Устройство. Электроэрозионная обработка.

Электроэрозионное оборудование

Для реализации процесса электроэрозионной обработки используются специальные станки и установки, оснащенные системой подачи импульсов и точного перемещения электрода. Современное электроэрозионное оборудование – это сложные высокотехнологичные комплексы, сочетающие мощную электрическую часть (генераторы импульсов, системы управления разрядом) и прецизионную механическую часть (координатные перемещения, подача инструмента). Кроме того, обязательными элементами являются система циркуляции и очистки рабочей жидкости (диэлектрика) и автоматические средства управления процессом. Ниже рассмотрены основные узлы электроэрозионных станков.

Генераторы импульсов

Генератор импульсов – «сердце» электроэрозионного станка, отвечающее за формирование электрических разрядов нужной формы, длительности и частоты. От характеристик генератора напрямую зависят стабильность процесса и качество обработки. Исторически применялось несколько типов генераторов импульсов для ЭЭО:

• Релаксационные генераторы. Это простейшие устройства, в которых разряды возникают самопроизвольно за счет зарядки-разрядки конденсатора через сопротивление. Схема классического релаксационного генератора – RC-генератор: батарея конденсаторов заряжается от источника, подключена параллельно межэлектродному промежутку через резистор. Когда напряжение на конденсаторах достигает пробивного для данного зазора, происходит искровой разряд, конденсаторы разряжаются – а затем снова начинают заряжаться, и цикл повторяется. Частота искр при этом зависит от состояния межэлектродного промежутка: при хорошем отводе продуктов и малом зазоре разряды чаще, при засорении – реже. Достоинствами релаксационных генераторов являются простота и невысокая стоимость. Однако существенный недостаток – нестабильность параметров импульсов: они определяются не строго электроникой, а условиями в зоне обработки. Это может приводить к неравномерному съему и ухудшению качества. Релаксационные схемы применялись на самых ранних этапах развития ЭЭО и сегодня используются разве что в учебно-демонстрационных установках или в портативных приборах.
• Ламповые генераторы. Следующий этап развития – применение электронных вакуумных ламп (триодов, тиратронов) для формирования контролируемых импульсов. Ламповые генераторы позволили независимо задавать частоту и длительность разрядов, на которые не влияют случайные процессы в межэлектродном промежутке. Ламповая схема обычно включает генератор прямоугольных импульсов, управляемый лампами, и силовую цепь разряда через трансформатор. Такие генераторы обеспечивали более стабильную работу, однако сами лампы были громоздки, потребляли много энергии и выделяли тепло. К тому же срок их службы ограничен. Тем не менее в середине XX века ламповые генераторы активно использовались в промышленных электроэрозионных станках, обеспечивая вполне приемлемые режимы (частоту до нескольких килогерц).
• Магнитонасыщенные генераторы. Это специальные схемы, где регулирование параметров импульса достигается с помощью индуктивностей с сердечниками, входящими в насыщение. По сути, такие генераторы формируют импульсы высоких токов посредством насыщающихся дросселей и разрядников. Преимущество – возможность получать очень мощные короткие импульсы (с высокими амплитудами тока) для интенсивного съема. Недостатки – сложность настройки, инерционность магнитных элементов и ограниченная гибкость. Магнитонасыщенные генераторы были разработаны для тяжелых режимов электроимпульсной обработки, но широкого распространения не получили, уступив место полупроводниковым устройствам.
• Генераторы на управляемых полупроводниках. Современные электроэрозионные станки оснащаются транзисторными или тиристорными (SCR) генераторами, где все параметры искрового импульса задаются электронными компонентами. Полупроводниковые ключи позволяют получать импульсы практически любой необходимой формы: прямоугольные, короткие пачки, последовательности переменной скважности и т.д. Частота следования импульсов может достигать десятков и сотен килогерц, а длительность – микросекунд. Важное достоинство – точность и повторяемость: каждый импульс идентичен предыдущему, что дает стабильный процесс. Кроме того, такие генераторы обычно имеют обратную связь: датчики контролируют напряжение и ток в промежутке, и при нежелательном развитии дуги или короткого замыкания генератор прерывает подачу импульсов или изменяет режим. Полупроводниковые генераторы компактны, надежны и энергоэффективны, хотя и требуют сложной электроники. Именно они лежат в основе современных ЧПУ-станков ЭЭО.

С точки зрения покупателя оборудования, тип генератора определяет возможности станка. Современные модели используют транзисторные генераторы, которые поддерживают множество настроек (режимов) для разных материалов: оператор может задать напряжение разряда, максимальный ток, длительность импульса, паузу между импульсами, форму импульса, и все это воспроизводится электроникой. Такие станки обеспечивают наилучшее сочетание производительности и качества. Ранние же типы генераторов сейчас морально устарели, хотя понимание их принципов полезно для общего кругозора.