Устройство. Электроэрозионная обработка. Часть 2

Регуляторы подачи электрода-инструмента

Электроэрозионный процесс требует, чтобы электрод-инструмент автоматически перемещался к заготовке по мере съема материала, поддерживая оптимальный межэлектродный зазор. Если инструмент будет неподвижен, после первых же разрядов зазор увеличится (ведь часть детали выгорела), и искра погаснет. С другой стороны, если двигать инструмент без контроля, он может коснуться детали и вызвать короткое замыкание. Поэтому в станках ЭЭО предусмотрена система автоматической подачи электрода, называемая регулятором или сервоприводом подачи.

Принцип работы такого регулятора обычно основан на обратной связи по параметрам разряда. Наиболее распространенный вариант: контролируется среднее напряжение или частота импульсов между электродами. Когда инструмент достаточно близко к детали, возникают стабильные искры определенной частоты, поддерживая рабочее напряжение в заданном диапазоне. Если зазор становится слишком большим (например, инструмент не успевает опускаться, а материал уже снят) – разряды редки, напряжение растет до уровня холостого хода. Электроника фиксирует это и отдает команду двигателю подачи переместить инструмент ближе к детали, пока разряды не восстановятся. Если же, наоборот, инструмент подошел слишком близко и возникло дуговое состояние или короткое замыкание (напряжение резко упало, ток зашкалил), регулятор приказывает немедленно отвести инструмент назад на микроскопическое расстояние. Таким образом, происходит непрерывное «подруливание» электрода, удерживающее искровой разряд в стабильной области.

Реализация подачи может быть разной. В старых системах применялись электромагнитные вибраторы или гидравлические приводы, создающие колебательные движения подачи с саморегулированием: инструмент как бы дрожал над поверхностью, автоматически подстраиваясь под оптимальный зазор. В современных станках подачу осуществляют сервомоторы, управляемые контроллером на основе сигналов датчиков. Используются шаговые двигатели или серводвигатели с высокоразрешающими энкодерами, позволяющие перемещать электрод очень плавно, с шагом в несколько микрон. Контроллер обрабатывает сигнал с межэлектродной цепи (напряжение/ток разряда) тысячи раз в секунду и корректирует позицию.

Регуляторы подачи также обеспечивают остановку инструмента при сквозном прорезании. Например, если прошивают отверстие – в момент, когда инструмент прорывается насквозь и разряд прекращается (уходит вхолостую), система обнаружит отсутствие нагрузки и остановит подачу, чтобы инструмент не «нырнул» глубже, чем надо.

Наличие качественной системы автоматической подачи – залог безопасного и эффективного ведения процесса. Без нее оператору пришлось бы постоянно вручную крутить подачу, что практически невозможно на нужной скорости и точности. Хороший регулятор обеспечивает максимальную скорость обработки без перебоев: он подает инструмент настолько быстро, насколько позволяет текущее состояние процесса, но не доводит до короткого замыкания. При покупке станка стоит обратить внимание на характеристики системы подачи – ее динамику, разрешающую способность, наличие адаптивных режимов (например, может ли она автоматически менять скорость подачи при смене режимов искрения).

Системы рабочих перемещений

Помимо вертикальной подачи инструмента для поддержания разряда, электроэрозионные станки оснащаются и системами координатных перемещений для задания формы обработки. В копировально-прошивных станках обычно реализованы перемещения по осям X–Y–Z: электрод можно позиционировать над нужной точкой детали, а затем опускать (ось Z) для прожигания отверстия или полости. Проволочно-вырезные станки имеют, как правило, 4 оси: две (X и Y) для движения стола с заготовкой и две (U и V) для верхней направляющей проволоки, что позволяет вырезать конусные и сложнопрофильные детали.

Современные системы рабочих перемещений базируются на числовом программном управлении (ЧПУ). Оператор посредством CAD/CAM-программы или прямо на стойке задает траекторию, которую должен пройти инструмент относительно детали. Станок автоматически интерполирует движение по осям с требуемой скоростью, обеспечивая сложные контурные операции. Например, можно задать орбитальное движение электрода при прошивке – когда инструмент не только опускается, но и описывает небольшие круговые движения, постепенно расширяя выжигаемую полость для достижения более ровной формы.

Ключевые элементы системы перемещений – это прецизионные направляющие (на шариковых или линейных подшипниках) и ходовые винты с сервоприводами. Во многих EDM-станках применяются шарико-винтовые пары (ШВП) с минимальным люфтом в сочетании с цифровыми сервомоторами. Также распространены линейные двигатели на некоторых осях – они обеспечивают еще более плавное и быстрое движение без механического контакта.

Для контроля положения зачастую используются линейные масштабные линейки (оптические или магнитные датчики положения), особенно на проволочных станках, где требуется высокая точность траектории. Разрешение перемещений может достигать 1 микрона и меньше.

От слаженной работы системы перемещений зависит точность формообразования. Если, например, при вырезании контура проволокой оси X и Y двигаются неравномерно, на деталях появятся непрямолинейности, уступы. Поэтому станки высокого класса имеют тщательно откалиброванные приводы и автоматическую компенсацию люфтов, а также могут выполнять прецизионные движения очень малым шагом (что важно для формирования мелких радиусов, тонких перемычек и т.д.).

Системы рабочих перемещений также включают управляющее программное обеспечение, позволяющее задать технологические переходы: например, перемещение электрода из одного отверстия в другое, изменение режимов разряда в определенных точках траектории и т.п. Современные станки фактически являются CNC-обрабатывающими центрами, где электроэрозия – один из видов инструментального воздействия.