Xác định chế độ cắt tối ưu khi gia công thép hợp kim trên máy phay CNC

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

NGUYỄN VĂN QUÊ

XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CẮT TỐI ƯU KHI GIA CÔNG THÉP HỢP KIM
TRÊN MÁY PHAY CNC
CHUYÊN NGÀNH : CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. NGUYỄN TRỌNG HIẾU

Hà Nội – Năm 2013


LỜI CAM ĐOAN

Luận văn thạc sĩ: “Xác định chế độ cắt tối ưu khi gia công thép hợp kim
trên máy phay CNC ” được hoàn thành bởi tác giả Nguyễn Văn Quê, học viên cao
lớp Cao học 11BCTM.KH Chế tạo máy, khóa 20011, Viện Cơ khí-Trường Đại học
Bách khoa Hà Nội.
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, kết quả nêu trong
luận văn này là hoàn toàn trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công
trình nào khác.

Hà Nội, ngày tháng 09 năm 2013

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Quê

1


LỜI CẢM ƠN

Tôi xin được bày tỏ sự cảm ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn
TS.Nguyễn Trọng Hiếu. Những gợi ý và giúp đỡ lựa chọn đề tài luận văn tốt
nghiệp, sự hướng dẫn tận tình, ủng hộ thường xuyên cũng như sự động viên của
thầy trong quá trình thực hiện là cơ sở để tôi hoàn thành hoàn thành luận văn này.
Bên cạnh đó thầy cũng đã đưa ra những đánh giá tổng kết sâu sắc và gợi mở hướng
phát triển của đề tài nghiên cứu trong tương lai cho tôi.
Tôi cũng chân thành gửi lời cảm ơn tới tất cả các thầy, cô giáo đã tham gia
giảng dạy tất cả các môn học của chương trình cao học. Các thầy, cô đã cung cấp
cho tôi tất cả những kiến thức cần thiết để làm nên tảng cho tôi có thể hoàn thành
tốt nội dung của luận văn tốt nghiệp này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn và giúp đỡ rất tận tình của
TS.Nguyễn Trọng Hiếu. Và các thầy, cô trong bộ môn Công nghệ Chế tạo máyViện Cơ khí- Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ tác giả hoàn thành luận
văn này.
Trong suốt quá trình thực hiện luận văn không thể tránh khỏi những sai sót,
tác giả rất mong những ý kiến đóng góp, phê bình của các thầy cô và các bạn đồng
nghiệp.

Hà Nội, Tháng 08 năm 2013

Nguyễn Văn Quê

2

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................... 1
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................ 2
CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................................ 7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ........................................................................ 8
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ................................................................... 9
MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 10
Mục dích của đề tài. ..................................................................................... 11
Đối tượng nghiên cứu. .................................................................................. 11
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. ..................................................... 12
Những đóng góp của đề tài. .......................................................................... 13
Nội dung luận văn: ....................................................................................... 15
CHƯƠNG 1 ................................................................................................. 16
TỔNG QUAN VỀ PHAY VÀ MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH CẮT KHI
PHAY .......................................................................................................... 16
1.1. TỔNG QUAN VỀ PHAY. .................................................................... 16
1.1.1. Định nghĩa về phay. ..................................................................................... 16
1.1.2. Các dạng phay chủ yếu. ............................................................................... 16
1.1.3. Đặc điểm gia công cắt gọt bằng phay. .......................................................... 17

1.2. CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC .......................... 18
1.2.1. Các dạng điều khiển của máy phay CNC. .................................................... 18
1.2.2. Quy trình công nghệ gia công trên máy phay CNC. ..................................... 21
1.2.3. Phương pháp thực hiện nguyên công phay trên máy phay CNC. ................ 22
1.2.4. Lập trình gia công trên máy phay CNC. ...................................................... 27

1.3. MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH CẮT KHI PHAY. ................................ 29
1.3.1. Phân tích các nhân tố có trong mô hình. ...................................................... 31

3


1.3.2. Ý nghĩa của các đại lượng đặc trưng xuất hiện trong và sau quátrình cắt khi
phay. ..................................................................................................................... 31
1.3.3 Nội dung của nghiên cứu mô hình hóa quá trình cắt khi phay. ...................... 35

1.4. GIỚI HẠN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU. ................................................... 39
Đối tượng nghiên cứu. ........................................................................................... 39
1.4.2. Nội dung nghiên cứu.................................................................................... 40

KẾT LUẬN CHƯƠNG I.............................................................................. 41
CHƯƠNG II................................................................................................. 43
NGHIÊN CỨU CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN KHI PHAY
BẰNG DAO PHAY NGÓN SỬ DỤNG MẢNH CẮT XOAY ..................... 43
2.1. CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN KHI PHAY BẰNG DAO PHAY NGÓN
SỬ DỤNG MẢNH CẮT XOAY. ................................................................. 43
2.1.1. Lực cắt......................................................................................................... 43
2.1.2 Độ nhám bề mặt chi tiết gia công. ................................................................. 48
2.1.3 Lượng mòn dao............................................................................................. 51
2.1.4 Tuổi bền dụng cụ. ......................................................................................... 53

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN.
..................................................................................................................... 54
2.2.1 Các phương pháp xác định lực cắt. ............................................................... 54
2.2.2 Phương pháp đo độ nhám bề mặt. ................................................................. 55

2.3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU. ............................................. 57
2.3.1. Xây dựng mô hình các đại lượng đặc trưng cơ bản phụ thuộc vào thời gian

gia công. ................................................................................................................ 58
2.3.2. Xây dựng mô hình tổng quát của các đại lượng Y phụ thuộc vào các thông số
chế độ cắt. ............................................................................................................. 60

4


2.3.3 Xây dựng phương pháp xác định chính xác thời điểm thay dao..................... 61
2.3.4 Xây dựng các tín hiệu dể điều khiển công nghệ cụ thể, ta xác định được: ..... 64
2.3.5 Xây dựng các mối quan hệ qua lại giữa các đại lượng Y. .............................. 65

2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG II ..................................................................... 66
CHƯƠNG III ............................................................................................... 67
XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM ................................................... 67
3.1. ĐẶT VẤN ĐỀ....................................................................................... 67
3.2. MÔ HINH THÍ NGHIỆM. .................................................................... 67
3.2.1. Các thông số công nghệ cơ bản của hệ thống thí nghiệm.............................. 67
3.2.2 Thiết bị đo. ................................................................................................... 69

3.3 KẾT QUẢ ĐO........................................................................................ 71
3.4. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC .................................................. 72
3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3. ..................................................................... 76
CHƯƠNG 4 ................................................................................................. 77
TỐI ƯU HÓA CHẾ ĐỘ CẮT BẰNG PHƯƠNG PHÁP TAGUCHI ........... 77
4.1. GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP TAGUCHI .................................... 77
4.2. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN ................................................................. 77
4.2.1. Bảng trực giao. ............................................................................................ 77
4.2.2. Tỷ số S/N. .................................................................................................... 80
4.2.3. Phân tích phương sai ANOVA...................................................................... 83

4.3. CÁC BƯỚC ÁP DỤNG TAGUCHI...................................................... 90
4.4. ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP TAGUCHI ĐỂ TỐI ƯU CHẾ ĐỘ CẮT .. 91
4.4.1. Xác định các chức năng chính, các nhân tố tác động. .................................. 91
4.4.2. Xác định các hệ số nhiễu, kiểm tra các điều kiện và các đặc tính chất lượng
yêu cầu. ................................................................................................................. 91

5


4.4.3. Xác định các yếu tố cần tối ưu hóa. ............................................................. 91
4.4.4. Xác định các yếu tố điều khiển và các mức của chúng. ................................ 91
4.4.5. Lựa chọn bảng trực giao và ma trận thí nghiệm........................................... 91
4.4.6. Phân tích dữ liệu: Dự đoán các giá trị tối ưu của tác động điều khiển và giá
trị của kết quả........................................................................................................ 92

4.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4. ...................................................................... 96
TÀI LIỆU THAM KHẢO: ........................................................................... 97

6


CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
NC (Number Control) - Điều khiển số
CNC (Computer Numerical Control) – Điều khiển số có trợ giúp của máy tính
CAD (Computer Aided Design)- Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính
1D, 2D, 3D – Điều khiển 1 chiều, 2 chiều, 3 chiều
Rz : Nhấp nhô tế vi bề mặt (Rz)
Ra: Sai lệch profin bề mặt
HTCN: Hệ thống công nghệ
ĐLĐT: Đại lượng đặc trưng

OA

: Orthogonal array

S/N (Signal to noise ratio) hay SNR : cường độ tương đối của tín hiệu so với nhiễu
nền trong kênh truyền dữ liệu

7


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1. 1 Các dạng dao phay chủ yếu........................................................... 17
Hình 1. 2 Điều khiển điểm-điểm .................................................................. 18
Hình 1. 3 điều khiển đường thẳng ................................................................ 19
Hình 1. 4 Điều khiển theo contour ................................................................ 20
Hình 1. 5 Vùng gia công khi phay ................................................................ 23
Hình 1. 6 Quỹ đạo của dao ........................................................................... 24
Hình 1. 7 Sơ đồ ăn dao vào chi tiết ............................................................... 26
Hình 1. 8 Bù chiều dài dao khi phay............................................................. 29
Hình 1. 9 Mô hình quá trình phay................................................................. 30
Hình 2. 1 Lực cắt khi phay ........................................................................... 43
Hình 2. 3 Kích thước hình học mảnh cắt ...................................................... 45
Hình 2. 2 Chiều dày cắt khi phay bằng dao phay ngón sử dụng mảnh cắt xoay
..................................................................................................................... 45
Hình 2. 4 Diện tính cắt thực của tiết diện lớp kim loại bị cắt khi r =0 ........... 49
Hình 2. 5 Diện tích cắt thực của tiết diện lớp kim loại bị cắt khi r≠0 ........... 50
Hình 2. 6Các dạng mài mòn dụng cụ cắt ...................................................... 52
Hình 2. 7 Mối quan hệ giữa các đại lượng Y với thời gian gia công ............. 59
Hình 2. 8 Mối quan hệ giữ lực cắt và thời gian gia công............................... 62

Hình 2. 9 Mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt với thời gian gia công .......... 63
Hình 2. 10 Sơ đồ xác định tuổi bền T bằng cách sử dụng đồng thời nhiều chỉ
tiêu ............................................................................................................... 63
Hình 3. 1 Hình ảnh và thông số kỹ thuật mảnh cắt xoay ............................... 68
Hình 3. 2 Thông số kỹ thuật của phôi ........................................................... 69
Hình 3. 3 Máy đo chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt ....................................... 70
Hình 3. 4 Sơ đồ đo độ nhám bề mặt.............................................................. 70
Hình 4. 1 Đồ thị tác động của v, s, t đến độ nhám bề mặt ............................. 95

8


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 3. 1Dữ liệu đầu vào v,s, t..................................................................... 71
Bảng 3. 2 Kết quả xử lý số liệu 3 lần đo Rz .................................................. 72
Bảng 3. 3 kết quả tính Rz bằng phương pháp hồi quy................................... 76
Bảng 4. 1: Bảng trực giao OA4 (23 ) . ............................................................... 78
Bảng 4. 2 Bảng trực giao OA8 (27 ) . ................................................................. 78
Bảng 4. 3 Xác định hệ số a ........................................................................... 80
Bảng 4. 4 Tính hệ số S/N.............................................................................. 83
Bảng 4. 5 Dữ liệu chế độ cắt ban đầu ........................................................... 91
Bảng 4. 6 Kết quả tính S/N và độ lệch .......................................................... 93

9


MỞ ĐẦU
Ngày nay sự phát triển khoa học rất mạnh mẽ và không ngừng trong tất cả
mọi lĩnh vực của cuộc sống. Một sản phẩm không chỉ đơn thuần hàm chứa trong nó

một đặc tính cụ thể nào đó mà là sự tổng hòa của rất nhiều yếu tố (chất lượng, mẫu
mã, giá thành...). Cho đến nay, sản phẩm cơ khí gia công bằng cắt gọt vẫn chiếm tỷ
lệ cao nhất trong các phương pháp gia công kim loại. Gia công cắt gọt kim loại có
khả năng đáp ứng được độ chính xác kích thước, độ phước tạp về hình dạng và chất
lượng bề mặt chi tiết gia công, nó không những tạo ra sản phẩm trực tiếp mà còn tạo
ra những công cụ sản xuất, máy móc thiết bị. Chính vì vậy ngoài việc ứng dụng các
công nghệ tiên tiến có sự trợ giúp của máy tính được tích hợp trong máy công cụ
chính xác điều khiển theo chương trình số (NC & CNC), dụng cụ gia công có độ
bền cao, và vật liệu gia công mới luôn được phát triển mạnh mẽ là đòi hỏi khách
quan của nền sản xuất công nghiệp hiện đại.
Do các điều kiện trong công nghệ gia công cắt gọt kim loại luôn thay đổi
theo hướng tích cực nên các mô hình của quá trình cắt gọt kim loại, các thông số
chế độ cắt được thu thập từ những năm 1970 trong các tài liệu kinh điển không còn
phù hợp. việc mô hình hóa quá trình tham gia cắt gọt trong các điều kiện công nghệ
mới đã, đang và sẽ phải tiếp tục nghiên cứu
Các mô hình các đại lượng đặc trưng xuất hiện trong và sau quá trình cắt như:
lực cắt, nhiệt cắt, rung động, độ nhấp nhô tế vị bề mặt, lượng mòn dao… khi gia
công trên các máy CNC được nhập từ các nước phát triển là các bản quyền của các
hãng sản xuất. Do vậy chúng ta đã và đang gặp những khó khăn trong việc khai thác
sử dụng có hiệu quả máy CNC, các dụng cụ gia công đắt tiền ở 2 khía cạnh:
-

Không có các cơ sở dữ liệu để xây dựng điều kiện biên, miền giới hạn giải

bài toán xác định chế độ cắt tối ưu khi gia công trong điều kiện cụ thể của chúng ta.
-

Nếu chúng ta có tiền để mua bản quyền thì các mô hình mua được thường lạc

hậu, không phù hợp hoàn toàn với điều kiện sản xuất tại Việt Nam nên hiệu quả đầu

tư không cao.

10


Hiện nay, trên thế giới xuất hiện rất nhiều phương pháp để tối ưu hóa quá trình
thiết kế, gia công truyền thống như Phương pháp thực nghiệm, phần tử hữu hạn,
phần mềm MINITAB, ANSYS, Topology, Taguchi…
Qua thực tế việc ứng dụng các phương pháp tối ưu này thì phương pháp
Taguchi đã và đang được rất nhiều các công ty, viện nghiên cứu trên thế giới sử
dụng và đặc biệt ở Nhật bản. Ra đời năm 1980 bởi giáo sư Genichi Taguchi là một
phương pháp tối ưu hóa thực nghiệm, ngay say đó phương pháp được ứng dụng rất
rộng rãi ở nhật bản và trên toàn thế giới, đạt được kết quả cao trong sản xuất và kinh
doanh bằng cách làm những yêu cầu khắt khe nhất của khách hàng. Không những
vậy phương pháp còn giúp tiết kiệm tiền bạc, thời gian để thiết kế ra một sản phẩm.
Nhằm giúp giải quyết các vấn đề nêu trên tác giả sẽ đi sâu vào bài toán:
“Xác định chế độ cắt tối ưu khi gia công thép hợp kim trên máy phay CNC ”
bằng phương pháp Taguchi.
Mục dích của đề tài.
Thiết lập các điều kiện biên, miền giới hạn để xây dựng và giải bài toán xác
định chế độ cắt tối ưu khi phay, góp phần năng cao hiệu quả gia công.
Mặt khác, thông qua các mô hình đại lượng đặc trưng chúng ta có thể tìm
được tín hiệu phù hợp phục vụ cho điều khiển thích nghi trong quá trình phay, cho
phép rút ngắn được thời gian gia công, đảm bảo máy làm việc an toàn, nâng cao độ
chính xác của chi tiết gia công và kéo dài tuổi bền của dao, đông thời góp phần vào
việc thực hiện tự động hóa quá trình sản xuất.
Đối tượng nghiên cứu.
Mô hình hóa quá trình cắt khi phay trên máy CNC trong điều kiện gia công
cụ thể của phòng thí nghiệm CNC viện cơ khí đại Học Bách Khoa Hà Nội.

Máy phay CNC 4 trục Mikron VCP 600, Hãng sản xuất GF
AgieCharmilles-Thụy Sĩ

11


Dao phay ngón sử dụng mảnh cắt SEMT13T3AGSN-JM VP15TF phủ
VP15TF của hãng MITSUBISHI - Nhật Bản)
Vật liệu gia công thép hợp kim S355J0
Phương pháp nghiên cứu.
Phương pháp nghiên cứu là nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực
nghiệm. trước hết cần thu thập phân tích, đánh giá về lý thuyết ảnh hưởng của các
thông số đầu vào đến các thông số đầu ra trong điều kiện sản xuất cụ thể sau đó sử
dụng phương pháp Sử dụng phương pháp tối ưu hóa Taguchi rồi dùng thực nghiệm
kiểm chứng.
Nghiên cứu bằng thực nghiệm dựa trên cơ sở lý 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 các
kết quả đó tạo điều kiện cho quá trình xử lý số liệu bằng các phần tiện ích nhằm đạt
được độ chính xác và độ tin cậy cao.
Các kết quả nghiên cứu được áp dụng cho thực tế sản xuất qua đó đánh giá
được hiệu quả của vấn đề nghiên cứu.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
Ý nghĩa khoa học:
Tính cấp thiết: thời hiện đại nay là thời phát triển vượt bậc về khoa học công
nghệ. Các thiết bị gia công mới, các vật liệu gia công mới, các vật liệu dụng cụ cắt
có độ bền cao luôn được phát minh nhằm tăng năng suất lao động, hạ giá thành sản
phẩm. Với những thay đổi vượt bậc này, thì vấn đề nghiên cứu mô hình hóa quá
trình cắt gọt nhằm xây dựng và giải bài toán xác định chế độ cắt tối ưu nói chung và
phay nói riêng trong các điều kiện gia công mới luôn luôn được đặt ra. Hiệu quả

trong nghiên cứu: kết quả của việc xác định chế độ cắt tối ưu khi gia công thép hợp
kim sẽ tạo ra cơ sở cho việc tự động hóa quá trình chuẩn bị sản xuất.

12


Ý nghĩa thực tiễn:
Khả năng ứng dụng thực tế : kết quả của việc xác định chế độ cắt tối ưu khi
gia công thép hợp kim là điểm khởi đầu cho việc xây dựng cơ sở dữ liệu về chế độ
cắt dưới dạng các phần mềm hoặc sổ tay tra cứu phục vụ sản xuất.
Xây dựng các tín hiệu điều khiển gia công: lực cắt xuất hiện và được đo
trong quá trình cắt có thể được dùng làm tín hiệu điều khiển thích nghi quá trình gia
công nhằm đảm bảo tận dụng công suất cắt lớn nhất, đảm bảo an toàn cho quá trình
gia công trong điều kiện gia công không ổn định.
Thông qua mô hình mòn dao theo thời gian gia công cho phép tính toán xác
định thời điểm điều chỉnh lại dao nhằm tận dụng hết khả năng cắt của dụng cụ, đảm
bảo độ chính xác trong quá trình gia công, có thể nâng cao độ chính xác kích thước
chi tiết gia công.
Địa chỉ ứng dụng : Xác định chế độ cắt tối ưu khi gia công thép hợp kim các
mô hình cắt khi phay trên máy phay CNC được ứng dụng hầu hết cho gia công các
chi tiết phưc tạp, khuôn mẫu chính xác.
Những đóng góp của đề tài.
Về lý thuyết :
Xây dựng được phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa các đại lượng đặc
trưng như : Lực cắt, độ nhám bề mặt, lượng mòn dao với các thông số chế độ như :
Vận tốc cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt và với thời gian gia công dưới dạng các
biểu thức toán học. Thông qua các mô hình này cho phép xây dựng miền giói hạn
của các thông số công nghệ ứng vói từng điều kiện gia công cụ thể tại thời điểm bất
kỳ của quá trình sản xuất, đây chính là nhiệm vụ chính trong việc nghiên cứu tối ưu
hóa chế độ cắt nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình gia công.

13


Xây dựng được phương pháp xác định tuổi bền dao phay đồng thời bầng
nhiều chỉ tiêu. Trong điều kiện gia công cụ thể ta có thể lựa chọn được giá trị tuổi
bền hợp lý, góp phần tận dụng hết khả năng cắt của dụng cụ, tiết kiệm chi phí.
Xây dựng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm với hệ thống thí nghiệm và
phương pháp xử lý số liệu hiện đại, chính xác và tin cậy trên cơ sở sử dụng tin học
như một công cụ hữu hiệu khi nghiên cứu. phương pháp nghiên cứu này có thể
dược ứng dụng cho công tác đào tạo và nghiên cứu khoa học.
Xây dựng được phần mềm nối ghép các thiết bị đo và với máy tính cho phép
nhận được các kết quả đo trung thực khi thí nghiệm xác định đông thời nhiều thông
số tại cung một thời điểm và phần mền tính toán giải bài toán tối ưu xác định chế độ
cắt hợp lý khi phay trên máy phay CNC.
Về thực tiễn :
Việc sử dụng các thuật toán, phần mềm tính toán xác định chế độ cắt tối ưu
cho phép xây dựng cơ sở dữ liệu chế đọ cắt kèm theo các máy CNC mới sản xuất
cũng như các máy CNC (được nhập ngoại) đang sử dụng trong các diều kiện của
thực tế sản xuất hiện tại nhằm góp phần vào việc tự động hóa khâu chuẩn bị sản
xuát.
Tìm được các tín hiệu điều khiển thích nghi khi phay trên máy phay CNC
nhằm đảm bảo quá trình gia công an toàn, tận dụng hết công suất cắt gọt của hệ
thống thiết bị và đảm bảo được độ chính xác gia công yêu cầu.

14


Nội dung luận văn:
Toàn bộ nội dung chính của luận văn được chia làm 4 chương và phần kết

luận chung :
Mở đầu
Chương 1. Tổng quan về phay và mô hình hóa quá trình cắt khi phay.
Chương 2. Nghiên cứu các thông số đặc trưng cơ bản khi phay bằng dao phay sử
dụng mảnh cắt xoay.
Chương 3. Xây dựng hệ thống thí nghiệm.
Chương 4. Phương pháp Taguchi để xác định chế độ cắt tối ưu khi gia công thép
hợp kim trên máy phay CNC
Kết luận chung và kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo.
Tài liệu tham khảo.phụ lục I, II, III, IV.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Trọng Hiếu đã tận tâm truyền đạt
kiến thức và có những chỉ dẫn quý báu giúp tôi hoàn thành bản luận văn này. Bên
cạnh đó, tôi xin cảm ơn ban lãnh đạo, các thầy cô của trung tâm thí nghiệm bộ môn
công nghệ chế tạo máy – khoa cơ khí – trường Đại học Bách Khoa Hà Nội cùng các
đồng nghiệp đã hợp tác đầy hiệu quả giúp tôi nghiên cứu đề tài này. Trong bản luận
án chắc hẳn còn nhiều thiếu sót, tôi rất mong cấc thầy, cô và các bạn đồng nghiệp
góp ý, bổ sung để luận án này đạt được kết quả cao hơn.
Tôi xin trân trọng cảm ơn.

15


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ PHAY VÀ MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH CẮT KHI PHAY
1.1. TỔNG QUAN VỀ PHAY.
1.1.1. Định nghĩa về phay.
Phay là phương pháp gia công cắt gọt bằn dụng cụ cắt có lưỡi cắt xác định
được dung phổ biến trong gia công cắt gọt kim loại. Quá trình cắt khi phay là không
liên tục do dao phay thông thường có nhiều lưỡi nên quá trình cắt được tiến hành
lần lượt theo từng lưỡi gây nên các va đập trong quá trình gia công (10), (16).

Độ chính xác đạt được bằng phương pháp phay không cao hơn cấp 4 +3.
Phay có khả năng thay thế hoàn toàn phương pháp bào trong sản xuất hàng loạt.
1.1.2. Các dạng phay chủ yếu.
Bằng phương pháp phay, người ta có thể gia công mặt phẳng, mặt định hình
phức tạp , rãnh then, cắt đứt, gia công trục tròn xoay, trục then hoa, cắt ren, bánh
răng…
Dao phay trụ răng xoắn. (hình 1.1a)
Dao phay mặt đầu. (hình 1.1b)
Dao phay đĩa. (hình 1.1c)
Dao phay đĩa để cắt đứt, (hình 1.1d)
Dao phay ngón. (hình 1.1e)
Dao phay góc. (hình 1.1g)
Dao phay định hình. (hình 1.1h)
ó rất nhiểu các kiểu dao phay khác nhau. (hình 1.1 (10), (16), (66)

16


Hình 1. 1 Các dạng dao phay chủ yếu
1.1.3. Đặc điểm gia công cắt gọt bằng phay.
Gia công cắt gọt bằng phay có đặc điểm như sau:
Do có một số lưỡi cùng tham gia cắt nên năng suất cao hơn gia công bằng
bào nhiều lần và trong một số trường hợp cụ thể bằng chuốt. lưỡi cắt của dao phay
làm việc không liên tục, cùng với khối lượng thân dao lớn nên điều khiển truyền
nhiệt tốt. do vậy, dao lâu mòn hơn và có thể gia công trong các điều kiện cắt gọt
khó khăn.

17

Diện tích cắt khi phay thay đổi, do vậy lực cắt thay đổi gây ra rung động
trong quá trình cắt.
Do lưỡi cắt làm việc gián đoạn, gây va đập và rung động, nên khả năng tồn
tại lẹo dao ít. Tuy nhiên hiện tượng va đập trong quá trình cắt cũng là nhân tố làm
giảm độ chính xác và chất lượng bề mặt chi tiết gia công.
Ngoài các hình thức mòn dao tương tự như nguyên công tiện, khi phay xuất
hiện hiện tượng vỡ dao do va đập.
1.2. CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC
1.2.1. Các dạng điều khiển của máy phay CNC.
Cũng như các máy công cụ điều khiển số khác, máy phay CNC có khả năng
gia công được các bề mặt khác nhau như các lỗ, mặt phẳng, các mặt định hình vv…
do đó các dạng điều khiển của máy cũng được chia ra thành: điều khiển điểm –
điểm điều khiển đường thẳng và điều khiển biên dạng (contour).
1.2.1.1. Điều khiển điểm – điểm
Điều khiển điểm-điểm (hay điều khiên theo vị trí) được dùng để gia công các
lỗ bằng các phương pháp khoan, khoét, doa và cắt ren lỗ. chi tiết gia công được gá
cố định trên bàn máy, dụng cụ cắt thực hiện chạy dao nhanh đến các điểm đã lập
trình. Trong hành trình này, dao không cắt vào chi tiết. Khi đạt tới các điểm đích,
quá trình gia công được thực hiện theo chế độ cắt đã được lập trình. (hình 1.2)

Hình 1. 2 Điều khiển điểm-điểm

18


1.2.1.2. Điều khiển đường thẳng.
Điều khiển đường thẳng là dạng điều khiển thường được dùng khi gia công
các rãnh, mặt phẳng, mặt bậc,…trong các nguyên công phay. Quỹ đạo chuyển động
của dao khi cắt gọi là đường thẳng song song với một trong các trục tọa độ của máy.

Hình 1. 3 điều khiển đường thẳng
1.2.1.3. Điều khiển biên dạng.
Điều khiển theo biên dạng (theo contour) là dạng điều khiển nhờ các chuyển
động nội suy đồng thời của các bàn trượt máy theo 2 hoặc nhiều trục và mối quan
hệ giữa các chuyển động của các trục này là một hàm số trong mặt phẳng hoặc có
thể trong không gian,
Tùy theo số trục được điều khiển đồng thời khi gia công người ta phân biệt :
điều khiển contour 2D, điều khiển contour 2 ½ D và điều khiển contour 3D. (hình
1.4)

19


Hình 1. 4 Điều khiển theo contour
a.

Điều khiển contour 2D
Điều khiển contour 2D cho phép thực hiện nội suy chạy dao theo hai trục

đông thời trong một mặt phẳng gia công, ví dụ trong mặt phẳng XY (hình1.4a).
Trục thứ ba Z được cố định. Có thể hiểu rõ hơn khi trên máy phay CNC có 3 trục :
2 trục được sử dụng để phay contour, còn trục thứ ba Z được cố định.
b.

Điều khiển contour
Điều khiển contour

.
.cho phép nội suy lượng chạy dao đồng thời theo

hai trục nào đó để gia công bề mặt trong một mặt phẳng nhất định. Trên máy CNC
có ba trục X, Y, Z ta sẽ điều khiển đông thời X, Y hoặc Y, Z. (hình 1.4b). Trên các

20


máy phay CNC điều này có nghĩa là chiều sâu cắt có thể được thực hiện theo bất kỳ
1 trục nào đó trong 3 trục, còn 2 trục kia để phay contour.
c.

Điều khiển contour 3D

Điều khiển contour 3D cho phép nội suy 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
1.4c). điều khiển contour 3D được ứng dụng gia công bề mặt không gian của các
khuôn mẫu, gia công các chi tiết có bề mặt phức tạp.

Như vậy vai trò của các trục

có thể hoán đổi cho nhau.
1.2.2. Quy trình công nghệ gia công trên máy phay CNC.
Quy trình công nghệ gia công trên máy phay CNC, được chia làm các bước, nhưng
các bước ở đây lại phải chia ra các lớp và mỗi lớp cắt được thực hiện sau quỹ đạo
dịch chuyển của dụng cụ cắt.
Chương trình điều khiển là tập hợp tất cả các lệnh dịch chuyển và các điều
khiển công nghệ do bộ điều khiển của máy cung cấp.
Lập chương trình điều khiển cho máy CNC bao gồm 3 giai đoạn sau đay:
1.2.2.1. Lập tiến trình công nghệ.
Nhiệm vụ của lập tiến trình bao gồm: Đánh giá khả năng gia công chi tiết trên máy
CNC theo kết cấu công nghệ và theo điều kiện sản xuất.

Chọn phôi, quy trình công nghệ, dụng cụ cắt, đồ gá và cấu trúc các nguyên công.
Nghiên cứu tính công nghệ của chi tiết và tiêu chuẩn hóa các thông số như chuẩn
kích thước hoặc bán kính.
Xác định yêu cầu về lượng dư và kích thước chính đối với các mặt chuẩn.
Lập tiến trình gia công chi tiết (phân các bề mặt theo loại để chọn máy gia công).
Tính toán và lựa chọn phương pháp gá dặt và đồ gá cần thiết.
Xác định dụng cụ cắt và chọn chúng theo từng loại.
1.2.2.2. Thiết kế nguyên công.
Nhiệm vụ của thết kế nguyên công bao gồm:

21


Xác định nội dung nguyên công, chia nguyên công ra các bước và các vị trí, cụ thể
hóa phương pháp kẹp chặt chi tiết
Chia ra các lớp cắt, chọn dụng cụ cắt, chuẩn bị phương pháp điều chỉnh máy
và điều chỉnh dao.
1.2.2.3. Lập trình gia công.
Lập trình gia công bao gồm các nội dung sau đây:
Tính toán các quỹ đạo chuyển động của dao sau khi xác định tọa độ của các điểm.
Lập trình và ghi vào bộ nhớ của bộ điều khiển máy.
Kiểm tra chương trình, chạy thử và gia công thử chi tiết.
1.2.3. Phương pháp thực hiện nguyên công phay trên máy phay CNC.
1.2.3.1. Vùng gia công.
Vùng gia công khi phay được chia ra như sau (hình 1.5).
-

Vùng gia công hở. (hình 1.5d)

Đối với vùng gia công hở thì dao không bị hạn chế khi dịch chuyển theo trục của nó

hoặc trong mặt phẳng vuông góc với trục dao.
-

Vùng gia công nửa hở (hình 1.5d).

Đối với vùng gia công này thì dao bị hạn chế khi dịch chuyển dọc hoặc trong mặt
phẳng vuông góc với trục của nó.
-

Vùng gia công kín (hình 1.5e).

Trong trường hợp này thì dao bị hạn chế theo tất cả các phương khi có dịch cuyển
-

Vùng gia công tổ hợp. (hình 1.5f).

Vùng gia công được tạo thành từ các vùng gia công trên.
-

22


Hình 1. 5 Vùng gia công khi phay
1.2.3.2. Lượng dư phay.
Lượng dư phay có thể xác định theo bảng hoặc bằng phương pháp tính toán.
Khi xác định lượng dư gia công tinh cần tính đến quy luật cắt khi phay.
1.2.3.3. Sơ đồ các bước khi phay.

23

a. Qũy đạo của dao.
Khi thực hiện nguyên công phay trên máy CNC người ta có thể áp dụng các
phương pháp dịch chuyển của dao sau đây. (hình 1.6 [7]).

Hình 1. 6 Quỹ đạo của dao
Dịch chuyển theo quỹ đạo ziczac (hình 1.6 a,b,c).
Hiện nay, sơ đồ này đang được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, cách dịch chuyển có
nhược điểm chính là tính chất của quá trình phay thay đổi (lúc phay thuận lúc phay
nghịch) dẫn đến lực cắt thay đổi ảnh hưởng xấu đến độ chính xác và chất lượng bề
mặt.
Sơ đồ chạy ziczac có 3 loại: không ăn dao dọc theo contour (hình 1.6a); ăn dao dọc
theo contour ở bước cuối cùng (hình 1.6b) và bước đầu tiên là ăn dao sơ bộ dọc theo
contour chi tiết (hình 1.6c). Sơ đồ trên hình 1.6c tạo điều kiện thuận lợi cho việc ăn
dao ở phía cuối của mỗi bước.

24