Ảnh hưởng của chế độ gia công tới lượng mòn dao khi gia công trên máy phay CNC

Đại học bách khoa Hà Nội Viện Cơ Khí công khi xây dựng các mô hình: Lực cắt, độ nhám bề mặt, lượng mòn dao phụ thuộc vào các thông số chế độ cắt A1,A2,A3 Số mũ thực nghiệm tương ứng với

Trang 1

Đại học bách khoa Hà Nội Viện Cơ Khí

1.2.2Quy trình công nghệ gia công trên máy phay CNC 18

1.3.1.2 Các đại lƣợng đặc trƣng xuất hiện trong và sau quá trình cắt khi phay

26

1.3.2 Ý nghĩa của các đại lƣợng đặc trƣng xuất hiện trong và sau quátrình cắt khi phay

TRONG QUÁ TRÌNH PHAY

Trang 2

1.3.3.1 Nội dung khái quát và những nhận xét về các công trình đã

nghiên cứu

30

Chương 2: NGHIÊN CỨU CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CƠ

BẢN KHI PHAY BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU SỬ DỤNG

2.1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chiều cao nhấp nhô tế vị bề mặt 41

2.3.1 Xây dựng mô hình các đại lượng đặc trưng cơ bản phụ thuộc

2.3.1.1 Sự biến đổi của các đại lượng đặc trung cơ bản theo thời gian

Trang 3

2.3.2.1 Xây dựng các điều kiện đảm bảo độ chính xác kích thước chi

tiết gia công

2.3.5 Xây dựng các mối quan hệ giữa các đại lượng Y 57

3.2.2 Các thông số công nghệ cơ bản của hệ thống thí nghiệm 60

3.2.2.2 Dụng cụ gia công dùng trong thí nghiệm 61

3.2.2.4 Đồ gá và dung dịch trơn người dùng trong thí nghiệm 63

4.3 CÁC KẾT QUẢ MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH CẮT KHI

PPHAY

74 4.3.1 Mô hình lượng mòn dao Δh phụ thuộc vào các thông số chế độ

Trang 4

và thời gian gian công

Trang 5

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHÍNH

Sz Lượng chạy dao rang

T Chiều sâu cắt theo phương dọc trục dao phay

amax Chiều dày cắt lớn nhất

amin Chiều dày cắt nhỏ nhất

atb Chiều dày cắt trung bình

Pdc Công suất động cơ

Ra Sai lệch profin trung bình của bề mặt chi tiết

Rz Chiều cao nhấp nhô trung bình của bề mặt chi tiết

Rt Chiều cao nhấp nhô lớn nhất của bề mặt chi tiết

Δh Lượng mòn dao theo phương vuông góc với bề mặt chi

tiết

Tb Tuổi bền dao

hs Chiều cao mài mòn theo mặt sau

[hs] Chiều cao mài mòn theo mặt sau cho phép

τ Thời gian gia công

Y Ký hiệu đại diện cho các đại lượng đặc trưng

A0 Hệ số thực nghiệm xét đến ảnh hưởng của điều kiện gia

Trang 6

công khi xây dựng các mô hình: Lực cắt, độ nhám bề mặt, lượng mòn dao phụ thuộc vào các thông số chế độ cắt

A1,A2,A3 Số mũ thực nghiệm tương ứng với các thông số chế độ

cắt V, Sz, T

C0 Hệ số thực nghiệm xét đến ảnh hưởng của điều kiện gia

công khi xây dựng các mô hình: Lực cắt, độ nhám bề mặt, lượng mòn dao phụ thuộc vào thời gian gia công

C1 Số mũ thực nghiệm tương ứng với lực cắt

H0 Hệ số thực nghiệm xét đến ảnh hưởng của điều kiện gia

công khi xây dựng mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt với lượng mòn

H1 Số mũ thực nghiệm tương ứng với lực cắt

K0 Hệ số thực nghiệm xét đến ảnh hưởng của điều kiện gia

công khi xây dựng mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt với lượng mòn dao

K1 Số mũ thực nghiệm tương ứng với lượng mòn dao

K Chi phí gia công

KM Chi phí máy trong một giờ

KL Chi phí lương công nhân đứng máy trong 1 giờ

Kthd Chi phí thay dao

Kmd Chi phí mài dao

Kdm Chi phí mòn dao

Kp Chi phí phụ

Ycp Độ võng cho phép của trục dao

E Mô dun dàn hồi của vật liệu làm trục dao

Ld Chiều dài phần công xôn của trục dao

δA Dung sai của chi tiết

A Kích thước của chi tiết gia công

Amin Kích thước nhỏ nhất của chi tiết gia công

Amax Kích thước lớn nhất của chi tiết gia công

h Khoảng dao nhau của hai bước do hai dao cùng cắt

L Chiều dài gia công

Trang 7

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

1 Bảng 4.1 Giá trị các thông số chế độ cắt và giá trị mã hóa

2 Bảng 4.2 Bảng giá trị các thông số công nghệ khi phay

3 Bảng 4.3 Tổng hợp kết quả do lượng mòn dao Δh phụ thuộc vào

các thông số chế độ cắt (V, Sz, T)

4 Bảng 4.4 Bảng phương trình lượng mòn dao Δh phụ thuộc vào các

thông số chế độ cắt (V, Sz, T)

5 Bảng 4.5 Bảng phương trình lượng mòn dao Δh phụ thuộc vào thời

gian τ, và tổng hợp kết quả các hệ số (C0,C1) của lượng mòn dao Δh phụ thuộc vào thời gian gia công τ

6 Bảng 4.6 Phương trình lượng mòn dao Δh phụ thuộc vào thời gian

gia công τ

Trang 8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ

1 Hình 1.1 Các dạng dao phay chủ yếu

2 Hình 1.2 Điều khiển điểm – điểm

3 Hình 1.3 Điều khiển đường thẳng

4 Hình 1.4 Điều khiển theo contour

5 Hình 1.5 Vùng gia công khi phay

6 Hình 1.6 Sơ đồ các bước khi phay

7 Hình 1.7 Sơ đồ ăn dao vào chi tiết

8 Hình 1.8 Bù chiều dài dao khi phay

9 Hình 1.9 Mô hình hóa quá trình cắt khi phay

10 Hình 2.1 Lực cắt khi phay bằng dao phay ngón

11 Hình 2.2 Chiều dày cắt khi phay bằng dao phay ngón sử dụng mảnh

cắt xoay

12 Hình 2.3 Kích thước hình học mãnh cắt

13 Hình 2.4 Diện tích cắt thực của tiết diện lớp kim loại bị cắt khi r≈0

14 Hình 2.5 Diện tích cắt thực của tiết diện lớp kim loại bị cắt khi r≠0

15 Hình 2.6 Các dạng mài mòn dụng cụ cắt

16 Hình 2.7 Mối quan hệ giữa các đại lượng đặc trưng Y với thời gian

gia công τ

17 Hình 2.8 Mối quan hệ giữa lực cắt với thời gian gia công τ

18 Hình 2.9 Mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt với thời gian gia công τ

19 Hình

2.10

Sơ đồ xác định tuổi bền Tb bằng cách sử dụng đồng thời nhiều chỉ tiêu

20 Hình 3.1 Sơ đồ mô hình thí nghiệm

21 Hình 3.2 Hình ảnh máy phay KIRA VTC-40b

22 Hình 3.3 Dao phay ngón sử dụng mảnh cắt xoay

23 Hình 3.4 Bản vẽ phôi và sản phẩm sau khi phay

24 Hình 3.5 Sơ đồ gá đặt phôi

25 Hình 3.6 Đồ hồ so dao độ chính xác 0,001mm

26 Hình 3.7 Sơ đồ gá đồng hồ so và đo lượng mòn dao

27 Hình 3.8 Sơ đồ thuật toán xử lý số liệu

28 Hình 4.1 Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm

Trang 9

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài

Cho đến nay, sản phẩm cơ khí phải qua gia công bằng cắt gọt vẫn chiếm tỷ lệ cao nhất trong các phương pháp gia công kim loại Gia công cắt gọt kim loại có khả năng đáp ứng được độ chính xác kích thước, độ phước tạp về hình dạng và chất lượng bề mặt chi tiết gia công Chính vì vậy việc ứng dụng các công nghệ tiên tiến

có sự trợ giúp của máy tính được tích hợp trong máy công cụ chính xác điều khiển theo chương trình số (NC & CNC), dụng cụ gia công có độ bền cao và vật liệu gia công mới luôn được phát triển mạnh mẽ là đòi hỏi khách quan của nền sản xuất công nghiệp hiện đại

Do các điều kiện trong công nghệ gia công cắt gọt kim loại luôn thay đổi theo hướng tích cực nên các mô hình của quá trình cắt gọt kim loại, các thông số chế độ cắt được thu thập từ những năm trước đây, việc mô hình hóa quá trình tham gia cắt gọt trong các điều kiện công nghệ mới đã, đang và sẽ phải tiếp tục nghiên cứu Các mô hình lượng mòn dao xuất hiện trong và sau quá trình cắt như: lực cắt, nhiệt cắt, rung động, độ nhấp nhô tế vị bề mặt, lượng mòn dao… khi gia công trên các máy CNC được nhập từ các nước phát triển là các bản quyền của các hãng sản xuất Do vậy chúng ta đã và đang gặp những khó khăn trong việc khai thác sử dụng

có hiệu quả máy CNC, các dụng cụ gia công đắt tiền ở 2 khía cạnh:

- Không có các cơ sở dữ liệu để xây dựng điều kiện biên, miền giới hạn giải bài toán xác định chế độ cắt tối ưu khi gia công trong điều kiện cụ thể của chúng ta

- Nếu chúng ta có tiền để mua bản quyền thì các mô hình mua được thường lạc hậu, không phù hợp hoàn toàn với điều kiện sản xuất tại Việt Nam nên hiệu quả đầu

về chế độ cắt dưới dạng phần mềm cung cấp kèm theo máy phay CNC do công ty bán

Trang 10

Nhằm giúp giải quyết các nội dung nêu trên trong điều kiện sản xuất cụ thể tác giả đi sâu vào vấn đề:

“Ảnh hưởng của chế độ gia công tới lượng mòn dao khi gia công trên máy phay CNC KIRA VTC-40b”

Đối tượng nghiên cứu

Mô hình lượng mòn dao khi phay trên máy CNC trong điều kiện gia công cụ thể của công ty cổ phần giải pháp công nghệ Việt Hàn:

Máy phay CNC ( KIRA – VTC40B của hãng KIRA- Nhật Bản)

Dao phay mặt đầu sử dụng mảnh cắt hợp kim xoay (Vật liệu mảnh cắt xoay hợp kim cứng APMT 1135 PDER – M2 VP15TF MITSUBISHI - Nhật Bản)

Vật liệu gia công thép làm luôn (SKD11 tương đương với thép X12M)

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu là nghiên cứu kết hợp giữa suy diễn lý thuyết và thực nghiệm Trước hết cần thu thập phân tích, đánh giá về lý thuyết ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến các thông số đầu ra trong điều kiện sản xuất cụ thể sau đó đưa

ra các giả thuyết khoa học rồi dùng thực nghiệm kiểm chứng hoăc làm sáng tỏ hơn các học thuyết đó

Nghiên cứu bằng thực nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm Xây dựng hệ thống thí nghiệm ổn định có sử dụng các thiết bị đo hiện đại kết nối với hệ thống máy tính để có thể tự động hóa quá trình thu thập và lưu trữ các kết quả đó tạo điều kiện cho quá trình xử lý số liệu bằng các phần tiện ích nhằm đạt được độ chính xác và độ tin cậy cao

Trang 11

Các kết quả nghiên cứu được áp dụng cho thực tế sản xuất qua đó đánh giá được hiệu quả của vấn đề nghiên cứu

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học:

Công nghệ gia công trên máy phay CNC phụ thuộc vào các yếu tố: Máy, dao, vật liệu gia công, dung dịch trơn nguội… Do tiến bộ của khoa học kỹ thuật, việc nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến lượng mòn dao đóng vai trò rất quan trọng đến chất lượng gia công

Hiệu quả trong nghiên cứu: kết quả của việc mô hình nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ căt đến lượng mòn dao khi phay sẽ tạo ra cơ sở cho việc tự động hóa quá trình chuẩn bị sản xuất

Phương pháp nghiên cứu mới: nhờ nghiên cứu đồng thời nhiều đại lượng đặc trưng và ảnh hưởng qua lại giữa các đại lượng này cho phép ta xây dựng được bộ chỉ tiêu tổng quát đánh giá quá trình gia công Các kết quả đánh giá có độ chính xác cao, phạm vi ứng dụng lớn và để áp dụng vào thực tế sản xuất

Xây dựng khái niệm đánh giá lượng mòn dao mới: lượng mòn dao được đo theo phương vuông góc với bề mặt đã gia công (theo phương dọc trục của dao phay ngón) Lượng mòn dao này ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác kích thước chi tiết

và là tín hiệu đẻ tự động hóa quá trình điều chỉnh lại dao hoặc thay dao, góp phần nâng cao chất lượng gia công và tiết kiệm được thời gian và chi phí gia công

Ý nghĩa thực tiễn:

Khả năng ứng dụng thực tế : Kết quả của nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ đắt đến lượng mòn dao khi phay trên máy phay CNC trong từng điều kiện gia công cụ thể Kết quả nghiên cứu của đề tài là điểm khởi đầu cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu

về chế độ cắt dưới dạng các phần mềm cung cấp kèm theo máy phay CNC

Xây dựng các tín hiệu điều khiển gia công: lực cắt xuất hiện và được đo trong quá trình cắt có thể được dùng làm tín hiệu điều khiển thích nghi quá trình gia công nhằm đảm bảo tận dụng công suất cắt lớn nhất, đảm bảo an toàn cho quá trình gia công trong điều kiện gia công không ổn định

Thông qua mô hình mòn dao theo thời gian gia công cho phép tính toán xác định thời điểm điều chỉnh lại dao nhằm tận dụng hết khả năng cắt của dụng cụ, đảm bảo độ chính xác trong quá trình gia công, có thể nâng cao độ chính xác kích thước chi tiết gia công

Trang 12

Địa chỉ ứng dụng : Các mô hình nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến lượng mòn dao khi phay trên máy phay CNC được ứng dụng cho gia công các chi tiết phước tạp, khuôn mẫu chính xác tại Viện máy và dụng cụ công nghiên cũng như nhiều cơ sở gia công khuôn mẫu khác có sử dụng cấc máy phay CNC

Những đóng góp của đề tài

Về lý thuyết :

Xây dựng được phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa lượng mòn dao với các thông số chế độ như : Vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt và với thời gian gia công dưới dạng các biểu thức toán học thông qua các mô hình này cho phép xây dựng miền giói hạn của các thông số công nghệ ứng với từng điều kiện gia công cụ thể tại thời điểm bất kỳ của quá trình sản xuất, đây chính là nhiệm vụ chính trong việc nghiên cứu tối ưu hóa chế độ cắt nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình gia công

Xây dựng được phương pháp xác định tuổi bền dao phay đồng thời bằng nhiều chỉ tiêu Trong điều kiện gia công cụ thể ta có thể lựa chọn được giá trị tuổi bền hợp

lý, góp phần tận dụng hết khả năng cắt của dụng cụ, tiết kiệm chi phí

Xây dựng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm với hệ thống thí nghiệm và phương pháp xử lý số liệu hiện đại, chính xác và tin cậy trên cơ sở sử dụng tin học như một công cụ hữu hiệu khi nghiên cứu phương pháp nghiên cứu này có thể dược ứng dụng cho công tác đào tạo và nghiên cứu khoa học

Về thực tiễn :

+ Kết quả nghiên cứu này sẽ được sử dụng làm điều kiện biên cho bài toán tối

ưu hóa quá trình cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu lưỡi cắt hợp kim xoay trên máy phay CNC KIRA VTC – 40b

Nội dung luận văn :

Toàn bộ nội dung chính của luận văn được chia làm 4 chương và phần kết luận chung :

Mở đầu

Chương 1 Tổng quan về phay và mô hình ảnh hưởng của chế độ gia công tới lượng mòn dao khi phay trên máy phay CNC

Trang 13

Chương 2 Nghiên cứu các thông số đặc trưng cơ bản khi phay bằng dao phay mặt đầu sử dụng mảnh cắt xoay

Chương 3 Xây dựng hệ thống thí nghiệm

Chương 4 Phương pháp thực nghiệp và đánh giá kết quả

Kết luận chung và kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo

Tài liệu tham khảo.phụ lục I, II, III, IV

Tôi xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Trọng Hiếu, người thầy đã tận tam truyền đạt kiến thức và có những chỉ dẫn quý báu giúp tôi hoàn thành bản luận văn này Bên cạnh đó, tôi xin cảm ơn bộ môn công nghệ chế tạo máy – Viện Cơ khí – trường Đại học Bách Khoa Hà Nội cùng các đồng nghiệp đã hợp tác đầy hiệu quả giúp tôi nghiên cứu đề tài này Trong bản luận văn chắc hẳn còn nhiều thiếu sót, tôi rất mong cấc thầy, cô và các bạn đồng nghiệp góp ý, bổ sung để luận văn này đạt được kết quả cao hơn

Tôi xin trân trọng cảm ơn

Lê Như Trang

Trang 14

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ PHAY VÀ MÔ HÌNH ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ

GIA CÔNG TỚI LƯỢNG MÒN DAO KHI PHAY 1.1TỔNG QUAN VỀ PHAY

1.1.1Định nghĩa về phay

Phay là phương pháp gia công cắt gọt bằn dụng cụ cắt có lưỡi cắt xác định được dung phổ biến trong gia công cắt gọt kim loại quá trình cắt khi phay là không liên tục do dao phay thông thường có nhiều lưỡi nên quá trình cắt được tiến hành lần lượt theo từng lưỡi gây nên các va đập trong quá trình gia công [7], [10]

Độ chính xác đạt được bằng phương pháp phay không cao hơn cấp 4 +3 và chiều cao nhấp nhô tế vị bề mặt Ra – 3,2 ÷0,2 µm khi gia công mặt phẳng, phay là phương pháp gia công có năng suất cao nhất Phay có khả năng thay thế hoàn toàn phương pháp bào trong sản xuất hàng loạt

1.1.2Các dạng phay chủ yếu

Bằng phương pháp phay, người ta có thể gia công mặt phẳng, mặt định hình phức tạp , rãnh then, cắt đứt, gia công trục tròn xoay, trục then hoa, cắt ren, bánh răng…

Có rất nhiểu các kiểu dao phay khác nhau (hình 1.1, [1], [2], [7], [10])

Dao phay trụ răng xoắn (hình 1.1a)

Dao phay mặt đầu (hình 1.1b)

Dao phay đĩa (hình 1.1c)

Dao phay đĩa để cắt đứt, (hình 1.1d)

Dao phay ngón (hình 1.1e)

Dao phay góc (hình 1.1g)

Dao phay định hình (hình 1.1h)

1.1.3Đặc điểm gia công cắt gọt bằng phay

Gia công cắt gọt bằng phay có đặc điểm như sau :

Trang 15

Do có một số lưỡi cùng tham gia cắt nên năng suất cao hơn gia công bằng bào nhiều lần và trong một số trường hợp cụ thể bằng chuốt lưỡi cắt của dao phay làm việc không liên tục, cùng với khối lượng thân dao lớn nên điều khiển truyền nhiệt tốt do vậy, dao lâu mòn hơn và có thể gia công trong các điều kiện cắt gọt khó khăn

Diện tích cắt khi phay thay đổi, do vậy lực cắt thay đổi gây ra rung động trong quá trình cắt

Do lưỡi cắt làm việc gián đoạn, gây va đập và rung động, nên khả năng tồn tại lẹo dao ít Tuy nhiên hiện tượng va đập trong quá trình cắt cũng là nhân tố làm giảm

độ chính xác và chất lượng bề mặt chi tiết gia công

Ngoài các hình thức mòn dao tương tự như nguyên công tiện, khi phay xuất hiện hiện tượng vỡ dao do va đập

Hình 1.1 Các dạng dao phay chủ yếu

Trang 16

1.2 CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC

1.2.1 các dạng điều khiển của máy phay CNC

Cũng như các máy công cụ điều khiển số khác, máy phay CNC có khả năng gia công được các bề mặt khác nhau như các lỗ, mặt phẳng, các mặt định hình vv… do

đó các dạng điều khiển của máy cũng được chia ra thành : điều khiển điểm – điểm điều khiển đường thẳng và điều khiển biên dạng (contuor) [1], [4], [8], [11]

1.2.1.1 Điều khiển điểm – điểm

Điều khiển điểm-điểm (hay điều khiên theo vị trí) được dùng để gia công các lỗ bằng các phương pháp khoan, khoét, doa và cắt ren lỗ chi tiết gia công được gá cố định trên bàn máy, dụng cụ cắt thực hiện chạy dao nhanh đến các điểm đã lập trình Trong hành trình này, dao không cắt vào chi tiết Khi đạt tới các điểm đích, quá trình gia công được thực hiện theo chế độ cắt đã được lập trình (hình 1.2 [4], [8], [11])

Hình 1.2 Điều khiển điểm – điểm

1.2.1.2 Điều khiển đường thẳng

Điều khiển đường thẳng là dạng điều khiển thường được dùng khi gia công các rãnh, mặt phẳng, mặt bậc,…trong các nguyên công phay Quỹ đạo chuyển động của dao khi cắt gọi là đường thẳng song song với một trong các trục tọa độ của máy (Hình 1.3 [4], [8], [11])

Trang 17

Hình 1.3 Điều khiển đường thẳng

1.2.1.3 Điều khiển biên dạng

Điều khiển theo biên dạng (theo contuor)là dạng điều khiển nhờ các chuyển động nội suy đồng thời của các bàn trượt máy theo 2 hoặc nhiều trục và mối quan

hệ giữa các chuyển động của các trục này là một hàm số trong mặt phẳng hoặc có thể trong không gian,

Tùy theo số trục được điều khiển đồng thời khi gia công người ta phân biệt : điều khiển contuor 2B, điều khiển contuor và điều khiển contuor 3D (hình 1.4 [4], [8], [11]

a.Điều khiển contuor 2D

Điều khiển contuor 2D cho phép thực hiện nội suy chạy dao theo hai trục đông thời trong một mặt phẳng gia công, ví dụ trong mawtwj phẳng XY (hình1.4a) Trục thú ba Z được cố định Có thể hiểu rõ hơn khi trên máy phay CNC có 3 trục : 2 trục được sử dụng để phay contuor, còn trục thứ ba Z được cố định

b.Điều khiển contuor

Điều khiển contuor cho phép nội suy lượng chạy dao đồng thời theo hai trục nào đó để gia công bề mặt trong một mặt phẳng nhất định Trên máy CNC có

ba trục X, Y, Z ta sẽ điều khiển đông thời X, Y hoặc Y, Z (hình 1.4b) Trên các máy phay CNC điều này có nghĩa là chiều sâu cắt có thể được thực hiện theo bất kỳ

1 trục nào đó trong 3 trục, còn 2 trục kia để phay contuor

Trang 18

c.Điều khiển contuor 3D

Điều khiển contuor 3D cho phép nội suy đồng thời chạy dao theo cả ba trục X,Y,Z (cả ba trục chuyển động hòa hợp với nhau hay có quan hệ ràng buộc hàm số) (hình 1.4c) điều khiển contuor 3D được ứng dụng gia công bề mặt không gian của các khuôn mẫu, gia công các chi tiết có bề mặt phức tạp

Như vậy vai trò của các trục có thể hoán đổi cho nhau

Hình 1.4 Điều khiển theo contuor

1.2.2Quy trình công nghệ gia công trên máy phay CNC

Quy trình công nghệ gia công trên máy phay CNC, được chia làm các bước, nhưng các bước ở đây lại phải chia ra các lớp và mỗi lớp cắt được thực hiện sau quỹ đạo dịch chuyển của dụng cụ cắt

Chương trình điều khiển là tập hợp tất cả các lệnh dịch chuyển và các điều khiển công nghệ do bộ điều khiển của máy cung cấp

Lập chương trình điều khiển cho máy CNC bao gồm 3 giai đoạn sau đay:

1.2.2.1Lập tiến trình công nghệ

Nhiệm vụ của lập tiến trình bao gồm :

Đánh giá khả năng gia công chi tiết trên máy CNC theo kết cấu công nghệ và theo điều kiện sản xuất

Chọn phôi, quy trình công nghệ, dụng cụ cắt, đồ gá và cấu trúc các nguyên công

Trang 19

Nghiên cứu tính công nghệ của chi tiết và tiêu chuẩn hóa các thông số như chuẩn kích thước hoặc bán kính

Xác định yêu cầu về lượng dư và kích thước chính đối với các mặt chuẩn

Lập tiến trình gia công chi tiết (phân các bề mặt theo loại để chọn máy gia công)

Tính toán và lựa chọn phương pháp gá dặt và đồ gá cần thiết

Xác định dụng cụ cắt và chọn chúng theo từng loại

1.2.2.2 Thiết kế nguyên công

Nhiệm vụ của thết kế nguyên công bao gồm:

Xác định nội dung nguyên công, chia nguyên công ra các bước và các vị trí, cụ thể hóa phương pháp kẹp chặt chi tiết

Chia ra các lớp cắt, chọn dụng cụ cắt, chuẩn bị phương pháp điều chỉnh máy và điều chỉnh dao

1.2.2.3Lập trình gia công

Lập trình gia công bao gồm các nội dung sau đây:

Tính toán các quỹ đạo chuyển động của dao sau khi xác định tọa độ của các điểm

Lập trình và ghi vào bộ nhớ của bộ điều khiển máy

Kiểm tra chương trình, chạy thử và gia công thử chi tiết

1,2,3 Phương pháp thực hiện nguyên công phay trên máy phay CNC 1.2.3.1 Vùng gia công

Vùng gia công khi phay được chia ra như sau (hình 1.5 [4])

Trang 20

Đối với vùng gia công này thì dao bị hạn chế khi dịch chuyển dọc hoặc trong mặt phẳng vuông góc với trục của nó

- Vùng gia công kín (hình 1.5e)

Trong trường hợp này thì dao bị hạn chế theo tất cả các phương khi có dịch cuyển

- Vùng gia công tổ hợp (hình 1.5f)

Vùng gia công được tạo thành từ các vùng gia công trên

Hình 1.5 Vùng gia công khi phay

Trang 21

Hình 1.6 Sơ đồ các bước khi phay

a Quỷ đạo của dao

Khi thực hiện nguyên công phay trên máy CNC người ta có thể áp dụng các phương pháp dịch chuyển của dao sau đây (hình 1.6 [4])

- Dịch chuyển theo quỷ đạo ziczac (hình 1.6 a,b,c)

Trang 22

Hiện nay, sơ đồ này đang được sử dụng rộng rãi Tuy nhiên, cách dịch chuyển

có nhược điểm chính là tính chất của quá trình phay thay đổi (lúc phay thuận lúc phay nghịch) dẫn đến lực cắt thay đổi ảnh hưởng xấu đến độ chính xác và chất lượng bề mặt

Sơ đồ chạy ziczac có 3 loại: không ăn dao dọc theo contuor (hình 1.6a); ăn dao dọc theo contuor ở bước cuối cùng (hình 1.6b) và bước đầu tiên là ăn dao sơ bộ dọc theo contuor chi tiết (hình 1.6c) Sơ đồ trên hình 1.6c tạo điều kiện thuận lợi cho việc ăn dao ở phía cuối của mỗi bước

- Dao dịch chuyển theo quỹ đạo dạng lò xo (hình 1.6d,e)

Theo phương pháp của quá trình dịch chuyển này thì bản chất của quá trình phay cũng không thay đổi (luôn luôn là phay thuận hay nghịch), do đó quá trình cắt

ổn định

- Dịch chuyển theo quỷ đạo răng lược (hình 1.6 f,g, h)

Theo phương pháp dịch chuyển này thì bản chất của quá trình phay cũng không thay đổi Sau mỗi lần ăn dao (theo chiều các mũi tên đậm) dao lùi xa khỏi mặt gia công một đoạn rồi chạy về phía vị trí xuất phát ban đầu để thực hiện các bước cắt tiếp theo

b Khoảng cách giữa hai bước kề nhau

Khoảng cách giữa hai bước kề nhau chính là chiều sâu cắt khi phay Khoảng cách giữa hai bước kề nhau lớn nhất tmax được tính theo công thức sau đây: (hình 1.6e)

Tmax = D-2r – h

a.Phương pháp ăn dao vào chi tiết (hình 1.7 [4])

Phương pháp ăn dao đơn giản nhất là ăn dao theo phương dọc trục của lỗ đã khoan sẵn (hình 1.7a)

Trang 23

Hình 1.7 Sơ đồ ăn dao vào chi tiết Trong trương hợp gia công tinh thì quỷ đạo ăn dao được thực hiện theo cung tròn tiếp tuyến với biên dạng chi tiết tại điểm mà ở đó dao bắt đầu chuyển động cắt theo contuor (hình 1.7b) phương pháp này có ưu điểm là lực cắt thay đổi từ từ, giảm được sai số gia công và thuận lợi cho việc hiệu chỉnh bán kính dao khi lập trình

1.2.3.4 Chọn chế độ cắt khi phay

Chọn chế độ cắt khi phay trên máy CNC cũng được tiến hành theo các bước như chọn chế độ cắt khi phay trên các máy vạn năng, nghĩa là phải chọn chiều sâu cắt t, lượng chạy dao Sz’ Sphút và tốc độ cắt V Tuy nhiên đối với các máy phay CNC cần chú ý khi chọn lựa chạy dao răng Sz.’ Lượng chạy dao Sz được chọn với giấ trị Smin từ 4 giá trị Sz [4]

Sz = min (Sz1’ Sz2’ Sz3’ Sz4) Trong đó:

S z1 – lượng chạy dao được xác định theo đọ nhám bề mặt , phụ thuộc vào lượng

dư với chiều sâu cắt t và bề rộng B

S z2 – lượng mòn dao được xác định phụ thuộc vào biến dạng cho phép của dao (Δ) (phụ thuộc vào đường kính dao D và chiều dài phần cắt t)

S z3 – lượng chạy dao được xác định xuất phát từ độ bền của dao

Trang 24

S z4- lượng chạy dao cho phép được xác định được xuất phát từ công suất động

cơ của máy phay

1.2.4 Lập trình gia công trên máy phay CNC

Tính chất quỷ đạo chuyển động của dao khi phay phụ thuộc vào số tọa độ được điều khiển và nguyên tắc điều khiển chuyển động các cơ cấu chấp hành của máy Như vậy, điều khiển 2 tọa độ cho phép dao dịch chuyển đến bất kỳ điểm nào trong mặt phẳng điều khiển, 3 tọa độ cho phép dao dịch cuyển đến bất kỳ điển nào trong không gian

Khi lập trình cho các bước của nguyên công phay nên dựa vào các sơ đồ phay contuor, phay mặt phẳng và phay thể tích

Gia công contuor là quá trình di chuyển của dao theo biên dạng chi tiết Trong phần lượn theo contuor hướng chuyển động của dao có thể thay đổi đột ngột, do đó gây ra sai số contuor (do biến dạng đàn hồi của dao trong quá trình cắt và sai số động lực học của cơ cấu chạy dao) Để giảm sai số contuor ta cần giảm lượng chạy dao, giảm lượng dư hoặc thay đổi kích thước dao

Rời xa contuor là quá trình di chuyển của dao từ bề mặt gia công ra khỏi vùng gia công Sự rời xa contuor cũng được thực hiện theo qu đạo tương tự như sự lại gần contuor

b Phay mặt phẳng

Phay các mặt phẳng (hình 1.5) hở được thực hiện theo sơ đồ chạy dao “ziczac” (hình 1.6 a,b,c), còn phay các mặt phẳng nửa hở được thực hiện theo sơ đồ “dải băng” (hình f,g,h) Để phay các mặt phẳng kín được giới hạn bằng đường tròn người ta dùng sơ đồ chạy dao theo “đường xoắn ôc” (hình 1.6 d,e)

Trang 25

Đường xoắn ốc có thể được tạo thành từ các cung tròn có tâm khác nhau

c Phay thể tích

Khi phay thể tích quỹ đạo dịch chuyển của dao phay diễn ra đồng thời ít nhát theo 3 trục Thông thường để phay thể tích người ta dùng dao phay với bán kính cầu

Việc lập trình phay thể tích rất phước tạp, do đó để nâng cao năng suất và độ chính xác người ta lập trình với sự trợ giúp của máy tính Tuy nhiên, phương pháp phay thể tích với quỹ đạo dịch chuyển của dao theo 4 hoặc 5 tọa độ chỉ được dùng cho một số loại chi tiết hạn chế

1.2.4.2 Bù bán kính dao khi phay

Hình thức hiệu chỉnh dao phụ thuộc vào dạng quỹ đạo của dao và khả năng của

hệ điều khiển máy Đối với các hệ điều khiển khác nhau cùng một chức năng có thể tương ứng với nhiều lệnh khác nhau Ví dụ, cùng một chức năng hủy bỏ hiệu chỉnh dao có thể được thực hiện bằng G40 hoặc G49, hiệu chỉnh nội suy đường thẳng và hiệu chỉnh nội suy cung tròn có thể được ký hiệu bằng G52 v.v…trong nhiều máy CNC hiện đại, hệ điều khiển cho phép lập trình gia công trực tiếp theo contuor chi tiết mà không cần xác định tọa độ các điểm trên đường các đều Đặc tính của mã hóa thông tin phụ thuộc vào từng hệ điều khiển cụ thể nhưng nhìn chung hiệu chỉnh dao được mã hóa bằng các chức năng G41 đến G44 để bù bán kính dao và bao gồm hai giai giai đoạn Giai đoạn thứ nhất dịch chuyển dao tới đường cách đều, còn giai đoạn thứ hai là hiệu chỉnh quá trình cắt

Hình 1.8 Bù chiều dài dao khi phay

Trang 26

1.2.4.3 Bù chiều dài dao khi cắt

Thông thường dấu âm (-; L<0) trong số hiệu chỉnh cho biết quá trình gia công phay theo hướng tăng kích chi tiết gia công và ngược lại dấu (+,L>0) Cho biết giảm hướng kích thước chi tiết gia công Các thông số hiệu chỉnh chiều dài dao được thực hiện tự động thông qua các câu lệnh bù dao của chương trình NC

1.3 MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH CẮT KHI PHAY

Mô hình tổng quát của quá trình cắt khi phay được mo tả như sau: (hình 1.9 [7], [10])

1.3.1 Phân tích các nhân tố có trong mô hình

1.3.1.1 Các thông số đầu vào

Các thông số đầu vào của quá trình phay như: Máy; phôi; chế độ cắt; dụng cụ gia công; phương pháp gia công; dung dịch trơn nguội có ảnh hưởng quyết định đến chi phí gia công và chất lượng bề mặt, độ chính xác của chi tiết gia công

Ứng với điều kiện gia công cụ thể thì chế độ cắt là thông số đầu vào duy nhất thay đổi, các thông số còn lại thường không thay đổi

1.3.1.2 Các đại lượng đặc trưng xuất hiện trong và sau quá trình cắt khi phay

Các đại lượng đặc trưng xuất hiện trong và sau quá trình phay bao gồm : lực cắt, nhiệt cắt, mòn dao, rung động các đại lượng này chịu ảnh hưởng của các thông

số đầu ra là chất lượng, chi phí gia công và có ảnh hưởng qua lại lẫn nhau Chính vì vậy các đại lượng đặc trưng xuất hiện trong và sau quá trình cắt khi phay luôn là mục tiêu của nhiều công trình ngiên cứu

1.3.1.3 Các thông số dầu ra

a.Chi phí gia công và năng suất gia công

Chi phí gia công hoặc năng suất gia công thường được chon là hàm mục tiêu để nghiên cứu tối ưu hóa nguyên công Đối với nguyên công phay người ta thương chọn hàm chi phí gia công K= f(V,Sz,T,τ) làm hàm mục tiêu để giải bài toán xác định chế độ cắt tối ưu trên cơ sở các chỉ tiêu chất lượng nguyên công làm điều kiện ràng buộc

b.Chất lượng gia công.

CÁC THÔNG SỐ

ĐÀU VÀO

CÁC THÔNG SỐ XUẤT HIỆN

TRONG QUÁ TRÌNH PHAY

Trang 27

Chất lượng gia công là một trong các yếu tố cơ bản cần phải đạt được của tất cả các quá trình gia công Chất lượng gia công là chỉ tiêu đánh giá khả năng làm việc của chi tiết gia công Khi nghiên cứu tối ưu hóa quá trình cắt gọt thì chất lượng gia công dược coi là các điều kiện biên bắt buộc của bài toán Chất lượng gia công bao gồm nhiều chỉ tiêu đánh giá khác nhau (hình 1.9)

1.3.2 Ý nghĩa của các đại lượng đặc trưng xuất hiện trong và sau quátrình cắt khi phay

1.3.2.1 Lực cắt

Lực cắt là một trong những đại lượng đặc trưng quan trọng nhát của quá trình cắt gọt Lực cắt có ảnh hưởng quyết định đến biến dạng của hệ thống công nghệ, nhiệt cắt, quá trình mòn dụng cụ, do đó nó có ảnh hưởng quyết định đến độ chính xác gia công Vì vậy, việc xây dựng mô hình lực cắt trong điều kiện gia công cụ thể

sẽ góp phần xây dựng các điều kiện ràng buộc về công suất cắt lớn nhất, độ bền cho phép của dao, độ cứng vững của hệ thống công nghệ,… nhằm xây dựng miền giới hạn của bài toán xác định chế dộ cắt tối ưu khi gia công cắt gọt nóii chung và phay nói riêng

Sự thay đổi các thông số chế độ cắt, cũng như các thông số công nghệ khác làm cho lực cắt thay đổi trong điều kiện gia công cụ thể người ta thường nghiên cứu mô hình lực khi cắt thay đổi các thông số chế độ cắt (V, Sz,B,t)

Thông qua lực cắt ta có thể:

- Đánh giá được khả năng gia công của vật liệu

- So sánh và lựa chọn được dụng cụ

- Xác định được ứng suất thực tế tác động lên dụng cụ gia công

- Tìm hiểu được nguyên nhân sai hỏng dụng cụ

- Lựa chọn được chất làm mát và bôi trơn thích hợp

- Đánh giá được độ mòn cũng như tuổi thọ của dụng cụ trong quá trình gia công

- Xây dựng các hàm rằng buộc về lực cắt khi giải bài toán xác định chế độ cắt tối ưu khi phay

1.3.2.2 Nhiệt cắt

Trang 28

Nhiệt cắt là đại lượng đặc trưng luôn luôn xuất hiện trong quá trình cắt gọt nói chung và phay nói riêng Nhiệt cắt có ảnh hưởng đến độ mòn và tuổi bền của dụng

cụ gia công, chất lượng bề mặt gia công,…

Các nguyên nhân sản sinh ra nhiệt cắt là : Hiện tượng nội ma sát xuất hiện trong quá trình biến dạng của vật liệu gia công, ma sát giữa phôi với mặt trước của dụng

cụ gia công và ma sát giữa mặt sau và bề mặt chi tiết gia công

Nhiệt cắt xuất liện trong quá trình phay cao, nó làm giảm cơ tính của vật liệu dụng cụ do đó tốc độ mài mòn dụng cụ tăng mạnh Nếu nhiệt cắt cao với thời gian kéo dài còn có thể gây ra biến dạng hệ thống công nghệ, làm giảm độ chính xác và chất lượng gia công Nghiên cứu sâu nhiệt cắt trong quá trình phay nhằm mục đích tìm được các chất bôi trơn tưới nguội thích hợp và cơ chế bôi trơn tưới nguội nhằm giảm tối đa nhiệt cắt trong quá trình phay

1.3.2.3 Rung động

Rung động trong quá trình gia công là một đại lượng rất khó xác định Rung động có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng bề mặt, độ chính xác gia công, độ bền của dao và năng suất gia công

Rung động được chia làm hai loại : Rung động cưỡng bước và tự rung

Các nguyên nhân chính gây ra rung động cưỡng bước trong quá trình phay là :

- Hiện tượng va đập luôn xảy ra khi lưỡi dao vào và ra khỏi vùng gia công vì phay là quá trình cắt không liên tục

- Chiều dày cắt khi phay không đều trong vùng gia công

- Lượng dư không đều dẫn đến chiều sâu cắt thay đổi

- Sự không cân bằng của hệ thống đầu dao

- Các bộ phận truyền động của máy không caan bằng

Các nguyên nhân chính gây ra hiện tượng tự rung khi phay là :

- Sự thay đỏi lực ma sát ở mặt trước và mặt sau của dao trong quá trình cắt

- Sự thay đổi tính đều của vật liệu gia công trong quá trình cắt

- Do sự biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ

1.3.2.4 Độ nhám bề mặt

Trang 29

Độ nhám bề mặt là một trong các chi tiết quan trọng nhất dùng để đánh giá chất lượng bề mặt chi tiết gia công, qua đó đánh giá được chất lượng nguyên công Độ nhám bề mặt có ảnh hưởng lớn đến tính chống mòn, độ bền mỏi, tính chống ăn mòn hóa học và độ chính xác của các mối lắp ghép của chi tiết gia công Thông qua sự thay đổi đột ngột của độ nhám bề mặt chi tiết ta có thể đánh giá được tuổi bền của dao

Do đó, xây dựng được các mô hình độ nhám bề mặt của quá trình phay chính là xây dựng các điều kiện ràng buộc về chất lượng bề mặt chi tiết gia công nhằm xây dựng cơ sở giải bài toán xác định chế độ cắt tối ưu khi phay

1.3.2.5 Độ mòn dao

Cũng như tất cả các phương pháp gia công cắt gọt khác, khi phay cũng có hiện tượng mòn dao Khi phay rãnh, phay cắt đứt thì mòn dao ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước của chi tiết gia công Khi phay các mặt phẳng bằng dao mặt đầu thì lượng mòn dao đo theo phương vuông góc với bề mặt chi tiết đã gia công cũng có ảnh hưởng đến độ chính xác của chi tiết gia công

Hiện tượng mòn phụ thuộc vào rất nhiều yế tố như : Vật liệu phôi, vật liệu dụng

cụ cắt, đặc tính vật lý và hóa học của bề mặt, áp suất, nhiệt độ, ma sát, tốc độ tương đối,…

Khi gia công trên các máy phay CNC có trên 3 chiều chuyển động, vị trí tương đối giữa dao phay với chi tiết gia công luôn thay đổi nên vùng ăn khớp cũng thay đổi theo dẫn đén chế dộ cắt cũng phải thay đổi liên tục Trong trường hợp này nghiên cứu môn giao là đặc biệt khó khăn

Khi phay bằng dao phay ngón, chiều sâu cắt phương dọc trục dao thường lớn nên độ mòn của lưỡi cắt dọc trục có thể khác nhau mặc dù lực cắt không cao Một vài phần của lưỡi cắt có thể mòn quá phạm vi cho phép gây ra chất lượng bề mặt không đảm bảo yêu cầu

Khi dao mòn, lưỡi cắt thương bị vê tròn dẫn đến cơ chế của quá trình cắt bị ảnh hưởng, lớp bề mặt chi tiết bị biến dạng nhiều hơn, do đó không chỉ chiều cao nháp nhô của lớp bề mặt mà cả cơ tính lớp bề mặt cũng thay đổi Điều này làm cho lực cắt trong quá trình gia công thay đổi gây ra các rung động mạnh hơn Các rung động này lại ảnh hưởng ngược lại đến lực và nhiệt cắt Cũng có thể đánh giá hiện tượng mòn dao thông qua xác định chất lượng lóp bề mặt chi tiết gia công Thông thường khi gia công, chiều cao nhấp nhô tế vị bề mặt thay đổi đột ngột thì cần phải thay dụng cụ gia công

Trang 30

Do đó cần phải mô hình hóa quá trình mòn dao khi phay Việc xây dựng mô hình quá trình mòn dao khi phay chẳng những xây dựng được cơ sở cho việc giải bài toán xác định chế độ cắt tối ưu khi phay mà còn góp phần làm sáng tỏ các vấn

đề liên quan đến việc tự động điều chỉnh dao và thay dao khi tự động hóa nguyên công phay

1.3.3 Nội dung của nghiên cứu mô hình hóa quá trình cắt khi phay

Bản chất của nghiên cứu mô hình hóa quá trình cắt khi phay là việc tìm và xây dựng các mối quan hệ giữa các đại lượng đặc trưng xuất hiện trong và sau quá trình cắt phay (ĐLĐT) với các thông số đầu vào của quá trình gia công các phương trình toán học Cụ thể :

Quan hệ hàm số : ĐLĐT = f (thông số chế độ cắt, vật liệu gia công, vật liệu dụng cụ, máy, độ cứng vững của hệ thống công nghệ, thành phần dung dịch trơn nguội, phương pháp bôi trơn tưới nguội…)

Tập hợp các mô hình của các đại lượng đặc trưng chính là việc xây dựng miền rằng buộc của quá trình phay Dựa trên các mối quan hệ rằng buộc này cho phép ta điều khiển quá trình gia công nhằm đật được năng suất cao nhất, chi phí gia công thấp nhất trên cơ sở đảm bảo chất lượng chi tiết gia công theo yêu cầu Trong điều kiện gia công cụ thể, các đại lượng đặc trưng có mối quan hệ qua lại với nhau nên khi nghiên cứu mô hình hóa quá trình cắt khi phay ta cần xây dựng đồng thời mô hình của nhiều các đại lượng đặc trưng nhằm xây dựng được bộ chỉ tiêu tỏng quát đánh giá quá trình gia công

1.3.3.1 Nội dung khái quát và những nhận xét về các công trình đã nghiên cứu

Thực ra đã có các công trình nghiên cứu về mô hình hóa quá trình cắt khi phay nhưng :

cụ gia công thường được hãng sản xuất dao công bố, hoặc trong sản xuất hâng loạt

Trang 31

ta có thể thực nghiệm xác định số lượng chi tiết gia công được trong phạm vi tuổi bền của dao và như vậy thì có thể lấy số lượng chi tiết làm chỉ tiêu đánh giá tuổi bền của dao Do điều kiện công nghệ luôn thay đổi, nên độ chính xác của các phương pháp trên còn nhiều điểm hạn chế Với phương pháp xác định tuổi bền băng nhiều chỉ tiêu ta có thể xác định thời điểm thay dao (xoay mảnh cắt)chủ động và chính xác hơn

Mặt khác, mòn dao theo phương vuông góc với bề mặt gia công khi phay bằng giao phay mặt đầu có ảnh hưởng trực tiếp tới độ chính xác gia công, tuy nhiên lượng mòn này lại chưa được đề cập đến trong các công trình nghiên cứu Đặc biệt lượng mòn này có thể làm cho dung sai của kích thước gia công vượt ra khỏi phạm

vi cho phép dẫn đến phế phẩm mặc dù mặc dao vẫn còn làm việc được trong phạm

vi tuổi bền dao Trong trường hợp này, để giảm chi phí thì ta phải điều chỉnh lại vị trí tương đối giữa dao và chi tiết gia công để kích thước chi tiết luôn nằm trong phạm vi cho phép Điều này thực sự có ý nghĩa khi tiến hành gia công hàng loạt trên máy CNC với yêu cầu độ chính xác cao

3 Xây dựng các mối quan hệ giữa các đại lượng đặc trưng cho phép linh hoạt trong việc chọn chỉ tiêu đánh giá quá trình gia công trong sản xuất thực tế

4 Xây dựng được phương pháp xác định chính xác thời điểm thay dao (xoay mảnh cắt xoay) thông qua việc đánh giá đồng thời nhiều chỉ tiêu

5 Xây dựng các tín hiệu ngược phục vụ cho việc tự động điều chỉnh dao góp phần tự động hóa nguyên công phay nhằm: Giảm chi phí gia công, đảm bảo và nâng cao độ chính xác gia công

Trang 32

1.4 GIỚI HẠN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu

Dao phay ngón được dùng nhiều nhất khi gia công trên máy phay CNC và các trung tâm gia công cơ Dao phay này được dùng rất phổ biến khi gia công các mặt phẳng, các lòng khuôn và các mặt không gian trong gia công khuôn mẫu

Khác với dao tiện, lưỡi cắt của dao phay ngón làm việc gián đoạn và chịu va đập với tần số va đập bằng bội số z tần số góc của trục chính (phay bề mặt liên tục)

và chịu lực va đập lớn nhất khi phay thuận Do đó, trong quá trình làm việc ở môi trường nhiệt độ cao, lưỡi cắt dao phay bị sứt, vỡ sự phá hỏng lưỡi cắt này xảy ra không đồng đều trên các răng

Từ các đặc điểm trên ta thấy việc sử dụng dao phay có kết cấu liền hoặc hàn là không hợp lý Hiện nay trên thế giới dao phay ngón sử dụng mảnh cắt xoay đang được ứng dụng rộng rãi Các mảnh cắt xoay có nhiều lưỡi (3,4 hoặc nhiều hơn) Các lưỡi cắt có các thông số hình học giống nhau được chế tạo theo tiêu chuẩn và được kẹp chặt vào thân dao chủ yếu ghép bằng cơ khí Khi cắt lưỡi mòn, người ta chỉ cần tháo vít kẹp chặt, xoay mảnh cắt để sử dụng lưỡi cắt khác

So với dao phay liền hoặc dao phay hàn thì dao phay sử dụng mảnh cắt xoay có các ưu điểm sau :

- Các lưỡi cắt được chế tạo theo tiêu chuẩn nên điều kiện cắt luôn giống nhau (không mài lại)

- Thay thế đơn giản, thuận tiện và giảm được thời gian thay dao

- Hiệu quả kinh tế cao

Do vậy việc chọn đối tượng nghiên cứu dao phay ngón sử dụng mảnh cắt xoay

là trường hợp tổng quát có khả năng đáp ứng và đón đầu được xu hướng phát triển của nguyên công phay

1.4.2Nội dung nghiên cứu

Khi xây dựng các mô hình đại lượng đặc trưng xuất hiện trong và sau quá trình cắt khi phay, nếu xét được nhiều yếu tố ảnh hưởng đến các đại lượng đặc trưng thì

mô hình phản ánh quá trình càng toàn diện, tuy nhiên việc nghiên cứu càng phức tạp và khó khăn

Trang 33

Trong một điều kiện công nghệ cụ thể, các thông số đầu vào như : máy, vật liệu gia công, dụng cụ gia công, dung dịch và phương pháp bôi trơn tưới nguội không thay đổi còn chế độ cắt là thông số đầu vào duy nhất thay đổi có ảnh hưởng trực tiếp đến các đại lượng đặc trưng xuất hiện trong và sau quá trình cắt khi phay

Xuất phát từ nhu cầu gia công khuôn mẫu chính xác trên máy CNC của công ty

cổ phần giải pháp công nghệ Việt Hàn mà đề tài nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến lượng mòn dao khi phay trên máy CNC được thực hiện trong điều kiện cụ thể của công ty

- Vật liệu gia công: Thép JIS SKD11 tương đương với thép X12M theo TCVN

- Dụng cụ gia công : Dao phay ngón có lưỡi cắt mặt đầu Ø20 sử dụng các mảnh cắt xoay

- Vật liệu mảnh cắt xoay : APMT 1135 PDER –M2 VP 15TF

- Dung dịch trơn nguội Emunxi 40%, lưu lượng 20lít/phút được phun trực tiếp vào vùng cắt

Trong khuôn khổ luận văn, do điều kiện thời gian và kinh phi nghiên cứu có hạn nên vấn đề nghiên cứu được giới hạn là nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt như : vận tốc cắt V, lượng chạy dao S, và chiều sâu cắt T và thời gian gia công τ tới lượng mòn dao khi phay với các điều kiện công nghệ cụ thể của công ty Việt Hàn cũng như điều kiện thường gặp trong thực tiễn sản xuất với hy vọng có thể ứng dụng kết quả nghiên cứu để tận dụng khai thác hết khả năng của thiết bị hiện đại nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình sản xuất trong bối cảnh đổi mới thiết bị theo hướng hiện đại

1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG I

Hệ điều hành (System control) Fanuc 21iM

Tốc độ trục chính ( Spindle speed) 8000 r.p.m

Số đầu dao (Number of tool) ATC 20 EA ; BT 40

Kích thước bàn ( Table size) (600 x 700)mm

Trang 34

1 Trong thực tế hiện nay để nâng cao năng suất và chất lượng các khuôn mẫu, các chi tiết đòi hỏi độ phức tạp và độ chính xác cao các cơ sở sản xuất đã mạnh dạn đầu tư các máy phay điều khiển theo chương trình số (CNC) Đê khai thác hiệu quả đồng vốn đầu tư buộc các cơ sở sử dụng máy phay CNC phải tìm hiểu thấu đáo chương trình điều khiển, công nghệ gia công,… và phải nghiên cứu tối ưu hóa các quá trình cắt khi phay trên máy CNC chính là góp phần tạo dựng cơ sở để giải bài toán tối ưu hóa nguyên công nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật của quá trình gia công

2 Việc nghiên cứu xây dựng mô hình lượng mòn dao không chỉ phụ thuộc vào các thông số chế độ cắt mà còn phụ thuộc cả vào thời gian gia công cho phép chúng

ta có thể xác định chính xác lượng mòn dao tại thời điểm bất kỳ với chế độ cắt bất

kỳ trong quá trình gia công đồng thời cho phép xây dựng miền giới hạn của các thông số công nghệ ứng với từng điều kiện gia công cụ thể tại thời điểm bất kỳ của quá trình sản suất

3 Xây dựng đồng thời mô hình các đại lượng đặc trưng cơ bản xuất hiện trong

và sau quá trình cắt khi phay như : lượng mòn dao cho phép đánh giá được ảnh hưởng qua lại của các đặc trưng này trong quá trình gia công nhằm xây dựng được

bộ chỉ tiêu tổng quát đánh giá quá trình gia công

4 Khi nghiên cứu mô hình hóa quá trình phay cần sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trên cơ sở ứng dụng lý thuyết quy hoạch thực nghiệm trong nghiên cứu để nâng cao độ chính xác, độ tin cậy, rút ngắn thời gian và tiết kiệm kinh phí nghiên cứu

5 Xây dựng được nội dung nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến lượng mòn dao khi phay trên máy phay CNC trong điều kiện cụ thể của Công

ty Việt Hàn cũng như các cơ sở sử dụng máy phay CNC trong nước trong lĩnh vực gia công khuôn mẫu, các chi tiết phức tạp có độ chính xác cao

Trang 35

Chương 2 NGHIÊN CỨU CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN KHI PHAY BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU SỬ DỤNG MẢNH CẮT HỢP KIM 2.1 CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN KHI PHAY BẰNG DAO PHAY MẶT ĐẦU SỬ DỤNG MẢNH CẮT HỢP KIM

2.1.1 Lực cắt

2.1.1.1 Mô hình lực cắt

a Định nghĩa và ý nghĩa của các thành phần lực cắt

Đối với dao phay mặt đầu có lưỡi cắt mặt đầu, lực cắt tổng Pc nằm trong mặt phẳng vuông góc với đường tâm dao được phân tích thành các lực thành phần theo các phương xác định như sau (hình 2.1 [1], [2], [7], [10],[11], [22])

Pc = Pt + Pf (2.1)

Pc = Px + Py

HÌnh 2.1 Lực cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu

Trang 36

Lực vuông góc với chiều chuyển động Py gây nên các biến đổi cơ tính lớp bề mặt đã gia công Khi phay bằng dao phay ngón Giá trị lực Py dùng để tính lực kẹp chi tiết khi gia công

Lực chạy dao Px được dùng để tính toán lực kẹp chặt chi tiết vầ tính toán thiết

kế cơ cấu chạy dao Tùy theo phay thuận hay phay nghịch mà nó có tác dụng làm tăng hay khử độ giơ của cơ cấu truyền động Vít me – Đai ốc

Trong trường hợp tổng quát khi phương của lưỡi cắt dao phay ngón hợp với phương trục dao phay một góc là ω thì lúc này lực cắt tổng quát P sinh ra trong quá trình cắt được biểu diễn như sau:

P = Pt + Pf + Pa = Px + Py + Pz (2.2) Lực Pz có tác dụng đẩy dao phay dịch chuyển theo phương dọc trục, đồng thời tác động lên ổ chặn của đầu trục máy phay

Trong thực tế thì thành phần lực này ít ảnh hưởng đến quá trình gia công nên trong nhiều công trình nghiên cứu thường không đề cập đến thành phần lực này Các thành phần lực cắt Px , Py , Pz đo được trong quá trình cắt nhờ lực kế 3 thành phần các thành phần lực cắt khác và các hệ số lực cắt đơn vị cũng có thể tính toán thông qua các thành phần lực cắt này

b.Xác định mối quan hệ giữa hệ số lực cắt tức thời với các thành phần lực cắt đo được

Tại một vị trí bất kỳ của dao phay trong quá trình cắt, lực cắt tác động lên mảnh cắt xoay có thể được chia thành 2 thành phần: (hình 2.2, hình 2.3 [21])

- Lực cắt vuông góc với mặt phẳng mảnh cắt: Pn (lực pháp tuyến)

Trang 37

- Lực cắt nằm trong mặt phẳng của mảnh cắt: Pf (lực ma sát) Lực này cũng costheer được chia thành 2 lực như sau:

+ Pv – lực cắt nằm trong mặt phẳng của mảnh cắt và dọc theo lưỡi cắt chính + Ph- lực cắt nằm trong mặt phẳng của mảnh cắt và vuông góc với lưỡi cắt chính

Xét tại điểm M bất kỳ, với dao phay ngón sử dụng n lưỡi cắt ta có:

Hình 2.2 Chiều dày cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu sử dụng mảnh cắt

xoay

Hình 2.3 Kích thước hình học mảnh cắt

Trang 38

Mối quan hệ giữa lực cắt tác động lên mặt của lưỡi cắt (mảnh cắt xoay) với diện tích mặt cắt ngang của phoi và các thông số hình học của lưỡi cắt dược biểu diễn như sau:

Trong đó:

Pn (i, ): thành phần lực cắt pphaps tuyến tác động lên lưỡi cắt thứ i tại góc quay dao cắt θ

Pf (i, ) : thành phần lực cắt ma sát tác động lên lưỡi cắt thứ I tại góc quay dao cắt

ya : Gócnghiêng mảnh cắt theo phương dọc trục (hình 2,3)

Yr : Góc nghiêng cắt theo phương hướng kính

( ) Thành phần lực cắt (Pn (1,θ); (Ph (1,θ); (Py (1,θ) có thể xác định thông qua các thành phần lực cắt (Pt , Pf , Pa ) hoặc có thể thông qua các thành phần lực cắt đo được trong hệ tạo độ Đề các (Px , Py , Pz)

+ ,

-

,

-

Trang 39

Và ta lại có:

,

- ∑ ( ) [

] ,

∑ ,

- ,

-

Vì hệ trục tọa độ là trực giao nên ta có thể viết lại như sau:

,

- ,

- Thay phương trình (2.3), (2.4) vào (2.10) ta nhận được:

,

-

Trang 40

Trong quá trình cắt, lực tác dụng lên từng lưỡi cắt luôn luôn thay đổi phụ thuộc vào sự thay đổi của diện tích cắt Ta có thể tính các lực cắt thành phần tức thời tác dụng lên từng lưỡi dao tham gia cắt trong cung tiếp xúc Tổng các thành phần lực cùng tên đó chính là lực tác dụng lên toàn thân dao theo những phương đã xác định

Trong thực tế, để đơn giản người ta có thể tính toán lực cắt trung bình thông qua diện tích cắt trung bình và lực cắt đơn vị [7], [10]

2.1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt [7], [10]

a Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến lực cắt

Lực cắt tăng tỷ lệ thuận với chiều rộng phay B và số răng Z của dao

Khi tăng lượng chạy dao Sz thì lực cắt tăng

Khi tăng chiều sâu cắt t thì điện tích cắt trung bình Ftb tăng dẫn đến Pt tăng mạnh

Khi vận tốc cắt tăng thì lực cắt giảm đi

b Ảnh hưởng của thông số hình học chính của dao đến lực cắt

Thay đổi các thông số hình học của dao thì lực cắt cũng thay đổi theo

Góc trước càng nhỏ, góc cắt cầng lớn thì hệ số co rút phoi càng lớn, công tạo phoi càng lớn nên làm tăng lực cắt gọt Khi tăng góc trước phoi dể trượt và dể thoát trên mặt trước, do vậy làm lực cắt giảm xuống

Trong thực tế tính toán, người ta thường đưa vào các hệ số điều chỉnh Kγ, Kω…, để kể đến ảnh hưởng của các thông số hình học của dụng cụ cắt đến lực khi phay

c Ảnh hưởng của vật liệu của dao và vật liệu gia công đến lực cắt

- Ảnh hưởng của vật liệu làm dao đến lực cắt chủ yếu là do sự thay đổi của hệ

số ma sát giữa vật liệu dụng cụ và chi tiết gia công Đối với dao làm bằng hơp kim cứng thì lực cắt đơn vị sinh ra nhỏ hơn khi dùng dao làm bằng théo gió

- Ảnh hưởng của vật liệu gia công: Tính chất cơ lý của vật liệu gia công có ảnh hưởng nhiều đến lực cắt đon vị khi gia công vật liệu giòn thì lực cắt thấp hơn vật liệu dẻo

Định dạng
Số trang	86
Dung lượng	3,17 MB