процесса.

Уменьшение рабочего электрического зазора ухудшает условия эвакуации твердых и газообразных продуктов эрозии и провоцирует появление неэффективных разрядов через газ или на скопившиеся твёрдые частицы, что также снижает производительность обработки, стойкость ЭИ и качество обрабатываемой поверхности.

При проведении исследований при разработке рабочих жидкостей нами изучался единичный акт эрозии и съём на разряд с помощью счётчика токовых импульсов в реальном процессе в зависимости от различных условий, в том числе от величины “Sp”, косвенно характеризуемой средним напряжением на межэлектродном зазоре (МЗ). Результаты последних приведены в таблице I.

Таблица 1.

Электроэрозионная обработка с прокачкой и без прокачки жидкости.

электроэрозионная прошивная обработка без прокачки и с прокачкой

Как видно из таблицы, в обоих случаях обработки, с прокачкой и без неё, съём на разряд в реальном процессе возрастает с увеличением рабочего электрического зазора между электродами от его средних значений до максимальных. Если при обработке без прокачки жидкости это увеличение составляет 4,4 раза, то при обработке с прокачкой – 15 раз.

Отсюда следует, насколько важно точно держать максимальный электрический зазор.

Установленный на ЭЭ станках фирмой Sodick линейный сервопривод, не имеющий характерных для ШВП люфтов, обладающий высокой скоростью подач и высочайшей чувствительностью, позволяет сократить потери электрических разрядов при использовании для эвакуации продуктов эрозии релаксации (периодические быстрые отводы и подводы ЭИ) и резко уменьшить число неэффективных разрядов за счёт точного поддержания максимального электрического зазора.

Как результат – двух-трехкратное повышение производительности станков и улучшение качества обрабатываемой поверхности. А при одновременном совершенствовании и жидкого диэлектрика ЭЭ станки могут быть ещё эффективнее.

ЛИТЕРАТУРА

  • Лившиц А.Л., Кравец А.Т. и др., “Электроимпульсная, обработка металлов”, Изд. “Машиностроение”, М., 1967г.
  • “Исследование физического механизма устойчивости процесса и методов стабилизации параметров, определяющих точность электроэрозионной обработки”, отчёт по теме 159-68, ЭНИМС, М., 1968г.