Tài liệu Luận văn tốt nghiêp "Tìm hiểu về máy cắt CNC" pdf

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Đề tài: Tìm hiểu về công nghệ CNC











Báo cáo thực tập GVHD:Đỗ Duy Phú


SVTH: Lương Phát Ngọc Lớp: Điện 1_K1
1

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU…..……………………………………………………………………..1
PHẦN A : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SODICK……………………………2
PHẦN B : NỘI DUNG BÁO CÁO THỰC TẬP
PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ EDM…………………..….….....5
1.1.Nguyên lý gia công tia lửa điện ( EDM)…………………………….5
1.1.1. Gia công tia lửa điện dùng điện cực định hình………………… 6
1.1.2. Gia công tia lửa điện bằng cắt dây……………………………... 6
1.2. Bản chất vật lý……………………………………………… ……...7
1.3.Các thông số công nghệ của EDM…………………………...….......9
1.3.1. Đặc tính về điện của sự phóng tia lửa điện…………………......9
1.3.2. Các thông số điều chỉnh…………………………………….......9
1.4.Gia công EDM có thể được phân loại như sau………………..…...12
1.5.Các trục căn bản của máy EDM……………………………...…….13

PHẦN 2:TÌM HIỂU VỀ MÁY CẮT XUNG( DIE SINKING EDM)…..14
PHẦN 3: MÁY CẮT DÂY EDM( WIRE CUT EDM)………………...21
PHẦN 4: BỘ ĐIỀU KHIỂN CHÍNH TRONG MÁY CẮT EDM………34
4.1.Hệ thống servo AC………………………………………………...34
4.2.Một số hệ thống mạch trong máy EDM…………………………...39
Báo cáo thực tập GVHD:Đỗ Duy Phú


SVTH: Lương Phát Ngọc Lớp: Điện 1_K1
2

LỜI NÓI ĐẦU

Trong quá trình học tập trong các trường đại học, sự kết hợp giữa lý

thuyết và thực hành luôn được nhà trường và sinh viên đặt lên hàng đầu. Vì
vậy thực tập tốt nghiệp là một trong những phần rất quan trọng giúp sinh
viên năm cuối hoàn thiện kiến thức, là bước chuẩn bị tốt nhất cho sinh viên
trước khi ra trường. Thực tập tốt nghiệp giúp cho sinh viên kĩ thuật tiếp cận
được rõ nhất với thực tế sản xuất tại các nhà máy, xí nghiệp, được tìm hiểu
và tiếp xúc trực tiếp với máy móc thiết bị đã được học trên lý thuyết. Ngoài
ra trong quá trình thực tập sinh viên còn có cơ hội nắm bắt được công việc,
phương thức làm việc để có những chuẩn bị tốt nhất và không bị bỡ ngỡ
trước khi tốt nghiệp ra trường.
Trong quá trình thực tập tại công ty VPĐD Sodick, tuy chỉ có một
khoảng thời gian ngắn nhưng với sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo hướng
dẫn thực tập ĐỖ DUY PHÚ cùng các anh chị em trong công ty đã giúp em
hiểu hơn về công nghệ CNC, đặc biệt là các máy cắt xung EDM.
Do thời gian thực tập có hạn cộng với sự hiểu biết còn hạn chế, bài viết
không thể tránh khỏi những sai sót. Kính mong thầy cô, cùng các bạn giúp
đỡ và chỉ bảo .
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 12 tháng 4 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Lương Phát Ngọc



Báo cáo thực tập GVHD:Đỗ Duy Phú


SVTH: Lương Phát Ngọc Lớp: Điện 1_K1
3

PHẦN A

LỜI GIỚI THIỆU
Sodick Co., Ltd là một tập đoàn sản xuất máy EDM (máy tia lửa điện)
hàng đầu Nhật Bản chiếm 49% thị phần máy EDM tại thị trường Nhật với
mạng lưới trên khắp thế giới từ Bắc&Nam Mỹ, Châu Âu đến châu Á Thái
Bình Dương với 4 nhà máy sản xuất chính (1 nhà máy tại Nhật Bản (Fukui),
2 nhà máy tại Trung Quốc(Shuzhou và Amoy) và một nhà máy tại Bangkok
Thái Lan). Trong đó Công ty Sodick(Thailand) Co., Ltd. tại Thái Lan là một
công ty trực thuộc phụ trách kinh doanh, phân phối thiết bị cho 3 nước Thái
Lan, Ấn Độ, Việt Nam. VPĐD Sodick (Thailand) Co., Ltd có địa chỉ tại
P503 CT1 Toà nhà Vimeco, Khu đô thị Nam Trung Yên, Quận Cầu Giấy,
Hà Nội.
Sản phẩm chính của Sodick là các máy CNC trong lĩnh vực chế tạo khuôn
mẫu như: Máy xung, máy cắt dây, máy khoan lỗ, trung tâm gia công, máy
đánh bóng, máy ép nhựa, máy Nano. Đây là những dòng máy cao cấp cho
những sản phẩm có độ bóng cao đồng thời có độ chính xác cỡ µm và nm.
Trên thị trường Việt Nam có rất nhiều khách hàng lớn đã và đang sử dụng
thiết bị của Sodick như : Canon, Toho, Brother, Vietnam Auto Part, Iritani,
Nissei, Muto Technology, Hokuyo Precision..v..v..v.. và rất nhiều doanh
nghiệp Việt Nam khác như Viện Công Nghệ Bộ Quốc Phòng, Công ty
HTMP, Công ty Tân Hòa..v..v.v.v.
Như một nhà tiên phong EDM, Sodick đã liên tục tiến hành những nghiên
cứu và phát triển và đã có kết quả trong các máy với các tính năng tinh vi và
độc đáo tạo nên kết quả chính xác và hiệu suất sử dụng cao.


Báo cáo thực tập GVHD:Đỗ Duy Phú


SVTH: Lương Phát Ngọc Lớp: Điện 1_K1
4

Một số địa chỉ wed của Sodick:







Báo cáo thực tập GVHD:Đỗ Duy Phú


SVTH: Lương Phát Ngọc Lớp: Điện 1_K1
5

PHẦN B: NỘI DUNG BÁO CÁO THỰC TẬP
PHẦN I
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ EDM

Trong nửa đầu thế kỷ 20, nhu cầu về các vật liệu lâu mòn tăng lên không
ngừng ở các nước công nghiệp phát triển. Nhưng vấn đề là gia công những
vật liệu đó bằng công nghệ thông thường thì rất khó khăn, nhiều khi không
thực hiện được. Sự xuất hiện của các máy CNC EDM (Electrical Discharge
Machining) đã nhanh chóng thay đổi việc sản xuất công nghiệp. Các đường
cong được thực hiện dễ dàng như đường thẳng, các cấu trúc phức tạp 3 chiều
cũng dễ dàng thực hiện, và một lượng lớn các thao tác do con người thực
hiện được giảm thiểu.
1.1.Nguyên lý gia công tia lửa điện ( EDM)

Báo cáo thực tập GVHD:Đỗ Duy Phú


SVTH: Lương Phát Ngọc Lớp: Điện 1_K1
6


Về nguyên lý gia công thì đây là hiệu quả ăn mòn vật liệu gây ra bởi sự
phóng điện. Khi các tia lửa điện được phóng ra, vật liệu trên bề mặt phôi bị
hớt đi bởi một quá trình điện-nhiệt thông qua sự nóng chảy và bốc hơi kim
loại - đó là quá trình gia công bằng tia lửa điện gọi tắt là gia công EDM
(Electrical Discharge Machining).
Cho đến nay quá trình EDM đã được phát triển khá rộng rãi ở các nước phát
triển. Nhiều gam máy hoạt động trong lĩnh vực EDM đã được sản xuất với
nhiều kiểu khác nhau để phục vụ những mục đích khác nhau. Nó đưa quy về
2 dạng sau:

1.1.1. Gia công tia lửa điện dùng điện
cực định hình
Gọi tắt là phương pháp“xung định hình”.
Điện cực là một hình không gian bất kì, nó sẽ
in hình của mình lên phôi tạo ra lòng khuôn thường dùng để tạo hình những
chi tiết đục lỗ nhưng không thông.



Báo cáo thực tập GVHD:Đỗ Duy Phú

SVTH: Lương Phát Ngọc Lớp: Điện 1_K1
7


1.1.2. Gia công tia lửa điện bằng cắt dây
Cắt dây tia lửa điện là một hình thức đặc biệt của gia công tia lửa điện. Điểm
khác nhau cơ bản giữa cắt dây tia lửa điện và xung điện (gia công bằng điện
cực thỏi) là thay vì sử dụng những điện cực thỏi có hình dạng phức tạp thì
trong WEDM điện cực là một sợi dây có đường kính từ 0,1 – 0,3mm. Dây
này được cuốn liên tục và chạy theo một biên dạng cho trước, cắt được bề
mặt 2D và3D phức tạp.


Trong quá trình gia công, dụng cụ và chi tiết là hai điện cực, trong đó dụng
cụ là catốt, chi tiết là anốt của một nguồn điện một chiều có tần số 50 –
500kHz, điện áp 50 – 300V và cường độ dòng điện 0,1 – 500A. Hai điện cực
này được đặt trong dung dịch cách điện được gọi là chất điện môi.
Khi cho hai điện cực tiến lại gần nhau thì giữa chúng có điện trường. Khi
điện áp tăng lên thì từ bề mặt cực âm có các điện tử phóng ra, tiếp tục tăng
điện áp thì chất điện môi giữa hai điện cực bị ion hóa làm cho chúng trở nên
dẫn điện, làm xuất hiện tia lửa điện giữa hai điện cực.
Báo cáo thực tập GVHD:Đỗ Duy Phú


SVTH: Lương Phát Ngọc Lớp: Điện 1_K1
8

Nhiệt độ ở vùng có tia lửa điện lên rất cao, có thể đạt đến 12.0000C, làm
nóng chảy, đốt cháy phần kim loại trên cực dương. Trong quá trình phóng
điện, xuất hiện sự ion hóa cực mạnh và tạo nên áp lực va đập rất lớn, đẩy

phoi ra khỏi vùng gia công.
Toàn bộ quá trình trên xảy ra trong thời gian rất ngắn từ 10-4 đến 10-7s. Sau
đó mạch trở lại trạng thái ban đầu và khi điện áp của tụ được nâng lên đến
mức đủ để phóng điện thì quá trình trên lại diễn ra ở điểm có khoảng cách
gần nhất.
Phoi của quá trình gia công là những giọt kim loại bị tách khỏi các điện cực
và đông đặc lại thành những hạt nhỏ hình cầu và bị đẩy ra khỏi vùng gia
công bằng luồng dung môi có áp suất cao. Khi các hạt này bị đẩy ra khỏi
vùng gia công, khe hở giữa hai điện cực lớn ra và sự phóng điện không còn
nữa. Để tiếp tục gia công cần di chuyển hai điện cực lại gần nhau và quá
trình lặp lại liên tục. Gia công bằng tia lửa điện, EDM (Electrical Discharge
Machining) là một quá trình tách kim loại bằng một tia lửa điện trong thời
gian rất ngắn với cường độ dòng điện lớn giữa dụng cụ cắt và chi tiết.Quá
trình EDM có thể so sánh với một phần thu nhỏ của một tia sét va vào một
bề mặt tạo nên vùng tập trung nhiệt lớn làm nóng chảy bề mặt gia công.
1.2. Bản chất vật lý
• Đặt một điện áp giữa điện cực và phôi.- Không gian giữa điện
cực và phôi phải được điền đầy bởi một chất điện môi.- Cho 2
điện cực tiến lại gần nhau, đến một khoảng cách ( nào đó thì
xảy ra sự phóng tia lửa điện, xuất hiện một dòng điện tức thời.
• Nếu 2 điện cực chạm nhau thì sẽ không có tia lửa điện mà sẽ
sảy ra ngắn mạch có hại cho quá trình gia công.- Nếu khe hở
quá lớn thì sẽ không thể xảy ra sự phóng tia lửa điện điều đó
Báo cáo thực tập GVHD:Đỗ Duy Phú


SVTH: Lương Phát Ngọc Lớp: Điện 1_K1
9

làm giảm năng suất gia công.- Để có thể làm phát sinh tia lửa

điện, một điều không thể thiếu được là một thời gian ngắn sau
khi đã có dòng điện chạy qua 2 điện cực thì phải ngừng cung
cấp năng lượng. Đơn giản người ta dùng bộ phát xung RC như
trên để cung cấp xung răng cưa.

1.3. Các thông số công nghệ của EDM.
1.3.1. Đặc tính về điện của sự phóng tia lửa điện.
Các đặc tính về điện được nhận ra dựa vào các đặc tính thời gian của sự
phóng tia lửa điện. Các đặc tính này chính là các thông số điều chỉnh quan
trọng nhất của quá trình gia công.
Mỗi máy phát của thiết bị gia công tia lửa điện đều có một nhiệm vụ là cung
cấp năng lượng làm việc cần thiết. Máy phát xung hiện đại của một thiết bị
gia công tia lửa điện là một máy phát xung tĩnh. ở đây năng lượng được điều
khiển bằng điện tử nhưng không có yếu tố bù. Nguyên lý tác dụng của máy
phát xung tĩnh thực hiện trước hết thông qua sự phát triển của Transistor
mạnh và các sản phẩm điện tử hiện đại. Máy phát xung tĩnh có ưu việt lớn ở
độ linh hoạt của các thông số điều chỉnh. Qua đó mỗi trường hợp gia công
có thể được giải quyết dưới quan điểm là điện cực ít mòn nhất và chất lượng
bề mặt là tối ưu. muốn vậy các thông số của quá trình gia công phải được
điều chỉnh cho phù hợp.
1.3.2. Các thông số điều chỉnh.
• Điện áp đánh lửa Ui: đây là điện áp cần thiết để dẫn tới sự
phóng tia lửa điện. Nó cung cấp cho điện cực và phôi khi máy
phát được đóng điện, gây ra sự phóng tia lửa điện để đốt cháy
Báo cáo thực tập GVHD:Đỗ Duy Phú


SVTH: Lương Phát Ngọc Lớp: Điện 1_K1
10

vật liệu. Điện áp đánh lửa Ui càng lớn thì phóng điện càng nhanh
và cho phép khe hở phóng điện càng lớn.
• Thời gian trễ đánh lửa td : đó là thời gian giữa lúc đóng điện
máy phát và lúc xảy ra phóng tia lửa điện. Khi đóng điện máy
phát lúc đầu chưa xảy ra điều gì. Điện áp duy trì ở giá trị của
điện áp đánh lửa Ui, dòng điện bằng 0. Sau một thời gian trễ td
mới xảy ra sự phóng tia lửa điện. Dòng điện từ 0 vọt lên Ie.
• Điện áp phóng tia lửa điện Ue: khi bắt đầu phóng tia lửa điện
thì điện áp tụt xuống từ Ui đến Ue. đây là điện áp trung bình
trong suốt thời gian phóng tia lửa điện. Ue là một hằng số vật lý
phụ thuộc vào cặp vật liệu điện cực/phôi. Ue không điều chỉnh
được.
• Dòng phóng tia lửa điện Ie: là giá trị trung bình của dòng điện
từ khi bắt đầu phóng tia lửa điện đến khi ngắt điện. Khi bắt đầu
phóng tia lửa điện dòng điện tăng lên từ 0 đến giá trị Ie, kèm
theo sự đốt cháy. Ie ảnh hưởng lớn nhất đến lượng hớt vật liệu,
độ mòn điện cực và chất lượng bề mặt gia công. Nhìn chung Ie
càng lớn thì lượng hớt vật liệu càng lớn, độ nhám bề mặt càng
lớn nhưng độ mòn điện cực giảm.*Dòng điện và diện tích bề mặt
bị ăn mòn: Mật độ dòng điện (A/mm2) sẽ sinh ra lượng nhiệt lớn
làm quá nhiệt điện cực và gây mòn điện cực nhanh hơn. Do vậy
để gia công một vùng nhỏ cần chọn dòng điện nhỏ và ngược lại.
Như vậy, khi gia công chỉ có một điện cực hay có nhiều điện cực
để thay thế thì phải chú ý lựa chọn dòng điện cho phù hợp sao
cho nó cho phép đạt được lượng hớt vật liệu lớn nhất có thể đạt
Báo cáo thực tập GVHD:Đỗ Duy Phú


SVTH: Lương Phát Ngọc Lớp: Điện 1_K1
11

được trong khi vẫn duy trì độ nhẵn bóng và độ mòn điện cực
trong giới hạn yêu cầu.
• Độ kéo dài xung ti: là khoảng thời gian giữa hai lần đóng ngắt
của máy phát trong cùng một chu kỳ phóng tia lửa điện. Nó bằng
thời gian trễ (td) và thời gian phóng tia lửa điện ie: ti = td + te.
Độ kéo dài xung ti ảnh hưởng đến nhiều yếu tố quan trọng có liên quan trực
tiếp đến chất lượng và năng suất gia công.Các yếu tố bị ảnh hưởng:- ti ảnh
hưởng lớn đến lượng hớt vật liệu: thực nghiệm cho thấy khi giữ nguyên
dòng điện Ie và khoảng cách xung to, nếu tăng ti thì ban đầu Vw tăng nhưng
chỉ tăng đến giá trị cực đại ở ti nhất định nào đó sau đó Vw giảm đi, nếu vẫn
tiếp tục tăng ti thì năng lượng phóng điện không còn được sử dụng thêm nữa
để hớt vật liệu phôi mà nó lại làm tăng nhiệt độ của các điện cực và dung
dịch điện môi.
• Khoảng cách xung to: là thời gian giữa hai lần ngắt-đóng của
máy phát xung thuộc 2 chu kỳ phóng điện kế tiếp nhau, to còn
được gọi là độ kéo dài nghỉ của xung.Cùng với tỉ lệ ti/to, to có
ảnh hưởng rất lớn đến lượng hớt vật liệu. Khoảng cách to càng
lớn thì lượng hớt vật liệu Vw càng nhỏ và ngược lại.Phải giữ to
nhỏ như có thể được để nó có thể đạt một lượng hớt vật liệu tối
đa. Nhưng khoảng cách xung to phải đủ lớn để có đủ thời gian
thôi iôn hoá chất điện môi trong khe hở phóng điện. Nhờ đó sẽ
tránh được lỗi của quá trình như tạo hồ quang hoặc dòng ngắn
mạch. Cũng như trong thời gian của khoảng cách xung dòng
chảy sẽ đẩy các vật liệu đã bị ăn mòn ra khỏi khe hở phóng
điện.Do vậy, tuỳ thuộc vào kiểu máy và trường hợp gia công cụ
thể mà lựa chọn to, ti phù hợp thông qua tỉ số ti/to :
Báo cáo thực tập GVHD:Đỗ Duy Phú

SVTH: Lương Phát Ngọc Lớp: Điện 1_K1
12

Khi gia công rất thô chọn : ti/to > 10
Khi gia công thô chọn : ti/to = 10
Khi gia công tinh chọn : ti/to = 5
Khi gia công rất tinh chọn : ti/to < 5 (thường chọn = 0,4).
Khe hở phóng điện: cho tới đây, ta đã có rất nhiều các thông số điều chỉnh
như: I, ti, to, U.... mà chúng chỉ tác động lên sự phóng ta lửa điện. Để dự
kiến được lượng hớt vật liệu từ đầu đến cuối sau một số lần phóng tia lửa
điện thì vấn đề là phải duy trì khe hở vớ một chiều rộng tối ưu. Quá trình đó
gọi là sự điều chỉnh khe hở phóngđiện. Đó là cách để đảm bảo chắc chắn
rằng điệc cực tiếp tục ăn xuống để thâm nhập vào phôi.Trên máy xung, việc
đo khe hở ( được thực nghiệm gián tiếp thông qua việc đo Ue. Ue là một đại
lượng điện chính xác khi điện cực đã tiến đủ gần đến phôi, Ue tăng thì khe
hở cũng tăng. Để duy trì một chiều rộng khe hở phóng điện là hằng số thì
tương ứng với nó là một giá trị danh nghĩa của Ue. Trong quá trình gia công,
do điện cực và phôi bị ăn mòn làm cho ( lớn lên, để điều chỉnh thì Ue được
đo liên tục và được so sánh với giá trị danh nghĩa. Thông thường trong gia
công, người vận hành máy chọn I, ti, to, Ui phù hợp với yêu cầu năng suất
và chất lượng bề mặt, lúc đó hệ điều khiển sẽ tự động điều chỉnh ( cho phù
hợp với I và Ui).
1.4. Gia công EDM có thể được phân loại như sau:
• Gia công xung định hình EDM (Die Sinking EDM hay Ram-
EDM)
• Gia công EDM bằng dây cắt (Wire-cut EDM hoặc Wire EDM)
• Gia công vi EDM (Micro EDM)
• Khoan EDM (EDM drilling)

Báo cáo thực tập GVHD:Đỗ Duy Phú

SVTH: Lương Phát Ngọc Lớp: Điện 1_K1
13

1.5. Các trục căn bản của máy EDM
Máy cắt EDM có tổng cộng 05 trục được điều khiển hệ trục tọa độ máy dựa
trên 2 tiêu chí là trục chính của máy và bàn máy.
Trục X : chuyển động (+) theo chiều tay trái
sáng tay phải
Trục Y : chuyển động (+) xa người thao tác
Trục Z: thẳng đứng, chiều (+)là hướng lên
trên
Trục U : trục // với trục X( là trục bàn máy)
chiều (+)từ trái sang phải
Trục V: trục // với trục Y( là trục bàn máy) chiều (+) xa người thao tác.






Báo cáo thực tập GVHD:Đỗ Duy Phú


SVTH: Lương Phát Ngọc Lớp: Điện 1_K1
14

PHẦN 2:
TÌM HIỂU VỀ MÁY CẮT XUNG ( DIE SINKING EDM)

Báo cáo thực tập GVHD:Đỗ Duy Phú


SVTH: Lương Phát Ngọc Lớp: Điện 1_K1
15

NGUYÊN LÍ GIA CÔNG MÁY CẮT XUNG EDM

Báo cáo thực tập GVHD:Đỗ Duy Phú


SVTH: Lương Phát Ngọc Lớp: Điện 1_K1
16


Hệ thống gia công tia lửa điện (Electrical Discharge Machining -EDM) bao
gồm có hai bộ phận chủ yếu: máy công cụ và nguồn cung cấp điện. Máy
công cụ gắn điện cực định hình (đóng vai trò là dao) và điện cực tiến tới bề
mặt chi tiết gia công sinh ra một lỗ chép hình hình dạng của dụng cụ.Chi tiết
gia công lắp trên bàn máy công cụ, còn điện cực thì gắn với đầu máy. Một
động cơ servo AC hoặc xylanh thủy lực để điều khiển điện cực theo phương
thẳng đứng và duy trì một vị trí thích hợp của điện cực so với chi tiết gia
công.
Nguồn năng lượng cung cấp sản sinh ra một tần số cao, tạo ra một loạt tia
lửa điện giữa điện cực và bề mặt chi tiết và bóc đi một lớp kim loại bởi sự ăn
mòn của nhiệt độ và sự hóa hơi.Vị trí này được điều chỉnh một cách tự động
với sự chính xác cực kỳ nhờ hệ thống servo và nguồn cung cấp. Trong quá

trình vận hành máy thông thường điện cực không bao giờ chạm bề mặt chi
tiết, giữa chúng có một khe hở phóng điện nhỏ.Cả chi tiết và điện cực đều
ngâm chìm trong dung dịch điện môi. Dung dịch này đóng vai trò như chất
cách điện để điều khiển sự phóng tia lửa điện. Trong gia công EDM chất
điện môi cũng thực hiện chức năng của môi trường làm nguội và làm giảm
Báo cáo thực tập GVHD:Đỗ Duy Phú


SVTH: Lương Phát Ngọc Lớp: Điện 1_K1
17

nhiệt độ cực kỳ cao trong khe hở phóng
điện. Quan trọng hơn, dung dịch điện
môi được bơm vào theo khe hở hình
cung để đẩy đi những hạt bị xói mòn
giữa chi tiết và điện cực.

Một số hình ảnh về đầu cực: