Công nghệ gia công CNC phay tiện - Chương 6

Trong nửa thập kỷ qua, thế giới đã chứng kiến sự ra đời và phát triển như vũ bão của KTĐK tự động. Và nhanh chóng KTĐK tự động đã được ứng dụng vào công nghệ chế tạo sản phẩm cơ khí. Sự

Trang 1

Chương 6: CÔNG NGHỆ CẮT DÂY NC

-6.1 Tổng quan về máy cắt dây về máy cắt dây CNC

Cắt dây tia lửa điện (EDM) 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 khảnăng gia công các vật liệu cứng nhưng độ chính xác không vượt trội Do vậy, phương pháp gia công này không thu hút được nhiều sự quan tâm Trong vài chục năm trở lại đây, công nghệ EDM đã có những sự phát triển vượt bậc Các máy EDM ngày càng tinh vi hơn và ngày càng thể hiện tính hiệu quả cao và khả năng đạt độ chính xác cao

Máy dùng dây điện cực làm công cụ , điều khiển bằng hệ thống điều khiển số, theo quỹ đạo dự định sẵn tiến hành cắt gia công linh kiện Thích hợp gia công các loại khuôn

Trang 2

mẫu có độ chính xác cao, độ cứng cao, độ dai cao, các linh kiện có hình thái phức tạp và các bản mẫu.

Trang 3

Cắt dây tia lửa điện (EDM) 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 khảnăng gia công các vật liệu cứng nhưng độ chính xác không vượt trội Do vậy, phương pháp gia công này không thu hút được nhiều sự quan tâm Trong vài chục năm trở lại đây, công nghệ EDM đã có những sự phát triển vượt bậc Các máy EDM ngày càng tinh vi hơn và ngày càng thể hiện tính hiệu quả cao và khả năng đạt độ chính xác cao.

Máy dùng dây điện cực làm công cụ , điều khiển bằng hệ thống điều khiển số, theo quỹ đạo dự định sẵn tiến hành cắt gia công linh kiện Thích hợp gia công các loại khuôn mẫu có độ chính xác cao, độ cứng cao, độ dai cao, các linh kiện có hình thái phức tạp và các bản mẫu

6.1.1 Phân loại:

Có hai loại máy EDM

a Máy EDM truyền thống

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

b Máy EDM CNC

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

Bên cạnh quá trình gia công EDM bình thường, quá trình gia công EDM 5 trục

“thực” cũng đang dần trở nên phổ biến Gia công EDM 5 trục “thực” có sự khác biệt với gia công CNC 5 trục Thông thường người ta nghĩ rằng khi nghiêng bộ dẫn dây cắt sẽ thành gia công 5 trục Trong thực tế, gia công EDM 5 trục “thực” phải có hệ thống bàn xoay (kiểu indexing) để làm xoay chi tiết gia công Chi tiết khi gá lên bàn xoay này có thể được xoay đồng thời trong quá trình gia công Phổ biến hơn, các bàn xoay được dùng để phân độ chi tiết gia công với gia số định trước, đặc biệt hữu dụng khi yêu cầu gia công chi tiết với dung sai nghiêm ngặt Gia công EDM 5 trục thường được áp dụng để chế tạo các chi tiết phức tạp trong hàng không, y học và trong kỹ nghệ truyền thông

Trang 4

Máy cắt dây DK3277C

6.1.2 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 công bằng điện cực thỏi) là thay vì sửdụng những điện cực thỏi có hình dạng phức tạp thì trong EDM 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 và 3D phức tạp Chuyển động của dây cắt được điều khiển theo một đường bao nằm trong hệ tọa độ XY Thường thì bàn máy được điều khiển CNC để tạo

ra chuyển động theo các phương X và Y Chuyển động được điều khiển này tạo thành một đường liên tục với độ chính xác khoảng 0,001mm và chuyển động này phải được lập trình bằng các phần mềm CAD/CAM có modul cho máy cắt dây Cũng có thể lập trình bằng tay cho các ứng dụng đơn giản Dây cắt được dẫn hướng thông qua hai cơ cấu dẫn hướng bằng kim cương Tùy vào đường kính của dây mà đường kính trong của lỗ cơ cấu dẫn hướng có giá trị phù hợp Thường nhà cung cấp kèm theo máy chính một số bộ cơ cấu dẫn hướng thích hợp cho vài loại cỡ đường kính dây cắt

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

Gia công bằng điện cực thỏi người ta sử dụng dầu làm chất điện môi thì trong EDM lại dùng nước khử khoáng

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

Vùng phóng điện khi gia công bằng điện cực thỏi bao gồm mặt đầu và góc của điện cực Còn vùng phóng điện khi gia công bằng dây cắt chỉ bao gồm mặt 180o của dây cực khi

nó tiến đến cắt chi tiết gia công

6.1.3 Dây cắt

Trang 5

Dây đồng EDM (dùng cho máy cắt dây)

Các dây cắt thường chỉ sử dụng một lần, nhưng cũng có loại được sử dụng nhiều lần Đối với gia công cắt dây, vật liệu làm điện cực phải có các tính chất sau:

-Dẫn điện tốt

-Có nhiệt độ nóng chảy cao

-Có độ giãn dài cao

đỏ được thay thế bằng đồng thau để cải thiện tốc độ gia công Vì tác dụng làm nguội của kẽm và sự tạo thành ôxit kẽm có xu hướng giảm sự đứt dây

b b Loại dây có lớp phủ

Đồng thau đã chứng minh độ tin cậy của nó cho quá trình EDM vì nó dung hòa giữa

độ bền/độ dai, độ dẫn nhiệt và khả năng cho sục chất điện môi Tuy nhiên, các dây cắt không

có lớp phủ vẫn còn bị hạn chế bởi một sự dung hòa giữa 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 bềnkéo cao và độ thoát nhiệt 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 năng cho sục chất điện môi hơn dây đồng thau không phủ Một lớp phủ graphit làm tăng đột ngột khả năng cho sục chất điện môi của molipđen bằng cách sinh ra các khí CO, CO2 Graphit cũng sinh ra một tia lửa điện nóng hơn cho phép đạt năng lượng cao hơn trong khe hở phóng điện.Các lớp phủ thường dày từ 5 - 10µm

Trang 6

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 khử ion hóa

- Rửa trôi phoi ra khỏi vùng gia công, làm nguội dây và làm nguội chi tiết gia công.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 của nước được đánh giá bằng điện trở suất Điện trở suất càng thấp thì năng suất bóc vật liệu càng cao Tuy nhiên không nên sử dụng nước có điện trở suất quá thấp Khi thêm vào một số chất hữu cơ có thể cải thiện tốc độ cắt

Trong gia công EDM, thường chất điện môi được đưa vào khe hở gia công nhờ một

áp cao (15 – 20bar) Dòng chảy này được phun đồng trục với dây cắt Thông thường thì kết hợp phun từ dưới lên và từ trên xuống bằng hai vòi phun

Mặc dù nước có ưu điểm là chất lượng làm nguội tốt, tốc độ cắt cao Nhưng nước có nhược điểm là ăn mòn chi tiết gia công và các cơ cấu máy Vì thế trong một số trường hợp người ta sử dụng dầu thay cho nước vì dầu không ăn mòn chi tiết gia công Với điện trở suấtcao làm phát sinh dễ dàng các tia lửa điện 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 điện hóa và ăn mòn bề mặt trong dầu nên lượng coban trong hợp kim cứng không bịsuy giảm

Chất lượng bề mặt và độ bền lâu sau khi gia công trong dầu cao hơn nhiều so với khi

Trang 7

gia công trong nước Khi gia công trong dầu có thể dùng dây điện cực rất mảnh với đường kính 0,025 – 0,03mm.

6.1.5 Tốc độ cắt

Tốc độ cắt thì được định mức rất chặt chẽ trong mỗi mối cắt trên chi tiết Sử dụng tốc

độ cao cao cho mối cắt thô và tốc độ chậm cho mối cắt tinh

6.1.6 Chất lượng bề mặt khi gia công EDM

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

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

Như đã nêu ở trên, khi cắt trong dầu thì đạt độ bóng vào độ chính xác cao hơn 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 bóng đạt được là Rmax = 0,92µm (Ra = 0,12µm)

Bề mặt vết cắt nhỏ nhất sau 4 lần cắt là 48µm với độ chính xá biên dạng từ -1,5 – 1,5µm

6.1.7 Ứng dụng

Nói chung, EDM có đầy đủ những ưu nhược điểm của một phương pháp gia công EDM EDM có thể gia công nhiều dạng bề mặt khác nhau với độ chính 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, biên dạng cam, cắt đường có biên dạng spline…

- Cắt các mặt 3 chiều đặc biệt như bề mặt bánh răng nghiêng, bề mặt cánh tuabin, các

Trang 8

Ngoài những ứng dụng của gia công EDM nói chung, EDM còn có ứng dụng đáng chú ý là nó có thể gia công các vật liệu siêu cứng như kim cương đa tinh thể (PCD), nitrit bolập phương (CBN) và một số loại vật liệu composite Mặc dù các vật liệu composite nền sợi cácbon được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như hàng không, hạt nhân, ôtô và công nghiệp hóa chất nhưng chúng rất khó gia công bằng các phương pháp gia công truyền thống

do trong quá trình gia công chúng thường bị tróc, tách lớp, ba via và tuổi thọ dụng cụ thấp

Các tiến bộ về EDM ngày nay đã cho phép gia công các vật liệu này mà không bị xoắn hay ba via Ngay cả vật liệu sứ cách điện cũng có thể được gia công bằng phương phápnày Hiện nay, việc nghiên cứu gia công sứ cách điện vẫn đang được nghiên cứu và triển khai áp dụng rộng rãi trên nhiều nơi trên thế giới, nhất là ở các trường đại học

6.2 Lặp trình cắt dây CNC

6.2.1 Miêu tả máy cắt dây

Cấu hình của máy cắt dây có thể thay đổi từ các đời máy khác nhau Phần này làm quen với những thành phần của máy và hệ điều khiển Bên dưới là hình biểu diễn của máy AP500

Mô hình này được tạo ra từ ba thành phần cơ bản:

+Phần máy cơ khí

+Hệ thống chất điện môi

+Bộ phận điều khiển

1 Máy:

Trang 9

Bao gồm bộ phận điều khiển, bộ phận cơ sở, bộ phận làm việc, bộ phận tự động đánh điện máy v.v.

Chiều các trục tọa độ

Những máy công cụ thông thường có 3 trục chính X,Y, Z có chiều nhất định.Tuy nhiên có máy 4,5 trục Thêm 3 trục quay xung quanh các trục tương ứng ký hiệu là A, B hoặc C Tùy theo loại máy mà các trục bố trí khác nhau và do đó có chiều khác nhau Phương chiều của các trục máy được xác định theo quy tắc bàn tay phải Hình 4.3a mô tảphương pháp xác định phương chiều của các trục X,Y, Z

Trục X di chuyển từ bên phải đến bên trái và ngược lại

Trục Y di chuyển từ trong ra ngồi

Trục Z chỉ hướng lên trên và xuống

Trang 10

Ngón cái chỉ chiều dương trục X, ngón trỏ chỉ chiều dương trục Y, ngón giữa chỉ chiều dương trục Z.

2 Hệ thống Chất điện môi:

Hệ thống chất điện môi là bể lọc nước được định vị đằng sau hoặc bên cạnh của

máy Thùng này chứa bộ lọc và những hệ thống de- ion hóa để làm sạch nước

cho sự sử dụng trong máy

3 Hệ thống điều khiển:

Hệ thống điều khiển cho phép bạn kích hoạt những chức năng của máy Những chương trình được nhập vào thông qua hệ điều khiển Những chương trình CNC có thể được nhập vào, được sửa đổi, và chạy thông qua bộ điều khiển Những điều kiện điều khiển có thể đượctạo ra và sửa đổi

Trang 11

Màn hình điều khiển

6.2.2 Các điểm tham chiếu trên máy cắt dây

Các điểm tham chiếu trên máy là các điểm cơ sở hoặc điểm bắt đầu được sử dụng để tính toạ độ các điểm khác

•Điểm không(zero) của máy (Machine zero point )

•Điểm không (zero) của chi tiết (Work zero point )

•Điểm không(zero) khi lập trình (Program zero point )

 Điểm không(zero) của máy

Là gốc tọa độ máy Được cài đặt bởi nhà chế tạo và không thể sữa đổi Điểm không của máy được đặt tên M và ký hiệu như hình 4.4õ Với máy tiện, điểm không của máy thường đặt tạitâm mặt đầu của trục chính Với máy pháy nó thường đặt tại điểm giới hạn của các trục

Thông thường điểm Zero của máy không dùng làm điểm tham chiếu để lập trình Điểm này thường được dùng vào các mục đích sau

+Cài đặt ban đầu cho máy (Initial setup of the machine)

+Làm tham chiếu cho các điểm tham chiếu khác như: reference return points, work zeros, vàprogram zeros

Trang 12

 Điểm không (zero) của chi tiết

Là gốc tọa độ của hệ toạ độ gắn liền với phôi Vị trí này được cài đặt bởi người vận hànhmáy và được đặt tại bất kỳ vị trí thuận lợi nào đó trên phôi

 Điểm không(zero) khi lập trình

Phần này miêu tả thế nào là gĩc tọa độ khi lập trình gia cơng cắt dây.Đặc tính này chophép lập trình viên chọn một điểm tiện lợi để làm việc

Khi lập trình theo ý đồ cắt chúng ta cĩ thể chọn từng điểm gốc tọa độ cho phù hợp.Chúng ta

cĩ thể chọn điểm bắt đầu dây như điểm gốc chương trình Hoặc chúng ta cĩ thể chon logic hơn là chọn điểm dây bắt đầu cắt lên chi tiết Sử dụng kỹ thuật này, những kích thước đi vào trong chương trình sẽ phù hợp với những kích thước trên chi tiết

Khi làm việc gốc tọa độ của chương trình, nĩ được gọi là lập trình kiểu tuyệt đối Nghĩa là, tất cả các kích thước tuyệt đối bắt đầu từ gốc tọa độ của chương trình Điều này khác với kiểu lập trình tương đối, nơi mà mỗi vị trí là vị trí được lấy từ vị trí cuối cùng của dây cắt (khơng lập trình sẵn đến từ gốc tọa độ cĩ sẵn)

Trang 13

6.2.3 Cơ sở lập trình máy cắt dây

1 Chế độ gia công của máy cắt dây

Tùy theo từng loại máy chế độ cắt sẽ được tìm thấy trong tài liệu chế độ cắt kèm theo máy , hay chúng có thể được trình bày tại máy Có một thực đơn trong màn ảnh soạn thảo khi được gọi bởi việc nhấn nút " COND " tại đáy của màn ảnh điều khiển Một lần thực đơn được làm xổ lên trong đó là tập hợp nút nhấn ,sau đó trở lại chế độ cắt và ACC (điều khiển góc) sẽ được thêm vào đỉnh chương trình NC như là một đầu mục Chương trình sẽ gọi " C1

và H1 " cho chế độ cắt và offset đầu tiên, sau đó chương trình sẽ gọi " C2 và H2 " cho chế

độ cắt và offset tiếp theo ,cứ như vậy tiếp tục lần 3 và 4

 Workpiece Material :

Vật liệu của chi tiết gia công Dưới mỗi đường kính dây sẵn có, sẽ có vài nguyên liệu

để chọn đến

 Workpiece Thickness :

Chiều dày của chi tiết gia công Mỗi vật liệu được liệt kê sẽ cho phép bạn chọn một đến

từ vài bề dày chi tiết khác nhau

 Wire Diameter:

Đường kính dây.Dây sẽ được chon theo yêu cầu cắt Để lựa chọn đường kính dây để sử dụng nên tham khảo tài liệu hướng dẫn sử dụng để tìm thấy những trang thích hợp cho đường kính dây lựa chọn phù hợp với vật liệu cắt

 Cycles

Trang 14

Số chu kỳ bạn mong muốn chạy vòng quanh chi tiết gia công Sự lựa chọn này phải làm với những yêu cầu chính xác và kết thúc như mong muốn Nhiều chu kì hơn sản phẩm sẽ tốt hơn và chính xác hơn

Đầu mục trên máy được tạo ra bởi chế độ cắt ục trên máy được tạo ra bởi chế độ cắt ược tạo ra bởi chế độ cắt ạo ra bởi chế độ cắt ởi chế độ cắt ế độ cắt ộ cắt ắt

"(***** Mat'l = STEEL : THICKNESS = 3.2inch : WIRE = 010inch );"

"(***** NOZZLE = close : CYCLE = 4 );"

Trang 15

G01 Nội suy đường thẳng

G02 Nội suy cung tròn (cùng chiều kim đồng hồ)

G03 Nội suy cung tròn (ngược chiều kim đồng hồ)

G04 Dừng tạm thời (vd G04 x5 0 ngừng trong 5 giây)

G13 AWT REF=1 sự khôi phục đứt dây

G14 AWT REF=0 hủy bỏ khôi phục đứt dây

G15 AWT REF=2 sự khôi phục đứt dây

G27 Pattern Rotation Off

G28 Quay lại điểm tham chiếu G29

G29 Điểm tham chiếu của máy

G30 Quay lại sự định vị G92 cuối cùng

G40 Hủy bỏ bù trừ bán kính dao

G41 Bù trừ bán kính dao bên trái

G42 Bù trừ bán kính dao bên phải

G50 Hủy bỏ cắt dang côn

Trang 16

G51 Côn bên trái

G52 Côn bên phải

G54 Thiết lập hệ tọa độ làm việc 0

G74 Mở chế độ 4 trục

G75 Tắt chế độ 4 trục

G80 Mở cảm biến tiếp xúc

G81 Dy chuyển đến điểm giới hạn

G82 Move To Half Of Axis Display

G83 Đọc vị trí hiện tai và lưu một hệ trục tọa độ H

G90 Lập trình tuyệt đối

G91 Lập trình tương đối

G92 Ghi lại những giá trị trục tọa độ hiện thới

G97 Ghi lại những giá trị trong tất cả các hệ trục tọa độ

G104 Dwell At All Sharp Corners

G105 Hủy bỏ G104

G140 Hủy bỏ offset 4 trục

G141 Offset 4 trục bên trái

G142 Offset 4 trục bên phải

G154 TO G159 Làm việc tại Tọa độ màn hình 10 tới 15

Tiêu đề	Công Nghệ Cắt Dây Nc
Trường học	Trường Đại Học Kỹ Thuật
Chuyên ngành	Công Nghệ Cắt Dây
Thể loại	bài giảng

Định dạng
Số trang	32
Dung lượng	1,59 MB