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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


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
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1
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




Đ Thanh Mai

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2
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 cắ t 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 Cẩ m 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.

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3
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 má y cắ t 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 (t
i
, t
e
) 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.

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4

Giá trị tối ưu (t
i
, t
e
) để đạt được sai số bước răng nhỏ nhất.


TT

Giá trị ( t
i
)


Giá trị ( t
e

)

Giá trị sai s ố
Bước răng

1

65.4246

3.4203

0.0105

2

63.394

3,3429

0.0188

3

68.8091

3.4861

0.0225

Giá trị lượng bù và sai số khoảng pháp tuyến chung trong miền tối ưu.


TT

Lượng bù X


Lượng bù Y

Giá trị sai s ố
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




Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

5
MỤC LỤC
Đề mục
Nội dung
Trang

Phần mở đầu
13

CHƢƠNG I : TỔNG QUAN VỀ MÁY CẮ T 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
trên máy cắt dây CNC.
16
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 cắ t dây DK7732
24
1.2.1
Thông số kỹ thuật chính của máy cắt dây.
24
1.2.2
Đặc điểm của máy cắ t dây DK7732

25
1.3
Những xu hƣớng nghiên cứu gần đây về bù sai số cho máy
CNC
26

CHƢƠNG II: 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
28
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
răng
39

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

6
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
răng thẳng trên máy cắt dây DK7732.
48
2.2.1
Các yếu tố ảnh hƣởng đến độ chính xác gia công khi gia

công trên máy cắt dây DK7732.
48
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
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

7

CHƢƠNG IV : KẾT LUẬN
103




PHỤ LỤC


Phụ lục 1 : Chương trình NC bù sai số theo thí nghiệm sàng lọc
( 9 thí nghiệm)
105

Phụ lục 2 : Chương trình NC bù sai số theo thí nghiệm sàng lọc
( 10 thí nghiệm)
115

Phụ lục 3 : Chương trình NC bù sai số theo thí nghiệm sàng lọc
( 13 thí nghiệm)
126

TÀI LI ỆU THAM KH ẢO
140

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

8
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
Mài xung điện

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

9
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
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

10
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 t
i
, lƣợng bù t
e
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










Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

11
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1
Thông số kỹ thuật của máy cắ t 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 t
i

, t
e
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

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

12
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

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

13
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.

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

14
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 (t
i
, t
e
) 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.

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

15
CHƢƠNG I : TỔNG QUAN VỀ MÁY CẮ T 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
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

16
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
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

17
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
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

18
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
()
(+)
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

19
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 U
i
).
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
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

20
Pha II: Sự hình thành kênh phóng điện
Ở thời điểm phóng điện, điện áp bắt đầu giảm, số lƣợng các pha dẫn điện
(các electron và các ion dƣơng) tăng lên tức thời và bắt đầu xuất hiện 1 dòng điện
chạy qua các điện cực. Dòng điện này cung cấp 1 năng lƣợng khổng lồ làm cho
dung dịch điện môi bốc hơi cục bộ tạo ra bọt khí, các bọt khí này do áp suất đẩy
chất điện môi sang 2 bên. Nhƣng do có độ nhớt của chất điện môi nên đã tạo ra sự

cản trở và hạn chế sự lớn lên của kênh phóng điện giữa các điện cực.

Hình 1.3- Sự hình thành kênh phóng điện
Pha III: Sự nóng chẩy và bốc hơi vật liệu.
Phía trung tâm của vùng bọt khí bao gồm 1 kênh plasma, plasma này là 1 chất
khí có lẫn các điện tử và các ion dƣơng ở áp suất cao và nhiệt độ cực lớn (áp suất
khoảng 1kbar và nhiệt độ khoảng 10000
0
C). Khi kênh plasma tới mức tới hạn (điện
áp qua giữa hai điện cực đạt tới giá trị của điện áp phóng điện U
e
, U
e
là hằng số phụ
thuộc vào cặp vật liệu), chất điện môi giữ kênh plasma và tạo ra 1 sự tập trung năng
lƣợng cục bộ, mặt khác sự va chạm của các electron lên phôi và các ion dƣơng lên
điện cực làm nóng chẩy và bốc hơi vật liệu trên bề mặt phôi và điện cực. Sau khi
diễn ra 1 xung, máy phát sẽ ngắt dòng điện. Điện áp kênh phóng điện và áp suất bị
ngắt đột ngột cho nên kim loại nóng chẩy bị đẩy ra ngoài và bị bốc hơi.

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

21

Hình 1.4- Sự hình thành và bốc hơi vật liệu
Chu kỳ phóng tia lửa điện để lại các “vết” bóc tách vật liệu có thể tóm tắt thông
qua các đại lƣợng điện sau:

- Thời gian trễ t
d
là khoảng thời gian giữa lúc đóng điện máy phát đến lúc
xảy ra phóng tia lửa điện, là thời gian cho phép chất điện môi ion hoá và hình thành
kênh phóng điện.
- Thời gian phóng điện t
e
là khoảng thời gian từ lúc bắt đầu phóng tia lửa
điện và lúc ngắt điện (từ một vài đến vài trăm s) thuộc pha II làm kim loại nóng
chảy.
- Độ kéo dài xung ( độ rộng xung) t
i
là khoảng thời gian giữa hai lần đóng
ngắt của máy phát trong một chu kỳ phóng tia lửa điện. Độ kéo dài xung là tổng của
thời gian trễ đánh lửa t
d
và thời gian phóng tia lửa điện t
e
. Đây còn là khoảng thời để
chất điện môi thôi ion hoá, chuẩn bị cho một chu kỳ phóng điện tiếp theo cho đến
khi đạt kích thƣớc gia công yêu cầu.
- Khoảng cách xung t
o
là khoảng thời gian giữa hai lần đóng ngắt của máy
phát giữa hai chu kỳ xung kế tiếp nhau, t
o
còn đƣợc gọi là độ kéo dài nghỉ của xung.
Hình 1.5 biểu diễn diễn biến của điện áp và dòng điện trong 1 máy gia công tia
lửa điện đƣợc sinh ra bởi 1 máy phát tĩnh trong 1 xung. Đặc điểm của đồ thị này cho
thấy dòng điện xung bao giờ cũng xuất hiện trễ hơn 1 khoảng thời gian t

d
so với thời
điểm bắt đầu có điện áp máy phát U
i
. U
e
và I
e
là các giá trị trung bình của điện áp và
dòng điện khi phóng tia lửa điện

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

22




Hình 1.5- Đồ thị điện áp và dòng điện trong một xung phóng điện
Trong đó:
t
e
: Thời gian kéo dài xung hay còn gọi là độ kéo dài xung
t
d
: Thời gian trễ đánh lửa
t

i
: Độ kéo dài xung của máy phát xung (độ rộng xung)
t
0
: Khoảng cách xung
t
p
: Chu kỳ xung
U
i
: Điện áp máy phát mở
U
e
: Điện áp phóng tia lửa điện
I
e
: Dòng phóng tia lửa điện
Các nghiên cứu cho thấy tại các vùng lân cận các điện cực, plasma có nhiệt độ
rất cao từ 6000
0
C  10000
0
C. Tốc độ của dòng chuyển dịch điện tử và ion phụ
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

23
thuộc vào năng lƣợng điện và đặc tính của chất điện môi. Quán tính cơ của chất

điện môi đã cản trở sự mở rộng của kênh plasma làm cho áp suất trong kênh rất lớn
(có thể lên tới 1kbar). Khi khoảng không của kênh plasma càng hẹp thì mật độ năng
lƣợng càng tăng (lƣợng hớt vật liệu tỉ lệ thuận với độ nhớt động học và tỉ lệ nghịch
với điện trở dẫn suất của chất điện môi). Đồng thời với sự phát triển kênh plasma
theo thời gian có sự chuyển đổi năng lƣợng điện thành năng lƣợng nhiệt năng tại
các điểm, còn đƣợc gọi là các “nguồn nhiệt”. Các điện tử cận anốt di chuyển và dẫn
nhiệt tới làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu. Các ion dƣơng đi đến catốt và nung
nóng điểm trên catốt ở điểm đối diện thuộc kênh plasma. Tuy nhiên, do khối lƣợng
của các ion dƣơng lớn hơn của các điện tử nhiều lần (khoảng 103 lần) nên chúng sẽ
tới catốt chậm hơn các điện tử tại atốt. Chính sự cơ động khác nhau của chúng đã
tạo ra sự phân nhiệt khác nhau tại anốt và catốt, điều này dẫn đến sự ăn mòn rất
khác nhau tại 2 điện cực (thực tế là điện cực dƣơng sẽ nóng chảy lớn hơn nhiều so
với điện cực âm).
Lƣợng ion dƣơng tăng nhanh trong luồng di chuyển tổng, chỉ trong một
khoảng thời gian ngắn tỷ lệ chia nhiệt trở nên cân bằng và với sự kéo dài thời gian
phóng tia thì các ion dƣơng sẽ gây ra hiện tƣợng nóng chảy và bốc hơi Catốt.
Khi kết thúc pha phóng điện, sự mất điện đột ngột đồng thời với sự sụt áp tạo
ra sự chênh lệch làm vỡ các kênh plasma và các túi khí. Các lực này và áp lực tạo
nên bởi sự phá huỷ nội lực của các kênh plasma làm bung các phần tử kim loại đã bị
nóng chảy ra khỏi bề mặt. Lƣợng vật liệu bị hớt đi trên bề mặt của các điện cực phụ
thuộc vào quá trình chuyển đổi năng lƣợng nhiệt và cơ thẩm nhiệt.







Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Chuyên nghành công nghệ chế tạo máy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

24
1.2. Máy cắt dây DK7732
1.2.1. Thông số kỹ thuật chính của máy cắt dây.

Bảng 1.1 Thông số kỹ tuật của máy cắt dây DK7732

1

Hành trình hƣớng ngang của bàn thao tác


320 mm

2
Hành trình hƣớng dọc của bàn thao tác
400 mm
3
Trọng tải lớn nhất của bàn dao
250 kg
4
Động rộng mặt của bàn thao tác
360 mm
5
Động dài mựt của bàn thao tác
610 mm
6
Độ dày lớn nhất của vật gia công

400 mm
7
Độ thô ráp của bề mặt gia công
Ra <= 2.5µm
8
Tỉ lệ loại bỏ nguyên công lớn nhất
>= 100 mm2/ phút
9
Phạm vi đƣờng kính dây điện cực
Ф 0.16-0.2 mm
10
Tốc độ dây điện cực
11 m/s
11
Dung dịch gia công
DX-1, DX-4, Nam quang-1
12
Nguồn điện cung cấp
380V, 3 pha, 50Hz
13
Công suất tiêu hoa
< 2KW
14
Kích thƣớc máy ( dài x rộng x cao)
1500x1170x1600 mm
15
Trọng lƣợng máy
1400 kg