Современное электроэрозионное оборудование

17 Января 2012

Фирма Makino (Япония) выпускает горизонтальный электроэрозионный, проволочно-вырезной станок модели UPJ-2 с точностью линейных измере­ний 50 мм. Машина изготавливается в термостабильном чистом помещении и обеспечивает получение точности об­работки в микрометровом диапазоне. Перемещения по осям X и Y (2000 мм) и оси Z (60 мм) осуществляются цифро­выми приводами по направляющим с предварительно выбранными зазора­ми, что позволяет выдерживать допус­ки менее 1,5 мкм при углах до ±3°.

В станке UPJ-2 заправка тонкой про­волоки занимает 90 с и осуществляет­ся автоматическая эвакуация отходов. Автоматизированные загрузка и зажим обрабатываемых изделий обеспечива­ют обработку при минимальном учас­тии оператора. Используется проволо­ка диаметром 0,02 мм при получении чистоты поверхности Ra 0,5 мкм. Безо­пасность обработки реализуется путем применения диэлектрической масля­ной ванны.

Загрузка заготовок в высокоточном станке UPJ-2 осуществляется автомати­чески, что обеспечивает режим мало­людной обработки. Вырезаются слож­ные профили без коррозии материала. Компьютерно-управляемый генератор приспособлен для использования тон­ких проволок различного диаметра и вырезки разнообразных материалов. Используются интуитивно понятная система CNC и адаптивное управление. Выполняется неконтролируемая мик­рообработка. Панель ЧПУ имеет «меню-режим». Возможны ручная подготовка программ или их импорт. Реализуются диагностические запросы [20].

На выставке ЕМО 2007 фирма Makino представила новый электроэрозион­ный (ЭЭ) проволочно-вырезной станок серии SP64 с максимальными разме­рами рабочей зоны 930x680x400 мм для детали массой до 1200 кг. Возмож­на конусная резка ±157100 мм или как опция ±357100 мм проволокой диамет­ром 0,1-0,3 мм.

Фирма Hirschmann GmbH (Герма­ния) выпускает индексные шпиндели H80R. MAC для вращения заготовок в электроэрозионном проволочно-вырезном станке. Регулируемый привод от электродвигателя переменного тока обеспечивает ЭЭ обработку миниатюр­ных деталей вращения при получении чистых поверхностей. Применение спе­циальных подшипников минимизирует радиальные биения. С помощью систе­мы ЧПУ станка реализуется контурная обработка, что исключает применение профилированных шлифовальных кру­гов и уменьшает длительность наладоч­ных работ [21].

Реализацию 6-координатной ЭЭ рез­ки представила фирма AccuteXTechnologies (Тайвань) на станке, оснащенном поворотным индексным шпинделем. На выставке TIMT0S 2007 в Тайпее станок был представлен на конкурс и получил 2-й национальный приз.

Фирма AccuteX стала первой произ­водить ЭЭ проволочно-вырезные стан­ки с поворотными столами (6-я ось).

Встроенный шпиндель обладает уль­травысокой дискретностью в 2,6 млн импульсов на каждый оборот и безза­зорным механизмом привода.

Весь блок выполнен как одно целое и обладает классом IP68 по водонеп­роницаемости. Данный поворотный стол может быть полностью погружен в воду, обеспечивая при этом неизмен­ную высокую эффективность и высокую точность обработки.

Копировально-прошивочное ЭЭ оборудование

Расширяется спрос на электроэро­зионные копировально-прошивочные станки с увеличенными перемещени­ями столов по сравнению с широко принятыми размерами 305x203 мм (X/ Y). Это происходит по двум причинам: во-первых, расширяются технические возможности машин, во-вторых, мно­гие работы, выполняемые при «стан­дартных» перемещениях, ушли из США в страны с низкой зарплатой, и станки больших размеров позволят удержать работ в стране. На станках с повышен­ными перемещениями увеличивается производительность за счет много­местных наладок, что позволяет также организовать безлюдную обработку по ночам и в конце недели. Кроме того, об­легчается автоматизация, например пу­тем применения загрузочных роботов.

Пользователи ЭЭ копировально-прошивочных станков с увеличенными перемещениями столов (на рынке по­явились машины с перемещениями по осям X, У от 350x250 до 650x450 мм), по рекомендациям изготовителей должны учитывать ряд аспектов, в том числе способы смены электродов, снабжение энергией, возможность использования управляемой координаты С, средства ЧПУ (особенно с учетом автоматизации и выдачи сообщений), средства пози­ционирования (стеклянные шкалы или энкодеры), нужен ли стационарный или подъемный стол если используются присадки к диэлектрической жидкости, то нужно учитывать возможности их ис­ключения в ряде случаев. Изготовители станков принимают от заказчиков соот­ветствующие спецификации.

Копировально-прошивочный станок модели Spirit 3 ком­пании Agie Charmilles (Швейцария) имеет перемещения по осям X/Y, соответственно, 550x400 мм. Линейная смена инс­трументов осуществляется встроенным внутренним устройс­твом, круговая смена - внешним устройством. Подается ток величиной 32 А. Система CNC контролирует круговую индек­сацию относительно оси С. Предусмотрено использование средств автоматизации. Имеется база выбора режимов об­работки. Возможны формирование сообщений и подготовка программ в режиме off-line. Позиционирование осуществля­ется только с помощью стеклянных шкал. Обработка произ­водится с помощью подъемного стола. Используется система Gamma ТЕС для введения присадок в диэлектрик, возможен переход на обработку без присадок.

Копировально-прошивочный станок Edge 3 фирмы Makino имеет перемещения по осям X/Y 450 и 300 мм соответственно. Линейная смена электродов проводится внутри литой стани­ны, возможна поставка внешнего устройства смены. Исполь­зуется ток величиной 30 А. Система CNC контролирует круго­вую индексацию относительно оси С. Возможно применение средств автоматизации. Имеется база данных для выбора режимов обработки. Формируются сообщения, программы готовятся в режиме off-line. В стандартном исполнении для позиционирования используются энкодеры, в специальном стеклянные шкалы. Станок оснащен подъемным столом. Сис­тема HQSF позволяет применять диэлектрик с присадками и без присадок. Имеется сепаратор для отстоя.

Фирма Mitsubishi Electric выпускает копировально-прошивочный станок мод. EA28V с перемещениями по осям X и У 650x450 мм и внешним поворотным устройством смены элек­тродов MVH. Осуществляется электропитание от сети 120 В. Повороты относительно оси С осуществляются от системы CNC Ingersoll High Inertia. Возможны подключение средств автоматизации, формирование сообщений и выбор рабочих режимов в базе данных. Программирование выполняется в режиме off-line. Для позиционирования применяются опти­ческие вращающиеся энкодеры и линейные шкалы. Станок оснащен подъемным столом. Диэлектрик функционирует в модели без присадок.

Данная серия - новое поколение прошивочных станков, в которых реализованы все последние достижения Mitsubishi Electric и задан новый стандарт точности, производитель­ности и функциональности. Прекрасно зарекомендовавшая себя механика с неподвижным столом, абсолютной замкну­той двойной системой контроля положения, системой термостабилизации и системой термокомпенсаций по всем осям обеспечивает высочайшую точность позиционирования. Новейший генератор и система DynaTech 2 комплексного уп­равления процессом электроэрозии с искусственным интел­лектом обеспечивает низкий износ электрода, высочайшую производительность в сложных условиях, шероховатость об­работанной поверхности до Ra 0,06 мкм на большой площади и позволяет говорить о общей точности обработки ±3 мкм.

Новая 64-битная система управления класса «нано» с 15" сенсорным монитором, встроенным 3D CAD/CAM, 3D EXPERT и Hibrid Pack, сетевой платой и обновлением системы через внешнюю USB память позволяет использовать новейшие технологические разработки и выполнять обработку любой сложности с очень низкими эксплуатационными затратами, высочайшей автоматизацией и надежностью.

Электроэрозионный копировально-прошивочный ста­нок модели EA12-V, который поставляет фирма Mitsubishi Electric, оснащается новым генератором EP80V, с помощью которого при кратковременных рабочих циклах получаются чистые обработанные поверхности. Станок особенно эффективен при обработке твердых сплавов и глубоких выемок при получении чистых поверхностей. Используется термически стабилизированная стальная литая станина. Станок приспо­соблен для встраивания в гибкие ячейки и оснащен удобной для пользователя системой ЧПУ, которой может пользоваться неопытный оператор. В то же время опытный оператор имеет широкие технические возможности.

Пример применения новых ЭЭ станков предоставил завод фирмы World Class Tecnology, который изготавливает пресс-формы: до внедрения в производство ЭЭ копировально-прошивочного станка модели EA-12V компании Mitsubishi EDM обработка занимала почти 12 ч, после внедрения новой ма­шины она выполняется за 5 ч (быстрее более чем в 2 раза). Брака почти не стало, минимизированы вторичные доделочные операции на формах после электроэрозии. На ряде ра­бот выдерживаются допуски на точность порядка 2,5 мкм.

Копировально-прошивочный станок ЕА-12 V оснащен теп­лозащитной кабиной и средствами компенсации тепловых деформаций, что повышает точность обработки при измене­нии температуры окружающей среды. Многоместная ванна позволяет оператору осуществлять наладочные работы во время циркуляции диэлектрической жидкости. Регулировка потока жидкости обеспечивает ее циркуляцию между двумя наладками без прокачки, что повышает качество процесса. Такая возможность позволяет также поддерживать чистоту в рабочем помещении, что необходимо при изготовлении сте­рильных зубных протезов [14,17].

На заводе британской фирмы Beaubury Precision Moulds Ltd. изготавливаются сложные инструменты для формовки изделий выдуванием. Для удовлетворения требований за­казчиков по точности и чистоте поверхностей инструментов приобрели электроэрозионный копировально-прошивочный станок Hyperspark HS компании Agie Charmilles Ltd. Ра­нее приобретенный электроэрозионный станок не имел уст­ройства автоматической смены инструментов и управляемой координаты С, что ограничивало его возможности; новый станок реализует эти функции. С помощью медных электро­дов обеспечивается съем металла порядка 550 мм³/мин при получении чистоты поверхностей 0,2 мм Ra и выше.

Применение на предприятии фирмы Beaubury Precision Moulds Ltd. копировально-прошивочного станка Hyperspark HS компании Agie Charmilles позволило быстро исключать «производственные пробки», в частности при изготовлении форм. Электроэрозионная обработка оказалась более эф­фективной, чем фрезерование. Станок является сложным, но его высококачественный генератор, система ЧПУ Agievision и другие компоненты позволили получить значительный эф­фект и решить технические проблемы на много лет вперед. Изготовитель станка осуществляет непрерывную техничес­кую поддержку в процессе его эксплуатации [23].

Компания Agie Charmilles выпустила более гибкую моди­фикацию электроэрозионного копировально-прошивочного станка Roboform 350/550, получившую наименование Accura С. Добавлена управляемая координата С, что обеспе­чивает обработку геликоидальных (виброобразных) деталей, в том числе ряда форм, турбинных лопаток и других деталей им подобных. Для предотвращения пульсаций диэлектричес­кой жидкости при перемещениях по оси С выдерживаются инерционные силы до 5000 кгс/см², что повышает произво­дительность.

На станке Roboform 350/550 в исполнении Accura-С обес­печивается прецизионная, электроэрозионная прошивка геликоидальных деталей с помощью электродов массой до 50 кг. Такое прецизионирование электрода реализуется с помощью пневматического тормоза при моментах до 60 Н·м. В машине Accura-С применяется жидкостное охлаждение, что предотвращает размерные отклонения из-за изменений температуры. В станке используется технология Gamma ТЕС, разработанная фирмой Agie Charmilles, которая сочетает в себе оптимизацию диэлектрической системы и применение специальной присадки для обеспечения гомогенной диффу­зии энергии разряда. При обработке геликоидеальных деталей такое сочетание позволяет получать наиболее точные изделия.

В станке Accura-С компания Agie Charmilles использует интерактивные графические устройства и электронное до­кументирование. Благодаря этому станки серии Roboform 350/550 совмещаются с существующими архитектурами сис­тем ЧПУ, поскольку модуль динамического контроля (Dynamic Process Control) основан на стандартной платформе Windows. Системная интеграция исключает дополнительные расходы и специальное обучение персонала. Графические устройства иллюстрируют все станочные операции и облегчают интуи­тивное восприятие оператора. С помощью электроники опе­ратор быстро получает информацию о выполнении текущей функции путем нажатия клавиши F1.

Применение компанией Agie Charmilles в станке Ассига-С модуля динамического контроля DPControl позволяет по­лучать информацию об оптимальном заниженном размере электрода в результате износа и организовать очередность электродов для выполнения технологических переходов в соответствии с заданными приоритетами. Оператор получает информацию о состоянии процесса обработки; автоматичес­ки формируются сообщения для оценки хода работ.

ЭЭ копировально-прошивочный станок Roboform 550 пред­назначен для обработки деталей больших размеров. Рабочая зона машины Roboform 550 составляет 1200x850x400 мм. На станок загружаются заготовки массой до 1600 кг. В исполне­нии Accura-С обе машины могут обрабатывать сложнопрофильные винтообразные детали [24].

Компания Agie Charmilles в 2006 году представила новую серию ЭЭ копировально-прошивочных станков Roboform 350S/ 550S, которые заменили модели 350/550. Перемещение по оси Z выполняется со скоростью 7,5 м/мин (увеличена вдвое). Эффективны при предварительной обработке 3D полости на предприятиях, специализированных на изготовлении преци­зионных форм и сложнопрофильных деталей, имеющих вы­сокие ребра. Высокопроизводительные станки обеспечивают финиширование поверхности с чистотой порядка Ra 0,4 мкм и выше на сложных деталях.

Ускорение на копировально-прошивочных станках Robo­form 350S/550S составляет 5 м/с² (увеличение на 500% по сравнению с предшествующими моделями); увеличение час­тоты пульсации обеспечивает быструю эвакуацию отходов из межэлектродного промежутка, что, в свою очередь, позволя­ет ускорить съем припуска, улучшить качество обработанных поверхностей и увеличить ресурс стойкости электродов. Во время стендовых испытаний с помощью графитового элект­рода при обработке на глубину 70 мм в стали станки заверша­ли обработку за 2 ч 24 мин; значительно лучший результат по сравнению с аналогами.

Когда станки Roboform 350S/550S поставляются с модулем Speed Finishing, реализующим специальные установки, то в сочетании с генератором для микрофинишной обработки обрабатываются высокоточные мелкие элементы изделий при минимальном износе электродов. Эти возможности в сочетании с адаптивным программным обеспечением поз­воляют осуществлять мониторинг и прогнозировать опти­мальные режимы в межэлектродном промежутке. Точность и высокое качество обработанных поверхностей достигают при высоких рабочих скоростях. При оснащении станков Roboform 350S/550S модулем Speed Finishing задаются такие уставки в системе ЧПУ, что при обработке полости формы размером 600x600x5 мм получают поверхности чистотой Ra 0,5 мкм при затратах времени, втрое меньших, чем у анало­гов (по данным фирмы-изготовителя станков Agie Charmilles). Новые станки оснащаются удобной для операторов системой ЧПУ DPControl, имеющей возможности быстрого приспособле­ния к требованиям пользователей [25].

Пример применения прошивочных ЭЭ станков при изготов­лении пресс-форм на заводе фирмы Amtek Precision Engineers Ltd. (Великобритания) показал следующее. На заводе внедрен в производство копировально-прошивочный ЭЭ станок Agietron Hyperstark, который поставил дилер компании Agie Charmilles. Станок используется для обработки многоместных форм для литья под давлением. Формы применяются при из­готовлении пластмассовых крышек для различных отраслей промышленности. Изготавливаются прототипы и серийные изделия. Новый станок установлен в линии, содержащей 3- координатный станок фирмы Mikron для высокоскоростного фрезерования (с устройством автоматической смены спут­ников с обрабатываемыми деталями) и фрезерно-токарный центр. Оба станка осуществляют обработку материалов вы­сокой твердости.

Фирмой Amtek Precision Engineers Ltd. применяются при из­готовлении формовочных инструментов различные станки с CNC управлением: новый копировально-прошивочный ЭЭ станок Agietron Hyperstark, фрезерный и токарно-фрезерные центры, четыре копировально-прошивочных станка фирмы Agie раннего выпуска и вырезной электроэрозионный ста­нок фирмы Agie. Такое сочетание машин с ЧПУ позволяет выпускать изделия высокого качества при коротких циклах производства и минимальных удельных расходах на деталь. Планируется дальнейшее приобретение машин с CNC управ­лением.

Фирма Amtek Precision Engineers Ltd. автоматизирует про­изводство формовочных инструментов путем оснащения копировально-прошивочных электроэрозионных станков Agietron Hyperstark роботами фирмы System 3R для загрузки-разгрузки станков. Планируется также приобретение 5-координатного фрезерного станка с ЧПУ и координатно- измерительных машин. Автоматизация электроэрозионной обработки позволяет фирме повысить производительность и выпуск продукции, в том числе при организации безлюдной обработки по ночам и в выходные дни.

Копировально-прошивочные ЭЭ станки Agietron Hyper­stark фирмы Agie Charmilles Ltd применяют при обработке формовочных инструментов с высокой точностью и получе­нием чистых поверхностей при незначительном износе электродов-инструментов. Используется эффективный генератор Agie Hyperstark, который позволяет оптимизировать электро­потребление. При использовании генератора обеспечивают­ся интенсивный съем материала и эффективная эвакуация отходов из заполненных плазмой межэлектродных проме­жутков. При формировании импульсов исключается образо­вание оплавленных участков на изделиях.

Станок Agietron Hyperstark имеет управляемую координа­ту С, что позволяет оптимизировать вращение изделия и его угловую индексацию, а также выполнять обработку винтовых поверхностей. Используется автоматически выдвигаемая ванна, что обеспечивает доступ к обрабатываемым деталям с трех сторон, облегчается автоматическая загрузка-разгрузка, в том числе спутников с обрабатываемыми деталями. Автома­тическая смена электродов позволяет выполнять черновую, получистовую и чистовую обработку с одного установа изде­лия, что расширяет эксплуатационную гибкость и повышает производительность. Дальнейшее увеличение эффектив­ности станка достигается путем оснащения его загрузочным роботом System 3R. При обработке сложных формовочных инструментов износостойкость электродов увеличилась в 4 раза по сравнению с показателями более ранних электроэ­розионных станков [26].

На выставке ЕМО 2007 в Ганновере компания Agie Charmilles представила гибкий автоматизированный комплекс, включающий в себя: ОЦ для изготовления графитовых и мед­ных электродов мод. HSM 300 Graphite Master, автоматизи­рованный склад электродов и паллет; измерительную ячейку с КИМ машиной SIGMA СМ фирмы ZEISS, складом и роботом, кото­рый обслуживает комплекс.

Комплекс позволяет в безлюдном режиме изготавливать электроды, которые после автоматического контроля изме­рений на КИМ могут загружаться в копировально-прошивочные станки. Оператору требуется только загружать заготовки электродов и заготовки пресс-форм на стандартные паллеты вручную. В комплексе применяется оснастка, система паллет и робот фирмы System 3R.

В современных электроэрозионных копировально-проши­вочных ЭЭ станках применяются, как правило, графитовые электроды. Исходя из этого фирма OPS-INGERSOLL Funkenerosion GmbH (Германия) разработала специальную техно­логию multipulse Pro для повышения производительности станков путем оптимизации продолжительности разрядных импульсов. При ее использовании, когда применяются гра­фитовые электроды, время обработки может быть сокраще­но до 40 %, а затраты - до 50 %. Новые станки выпускаются фирмой OPS-lngersoll, оснащаются усовершенствованными аппаратами и программными средствами с непрерывным мониторингом процесса обработки.

С помощью ПО в новом копировально-прошивочном стан­ке фирмы OPS-lngersoll Funkenerosion GmbH контролиру­ется состояние машины, что позволяет при использовании технологии multipulse Pro повысить производительность и уменьшить износ графитовых электродов. Увеличено быст­родействие системы управления. До внедрения технологии статистически наблюдали деградацию импульсов и, соответс­твенно, выключали генератор разрядов. Процесс прерывал­ся на период, значительно больший, чем при использовании технологии multipulse Pro. Предусмотрены (по новой техно­логии) анализ каждого разрядного импульса и реагирование до его завершения.

Чем больше продолжительность импульса при электро­эрозионной прошивке, тем медленнее изнашиваются гра­фитовые электроды. Однако продолжительность нельзя из­менять произвольно. На практике передаваемая мощность уменьшается, например перед чистовыми проходами. Кроме того, показатели процесса могут препятствовать регулиро­ванию продолжительности импульсов при разрядах. Техно­логия multipulse Pro обеспечивает синхронизацию монито­ринга процесса с продолжительностью разрядного импульса и показателями прокачки. Это дает значительный эффект при изготовлении графитовых электродов-инструментов со сложной геометрией, например на предприятиях, изготавли­вающих штампы.

При использовании на копировально-прошивочных стан­ках технологии multipulse Pro поддерживаются постоянный межэлектродный зазор и стабильность электроэрозии. Ин­женеры фирмы OPS-lngersoll Funkenerosion GmbH усовер­шенствовали также процесс прокачки диэлектрической жид­кости. Ползун опускается до заданной позиции за 0,25 с. Ско­рость быстрых перемещений на станке составляет 10 м/мин, планируется довести ее до 20 м/мин. При обработке пазов и выемок с площадью сечения 100 мм² наибольшая скорость составляет 10 м/мин; по новой технологии обработки выемок с площадью сечения 250 мм² протекает при той же скорости.

При усовершенствовании мониторинга процесса элек­троэрозионной обработки по технологии multipulse Pro реализуется большая продолжительность рабочих импуль­сов, соответственно значительно увеличивается отношение «длительность импульса - пауза». Технология дает особенно значительный эффект при выполнении критических процес­сов и обработке изделий, имеющих площадь поперечного сечения порядка 1 мм². Проведенные фирмой OPS-lngersoll Funkenerosion GmbH испытания показали, что новая техно­логия позволяет сократить время электроэрозионной обра­ботки на 17-40% при использовании сложных графитовых электродов [27].

В копировально-прошивочном станке модели AQ35L фирмы Sodick осуществляются перемещения по осям X, Y, Z 350x250x250 мм. Для смены электродов используется вне­шнее поворотное устройство. Управление электродом по оси С (встроенный в вертикальный ползун механизм для уг­лового позиционирования + вращения) осуществляет систе­ма ЧПУ станка. Шаг углового позиционирования 0,0005 или 0,001°. Частота вращения шпинделя 0-30 мин^-1. Предусмот­рены использование средств автоматизации, базы данных с рабочими режимами, формирование сообщений и програм­мирование в режиме off-line. В ЭЭ станке AQ35L рабочая зона (каретка линейного двигателя, электродная плита и опорная плита стола) выполнена из керамики FineXCera®, которая от­личается особенно малым коэффициентом теплового расши­рения и высокими электроизоляционными характеристика­ми. Имеется подъемный стол. Реализуется переключение с режима использования диэлектрической жидкости с присад­ками на режим обработки без присадок [22].

Высокоточные электроэрозионные копировально-прошивочные станки

Фирма Makino выпускает электроэрозионные станки высо­кого технического уровня, имеющие CNC управление, уже бо­лее 30 лет. Разработаны копировально-прошивочные станки серии mSinker EDM микронной точности, которые эффектив­ны при обработке легких деталей элетроники и различных миниатюрных компонентов. На компактном станке модели EDAC 1 mSinker EDM выдерживаются прямолинейность и перпендикулярность в пределах ±2 мкм по всей длине хода.

Отклонения при сочленении обработанных компонентов не превышают ±1 мкм, шероховатость поверхностей Ry состав­ляет 0,5 мкм (примерно Ra 0,06 мкм), радиусы в уголках форм и штампов обрабатываются с точностью до 5 мкм [28].

В высокоточном станке EDAC 1 фирмы Makino применяется специальная схема управления обработкой SPG, которая обес­печивает получение шероховатости поверхностей на карби­де титана 0,5 мкм Ry и 0,6 мкм Ry на закаленной стали марки 1.2379. Новый генератор в сравнении с прежним позволяет повысить чистоту поверхностей на закаленной стали на 25 %. Схема SPG обеспечивает также получение радиусов величи­ной 5 мкм на уголках стали 1.2379. Перемещения по осям на микроэрозионном станке составляют 220x180x220 мм. Стол имеет размер 350x250 мм. Максимальная масса электрода 5 кг. Используется стабилизатор температуры [29].

Оснащение электроэрозионных копировально-прошивочных станков средствами ограничения электромагнитного из­лучения целесообразно. Применительно ко всем машинам, оснащенным средствами электротехники и электроники, стоит проблема электромагнитной совместимости. К таким машинам относятся и электроэрозионные копировально-прошивочные станки. Европейский Союз выпустил дерективу, которая требует ограничить распространение электро­магнитных волн на уровне, значительно более низком, чем тот, который характерен для выпускаемых в настоящее время машин. После переходного периода (2007-2009 гг.) изгото­вители должны выпускать машины, не распространяющие электромагнитные помехи. Германская фирма Zimmer+Kreim GmbH&Co. KG (одна из первых) начала выпуск копироваль­но-прошивочных станков со средствами ограничения элект­ромагнитного излучения.

Экранирование электромагнитных помех необходимо для организации эффективного производственного процесса. Исходя из этого фирма Zimmer+Kreim GmbH&Co. KG пол­ностью закрыла рабочую зону выпускаемых электроэрози­онных копировально-прошивочных станков. Кроме того, станок закрывается стеклянным корпусом с металлическим напылением, что превращает всю рабочую зону в защитную клетку Фарадея, которая пропускает в окружающую среду минимальное количество электрической энергии. Таким об­разом, ЭЭ станки удовлетворяют требованиям директивы Европейского Союза по ограничению распространения элек­тромагнитных волн.

Несмотря на полную инкапсуляцию электроэрозионных копировально-прошивочных станков фирмы Zimmer+Kreim GmbH&Co. KG, обеспечивается удобный доступ к рабочей зоне. Имеется стеклянная дверь у боковой части станка, кото­рая открывается, когда стоящий рядом робот осуществляет загрузку-разгрузку. Потери времени на загрузку минимальны [30].

Технологии и станки для прошивки отверстий

На практике часто возникает необходимость прошивки глубоких отверстий малого диаметра в материалах высокой твердости. Такие отверстия могут быть исходными для пос­ледующей вырезки на электроэрозионном станке, когда ис­пользуется микропроволока. Такая технология применяется, например при изготовлении миниатюрных форм, компонен­тов штампов, лопаток турбин, вакуумных плит, миниатюрных медицинских и электронных деталей. При этом необходимо получение отверстий без заусенцев. Отверстия малых диа­метров обычно изготавливаются на специальных электроэ­розионных станках, которые имеют конструктивные отличия от серийных станков. В деталях современных газотурбинных двигателей имеются охлаждающие и функциональные от­верстия, выполняемые с высокой точностью и качеством. К таким деталям относятся лопатки турбины и сопловая аппа­ратура, экраны и кольцевые детали камеры сгорания, детали топливной аппаратуры. Существует тенденция к уменьшению диаметров и увеличению количества отверстий в лопатках. Отверстия имеют диаметры 0,2-3 мм при глубине 50 мм. Тех­нологические проблемы связаны с необходимостью получе­ния высокой геометрической точности при большой глубине отверстий, когда отношение L/D= 100; кроме того, отверстия располагаются под острым углом к торцевой поверхности.

Механические методы обработки таких отверстий далеко не всегда отвечают необходимым требованиям. Исследова­ния показали, что электроэрозия обеспечивает эффективную обработку пазов и отверстий в компонентах газотурбинных двигателей из жаропрочных и титановых сплавов, поскольку технологические показатели электроэрозионных работ не зависят от физико-механических свойств обрабатываемых материалов, и обработка осуществляется без силовых воз­действий.

Вместе с тем, получение отверстий с большим соотношени­ем L/D связано с трудностями эвакуации продуктов эрозии. Эффект можно получить только при рациональном выборе режимов и технологической схемы. Современные генераторы импульсов позволяют достаточно эффективно осуществлять электроэрозию одиночных и групповых отверстий, если их глу­бина не превышает 10-15 диаметров. При многоэлектродной обработке увеличивается производительность процесса [31].

На копировально-прошивочном станке модели EDNC30F фирмы Makino (Япония) было начисто прошито отверстие диаметром 11 мкм с помощью электрода, изготовленного из серебра и вольфрама и имеющего диаметр 6 мкм. Возможно, что это самое малое из обработанных в мире отверстий. При испытаниях, проведенных в Японии, допуск на диаметр вы­держивался в пределах ±1,3 мкм. Точность позиционирова­ния станка составляла ±2 мкм, а толщина обработанной заго­товки 25 мкм. Восемь отверстий прошли за 2 мин 40 с, каждое отверстие прошивали за 20 с. Обработка выполнялась одним электродом, который был изношен на 40 %.

На станке модели EDNC30F при прошивке микроотвер­стий размеры и расположение повторяются с точностью 0,002 мкм. Прецизионные позиционирование и точность достигаются при ультрапрецизионной цепи разряда. Автома­тическая правка электрода-проволоки позволяет получать диаметры порядка 5 мкм ультрапрецизионной точности. На станке обеспечиваются автоматические манипуляции с элек­тродами (в том числе, их смена), что позволяет использовать машину с ЧПУ в безлюдном режиме.

Когда специалисты фирмы Makino демонстрировали эф­фективность копировально-прошивочного станка EDNC30F при обработке изделий медицинской, аэрокосмической и электронной отраслей промышленности, они прошили мик­роотверстия диаметром 0,1 мкм в заготовке из карбида мар­ки CD 650 медным трубчатым электродом диаметром 99 мкм. Выдерживался допуск на диаметр ±5 мкм при шаге между отверстиями 0,2 мм; точность позиционирования по шагу составляла ±2 мкм. Обрабатывалась заготовка толщиной 0,38 мм. При демонстрации на обработку одного отверстия уходило 18 с. За 6 ч 40 мин прошили 1 300 отверстий диамет­ром 0,1 мм с помощью четырех электродов.

Когда дочернее предприятие фирмы Makino демонстри­ровало возможности копировально-прошивочного станка EDNC30F в США, прошивались отверстия диаметром 38 мкм. Электроды также могут заменяться автоматически, автома­тически могут заменяться и направляющие электродов. На станке с ЧПУ можно прошивать тысячи отверстий различ­ных диаметров в автоматическом цикле. В режиме копиро­вальной прошивки обрабатываются внутренние и наружные поверхности изделий; чистота поверхностей выше, чем при лазерной обработке.

Станки модели EDNC30F фирмы Makino могут функциони­ровать эффективно как при копировально-прошивочной ЭЭ обработке, так и при прошивке отверстий. В медицинской, аэрокосмической и электронной отраслях промышленности применяются все более легкие и мелкие детали, обработка которых может эффективно выполняться на станке EDNC30F. Заказчики обычно хотят получать наружные и внутренние по­верхности высокой чистоты, что обеспечивает новая машина. Эффективно осуществляется микрообработка, в том числе прошивка микроотверстий. Несколько станков уже эксплуа­тируются в Европе. Технические центры фирмы Makino име­ются в 14 странах на четырех континентах [32,33].

На смену станка модели EDNC30F, который производится с 2001 г. фирма Makino в 2007 году представила новый станок мод. EDFH7, который оснащен новой системой крепления элект­рода и направляющих. Перемещения по X, Y, Z - 220x180x300 мм, по W -220 мм, частота вращения электрода 10-2000 мин^-1; при­меняются электроды диаметром 0,02-3,0 мм.

Фирма Beaumont Machine (США) выпускает электроэрози­онный станок модели FH40/6A (см. с. 49), предназначенный для скоростной прошивки отверстий. Используется система ЧПУ корпорации GE Fanuc. Характерной особенностью маши­ны является малая величина оплавленного слоя 0,0125 мм. Стол перемещается в пределах от 762 до 3 810 мм. Система ЧПУ оснащена цветным жидкокристаллическим сенсорным экраном размером 381 мм. С помощью программ рассчиты­ваются величины токов, длительности периодов включения- выключения; все данные распечатываются. Применяется тех­нология размывания времени поджигания разряда. Для смены инструментов может применяется робот фирмы Fanuc [34].

Германская компания Heun GmbH в течение более чем 30 лет выпускает высокоскоростные электроэрозионные станки для прошивки отверстий, проволочно-вырезные и копировально-прошивочные станки. Изготавливаются прошивоч­ные электроды для отверстий диаметром от 0,1 до 6 мм; про­шивка осуществляется по скоростями до 200 мм/мин. Качес­тво обработанного отверстия зависит от качества электрода, имеющего внутренние продольные каналы, через которые осуществляется прокачка жидкости. Точная выверка наруж­ного и внутреннего диаметров необходима для эффективно­го съема металла и обеспечения износостойкости электрода; важными факторами являются также прямолинейность и твердость электрода. Изготавливаются специальные станки с ЧПУ, имеющие до девяти управляемых координат.

На выставке ЕМО 2007 в Ганновере компанией Heun GmbH был представлен ЭЭ станок для прошивки отверстий мод. MD-640. Компания Heun GmbH все ЭЭ станки оснащает ЧПУ на базе PC под управлением ОС Windows-NC (процессор APos CNC-Pentium) [35,36]. В сочетании с разработанной фирмой спе­циальной системой ЧПУ APos 800 CNC используются средства детектирования повреждения электродов в процессе прошив­ки. Фирма осуществляет модификацию станков, находящихся в эксплуатации, для пристройки роботизированных устройств, измерительных систем, видеосистем для регистрации данных и сканеров для считывания штриховых кодов [40].

Другая немецкая фирма MB MASCHINEN (Германия) на вы­ставке ЕМО 2007 в Ганновере также представила ЭЭ станок для прошивки отверстий мод. 6045. ЭЭ станок имеет рабо­чую зону размером 600x450x320 мм; макс, длина прошивки проволокой диаметром от 0,2 до 3,0 мм составляет 350 мм. Фирма выпускает другие модели ЭЭ станков для прошивки отверстий, оснащенные ЧПУ на базе персонального компью­тера или контроллеров.

Компания Mitsubishi Electric для прошивки отверстий малого диаметра поставляет ЭЭ станки модели ED-2000 M, ED-2000 NC. Станки для 5-координатной ЭЭ прошивки отли­чаются гибкостью и малым потреблением энергии. Предус­мотрено вращение электрода относительно оси С с частотой вращения от 50 до 800 мин^-1. Макс, длина электрода диамет­ром 0,3-3,0 мм составляет 400 мм. Используются программи­руемый логический контроллер и линейные шкалы для пози­ционирования по двум осям. С помощью сенсорного экрана осуществляются управление станком (в том числе, ручное управление приводами), позиционирование, электронное согласование движений и редактирование программ [37].

Фирма Makino предлагает для прошивки отверстий мало­го диаметра на электроэрозионные станки Edge2 и Edge3, которые спроектированы как копировально-прошивочные ЭЭ станки с CNC-управлением, но с возможностью прошивки малых отверстий, например диаметром 20 мкм. Стол разво­рачивается на 180° и длинные отверстия могут прошиваться с двух сторон. Глубина отверстия в 100 раз превышает диаметр электрода.

На электроэрозионных станках Edge2 и Edge3 возможно использование 4- и 5-координатного сверления, что позво­ляет прошивать сложные отверстия небольшого диаметра. При использовании станка в крупносерийном производстве и без обслуживания применяется устройство автоматичес­кой смены электродов, которые заменяются по мере износа. Часто проволочно-вырезной станок используется для допол­нительной обработки ранее обработанных отверстий. Точ­ность позиционирования и повторяемость гарантируются в пределах ±1 мкм.

В электроэрозионных станках для быстрой прошивки от­верстий трубчатый электрод малого диаметра вращается и подается в заготовку по программе вдоль оси Z. Через отвер­стие в электроде подается диэлектрическая жидкость под высоким давлением, и осуществляется прокачка в прошив­ном отверстии. В станке Edge 2 фирмы Makino сочетаются две технологии - копировально-прошивочная и прошивка миниатюрных отверстий. В течение нескольких минут осу­ществляется переход с одного режима на другой. При этом нет необходимости замены диэлектрической жидкости на масляной основе.

Когда электроэрозионный копировально-прошивочный станок Edge 2 фирмы Makino настроен на прошивку микро­отверстий диаметром от 0,03 до 0,51 мм (режим Fine-Hobe), используются управляемая координата W и специальные макрокоманды. Имеется устройство отвода заготовки, чтобы при обработке очень глубоких отверстий оператор мог раз­вернуть заготовку на 180° и прошивать вторую половину от­верстия с противоположной стороны. При этом реализуется высокоточное позиционирование и чистая прошивка выпол­няется с противоположной стороны. На станке выполняется также традиционная копировальная прошивка при силе тока 60 А и орбитальной обработки [39].

ЭЭ супердрели компании Sodick (Япония) имеют генера­торы, разработанные специально для прошивки отверстий. В отличие от приставок к проволочно-вырезным ЭЭ станкам (например, SD станков Japax или Startron у Agie) супердрели "сверлят" более качественно: у отверстий меньше конусность (1,5° на 100 мм против 8° у приставок), меньше шероховатость поверхности (примерно 15μR_max). Свой генератор и особая рабочая жидкость значительно снижают износ электрода- трубки (электродом служат латунные трубки D 0,3-6,0 мм). Через электрод-трубку во время работы под давлением про­качивается специальная ЭЭ жидкость (негорючий диэлектрик на водяной основе (15 % машинного дистиллята) или углево­дородный (масло)). Супердрели компании Sodick позволяют получать отверстия значительно быстрее традиционных методов, а также прошивать отверстия там, где получение от­верстий в твердых металлах механическими способами прак­тически невозможно.

ЭЭ станок мод. K3HN компании Sodick предназначен для быстрой прошивки отверстий в серийных деталях, без учас­тия оператора благодаря встроенной системы автоматизи­рованного программирования и системы автоматической подачи электрода. Возможна работа над новой программой во время обработки по другой программе. Размер рабочего стола 400x450 мм, ход по осям X, Y составляет 300x400 мм. Точность позиционирования на станке мод. K3HN составляет 0,005 мм, расстояние от направляющей до поверхности стола 70-300 мм, макс, частота вращения электрода 100 мин^-1.

Также компания Sodick предлагает ЭЭ установки мод. K1BL и K3BL которые используются для прошивки сверхтонких отверстий (обработка в масляном диэлектрике), оснащены линейными сервоприводами по оси Z (используются элек­троды диаметром 0,08-0,3 мм). Размеры рабочего стола для станка мод. K1BL - 200x250 мм и мод. K3BL - 600x400 мм, ходы по осям X и У 120х 150 мм и 350x250 мм, ходы по осям Z и W соответственно 300/160 мм и 300/250 мм. Частота враще­ния электрода для супердрелей мод. K1BL и K3BL составляет 10-3000 мин^-1.

Компания Sodick на выставке ЕМО 2007 в Ганновере пред­ставила станок АЕ05 Nano EDM так называемой серии «space series», который обеспечивает электроэрозионную прошивку отверстий диаметром 2,9 мкм. Перемещение по оси Z осу­ществляется на воздушных опорах с ультрапрецизионной точностью, шаг 1 нм. В приводе использован линейный дви­гатель без сердечника. Двигатели в машине являются без­зазорными. Точные измерения осуществляются с помощью камеры с зарядовой связью, которая обеспечивает увеличе­ние Х3500, что позволяет визуализировать детали величиной 1 мкм изображением размером 3,5 мм. Размер рабочего сто­ла 70x70 мм, ход по осям X, Y, Z 50x50x25 мм, макс, частота вращения электрода составляет 5000 мин'. Станок удостоен награды в Японии как наилучший новый промышленный продукт 2005 года [41].

Фирма Zimmer+Kreim GmbH&Co.KG (Германия) усовер­шенствовала станок для электроэрозионного прошивания выемок и отверстий модели genius 602 для изготовления инструментов, медицинских и электронных изделий с микро- и наноточностью. Разработан специальный генератор, кото­рый обеспечивает безабразивную обработку миниатюрных электродов и форм для изготовления микродеталей, напри­мер сотовых телефонов и сенсоров. При изготовлении филиг­ранных литейных форм недопустима абразивная обработка, поскольку практически точностные отклонения недопусти­мы, поэтому точность позиционирования ЭЭ станка модели genius 602 no X, У, 1 составляет всего 0,001 мм. Прошивается, например, отверстие диаметром 0,15 мм глубиной 4 мм в твердом сплаве. В другом случае изготавливался профиль­ный электрод с минимальной шириной ребер 0,03 мм, глу­биной 0,4 мм. В изделии из нержавеющей стали марки 2343 обработали три таких ребра и получили шероховатость по­верхностей Ra 0,3 мкм. Опционно станок модели genius 602 может быть оснащен магазином для 16 (50) электродов, ро­ботизированным сменщиком паллет Chameleon (системы EROWA, 3R, Hirschmann, Parotec, Mecatool или др. На выставке ЕМО в Ганновере фирмой Zimmer+Kreim GmbH&Co.KG был представлен новый станок модели genius 700. [38].

Компания GF AgieCharmilles (Швейцария) производит ЭЭ станок для прошивки отверстий мод. DRILL11 с использовани­ем электродов диаметром от 0,3 до 3,0 мм длиной до 200 мм. На столе размером 400x300 мм можно обрабатывать детали массой до 300 кг. Перемещения по осям X, Y, Z составляют 300x200x300 мм. В последних моделях фирмы прошивают­ся малые отверстия, смена и заправка проволоки осущест­вляется автоматически. Станки эффективно используются при изготовлении медицинских из­делий.

Также на рынке представле­но много моделей ЭЭ станков для прошивки отверстий, таких как: TSH-1200VCNC фирмы TAI-I ELECTRON MACHINING Co. Ltd. (торговый бренд TopEDM, Тай­вань), A Pos 800 solid CNC фир­мы HIRSCHMANN (Германия), OCT-3525ZA и ОСТ-6040СА фир­мы Ocean Technologies Co. Ltd. (Тайвань); мод. FD20 Extreme Fast Drill, мод. SD4030S Tilt Head drill, мод. SPNC16PE CNC Elecrode Changer; MD20 Microdrill фир­мы CASTEK MECHATRON IND. (Тайвань); мод. AH53C фирмы CHING HUNG MACHINERY AND ELECTRIC IND. CO. LTL (торговый бренд CHMERedm Тайвань); модели серии D, DZ, DNC фирмы JOEMARS (Тайвань); SD550 CNC фирмы OSCAR E.D.M. Com­pany (Тайвань); мод. MIC-3020HA, MIC-3525HD, MIC-3525HDA, MIC-4525HDA фирмы ECOWIN Corp. (Тайвань); мод. KTH-205, КТН-305 фирмы YIHAWJET ENTERPRISES CO., LTD (торговый бренд Moldmaster, Тайвань) и многих других фирм и компа­ний. Многие из этих моделей ЭЭ станков для прошивки от­верстий имеют системы управления на базе персонального компьютера или контроллеров и являются бюджетным вари­антом для потребителей.

Еще одним применением специальных ЭЭ станков для прошивки отверстий являются ремонтные работы по извле­чению сломанного концевого инструмента (сверл, метчиков) из изделий больших размеров, которые не могут поместить­ся на рабочий стол ЭЭ прошивного станка. Примером такого специального ЭЭ станка является установка мод. TR100 ком­пании JOEMARS (Тайвань). Компактная переносная ЭЭ уста­новка с генератором массой 17 кг размером 290x345x285 мм оснащается рабочим штативом с магнитным креплением. Ис­пользуются электроды диаметром от 1,5 до 6,5 мм для про­шивки обломков метчиков. Для извлечения обломков метчиков из изделий могут применяться три способа: при малом размере изделие помещается в ванну с диэлектриком; при большом размере на плоском изделии с помощью герметич­ной рубашки изготавливается ванна для диэлектрика; на бо­ковой стороне изделия диэлектрик струей подается насосом в зону ЭЭ прошивки. После прошивки обломки метчика легко извлекаются из изделия. Учитывая низкую стоимость такой установки по сравнению с дорогостоящим изделием этот способ извлечения сломанного концевого инструмента явля­ется наиболее экономичным и надежным.