Điều khiển các thông số công nghệ để đảm bảo chất lượng bề mặt khi gia công các vật liệu thép cacbon thông thường trên máy tiện CNC

Để giải quyết vấn đề đó thì ta phải tìm được mối quan hệ giữa các thông số chất lượng bề mặt Ra, Rz …với các điều kiện gia công như chế độ cắt V,S,t, thông số hình học của dao, dung dịch

Bộ giáo dục và đào tạo trường đại học bách khoa hà nội

Hà Nội - Năm 2012

Bộ giáo dục và đào tạo trường đại học bách khoa hà nội

-

ngô xuân hồi

Điều khiển các thông số công nghệ để đảm bảo chất lượng bề mặt khi gia công các vật liệu thép

cácbon thông thường trên máy tiện CNC

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy

luận văn thạc sĩ kỹ thuật công nghệ chế tạo máy

người hướng dẫn khoa học

GS.TS Nguyễn Đắc lộc

hà nội - 2012

Mục lục

Lời cam đoan 1

Lời cảm ơn 2

Mục lục 3

Các ký hiệu và chữ viết tắt 6

Danh mục các bảng biểu 8

Danh mục các hình vẽ và đồ thị 9

Phần mở đầu 10

1 Lý do chọn đề tài 10

2 Lịch sử nghiên cứu 11

3 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu 12

3.1 Mục đích nghiên cứu 12

3.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 12

4 Tóm tắt nội dung thực hiện và đóng góp mới của tác giả 13

5 Phương pháp nghiên cứu 14

Chương 1: Chất lượng bề mặt chi tiết máy 15

1.1 các yếu tố đặc trưng của chất lượng bề mặt 15

1.1.1 Chất lượng hình học của bề mặt gia công 15

1.1.2 Tính chất cơ lý của bề mặt gia công 18

1.2 các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết 19

1.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt 20

1.2.2 Các nguyên nhân ảnh hưởng đến độ biến cứng bề mặt 25

1.2.3 ảnh hưởng đến ứng suất dư bề mặt 26

1.3 Phương pháp đảm bảo chất lượng bề mặt 26

1.3.1 Phương pháp đạt độ nhẵn bề mặt 26

1.3.2 Phương pháp đạt độ cứng bề mặt 27

1.3.3 Phương pháp đạt ứng suất dư bề mặt 28

1.4 Nhận xét 29

Chương 2: Tổng quan về công nghệ CNC 30

2.1 Khái quát về máy công cụ CNC……… 30

2.1.1 Lịch sử phát triển của máy công cụ CNC ……… 30

2.2.2 Đặc điểm máy công cụ CNC……… 31

2.2 Khái quát về hệ thống điều khiển CNC……… 37

2.2.1 Khái niệm hệ điều khiển số……… ……… 37

2.2.2 Các dạng điều khiển số……….……….37

2.2.3 Hệ điều khiển CNC……….………… 37

2.2.4 Một số hệ điều hành……….……… 39

2.3 Máy tiện CNC đặc điểm kết cấu……….….39

Chương 3 Thép cácbon và ứng dụng của nó……… 41

3.1 Những đặc tính của thép các bon ……… 41

3.1.1 Khái niệm……… ……….41

3.1.2 Tính chất ……….……… 41

3.1.3 Thành phần hóa học……….……… 42

3.1.4 ảnh hưởng của cácbon tính chất và công dụng của thép thường……… 43

3.1.5 ảnh hưởng của các tạp chất……….…… 44

3.2 Phân loại thép cácbon……….……… 45

3.2.1 Phân loại theo chất lượng……….… 45

3.2.2 Phân loại theo thành phần cácbon……… 46

3.3 Tiêu chuẩn thép cácbon……….… 48

3.3.1 Tiêu chuẩn Việt Nam……….……48

3.3.2 Tiêu chuẩn các nước……… ………51

Chương 4 : Điều khiển các thông số công nghệ để đảm bảo chất lượng bề mặt khi gia công vật liệu thép cácbon thường trên máy tiện Cnc……….54

4.1 Khái quát về điều khiển các thông số công nghệ……… 54

4.2 Thiết kế thí nghiệm……….… 56

4.3 Mô hình toán học xác định mối quan hệ giữa độ nhám bề

mặt với chế độ cắt……….………58

4.4 Thực nghiệm với mẫu thép cácbon c45……… 60

4.4.1 Kiểm tra tính đồng nhất của thực nghiệm……… 61

4.4.2 Tính các hệ số của phương trình hồi quy……… 62

4.5 Thực nghiệm với mẫu thép cácbon S50C……….66

4.5.1 Kiểm tra tính đồng nhất của thực nghiệm……… 67

4.5.2 Tính các hệ số của phương trình hồi quy……….…… 68

4.6 Kết luận chương 4……….…72

Kết luận và kiến nghị……….…… 73

Tóm tắt luận văn……….……… 75

Các từ khóa……… … 77

Tài liệu tham khảo……….…… 78

Phụ lục……….…80

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và ch−a từng đ−ợc ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác Trừ các phần tham khảo đã đ−ợc nêu rõ trong Luận văn

Tác giả

Ngô Xuân Hồi

Lời cảm ơn

Tác giả xin chân thành cảm ơn GS, TS Nguyễn Đắc Lộc, người đã hướng dẫn

và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực hiện đến quá trình viết và hoàn chỉnh Luận văn

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn tới Ban lãnh đạo và Viện đào tạo Sau đại học, Viện cơ khí của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành Luận văn này

Tác giả cũng chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Công ty cơ khí 17 - Bộ quốc phòng đã giúp đỡ tác giả thực hiện thí nghiệm tại xí nghiệp cơ khí 1-17

Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế, Luận văn không tránh khỏi những sai sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp

Tác giả

Ngô Xuân Hồi

Các ký hiệu và chữ viết tắt

Ra - Sai lệch số học trung bình của prôfin àm

Rz - Chiều cao nhấp mô theo 10 điểm của prôfin àm

Rmax - Chiều cao lớn nhất của prôfin àm

Si - Bước trung bình của nhấp mô theo đỉnh àm

Smi - Bước trung bình của nhấp mô theo prôfin àm

ypmi - Chiều cao đỉnh thứ i trong 5 đỉnh cao nhất àm

yvmi - Chiều cao đỉnh thứ i trong 5 đỉnh thấp nhất àm

n - Số điểm chia, số thực nghiệm -

ti - Thời gian mòn ban đầu, i = 1:3 Giây (s)

Ti - Thời gian mòn ổn định, i = 1:3 Giây (s)

σ-1 - Giới hạn bền mỏi N/mm2

σ-1a - Giới hạn bền mỏi khi không có ứng suất dư N/mm2

σ-1b - Giới hạn bền mỏi khi có ứng suất dư N/mm2

σd - ứng suất dư lớn nhất ở lớp bề mặt N/mm2

hmin - Chiều dày phoi nhỏ nhất Mm

ϕ - Góc nghiêng chính của dao Độ (o)

ϕ1 - Góc nghiêng phụ của dao Độ (o)

γ - Góc trước của dao Độ (o)

Các ký hiệu và chữ viết tắt

α - Góc sau của dao Độ (0)

S - Phương sai của dãy số yjk, k=1 :k -

K - Số thí nghiệm song song được thực hiện trong cùng

một điều kiện

-

NC (Number control) - Điều khiển số

CNC (Cumputer Numerical Control) - Điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính MCU (Machine Control Unit) - Hệ điều khiển máy

ATC (Automatic Tool Changer) - Thay dao tự động

CAD (Cumputer Aided Design) - Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính

CAM (Cumputer Aided Manufacturing) - Sản xuất có sự trợ giúp của máy tính

Danh mục các bảng biểu

1 1.1 Cấp độ nhẵn bóng theo TCVN 2511-95 18

2 1.2 Cấp độ nhẵn ứng với các phương pháp gia công 27

3 1.3 Cấp độ nhẵn ứng với các phương pháp gia công 28

4 2.1 So sánh sự khác nhau giữa máy công cụ vạn năng và

máy CNC

31

5 3.1 Cơ tính của các số liệu thép CT 49

6 3.2 Thành phần hóa học và cơ tính của thép cácbon tốt 50

7 3.3 Cơ tính của thép cácbon thường loại A của Việt Nam và

Nga

51

8 3.4 Thành phần hóa học của thép loại B 52

9 3.5 Thành phần hóa học của thép cácbon tốt của Nhật 53

10 4.1 Thông số kỹ thuật của máy tiện ST-20 55

11 4.2 Bảng tính toán các thông số công nghệ 58

12 4.3 Ma trận thực nghiệm của các thông số đầu vào của thí

nghiệm

60

13 4.4 Kết quả đo độ nhám với mẫu thực nghiệm thép C45 61

14 4.5 Bảng kiểm tra tính đồng nhất của thực nghiệm thép C45 61

15 4.6 Hệ số phương trình hồi quy mẫu thép C45 63

16 4.7 Bảng giá trị hàm số của vật liệu C45 66

17 4.8 Kết quả đo độ nhám với mẫu thực nghiệm thép S50C 66

18 4.9 Bảng kiểm tra tính đồng nhất của thực nghiệm thép

S50C

67

19 4.10 Hệ số phương trình hồi quy mẫu thép S50C 69

20 4.11 Bảng giá trị hàm số của vật liệu S50C 71

Danh mục các hình vẽ và đồ thị

1 1.1 Các yếu tố hình học của lớp bề mặt 16

2 1.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt 16

3 1.3 Quan hệ giữa chiều cao nhấp nhô và lượng tiến dao khi tiện 21

4 1.4 ảnh hưởng của hình dáng hình học của dụng cụ cắt và chế

độ cắt đến nhấp nhô bề mặt khi tiện

21

5 1.5 ảnh hưởng của lượng chạy dao S đối với chiều sâu biến

cứng tC , tùy theo loại vật liệu gia công và vật liệu làm dụng

cụ cắt

22

6 1.6 ảnh hưởng của vận tốc cắt V đến chiều cao nhấp nhô Rz 23

7 1.7 Phân tích hệ lực tác dụng khi bào 24

8 1.8 ảnh hưởng của lượng tiến dao (S) và bán kính lưỡi cắt (r) 25

9 1.9 ảnh hưởng của góc trước tới lớp biến cứng bề mặt 26

10 2.1 Cấu tạo máy tiện CNC 33

Phần mở đầu

1 Lý do chọn đề tài

Các chi tiết máy có độ chính xác, chất lượng bề mặt và độ bền cao là cơ sở cho sự ra đời của các loại thiết bị máy móc, thiết bị hiện đại, chất lượng cao Tại Việt Nam trong những năm gần đây do có sự hòa nhập sâu rộng với nền kinh tế thế giới nên đòi hỏi các sản phẩm cơ khí phải đạt được các tiêu chuẩn quốc tế để đủ sức cạnh tranh trên thị trường Trong nền công nghiệp quốc phòng Việt Nam hiện nay việc sản xuất ra các sản phẩm vũ khí, khí tài đáp ứng yêu cầu chiến tranh hiện đại là một đòi hỏi tất yếu Máy móc thiết bị hiện đại đã được trang bị ở hầu hết các cơ sở sản xuất việc chọn chế độ gia công hợp lý là một trong những yếu tố quan trọng để

đảm bảo chất lượng và hạ giá thành sản phẩm

Những thông tin khoa học phần lớn mang tính lý thuyết và định hướng, để có các thông tin mang tính định lượng, chi tiết cụ thể có thể áp dụng vào thực tế sản xuất của doanh nghiệp thì ta phải làm rất nhiều thí nghiệm, tốn nhiều thời gian và tiền bạc nên rất khó để các trung tâm nghiên cứu trong và ngoài nước công bố Hiện nay cũng có rất nhiều tài liệu, sổ tay với các số liệu từ các công trình nghiên cứu cũ nhưng không chứa đủ thông tin do điều kiện thí nghiệm khác xa với công nghệ hiện nay Để có đủ cơ sở dữ liệu mang tính định lượng về chế độ công nghệ có thể áp dụng trong sản xuất tại đơn vị thì cần thiết phải làm thực nghiệm với thiết bị công nghệ hiện có

Trong những năm gần đây ngành cơ khí Việt Nam nói chung và các cơ sở công nghiệp quốc phòng nói riêng đều được đầu tư các máy gia công hiện đại điều khiển theo chương trình số (NC, CNC) như máy tiện, máy phay…Thực tế cho thấy với việc đầu tư này chất lượng sản phẩm đã không ngừng được nâng cao, sản phẩm

đã không còn phụ thuộc nhiều vào trình độ tay nghề của công nhân Tuy nhiên giá thành của sản phẩm chưa thực sự giảm, thậm chí có nhưng nơi chi phí còn tăng cao hơn so với máy vạn năng Có nhiều nguyên nhân của sự tăng chi phí đó nhưng có một nguyên nhân quan trọng đó là các nhà công nghệ chưa chưa chọn được chế độ cắt hợp lý cho nhóm máy này Do đó việc nghiên cứu thực nghiệm tại đơn vị sản

xuất để lựa chọn chế độ cắt hợp lý cho nhóm máy CNC là một yêu cầu cấp thiết đặt

ra

Chất lượng của chi tiết máy chính là khả năng làm việc của nó, khả năng đó phụ thuộc vào kích thước và các thông số chất lượng bề mặt làm việc của sản phẩm.Vì vậy muốn chi tiết máy làm việc hiệu quả thì phải đảm bảo yêu cầu về chất lượng bề mặt Để giải quyết vấn đề đó thì ta phải tìm được mối quan hệ giữa các thông số chất lượng bề mặt Ra, Rz …với các điều kiện gia công như chế độ cắt (V,S,t), thông số hình học của dao, dung dịch tưới nguội… Dựa vào mối quan hệ đó người công nghệ có thể điều khiển các thông số công nghệ của máy và dao để đảm bảo chất lượng bề mặt chi tiết máy trong quá trình gia công từ đó tăng năng suất và hạ giá thành sản phẩm tiến tới tối ưu hóa quá trình cắt gọt trên máy đó

Trong chế tạo máy thép cácbon thông thường được sử dụng làm nhiều chi tiết quan trọng như các chi tiết trục, bánh răng… Trong sản xuất quốc phòng nhiều chi tiết quan trọng của vũ khí, khí tài được chế tạo từ thép cácbon thông thường như kim hỏa, thân khóa nòng…

Xuất phát từ những đặc điểm tình hình trên tác giả chọn đề tài “ Điều khiển

các thông số công nghệ để đảm bảo chất lượng bề mặt khi gia công các vật liệu thép cácbon thông thường trên máy tiện CNC”

2 Lịch sử nghiên cứu

Điều khiển các thông số công nghệ để đảm bảo chất lượng bề mặt chi tiết máy trong quá trình gia công thực chất là xác lập mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt (đầu ra) với thông số công nghệ (đầu vào) sau đó các nhà công nghệ dựa vào mối quan hệ đó để điều khiển chế độ cắt hợp lý cho máy và dao trong quá trình gia công

đạt được yêu cầu chất lượng bề mặt theo yêu cầu

Việt Nam có xu hướng sử dụng máy CNC ngày càng nhiều, do yêu cầu cấp thiết của thực tế sản xuất nên những đề tài nghiện cứu ứng dụng nhằm khai thác hiệu quả máy CNC là khá lớn Có thể kể đến các tác giả Nguyễn Trọng Bình, Hoàng

Việt Hồng: ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhấp nhô tế vi bề mặt khi phay bằng dao

phay mặt đầu trên máy phay CNC, tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 60 (5/2002); ảnh hưởng của chế độ cắt đến lượng mòn dao khi phay bằng dao phay mặt đầu trên máy

phay CNC, Tạp chí Cơ khí Việt Nam số 61(6/2002); Nguyễn Ngọc ánh, Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt khi gia công trên máy phay CNC, Luận văn cao học, ĐHBKHN (2002); Phan Công Trình, Nghiên cứu các ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết máy khi gia công trên máy phay CNC, luận văn cao học, ĐHBKHN(2006); Trần Xuân

Việt, Phạm Văn Bổng, Khảo sát thực nghiệm về sự ảnh hưởng của các thông số

công nghệ S, V, t đến lực cắt trên máy tiện CNC, Tạp chí cơ khí Việt Nam số

105(12/2005); Hà Quang Sáng, Xác lập mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt với các

thông số công nghệ khi gia công vật liệu có tính dẻo cao trên máy tiện CNC, luận

văn thạc sỹ, ĐHBKHN (2006); Nguyễn Quốc Tuấn, Điều khiển các thông số công

nghệ để đảm bảo chất lượng bề mặt chi tiết máy khi gia công vật liệu nhôm và hợp kim nhôm trên máy phay CNC, luận văn thạc sỹ, ĐHBKHN (2007)…

Trong các nhóm đề tài trên có nhiều đề tài trực tiếp nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt, điều đó chứng tỏ việc nghiên cứu

ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt là rất quan trọng

3 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi áp dụng

3.1 Mục đích nghiên cứu

- Đánh giá chất lượng bề mặt chi tiết khi gia công thép cácbon thông thường trên máy tiện CNC (ST20) từ đó xác lập mối quan hệ giữa các thông số độ nhám bề mặt với chế độ cắt để người làm công nghệ điều khiển máy gia công với chế độ cắt phù hợp theo độ nhám yêu cầu

- Dùng làm tài liệu tham khảo cho sản xuất tại đơn vị đồng thời có định hướng mở rộng nghiên cứu đối với các loại vật liệu gia công khác

3.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.2.1 Đối tượng

- Chất lượng bề mặt khi gia công thép cácbon thông thường trên máy tiện CNC

- ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt gia công khi gia công vật liệu thép các bon thông thường trên máy tiện CNC

- ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết máy gồm nhiều yếu tố như thông số chế độ cắt, thông số hình học của dao…

3.2.2 Phạm vi nghiên cứu

- Tìm ra mối quan hệ của chất lượng bề mặt chi tiết máy Ra với các thông số công nghệ V,S,t khi tiện vật liệu thép cácbon thông thường trên máy tiện CNC

- Máy thực nghiệm là máy tiện ST20 của Mỹ

- Vật liệu gia công là thép cácbon C45 và S50C

- Dao tiện là dao tiện ngoài mảnh dao DNMG110404-NM4-WPP20 của Đức

- Đối tượng gia công là tiện đường kính ngoài

- Thiết bị đo độ nhám là thiết bị đo độ nhám của hãng Mitutoyo- Nhật Bản

4 Tóm tắt nội dung thực hiện và đóng góp mới của tác giả

Nội dung nghiên cứu gồm:

- Nghiên cứu khái quát về chất lượng bề mặt gia công và các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số đặc trưng cho chất lượng bề mặt gia công;

- Nghiên cứu khái quát về công nghệ CNC;

- Nghiên cứu khái quát về vật liệu thép cacbon;

- Đánh giá chất lượng bề mặt khi tiện trên máy tiện CNC;

- Thực nghiệm với điều kiện thực tế, đo và kiểm tra kết quả thực nghiệm, xử

lý số liệu, xây dựng mô hình thực nghiệm về quan hệ giữa độ nhám bề mặt gia công với chế độ cắt khi tiện vật liệu thép cacbon trên máy tiện CNC; Với ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tế của luận văn sau khi hoàn thành sẽ

có những đóng góp đáng kể cho các nhà công nghệ

ý nghĩa khoa học: Bằng cơ sở lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, luận văn

đưa ra được hàm toán học mô tả mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt và thông số chế

độ cắt để làm cơ sở cho các nhà công nghệ chọn chế độ cắt sau đó điều khiển nó theo yêu cầu của mình và cũng làm cơ sở cho các quá trình nghiên cứu khác và hỗ trợ thiết kế các phần mềm trợ giúp cho điều khiển chế độ cắt

ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của tác giả sẽ đóng góp thêm vào ngân

hàng tra cứu cho các nhà công nghệ trong quá trình khai thác và sử dụng máy tiện CNC với hiệu quả cao nhất để gia công chi tiết đảm bảo yêu cầu của chất lượng bề

mặt Đối với thực tế tại đơn vị kết quả nghiên cứu này được áp dụng vào quá trình sản xuất qua đó đem lại năng suất, chất lượng bề mặt theo yêu cầu

Làm cơ sở cho việc nghiên cứu các khía cạnh khác của quá trình cắt

Giúp cho việc lựa chọn chế độ công nghệ khi soạn một chương trình NC cho máy và khai thác triệt để máy hơn góp phần vào việc nâng cao năng suất và hạ giá thành sản phẩm Đây là một yếu tố quan trọng và có ý nghĩa đối với sự phát triển của khoa và nhà trường trong dạy học và sản xuất

Đạt được khả năng cho năng suất cao nhất nhưng vẫn đảm bảo chất lượng bề mặt theo yêu cầu trong sản xuất

5 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm:

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết

- Tiến hành thí nghiệm và xử lý số liệu thí nghiệm

- Phân tích và đánh giá kết quả

Chương 1 Chất lượng bề mặt chi tiết máy

Chất lượng sản phẩm là một chỉ tiêu quan trọng phải đặc biệt quan tâm khi chuẩn bị công nghệ chế tạo sản phẩm, nó có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng làm việc của chi tiết máy Chất lượng sản phẩm trong ngành chế tạo máy bao gồm chất lượng chế tạo chi tiết và chất lượng của các chi tiết lắp ghép với nhau thành sản phẩm hoàn chỉnh Đối với các chi tiết máy thì chất lượng chế tạo chúng được đánh giá bằng các thông số sau đây:

- Độ chính xác về kích thước các bề mặt

- Độ chính xác về hình dáng các bề mặt

- Độ chính xác về vị trí tương quan các bề mặt

- Chất lượng bề mặt

1.1.Các yếu tố đặc trưng của chất lượng bề mặt.

Khả năng làm việc của chi tiết máy phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng của lớp

bề mặt Các yếu tố đặc trưng cho chất lượng bề mặt chi tiết máy bao gồm:

1.1.1.Chất lượng hình học của bề mặt gia công

Bề mặt sau khi gia công không bằng phẳng một cách lý tưởng mà có những nhấp nhô Những nhấp nhô này là do quá trình biến dạng dẻo của bề mặt chi tiết khi

gia công cắt gọt, và là vết lưỡi cắt để lại trên bề mặt gia công, là ảnh hưởng của chấn

động khi cắt và nhiều nguyên nhân khác

Không phải tất cả các nhấp mô trên bề mặt đều là nhám bề mặt, mà nó là tập hợp những nhấp mô có bước tương đối nhỏ và được xét trong giới hạn dài chuẩn l (hình 1.1)

- Những nhấp mô có tỷ số giữa bước nhấp mô (p) và chiều dài nhấp mô (h) bé hơn hoặc bằng 50 (p/h <= 50) thì thuộc về nhám bề mặt

- Những nhấp mô mà (50<p/h<=1000) thuộc về sóng bề mặt

- Những nhấp mô mà (1000<p/h) thuộc về sai lệch hình dạng

- Nhám bề mặt là một thông số hình học có ảnh hưởng lớn đến chất lượng sử dụng của chi tiết máy

Hình 1.1 Các yếu tố hình học của lớp bề mặt h1: Sai lệch hình dạng

h2: Sóng bề mặt h3: Độ nhám bề mặt 1.Độ nhấp nhô tế vi: Theo tiêu chuẩn TCVN2511-95, để đánh giá độ nhám người ta

sử dụng hai chỉ tiêu:

Hình 1.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt

- Sai lệch số học trung bình của prôfin, Ra: là trị số học trung bình của các giá trị tuyệt đối của sai lệch prôfin trong giới hạn chiều dài chuẩn Sai lệch prôfin là khoảng cách từ các điểm trên prôfin thực đến đường trung bình, đo theo phương pháp tuyến với đường trung bình Đường trung bình của (m) là đường chia prôfin theo hai phần có diện tích giới hạn (phần gạch đứng) bằng nhau

Ra = y dx

l

l x

Ngoài hai chỉ tiêu quan trọng là Rz và Ra, Tiêu chuẩn còn đưa ra chỉ tiêu Rmax(là chiều cao nhấp nhô lớn nhất trong chiều dài xét) để đánh giá các bề mặt làm việc quan trọng

2.Độ sóng

Độ sóng là bề mặt chu kỳ không bằng phẳng của bề mặt chi tiết máy được quan sát trong phạm vi lớn hơn độ nhám bề mặt (từ 1 đến 10 mm) Độ sóng bề mặt thường xuất hiện khi gia công có rung động của hệ thống công nghệ, quá trình cắt không liên tục, dụng cụ cắt bị đảo Thông thường độ sóng xuất hiện khi gia công chi tiết có kích thước lớn và trung bình bằng các phương pháp tiện, phay và mài

1.1.2 Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gia công

Tính chất cơ lý được biểu thị bằng độ cứng bề mặt, sự biến đổi cấu trúc tinh thể lớp bề mặt, chiều sâu lớp biến cứng bề mặt

1 Hiện tượng biến cứng lớp bề mặt

Trong quá trình gia công dưới tác dụng của lực cắt làm xô lệch mạng tinh thể của kim loại lớp bề mặt, gây biến dạng dẻo ở vùng trước và sau lưỡi cắt Phoi kim loại được tạo ra do biến dạng dẻo của các hạt kim loại trong vùng trượt Giữa các hạt tinh thể kim loại xuất hiện ứng suất Thể tích riêng và mật độ kim loại giảm ở vùng cắt Giới hạn bền, độ cứng, độ giòn của lớp bề mặt được nâng cao Đồng thời tính dẫn từ của lớp bề mặt cũng thay đổi Nhiều tính chất khác của lớp bề mặt cũng thay

đổi Kết quả tổng hợp là lớp bề mặt bị cứng nguội, chắc lại và có độ cứng tế vi cao

Mức độ biến cứng, chiều sâu lớp biến cứng phụ thuộc vào tác dụng của lực cắt, mức độ biến dạng dẻo của kim loại và ảnh hưởng nhiệt trong vùng cắt Lực cắt tăng làm tăng mức độ biến dạng dẻo làm tăng mức độ biến cứng và chiều sâu lớp biến cứng của bề mặt Nhiệt cắt hạn chế hiện tượng biến cứng bề mặt Như vậy mức

độ biến cứng của lớp bề mặt phụ thuộc vào tỷ lệ tác động của hai yếu tố lực cắt và nhiệt sinh ra trong vùng cắt

2 ứng suất dư trong lớp bề mặt

Khi gia công trong lớp bề mặt chi tiết xuất hiện ứng suất dư Trị số, dấu và chiều sâu phân bố của ứng suất dư trong lớp bề mặt phụ thuộc vào điều kiện gia công cụ thể Các nguyên nhân chính gây ra ứng suất dư trong lớp bề mặt gia công bao gồm:

- Khi cắt một lớp mỏng vật liệu trường lực gây ra biến dạng dẻo không đều ở từng khu vực trong lớp bề mặt Khi trường lực mất đi, biến dạng dẻo gây ra ứng suất dư trong lớp bề mặt

- Biến dạng dẻo khi cắt làm chắc lớp kim loại bề mặt, làm tăng thể tích lớp kim loại mỏng ở ngoài cùng Lớp kim loại bên trong do không biến dạng dẻo nên vẫn giữ được thể tích bình thường Lớp kim loại bên ngoài có xu hướng tăng thể tích nhưng không tăng được nên gây ra ứng suất nén, để cân bằng lớp bên trong gây ra ứng suất kéo

- Nhiệt sinh ra tại vùng cắt nung nóng cục bộ lớp bề mặt, làm giảm môđun đàn hồi của vật liệu Sau khi cắt lớp bề mặt nguội nhanh, co lại gây ra ứng suất kéo, để cân bằng lớp trong gây ra ứng suất dư nén

- Kim loại chuyển pha và nhiệt cắt làm thay đổi cấu trúc lớp kim loại bề mặt, dẫn đến sự thay đổi về thể tích của kim loại Lớp kim loại nào hình thành cấu trúc có thể tích riêng lớn sẽ sinh ra ứng suất dư nén; lớp kim loại nào hình thành cấu trúc có thể tích riêng nhỏ sẽ sinh ra ứng suất dư kéo

1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết

Trạng thái và tính chất bề mặt chi tiết máy trong quá trình gia công do nhiều yếu tố công nghệ quyết định

Tính chất cơ lý của lớp bề mặt chi tiết máy bị thay đổi dưới tác dụng của lực cắt và nhiệt sinh ra trong vùng cắt ở các phương pháp cắt gọt (tiện, phay, khoan,

…) thì tác động của lực cắt đối với tính chất cơ lý của lớp bề mặt thường mạnh hơn tác động của nhiệt cắt Khi mài thì tác động của nhiệt cắt đến tính chất cơ lý của lớp

bề mặt mạnh hơn lực cắt Đối với các phương pháp gia công biến dạng dẻo thì có hiện tượng thoát cácbon ở lớp bề mặt

Nói chung, quá trình hình thành tính chất hình học và cơ lý của lớp bề mặt rất phức tạp Sau đây chỉ xét các yếu tố cơ bản nhất

1.2.1.Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt

1.2.1.1.ảnh hưởng của các yếu tố hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt

Mối quan hệ giữa các thông số hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt đối với chất lượng bề mặt chi tiết máy đã được nhiều tài liệu đề cập đến [5,8] Người ta đã xác định được ảnh hưởng của lượng tiến dao S, bán kính mũi dao r, chiều dày phôi nhỏ nhất hmin đến độ nhám bề mặt bằng công thức quan hệ (1.4) và (1.5)

(1.5)

Từ công thức quan hệ (1.4) và (1.5) ta thấy rằng khi S tăng thì giá trị Rz sẽ tăng; khi bán kính mũi dao tăng thì Rz giảm Quan hệ này được chỉ ra một cách trực quan ở hình 1.4

Hình 1.3.[8], đường cong 1 biểu diễn mối quan hệ tổng quát giữa Rz, S và r,

cụ thể là trong phạm vi giá trị lượng chạy dao S > 0,15 mm/vòng

Đường cong 2 biểu thị mối quan hệ thực nghiệm, kể cả phạm vi giá trị lượng chạy dao S nhỏ hơn (S < 0,1mm/vòng) Từ đường cong 2 có thể xác định được mối quan hệ giữa Rz, S và r, hmin đối với bước tiện tinh và biểu thị bằng đường cong 3 Nếu lượng chạy dao quá nhỏ (S < 0,03 mm/vòng) thì Rz tăng do có hiện tượng trượt dao

Hình 1.3 Quan hệ giữa chiều cao nhấp nhô và lượng tiến dao khi tiện

Hình 1.4 ảnh hưởng của hình dáng hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt

đến nhấp nhô bề mặt khi tiện

Hình 1.4 là sơ đồ biểu diễn sự phụ thuộc của Rz vào S, ϕ, ϕ1 và r

Từ hình 1.4.a, ta thấy rằng khi lượng chạy dao là S1 dao di chuyển từ vị trí 1

đến vị trí 2 sẽ để lại lượng m không thể cắt được từ đó sinh ra độ nhám Rz’, khi giảm lượng chạy dao (S2 < S1 ) thì m sẽ nhỏ và sinh ra độ nhám nhỏ (Rz’’ < Rz’), hình 1.4.b Khi giảm góc nghiêng chính (ϕ) và góc nghiêng phụ (ϕ1) thì Rz cũng sẽ giảm (hình 1.4.c) So sánh hình 2.8.d và hình 1.8.e, ta thấy khi tăng bán kính mũi dao (r2

>r1) thì Rz sẽ giảm

Hình 1.4.f cho thấy chiều sâu cắt hầu như không ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt Góc trước của dao γ và độ mòn dụng cụ cũng ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt, khi góc trước tăng thì Rz giảm, còn khi độ mòn dụng cụ tăng thì giảm Đối với chiều sâu biến cứng, khi lượng chạy dao nằm trong khoảng từ 0,3 đến 0,5 mm/vòng, người

ta xác định được quan hệ với S theo công thức 1.6

a Cắt thép C35, dao thép gió HS10, V = 400m/ph

b Cắt thép C35, dao kêramic (gốm), V = 600m/ph

1.2.1.2 Các nguyên nhân phụ thuộc vào biến dạng dẻo của lớp bề mặt đến R z

Khi vật liệu lớp bề mặt chi tiết máy bị biến dạng dẻo mạnh, các cấu trúc tinh thể biến thành cấu trúc sợi làm thay đổi hình dạng và trị số nhấp nhô tế vi ở kim loại giòn, các hạt tinh thể cá biệt bị bóc rời ra cũng làm thay đổi hình dạng nhấp nhô

tế vi và làm tăng kích thước nhấp nhô tế vi

Đối với vận tốc cắt v, khi gia công thép, vận tốc khoảng (15 ữ 20) m/ph thì Rztăng vì ở trong khoảng vận tốc này có xuất hiện lẹo dao Nếu vận tốc cắt tiếp tục tăng đến khoảng (30 ữ 60) m/ph thì lực ma sát giữa phôi và lẹo dao lớn hơn lực bám dính của lẹo dao trên mặt dao, làm cho Rz giảm dần Nếu vận tốc lớn hơn 100m/ph thì lẹo dao không thể hình thành nên độ nhám bề mặt ổn định (hình 1.6)

Hình 1.6- ảnh hưởng của vận tốc cắt(V) đến chiều cao nhấp nhô tế vi (Rz)

Khi gia công kim loại giòn (gang), các mảnh vỡ kim loại sẽ trượt lộn xộn lên

bề mặt chi tiết làm tăng độ nhám Nếu cắt với vận tốc cao thì sẽ giảm được độ hiện tượng vỡ vụn của phoi nên sẽ giảm được độ nhám bề mặt

Lượng chạy dao ngoài ảnh hưởng mang tính hình học, còn có ảnh hưởng lớn

đến biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi ở bề mặt gia công Hình 1.7 là sơ đồ biểu diễn mối quan hệ giữa lượng chạy dao S và độ nhám Rz khi gia công thép cácbon

Độ nhám bề mặt khá ổn định khi S nằm trong khoảng (0,02 ữ 0,15) mm/vòng Nếu

S < 0,02 mm/vòng thì độ nhám bề mặt tăng do có hiện tượng trượt dao gây biến dạng dẻo lớn, nếu lượng chạy dao S > 0,15 mm/vòng thì ảnh hưởng của S mang yếu

tố hình học lớn hơn yếu tố biến dạng nên độ nhám bề mặt sẽ tăng do vết lưỡi cắt để lại trên bề mặt chi tiết ảnh hưởng của các góc của dao:

Hình 1.7- Phân tích hệ lực tác dụng khi bào

Ví dụ: Khi bào vì α + β + γ = const ⇒ α tăng, γ tăng ⇒β giảm ⇒ dao sắc ⇒ thoát phoi dễ ⇒ Rz giảm Khi α tăng ⇒ ma sát giữa phôi và dao giảm ⇒ P giảm ⇒

Rz giảm ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội:

Tưới dung dịch trơn nguội vào vùng cắt để giảm nhiệt, bôi trơn bề mặt gia công, giảm ma sát, giảm mòn dao và thoát phoi dễ ⇒ Rz giảm

1.2.1.3.Nguyên nhân do rung động của hệ thống công nghệ đến R z

Nguyên nhân gây rung động là do lực cắt không đều

Rung động sẽ tạo ra chuyển động tương đối giữa phôi và dao dẫn đến độ nhám và độ sóng bề mặt tăng Có thể giảm rung bằng cách tăng độ cứng vững cho

hệ thống công nghệ, điều chỉnh máy tốt, nâng cao độ chính xác của các cơ cấu

truyền động, thay đổi hình dáng hình học của dao sao cho lực cắt giảm theo hướng

có rung

1.2.2.Các nguyên nhân ảnh hưởng đến độ biến cứng lớp bề mặt

Khi thay đổi chế độ cắt bằng cách tăng lực cắt và mức độ biến dạng dẻo thì mức độ biến cứng bề mặt tăng Nếu kéo dài sự tác dụng của lực cắt trên bề mặt kim loại sẽ làm tăng chiều sâu lớp biến cứng bề mặt Khi tiện mức độ biến cứng bề mặt chi tiết gia công sẽ tăng nếu tăng lượng tiến dao S và bán kính mũi dao r (hình 1.8)[8] Nếu tăng góc trước từ giá trị âm đến giá trị dương thì khả năng thoát phoi dễ nên mức độ biến dạng dẻo giảm dẫn đến mức độ và chiều sâu lớp biến cứng bề mặt chi tiết giảm (hình 1.9) [8] Vận tốc cắt có tác dụng rút ngắn thời gian tác động của lực cắt lên bề mặt chi tiết, vì vậy khi tăng lực cắt thì chiều sâu và mức độ biến cứng

sẽ giảm

Hình 1.8 ảnh hưởng của lượng tiến dao(S) và bán kính lưỡi cắt(r)

đến độ biến cứng bề mặt

1 Với lượng tiến dao S=0,12mm/vòng

2 Với lượng tiến dao S=0,25mm/vòng

3 Với lượng tiến dao S=0,50mm/vòng

4 Với lượng tiến dao S=0,76mm/vòng

Hình 1.9 ảnh hưởng của góc trước tới lớp biến cứng bề mặt

1.3 Phương pháp đảm bảo chất lượng bề mặt

Để đảm bảo chất lượng bề mặt gia công, trước hết phải chuẩn bị hệ thống công nghệ tốt ở đây đưa ra phương pháp đảm bảo về độ nhẵn bề mặt, chiều sâu và mức độ biến cứng bề mặt và ứng suất dư bề mặt

1.3.1.Phương pháp đạt độ nhẵn bề mặt

Có thể chọn phương pháp gia công với chế độ cắt hợp lý để tạo ra độ nhẵn (độ nhám) đạt giá trị yêu cầu Bảng 1.2 [5] cho biết các phương pháp gia công cắt gọt có khả năng tạo ra cấp độ nhẵn tương ứng

Bảng 1.2 Cấp độ nhẵn ứng với các phương pháp gia công

Tiện, bào rất tinh 6 ữ 7

Chiều sâu và mức độ biến cứng bề mặt phụ thuộc vào phương pháp gia công

Bảng 1.3 cho biết khả năng biến cứng của các phương pháp gia công

Bảng 1.3 Cấp độ nhẵn ứng với các phương pháp gia công

Phay bằng dao phay mặt đầu 140 ữ 160 40 ữ 100

Phay bằng dao phay trụ 120 ữ 140 40 ữ 80

Mài tròn thép chưa nhiệt luyện 140 ữ 160 30 ữ 60

Mài tròn thép ít nhiệt luyện 160 ữ 200 30 ữ 60

Mài tròn thép nhiệt luyện 125 ữ 130 20 ữ 40

1.3.3.Phương pháp đạt ứng suất dư bề mặt

Khi gia công bằng dụng cụ cắt có lưỡi thì ứng suất dư phụ thuộc vào biến dạng đàn hồi của vật liệu gia công và dụng cụ cắt, đồng thời cũng phụ thuộc vào chế

độ cắt, thông số hình học của dao và dung dịch trơn nguội

Các thành phần khác nhau trên bề mặt gia công thường có ứng suất dư khác nhau về trị số và dấu, nên ảnh hưởng của chế độ cắt, của thông số hình học dụng cụ cắt, của dung dịch trơn nguội đối với ứng suất dư cũng khác nhau

Dựa vào những kết quả nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến ứng suất dư lớp bề mặt của chi tiết gia công có thể kết luận sơ bộ như sau [5] :

- Tăng vận tốc cắt (v) hoặc tăng lượng chạy dao (S) có thể tăng hoặc giảm ứng suất dư bề mặt chi tiết máy

- Tăng lượng chạy dao làm tăng chiều sâu có ứng suất dư

Các yếu tố của chất lượng bề mặt có ảnh hưởng đến chức năng làm việc của chi tiết theo từng mức độ nhất định Độ biến cứng và chiều sâu biến cứng chủ yếu là

do biến dạng dẻo sinh ra, đối với thép cácbon thông thường là thép cứng nên độ biến dạng dẻo thấp Do đó khi gia công hai loại vật liệu này thì chất lượng bề mặt cần quan tâm đó là độ nhám bề mặt Vì vậy tìm hiểu và khống chế độ nhám bề mặt khi gia công thép cacbon thông thường là một yêu cầu tất yếu của quá trình gia công

Trong các thông số tác động đến độ nhám bề mặt thì các thông số về chế độ cắt ảnh hưởng rõ nét nhất Mặt khác đây là đề tài nghiên cứu ứng dụng để sử dụng máy CNC có hiệu quả, các thông số về dao cụ, về dung dịch trơn nguội…đã được nhiều công trình nghiên cứu và đã được cụ thể bằng các dụng cụ cắt tiêu chuẩn, bằng các loại dung dịch đã được pha chế sẵn

Do vậy nội dung của đề chỉ còn là việc xác định các thông số công nghệ ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt khi gia công thép cacbon thông thường trên máy tiện CNC Cụ thể là tìm mối liên hệ toán học giữa độ nhám bề mặt với các chế độ cắt

Chương 2

Tổng quan về công nghệ cnc

2.1 Khái quát về máy công cụ cnc

2.1.1 Lịch sử phát triển của máy công cụ CNC

ý tưởng về điều khiển máy bằng các lệnh nhớ, như ngày nay ở các máy CNC

đã xuất hiện từ thế kỷ 14 và nó được phát triển và hoàn thiện dần cho đến ngày nay

- 1808 Toshep M Jacquard đã dùng bìa tôn đục lỗ để điều khiển các máy dệt (Bìa đục lỗ và vật mang tin)

- 1938 Clause Shannon bảo vệ luận án tiến sỹ ở viện công nghệ MIT nội dung tính toán chuyển giao dữ liệu dạng nhị phân

- 1946 tiến sỹ John W Mauchly đã cung cấp máy tính số điện tử đầu tiên có tên ENIAC cho quân đội Mỹ

- Chế tạo máy công cụ với 4 luận điểm:

+ Lưu trữ các vị trí đã tính toán ở bìa đục lỗ

+ Các bìa đục lỗ đọc tự động trên máy

+ Các vị trí đọc phải thông báo liên tục và các giá trị trung gian bổ xung phải được tính toán

+ Sử dụng các động cơ SERVO điều khiển chuyển động cho các trục

- 1954 Bendix đã mua bản quyền của Pasons và chế tạo ra bộ điều khiển NC hoàn chỉnh đầu tiên có sử dụng các bóng điện tử

- Năm 1954 phát triển ngôn ngữ biểu trưng được gọi là ngôn ngữ lập trình tự

động ATP

- 1957 Không quân Mỹ trang bị máy CNC đầu tiên ở xưởng chế tạo

- 1960 kỹ thuật bán dẫn thay thế cho hệ thống điều khiển xung rowle, đèn điện

tử

- 1965 giải pháp thay dụng cụ tự động ATC (Automatic Tool Changer)

- 1968 kỹ thuật mạch tích hợp IC ra đời có độ tin cậy cao hơn

- 1972 hệ điều khiển NC đầu tiên có lắp đặt máy tính nhỏ

- 1979 hình thành khớp nối liên hoàn CAD/CAM – CNC

Ngày nay các máy công cụ CNC đã hoàn thiện hơn với tính năng vượt trội có thể gia công hoàn chỉnh một chi tiết trên một máy gia công hay trung tâm gia công với số lần gá đặt ít nhất Đặc biệt chúng có thể gia công các chi tiết có bề mặt phức tạp

2.1.2.Đặc điểm của máy công cụ CNC

2.1.2.1.Những nét cơ bản về máy công cụ và máy CNC

- Về cơ bản máy công cụ vạn năng và máy công cụ điều khiển số đều có kết cấu khung giống nhau, đó là:

+Thân máy + Đế máy + Bàn trượt + Đầu trục chính

Ngoài ra chúng còn có một số điểm khác nhau, cụ thể:

Bảng 2.1 So sánh sự khác nhau giữa máy công cụ vạn năng và máy CNC

1 Nguồn động lực - Động cơ 3 pha thường

- Động cơ DC điều khiển vô cấp hoặc AC biến tần

điều khiển vô cấp

- Động cơ bước và động cơ thuỷ lực

- Động cơ Servo

2 Tốc độ truyền dẫn - Phân cấp - Vô cấp

3 Truyền động - Kiểu nối tiếp (thông qua

hộp số)

- Độc lập

4 Bộ truyền dẫn

- Thanh răng, bánh răng thường

- Vít me, đai ốc thường

- Thanh răng, bánh răng yêu cầu có cơ cấu kẹp thử khe hở - Vít me, đai ốc bi

5 Điều khiển

- Bằng tay (công tắc, tay gạt cơ khí)

- Bằng máy tính với hệ

điều khiển số (bảng điều khiển và màn hình điều khiển)

6 Tính điển hình của - Dài, thông qua nhiều cơ - Ngắn hơn rất nhiều do

xích động cấu

-Cứng, khó thay đổi

không phải thông qua nhiều cơ cấu

- Mềm dẻo, linh hoạt cao

• Những ưu điểm của máy CNC so với máy thông thường khi sản xuất loạt vừa

và nhỏ:

+ Gia công được những chi tiết phức tạp, độ chính xác gia công ổn định

+ Thời gian lưu thông ngắn hơn do tập trung nguyên công cao, giảm thời gian phụ và tăng được thời gian sản xuất

+ Tính linh hoạt và quy hoạch thời gian sản xuất cao

+ Chi phí kiểm tra và chi phí cho chế phẩm giảm

+ Hiệu suất cao và tăng năng lực sản xuất

+ Do có khả năng tự động hoá cao nên rất thích hợp trên các dây truyền sản xuất linh hoạt

2.1.2.2.Kết cấu của máy công cụ CNC

Gồm 2 phần chính đó là:

+ Phần cơ khí: Đế máy, thân máy, bàn máy, bàn xoay, trục mít me bi, ổ tích dụng cụ, cụm trục chính và băng dẫn hướng

+ Phần điều khiển: các loại động cơ, các hệ thống điều khiển và máy tính trung tâm.

Hình 2.1 Cấu tạo máy tiện CNC

Mục đích: - Đảm bảo độ chính xác cao khi gia công

- Đế máy để đỡ toàn bộ máy tạo sự ổn định và cân bằng cho máy

b.Bàn máy, bàn xoay:

Bàn máy là nơi để gá đặt chi tiết gia công hay đồ gá Nhờ có sự chuyển động linh hoạt và chính xác của bàn máy mà khả năng gia công của máy CNC đ−ợc tăng lên rất cao, có khả năng gia công đ−ợc những chi tiết có biên dạng phức tạp Đa số

trên các máy CNC hay trung tâm gia công hiện đại thì bàn máy đều là dạng bàn máy xoay đ−ợc, nó có ý nghĩa nh− trục thứ 4, thứ 5 của máy Nó làm tăng tính vạn năng cho máy CNC

Yêu cầu của bàn máy: Phải có độ ổn định, cứng vững, đ−ợc điều khiển chuyển động một cách chính xác

Hình 2.2 Một số hình ảnh về bàn xoay ứng dụng của bàn xoay:

Bàn xoay CNC có tác dụng làm tăng thêm tính vạn năng cho máy CNC Đối với các bàn xoay 2 trục, nhờ khả năng nghiêng bàn xoay đi một góc nào đó, nên cho phép máy CNC 3 trục gia công đ−ợc các bề mặt phức tạp nh− cánh tua bin, cánh chân vịt tàu thuỷ Nói chung chúng có phạm vi sử dụng rất rộng, nh−ng chủ yếu là dùng để gia công các chi tiết có dạng bề mặt sau:

+ Mặt phẳng, các bề mặt định hình (nh− bề mặt cam, cối dập, khuôn ép …)

+ Cắt ren vít trong và ngoài

+ Gia công bánh răng và dao cắt nhiều l−ỡi có răng thẳng hoặc xoắn

Hình 2.3 Cụm trục chính máy phay CNC

Là nơi gá đặt phôi, chuyển động quay

của trục chính sẽ sinh ra lực cắt để cắt gọt phôi trong quá trình gia công

d.Băng dẫn hướng:

Hình 2.4 Băng dẫn hướng máy

Hệ thống thanh trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng cho các chuyển động

của bàn theo X, Y và chuyển động lên xuống theo trục Z của trục chính Yêu cầu

của hệ thống thanh trượt là trượt phải thẳng, có khả năng tải cao, độ cứng vững tốt,

không có hiện tượng dính, trơn khi trượt

i.Trục vít me đai ốc bi

Trong máy công cụ điều khiển số, người ta sử dụng hai dạng vít me cơ bản đó là: vít

me đai ốc thường và vít me đai ốc bi

Vít me đai ốc thường: là loại mà vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc mặt

Vít me đai ốc bi: là loại mà vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc lăn

Ưu điểm của vít me đai ốc bi:

- Mất mát do ma sát nhỏ, hiệu suất của bộ truyền lớn gần bằng 0.9

- Đảm bảo chuyển động ổn định vì lực ma sát hầu nh− không phụ thuộc vào tốc độ

- Có thể loại trừ khe hở và tạo sức căng ban đầu đảm bảo độ cứng vững dọc trục cao

- Đảm bảo độ chính xác làm việc lâu dài

Vít me bi có kết cấu đa dạng nh−ng chúng đều có cấu tạo chung nh− sau:

Hình 2.6 ổ tích dụng cụ

Dùng để tích chứa nhiều dao phục vụ cho quá trình gia công Nhờ có ổ tích dao mà máy CNC có thể thực hiện đ−ợc nhiều nguyên công cắt gọt khác nhau liên tiếp với nhiều loại dao cắt khác nhau Do đó quá trình gia công nhanh hơn và mang tính tự động hoá cao

Ưu điểm so với thao tác bằng tay:

+ Rút ngắn đ−ợc thời gian đổi dụng cụ

Cơ cấu thay dao tự động:

Cùng với ổ tích dao cơ cấu thay dao tự động giúp cho việc thay dao được chính xác và nhanh gọn, nâng cao tính tự động hoá Trong quá trình gia công khi cần chuyển sang nguyên công cắt gọt khác cần phải thay dao thì ta không phải dừng máy để thay dao bằng tay mà hệ thống sẽ tự động thay dao theo chương trình ta đã lập sẵn

2.2 khái quát về hệ thống điều khiển máy CNC C

2.2.1.Khái niệm hệ điều khiển số

Là hệ thống điều khiển đặc trưng bởi các đại lượng đầu vào là những tín hiệu

số nhị phân, chúng được đưa vào hệ điều khiển dưới dạng một chương trình điều khiển có hệ thống Trong hệ điều khiển số ứng dụng cho điều khiển máy công cụ, các đại lượng đầu vào là những thông tin, dữ liệu hay số liệu nạp vào

2.2.2.Các dạng điều khiển số

Khi gia công các chi tiết khác nhau thì các bề mặt tạo hình khác nhau đòi hỏi

sự chuyển động khác nhau giữa dao và chi tiết Quỹ đạo của các chuyển động này

được xác định chính xác thông qua các chỉ dẫn điều khiển Tuỳ dạng chuyển động của điểm đầu, điểm cuối và quãng đường dịch chuyển mà ta có các dạng điều khiển khác nhau Các dạng điều khiển đó được phân ra thành: điều khiển điểm, điều khiển

đoạn hay đường thẳng và điều khiển biên dạng phi tuyến

2.2.3.Hệ điều khiển CNC (Computer Numerical Control)

2.2.3.1.Phân biệt hệ điều khiển NC và CNC

- Điều khiển NC (Numerical Control):

Đặc tính của hệ điều khiển này là “chương trình hoá các mối liên hệ” trong

đó mỗi mảng linh kiện điện tử riêng lẻ được xác định một nhiệm vụ nhất định, liên

hệ giữa chúng phải thông qua dây nối hàn cứng trên các mạch logic điều khiển Chức năng điều khiển được xác định chủ yếu bởi phần cứng

- Điều khiển CNC ( Computerized Numerical Control)

Điều khiển CNC là một hệ điều khiển có thể lập trình và ghi nhớ Nó bao gồm một máy tính cấu thành từ các bộ vi xử lý (microprocessor) kèm theo các bộ nhớ ngoại vi

Đa số các chức năng điều khiển đều được giải quyết thông qua phần mềm nghĩa

ta nhận thấy năng suất tăng gấp 3 lần

Nâng cao tính linh hoạt:

Máy CNC có khả năng thích nghi nhanh với chương trình gia công với các chi tiết khác nhau Do nguyên lý hoạt động và cấu trúc của nó đã tạo điều kiện giảm thời gian gia công và hiệu chỉnh công nghệ kỹ thuật

Nâng cao tính tập trung nguyên công:

Các máy công cụ CNC có khả năng thực hiện nhiều bước công nghệ hoặc nhiều bước nguyên công khác nhau trong một lần gá đặt phôi

Nâng cao tính chính xác và đảm bảo chất lượng gia công: