Hướng dẫn Lập trình và vận hành cho máy cắt dây CNC

học viện kỹ thuật quân sự

bộ môn vũ khí khoa vũ khí

o0o



trần quốc trình









hớng dẫn

lập trình v vận hnh cho
máy cắt dây cnc


Lu hành nội bộ



Hệ goldsun GS-X

H Nội 2006

3
Mục lục

Mục lục. Trang 3

Danh mục các hình vẽ, đồ thị 5

Danh mục các bảng số liệu 7

Lời nói đầu 9
Chơng 1
tổng quan về gia công tia lửa điện cắt
dây
11
1.1 Sự ra đời và phát triển của gia công tia lửa điện cắt dây 11
1.2 Thực hiện quá trình cắt dây 12
1.3 Sự thoát phoi khi cắt dây 16
1.4 Các sai sót không thể tránh khi cắt dây 17
1.5 Sự phối hợp của máy cắt dây trong môi trờng CIM 18
1.6 Vai trò của phơng pháp điện cực dây trong các phơng
pháp gia công đặc biệt
18

1.7 Các yếu tố đặc trng cho quá trình gia công kim loại bằng
điện cực dây
19
1.7.1 Năng suất gia công điện cực dây 19
1.7.2 Chất lợng bề mặt gia công 22
1.7.3 Độ chính xác gia công 25
1.7.4 Môi trờng điện môi 31
1.7.5 Vật liệu và dây 35
1.8 Lập trình CNC gia công cắt dây 36
1.8.1 Các loại chơng trình. 36
1.8.2 Các trục điều khiển trục toạ độ 37
1.8.3 Các chức năng G 38
1.8.4 Các chức năng bổ xung M 40
1.8.5 Nhóm các lệnh dịch chuyển mã G 41
1.8.6 Các lệnh dịch chuyển đờng kính G41/G42 42
1.8.7 Các phép copy chuyển vị 43
1.8.8 Các lệnh định vị tự động 44
1.8.9 Chọn các hệ toạ độ 44
1.8.10 Lệnh viết chiều cao 44
1.8.11 Lệnh cắt côn 44
1.8.12 Chuyển động khi gia công cắt dây, góc côn 45
1.8.13 Gia công côn có góc lợn G60-G61 45

4
1.8.14 Gia công côn dùng véc tơ U-V 45
1.8.15 Gia công côn bốn trục (phơng thức HF) . 46
1.8.16 Gia công côn bốn trục hoàn toàn độc lập 47
Chơng 2
Lập trình v vận hnh máy cắt dây hệ
GS-X

49
2.1
Vận hành hệ điều hành GS-X 49
2.1.1
Giới thiệu chung 49
2.1.2
Tóm tắt chức năng của máy cắt dây 49
2.1.3
Lập định thao tác. 50
2.1.4
Cài đặt máy tính 50
2.1.5
Hệ thống khởi động. 50
2.1.6
Đồ hoạ PRO 51
2.1.7
Tóm tắt các lệnh của Hệ điều hành. 52
2.1.8
Cắt côn. 61
2.1.9
Nhập 3B 61
2.1.10
Trợ giúp 62
2.2
Lập trình tự động cho máy cắt dây hệ GS-X 62
2.2.1
Chỉ dẫn chung. 62
2.2.2
Bắt đầu thao tác sơ lợc 62
2.2.3

Hớng dẫn trong Menu 65
2.2.4
Vẽ hình 65
2.2.5
Hiệu chỉnh hình ảnh 71
2.2.6
Lập trình cho máy cắt dây 71
2.2.7
Hiệu chỉnh dữ liệu 72
Chơng 3
Gia công một số chi tiết trên máy cắt
dây CNC
75
3.1
Gia công chi tiết A bằng vật liệu hợp kim nhôm 75
3.2
Gia công chi tiết B bằng vật liệu thép 45. 75
3.3
Gia công chi tiết C bằng vật liệu đồng đỏ 99,9% 76
3.4
Kết quả thực hành gia công. 80

Tài liệu tham khảo 87





5
Danh mục các hình vẽ

1.1 Máy cắt dây GoldSan. Trang
12
1.2 Sơ đồ nguyên lí gia công tia lửa điện 13
1.3 Đồ thị điện áp và dòng điện trong một xung phóng điện. 14
1.4 Sự cân bằng lực cắt dây khi gia công 17
1.5 Hệ toạ độ X_Y_U_V của máy cắt dây 37
1.6 Các lệnh dịch chuyển G40/G41/G42 42
1.7 Copy quay 135
0
so với hình cơ bản. 43
2.1 Màn hình hệ điều hành 50
2.2 Hiển thị màn hình ổ E. 53
2.3 Màn hình lu trữ File 53
2.4 Cài đặt hệ thống VAR 54
2.5 Màn hình cắt thử. 55
2.6 Màn hình gia công 57
2.7 Màn hình giám sát gia công. 60
2.8 Màn hình khởi động của AUTOP 63
2.9 Minh hoạ giao diện của AUTOP 63
2.10 Tạo tập tin bằng hình ảnh. 73

6

7
Danh Mục các Bảng số liệu

1.1
Bảng khả năng gia công của một số phơng pháp gia công truyền
thống.
Trang
19
1.2
Chế độ tần số và trị số M/Mét.
21
1.3
Chế độ tần số và trị số M/Mét
22
1.4 ảnh hởng của chế độ gia công danh nghĩa đế
n độ nhám
23
1.5
Sự phụ thuộc vào năng lợng xung của vùng ảnh hởng nhiệt
23
1.6 ảnh hởng của chiều sâu lớp thay đổi cấu trúcbề mặt cho xung
vuông
23
1.7
Đặc tính chính của một số môi trờng chất lỏng gia công
31
1.8

Đặc tính chính của một số môi trờng chất lỏng gia công trên thị
trờng
34
1.9
Bảng danh mục mã G
38
1.10
Bảng danh mục mã M.
40
1.11
Bảng lệ
nh ch
uyển vị toạ độ.
42
1.12
Gia công côn bốn trục hoàn toàn tự động
46

8









9
Lời nói đầu


Trong công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nớc, tất cả các nghành
trong các lĩnh vực đều tập trung nỗ lực nghiên cứu và ứng dụng những thành tựu
khoa học kĩ thuật tiên tiến vào sản xuất và mọi mặt đời sống.
Trên lĩnh vực cơ khí, việc ứng dụng CAD/ CAM/ CIM vào thiết kế và chế
tạo nhằm nâng cao chất lợng và hạ giá thành sản phẩm ngày càng phổ biến và đi
vào chiều sâu.

Một số cơ sở sản xuất, nhà trờng, viện nghiên cứu đợc trang bị máy cắt
dây CNC nhng tài liệu hớng dẫn rất sơ sài và thờng không đi kèm việc lập
trình. Bởi vậy cuốn sách này cung cấp những thông tin cần thiết cho việc lập trình
cũng nh vận hành máy cắt dây CNC.
Nội dung chủ yếu của nó gồm những vấn đề sau:
- Tổng quan về gia công tia lửa điện và bản chất phơng pháp điện
cực dây.
- Hệ điều hành của máy cắt dây GS-X.
- Giới thiệu vận hành máy cắt dây.
- Một số chơng trình mẫu với các loại vật liệu điển hình.
Do xuất bản lần đầu cha có nhiều kinh nghiệm, cuốn sách chắc chắn
không tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong đợc bạn đọc đóng góp ý kiến để nội
dung và hình thức cuốn sách đợc tốt hơn. Mọi góp ý xin gửi về: Bộ môn Vũ khí
Khoa Vũ khí-Học viện KTQS 100 Hoàng Quốc Việt- Hà Nội.
Xin chân thành cảm ơn.

Tác giả











10

11

Chơng 1
Tổng quan về gia công tia lửa điện v
máy cắt dây

1.1 . Sự ra đời v phát triển của gia công tia lửa
điện cắt dây
Trong thời gian qua nhu cầ
u về vật liệu cứng, bền, ít mòn và siêu cứng
dùng cho tuabin máy điện, động cơ máy bay, dụng cụ khuôn mẫu hay trong công
nghiệp quân sự không ngừng tăng lên, việc gia công các vật liệu đó bằng phơng
pháp thông thờng là vô cùng khó khăn, có khi không thể thực hiện đợc. Hiệu
quả ăn mòn vật liệu gây ra bởi sự phóng điện đợc phát hiện do nhà nghiên cứu
ngời Anh Joseph Priestley cách đây 200 năm, đến năm 1943 vợ chồng nhà bác
học ngời Nga Lazarencô tìm ra cách hớt vật liệu kim loại mà không phụ thuộc
vào độ cứng vật liệu đó.
Khi các tia lửa điện đợc phóng ra, vật liệu phôi sẽ bị hớt đi nhờ một
quá trình nhiệt điện thông qua sự nóng chảy và bốc hơi kim loại quá trình hớt
kim loại nhờ điện nhiệt thông qua sự phóng điện đó gọi là gia công tia lửa
điện (tiếng Anh là Electrical Disharge Machining gọi tắt là EDM). Chia gia
công tia lửa điện ra hai loại: điện cực định hình (EDM Die sinking) và điện
cực dây (EDM Wire Cutting)
Gia công tia lửa điện cắt dây chủ yếu đợc dùng để chế tạo:
- Các lỗ định hình trong khuôn đột dập, khuôn đùn, khuôn kéo.
- Điện cực dùng cho gia công xung định hình.

- Sản xuất thử.
- Các dỡng đo kiểm.
- Cắt các hình dáng 3D đặc biệt.
- Cắt các côngtua phức tạp.
Tuỳ theo loại dây điện cực, tuỳ theo kiểu máy cắt dây mà dây có thể dùng
một lần hay nhiều lần do quấn đi quấn lại nhiều lần trong khi gia công. Vật liệu
dụng cụ và phôi đều phải dẫn điện. Khi gia công phải dùng một chất lỏng điện
môi, ở điều kiện thờng chất lỏng này không dẫn điện.
- Độ nhám sau gia công tinh bằng điện cực dây có thể đạt R
z
bằng 3 àm.
Máy cắt dây do tập đoàn GoldSan - Đài Loan chế tạo với các thông số kĩ
thuật chủ yếu sau:

12
- Điện áp nguồn: 90 120 vôn.
- Dòng điện gia công: 0,7 4,7 A.
- Tốc độ cắt tối đa: 600 mm/ph.

Hình 1-1. Máy cắt dây kiểu GoldSan GS-X
1.2 Thực hiện quá trình cắt dây
Bản chất vật lí của quá trình phóng tia lửa điện:
Không gian giữa hai điện cực đợc điền đầy chất điện môi, khi hai điện
cực sát lại gần nhau đến một khoảng cách nhất định thì xảy ra sự phóng tia lửa
điện. Dòng điện xuất hiện một cách tức thời, không để các điện cực chạm vào
nhau gây ngắn mạch có hại cho quá trình gia công, nếu khe hở lớn quá thì không
phóng đợc điện làm giảm năng suất gia công. Đặc điểm của dòng điện i
e
của
xung bao giờ cũng trễ hơn so với thời điểm bắt đầu có điện áp máy phát u

i
(độ trễ
đánh lửa). Giá trị u
i
và i
e
là các giá trị trung bình của điện áp và dòng điện khi
phóng tia lửa điện.
Trong một chu kì phóng tia lửa điện có ba pha nh sau:
- Pha 1: Đánh lửa
Máy phát tăng điện áp khởi động qua một khe hở (đóng điện áp máy phát
u
i
). Nhờ từ trờng mà ở cực âm bắt đầu phát ra điện tử và nó bị hút về phía cực
dơng. Do sự phát điện tử làm tăng cục bộ tính dẫn điện của chất điện môi tại
vùng khe hở. Các điện cực không hoàn toàn phẳng, nơi đâu có hai điểm gần nhau
nhất điện trờng sẽ mạnh nhất, chất điện môi bị ion hoá. Tất cả các phần tử dẫn
điện đều hội tụ quanh điểm này trong khoảng không gian giữa hai điện cực và
chúng tạo ra một cái cầu. Một kênh phóng điện đột nhiên hình thành ngang qua
cầu. Sự phóng điện đợc bắt đầu.

13

- Pha 2: Hình thành kênh phóng điện
Tại lúc phóng điện điện áp bắt đầu giảm, số lợng các phần tử dẫn điện
tăng lên ồ ạt, một dòng điện chạy giữa hai điện cực. Dòng điện này cung cấp mật
độ năng lợng khổng lồ tạo sự bốc hơi cục bộ. Do áp suất trong các bong bóng
mà chất lỏng điện môi bị đẩy sang hai bên. Nhờ độ nhớt mà chất điện môi hạn
chế sự lớn lên của kênh phóng điện giữa các điện cực.
- Pha 3: Nóng chảy và bốc hơi vật liệu
Trong lõi của bọt hơi bao gồm một kênh plasma, nó là chất khí gồm các
điện tử và các iôn dơng ở áp suất rất cao cỡ 1 kbar và nhiệt độ cực lớn khoảng
10 000
0
C. Khi kênh plasma hình thành đầy đủ thì điện áp đạt tới mức phóng tia
lửa điện U
e
giá trị U
e
là một hằng số vật lí phụ thuộc vào sự phối hợp vật liệu hai
điện cực catốt và anốt. Nếu cặp vật liệu đồng / thép thì điện áp này là 25 vôn.
Chất điện môi giữ cho năng lợng tập trung cục bộ và cũng giữ cho kênh
plasma ổn định. Sự va chạm cực mạnh của điện tử lên anốt và của iôn dơng lên
catốt làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu các điện cực.
Máy phát sẽ ngắt dòng điện sau khi đã diễn ra một xung có hiệu quả. Điện
áp bị ngắt đột ngột, kênh phóng điện biến mất, áp suất bị biến mất, tất cả những
yếu tố này làm cho kim loại nóng chảy bất ngờ bị đẩy ra khỏi kênh phóng điện và
bốc hơi.
Sự phóng điện duy trì trong thời gian vài micrô giây hay vài trăm micrô
giây tuỳ vào công dụng xung. Giữa các xung có độ trễ t

0
là khoảng thời gian để
xuất hiện xung tiếp theo. Khoảng thời gian này chất điện môi thôi bị iôn hoá và
dòng chất lỏng vận chuyển phoi ra khỏi khe hở phóng điện. Mỗi bề mặt điện cực
đều để lại một miệng núi lửa bị ăn mòn nhng sự ăn mòn này không giống
nhau, cực nào bị ăn mòn nhiều thì chọn làm phôi, cực ăn mòn ít thì chọn làm điện
Hình 1-2.
S
ơ đồ nguyên lí gia công tia lửa điện

14
cực. Điều này không phải là luôn luôn cố định, nó phụ thuộc vào chế độ phóng
điện, vào vật liệu cặp điện cực và dấu cực.
Năng lợng tách vật liệu We phụ thuộc vào các yếu tố sau:
We = Ue. Ie. Te
Trong đó: Ue là điện áp phóng tia lửa điện (Ue không điều chỉnh đợc)
Ie là giá trị trung bình của dòng điện từ khi bắt đầu phóng tia lửa điện đến
khi ngắt điện (Ie điều chỉnh đợc)
Te là thời gian phóng tia lửa điện (Te có thể điều chỉnh đợc)
Trong thực tế lợng hớt vật liệu xác định thông qua các thông số điều
chỉnh là: I, t
i,
(với t
i
= t
d
+ t
e
), và U
z

(với U
z
là điện áp đánh lửa).
Hình 1-3. Đồ thị điện áp và dòng điện trong một xung phóng điện
* Các tham số của xung điện
+ Độ dài xung: là khoảng thời gian tồn tại xung điện.
Độ dài xung kí hiệu là t
x
, đơn vị đo là às thờng thì t
x
= 0,01 đến 300 às.
Chia ra hai khoảng xung: Xung lớn từ 0,1 đến 0,001s;
Xung nhỏ từ 0,001às đến 0,000001às.
Thực tế dùng xung lớn để gia công thô, xung nhỏ để gia công tinh
+ Tần số xung điện: là đại lợng đặc trng cho số lần phóng điện trong
một đơn vị thời gian.
Tần số xung điện kí hiệu là f, dùng tần số cao để gia công tinh, tần số thấp
để gia công thô.
+ Độ rỗng xung điện: là đại lợng đặc trng cho thời gian tích và phóng
năng lợng trong một chu kì. Nó là một đại lợng không thứ nguyên, kí hiệu là
q. Thờng thì q = 5 đến 30. Khi q lớn thì độ tập trung năng lợng càng cao.
+ Năng lợng của một xung điện W
W= U.I.t

15
Với U là điện áp đặt lên hai điện cực.
I là cờng độ dòng điện;
t là thời gian xung.
Với máy phát xung bằng điện dung:
W= 0,5 C.U

2
Với máy phát xung bằng điện cảm :
W = 0,5 L.I
2

Thông thờng năng lợng dùng ở mức 0.01 đến 50 jun.
+ Hình dạng xung: có bốn loại xung là xung hình sin, hình thang, hình
tam giác và xung hình chữ nhật.
Quá trình cắt dây:
Quá trình cắt dây phụ thuộc nhiều yếu tố nh kiểu máy, loại dây, tình
trạng chất điện môi trong quá trình gia công thô lợng hớt kim loại có thể đạt
300 mm
2
/ ph và độ nhám bề mặt khi gia công tinh đến 3 àm.
Chất điện môi chủ yếu là nớc khử khoáng. Bề mặt gia công sẽ tốt hơn khi
dùng chất điện môi là dầu, tuy vậy năng suất hớt kim loại sẽ giảm đi.
Nếu dùng máy phát loại cũ thì không thể đạt độ nhám cao, sau này một số
máy đời mới có bộ tuỳ chọn, có hoặc không dây cho độ nhám rất nhỏ. Máy cắt
dây hiện đại có khả năng cắt phôi có độ dầy 500mm dù độ chính xác có thấp hơn.
Đặc điểm chung của gia công cắt dây
- Chất lợng gia công không phụ thuộc vào cơ tính vật liệu gia công mà
chỉ phụ thuộc vào tính dẫn điện và dẫn nhiệt của nó.
- Dễ dàng gia công các biên dạng khó với kích thớc nhỏ, độ chính xác
cao mà các biện pháp gia công khác gặp khó khăn hoặc không thực hiện đợc.
- Vật liệu làm dụng cụ không cần cứng hơn độ cứng vật liệu gia công.
- Công nghệ đơn giản có thể gia công đợc một bộ phận nhỏ trên một chi
tiết lớn.
- Dễ cơ khí hoá tự động hoá quá trình gia công.
- Tiết kiệm vật liệu, nâng cao hệ số sử dụng vật liệu.
- Năng suất tuy không lớn nhng vẫn đạt hiệu quả kinh tế cao vì những

phơng pháp gia công khác không thực hiện đợc.
Hạn chế của phơng pháp gia công cắt dâylà:
- Vật liệu dụng cụ và phôi đều phải dẫn điện.
- Chất điện môi phải cách điện ở điều kiện thờng.
- Đầu t công nghệ ban đầu còn tốn kém vì giá thành máy móc đắt.
Các loại dây điện cực:

16
Đờng kính dây: d = 0,1 đến 0,3 mm.
Vật liệu dây: bằng đồng, đồng thau, molipden, hay dây có lớp phủ. Các
dây có lớp phủ thờng bền hơn thoát nhiệt nhanh hơn. Ví dụ dây HSW-25X có lõi
đồng thau bề mặt phủ ôxit kẽm ít đứt dây và thoát nhiệt nhanh. Độ bền kéo của
dây này từ 750 đến 790 N/mm
2
.
Quá trình làm việc dây bị mòn do lớp phủ bị bay hơi gây ra tăng khe hở
phóng điện, điều này có ảnh hởng đến chất lợng bề mặt tuy không nhiều.
1.3 Sự thoát phoi khi cắt dây
Trong khi làm việc sự thoát phoi là rất cần thiết nó giúp lấy phoi từ khe hở
và thoát nhiệt làm nguội cho dây. Ta phải duy trì nhiệt độ thùng phôi và phôi là
nh nhau. Nếu thoát phoi không tốt khe hở phóng điện sẽ bị biến dạng. Thờng
có các kĩ thuật thoát phoi nh sau:
- Thổi chiều trục dới áp lực (dòng chảy đồng trục): chất điện môi đợc
đa vào khe hở phóng điện qua ống dẫn dới áp lực cao. Cần duy trì áp lực cao
trong khe hở nên đòi hỏi tiếp xúc tốt giữa bộ dẫn dây và phôi.
- Dòng chảy tuần hoàn tự nhiên: dùng trong trờng hợp phôi ngập chìm
trong chất điện môi. Khi chiều cao phôi quá lớn thì dòng chảy đồng trục dới áp
lực đợc dùng cho gia công thô, còn dòng chảy phía bên, dới áp lực đợc dùng
cho gia công tinh. Mặt khác khi phôi lớn thì cụm điện môi đòi hỏi độ chính xác
và giá thành vừa phải lúc đó hệ thống phun đợc sử dụng để duy trì nhiệt độ

thùng phôi không đổi.
- Tiêu chuẩn đánh giá chất điện môi: phải dựa trên các tiêu chuẩn sau đây
để đánh giá và chọn lựa chất điện môi:
+ Bền lâu và ít hao phí.
+ An toàn, không độc hại da, không khó ngửi.
+ Có điểm cháy tơng đối thấp.
+ Có độ trong suốt cho dễ quan sát vùng gia công.
+ Có độ nhớt nhất định.
+ Cách điện ở điều kiện thờng.
+ Có khả năng truyền điện áp.
+ Có khả năng bị ion hoá.
+ Có khă năng đợc lọc sạch.
+ Giá cả phải chăng, dễ mua trong nớc.
Trong các tiêu chuẩn trên cần quan tâm hàng đầu là độ nhớt của chất điện
môi vì nó ảnh hởng trực tiếp lên kênh phóng điện. Độ nhớt đặc trng cho nội ma
sát, nó là trở lực của chất lỏng đối với sự cháy, nó quyết định sự mở rộng kênh
phóng điện. Đơn vị đo độ nhớt là mm
2
/s. Độ nhớt cao thì kênh phóng điện tập

17
trung hơn do vậy mà hiệu quả phóng điện cao hơn. Khi gia công thô chọn độ nhớt
cao khoảng 4 mm
2
/ s, còn khi gia công tinh chọn độ nhớt nhỏ đi một nửa là 2
mm
2
/s vì khe hở phóng điện lúc này rất nhỏ. Tất cả các hãng dầu lớn trên thế giới
đều bán chất điện môi dùng cho gia công tia lửa điện.
1.4 Các sai sót không thể tránh khi cắt dây

Khi cắt dây, các lực trong khe hở phóng điện là rất nhỏ so với kĩ thuật cắt
gọt truyền thống. Tuy nhiên chúng vẫn có ảnh hởng quan trọng lên độ chính
xác, các lực này làm xê dịch dây khỏi vị trí thẳng đứng và gây ra dao động của
dây dẫn đến giảm độ chính xác gia công. Sự lệch chủ yếu diễn ra ở chỗ góc nhọn
hoặc chỗ có bán kính nhỏ dới 0,1mm. Các lực trên dây là do trờng tĩnh điện,
trờng điện từ, áp suất trong kênh plasma và sự bốc hơi của bọt khí tạo ra.
Các xung điện đợc dùng gây ra một trờng tĩnh điện tạo ra lực hút dây
vào phôi. Giá trị lực này tỉ lệ với bình phơng điện áp trung bình giữa phôi và
dây. Điện áp trung bình này không lớn hơn 50 vôn.
Khi cắt các góc thì hợp lực gây ra mất ổn định, dễ đứt dây và độ không
chính xác gia công.
Hình 1-4. Sự cân bằng lực cắt dây khi gia công
Các lực do phóng điện có ảnh hởng quan trọng hơn so với các lực do
dòng chảy của dung dịch điện môi. Chúng là kết quả của áp suất tạo lên trong
kênh phóng điện và lực đẩy ra khỏi phôi (khoảng 1,5 N/m).
Hiệu quả cuối cùng của tất cả các ảnh hởng về lực tạo ra dao động của
dây với tần số khoảng 750 Hz và đi chậm sau so với bộ dẫn dây. Có thể xảy ra sự
thay đổi chiều rộng khe hở phóng điện do dao động này trong trờng hợp chiều
cao phôi lớn. Các dao động này nên giữ cho nhỏ thì lần cắt sau sẽ dễ hơn. Khi
dây bền chắc hơn sẽ giảm biên độ của sự uốn dây cũng nh giảm dao động dây.
Các hiện tợng khác nhau nh sự tăng dao động dây ở các góc là quan trọng hơn
và có thể làm tăng sai số hình học.


18
1.5 Sự phối hợp của máy cắt dây trong môi trờng CIM
Ngày nay các máy cắt dây thờng đợc phối hợp trong môi trờng CIM
nhờ việc:
- Thay dây tự động.
- Lấy lõi tự động trong cắt côngtua .

- Chơng trình đối thoại dễ dàng với ngời sử dụng.
- Sự phối hợp công nghệ (đặt tự động các thông số vv).
1.6 Vai trò của phơng pháp điện cực dây trong
các phơng pháp gia công đặc biệt
Một số phơng pháp gia công đặc biệt hiện nay phải kể đến là:
- Gia công laze và phay laze.
- Gia công plasma.
- Gia công bằng tia nớc.
- Gia công xung định hình và điện cực dây.
Các kĩ thuật trên đã cạnh tranh với nhau gay gắt và tuỳ từng trờng hợp cụ
thể mà tỏ ra u thế. Trớc hết quan tâm đến bề dày chi tiết: gia công laze phát
huy hiệu quả khi mà bề dày phôi nhỏ hơn 6 mm, do vậy hay dùng cắt tấm thì có
tốc độ cắt cao và rất chính xác, nó chính xác hơn so với cắt tia nớc. Cắt bằng tia
nớc áp suất cao (4000bar) thì cắt đợc chi tiết dày hơn mà không bị ảnh hởng
nhiệt, có thể dùng kèm với hạt mài sẽ cho năng suất cao hơn tuy nhiên bề mặt
phôi có thể bị bẩn bởi hạt mài. Cắt bằng plasma có u điểm chính so với cắt bằng
laze và tia nớc là cắt tốc độ cao hơn và bề dày chi tiết lớn hơn.
Sự biến động của độ nhám bề mặt dọc theo mép cắt là từ rất tinh cho đến
thô trên thành mép đợc cắt. Tốc độ cắt càng nhỏ thì vùng tác động nhiệt càng
lớn đó là điều không mong muốn. Khi gia công laze độ nhá
m có
thể đạt vài micrô
mét với độ dày phôi nhỏ hơn 1,6 mm còn khi độ dày tăng lên đến 10 mm thì độ
nhám tới hơn 5 micrô mét.
Gia công điện cực dây có u điểm chính là độ dày phôi lớn đến 500 mm
dùng với độ chính xác cao và đồng đều trên toàn bộ bề mặt. Còn nhám bề đạt đến
5 m và 3 m về kích thớc. Vậy khi cắt chính xác cao thì nên áp dụng cắt dây.
Nhợc điểm của phơng pháp cắt điện cực dây là chỉ cắt đợc vật liệu dẫn
điện, trong khi cắt laze và tia nớc cắt đợc vật liệu phi kim loại. Phơng pháp
phay laze là phơng pháp mới dùng để gia công lòng khuôn bằng nhiệt tuy nhiên

gia công chiều sâu chính xác vẫn không bằng phơng pháp điện cực dây, hơn nữa
với gia công chiều sâu lỗ thủng thì phay laze bị hạn chế, giá thành máy laze đắt
gấp 3 lần máy cắt dây hay máy xung định hình chính xác cao.

19
Bảng 1-1
Bảng khả năng gia công của một số phơng pháp truyền thống:
Phơng phá
p gia công Cấp độ nhám bề mặt
Gia công mặt trụ ngoài
Tiện siêu tinh
Mài siêu tinh
Khoét tinh và nửa tinh
Doa siêu tinh
Chuốt tinh
Phay và bào siêu tinh

7-8
8-10
4-5
8
7-8
7-8

1.7 Các yếu tố đặc trng cho quá trình gia công
kim loại bằng điện cực dây
1.7.1 Năng suất gia công điện cực dây
Năng suất gia công đợc tính theo khối lợng kim loại đợc bóc đi trong
một đơn vị thời gian. Thể tích kim loại M
0

đợc bóc đi trong một đơn vị thời gian
đợc tính theo công thức sau:
M
0
= 60. V
z
.
m
.f
Trong đó:
f là tần số xung điện;
V
z
là thể tích kim loại bị bóc đi trong một xung;

m
là hệ số kể đến các xung chạy không, ngắt mạch chạy mà không có tác
dụng gia công, nó có giá trị < 1.
m
phụ thuộc vào điều kiện thoát phoi trong khe
hở cắt dây.
Để xác định thể tích kim loại bị bóc đi là một việc làm rất khó, vậy nên
ngời ta tính năng suất gia công theo giá trị trung bình nh sau:
M
0
= V/t
Trong đó:
M
0
là thể tích kim loại bị bóc đi trong một đơn vị thời gian;

V là thể tích kim loại bị bóc đi trong cả quá trình gia công;
t là thời gian gia công.
Ta biết rằng quá trình gia công kim loại bằng điện cực dây, năng suất phụ
thuộc nhiều yếu tố nh chế độ gia công, chất điện môi, chủng loại phôi, chủng
loại dây vv.dới đây chúng ta đi xem xét một cách có hệ thống các yếu tố ảnh
hởng đến năng suất gia công.
Sự phụ thuộc năng suất diện tích gia công và công suất máy.

20
Diện tích gia công có ảnh hởng căn bản đến năng suất cắt dây. Khi diện
tích gia công lớn và vừa đợc xét trên phơng điện quá trình đa các sản phẩm
mòn ra khỏi vùng gia công. Nếu năng lợng xung không đổi, diện tích bề mặt cắt
dây tăng lên thì năng suất giảm do vận chuyển phoi ra khỏi rãnh cắt giảm. Lúc
này phần lớn xung điện lại dùng để đánh vụn phoi còn đang mắc trong vùng gia
công mà không đa chúng ra khỏi vùng gia công đợc. Hệ số
m
giảm tơng ứng
với việc phần kim loại bị bóc đi trong một xung là giảm.
Theo điều kiện năng lợng xung không đổi thì tốc độ tạo thành nhiệt và
tạo khí cũng không đổi.
Nếu diện tích bề mặt gia công giảm thì nhiệt và khí sinh ra tại bề mặt gia
công tăng lên, do vậy phần lớn sự phóng điện lại tồn tại trong môi trờng không
khí điều này làm rỗ bề mặt sản phẩm và năng suất giảm.
Khi diện tích gia công không đổi nhng công suất máy phát thay đổi thì
hiện tợng cũng lu lại nh cũ. Mối quan hệ năng suất công suất cũng đạt cực
trị tơng tự.
Ngời ta đã tổng hợp sự phụ thuộc năng suất diện tích và công suất trên
một mặt cong.
Vì công suất phát xung tỉ lệ với dòng điện trung bình do đó trên hệ toạ độ
biểu diễn mói quan hệ năng suất- diện tích- dòng điện trung bình tức là mối quan

hệ M- F I.
Trong nhiều trờng hợp mỗi giá trị diện tích gia công cho một công suất
tối đa P
max

P
max
= K
p
. F
n
Trong đó:
K
p
và n là các hằng số phụ thuộc vào điều kiện gia công khi gia công tinh
hay bán tinh. Đặc trng của nó là gia công với tần số cao, năng lợng xung thấp,
diện tích gia công nhỏ, năng suất thấp điều đó đợc giải thích bằng sự làm xấu
điều kiện thoát phoi.
Vậy diện tích gia công lớn nhất phụ thộc vào công suất phát xung và do đó
phụ thuộc vào độ rỗng xung q.
Sự phụ thuộc năng suất vào hình dạng gia công
Khi thay đổi hình dạng bề mặt làm việc thì điều kiện thoát phoi cũng bị
ảnh hởng và do vậy mà ảnh hởng đến năng suất gia công.
Trờng hợp chiều sâu gia công h tăng thì quá trình thoát phoi khó khăn
nên năng suất gia công giảm.
Nhằm năng cao năng suất ta phải tìm biện pháp thúc đẩy vận chuyển phoi
khỏi vùng gia công và ổn định quá trình gia công.

21
Tuy vậy hiệu quả nhất vẫn là cho dòng chất lỏng chuyển động qua khe hở

cắt dây hay qua lỗ thích hợp bằng cách đó có thể tạo ra trên diện tích gia công
cho trớc dòng điện cực đại tăng gấp 1,5 lần đến 2 lần. Do vậy mà năng cao năng
suất cắt cho máy cắt dây.
Sự phụ thuộc năng suất vào chất lỏng điện môi
Trạng thái chất lỏng điện môi có ảnh hởng đến năng suất gia công. Thực
tế cho thấy thay dầu hoả bằng nớc khử khoáng thì năng suất giảm đối với cặp
điện cực đồng / hợp kim cứng.
Sự phụ thuộc của năng suất sẽ tìm đợc giá trị hợp lí. Tại đó năng suất cực
đại giảm, độ nhớt làm giảm việc thoát phoi khó khăn.
Vật liệu là dây cũng ảnh hởng đến năng suất, điện áp trong rãnh phóng
điện, năng lợng xung điện, tính chất nhiệt ở khe hở điện tử, tốc độ ion hoá phụ
thuộc vào tính chất vật liệu làm dụng cụ dây.
Đối với mỗi vật liệu dụng cụ dây tồn tại một công suất xung điện giới hạn
ở điện áp cho trớc có thể mang lại hiệu quả sử dụng cao.
Tính dẫn nhiệt của vật liệu dây càng cao bề mặt dây càng nhám thì công
suất giới hạn càng cao, còn độ nhám có tác dụng làm tăng tính dẫn nhiệt, do đó
dẫn nhiệt tốt thì cho năng suất cắt dây cao.
* ảnh hởng của vật liệu phôi đến năng suất:
Khi gia công các vật liệu khác nhau bằng phơng pháp cắt dây theo quan
điểm độ bền điện, có thể đặc trng bằng thời gian cần thiết để đốt nóng bề mặt
chi tiết đến nhiệt độ chảy.
Để rõ hơn về vấn đề này có thể dễ dàng so sánh khi ngời ta đa ra tỷ số
M/Met. Đợc thực nghiệm bằng lợng lấy đi Met nhận đợc khi gia công thép 45
ở chế độ, điều kiện nhất định, còn bóc đi M, khi gia công kim loại nào đó trong
điều kiện nh trên, trong cùng thời gian gia công.
Khi chế độ tần số f = 400hz. Gia công một số kim loại giá trị M/Met xác
định trong bảng sau:
Bảng 1-2
Chế độ tần số f và giá trị M/Met
Vật liệu gia công Tỷ số M/Met

Thép ít các bon 1,01,1
Gang 0,61,0
Thép chịu nhiệt 1,3.0,32
Hợp kim cứng 0,09.0,32
Hợp kim nhôm 1,3.1,6

22
Khi gia công các kim loại khó cháy, các hợp kim của chúng với các dây
khác nhau thì giá trị M/Met cho trong bảng dới đây.


Bảng 1-3
Chế độ tần số f và giá trị M/Met cho hợp kim và kim loại khó cháy
M/met
Vật liệu phôi
Đồng M1 Đồng thau Gang Graphit
Vonfram 0,2 0,25 0,3 0,7
Mô líp đen 0,3 0,4 0,45 0,8
Hợp kim (vonfram + 48% Mo) 0,25 0,4 0,5
1.7.2 Chất lợng bề mặt gia công điện cực dây
a-Nhám bề mặt
Bảng 1-4
Bảng kết quả ảnh hởng của chế độ gia công danh nghĩa đến độ nhám
Vật liệu gia công Tần số f
(Hz)
Dòng điện
(A)
Năng lợng
xung (J)
Cấp độ

nhám
100 10 2,6 1
400 10 0,6 2
7.10
3
2 0,09 5
25.10
3
2 0,0028 5 đến 6
Thép
100.10
3
2 0,0065 6 đến 7
400 10 0,6 4
7.10
3
5 0,02 6
25.10
3
20 0,24 5 đến 6
Hợp kim cứng
100.10
3
5 0,0012 7
Trong dải tần số trung bình 50 đến 100 Hz là đặc trng cấp độ nhám thấp,
năng suất thấp vì vậy dùng để gia công các bề mặt có chất lợng không cao. Gia
công tinh (cấp 5 đến 8) bắt buộc ta phải dùng tần số cao.
b-Cấu trúc và thành phần lớp bề mặt
Sau khi gia công cắt dây, lớp bề mặt chia ra ba lớp nhỏ:
- Lớp trắng (nằm ngoài cùng)

- Lớp tôi cứng (nằm sau lớp trắng)
- Lớp ảnh hởng nhiệt (nằm áp lớp kim loại nền)
Khi gia công cắt dây cho các kết cấu thép, thép dụng cụ, hợp kim cần phải
chú ý đến sự biến đổi xảy ra trên lớp bề mặt. Trên lớp bề mặt ngoài cùng có một

23
lớp đặc biệt gọi là lớp trắng. Lớp này không bị ăn mòn ở điều kiện bình thờng và
có các tính chất khác hẳn so với kim loại nền. Đó là các tính chất:
* Độ cứng tăng đến hai hoặc ba lần, tính chống mài mòn cao hơn.
Thành phần hoá học của lớp này đợc tạo bởi những pha lỏng đông đặc
tham gia vào tác dụng hoá học với chất lỏng gia công có trên bề mặt.
Trên bề mặt dây cắt cũng vậy, khi gia công các vật liệu chứa
* Lớp trắng có Austenit và các sản phẩm chuyển hoá của nó.
* Một số vật liệu phôi chiụ sự biến đổi về cấu trúc. Chiều sâu của vùng ảnh
hởng nhiệt có tính đến chiều dầy lớp trắng chủ yếu phụ thuộc vào tính chất vật
liệu gia công và các tham số của xung mà đặc biệt là năng lợng xung. Ví dụ với
thép có độ cứng 48 HRC chiều sâu vùng ảnh hởng nhiệt chủ yếu phụ thuộc vào
năng lợng xung nh trong bảng sau:
Bảng 1-5
Sự phụ thuộc vào năng lợng xung
của vùng ảnh hởng nhiệt
A (T)
Ht (mm)

A (j) Ht (mm)
0,0027 0,01 0,6 0,01 0,12
0,02 0,02 0,7 0,180,13
0,01 0,04 20 0,250,35
Gia công một số vật liệu có chứa vonfram thì lớp trắng có thể không đổi nhng
khi gia công gang trắng thì không có lớp trung gian từ lớp trắng sang vật liệu cơ bản.

Khi nâng cao tần số xung điện thì chiều sâu vùng ảnh hởng nhiệt giảm.
Với dải tần số cao nhất dùng để gia công thì chiều sâu lớp ảnh hởng nhiệt cho
thép hợp kim thờng là 0,01 đến 0,03 mm.
c- ứng suất d trên bề mặt
Bảng 1-6
Bảng kết quả ảnh hởng chiều sâu lớp thay đổi cấu trúc bề mặt cho xung vuông
Tần số
(Hz)
Dòng điện
(A)
Điện áp trung
bình (v)
Độ rỗng
xung
Chiều sâu vùng ảnh
hởng nhiệt(mm)
5 25 1,25 2833 8
44 25 1,25 92
4 25 1,25 10. 14 22
44 25 1,25 69
44 4 27 15 0
5 25 3 0 66

34 25 1,25 0

24
8 25 1,5 0
88
30 25 1,25 49
4 25 2 0

12 25 1,5 29
200
22 24 1,5 49
440 7 20 3 15
Khi tăng thời gian xung tăng trong khi năng lợng xung không đổi thì ứng
suất d cũng tăng.
Với chế độ gia công xác định của gia công cắt dây còn tạo ra những vết
nứt tế vi nh những miệnh núi lửa do ứng suất d.
Một số kết luận rút ra nh sau:
+ Trong khoảng nhiệt độ 300 đến 500
0
C không xuất hiện ứng suất d và chỉ
xuất hiện ở nhiệt độ chuyển biến cấu trúc với sự làm nguội của của chi tiết gia công.
+ Nhằm giảm ứng suất d trên bề mặt có thể nung nóng phôi đến nhiệt độ
chuyển biến cấu trúc và làm nguội tiếp sau ngoài không khí hay nớc khử
khoáng. Bằng cách này nên dùng dung môi là parafin nóng chảy, xêtan,làm
chất lỏng gia công. Ví dụ Với thép Y12 dùng paraffin nóng chảy đun nóng đến
190 200
0
C thì gía trị ứng suất giảm đi hai lần so với gia công trong dầu hoả. Còn
khi gia công Môlipđen trong parafin chảy thì không tạo thành vết nứt tế vi.
d- Tính chất sử dụng:
Đặc trng của lớp bề mặt sau khi gia công cắt dây có ảnh hởng đến tính
chất sử dụng của chi tiết.
Tính chống ăn mòn: khi cắt dây tính chống ăn mòn tăng đáng kể, điều này
đợc giải thích nh sau: trên bề mặt có sẵn các vết lõm, nó giữ một lớp dầu mỏng
ở giữa các bề mặt ma sát nên chống ăn mòn tăng đáng kể.
Từ thực nghiệm gia công khuôn đột thép; hợp kim cứng khi quan sát mặt
bên khuôn dới đều có mặt lớp trắng.
Khi gia công cắt dây cắt prôfin của khuôn dới bằng dây kim loại thì ngoài

khả năng xuất hiện ở lớp bề mặt một lớp ứng suất d nén có khả năng làm bền chi
tiết làm việc của khuôn, đồng thời có thể xác định đợc tính chống mài mòn của
khuôn hợp kim cứng nhận đợc khi gia công cắt dây.
Trên bề mặt bên của chúng có một lớp biến đổi cao hơn 1,5 lần so với bề
mặt đợc mài bằng đá kim cơng.
*Độ bền cơ học của chi tiết đợc gia công bằng cắt dây điện: sau khi loại trừ
độ bền uốn của hợp kim cứng thực nghiệm đã chỉ ra rằng độ bền cơ học tơng đờng
với độ bền cơ học của chi tiết khi gia công bằng phơng pháp gia công cắt gọt.
Khi gia công phóng điện cắt dây hợp kim cứng ngay cả ở chế độ mà nó

25
đảm bảo không xuất hiện vết nứt tế vi thì độ uốn chi tiết giảm. Điều đó đợc giải
thích bằng sự biến đổi tính chất hoá lý của lớp bề mặt, ở nhiệt độ 900
0
C làm phục
hồi đợc độ bền của hợp kim và gia công.
* Độ bền mỏi của chi tiết gia công:
Do có mặt lớp chảy mỏng và ứng suất bị giảm ít khi gia công thép bền
nhiệt ở chế độ tinh R
z
= (3,2 - 0,4) m thì độ bền mỏi bị giảm đến 50%.
Khi xuất hiện trên lớp bề mặt vết nứt tế vi thì độ bền mỏi giảm từ (5 - 10)%.
Khi xuất hiện trên lớp bề mặt vết nứt tế vi thì độ bền mỏi còn giảm mạnh
hơn. Vì vậy để phục hồi độ bền mỏi và độ bền lâu cần làm mất đi lợng d nhỏ
hơn hai lần chiều sâu lớp chảy đó.
Bằng các dạng gia công khác nhau sau gia công cắt dây mài rung, gia công
hoá phun cát và đánh bóng điện, gia công nhiệtcó thể làm ứng suất d và thậm
chí còn làm biến đổi dấu, lúc này độ bền mỏi của nó có thể coi bằng độ bền mỏi
của chi tiết khi gia công cắt gọt. Nếu cắt dây tinh thì không cần gia công lại vì có
gia công lại cũng không cải thiện đợc ứng suất d.

Về nghiên cứu tính chất sử dụng của chi tiết khi gia công cắt dây:
- ở chế độ thô thì tính chống ăn mòn của chi tiết so với chi tiết gia công cơ
khí là thấp.
- ở chế độ trung bình là tơng đờng.
- ở chế độ tinh là cao hơn. Điều này có thể giải thích là: với sự giảm thể
tích của vết lõm thì xác suất chứa nớc vào nó giảm đáng kể với trong vết lõm
của nhấp nhô bề mặt gia công cơ khí.
1.7.3. Độ chính xác gia công
Trong ngành chế tạo máy độ chính xác gia công đợc xác định bằng độ
chính xác của kích thớc thực hiện, hình dạng của bề mặt gia công và vị trí tơng
quan giữa chúng tới đối với bề mặt làm chuẩn của chi tiết.
Nhng hiện nay về độ chính xác hình dạng và vị trí tơng quan giữa chúng
không cho phép đánh giá độ chính xác hình dạng của bề mặt định hình, kim loại
bằng tia lửa điện. Độ chính xác gia công khi gia công tia lửa điện đợc đánh giá
bằng các yếu tố sau:
+ Thứ nhất: bằng tính chất của phơng pháp.
+ Thứ hai: bằng đặc trng đối với gia công phóng điện ăn mòn.
Các yếu tố này xác định sai số ban đầu mà tổng hợp của nó tạo ra sai số
tổng hợp.
a. Các sai số ban đầu.
Các sai số ban đầu cơ bản gồm:

26
+ Sai số xuất hiện do dao động ngang của dây dụng cụ - Ký hiệu: A
+ Sai số do biến dạng đàn hồi tĩnh học của hệ thống công nghệ.
(Máy - đồ gá - dụng cụ - chi tiết) - Ký hiệu: B.
+ Sai số gá đặt phôi trên máy - Ký hiệu: C.
+ Sai số gá đặt điện cực dây không đúng - Ký hiệu: D.
+ Các sai số do độ không chính xác hình dạng hình học của máy - Ký
hiệu: E.

+ Các sai số gây ra do chế tạo dây không chính xác - Ký hiệu: F.
+ Các sai số do sự có mặt của khe hở dây - Ký hiệu: G.
+ Các sai số do ăn mòn dây - Ký hiệu: H.
+ Các sai số xuất hiện do biến dạng nhiệt riêng biệt của hệ (Máy - Đồ gá -
Dụng cụ - Chi tiết) - MGDC - Ký hiệu: I.
+ Các sai số do biến dạng sau khi gia công tia lửa điện gây ra do ứng suất
d bên trong - Ký hiệu: K.
Ta lần lợt đánh giá từng sai số:
* Sai số A: Xuất hiện của dụng cụ dọc theo hớng chạy dao ảnh hởng đến
độ chính xác gia công. Tỷ số biên độ dao động dọc và ngang của điện cực dụng
cụ và độ cứng của hệ trục chính - dụng cụ thiết bị rung động, công suất và kiểu
thiết bị rung động. Khối lợng và cấu tạo điện cực dụng cụ đợc sử dụng các sai
số xuất hiện do dao động dây trong hệ trục có thể đạt (0,04 - 0,05) mm. Nếu sử
dụng định hớng bổ xung điện dây và gá đặt trục cho phép giảm lần biên độ dao
động ngang cũng nh sai số xuất hiện do nó.
* Sai số do biến dạng tĩnh học B: của hệ (Máy - Dụng cụ điện cực) chi tiết
không đợc coi là sai số tơng tự nh khi gia công cơ khí do biến dạng đàn hồi
của hệ. MGDC - dới tác dụng của lực cắt - còn khi gia công cắt dây điện thì sai
số B là sai số do biến dạng tĩnh học của cụm trục với dây và giá đỡ dây có khối
lợng đáng kể mà hợp lực của nó không trùng với trục tâm hình học chính.
Đặc điểm đặc trng sai số B là sự không phụ thuộc của nó vào chế độ
phóng điện ăn mòn.
Ta xem xét sự hiện sai số B trong trờng hợp (gia công điện cực dây).
Khi trục tâm của máy lệch khỏi vị trí thẳng đứng của nó một góc nào đó
thì đầu dới của trục kẹp điện cực có dịch chuyển xác định - gây ra sai số gia
công do không trùng với trục tâm dọc của bề mặt tạo hình với vị trí danh nghĩa
của nó.
Nếu không đ
ợc giới hạn bằ
ng cá

c thanh thẳng đứng dẫn hớng khác vào
thì có thể xuất hiện thêm sai số hình dạng.
* Sai số C: Xuất hiện do gá đặt phôi trên bàn máy tơng tự nh sai số gá.