Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chiều cao nhấp nhô bề mặt khi gia công thép 45 chưa nhiệt luyện trên máy phay CNC
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.54 MB, 109 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
PHẠM THỊ THU TRÀ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
*****
PHẠM THỊ THU TRÀ
CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ
CẮT ĐẾN CHIỀU CAO NHẤP NHÔ BỀ MẶT
KHI PHAY THÉP 45 CHƯA NHIỆT LUYỆN
TRÊN MÁY PHAY CNC
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
NGHÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
2009-2011
HÀ NỘI - 2011
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
*****
PHẠM THỊ THU TRÀ
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ
CẮT ĐẾN CHIỀU CAO NHẤP NHÔ BỀ MẶT
KHI PHAY THÉP 45 CHƯA NHIỆT LUYỆN
TRÊN MÁY PHAY CNC
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
NGHÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS NGUYỄN TRỌNG BÌNH
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội
HÀ NỘI - 2011
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu luận văn khoa học của riêng
tôi. Các kết quả nghiên cứu được đo đạc tính toán là hoàn toàn chính xác và trung
thực, chưa được công bố ở một công trình ở bất cứ một công trình nào khác
Tác giả
Phạm Thị Thu Trà
1
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt .............................................................................5
Danh mục các bảng biểu.............................................................................................7
Danh mục các hình vẽ, đồ thị .....................................................................................8
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................9
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHAY VÀ MÔ HÌNH HÓA………………….13
1.1 TỔNG QUAN VỀ PHAY ...........................................................................13
1.1.1
Định nghĩa về phay..............................................................................13
1.1.2
Các dạng dao phay chủ yếu.................................................................13
1.1.3
Đặc điểm gia công cắt gọt bằng phay .................................................14
1.1.4
Các phương pháp phay........................................................................14
1.2 CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC ............................16
1.2.1
Các dạng điều khiển của máy phay CNC............................................16
1.2.2
Qui trình công nghệ gia công trên máy phay CNC.............................19
1.2.3
Phương pháp thực hiện nguyên công phay trên máy phay CNC ........20
1.2.4
Lập trình gia công trên máy CNC .......................................................25
1.3 MÔ HÌNH QUÁ TRÌNH CẮT KHI PHAY..............................................27
1.3.1
Phân tích các nhân tố có trong mô hình..............................................27
1.3.2
Ý nghĩa của các đại lượng đặc trưng xuất hiện trong và sau quá trình
cắt khi phay.......................................................................................................30
1.4 GIỚI HẠN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................................33
1.4.1
Đối tượng nghiên cứu..........................................................................33
1.4.2
Nội dung nghiên cứu............................................................................34
1.5 CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN KHI PHAY BẰNG DAO PHAY NGÓN
SỬ DỤNG MẢNH CẮT XOAY .........................................................................35
2
1.5.1
Độ nhám bề mặt chi tiết gia công........................................................35
1.5.2
Lượng mòn dao....................................................................................38
1.5.3
Tuổi bền dụng cụ .................................................................................40
1.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN ...41
1.6.1
Phương pháp đo độ nhám bề mặt........................................................41
1.6.2
Các phương pháp xác định lượng mòn dao ........................................41
1.7 XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU ..................................................42
1.7.1
Xây dựng các điều kiện đảm bảo chất lượng bề mặt chi tiết ..............42
1.7.2
Xây dựng các điều kiện đảm bảo độ chính xác kích thước chi tiết .....43
1.7.3
Xây dựng phương pháp xác định chính xác thời điểm thay dao dựa
trên độ nhấp nhô tế vi bề mặt ...........................................................................43
1.7.4
Xây dựng các tín hiệu để điều khiển quá trình gia công .....................44
1.8 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ...........................................................................45
CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM……………………….47
2.1 ĐẶT VẤN ĐỀ..............................................................................................47
2.2 MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM .........................................................................47
2.2.1
Thiết kế mô hình thí nghiệm ................................................................47
2.2.2
Các thông số công nghệ cơ bản của hệ thống thí nghiệm...................48
2.2.3
Thiết bị đo............................................................................................51
2.3 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM........................................................................52
2.3.1
Xác định độ nhám bề mặt chi tiết sau khi gia công.............................52
2.3.2
Xác định lượng mòn dao dụng cụ theo phương vuông góc với bề mặt
đã gia công .......................................................................................................53
2.4 XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU....................................54
2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ...........................................................................58
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ…………59
3.1 XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ........59
3.1.1
Mục đích thực nghiệm .........................................................................59
3
3.1.2
Xây dựng sơ đồ thực nghiệm ...............................................................59
3.1.3
Cơ sở chọn giá trị các thông số đầu vào.............................................60
3.2 PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM.......................................61
3.2.1
Phương pháp thí nghiệm .....................................................................61
3.2.2
Thu thập kết quả thí nghiệm ................................................................62
3.3 CÁC KẾT QUẢ MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH CẮT KHI PHAY .......71
3.3.1
Mô hình các đại lượng Ra, Rz, Rt phụ thuộc vào các thông số ..........71
3.3.2
Mô hình các đại lượng Ra, Rz, Rt phụ thuộc vào thời gian gia….......72
3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ...........................................................................74
KẾT LUẬN CHUNG..............................................................................................75
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………......76
PHỤ LỤC I: Bảng số liệu kết quả đo và trình tự các bước xử lý kết quả...............79
PHỤ LỤC II: Các đồ thị biểu diễn sự biến đổi của các đại lượng đặc trưng .......100
4
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
Ý nghĩa
Đơn vị
V
Vận tốc cắt
Sz
Lượng chạy dao răng
B
Chiều sâu cắt đo theo phương dọc trục dao phay
mm
t
Chiều sâu cắt đo theo phương vuông góc với trục dao phay
mm
a
Chiều dày cắt
mm
b
Chiều rộng cắt
mm
z
Số răng dao phay
D
Đường kính dao phay
mm
r
Bán kính đỉnh lưỡi dao phay
mm
γ
Góc trước của lưỡi cắt
Độ
α
Góc sau của lưỡi cắt
Độ
β
Góc sắc của lưỡi cắt
Độ
ϕ
Góc nghiêng chính
Độ
ϕ1
Góc nghiêng phụ
Độ
Px
Thành phần lực cắt theo phương vuông góc với phương
chuyển động của dao
N
Py
Thành phần lực cắt theo phương chuyển động của dao
N
Pz
Thành phần lực cắt theo phương dọc trục của dao
N
Ra
Sai lệch profin trung bình của bề mặt chi tiết
µm
Rz
Chiều cao nhấp nhô trung bình của bề mặt chi tiết
µm
Rt
Chiều cao nhấp nhô lớn nhất của bề mặt chi tiết
µm
∆h
Lượng mòn dao đo theo phương vuông góc với bề mặt chi
tiết đã gia công
µm
T
Tuổi bền dao
Phút
hs
Chiều cao mài mòn theo mặt sau
Mm
Chiều cao mài mòn theo mặt sau cho phép
Mm
τ
Thời gian gia công
Phút
A0
Hệ số thực nghiệm xét đến ảnh hưởng của điều kiện gia
công khi xây dựng mô hình độ nhám bề mặt phụ thuộc vào
các thông số chế độ cắt
[hs]
m/phút
mm/răng
5
A1, A2,
A3
Số mũ thực nghiệm tương ứng với các thông số chế độ cắt
lần lượt V, Sz, B
C0
Hệ số thực nghiệm xét đến ảnh hưởng của điều kiện gia
công khi xây dựng mô hình độ nhám bề mặt, lượng mòn
dao phụ thuộc vào thời gian gia công
C1
Số mũ thực nghiệm tương ứng với thời gian gia công
K0
Hệ số thực nghiệm khi xét đến ảnh hưởng của điều kiện gia
công khi xây dựng mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt với
lượng mòn dao
K1
Số mũ thực nghiệm tương ứng với lượng mòn dao
K
Chi phí gia công
VNĐ
δA
Dung sai chi tiết
Mm
A
Kích thước chi tiết gia công
Mm
h
Khoảng giao nhau của hai bước do hai dao cùng cắt
Mm
L
Chiều dài gia công
Mm
6
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
TT
Ký hiệu
Tên bảng biểu
1
Bảng 3.1
Giá trị các thông số chế độ cắt và giá trị mã hóa
2
Bảng 3.2
Bảng giá trị các thông số công nghệ khi phay
3
Bảng 3.3
4
Bảng 3.4
5
Bảng 3.5
6
Bảng 3.6
7
Bảng 3.7
8
Bảng 3.8
9
Bảng 3.9
10
Bảng 3.10
11
Bảng P1.1
Kết quả đo độ nhám bề mặt (Ra, Rz, Rt) phụ thuộc vào các
thông số chế độ cắt (V, Sz, B)
Phương trình độ nhám bề mặt (Ra, Rz, Rt) phụ thuộc vào các
thông số chế độ cắt (V, Sz, B)
Phương trình độ nhám bề mặt (Ra, Rz, Rt) phụ thuộc vào thời
gian gia công τ
Tổng hợp kết quả các hệ số (C0, C1) của phương trình độ nhám
bề mặt (Ra, Rz, Rt) phụ thuộc vào thời gian gia công τ
Phương trình độ nhám bề mặt (Ra, Rz, Rt) phụ thuộc vào các
thông số chế độ cắt (V, Sz, B), thời gian gia công τ
Phương trình giữa độ nhấp nhô tế vi bề mặt (Ra, Rz, Rt) phụ
thuộc vào lượng mòn dao ∆h
Tổng hợp kết quả các hệ số (K0, K1) của phương trình độ nhám
bề mặt (Ra, Rz, Rt) phụ thuộc vào lượng mòn dao ∆h
Phương trình độ nhám bề mặt (Ra, Rz, Rt) phụ thuộc vào lượng
mòn dao ∆h, thông số chế độ cắt (V, Sz, B)
Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P01
12
Bảng P1.2
Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P02
13
Bảng P1.3
Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P03
14
Bảng P1.4
Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P04
15
Bảng P1.5
Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P05
16
Bảng P1.6
Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P06
17
Bảng P1.7
Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P07
18
Bảng P1.8
Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P08
7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ
TT
1
Ký hiệu
Hình 1.1
2
Hình 1.2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
Hình 1.3
Hình 1.4
Hình 1.5
Hình 1.6
Hình 1.7
Hình 1.8
Hình 1.9
Hình 1.10
Hình 1.11
Hình 1.12
Hình 1.13
Hình 1.14
Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 2.3
Hình 2.4
Hình 2.5
Hình 2.6
Hình 2.7
Hình 2.8
Hình 3.1
24
Hình P2.1
25
Hình P2.2
26
Hình P2.3
27
Hình P2.4
Tên hình vẽ đồ thị
Các dạng dao phay chủ yếu
Lực của răng dao phay tác động lên chi tiết và sự tiếp xúc giữa
bề mặt vít me đai ốc
Điều khiển điểm - điểm
Điều khiển đường thẳng
Điều khiển theo contour
Vùng gia công khi phay
Sơ đồ các bước khi phay
Sơ đồ ăn dao vào chi tiết
Bù chiều dài dao khi phay
Mô hình quá trình cắt khi phay
Diện tích cắt thực của tiết diện kim loại bị cắt khi r ~ 0
Diện tích cắt thực của tiết diện kim loại bị cắt khi r
Các dạng mài mòn dụng cụ cắt
Mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt với thời gian gia công τ
Sơ đồ thí nghiệm tổng quát
Dao phay ngón sử dụng mảnh cắt xoay
Mẫu phôi thí nghiệm
Sơ đồ gá đặt khi thực nghiệm
Phương pháp xác định lượng mòn dao ∆h
Sơ đồ đo độ nhám bề mặt
Sơ đồ đo lượng mòn dao khi phay
Sơ đồ thuật toán xử lý số liệu
Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm
Đồ thị quan hệ giữa độ nhấp nhô tế vi bề mặt với thời gian gia
công tại điểm TN02
Đồ thị quan hệ giữa độ nhấp nhô tế vi bề mặt với lượng mòn
dao tại điểm TN02
Đồ thị quan hệ giữa độ nhấp nhô tế vi bề mặt với thời gian gia
công tại điểm TN07
Đồ thị quan hệ giữa độ nhấp nhô tế vi bề mặt với lượng mòn
dao tại điểm TN07
8
MỞ ĐẦU
Hiện nay khối lượng sản phẩm cơ khí gia công bằng cắt gọt chiếm tỷ lệ cao nhất
trong các phương pháp gia công kim loại. Cắt gọt kim loại là một phương pháp
hàng đầu về khả năng đáp ứng độ chính xác kích thước về hình dạng và chất lượng
bề mặt chi tiết gia công. Vì vậy việc áp dụng các công nghệ tiến tiến có sự trợ giúp
của máy tính được tích hợp trong máy công cụ điều khiển theo chương trình số (NC
& CNC), vật liệu dụng cụ có độ bền cao, và vật liệu gia công mới luôn là đòi hỏi
khách quan của nền sản xuất công nghiệp hiện đại.
Do các điều kiện công nghệ trong gia công cắt gọt kim loại luôn phát triển theo
hướng hoàn thiện hơn nên các mô hình của quá trình cắt gọt kim loại, các thông số
chế độ cắt được thu thập trước đây trong các tài liệu cũ có một số phần không còn
phù hợp. Việc mô hình hóa quá trình gia công cắt gọt trong các điều kiện công nghệ
mới đã, đang và sẽ phải tiếp tục nghiên cứu.
Các mô hình về độ nhâp nhô tế vi bề mặt khi gia công trên các máy CNC được
nhập từ các nước phát triển là các bản quyền của các hãng sản xuất. Khi bán máy
các hãng thường không cung cấp các mô hình này. Do vậy chúng ta thường gặp
những khó khăn trong việc khai thác sử dụng có hiệu quả máy CNC như:
• Không có các cơ sở dữ liệu để giải bài toán xác định chế độ cắt tối ưu khi
gia công trong điều kiện công nghệ cụ thể của chúng ta.
• Nếu chúng ta có tiền để mua bản quyền thì các mô hình mua được thường
không phù hợp hoàn toàn với điều kiện sản xuất tại Việt Nam.
Nhằm góp phần giải quyết các khó khăn nêu trên trong điều kiện sản xuất cụ thể
tại Việt Nam, đề tài được tập trung nghiên cứu đi sâu vào vấn đề:
“ Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới chiều cao nhấp nhô bề mặt khi
gia công thép 45 chưa nhiệt luyện trên máy phay CNC “
9
Mục đích của đề tài
Kết quả của việc xây dựng mô hình chiều cao nhấp nhô bề mặt (Ra, Rz, Rt) khi
phay trên máy phay CNC với vật liệu C45 chưa nhiệt luyện cho phép xây dựng các
điều kiện biên để giải bài toán xác định chế độ cắt tối ưu khi phay trên máy phay
CNC trong từng điều kiện gia công cụ thể, góp phần sử dụng máy phay CNC một
cách hiệu quả & cũng góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của nguyên
công phay.
Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là mối quan hệ của các đại lượng đặc trưng cho chiều cao
nhấp nhô bề mặt chi tiết gia công với các thông số của chế độ cắt (Ra, Rz) khi phay
trên máy phay CNC trong điều kiện gia công cụ thể như sau:
+ Máy phay CNC (DMU-60T của hãng DECKEL MAHO - CHLB Đức)
+ Dao phay ngón sử dụng mảnh cắt xoay (mảnh hợp kim APMT 103508 PDER phủ
ACZ350 của hãng SUMITOMO - Nhật Bản)
+ Vật liệu gia công: Thép C45 chưa nhiệt luyện
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu là kết hợp giữa sự suy diễn lý thuyết và thực nghiệm.
Trước tiên là thu thập, phân tích, xử lý các thông tin tiên niệm sau đó đưa ra các
giả thuyết khoa học rồi dùng thực nghiệm kiểm chứng các giả thuyết đó.
- 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 có thể tự động hóa quá tình thu thập và lưu trữ các kết quả
đo tạo điều kiện cho các quá trình xử lý số liệu bằng phần mềm tiện ích nhằm đạt
được độ chính xác & 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
10
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Những nghiên cứu về phay được công bố gần đây tập trung vào việc mô hình
hóa, tối ưu hóa và điều khiển quá trình phay. Đề tài sẽ đóng góp một số kết quả
vào hướng nghiên cứu này.
- Chế độ cắt có ảnh hưởng nhiều đến các thông số đặc trưng của chất lượng bề mặt
khi phay. Điều khiển quá trình phay thông qua điều khiển chế độ cắt nhằm đạt
được chất lượng bề mặt theo yêu cầu.
- Phay là một quá trình phức tạp với tập hợp lớn các thông số ảnh hưởng tới chất
lượng bề mặt. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm được
trình bày trong luận văn không chỉ phù hợp với đối tượng nghiên cứu của đề tài
mà còn có thể sử dụng khi nghiên cứu quá trình phay ứng với các điều kiện phay
khác nhau.
- Với việc lựa chọn vật liệu C45 chưa nhiệt luyện và dao phay ngón thí nghiệm
vừa có tính đại diện vừa có tính phổ biến sẽ cho phép áp dụng rộng rãi kết quả
nghiên cứu cùng các chỉ dẫn khoa học vào sản xuất góp phần nâng cao hiệu quả
kinh tế - kỹ thuật của nguyên công phay.
Nội dung luận văn
Toàn bộ nội dung chính luận văn được chia làm 03 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. Xây dựng hệ thống thực nghiệm.
Chương 3. Nghiên cứu thực nghiệm và đánh giá kết quả.
Kết luận chung và kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo
Tài liệu tham khảo
Phụ lục
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Trọng Bình, TS Hoàng Việt Hồng,
những người thầy đã tận tâm truyền đạt kiến thức và có những chỉ dẫn quí báu giúp
tôi hoàn thành bản luận văn này. Bên cạnh đó, tôi xin chân thành cảm ơn ban lãnh
11
đạo của Tập đoàn xây dựng và Thiết bị công nghiệp (CIE Corp - IMI holding), các
thầy cô của 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 văn này chắc hẳn còn nhiều thiếu sót, tôi rất mong các thầy
cô và các bạn đồng nghiệp góp ý, bổ sung để luận án này đạt được kết quả cao hơn
Tôi xin chân thành cảm ơn.
Hà nội, ngày 18 tháng 05 năm 2011
Tác giả
Thạc sỹ Phạm Thị Thu Trà
12
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 bằng dụng cụ cắt có lưỡi được dùng 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
Độ chính xác đạt được bằng các phương pháp phay không cao hơn cấp 4 ÷ 3 và
chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt Ra = 3,2 ÷ 0,2 (µm). Khi gia công mặt phẳng, phay
là phương pháp gia công có năng suất cao nhất. Phay có khả năng thay thế hoàn
toàn phương pháp bào trong sản xuất hàng loạt
1.1.2 Các dạng dao phay chủ yếu
Bằng phương pháp phay, người ta có thể gia công mặt phẳng, mặt định hình
phức tạp, rãnh then, cắt đứt, trục then hoa, cắt ren, bánh răng, …
Có rất nhiều các kiểu dao phay khác nhau (Hình 1.1)
-
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)
13
Hình 1.1: Các dạng dao phay chủ yếu
1.1.3 Đặc điểm gia công cắt gọt bằng phay
- Do có một số lưỡi cắt cùng tham gia cắt nên năng suất cao hơn so với gia công
bằng phương pháp tiện. Lưỡi cắt của dao phay làm việc không liên tục, cùng
khối lượng thân dao lớn nên điều kiện truyền nhiệt tốt. Do vậy dao lâu mòn
hơn và có thể gia công trong điều kiện cắt gọt khó khăn.
- 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 ở nguyên công tiện, khi phay xuất
hiện hiện tượng vỡ dao do va đập
1.1.4 Các phương pháp phay
1.1.4.1 Phay thuận
14
-
Định nghĩa: Phay thuận là phương pháp phay trong đó véc tơ tốc độ cắt V
của dao ở điểm tiếp xúc giữa dao và bề mặt đã gia công cùng chiều với chiều
chuyển động của bàn máy mang chi tiết gia công.
-
Ưu điểm: Chiều dày cắt thay đổi từ amax đến amnin, do đó ở thời điểm lưỡi cắt
tiếp xúc với chi tiết gia công không xảy ra sự trượt, vì vậy dao đỡ mòn và tuổi
bền của dao có thể được nâng cao. Khi gia công, thành phần lực cắt Py có chiều
cùng với chiều của lực kẹp chi tiết gia công nên tăng độ cứng vững của hệ thống
công nghệ, do đó giảm rung động khi phay (Hình 1.2a)
-
Nhược điểm: Tại thời điểm đầu tiên khi dao chạm vào bề mặt chi tiết gia
công thì chiều dày cắt a = amax nên xảy ra va đập đột ngột, răng dao dễ bị mẻ và
rung động tăng lên. Thành phần lực cắt ngang Py đẩy chi tiết theo chiều chuyển
động chạy dao S nên sự tiếp xúc giữa bề mặt ren của vít me truyền lực và đai ốc
có thể không liên tục. Điều này làm cho bàn máy chuyển động bị giật cục do đó
sinh ra rung động.
Nếu ta cắt với chiều dày cắt a thật mỏng thì lực va đập và thành phần Py nhỏ,
do đó ảnh hưởng rung động không đáng kể lắm. Mặt khác, vì không có hiện
tượng trượt giữa lưỡi cắt và bề mặt chi tiết, do đó tăng độ bóng bề mặt chi tiết gia
công và tăng được tuổi thọ của dao.
Trong thực tế, người ta dùng phương pháp phay này khi gia công tinh.
1.1.4.2 Phay nghịch
-
Định nghĩa: Phay nghịch là phương pháp phay trong đó véc tơ tốc độ cắt V
của dao ở điểm tiếp xúc giữa dao và bề mặt đã gia công ngược chiều với chiều
chuyển động của bàn máy mang chi tiết gia công. (Hình 1.2b)
-
Ưu điểm: Thành phần lực Py có tác dụng khử khe hở giữa vít me và đai ốc
do đó giảm được đáng kể rung động
-
Nhược điểm: Tại thời điểm lưỡi cắt bắt đầu tiếp xúc với chi tiết, chiều dày
cắt a = 0 nên xảy ra sự trượt giữa lưỡi cắt và bề mặt gia công do đó giảm độ bóng
bề mặt và tuổi thọ của dao.
15
Hình 1.2: Lực của răng dao phay tác động lên chi tiết và sự tiếp xúc
giữa bề mặt vít me với đai ốc
Lực cắt Pt trong quá trình cắt có xu hướng nâng chi tiết gia công lên gây ra
rung động, vì vậy đòi hỏi lực kẹp lớn hơn so với phay thuận.
Khi gia công thô, đặc biệt là các phôi đúc thường có lớp vỏ cứng, người ta
thường dùng phương pháp phay nghịch. Do chiều dày cắt thay đổi từ amin đến
amax nên dao không phải tiếp xúc với lớp vỏ cứng khi vào gia công nên dao tránh
được sứt mẻ khi vào cắt. Tuổi thọ của dao được cải thiện đáng kể
Trong thực tế, phay nghịch thường được dùng để gia công thô.
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 v.v… Do
đó các dạng điều khiển của máy cũng được chia ra thành: điều khiển điểm - điểm,
điều khiển theo đường thẳng và điều khiển theo contour (điều khiển biên)
1.2.1.1 Điều khiển điểm - điểm
16
Điều khiển điểm - điểm (hay điều khiển theo vị trí) được dùng để gia công các lỗ
bằng 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 1.3)
Hình 1.3: Điều khiển điểm - điểm
1.2.1.2Điều khiển đường thẳng
Điều khiển đường thẳng là dạng điều khiển thường được dùng khi gia công rãnh,
mặt phẳng, mặt bậc … trong các nguyên công phay. Quĩ đạo chuyển động của dao
khi cắt gọt là một đường thẳng song song với một trong các trục toạ độ của máy.
(Hình 1.4)
Hình 1.4: Điều khiển đường thẳng
17
1.2.1.3Điều 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.
Tuỳ theo số trục được điều khiển đồng thời khi gia công người ta phân biệt: điều
khiển contour 2D, điều khiển contour 2 1/2D và điều khiển contour 3D (Hình 1.5)
Hình 1.5: Điều khiển theo contour
a. Điều khiển contour 2D
Điều khiển contour 2D cho phép thực hiện nội suy chạy dao theo hai trục đồng
thời trong một mặt phẳng gia công.
Ví dụ: Trong mặt phẳng XY (Hình 1.5a), 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
(Hình 1.5a), còn trục thứ ba Z được cố định
b. Điều khiển contour 2 1/2D
Điều khiển contour 2 1/2D cho phép nội suy lượng chạy dao đồng thời theo 2
trục nào đó để gia công bề mặt trong một mặt phẳng nhất định. Trên máy phay CNC
có 3 trục X, Y, Z ta sẽ điều khiển được đồng thời X, Y. (Hình 1.5b). Trên các máy
phay CNC điều này có nghĩa là chiều sâu cắt có thể được thực hiện theo bất kỳ một
18
trục nào đó trong 3 trục, còn 2 trục kia để phay contour. Như vậy vai trò của các
trục có thể được hoán đổi cho nhau.
c. Điều khiển contour 3D
Điều khiển contour 3D cho phép nội suy đồng thời chạy dao theo cả 3 trục X, Y,
Z (cả 3 trục chuyển động hoà hợp với nhau hay có quan hệ ràng buộc hàm số) (Hình
1.5c). Ta thấy contour được gia công do cả 3 lượng chạy dao theo 3 trục X, Y, Z tạo
thành. Điều khiển contour 3D được ứng dụng để gia công bề mặt không gian của
các khuôn mẫu, gia công các chi tiết có bề mặt gia công phức tạp
1.2.2 Qui trình công nghệ gia công trên máy phay CNC
Qui trình công nghệ gia công trên máy phay CNC được chia ra các bước, nhưng
các bước ở đây lại phải chia ra các lớp cắt và mỗi lớp cắt được thực hiện sau mỗi
quĩ 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 phay CNC theo kết cấu công nghệ và theo
điều kiện sản xuất.
Chọn phôi, qui trình công nghệ, dụng cụ cắt, đồ gá và cấu trúc các nguyên công.
Thiết kế qui trình công nghệ gia công chi tiết trên máy CNC bao gồm 3 giai đoạn
sau đây:
1.2.2.1 Lập tiến trình công nghệ
Nhiệm vụ của lập tiến trình công nghệ 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, qui 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 hoá các thông số như
chuẩn kích thước hoặc bán kính.
- Xác định yêu cầu về lượng dư và các 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 đặt, đồ gá cần thiết.
19
- Xác định dụng cụ cắt và chọn chúng theo từng loại.
1.2.2.2 Thiết kế nguyên công
Nhiệm vụ của thiết kế nguyên công gồm:
- Xác định nội dung nguyên công, chia nguyên công ra các bước và các vị trí, cụ
thể hoá phương pháp kẹp 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 gồm các nội dung sau:
- Tính toán các quĩ đạo chuyển động của dao sau khi xác định toạ độ của các điểm.
- Lập trình và ghi vào bộ nhớ của bộ điều khiển máy.
- Kiểm tra chương trình, sửa lỗi 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:
- Vùng gia công hở (Hình 1.6a, b, c). Đối với vùng gia công hở thì dao không bị
hạn chế khi dịch chuyển dọc theo trục của nó hoặc trong mặt phẳng vuông góc
với trục dao.
- Vùng gia công nửa hở (Hình 1.6d). Đối với vùng gia công này thì dao bị hạn
chế khi dịch chuyển dọc hoặc trong mặt phẳng vuông góc với trục dao của nó.
- Vùng gia công kín (Hình 1.6c). Trong trường hợp này thì dao bị hạn chế theo
tất cả các phương khi nó dịch chuyển.
20
Hình 1.6: Vùng gia công khi phay
- Vùng gia công tổ hợp (Hình 1.6f). Vùng gia công được tạo thành từ các vùng
gia công trên.
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 qui luật cắt khi phay.
1.2.3.3 Sơ đồ các bước khi phay
a. Quĩ đạo của dao
Khi thực hiện nguyên công phay trên máy phay CNC người ta có thể áp dụng các
phương pháp dịch chuyển của dao sau đây (Hình 1.7)
Dao dịch chuyển theo quĩ đạo Ziczăc (Hình 1.7a, 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 thuân, lúc phay nghịch) dẫn đến lực cắt
thay đổi ảnh hưởng xấu đến độ chính xác và chất lượng bề mặt.
21
Sơ đồ chạy dao Ziczăc có 3 loại:
-
Không ăn dao dọc theo contour (Hình 1.7a)
-
Ăn dao dọc theo contour chi tiết (Hình 1.7b)
-
Bước đầu tiên là ăn dao sơ bộ dọc theo contour chi tiết (Hình 1.7c). Sơ đồ
trên Hình 1.7c tạo điều kiện thuận lợi cho việc ăn dao ở phía cuối của mỗi bước
Dao dịch chuyển theo quĩ đạo dạng lò xo (Hình 1.7d, e). Theo sơ đồ này thì dao
có quĩ đạo chuyển động đường vòng từ trong ra ngoài (Hình 1.7d) hoặc từ ngoài
vào trong (Hình 1.7e). Quĩ đạo chuyển động của dao theo dạng lò xo có ưu điểm là
bản chất của quá trình phay không thay đổi (luôn luôn là phay thuận hay phay
nghịch), do đó quá trình cắt ổn định.
Dao dịch chuyển theo quĩ đạo răng lược (Hình 1.7f, g, h). Theo phương pháp
dịch chuyển này thì bản chất của quá trình phay cũng thay đổi. Sau mỗi lần ăn dao
(theo chiều các mũi tên đậm) dao lùi xa khỏi mặt gia công một đoạn rồi chạy nhanh
về vị trí xuất phát ban đầu để thực hiện các bước cắt tiếp theo
b. Khoảng cách giữa hai bước kề nhau
Khoảng cách giữa hai bước kề nhau chính là chiều sâu cắt khi phay. Khoảng cách
giữa hai bước kề nhau lớn nhất tmax được tính theo công thức sau đây (Hình 1.7e)
tmax = D – 2r – h
22
(1.1)
Hình 1.7: Sơ đồ các bước khi phay
23
