Áp dụng gia công tốc độ cao để gia công chi tiết khuôn nắp chụp máy ảnh của hãng SONY nhằm đảm bảo chất lượng bề mặt gia công... Họ đã thành lập nên những nhà máy chuyên sản xuất khuôn n
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHAN QUỐC BẢO
NGHIÊN CỨU KHAI THÁC GIA CÔNG TỐC ĐỘ CAO NHẰM ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG KHUÔN
Mã số nghành : 2.01.00
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2008
Trang 2CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học :
Cán bộ chấm nhận xét 1 :
Cán bộ chấm nhận xét 2 :
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm
Trang 3Tp HCM, ngày 1 tháng 07 năm 2008
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
I TÊN ĐỀ TÀI:
“Nghiên cứu khai thác gia công tốc độ cao nhằm đảm bảo chất lượng bề mặt gia công khuôn”
II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Nhiệm vụ chính của luận văn bao gồm những nội dung cần giải quyết sau:
a Nghiên cứu tổng quan về gia công tốc độ cao
b Nghiên cứu cơ sở lý thuyết trong gia công tốc độ cao gồm: chế độ công nghệ, chiến lược chạy dao, các yêu cầu khi sử dụng gia công tốc độ cao
c Ứng dụng gia công tốc độ cao thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết khuôn đảm bảo chất lượng bề mặt gia công
V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN :
PGS.TS ĐOÀN THỊ MINH TRINH
Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua
Trang 4LỜI CÁM ƠN
Tôi xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của PGS TS Đoàn
Thị Minh Trinh, các Thầy Cô trong khoa Cơ Khí cùng các bạn đồng nghiệp đã
tạo điều kiện cho tôi thực hiện luận văn này Tôi cũng xin gởi lời cảm ơn đến
Ông Hy (TGĐ), anh Sâm (PGĐ) công ty khuôn mẫu Mida – nhựa Duy Tân đã
cho phép tôi thực hiện gia công thực nghiệm trên 2 máy Makino, sử dụng vật
tư: dao cụ, phần mềm,… và đã có những đóng góp ý kiến quý báu để tôi hoàn
thiện nội dung của luận văn
Trang 5TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Luận văn được chia làm các nội dung chính sau:
Phần A
1 Tổng quan
2 Tình hình nghiên cứu gia công tốc độ cao trong và ngoài nước
Phần B
1 Nghiên cứu chiến lược chạy dao trong gia công tốc độ cao
2 Nghiên cứu những yêu cầu trong gia công tốc độ cao
3 Áp dụng gia công tốc độ cao để gia công chi tiết khuôn nắp chụp máy ảnh của hãng SONY nhằm đảm bảo chất lượng bề mặt gia công
Trang 6ABSTRACT
The innovation of Information Technology had seriously affected to industrial production, especially in modern mould making The Information Technology had been applied widenly to transfer the production processes from traditional way to high-end technology Mould design and mould manufacturing is modernlized gradually with the integration of CAD/CAM technology The best mould making countries such as: Japan, Korean, Taiwan,… had set up the cooperated organization to design and manufacture good moulds with good quality They were willing to invest modern equipments, in which High Speed Machining is one of the best ways to get profit Nowadays, the most competitive factors are: quality, delivery time and cost among the mould makers all the world
Vietnamese is now booming with high rate of development and mechanical sectors had contributed into this success including mould making The foreign mould makers have considered Vietnam as a potential market with low labour cost, young labours and good expense market They had invested many mould workshops such as: Framas (Germany), VIEDAM (Denmark), MUTO (Japan), VIPIC (Taiwan), CQS (Taiwan), Kreves (Korean), Seorim (Korean),… and high speed machining is one of the competitive factors that make them become the best They are: delivery time, quality and cost,… High speed machining is still new with the local companies, there are only a few can do it such as: Lap Phuc Mould Company, Duy Anh Mould company, Duy Tan-Mida Mould & Plastic company, Thien Long Pens company, Long Thanh Plastic company Although they had good machines, their mould still not very perfect so they can supply very little share market in mould making Mainly they made the simple moulds, the complex mould could not be made in Vietnam like TV moulds, tyre moulds, car moulds,… they must imported from oversea
The difficulty is not only in design, manufacturing, but also in high speed maching equipments investment So we had chosen “ Research of high speed machining application
to warrantee the quality of surface finish in mould making” as a main purpose to show the advantages of High Speed Machining in modern mould making that many Vietnamese companies are now considering those machines
Trang 7MỤC LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ 3
PHẦN A: TỔNG QUAN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TỐC ĐỘ CAO 1
1.1 Định nghĩa gia công TĐC 1
1.2 Mục đích sử dụng gia công TĐC 4
1.3 Ưu nhược điểm của gia công TĐC 4
1.3.1 Ưu điểm của gia công TĐC 4
1.3.2 Nhược điểm của gia công TĐC 8
1.4 Lĩnh vực áp dụng gia công TĐC 9
1.5 Kết luận 11
CHƯƠNG 2: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIA CÔNG TĐC TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 12
2.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 12
2.1.1 Chi tiết 1 14
2.1.2 Chi tiết 2 và 3 17
2.1.3 Chi tiết 4 .27
2.1.4 Chi tiết 5 28
2.1.5 Kết luận 31
2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 32
PHẦN B CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM CHƯƠNG 3: CHIẾN LƯỢC CHẠY DAO TRONG GIA CÔNG TỐC ĐỘ CAO 34
3.1 Đường chạy dao song song 35
3.2 Đường chạy dao copy 35
3.3 Đường chạy dao xoắn 37
3.4 Đường chạy dao xoắn đinh vít (Helical) .38
3.5 Đường chạy dao theo kiểu đường cong cao độ không đổi (Z-constant contouring) .42
Trang
Trang 83.8 Đường chạy dao vẽ (Pencil tracing) 46
3.9 Đường chạy dao chạy xuống gia công (plunge milling) .47
3.10 Một số cải tiến khi gia công tốc độ cao tại các vị trí giới hạn 49
3.11 Kết luận .51
CHƯƠNG 4: YÊU CẦU KHI GIA CÔNG TỐC ĐỘ CAO 52
4.1.Yêu cầu về chế độ công nghệ 52
4.2 Yêu cầu về Dụng cụ 55
4.2.1 Dụng cụ đầu kẹp 55
4.2.2 Dụng cụ cắt 57
4.3 Yêu cầu về chất làm nguội 60
4.4 Yêu cầu về chương trình biên dịch 60
4.4.1 Chức năng “Look Ahead” – chức năng nhìn thấy trước 61
4.4.2 Nhận biết lượng dư gia công còn sót lại “Knowledge of stock remaining” .62
4.5 Các vấn đề gặp phải khi gia công TĐC 64
4.5.1 Độ rung 64
4.5.2 Các góc nhọn và các cạnh biên 65
4.5.3 Thoát phoi 66
4.5.4 Nhiệt độ 66
4.5.5 Vấn đề mòn dụng cụ 66
4.5.6 Tốc độ truyền dữ liệu 69
4.6 Kết luận 69
CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIA CÔNG TĐC CHO SẢN PHẨM NẮP CHỤP SONY 70
5.1 Giới thiệu trung tâm gia công hãng Makino – Nhật Bản 70
5.1.1 Trung tâm gia công CNC thường Makino, Model: KE55 70
5.1.2 Trung tâm gia công cao tốc Makino, Model : S56 .71
5.2 Chi tiết gia công 72
5.3 Thiết kế sản phẩm 74
5.4 Chiến lược chạy dao 75
5.4.1 Chạy dao dạng Stock Spiral 76
5.4.2 Chạy dao dạng xoắn 78
Trang 95.5.2 Dao cụ 79
5.5.2.1 Dao cầu .79
5.5.2.2 Dao phay ngón 81
5.5.3 Phương án gia công 82
5.5.3.1 Gia công thô .82
5.5.3.2 Gia công bán tinh 83
5.5.3.3 Gia công tinh 85
5.6 Kết luận 87
5.6.1 Gia công CNC truyền thống 87
5.6.2 Gia công tốc độ cao .88
TÀI LIỆU THAM KHẢO 89
Trang 10Hình 1.1 Tương quan giữa tốc độ cắt và nhiệt độ
Hình 1.2 Mô tả chiều sâu cắt và tỏa nhiệt khi gia công tốc độ cao
Hình 1.3 Aûnh hưởng của tốc độ cắt (vc) tới áp suất cắt tại vị trí gia công (Al 7050)
Hình 1.4 Aûnh hưởng vận tốc cắt tới lực cắt
Hình 1.5 Gia công chi tiết thành mỏng
Hình 1.6 Aûnh hưởng vận tốc cắt tới độ nhấp nhô bề mặt
Hình 1.7 Những đổi mới trong gia công khi gia công TĐC
Hình 1.8 Rủi ro gặp phải khi gia công TĐC
Hình 1.9 Một số loại khuôn đúc
Hình 1.10 Một số loại khuôn ép nhựa và khuôn thổi
Hình 1.11 Mô hình hoá và tạo mẫu nhanh cho khuôn
Hình 2.1 Các sản phẩm điện thoại di động
Hình 2.2 Hình dạng chi tiết 1
Hình 2.3 Bề mặt có những vết lõm
Hình 2.4 Những vết xước trên nut
Hình 2.5 Những vết xước trên chi tiết 2
Hình 2.6 Những vết để lại do dừng dao định kỳ (dao phay 12 mm)
Hình 2.7 Những dấu để lại khi gia công bằng dao cầu 10 mm
Hình 2.8 Phóng to vết để lại
Hình 2.9 Dạng 3-D của bề mặt, đo bằng đầu dò laser
Hình 2.10 Bề mặt thô giữa các nut
Hình 2.11 Hướng của vết xước
Hình 2.12 Phóng to vết xước
Hình 2.13 Bề mặt được đo bằng tia laser
Hình 2.14 Mặt cắt ngang của vết xước
Hình 2.15 Những vết trên đỉnh nut
Hình 2.16 Những vết khác
Hình 2.17 Phóng to vết để lại của vùng OPI 3
Hình 2.18 Những đường chạy dao cắt nhau
Hình 2.19 Phóng to những đường chạy dao cắt nhau tại vùng OPI 1
Hình 2.20 Bề mặt vùng OPI1 trên chi tiết 2 đo bằng laser
Hình 2.21 Hình dáng của chi tiết 4
Trang 11Hình 2.24 Vệt nghiên
Hình 2.25 Vệt nghiêng được phóng to
Hình 2.26 Đường chạy dao và vệt nghiêng
Hình 2.27 Những vệt chéo khác
Hình 2.28 Những đường chạy dao và vết chéo
Hình 2.29 Quy trình gia công TĐC
Hình 3.1 Đường chạy dao song song
Hình 3.2 Quỹ đạo đường chạy dao copy
Hình 3.3 Ứng dụng đường chạy dao copy
Hình 3.4 Gia công theo đường copy
Hình 3.5 Đường chạy dao theo đường xoắn
Hình 3.6 Đường chạy dao xoắn đinh vít
Hình 3.7 Các thông số dụng cụ
Hình 3.8 Gia công góc bằng đường chạy dao xoắn đinh vít
Hình 3.9 Gia công túi khuôn dùng đường chạy dao xoắn đinh vít
Hình 3.10 Gia công lòng khuôn dùng kiểu chạy dao xoắn đinh vít
Hình 3.11 Gia công lòng khuôn dùng kiểu chạy dao đường cong
Hình 3.12 Gia công mở rộng lòng khuôn dùng kiểu chạy dao cao độ không đổi Hình 3.13 Quỹ đạo xicloit
Hình 3.14 Đường chạy dao xycloit khi gia công rãnh
Hình 3.15 Quỹ đạo chạy dao theo đường xoắn ốc
Hình 3.16 Quỹ đạo chạy dao xoắn ốc khi gia công góc nhọn
Hình 3.17 Đường chạy dao vẽ khi gia công góc nhọn
Hình 3.18 Đường chạy dao xuống gia công
Hình 3.19 Ứng dụng đường chạy dao chạy xuống gia công
Hình 3.20 Chạy dao xuống gia công để gia công góc nhọn
Hình 3.21 Các đường chạy dao cải tiến song song trong gia công tốc độ cao Hình 3.22 Ứng dụng các đường chạy dao song song gia công bề mặt bậc
Hình 4.1 So sánh chế độ công nghệ giữa gia công TĐC và gia công truyền thống
Hình 4.2 Mối liên hệ giữa chiều sâu cắt, lượng dịch chuyển ngang và bán kính dao
Hình 4.3 Đầu kẹp của máy thông thường và máy cao tốc
Hình 4.4 Kết cấu mảnh hợp kim sử dụng gia công tinh
Trang 12Hình 4.7 Nội suy NURBS trong hệ thống điều khiển của gia công TĐC Hình 4.8 Đường nội suy NURBS và nội suy tuyến tính
Hình 4.9 Aûnh hưởng độ không cân bằng đến độ bóng lớp bề mặt
Hình 4.10 Hiện tượng kém chất lượng khi gia công tới các điểm giới hạn Hình 4.11 Thể tích phoi cắt tại vị trí góc nhọn
Hình 4.12 Lưỡi cắt bị mòn bên sườn
Hình 4.13 lưỡi cắt bị nứt
Hình 4.14 Lưỡi cắt bị xướt
Hình 4.15 Lưỡi cắt bị mẻ
Hình 4.16 Lẹo dao
Hình 4.17 Lưỡi cắt gãy
Hình 4.18 Lưỡi cắt biến dạng
Hình 5.1 Máy Makino, model: KE55
Hình 5.2 Máy Makino, model S56
Hình 5.3 Bản vẽ chi tiết gia công
Hình 5.4 Thiết kế chi tiết gia công bằng Proe
Hình 5.5 Hình Cavity Insert
Hình 5.6 Hình chi tiết khuôn trên phần mềm Cimatron
Hình 5.7 Chiến lược chạy dao Stock Spiral
Hình 5.8 Chiến lược chạy dao xoắn Spiral
Hình 5.9 Dao cầu R0.5, R2, R3 trong gia công TĐC của hãng Sandvik Hình 5.10 Dao phay ngón Þ6 trong gia công TĐC của hãng Sandvik Hình 5.11 Dao cầu R0.5 cho vị trí insert
Hình 5.12 Hình dạng chi tiết sau gia công bằng máy phay cao tốc
Bảng 3.1 Thời gian tiết kiệm khi gia công bằng kiểu 3.5a so với 3.5b Bảng 3.2 Góc nghiêng ứng với mỗi loại vật liệu gia công
Bảng 4.1 Chiều sâu cắt giới hạn tuỳ vào kích thước của dụng cụ
Bảng 4.2 Tốc độ cắt cho một số loại vật liệu gia công (Asley, 1995) Bảng 4.3 Đặc tính của vật liệu dụng cụ sử dụng trong cao tốc:
Bảng 4.4 Thời gian và kích thước chương trình khi nội suy khác nhau Bảng 5.1 Dung sai chi tiết gia công
Bảng 5.2 Thông số của dao cầu R3 của hãng Sandvik
Bảng 5.3 Thông số của dao cầu R2 của hãng Sandvik
Trang 13Biều đồ 1.1 Phân bố giá thành sản phẩm theo các giai đoạn
Biểu đồ 1.2 Tỷ lệ giá thành sản phẩm theo các giai đoạn sản xuất của các nước đứng đầu về ngành sản xuất khuôn
Biểu đồ 4.1 Aûnh hưởng vật liệu đến độ nhấp nhô bề mặt
Biểu đồ 4.2 Sự phụ thuộc tuổi thọ dụng cụ vào loại vật liệu
Trang 14Cuộc cách mạng về máy tính điện tử đã có tác động lớn vào nền sản xuất công nghiệp Đặc biệt trong ngành chế tạo khuôn mẫu hiện đại Công nghệ thông tin đã được ứng dụng rộng rãi để nhanh chóng chuyển đổi các quá trình sản xuất theo kiểu truyền thống sang sản xuất công nghệ cao Nhờ đó các giai đoạn thiết kế và chế tạo khuôn mẫu từng bước được tự động hóa với ứng dụng của công nghệ CAD/CAM Các nước có nền công nghiệp khuôn mẫu tiên tiến như: Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan,… đã hình thành nên những mô hình liên kết tổ hợp từ khâu thiết kế đến gia công khuôn mẫu chất lượng cao Muốn vậy, các doanh nghiệp nước ngoài đã mạnh dạn đầu tư vào trang thiết bị gia công khuôn, trong đó gia công tốc độ cao được xem là giải pháp rất hiệu quả trong thời điểm cạnh tranh ngày càng khốc liệt như hiện nay dựa trên những tiêu chí: chất lượng, thời gian giao hàng, giá thành
Với sức tăng trưởng ổn định, cao của nền kinh tế Việt Nam, ngành cơ khí đã đóng góp không nhỏ vào GDP hằng năm, trong đó khuôn mẫu được xem là một trong những lĩnh vực thế mạnh của ngành Các doanh nghiệp khuôn mẫu nước ngoài xem Việt Nam như là điểm đến hấp dẫn với thế mạnh về nguồn nhân công rẻ, dồi dào, thị trường tiêu thụ mạnh Họ đã thành lập nên những nhà máy chuyên sản xuất khuôn như: Framas (Đức), VIEDAM (Đan Mạch), MUTO (Nhật), VIPIC (Đài Loan), CQS (Đài Loan), Kreves (Hàn Quốc), SEORIM (Hàn Quốc)… trong đó gia công tốc độ cao là một trong những yếu tố đem lại khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp nước ngoài bao gồm: thời gian giao hàng, chất lượng chi tiết gia công, giá thành sản phẩm,… Trong khi đó, đối với doanh nghiệp trong nước, gia công tốc độ cao vẫn còn là công nghệ khá mới mẻ, chỉ có một số ít doanh nghiệp dám mạnh dạn đầu tư như: Công ty Lập Phúc, Công ty Duy Anh – Cát Thái, Công ty Nhựa Duy Tân-Mida, Bút bi Thiên Long, Công ty nhựa Long Thành Nhưng do hạn chế về năng lực thiết kế và chế tạo, các doanh nghiệp chỉ mới đáp ứng được một phần sản xuất khuôn mẫu phục vụ cho chế tạo sản phẩm cơ khí tiêu dùng và cho các công ty nước ngoài Với những chi tiết yêu cầu kỹ thuật cao như: ti vi, lốp xe cao cấp, ô tô, … thì doanh nghiệp vẫn phải nhập khuôn từ nước ngoài
Khó khăn của doanh nghiệp không chỉ ở năng lực thiết kế, chế tạo mà còn ở tính mạnh dạn trong đầu tư thiết bị gia công tốc độ cao Chính vì vậy chúng tôi đã chọn đề tài” nghiên cứu khai thác gia công tốc độ cao nhằm đảm bảo chất
Trang 15khi hiện nay có rất nhiều doanh nghiệp Việt Nam đang quan tâm đến ứng dụng những trang thiết bị này
Trang 16Trang 1
PHẦN A TỔNG QUAN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TỐC ĐỘ CAO
1.1 Định nghĩa gia công TĐC
1.2 Mục đích sử dụng gia công TĐC
1.3 Ưu nhược điểm của gia công TĐC
1.3.1 Ưu điểm của gia công TĐC
1.3.2 Nhược điểm của gia công TĐC
1.4 Lĩnh vực áp dụng gia công TĐC
1.5 Kết luận
Chương này sẽ đề cập tới nội dung tổng quan về công nghệ gia công tốc độ
cao từ khái niệm, mục đích sử dụng, ưu nhược Đồng thời nêu lên một số khả
năng ứng dụng của gia công tốc độ cao
1.1 Định nghĩa gia công TĐC
Theo lý thuyết: “Gia công với Tốc độ cắt gọt cao – Machining with High
Cutting Speeds” mà Salomon đã được nhận bằng sáng chế của Đức vào năm
1931, với giả định rằng “ở một tốc độ cắt nhất định (lớn hơn khoảng từ 5 đến 10
lần so với phương pháp gia công truyền thống), thì nhiệt độ loại bỏ phoi ở cạnh
cắt sẽ bắt đầu giảm,….”
Hình 1.1 Tương quan giữa tốc độ cắt và nhiệt độ
Trang 17Trang 2
Kết luận:”Dường như có thể cải thiện hiệu quả gia công với những máy gia
công truyền thống ở tốc độ cắt cao hơn,…”
Ở đây xảy ra hiện tượng giảm nhiệt độ ở cạnh cắt một cách tương đối, nó
bắt đầu ở những tốc độ cắt nào đó cho nhiều loại vật liệu gia công khác nhau
Sự suy giảm này là nhỏ đối với loại vật liệu thép hoặc gang còn đối với nhôm
hoặc những vật liệu phi kim loại thì sẽ lớn hơn (hình 1.1)
Định nghĩa gia công TĐC gây ra nhiều rắc rối vì có khá nhiều quan điểm
và nhiều cách định nghĩa khác nhau cho gia công TĐC, tuỳ vào nhà sản xuất
Trong đó có thể tính đến những định nghĩa sau:
- Gia công TĐC không chỉ đơn giản là tốc độ cắt cao mà nó còn liên quan
đến quy trình gia công được thực hiện với những thiết bị và phương pháp
sản xuất nào đó
- Gia công TĐC không nhất thiết phải là gia công với tốc độ trục chính
cao Đã có rất nhiều ứng dụng gia công TĐC được thực hiện với tốc độ
trục chính vừa phải và kích thước dao lớn
- Gia công TĐC được dùng ở bước gia công tinh với vật liệu thép cứng với
tốc độ cắt và bước tiến lớn hơn phương pháp gia công truyền thống từ 4-6
lần
- Gia công TĐC là quá trình sản xuất đạt năng suất cao từ gia công thô đến
gia công tinh, trong gia công tinh và gia công siêu tinh đối với những chi
tiết có kích thước nhỏ
- Gia công TĐC đóng vai trò rất quan trọng trong gia công, chi tiết sau gia
công rất gần giống chi tiết thực (near net shape)
- Gia công TĐC hiện nay thường được thực hiện trên máy có đầu côn 40
Một trong những vấn đề gặp phải trong lĩnh vực sản xuất khuôn là khâu
gia công chiếm tỷ lệ 60% giá thành sản xuất khuôn (biểu đồ 1.1) Trong đó
khâu gia công bằng tay chiếm tỷ lệ khoảng (20-30)% giá thành sản xuất khuôn
(biểu đồ 1.2) Vì vậy nếu giảm được thời gian gia công trên máy và hạn chế hay
loại trừ gia công bằng tay (tức rút ngắn thời gian gia công chính) thì giá thành
sản phẩm có thể giảm đáng kể Điều này tăng cường khả năng cạnh tranh trên
thị trường Nên một trong những mục tiêu chính của các nhà sản xuất khuôn là
có thể hạn chế hay loại trừ gia công bằng tay.
Trang 18Trang 3
Biểu đồ 1.2 Tỷ lệ giá thành sản phẩm theo các giai đoạn sản xuất của các nước
đứng đầu về nghành sản xuất khuôn:
1 Lập kế hoạch sản xuất 4 Gia công trên máy
2 Thiết kế sản phẩm 5 Gia công bằng tay
3 Tạo đường chạy dao 6 Thử khuôn
Một trong giải pháp hữu hiệu nhất cho vấn đề trên là sử dụng Máy cao
tốc-High Speed Machining/Milling Máy phay cao tốc có thể gia công bề mặt
đạt được độ bóng cao cũng như gia công được các vị trí giới hạn như góc nhọn
và các cạnh biên mà không cần có sự trợ giúp của người vận hành, đặc biệt là
khi gia công vật liệu có độ cứng cao thì năng suất cao hơn so với gia công trên
máy thông thường
Biểu đồ 1.1 Phân bố giá thành sản phẩm theo các giai đoạn
Trang 19Trang 4
Một điểm thuận lợi nữa của gia công tốc độ cao là có thể thay thế EDM
trong lĩnh vực sản xuất khuôn Hơn nữa gia công tốc độ cao có năng suất cao
hơn so với EDM và đạt được chất lượng bề mặt sản phẩm tốt hơn EDM
1.2 Mục đích sử dụng gia công TĐC
Một trong những mục đích chính của gia công TĐC là giảm bớt chi phí gia
công nhờ tăng năng suất Chủ yếu là ở bước gia công tinh và thường dùng loại
vật liệu cứng Mục đích khác nữa là để tăng tính cạnh tranh thông qua việc rút
ngắn thời gian giao hàng, thể hiện ở những điểm sau đây:
- Sản xuất khuôn chỉ trong một lần gá đặt
- Nâng cao độ chính xác hình dáng hình học của khuôn thông qua quá trình
gia công TĐC, giảm nhân công và thời gian ngừng máy
- Gia tăng việc sử dụng máy công cụ và nhà xưởng thông qua quy trình gia
công, được hoạch định với sự hỗ trợ của hệ thống CAD và lập trình hướng
vào đối tượng nhà xưởng sản xuất
- Thời gian thu hồi vốn đầu tư nhanh, phục vụ cho việc tái đầu tư, tái sản
xuất và đổi mới trang thiết bị
1.3 Ưu nhược điểm của gia công TĐC
1.3.1 Ưu điểm của gia công TĐC
- Nhiệt độ của dao và phôi được duy trì ở mức thấp, làm tăng tuổi thọ của
dao
Hình 1.2 Mô tả chiều sâu cắt và tỏa nhiệt khi gia công TĐC
- Khi chiều sâu cắt nhỏ, lực hướng kính trên dao và trục chính cũng sẽ nhỏ:
Điều này sẽ đảm bảo an toàn cho vòng bi, vít me và thanh trượt Phay cao tốc
Trang 20Trang 5
sẽ ít ảnh hưởng lên vòng bi trục chính, do vậy tuổi thọ của dao sẽ lâu hơn và
giảm bớt nguy cơ do rung động
- Lực cắt nhỏ nên chống bị lẹo dao hoặc lẹo dao rất nhỏ, làm cho quy trình
sản xuất an toàn và hiệu suất cao hơn
- Chiều sâu cắt thường nhỏ và tốc độ cắt lớn trong gia công cao tốc nên lực
cắt nhỏ Điều này sẽ giảm rủi ro các hư hỏng gây ra
Hình 1.4 Aûnh hưởng vận tốc cắt tới lực cắt
- Quy trình gia công hiệu quả cho những chi tiết kích thước nhỏ: Gia công
thô, bán tinh và gia công tinh mang tính kinh tế nhất khi lượng kim loại bị loại
bỏ là tương đối thấp
- Quy trình gia công hiệu quả ở bước gia công tinh và có thể đạt được độ
bóng cực kỳ tốt: Thường thì có thể đạt đến Ra~0.2 µm
- Có thể gia công những chi tiết thành vách mỏng: ví dụ bề dày của thành là
0.2 mm và chiều cao khoảng 20 mm nếu sử dụng phương pháp gia công như
Hình 1.3 Aûnh hưởng của tốc độ cắt (vc) tới
áp suất cắt tại vị trí gia công (Al 7050)
Trang 21Trang 6
hình 1.5 Thời gian tiếp xúc giữa cạnh cắt và phôi cần phải rất ngắn để tránh
rung động và gây biến dạng thành mỏng này
Hình 1.5 Gia công chi tiết thành mỏng Việc gia công thô, bán tinh, tinh mang tính kinh tế cao Có thể gia công đạt
độ bóng bề mặt cao, thường Ra≅0.2µm Khi gia công tốc độ cao thì độ bóng bề
mặt rất cao Hình 1.7 cho thấy ảnh hưởng của vận tốc cắt đến độ nhấp nhô bề
mặt khi gia công phôi có vật liệu GM241HNB, vật liệu dụng cụ PCBN2 có
đường kính 25.4mm có mũi hình bi, phay khô, chiều sâu cắt, lượng ăn dao
0.5mm Dựa vào hình này cho thấy trong khu vực gia công cao tốc thì độ nhám
bề mặt có giá trị Rz= (4-8)µm
HSM
V c (m/ph)
Hình 1.6 Aûnh hưởng vận tốc cắt tới độ nhấp nhô bề mặt
Trang 22Trang 7
- Khuôn gia công càng chính xác thì việc lắp ghép khuôn càng đơn giản và
nhanh chóng Không cần yêu cầu cao ở trình độ tay nghề của công nhân, có thể
thực hiện toàn toàn với công cụ CAM/CNC để tạo ra những dạng hình học đa
dạng, phức tạp Có điều cần lưu ý rằng khi thời gian gia công càng tăng lên thì
thời gian dành cho công đoạn đánh bóng bằng tay sẽ càng giảm
- Giảm được các quy trình sản xuất như biến cứng, phay điện cực và bắn
EDM đến mức tốt thiểu Do vậy mà chi phí đầu tư sẽ thấp hơn và công tác
chuẩn bị cũng sẽ đơn giản hơn Kích thước nhà xưởng cũng sẽ chỉ sử dụng ít hơn
với một vài máy EDM Gia công cao tốc có thể đem đến dung sai kích thước
vào khoảng 0.02 mm, trong khi đó dung sai của bắn EDM là 0.1 – 0.2 mm Độ
bền, tuổi thọ, độ cứng vững của khuôn có thể được nâng cao khi thay thế gia
công EDM bằng gia công cao tốc Với gia công EDM, nếu thực hiện không
chính xác, sẽ tạo nên một lớp mỏng và đòi hỏi phải biến cứng lại vì bề mặt ở
vùng bắn (ở trên cùng với quy trình bắn từ trên xuống hoặc bên hông với quy
trình bắn từ bên hông sang) đã bị cháy EDM theo nguyên lý phóng tia lửa điện
Lớp vật liệu được biến cứng này có thể có bề dày lên đến ~20 µm và có độ
cứng lên đến 1000 Hv Khi lớp vật liệu này cứng hơn so với độ cứng trung bình
thì nó cần phải được loại bỏ Điều này nó thường gây mất thời gian và khó khăn
cho công đoạn đánh bóng Gia công EDM cũng có thể gây nên những vết rạn
nứt do mỏi theo phương đứng trên bề mặt được gia công và bề mặt được hóa
cứng lại Những vết rạn nứt này có thể xảy ra và dẫn đến làm hư hỏng chi tiết
nếu chế độ gia công không tốt Đây là điều mà không phải doanh nghiệp nào
cũng nhận ra và nghiên cứu một cách có bài bản
Hình 1.7 Những đổi mới trong gia công khi gia công TĐC
Trang 23Trang 8
A: quy trình gia công truyền thống
1 phôi được gia công, 2 gia công thô, 3 gia bán tinh, 4 tôi để chuẩn bị gia
công hoàn thành, 5 gia công điện cực EDM với điện cực có bán kính nhỏ và góc
nhọn, 6 gia công tinh có thể được, 7 gia công đánh bóng
B : giống như A nhưng ở đây thay thế gia công bằng EDM bởi HSM trong
bước năm, do đó ta có thể rút ngắn được một bước
C : phôi được tôi đầu tiên 1, 2 gia công thô, 3 bán tinh, 4 tinh, ở đây HSM
có thể áp dụng hầu hết các bước, đặc biệt là đối với bước gia công mà kích
thước dụng cụ nhỏ Trong tiến trình này giảm được 2 bước Thông thường giảm
được thời gian chuẩn bị 30%-60% so với quy trình A
1.3.2 Nhược điểm của gia công TĐC
- Vì tốc độ tăng tốc hoặc giảm tốc cao hơn, trục chính khởi động hoặc dừng
ở tốc độ cao hơn nên lượng ăn mòn của băng trượt, vít me bi và vòng bi trục
chính sẽ nhanh hơn Thường sẽ dẫn đến chi phí cho việc bảo trì cao hơn,
- Tốc độ truyền dữ liệu, giao tiếp, trang thiết bị lập trình, kiến thức trong
gia công cũng yêu cầu cao hơn
- Không dễ gì có thể tuyển dụng được nguồn nhân lực có trình độ tay nghề
cao
- Thời gian thử và kiểm tra trước khi gia công nhiều hơn, vì phải đảm bảo
các yếu tố thì mới tự tin cho gia công
- Ở gia công TĐC, việc dừng khẩn cấp trên thực tế là không thể vì quá
nhanh, những sai sót do con người, do phần mềm hoặc phần cứng đều để lại hậu
quả rất nghiêm trọng
- Lên kế hoạch, quy trình gia công phải tốt, nếu không sẽ không sử dụng
hết chức năng của máy
Trang 24Trang 9
Hình 1.8 Rủi ro gặp phải khi gia công TĐC
- Phải đảm bảo độ an toàn: Máy phải được che chắn kín để đảm bảo an
toàn, không sử dụng dao quá nặng Kiểm tra dao cụ, vít me, thường xuyên để
đảm bảo là không bị rạn nứt Chỉ dùng dao thích hợp với gia công TĐC, Dùng
máy theo đúng khuyến cáo của nhà sản xuất
1.4 Lĩnh vực áp dụng gia công TĐC
Gia công TĐC có thể gia công cho vật liệu có độ cứng từ 60 – 63 HRC khi
phay các lỗ, hốc Quan trọng là lựa chọn dao và chuôi dao sao cho hợp lý cho
mỗi bước gia công: thô, bán tinh và tinh
Ngoài ra để đạt được hiệu quả trong gia công, cần lưu ý sử dụng đường
chạy dao, dữ liệu cắt và quy trình gia công tối ưu
- Đối với khuôn đúc: gia công TĐC có thể được sử dụng trong hầu hết các
loại khuôn đúc với kích thước vừa và nhỏ
Hình 1.9 Một số loại khuôn đúc
- Đối với khuôn dập: Hầu hết các loại khuôn dập đều phù hợp khi gia công
TĐC do hình dạng hình học khuôn không quá phức tạp (chiều lõm không quá
Trang 25Trang 10
lớn) Chọn dao ngắn sẽ mang lại hiệu suất cao hơn vì dao ít bị oằn do tính ổn
định tốt hơn Vấn đề là ở độ bóng bề mặt vì bề mặt thường hay bị xướt
- Đối với khuôn ép nhựa và khuôn thổi: Phù hợp đặc biệt với gia công
TĐC vì kích thước của chúng thường khá nhỏ Do vậy tính kinh tế là rất cao khi
chỉ cần một lần gá đặt từ nguyên công thô cho đến nguyên công tinh Rất nhiều
khuôn loại này có những lỗ, hốc sâu tương đối Do vậy hoạch định chương trình
gia công, kiểm soát đường chạy dao tương đối đơn giản Kích thước khuôn dài
và mảnh khảnh nên có thể chạy ở chế độ cắt với lượng ăn rất mỏng
Hình 1.10 Một số loại khuôn ép nhựa và khuôn thổi
- Phay điện cực đồng hoặc graphite: Graphite có thể được gia công với
những dao phay hợp kim phủ kim cương hoặc phủ TiCN Khuynh hướng chế tạo
điện cực và sử dụng EDM giảm, thay vào đó người ta dùng máy gia công TĐC
- Mô hình hóa và tạo mẫu nhanh cho khuôn: Là lĩnh vực phát triển sớm
nhất trong gia công TĐC Vật liệu dễ gia công như nhôm, phi kim, tốc độ căt
thường cao khoảng 1500 – 5000 m/phút và lượng chạy dao cũng rất cao
Hình 1.11 Mô hình hoá và tạo mẫu nhanh cho khuôn
Trang 26Trang 11
* Gia công TĐC thường được sử dụng trong:
- Sản xuất hàng loạt nhỏ
- Tạo mẫu và những loạt ban đầu với loại vật liệu Al, Ti, Cu cho ngành
công nghiệp hàng không, điện/điện tử, y tế, quốc phòng
- Chế tạo các chi tiết máy bay, đặc biệt là bộ khung nhưng không bao gồm
các chi tiết của động cơ
- Chế tạo các chi tiết máy trong ô tô
- Chế tạo dao và chuôi dao
1.5 Kết luận
Sử dụng gia công tốc độ cao với chiều sâu cắt nhỏ và bước tiến lớn cho
phép gia công bề mặt nhằm giảm độ nhấp nhô bề mặt gia công, giảm lực cắt và
nhiệt sinh ra tại vị trí gia công Tuy chiều dài các đường chạy dao trong gia
công trong gia công tốc lớn hơn trong gia công thông thường nhưng thời gian gia
công tổng cộng giảm đáng kể
Độ nhấp nhô bề mặt gia công rất thấp nên có thể giảm hay loại trừ công
đoạn gia công bằng tay như: đánh bóng, gia công lại, Và nhờ vào kỹ thuật
xác định lượng dư kết hợp với “chức năng nhìn thấy trước“(look ahead) trong
mỗi đường chuyển dao góp phần nâng cao khả năng gia công tự động hóa trong
quá trình gia công
Khi dùng gia công TĐC cho vật liệu có độ cứng cao thì năng suất cao hơn
so với máy thông thường Gia công TĐC có thể thay thế EDM nhờ năng suất gia
công cao và bề mặt có chất lượng bề mặt cao hơn so với EDM Hơn nữa gia
công gia công TĐC không cần tốn thời gian gia công điện cực
Trang 27Trang 12
CHƯƠNG 2: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIA CÔNG TĐC
TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
2.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước
2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
Chương này sẽ tìm hiểu những nghiên cứu về gia công tốc độ cao trong và
ngoài nước, từ đó đưa đến mục tiêu nghiên cứu của đề tài
2.1 Nghiên cứu ngoài nước
Trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu về gia công tốc độ cao với mục đích
chủ yếu là nhằm nâng cao năng suất gia công, nâng cao chất lượng gia công chi
tiết, giải quyết những khó khăn khi gia công những loại vật liệu mới với độ cứng
cao, những thiết kế mới phức tạp hơn gây khó khăn cho các phương pháp gia
công truyền thống
Điển hình trong những nghiên cứu đó là nghiên cứu của hãng phần mềm
Delcam trên sản phẩm: lõi của điện thoại di động được gia công trên trung tâm
gia công Matsuura, Mikron để chứng minh cho hiệu quả của phương thức gia
công TĐC khi tạo nên những đường chạy dao tốt nhất và thông số gia công tối
ưu Nhưng chất lượng của chi tiết không đảm bảo với kết quả là vẫn chưa hoàn
chỉnh Lý do dẫn đến chất lượng không đảm bảo khó có thể lý giải được, chủ
yếu là từ quan điểm cá nhân đưa ra những nguyên nhân có thể xảy ra
Với 5 chi tiết ở hình 2.1 được gia công theo nhiều cách khác nhau để đánh
giá ảnh hưởng của những yếu tố chính đến quy trình gia công Những yếu tố này
bao gồm đặc điểm của máy công cụ, khả năng công nghệ của hệ thống CNC,
chất lượng của hệ thống dao cắt gọt, phương thức gia công trong hệ thống CAM,
tính tương tác giữa người vận hành hệ thống CAM và người vận hành máy công
cụ trong chuỗi những nguyên công đã được hoạch định trước
Trang 28Trang 13
Ứng dụng được thực hiện trực tiếp trong gia công lõi điện thoại bằng vật
liệu thép dụng cụ AISI P20 bằng gia công TĐC
Mục đích là để gia công chi tiết theo một chuẩn màø không tính đến quy
trình gia công tinh nào khác Chi tiết này có nhiều bề mặt và diện tích đan cắt
nhau sẽ gây khá nhiều khó khăn khi gia công
Ví dụ như những bề mặt lồi của chi tiết có rất nhiều chỗ cắt đan xen với
những chỗ dốc xuống rất phức tạp Đây sẽ là những yếu tố gây khó khăn đến
gia công TĐC Trong mỗi ứng dụng, xuất ra file CAM được thực hiện trên phần
mềm PowerMILL hãng Delcam và dao cắt lấy từ hãng Shinko Kobelco
Hình 2.1 Các sản phẩm điện thoại di động
Mỗi chi tiết được kiểm tra sau khi gia công và được đánh giá về hình dáng
tổng quát và độ bóng bề mặt Những đánh giá này ban đầu dựa trên ý kiến cá
nhân từ nhiều bên liên quan Đánh giá chất lượng theo kỹ thuật phân tích được
dùng để xác định đâu là những điểm đặc trưng Hình dáng tổng quát là yếu tố
quan trọng, bởi vì đó là ấn tượng đầu tiên về độ chính xác của chi tiết gia công
Trong một vài trường hợp, hình dáng tổng quát sẽ quyết định chi tiết có đạt hay
không Ngoài ra, những chỗ bị nứt hay những vết xước cũng rất quan trọng để
đánh giá chi tiết Kết quả trên mỗi lõi điện thoại sẽ cho biết được nguyên nhân
Tuy nhiên nhiều lúc phải suy đoán và đòi hỏi phải thực hiện nhiều công đoạn
khác để chứng minh cho kết quả đó
* Máy và chuôi dao:
Chi tiết 1 và 2 được gia công trên trung tâm gia công cao tốc của hãng
Matsuura, model: MC-80 VF được mua năm 1993 Máy này được vận hành 8
năm với chế độ bảo dưỡng rất tốt, gia công TĐC Đặc biệt sử dụng bộ điều
Trang 29Trang 14
khiển Yasnac iT80 là thế hệ cao tốc đầu tiên nhưng khả năng xử lý dữ liệu thì bị
giới hạn Dùng đầu côn BT40 đi kèm với máy
Chi tiết 3 và 4 được gia công trên máy Bridge VMC1500, trang bị vào năm
1998 Máy này có thông số tốt hơn và thời gian phục vụ sản xuất chỉ 3 năm (ít
hơn máy của Matsuura 5 năm) Bộ điều khiển Heidenhain T430 là hệ thống
điều khiển rất tốt có thể tương thích với phạm vi các thông số điều khiển cao tốc
khá rộng Dùng đầu BT40 (cho chi tiết 3) đi kèm với máy, nhưng nó được nâng
cấp với đầu côn tốt nhấât của Nhật để gia công chi tiết 4
Chi tiết 5 được gia công trên máy mới hãng Mikron HSM 700 với bộ điều
khiển Heidenhain ATEK HS-Plus Các thông số máy và hệ thống dao cụ là khá
tốt được dùng chưa được 1 năm Bộ điều khiển ATEK được xem là bộ rất hiện
đại
* Chuẩn bị dữ liệu CAM:
Người điều khiển có 8 năm kinh nghiệm trong vận hành trung tâm gia công
cao tốc của Matsuura chuẩn bị file NC cho chi tiết 1
Chi tiết 2,3 được gia công bởi một kỹ sư, đã được huấn luyện đầy đủ về lý
thuyết gia công cao tốc nhưng ít kinh nghiệm về dao cụ
Một kỹ sư khác có kinh nghiệm trong kỹ thuật gia công cao tốc hiện đại tạo
ra file NC cho chi tiết 4
Gia công chi tiết 5 khác so với 4 chi tiết trước vì được tạo ra theo kiểu hành
trình gia công cao tốc mới nhất, chiến lược chạy dao cũng hoàn toàn khác
Trong cả 5 trường hợp, đường chạy dao và các điều kiện cắt được chuẩn bị
tốt nhất nhưng kết quả đạt được không như mong đợi
2.1.1 Chi tiết 1
Người vận hành trung tâm gia công cao tốc Matsuura MC-80VF chuẩn bị
chương trình NC cho chi tiết 1 Người này có kinh nghiệm và đã từng làm việc
với dạng trung tâm gia công cao tốc với hệ CAM, nhưng chưa được đào tạo lại
những tính năng mới nhất về chiến lược gia công và dao cụ Phương pháp loại
bỏ vật liệu cũng không tuân thủ theo những hướng dẫn về gia công cao tốc hiện
hành khi thực hiện chế độ cắt rất nhanh, liên tục và lượng ăn mỏng Dùng dao
phay mặt đầu đường kính 12 mm và dao cầu đường kính từ 0.6 – 6mm Máy
Matsuura mất hơn 5 giờ để gia công được chi tiết này
Trang 30Trang 15
Hình 2.2 Hình dạng chi tiết 1
- Hình dạng bề mặt:
Hình dạng bề mặt của chi tiết 1 có những lốm đốm và hơi mờ (hình 3.2)
Trong nhiều trường hợp chiều sâu cắt của dao quá lớn và phần gia công tinh
giữa các nút vẫn còn khá thô Có những chỗ lõm xuất hiện ở vùng giao giữa
những đường chạy dao
Gia công 2 lần để làm tinh bóng chi tiết không thể nào tạo nên độ bóng cho
chi tiết, nhất là trên những vùng bề mặt chính của chi tiết Điều này là hiển
nhiên vì với 2 lần chạy dao độc lập làm cho chế độ gia công thay đổi Chế độ
gia công phay thuận đem đến những điều kiện gia công TĐC khá tốt, trong khi
đó chế độ phay nghịch thì lại tác động tiêu cực đến gia công công cao tốc
- Dừng máy: Những lần dừng máy để lại vùng SDM1 và SDM 2 trên hình
2.2 xuất hiện ở điểm bắt đầu và kết thúc của những đường chạy dao Dao tiếp
xúc với bề mặt phôi (dao phay đường kính 12 mm), đó là những vòng tròn giống
nhau
Trang 31Trang 16
Hình 2.3 Bề mặt có những vết lõm
- Bề mặt bị những vết lõm:
Điều này cho thấy điều kiện cắt ở những vùng này là khá tệ vì vùng tiếp
xúc giữa dao và chi tiết thay đổi từ chế độ phay thuận sang chế độ tương tác hỗn
hợp giữa kiểu phay nghịch và dạng phay thuận Do vậy vùng tiếp xúc giữa dao
và chi tiết gia công bị những vết này
Hình 2.4 Những vết xước trên nút
- Bề mặt bị những vết xước
Gia công tinh các nút bằng dao cầu 0.6mm với 2 lần cắt Vết xước xuất hiện
trên bề mặt của nhiều nút (hình 2.4) Đó là kết quả từ chương trình cắt và là kết
quả từ việc chạy dao quá sâu lên bề mặt của mỗi nút Đường chạy dao bằng dao
Trang 32Trang 17
cầu 0.6 mm cũng làm xước vùng xung quanh các nút khi chạy dao xung quanh
mỗi nút
Nguyên nhân gây nên những vết xước là do việc thiết lập và giám sát chiều
dài dao trong gia công Cơ chế bù cho dao không tốt, dao gia công dài hơn yêu
cầu dẫn đến cắt quá sâu Dao 0.6 mm cần phải duy trì vị trí chính xác và có độ
tin cậy cao để ngăn nó không cắt lẹm hoặc lẹo dao Chuôi dao được mua kèm
với máy vào năm 1993, hiện tại vẫn chạy tốt nhưng không thể đạt được những
tiêu chuẩn về gia công TĐC hiện nay Do vậy để gia công hiệu quả, người vận
hành phải luôn giám sát chiều dài dao cụ trong suốt quá trình gia công
2.1.2 Chi tiết 2 và 3
Được gia công trên 2 loại máy Matsuura và Bridgeport Đường chạy dao và
chế độ gia công giống nhau nên có thể đánh giá được những ảnh hưởng của máy
gia công đến chất lượng chi tiết Người điều khiển CAM là kỹ sư rất có kinh
nghiệm, có sự hiểu biết nhất định về phương pháp CAM hiện đại nhưng chưa
bao giờ được huấn luyện về cách sử dụng chúng Gia công bằng dao phay 12
mm, bề mặt chính dùng dao cầu 10 mm, gia công tinh dùng dao cầu 3, 2, 1 và
0.6 mm
Máy Matsuura phải mất hơn 7 giờ để gia công chi tiết 2, trong khi đó với
máy Bridgeport chỉ mất hơn 4 giờ cho chi tiết 3 Sai lệch 3 giờ có thể là do sự
khác biệt về thời gian xử lý của hệ thống điều khiển tương ứng trên 2 máy
Hình 2.5 Những vết xước trên chi tiết 2
- Hình dạng bề mặt:
• Chi tiết 2 có nhiều vết xước (hình 2.5) còn chi tiết 3 bị ít hơn
• Chi tiết 2 có hình dạng không đối xứng còn chi tiết 3 thì đối xứng
Trang 33Trang 18
• Chi tiết 2 được lấy ra và gá đặt lại không chính xác nên không đảm bảo
được tính đối xứng khi gia công với cùng một chiều sâu cắt Ngoài ra sai
số đường kính và chiều dài dao cũng ảnh hưởng đến độ chính xác của chi
tiết gia công
Hình 2.6 Những vết để lại do dừng dao định kỳ
(dao phay 12 mm)
- Bề mặt bị vết để lại do dừng dao định kỳ
• Khi chạy dao phay 12 mm trên bề mặt phẳng đã để lại những vết dao
hình tròn xung quanh lõi điện thoại của chi tiết 2 (hình 2.6) Nguyên
nhân là do giới hạn khả năng xử lý dữ liệu của máy
• Khi chạy dao cầu 10 mm trên bề mặt cong: chi tiết 2 vẫn xuất hiện nhiều
vết dao (hình 2.7) Lý do cũng nằm ở khả năng xử lý dữ liệu trong bộ
điều khiển Yasnac trên máy Matsuura
Hình 2.7 Những dấu để lại khi gia công bằng dao cầu 10 mm
Trang 34Trang 19
Hình 2.8 Phóng to vết để lại
Hình 2.9 Dạng 3-D của bề mặt, đo bằng đầu dò
laser
- Nguyên nhân:
• Lý giải cho hiện tượng này là không rõ ràng, vì không thể chứng minh
được tại sao nó lại xuất hiện trên nhiều bề mặt khác nhau Nhiều bề mặt
cần phải qua bước gia công tinh lại để loại bỏ những vết này
• Hình dạng của chi tiết thay đổi liên tục lồi, lõm, phẳng, nghiêng Do đó
làm thay đổi mối liên hệ giữa dao và chi tiết, gây dừng chuyển động
trong gia công khá thường xuyên nên đã để lại những vệt này
• Người vận hành xác nhận đã can thiệp bằng tay, như: tăng bước tiến để
đảm bảo chế độ gia công luôn được ổn định Người vận hành có thể đoán
trước được nơi nào sẽ gặp phải vấn đề khi gia công và giảm tốc độ lại,
trong khi đó máy không thể tự hiểu được điều này
Trang 35Trang 20
• Bề mặt gia công giữa các nút rất thô mặc dù máy Matsuura và Brideport
mất khá nhiều thời gian gia công nhưng bề mặt xung quanh các nút vẫn
không tốt (hình 2.10)
Hình 2.10 Bề mặt thô giữa các nút
• Chương trình gia công NC quá phức tạp trên mỗi bề mặt gia công đặc
biệt là ở giữa các nút với những đường chạy dao rất ngắn đi qua nhiều
điểm Vì phải tập trung những điểm dữ liệu này là cho hệ thống và chu
trình CAM được dùng, từ đó ảnh hưởng đến thời gian xử lý dữ liệu và tác
động xấu lên bề mặt gia công
• Cả 2 máy đều để lại những vết xước rất rõ, để loại bỏ được những vết
này phải tốn thời gian gia công lại cho chi tiết 2 và 3 Đôi khi điều đó là
không thể vì chi tiết đã bị cắt quá sâu so với yêu cầu
• Theo như nhận xét từ người vận hành thì thật ra họ chạy với những đường
chạy dao không liên tục và hay ngắt quãng giữa các bề mặt gia công Lý
do là hệ thống điều khiển không thể đáp ứng được những yêu cầu phức
tạp trong xử lý dữ liệu cho nhiều đường chạy dao Trong những trường
hợp này, theo người sử dụng thì đó là ở thời gian đổ chương trình và thời
gian xử lý khối lệnh NC không đáp ứng kịp Do vậy gây nên ngắt quãng
khi gia công, tệ hơn là chương trình bị trôi
- Ảnh hưởng của bộ điều khiển:
• Thời gian đổ chương trình: Bộ điều khiển YASNAC i80N trên máy
Matsuura, mua vào năm 1993, là hệ thống điều khiển gia công cao tốc
đầu tiên nhưng không thể lưu những chương trình rất dài trong bộ nhớ
Do vậy, dữ liệu từ máy tính đi vào sẽ bị hạn chế Tốc độ truyền dữ liệu
phụ thuộc vào đầu kết nối, trong trường hợp dùng cổng RS232 thì khả
năng tải dữ liệu là 38.4 Kb Điều này khiến cho lượng dữ liệu được
Trang 36Trang 21
truyền tải bị hạn chế, một ký tự tốn mất 0.026 ms, rất chậm Trong khi đó
phải mất 0.34 ms cho một khối lệnh NC (13 ký tự/block), nên gây ra vết
xướt
• Thời gian xử lý block NC: Cứ mỗi 25 mm, thì xuất hiện 1 vết xướt Thời
gian xử lý dữ liệu của bộ Yasnac là 10 ms/NC block, cũng là thời gian
nhanh nhất để đưa lệnh vào máy gia công Thời gian này sẽ nhiều hơn
nếu dữ liệu được gởi thông qua kết nối DNC Do vậy, cách tốt nhất là
máy phải luôn đảm bảo di chuyển đều Tốc độ gia công yêu cầu trên
thực tế phải là 5 m/phút sẽ khó có thể đạt được vì thời gian xử lý là 10
ms/NC block trên khoảng cách 0.3 mm Do vậy tốc độ tối đa giảm xuống
chỉ còn 1.8 m/phút < 5 m/phút
Với bộ điều khiển TNC 426 trên máy Bridgeport, khả năng xử lý dữ liệu
NC block nhanh hơn, lên đến 4 ms/NC block Trong chi tiết 3, đều này cũng xảy
ra nhưng máy Bridgeport có thể chạy ở tốc độ tối đa 4.5 m/phút, gần với
5m/phút theo như yêu cầu Với khả năng xử lý nhanh hơn nên thời gian gia công
của chi tiết 3 được giảm đi đến 3 giờ và những vết xướt định kỳ dạng PDM 1
không xuất hiện ở chi tiết 3
Còn vết xướt dạng PDM 2 xuất hiện khi dịch chuyển dao từ phải qua trái
sau khi bo góc Dữ liệu điểm có mật độ rất dày trong vùng này, khoảng 0.155
mm Máy Matsuura không có khả năng xử lý dữ liệu dạng này nên không đáp
ứng kịp Ở chi tiết 3, khi gia công trên máy Bridgeport thì không gặp phải vấn
đề này Bộ điều khiển Heidenhain TNC 426 có thể xử lý những khoảng cách
tuyến tính với tốc độ 2.3 m/phút, gần với giá trị được lập trình Thời gian truyền
tải dữ liệu phụ thuộc vào khả năng của hệ thống điều khiển
Ở chi tiết 2 và 3, độ bóng bề mặt đều không đạt mức 50 µm như yêu cầu
Ảnh hưởng từ bộ điều khiển Yasnac và Heidenhain TNC 426 khó có thể phát
hiện khi xét đến khả năng xử lý dữ liệu Với tốc độ xử lý 10 ms/NC block của
Yasnac thì tốc độ tối đa bị giới hạn ở 30 mm/phút, trong khi đó thời gian xử lý
NC block là 4 ms trên bộ điều khiển Heidenhain nên tốc độ lên đến 75
mm/phút Tốc độ này sẽ thích hợp cho gia công cao tốc Trong nhiều trường
hợp, máy không thể điều chỉnh tốc độ tự động ở mức thấp mà luôn duy trì ở mức
cao hơn nên dễ bỏ qua dữ liệu gia công
Theo nhà sản xuất máy Matsuura thì điều này có thể xảy ra với bộ Yasnac
i80M Hệ điều khiển hiện nay của Yasnac là J300B cho phép tốc độ xử lý cao
hơn, do đó cho phép chuyển tải được lượng chương trình NC lớn hơn Bộ mới
nhất này đảm bảo di chuyển tuyến tính 1 mm liên tục ở tốc độ 60 m/phút, ví dụ:
Trang 37Trang 22
1 ms/NC block (gấp 6 lần so với bộ Yasnac i80M) Card PCMCIA cho phép hỗ
trợ bộ nhớ lên đến 160 MB, tải và down chương trình rất nhanh thông qua
phương thức giao tiếp Ethernet (TCP/IP) Còn bộ điều khiển mới nhất của
Heidenhain là iTNC 530 có thời gian xử lý block chỉ có 0.5 ms
- Ảnh hưởng do người điều khiển:
Người điều khiển máy Matsuura do dự khi chạy ở vùng bị vết xước và cần
phải can thiệp bằng tay để đảm bảo chế độ cắt an toàn, do vậy giảm tốc độ cắt
vì phải bù thêm Tất cả những chế độ cắt đã được lập trình trước đó đã không
được đảm bảo và không thể ghi lại những thông số gia công thực tế, mà nó lại là
yếu tố rất cần thiết trong gia công cao tốc để loại bỏ hoặc giảm bớt đi những
ảnh hưởng này Người sử dụng không thể can thiệp để thay đổi thông số nhanh
và chính xác, đảm bảo chế độ cắt theo đúng như yêu cầu
- Ảnh hưởng của người sử dụng CAM:
Người sử dụng CAM chuẩn bị chương trình gia công cho chi tiết 2 và 3 có
thể hiểu biết rất cơ bản về chế độ gia công cao tốc nhưng lại gặp khó khăn khi
áp dụng cho những dạng hình học phức tạp như ở chi tiết 2 và 3 Hệ thống CAM
hỗ trợ rất tốt cho chế độ gia công cao tốc, mang đến kết quả ngoài sức tưởng
tượng Nhưng người này lại can thiệp và đưa nhiều lệnh chỉnh sửa cho đường
chạy dao, kết quả là các điểm dữ liệu có mật độ quá cao Những chương trình
gia công được kiểm tra tự động để biết được mật độ điểm dữ liệu có cao quá
hay không, đây là nguyên nhân khiến cho chi tiết 2 và 3 xuất hiện những vết
xướt
Hình 2.11 Hướng của vết xước
Trang 38Trang 23
- Hướng của vết xước:
Chi tiết 2 và 3 được mô tả với những vết xước (hình 2.11), chi tiết hơn ở
hình 2.12 Những vết này xuất hiện ở những vùng thay đổi hướng khi gia công
tinh, hướng từ biên vào vùng bên trong của bề mặt gia công
Hình 2.12 Phóng to vết xước Lõi điện thoại được canh chỉnh sao cho song song với trục X và Y, đường
chạy dao luôn song song với chúng Nghĩa là chuyển động của máy chủ yếu là
dạng chuyển động theo một trục, trục X hoặc trục Y Khi thay đổi hướng, trục
chạy nhanh hơn sẽ giảm tốc đến Zero ngay tại góc, trong khi đó trục kia sẽ tăng
tốc để chạy khỏi góc gia công Kết quả từ sự phối hợp giữa các trục là xảy ra
điểm dừng tức thời ngay tại góc, đó cũng là vị trí tải trọng lên dao giảm, đây là
cách không để lại những vết xước như trên Tuy rằng sự phối hợp này có một ý
nghĩa nào đó nhưng những thông số khác như độ võng dao, sự ổn định của chuôi
dao và trục (đặc biệt là trục Z) có thể ảnh hưởng đến mối liên hệ về mặt hình
học giữa cạnh cắt và chi tiết Những ảnh hưởng này sẽ rõ hơn khi gia công ở chế
độ cao tốc từ đó hình thành nên các vết xước Có thể thấy rất rõ bằng phép
chiếu laser trên hình 2.13 và hình 2.14
Hình 2.13 Bề mặt được đo bằng tia laser
Trang 39Trang 24
Hình 2.14 Mặt cắt ngang của vết xước
- Aûnh hưởng của máy:
Hướng của vết xước xuất hiện ở chi tiết 2 (máy Matsuura) và chi tiết 3
(máy Brideport) thay đổi Vị trí và đặc điểm của các vết xước là giống nhau
nhưng chiều sâu của chúng lại khác nhau Máy cũ Matsuura để lại vết sâu hơn,
khoảng 10 µm (hình 3.16) còn trên máy Bridgeport là 6 µm
Hình 2.15 Những vết trên đỉnh nút
- Những vết trên đỉnh nút:
Những vết cắt trên đỉnh nút ở chi tiết 2 và 3 (hình 2.15) xuất hiện ngay khi
thay đổi hướng dao gia công Dao dừng lại ở vị trí này và thay đổi hướng cắt, có
thể giảm bớt đi độ võng dao khi gia công nếu người điều khiển có kinh nghiệm
Những vết này sẽ gây nguy hại đến dao vì khi dao đi lên hoặc xuống những
vùng này sẽ ảnh hưởng đến chế độ cắt
Trang 40Trang 25
Hình 2.16 Những vết khác
Hình 2.17 Phóng to vết để lại của vùng OPI 3 Xung quanh điện thoại còn có những vết khác (hình 2.16 và hình 2.17) có
thể thấy rất rõ ở chi tiết 2 và nó cũng xuất hiện ở chi tiết 3 nhưng ít hơn Nếu
kiểm tra trực quan sẽ đưa đến kết luận sai lầm là những vết này xuất hiện ở
những điểm cuối của đường chạy dao trước khi dao chạy ra khỏi bề mặt gia
công Những phương pháp nghiên cứu khác cho thấy những đường chạy dao cắt
nhau gây ảnh hưởng đến chế độ cắt