Nghiên cứu lựa chọn chế độ cắt hợp lý khi tiện cứng trên máy tiện cnc thép hợp kim đã nhiệt luyện nhằm phục vụ cho chế tạo xupap động cơ đốt trong

Các máy CNC có thể thực hiện cùng một lúc nhiều chuyển dộng khác nhau, 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, …

LU ẬN VĂN THẠC SĨ

TR ẦN ĐỖ AN

An.TDCB190066@sis.hust.edu.vn

Ngành Cơ khí chế tạo máy

Gi ảng viên hướng dẫn: PGS TS Bùi Ngọc Tuyên

Ch ữ ký của GVHD

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

H ọ và tên tác giả luận văn: Trần Đỗ An

Đề tài luận văn: Nghiên cứu lựa chọn chế độ cắt hợp lý khi tiện cứng trên máy tiện

CNC thép h ợp kim đã nhiệt luyện nhằm phục vụ cho chế tạo xupap

- Bổ sung bảng chữ cái viết tắt

- Rút ngắn nội dung luận văn

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tập, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, chỉ bảo của Ban giám hiệu, Viện đào tạo sau đại học, các thầy cô giáo trong Viện Cơ Khí, bộ môn Công nghệ chế tạo máy, bộ môn Cơ khí chính xác và quang học, Trung tâm hỗ trợ đào tạo nghiên cứu và đổi mới công nghệ cơ khí Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin cảm ơn chân thành đến các Quý

Thầy Cô, đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn PGS TS Bùi Ngọc Tuyên, Giảng

viên Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã định hướng đề tài, hướng dẫn tận tình tôi trong việc tiếp cận và khai thác tài liệu tham khảo cũng như những chỉ bảo trong quá trình tôi làm luận văn.

TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN

Ngày nay, để nâng cao năng suất, chất lượng trong chế tạo các chi tiết máy, cần phải sử dụng các máy móc, trang thiết bị công nghệ hiện đại, tiên tiến, nhất là các máy công cụ điều khiển số CNC Các máy CNC có thể thực hiện cùng một lúc nhiều chuyển dộng khác nhau, 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, … Đối với một hệ thống công nghệ nhất định, năng suất hay chất lượng

bề mặt phụ thuộc chủ yếu vào chế độ cắt được cài đặt Điều khiển các thông

số chế độ cắt là phương pháp cơ bản và hiệu quả để kiểm soát chất lượng gia công, nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị Do đó, cài đặt chế độ cắt hợp lý hay tối ưu để nâng cao năng suất gia công, chất lượng gia công là điều kiện cần cho quá trình gia công cơ khí

Với đề tài “Nghiên cứu lựa chọn chế độ cắt hợp lý khi tiện cứng trên

máy tiện CNC thép hợp kim đã nhiệt luyện nhằm phục vụ cho chế tạo xupap động cơ đốt trong” Tôi tập trung nghiên cứu tổng quan về quá trình

tiện (đặc biệt là tiện cứng trên máy tiện CNC), tìm hiểu về chất lượng bề mặt

và độ chính xác kích thước khi gia công Sử dụng phương pháp tính toán truyền thống, phương pháp thực nghiệm Taguchi và các phần mềm bao gồm:

Microsoft Excel và Minitab để tính toán, chọn ra được bộ thông số khi tiện phù hợp nhất, làm cho chi tiết có độ nhám thấp nhất và độ chính xác về kích thước là phù hợp nhất nhằm nâng cao chất lượng của chi tiết mà vẫn đảm bảo kinh tế

Luận văn đã kế thừa lý thuyết về độ nhám và độ chính xác về kích thước khi gia công chi tiết, áp dụng các giá trị nghiên cứu khoa học vào cải tiến, nâng cao hiệu quả khi gia công chi tiết Qua đó giải quyết các yêu cầu về kỹ thuật và chất lượng chi tiết gia công theo thực tiễn hiện nay, cũng như giải quyết vấn đề kinh tế, đầu tư thiết bị, thời gian Trên cơ sở đã đạt được tiếp tục tiến hành mô phỏng các chế độ tiện khác nhau để tìm ra các chế độ tiện tối ưu nhất để đạt độ chính xác của chi tiết, khi đó việc chọn thông số khi tiện đạt kết quả cao.

HỌC VIÊN

Ký và ghi rõ họ tên

Trần Đỗ An

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng, Luận văn thạc sỹ: ‘‘Nghiên cứu lựa chọn chế

độ cắt hợp lý khi tiện cứng trên máy tiện CNC thép hợp kim đã nhiệt luyện nhằm phục vụ cho chế tạo xupap động cơ đốt trong.’’ là công trình

nghiên cứu của cá nhân tôi, không sao chép của bất kỳ ai Trừ các phần tham khảo đã được nêu rõ trong Luận văn

Tôi xin chịu mọi trách nhiệm về công trình nghiên cứu của mình!

Hà Nội, ngày tháng năm 2021

Người cam đoan

Trần Đỗ An

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN I TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN I LỜI CAM ĐOAN III MỤC LỤC IV

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH TIỆN 5

1.1 Khái niệm chung về gia công tiện 5

1.2 Các phương pháp gia công tiện 6

1.3 Thông số chế độ cắt 11

1.4 Tiện cứng 16

1.5 Máy tiện và dao tiện CNC 19

1.6 Kết luận 35

CHƯƠNG 2: CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC KÍCH THƯỚC KHI GIA CÔNG CƠ KHÍ 36

2.1 Khái niệm chung về gia công cơ khí 36

2.2 Các yếu tố đặc trưng của chất lượng bề mặt 38

2.3 Độ chính kích thước khi xác gia công cơ khí 53

2.4 Kết luận 59

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM TAGUCHI 60

3.1 Phương pháp Taguchi 60

3.2 Các khái niệm cơ bản 62

3.3 Trình tự các bước áp dụng phương pháp Taguchi 78

3.4 Nhận xét 78

3.5 Kết luận 79

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 80

4.1 Thực nghiệm tiện cứng CNC thép 40 Cr nhiệt luyện 80

4.2 Ứng dụng tiện cứng CNC gia công chế tạo Xupap động cơ UAZ – 469 93

4.3 Kết luận 97

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 98TÀI LIỆU THAM KHẢO 100

DANH MỤC HÌNH VẼ

Danh sách hình chương 1:

Hình 1 1: Gia công trên máy tiện 5

Hình 1 2: Sơ đồ xén mặt đầu 7

Hình 1 3: Các dạng lỗ tâm tiêu chuẩn 7

Hình 1 4: Sơ đồ tiện trục trơn 7

Hình 1 5: Sơ đồ tiện trục bậc 8

Hình 1 6: Trục lệch tâm 8

Hình 1 7: Tiện trục lệch tâm sử dụng hai hệ lỗ tâm 8

Hình 1 8: Các thông số của mặt côn 9

Hình 1 9: Gia công mặt côn sử dụng dao định hình - dao bản rộng 9

Hình 1 10: Gia công mặt côn bằng cách quay nghiêng bàn xe dao 9

Hình 1 11: Gia công mặt côn bằng cách đánh lệch ụ sau 10

Hình 1 12: Tiện chép hình 10

Hình 1 13: Tiện ren 10

Hình 1 14: Chế độ tiện tối ưu trong gia công tiện 11

Hình 1 15: Chiều sâu cắt khi tiện 12

Hình 1 16: Chiều sâu khi tiện 13

Hình 1 17: Lượng chạy dao khi tiện 13

Hình 1 18: Lượng chạy dao khi tiện 14

Hình 1 19: Tốc độ cắt 15

Hình 1 20: Tiện trụ ngoài 15

Hình 1 21: Máy tiện CNC dùng trong công nghiệp 19

Hình 1 22: Hệ thống truyền động chạy dao của máy tiện CNC 22

Hình 1 23: Hệ thống gá đặt dụng cụ 23

Hình 1 24 Driver UDX 5114 của hãng VEXTA 24

Hình 1 25 Hình dáng của Resolver 25

Hình 1 26 Hình dáng Inductosyn 26

Hình 1 27 Cách sắp xếp các cuộn dây và dạng sóng sin của Inductosyn 26

Hình 1 28 Sơ đồ các dao tiện gắn mảnh hợp kim cứng 28

Hình 1 29 Hình dạng một số loại mảnh dao 29

Hình 1 30 Hệ thống dao T-MAX P 31

Hình 1 31 Hệ thống dao T-MAX U 31

Hình 1 32 Hệ thống dao cắt đứt T-MAX Q 31

Hình 1 33 Hệ thống dao tiện ren T-MAX U 31

Hình 1 34 Hệ trục tọa độ theo quy tắc bàn tay phải 32

Hình 1 35 Các trục tọa độ trên máy Tiện CNC 33

Hình 1 36 Ghi kích thước tuyệt đối 34

Hình 1 37 Ghi kích thước tương đối 34

Danh sách hình chương 2: Hình 2 1: Dạng hình học vĩ mô trên bề mặt chi tiết do lưỡi cắt có r = 0 39

Hình 2 2: Dạng bề mặt lý tưởng của cho tiết máy khi tiện, bào với lưỡi cắt có r ≠ 0 39

Hình 2 3: Sơ đồ xác định độ nhấp nhô tế vi của bề mặt chi tiết máy 40

Hình 2 4 Tổng quát về độ nhám và độ sóng bề mặt của chi tiết máy 41

Hình 2 5 Độ nhám bề mặt chi tiết 42

Hình 2 6: Ảnh hưởng của lượng chạy dao S tới chiều cao nhấp nhô tế vi Rz 45

Hình 2 7: Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến độ nhám bề mặt khi gia công thép 47

Hình 2 8: Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt Ra tới độ mòn U của chi tiết 48

Hình 2 9 Kính hiển vi quang học 51

Hình 2 10 Máy đo nhám MOMMEL TESTER 1000 52

Hình 2 11: Sơ đồ biểu diễn kích thước, sai lệch và dung sai 56

Hình 2 12: Thước lá 56

Hình 2 13: Thước cặp và cấu tạo thước cặp 57

Hình 2 14: Panme 57

Hình 2 15: Đồng hồ so Mitutoyo 58

Danh sách hình chương 3: Hình 3 1: Phân bố đầu ra thực và giá trị đích 70

Hình 3 2: Ảnh hưởng của độ nhiễu lên kết quả ra tính theo tỷ số S/N 71

Danh sách hình chương 4:

Hình 4 1: Mẫu thực nghiệm 80

Hình 4 2: Máy tiện CLX-350 81

Hình 4 3: Máy đo nhám T1000 82

Hình 4 4: Thiết bị đo kích thước Mitutoyo 83

Hình 4 5: Mảnh dao tiện CNMG 120404 84

Hình 4 6: Đồ thị độ nhám trung bình ở các mức của V, S, t 87

Hình 4 7: Đồ thị S/N trung bình của độ nhám ở các mức của V, S, t 88

Hình 4 8: Đồ thị độ sai lệch kích thước trung bình ở các mức của V, S, t 90

Hình 4 9: Đồ thị giá trị S/N của độ sai lệch kích thước trung bình ở các mức của V, S, t 90

Hình 4 10: Bản vẽ chế tạo xupap động cơ UAZ-469 94

Hình 4 11: Xupap động cơ UAZ 469 96

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Danh mục bảng chương 2:

Bảng 2 1 Tiêu chuẩn đánh nhà nước về độ nhẵn của chi tiết 53

Bảng 2 2 Cấp chính xác đạt được bằng các phương pháp gia công 58

Danh mục bảng chương 3: Bảng 3 1: Lựa chọn bảng trực giao 63

Bảng 3 2: Bảng trực giao OA4(23) 64

Bảng 3 3 Bảng trực giao OA8(27) 64

Bảng 3 4 Bảng trực giao OA25(56) 65

Bảng 3 5 Một số chú ý khi thiết kế bảng trực giao 66

Bảng 3 6: Cách xác định hệ số ai trong bảng trực giao 67

Bảng 3 7: Bảng kết quả thí nghiệm với đầu ra S/N 72

Danh mục bảng chương 4: Bảng 4 1: Thông số kỹ thuật máy tiện CLX-350 81

Bảng 4 2: Bảng thông số máy đo độ nhám T1000 82

Bảng 4 3: Thông số thiết bị đo kích thước Mitutoyo 83

Bảng 4 4: Thông số dao tiện CNMG 120404 84

Bảng 4 5: Chế độ cắt thực nghiệm V, S, t 85

Bảng 4 6: Bảng trực giao L9 85

Bảng 4 7: Kết quả thực nghiệm 86

Bảng 4 8: Kết quả độ nhám trung bình ở các mức của V, S, t 87

Bảng 4 9: Kết quả S/N trung bình của độ nhám ở các mức của V, S, t 88

Bảng 4 10: Mức độ ảnh hưởng (%) 88

Bảng 4 11 Độ sai lệch kích thước trung bình ở các mức của V, S, t 89

Bảng 4 12: Giá trị S/N của độ sai lệch kích thước trung bình ở các mức của V, S, t 90

Bảng 4 13: Mức độ ảnh hưởng (%) 91

Bảng 4 14: Bảng số liệu đo kích thước, độ nhám 96

DANH MỤC BẢNG BIỂU

STT Ký hiệu chữ

viết tắt Chữ viết đầy đủ

(Computer Numerical Control)

(Central Processing Unit)

4 PC Máy tính dùng để lập trình chương trình gia

công (Personal Computer)

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay, gia công đạt độ chính xác cao là quá trình công nghệ phổ biến và

xu thế phát triển tất yếu trong kỹ thuật gia công cơ khí Tìm hiểu qui luật phân bố ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến năng suất và chất lượng gia công là phương pháp cơ bản để điều khiển quá trình công nghệ Mặt khác, ứng dụng kỹ thuật điều khiển số (NC) là xu hướng phát triển mạnh mẽ trong công nghiệp từ thiết bị đến qui trình công nghệ với các ưu thế về độ chính xác và khả năng linh hoạt Tính linh hoạt của thiết bị trong hệ thống công nghệ tỷ lệ thuận với chi phí

và giá thành, do vậy sử dụng hiệu quả thiết bị là điều kiện cần thiết với mọi quá trình công nghệ Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp kim khí phụ trợ đóng vai trò rất to lớn trong nhiều lĩnh vực: Sản xuất ô tô, máy bay, thiết bị xây dựng, máy nông nghiệp, máy công nghiệp, dược phẩm, thực phẩm,

cơ khí … Trong khi đó, thép 40Cr là một trong những vật liệu thường xuyên được

sử dụng dùng để chế tạo các chi tiết máy quan trọng như: trục, thanh ren, vít, vv…

Do vậy việc nghiên cứu và tối ưu quá trình gia công thép 40Cr và việc lựa chọn bộ thông số chế độ cắt (V, S, t) để nâng cao chất lượng của sản phẩm là việc rất cần thiết

Kỹ thuật gia công cơ khí trên các máy điều khiển số (CNC) đang được nghiên cứu, ứng dụng và phát triển lớn mạnh tại Việt Nam cũng như các nước trên thế giới Ngành công nghệ gia công, chế tạo thiết bị có những bước phát triển vượt bậc với những máy CNC có khả năng gia công đạt độ chính xác rất cao đáp ứng nhu cầu gia tăng độ chính xác Với một hệ thống công nghệ nhất định, năng suất hay chất lượng bề mặt phụ thuộc chủ yếu vào chế độ cắt được cài đặt Vì vậy điều khiển các thông số chế độ cắt là phương pháp cơ bản và hiệu quả để kiểm soát chất lượng gia công cũng như nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị Do đó cài đặt chế độ cắt hợp lý hay tối ưu là điều kiện cần cho quá trình gia công cơ khí

Để nâng cao năng suất, chất lượng trong chế tạo các chi tiết máy, cần phải sử dụng các máy móc, trang thiết bị công nghệ hiện đại, tiên tiến, nhất là các máy công cụ điều khiển số CNC Các máy móc, trang thiết bị hiện đại rất đắt tiền, vì

vậy để đảm bảo sử dụng hiệu quả các máy móc, thiết bị này thì việc gia công phải được thực hiện bằng chế độ cắt tối ưu Máy công cụ điều khiển số CNC có rất nhiều lợi ích, trong đó có 3 lợi ích chính mà người sử dụng quan tâm nhất:

+ Tự động hóa sản xuất: Sau khi nạp chương trình gia công, nhiều máy CNC

có thể tự động chạy liên tục cho tới khi kết thúc, và như vậy giải phóng nhân lực cho công việc khác

+ Độ chính xác và lặp lại cao của sản phẩm: Các máy CNC thế hệ mới cho phép gia công các sản phẩm có độ chính xác và độ phức tạp cao mà máy công cụ truyền thống không thể làm được

+ Linh hoạt Chế tạo một chi tiết mới trên máy CNC đồng nghĩa với nạp cho máy một chương trình gia công mới

Chính vì vậy, tác giả chọn đề tài nghiên cứu luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu

lựa chọn chế độ cắt hợp lý khi tiện cứng trên máy tiện CNC thép hợp kim đã nhiệt luyện nhằm phục vụ cho chế tạo xupap động cơ đốt trong”

2 Mục tiêu, vấn đề mà luận văn hướng đến:

- Nghiên cứu được mức độ ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt (tốc độ cắt

V, lượng tiến dao S và chiều sâu cắt t)

- Nghiên cứu phương pháp tiếp cận mới làm tăng khả năng dự đoán chất lượng gia công

- Tăng độ chính xác khi xác định chế độ cắt tối ưu cho gia công trên máy phay CNC trên cơ sở nâng cao năng suất và chất lượng bề mặt chi tiết gia công

- Xây dựng mối quan hệ thực nghiệm giữa chế độ cắt với năng suất và chất lượng bề mặt, tính toán chế độ cắt tối ưu cho gia công một số thép hợp kim

- Ứng dụng phương pháp Taguchi và phân tích phương sai ANOVA

=> Từ đó, tìm ra bộ thông số chế độ cắt tối ưu trong miền thực nghiệm nhằm đạt được độ chính xác kích thước và độ nhám bề mặt gia công (Ra) là nhỏ nhất

3 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu nghiên cứu của đề tài, nội dung nghiên cứu bao gồm các phần sau:

- Tổng quan về quá trình tiện và dao tiện trên máy tiện CNC

- Chất lượng bề mặt và độ chính xác kích thước sau khi gia công cơ khí

- Nghiên cứu phương pháp thực nghiệm Taguchi

- Thiết kế thực nghiệm và tiến hành thực nghiệm

- Xử lý số liệu thực nghiệm, phân tích kết quả thực nghiệm

- Đánh giá và đưa ra kết luận

- Ứng dụng chế tạo mẫu xupap

4 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài

❖ Cơ sở khoa học:

- Đóng góp vào việc nghiên cứu tối ưu hóa chế độ cắt cho phương pháp tiện CNC đảm bảo đạt được đồng thời độ chính xác kích thước cao nhất và độ nhám

bề mặt (Ra) là nhỏ nhất

- Đưa phương pháp Taguchi vào trong thiết kế thực nghiệm và tính toán mức

độ ảnh hưởng của thông số công nghệ đến năng suất và chất lượng bề mặt

- Sử dụng phương pháp Taguchi và phân tích phương sai ANOVA để đánh giá được mức độ ảnh hưởng của ba thông số chế độ cắt (V, S, t) đến độ chính xác kích thước và độ nhám bề mặt khi tiện CNC

- Các nội dung nghiên cứu của luận án góp phần làm phong phú và sâu sắc thêm các kiến thức chuyên ngành trong lĩnh vực điều khiển số các máy công cụ

❖ Ý nghĩa thực tiễn:

- Làm phong phú thêm lý thuyết trong qui hoạch thực nghiệm và xử lý dữ liệu thực nghiệm, quá trình tối ưu hóa các thông số công nghệ trong điều kiện tại Việt Nam

- Đề tài mang tính ứng dụng cao, kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở cho việc lựa chọn bộ thông số chế độ cắt tối ưu khi tiện thép 40 Cr đã nhiệt luyên trên máy tiện CNC nhằm đạt được độ chính xác kích thước cao nhất và độ nhám bề mặt gia công (Ra) là nhỏ nhất

- Áp dụng bộ thông số chế độ cắt đã tìm ra, thực nghiệm chế tạo xupap nạp động cơ đốt trong, cải tiến rút ngắn quy trình, loại bỏ nguyên công mài, giảm thời gian và chi phí gia công

5 Bố cục của luận văn

Sau phần Mở đầu với các mục theo quy định, các nội dung nghiên cứu của luận án được trình bày trong 4 chương như sau:

Chương 1: Tổng quan về quá trình tiện và dạo tiện

Chương 2: Chất lượng bề mặt và độ chính xác kích thước khi gia công cơ khí Chương 3: Phương pháp thức nghiệm TAGUCHI

Chương 4: Nghiên cứu thức nghiệm

Phần cuối cùng là Kết luận và kiến nghị sẽ tổng kết các kết quả nghiên cứu của đề tài và đề xuất một số hướng nghiên cứu tiếp theo

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH TIỆN

1.1 Khái niệm chung về gia công tiện

1.1.1 Khái niệm về gia công tiện:

Tiện là một trong những phương pháp gia công cắt gọt chi tiết thông dụng của ngành gia công chế tạo chi tiết máy Nguyên công tiện là một trong những nguyên công chính của ngành cơ khí Gia công tiện CNC khác với gia công tiện vạn năng là ứng dụng các máy CNC để tiện, giúp mang lại độ chính xác, năng suất cao cho chi tiết được gia công

1: Phôi

2: Dụng cụ cắt

Hình 1 1: Gia công trên máy tiện

1.1.2 Đặc điểm gia công tiện

Bao gồm các đặc điểm sau:

- Gia công tiện cho năng suất tương đối cao

- Độ chính xác gia công đạt cao khi tiện tinh

- Thao tác, vận hành đối với máy tiện đơn giản

- Các sản phẩm chủ yếu có dạng tròn xoay như: trục trơn, trục bậc, côn, ren, lỗ, lệch tâm

- Có nhiều kiểu loại, kích cỡ máy khác nhau do đó tạo ra các sản phẩm

có tính đa dạng cao

- Khó gia công các chi tiết có hình dạng phức tạp, đặc biệt trên mặt phẳng

- Độ cứng vững của hệ thống công nghệ không cao, đặc biệt là máy tiện băng dài

1

2

S

n

1.1.3 Công dụng

Các công dụng bao gồm:

- Gia công tất cả các chi tiết máy có sự tạo hình nhờ chuyển động quay của phôi

- Gia công một số bề mặt đặc biệt sử dụng các bịên pháp gá chuyên dùng

- Gia công các loại lỗ bao gồm lỗ thông hoặc không thông, ren hoặc không ren, hoặc lỗ định hình

- Gia công các bề mặt trục trơn, trục bậc, trục lệch tâm, mặt côn, gia công ren, gia công mặt đầu, mặt định hình tròn xoay

1.2 Các phương pháp gia công tiện

Đặc điểm của phương pháp tiện:

- Phương pháp tiện là một phương pháp gia công cơ khí là phương pháp gia công cắt gọt các thiết bị trong phân xưởng

- Phương pháp tiện ngày nay thường phải sử dụng đến các loại máy tiện chuyên dụng như: Máy tiện cụt, máy tiện RW, máy tiện ren vít vạn năng, máy tiện đứng Bên cạnh đó, có phương pháp tiện còn có thể thực hiện trên các loại máy khác như: Máy phay, máy khoan, máy doa hay những máy gia công trung tâm …

- Dao tiện là dụng cụ dùng để cắt khi tiện, dao tiện cũng có nhiều loại: dao đầu cong, dao đầu thẳng, dao vai, dao tiện lỗ, dao tiện định hình…

- Về độ chính xác: Độ chính xác của các chi tiết tiện phụ thuộc vào nguyên liệu dùng để tiện, chất lượng chế tạo dụng cụ, tay nghề của công nhân, trạng thái của bề mặt tiện, độ chính xác của máy tiện, …

- Về năng suất gia công các sản phẩm tiện: Phụ thuộc vào nhiều yế tố như vật liệu tiện, máy tiện, trình độ công nhân, trạng thái bề mặt gia công, dao tiện, …

1.2.1 Xén mặt đầu và khoan lỗ chống tâm

Mục đích của xén mặt đầu là tạo chuẩn cho gia công lỗ tâm

Sơ đồ tiện trục trơn:

Hình 1 4: Sơ đồ tiện trục trơn

Khi lượng dư gia công 𝛿 lớn, nên chọn 𝛿 = k.t (k = 1, 2, , n)

1.2.5 Tiện mặt côn

Hình 1 8: Các thông số của mặt côn

Cách tiến hành: Sử dụng dao định hình - dao bản rộng

Hình 1 9: Gia công mặt côn sử dụng dao định hình - dao bản rộng

Chỉ gia công được những đoạn côn có chiều dài ngắn, chủ yếu để vát mép các cạnh sắc của chi tiết Quay nghiêng bàn xe dao:

Hình 1 10: Gia công mặt côn bằng cách quay nghiêng bàn xe dao

Có thể tiện những đoạn côn có chiều dài lớn, nhưng độ cứng vững giảm, chất lượng bề mặt gia công không cao

Khi góc côn quá lớn (> 300) thì có hai yếu tố xảy ra: chiều sâu cắt ban đầu quá lớn, gây ra va đập giữa dụng cụ và phôi có thể dẫn tới gãy dụng cụ, vì vậy phải tiến hành tiện nhiều lần làm giảm năng suất của quá trình gia công và yếu tố thứ hai là góc xoay quá lớn dẫn đến độ rung động của dao cao

- Đánh lệch ụ sau:

Mục đích là tạo ra đường tâm của chi tiết tạo thành góc côn so với trục chính của máy, dao vẫn chuyển động thẳng do đó giảm rung động của dao và nâng cao chất lượng bề mặt gia công Chỉ áp dụng khi góc côn ≤ 80 và độ dài phần côn lớn

Hình 1 11: Gia công mặt côn bằng cách đánh lệch ụ sau

1.2.6 Tiện chép hình

Dùng dưỡng để dao chuyển động theo dưỡng và giữ nguyên khoảng cách từ chi tiết đến vị trí kẹp dao Dùng tiện các chi tiết có biên dạng cong phức tạp, nhưng chỉ sử dụng khi sản xuất hàng loạt

Rãnh chép

Cách tiến dao khi tiện ren:

Cách 1: Tiến dao thẳng

+ Ưu điểm: dùng đồng thời cả hai lưỡi cắt do đó năng suất cao, dạng ren

chính xác, do đó tiến dao thẳng thường dùng khi tiện ren có yêu cầu kỹ thuật cao

+ Nhược điểm: dao chóng mòn, giảm tuổi thọ của dao

Cách 2: Tiến dao nghiêng

+ Ưu điểm: giảm lực cắt

+ Nhược điểm: năng suất thấp, độ chính xác của ren không cao Do đó tiến dao

nghiêng thường dùng khi tiện ren có yêu cầu kỹ thuật không cao, nhưng cần có năng

1.3 Thông số chế độ cắt

Các thông số về lượng chạy sao (S), Vận tốc cắt (V), và chiều sâu cắt (t) Các thông số này cực kỳ quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình gia công cũng như ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm, thời gian gia công, ảnh hưởng đến nhiệt độ cắt, ảnh hưởng đến dao và quá trình lẹo dao, ảnh hưởng đến độ nhám, ảnh hưởng đến độ cong vênh, ảnh hưởng đến năng suất, ảnh hưởng đến rất nhiều thứ khác và từ đó ảnh hưởng trực tiếp đến giá thành sản phẩm

1.3.1 Chọn chế độ cắt trong gia công cơ khí ít tốn thời gian nhất

Chọn chế độ cắt là xác định chiều sâu cắt, số lần chạy dao, lượng chạy dao, tốc độ cắt và công suất cần thiết trong điều kiện gia công nhất định

Chế độ cắt trong gia công cơ khí hợp lý là chế độ tiện nhằm mục tiêu giảm thời gian, giảm nguyên công, tăng độ chính xác, … để chế tạo sản phẩm có chất lượng, có giá tri kinh tế cao Nếu chọn đúng kết cấu dao, thông số hình học phần cắt, vật liệu, phương pháp mài sắc và mài bóng cũng như xác định đúng đắn cách

gá đặt, kẹp chặt dao và phôi, điều chỉnh máy tốt, trang bị công nghệ có kết cấu hợp

lý sẽ tạo điều kiện để chọn chế độ hợp lý và tiết kiệm

Chế độ cắt chịu sự tác động của một loạt các nhân tố như thành phần hóa học của vật liệu, phương pháp sản xuất, và gia công nhiệt, cấu trúc tế vi, độ lớn của hạt

và mạng lưới tinh thể Các nhân tố trên nhiều khi ảnh hưởng 1 cách tương hỗ nhau đến chộ cắt và không thể đánh giá độc lập, riêng lẻ nhau, chế độ cắt còn phụ thuộc vào phương pháp gia công, loại vật liệu dao, thông số hình học dụng cụ cắt gọt, điều kiện gá, kẹp chặt chi tiết vị vậy chế độ cắt rất phức tạp, thường được chọn theo kinh nghiệm và sử dụng các công thức thực nghiệm để tính toán chế độ cắt Trong ngành gia công cơ khí có rất nhiều loại vật liệu khác nhau được sử dụng, trong cùng 1 loại lại có thành phần, cấu trúc, độ cứng không giống nhau, vì vậy để đưa ra 1 công thức cụ thể để tính chế độ cắt cho từng loại vật liệu, điều kiện gia công cụ thể là không thể thực hiện được

Vì vậy, chế độ cắt được tính cho 1 số loại vật liệu chuẩn ứng với 1 số điều kiện nhất định nào đó, còn các vật liệu khác được tính nhờ các hệ số gia công thực nghiệm

1.3.2 Chiều sâu cắt t (mm)

Là khoảng cách giữa bề mặt đã gia công và bề mặt chưa gia công đo theo phương tiến dao

Hình 1 15: Chiều sâu cắt khi tiện

Chiều sâu cắt t (mm) là lớp kim lọai được tiện đi trong một đường chuyển

dao chiều sâu cắt được đo theo phương vuông góc với bề mặt gia công

t = D - d / 2 (mm)

Trong đó:

+ D là đường kính đang gia công (mm)

+ d là đường kính đã gia công (mm)

Khi tiện đường kính lỗ chiều sâu cắt là nửa hiệu của đường kính lỗ sau khi gia công và đường kính lỗ trước khi gia công

N

Khi tiện mặt đầu chiều sâu cắt là kích thước của lớp kim lọai bớt đi theo phương vuông góc với mặt đầu

Khi tiện cắt đứt chiều sâu cắt là bề rộng của rãnh được cắt

Hình 1 16: Chiều sâu khi tiện

Khi t càng lớn, năng suất cắt tăng lên nhưng tăng quá trình mài mòn dao làm tăng độ nhấp nhô bề mặt Chỉ tiến hành gia công với chiều sâu cắt lớn khi gia công thô

1.3.3 Lượng chạy dao S (mm / vòng)

Là khoảng cách giữa hai vị trí của một điểm trên lưỡi cắt chính sau một vòng

quay của trục chính

Hình 1 17: Lượng chạy dao khi tiện

N

S

Tính chọn S theo các bước:

- Tính S theo sức bền thân dao: S1

- Tính S theo sức bền cơ cấu chạy dao: S2

- Tính S theo độ cứng vững chi tiết gia công: S3

Sau khi tính S1, S2, S3 ta chọn giá trị nhỏ nhất của lượng chạy dao là St = Smin, Chọn Sm < St, trong đó Sm là lượng chạy dao của máy

Hình 1 18: Lượng chạy dao khi tiện

1.3.4 Tốc độ cắt V (m/ph)

Là quãng đường mà một điểm của dao trên lưỡi cắt chính dịch chuyển được

trong một đơn vị thời gian tính tương đối so với phôi Tốc độ cắt là một yếu tố quyết định đến lực, nhiệt cắt, công suất, năng suất, chất lượng bề mặt gia công

V =π D n

1000 [m/ph]

- D: là đường kính phôi tại điểm đang xét [mm]

- n: là số vòng quay trục chính (vòng quay của phôi) [v/ ph]

Từ S, tính Vcắt, tính số vòng quay trục chính nt =1000.V

π.D Chọn vòng quay thực trên máy thường nm1 < nt < nm2, nếu nt nm1 thì ta chọn n = nm1

Nếu nt nm2, thì ta chọn n = nm2 nhưng giảm đi một cấp của lượng chạy dao đến S’

m và so sánh tích số Sm.nm2 và Sm.nm1 Nếu tích nào lớn hơn thì lựa chọn số vòng quay và lượng chạy dao đó để đảm bảo thời gian gia công cơ bản nhỏ nhất

Hình 1 19: Tốc độ cắt

1.3.5 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 khoảng, 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 nên rung động trong quá trình cắt dẩn đến độ bóng của sản phẩm 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 thoát phoi khó khăn dẫn đến lực cắt tăng

Hình 1 20: Tiện trụ ngoài

1.4 Tiện cứng

Trước đây, những chi tiết như vòng ổ lăn, vòi phun, và những chi tiết của hệ thống thủy lực sau khi nhiệt luyện phải qua công đoạn mài, mài tinh (năng suất thấp) Những công đoạn này thiếu tính linh hoạt và tốn nhiều thời gian Một hạn chế nữa là chi phí cho dung dịch trơn nguội của các công đoạn mài khá cao Những

lý do trên làm tăng chi phí cho các công đoạn gia công chính xác Mặt khác chất thải ra khi mài ngày càng gây ô nhiễm môi trường, thúc đẩy các nhà sản xuất loại dần khâu mài trong quy trình công nghệ gia công chi tiết

a Khái niệm

Tiện cứng là phương pháp tiện sử dụng dao bằng vật liệu siêu cứng CBN (Cubic Boron Nitride), PCBN, PCD hoặc ceramic tổng hợp thay thế cho mài để gia công thép đã tôi (có độ cứng lớn hơn 40 HRC) Phương pháp này có thể gia công khô và hoàn thành chi tiết trong cùng một lần gá Cấp chính xác khi tiện cứng đạt IT6 và độ nhám bề mặt (Rz = 2 – 4 micromet), có thể so sánh với chất lượng khi mài

b Một số ưu điểm của công nghệ tiện cứng

Việc áp dụng công nghệ tiện cứng để gia công lần cuối các chi tiết mang lại những lợi ích sau:

- Giảm thời gian chu kỳ gia công một sản phẩm

- Tăng độ chính xác khi gia công chi tiết

- Đạt độ bóng bề mặt cao

- Cho phép nâng cao tốc độ bóc vật liệu (từ 2 – 4 lần), nâng cao năng suất gia công

- Gia công được các contour phức tạp

- Cho phép thực hiện nhiều bước gia công trong cùng một lần gá

- Có thể chọn gia công có hoặc không có dung dịch trơn nguội Gia công khô tránh được cho phí dung dịch trơn nguội và không có chất thải ra ra môi trường

c So sánh gia công tiện cứng (tiện CNC) với gia công tiện cơ

Bảng 1.1: So sánh gia công tiện cứng (tiện CNC) với gia công tiện cơ

+ Sử dụng máy mọc hiện đại, sự tự

động hóa cao

+ Độ chính xác cao, độ nhẵn cao

+ Ít nguyên công, thời gian chế tạo ít

+ Giá thành sản xuất giảm

+ Giá thành sản xuất cao

1.4.1 Áp dung quy trình tiện cứng trên máy CNC

Dù được ứng dụng những công nghệ hiện đại vào quá trình gia công, nhưng nhìn chung, các máy CNC này điều khiển máy móc theo 2 dạng chuyển động chính

để cắt gọt chi tiết là chuyển động chính và chuyển động tiến:

Chuyển động chính: Đây là chuyển động quay tròn của phôi (thỏi kim loại chính cần gia công) Chuyển động này là chuyển động tiêu hao công suất chính của máy CNC Khi vật chuyển động xoay tròn, dao cắt được đưa vào và tạo ra những vòng tròn trên bề mặt vật cần gia công Đối với các sản phẩm yêu cầu có hình trụ, dao cắt sẽ chuyển động tịnh tiến dọc theo trục chính của phôi

Chuyển động tiến: Nếu chyển động chính là chuyển động của phôi (vật cần gia công) thì chuyển động tiến là chuyển động của dụng cụ cắt (dao cắt) Dụng cụ cắt đơn giản nhất là dao tiện (nên hoạt động này được gọi là gia công tiện)

Ta có thể hình dung quy trình tiện chi tiết máy diễn ra như sau: dưới tác dụng của các lực học của máy CNC, dao sẽ cắt sâu vào bề mặt vật liệu cần gia công (phôi) và ép nó xuống Lúc này trên bề mặt lớp bị ép, xuất hiện ứng suất trong Ứng suất trong này càng lúc càng lớn cho đến khi thắng lực liên kết giữa các phần

tử kim loại, làm cho các phần tử này trượt ra và chuyển động trên bề mặt thoát của dao

Dao cắt sẽ tiếp tục chuyển động và các phần tử kim loại tiếp tục bị nén, trượt

và bóc tách ra khỏi phôi ban đầu cho đến khi tạo thành hình dáng mong muốn

1.4.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình gia công tiện cứng

Các yếu tố chính được xem là có ảnh hưởng đến quá trình gia công tiện cứng bao gồm:

- Vật liệu chi tiết cần gia công: Độ cứng của vật liệu và trạng thái của chúng (trạng thái nóng hay nguội…) có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình gia công tiện

- Chế độ cắt gọt của máy: Độ sâu khi cắt của máy, bước chuyển động, tốc độ cắt đều ảnh hưởng đến hình dáng của phôi

- Hình dáng của dao tiện: Góc thoát, góc lệch, bán kính mũi dao là những yếu

tố cần căn chỉnh trong quá trình gia công tiện

- Độ hao mòn của dao: Ma sát giữa dao và vật cần gia công càng cao thì lực cắt gọt càng lớn Dao càng mòn thì độ ma sát này càng tăng, khiến chi tiết càng bị cắt sâu hơn

- Dung dịch làm mát (hay còn gọi là dung dịch tưới): Có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình gia công tiện bằng cách làm giảm nhiệt độ quá trình gia công, giúp quá trinhg cắt gọt chi tiết được thực hiện dễ dàng Các dung dịch thường dùng trong gia công tiện cứng là nước khử khoáng, nước hoặc dầu các loại (dầu thực vật, dầu lưu hóa, dầu hòa tan…)

1.4.3 Khả năng công nghệ tiện cứng

- Khả năng tạo hình: Tiện có thể gia công được nhiều loại bề mặt tròn xoay khác nhau như: tiện mặt ngoài, tiện lỗ, tiện mặt đầu, tiện cắt đứt, tiện ren ngoài, tiện ren trong, tiện công ngoài, tiện côn trong, tiện định hình

- Khả năng đạt độ chính xác gia công khi tiện: Độ chính xác của nguyên công tiện phụ thuộc vào các yếu tố sau:

• Độ chính xác của máy: Độ đảo trục chính, độ song song của sống trượt với đường tâm trục chính, độ đồng tâm ụ động và trục chính, …

• Tình trạng dao cụ

• Trình đồ tay nghề công nhân

• Khi gia công trên máy tiện CNC chất lượng nguyên công ít phụ thuộc vào kỹ năng và kỹ xảo của người thợ so với tiện trên máy vạn năng

• Độ chính xác khi gia công

• Độ chính xác về vị trí tương quan như độ đồng tâm giữa các bậc trục

• Độ đồng tâm giữa mặt trong và mặt ngoài phụ thuộc vào phương pháp

gá đặt phôi

• Độ chính xác của máy và có thể đặt được 0.01 mm

• Khi tiện ren độ chính xác có thể đạt cấp 7, Ra = 1.25 - 2.5 micro mét

1.5 Máy tiện và dao tiện CNC

1.5.1 Cấu tạo chung của máy tiện CNC

Hình 1 21: Máy tiện CNC dùng trong công nghiệp

Máy tiện CNC có cấu tạo tương tự như máy tiện thông thường đối với máy

tiện thông thường khi gia công cắt gọt chi tiết thường điều khiển phải theo dõi vị

trí dao cắt, thao tác kịp thời chế tạo ra những chi tiết đạt yêu cầu kỹ thuật Độ chính

xác, năng suất phụ thuộc vào trình độ tay nghề người điều khiển Máy CNC hoạt

động theo một chương trình đã được lập trình theo một quy tắc chặt chẽ phù hợp

với quy trình công nghệ được soạn thảo và cài đặt phần mềm trong máy Kết quả

làm việc của máy CNC không phụ thuộc vào tay nghề của người điều khiển Lúc

này người điều khiển máy chủ yếu đóng vai trò theo dõi và kiểm tra các chức năng

hoạt động của máy

Những đặc trưng cơ bản của máy tiện CNC:

- Tính năng tự động hóa cao: Máy tiện CNC có năng suất cắt cao và giảm

được tối đa thời gian phụ, do mức độ tự động hóa được nâng cao vượt bậc Tùy

từng mức độ tự động, máy CNC có thể thực hiện cùng một lúc nhiều chuyển dộng 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

- 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 hàngloạt nhỏ, bất cứ lúc nào cũng có thể sản xuất nhanh chóng những chi tiết

đã có chương trình Vì thế, không cần sản xuất chi tiết dự trữ, mà chỉ giữ lấy chương trình củachi 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 máy tính, vi xử lý…

- 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 nguyên công, các máy CNC đã được phát triển thành các trung tâm gia công CNC

- 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 có 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

- 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 ba chiều

- Tính năng hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao:

+ Cải thiện tuổi thọ dao nhờ điều kiện cắt tối ưu

+ Tiết kiệm dụng cụ cắt gọt, đồ gá và 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

1.5.2 Các bộ phận chính của máy tiện CNC

a Ụ đứng.

Là bộ phận làm việc của máy tạo ra vận tốc cắt gọt Bên trong lắp trục chính, động cơ bước (điều chỉnh các tốc độ và thay đổi chiều quay) Trên đầu trục chính một đầu được lắp với mâm cặp dùng để gá và kẹp chặt chi tiết gia công Phía sau trục chính được lắp hệ thống thủy lực hoặc khí nén để đóng mở và kẹp chặt chi tiết

b Truyền động trục chính.

Động cơ của trục chính máy tiện CNC có thể là động cơ một chiều hoặc xoay chiều Động cơ một chiều điều chỉnh vô cấp tốc độ bằng kích từ Động cơ xoay chiều thì điều chỉnh vô cấp tốc độ bằng độ biến đổi tầng số thay đổi số vòng quay đơn giản có mô men truyền tải cao

c Truyền động chạy dao.

Động cơ (xoay chiều, một chiều) truyền chuyển động quay sang chuyển động tịnh tiến bằng bộ vít me đai ốc bi làm cho từng trục chạy dao độc lập (Trục X, Y) Các loại động cơ này có đặc tính động học ưu việt cho quá trình cắt, quá trình phanh hãm do mô men quá tính nhỏ nên độ chính xác điều chỉnh cao và chính xác

Bộ vít me đai ốc bi có khả năng biến đổi truyền dẫn dễ dàng, ít ma sát, có thể điều chỉnh khe hở hợp lý khi truyền dẫn với tốc độ cao

Hình 1 22: Hệ thống truyền động chạy dao của máy tiện CNC

1-2-3-4-5-6- Các đường truyền liên giữa các động cơ bộ xử lý trung tâm (CPU) của hệ điều khiển Trong đó:

1 Đường nối giữa bảng điều khiển và CPU

2 Đường nối giữa CPU và hễ thống động cơ chạy dao

3 và 4 Đường phản hồi từ động cơ đến CPU

5 Đường nối giữa CPU đến đầu ụ đứng

6 đường phản hồi từ ụ đứng về CPU (CPU là bộ xử lý của hệ điều khiển)

d Mâm cặp

Trong quá trình đóng mở mâm cặp để tháo chi tiết bằng hệ thống thủy lực (khí nén) hoạt động nhanh lực phát động nhỏ và an toàn Đối với máy tiện CNC thường được gia công với tốc độ rất cao Số vòng quay của trục chính lớn (có thể lên tới 8000 vòng/ phút – khi gia công kim loại màu) Do đó lực ly tâm là rất lớn nên mâm cặp thường được kẹp bằng hệ thống thủy lực (khí nén) tự động

e Ụ động

Bộ phận này bao gồm chi tiết dùng để định tâm và gá lắp chi tiết, điều chỉnh,

kẹp chặt nhờ hệ thống thủy lực (khí nén)

f Hệ thống bàn xe dao

Bao gồm hai bộ phận chính sau:

- Gá đỡ ổ tích dao (bàn xe dao): Bộ phận này là bộ phận đỡ ổ chứa dao thực hiện các chuyển dộng tịnh tiến ra (vào) song song, vuông góc với trục chính nhờ các chuyển động của động cơ bước (các chuyển động này đã được lập trình sẵn)

- Ổ tích dao (đầu rovonve): Máy tiện thường dùng hai loại sau:

+ Đầu rơvônve có thể lắp từ 8 đến 12 dao các loại

+ Các ổ chứa trong tổ hợp gia công với các bộ phận khác (đồ gá thay đổi dụng cụ)

- Đầu rơ vôn ve cho phép thay dao nhanh trong thời gian ngắn đã được chỉ định, còn ổ chứa dao thì mang một số lượng lớn dao mà không gây nguy hiểm, va chạm trong vùng làm việc của máy tiện Trong cả hai trường hợp chuôi của dao thường được kẹp trong khối mang dao tại những vị trí xác định trên bàn xe dao Các khối mang dao phù hợp với các gá đỡ dao trên máy tiện và được tiêu chuẩn hóa

Các kết cấu của đầu rơ vôn ve tùy thuộc vào công dụng và yêu cầu công nghệ của từng loại máy Bao gồm các đầu rovonve (kiểu chữ thập, kiểu đĩa hình trống) Phổ biến đầu rơ vôn ve của các loại máy tiện CNC có kết cấu như hình 1.23

Hình 1 23: Hệ thống gá đặt dụng cụ

Đầu rơ vonve có thể lắp được các loại dao: Tiện, phay, khoan, khoét, cắt ren được tiêu chuẩn hóa phần chuôi có thể lắp lẫn và lắp ghép với các đồ gá ở trên đầu

rơ vôn ve

- Ổ chứa dụng cụ cho máy tiện CNC

Các ổ chứa dao cụ thường được sử dụng ít hơn so với đầu rơvônve vì việc thay đổi dụng cụ khó khăn so với các cơ cấu của đầu rơvônve Song ổ chứa có ưu điểm là an toàn, ít gây ra va chạm trong vùng gia công, dễ dàng ghép nối một số lớn các dụng cụ một cách tự động mà không cần sự can thiệp bằng tay

g Bảng điều khiển.

Bảng điều khiển là nơi thực hiện trao đổi thông tin giữa người và máy Kết cấu của bảng có thể khác nhau tùy thuộc vào nhà sản xuất Bảng điều khiển của máy tiện CNC có cấu tạo như sau:

Hình 1.19: Bảng điều khiển của máy tiện CNC

h Phần điều khiển chuyển động

- PC: là máy tính cá nhân dùng để lập trình chương trình gia công

- CNC: gồm cụm điều khiển máy và cụm dẫn động động cơ hình thành trên

cơ sở thiết bị điện tử, thiết bị vào ra và các thiết bị số Nhiệm vụ của nó hình thành các thuật toán tính toán số học và logic

- Driver: là thiết bị kiểm soát và điều khiển tốc độ động cơ

Hình 1 24 Driver UDX 5114 của hãng VEXTA

Kiểm soát việc nội suy các dạng đường khi gia công bằng việc kiểm soát chuyển động đồng thời của các động cơ điều khiển các trục

i Hệ thống cơ khí

Động cơ bước (stepping motor) là một cơ cấu chấp hành cơ – điện dùng để biến đổi năng lượng điện thành chuyển động cơ học Đặc tính chuyển động của động cơ bước là rời rạc, trái ngược với đặc tính chuyển động quay liên tục và trơn của động cơ DC và AC Mỗi xung dòng cấp cho cuộn dây stato, trục động cơ thực hiện quay một góc gọi là bước góc Đặc điểm cơ bản của động cơ bước là tốc độ góc tỉ lệ với tần số xung vào Động cơ bước điều khiển tín hiệu số được sử dụng khá rộng rãi trong máy điều khiển số NC, máy in, robot, máy photocopy và các máy khác Động cơ bước có thể điều khiển cả vị trí và tốc độ (dải tốc độ từ 0 đến

300 vòng/phút) mà không cần mạch phản hồi nhưng vẫn đảm bảo được độ chính xác vị trí Tần số cung cấp cho động cơ nằm ở vùng tần số thấp Độ chính xác vị trí trong khoảng 1 đến 5% bước góc Với công nghệ hiện nay, công nghiệp đã sản xuất động cơ bước với công suất lớn nhất là 2KW

k Hệ thống cảm biến

- Resolver: Resolver là thiết bị đo kiểu tương tự, dùng để đo vị trí hoặc tốc

độ Thiết bị đo theo nguyên tắc cảm ứng điện từ Điện áp tín hiệu vào tỷ lệ với vị trí góc hoặc tốc độ trục của Resolver Resolver có cấu trúc giống như một động cơ

điện xoay chiều loại nhỏ Hình 1.25 là một kiểu Resolver thường gặp trong các

máy CNC Nó gồm roto, stato, trên roto người ta lắp hai cuộn dây và đặt chúng vuông góc với nhau và stato cũng có hai cuộn dây đặt vuông góc với nhau như trên roto

Hình 1 25 Hình dáng của Resolver

- Inductosyn: Inductosyn là một thiết bị dùng để đo góc hoặc đo dịch chuyển dài

Hình 1 26 Hình dáng Inductosyn

Hoạt động của nó giống như hoạt động của Resolver Inductosyn có hai dạng:

Thẳng và quay Nguyên lý làm việc của Inductosyn thẳng được trình bày trên Hình

1.27 Khi cấp nguồn điện áp xoay chiều vào cuộn dây 1, xung quanh cuộn dây 1

sinh ra từ trường, từ trường này móc vòng qua cuộn dây 1 với phương, chiều được xác định theo nguyên tắc bàn tay trái Cho cuộn dây 1 và cuộn dây 2 chuyển động

tương đối với nhau Khi dịch chuyển vị trí của thước như chỉ ra trên Hình 1.27 quá

trình biến thiên điện áp trên các điểm dịch chuyển tương ứng chỉ ra trên

Hình 1 27 Cách sắp xếp các cuộn dây và dạng sóng sin của Inductosyn

- Cảm biến an toàn: Dùng để bảo vệ hệ thống trong khi thực hiện gia công Một số cảm biến an toàn: công tắc hành trình, cảm biến khoảng cách…

l Hệ thống điện

- Điện động lực: Cung cấp điện cho động cơ trục chính, động cơ bàn máy, động cơ thay dao, bơm dầu, …

- Điện điều khiển

- Điện báo, chiếu sáng

m Hệ thống điện tử

Mạch chuyển đổi số-tương tự, tương tự-số: Chuyển đổi DAC là chữ viết tắt tiếng Anh (Digital – to – Analog Converter) là thiết bị dùng để chuyển đổi thông

tin nhị phân thành điện áp tương tự tỉ lệ

n Hệ thống an toàn

Đóng mở cửa vùng gia công Khi phôi được gá, dụng cụ được lắp nếu cửa không đóng thì chương trình sẽ không chạy Cữ hành trình của bàn máy để kiểm soát hành trình đầu cuối của bàn máy Khi chạm cữ này máy sẽ tự dừng

o Hệ thống làm mát

Bơm dầu làm mát chi tiết và dụng cụ cắt khi gia công Đây là hệ thống không thể thiếu trong máy CNC, đảm bảo tuổi thọ cho dụng cụ cắt Kết hợp đồng bộ với các hệ thống khác

1.5.3 Dụng cụ cắt trên máy tiện CNC

a Các loại dao tiện

Tất cả các dao tiện trên máy CNC đều có phần cắt là những mảnh hợp kim cứng lắp ghép Ngoài ra, các dao tiện này phải đáp ứng được những yêu cầu sau đây:

- Phải đảm bảo việc sử dụng với thời gian lâu nhất các mảnh hợp kim không mài lại để đảm bảo cho các thông số hình học của dao cố định trong quá trình sử dụng

- Hình dạng của các mảnh hợp kim phải hợp lý để nâng cao tính vạn năng,

có nghĩa là cho phép một dao có thể gia công nhiều bề mặt khác nhau

- Các dao với góc cắt khác nhau phải có cùng một tọa độ để tạo điều kiện cho lập trình gia công

- Có khả năng làm việc bình thường khi gá ở các vị trí khác nhau

- Đảm bảo độ chính xác cao

- Có khả năng tạo phoi tốt và thoát phoi tốt (đưa phoi ra khỏi vùng gia công thuận tiện)

Kết cấu của các dao tiện dùng cho các loại máy CNC rất đa dạng và phụ

thuộc chủ yếu vào bề mặt gia công Hình 1.28 mô tả một số loại dao tiện cơ bản

dùng cho các máy tiện CNC

Hình 1 28 Sơ đồ các dao tiện gắn mảnh hợp kim cứng

Dao tiện số 1: dao tiện ngoài với góc ϕ = 45° dùng để gia công các mặt ngoài, mặt đầu và vát mép

Dao tiện số 2: dao tiện ngoài với góc ϕ = 93° ÷ 95° dùng để gia công mặt trụ, mặt côn hoặc mặt côn ngược với góc côn 30°, gia công các bề mặt với bán kính lượn

và gia công mặt đầu hoặc tiện rãnh thoát đá mài

Dao tiện số 3: dao tiện ngoài với góc ϕ = 63° cho phép gia công nửa mặt cầu hoặc mặt côn với góc côn 57°

Dao tiện số 4: dao tiện ren ngoài cho phép gia công ren với bước ren từ 2 đến 6mm

Dao tiện số 5: dao tiện ren trong cho phép gia công ren với bước ren < 2 mm Đường kính lỗ nhỏ nhất mà dao có thể cắt ren là 35mm

Dao tiện số 6: dao tiện trong có góc ϕ = 95° dùng để tiện lỏ hoặc cắt rãnh trong

Dao tiện số 7: dao tiện trong có góc ϕ = 92° cho phép gia công các lỗ có

Dao tiện số 11: dao tiện ngoài có góc ϕ =63° dùng để gia công mặt côn ngoài