Chuyên đề công nghệ CNC

Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 1 - MỤC LỤC MỤC LỤC ............................................................................................................................1 A. Tổng quan về Máy gia công CNC.....................................................................................3 I. NHỮNG NÉT CƠ BẢN VỀ MÁY CÔNG CỤ VÀ MÁY CNC .....................................3 II. KẾT CẤU CƠ BẢN CỦA MÁY CNC .........................................................................4 B. Kết cấu phần Cơ khí .........................................................................................................5 I. THÂN MÁY VÀ ĐẾ MÁY ...........................................................................................5 II. BÀN MÁY_BÀN XOAY.............................................................................................5 III. CỤM TRỤC CHÍNH.................................................................................................10 3.1. Nguồn động lực điều khiển trục chính...................................................................10 3.2. Các dạng điều khiển trục chính ............................................................................. 10 IV. BĂNG DẪN HƯỚNG .............................................................................................. 11 V. TRỤC VÍT ME ĐAI ỐC BI........................................................................................ 11 5.1. Giới thiệu chung ...................................................................................................11 5.2. Kết cấu bộ truyền vít me đai ốc bi......................................................................... 12 VI. Ổ TÍCH DỤNG CỤ...................................................................................................15 VII. CÁC XÍCH ĐỘNG CỦA MÁY CNC ...................................................................... 16 C. Kết cấu phần điều khiển..................................................................................................18 I. CÁC CỤM ĐIỀU KHIỂN CHÍNH TRÊN MÁY CNC................................................. 18 1.1. Cụm điều khiển máy MCU (Machine Control Unit).............................................. 18 1.2. Cụm dẫn động (Driving Unit) ............................................................................... 18 II. CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ TRÊN MÁY CNC .................................................................19 2.1. Động cơ 1 chiều.................................................................................................... 19 2.2. Động cơ xoay chiều .............................................................................................. 19 2.3. Động cơ bước ....................................................................................................... 19 2.4. Động cơ servo....................................................................................................... 20 2.5. Động cơ servo thủy lực ......................................................................................... 24 III. ENCODER................................................................................................................ 25 Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 2 - 3.1. Khái niệm chung...................................................................................................25 3.2. Phân loại............................................................................................................... 25 IV. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CNC ................................................ 28 4.1. Khái niệm hệ điều khiển số ................................................................................... 28 4.2. Các dạng điều khiển số ......................................................................................... 28 4.3. Hệ điều khiển CNC( Computer Numerical Control).............................................. 30 V. MÀN HÌNH VÀ BẢNG ĐIỀU KHIỂN ...................................................................... 34 VI. MỘT SỐ HỆ ĐIỀU HÀNH....................................................................................... 34 D. Giới thiệu về một số máy CNC ....................................................................................... 35 I. MÁY PHAY CNC: SERIAL KDVM - L ..................................................................... 35 1.1. Đặc tính kỹ thuật ..................................................................................................35 1.2. Thông số kỹ thuật ................................................................................................ 36 II. MÁY TIỆN CNC –SERIAL:PDL-T6/8 ...................................................................... 37 2.1. Đặc tính kỹ thuật ..................................................................................................37 2.2. Thông số kỹ thuật .................................................................................................37 III. GIA CÔNG BẲNG TIA LỬA ĐIỆN......................................................................... 38 3.1. Tổng quan về Gia công bằng tia lửa điện .............................................................. 38 3.2. Khái Niệm ............................................................................................................ 38 3.3. Các Phương pháp gia công bằng tia lửa điện ......................................................... 39 3.4. Cơ sở công nghệ của quá trình gia công bằng tia lửa điện ..................................... 40 3.5. Các thông số của quá trình gia công...................................................................... 42 3.6. Phương pháp gia công xung định hình ..................................................................44 3.7. Máy gia công bằng tia lửa điện CNC-EB600L(S.F) .............................................. 44 Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 3 - A. Tổng quan về Máy gia công CNC I. NHỮNG NÉT CƠ BẢN VỀ MÁY CÔNG CỤ VÀ MÁY CNC - Về cơ bản máy công cụ vạn năng và máy công cụ điều khiển số đều có kết cấu khung giống nhau, đó là: + Thân máy + Đế máy + Bàn trượt + Đầu trục chính Ngoài ra chúng còn có một số điểm khác nhau, cụ thể: ST T Nội dung Máy công cụ vạn năng Máy CNC 1 Nguồn động lực - Động cơ 3 pha thường - Động cơ DC điều khiển vô cấp hoặc AC biến tần điều khiển vô cấp - Động cơ bước và động cơ thủy lực - Động cơ Servo 2 Tốc độ truyền dẫn - Phân cấp - Vô cấp 3 Truyền động - Kiểu nối tiếp (thông qua hộp số) - Độc lập 4 Bộ truyền dẫn - Thanh răng/ bánh răng thường - Vít me/ đai ốc thường - Thanh răng/ bánh răng yêu cầu có cơ cấu kẹp khử khe hở - Vít me/ đai ốc bi 5 Điều khiển - Bằng tay (công tắc, tay gạt cơ khí) - Bằng máy tính với hệ điều khiển số (bảng điều khiển và màn hình điều khiển) 6 Tính điển hình của xích động - Dài, thông qua nhiều cơ cấu - Cứng, khó thay đổi - Ngắn hơn rất nhiều do không phải thông qua nhiều cơ cấu - Mềm dẻo, linh hoạt cao - Những ưu điểm nổi bật của máy CNC so với máy thông thường khi sản xuất loạt vừa và nhỏ: + Gia công được những chi tiết phức tạp, độ chính xác gia công ổn định. + Thời gian lưu thông ngắn hơn do tập trung nguyên công cao, giảm thời gian phụ và tăng được thời gian sản xuất. + Tính linh hoạt và quy hoạch thời gian sản xuất cao. + Chi phí kiểm tra và chi phí cho phế phẩm giảm + Hiệu suất cao và tăng năng lực sản xuất + Do có khả năng tự động hóa cao nên rất thích hợp trên các dây chuyền sản xuất linh hoạt. Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 4 - II. KẾT CẤU CƠ BẢN CỦA MÁY CNC Gồm 2 phần chính đó là: + Phần cơ khí: Đế máy, thân máy, bàn máy, bàn xoay, trục mít me bi, ổ tích dụng cụ, cụm trục chính và băng dẫn hướng. Ở Việt Nam hiện nay chưa thể chế tạo ra 2 bộ phận quan trọng của máy là: cụm trục chính và băng dẫn hướng mà mới chỉ chế tạo được những cơ cấu đơn giản là: thân máy, bàn máy, bàn xoay. + Phần điều khiển: các loại động cơ, các hệ thống điều khiển và máy tính trung tâm. Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 5 - B. Kết cấu phần Cơ khí I. THÂN MÁY VÀ ĐẾ MÁY Thường được chế tạo bằng các chi tiết gang vì gang có độ bền nén cao gấp 10 lần so với thép và đều được kiểm tra sau khi đúc để đảm bảo không có khuyết tật đúc Bên trong thân máy chứa hệ thống điều khiển, động cơ của trục chính và rất nhiều hệ thống khác Yêu cầu: - Phải có độ cứng vững cao. - Phải có các thiết bị chống rung động - Phải có độ ổn định về nhiệt Mục đích: - Đảm bảo độ chính xác cao khi gia công - Đế máy để đỡ toàn bộ máy tạo sự ổn định và cân bằng cho máy II. BÀN MÁY_BÀN XOAY Bàn máy là nơi để gá đặt chi tiết gia công hay đồ gá. Nhờ có sự chuyển động linh hoạt và chính xác của bàn máy mà khả năng gia công của máy CNC được tăng lên rất cao, có khả năng gia công được những chi tiết có biên dạng phức tạp. Đa số trên các máy CNC hay trung tâm gia công hiện đại thì bàn máy đều là dạng bàn máy xoay được, nó có ý nghĩa như trục thứ 4, thứ 5 của máy. Nó làm tăng tính vạn năng cho máy CNC. Yêu cầu của bàn máy: Phải có độ ổn định, cứng vững , được điều khiển chuyển động một cách chính xác. Một số hình ảnh về bàn xoay: 1. Mở đầu: Nhằm mở rộng khả năng công nghệ của máy công cụ, nhất là cho các máy CNC 2 hoặc 3 trục, người ta đã chế tạo một thiết bị có khả năng tăng số trục của máy từ 2 hoặc 3 trục thành các máy 4 hoặc 5 trục. Thiết bị đó chính là bàn xoay (Rotory Table). Thực ra bàn xoay chẳng qua là một loại đồ gá đặc biệt và chúng chủ yếu được sử dụng trên các máy phay CNC, trung tâm gia công đứng, trung tâm gia công ngang và máy doa ngang. 2 Phân loại: Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 6 - Bàn xoay trên máy phay CNC và các trung tâm gia công có thể được phân ra làm các loại như sau: a. Loại tiêu chuẩn: Là loại bàn xoay này dùng để gá đặt chi tiết sao cho tâm của chi tiết trùng với tâm trục chính. Có thể gia công được nhiều dạng bề mặt khác nhau như gia công mặt phẳng, gia công rãnh thẳng hoặc rãnh xoắn và gia công các mặt định hình với dao định hình, đôi khi dùng để cắt bánh răng với dao phay môđun. Loại bàn xoay tiêu chuẩn có thể phân ra làm hai loại : + Loại có trục chính nằm ngang. + Loại có trục chính thẳng đứng. Hình 1 Bàn xoay tiêu chuẩn trục nằm ngang. Hình 2 Bàn xoay động cơ lắp phía sau. b. Loại bàn xoay có động cơ lắp phía sau: - Loại bàn xoay này có khả năng hạn chế sự rung động khi máy đang làm việc. - Loại động cơ này có thể che chắn nước và phoi vụn, không cho chúng rơi vào động cơ. c. Loại bàn xoay có lỗ trục chính lớn: Loại bàn xoay này có trục chính có lỗ lớn, dùng để gia công các phôi dài hoặc các ống. Kích thước lỗ trục chính của chúng có khả năng được mở rộng để mở rộng phạm vi làm việc cho máy. Loại này thích hợp cho việc sản xuất hàng khối. Tương tự như loại bàn xoay tiêu chuẩn, loại bàn xoay này cũng loại trục chính nằm ngang và loại trục chính thẳng đứng. Hình 3. Bàn xoay có lỗ trục chính lớn. Hình 4. Bàn xoay 4 trục chính. Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 7 - Hình 5. Bàn xoay CNC điều khiển nghiêng bằng tay. Hình 6. Bàn xoay CNC điều khiển nghiêng tự động d. Loại bàn xoay có nhiều trục chính: Loại bàn xoay nhiều trục chính cho phép gá đặt cùng lúc nhiều chi tiết. Loại bàn xoay nhiều trục chính có năng suất gấp nhiều lần so với loại bàn xoay tiêu chuẩn, thích hợp cho sản xuất hàng loạt và hàng khối. e. Loại bàn xoay nghiêng : Loại bàn xoay này có hai trục. Bàn xoay có thể nghiêng đi nhờ xoay quanh được một trục nào đó. Do đó loại này có khả năng công nghệ cao, có thể sử dụng làm đồ gá để gia công các mặt phẳng, các rãnh các gờ lồi và đặt biệt là gia công các bề mặt nghiêng ở nhiều góc độ khác nhau. Loại bàn xoay này được phân ra hai loại như sau: + Loại điều khiển nghiêng tự động: cả hai trục của bàn xoay được điều khiển hoàn toàn tự động từ hệ thống CNC. + Loại điều khiển nghiêng bằng tay: chuyển động làm nghiêng trục được thực hiện bằng tay. f. Loại cỡ lớn: Ngoài các loại nêu trên, các nhà sản xuất bàn xoay còn chế tạo loại bàn xoay có kích thước bàn từ 1m đến 3m hoặc lớn hơn. Loại bàn xoay này có trục chính thẳng đứng hoặc nằm ngang với độ chính xác cao. Chúng được dùng để gia công các chi tiết lớn, nặng (có thể lên đến 10.000kg) và cho các ứng dụng về đo lường. 3. Lập trình gia công với bàn xoay CNC Bàn xoay thường được lắp trên các máy phay CNC hoặc trung tâm gia công. Đối với loại bàn xoay không nghiêng thì nó có vai trò như trục thứ 4 của máy. Đối với loại bàn xoay nghiêng thì nó đóng vai trò như trục thứ 4 và thứ 5 của máy CNC. Tùy theo định nghĩa của nhà sản xuất mà các trục này có thể có tên là A và B như hình 7. Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 8 - Hình 7. Các trục của bàn xoay và máy phay CNC. Khi lập trình gia công cho máy CNC có sử dụng bàn xoay ta sử dụng câu lệnh có cú pháp như sau: A_._ hoặc B_._ Câu lệnh này sẽ hướng dẫn trục A hoặc B của bàn xoay quay quay đi một góc nào đó. Ví dụ: G90 G00 A90.0: trục A của bàn xoay quay nhanh đến vị trí góc 90 độ theo chiều kim đồng hồ trong hệ tọa độ tuyệt đối. G91 G00 B-180.0: trục B của bàn xoay quay 180 độ theo ngược chiều kim đồng hồ từ vị trí hiện tại (hệ tọa độ tương đối). 4. Ứng dụng của bàn xoay Bàn xoay CNC có tác dụng làm tăng thêm tính vạn năng cho máy CNC. Đối với các bàn xoay 2 trục, nhờ khả năng nghiêng bàn xoay đi một góc nào đó, nên cho phép máy CNC 3 trục gia công được các bề mặt phức tạp như cánh tua bin, cánh chân vịt tàu thủy. Nói chung chúng có phạm vi sử dụng rất rộng, nhưng chủ yếu là dùng để gia công các chi tiết có các dạng bề mặt sau: + Mặt phẳng. + Các bề mặt định hình (như bề mặt cam, cối dập, khuôn ép …). + Cắt ren vít trong và ngoài. + Gia công bánh răng và dao cắt nhiều lưỡi có răng thẳng hoặc xoắn. + Cắt rãnh thẳng và xoắn… + Các bề mặt nghiêng. Đối với bàn xoay nhiều trục, có thể tiến hành gia công cùng một lúc nhiều chi tiết. Điều này làm: + Tăng khả năng công nghệ của máy,. + Tăng năng suất gia công. + Giảm thời tháo lắp và điều khiển dụng cụ. + Giảm thời gian gia công cơ bản. Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 9 - Hình 8. Một số dạng chi tiết được gia công trên bàn xoay không nghiêng. Hình 9. Một số dạng chi tiết được gia công trên bàn xoay nghiêng tự động. Hình 10. Một số dạng chi tiết được gia công trên bàn xoay nghiêng bàn tay. Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 10 - III. CỤM TRỤC CHÍNH Là nơi lắp dụng cụ, chuyển động quay của trục chính sẽ sinh ra lực cắt để cắt gọt phôi trong quá trình gia công. 3.1. Nguồn động lực điều khiển trục chính Trục chính được điều khiển bởi các động cơ. Thường sử dụng động cơ Servo theo chế độ vòng lặp kín, bằng công nghệ số để tạo ra tốc độ điều khiển chính xác và hiệu quả cao dưới chế độ tải nặng. Hệ thống điều khiển chính xác góc giữa phần quay và phần tĩnh của động cơ trục chính để tăng momen xoắn và gia tốc nhanh. Hệ thống điều khiển này cho phép người sử dụng có thể tăng tốc độ của trục chính lên rất nhanh. 3.2. Các dạng điều khiển trục chính Điều khiển Đai - Truyền động từ động cơ tới trục chính thông qua dây đai. - Sự kết hợp tốt giữa momen và tốc độ tạo ra nhiều sự lựa chọn cho chế độ làm việc của máy. Điều khiển trực tiếp - Ưu điểm chính là nó có thể cải thiện được tốc độ trục chính lên đến 12000v/p - Tạo ra quá trình làm việc êm Điều khiển Bánh răng - Nó có khả năng duy trì tốc độ 10000v/p ở chế độ tải nặng Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 11 - IV. BĂNG DẪN HƯỚNG Hệ thống thanh trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng cho các chuyển động của bàn theo X,Y và chuyển động lên xuống theo trục Z của trục chính. Yêu cầu của hệ thống thanh trượt trượt phải thẳng, có khả năng tải cao độ cứng vững tốt, không có hiện tượng dính, trơn khi trượt V. TRỤC VÍT ME ĐAI ỐC BI 5.1. Giới thiệu chung Trong máy công cụ điều khiển số người ta sử dụng hai dạng vit me cơ bản đó là: vít me đai ốc thường và vít me đai ốc bi.  Vít me đai ốc thường: là loại mà vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc mặt  Vít me đai ốc bi: là loại mà vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc lăn. Khi điều khiển máy CNC hai hoặc nhiều trục đòi hỏi thời gian khởi động bàn máy nhanh và momen nhỏ. Nhìn vào đường cong trên ta thấy vít me đai ốc thường không đảm bảo được yêu cầu trên của máy CNC. Thay vì trạng thái tiếp xúc mặt như vít me đai ốc thường thì vít me đai ốc bi có dạng tiếp xúc lăn bằng cách đưa vào các rãnh ren số lượng lớn bi hoặc bi trụ. Do tiếp xúc giữa vít me và đai ốc là ma sát lăn nên ma sát có thể là coi là không đáng kể. Từ đồ thị trên ta thấy vít me đai ốc bi đã xóa bỏ được vùng ma sát khô và ma sát nửa khô của ma sát thường. Ưu điểm của Vít me đai ốc bi:  Mất mát do ma sát nhỏ, hiệu suất của bộ truyền lớn gần bằng 0.9  Đảm bảo chuyển động ổn định vì lực ma sát hầu như không phụ thuộc vào tốc độ.  Có thể loại trừ khe hở và tạo sức căng ban đầu đảm bảo độ cứng vững dọc trục cao.  Đảm bảo độ chính xác làm việc lâu dài. a b µ V H1: quan hệ giữa lực ma sát và tốc độ của vít me đai ốc thường và vít me đai ốc bi Ta xét mối quan hệ giữa lực ma sát và tốc độ của vít me đai ốc thường và vít me đai ốc bi: Đường cong trên là đường cong biểu thị mối quan hệ giữa lực ma sát và tốc độ của vít me đai ốc thường. Đường cong này chia làm hai phần: + Phần từ a đến b là vùng ma sát nửa ướt. Vùng này có sự tiếp xúc trực tiếp giữa vít me và đai ốc. Khi vận tốc bằng không, lực ma sát ướt lớn nhất, khi vận tốc tăng nêm dầu dần dần hình thành làm lực ma sát giảm dần tới b. + Giai đoạn tiếp theo là quá trình bôi trơn giữa hai bề mặt thủy động và hư đồ thị thì lực ma sát tăng theo tốc độ. Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 12 - 5.2. Kết cấu bộ truyền vít me đai ốc bi Vít me bi có kết cấu đa dạng nhưng chúng đều có cấu tạo chung như sau: 1: Vít me 2: Đai ốc 3: Vòng bi 4: Ống hồi tiếp 5.2.1. Dạng profil răng vít và răng đai ốc Vấn đề quan trọng nhất trong kết cấu của bộ truyền vít me đai ốc đó là dạng profil răng vít me và răng đai ốc. Profil răng vít me dạng chữ nhật và dạng hình thang là dễ chế tạo nhất. Tuy nhiên do độ cong của hai bề mặt khác nhau quá lớn nên dẫn đến ứng suất tiếp xúc tăng và khả năng tải của bộ truyền thấp. Vì vậy hai dạng profil này ít được sử dụng. Do đó để giảm được ứng suất tiếp xúc, tăng khả năng tải, tăng độ cứng vững của bộ truyền và giảm momen ma sát thì ta phải tăng bề mặt làm việc. Để đảm bảo được điều này thì ta phải thiết kế profil dạng tròn. Nếu bán kính của bi là r1, bán kính của profil ren là r2 nên chọn r1/r2 = 0.95 ÷ 0.97. Với profil là nửa cung tròn thì góc tiếp xúc của bộ truyền có thể là α = 600 . Tuy nhiên bộ truyền với góc tiếp xúc α = 450 sẽ có khe hở nhỏ nhất và cho khả năng chế tạo với độ chính xác cao nhất. 5.2.2. Kết cấu hồi bi Có nhiều dạng kết cấu hồi bi nhưng chúng ta có thể chia thành các dạng cơ bản sau: Rãnh hồi bi kiểu ống cong: được dùng khá phổ biến trong các bộ truyền Trên đai ốc người ta khoan lỗ tiếp tuyến với đường ren. Việc dẫn hướng cho bi vào ống hồi bi có thể dùng hai cách: (a): miệng ống hồi bi tỳ lên mặt ren của vít me (b): dùng tấm dẫn hướng để đưa bi vào ống hồi bi. Hình 2. Profin ren nửa tròn Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 13 - Trên đai ốc người ta có thể bố trí hai hoặc ba ống dẫn phân bố thành hai hoặc ba vòng tuần hoàn kín. Kết cấu hồi bi dạng này có nhược điểm là tăng kích thước bộ truyền, độ bền mòn của đầu ống thấp, sự kẹp chặt ống có độ tin cậy không cao. Rãnh hồi bi là lỗ khoan trên thân đai ốc và song song với đường tâm đai ốc. Đường dẫn bi đến đường hồi bi được bố trí trên nắp của đai ốc được thể hiện trên hình 4. Kết cấu hồi bi dạng này có ưu điểm: gọn nhẹ và tính công nghệ tốt. Nhược điểm là khả năng tách thành nhiều nhóm hồi bi khó khăn. Rãnh hồi bi nối giữa hai vòng ren kế tiếp nhau được bố trí trên máng lót đặc biệt. Để đặt máng lót rãnh hồi bi người ta phay trên đai ốc các hốc như trên hình 5. Kết cấu này khác hẳn với các kết cấu khác đó là không sử dụng các đường dẫn tiếp xúc với bề mặt vít me mà đường dẫn nối giữa hai rãnh kế tiếp nhau. Phần lớn các bộ truyền người ta dùng ba hốc, các hốc cách nhau 1200. Kết cấu này có ưu điểm: kích thước đường kính bộ truyền nhỏ bằng với kích thước của bộ truyền vít me thường có cùng đường kính, không bị mòn nhanh, có độ tin cậy cao và chiều dài rãnh hồi bi nhỏ. H3: Rãnh hồi bi kiểu ống H4: Rãnh hồi bi theo lỗ khoan trong đai ốc H5: Rãnh hồi bi theo lỗ khoan trong đai ốc Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 14 - 5.2.3. Khử khe hở và tạo sức căng Kết cấu của bộ truyền vít me bi phải có khả năng khử khe hở dọc trục và điều chỉnh sức căng ban đầu. Khử khe hở và tạo sức căng nhờ việc điều chỉnh vị trí tương quan giữa hai phần của đai ốc. Khử khe hở và tạo sức căng có thể thực hiện bằng các phương pháp sau: + Trên mỗi phần đai ốc thiết kế dạng mặt bích để liên kết hai phần đai với nhau thông qua mối ghép ren. Để khử khe hở và tạo sức căng ban đầu cho bộ truyền bằng cách giữa hai mặt bích người ta đặt các tấm đệm Với chiều dày các tấm đệm khác nhau cho phép thay đổi sức căng và vị trí vùng tiếp xúc giữa bi với đai ốc và vít me. Thực hiện điều chỉnh theo phương pháp này có kết cấu đơn giản nhưng việc điều chỉnh khó khăn. + Một dạng khác của kết cấu khử khe hở và tạo sức căng là giữ cố định một phần của đai ốc, khử khe hở và tạo sức căng bàn đầu bằng lực của lò xo. + Trên mỗi phần của đai ốc, vành ngoài của nó có vành răng bước nhỏ và trong cũng có bố trí vành răng trong. Chú ý rằng số răng trên vành răng của hai đai ốc khác nhau một răng. Nhờ có sự khác nhau như thế mà khi quay đai ốc đi một góc, phần đai ốc kia quay một góc nhỏ hơn. Nhờ vậy kết cấu có khả năng khử khe hở và điều chỉnh sức căng ban đầu. Kết cấu dạng này được thể hiện trên hình 8. H6: Kết cấu khử khe hở và tạo sức căng ban đầu bằng tấm đệm H7: Kết cấu khử khe hở và tạo sức căng bằng lo xo H8: Kết cấu khử khe hở và tạo sức căng với đai ốc có vành răng. Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 15 - VI. Ổ TÍCH DỤNG CỤ Dùng để tích chứa nhiều dao phục vụ cho quá trình gia công. Nhờ có ổ tích dao mà máy CNC có thể thực hiện được nhiều nguyên công cắt gọt khác nhau liên tiếp với nhiều loại dao cắt khác nhau. Do đó quá trình gia công nhanh hơn và mang tính tự động hóa cao. Có 3 dạng chính là: Ưu điểm so với thao tác bằng tay • Rút ngắn được thời gian đổi dụng cụ • Tránh được lỗi • Tránh được rủi ro tai nạn • Có khả năng tự động hóa ở cấp độ cao Nhược điểm • Nhu cầu đầu tư bổ sung • Tăng chi phí cho lắp đặt Cơ cấu thay dao tự động Cùng với ổ tích dao cơ cấu thay dao tự động giúp cho việc thay dao được chính xác và nhanh gọn, nâng cao tính tự động hóa .Trong quá trình gia công khi cần chuyển sang nguyên công cắt gọt khác cần phải thay dao thì ta không phải dừng máy để thay dao bằng tay mà hệ thống sẽ tự động thay dao theo chương trình ta đã lập trình sẵn. Các thao tác thay đổi dụng cụ: Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 16 - VII. CÁC XÍCH ĐỘNG CỦA MÁY CNC Các đặc điểm của hệ thống máy công cụ điều khiển số: Tất cả các đường chuyền động đến từng cơ cấu chấp hành của máy công cụ điều khiển số đều dùng những nguồn động lực riêng biệt, bởi vậy các xích động học chỉ còn 2 loại cơ bản sau: - Xích động học tốc độ cắt gọt ( hình b ) - Xích động học của chuyền động chạy dao ( hình a ) Việc tính toán thiết kế, chế tạo được thực hiện theo môđun hóa. Thông thường các xích cắt gọt bắt đầu từ một động cơ có tốc độ thay đổi vô cấp, dẫn đông trục chính thông qua một hộp tốc độ có từ 2 đến 3 cấp độ, nhằm khuyếch đại các mômen cắt đạt trị số cần thiết trên cơ sở tốc độ ban đầu của động cơ. Xích động học chạy dao bao gồm các phần tử, các cụm kết cấu đảm bảo các chuyển động của bàn xe dao trên máy công cụ điều khiển số. Xích chạy dao phải thỏa mãn một số chức năng sau: - Truyền động cho các bộ phận dịch chuyển với tốc độ đều, chạy êm và ổn định. - Thực hiện được các thay đổi vận tốc theo chương trình, xác định được cả về trị số và chiều, không có sự tháo lỏng chi tiết hoặc thay đổi vị trí tương đối giữa dao và chi tiết gia công. - Cung cấp các lực cần thiết để thắng các thành phần lực cắt theo chiều chuyển động. - Trong trường hợp cần thiết, các bộ phận nào đó cần phải đảm bảo nhiều chức năng đo lường các dịch chuyển của bàn xe dao. Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 17 - Để thỏa mãn 2 yêu cầu đầu tiên, xích chạy dao cần có tần số dao động riêng lớn nhất theo điều kiện có thể tính ngay từ đầu nguồn động lực của xích. Giả định rằng khối lượng của bàn máy và chi tiết gia công là một dữ kiện, ta cố gắng dùng những cơ cấu có quán tính nhỏ nhất có thể, đồng thời có độ cứng vững cao nhất. Như vậy, ta nhận thấy lí thuyết tính toán thiết kế động học các xích truyền động trong máy công cụ vạn năng thông thường không còn ý nghĩa nhiều đối với máy công cụ điều khiển số. Những nguyên tắc như truyền dẫn vô cấp, truyền dẫn độc lập và nguyên tắc môđun hóa các kết cấu là những nguyên tắc cơ bản cho tính toán thiết kế máy công cụ điều khiển số. Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 18 - C. Kết cấu phần điều khiển I. CÁC CỤM ĐIỀU KHIỂN CHÍNH TRÊN MÁY CNC 1.1. Cụm điều khiển máy MCU (Machine Control Unit) Cụm điều khiển được hình thành trên cơ sở thiết bị điều khiển điện tử, thiết bị vào ra và các thiết bị số. Nó được coi là trái tim của máy công cụ điều khiển số CNC. Lệnh CNC thực hiện bên trong bộ điều khiển sẽ thông báo cho mô tơ chuyển động quay đúng số vòng cần thiết trục vitme bi quay đúng số vòng quay tương ứng kéo theo chuyển động thẳng của bàn máy và dao. Thiết bị phản hồi ở đầu kia của Vitme bi cho phép kiểm soát kết thúc lệnh đúng khi số vòng quay cần thiết được thực hiện. Có 2 cách điều khiển máy CNC: + Truyền cả file mã Gcode vào máy CNC + Phương pháp DNC 1.2. Cụm dẫn động (Driving Unit) Cụm dẫn động là tập hợp những động cơ, sensor phản hồi, phần tử điều khiển, khuếch đại và các hệ dẫn động. Trong đó, động cơ và các sensor phản hồi là thành phần đặc trưng cho máy công cụ điều khiển số CNC: Cụm điều khiển có nhiệm vụ liên kết các chức năng để thực hiện điều khiển máy, các chức năng ấy bao gồm: 1. Số liệu vào ( Data input ) Chức năng này đảm nhận việc vào và lưu trữ dữ liệu đầu vào. Đó là số liệu mô tả đường chạy dao và điều kiện gia công sản phẩm. 2. Xử lý số liệu ( Data procesing ) Sau khi nhận được cấu trúc chương trình điều khiển, MUC sẽ tiến hành mã hóa nó thành số nhị phân ( 0/1) và lưu dữ trong bộ nhớ đệm. Các số liệu này được bộ xử lí trung tâm tính toán, xác định vị trí, kích thước, lượng chạy dao và hiệu chỉnh dụng cụ cũng như các số liệu rời rạc như yêu cầu điều khiển quá trình đóng ngắt chất bôi trơn làm mát và đảm bảo trình tự truyền tín hiệu giữa máy công cụ, PMC( điều khiển trình tự ) và các hệ điều khiển CNC. 3. Số liệu ra ( Data output ) Số liệu đưa ra của MUC là tín hiệu vị trí và lượng chạy dao. Các tín hiệu này được gửi tới mạch điều khiển secvo để sinh ra tín hiệu điều khiển động cơ. 4. Ghép nối vào ra ( Machine I/O interface ) Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 19 - Các tín hiệu rời rạc yêu cầu từ số liệu vào như chiều quay trục chính, đóng mở động cơ làm mát, bôi trơn, dừng khẩn cấp, dừng chu trình và các tín hiệu khác từ máy công cụ gửi tới hệ điều khiển CNC. 5. Phần cứng điều khiển. Phần cứng điều khiển gồm 6 thành phần cơ bản: - Máy tính CPU - Bộ nhớ RAM, ROM - Hệ thống BUS - Điều khiển trình tự PMC - Điều khiển SERVO - Bộ phận ghép nối Kết luận: Trong nước, hiện nay chỉ làm phần điều khiển của máy mà động cơ truyền động cho các trục là động cơ bước vì nó có công suất nhỏ, mômen quay yếu. Riêng động cơ xoay chiều và động cơ xoay chiều Servo chưa được sử dụng nhiều vì việc điều khiển động cơ này để đạt được độ chính xác cao là rất khó II. CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ TRÊN MÁY CNC 2.1. Động cơ 1 chiều Ưu điểm: - Momen khởi động lớn,dễ điều khiển tốc độ và chiều, giá thành rẻ Nhược điểm: - Dải tốc độ điều khiển hẹp. - Phải có mạch nguồn riêng. 2.2. Động cơ xoay chiều Ưu điểm: - Cấp nguồn trực tiếp từ điện lưới xoay chiều. - Đa dạng vâ rất phong phú về chủng loại, giá thành rẻ Nhược điểm: - Phải có mạch cách ly giữa phần điều khiển và phần chấp hành để đảm bảo an toàn, momen khởi động nhỏ. - Mạch điều khiển tốc độ phức tạp,(biến tần). 2.3. Động cơ bước Ưu điểm: - Điều khiển vị trí, tốc độ chính xác, khônng cần mạch phản hồi - Thường được sử dụng trong các hệ thống máy CNC. Nhược điểm: - Giá thành cao, momen xoắn nhỏ, momen máy nhỏ Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 20 - Sơ đồ cấu tạo: Trong đó: S1, S2 là các khóa đóng mở để cấp từ trường vào các cực của nam châm SM là cơ cấu chấp hành biến năng lượng điện thành năng lượng cơ học đặc tính chuyển động rời rạc (chuyển động theo bước). SM có thể điều khiển cả vị trí và tốc độ (0 ÷ 300 v/ph). Tần số cấp cho động cơ là vùng tần số thấp, độ chính xác vị trí góc thường dùng là: 1.80, 7.50, 150, 300, 900 Có 3 kiểu động cơ bước thường gặp: - SM N0 1: SM nam châm vĩnh cửu - SM N0 2: SM có từ và trở biến thiên - SM N0 3: Động cơ sai, kết hợp cả 2 loại trên 2.4. Động cơ servo Động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bất kì lí do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác. Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thước, được sử dụng trong nhiều máy khác nhau từ máy tiện điều khiển bằng máy tính đến các mô hình máy bay, xe hơi. Ứng dụng mới nhất là sử dụng trong robot. Những ứng dụng này là tiền đề cho việc đưa vào quá trình sản xuất những thành tựu như điều khiển máy CNC, trung tâm gia công.. Đối với chuyển động chất lượng cao ta buộc phải sử dụng động cơ servo xoay chiều ba pha, loại là động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc hay đồng bộ kích thích vĩnh cửu ( Hình 1). Loại động cơ này có một số đặc điểm chung như sau:  Có momen quán tính nhỏ  Đặc điểm động học tốt  Thường được tích hợp sẵn cảm biến đo tốc độ hay góc quay  Có dải tần số công tác rộng 0 ÷400 Hz Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 21 - Hình 1: Động cơ đồng bộ Roto với 3 cặp cực nam châm vĩnh cửu Hiện tại trong máy CNC đang có xu hướng chuyển sang sử dụng động cơ tuyến tính (Hình 2 )để tạo chuyển động tuyến tính với các ưu điểm sau đây:  Đơn giản hơn về kết cấu cơ khí vì giảm bớt được các phần tử truyền trung gian như hộp số và trục vít  Do giảm bớt được các phần tử trung gian,tổn thất tổng thể giảm đáng kể ,mặc khác đảm bảo độ chính xác cao hơn đặc biệt là các sai số do hao mòn cùng với thời gian sẽ giảm đi đáng kể Hình 2: Hệ truyền động sử dụng động cơ tuyến tính Đạt được động học hệ thống với mức cao nhất, đồng thời loại được các chuyển động xoắn tiềm ẩn trong chuyển động của trục vít Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 22 - Hình 3: So sánh truyền động thẳng tạo gián tiếp vổn trực tiếp Trong một số máy phay, trục chính (trục quay dao) đòi hỏi tốc độ quay rất cao. Khi đấy thậm chí ta có thể sử dụng một loại động cơ chuyên việt, được tích hợp sẵn trong trục chính và sử dụng ổ bi từ ( Hình 3) Hình 4: Trục chính có tích hợp sẵn động cơ và ổ bi từ Loại động cơ chuyên việt trên có đăc điểm sau:  Tốc độ tối đa đạt được là 40.000 vòng/phút với công suất cắt 40 Kw  Ổ bi quay và ổ bi dọc trục có từ 2÷4 cặp nam châm Bên việc sử dụng động cơ tuyến tính, có thể nói việc sử dụng ổ bi từ là một trong những bước tiến quan trọng của ngành cơ khí, cho phép giảm tổn hao và tăng độ chính xác (nhờ được loại trừ mòn do ma sát ) gia công với các trục chính cao tốc.Tuy nhiên lợi thế này buộc chúng ta phải có khả năng áp dụng, cài đặt các phương pháp sử dụng ổ bi thích hợp Giới hạn quay: Các servo chuẩn được thiết kế để quay tới và lui từ 90-1800 khi được cung cấp toàn bộ chiều dài xung. Hầu hết các servo có thể quay được 1800 hay gần 1800. Nếu ta cố điều khiển servo vượt quá các giới hạn cơ học của nó, trục ra của động cơ sẽ đụng vật cản bên trong, dẫn đến các bánh răng bị mài mòn hay dơ. Hiện tượng này kéo dài trong vài giây sẽ làm cho động cơ bị phá huỷ. Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 23 - Hệ thống truyền động bánh răng và truyền công suất: Động cơ bên trong servo quay khoảng vài ngàn vòng/phút, tốc độ này quá nhanh để có thể sử dụng trực tiếp lên mô hình máy bay, robot.. Vì vậy tất cả các servo đều có một hệ thống bánh răng để giảm vận tốc của động cơ khoảng 50-100 vòng/phút. Các bánh răng của servo có thể làm platic, nylon hay kim loại ( thường đồng thau hay nhôm). Bánh răng kim loại tuổi thọ cao nhưng đắt. Mạch điều khiển servo: Không giống động cơ DC ta chỉ cần lắp pin vào là chạy, động cơ servo đòi hỏi một mạch điện tử chính xác để quay trục ra của nó. Có thể một mạch điện tử sẽ làm việc sử dụng servo phức tạp hơn ở một mức độ nào đó nhưng thực ra mạch điện tử này rất đơn giản. Nếu ta muốn điều khiển servo bằng máy tính hay bằng bộ vi xử lý thì chỉ cần một vài dòng lệnh là đủ. Một động cơ DC điển hình cần các transistor công suất, MOSFET hay relay nếu muốn kết nối với máy tính. Còn servo có thể gắn trực tiếp với máy tính hay bộ vi xử lý mà không cần một linh kiện điện tử nào cả. Tất cả yếu tố cần thiết để điều khiển công suất đều được quản lý bởi mạch điều khiển để tránh rắc rối. Đây là lợi ích chủ yếu khi sử dụng servo cho các robot điều khiển bằng máy tính. Điều khiển servo bằng IC định thì 555: Ta có thể không cần đến cả máy tính để điều khiển servo. Một IC 555 có thể cung cấp các xung cần thiết cho servo. Hình5: Một phương pháp phổ biến dùng IC 555 để điều khiển servo Khi hoạt động, IC 555 sinh ra một tín hiệu xung có chu kỳ nhiệm vụ khác nhau để điều khiển hoạt động của servo. Chỉnh Vôn kế để định vị servo. Vì IC 555 có thể dễ dàng tạo xung rất dài và rất ngắn nên servo có thể hoạt động ngoài vị trí biên thông thường. Khi servo gặp vật cản và kêu lạch cạch ta phải ngắt nguồn lập tức, nếu không các bánh răng bên trong sẽ bị trờn. Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 24 - Dẫn động servo: Dùng máy phát chức năng Một động cơ DC 3 dây có 3 dây vào: dây đỏ nối nguồn, dây đen nối đất, dây trắng/vàng nối với tín hiệu điều khiển. Một trong những cách đơn giản nhất để kiểm tra hay dẫn động servo là sử dụng máy phát chức năng để tạo xung, có thể dùng hàm xung vuông của máy phát chức năng. Ta nên điều chỉnh biên độ của xung vuông để tương thích với nguồn cung cấp cho servo. Khi đã điều chỉnh biên độ của xung vuông, ta cũng có thể điều chỉnh độ rộng của dải xung bằng cách điều chỉnh tần số của tín hiệu. Đối với động cơ servo, điểm trung hòa (độ rộng xung mà tại đó động cơ được giữ ở góc 180o) vào khoảng 1,52ms. Bất kỳ xung nào có độ rộng nhỏ hơn 1,52 ms sẽ làm cho động cơ quay một góc nhỏ hơn 900 và ngược lại. Chú ý rằng động cơ servo chỉ quay trong khoảng (0o,180o) nếu chưa được hiệu chỉnh. Góc quay này tương ứng với độ rộng xung từ 0,8 – 2,5ms. Vậy ta phải đảm bảo độ rộng xung tạo ra nằm trong khoảng này. Đối với servo được hiệu chỉnh để quay liên tục, nó sẽ không quay tại độ rộng xung trung hòa, quay theo chiều kim đồng hồ nếu độ rộng xung nhỏ hơn độ rộng xung trung hòa, ngược chiếu kim đồng hồ nếu độ rộng xung lớn hơn (nhưng vẫn phải nằm trong vùng giới hạn trên). 2.5. Động cơ servo thủy lực Ưu điểm: - Được dùng phổ biến với các máy có công suất lớn. - Giá thành thấp - Có đặc tính hệ số khuếch đại cao - Dễ làm trơn quá trình chuyển động - Có khả năng chống quá tải Nhược điểm: - Cần phải giữ môi trường dầu luôn sạch, không có tạp chất - Lực và quá trình chuyển động phụ thuộc nhiều vào độ nhớt của dầu - Độ nhớt phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ. Do đó cần có hệ thống lọc dầu và làm mát dầu Sơ đồ khối: Hình 1. Hệ thống điều khiển động cơ thủy lực Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 25 - Van Servo: điều khiển lưu lượng và áp suất: nhận tín hiệu ngoài và lưu lượng áp suất từ bơm Thủy lực. Cung cấp 1 áp suất và lưu lượng hợp lý từ động cơ Thủy lực tới bàn máy và cuối cùng tới vị trí cần đến. Kết cấu van Servo: mục đích để điều khiển lưu lượng và áp suất Hình 2. Kết cấu van Servo Đóng mở các van điều chỉnh, điều tiết lưu lượng động cơ nhận tín hiệu ngoài 1 số vòng nào đó thông qua đai ốc Vitme bi tạo ra chuyển động tịnh tiến của con trượt thay đổi nguồn cung cấp ( lưu lượng ). III. ENCODER 3.1. Khái niệm chung Encoder là đo lường dịch chuyển thẳng hoặc góc đồng thời chuyển đổi vị trí góc hoặc vị trí thẳng thành tín hiệu nhị phân và nhờ tín hiệu này có thể xác định được vị trí trục hoặc bàn máy. Tín hiệu ra của Encoder cho dưới dạng tín hiệu số. Encoder được sử dụng làm phần tử chuyển đổi tín hiệu phản hồi trong các máy CNC và robot. Trong máy công cụ điều khiển số, chuyển động của bàn máy được dẫn động từ một động cơ qua vit me đai ốc bi tới bàn máy. Vị trí của bàn máy có thể xác định được nhờ encoder lắp trong cụm truyền dẫn. 3.2. Phân loại Tùy thuộc vào chuyển động của Encoder mà người ta chia nó thành hai kiểu có nguyên lý hoạt động hoàn toàn giống nhau:  Encoder thẳng: chiều dài của encoder thẳng phải bằng tổng chuyển động thẳng tương ứng có nghĩa là chiều dài cần đo phải bằng chiều dài thước.  Encoder quay: là một đĩa nhỏ và kích thước encoder không phụ thuộc vào khoảng cách đo. Nó có thể đo được cả thong số dịch chuyển và tốc độ. Trong máy CNC điều khiển số, chuyển động của bàn máy được dẫn động từ động cơ qua trục vít me_đai ốc_bi tới bàn máy. Vị trí bàn máy có thể được xác định được nhờ encoder lắp trong cụm truyền dẫn. Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 26 - Encoder quay chia làm hai loại: encoder tuyệt đối và encoder tương đối. Sau đây chúng ta sẽ đề cập đến một số loại Encoder ở trên: Encoder tuyệt đối  Cấu tạo Encoder kiểu tuyệt đối kết cấu gồm các thành phần sau: nguồn sáng, đĩa mã hóa và các phodetetor như hình vẽ. Đĩa mã hóa được chế tạo từ vật liệu trong suốt. Người ta chia mặt đĩa thành các góc đều nhau và các đường tròn đồng tâm. Các đường tròn đồng tâm và bán kính giới hạn các góc hình thành các phân tố diện tích. Tập hợp các phân tố diện tích cùng giới hạn bởi hai vòng tròn đồng tâm gọi là dải băng. Số dải băng trên đĩa phụ thuộc vào khả năng công nghệ.  Nguyên lý hoạt động Đĩa mã hóa lắp trên trục, phía bên trái của đĩa mã hóa là nguồn sáng (LED), phía bên phải là các photosensor, khuếch đại và tigger Smiths. Tương ứng với mỗi dải băng là một nguồn sáng. Nguồn sáng và photosensor được lắp cố định. Khi ánh sáng từ nguồn sáng chiếu tới đĩa mã hóa, nếu đối diện với tia sáng là diện tích phân tố trong suốt, ánh sáng xuyên qua đĩa tới photosensor làm xuất hiện dòng qua photosensor. Nếu đối diện với tia sáng là diện tích phân tố bị phủ lớp chắn sáng, ánh sáng không tới được photosensor và trong photosensor không có dòng điện. Dòng ra của photosensor nhỏ. Vì vậy thường được đưa tới bộ khuếch đại, khuếch đại tín hiệu đủ lớn trước khi đưa tới tầng tiếp theo. Do quá trình quay đĩa mã hóa, cường độ ánh sáng tăng từ nhỏ đến cực đại và tiếp theo giảm dần đến khi tia sáng bị chặn hoàn toàn lúc đó dòng trong photosensor bằng không. Vậy để có thể tạo được xung vuông người ta cho tín hiệu qua mạch sửa dạng xung trigger Smiths. Gọi số góc trên đĩa là S và số dải là a, quan hệ giữa số góc và số dải biểu diễn theo công thức: S = 2a với a- là số nguyên dương. Giá trị góc chia trên đĩa mã hóa α được tính theo công thức: α = 3600/S H Các thành phần cơ bản của Encoder Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 27 - Encoder gia số Encoder gia số được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Encoder gia số có hai dạng: kiểu thẳng và kiểu quay. Kết cấu encoder quay như hình vẽ.  Cấu tạo Kết cấu encoder quay bao gồm: + Nguồn sáng + Thấu kính làm nhiện vụ biến đổi đường đi của tia sáng thành các tia song song. + Đĩa phát xung được làm bằng vật liệu trong suốt trên nó có một hoặc hai dải băng (dải băng là tập hợp các vạch sáng tối có chiều dày giống nhau). Một trong hai dải băng trên đĩa làm nhiệm vụ tạo xung, dải băng còn lại dùng để xác định gốc không quy chiếu. Đĩa phát xung được lắp trên trục và chuyển động quay cùng với trục. + Đĩa thước cố định có xẻ bốn rãnh trên cùng một hàng, rãnh xẻ thứ năm bố trí trên hàng riêng và thước được cố định trên vỏ cùng phía với photosensor. Tương ứng với số rãnh trên là số photosensor, photosensor cũng được cố định với vỏ encoder. Nguyên lý hoạt động Ánh sáng từ nguồn sáng 1 qua thấu kính 2 biến đổi thành các tia sáng song song tới thước động 3. Vì thước động 3 chuyển động nên có thể xem thước 4 là cửa sổ và thước 3 như là cách cửa sổ đóng mở điều khiển ánh sáng tới photosensor 5. Khi cửa sổ mở rộng dần dần, cường độ sáng tăng dần, dòng photosensor cũng tăng dần và dòng cực đại khi cửa sổ mở hoàn toàn. Khi cửa sổ khép dần dòng trong photosensor giảm dần và bằng khôn khi cửa sổ đóng hoàn toàn. Với cách bố trí hợp lý hai cặp photosensor trên bốn đỉnh rãnh của thước cố định người ta thu được sóng sin và cosin cho phép ta xác định chiều chuyển động của thước động H10: Encoder gia số dạng quay H11: Nguyên lý hoạt động của Encoder kiểu Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 28 - 450 IV. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CNC 4.1. Khái niệm hệ điều khiển số Là hệ thống điều khiển đặc trưng bởi các đại lượng đầu vào là những tín hiệu số nhị phân,chúng được đưa vào hệ điều khiển dưới dạng một chương trình điều khiển có hệ thống.Trong hệ điều khiển số ứng dụng cho điều khiển máy công cụ,các đại lượng đầu vào là những thông tin,dữ liệu hay số liệu nạp vào 4.2. Các dạng điều khiển số Khi gia công các chi tiết khác nhau thì các bề mặt tạo hình khác nhau đòi hỏi sự chuyển động khác nhau giữa dao và chi tiết. Qũy đạo của các chuyển động này được xác định chính xác thông qua các chỉ dẫn điều khiển. Tuỳ dạng chuyển động của điểm đầu, điểm cuối và quãng đường dịch chuyển mà ta có các dạng điều khiển khác nhau. Các dạng điều khiển đó được phân ra thành: điều khiển điểm, điều khiển đoạn hay đường thẳng và điểu khiển biên dạng phi tuyến 4.2.1. Dạng điều khiển theo điểm Ở máy khoan, khoét, doa, cắt lỗ ren thì chi tiết gia công phải được định vị tại một điểm cố định trên bàn máy. Trong quá trình định vị, dao không vào cắt mà chuyển động trên các trục riêng lẻ lúc này đều không rành buộc bởi các quan hệ hàm số, tốc độ của các chuyển động định vị không phụ thuộc vào các yếu tố công nghệ. Quá trình như vậy cũng xảy ra ở các máy hàn điểm hay máy gấp cạnh lá tôn khi điểu khiển dịch động cho các mảng gá chặn, bàn gấp. Điều khiển số thực hiện quá trình chuyển động này thuộc dạng điều khiển điểm Ví dụ: khi gia công hai lỗ A,B có toạ độ (xA yA) (xB yB) trong hệ trục toạ độ XOY ta có thể điều khiển theo 2 cách sau đây: Trước hết di chuyển nhanh dụng cụ tới điểm A (xA yA) sau đó thực hiện gia công lỗ A. Sau đó di chuyển dụng cụ thoát ra khỏi lỗ gia công (đảm bảo dịch chuyển dụng cụ an toàn, dịch chuyển đến điểm B gia công lỗ B. Quá trình dịch chuyển điểm B được thực hiện theo 2 cách như trên hình. 4.2.2. Điều khiển theo đường Điều khiển theo đường là tạo ra các đường chạy song song với trục của máy. Trong khi đó dao chạy liên tục tạo nên bề mặt gia công. Trong trường hợp điều khiển đường mở rộng trên hai trục của máy chuyển động với tốc độ như nhau, đồng thời ta có thể gia công được bề mặt côn có góc 450. yB XB x yA y XA Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 29 - Điều khiển đường được sử dụng trong trường hợp gia công chi tiết hình trụ hoặc ở máy phay biên dạng song song với trục 4.2.3. Điều khiển theo đường contour Ngoài chức năng điều khiển theo điểm và đoạn thẳng, người ta có thể điều khiển dụng cụ chạy theo các đường bất kỳ trong mặt phẳng hoặc không gian có thực hiện gia công cắt gọt. Tuỳ theo đường được điều khiển là phẳng hay không gian mà ta có thể bố trí trục điều khiển đồng thời là khác nhau, từ đó xuất hiện thuật ngữ máy 2trục, 3, 4, 5 trục (tức là số trục được điều khiển theo quan hệ giàng buộc) Điều khiển contour ta có thể tạo ra các đường contour hoặc đường thẳng tuỳ ý trong không gian a. Điều khiển 2D Cho phép thực hiện đường contour của dụng cụ cắt trong một mặt phẳng gia công.Ví dụ như trên máy tiện dụng cụ sẽ dịch chuyển trên mặt phẳng XOZ để tạo nên các đường sinh trên bề mặt.Còn trên máy phay 2D dụng cụ sẽ thực hiện các chuyển động trên mặt phẳng XOY để tạo nên đường rãnh hay mặt bậc bất kỳ b. Điều khiển 2,1/2D Dạng điều khiển này có khả năng thực hiện các chuyển động của dụng cụ cắt theo bề mặt gia công .Thông qua chức năng G trong chương trình có thể chuyển từ mặt X-Y sang X- Z c. Điều khiển 3D Bằng điều khiển này ta có thể thực hiện các chuyển động của dụng cụ trong không gian ba kích thước,khi đó các trục của máy chuyển động đồng thời x z x y xA xB yA 0 A B G00 G01 Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 30 - d. Điều khiển 4D và 5D Trên cơ sở của chuyển động 3D người ta còn bố trí thêm cho chi tiết hoặc dụng cụ thêm 1 chuyển động quay hoặc 2 chuyển động quay xung quyanh một trục nào đó theo quan hệ giành buộc của các trục khác trên máy 3DS 4.3. Hệ điều khiển CNC( Computer Numerical Control) 4.3.1. Phân biệt hệ điều khiển NC và CNC  Điều khiển NC (Numberical Control) Đặc tính của hệ điều khiển này là “chương trình hoá các mối quan liên hệ” trong đó mỗi mảng linh kiện điện tử riêng lẻ được xác định một nhiệm vụ nhất định, liên hệ giữa chúng phải thông qua dây nối hàn cứng trên các mạch logic điều khiển. Chức năng điều khiển được xác định chủ yếu bởi phần cứng  Điều khiến CNC(Computerized Numerical Control) Điều khiển CNC là một hệ điều khiển có thể lập trình và ghi nhớ. Nó bao gồm một máy tính cấu thành từ các bộ vi xử lý (microprocessor) kèm theo các bộ nhớ ngoại vi Đa số các chức năng điều khiển đều được giải quyết thông qua phần mềm nghĩa là các chương trình làm việc có thể được thiết lập trước. Nhờ các chương trình hệ thống CNC mà các máy tính có thể sử dụng để thực hiện những chức năng điều khiển theo yêu cầu. Do các hệ điều khiển hiện đại có nguyên lý cấu trúc và xử lý dữ liệu theo dạng điều khiển CNC Dụng cụ Bề mặt gia công Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 31 - 4.3.2. Đặc trưng cơ bản của điều khiển CNC Nâng cao tính tự động Các máy công cụ được trang bị bộ điều khiển CNC có tốc độ dịch chuyển lớn. Do đó tăng được năng suất cắt gọt, giảm tối đa thời gian phụ. Khi so sánh một máy công cụ không được trang bị bộ điều khiển CNC với máy được trang bị người ta nhận thấy năng suất tăng gấp 3 lần Nâng cao tính linh hoạt Máy CNC có khả năng thích nghi nhanh với chương trình gia công với các chi tiết khác nhau. Do nguyên lý hoạt động và cấu trúc của nó đã tạo điều kiện giảm thời gian gia công và hiệu chỉnh công nghệ kỹ thuật. Nâng cao tính tập trung nguyên công Các máy công cụ CNC có khả năng thực hiện nhiều bước công nghệ hoặc nhiều bứơc nguyên công khác nhau trong một lần gá đặt phôi Nâng cao tính chính xác và đảm bảo chất lượng gia công Trong quá trình gia công độ chính xác luôn được đảm bảo ổn định. Ngoài ra máy CNC còn có khả năng mô phỏng quá trình cắt gọt nên người vận hành có thể quan sát tổng thể trực tiếp các giai đoạn gia công, phát hiện kịp thời sai sót Nâng cao hiệu quả kinh tế Máy CNC vừa có khả năng điều khiển trực tiếp trên máy vừa có khả năng lập trình trên phần mềm nên máy CNC hữu dụng kinh tế ngay cả với xí nghiệp có quy mô trung bình và nhỏ. Ngoài ra CNC có khả năng thay đổi một cách nhanh chóng công nghệ sản xuất nên nó đáp ứng kịp thởi với nhu cầu của thị trường Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 32 - 4.3.4. Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển CNC Hệ điều khiển máy CNC hiện nay được thiết kế để khi cần mở rộng hệ điều thì có thể bổ xung thêm cho các chức năng đã có bằng modun khác.Do đó hệ điều khiển được thiết lập thích hợp cho việc lắp đặt vào các phần mềm sử dụng các linh kiện điện tử hiện đại Cấu tạo phần cứng của điều khiển CNC a. Cụm vi xử lý Cụm vi xử lý thực chất là hạt nhân của một thiết bị xử lý số, nó thực hiện các chức năng tính toán và điều khiển. Các phần tử chủ yếu của nó bao gồm: Bộ nhớ sơ bộ: còn gọi là truy nhập phụ trợ. Bộ nhớ này chứa đựng các thông tin cần thiết cho điều khiển diễn biến chương trình. Ví dụ truy nhập các chỉ số, truy nhập các địa chỉ cơ bản Truy nhập cảnh báo: trong mỗi cảnh báo là một dấu hiệu chuyên dụng hay tín hiệu báo sự xuất hiện của một trạng thái xác định. Đa số các cảnh báo được đưa ra một cách tự động từ bộ vi xử lý Bộ tích nhớ (Accumlator): là bộ nhớ hàm chứa những dữ liệu cần ghép và tiếp nhận kết quả của những tính toán số học và tính toán logic dùng để thực hiện mạch nối ghép Cụm logic ALU là một phần của cụm vi xử lý đảm nhiệm tính toán số học Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 33 - Điều khiển thao tác lệnh: giải mã phần điều hành của mỗi lệnh chứa trong phần truy nhập lệnh và sản sinh các tín hiệu điều khiển cho quá trình thực hiện lệnh Truy nhập lệnh: là bộ nhớ các lệnh vừa được xử lý Bộ nhớ sếp chồng: Hoạt động theo nguyên tắc LIFO nghĩa là thông tin cuối cùng lại được đưa ra đầu tiên. b. Phần mềm của hệ thống điều khiển số Phần mềm của hệ thống điều khiển số bao gồm nhiều khối liên hệ với nhau. Những bộ chương trình này được xử lý theo chu kỳ, trong đó những đòi hỏi từ bộ phát chu kỳ ngoại vi Hình 1, nêu rõ cấu trúc ưu tiên trong phần mềm hệ thống của một hệ thống điều khiển số. Các chương trình có cấu trúc ưu tiên cao hơn, theo qui luật, chạy thường xuyên hơn là chương trình có mức ưu tiên cao hơn. Tuy nhiên phải đảm bảo mỗi chương trình một khối chương trình có thể chạy lại được thường xuyên và chỉ như thế hệ thống mới hoạt động tốt Chỉ thị Vào/ra(bảng điều khiển PC) RFI RFI Nội suy (tính toán hình học) RFI RFI Chương trình đọc vào RFI RFI Điều chỉnh vị trí RFI Các chức năng trong vùng nhớ Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 34 - V. MÀN HÌNH VÀ BẢNG ĐIỀU KHIỂN Màn hình để hiển thị thông tin gia công và chi tiết gia công được mô phỏng. Bàn điều khiển để lập trình điều khiển gia công bằng tay và điều khiển các hoạt động của máy. VI. MỘT SỐ HỆ ĐIỀU HÀNH Hiện nay trên thế giới đang sử dụng chủ yếu một số hệ điều hành sau cho các máy CNC. Đó là: Fanuc, Fagor, Heidenhain, Siemens,…Trong đó 2 nước đứng đầu phải kể đến Đài Loan và Trung Quốc. Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 35 - D. Giới thiệu về một số máy CNC I. MÁY PHAY CNC: SERIAL KDVM - L 1.1. Đặc tính kỹ thuật Máy có thể thực hiện phay 3D ngoài ra máy có thể thực hiện các nguyên công như tiện, khoan, doa, taro.v...v... Độ chính xác lặp lại là 0.01, Điều khiển 3 trục x, y, z hiệu quả và có thể phay theo chiều thẳng đứng, tiện, doa theo các mặt tọa độ như XY, XZ , YZ . Khung máy được thiết kế vững chắc đảm bảo trong quá trình gia công cắt gọt không bị rung và gây sai số. Chất lượng bề mặt gia công cao . Cổng truyền dữ liệu RS232 thích hợp với chương trình CIMCO9.6 pro. Bộ điều khiển Fanuc, Hanuc, Simenuc, Heidelheil..v..v.... Máy phay CNC –Model:KDVM 1000 L Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 36 - 1.2. Thông số kỹ thuật MODEL Đơn vị KDVM800L KDVM1000L Kích thước bàn máy mm 930x510 1130x510 Hành trình trục X mm 800 1000 Hành trình trục Y mm 500 Hành trình trục Z mm 510 Phạm vi dịch chuyển trục chính mm 550 Chuôi côn trục chính BT40 Tốc độ trục chính v/phút 8000 Di chuyển nhanh không tải các trục X,Y,Z mm/p 20000 Số lượng rãnh chữ T và kích thước 3 - 18 Trọng lượng phôi gia công Kg 6000 Momen động cơ X/Y NM 12 Momen động cơ Z NM 12 Số vị trí gá dao 20 24 Kích thước dao ø80x300 ø90x250 Trọng lượng dao kg 7.5 Công suất động cơ trục chính mm/ph 7.5/ 11 Độ chính xác lặp lại mm ±0.003 Trọng lượng máy kg 5000 5200 Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 37 - II. MÁY TIỆN CNC –SERIAL:PDL-T6/8 2.1. Đặc tính kỹ thuật - Máy có thiết kế hiện đại, đặc biệt cho phép gia công nhiều chủng loại sản phẩm tinh xảo, vận hành an toàn, tiếng ồn nhỏ, năng suất cao và vận hành dễ dàng hơn. - Bộ điều khiển FAGOR có giao diện thân thiện sử dụng ngôn ngữ ISO cùng với hệ thống Simulation hiện đại, dễ hiểu, độ anh toàn đáng tin cậy. - Cổng truyền Pro RS-232 thích ứng với Windows 98/ 2000/ XP. - Động cơ trục chính AC, máy sử dụng Bi Đũa có độ chính xác cao, Ụ định tâm chịu lực cực tốt. Máy tiện CNC – Model PDL –T8 2.2. Thông số kỹ thuật MODEL Đơn vị PDL – T6/T6A PDL -T8/T8A Đường kính tiện vượt băng máy mm Ø420 Ø550 Đường kính tiện vượt bàn xe dao mm Ø330 Ø330 Đường kính vật tiện lớn nhất mm Ø200/250 Ø250/350 Hành trình trục X mm 180 220 Hành trình trục Z mm 370 550 Đường kính lớn nhất của chấu cặp inch 6 / 8 /10 Tốc độ trục chính V/ph 6000/4800 4500/3500 Đường kính lỗ trục chính mm Ø56 / 62 Ø62 / 87 Độ côn trục chính A2-5 / A2-6 A2-6 / A2-8 Công suất động cơ kw 5.5 / 7.5 15/18.5 Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 38 - 9 / 12 18.5 / 22 Đường kính ụ chống tâm mm Ø 75 Ø 95 Hành trình ụ chống tâm mm 100 125 Độ côn ụ định tâm No4 No5 Tốc độ di chuyển không tải trục X/Z m/ph 7/6 7/6 Số vị trí gá dao 4 / 6 / 12 / 20 / 30 /48 Bộ điều khiển CNC Fanuc / Siemen/ Mitsubishi Kích thước dao (tiện/khoan) mm 20x20 / 25x25 Chiều dài máy mm 1750 2000 Chiều rộng máy mm 3010 3550 Chiều cao máy mm 1850 1960 Trọng lượng máy kg 3800/4000 4700/5000 Bước dịch chuyển nhỏ nhất mm 0.001 III. GIA CÔNG BẲNG TIA LỬA ĐIỆN 3.1. Tổng quan về Gia công bằng tia lửa điện Gia công bằng tia lửa điện được phát triển năm 1943 ở Liên Xô bởi hai vợ chồng người Nga tại trường Đại Học Moscow là Giáo Sư- Tiến Sĩ Boris Lazarenko và Tiến Sĩ Natalya Lazarenko cho đến nay phương pháp này đã được phổ biến rộng rãi trên toàn thế giới. 3.2. Khái Niệm Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 39 - Gia công bằng tia lửa điện(Electrical Machining Discharge) là phương pháp gia công hớt đi một lượng vật liệu thông qua quá trình ăn mòn điện- nhiệt làm lớp vật liệu đó bị nóng chảy và bốc hơi dựa vào sự phóng điện giữa 2 điện cực của máy gia công. * Ưu điểm: - Gia công được các loại vật liệu có độ cứng tùy ý - Điện cực có thể sao chép hình dạng bất kì, chế tạo và phục hồi các khuôn dập bằng thép đã tôi - Chế tạo các lưới sàn, rây bằng cách gia công đồng thời các lỗ bằng những điện cực rất mảnh. - Gia công các lỗ có đường kính rất nhỏ, các lỗ sâu với tỉ số chiều dài trên đường kính lớn. - Do không có lực cơ học nên có thể gia công hầu hết các loại vật liệu dễ vỡ, mềm… mà không sợ bị biến dạng - Do có dầu trong vùng gia công nên bề mặt gia công được tôi trong dầu. * Nhược điểm - Phôi và dụng cụ (điện cực) đều phải dẫn điện - Vì tốc độ cắt gọt thấp nên phôi trước gia công EMD thường phải gia công thô trước. - Do vùng nhiệt độ tại vùng làm việc cao nên dễ gây biến dạng nhiệt. - Khi gia công phải có chất điện môi 3.3. Các Phương pháp gia công bằng tia lửa điện 3.3.1.Gia công tia lửa điện dùng điện cực định hình: Gọi tắt là phương pháp “xung định hình”. Khi gia công thì kích thước và hình dạng của chi tiết được chép lại kích thước, hình dáng của dụng cụ hay điện cực. Thường dùng để tạo hình những chi tiết đục lỗ nhưng không thông. 3.3.2. Gia công tia lửa điện bằng cắt dây: Điện cực là một sợi dây kim loại mảnh có đk = 0,1 đến 0,3mm được quấn liên tục và chạy dao theo một công tua xác định. Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 40 - 3.4. Cơ sở công nghệ của quá trình gia công bằng tia lửa điện 3.4.1. Bản chất vật lý - Đặt một điện áp giữa điện cực và phôi. Nếu khoảng cách h quá lớn thì sẽ không có quá trình phóng điện. Khi cho h< đến một giá trị nào đó thì sẽ xảy ra quá trình phóng điện tạo ra cầu ion. Đến một lúc nào đó cầu này nóng lên xảy ra hiện tượng ngắn mạch, KL nóng chảy, bốc hơi tạo thành các bọt khí ( to= 10000oC, p= 1Kbar). Khi KL biến thành hơi thì đột ngột mất dòng, các bọt khí vỡ ra và hóa hơi. Như vậy, có 3 quá trình chính đó là: + Đánh lửa + Hình thành kênh phóng điện + Nóng chảy và bốc hơi vật liệu. - Không gian giữa điện cực và phôi phải được điền đầy bởi một chất điện môi. - Để có thể làm phát sinh tia lửa điện, một điều không thể thiếu được là một thời gian ngắn sau khi đã có dòng điện chạy qua 2 điện cực thì phải ngừng cung cấp năng lượng. Đơn giản người ta dùng bộ phát xung RC như trên để cung cấp xung răng cưa. 3.4.2. Nguyên Lý gia công tia lửa điện Hệ thống gia công tia lửa điện (Electrical Discharge Machining -EDM) bao gồm có hai bộ phận chủ yếu: máy công cụ và nguồn cung cấp điện. Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 41 - Máy công cụ gắn điện cực định hình (đóng vai trò là dao) và điện cực tiến tới bề mặt chi tiết gia công sinh ra một lỗ chép hình hình dạng của dụng cụ. Nguồn năng lượng cung cấp sản sinh ra một tần số cao, tạo ra một loạt tia lửa điện giữa điện cực hình thành kênh phóng điện và kênh này được duy trì trong suốt quá trình gia công chi tiết. Chi tiết bị bóc đi một lớp kim loại bởi sự ăn mòn của nhiệt độ và sự hóa hơi. Hình 2. Nguyên Lý của phương pháp gia công EDM Trên hình trên, chi tiết gia công lắp trên bàn máy công cụ, còn điện cực thì gắn với đầu máy. Một động cơ servo DC hoặc xylanh thủy lực để điều khiển điện cực theo phương thẳng đứng và duy trì một vị trí thích hợp của điện cực so với chi tiết gia công. Vị trí này được điều chỉnh một cách tự động với sự chính xác cực kỳ nhờ hệ thống servo và nguồn cung cấp. Trong quá trình vận hành máy thông thường điện cực không bao giờ chạm bề mặt chi tiết, giữa chúng có một khe hở phóng điện nhỏ. Trong quá trình vận hành, đầu máy di chuyển điện cực tiến đến bề mặt chi tiết đến khi giữa chúng tạo thành một khoảng cách mà ở đó điện thế có thể làm ion hoá dung dịch điện môi và cho phép một tia lửa điện đi qua từ điện cực đến bề mặt chi tiết gia công. Những tia lửa điện này ở dưới dạng xung, phóng và tắt với tần số cao, và có thể đạt đến 250.000 lần trên một giây. Các tia lửa điện luôn di chuyển trong khe hở phóng điện, từ điện cực đến điểm gần nhất hoặc điểm cao nhất trên chi tiết gia công. Lượng kim loại được lấy đi từ chi tiết ứng với mỗi lần phóng điện luôn cân xứng với năng lượng mà nó chứa đựng. Mỗi lần phóng điện sẽ làm nóng chảy hoặc bốc hơi một vùng nhỏ của bề mặt chi tiết. Kim loại nóng chảy này được làm nguội sau đó dung dịch điện môi và hóa rắn thành những hạt hình cầu và được làm phẳng đi bởi áp lực/sự chuyển động của chất điện môi. Tác động của mỗi xung được giới hạn trong mỗi phạm vi cục bộ. Vị trí này được xác định bởi hình dạng và vị trí của điện cực. Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 42 - Hình 3. Bể dung dịch điện môi Cả chi tiết và điện cực đều ngâm chìm trong dung dịch điện môi. Dung dịch này đóng vai trò như chất cách điện để điều khiển sự phóng tia lửa điện. Trong gia công EDM chất điện môi cũng thực hiện chức năng của môi trường làm nguội và làm giảm nhiệt độ cực kỳ cao trong khe hở phóng điện. Quan trọng hơn, dung dịch điện môi được bơm vào theo khe hở hình cung để đẩy đi những hạt bị xói mòn giữa chi tiết và điện cực. Sự sục rửa thích hợp làm cho quá trình bóc vật liệu đạt hiệu quả cao. Bởi vì EDM ăn mòn kim loại bằng việc phóng tia lửa điện thay cho các dụng cụ cắt gọt tạo phoi nên độ cứng vật liệu không trở thành nhân tố quyết định xem vật liệu đó có thể gia công bằng EDM hay không. Các điện cực kim loại hoặc than chì mềm có thể gia công các loại thép dụng cụ đã tôi hoặc tungsten carbide (cacbít vonfram). Đây là một trong những lợi ích hấp dẫn của việc sử dụng phương pháp EDM. Có thể nhiệt luyện chi tiết trước rồi sau đó có thể gia công bằng EDM. Điều này loại bỏ rủi ro của những hư hại và biến dạng có thể biến những chi tiết đắt tiền thành phế liệu trong khi xử lý nhiệt. Các nguyên tắc cơ bản của phương pháp cắt dây EDM cũng giống như gia công xung định hình EDM được mô tả ở trên. Điểm khác biệt cơ bản là thay vì sử dụng những điện cực có hình dạng phức tạp, trong cắt dây EDM điện cực là những sợi dây có hình dạng đơn giản, đường kính từ 0.006-0.012”. Thay vì sử dụng chất điện môi như trong gia công xung định hình EDM thì trong cắt dây EDM lại dùng nước ion hóa. 3.5. Các thông số của quá trình gia công 3.5.1. Điện áp đánh lửa (Uz) Đây là điện áp cần thiết để dẫn tới sự phóng tia lửa điện. Nó 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 Ui càng lớn thì phóng điện càng nhanh và cho phép khe hở phóng điện càng lớn. 3.5.2. Thời gian trễ đánh lửa (tđ) Đó là thời gian giữa lúc đóng điện máy phát và lúc xảy ra phóng tia lửa điện. Khi đóng điện máy phát lúc đầu chưa xảy ra điều gì. Điện áp duy trì ở giá trị của điện áp đánh lửa Ui, dòng điện bằng 0. Sau một thời gian trễ mới tđ xảy ra sự phóng tia lửa điện dòng điện từ 0 vọt lên Ie. 3.5.3. Điện áp phóng tia lửa điện (Ue) Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 43 - Khi bắt đầu phóng tia lửa điện thì điện áp tụt xuống từ Uz đến Ue. đây là điện áp trung bình trong suốt thời gian phóng tia lửa điện. Ue là một hằng số vật lý phụ thuộc vào cặp vật liệu điện cực/phôi. Ue không điều chỉnh được. 3.5.3. 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 tăng lên từ 0 đến giá trị Ie, kèm theo sự đốt cháy. Ie ảnh hưởng lớn nhất đến lượng hớt vật liệu, độ mòn điện cực và chất lượng bề mặt gia công. Nhìn chung Ie càng lớn thì lượng hớt vật liệu càng lớn, độ nhám bề mặt càng lớn nhưng độ mòn điện cực giảm 3.5.4. Thời gian phóng tia lửa điện (te) Là khoảng thời gian giữa lúc bắt đầu phóng tia lửa điện và lúc ngắt điện, nó chính là thời gian có dòng điện Ie trong một lần phóng. 3.5.5. Độ 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. Công thức tính: ti= td + te Độ kéo dài xung ti ảnh hưởng đến nhiều yếu tố quan trọng. Đó là: + Tỷ lệ lượng hớt vật liệu + Độ mòn điện cực + chất lượng và năng suất bề mặt gia công 3.5.6. Khoảng cách xung (t0) Là thời gian giữa hai lần ngắt- đóng của máy phát xung thuộc 2 chu kỳ phóng điện kế tiếp nhau. Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 44 - 3.6. Phương pháp gia công xung định hình Hinh 4: Gia công bằng xung định hình 3.7. Máy gia công bằng tia lửa điện CNC-EB600L(S.F) CNC ELECTRICAL DISCHARGE MACHINE Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 45 - 3.7.1. Các thông số kĩ thuật của máy -Dung tích bể chứa: 1100×600×400mm -Kích thước bàn làm việc: 700×400mm -Hành trình dọc trục X: 400mm -Hành trình chạy ngang trục Y: 300mm -Hành trình thẳng đứng Z và hành trình giá đỡ: 300mm -Giá trị tải trọng có thể : 100kg.s -Tải trọng chịu đựng của bàn làm việc : 1500kg.s -Khối lượng của máy: 2000kg.s -Khoảng trống nhỏ nhất, lớn nhất tính từ bàn làm việc: 320~620mm 3.7.2. Thông số kĩ thuật của máy phát: Dòng ra lớn nhất 60A 90A(tuỳ chọn) Năng lượng điện vào 7KVA 10KVA Tốc độ gia công lớn nhất 400mm3/min 600mm3/min Độ hao mòn điện cực 0.12% Ảnh hưởng đến bề mặt gia công nhiều nhất RA0,2µm Lập trình nhiều nhất 1000 cụm 3.7.3.Hệ thống của bạn có thể được đảm bảo hoạt động dễ dàng: Với việc lắp đặt hệ thống điều khiển thông minh tự động điều khiển đạt được năng suất tối ưu. Thông tin cảnh báo, tất cả những cảnh báo sẽ được ghi lại trong nhật kí gia công. Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 46 - 256 điều kiện cho phép gia công từ người điều khiển cho đến khi hoàn tất quá trình gia công. Đèn hiển thi nhanh cho phép kiểm tra điều kiện xuất nhập của máy. Người điều khiển có thể xử lý vector phù hợp với quy trình gia công và cũng có thể điều chỉnh góc bắt đầu gia công với nhiều góc khác nhau. Đồng thời xử lí theo 3 phương của hệ trục. Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 47 - Điều khiển máy chủ g/c dọc theo truc X g/c lặp g/c vô hướng g/c quỹ đạo Dò tâm trong Dò tâm ngoài g/c khu vực g/c đường viền g/c ngang g/c quỹ đạo g/c quỹ đạo g/c quỹ đạo g/c ngang g/c quỹ đạo g/c quỹ đạo g/c quỹ đạo Chuyên đề công nghệ CNC GVHD: T.s. Nguyễn Hồng Sơn Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Lớp: Cơ điện tử K45 - 48 - Phụ kiện tiêu chuẩn: Tiêu chuẩn lựa chọn Đặc điểm -Tích hợp mạch 32bit bảo đảm trạng thái ổn định tốt nhất khi gia công. -Hiển thị tiếng trung và tiếng anh. -Tiến hành sửa chữa đơn giản, với 1 bộ điều khiển bạn có thể kết thúc gia công nhiều rãnh thẳng và gia công rãnh khuôn. -gia công theo 1 hoặc 3 trục ngang, theo quỹ đạo tròn , quỹ đạo hình vuông , vector , hình quạt. …….