Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chiều cao nhấp nhô bề mặt khi gia công thép 45 chưa nhiệt luyện trên máy phay CNC

5 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị V Vận tốc cắt m/phút B Chiều sâu cắt đo theo phương dọc trục dao phay mm t Chiều sâu cắt đo theo phương vuông góc với tr

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

*****

PHẠM THỊ THU TRÀ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN CHIỀU CAO NHẤP NHÔ BỀ MẶT KHI PHAY THÉP 45 CHƯA NHIỆT LUYỆN

TRÊN MÁY PHAY CNC

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGHÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

*****

PHẠM THỊ THU TRÀ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN CHIỀU CAO NHẤP NHÔ BỀ MẶT KHI PHAY THÉP 45 CHƯA NHIỆT LUYỆN

TRÊN MÁY PHAY CNC

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGHÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS TS NGUYỄN TRỌNG BÌNH Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

HÀ NỘI - 2011

1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu luận văn khoa học của riêng tôi Các kết quả nghiên cứu được đo đạc tính toán là hoàn toàn chính xác và trung thực, chưa được công bố ở một công trình ở bất cứ một công trình nào khác

2

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt 5

Danh mục các bảng biểu 7

Danh mục các hình vẽ, đồ thị 8

MỞ ĐẦU .9

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHAY VÀ MÔ HÌNH HÓA……….13

1.1 TỔNG QUAN VỀ PHAY 13

1.1.1 Định nghĩa về phay 13

1.1.2 Các dạng dao phay chủ yếu 13

1.1.3 Đặc điểm gia công cắt gọt bằng phay 14

1.1.4 Các phương pháp phay 14

1.2 CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC 16

1.2.1 Các dạng điều khiển của máy phay CNC 16

1.2.2 Qui trình công nghệ gia công trên máy phay CNC 19

1.2.3 Phương pháp thực hiện nguyên công phay trên máy phay CNC 20

1.2.4 Lập trình gia công trên máy CNC 25

1.3 MÔ HÌNH QUÁ TRÌNH CẮT KHI PHAY 27

1.3.1 Phân tích các nhân tố có trong mô hình 27

1.3.2 Ý nghĩa của các đại lượng đặc trưng xuất hiện trong và sau quá trình cắt khi phay 30

1.4 GIỚI HẠN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 33

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 33

1.4.2 Nội dung nghiên cứu 34

1.5 CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN KHI PHAY BẰNG DAO PHAY NGÓN SỬ DỤNG MẢNH CẮT XOAY 35

3

1.5.1 Độ nhám bề mặt chi tiết gia công 35

1.5.2 Lượng mòn dao 38

1.5.3 Tuổi bền dụng cụ 40

1.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN 41

1.6.1 Phương pháp đo độ nhám bề mặt 41

1.6.2 Các phương pháp xác định lượng mòn dao 41

1.7 XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU 42

1.7.1 Xây dựng các điều kiện đảm bảo chất lượng bề mặt chi tiết 42

1.7.2 Xây dựng các điều kiện đảm bảo độ chính xác kích thước chi tiết 43

1.7.3 Xây dựng phương pháp xác định chính xác thời điểm thay dao dựa trên độ nhấp nhô tế vi bề mặt 43

1.7.4 Xây dựng các tín hiệu để điều khiển quá trình gia công 44

1.8 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 45

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM……….47

2.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 47

2.2 MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 47

2.2.1 Thiết kế mô hình thí nghiệm 47

2.2.2 Các thông số công nghệ cơ bản của hệ thống thí nghiệm 48

2.2.3 Thiết bị đo 51

2.3 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 52

2.3.1 Xác định độ nhám bề mặt chi tiết sau khi gia công 52

2.3.2 Xác định lượng mòn dao dụng cụ theo phương vuông góc với bề mặt đã gia công 53

2.4 XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU 54

2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 58

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ…………59

3.1 XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 59

3.1.1 Mục đích thực nghiệm 59

4

3.1.2 Xây dựng sơ đồ thực nghiệm 59

3.1.3 Cơ sở chọn giá trị các thông số đầu vào 60

3.2 PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 61

3.2.1 Phương pháp thí nghiệm 61

3.2.2 Thu thập kết quả thí nghiệm 62

3.3 CÁC KẾT QUẢ MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH CẮT KHI PHAY 71

3.3.1 Mô hình các đại lượng Ra, Rz, Rt phụ thuộc vào các thông số 71

3.3.2 Mô hình các đại lượng Ra, Rz, Rt phụ thuộc vào thời gian gia… 72

3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 74

KẾT LUẬN CHUNG 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 76

PHỤ LỤC I: Bảng số liệu kết quả đo và trình tự các bước xử lý kết quả 79

PHỤ LỤC II: Các đồ thị biểu diễn sự biến đổi của các đại lượng đặc trưng 100

5

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị

V Vận tốc cắt m/phút

B Chiều sâu cắt đo theo phương dọc trục dao phay mm

t Chiều sâu cắt đo theo phương vuông góc với trục dao phay mm

a Chiều dày cắt mm

b Chiều rộng cắt mm

z Số răng dao phay

r Bán kính đỉnh lưỡi dao phay mm

Px Thành phần lực cắt theo phương vuông góc với phương

Py Thành phần lực cắt theo phương chuyển động của dao N

Pz Thành phần lực cắt theo phương dọc trục của dao N

Ra Sai lệch profin trung bình của bề mặt chi tiết µm

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

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

∆h Lượng mòn dao đo theo phương vuông góc với bề mặt chi

hs Chiều cao mài mòn theo mặt sau Mm

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

A0

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

công khi xây dựng mô hình độ nhám bề mặt phụ thuộc vào

các thông số chế độ cắt

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

công khi xây dựng mô hình độ nhám bề mặt, lượng mòn

dao phụ thuộc vào thời gian gia công

C1 Số mũ thực nghiệm tương ứng với thời gian gia công

K0

Hệ số thực nghiệm khi 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

A Kích thước chi tiết gia công Mm

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

7

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

TT Ký hiệu Tên bảng biểu

1 Bảng 3.1 Giá trị các thông số chế độ cắt và giá trị mã hóa

2 Bảng 3.2 Bảng giá trị các thông số công nghệ khi phay

3 Bảng 3.3 Kết quả đo độ nhám bề mặt (Ra, Rz, Rt) phụ thuộc vào các

thông số chế độ cắt (V, Sz, B)

4 Bảng 3.4 Phương trình độ nhám bề mặt (Ra, Rz, Rt) phụ thuộc vào các

thông số chế độ cắt (V, Sz, B)

5 Bảng 3.5 Phương trình độ nhám bề mặt (Ra, Rz, Rt) phụ thuộc vào thời

gian gia công τ

6 Bảng 3.6 Tổng hợp kết quả các hệ số (C0, C1) của phương trình độ nhám

bề mặt (Ra, Rz, Rt) phụ thuộc vào thời gian gia công τ

7 Bảng 3.7 Phương trình độ nhám bề mặt (Ra, Rz, Rt) phụ thuộc vào các

thông số chế độ cắt (V, Sz, B), thời gian gia công τ

8 Bảng 3.8 Phương trình giữa độ nhấp nhô tế vi bề mặt (Ra, Rz, Rt) phụ

thuộc vào lượng mòn dao ∆h

9 Bảng 3.9 Tổng hợp kết quả các hệ số (K0, K1) của phương trình độ nhám

bề mặt (Ra, Rz, Rt) phụ thuộc vào lượng mòn dao ∆h

10 Bảng 3.10 Phương trình độ nhám bề mặt (Ra, Rz, Rt) phụ thuộc vào lượng

mòn dao ∆h, thông số chế độ cắt (V, Sz, B)

11 Bảng P1.1 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P01

12 Bảng P1.2 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P02

13 Bảng P1.3 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P03

14 Bảng P1.4 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P04

15 Bảng P1.5 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P05

16 Bảng P1.6 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P06

17 Bảng P1.7 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P07

18 Bảng P1.8 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P08

8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ

TT Ký hiệu Tên hình vẽ đồ thị

1 Hình 1.1 Các dạng dao phay chủ yếu

2 Hình 1.2 Lực của răng dao phay tác động lên chi tiết và sự tiếp xúc giữa

bề mặt vít me đai ốc

3 Hình 1.3 Điều khiển điểm - điểm

4 Hình 1.4 Điều khiển đường thẳng

5 Hình 1.5 Điều khiển theo contour

6 Hình 1.6 Vùng gia công khi phay

7 Hình 1.7 Sơ đồ các bước khi phay

8 Hình 1.8 Sơ đồ ăn dao vào chi tiết

9 Hình 1.9 Bù chiều dài dao khi phay

10 Hình 1.10 Mô hình quá trình cắt khi phay

11 Hình 1.11 Diện tích cắt thực của tiết diện kim loại bị cắt khi r ~ 0

12 Hình 1.12 Diện tích cắt thực của tiết diện kim loại bị cắt khi r

13 Hình 1.13 Các dạng mài mòn dụng cụ cắt

14 Hình 1.14 Mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt với thời gian gia công τ

15 Hình 2.1 Sơ đồ thí nghiệm tổng quát

16 Hình 2.2 Dao phay ngón sử dụng mảnh cắt xoay

17 Hình 2.3 Mẫu phôi thí nghiệm

18 Hình 2.4 Sơ đồ gá đặt khi thực nghiệm

19 Hình 2.5 Phương pháp xác định lượng mòn dao ∆h

20 Hình 2.6 Sơ đồ đo độ nhám bề mặt

21 Hình 2.7 Sơ đồ đo lượng mòn dao khi phay

22 Hình 2.8 Sơ đồ thuật toán xử lý số liệu

23 Hình 3.1 Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm

24 Hình P2.1 Đồ thị quan hệ giữa độ nhấp nhô tế vi bề mặt với thời gian gia

công tại điểm TN02

25 Hình P2.2 Đồ thị quan hệ giữa độ nhấp nhô tế vi bề mặt với lượng mòn

dao tại điểm TN02

26 Hình P2.3 Đồ thị quan hệ giữa độ nhấp nhô tế vi bề mặt với thời gian gia

công tại điểm TN07

27 Hình P2.4 Đồ thị quan hệ giữa độ nhấp nhô tế vi bề mặt với lượng mòn

dao tại điểm TN07

9

MỞ ĐẦU

Hiện nay khối lượng sản phẩm cơ khí gia công bằng cắt gọt chiếm tỷ lệ cao nhất trong các phương pháp gia công kim loại Cắt gọt kim loại là một phương pháp hàng đầu về khả năng đáp ứng độ chính xác kích thước về hình dạng và chất lượng

bề mặt chi tiết gia công Vì vậy việc áp dụng các công nghệ tiến tiến có sự trợ giúp của máy tính được tích hợp trong máy công cụ điều khiển theo chương trình số (NC

& CNC), vật liệu dụng cụ có độ bền cao, và vật liệu gia công mới luôn là đòi hỏi khách quan của nền sản xuất công nghiệp hiện đại

Do các điều kiện công nghệ trong gia công cắt gọt kim loại luôn phát triển theo hướng hoàn thiện hơn nên các mô hình của quá trình cắt gọt kim loại, các thông số chế độ cắt được thu thập trước đây trong các tài liệu cũ có một số phần không còn phù hợp Việc mô hình hóa quá trình gia công cắt gọt trong các điều kiện công nghệ mới đã, đang và sẽ phải tiếp tục nghiên cứu

Các mô hình về độ nhâp nhô tế vi bề mặt khi gia công trên các máy CNC được nhập từ các nước phát triển là các bản quyền của các hãng sản xuất Khi bán máy các hãng thường không cung cấp các mô hình này Do vậy chúng ta thường gặp những khó khăn trong việc khai thác sử dụng có hiệu quả máy CNC như:

• Không có các cơ sở dữ liệu để giải bài toán xác định chế độ cắt tối ưu khi gia công trong điều kiện công nghệ cụ thể của chúng ta

• Nếu chúng ta có tiền để mua bản quyền thì các mô hình mua được thường không phù hợp hoàn toàn với điều kiện sản xuất tại Việt Nam

Nhằm góp phần giải quyết các khó khăn nêu trên trong điều kiện sản xuất cụ thể tại Việt Nam, đề tài được tập trung nghiên cứu đi sâu vào vấn đề:

“ Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới chiều cao nhấp nhô bề mặt khi

gia công thép 45 chưa nhiệt luyện trên máy phay CNC “

10

Mục đích của đề tài

Kết quả của việc xây dựng mô hình chiều cao nhấp nhô bề mặt (Ra, Rz, Rt) khi phay trên máy phay CNC với vật liệu C45 chưa nhiệt luyện cho phép xây dựng các điều kiện biên để giải bài toán xác định chế độ cắt tối ưu khi phay trên máy phay CNC trong từng điều kiện gia công cụ thể, góp phần sử dụng máy phay CNC một cách hiệu quả & cũng góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của nguyên công phay

Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là mối quan hệ của các đại lượng đặc trưng cho chiều cao nhấp nhô bề mặt chi tiết gia công với các thông số của chế độ cắt (Ra, Rz) khi phay trên máy phay CNC trong điều kiện gia công cụ thể như sau:

+ Máy phay CNC (DMU-60T của hãng DECKEL MAHO - CHLB Đức)

+ Dao phay ngón sử dụng mảnh cắt xoay (mảnh hợp kim APMT 103508 PDER phủ ACZ350 của hãng SUMITOMO - Nhật Bản)

+ Vật liệu gia công: Thép C45 chưa nhiệt luyện

Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu là kết hợp giữa sự suy diễn lý thuyết và thực nghiệm Trước tiên là thu thập, phân tích, xử lý các thông tin tiên niệm sau đó đưa ra các giả thuyết khoa học rồi dùng thực nghiệm kiểm chứng các giả 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 có thể tự động hóa quá tình thu thập và lưu trữ các kết quả

đo tạo điều kiện cho các quá trình xử lý số liệu bằng phần mềm tiện ích nhằm đạt được độ chính xác & độ tin cậy cao

- 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

11

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Những nghiên cứu về phay được công bố gần đây tập trung vào việc mô hình hóa, tối ưu hóa và điều khiển quá trình phay Đề tài sẽ đóng góp một số kết quả vào hướng nghiên cứu này

- Chế độ cắt có ảnh hưởng nhiều đến các thông số đặc trưng của chất lượng bề mặt khi phay Điều khiển quá trình phay thông qua điều khiển chế độ cắt nhằm đạt được chất lượng bề mặt theo yêu cầu

- Phay là một quá trình phức tạp với tập hợp lớn các thông số ảnh hưởng tới chất lượng bề mặt Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm được trình bày trong luận văn không chỉ phù hợp với đối tượng nghiên cứu của đề tài

mà còn có thể sử dụng khi nghiên cứu quá trình phay ứng với các điều kiện phay khác nhau

- Với việc lựa chọn vật liệu C45 chưa nhiệt luyện và dao phay ngón thí nghiệm vừa có tính đại diện vừa có tính phổ biến sẽ cho phép áp dụng rộng rãi kết quả nghiên cứu cùng các chỉ dẫn khoa học vào sản xuất góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của nguyên công phay

Nội dung luận văn

Toàn bộ nội dung chính luận văn được chia làm 03 chương và phần kết luận chung:

Mở đầu

Chương 1 Tổng quan về phay và mô hình hóa quá trình cắt khi phay

Chương 2 Xây dựng hệ thống thực nghiệm

Chương 3 Nghiên cứu thực nghiệm và đánh giá kết quả

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

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Trọng Bình, TS Hoàng Việt Hồng, những người thầy đã tận tâm truyền đạt kiến thức và có những chỉ dẫn quí báu giúp tôi hoàn thành bản luận văn này Bên cạnh đó, tôi xin chân thành cảm ơn ban lãnh

12

đạo của Tập đoàn xây dựng và Thiết bị công nghiệp (CIE Corp - IMI holding), các thầy cô của bộ môn Công nghệ Chế tạo máy - khoa 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 này chắc hẳn còn nhiều thiếu sót, tôi rất mong các thầy

cô và các bạn đồng nghiệp góp ý, bổ sung để luận án này đạt được kết quả cao hơn Tôi xin chân thành cảm ơn

Hà nội, ngày 18 tháng 05 năm 2011

Tác giả

Thạc sỹ Phạm Thị Thu Trà

13

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHAY VÀ MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH CẮT

Độ chính xác đạt được bằng các phương pháp phay không cao hơn cấp 4 ÷ 3 và chiều cao nhấp nhô tế vi 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

1.1.2 Các dạng dao phay chủ yếu

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

Có rất nhiều các kiểu dao phay khác nhau (Hình 1.1)

- 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)

14

Hình 1.1: Các dạng dao phay chủ yếu

1.1.3 Đặc điểm gia công cắt gọt bằng phay

- Do có một số lưỡi cắt cùng tham gia cắt nên năng suất cao hơn so với gia công bằng phương pháp tiện Lưỡi cắt của dao phay làm việc không liên tục, cùng khối lượng thân dao lớn nên điều kiện truyền nhiệt tốt Do vậy dao lâu mòn hơn và có thể gia công trong 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 ở nguyên công tiện, khi phay xuất hiện hiện tượng vỡ dao do va đập

1.1.4 Các phương pháp phay

1.1.4.1 Phay thuận

15

- Định nghĩa: Phay thuận là phương pháp phay trong đó véc tơ tốc độ cắt V của dao ở điểm tiếp xúc giữa dao và bề mặt đã gia công cùng chiều với chiều chuyển động của bàn máy mang chi tiết gia công

- Ưu điểm: Chiều dày cắt thay đổi từ amax đến amnin, do đó ở thời điểm lưỡi cắt tiếp xúc với chi tiết gia công không xảy ra sự trượt, vì vậy dao đỡ mòn và tuổi bền của dao có thể được nâng cao Khi gia công, thành phần lực cắt Py có chiều cùng với chiều của lực kẹp chi tiết gia công nên tăng độ cứng vững của hệ thống

công nghệ, do đó giảm rung động khi phay (Hình 1.2a)

- Nhược điểm: Tại thời điểm đầu tiên khi dao chạm vào bề mặt chi tiết gia công thì chiều dày cắt a = amax nên xảy ra va đập đột ngột, răng dao dễ bị mẻ và rung động tăng lên Thành phần lực cắt ngang Py đẩy chi tiết theo chiều chuyển động chạy dao S nên sự tiếp xúc giữa bề mặt ren của vít me truyền lực và đai ốc

có thể không liên tục Điều này làm cho bàn máy chuyển động bị giật cục do đó sinh ra rung động

Nếu ta cắt với chiều dày cắt a thật mỏng thì lực va đập và thành phần Py nhỏ,

do đó ảnh hưởng rung động không đáng kể lắm Mặt khác, vì không có hiện tượng trượt giữa lưỡi cắt và bề mặt chi tiết, do đó tăng độ bóng bề mặt chi tiết gia công và tăng được tuổi thọ của dao

Trong thực tế, người ta dùng phương pháp phay này khi gia công tinh

1.1.4.2 Phay nghịch

- Định nghĩa: Phay nghịch là phương pháp phay trong đó véc tơ tốc độ cắt V của dao ở điểm tiếp xúc giữa dao và bề mặt đã gia công ngược chiều với chiều

chuyển động của bàn máy mang chi tiết gia công (Hình 1.2b)

- Ưu điểm: Thành phần lực Py có tác dụng khử khe hở giữa vít me và đai ốc

do đó giảm được đáng kể rung động

- Nhược điểm: Tại thời điểm lưỡi cắt bắt đầu tiếp xúc với chi tiết, chiều dày cắt a = 0 nên xảy ra sự trượt giữa lưỡi cắt và bề mặt gia công do đó giảm độ bóng

bề mặt và tuổi thọ của dao

16

Hình 1.2: Lực của răng dao phay tác động lên chi tiết và sự tiếp xúc

giữa bề mặt vít me với đai ốc

Lực cắt Pt trong quá trình cắt có xu hướng nâng chi tiết gia công lên gây ra rung động, vì vậy đòi hỏi lực kẹp lớn hơn so với phay thuận

Khi gia công thô, đặc biệt là các phôi đúc thường có lớp vỏ cứng, người ta thường dùng phương pháp phay nghịch Do chiều dày cắt thay đổi từ amin đến

amax nên dao không phải tiếp xúc với lớp vỏ cứng khi vào gia công nên dao tránh được sứt mẻ khi vào cắt Tuổi thọ của dao được cải thiện đáng kể

Trong thực tế, phay nghịch thường được dùng để gia công thô

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 v.v… Do

đó các dạng điều khiển của máy cũng được chia ra thành: điều khiển điểm - điểm, điều khiển theo đường thẳng và điều khiển theo contour (điều khiển biên)

1.2.1.1 Điều khiển điểm - điểm

17

Điều khiển điểm - điểm (hay điều khiển theo vị trí) được dùng để gia công các lỗ bằng 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 1.3)

Hình 1.3: 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 rãnh, mặt phẳng, mặt bậc … trong các nguyên công phay Quĩ đạo chuyển động của dao khi cắt gọt là một đường thẳng song song với một trong các trục toạ độ của máy

(Hình 1.4)

Hình 1.4: Điều khiển đường thẳng

18

1.2.1.3 Điều khiển biên dạng

Điều khiển theo biên dạng (theo contour) 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

Tuỳ theo số trục được điều khiển đồng thời khi gia công người ta phân biệt: điều

khiển contour 2D, điều khiển contour 2 1/2D và điều khiển contour 3D (Hình 1.5)

Hình 1.5: Điều khiển theo contour

a Điều khiển contour 2D

Điều khiển contour 2D cho phép thực hiện nội suy chạy dao theo hai trục đồng thời trong một mặt phẳng gia công

Ví dụ: Trong mặt phẳng XY (Hình 1.5a), trục thứ 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 contour

(Hình 1.5a), còn trục thứ ba Z được cố định

b Điều khiển contour 2 1/2D

Điều khiển contour 2 1/2D cho phép nội suy lượng chạy dao đồng thời theo 2 trục nào đó để gia công bề mặt trong một mặt phẳng nhất định Trên máy phay CNC

có 3 trục X, Y, Z ta sẽ điều khiển được đồng thời X, Y (Hình 1.5b) Trên các máy phay CNC điều này có nghĩa là chiều sâu cắt có thể được thực hiện theo bất kỳ một

19

trục nào đó trong 3 trục, còn 2 trục kia để phay contour Như vậy vai trò của các trục có thể được hoán đổi cho nhau

c Điều khiển contour 3D

Điều khiển contour 3D cho phép nội suy đồng thời chạy dao theo cả 3 trục X, Y,

Z (cả 3 trục chuyển động hoà hợp với nhau hay có quan hệ ràng buộc hàm số) (Hình 1.5c) Ta thấy contour được gia công do cả 3 lượng chạy dao theo 3 trục X, Y, Z tạo

thành Điều khiển contour 3D được ứng dụng để gia công bề mặt không gian của các khuôn mẫu, gia công các chi tiết có bề mặt gia công phức tạp

1.2.2 Qui trình công nghệ gia công trên máy phay CNC

Qui trình công nghệ gia công trên máy phay CNC được chia ra các bước, nhưng các bước ở đây lại phải chia ra các lớp cắt và mỗi lớp cắt được thực hiện sau mỗi quĩ 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 phay CNC theo kết cấu công nghệ và theo điều kiện sản xuất

Chọn phôi, qui trình công nghệ, dụng cụ cắt, đồ gá và cấu trúc các nguyên công Thiết kế qui trình công nghệ gia công chi tiết trên máy CNC bao gồm 3 giai đoạn sau đây:

1.2.2.1 Lập tiến trình công nghệ

Nhiệm vụ của lập tiến trình công nghệ 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, qui trình công nghệ, dụng cụ cắt, đồ gá và cấu trúc các nguyên công

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

- Xác định yêu cầu về lượng dư và các 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 đặt, đồ gá cần thiết

20

- Xác định dụng cụ cắt và chọn chúng theo từng loại

1.2.2.2 Thiết kế nguyên công

Nhiệm vụ của thiết kế nguyên công gồm:

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

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

và điều chỉnh dao

1.2.2.3 Lập trình gia công

Lập trình gia công gồm các nội dung sau:

- Tính toán các quĩ đạo chuyển động của dao sau khi xác định toạ độ của các điểm

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

- Kiểm tra chương trình, sửa lỗi 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:

- Vùng gia công hở (Hình 1.6a, b, c) Đối với vùng gia công hở thì dao không bị

hạn chế khi dịch chuyển dọc theo trục của nó hoặc trong mặt phẳng vuông góc với trục dao

- Vùng gia công nửa hở (Hình 1.6d) Đối với vùng gia công này thì dao bị hạn

chế khi dịch chuyển dọc hoặc trong mặt phẳng vuông góc với trục dao của nó

- Vùng gia công kín (Hình 1.6c) Trong trường hợp này thì dao bị hạn chế theo tất cả các phương khi nó dịch chuyển

21

Hình 1.6: Vùng gia công khi phay

- Vùng gia công tổ hợp (Hình 1.6f) Vùng gia công được tạo thành từ các vùng gia công trên

1.2.3.2 Lượng dư phay

Lượng dư phay có thể xác định theo bảng hoặc bằng phương pháp tính toán Khi xác định lượng dư gia công tinh cần tính đến qui luật cắt khi phay

1.2.3.3 Sơ đồ các bước khi phay

a Quĩ đạo của dao

Khi thực hiện nguyên công phay trên máy phay CNC người ta có thể áp dụng các

phương pháp dịch chuyển của dao sau đây (Hình 1.7)

Dao dịch chuyển theo quĩ đạo Ziczăc (Hình 1.7a, b, c) 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 thuân, lúc phay nghịch) dẫn đến lực cắt thay đổi ảnh hưởng xấu đến độ chính xác và chất lượng bề mặt

22

Sơ đồ chạy dao Ziczăc có 3 loại:

- Không ăn dao dọc theo contour (Hình 1.7a)

- Ăn dao dọc theo contour chi tiết (Hình 1.7b)

- Bước đầu tiên là ăn dao sơ bộ dọc theo contour chi tiết (Hình 1.7c) Sơ đồ trên Hình 1.7c tạo điều kiện thuận lợi cho việc ăn dao ở phía cuối của mỗi bước Dao dịch chuyển theo quĩ đạo dạng lò xo (Hình 1.7d, e) Theo sơ đồ này thì dao

có quĩ đạo chuyển động đường vòng từ trong ra ngoài (Hình 1.7d) hoặc từ ngoài vào trong (Hình 1.7e) Quĩ đạo chuyển động của dao theo dạng lò xo có ưu điểm là

bản chất của quá trình phay không thay đổi (luôn luôn là phay thuận hay phay nghịch), do đó quá trình cắt ổn định

Dao dịch chuyển theo quĩ đạo răng lược (Hình 1.7f, g, h) Theo phương pháp

dịch chuyển này thì bản chất của quá trình phay cũng thay đổi Sau mỗi lần ăn dao (theo chiều các mũi tên đậm) dao lùi xa khỏi mặt gia công một đoạn rồi chạy nhanh

về 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 1.7e)

tmax = D – 2r – h (1.1)

23

Hình 1.7: Sơ đồ các bước khi phay

24

c Phương pháp ăn dao vào chi tiết (Hình 1.8)

Phương pháp ăn dao đơn giản nhất là ăn dao theo phương dọc trục của lỗ đã

khoan sẵn (Hình 1.8a)

Hình 1.8: Sơ đồ ăn dao vào chi tiết

Trong trường hợp gia công tinh thì quĩ 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

contour (Hình 1.8b) Phương pháp này có ưư 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 lượng chạy dao răng Sz Lượng chạy dao Sz được chọn với giá trị

Smin từ 4 giá trị Sz

Sz = min (Sz1, Sz2, Sz3, Sz4) (1.2) Trong đó:

Sz1 - Lượng chạy dao được xác định theo độ nhám bề mặt, phụ thuộc vào lượng dư với chiều sâu cắt t và bề rộng phay B

Sz2 - Lượng chạy dao được xác định phụ thuộc vào biến dạng cho phép của dao [∆] (phụ thuộc vào đường kính dao D và chiều dài phần cắt 1)

Sz3 - Lượng chạy dao được xác định xuất phát từ độ bền của dao

25

Sz4 - Lượng chạy dao cho phép được xác định xuất phát từ công suất động

cơ của máy phay

1.2.4 Lập trình gia công trên máy CNC

Tính chất của quĩ đạo chuyển động của dao khi phay phụ thuộc vào số toạ độ được điều khiển và nguyên tắc điều khiển chuyển động các cơ cấu chấp hành của máy Như vậy, điều khiển 2 toạ độ cho phép dao dịch chuyển đến bất kỳ điểm nào trong mặt phẳng điều khiển, 3 toạ độ cho phép dao dịch chuyển đến bất kỳ điểm nào trong không gian Khi số toạ độ được điều khiển tăng lên đến 5 thì hướng trục dao

có thể thay đổi bất kỳ & thường có vị trí vuông góc với bề mặt gia công

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

Gia công contour là quá trình di chuyển của dao theo biên dạng chi tiết Trong phần lượn theo contour hướng chuyển động của dao có thể thay đổi đột ngột, do đó gây ra sai số contour (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 contour ta cần giảm lượng chạy dao, giảm lượng dư hoặc thay đổi kích thước dao

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

b Phay mặt phẳng

Phay các mặt phẳng hở được thực hiện theo sơ đồ chạy dao ziczăc (Hình 1.7a, b, c), còn phay các mặt phẳng nửa hở (Hình 1.6) được thực hiện theo sơ đồ „dải băng“

26

(Hình 1.7f, g, h) Để phay các mặt phẳng kín được giới hạn bằng đường tròn người

ta dùng sơ đồ chạy dao theo „đường xoắn ốc“ (Hình 1.7d, e)

Đường xoắn ốc 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 nhất 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 phức 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 quĩ đạo dịch chuyển của dao 4 hoặc 5 trục toạ độ chỉ dùng được 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 huỷ bỏ hiệu chỉnh dao có thể được thực hiện bằng G40 hoặc G49, hiệu chỉnh nội suy đường thẳng và điều 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 contour chi tiết mà không cần xác định toạ độ các điểm trên đường cách đều Đặc tính của mã hoá thông tin phụ thuộc vào từng hệ điều khiển cụ thể, nhưng nhìn chung hiệu chỉnh dao được mã hoá bằng các chức năng G41 đến G44 để bù bán kính dao và bao gồm hai giai đoạn Giai đoạn thứ nhất

là dịch chuyển dao tới đướng cách đều, còn giai đoạn thứ hai là hiệu chỉnh quá trình cắt

1.2.4.3 Bù chiều dài dao khi phay

Thông thường dấu – (L < 0) trong số hiệu chỉnh cho biết quá trình hiệu chỉnh theo hướng tăng kích thước chi tiết gia công Các thông số hiệu chỉnh chiều dài dao được ghi vào số hiệu dao và trong quá trình gia công việc bù chiều dài dao được thực hiện tự động thông qua các câu lệnh bù dao của chương trình NC

27

Hình 1.9: Bù chiều dài dao khi phay

1.3 MÔ HÌNH QUÁ TRÌNH CẮT KHI PHAY

Mô hình tổng quát của quá trình phay được mô tả như sau: (Hình 1.10)

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 cắt khi phay bao gồm: Lực cắt, nhiệt cắt, mòn dao, rung động Các đại lượng này chịu ảnh hưởng của các thông số đầu vào có ảnh hưởng qua lại lẫn nhau trong quá trình cắt và ảnh hưởng trực tiếp đến các thông số đầu ra là chất lượng và chi phí gia công Chính vì vậy các đại lượng đặc trưng xuất hiện trong quá trình phay luôn là mục tiêu của nhiều công trình nghiên cứu

1.3.1.3 Các thông số đầu ra

28

a Chi phí gia công và năng suất gia công

Chi phí gia công hoặc năng suất gia công thường được chọn là hàm mục tiêu để nghiên cứu tối ưu hoá nguyên công Đối với nguyên công phay người ta thường chọn hàm chi phí gia công K = f(V, Sz, B, t) 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

Chất lượng gia công là một trong các yếu tố cơ bản cần phải đạt được của tất 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 hoá quá trình cắt gọt thì chất lượng gia công được coi là các điều kiện bắt buộc của bài toán Chất lượng gia công gồm nhiều chỉ tiếu đánh

giá khác nhau (Hình 1.10)

CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA

- Năng suất gia công

CHẤT LƯỢNG

- Sai lệch hình dáng hình học, kích thước và

vị trí tương quan

- Chất lượng bề mặt

- Độ nhẵn bề mặt

- Tổ chức lớp

bề mặt + Tính chất cơ

lý lớp bề mặt + Độ cứng tế vi + Chiều sâu lớp biến cứng + Ứng suất dư lớp bề mặt

- 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 phoi với mặt trước của dụng cụ gia công và ma sát giữa mặt sau của dao với bề mặt chi tiết gia công

- Rung động: Trong quá trình gia công rung động 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 bức và tự rung

- Độ nhám bề mặt: Là một trong các chỉ tiêu quan trọng dùng để đánh giá chất lượng nguyên công

- Độ mòn dao: Độ mòn dao ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công

Trong khuôn khổ nhiệm vụ được giao luận văn chỉ đề cập tới hai đại lượng là

độ nhám bề mặt và độ mòn dao, chúng ta sẽ đi sâu phân tích các đại lượng này

1.3.2.1 Độ nhám bề mặt (độ nhấp nhô tế vi)

• Định nghĩa: Trong quá trình cắt, lưỡi cắt của dụng cụ cắt tác động vào bề mặt gia công tạo thành phoi đồng thời hình thành những vết xước cực nhỏ trên bề mặt gia công là độ nhám bề mặt

• Độ nhấp nhô tế vi được đánh giá bởi (hình 4.1)

31

Hình 1.11: Sơ đồ xác định độ nhấp nhô tế vi

- Chiều cao nhấp nhô (R z ): là trị số trung bình 5 khoảng từ 5 đỉnh cao nhất đến

5 đáy thấp nhất của nhấp nhô tế vi tính trong phạm vi chiều dài chuẩn & được

đo song song với đường trung bình

Rz = [(H1 + H3 + …+ H9) – (H2 + H4 +…+ H10)] / 5

- Sai lệch profin trung bình cộng (R a ): là trị số trung bình của khoảng cách

(h1,h2,…, hn) từ các đỉnh trên đường nhấp nhô tế vi đến đường trung bình của

nó (m)

Ra = ∑ hi / n (i=1,n)

- Khoảng cách từ đáy thấp nhất đến đỉnh cao nhất của lớp bề mặt (Rt)

Độ nhám bề mặt là một trong các chỉ tiêu 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 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 tối ưu khi phay

Các thông số ảnh hưởng đến chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt được nghiên cứu chủ yếu là lượng chạy dao, thông số hình học của dụng cụ và độ đảo của dao trong

32

quá trình gia công Các tác giả cũng đã xây dựng được các mối quan hệ giữa chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt với lượng chạy dao dưới dạng các hàm số mũ

1.3.2.2 Độ mòn dao

• Khái niệm mòn dao:

Độ mòn dao là đại lượng xuất hiện trong quá trình cắt khi phay Khi phay rãnh, phay cắt đứt thì mòn dao ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước gia công Khi phay các mặt phẳng bằng dao mặt đầu, lượng mòn dao đo theo phương vuông góc với bề mặt chi tiết đã gia công có ảnh hưởng đến độ chính xác của chi tiết gia công

Khi mòn dao, lưỡi cắt thường 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 nhấp nhô của lớp bề mặt mà cả cơ tính lớp bề mặt cũng thay đổi Điều này làm cho lực cắt trong quá tình 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 lớp bề mặt chi tiết gia công Thông thường khi gia công, chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt thay đổi đột ngột thì cần phải thay đổi dụng cụ gia công

Do đó cần thiết phải mô hình hoá quá trình mòn dao khi phay Việc xây dựng

mô hình quá trình mòn dao khi phay chẳng những xây dựng dược cơ sở cho việc giải bài toán 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 hoá nguyên công phay

Nhiều tác giả đã xây dựng mối quan hệ giữa tuổi bền hoặc lượng mòn của dụng

cụ với các thông số chế độ cắt dưới dạng các phương trình hàm số mũ trong một điều kiện gia công cụ thể Trên cơ sở đó người ta có thể điều khiển quá trình gia công để tuổi bền dụng cụ gia công có giá trị hợp lý nhất

Sự mài mòn của dụng cụ cắt thường được nghiên cứu là: Mài mòn theo mặt sau, mài mòn theo mặt trước, mài mòn đồng thời cả mặt trước và sau, và mòn tù lưỡi cắt Chiều sâu mòn theo mặt sau hs được đo trong mặt cắt theo phương vuông góc với lưỡi cắt từ lưỡi cắt đến điểm mòn tương ứng Đại lượng này thường được làm chỉ tiêu đánh giá tuổi bền của dụng cụ Sự mài mòn này có liên quan trực tiếp đến

33

khả năng cắt của dụng cụ cắt Trong thực tiễn sản xuất tuổi bền của dụng cụ gia công thường được hãng sản xuất dao công bố, hoặc trong sản xuất hàng loạt ta có thể thực nghiệm xác định số lượng chi tiết gia công được trong phạm vi tuổi bền của dao Do điều kiện công nghệ luôn thay đổi nên độ chính xác của các phương pháp trên còn nhiều hạn chế Với phương pháp xác định tuổi bền bằng nhiều chỉ tiêu có thể xác định thời điểm thay dao (quay mảnh cắt) chủ động và chính xác hơn Mặt khác, lượng mòn dao theo phương vuông góc với bề mặt gia công khi phay bằng dao 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 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 tinh hàng loạt trên máy CNC với yêu cầu độ chính xác cao

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 trục chính (phay bề mặt liên tục) và chịu va đập lớn nhất khi phay thuận Do đó, trong quá trình làm việc ở môi trường nhiệt độ cao, lưỡi dao phay thường bị sứt, vỡ Sự phá hỏng lưỡi cắt này xảy ra không đồng đều trên các răng

Hơn nữa, dao phay là dụng cụ cắt nhiều lưỡi nên đòi hỏi về độ đảo của các lưỡi cắt theo phương hướng kính và dọc trục khá cao nên chi phí mài lại cũng như chi phí hao mòn dụng cụ cao Việc mài sắc dao phay phải được thực hiện trên máy mài sắc vạn năng có trang bị đồ gá chuyên dùng

34

Từ các đặc điểm trên ta thấy việc sử dụng dao phay có kết cấu liền và 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 cắt (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 lưỡi cắt 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

1.4.2 Nội dung nghiên cứu

Chế độ cắt là một trong các thông số đầu vào có ảnh hưởng lớn nhất đến các đại lượng đặc trưng Trong điều kiện gia công cụ thể thì 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

Đề tài nghiên cứu mô hình hóa quá trình cắt khi phay trên máy phay CNC được thực hiện trong điều kiện cụ thể:

- Máy gia công: Máy phay CNC DMU 60T

- Vật liệu gia công: Thép C45 chưa nhiệt luyện

- Dụng cụ gia công: Dao phay ngón có lưỡi cắt mặt đầu ∅25 sử dụng các mảnh cắt xoay

- Vật liệu mảnh cắt xoay: APMT 103508PDER phủ ACZ350

- Dạng phay: Phay rãnh đối xứng

- Dung dịch trơn nguội: Emunxi 4% được phun trực tiếp vào vùng cắt

1.5 CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN KHI PHAY BẰNG DAO PHAY NGÓN SỬ DỤNG MẢNH CẮT XOAY

1.5.1 Độ nhám bề mặt chi tiết gia công

1.5.1.1 Chất lượng bề mặt chi tiết gia công

Chất lượng bề mặt là tập hợp nhiều tính chất quan trọng của lớp bề mặt như: Hình dáng hình học lớp bề mặt (độ sóng, độ nhám ), trạng thái và tính chất cơ lý lớp bề mặt (độ cứng, chiều sâu biến cứng, ứng suất dư, ) và phản ánh của lớp bề mặt với môi trường làm việc (tính chống mòn, khả năng chống xâm thực hóa học,

độ bền mỏi, )

Chất lượng bề mặt chi tiết máy phụ thuộc vào phương pháp và điều kiện gia công cụ thể Chất lượng bề mặt là mục tiêu chủ yếu cần đạt ở bước gia công tinh các bề mặt chi tiết máy

Khi phay, đặc biệt phay tinh, chỉ tiêu đánh giá chất lượng bề mặt cũng như chất lượng nguyên công thông dụng nhất là chiều cao nhấp nhô tế vi của bề mặt gia công Độ nhám (độ nhấp nhô tế vi) là tập những lồi lõm xét trên một diện tích hẹp của bề mặt và được đánh giá bằng nhiều các đại lượng như: Chiều cao nhấp nhô trung bình Rz, sai lệch profin trung bình cộng Ra, chiều cao nhấp nhô lớn nhất Rt,

1.5.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt

a Ảnh hưởng của hình dáng hình học của dao

Chiều cao nhấp nhô tế vi lớp bề mặt gia công (chiều cao diện tích cắt còn dư) khi gia công bằng dao phay nhón sử dụng mảnh cắt xoay phụ thuộc chủ yếu vào bán kính mũi dao r và góc nghiêng của lưỡi cắt chính ϕ và góc nghiêng của lưỡi cắt phụ

ϕ1 và có thể được tính gần giống như dao tiện

fd = Sz2

2

tgϕ.tgϕ1

tgϕ+tgϕ1 (1.4) Với giả thiết bán kính mũi dao r ≠ 0 thì chiều cao nhấp nhô tế vi H có thể được

tính như sau (hình 1.12)

H = r - r2-Sz2

4 (1.5)

Hình 1.12 Diện tích cắt thực của tiết diện kim loại bị cắt khi r

Diện tích cắt còn dư được tính:

Vận tốc cắt là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt chi tiết Khi tăng vận tốc cắt thì biên dạng dẻo lớp bề mặt giảm đi do đó chiều cao nhấp nhô tế vi giảm đi Khi gia công vật liệu giòn (gang), nếu tăng vận tốc cắt sẽ làm giảm hiện tượng vỡ vụn của kim loại dẫn đến chiều cao nhấp nhô tế vi giảm Nhưng đối với các vật liệu gia công như nhôm thì kết luận này không hoàn toàn đúng do dao cắt bị mòn đi nhanh khi tăng tốc độ cắt nên chiều cao nhấp nhô tế vi tăng lên

Chiều sâu cắt t có ảnh hưởng không rõ ràng đến độ nhám bề mặt

c Ảnh hưởng của vật liệu gia công

Vật liệu gia công có ảnh hưởng lớn đến chiều cao nhấp nhô tế vi chủ yếu là do khả năng biến dạng dẻo Vật liệu dẻo và dai (thép ít cacbon) dễ bị biến dạng dẻo hơn so với các vật liệu cứng và giòn nên chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt khi gia công các vật liệu dẻo thường cao hơn các vật liệu giòn Khi gia công thép cacbo, nhằm giảm chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt, thông thường ta phải tiến hành thường

38

hóa thép ở nhiệt độ khoảng 850÷8700C Độ cứng vật liệu gia công tăng thì chiều cao nhấp nhô tế vi giảm và hạn chế được ảnh hưởng của vận tốc cắt đối với chiều cao nhấp nhô tế vi

d Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội

Trong điều kiện gia công cụ thể nếu tính toán được thành phần và phương pháp bôi trơn tưới nguội thích hợp chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt có thể giảm đi một cấp (độ bóng bề mặt tăng lên một cấp)

Có nhiều dạng mài mòn dụng cụ cắt Tùy theo điều kiện cắt, tính chất vật liệu

gia công và vật liệu làm dao, dụng cụ cắt có thể bị mài mòn theo các dạng sau đây (hình 1.13)