Chương 3 Tình trạng và giải pháp nâng cấp723.1Thực trạng và giải pháp về phần cứng723.2Sơ đồ khối máy EDM tại C8 sau khi nâng cấp753.2.1 Động cơ bước (Step Motor SM )793.3Quá trình điều khiển và tối ưu hoá trong EDM.883.3.1 Giới thiệu chung883.3.2 Các tham số trong EDM893.3.2.1 Tham số đầu vào893.3.2.2 Tham số đầu ra893.3.3 Tối ưu hoá trong gia công EDM903.3.3.1 Các vấn đề và giải pháp903.3.3.2 Tối ưu hoá độc lập913.3.3.3 Tối ưu hoá trực tuyến933.4Đánh giá quá trình gia công thực trong EDM963.4.1 Các vấn đề cảm biến.963.4.2 Các dạng xung973.4.3 Khe hở điện cực993.4.4 Bảo vệ bề mặt điện cực993.5 Kỹ thuật Điều khiển thích nghi.1003.5.1 Giới thiệu chung1003.5.2 Các mức điều khiển trong EDM1013.5.3 Kỹ thuật cưỡng bức điều khiển thích nghi (ACC).1023.5.3.1 Chọn mức cưỡng bức.1023.5.3.2 Điều khiển nhiều chiều.1033.6Sự thích ứng phần cứng trong điều khiển thích nghi1073.6.1 Giới thiệu chung1073.6.2 Bộ xử lý1073.6.3 Bộ cảm biến1083.6.4 Bộ điều khiển1093.6.4.1 Bộ điều khiển thời gian1093.7Chiến lược cơ bản trong tối ưu hoá DK thích nghi cho EDM.1113.7.1 Tổ chức tổng quan của chiến lược.1113.7.2 Module phối hợp1123.7.3 Module điều khiển điện áp điều chỉnh và thời gian xung.1143.8Đặc tính và hạn chế của chiến lược cơ bản1223.8.1 Đặc tính của chiến lược.1223.8.2 Nhược điểm của chiến lược cơ bản122
Bộ môn gia công vật liệu DCCN Đồ ¸n tèt nghiƯp Ch¬ng tỉng quan vỊ edm 1.1 EDM nguyên lý EDM Trong nửa đầu kỷ 20, nhu cầu vật liệu lâu mòn tăng lên không ngừng nớc công nghiệp phát triển Nhng vấn đề gia công vật liệu công nghệ thông thờng khó khăn, nhiều không thực đợc Thực nguyên lý cách gần 200 năm, nhà nghiên cứu ngêi Anh Toseph Priestley (1733 - 1809) thÝ nghiÖm đà phát thấy có hiệu ăn mòn vật liệu gây phóng điện Nhng mÃi đến năm 1943 gia công tia lửa điện lần xuất Nga sau nghiên cứu vợ chồng Lazarenko Khi tia lửa điện đợc phóng ra, vật liệu bề mặt phôi bị hớt trình điện-nhiệt thông qua nóng chảy bốc kim loại - trình gia công tia lửa điện gọi tắt gia công EDM (Electrical Discharge Machining) Cho đến trình EDM đà đợc phát triển réng r·i ë c¸c níc ph¸t triĨn NhiỊu gam m¸y hoạt động lĩnh vực EDM đà đợc sản xuất với nhiều kiểu khác để phục vụ mục đích khác Nó đa quy dạng sau: ã Gia công tia lửa điện dùng điện cực định hình: Gọi tắt phơng pháp xung định hình Điện cực hình không gian bất kì, in hình lên phôi tạo lòng khuôn thờng dùng để tạo hình chi tiết đục lỗ nhng không thông ã Gia công tia lửa điện cắt dây: Điện cực sợi dây kim loại mảnh (d= 0,1ữ0,3) đợc quấn liên tục chạy dao theo côngtua xác định Trang1 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn gia công vật liệu DCCN 1.1.1 Bản chất vật lý trình phóng tia lửa điện R Điện cực C Phôi Sơ đồ nguyên lí gia công tia lửa điện - Đặt điện áp điện cực phôi - Không gian điện cực phôi phải đợc điền đầy chất điện môi - Cho điện cực tiến lại gần nhau, đến khoảng cách xảy phóng tia lửa điện, xuất dòng ®iƯn tøc thêi - NÕu ®iƯn cùc ch¹m tia lửa điện mà sảy ngắn mạch có hại cho trình gia công - Nếu khe hở lớn xảy phóng tia lửa điện điều làm giảm suất gia công Để làm phát sinh tia lửa điện, điều thiếu đợc thời gian ngắn sau đà có dòng điện chạy qua điện cực phải ngừng cung cấp lợng Đơn giản ngời ta dùng phát xung RC nh để cung cấp xung ca Hoạt động nh sau: Điện áp cung cấp Ui qua R nạp điện cho C, điện áp tụ C đạt đến Ui điện áp mồi tia lửa điện trình phóng điện bắt đầu, tụ ®iƯn phãng ®iƯn R cho ®Õn Ui gi¶m xuống đến điện áp tắt sau lại tiếp tục trình nạp lặp lại nh Quá trình chuyển đổi lợng R C tạo dao động hình thành xung ca + Thời gian nạp tơ: T1 = RC + Thêi gian phãng ®iƯn T2 ngắn trị số điện trở nhỏ Trang2 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn gia công vật liệu DCCN + Chu kỳ phóng điện: T = T1 + T2 + Tần số phóng tia lửa điện: f = 1 = T RC + T2 Ngêi ta dùng R để điều chỉnh tần số f cho phù hợp với điều kiện gia công Khi phóng tia lửa điện đợc sinh vùng điểm cực dơng cực âm, nhiệt lợng lớn đợc sinh làm nóng chảy bốc vật liệu vùng Để tăng hiệu phơng pháp gia công, điện cực dụng cụ phôi đợc nhấn chìm dung dịch điện môi (hyđrôcacbon dầu khoáng) Quan sát thấy loại điện cực đợc làm loại vật liệu điện cực đợc nối với cực dơng vật liệu điện cực bị bào mòn với tốc độ lớn Với khe hở (khe hở phóng điện) thích hợp đợc giữ không đổi bề mặt dụng cụ phôi, với nguồn chiều thích hợp dới tần số cao xẩy phóng tia lửa điện Tia lửa điện sinh điểm mà nhấp nhô bề mặt dụng cụ phôi gần nhất, điểm thay đổi sau phóng tia lửa điện (bởi vật liệu đà bị bào mòn sau phãng tia lưa ®iƯn), tia lưa sÏ sinh toàn bề mặt Kết lợng vật liệu không đổi đợc hớt toàn bê mặt phôi Việc giữ khe hở phóng điện theo giá trị xác định trớc nhờ điều khiển servo Khoảng phóng điện đợc nhận biết thông qua điện áp trung bình khe hở, điện áp đợc so sánh với giá trị điện áp đặt trớc Sự khác điều khiển động servo Thờng động bớc đợc sử dụng thay động servo Tần số tia lửa điện khoảng 200-500000Hz, khe hở phóng điện đợc xác định khoảng 0,025-0,05mm Điện áp cực đại đợc giữ khoảng 30-250V Lợng hớt vật liệu đạt 300mm3/phút, công suất động 10W/mm3/phút Năng suất độ xác gia công tăng lên cung cấp lực chu kỳ dòng dung dịch điện môi Trang3 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn gia công vật liệu DCCN Sơ đồ dới cho ta thấy diễn biến điện áp dòng điện máy xung định hình, đợc sinh máy phát tĩnh, khoảng thời gian xác định chu kỳ xung U Ue Ui Trong ®ã: td ti te to te: Độ kéo dài xung td: Độ trễ đánh lửa ti: Độ kéo dài xung máy phát to: khoảng cách xung Ie I t t Ui: điện áp mở máy Ue: điện áp phóng tia lửa điện Ie: dòng phóng tia lửa điện Đây đồ thị điển hình chu kỳ xung gia công tia lửa điện đặc điểm đồ thị dòng điện Ie xung xuất trễ khoảng thời gian td (độ trễ đánh lửa) so với thời điểm bắt đầu có điện áp máy phát Ui Ue Ie giá trị trung bình điện áp dòng điện phóng tia lửa điện Trong chu kì phóng tia lửa điện ta phân biệt đợc pha sau đây: Pha 1: đánh lửa Máy phát tăng điện áp khởi động qua khe hở (đóng điện áp máy phát Ui) Dới ảnh hởng điện trờng, từ cực âm (catốt) bắt đầu phát điện tử chúng bị hút cực dơng (anốt) Sự phát điện tử gây tăng cục tính dẫn điện chất điện môi khe hở Các bề mặt điện cực không hoàn toàn phẳng Điện trờng mạnh điểm gần Chất điện môi bị iôn hoá Tất phần tử dẫn điện (điện tử iôn dơng) hội tụ quanh điểm khoảng không gian điện cực chúng tạo nên cầu Một kênh phóng điện đợc hình thành ngang qua cầu Sự phóng điện bắt đầu Trang4 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn gia công vật liệu vµ DCCN Phoi u u i i t Pla zma u i t t Pha 2: hình thành kênh phóng điện thời điểm phóng điện, điện áp bắt đầu giảm Số lợng phần tử dẫn điện (điện tử iôn dơng) tăng lên cách khủng khiếp dòng điện bắt đầu chạy điện cực Dòng điện cung cấp mật độ lợng khổng lồ mà làm cho dung dịch điện môi bốc cục áp suất bong bóng bốc đẩy chất lỏng điện môi sang hai bên Nhng có độ nhớt nên chất điện môi tạo cản trở, hạn chế lớn lên kênh phóng điện điện cực u i u t i u t i t Phoi Pla zma Pha 3: nóng chảy bốc vật liệu Lõi bọt bao gồm kênh plazma Plazma nµy sÏ lµ mét chÊt khÝ cã lÉn Lâi bọt bao gồm kênh plazma Plazma chất khí có lẫn điện tử iôn dơng áp suất cao (khoảng bar) nhiệt độ cực lớn (10000 Co ) Khi kênh plazma đợc tạo thành đầy đủ điện áp qua khe hở đạt tới mức điện áp phóng tia lửa điện Ue Giá trị điện áp Ue số vật lý phụ thuộc vào phối hợp vật liệu điện cực phôi Trang5 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn gia công vật liệu DCCN Chất điện môi giữ kênh plazma giữ cho lợng có mật độ tập trung cục Sự va đập điện tử lên cực dơng iôn dơng lên cực âm làm nóng chảy bốc vật liệu điện cực Máy phát ngắt dòng điện sau đà diễn xung có hiệu Điện áp bị ngắt đột ngột Kênh phóng điện biến áp suất bị đột ngột Điều làm cho kim loại nóng chảy bất ngờ bị đẩy khỏi kênh phóng điện bèc h¬i u i u t i u t i t Phoi Pla zma Sù phãng ®iƯn cã thĨ kÐo dài từ vài micrô giây đến vài trăm micrô giây, tuỳ thuộc vào công dụng Giữa xung có ®é trƠ To, cho phÐp chÊt ®iƯn m«i th«i i«n hoá để có thời gian vận chuyển phoi khỏi khe hở gia điện cực nhờ dòng chảy chất điện môi phoi vật liệu điện cực bị tách Mỗi bề mặt điện cực để lại vết lõm bị ăn mòn, nhng ăn mòn không nh nhau, cực bị ăn mòn nhiều (thờng cực dơng) đợc dùng làm điện cực dụng cụ Cực bị ăn mòn đợc dùng làm điện cực dụng cụ Điều luôn cố định Nó phụ thuộc vào chế độ phóng điện, việc chọn cặp vật liệu điện cực đấu cực Trang6 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn gia công vật liệu DCCN 1.1.2 Cơ chế tách vật liệu Tool C B D A E Work Hình chi tiết bề mặt điện cực, thực tế bề mặt không phẳng nh ta tởng tợng mà có nhấp nhô Khoảng cách bề mặt điện cực toàn bề thực tế không cố định mà thay đổi nhấp nhô Ví dụ điểm A khoảng cách điện cực nhỏ Khi điện áp thích hợp đợc đặt điện cực (dụng cụ phôi), trờng tĩnh điện có cờng độ lớn đợc sinh gây tách electron từ cực âm A Các electron giải phóng đợc tăng tốc phía cực dơng Sau đạt đến vận tốc đủ lớn, electron va đập với phần tử điện môi, bắn phá phần tử thành electron ion dơng Các vừa sinh lại đợc tăng tốc lại đánh bật electron khác từ phân tử dung dịch điện môi Cứ nh vậy, cột hẹp phân tử dung dịch điện môi bị iôn hoá đợc sinh điểm A nối điện cực lại với (sinh dòng thác điện tử, cột phân tử bị iôn hoá tăng lên tính dẫn điện mạnh, nh tia lửa) Kết tia lửa sóng chèn ép lớn đợc sinh có nhiệt độ lớn tăng lên điện cực (10000-120000C) Nhiệt độ lớn làm nóng chảy bốc vật liệu điện cực, vật liệu nóng chảy bị sóng thổi đi, vết lõm bề mặt đợc sinh Ngay lúc khoảng cách điện cực A tăng lên vị trí có khoảng cách điện cực ngắn (ví dụ B) Tơng tự, chu kỳ đợc lặp lại, tia lửa đợc sinh B Cứ nh tia lửa sinh toàn bề mặt điện cực Kết diễn biến trình sinh khoảng cách không đổi bề mặt điện cực Phụ thuộc vào hình dạng âm cực mà dơng cực chép lại hình dạng Việc tách vật liệu phụ thuộc vào lợng tách vật liƯu We: We=Ue.Ie.te Trang7 Bé m«n gia c«ng vËt liƯu DCCN Đồ án tốt nghiệp Trong đó: Ue, Ie giá trị trung bình điện áp dòng tia lửa điện đợc lấy khoảng thời gian xung Ue lµ mét h»ng sè vËt lý phơ thc cặp vật liệu điện cực/phôi Vì lợng thực chất phụ thuộc vào Ie te Dòng điện tổng cộng kênh plazma qua khe hở phóng điện tổng dòng điện tử chạy tới cực dơng dòng iôn dơng chạy tới cực âm Do khối lợng iôn dơng lớn 100 lần so với khối lợng điện tử, nên ta bỏ qua tốc độ iôn dơng xuất phát xung điện so với tèc ®é cđa ®iƯn tư MËt ®é ®iƯn tư tËp trung tới bề mặt cực dơng cao nhiều lần so với mật độ iôn dơng tập trung tới bề mặt cực âm mức độ tăng dòng điện lớn khoảnh khắc phóng điện Điều nguyên nhân gây nóng chảy mạnh cực dơng chu kỳ Dòng iôn dơng đạt tới cực âm micro giây Các iôn dơng gây nóng chảy bốc vật liệu catốt (cực âm) Do có tợng điện cực bị mòn VËt liƯu ®iƯn cùc sù tiÕp xóc víi plazma pha có áp lực cao tới Kbar nhiệt độ cao tới 10000 oC kênh plazma Mét lý quan träng cña sù tèng vật liệu bị chảy lỏng đột ngột biến kênh plazma dòng điện bị ngắt Ngay tức khắc, áp suất xụt xuống áp suất xung quanh sau ngắt dòng điện Nhng nhiệt độ chất lỏng lại không tụt nhanh nh Điều gây nổ bốc chất lỏng nóng chảy có Tốc độ cắt dòng điện tốc độ xụt xung dòng điện định tốc độ xụt áp suất bắt buộc nổ vật liệu chảy lỏng Thời gian xụt dòng điện yếu tố định độ nhám bề mặt gia công Vì lợng vật liệu đợc hớt phụ thuộc vào điện áp, cờng độ dòng điện thêi gian nªn ngêi ta cã thĨ nghiªn cøu mét cách xác theo thời gian dòng điện điện áp lúc phóng tia lửa điện thực nghiệm nh sau: Trang8 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn gia công vật liệu DCCN U (Von) 120 t1 = (µ s) U1 = 120 V t2 = 30 (µ s) U2 = 120 V t3 = 45 (µ s) U3 = 60 V t4 = 120 (µ s) U4 = 42 V t5 = 150 (µ s) U5 = 30 V t6 = 240 (µ s) U6 = 30 V t7 = 300 (µ s) U7 = 30 V t8 = 310 (µ s) U8 = V 60 42 30 30 45 I 120 150 (Ampe) 30 29 20 5 240 300 t 300 (µ s) t1 = (µ s) I1 = V t2 = 30 (µ s) I2 = V t3 = 45 (µ s) I3 = 20 V t4 = 120 (µ s) I4 = 29 V t5 = 150 (µ s) I5 = 30 V t6 = 240 (µ s) I6 = 30 V t7 = 300 (µ s) I7 = 30 V t8 = 310 (µ s) I8 = V 30 45 120 150 240 300 t (µ s) 300 Trang9 Bộ môn gia công vật liệu DCCN Đồ án tốt nghiệp 1.2 thông số công nghệ EDM 1.2.1 Đặc tính điện phóng tia lửa điện Các đặc tính điện đợc nhận dựa vào đặc tính thời gian phóng tia lửa điện Các đặc tính thông số điều chỉnh quan trọng trình gia công Mỗi máy phát thiết bị gia công tia lửa điện có nhiệm vụ cung cấp lợng làm việc cần thiết Trớc ngêi ta sư dơng c¸c m¸y ph¸t cã tơ bï Nhợc điển loại máy 50% lợng tích trữ điện trở nạp biến thành nhiệt Vì vậy, loại máy có hiệu suất khoảng 50% Ngày tụ bù đợc sử dụng ngắt bổ xung để thực tối u việc gia công đơn giản Máy phát xung đại thiết bị gia công tia lửa điện máy phát xung tĩnh lợng đợc điều khiển điện tử nhng yếu tố bù Nguyên lý tác dụng máy phát xung tĩnh thực trớc hết thông qua phát triển Transistor mạnh sản phẩm điện tử đại Máy phát xung tĩnh có u việt lớn độ linh hoạt thông số điều chỉnh Qua trờng hợp gia công đợc giải dới quan điểm điện cực mòn chất lợng bề mặt tối u muốn thông số trình gia công phải đợc điều chỉnh cho phù hợp 1.2.2 Các thông số điều chỉnh a Điện áp đánh lửa Ui: điện áp cần thiết để dẫn tới phóng tia lửa điện Nó cung cấp cho điện cực phôi máy phát đợc đóng điện, gây phóng tia lửa điện để đốt cháy vật liệu Điện áp đánh lửa Ui lớn phóng điện nhanh cho phép khe hở phóng điện lớn b Thời gian trễ đánh lửa td : thời gian lúc đóng điện máy phát lúc xảy phóng tia lửa điện Khi đóng điện máy phát lúc đầu cha xảy điều Điện áp trì giá trị điện áp đánh lửa Ui, dòng ®iƯn b»ng Sau mét thêi gian trƠ td míi xảy phóng tia lửa điện Dòng điện từ vọt lên Ie Trang10 Bộ môn gia công vật liệu DCCN Đồ án tốt nghiệp biểu thị điện áp điều chỉnh U a, khoảng cách xung t0 tốc độ dòng chảy q trùng với điểm tối u đó, lẽ tham số chịu ảnh hởng nhiều yếu tố: hình dạng kích thớc điện cực, chiều sâu gia công, kiểu dòng điện môi Các tham số điều khiển độc lập thờng đợc lựa chọn để tối u hoá : - Dòng phóng tia lửa điện ie - Độ kéo dài xung te ti - Điện áp mạch hở ui Việc lựa chọn tối u tham số điều khiển độc lập đợc xác lập thông qua so sánh nhiều bề mặt công nghệ thông qua ngân hàng liệu đợc cung cấp ứng với công việc cụ thể Tối u hoá trực tuyến Hầu hết tham số điều khiển tối u hoá độc lập, thay đổi ứng dụng đợc chuyển đổi trình gia công Việc lập điểm tối u thờng đợc thực trình gia công tay hay hệ thống điều khiển thích nghi Các tham số điều khiển trực tuyến quan trọng : - Điện áp đánh lửa - Khoảng cách xung - Tốc độ dòng điện môi - Thời gian : tdown , tup Các tham số không ảnh hởng đến độ bóng bề mặt khe hở điện cực Tuy nhiên có ảnh hởng quan trọng đến tốc độ hớt vật liệu độ mòn dụng cụ Nói chung xác lập tối u cho tham số điều khiển lập điểm mà cung cấp lợng hớt vật liệu lớn nhất, trùng với điểm gần bề mặt công nghệ Tối u hoá trực tuyến phải ®iỊu chØnh c¸c tham sè ®iỊu khiĨn qu¸ trình gia công theo trật tự, để đạt đợc điểm tất nhiên điều khó khăn Do tối u hoá trực tuyến ta phải thu hẹp phạm vi khảo sát để điều chỉnh đạt đợc lợng hớt vật liệu lớn gần điểm tối u Trang96 Bộ môn gia công vật liệu DCCN Đồ án tốt nghiệp Trong số trờng hợp hai dạng tối u hoá độc lập trực tuyến tơng đồng nêu điều kiện độ mòn điện cực đạt gia trị nhỏ trùng với điều kiện lợng hớt vật liệu đạt giá trị lớn Th«ng thêng chóng ta kh«ng cã xu híng øng dơng tối u trực tuyến để đạt đợc lợng mòn dụng cụ nhỏ nhất, mà hầu hết trờng hợp làm tăng điện áp đánh lửa khe hở điện cực đạt đến giá trị phóng điện đợc, hay làm giảm khoảng cách xung làm giảm tốc độ dòng điện môi xảy hồ quang hay ngắn mạch Nếu tham số điều khiển trực tuyến đợc điều chỉnh để đạt đến điểm bề mặt công nghệ lợng mòn điện cực lớn dự kiến đợc xác định tối u hoá độc lập Tuy nhiên đến cha có phơng pháp dùng để đánh giá độ mòn trình Trang97 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn gia công vật liệu DCCN Bộ xử lý điều khiển thích nghi Mô Mô hình hình điều điều chØnh chØnh + Gia sè Logic Logic ®iỊu ®iỊu khiĨn khiĨn thÝch thÝch nghi nghi - C¶m C¶m biÕn biÕn điều điều khiển thích khiển thích nghi nghi Đầu vào TÝn hiƯu nhiƠu Bé Bé xư xư lý lý C¶m Cảm biến biến điều điều khiển khiển thích thích nghi nghi Đầu Bộ Bộ điều điều khiển khiển thích thích nghi nghi Mô hình điều khiển thích nghi Trong mô hình sử dụng cảm biÕn ®iỊu khiĨn thÝch nghi (AC sensor) ®Ĩ thu nhËn tín hiệu từ đầu vào đầu trình đa xử lý điều khiển thích nghi (AC processor) Qua lấy đợc Logic điều khiĨn ®Ĩ ®a vỊ bé ®iỊu khiĨn thÝch nghi TÝn hiệu từ tác động vào xử lý để tiến hành tối u hoá tham số điều khiển dới tác động nhiễu Trang98 Dòng điện môi Mạch điện môi Mạch điện môi Máy phát phát Máy Xung điện Chuyển động chạy dao Hệ thống thống ®iỊu ®iỊu khiĨn khiĨn HƯ ®éng c¬ c¬ bíc bíc ®éng HƯ thèng thèng ®iỊu ®iỊu khiĨn khiĨn HƯ an toàn toàn an Hệ thống thống điều điều khiển khiển HƯ thÝch nghi thÝch nghi Step motor M¸y EDM HiĨn thị thị Hiển Các mạch điều khiển EDM Quá Quá trình trình cảm cảm biến biến Mạch phản hồi Mạch phản hồi Mạch phản hồi Mạch phản hồi (phản hồi người điều khiển) Bộ môn gia công vật liệu DCCN Đồ án tốt nghiệp Đánh giá trình gia công thực EDM Các vấn đề cảm biến Trang99 Bộ môn gia công vật liệu DCCN Đồ án tốt nghiệp Trong trình gia công EDM thờng có so sánh tham số gia công nh : Tốc độ hớt vật liệu, độ mòn điện cực, chiều réng khe hë Trong gia c«ng th«ng thêng viƯc đo lờng thông số khó khăn, hầu nh không thực đợc Sự kiểm tra trực tuyến đạt đợc trình EDM đo lờng đợc tham số đầu khác, đợc gọi tham số cảm biến Các tham số tham gia vào nhóm điều khiển : - Mạch ®iỊu khiĨn khe hë ®iƯn cùc - M¹ch ®iỊu khiĨn an toàn - Mạch điều khiển thích nghi Các dạng xung Ngoài dạng phóng tia lửa điện xảy số dạng khác làm thay đổi hình dạng xung điện áp dòng điện Việc tìm khác dạng xung nh tần số xuất đà cho ta kết so sánh đánh giá tổng quan gia công EDM Chúng ta tìm đợc dạng xung có hình dạng, đặc tính ảnh hởng khác trình - Xung mạch hở : xảy điện trở, khoảng cách khe hở điện cực lớn - Dạng phóng tia lửa điện thông thờng - Phóng hồ quang điện: xảy khe hở điện cực nhỏ - Đoản mạch: Trang100 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn gia công vật liệu DCCN Bảng: Các dạng phóng điện đợc phân biệt dựa vào thời gian khai triển Xung mạch hở Hình dạng xung điện áp Đặc tính điện Xung Đặc tính gia công Không d.điện Kiểu xung Xung điện áp điện áp dòng điện U = Ui suốt thời gian gia c«ng Hay: i = td = ti - Kh«ng hít vËt liƯu Cã U(V) t1 to 10 Xu ng ®i Ưn ch n - Cã hít vËt liệu mòn điện cực 50 Ui 25 0 < td < ti t U(V) Ue = Uen tr = trn Cã Cã Cã Cã Cã Cã Cã Cã 10 td 50 nolse tr = t rn 25 Hå qu an g - Lỵng hít vËt liƯu thÊp - Mòn điện cực lớn - Phá hủy phôi tăng khe hở Ue= Uen t U(V) Kiểu KiÓu KiÓu 2: Ue noisefree 10 td=0 50 no nolse 25 t U(V) KiÓu KiÓu KiÓu 3: Ue < Uen KiÓu 4: tr < trn 10 50 KiÓu 1: td = tr < trn 25 Ue< Uen t U(V) t1 to t to t1 25 Hå qu an g tÜn h - Kh«ng hớt vật liệu - Phá hủy phôi dụng cụ t td = U(V) U = Ue thêi gian nghØ xung 50 25 t U(V) 25 Ngắn mạch - Không hớt vật liệu t Trang101 Bộ môn gia công vật liệu DCCN Đồ án tốt nghiệp Khe hở điện cực Tất máy EDM đợc cung cấp hệ thống điều khiĨn khe hë ®iƯn cùc, thùc hiƯn mét sè ®o lờng gián tiếp để xác định khe hở mặt trớc qua tìm đợc giới hạn xảy tợng phóng tia lửa điện Tuy nhiên tham số cảm biến đầu cung cấp giá trị xác chiều rộng khe hở thực tế, mà đợc xác định gián tiếp thông qua tham số điều khiển độc lập ( Ua , t0 , q ) Những tác động qua lại gây khó khăn cho trình tối u hoá cản trở chức tham số điều khiển khác điều chỉnh hệ thống điều khiển thích nghi Các tham số cảm biến đợc sử dụng làm tín hiệu phản hồi để điều khiển khe hở điện cực : - Độ trễ đánh lửa : td - Điện áp phóng tia lửa điện : Ue - Điện áp gia công trung bình : U Thông số hay đợc sử dụng điện áp gia công trung bình (u) ChiỊu réng khe hë ®iƯn cùc tØ lƯ thn víi điện áp gia công trung bình, sai lệch U Ua đợc dùng làm tín hiệu điều khiển vị trí điện cực Điện áp U tỉ lệ nghịch với khoảng cách xung t0 Bảo vệ bề mặt điện cực Trong số điều kiện gia công không tốt, thờng gây phá huỷ điện cực phôi Mục tiêu quan trọng điều khiển thích nghi bảo vệ bề mặt phôi dụng cụ chống lại phá huỷ cách sử dụng cảm biến thích hỵp Trang102 te to Ui ie Ua V V K Được xác định độc lập Thời gian gian Thời sở sở Máy phát phát Máy Step motor Ua to Bé ®iỊu ®iỊu khiĨn khiĨn ®iƯn ®iƯn Bé ¸p ®iỊu chØnh ¸p ®iỊu chØnh Bé ®iỊu ®iỊu khiĨn khiĨn thêi thêi Bé gian tt0 gian Bé ®iỊu điều khiển khiển Bộ dòng điện điện môi môi dòng Mạch hở hở Mạch Phóngđiện Hồ - Phóngđiện Hồ quang quang Ngắn mạch mạch Ngắn Bộ phân phân tích tích Bộ EDM EDM Cảm biến biến Cảm Mạch điều khiển Mô hình hệ thống ®iỊu khiĨn thÝch nghi ti M¸y EDM Giao diƯn diƯn Giao Bé xư xư lÝlÝ Bé Giao diƯn diƯn Giao Kiểu xung Chiế Chiế n lược n lược Bộ môn gia công vật liệu DCCN Đồ án tốt nghiƯp kü tht §iỊu khiĨn thÝch nghi Giíi thiƯu chung Trang103 Bộ môn gia công vật liệu DCCN Đồ án tốt nghiệp Từ yêu cầu đặt với khả có đà xây dựng đợc mạch điều khiển thích nghi cho máy EDM biểu diễn nh hình Trên sở máy cũ lắp thêm mạch điều khiển đợc xây dựng từ phần chính: - Bộ cảm biến - Bộ xử lý - Bộ điều chỉnh Theo nguyên lý để có đợc hiệu suất cao phải tiến hành tối u hoá tất tham số điều khiển, nhng thực tế nh hệ thống điều khiển phức tạp không khả thi lẽ mức độ ảnh hởng tham số điều khiển đến hiệu suất gia công không giống Trong mạch tối u hoá hai tham số là: Khoảng cách xung t điện áp điều khiển Ua Đây hai tham số có ảnh hởng lớn đến hiệu suất đồng thời việc điều khiển không phức tạp Trong gia công cảm biến thu nhận độ kéo dài xung t i điện áp gia công trung bình (U) tính toán sơ đa xử lý thông qua giao diện đầu vào Trong tín hiệu đợc xử lý dựa chiến lợc điều khiển, thông qua giao diện đầu xử lý cung cấp lệnh điều khiển đến điều khiển thời gian điện áp điều chỉnh, khoảng cách xung t0 điện áp điều chỉnh Ua đợc xác lập giá trị tối u sau đợc đa điều chỉnh trình gia công, chu trình tiếp tục đợc lặp lại Các mức điều khiển EDM Đánh giá trình dựa đo lờng số tham số điều khiển mà không bị ảnh hởng nhiễu trình đo Một trình đo lờng hoàn toàn đáng tin cậythì cần thiết cho điều khiển thích nghi Để đạt đợc điều phải xác lập giới hạn cho tần số điều khiển f c (fc :là khoảng thời gian hoạt động điều khiển liên tiếp ứng với trình điều khiển riêng biệt) Để tối u trình EDM tần số điều khiển fc phải : Trang104 Bộ môn gia công vật liệu DCCN Đồ án tốt nghiệp - Lớn tần số liên kết thực mục đích trình - Nhỏ tần số dao động nhiễu Thông thờng chia làm mức điều khiển : ã Mức 1: Điều khiển xung ( fc = fp =1 1000 KHz) Các mạch điều khiển thờng lệnh tốc độ phóng tia lửa điện, bao gồm hầu hết hoạt động an toàn : - Tăng khoảng cách xung sau ngắn mạch - Ngắt xung dòng điện xảy ngắn mạch hay hồ quang ã Mức 2: Điều khiển giới hạn trung bình Mức điều khiển thờng thực hầu hết hoạt động an toàn sau vài xung nh : - Giảm dòng điện ie xuất tình trạng ngắn mạch - Tạm thời nâng điện cực lên xảy hồ quang ngắn mạch Hầu hết máy EDM đợc trang bị số điều khiển mức đà đảm bảo an toàn ã Mức 3: Điều khiển tối u hoá giới hạn dài (tc =1 giây) Trong mức điều khiển này, số lợng lớn xung đợc đa vào để đánh giá, giám sát trình theo trật tự để có khả khử trình nhiễu Căn vào xác định mức điều khiển ứng với mạch máy EDM Kü tht cìng bøc ®iỊu khiĨn thÝch nghi (ACC) Kỹ thuật ACC phù hợp với việc điều khiển tham số đầu vào trình EDM møc 1, 2, hay nÕu : - ChØ sè đặc tính cũ đợc sử dụng - Điều kiện tối u phải trùng với giá trị cỡng số đặc tính Có vấn đề c¶n trë viƯc sư dơng kü tht ACC Chän møc cỡng Trong số trình việc định nghĩa mục tiêu cỡng đơn giản, ví dụ nh trình cắt cổ điển, điều kiện gia công tối u (lợng hớt vật liệu lớn nhất) trùng với giá trị mô men xoắn lớn cho phép trục chÝnh Trong trêng Trang105 Bé m«n gia c«ng vËt liƯu DCCN Đồ án tốt nghiệp hợp độ xác phải phù hợp nhỏ dung sai lớn phôi Nhng số trình việc xác định giá trị trị số đặc tính trùng với điều kiện tối u khó khăn Gia công EDM ví dụ: Độ trễ đánh lửa muộn trung bình t d số đặc tính chức phù hợp cho việc điều khiển điện áp, nhng công cụ khó giá trị cỡng tối u hàm nhiều tham số: Độ kéo dài xung, cờng độ dòng điện, tốc độ dòng điện môi §iỊu khiĨn nhiỊu chiỊu Sư dơng kü tht ACC ®Ĩ xác lập tối u cho nhiều tham số đầu vào trình dẫn đến khó khăn thứ 2: Là số đặc tính cũ đợc sử dụng cho tối u hoá tham số điều khiển đơn,(Biểu diễn hình 3.8) việc điều chỉnh điện áp Ua nh khoảng cách xung t0 để đạt đợc độ trễ đánh lửa trung bình td =10% kết vô lần kết hợp Ua t0, có phối hợp đặc biệt để đạt đợc tốc độ hớt vật liệu lớn nhÊt (Photo h×nh 3.8 trang 34 ) Nh vËy viƯc điều khiển ACC n tham số phải dựa vào n số đặc tính Một trình điều khiển cỡng thích nghi n chiều cã thĨ bao gåm n hƯ thèng ®iỊu khiĨn ACC chiều đặt cạch tham số điều khiển xi đợc điều chỉnh thông qua số đặc tính i Hay tham số đợc ®iỊu chØnh th«ng qua hƯ thèng ®iỊu khiĨn cách sử dụng số đặc tính khác Mét sè hƯ thèng ®iỊu khiĨn cã thĨ hệ thống ACC (ví dụ để điều khiển K, t0, q) hệ thống ACO (Điều khiển Ua) Do vËy chóng ta cßn dïng kü tht tèi u hoá điều khiển thích nghi (ACO), tránh đợc lỗi giá trị số đặc tính đợc xác định điều kiện tối u đồng thời cần có kết hợp tham số điều khiển Trong ACO kỹ thuật Leo núi phù hợp với máy EDM +Kỹ thuật điều khiển liên tục Trang106 Bộ môn gia công vật liệu DCCN Đồ án tốt nghiệp Trong đó, trình đánh giá, xử lý điều chỉnh diễn liên tục đồng thời Một số kỹ thuật điều khiên liên tục hay đợc sử dụng là: - Kỹ thuật nhiễu tuần hoàn: Một tín hiệu nhiễu liên tục đợc đa lên làm tham số đầu vào đợc tối u hoá (hình 4.4 phô to dán) Cảm biến nhiễu tơng ứng số đặc tính xảy tần số tín hiệu nhiễu đầu vào, cho phép xác định Gradient Việc hiệu x chỉnh liên tục tác động làm cho Gradient tiến dần tới Sử dụng tần số nhiễu khác cho tham số điều khiển, kết hợp với kỹ thuật tách lọc tần số cảm biến cho phép tối u hoá nhiều chiều đồng thời - Kỹ thuật cân đỉnh cực đại: Đợc coi nh điều khiển thích nghi tơng ứng với điều khiển cung cấp cho điều khiển thích nghi thông thờng Việc xác định tối u cho tham số đợc điều khiển dao động xung quanh vị trí tối u Hớng điều khiển tham số đợc đảo chiều sau thời gian suy biến số đặc tính tơng ứng với mức (hình 4.5) Trang107 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn gia công vật liệu DCCN Kỹ thuật kiểm soát lỗi Thuật toán tìm lỗi thay đổi Thuật toán tìm lỗi cố định Tìm kiếm không Chia để trị Tìm kiếm ngẫu nhiên Tìm kiếm Kỹ thuật Hill -Climbing Đièu khiển liên tục Kỹ thuật nhiễu tuần hoàn Kỹ thuật cân điểm cực đại Kỹ thuật loại trừ Điều khiển rời rạc Điều khiển rời rạc chiều Điều khiển rời rạc nhiều chiều + Kỹ thuật điều khiển rời rạc: Trong đó, sánh, xử lýKỹvà điều chỉnhKỹxảy raxấp tuần thuộc Phương Multitrình soPhương thuật tăng thuật xỉ tựKỹtuỳ thuật tìm vào pháp phân Trial & Error pháp đường tốc theo dÃy bậc hai kiếm mẫu phơng pháp trial and error Chúng ta phân chia kỹ thuật thành : đoạn Techniques dốc - Các hệ thống rời rạc chiều: Tham số điều khiển x đợc điều chỉnh số kế tiếpkiểm x, chiều số điều chỉnh đợc đảo ứng Kỹgia thuật soátcủa lỗitham tối ưu với thời gian điều chỉnh giảm sút số đặc tính Gia số cố định : |x| số Gia số biến đổi: |x| hàm số đạo hàm d , thời gian hay số dx yếu tố khác ã Các hệ thống rời rạc hai hay nhiều chiều: Hệ thống đợc phân chia thành nhiều phơng pháp: - Phơng pháp phân chia thành nhiều đoạn: Quá trình tối u hoá đạt đợc khảo sát chu kỳ tối u chiều, tham số đợc điều chỉnh tham số khác đợc giữ nguyên giá trị cuối cùng, mà có khác biệt tham số số tham số biến đổi (hình 4.7a,b) - Phơng pháp multi trial and error”: T¬ng tù nh kü tht nhiỊu chiỊu, chóng ta xác định hớng thay đổi nhiều tham số sau tiến hành điều chỉnh đồng thời Trang108 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn gia công vật liệu DCCN - Phơng pháp đờng dốc nhất: phơng pháp cố gắng tìm hớng không gian tham số điều khiển, hớng trùng với đờng dốc P1 P2 P3 P4 Tham sè ®iỊu khiĨn2 X Tham sè ®iỊu khiĨn2 X nhÊt cđa chØ sè ®Ỉc tÝnh bỊ mặt.(hình 4.8) O P : Tham số đặc tính O : Tèi u P1 P2 P3 P4 O P1 < P2 < P3 < P4 Tham sè ®iỊu khiĨn X1 Tham số điều khiển X1 a) b) Phương pháp phân chia thành nhiều đoạn P Tham số đặc tính Tham sè ®iỊu khiĨn X P1 < P2 < P3 < P4 P1 P2 P3 P4 Vùng ngẫu nhiên Vùng đồng mức Vùng không bị ¶nh hëng Tham sè ®iỊu khiĨn X1 Híng cđa đờng dốc vuông góc với công tua thờng đợc đánh giá số công cụ khác, cho phép xác định đờng xấp xỉ tuyến tính với đáp ứng bề mặt Trong hớng đờng dốc hầu nh không trùng với hớng tối u nhất, dùng nhiều phơng pháp khác để xác định đờng Phương pháp đường dốc ngắn dẫn đến tối u Sự thích ứng phần cứng điều khiển thích nghi Giới thiệu chung Cũng tơng tự nh hầu hết hoạt động ngời, tất hoạt động mạch điều khiển có chức : Đo lờng - xử lý - điều chỉnh Phần cứng điều khiển tối u đơn vị quy ớc hệ thống EDM ( Máy, máy phát mạch dung dịch điện môi ) đợc bổ xung thêm mạch điều khiển có phần : Bộ cảm biến - Bộ xử lý - điều khiển, tơng ứng thực chức năng: Đo lờng - Xử lý - Điều chỉnh Khi điều khiển làm việc tuỳ thuộc vào thuật toán mà có bớc đợc thực nh sau: (1) Dùng cảm biến đo lờng tham số, so sánh đa kết bé xư lý (2) Khi cã th«ng tin tõ (1) xử lý tiến hành lựa chọn, xử lý dựa liệu đà có tuỳ thuộc vào chiến lợc đà xây dựng Trang109 Bộ môn gia công vật liệu DCCN Đồ án tốt nghiệp (3) Khi đà xử lý xong điều khiển lệnh điều chỉnh (4) Sau phải đợi thời gian tw hệ thống tiếp cận trạng thái ổn định lại tiếp tục trình đo lờng Bộ xử lý Bộ xử lý đợc cung cấp hệ điều hành thời gian thực RTEII Nó đợc xử dụng để thực đồng thời nhiều việc: Điều khiển thích nghi, tối u hoá tham số độc lập cho EDM phát triển chơng trình Máy tính có nhớ 32 bit từ đợc mở rộng với đĩa ngoại vi có dung lợng Mb Nó đợc trang bị lập trình đa hệ phần mềm Có kênh lập trình đợc sử dụng để điều khiển trình EDM : - Một kênh đợc sử dụng làm đầu vào bé xư lý cã nhiƯm vơ lÊy d÷ liƯu tõ cảm biến - Ba kênh làm đầu để điều chỉnh điện áp secvo, khoảng cách xung tốc độ dòng điện môi Bộ cảm biến Mạch logic phần cứng cảm biến phân biệt đợc kiểu xung khác : + Xung mạch hở + Xung phóng điện chuẩn + Hồ quang điện + Đoản mạch Để nhận đợc loại xung phải phân tích tín hiệu: - Độ kéo dài xung máy phát: ti - Điện áp khe hở điện cực : U Sau điện áp u đợc so sánh với mức điện áp gốc: UH : Là giá trị nằm điện áp hở mạch Ui điện áp phóng điện Ue UL :Là giá trị nằm điện áp phóng điện U evà điện áp điều chỉnh ngắn mạch Ua ( v) Việc so sánh mức điện áp đợc thực thời điểm khác biệt trình xung Điện áp khe hở U đợc so sánh với điện áp mức cao U H sau xung đợc phát với thời gian trễ đợc lựa chọn tuỳ ý Quá trình đà xác định đợc dạng: (a) Xung mạch hở phóng điện chuẩn (b) Hồ quang điện đoản mạch Khi kết thúc xung bắt đầu trình so sánh thứ với điện áp cao U H loại (a) UL với koại (b) từ xác định đợc kết (hình 5.5 ) Hình 5.6 : Biểu diễn sơ đồ khối phân tích trình EDM, tách riêng mức điện áp nhiều yếu tố thiết bị đợc điều tiết toán Trang110