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».