Nghiên cứu độ nhám bề mặt gia công trên máy tiện cnc khi trục chính truyền động bằng động cơ thủy lực

NGHIÊN CỨU ĐỘ NHÁM BỀ MẶT GIA CÔNG TRÊN MÁY TIỆN CNC KHI TRỤC CHÍNH TRUYỀN ĐỘNG BẰNG ĐỘNG CƠ THỦY LỰC Học viên: Nguyễn Thượng Lý Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 60520103 Khóa: 2015

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN XUÂN TÙY

Đà Nẵng – Năm 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 2

III ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3

V Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 3

VI NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3

VII CẤU TRÖC LUẬN VĂN 3

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CẮT GỌT KIM LOẠI VÀ ĐỘ BÓNG BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG 4

1.1 Giới thiệu về máy công cụ 4

1.1 Lịch sử phát triển của máy công cụ 8

1.1.1 Các máy tiện CNC là các máy công cụ chủ yếu được dùng để chế tạo các chi tiết tròn xoay 9

1.1.2 Đặc trưng cơ bản của máy CNC 13

1.1.3 Mô hình khái quát của một máy CNC 14

1.2 Độ bóng bề mặt chi tiết gia công 17

1.2.1 Nghiên cứu về vật liệu dao và chế độ cắt khi gia công trên máy tiện CNC; 17

1.2.1.1 Vật liệu làm dao 17

1.2.1.2 Dao tiện 23

1.2.2 Chế độ cắt 26

1.2.2.1 Chiều sâu cắt t (mm) : là lớp kim lọai được 26

1.2.2.2 Lượng chạy dao s (mm/vòng): 27

1.2.2.3 Chọn chế độ cắt khi tiện 29

1.7.3.1 Sự phá huỷ lưỡi cắt 29

1.2.3 Các chi tiêu đánh giá về độ nhám bề mặt (chủ yếu nghiên cứu độ nhám bề mặt các chi tiết tròn xoay); 30

1.2.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt 31

1.2.3.2 Phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt 33

b Phương pháp so sánh 33

1.2.3.3 Tổng quan về độ nhám bề mặt và phương pháp đo độ nhám 34

1.2.3.4 Các thông số nhám bề mặt 35

1.3 Nhận xét 44

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ MÁY TIỆN CNC VÀ LÝ THUYẾT VỀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG THỦY LỰC 45

2.1 Tổng quan về sự phát triển máy tiện CNC 45

2.2 Tổng quan về trục chính máy tiện CNC; 47

2.2.1 Trục chính máy công cụ CNC 48

2.2.2 Các chủng loại trục chính máy tiện CNC 48

2.2.2.1 Trục chính dẫn động bằng đai 48

2.2.2.2 Trục chính dẫn động bằng bánh răng 49

2.2.2.3 Trục chính được dẫn động trực tiếp 49

2.2.2.4 Trục chính được dẫn động bằng tích hợp 50

Nhận xét: 50

2.2 Lý thuyết về điều khiển tự động thủy lực 51

1.2.1 Giới thiệu về các hệ thống điều khiển 51

1.2.1 1 Giới thiệu chung 51

2.1 Cơ sở lý thuyết về truyền động và điều khiển tự động thủy lực 52

2.1.1 Khái niệm về hệ thống điều khiển tự động 52

2.1.1.1 Khái niệm chung 52

2.1.1.2 Đáp ứng quá độ 53

2.1.1.3 Tín hiệu tác động và phản ứng của hệ 55

2.1.2 Chất lượng của hệ thống điều khiển tự động 56

2.1.2.1 Ổn định của hệ thống điều khiển tự động 56

2.1.3 Chức năng và hàm truyền của bộ điều khiển PID 61

2.3 Lý thuyết về điều khiển tự động thủy lực 62

2.3.1 Phương pháp phân tích và tính toán các ts cơ bản trong mạch thủy lực 62

2.2.4 Các phần tử điều khiển cơ bản trong hệ điều khiển tự động thủy lực 65

2.2.4.1 Van điều khiển 65

2.2.4.2 Van tỷ lệ và van servo 65

2.2.4.3 Đặc tính động lực học của van 67

Chương 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 72

3.1 Xác định mục tiêu thực nghiệm 72

3.2 Khảo sát trang thiết bị phục vụ thực nghiệm 72

3.2.1 Hệ truyền động 72

3.2.2 Hệ điều khiển 78

3.2.3 Phần mềm điều khiển 79

3.2.4 Máy đo độ nhám bề mặt Mitutoyo Surftest 81

3.3 Nghiên cứu độ nhám bề mặt chi tiết gia công trên máy khi trục chính truyền động bằng thủy lực 82

3.3.1 Lựa chọn chi tiết 82

3.3.2 Chọn dao và các thông số công nghệ 84

3.3.3 Lập trình gia công 87

3.3.4 Đo độ nhám bề mặt 90

3.3.5 Nhận xét 93

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 95

Kết luận 95

Kiến nghị 95

TÀI LIỆU THAM KHẢO 96

NGHIÊN CỨU ĐỘ NHÁM BỀ MẶT GIA CÔNG TRÊN MÁY TIỆN CNC KHI

TRỤC CHÍNH TRUYỀN ĐỘNG BẰNG ĐỘNG CƠ THỦY LỰC

Học viên: Nguyễn Thượng Lý Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí

Mã số: 60520103 Khóa: 2015 Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

Tóm tắt– Hiện nay, các máy công cụ CNC đang được sử dụng rộng rãi ở nước ta Sử

dụng máy công cụ CNC giúp ta dễ dàng gia công được các bề mặt phức tạp, các chi tiết yêu cầu về độ chính xác bề mặt, kích thước, hình dáng và vị trí tương quan, mặt khác dễ dàng tự động hoá quá trình gia công Trong quá trình gia công việc ổn định tốc độ khi chuyển từ tốc độ này sang tốc độ khác là một trong những vấn đề cần quan tâm khi nghiên cứu trục chính máy tiện cũng như các loại máy công cụ khác

Với các lựa chọn khác nhau đó sẽ có các bài toán động lực học khác nhau nên đề tài này

là hết sức cần thiết cho nghiên cứu thiết kế chế tạo máy công cụ ứng dụng hệ truyền động thủy lực

Ở Việt Nam hệ truyền động và điều khiển tự động thủy lực - tin - điện tử là một lĩnh vực mới, chưa được nghiên cứu sâu về mặt lý thuyết cũng như nghiên cứu ứng dụng vào thực tiễn sản xuất Hơn nữa ngày nay các trục chính và bàn dao của máy công cụ ứng dụng

hệ truyền động và điều khiển tự động thủy lực đang là hướng nghiên cứu ứng dụng của thế giới Trong máy công cụ nói chung đặc biệt là máy tiện thì hệ thống động lực học là một

hệ đàn hồi phức tạp

Vấn đề đặt ra là rất lớn, nhưng trong giới hạn của đề tài này tôi chỉ nghiên cứu độ nhám

bề mặt của chi tiết gia công khi trục chính truyền động bằng động cơ thủy lực

Từ khóa – Trục chính máy tiện CNC– Chế độ cắt – Độ nhám bề mặt

STUDY ON SURFACE SURFACE ON CNC MACHINES WHEN THE HYDRAULIC TRANSPARENCY MOVES WITH HYDRAULIC MOTORS

Abstract: Currently, CNC machine tools are being widely used in our country Using

CNC machine tools makes it easy to work with complex surfaces, The details required for surface precision, size, shape and relative position, on the other hand it is easy to automate the machining process In the process of speed stabilization, moving from one speed to another is one of the issues to consider when researching spindle lathes as well as other machine tools With different options that will have different dynamical problems, this subject is absolutely essential for the research and development of hydraulic power tool applications In Vietnam automatic transmission and control hydraulic - electronic - electronic is a new field, has not been studied in depth theoretical as well as applied research into production practices Today, the main spindles and dies of automatic transmission and automatic hydraulic control applications are leading research applications in the world In machine tools in general, especially lathes, the dynamic system is a complex elastic system

The problem is enormous, but within this topic, I only research the surface roughness of the work piece when the spindle is driven by a hydraulic motor

MỞ ĐẦU

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Hiện nay, các máy công cụ CNC đang

Trục chính máy tiện là một trong

những cụm chi tiết quan trọng trong máy công

cụ nói chung Độ chính xác, độ cứng vững của

trục chính sẽ ảnh hưởng đến chất lượng sản

phẩm gia công, đặc biệt là máy có tốc độ cắt

lớn nên yêu cầu về chất lượng của trục chính

càng cao

Tuy nhiên, khi tiện với những chi tiết gia

công có nhiều bề mặt, mà mỗi bề mặt có

đường kính gia công khác nhau, để đảm bảo

chất lượng bề mặt gia công thì tốc độ cắt phải là không đổi Như vậy, trong quá trình gia công ta phải thay đổi vận tốc quay trục chính tương ứng với từng đường kính gia công Trong quá trình gia công việc ổn định tốc độ khi chuyển từ tốc độ này sang tốc độ khác là một trong những vấn đề cần quan tâm khi nghiên cứu trục chính máy tiện cũng như các loại máy công cụ khác Khi chế tạo máy công cụ, các nhà sản xuất đã nghiên cứu vấn đề này Tuy nhiên, ứng với mỗi máy được thiết kế thì sẽ có phương án truyền động cũng như kết cấu trục chính khác nhau Với các lựa chọn khác nhau đó sẽ có các bài toán động lực học khác nhau nên đề tài này là hết sức cần thiết cho nghiên cứu thiết kế chế tạo máy công cụ ứng dụng hệ truyền động thủy lực

Mặt khác, truyền động và điều khiển tự động hệ thủy lực trong máy móc và trang thiết bị là một trong những hướng phát triển công nghệ cao và ứng dụng mạnh của thế giới, mà những vấn đề quan tâm nghiên cứu là quá trình động lực học hệ thống (độ ổn định, độ chính xác và thời gian đáp ứng, ) của hệ điều khiển Theo khảo sát một số hãng sản xuất máy CNC như Le Cheng, Senday Enterprise (Đài Loan), Fuji (Nhật) đã chế tạo và bán ra thị trường nhiều chủng loại máy công cụ CNC có hệ truyền động và điều khiển bằng thủy lực

Hình 1.1 Máy tiện CNC

Hình 1.2 Trục chính máy tiện

CNC

Ở Việt Nam hệ truyền động và điều khiển tự động thủy lực - tin - điện tử là một lĩnh vực mới, chưa được nghiên cứu sâu về mặt lý thuyết cũng như nghiên cứu ứng dụng vào thực tiễn sản xuất Hơn nữa ngày nay các trục chính và bàn dao của máy công cụ ứng dụng hệ truyền động và điều khiển tự động thủy lực đang là hướng nghiên cứu ứng dụng của thế giới Trong máy công cụ nói chung đặc biệt là máy tiện thì hệ thống động lực học là một hệ đàn hồi phức tạp Trong quá trình làm việc

do đặc điểm của quá trình cắt (cắt liên tục, không liên tục), ma sát và các quá trình khác xảy ra làm cho hệ đàn hồi bị biến dạng và dao động do đó sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của chi tiết gia công, độ ổn định tốc độ của trục chính, của dao hoặc phôi, tuổi thọ của máy và dụng cụ Tất cả các vấn đề đó đều liên quan mật thiết đến các quá trình động lực học máy Tải trọng tác dụng lên hệ thống đàn hồi máy công

cụ rất phức tạp, tuy nhiên có quy về các dạng đặc trưng của quá trình cắt đó là: Tải trọng không đổi, thay đổi tuyến tính và thay đổi điều hòa

Vấn đề đặt ra là rất lớn, nhưng trong giới hạn của đề tài này tôi chỉ nghiên cứu độ nhám bề mặt của chi tiết gia công khi trục chính truyền động bằng động cơ thủy lực

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu độ nhám bề mặt chi tiết gia công trên máy tiện CNC khi trục chính truyền động bằng động cơ thủy lực

So sánh chất lượng bề mặt gia công khi trục chính truyền động bằng động cơ điện ba pha, điều khiển tốc độ bằng biến tần

III ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đối tượng: Đối tượng nghiên cứu là cụm trục chính máy tiện CNC

Phạm vi nghiên cứu

Đề tài chủ yếu nghiên cứu các vấn đề sau:

Nghiên cứu về trục chính máy công cụ CNC

Hình 1.3 Máy công cụ có hệ truyền động và điều khiển bằng thủy lực

Nghiên cứu về vật liệu dao và chế độ cắt trên

máy tiện CNC

Các chỉ tiêu về độ nhám bề mặt

Khảo sát thực nghiệm, đo độ nhám bề mặt chi tiết

gia công

So sánh độ nhám bề mặt chi tiết gia công trên

máy tiện CNC có trục chính truyền động bằng động

cơ thủy lực với máy tiện CNC có trục chính truyền

động bằng động cơ điện 3 pha (điều khiển bằng bộ

biến tần) Từ đó, đề xuất hướng ứng dụng hệ truyền

động và điều khiển thủy lực vào trục chính máy công

cụ

IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đề tài nghiên cứu về lý thuyết kết hợp với khảo sát thực nghiệm

V Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

Độ nhám bề mặt là một trong những chỉ tiêu quan trọng khi đánh giá chất lượng của chi tiết gia công trên máy công cụ CNC

Mặt khác, ứng dụng hệ truyền động và điều khiển tự động thủy lực cho trục chính máy công cụ CNC là một hướng đi mới khi thiết kế, chế tạo máy CNC tại Việt Nam

Ngoài ra, kết quả nghiên cứu góp phần khai thác các số liệu thực nghiệm đề tài khoa học & công nghệ cấp bộ của chủ nhiệm đề tài Trần Ngọc Hải, Khoa Cơ khí

VI NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Nội dung dự kiến:

 Nghiên cứu tổng quan;

 Nghiên cứu lý thuyết;

 Nghiên cứu thực nghiệm;

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CẮT GỌT KIM LOẠI VÀ ĐỘ BÓNG BỀ

MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG

1.1 Giới thiệu về máy công cụ

Mặc dù máy tiện chế biến gỗ đã được sử dụng từ thời Kinh Thánh, nhưng chiếc máy tiện gia công kim loại thực tế đầu

tiên mới được Henry Maudslay phát

minh vào năm 1800 Nó chỉ đơn giản

là một công cụ máy giữ mẩu kim loại

đang được gia công (hay phôi) trong

một bàn kẹp hay trục quay và quay

mẩu kim loại này, vì vậy một công cụ

cắt có thể gia công bề mặt theo đường

mức mong muốn Công cụ cắt này

được nhân viên vận hành vận dụng qua

việc sử dụng cái quay tay hay vô lăng

Độ chính xác về kích cỡ được nhân

viên vận hành điều khiển bằng cách

quan sát đĩa chia độ trên vô lăng và di

chuyển công cụ cắt theo số lượng hợp

lý Mỗi chi tiết được sản xuất ra đòi

hỏi vận hành viên lặp lại những cử

động trong cùng trình tự và với cùng

kích thước

Chiếc máy phay đầu tiên được vận

hành theo cách thức tương tự như vậy, ngoại trừ công cụ cắt được đặt ở trục chính đang quay Phôi được lắp trên bệ máy hay bàn làm việc và di chuyển theo công cụ cắt, qua việc sử dụng vô lăng để gia công đường mức của phôi Chiếc máy phay này do Eli Whitney phát minh năm 1818

Những chuyển động được sử dụng trong các công cụ máy được gọi là trục và đề cập đến 3 trục: ―X‖ (thường từ trái qua phải), ―Y‖ (trước ra sau) và ―Z‖ (trên và dưới) Bàn làm việc cũng có thể được quay theo mặt ngang hay dọc, tạo ra trục chuyển động thứ

tư Một số máy còn có trục thứ năm, cho phép trục quay theo một góc Một trong những vấn đề của những dòng máy ban đầu này là chúng đòi hỏi nhân viên vận hành phải sử dụng vô lăng để tạo ra mỗi chi tiết Ngoài tính nhàm chán và gây mệt mỏi về thể chất, khả năng chế tạo các chi tiết của vận hành viên cũng bị hạn chế Chỉ một khác biệt nhỏ trong vận hành sẽ dẫn đến những thay đổi trong kích thước trục và khi đó, tạo ra những chi tiết không phù hợp Mức độ kim loại vụn được tạo ra từ

những hoạt động như vậy là khá cao, lãng phí nguyên liệu thô và thời gian lao động Khi số lượng sản xuất tăng lên, càng có nhiều chi tiết bị hỏng Do đó, điều cần thiết ở đây là một phương tiện vận hành các chuyển động của máy một cách tự động Những

nỗ lực ban đầu để ―tự động hóa‖ các hoạt động này sử dụng một loạt cam để di chuyển dao cụ hay bàn làm việc qua những liên kết (linkage) Khi cam quay, một liên kết lần theo bề mặt của mặt cam (cam face), di chuyển công cụ cắt hay phôi qua một dãy các chuyển động Mặt cam được định hình để điều khiển khối lượng chuyển động liên kết

và tốc độ mà cam quay điều khiển tốc độ cấp dao Một số máy vẫn còn tồn tại cho tới ngày nay và được gọi là máy ―Swiss‖ (máy kiểu Thụy Sĩ), một cái tên đồng nghĩa với gia công chính xác

Từ thiết kế sơ khai đến hoạt động ngày nay

Thiết kế máy CNC hiện đại bắt

nguồn từ tác phẩm của John T

Parsons cuối những năm 1940 và

đầu những năm 1950 Sau Thế

chiến II, Parsons tham gia sản xuất

cánh máy bay trực thăng, một công

việc đòi hỏi phải gia công chính xác

sơ đồ Dựa trên kinh nghiệm này,

ông đã giành được hợp đồng phát triển một ―máy cắt đường mức tự động‖ cho Không quân để tạo mặt cong cho cánh máy bay Sử dụng một đầu đọc thẻ máy tính và các bộ điều khiển động cơ trợ động (servomotor) chính xác, chiếc máy được chế tạo cực kì lớn, phức tạp và đắt đỏ Mặc dù vậy, nó làm việc một cách tự động và sản xuất các mặt cong với độ chính xác cao đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp máy bay Đến những năm 1960, giá thành và tính phức tạp của những chiếc máy tự động giảm đến một mức độ nhất định để có thể ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác Những chiếc máy này sử dụng các động cơ truyền động điện một chiều để vận dụng vô lăng

và vận hành dao cụ Các động cơ này nhận chỉ dẫn điện từ một đầu đọc băng từ – đọc một băng giấy có chiều rộng khoảng 2,5cm có đục một hàng lỗ Vị trí và thứ tự lỗ cho phép đầu đọc sản xuất ra những xung điện cần thiết để quay động cơ với thời gian và tốc độ chính xác, trong thực tế nó điều khiển máy giống như nhân viên vận hành Các xung điện được quản lý bởi một máy tính đơn giản không có bộ nhớ Chúng thường

được gọi là NC hay máy điều khiển số Một nhà lập trình sản xuất băng từ trên một máy giống như máy đánh chữ, hay chính xác hơn là những ―băng giấy‖ được sử dụng

ở những máy tính thời kì đầu, sử dụng như một ―chương trình‖ Kích cỡ của chương trình được xác định bởi độ dài của băng cần phải đọc để sản xuất ra một chi tiết cụ thể Câu chuyện về việc kết nối những chiếc máy tính với máy móc sản xuất gây nhiều tò

mò và tranh cãi Nó minh họa cách thức gắn kết giữa ngành công nghiệp, các trường đại học và quân đội trong thế kỉ 20 Câu chuyện cũng cho thấy thật khó để quy ra rằng nhiều sáng tạo là do một cá nhân hay một cơ quan Phân loại ai làm gì, khi nào và với ảnh hưởng gì là một công việc đầy phức tạp

Năm 1947, John Parsons quản

lý một hãng sản xuất hàng không

ở thành phố Traverse, Michigan

Đối mặt với tính phức tạp ngày

càng cao của hình dạng chi tiết và

những vấn đề về toán học và kỹ

thuật mà họ gặp phải, Parsons đã

tìm ra những biện pháp để giảm

chi phí kỹ thuật cho công ty Ông

đã xin phép International Business

Machine sử dụng một trong những

chiếc máy tính văn phòng trung

ương của họ để thực hiện một loạt các phép toán cho một cánh máy bay trực thăng mới Cuối cùng, ông đã dàn xếp với Thomas J Watson, chủ tịch huyền thoại của IBM, nhờ đó IBM sẽ làm việc với tập đoàn Parsons để tạo ra một chiếc máy được điều khiển bởi các thẻ đục lỗ Nhanh chóng, Parsons cũng ký được hợp đồng với Air Force để sản xuất một chiếc máy được điều khiển bằng thẻ hay băng từ có khả năng cắt các hình dạng đường mức giống như những hình trong cánh quạt và cánh máy bay Sau đó, Parsons đã đến gặp các kĩ sư ở Phòng thí nghiệm cơ cấu phụ thuộc Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) nhờ hỗ trợ dự án Các nhà nghiên cứu MIT đã thí nghiệm nhiều kiểu quá trình khác nhau và cũng đã làm việc với các dự án Air Force từ thời Thế chiến II Phòng thí nghiệm MIT đã nhận thấy đây là một cơ hội tốt để mở rộng nghiên cứu sang lĩnh vực điều khiển và cơ cấu phản hồi Việc phát triển thành công các công

cụ máy CNC đã được các nhà nghiên cứu của trường đại học đảm trách với mục tiêu đáp ứng nhu cầu của các nhà bảo trợ quân đội Với những tiến bộ trong điện tử tích hợp, băng từ đã bị loại bỏ và nếu có thì chỉ được sử dụng để tải (load) các chương trình vào bộ nhớ từ Các máy CNC hiện đại hoạt động bằng cách đọc hàng nghìn bit thông tin được lưu trữ trong bộ nhớ máy tính chương trình Để đặt thông tin này vào bộ nhớ, nhân viên lập trình tạo ra một loạt lệnh mà máy có thể hiểu được Chương trình có thể

bao gồm các lệnh ―mã hóa‖, như ―M03‖ – hướng dẫn bộ điều khiển chuyển trục chính tới một vị trí mới hay ―G99‖ – hướng dẫn bộ điều khiển đọc một đầu vào phụ từ một quá trình nào đó trong máy Các lệnh mã hóa là phương thức phổ biến nhất để lập trình một công cụ máy CNC Tuy nhiên, sự tiến bộ trong máy tính đã cho phép các nhà sản xuất công cụ máy tạo ra ―lập trình hội thoại‖ Trong lập trình hội thoại, lệnh ―M03‖ được nhập đơn giản như ―MOVE‖ và ―G99‖ là ―READ‖ Kiểu lập trình này cho phép đào tạo nhanh hơn và nhân viên lập trình không phải nhớ nhiều ý nghĩa của mật mã Tuy nhiên, cần phải lưu ý rằng hầu hết các máy sử dụng lập trình hội thoại vẫn đọc các chương trình mã hóa, do đó ngành công nghiệp vẫn đặt nhiều niềm tin vào dạng lập trình này Bộ điều khiển cũng giúp nhân viên lập trình tăng tốc độ sử dụng máy Ví dụ, trong một số máy, nhân viên lập trình có thể đơn giản chỉ cần nhập dữ liệu về vị trí, đường kính và chiều sâu của một chi tiết và máy tính sẽ lựa chọn phương pháp gia công tốt nhất để sản xuất chi tiết đó dưới dạng phôi Thiết bị mới nhất có thể chọn một mẫu kỹ thuật được tạo ra từ máy tính, tính toán tốc độ dao cụ, đường vận chuyển vật

liệu vào máy và sản xuất chi tiết mà không cần bản vẽ hay một chương trình

Thiết kế hiện đại và nguyên liệu thô

Các thành phần cơ khí của máy phải đủ cứng và vững để hỗ trợ nhanh chóng các chi tiết chuyển động Trục chính thường là chi tiết vững nhất và được hỗ trợ bởi các ổ trục lớn Dù trục chính có giữ sản phẩm hay dao cụ, đặc tính kẹp tự động cho phép trục chính kẹp và nhả trong khi chương trình đang chạy

Gắn bên sườn máy là một máng chứa nhiều dao cụ khác nhau Một cánh tay vận chuyển (transfer arm), đôi khi có tên gọi là tool bar có nhiệm vụ tháo dao cụ ra khỏi máy, đặt nó vào trong máng, lựa chọn một dao cụ khác từ máng và đưa nó trở lại máy thông qua những chỉ dẫn trong chương trình Thời gian chu kì điển hình để thực hiện thủ tục này là 2 – 8 giây Một số máy có thể chứa tới 400 dao cụ trong những ―tổ‖ lớn, mỗi tổ tự động tải theo trình tự khi chương trình đang chạy

Một số máy được thiết kế như các khoang (cell), có nghĩa là chúng có một nhóm các chi tiết chuyên biệt được thiết kế đế sản xuất Các máy này có các máng dao cụ lớn

để có thể chứa đủ dao cụ nhằm thực hiện tất cả các hoạt động khác nhau trên mỗi chi tiết khác nhau, các bàn làm việc lớn hay khả năng thay đổi bàn làm việc và các đồ dự trữ đặc biệt trong bộ điều khiển cho đầu vào dữ liệu từ các máy CNC khác Điều này cho phép lắp ráp máy CNC cùng với các loại máy có trang bị tương tự thành một khoang gia công linh hoạt (Flexible Machining Cell), khoang này có thể sản xuất đồng thời hơn một chi tiết Mỗi nhóm khoang, có chứa tới 20 hay 30 máy và có tên gọi là

Hệ thống gia công linh hoạt Những hệ thống này có thể sản xuất hàng trăm chi tiết khác nhau ở cùng thời điểm mà không cần con người can thiệp nhiều Một số hệ thống được thiết kế để hoạt động cả ngày lẫn đêm mà không cần giám sát

Ở các máy cắt thông thường, việc điều khiển các chuyển động cũng như thay đổi vận tốc của các bộ phận máy đều được thực hiện bằng tay Với cách điều khiển này, thời gian phụ khá lớn, nên không thể nâng cao năng suất lao động

Để giảm thời gian phụ, cần thiết tiến hành tự động hóa quá trình điều khiển Trong sản xuất hàng khối, hàng loạt lớn, từ lâu người ta dùng phương pháp gia công tự động với việc tự động hóa quá trình điều khiển bằng các vấu tỳ, bằng mẫu chép hình, bằng cam trên trục phân phối Đặc điểm của các loại máy tự động này là rút ngắn được thời gian phụ, nhưng thời gian chuẩn bị sản xuất quá dài (như thời gian thiết kế và chế tạo cam, thời gian điều chỉnh máy ) Nhược điểm này là không đáng kể nếu như sản xuất với khối lượng lớn Trái lại, với lượng sản xuất nhỏ, mặt hàng thay đổi thường xuyên, loại máy tự động này trở nên không kinh tế Do đó cần phải tìm ra phương pháp điều khiển mới Yêu cầu này được thực hiện với việc điều khiển theo chương trình số

Đặc điểm quan trọng của việc tự động hóa quá trình gia công trên các máy CNC là đảm bảo cho máy có tính vạn năng cao Điều đó cho phép gia công nhiều loại chi tiết, phù hợp với dạng sản xuất hàng loạt nhỏ và hàng loạt vừa, mà trên 70% sản phẩm của ngành chế tạo máy được chế tạo trong điều kiện đó

Máy công cụ điều khiển bằng chương trình số – viết tắt là máy NC (Numerical Control) là máy tự động điều khiển (vài hoạt động hoặc toàn bộ hoạt động), trong đó các hành động điều khiển được sản sinh trên cơ sở cung cấp các dữ liệu ở dạng: LỆNH Các LỆNH hợp thành chương trình làm viêc Chương trình làm việc này được ghi lên một cơ cấu mang chương trình dưới dạng MÃ SỐ Cơ cấu mang chương trình có thể là BĂNG ĐỘT LỖ, BĂNG TỪ, hoặc chính BỘ NHỚ MÁY TÍNH Các thế hệ đầu, máy NC còn sử dụng các cáp logic trong hệ thống Phương pháp điều khiển theo điểm và đoạn thẳng (hình 1-7a và hình 1-7b), tức là không có quan

hệ hàm số giữa các chuyển động theo tọa độ Việc điều khiển còn mang tính ―cứng ― nên chương trình đơn giản và cũng chỉ gia công được những chi tiết đơn giản như gia công lỗ, gia công các đường thẳng song song với các chuyển động mà máy có

Các thế hệ sau, trong hệ thống điều khiển của máy NC đã được cài đặt các cụm vi tính, các bộ vi sử lý và việc điều khiển lúc này phần lớn hoặc hoàn toàn ―mềm‖ Phương pháp điều khiển theo đường biên (hình2.1c), tức là có mối quan hệ hàm

số giữa các chuyển động theo hướng các tọa độ Các máy NC này được gọi là CNC (Computer Numerical Control) Chương trình được soạn thảo tỉ mỉ hơn và có thể gia công được những chi tiết có hình dáng rất phức tạp Hiện nay các máy CNC đã được dùng phổ biến

1.1 Lịch sử phát triển của máy công cụ

Năm 1947, John Parsons nảy ra ý tưởng áp dụng điều khiển tự động vào quá trình chế tạo cánh quạt máy bay trực thăng ở Mỹ Trước đó, việc gia công và kiểm

tra biên dạng của cánh quạt phải dùng các mẫu chép hình, sử dụng dưỡng, do đó rất lâu và không kinh tế Ý định dùng bìa xuyên lỗ để doa các lỗ bằng cách cho tín hiệu để điều khiển hai bàn dao, đã giúp Parsons phát triển hệ thống Digital của ông Với kết quả này, năm 1949, ông ký hợp đồng với USAF ( US Air Force) nhằm chế tạo một loại máy cắt theo biên dạng tự động Parsons yêu cầu trợ giúp để sử dụng phòng thí nghiệm điều khiển tự động của Viện Công Nghệ Massachusetts (M.I.T.) nơi được chính phủ Mỹ tài trợ để chế tạo một loại máy phay 3 tọa độ điều khiển bằng bằng chương trình số

Sau 5 năm nghiên cứu, J Parsons đã hoàn chỉnh hệ thống điều khiển máy phay

và lần đầu tiên trong năm 1954, M.I.T đã sử dụng tên gọi ―Máy NC‖

Trong những năm 60, thời gian đã chín mùi cho việc phát triển và ứng dụng các máy NC Rất nhiều thành viên của ngành công nghiệp hàng không Mỹ đã nhanh chóng ứng dụng, phát triển và đã sản sinh ra thế hệ máy mới (CNC) cho phép phay các biên dạng phức tạp, tạo hình với hai, ba hoặc bốn và năm trục (ba tịnh tiến và hai quay)

Các nước châu Âu và Nhật Bản phát triển có chậm hơn một vài năm, nhưng cũng có những đặc điểm riêng, chẳng những về mặt kỹ thuật, mà cả về kết cấu như kết cấu trục chính, cơ cấu chứa dao, hệ thống cấp dao v.v

Từ đó đến nay, hàng loạt máy CNC ra đời với đủ chủng loại và phát triển không ngừng Sự phát triển đó dựa vào thành tựu của các ngành: máy tính điện tử, điện tử công nghiệp và điều khiển tự động Nhất là trong thập niên 90, máy CNC

đã đổi mới nhanh chóng chưa từng có trong lãnh vực tự động

1.1.1 Các máy tiện CNC là các máy công cụ chủ yếu được dùng để chế tạo các chi tiết tròn xoay

Các máy CNC này có những ưu điểm của điều khiển số so với các máy tiện truyền thống Thêm vào đó, máy có thể được thiết kế với hai trục chính và/hoặc hai đầu rơ-vôn-ve để có thể thực hiện gia công đồng thời 2 dao hoặc sau khi gia công xong một đầu thì mâm cặp của trục thứ 2 thực hiện việc kẹp chặt chi tiết để gia công tiếp (giống nhưtrở đầu) hoặc có thể gia công cùng lúc hai chi tiết với 2 chương trình gia công khác nhau Trên máy còn có hệ thống tự động cấp và tháo chi tiết

Các sự tích hợp này càng làm cho các trung tâm tiện CNC trở nên rất linh hoạt Các trung tâm tiện CNC cũng có thể được trang bị trong hệ thống sản xuất linh hoạt FMS

Bảng 1 Một số đặc điểm tiêu biểu của máy tiện CNC

Lỗ trục chính (mm)

Công suất động

cơ trục chính (mm)

Số trục

Số dao lớn nhất

Hệ thống vận chuyển phôi

Nhỏ 200 300 30 7 2 8 Cánh tay

robot nhỏ Trung

bình 600 700 90 25 3 12

Cánh tay robot

Lớn 1.200 10.000 120 50 4 24 (2 đầu

rovonve)

Magazine, robot cỡ lớn

Cấu hình máy

Các máy tiện CNC có nhiều cỡ khác nhau Có loại nhỏ để bàn dùng để giảng dạy trong trường học nhưng cũng có những máy tiện có chiều dài rất lớn dùng trong công nghiệp nặng Đặc điểm của máy cũng thay đổi đáng kể theo quy mô của máy

Số lượng trục chính và số đầu rơ-vôn-ve cũng như cỡ kích thước phủ bì của khu vực gia công được kết hợp để cho các máy được thiết kế có thể gia công một loại chi tiết, cấp độ chất lượng và năng suất gia công cụ thể Trên bảng 1 trình bày một

số thông số tiêu biểu của máy tiện CNC Trên hình 1 là hình dáng bên ngoài của một máy tiện CNC kiểu để bàn và hình 2 là một máy cỡ lớn

Hình 1.5 Trung tâm tiện Meteor (kiểu để bàn) của hãng Denford

Hình 1.6 Máy tiện CNC TUR1550 cỡ lớn của hãng TOOLMEX

Kết cấu máy tiện CNC thay đổi đáng kể tùy thuộc vào lực cắt, lượng chạy dao và tốc độ cắt Loại máy với kiểu thiết kế có bệ máy phẳng (flat-bed) truyền thống đã được thay thế bởi loại bẹ máynghiêng (slant-bed) và thẳng đứng (vertical-bed) Các loại này đạt độ cứng vững cao hơn và cũng cho phép một thể tích lớn phoi cắt đổ xuống bên dưới khu vực gia công tại hệ thống thu gom phoi

Số lượng trục trên các máy tiện CNC từ 2-6 Theo quy ước thông thường cho máy tiện CNC thì:

 Trục Z: trùng với trục chính và chiều dương của nó hướng ra xa khỏi ụ trục chính

Hình 1.7 Các trục X,Z và C

Hình 1.8 Collect gá lắp đa giác côn

 Trục X: vuông góc với trục z thường là trục cho chuyển động của bàn trượt ngang

 Trục C: trục có chuyển động quay quanh trục z, được dùng để xác định vị trí hướng trục cho công việc gia công thứ hai

Cho đến nay, kiểu máy tiện CNC truyền thống với hai trục X và Z vẫn phổ biến nhất Tuy nhi ngày càng xuất hiện nhiều máy tiện đa chức năng với giải pháp gia công tối

ưu để gia công các chi tiết tròn xoay Một số máy được trang bị trục dao quay, trục C, trục chính thứ cấp (subspindle) và trục Y, có khả năng khoan và phay hướng tâm, đáp ứng nhiều nhu cầu gia công chi tiết chỉ trong một lần gá đặt Một số máy đa chức năng

có trục B (quay xung quanh trục Y) có thể thực hiện nguyên công khoan nghiêng một góc hoặc pha biến dạng Với việc tích hợp thêm trục chính thứ hai, trục quay trên đầu rơ-von-ve, máy tiện CNC có thể khoan, phay và thậm chí mài và lúc này máy tiện đã biến thành trung tâm tiện CNC

Hệ thống gá dao:

Nhằm tăng năng suất và độ chính xác gia công, hệ thống gá đặt và điều chỉnh dao

đã được nghiên cứu và phát triển đặc biệt cho máy tiện CNC Những phát triển này nhằm đạt hai mục tiêu chính:

 Định vị chính xác vị trí dao trong hệ thống gá dao

 Thời gian thay dao ngắn với việc sử dụng thiết bị định vị và kẹp chặt nhanh với chỉ một động tác Hệ thống gá dao bao gồm một hệ thống cấp bậc các dụng cụ và các khối gá lắp và chúng lắp vừa vặn vào đầu rơ-vôn-ve Việc định vị và kẹp chặt nhanh đạt được bởi những gá lắp có thiết kế đặc biệt như kiểu one-key hoặc twist-type

Trên hình 4 là collect hệ thống gá lắp đa giác côn của hãng Sanvik

Chiều dài phần côn và các bề mặt tiếp xúc chính xác với áp suất bề mặt bé Điều này cho phép tuổi thọ của dao cao và độ chính xác lập lại cao Đường cong phân bốứng suất không có những đỉnh nhọn nên tránh được các rủi ro của rung động và biến dạng Với những thiết kế đặc biệt đã làm giảm đáng kể thời gian gá đặt và hiệu chỉnh dao Tổng thời gian gá đặt dao có thể giảm từ 60 phút xuống còn 10 phút và thời gian thay một dao có thể giảm từ 10 phút xuống còn 1 phút Những tiến bộ gần đây còn cho phép giảm thời gian nhiều hơn nữa so với các con số nói trên

Một số đặc điểm khác của hệ thống nhằm giảm thời gian thay đổi dụng cụ là:

 Lắp sẵn các đầu đo dùng cho mục đich offset dao – nhập dữ liệu trục tiếp vào

bộ điều khiển của máy

 Thay đổi chấu cặp nhanh

 Thay đổi mâm cặp nhanh

 Điều chỉnh, lắp đặt trước các đồ gá (sử dụng cho lắp đặt trước các dụng cụ)

Hệ thống vận chuyển phôi và chi tiết gia công

Cùng với việc gia tăng sử dụng hệ thông sản xuất linh hoạt và vận hành không có con người, các hệ thống vận chuyển phôi và chi tiết đã được phát triển cho các trung

tâm tiện CNC có kiểu kẹp chi tiết gia công bằng mâm cặp Các dạng hệ thống vận chuyển phôi và chi tiết gia công phổ biến nhất là:

 Ổ tích phôi nạp phôi trực tiếp vào máy

 Một robot chuyển phôi vào máy từ một ổ tích phôi hoặc băng chuyền – Một dàn cần cẩu kiểu cổng với một cánh tay/cánh tay robot chuyển phôi vào máy từ một

ổ tích phôi hoặc băng chuyền

Phương pháp dùng các ổ tích phôi đưa trực tiếp phôi vào máy phương pháp rẻ nhất nhưng chúng thường bị hạn chế để nạp các chi tiết có hình dạng đối xứng nhằm ngăn các chi tiết bị kẹt trong các rãnh của bộ phận cấp phôi

Các robot có thể là đóng vai trò là các đơn vị nhỏ, là hệ thống phôi của trung tâm tiện CNC Chúng có thể vận chuyển dễ dàng các chi tiết bất đối xứng Những chi tiết này không thể nạp vào ổ tích phôi và những chi tiết cần được đảo đầu cho nguyên công thứ hai

Các hệ thống cần cẩu kiểu co thường được áp dụng cho các mặt cỡ lớn Kết cấu của chúng bao gồm các trụ đỡ và một xà ngang (cao hơn máy) Một cánh tay/cánh tay robot chuyển động trên xà ngang này Hệ thống này đứng tách riêng ra khỏi máy

1.1.2 Đặc trưng cơ bản của máy CNC

a) Tính năng tự động cao

Máy CNC có năng suất cắt gọt cao và giảm được tối đa thời gian phụ, do mức độ

tự động được nâng cao vượt bậc Tuỳ từng mức độ tự động, máy CNC có thể thực hiện cùng một lúc nhiều chuyển động khác nhau, có thể tự động thay dao, hiệu chỉnh sai số dao cụ, tự động kiểm tra kích thước chi tiết và qua đó tự động hiệu chỉnh sai lệch vị trí tương đối giữa dao và chi tiết, tự động tưới nguội, tự động hút phoi ra khỏi khu vực cắt …

b) Tính năng linh hoạt cao

Chương trình có thể thay đổi dễ dàng và nhanh chóng, thích ứng với các loại chi tiết khác nhau Do đó rút ngắn được thời gian phụ và thời gian chuẩn bị sản xuất, tạo điều kiện thuận lơi cho việc tự động hóa sản xuất hàng loạt nhỏ

Bất cứ lúc nào cũng có thể sản xuất nhanh chóng những chi tiết đã có chương trình Vì thế, không cần phải sản xuất chi tiết dự trữ, mà chỉ giữ lấy chương trình của chi tiết đó

Máy CNC gia công được những chi tiết nhỏ, vừa, phản ứng một cách linh hoạt khi nhiệm vụ công nghệ thay đổi và điều quan trọng nhất là việc lập trình gia công

có thể thực hiện ngoài máy, trong các văn phòng có sự hỗ trợ của kỹ thuật tin học thông qua các thiết bị vi tính, vi sử lý

c) Tính năng tập trung nguyên công

Đa số các máy CNC có thể thực hiện số lượng lớn các nguyên công khác nhau

mà không cần thay đổi vị trí gá đặt của chi tiết Từ khả năng tập trung các nguyên công, các máy CNC đã được phát triển thành các trung tâm gia công CNC

d) Tính năng chính xác, đảm bảo chất lượng cao

Giảm được hư hỏng do sai sót của con người Đồng thời cũng giảm được cường

độ chú ý của con người khi làm việc

Có khả năng gia công chính xác hàng loạt Độ chính xác lặp lại, đặc trưng cho mức độ ổn định trong suốt quá trình gia công là điểm ưu việt tuyệt đối của máy CNC

Máy CNC với hệ thống điều khiển khép kín có khả năng gia công được những chi tiết chính xác cả về hình dáng đến kích thước Những đặc điểm này thuận tiện cho việc lắp lẫn, giảm khả năng tổn thất phôi liệu ở mức thấp nhất

e) Gia công biên dạng phức tạp

Máy CNC là máy duy nhất có thể gia công chính xác và nhanh các chi tiết có hình dáng phức tạp như các bề mặt 3 chiều

f) Tính năng hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao

Cải thiện tuổi bền dao nhờ điều kiện cắt tối ưu Tiết kiệm dụng cụ cắt gọt, đồ gá

và các phụ tùng khác

Giảm phế phẩm

Tiết kiệm tiền thuê mướn lao động do không cần yêu cầu kỹ năng nghề nghiệp nhưng năng suất gia công cao hơn

Sử dụng lại chương trình gia công

Giảm thời gian sản xuất

Thời gian sử dụng máy nhiều hơn nhờ vào giảm thời gian dừng máy

Giảm thời gian kiểm tra vì máy CNC sản xuất chi tiết chất lượng đồng nhất CNC có thể thay đổi nhanh chóng từ việc gia công loại chi tiết này sang loại khác với thời gian chuẩn bị thấp nhất

Tuy nhiên máy CNC không phải không có những hạn chế Dưới đây là một số hạn chế

Sự đầu tư ban đầu cao: Nhược điểm lớn nhất trong việc sử dụng máy CNC là tiền vốn đầu tư ban đầu cao cùng với chi phí lắp đặt

Yêu cầu bảo dưỡng cao: Máy CNC là thiết bị kỹ thuật cao và hệ thống cơ khí, điện của nó rất phức tạp Để máy gia công được chính xác cần thường xuyên bảo dưỡng Người bảo dưỡng phải tinh thông cả về cơ và điện

Hiệu quả thấp với những chi tiết đơn giản

1.1.3 Mô hình khái quát của một máy CNC

Máy gồm hai phần chính:

Phần điều khiển: Gồm chương trình điều khiển và các cơ cấu điều khiển

Chương trình điều khiển: Là tập hợp các tín hiệu (gọi là lệnh – được trình bày kỹ

ở chương II) để điều khiển máy, được mã hóa dưới dạng chữ cái, số và môt số ký hiệu khác như dấu cộng, trừ, dấu chấm, gạch nghiêng Chương trình này được ghi

lên cơ cấu mang chương trình dưới dạng mã số (cụ thể là mã thập - nhị phân như băng đục lỗ, mã nhị phân như bộ nhớ của máy tính)

Các cơ cấu điều khiển: Nhận tín hiệu từ cơ cấu đọc chương trình, thực hiện các phép biến đổi cần thiết để có được tín hiệu phù hợp với điều kiện hoạt động của cơ cấu chấp hành, đồng thời kiểm tra sự hoạt động của chúng thông qua các tín hiệu được gửi về từ các cảm biến liên hệ ngược Bao gồm các cơ cấu đọc, cơ cấu giải

mã, cơ cấu chuyển đổi, bộ xử lý tín hiệu, cơ cấu nội suy, cơ cấu so sánh, cơ cấu khuyếch đại, cơ cấu đo hành trình, cơ cấu đo vận tốc, , bộ nhớ và các thiết bị xuất nhập tín hiệu

Đây là thiết bị điện – điện tử rất phức tạp, đóng vai trò cốt yếu trong hệ thống điều khiển của máy NC Việc tìm hiểu nguyên lý cấu tạo của các thiết bị này đòi hỏi

có kiến thức từ các giáo trình chuyên ngành khác, cho nên ở đây chỉ giới thiệu khái quát

Phần chấp hành: Gồm máy cắt kim loại và một số cơ cấu phục vụ vấn đề tự động hóa như các cơ cấu tay máy, ổ chứa dao, bôi trơn, tưới trơn, hút thổi phoi, cấp phôi Cũng như các loại máy cắt kim loại khác, đây là bộ phận trực tiếp tham gia cắt gọt kim loại để tạo hình chi tiết Tùy theo khả năng công nghệ của loại máy mà có các bộ phận : Hộp tốc độ, hộp chạy dao, thân máy, sống trược, bàn máy, trục chính,

ổ chứa dao, các tay máy

[EOB]: Dùng khi kết thúc câu lệnh

[CANCEL]: Dùng xoá những ký tự không cần thiết ở hàng soạn thảo [DELETE]: Xoá lệnh hoặc câu lệnh

Kiểm tra chương trình

Chương trình sau khi soạn thảo cần phải được kiểm tra, hiệu chỉnh Đây là khâu quan trọng trước khi gia công trên máy CNC Kiểm tra ở đây là kiểm tra về mặt hình dáng hình học, vấn đề công nghệ, quỹ đạo cắt, có hai cách kiểm tra như sau: Kiểm tra thủ công: là dò chương trình bằng mắt và vẽ ra chi tiết gia công bằng tay Cách này được thực hiện khi điều kiện máy tính và phần mền không có

Kiểm tra bằng máy: chương trình soạn thảo được nhập vào máy tính, cho chạy

mô phỏng trên phần mềm phù hợp

Dựa trên quỹ đạo chuyển động của dao và hình dáng chi tiết hình thành mà sửa đổi chương trình hay dao cắt, chế độ cắt để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

Cách kiểm tra như sau:

Trên bảng lựa chọn chế độ ―MODE SELECT‖ vặn tay gạt ở vị trí ―EDIT‖, trên bàn phím điều khiển nhấn [SFG], màn hình chương trình hiển thị như (hình 1) bên dưới, chọn ―SEARCH‖, gõ tên chương trình vào dòng nhập dữ liệu, nhấn [INPUT], màn hình hiển thị ra chương trình cần tìm, chọn ―CHECK để kiểm tra chương trình, chương trình, chọn ―STEP‖ chạy mô phỏng từng câu lệnh mà không

có hình ảnh mô tả đi kèm, chọn ―TRACE‖ là chạy mô phỏng có hình ảnh mô tả đi kèm

Quan trọng và không thể thiếu được là điều chỉnh máy, điều chỉnh máy là làm sao cho máy

CNC biết được chi tiết gia công được đặt ở đâu trên máy và dụng cụ cắt có kích thước ra sao

Muốn gia công được chính xác thì chuỗi kích thước công nghệ của hệ thống công nghệ gồm: Máy-dao-gá-chi tiết phải khép kín

Khi thiết kế và chế tạo một máy CNC, người thiết kế đã đặt cho máy một điểm chuẩn đo lường Điểm chuẩn có thể cố định tại một vị trí, nhưng cũng có thể không

cố định, tuỳ vào cấu trúc mỗi loại máy

Khi gia công trên máy CNC, việc chuẩn bị công nghệ và lập chương trình điều khiển được thực hiện bên ngoài máy CNC Vậy khi kết nối chúng lại (máy-dao-gá-chi tiết) phải tuân theo một chuỗi kích thước công nghệ khép kín Lúc đó máy CNC mới điều khiển gia công theo chuẩn của nó một cách chính xác

Gia công chi tiết trên máy CNC cần phải chuẩn bị phôi, dao cắt và đồ gá

Đồ gá được cố định trong không gian gia công trên bàn máy, phải được rà vuông góc hoặc song song với các phương chuyển động của máy

Chi tiết phải được định vị và kẹp chặt trên đồ gá

Cụ thể trên máy VMC – 650 để chạy chương trình và cắt gọt, trên bảng lựa chọn chế độ

―MODE SELECT‖ vặn tay gạt ở vị trí ―AUTO‖ và sử dụng phím ―CYCLE START‖

Sau khi đã soạn thảo và kiểm tra xong chương trình, máy-dao-gá-chi tiết đã sẵn sàng thì nhấn ―CYCLE START‖ chương trình bắt đầu chạy, đồng thời máy thực hiện công việc cắt gọt Chương trình được chạy từng câu lệnh theo thứ tự, đồng thờitrị số của toạ độ X, Y Z cũng biến đổi theo sự di chuyển của dụng cụ cắt Thay đổi tốc độ chạy dao: khi đang chạy chương trình và máy đang cắt gọt,

có thể thay đổi tốc độ chạy dao (từ 0 ~

6000mm/ph) bằng công tắc như hình bên

Thay đổi tốc độ vòng trục chính và tốc độ cắt: khi đang chạy chương trình và máy đang cắt gọt, có thể thay đổi tốc độ cắt (từ 0 ~100%), tốc độ trục chính (từ 50 ~120%) bằng công tắc như hình bên

1.2 Độ bóng bề mặt chi tiết gia công

1.2.1 Nghiên cứu về vật liệu dao và chế độ cắt khi gia công trên máy tiện CNC; 1.2.1.1 Vật liệu làm dao

Khái niệm:

Muốn hớt đi một lớp kim loại dư thừa ra khỏi bềmặt cần gia công để đạt được hình dáng, kích thước và các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết, trên các máy gia công kim loại bằng phương pháp cắt gọt phải dùng các dụng cụ thường gọi là dụng cụ cắt

Những đặc điểm và yêu cầu cơ bản đối với vật liệu làm dao:

- Khi cắt dao làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao (800 – 10000C) có ảnh hưởng xấu đến cơ lý tính của vật liệu

- Trong qúa trình cắt mỗi đơn vị diện tích trên bề mặt làm việc của dao phải chịu lực rất lớn điều đó chỉ gây nên hiện tượng rạng nứt và gãy vở dao khi cắt

- Khi cắt giữa bề mặt tiếp xúc của dao và phoi với chi tiết gia công xảy ra qúa trình ma sát rất lớn Hệ số ma sát lên đến (0,4 – 1)

- Nhiều trường hợp khi cắt dao phải làm việc trong điều kiện bị va đập (như phay,bào, xọc… ) và sự dao động đột ngột về nhiệt độ có ảnh hưởng rất xấu đến khả năng làm việc của dao

- Ở một số phương pháp gia công (chuốt,khoan) thì điều kiện thoát phoi, thoát nhiệt khó khăn làm tăng nhiệt đo, dễ gây ra hiện tượng kẹt dao

Yêu cầu đối với vật liệu làm dao

a.Độ cứng:

Thường vật liệu cần gia công trong chế tạo cơ khí là thép, gang… có độ cứng cao, do đó để có thể cắt được, vật liệu làm dao phần cắt dụng cụ phải có độ cứng cao hơn (60 – 65HRC)

b.Độ bền cơ học:

Dụng cụ cắt thường phải làm việc trong điều kiện rất khắc nghiệt : tải trọng lớn không ổn định, nhiệt độ cao, ma sát lớn, rung động… Dễ làm lưỡi cắt của dụng cụ sứt mẻ Do đó vật liệu làm phần cắt dụng cụ cần có độ bền cơ học (sức bền uốn, kéo, nén, va đập…) càng cao càng tốt

c.Tính chịu nóng:

Ở vùng cắt, nơi tiếp xúc giữa dụng cụ và chi tiết gia công dụng cụ và chi tiết gia công, do kim loại bị biến dạng, ma sát…nên nhiệt độ rất cao (700 – 800 oC), có khi đạt đến hàng ngàn độ (khi mài) Ở nhiệt độ này vật liệu làm dụng cụ cắt có thể bị thay đổi cấu trúc do chuyển biến pha làm cho các tính năng cắt giảm xuống Vì vậy vật liệu phần cắt dụng cụ cần có tính chịu nóng cao nghĩa là vẫn giữ được tính cắt ở nhiệt độ cao trong một thời gian dài

d.Tính chịu mài mòn:

Làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao, ma sát lớn thì sự mòn dao là điều thường xảy ra Thông thường vật liệu càng cứng thì tính chống mài mòn càng cao Tuy nhiên ở điều kiện nhiệt độ cao khi cắt (700 – 8000C) thì hiện tuợng mài mòn cơ học không còn là chủ yếu nữa, mà ở đây sự mài mòn chủ yếu do hiện tượng chảy dính (bám dính giữa vật liệu gia công và vật liệu làm dụng cụ cắt) là cơ bản Ngoài ra do việc giảm độ cứng ở phần cắt do nhiệt độ cao khiến cho lúc này hiện tượng mòn xảy

Độ cứng HRC

cụ Thép gió Thép cải tiến Thép gió (tăng Co và

WC) Hợp kim cứng Cácbitvonfram Hợp kim cứngWC và

TiC Kim cương nhân tạo

Gốm Nitrit Bo Hợp kim cứng phủ(TiC)

5

8

12 15-20 20-30

200

300

300-500 100-200

 Thép cacbon công cụ:

Để đạt được độ cứng, tính chịu nhiệt và chịu mài mòn, lượng C trong thép Cacbon dụng cụ không thể được dưới 0,7% (thường từ 0,7- 1,3%)và lượng P, S thấp (P< 0,035%, S < 0,025%)

Độ cứng sau khi tôi và ram đạt HRC = 60 - 62

-Sau khi ủ độ cứng đạt đượckhoảng HB = 107-217 nên dễ gia công cắt và gia công bằng

Các nguyên tố hợp kim như: Cr, W, Co, V có tác dụng:

- Làm tăng tính thấm tôi của thép

- Tăng tính chịu nóng đến 300oC, tương ứng với tốc độ cắt cao hơn thép cacbon dụng cụ khoảng 20%

Thành phần hoá học của một số nhãn hiệu thép hợp kim dụng cụ %

Nhóm Nhãn hiệu

Kí hiệu Liên xô

I Thép Cr05

85CrV XB

12,5-1,1 0,8-,0,9

0,2-0,4 0,3-0,6

<0,35

<0,35

0,04- 0,06 0,45-0,7

0,95-1,1 0,85- 0,95

<0,4 0,3-0,6

<0,35 1,2-1,6

1,3-,1,6 0,95-,1,2

0,45-0,7 0,8-1,0

<0,35 0,15- 0,35

1,3-1,6 0,9-1,2

- 1,2-1,6

Thép hợp kim dụng cụ nhóm I thường dùng chủ yếu để chế tạo các loại dụng cụ dùng để gia công gỗ

Thép hợp kim dụng cụ nhóm II do có lượng Crôm lớn ( 1 – 1.5 %) nên có tính thấm tôi và cắt gọt tốt hơn Loại này chịu nhiệt khoảng 220 – 300oC

Thép hợp kim dụng cụ nhóm III có độ thám tôi cao, iýt thay đổi kích thước khi nhiệt luyện, nên thường chế tạo các loại dụng cụ cắt có độ chính xác cao và hình dáng phức tạp: mũi doa, ta rô, dao chuốt và các loại dụng cụ đo…

Thép hợp kim dụng cụ nhóm IV có hàm lượng Vonfram lớn, hạt mịn nênđộ cứng cao, tuy nhiên độ độ thâm tôi thấp dùng để chế tạop6 các loại dụng cụ cắt cần có lưỡi cắt sắc bén Tuổi bền cao và để gia công các loại vật liệu cứng

Nhìn chung, thép hop75 kim dụng cụ chủ yếu được dùng dùng để chế tạo các laọi dụng cụ cầm tay và gia công ở tốc độ thấp

 Thép gió: (HSS – High Speed Steel – thép cao tốc)

Thép gió có tính cắt cao hơn hẳn các loại thép nên trên, do đó từ khi thép gió ra đời, nó đã tạo ra một cuộc cách mạng về cắt gọt và năng suất gia công, làm xuất hiện một thế hệ các máy bán tự động và tự đông tốc độ cao

Những tính năng cơ bản của thép gió là:

-Độ thấm tôi lớn, sau khi tôi đạt độ cứng HRC = 63 – 66

-Độ chịu nhịêt khoảng 600oC tương ứng với tốc độ cắt V = 25 - 35m/ph So sánh giữa P18 và P9:

-Năng suất gia công khác nhau không đáng kể

-P9 rẻ hơn P18 (vì hàm lượng W chỉ bằng một nửa)

-P18 chịu mòn tốt hơn, dể mài sắc, mài bóng hơn và có tính bền cao hơn P9

Hình 1.9 biểu đồ cơ tính vật liệu

 Hợp kim cứng(HKC)

Từ năm 1915-1925 ở Mỹ và Đức đã tiến hành thử nghiệm chế tạo hợp kim cứng

Ơ Liên Xô cũ, hợp kim cứng ra đời vào những năm 1930-1935

Hợp kim cứng là loại vật liệu làm phần cắt dụng cụ được chế tạo theo phương pháp luyện kim bột

Những tính năng cơ bản của HKC so với các loại vật liệu làm dao khác như sau:

Độ cứng cao HRA = 80 – 90 (HRC >70-71)

Độ chịu nhiệt cao:800-10000C, do đó tốc độ cắt cho phép của HKC có thể đạt đến V >100/ph

Độ chịu mòn gấp 1,5 lần so với thép gió

Chịu nén tốt hơn chịu uốn (hàm lượng Coban càng lớn thì sức bền uốn càng cao)

Nhóm ba cácbit

– kí hiệu M (ISO) hoặc TTK ( Nga) thành phần gồm: Cácbit Vonfram

(WC), Cácbit Titan (TiC) và Coban (Co) và Cácbit Tantan (TaC)

Loại này thường được dùng để gia công các loại vật liệu khó gia công

Ở nước ta, cũng đã từng sản xuất thử nghiệm hợp kim cứng Tuy nhiên do chất lượng chưa ổn định, mặt khác giá thành cao

 Vật liệu gốm:

Vật liệu gốm được nghiên cứu từ nhưng năn1930 và đưa vào sử dụng sau 1950 Thành phần chính của gốm là ―đất sét kỷ thuật‖(Al2O3) gồm hai pha của oxít nhôm:

Al2O3 có r =3,65g/cm3 và Ai2O3 với r=3,96g/cm3

Để chuyển hoá hòa toàn Ai2O3 sang Al2O3 Người ta nung đất sét kỉ thuật ở nhiệt độ từ 1400-16000C

Sau đó nghiền nhỏ thành bột mịn bột được ép thành mảnh dao có hình dạng và kích thước tiêu chuẩn sau đó đem thêu kết

Hiện nay có 3 loại vật gốm được sử dụng gồm:

o Ôxit nhôm thuần khiết (99%Al2O3):

Hiện nay Al2O3 còn thêm không dưới10% oxit kẽm (ZnO2) làm tăng thêm sức bền

o Vật liệu gốm trộn:

Ngoài Al2O3 là chính, còn thêm các Cácbit kim loại như Cácbit Titan (TiC),

Cacbit vonfram (WC), Cacbit Tantan (TaC), Nitrit Titan(TiN)

Loại này có sức bền cao, dùng để tiện tinh, phay tinh các loại vật liệu như gang

cứng, thép tôi

Loại này có sức bền cao, dùng để tiện tinh, phay tinh các loại vật liệu như gang

cứng, thép tôi

o Vật liệu gốm không Oxít:

Loại này được chế tạo từ nitrit silic (Si 3N4) có sức bền uốn cao hơn nhiều so

với hai loại trên, chủ yếu được dùng để gia công nhôm và hợp kim nhôm

Đối với vật liệu gốm thì độ hạt càng mịn, sức bền uốn càng tăng

*Các tính năng chủ yếu của vật liệu gốm:

+ Độ cứng và tính giòn cao

+ Chịu mòn và chịu nhiệt cao nên thường dùng để cắt ở tốc độ cao

+ Tính dẫn nhiệt kém nên khi cắt không dùng dung dịch trơn nguội

+ Tính dẽo kém do sức bền uống kém, vì vậy không dùng để gia công khi có

rung động, va đập và lực cắt lớn

+ Mài sắc bằng đá mài kim cương

*Phạm vi sử dụng của vật liệu gốm:

- Tốc độ cắt không nhỏ hơn 100m/ph

- Khi gia công thép, tốc độ cắt: V=1 – 2 lần so với khi cắt bằng HKC

- Khi gia công gang, tốc độ cắt V = 2 – 3 lần so với HKC

- Tốc độ cắt tinh lớn nhất khi gia công thép xây dựng có thể đạt đến 600m/ph, khi

gia công gang, V = 800m/ph

- Vì chịu rung rộng và va đập kém nên chủ yếu được dùng để gia công tinh chiều

sâu cắt và lượng chạy dao bé

-Vì tính dẫn nhiệt kém nên không dùng dung dịch trơng nguội khi cắt Riêng

đối với Nitritsilic (Si3N4) có sức bền và tính dẫn nhiệt cao hơn Oxit nhôm khoảng

bốn lần nên có thể dùng dung dịch trơn nguội

- Nhờ có tính mòn cao nên thường dùng để gia công lần cuối để đạt độ chính xác

kích thước và độ nhẵn bề mặt cao

- Các mảnh dao gốm thường được kẹp cơ khí vào thân dao và không mài sắc lại

 Vật liệu tổng hợp (nhân tạo) siêu cứng:

Sau vật liệu gốm, người ta tiếp tục nghiên cứu và chế tạo một loại vật liệu làm

dụng cụ mới Đó là vật liệu tổng hợp siêu cứng Có hai loại thường gặp là: kim

cương tổng hợp và Nitrit Bo lập phương (còn gọi là El bo)

 Kim cương nhân tạo:

Kim cương nhân tạo được tổng hợp từ than chì (Graphit) ở áp lực và nhiệt

độ cao

Những tính năng cơ bản của kim cương:

+ Độ cứng tế vi của kim cương cao nhất trong các loại vật liệu hiện nay, cao hơn của hợp hợp kim cứng từ 5 – 6 lần, độ cứng tế vi của hợp kim cứng khoảng (120 –

180 )10 sPa 1Pa=1Nm2

+ Độ dẫn nhiệt cao gấp hai lần hợp kim cứng

+ Độ chịu nhiệt kém » 8000C

+ Giòn, chịu tải trọng va đập kém

+ Chịu mài mòn, tuy nhiên khi gia công thép C có hàm lượng Cacbon thấp thì lại

bị mòn nhanh do hiện tượng khuếch tán

Do hệ số dẫn nhiệt cao, nên tuy chịu nhiệt kém, kim cương vẫn có thể cắt được ở tốc độ rất cao

* Phạm vi sử dụng :

+ Thường được dùng làm đá mài để mài sắc dụng cụ cắt bằng hợp kim cứng + Dùng làm dao tiện để gia công gang và các kim loại màu

 Nitrit Bo lập phương (còn gọi là El bo):

Là hợp chất giữa Nitơ và nguyên tố Bo Tính cắt của nó tương tự như kim cương

- Độ cứng tế vi của El bo là(600 – 800).108Pa; Chịu nhiệt khoảng 1500 –

20000C; Hệ số ma sát bé; Chống mài mòn tốt; Hệ số ma sát với kim loại nhỏ

Mỗi dao ( điển hình là dao tiện) thường gồm hai phần:

*Thân dao: dùng để gá vào bàn dao, nó phải đủ độ bền và độ cứng vững,… Nhằm đảm bảo vị trí tương quan giữa dao và chi tiết

Hình 1.10 kết cấu hình dáng lưỡi dao tiện

*Đầu dao: là phần làm nhiệm vụ cắt gọt Đầu dao được hợp thành bởi các bề mặt sau:

- Mặt trước(1): là bề của dao tiếp xúc với phoi và phoi trực tiếp trượt trên trên đó

và thoát ra ngoài

- Mặt sau chính(2): là bề của dao đối diện với mặt đang gia công

- Mặt sau chính(3): là bề của dao đối diện với mặt đã gia công

- Lưỡi cắt chính: là giao tuyến của mặt trước và và mặt sau chính, nó trực tiếp cắt vào kim loại Độ dài lưỡi cắt chính có liên quan đến chiều sâu cắt và bề rộng của phoi

- Lưỡi cắt phụ: là giao tuyến của mặt trước và và mặt sau phụ, một phần lưỡi cắt phụ gần mũi dao cũng tham gia cắt với lưỡi cắt chính

- Lưỡi cắt nối tiếp: (chỉ có một số loại dao tiện) là phần nối tiếp giữa lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ Khi không có lưỡi cắt nối tiếp dao tiện sẽ có mũi Mũi dao có thể nhọn hoặc lượng tròn (bán kính mũi dao R = 1 – 2mm) Các lưỡi cắt có thể thẳng hoặc cong và một đầu dao nên có thể có một hoặc hai lưỡi cắt phụ

Một dao có thể có nhiều đầu dao nên có rất nhiều lưỡi cắt Tuỳ theo số lượng của lưỡi cắt chính, người ta chia ra :

+Dao một lưỡi cắt : dao tiện, dao bào…

+Dao hai lưỡi cắt : mũi khoan

+Dao nhiều lưỡi cắt : dao phay, dao doa, dao cưa…

+Dao có vô số lưỡi cắt là đá mài, (mỗi hạt mài có vai trò như một lưỡi cắt)

Thông số hình học của dao ở trạng thái tĩnh (dao tiện):

Để đảm bảo năng suất – chất lượng bề mặt gia công, dao cắt cần phải có hình dáng và góc độ hợp lý

Thông số hình học của dao được xét ở trạng thái tĩnh (khi dao chưa làm việc) Góc độ của dao được xét trên cơ sở : dao tiện đầu thẳng đặt vuông góc với phương chạy dao, mũi dao được gá ngang tâm phôi

Các thông số hình học của dao nhằm xác định vị trí các góc độ của dao nằm trên đầu dao Những thông số này được xác định ở tiết diện chính N – N, ở mặt đáy, ở tiết diện phụ N 1 – N1 và trên mặt phẳng cắt gọt

Hình 1.11 các góc tiếp xúc mũi dao

+ Góc trước g : là góc tạo thành giữa mặt trước và mặt đáy đo trong tiết diện chính N – N

+ Góc sau chính a : là góc tạo thành giữa mặt sau và mặt phẳng cắt gọt đo trong tiết diện chính Góc sau thường có giá trị dương Góc sau càng lớn mặt sau ít bị ma sát vào bề mặt gia công nên chất lượng bề mặt gia công càng tốt

+ Góc cắt d : là góc tạo bởi giữa mặt trước và mặt cắt đo trong tiết diện chính + Góc sắc b : là góc được tạo bởi mặt trước và mặt sau chính đo trong tiết diện chính ta có quan hệ : a + b + g =90o ; d = a + b

+ Góc trước phụ g1: tương tự như góc trước, nhưng đo trong tiết diện phụ N – N, + Góc sau phụ a1: tương tự như góc sau , nhưng đo trong tiết diện phụ N – N + Góc mũi dao e: là góc hợp bởi hình chiếu lưỡi cắt chính và hình chiếu của lưỡi cắt phụ trên mặt phẳng đáy

+ Góc nghiêng chính j: là góc của hình chiếu lưỡi cắt chính với phương chạy dao

đo trong mặt đáy

+ Góc nghiêng phụ j1: là góc của hình chiếu lưỡi cắt phụ với phương chạy dao

đo trong mặt đáy

Ta có : j + e + j1 =180o

+ Góc nâng của lưỡi cắt chínhl : là góc tạo bởi lưỡi cắt chính và hình chiếu của

nó trên mặt đáy có giá trị dương, khi mũi dao là điểm thấp nhất của lưỡi cắt l Có giá trị âm, khi mũi dao là điểm cao nhất của lưỡi cắt

l = 0 Khi lưỡi cắt nằm ngang ( song song với mặt đáy) Các định nghĩa trên cũng đúng cho các loại dao khác

3.Thông số hình học của dao trong quá trình cắt:

.Sự thay đổi giá trị các góc j và j1 khi gá trục dụng cụ cắt không thẳng góc với đường tâm chi tiết:

Hình 1.12 Góc công nghệ của dao tiện

Dụng cụ sau khi mài sắc có các góc nghiêng chính và góc nghiêng phụ

Nếu khi gá dao, trục dao không vuông góc với đường tâm thì:

+ Nếu gá dao nghiêng về bên trái:

* Góc nghiêng chính khi làm việc jc = j - (900 -t)

* Góc nghiêng phụ khi làm việc j1c = j1 + (900 -t)

+ Nếu gá dao nghiêng về bên phải:

* Góc nghiêng chính khi làm việc jc = j + (900 -t)

* Góc nghiêng phụ khi làm việc j1c = j1 - (900 -t)

1.2.2.2 Lượng chạy dao s (mm/vòng):

Lượng chạy dao là quãng đường dịch chuyển của đỉnh dao theo phương chạy dao trong một vòng quay của phôi

Khi biết tốc độ cắt V và đường kính của chi tiết D có thể tính được số vòng quay

n của phôi (của trục chính) và điều chỉnh hộp tốc độ để có số vòng quay

1000V

n = ————-

π D

Phương pháp mài dao tiện :

Trong quá trình cắt gọt dao thường bị mài mòn và dẫn đến thời điểm nào đó sự mài mòn của dao đạt tới độ mài mòn cho phép thì phải mài lại dao

Mài sắc dao tiện được sử dụng mài trên máy mài 2 đá

Hình 1.16 Máy mài dao

6 Kiểm tra góc trước khi mài

7 Mài bán kính mũi dao

Rà tinh

Những điều cần chú ý trong khi mài dao :

1 Tư thế cầm dao phải chính xác, các ngón tay phải ổn định không rung

2 Khi mài bằng thép gió phải thường xuyên làm mát để tránh cho dao khỏi bị cháy

3 Khi mài trên đá không mài bên hông của đá

4 Khi mài, cho dao di động hết bề ngang của đá, không nên mài một chỗ trên đá mài

5 Khi mài không nên dùng lực quá lớn để tránh bị trượt tay đập vào đá mài

6 Khi mài phải đứng về một bên của đá để tránh các hạt mài bắn vào mặt, tốt nhất là đeo kiếng bảo hộ

7 Khi bề ngòai của đá không tròn đều, bị đảo thì không nên mài tiếp mà phải dùng cây sửa đá để sửa cho tròn đều

Khi đá mài quay chưa ổn định thì không được đưa dao vào mài

Cách gá dao :

Gá lắp dao một cách chính xác có ảnh hưởng lớn quá trình cắt gọt và độ bóng bề mặt chi tiết gia công, một dao tiện có các góc hợp lý, nhưng nếu gá lắp không đúng thì các góc của dao sẽ bị thay đổi

Hình 1.17 Gá dao

Khi tiện trụ ngoài:

Khi gá dao ngang tâm thì các góc độ của dao không thay đổi

Chiều dài nhô ra khỏi ổ dao không được vượt quá 1,5h (h là chiều cao của thân dao), nếu gá dao với chiều dài nhô ra lớn hơn 1,5h thì trong quá trình cắt gọt dưới tác dụng của lực cắt P sẽ làm cho dao bị uốn hay có thể gẫy dao, khi dao bị uốn mũi dao sẽ ở vị trí thấp tâm dẫn đến kích thước và độ bóng bề mặt chi tiết sẽ thay đổi Khi gá dao cao hơn tâm máy một khỏang, mặt phẳng cắt gọt và mặt phẳng đáy thay đổi dẫn đến góc sau và góc trước của dao thay đổi nghĩa là góc sau giảm , góc trước tăng Khi gá cao tâm góc trước tăng góc sau giảm mặt sau chính của dao tựa vào chi tiết gia công gây nênrung động trong quá trình cắt – độ bóng sẽ không cao Khi gá dao thấp hơn tâm máy do mặt phẳng cắt và mặt phẳng đáy thay đổi dẫn tới góc sau tăng và góc trước giảm do góc trước giảm điều kiện thóat phoi khó khăn dẫn đến lực cắt tăng

1.7.3.1 Sự phá huỷ lưỡi cắt

Khi cắt, các mảnh hợp kim cứng sẽ được thay thế khi đã mòn quá giới hạn cho phép hoặc bị gẫy do hiện tượng giòn của hợp kim Thống thường, khi chọn chế

độ cắt cho các máy vạn năng (điều khiển bằng tay) thì hiện tượng gãy lưỡi dao không cần chú ý đến bởi vì nếu xảy ra hiện tượng gẫy lưỡi dao, người công nhân

sẽ lùi dao ra Trên các máy CNC nếu xảy ra hiện tượng gãy lưỡi dao thì có thể gây phế phẩm chi tiết hoặc gãy máy vì chi tiết được gia công trong vùng kín và

quá trình điều khiển sẽ gây trở ngại cho tác động của con người Thực tế cho thấy

dao bị thay thế do hiện tượng gẫy là khoảng 30÷50% Tuy nhiên, hiện tượng gãy lưỡi dao mang tính xác suất và nó phụ thuộc vào các yếu tố sau đây:

- Chất lượng mảnh hợp kim cứng (vật liệu, ứng suất dư, các vết nứt tế vi)

- Kích thước và điều kiện chịu tải của các mảnh hợp kim

- Độ ốn định của quá trình cắt

b) Tuổi bền kinh tế của dụng cụ cắt

Tuổi bền kinh tế của dụng cụ cắt là thời gian cho phép dụng cụ cắt đạt năng suất

cao nhất và giá thành hạ nhất

Trên các máy CNC tuổi bền kinh tế của dao có thể lấy trong khoảng 15 ÷ 25 phút, nghĩa là nhỏ hơn rất nhiều so với gia công trên các máy vạn năng thông thường Điều này cho phép tăng chế độ cắt (tăng năng suất) trên các máy CNC Tuy nhiên, việc tăng chế độ cắt sẽ tăng xác suất gẫy dao Việc loại trừ xác suất gẫy dao đòi hỏi chi phí thời gian lớn, do đó làm giảm năng suất Vì vậy trong những trường hợp có

xác suất gẫy dao (lượng dư không đều, vật liệu không đều…) thì không tăng chế độ cắt và do đó không làm giảm tuổi bền kinh tế Khi làm việc với chế độ cắt thấp thì dao có tuổi bền kinh tế cao.

1.2.3 Các chi tiêu đánh giá về độ nhám bề mặt (chủ yếu nghiên cứu độ nhám

bề mặt các chi tiết tròn xoay);

Độ nhám bề mặt là một thước đo quan trọng của chất lượng sản phẩm vì nó ảnh hưởng lớn đến:

Hiệu suất của các bộ phận cơ khí cũng như chi phí sản xuất Độ nhám bề mặt là một đặc điểm kỹ thuật thiết kế đáng kể của các bộ phận máy, có ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất cơ học, như độ bền mài mòn và sức bền mỏi Chất lượng bề mặt là một yếu tố quan trọng trong việc đánh giá hiệu suất của máy công cụ Trong hoạt

động quay, lựa chọn các thông số cắt là cần thiết để đạt được hiệu suất cắt cao vì các tham số cắt ảnh hưởng đến độ gồ ghề bề mặt

Chất lượng bề mặt tốt nhất trong các ràng buộc cho việc gia công phần chính xác

là một vấn đề then chốt Một số nghiên cứu cho thấy độ nhám bề mặt là yêu cầu quan trọng nhất cùng với chất lượng hình học Các thông số khác nhau đã được tìm thấy ảnh hưởng đến hiệu quả trong nhiều hoạt động gia công Quá trình sản xuất CNC tốc độ cao được lựa chọn bởi vì chi phí thấp, năng suất, và yêu cầu chất lượng Năng suất cao với chất lượng chính xác nhất trong sản xuất có thể đạt được ở tốc độ cắt và tốc độ cắt cao cũng như độ nhám bề mặt kém Các quan sát thực nghiệm về gia công CNC cho thấy tốc độ cắt, phoi, độ sâu cắt, bán kính mũi dao, và các yếu tố khác ảnh hưởng đến bề mặt gồ ghề Trong quá trình gia công, đã đánh giá tác động của các yếu tố nhất định đối với độ nhám bề mặt, và các mô hình được phát triển để đáp ứng các yêu cầu

Hình 1.15 tiện chi tiết tròn xoay

Nghiên cứu xác định ảnh hưởng của các yếu tố thuộc chế độ gia công đến chất lượng sản phẩm luôn là vấn đề thời sự, là yêu cầu lớn từ thực tiễn gia công sản xuất trên các máy công cụ phần này giới thiệu kết quả nghiên cứu xác định ảnh hưởng của một số thông số chế độ cắt trong gia công tiện trên thiết bị thông dụng là máy tiện T18A Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã xác định các phương trình toán học biểu thị ảnh hưởng của ba thông số cơ bản thuộc chế độ cắt là vận tốc cắt V, lượng chạy dao S, chiều sâu cắt t tới độ nhám bề mặt, tham số chỉ tiêu đặc trưng quan trọng về độ nhẵn bóng bề mặt của chi tiết gia công cho các sản phẩm cơ khí, mộc kim loại Từ phân tích lý thuyết và tổng hợp kết quả thực nghiệm đã xác lập được

bộ các thông số chế độ cắt hợp lý gia công vật liệu thép C45 trên máy tiện mã hiệu T18A: V = 40,66 m/ph; S = 0,17 mm/v; t = 1,55 mm, khi đó đảm bảo được yêu cầu cao về độ nhẵn bóng bề mặt chi tiết

1.2.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt

Ảnh hưởng đến nhám bề mặt

a Ảnh hưởng của các thông số mang tính chất in dập hình học của dụng cụ cắt

và chế độ cắt

- Ảnh hưởng của góc nghiêng chính φ: φ tăng → Rz tăng

- Ảnh hưởng của góc nghiêng phụ φ1 : φ1 tăng → Rz tăng

- Ảnh hưởng của bán kính mũi dao r : r tăng → Rz giảm

- Ảnh hưởng của lượng chạy dao S : S tăng → Rz tăng

Nếu lượng chạy dao S quá nhỏ (S < 0.03 mm/vòng) thì trị số của Rz lại tăng Nguyên nhân: do S nhỏ hơn bán kính mũi dao nên xảy hiện tượng trượt của mũi dao trên bề mặt gia công

- Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t : t ít ảnh hưởng đến nhám bề mặt Tuy nhiên không nên cắt với t quá nhỏ

b Ảnh hưởng của biến dạng dẻo lớp bề mặt

BDD lớp bề mặt ảnh hưởng rất lớn đến nhám bề mặt BDD lớp bề mặt tăng làm tăng nhám bề mặt Vì vậy, tất cả các nguyên nhân làm tăng BDD lớp bề mặt đều làm tăng nhám bề mặt

 Ảnh hưởng của tốc độ cắt v

Tốc độ cắt v ảnh hưởng rất lớn đến BDD lớp bề mặt do đó ảnh hưởng rất lớn đến nhám bề mặt

Khi gia công vật liệu dẻo (thép), quan hệ giữa vận tốc cắt và Rz như hình 2.5 + Khi tốc độ cắt v thấp, nhiệt cắt không cao, BDD lớp bề măt nhỏ vì vậy nhám

bề mặt Rz khá nhỏ

+ Khi tăng tốc độ cắt v lên khoảng 20 - 60 m/phút thì nhiệt cắt lớn, lực cắt lớn , biến dạng dẻo lớp bề mặt lớn và trong khoảng vận tốc này lẹo dao xuất hiện nên nhám bề mặt Rz lớn

+ Nếu tiếp tục tăng tốc độ cắt v > 60m/ph, tốc độ cắt lớn hơn tốc độ hình thành BDD, do đó BDD không kịp hình thành và do ở khỏang vận tốc cắt này lẹo dao không hình thành được nên nhám bề mặt Rz giảm

Khi gia công kim loại giòn (gang) các mảnh kim loại bị tr¬ượt và vỡ ra không theo thứ tự do đó làm tăng độ nhám bề mặt Tăng tốc độ cắt sẽ giảm được hiện t¬ượng vỡ vụn của kim loại và nh¬ư vậy làm tăng độ nhám bề mặt

Ảnh hưởng của lượng chạy dao S

Lượng chạy dao S ngoài ảnh hưởng mang tính chất hình học như đã nói ở trên, còn có ảnh hưởng lớn đến mức độ BDD và biến dạng đàn hồi ở bề mặt gia công, do

đó ảnh hưởng rất lớn đến nhám bề mặt Hình 2.6 là đồ thị quan hệ giữa l¬ượng chạy dao S và Rz khi gia công thép cacbon

Khi gia công với lượng chạy dao S=(0,02 - 0,15) mm/vòng thì bề mặt gia công

có Rz nhỏ Nếu gia công với S < 0,02mm/vòng Rz sẽ tăng lên vì ảnh hưởng của BDD lớn hơn ảnh hưởng của các yếu tố hình học Nếu lượng chạy dao S > 0,15 mm/vòng thì BDD tăng kết hợp với ảnh hư¬ởng của các yếu tố hình học, làm Rz tăng(đoạn BC trên hình 2.6)

Như vậy: để đảm báo độ nhám bề mặt và năng suất gia công nên chọn giá trị lượng chạy dao S trong khoảng từ 0,02 đến 0,125 mm/vòng đối với thép cacbon

 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t

Chiều sâu cắt nhìn chung không có ảnh hư¬ởng đáng kể đến độ nhám bề mặt Tuy nhiên nếu chiều sâu cắt quá lớn thì rung động trong quá trình cắt tăng, do đó Rz tăng Ngư¬ợc lại, chiều sâu cắt quá nhỏ sẽ làm cho dao bị trư¬ợt trên bề mặt gia công và xảy ra hiện tư¬ợng cắt không liên tục, do đó Rz tăng

 Ảnh hưởng của vật liệu gia công

Vật liệu gia công ảnh h¬ưởng đến độ nhám bề mặt chủ yếu là do khả năng BDD Vật liệu dẻo và dai (thép ít cacbon),càng dễ BDD sẽ làm cho Rz tăng Vật liệu càng cứng, càng khó BDD và độ hạt càng nhỏ thì Rz giảm

Độ cứng của vật liệu gia công tăng thì sẽ hạn chế được ảnh h¬ưởng của tốc độ cắt tới nhám bề mặt

 Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội

Dung dịch trơn nguội làm giảm ma sát trong vùng gia công, giảm nhiệt cắt, giảm lực cắt, giảm BDD bề mặt do đó làm giảm Rz

c Ảnh hưởng của rung động của hệ thống công nghệ

Rung động của HTCN tạo ra chuyển động tương đối có chu kỳ giữa dụng cụ cắt

và chi tiết gia công, làm thay đổi điều kiện ma sát, gây nên độ sóng và nhấp nhô tế

vi trên bề mặt gia công Nếu rung động có tần số lớn, biên độ nhỏ sẽ gây ra nhám bề mặt Nếu rung động có tần số nhỏ, biên độ lớn sẽ gây ra sóng bề mặt Rung động giảm - độ nhám bề mặt tăng

d Ảnh hưởng đến lớp biến cứng bề mặt

BDD lớp bề mặt tăng sẽ làm tăng lớp biến cứng bề mặt Vì vậy tất cả các nguyên nhân làm tăng lực cắt sẽ làm tăng BDD lớp bề mặt do đó sẽ làm tăng mức độ biến lớp bề mặt Tăng thời gian tác dụng của lực cắt sẽ làm tăng chiều sâu lớp biến cứng

1.2.3.2 Phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt

c Đo các chỉ tiêu nhám bề mặt bằng phương pháp quang học (dùng kính hiển vi Linich)

d Đo các chỉ tiêu nhám bề mặt Ra, Rz , Rmax v.v bằng máy dò profin

Đánh giá mức độ và chiều sâu biến cứng

 Để đánh giá mức độ và chiều sâu biến cứng người ta chuẩn bị một mẫu kim tương rồi đưa mẫu này lên kiểm tra để đo độ cứng

 Để đo chiều sau biến cứng, dùng đầu kim cương tác động lần lượng xuống

bề mặt mẫu từ ngoài vào trong, từ đó sẽ xác định được chiều sâu biến cứng

Đánh giá ứng suất dư

Để đánh giá (xác định) ứng suất dư người ta thường dùng tia Rơnghen kích thích trên bề mặt mẫu một lớp dày 5 -10 µm và sau mỗi lần kích thích ta chụp ảnh đồ thị Rơnghen Phương pháp này cho phép đo đư¬ợc cả chiều sâu biến cứng Tuy nhiên, phương pháp này rất phức tạp và tốn nhiều thời gian cho điều chỉnh đồ thị Rơnghen (mất khoáng 10 giờ trong một lần đo)

1.2.3.3 Tổng quan về độ nhám bề mặt và phương pháp đo độ nhám

Trong ngành công nghệ chế tạo cơ khí, các chi tiết sau quá trình gia công luôn tồn tại những sai lệch không mong muốn Chúng ảnh hưởng tới chức năng làm việc, đặc biệt

là đối với những chi tiết lắp ghép có chuyển động tương đối với nhau Những sai lệch

Hình 1.16 Sai lệch hình dạng, sóng và nhám trên profin bề mặt [57]

Theo các tiêu chuẩn và tài liệu kỹ thuật về bề mặt thì các sai lệch này được phân biệt như sau [41], [52], [56]:

Sai lệch hình dạng: là sai lệch của bề mặt sau gia công so với bề mặt danh nghĩa trên bản vẽ thiết kế Profin sai lệch hình dạng được cấu thành từ một vài nhấp nhô lớn với bước sóng lớn hơn 1000 lần biên độ sóng Nguyên nhân gây nên sai lệch hình dạng là do các sống trượt, trục chính trong máy gia công bị biến dạng

do nhiệt hay do sự mòn không đều của các bộ phận trong máy

Sóng bề mặt: là những thành phần sai lệch có tỷ lệ giữa bước và biên độ nhấp