Nhám bề mặt khi cắt dây

3. Nội dung chính của đồ án:

8.9 Nhám bề mặt khi cắt dây

Dạng nhám bề mặt khi gia công bằng EDM hoàn toàn khác so với các phƣơng pháp gia công truyền thống . Trên bề mă ̣t chi tiết đƣợc gia công bằng EDM có nhiều chỗ lồi hình cầu và lòng chảy . Ngƣời ta go ̣i chú ng là các đỉnh và “miê ̣ng núi lƣ̉a ˮ. Chúng thay thế cho các đƣờng đ ỉnh và đáy của profile nhám bề mặt gia công bằng phƣơng pháp truyền thống . Giƣ̃a các chỗ lồi và lòng chảo là vùng bằng phẳng chuyền tiếp , trong khi đó bề mă ̣t đƣợc gia công bằng phƣơng pháp truyền thống chỉ xuất hiê ̣n vết d ao cắt thông thƣờng. Do đó, bề mă ̣t gia công bằng cắt dây EDM ít bi ̣ tâ ̣p trung ƣ́ng suất hơn , bề mă ̣t đa hƣớng chƣ́ không theo mẫu đi ̣nh hƣớng nhƣ gia công truyền thống.

Giá trị của độ nhám bề mặt phụ thuộc vào nhiều yếu tố tron g đó có cƣờng đô ̣ dòng điê ̣n. Cƣờng đô ̣ dòng điê ̣n càng lớn thì trên bề mă ̣t càng xuất hiê ̣n nhiều miê ̣ng núi lƣ̉a càng lớn. Để đa ̣t đƣợc đô ̣ bóng cao thì sau khi cắt thô phải cắt tinh thêm mô ̣t số lần .

Nhƣ đã nêu ở trên, khi cắt trong dầu thì đa ̣t đô ̣ bóng và đô ̣ chính xác cao hơn khi cắt trong nƣớc. Sau đây là mô ̣t ví du ̣ cu ̣ thể khi cắt tunsten carbide, l=3mm với 4 lần cắt, dây cắt bằng tungsten có đƣờng kính 0.03mm. Độ bóng đạt đƣợc là R max = 0.92µm (Ra= 0.12µm). Bề mă ̣t vết cắt nhỏ nhất sau 4 lần cắt là 48µm với đô ̣ chính xác biên dạng từ -1.5÷1.5.

Trong công nghệ cắt dây EDM, khi xén mặt cắt vuông góc với dây điện cực tại mặt phẳng cắt ta có thể dễ dàng nhận thấy thƣờng có 2 kiểu khe hở phóng điện tồn tại nhƣ sau:

- Khe hở phóng điện mặt trƣớc gf. - Khe hở phóng điện mặt bên gls. Trong đó:

- gflà khoảng cách giữa dây và phôi đƣợc đo theo hƣớng tiến dây.

- gls là khoảng cách giữa dây và phôi đƣợc đo theo chiều vuông góc với hƣớng tiến dây.

124

Hình 8.10:Khe hở phóng điện trong gia công cắt dây EDM.

Mặt bên sau khi gia công cắt dây có đặc điểm là không đồng đều do vật liệu bị chảy lỏng ở khe hở phía trƣớc (ở mỗi xung), các bọt khí, các phần vật liệu phoi, chất bẩn… bị bám vào bề mặt. Điều này là một nguyên nhân quan trọng gây ra nhám bề mặt. Giá trị của độ nhám bề mặt phụ thuộc rất nhiều vào độ lớn của dòng điện, nếu dòng điện càng lớn thì gây ra độ nhám càng lớn trên bề mặt.

8.10 So sá nh cắt dây với các phƣơng pháp không truyền thống khác.

Ngoài phƣơng pháp gia công bằng dây EDM còn nhiều phƣơng pháp gia công phi truyền thống (gọi chung là các phƣơng pháp gia công đặc biệt) khác nhƣ:

+ Gia công cơ: Siêu âm, tia nƣớ c, tia nƣớc có ha ̣t mài, dòng hạt mài... + Gia công hóa: Ăn mòn, tạo phôi hóa, khắc hóa, quang hóa, mạ hóa...

+ Gia công nhiê ̣t: Tia lƣ̉ a điê ̣n , tia điê ̣n tƣ̉ , tia laser , tia lƣ̉a điê ̣n , ánh sáng kết hơ ̣p và ion.

+ Gia công kết hợp: Gia công anốt vớ i rung đô ̣ng tần số thấp và siêu âm , khoan rung đô ̣ng đồng thời đƣa dòng điê ̣n vào vùng cắt , gia công cơ hóa đồng thờ i đƣa vào cắt...

Nói chung các phƣơng pháp này có các đặc điểm nhƣ sau :

 Trong quá trình gia công , tốc đô ̣, chất lƣợng gia công hầu nhƣ không phu ̣ thuô ̣c vào tính chất cơ lý của vâ ̣t liê ̣u

 Có thể gia công hầu hết các loại vật liê ̣u với bất kỳ cơ tính nào mà không cần có lực tác dụng lớn, có thể gia công kim loại, hơ ̣p kim cƣ́ng và kim cƣơng, kính...

 Không yêu cầu các du ̣ng cu ̣ có đô ̣ cƣ́ng cao hơn đô ̣ cƣ́ng vâ ̣t liê ̣u gia công (ví dụ khi gia công bằng siêu âm hoă ̣c bằng các chùm tia laser, tia điê ̣n tƣ̉)...

 Giảm tiêu hao vật liệu vì chiều rộng rãnh cắt nhỏ, mƣ́c đô ̣ chính xác cao...

 Có thể gia công những chi tiết phức tạp có độ chính xác , độ bóng cao (lỗ khuôn kéo có đƣờng kính nhỏ), gia công lỗ nhỏ và sâu , cắt hình, có thể gia công chép hình...

 Có thể gia công cục bộ (tại những điểm nhỏ) trên bề mă ̣t chi tiết lớn , giảm bớt các bƣớc gia công trung gian (khâu chuyển tiếp) hoặc phải yêu cầu sƣ̉ dụng đồ gá đă ̣c biê ̣t để gia công vâ ̣t liê ̣u cƣ́ng, dòn, đánh bóng hợp kim cƣ́ng..

125

 Có thể cơ khí hóa và tự động hóa.

 Có năng suất, hiê ̣u quả kinh tế cao và giảm phế phẩm.

Tuy nhiên , mỗi phƣơng pháp gia công đă ̣c biê ̣t la ̣i phát hu y thế ma ̣nh riêng của mình ở mỗi trƣờng hợp:

 Gia công laser phát huy hiê ̣u quả khi có đô ̣ dày phôi nhở hơn 6mm. Chủ yếu

đƣơ ̣c sƣ̉ du ̣ng để cắt tấm. Khi đó gia công laser có tốc đô ̣ cắt cao hơn và đô ̣ chính xác cao hơn so với phƣơng pháp cắt bằng tia nƣớc.

 Phƣơng pháp cắt bằng tia nƣớc áp suất cao (tới 4000bar) có thể cắt đƣợc chi

tiết dầy hơn mà không có vùng bi ̣ ảnh hƣởng nhƣ vẫn nhƣ xảy ra ở các phƣơng pháp cắt bằng nhiệt. Cắt bằng tia nƣớc có thể cùng với hạt mài hoặc không có hạt mài. Khi cắt cắt bằng tia nƣớc có ha ̣t mài , năng suất cắt cao hơn nhƣng bề mă ̣t phôi có thể bi ̣ làm bẩn bởi ha ̣t mài.

 Cắt bằng plasma có ƣu điểm chính so với cắt bằng laser và tia nƣớc l à có thể cắt với tốc đô ̣ cao hơn , chiều dày phôi lớn hơn . Cắt bằng plasma thƣờng cho phép đạt chất lƣợng mép cắt tốt hơn laser.

 Gia công tia lƣ̉a điê ̣n cắt dây có ƣu điểm chính là độ dày phôi lớn (đến 500mm) vớ i đô ̣ chính xác cao và đa ̣t chất lƣợng bề mă ̣t nhƣ nhau trên toàn bô ̣ chiều dày đƣợc cắt . Có thể nói rằng , so với các phƣơng pháp kể trên , quá trình cắt dây này có sƣ̣ thƣ̣c hiê ̣n chính xác nhất , các máy cắt dây siêu chính xác đạt độ nhám bề mă ̣t Rmax=0.5 µm. Khi cắt chính xác cao thì nên áp du ̣ng cắt dây .

 Nhƣơ ̣c điểm của phƣơng pháp cắt dây bằng tia lƣ̉a điê ̣n là chỉ cắt đƣợc các vâ ̣t liê ̣u dẫn điê ̣n , trong khi phƣơng pháp laser và tia nƣớc có thể cắt đƣợc các vật liê ̣u phi kim loa ̣i.

Câu hỏi ôn tập:

1. Công dụng của gia công tia lửa điện cắt dây EDM là gì? 2. Trình bày cấu hình trục của máy cắt dây CNC EDM? 3. Quá trình cắt dây EDM đƣợc thực hiện nhƣ thế nào?

4. Dây điện cực đƣợc phân loại nhƣ thế nào? Nêu ƣu và nhƣợc điểm của từng loại?

5. Trình bày sự thoát phoi khi cắt dây?

6. Khả năng đạt độ chính xáckhi gia công cắt dây?

7. Nguyên nhân gây ra các sai số cố hữu của profin khi cắt dây là gì? 8. Trình bày quá trình điều khiển liên hệ ngƣợc khi cắt dây?

9. Trình bày khả năng đạt đƣợc độ nhám bề mặt khi cắt dây?

10. Gia công cắt dây EDM có gì khác so với các phƣơng pháp gia công phi truyền thống (các phƣơng pháp gia công đặc biệt) khác?

126

Chƣơng9: CƠ SỞ HÌNH HỌC VÀ CƠ SỞ LẬP TRÌNH CNC KHI GIA CÔNG EDM

Trong chƣơng 9 sẽ trang bị cho sinh viên các kiến thức về cơ sở hình học và cơ sở lập trình khi gia công EDM. Qua chƣơng sinh viên có thể xác định đƣợc các trục tọa độ của máy mà không cần dựa vào các bảng chú thích trên máy EDM.

Sau khi học xong chƣơng này sinh viên có khả năng:

- Xác định đƣợc chiều các trục tọa độ của máy theo quy tắc bàn tay phải. - Xác định đƣợc điểm zero, điểm gốc của máy và điểm zero của phôi. - Nắm vững cách ghi kích thƣớc tuyệt đối và kích thƣớc tƣơng đối.

- Khái niệm và xác định đƣợc chiều của trục tọa độ C trên hệ tọa độ của máy. - Nắm vững cơ sở lập trình.

- Giải thích đƣợc ngôn ngữ lập trình. - Lập trình theo trình tự lập trình.

127

9.1Các khái niệm ban đầu 9.1.1Hệ tọa độ máy 9.1.1Hệ tọa độ máy

Những máy công cụ thông thƣờng có 3 trục chính X, Y, Z có chiều nhất định. Tuy nhiên có máy có đến 4, 5 trục. Thêm 3 trục quay xung quanh các trục tƣơng 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. Phƣơng chiều của các trục đƣợc xác định theo quy tắc bàn tay phải. Hình 9.1 mô tả phƣơng pháp xác định phƣơng chiều của các trục X, Y, Z theo quy tắc bàn tay phải.

Quy tắc: Đặt bàn tay phải sao cho ngón cái, ngón trỏ và ngón giữa vuông góc với nhau.

Trục X chỉ chiều dƣơng theo ngón tay cái. Trục Y chỉ chiều dƣơng theo ngón trỏ. Trục Z chỉ chiều dƣơng theo ngón giữa.

Hình 9.1:Quy tắc xác định chiều trục X, Y, Z.

Máy gia công bằng điện cực định hình thực hiện tất cả các chuyển động của điện cực nhờ chuyển động của đầu công tác mà trên đó có lắp điện cực.“Chuyển động của đầu công tácˮ tức là chuyển động tƣơng đối giữa đầu công tác (mang điện cực) so với bàn máy mang phôi, vì theo thực tế, theo 1 phƣơng có thể bàn máy chuyển động còn đầu công tác đứng yên.

Bàn máy di động nhờ các bàn trƣợt theo phƣơng X hoặc phƣơng Y cùng nằm trong mặt phẳng nằm ngang.

+ Phƣơng trục X theo chiều trái-phải. + Phƣơng trục Y theo chiều tiến-lùi.

+ Còn phƣơng trục Z là phƣơng dịch chuyển lên-xuống của đầu máy mang điện cực (hình 9.2).

128

Hình 9.2:Hệ tọa độ máy của một máy xung định hình.

Chiều dƣơng của các trục tọa độ đƣợc quy ƣớc là chuyển động tƣơng đối của điện cực so với phôi với quy ƣớc rằng điện cực luôn chuyển động, còn phôi thì luôn đứng yên. Vậy chiều dƣơng theo các trục nhƣ sau:

+ Trục X: chiều từ trái sang phải.

+ Trục Y: chiều từ phía trƣớc về phía sau. + Trục Z: chiều từ dƣới lên trên

+ Giao điểm của 3 trục tọa độ này ứng với vị trí cả 3 trục X, Y, Z đều có tọa độ bằng 0 gọi là điểm zêrô máy M. Đó là điểm zêrô của hệ tọa độ vĩnh cữu của máy.

+ Khi cả 3 tọa độ X, Y, Z đều đạt các giá trị max thì chúng xác định một điểm gốc máy R (điểm Refference).

Bất cứ điểm nào nằm trong vùng giữa điểm zêrô máy M và điểm gốc máy R đều có tọa độ hoàn toàn xác định.

9.1.2Hệ tọa độ phôi

Đặt các trục X, Y, dọc theo các mép của một phôi hình khối hộp chữ nhật ở trên đỉnh phôi. Đặt trục Z thẳng đứng qua giao điểm của 2 trục X, Y. Ba trục vuông góc nói trên có một giao điểm chung gọi là điểm zêrô của hệ tọa độ phôi, gọi tắt là điểm zêrô phôi W. Mỗi điểm trên phôi đều đƣợc xác định bởi các tọa độ X, Y, Z so với điểm zêrô phôi W (Hình 9.3).

129

Hình 9.3:Hệ tọa độ phôi.

Các tọa độ của điểm zêrô phôi W so với điểm zêrô máy M sẽ xác định vị trí của phôi trên bàn máy. Vì tọa độ của điểm zêrô phôi là X0, Y0, Z0 nên nó cũng đƣợc gọi là điểm zêrô phôi (tức zêrô chƣơng trình) ở bất cứ vị trí nào của phôi. Tuy nhiên, để tiết kiệm các tính toán không cần thiết thì điểm zêrô phôi thƣờng đặt ở điểm mà trên đó hầu hết các kích thƣớc đƣợc dựa vào, nên không phải tính toán hoặc đổi dấu các tọa độ.

- Trên bản vẽ thƣờng quy định các biểu tƣợng sau đây cho các điểm:

Điểm zêrô điện cực E là điểm gốc để xác định các kích thƣớc của điện cực nhƣ bán kính, chiều dài.

- Kích thƣớc tuyệt đối và kích thƣớc gia số:

+ Kích thƣớc tuyệt đối là tọa độ của điểm đích đƣợc so sánh với điểm zêrô của phôi W mà không cần để ý đến vị trí trƣớc đó của điện cực.

Ví dụ: đi từ A đến B.

Điểm đích B có tọa độ X50 Y30 là tọa độ tuyệt đối. Ở đây không cần để ý đến vị trí trƣớc đó là điểm xuất phát A (hình 9.4a).

+ Kích thƣớc gia số: Các tọa độ của điểm đích B đƣợc so sánh với điểm xuất phát A trƣớc đó của điện cực. Nhƣ vậy, thông tin phải dựa vào vị trí trƣớc đó của điện cực chứ không để ý đến điểm zêrô phôi (hình 9.4b).

Ví dụ: đi từ A đến B.

Điểm đích B có tọa độ gia số so với điểm xuất phát A là : X40, Y-20. Cần lƣu ý rằng kích thƣớc gia số cũng có dấu (+) hoặc (-), tùy thuộc vào kích thƣớc đƣợc thay đổi cùng chiều hay ngƣợc chiều so với chiều dƣơng của trục tọa độ.

130

Hình 9.4:a) Kích thước tuyệt đối; b) Kích thước gia số.

Sau đây là hình ảnh so sánh sự khác biệt kích thƣớc tuyệt đối và kích thƣớc gia số trên chi tiết thay đổi theo từng tọa độ của điểm P.

Hình 9.5:a) Kích thước tuyệt đối; b) Kích thước gia số.

Kích thƣớc tuyệt đối Kích thƣớc gia số

P1 X10 Y30 P1 X10 Y30

P2 X55 Y50 P2 X45 Y20

P3 X40 Y15 P3 X-15 Y-35

9.2 Tọa độ C

Ba trục quay thứ nhất ký hiệu là ba chữ cái A, B, C. Chuyển động quay quanh trục thẳng thứ nhất X là trục quay thứ nhất ký hiệu bằng chữ A. Chuyển động quay quanh trục thẳng Y ký hiệu bằng chữ B. Chuyển động quay quanh trục thẳng Z ký hiệu bằng chữ C.

131

Hình 9.6:Quy tắc bàn tay phải xác định chiều của ba trục quay thứ nhất A, B, C.

Trên cơ sở đó máy gia công xung định hình CNC đƣợc trang bị thêm một trục quay song song và trùng với trục Z, có tên là trục quay C. Điện cực có thể đƣợc quay quanh cái trục tƣởng tƣợng này nhờ hệ điều khiển. C là một tọa độ điều khiển đƣợc. Trục C có thể tạo ra một góc quay xác định của điện cực hoặc tạo ra sự quay servô. Tọa độ C biểu thị sự quay quanh một trục, trong khi các tọa độ X, Y, Z biểu thị các chuyển động thẳng dọc theo một trục (hình 9.7).

Hình 9.7:Tọa độ C và trục gốc góc (trục +X).

Tọa độ C đƣợc sử dụng để quay điện cực đi 1 góc nhất định. Các góc quay đƣợc tính từ một “trục chuẩn gócˮ. Đối với tọa độ C, trục chuẩn góc chính là chiều dƣơng của trục X. Góc C =00 nằm trên trục X. Chiều dƣơng của góc là chiều ngƣợc kim đồng hồ. Nhƣ vậy, chiều dƣơng của trục Y sẽ biểu thị một góc C = 90o.

9.3 Cơ sở lập trình

Thông thƣờng ở các máy gia công xung định hình, trƣớc lúc thực hiện gia công ngƣời vận hành máy phải chuẩn bị kế hoạch làm việc gọi là sự mô tả gia công. Quy trình gia công đƣợc chia ra nhiều bƣớc với các trình tự riêng. Bản vẽ phôi là cơ sở cho trình tự gia công.

Gia công ở máy xung định hình CNC cũng có trình tự nhƣ vậy. Tuy nhiên, các trình tự công việc riêng biệt mà lẽ ra ngƣời vận hành máy phải đảm nhiệm thì ở máy CNC các

132

nhiệm vụ đó đều do hệ điều khiển thực hiện, phù hợp với một chƣơng trình đƣợc đƣa vào tử trƣớc.

Hệ điều khiển CNC phải nhận đƣợc các thông tin sau đây để gia công phôi:

- Hệ điều khiển phải biết thực hiện thế nào để gia công phôi này, nghĩa là nó phải có các dữ liệu về quá trình phóng điện.

-Hệ điều khiển phải nhận biết đƣợc hình dáng củaphôi nhƣ thế nào sau khi gia công xong, có nghĩa là hệ điều khiển phải có các dữ liệu hình học.

-Ngƣời vận hành máy phải nhập các thông tin này vào hệ điều khiển sao cho hệ điều khiển CNC có thể hiểu đƣợc và xử lý thông tin cập nhật đƣợc.