Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ chính xác gia công khi tiện cao tốc trên máy tiện CNC với vật liệu là thép không gỉ SUS 304

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

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ
CHÍNH XÁC GIA CÔNG KHI TIỆN CAO TỐC TRÊN MÁY TIỆN CNC VỚI VẬT
LIỆU LÀ THÉP KHÔNG GỈ SUS 304

CHUYÊN NGÀNH : CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TIẾN SĨ TRƯƠNG HOÀNH SƠN

Hà Nội – Năm 2012

1


MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
1
M ục l ục
2
Lời cam đoan
4
Lời nói đầu
5

CHƯƠNG1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI
TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU
6
1. Tổng quan gia công cao tốc
6
1.1. Định nghĩa về gia công cao tốc
6
1.2. Yêu cầu về thiết bị cho gia công cao tốc
7
1.3.Ưu điểm của gia công cao tốc
10
2. Tổng quan về các nghiên cứu
12
3. Giới hạn nghiên cứu của đề tài
16
3.1. Tính cấp thiết của đề tài.
16
3.2 Giới hạn nghiên cứu của đề tài
17
4. Kết luận
18
CHƯƠNG 2: ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG
20
1. Độ chính xác gia công
20
1.1. Khái niệm về độ chính xác gia công
20
1.2. Các nguyên nhân gây ra sai số gia công
22
1.3. Các phương pháp đạt độ chính xác gia công

23
1.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác gia công
27
1.5. Khả năng đạt độ chính xác của các phương pháp gia công cắt gọt
32
1.6. Mỗi liên hệ giữa độ nhám và độ chính xác kích thước
34
2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám khi gia công cao tốc
42
2. 1. Lực cắt
42
2.2. Biến dạng dẻo
44
2.3. Nhiệt cắt và độ mòn dao
46
2.4. Rung động
50
3. Những kết quả nghiên cứu đã đạt được trong việc nghiên cứu đến độ nhám bề
mặt
50
3.1. Các kết quả đối với công cụ truyền thống
50
3.2. Các kết quả đã có được đối với máy CNC
55
4. Kết luận
56
CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN
57
1. Xây dựng mô hình thực nghiệm
57

2. Các thông số thí nghiệm
62
3. Thực hiện các thí nghiệm và thu thập số liệu
63
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN
65
1. Ảnh hưởng của vận tốc cắt tới độ nhám bề mặt
65
2. Ảnh hưởng của lượng chay dao tới độ nhám bề mặt
67

2


3.Thảo luận kết quả thí nghiệm
4. Kết luận chương 4
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
1.Kết luận chung
2. Hướng nghiên cứ tiếp theo
LỜI CÁM ƠN
TÀI LIỆU THAM KHẢO

3

69
72
73
73
73
75

76


LỜI CAM ĐOAN
Luận văn Thạc sĩ “Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến
độ chính xác gia công khi tiện cao tốc trên máy tiện CNC với vật liệu là thép
không gỉ SUS 304”.
Được hoàn thành bởi tác giả Nguyễn Xuân Trường – Học viên Cao học
ngành Công nghệ chế tạo máy – Khóa 2011B – Viện Cơ Khí – Trường Đại học
Bách Khoa Hà Nội.
Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận Văn là trung thực và
chưa từng được ai công bố trong bất kì một công trình khác, trừ những phần tham
khảo đã được ghi rõ trong Luận Văn.
Tác giả Luận Văn

Nguyễn Xuân Trường

4


LỜI MỞ ĐẦU
Cùng với sự lớn mạnh của nền kinh tế đất nước, ngành cơ khí trong đó cơ
khí chế tạo máy vẫn khẳng định thế mạnh của mình với vai trò chủ đạo và không
ngừng đáp ứng việc tạo ra những sản phẩm chất lượng tốt, độ tin cậy cao và đủ sức
cạnh tranh.
Những chỉ tiêu tạo ra các sản phẩm đó được quyết định bởi độ chính xác gia
công. Độ chính xác gia công là đặc tính chủ yếu của chi tiết máy. Trong thực tế
không thể chế tạo chi tiết có độ chính xác tuyệt đối bởi vì khi gia công xuất hiện sai
số. Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác gia công như: Độ chính xác của
thiết bị công nghệ, kiến thức công nghệ, vật liệu gia công, vật liệu làm dụng cụ cắt,

các thông số cắt, công nghệ bôi trơn … Để đảm bảo được điều này thì việc nghiên
cứu, tìm hiểu các phương pháp gia công xuất phát từ bản chất động học của một quá
trình đến kết quả gia công để từ đó có thể khống chế, điều chỉnh các đại lượng ảnh
hưởng để có thể đạt được chất lượng và năng suất gia công theo yêu cầu. Trong nội
dung luận văn cao học tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số
công nghệ đến độ chính xác gia công khi tiện cao tốc trên máy tiện CNC với vật
liệu thép không gỉ SUS 304”. Nội dung luận văn bao gồm:
1. Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu liên quan đến đề tài trong và
ngoài nước và giới hạn nghiên cứu.
2. Chương 2: Độ chính xác gia công
3. Chương 3: Mô hình thực nghiệm và điều kiện thực hiện.
4. Chương 4: Kết quả thực nghiệm và thảo luận
5. Kết luận chung và hướng nghiên cứu tiếp theo.
Tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp về những khiếm khuyết còn tồn tại trong
luận văn này. Xin chân thành cảm ơn!

5


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI TRONG VÀ
NGOÀI NƯỚC VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU
1. Tổng quan gia công cao tốc
1.1. Định nghĩa về gia công cao tốc
So với phương pháp cắt gọt truyền thống thì gia công cao tốc có khả năng
nâng cao năng suất, độ chính xác và chất lượng chi tiết gia công và cũng có thể
giảm chi phí sản xuất và thời gian gia công. Ngoài thuật ngữ (High Speed
Machining-HSM) nói trên còn có các thuật ngữ sau cũng là gia công cao tốc như:
High-Velocity Machining, High Performance Machining, High Efficiency
Machining, High Agile Machining và High Productivity Machining. Theo cách hiểu

thông thường thì gia công cao tốc(High Speed Machining-HSM) gia công với tốc
độ trục chính rất cao nhưng tốc độ chạy dao thấp còn High Efficiency Machining thì
có tốc độ chạy dao cao nhưng tốc độ cắt trung bình.
Định nghĩa:
Định nghĩa đầu tiên về gia công cao tốc được đưa ra bởi Carl Salomon vào
năm 1931. Ông cho rằng khi tốc độ cắt đạt 5-10 lần tốc độ cắt truyền thồng thì nhiệt
độ của phoi sẽ giảm. Thật ra có nhiều cách khác nhau để định nghĩa gia công cao
tốc dựa vào các yếu tố sau:
Gia công với tốc độ cắt cao
Gia công với tốc độ quay của trục chính cao.
Gia công với lượng ăn dao cao.
Gia công với tốc độ cắt cao và lượng ăn dao cao.
Gia công với năng suất cao.
Thực tế thì gia công cao tốc không chỉ đơn giản là cắt với tốc độ cao. Nó
phải được xem như là một quá trình gia công mà ở đó các bước gia công được thực
hiện bằng những phương pháp và thiết bị gia công rất cụ thể.

6


Gia công cao tốc cũng không chỉ là gia công với tốc độ trục chính cao bởi vì
có nhiều ứng dụng gia công cao tốc được thực hiện với máy có tốc độ bình thường.
Gia công cao tốc thường được sử dụng khi gia công tinh thép đã tôi với việc sử
dụng cả hai yếu tố là tốc độ cao và lượng ăn dao cao. Tùy theo loại vật liệu mà dải
(vùng) tốc độ gia công cao tốc khác nhau .
Về cơ bản, gia công cao tốc là một sự kết hợp của tốc độ trục chính của máy
cao (high spindle speed), lượng ăn dao lớn (high feed), hệ điều khiển CNC cao cấp
và hơn thế nữa. Trong thực tế, tốc độ cao nhất cho gia công cao tốc trên các máy
công cụ ngày càng tăng, lên đến 40.000 vg/ph và có thể cao hơn nữa. Tốc độ ăn dao
trung bình ít nhất là 10m/s trong khi tốc độ di chuyển nhanh lên đến 40m/ph và cao

hơn, công suất động cơ trục chính ít nhất là 15 kW.
1.2. Yêu cầu về thiết bị cho gia công cao tốc
Gia công cao tốc đã được áp dụng trên các trung tâm gia công truyền thống
với tùy chọn tốc độ trục chính cao. Hiện nay gia công cao tốc (High Speed
Machining-HSM) được xem là một trong những lĩnh vực chính của ngành chế tạo
máy. Thực ra gia công cao tốc không mới, nó đã được thực hiên cách đây hơn 30
năm. Gần đây, với sự phát triển vượt bậc của ngành chế tạo máy hiện nay với những
công nghệ liên quan như máy tính, dao cắt, máy công cụ, bộ điều khiển CNC, các
phần mềm CAD - CAM, thì gia công cao tốc ngày càng được quan tâm hơn. Các
ứng dụng chủ yếu thúc đẩy công nghệ theo hướng gia công cao tốc là: Chế tạo
khuôn mẫu, chế tạo các chi tiết với độ chính xác cao để phục vụ cho các ngành như:
Ngành ô tô, xe máy, hàng không vũ trụ, y tế….
Rất khó để nêu lên một định nghĩa chung về gia công cao tốc. Tốc độ gia công thì
rất cụ thể cho từng ứng dụng. Ví dụ khi tốc độ gia công cao tốc khi gia công thép
vào khoảng 550m/ph nhưng giá trị này vẫn chưa phải là giá trị tốc độ gia công cao
tốc khi gia công gang. Nói chung, để định nghĩa gia công cao tốc dựa vào các yếu tố
sau: tốc độ cắt cao, tốc độ quay của trục chính cao, lượng ăn dao cao, tốc độ cắt cao
và lượng ăn dao cao và năng suất cao. Tóm lại, có thể nói rằng gia công cao tốc có
nghĩa là cắt gọt vật liệu nhanh hơn bình thường cho những công đoạn cụ thể.

7


Nói chung, để thực hiện được gia công cao tốc thì máy cũng có những yêu cầu đặc
biệt. Sau đây là một số yêu cầu cụ thể:
•

Động cơ dẫn động trục chính

Công suất của động cơ trục chính phải đủ lớn vì cần có một lượng công suất đáng

kể để quay trục chính ở tốc độ cao.
•

Trục chính và ổ đỡ trục chính

Độ cứng vững tĩnh và động của trục chính phải cao.
Trục chính phải có độ cứng vững và độ ổn định nhiệt cao. Các ổ đỡ phải có tần số
quay vòng cao. Kích thước ổ, kiểu ổ, số ổ, tải, kiểu bôi trơn ổ và vật liệu làm ổ yêu
cầu phải được kiểm tra gắt gao cho máy công cụ gia công cao tốc. Kiểu ổ đỡ lai
hoặc hoàn toàn bằng ceramic cũng có thể cần thiết cho gia công cao tốc.
• Động cơ dẫn động chạy dao tốc độ cao
Khả năng tăng tốc và giảm tốc nhanh rất quan trọng cho việc nâng cao năng suất.
Một máy công cụ với tốc độ tăng tốc/giảm tốc cao có thể duy trì vùng tốc độ chạy
dao không đổi trên hầu hết hành trình cắt. Gia công cao tốc yêu cầu các động cơ dẫn
động các trục có công suất cao.
•

Bộ điều khiển CNC có khả năng đáp ứng được cho gia công cao tốc

Bộ điều khiển CNC phải có khả năng xử lý đủ nhanh. Xu hướng phát triển các bộ
điều khiển CNC là chúng phải giảm được thời gian xử lý các khối lệnh và tăng khả
năng “look ahead”, có khả năng nội suy cung tròn thông qua đường cong NURBS.
Hệ thống máy phải chắc chắn và độ cứng vững cao Khung máy và các hệ
thống hỗ trợ như hệ thống che băng máy, hệ thống nước làm mát, hệ thống kẹp
chặt,… phải có độ cững vững cao để chịu được ứng suất sinh ra khi gia công cao
tốc. Thiết bị che chắn máy và các cửa sổ phải được làm bền nhằm đảm bảo an toàn
khi có sự cố về dao. Vấn đề an toàn phải được đặt lên hàng đầu khi gia công cao
tốc.

8

Bảng 1. Các thông số kỹ thuật của máy gia công cao tốc.
Mikron HSM

Mazak FJV-

Deckel DMC

700

25N

V65

Hành trình trục X, mm

700

1020

650

Hành trình trục Y, mm

550

510

500

Hành trình trục Z, mm

450

460

500

Công suất trục chính, kW

10

30

15

42.500

25.000

18.000

Gia tốc

10m/S2

2,8s

1g

Tốc độ ăn dao, mm/ph

40.000

50.000

60.000

40.000

50.000

60.000

Số dao trong ổ tích dao

12

30

30

Bộ điều khiển

ATEK HS-Plus

Mazak

TNC 430M

Thông số kỹ thuật

Số vòng quay trục chính,
vg/ph

Tốc độ chạy dao nhanh,
mm/ph

•

Trục chính và thiết bị kẹp chặt dao có độ đồng tâm cao và cân bằng tốt

Khi số vòng quay tăng thì lực li tâm sẽ tăng bình phương với vận tốc quay. Sự mất
cân bằng trong hệ thống cũng như sự không đồng tâm sẽ làm gia tăng lực li tâm,
gây rung động máy trong quá trình làm việc. Do đó hệ thống gá dao và dao kẹp chặt
dao, trục chính phải có độ đồng tâm cao và cân bằng tốt trong gia công cao tốc.
•

Hệ thống cấp dung dịch trơn nguội

Gia công cao tốc yêu cầu phải có hệ thống cung cấp dung dịch trơn nguội áp suất
cao để có thể làm mát dao một cách hiệu quả ở tốc độ quay cao, ở xung quanh dao
cắt xuất hiện vùng gió xoáy nên phương pháp làm nguội truyền thống không thể
làm nguội hiệu quả. Việc thay dao nhanh yêu cầu dung dịch trơn nguội phải sạch
hơn so với thông thường nên hệ thống cấp dung dịch trơn nguội phải có khả năng

9

lọc tốt. Trong nhiều trường hợp người ta thích sử dụng gia công cao tốc khô để loại
trừ các rắc rối do hệ thống cấp dung dịch trơn nguội không đạt yêu cầu.
Nhu cầu về gia công cao tốc rất rộng lớn và đa dạng do đó hiện nay có nhiều kiểu
máy khác nhau cho công nghệ này
Tóm lại để thực hiện được gia công cao tốc thì hệ thống dao và máy cũng có
những yêu cầu đặc biệt, cụ thể như sau:
Sử dụng ổ đỡ có tần số quay vòng cao cho trục chính.
Công suất động cơ trục chính cao.
Trục chính phải có độ cứng vững và độ ổn định nhiệt cao.
Truyền động chạy dao động.
Điều khiển động truyền động.
Cấu trúc máy có độ cứng vững cao.
Hệ thống làm mát với áp suất cao.
Thiết bị kẹp chặt dao đạt độ đồng tâm cao và cân bằng tốt.
Dao được làm bằng vật liệu có tính chống mòn cao…
Bộ điều khiển CNC có khả năng đáp ứng được cho gia công cao tốc như có
khả năng nội suy cung tròn thông qua đường cong NURBS, có chức năng “look
ahead”, …
1.3. Ưu điểm của gia công cao tốc
So với gia công truyền thống thì gia công cao tốc có những ưu điểm nổi bật.
Nó có thể làm giảm thời gian gia công đến 90% và giảm đến 50% chi phí gia công,
tùy trường hợp.
Hiệu quả kinh tế của máy gia công cao tốc CNC thể hiện qua các khía cạnh sau:
- Khi chi tiết có độ phức tạp cao, lựa chọn phương pháp gia công phù hợp nhất là
gia công trên máy gia công cao tốc CNC. Ngoài ra gia công cao tốc CNC thường
được dùng trong sản xuất hàng loạt, hàng khối. Bởi vì gia công trên máy gia công
cao tốc CNC rút ngắn thời gian gia công, đạt độ chính xác yêu cầu và giá thành rẻ
hơn so với khi gia công trên máy công cụ vạn năng và máy tự động cứng.

10

- Khả năng thay đổi dạng sản phẩm chế tạo nhanh và chỉ cần thay đổi chương trình
điều khiển mà không cần thay đổi cấu trúc máy hoặc thêm đồ gá chuyên dùng. Máy
điều khiển số đáp ứng được tính linh hoạt của sản xuất.
- Chi phí cho sản xuất dụng cụ cắt cho máy gia công cao tốc CNC nhỏ hơn so với
dạng máy khác vì máy gia công cao tốc CNC được trang bị tính năng đánh giá
lượng mòn dụng cụ và tự động điều chỉnh máy để bù lượng mòn.
- Máy gia công cao tốc CNC có tính năng tự động kiểm tra chất lượng ngay trong
quá trình gia công mà các máy thông thường không có khả năng này. Do vậy giảm
đáng kể tổn phí cho kiểm tra chất lượng chi tiết gia công.
- Thời gian gia công chi tiết trên máy gia công cao tốc CNC nhỏ hơn so với máy
vạn năng do sự tập trung nguyên công cao.
- Máy gia công cao tốc CNC không cần dùng các đồ gá chuyên dùng để gá kẹp
phôi.
Một số ưu điểm khác của gia công cao tốc như sau:
Tốc độ bóc vật liệu cao.
Chất lượng bề mặt gia công tốt.
Độ chính xác hình dáng cao.
Có khả năng gia công được các gân mỏng.
Giảm việc tạo bavia.
Không gây hư hại bề mặt gia công.
Những khó khăn gặp phải khi gia công cao tốc:
Máy: Có độ cứng vững cao, tốc độ trục chính lớn, độ đồng tâm giữa thiết bị
kẹp và trục chính cao.
Đồ gá: đảm bảo lực kẹp lớn, ổn định
Dao: Có độ bền nhiệt lớn, độ cứng và tuổi bền cao
Dung dịch trơn nguội: Có độ sạch cao, khả năng bôi trơn làm nguội tốt
Vì vậy chi phí đầu tư trang thiết bị, dụng cụ khi gia công cao tốc lớn hơn nhiều so
với các phương pháp gia công thông thường.

11


2. Tổng quan về các nghiên cứu
Hiện nay gia công cao tốc đang ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các nhà
máy, doanh nghiệp. Các máy CNC đã được các nhà máy khai thác. Tuy nhiên việc
sử dụng và khai thác chúng như thế nào để đạt được hiệu quả kinh tế cao vẫn còn là
một vấn đề cần nghiên cứu. Vì việc sử dụng các máy công cụ CNC đắt tiền như vậy
chỉ mang lại hiệu quả cao khi máy làm việc với chế độ công nghệ hợp lý. Nếu
không thì sẽ gây ra lãng phí và hiệu quả thấp. Do vậy việc nghiên cứu ảnh hưởng
của chế độ cắt tới độ nhám bề mặt đã được nghiên cứu nhiều ở các nước phát triển
như Đức, Mỹ, Nhật, Pháp, Thuỵ Sĩ... Nhưng khi mua các thiết bị gia công đắt tiền
của các nước này, các hãng bán thiết bị chỉ đưa ra hướng dẫn công nghệ ở dạng khái
quát. Còn chế độ cắt tối ưu là bản quyền của riêng từng hãng, họ không bán nhằm
giữ độc quyền riêng cạnh tranh. Do vậy, nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới
độ bóng khi gia công trên máy CNC là vấn đề thời sự và là đòi hỏi tất yếu khách
quan của nền chế tạo cơ khí hiện đại của nước ta.
Ví dụ, thí nghiệm nghiên cứu về ảnh hưởng của chế độ cắt tới độ nhám bề
mặt của tác giả Chang-Xue(Jack)Feng
Tác giả nghiên cứu ảnh hưởng của 5 thông số chính (vật liệu, lượng chạy dao,
góc trước(180-α-β.),chiều sâu cắt, tốc độ cắt) và tác động của từng cặp thông số lên
độ nhám của chi tiết gia công. Thí nghiệm được tiến hành trên máy tiện CNC YAM
CK-1, và kết qủa được đo trên máy kiểm tra độ bóng SJ-301 của hãng Mitutoyo.
Dựa trên quá trình phân tích kết quả thí nghiệm với phần mềm MINITAB tác
giả đưa ra công thức sau:

12

Các kết luận đã được đưa ra:
- Trong những ảnh hưởng chính thì ảnh hưởng của góc trước của dụng cụ cắt
cũng đáng kể bên cạnh ảnh hưởng của lượng chạy dao, bán kính mũi dao, vật liệu
phôi, và tốc độ cắt. Ảnh hưởng của chiều sâu cắt là không đáng kể.

13


- Để tạo ra bề mặt có độ bóng cao thì nên chọn các thông số công nghệ : Vật
liệu có độ cứng thấp hơn, lượng chạy dao nhỏ, góc trước dụng cụ cắt lớn hơn, và tốc
độ cắt cao hơn.
- Thí nghiệm cũng cho thấy rằng: Khi góc dụng cụ cắt lớn và độ cứng vật
liệu nhỏ hơn thì sẽ cho bề mặt nhẵn bóng hơn. Với vật liệu mềm khi gia công với
chiều sâu cắt lớn cũng có thể tạo ra bề mặt có độ nhẵn bóng cao. Khi cắt ở tốc độ
cắt cao thì góc trước dụng cụ cắt nhỏ hơn sẽ cho độ bóng thấp hơn là khi sử dụng
góc trước lớn hơn.
Bên cạnh những kết luận đưa ra, nghiên cứu của tác giả cũng đã đưa ra một
cách đặt vấn đề mang tính hệ thống cho việc thiết kế và phân tích thí nghiệm giúp
giảm chi phí, thời gian, và khối lượng tiến hành thí nghiệm.
Việc nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến R a 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 Hoàng Việt
Hồng”. Trong luận án 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.
Mô hình nghiên cứu:

Mô hình hóa quá trình cắt khi phay trên máy CNC trong điều kiện:
- Máy phay CNC (DMU - 60T của hãng DECKEL MAHO - CHLB Đức).
- Dao phay ngón sử dụng mảnh cắt tiêu chuẩn (mảnh hợp kim APMT103508
PDER phủ ACZ350 của hãng SUMITOMO - Nhật Bản)
- Vật liệu gia công là thép C55, thép làm khuôn.
Phương pháp nghiên cứu được sử dụng ở đây là nghiên cứu kết hợp giữa suy
diễn lý thuyết và thực nghiệm. Nghiên cứu bằng thực nghiệm dựa trên cơ sở lý

14


thuyết quy hoạch thực nghiệm, xây dựng hệ thống thí nghiệm ổn định có sử dụng
các thiết bị đo hiện đại kết nối với hệ thống máy tính để có thể tự động hóa quá
trình thu thập và lưu trữ dữ liệu.
Kết quả đạt được:
Trong luận án của mình tác giả đã đề cập một cách đầy đủ các thông số đặc
trưng xuất hiện trong và sau quá trình cắt, và thực hiện khảo sát chi tiết sự biến
thiên của các đại lượng này bằng cách tìm mối quan hệ giữa các đại lượng này với
chế độ cắt và thời gian. Ở đây chúng ta chỉ xem xét kết quả đã đạt được của đề tài
về ảnh hưởng của chế độ cắt lên độ bóng trong quá trình gia công.
Các kết quả đã đạt được cho phép ta xác định được chất lượng bề mặt chi tiết
gia công trong điều kiện gia công cụ thể. Với yêu cầu đảm bảo chiều cao nhấp nhô
tế vi bề mặt cho trước của chi tiết thì mô hình độ nhám đã trở thành các ràng buộc
về chất lượng của quá trình gia công.
Trên thế giới việc nghiên cứu ứng dụng gia công cao tốc nói chung đã có từ
30 năm nay các thành tựu nghiên cứu trong lĩnh vực này như:
a, Phay cao tốc với vật liệu cần gia công Ti-6Al-4V sử dụng dụng cụ cắt
Carbide Coated - Bài báo cáo này được đăng trên - Tạp chí nghiên cứu khoa học
Châu Âu Do các tác giả :
+, Nagi Elmagrabi – Khoa Cơ khí và Vật liệu

- Đại học Quốc gia Malaysia
+, Che Hassan C.H – Khoa Cơ khí và Vật liệu
- Đại học Quốc gia Malaysia
+, Jaharah A.G – Khoa Cơ khí và Vật liệu
- Đại học Quốc gia Malaysia
+, F.M. Shuaeib - Đại học Garyounis Benghazi, Libya
Nội dung của bài báo cáo:
Thực hiện phay cao tốc trên vật liệu Titan (Ti-6Al-4V) sử dụng dụng cụ cắt
Carbide Coated. Quá trình thí nghiệm được thực hiện với các tốc độ cắt khác nhau:

15


Lương ăn dao lần lượt là: 1; 1,5; 2; với tốc độ cắt tương ứng là 50, 80, 105
m/phút vận tốc tương ứng là 0,1; 0,15;2 mm/răng.
Trong quá trình gia công không dùng chất tưới nguội
Kết quả đạt được:
Tìm được tốc độ cắt phù hợp với vật liệu Titan với điều kiện gia công không
sử dụng chất tưới nguội Phương pháp gia công không chất tưới nguội là một
phương pháp gia công ứng dụng trong ngành hàng không vũ trụ khi gia công vật
liệu Titan và Niken
b, Tự động lựa chọn tốc độ tối ưu của trục chính khi gia công cao tốc- Đăng trên tạp chí quốc tế máy công cụ & Sản xuất– do tác giả :
Bediaga a, J. Mun˜oa a, J. Herna´ndez a, L.N. Lo´ pez de Lacalle b, -Khoa cơ khí –
Trường Đai học kỹ thuật Basque – Tây Ban Nha.
Nội dung của bài báo cáo:
Đi vào tìm hiểu vấn đề rung động và tiếng ồn phát sinh trong gia công cao tốc.
Nhằm tìm ra cách khắc phục vấn đề này một cách hiểu quả.
3. Giới hạn nghiên cứu của đề tài
3.1. Tính cấp thiết của đề tài.
Ngày nay với sự phát triển không ngừng của cuộc sống các sản phẩm phục vụ nhu

cầu của con người ngày càng đa dạng. Để làm ra các sản phẩm cơ khí có các thông
số kỹ thuật phức tạp bằng các máy móc và kỹ thuật cổ điển là rất khó có thể đạt
được độ chính xác khi gia công được các bề mặt có độ phức tạp cao. Với sự phát
triển của các ngành khoa học kỹ thuật hiện đại: Công nghệ hàng không, y tế, chế tạo
ôtô, khuôn mẫu, quân sự… thì xuất hiện càng nhiều các chi tiết đồi hỏi độ chính xác
cao. Việc ứng dụng các kỹ thuật và công nghệ mới như máy công cụ gia công cao
tốc CNC, công nghệ tạo mẫu nhanh đã giúp cho việc gia công các chi tiết có hình
dáng hình học phức tạp được dễ dàng hơn, đạt độ chính xác cao hơn. Cùng với đó,
con người ngày càng hoàn thiện các kỹ thuật, công nghệ tiên tiến đó. Nhiều đề tài

16


nghiên cứu, báo cáo khoa học về các khía cạnh, các vấn đề trong quá trình gia công
các chi tiết có hình dáng hình học phức tạp đã được trình bày trong các tạp chí
chuyên ngành. Với mục đích góp phần nâng cao độ chính xác và năng suất gia công
các chi tiết có thông số hình học phức tạp. Với sự phát triển không ngừng của xã
hội, sự hội nhập ngày càng cao của đất nước ta với thế giới với nền kinh tế mở mà
những năm gần đây máy CNC đã trở nên phổ biến trong các nhà máy, cơ sở sản
xuất. Bởi vậy việc tiếp cận các phương pháp gia công hiện đại luôn là nhu cầu cấp
thiết trong nền kinh tế thị trường. Một trong những phương pháp gia công đó là gia
công cao tốc. Là phương pháp gia công giúp cho việc gia công các chi tiết có hình
dáng hình học phức tạp trở nên đơn giản hơn, đạt độ chính xác cao hơn và năng suất
tăng tăng cao hơn. Phương pháp gia công mới này được ứng dụng trong nhiều lĩnh
vực như: Y học, khuôn mẫu, công nghệ hàng không, chế tạo ô tô, quân sự, mĩ
thuật,…
Bởi vậy việc nghiên cứu độ chính xác khi gia công cao tốc các chi tiết có
hình dáng hình học phức tạp trên máy cao tốc CNC nhằm nâng cao độ chính xác
của chi tiết gia công, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và năng suất lao động
đạt hiệu quả cao.

3.2. Giới hạn nghiên cứu của đề tài
Trong phần “ Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ
chính xác gia công khi tiện cao tốc trên máy tiện CNC với vật liệu là thép không
gỉ SUS 304” . Ở đây độ chính xác gia công là một thông số mang tính tổng hợp.
Tuy nhiên, hai yếu tố rất quan trọng trong độ chính xác gia công là độ chính xác về
kích thước và độ nhám bề mặt thì lại có quan hệ mật thiết với nhau, trong độ nhám
bề mặt Ra bằng khoảng 5-20% dung sai kích thước. Bề mặt có độ nhám nhỏ thì độ
chính xác về kích thước hình học mới cao và ngược lại.
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), tốc độ chạy dao S(mm/vòng), chiều

17


sâu cắt tới độ nhám bề mặt chi tiết máy (Ra và Rz) khi tiện cao tốc trên máy tiện
CNC được thực hiện với các mẫu vật liệu là thép không gỉ SUS 304 bằng phương
pháp thực nghiệm.
4. Kết luận
Qua nghiên cứu tổng quan về quá trình gia công cao tốc, tìm hiểu các công
trình nghiên cứu trong nước và trên thế giới. Kết hợp với việc nghiên cứu sự ảnh
hưởng các thông số công nghệ khi gia công cao tốc đến độ chính xác gia công,
chúng ta thấy:
- Gia công cao tốc đã và sẽ có một vị trí quan trọng trong ngành cơ khí chính
xác do khả năng gia công tốc độ cao những vật liệu có độ cứng, độ bền cao, cho độ
chính xác và độ bóng bề mặt cao.
- Gia công cao tốc thường được chọn là nguyên công gia công tinh lần cuối vì
vậy chất lượng bề mặt chi tiết gia công có ảnh hưởng quan trọng đến khả năng làm
việc sau này của chi tiết máy. Chất lượng bề mặt thường được chọn làm chỉ tiêu để
tối ưu hóa quá trình gia công tinh.
- Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ trong quá trình gia

công tiện cao tốc tới chất lượng bề mặt chi tiết gia công là cơ sở để tìm ra các biện
pháp nâng cao độ chính xác gia công khi tiện cao tốc.
- Các thông số công nghệ: Tốc độ cắt V(m/ph), tốc độ chạy dao S(mm/ph) có
ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng bề mặt của chi tiết gia công cao tốc. Khi đã
nghiên cứu, xác định được sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ của quá trình
tiện cao tốc đến độ chính xác gia công, chúng ta có thể lựa chọn cho các thông số
các giá trị tối ưu. Tư đó chất lượng bề mặt chi tiết sẽ được nâng cao.
- Việc nâng cao chất lượng chi tiết khi gia công tiện cao tốc sẽ dẫn đến một hệ
quả là các máy móc, thiết bị gia công cao tốc đó sẽ đạt độ chính xác cao hơn, quá
trình hoạt động tốt hơn.
Công nghiệp phát triển và yêu cầu về chất lượng sản phẩm ngày càng cao. Do
đó, việc nghiên cứu làm sao để sản phẩm làm ra đạt chất lượng tốt nhất, hiệu quả

18


kinh tế cao nhất là một việc làm không thể thiếu. Một trong số những nghiên cứu
quan trọng đó chính là xem xét sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ khi gia
công trên máy cao tốc đến chất lượng bề mặt chi tiết. Với kết quả của nghiên cứu
này sẽ là cơ sở cho quá trình tối ưu hóa các thông số công nghệ khi gia công trên
máy tiện cao tốc CNC.

19


CHƯƠNG 2

ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG
1. Độ chính xác gia công
1.1. Khái niệm về độ chính xác gia công

Các chi tiết máy (CTM) khi được thiết kế đều phải có các yêu cầu kỹ thuật nhất
định để đảm bảo tính năng làm việc của chúng. Đó có thể là độ chính xác về kích
thước, chất lượng bề mặt hay vị trí tương quan. Tuy nhiên, đó mới chỉ là trên bãn
vẽ thiết kế. Khi gia công, việc đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết
được ghi trên bản vẽ là rất cần thiết. Thực tế là giữa chi tiết được gia công với chi
tiết lý tưởng trên bản vẽ có những sai lệch khác nhau và các sai số đó được gọi là
sai số gia công. Do vậy, độ chính xác gia công đã được định nghĩa như sau:
“Độ chính xác gia công của chi tiết máy là mức độ giống nhau về kích thước, hình
dáng và vị trí tương quan giữa chi tiết gia công trên máy và chi tiết lý tưởng trên
bản vẽ thiết kế” .
Độ chính xác của chi tiết máy được đánh giá theo các yếu tố sau đây:
a, Độ chính xác kích thước:
Đó là độ chính xác về kích thước thẳng hoặc kích thước góc. Độ chính xác kích
thước được đánh giá bằng sai số của kích thước thực so với kích thước lý tưởng
được ghi trên bản vẽ.
b, Độ chính xác hình dáng hình học:
Đó là mức độ phù hợp giữa hình dáng hình học và hình dáng hình học lý tưởng
của chi tiết. Ví dụ, khi gia công chi tiết là mặt phẳng, độ chính xác hình dáng hình
học được đáng giá qua độ phẳng của nó so với độ phẳng lý tưởng.
c, Độ chính xác vị trí tương quan:
Độ chính xác này thực chất là sự xoay đi một góc nào đó của bề mặt này so vơi bề
mặt kia ( dùng làm chuẩn). Độ chính xác vị trí tương quan thường được ghi thành

20


một điều điện kỹ thuật trên bản vẽ thiết kê. Ví dụ , độ song song, độ vuông góc, độ
đồng tâm,v.v….
Nói chung, độ chính xác gia công là chỉ tiêu khó đạt nhất và gây tốn kém nhất kể
cả trong quá trình xác lập cũng như trong quá trình chế tạo. Độ chính xác gia công

là một yếu tố rất quan trọng trong gia công cơ khí, nó phản ánh trình độ gia công
của một nền sản xuất cơ khí. Tuy niên, việc nâng cao độ chính xác gia công là điều
rất cần thiết vì điều đó sẽ làm nâng cao chất lượng sử dụng của chi tiết máy, làm
giảm thời gian lắp ráp sản phẩm v.v. Tuy nhiên, cũng cần phải hiểu rằng, việc nâng
cao độ chính xác gia công đồng nghĩa với việc giá thành chi tiết sẽ bị nâng cao như
đựơc chỉ ra trong biểu đồ (hình 1.2).
G i¸ th µ n h

D u n g s a i c h Õ t¹ o

Hình1.2 Mối quan hệ giữa độ chính xác gia công và giá thành sản phẩm.
Độ chính xác gia công trong điều kiện sản xuất phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, do
đó người ta thường gia công chi tiết với “độ chính xác kinh tế” chứ không phải “ độ
chính xác có thể đạt tới “.
Độ chính xác có thể đạt tới” là độ chính xác đạt được trong những điều kiện đặc
biệt không tính đến giá thành gia công (máy chính xác, đồ gá tốt, công nhân có tay
nghề cao,v.v…)

21


Hình 1- 3 Mối quan hệ giữa các phương pháp gia công và giá thành.
Hình 1-3 mô tả mối quan hệ giữa giá thành gia công (C) và độ chính xác (sai
số: δ) của các phương pháp cắt gọt khác nhau. Đường 1 mô tả quan hệ giữa C và δ
khi gia công thô, đường 2- khi gia công tinh và đường 3 - khi mài.
Ta thấy đường cong 2 cắt cả hai đường cong 1 và 3, tạo ra 3 vùng I,II,III khác
nhau. Như vậy,vùng I có thể gọi là độ chính xác có thể đạt tới (độ chính xác cao
nhất), vùng II là độ chính xác kinh tế còn vùng III là độ chính xác đảm bảo.Ta có
thể phân tích các đường cong này như sau: Ví dụ, bằng phương pháp phay tinh
(đường cong 2) có thể đạt được mức độ chính xác ở vùng I nhưng giá thánh C cao,

vì vậy bằng phương pháp mài cho ta giá thành hạ hơn( đường cong 3). Độ chính xác
ở vùng III có thể đạt được bằng phay tinh ( đường cong 2) nhưng tốt hơn là dùng
phương pháp phay thô ( đường cong 1). Để đạt độ chính xác ở vùng II tốt nhất là
dùng phương pháp phay tinh vì có giá thành hạ nhất.
1.2. Các nguyên nhân gây ra sai số gia công:
Khi gia công một loạt chi tiết trong cùng một điều kiện xác định mặc dù những
nguyên nhân gây ra từng sai số của mỗi chi tiết là giống nhau nhưng sai số tổng
cộng trên từng chi tiết lại khác nhau. Sở dĩ có hiện tượng như vậy là do tính chất
khác nhau của các sai số thành phần. Một số sai số xuất hiện trên từng chi tiết của
cả loạt đều có giá trị không đổi theo một qui luật nào đó. Những sai số này gọi là sai
số hệ thống cố định hoặc hệ thống thay đổi. Có một số sai số khác mà giá trị của

22


chúng xuất hiện trên mỗi chi tiết không theo một qui luật nào cả và những sai số
này gọi là sai số ngẫu nhiên.
a, Các nguyên nhân gây ra sai số hệ thống cố định :
- Sai số lý thuyết của phương pháp cắt.
- Sai số chế tạo của máy, dao, đồ gá.
- Biến dạng nhiệt của chi tiết gia công.
b, Các nguyên nhân gây ra sai số hệ thống thay đổi (theo thời gian gia công)
- Dụng cụ bị hao mòn theo thời gian gia công.
- Biến dạng nhiệt của máy, dao và đồ gá.
c, Các nguyên nhân gây ra sai số ngẫu nhiên :
- Độ cứng của vật liệu không đồng đều.
- Lượng dư gia công không đồng đều.
- Vị trí của phôi trong đồ gá thay đổi (dẫn đến sai số gá đặt).
- Thay đổi của ứng suất dư.
- Gá dao nhiều lần

- Mài dao nhiều lần.
- Thay đổi nhiều máy để gia công một lọat chi tiết.
- Dao động nhiệt của quá trình cắt.
- Các lọai rung động trong quá trình cắt.
1.3. Các phương pháp đạt độ chính xác gia công:
Để đạt độ chính xác gia công ngừơi ta thường dùng 3 phương pháp sau đây :
- Phương pháp cắt thử từng chi tiết riêng biệt.
- Phương pháp tự động đạt kích thước.
- Phương pháp điều khiển thích nghi.
a, Phương pháp cắt thử từng chi tiết riêng biệt.
Bản chất của phương pháp là sau khi gá phôi trên máy người công nhân đưa
dao vào và tiến hành cắt thử một lượng dư nhất định,sau đó dừng máy để kiểm tra

23


kích thước. Nếu chưa đạt yêu cầu thì lại điều chỉnh dao ăn sâu thêm nữa rồi lại cắt
thử và kiểm tra,công việc được lặp đi lặp lại cho đến khi đạt kích thước yêu cầu.
Trước khi cắt thử, phôi thường được lấy dấu để người thợ có thể đưa dao vào vị trí
(đã lấy dấu) một cách nhanh chóng và để tránh phế phẩm (do dao được đưa vào quá
sâu).
Phương pháp cắt thử có những ưu điểm sau đây :
- Trên máy không chính xác vẫn có thể đạt được độ chính xác cao (nhờ vào tay
nghề của người công nhân)
- Lọai trừ ảnh hưởng của mòn dao khi gia công cả lọat chi tiết (do dao luôn luôn
được điều chỉnh đúng vị trí)
- Không cần chế tạo đồ gá đắt tiền mà chỉ cần người thợ rà gá chính xác.
Tuy nhiên, phương pháp cắt thử lại có những nhược điểm sau:
- Độ chính xác gia công phụ thuộc vào bề dầy nhỏ nhất của lớp phôi được hớt
đi. Ví dụ, khi tiện bằng dao hợp kim (có mài bóng lưỡi) bề dầy phôi có thể cắt được

không nhỏ hơn 0.02mm, còn khi tiện bằng dao đã mòn thì bề dày phôi có thể cắt
được không nhỏ hơn 0.05mm. Như vậy, khi gia công bằng phương pháp cắt thử
người thợ không thể điều chỉnh được dao để lưỡi cắt có thể hớt đi bề dày phôi nói
trên, do đó không thể đảm bảo được kích thước có sai số nhỏ hơn bề dày lớp phôi
đó.
- Người thợ phải làm việc căng thẳng nên dễ mệt, do đó có thể gây ra phế
phẩm.
- Năng suất thấp do phải cắt nhiều lần.
- Do năng suất thấp nên giá thành gia công cao.
Với những nhược điểm trên đây, cho nên phương pháp cắt thử chỉ được sử
dụng trong sản xuất đơn chiếc và hàng lọat nhỏ, trong sản xuất thử và trong sửa
chữa hoặc trong các phân xưởng dụng cụ. Trong sản xuất hàng lọat lớn và hàng

24


khối, phương pháp cắt thử chủ yếu được dùng ở nguyên công mài bởi vì trong
nguyên công này, dụng cụ cắt (đá mài) bị mòn rất nhanh và phá vỡ kích thước đã
được điều chỉnh. Do đó lượng mòn của đá có thể được bù lại nhờ điều chỉnh đá
bằng tay trong quá trình gia công để vẫn đảm bảo độ chính xác gia công.
b, Phương pháp tự động đạt kích thước :
Trong sản xuất hàng lọat lớn và hàng khối để đạt độ chính xác gia công chủ yếu
người ta dùng phương pháp tự động đạt kích thước. Bản chất của phương pháp này
là trước khi gia công, dụng cụ cắt được điều chỉnh sẵn để có vị trí tương quan cố
định so với chi tiết gia công (hình 1-4). Nói cách khác thì chi tiết gia công cũng phải
có vị trí xác định so với dụng cụ cắt. Vị trí này của chi tiết gia công được đảm bảo
nhờ cơ cấu định vị của đồ gá. Còn đồ gá cũng có vị trí xác định trên máy nhờ cơ cấu
định vị riêng.

Hình 1.4 Gia công theo phương pháp tự động đạt kích thước

Ví dụ, khi phay phôi( chi tiết gia công) 2 để đạt kích thước a và b ( hình 1.4a) bàn
máy phay được điều chỉnh sao cho mặt tỳ của má tĩnh 1 của êtô cách trục quay của
dao phay một đọan K = D/2 +a ( D- đường kích dao phay).
Như vậy, khi sử dụng phương pháp tự động đạt kích thước thì việc đảm bảo
độ chính xác gia công không phải do người công nhân thực hiện mà do: Thợ điều
chỉnh ( có nhiệm vụ điều chỉnh máy) ; thợ chế tạo dụng cụ ( có nhiệm vụ chế tạo đồ

25