Tài liệu Nâng cao độ chính xác biến dạng bánh răng bằng phương pháp bù sai số trên máy cắt dây dk7732

.. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ------------------- ĐỖ THANH MAI NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC BIÊN DẠNG BÁNH RĂNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP BÙ SAI SỐ TRÊN MÁY CẮT DÂY DK7732 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT Chuyên ngành : Công nghệ chế tạo máy Mã số : Thái Nguyên, năm 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 1 Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan những kết quả có đƣợc trong luận văn là do bản thân tôi thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Đăng Hoè. Ngoài tài liệu tham khảo đã đƣợc liệt kê, các số liệu và kết quả thực nghiệm là trung thực và chƣa đƣợc ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Thái Nguyên ,Ngày 20 tháng 10 năm 2011. Ngƣời thực hiện Đỗ Thanh Mai Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 2 Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy LỜI CẢM ƠN Cùng với xu thế phát triển của xã hội, các nghành khoa học kỹ thuật cũng có những bƣớc tiến vƣợt bậc. Đặc biệt là sản xuất cơ khí hiện đại đã dần dần thay thế sản xuất truyền thống , các sản phẩm cơ khí ngày càng đòi hỏi độ chính xác, độ tin cậy cao. Với mong muốn nâng cao độ chính xác của các sản phẩm gia công trên máy công cụ nói chung và máy cắt dây nói riêng . Dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS Nguyễn Đăng Hoè, tác giả đã thực hiện đề tài : “Nâng cao độ chính xác biên dạng bánh răng bằng phương pháp bù sai số trên máy cắt dây DK7732 ”. Trong thời gian thực hiện đề tài, tác giả đã nhận đƣợc sự quan tâm rất lớn của nhà trƣờng, các Khoa, các Phòng, Ban chức năng, các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp. Tác giả bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất đến PGS.TS Nguyễn Đăng Hoè, Trƣờng Đại học Kỹ Thuật công nghiệp đã tận tình hƣớng dẫn trong quá trình thực hiện luận văn này. Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Khoa sau đại học, các giáo viên giảng dạy và các đồng nghiệp. Tác giả chân thành cảm ơn Trung tâm thí nghiệm và các giáo viên thuộc trung tâm đã tạo điều kiện về thiết bị và giúp đỡ trong quá trình sử dụng thiết bị để thực hiện luận văn. Tác giả chân thành cảm ơn trƣờng Cao Đẳng Công Nghiệp Cẩm Phả đã tạo mọi điều kiện về trang thiết bị thí nghiệm để thực hiện đề tài này. Mặc dù đã cố gắng song do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên chắc chắn luận văn không tránh khỏi thiếu sót. Tác giả mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp từ các thầy cô giáo và các đồng nghiệp để Luận văn đƣợc hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn ! Thái nguyên, Ngày 20 tháng 10 năm 2011. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 3 Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy Tóm tắt luận văn Luận văn này đƣa ra một giải pháp nâng cao độ chính xác của bánh răng trụ răng thẳng khi gia công trên máy cắt dây DK 7732 bằng phƣơng pháp bù sai số. Thiết kế thí nghiệm toàn phần theo phƣơng pháp bề mặt chỉ tiêu để tìm ra lƣợng bù tối ƣu sao cho giá trị sai số đạt đƣợc là hợp lý nhất. Nội dung chính của luận văn là phân tích những nguyên nhân gây ra sai số gia công và tìm cách khứ các sai số đó, tuy nhiên đó là một biện pháp hoàn chỉnh và tốn kém. Chính vì vậy tác giả đề xuất một phƣơng pháp hiệu quả, đơn giản hơn : Đó là kết hợp giữa phƣơng pháp lựa chọn chế độ cắt, tối ƣu (ti, te) và phƣơng pháp bù sai số tọa độ dịch chuyển (x, y) trong chƣơng trình NC. Các thí nghiệm đƣợc thiết kế theo phƣơng pháp bề mặt chỉ tiêu RSN và phần mềm Minitab. Qua quá trình thực nghiệm kết quả chính mà luận văn đạt đƣợc nhƣ sau :  Phân tích đánh giá các nguyên nhân gây sai số.  Thiết kế thí nghiệm bù sai số đơn giản và hiệu qủa .  Ứng dụng phần mềm thiết kế thí nghiệm có khả năng hội tụ nhanh hơn và độ chính xác cao hơn.  Đƣa ra khoảng lƣợng bù tối ƣu và sai số đạt đƣợc ở vùng tối ƣu đƣợc trình bày trong bảng dƣới đây.  Phân tích đánh giá các nguyên nhân gây ra sai số khi gia công bánh răng trụ răng thẳng trên máy cắt dây DK7732. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 4 Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy Giá trị tối ưu (ti, te) để đạt được sai số bước răng nhỏ nhất. Giá trị sai s ố TT Giá trị ( ti ) Giá trị ( te ) 1 65.4246 3.4203 0.0105 2 63.394 3,3429 0.0188 3 68.8091 3.4861 0.0225 Bước răng Giá trị lượng bù và sai số khoảng pháp tuyến chung trong miền tối ưu. Giá trị sai s ố TT Lượng bù X Lượng bù Y Khoảng pháp tuyến chung 1 0.0919 0.0447 0.0165 2 0.088 0.0374 0.029 3 0.0956 0.0513 0.0257 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 5 Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy MỤC LỤC Đề mục Nội dung Trang Phần mở đầu 13 CHƢƠNG I : TỔ NG QUAN VỀ MÁY CẮT DÂY 15 1.1 Tổng quan về gia công tia lửa điện. 15 1.1.1 Đặc điểm gia công tia lửa điện của máy cắt dây CNC. 15 1.1.2 Khả năng công nghệ của phƣơng pháp gia công tia lửa điện 16 trên máy cắt dây CNC. 1.1.2.1 Các phƣơng pháp gia công tia lửa điện 16 1.1.2.2 Phƣơng pháp gia công xung định hình. 16 1.1.2.3 Phƣơng pháp gia công cắt dây bằng tia lửa điện. 16 1.1.2.4 Các phƣơng pháp khác. 17 1.1.3 Cơ sở công nghệ của quá trình gia công tia lửa điện. 18 1.2 Máy cắt dây DK7732 24 1.2.1 Thông số kỹ thuật chính của máy cắt dây. 24 1.2.2 Đặc điểm của máy cắt dây DK 7732 25 1.3 Những xu hƣớng nghiên cứu gần đây về bù sai số cho máy 26 CNC CHƢƠNG II: PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ SAI SỐ BÁNH RĂNG 28 VÀ PHƢƠNG PHÁP KHẮC PHỤC SAI SỐ KHI GIA CÔNG BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG THẲNG TRÊN MÁY CẮT DÂY DK7732 2.1 Các phƣơng pháp đánh giá sai số khi gia công bánh răng. 28 2.1.1. Phƣơng pháp kiểm tra tổng hợp loại ăn khớp một bên 28 2.1.2 Phƣơng pháp kiểm tra tổng hợp loại ăn khớp khít 34 2.1.3 Phƣơng pháp đo sai số tích luỹ bƣớc vòng 36 2.1.3.1 Đo theo sai lệch bƣớc góc 38 2.1.3.2 Đo theo sai số tích luỹ bƣớc sau nửa vòng quay của bánh 39 răng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 6 Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy 2.1.3.3 Đo sai lệch bƣớc vòng trên vòng tròn đo 40 2.1.3.4 Đo sai lệch giới hạn bƣớc pháp cơ sở 41 2.1.3.5 . Đo sai lệch khoảng pháp tuyến chung 42 2.1.3.6 Đo độ đảo hƣớng tâm vành răng 44 2.1.3.7 Đo đƣờng kính vòng chia 45 2.1.3.8 Đo sai số prôfin răng 46 2.2 Phƣơng pháp khắc phục sai số khi gia công bánh răng trụ 48 răng thẳng trên máy cắt dây DK7732. 2.2.1 Các yếu tố ảnh hƣởng đến độ chính xác gia công khi gia 48 công trên máy cắt dây DK7732. 2.2.2 Phƣơng pháp khắc phục sai số. 52 2.3 Thiết kế thí nghiệm bù sai số. 52 2.3.1 Cơ sở tiến hành thí nghiệm: 52 2.3.2 Nội dung chính của phƣơng pháp bề mặt chỉ tiêu ( RSM) 53 2.3.3 Thiết kế hệ thống thí nghiệm. 54 2.3.3.1 Hệ thống thí nghiệm. 54 2.3.3.2 Thiết kế thí nghiệm 56 2.4 Kết luận chƣơng II 59 CHƢƠNG III: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 60 A KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VỀ ĐỘ CHÍNH XÁC SAI SỐ BƢỚC RĂNG 60 3.1 Thí nghiệm sàng lọc:( sơ bộ) 60 3.2 Thí nghiệm xuống dốc 66 3.3 Thí nghiệm RSM 69 B KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VỀ ĐỘ CHÍNH XÁC SAI SỐ KHOẢNG 77 3.1 Thí nghiệm sàng lọc. 77 3.2 Thí nghiệm xuống dốc 86 3.3 Thí nghiệm RSM 91 C Kết luận chƣơng III 101 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 7 Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy CHƢƠNG IV : KẾT LUẬN 103 PHỤ LỤC Phụ lục 1 : Chương trình NC bù sai số theo thí nghiệm sàng lọc ( 9 thí nghiệm) Phụ lục 2 : Chương trình NC bù sai số theo thí nghiệm sàng lọc ( 10 thí nghiệm) Phụ lục 3 : Chương trình NC bù sai số theo thí nghiệm sàng lọc ( 13 thí nghiệm) 105 TÀI LI ỆU THAM KH ẢO 140 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 115 126 http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 8 Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy CÁC TỪ VIẾT TẮT CMC Coordinate Measuring Machine Máy đo toạ độ 3 chiều CAD Computer Aided Design Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính CAM Computer Aided Manufacturing Sản xuất có sự trợ giúp của máy tính CNC Computer Numerical Control Điều khiển số bằng máy tính CCD Central composite design. Thí nghiệm toàn phần RSM Response Surface Methodology Phƣơng pháp bề mặt chỉ tiêu 3D 3 Dimension 3 chiều 2D 2 Dimension 2 chiều FMS Flexible Manufacturing Systems Hệ thống sản xuất linh hoạt WEDM Electrical Discharge Manufacturing Phƣơng pháp gia công cắt dây bằng tia lửa điện AEDG Abrasive Electrical Discharge Grinding Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Mài xung điện http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 9 Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ / ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện. Hình 1.2 Pha đánh lửa. Hình 1.3 Sự hình thành kênh phóng điện. Hình 1.4 Sự hình thành và bốc hơi vật liệu. Hình 1.5 Đồ thị điện áp và dòng điện trong một xung phóng điện. Hình 1.6 Máy cắt dây DK7732 Hình 1.7 Một số sản phẩm gia công trên máy cắt dây DK7732 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên tắc đo sai số động học Hình 2.2 Sơ đồ nguyên tắc của máy kiểm tra tổng hợp kiểu ăn khớp một bên Hình 2.3 Các sơ đồ đo bánh răng dùng bánh răng trung Hình 2.4 Máy đo sai số tổng hợp dùng đòn trung gian Hình 2.5 Máy đo sai số tổng hợp dùng thƣớc sin Hình 2.6 Phân tích quá trình đo thuận nghịch Hình 2.7 Sơ đồ nguyên tắc của máy kiểm tra tổng hợp loại ăn khớp 2 bên Hình 2.8 Sơ đồ máy đo độ dao động khoảng cách Hình 2.9 Xác định khe hở mặt bên Hình 2.10 Sự phân bố của răng gây nên sai số tích luỹ bƣớc Hình 2.11 Phƣơng pháp đo sai lệch bƣớc góc Hình 2.12 Phƣơng pháp đo theo sai số tích luỹ bƣớc sau nửa vòng quay Hình 2.13 Sơ đồ đo sai lệch bƣớc Hình 2.14 Sơ đồ đo sai lệch bƣớc cơ Hình 2.15 Sơ đồ đo khoảng pháp tuyến chung Hình 2.16 Sơ đồ đo độ đảo hƣớng tâm vành Hình 2.17 Đo đƣờng kính vòng Hình 2.18 Các phƣơng pháp tạo hình thân khai Hình 2.19 Máy đo thân khai đơn Hình 2.20 Máy đo thân khai Evonvienmet Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 10 Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy Hình 2.21 Sự cân bằng về lực khi cắt thẳng và sai số hình học khi cắt góc Hình 2.22 Sơ đồ quy trình bù Hình 2.23 Chi tiêt gia công Hình 2.24 Máy đo toạ độ 3 chiều Hình 3.1 Biểu đồ Pareto, Plot các thông số thí nghiệm Hình 3.2 Phân tích hồi quy bậc 1 và ANOVA Hình 3.3 Giá trị sai số tại các bƣớc xuống dốc Hình 3.4 Phân tích hồi quy bậc 2 và ANOVA Hình 3.5 Đồ thị sai số bƣớc răng phụ thuộc vào lƣợng bù ti, lƣợng bù te Hình 3.6 Đồ thị contuor miền cực trị Hình 3.7 (a, b,c) Tối ƣu hóa sai số bƣớc răng. Hình 3.8 Biểu đồ Pareto, Plot các thông số thí nghiệm. Hình 3.9 Phân tích hồi quy bậc 2 và ANOVA Hình 3.10 Gía trị sai số tại các bƣớc xuống dốc Hình 3.11 Phân tích hồi quy bậc 2 và ANOVA Hình 3.12 Đồ thị sai số phụ khoảng pháp tuyến chung thuộc vào lƣợng bù X, lƣợng bù Y Hình 3.13 Đồ thi contour miền cực trị Hình 3.14 Tối ƣu hóa sai số khoảng pháp tuyến chung Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 11 Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của máy cắt dây DK 7732 Bảng 2.1 Các xác lập biến thí nghiệm của độ chính xác bƣớc răng Bảng 2.2 Các xác lập biến thí nghiệm của độ chính xác khoảng pháp tuyến chung Bảng 2.3 Các thông số thí nghiệm CCD của độ chính xác bƣớc răng Bảng 2.4 Các thông số thí nghiệm CCD của độ chính xác khoảng pháp tuyến chung Bảng 3.1 Các xác lập biến thí nghiệm của độ chính xác bƣớc răng Bảng 3.2 Bảng các bƣớc thí nghiệm Bảng 3.3 Kết quả đo sai số bƣớc răng theo các bƣớc sơ bộ Bảng 3.4 Kết quả thí nghiệm Bảng 3.5 Kết quả đo bánh răng theo các bƣớc xuống dốc Bảng 3.6 Sai số bƣớc răng phụ thuộc vào lƣợng bù ti, te Bảng 3.7 Các thông số thí nghiệm CCD của độc hính xác bƣớc răng Bảng 3.8 Bảng thí nghiệm CCD Bảng 3.9 Kết quả đo bánh răng theo thí nghiệm CCD Bảng 3.10 Thí nghiệm CCD và kết quả Bảng 3.11 Giá trị lƣợng bù và sai số trong miền tối ƣu Bảng 3.12 Các xác lập biến thí nghiệm của độ chính xác khoảng pháp tuyến chung Bảng 3.13 Bảng các bƣớc thí nghiệm Bảng 3.14 Kết quả đo sai số khoảng pháp tuyến chung theo các bƣớc sơ bộ Bảng 3.15 Thí nghiệm sơ bộ và kết quả Bảng 3.16 Kết quả đo sai số khoảng pháp tuyến chung theo các bƣớc xuống dốc Bảng 3.17 Khoảng pháp tuyến chung phụ thuộc vào lƣợng bù theo x, y Bảng 3.18 Các thông số thí nghiệm CCD của độ chính xác khoảng pháp Tuyến chung Bảng 3.19 Thí nghiệm CCD và kết quả Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 12 Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy Bảng 3.20 Kết quả đo bánh răng theo thí nghiệm CCD Bảng 3.21 Thí nghiệm CCD và kết quả Bảng 3.22 Giá trị lƣợng bù và sai số miền tối ƣu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 13 Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài. Một trong những thành tựu quan trọng nhất của tiến bộ khoa học kĩ thuật là tự động hóa sản xuất. Phƣơng thức cao của tự động hóa sản xuất là sản xuất tích hợp có sự hỗ trợ của máy tính (dây chuyền mềm). Trong hệ thống sản xuất tích hợp thì máy điều khiển số CNC (Computer Numerical Control) đóng một vai trò rất quan trọng. Sử dụng máy công cụ điều khiển số (CNC) cho phép giảm khối lƣợng gia công chi tiết, nâng cao độ chính xác gia công và hiệu quả kinh tế, tăng năng suất, đồng thời rút ngắn đƣợc chu kỳ sản xuất. Chính vì vậy hiện nay, nƣớc ta và các nƣớc trên thế giới đã và đang ứng dụng rộng rãi các máy điều khiển số (CNC). Hiện nay, máy cắt dây điều khiển số DK7732 đƣợc dùng khá phổ biến ở Việt Nam. Máy đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp nhƣ máy đo, đồng hồ đo, điện gia dụng, cơ khí, xe ô tô, công nghiệp nhẹ...Trong lĩnh vực cơ khí, máy cắt dây DK7732 thích hợp gia công các loại khuôn mẫu có độ chính xác cao, độ cứng cao, độ rai cao, các linh kiện có hình thái phức tạp và các bản mẫu… 2. Ý nghĩa khoa học và Ý nghĩa thực tiễn của đề tài. Ý nghĩa khoa học. Nâng cao độ chính xác gia công trên các trung tâm gia công là một trong những nhiệm vụ quan trọng của ngành cơ khí, nó luôn đƣợc quan tâm, lƣu ý ở mọi lúc, mọi nơi. Mặt khác, trong thực tế sản xuất hiện nay thì vấn đề bù sai số trên các các trung tâm gia công vẫn là nội dung mới và khó khăn. Do đó, hƣớng nghiên cứu xây dựng chƣơng trình bù sai số trên trung tâm gia công nhằm nâng cao độ chính xác gia công là một công việc cần thiết và mang ý nghĩa khoa học. Ý nghĩa thực tiễn. Đề tài mang tính ứng dụng cao, phục vụ trực tiếp cho chƣơng trình đào tạo, chuyển giao công nghệ của nhà trƣờng và đặc biệt là ứng dụng vào thực tế sản xuất, gia công các chi tiết với độ chính xác gia công cao. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 14 Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy 3. Mục đích nghiên cứu. - Xác định yếu tố chính ảnh hƣởng đến độ chính xác khi gia công bánh răng trụ răng thẳng trên máy cắt dây DK7732. - Thiết kế thí nghiệm tối ƣu thông số chế độ cắt (ti, te) và bù sai số tọa độ dịch chuyển (x, y) - Nâng cao độ chính xác biên dạng của bánh răng thông qua việc giảm sai số bƣớc răng T và chiều dài pháp tuyến chung L. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu. Phƣơng pháp nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn. Trƣớc hết phân tích các nguyên nhân gây sai số trên máy cắt dây DK7732, sau đó thiết kế hệ thống thí nghiệm bù sai số chế tạo bánh răng trụ răng thẳng theo lý thuyết tối ƣu hoá thực nghiệm kết hợp phƣơng pháp bề mặt chỉ tiêu RSM. 5. Bố cục của luận văn Luận văn đƣợc trình bày trong 4 chƣơng với những nội dung cụ thể nhƣ sau : Chƣơng I. Tổng quan về máy cắt dây. Nội dung của chƣơng nhằm giới thiệu về những xu hƣớng bù sai số trên máy cắt dây ở trong nƣớc và ngoài nƣớc. Hƣớng nghiên cứu bù sai số cho máy cắt dây mà tác giả chọn thực hiện đề tài. Chƣơng II. Các phƣơng pháp đánh giá sai số bánh răng và phƣơng pháp khắc phục sai số khi gia công bánh răng trụ răng thẳng trên máy cắt dây DK7732. Chƣơng III. Kết quả thí nghiệm và thảo luận Chƣơng IV. Kết luận. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 15 Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy CHƢƠNG I : TỔNG QUAN VỀ MÁY CẮT DÂY 1.1. Tổng quan về gia công tia lửa điện. 1.1.1. Đặc điểm gia công tia lửa điện của máy cắt dây CNC. Gia công tia lửa điện là một trong những công nghệ gia công cơ khí hiện đại và đang ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi trong các nghành công nghiệp sản xuất ô tô, xe máy, điện tử, máy bay, y tế, …Các máy gia công sử dụng tia lửa điện thƣờng đƣợc sử dụng để gia công khuôn mẫu và sản phẩm cơ khí đòi hỏi chính xác cao, có biên dạng khó và có độ cứng cao mà gia công trên các máy công cụ thông thƣờng không hiệu quả hoặc không đáp ứng đƣợc. Với tính công nghệ đặc thù không giống nhƣ các công nghệ phay tiện thông thƣờng. Việc lựa chọn đầu tƣ máy gia công tia lửa điện, đặc biệt là máy cắt dây tia lửa điện có nhiều điểm đƣợc quan tâm xem xét. Đối với các máy CNC nói chung và máy cắt dây nói riêng, vấn đề mở rộng khả năng công nghệ và hoàn thiện hệ thống điều khiển, hoàn thiện kết cấu của máy sẽ cho phép nâng cao năng suất và độ chính xác gia công. Hoàn thiện hệ điều khiển CNC trƣớc hết nhằm nâng cao độ chính xác gia công và bù các sai số xuất hiện trong quá trình cắt. Bề mặt chi tiết đƣợc gia công EDM có thể đạt Ra = 0,63µm khi gia công thô và Ra = 0,16µm khi gia công tinh. Thông thƣờng độ chính xác gia công vào khoảng 0,01mm. Ở các máy khoan tọa độ EDM độ chính xác gia công đạt đến 0,0025mm Phƣơng pháp này có thể gia công những vật liệu khó gia công mà các phƣơng pháp gia công không truyền thống không làm đƣợc nhƣ thép tôi, thép hợp kim khó gia công, hợp kim cứng. Nó cũng gia công đƣợc các chi tiết hệ lỗ có hình dáng phúc tạp. Ngoài ra, thiết kế có máy vi tính hỗ trợ nên khung máy đạt độ cân bằng tối đa và bảo đảm dộ biến dạng tối thiểu do tải và bảo đảm độ chính xác gia công kể cả khi làm việc lâu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 16 Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy Toàn bộ các bộ phận chính của máy đƣợc chế tạo bằng gang Meechanite chất lƣợng cao đƣợc thƣờng hóa và đã đƣợc ủ nhằm đạt độ siêu cứng vững và tuổi thọ cao. Động cơ Servo AC dẫn động trực tiếp vít me cầu giúp loại trừ khe hở và cho độ chính xác vị trí cao. Máy đƣợc kiểm tra đối với độ chính xác vị trí và độ chính xác lặp lại. Các máy cắt dây có thể đƣợc lắp đặt trong hệ thống sản xuất linh hoạt FMS. Một ƣu điểm khác của máy cắt dây là chức năng quay lại điểm bắt đầu, quay lại điểm tham chiếu, chức năng tìm dấu vết, chức năng trở lại đƣờng cũ cho phép ngƣời vận hành nhanh chóng và dễ dàng cài đặt và cài đặt lại sau khi dây đứt. Chức năng chạy không tải và chay mô phỏng sản phẩm cắt giúp ngƣời sử dụng tìm đƣợc lỗi trên bản vẽ trƣớc khi gia công. 1.1.2. Khả năng công nghệ của phƣơng pháp gia công tia lửa điện trên máy cắt dây CNC. Phƣơng pháp gia công tia lửa điện có thể tạo đƣợc các mặt định hình là đƣờng thẳng, đƣờng cong, các rãnh định hình, các bề mặt có profin phức tạp,.... với độ bóng bề mặt tƣơng đối cao (Ra = 1.25m  5m) và độ chính xác cao (IT5). 1.1.2.1. Các phƣơng pháp gia công tia lửa điện Ngày nay, trong gia công cơ khí trên thế giới có 2 phƣơng pháp gia công tia lửa điện chủ yếu, đƣợc ứng dụng rộng rãi và đã có những đóng góp đáng kể cho sự phát triển về khoa học kỹ thuật của nhân loại đó là: phƣơng pháp gia công xung định hình và phƣơng pháp gia công cắt dây bằng tia lửa điện EDM. 1.1.2.2 Phƣơng pháp gia công xung định hình: Đây là phƣơng pháp dùng các điện cực đã đƣợc tạo hình sẵn để in hình (âm bản) của nó lên bề mặt phôi. Phƣơng pháp này đƣợc dùng để chế tạo khuôn có hình dạng phức tạp, các khuôn ép định hình, khuôn ép nhựa, khuôn đúc áp lực, lỗ không thông ... 1.1.2.3. Phƣơng pháp gia công cắt dây bằng tia lửa điện: Là phƣơng pháp dùng 1 dây dẫn điện có đƣờng kính nhỏ (0,1 – 0,3mm) cuốn liên tục và chạy theo 1 biên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 17 Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy dạng định trƣớc để tạo thành 1 vết cắt trên phôi. phƣơng pháp này thƣờng dùng để gia công các lỗ suốt có biên dạng phức tạp nhƣ các lỗ trên khuôn dập, khuôn ép, khuôn đúc áp lực, chế tạo các điện cực dùng cho gia công xung định hình, gia công các rãnh hẹp, gấp khúc, các dƣỡng kiểm,... 1.1.2.4. Các phƣơng pháp khác: Ngoài 2 phƣơng pháp gia công chủ yếu trên, ngày nay trên thế giới còn có một số phƣơng pháp gia công sử dụng nguyên lý gia công bằng tia lửa điện nhƣ sau: - Gia công tia lửa điện dạng phay (Milling EDM): là phƣơng pháp sử dụng một điện cực chuẩn, hình trụ quay để thực hiện ăn mòn tia lửa điện theo kiểu phay. Sử dụng phƣơng pháp này để gia công các hình dáng phức tạp do không phải chế tạo điện cực phức tạp (để xung) mà sử dụng điện cực chuẩn sau đó điều khiển cho điện cực cắt theo chƣơng trình. - Phủ bằng tia lửa điện (EDD): là phƣơng pháp sử dụng hiệu quả của sự ăn mòn tia lửa điện để phủ lên các bánh mài sau thời gian sử dụng nghiền cơ khí các vật liệu rắn. Trong quá trình này, bánh mài phải có tính dẫn điện. bánh mài kim cƣơng liên kết kim loại thƣờng đƣợc làm theo phƣơng pháp này. điện áp xung đƣợc đặt vào giữa điện cực và bánh mài, trong quá trình mài, tia lửa điện sinh ra sẽ bóc tách các cạnh sắc trên bánh mài. Quá trình này cũng đƣợc sử dụng để chế tạo bánh mài có hình dạng đặc biệt. - Gia công EDM trợ giúp của siêu âm (Ultrasonic Aided EDM): là phƣơng pháp hớt vật liệu bằng tia lửa điện kết hợp với việc rung điện cực dụng cụ với tần số rung bằng tần số siêu âm. Rung điện cực với tần số siêu âm giúp nâng cao khả năng công nghệ và tăng đáng kể tốc độ gia công khi gia công các lỗ nhỏ và siêu nhỏ. - Mài xung điện (Abrasive Electrical Discharge Grinding - AEDG): là phƣơng pháp gia công trong đó vật liệu đƣợc bóc tách nhờ tác dụng kết hợp của ăn mòn tia lửa điện và ăn mòn cơ khí. - Gia công xung định hình siêu nhỏ (MEDM): là một dạng xung định hình đặc biệt trong đó điện cực đƣợc quay với tốc độ lớn (tới 10.000vg/ph). Điện cực sử dụng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 18 Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy trong MEDM có kích thƣớc nhỏ và đƣợc chế tạo bằng các phƣơng pháp gia công tia lửa điện khác. Phƣơng pháp này dùng để gia công các lỗ siêu nhỏ với độ chính xác rất cao. - Cắt dây tia lửa điện siêu nhỏ (MWEDM): là phƣơng pháp cắt dây sử dụng điện cực Tungsten, Wolfram có đƣờng kính dây nhỏ dƣới 10m. Phƣơng pháp này dùng để gia công cắt dây các lỗ siêu nhỏ có kích thƣớc từ 0,11mm, các vật liệu khó gia công, các chi tiết có chiều dày mỏng,... hoặc dùng trong công nghệ chế tạo các chi tiết bán dẫn. - Gia công tia lửa điện theo kiểu đê chắn (Mole EDM): là một quá trình gia công đặc biệt cho phép gia công các hốc, rãnh dạng đƣờng cong hoặc đƣờng xuyến. Hình dáng điện cực đƣợc sử dụng trong phƣơng pháp này giống nhƣ một thanh dẫn có thể uốn cong và một hệ thống nhận dạng. Ngƣời ta sử dụng sóng siêu âm để nhận dạng các đƣờng hầm gia công trong chi tiết. - Xung định hình với 2 điện cực quay: là phƣơng pháp sử dụng một điện cực quay để ăn mòn một phôi quay. Khi phối hợp chuyển động của điện cực và phôi sẽ tạo ra các hình dạng chi tiết khác nhau theo yêu cầu. Phƣơng pháp này là phƣơng pháp gia công siêu chính xác và độ bóng siêu cao. 1.1.3.Cơ sở công nghệ của quá trình gia công tia lửa điện Bản chất vật lý () (+) Hình 1.1- Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sỹ kỹ thuật 19 Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy Thực chất của phƣơng pháp gia công tia lửa điện là sự tách vật liệu ra khỏi bề mặt phôi nhờ tia lửa điện. Sơ đồ nguyên lý của phƣơng pháp gia công bằng tia lửa điện đƣợc mô tả nhƣ Hình 1.1. Quá trình tách vật liệu ra khỏi bề mặt phôi cụ thể nhƣ sau: Một điện áp đƣợc đặt vào giữa điện cực và phôi, không gian giữa 2 điện cực đƣợc điền đầy bằng 1 chất lỏng cách điện gọi là chất điện môi (Dielectric). Khi hai điện cực tiến lại gần nhau khi khoảng cách đạt đến 1 giá trị tới hạn nào đó thì xẩy ra hiện tƣợng phóng điện, một dòng điện đƣợc hình thành giữa 2 điện cực mà không hề có sự tiếp xúc giữa hai điện cực. Do có sự xuất hiện của tia lửa điện đó đã bóc đi 1 lớp vật liệu trên bề mặt phôi tạo thành 1 vết cắt. Xét cụ thể diễn biến của 1 chu kỳ phóng điện diễn ra ở 3 pha nhƣ sau: Pha I: Pha đánh lửa Máy phát tăng điện áp khởi động qua 1 khe hở (đóng điện áp máy phát Ui). dƣới ảnh hƣởng của điện trƣờng, từ cực âm (điện cực) bắt đầu phát ra các điện tử (electron) và chúng bị hút về phía cực dƣơng (phôi) mật độ electron tăng gây ra tính dẫn điện cục bộ của dung dịch chất điện môi tại khe hở giữa 2 điện cực. Do bề mặt của điện cực và phôi không hoàn toàn phẳng nên điện trƣờng sẽ mạnh nhất tại 2 điểm trên điện cực và phôi có khoảng cách gần nhất. mặt khác do chất điện môi bị ion hoá nên 1 kênh phóng điện đột nhiên đƣợc hình thành và sự phóng ra tia lửa điện bắt đầu xẩy ra. Hình 1.2- Pha đánh lửa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn