Đồ án Thiết kế và chế tạo máy cắt dây CNC

BỘ CÔNG THƯƠNG BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ––o0o— ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH CƠ KHÍ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY CẮT DÂY CNC GVHD Th S Hoàng Long Vương – Th S Nguyễn Hữu Quân SVTH Nguyễn Đông Minh LỚP Cơ khí Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 4 năm 2022 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN LỜI CẢM ƠN Trước hết, nhóm đồ án chúng em vô cùng biết ơn về sự quan tâm và tận tình hướng dẫn của Ths Hoàng Long Vương và Ths Nguyễn Hữu Q.

TỔNG QUAN VÀ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Sự xuất hiện của công nghệ mới

Trong nửa thế kỷ qua, nhu cầu về vật liệu cứng, lâu mòn và siêu cứng cho tuabin máy điện, động cơ máy bay, dụng cụ và khuôn mẫu đã tăng mạnh ở các nước công nghiệp phát triển Gia công các vật liệu này bằng công nghệ cắt gọt thông thường như tiện, phay và mài gặp nhiều khó khăn, thậm chí có thể không thực hiện được.

Gần 200 năm trước, Joseph Priestley, nhà nghiên cứu tự nhiên người Anh, đã phát hiện ra hiệu ứng ăn mòn vật liệu do phóng điện trong các thí nghiệm của mình Tuy nhiên, chỉ đến năm 1943, thông qua các nghiên cứu về tuổi thọ của thiết bị đóng điện, cặp vợ chồng Lazarenko người Nga mới phát hiện ra công nghệ gia công bằng tia lửa điện Họ đã ứng dụng tia lửa điện để thực hiện quá trình hớt kim loại mà không bị ảnh hưởng bởi độ cứng của vật liệu.

Gia công tia lửa điện (EDM) là quy trình loại bỏ kim loại khỏi chi tiết gia công thông qua quá trình điện - nhiệt, trong đó vật liệu mặt phôi bị hớt đi nhờ sự nóng chảy và bốc hơi kim loại Thay vì sử dụng các tác động cơ học của dụng cụ, EDM sử dụng năng lượng nhiệt từ sự phóng điện để thực hiện quá trình gia công này.

1.1.1 Sự tiến bộ của các máy gia công tia lửa điện.

Các máy đầu tiên của thời kỳ những năm 50-60 của thế kỷ 20 ít tự động hoá và không tiện dùng lắm.

Hiện nay, các hệ thống điều khiển CNC và thuật toán điều khiển tiên tiến cho phép gia công với năng suất và chất lượng cao mà không cần sự can thiệp của con người Máy gia công tia lửa điện hiện đại được đặc trưng bởi mức độ tự động hóa cao.

Các hệ thống điều khiển CNC trên thị trường đã có tiến bộ rất nhiều, đặc biệt là máy cắt dây.

Các hệ điều khiển CNC đã được sử dụng trong các máy xung định hình trong nhiều năm, nhưng việc tận dụng tối đa khả năng của chúng vẫn cần thêm thời gian Phương pháp chuyển động hành tinh và công-tua của điện cực phức tạp giúp giảm chi phí chế tạo điện cực, đồng thời cải thiện điều kiện dòng chảy và độ ăn mòn của điện cực phay Nghiên cứu gia công 3 chiều với độ chính xác cao đang được tiến hành mạnh mẽ tại Tây Âu và Nhật Bản, nhưng vẫn chưa đạt được kết quả như mong đợi.

Việc tối ưu công nghệ gia công tia lửa điện đòi hỏi nhiều bí quyết công nghệ, với xu hướng hiện nay là sử dụng các máy thông minh có khả năng tự động chọn lựa và điều chỉnh thông số Điều này giúp giảm bớt dữ liệu đầu vào cho người vận hành, đặc biệt ở các máy cắt dây, nơi các thuật toán điều khiển tối ưu hóa lượng vật liệu hớt và giảm nguy cơ đứt dây Các máy xung định hình nhờ vào hệ thống điều khiển CNC cho phép đạt hiệu quả và chất lượng cao mà không cần người đứng máy có kinh nghiệm Tuy nhiên, điều kiện gia công thay đổi rất nhiều, khiến việc phát triển chiến lược điều khiển phù hợp trở nên khó khăn Một số nhà chế tạo như MITSUBISHI cung cấp hệ thống điều khiển liên hệ ngược, giúp đạt kết quả tốt hơn ngay cả trong điều kiện khó khăn Hầu hết các máy hiện nay có mức độ tự động hóa cao, cho phép hoạt động lâu dài mà không cần người giám sát, kết hợp với các giải pháp tự động như xâu dây, tách phôi và thay pallet, đã nâng cao đáng kể hiệu suất gia công tia lửa điện.

1.1.2 Thị trường máy gia công tia lửa điện trên thế giới.

Việc bán các máy gia công tia lửa điện trên phạm vi thế giới tăng 6% mỗi năm và vào cuối những năm 90 là khoảng 12.000 máy một năm.

Nhật Bản dẫn đầu thế giới về sản xuất và sử dụng máy gia công tia lửa điện, chiếm 35% tổng thị trường toàn cầu Châu Âu đứng thứ hai với 30%, tiếp theo là Mỹ với 15% và châu Á với 12% tổng số máy gia công này.

Thị trường máy móc hiện nay rất đa dạng, bao gồm từ những thiết bị lớn như máy NASSOVIA đến những máy nhỏ chuyên dụng cho gia công vi mô Giá cả cũng rất khác nhau, từ những máy giá rẻ khoảng 10.000 – 15.000 USD của Trung Quốc và Đài Loan đến những máy tự động hoàn toàn với giá hàng trăm ngàn USD từ Tây Âu và Nhật Bản, tích hợp hệ thống CAD/CAM hiện đại Để lựa chọn máy phù hợp, người sử dụng cần xác định rõ yêu cầu sản phẩm và quy mô sản xuất, đồng thời phân tích các tùy chọn từ các nhà sản xuất để đưa ra quyết định mua sắm chính xác nhất.

1.1.3 Tình hình gia công tia lửa điện ở Việt Nam.

Trong thập kỷ qua, công nghiệp gia công tia lửa điện (EDM) đã phát triển mạnh mẽ tại Việt Nam, với sự gia tăng đáng kể về số lượng cơ sở sản xuất và nghiên cứu Tuy nhiên, việc đào tạo chuyên sâu về công nghệ này vẫn chưa được chú trọng tại các trường Đại học kỹ thuật và Viện nghiên cứu Hiện nay, máy gia công tia lửa điện đã trở nên phổ biến, và nhiều đề tài nghiên cứu, như luận án tiến sĩ của tiến sĩ Hoàng Vĩnh Sinh tại trường ĐHBK, đã được thực hiện Các viện nghiên cứu và xưởng gia công đang ứng dụng máy EDM để chế tạo các chi tiết phức tạp.

Các doanh nghiệp cơ khí tại Việt Nam đang sử dụng máy gia công EDM chủ yếu trong lĩnh vực chế tạo khuôn mẫu, với tỷ lệ sử dụng dao động từ 20% đến 50%, tùy thuộc vào độ phức tạp của sản phẩm Một số cơ sở gia công khuôn mẫu nổi bật có trang bị máy EDM bao gồm Xưởng gia công cơ khí Trường ĐHBK, Công ty chế tạo khuôn mẫu Duy Khanh và Duy Tân.

1.1.4 Một số đặc tính của máy cắt dây dùng tia lửa điện.

Phương pháp cắt chi tiết này sử dụng sự chuyển động tương đối giữa dây kim loại và phôi Dây điện cực có đường kính từ 0.1 đến 0.3 mm, được quấn liên tục và di chuyển dọc theo một đường đi xác định.

Vật liệu làm dây có thể bằng đồng đỏ, đồng thau molipđen, bạc…

Các dây cắt thường được phủ một lớp kẽm, oxit kẽm hoặc grafit nhằm tăng cường độ bền và cải thiện khả năng sục chất điện môi vào khu vực cắt.

Hình 1.1: Mô tả sơ bộ quá trình gia công chi tiết.[7]

Gia công bằng điện cực thỏi và gia công bằng dây cắt có những điểm khác biệt quan trọng Trong gia công bằng điện cực thỏi, dầu được sử dụng làm chất điện môi, trong khi đó, gia công bằng dây cắt (WEDM) lại sử dụng nước khử khoáng.

Khi gia công bằng điện cực thỏi, phóng điện diễn ra giữa đầu điện cực và chi tiết gia công, trong khi đó, gia công bằng dây cắt tạo ra phóng điện giữa mặt bên của dây cắt và chi tiết gia công.

Vùng phóng điện trong gia công bằng điện cực thỏi bao gồm mặt đầu và góc của điện cực, trong khi vùng phóng điện khi sử dụng dây cắt chỉ tập trung vào mặt 180 độ của dây khi tiếp xúc với chi tiết gia công Một đặc điểm nổi bật của công nghệ này là điện cực, đóng vai trò như dụng cụ, có độ cứng thấp hơn nhiều lần so với độ cứng của phôi.

Nói nôm na là lấy cái mềm để cắt cái cứng.

Vật liệu dụng cụ và vật liệu phôi đều phải dẫn điện.

Khi gia công phải sử dụng một chất lỏng điện môi, đó là một dung dịch không dẫn điện ở điều kiện bình thường.

Các bộ phận của máy cắt dây bằng tia lửa điện

Hình 1.2: Các bộ phận chính của máy gia công bằng tia lửa điện.[8]

Một số ứng dụng của máy cắt dây bằng tia lửa điện

Phương pháp gia công bằng tia lửa điện có khả năng gia công nhiều loại sản phẩm đa dạng và phong phú Phương pháp này thích hợp để gia công chi tiết trong nhiều trường hợp khác nhau.

+Chế tạo và phục hồi các khuôn dập đã tôi và khuôn bằng hợp kim cứng. +Mài phẳng, mài tròn, mài sắc hoặc làm rộng lỗ.

Gia công lỗ nhỏ với đường kính ∅1,5 mm cho vòi phun cao áp có năng suất cao từ 15 đến 30 giây mỗi chiếc, đồng thời thực hiện gia công lỗ sâu 60 mm với sai số chỉ 5 mm.

+Gia công hệ thống làm mát trong cánh tuabin làm bằng hợp kim siêu cứng, các lỗ sâu với tỉ số chiều dài trên đường kính lên đến 67 mm.

+Lấy các dụng cụ bị gãy và kẹp trong chi tiết (bulông, taro…).

+Gia công khuôn mẫu và các chi tiết cần độ chính xác cao bằng vật liệu hợp kim cứng…

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ GIA CÔNG EDM

Cấu tạo tổng quan của máy cắt dây EDM

Máy cắt dây tia lửa điện (EDM Wire Cutting) là thiết bị gia công sử dụng dây điện cực mảnh có đường kính từ 0.1mm đến 0.3mm, hoạt động liên tục theo hình dạng đã được lập trình sẵn Thiết bị này cho phép cắt chính xác các vật liệu bằng phương pháp tia lửa điện.

Hình 2.1: Cấu tạo tổng quan của máy cắt dây EDM [9]

- Trong đó có các cụm thiết bị chính gồm:

1.Phần đầu máy 7 Dẫn hướng bàn công tác.

2.Phần thân máy 8 Bể làm việc.

3.Bộ phận tạo góc nghiêng cắt 9 Thùng chứa và xử lý chất điện môi

4.Dẫn hướng dây trên 10 Bệ máy.

5.Lô quấn dây 11 Bảng điện.

6.Bàn công tác 12 Tủ điều khiển.

- Đặc điểm của phương pháp gia công cắt dây tia lửa điện:

-Kết cấu máy đơn giản.

-Có khả năng tự động hoá quá trình gia công, đơn giản, dễ vận hành.

Khi gia công vật liệu có chiều dày lớn hơn 100mm hoặc khi chất điện môi bị bẩn, việc bơm chất điện môi vào khu vực gia công trở nên khó khăn Để khắc phục, cần bơm chất điện môi với áp suất cao, nhưng điều này có thể gây ra rung động cho điện cực và làm giảm độ chính xác của chi tiết gia công.

Trong gia công bình thường, điện cực không thể sử dụng nhiều lần vì bị mòn, gây sai số trong quá trình cắt Để cải thiện độ chính xác, có thể sử dụng dây cắt một lần cho các chi tiết yêu cầu độ chính xác cao hoặc dây đã được phủ, mạ lớp đặc biệt để sử dụng nhiều lần.

Dây điện cực có kích thước nhỏ (0,1 - 0,3mm) thường có độ bền kéo thấp, khiến chúng dễ bị uốn cong trong quá trình gia công cắt, đặc biệt là khi cắt các chi tiết dày Hiện tượng này không chỉ ảnh hưởng đến độ chính xác gia công mà còn có thể dẫn đến đứt dây, gây sai số trong quá trình cắt và giảm năng suất.

Các chỉ tiêu công nghệ trong quá trình này chịu ảnh hưởng bởi các thông số như xung điện, hằng số vật liệu, độ dày của chi tiết gia công, tính chất của chất lỏng điện môi, loại vật liệu dây điện cực, cũng như hướng và tốc độ cuốn dây điện cực.

Độ chính xác khi gia công cắt dây EDM

- Nhóm sai số được xác định bởi các yếu tố công nghệ gồm có: +

Sai lệch đường kính điện cực so với đường kính danh nghĩa.

+ Sai số không vuông góc giữa điện cực và bề mặt chi tiết gia công + Sai số do chất điện môi bị bẩn.

+ Sai số do rung điện cực.

+Sai số do thay đổi khe hở hoặc thay đổi độ dẫn điện của môi trường giữa các điện cực (chất điện môi).

Bề rộng của rãnh cắt được xác định khi sử dụng dây có đường kính d np và khe hở một bên là a, theo công thức b = d np + 2a Trong đó, b là bề rộng của rãnh (mm), d np là đường kính của dây (mm), và a là khe hở một phía giữa dây điện cực và mặt rãnh (mm).

Khi gia công chi tiết dài hơn 30mm, rãnh giữa thường có bề rộng lớn hơn ở hai đầu, dẫn đến sai số hình dáng gọi là độ tang trông Để giảm thiểu sai số này, cần điều chỉnh dụng cụ theo đúng hướng kéo căng dây điện cực.

Độ chính xác của quá trình gia công bằng tia lửa điện bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, trong đó có các sai số ban đầu từ thiết bị đo, độ không thẳng, độ không vuông góc của các phương chuyển động, và sai số do rung Ngoài ra, độ cứng vững của hệ thống công nghệ và bàn kẹp cũng góp phần làm tăng tổng sai số Thông thường, các giá trị sai số này nằm trong những khoảng giá trị nhất định.

+Sai số kiểm nghiệm đến 0,03mm, rung động ngoài đến 0,02mm, thiết bị đo đến 0,005mm, độ không cứng vững của hệ dẫn dây đến 0,015mm.

+Sai số do biến dạng nhiệt của các chi tiết và các cụm của thiết bị là 0,035mm.

Sai số do biến dạng dãn dài của chi tiết gia công và bộ phận đo lường có thể đạt tới 0,006mm khi kích thước chi tiết dày 50mm Để giảm thiểu sai số này, có thể khởi động thiết bị chạy không tải và sử dụng quạt gió để làm mát, đặc biệt là trong điều kiện nhiệt độ ổn định.

Khi gia công chi tiết có chiều dày lớn, rãnh cắt ở giữa thường lớn hơn hai đầu do biến dạng dây điện cực, gây ra sai số hình dạng được gọi là "sai số dạng cạnh bên" Sai số này làm giảm độ chính xác của chi tiết, đặc biệt là với các rãnh dẫn hướng Để khắc phục, cần điều chỉnh bộ phận dẫn dây và tăng độ căng dây điện cực Ngoài ra, một số lỗi có thể xuất hiện vết cắt tại các điểm thoát dây hoặc góc trong của chi tiết, nguyên nhân dẫn đến những vết cắt này được phân thành ba nhóm chính.

+Nguyên nhân ngẫu nhiên phụ thuộc vào các thao tác máy.

Tình trạng thiết bị có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm khe hở trong vít me đai ốc, sự không đồng nhất trong các đường dẫn hướng của ụ và giá đỡ, độ căng dây không đạt yêu cầu, cũng như độ rộng rãnh không phù hợp với đường kính dây.

+ Dây điện cực bị mòn,

Độ căng dây của điện cực ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định của chế độ gia công, từ đó tác động đến năng suất và chất lượng sản phẩm Để tối ưu hóa năng suất và chất lượng, cần đặt độ căng dây điện cực ở mức tối đa mà dây có thể chịu đựng Điều này thường được thực hiện bằng cách điều chỉnh tốc độ cuốn dây lớn hơn tốc độ quay của các con lăn Nếu việc cuốn dây không được thực hiện đúng cách, sẽ dẫn đến mất ổn định về tốc độ và lực căng dây, ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình gia công cắt dây tia lửa điện.

-Các sai số cố hữu của profin trong cắt dây tia lửa điện:

Khi gia công cắt dây tia lửa điện, lực trong khe hở phóng điện nhỏ hơn so với các kỹ thuật cắt gọt thông thường, nhưng vẫn ảnh hưởng lớn đến độ chính xác gia công Các lực này có thể làm xê dịch dây khỏi vị trí, gây ra sai số Chúng được sinh ra từ trường tĩnh điện, trường điện từ, áp suất trong kênh plasma, bọt khí bốc hơi và dòng chảy của chất điện môi.

Trong gia công cắt thẳng, các lực được cân bằng bởi các lực chiều trục bên ngoài, do đó thường không gây ra sai số Tuy nhiên, khi thực hiện cắt góc, độ chính xác hình học có thể bị ảnh hưởng Sự khác biệt này được thể hiện rõ qua các hình vẽ so sánh tác động của các lực trong hai phương pháp cắt.

Hình 2.2: Sự cân bằng về lực khi cắt thẳng và sai số hình học khi cắt góc.[10]

Điện cực và vật liệu

-Yêu cầu của vật liệu:

Các vật liệu dẫn điện và dẫn nhiệt tốt có thể được sử dụng làm điện cực trong gia công tia lửa điện, nhưng để đạt hiệu quả kinh tế và cao, chúng cần phải đáp ứng một số yêu cầu nhất định.

Vật liệu cần có tính dẫn điện và dẫn nhiệt tốt để phục vụ cho quá trình gia công Đặc biệt, khả năng dẫn điện tốt là cần thiết để tạo ra điện cực, giúp phóng điện tạo vết cắt chính xác trên chi tiết Đồng thời, tính dẫn nhiệt tốt cũng rất quan trọng để đảm bảo khả năng tản nhiệt nhanh, từ đó giảm thiểu sai số trong quá trình gia công.

+ Có các tính chất nhiệt vật lý tốt như độ dẫn nhiệt, khả năng nhận nhiệt, có điểm nóng chảy và điểm sôi cao.

Độ bền ăn mòn cao là yếu tố quan trọng nhất trong gia công tia lửa điện, đảm bảo tính bền vững trong quá trình chế tạo Tiêu chuẩn này được thể hiện qua công thức về độ bền ăn mòn E.

: là hệ số dẫn nhiệt.

: là khối lượng riêng (g/mm 3 ). c: là nhiệt dung riêng (J/Kg 0 C). t m : là nhiệt độ nóng chảy của vật liệu ( 0 C).

Vật liệu cần có độ bền cơ học tốt, đảm bảo hình dáng hình học ổn định khi gia công bằng tia lửa điện Điều này bao gồm việc sở hữu ứng suất riêng nhỏ, hệ số dãn nở nhiệt thấp và độ bền kéo cao.

+Vật liệu điện cực giá phải rẻ và có tính gia công cao, dễ chế tạo.

- Các loại dây điện cực: Đặc tính của dây điện cực gồm:

+Đường kính dây: thường dùng loại dây có đường kính d = (0,1 - 0,3)mm.

Vật liệu dây được chọn tùy thuộc vào loại gia công, với các lựa chọn phổ biến như đồng, đồng thanh, môlipđen volfram và dây có lớp phủ Các dây có lớp phủ thường có độ bền kéo cao và khả năng thoát nhiệt tốt Chẳng hạn, dây HSW-25X có lõi bằng đồng thau (CuZn30) và lớp oxít kẽm, mang lại độ bền kéo từ 750 - 790 N/mm² và khả năng thoát nhiệt hiệu quả Đặc biệt, khi gia công các chi tiết dày, cần đảm bảo độ căng dây lớn để giảm sai số hình học do độ trùng dây gây ra.

Vì vậy, cần phải nghiên cứu và ứng dụng các loại dây cho thích hợp với điều kiện sản xuất và đảm bảo các điều kiện kinh tế.

Chất lượng bề mặt khi gia công bằng EDM

Trong quá trình gia công cắt dây bằng tia lửa điện, khi xem xét mặt cắt vuông góc với dây điện cực tại mặt phẳng cắt, có thể nhận thấy sự tồn tại đồng thời của hai kiểu khe hở phóng điện.

+ Khe hở phóng điện mặt trước g f

+ Khe hở phóng điện mặt bên g ls

Hình 2.3: Khe hở phóng điện trong gia công cắt dây tia lửa điện.[11]

Mặt bên sau gia công thường không đồng đều do vật liệu bị chảy lỏng ở khe hở phía trước, dẫn đến sự xuất hiện của các bọt khí và phần tử vật liệu phoi dính vào bề mặt Đây là một yếu tố quan trọng gây ra độ nhám bề mặt Đặc biệt, giá trị độ nhám bề mặt phụ thuộc nhiều vào cường độ dòng điện; dòng điện càng lớn thì độ nhám càng tăng.

Các thông số về điện trong điều khiển máy cắt dây tia lửa điện

2.5.1 Dòng phóng tia lửa điện I e và bước của dòng điện

Dòng phóng tia lửa điện I e có tác động mạnh mẽ đến chất lượng bề mặt và năng suất hớt vật liệu Khi dòng I e tăng cường, lượng vật liệu bị hớt sẽ lớn hơn, đồng thời độ nhám bề mặt cũng gia tăng, dẫn đến độ bóng bề mặt giảm.

Bước của dòng điện và độ mòn của điện cực có mối liên hệ chặt chẽ, ảnh hưởng lớn đến hiệu suất hoạt động của hệ thống Sự kết hợp giữa các vật liệu điện cực và bước dòng điện quyết định độ mòn của điện cực, từ đó ảnh hưởng đến tuổi thọ và hiệu quả sử dụng Việc tối ưu hóa các yếu tố này là cần thiết để nâng cao hiệu suất và độ bền của thiết bị.

Thời gian giữa hai lần đóng của máy phát trong cùng một chu kỳ phóng điện được xác định bằng công thức t i = t d + t e, trong đó t d là thời gian trễ đánh lửa và t e là thời gian phóng tia lửa điện Độ kéo dài xung có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất hoạt động của hệ thống.

+Lượng hớt vật liệu (năng suất).

+Độ nhám bề mặt gia công.

Khoảng thời gian giữa hai lần ngắt-đóng của máy phát trong chu kỳ phóng điện liên tiếp được gọi là t 0 Khoảng cách xung t 0 thường được lựa chọn để thể hiện một tỷ lệ nhất định so với độ kéo dài xung.

Khoảng cách xung t₀ càng lớn thì lượng hớt vật liệu Wₑ càng nhỏ, nhưng t₀ cần đủ lớn để chất điện môi có thời gian thôi ion hóa và loại bỏ các phoi bị ăn mòn khỏi vùng có tia lửa điện Nguyên tắc chọn khoảng cách xung là rất quan trọng trong quá trình này.

+Chọn t 0 đủ nhỏ để có thể hớt được một lượng vật liệu phôi lớn.

+Chọn t 0 đủ lớn để tránh các lỗi của quá trình.

Dùng điện áp đánh lửa U i để khởi đầu sự phóng tia lửa điện Cùng bước của dòng điện, U i có ý nghĩa quyết định tới chiều rộng khe hở phóng điện.

Các yếu tố U i, I e, t i, t 0 chỉ ảnh hưởng đến quá trình phóng tia lửa điện, trong khi lượng phôi được bóc đi phụ thuộc vào khe hở phóng điện Điều quan trọng là duy trì khe hở tối ưu, và điều này được thực hiện thông qua việc kiểm soát khe hở phóng điện.

Để xác định khe hở phóng điện, người ta tiến hành đo điện áp phóng điện U e Sự gia tăng của U e cho thấy khe hở phóng điện cũng tăng theo, và ngược lại, nếu U e giảm, khe hở phóng điện sẽ giảm.

Điện áp khe hở (U e) và khe hở phóng điện đóng vai trò quan trọng trong quá trình điều chỉnh Để giữ cho chiều rộng khe hở phóng điện ổn định, cần điều chỉnh điện áp khe hở giữa điện cực và phôi.

+Năng lượng phóng tia lửa điện: W e = U e I e t e (Trích công thức 2.4) [1]

Khi vận hành máy, các thông số như U i, I e, t i, t o được lựa chọn phù hợp với nhu cầu gia công Hệ điều khiển tự động điều chỉnh khe hở để tương thích với dòng điện và U z theo lý thuyết Tuy nhiên, trong thực tế, để gia công các rãnh sâu, khe hở phóng điện cần lớn hơn một chút so với lý thuyết, nhằm đảm bảo các phoi bị ăn mòn có thể được thổi ra khỏi khe hở phóng điện Do đó, khe hở phóng điện thường được đặt trước khi gia công.

Các vấn đề liên quan đến điện cực

2.6.1 Yêu cầu của vật liệu điện cực.

Tất cả các vật liệu dẫn điện và dẫn nhiệt đều có thể được sử dụng làm điện cực, tuy nhiên để đảm bảo tính kinh tế và hiệu quả, chúng cần phải đáp ứng yêu cầu về khả năng dẫn điện tốt.

+ Có các tính chất nhiệt vật lý tốt như độ dẫn nhiệt, khả năng nhận nhiệt, có điểm nóng chảy và điểm sôi cao.

Vật liệu điện cực cần có tính gia công tốt, nghĩa là dễ dàng chế tạo Đồng thời, nó cũng phải có giá thành hợp lý và khối lượng riêng nhỏ, giúp sản xuất các điện cực lớn mà không làm tăng trọng lượng, ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của máy.

2.6.2 Các loại vật liệu điện cực.

Người ta phân biệt ba nhóm vật liệu điện cực:

+ Nhóm vật liệu kim loại: Đồng điện phân, đồng-volfram, bạc-volfram, đồng thau và thép.

+Nhóm vật liệu phi kim loại: Graphit.

+Nhóm vật liệu pha trộn kim loại- phi kim loại: Đồng- graphit.

Các vật liệu như thép, volfram, nhôm, molipđen và hợp kim cứng thường chỉ được sử dụng làm điện cực trong những ứng dụng đặc biệt Bài viết này sẽ khám phá một số vật liệu điện cực phổ biến nhất trong gia công tia lửa điện.

Trong nhóm vật liệu kim loại, thường dùng đồng điện phân và đồng- volfram. Sau đây là một số vật liệu thông thường dùng làm điện cực:

+ Đồng điện phân: Đồng điện phân chứa ít nhất 99,92% Cu và tối đa 0,005% O 2

Khối lượng riêng của đồng điện phân là 8,9 g/cm³, với điểm nóng chảy đạt 1083 °C và điện trở riêng là 0,0178 Ωmm²/m Đồng điện phân là vật liệu lý tưởng cho gia công thép, có thể được sử dụng nhiều lần cho cả gia công thô và gia công tinh Quá trình gia công đồng điện phân tương đối dễ dàng, mặc dù phức tạp hơn so với graphit Để đảm bảo hiệu quả gia công, cần khử ứng suất nội cho điện cực đồng điện phân nhằm tránh biến dạng do giải phóng ứng suất trong quá trình gia công tia lửa điện.

+Điện cực đồng điện phân có độ hớt vật liệu cao và độ mòn nhỏ Nhược điểm:

+Điện cực bằng đồng điện phân nặng và có độ dãn nở vì nhiệt lớn.

+Điện cực bằng đồng điện phân dễ bị biến dạng nên khi làm các điện cực mảnh dẻ thì điện cực không ổn định về hình dáng.

+Đồng-volfram gồm (65 - 80)% W, còn lại là đồng.

Điện cực bằng đồng-volfram có độ bền mòn cao nhờ sự hiện diện của volfram và tính dẫn điện tốt nhờ đồng Chất lượng bề mặt gia công tia lửa điện của điện cực này tương đương với điện cực đồng điện phân, nhưng có độ bền cao hơn Đồng-volfram cũng có khả năng hớt vật liệu tốt hơn so với đồng điện phân, mặc dù tính gia công kém hơn.

Nhược điểm lớn của đồng- volfram là khối lượng riêng lớn và giá thành cao nên kích thước của điện cực bị giới hạn.

+ Graphit là cacbon tinh khiết với 0,1% tro.

+ Độ bền gẫy: (200 - 700) kg/cm 2

Graphit có cấu trúc gốm, mang lại độ bền hình dáng-nhiệt cao và khả năng chịu nhiệt tốt Nó rất thích hợp cho gia công thép, đặc biệt khi sử dụng graphit làm cực dương, sẽ giảm thiểu độ mòn so với đồng Trong quá trình điện phân với đồng, việc tăng cường độ phóng điện thường dẫn đến sự mòn cao hơn của điện cực Ngược lại, với graphit, sự mòn điện cực giữ ổn định ngay cả khi tăng cường độ phóng tia lửa điện, chỉ thay đổi khi dòng phóng tia lửa vượt quá 200A.

+Graphit có thể được gia công cơ một cách rất dễ dàng, và được chế tạo nhanh hơn đồng 10 lần.

+Do khối lượng riêng thấp nên graphit trở thành vật liệu lý tưởng để làm các điện cực lớn.

+Graphit có độ bền nhiệt cực kỳ cao, không bị nóng chảy ngay cả ở 36000 °C.

+Graphit có độ bền xung nhiệt.

+Graphit có tính dẫn điện tốt, độ dẫn điện là 10 S/m.

+Graphit có độ dẫn nhiệt cao hơn nhiều kim loại.

+Độ giãn nở nhiệt rất thấp, bằng 3.10 -6 /K và chỉ bằng 1/6 độ giãn nở nhiệt của đồng điện phân 17.10 -6 /K.

Dưới tác động của nhiệt trong quá trình gia công tia lửa điện, các điện cực graphit vẫn duy trì hình dạng của chúng, ngay cả khi có thiết kế mỏng và phức tạp Tuy nhiên, vẫn tồn tại một số nhược điểm cần xem xét.

+Graphit dòn, làm yếu đôi chút quan hệ mài mòn ở góc điện cực.

+Graphit không thích hợp khi gia công tinh, do đạt độ nhám thấp Graphit có độ hạt càng nhỏ thì càng đắt.

Khối lượng riêng: (2,4 - 3,2) g/cm 3 Điện trở riêng: (3 - 5) Ωmm 2 /m. Độ bền gẫy: (700 - 900) kg/cm 2

Chú ý 1: Điện cực đồng gia công hợp kim siêu cứng.

“+” Điện cực sử dụng để cắt thô.

“-” Điện cực sử dụng để cắt tinh.

Chú ý 2: Điện cực Graphit gia công thép.

“+” Điện cực sử dụng với kiểu làm khuôn lỗ.

“-” Điện cực sử dụng với kiểu làm khuôn cắt đứt.

CẤU TẠO MÁY CẮT DÂY EDM

Giới thiệu

Các thành phần cơ bản tạo nên một máy cắt dây khá khác so với những máy xung định hình.

Máy cắt dây với bàn làm việc cố định cho phép phôi di chuyển theo hai phương X-Y, trong khi các dây điện cực được giữ ở vị trí cố định Bàn máy được điều khiển bởi động cơ servo thông qua hệ thống CNC Để gia công chính xác, cần chú ý đến hệ thống dịch chuyển, bao gồm các hướng dẫn dây trên và dưới, cơ chế căng dây, và tình trạng của dây.

Việc cung cấp dây với nhiều kiểu dáng khác nhau phụ thuộc vào thiết kế và vật liệu Người điều khiển cần đánh giá khả năng gia công của các loại dây để đảm bảo độ chính xác cao trong suốt thời gian sử dụng.

Bài viết đề cập đến hai bộ phận quan trọng không có trong hình 3.1, bao gồm bộ phát tia lửa điện với dây điện cực và các cơ chế nâng cao để điều chỉnh khoảng cách giữa các hướng dẫn dây, giúp máy cắt dây hoạt động hiệu quả với các chiều cao phôi khác nhau Để đảm bảo hiệu suất gia công, các điểm tiếp xúc điện cần được giữ sạch sẽ, vì bụi bẩn có thể gây ra nhiều vấn đề trong quá trình hoạt động.

Dây dẫn đầu có thể điều chỉnh chiều cao phôi, trong khi dây dẫn dưới được cố định gần đáy phôi Cần kiểm tra định kỳ dây cắt và đảm bảo chúng luôn sạch sẽ; nếu không, điện cực có thể bị mòn hoặc bẩn, dẫn đến gia công không chính xác và máy hoạt động không ổn định Hướng dẫn trên của cơ chế nâng cao cần được thiết lập chính xác để tránh tiếp xúc với bề mặt phôi trong quá trình hoạt động.

Cơ cấu máy cắt dây

Một hệ thống dây EDM gồm bốn thành phần chính :

 Bộ phận điều khiển (CNC )

 Nguồn cung cấp: Cung cấp năng lượng cho các tia lửa điện

 Hệ thống điện môi: Các hồ chứa nước, nơi lọc, điều kiện của nước (điện trở suất / dẫn ) và nhiệt độ của nước được cung cấp và duy trì.

 Phần Cơ: Bàn làm việc, đơn vị côn, và cơ chế ổ dây

Hình 3.2: Cấu tạo cơ bản máy cắt dây [13]

Máy cắt dây được trang bị module khép kín nhằm bảo vệ các thành phần điện tử khỏi sự tiếp xúc với chất điện môi Khu vực làm việc và vị trí cung cấp dây đều có cửa bảo vệ, trong khi quá trình gia công thường có cửa sổ để quan sát phôi trong chu kỳ đánh điện Tuy nhiên, với tỷ lệ chất điện môi chảy cao, việc quan sát quá trình gia công trở nên khó khăn do khối lượng chất lỏng che khuất tầm nhìn Hệ thống máy tính điều khiển theo dõi tất cả các điều kiện gia công và thường hiển thị trực quan các hình dạng được gia công.

Máy cắt dây hỗ trợ gia công trên hai, bốn và năm trục, bao gồm các trục X, Y, U, V và Z Trong quá trình hoạt động, trục X và U song song với nhau, trong khi trục Y và V cũng song song Trục Z vuông góc với cả trục X-U và Y-V, tạo ra sự linh hoạt trong các ứng dụng gia công.

Trục V của máy cắt dây được thiết kế để bù đắp từ vị trí thẳng đứng, cho phép gia công các bề mặt theo chiều dọc trên phôi Khi trục U và V định vị chính xác, dây dẫn đầu sẽ được đặt trực tiếp trên dây dẫn phía dưới, đảm bảo hiệu quả cắt tối ưu.

Trục Z có thể được điều khiển bằng tay hoặc máy tính, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định vị trí các dây dẫn gần bề mặt phôi Việc xác định chính xác vị trí dây dẫn đầu là cần thiết để đảm bảo lưu lượng chất điện môi thích hợp vào khu vực sinh lửa, giúp loại bỏ EDM-chip hiệu quả Điều chỉnh trục Z cần thiết trong suốt chu kỳ làm dấy lên khi có sự thay đổi đường viền bề mặt phôi, nhằm tránh hư hỏng cho các bộ phận do va chạm.

Các bộ phận chính này bao gồm máy công cụ, nguồn cung cấp điện, đơn vị điện môi, và kiểm soát máy tính.

Máy tính điều khiển toàn bộ chuyển động của máy cắt dây, cho phép thiết lập hoạt động thông qua hướng dẫn sử dụng Hệ thống thông tin phản hồi trên các trục điều khiển cung cấp vị trí chính xác của từng bộ phận, giúp máy tính thực hiện các yêu cầu gia công một cách chính xác Mỗi nhà sản xuất đều cung cấp hệ thống thông tin phản hồi riêng biệt để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.

Các máy công cụ bao gồm các đơn vị dây nguồn cấp dữ liệu, giúp điều khiển tốc độ dây khi đi qua các khu vực đánh điện Tốc độ quá chậm có thể dẫn đến xói mòn dây do tia lửa, trong khi tốc độ quá nhanh gây lãng phí Ngoài việc kiểm soát tốc độ, dây cũng cần được giữ căng và thẳng để tránh tình trạng bi chùng lại, gây khó khăn trong quá trình gia công.

Máy cắt dây yêu cầu nguồn cung cấp điện khác biệt so với máy gia công bằng xung định hình, với sự cần thiết của máy tính để giám sát toàn bộ quy trình hoạt động Do đó, các bộ phận điện tử thường được lắp ráp chung vào một tủ để đảm bảo tính đồng bộ và hiệu quả trong vận hành.

Hình 3.3: Hệ thống cung cấp điện và hệ thống điều khiển [13]

Hệ thống máy tính điều khiển là yếu tố quan trọng trong gia công máy cắt dây, đảm bảo cung cấp điện cho các động cơ servo và hệ thống điện môi Việc điều khiển điện có thể thực hiện từ bảng điều khiển hoặc tích hợp trong hệ thống máy tính Thời gian tự động bật/tắt và cường độ có thể được nhập trực tiếp hoặc lập trình sẵn thông qua thiết bị lưu trữ máy tính.

Hoạt động của động cơ Servo được điều khiển bằng phần mềm máy tính, không phải bằng bộ phận lắp ráp riêng biệt Gia công trên máy cát dây thường yêu cầu bốn trục gia công đồng thời, với mỗi trục được theo dõi riêng dưới sự kiểm soát của máy tính Các dây đi qua cũng cần được theo dõi và điều chỉnh để duy trì khoảng cách điện áp chấp nhận giữa các dây điện cực và phôi Khi điện áp phát ra tia lửa giảm xuống dưới mức chấp nhận, máy tính sẽ làm chậm tốc độ dây để tăng khoảng cách tia lửa và điện áp Ngược lại, nếu điện áp tăng lên trên mức bình thường, máy tính sẽ tự động tăng tốc độ dây để duy trì khoảng cách hiệu quả.

Hệ thống cung cấp điện được đánh giá qua ampe kế, với các yếu tố như điện cực, đường kính, vật liệu và độ dày của phôi Năng lượng tia lửa được xác định dựa trên thời gian mở và giá trị ampe cao điểm Cài đặt thời gian mở/đóng tia lửa và đỉnh ampe kế được thiết lập cho từng ứng dụng, dựa trên dữ liệu từ các nhà sản xuất máy tính.

Hệ thống điều khiển máy tính là phần quan trọng nhất của máy cắt dây, vì vậy các thợ máy cần nắm vững cách sử dụng công tắc ngắt dòng điện Trong trường hợp xảy ra tình huống bất thường, thợ máy phải có khả năng dừng hoạt động kịp thời để đảm bảo an toàn cho nhân viên và tránh hư hỏng cho máy móc.

Việc lắp ráp nguồn điện cho máy móc yêu cầu một hệ thống điện để kết nối với đầu vào AC Hệ thống này có thể được tách biệt khỏi nguồn điện và lắp đặt trên máy hoặc một bộ phận của máy Để đảm bảo an toàn, hệ thống nên bao gồm một bộ chuyển mạch chủ, giúp ngắt kết nối tất cả dòng điện khi thực hiện bảo trì.

3.2.3 Chất điện môi và bộ lọc

Máy cắt dây được thiết kế với một tính năng quan trọng nhằm bảo vệ các thành phần kim loại khỏi tác động ăn mòn của nước khử ion Do đó, các bộ phận tiếp xúc với nước này thường được chế tạo từ thép không gỉ để đảm bảo độ bền và hiệu suất hoạt động.

Hình 3.4: Hệ thống điện môi ion hóa nước điển hình [14]

Việc cung cấp chất điện môi cần phải tương thích với các chất ăn mòn trong môi trường nước khử ion Các thiết bị như hồ chứa, máy bơm, ống nước và bộ lọc phải hoạt động hiệu quả trong điều kiện này Chất điện môi dùng trong máy cắt dây cần phải lọc các tia lửa và sản phẩm phụ từ nước khi trở về hồ chứa Ngoài việc lọc, nước cũng cần được xử lý để loại bỏ các thành phần hòa tan trước khi sử dụng làm chất điện môi EDM Mặc dù nước khử ion hóa là một chất điện môi, nhưng nó có thể nhanh chóng trở thành chất dẫn điện do hòa tan vật liệu trong quá trình đánh điện Để phục hồi nước về mức độ tinh khiết chấp nhận được, nước được truyền qua thùng nhựa nhằm loại bỏ các chất hòa tan và khử ion hóa.

Nước đã qua sử dụng từ các máy công cụ được trả lại cho các hồ chứa chất điện môi mà không qua lọc Trong bể chứa, nước được tách ra thành hai phần: nước lọc và nước khử ion Nước không lọc được bơm qua các bộ lọc để loại bỏ chất rắn và mảnh vụn trước khi vào bể nhựa Các bể chứa nước lọc và khử ion được trang bị cảm biến để theo dõi độ dẫn điện của nước Nếu độ dẫn điện thay đổi đến mức không chấp nhận được, một cảnh báo sẽ hiển thị trên màn hình máy tính và chu kỳ đánh điện sẽ không thể bắt đầu cho đến khi vấn đề được khắc phục.

Hệ thống tia lửa trong quá trình gia công

3.3.1 Tia lửa xảy ra ở điểm gần nhất

Điện có xu hướng di chuyển theo những con đường ngắn nhất đã được thiết lập, và đặc điểm này đóng vai trò quan trọng trong việc áp dụng các nguyên tắc cơ bản của máy gia công bằng tia lửa điện.

Các bề mặt của điện cực và phôi có thể trông rất mịn màng khi kiểm tra bằng mắt thường, nhưng thực tế chúng được hình thành từ nhiều nhấp nhô nhỏ Những nhấp nhô này ảnh hưởng đến sự xuất hiện của tia lửa điện.

Khi các điện cực và phôi được đặt ở khoảng cách thích hợp, các đỉnh của chúng sẽ có bề mặt mở rộng hơn so với các thung lũng, trở thành những điểm phát sinh tia lửa điện Trong số các đỉnh này, sẽ có một đỉnh điện cực và một đỉnh phôi cao gần nhau nhất, tạo ra khoảng cách ngắn nhất cho dòng điện chảy qua Do đó, tia lửa sẽ xuất hiện tại các điểm đỉnh này Hình 3.6 minh họa sự hình thành tia lửa giữa các đỉnh núi gần điện cực và phôi.

Bề mặt của các điện cực và phôi trong hình 3.6 có vẻ thô ráp, cho thấy rằng tất cả các bề mặt hoàn thiện đều không đồng đều Điều này cho thấy sự hiện diện của các "đỉnh núi" trên bề mặt.

Những thay đổi nhỏ về kích thước trong "thung lũng" cho phép các tia lửa điện hình thành giữa các đỉnh gần nhau, dẫn đến sự xuất hiện của tia lửa tiếp theo tại một vị trí cụ thể.

Hình 3.6: Minh họa cho điểm gần nhất [13]

3.3.2 Các loại nguồn cung cấp năng lượng

Máy EDM hoạt động dựa trên các loại tia lửa khác nhau, phụ thuộc vào mạch điện tử được cung cấp Tia lửa này thường được tạo ra từ hai loại nguồn cung cấp điện chính.

 Cung cấp điện từ điện trở - tụ điện.

Các tia lửa được tạo ra từ điện trở - tụ điện (R - C) và cung cấp điện xung có sự khác biệt rõ rệt, mặc dù không dễ nhận biết chỉ bằng cách quan sát các điện cực Để hiểu rõ hơn về máy gia công bằng tia lửa điện, việc hình dung một tia lửa trong tâm trí là rất quan trọng Từ góc độ kỹ thuật, hình ảnh này tương tự như hình ảnh của một tia lửa trên dao động, với tia lửa được mô tả như một dạng sóng, giúp các kỹ sư thiết kế nhận diện và phân loại các loại tia lửa đang sử dụng.

Mô tả các dạng sóng cho R – C và nguồn cung cấp xung điện được trình bày chi tiết trong tài liệu máy phát điện Hiện tại, có thể khẳng định rằng R -

Dạng sóng cung cấp điện C có độ phức tạp cao hơn so với các dạng sóng xung điện Để dễ hình dung, các dạng sóng xung điện thường được sử dụng vì tính đơn giản và dễ hiểu của chúng.

3.3.3 Nguồn cung cấp dạng sóng

Các nguồn cung cấp năng lượng dạng sóng hoạt động như một bức tranh mô tả quá trình bật và tắt của tia lửa Nhà thiết kế máy cắt dây chú ý đến thời gian tia lửa bật và tắt Để đơn giản hóa sơ đồ điện tử phức tạp, người ta thường sử dụng một bóng đèn bật và tắt để minh họa cho quá trình này.

Các dạng sóng được biểu diễn qua đồ thị, với các đường tham chiếu ngang cho thấy không có dòng điện chạy qua Các đường thẳng đứng chỉ ra thời gian gốc, và tại một số điểm, khi ánh sáng bật lên, dòng điện bắt đầu chảy và bóng đèn phát sáng Thời điểm này được biểu diễn bằng các đường thẳng đứng xuất phát từ "công tắc đóng" Mặc dù trong lý thuyết, các đường này vuông góc với dòng thời gian, nhưng thực tế, chúng không hoàn toàn vuông góc do thời gian cần thiết cho dòng điện từ trạng thái không đến mức hoạt động là rất nhỏ.

Khi dòng điện đạt đến mức độ hoạt động, nó duy trì trạng thái đó cho đến khi công tắc đèn được tắt Ánh sáng sẽ vẫn sáng cho đến khi công tắc được bật OFF Khi công tắc tắt, dòng điện trở về mức không và ánh sáng tắt Thời gian cần thiết để dòng điện giảm từ trạng thái hoạt động về không rất ngắn, nên không thể nhận thấy được.

Khi quan sát dạng sóng của dây tóc bóng đèn khi bật hoặc tắt, chúng ta sử dụng sơ đồ hình vuông hoặc hình chữ nhật Dạng sóng này có hình dạng giống như một làn sóng vuông, và nó là dạng sóng đặc trưng cho nguồn cung cấp điện Thời gian bật và tắt của tia lửa điện cũng là một yếu tố quan trọng trong việc phân tích dạng sóng này.

Một bóng đèn điện bật ON và OFF tạo ra sóng vuông, nhưng không phản ánh chính xác điều kiện đánh điện Ánh sáng có thể duy trì lâu trước khi tắt, gây ra tình trạng không mong muốn cho EDM khi phát ra tia lửa Thực tế, quá trình gia công cần bật ON và OFF hàng ngàn lần mỗi giây để đảm bảo hiệu quả tối ưu.

Thời gian bật và tắt của các tia lửa được thiết lập trong khoảng micro giây, với một micro giây tương đương một phần triệu giây Thông thường, thời gian bật và tắt nằm trong khoảng từ 1 đến 250 micro giây Khi sử dụng thiết lập với thời gian bật và tắt bằng nhau, khả năng tạo ra từ 2.000 đến 500.000 tia lửa mỗi giây sẽ được đạt được.

Hệ thống tùy động của máy cắt dây

Các động cơ điện là hệ thống quan trọng trong máy cắt dây, với điện cực luôn là dây, do đó kích thước và trọng lượng của động cơ không phải là yếu tố chính Hệ thống này cần di chuyển điện cực dây qua một lộ trình đã được lập trình sẵn, sử dụng nhiều động cơ servo để tạo hình cho phôi Để thực hiện điều này, máy tính được lập trình để điều khiển nhiều trục và đảm bảo vị trí chính xác của dây điện cực khi nó di chuyển qua các phôi trong quá trình gia công Hình 3.7 minh họa cơ bản về hệ thống servo đa trục.

Tốc độ của hệ thống tùy động máy cắt dây được điều khiển bởi máy tính, với tốc độ được cài đặt trước Hệ thống liên tục theo dõi tốc độ dây đi qua để so sánh giữa điện cực và phôi, từ đó lập trình điện áp tham chiếu Khi điện áp tới phôi lớn hơn, tốc độ dây sẽ tự động tăng, giúp điện cực gần hơn với phôi Ngược lại, nếu điện áp tới phôi thấp hơn, tốc độ sẽ giảm để duy trì khoảng cách ổn định giữa điện cực và phôi, qua đó nâng điện áp tới phôi lên mức lập trình.

Hệ thống tùy động của máy cắt dây hoạt động dựa trên dữ liệu từ các thợ máy hoặc lập trình viên, được cung cấp cho máy tính Để phục vụ cho các ứng dụng đặc biệt, dữ liệu cần thiết được nhập vào nhằm xác định các thông số sử dụng Các dữ liệu thực hiện theo yêu cầu của máy tính bao gồm nhiều hạng mục khác nhau.

 Vật liệu phôi, loại và độ dày.

 Vật liệu điện, loại, đường kính.

 Bề mặt được sản xuất.

 Mức độ chính xác cần thiết trong các hình thức phôi gia công.

Với dữ liệu đầu vào cần thiết, máy tính tự động tạo ra một tập hợp các thông số gia công Những thông tin này được sử dụng để tiến hành gia công các chi tiết, trừ khi có sự can thiệp hoặc lập trình lại từ các thợ máy Các thông tin này được cung cấp từ các cơ sở dữ liệu máy tính.

 Cường độ dòng điện gia công.

 Điện áp và điện cực.

 Thời gian tia lửa ON và OFF.

 Tốc độ động cơ servo đi qua.

 Tốc độ dây đi từ các cuộn cung cấp.

Hình 3.7: Thể hiện các trục và hệ thông tùy động [13]

TÍNH TOÁN CÁC CƠ CẤU TRONG MÁY CẮT DÂY CNC

Tìm hiểu hệ dẫn động bàn máy CNC

2 – Hộp giảm tốc hai cấp răng trụ răng thẳng.

Khi động cơ nhận tín hiệu điều khiển, nó truyền momen đến hộp giảm tốc hai cấp, nơi hệ thống bánh răng giảm tốc độ góc và tăng momen xoắn Momen sau đó được chuyển giao đến cơ cấu vít me đai ốc bi, biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến, nhờ lực dọc trục tác động lên bàn máy, khiến nó dịch chuyển một lượng tương ứng.

Hệ dẫn động có thể được chia thành ba phần chính: động cơ, hộp giảm tốc và cơ cầu chấp hành, cụ thể là vít me đai ốc.

Để đạt được tốc độ chạy nhanh mà không cần cắt gọt ở mức trung bình cho máy cắt dây, động cơ bước là sự lựa chọn tối ưu nhờ vào momen xoắn ổn định khi truyền tải ở vận tốc trung bình và thấp Động cơ này còn cho phép điều khiển góc quay chính xác theo từng dải xung và có ưu điểm là dễ dàng lắp đặt và thay thế hơn so với động cơ servo.

Hình 4.2: Động cơ bước 75BC340-00.

Bảng 4.1 Thông số động cơ

Mác động Nhà sản Góc Điện Momen cấp độ

Số pha bước xoắn momen dòng cơ xuất áp (V)

Hình 4.3: Biểu đồ momen động cơ bước theo dải xung.

Khi điều khiển động cơ bằng cách truyền một xung, động cơ sẽ quay một góc 1.5º Để hoàn thành một vòng quay 360º với góc bước 1.5º mỗi xung, tổng số tín hiệu S cần thiết để động cơ thực hiện một vòng quay là 240 tín hiệu.

Theo biểu đồ, động cơ bước có thể duy trì momen 0.4 Nm trong dải tần từ 0 đến 2000 Hz, tức là bộ điều khiển đạt tối đa 1000 Hz trong một giây Do đó, số vòng quay tối đa của động cơ trong một giây là rất quan trọng để xác định hiệu suất hoạt động của nó.

Theo công thức 3.4 trang 86 [1], công suất của động cơ:

P – công suất động cơ, kW. n – Số vòng quay động cơ vg/ph.

T – Momen xoắn động cơ, Nmm.

Bảng 4.2 Thông số động cơ

Công suất động cơ P Số vòng quay động cơ n Momen xoắn động cơ T

4.1.2 Tính toán cơ cấu vít me đai ốc bi.

Cơ cấu vít me bi là một thành phần quan trọng trong các máy gia công chính xác, nhờ vào khả năng chuyển đổi hiệu quả từ chuyển động quay sang chuyển động tịnh tiến một cách êm ái Với tuổi thọ cao và độ chính xác vượt trội, vít me bi được ưa chuộng trong nhiều ứng dụng Tuy nhiên, việc gia công vít me đai ốc bi lại đòi hỏi kỹ thuật phức tạp và chi phí đầu tư cao.

Hình 4.3a Bộ truyền vít me đai ốc bi – hình ảnh trích từ trang 168 [4].

GVHD : Th.S Hoàng Long Vương – Th.S Nguyễn Hữu Quân 43

Bảng 4.3 Số liệu thiết kế cơ cấu vít me đai ốc bi

Lực dọc trục Fa, N Hành trình bàn máy S, mm

Tra phụ lục 1.5, Cơ tính các loại thép hợp kim theo GOST, trang 387 [6], ta chọn vật liệu làm vít và đai ốc lần lượt như sau:

Bảng 4.4a Vật liệu làm vít

Mác vật liệu HRC b , MPa ch , MPa

Bảng 4.4b Vật liệu làm đai ốc

Mác vật liệu HRC b , MPa ch , MPa

12CrNi3Ar 63 900 700 b, Chọn các thông số cho bộ truyền. Đường kính trong 1 của ren được xác định sơ bộ theo độ bền kéo ( hoặc nén) bởi công thức 8.19 trang168 [4]: d ≥ √ 4.1,3 = √ 4 1,3 8000 = 13,561

: Giới hạn chảy của vật liệu,

GVHD : Th.S Hoàng Long Vương – Th.S Nguyễn Hữu Quân 44 Đường kính bi xác định theo d b = (0.08…0.15) d 1 = 0,15 13,561 = 2,4 mm. Bước vít = + (1 … 5) = 2,4 + 1,6 = 4

Bán kính rãnh lăn 1 lớn hơn đường kính bi một lượng 3 -5 % : 1 = 2,5

Khoảng cách từ tâm rãnh lăn đến tâm bi xác định theo công thức trang 168 [4].

= 2,4 – Đường kính bi. β = 45 º - góc tiếp xúc, nên chọn β ≈ 45 º để độ cứng dọc và khả năng tải của vít tăng.

Chiều sâu của profin ren: ℎ 1 = (0.3 … 0.35) = 0,3 2,4 = 0.72 mm.

Hình 4.4: Bán kính rãnh lăn ( Trang 168 [4] ) Đường kính vòng tròn qua các tâm bi:

= 1 + 2( 1 – C) = 30,56 + 2(2,5 – 0,9) = 33,76 mm. Đường kính trong của đai ốc:

1 = + 2( 1 – C) = 33,76 + 2(2,5 – 0,9) = 36,96 mm. Đường kính ngoài của đai ốc:

Chọn số vòng ren làm việc k=1, khi đó số bi làm việc:

GVHD : Th.S Hoàng Long Vương – Th.S Nguyễn Hữu Quân 45 π D tb K π 33,76.1

D tb = 33,76 đường kính vòng tròn qua các tâm bi. d b = 2,4 – đường kính bi.

K=1- số vòng bi làm việc.

Chọn 43 bi, khi đó < 65 , thỏa mãn điều kiện.

Xác định khe hở hướng tâm:

Hình 4.5: Sơ đồ xác định khe hở hướng tâm - Trang 168 [4].

Xác định khe hở tương đối:

Xác định góc ma sát lăn thay thế:

GVHD : Th.S Hoàng Long Vương – Th.S Nguyễn Hữu Quân 46

= 0,006 : Hệ số ma sát lăn thay thế. c, Tính kiểm nghiệm về độ bền.

Tải trọng riêng dọc trục được xác định theo công thức trang 169 [4] : q a = F a

Z b = 43 bi. d b = 2,4 mm là đường kính bi. λ = 0,8 Hệ số phân bố tải trọng không đều cho các viên bi.

Hình 4.6: Đồ thị xác định ứng suất lớn nhất σmaxmax – trang 170 [4].

GVHD : Th.S Hoàng Long Vương – Th.S Nguyễn Hữu Quân 47

Từ khe tương đối đã chọn và tải trọng riêng dọc trục, theo đồ thị hình 3.6 ta có ứng suất lớn nhất: σmax max = 4000MPa ≤ [σmax max ] = 8000MPa

Với [σmax max ] = 5000 MPa và mặt làm việc đạt dộ rắn HRC > 53 đối với vít và HRC > 63 đối với đai ốc điều đã thỏa mãn.

Thiết kế bộ truyền bánh răng

4.2.1 Tìm hiểu hộp giảm tốc khai triển hai cấp răng trụ răng thẳng.

Hộp giảm tốc hai cấp bánh răng trụ răng thẳng có thiết kế đơn giản, dễ dàng tháo lắp và thay thế, vì vậy được ưa chuộng trong nhiều ứng dụng Tuy nhiên, cấu trúc không cân xứng của nó dẫn đến sự phân bố ứng suất không đều trên các vành răng, gây ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc.

Thiết kế bộ truyền bánh răng cho động cơ có công suất 0.02, sử dụng sơ đồ hộp giảm tốc hai cấp với răng trụ thẳng Bộ truyền này có tuổi thọ 20 năm và hoạt động trong một năm.

Trong suốt 300 ngày làm việc với hai ca 8 giờ mỗi ngày, cần đảm bảo bôi trơn tốt và môi trường làm việc ít bụi có che chắn Tải trọng đặt vào bộ truyền được xem là tải trọng tĩnh và va đập nhẹ, với bộ truyền hoạt động theo cả hai chiều Phân phối tỉ số truyền, hiệu suất và momen trên trục vít me công tác cần được chú trọng, đặc biệt là tỉ số truyền.

Tỉ số truyền cấp chậm:

GVHD : Th.S Hoàng Long Vương – Th.S Nguyễn Hữu Quân 48

Tỉ số truyền cấp nhanh:

Tỉ số truyền hộp giảm tốc xác định bởi công thức 3.24 trang 48 [6] :

Công suất trên trục được xác định bởi công thức 2.8 trang 19 [4]

Trong đó: ղ ol = 0.99 – hiệu suất một cặp ổ lăn , tra bảng 2.3 trang 19 [4]. ղ br = 0.98 – hiệu suất một cặp bánh răng, tra bảng 2.3 trang 19 [4].

Momen trên trục được xác định bởi công thức 3.6 trang 87 [3] :

Số vòng quay trên trục được xác định theo công thức 3.8 trang 87 [3]: n 1 = n Đc = 500 vg/ph n = n 1 = 500 = 150,015 vg/ph

4.2.3 Thiết kế bộ truyền bánh răng. a Chọn vật liệu.

Tra bảng 6.1 trang 92 [4] , chọn mác thép 40X thấm ni tơ:

GVHD : Th.S Hoàng Long Vương – Th.S Nguyễn Hữu Quân 49

= 1000 , ℎ = 800 b Xác định ứng suất cho phép. Ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép được xác định bởi công thức 6.1 và 6.2 trang 91 [4]: δ H lim [δ H ] = δH Z R Z V K XH K HL

[ ] δ F lim δ F4 = [ SF ] Y R Y s K xf K FC K FL Xác định hệ số Z R - Hệ số độ nhám bề mặt răng làm việc, với Ra ≤ 1,25 chọn

Xác định Z V - Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc vòng.

Xác định vận tốc góc của bánh răng theo công thức 3.1 trang 86 [3]: ω = πn 1 = π 500 = 52,35 rad/s

Xác định vận tốc vòng của bánh răng theo công thức 3.2 trang 86 [3]:

GVHD : Th.S Hoàng Long Vương – Th.S Nguyễn Hữu Quân 50

Xác định hệ số K XH, với d a < 700 mm - K XH hệ số xét đến ảnh hưởng của kích thước bánh răng, chọn K XH = 1.

Xác định hệ số: Y R - Hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng, chọn Y R = 1.

Xác định hệ số: Y S - Hệ số xét đến độ nhạy vật liệu đối với ứng suất Theo công thức trang 92 [4]

Xác định hệ số: K XF - Hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn, với d a < 400 mm, Chọn K XF = 1.

Xác định trị số: lim - ứng với chu kỳ cơ sở tại bảng 6,2 trang 94 [3]: im = 2HB + 70 = 2.590 + 70 = 1250 MPa.

Xác định hệ số: S H - Hệ số an toàn khi tiếp xúc và uốn, chọn S H = 1, (tra bảng 6,2 [4].

Xác định trị số: lim - ứng suất uốn cho phép ứng với chu kỳ cơ sở, Tra bảng 6,2 trang 94 [4] với lim = 1,8HB = 1,8.590 = 1062 MPa.

Xác định hệ số S F - Hệ số an toàn uốn tra bảng 6.2 [4], Chọn S F = 1.

Xác định hệ số: K FC - Hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải, K FC = 0,8 (Bộ truyền quay 2 chiều)

GVHD : Th.S Hoàng Long Vương – Th.S Nguyễn Hữu Quân 51

Xác định hệ số: K HL - Hệ số tuổi thọ, xét đến thời gian phục vụ và chế độ tải trọng của bộ truyền theo công thức 6.3 trang 93 [4].

N HE Trong đó: N HO - Số chu kỳ thay đổi ứng suất cơ sở khi tiếp xúc.

N HO = 30HB 2,4 = 30.590 2,4 = 0,13.10 9 Chu kỳ. m H - Bậc đường cong mỏi khi HB ≤ 350, m H = 6

Xác định hệ số N HE - Số chu kỳ thay đổi ứng suất tương đương theo công thức 6.37 trang 221 [3].

Trong đó: L H = 20 năm x 300 ngày x 2 ca x 8 giờ = 96000 (giờ).

Vì N HE > N HO nên theo [4].

Xác định hệ số K FL – hệ số xét đến ảnh hưởng của chế độ tải theo công thức 6.4 trang 93 [4]. m F N FO K

Trong đó: m F - Bậc đường cong mỏi khi tiếp xúc về uốn với HB < 300, chọn m F = 9.

N FO - Số chu kỳ thay đổi ứng suất uốn cơ sở, N FO = 4.10 6 với tất cả loại thép.

Vì N FE > N FO nên chọn N FE = N HO để tính, Chọn K HL = 1.

GVHD : Th.S Hoàng Long Vương – Th.S Nguyễn Hữu Quân 52

K FL1 = K FL2 = K FL3 = K FL4 m F N FO 9 4 10 6

4 10 6 Ứng suất tiếp xúc cho phép :

1,1 Ứng suất uốn cho phép:

= [ 1062 1,75 ].1.1,1.1.0,8.1 = 485,4 MPa Ứng suất tiếp xúc và uốn cho phép khi quá tải theo công thức 6.14 trang 96 [4] [δ H ] max = 2,86.δ ch = 2,86 800 = 2240MPa

[δ F ] max =0,6 δ ch = 0,6 800 = 480MPa 4.2.4 Xác thông số hình học cho bộ truyền. a Cặp bánh răng cấp nhanh.

Xác định thông số cơ bản của bộ phận truyền bánh răng trụ răng thẳng theo bảng 6,11 trang 104 [4].

Xác định khoảng cách trục theo công thức 6.17 trang 96 [4] : a W = 0,0192 = 31,2 mm m

Số răng bánh nhỏ theo công thức 6.19 trang 96 [4] :

GVHD : Th.S Hoàng Long Vương – Th.S Nguyễn Hữu Quân 53

Số răng bánh lớn theo công thức 6.20 trang 96 [4] :

Xác định góc ăn khớp:

Chiều cao răng: h 1 = 2,25.m = 2,25.0,6 = 1,35 mm Đường kính vòng chia:

Cosβ 1 Đường kính vòng lăn: d w1 = d 1 = 14,4 mm d w2 = d 2 = 48 mm Đường kính vòng đỉnh: d a1 = d 1 + 2m = 14,4 + 2.0,6 = 15,6 mm d a2 = d 2 + 2m = 48 + 2.0,6 = 49,2 mm Đường kính đáy răng: d f1 = d 1 – 2,5m = 14,4 – 2,5.0,6 = 21,6 mm d f2 = d 2 – 2,5m = 48 – 2,5.0,6 = 46,5 mm b Cặp bánh răng cấp chậm

Chiều cao răng: h 3 = h 4 = 2,25.0,6 = 1,35 mm Đường kính vòng chia: d 3 = m.Z 3 = 0,6.24 = 14,4 mm d 4 = m.Z 4 = 0,6.120 = 72 mm Đường kính vòng lăn: d w3 = d 3 = 14,4 mm d w4 = d 4 = 72 mm Đường kính vòng đỉnh: d a3 = d 3 + 2m = 14,4 + 2.0,6 = 15,6 mm d a4 = d 4 + 2m = 72 + 2.0,6 = 73,2 mm Đường kính vòng đáy: d f3 = d 3 – 2,5m = 14,4 – 2,5.0,6 = 21,6 mm d f4 = d 4 – 2,5m = 72 – 2,5.0,6 = 70,5 mm

GVHD: Th.S Hoàng Long Vương và Th.S Nguyễn Hữu Quân đã nghiên cứu về kiểm nghiệm răng liên quan đến độ bền tiếp xúc Theo điều kiện 6.33 trang 105 [4], ứng suất tiếp xúc trên bề mặt răng của bộ truyền cần phải được đảm bảo để đạt hiệu quả tối ưu trong quá trình hoạt động.

Xác định hệ số Z M - Hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp, trị số Z M tra bảng 6,5 [4]:

Z M = 274 MPa - Cho tất cả các bánh răng

Xác định hệ số Z H - Hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc

Trong đó: α tw = α t = 20° - Góc ăn khớp bánh răng. tan = Cos tan = Cos20°.tan0 = 0

Vậy, = 0° - Góc nghiêng của răng trên hình trụ cơ sở.

Xác định hệ số - Hệ số kể đến sự trùng khớp của răng theo công thức 6.38b trang 105 [4]: ε B = b w12 Sinβ = 10Sin0 = 0

GVHD : Th.S Hoàng Long Vương – Th.S Nguyễn Hữu Quân 56

Xác định hệ số - Hệ số trùng khớp ngang

Xác định đường kính hình trụ cơ sở theo bảng 6.11 trang 104 [4]: d b1 = d 1 Cos = 14,4.Cos20° = 13,53 mm d b2 = d 2 Cos = 48.Cos20° = 45,1 mm d b3 = d 3 Cos = 14,4.Cos20° = 13,53 mm d b4 = d 4 Cos = 72.Cos20° = 67,5 mm

Vậy hệ số trùng khớp ngang theo công thức 6.38a trang 105 [4]: ε α =

Hệ số trùng khớp ngang bánh Z 1 Z 2 : ε α1 = 1,71

Hệ số trùng khớp ngang bánh Z 3 Z 4 : ε α2 = 1,74

Xác định hệ số K H - Hệ số tải trọng khi tính về tiếp xúc.

Hệ số K HB phản ánh sự phân bố không đều của tải trọng trên bề rộng vành răng, được tính toán theo bảng 6,7 Cụ thể, với φ bd1 = bw1 = 10, K HB1 đạt giá trị 1,2 khi dw1 là 14,4 Tương tự, với φ bd2 = bw2 = 10, K HB1 là 1,05 khi dw2 là 48 Đối với φ bd3 = bw3 = 15, K HB1 tăng lên 1,37 khi dw3 là 14,4 Cuối cùng, với φ bd4 = bw4 = 15, K HB1 lại là 1,05 khi dw4 là 72.

Xác định hệ số KHV bảng phụ lục 2,3[3] với: υ = π d w1 n 1 = π 14,4.500 = 3,768( )

GVHD : Th.S Hoàng Long Vương – Th.S Nguyễn Hữu Quân 57 υ = π d w2 n 2 = π 14,4.150,15 = 3,771( )

Ta có: δ H12 ≤ [δ H ] = 1000 MPa Vậy cặp bánh răng Z 1 Z 2 thỏa mãn.

Cặp bánh răng Z 3 Z 4 thỏa mãn điều kiện bền khi δ H34 = 242 MPa ≤ [δ H ] = 1000 MPa Để kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc của răng, ứng suất uốn tại chân răng phải không vượt quá giá trị cho phép theo các điều kiện 6.43 và 6.44 trong tài liệu tham khảo.

GVHD : Th.S Hoàng Long Vương – Th.S Nguyễn Hữu Quân 58 δ F1 = 2T 1 K F Y ε Y β Y F1 ≤ [δ F ] b W d W1 m

Xác định hệ số Y = 1 - , [ = 0 (răng thẳng) nên Y = 1] β

Xác định hệ số Y F1 , Y F2 , Y F3 , Y F4 - Hệ số biến dạng răng của bánh 1 và 2, tra bảng 6,8 [3] với:

Xác định hệ số K F - Hệ số tải trọng khi tính về uốn.

Với = 1 - Hệ số kể đến không đều tải trọng cho các đôi răng đối với bánh răng thẳng.

GVHD : Th.S Hoàng Long Vương – Th.S Nguyễn Hữu Quân 59

K F β4 = 1,08 - Hệ số kể đến tải trọng phân bố không đều lên vành răng (tra từ bảng 6.7 [3]).

4,36 δ F3 = 2T3KFYεYβYF3 75,09 MPa ≤ [δ F ] = 485,4 MPa b W d W3 m δF4 δF3 YF4 = 75.0,9.4,32 74,401 MPa ≤ [δF] = 485,4 MPa

Thiết kế sống lăn

Sống lăn được ứng dụng phổ biến trong các máy công cụ hiện đại như máy mài và doa nhờ vào độ chính xác cao So với sóng trượt, sóng lăn có hệ số ma sát thấp hơn khoảng 20 lần, dẫn đến độ mòn rất nhỏ và tuổi thọ cao Tuy nhiên, nhược điểm của sóng lăn là quá trình chế tạo phức tạp và chi phí cao Đối với tải trọng nhẹ, sống lăn bi thường được sử dụng, có khả năng chịu tải từ 600 đến 1500 N trên mỗi 100mm chiều dài dãy bi.

Lực nén lớn nhất tác dụng lên chi tiết lăn theo công thức 5.84 trang 184 [6]:

GVHD : Th.S Hoàng Long Vương – Th.S Nguyễn Hữu Quân 60

Trong đó: p max 00 N/m 2 - Áp suất lớn nhất của sóng trượt. t0mm - Bước chi tiết sóng lăn (khoảng cách bi). b5mm - Chiều rộng sóng dẫn.

Tải trọng cho phép theo điều kiện độ bền tiếp xúc đối với sóng lăn dùng bi theo công thức 5.50 trang 184 [6]:

[P] = δ 0 d 2 Đối với sóng lăn bằng thép tôi dùng bi, δ 0 = 0,6 N/m 2 d - Đường kính bi: dmm

→[P]=0,6.0,16 2 3,6.10 -6 (N/ m 2 ) 4.3.2 Tính theo độ cứng vững Độ biến dạng của sóng lăn dùng bi theo công thức 5.52 trang 184 [6] : δ = C b P

Độ cứng vững của sóng lăn sử dụng bi gần tương đương với độ cứng vững của sóng trượt, với δ = PC b = 83,33.10^(-6) = 0,015 (μm)m Sóng lăn có khả năng thực hiện điều chỉnh di động rắn nhỏ với độ chính xác cao, trong đó độ cứng vững dao động khoảng từ 30 đến 40 âm Sai số điều chỉnh có thể đạt được trong khoảng từ 0,1 đến 0,2 âm.

GVHD : Th.S Hoàng Long Vương – Th.S Nguyễn Hữu Quân 61

Cơ cấu dẫn dây

Thiết kế cơ cấu dẫn dây với vận tốc chạy dây v = 7 m/s và lực căng dây F0N, sử dụng bộ truyền làm việc hai chiều trong môi trường ít bụi bẩn và có che chắn Dây cắt molipden có đường kính 0.3 mm, trong khi tang quay dẫn dây có đường kính 180 mm.

Hình 4.8 Sơ dồ động cơ cấu dẫn dây.

Công suất động cơ được xác định theo công thức 3.4 trang 86 [3]:

Số vòng quay cần thiết của động cơ theo công thức 2.16 trang 21 [4]:

Trong đó: v: Vận tốc chạy dây

Chọn mác động cơ theo phụ lục bảng 1,3 trang 283[3]

Mác động cơ P(kw) (vg/ph)

4.4.2 Xác định thông số cơ bản của bộ truyền.

Công suất trên trục 2 theo công thức 2.8 trang 18 [4]:

P ii =P đ c η 2 ol η đ ai η KN η vít =1,5.0,992.0,96.1.0,4 = 0,565 (Kw)

Xác định tỉ số truyền của bộ truyền đai răng:

Xem tay quay quấn dây là một vít, bước vít này bằng đường kính dây ta có

Phương trình chuyển vị ngang với chuyển vị góc quay của tay quay theo [5].

Phương trình chuyển vị ngang và chuyển vị góc của trục vít được biểu diễn bằng công thức P sv α v d Để đảm bảo dây cắt không bị dịch chuyển theo phương ngang trong toàn bộ cơ hệ, vít me cần phải dời toàn bộ cơ cấu một lượng tương đương với lượng dời của dây trên tay quay, tức là d t = d v.

GVHD : Th.S Hoàng Long Vương – Th.S Nguyễn Hữu Quân 63 v

Ta có tỉ số truyền bộ truyền đai răng: α t 1

Số vòng quay trên trục II theo công thức 2.18 trang 21 [4]: n = n 1 = 750 = 225,022 vg

Momen T1 trên trục I và II được xác định theo công thức 3.6 trang 87 [3] :

Bảng 4.6 Thông số bộ truyền

4.4.3 Thiết kế bộ truyền đai răng a Thông số hình học

Tra bảng 4,27 trang 68[3], ta chọn modun và thông số cho bộ truyền:

GVHD : Th.S Hoàng Long Vương – Th.S Nguyễn Hữu Quân 64

Khoảng cách từ đáy răng đến đường trung bình của lớp chịu tải = 0,6mm Góc profil răng: = 50°

Số răng Z 1 tra bảng 4,29 trang 70 [3], Chọn Z 1 răng.

Số răng Z 2 tính theo công thức:

Khoảng cách trục a được xác định theo điều kiện: a min ≤ a ≤ a max

Từ số răng đai, ta chọn chiều quay đai theo bảng 4,30 trang 70, lP2,4 mm

Từ l đ ta xác định lại khoảng cách trục a theo công thức 4.30 trang 69 [4]:

GVHD : Th.S Hoàng Long Vương – Th.S Nguyễn Hữu Quân 65 λ = lđ − P(Z1 + Z2) = 502,4 − 6,28.52.0,5 = 339,1 (mm) 2

4 4 Đường kính vòng chia của các bánh đai d 1 = m Z1 = 2.12 = 24 (mm) d 2 = m Z 2 = 2.40 = 80 (mm) Đường kính ngoài của các bánh đai d a1 = d 1 − 2δ = 24 − 2.0,6 = 22,8 (mm) d a 2 = d 2 − 2δ = 40 − 2.0,6 = 78,8 (mm)

Số răng đồng thời ăn khớp trên bánh đai Z1 theo công thức 4.31 trang 71 [4]:

360° 360° b Kiểm nghiệm đai về lực vòng nâng.

Lực vòng nâng trên đai phải thỏa mãn điều kiện 4.33 trang 71 [4] : q = F t b K đ + q m v 2 ≤ [q]

F t - lực vòng được xác định theo công thức:

(N) b ,998mm - Bề rộng đai q m = 0,0032.0,502=0,0016 (Kg)

K đ - Hệ số sét đến tải trọng động, (tra bảng 4,7 trang 80[1]), K đ =1,1

GVHD : Th.S Hoàng Long Vương – Th.S Nguyễn Hữu Quân 66

[q o ] - Lực vòng nâng cho phép, tra bảng 4,31 trang 71[3]

C z = 1 - Hệ số sét đến ảnh hưởng của số răng đồng thời ăn khớp.

C u = 1 - Hệ số kể đến ảnh hưởng của truyền động tăng tốc.

19,998 mm c Xác định lực căng đầu.

Lực căng ban đầu được xác định theo công thức 4.35 trang 72 [4] :

F o = 1,1F v = 1,1q m b.v 2 = 1,1.0,0076.19,998.7 2 = 1,724 (N) Lực tác dụng lên trục được xác định theo công thức 4.36 trang 72 [4] :

Thiết kế bộ truyền vít - đai ốc với truyền động trượt

Chọn ren hình thang cân, đảm bảo bộ truyền có khả năng tự hãm với bước ren

Chiều cao biên dạng ren: h = P 2 s = 1 2 = 0,5 (mm) Đường kính trung bình ren: d 2 = 0,1 = 5 (mm) h Đường kính trong: d 1 = d 2 - h = 5 - 0,5 =4,5 (mm)

GVHD : Th.S Hoàng Long Vương – Th.S Nguyễn Hữu Quân 67 tanγ = P Z 1 − Z 1 P s = 1.1 =1,6 → γ≈60° πd 2 πd 2 π 5

Z – Số mối ren. d 2 – Đường kính trung bình ren. b Động lực và lực tác dụng:

Vận tốc v(mm/s) của khâu chuyển động tịnh tiến xác định theo (công thức 8,26b trang 302 [3]. v = P s Z 1 n 2 = 1.12.25,022 = 3,75 ( mm )

Với f’ = 1,5f - Hệ số tương đương trên ren có kể đến biên dạng ren, tra bảng 8,1trang 303[3], ta có:

F = 0,13 đối với vít thép và đai ốc gang chống mòn.

Lực dọc trục trên khâu tịnh tiến sinh ra bởi momen T được xác định theo công thức 8.5 trang

Trong đó: f- góc nâng ren vít ρ’- góc ma sát tương đương cặp ren vít theo công thức 17.5 với f tra theo bảng 8.1 trang 306 [3].

Hiệu suất của bộ truyền khi biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến:

K – hệ số kể đến sự mất mát công suất do ma sát và cắt ren không chính xác, K= (0.8…0.95) c Kiểm nghiệm vít theo điều kiện bền mòn.

Xác định theo điều kiện bên mòn, áp suất trung bình trên bề mặt làm việc giữa ren vít và đai ốc theo công thức 8.9 trang 305 [3]:

+d 2 h = 3,14.5.1 = 9,65 mm 2 - Diện tích bề mặt tiếp xúc.

+[P] = 9 MPa - Áp suất cho phép (tra theo bảng 8.2 trang 42 [3]).

GIA CÔNG SẢN PHẨM THỰC NGHIỆM