THIẾT kế CHẾ tạo máy GIA CÔNG TIA lửa điện LOẠI r c

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
LỜI CÁM ƠN
Trước hết, em vô cùng biết ơn về sự quan tâm và tận tình hướng dẫn của Thầy
Phan Đình Huấn và Thầy Nguyễn văn Thạnh trong suốt thời gian thực hiện luận
văn.
Em chân thành cám ơn quý Thầy, Cô của trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí
Minh đặc biệt là quý Thầy, Cô trong khoa Cơ Khí đã truyền đạt cho em các kiến
thức trong quá trình học tập và trong thời gian nghiên cứu luận văn.
Nhưng do thời gian có hạn và vấn đề còn khá mới, cùng với sự hạn chế về kiến
thức chuyên môn cho nên nội dung trình bày trong luận văn này không tránh khỏi
những sai sót và hạn chế, em rất mong sự đóng góp ý kiến của các Thầy trong khoa
cùng các bạn để luận văn nghiên cứu của em được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin chân thành cám ơn quý Thầy, Cô, Anh, đã tận tình giúp đỡ
em trong suốt quá trình thực hiện luận văn.

i


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
LỜI NÓI ĐẦU
Do nhu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, việc đầu tư và phát triển
trang thiết bị có công nghệ mới và hiện đại là rất cần thiết. Những năm gần đây việc
đầu tư các thiết bị, máy gia công……….có công nghệ mới và hiện đại ở nước ta
ngày càng nhiều.
Các doanh nghiệp, công ty sản xuất trong nước, đã và đang cạnh tranh ngày
càng khóc liệt để tồn tại và phát triển trong nền kinh tế thị trường, do đó việc đầu tư
máy thiết bị có công nghệ mới và hiện đại nhầm tăng năng suất và chất lượng là rất
cần thiết. Ví dụ: trong lĩnh vực gia công khuôn mẫu, để sản xuất được sản phẩm có
chất lượng cao đáp ứng được nhu cầu thị trường thì việc đầu tư máy gia công trung
tâm, CNC, máy tia lửa điện,……là không tránh khỏi.
Hiện nay, đã có rất nhiều doanh nghiệp cơ khí ở Việt Nam đã được trang bị các

máy gia công EDM. Phần đóng góp của chúng trong một sản phẩm cơ khí, chủ yếu
là lĩnh vực chế tạo khuôn mẫu có thể lên đến 20 đến 50 tùy theo mức độ phức
tạp và kết cấu của sản phẩm. Với những ưu điểm so với các phương pháp gia công
truyền thống như gia công được các vật liệu sau khi nhiệt luyện, không có lực cắt,
gia công định hình các kết cấu có kích thước nhỏ … Phương pháp gia công EDM
ngày nay có một vị trí quan trọng và làm thay đổi một số các biện pháp công nghệ
truyền thống khi chết tạo các sản phẩm cơ khí phức tap. Do vậy, việc nghiên cứu về
phương pháp gia công EDM hiện nay đang là một vấn đề quan tâm của cả trong và
ngoài nước đặc biệt là nghiên cứu về bản chất của quá trình gia công EDM, hiện
tượng mòn của điện cực và hướng ứng dụng của EDM trong các lĩnh vực khác nhau
trong công nghiệp.
Nội dung của luận văn này gồm 6 chương.

ii


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN .....................................................................................................i
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................. ii
MỤC LỤC ....................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ...........................................................................vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ................................................................... viii
Chương 1. Tổng quan ........................................................................................ 1
1.1. Sự xuất hiện của một công nghệ mới ........................................................... 1
1.2. Sự tiến bộ của các máy gia công tia lửa điện ............................................... 3
1.3. Thị trường máy gia công tia lửa điện trên thế giới........................................ 4
1.4. Tình hình gia công tia lửa điện ở Việt Nam ................................................ 4
1.5. Giới thiệu một số máy EDM dạng xung định hình ...................................... 5

1.6. Mục tiêu của đề tài .................................................................................... 11
Chương 2. So sánh và chọn phương án thiết kế ................................................ 12
2.1. Lựa chọn phương án thiết kế kết cấu di chuyển của bàn máy .................... 12
2.1.1. Phương án 1 ........................................................................................... 12
2.1.2. Phương án 2 ........................................................................................... 13
2.1.3. Phương án 3 ........................................................................................... 14
2.2. Lựa chọn phương án thiết kế truyền động trục Z ....................................... 15
2.2.1. Cơ cấu bánh răng – thanh răng ............................................................... 15
2.2.2. Cơ cấu vít-me – đai ốc thường ............................................................... 16
2.2.3. Cơ cấu vít-me – đai ốc bi ....................................................................... 16
2.2.4. Kết luận ................................................................................................. 17
2.3. Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống dẫn hướng ..................................... 17
2.3.1. Vai trò của hệ thống dẫn hướng ............................................................. 17
2.3.2. Phương án 1: Sống trượt phẳng .............................................................. 18
2.3.3. Phương án 2: Sống trượt lăng trụ ........................................................... 19
2.3.4. Phương án 3: Rãnh trượt chữ V ............................................................. 20
2.3.5. Phương án 4: Sống trượt đuôi én ............................................................ 21
2.3.6. Phương án 5: Thanh trượt bi .................................................................. 21
iii


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
2.3.7. Kết luận ................................................................................................. 22
2.4. Lựa chọn phương án truyền động trục chính ............................................. 22
2.4.1. Truyền động đai ..................................................................................... 22
2.4.2. Truyền động trực tiếp ............................................................................ 23
2.4.3. Truyền động bánh răng .......................................................................... 23
2.4.4. Truyền động bằng dẫn động tích hợp ..................................................... 24
2.4.5. kết luận .................................................................................................. 24
Chương3. Thiết kế phần cơ............................................................................... 26

3.1. Trục Y ....................................................................................................... 26
3.1.1. Tính toán lựa chọn vít me đai ốc bi ........................................................ 26
3.1.2. Tính toán lựa chọn ổ lăn ........................................................................ 27
3.2. Trục X ....................................................................................................... 28
3.2.1. Tính toán lựa chọn vít me đai ốc bi ........................................................ 28
3.2.2. Tính toán lựa chọn ổ lăn ........................................................................ 29
3.3. Trục Z ....................................................................................................... 30
3.3.1. Tính toán lựa chọn vít me đai ốc bi ........................................................ 30
3.3.2. Tính toán lựa chọn ổ lăn ........................................................................ 31
Chương 4. Thiết kế phần điện và điều khiển ..................................................... 33
4.1. Phần điện .................................................................................................. 33
4.1.1. Bộ nguồn ............................................................................................... 33
4.1.2. Tính toán tạo xung ................................................................................. 34
4.1.2.1. Gia công thô ....................................................................................... 36
4.1.2.2. Gia công bán tinh ................................................................................ 36
4.1.2.3. Gia công tinh ...................................................................................... 37
4.2. Phần điều khiển ........................................................................................ 37
4.2.1. Tính toán lựa chọn động cơ điều khiển trục Z ........................................ 37
4.2.1.1. Lựa chọn loại động cơ ........................................................................ 37
4.2.1.2. Tính công suất động cơ ....................................................................... 39
4.2.2. Mạch OP - AM ...................................................................................... 40
4.2.3. Điều khiển động cơ DC ........................................................................ 40
4.2.3.1. Tìm hiểu về động cơ DC của hãng Yaskawa ....................................... 40
iv


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
4.2.3.2. Điều khiển động cơ trục Z dùng trong mô hình máy tia lửa điện .......... 40
Chương 5. Nghiên cứu công nghệ gia công EDM ............................................. 42
5.1. Cấu tạo tổng quát của máy EDM ............................................................... 42

5.2. Tính chất vật lý của quá trình gia công ..................................................... 44
5.3. Mô tả quá trình bóc tách kim loại khi gia công ......................................... 47
5.4. Các đặc tính về điện trong quá trình gia công ........................................... 49
5.5. Chất lượng bề mặt khi gia công bằng EDM .............................................. 50
5.6. Năng suất gia công bằng EDM ................................................................. 53
5.7. Các vấn đề liên quan đến điện cực ............................................................ 59
5.7.1. Yêu cầu của vật liệu điện cực ................................................................. 59
5.7.2. Các loại vật liệu điện cực ....................................................................... 59
5.8. Các vấn đề liên quan đến dung dịch điện môi ........................................... 63
5.9. Gia công xung định hình với chức năng hành tinh .................................... 67
5.10. Khe hở phóng điện .................................................................................. 68
Chương 6. Kết luận và hướng phát triển đề tài .................................................. 69
6.1. Kết luận ..................................................................................................... 69
6.2. Hướng phát triển đề tài .............................................................................. 71
Tài liệu tham khảo ............................................................................................ 72

v


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1.1 Sơ đồ gia công bằng wire EDM ....................................................... 2
Hình 1.1.2 Sơ đồ gia công bằng EDM die Sinking ............................................. 2
Hình 1.5.1 Máy xung tia lửa điện CNC C32 ...................................................... 5
Hình 1.5.2 Máy xung tia lửa điện CMC M30 ..................................................... 6
Hình 1.5.3 Máy xung tia lửa điện CNC SKU ..................................................... 8
Hình 1.5.4 Máy xung tia lửa điện ZiangZhou D7125 ....................................... 10
Hình 1.5.5 Máy xung tia lửa điện Hochen H26 ................................................ 10
Hình 2.1.1. Phương án 1 ................................................................................... 12

Hình 2.1.2. Phương án 2 ................................................................................... 13
Hình 2.1.3. Phương án 3 ................................................................................... 14
Hình 2.2.1. Cơ cấu truyền động bánh răng – thanh răng ................................... 15
Hình 2.2.2. Trục vít me đai ốc thường .............................................................. 16
Hình 2.2.3. Trục vít me đai ốc bi ...................................................................... 17
Hình 2.3.1. Hệ thống băng trượt cho một trục chuyển động .............................. 18
Hình 2.3.2. Sống trượt phẳng............................................................................ 19
Hình 2.3.3.1 Sống trượt lăng trụ dạng đối xứng ................................................ 19
Hình 2.3.3.2 Sống trượt lăng trụ dạng không đối xứng ..................................... 20
Hình 2.3.4. Sống trượt chữ V............................................................................ 20
Hình 2.3.5. Rãnh trượt mang cá ........................................................................ 21
Hình 2.3.6. Thanh trượt bi ................................................................................ 22
Hình 2.4.3. Trục chính dẫn động bằng bánh răng.............................................. 23
Hình 2.4.4. Trục chính được dẫn động tích hợp ................................................ 24
Hình 4.1.1.1 Nguồn điện máy EDM ................................................................. 33
Hình 4.1.1.2 Biểu đồ điện áp trước chỉnh lưu ................................................... 33
Hình 4.1.1.3 Biểu đồ điện áp sau khi chỉnh lưu................................................. 34
Hình 4.1.2 Các dạng xung ................................................................................ 34
Hình 4.1.2.d Dạng xung vuông trên lý thuyết ................................................... 35
Hình 4.1.2.e Dạng xung vuông trên thực tế....................................................... 35
Hình 4.2.2 IC OP - AM .................................................................................... 40
vi


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Hình 4.2.3.2 Mạch điều khiển........................................................................... 41
Hình 5.1.1 Cấu tạo tổng quát của máy EDM..................................................... 42
Hình 5.1.2 Sơ đồ nguyên lý .............................................................................. 43
Hình 5.2.1 Đồ thị dòng điện I và điện áp U trong một chu kỳ xung .................. 44
Hình 5.2.2 Dạng xung công suất để gia công .................................................... 45

Hình 5.2.3 Sự hình thành kênh dẫn điện ........................................................... 46
Hình 5.2.4 Sự phóng điện qua kênh dẫn điện .................................................... 46
Hình 5.2.5 Sự phục hồi ..................................................................................... 47
Hình 5.3.1 Các “miệng núi lửa” được hình thành liên tiếp ................................ 48
Hình 5.5.1 Cấu trúc tế vi của chi tiết gia công bằng xung định hình.................. 51
Hình 5.5.2 Cấu trúc bề mặt phôi ....................................................................... 52
Hình 5.6 Quan hệ giữa ŋ và ap .......................................................................... 55
Hình 5.6.1 Đồ thị phụ thuộc của năng suất gia công vào diện tích gia công ...... 56
Hình 5.9 Gia công xung định hình với chức năng hành tinh ............................. 67
Hình 6.1 Mô hình ............................................................................................. 70

vii


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.5.1 Thông số các máy xung tia lửa điện CNC SKU ................................ 9
Bảng 1.5.2 Nguồn cấp ........................................................................................ 9
Bảng 3.1.1 Phân phối số vòng quay vít me trục Y ............................................ 26
Bảng 3.2.1 Phân phối số vòng quay vít me trục X ............................................ 29
Bảng 3.3.1 Phân phối số vòng quay vít me trục Z ............................................. 31
Bảng 4.1.2 Các đặc tính về điện các dạng gia công ........................................... 37
Bảng 5.1 Vật liệu và gia công điện cực ............................................................. 57
Bảng 5.2 Ảnh hưởng của vật liệu đến sự mòn điện cực..................................... 62
Bảng 5.3 Ảnh hưởng của chất điện môi lên kết quả gia công ............................ 67

viii

CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Sự xuất hiện của một công nghệ mới
Trong nửa thế kỷ qua, nhu cầu về các vật liệu cứng, lâu mòn và siêu cứng sử dụng
cho tuabin máy điện, động cơ máy bay, dụng cụ, khuôn mẫu … tăng lên không ngừng
ở các nước công nghiệp phát triển. Việc gia công những vật liệu đó bằng những công
nghệ cắt gọt thông thường ( tiện, phay, mài v.v…) là vô cùng khó, đôi khi không thể
thực hiện được.
Cách đây gần 200 năm, nhà nghiên cứu tự nhiên người Anh Joseph Priestley
(1733-1809), trong các thí nghiệm của mình đã nhận thấy có một hiệu ứng ăn mòn vật
liệu gây ra bởi sự phóng điện. Nhưng mãi đến năm 1943, thông qua hàng loạt các
nghiên cứu về tuổi bền của các thiết bị đóng điện, hai vợ chồng Lazarenko người nga
mới tìm ra cánh cửa dẫn tới công nghệ gia công tia lửa điện. Họ bắt đầu sử dụng tia
lửa điện để làm một quá trình bóc tách kim loại mà không phụ thuộc vào độ cứng của
vật liệu đó.
Khi các tia lửa điện được phóng ra, vật liệu bề mặt phôi sẽ bị hớt đi bởi một quá
trình điện - nhiệt thông qua sự nóng chảy và bốc hơi kim loại, nó thay cho các tác
động cơ học của dụng cụ vào phôi. Quá trình hớt kim loại bằng điện nhiệt bởi sự
phóng điện được gọi là “gia công tia lửa điện” (nguyên gốc tiếng Anh là “Electrical
Discharge Machining”, gọi tắt là gia công EDM).
Định nghĩa gia công tia lửa điện EDM: là qui trình bóc kim loại ra khỏi chi tiết
gia công bởi một quá trình điện - nhiệt, thông qua sự nóng chảy và bốc hơi kim loại
cần bóc ra. Năng lượng nhiệt phát ra bởi sự phóng điện gọi là “gia công tia lửa điện”
hay EDM.
Hệ thống gia công EDM có 2 dạng gia công chính:


Máy cắt dây (wire EDM): ở dạng gia công này, điện cực được làm bằng dây

kim loại thường là đồng, molipden, volfram hay các dây có lớp phủ, có đường kính d=
(0.1- 0.3)mm, dây điện cực được chuyển động tương đối liên tục đối với phôi theo một
hành trình cho trước, từ đó phôi cần gia công được cắt theo hành trình đó.
1


CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN

Hình 1.1.1. Sơ đồ gia công bằng wire EDM



Máy xung định hình (EDM die sinking): ở dạng này điện cực là một hình

không gian, sau khi gia công thì chi tiết cần gia công có hình dạng giống với điện cực
hay còn gọi là âm bản của điện cực.

Hình 1.1.2. Sơ đồ gia công bằng EDM die sinking

2


CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN

1.2. Sự tiến bộ của các máy gia công tia lửa điện
Các máy đầu tiên của thời kỳ những năm 50-60 của thế kỷ 20 ít tự động hoá và
không tiện dùng lắm.
Ngày nay, với các thuật toán điều khiển mới, với các hệ thống điều khiển CNC cho
phép gia công đạt năng suất và chất lượng cao mà không cần đến sự tham gia trực tiếp

của con người. Các máy gia công tia lửa điện ngày nay được đặc trưng bởi mức độ tự
động hoá cao.
Các hệ thống điều khiển CNC trên thị trường đã có tiến bộ rất nhiều, đặc biệt là
máy cắt dây.
Các hệ điều khiển CNC trong nhiều năm qua đã có mặt ở các máy xung định hình,
nhưng đã mất nhiều thời gian hơn để có thể tận dụng mọi khả năng của chúng. Các
chuyển động hành tinh và chuyển động theo công-tua của một điện cực có hình dáng
phức tạp. Ưu điểm của phương pháp này là ở chổ việc chế tạo điện cực rẻ hơn và nếu
sử dụng điên cực phay thì điều kiện dòng chảy sẽ tốt hơn và điện cực ăn mòn đều hơn.
Một trong những đề tài nghiên cứu chính đang được thực hiện ở Tây Âu và Nhật Bản
là gia công 3 chiều đạt độ chính xác cao. Tuy nhiên vẫn chưa đạt được kết quả mong
muốn.
Sử dụng tối ưu công nghệ gia công tia lửa điện như một kỹ thuật sản xuất đòi hỏi
phải áp dụng rất nhiều bí quyết công nghệ (Know how). Ngày nay có khuynh hướng
đưa ra nhiều máy thông minh, chọn máy và điều chỉnh nhiều thông số mà người sử
dụng đã đặt từ trước. Điều đó làm giảm bớt các dữ liệu đầu vào mà người đứng máy
phải quan tâm. Khuynh hướng này là mạnh nhất đối với các máy cắt dây, ở đó các
thuật toán điều khiển tạo được một lượng hớt vật liệu tối ưu và làm giảm bớt nguy cơ
đứt dây.
Ở các máy xung định hình, nhờ có hệ thống điều khiển CNC nên không cần phải
dùng người đứng máy có kinh nghiệm mà vẫn đạt được hiệu quả và chất lượng gia
công cao. Điều kiện gia công (như sự thoát phoi) thay đổi rất nhiều trong gia công
xung định hình, đến mức rất khó phát triển chiến lược điều khiển tuỳ chọn phù hợp với
tất cả các hoàn cảnh. Một số nhà chế tạo máy (như MITSUBISHI) cung cấp những hệ
thống điều khiển liên hệ ngược mà trong những điều kiện khó khăn nhất (như gia công
3


CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN
lỗ tịt mà không có thoát phoi cưỡng bức) cũng cho kết quả tốt hơn so với kết quả nhận

được do sự điều chỉnh các thông số của một người đứng máy có kinh nghiệm. Trong
mọi trường hợp, hầu hết các máy đều có mức độ tự động hoá cho phép làm việc rất lâu
không có người đứng máy, dù rằng không phải luôn luôn trong điều kiện tối ưu. Cùng
với sự xâu dây tự động ở máy cắt dây, sự tách phôi, thay pallet (thường được cung cấp
bởi các hãng chế tạo phụ tùng như hãng EROWA) và khả năng lập trình thì mức độ tự
động tự động hoá trong gia công tia lửa điện đã tăng lên rất nhiều.

1.3. Thị trƣờng máy gia công tia lửa điện trên thế giới
Việc bán các máy gia công tia lửa điện trên phạm vi thế giới tăng 6% mỗi năm và
vào cuối những năm 90 là khoảng 12.000 máy một năm.
Nhật Bản là nước sản xuất và sử dụng nhiều máy gia công tia lửa điện nhất, chiếm
35% tổng số máy trên thị trường thế giới. Thứ hai là châu Âu với 30%, sau đó là Mỹ
với 15% và các nước châu Á khác với 12% tổng số máy.
Phạm vi của các máy được buôn bán trên thị trường thế giới là rất rộng và đa dạng:
từ những máy rất lớn ( như máy NASSOVIA) đến máy rất nhỏ và đặc biệt để gia công
tế vi, từ máy rẻ tiền, ít tự động hoá cỡ (10.000 – 15.000) USD/ máy của Trung Quốc,
Đài Loan, đến cỡ vài trăm ngàn USD/ máy của Tây Âu và Nhật Bản hoàn toàn tự động
hoá với các hệ thống CAD/CAM hiện đại.
Đối với người sử dụng, điều quan trọng là phải xác định các yêu cầu cụ thể phù
hợp với sản phẩm và quy mô sản xuất của mình và sau đó cần phân tích các tuỳ chọn
sẵn có của các hãng sản xuất máy từ mọi góc độ để đưa ra quyết định đúng đắn nhất
trước khi mua máy.

1.4. Tình hình gia công tia lửa điện ở Việt Nam
Trong khoảng một thập kỉ gần đây, công nghiệp gia công tia lửa điện EDM đã
thâm nhập vào Việt Nam. Số lượng các cơ sở sản xuất và nghiên cứu ở nước ta nhập
các loại gia công tia lửa điện ngày càng nhiều. Tuy nhiên việc đào tạo về công nghệ
này thực sự chưa được nhiều người quan tâm ở các trường Đại học kỹ thuật và các
Viện nghiên cứu. Ngày nay máy gia công tia lửa điện xuất hiện rất nhiều ở Việt Nam.
Hiện nay ở nước ta đã có nhiều đề tài nghiên cứu về gia công EDM như: Luận án tiến

sĩ kỹ thuật của tiến sĩ Hoàng Vĩnh Sinh trường ĐHBK …Tại các Viện nghiên cứu và
4


CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN
các xưởng gia công đã sử dụng máy gia công tia lửa điện để gia công các chi tiết phức
tạp. Các doanh nghiệp Cơ khí ở Việt Nam được trang bị các máy gia công EDM, chủ
yếu là trong lĩnh vực chế tạo khuôn mẫu, chiếm khoảng 20%- 50% tùy theo độ phức
tạp về kết cấu của sản phẩm. Một số cơ sở gia công khuôn mẫu có trang bị các máy
EDM ở nước ta như: Xưởng gia công cơ khí trường ĐHBK, công ty chế tạo khuôn
mẫu Duy Khanh, Duy Tân, Thành Trung, Vĩnh Phát…

1.5. Giới thiệu một số máy EDM dạng xung định hình
Máy xung tia lửa điện CNC C32
Sodick vừa đưa ra giới thiệu sản phẩm máy xung tia lửa điện CNC C32 được sản
xuất tại Nhà máy Sodick Amoy (Trung Quốc) với mức giá cực kỳ cạnh tranh và hợp lý
cho các xưởng khuôn mẫu hiện đại.

Hình 1.5.1. Máy xung tia lửa điện CNC C32

C32 dòng máy EDM truyền động động cơ tuyến tính thế hệ thứ 5 được thiết kế nhỏ
gọn, đòi hỏi diện tích lắp đặt tối thiểu 1850x2600mm. Khoảng làm việc của máy có
kích thước 450x300 mm và hành trình dịch chuyển các trục X/Y/Z(W) 300x250x150
mm (100). Khối lượng vật gia công tối đa 50kg là và trọng lượng điện cực tối đa là
20kg.
C32 sử dụng hệ điều khiển LMX32 hoạt động trên nền Window XP với màn hiển
thị cảm ứng TFT 15". Phần mềm hỗ trợ gia công LN Assit giúp người vận hành dễ
dàng tạo các chương trình NC (với các điều kiện gia công và chế độ bù tối ưu) từ mọi
bài toán sản phầm.C32 là máy EDM đầu tiên ứng dụng công nghệ truyền tín hiệu
serial siêu tốc 1Gbit/giây cho hệ thống điều khiển. Hệ thống truyền tín hiệu tốc độ cao

5


CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN
này giúp nâng cao hiệu suất truyền động, độ phản hồi điều khiển servo cũng như độ tin
cậy của máy trong quá trình gia công.
Hệ điều khiển LMX32 với hệ mạch "zero wear" giúp giảm độ hao mòn điện cực
graphite dưới 0.06% trong khi tăng tốc độ gia công tới 20%. Với tính năng này, C32
giúp giảm số lượng điện cực khi gia công các lõ hỗc. Trong khi, một máy EDM thông
thường đòi hỏi từ 2-3 điện cực cho gia công thô, gia công bán tinh và gia công tinh,
C32 có thể chỉ cần đến 1 điện cực duy nhất. Điều này không chỉ giúp tiết kiêm thời
gian và chi phí sản xuất mà còn giảm thiểu các sai số gia công.
C32 cũng được trang bị công nghệ truyền động động cơ tuyến tính tiên tiến của
Sodick, giúp trục Z có thể đạt tốc độ dịch chuyển cao tới 1.400"/phút và gia tốc trọng
trường tới 1.2G. Với tốc độ dịch chuyển trục Z cao giúp tự rạo ra hiệu ứng bơm đẩy
phoi ra khỏi các hốc gia công, nhờ đó người sử dụng không cần sử dụng vòi xối mà
vẫn

đảm

bảo

được

chất

lượng

gia

công

ổn

định

nhất.

Sodick là nhà sản xuất hàng đầu trong lĩnh vực máy gia công tia lửa điện với số lượng
hơn 50.000 máy đã bán ra trên toàn thế giới. Model C32 được tin tưởng sẽ là sản phẩm
đột phá trong chiến lược "toàn cầu hóa máy EDM" của Sodick.
Máy xung tia lửa điện CNC M30

Hình 1.5.2. Máy xung tia lửa điện CNC M30

Đặc tính cơ bản:
- Bộ điều khiển heidenhan EDM
- Biểu đồ hiển thị 4 số sau dấu phẩy
6


CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN
- Bộ nhớ đồ thị theo 9 hướng
- Chức năng xây dựng chương trình và các mẫu
- Chức năng hiển thị độ chiều sâu cắt gọt chậm nhất
- Chức năng lưu lại lượng tiêu thụ điện năng
- Xây dựng phần còn lại và đưa các bon thừa ra ngoài
- Thiết bị độ chính xác theo bộ mã quang học tới 1 µ
- Chống mài mòn nhờ bôi trơn
- Vít bi có độ chính xác cao giúp cơ cấu truyền động chính xác hơn

- Hệ thống lọc kép tách cacbon cho nhiều hiệu quả
- Hệ thống phát hiện lửa
Đặc tính kỹ thuật:
- Phạm vi làm việc: 885x 435x 270 mm
- Kích thước bàn làm việc: 470x 280 mm
- Khoảng cách giữa trục chính và bàn máy: 405 mm
- Phạm vi dịch chuyển theo trục : 250x 200x 200 mm
- Sự dịch chuyển thêm của trục Z: 170 mm
- Trọng lượng tối đa của phôi: 300 kgs
- Trọng lượng tối đa của điện cực: 30 kgs
- Dung tích tối đa của chất điện môi: 200 lít
- Tốc độ tối đa cắt gọt: 230 mm3/phút
- Tỉ lệ hao mòn nhỏ nhất < 0.1%
- Cấp độ bóng đạt được < Ra0.18 µm
- Dòng gia công cực đại: 30A
- Công suất đầu vào: 2.4 KVA
- Kích thước máy: 130x 125x 212 cm
- Khối lượng máy: 1095 kg

7


CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN
SKU: Máy Xung Điện EDM

Hình 1.5.3. Máy xung tia lửa điện SKU

Đặc tính cơ bản:
- Hiệu suất cao, có khả năng xử lý được các lỗ nhỏ.
- Tiết kiệm điện.

- Hiệu quả cao.
- Hệ thống có chức năng tắt tự động nhờ thiết bị dò hồng ngoại có độ nhạy cao đối
với tia lửa.
- Tốc độ gia công nhanh.
- Máy có bảo vệ quá điện, quá tốc độ, quá trọng lượng và bảo vệ ngắn mạch.
- Tỷ lệ hao mòn điện cực dưới 0.1%
- Máy có 10 chức năng xử lý tinh tự động giúp cho việc gia công khuôn với nhiều
mức dày mỏng đồng thời.

8


CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN

Bảng 1.5.1. thông số các model máy

Bảng 1.5.2. nguồn cấp

9


CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN
Máy xung tia lửa điện Ziangzhou D7125

Hình 1.5.4. Máy xung tia lửa điện Ziangzhou D7125

Đặc tính kỹ thuật:
- Hành trình trục X, Y, Z: 400 x 300 x 250
- Khoảng cách từ đầu trục Z đến bàn làm việc (mm): 650
- Kích thước bàn làm việc (mm): 650 x 400

- Trọng lượng chi tiết gia công (kg): 750
- Trọng lượng điện cực (kg): 70
- Kích thước thùng dầu (mm): 1350 x 630 x 410
- Trọng lượng máy (kg): 1800
Máy xung tia lửa điện HOCHEN H26

Hình 1.5.5. Máy xung tia lửa điện HOCHEN H26

Đặc tính kỹ thuật:
10


CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN
- Hành trình trục X, Y, Z: 300 x 250 x 150
- Khoảng cách từ đầu trục Z đến bàn làm việc (mm): 510
- Kích thước bàn làm việc (mm): 600 x 300
- Kích thước chi tiết gia công (mm): 850 x 530 x 340
- Trọng lượng chi tiết gia công (kg): 800
- Trọng lượng điện cực (kg): 100
- Dung tích thùng dầu (l): 350
- Kích thước máy (mm): 1400 x 1300 x 1920
- Trọng lượng máy (kg): 1015

1.6. Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu thiết kế máy gia công tia lửa điện dạng xung định hình loại nhỏ.
Mô phỏng sự ảnh hưởng các thông số gia công đến độ nhám bề mặt gia công
Gia công một số mẫu trên máy mô hình
Dựa vào các thông số kỹ thuật đã khảo sát được ở trên, chúng ta có thể chọn các
thông số sơ bộ để thiết kế máy EDM loại nhỏ như sau:
Hành trình các trục: X = 300mm, Y = 200mm, Z = 150mm.

Diện tích vùng gia công max: 20mm x 20mm

Kết luận
Phương pháp này đã xuất hiện trên thế giới trong nửa thế kỷ qua, nó ra đời đã đáp
ứng được những yêu cầu về sự phát triển của sản phẩm trong thời đại hiện nay.khi nhu
cầu về các vật liệu cứng, lâu mòn và siêu cứng sử dụng cho các tuabin máy điện, động
cơ máy bay, dụng cụ, khuôn mẫu…không ngừng tăng lên mà việc gia công những vật
liệu đó bằng phương pháp cắt gọn thông thường là vô cùng khó khăn, đôi khi là không
thể thực hiện được.

11


CHƢƠNG 2 – SO SÁNH VÀ CHỌN PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ

Chƣơng 2
SO SÁNH VÀ CHỌN PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1.

Lựa chọn phƣơng án thiết kế kết cấu di chuyển của bàn máy:

2.1.1. Phương án 1:
Bàn máy đứng yên, đầu gá dao di chuyển theo 3 trục XYZ.

Hình 2.1.1: phương án 1.

Đặc điểm của phương án này là phôi được giữ cố định trên bàn máy, đầu gá dao sẽ
tự nội suy theo các trục XYZ để thực hiện gia công trên phôi.
+ Ưu điểm:
-

Do phôi được gá chặt trên thân máy đứng yên nên có thể chịu được lực gia

công lớn.
-

Diện tích vùng gia công lớn.

+ Nhược điểm:
12


CHƢƠNG 2 – SO SÁNH VÀ CHỌN PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ

-

Do bộ phận gá dao di chuyển trên các sống trượt nên độ cứng vững không cao,

không chịu được các lực gia công quá lớn.
-

Cơ cấu này thường được sữ dụng trong các máy phay, máy khắc các loại vật

liệu mềm như gỗ, mica, nhựa…
2.1.2. Phương án 2:
Bàn máy di chuyển theo trục Y, đầu gá dao di chuyển theo trục XZ.

Hình 2.1.2: phương án 2.

Phương án này có kết cấu tương tự như phương án đầu gá dao di chuyển theo các

phương XYZ nhưng khung gá dao được cố định theo phương Y, bàn máy sẽ thực hiện
chuyển động theo trục Y.
+ Ưu điểm:
13


CHƢƠNG 2 – SO SÁNH VÀ CHỌN PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ

Do bộ phận gá dao được bắt cố định trên thân máy nên độ cứng vững cao hơn so
với việc bộ phận gá dao được bắt trên giá trượt.
+ Nhược điểm:
Do bộ phận gá dao được chuyển động theo phương YZ nên khả năng chịu lực cũng
tương đối thấp, độ cứng vững của kết cấu không cao.
Bàn máy di chuyển theo trục X nên diện tích gia công bị giới hạn. Nếu muốn tang
thêm diện tích gia công thì cần phải tăng thêm chiều dài cho trục X, khi đó kích thước
của máy lớn. Tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể mà ta chọn chiều dài trục X phù hợp với
kết cấu, kích thước toàn máy.
Mô hình này thường được sữ dụng cho các máy phay, máy khắc các vậy liệu mềm,
có lực gia công tướng đối nhỏ.
2.1.3. Phương án 3:
Bàn máy di chuyển theo phương XY, bộ phận gá dao di chuyển theo phương Z.

Hình 2.1.3: phương án 3.

Đặc điểm của cơ cấu này là bàn máy sẽ di chuyển theo 2 trục XY, bộ phận gá dao
sẽ được cố định với thân máy và chỉ thực hiện chuyển động tịnh tiến lên xuống theo
phương Z.
+ Ưu điểm:
14

CHƢƠNG 2 – SO SÁNH VÀ CHỌN PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ

-

Do bộ phận gá dao được nối cứng với thân máy, chỉ thực hiện chuyển động tính

tiến lên xuống nên khả năng chịu lực cao, độ cứng vững tốt hơn so với 2 phương án
trên.
-

Bàn máy được trượt trên các bạc trượt hoặc rãnh mang cá, thường không phải

chịu momen lật như 2 phương án trên nên độ bền của sống trượt tăng và khả năng chịu
lực tương đối tốt.
+ Nhược điểm:
-

Do bàn máy thực hiện chuyển động theo phương XY nên diện tích gia công bị

giới hạn, chỉ phù hợp với các máy có yêu cầu thiết kế để gia công các chi tiết nhỏ.
-

Khó chế tạo bàn máy chuyển động hơn 2 phương án trên.

Do độ cứng vững tương đối cao, khả năng chịu lực gia công lớn nên phương án
này thường được sữ dụng trong các máy phay, máy khoan kim loại.
2.1.4. Kết luận:
Nhằm đảm bảo độ cứng vững cho đầu gá dao cũng như bàn máy nhằm hạn chế các
sự cố có thể xảy ra trong quá trình gia công như không đảm bảo độ chính xác do sự sai

lệch vị trí của bàn máy…Để đảm bảo các yêu cầu đặt ra ban đầu, em chọn phương án
thiết kế cho bàn máy di chuyển theo phương XY, đầu gá dao di chuyển theo phương Z.
2.2.

Lựa chọn phƣơng án thiết kế truyền động trục Z:

2.2.1. Cơ cấu bánh răng – thanh răng:
Cơ cấu bánh răng – thanh răng thường dùng để thực hiện các chuyển động thẳng có
vận tốc lớn (với bánh răng bằng kim loại vận tốc đạt được có thể lên đến 80m/s).

Hình 2.2.1: Cơ cấu truyền động bánh răng – thanh răng.

15


CHƢƠNG 2 – SO SÁNH VÀ CHỌN PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ

+ Ưu điểm:
-

Hiệu suất truyền động cao, có thể truyền công suất lớn.

-

Tốc độ đạt được của thanh răng cao.

-

Số chi tiết của cơ cấu ít và tương đối dễ chế tạo.

+ Nhược điểm:
-

Vận tốc chuyển động không đều do có khe hở khi răng ăn khớp.

-

Khó gia công chính xác.

-

Không chính xác khi sữ dụng với vận tốc nhỏ.

-

Khi đảo chiều gây tiếng ồn và có va đập => truyền động không êm.

2.2.2. Cơ cấu vit me – đai ốc thường:

Hình 2.2.2: Trục vit me – đai ốc thường.

+ Ưu điểm:
-

Độ chính xác truyền động cao (~ 0.001 mm).

-

Tỉ số truyền giảm tốc lớn.

-

Truyền động êm, có khả năng tự hãm và truyền lực lớn.

-

Dễ chế tạo các loại vit me ngắn và độ chính xác vừa phải.

-

Có thể truyền động nhanh hay chậm tùy thuộc vào bước ren và số vòng quay

của trục vit me.
+ Nhược điểm:
-

Có hiệu suất truyền động thấp.

-

Khó chế tạo các trục vit me dài và có độ chính xác cao.

2.2.3. Cơ cấu Vit me – Đai ốc bi :
16


CHƢƠNG 2 – SO SÁNH VÀ CHỌN PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ

Hình 2.2.3:Trục vít me – đai ốc bi.

+ Ưu điểm :
-

Có các ưu điểm của Vit me – đai ốc thường.

-

Giảm được ma sát trượt từ đó giảm được độ mòn của vit me.

-

Hiệu suất truyền động cao.

-

Đảm bảo chuyển động ổn định ở những vận tốc nhỏ.

-

Giảm thiểu biến dạng nhiệt, làm tăng độ cứng vững của cơ cấu.

+ Nhược điểm :
-

Khó chế tạo hơn so với cơ cấu vit me – đai ốc thường.

-

Giá thành cao.

2.2.4. Kết luận:
Sau khi phân tích, so sánh các ưu nhược điểm của các phương án truyền động tịnh
tiến trục Z khác nhau ta chọn phương án sử dụng trục vit me – đai ốc bi nối gián tiếp
với động cơ thông qua bộ truyền đai.
Với những đặc điểm nổi bật của trục vit me – đai ốc bi, em lựa chọn cơ cấu truyền
dẫn này cho việc truyền động cho các trục XY.
2.3.

Lựa chọn phƣơng án thiết kế hệ thống dẫn hƣớng:

2.3.1. Vai trò của hệ thống dẫn hướng:

17