Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ chế độ cắt (s,t,v) đến độ nhám bề mặt khi gia công trên máy phay cnc với vật liệu thép cd90

NGUYỄN CHƯƠNG ĐẠO NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ CHẾ ĐỘ CẮT S.T,V ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC VỚI VẬT LIỆU THÉP CD90 Chuyên ngành: Kỹ thuật máy

NGUYỄN CHƯƠNG ĐẠO

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ CHẾ ĐỘ CẮT ( S.T,V) ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY

CNC VỚI VẬT LIỆU THÉP CD90

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy và thiết bị mỏ,dầu khí

Mã số: 60.52.12

LU ẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS ĐINH VĂN CHIẾN

HÀ NỘI 2013

MỤC LỤC Trang

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC BẢNG 7

DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ 9

MỞ ĐẦU 11

CHƯƠNG 1 13

KHÁI QUÁT VỀ LÝ THUYẾT CẮT GỌT VÀCÔNG NGHỆ CNC 13

1.1 Khái quát về lý thuyết cắt gọt 13

1.1.1 Khái niệm cơ bản về gia công cắt gọt 13

1.1.2 Các chuyển động cắt 13

1.1.2.1 Chuyển động cắt chính: 13

1.1.2.2 Chuyển động chạy dao: 14

1.1.2.3 Chuyển động phụ 14

1.1.3 Thông số cắt khi phay 14

1.1.4 Tính toán chế độ cắt khi phay 15

1.2 Công nghệ CNC 16

1.2.1 Lịch sự phát triển của máy CNC: 16

1.2.2 Đặc trưng cơ bản của máy CNC: 17

1.2.2.1 Tính năng tự động hóa cao 17

1.2.2.2 Tính năng linh hoạt cao 17

1.2.2.3 Tính năng tập trung nguyên công 17

1.2.2.4 Tính năng chính xác, đảm bảo chất lượng cao 18

1.2.2.5 Gia công biên dạng phức tạp 18

1.2.2.6 Tính năng hiểu quả kinh tế và kỹ thuật cao 18

1.2.3 Mô hình khái quát của một máy CNC 19

1.2.3.1 Phần điều khiển 19

1.2.3.2 Phần chấp hành 20

1.2.4 Các phương pháp điều khiển 21

1.2.5 Hệ trục tọa độ trên máy CNC 23

CHƯƠNG 2 24

ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG 25

2.1 Khái niệm về độ chính xác gia công 25

2.1.1 Độ chính xác kích thước: 25

2.1.2 Độ chính xác hình dáng hình học: 25

2.1.3 Độ chính xác vị trí tương quan: 25

2.1.4 Độ chính xác hình dáng hình học tế vi và tính 26

2.2 Các nguyên nhân gây ra sai số gia công 26

2.2.1 Sai số hệ thống không đổi: 26

2.2.1 Sai số hệ thống thay đổi: 26

2.2.3 Sai số ngẫu nhiên : 26

2.3 Phương pháp đạt độ chính xác gia công 26

2.3.1 Phương pháp cắt thử từng chi tiết riêng biệt 26

2.3.2 Phương pháp tự động đạt kích thước trên máy điều chỉnh sẵn 27

2.4 Các yếu tố ảnh hương tới độ chính xác gia công 29

2.4.1 Do biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ 29

2.4.1.1 Sai số do chuyển vị của hai mũi tâm gây ra 29

2.4.1.2 Ảnh hưởng do biến dạng của chi tiết gia công 29

2.4.1.3 Sai số do biến dạng của dao và ụ gá dao: 30

2.4.2 Ảnh hưởng độ chính xác của máy, dao, đồ gá và tình trạng mòn của chúng đến độ chính xác gia công 30

2.4.2.1 Sai số do máy công cụ 31

2.4.2.2 Sai số do đồ gá 32

2.4.2.3 Sai số do dụng cụ cắt 32

2.4.3 Ảnh hưởng do biến dạng nhiệt của hệ thống 33

2.4.3.1 Do biến dạng nhiệt của máy 33

2.4.3.2 Do biến dạng nhiệt của dụng cụ cắt 34

2.4.3.3 Do biến dạng nhiệt của chi tiết gia công 34

2.4.4 Sai số do rung động phát sinh trong quá trình cắt 34

2.4.5 Sai số do chọn chuẩn và gá đặt chi tiết gia công 35

2.4.6 Sai số do phương pháp đo và dụng cụ đo gây ra 35

2.5.Khả năng đạt độ chính xác của các phương pháp gia công cắt gọt 35

2.5.1 Các phương pháp cắt gọt sử dụng dụng cụ cắt 35

2.5.2 Mài và các phương pháp gia công sử dụng hạt mài 36

2.5.3 Các phương pháp gia công truyền thống 36

2.5.4 Các phương phap gia công tiến tiến: Công nghệ Na-nô 37

2.6 Các nghiên cứu có liên quan đến đề tài và phạm vi nghiên cứu đề tài 37 2.6.1 Các nghiên cứu có liên quan 37

2.6.2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài 37

CHƯƠNG 3 37

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NHÁM BỀ MẶT 39

3.1 Các yếu tố đặc trưng của chất lượng bề mặt 39

3.1.1 Chất lượng hình học của bề mặt gia công 39

3.1.1.1 Độ nhấp nhô tế vi: 39

3.1.1.2 Độ sóng 42

3.1.2 Tính chất cơ lý của lớp bề mặt gia công 42

3.1.2.1 Hiện tượng biến cứng lớp bề mặt 42

3.1.2.2 Ứng suất dư trong lớp bề mặt 43

3.2 Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt tới khả năng làm việc của chi tiết máy 43 3.2.1 Ảnh hưởng tới tính chống mòn 44

3.2.1.1 Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt 44

3.2.1.2 Ảnh hưởng của lớp biến cứng bề mặt 46

3.2.1.3 Ảnh hưởng của ứng suất dư bề mặt 46

3.2.2 Ảnh hưởng đến tính ăn mòn hoá học của lớp bề mặt chi tiết 46

3.2.2.1 Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt 46

3.2.2.2 Ảnh hưởng của lớp biến cứng bề mặt 47

3.2.2.3 Ảnh hưởng của ứng suất dư: 48

3.2.3 Ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy 48

3.2.3.1 Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt 48

3.2.3.2 Ảnh hưởng của lớp biến cứng bề mặt 48

3.2.3.3 Ảnh hưởng của ứng suất dư 48

3.2.4 Ảnh hưởng đến độ chính xác các mối lắp ghép 48

3.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiêt máy 49

3.3.1 Các nguyên nhân chính ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt 49

3.3.1.1 Ảnh hưởng của các yếu tố hình học của dụng cụ 49

3.3.1.2 Các nguyên nhân phụ thuộc vào biến dạng dẻo 49

3.3.2 Các nguyên nhân ảnh hưởng đến độ biến cứng lớp bề mặt 54

3.3.3 Ảnh hưởng đến ứng suất dư bề mặt 56

3.4 Phương pháp đảm bảo chất lượng bề mặt 56

3.4.1 Phương pháp đạt độ nhẵn bề mặt 56

3.4.2 Phương pháp đạt độ cứng bề mặt 57

3.4.3 Các phương pháp đạt ứng suất dư bề mặt 58

3.5 Phương pháp đánh giá chất lượng bề mặt 58

3.5.1 Đánh gia độ nhám bề mặt 58

3.5.2 Đánh giá mức độ và chiều sâu biến cứng 59

3.5.3 Đánh giá ứng suất dư bề mặt 59

3.6 Kết luận 60

CHƯƠNG 4 61

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ (S,t,V) TỚI ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CỦA CHI TIẾT GIA CÔNG 61

4.1 Xây dựng mô hình thí nghiệm 61

4.1.1 Mô hình thi nghiệm 61

4.1.2 Các thông số công nghệ cơ bản của hệ thống thí nghiệm 62

4.1.2.1 Máy cắt 62

4.1.2.2 Dụng cụ cắt 62

4.1.2.3 Phương pháp phay: phay mặt đầu 64

4.1.2.4 Dung dịch làm mát: Không sử dụng dung dịch làm mát 64

4.2 Tiến trình thí nghiệm 65

4.3 Kết quả thí nghiệm và thảo luận 65

4.3.1.Ảnh hưởng của tốc độ cắt V lên độ nhám bề mặt 65

4.3.2 Ảnh hưởng của bước tiến dao F lên độ nhám bề mặt 73

4.3.3 Ảnh hưởng của chiều sâu cắt 77

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG Trang

Bảng 3.1_Cấp nhẵn bóng theo TCVN2511 - 95 41

Bảng 3.2_ Cấp độ nhẵn bóng với các phương pháp gia công 56

Bảng 3.3 - Cấp độ nhẵn ứng với các phương pháp gia công 57

Bảng 4.1 Bảng thông số hình học của mảnh cắt 63

Bảng 4.2_Thông số thí nghiệm 65

Bảng 4.3_ Kết quả thí nghệm với S=50mm/ph , t =0,4mm 66

Bảng 4.4_ Kết quả thí nghệm với S=100mm/phút , t =0,4mm 66

Bảng 4.5_ Kết quả thí nghệm với S=160mm/phút , t =0,4mm 66

Bảng 4.6_ Kết quả thí nghệm với S=220mm/phút , t =0,4mm 66

Bảng 4.7_ Kết quả thí nghệm với S=300mm/phút, t =0,4mm 67

Bảng 4.8_ Kết quả thí nghệm với S=400mm/phút , t =0,4mm 67

Bảng 4.9_ Kết quả thí nghệm với S=500mm/phút , t =0,4mm 67

Bảng 4.10- Kết quả thí nghệm với V=100m/phút, t =0,4mm 73

Bảng 4.11_ Kết quả thí nghệm với V=200m/phút , t =0,4mm 73

Bảng 4.12_ Kết quả thí nghệm với V=300mm/phút , t =0,4mm 74

Bảng 4.13_ Kết quả thí nghệm với V=400m/phút , t =0,4mm 74

Bảng 4.14 _Kết quả thí nghệm với S=400mm/phút, t =0,2mm 78

Bảng 4.15 _ Kết quả thí nghệm với S=400mm/phút , t =0,4mm 78

Bảng 4.16_ Kết quả thí nghệm với S=500mm/phút , t =0,2mm 78

Bảng 4.17_.Kết quả thí nghệm với S=500mm/phút , t =0,4mm 78

DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Trang

Hình 1.1_ Mô hình khái quát của một máy CNC 119

Hình 1.2_ Các phương pháp điều khiển 21

Hình 1.3_ Điều khiển 2D và 2.5D 22

Hình 1.4_ Điều khiển 3D 22

Hình 1.7_Hệ trục tọa độ 23

Hình 2.1_Phương pháp tự động đạt kích thước 28

Hình 2.2_Chuyển vị của mũi tâm 30

Hình 2.3_ Biến dạng chi tiết gia công 30

Hình 2.4_Máy tiện bị sai lệch 31

Hình 2.5_Máy phay bị sai lệch 31

Hình 4.2_ Máy phay CNC TNV 40A 62

Hình 4.4_ Mẫu thí nghiệm 63

Hình 4.5_ Sơ đồ cắt khi thí nghiệm gia công 64

Hình 4.6_ Máy đo độ nhám bề mặt TR200 64

Hình 4.7_ Đầu đo thực hiện đo độ nhám 65

Hình 4.8_ Ảnh hưởng của vận tốc cắt lên Ra khi S=50mm/phút 68

Hình 4.9_ Ảnh hưởng của vận tốc cắt lên Ra khi S=100mm/phút 69

Hình 4.10_ Ảnh hưởng của vận tốc cắt lên Ra khi S=160mm/phút 69

Hình 4.11_ Ảnh hưởng của vận tốc cắt lên Ra khi S=220mm/phút 70

Hình 4.12_ Ảnh hưởng của vận tốc cắt lên Ra khi S=300mm/phút 71

Hình 4.13_ Ảnh hưởng của vận tốc cắt lên Ra khi S=400mm/phút 71

Hình 4.14_ Ảnh hưởng của vận tốc cắt lên Ra khi S=500mm/phút 72

Hình 4.16_ Ảnh hưởng của bước tiến dao lên Ra khi V=200m/phút 75 Hình 4.17_ Ảnh hưởng của bước tiến dao lên Ra khi V=300m/phút 76 Hình 4.18_ Ảnh hưởng của bước tiến dao lên Ra khi V=400m/phút 77 Hình 4.19_ Ảnh hưởng của tốc độ cắt V lên độ nhám bề mặt Ra khi

F=400mm/phút, t=0,2mm và t=0,4mm 79 Hình 4.20_ Ảnh hưởng của tốc độ cắt V lên độ nhám bề mặt Ra khi

F=500mm/phút, t=0,2mm và t=0,4mm 80

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Ngày nay, nền công nghiệp gia công cơ khí đang hướng tới một công nghệ đảm bảo độ chính xác gia công và chất lượng bề mặt chi tiết đòi hỏi ngày càng cao Nếu sử dụng các máy công cụ vạn năng thì không còn phù hợp vì thế các loại máy công cụ điều khiển số NC, CNC là lựa chọn hàng đầu Nhưng sử dụng máy như thế nào cho phù hợp để nâng cao độ chính xác gia công, chất lượng bề mặt của chi tiết gia công, qua đó nâng cao năng lực sản xuất, năng lực cạnh tranh trong nền kinh tế thị trường đó là vấn đề cấp thiết

Do đó, việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt(V,S) đến chất lượng

bề mặt khi tiện trên máy CNC CTX 310 ECOLINE với vật liệu thép C45 chưa qua nhiệt luyện nhằm nâng cao độ chính xác, tăng năng suất và chất lượng bề mặt của sản phẩm là vắn đề cần thiết

Xuất phát từ những vấn đề như vậy nên tôi thực hiện đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ chế độ cắt (S,t,V) đến độ nhám bề mặt khi gia công trên máy phay CNC với vật liệu thép CD90

2 MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Lý thuyết công nghệ chế tạo máy và gia công kim loại bằng phương pháp phay

- Phân tích các thông số công nghệ ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt

3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ chế độ cắt (S,t,V) đến độ nhám bề mặt khi gia công trên máy phay CNC với vật liệu thép CD90

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIỆN CỨU

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm là hợp lý Việc nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành với hệ thống thiết bị đo hiện đại có

độ chính xác cao, kết quả nghiên cứu đáng tin cậy

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Ý nghĩa khoa học: Xây dựng được quan hệ giữa các thông số của nhám

bề mặt đạt được sau khi gia công với các thông số của chế độ cắt khi gia công trên máy phay CNC dưới dạng các thực nghiệm Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ

sở khoa học cho việc tối ưu hóa quá trình phay

Ý nghĩa thực tiễn: Xuất phát từ điều kiện gia công cụ thể: Hệ thống

công nghệ, chất lượng sản phẩm yêu cầu, v.v người cán bộ công nghệ nhanh chóng xác định được bộ thông số công nghệ khi phay hợp lý nhằm đảm bảo được chất lượng sản phẩm theo yêu cầu trên cơ sở đảm bảo năng suất gia công Từ đó đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của quá trình phay

6 CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN

Cấu trúc của luận văn gồm : Phần mở đầu, 4 chương , phần kết luận, được trình bày trong 84 trang với 29 hình và 20 bảng

Trước tiên tôi xin cảm ơn PGS.TS Đinh Văn Chiến – người đã dìu dắt, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài, tôi cũng xin cảm ơn phòng sau đại học, khoa Cơ Điện, Bộ môn máy và thiết bị mỏ – trường Đại học mỏ địa chất Hà Nội

Luận văn của tôi được hoàn thành là nhờ sự cộng tác hỗ trợ từ xưởng thực hành CNC – khoa cắt gọt kim loại – trường Cao đẳng nghề Việt Nam – Hàn Quốc, và phòng thí nghiệm đo lường chính xác – khoa cơ khí chế tạo, trường ĐHSPKT Vinh Tôi cũng xin cảm ơn sâu sắc tới sự giúp đỡ tận tình của các bạn đồng nghiệp tại hai trường nói trên

Cuối cùng, tôi muốn gửi lời cảm ơn đặc biệt tới những người thân trong gia đình, bạn bè và đồng nghiệp –vì sự quan tâm, động viên và ủng hộ nhiệt tình của họ đối với tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài này

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ LÝ THUYẾT CẮT GỌT VÀ

CÔNG NGHỆ CNC

1.1 Khái quát về lý thuyết cắt gọt

1.1.1 Khái niệm cơ bản về gia công cắt gọt

Hiện nay, với công cuộc công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước đòi hỏi ngành cơ khí phát triển, nâng cao năng suất lao động, hạ giá thành sản phẩm, đạt độ chính xác cao, tăng tính lắp lẫn do vậy nghề cắt gọt kim loại cũng đòi hỏi ngày càng phát triển, với đội ngũ công nhân có trình độ tay nghề cao với những “ bàn tay vàng” và chuyên môn giỏi Tuy nhiên, để nâng cao chất lượng sản phẩm người ta đã chế tạo ra máy tiện chương trình số CNC Song không vì thế mà không đòi hỏi người thợ về tay nghề, bởi vì không có những “bàn tay vàng” đó thì làm sao chế tạo ra được những chi tết máy có độ

chính xác cao như máy tiện CNC

1.1.2 Các chuyển động cắt

Có nhiều kiểu gia công bằng cắt khác nhau như tiện, bào, phay, khoan, mài, chuốt, doa, Các kiểu gia công có quan hệ chuyển động giữa dao và phôi khác nhau, thực hiện trên các máy khác nhau, và sử dụng các loại dụng cụ cắt

có kết cấu khác nhau Tuy vậy, bất kỳ kiểu gia công cắt nào cũng gồm ba loại chuyển động Đó là chuiyển động cắt chính, chuyển động chạy dao và chuyển động phụ

1.1.2.2 Chuyển động chạy dao:

Chuyển động chay dao là chuyển đông cần thiết để duy trì quá trình cắt Chuyển động chạy dao có thể xẩy ra liên tục hoặc gián đoạn Ví dụ ở quá trình tiện, phay, khoan, … là chuyển động chạy dao xẩy ra liên tục Còn ở quá trình Bào, xọc, chuyển động chạy dao xẩy ra gián đoạn

1.1.2.3 Chuyển động phụ

Chuyển động phụ là chuyển động cần thiết để chuẩn bị hoặc kết thúc quá trình cắt Ví dụ như chuyển động đưa dao vào hoặc rút dao ra, chuyển động để điều chỉnh máy trước khi cắt

Khi tiện, chuyển động cắt chính là chuyển động quay tròn của phôi, chuyển động chạy dao là chuyển động tịnh tiến của dao song song với băng máy

Khi phay chuyển cắt chính là chuyển động quay tròn của dao, chuyển động chạy dao là chuyển động tịnh của phôi gắn với bàn máy, khi bào hoặc xọc, chuyển động cắt chính là chuyển động khứ hồi của dao chuyển động chạy dao là chuyển động tịnh tiến gián đoạn của phôi gắn liền trên bàn máy

Khi chuyển động khoan, chuyển động cắt chính là chuyển động quay tròn của dao, chuyển động chạy dao là chuyển động trịnh tiến của dao

Chuyển động cắt chính và chuyển động chạy dao có thể xây ra đồng thời như tiện, phay, khoan, hoặc không đồng thời như bào xọc, nếu tổng hợp chuyển động cắt chính và chuyển động chạy dao sẽ được quỹ đạo chuyển động cắt tương đối giữa một điểm trên lưỡi cắt của dao so với phôi

Ví dụ khi tiện ngoài (thực hiện chạy dao dọc) hoặc khi khoan, quỹ đạo chuyển động cắt tương đối giữa một điểm trên lưỡi cắt của dao so với phôi là đường xoắn vít Khi tiện xén mặt đầu hoặc cắt đứt (thực hiện chạy dao ngang) – là đường xoắn acsimets Khi phay- là đường Xiclốit Khi bào hoặc xọc- là đường thẳng

1.1.3 Thông số cắt khi phay

to - Chiều sâu cắt: là kích thước lớp kim loại được cắt ứng với một lần chuyển dao, đo theo phương vuông góc với bề mặt gia công

t - Độ sâu phay: là kích thước lớp kim loại được cắt đi theo phương vuông góc với trục giao phay ứng với góc tiếp xúc ψ (mm)

B - Chiều rộng phay: là kích thước lớp kim loại đo theo phương trục dao (mm)

S - Lượng chạy dao vòng (mm/vg): S = Sz.Z

Sz - Lượng chạy dao răng (mm/răng)

Z - Số răng dao phay

Sph - Lượng chạy dao phút (mm/ph): Sph=Sz.Z.n

N - Số vòng quay của dao phay (vg/ph):

D - Đường kính dao phay (mm)

1.1.4 Tính toán chế độ cắt khi phay

- Độ sâu phay: Xác định theo sơ đồ phay - thường lấy bằng toàn bộ lượng dư

Trường hợp yêu cầu độ chính xác cao, độ nhẵn bóng cao thí chia làm hai bước: thô và tinh

- Lượng chạy dao: Rất khó xác định theo phương pháp tính toán, thường chọn

theo bảng số (kiểm nghiệm)

Khi cắt thô thường tính theo Sz – khi cắt tinh thường tính theo Svg

Chiều sâu cắt và chiều rộng phay đo trong mặt phẳng thẳng góc với trục dao phay và mặt phẳng qua phương trục dao

1.2.1 Lịch sử phát triển của máy CNC:

Năm 1974, 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 cách quạt phải dùng các mẫu ghép hình, sự 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 John 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 trở giúp để hỗ trở 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 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 sự 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 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, ban hoặc bốn và năm trục (ba trục tịnh tiến và hai trục 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 chữa dao, hệ thống cấp dao…

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, điển tự công nghiệp, điều khiển tự động… Nhất là trong thập niên 90, máy CNC đã được đổi mái nhanh chóng chưa từng có trong lĩnh vực

tự động

1.2.2 Đặc trưng cơ bản của máy CNC:

1.2.2.1 Tính năng tự động hóa 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 Tùy 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 điều 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…

1.2.2.2 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 lợi cho việc tự động hóa sản xuất hàng loạt nhỏ

Bất cứ lúc nào cũng có thể sản xuất nhanh chóng nhũng chi tiết đã có chương trình Vì thế không cần phải sản xuất chi tiết dự trự, 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 trong 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

1.2.2.3 Tính năng tập trung nguyên công

Đa số 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 trung tâm gia công CNC

1.2.2.4 Tính năng chính xác, đảm bảo chất lượng cao

Giảm được hư hỏng do sai số của con người, đồng thời 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 làm 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 và kích thước Những đặc điểm này thuận tiện cho việc lắp lẫn, giảm khả năng tổn thất phôi liệu ở mức thấp nhất

1.2.2.5 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

1.2.2.6 Tính năng hiểu 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 phụ khác

- Giảm phế phẩm

- Sự dụng lại chương trình gia công

- Giảm thời gian sản xuất

- Thời gian sự 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 chi tiết này sang loại khác với thời gian chuẩn bị thấp nhất

Tuy nhiên máy CNC không phải không có những hạn chế

- Sự đầu tư ban đầu cao: Nhược điểm lớn nhất trong việc sự dụng máy CNC là tiền vốn đầu tư ban dầu 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

- Hiểu quả thấp với những chi tiết đơn giản

1.2.3 Mô hình khái quát của một máy CNC

Hình 1.1_ Mô hình khái quát của một máy CNC

Máy gồm hai phần chính:

1.2.3.1 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) để điều khiển máy, được mã hóa dưới dạng chữ cái, số mà một số kỹ hiệu khác như dấu cổng, 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 hiểu 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 hoạt động của chúng thông qua các tín hiệu đã 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, cớ cấu

đo vận tốc, bộ nhớ và các thiết bị xuất nhập tín hiệu

Đây là thiết bị điện - điện tự rất phức tạp, đóng vai trò cốt yếu trong hệ thống điều khiển máy NC Việc tìm hiểu nguyên lý cấu tạo của các thiết bị này đòi hỏi có kiến thức từ giáo trình chuyên ngành khác, cho nên đây chỉ giới thiệu khái quát

- Hộp tốc độ: phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn, thường là truyền động vô cấp, trong đó sử dụng các li hợp điện tử để thay đổi tốc độ được dễ dàng

- Hộp chạy dao: có nguồn dẫn động riêng, thường là các động cơ bước trong xích truyền động, sử dụng các phương pháp khử khe hở của các bộ truyền như vít me – đai ốc bi

- Thân máy có ổ chứa dao, tay máy thay dao tự động, có thiết bị tự động hiểu chỉnh khi dao bị mòn…

Trong máy CNC có thể sự dụng các dạng điều khiển thích nghi khác nhau đảm bảo một hoặc nhiều thông số tối ưu như các thành phần lực cắt, nhiệt độ căt, độ bóng bề mặt chế độ cắt tối ưu, độ ồn, độ rung…

1.2.4 Các phương pháp điều khiển

Hình 1.2_ Các phương pháp điều khiển

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

lỗ bằng các phương pháp khoan, khoét, doa và cắt ren lỗ Ở đây chi tiết gia công được gá cố định trên bàn máy, dụng cụ cắt thực hiện chạy dao nhanh đến các vị trí cần lập trình Khi đạt tới các điểm đích dao bắt đầu cắt (hình 1-2a) tuy nhiên cũng có trường hợp dao không dịch chuyển mà bàn máy dịch chuyển Mục đích chính cần đạt là các kích thước vị trí của các lỗ phải chính xác, còn quỹ dạo chuyển động là của dao hay của bàn máy đều không có ý nghĩa lắm

Vị trí của các lỗ có thể được điều khiển đồng thời theo hai trục hoặc điều khiển

kế tiếp nhau

- Điều khiển đường thẳng (hình 1-2b) là dạng điều khiển mà khi gia công dụng cụ cắt thực hiện lượng chạy dao theo một đường thẳng nào đó song song với một trục tọa độ Dạng điều khiển này được dùng cho các máy phay

và máy tiện đơn giản

- Điều khiển theo đường viền (theo contour hình 1-2c) cho phép thực hiện chạy dao trên nhiều trục cùng lúc

Tùy theo số trục được điều khiển đồng thời khi gia công người ta phân biệt: Điều khiển đường viền 2D, điều khiển đường viền 2,5D và điều khiển đường viên 3D, 4D, 5D Điều khiển đường viền 2D cho phép thực hiện chạy

dao theo hai trục đồng thời trong một mặt phẳng gia công, ví dụ: Trong mặt phẳng XZ hoặc XY trên (hình 1.3a), trục thứ ba điều khiển hoàn toàn độc lập với hai trục kia

Điều khiển đường viền 2.5D (hình 1.3b) cho phép ăn dao theo hai trục đồng thời nào đó để gia công bề mặt trong một mặt phẳng nhất định Trên máy CNC có 3 trục X, Y, Z ta sẽ điều khiển được đồng thời X và Y; X và Z hoặc

Y và Z

Hình 1.3_ Điều khiển 2D và 2.5D

Điều khiển đường viền 3D cho phép đồng thời chạy dao theo cả ba trục

X, Y, Z cả ba trục chuyển động hòa hợp với nhau hay có quan hệ ràng buộc hàm số (hình 12)

Hình 1.4_ Điều khiển 3D

Ta thấy đường viền được gia công do cả 3 lượng chạy dao theo trục X,Y,Z tạo thành Điều khiển đường viền 3D được ứng dụng để gia công các khuôn mẫu, gia công các chi tiết có bề mặt không phức tạp

Điều khiển 4D (hình 1.5) và điều khiển 5D ( hình 1.6) ngoài các trục tịnh tiến X,Y,Z ở đây còn có các trục quay cũng được điều khiển số Nhờ điều khiển 4D và 5D người ta có thể gia công các chi tiết phức tạp như các khuôn

ép dập, các khuôn đúc áp lực hoặc các cánh tuabin

Hình 1.5_ Điều khiển 4D Hình 1.6_Điều khiển 5D

1.2.5 Hệ trục tọa độ trên máy CNC

Theo tiêu chuẩn ISO, các chuyển động cắt gọt khi gia công chi tiết trên máy CNC phải nằm trong một hệ trục tọa độ Đề các theo nguyên tắc bàn tay phải Trong đó có ba chuyển động tịnh tiến theo các trục và ba chuyển động quay theo các trục tương ứng

Hình 1.7_Hệ trục tọa độ

- Trục Z tương ứng với phương trục chính của máy CNC, chiều dương

là chiều làm tăng khoảng cách giữa dao và chi tiết gia công Chiều dương cùng chiều kim đồng hồ (nhìn từ gốc tọa độ)

- Trục X tương ứng chuyển động tịnh tiến lớn nhất của máy CNC Ví

dụ trên máy phay là chuyển động chạy dao dọc, trên máy tiện là chuyển động chạy dao ngang Chiều dương là chiều làm tăng khoảng cách giữa dao và chi tiết

- Trục Y hình thành với hai trục trên trong hệ tọa độ Ví dụ trên máy phay chính là chuyển động chạy dao ngang của bàn máy, trên máy tiện không có trục này

Hệ trục tọa độ của máy CNC được đặt vào các loại chuẩn có bản sau:

M (Machine Point): Chuẩn máy Máy sẽ đo lường từ vị trí này đến vị

trí khác khi làm việc Không thể thay đổi

R (Reference Point): Chuẩn quy chiếu của máy, dùng để đóng kín

không gian làm việc của máy Không thể thay đổi

T (Tool Offset): Chuẩn dao để xác định vị trí của dao cắt sau khi đã lắp

dao vào ổ dao Không thể thay đổi

W ( Work Point): Chuẩn chi tiết dùng làm gốc của hệ tọa độ làm việc

trong quá trình gia công Có thể thay đổi theo ý muốn của người công nghệ Chuẩn này là chuẩn công nghệ vì vậy phải được chọn trong không gia làm việc của máy

P ( Program Point): Chuẩn theo chương dùng làm gốc của hệ tọa độ

trong quá trình soản thảo chương trình Có thể thay đổi theo ý muốn của người lập trình

Kết luận: thông qua tìm hiểu về công nghệ CNC, ta thấy được tính

năng nổi bật của máy CNC so với các máy công cụ thông thường Nhờ những tính năng nổi bật đó mà các máy CNC có khả năng cắt ở tốc độ cao, đạt được

độ chính xác cao và đảm bảo được chất lượng bề mặt như yêu cầu và đem lại năng suất sản xuất rất cao

CHƯƠNG 2

ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG

2.1 Khái niệm về độ chính xác gia công

Độ chính xác gia công của chi tiết máy là mức độ giống nhau về hình học, về tính chất cơ lý lớp bề mặt của chi tiết máy được gia công so với chi tiết máy lý tưởng trên bản vẽ thiết kế

Nói chung, độ chính xác của chi tiết máy được gia công là chỉ tiêu khó đạt và gây tốn kém nhất kể cả trong quá trình xác lập ra nó cũng như trong quá trình chế tạo

Trong thực tế, không thể chế tạo được chi tiết máy tuyệt đối chính xác, nghĩa là hoàn toàn phù hợp về mặt hình học, kích thước cũng như tính chất cơ

lý với các giá trị trong bản vẽ thiết kế Giá trị sai lệch giữa chi tiết gia công và chi tiết thiết kế được dùng để đánh giá độ chính xác gia công

Các chỉ tiêu đánh giá độ chính xác gia công:

2.1.3 Độ chính xác vị trí tương quan:

Được đánh giá theo sai số về góc yêu cầu giữa vị trí bề mặt này với bề mặt kia trong hai mặt phẳng tọa độ vuông góc với nhau và được ghi thành điều kiện kỹ thuật riêng trên bản vẽ thiết kế như độ song song, độ vuông góc,

độ đồng tâm

2.1.4 Độ chính xác hình dáng hình học tế vi và tính chất cơ lý lớp bề mặt:

Độ nhám bề mặt, độ cứng bề mặt

2.2 Các nguyên nhân gây ra sai số gia công

Trong quá trình gia công, có rất nhiều nguyên nhân sinh ra sai số gia công Sai số gia công gồm có sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên

2.2.1 Sai số hệ thống không đổi:

Sai số xuất hiện trên từng chi tiết của cả loạt đều có giá trị không đổi

gọi là sai số hệ thống không đổi

2.2.1 Sai số hệ thống thay đổi:

Sai số xuất hiện trên từng chi tiết của cả loạt có giá trị thay đổi nhưng theo một quy định nhất định, sai số này gọi là sai số hệ thống thay đổi

2.2.3 Sai số ngẫu nhiên :

Sai số khác mà giá trị của chúng xuất hiện trên mỗi chi tiết không theo một quy luật nào cả, những sai số này gọi là sai số ngẫu nhiên

2.3 Phương pháp đạt độ chính xác gia công

2.3.1 Phương pháp cắt thử từng chi tiết riêng biệt

Sau khi gá chi tiết lên máy, cho máy cắt đi một lớp phoi trên một phần rất ngắn của mặt cần gia công, sau đó dừng máy, đo thử kích thước vừa gia công Nếu chưa đạt kích thước yêu cầu thì điều chỉnh dao ăn sâu thêm nữa dựa vào du xích trên máy, rồi lại cắt thử tiếp một phần nhỏ của mặt cần gia công, lại đo thử v.v và cứ thế tiếp tục cho đến khi đạt đến kích thước yêu cầu thì mới tiến hành cắt toàn bộ chiều dài của mặt gia công Khi gia công chi tiết tiếp theo thì lại làm như quá trình nói trên

Trước khi cắt thử thường phải lấy dấu để người thợ có thể rà chuyển động của lưỡi cắt trùng với dấu đã vạch và tránh sinh ra phế phẩm do quá tay mà dao ăn vào quá sâu ngay lần cắt đầu tiên

- Độ chính xác gia công của phương pháp này bị giới hạn bởi bề dày lớp phôi

bé nhất có thể cắt được Với dao tiện hợp kim cứng mài bóng lưỡi cắt, bề dày

bé nhất cắt được khoảng 0,005 mm Với dao đã mòn, bề dày bé nhất khoảng 0,02  0,05 mm

Người thợ không thể nào điều chỉnh được dụng cụ để lưỡi cắt hớt đi một kích thước bé hơn chiều dày của lớp phoi nói trên và do đó không thể bảo đảm được sai số bé hơn chiều dày lớp phoi đó

- Người thợ phải tập trung khi gia công nên dễ mệt, do đó dễ sinh ra phế phẩm

- Do phải cắt thử nhiều lần nên năng suất thấp

- Trình độ tay nghề của người thợ yêu cầu cao

- Do năng suất thấp, tay nghề của thợ yêu cầu cao nên giá thành gia công cao

Phương pháp này thường chỉ dùng trong sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ, trong công nghệ sửa chữa, chế thử Ngoài ra, khi gia công tinh như mài vẫn dùng phương pháp cắt thử ngay trong sản xuất hàng loạt để loại trừ ảnh hưởng do mòn đá mài

2.3.2 Phương pháp tự động đạt kích thước trên máy điều chỉnh sẵn

Trong sản xuất hàng loạt lớn, hàng khối, để đạt độ chính xác gia công yêu cầu, chủ yếu là dùng phương pháp tự động đạt kích thước trên các máy công cụ đã điều chỉnh sẵn

Ở phương pháp này, dụng cụ cắt có vị trí tương quan cố định so với chi tiết gia công Hay nói cách khác, chi tiết gia công cũng phải có vị trí xác định

so với so với dụng cụ cắt, vị trí này được đảm bảo nhờ các cơ cấu định vị của

đồ gá, còn đồ gá lại có vị trí xác định trên bàn máy cũng nhờ các đồ định vị riêng

Hình 2.1_Phương pháp tự động đạt kích thước

Khi gia công theo phương pháp này, máy và dao đã được điều chỉnh sẵn

Chi tiết gia công được định vị nhờ cơ cấu định vị tiếp xúc với mặt đáy

và mặt bên Dao phay đĩa ba mặt đã được điều chỉnh trước sao cho mặt bên trái của dao cách mặt bên của đồ định vị một khoảng bằng b cố định và đường sinh thấp nhất của dao cách mặt trên của phiến định vị phía dưới một khoảng bằng a Do vậy, khi gia công cả loạt phôi, nếu không kể đến độ mòn của dao (coi như dao không mòn) thì các kích thước a và b nhận được trên chi tiết gia công của cả loạt đều bằng nhau

- Chỉ cần cắt một lần là đạt kích thước yêu cầu, do đó, năng suất cao

- Nâng cao hiệu quả kinh tế

* Khuyết điểm: (nếu quy mô sản xuất quá bé)

- Phí tổn về việc thiết kế, chế tạo đồ gá cũng như phí tổn về công, thời gian điều chỉnh máy và dao lớn có thể vượt quá hiệu quả mà phương pháp này mang lại

- Phí tổn về việc chế tạo phôi chính xác không bù lại được nếu số chi tiết gia

công quá ít khi tự động đạt kích thước ở nguyên công đầu tiên

- Nếu chất lượng dụng cụ kém, mau mòn thì kích thước đã điều chỉnh sẽ bị phá hoại nhanh chóng Do đó cứ phải điều chỉnh để khôi phục lại kích thước điều chỉnh ban đầu Điều này gây tốn kém và khá phiền phức

2.3.3 Phương pháp đạt độ chính xác gia công bằng điều khiển thích nghi

Ngày nay, với sự phát triển của kỹ thuật thông tin và kỹ thuật điều khiển tự động, tự động hóa, độ chính xác gia công có thể đạt được bằng phương pháp điều khiển thích nghi Theo phương pháp này thì trong quá trình gia công, các giá trị đo được này sẽ là các thông tin cần thiết để cho các bộ điều khiển có thể điều khiển dụng cụ cắt hay chi tiết ra, vào một lượng hợp lý

để đảm bảo kích thước gia công, qua đó đảm bảo độ chính xác gia công Tuy nhiên, giá thành chế tạo của loại hình này còn rất cao nên chỉ được áp dụng cho các chi tiết cần độ chính xác cao Ở nước ta hình thức này chưa phổ biến

2.4 Các yếu tố ảnh hương tới độ chính xác gia công

2.4.1 Do biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ

2.4.1.1 Sai số do chuyển vị của hai mũi tâm gây ra

Ảnh hưởng của độ cứng vững của hai mũi tâm không những gây ra sai

số kích thước mà còn cả sai số hình dáng, nó làm cho trục đã tiện có dạng lõm

ở giữa và loe ở hai đầu

2.4.1.2 Ảnh hưởng do biến dạng của chi tiết gia công

Chi tiết gia công có độ cứng vững không phải là tuyệt đối, mà nó cũng

sẽ bị biến dạng khi chịu tác dụng của lực cắt Ngay tại điểm mà lực cắt tác dụng, chi tiết gia công sẽ bị võng Lượng tăng bán kính hoàn toàn có thể xác định được nhờ các bài toán cơ bản về biến dạng đàn hồi của một hệ dưới tác dụng của ngoại lực

2.4.1.3 Sai số do biến dạng của dao và ụ gá dao:

Dao cắt và ụ gá dao khi chịu tác dụng của ngoại lực cũng bị biến dạng đàn hồi và làm cho bán kính chi tiết gia công tăng lên một lượng r3

Hình 2.2_Chuyển vị của mũi tâm

Hình 2.3_ Biến dạng chi tiết gia công

Độ cứng vững Jd của dao cắt và ụ gá dao là hằng số Ụ dao sẽ mang dao cắt di chuyển dọc theo trục của chi tiết để cắt hết chiều dài Vì vậy, ở vị trí bất

kỳ khi coi chế độ cắt là không đổi thì Py luôn là hằng số Vì thế, r3 cũng là hằng số

Điều này chứng tỏ rằng r3 chỉ có thể gây ra sai số kích thước đường kính của chi tiết gia công mà không gây ra sai số hình dáng Do đó, bằng cách cắt thử, đo và điều chỉnh lại chiều sâu cắt hoàn toàn có thể khử được r3 2.4.2 Ảnh hưởng độ chính xác của máy, dao, đồ gá và tình trạng mòn của chúng đến độ chính xác gia công

2.4.2.1 Sai số do máy công cụ

Hình 2.4_Máy tiện bị sai lệch

Hình 2.5_Máy phay bị sai lệch

* Nếu đường tâm trục chính máy tiện không song song với sống trượt của thân máy trong mặt phẳng nằm ngang thì khi tiện chi tiết gia công sẽ có hình côn

* Nếu đường tâm trục chính máy tiện không song song với sống trượt của thân máy trong mặt phẳng thẳng đứng thì khi tiện chi tiết gia công sẽ có hình hypecbôlôit

* Nếu sống trượt không thẳng trên mặt phẳng nằm ngang sẽ làm cho quỹ đạo chuyển động của mũi dao không thẳng, làm cho đường kính chi tiết gia công chỗ to, chỗ nhỏ

* Độ lệch tâm của mũi tâm trước so với tâm quay của trục chính sẽ làm cho đường tâm của chi tiết gia công không trùng với đường tâm của hai lỗ tâm đã

được gia công trước để gá đặt Chi tiết vẫn có tiết diện tròn nhưng tâm của nó lệch với đường nối hai lỗ tâm là e1

* Nếu chi tiết gia công trong một lần gá thì đường tâm của chi tiết là đường thẳng nhưng hợp với đường nối hai lỗ tâm một góc  Nhưng nếu gia công với hai lần gá (đổi đầu) thì mỗi đoạn cắt có một đường tâm riêng

* Nếu trục chính máy phay đứng không thẳng góc với mặt phẳng của bàn máy theo phương ngang thì mặt phẳng phay được sẽ không song song với mặt phẳng đáy của chi tiết đã được định vị trên bàn máy Độ không song song này chính bằng độ không vuông góc của đường tâm trục chính trên cả chiều rộng của chi tiết gia công

* Nếu trục chính máy phay đứng không thẳng góc với mặt phẳng của bàn máy theo phương dọc của bàn máy thì bề mặt gia công sẽ bị lõm

2.4.2.2 Sai số do đồ gá

Sai số chế tạo, lắp ráp đồ gá cũng ảnh hưởng đến độ chính xác của chi tiết gia công Nếu đồ gá chế tạo có sai số hoặc bị mòn sau một thời gian sử dụng sẽ làm thay đổi vị trí tương quan giữa máy, dao và chi tiết gia công, do

đó, gây ra sai số gia công

Để đảm bảo độ chính xác gia công (bù lại những sai số do chế tạo, lắp ráp, mòn các chi tiết chính của đồ gá), độ chính xác của đồ gá được chế tạo ra phải cao hơn ít nhất một cấp so với độ chính xác của kích thước cần đạt được

sẽ gia công trên đồ gá đó Điều này không dễ dàng đạt được khi gia công những chi tiết có độ chính xác cao

Dao phay ngón, phay đĩa dùng để gia công rãnh then thì sai số đường kính và chiều rộng của dao cũng ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác

chiều rộng rãnh then

Sai số bước ren, góc nâng của ren, góc đỉnh ren, đường kính trung bình của các loại tarô, bàn ren đều phản ánh trực tiếp lên ren gia công

Khi gia công bằng các loại dao định hình, nếu prôfin của lưỡi cắt có sai

số sẽ làm sai bề mặt gia công

Ngoài sai số chế tạo, trong quá trình cắt, dao sẽ bị mòn và ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác gia công Tùy theo mức độ mòn, dao có thể thay đổi cả hình dạng lẫn kích thước và sinh ra sai số trên chi tiết gia công dưới dạng sai

2.4.3 Ảnh hưởng do biến dạng nhiệt của hệ thống công nghệ đến độ chính xác gia công

2.4.3.1 Do biến dạng nhiệt của máy

Khi máy làm việc, nhiệt độ ở các bộ phận khác nhau có thể chênh lệch khoảng 10  150C, sinh ra biến dạng không đều và máy sẽ mất chính xác Ảnh hưởng đến độ chính xác gia công nhiều nhất là biến dạng nhiệt của ổ trục chính Nhiệt tăng làm cho tâm trục chính xê dịch theo hướng ngang và hướng đứng vì các điểm trên nó có nhiệt độ khác nhau

Thông thường, nhiệt tăng nhiều nhất ở ổ đỡ trục chính, nhiệt độ ở đây

có thể cao hơn các nơi khác của ụ trục chính từ 30  40%

Xê dịch theo hướng ngang làm thay đổi kích thước và hình dạng của chi tiết gia công, gây ra sai số hệ thống thay đổi Khi số vòng quay trục chính n càng lớn thì sự xê dịch càng nhiều và tỉ lệ thuận với n

Thời gian đốt nóng ụ trục chính khoảng 3  5 giờ, sau đó nhiệt độ đốt nóng cũng như vị trí tâm sẽ ổn định Nếu tắt máy sẽ xảy ra quá trình làm nguội

chậm và tâm của trục chính sẽ xê dịch theo hướng ngược lại

Để khắc phục sai số gia công do biến dạng nhiệt gây ra có thể mở máy

và chạy không tải chừng 2  3 giờ và trong quá trình gia công cố gắng không dừng máy lâu

Ngoài ra, đối với các máy công cụ chính xác cao, ánh nắng mặt trời chiếu vào cũng làm cho máy mất chính xác

2.4.3.2 Do biến dạng nhiệt của dụng cụ cắt

Tại vùng cắt, hầu hết công cơ học cần thiết cho qúa trình cắt đều chuyển thành nhiệt Tùy theo chế độ cắt, vật liệu làm dao, vật liệu gia công

mà tỷ lệ phần nhiệt phân bố vào phoi, chi tiết gia công, dụng cụ cắt và một phần tỏa ra môi trường xung quanh sẽ khác nhau

Khi nhiệt cắt truyền vào dao, dao bị nở dài, mũi dao vươn thêm về phía trước làm cho đường kính ngoài giảm đi, đường kính lỗ tăng lên Cho đến khi dao ở trạng thái cân bằng nhiệt thì dao không nở dài thêm nữa và nếu không

có sự mòn dao thì kích thước gia công sẽ không đổi

2.4.3.3 Do biến dạng nhiệt của chi tiết gia công

Một phần nhiệt ở vùng cắt truyền vào chi tiết gia công, làm nó biến dạng và gây ra sai số gia công Nếu chi tiết được nung nóng toàn bộ thì chỉ gây ra sai số kích thước, còn nếu bị nóng không đều thì còn gây ra cả sai số hình dáng

Nhiệt độ của chi tiết gia công trong quá trình cắt phụ thuộc vào chế độ cắt Khi tiện, nếu tăng vận tốc cắt và lượng chạy dao, tức là rút ngắn thời gian nung nóng liên tục chi tiết gia công thì nhiệt độ của nó sẽ nhỏ Còn chiều sâu cắt tăng thì nhiệt độ chi tiết gia công cũng tăng theo

2.4.4 Sai số do rung động phát sinh trong quá trình cắt

Rung động của hệ thống công nghệ trong quá trình cắt không những làm tăng độ nhám bề mặt và độ sóng, làm cho dao nhanh mòn mà còn làm cho lớp kim loại mặt bị cứng nguội, hạn chế khả năng cắt gọt Rung động làm cho vị trí tương đối giữa dao cắt và vật gia công thay đổi theo chu kỳ, nếu tần

số thấp, biên độ lớn sẽ sinh ra độ sóng bề mặt; nếu tần số cao, biên độ thấp sẽ sinh ra độ nhám bề mặt

Ngoài ra, rung động làm cho chiều sâu cắt, tiết diện phoi và lực cắt sẽ tăng, giảm theo chu kỳ, làm ảnh hưởng tới sai số gia công

2.4.5 Sai số do chọn chuẩn và gá đặt chi tiết gia công

Để có thể gia công được phải gá đặt chi tiết lên máy Bản thân việc gá đặt này cũng có sai số và ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công Khi

gá đặt không hợp lý, sai số do gá đặt lớn và ảnh hưởng đến độ chính xác gia công

2.4.6 Sai số do phương pháp đo và dụng cụ đo gây ra

Trong quá trình chế tạo, đo lường cũng gây ra sai số và ảnh hưởng đến

độ chính xác gia công Những sai số do đo lường bao gồm:

- Sai số do dụng cụ đo: tuy là dụng cụ để đánh giá độ chính xác gia công nhưng bản thân nó khi chế tạo, lắp ráp cũng bị sai số

- Sai số do phương pháp đo

Để giảm bớt ảnh hưởng của đo lường đến độ chính xác gia công, khi đo lường phải chọn dụng cụ đo và phương pháp đo phù hợp

2.5.Khả năng đạt độ chính xác của các phương pháp gia công cắt gọt

2.5.1 Các phương pháp cắt gọt sử dụng dụng cụ cắt có thông số hình học cố định

Hiện nay, việc gia công bằng phương pháp cắt gọt bằng dụng cụ cắt có lưỡi cắt cố định vẫn chiếm một tỉ lệ lớn trong quá trình gia công chế tạo các sản phẩm cơ khí Đó là các phương pháp gia công như Tiện, Phay, Bào, Khoan Mỗi phương pháp cho một độ chính xác khác nhau nhưng nói chung

là độ chính xác của các phương pháp này vẫn thấp, đạt độ chính xác cao nhất khoảng cấp 7, do các yếu tố sau:

- Tốc độ gia công thấp nên chất lượng bề mặt chi tiết chua cao

- Do chiều sâu lớp cắt tới hạn(Lớn hơn 0,02mm)

- Thường gia công các vật liệu chưa qua nhiệt luyện nên chất lượng bề mặt

2.5.2 Mài và các phương pháp gia công sử dụng hạt mài

Mài và các phương pháp gia công bằng vật liệu hạt mài như Nghiền, Khôn, Mài siêu tinh xác là các phương pháp gia công tinh cho độ chính xác gia công cao Bằng phương pháp mài, có thể gia công được chi tiết đạt độ chính xác cấp 6-7, cấp độ bóng 8-10, do đó có thể sử dụng cho gia công lần cuối Với phương pháp gia công khác còn có thể đạt độ chính xác cao hơn nữa Do vậy, đây là các phương pháp được sử dụng chủ yếu để gia công các chi tiết đạt độ chính xác cao và rất cao Sở dĩ các phương pháp gia công này đạt độ chính xác gia công cao là vì một số nguyên nhân sau đây:

- Chiều sâu cắt trong các nguyên công này là rất nhỏ Chiều sâu cắt khi mài từ 2-20μm, khi nghiền và khôn còn nhỏ hơn nữa

- Tốc độ cắt rất lớn(khi mài) hoặc rất bé (khi nghiền, khôn)

2.5.3 Các phương pháp gia công truyền thống có sử dụng máy CNC và máy công cụ cắt tiên tiến

Độ chính xác gia công phụ thuộc nhiều vào máy công cụ được sử dụng để gia công chi tiết Ngày nay, với sự ra đời của các máy CNC, độ chính xác gia công cơ khí đã được tăng lên đáng kể, đặc biệt khi gia công bằng các dụng cụ cắt vật liệu mới có tính năng sử dụng tốt hơn Đó là do:

- Máy CNC có độ chính xác rất cao Độ chính xác của các máy CNC cao hơn rất nhiều so với các máy công cụ tryền thống Sai số dịch chuyển cạnh dao trong máy CNC là 1μm với các máy Trung tâm gia công (Machingning Center), và 0,1μm cho các trung tâm mài(Grinding Center)

- Có thể cắt với tốc độ cao hơn nhiều so với máy truyền thống Hiện nay, các máy CNC đã có tốc độ trục chính lên tới 30.000v/ph Với vận tốc trục chính

cao như vậy, có thể gia công cắt gọt kim loại với tốc độ cao, điều này làm cho chất lượng bề mặt cao hơn, qua đó góp phần làm tăng độ chính xác gia công 2.5.4 Các phương phap gia công tiến tiến: Công nghệ Na-nô

Với các phương pháp gia công truyền thống đã nêu ở trên, việc nâng cao độ chính xác gia công đã được nghiên cứu và đã đạt được nhiều kết quả đáng kể Tuy nhiên, Các phương pháp công nghệ trên chỉ mới dừng lại ở giới hạn kích thước Micomet

Hiện nay, để nâng cao độ chính xác gia công và thu gọn kích thước của sản phẩm, công nghệ Na-nô đã và đang được nghiên cứu và phát triển Với việc gới hạn kích thước nghiên cứu đạt tới 10-9 mm, công nghệ Na-no đã và đang

là hướng nghiên cứu mới để nâng cao độ chính xác gia công trong tương lai

2.6 Các nghiên cứu có liên quan đến đề tài và phạm vi nghiên cứu đề tài

2.6.1 Các nghiên cứu có liên quan

Việc nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt khi gia công trên máy CNC cũng đã và đang được nghiên cứu ở nước ta Luận

án tiến sỹ kỹ thuật: Mô hình hóa quá trình cắt khi phay trên máy CNC của tác giả HoàngViệt Hồng [3] Trong luận án tiến sỹ của mình tác giả đã nghiên cứu, thiết lập mô hình các đại lượng đặc trưng xuất hiện trong và sau quá trình cắt khi phay để xây dựng miền giới hạn của bài toán xác định chế độ cắt tối ưu khi phay, tìm tín hiệu phù hợp phục vụ cho điều khiển thích nghi trong quá trình phay, đảm bảo hệ thống làm việc an toàn, tăng năng suất gia công, tận dụng hết khả năng cắt của dụng cụ, nâng cao độ chính xác nguyên công và góp phần thực hiện tự động hóa quá trình sản xuất, dẫn tới chi phí sản xuất thấp

Việc nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt tới độ nhám bề mặt đã được nghiên cứu nhiều ở các nước phát triển như Đức, Mỹ, Nhật, Pháp, Thủy Sỹ Ví dụ nghiên cứu về ảnh hưởng của chế độ cắt tới độ nhám bề mặt của tác giả Chang-Xue(Jack)Feng[4]

2.6.2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Độ chính xác gia công là một thông số mang tính tổng hợp Tuy nhiên, hai yếu tố quan trọng trong độ chính xác gia công là độ chính xác về kích thước

và độ nhám bề mặt thì lại có liên hệ mật thiết với nhau, trong độ nhám bề mặt

Ra bằng khoảng 5-20% dung sai kích thước [2],[5] Bề mặt có độ nhám bề mặt nhỏ thì độ chính xác kích thước về hình học mới cao và ngược lại Do đó việc nghiên cứu độ nhám bề mặt của một phương pháp gia công thì có thể đánh giá độ chính xác gia công về kích thước hình học của phương pháp đó

Do vậy phạm vi luận văn này chỉ giới hạn ở việc nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ: tốc độ cắt V(m/ph), lượng chạy dao S(mm/ph), chiều sâu cắt t(mm) đến độ nhám bề mặt chi tiết máy (Ra) khi gia công trên máy phay CNC với vật liệu thép CD90