điện.
Hiện tượng trễ dây trong gia công cắt dây tia lửa điện là hiện tượng vị trí thực của dây khi cắt khác với vị trí lý thuyết. Khoảng sai số giữa vị trí thực và vị trí lý thuyết gọi là độ trễ dây. Để đạt độ chính xác khi gia công trên máy cắt dây, rung và độ trễ dây cần được nghiên cứu một cách đồng thời. Mặc dù đã có một vài nghiên cứu về rung của dây [12], [13] nhưng rất ít nghiên cứu đưa ra để xác định ảnh hưởng của hiện tượng trễ dây, thực tế vấn đề này ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác biên dạng. Những nghiên cứu gần đây cũng đã chỉ ra ảnh hưởng của độ võng dây [14]. Độ võng của dây phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, nó tăng lên khi tốc độ cắt tăng. Bản chất của hiện tượng gây ra sai số trễ dây là do độ võng dây gây ra. Sai số do ảnh hưởng của độ trễ dây không xuất hiện khi cắt theo đường thẳng, nhưng khi hướng cắt thay đổi hiện tượng trễ dây bắt đầu ảnh hưởng tới độ chính xác biên dạng. Nó tương tự như quỹ đạo chuyển động của bánh trước và bánh sau của một xe không giống nhau khi xe đổi hướng về phía trái hay phải, tức là khi xe không đi theo đường thẳng mà đi theo đường cong, rõ ràng khi đó nếu lái xe cho bánh trước trùng khít hoàn toàn với quỹ đạo cho trước thì quỹ đạo của bánh xe sau sẽ khác hoàn toàn với quỹ đạo của bánh xe trước. Với sơ đồ gia công cắt dây, chuyển động của trục dây cắt lý tưởng không có độ võng cũng giống như chuyển động của bánh xe trước, và dây bị võng có chuyển động giống như chuyển động của bánh sau (hình 3.1) [10]. Bài toán võng dây tạo ra độ trễ dây khi gia công cắt dây trở nên phức tạp hơn nhiều vì dây ở đây về bản chất là một dây đàn hồi vô số bậc tự do. Mỗi mặt cắt của dây có một tọa độ xác định. Giải chính xác bài toán phương trình đường đàn hồi tâm dây dưới tác dụng của ngoại lực và rung động vượt ra khỏi phạm vi của một luận văn thạc sỹ kỹ thuật.
Đã có một vài nghiên cứu mang tính thí nghiệm về độ trễ của dây đã đươc đưa ra với tốc độ cắt tương đối cao (ở tốc độ cắt thấp không đánh giá được sai số). Cũng như vậy, một vài thí nghiệm đã đưa ra để chỉ dẫn những thông số nghiên cứu cho mô hình toán học trong quá trình WEDM [9].
Hình 3.1 Hiện tượng trễ dây khi cắt góc
Nhưng ngày nay, rất ít nghiên cứu nói về sự trễ dây phụ thuộc vào việc kết hợp các thông số điều khiển khác nhau như thế nào trong WEDM. Tốc độ cắt là một thông số rất quan trọng. Nhưng tất cả những gì được biết đến cho tới gần đây nhất được công bố trên các tạp chí quốc tế đó là độ trễ tăng khi tốc độ cắt tăng. Cũng chưa có một mô hình toán học nào để tính toán độ võng của dây với một tốc độ cắt xác định. Người sử dụng phải đóng vai trò chính và điều chỉnh thông số gia công để đạt được chế độ gia công tốt với độ chính xác chấp nhận được, việc này không đơn giản khi thao tác bởi vì chỉ một sự thay đổi nhỏ khi cắt cũng ảnh hưởng đến độ chính xác gia công. Những yếu tố ảnh hưởng đến chế độ cắt bao gồm sự thay đổi lên xuống của điện áp và cường độ dòng điện, sự phân bố không đều của chất điện môi, sự có mặt của các mảnh nhỏ trong vùng giữa dây cắt và phôi, những yếu tố như vậy không thể dự đoán chính xác được và thay đổi theo thời gian.
Từ khi các máy cắt dây được đưa vào sử dụng rộng rãi (khoảng năm 1969), cứ 4 năm tốc độ cắt lại tăng gấp đôi theo yêu cầu của thị trường. Tuy nhiên, điều này không đồng nghĩa với độ chính xác gia công giảm. Nhưng độ trễ của dây lại là nguyên nhân chính của tính không chính xác khi gia công ở tốc độ cắt cao. Điều này ngăn cản các nhà kỹ thuật muốn sử dụng cắt dây ở tốc độ cao khi gia công tinh các
chi tiết cần có độ chính xác cao. Độ trễ dây không tạo nên nhiều vấn đề khi dịch chuyển thẳng, nhưng nó gây sai số lớn xuất hiện ngay khi thay đổi hướng cắt. Điều này đã được giải thích rõ ràng ở hình 3.2
Hình 3.2 Ảnh hưởng của trễ dây khi cắt góc vuông
Trong ví dụ này, một phôi hình lăng trụ chữ nhật ABCD được sử dụng (Để đơn giản giả định rằng bán kính dây bằng 0). Mặc dù đây là hình chữ nhật có các góc vuông nhưng khi gia công theo đường thẳng BCD thì đã xuất hiện đường cong BC‟D như hình vẽ vì có sự đổi hướng của dây khi chuyển từ cạnh BC sang cạnh CD. Bản chất vấn đề nằm ở độ trễ dây khi chuyển hướng tại C.
Trong trường hợp này, để có thể cắt góc vuông tại C mà không có hiện tượng trễ dây, có một cách giải quyết đó là đo được chính xác độ trễ dây với điều kiện cắt đã lựa chọn (có thể xác định độ trễ dây bằng 1 thí nghiệm hoặc dựa vào dữ liệu đã có sẵn). Sau đó cho dây chuyển động với mã G01 thì dẫn hướng sẽ chuyển động lên C‟ thay cho vị trí C. Khoảng CC‟ là lượng trễ dây đã được đo. Phôi sẽ được cắt lên tới điểm C sau đó dẫn hướng sẽ di chuyển quay lại điểm C với tốc độ không đổi (bằng mã G00) và dây sẽ di chuyển chính xác tới C mà không có sự trễ dây. Ngay sau đó sự dịch chuyển hướng cắt sẽ bắt đầu cắt theo CD mà không cần giảm tốc độ cắt. Kỹ thuật này được đánh giá là tốt hơn so với với giảm tốc độ cắt tại điểm C (Hình 3.3)
Hình 3.3 Phương pháp giảm hiện tượng trễ dây khi cắt góc
A B D D
C‟ C C
Kỹ thuật này cũng đã được sử dụng cho cắt dọc theo một đường cong nếu phương trình đường cong đó đã biết. Một điều cần thiết đó là phải tìm ra hướng của các tiếp tuyến (dy/dx của đường đó) tới đường cong tại điểm trống và điểm xác định trên những tiếp tuyến này cách xa đường cong bằng một khoảng đúng bằng khoảng trễ dây. Dẫn dây sẽ buộc phải dịch chuyển dọc theo các điểm mới tạo ra đó thay vì các điểm gốc của đường cong (điểm nút). Do trễ dây nên sẽ gia công được những đường cong theo ý muốn. Điều này đã được thể hiện trong hình 3.4 với một đường parabol có phương trình dạng y2= 4ax. Đường parabol này được mô tả là abcdefghi (đường gia công thêm vào, hoặc đường dẫn dây với độ trễ giả định là 0), thì dụng cụ cắt phải di chuyển dọc theo ABCDEFGHI (đường chạy dây hiệu chỉnh), để đạt được đường parabol mong muốn (aA, bB….là bằng nhau và độ trễ dây là hằng số). Phương trình parabol có dạng như sau:
y2 = 0.25x
Từ phương trình tiếp tuyến tới đường cong ban đầu tại điểm a sẽ có dạng: y-y1= 0.125(x-x1)/y1
với (x1,y1) là tọa độ điểm tiếp tuyến a. Khi đó tọa độ của điểm A(x2,y2) được xác định như sau:
x2 = x1 + dcosθ1 y2 = y1 - dcosθ1
với tanθ là góc tiếp tuyến tại điểm a và tanθ = 0.125/y1 và d là giá trị khoảng trễ dây. Điểm A tương ứng được tạo ra với một khoảng cách trên đường parabol. Như vậy, sẽ có một đường cong trơn đi qua các điểm được tạo ra đó, đường cong này chính là đường chạy dây đã hiệu chỉnh, tương ứng với parabol đã được chọn. Nếu một chương trình đã được lập trình chạy theo đường cong thì thực tế nó sẽ cắt theo đường parabol hiệu chỉnh do sự trễ dây. Hiện tượng trễ dây vẫn sinh ra nhưng ảnh hưởng của nó đã bị vô hiệu hóa mà không lệ thuộc vào tốc độ cắt (hình 3.4) phương pháp này còn được gọi là phương pháp dịch chuyển quá. Nhược điểm của
phương pháp này là chỉ có thể áp dụng với những đường cong đơn giản,với những đường cong phức tạp thì việc áp dụng phương pháp này là một vấn đề khó khăn.
Hình 3.4 Phương pháp chạy quá dây đối với đường parabol
Như vậy, với sự trễ dây khi gia công dọc theo một đường cong, đã tạo nên sự không chính xác về kích thước của sản phẩm gia công. Sai số này có thể tới vài trăm micro, mà điều này là không thể chấp nhận khi gia công chính xác cao. Cách khắc phục truyền thống vấn đề này là giảm tốc độ cắt tại bất kỳ thời điểm nào có sự đổi hướng của đường chạy dây hoặc chạy dây quá đối với những biên dạng xác định được độ trễ dây. Tuy nhiên, kết quả sẽ không đúng khi gia công tốc độ cao và những biên dạng phức tạp. Hơn nữa, mặc dù kỹ thuật này làm giảm được sai số nhưng nó không khử được hoàn toàn. Nên mục tiêu của thực nghiệm là xây dựng mô hình thí nghiệm nghiên cứu, tính toán sai số kích thước từ đó đưa ra lượng bù sai số nhằm nâng cao độ chính xác kích thước gia công mà không phải giảm tốc độ cắt tại các điểm có sự chuyển hướng của đường chạy dây trên cơ sở giữ nguyên các thông số cắt tối ưu. Trên cơ sở lý thuyết thì dây, dẫn dây trên và dẫn dây dưới phải tạo ra một đường thẳng. Nhưng dây là một đường đàn hồi đi theo một đường cong
bất kỳ trong không gian. Để đơn giản hóa phù hợp với thực tế, giả thiết đường cong của dây nằm trong mặt phẳng tiếp tuyến với bề mặt gia công và phương của đường cong của dây ngược với hướng cắt (hình 3.5). Để giảm sai số do hiện tượng trễ dây gây ra có 03 phương pháp trong đề tài chỉ tập trung nghiên cứu một trong ba phương pháp đó là: Giảm sai số do trễ dây bằng bù sai số.
Hình3.5 Hiện tượng trễ dây trong gia công