Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 1- Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT` ĐỀ TÀI: NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC BIÊN DẠNG GÓC NGOÀI KHI CẮT TRÊN MÁY CẮT DÂY CW-322S HÀ TOÀN THẮNG THÁI NGUYÊN - 2011 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 2- Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC BIÊN DẠNG GÓC NGOÀI KHI CẮT TRÊN MÁY CẮT DÂY CW-322S Học viên: Hà Toàn Thắng Lớp: CHK12 Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Người HD khoa học: PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HD KHOA HỌC HỌC VIÊN PGS.TS Nguyễn Đăng Hòe Hà Toàn Thắng THÁI NGUYÊN - 2011 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 3- Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan những kết quả có được trong luận văn là do bản thân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Đăng Hoè. Ngoài tài liệu tham khảo đã được liệt kê, các số liệu và kết quả thực nghiệm là trung thực và chưa được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Thái Nguyên, ngày 10 tháng 10 năm 2011. Ngƣời thực hiện Hà Toàn Thắng Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 4- Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Cùng với xu thế phát triển của xã hội, các ngành khoa học kỹ thuật cũng có những bước tiến vượt bậc. Đặc biệt là sản xuất cơ khí hiện đại đã dần dần thay thế sản xuất truyền thống, các sản phẩm cơ khí ngày càng đòi hỏi độ chính xác, độ tin cậy cao. Với mong muốn nâng cao độ chính xác của các sản phẩm gia công trên máy công cụ nói chung và máy cắt dây nói riêng; dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Đăng Hoè, tác giả đã thực hiện đề tài :“Nâng cao độ chính xác biên dạng góc ngoài khi cắt trên máy cắt dây CW-322S”. Trong thời gian thực hiện đề tài, tác giả đã nhận được sự quan tâm rất lớn của nhà trường, các Khoa, các Phòng, Ban chức năng, các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp. Tác giả bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất đến PGS.TS Nguyễn Đăng Hoè, Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp đã tận tình hướng dẫn trong quá trình thực hiện luận văn này. Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Khoa Sau đại học, các giáo viên giảng dạy và các đồng nghiệp. Tác giả chân thành cảm ơn Trung tâm thí nghiệm và các giáo viên thuộc trung tâm đã tạo điều kiện về thiết bị và giúp đỡ trong quá trình sử dụng thiết bị để thực hiện luận văn. Mặc dù đã cố gắng, song do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế, nên chắc chắn luận văn không tránh khỏi thiếu sót. Tác giả mong nhận được những ý kiến đóng góp từ các thầy cô giáo và các đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn ! Thái Nguyên, ngày 10 tháng 10 năm 2011 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 5- Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Trang Lời cam đoan 1 Lời cảm ơn 2 Mục lục 3 Danh mục các bảng biểu 7 Danh mục các đồ thị, hình vẽ 7 MỞ ĐẦU 9 1. Tính cấp thiết của đề tài 9 2. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 10 3. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 11 4. Nội dung của đề tài 11 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN 13 1.1 Đặc điểm của phương pháp gia công tia lửa điện 13 1.1.1 Các đặc điểm chính của phương pháp gia công tia lửa điện 13 1.1.2 Khả năng công nghệ của phương pháp gia công tia lửa điện 14 1.2 Các phương pháp gia công tia lửa điện 14 1.2.1 Phương pháp gia công xung định hình 14 1.2.2 Phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện 14 1.2.3 Các phương pháp khác 14 1.3 Các hướng nghiên cứu chính về cắt dây 16 1.3.1 Tối ưu hóa các tham số của quá trình gia công tia lửa điện 16 1.3.2 Giám sát và điều khiển quá trình gia công tia lửa điện 18 1.4 Cơ sở công nghệ của quá trình gia công tia lửa điện 18 1.4.1 Cơ sở công nghệ 18 1.4.1.1 Bản chất vật lý 18 1.4.1.2 Cơ chế bóc tách vật liệu 23 1.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình gia công tia lửa điện 24 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 6- Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.4.2.1 Các đặc tính về điện của sự phóng tia lửa điện 24 1.4.2.2 Dòng điện, bước của dòng điện 28 1.4.2.3 Ảnh hưởng của khe hở phóng điện δ 29 1.4.2.4 Ảnh hưởng của điện dung C 31 1.4.2.5 Ảnh hưởng của diện tích vùng gia công 32 1.4.2.6 Ảnh hưởng của sự ăn mòn điện cực 33 1.5 Lượng hớt vật liệu khi gia công tia lửa điện 33 1.6 Chất lượng bề mặt 34 1.6.1 Độ nhám bề mặt 34 1.6.2 Vết nứt tế vi và các ảnh hưởng về nhiệt 35 1.7 Độ chính xác tạo hình khi gia công tia lửa điện 36 1.8 Các hiện tượng xấu khi gia công tia lửa điện 37 1.8.1 Hồ quang 37 1.8.2 Ngắn mạch, sụt áp 38 1.8.3 Xung mạch hở, không có dòng điện 38 1.8.4 Sự quá nhiệt của chất điện môi 39 1.9 Các yếu tố không điều khiển được 39 1.9.1 Nhiễu hệ thống 39 1.9.2 Nhiễu ngẫu nhiên 39 1.10 Dung dịch chất điện môi trong gia công tia lửa điện 40 1.10.1 Nhiệm vụ của dung dịch chất điện môi 40 1.10.2 Các loại chất điện môi 41 1.10.3 Các tiêu chuẩn đánh giá chất điện môi 42 1.10.4 Các loại dòng chảy của chất điện môi 43 1.10.5 Hệ thống lọc chất điện môi 45 CHƢƠNG 2: MÁY CẮT DÂY VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG 48 2.1 Sơ bộ về máy cắt dây tia lửa điện (wire cutting machine) 48 2.1.1 Công dụng của máy cắt dây tia lửa điện 49 2.1.2 Đặc điểm của phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện 49 2.1.2.1 Ưu điểm 49 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 7- Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.1.2.2 Nhược điểm 49 2.2 Điện cực và vật liệu điện cực 50 2.2.1 Yêu cầu của vật liệu làm điện cực 50 2.2.2 Các loại dây điện cực 51 2.3 Sự thoát phoi trong cắt dây tia lửa điện 51 2.4 Nhám bề mặt khi cắt dây 52 2.5 Các thông số về điện trong điều khiển máy cắt dây tia lửa điện 53 2.5.1 Dòng phóng tia lửa điện I e và bước của xung điện 53 2.5.2 Độ kéo dài xung t i 53 2.5.3 Khoảng cách xung t 0 54 2.5.4 Điện áp đánh lửa U i 54 2.5.5 Khe hở phóng điện 54 2.6 Lập trình gia công trên máy cắt dây 55 2.6.1 Các trục điều khiển và hệ tọa độ 55 2.6.2 Các chức năng “G” 56 2.7 Các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác gia công 66 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC BIÊN DẠNG KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY CẮT DÂY CW-322S 75 3.1 Hiện tượng trễ dây và các biện pháp giảm trễ dây trong gia công tia lửa điện 75 3.2 Thiết kế thí nghiệm 80 3.2.1 Các giả thiết của thí nghiệm 80 3.2.2 Điều kiện thí nghiệm 80 3.2.2.1 Thiết bị thí nghiệm 80 3.2.2.2 Vật liệu gia công 81 3.2.2.3 Các thiết bị đo 82 3.3 Thực nghiệm 84 3.3.1 Mô hình hóa quá trình cắt dây tia lửa điện 84 3.3.2 Các thông số đầu vào của thí nghiệm 84 3.4 Khảo sát độ chính xác gia công 86 3.5 Phương pháp đánh giá 91 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 8- Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.6 Phương trình đường tròn đi qua các điểm đo 92 3.6.1 Đường cong 2D trong kỹ thuật 92 3.6.2 Các phương pháp nối trơn các đường cong 93 3.6.3 Ứng dụng xây dựng phương trình đường cong 94 Kết luận chung 106 Tài liệu tham khảo 108 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 9- Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Danh mục các mã G Bảng 2.2 Danh mục các mã M Bảng 3.1 Các thông số kỹ thuật của máy cắt dây CW-322S Bảng 3.2 Tính năng kỹ thuật của máy đo CMM C544 Bảng 3.3 Kết quả tính sai số khi chưa có lượng bù Bảng 3.4. Kết quả tính sai số khi có lượng bù sai số Bảng 3.5 Đối chiếu sai số gia công khi không bù và có bù sai số gia công DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện Hình 1.2. Pha đánh lửa Hình 1.3. Sự hình thành kênh phóng điện Hình 1.4. Sự hình thành và bốc hơi vật liệu Hình 1.5. Đồ thị điện áp và dòng điện trong một xung phóng điện. Hình 1.6. Mối quan hệ giữa V w và t i [1] Hình 1.7. Mối quan hệ giữa θ và t i [1] Hình 1.8. Mối quan hệ giữa R max và t i (với t i = t d + t e ). [1] Hình 1.9. Ảnh hưởng của t i và t 0 đến năng suất gia công [1] Hình 1.10. Ảnh hưởng của khe hở phóng điện δ Hình 1.11. Quan hệ giữa η và a p [1] Hình 1.12. Ảnh hưởng của điện dung C [1] Hình 1.13. ảnh hưởng của diện tích vùng gia công F [1] Hình 1.14. Các thông số ảnh hưởng đến năng suất khi gia công EDM Hình 1.15. Vùng ảnh hưởng nhiệt của bề mặt phôi Hình 1.16. Hiện tượng hồ quang điện [1] Hình 1.17. Hiện tượng ngắn mạch sụt áp [1] Hình 1.18. Hiện tượng xung mạch hở [1] Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 10- Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 1.19. Dòng chảy bên ngoài Hình 1.20. Dòng chảy áp lực Hình 2.1. Sơ đồ máy cắt dây tia lửa điện Hình 2.2. Các trường hợp khó gia công đối với dòng chảy đồng trục Hình 2.3. Khe hở phóng điện trong gia công cắt dây tia lửa điện Hình 2.4. Cấu hình trục XYUV Hình 2.5. Các lệnh dịch chuyển đường kính dây G41/G42 Hình 2.6. Sự cân bằng về lực khi cắt thẳng và sai số hình học khi cắt góc. Hình 3.1. Hiện tượng trễ dây trong cắt dây khi cắt góc Hình 3.2. Ảnh hưởng của trễ dây khi cắt góc vuông Hình 3.3. Phương pháp giảm trễ dây khi cắt góc Hình 3.4 Phương pháp chạy dây quá đối với đường parabol Hình 3.5. Hiện tượng trễ dây trong gia công Hình 3.6. Máy cắt dây CW-322S Hình 3.7. Ảnh máy đo tọa độ 3 chiều Beyond Crysta C544 Hình 3.8. Sơ đồ qui trình bù sai số Hình 3.9. Biên dạng chi tiết gia công Hình 3.10. Lập trình gia công biên dạng và xác định hướng cắt Hình 3.11. Thiết lập thông số đường kính dây và lượng bù khe hở phóng điện Hình 3.12. Thiết lập thông số bù G41 Hình 3.13.Mô phỏng quá trình cắt dây 3D Hình 3.14. Mặt phẳng đo biên dạng Hình 3.15. Ảnh đo biên dạng trên máy đo CMM Hình 3.16. Biên dạng chi tiết đo trên máy CMM Hình 3.17. Chương trình tính sai số bằng phần mềm Matlab cắt khi chưa bù sai số Hình 3.18. Chương trình tính sai số bằng phần mềm Matlab cắt khi có bù sai số Hình 3.19.Giới hạn sai số do độ trễ dây gây ra. PHẦN MỞ ĐẦU [...]... nghiên cứu nâng cao độ chính xác biên dạng, khi cắt dây ở những biên dạng có sự đổi hướng cắt mà không cần giảm tốc độ cắt là một vấn đề cần tập trung giải quyết Bởi vậy, việc nghiên cứu đề tài Nâng cao độ chính xác biên dạng góc ngoài khi cắt trên máy cắt dây CW-322S nhằm mục đích xác định chế độ công nghệ hợp lý và tiến tới tính toán lượng bù sai số khi gia công trên máy cắt dây với những biên dạng có... độ chính xác biên dạng khi gia công trên máy cắt dây CW- 322S - Xây dựng mô hình toán xác định lượng sai số hình dáng hình học biên dạng góc ngoài khi cắt - Đưa ra phương pháp đo các sai số khi cắt biên dạng tại các cung có R=11,55 trên máy do CMM- C544, từ đó xác định lượng bù sai số về hình dáng - So sánh độ chính xác hình dáng hình học của biên dạng trước và sau khi bù sai số Số hóa bởi Trung tâm... số biên dạng khi cắt trên máy cắt dây CW-322S - Nâng cao độ chính xác kích thước sản phẩm chi tiết gia công 3.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là tìm hiểu sự ảnh hưởng của chế độ công nghệ đối với quá trình cắt các biên dạng có sự đổi hướng của dây nói chung và mối quan hệ giữa chế độ công nghệ với các yếu tố của quá trình cắt Cụ thể là: sai số về hình dáng hình học của biên dạng. .. phần chính sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - 14- Chuyên ngành công nghệ chế tạo máy Chƣơng 1 Tổng quan về gia công tia lửa điện Chƣơng 2 Máy cắt dây và các yếu tố ảnh hƣởng tới độ chính xác gia công - Sơ bộ về máy cắt dây - Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác gia công Chƣơng 3 Nghiên cứu nâng cao độ chính xác biên dạng khi gia... có độ cứng cao, bởi nó có ưu điểm là năng suất cắt cao, cắt chiều dày phôi lớn (đến 500mm) với độ chính xác cao và đạt chất lượng bề mặt như nhau [1] Nhưng bên cạnh đó, phương pháp này vẫn còn tồn tại một số nhược điểm, như do cắt với tốc độ cao 500mm2/min khi n lực tác động lên dây tăng Lực tác động này cùng với độ cứng của dây thấp gây ra sự thay đổi hình dáng của bề mặt gia công, độ phẳng và góc cắt. .. tròn trên máy cắt dây bảo đảm độ chính xác biên dạng, năng suất, bằng cách giảm hiện tượng trễ dây (wire- lag) gây ra trong quá trình cắt Đề tài sẽ làm cơ sở cho việc nghiên cứu các khía cạnh khác của quá trình gia công bằng tia lửa điện Đề tài góp phần vào việc hoàn thiện, xác định và điều chỉnh các thông số công nghệ khi gia công trên máy cắt dây nói chung và gia công khuôn mẫu trên máy cắt dây nói... nghệ chế tạo máy Kết quả nghiên cứu xác định lượng bù sai số khi cắt các biên dạng cong trên máy cắt dây EDM - CNC có ý nghĩa thực tiễn trong nghiên cứu khoa học cũng như trong sản xuất như sau: - Giúp cho việc lựa chọn chế độ công nghệ khi gia công các điện cực cho máy cắt xung định hình (đặc biệt là biên dạng có bán kính nhỏ) trên máy cắt dây được hợp lý hơn, hiệu quả khai thác, sử dụng máy tốt hơn,... tượng trễ dây gây ra vẫn chưa được giải quyết triệt để Trễ dây không tạo nên sai số lớn khi cắt biên dạng thẳng nhưng nó lại xuất hiện ngay khi thay đổi hướng cắt Do vậy, khi gia công theo một đường cong ảnh hưởng của trễ dây đã tạo nên sự mất chính xác về kích thước của sản phẩm gia công Sai số này có thể tới vài trăm micro, mà điều này sẽ khó chấp nhận khi gia công yêu cầu độ chính xác cao Chính vì... hình học của biên dạng khi cắt, các thông số cần bù trong quá trình cắt Việc nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành với các điều kiện sau: - Máy thực nghiệm: Máy cắt dây CNC - Vật liệu gia công: Đồng thau CuZn30 - Vật liệu làm điện cực là dây CuZn 0,25mm - Đối tượng gia công: Lỗ có biên dạng tam giác, bán kính đỉnh R=11,55 - Đo độ sai số hình dáng hình học của biên dạng trên máy CMM-C544 4 Nội dung... qua, vấn đề nâng cao độ chính xác hình dáng hình học của chi tiết khi cắt dây đã là một chủ đề nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới Hầu hết các nghiên cứu trước đây đều tập trung vào hiện tượng lệch dây [1416], đã có một số đề xuất phương án sửa đổi các sai số biên dạng trong quá trình gia công off- line [13-15] hay quá trình gia công on-line [15] nhưng các phương án đã đề xuất dạng sai lệch . xác biên dạng góc ngoài khi cắt trên máy cắt dây CW-322S nhằm mục đích xác định chế độ công nghệ hợp lý và tiến tới tính toán lượng bù sai số khi gia công trên máy cắt dây với những biên dạng. ĐỀ TÀI: NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC BIÊN DẠNG GÓC NGOÀI KHI CẮT TRÊN MÁY CẮT DÂY CW-322S Học viên: Hà Toàn Thắng Lớp: CHK12 Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Người HD khoa học:. 2. Máy cắt dây và các yếu tố ảnh hƣởng tới độ chính xác gia công - Sơ bộ về máy cắt dây. - Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác gia công. Chƣơng 3. Nghiên cứu nâng cao độ chính xác