Luận văn thạc sĩ nghiên cứu Ảnh hưởng của xung công suất và cường Độ dòng Điện Đến Độ nhám bề mặt và Độ mòn tương Đối khi gia công trên máy xung Điện edm bk01 v20

Một trong các phương pháp gia công phi truyền thống đó lả gia công bằng tỉa lửa điện hay thường dược pọi là gia công KIM Electrical Discharge Machining Ngày nay các thiết bị gia công t

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG DẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGANH: MAY VA DUNG CU CONG NGHIỆP

NGIHIÊN CỨU ÂNH TƯỞNG CỦA XƯNG CÔNG SUẤT VÀ

CUGNG BO DONG DIEN DEN BO NHAM BE MAT VA DO MON TUONG DOI KIT GIA CONG TREN MAY XUNG DIEN

EDM BKO1A-V2.0

NGUYÊN ĐỨC TOÀN

TIA NOI 2006

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ DÁO TẠO

TRUONG PAI HOC BACH KHOA HA NOT

NGIHÊN CỨU ÂNIH TƯỞNG CỦA XƯNG CÔNG SUÁT VÀ CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN ĐẾN ĐỘ NHÁM BE MAT VA BO

MON TUONG BOI KHI GIA CONG TREN MAY RUNG DIEN

Trang 3

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỚNG CỬA XƯNG CÔNG SUÁT VÀ CUONG DG DONG DIEN DEX DG NHÁM BÊ MẶT VÀ DỘ

MON TUONG DOI KHI GIA CONG TREN MAY XUNG DIEN

Trang 4

1.3.2 Ưu, nhược điểm 13

1.4 Các thông số công nghệ cơ bản

1.4.1 Điện áp khởi tạo U¡ (V)

1.4.2 Điện áp phóng tia lửa điện @

1.4.3 Thời gian kéo dải xung t; (us) 1.4.4 Khoảng cách xung to (us)

1.4.5 Dòng phỏng tia lửa điện Ie (A) 1.46 Thời gian trễ đánh lửa tu (Hs)

1.4.7 Khe hở phóng điện 8 (tum)

1.4.8 Phân nhóm các thông số

1.5 Các hướng nghiên cứu trong và ngoài nước

1.5.1 Hướng nghiên cứu vê bộ điêu khiển

1.5.2 Hướng nghiên cứu về dung dịch điện môi eitektaris225)

1.5.3 Hướng nghiên cứu về vat hig

ệu làm điện cực A5908 .24 1.5.4 Hướng nghiên cứu về tôi ưu hóa các thông số công, nghệ 25 1.5.5 Nghiên cửu những ứng dụng mới của EDM ñ

1.6 Kết luận

CHƯƠNG 2 MÔ HINH DIBU KHIEN CNC CHO MAY XUNG TIA LLỜA

ĐIEN (MODEL ĐK01A-V2) ø

2.1 Nguyên tắc thiết kế bộ điều khiểi

2.2 Các chức năng của bộ điều khiển máy xung EDM

2.2.1 So dé khối chức năng của hệ thong điều khiển

2.2.2 Phân chia các khối chức năng 28589 2.2.3 Khi phát xung công suât

224 Khối điều khiển đông cơ 2.2.5 Khối giao tiếp và hiển thị 8 2.2.6 Phần mềm trung tâm và tôi ưu hoá phân mềm an 39 2.3 Kết luận

Trang 5

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU CÁC ẢNH HƯỚNG VÀ TỎI ƯU HOÁ KHI

3.1.5 Động cơ bước (Step Motor - SM) .46

3.2 Quá trình điều khiển và tối ưu hoá trong EDM 56

3.2.2 Các tham số trong EDM 56

3.2.3 Tối ưu hoá trong gia công EDM : 59

3.3.1 Các vẫn đê về tin hiệu phân hôi "— —

4.3 Xây dựng các bộ thông s số thực nghiệm 75

4.3.1 Thực nghiệm ảnh hướng tị, I‹ tới độ nhám ê mặt Re cò 75

4.3.2 Thực nghiệm ảnh hưởng của xung ngược đến lượng mòn tương

ẢI LIỂU THAM KHẢO

PHULUG

TOM ‘TAT LUAN VAN

Trang 6

PHẦN MỞ ĐẦU

Ea _———

Cùng với sự phát triển lớn mạnh của các ngảnh khoa học vả kỹ thuật

có tác động đến hầu hết mọi lĩnh vực trong các ngành công nghiệp, ngành

công nghệ chế tạo do đỏ cũng đòi hỏi phải phát triển mạnh mẽ để đưa được

ra những sản phẩm chất lượng và có độ tỉn cậy cao

Ngoài các phương pháp gia công truyền thống thì các phương pháp gia

công phi truyền thống đóng một vai trỏ quan trọng lrong việc tạo ra các sẵn

phẩm có hình dang phức tạp, vật liệu cơ tính cao mả các phương pháp gia

công truyền thống khó hoặc không thể thực hiện được Một trong các phương

pháp gia công phi truyền thống đó lả gia công bằng tỉa lửa điện hay thường

dược pọi là gia công KIM (Electrical Discharge Machining)

Ngày nay các thiết bị gia công theo nguyên lý tia lửa điện được phát

triển theo nhiều hướng khác nhau: pia công bằng điện cực định hình, cất dây,

khoan và hiện nay có cả phay tia lửa điện Hệ thống điều khiển cũng dần được thay đổi cả về chất: đầu tiên là hệ thống đùng tụ điện đến nay là hệ

thống phát xung diéu khién bang CNC (Computer Numerical Control)

Tldu hét céc doanh nghiệp Cơ khí ở Việt Nam đêu được trang bị các

máy gia công tia lta điện Phần đóng góp của chúng trong một sản phẩm cơ

khí có thể lên đến 20%-50%

Nội dung của luận văn này là nghiên cứu về vấn đề gia công tia lửa

điện và đã có những kết quả tốt và ứng dung trong thực Lễ với nội đung chính

là "Nghiên cứu ảnh hưông của xung công suất và cường độ dòng điện đến

độ nhằm bề mặt và độ mòn tương đỗi khi gia công trên máy xung điện

EDM BK01A-V2.0'

Trang 7

tở

Luận văn gồm 4 chương Nội dung chính có thể tớm tắt như sau:

Chương 1: Nghiên cửu tổng quan về phương pháp gia công tia lửa

điện Nội dung chính là tóm tắt nguyên lý gia công EDML tìm hiểu các nghiên cứu, kết quả đã có và xu hướng phát triển ở trong nước và trên thế

giới Từ dó đưa ra phương hướng nghiên cứu của để tài

Chương 2: Trình bảy các vấn đề có liên quan đến việc thiết kế bộ điều

khiển ding cho may xung tia lửa điện Giới thiệu các môdun chỉnh Kết quả của chương này là bộ điều khiển ONC đừng cho máy gia công, định hình tia

lửa điện phục vụ cho các nghiên cứu ở sau

Chương 3: Nghiên cứu các anb hưởng và các phương pháp tối wu hoá

khi gia công trên máy xung Irong chương này trình bảy các vấn đề và giải

pháp trong quá Irình tối ưu hoá, các nghiên cửu về ảnh hưởng của các tham

số đến năng suất và chất lượng bề mặt để từ đó lựa chọn phương pháp nghiên

củu hợp lý

Chương 4: Thiết lập các dữ liệu thực nghiệm và xử lý số liệu do, dua

ra được ảnh hưởng của xung công suất và cường đô dòng điện đến độ nhám

bé mặt vả độ món tương đối phủ hợp với bộ điều khiển Từ đó rút ra các kết

luận từ luận văn, đánh giá những hạn chế và những dịnh hưởng phát triển tiếp

theo về nghiên cứu EDM

Các phụ lục quan lrọng có liên quan đến kết quả của luận văn gầm các

bảng kết quả thí nghiệm, hướng dẫn vận hành, hướng dẫn sử dụng, dược trình bày ở cuối của bản thuyết minh

Do trính độ còn hạn chế, thông tin thu thập cỏn chưa day đủ nên luận văn không thể tránh khỏi những sai sót Tác giả mong muốn được các thầy cô

và bạn đồng nghiệp gớp ý để luận văn đạt được kết quả tốt hơn và để có thể

dưa ra ứng dụng trong điều kiện thực tế

Nguyễn Đức Toàn - Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - Khoa Cơ khi - DHBK Hà nội

Trang 8

Tác giả xin gửi đến TS Hoàng Vĩnh Sinh, các thầy cô và bạn bè đồng

nghiệp trong bộ môn Gia công Vật liệu và Dụng cụ Công nghiệp - Khoa

Cơ khí trường DHBE Hà nội, toàn thể các cán bệ trong Trung tam Dao tạo và Bồi dưỡng Sau đại học trường ĐIIBK Tà nội đã tham gia đóng góp

ý kiến để bản luận văn của tôi hoàn thiện hơn

Trang 9

MỞ DẤÃU

CHƯƠNG L TONG QUA Nà

1.1 Nguyên lý gia công bing tia lita dig

1.2 Bản chất vật lý của quá trình ăn mòn xung tia a lửa điện

12.1 Giai đoạn 1- hình thành kênh dẫn điện

1.2.2 Giai đoạn 2: phóng tia lửa điện làm bốc hơi vật liệu

1.2.3 Giai đoạn 3: hoá rắn hơi vật liệu và phục hỗi

1.3 Thiết bị gia công, chỉ tiêu đánh giá và * Pham v viứng dụng

1.3.1 Thiết bị gia công : "

1.3.2 Ưu, nhược điểm

1.3.3 Chỉ tiêu dánh giá quá trình gia công RDM

1.4 Các thông số công nghệ cơ bân

1.4.1 Điện áp khởi tạo Ui (V)

1.42 Điện áp phóng tia lửa điện U; (V)

1.43 Thời gian kéo dai xung ti (us)

1.4.4 Khoảng cách xung Lạ (us)

1.4.5 Dòng phóng tia lửa điện 1: (À)

1.46 Thời gian trễ dánh lửa ta (1s)

1.4.7 Khe hở phóng điện õ (km)

1.4.8 Phân nhóm các thông số

1.5 Các hướng nghiên cứu trong và ngoài nướt

1.5.1 Hướng nghiên cứu về bộ điều khiển

1.5.2 Hướng nghiên cứu về dung dich dién môi

1.5.3 Hướng nghiên cứu về vật liệu làm diện cực

1.5.4 Hướng nghiên cứu về tôi ưu hóa các thông số công nghệ 25

1.5.5 Nghiên cứu những ứng dung mdi cia EDM

1.6 Kết luận,

ĐIỆN (MODEL, BKOIA-V2)

2.1 Nguyên tắc thiết kế bộ điều khién

2.2 Các chức năng của bộ diéu khiển máy xung “EDM

2.2.1 Sơ đồ khối chức năng của hệ thống điều khiển

2.2.2 Phân chia các khỏi chức năng

2.2.3 Khôi phát xung công suất

2.2.4 Khối điều khiển động cơ

2.2.5 Khôi giao tiếp và hiển thị

2.2.6 Phần mềm trung tâm và tối ưu hoá phần mềm

Trang 10

CHƯƠNG 3 NGHIEN CUU CAC ANH HUONG VA TOI UU HOA KHI

GIA CONG TREN MAY XUNG (MODEL BKO1A-V2)

3.1 Khảo sát bộ điều khiển mắt

3.1.1 Mô hình điều khiển máy

3.1.2 Sơ đồ nguyên lý bộ điều khiển dàng vi điều khién 89C52.42

3.1.3 Sơ đồ khối gôm các module quấn ö9i808.4

3.1.4 Hệ thống các mạch điện

3.1.5 Động cơ bước (Step Motor - SM Xa

3.2 Quá trình điều khiển và tối ưu hod trong EDM

3.2.1 Giới thiệu chung mi

3.2.2 Các tham số trong E)

3.2.3 Tối ưu hoá trong gia công EDM

3.3 Đánh giá quá trình gia công thực trong EDM

4.3 Xây dựng các bộ thông số thực nghi

4.3.1 Thực nghiệm ảnh hưởng tị, le tới độ nhám bề mặt Ra

43.2 Thực nghiệm ảnh hưởng của xung ngược đến ng mòn tương đối 79

4.4 Các kết luận, giới ¡ hạn v và À hướng phát triển c của ¡luận văn 83

4.4.3 Hướng phát triển của luận vin 1 84

TAI LIEU THAM KHAO

Trang 11

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA

CONG TIA LỬA ĐIỆN

1.1 Nguyên lý gia công tỉa lửa điện

một gợi là phôi - chỉ tiế) Chủng được nhúng ngập trong 1 dung dich

cách điện đặc biệt (goi 14 dung dịch điện ly) Diện áp này thường nằm

trong khoảng 80V đến 200V

-_ Khi đưa 2 điện cực tiến lại gần nhau, đến một khoảng cách 6 đủ nhỏ thì

xảy ra sự phóng tia lửa điện Điều này có thể giải thích là do điện trường

giữa khc hở dủ lớn (dạt khoáng 10* Vám) dẫn dến việc ién hoá dung

dich điện ly và nó trở thành dẫn điện Tia hia điện phóng qua khe hở nảy và hình thành kênh dẫn điện, nhiệt dộ lên dến khoảng 10000°C làm

bốc hơi vật liệu các điện cực Áp suất vùng này sẽ cao hơn các vùng

khác

- Nguễn diện được ngắt dột ngột lâm cho tia lửa diễn biển mắt Do sự

chênh lệch áp suất và do dung dịch lạnh từ ngoài trản vào kênh dẫn điện

gây ra tiếng nổ nhỏ và làm hoá rắn hơi vật liệu thành các hạt ô-xít kim

Nguyễn Đức Toàn - Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - Khoa Co khi - DHBK Hà nội

Trang 12

loại Sau đo, dụng dịch điện ly được khôi phục trạng thái cũ của nó:

không dẫn điện

- Nguồn điện được cung, cấp lại và tia lửa điện lại xuất hiện

Có thế thấy những điểm mấu chốt của phương pháp gia công tia lửa điện

gồm

+ Nguễn cung cấp điện áp dạng xung: thời gian ngất nguồn điện là khoảng thời gian cần thiết để dung dich điện ly có thể khôi phục lại

trạng thái không đẫn điện của nó và sẵn sảng cho xung gia công tiệp

theo Nếu thời gian nảy không có hay nhỏ quá sẽ làm dung dịch diện ly

luôn ở trạng thái dẫn điện Điều nảy làm cho tia lửa điện phát triển

thành hé quang gây hồng bê mặt chỉ tiết và dụng cụ

« Các điện cực làm bằng 2 loại vật liệu khác nhau và được nhúng ngập

sự ôn định gủa tia lửa điện

1.2 Bản chất vật lý của quá trình ăn mòn tỉa lửa diện

Các nghiên cứu được nêu ở [L2] đã cho thấy Quá trinh ăn mòn của một

xung gia công được trải qua 3 giai đoạn: giai đoạn hình thành kénh din dién,

giai đoan phóng tia lửa điện làm bốc hơi vật liêu và giai đoạn phục hỗi

1.2.1 Giai đoạn 1: hình thành kênh dẫn điện

Các đặc điểm chính của giai đoạn này là

* Giai đoạn này được xác định trong khoảng thời gian khi bắt đầu có điện

áp (cấp bởi nguồn) và kết thúc khi điện áp bắt đầu giảm

Trang 13

«+ Mô Lá hiện tượng: khi diễn trường giữa 2 diên cực tăng lên đo việc dưa

chúng đến gần nhau làm cho vận tốc của các ion và điện tử tự do (có

trong lớp dung dịch điện ly ở giữa các điện cực) tăng lên và bị hút về

phía cực trái dâu Irong quá trình di chuyển, ching va đập với các phân

tử trung hoà và làm tách ra các ion và điện tử mới Cứ như vậy, khi

khoăng cách cang nhé lam từ trường vả động năng của các ion vá diện

tử càng lớn dẫn đến hình thành một dòng chuyển dịch có hướng của ion

và điện tử tạo nên đỏng điện

«Kết quả: dung địch điện ly trở nên dẫn điện ở cuối giai đoạn này

Hinh 1.5 Sự phóng điện qua kénh dẫn điện

«Thời gian của giai đoạn nảy được tỉnh từ khi điện áp bắt đầu giảm đến

một trị sẽ xác định và giữ nguyên cho đến khi giảm về 0V (ngắt nguồn)

Trang 14

«+ Mô tá hiện tượng: dẻng điện xuất hiện trong kênh dẫn diện kèm theo sự xuất hiện tia lửa điện Tại kênh din điện, năng lượng tập trung rất lớn

{đạt cỡ 10 đến 107 W/mm?) làm cho nhiệt độ tại đó đạt tới 100009 Œ Vật liệu của các điện cực tại nơi xuất hiện tỉa lửa điện bị bếc hơi bởi nhiệt độ cao Bên cạnh đó còn có 1 lượng nhỏ vật liệu bị tách khỏi bé mặt các diện cực do su va dập của các ion và diện tử lên bề mặt của

chúng

«Giai doạn này chính là giai đoạn có ích trong cá 1 xung gia công: ăn

mén vat liệu tạo thành hình đáng chỉ tiết theo yêu cầu

1.2.3 Giai đoạn 3: hoá rắn hơi vật liệu và phục hỗi

« Thời gian ngất nguỗn điên là khoảng thời gian của giai đoan này

® Mô tả hiện tượng: nguồn xung bị ngắt đột ngột, dung dịch điện ly lạnh ở

xưng quanh tràn vào gây nên sự thay đổi áp suất đột ngột tạo nên tiếng

nỗ nhồ Hơi của vật liệu diện cực hoá rẫn do việc giảm nhiệt độ đột ngột

tạo nên các hạt ô-xít kưn loại có kích thước nhê (cỡ vải tram micro

mét) Cáo hạt ô-xít này không dẫn điện hoặc dẫn điện rất kém (tuỳ vào

vật liệu các điện cực)

Trang 15

Theo kết quả phân tích ở trên, có 02 nguyên nhân chính tạo nên sự ăn mòn

vật liệu của các điện cực:

s _ Nguyên nhân vẻ điện: do sự va chạm của các ion và điện tử (trong dung dịch điên ly) có đông năng lớn lên bề mặt của điện cực lảm tách các vật liêu ra khỏi bề mặt

nhiệt độ cao (cỡ 10000 độ C) dẫn đến việc hoá hơi các lớp vật liệu ở

mặt ngoài điện cực

Bể mặt của chỉ tiết sau khi bị ăn mòn bằng tia lửa điện có hình dạng những

hề nhỏ (giồng miêng núi lửa)

Trang 16

s Bề mặt của các điện cực luôn có những nhấp nhô (nhám) Khi đưa

chúng đến gần nhau, sẽ luôn có 1 cặp nhấp nhô đối điện có khoảng cách

nhỏ nhất (trên hình 1.6 là điểm A) Tại đó, mật độ cường độ điện trường

là lớn nhất (do khe hở lả bé nhất) dẫn đến tia lửa điện sẽ xuất hiện và ăn

mòn cặp nhấp nhô này (hình 1.7)

Hình 1.7 Cặp nhấp nhô bị ăn mỏn tạo hồ có hình dạng miệng núi lửa

trở thành cặp nhấp nhô gần nhất Tia lửa điện sẽ xuất hiện ở đó và

"miệng núi lửa" thứ 2 được tạo ra Hệ thông điều khiển có nhiệm vụ đưa

dần cặp vật liêu đến gần nhau để bù lượng vật liêu đã bị ăn mòn tại các

điểm A, B,

trên toàn bộ bề mặt đối diện nhau của cặp điện cực Kết quả sẽ được bề

mặt chỉ tiết như hình 1.5

Nguyễn Đức Toàn - Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - Khoa Cơ khi - ĐHBK Hà nội

Trang 17

1.3 Thiết bị gia công, chỉ tiêu đánh giá và phạm vi ứng dụng

1.3.1 Thiết bị gia công

Ne-controter generator

Gap: khe hở phóng điện Khe hở này cần phải được đảm bảo không đổi

trong suốt quá trình phóng tia lửa điện

Dielectric: dung dịch điện ly

Pulse generator: nguồn cung cắp điện áp công suất một chiều dạng xung

Nguyễn Đức Toàn - Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - Khoa Cơ khi - ĐHBK Hả nội

Trang 18

Với các thiết bị gia công EDM khác có cấu tạo tương tự, chỉ có l số điểm

khác nhau cơ ban đỂ phủ hợp với ứng dung thực tế của thiết bị đó

- Yêu cầu về dịch chuyển bàn máy như WEDIME

- Loại dung dịch điện ly: trong phay và xung là đầu, còn WEDM là nước

-Loai dung cụ

- Công suất thiết bị,

1.3.2 Ưu, nhược điểm

Từ nguyên lý gia công tỉa lửa điện, có thể thầy những ưu điểm vả hạn chế của phương pháp gia công này

1.3.2.1 Ưu điểm

Một trong những điểm đặo sắo nhất của quá trình gia sông bằng tia lửa

điện là không có lực cắt trong quá trình gia công Không có lực cắt đồng nghĩa với việc tính toán đồ gá, bàn máy sẽ đơn giản hơn rất nhiều, công suất

của động cơ diều khiển các trục cũng sẽ không cần lớn như trước Đỏ cũng lả

lý do vi sao các hãng chế tạo máy xung đấy mạnh nghiên cứu gia công máy phay, máy khoan tia lửa điện bởi nếu thành công, họ sẽ có thể chế tạo được

các chỉ tiết phức tạp không thua gì các phương pháp gia công truyền thống,

mà công suất có thể thấp hơn nhiều

Chất lượng chỉ tiết gia công tốt, độ chính xác kích thước và độ nhám

bề mặt không thua kém gỉ các phương pháp gia công truyền thống

Ngày cảng có nhiều đóng góp trong lĩnh vực gia công khuôn mẫu với

tổng số sản phẩm Lăng dẫn theo hàng năm

1.3.2.2 Nhược điểm

Không gia công được những chỉ tiết phức Lạp Rõ rằng nơi phôi bị ăn

mỏn, hình đáng chỉ tiết sẽ có hình dáng giống như điện cực Vi vậy, nếu cần

Trang 19

phải gia công những chỉ tiết phúc tạp, việc thiết kế điện cực sẽ trở nên khó

khăn hơn rất nhiều lần

'Tếc độ gia công chậm Sau mỗi xung, bê dày lượng kim loại bị ăn mòn chỉ khoảng vài um và chỉ giới hạn trong một điện tích nhỏ Tốc độ gia công

châm dồng nghĩa với năng suất chế tạo thấp Các nghiên cửu nhằm tăng tốc

độ gia công bằng tia lửa điện cũng là một mối quan tâm lớn của các hãng chế

tạo máy xung trên thể giới

1.3.3 Chỉ tiều đánh giá quá trình gia công EDM

Để có thể đánh giá được chất lượng quá trình gia công EDM, các nhả

nghiên cứu về gia công EDM, đã đưa ra một số các chỉ tiêu Các chỉ tiêu nay không những được áp dụng trong thiết kế và tỉnh toán thông thường mà còn

được dùng làm tiêu chí để diều khiển tự dộng quá trình gia sông trong các bộ

điều khiến CNC Cac chỉ tiêu đánh giá gồm có: Năng suất gia công, lượng

mon dién cue va chất lượng chỉ tiết pia cống,

- Nang sudt gia công (mir2jphút hay g/phút): là lượng hớt vật liệu chỉ tiết

trong I khoảng thời gian Năng suất tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện

và khoảng thời gian gia công có ích hời gian của giai doạn 2)

"Trên thực tế, một đại lượng khác tương tự năng suất thường được dùng

trong quá trình điều khiển là hiệu suất gia công Hiệu suất gia công được

Với N la số chu ky lấy mẫu Mỗi chủ kỷ gia công được tính trong

khoảng thời gian (ti i te ) (js)

Trang 20

Theo céng thức trên, hiệu suất được tinh cho một quá trinh gia công hay

một khoảng thời giăn xác dịnh Thông thường, các hệ diều khiển hiện đại như AGIE, Charmill, Mitsubishi lây N=1000

-_ Lượng mòn của dụng cụ + (g): khi gia công, bên cạnh vật liệu chỉ tiết

bi mon thi dung cụ cũng bị mòn theo BS mén nay sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước và hình đáng của chỉ tiết sau khi gia công Miột đại lượng khác cũng hay được dùng là độ mỏn tương dối V

Vy

V .100% (®)

Vy với Vv„ là lượng mòn của chỉ tiết (g) sau khi gia công Các phương pháp

điêu khiển thường có mục đích là làm giảm V và tăng Vw hay nói cách

khác lả giám V

-_ Chất lượng bề mặt: bao gồm dé chính xác hình dạng hình học, độ nhám

bể mặt Ra, Rz và chất lượng lớp bề mặt sau khi gia công (ứng suất dư

tồn tại ở lớp bề mặt, độ dày lớp vật liệu bị hư hại, độ cứng ) Chỉ tiêu

này thường dược dùng nhất để giải bài toán tỗi ưu và có ảnh hưởng trực

tiếp đến chất lượng các chỉ tiết sau khi gia công TDMI

1.4 Các thông số công nghệ cơ bán

Các thông số công nghệ ở mục nảy có tính chất tổng quát cơ bản

Trong thực tế, còn có một số thông số công nghệ khác nhằm mục dích dâm

bảo quá trình gia công được tốt (ví dụ: độ nhạy cẩm, thời gian lên xuống của

điện cực gia công theo phương pháp nhấp, )

Trang 21

Hình 1.9 Đồ thị điện áp và cường độ đồng điện

1.4.1 Điện áp đánh lửa U¡

Pay IA điện áp cần thiết dễ dẫn tới sự phóng tia lửa diện Nó cung cấp

cho điện cực và phôi khi máy phát được đóng điện, gây ra sự phóng tia lửa

điện dé đốt cháy vật liệu Điện áp đánh lửa UJ¡ cảng lớn thì phóng điện càng

nhanh và cho phép khe hớ phóng điện cảng lớn

Điện áp U¡ phụ thuộc nhiều vảo vật liệu của dung dịch điện môi vả chế

độ gia công Với các thế hệ thiết bị thế hệ cũ, điện áp này thường vào khoảng

80 — 120V, với thiết bị thế hệ mới thì lại có giá trị khoảng 150V — 250V

Diện áp cao thường dùng với gia công tỉnh vì khi đó tỉ nhỏ lên với điện áp

cao thì khoảng thởi gian ion hóa (thời gian giai đoạn 1) được rút ngắn dẫn

đến hiệu suất tăng

1.4.2 Diện áp phóng tia lira dién Ue

Khi bắt đầu phóng tia lửa điện thì điện áp tụt xuống từ U¡ đến Ue Dây

la điện áp trung bình trong suốt thời gian phỏng tỉa lửa didn Ue la mat hing

số vật lý phụ thuộc vào cặp vật liệu điện cực/phôi Ư¿ không điều chỉnh được

Ue ton tại trong suốt thời gian xảy ra giai đoạn 2 của quá trình phóng điện

Các nghiên cứu đỏ cho thấy U; của cặp đồng và thép trong khoảng 35 45

v

Neuyén Đức Toàn - Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - Khoa Cơ khi - DHBK Hà nội

Trang 22

1.4.3 Thời gian kéo dài xung l¡

t¡ được định nghĩa là khoảng thời gian cấp điện áp của một chu kỳ phóng tia lửa điện Khoảng thời gian này được tỉnh cho thời gian của giai

doạn 1 và 2 của một xung gia công HÌ)M

Độ kéo đài xung t¡ ảnh hưởng đến nhiều yếu tố quan trọng cổ liên quan

trực tiếp đến chất lượng và năng suất gia công như độ mỏn vật liệu, độ nhám

Thực nghiệm cho thấy khi giữ nguyên dòng điện I và khoảng cách xung ta,

nếu tăng tị thì ban dầu Vụ tăng nhưng chỉ tăng đến giá trị cực đại ở t¡ nhất

định nào đó sau đó Vy giảm đi

8

4 SƠN" ĐI ĐNHD đế Ilnh 1.10 Độ mồn tương đối phụ thuộc tỉ

Tếu vẫn tiếp tục tăng t¡ thi năng lượng phóng điện không còn được sử dụng thêm nữa để hớt vật liệu phôi mả nó lại làm tăng nhiệt độ của các điện uực và

dung địch diễn môi

1.4.3.2 tr và độ nhằm bê mặt: khi tăng tị thì độ nhám Tua„ cũng tăng áo Tác

dụng của đỏng điện được duy trì lâu hơn làm cho lượng hút vật liệu tăng lên

ở một vị trí => ma tăng lên

Trang 23

t 1U T58 TGI nO Te Boao tu Hình 1.11 Độ nhằm phụ thuộc ti

1.4.3.3 b và độ mòn điện cực

Đã món V¿ của diện cực sẽ giảm di khi tăng tj thậm chỉ cả sau khi đạt hượng

ăn mòn vật liêu cực đại

1.4.4 Khuảng cách xung (u

Dược đo bằng thời gian giữa hai lần ngắt-đóng của máy phát xung thuộc 2

chu ky phóng diện kế tiếp nhau (thời gian của giải đoạn 3) tạ côn dược gọi lá

trạng thải của dung dịch điển ly rong khe hở phóng điện, trành dược

hiện tượng hồ quang, ngắn mạch và đủ để đây các hạt ô-xít ra khổi khe

hở phỏng diện

13a vậy, tuỳ thuộc vào kiển máy và trường hợp gia công ơụ thể mà lựa chọn

te, t¡ phù hợp thông qua tisé tte :

+ Khi gia vồng rất thô chọn Gs > 10

Neuyén Đức Toàn - Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - Khoa Cơ khi - DHBK Hà nội

Trang 24

+ Khi gia công thê chọn ite = 1Ô + Khi gia céng tinh chon : tits =5 +10

! Khi gia công rấttinh chọn : tt; < 5 (thường chọn = 0,4)

1.4.5 Dòng phóng tia lửa diện I

Giá trị trung bình của đòng điện từ khi bắt đầu phỏng tỉa lửa điện đến khi

ngất diện Khi bắt dầu phóng tia lửa điện (kết thúc giai đoạn 1), động điện

tăng lên từ 0 đến giá trị Ie Te anh hưởng lớn nhất đến lượng hớt vật liệu, độ mòn điện cực và chất lượng bề mặt gia công Nhìn chung I cảng lớn thi lượng hớt vật liệu cảng lớn, độ nhám bề mặt cảng lớn nhưng dé mén điện cực

giảm

1.4.6 Thời gian trễ đánh lửa ta

Thời gian nay được xác định là thời gian của giai đoạn 1 Thời gian trễ

nảy phụ thuộc vào vật liêu dung dịch điện ly và điện áp L¡ Một đặc tính quan trọng của thông số này là cho biết trạng thái đang gia công Các hệ điều

khiển hiện nay sứ dụng tạ như là một thông số để kiểm tra trạng thái gi» công,

hiện nay lả tia lửa điện hay hồ quang Với trường hợp hỗ quang thé gid tri ta<500ns

Bang 1.1 Trị số của tạ và trạng thái của quá trình gia công |13]

Trang 25

1.4.7 Khe hỡ phóng điện õ

Khe hở phóng điện là khoảng cách giữa 2 điện cực mà tại đó phát sinh

tia lửa điện Khc hở này luôn được điển đầy bởi dung dịch điện ly Trong

suốt quá trình gia công, do việc mòn vật liệu mà khoảng cách này luôn có xu

thể tăng lên làm cho tia lửa điện không ổn định Để có thể đấm bảo việc tính

én dmh thì vấn đề là phải duy trì khe hớ tại một trị số xác định Quả trình dé

gọi là sự điều chỉnh khe hở phóng điện

Trong các máy gia công BDM hiện nay, việc điều chỉnh khe hở là do

bộ điều khiển làm tự động thông qua một tri sd User (goi là dign ap servo hay

còn gọi là điện áp so sánh),

1.4.8 Phân nhóm thông số

Để thuận tiện cho việc nghiên cứu về sau, các thông số công nghệ

được phân ra làm 2 nhóm: nhóm thông số dộc lập, nhóm thông số phụ thuộc

1.4.81 Nhằm thông sô độc lập

Nhóm những thông số cỏ thể xác định trước Các thông số này thường,

do người vận hành thiết lập trước khi gia công Trong quá trình gia công, một

số thông số sẽ được bộ điều khiển CNC thay đổi để có thể phủ hợp với điều

kiên gia công thực tễ Các thông số nhóm này bao pm

s© Đặc tính của vật liệu đụng cụ, chỉ tiết cần gia công và của đung dịch

diện ly

«- Đặc tính cơ bản của xung

-_ Cường độ dòng điện gia công le, thời gian kéo dài xung tị, thời

gian nghỉ ta

- Điện áp khởi tạo LD, dign ap servo User

Trang 26

-_ Cực tính giữa các điện cực (thường dụng cụ nối với cực dương

của nguồn diện, chỉ tiết - cực âm)

« Kích thước hình học của dụng cụ vả chỉ tiết

« Vận tốc và lưu lượng của dòng phun dung dịch điện ly (đùng để thôi

ôxít kim loại khỏi vùng gia công)

«Chương trình NC cho bộ diễu khiển

«© Đặc tính của thiết bị

-_ Đặc tính của bộ điều khiển động cơ servo, độ chính xác của hệ

thống -_ Độ cứng vững và khả năng chấp hành của hệ thông (tốc độ phân

¢ Lượng mòn của chỉ tiết Vụ

« Luong mòn của điện cực V‹

«Chat lượng của lớp bề mặt chỉ tiết sau khi gia công: độ nhám, độ cứng

bề mặt, ứng suất du, vết nút tế vị,

¢ Dé chính xác về mặt hình dáng vả kích thước hình học của chỉ tiết sau

khi gia công,

1.5, Các hướng nghiên cứu trong và ngoài nước về gia công LDM

Các thiết bị gia công tia lửa diện hiện nay dang dần phổ biến ở các nhà

máy cơ khí Với phương pháp gia công nảy người thiết kế và chế tạo có thể

lam ra được các sản phẩm có kết cấu, hình dáng phức tạp và hơn hết là giảm các nguyên công khi gia công và lắp ráp, đơn giản các kết cấu chỉ tiết Ở

Trang 27

22

nước ngoài, những nhà nghiên cứu về gia công phi truyền thông nói chung và

EDM nói riêng dã thành lập những hiệp hội nhằm trao đổi các kết quá nghiên

củu và họ có những hội thảo hảng năm (TSEMI của Châu Âu, CIRP của Nhật

Tin, ) Các hiệp hội này đều tổ chức những cuộc hội thảo lớn hàng năm để

trao đổi các thông tin và giới thiệu các kết quả nghiên cửu, ứng đựng mới nhất

Các nghiên cứu về EDM ở trong và ngoài nước đều tập trung vào 5 hướng - bộ điều khiển CNC, vật liệu điện cực, vật liệu dung dịch điện môi, tối

vu hoá các thông số công nghệ và các ứng dụng mới của gia công HDM

1.5.1 Hướng nghiên cứu về bộ điều khiến

Các nghiền cứu tập trung vào việc ứng dụng công nghệ mới về điện tử

và tin học để thiết kế, chế tạo và ứng dụng vào những hệ thống diều khiển

cho thiết bị gia công EDM Nói chung các hệ điều khiển CNC hiện nay đều

hiển đại: điều khiển quỹ đạo và điều khiển các thông số cổng nghệ, có tính

tiên dụng cao và có thể thay đổi linh hoạt nhờ các ngôn ngữ lập trình mềm

đèo Các nghiên cửu nổi bật có thế nêu ra là với các kết quả có thể tóm tất

như sau

- Nang cao độ chính xác trong điều khiến khe hở phóng điện, áp dụng

các phương pháp điều khiển hiện đại: điều khiển mờ - [uz⁄y, điều

khiển thích nghi - adaptive

-_ Tăng cường khả năng lập trình mềm dẻo, những công cụ lập trình cao

hơn như macro, tham số, và có nhiều công cụ như đỏ cạnh, Tả

tâm, để tạo thuận lợi cho người sử dụng

- Tra civu thông số công nghệ tự động theo yêu cầu kỹ thuật của chỉ tiết

gia công Việc nghiên cửu ở dây là dưa ra cơ sở dữ liêu các bảng tra

thông số công nghệ theo điều kiện gia công

Trang 28

-_ đứng hoá các module phần mềm làm tăng tốc độ xử lý của bộ điều

khiển Năng cao khá năng thay thế vả sửa dỗi của bộ diễu khiển Đưa

ra các tiêu chuẩn chung trong việc thiết kế và chế tạo bộ điều khiển

-_ Nghiên cứu loại xung tần số cao (khoảng 10MII1z) kết hợp với khoảng

thời gian nghỉ hợp lý nhằm nẵng can công suất và đỗ bóng bề mặt Các

nghiên cứu nảy mới cho kết quả bước đầu

- Uhg dụng những loại dệng cơ hiện đại như động cơ tuyến tinh dé nang

cao khả năng gia công: gia công không có dòng sục điện môi, tốc độ

cao, giảm được các rung động và ánh hưởng xâu của dòng sục điện môi,

“Trong nước hiện đã có một vài doanh nghiệp tiến hành nghiên cứu và

chế tạo các thiết bị điêu khiển CNC dung cho máy phay, tiện, EDM như Viện máy IMI, công ty HAMHCO, công ty SINCO, Hầu hết các công ty trong

nước đều có xu hướng nhập bộ điều khiển từ nước ngoài (Trung Quốc, Dài

Loan, Đức) rồi lắp ráp Việc nghiên cứu để ứng dụng công nghệ mới về điều

khiển, tự đông hoá trong gia cong EDM mdi bat đầu được nghiên cứu ở trong

nước

1.5.2 Hướng nghiên cứu về dung dịch điện môi

Dung dịch điện môi là môi trường để hình thành, duy trì sự ôn định của

quá trình phóng tia lửa điện nên thành phần của nó có một ý nghĩa quan trọng Một số yêu cầu chỉnh về dung dịch điện môi là: không dẫn điện ở trạng

thái bình thường mà dẫn điện ở diện trường cao, có đô nhớt phủ hợp, không

độc hai Các kết quả nghiên cứu đã cho ra được rất nhiều loại dung địch điện

môi khác nhau với mục địch gia công các loại vật liệu chỉ tiết kháo nhau

Hiện tại, có một số loại dung dịch được pha thêm các hạt kim loại có kích

Trang 29

thước rất nhỏ (cỡ nm) nhằm tăng khả năng dẫn điện khi gia công các chỉ tiết

phức lạp có rãnh nhỏ, sâu trong diều kiện gia công khó khăn

Trong nước hiện vấn đề này chưa được đặt ra để nghiên cửu mà chủ yếu là ứng dụng một số loại dung dich điện môi có sẵn như nước cất, dầu,

1.5.3 Hướng nghiên cứu về vật liệu làm điện cực

Có 2 loại vật liệu làm điện cực chủ yếu hiện nay lả đồng và graphite

Tuy nhiền, một số loại vật liệu mới như ZnBr2/Cu có khả năng giảm mỏn cao cũng đã được đưa vào ứng đụng Một phương pháp để tăng khả năng giảm

mòn của điện cực lả sử dung các điện cực đồng được phủ các kim loại khác

như W hay Zn hiện đang được nghiên cứu đã cho kết quả tốt Các nghiên cửu

theo hướng này vẫn chưa được triển kha ở trong nước

1.5.4 Hướng nghiên cứu về tối ưu húa các thông số công nghệ

Nghiên cửu ánh hưởng của các thông số công nghệ dén chất lượng và

năng suất gia công EDM để từ đó, tối ưu hoá một số thông số công nghệ nhằm nâng cao năng suất và chất lượng quá trình gia công Mục tiêu chính là

dap tng ngây cảng cao các chỉ tiêu của quá trình gia công RDM

Có thể kể một vài các nghiên cứu nỗi bật như sau:

-_ Điều khiển các thông số công nghệ LUx và t, nhằm nâng cao hiệu suất

gia công bằng hệ thống diều khiển thích nghĩ và mờ Hiện tại, hiệu suất nay

đã đạt vào khoảng 60-65%, thường mới chỉ đạt vào khoảng 30-40% lai

hãng chế tạo thiết bị gia công HIQM lớn là Charmil và Mitsubishi đã có

những thành công lớn trong việc áp dụng nghiên cửu này trong các sản phẩm

may EDM ela he

- Phat hign va ngăn chặn hồ quang dựa vào thông số tạ Các nghiên cửa

đã khẳng định: khi có tỉa lửa điện (tức là có đỏng Ic), Tiếu ta có giá trị nhỏ hơn

Trang 30

500ns thì được xác định là hề quang Dễ có thé đo được tu, phần cứng được

chế tạo phức tạp dẫn dến giá thành của hể thống có phát hiện hỗ quang khả

- Gidm mon diện cực bằng phương pháp dão cực tính: nguyên tắc chính

của phương pháp này là điện áp được đảo chiều trong thời gian trong một

khoảng thời gian lIIình 1.12 là dạng xung điện áp khi gia công có sử dụng

phương pháp do cực tính Kết quả dạt được là cách xác dịnh thời gian đáo

cục tính phụ thuộc vào cặp vật liêu

Tình 1.12 Phương pháp dảo cực tỉnh dễ giãm dộ mòn diện cực

Ưu điểm chỉnh của phương pháp này lả ngoài việc giảm mòn điện cực

nó có thê áp dụng để hạn chế hồ quang vì có thé thay đổi thời gian đảo cực

tính nhằm dập tắt hồ quang mả không cần thay đổi tạ — vì khi thay đổi tạ sẽ

làm cho hiệu suất giảm

Nhược điểm chỉnh là việc thiết kể chế tạo phần cứng Phần cứng đòi

hôi phải có những thiết kế đặc biết, linh kiên đặc chủng có tốc dé cao cỡ vải

Trang 31

chục đến vai trăm MHz, chịu được dòng điện khi gia công lớn để đảm bảo

việc thay đối cực tính không ảnh hưởng gì đến dạng xung gia công

Thiết lập các công thức thực nghiệm với hàm số là các chỉ tiêu đánh

giá như năng suất, độ nhám bề mặt, độ chính xác, và các đối số là các

thông số công nghệ tị, to, Te, và dùng chúng dễ tối ưu hoá qua trinh gia

công IEDMI: tìm một vài các thông số công nghệ tối ưu hay phủ hợp với một

số thông số đã biết trước Các nghiên cứu theo hưởng nay déu có ở trong va ngoài nước và đã có được nhiều kết quả tốt Các kết quả được thể hiện đưới 2

đạng: công thức thực nghiệm hoặc đạng bằng tra cửu Tiâu hết các thiết bị sản

xuất hiện nay đều có các báng tra dễ thưận tiện cho người cổng nhân vận

hành máy

Trong các nghiên cứu theo hưởng này, vấn để được quan tâm nhiễu nhất là chất lượng sản phẩm sau khi gia công HI)M Chất lượng bao gồm: Đô nhám, độ chính xác hình học, độ chính xác về hình dáng, cầu trúc tế vi các

lớp bé mặt và ứng suất dư trôi ặt Kết quả chung của hấu hị

cứu ở trên đều đưa ra được các bảng tra và một số công thức thực nghiệm với

ham số là các chỉ tiêu cần nghiên cứu và tham sẽ là các thông số công nghệ

Mô phỏng quá trình gia công EDM Môt số kết quả nghiền cứu về mô

phông quy luật mòn về hình dáng Phương pháp chính là sử dụng các công

thức thực nghiệm: đo sai số về mặt hình học phụ thuộc T„ để làm điều kiện biến và giái quyết bài toán món do nhiệt theo phương pháp phần tử hữu han

với mục tiêu là tính được lượng mỏn theo hỉnh đạng của điện cực, chủ yếu la

tại các géc nhon Tuy nhién, mô phóng mỏn thco hinh dáng vẫn đang là một

bài toán khó giải quyết hiện nay cần được tiếp tục nghiền cứu

Trang 32

1.5.5 Nghiên cứu những ứng dụng mới của EDM

Cho đến nay quá trình EDM đã được phát triển khá rộng rãi ở các nước

Nhiễu loại máy hoạt động trong lĩnh vực EDM đã được sản xuất với nhiều kiểu khác nhau để phục vụ những mục đích khác nhau:

Hình 1.13 Cát day (WEDM) - Xung (EDM DS) - Phay (MEDM)

1.5.5.1 Phay EDM

Một ứng dụng mới hiện đang được hãng Charmill nghiên cứu là phay

EDM Chie ning giống một máy phay CNC nhưng điện cực là điện cực

đồng và quả trình cắt bằng tia lửa điện Điện cực là một ống đồng có lỗ thông suốt để dung dịch điện môi phun qua với áp suất cao nhằm thổi các hat oxit kim loại ra khỏi vùng gia công

Một bài toán quan trọng khi nghiên cứu máy phay EDM là việc bù

lượng mòn của điện cực khi gia công hiện vẫn đang được nghiên cứu Tốc độ mon tương đối có thể đạt tới 30%-100% (tức là hiện tượng mòn điên cực

khốc liệt) Chuyển dịch của điện cực lúc này là phối hợp của 2 chuyển động:

1 theo đường điện cực lý thuyết (toolpath) và 1 đi xuống để bù lượng mòn điện cực Hợp của 2 chuyển đông nảy sẽ được chuyển đông thực của điện cực

trong không gian để gia công được biên dạng định trước

Hình 1.14 Hướng di chuyển của dụng cụ

Trang 33

Lợi thế khi gia công phay EDMí là không có lực lớn như phay truyền thống

nên diện cực cỏ thể nhỏ (dễn cỡ 0.3mm)

15.5.2 Gia cong trén microEDM

Các nghiên cứu tập trung vảo các vấn để vật liệu điện cực, điều khiển

bủ mỏn diện cực vì diễn cực có kích thước rất nhỏ nên mỏn nhanh và tìm kiếm hưởng ứng dụng mới cia microZDM Ung dụng chủ yếu của

microRIDM hiện nay là gia công các chỉ tiết nhỏ, có độ chính xác cao dùng

trong công nghệ chế tạo đẳng hỗ, y sinh,

1553 Métséd ứng dụng khác

- Khoan EDM: Dùng dễ tạo các lỗ nhỏ hoặc pia công lỗ trên các hợp

kim va kim loại đã nhiệt luyện

-_ Mai và đánh bóng bê mặt bằng EDM: Sử dụng quả trình ăn mòn lia lửa điện để giảm lực khi mài, tăng độ bóng bể mặt Tần số phát xung công,

suất trong khi mài EDM có thể đạt đến 10MIHz với cường độ đòng điện nhỏ

-_ Dùng xung EDM để phú các lắp giảm mòn, chịu ma sái, lên các

loại điện cực và chỉ tiết máy nhự Ti, W: Khi điện cực làm bằng kim loại cần

phủ như Titan bị bốc hơi và tách khỏi bề mặt, do nhiệt độ cao, chúng sẽ

được kết hợp với các kim loại & bé mặt chỉ tiết tạo thánh các lớp phú cứng có

tác dụng cải thiện tỉnh chất của chỉ tiết (dụng cụ cat) trong qua trinh hoat

động vé sau

1.6 Kết luận

Qua các phân tích linh hình nghiên cứu vả ứng dụng EDMI ở trong

nước và trên thế giới, có thể thây việc nghiên cứu phương pháp gia công nay

ở trong nước mới chỉ là bước đầu, chủ yếu là ứng dụng Các kết quả này còn hạn chế do nhiều nguyên nhân khách quan như dụng cụ do lường va các thiết

bị thí nghiệm còn thiểu Việc kế thừa các kết quả nghiên cứu ở nước ngoài

Trang 34

nhằm giải quyết các vấn để còn tồn tại có ý nghĩa thực tiễn cao trong điều

kiện hiện có trong nước

May EDM cũng có nguyên lý hoạt động giỗng như các loại máy CNC khác, chỉ khác ở nguyên lý gia công vật liệu Vì vậy, bên cạnh những nghiên

cửu mang tỉnh lý thuyết xung quanh quả trinh gia công nảy (như nghiên cửu

về độ mòn, ứng suất dư bể mặt), việc bước đầu thực hiện thiết kế và chế tao

các loại máy EDM có công suất vừa và nhỏ là hoàn toàn nằm trong khá năng

"thiết kế và chế tạo các bộ điều khiển cho các loại máy ƠNC nói chung va

máy gia công tỉa lửa điện IDM nói riêng hiện cũng đang là những dự án đầy

triển vọng dược nhiều doanh nghiện và tổ chức theo duỗi Hên cạnh đó việc

tối ưu hóa các thông số công nghệ nhằm đảm bảo các chỉ tiêu: năng suất, chất

lượng bề mặt (độ nhám bề mặt, ứng suất lớp bề mặt ) là những vẫn để gần quan tâm nghiên cứu và giải quyết

Trang 35

CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN CNC CHO

MAY XUNG TIA LUA BIEN (MODEL BKO1A-V2)

2.1 Nguyên tắc thiết kế bộ điều khiển

Ta khả năng thiết kế và chế tạo phần cứng trong nước còn có nhiều hạn chế,

song hệ thống điều khiến BLQM lại phúc tạp nên các nguyên tắc chủ đạo của việc thiết kế và chế tạo bộ điều khiển CNC cho máy xung trong luận vin nay

là: “Đơn giản về phần cứng, dễ dành phần phức tạp cho phần mềm" Phin

mềm (ở đây gồm phần mềm cho vi điều khiển và phần mềm cho máy tỉnh) sẽ

2.2 Các chức năng của bộ điều khiển máy xung EDM

2.2.1 Sư đồ khối chức năng của hệ thông điều khiển

Giao tiếp song song

Linh 2.1 Sơ đồ khối chức năng của hệ thống điều khiển

“trong đó, những module cẦn thực hiện pằm có

Trang 36

Tinh năng này tạo thời gian nhắc điện cục lên để dòng chất điện ly phun

vào nơi gia gông cuỗn trôi phoi chỉ tiết và điển cực ra khỏi vùng gia công,

tránh hiện tượng hỗ quang ham số công nghệ cơ bản 1a ‘Tap (thot gian di lên) và Taown (thời gian giữ khoảng cách ở điện áp Ue)

kiện gia công thực tế (gia công thö/tỉnh, vật liệu phỏi/diện cực, diễu kiện

của dung địch chất điện ly )

e Khối xử lý tín hiệu phản hồi: thu thập tín hiệu phần hồi điện ấp U và

cường độ dòng gia céng I Nhờ nó mà hệ thống điều khiển có thể tối ưu

dược quá trình gia công bằng cách thay dỗi các thông số công nghệ

* lIệ thống xác định vị trí giữa phôi và điện cực Tính năng nảy rất quan trọng vỉ nó quyết định đến độ chính xác về kích thước của chỉ tiết sau khi

gia cong,

¢ Khéi hiển thị thông số trạng thái

¢ Phan mém diéu khiển trong máy tính trung tam

«Khối giao tiếp với công nhân

®_ Một số hệ thống khác như: bơm dầu, báo cháy,

2.2.2 Phân chia các khối chức năng

Mô hình hệ thống cần xây dựng có hoạt động như sau

-_ Người công nhân vận hanh may điều khiển máy nhập các thông số vào

bằng ban phim

-_ Khối giao tiếp bản phím gửi các tín hiểu vửa nhập vào máy tỉnh hay

khối xử lý trung tâm

Trang 37

-_ Khối xử lý trung tâm xử lý các tín hiệu vừa nhận được, tính toản ra các

thông số hệ thống như cường đô dòng điện phát xung, tị, ta, các thông số về

toạ độ, vận tốc cho động cơ và truyền các thông số đó cho các khối tương

- Khéi phát xung nhận được các giá trị tham số về chế độ gia công như

cường độ dòng điện phát xung Ie, tị, tạ và điều khiển mạch công suất để phát

xung

~_ Khối điều khiển đông cơ trục chính kết hợp với khối phát xung dé điều

khiến trục chính chuyển đông lên xuống hợp lý để gia công

Nguyễn Đức Toàn - Luận văn thạc sỹ kỹ thuật - Khoa Cơ khi - ĐHBK Hả nội

Trang 38

we ø

-_ Khối tín hiệu phản hồi gủi các toạ độ về khối xử lý trung tâm để hiển

thi ding thoi gửi về khối điểu khiển động cơ để điều khiển chỉnh xác vị trí

2.2.3 Khối phát xung công suất

3.2.3.1 Nhiệm vụ của hệ phải xung công suất

Thời gian tạo xung t¡ và thời gian nghỉ ta đóng một vai trỏ quan trọng trong

quá trình gia công EDM Có thể nêu ra một số các phân tích dựa vào các kết

quả thực nghiệm dã có [12, 13]:

® Với thoi gian xung t¡ nếu có giá trị lớn có ưu diểm là nắng suất gia

công sẽ cao song nó cũng sẽ dẫn đến sự phát triển mạnh của kênh dẫn

điện làm cho tia lửa điện phát triển thành hồ quang gây hư hồng bể

mặt Điều này được giải thích là do sự ¡-ôn hoá trở nên mãnh liệt theo

thời gian, kênh phóng điện mở rộng đẫn đến xuất hiện hồ quang Nếu t¡ nhỏ sẽ dẫn đến năng suất gia công giảm vì thời gian có ích để tôn lại tia lửa điện sẽ bị ngắn đi

gian không có tia lửa điện sẽ bị dải ra Còn nếu nhỏ quá sẽ dẫn đến

thời gian khôi phục của dung địch điện ly không đủ làm cho khả năng

xuất hiện hồ quang vả ngắn mạch tăng lên

Như vậy, việc tạo ra xung công suất có các đặc tính tị VÀ ta phủ hợp có một ý

nghĩa quan lrọng,

2, Các hệ phát xung hiện nay

Từ chiếc máy xung đầu tiên (1944) du vợ chồng Lazarcnco chế lạo đến nay,

các thể hệ mạch phát xung công suất được thay đỗi khả nhiều Có thể chia ra

làm 3 nhóm chính căn cứ vào bản chất mạch điện:

* Mach tao xung bằng RC (diện trở - tụ diện)

® Mạch tạo xung có hỗ trợ tụ điện

® Mạch tạo xung dộc lập (ứng dụng kỹ thuật số - NC)

Trang 39

1 Bộ nhát xung dùng RC (điện trở - tụ điện}

Điện áp cung cấp U¡ qua R nạp diện cho Ơ, khi điện áp tu C dat dén Uj bing

điên áp mỗi tỉa lửa điện thi quá trinh phóng điện bắt đầu, tụ điện phóng điện

ra R cho đến khi Ui¡ giảm xuống đến điện áp tắt sau đó lại tiếp tục quá trình nạp và lặp lại như trên Quá trình chuyển đổi năng lượng R <> C tạo ra dao động hình thành xung

So đỗ nguyễn lý ở hình I

+ Thời gian nạp tụ: T¡ = RC

! Thời gian phóng điện T› rất ngắn vì trị số điện trở rất nhỏ

+ Chu kỳ phóng dign: I-11 + Tz

+ Tân số phóng tia lửa điện: f_— l_ Ì

Dũng R để diều chỉnh tần số f sao cho pha hop vin didu kiện pia công,

'thực tế đã chỉ ra những ưu điểm cơ bản của loại mạch phat xung RC

¡ Cầu tạo đơn giản, đễ thay đổi tần số

+ Chất lượng bề mặt khá tốt

Sơng nó cũng có rẤt nhiều nhược điểm:

- Vide diéu chinh đúng Lần số gặp nhiều khó khăn do việc điều chỉnh R

2 Hộ phát xung có hỗ trợ của tụ điện

Ở nửa chu kỳ đầu tiên, điểm A dương so với D, tụ điện C được nạp điện

thông qua đi-ốt D (đúc này D dẫn điện) Ở nửa chu kỷ tiếp theo, B dương so

với A, tụ điện sẽ phóng điện qua đi-ốt để góp thêm năng lượng vào chu kỳ

Trang 40

we a

nay cia may phat đến cùng cấp điện áp giữa điện cực và phôi Việc đảo chiêu

điện áp nhờ đảo chiều đi-ốt D va thay dỗi vị trí tụ điện Œ

Hình 2.3 Mạch diện phát xung có hỗ trợ tụ diện

Ở sơ đồ này, đề thị điên áp có dang hình sia nên khoảng thời gian te được kéo

rộng hơn so véi mach RC Sơ dé nay có ưu điểm là

- _ lễ điều chỉnh tần số thông qua việc điều khiển tốc đô động cơ

-_ Hiệu suât gia công khá cao

-_ Chất lượng bề mặt không được cao như khi dùng mạch RC

Ngoài ra có 1 nguyên nhân khiển mạch nảy ít được dùng là chỉ phí đắt (do phải thêm vảo máy phát điện và động cơ công suất lớn), hiệu suất không vượt

quá 50% vi việc diễu chỉnh Lẹ sẽ dẫn dến thay dỗi cá Lạ (Le luôn bằng te)

3 Mạch phát xung độc lập

Để khắc phục các nhược điểm trên, mạch tạo xung dùng kỹ thuật số (NC)

được sử dụng trên hầu hết các máy xung hiện nay

Nguồn De

—IE—

Transietr T Điện cca [

Bộ pi-£l xung > Phot

Tiêu đề	Nghiên cứu ảnh hưởng của xung công suất và cường độ dòng điện đến độ nhám bề mặt và độ mòn tương đối khi gia công trên máy xung điện edm bk01 v20
Tác giả	Nguyễn Đức Toàn
Người hướng dẫn	TS. Hoàng Vĩnh Sinh
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Máy Và Dụng Cụ Công Nghiệp
Thể loại	Luận Văn Thạc Sỹ
Năm xuất bản	2006
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	95
Dung lượng	1,46 MB