Модернизация оборудования для АЭХШ

Общие принципы. Успех промышленного использования АЭХШ опре­деляется совершенством применяемого оборудования, малый объем и узость номенклатуры которого известны. Поэтому, учитывая, что электрохимические станки для обработки алмазным инструментом по конструкции и условиям экс­плуатации близки к шлифовальным станкам аналогичного назначения [22], не стоит отказываться от возможности переоснащения имеющегося шлифовально­го оборудования. Особенно, если учесть такое важное преимущество модерни­зации, как относительная быстрота реализации при небольших затратах.

Основные этапы работ при модернизации станков можно представить в виде некоторой последовательности, включающей анализ конструкции базовой модели и вариантов модернизации, выбор оптимального направления и провер­ку функциональной пригодности, ряд конструкторско-технологических разра­боток, завершаемых изготовлением, сборкой и испытанием отдельных узлов и установки полностью (рис. 2.11).

В процессе разработок возможно повторение отдельных этапов, как ре­зультат выявившихся ошибок проектирования или просчетов. Эффективность модернизации, ее конечный результат определяются возможностями производ­ства, существующими производственными отношениями. Однако отправными моментами проектирования, факторами снижения числа повторов служат функциональные и социально-экономические требования, предъявляемые к оборудованию, четкость их формулирования как общий принцип оптимально­сти конструкции.

On 00

Таблица 2.1 Основные характеристики оборудования для электрохимического шлифования Технические характеристики ЗЭ70ВФ2 ЗЕ711ЭФ2-1 ЗЕ731ЭФ2 ЗЭ754ЛФ2 ЗЭ110М СШ101 Размеры заготовки, мм 400x160x130 400x200x320 630x200x320 0500×200 0140×200 0100×110 Размеры стола, мм 400×160 400×200 630×200 0500 — — Перемещения (max): — стола продольное, мм 450 700 900 — 300 360 — стола поперечное, мм 160 250 — — — — бабки (вертикальное), мм — 320 320 225 80 120 Скорость подачи: — продольной, мм/мин 0,5-450 0,05-5 (200-1000) 0,05-10 “ 30-1500 0,1-7 — поперечной, мм/дв. ход — — 0,5-30 — 0,01-0,5 0,01-0,5 — вертикальной, мм/прох — 0,001-0,999 0,001-0,999 0,05-1 — — окружной, мин1 — — — 3,8-2,1 100-800 60-120 Угол поворота: — стола, град — — — — ±10 — шлифовальной бабки, град — — — — — 45 Наибольшие размеры шлифовального круга, мм 0200×50 0250×100 0250×25 0300 0250×25 080×50 Частота вращения шли- фовального круга, мин1 2880 2350 2300 1460 2300, 2700 (9,12,18)х 103 Мощность привода шлифовального круга, кВт 2,2 5,5 11 13 3 4 Характеристика источ­ника питания: — рабочее напряжение, В 2-12 0-12 2-12 3-12 2-12 0-12 — технологический ток, А 600 1600 3200 3200 630 630 — мощность, кВт 7,5 19,2 40 40 7,5 7,5 Габаритные размеры, мм 1,9×1,4×1,9 3,6×2,8×1,9 3,9×3,0x2,5 4,0×3,5×2,3 2,4×2,7×1,6 2,8×1,9×1,8 Масса, кг 1800 4200 5300 6900 3100 4750

 

Рис. 2.11. Блок-схема основных этапов работ при модернизации оборудования для АЭХШ

Часть функциональных требований, предъявляемых к модернизируемому оборудованию, — та же, что и для любого металлорежущего оборудования: точ­ность, производительность, надежность, экономическая эффективность, безо­пасность. Другая часть — свойственна только ему [6, 22]. Это — коррозионная стойкость рабочей и близлежащих к ней зон; электрическая изоляция электро­дов; наличие подвода технологического тока к заготовке и инструменту и элек­тролита в межэлектродный промежуток; обеспечение скорости резания и подач, соответствующих режимам обработки различных материалов; наличие защит­ных кожухов; системы отсоса газо-аэрозольных продуктов. Основная задача модернизации: удовлетворяя требования второй группы, не нарушить условия выполнения первой.

Для обеспечения коррозионной стойкости оборудования по отношению к применяемым рабочим жидкостям следует предусматривать изготовление тех частей установки, которые непосредственно соприкасаются с электролитом: ре­зервуары, рабочие органы насосов, трубопроводы, камеры, защитные экраны и кожухи из коррозионно-стойких материалов. Для изготовления деталей, под­вергаемых закалке, рекомендуется нержавеющая сталь 4Х13; для прочих эле­ментов — стали 2Х13, 1ХН9Т, 1ХН10Т. Эффективно использование различных пластмасс и эпоксидных смол.

Части оборудования, подвергаемые воздействию брызг электролита и ту­мана, можно изготовлять из обычных конструкционных материалов с исполь­зованием многослойных защитных покрытий, например, на основе синтетиче­ских смол и эмалей. Следует защищать и корпусные детали базового станка, не подлежащие замене.

Требование электрической изоляции электродов предполагает разделение шпиндельной группы модернизируемого станка и его станины с помощью про­кладок, которые не проводят ток. Обеспечивая нормальное течение процесса, это препятствует прохождению электрических токов через высокоточные под­шипники шпинделя, исключает их износ под воздействием эрозионно­контактных явлений. В то же время, электрическая изоляция приспособлений, предназначенных для размещения заготовок, от станины с целью защиты на­правляющих станка, механизмов подач от токов утечки не дает ощутимых ре­зультатов. При этом лишь увеличивается вероятность поражения электрохи­мобработчика напряжением холостого хода источника питания при выполне­нии им вспомогательных переходов.

Возможны два варианта конструктивного выполнения изоляции: наибо­лее простой — установка прокладок в местах разъема шлифовальной бабки и станции станка, более сложный — отделение корпуса шпинделя от корпуса шлифовальной бабки с помощью изготавливаемых из электроизоляционных материалов втулок. Выбор того или иного варианта зависит от конкретных ус­ловий. Например, если имеется возможность замены шпинделя или растачива­ния его посадочных отверстий, предпочтительнее второй вариант, как более надежный. В противном случае можно использовать и первый. Основные мате­риалы для прокладок — стеклотекстолит, текстолит, фторопласт и винипласт. Достаточная толщина листовых материалов для изоляции — 3-5 мм, толщина изолирующих втулок для болтов крепления — 15-25 мм.

Важная задача модернизации — обеспечение надежности узлов подвода тока к электродам. Различают два типа токоподводов: к вращающимся частям (шпинделям бабок изделия и шлифовальным шпинделям) и к неподвижным частям станка (линейно перемещающимся столам, приспособлениям).

Второй тип токоподвода более надежен и прост в исполнении: он осуще­ствляется болтовым соединением шин или оконцевателей подводящих кабелей с токонесущими частями установки. Эффективность такого подвода тока опре­деляется в основном удельными сопротивлениями зоны контакта, которое должно быть близким к соответствующей характеристике подводящих шин. При проектировании это обеспечивается использованием медных луженых оконцевателей, размещением мест присоединения недалеко от зоны обработки, но при условии защиты стыка от окисляющего воздействия рабочих сред; пло­щадь стыка берется больше сечения подводящих шин не менее чем в 2-3 раза, а усилие затяжки по стыку — превышающим 500 Н/см.

Токоподводы к вращающимся частям станка могут выполняться ртутны­ми или с медно-графитовыми щетками. Преимущество в передаче больших то­ков и надежность выделяют ртутный токоподвод, но из-за реальной интоксика­ции персонала применять его не рекомендуется. Величины технологического тока, достигаемые при АЭХШ, обычно не превышают 200-300 А. В таком слу­чае достаточной работоспособностью и компактностью обладают и токоподво­ды со щетками. Для них характерно наличие скользящего контакта, через кото­рый происходит передача электрического тока. От состояния контактирующих поверхностей зависит как эффективность работы всего устройства, так и тече­ние процесса АЭХШ.

Токоподводы такого типа конструктивно выполняются с радиальным расположением щеток, реже с торцовым. Торцовое расположение щеток менее предпочтительно: площадь скользящего контакта со временем убывает вслед­ствие неравномерности износа щеток, что приводит к перегреву узла, выходу его из строя.

Токоподводы с радиальным расположением включают в себя три основ­ных элемента: токосъемное кольцо, закрепляемое на вращающейся части шпинделя, щеткодержатель, размещаемый на неподвижных частях шпинделя или корпуса станка, и медно-графитовые щетки, заключенные в щеткодержа­тель. Обязательными элементами токоподвода являются также резиновые шну­ры, охватывающие щетки или пружинные устройства, обеспечивающие посто­янный контакт щеток и токосъемного кольца. Технологический ток от токове­дущих шин источника питания подается к щеткам. Соединение осуществляется по типу рассмотренного выше неподвижного токоподвода.

Сечение и количество электрических щеток определяются величиной ра­бочего тока, потребляемого от источника питания, с учетом допустимой плот­ности тока, передаваемого через скользящий контакт. Обеспечение надежности работы узла требует тщательной приработки щеток к поверхности токосъемно­го кольца; шероховатость токосъемного кольца не должна превышать Ra = 0,63-1,25 мкм, а несоосность щеткодержателя относительно его — не более 1 мм. В противном случае возможны появления вибраций, повышенный износ щеток, потери электроэнергии.

С целью снижения вероятности проявления указанных явлений размеще­ние щеток в щеткодержателе рекомендуется производить по посадкам с гаран­тированным зазором не больше, чем у Ш1/Ы1. При выборе посадок следует иметь в виду, что меньший зазор при перегреве узла в результате расширения сопряженных деталей может привести к заклиниванию щеток и ухудшению электрического контакта.

Материалы для изготовления токосъемных и токоведущих колец — брон­за, латунь, медь; для щеткодержателей — стеклотекстолит, пластмассы на осно­ве термореактивных смол.

Кроме рассмотренных узлов, станок оснащается источниками питания и подводящими кабелями, устройствами подачи электролита, защиты и вентиля­ции, контрольно-измерительными приборами. При их выборе необходимо ру­ководствоваться следующим.

В качестве источников тока могут использоваться статические выпрями­тели [6], выбираемые в зависимости от требуемых электрических режимов АЭХШ. Наиболее широкий диапазон варьирования технических характеристик имеют тиристорные агрегаты серий ВАК и ВАКР с плавно регулируемым на­пряжением. Передача технологического тока от источника к токоподводам осуществляется гибкими кабелями, сечение которых рассчитывается по допус­каемой токовой нагрузке.

Система подачи и очистки электролита включает в себя бак для электро­лита, насос, необходимые очистные агрегаты (центрифуги, сепараторы, фильт­ры) и систему трубопроводов. Из условий допустимой степени нагрева и за­грязнения электролита объем бака определяется из расчета 20-40 л на 1 кВт суммарной мощности всех электропотребителей установки. Можно использо­вать входящую в комплект модернизируемого станка систему подачи СОТС, включающую магнитный сепаратор, который достаточно эффективно очищает электролит как от металлической стружки, так и от налипающих на его барабан нерастворимых продуктов электрохимического растворения. В случае сохране­ния бака для смазывающе-охлаждающей жидкости необходимо предусматри­вать более частую периодическую замену электролита и устанавливать в нем теплообменник.

Обеспечение скорости резания и рабочих подач, соответствующих режи­мам АЭХШ, — при модернизации наиболее сложная задача. Желательно ее ре­шать выбором удовлетворяющей возможным требованиям базовой модели станка.

Станки, модернизируемые для АЭХШ, для улучшения условий труда об­служивающего персонала обычно снабжают защитными экранами либо каме­рами, изолирующими всю зону обработки. Конструктивное исполнение этих устройств индивидуально. Общими требованиями, предъявляемыми к ним, яв­ляются: исключение разбрызгивания электролита, обеспечение возможности свободного наблюдения за ходом процесса при наличии местного освещения, удобство обслуживания и ремонта.

С той же целью станки оснащаются системами отсоса газо-аэрозольных продуктов, возникающих в зоне обработки. Отсос может осуществляться вен­тиляторами с устройствами возвращения части продуктов в бак с электролитом либо прямоточной вытяжной системой АЭ-2-12, а также аэроциклонными агре­гатами.

Лучше, если система вентиляции индивидуальна и выполнена из пласти­ковых труб. Лишь в отдельных случаях возможно подключение установки к существующей централизованной системе вентиляции. При этом следует иметь в виду, что применение агрессивных электролитов может сократить срок ее эксплуатации, для предотвращения чего необходимо применять меры по защи­те труб от коррозионного воздействия рабочих жидкостей.

Примеры модернизации оборудования. Примером конструктивного ре­шения, выполненного с учетом всех требований и показавшего эксплуатацион­ную надежность, может служить модернизация внутришлифовального станка модели 3К225В. Она включает изменение конструкции шлифовальной бабки и бабки изделия с целью обеспечения токоподвода и подачи электролита в зону обработки, то есть создания двух узлов.

Первый узел (рис. 2.12) предназначен для подвода технологического тока от источника питания посредством шины 6, диска 17, щеток 16, токосъемника 10, шомпола 15 через гайку 14 и патрон станка к детали. Он же используется и для подвода в зону обработки электролита от насоса посредством трубопровода 1, штуцера 23 через внутренние полости токосъемника, шомпола и насадку 13. Необходимость выполнения двух функций и обеспечения надежности узла пре­допределили его трехкамерное исполнение, исключающее попадание электро­лита в зону контакта щеток с токосъемником.

Камера «А» узла служит переходной зоной между вращающимся токо­съемником и неподвижной крышкой 22, к которой подсоединен подводящий трубопровод. Камера «В», ограниченная стаканом 18 и базовой плитой узла 9, предназначена для размещения токоподвода, включающего заключенные в щеткодержатель 8 щетки и токосъемник, охлаждаемый потоком электролита изнутри. Попадание масла в зону контакта во избежание эрозионного износа токосъемника исключается уплотнением 11. Камера «С» внутри цилиндра 19 — промежуточная, снабжена отводящим штуцером 4 на случай утечки электроли­та из полости «А» через торцовый замкнутый пружиной 3 стык крышки и вра­щающейся токосъемником посредством вилки 20 пяты 21 или через штоковое уплотнение 2. От камеры «В» камера «С» отделена армированной манжетой 5, установленной в стакане с помощью кольца 7. С целью защиты подшипников шпинделя в бабке изделия предусмотрена частичная изоляция узла от массы станка путем изготовления деталей 8, 12, 21 из диэлектриков.

Рис. 2.12. Узел подвода тока и электролита к заготовке

Второй узел предназначен для подвода технологического тока к шлифо­вальному кругу (рис. 2.13).

Узел размещен на корпусе внутришлифовального шпинделя 5, закреп­ленного в стойке шлифовальной бабки 6 при помощи разжимных (разрезанных по образующей) стакана 4 и опоры 7, обеспечивающих электрическую изоля­цию шпинделя от массы станка. Со стороны рабочей зоны станка осуществлена защита подшипников шпинделя от попадания электролита лабиринтным уп­лотнением, состоящим из втулки уплотнения 2 и лабиринта 1, закрепленных соответственно на валу шпинделя (стык уплотнен манжетами 3) и на стакане 4. Токоподвод, аналогичный по конструкции описанному выше, состоит из щет­кодержателя 15 и щеток 16, располагается на диске 14. Диск посредством трех шпилек 9 и обоймы 8 закреплен на корпусе шпинделя. Технологический ток подводится от источника питания посредством шины и шайбы 17 к щеткам, да­лее к токосъемнику 10, закрепленному на валу шпинделя с помощью контргай­ки 11, и валу шпинделя, на котором в оправке размещается круг. Возможные утечки тока через подшипники шпинделя устранены выполнением щеткодер­жателя из диэлектрика и изоляцией диска от промежуточной втулки 12 кольцом 13. Токосъемник снабжен крыльчаткой 18, осуществляющей при вращении ох­лаждение узла потоком воздуха.

Рис. 2.13. Узел токоподвода к шлифовальному кругу

При модернизации плоскошлифовальных станков различных моделей (например, 3Г71, 3Е711 и др.) основные требования также могут быть решены с помощью конструкции узла подвода технологического тока и электролита к шлифовальному кругу (рис. 2.14), состоящего из двух частей.

Первая часть неподвижная, представляет собой сварной кожух 10, закре­пляемый посредством разжимного элемента на корпусе шпинделя шлифоваль­ной бабки станка. Конструкция кожуха двухкамерная: в правой размещаются шлифовальный круг 6 и лоток 11 подвода электролита к кругу через штуцер и шланг от насоса, в левой — щетки 13, заключенные в щеткодержатель 14, вы­полненный из изоляционного материала. Камеры во избежание попадания электролита в зону контакта щеток с токосъемником 7 разделены лабиринтным уплотнением (токосъемник-лабиринт 8).

Лоток 11 представляет собой замкнутое полукольцо, размещенное в верхней части правой камеры кожуха; электролит из него поступает под давле­нием непосредственно на периферию круга через ряд перфораций; это улучша­ет условия снабжения межэлектродного промежутка рабочей средой и обеспе­чивает эффективную очистку круга от продуктов разрушения припуска.

Снаружи кожух закрыт крышками 5 и 15, которые обеспечивают безо­пасность работы шлифовщика.

Вторая (подвижная) часть узла — это планшайба 3, которая служит для размещения шлифовального круга и базирования его на посадочном конусе шпинделя. Она выполнена в виде неразъемной конструкции, внутри которой предусмотрены изолирующие прокладки, обеспечивающие электрическое ра-

Вместе со шлифовальным кругом на планшайбе размещается токосъем­ник 7, контактирующий с электрическими щетками, посредством которых слу­жит для подвода тока к боковой поверхности круга.

Рассмотренная конструкция узла позволяет не изолировать от массы станка стол с магнитной плитой и осуществлять подвод тока к ним гибким ка­белем через стандартный оконцеватель.

При необходимости модернизации круглошлифовальных станков в каче­стве основы могут быть использованы рассмотренные выше конструкции узлов токоподвода. Причем есть возможность существенного упрощения задачи кон­струирования, если использовать штатную систему оборудования для подачи смазывающе-охлаждающей жидкости поливом. В таком случае отсутствует не­обходимость совмещения в одном узле элементов токоподвода с элементами подачи электролита.