Đề tài Thiết kế khuôn chế tạo bánh răng Cycloid ăn khớp trong ứng dụng công nghệ gia công tia lửa điện

điện tử điều khiển bao gồm: + Máy phát xung + Hệ thống điều khiển quá trình phóng điện + Hệ thống điều khiển CNC Hình 4.8: Sơ đồ của máy phát xung định hình 1.5.2. Phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện Khái niệm: Là phương pháp dùng một dây mảnh dẫn điện có đường kính nhỏ cuốn liên tục và chạy theo một biên dạng định trước để tại thành một vết cắt trên phôi. Hình 4.9: sơ đồ gia công tia lủa điện bằng điện cực dây Phạm vi ứng dụng: Phương pháp này thường dùng để gia công các lỗ thông suốt có biên dạng phúc tạp như các lỗ trên khuôn dập, khuôn ép, khuôn đúc áp lực, chế tạo các điện cực cho gia công xung định hình, gia công các rãnh hẹp , các công tua phức tạp, các hình dáng 3D đặc biệt Hệ thống máy cắt dây bao gồm: 3 phần chính sau + Phần cơ khí + Hệ thống tủ điện và điện tử điều khiển + Cụm dung dịch điện môi - Phần cơ khí bao gồm: + Khung máy tổng hợp + Thùng chất điện môi cho phôi + Bàn kẹp phôi + Hệ thống định vị và điều chỉnh dây dẫn + Các bàn trượt và bàn quay để tạo các chuyển động cần thiết - Hệ thông điện, điện tử điều khiển bao gồm: + Máy phát xung + Hệ thống điều khiển quá trình phóng điện + Hệ thống điều khiển CNC Hình4.10: Sơ đồ máy cắt dây 1.5.3. Các phương pháp khác Ngoài hai phương pháp gia công chủ yếu trên, ngày nay trên thế giới còn các phương pháp khác sử dụng công nghệ gia công bằng tia lửa điện sau: - Gia công phay tia lửa điện (Milling EDM): là phương pháp sử dụng một điện cực chuẩn, hình trụ để thực hiện ăn mòn tia lửa điện theo kiểu phay. Với phương pháp này, ta có thể gia công các hình dang phức tạp mà không phải chế tạo điện cực phức tạp. - Cắt dây tia lửa điện siêu nhỏ (MW EDM): là phương pháp cắt dây sử dụng điện cực là dây đường kính nhỏ dưới 10mm. Phương pháp này dùng để gia công các lỗ siêu nhỏ trrên các vật liệu khó gia công ... - Gia công rung siêu âm (Ultrasonic Aided EDM): là phương pháp hớt vật liệu bằng tia lửa điện kết hợp với việc rung các điện cực với tần số siêu âm. Rung điện cực giúp nâng cao khả năng công nghệ và tăng đáng kể tốc độ gia công khi gia công các lỗ siêu nhỏ - Với sự phát triển và ứng dụng ngày càng mạnh mẽ phương pháp gia công tia lửa điện, phương pháp này còn được sử dụng nhiều hơn và còn nhiều phương pháp gia công mới được ra đời và sử dụng nhiều trong thực tế. 2. Các đặc điểm của quá trình gia công tia lửa điện 2.1. Các thông số công nghệ cơ bản. Điện áp đánh lửa Uz: Là điện áp cần thiết để dẫn tới sự phóng tia lửa điện. Nó được 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 Uz càng lớn thì phóng điện càng nhanh và cho phép khe hở phóng điện càng lớn. Thời gian trễ đánh lửa td: Là thời gian giữa lúc đóng điện máy phát và lúc xẩy ra phóng tia lửa điện. Khi đóng điện máy phát lúc đầu chưa xảy ra hiện tượng gì. Điện áp duy trì ở giá trị của điện áp đánh lửa Uz, dòng điện vẫn bằng không. Sau một thời gian trễ td mới xảy ra sự phóng tia lửa điện. Dòng điện từ giá trị 0 vượt lên giá trị Ie Điện áp phóng tia lửa điện Ue: Khi bắt đàu phóng thia lửa điện thì điện áp sụt từ Uz tới giá trị Ue. Đây là điện áp trung bình trong suốt quá trình phóng tia lửa điện. Ue là hằng số vật lý phụ thuộc cặp điện cực và 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 từ giá trị 0 tăng mạnh đến giá trị Ie, kèm theo sự đốt cháy. Ie ảnh hưởng lớn nhất đến lượng hớt vật liệu, lên độ mòn điện cực và lên chất lượng bề mặt gia công. Nhìn chung Ie càng lớn thì lượng hớt vật liệu càng lớn, độ nhám gia công càng lớn nhưng độ mòn điện cực giảm. Thời gian phóng tia lửa điện te Là khoảng thời gian giữa lúcbắt đàu phóng tia lửa điện và lúc ngắt điện, tức là thời gian có dòng điện Ie trong một lần phóng điện Thời gian 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. Độ kéo dài xung ti là tổng của thời gian trễ đánh lửa Id và thời gian phóng tia lửa điện te: ti = td + te Độ kéo dài xung ảnh hưởng đến: + Tỷ lệ hớt vật liệu + Độ mòn điện cực + Chất lượng bề mặt gia công Hình 4.11: Ảnh hưởng của ti đến lượng hớt vật liệu Hình 4.12: Ảnh hưởng của ti đến độ mòn điện cực Hình 4.13: Ảnh hưởng của ti đến chất lượng bề mặy gia công Khoảng cách xung to Đây là khoảng thời gian giữa 2 lần đóng ngắt của máy phát giữa hai chu kỳ xung kế tiếp nhau. to còn được gọi là độ kéo dài nghỉ của xung. Phải giữ cho to nhỏ nhất có thể để đạt được lượng hớt vật liệu tối đa. Nhưng khoảng cách xung phải đủ lớn để có đủ thời gian thôi ion hóa chất điện môi trong khe hở phóng điện. Nhờ đó sẽ tránh được các lỗi của quá trình như sự tạo hồ quang hoặc dòng điện ngắn mạch. Cũng trong thời gian của khoảng cách xung to, dòng chảy sẽ đẩy các vật liệu đã bị ăn mòn ra khỏi khe hở phóng điện. Hình 4.14: Ảnh hưởng của khoảng cách xung tới lượng hớt vật liệu Kheo hở phóng điện d: Là khoảng cách giữa hai điện cực mà tại đó phát sinh ra tia lửa điện. Khe hở này luôn được điền đầy bở dung dịch điện môi. Trong suốt quá trình gia công, do việc mòn vật liệu mà khoảng cách này luôn có xu hướng tăng lên làm cho tia lửa điện không ổn định. Để đảm bảo sự ổn định của tia lửa điện thì phải duy trì khe hở ở một giá trị xác định. Quá trình đó được gọi là sự điều chỉnh khe hở phóng điện. Hình 4.15: Ảnh hưởng của khe hở tới lượng hớt vật liệu Hơn nữa khe hở phóng điện còn ảnh hưởng trực tiếp đến Ue và Ie. Đồ thị sau thể hiện mối quan hệ đó: Hình 4.16: Ảnh hưởng của khe hở phóng điện 2.2. Điện môi Chất điện môi có 4 nhiệm vụ chính sau: + Cách điện + Ion hóa + Làm nguội + Vận chuyển 2.2.1. Nhiệm vụ cách điện: Nhiệm vụ chính của điện môi là cách điện giữa điện cực và phôi. Nó phải đảm bảo sự cách ly giữa điện cực và phôi khi khe hở chưa đủ hẹp. Chỉ khoảng cách nhỏ nhất có thể có giữa điện cực và phôi mới cho phép dòng phóng tia lửa điện đi qua. Nếu khe hở nhỏ thì lượng hớt vật liệu và độ chính xác càng tăng. 2.2.2. Nhiệm vụ ion hóa: Chất điện môi phẩi tạo nên những điều kiện tối ưu cho sự phóng điện, nghĩa là nó phải được ion hóa vào thời điểm chuẩn bị phóng điện, nghĩa là có khả năng tạo nên một cầu phóng điện. Điều này giúp cho sụ tập trung năng lượng ở kênh plasma, giúp cho sự hớt vật liệu khi phóng tia lửa điện. Nếu xung bị ngắt thì chất điện môi phải được thôi ion hóa, tạo điều kiện để sự phóng điện tiếp theo xảy ra ở một vị trí khác. Chất điện môi cũng bao trùm kênh phóng điện, nhờ đó có thể đạt đựoc mật độ năng lượng cao, tăng hiệu quả phóng điện. Lượng hớt vật liệu tăng khi khoảng cách xung ngắn. Chất điện môi phải được thôi ion hóa nhanh như có thể được sau xung này. 2.2.3. Nhiệm vụ làm nguội: Ở kênh phóng điện, trong khoảng thời gian cực ngắn ( cỡ phần triệu giây ), nhiệt độ có thể lên tới 10.000oC. Nhiệt xuất hiện ở đây cần phải chuyển đi nếu không độ mòn điện cực sẽ tăng lên. Bề mặt phôi cũng bị hư hại do quá nhiệt. Bản thân chất điện môi cũng không được quá nhiệt. Sự quá nhiệt làm cho chất điện môi dễ bị phân hủy thành khí và cacbon tự do. Khí này đưa đến sụ mở rộng không mong muốn của kênh phóng điện làm giảm lượng hớt vật liệu. Cặn cácbon tăng trên bề mặt điện cực sẽ gây ra sự ngắn mạch. Bởi vậy nhiệm vụ làm nguội là rất quan trọng, nó giúp bảo vệ điện cực, phôi, chất điện môi và tăng lượng hớt vật liệu trong quá trình gia công. 2.2.4. Nhiệm vụ vận chuyển phoi: Nếu chất điện môi bị bẩn sẽ gây ra in hình không chính xác và các khuyết tật của quá trình. Sự bẩn của chất điện môi chủ yếu là do các phân tử bị ăn mòn còn lơ lửng hoặc lắng đọng trong các khe hở phóng điện. Một tỷ lệ quá lớn các phân tử này dẫn đến sự phóng điện thất thường và gây ra sai số in hình, nguy cơ tạo hồ quang và ngắn mạch tăng lên. Khi gia công xung định hình cần có một hệ thống dòng chảy của chất điện môi để vận chuyển các phần tử đã ăn mòn đó đi khỏi khe hở phóng điện và đảm bảo chất điện môi sạch sẽ cho khe hở. Dòng chảy mang theo các phân tử đã bị ăn mòn sẽ đưa tới hệ thống lọc để sau đó lại tiếp tục chất điện môi sạch tới vùng gia công. Để đạt được kết quả gia công tối ưu, một điều tối cần thiết là phải sục rửa tốt vùng khe hở phóng điện bằng cách tạo ra một dòng chảy thường xuyên của chất điện môi. Dòng chảy chất điện môi có ảnh hưởng quyết định đến kết quả gia công. Vì vậy phải tạo ra dòng chảy điện môi để sục rửa làm sạch và tăng hiệu quả làm nguội trong quá trình gia công. Có các phương pháp tạo dòng chảy chất điện môi sau: + Dòng chảy bên ngoài: là phương pháp phổ biến nhất, được áp dụng khi điện cực và phôi không có lỗ khoan cho dùng chảy + Dòng chảy áp lực: là phương pháp dòng chảy rất quan trọng. Chất điện môi được đưa cưỡng bức vào khe hở phóng điện qua các lỗ ở điện cực và phôi + Dòng chảy hút: Chất điện môi đã bẩn được hút ra khỏi khe hở phóng điện qua một lỗ ở điện cực hoặc một lỗ ở phôi. + Dòng chảy phối hợp: Là sự phối hợp của các dòng chảy áp lực và dòng chảy hút sẽ ngăn ngừa các lỗi dòng chảy và các hậu quả xấu của chúng. Trong phương pháp này chất điện môi được dưa cưỡng bức vào một đầu của khe hở phóng điện và hút ra ở đầu kia + Dòng chảy nhắp: là dòng chảy chỉ tác động lên điện cực khi điện cực nâng lên. Dòng chảy nhắp thường được thực hiện khi lòng khuôn sâu, điện cực nhỏ hoặc dùng gia công tinh. Dòng chảy do chuyển động của điện cực: là dòng chảy do chuyển động của điện cực có tác động đối với chất điện môi trong khe hở phóng điện. Khi cắt dây sự thoát phoi là rất cần thiết để lấy đi số phoi từ khe hở và để làm nguội dây. Muốn đạt độ chính xác cao thì phải giữ cho nhiệt độ của phôi và thùng phôi là hằng số. Nhúng chìm phôi trong chất điện môi hoặc phun chất điện môi vào thùng chứa phôi là cần thiết. Các kỹ thuật thoát phoi khác gồm có: + Thổi chiều trục dưới áp lực dòng chảy: chất điện môi được đưa vào khe hở phóng điện qua một bộ dẫn áp lực cao. Ở đây đòi hỏi phỉa có tiếp xúc tốt giữa bộ dây dẫn và phôi để có được áp lực cao tỏng khe hở + Dòng chảy tuần hoàn tự nhiên: sử dụng trong trường hợp phôi được nhấn chìm tỏng chất điện môi Do khi gia công chất điện môi luôn bị tăng thêm các phân tử đã bị ăn mòn nên muốn quá trình ăn mòn hiệu quả ta phải tiến hành làm sạch chất điện môi. Để lọc chất điện môi, người ta sử dụng một trong ba kiểu lọc sau: + Bộ lọc mâm giấy + Bộ lọc phễu đá sỏi + Bộ lọc khe hở. 2.3. Điện cực 2.3.1. Yêu cầu của vật liệu điện cực Những vật liệu dẫn điện có thể dùng làm điện cực nếu thỏa mãn các yêu cầu sau: + Có tính dẫn điện tốt + Có các tính chất vật lý tốt như độ dẫn nhiệt, khả năng nhận nhiệt, có điểm nóng chảy và điểm sôi cao. + Có độ bền mòn cao. Độ bền mòn được tínha theo công thức: E=lrCTm2 Với: l - hệ số dẫn nhiệt r - khối lượng riêng C - Nhiệt dung riêng Tm-Nhiệt độ nóng chảy + Có độ bền cơ học tốt, có ứng suất riêng nhỏ và hệ số dãn nở nhiệt nhỏ. + Có tính gia công tốt, có khối lượng riêng nhỏ để không làm ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của máy và dễ điều khiển quỹ đạo trong quá trình gia công + Có tính kinh tế cao 2.3.2. Các loại vật liệu chế tạo điện cực Điện cực xung định hình Dựa trên các yêu cầu của vật liệu chế tạo điện cực, người ta chia các vật liệu chế tạo điện cực theo 3 nhóm: - Nhóm vật liệu kim loại: bao gồm đồng điện phân, đồng – volfram, bạc – volfram, đồng thau và thép. Trong đó vật liệu thường được dùng để chế tạp điện cực là: đồng điện phân và đồng – volfram. Đồng điện phân: thường được dùng để gia công thép, gia công nhiều lần thô và tinh +Ưu điểm: có lượng hớt vật liệu cao, độ mòn nhỏ +Nhược điểm: có độ dãn nở nhiệt lớn, nặng và dễ bị biến dạng Đồng – volfram: là tổng hợp của bột volfram và bột đồng. +Ưu điểm: có độ bền ăn mòn cao, có tính dẫn điện cao, đạt được chất lượng bề mặt cao hơn đồng điện phân nhưng có độ bền cao hơn, lượng hớt vật liêu cao hơn. +Nhược điểm: khối lượng riêng lớn, tính gia công kém hơn đồng điện phân và giá thành cao. - Nhóm vật liệu phi kim : graphit Graphit có cấu trúc dạng gốm nên có độ bền hình dáng – nhiệt rất cao. Graphit cũng thích hợp để gia công thép. Graphit là vật liệu phi kim duy nhất được dùng để làm điện cực và được sử dụng nhiều hơn đồng điện phân và đồng – volfram là do Graphit có những ưu điểm nổi bật sau: Graphit có thể được gia công cơ rất dễ dàng, nó được chế tạo nhanh gấp 10 lần so với đồng. Với khối lượng riêng thấp, graphit trở thành vật liệu lý tưởng để làm các điện cực lớn. Graphit có độ bền nhiệt cực kỳ lớn, nó không bị nóng chảy ngay cả ở 3.600oC. Graphit có độ bền xung nhiêt, ở môi trường không khí xung quanh ngóng tới 480oC Graphit vẫn bền. Graphit có độ đãn điện tốt, khi tăng nhiệt độ số các điện tử tự do tăng lên, nhờ đó tăng độ dẫn điện và quá trình gia công xung định hình sẽ tốt hơn. Độ dẫn nhiệt ở graphit cao hơn ở nhiều kim loại. Một ưu điểm lón nữa của graphit là độ dãn nở nhiệt rất thấp, bằng 1/6 độ giãn nở nhiệt của đồng điện phân. Qua cơ sở đó Graphit ngày càng được dùng nhiều làm điện cực trong gia công xung định hình. Tuy vậy Graphit vẫn có những khuyết điểm nhỏ sau: Graphit có độ giòn tương đối làm cho yếu đôi chút quan hệ mài mòn ở góc điện cực. Graphit không thích hợp với các yêu cầu về độ nhám tinh. Vì vậy các nhà chế tạo Graphit đã phát triển các loại Graphit đặc biệt với các tính chất quan trọng nhất dùng cho gia công tia lửa điện xung định hình là chú trọng tới độ bền mòn cao, độ xốp thấp, kích thước hạt nhỏ, độ đồng nhất và tính đẳng hướng cao. - Nhóm vật liệu pha trộn kim loại – phi kim loại: đồng – graphit, đây là loại vật liệu rất tốt để chế tạo điện cực nhưng giá thành cao. Các loại điện cực dây Tùy thuộc vào các vật liệ gia công khác nhau có thể sử dụng vật liệu dây là đồng, đồng thau CuZn, molipden, Volfram, và các dây có lớp phủ Các dây phủ có độ bền kéo căng cơ học cao và độ thoát nhiệt cao trong quá trình gia công, khả năng đứt dây giảm. Sự bay hơi của lớp phủ trong quá trình gia công làm cải thiện sự hớt phoi trong khe hở và khe hở tăng lên do lớp phủ biến mất. Chiều cao phôi lớn đòi hỏi phải tăng độ căng dây để giữ cho sai số hình học nằm trong phạm vi nhất định. Các đặc tính của dây điện cực gồm: + Đường kính dây: thường dùng d = 0,1 – 0,3 mm + Vật liệu dây và các đặc tính vật liệu 2.3.4. Quá trình cơ nhiệt trên các bề mặt điện cực Xuất hiện các lực phát sinh từ tác động cơ học là do xuất hiện ứng suất nhiệt. Ứng suất nhiệt vượt quá giới hạn chảy và giới hạn bền, xuất hiện biến dạng dẻo và vết nứt tế vi bề mặt. Độ lớn ứng suất nhiệt xuất hiện trong bề mặt điện cực có các yếu tố: + Độ lâu tác dụng của xung + Chiều sâu chiều nhiệt độ ngoài vùng vật liệu bị nóng chảy + Trường nhiệt độ ngoài khối xác định hình dạng vùng tác động của dòng điện + Vật liệu không nhiễm từ chiều sâu vùng ít bị tác động ngoài nhiệt độ khối tăng quá chiều sâu hố lõm một bậc + Độ lớn ứng suất nhiệt tỷ lệ thuận với hệ số dãn nở nhiệt và modun cắt 2.3.5. Sự ăn mòn điện cực Trong quá trình gia công, chính điện cực cũng bị hớt đi một lớp mỏng vật liệu, tuy nó rất nhỏ so với lượng vật liệu phôi bị hớt đi. Nhưng đó là sẹ mài mòn điện cực không mong muốn gây ra sai số trong quá trình gia công. Có hai nguyên nhân chính tạo nên sự ăn mòn vật liệu của các điện cực là: Nguyên nhân điện và nguyên nhân nhiệt. Nguyên nhân điện: Các ion và các điện tử do điện trở lớn giữa khe hở phóng điện luôn bị hút về phía cực trái dấu. Trên đường di chuyển, chúng được gia tốc nhờ năng lượng của điện trường nên có được động năng rất lớn làm ion hóa các phân tử trung hòa của dung dịch điện môi để tạo thêm các ion và điện tử tự do. Các ion và điện tử này va đập vào bề mặt các điện cực làm tách các điện tử và ion vật liệu của các điện cực tạo nên sự mòn không mong muốn ở điện cực dẫn đến sai số về mặt hình dáng và kích thước của chi tiết sau khi gia công. Nguyên nhân nhiệt: Khi tia lửa điện phóng qua kênh dẫn điện, nhiệt độ ở kênh dẫn điện có thể đạt tới khoảng 10.000oC, làm cho vật liệu của các điện tử tại nơi tiếp giáp với kênh dẫn điện. Bề mặt của chi tiết sau khi bị ăn mòn bằng tia lửa điện có hình dạng những hố nhỏ. Bề mặt của các điện cực luôn có những nhấp nhô tại đó mật độ điện trường là lớn nhất dẫn đến tia lửa điện sẽ xuất hiện và ăn mòn các nhấp nhô này. Cứ như vậy, tia lửa điện sẽ được xuất hiện tại từng điểm và sẽ lan dần trên toàn bộ bề mặt đối diện nhau của các điện cực. Việc ăn mòn của vật liệu điện cực mà không mong muốn ta phải khắc phục làm giảm quá trình ăn mòn này. 3. Ứng dụng CNC trong gia công tia lửa điện Máy ứng dụng CNC đáp ứng phần lớn về công nghệ, các nhu cầu về gia công các chi tiết có biên dạng phức tạp, giảm nhẹ sức lao động, tiết kiệm năng lượng trong quá trình gia công. Với các thuật toán điều khiển mới, các hệ thông điều khiển CNC cho phép gia công tia lửa điện đạt năng suất và chất lượng cao. Máy gia công tia lửa điện đặc trưng bởi mức độ tự động hóa cao. Máy gia công tia lửa điện xung định hình CNC Là máy gia công tia lửa điện xung định hình mà hệ điều khiển có một computer biến đổi các lệnh sang các mã số và thực hiện các tính toán để đảm bảo các yêu cầu công nghệ. Sau đó biến đổi các kết quả này sang tín hiệu điều khiển chuyến sang các cơ cấu chấp hành và tiến hành gia công. Các chuyển động của bàn máy và điện cực đều được thực hiện bởi động cơ điều khiển vô cấp riêng, trên máy không còn các tay quay điều chỉnh bằng tay nữa. Các yêu cầu đối với máy xung định hình CNC Các yêu cầu về độ chính xác của máy được tực hiện trên máy được thực hiện trên sự ổn định cơ học của nó, đó là: + Phải bù sự giãn nở nhiệt + Phải hấp thụ được các rung động + Phải giữ vững điện cực ở vị trí đã cho, chống lại áp lực cao của dòng chảy 3.1. Các bộ phận cơ bản của máy xung định hình CNC Hệ thống cấp chất lỏng điện môi Hệ thống dòng chảy và hệ thống lọc sẽ đảm bảo cung cấp chất điện môi sạch tới vùng gia công. Hệ thống dòng chảy chất điện môi của máy được trang bị các van điều khiển riêng. Còn hệ thống lọc luôn đảm bảo làm sạch chất điện mối sau khi đã qua quá trình gia công. Hệ thống lọc có thể là một bộ phận gắn liền với thân máy hoặc được tách riêng ra khỏi thân máy. Hệ thống đo lường thẳng Hệ thống đo lường thẳng được gắn trên mỗi bàn trượt của máy để báo cho hệ điều khiển biết được là điện cực đang ở vị trí nào vào bất cứ thời điểm nào. Đây là một hệ thống quan trọng giúp đảm bảo khe hở phóng điện giúp quá trình gia công đạt chất lượng và năng suất cao. Hệ thống các động cơ quay trục Các dịch chuyển theo phương X, Y, Z của máy xung định hình CNC đều được trang bị động cơ riêng nhằm mục đích truyền chuyển động quay có điều khiển chi trục vit me đai ốc làm dịch chuyển bàn trượt. Chúng đảm bảo sự dịch chuyển chính xác của các bộ phận theo hệ điều khiển. Hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển được coi như bộ não của máy gia công xung định hình CNC. Nó sắp xếp tất cả các trình tự gia công và cung cấp các thông số chính xác về vị trí cho hệ thông điều khiển vị trí của máy. Các lệnh điều khiển động cơ được đưa ra từ hệ điều khiển. Đối với các công tua phức tạp, nó tính toán các chuyển động của bàn trượt của máy để đảm bảo điều khiển điện cực đi theo những quỹ đạo cho trước. Nó thực hiện các lệnh đóng ngắt dòng điện gia công và đóng mở các van dòng chảy chất điện môi. Hệ điều khiển nhận dữ liệu một cách liên tục, nó so sánh các giá trị mới nhận và các giá trị hiện hành trong các cơ cấu chấp hành để tiến hành đièu khiển chúng vè các giá trị mới. Máy phát Máy phát cung cấp điện áp và dòng điện cần thiết cho quá trình gia công tia lửa điện. Máy phát xung bấm giờ để ngắt dòng điện tử. Xung bấm giờ là một đặc trưng của máy gia công tia lửa điện. 3.2. Hệ điều khiển số CNC Máy công cụ CNC được điều khiển theo chương trình viết bằng mã kí tự số, chữ cái và các kí tự chuyên dụng khác. Trong hệ thống điều khiển có cài đặt bộ vi xử lý làm việc cới chu kỳ thời gian từ 1- 20 ms và có bộ nhớ tối thiểu 4Kbyte, đảm bảo các chức năng cơ bản của chương trình điều khiển số như: tính toán tọa độ trên các trục điều khiển thời gian thực, giám sát các trạng thái của máy, tính toán các gia trị chỉnh lí dao cụ, thực hiện so sánh giá trị cần và giá trị thực. Trong hệ thống điều khiển CNC chương trình có thể nạp vào bộ nhớ toàn bộ một lúc hoặc từng lệnh bằng tay từ bàn điều khiển. Các lện điều khiển không chỉ được viết cho từng chuyển động riêng lẻ mà còn cho nhiều chuyển động cùng lúc. Điều này cho phép giảm số câu lệnh của chương trình, nâng cao độ tin cậy làm việc của máy. - Vai trò của hệ thống điều khiển số trong máy EDM: + Điều hành máy thông qua các điều khiển, được qui định bởi các nút lệnh hoặc chương trình điều khiển đã được lập trình sẵn. + Từ các bản vẽ chi tiết, các số liệu kỹ thuật, số liệu công nghệ yêu cầu được nạp vào vật mang tin thông qua hệ thống ngôn ngữ lập trình. Các dữ liệu ghi trên vật mang tin được hệ thống giải mã phân phối các hệ lệnh đến bộ vi xử lý. Sau quá trình nội suy, thông tin được chuyển sang tín hiệu tương tự đóng vai trò giá trị cần của vị trí bàn máy trong hệ lệnh dịch chuyển. Qua hệ thống đo lường dịch chuyển kết quả so sánh giá trị cần - thực đưa ra lượng sai khác D, chúng trở thành tín hiệu điều khiển, cung cấp cho hệ thống chuyển động. Quá trình tiếp tục cho đến khi chênh lệch giữa giá trị cần và giá trị thực bằng không, lúc đó vị trí cơ cấu chấp hành của máy mới đạt giá trị mong muốn. - Nhiệm vụ của hệ thống điều khiển số trong máy EDM + Lưu trữ thông tin cần thiết gia công một chi tiết nào đó + Cung cấp các giá trị cần về vị trí cho từng trục + So sánh các giá trị cần và giá trị thực, xác định độ chênh lệch, từ đó đưa ra các lện đièu chỉnh chuyển động tương đối giữa bàn máy và dao cụ. Trong quá trình gia công EDM, bộ điều khiển cập nhật lượng mòn điện cực và so sánh vù kích thước theo nguyên tắc điều khiển số Chuyển động bàn máy mang chi tiết trong máy EDM CNC. Nhiệm vụ của chuyển động chạy dao là chuyển đổi các lệnh về đường dịch chuyển cùng thông số tốc độ trên đường dịch chuyển đã xác định trước trong chương trình gia công chi tiết thành chuyển động phù hợp của bàn chạy dao trên máy công cụ. Mỗi một trục điều khiển số của máy CNC cần có một mạch điều chỉnh vị trí. Từ bộ nội suy mỗi giá trị vị trí cần là đại lượng dẫn được cấp vào mạch điều khiển vị trí. Trong bộ điều chỉnh vị trí, giá trị vị trí thực nhận biết bởi một hệ thống đo vị trí đem trừ đi giá trị cần. Kết quả so sánh cặp giá trị cần – thực lá sai lệch điều chỉnh, cũng đồng thời là đại lượng điều chỉnh cho động cơ dẫn động của hệ thống chạy dao. Mạch điều khiển vị trí phải dẫn bàn máy dịch chuyển đến vị trí có sai lệch so với giá trị cần nhỏ nhất nhưng có thể khử được ảnh hưởng của các đại lượng nhiễu khác 3.3. Điều chỉnh vị trí của bàn máy Điều chỉnh chạy dao trên máy công cụ CNC có thể làm việc theo 2 nguyên tắc: điều khiển vị trí (mạch hở dùng động cơ bước không phản hồi) hoặc điều chỉnh vị trí ( mạch kín có vòng phản hồi của hai hay nhiều đại lượng điều khiển ). - Điều khiển vị trí mạch hở đặc trưng bởi một quá trình tác dụng tuyến tính. Mỗi một xung tác dụng tạo ra một bước chạy dao tương ứng. Điều khiển vị trí kiểu mạch hở có thể ứng dụng trong các trường hợp gặp lực cản trên đường dịch chuyển là ổn định và không đáng kể hoặc không có tác dụng lực cản trong khi chạy dao. Trong các máy công cụ cắt gọt kim loại, điều kiện loại này thường không thể có được vì ở đây tồn tại hàng loạt các đại lượng ảnh hưởng và tác động không thể tính trước được trong quá trình gia công. Độ bền khác nhau của vật liệu gia công, lượng dư gia công khác nhau va trạng thái thay đổi của mảnh cắt giao công cụ là những yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến quá trình điều khiển. Vì vậy trong các máy công cụ CNC chỉ ứng dụng chạy dao điều chỉnh vị trí kiểu mạch kín có phản hồi của ít nhất hai thông số điều khiển. - Điều chỉnh vị trí kiểu mạch kín có phản hồi của ít nhất hai thông số điều khiển: Nhờ có sự giám sát chạy dao tức thời mà có thể so sánh các giá trị về vị trí: cần - thực, có thể nhận biết các sai lệch giữa chúng và điều chỉnh cho cân bằng. Mỗi một trục điều khiển số của máy công cụ CNC cần có một mạch điều chỉnh vị trí. Từ bộ nội suy mỗi giá trị vị trí cần là đại lượng dẫn được cấp vào mạch điều chỉnh vị trí. Trong bộ điều chỉnh vị trí, giá trị vị trí thực nhận biết bởi một hệ thống đo vị trí đem trừ giá trị cần. Kết quả so sánh cặp giá trị cần và thực là sai lệch điều chỉnh, cũng đồng thời là đại lượng điều chỉnh cho động cơ dẫn động của hệ thống chạy dao. Mạch điều chỉnh vị trí phải dẫn bàn máy dịch chuyển đến vị trí thật có sai lệch so với giá trị cần nhỏ nhất nhưng có thể và khử được ảnh hưởng của các đại lượng nhiễu khác, bởi vậy mạch điều khiển cần thỏa mãn các điều kiện sau: + Có độ khuếch đại tốc độ cao để giữ khoảng cách theo sau là thấp nhất. + Có độ giảm chấn cao để loại trừ sự mất ổn định cũng như hiện tượng dao động tại các vị trí đích. + Bộ truyền có hằng số thời gian nhỏ + Momen quán tính khối lượng của các bộ phận chuyển động phải có giá trị nhỏ. + Tấn số tiêng về giao động cơ học cao + Các yếu tố truyền động cơ khí có khe hở nhỏ. Hình 4.17: Mô hình điều khiển bàn máy theo hai trục x, y Các nhiệm vụ của chuyển động chạy dao - Các hệ chuyển động chạy dao chuyển đến các lệnh điều chỉnh trong bộ điều khiển thành các chuyển động tịnh tiến hay quay tròn của những bàn máy mang dao hay mang chi tiết, các chuyển động tịnh tiến là các chuyển động thẳng theo phương thức ba trục tọa độ trong không gian 3 chiều, còn các chuyển động quay tròn là các chuyển động quay xung quanh 3 trục này. - Hệ thống truyền động trong máy công cụ CNC phải thể hiện được những tính chất sau: + Có tính động học cao, nếu đại lượng dần biến đổi thì bàn máy phải theo kịp biến đổi đó trong thời gian ngắn nhất + Có độ vững chắc, sồ vòng quay cao. Khi có các lực cản chạy dao biến đổi cần hạn chế mức thấp nhất những ảnh hưởng của nó đến tốc độ chạy dao. + Phạm vi điều chỉnh số vòng quay cao. Phải giải quyết được cả những lượng gia tăng dịch chuyển nhỏ nhất. + Cấu trúc của một hệ thống truyền động chạy dao gồm: Một động cơ dẫn động quay quanh một cặp truyền bánh răng hoặc đai răng tới trục Vitme - đai ốc bi, biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến. Đó là dạng tiêu chuẩn của một hệ truyền động chạy dao hiện đại. 4. Cấu trúc và nguyên lý làm việc của máy công cụ CNC 4.1. Cấu trúc của máy công cụ CNC Mỗi máy công cụ có đặc điểm là nó được chế tạo từ một tổ hợp nhiều trục thẳng và quay. Để có thể điều khiển các trục này bằng kĩ thuật số phải có hai tiền đề. + Mỗi trục cần có một bộ phát động điều chỉnh và điều khiển được + Mỗi trục cần có một hệ thống đo về dịch chuyển điện tử. Trong hệ thống đo về đường dịch chuyển và bộ phát động được nối trực tiếp với hệ điều khiển số, do đó cấu trúc máy công cụ CNC bao gồm: + Hệ thống điều khiển CNC + Cơ cấu phát động + Hệ thống đo + Các khâu truyển động cơ khí: truyền động từ bộ phát động tới dao cụ tạo hình. 4.1.1. Hệ điều khiển số CNC Máy công cụ CNC được điều khiển theo chương trình viết bằng mã kí tự số, chữ cái và các kí tự chuyên dụng khác. Trong hệ thống điều khiển có cài đặt bộ vi xử lý làm việc cới chu kỳ thời gian từ 1- 20 ms và có bộ nhớ tối thiểu 4Kbyte, đảm bảo các chức năng cơ bản của chương trình điều khiển số như: tính toán tọa độ trên các trục điều khiển thời gian thực, giám sát các trạng thái của máy, tính toán các gia trị chỉnh lí dao cụ, thực hiện so sánh giá trị cần và giá trị thực. Trong hệ thống điều khiển CNC chương trình có thể nạp vào bộ nhớ toàn bộ một lúc hoặc từng lệnh bằng tay từ bàn điều khiển. Các lện điều khiển không chỉ được viết cho từng chuyển động riêng lẻ mà còn cho nhiều chuyển động cùng lúc. Điều này cho phép giảm số câu lệnh của chương trình, nâng cao độ tin cậy làm việc của máy. Hệ thống điều khiển CNC bao gồm những mođun phần cứng tiêu chuẩn sau: + Xử lý trung tâm cho quá trình điều khiển trung tâm + Các xử lý cho những nhiệm vụ điều khiển cụ thể khác nhau + Bộ nhớ các dữ liệu điều khiển và dữ liệu máy + Các mođun xử lý hình học trong từng trục riêng lẻ + Các dao diện vào – ra cho xử lý các dữ liệu công nghệ + Các dao diện có tính trình tự để nối ghép các điều khiển ngoại vi 4.1.2. Cơ cấu phát động: Thường sử dụng động cơ dòng một chiều hay xoay chiều, động cơ cổ góp điện tử. - Động cơ dòng một chiều: có thể điều chỉnh vô cấp tốc độ bằng dòng kích từ, có đặc tính động học tốt trong các quá trình gia công và phanh hãm momen giới hạn nhờ độ chính xác điều chỉnh cao cho những đoạn đường dịch chuyển chính xác. - Động cơ xoay chiều: điều chỉnh vô cấp tốc độ bằng bộ biến đổi tần số, làm thay đổi số vòng quay đơn giản. Momen truyền tải cao, khi thay đổi lực tác dụng số vòng quay vẫn không đổi. - Động cơ cổ góp điện tử: có 4 loại được xếp vào nhóm động cơ cổ góp điện tử: + Động cơ bước: cấu tạo tương đối giống động cơ đồng bộ xoay chiều. Có 3 loại: động cơ roto băng nam châm vĩnh cửu, động cơ roto từ trường cưỡng bức, động cơ tổ hợp. + Động cơ thời gian: Động cơ này có mạch điều khiển bên trong đảm bảo cho nó luôn chạy với vận tốc không đổi ( bản htân động cơ đã có hệ servo tốc độ) + Động cơ có bộ nắn dòng bán dẫn SCR: đây là động cơ một chiều nhưng lại dùng nguồn cấp xoay chiều. + Động cơ servo điều chỉnh không chổi than: Động cơ này gióng động cơ SCR ở chỗ cũng dùng nguồn xoay chiều được nắn dòng thành một chiều và thay đổi mức năng lượng theo tín hiệu điều khiển. Động cơ servo có thể có tỉ số momen kéo và quán tính cao làm cho nó có khả năng tăng tốc nhanh. 4.1.3. Hệ thống đo Hệ thống đo có nhiệm vụ thu nhận và truyền tải các kết quả đo về giá trị thật trên các cơ cấu chấp hành. Mỗi một trục chuyển động được điều chỉnh của máy công cụ CNC cần một thiết bị đo, chúng thông báo cho mạch điều chỉnh từng vị trí thật và tức thời của bàn máy hoặc xe dao. Các đại lượng phải đo ở đây là những đoạn đường trong chuyển động thẳng và các góc trong chuyển động quay có điều chỉnh. Cụm điều khiển CNC có thể xác định vị trí nội tại của bàn máy theo hệ thống đo, đường dịch chuyển kiểu gia số hoặc kiểu tuyệt đối - Đường đo dịch chuyển kiểu gia số Mỗi gia số là một đại lượng gia tăng đoạn dịch chuyển nhỏ và dài bằng nhau. Các vạch chia trên thước đo thủy tinh bao gồm những gia số là các vạch sáng tối kế tiếp nhau. Trong một chuyển động chạy dao làm xuất hiện trên bộ đếm các giá trị đo, cứ mỗi một gia số riêng lẻ là một tín hiệu. Tất cả các tín hiệu đó đều giống nhau, nghĩa là giồng như việc đếm các vạch sáng tối. Hình 4.18: Hệ thống đo kiểu gia số Trong các hệ thống đo vị trí kiểu gia số, khi mất điện âm nguồn, các giá trị đo vị trí bàn máy cũng mất theo. Để tái hiện được số đo này, thước đo có thể được trang bị thêm một hay nhiều mốc đo chuẩn. Các tín hiệu đầu ra của hệ thống đo chiều dài theo phương pháp quang điện được khuếch đại trong một bộ tạo xung chữ nhật. - Đo đường dịch chuyển kiểu tuyệt đối Khi đo đường dịch chuyển kiểu tuyệt đối người ta dùng thước đo có các rãnh chia vạch đen trắng, chúng được xếp đặt theo một code mã số. Mỗi đoạn đường gia tăng được đánh số bởi một mã riêng(thước mã số). Khi có kích thích quang điện tử của một thước đo năm rãnh chia sẽ đưa ra ứng với mỗi số đo một tín hiệu đo riêng. Từ tín hiệu này, khoảng cách đo với điểm chuẩn của máy sẽ được nhận biết. Code mã ghi trên mỗi rãnh của thước đo là một lũy thừa cớ số hai. Trên thước mã số, vị trí của bàn máy hoặc của bàn kẹp dao có thể đọc ra bất cứ lúc nào Hình 4.19: đo đường dịch chuyển kiểu tuyệt đối Trong các máy CNC thường ứng dụng các phương pháp đo vị trí bằng đại lượng tương tự đại lượng số. + Đại lượng tương tự là đoạn đường hay góc đo được chuyển đổi thành một đại lượng vật lý tương thích, đó là đại lượng tương tự analog + Đại lượng số là đoạn đường hay góc đo được chia thành các yếu tố đơn vị có độ lớn như nhau. Quá trình đo chính là việc đếm hay cộng lại các yếu tố đơn vị đã đi qua hoặc nhờ sự nhận biết các dấu hiệu riêng của yếu tố đơn vị tại vị trí thật. - Phương pháp đo trực tiếp là phương pháp đo bám sát các giá trị các vị trí cần đo, hay các biến đổi vị trí không cần đến các dẫn động cơ khí trung gian - Phương pháp đo gián tiếp : trong phương pháp đo này, thay cho biến đổi vị trí tịnh tiến cần đo, một chuyển động quay tương ứng sẽ được đo Bộ biến đổi số-tương tự : dùng để biến đổi các thông tin số ở đầu ra khối nội suy thành dạng tương tự ( dòng điện ) để điều khiển động cơ. - Bộ khuếch đại : là mạch điện từ dùng để tạo ra các tín hiệu ra từ các tín hiệu vào với hệ số khuếch đại đủ lớn. Với bộ khuếch đại công suất cung cấp cho động cơ và cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ trong một phạm vi rộng. 4.1.4. Cơ cấu truyền dẫn Thực hiện các lệnh để tiến hành quá trình gia công với chất lượng cao, có đặc điểm: + Truyền dẫn độc lập vô cấp tốc độ + Xích truyền động là ngắn nhất + Bộ vitme-đai ốc bi có độ chính xác cao, chịu mòn, ít ma sát và cứng vững nhờ các đai ốc chịu tải lớn, không có khe hở và khắc phục hiện tượng trượt giật khi đảo chiều chuyển động Đây là bộ phận kết cấu cơ khí tạo thành xích động học nối từ động cơ chạy dao được chuyển đổi thành chuyển động thẳng của bàn máy nhờ bộ truyền vitme – đai ốc bi. Các truyền động trung gian được dùng bằng các bánh răng chết tạo rất chính xác. Để thay thế nó ngày nay người ta sử dụng nhiều cặp truyền đai răng một cấp. Bộ Vitme – đai ốc bi có khả năng biến đổi truyền dẫn dễ dàng, ít masat và không có khe hở khi truyền dẫn với tốc độ cao. Để có thể dịch chuyển chính xác trên các biên dạng, các trục chính truyền dẫn không được cho phép có khe hở và cũng không được phép có hiệu ứng stick – slip ( hiệu ứng trượt lùi do lực cản masat). Do đó bộ truyền vitme – đai ốc bi là giai r pháp kĩ thuật đảm bảo được yêu cầu đó. Phương thức tác dụng của vitme đai ốc bi: Các viên bi nằm trong rãnh vitme và đai ốc đảm bảo truyền lực, ít masat từ trục vitme qua đai ốc vào bàn máy nhờ hai nửa đai ốc lắp theo chiều dài giữa chúng có vòng cách có thể điều chỉnh khử khe hở theo hai chiều ngược nhau. Trong một số giải pháp kết cấu nâng cao của bộ truyền này bước nâng của rãnh vitme trên trục và trên đai ốc có giá trị khác nhau, việc dẫn bi hồi rãnh được thực hiện nhờ các rãnh dẫn hướng bố trí bên trong hoăck bên ngoài. Việ sử dụng truyền dẫn chạy dao kiểu vitme – đai ốc bi trên các máy phay CNC cho phép cắt theo chu kỳ phay thuận vẫn êm. Hình 4.20: Cấu tạo bộ truyền Vitme – đai ốc bi 4.2. Nguyên tắc thiết lập ngôn ngữ điều khiển và nguyên lý hoạt động của máy CNC 4.2.1 Nguyên tắc cơ bản của quá trình thiết lập ngôn ngữ điều khiển số máy công cụ CNC Quá trình thiết lập ngôn ngữ điều khiển số được thực hiện dựa trên cơ sở ba nguyên tắc cơ bản: + Nguyên tắc thiết lập các hệ thống dữ liệu + Nguyên tắc dùng tín hiệu để biểu thị thông tin + Nguyên tắc mã hóa các kí tự thông dụng 4.2.1.1 Nguyên tắc thiết lập các hệ thống dữ liệu Hệ thống thông tin kĩ thuật bao gồm các dữ liệu. Hệ thống dữ liệu được phân tích ở đây là hệ thống dữ liệu để thiết lập một ngôn ngữ điều khiển số. Trong chế tạo máy hệ thống dữ liệu bao gồm: + Dữ liệu về vật liệu gia công, vật liệu cắt : nhằm đưa ra các thông số hay còn gọi là các dữ liệu công nghệ về chế độ gia công như : tốc độ cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt ảnh hưởng rất lớn đến tính kinh tế của quá trình gia công + Dữ liệu về máy: bao gồm các số liệu biểu thị các thông số cơ bản về máy như: kích thước không gian gia công, kích thước lớn nhất của các trục mang dao, pham vi công suất của các xích động học, phạm vi điều chỉnh xích chạy dao cũng như công suất truyền động trục chính + Dữ liệu về dao: đặc điểm quan trọng của máy CNC là có khả năng gia công toàn bộ một bộ phận nào đó trong một thiết bị với số nguyên công cắt gọt ít hơn so với máy thông thường, do đó việc lựa chọn dụng cụ cắt sao cho phù hợp với khả năng trên, đồng thời với việc tăng số lượng dụng cụ cắt tại một vị trí làm việc và được tiêu chuẩn hóa chế tạo chính xác. Đảm tính lắp dẫn và các ưu điểm về hiệu suất hay khả năng dự đoán trước về tuổi thọ, nguyên nhân mòn hỏng dẫn đến việc thay đổi dụng cụ nhanh chóng. Dụng cụ cắt sử dụng trên máy CNC quan hệ hữu cơ với các chương trình gia công tương ứng thông qua các địa chỉ. Do đó các dữ liệu về dao thường được ghi rất chi tết trong các catalog và các dữ liệu cập nhật về dao khác như: hao mòn kích thước, tình trạng gãy, mẻ, vỡ + Dữ liệu về chi tiết: hình dạng và kích thước của chi tiết cần gia công là một dữ liệu để chọn máy và dụng cụ cắt cho hiệu quả. Để gia công các mặt phẳng, các mặt cong, gia công lỗ ta cần xác định các loại máy cần sử dụng, số trục máy cần thiết đồng thời dữ liệu về chi tiết cũng là cơ sở để người lập trình hoạch định kế hoạch gia công theo một trình tự nhất định, tránh được sụ lãng phí không cần thiết về công suất máy, về nhịp sản xuất + Dữ liệu về đồ gá: tập hợp cá dữ liệu về thông số hình học và vùng gá kẹp của đồ gá trên máy CNC. Xác định kích thước đồ gá nhằm tránh sự va chạm với dụng cụ cắt trên đường vận chuyển khi gia công chi tiết ngoài ra có thể lực kẹp làm biến dạng bề mặt gia công. + Dữ liệu hỗ trợ xử lí khác: nhằm tăng tuổi thọ của thiêt bị và dụng cụ cắt như các dữ liệu về bôi trơn, về làm mát. Đóng mở chức năng phụ như thay dao, dừng chương trình gia công Trong tất cả cá dữ liệu trên, dữ liệu về máy và dữ liệu về dao được gọi là dữ liệu hệ thống và được tập hợp thành phần mềm hệ thống. Còn các dữ liệu khác gọi chung là dữ liệu chi tiết và gọi là phần mềm gia công chi tiết. Từ hệ thống dữ liệu trên ta có nguyên tắc thứ hai. 4.2.1.2. Nguyên tắc dùng tín hiệu để biểu thị thông tin Từ các thông tin kĩ thuật con người phải mã hóa bằng tín hiệu thay cho cả một thông tin dài dòng chỉ bằng một tín hiệu ngắn gọn, tín hiệu trong nghành kĩ thuật chính là bộ điều khiển số ( nhị phân ). Như vậy ở đây ta hiểu tín hiệu là hình thức biểu thị thông tin. Quá trình tạo lập, truyền tải, lưu giữ, phục hồi thông tin luôn xảy ra giữa các giao diện. Giao diện giữa con người với máy chỉ có một ngôn ngữ chung 2 từ vựng biểu thị bằng hai kí tự đối lập L/O. Các thông tin kĩ thuật được máy móc, thiết bị hiểu thông qua trạng thái đối lập này gọi là hệ thống số nhị phân được mã hóa để biểu thị những kí tự cơ bản Từ đây có thể rút ra: Tín hiệu dùng để biểu thị thông tin kĩ thuật là giá trị nhị phân với hai giá trị trạng thái là L và O ( hay dùng hệ nhị phân để mã hóa tín hiệu ) bằng các giải pháp kĩ thuật như cơ khí, quang điện tử Hệ thống tín hiệu chỉ chấp nhận những giá trị số rời rạc, xác định gọi là các tín hiệu số. Hê điều khiển làm việc vời các tín hiệu số là hệ thống điều khiển số. 4.2.1.3. Nguyên tắc mã hóa các kí tự thông dụng - Các kí tự thông dụng gồm: + Hệ chữ số thập phân gồm 10 chữ số: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 + Hệ chữ cái gồm 26/27 chữ cái từ A đến Z + Kí tự tính toán từ 6/7 kí tự như: +, -, *, :, %... + Một số kí tự soạn thảo như: END, DEL, cách - Một số cú pháp như:., !, ; + Tập hợp các biểu trương và kí tự mở rôngkhác như: Ai cập, La mã loại này có hàng trăm kí tự. + Tất cả các kí tự này được tập hợp trên bàn phím của máy vi tính. Để biểu diễn số kí tự không trùng lặp nhau người ta dùng các tổ hợp trạng thái L và O trên một bít thông tin nhất định. Khi có 3 nguyên tắc trên ta có thể tiến trình thiết lập ngôn ngữ điều khiển số theo các bước sau. 4.2.2. Các quá trình thiết lập ngôn ngữ điều khiển số - Gán địa chỉ kĩ thuật cho các kí tự đồng nhất với việc qui định cho mỗi kí tự một chức năng kĩ thuật cụ thể, địa chỉ ghi bằng chữ cái tiêu chuẩn. Ví dụ: S( spindel) chỉ tốc độ quay trục chính, chiều S+ khi quay cùng chiều kim đồng hồ và chiều S- khi quay ngược chiều kim đồng hồ. F(feed): Lượng chạy dao (mm/ph). T(tool): Lệnh gọi dao. G(geometric): Điều kiện đường dịch chuyển. X, Y, Z: Các chức năng hiển thị các giá trị tọa độ. - Dùng kí tự số để biểu thị phần định lượng cho chức năng kĩ thuật: Ví dụ: S1500 biểu thị số vòng quay trục chính là 1500 vg/ph. G02: Chạy các vòng theo chiều kim đồng hồ/ F200: Lượng chạy dao là 200 mm/ph. - Ngôn ngữ lập trình APT bao gồm các từ xác định ( khoảng 3000 từ), nó được ghép nối ghép với nhau theo một nguyên tắc cú pháp cho trước. Các chỉ dẫn này được người lập trình tổng kết thành câu và đưa vào trong máy tính. + Cấu trúc của một từ lệnh: được thiết lập thông qua một tập thợp kí tự chữ cái và con số, cho phép lượng hóa một cách chính xác các chức năng hình học và công nghệ hoặc thông tin kĩ thuật của chương trình. Ví dụ: X420 là chuyển động theo trục X 420 (mm). + Cấu trúc một câu lệnh: là tập hợp các từ lệnh viết theo một cú pháp xác định để thực hiện một chuyển động hoặc một chức năng nào đó của máy CNC. + Cú pháp: chính là trình tự bố trí các câu lệnh. Trình tự: N G Y, J, K X Y Z S F M N: số tứ tự câu lệnh là chữ cái N và một con số tự nhiện, giúp ta tìm dễ dàng các câu trong bộ nhớ của hệ điều khiển khi cần thay đổi một câu lệnh. + Điều kiện đường dịch chuyển: ứng với lệnh G và các lệnh hỗ trợ khác, người ta gọic ác chức năng dịch chuyển là chức năng G, gồm các chữ cái địa chỉ và một con số 2 chữ số đứng đằng sau, chức năng dịch chuyển được chuẩn hóa và có trong tiêu chuẩn DIN66025 (Đức) cho cả các lệnh khác trong câu lệnh. Ví dụ: G00 : chạy dao nhanh đến tọa độ đã lập trình. + Tọa độ các điểm đích biên dạng: X Y Z + Các câu lệnh cho trục chính: S + con số ( số vòng quay trục chính) + Các lệnh chạy dao F + con số Ví dụ: Khi tiện N6 G95 ( chọn tốc độ chạy dao theo mm/ph) F01 (Lượng chạy dao 0,1mm/vg) + Các lệnh gọi dao: T + con số ( vị trí chứa dao trên ổ chứa dao) Ví dụ : T01, T02, T24 + Các lệnh hỗ trợ khác: M dùng để biểu thị chức năng phụ, xuất hiện ngay từ đầu câu lện được lưu vào bộ nhớ Ví dụ: Khi phay M03 là quay trục chính sang trái ( ngược chiều kim đồng hồ ) Các lệnh chú giải kĩ thuật: máy không thực hiện các câu lệnh này. - Cấu trúc của chương trình điều khiển CNC: Là tập hợp các câu lệnh trong đó có 3 phần: + Phần mở đầu: tên chương trình Kí tự mở đầu chương trình với dạng: Dạng % + con số : %9001 Dạng %PM hoặc %MM: trong đó PM ( part memory – bộ nhớ chương trình), MM ( macro memory – chương trình con) Dạng P + con số : P741 + Phần thân chương trình: Là nội dung của qui trình công nghệ gia công chi tiết. * Số thứ tự câu lệnh: N + con số, ví dụ: N1 N30 Thứ tự chương trình là thứ tự logic gia công từ N1 Nn: * Viết các thông tin hình học biểu thị các chức năng dịch chuyển: Ví dụ: G02 X50 Y40 I5 J6 Trong đó G02: chạy dao gia công theo đường tròn X50 Y40: tọa độ điểm đích dao đến. I5 J6: tham số nội suy theo đường tròn. * Viết các thông tin công nghệ về dao cụ, về chế độ gia công: tốc độ cắt, lượng chạy dao * Chạy điều khiển máy: tắt mở máy, tắt mở dung dịch làm mát + Phần kết thúc: lệnh dừng chương trình. 4.3. Nguyên lý hoạt động của máy công cụ CNC: Máy công cụ CNC phải được thực hiện tự động các quá trình chuyển động theo các lệnh điều khiển đưa ra và dịch chuyển máy phải đi theo một cách chính xác nhất có thể đó là tọa độ các điểm trên biên dạng. Những vị trí bàn máy đã thực hiện theo các lện dịch chuyển được thu thập một cách tự động bởi một hệ thống đo đường dịch chuyển như các giá trị thực về vị trí và phản hồi vè bộ điều khiển của CNC. Hệ thống điều khiển máy nhận các giá trị đó trong khi chuyển động các vị trí tức thời của bàn máy ( giá trị thực ) và so sánh chúng với các vị trí mong muốn đưa ra từ hệ thống điều khiển số ( giá trị cần ). Hình 4.21: Sơ đồ nguyên lý vận hành CNC Bàn máy chuyển động cho tới khi nào vị trí thực bằng đúng giá trị cần sẽ được chỉnh sửa nhờ các tín hiệu chạy dao, do vậy ta có sự điều chỉnh vị trí theo một mạch chuyển động kín. - Máy công cụ CNC hoạt động dựa vào chương trình gia công chi tiết. Những thông tin cần thiết để gia công một chi tiết nào đó, được tập hợp một cách có hệ thống, gọi là chương trình gia công chi tiết. Chương trình này có thể: + Được soạn thảo và lưu trữ trong vật mang tin và được đưa vào hệ điều khiển số qua cửa nạp tương thích. + Được đưa vào hệ điều khiển số thông qua các nút bấm bằng tay trên bảng điều khiển. Nhờ bảng điều khiển cũng có thể đưa vào hệ điều khiển số các thông tin đặc biệt ( số liệu về dao cụ, các giá trị hiệu chỉnh biên dạng, cá dữ liệu hiệu chỉnh máy ). + Được chuyển trực tiếp từ bộ nhớ của một máy tính điều hành chủ sang hệ điều khiển số của từng trạm gia công ( nguyên tắc vận hành DNC ) - Bộ logic điều khiển xử lý các dữ liệu chương trình nhờ các phần mềm hệ thống nhằm: + Cung cấp các giá trị cần về vị trí cho từng trục riêng lẻ của máy công cụ theo một tần số phụ thuộc vào tốc độ xử lý dữ liệu chương trình. + So sánh các giá trị cần và giá trị thật về vị trí, xác định giá trị sai lệch: D = GTc - GTt + Và cấp lệnh điều khiển tương ứng cho Rơle tốc độ của từng trục chạy dao riêng lẻ. Nhờ vậy, từng trục máy chuyển động độc lập nhưng vẫn phối hợp được với nhau sao cho biên dạng gia công được sinh ra với tốc độ gia công đã được lập trình. - Các chương trình tương thích thông dụng và những dữ liệu điều chỉnh máy: + Nhờ các chương trình này, hệ điều khiển số đảm bảo được sự tương thích với các thông số kĩ thuật chuyên môn của máy công cụ mà nó điều khiển. + Những dữ liệu điều chỉnh máy xác định: tốc độ chạy dao nhanh tối đa, bố trí sự xếp đặt các trục máy, các trạng thái đóng mạch của hệ điều khiển và giới hạn vùng làm việc của hệ thống công nghệ: bàn máy, gá lắp, dao cụ + Chương trình gia công chi tiết còn bao hàm những thông tin liên quan trực tiếp đến máy: * Lệnh đóng ngắt mạch bơm dung dịch trơn nguội * Lệnh tạo số vòng quay và chiều quay cho trục chính * Lệnh đổi dao cụ Bộ logic điều khiển chuyển tiếp những lệnh này qua một cụm điều khiển tương thích cài đặt trong hệ điều khiển số đến các khâu điều khiển máy tính như: van, rơle, các cầu dao tiếp mạch Ngược lại, cụm điều chỉnh tương thích cũng tiếp nhận các thông tin phản hồi từ các công tắc ngắt cuối ( cữ chặn ), các bộ cảnh báo áp suất và các bộ phận khác lắp đặt trên máy ( có kèm theo dụng cụ phát tín hiệu ) để chuyển thành các thông báo về tình trạng sẵn sàng hoạt động hoặc trạng thái dừng cho hệ điều khiển số. Hình 4.22: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy công cụ CNC Qui trình chế tạo lòng khuôn Vật liệu chế tạo lòng khuôn đòi hỏi cơ tính tốt, chịu nhiệt và chịu mài mòn tốt. Khuôn gồm 2 phần: chày và cối. Chày được chế tạo từ thép 4X2B8F. Cối được chế tạo gồm phần tạo hình lòng khuôn dùng vật liệu 3X2B8F. Chế độ nhiệt luyện và xử lý bề mặt: Chày được chế tạo từ phôi hình trụ được nhiệt luyện đến nhiệt độ từ 1140-1160oC để đạt độ cứng từ 56-58 HRC sau đó sẽ tôi cải thiện ở nhiệt độ 625-640 oC đạt độ cứng từ 48-50 HRC. Khi đó tuổi bền của thép sẽ đạt được giá trị cao nhất. Sau khi gia công định hình ta tiến hành xử lý bề mặt bằng quá trình thấm Nitơ. Quá trình thấm Nitơ diễn ra ở nhiệt độ từ 500-550 oC, độ cứng bề mặt sẽ đạt vào khoảng Hv = 1020 - 1050. Phần tạo hình lòng khuôn được chế tạo từ phôi hình khối chữ nhật. Chế độ nhiệt luyện và xử lý bề mặt cũng tương tự như đối với chày: được nhiệt luyện đến nhiệt độ từ 1100 - 1140 oC để đạt độ cứng từ 54-56 HRC sau đó sẽ tôi cải thiện ở nhiệt độ 600 - 625 oC đạt độ cứng từ 48-50 HRC. Sau khi gia công định hình ta tiến hành xử lý bề mặt bằng quá trình thấm Nitơ ở nhiệt độ từ 500-550 oC, độ cứng bề mặt sẽ đạt vào khoảng Hv = 1020 -1050. Gia công tạo hình: - Cối được gia công bằng phương pháp gia công tia lửa điện xung định hình - Thiết kế chày + Thiết kế chày dập bánh răng chủ động: Đường kính phần làm việc của chày bằng với đường kính đỉnh răng của bánh răng chế tạo: d = 50 Đường kính phần dẫn hướng D = 1,5d = 75 Chiều dài phần làm việc h = 1,2 chiều dầy bánh răng = 1,2 x 15 = 18 Chiều dài phần dẫn hướng l = h + 0,4D + 5 = 53 Bán kính lượn giữa các phần chuyển tiếp R = 0,2d = 10 Đường kính lỗ ren M10 + Thiết kế chày dập bánh răng bị động: Đường kính phần làm việc của chày bằng với đường kính đỉnh răng của bánh răng chế tạo: d = 80 Đường kính phần dẫn hướng D = 1,2d. Lấy D = 96 Chiều dài phần làm việc h = 1,2 chiều dầy bánh răng = 1,2 x 15 = 18 Chiều dài phần dẫn hướng l = h + 0,4D + 5 = 62 Bán kính lượn giữa các phần chuyển tiếp R = 0,2d = 16 Đường kính lỗ ren M16 Kết Luận Trong các phương pháp chế tạo cơ khí thì phương pháp gia công bằng tia lửa điện là một phương pháp mới, nó cho phép ta thực hiện tạo hình trên những vật liệu có độ cứng cao rất tốt. Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ CNC, cho phép tối ưu hóa quá trình gia công bằng tia lửa điện. Máy gia công tia lửa điện CNC ngày càng tỏ rõ thế mạnh trong gia công tạo hình với các sản phẩm có bề mặt phức tạp. Các phương pháp tạo hình bánh răng bằng biến dạng dẻo không chỉ nâng cao hiệu quả kinh tế khi giảm được chi phí nguyên vật liệu và nâng cao năng suất lao động mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm và đạt được tính chất cơ lý tốt hơn so với các phương pháp cắt gọt khác. Việc ứng dụng kỹ thuật gia công tia lửa điện CNC trong chế tạo khuôn càng nhiều đã giúp tăng năng suất và giảm giá thành sản phẩm. Kết cấu của đồ án ngoài lời mở đầu và kết luận gồm 4 chương nội dung: Chương 1: Trình bày một cách tổng quát nhất và các loại bơm thủy lực, nguyên lý hoạt động, phân loại và một số ứng dụng. Chương 2: Trình bày các loại bánh răng chủ yếu, phân loại, ứng dụng, nguyên lý ăn khớp chính. Chương 3: Trình bày cơ bản về bánh răng Cycloid và cá phương pháp chế tạo. Chương 4: Trình bày nguyên lý và ứng dụng của phương pháp gia công tia lửa điện, phương pháp gia công tia lửa điện định hình CNC. Trong đồ án tốt nghiệp, em đã trình bày những nội dung chủ yếu mà đề tài yêu cầu thông qua việc tích lũy kiến thức trong quá trình học tập, cộng với việc tham khảo một số tài liệu kỹ thuật liên quan để hoàn thành tốt nhất nhiệm vụ thiết kế được giao. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Tạ Duy Liêm đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện cho em trong suốt quá trình em thực hiện nhiệm vụ của mình. Em cũng xin gửi lời cám ơn tới các thầy, cô giáo trong khoa đã cho em những ý kiến quý báu, giúp em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này.