Báo cáo thực tập tốt nghiệp MÁY CÁT DÂY

Năm 1947 John Parsons nảy ra ý tưởng áp dụng điều khiển tự động vào quá trình chế tạo cánh quạt máy bay trực thăng ở Mỹ, trước đó việc gia công và kiểm tra biên dạng của cánh quạt phải dùng các mẫu chép hình, sử dụng dưỡng do đó rất lâu và không kinh tế. Ý định dùng bìa xuyên lỗ để doa các lỗ bằng cách cho tín hiệu để điều khiển hai bàn dao đã giúp Parson phát triển hệ thống digital của ông. Với kết quả này năm 1949 ông kí hợp đồng với USAF nhằm chế tạo một loại máy cắt theo biên dạng tự đông. Parson yêu cầu trợ giúp để sử dụng phòng thí nghiệm tự động của viện công nghệ Massachusets (M.I.T) là nơi được chính phủ Mỹ tài trợ. Sau 5 năm nghiên cứu, John Parson đã hoàn thành hệ thống điều khiển máy phay và được sử dụng đầu tiên vào năm 1954. Trong những năm 60 là thời gian chín mùi cho việc phát triển và ứng dụng các máy NC sau đó đã sản sinh ra các thế hệ máy mới CNC tiền thân của máy CNC ngày nay. Từ đó đến nay hàng loạt máy CNC ra đời và phát triển không ngừng cùng với máy tính điện tử, điện tử công nghiệp và điều khiển tự động…

MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TRUNG TÂM BK – CNC 3

1.1 Ngày thành lập 3

1.2 Các hướng nghiên cứu 3

1.3 Mặt bằng máy tại trung tâm 3

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ MÁY GIA CÔNG SỐ CNC 7

2.1 Lịch sử phát triển máy CNC 7

2.2 Hệ thống tọa độ 7

2.3 Một số loại máy CNC thông dụng 8

CHƯƠNG 3 MÁY CẮT DÂY VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 11

CHƯƠNG 4 TRÌNH TỰ GIA CÔNG CHI TIẾT TRÊN MÁY CẮT DÂY 17

4.1 Các thao tác và điều chỉnh máy 17

4.1.1 Công tác chuẩn bị 17

4.1.2 Điều chỉnh giá dây và bánh dẫn, bàn thao tác 17

4.1.3 Gá đặt 17

4.2 Quy trình gia công cắt dây 18

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN 22

5.1 Ưu điểm và nhược điểm phương pháp gia công trên máy cắt dây 22

5.2 Phạm vi ứng dụng gia công trên máy cắt dây 22

TÀI LIỆU THAM KHẢO 23

Tìm hiểu máy CNC và nguyên lý làm việc máy cắt dây

Trong thời gian thực tập tại trung tâm BK – CNC, em đã được tìm hiểu vềthiết kế, gia công, trực tiếp vận hành các máy CNC và gia công một số sảnphẩm Sau thời gian thực tập chúng em học và củng cố và bổ sung kiến thức

và bước đầu có kĩ năng sử dụng máy phay CNC 3 trục

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trung tâm BK –CNC đã tạo điều kiện cũng như giúp đỡ chúng em rất nhiều trong quá trìnhthực tập tại trung tâm Em xin cảm ơn các thầy trong bộ môn Cơ Sở Thiết KếMáy và Robot đã tạo cơ hội cho nhóm chúng em thực tập tại trung tâm, đặcbiệt em xin cảm ơn thầy TS.Phạm Hồng Phúc đã chỉ dẫn tận tình và giúp đỡnhóm chúng em hoàn thành đợt thực tập

Hà Nội, tháng 5 năm 2013

Nhóm sinh viên

2

GIỚI THIỆU TRUNG TÂM BK – CNC

 Nghiên cứu về phay cao tốc

 Xây dựng mô hình thiết bị tạo mẫu nhanh

 Động lực học và điều khiển các trung tâm gia công phay CNC 5 trục, CNC

5 trục ảo, CNC nhiều trục kiểu lai giữa động học hở và kín

 Sai số gia công, tối ưu chế độ cắt

 Nghiên cứu bản chất quá trình mài Đo Topography của bề mặt đá mài

1.3 Mặt bằng máy tại trung tâm

Tìm hiểu máy CNC và nguyên lý làm việc máy cắt dây

4

Hình 1 Trung tâm phay Mikron UCP 600

b) Máy tiện CNC

Máy tiện CNC turn 55

Thông số công nghệ của máy

Hình 2 Máy tiện CNC turn 55

Bảng 2 Thông số máy tiện CNC Turn 55

Tìm hiểu máy CNC và nguyên lý làm việc máy cắt dây

Một số máy khác :

6

Hình 3 Trung tâm gia công tiện max turn65

Hình 4 Trung tâm gia công phay mill 155

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ MÁY GIA CÔNG SỐ CNC

2.1 Lịch sử phát triển máy CNC

Năm 1947 John Parsons nảy ra ý tưởng áp dụng điều khiển tự độngvào quá trình chế tạo cánh quạt máy bay trực thăng ở Mỹ, trước đó việcgia công và kiểm tra biên dạng của cánh quạt phải dùng các mẫu chéphình, sử dụng dưỡng do đó rất lâu và không kinh tế Ý định dùng bìaxuyên lỗ để doa các lỗ bằng cách cho tín hiệu để điều khiển hai bàn dao

đã giúp Parson phát triển hệ thống digital của ông

Với kết quả này năm 1949 ông kí hợp đồng với USAF nhằm chế tạomột loại máy cắt theo biên dạng tự đông Parson yêu cầu trợ giúp để sửdụng phòng thí nghiệm tự động của viện công nghệ Massachusets(M.I.T) là nơi được chính phủ Mỹ tài trợ Sau 5 năm nghiên cứu, JohnParson đã hoàn thành hệ thống điều khiển máy phay và được sử dụngđầu tiên vào năm 1954 Trong những năm 60 là thời gian chín mùi choviệc phát triển và ứng dụng các máy NC sau đó đã sản sinh ra các thế

hệ máy mới CNC tiền thân của máy CNC ngày nay Từ đó đến nayhàng loạt máy CNC ra đời và phát triển không ngừng cùng với máytính điện tử, điện tử công nghiệp và điều khiển tự động…

2.2 Hệ thống tọa độ

Hệ thống tọa độ được xác định theo quy tắc bàn tay phải Trục z nằmsong song với trục chính hoặc chính là đường tâm trục chính đó Chiềudương hướng từ chi tiết đến dao cắt Theo tiêu chuẩn DIN Trục z nằmsong song với trục chính hoặc chính là đường tâm trục chính đó Chiều

Tìm hiểu máy CNC và nguyên lý làm việc máy cắt dây

dương hướng từ chi tiết đến dao cắt Trục x là trục tọa độ nằm trên mặtđịnh vị hay song song với bề mặt kẹp chi tiết, thường ưu tiên theophương nằm ngang.Trục y được chọn sao cho hệ tọa độ xyz là tam diệnthuận.Các trục phụ điều khiển độc lập khác ta dùng kí hiệu U(// X), V(//Y) và W(// Z) Các trục song song khác ( so với tọa độ chính) nhận các

ký hiệu tiếp theo là P (// X), Q(// Y) và R (// Z)

2.3 Một số loại máy CNC thông dụng

a) Máy phay

Máy phay CNC là máy công cụ, số trục tiêu chuẩn trên máy phay là

3 và đó là các trục X, Y, Z ngoài ra với các máy hiện đại có thể cóthêm các trục A, B, C Chi tiết gia công được lắp trên máy phaythường cố định trên bàn máy và bàn máy di động trong quá trình giacông Trục chính mang dao có thể dịch chuyển lên xuống Trung tâmgia công CNC được sử dụng phổ biến hơn, hiệu quả hơn so với máykhoan và máy phay do chúng có tính kinh hoạt cao Ưu thế chính củatrung tâm gia công CNC đối với người dùng là khả năng chia nhómcác nguyên công khác nhau và cùng một quy trình xác lập máy

Đồ gá trên máy phay gồm các loại :

U

V W

A

B C

Hình 5 Đồ gá trên trung tâm phay Mill 155

Hình 6 Dao phay ngón

Dụng cụ cắt : dao phay ngón, dao phay đầu cầu, dao phay mặt đầu, daotaro, mũi khoan…

b) Máy tiện

Máy tiện CNC là các máy công cụ có hai trục, gồm trục X và trục Z.

Ở máy tiện chi tiết quay xung quanh đường tâm trục chính của máy.Dụng cụ cắt cố định trên bàn xe dao di trượt Dụng cụ cắt chạy theobiên dạng của quỹ đạo dụng cụ cắt đã được lập trình sẵn Thiết kế máytiện hiện đại có thể là ngang hay đứng, kiểu ngang phổ biến hơn

Đồ gá trên máy tiện:

Tìm hiểu máy CNC và nguyên lý làm việc máy cắt dây

Hình 10 Cuộn dây của hãng MITSHUBISHI

c) Máy cắt dây

Máy cắt dây là một loại máy CNC dùng dùng dây điện cực làm công

cụ, điều khiển bằng hệ thống điều khiển số, theo quỹ đạo dự định sẵntiến hành cắt gia công linh kiện… Thích hợp gia công các loại khuônmẫu có độ chính xác cao, độ cứng cao, các chi tiết có hình thái phứctạp và các bản mẫu Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp như máy

đo, đồng hồ đo, điện gia dụng, cơ khí, xe ô tô, công nghiệp nhẹ

Lưỡi cắt : sử dụng dây đồng

10

Hình 9 Máy cắt dây GF Drill 11 (trái) và máy GF FI 440CC

Con lăn dẫn hướng

Lô cuốn Đường kính

dây

Nắp của cuộn đánh lửa

CHƯƠNG 3 MÁY CẮT DÂY VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC

Cắt dây tia lửa điện (WEDM) được giới thiệu vào cuối thập niên 1960.Lúc đó nó là công nghệ mang tính đột phá và độc nhất vô nhị Thời điểm

đó, mặc dù nó thể hiện được khả năng gia công các vật liệu cứng nhưng độchính xác không vượt trội Do đó, phương pháp gia công này không thu hútđược nhiều sự quan tâm Trong vài chục năm trở lại đây, công nghệWEDM đã có những sự phát triển vượt bậc Các máy WEDM ngày naycàng tinh vi hơn và càng ngày càng thể hiện được hiệu quả cao và khả năngđạt độ chính xác khi gia công

Nguyên lý gia công:

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 côngbằng điện cực thỏi ) là thay vì sử dụng những điện cực đòi hỏi hình dángphức tạp thì WEDM điện cực là một sợi dây có đường kính tự 0.1 – 0.3

mm Dây này được cuốn liên tục và chạy theo một biên dạng cho trước, cắtđược bề mặt 2D và 3D phức tạp Chuyển động của dây cắt được điều khiểntheo một đường bao nằm trong hệ tọa độ XY Thường thì bàn máy đượcđiều khiển CNC để tạo ra chuyển động theo các phương X và Y Chuyểnđộng được điều khiển này tạo thành một đường liên tục với độ chính xáckhoảng 0.001mm và chuyển động này phải được lập trình bằng các phầnmềm CAD/CAM có modul cho máy cắt dây Cũng có thể lập trình bằng taycho các ứng dụng đơn giản Dây cắt được dẫn hướng thông qua hai cơ cấudẫn hướng bằng kim cương Tùy vào đường kính của dây mà đường kínhtrong của lỗ cơ cấu dẫn hướng có giá trị phù hợp Thường nhà cung cấpkèm theo máy chính một số bộ cơ cấu dẫn hướng thích hợp cho vài loại cỡđường kính dây cắt

Tìm hiểu máy CNC và nguyên lý làm việc máy cắt dây

Giữa gia công bằng điện cực thỏi và gia công bằng dây cắt có một số khácbiệt như sau:

- Gia công bằng điện cực thỏi người ta sử dụng dầu làm chất điện môi thìtrong WEDM lại dùng nước khử khoáng

- Khi gia công bằng điện cực thỏi, sự phóng điện xảy ra giữa mặt đầu điệncực với chi tiết gia công còn khi gia công bằng dây cắt thì sự phóng điện xảy

ra giữa mặt bên dây cắt với chi tiết gia công

- Vùng phóng điện khi gia công bằng điện cực thỏi bao gồm mặt đầu và góccủa điện cực Còn vùng phóng điện khi gia công bằng dây cắt chỉ bao gồmmặt 180o của dây cực khi nó tiến đến cắt chi tiết gia công

Có hai loại máy WEDM:

Máy WEDM truyền thống

Đây là loại máy đầu tiên dùng dây cắt điều khiển bằng tay Loại này có kếtcấu đơn giản, khả năng công nghệ kém và độ chính xác kém Chất lượng khigia công trên máy này phụ thuộc vào tay nghề công nhân vận hành máy vàchỉ gia công được những dạng hình học đơn giản, không gia công được bềmặt phức tạp như bề mặt côn, bánh răng…

Máy WEDM CNC

Đây là loại EDM điều khiển chương trình số Loại này có kết cấu phức tạphơn nhiều, tuy nhiên khả năng công nghệ của nó rất cao Nó có thể gia côngđược các bề mặt có độ phức tạp cao với độ chính xác cao

Bên cạnh quá trình gia công WEDM bình thường, quá trình gia công WEDM

5 trục “thực” cũng đang dần trở nên phổ biến Gia công WEDM 5 trục “thực”

có sự khác biệt với gia công CNC 5 trục Thông thường người ta nghĩ rằngkhi nghiêng bộ dẫn dây cắt sẽ thành gia công 5 trục Trong thực tế, gia côngWEDM 5 trục “thực” phải có hệ thống bàn xoay (kiểu indexing) để làm xoaychi tiết gia công Chi tiết khi gá lên bàn xoay này có thể được xoay đồng thờitrong quá trình gia công Phổ biến hơn, các bàn xoay được dùng để phân độchi tiết gia công với gia số định trước, đặc biệt hữu dụng khi yêu cầu gia côngchi tiết với dung sai nghiêm ngặt Gia công WEDM 5 trục thường được ápdụng để chế tạo các chi tiết phức tạp trong hàng không, y học và trong kỹnghệ truyền thông Các dây cắt thường chỉ sử dụng một lần, nhưng cũng có

12

phải có các tính chất sau:

- Dẫn điện tốt

- Có nhiệt độ nóng chảy cao

- Có độ giãn dài cao

Loại dây có lớp phủ

Đồng thau đã chứng minh độ tin cậy của nó cho quá trình EDM vì nó dunghòa giữa độ bền/độ dai, độ dẫn nhiệt và khả năng cho sục chất điện môi Tuynhiên, các dây cắt không có lớp phủ vẫn còn bị hạn chế bởi một sự dung hòagiữa các tính chất Các dây cắt có lớp phủ đã được sử dụng để thêm vào một

số tính chất độc lập Các dây cắt có lớp phủ có độ bền kéo cao và độ thoátnhiệt cao trong quá trình gia công Lớp phủ có thể là kẽm, ôxyt kẽm, graphit,đồng đỏ với lõi là đồng thau… Dây cắt phủ kẽm cải thiện đáng kể khả năngcho sục chất điện môi hơn dây đồng thau không phủ Một lớp phủ graphit làmtăng đột ngột khả năng cho sục chất điện môi của molipđen bằng cách sinh racác khí CO, CO2 Graphit cũng sinh ra một tia lửa điện nóng hơn cho phépđạt năng lượng cao hơn trong khe hở phóng điện Các lớp phủ thường dày từ

5 - 10µm

Chất điện môi và cách sử dụng

Chất điện môi và sự sục rửa có các chức năng sau:

- Cách ly khe hở gia công trước khi một lượng lớn năng lượng được tích lũy

và tập trung năng lượng phóng điện vào một vùng nhỏ

- Khôi phục điều kiện khe hở mong muốn bằng cách làm lạnh khe hở và khửion hóa

Tìm hiểu máy CNC và nguyên lý làm việc máy cắt dây

- Rửa trôi phoi ra khỏi vùng gia công, làm nguội dây và làm nguội chi tiết giacông

Hầu hết các máy cắt dây EDM sử dụng chất điện môi là nước khử khoáng.Thuận lợi cơ bản của nước là chất lượng làm nguội tốt Độ tinh khiết củanước được đánh giá bằng điện trở suất Điện trở suất càng thấp thì năng suấtbóc vật liệu càng cao Tuy nhiên không nên sử dụng nước có điện trở suất quáthấp Khi thêm vào một số chất hữu cơ có thể cải thiện tốc độ cắt

Trong gia công WEDM, thường chất điện môi được đưa vào khe hở gia côngnhờ một áp cao (15 – 20bar) Dòng chảy này được phun đồng trục với dâycắt Thông thường thì kết hợp phun từ dưới lên và từ trên xuống bằng hai vòiphun

Mặc dù nước có ưu điểm là chất lượng làm nguội tốt, tốc độ cắt cao Nhưngnước có nhược điểm là ăn mòn chi tiết gia công và các cơ cấu máy Vì thếtrong một số trường hợp người ta sử dụng dầu thay cho nước vì dầu không ănmòn chi tiết gia công Với điện trở suất cao làm phát sinh dễ dàng các tia lửađiện cực nhỏ, tạo nên bề mặt chi tiết có độ bóng cao Vì thế dầu là môi trường

lý tưởng để gia công tinh chính xác với dây cực mảnh Không có ăn mòn điệnhóa và ăn mòn bề mặt trong dầu nên lượng coban trong hợp kim cứng không

bị suy giảm

Chất lượng bề mặt và độ bền lâu sau khi gia công trong dầu cao hơn nhiều sovới khi gia công trong nước Khi gia công trong dầu có thể dùng dây điện cựcrất mảnh với đường kính 0,025 – 0,03mm

Chất lượng bề mặt khi gia công WEDM

Dạng nhám bề mặt khi gia công bằng WEDM hoàn toàn khác so với cácphương pháp gia công truyền thống Trên bề mặt chi tiết được gia công bằngWEDM có nhiều chỗ lồi hình cầu và lòng chảy Người ta gọi chúng là cácđỉnh và miệng “núi lửa” Chúng thay thế cho các đường đỉnh và đáy củaprofile nhám bề mặt gia công bằng phương pháp truyền thống Giữa các chỗlồi và lòng chảo là vùng bằng phẳng chuyển tiếp, trong khi đó bề mặt đượcgia công bằng phương pháp truyền thống chỉ xuất hiện vết dao cắt thôngthường Do đó, bề mặt gia công bằng cắt dây EDM ít bị tập trung ứng suấthơn, bề mặt đa hướng chứ không theo mẫu định hướng như gia công truyềnthống

Giá trị của độ nhám bề mặt phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó có cường độdòng điện Cường độ dòng điện càng lớn thì trên bề mặt càng xuất hiện nhiềumiệng núi lửa càng lớn Để đạt được độ bóng cao thì sau khi cắt thô phải cắttinh thêm một số lần

14

khi cắt trong nước Sau đây là một ví dụ cụ thể khi cắt tungsten carbide, 1 =3mm với 4 lần cắt, dây cắt bằng tungsten có đường kính 0,03mm Độ bóngđạt được là Rmax = 0,92µm (Ra = 0,12µm) Bề mặt vết cắt nhỏ nhất sau 4 lầncắt là 48µm với độ chính xá biên dạng từ -1,5 – 1,5µm

Ứng dụng

Nói chung, WEDM có đầy đủ những ưu nhược điểm của một phương phápgia công EDM WEDM có thể gia công nhiều dạng bề mặt khác nhau với độchính xác cao như:

- Gia công các lỗ trong khuôn đột, khuôn ép kim loại…

- Gia công điện cực cho máy EDM điện cực thỏi

- Cắt các đường biên dạng phức tạp: biên dạng thân khai của bánh răng, biêndạng cam, cắt đường có biên dạng spline…

- Cắt các mặt 3 chiều đặc biệt như bề mặt bánh răng nghiêng, bề mặt cánhtuabin, các khối nón, khối xoắn ốc, khối parabol, khối elip…

Ngoài những ứng dụng của gia công EDM nói chung, WEDM còn có ứngdụng đáng chú ý là nó có thể gia công các vật liệu siêu cứng như kim cương

đa tinh thể (PCD), nitrit bo lập phương (CBN) và một số loại vật liệucomposite Mặc dù các vật liệu composite nền sợi cácbon được ứng dụngrộng rãi trong nhiều lĩnh vực như hàng không, hạt nhân, ôtô và công nghiệphóa chất nhưng chúng rất khó gia công bằng các phương pháp gia công truyềnthống do trong quá trình gia công chúng thường bị tróc, tách lớp, ba via vàtuổi thọ dụng cụ thấp

Các tiến bộ về WEDM ngày nay đã cho phép gia công các vật liệu này màkhông bị xoắn hay ba via Ngay cả vật liệu sứ cách điện cũng có thể được giacông bằng phương pháp này

Hệ thống điều khiển

Hệ thống HL hiện nay được sử dụng rộng rãi nhất điều khiển máy cắt dâyCNC, tính ổn định cao tính an toàn cao, công dụng lớn Bản HL-PCI là đầunối ISA của thẻ HL được cải tiến thành đầu nối tiên tiến hơn PCI, do đặc tínhtiên tiến của đầu nối PCI làm cho bộ phận dây tổng của thẻ HL-PCI và bộphận điều khiển máy được phân cách tốt hơn, từ đó nâng cao được tính năngchống nhiễu khô và tính ổn định của hệ thống HL.Hơn nữa, lắp đặt nối dâyđơn giản , rõ ràng, dễ sửa chữa Thẻ HL-PCI đối với thiết bị máy tính yêu