THIẾT KẾ MÁY CẮT DÂY BẰNG TIA LỬA ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS TRẦN MINH CHÍNH ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ NHIỆM VỤ ĐỜ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên Lớp: : Ngành : Chế Tạo Máy I - Tên đề tài tốt nghiệp: THIẾT KẾ MÁY CẮT DÂY BẰNG TIA LỬA ĐIỆN II - Các số liệu ban đầu : Có thông số máy chuẩn Và dựa vào thơng số để tính tốn III- Nội dung thuyết minh : A Phần lý thuyết : PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG TIA LỬA ĐIỆN PHẦN : CƠ SỞ LÍ THUYẾT GIA CƠNG BẰNG TIA LỬA ĐIỆN PHẦN : SỬ DỤNG VÀ BẢO QUẢN B Phần tính tốn thiết kế máy: PHẦN 3: THIẾT KẾ MÁY CẮT DÂY PHẦN 4: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ MÁY IV - Các vẽ đồ thị: 6bản vẽ Ao V - Cán hướng dẫn :ThS TRẦN MINH CHÍNH VI - Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: Ngày 10 tháng năm 2018 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS TRẦN MINH CHÍNH VII - Ngày hồn thành thiết kế tốt nghiệp: Ngày 10 tháng 06 năm 2018 Thông qua Khoa/Bộ môn Ngày tháng năm 2018 Đà nẵng, Ngày tháng năm 2018 Giáo viên hướng dẫn TRƯỞNG KHOA/ BỘ MÔN Kết điểm đánh giá Sinh viên hoàn thành nộp đồ án tốt nghiệp cho khoa Ngày tháng năm 2018 Sinh viên ký tên Chủ tịch hội đồng Phan Đình Quyên Bảo vệ tốt nghiệp ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS TRẦN MINH CHÍNH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ TĨM TẮT ĐỜ ÁN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: THIẾT KẾ MÁY CẮT DÂY BẰNG TIA LỬA ĐIỆN Họ tên SV : Nội dung ĐATN bao gồm vấn đề sau: Nhu cầu thực tế đề tài: Hiện nay, máy cắt dây tia lửa điện sử dụng rộng rãi nhà máy, xưởng khí Thay dần cho máy cơng cụ truyền thống Nó gia cơng nhiều loại vật liệu khác mà không cần quan tâm đến độ cứng hay chất lượng vật liệu.Nhưng vật liệu phải dẫn điện Vì vậy, nhu cầu máy cắt dây tia lửa điện cần thiết q trình gia cơng kim loai Phạm vi nghiên cứu đề tài tốt nghiệp: Ứng dụng cho tất máy cắt dây tia lửa điện Nội dung đề tài thực :  Số trang thuyết minh: 99 trang  Số vẽ: Ao  Mơ hình: Kết đạt được:  Phần lý thuyết tìm hiểu TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG TIA LỬA ĐIỆN CƠ SỞ LÍ THUYẾT GIA CƠNG BẰNG TIA LỬA ĐIỆN SỬ DỤNG VÀ BẢO QUẢN  Đã tính tốn thiết kế phần sau: Tính tốn thơng số bàn máy theo phương X Tính tốn thơng số bàn máy theo phương Y Chọn thông số ru lơ  Khơng có mơ hình có kèm CD Đà Nẵng, Ngày 21 tháng năm 2016 Sinh viên thực ghi rõ họ tên SV ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS TRẦN MINH CHÍNH LỜI NĨI ĐẦU Đổi công nghệ luôn nhu cầu cấp bách sản xuất quốc gia Đối với cồn nghiệp khí , phương pháp gia công truyền thống như: đúc, rèn ,dập, phay, bào,tiện……khơng đáp ứng nhu cầu ngày cao phát triển sản phẩm thời đại đại nữa.Ngày nay, đời sống sản xuất suất nhiều sản phẩm chi tiết có hính dạng phức tạp làm từ vật liệu khó gia cơng cắt gọt Thực tế đòi hỏi phải phát triển phương pháp cơng nghệ , có gia cơng tia lửa điện Mà cụ thể gia công máy cắt dây EDM ( Electrical Discharge Machining) Sau thời gian học tập trường, bảo hướng dẫn nhiệt tình thầy giáo ngành khí trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng em kết thúc khố học tích luỹ vốn kiến thức định Được đồng ý nhà trường thầy cô giáo khoa em giao đề tài tốt nghiệp : “ THIẾT KẾ MÁY CẮT DÂY BẰNG TIA LỬA ĐIỆN ” Đồ án tốt nghiệp em gồm phần : PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG TIA LỬA ĐIỆN PHẦN : CƠ SỞ LÍ THUYẾT GIA CƠNG BẰNG TIA LỬA ĐIỆN PHẦN 3: THIẾT KẾ MÁY CẮT DÂY PHẦN 4: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ MÁY PHẦN : SỬ DỤNG VÀ BẢO QUẢN Bằng cố gắng nỗ lực thân đặc biệt giúp đỡ tận tình, chu đáo thầy giáo TS Lưu Đức Bình, em hồn thành đồ án thời hạn Do thời gian làm đồ án có hạn trình độ nhiều hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đóng góp ý kiến thầy bạn sinh viên để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, TS Lưu Đức Bình, thầy giáo khoa khí đại học Bách Khoa Đà Nẵng tạo điều kiện giúp đỡ em thời gian qua Đà Nẵng ngày 18 tháng năm 2016 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS TRẦN MINH CHÍNH MỤC LỤC PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG TIA LỬA ĐIỆN I ) Lịch sử phát triển ) Lịch sử 2) Sự phát triển II ) Thị trường máy gia công tia lửa điện giới 10 III ) Nguyên lý gia công .11 IV ) Phân loại phương pháp gia công EDM .12 ) Gia cơng xung định hình 13 ) Gia công phương pháp cắt dây 13 V.Đặc điểm gia công tia lửa điện: .14 Điện Cực: .14 a) Các yêu cầu điện cực: 14 b.Các loại vật liệu điện cực 14 2.Chất Điện Môi 16 a.Nhiệm vụ chất điện môi 16 Vì phải có hệ thống dòng chảy chất điện môi để vận chuyển phần tử ăn mòn khỏi khe hở phóng điện đảm bảo chất điện môi cho khe hở b.Các chất điện môi tiêu chuẩn đánh giá chung 17 VI.Thiết bị gia công tia lửa điện 21 1) Các phận máy gia công tia lửa điện: 21 2) Một số loại máy thị trường 22 VII Khả công nghệ 23 VIII Ưu nhược điểm gia công tia lửa điện 23 IX Một số sản phẩm ứng dụng .24 PHẦN : CƠ SỞ LÍ THUYẾT GIA CƠNG BẰNG TIA LỬA ĐIỆN 25 I ) Bản chất q trình phóng tia lửa điện .25 ) Pha :Sự đánh lửa .25 2) Pha : Sự hình thành kênh phóng điện 25 3) Pha 3: Nóng chảy bốc vật liệu 26 II) Cơ cấu tách vật liệu .27 III) Đặc tính điện phóng tia lửa điện 28 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS TRẦN MINH CHÍNH IV ) Lượng hớt vật liệu 30 V) Chất lượng bề mặt gia công tia lửa điện 30 VI ) Sự mòn điện cực 32 VII) Độ xác gia công tia lửa điện .33 VIII ) Các tượng xấu gia công tia lửa điện 35 PHẦN 3: THIẾT KẾ MÁY CẮT DÂY 37 I ) Giới thiệu .37 II ) Cơ cấu máy cắt dây 38 ) Hệ thống điều khiển 38 ) Nguồn cung cấp máy tính .42 ) Chất điện môi lọc .45 4) Phần khí 47 III ) Hệ thống tia lửa q trình gia cơng 48 ) Tia lửa xảy điểm gần 48 2) Các loại nguồn cung cấp lượng 50 3) Nguồn cung cấp dạng sóng 51 ) Thời gian bật tắt tia lửa điện 52 IV) Nguồn lượng ( điện ) 52 ) Hệ thống cung cấp lượng 52 a ) Thời gian tia lửa bật tắt .53 b ) Sự phát triển transistor chân không 54 c ) Số ampe 54 d ) Tăng lượng đầu tia lửa điện 55 e ) Chu trình làm việc 57 V ) Hệ thống tùy động máy cắt dây .59 VI ) Chất điện môi cung cấp cho máy .61 ) Chức chất điện môi 61 a ) Mô tả chất điện môi 61 b ) Làm mát điện cực phôi 62 c ) Làm mát cho phoi thoát .62 d )Loại bỏ phoi gia công 62 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS TRẦN MINH CHÍNH f ) Độ nhớt chất điện môi 63 ) Hệ thống chứa chất điện môi .63 a ) Hệ thống dẫn nước .63 b ) Nhiệt độ nước 64 c ) Giám sát hệ thống nước máy tính 65 PHẦN 4: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ MÁY .67 I ) Thông số máy chuẩn .67 II) Thiết kế hệ dẫn động bàn máy 68 ) Một số đặc điểm truyền 68 ) Cơ sở tính tốn cho truyền động bàn máy 68 a ) Tính mơ men quay 69 b ) Mơ men qn tính 70 ) Tính tốn truyền 71 a ) Chọn truyền: 71 b ) Vật liệu 71 c) Các bước tính tốn truyền 72 d) Tính tốn truyền 72 III ) TÍNH TỐN CHỌN ĐỘNG CƠ 77 Các thông số đầu vào: 77 Tính tốn momen quy đổi 78 a) Momen ma sát quy đổi 78 b) Momen trọng lực quy dổi .79 Tính tốn momen qn tính tải quy đổi trục động 79 a) Momen quán tính bàn máy .80 b) Momen quán tính vít me 80 c)Momen quán tính quy đổi trục động 80 Vận tốc lớn trục vít .80 Lựa chọn sơ động 80 a) Tiêu chí lựa chọn động .80 b)Lựa chọn sơ 81 Chọn động quay ru lô………………………………………………………78 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS TRẦN MINH CHÍNH IV ) Giới thiệu điều khiển 81 1) Hệ thống điều khiển tự động .84 a) Điều khiển tự động .84 b) Hệ thống điều khiển tự động (Hệ thống ĐKTĐ) 84 c) Các thành phần hệ thống điều khiển tự động 84 d) Hệ thống điều khiển vòng hở vòng kín 85 e) Quá trình độ trình xác lập 86 Mô hình hóa, khảo sát thiết kế hệ thống điều khiển chuyển động máy cắt dây EDM 87 a)Mơ hình hóa hệ thống điều khiển 87 b) Xét tính ổn định hệ thống 90 3) Thiết kế điều khiển PID 91 a) Sơ lược mơ hình điều khiển PID 91 b) Tính tốn chọn lựa thông số PID 92 PHẦN : SỬ DỤNG VÀ BẢO QUẢN .94 I)Sử dụng 94 Công tác chuẩn bị trước làm: .94 Điều chỉnh giá dây: .94 Kiểm tra bàn thao tác: 94 Kẹp linh kiện .94 Điều chỉnh bánh dẫn: 95 Các bước thao tác 95 II)Một số lỗi .96 1) Các cố thường gặp phận điện máy cắt dây phương pháp loại bỏ 97 2) Các cố thường gặp mạch cao tần phương pháp loại bỏ 98 3) Các cố thường gặp mạch điện khởi động phương pháp loại bỏ 99 4) Các cố thường gặp máy tính phương pháp loại bỏ 100 5) Phân tích nguyên nhân đứt dây cắt 100 III)Bảo trì máy 101 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS TRẦN MINH CHÍNH PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CƠNG BẰNG TIA LỬA ĐIỆN I Lịch sử phát triển Lịch sử - Cách gần 200 năm, nhà nghiên cứu người Anh Toseph Priestley phát thấy hiệu ăn mòn vật liệu gây phóng điện Năm 1943, gia cơng tia lửa điện lần xuất Nga sau nghiên cứu vợ chồng Lazarenko Trong thập niên 1960 có nhiều nghiên cứu sâu rộng gia công EDM giải nhiều vấn đề liên quan đến mơ hình tính tốn q trình gia công EDM Trong thập niên 1970 xảy cách mạng gia công máy cắt dây EDM nhờ vào việc phát triển máy phát xung công suất lớn, loại dây cắt phương pháp sục chất điện môi hữu hiệu - Hiện nay, máy EDM thiết kế hoàn chỉnh q trình gia cơng điều khiển theo chương trình số - Cho đến phương pháp gia cơng tia lửa điện (Electrical Discharge Machining –EDM) phát triễn rộng rãi nước phát triễn Nhiều loại máy hoạt động lĩnh vực EDM sản xuất với nhiều kiểu khác để phục vụ cho mục đích khác Sự phát triển - Các máy thời kì 50-60 kỉ 20 tự động hóa khơng dùng cách phổ biến - Ngày nay, với thuật toán điều khiển mới, hệ thống điều khiển CNC cho phép gia công đạt suất chất lượng cao mà khơng cần thiết có tham gia người Các máy gia công tia lửa điện ngày đặc trưng tự động hóa cao - Các hệ thống CNC thị trường có tiến nhiều, đặc biệt máy cắt dây - Các hệ thống điều khiển CNC nhiều năm qua có mặt máy xung định hình, nhiều thời gian để tận dụng khả chúng Các chuyển động hành tinh hay chuyển động công tua điện cực có hình dáng đơn giản cho phép gia cơng xung định hình có hình dáng phức tạp Ưu điểm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS TRẦN MINH CHÍNH phương pháp việc chế tạo điện cực rẻ sử dụng điện cực quay điều kiện dòng chảy tốt điện cực ăn mòn - Sự tối ưu công nghệ gia công tia lửa điện kĩ thuật sản xuất đòi hỏi phải áp dụng nhiều bí cơng nghệ Ngày co khuynh hướng đưa nhiều máy thông minh chọn máy điều chỉnh nhiều thông số mà người dùng đặt trước.Điều làm giảm bớt lượng liệu đầu vào mà người sử dụng cần quan tâm Khuynh hướng mạnh máy cắt dây, thuật toán điều khiển tạo lượng hớt vật liệu tối ưu mà làm giảm nguy đứt dây - Ở máy xung dịnh hình, nhờ hệ thống điều khiển CNC mà không cần người điều khiển máy có kinh nghiệm mà đạt hiệu chất lượng gia công cao Điều kiện gia công thay đổi nhiều gia cơng xung định hình, đến mức khó phát triễn chiến lược điều khiển tùy chọn phù hợp với tất hoàn cảnh Một số nhà chế tạo máy MITSUBISHI cung cấp hệ thống điều khiển liện hệ ngược mà điều kiện khó khăn cho kết tốt so với kết qua người đứng máy có kinh nghiệm thực hiện.Trong trường hợp, hầu hết máy có tự động hóa cao cho phép làm việc lâu mà không càn người đứng máy, luôn điều kiện tối ưu Cùng với xâu dây tự động máy cắt dây tách phơi, thay pallet khả lập trình mức độ tự động hóa gia cơng tia lửa điện tăng lên nhiều II Thị trường máy gia công tia lửa điện giới - Việc bán máy gia công tia lửa điện giới tăng 6% năm vào cuối năm 90 vào khoảng 12000 máy - Nhật nước sản xuất sử dụng máy gia công tia lửa điện nhiều nhất, chiếm 35% tổng số lượng máy giới Thứ hai châu Âu với 30%, Mỹ đứng thứ với 15% châu Á đạt 12% tổng số máy - Phạm vi máy buôn bán thị trường giới rộng đa dạng: từ máy lớn đến máy nhỏ máy gia cơng tế vi Từ máy rẻ, tự động hóa (10000-15000) USD/máy Trung Quốc, Đài Loan, đến loại máy lên đến vài trăm nghìn USD/máy Tây Âu hay Nhật Bản hồn tồn tự động hóa với hệ thống CAD/CAM đại 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS TRẦN MINH CHÍNH Sơ đồ ngun lí động DC biểu diễn sau: T Hình 11 Sơ đồ nguyên lí động DC Loại động kích từ độc lập nam châm vĩnh cửu - Áp dụng định luật Kirchhoff với mạch phần ứng biểu diễn hình 11, ta có U  i.R  L di E dt (5) Trong U điện áp đặt vào roto, điện áp phần ứng [V] R điện trở phần ứng [  ] L điện cảm phần ứng [H] E phản sức điện động phần ứng [V] - Sức điện động phần ứng phụ thuộc vào tốc độ quay động sau E  km   (6) với km hệ số sức điện động phần ứng - Momen T động phụ thuộc vào dòng điện phần ứng theo đẳng thức T  km  i (7) - Coi trục vít, ổ bi, khớp nối cứng tuyệt đối Dịch chuyển bàn máy x(t) liên hệ với tốc độ góc w(t) động theo quan hệ:  (t )  k dx(t ) dt PHAN ĐÌNH QUYÊN – LỚP 13C1B (8) 88 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS TRẦN MINH CHÍNH k hệ số chuyển đổi quay sang tịnh tiến k  2 pB - Từ phương trình chuyển động quay ta có: T  T1  J d dt (9) Từ (8) (9) ta phương trình d 2x T  T1  J  k dt (10) J momen quán tính quy đổi trục động T1 momen tải quy đổi trục động - Vậy từ (6), (7), (8),(9) (10) ta có hệ phương trình:   di E U  i.R  L dt   E  km    T  km  i  dx(t )  (t )  k dt   d 2x T  T1  J  k dt  (11) Và từ biến đổi ta phương trình vi phân biểu diễn mối quan hệ điện áp phần ứng dịch chuyển bàn máy: U RT kRJ kLJ x x  km kx  km km km (12) Ta xét ảnh hưởng điện áp phần ứng U đến chuyển động bàn máy, nên phương trình (12) ta loại bỏ thành phần U RT1 đi, ta phương trình: km kLJ kRJ x x  km kx km km PHAN ĐÌNH QUYÊN – LỚP 13C1B (13) 89 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS TRẦN MINH CHÍNH Biến đổi Laplace hai vế phương trình (13) ta U ( s)  ( kLJ kRJ s  s  km ks) X (s) km km (14) Vậy hàm truyền hệ thống là: km U ( s)  X ( s) kLJs3  kRJs  km2 ks (15)  Sơ đồ khối Để biểu diễn cách trực quan mối quan hệ vào-ra, ta biểu diễn sơ đồ khối Từ hệ phương trình (11), biến đổi Laplace vế phương trình, loại bỏ thành phần T1 ta có sơ đồ khối sau: U I E R  Ls km w km T kJ s x J s Hình 12 Sơ đồ khối mô tả quan hệ vào-ra Từ sơ đồ khối tính tốn ta hàm truyền đạt (15) 2) Xét tính ổn định hệ thống Hệ thống muốn sử dụng trước hết phải ổn định Hệ thống ĐKTĐ gọi ổn định sau bị phá vỡ trạng thái cân tác động nhiễu, tự điều chỉnh đểtrởlại trạng thái cân Nếu khơng trở lại trạng thái cân mà tín hiệu tiến tới vơ hệ thống khơng ổn định Ví dụ: với thơng số sau sau: R  2.0 L  0.5H km  0.1 J  0.02kgm2 pB  0.01m thay vào (15), ta hàm truyền đạt: PHAN ĐÌNH QUYÊN – LỚP 13C1B 90 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS TRẦN MINH CHÍNH 0.16 103 Gh (s)  0.01s3  0.04s  0.01s (16) Điều kiện để hệ thống ổn định: e(t )  tiến dần đến giá trị cố định + lim x  e(t )   + Hệ thống không ổn định lim x  e(t ) → dao động có biên độkhơng đổi + Hệ thống biên giới ổn định lim x  III) Thiết kế điều khiển PID 1) Sơ lược mơ hình điều khiển PID Tên gọi PID chữ viết tắt ba thành phân bản, gồm khâu khuếch đại (P), khâu tích phân (I) khâu vi phân (D) Bộ điều khiển PID sử dụng rộng rãi để điều khiển đối tượng SISO theo ngun lí hồi tiếp Hình 13 Sơ đồ điều khiển dùng điều khiển PID Bộ PID có nhiệm vụ đưa sai lệch e(t) hệ thống cho trình độ thỏa mãn yêu cầu chất lượng: - Nếu sai lệch e(t) lớn thơng qua khâu khuếch đại, tín hiệu u(t) lớn để - Nếu sai lệch e(t) chưa thơng qua khâu tích phân, PID tạo tín hiệu điều chỉnh - Nếu thay đổi sai lệch e(t) lớn thơng qua thành phần vi phân, phản ứng thích hợp u(t) nhanh PHAN ĐÌNH QUYÊN – LỚP 13C1B 91 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS TRẦN MINH CHÍNH Bộ điều khiển PID mơ tả mơ hình vào-ra: t de(t ) u(t )  k p (e(t )   e( )d  TD ) TI dt Hàm truyền đạt điều khiển PID R( s)  k p (1   TD s) TI s Sử dụng điều khiển PID chọn thơng số kp, TI, TD thích hợp để hệ thống đạt yêu cầu chất lượng mong muốn Một số phương pháp chọn lựa tham số PID: - Phương pháp Ziegler – Nichols - Phương pháp Chien – Hrones – Reswick - Phương pháp tổng T Kuhn - Phương pháp tối ưu hóa độ lớn - Phương pháp tối ưu hóa đối xứng - Phương pháp tối ưu theo sai lệch bám Đối tượng điều khiển đối tượng tích phân - quán tính bậc 2, ta sử dụng phương pháp “Tối ưu hóa đối xứng” để chọn thơng số PID 2) Tính tốn chọn lựa thơng số PID  Phương pháp tối ưu hóa đối xứng áp dụng với đối tượng tích phân quán tính bậc Khâu tích phân qn tính bậc có dạng S ( s)  k s(1  T1s)(1  T2 s) Ta sử dụng điều khiển PID R( s)  k p (1  k (1  TA s)(1  TB s)  TD s)  P TI s TI s TA  TB  TI , TATB  TI TD , TA  T1, TB  aT2 Từ chọn thơng số sơ PID sau: PHAN ĐÌNH QUYÊN – LỚP 13C1B 92 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS TRẦN MINH CHÍNH   TI  TA  TB  T1  aT2  TATB aTT  TD  TI T1  aT2   kT k p  P I , k P  TB kT2 a  Tham số a chọn từ u cầu chât lượng cần hệ kín, là: - Hệ kín có dao động 1