Модернизация устаревших электроэрозионных вырезных станков
Электроэрозионная обработка на вырезных станках с ЧПУ получила широкое распространение еще лет 25-30 назад. Время показало чрезвычайную эффективность данной технологии при обработке твердых и высокопрочных металлов. Можно сказать, что в настоящее время электроэрозионная проволочная резка является одним из столпов инструментального производства — наряду с традиционными точением, фрезерованием и шлифовкой.
В 80-е годы в СССР такие станки выпускались тысячами штук в год и использовались практически на всех машиностроительных предприятиях страны. Наряду с отечественным оборудованием достаточно широко было представлено и западное. Но уже тогда наметилось наше отставание в этой области от ведущих мировых фирм — AGIE, Sodic (JAPAX), Charmilles и др. В значительной степени более высокая производительность достигалась за счет разумного и удобного математического обеспечения ЧПУ. Кроме того, фирмы-производители поставляли специальные средства (весьма не дешевые) для персональных ЭВМ, облегчающие процесс составления управляющих программ, которые благодаря своей наглядности и удобству позволяли значительно сокращать время подготовки этих программ, а за счет средств графического контроля избегать большинства возможных ошибок.
К началу 90-х годов с отечественными электроискровыми вырезными станками сложилась следующая ситуация: самым ненадежным звеном в станке, требующим постоянного ремонта, оказалось ЧПУ. В условиях развала предприятий, разрыва связей, морального и физического износа элементной базы его обслуживание стало весьма проблематичной задачей. Кроме того, программное обеспечение системы управления, его стыковка с системой подготовки управляющих программ, базирующаяся на принципах управления и программирования начала 80-х годов, не удовлетворяли задачам современного производства.
Последние 10 лет только усилили наше отставание в этой области от мировых передовых разработок, а существующий станочный парк настолько устарел, что начал активно выводиться из производства. Некоторые машиностроительные предприятия практически полностью переориентировались на покупку импортного оборудования, однако большинству предприятий такой подход оказался не по карману. Стоимость нового станка составляет от 150 до 300 тыс. долл., и далеко не каждое предприятие в состоянии загрузить станок так, чтобы можно было в обозримые сроки экономически оправдать его приобретение.
Предлагаемая нами технология модернизации дешевле в несколько десятков раз и позволяет значительно повысить эффективность использования существующих станков.
Область возможного применения огромна — ведь к началу 90-х годов в стране работало около 4,5 тыс. единиц оборудования, в числе которых:
• около 2 тыс. станков производства предприятий бывшего Минстанкопрома СССР (ЭНИМСа и его завода «Станкоконструкция», г.Москва, Кировоканского станкозавода, Львовского завода фрезерных станков) 4532, 4732, СК96, МА96Ф3, МА4738Ф3, 4732Ф3М, ЛФ96Ф3 и других моделей;
• около 2 тыс. станков производства предприятий МЭП, МАП, Оборонпрома СССР («Исток», г.Фрязино, «Светлана», г.Ленинград, Ульяновское ПО «Утес», Завод ЦНИТИ, г.Ногинск) А207.86, А207.79, А207.92, А207.93, СВЭИ-3, СВЭИ-5, СВЭИ-7, ВЭСТ-240-3, ВЭСТ-240-5 и др.;
• более 500 станков зарубежных фирм (AGIE AG, Швейцария, Charmilles Technologies, Швейцария, JAPAX, Япония, ONA, Испания) АС50, АС100, АС200, АС300, LS350, LS500, LS800, DEM315, DEM415, DEM425.
Главное направление предлагаемой модернизации — замена системы управления, поскольку именно она оказалась ахиллесовой пятой отечественных станков. Теперь, когда персональные ЭВМ завоевали все области практической деятельности человека, реализация системы управления на их базе представляется достаточно очевидной. Однако задача эта не совсем простая, поскольку процесс электроэрозионной резки фактически представляет собой «короткое замыкание» проволоки на деталь. Тем не менее обычный бытовой персональный компьютер, оснащенный специализированными платами и превращенный в систему ЧПУ, может одновременно управлять приводами, работой генератора высокой частоты, гидроагрегатом и старттроном, а также, что особенно важно, осуществлять графический контроль процесса резки.
Модернизация уже проведена более чем на 200 станках предприятий России и СНГ (рис. 1). Результаты позволяют уверенно говорить о трехкратном повышении производительности за счет уменьшения времени ввода и контроля программы, сокращения потерь времени из-за обрыва проволоки и выхода в точку обрыва и 20-процентного увеличения прямой производительности. Установка гидроагрегата для промывки и замена генератора на импортный позволяют довести прямую производительность до 100 кв. мм в минуту.
Не менее важным направлением, позволяющим повысить эффективность применения существующего оборудования, является использование современных систем подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ. Таких систем достаточно много. Рассматриваемая система ГеММа-3D (модуль электроэрозионной резки) была специально разработана под составление управляющих программ для вырезных станков, чтобы одновременно с решением основных встающих перед технологами задач быть доступной по цене для потребителей.
Система ГеММа-3D предлагается в трех вариантах, в зависимости от возможностей станка (2D/3D/4D). Она включает:
• средства обмена геометрическими данными по основным видам внешних стандартных форматов (DXF, IGES и EPS);
• мощный геометрический редактор, позволяющий построить математическую модель по любому чертежу;
• средства быстрого прототипирования сложных объектов по готовым примитивам от прямоугольников и окружностей до зубчатых колес, звездочек и спиральных кулачков;
• средства измерения и контроля, обеспечивающие информативность при подготовке программ;
• редактор технологических построений (эквидистанты, подходы, булевы операции на плоскости);
• интерактивные средства подготовки и графического контроля программ;
• вывод программ на конкретную систему программного управления.
Оба направления модернизации могут быть применены как вместе, так и порознь. Система ГеММа-3D позволяет готовить программы для любых используемых в настоящее время систем управления: от устаревших — типа «Контур-2» с пятидорожечной лентой — до сложных для программирования, типа СNC-123 (фирмы AGIE).
Приведем несколько примеров решаемых задач.
Пример 1. Многооконная и многоконтурная обработка. При изготовлении элементов наружной рекламы все чаще используют металлические элементы. Электроэрозионная технология позволяет изготовить их наиболее качественно. На рис. 2 показаны изготовление герба, созданного в системе CorelDRAW (формат EPS), и его раскладка на листе.
Пример 2. Зубчатое колесо. Изготовление зубчатых колес — довольно распространенная задача, которая иногда выполняется на вырезном оборудовании. В качестве иллюстрации приводится пример изготовления косозубого зубчатого колеса (рис. 3).
Пример 3. Сложная фильера. Иногда задачи бывают предельно сложными: например, начальное задание представляет собой две системы неподобных контуров, заданных на разных высотах. В процессе подготовки программы пришлось выделить несколько отдельных зон резания. Эти зоны проиллюстрированы построенными поверхностями. С помощью отрезков связи процесс резки разумно спланирован в отношении как технологических возможностей станка, так и конечного результата (рис. 4).
