Nghiên cứu xác định chế độ cắt cho máy tiện CNC

Mục tiêu của đề tài: + Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về quá trình cắt làm cơ sở cho việc xây dựng mô hình toán học biểu diễn mối quan hệ giữa các thông số công nghệ và độ chính xá

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

HOÀNG MINH LONG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CẮT CHO MÁY TIỆN CNC

Chuyên ngành : Cơ điện tử

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Trang phụ bìa

Mục lục

Danh mục các bảng

Danh mục các hình, đồ thị

MỞ ĐẦU ……….……… … …1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG 1.1 Chất lượng bề mặt gia công 7

1.1.1 Khái quát về chất lượng bề mặt gia công……… ….7

1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công….… 8

1.2 Độ chính xác gia công ……….… ………… 13

1.2.1 Khái quát về độ chính xác gia công … ……….….… … 13

1.2.2 Các nguyên nhân gây ra sai số gia công ………… 14

Kết luận chương 1 ……… …… 32

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG 2.1 Phương pháp thống kê kinh nghiệm ……… ….33

2.2 Phương pháp chọn ……… ……… 33

2.2.1 Khái niệm ……… ………… … ….33

2.2.2 Nhiệm vụ của phương pháp chọn ……… … 34

2.2.3 Xác định qui luật phân bố của đại lượng ngẫu nhiên … 34

2.2.4 Kiểm tra các giả thuyết ……… ……… … …35

2.3 Phương pháp thống kê xác suất ……… ……… 35

2.3.1 Phương thức tiến hành ……… …35

2.3.2 Quy luật của sai số gia công trong công nghệ chế tạo máy…… … 36

2.4 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm ……… …….38

2.4.1 Qui hoạch trực giao cấp I ……….… 39

Chương 3 THIẾT KẾ, THỰC HIỆN THỰC NGHIỆM

3.1 Thiết kế thực nghiệm……….…………54

3.1.1 Mô hình hóa thí nghiệm……… 54

3.1.2 Mô tả hệ thống thí nghiệm……… … 55

3.2 Kết quả thực nghiệm……… 62

3.2.1 Kết quả thí nghiệm gia công……… 62

3.2.2 Xác định hàm hồi qui……….……….………64

Kết luận chương 3 ……… … … ………73

Chương 4 XỬ LÝ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ KẾT LUẬN 4.1 Phân tích lựa chọn phương pháp xử lý kết quả thực nghiệm….………74

4.2 Ứng dụng phần mềm MATLAB để xử lý kết quả thực nghiệm………74

4.2.1 Khảo sát tìm cực trị của hàm hồi qui……… ……….74

4.2.2 Phân tích kết quả nghiên cứu……… 76

4.3 Kiểm chứng kết quả bằng thực nghiệm……… 82

Kết luận chương 4……… … … ……….83

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1 Kết luận……… ……… 84

2 Kiến nghị……… ………….………84

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 86

Phụ lục 1: Chương trình thực nghiệm chế tạo chi tiết thử nghiệm

Phụ lục 2: Các kết quả thực nghiệm

t Chiều sâu cắt Mm

Li Kích thước thực đạt được của chi tiết cắt thử thứ i

L Kích thước trung bình cộng của loạt chi tiết cắt thử

Sth2 Phương sai tái hiện

Stt2 Phương sai tương thích

Ftn Chỉ tiêu Fisher

CNC Computer Numerical Control (máy điều khiển kỹ thuật số)

MATLAB Matrix Laboratory (phần mềm tính toán)

Bảng 2.1: Mối liên hệ giữa k, N, bj và f……… ……….40

Bảng 2.2: Mối liên hệ k, N và L……… ….…………41

Bảng 2.3: Ma trận thực nghiệm trong phương án cấu trúc có tâm k = 2.………….43

Bảng 2.4: Ma trận thực nghiệm trong phương án cấu trúc có tâm k = 3 …………44

Bảng 2.5: Bảng α phụ thuộc k và n0……….……….46

Bảng 2.6: Ma trận thực nghiệm cấp II, k = 2 sau khi đổi biến………….………….47

Bảng 2.7: Ma trận thực nghiệm cấp II, k = 3 sau khi đổi biến…….……….48

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của máy EMCOTURN 365….…… ………55

Bảng 3.2: Thành phần hoá học của thép Các bon chất lượng C50…… …………57

Bảng 3.3: Cơ tính của thép Các bon chất lượng C50……… 57

Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật của máy đo độ nhám bề mặt Sultest 402 … 58

Bảng 3.5: Miền chế độ cắt thực nghiệm……….……… 60

Bảng 3.6: Giá trị Ra của mặt trụ sản phẩm…….……….….………….62

Bảng 3.7: Giá trị đường kính hốc trụ D và giá trị sai số ∆D……… 63

Bảng 3.8: Bảng kết quả thực nghiệm……… ……… 63

Bảng 3.9: Ma trận thực nghiệm ……… ……… 64

Bảng 3.10: Bảng kết quả đo tại tâm phương án đối nhám bề mặt trụ ……… 64

Bảng 3.11: Giá trị thực hiện tại tâm phương án đối với nhám bề mặt ……… 65

Bảng 3.12: Bảng các giá trị yi, _ i y và      N 1 i 2 i i y y đối với nhám bề mặt………… 67

Bảng 3.13: Bảng kết quả đo tại tâm phương án đối với kích thước D ….… 69

Bảng 3.14: Giá trị thực hiện tại tâm phương án đối với kích thước D … 69

Bảng 3.15: Bảng các giá trị yi, _ i y và      N 1 i 2 i i y y đối với kích thước D ……… 72

Bảng 4.1: Các giá trị kiểm nghiệm ……… 82

Hình 1.1: Sơ đồ gia công điển hình một chi tiết cơ khí ….…… ……… 8

Hình 1.2: Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhấp nhô tế vi Rz….…… ………… 8

Hình 1.3: Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến độ nhấp nhô tế vi Rz…….………….9

Hình 1.4: Ảnh hưởng của hình dáng hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi tiện……….…… ……… 11

Hình 1.5: Mặt phẳng gia công không song song với mặt phẳng đáy của chi tiết 17

Hình 1.6: Sai số của các bề mặt khi gia công bằng dao có đỉnh cung tròn 19

Hình 1.7: Gia công các profil có tọa độ cong thay đổi………… ……… 20

Hình 1.8: Quan hệ giữa độ mòn của dao U và chiều dài cắt L………… ……… 21

Hình 1.9: Quan hệ giữa độ giãn dài của dao (Ld) và thời gian cắt liên tục (T) 23

Hình 1.10: Ảnh hưởng của gia công gián đoạn tới biến dạng nhiệt của dao…… 24

Hình 1.11: Nhiệt độ của chi tiết khi tiện……….………… 26

Hình 2.1: Đường cong phân bố kích thước thực nghiệm……… 36

Hình 2.2: Đường cong phân bố kích thước chuẩn Gauss……… 36

Hình 2.3: Hai đường cong phân bố kích thước y1 và y2……… 37

Hình 2.4: Đường cong phân bố kích thước thực……… 37

Hình 2.5: Đường cong phân bố không đối xứng……… 38

Hình 2.6: Đường cong phân bố kt của 2 nhóm chi tiết trên 2 máy khác nha ….38

Hình 2.7: Đường cong phân bố có tính các sai số ngẫu nhiên và sai số hệ thống 38

Hình 3.1: Mô hình hoá quá trình cắt khi tiện 54

Hình 3.2: Máy tiện CNC EMCOTURN 365 55

Hình 3.3: Hệ điều khiển: Siemens 840D CNC Control 56

Hình 3.4: Thân dao PCLNL 2020K09 của Sanvik……… 56

Hình 3.5: Kích thước thân dao PCLNL 2020K09……… 57

Hình 3.6: Mảnh lưỡi cắt CNMG 09 03 04-PF ……… 57

Hình 3.7: Mẫu thí nghiệm ……… 58

Hình 3.8: Máy đo độ nhám bề mặt TR200……… 58

Hình 3.9: Panme điện tử ……… ……… 59

Hình 4.1: Chương trình tìm cực tiểu độ nhám bề mặt ………… 75

Hình 4.4: Ảnh hưởng của chiều sâu cắt và vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt………78 Hình 4.5: Ảnh hưởng của chiều sâu cắt và lượng chạy dao đến độ nhám bề mặt…79 Hình 4.6: Ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt đến sai số kích thước đường kính sản phẩm……… 80

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài

Một trong những thành tựu quan trọng nhất của tiến bộ khoa học kỹ thuật là

tự động hóa sản xuất Phương thức cao của tự động hóa sản xuất là sản xuất linh hoạt Trong sản xuất linh hoạt thì máy điều khiển số CNC (Computer Numerical Control) đóng một vai trò rất quan trọng Sử dụng máy công cụ điều khiển số (CNC) cho phép giảm khối lượng gia công chi tiết, nâng cao độ chính xác gia công

và hiệu quả kinh tế, đồng thời cũng rút ngắn được chu kỳ sản xuất Chính vì vậy hiện nay nhiều nước trên thế giới đã và đang ứng dụng rộng rãi các máy điều khiển

số vào lĩnh vực cơ khí chế tạo

Hiện nay các máy điều khiển số được sử dụng rộng rãi ở nước ta để chế tạo các chi tiết cơ khí, đặc biệt là chế tạo các khuôn mẫu chính xác, các chi tiết phục vụ công nghiệp quốc phòng Ngoài ra các máy CNC còn được dùng trong nghiên cứu khoa học, đào tạo đại học, sau đại học ở nhiều trường đại học kỹ thuật và đào tạo nghề nhằm cung cấp nguồn nhân lực chất lượng cao cho các cơ sở sản xuất

Các máy CNC hiện nay có một máy tính để thiết lập các chương trình để điều khiển các chức năng dịch chuyển của máy Các chương trình gia công được đọc cùng một lúc và được lưu trữ vào bộ nhớ Khi gia công, máy tính đưa ra các lệnh điều khiển máy Máy CNC có khả năng thực hiện các chức năng như: nội suy đường thẳng, nội suy cung tròn, mặt xoắn, parabol và bất kỳ mặt bậc ba nào Ngoài

ra máy CNC cũng có khả năng bù chiều dài và đường kính dụng cụ Lập trình hay tạo các chương trình gia công là quá trình thiết lập các lệnh cho dụng cụ cắt trên cơ

sở bản vẽ chi tiết và các thông tin công nghệ rồi chuyển các thông tin này sang bộ phận mang dữ liệu được mã hóa và sắp xếp theo dạng máy hiểu được

Như vậy để có được một chương trình gia công ngoài xác định chi tiết gia công thì tìm một chế độ cắt hợp lý là một yếu tố quyết định khi gia công trên trên máy CNC Xác định một chế độ cắt tối ưu là vấn đề mấu chốt cần phải giải quyết để nâng cao hiệu quả kinh tế-kỹ thuật trong khai thác sử dụng máy CNC, các chế độ cắt tối ưu cho từng nguyên công khác nhau được cung cấp cho ngân hàng dữ liệu sử

dụng cho tự động hóa chuẩn bị công nghệ nhằm rút ngăn thời gian chuẩn bị công nghệ đồng thời đảm bảo thời gian gia công và chi phí gia công nhỏ nhất, hiệu quả kinh tế của quá trình sản xuất cao nhất

Hiện nay, chế độ cắt (vận tốc cắt - V, bước tiến - S và chiều sâu cắt - t) thường được xác định bằng cách tra sổ tay công nghệ hoặc bằng cách lấy theo kinh nghiệm hoặc một số đã được xây dựng dưới các phần mềm tra chế độ cắt nhưng chỉ

là các chỉ dẫn công nghệ dưới dạng khái quát Còn chế độ công nghệ tối ưu là bản quyền riêng của từng hãng, họ muốn nắm độc quyền để cạnh tranh hoặc nếu có bán thì với một giá rất đắt dưới hình thức chuyển giao công nghệ Mặt khác, việc nghiên cứu chế độ công nghệ tối ưu thường được gắn liền với điều kiện công nghệ cụ thể

Do đó đề tài “Nghiên cứu xác định chế độ cắt cho máy tiện CNC” được lựa

chọn để nghiên cứu nhằm mục đích xác định chế độ cắt hợp lý và tiến tới tối ưu hoá chế độ công nghệ cho quá trình tiện CNC là một việc cần thiết, góp phần vào việc nâng cao hiệu quả khai thác, sử dụng máy tiện CNC trong sản xuất công nghiệp quốc phòng nói riêng và là cơ sở để nghiên cứu cho các máy CNC khác

Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài:

- Cơ sở khoa học: Trên cơ sở lý thuyết giải quyết mối quan hệ giữa các thông

số công nghệ và độ chính xác gia công trên máy tiện CNC

- Tính thực tiễn:

Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho việc tối ưu hoá các thông số công nghệ khi gia công trên máy tiện CNC Sử dụng kết quả này vào thực tế sản xuất của các nhà máy trong ngành công nghiệp Quốc phòng để nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng năng suất lao động và hạ giá thành sản phẩm

Mục tiêu của đề tài:

+ Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về quá trình cắt làm cơ sở cho việc xây dựng mô hình toán học biểu diễn mối quan hệ giữa các thông số công nghệ và

độ chính xác gia công trên máy tiện CNC

+ Nắm được các phương pháp thực nghiệm nghiên cứu độ chính xác gia công Dùng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để xử lý kết quả thực nghiệm, xác định các hàm giới hạn trong bài toán tối ưu hoá các thông số công nghệ khi gia công

+ Nắm được các quy luật ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ chính xác gia công

+ Đưa ra chế độ cắt hợp lý gia công trên máy tiện CNC cho chi tiết điển hình trong sản xuất công nghiệp quốc phòng

Phương pháp nghiên cứu:

Nội dung nghiên cứu

Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, luận văn này có nội dung như sau:

Chương 1: Tổng quan về độ chính xác gia công

Chương 2: Các phương pháp thực nghiệm nghiên cứu độ chính xác gia công Chương 3: Thiết kế, thực hiện thực nghiệm

Chương 4: Xử lý kết quả thực nghiệm

Để hoàn thành luận văn, tôi đã được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy hướng

dẫn TS Nguyễn Văn Huyến, cùng các thầy trong khoa cơ khí trường đại học Bách

Khoa Hà Nội Tôi xin chân thành cảm ơn

Do những hạn chế về kiến thức và tài liệu nghiên cứu nên luận văn của tôi không tránh khỏi những thiếu xót Kính mong các thầy, các đồng nghiệp và bạn đọc đóng góp ý kiến để luận văn được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG

Mở đầu

Gia công trên máy CNC là gia công tốc độ cao với tốc độ cắt gấp 5 đến 10 lần tốc độ cắt bình thường

Gia công ở tốc độ cao thường có những đặc điểm sau:

- Năng suất cắt cao;

- Lực cắt nhỏ do đó biến dạng hệ thống công nghệ giảm, độ chính xác gia công tăng;

- Chất lượng bề mặt được nâng cao do chiều cao nhấp nhô bề mặt giảm, ứng suất dư lớp bề mặt giảm;

- Lượng nhiệt truyền vào phoi tăng, phần truyền nhiệt vào chi tiết giảm;

- Tần số rung của hệ thống công nghệ cao, thích hợp với việc gia công các loại vật liệu khó gia công

Tuy vậy, khi gia công ở tốc độ cao, dụng cụ cắt mòn nhanh dẫn đến tuổi bền

T giảm Trong 10 năm trở lại đây, do có các tiến bộ của công nghệ chế tạo dụng cụ cắt nên công nghệ gia công CNC được áp dụng rộng rãi trong sản suất

Các tiến bộ trên đây của khoa học – công nghệ làm cho các số liệu về chế độ cắt lưu trữ dưới dạng bảng hoặc lưu trữ trong ngân hàng dữ liệu lạc hậu một cách nhanh chóng Mặt khác, việc nghiên cứu xác định chế độ cắt tối ưu luôn luôn gắn liền với điều kiện công nghệ cụ thể Hơn thế nữa, các hãng bán thiết bị chỉ đưa ra hướng dẫn công nghệ ở dạng khái quát Còn chế độ công nghệ tối ưu là bản quyền riêng của từng hãng, họ không bán nhằm độc quyền để giữ được lợi thế cạnh tranh, nếu bán thì đó là do các chế độ công nghệ đó đã lạc hậu hoặc bán rất đắt dưới hình thức chuyển giao công nghệ Do đó, nghiên cứu xác định chế độ cho quá trình cắt gọt là bắt buộc và là yếu tố phát triển của nền chế tạo cơ khí hiện đại

Khi nhận nhiệm vụ gia công một chi tiết có bản vẽ với đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật ta có sơ đồ thuật toán như dưới đây:

Hình 1.1: Sơ đồ gia công điển hình một chi tiết cơ khí

Trước tiên người kỹ sư sẽ kiểm tra xem chế độ cắt cho chi tiết này đã có trong ngân hàng dữ liệu chưa Nếu dữ liệu chế độ cắt chưa có thì nhiệm vụ gia công được chuyển cho bộ phận nghiên cứu để tiến hành xác định chế độ cắt Kết quả nghiên cứu được bổ sung vào ngân hàng dữ liệu

Ngân hàng dữ liệu về chế độ cắt

Tự động hóa chuẩn bị công nghệ

Sản xuất

Kết thúc

Sai

Đúng

Nếu chế độ cắt đã được nghiên cứu rồi thì căn cứ vào yêu cầu kỹ thuật của chi tiết (như độ chính xác về kích thước, độ chính xác về hình dạng, cấp độ nhẵn bóng bề mặt…) và các điều kiện công nghệ cụ thể khác như phương pháp gia công, vật liệu phôi, vật liệu dao, hình dạng và kích thước chi tiết, công nghệ trơn nguội của máy CNC… Ngân hàng dữ liệu sẽ cung cấp chế độ cắt và thời gian gia công từng bề mặt cũng như thời gian gia công toàn bộ chi tiết Dựa vào các số liệu đó người ta tiến hành tự động hóa chuẩn bị công nghệ

Trong chương này em xin trình bày các yếu tố chế độ công nghệ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm khi gia công trên máy CNC

1.1 Chất lượng bề mặt gia công

1.1.1 Khái quát về chất lượng bề mặt gia công

Chất lượng bề mặt chi tiết gia công là tập hợp nhiều tính chất quan trọng của lớp bề mặt Cụ thể là:

+ Phụ thuộc vào phương pháp gia công: gia công bằng hình thức nào?

+ Phụ thuộc vào tình trạng máy: độ cứng vững của máy, trạng thái mòn, + Phụ thuộc vào dụng cụ cắt: hình dáng hình học đầu dao, góc độ dao, vật liệu làm dao, độ mòn dao,

+ Phụ thuộc vào lực cắt, nhiệt cắt

+ Phụ thuộc vào độ cứng vững của hệ thống công nghệ

+ Phụ thuộc vào chế độ cắt: vận tốc cắt, chiều sâu cắt, bước tiến dao

+ Phụ thuộc vào chế độ bôi trơn làm mát: loại dung dịch trơn nguội, lưu lượng tưới, thời điểm tưới,

Trong các yếu tố kể trên thì ảnh hưởng của chế độ cắt mang tính chất bao trùm hơn cả vì chính chế độ cắt còn chi phối cả sự phát sinh nhiệt cắt, lực cắt, phoi bám (lẹo dao), rung động của hệ thống công nghệ,

1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công

1.1.2.1 Ảnh hưởng của vận tốc cắt V đến độ nhám bề mặt gia công

Tốc độ cắt V là yếu tố có ảnh hưởng rất lớn đến độ nhám bề mặt

Khi cắt thép Cacbon ở vận tốc thấp, nhiệt cắt không cao, phoi kim loại tách

dễ, biến dạng của lớp bề mặt không nhiều, vì vậy độ nhám bề mặt thấp Khi tăng vận tốc cắt đến khoảng V = 15 - 20 m/ph thì nhiệt cắt, lực cắt đều tăng và có giá trị lớn, gây ra biến dạng dẻo mạnh, ở mặt trước và mặt sau dao kim loại bị chảy dẻo Khi lớp kim loại bị nén chặt ở mặt trước dao và nhiệt độ cao làm tăng hệ số ma sát

ở vùng cắt sẽ hình thành lẹo dao Lẹo dao làm tăng độ nhám bề mặt gia công Nếu tiếp tục tăng vận tốc cắt, lẹo dao bị nung nóng nhanh hơn, vùng kim loại biến dạng

bị phá hủy, lực dính của lẹo dao không thắng nổi lực ma sát của dòng phoi và lẹo dao bị cuốn đi (lẹo dao biến mất khi vận tốc cắt khoảng V = 30 - 60 m/ph Với vận tốc cắt V > 60 m/ph thì lẹo dao không hình thành được nên độ nhám bề mặt gia công giảm, độ nhẵn tăng

Hình 1.2: Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhấp nhô tế vi R z

Khi gia công kim loại giòn (gang), các mảnh kim loại bị trượt và vỡ ra không

có thứ tự làm tăng độ nhấp nhô tế vi bề mặt Tăng vận tốc cắt sẽ giảm được hiện tượng vỡ vụn của kim loại, làm tăng độ nhẵn bóng của bề mặt gia công

Nghiên cứu gia công loại thép chịu nhiệt X200Cr12 bằng hai loại dụng cụ cắt khác nhau, các tác giả M A Yallese, JưF Rigal, K Chaoui and Boulanouar đã đưa ra rằng: Khi cắt với vận tốc nhỏ thì sự ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt không ổn định và có chiều hướng giảm khi V tăng, còn khi cắt với vận tốc cắt từ 120m/phút 180m/phút thì độ nhám bề mặt tương đối ổn định và mối quan hệ giữa vận tốc cắt với độ nhám bề mặt là một hàm nghịch biến

1.1.2.2 Ảnh hưởng của lượng chạy dao S đến độ nhám bề mặt gia công

Lượng chạy dao S là thành phần thứ hai của chế độ cắt ảnh hưởng nhiều đến chiều cao nhấp nhô Rz Điều đó không những do liên quan về hình học của dao mà còn do biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi của lớp bề mặt

Khi gia công thép Carbon, với giá trị lượng chạy dao S = 0,02 - 0,15 mm/vg thì bề mặt gia công có độ nhấp nhô tế vi thấp nhất Nếu giảm S < 0,02 mm/vg thì độ nhấp nhô tế vi tăng vì ảnh hưởng của biến dạng dẻo lớn hơn ảnh hưởng của các yếu

tố hình học Nếu lượng chạy dao S > 0,15 mm/vg thì biến dạng đàn hồi sẽ ảnh hưởng đến sự hình thành các nhấp nhô tế vi, kết hợp với ảnh hưởng của các yếu tố hình học làm cho độ nhám bề mặt tăng lên nhiều

Hình 1.3: Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến độ nhấp nhô tế vi R z

Như vậy, để đảm bảo đạt độ nhẵn bóng bề mặt và năng suất cao nên chọn giá trị lượng chạy dao S = 0,02 - 0,15 mm/vg đối với thép Carbon

1.1.2.3 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t đến độ nhám bề mặt gia công

Chiều sâu cắt là yếu tố có ảnh hưởng ít nhất đến độ nhấp nhô tế vi lớp bề mặt khi gia công Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng, khi thay đổi chiều sâu cắt thì lực cắt đơn vị thay đổi Sự thay đổi lực cắt làm ảnh hưởng đến độ cứng vững của

hệ thống công nghệ, do đó làm cho chất lượng bề mặt gia công giảm trong đó ảnh hưởng đến chiều cao sóng và bước sóng bề mặt là chủ yếu Cần chú ý rằng, khi cắt với chiều sâu cắt quá bé thì cũng xảy ra hiện tượng trượt dao như khi cắt với lượng tiến dao nhỏ Thực nghiệm cho thấy khi cắt với chiều sâu cắt t = 0,02 0,03mm thường xảy ra hiện tượng trượt dao Khi đó kim loại chủ yếu bị nén chặt làm cho chiều cao nhấp nhô tế vi tăng lên và lớp bề mặt bị biến cứng, gây khó khăn cho lần gia công tiếp theo

Vì vậy, trong quá trình gia công người ta chọn trước chiều sâu cắt t Nói chung, không nên chọn giá trị chiều sâu cắt quá nhỏ vì khi đó lưỡi cắt sẽ bị trượt và cắt không liên tục Giá trị chiều sâu cắt t ≥ 0,02 - 0,03 (mm)

Tuy nhiên nếu chiều sâu cắt quá lớn thì rung động trong quá trình cắt tăng,

do đó độ nhám có thể tăng

1.1.2.4 Thông số hình học của dụng cụ cắt

Để nghiên cứu, xét sự ảnh hưởng của hình dạng hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt đến chất lượng bề mặt chi tiết khi tiện Các thông số hình học của lưỡi cắt, đặc biệt là góc trước γ và độ mòn có ảnh hưởng đến Rz Khi góc γ tăng thì Rz giảm, độ mòn dụng cụ tăng thì Rz tăng

Ngoài ảnh hưởng đến nhám bề mặt, hình dáng hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt cũng ảnh hưởng đến lớp biến cứng bề mặt và được tính đến qua hệ số hiệu chỉnh

Xét sự ảnh hưởng của hình dạng hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt đến chất lượng bề mặt chi tiết khi tiện Sau một vòng quay của phôi, dao tiện sẽ dịch chuyển một đoạn là S1 từ vị trí 1 đến vị trí 2 (hình 1.3a) Trên bề mặt gia công sẽ bị chừa lại phần kim loại m không được hớt đi bởi dao Chiều cao nhấp nhô Rz xác định bởi S1 và hình dạng hình học của dao cắt Nếu giảm lượng chạy dao thì chiều cao nhấp nhô cũng giảm (hình 1.3b) Thay đổi giá trị góc  và 1 không những làm thay đổi chiều cao nhấp nhô mà còn làm thay đổi cả hình dạng nhấp nhô (hình 1.3c) Nếu bán kính mũi dao có dạng tròn r1 thì nhấp nhô cũng có đáy lõm tròn (hình 1.3d) Nếu tăng bán kính mũi dao lên r2 thì chiều cao nhấp nhô Rz sẽ giảm

Hình 1.4: Ảnh hưởng của hình dáng hình học của dụng

cụ cắt và chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi tiện

(hình 1.3e) Khi bán kính đỉnh r nhỏ và lượng chạy dao S lớn, ngoài phần cong của lưỡi cắt, phần thẳng cũng tham gia vào việc ảnh hưởng đến hình dạng và chiều cao nhấp nhô (hình 1.3f)

1.1.2.5 Ảnh hưởng của vật liệu gia công đến độ nhám bề mặt gia công

Tính chất vật liệu cũng có ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt chủ yếu là do khả năng biến dạng dẻo Khi gia công vật liệu dẻo, bề mặt ngoài sẽ biến dạng rất nhiều làm cho cấu trúc của nó thay đổi Khi đó, hình dạng hình học và độ nhấp nhô đều thay đổi Khi gia công vật liệu giòn, có một số phần nhỏ lại phá vỡ, làm tăng độ nhấp nhô bề mặt

Vật liệu dẻo và dai (thép ít Cacbon) dễ biến dạng dẻo sẽ cho độ nhám bề mặt lớn hơn vật liệu cứng và giòn

Khi gia công thép Carbon, để đạt độ nhám bề mặt thấp, người ta thường tiến hành thường hóa ở nhiệt độ 850 đến 870oC (hoặc tôi thấp) trước khi gia công

Để cải thiện điều kiện cắt và nâng cao tuổi thọ dụng cụ cắt người ta thường tiến hành ủ ở 900oC trong 5 giờ để cấu trúc kim loại có hạt nhỏ và đồng đều

1.1.2.6 Ảnh hưởng của rung động của hệ thống công nghệ đến độ nhám bề mặt gia công

Quá trình rung động trong hệ thống công nghệ tạo ra chuyển động tương đối

có chu kỳ giữa dụng cụ cắt và chi tiết gia công, làm thay đổi điều kiện ma sát, gây nên độ sóng và nhấp nhô tế vi trên bề mặt gia công

Sai lệch của các bộ phận máy làm cho chuyển động của máy không ổn định,

hệ thống công nghệ sẽ có dao động cưỡng bức, nghĩa là các bộ phận máy khi làm việc sẽ có rung động với những tần số khác nhau, gây ra sóng dọc và sóng ngang trên bề mặt gia công với bước sóng khác nhau

Khi hệ thống công nghệ có rung động, độ sóng và độ nhấp nhô tế vi dọc sẽ tăng nếu lực cắt tăng, chiều sâu cắt lớn và tốc độ cắt cao Tình trạng máy có ảnh hưởng quyết định đến độ nhám của bề mặt gia công

Muốn đạt độ nhám bề mặt gia công thấp, trước hết phải đảm bảo đủ cứng vững, phải điều chỉnh máy tốt và giảm ảnh hưởng của các máy khác xung quanh

1.2 Độ chính xác gia công

1.2.1 Khái quát về độ chính xác gia công

Độ chính xác gia công của chi tiết máy là mức độ giống nhau về hình học, về tính chất cơ lý lớp bề mặt của chi tiết máy được gia công so với chi tiết máy lý tưởng trên bản vẽ thiết kế

Nói chung, độ chính xác của chi tiết máy được gia công là chỉ tiêu khó đạt và gây tốn kém nhất kể cả trong quá trình xác lập ra nó cũng như trong quá trình chế tạo

Trong thực tế, không thể chế tạo được chi tiết máy tuyệt đối chính xác, nghĩa

là hoàn toàn phù hợp về mặt hình học, kích thước cũng như tính chất cơ lý với các giá trị ghi trong bản vẽ thiết kế Giá trị sai lệch giữa chi tiết gia công và chi tiết thiết

kế được dùng để đánh giá độ chính xác gia công

* Các chỉ tiêu đánh giá độ chính xác gia công:

- Độ chính xác kích thước: được đánh giá bằng sai số kích thước thật so với kích thước lý tưởng cần có và được thể hiện bằng dung sai của kích thước đó

- Độ chính xác hình dáng hình học: là mức độ phù hợp lớn nhất của chúng với hình dạng hình học lý tưởng của nó và được đánh giá bằng độ côn, độ ôvan, độ không trụ, độ không tròn (bề mặt trụ), độ phẳng, độ thẳng (bề mặt phẳng)

- Độ chính xác vị trí tương quan: được đánh giá theo sai số về góc xoay hoặc

sự dịch chuyển giữa vị trí bề mặt này với bề mặt kia (dùng làm mặt chuẩn) trong hai mặt phẳng tọa độ vuông góc với nhau và được ghi thành điều kiện kỹ thuật riêng trên bản vẽ thiết kế như độ song song, độ vuông góc, độ đồng tâm, độ đối xứng

- Độ chính xác hình dáng hình học tế vi và tính chất cơ lý lớp bề mặt: độ nhám bề mặt, độ cứng bề mặt

Khi gia công một loạt chi tiết trong cùng một điều kiện, mặc dù những nguyên nhân sinh ra từng sai số của mỗi chi tiết là giống nhau nhưng xuất hiện giá trị sai số tổng cộng trên từng chi tiết lại khác nhau Sở dĩ có hiện tượng như vậy là

do tính chất khác nhau của các sai số thành phần

Một số sai số xuất hiện trên từng chi tiết của cả loạt đều có giá trị không đổi hoặc thay đổi nhưng theo một quy định nhất định, những sai số này gọi là sai số hệ

thống không đổi hoặc sai số hệ thống thay đổi Có một sai số khác mà giá trị của chúng xuất hiện trên mỗi chi tiết không theo một quy luật nào cả, những sai số này gọi là sai số ngẫu nhiên

1.2.2 Các nguyên nhân gây ra sai số gia công

Trong quá trình gia công, có rất nhiều nguyên nhân sinh ra sai số gia công Sai số gia công gồm có sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên Sai số xuất hiện trên từng chi tiết của cả loạt đều có giá trị không đổi gọi là sai số hệ thống không đổi Hoặc sai số xuất hiện trên từng chi tiết của cả loạt có giá trị thay đổi nhưng theo một quy luật nhất định, sai số này gọi là sai số hệ thống thay đổi Có một sai số khác mà giá trị của chúng xuất hiện trên mỗi chi tiết không theo một quy luật nào

cả, những sai số này gọi là sai số ngẫu nhiên

- Các nguyên nhân sinh ra sai số hệ thống không đổi:

+ Sai số lý thuyết của phương pháp cắt

+ Sai số chế tạo của dụng cụ cắt, độ chính xác và mòn của máy, đồ gá + Độ biến dạng của chi tiết gia công

- Các nguyên nhân sinh ra sai số hệ thống thay đổi:

+ Dụng cụ cắt bị mòn theo thời gian

+ Biến dạng vì nhiệt của máy, đồ gá, dụng cụ cắt

- Các nguyên nhân sinh ra sai số ngẫu nhiên:

+ Tính chất vật liệu (độ cứng) không đồng nhất

+ Lượng dư gia công không đều (do sai số của phôi)

+ Vị trí của phôi trong đồ gá thay đổi (sai số gá đặt)

+ Sự thay đổi của ứng suất dư

+ Do gá dao nhiều lần

+ Do mài dao nhiều lần

+ Do thay đổi nhiều máy để gia công một loạt chi tiết

+ Do dao động nhiệt của chế độ cắt gọt

1.2.2.1 Ảnh hưởng do biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ

Hệ thống công nghệ (máy - dao - đồ gá - chi tiết gia công) là một hệ thống đàn hồi Sự thay đổi các giá trị biến dạng đàn hồi dưới tác dụng của lực cắt sẽ gây ra

sai số kích thước và sai số hình dáng hình học của chi tiết gia công Biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ phụ thuộc vào lực cắt và độ cứng vững của bản thân hệ thống đó

Ngoài ra, lực cắt còn gây biến dạng tiếp xúc giữa các chi tiết trong hệ thống công nghệ Lực cắt thay đổi là do lượng dư gia công không cố định, tính chất cơ lý của vật liệu gia công không cố định và do mòn dao Biến dạng đàn hồi và biến dạng tiếp xúc có ảnh hưởng rất lớn đến sai số gia công

Các máy CNC có độ cứng vững cao hơn các máy vạn năng thông thường khoảng 40 - 50%, vì vậy trong cùng một điều kiện gia công thì độ chính xác đạt được trên máy CNC sẽ cao hơn

1.2.2.1.1 Độ cứng vững của hệ thống công nghệ

Độ cứng vững của hệ thống công nghệ là khả năng chống lại biến dạng của

nó do ngoại lực gây ra

Độ cứng vững của hệ thống công nghệ được biểu diễn định lượng bằng công thức sau:

Py - lực tác dụng theo phương pháp tuyến của bề mặt gia công (kN hoặc kG);

y - lượng dịch chuyển theo phương tác dụng của lực (mm)

Độ cứng vững của hệ thống công nghệ cũng có thể được biểu diễn qua số gia:

Độ mềm dẻo của hệ thống công nghệ được xác định theo công thức sau:

1.2.2.1.2 Độ biến dạng tiếp xúc và biến dạng của bản thân chi tiết

Lượng biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ (hoặc của các phần tử trong

hệ thống) phụ thuộc vào biến dạng của bản thân các chi tiết và biến dạng tiếp xúc của các bề mặt lắp ghép

Biến dạng của bản thân chi tiết (biến dạng kéo, biến dạng nén, biến dạng uốn, biến dạng xoắn hoặc tổng hợp các biến dạng đó) được tính theo các công thức của sức bền vật liệu hoặc theo lý thuyết đàn hồi

Biến dạng tiếp xúc phụ thuộc vào độ nhám bề mặt, độ sóng bề mặt, sai số hình dáng hình học, tính chất đàn hồi của vật liệu tiếp xúc, điều kiện bôi trơn và đặc tính tải trọng của các bề mặt tiếp xúc

Độ cứng vững tiếp xúc được xác định theo công thức:

1.2.2.1.3 Ảnh hưởng do sai số của phôi

Khi gia công, dao bị mòn làm cho lực cắt Py và biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ tăng lên, do đó kích thước của chi tiết máy cũng bị biến động Còn sự biến động của độ cứng vật liệu và lượng dư gia công sẽ gây ra sai số hình dáng hình

học của chi tiết Trong thực tế cũng tồn tại hiện tượng in dập (di truyền công nghệ) sai số hình dáng hình học cùng tính chất của phôi và chi tiết gia công như độ ô van,

độ côn, độ đảo, v.v

1.2.2.2 Ảnh hưởng của độ chính xác của máy tới sai số gia công

Thông thường máy công cụ có những sai số hình học sau:

- Độ đảo hướng kính của trục chính

- Độ đảo của lỗ côn trục chính

- Độ đảo mặt đầu của trục chính

- Các sai số của các bộ phận khác như sống trượt, bàn máy, v.v

Các sai số trên đây sẽ phản ánh một phần hoặc toàn bộ lên chi tiết gia công dưới dạng sai số hệ thống Việc hình thành các bề mặt gia công là do chuyển động cưỡng bức của các bộ phận chính như trục chính, bàn máy hoặc bàn dao, v.v Nếu các chuyển động này có sai số chúng sẽ phản ánh lên bề mặt của chi tiết gia công Đối với các máy công cụ khác cũng vậy, sai số chế tạo của máy sẽ trực tiếp gây ra sai số gia công Ví dụ, trên máy phay đứng, nếu trục chính của máy không thẳng góc với bàn máy theo phương ngang của bàn máy thì mặt phẳng gia công sẽ không song song với mặt đáy của chi tiết đã định vị trên bàn máy Độ không song song này sẽ bằng độ không vuông góc của đường tâm trục chính so với bàn máy (hình 1.4)

Hình 1.5: Mặt phẳng gia công không song song với

mặt phẳng đáy của chi tiết

1.2.2.3 Ảnh hưởng của sai số của đồ gá tới độ chính xác gia công

Sai số chế tạo và lắp ráp của đồ gá cũng ảnh hưởng đến độ chính xác của chi tiết gia công Các chi tiết quan trọng của đồ gá như các chi tiết định vị, dẫn hướng,

so dao v.v nếu có sai số do chế tạo hoặc mòn sẽ làm thay đổi vị trí tương đối giữa máy - dao - chi tiết, do đó cũng gây ra sai số gia công Sai số này có thể xác định được bằng tính toán dựa vào dung sai của các chi tiết chủ yếu của đồ gá hoặc có thể dựa vào kích thước thực tế của các chi tiết đó khi chế tạo

Nhìn chung, tốc độ mòn của đồ gá cũng như của máy công cụ rất chậm vì vậy sai số về hình học của đồ gá sẽ phản ánh lên các chi tiết được gia công là như nhau

1.2.2.4 Ảnh hưởng của sai số của dụng cụ cắt tới độ chính xác gia công

Độ chính xác chế tạo dụng cụ cắt, mức độ mài mòn của nó và sai số gá đặt trên máy đều ảnh hưởng đến độ chính xác gia công

1.2.2.4.1 Sai số chế tạo dao

Khi gia công bằng các dụng cụ định kích thước (ví dụ như mũi khoan, mũi khoét, dao doa, dao chuốt, ) thì sai số của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công

Khi gia công rãnh then bằng dao phay ngón, dao phay đĩa thì sai số đường kính và bề rộng của dao cũng ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác chiều rộng của rãnh then

Sai số bước ren, góc nâng của ren, góc đỉnh ren, đường kính trung bình của các loại tarô và bàn ren đều phản ánh trực tiếp lên ren gia công

Khi gia công các mặt định hình bằng các dao định hình (như dao tiện định hình, dao phay răng môđun) thì sai số profil của dao sẽ gây ra sai số hình dạng bề mặt

Khi tiện, bề mặt gia công được tạo hình bằng các điểm khác nhau trên phần cung tròn của đỉnh dao (hình 1.5a): r - bán kính cung tròn; mặt trụ được tạo hình bằng điểm A; mặt đầu được tạo hình bằng điểm B Các yếu tố này luôn luôn được tính đến khi lập trình gia công mặt côn và mặt cong Khi gia công các mặt côn chỉ cần đưa vào chương trình giá trị hiệu chỉnh a theo trục Z (khoảng cách giữa B và C trên hình 1.5a) Nếu bán kính đỉnh dao thực tế khác bán kính đỉnh dao lập trình thì

sẽ xuất hiện sai số gia công của chi tiết

Hình 1.5b là sơ đồ gia công mặt côn với góc  Ta phải lập trình gia công bằng dao có bán kính đỉnh dao là r và phải tính đến giá trị dịch chuyển a Tuy nhiên, dao thực tế lại có bán kính là r khác với bán kính r một giá trị là r (r = r - r) Do một

số máy tiện CNC không có hiệu chỉnh bán kính đỉnh dao mà chỉ hiệu chỉnh chi tiết theo từng trục tọa độ cho nên các kích thước đường kính D1 và D2 đạt được nhờ hiệu chỉnh dao theo trục X’ Sai số kích thước theo trục Z’ được xác định bằng công

a) dịch chuyển của các điểm cắt theo tính toán;

b) sai số gia công trong trường hợp đỉnh dao không chính xác

Hình 1.6 là các trường hợp gia công các bề mặt lồi và lõm với độ cong thay đổi Các góc 1 và 2 là các góc nghiêng (đối với Z’) lớn nhất của các profil bên trái

và profil bên phải (các đường cong 1) Nếu bán kính đỉnh dao giảm so với bán kính lập trình thì độ cong của profil lõm sẽ tăng lên và độ cong của profil lồi sẽ giảm xuống (các đường cong 3) Ngược lại, khi bán kính đỉnh dao tăng lên so với bán kính lập trình thì độ cong của profil lõm sẽ giảm xuống và độ cong của profil lồi sẽ tăng lên (các đường cong 2) Đối với các mảnh dao hợp kim cứng không mài lại

(chỉ dùng một lần) thi sai số bán kính đỉnh dao r =  0,1 mm cũng có ảnh hưởng

rất lớn đến profil chi tiết Ví dụ: 1 = 2 = 35o thi sai số profil ở mỗi phía (phải và trái) z = 0,018 mm

a)

b)

Hình 1.7: Gia công các profil có tọa độ cong thay đổi

a) profil lồi; b) profil lõm

1.2.2.4.2 Độ mòn dao

Ngoài sai số chế tạo, trong quá trình cắt dao sẽ bị mòn và sẽ ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác gia công, đặc biệt là khi chế tạo các chi tiết từ vật liệu chịu lửa và

có độ bền cao

Hình 1.7 là quy luật mòn của dao khi cắt

Ở giai đoạn cắt ban đầu (I) dao mòn nhanh Độ mòn ở giai đoạn này được gọi

là mòn ban đầu (Uh) Độ mòn ban đầu Uh phụ thuộc vào chiều dài đường cắt Lh, vật liệu làm dao, vật liệu gia công, chất lượng mài và đánh bóng phần cắt Chiều dài đường cắt Lh của phần này thường nằm trong khoảng 500  1500 m

Hình 1.8: Quan hệ giữa độ mòn của dao U và chiều dài cắt L

Ở giai đoạn hai (II) dao mòn bình thường, lượng mòn có quan hệ với chiều dài đường cắt theo đường thẳng Đường thẳng này làm với trục hoành một góc  Cường độ mòn của giai đoạn này U0 (m/km) được xác định bằng công thức:

Ở đây: U2 - lượng mòn trong giai đoạn hai (m);

L2 - chiều dài đường cắt trong giai đoạn hai (km)

Chiều dài đường cắt ở giai đoạn II (L2) khi gia công thép bằng dao tiện T15K6

B l S

B l

1000

.

S0 - lượng chạy dao vòng (mm/vòng);

Sz - lượng chạy dao răng (mm/răng);

Z - số răng của dao phay

Các công thức trên đây được dùng để tính độ mòn trong giai đoạn II (mòn trung bình), không kể đến sự mòn nhanh của giai đoạn I

Đối với dao mới hoặc dao mài lại, để xác định chính xác độ mòn dao trong quá trình cắt phải kể đến chiều dài đường cắt ban đầu Lh và độ mòn của giai đoạn đầu Uh Khi đó lượng mòn tổng cộng được tính theo công thức:

Ở đây: Lb - chiều dài đường cắt bổ sung (m)

1.2.2.5 Ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của máy tới độ chính xác gia công

Khi máy làm việc, các bộ phận khác nhau của nó bị nung nóng chủ yếu là do nhiệt ma sát, nhiệt phát ra từ động cơ và từ hệ thống thủy lực Nhiệt độ của các bộ phận khác nhau có thể chênh lệch trong khoảng 10  50oC, trong đó nhiệt độ ở hai ổ trục chính có giá trị lớn nhất và có ảnh hưởng lớn nhất đến độ chính xác gia công Ngoài ra, nhiệt độ trong phòng hoặc ánh nắng mặt trời cũng làm cho các máy

có độ chính xác cao bị nung nóng và mất chính xác

Để giảm biến dạng nhiệt của máy người ta dùng những biện pháp sau đây: + Kết cấu của máy phải đảm bảo điều kiện tỏa nhiệt tốt

+ Các bộ phận như động cơ, hệ thống thủy lực phải được bố trí sao cho nhiệt

độ của chúng ít ảnh hưởng đến máy đồng thời có khả năng giảm rung động cho máy

+ Các chi tiết máy phải có đủ diện tích để tỏa nhiệt

+ Chọn thùng chứa dầu hợp lý để dầu có khả năng tỏa nhiệt nhanh chóng trong quá trình làm việc

+ Các máy có độ chính xác cao phải được bố trí ở nơi có đủ ánh sáng nhưng tránh ảnh hưởng của ánh nắng mặt trời

1.2.2.6 Ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của dao cắt tới độ chính xác gia công

Khi cắt, nhiệt độ truyền vào dao với tỷ lệ không lớn (10  20%) Tuy nhiên, tỷ

lệ nhiệt này cũng gây biến dạng đáng kể của dao cắt Hình 1.8 là quan hệ phụ thuộc giữa độ giãn dài của phần côngxôn của dao và thời gian cắt

Hình 1.9: Quan hệ giữa độ giãn dài của dao (L d ) và

thời gian cắt liên tục (T)

1, 2, 3, 4 - các tốc độ tương ứng (200, 124, 72 và 42 ) m/phút;

t = 0,25 mm; S = 0,1 mm/vòng)

Chiều sâu cắt cho cả bốn trường hợp là t = 0,25 mm, còn lượng chạy dao tương ứng S = 0,1 mm/vòng

Độ giãn dài của dao có thể đạt tới 30  50 m Ta thấy, độ giãn dài của dao

tăng lên khi tốc độ cắt tăng

Độ giãn dài của dao Ld có thể được xác định theo công thức:

Ld - chiều dài côngxôn của dao (mm);

F - tiết diện của dao cắt (mm 2);

b - giới hạn bền của vật liệu gia công (kG/mm 2);

t - chiều sâu cắt (mm);

S - lượng chạy dao (mm/vòng);

V - vận tốc cắt (m/phút)

Theo hình 1.8 ta thấy ở giai đoạn đầu khi mà nhiệt độ chưa được cân bằng thì

độ giãn dài của dao có ảnh hưởng đến kích thước gia công Khi gia công các chi tiết nhỏ thì độ giãn đài của dao gây ra sai số kích thước còn khi gia công các chi tiết lớn

và làm nguội cũng xảy ra tương tự (tương ứng với dao dài ra và ngắn lại) Hình 1.9

là sơ đồ nguyên lý mô tả hiện tượng dao bị dài ra và ngắn lại khi cắt gián đoạn Trong trường hợp, nếu quá trình cắt xảy ra một cách nhịp nhàng (thời gian làm cho dao nguội T1 = T2) thì ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của dao sẽ cố định đối với tất

cả các chi tiết trong loạt

Hình 1.10: Ảnh hưởng của gia công gián đoạn tới

biến dạng nhiệt của dao

1 - khi gia công liên tục; 2 - khi gia công gián đoạn;

a - nung nóng; b - làm nguội

Nếu như độ nhịp nhàng của quá trình cắt không được đảm bảo thì biến dạng nhiệt của dao không ổn định, do đó nó sẽ gây ra sai số kích thước của gia công Tuy nhiên, khi gia công gián đoạn, nhìn chung biến dạng nhiệt (độ giãn dài) của dao giảm xuống (đường cong 2 trên hình 1.9 thấp hơn đường cong 1)

Đối với các loại dao như dao phay, dao chuốt, dao cắt răng ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của chúng tới độ chính xác gia công ít hơn so với các loại dao tiện Còn đối với các loại đá mài thì ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của chúng tới độ chính xác gia công còn ít hơn, bởi vì vật liệu chất kết dính (như Keramit, Vuncanlit

và Bakelit) phát nhiệt rất yếu và hệ số giãn dài của chúng rất nhỏ Vì vậy, khi mài

và các nguyên công khác tương tự thì ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của dụng cụ cắt (các loại đá mài) tới độ chính xác gia công không đáng kể và có thể bỏ qua

1.2.2.7 Ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của chi tiết tới độ chính xác gia công

Một phần nhiệt ở vùng cắt được truyền vào chi tiết gia công, làm cho nó biến dạng và gây ra sai số gia công Nếu chi tiết nung nóng đều thì chỉ gây ra sai số kích thước, còn nếu nó bị nung nóng cục bộ, không đều thì ngoài sai số kích thước còn gây ra sai số hình dáng

Nhiệt độ của chi tiết có ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác khi gia công các chi tiết thành mỏng Khi gia công các chi tiết lớn, ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ chính xác gia công là không đáng kể

Hình 1.10 là sơ đồ mô tả nhiệt độ của chi tiết gia công phát sinh trong quá trình cắt Ta thấy, nhiệt độ của chi tiết thay đổi theo chiều dài của nó Hiện tượng này làm cho việc tính toán sai số gia công có thể rất khó khăn Hơn nữa, các sai số gia công có thể đạt các giá trị rất lớn so với dung sai gia công

Hình 1.11: Nhiệt độ của chi tiết khi tiện

Nếu chi tiết được nung nóng đều thì nhiệt độ trung bình của nó được xác định theo công thức sau:

t =

V C

Q

Ở đây: C - nhiệt dung của vật liệu chi tiết (kCal/kG.độ hoặc Jun/kG.độ);

 - mật độ của vật liệu chi tiết (kG/m 3);

V - thể tích của chi tiết (m 3)

Biến dạng nhiệt L của chi tiết theo phương của một kích thước chiều dài L nào đó được xác định theo công thức:

Ở đây:  - hệ số giãn dài của chi tiết

Để khắc phục biến dạng nhiệt của chi tiết gia công người ta dùng những biện pháp sau đây:

- Tưới dung dịch trơn nguội vào vùng gia công theo chế độ hợp lý

- Gia công chi tiết có yêu cầu nhiệt độ chính xác cao trong phân xưởng riêng

- Trước khi gia công nên cho máy chạy không một thời gian để cân bằng nhiệt (để cho nhiệt độ của các khâu trong máy tăng đến mức cân bằng nhiệt với môi trường xung quanh, có nghĩa là lượng nhiệt tăng thêm lên đúng bằng lượng nhiệt truyền ra môi trường xung quanh)

1.2.2.8 Ảnh hưởng của rung động trong quá trình cắt tới độ chính xác gia công

Rung động của hệ thống công nghệ trong quá trình cắt làm cho vị trí tương đối giữa dao cắt và chi tiết gia công thay đổi theo chu kỳ, do đó ghi lại trên bề mặt chi tiết hình dáng không bằng phẳng Nếu tần số rung động thấp, biên độ lớn sẽ sinh ra

độ sóng bề mặt Ngoài ra, do rung động nên chiều sâu cắt, tiết diện phoi và lực cắt

sẽ tăng, giảm theo chu kỳ làm ảnh hưởng đến độ chính xác gia công

Rung động có hai loại: rung động cưỡng bức và tự rung động

1.2.2.8.1 Rung động cưỡng bức

Nguyên nhân gây ra rung động cưỡng bức là do các lực kích thích từ bên ngoài truyền vào Rung động cân bằng có thể có hoặc không có chu kỳ tùy theo lực kích thích có hoặc không có chu kỳ

Nguồn gốc sinh ra rung động cưỡng bức là:

- Các chi tiết máy, dao hoặc chi tiết gia công quay nhanh nhưng không được cân bằng tốt

- Các chi tiết truyền động trong máy có sai số lớn

- Lượng dư gia công không đều

- Bề mặt gia công không liên tục

- Các bề mặt tiếp xúc có khe hở lớn

Để giảm rung động cưỡng bức người ta thường sử dụng các biện pháp sau đây:

- Nâng cao độ cứng vững của hệ thống công nghệ

- Giảm lực kích thích từ bên ngoài

- Các chi tiết truyền động cần phải được gia công với độ chính xác cao

- Các chi tiết quay nhanh cần phải được cân bằng tốt

- Tránh cắt không liên tục

- Khi gia công các chi tiết có độ chính xác cao cần phải có cơ cấu giảm rung và

có nền móng giảm rung cách ly với bên ngoài

1.2.2.8.2 Tự rung động

Tự rung động (hay tự rung) là rung động sinh ra bởi quá trình cắt và nó được duy trì bởi lực cắt Khi ngừng cắt thì hiện tượng tự rung cũng kết thúc

Để giảm bớt tự rung người ta dùng các biện pháp sau đây:

- Không nên cắt lớp phoi quá rộng và quá mỏng

- Chọn chế độ cắt hợp lý sao cho không nằm trong vung có xuất hiện lẹo dao

- Thay đổi hình dáng hình học của dao sao cho giảm lực cắt ở phương có rung động

- Dùng dung dịch trơn nguội để giảm bớt mòn dao

- Nâng cao độ cứng vững của hệ thống công nghệ

- Sử dụng các cơ cấu giảm rung

1.2.2.9 Ảnh hưởng của phương pháp gá đặt tới độ chính xác gia công

Để gia công được trên máy, chi tiết phải được định vị và kẹp chặt Hai quá trình này (định vị và kẹp chặt) được gọi là gá đặt Bản thân gá đặt này cũng có sai

số và ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công

Nếu biến dạng của tất cả các chi tiết trong loạt là như nhau thì ta có thể xác định chính xác kích thước khi điều chỉnh máy hoặc có lệnh bù khi hiệu chỉnh dao Tuy nhiên, do vật liệu chi tiết không đồng đều và lực kẹp không ổn định cho nên sinh ra sai số kẹp chặt

1.2.2.10 Ảnh hưởng của dụng cụ đo và phương pháp đo tới độ chính xác gia công

- Sai số của dụng cụ đo

Tuy dụng cụ đo là dụng cụ để đánh giá độ chính xác của chi tiết gia công, nhưng bản thân nó khi chế tạo, lắp ráp và điều chỉnh sẽ trực tiếp gây ra sai số gia công

- Sai số do phương pháp đo

Trước khi đo, chi tiết gia công được gá đặt lên dụng cụ đo hoặc đồ gá đo, sau

đó điều chỉnh chuỗi kích thước của dụng cụ đo hoặc đồ gá đo cho trùng với khâu cần đo Cuối cùng động tác đo, áp lực đo v.v cũng gây ra sai số đo và dẫn đến sai

số gia công

Để giảm bớt ảnh hưởng của đo lường đến độ chính xác gia công, khi đo lường cần phải chọn dụng cụ đo và phương pháp đo phù hợp

1.2.2.11 Sai số điều chỉnh dao

Các thiết bị đo lường hiện đại có độ chính xác rất cao (thang chia độ đạt tới

0,001 mm) và độ phóng đại hình chiếu tới 30 lần Tuy nhiên, dù cho độ chính xác

của các thiết bị đo lường rất cao nhưng khi điều chỉnh dao vẫn có sai số Sai số này sinh ra là do: các sai số dụng cụ đo (1 5) và các sai số kẹp chặt dao trên máy khi điều chỉnh để đạt kích thước (6 8)

Theo nguyên tắc cộng các đại lượng ngẫu nhiên thì sai số điều chỉnh dao được xác định như sau:

đcd = [K112K222K332K442K552K662

8 8 2 7

2 - sai số tính kích thước theo thang chia độ

3 - độ lệch của đỉnh dao so với đường cắt nhau trên màn hình của máy chiếu

4 - độ không trùng nhau giữa các điểm đầu của thang chia độ và của cơ cấu kẹp dao

5 - sai số vị trí góc trên dụng cụ đo của cơ cấu kẹp dao

6 - điểm 0 của tọa độ dao thực tế không trùng với điểm 0 lý thuyết (do sai số

vị trí của các bề mặt dao dùng làm chuẩn định vị trên máy)

7 - sai số vị trí góc của các bề mặt làm chuẩn trên máy

8 - sai số do biến dạng của các cơ cấu kẹp dao

K - các hệ số phụ thuộc vào dạng quy luật phân bố kích thước

Sai số điều chỉnh dao có thể được xác định bằng phương pháp tính toán Khi tính có thể lấy: 1 = 1,5 m; 2 = 1 m; 3 = 4 = = 8 = 3 m; K1 = K2 = = K8 = 1

m (các sai số 6, 7 và 8 không thể bù khi điều chỉnh dao, bởi vì một dụng cụ đo thông thường được dùng cho nhiều máy khác nhau mà sai số của các máy lại khác nhau)

1.2.2.12 Sai số điều chỉnh máy

Sai số điều chỉnh máy được xác định tổng hợp khi điều chỉnh dao, điều chỉnh các cơ cấu của máy và của đồ gá có tính đến các yếu tố xuất hiện trong quá trình gia công để đạt kích thước với dung sai yêu cầu Vị trí tương quan của hệ thống công nghệ (máy - dao - đồ gá - chi tiết) được gọi là “kích thước điều chỉnh”

Sai số điều chỉnh máy đcm bằng hiệu các giá trị giới hạn của “kích thước điều chỉnh” và phụ thuộc vào: sai số điều chỉnh dao đcd; sai số vị trí điểm 0 của chương trình 0; sai số của các chi tiết cắt thử b và độ lệch của tâm phân bố của các chi tiết cắt thử so với tâm phân bố lúc điều chỉnh c Như vậy, sai số điều chỉnh máy được xác định như sau:

1 2 2

2 0 0 2

c c b

b đcd

Ở đây: Ka = K0 = Kc = 1  1,73; Kb = 1; c =

n



.3 ( - sai lệch bình phương trung bình tại thời điểm hiệu chỉnh; n - số chi tiết cắt thử để xác định “kích thước điều chỉnh”)

Độ chính xác điều chỉnh máy tăng khi số chi tiết cắt thử tăng Tuy nhiên, khi gia công loạt nhỏ chi tiết thì số chi tiết cắt thử chỉ cho phép bằng 1, vì vậy để đạt yêu cầu phải xác định chính xác vị trí điểm 0 của chương trình và sử dụng sai số hiệu chỉnh dao thích hợp

Kết luận chương 1

Chất lượng sản phẩm trong ngành chế tạo máy bao gồm chất lượng chế tạo các chi tiết máy và chất lượng lắp ráp chúng thành sản phẩm hoàn chỉnh Chương này nghiên cứu các đặc trưng của độ chính xác gia công và các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác gia công Từ đó làm cơ sở lý thuyết để nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ chính xác gia công

So với các máy công cụ điều khiển tay thông thường cũng như các máy điều khiển tự động theo chương trình cứng (dùng cam, dưỡng, cữ chặn, trục gài bi, công tắc hành trình ) thì độ chính xác gia công của máy CNC không phụ thuộc vào tay nghề thuần thục của người điều khiển Người điều khiển máy chủ yếu đóng vai trò theo dõi, kiểm tra các chức năng hoạt động của máy Do vậy, độ chính xác gia công trên máy CNC chủ yếu phụ thuộc vào bộ điều khiển, độ chính xác phần cơ khí của máy và nhiều yếu tố như nêu trên, đặc biệt là ảnh hưởng của chế độ cắt

Chính vì vậy, việc nghiên cứu yếu tố chế độ cắt ảnh hưởng như thế nào đến

độ độ chính xác gia công là một trong những nội dung nghiên cứu trọng tâm của luận văn này, nhằm mục đích xây dựng chế độ cắt tối ưu khi gia công trên máy tiện CNC

Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU

ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG 2.1 Phương pháp thống kê kinh nghiệm

Đây là phương pháp đơn giản nhất, căn cứ vào độ chính xác bình quân kinh

tế để đánh giá

Độ chính xác bình quân kinh tế là độ chính xác có thể đạt được một cách kinh

tế trong điều kiện sản xuất bình thường, là điều kiện sản xuất có đặc điểm sau:

- Thiết bị gia công hoàn chỉnh

- Trang bị công nghệ đạt được yêu cầu về chất lượng

- Sử dụng bậc thợ trung bình

- Chế độ cắt theo tiêu chuẩn và định mức thời gian cũng theo tiêu chuẩn Cách tiến hành: Cho gia công trên một loại máy, một chế độ công nghệ, bậc thợ trong điều kiện tiêu chuẩn và xem thử đạt được độ chính xác gia công ra sao Làm nhiều lần như thế, thống kê lại kết quả đạt được và lập thành bảng

Độ chính xác bình quân kinh tế không phải là độ chính xác cao nhất có thể đạt được của một phương pháp gia công và cũng không phải là độ chính xác có thể đạt được trong bất kỳ điều kiện nào

Phương pháp này nên dùng làm tham khảo và khi vận dụng phải căn cứ thêm điều kiện sản xuất cụ thể để xác định cho thích hợp

2.2 Phương pháp chọn

2.2.1 Khái niệm

Khi nghiên cứu độ chính xác gia công người ta không thể kiểm tra

(hay thí nghiệm) tất cả các chi tiết vì làm như vậy sẽ tốn rất nhiều thời gian, chi phí cho dụng cụ, năng lượng,… nghĩa là hiệu quả không cao Vì vậy, người ta xây dựng phương pháp nghiên cứu mà chỉ cần thực hiện đối với một số chi tiết nhất định Phương pháp nghiên cứu đó được gọi là phương pháp chọn Người ta phân biệt một

số hình thức chọn như sau:

Hình thức 1 - Chọn lặp lại: Theo hình thức này thì chi tiết sau khi được chọn

ra để kiểm tra, lại được quay trở về loạt để tham gia vào quá trình chọn tiếp

Hình thức 2 - Chọn không lặp lại: Cách làm cũng được thực hiện như trên, nhưng chi tiết không được đưa trở lại sau khi đã kiểm tra

Về số lượng chọn, số lượng chọn nhỏ được thực hiện khi số lượng chi tiết <

25 Số lượng chọn lớn được thực hiện khi số lượng chi tiết nằm trong khoảng 50 đến 100

2.2.2 Nhiệm vụ của phương pháp chọn

Phương pháp chọn cho phép giải quyết hai vấn đề:

Vấn đề 1: Xác định qui luật phân bố của đại lượng ngẫu nhiên

Vấn đề 2: Kiểm tra, giải quyết về qui luật phân bố và các đặc tính của nó

2.2.3 Xác định qui luật phân bố của đại lượng ngẫu nhiên

Trên cơ sở của qui luật số lớn có thể khẳng định rằng, nếu loạt lớn chi tiết phân bố theo một qui luật nào đó thì loạt nhỏ chi tiết (được chọn từ loạt lớn) sẽ phân

bố theo qui luật này Kết luận này càng chính xác khi số chi tiết trong loạt nhỏ càng tăng

Trong trường hợp khi qui luật phân bố đã biết trước thì nhiệm vụ đặt ra là xác định các đặc tính của qui luật đó Ví dụ , đối với qui luật phân bố chuẩn (qui luật Gaus) cần xác định giá trị trung bình X o (của loạt lớn chi tiết) và sai lệch bình phương trung bình  o (của loạt lớn chi tiết)

Tuy nhiên, để đánh giá X o và  o có thể tính X và s của loạt nhỏ chi tiết (được chọn ra từ loạt lớn chi tiết) với một sai số cho phép nào đó

Từ các tính chất của giá trị trung bình X và phương sai s2 của loạt nhỏ chi tiết ta thấy, độ chính xác tính toán của X o và  o2 tăng khi số chi tiết n được chọn tăng Tuy nhiên, trong thực tế thường hạn chế số chi tiết n được chọn nhất định, do

đó cần phải đánh giá độ chính xác tính toán của X o và X của  o và s theo phương pháp sau:

- Đánh giá độ chính xác tính toán giá trị trung bình của loạt chi tiết dựa theo

số liệu của nhóm chọn

- Đánh giá độ chính xác tính toán sai lệch bình phương trung bình của loạt chi tiết dựa theo số liệu của nhóm chọn