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

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 … Ph

i

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.

ii

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

iii

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

iv

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

v

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

vi

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

vii

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

viii

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

1

CHƯƠNG 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

2

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

3

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

4

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 trường 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

5

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

6

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

7

- 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

- 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

8

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

9

Bảng 1.5.1 thông số các model máy

Bảng 1.5.2 nguồn cấp

Máy xung tia lửa điện HOCHEN H26

Hình 1.5.5 Máy xung tia lửa điện HOCHEN H26

Đặc tính kỹ thuật:

11

- 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:

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

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:

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:

15

- 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 phương 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

16

+ 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 :

17

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

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 phương án thiết kế hệ thống dẫn hướng:

2.3.1 Vai trò của hệ thống dẫn hướng:

18

Hình 2.3.1: Hệ thống băng trượt cho một trục chuyển động

Hệ thống dẫn hướng là một bộ phận quan trọng trong các máy gia công cơ khí, dùng để dẫn hướng cho các bộ phận chuyển động của máy như bàn máy, bàn dao, bộ phận gá dao… Ngoài nhiệm vụ dẫn hướng sống trượt còn có nhiệm vụ truyền lực và chịu tải Do đó sống trượt cần phải thoải mản các yêu cầu sau đây:

- Bề mặt làm việc phải có khả năng chịu mài mòn cao: độ chịu mài mòn của thanh trượt không chỉ phụ thuộc vào độ cứng bề mặt mà còn phụ thuộc vào chất lượng

bề mặt tiếp xúc, chế độ bôi trơn và bảo quản

- Đảm bảo độ chính xác truyền động: Phụ thuộc chủ yếu vào độ chính xác gia công và bố trí thanh dẫn hướng

- Có khả năng điều chỉnh khe hở và các biện pháp tránh nhiểm bẩn và phoi khi gia công

2.3.2 Phương án 1: Sống trượt phẳng

19

Hình 2.3.2: Sống trượt phẳng

Sống trượt phẳng hay còn gọi là sống trượt hình chữ nhật Đây là loại sống trượt đơn giản nhất do có các bề mặt làm việc song song với nhau nên dễ dàng chế tạo và sửa chửa Ưu điểm của loại sống trượt này là chịu được áp lực trên cả 3 phương, dễ dàng bôi trơn khi được đặt nằm ngang do có khả năng giữ dầu bôi trơn Nhược điểm của loại này là dễ bị phoi, tạp chất đọng lại làm hỏng bề mặt, việc điều chỉnh khe hở tương đối khó, cần có thêm thiết bị riêng

2.3.3 Phương án 2: Sống trượt lăng trụ

Hình 2.3.3.1: Sống trượt lăng trụ dạng không đối xứng

20

Hình 2.3.3.2: Sống trượt lăng trụ đối xứng

Sống trượt lăng trụ hay còn gọi là sống trượt hình tam giác, có 2 loại đối xưng và không đối xứng Sống trượt lăng trụ có ưu điểm là ít bị phoi hay tạp chất ảnh hưởng, đồng thời có thể tự điều chỉnh khe hở nên ít bị ảnh hưởng do mòn Nhược điểm của sống trượt lăng trụ là khó giữ được dầu bôi trơn trên bề mặt nghiêng, việc chế tạo và sửa chửa tương đối phức tạp

2.3.4 Phương án 3: Rãnh trượt chữ V

Hình 2.3.4: Sống trượt chữ V

21

Rãnh trượt này có cách bố trí ngược lại với sống trượt lăng trụ nên nếu được đặt nằm ngang sẽ dễ dàng được bôi trơn do khả năng giữ được dầu Do cấu tạo chữ V, rãnh có khả năng tự điều chỉnh khe hở nên độ chính xác không bị ảnh hưởng bởi độ mòn Tuy nhiên do kết cấu ngửa lên, rãnh trượt loại này dễ bị phoi làm xay xát khi bắn vào và rất dễ bị nhiễm bẩn

2.3.5 Phương án 4: Sống trượt đuôi én

Hình 2.3.5: Sống trượt đuôi én (Sống trượt mang cá)

Sống trượt đuôi én còn được gọi là sống trượt mang cá Sống trượt đuôi én cũng tương tự như sống trượt phẳng là có khả năng chịu lực từ 3 mặt Ngoài ra do kết cấu đặc biệt, sống trượt loại này có khả năng đảm bảo vị trí của chi tiết theo hướng lên, hướng xuống cũng như các mặt bên Việc điều chỉnh khe hở của sống trượt đuôi én rất

dễ dàng nhờ một thanh nem Tuy nhiên việc chế tạo và kiểm tra sống trượt tương đối phức tạp, khó giữ dầu, phoi dễ bị kẹt vào giữa các mặt làm việc Sống trượt này thường được dùng để di chuyển chi tiết với vận tốc thấp Ngoài ra sống trượt loại này làm việc không tốt khi có momen lật lớn do sinh ma sát rất lớn

2.3.6 Phương án 5: Thanh trượt bi

22

Hình 2.3.6: Thanh trượt bi

Đây là một dạng phát triển của thanh dẫn hướng mang cá Thanh trượt có đầy đủ các ưu điểm của sống trượt mang cá như khả năng chịu lực cả 3 mặt, đảm bảo vị trí được theo 3 hướng Ngoài ra do kết cấu sử dụng bi để giảm từ ma sát trượt sang ma sát lăn nên có hệ số ma sát rất nhỏ, đồng thời có độ chính xác cao Tuy nhiên cũng do kết cấu sử dụng bi nên khả năng chịu lực tương đối kém, làm giảm độ cứng vững Để khắc phục điều này, người ta có thể sử dụng đồng thời nhiều thanh trượt cũng như bạc trượt trên mỗi thanh Thanh trượt loại này có kết cấu phức tạp, khó chế tạo nên giá thành cao

2.4 Lựa chọn phương án truyền động trục chính:

2.4.1 Truyền động Đai:

Trục chính loại này được truyền chuyển động từ một động cơ bên ngoài thông qua

bộ truyền đai răng hoặc đai thang Loại này được sử dụng khá phổ biến trong các máy gia công truyền thống vì chi phí thấp và hiệu suất tốt khi truyền công suất danh nghĩa của động cơ thành công suất có ích trên trục chính Hiệu suất của trục chính dẫn động

23

đai, về mặt truyền công suất động cơ đến trục chính, đạt khoảng 95% Như vậy nó kém hiệu quả hơn so với trục chính truyền động trực tiếp (gần 100%) nhưng lại tốt hơn loại truyền động bánh răng (bé hơn 90%) Trục chính dẫn động đai có thể đạt tốc độ quay 15.000 vg/ph và truyền mô men xoắn tốt ở tốc độ thấp (1000 vg/ph) tùy thuộc vào loại đai và tỉ số truyền Ngược lại, truyền động bánh răng lại truyền mô men xoắn

ở tốc độ thấp tốt hơn so với ở tốc độ cao Loại truyền động trực tiếp là tốt hơn cả vì nó

ít rung và ít ồn Tuy nhiên, truyền động đai thì rất linh hoạt và chúng được dùng cho một dải rộng lớn nhiều công việc khác nhau với các yêu cầu giữa mô men xoắn cao/tốc độ quay thấp và mô men xoắn thấp/tốc độ quay cao Loại truyền động này có nhược điểm chính là:

 Bị giãn nở nhiệt đáng kể so với các truyền động khác

 Gây nhiều tiếng ồn hơn do sự chuyển động của đai

 Độ kéo căng của đai gây nên một lực hướng kính lên trục, gây nên tải trên các ổ

đỡ

2.4.2 Truyền động trực tiếp:

Các trục chính được dẫn động trực tiếp đạt hiệt suất truyền công suất từ động cơ đến dao gần 100% Chúng có thể làm việc ở tốc độ quay cao nhưng mô men xoắn thấp Hệ thống truyền động này ứng xử tốt về mặt rung động, có nghĩa là có thể đạt các tốc độ cao và vẫn đạt được độ bóng bề mặt tốt

2.4.3 Truyền động Bánh răng:

Hình 2.4.3: Trục chính dẫn động bằng bánh răng

24

Trục chính dẫn động bằng bánh răng có thể đạt mô men xoắn cao ở số vòng quay thấp và chúng có nhiều dải cấp tốc độ Tuy nhiên các bánh răng có thể gây nên rung động, tạo ảnh hưởng xấu lên độ bóng bề mặt chi tiết gia công Hơn nữa, hiệu suất của chúng kém hơn các dạng khác khi chúng chuyển đổi công suất danh nghĩa của động cơ thành công suất cắt của dao Trục chính dẫn động bánh răng không phù hợp cho các trường hợp gia công cao tốc mặc dù rất thích hợp cho các công việc nặng

2.4.4 Truyền động bằng dẫn động tích hợp:

Hình 2.4.4: Trục chính được dẫn động tích hợp

Ở loại trục chính này, động cơ có thể là động cơ điện đồng bộ hoặc không đồng bộ được tích hợp vào kết cấu trục chính giữa các ổ đỡ trước và sau Bằng cách này, rung động và tiếng ồn được giảm thiểu và công việc có thể được thực hiện ở các tốc độ quay cao, từ 15.000 vg/ph Do đó trục chính loại này rất phổ biến ở các máy công cụ gia công cao tốc Kiểm soát sự truyền nhiệt bên trong trục chính và giãn nở nhiệt là yếu tố then chốt để đạt được hiệu suất tốt cho loại truyền động này Do động cơ lắp bên trong thân trục chính nên hệ thống tản nhiệt có vai trò vô cùng quan trọng Loại trục chính này đắt tiền do có các hệ thống phụ cho làm mát và giám sát cũng như yêu cầu độ chính xác cực kỳ cao trong lắp ráp

2.4.5 Kết luận:

25

Từ những yêu cầu trên, ta có thể lựa chọn trục chính được dẫn động trực tiếp hoặc dùng đai Mặt khác, vì lý do kinh tế nên việc lựa chọn trục chính dẫn động bằng đai là hợp lý nhất

26

Chương3 THIẾT KẾ PHẦN CƠ

3.1 Trục Y

3.1.1 Tính toán chọn trục vít me đai ốc bi:

 Yêu cầu làm việc:

Hành trình làm việc: Smax = 200mm

Khối lượng bàn máy ước tính: W = 30kg

Tốc độ Vmax = 100mm/min = 1.67mm/s

Gia tốc a = 5mm/s2

Thời gian làm việc: Lh = 10000 giờ

Số vòng quay tối đa (quay tay): Nmax = 60 vòng/phút

Theo catalog của Mitsumi, ta chọn trục vít me đai ốc bi có mã số BSS 1505

có đường kính vít me bi 15mm bước vít me p = 5mm, hệ số tải trọng động cho phép C = 6.9(kN)

3.1.2 Tính toán lựa chọn ổ lăn:

 Thông số để tính toán lựa chọn ổ lăn:

đỡ chặn

- Ta chọn ổ 1000901 theo [ ] với các thông số:

o D = 24mm

3.2.1 Tính toán chọn trục vít me đai ốc bi:

 Yêu cầu làm việc:

Hành trình làm việc: Smax = 300mm

Khối lượng bàn máy ước tính: W = 50kg

Tốc độ Vmax = 100mm/min = 1.67mm/s

Gia tốc a = 5mm/s2

Thời gian làm việc: Lh = 10000 giờ

Số vòng quay tối đa (quay tay): Nmax = 60 vòng/phút

P2 = μ(w × g + Fz) = 0.2 × (30 × 9.81 + 25.44) = 103.2 N

Theo catalog của Mitsumi, ta chọn trục vít me đai ốc bi có mã số BSS 1505

có đường kính vít me bi 15mm bước vít me p = 5mm, hệ số tải trọng động cho phép C = 6.9(kN)

3.2.2 Tính toán lựa chọn ổ lăn:

 Thông số để tính toán lựa chọn ổ lăn:

- Do vận tốc thấp, lực hướng tâm Fr Ft = 11.06(N)

3.3.1 Tính toán chọn trục vít me đai ốc bi:

 Yêu cầu làm việc:

Thời gian làm việc: Lh = 10000 giờ

Số vòng quay tối đa: Nmax = 72 vòng/phút

Hệ số ma sát bạc trượt: μ = 0.1

Theo catalog của Mitsumi, ta chọn trục vít me đai ốc bi có mã số BSS 2505

có đường kính vít me bi 25mm bước vít me p = 5mm, hệ số tải trọng động cho phép C = 18.7(kN)

3.3.2 Tính toán lựa chọn ổ lăn:

 Thông số để tính toán lựa chọn ổ lăn:

- Lực dọc trục Fa =Pm=98.1 100N

- Tuổi thọ Lh = 20000 giờ

- Do trục Z được bố trí thẳng đứng, chịu toàn bộ tải trọng do khối lượng bộ phận

gá điện cực gia công theo phương Z, nên ta chọn kết cấu ổ đũa côn để chặn tải dọc trục, đồng thời tăng độ chính xác khi định tâm trục Z

- Ta chọn ổ 7204 theo [ ] với các thông số: