PL237380B1 - Sposób i urządzenie do drążenia elektroerozyjnego powierzchni o zarysach sferycznych, zwłaszcza gniazd - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób oraz urządzenie do drążenia elektroerozyjnego powierzchni o zarysach sferycznych, zwłaszcza gniazd wykonanych z materiałów trudno obrabialnych z wykorzystaniem elektrody drutowej.

Obróbka elektroerozyjna stanowi proces wykorzystujący wyładowania elektryczne pomiędzy katodą i anodą do usuwania warstw obrabianego materiału w wyniku wyładowań elektrycznych. Przedmiot obrabiany stanowi anodę, a narzędzie w postaci elektrody drutowej stanowi katodę. Proces ten odbywa się w środowisku cieczy roboczej o właściwościach dielektryka.

Znane są sposoby kształtowania powierzchni sferycznych wewnętrznych poprzez drążenie elektrodą monolityczną o zarysach odpowiadających obrabianemu kształtowi. Sposób ten z uwagi na zużywanie się elektrod roboczych nie nadaje się do kształtowania powierzchni sferycznych o wysokich wymaganiach dokładności wymiarowej oraz niskiej chropowatości powierzchni. Znany jest również sposób obróbki gniazd o zarysach sferycznych poprzez szlifowanie metodami kształtowymi. W tym przypadku występuje konieczność cyklicznego korygowania kształtu ściernicy i przywracania jej zdolności skrawnych. Znana jest idea profilowania ściernic o spoiwach metalowych z zastosowaniem elektrody roboczej w postaci drutu prowadzonego na nieruchomym prowadniku profilowym. Opisywany schemat zaprezentowano w publikacji Suzuki K., Uematsu T., Yanase T., Nakagawa T. On-machine electro-discharge trueing for metal bond diamond grinding wheel for ceramics. Proc. of the International Conference on Machining of Advanced Materials, Gaithersburg, USA, 1993, MIST Spec. Pub., 847, (1993), pp. 83-88.

Autorzy E. Uhlmann, S. Piltz, S. Jerzembeck w artykule Micromachining of Cylindical Parts by Electrical Discharge Grinding, Proc. ISEM XIV, (2004) przedstawili schemat obróbki mikro szlifowania elektroerozyjnego powierzchni o zarysie cylindrycznym z wykorzystaniem elektrody drutowej prowadzonej na tarczy o stałej średnicy.

Znany jest sposób obróbki powierzchni z publikacji H. Gotoh, T. Tani, M. Okada, A. Goto, T. Masuzawa, N. Mohri: Wire electrical discharge milling using a wire guide with reciprocating rotation. Procedia CIRP 6 (2013) 200-203) z wykorzystaniem elektrod drutowych prowadzonych na stałym trzpieniu profilowym zakończonym powierzchnią w kształcie półkuli, który podczas obróbki, wiercenia lub frezowania, wykonuje cykliczne ruchy wahadłowe.

Znana jest z opisu patentowego PL173409 ściernica do szlifowania elektroerozyjnego powierzchni płaskich, zwłaszcza do czołowego szlifowania elektroerozyjnego materiałów trudno obrabialnych. Istota wynalazku polega na tym, że w rowku teowym usytuowanym na czołowej płaszczyźnie korpusu po stronie roboczej umieszczony jest pierścień metalowego spoiwa, w którym osadzone są metalowe pręciki, korzystnie ze stali sprężynującej oraz dwie ścierne okładziny pierścieniowe o spoiwie metalowym, a mianowicie ścierna okładzina pierścieniowa o średnicy większej od pierścienia metalowego spoiwa i ścierna okładzina pierścieniowa o średnicy mniejszej od pierścienia metalowego spoiwa.

Sposób drążenia elektroerozyjnego powierzchni o zarysach sferycznych, zwłaszcza gniazd, w którym do drutu elektrodowego stanowiącego katodę, doprowadza się napięcie zasilające i przemieszcza się go w pobliże obracającego się przedmiotu obrabianego stanowiącego anodę, tak że nie doprowadza się do ich styku, a w strefę obróbki podaje się ciecz roboczą w postaci wody dejonizowanej, przy czym w wyniku wyładowań elektrycznych pomiędzy elektrodami doprowadza się do topnienia i usuwania mikroobjętości materiału, charakteryzuje się tym, że drut elektrodowy w trakcie trwania procesu drążenia przewija się w sposób ciągły w rowku pomiędzy obracającymi się jednocześnie tarczami prowadzącymi. Wzajemne położenie tarcz reguluje się poprzez zmianę poosiowego położenia dolnej tarczy przy pomocy nakrętki, przy czym oś obrotu tarcz prowadzących jest prostopadła do osi obrotu przedmiotu obrabianego.

Urządzenie do drążenia elektroerozyjnego powierzchni o zarysach sferycznych, zwłaszcza gniazd wyposażone w elektrodę roboczą w postaci drutu elektrodowego rozwijanego ze szpuli i prowadzonego pomiędzy rolkami oraz wyposażone w zespół napędowy przedmiotu obrabianego, mocowanego w uchwycie osadzonym na wrzecionie obrotowym, ułożyskowanym w korpusie, charakteryzuje się tym, że wyposażone jest w zespół tarcz prowadzących osadzonych na tulei zainstalowanej na wałku ułożyskowanym w obsadzie. Tarcze są zdystansowane elementami sprężystymi ustalającymi ich wzajemne położenie, zaś w rowku pomiędzy tymi tarczami przeprowadzony jest drut elektrodowy.

Korzystnie, tarcze prowadzące wraz z tuleją mocowane są na wałku przy pomocy nakrętki.

Korzystnie, elementy sprężyste mają postać sprężyn talerzowych.

PL 237 380 B1

Korzystnie, kąt rozwarcia tworzących powierzchni stożkowych tarcz prowadzących wynosi od 40° do 120°.

Rozwiązanie, według wynalazku, powoduje to że elektroda drutowa może być podawana w sposób ciągły, a kształt elektrody pozostaje niezmieniony w całym cyklu obróbki. Zaproponowany sposób umożliwia prowadzenie procesu obróbki zgrubnej z dużą wydajnością, jak i obróbki wykończeniowej z dużą dokładnością wymiarowo-kształtową oraz niską chropowatością przy zastosowaniu nie zużytej elektrody roboczej.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat urządzenia w widoku od czoła, fig. 2 - schemat urządzenia w przekroju w rzucie z góry, fig. 3 - przekrój zespołu tarcz prowadzących, a fig. 4 - szczegół z fig. 3.

Urządzenie, według wynalazku, wyposażone jest w czynną część elektrody roboczej w postaci drutu elektrodowego 7, prowadzonego na dwóch rolkach 3, ułożyskowanych na trzpieniach 11 osadzonych w płycie 8 podstawy urządzenia. Drut elektrodowy 7 osadzony jest suwliwie w rowku w kształcie litery V, pomiędzy tarczami prowadzącymi 1, 2 osadzonymi na tulei 5, która zainstalowana jest na wałku 9 ułożyskowanym w obsadzie 10. Tarcze prowadzące 1, 2 wraz z tuleją 5 mocowane są na wałku 9 przy pomocy nakrętki 6a. Wzajemne zdystansowanie zespołu tarcz prowadzących 1, 2 ustalają sprężyny talerzowe 4. Regulacja nominalnej średnicy elektrody roboczej dokonywana jest poprzez zmianę poosiowego położenia dolnej tarczy 1 za pośrednictwem nakrętki 6b. Kąt rozwarcia a tworzących powierzchni stożkowych tarcz prowadzących 1, 2 regulowany jest w zakresie od 60° do 120°. Zespół prowadzący elektrody roboczej zmontowany jest na płycie 8 stanowi uniwersalną przystawkę przymocowywaną do korpusu 22 urządzenia. Ciecz robocza, niezbędna do prawidłowego przebiegu procesu drążenia w postaci wody dejonizowanej, podawana jest w strefę obróbki przy pomocy standardowych dysz, nie pokazanych na rysunku.

Przedmiot obrabiany 20 wykonany z materiału trudno obrabialnego, takiego jak stop na magnesy trwałe typu AlNiCo, węgliki spiekane, stellity czy kompozyty ceramiczne na bazie spoiw metalowych, mocowany jest w uchwycie 19 osadzonym na wrzecionie obrotowym 16 ułożyskowanym w korpusie 12. Wspornik 13 zespołu napędowego przymocowany jest do stołu obrabiarki 21. Wrzeciono 16 napędzane jest silnikiem elektrycznym 14 za pośrednictwem przekładni pasowej 15 w standardowy sposób. Do wrzeciona 16 doprowadzony jest prąd elektryczny za pośrednictwem kolektora 17 i szczotek grafitowych 18. Zespół napędowy elektrody roboczej mocowany jest na stole 21 urządzenia. Przedmiot obrabiany 20 wprawiany jest w ruch obrotowy. Zespół przewijania drutu oraz układ napędowy przedmiotu obrabianego zabudowane są w komorze 23 urządzenia. Wraz z postępem procesu elektroerozji zespół napędowy przedmiotu obrabianego przemieszcza się w kierunku elektrody roboczej, zachowując przy tym wymaganą warunkami procesu szczelinę roboczą. Katoda w postaci drutu elektrodowego 7 i anoda w postaci przedmiotu obrabianego 20 są zasilane ze standardowego generatora stanowiącego wyposażenie urządzenia. W wyniku wyładowań elektrycznych pomiędzy elektrodami następuje topnienie i usuwanie mikroobjętości materiału.

Zastosowanie przewijanej przez układ rolek 3 elektrody drutowej 7 oraz regulowanego zespołu tarcz prowadzących 1, 2 pozwala na zachowanie jej stałego nominalnego wymiaru w procesie obróbki. Możliwość ciągłego korygowania średnicy zewnętrznej elektrody roboczej pozwala na prowadzenie procesu z dużą wydajnością przy wyższych parametrach obróbki i zarazem większej szczelinie roboczej jak również prowadzenie obróbki wykończeniowej przy niższych wartościach parametrach procesu, a tym samym mniejszej szczelinie roboczej. Nałożenie ruchu obrotowego przedmiotu obrabianego oraz posuwowego umożliwia wykonanie czaszy sferycznej o zarysie odpowiadającym średnicy elektrody roboczej.

Sposób według wynalazku przy użyciu powyżej opisanego urządzenia jest następujący.

Po zamocowaniu przedmiotu obrabianego 20, wykonanego z trudno obrabialnego materiału AlNiCo, w uchwycie 19 osadzonym na wrzecionie obrotowym 16 ułożyskowanym w korpusie 12 urządzenia, przeprowadza się drut elektrodowy 7 stanowiący katodę, pomiędzy rolkami 3, tak że jest on osadzony w rowku zespołu tarcz prowadzących 1, 2, co pokazano na fig. 4. Następnie nakrętką regulacyjną 6b ustala się wzajemne położenie tarcz prowadzących 1, 2, ustalając tym samym nominalną średnicę elektrody roboczej. Po włączeniu posuwu roboczego stołu obrabiarki 21 następuje zbliżanie elektrod do chwili, aż odległość drutu elektrodowego 7 od zamocowanego przedmiotu obrabianego 20 stanowiącego anodę, osiągnie położenie odpowiadające grubości szczeliny międzyelektrodowej. Szczelina robocza, czyli odległość drutu elektrodowego 7 od obrabianego przedmiotu 20, ustalana jest w procesie obróbki, w wyniku działania układu sterowania, w sposób automatyczny w zależności od

PL 237 380 Β1 wartości nastaw parametrów elektrycznych generatora obrabiarki elektroerozyjnej. Natomiast w zależności od pożądanego promienia powierzchni sferycznej gniazda przedmiotu obrabianego 20, koryguje się średnicę nominalną elektrody roboczej poprzez zmianę wzajemnego położenia tarcz prowadzących 1, 2. Wrzeciono 16 napędzane jest silnikiem elektrycznym 14 za pośrednictwem przekładni pasowej 15 w standardowy sposób. Do wrzeciona 16 doprowadza się prąd elektryczny za pośrednictwem kolektora 17 i szczotek grafitowych 18, wprowadzając przedmiot obrabiany 20 w ruch obrotowy. Wraz z postępem procesu elektroerozji zespół napędowy przedmiotu obrabianego przemieszcza się w kierunku elektrody roboczej, zachowując przy tym wymaganą warunkami procesu szczelinę roboczą. W wyniku wyładowań elektrycznych pomiędzy elektrodami, drutem elektrodowym 7 a przedmiotem obrabianym 20, następuje topnienie i usuwanie mikroobjętości materiału. Proces prowadzony jest do chwili uzyskania pożądanego wymiaru geometrycznego przedmiotu obrabianego 20. Podczas trwania procesu drążenia elektroerozyjnego w sposób ciągły przewijana jest przez układ rolek 3 elektroda drutowa 7, co powoduje, że na miejsce zużytej w wyniku procesu elektroerozji elektrody, podawany jest niezużyty drut przez co elektroda robocza zachowuje stałą średnicę. Ciecz roboczą w postaci wody dejonizowanej, niezbędnej do prawidłowego przebiegu procesu drążenia, podaje się w strefę obróbki przy pomocy standardowych dysz, nie pokazanych na rysunku.

Wartości zakresów podstawowych parametrów procesu obróbki zestawiono w tabeli:

Szczelina robocza [mm]	Napięcie robocze U[V]	Natężenie prądu I[A]	Ciśnienie cieczy roboczej [MPa]	Prędkość przewijania drutu [mm/min]
0,005 - 0,1	30-250	10-100	0,1 - 1,0	30-100

Zastrzeżenia patentowe

Claims (5)

1. Sposób drążenia elektroerozyjnego powierzchni o zarysach sferycznych, zwłaszcza gniazd, w którym do drutu elektrodowego stanowiącego katodę doprowadza się napięcie zasilające i przemieszcza się go w pobliże obracającego się przedmiotu obrabianego stanowiącego anodę, tak że nie doprowadza się do ich styku, a w strefę obróbki podaje się ciecz roboczą w postaci wody dejonizowanej, przy czym w wyniku wyładowań elektrycznych pomiędzy elektrodami doprowadza się do topnienia i usuwania mikroobjętości materiału, znamienny tym, że drut elektrodowy (7) w trakcie trwania procesu drążenia przewija się w sposób ciągły w rowku, pomiędzy obracającymi się jednocześnie tarczami prowadzącymi (1,2), których wzajemne położenie reguluje się poprzez zmianę poosiowego położenia dolnej tarczy (1) przy pomocy nakrętki (6b), przy czym oś obrotu tarcz prowadzących (1, 2) jest prostopadła do osi obrotu przedmiotu obrabianego (20).

2. Urządzenie do drążenia elektroerozyjnego powierzchni o zarysach sferycznych, zwłaszcza gniazd wyposażone w elektrodę roboczą w postaci drutu elektrodowego rozwijanego ze szpuli i prowadzonego pomiędzy rolkami oraz wyposażone w zespół napędowy przedmiotu obrabianego, mocowanego w uchwycie osadzonym na wrzecionie obrotowym, ułożyskowanym w korpusie, znamienne tym, że wyposażone jest w zespół tarcz prowadzących (1, 2) osadzonych na tulei (5) zainstalowanej na wałku (9) ułożyskowanym w obsadzie (10), przy czym tarcze (1, 2) są zdystansowane elementami sprężystymi (4) ustalającymi ich wzajemne położenie, zaś w rowku pomiędzy tarczami prowadzącymi (1, 2) przeprowadzony jest drut elektrodowy (7).

3. Urządzenie, według zastrz. 2, znamienne tym, że tarcze prowadzące (1, 2) wraz z tuleją (5) mocowane są na wałku (9) przy pomocy nakrętki (6a).

4. Urządzenie, według zastrz. 2, znamienne tym, że elementy sprężyste (4) mają postać sprężyn talerzowych.

5. Urządzenie, według zastrz. 1, znamienne tym, że kąt rozwarcia a tworzących powierzchni stożkowych tarcz prowadzących (1, 2) wynosi od 40° do 120°.