Устройство для электроэрозионного легирования

(57) Иэофизическдам обра РОЗ введе- внения нны яже тение относитс лек тки астност са ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПОДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОтКРЫТИ 1 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ(21) 4237412/ (22) 28.04.87 (46) 15,12,88 (75) В.С.Тара (53) 621.9.04 (56) Авторско У 32546, кл. и электрохимическим метося устройств для эпектроискролегирования. Цель изобретенияшение производительности путемшения качества регулирования мэлектродного промежутка.В уство, содержащее вибратор и регподачи с цепями управления пробратным ходом перемещения элда-инструмента при вибрациях,ны две дополнительные цепи сри регуляторы напряжения, соедс дополнительным источником нснияил,Изобретение относится к электро- физическим и электрохимическим методам обработки и касается устройств для электроэрозионного легирования.Цель изобретения - повышение производительности легиронания путем улучшения качества регулирования межэлектродного промежутка при легиронании, 1 ОНа чертеже представлена принципиальная схема устройства для электроэрозионного легиронания при реализации на транзисторах и тиристорах.Устройство подключено к межэлектродному промежутку 1 и содержит генератор технологических импульсон на элементах 2-22, имеющий диод 2, токоограничающий резистор 3, диод 4, транзистор 5, силовой источник 6,20 настраиваемый в соответствии с требованиями технологии до начала обработки, Направление проводимости диодов 2,4 и перехода база-эмиттер транзистора 5 согласно направлению ЭДС ис точника 6. Источник 6 заземлен на шину 7. Резистор 8 включен параллельно переходу эмиттер-база транзистора 5 для защиты перехода, аналогичные резисторы подключены к переходам ба за-эмиттер других транзисторов генератора и других элементов схемы, что далее не поясняется. Дополнительный токоогранйчивающий резистор 9 включен последовательно между резистором 3 и диодом 2. Стабилитрон 10 включен между общей точкой резисторов 3 и 9 и положительным полюсом источника 6, направление проводимости которого в режиме стабилизации согласно направ лению проводимости диода 2. Источник 6 положительным полюсом подключен через переход эмиттер-коллектор транзистора 5 и последовательные диод 11, нагрузочный резистор 12 и ста билитрон 13 к шине 7К межэлектродному промежуткуподключеч силовой диод 14 и емкостной накопитель, выполненный в виде конденсатора 15, регулируемого до начала обработки. Общая точка конденсатора 15 и диода 14 подключена через последовательные токоограничивающий резистор 16 и переход транзисторак положительному полюсу источника 6Переход эмиттер-коллектор транзистора 17 и диод 14 включены согласно проводимости при прохождении силово .го и зарядного токон конденсатора 15. Параллельно выводам источника 6 включена цепь из транзистора 17 и резистора 18, служащая для управления клю.- чевым элементом на транзисторе 17, Параллельно транзистору 17 включен транзистор 19, переход эмиттер-база которого через последовательные резистор 20, стабилитрон 21 и диод 22 подключен к межэлектродному промежутку 1, образуя цепь обратной связи для отключения источника 6 от конденсатора 15 по состоянию промежуткаТаким образом, зарядную цепь накопителя на конденсаторе 15 коммутирует ключ на транзисторе 17, цепь управления этого транзистора коммутирует ключ на транзисторе 19, связанный по цепи обратной связи с про;ежутком 1, Ключ на транзисторе 5 по ныходу связан с цепями входа интегратора из элементов 23-36, для чего общая точка резистора 12 и стабили - трона 13 подключена через диод 23, резистор 24 и транзистор 25 к шине 7, Коллектор транзистора 25 подключен через резистор 26 к базе транзистора 27.Положительный полюс источника 28подключен через последовательную цепь из транзистора 27, резистора 29, диода 30 к обкладке конденсатора 31. Для фиксации потенциала коллектора транзистора 27 коллектор подключен через резистор утечки 32 к шине 7. Постоянная времени заряда интегратора на конденсаторе 3 от ключевого элемента на транзисторе 27 по цепи стабилизированного источника 28 напряжения определяется величиной резистора 29 и величиной емкости конденсатора 31, которая устанавливается до начала обработки в зависимости от необходимого быстродействия регулятора подачи, как вне зоны нечувствительности, где подача осуществляется н релейном режиме, так и в зоне нечувствительности, где следящая подача осуществляется только путем подмагничи- вания привода вибрации электрода промежутка 1. Время интеграции всегда должно превышать период колебательных осциллирующих движений электродов, что исключает возможность возникновения автоколебаний в регуляторе. Постоянная времени разряда интегратора на конденсаторе 31 определяется резистором 33 и также емкостью конденсатора 31. Для возможности регулирования времени интеграции вели 144404чино емкэ.1 э кацдецстяаэа 31 при сэммс тричцэ эй хяряктерис.тике зарядряэряд величины резисторов 29 и 33 яыбэряцы сэдццяксэвыми.5Выход интегратора 23-36 выпслнен . нецы последовательна и подключены тарыми свободными вьводами саатветствеццо к подвижному выводу резистора 35 и ээине 7. Общая точка резисторов 39 и 40 является выходом интегрятара по входу пепи сравнения хода к обрабатываемой детали,1 еэисторам 35 устанавливают цеаб 25 хадимае усилие прижима легирующега электрода к обрабатываемой детали,Резистор 39 выбран таким, чтобы лри любам положении подвижного выводя 37 повышение уровня напряжения 35 ця подвижном вьэваде резис.аря 35 вызывала сначала срабатывание па цепи управления прямого хола к детали, я толька затем по цепи обратного хода от детали. 40 Резистором 37 устанянливяют величину зоны нечувствительности привоэа дискретного перемещения, в которгэй фукцисэцирует только подрегулцранка положения подвижной части вибряторя прамежуткя 1 гсадмагцичивацием. Верхнее положение дээижкя резцс тора 37 соответствует минимальна допусти 45 маи эоце цечувствительэ;ости, котораягр данных нежес скасткк э негинейнастях кицемятгсческэсх связей ат привода дискретного паремсги ля до рабочего кацця легируюсчего .электродагарантирует отсутствие ав гокалебательного режима работы у;трайствя. Нижнее положение подвижного вываля резистора 37 саатветс гвует наибольшейвеличине зоны це гугэсмгэсгссьгопт,которая еще обесгэе эцээссг 1 цеабхадимукэ гэ виде пепи цз последовательных резисторая 34, переменного резистор 35,соедццеццсэга первым неподвижным выводом с Резистором 34, вторым цеподвиэкцым выводам - с резистором 36,При этом свободный вывод резистор;.34 подключен к первой обкладке каццецсяторя 31, свободный вывод резистора 36 - к второй его обкладке. Подэижгцэй вывод резистора 35 подключенчерез переменный резистор 37 и последовательный ему резистор 38 к вице 7, Подвижный вывод резистора 37является выходом интегратора по входу 20цепи сравнения хода от обрабатываемой детали. Резисторы З 9 и 40 саедипо требованиям точности поддержаниясреднего за период осццллирующегодвижения электрода усилия его давления ца деталь, точность дискретногои ремещения подвижной части,Общая точка резисторов 39 и 40подключена через последовательныестабилитрон 41, резистор 42 и транзистор 43 к вице 7.Последовательные регуляторы напряжения выполцены на элементах 43-55.Последовательная цепь из стабилитрона 56, резистора 57, транзистора58 и резистора 59 подключена к резистору 37. .3 лементы 57-65 составляютблок 66 сравнения обратного ходаэлектрода инструмента, Аналогичныйблок 67 сравнения прямого хода электрода-инструмента подключен по входучерез пороговый элемент на стабилитроне 68 к выходу интегратора - общей точке резисторов 39 и 40. Выходэлемента 67 подключен через переход .бяэя-эмиттер транзцс торя 69 к шине 7, коллектор трацзи.соря 69 гадк"лючен че 1 из резистор 70 к положигельцому полюсу источникя 28, черезрезистор 7 - к шине ", а также соединен с прямым входом .гагическогоэлемента 72 ЗАПРЕТ и инверсным входомлогического элемента 73 ЗАПРЕТ,Таким образом, цепи сравнения прямого и абра гцаго хода ээгектрадяццструмент выполнены в виде элементов 67 и 68, 56 и 66При атомосуществляется сравнение выходногонапряжения интегратора 23-36 с параметрически заданным напряжением паро.в стабилцтранов 56 и 68, я элементы66 и 67 служат для получения пороговой характеристики кана; ч прямого иобратного ходов с гистереэисам, чтонеобходимо для отсутствия дребезгапри переключении и сохранении чисторелейного режима дискретной подачи,Напряжение стабилизации стабилитрона 68 несколько выше напряжениястабилизации стабилитрона 41, напряжение стабилитрона 51 вьппе напряжения стабилитрона 56. При удобном применении всех стабилитронов 41 и68 си соответственно 56 и 51)одинаковыми последовательно со стабилитронами 68 и 51 включают диоды впрямом направлении, увеличивающиенапряжение порога срабатывания посоответствующим цепям на этих диодахз земе чтя 7 3 ц ццв Р 1).ному Рхзлу .ц и цт-2, что цсклк)чает возможц туц.пения сцгцала управленцаец: я 1 ц.ц.цц ца подъем и опускание5ектрода-инструментаВыход элемента 73 через элемент74 задержки ца включение, а выходэл," ецтя 2 черн, элемент 75 задержки ца вкл чение подключены соответтвенно ко входам регулируемых задаюших генераторов 76 и 77, управляющих посредством задания величиньсреднего тока мощностью соответственно плеча 78 и плеча 79 полумостоного преобразователя из элементов7-79, к которым подключен реверсивцый электродвигатель 80.Подвижный вывод резистора 35 подключен через диод 8 и резистор 82 20к ицвертирующему входу сравнивакщегоусилителя 83, выход которого подключен к обмотке 84 электромагнитноговибратора 85При этом весь вибратор85 посредством закрепленной с обмоткой 84 части кинематически связанс валом электродвигателя 80 для осуществления дискретного следящего пе-ремещения вибратора 85 относительноповерхности обрабатываемой детали. 30Вибратор выполнен с возможностью подрегулировки подвижной части путемподмагничивания постоянным током магнитной системы для точного поддержания среднего усилия давления электрода-инструмента на деталь при нахождении системы дискретной регулировки в зоне нечувствительности. Обмотка 84 подключена к источнику 86периодического тока. Последовательная цепь из резисторов 87 и 88 включена параллельно источнику 28 и служит для подачи смещения на прямойвход усилителя 83,Устройство для электроэрозионного 45легирования рабс тает следующим образом,Подают переменный ток в обмотку84 вибратора 85 от источника 86. Подвижная часть вибратора 85 совершает 50периодические колебательные движения, Подают напряжения от источников6 и 28. Протекает ток по цепи: положительный полюс источника 6, транзистор 17, резистор 18, шина 7, отрицательный полюс источника 6. Транзи;тор 17 открывается, возникает зарядный силовой ток накопительногоконденсатора по цепи, источник 6,транзистор 17, резистор 16, конденсатор 15, шиц 7. 11 осл заряда кцдецсатора 15 по цацряжеция источника 6 трап цетор 17 остае г.я открытым и обеспечивается пост яццая готовность генератора зависимого типа к генерированию импульса технологического тока при возникновении пробоя.В это же время ток источника 28 проходит по пепи: резистор 48, транзистор 45. Транзистор 45 открывается и возникает ток по цепи: транзистор 47, резистор 46, транзистор 45, При этом возникает зарядный ток по цепи интегратора 23-36; источник 28, транзистор 47, резистор 49, диод 50, конденсатор 31По мере заряда конденсатора 31 напряжение прикладывается к цепи резисторов 34, 35 и 36 и цепи резисторов 39 и 40. От" крываст.я стабилитрон 41 и возникает ток управления по цепи: стабилитрон 41, резистор 42, транзистор 43. Транзистор 43 открывая ся, транзис - торы 45 и 47 закрываютсяЗаряд конденсатора 31 прекращается, рост напряжения :з нем прекращается, ток через;.ст.1 49 становится рны ";мме токов через резистор 33, небольшого тока через резистор 34 и тока утечки конденсатора 31, если таковой имеет место, так как напяжение на конденсаторе 31 соответствует положению рабочей точки стабилитрона 41 на пороге открывания. В таком состоянии интегратор 23-36 может находиться неограниченное время обеспечивая постоянную готовность к слежению. В то же время ток источника 28 протекает по цепи: резистор 70, элемент 72, элемент 73, по его инверсному входу и параллельно через резистор 71 к шине 7, Прц этом элемент 73 закрыт сигналом на запрещающем входе, элемент 72 открыт, Сигнал с, выхода элемента 72 поступает на вход элемента 75 и через непродолжитель ное время установки, сравнимое с временем переключения плеч 78 и 79, включает генератор 76. Запускающие ь импульсы генератора 76 включают плечо 79 полумостового преобразователя 72-79, приводной электродвигатель 80 перемещает вибратор 85 с легцрующим электродом по направления к обрабатываемой поверхности детали.ццц цам входе усилителя 83цригутструет гц цал источника 28, вреэуды т паднцжцая часть вцбратара85 максимальна смещена подчагццчи 5вацием ца направлению к обрабатываемой поверхности детали.При пробоях межэлектродного промежуткаток течет па измерительнойпепи: источци.-. 6, транзистор 5, диод 104, резистор 3, резистор 9, диод 2,промежуток . Сразу после нозникновения этого тока грацзистар 5 насыщается ц включает цепь: источник 6,трацэист.р 5, диод 11, резистор 12, 15диод 23, ре зистор 24, транзистор 25,Одцанременно через промежуток 1протекает силовой ток конденсатора15 через диод 4. Происходит электроэрозианное легирование поверхностного слоя детали, Одновременно с силовым и измерительным током через промежуток 1 проходит дополнительный "ток по пепи: транзистор 17, токаограничивающий резистор 16, диод 14.Этот ток подогревает приэлектроднуюзону, чем интенсифицирует процесслегирования и повышает производительность.Па мере разряда конденсатора 15 30уменьшение напряжения на промежуткеприводит к возрастанию напряженияца стабилитроне 10. Возникает ток поцепи: стабилитрон 10, резистор 9,диод 2, промежуток 1, В результатепри дальнейшем падении напряженияца промежуткецепь: транзистор 5,диод 4, резистор 3 - питается напряжением, це превышающим напряжениестабилитрона О. Это позволяет получить переключение транзистора 5сразу после возникновения проводимости промежутка 1.Аналогичную функцию для транзистора 25 выполняет стабилитрон 13, 45При дальцейшем разряде конденсатора 15 возникает так па цепи: транзистор 19, резистор 20, стабилитрон 21,диод 22, промежуток 1. Пороговую характеристику этой цепи абеспечивае 50ста.илитран 21,Транзистор 9 шунтирует транзис-.тор 7, который выключается. Лополнительный так источника 6 прекращается, прекращается и дополнительноевоздействие ркаулевай теплоты и ионизации зоны разряда, После этого через промежуток 1 продолжает протекать силовой ток разряда конденсатора 15 и измерительные токи пацепям транзисторов 5 и 19.После полного разряда конденсатора 15 протекает только ток по измерительным цепям баз транзисторов 5и 19.Вибратор 85 разводит электроды.Вследствие малой величины измерительных токов происходит размыкание промежутка 1 без возникновения дуги.Выключаются транзисторы 5 и 9,Измерительная цепь ключа на транзисторе 5 питается непосредственноот источника 6, и включенное состояние транзистора 5 возникает сразупри возникновении проводимости прмежутка 1, Эта позволяет поданать цаинтегратор 23-26 сигнал а возникновении проводимости промежутка 1, а цео механическом контакте, что определяется только при дальнейшем падениинапряжения на промежутке 1. Питаниеот источника 6 обеспечивает расширение диапазона усилий среднего давления электрода на деталь эа период осциллирующего колебательного движения в сторону уменьшения давления.Среднее давление электрода на детальможет быть получено близким к нулю,Таким образом, включение ключа 5к источнику 6, промежутку 1 и интегратору 23-36, обеспечивает повышение производительности.При открытом транзисторе 25 токтечет по цепи: транзистор 27, резистор 26. Транзистор 27 открывается,ток на вход интегратора 23-36 течетпо цепи: транзистор 27, резистор 29,диод 30, конденсатор 31,Конденсатор 31 заряжается, напряжение на интеграторе 23-36 растет идостигает напряжения включения стабилитрона 68 и элемента 67, Возникает ток по цепи: стабцлитрон 68, элемент 67, транзистор 69.При этом ток течет по цепи: резистор 70, транзистор 69, На входахэлементов 72 и 73 сигналы отсутствуют, генераторы 76, 77 и плечи 78,79выключены, якорь двигателя 80 останавливается, дискретный привод подачи переходит в зону нечувствительности системы,гВ это же время напряжение на иннертирующем вх",де .силителя 83 возрастает. Подвижная часть вибратора 85занимает промежуточное полажение взоне нечувствительности привода.444104 Если при продольном перемещении поверхность детали приближается к электроду, то отношение длительности открытого состояния транзигторов 5, 25, 27 к длительности их заьрь того состояния увеличинается,среднее напряжение на конденсаторе 31 растет, напряжение на входе усилителя 83 увеличивается, ток подмагничивания катушки 84 уменьшается, вибрирующая часть вибратора 85 с электродом отходит от поверхности детали.сЕсли поверхность детали удаляется от электрода, описанные процессы происходят в обратном порядке.Если в ходе процесса диапазон хода подвижной части подмагничиванием вибратора 85 оказывается недостаточным, т.е. отношение времени открытого состояния транзистора 5,25, 27 ко времени их закрытого состояния слишком велико, напряжение. ца конденсаторе 31 интегратора продолжает расти. В результате возникает ток по цепи: стабилитрон 56, элемент 66, -.резистор 65. На прямой вход элемен - та 73 и инверсный вход элемента 72 поступают сигналы, в результате сигнал с выхода элемента 73 через элемент 74 задержки включает генератор 77 и соответственно определенной до чача.а обработки скорости подачи от детали включает плечо 78, электродвигатель 80 отводит вибратор от детали. 1 Тоокольку кицематцческая цепь, приводимая электродвигателем 80, обладает инерцией, то некоторое время продолжает рост напряжения на конденсаторе 3 интегратора 23-36. Такой рост напряжения ограничивает второй регулятор напряжения устройства: включается стабилитрон 5 ток течет по цепи: стабилитрон 51, резистор 52, транзистор 53. Транзистор 53 открывается и ток течет по цепи; конденсатор 31, токоограничивающий резистор 55, транзистор 53. В результате регулятор напряжения интегратора 23-36 поддерживает напряжение на конденсаторе 31 несколько . превышающим напряжение срабатывания стабилитрона 56. Небольшая разница этих напряжений по каналу хода от детали позволяет исключить переэаряд конденсатора 31. 1 ри умецькеццц г.репцего времениразомкцутого состояцця промежутка 1,описанные цроцесгы происходят в об 5 ратном порядке,Выбор гоотцсцяеция цапряжецийнключеция пороговых элементов повходам каналов прямой и обратной подачи электрода-инструмента прц невы 1 О соких требоваццях к приводу подачинибратора обеспечивает точное подпержание заданцого среднего давленияэлектрода ца деталь, обеспечивая качественное и производительное легиро 15 нание сложнофагоцных поверхностей.Формула изобретенияУстройство пля электроэрозиоццого легиргвания, сопержащее вибратор,регулятор подачи с двумя автономными20 цепями сравнения прямого и обратногохода электрода-инструмента с элементами сравнения ца выходах и с интегратором, генератор технологическихимпульсов с ис.точццком напряжения, с25 зарядной емкость.с, ключом коммутации цепи межэлектродцого промежутка, днухнходовый сраг .цвающий усилитель с задатчиком, иг -очнцк периодического тока с целью подмагничива 30 ния нибратора, о т л и ч а ю ш е ес я тем, что, с целью повышения производительности, н устройство введены две дополнительные цепи сравнения, выполненные в виде третьего и35 четвертого элементов г.равнеция, первый и второй регуляторы напряжения,соединенные по входам с введеннымдополнительным источником напряжения,третий и четвертый ключи, при этомтретий элемент сравнения подключенк управляющему входу первого регулятора напряжения, выход которо о подключен последовательно к вхс зу ицтегратора, четвертый элемецт подключен к управляющему нхгду второго регулятора, выход которогс подк:в сецпараллельно входу интегратора, входытретьего и четвер со г элемгцтс в сраьцения соединены соотягтс вгццонходами первого и нторог элементовсравнения, вход третьего люча подключен к первому источциьу, я о управляющий вход - к межэлектродномупромежутку, выход - к управляющемувходу четвертого ключа, вход которогосоединен с вторым источником, а выход - с входом интегратора, выход которого соединен с вторым в:одом с:равнинающего усилителя,144410,Составитель Р ЛельдерРедактор А.Долинич Техред М.Лидык ректор С,Черн Тираж 922В 11 ИИПИ Государствпо делам изобр 113 Р 35, Москва, ЖПодписно го комитета СССР