Устройство для электроэрозионного легирования

 

Изобретение относится к устройствам для электроискрового легирования сложнофасонных профилей с переменным углом наклона обрабатываемой поверхности к направлению осцилляции электрододержателя устройства. Цель изобретения - повьппение качества легирования путем регулирования усилия прижима электрододержателя к обрабатываемой детали при изменениях высоты профиля детали, что обеспечивает сплошность легирования. Устройство имеет две электромагнитные системы, одна из которых обеспечивает осципляцию электрододержателя, другая - слежение за профилем поверхности. Сигналом , используемым для слежения за профилем поверхности, служит информация датчика напряжения на искровом промежутке. Цепь регулирования тока катушки, обеспечивающей слежение за профилем поверхности, содержит датчик напряжения на искровом промежутке и датчик тока катушки, подключенные через пороговые элементы к дискретной схеме сравнения длительностей тока на i искровом промежутке и тока в катушке. Выход схемы сравнения через фильтр (Л низкой частоты, полоса пропускания которого ниже частоты вибраций, подключен к регулирующему входу источника тока питания данной катушки. 3 ил. N3 N. О5 СО to

Взамен ранее изданного

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

1 92 А1 (19) (И) (51) 4 В 23 H 7/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3720553/25-08 (22) 30.04.84 (46) 23.11.86. Бкл. В 43 (72) В.С,Тарасов (53) 621.9 ° 048(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1014676, кл. В 23 Н 9/00, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО ЛЕГИРОВАНИЯ (57) Изобретение относится к устройствам для электроискрового легирования сложнофасонных профилей с переменным углом наклона обрабатываемой поверхности к направлению осцилляции электрододержателя устройства. Цель изобретения — повышение качества легирования путем регулирования усилия прижима электрододержателя к обрабатываемой детали при изменениях высоты профиля детали, что обеспечивает сплошность легирования. Устройство имеет две электромагнитные системы, одна из которых обеспечивает осцилляцию электрододержателя, другая — слежение за профилем поверхности. Сигналом, используемым для слежения за профилем поверхности, служит информация датчика напряжения на искровом промежутке. Цепь регулирования тока катушки, обеспечивающей слежение за профилем поверхности, содержит датчик напряжения на искровом промежутке и датчик тока катушки, подключенные через пороговые элементы к дискретной схеме сравнения длительностей тока на искровом промежутке и тока в катушке.

Выход схемы сравнения через фильтр низкой частоты, полоса пропускания которого ниже частоты вибраций, подключен к регулирующему входу источника тока питания данной катушки. 3 ил.

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки и может быть использовано для электроискрового легирования сложнофасонных поверхностей, Цель изобретения — повышение качества легирования сложнофасонных поверхностей с изменяющейся высотой профиля за счет точной регулировки движения осциллирующего электрода-инструмента при изменениях угла наклона обрабатываемой поверхности.

На фиг. 1 показаны основные механические узлы устройства, на фиг.2 электрическая функциональная схема устройства, на фиг.3 †.временные диаграммы работы устройства для напряжений в точках схемы, обозначенных на фиг.2.

Устройство имеет электромагнитную систему, состоящую из магнитопровода

1, постоянного магнита 2, полюсного наконечника 3 и катушки 4, находящейся в зазоре между магнитопроводом 1 и полюсным наконечником 3, а также электромагнитную систему, состоящую из корпуса 5 устройства, постоянного магнита 6, магнитопровода 1, подвижного магнитопровода 7 и катушки 8, Постоянный магнит 2 и постоянный магнит 6 прилегают к магнитопроводу 1 одноименными полюсами. Магнитопровод

7 размещен между корпусом 5 и магнитопроводом 1 с зазорами. В зазоре, образованном магнитопроводом 7 и магнитопроводом 1, находится катушка 8.

Зазор между корпусом 5 и магнитопроводом 7 минимален и определяется точностью изготовления деталей устройства. Магнитопровод 7 в сечении имеет расширенные части, обращенные к немагнитным зазорам для уменьшения потерь магнитного потока в зазорах при минимальной массе магнитопровода 7 °

Иагнитопровод 7 жестко закреплен на катушке 4 и на фланце штока 9, служащего направляющей при перемещении катушки 4 в зазоре, образованном наконечником 3 и магнитопроводом 1. Каркас катушки 8 во фланце штока 9 установлен на пружинном подвесе 10 и оснащен электрододержателем с электродом 11. Последний контактирует с поверхностью обрабатываемой детали 12.

Таким образом, компоновка элементов образует две электромагнитные системы броневого типа с подвижными катушками 4 и 8, помещенными в коль71692 цевой зазор магнитопровода 1 и ? и полюсного наконечника 3.

Воздушный объем, заключенный в полости между магнитопроводом 1 и магнитом 2 сообщается с внешней средой через отверстие 13, отделенное от объема, образованного корпусом 5, магнитопроводом 7, магнитом 2, наконечником 3 и катушкой 4. Площадь по10 перечного сечения отверстия 13 выбирают в соответствии с необходимым демпфирующим действием воздуха на подвижную часть основной системы. Корпус 5 устройства с помощью прокладок

15 14 закреплен на каретке 15 устройства строчно-кадрового перемещения (на фиг.1 условно не показано).

Катушка 8 соединена с источником

16 переменного тока, (фиг.2). Катушка

20 4 соединена с управляемым источником тока, состоящим из усилителя 17 мощности и источников 18 и 19 питания, заземленных разноименными полюсами.

Релейный элемент 20 выполнен по схеме

2 триггера Шмитта и соединен по входу с датчиком напряжения на искровом промежутке, состоящему из источника

21 измерительного напряжения с повышенным внутренним. сопротивлением и блокирующего диода 22, соединенного с электрод-инструментом 11.

Выход релейногс элемента 20 соединен с прямым входом логического элемента 23 "Запрет" и с инвертирующим (запрещающим) входом другого логического элемента 24 "Запрет". Инвертирующий вход элемента 23 и прямой вход элемента 24 соединены с выходом дополнительного релейного элемента 25, 40 выполненного по схеме триггера Шмитта. Примером выполнения элемента "Запрет" может служить биполярный транзистор, база и эмиттер которого используются как входы, а коллектор

45 служит вьгхо,цом, так как напряжение на коллекторе совпадает по знаку (фазе) с напряжением на эмиттере и инверсно к напряжению на базе, Вход дополнительного релейного элемента 25 подключен через диод 26 к датчику 27 тока в катушке 8. Направление проводимости диода 26 выбрано таким, чтобы на вход элемента 25 приходил сигнал, полярность которого соответствует 5 движению катушки 8 и электрода-инструмента 11 от поверхности обрабатываемой детали 12. Выход логического элемента 23 соединен с инвертирующим

3 12716 входом дифференциального усилителя

28. Выход логического элемента 24 соединен с прямым входом усилителя 28.

Выход усилителя 28 соединен с фильтром 29, выполненным с частотной характеристикой пропускания, ограниченной по верхней частоте частотой более низкой, чем частота генератора 16.

Фильтр 29 соединен с пороговым элементом, выполненным на включенных па- 10 раллельно-встречно стабилитронах 30 и 31. Параллельно пороговому элементу включены контакты 32 тумблера, служащие для отключения (шунтирования) порогового элемента при регулировке 15 устройства. Выход порогового элемента соединен с входом усилителя 17 мощности, подключенного к катушке 4 основной системы. Источник 33 технологического тока соединен с электрододержа- 20 телем 11 и деталью 12 (зажимы А и b на фиг,1 и 2).

Устройство для электроискрового легирования работает следующим образом. 25

При работе источника 1Ь переменного тока катушка 8, находящаяся в зазоре между магнитопроводами 1 и 7, совершает колебания с частотой источ30 ника 16. Поле в зазоре между магнитопроводами 1 и 7 создается магнитным потоком, проходящим от магнита 6, по корпусу 5 устройства, через немагнитный зазор между корпусом 5 и магнитопроводом 7, немагнитный зазор с ка- З5 тушкой 8 — через магнитопровод 1, общий с основной системой, — к другому полюсу магнита 6. Так как электрододержатель 11 жестко закреплен на катушке 8, он также совершает колебания 4О с частотой источника 16. Стабильный режим легирования осуществляется при постоянном давлении электрода на поверхность детали 12 в момент контакта. В этом режиме источник 21 периодически закорачивается через диод 22 и искровой промежуток. В момент разрыва искрового промежутка на входе релейного элемента 20 появляется напряжение источника 21 (диаграмма U на фиг.З). С датчика 27 тока в катушке 8 пропорциональное току, вызвавшему разрыв промежутка, напряжение подается через диод 26 на вход релейного элемента 25 (диаграмма U> на

55 фиг.З). На входе релейного элемента

20 образуются прямоугольные импульсы (диаграмма U на фиг.3), так как эле92 4 мент 20 переключается в верхней точке переброса (уровень 1 на диаграмме U,, фиг,З) и затем в нижней точке переброса (уровень 2 на диаграмме П фиг. 3) . Ширина импульсов пропорциональна длительности разомкнутого состояния искрового промежутка. На выходе релейного элемента 25 образуются прямоугольные импульсы (диаграмма U на фиг.3), так как элемент 25 переключается в верхней точке переброса (уровень 1 на диаграмме U>, фиг.3) и затем в нижней точке переброса (уровень 2 на диаграмме U, фиг.3). При постоянном давлении электродадержателя 11 на поверхность детали 12 в момент контакта, соответствующем стабильному режиму легирования, на выходе дополнительного релейного элемента

25 устанавливают длительность импульсов, равную длительности импульсов на выходе релейного элемента 20, путем изменения амплитуды напряжения, подаваемого на вход элемента 25, с помощью датчика 27 тока в катушке 8, При этом на каждые два входа элементов 23 и 24 поступают одинаковые по длительности сигналы, в результате чего на выходе элементов 23 и 24 сигнал отсутствует (логический ноль), так как один из входов каждого из элементов инверсный. При этом на входах дифференциального усилителя 28 сигналы очень малы и так как один из них инверсный, то на выходе усилителя

28 напряжение отсутствует. В результате чего сигнал на вход усилителя 17 мощности не поступает и катушка 4 бесточена. В это время ток технологи1 ческих импульсов от источника 33 проходит через искровой промежуток и происходит легирование детали 12.

При уменьшении давления электрода на поверхность детали 12 в момент контакта, например, при понижении уровня ее профиля, вызванного строчно-кадровым движением каретки 15 относительно детали 12, длительность импульсов на входе элемента 20 возрастает, так как искровой промежуток остается разомкнутым более длительное время. Длительность импульсов на входе и выходе элемента 25 постоянна, так как определяется выставленным перед началом обработки положением движка датчика 27 тока. При этом логический элемент 24 закрыт большее время, чем время действия импульса

5 12 на выходе элемента 25, в результате чего на его выходе напряжения нет (логический ноль). Логический элемент

23 открыт (логическая единица), так как на его прямой вход подается импульс большей длительности, чем на его инверсный вход.

Импульсы с выхода элемента 23 (диаграмма U> на фиг. 3), равные разности импульсов с выходов элементов 20 и 25, поступают на инвертирующий вход дифференциального усилителя 28.

С выхода усилителя 28 инвертированные относительно заземленной шины импульсы поступают на вход фильтра

29 (диаграмма U„ на фиг. 3), где интегрируются в сглаженный сигнал, поступающий через пороговый элемент (ограничитель) на стабилитронах 30 и

31, на вход усилителя 17 мощности.

Пороги срабатывания стабилитронов 30 и 31 (соответственно уровни 1 и 2 на диаграмме, U> фиг. 3) не пропускают на вход усилителя 17 сигналы случай-ных помех и позволяют получить на входной характеристике усилителя 17 зону нечувствительности, в пределах которой может изменяться давление электрод-инструмента 11 на поверхности детали 12 на счет податливости пружинного подвеса 10 связывающего электрододержатель 11 и магнитопровод 7 с катушкой 4. Это облегчает режим работы катушки 4 и позволяет исключить модуляцию осциллирующего перемещения электрода следящим перемещением. Далее ток усилителя 17 мощности втягивает в зазор, образованный наконечником 3 и магнитопроводом 1, катушку 4. При этом магнитопровод 7 движется вдоль корпуса 5 с неизменным зазором, катушка 8 дополнительной системы движется вдоль магнитопровода 1, магнитный поток в зазоре между магнитопроводом 7 и 1 постоянен и амплитуда осцилляции катушки 8 с электрод-инструментом 11 не изменяется. Магнитопровод 7 вытесняет воздух из полости, образованной корпусом 5, магнитом 2 и полюсным наконечником 3, в зазор между внутренней поверхностью наконечника 3 и наружной поверхностью катушки 4, интенсивно охлаждая последнюю. Воздушный поток ограничивается отверстием 13, оказывающим демпфирующее действие . при черезмерно резких смещениях подвижного магнитопровода 7.

71692 6

Движение катушки 4 с магнитопроводом 7, штоком 9, катушкой 8, пружинами 10 и электрододержателем 11 прекращается после того, как давление электрода на поверхность детали 12 в момент контакта становится равным первоначальному. При этом импульсы на выходах элементов 20 и 25 снова становятся равными по длительности и катушка 4 обесточена.

При увеличении давления электрододержателя 11 на поверхность детали

12 в момент контакта, например, при повышении уровня ее профиля, вызванного строчно-кадровым движением каретки 14 относительно поверхности детали 12, длительность импульсов на выходе элемента 20 уменьшается, так как искровой промежуток остается замкнутым более длительное время. При этом на вьгкоде элемента 25 длительность импульсов остается прежней и не зависит от состояния искрового промежутка. В результате этого логический элемент 23 закрыт (логический ноль), так как на его инверсный вход поступает более длинный импульс, чем на прямой вход. Логический элемент

24 открыт (логическая единица), так как íà его прямой вход подан более длинный импульс. Импульсы с выхода элемента 24 (диаграмма У на фиг. 3) поступают на прямой вход усилителя

28. С выхода усилителя 28 неинвертированные относительно заземленной шины импульсы поступают на вход фильтра 29 (диаграмма Б, на фиг.3), затем сигнал поступает на пороговый элемент (диаграмма U на фиг. 3), усилитель !7 мощности и катушку 4 (диаграмма U> и Б, на фиг. 3).

Катушка 4 выталкивается из зазора, образованного наконечником 3 и магнитопроводом 1 по направлению к поверхности детали 12. При этом магнитопровод 7 движется вдоль корпуса 5, а катушка 8 вдоль магнитопровода 1, совершая осциллирующие .движения относительно магнитопровода 7 с постоянной амплитудой, так как магнитный поток в зазоре между магнитопроводами 7 и 1 постоянен. Магнитопровод 7 втягивает воздух в зазор между наконечником 3 и катушкой 4 через отверстие 13, интенсивно охлаждая катушку 4. Движение катушки 4 и соединенных с ней элементов прекращается после того как давление электрод7 ) 27I6 инструмента 11на поверхность обрабатываемой детали 12 становится равным первоначальному. При этом импульсы на выходах элементов 20 и 25 становятся равными по длительности, а катушка 4 обесточена (участок и на диаграмме

U u U фиг.З). Таким образом, поддерживается постоянной сила давления на обрабатываемую поверхность детали 12 в момент контакта, т ° е., осущест-1р вляется стабильный режим легирования.

Верхняя частота полосы пропускания фильтра 29 лежит ниже частоты источника 16, что позволяет исключить перегрузку катушки 4 основной системы частотами источника 16. Зона нечувствительности, образованная пороговым элементом, также уменьшает нагрузку на катушку 4, что позволяет, благодаря указанным факторам, подавать на 20 катушку 4 повышенную мощность при равной средней мощности, улучшающую динамические характеристики подвижной части устройства.

Перед началом работы датчиком 27 25 устанавливают амплитуду на входе элемента 25 такой величины, чтобы на выходе элемента 25 были импульсы с .длительностью, равной длительности импульсов с выхода элемента 20. При ц этом для улучшения чувствительности системы контакты 32 тумблера замыкают.

Использование в устройстве рассмотренного импульсного метода выделения сигнала управления катушкой основной системы обеспечивает точное следование электрода профилю поверхности обрабатываемой детали.

Поля рассеивания магнитных систем О предлагаемого устройства малы, так как постоянные магниты прилегают к магнитопроводу основной системы одноименными полюсами, а корпус прилегает к одному постоянному магниту дополнительной системы, в результате чего практически все магнитное поле рассеивания сосредоточено между корпу92 8 сом и магнитопроводом основной системы. При этом потоки рассеивания замыкаются через немагнитные зазоры с катушками основной и дополнительной систем, что увеличивает КПД и улучшает динамические характеристики устройства.

Формула и з обретения оУстройство для электроэрозионного легирования, содержащее неподвижный корпус с магнитопроводом броневого типа иэ набора постоянных магнитов, имеющим кольцевой зазор, подвижную часть в виде установленного на пружинном подвесе электрододержателя, оснащенного катушкой, помещенной в зазор магнитопровода, а также источник переменного тока питания катушки и источник технологического тока, подключенный через токоподвод к электрододержателю, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества легирования сложнофасонных поверхностей с изменяющейся высотой профиля, пружинный подвес электрододержателя установлен с возможностью осевого смещения относительно корпуса на каркасе, снабженном кольцевым магнитопроводом, расположенным между наружной частью магнитопровода корпуса, катушкой и центральной частью магнитопровода, и закрепленной на каркасе дополнительной катушкой, введенной в зазор магнитопровода, при этом дополнительная катушка подключена к управляемому источнику тока, цепь регулирования которого содержит датчик напряжения на межэлектродном промежутке и датчик т ка катушки, подключенные через пороговые элементы к дискретной схеме сравнения, выход которой через фильтр низкой частоты с полосой пропускания ниже частоты вибраций подключен к регулирующему входу управляемого ис точника тока °

1271 б92

1271692

Составитель В.Влодавский

Техред А. Кравчук Корректор М Шароши

Редактор Г.Гербер

Тираж 1001

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Заказ 6284/16

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4