Tìm hiểu về máy cắt CNC EDM Sodick

Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Tìm hiểu về máy cắt CNC EDM Sodick

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU…..……… 1

PHẦN A : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SODICK………2

PHẦN B : NỘI DUNG BÁO CÁO THỰC TẬP PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ EDM……… ….… 5

1.1.Nguyên lý gia công tia lửa điện ( EDM)……….5

1.1.1 Gia công tia lửa điện dùng điện cực định hình……… 6

1.1.2 Gia công tia lửa điện bằng cắt dây……… 6

1.2 Bản chất vật lý……… …… 7

1.3.Các thông số công nghệ của EDM……… … 9

1.3.1 Đặc tính về điện của sự phóng tia lửa điện……… 9

1.3.2 Các thông số điều chỉnh……… 9

1.4.Gia công EDM có thể được phân loại như sau……… … 12

1.5.Các trục căn bản của máy EDM……… …….13

PHẦN 2:TÌM HIỂU VỀ MÁY CẮT XUNG( DIE SINKING EDM)… 14

PHẦN 3: MÁY CẮT DÂY EDM( WIRE CUT EDM)……… 21

PHẦN 4: BỘ ĐIỀU KHIỂN CHÍNH TRONG MÁY CẮT EDM………34

4.1.Hệ thống servo AC……… 34

4.2.Một số hệ thống mạch trong máy EDM……… 39

LỜI NÓI ĐẦU

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

thuyết và thực hành luôn được nhà trường và sinh viên đặt lên hàng đầu Vì

vậy thực tập tốt nghiệp là một trong những phần rất quan trọng giúp sinh

viên năm cuối hoàn thiện kiến thức, là bước chuẩn bị tốt nhất cho sinh viên

trước khi ra trường Thực tập tốt nghiệp giúp cho sinh viên kĩ thuật tiếp cận

được rõ nhất với thực tế sản xuất tại các nhà máy, xí nghiệp, được tìm hiểu

và tiếp xúc trực tiếp với máy móc thiết bị đã được học trên lý thuyết Ngoài

ra trong quá trình thực tập sinh viên còn có cơ hội nắm bắt được công việc,

phương thức làm việc để có những chuẩn bị tốt nhất và không bị bỡ ngỡ

trước khi tốt nghiệp ra trường

Trong quá trình thực tập tại công ty VPĐD Sodick, tuy chỉ có một

khoảng thời gian ngắn nhưng với sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo hướng

dẫn thực tập ĐỖ DUY PHÚ cùng các anh chị em trong công ty đã giúp em

hiểu hơn về công nghệ CNC, đặc biệt là các máy cắt xung EDM

Do thời gian thực tập có hạn cộng với sự hiểu biết còn hạn chế, bài viết

không thể tránh khỏi những sai sót Kính mong thầy cô, cùng các bạn giúp

đỡ và chỉ bảo

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 12 tháng 4 năm 2010

Sinh viên thực hiện

Lương Phát Ngọc

PHẦN A LỜI GIỚI THIỆU

hàng đầu Nhật Bản chiếm 49% thị phần máy EDM tại thị trường Nhật với

mạng lưới trên khắp thế giới từ Bắc&Nam Mỹ, Châu Âu đến châu Á Thái

Bình Dương với 4 nhà máy sản xuất chính (1 nhà máy tại Nhật Bản (Fukui),

2 nhà máy tại Trung Quốc(Shuzhou và Amoy) và một nhà máy tại Bangkok

Thái Lan) Trong đó Công ty Sodick(Thailand) Co., Ltd tại Thái Lan là một

công ty trực thuộc phụ trách kinh doanh, phân phối thiết bị cho 3 nước Thái

Lan, Ấn Độ, Việt Nam VPĐD Sodick (Thailand) Co., Ltd có địa chỉ tại

P503 CT1 Toà nhà Vimeco, Khu đô thị Nam Trung Yên, Quận Cầu Giấy,

Hà Nội

Sản phẩm chính của Sodick là các máy CNC trong lĩnh vực chế tạo khuôn

mẫu như: Máy xung, máy cắt dây, máy khoan lỗ, trung tâm gia công, máy

đánh bóng, máy ép nhựa, máy Nano Đây là những dòng máy cao cấp cho

những sản phẩm có độ bóng cao đồng thời có độ chính xác cỡ µm và nm

Trên thị trường Việt Nam có rất nhiều khách hàng lớn đã và đang sử dụng

thiết bị của Sodick như : Canon, Toho, Brother, Vietnam Auto Part, Iritani,

Nissei, Muto Technology, Hokuyo Precision v v v và rất nhiều doanh

nghiệp Việt Nam khác như Viện Công Nghệ Bộ Quốc Phòng, Công ty

HTMP, Công ty Tân Hòa v v.v.v

Như một nhà tiên phong EDM, Sodick đã liên tục tiến hành những nghiên

cứu và phát triển và đã có kết quả trong các máy với các tính năng tinh vi và

độc đáo tạo nên kết quả chính xác và hiệu suất sử dụng cao

Một số địa chỉ wed của Sodick:

http://www.sodick.jp

http://www.sodick.org

http://www.sodick.com

PHẦN B: NỘI DUNG BÁO CÁO THỰC TẬP

PHẦN I

Trong nửa đầu thế kỷ 20, nhu cầu về các vật liệu lâu mòn tăng lên không

ngừng ở các nước công nghiệp phát triển Nhưng vấn đề là gia công những

vật liệu đó bằng công nghệ thông thường thì rất khó khăn, nhiều khi không

thực hiện được Sự xuất hiện của các máy CNC EDM (Electrical Discharge

Machining) đã nhanh chóng thay đổi việc sản xuất công nghiệp Các đường

cong được thực hiện dễ dàng như đường thẳng, các cấu trúc phức tạp 3 chiều

cũng dễ dàng thực hiện, và một lượng lớn các thao tác do con người thực

hiện được giảm thiểu

1.1.Nguyên lý gia công tia lửa điện ( EDM)

Về nguyên lý gia công thì đây là hiệu quả ăn mòn vật liệu gây ra bởi sự

phóng điện Khi các tia lửa điện được phóng ra, vật liệu trên bề mặt phôi bị

hớt đi bởi một quá trình điện-nhiệt thông qua sự nóng chảy và bốc hơi kim

loại - đó là quá trình gia công bằng tia lửa điện gọi tắt là gia công EDM

(Electrical Discharge Machining)

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

triển Nhiều gam máy hoạt động trong lĩnh vực EDM đã được sản xuất với

nhiều kiểu khác nhau để phục vụ những mục đích khác nhau Nó đưa quy về

2 dạng sau:

1.1.1 Gia công tia lửa điện dùng điện

cực định hình

Gọi tắt là phương pháp“xung định hình”

Điện cực là một hình không gian bất kì, nó sẽ

in hình của mình lên phôi tạo ra lòng khuôn thường dùng để tạo hình những

chi tiết đục lỗ nhưng không thông

1.1.2 Gia công tia lửa điện bằng cắt dây

Cắt dây tia lửa điện là một hình thức đặc biệt của gia công tia lửa điện Điểm

khác nhau cơ bản giữa cắt dây tia lửa điện và xung điện (gia công bằng điện

cực thỏi) là thay vì sử dụng những điện cực thỏi có hình dạng phức tạp thì

trong WEDM điện cực là một sợi dây có đường kính từ 0,1 – 0,3mm Dây

này được cuốn liên tục và chạy theo một biên dạng cho trước, cắt được bề

mặt 2D và3D phức tạp

Trong quá trình gia công, dụng cụ và chi tiết là hai điện cực, trong đó dụng

cụ là catốt, chi tiết là anốt của một nguồn điện một chiều có tần số 50 –

500kHz, điện áp 50 – 300V và cường độ dòng điện 0,1 – 500A Hai điện cực

này được đặt trong dung dịch cách điện được gọi là chất điện môi

Khi cho hai điện cực tiến lại gần nhau thì giữa chúng có điện trường Khi

điện áp tăng lên thì từ bề mặt cực âm có các điện tử phóng ra, tiếp tục tăng

điện áp thì chất điện môi giữa hai điện cực bị ion hóa làm cho chúng trở nên

dẫn điện, làm xuất hiện tia lửa điện giữa hai điện cực

Nhiệt độ ở vùng có tia lửa điện lên rất cao, có thể đạt đến 12.0000C, làm

nóng chảy, đốt cháy phần kim loại trên cực dương Trong quá trình phóng

điện, xuất hiện sự ion hóa cực mạnh và tạo nên áp lực va đập rất lớn, đẩy

phoi ra khỏi vùng gia công

Toàn bộ quá trình trên xảy ra trong thời gian rất ngắn từ 10-4 đến 10-7s Sau

đó mạch trở lại trạng thái ban đầu và khi điện áp của tụ được nâng lên đến

mức đủ để phóng điện thì quá trình trên lại diễn ra ở điểm có khoảng cách

gần nhất

Phoi của quá trình gia công là những giọt kim loại bị tách khỏi các điện cực

và đông đặc lại thành những hạt nhỏ hình cầu và bị đẩy ra khỏi vùng gia

công bằng luồng dung môi có áp suất cao Khi các hạt này bị đẩy ra khỏi

vùng gia công, khe hở giữa hai điện cực lớn ra và sự phóng điện không còn

nữa Để tiếp tục gia công cần di chuyển hai điện cực lại gần nhau và quá

trình lặp lại liên tục Gia công bằng tia lửa điện, EDM (Electrical Discharge

Machining) là một quá trình tách kim loại bằng một tia lửa điện trong thời

gian rất ngắn với cường độ dòng điện lớn giữa dụng cụ cắt và chi tiết.Quá

trình EDM có thể so sánh với một phần thu nhỏ của một tia sét va vào một

bề mặt tạo nên vùng tập trung nhiệt lớn làm nóng chảy bề mặt gia công

1.2 Bản chất vật lý

• Đặt một điện áp giữa điện cực và phôi.- Không gian giữa điện

cực và phôi phải được điền đầy bởi một chất điện môi.- Cho 2 điện cực tiến lại gần nhau, đến một khoảng cách ( nào đó thì xảy ra sự phóng tia lửa điện, xuất hiện một dòng điện tức thời

• Nếu 2 điện cực chạm nhau thì sẽ không có tia lửa điện mà sẽ

sảy ra ngắn mạch có hại cho quá trình gia công.- Nếu khe hở quá lớn thì sẽ không thể xảy ra sự phóng tia lửa điện điều đó

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

1.3 Các thông số công nghệ của EDM

1.3.1 Đặc tính về điện của sự phóng tia lửa điện

Các đặc tính về điện được nhận ra dựa vào các đặc tính thời gian của sự

phóng tia lửa điện Các đặc tính này chính là các thông số điều chỉnh quan

trọng nhất của quá trình gia công

Mỗi máy phát của thiết bị gia công tia lửa điện đều có một nhiệm vụ là cung

cấp năng lượng làm việc cần thiết Máy phát xung hiện đại của một thiết bị

gia công tia lửa điện là một máy phát xung tĩnh ở đây năng lượng được điều

khiển bằng điện tử nhưng không có yếu tố bù Nguyên lý tác dụng của máy

phát xung tĩnh thực hiện trước hết thông qua sự phát triển của Transistor

mạnh và các sản phẩm điện tử hiện đại Máy phát xung tĩnh có ưu việt lớn ở

độ linh hoạt của các thông số điều chỉnh Qua đó mỗi trường hợp gia công

có thể được giải quyết dưới quan điểm là điện cực ít mòn nhất và chất lượng

bề mặt là tối ưu muốn vậy các thông số của quá trình gia công phải được

điều chỉnh cho phù hợp

1.3.2 Các thông số điều chỉnh

• Điện áp đánh lửa Ui: đây là điện áp cần thiết để dẫn tới sự

phóng tia lửa điện Nó cung cấp cho điện cực và phôi khi máy

phát được đóng điện, gây ra sự phóng tia lửa điện để đốt cháy

vật liệu Điện áp đánh lửa Ui càng lớn thì phóng điện càng nhanh

và cho phép khe hở phóng điện càng lớn

• Thời gian trễ đánh lửa td : đó là thời gian giữa lúc đóng điện

máy phát và lúc xảy ra phóng tia lửa điện Khi đóng điện máy

phát lúc đầu chưa xảy ra điều gì Điện áp duy trì ở giá trị của

điện áp đánh lửa Ui, dòng điện bằng 0 Sau một thời gian trễ td

mới xảy ra sự phóng tia lửa điện Dòng điện từ 0 vọt lên Ie

• Điện áp phóng tia lửa điện Ue: khi bắt đầu phóng tia lửa điện

thì điện áp tụt xuống từ Ui đến Ue đây là điện áp trung bình

trong suốt thời gian phóng tia lửa điện Ue là một hằng số vật lý

phụ thuộc vào cặp vật liệu điện cực/phôi Ue không điều chỉnh

được

• Dòng phóng tia lửa điện Ie: là giá trị trung bình của dòng điện

từ khi bắt đầu phóng tia lửa điện đến khi ngắt điện Khi bắt đầu

phóng tia lửa điện dòng điện tăng lên từ 0 đến giá trị Ie, kèm

theo sự đốt cháy Ie ảnh hưởng lớn nhất đến lượng hớt vật liệu,

độ mòn điện cực và chất lượng bề mặt gia công Nhìn chung Ie

càng lớn thì lượng hớt vật liệu càng lớn, độ nhám bề mặt càng

lớn nhưng độ mòn điện cực giảm.*Dòng điện và diện tích bề mặt

bị ăn mòn: Mật độ dòng điện (A/mm2) sẽ sinh ra lượng nhiệt lớn

làm quá nhiệt điện cực và gây mòn điện cực nhanh hơn Do vậy

để gia công một vùng nhỏ cần chọn dòng điện nhỏ và ngược lại

Như vậy, khi gia công chỉ có một điện cực hay có nhiều điện cực

để thay thế thì phải chú ý lựa chọn dòng điện cho phù hợp sao

cho nó cho phép đạt được lượng hớt vật liệu lớn nhất có thể đạt

được trong khi vẫn duy trì độ nhẵn bóng và độ mòn điện cực

trong giới hạn yêu cầu

• Độ kéo dài xung ti: là khoảng thời gian giữa hai lần đóng ngắt

của máy phát trong cùng một chu kỳ phóng tia lửa điện Nó bằng

thời gian trễ (td) và thời gian phóng tia lửa điện ie: ti = td + te

Độ kéo dài xung ti ảnh hưởng đến nhiều yếu tố quan trọng có liên quan trực

tiếp đến chất lượng và năng suất gia công.Các yếu tố bị ảnh hưởng:- ti ảnh

hưởng lớn đến lượng hớt vật liệu: thực nghiệm cho thấy khi giữ nguyên

dòng điện Ie và khoảng cách xung to, nếu tăng ti thì ban đầu Vw tăng nhưng

chỉ tăng đến giá trị cực đại ở ti nhất định nào đó sau đó Vw giảm đi, nếu vẫn

tiếp tục tăng ti thì năng lượng phóng điện không còn được sử dụng thêm nữa

để hớt vật liệu phôi mà nó lại làm tăng nhiệt độ của các điện cực và dung

dịch điện môi

• Khoảng cách xung to: là thời gian giữa hai lần ngắt-đóng của

máy phát xung thuộc 2 chu kỳ phóng điện kế tiếp nhau, to còn

được gọi là độ kéo dài nghỉ của xung.Cùng với tỉ lệ ti/to, to có

ảnh hưởng rất lớn đến lượng hớt vật liệu Khoảng cách to càng

lớn thì lượng hớt vật liệu Vw càng nhỏ và ngược lại.Phải giữ to

nhỏ như có thể được để nó có thể đạt một lượng hớt vật liệu tối

đa Nhưng khoảng cách xung to phải đủ lớn để có đủ thời gian

thôi iôn hoá chất điện môi trong khe hở phóng điện Nhờ đó sẽ

tránh được lỗi của quá trình như tạo hồ quang hoặc dòng ngắn

mạch Cũng như trong thời gian của khoảng cách xung dòng

chảy sẽ đẩy các vật liệu đã bị ăn mòn ra khỏi khe hở phóng

điện.Do vậy, tuỳ thuộc vào kiểu máy và trường hợp gia công cụ

thể mà lựa chọn to, ti phù hợp thông qua tỉ số ti/to :

Khi gia công rất thô chọn : ti/to > 10

Khi gia công thô chọn : ti/to = 10

Khi gia công tinh chọn : ti/to = 5

Khi gia công rất tinh chọn : ti/to < 5 (thường chọn = 0,4)

Khe hở phóng điện: cho tới đây, ta đã có rất nhiều các thông số điều chỉnh

như: I, ti, to, U mà chúng chỉ tác động lên sự phóng ta lửa điện Để dự

kiến được lượng hớt vật liệu từ đầu đến cuối sau một số lần phóng tia lửa

điện thì vấn đề là phải duy trì khe hở vớ một chiều rộng tối ưu Quá trình đó

gọi là sự điều chỉnh khe hở phóngđiện Đó là cách để đảm bảo chắc chắn

rằng điệc cực tiếp tục ăn xuống để thâm nhập vào phôi.Trên máy xung, việc

đo khe hở ( được thực nghiệm gián tiếp thông qua việc đo Ue Ue là một đại

lượng điện chính xác khi điện cực đã tiến đủ gần đến phôi, Ue tăng thì khe

hở cũng tăng Để duy trì một chiều rộng khe hở phóng điện là hằng số thì

tương ứng với nó là một giá trị danh nghĩa của Ue Trong quá trình gia công,

do điện cực và phôi bị ăn mòn làm cho ( lớn lên, để điều chỉnh thì Ue được

đo liên tục và được so sánh với giá trị danh nghĩa Thông thường trong gia

công, người vận hành máy chọn I, ti, to, Ui phù hợp với yêu cầu năng suất

và chất lượng bề mặt, lúc đó hệ điều khiển sẽ tự động điều chỉnh ( cho phù

hợp với I và Ui)

1.4 Gia công EDM có thể được phân loại như sau:

• Gia công xung định hình EDM (Die Sinking EDM hay

Ram-EDM)

• Gia công EDM bằng dây cắt (Wire-cut EDM hoặc Wire EDM)

• Gia công vi EDM (Micro EDM)

• Khoan EDM (EDM drilling)

1.5 Các trục căn bản của máy EDM

Máy cắt EDM có tổng cộng 05 trục được điều khiển hệ trục tọa độ máy dựa

trên 2 tiêu chí là trục chính của máy và bàn máy

Trục X : chuyển động (+) theo chiều tay trái

sáng tay phải

Trục Y : chuyển động (+) xa người thao tác

Trục Z: thẳng đứng, chiều (+)là hướng lên

trên

Trục U : trục // với trục X( là trục bàn máy)

chiều (+)từ trái sang phải

Trục V: trục // với trục Y( là trục bàn máy) chiều (+) xa người thao tác

PHẦN 2:

TÌM HIỂU VỀ MÁY CẮT XUNG ( DIE SINKING EDM)

NGUYÊN LÍ GIA CÔNG MÁY CẮT XUNG EDM

Hệ thống gia công tia lửa điện (Electrical Discharge Machining -EDM) bao

gồm có hai bộ phận chủ yếu: máy công cụ và nguồn cung cấp điện Máy

công cụ gắn điện cực định hình (đóng vai trò là dao) và điện cực tiến tới bề

mặt chi tiết gia công sinh ra một lỗ chép hình hình dạng của dụng cụ.Chi tiết

gia công lắp trên bàn máy công cụ, còn điện cực thì gắn với đầu máy Một

động cơ servo AC hoặc xylanh thủy lực để điều khiển điện cực theo phương

thẳng đứng và duy trì một vị trí thích hợp của điện cực so với chi tiết gia

công

Nguồn năng lượng cung cấp sản sinh ra một tần số cao, tạo ra một loạt tia

lửa điện giữa điện cực và bề mặt chi tiết và bóc đi một lớp kim loại bởi sự ăn

mòn của nhiệt độ và sự hóa hơi.Vị trí này được điều chỉnh một cách tự động

với sự chính xác cực kỳ nhờ hệ thống servo và nguồn cung cấp Trong quá

trình vận hành máy thông thường điện cực không bao giờ chạm bề mặt chi

tiết, giữa chúng có một khe hở phóng điện nhỏ.Cả chi tiết và điện cực đều

ngâm chìm trong dung dịch điện môi Dung dịch này đóng vai trò như chất

cách điện để điều khiển sự phóng tia lửa điện Trong gia công EDM chất

điện môi cũng thực hiện chức năng của môi trường làm nguội và làm giảm

nhiệt độ cực kỳ cao trong khe hở phóng

điện Quan trọng hơn, dung dịch điện

môi được bơm vào theo khe hở hình

cung để đẩy đi những hạt bị xói mòn

giữa chi tiết và điện cực

Một số hình ảnh về đầu cực:

Một số dòng máy cắt xung EDM của SODICK như C32, AP1L, AD3L,

Khoang làm việc của máy 450x300 mm

Khối lượng vật gia công tối đa 50kg

Trọng lượng điện cực tối đa 20kg

Kích thước bàn 600 x 400mm

Kích thước thùng chứa dầu 925 x 555 x 300

Hệ điều khiển LMX32 hoạt động trên nền

Window XP

Màn hiển thị cảm ứng TFT 15"

Phần mềm hỗ trợ gia công LN Assit

Khối lượng máy 2500kg

C32 dòng máy cắt xung EDM

mới nhất của Sodick với

truyền động động cơ tuyến

tính thế hệ thứ 5 được thiết kế

nhỏ gọn, 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 dang

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 này

giúp nâng cao hiệu suất truyền động, độ phản hồi điều khiển servo cũng như

độ tin 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

MÁY C32

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

PHẦN 3 MÁY CẮT DÂY EDM( WIRE CUT EDM)

Các nguyên tắc cơ bản của phương

pháp cắt dây EDM cũng giống như gia

công xung định hình EDM được mô tả

ở trên Điểm khác biệt cơ bản là thay vì

sử dụng những điện cực có hình dạng

phức tạp, trong cắt dây EDM điện cực