Новый станок У30С2-1,0/22 для ультразвуковой размерной обработки

УДК 621.9.048.6
Новый станок У30С2-1,0/22 для ультразвуковой размерной обработки
И. В. Петушко, канд. техн. наук, Ю. Н. Дроздецкий, инженер,
А. Г. Палаев,  инженер,

Представлено описание нового станка для ультразвуковой размерной обработки твердых и хрупких материалов и входящего в его комплект ультразвукового генератора. Приведены их технические характеристики и принцип рабо­ты. Представлены внешний вид станка и блок-схема генератора.

Повышение качества выпускаемых промышленно­стью машин и оборудования зачастую связано с при­менением деталей из твердых и хрупких материалов, труднообрабатываемых традиционными способами формообразования, такими, как резание, литье, штам­повка и т. п.
Одним из наиболее эффективных технологичес­ких процессов является ультразвуковая размерная об­работка (УЗРО). Сущность УЗРО состоит в следую­щем. Обрабатываемая деталь устанавливается на тех­нологическом столе напротив выходного торца инструмента. Между инструментом и обрабатывае­мой поверхностью детали вводят абразивную сус­пензию. Инструмент с ультразвуковой частотой уда­ряет по зернам абразива, которые, в свою очередь, воздействуют на поверхность обрабатываемого из­делия и посредством скалывания разрушают поверх­ность последнего в зоне обработки. Разрушение и удаление материала производятся очень большим ко­личеством направленных микроударов. По мере воз­действия на обрабатываемый материал инструмент все больше углубляется в деталь. Таким образом, про­исходит копирование объемной формы инструмента в обрабатываемое изделие. Основными параметра­ми УЗРО являются производительность, качество об­рабатываемой поверхности и точность обработки.
При проектировании станков для размерной об­работки целесообразно стремиться к получению наибольшей амплитуды механических колебаний, что предъявляет особые требования к УЗГ, прочностным характеристикам инструмента и преобразователя. Это связано с тем, что при УЗРО колебательная си­стема (КС) работает в непрерывном режиме, близ­ком к режиму холостого хода, и большая часть под­водимой к ней мощности является мощностью по­терь на ее элементах.

Разработан но­вый станок типа УЗОС2-1,0/22 (рис. 1) для ультра­звуковой размерной обработки твердых и хрупких ма­териалов, например, таких, как поделочные камни, стек­ло, хрусталь, кварц, керамика, фарфор, ферриты. На этом станке также возможна обработка изделий из твердых металлов.
Станок имеет следующие технические характе­ристики:

Производительность (обработка сплошным инструментом
по стеклу площадью 50 мм), мм /мин............. Не менее 100
Площадь обработки, мм...................................      До 300
Точность обработки, мм....................................     До ±0,03
Шероховатость обработанной
поверхности, мкм................................................      До 1,2

Вертикальный рабочий ход
инструмента, мм............................       До 25
Глубина обработки, мм................      До 25
Наибольшее вертикальное
перемещение головки, мм...........        200
Рабочая частота, кГц....................      22±1,65
Габаритные размеры станка, мм              Не более                                   250x400x600
Габаритные размеры генератора, мм      Не более                                   285x375x205
Масса станка, кг............................ Не более 55
Масса генератора, кг.................... Не более 10

Рис. 1. Ультразвуковой станок типа УЗОС2-1.0/22

Охлаждение КС — водяное принудительное с про­изводительностью 2 л/мин.
Станок имеет ручной привод вертикального пе­ремещения КС и фиксации ее в верхнем положе­нии. На выходном конце колебательной системы закреплен рабочий инструмент. В конструкции пре­дусмотрена возможность ориентировки положения рисунка на инструменте по отношению к обраба­тываемой детали и фиксации в нужном положении, после смены инструмента. Станок снабжен инди­катором глубины обработки и винтовым механиз­мом для регулировки и установки глубины обра­ботки.
Работа на станке осуществляется следующим образом.
На рабочем столе с помощью зажимов закреп­ляется обрабатываемое изделие. С помощью вин­тового механизма регулировки глубины устанавли­вается глубина обработки и с помощью мягкой ки­сти или «груши» на обрабатываемую поверхность детали наносится абразивная суспензия.
После этого включается генератор. Отводя сто­пор колебательной системы левой рукой, правой с помощью ручки опускают КС до касания с обраба­тываемой поверхностью. Усилие прижима инстру­мента обеспечивается за счет веса подвижных час­тей технологического устройства и колебательной системы.
В ходе технологического процесса суспензия постоянно добавляется в зону обработки, а КС с помощью оператора совершает вертикально-посту­пательные движения. После обработки генератор выключается, а колебательная система устанавли­вается в верхнее положение и фиксируется стопо­ром.

Рис. 2. Электрическая блок-схема ультразвукового ге­нератора УЗГ4-1,0/22:
/ — блок задающего генератора; 2— усилитель мощности; 3— устрой­ство согласования; 4 — магнитострикционный преобразователь; 5 — источник тока поляризации; 6 — тиристорный ключ; 7 — источник питания

Станок укомплектован ультразвуковым генерато­ром УЗГ4-1,0/22, который имеет следующие техни­ческие характеристики:
Мощность, потребляемая от сети, кВА           Не более 2,0
Напряжение однофазной питающей сети, В ....   220±10 %
Частота питающей сети, Гц...........        50
Мощность выходная (максимальная), кВт         1,0±0,1
Рабочая частота, кГц.......................      22±1,65
Режим работы — непрерывный с автоматичес­кой подстройкой частоты (АПЧ) на резонанс коле­бательной системы преобразователя:
Точность АПЧ, Гц...............         Не хуже ±50
Габаритные размеры, мм.. Не более 285x375x205
Масса, кг...............................        Не более 10
Генератор обеспечивает выходные параметры при подключении магнитострикционного преобра­зователя со следующими характеристиками:
Полный импеданс (ZH), Ом............       0±4
Частота механического резонанса, кГц               22±1,65
Коэффициент мощности (coscpH). Не менее 0,7
Ток поляризации, А.........................       7-10
На рис. 2 приведена блок-схема генератора УЗГ4-1,0/22. Генератор выполнен по схеме незави­симого возбуждения с АПЧ на резонанс колебатель­ной системы. Принципиальная схема генератора со­стоит из следующих основных функционально закон­ченных узлов: блока задающего генератора, усилителя мощности, устройства согласования, источника пита­ния с фильтром сетевых помех на входе.
Блок задающего генератора состоит из схемы фазовой АПЧ, предварительного усилителя с транс­форматорными выходами для возбуждения усили­теля мощности и питания источника тока поляриза­ции магнитострикционного преобразователя и соб­ственно задающего генератора. Схема фазовой автоподстройки частоты обеспечивает слежение за резонансной частотой преобразователя.
Усилитель мощности работает в ключевом режи­ме и собран по полумостовой схеме инвертора на двух мощных полевых транзисторах.
Нагрузка подключается к усилителю мощности при помощи устройства согласования с набором емкостей для компенсации индуктивной составля­ющей нагрузки. Здесь же находится датчик обрат­ной связи на основе дифференциального трансфор­матора, выход которого подключен на вход схемы АПЧ, управляющей частотой задающего генератора.
Регулировка выходной мощности генератора осу­ществляется переключением отводов трансформа­тора при помощи переключателя.
При включении тумблера «СЕТЬ» начинает рабо­тать задающий генератор и выпрямитель тока поля­ризации, а также устройство запуска тиристора. Ти­ристор подключает усилитель мощности к источни­ку питания и генератор включается.
В генераторе имеется схема защиты от перегруз­ки по току транзисторов усилителя мощности. Пос­ле устранения перегрузки генератор вновь готов к повторному включению (спустя 2-3 с после вклю­чения тумблера «СЕТЬ»).
В случае применения дистанционного управле­ния к разъему «Дистанционное управление» подклю­чаются контакты реле исполнительного механизма управления, а тумблер «Манипуляция» переключа­ется в положение «ВКЛ».
Генератор выполнен в настольном исполнении. На передней панели расположены тумблер включе­ния сетевого напряжения и индикатор амплитуды колебаний преобразователя. На задней панели ге­нератора расположены сетевой шнур питания, пре­дохранители, клемма заземления, разъемы для под­ключения нагрузки и дистанционного управления, тумблер «Манипуляция», а также ручка регулировки выходной мощности. На шасси находятся фильтр сетевых помех, платы предварительного усилителя, усилителя мощности, устройство согласования, ис­точник питания, дроссель источника тока поляриза­ции, а также выходной трансформатор, емкостной делитель напряжения, вентилятор. К шасси генера­тора крепится съемный кожух, имеющий перфора­цию для охлаждения.
Охлаждение генератора воздушное, принудитель­ное.
Опытный образец УЗОС2-1,0/22 эксплуатирует­ся на предприятии ООО «Фасет».