bushuev_v_v_i_dr_metallorezhushie_stanki_tom_2

= f2/(L – f).

При установке в фокальную плоскость излучение через выходное зеркало резонатора 12 и зеркало 2 (крайнее нижнее положение) подводится к фокусирующему объективу 1. Размер светового пятна (минимально возможный) определяется из соотношения d = fα, где α — расходимость излучения. Средняя мощность излучения измеряется фотодиодом 7, перед которым установлено интерференционное зеркало, ослабляющее излучение.

Визуальный канал служит для установки детали в зону обработки. Он образован фокусирующим объективом 1, зеркалом 6 и телескопической трубкой, состоящей из линзы 4 и окуляра 5. Заслонка 3 автоматически перекрывает визуальный канал при работе лазера для предохранения глаз оператора от излучения. Конденсор 13 служит для освещения детали.

Резак. Одним из важнейших элементов лазерного станка является резак, схема которого показана на рис. 10.46. Резак служит для перемещения объектива по вертикали для установки сфокусированного излучения и подачи газа в зону обработки, а также для защиты объектива от продуктов разрушения. От двигателя 21 приводится во вращение пара червяк 20 — червячное колесо 16. При вращении червячного колеса 16 в подшипниках 17 шпиндель 18 перемещается по резьбе в вертикальном направлении (ход 50 мм) и фиксируется от поворота шпонкой 23. Однолинзовый объектив 2 устанавливается и закрепляется втулкой 1 и гайкой

4. С помощью лампы 19 и светодиода 22 Рис. 10.46. Механизм перемещения объектива

проводится контроль перемещения объектива системой ЧПУ.

Защита объектива от продуктов разрушения осуществляется конической втулкой 3, в прорезь которой входит плексиглазовый диск 7. Диск 7 приводится во вращение (для его охлаждения) двигателем 12 через шестерни 10 и 11. Вилка 8 обеспечивает одновременное вертикальное перемещение диска и шпинделя. Кулачок 15, закрепленный на оси 9 посредством конечных выключателей 13 и 14, обеспечивает отключение двигателя 21. Для защиты диска 7 от продуктов разрушения через штуцер 24 подается сжатый воздух. Уплотнение и очистка диска осуществляются фетровыми кольцами-прокладками 5 и 6. Остальные узлы лазерного станка (направляющие, приводы подач стола, несущая система) имеют типовые конструкции для металлорежущих станков.

262ГЛАВА 10. СТАНКИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ И ВОДОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ

10.4.Станки для водоабразивной обработки

Общие сведения. Под системой водоабразивной обработки подразумевается резка материалов струей воды (для мягких материалов) или струей воды с абразивом — при обработке твердых материалов (водоабразивная обработка). При водоструйной резке вода подается под высоким давлением (порядка 400 МПа) от насоса мультипликатора. Вода на выходе из сопла при скорости около 1000… 1200 м/с является носителем энергии, которая и обусловливает обработку материала. Важным преимуществом водоструйной обработки является то, что может быть разрезан любой (в том числе многослойный) материал весьма большой толщины (до 200 мм и более).

10.4.1. Основные особенности водоабразивной обработки

Основные особенности водоабразивной обработки приведены ниже.

•Отсутствие термического воздействия (холодное резание, так как генери-

руемое в процессе резания тепло уносится водой). Невысокая температура в зоне резания 60…90 оС исключает деформацию заготовки, оплавление и пригорание материала, что является решающим фактором при обработке материалов, особо чувствительных к нагреванию.

•Небольшая сила резания (до 100 Н), в том числе тангенциальной составляющей, благодаря чему часто исключается необходимость зажима заготовки.

•Универсальность обработки. Водоабразивное резание эффективно как при обработке многих труднообрабатываемых материалов (титановых сплавов, высокопрочной керамики, стали и т.п.), так и мягких (листовой резины, картона, линолеума, кожи, бумаги, древесных плит и др.), а также конструкций типа «сэндвич». Водоабразивные технологии позволяют решить проблемы фасонного резания стекла и облицовочного материала (мрамора, гранита, керамики, кафельной плитки и др.), а также профильного вырезания древесных плит

вмебельном производстве, в том числе путем ввода управляющей программы непосредственно с рисунка или чертежа изделия. Существует ряд материалов (например, сотовые панели, титановая губка, асбестовое полотно и т.п.), которые вообще нельзя качественно разрезать другими методами из-за смятия, оплавления или «размочаливания» кромки реза. Чрезвычайно актуально использование водоструйных установок для удаления наружного резинового слоя с металлорукавов высокого давления в целях их качественной заделки в соединительную арматуру, разрезание вредных и взрывоопасных материалов, подготовленных к утилизации, отработавших ресурс автомобильных покрышек и др. При водоабразивной обработке можно воспроизводить сложные формы или скосы под любым углом. Струя жидкости по своим техническим возможностям приближается к идеальному точечному инструменту, что позволяет обрабатывать сложные профили с любым радиусом закругления.

На рис. 10.47 приведены некоторые детали, полученные водоабразивной обработкой.

•Хорошее качество поверхности и широкие технологические возможности процесса. Рез может начинаться в любой точке поверхности изделия; не нужно предварительно делать отверстие и не требуется перетачивать инструмент. Срав-

ние и опасность распространения в окружающей среде шлаковых или мелкодисперсных частиц; исключается не-

обходимость улавливания отработанной струи.

• Экономическая эффективность процесса. По данным ряда фирм, экономический эффект достигается при обработке алюминия толщиной более 10 мм и стали — более 15 мм, а наилучшие результаты получены при обработке изделий из камня и древесных панелей. Средние эксплуатационные расходы составляют около 0,26 долл. США в минуту. До 50% затрат при водоабразивном резании приходится на абразив, поэтому используется система его рекуперации.

Оценка различных методов резания листовых материалов по пятибалльной системе приведена в табл. 10.7.

10.7. Оценка метода резания

Режимы обработки и особенности процесса. Точность обработки материала толщиной до 50 мм около 0,2 мм, точность обработки листовой стали составляет около 0,05 мм. В отличие от лазера абразивная струя не теряет фокус, поэтому когда происходит резка изделий с неровной поверхностью, не требуется очистки поверхностей от окалин. Шероховатость обрабатываемой поверхности

264 ГЛАВА 10. СТАНКИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ И ВОДОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ

существенно зависит от скорости обработки (среднее значение Rz 40…160). Основным параметром процесса является его производительность или скорость резания различных материалов в зависимости от толщины заготовки. Некоторые данные водоабразивной обработки при использовании абразива — граната (при его расходе около 700 г/мин) приведены в табл. 10.8.

10.8. Скорости резания, мм/мин, при водоабразивной обработке

В табл. 10.9 приведены скорости резания мягких материалов при обработке струей воды (без абразива).

10.9. Скорость резания (м/мин) при обработке струей воды

10.4.2. Составные части и характеристики оборудования

При резании струей вода истекает из сопла диаметром 0,1…0,2 мм со скоростью около 1000 м/с. При водоабразивном резании струя из сопла пропускается через пассер — твердосплавную трубку малого диаметра (порядка 1 мм), причем благодаря эжекции на входе в пассер подсасывается абразивный порошок из специального бункера. Кинетическая энергия водяной струи передается частицам абразива, которые снимают микростружку с разрезаемой заготовки. При мощности резания до 30 кВт и более рабочая головка свободно удерживается руками или захватным устройством робота. Серьезными недостатками являются низкая стойкость пассеров (около 150 ч) и дефицит абразивного материала.

Водоабразивная рабочая головка осуществляет окончательное формирование высоконапорной струи как режущего инструмента и содержит пневматический отсечной клапан, сопло, смесительную камеру, пассер и юстировочные устройства. Юстировка сопла — трудноконтролируемая высокоточная операция при

установке сменных деталей, призванная обеспечить строгую соосность водяной струи и оси внутреннего отверстия пассера, так как отклонение от соосности резко снижает долговечность последнего. Фирма Jnqersoll-Rand (Германия) использует алмазные сопла с диаметром отверстия 0,17; 0,25; 0,3 и 0,35 мм, долговечность которых в 20 раз превышает долговечность сопел из сапфира. Пассеры с диаметром проходного сечения 0,54; 0,76; 1,1 и 1,6 мм и длиной 50,8 и 70 мм рассчитаны на 80…120 ч эксплуатации.

На рис. 10.48 приведена схема рабочей головки фирмы Jnqersoll-Rand. Особенностью является применение быстросъемного картриджа, содержащего сопло, смесительную камеру и пассер, что позволяет исключить юстировку головки при замене изношенных деталей, обеспечивает соосность водяной струи и отверстия пассера, и благодаря этому существенно повышается долговечность головки.

Установки фирмы Bystronic (Швейцария) могут оснащаться несколькими рабочими головками. Одну и ту же головку можно использовать для резания как водяной, так и водоабразивной струей. Головки оснащены датчиками высоты и регуляторами оптимальной подачи абразива. В процессе резания вакуумный насос подает абразив из бункера в промежуточный дозирующий узел, расположенный непосредственно на рабочей головке. Из прозрачного цилиндрического сосуда абразив подается в смесительную камеру с помощью шнекового дозатора, управляемого УЧПУ. Один из основных узлов водоструйной установки — агрегат высокого давления, который состоит из бака гидропривода, регулируемого насоса с приводным электродвигателем, одного или нескольких мультипликаторов давления, ресивера, гидроаппаратуры, систем кондиционирования (фильтрации и охлаждения) масла, вспомогательного насоса подачи технологической воды, фильтров ее тонкой очистки (1…3 мкм) и электрошкафа управления.

В мультипликаторах двустороннего действия (рис. 10.49) масло от насоса 1 через распределитель 2 подается в гидроцилиндр 6 низкого давления (12…16 МПа), заставляя его поршень двигаться вместе с поршнями гидроцилиндров 5 высокого давления. Благодаря соотношению рабочих площадей поршней гидроцилиндров низкого и высокого давления (20…30) : 1 обеспечивается соответствующее повышение давления воды. В результате технологическая вода под давлением 0,8…1 МПа заполняет гидроцилиндры высокого давления через нижние клапаны 4 и через верхние клапаны вытесняется в ресивер 7 и рабочую головку 8.

Ресивер сглаживает пульсацию давления при реверсах поршня и гидроцилиндра 6. Пульсация давления на входе в рабочую головку не должна

266 ГЛАВА 10. СТАНКИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ И ВОДОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ

превысить 5%. В связи с этим вместимость ресивера необходимо выбирать, учитывая, что сжатие воды в гидроцилиндре высокого давления составляет около 20% при давлении 400 МПа. Поскольку ресивер — металлический сосуд высокого давления, в современных агрегатах его стараются не применять. Для уменьшения пульсации давления в напорной линии насоса обычно устанавливают аккумулятор 3 вместимостью около 2,5 л.

Основные параметры (подачу Q технологической воды и мощность Р привода) водоструйных установок определяют в зависимости от диаметра dс сопла (рис. 10.50) с учетом КПД гидросистемы, который обычно не превышает 0,65. Как правило, увеличение подачи воды достигается благодаря установке дополнительного (второго) стандартного мультипликатора. Гидроцилиндры высокого давления имеют сквозное гладкое внутреннее отверстие (без концентратов

1…2 Гц, то в кривошипно-шатунных приводах она достигает 30 Гц (линейные скорости движения плунжера примерно в 5 раз больше). Одновременно возрастают усталость металла и износ клапанов, падает долговечность уплотнений. В настоящее время при давлении до 400 МПа удается создать установки высокого давления, выдерживающие до 10 млн циклов нагружения. Для повышения долговечности работы клапанов запорные элементы выполняют из керамики, степень адгезии которой со стальным седлом мала. Долговечность эластомерных уплотнений не превышает 500 ч.

Эффективность процесса водоструйного резания в значительной степени зависит от величины рабочего давления р. Уже при р = 300 МПа напряжение на внутренней поверхности достигает предела текучести большинства конструкционных материалов. Это требует применения высокопрочных коррозионностойких сталей типа ЭП817 (σт = 800 МПа; σвр = 950 МПа). В толстостенном цилиндре под давлением развиваются радиальные σr , осевые σα и тангенциальные σt напряжения. На внутренней стенке цилиндра σrв = –р; σαв = р/(K2 – 1); σtв =

= Р(K2 + 1)/(K2 – 1), где р — рабочее давление; K = Dн /Dв; Dн и Dв — наружный и внутренний диаметры цилиндра. Например, при Dн = 90 мм, Dв = 25,5 мм полу-

чаем K = 353. При р = 350 МПа σrв =350 МПа, σαв = 30,54 МПа, σtв = 411,08 МПа. Три основных взаимно-перпендикулярных напряжения создают сложное напряженное состояние в стенке цилиндра. Для высокопрочных вязких конструкционных сталей результирующее эквивалентное напряжение на внутренней

стенке цилиндра может быть представлено в виде

Если принять σэ = σт (где σт — предел текучести материала), то предельно допустимое давление

Агрегаты высокого давления (с давлением до 420 МПа) фирм Waterjet Services Inc (США) и Projet AB (Швеция) отличаются сравнительно небольшой частотой

10.10. Основные параметры агрегатов высокого давления фирмы Yngersoll-Rand

268 ГЛАВА 10. СТАНКИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ И ВОДОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ

двойных ходов (не более 20 дв. ход/мин). Контроль хода осуществляется высоконадежными бесконтактными выключателями.

Основные параметры агрегатов высокого давления фирмы Yngersoll-Rand приведены в табл. 10.10. Рабочее давление составляет 380 МПа.

Система подачи абразива. Используются два варианта подачи абразива: вакуумная (работающая по принципу пульверизатора) и подача под давлением. Абразив засыпается в бункер, находящийся рядом с рабочим столом, и подается к рабочей головке, как правило, по гибким шлангам. В качестве абразива используют гранатовый песок. Основные характеристики бункера фирмы PTV (Чехия) приведены ниже.

Габариты бункера, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .940×940×1890 Масса, кг . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .160 (без абразива) Максимальное/минимальное давление воздуха, МПа . . . . . . . 0,7/0,3 Объем бункера, кг (абразива) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

Компоновки станков. Существуют различные варианты компоновок водоструйного оборудования, в том числе в виде роботизированных комплексов, установок с поворотным столом и др. Однако наиболее распространены компоновки с подвижным или неподвижным порталом. В первом случае (рис. 10.52, а) по подвижному порталу 1 (ось Y) перемещается каретка 2 (ось Х) с рабочей головкой 3. Вертикальное перемещение головки (ось Z) осуществляется вручную или с помощью программируемого (в том числе следящего) электромеханического привода. Подобное решение отличается простотой конструкции и компактностью. К недостаткам можно отнести трудности гашения остаточной

энергии струи на выходе из заготовки, а также проблему базирования последней.

В ряде установок с подвижным порталом [например, фирм Bystronic, Waterjet (Италия)] предусмотрена дополнительная угловая координата. Это дает возможность обрабатывать трубчатые заготовки, в том числе некруглого профиля при наличии достаточно быстродействующего следящего привода перемещения рабочей головки на оси Z. Гашение остаточной энергии струи (весьма значительной) происходит в открытой ванне, расположенной под столом, что ухудшает экологическую обстановку. Ванну необходимо периодически очищать от шлама с помощью скребковых конвейеров, шнековых транспортеров, гидроциклонов и др. Стол для базирования может быть выполнен в виде решетки из коррозионно-стойких пластин, проволочной сетки, острозаточенных штырей; поверхность стола может быть образована сыпучими материалами и др. Подобные

столы достаточно дороги и сравнительно недолговечны из-за износа, связанного с воздействием струи. Установки с подвижным порталом целесообразно использовать для обработки массивных изделий, перемещение которых в процессе резания нежелательно.

У компоновки с неподвижным порталом (рис. 10.52, б) в центре прямоугольной рамы 1 закреплены портал 2 и поперечина 5, несущая каретку 14 с ловушкой струи 13. По порталу перемещается каретка 3 с рабочей головкой 4. Синхронное перемещение кареток 3 и 14 серводвигателя 7 (ось Х) реализуется, например, с помощью шариковых винтовых передач (ШВП) 6 и 8, связанных между собой зубчатой ременной передачей. На передней стенке рамы предусмотрены направляющие для каретки 12, перемещаемой ШВП 11 с приводом от серводвигателя 15 (ось Y). К каретке 12 с помощью пневмоцилиндров 10 крепится заготовка 9, опирающаяся на роликовый конвейер, между центральными роликами которого проходит водоабразивная струя. После гашения остаточной энергии струи в ловушке образующийся шлам по специальным шлангам отводится в бак-отстойник. Поскольку зона вблизи выходного отверстия рабочей головки закрыта специальным колпачком, соединенным с пылесосом, а ловушка расположена на расстоянии нескольких миллиметров от заготовки, достигается экологическая чистота процесса. Отсутствие ванны для отработанной воды существенно уменьшает массу установки.

Типовые размеры столов: 2×1,5; 2×3; 2×4; 2×6; 3×2; 3×4 и 3×6 м (первое число — размеры по оси Х). Выпускают установки с размером стола 4×9 м. Перемещение по оси Z обычно не превышает 180…200 мм. Особое внимание при создании установок уделяют выбору материалов и обеспечению хорошей защиты приводов от попадания воды и пыли. Часто тележки и направляющие выполняются из коррозионно-стойких сталей.

Для управления процессом резания обычно используется промышленный персональный компьютер. Возможно также управление с оперативного переносного пульта. Система управления позволяет изменять скорость подачи непосредственно в процессе обработки, а также автоматически замедлять движение рабочей головки в точках излома траектории для устранения недорезов. Используются установки с четырьмя и пятью управляемыми координатами, в которых вертикальная ось Z управляется всегда.

В табл. 10.11 приведены характеристики установок для гидроабразивной резки.

10.11. Технические характеристики установок для гидроабразивной резки

Г Л А В А О Д И Н Н А Д Ц А Т А Я

Станки для абразивной обработки (шлифовальные станки)

11.1. Общие сведения

Шлифовальные станки — оборудование, использующее в качестве режущего инструмента абразивный или алмазный круг. Применение этих станков определяется высокими требованиями к качеству поверхности, точности размеров, формы и положения обрабатываемых поверхностей и возможностью обработки труднообрабатываемых материалов. На шлифовальные станки, как правило, поступают заготовки, предварительно обработанные на других станках с оставлением небольшого припуска под шлифование, величина которого зависит от требований к шероховатости и точности обработки.

Вид и конструкция шлифовального станка определяются схемой шлифования, учитывающей: форму обрабатываемой поверхности (табл. 11.1) и ее расположение относительно рабочей поверхности шлифовального круга при обработке (станки для шлифования периферией или торцом круга), а также направление движения подачи (продольно-шлифовальные и врезные шлифовальные станки), положение главного шпинделя (станки с горизонтальным или вертикальным шпинделем) и способ установки заготовки (центровые, патронные и бесцентровые станки).

11.1. Классификация шлифовальных станков по форме обрабатываемой поверхности

Для всех шлифовальных станков характерна высокая производительность, которая определяется высокоскоростным режимом шлифования, позволяющим снимать большой объем материала в единицу времени (до 500 мм3/мин на 1 мм ширины круга), и широкой автоматизацией цикла обработки. При силовом шлифовании величина удельного съема металла достигает 1200…2000 мм3/мин