Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ khi phay cao tốc đến độ chính xác gia công trên máy CNC với vật liệu giòn

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

.......................................

NGUYỄN VĂN HẠNG

NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC
THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ KHI PHAY CAO TỐC
ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG TRÊN MÁY
CNC VỚI VẬT LIỆU GIÒN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN : TS. VŨ NGỌC GIANG

HÀ NỘI – 2010


MUC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài

1

2. Đối tượng, mục đích, nội dung và phương pháp nghiên cứu

2

3. Nội dung nghiên cứu

2

4. Phương pháp nghiên cứu

3

5. Ý nghĩa của đề tài

3

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI TRONG
VÀ NGOÀI NƯỚC

1. 1. Tổng quan gia công cao tốc

5

1.1.1. Định nghĩa về gia công cao tốc

5

1.1.2. Yêu cầu về thiết bị cho gia công cao tốc

6

1.1.3.Ưu điểm của gia công cao tốc

8

1.1.4. Những khó khăn khi gia công cao tốc

12

1.2. Tổng quan về các nghiên cứu

12

1.3. Kết luận

14

CHƯƠNG II. ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

16

2.1. Độ chính xác gia công

16

2.1.1. Khái niệm về độ chính xác gia công

16

2.1.2. Các nguyên nhân gây ra sai số gia công

19

2.1.3. Các phương pháp đạt độ chính xác gia công

21

2.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác gia công

25

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

34

2.1. 6. Mối liên hệ giữa độ nhám và độ chính xác kích thước

34

2. 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám khi gia công cao tốc

35

1


2. 2. 1. Lực cắt

35

2.2.2. Biến dạng dẻo

39

2.2.3. Nhiệt cắt và độ mòn dao

42

2.2.4. Rung động

55

2.3. Những kết quả nghiên cứu đã đạt được trong việc nghiên cứu đến
độ nhám bề mặt

56

2.3.1. Các kết quả đối với công cụ truyền thống

56

2.3.2. Các kết quả đã có được đối với máy CNC

61

2.4. Kết luận

62

CHƯƠNG III. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ TIẾN HÀNH
THỰC NGHIỆM

63

3.1. Xây dựng mô hình thí nghiệm.

63

3.1.1. Mô hình thí nghiệm

63

3.2.Thông số đầu vào của thí nghiệm

64

3.3. Các thông số thí nghiệm

67

3.4. Thực hiện các thí nghiệm và thu thập số liệu

68

CHƯƠNG IV. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN

72

4. 1. Ảnh hưởng của vận tốc cắt (V) đến nhám bề mặt.

72

4. 2. Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến nhám bề mặt.

76

4.3. Kết luận.

80

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

82

1.Kết luận chung

82

2. Hướng nghiên cứ tiếp theo

82

LỜI CÁM ƠN

84

TÀI LIỆU THAM KHẢO

85

2


MỞ ĐẦU
Đề tài luận văn: “Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ
khi phay cao tốc đến độ chính xác gia công trên máy CNC với vật liệu giòn”.
1. Tính cấp thiết của đề tài

Đất nước ta đang từng bước đổi mới và phát triển thành một nước công
nghiệp có nền sản xuất tiên tiến, hiện đại. Để trở thành một nước công nghiệp thì
điều kiện tiên quyết là nền kinh tế phải có những ngành công nghiệp phụ trợ phát
triển mạnh mẽ. Một trong những ngành công nghiệp phụ trợ mà bất kỳ nền kinh tế
nào cũng đều phải có đó là ngành Cơ khí chế tạo máy. Hiện nay ngành Cơ khí chế
tạo máy đã và đang khẳng định được tầm quan trọng của mình trong nền kinh
tế.Đặc biệt trong những năm gần đây ngành Cơ khí đã có mặt trên tất cả các công
trình then chốt, trọng điểm của quốc gia. Trong tương lai với sự đầu tư và chỉ đạo
đúng đắn của Đảng và nhà nước ngành Cơ khí chế tạo sẽ còn phát triển và đủ sức
vươn ra tầm quốc tế.
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 …Với sự phát triển không ngừng của khoa học
kỹ thuật thì độ chính xác gia công ngày càng được cải thiện hơn. Thách thức của
ngành công nghiệp hiện đại là tập trung chủ yếu vào việc đạt được chất lượng cao,
không chỉ trong việc đạt đến độ chính xác gia công mà là tăng tốc độ sản xuất tăng
hiệu suất của sản phẩm, tiết kiệm chi phí giảm những tác động đến môi trường. Một
trong những phương pháp đã và đang nghiên cứu ứng dụng ở các nước phát triển
đó là phương pháp gia công cao tốc(High Speed Machining-HSM) là một trong
những công nghệ gia công hiện đại hiện nay. Trong đó phay cao tốc trên máy công
cụ CNC đang được ứng dụng rất nhiều tại các nhà máy của nước ta. Các ứng dụng
3


chủ yếu thúc đẩy công nghệ theo hướng phay cao tốc là gia công chủ yếu trong các
lĩnh vực công nghiệp chính như sau:

+, Công nghiệp gia công nhôm: để sản xuất ra các bộ phận của ô tô, các chi
tiết máy tính nhỏ và các thiết bị y tế.
+, Công nghiệp hàng không: để gia công các chi tiết làm bằng nhôm với
thành mỏng.
+, Công nghiệp khuôn mẫu: để gia công tinh với độ chính xác các chi tiết
làm bằng vật liệu cứng như khuôn dập, khuôn rèn, khuôn nhựa.
Tại Việt Nam công nghệ này vẫn chưa được ứng dụng phổ biến, nhằm tìm
hiểu và nghiên cứu phương pháp gia công mới này. Trong nội dung luận văn cao
học tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ
khi phay cao tốc đến độ chính xác gia công trên máy CNC với vật liệu giòn”.
2. Đối tượng, mục đích, nội dung và phương pháp nghiên cứu
2.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các thông số công nghệ gồm hai thông số
chính là lượng chạy dao (S) và tốc độ cắt (V) khi phay cao tốc trên máy CNC thực
hiện với vật liệu giòn là Gang xám 18 – 36.
Nghiên cứu tổng quan các tài liệu, lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
2.2.

Mục đích nghiên cứu
Xác định được sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ (S, V) của quá

trình phay cao tốc trên máy CNC đến độ chính xác gia công với vật liệu giòn GX 18
-36, từ cơ sở đó xác định chế độ cắt hợp lý cho nguyên công phay trên máy CNC.
Ngoài ra việc nghiên cứu đề tài còn dùng làm tài liệu tham khảo cho sản xuất, giảng
dạy và học tập.
3. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu tổng quan: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về phay cao tốc, độ chính
xác gia công, ảnh hưởng của các yếu tố đến độ nhám bề mặt chi tiết khi phay cao
tốc, ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ khi phay cao tốc đến chất lượng bề mặt gia
công .

4


Nghiên cứu thực nghiệm: Nghiên cứu sự ảnh hưởng của hai thông số công
nghệ là lượng chạy dao (S) và tốc độ cắt (V) đến độ nhám bề mặt chi tiết gia công.
4. Phương pháp nghiên cứu
Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với
thực nghiệm:
- Phân tích tổng quan về phay cao tốc
- Xây dựng mô hình thực nghiệm khi phay cao tốc
- Thí nghiệm và xử lý số liệu thực nghiệm.
- Phân tích và đánh giá kết quả thí nghiệm.
5. Ý nghĩa của đề tài
5.1.

Ý nghĩa khoa học
Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt

chi tiết khi phay cao tốc trên máy phay CNC đối với các vật liệu khác nhau đã được
nhiều quốc gia trên thế giới quan tâm nghiên cứu và ứng dụng. Nhưng ở Việt Nam,
thì vật liệu có giòn như gang xám thì chưa có công trình nghiên cứu nào về lĩnh
vực này được công bố, do đó đề tài có ý nghĩa khoa học và phù hợp với hướng
nghiên cứu của khoa học và công nghệ về gia công vật liệu.
5.2.

Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ khi phay cao tốc trên
máy phay CNC với vật liệu giòn sẽ góp phần đẩy mạnh ứng dụng công nghệ phay

cao tốc vào quá trình gia công cơ khí ở Việt Nam, nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế kỹ thuật của quá trình chế tạo sản phẩm.
Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng khi phay cao tốc các chi tiết máy có độ chính
xác cao làm bằng GX 18 - 36 và có thể thay thế một số nguyên công gia công tinh
khác. Từ đó hỗ trợ các ngành công nghiệp khác phát triển, thúc đẩy quá trình công
nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước.

5


Từ những cơ sở đó luận văn được tác giả chia làm bốn chương
Chương I. Tổng quan về nghiên cứu liên quan đến đề tài trong và ngoài
nước.
Chương II. Độ chính xác gia công và các yếu tố ảnh hưởng
Chương III. Xây dựng mô hình thực nghiệm và tiến hành thực nghiệm
Chương IV. Kết quả thực nghiệm và thảo luận
Kết luận chung và hướng nghiên cứu tiếp theo
Trong quá trình thực hiện luận văn có thể sẽ không tránh khỏi những thiếu sót.
Tác giả rất mong được có những ý kiến đóng góp, phê bình của các thầy cô và các
bạn đồng nghiệp. Để luận văn hoàn thiện hơn.
Hà nội, ngày 25 tháng 10 năm 2010
Tác giả

6


CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CAO TỐC, CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN
QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan gia công cao tốc
1.1. 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 ám chỉ gia công cao tốc:
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 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.

7


Gia công cao tốc cũng không phải 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 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 (hình 1).

Hình 1.1. Vùng tốc độ gia công cao tốc một số loại vật liệu
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. Tốc độ trục chính khoảng 8000 vg/ph có thể là điểm khởi đầu cho
gia công cao tốc. 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 hơn thế 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.
1.1.2. 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, hệ
thống CAM, thì gia công cao tốc ngày càng được quan tâm hơn. Các ứng dụng chủ
8


yếu thúc đẩy công nghệ theo hướng gia công cao tốc là: chế tạo khuôn mẫu, chế tạo
các chi tiết ngành ô tô và gia công các chi tiết ngành hàng không.
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 800m/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. Tốt nhất là nói rằng gia công cao
tốc có nghĩa là cắt gọt vật liệu nhanh hơn bình thường cho những công đoạn cụ thể.

Trong một số trường hợp người ta cũng có thể sử dụng máy truyền thống để
gia công cao tốc. Tuy nhiên, nói chung, để thực hiện được gia công cao tốc thì máy
công cụ phải 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.

Hình1.2. Máy gia công cao tốc Quantum AS với tốc độ trục chính là 12.000vg/ph,
tốc độ chạy dao nhanh lên đến 30m/ph.

9


* 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 lăn hoặc hoàn toàn bằng
ceramic cũng có thể cần thiết cho gia công cao tốc.
Bảng 1.1. So sánh gia công cao tốc và gia công thường
Các thông số

Gia công thường

Gia công cao tốc

Tốc độ trục chính, vg/ph

4.000

8.000 - 50.000

Tốc độc chạy dao trên các trục, mm/ph

10.000

2.500 - 60.000

Tốc độ chạy dao nhanh, mm/ph

20.000

20.000 - 60.000

Gia tốc, g

-

0,5 - 2,0

* 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.

10


Bảng1. 2. 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

12

30

30

ATEK HS-Plus

Mazak

TNC 430M

Thông số kỹ thuật

Số vòng quay trục chính,
vg/ph

Tốc độ chạy dao nhanh,
mm/ph
Số dao trong ổ tích dao
Bộ điều khiển

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.
* Trục chính và thiết bị kẹp chặt dao có 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. 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.

11


* 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 lọc tốt. Trong nhiều trường hợp người ta thích sử dụng gia công cao tốc khô
để loại trừ các rắc rối do hệ thông 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 lạnh 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”, …
1.1. 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.

12


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. 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.
- Khả năng thay đổi dạng sản phẩm chế tạo nhanh vì 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 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.

13


1.1. 4. Những khó khăn khi gia công cao tốc
- Các máy gia công cao tốc có giá thành rất cao, cho nên chúng chỉ mang lại
hiệu quả kinh tế khi chúng được sử dụng liên tục và không có hỏng hóc nào trong
khi làm việc. Ngoài ra trong quá trình làm việc các máy phải đảm bảo được độ

chính xác gia công và nếu có bị hỏng hóc thì máy phải có khả năng sửa chữa hoặc
thay thế một cách dễ dàng thuận tiện. Mặt khác tính vạn năng của máy gia công cao
tốc không cao.
- Đồ gá trên máy gia công cao tốc phải đảm bảo độ chính xác cao, phải có độ
cứng vững cao.
- Chi tiết gia công phải có những bề mặt chuẩn tốt đảm bảo độ chính xác và
độ ổn định gá đặt, đồng thời chi tiết phải có bề mặt thuận tiện cho việc kẹp chặt,
không gây biến dạng chi tiết. Chi tiết không được có những bề mặt nghiêng và góc
nghiêng, cần phải định vị chi tiết gia công theo 3 mặt.
1. 2. Tổng quan về các nghiên cứu
Trên thế giới việc nghiên cứu ứng dụng gia công cao tốc nói chung và phay
cao tốc nói riêng đã có từ 30 năm nay các thành tựu nghiên cứu trong lính vực này
như:
* Phay cao tốc với vật liệu cần gia công Ti-6Al-4V sử dụng dụng cụ cắt
phủ Carbide - 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:
Tìm những ứng dụng mới trong gia công cao tốc làm tăng năng suất trong
sản xuất. Gia công cao tốc là lý do mà theo bao cáo cho rằng nó là nguyên nhân dẫn

14


đến sự mòn nhanh của dụng cụ cắt. Trong thực tế sản xuất với vật liệu Titan và hợp
kim của nó khi gia công luôn hạn chế tốc độ cắt nhỏ hơn 60(m/phut). Để tìm ra
được chế độ cắt hợp lý khi gia công cao tốc đối với vật liệu này, trong bài báo cáo

đã nói lên quá trình thử nghiệm phay cao tốc đối với vật liệu Titan(Ti-6AL-4V) với
dụng cụ cắt phủ và không phủ Carbide.
Thực nghiệm:
Thực hiện phay cao tốc trên vật liệu Titan (Ti-6Al-4V) sử dụng dụng cụ cắt
phủ Carbide. Quá trình thực nghiệm được thực hiện với các chế độ cắt khác nhau:
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 và được thực hiện trên
máy trung tâm gia công đứng 750 SABRRE CMEINNATI được điều khiển bởi hệ
850 Achramatic. sx
Ý nghĩa thực tế :
Tìm được tốc độ cắt phù hợp với vật liệu Titan với điều kiện gia công không
sử dụng chất tưới nguội. Đây là 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. Là những vật liệu ứng dụng nhiều trong ngành hàng không vũ
trụ như: độ chống mài mòn cao, chịu va đập tốt có tỷ khối nhỏ và khả năng chiu
nhiệt cao.
* Phay cao tốc với vật liệu là hợp kim nhẹ
Bài bao cáo đăng trên Tạp chí các thành tựu trong Vật liệu, Kỹ thuật và Sản
xuất
Của tác giả :
F. Cus a co-operating Cùng với U. Zuperl a,*, V. Gecevska b
Khoa cơ khí trường Đại học Maribor Slovenia
Nội dung của bài báo cáo
Mục đích của bài này được tác giả giới thiệu những ứng dụng của gia công
cao tốc đối với kim nhẹ. Cho thấy gia công cao tốc là kết quả của sự tiến bộ khoa

15

học kỹ thuật. Nó là công nghệ phay hiện đại hơn hẳn các dạng phay thường và đạt
được các hiểu quả quan trọng trong cắt gọt. Những lợi thế của gia công cao tốc
trong gia công vật liệu nhẹ đã đạt được những năng suất cao hơn các dạng gia
công khác.: tiết kiệm được thời gian gia công, kéo dài tuổi thọ của dụng cụ…
Kết quả và ý nghĩa: bề mặt gia công cao tốc đối với vật liệu nhẹ có chất
lượng cao, chất lương khi gia công cao tốc ở một số vị trí có thể sánh với mài.
Ý nghĩa thiết thực: Phay cao tốc với kim loại nhẹ Al và Magiê là hai loại vật
liệu được ứng dụng rất nhiều trong thực tế có đến 95% được ứng dụng trong máy
bay và công nghệ ôtô. Kết quả đạt được chất lượng bề mặt cao và thời gian gia công
ngắn
1.3. 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 phay cao tốc tới độ chính xác gia công là cơ sở để tìm ra các biện pháp nâng
cao chất lượng bề mặt chi tiết khi gia công phay 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

16

nghiên cứu, xác định được sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ của quá trình
phay cao tốc đến độ chính xác gia công chúng ta có thể lựa chọn cho các thông số
các giá trị tối ưu. Và chất lượng bề mặt chi tiết sẽ được nâng cao.
- Việc nâng cao chất lượng chi tiết khi gia công phay 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 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 phay cao tốc CNC

17


CHƯƠNG II
ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG VÀ CÁC YẾU TỔ ẢNH HƯỞNG
2.1. Độ chính xác gia công
2.1.1. Khái niệm về độ chính xác gia công
Nếu so sánh chi tiết thực và chi tiết trên bản vẽ chúng ta có thể khẳng định
rằng chúng khác nhau. Sự khác nhau đó xác định bởi mức độ không hoàn thiện khi
chế tạo chi tiết thực.
Độ chính xác gia công của các chi tiết máy là mức độ giống nhau về mặt hình
học, về tính chất cơ lý lớp bề mặt của chi tiết được gia công so với chi tiết máy lý
tưởng trên bản vẽ của người thiết kế.
Nói chung, độ chính xác của chi tiết máy được gia công là chỉ tiêu khó đạt
nhất và gây tốn kém nhất trong quá trình xác lập cũng như trong quá trình chế tạo.

Trong thực tế không thể chế tạo được các chi tiết máy tuyệt đối chính xác, do vậy
người ta dùng giá trị sai lệch của nó để đánh giá độ chính xác gia công của chi tiết
máy, giá trị sai lệch đó càng lớn thì độ chính xác gia công càng thấp.
Độ chính xác gia công

Độ chính xác của một chi tiết

Hình 2.1. Sơ đồ về độ chính xác gia công

18

Sai số ngẫu nhiên

Sai số hệ thống

Tổng sai số

Tính chất cơ lý
lớp bề mặt

Độ nhám bề mặt

Độ sóng

Sai lệch bề mặt chi tiết

Sai số hình dáng
hình học đại quan

Sai số vị trí

tương quan

Sai số kích thước

Sai lệch kích thước

Độ chính xác của loạt chi tiết


Để đánh giá độ chính xác gia công của các chi tiết máy, người ta dùng các
chỉ tiêu cơ bản sau :
Độ chính xác về kích thước của các bề mặt
Độ chính xác về hình dạng của các bề mặt
Độ chính xác về vị trí tương quan giữa các bề mặt
Chất lượng bề mặt
- Độ chính xác kích thước được đánh giá bằng sai số kích thước thật so với
kích thước lý tưởng cần có và được thể hiện bằng dung sai của kích thước đó.
- Độ chính xác hình dáng hình học: là mức độ phù hợp lớn nhất của chúng
với hình dạng hình học lý tưởng của nó và được đánh giá bằng độ côn, độ ôvan, độ
không trụ, độ không tròn... (bề mặt trụ), độ phẳng, độ thẳng (bề mặt phẳng).
- Độ chính xác vị trí tương quan: được đánh giá theo sai số về góc xoay hoặc
sự dịch chuyển giữa vị trí bề mặt này với bề mặt kia (dùng làm mặt chuẩn) trong hai
mặt phẳng tọa độ vuông góc với nhau và được ghi thµnh điều kiện kỹ thuật riêng
trên bản vẽ thiết kế như độ song song, độ vuông góc, độ đồng tâm, độ đối xứng....
- Độ chính xác hình dáng hình học tế vi và tính chất cơ lý lớp bề mặt: độ
nhám bề mặt, độ cứng bề mặt...
Khi gia công một loạt chi tiết trong cùng một điều kiện, mặc dù những
nguyên nhân sinh ra từng sai số của mỗi chi tiết là giống nhau nhưng xuất hiện giá
trị 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..

Có một số sai số xuất hiện trên từng chi tiết cả loạt đều có giá trị không đổi
hoặc thay đổi nhưng theo một quy định nhất định, những sai số này gọi là sai số hệ
thống không đổi hoặc sai số hệ thống thay đổi.
Có một số sai số khác mà giá trị của chúng xuất hiện trên mỗi chi tiết không
theo một quy luật nào cả, những sai số này gọi là sai số ngẫu nhiên.
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

19


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 hình

Gi¸ thµnh

Dung sai chÕ t¹o
Hình2.2. 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 “ 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…)

20

c
32 1

I

II

III

δ
Hình 2.3. Mối quan hệ giữa các phương pháp gia công và giá thành
Hình 2.3. 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.
2.1.2. Các nguyên nhân gây ra sai số gia công
Khi gia công một lọat 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

21


của cả lọat 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 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.
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.
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.
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.
2.1.3. Các phương pháp đạt độ chính xác gia công
Đối với các dạng sản xuất khác nhau thì sẽ có phương hướng công nghệ và
tổ chức sản xuất khác nhau. Để đạt được độ chính xác gia công theo yêu cầu người
ta thường dùng các phương pháp:
- Phương pháp cắt thử từng chi tiết riêng biệt.
- Phương pháp tự động đạt kích thước.

- Phương pháp điều khiển thích nghi.
22


2.1.3.1. 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 dùng máy để kiểm tra
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).
* Ưu điểm
- 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.
* Nhược điểm
- 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.

23


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 sữa
chữa hoặc trong các phân xưởng dụng cụ. Trong sản xuất hàng lọat lớn và hàng
khối, phương pháp cặt 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 thướcđã
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.
2.1.3.2. 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 2.4). 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 2.4. Gia công theo phương pháp tự động đạt kích thước
24