Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng bề mặt khi tiện cao tốc trên máy tiện cnc

Bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học bách khoa hà nội

Bùi thế hùng

-------------------------------------------

công nghệ cơ khí

Luận văn thạc sỹ khoa học

2007 - 2009
Hà nội
2009

Ngành: Công nghệ cơ khí

Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt
đến chất lượng bề mặt khi tiện cao tốc
trên máy tiện cnc

Bùi thế hùng

Hà nội 2009


Bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học bách khoa hà nội
-------------------------------------------

Luận văn thạc sỹ khoa học

Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt
đến chất lượng bề mặt khi tiện cao tốc
trên máy tiện cnc
Ngành: Công nghệ cơ khí
MÃ số:

Bùi thế hùng
Người hướng dẫn khoa học: TS. Trương hoành sơn

Hà néi 2009


1

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và những kết quả thực nghiệm được
nghiên cứu trong luận văn là hoàn toàn thực tế khách quan. Những kết quả
tương tự chưa từng được sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ trong việc thực hiện luận văn
này đều đã chỉ rõ nguồn gốc.
Tác giả luận văn

Bùi Thế Hùng


2

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin được bày tỏ sự cảm ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn TS.

Trương Hoành Sơn. 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 đồ án là cơ sở để hồn thành bản luận văn
này. Bên cạnh đó thầy cũng đưa ra những đánh giá tổng kết sâu sắc và gợi mở
hướng phát triển của đề tài nghiên cứu trong tương lai.
Đồ án của tơi sẽ khơng thể hồn thành nếu khơng có sự cộng tác hỗ trợ
từ Phịng thí nghiệm CNC - thuộc Trung tâm Thực hành Cơ khí, trường Đại
học Bách Khoa Hà Nội và Phịng thí nghiệm Đo lường - thuộc Khoa Cơ khí,
trường Cao đẳng Cơng nghiệp Sao Đỏ. Tôi cũng xin cảm ơn sâu sắc tới sự
giúp đỡ tận tình của các cán bộ cơng tác tại hai Phịng thí nghiệm kể trên đối
với q trình thực nghiệm. Tôi cũng chân thành gửi lời cảm ơn tới tất cả các
thầy giáo đã tham gia giảng dạy tất cả các mơn học của chương trình cao học.
Các Thầy đã cung cấp cho tôi tất cả những kiến thức cần thiết làm nền tảng để
tơi có thể hịan thành tốt nội dung của luận văn tốt nghiệp này
Cuối cùng, tôi muốn gửi lời cảm ơn đặc biệt tới những người thân trong
gia đình, bạn bè và đồng nghiệp - vì sự quan tâm, động viên và ủng hộ nhiệt
tình của họ đối với tơi trong suốt thời gian thực hiện đề tài này
Hải Dương 10/2009

Bùi Thế Hùng


3

Lời cam đoan
Lời cảm ơn
MỞ ĐẦU

MỤC LỤC

Trang
1
2
5

Chương 1. ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CƠNG

7

1.1. Khái niệm về độ chính xác gia cơng

8

1.1.1. Độ chính xác kích thước

9

1.1.2. Độ chính xác hình dáng hình học

9

1.1.3. Độ chính xác vị trí tương quan

9

1.2. Các nguyên nhân gây ra sai số gia công

11

1.2.1. Các nguyên nhân gây ra sai số hệ thống cố định

11

1.2.2. Các nguyên nhân gây ra sai số hệ thống thay đổi

12

1.2.3. Các nguyên nhân gây ra sai số ngẫu nhiên

12

1.3. Các phương pháp đạt độ chính xác gia cơng

12

1.3.1. Phương pháp cắt thử

12

1.3.2. Phương pháp tự động đạt kích thước
1.3.3. Phương pháp đạt độ chính xác gia cơng bằng điều khiển thích

14

nghi

15

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

16

1.4.1. Biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ

16

1.4.2. Biến dạng tiếp xúc và biến dạng của chi tiết gia công
1.4.3. Ảnh hưởng do sai số của phơi

16
16

1.4.4. Ảnh hưởng do độ chính xác của máy cơng cụ
1.4.5. Ảnh hưởng sai số của đồ gá

17
17

1.4.6. Ảnh hưởng sai số của dụng cụ cắt

18

1.4.7. Ảnh hưởng biến dạng nhiệt của máy

18

1.4.8. Ảnh hưởng biến dạng nhiệt của dụng cụ cắt

19

1.4.9. Ảnh hưởng biến dạng nhiệt của chi tiết

19

1.4.10. Ảnh hưởng của rung động trong quá trình cắt

19

1.4.11. Ảnh hưởng của phương pháp gá đặt
1.4.12. Ảnh hưởng của dụng cụ đo và phương pháp đo
1.5. Khả năng đạt độ chính xác của các phương pháp gia cơng cắt gọt
1.5.1. Các phương pháp cắt gọt sử dụng dụng cụ cắt có thơng số hình
học cố định
1.5.2. Mài và các phương pháp gia công sử dụng hạt mài

21
21
21
22
22


4

1.5.3. Các phương pháp gia cơng truyền thống có sử dụng máy CNC
và dụng cụ cắt tiên tiến
1.5.4. Các phương pháp gia công tiên tiến
1.6. Các nghiên cứu liên quan đến đề tài và giới hạn của đề tài
1.6.1. Các nghiên cứu có liên quan

23
23
24
24

1.6.2. Giới hạn của đề tài
Chương 2. ĐỘ NHÁM BỀ MẶT CHI TIẾT MÁY VÀ CÁC YẾU TỐ
ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT

24

2.1. Độ nhấp nhô tế vi
2.2. Ảnh hưởng của độ nhám tới khả năng làm việc của chi tiết máy

27
28

26

2.2.1. Ảnh hưởng đến tính chống mịn

28

2.2.2. Ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết
2.2.3. Ảnh hưởng đến tính chống ăn mịn hóa học của lớp bề mặt

32
32

2.2.4. Ảnh hưởng đến độ chính xác mối lắp ghép

33

2.2.5. Lựa chọn độ nhám bề mặt

33

2.2.6. Kết luận về tầm quan trọng của độ nhám bề mặt
2.3. Những kết quả nghiên cứu đã đạt được trong việc nghiên cứu các yếu
tố ảnh hưởng tới độ nhám bề mặt(Ra, Rz)

35
35

2.3.1. Các kết quả đối với máy công cụ truyền thống
2.3.2. Các kết quả đạt được đối với máy CNC
Chương 3. NGHIÊN CỨU SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ
CÔNG NGHỆ (V và S) TỚI ĐỘ NHÁM BỀ MẶT

43

3.1. Xây dựng mơ hình thí nghiệm

52

51

3.1.1. Mơ hình thí nghiệm

52

3.1.2. Các thơng số cơ bản của hệ thống thí nghiệm

52

3.1.3. Tiến trình thí nghiệm

57

3.2. Kết quả thí nghiệm và thảo luận

58

3.2.1. Với vật liệu là thép 90CrSi

58

3.2.2. Với vật liệu chi tiết là thép CT38

64

3.2.3. Ảnh hưởng của vật liệu gia công

66

3.3. Kết luận

67

Chương 4. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

68

4.1. Kết luận

69

4.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

69

TÀI LIỆU THAM KHẢO

70


5

MỞ ĐẦU
Ngày nay, nền công nghiệp gia công cơ đang hướng tới một cơng nghệ
đảm bảo độ chính xác gia cơng và chất lượng bề mặt chi tiết máy địi hỏi ngày
càng cao. Việc đưa vào sử dụng các máy cơng cụ điều khiển số NC, CNC
trong q trình gia cơng cơ khí đã và đang là xu hướng tất yếu để nâng cao độ
chính xác gia cơng, qua đó nâng cao năng lực sản xuất, năng lực cạnh tranh
trong nề kinh tế thị trường và tồn cầu hố. Tuy nhiên, để cho việc sử dụng
các máy NC, CNC, các máy cơng cụ rất đắt tiền, một cách có hiệu quả thì
việc nghiên cứu khả năng cơng nghệ của chúng là điều rất cần thiết. Công
việc này đã được tiến hành nhiều trên thế giới, ở Việt Nam cũng đã có một số
nghiên cứu nhưng chưa đầy đủ. Xuất phát từ nhu cầu thực tế này mà đề tài
“Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến chất lượng bề mặt khi tiện cao tốc

trên máy tiện CNC” đã được chọn cho luận văn tốt nghiệp cao học này. Toàn
bộ nghiên cứu của luận văn được trình bày trong 4 chương.
Chương 1 giới thiệu chung độ chính xác gia cơng. Chương này giới
thiệu về độ chính xác gia cơng, các phương pháp đạt độ chính xác trong gia
cơng cơ khí và các yếu tố gây nên sai số gia công.
Chương 2 trình bày chi tiết về chất lượng bề mặt chi tiết máy, mà cụ
thể là độ nhám bề mặt. Ngoài ra, ảnh hưởng của độ nhám bề mặt đến khả
năng làm việc của chi tiết máy cũng như sự ảnh hưởng của các thơng số cơng
nghệ của q trình cắt đến độ nhám bề mặt cũng dược đề cập đến trong
chương này.
Một số ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt chi
tiết máy khi gia cơng trên máy CNC được trình bày ở trong chương 3. Quá
trình thực nghiệm được tiến hành trên máy tiện CNC SL-153, sử dụng dụng
cụ cắt là các mảnh hợp kim cứng có phủ Cac-bít. Các thảo luận về kết quả đạt


6

được, đánh giá và đưa ra các kết luận về kết quả được thực nghiệm cũng là
một phần của chương này.
Chương 4 trình bày một số kết luận đã đạt được của đề tài nghiên cứu
và đưa ra các hướng nghiên cứu tiếp theo. Phần này chủ yếu đưa ra các kết
luận đã được phân tích bằng mơ hình lý thuyết và thực nghiệm trong đề tài.
Đánh giá kết quả của đề tài và đưa ra các vấn đề liên quan chưa được nghiên
cứu trong đề tài, đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo nhằm đảm bảo hiệu
quả tối đa của nội dung đề tài này.
Do thời gian có hạn và kiến thức còn nhiều hạn chế nên chắc chắn cịn
những thiếu sót, em rất mong sự chỉ bảo của các thày, sự đóng góp ý kiến của
các bạn đồng nghiệp, để bản luận văn được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn.

Chí Linh, tháng 10 năm 2009
Tác giả

Bùi Thế Hùng


7

CHƯƠNG 1
ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CƠNG


8

1.1. Khái niệm về độ chính xác gia cơng
Khi thiết kế và chế tạo một máy nào đó, bên cạnh tính tốn động học,
tính tốn độ bền, độ cứng vững và độ chống mịn cịn cần phải tính tốn độ
chính xác của nó.
Độ chính xác là đặc tính chủ yếu của chi tiết máy. Trong thực tế, ta
không thể chế tạo chi tiết có độ chính xác tuyệt đối bởi vì khi gia cơng xuất
hiện các sai số. Vì vậy, độ chính xác gia cơng có thể rất khác nhau.
Nâng cao độ chính xác gia cơng và độ chính xác lắp ráp sẽ làm tăng độ
bền và tuổi thọ của máy. Ví dụ, khi tăng độ chính xác của vịng bi (giảm khe
hở) xuống từ 20 µm đến 10 µm thì thời gian phục vụ của nó tăng lên từ 740
đến 1200 giờ.
Nâng cao độ chính xác gia cơng cơ cho phép loại bỏ công việc điều
chỉnh khi lắp ráp, tạo điều kiện cho việc lắp lẫn hoàn toàn và thực hiện
phương pháp lắp ráp theo dây chuyền. Như vậy nó khơng chỉ giảm nhẹ khối
lượng lắp ráp mà cịn giảm nhẹ công việc sửa chữa máy khi vận hành. Như
vậy độ chính xác gia cơng chi tiết máy được hiểu như sau:

“Độ chính xác gia cơng của chi tiết máy là mức độ giống nhau về kích
thước, hình dáng hình học và vị trí tương quan của chi tiết gia công trên máy
và chi tiết lý tưởng trên bản vẽ” [1].

Bản vẽ thiết kế một chi tiết

Chi tiết thực

Hình 1.1. Bản vẽ chi tiết máy


9

Độ chính xác của chi tiết máy được đánh giá theo các yếu tố sau đây:
1.1.1. Độ chính xác kích thước
Đó là độ chính xác về kích thước thẳng hoặc kích thước góc. Độ chính
xác kích thước được đánh giá bằng sai số của kích thước thực so với kích
thước lý tưởng được ghi trên bản vẽ
1.1.2. Độ chính xác hình dáng hình học
Đó là mức độ phù hợp giữa hình dáng hình học thực và hình dáng hình
học lý tưởng của chi tiết. Ví dụ, khi gia cơng chi tiết hình trụ, độ chính xác
hình dáng hình học được đánh giá qua độ côn, ôvan, độ đa cạnh, độ tang
trống, v.v…. cịn khi gia cơng mặt phẳng, độ chính xác hình dáng hình học
được đáng giá qua độ phẳng của nó so với độ phẳng lý tưởng.
1.1.3. Độ chính xác vị trí tương quan
Độ chính xác này thực chất là sự xoay đi một góc nào đó của bề mặt này
so vơi bề mặt kia (dùng làm chuẩn). Độ chính xác vị trí tương quan thường
được ghi thành một điều điện kỹ thuật trên bản vẽ thiết kế. Ví dụ, độ song
song, độ vng góc, độ đồng tâm, v.v….
Nói chung, độ chính xác gia cơng là chỉ tiêu khó đạt nhất và gây tốn

kém nhất kể cả trong quá trình xác lập cũng như trong quá trình chế tạo. Độ
chính xác gia cơng là một yếu tố rất quan trọng trong gia cơng cơ khí, nó phản
ánh trình độ gia cơng của một nền sản xuất cơ khí. Tuy niên, việc nâng cao độ
chính xác gia cơng 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 cơng đồng nghĩa với
việc giá thành chi tiết sẽ bị nâng cao như được chỉ ra trong hình 1.2.


10

Giá thành

Dung sai chế tạo

Hỡnh 1.2. Mi quan h gia độ chính xác gia cơng và giá thành sản phẩm
Độ chính xác gia cơng trong điều kiện sản xuất phụ thuộc vào rất nhiều
yếu tố, do đó người ta thường gia cơng chi tiết với “độ chính xác kinh tế” chứ
khơng phải “ độ chính xác có thể đạt tới “[1].
“Độ chính xác kinh tế” là độ chính xác đạt được trong điều kiện sản xuất
bình thường với giá thành hạ nhất.
“Độ chính xác có thể đạt tới” là độ chính xác đạt được trong những điều
C
3 2

I

1

II

III

δ

Hình 1.3. Quan hệ giữa giá thành gia cơng C và độ chính xác (sai số δ)
1. tiện thô; 2. tiện tinh; 3. mài


11

kiện đặc biệt khơng tính đến giá thành gia cơng (máy chính xác, đồ gá tốt,
cơng nhân có tay nghề cao, v.v…)
Hình 1.3 mơ tả mối quan hệ giữa giá thành gia cơng và độ chính xác (sai
số δ) của các phương pháp cắt gọt khác nhau. Đường 1 mô tả mối quan hệ
giữa C và δ khi tiện thô, đường 2 – khi tiện 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 cịn vùng III là độ chính
xác đảm bảo. Ta có thể phân tích các đường cong này như sau: Ví dụ, bằng
phương pháp tiện tinh (đường cong 2) có thể đạt được mức độ chính xác ở
vùng I nhưng giá thành 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 tiện
tinh (đường cong 2) nhưng tốt hơn là dùng phương pháp tiện thô (đường cong
1). Để đạt độ chính xác ở vùng II tốt nhất là dùng phương pháp tiện tinh vì có
giá thành hạ nhất.
1.2. Các nguyên nhân gây ra sai số gia công
Khi gia công một loạt chi tiết trong cùng một điều kiện xác định mặc
dù những nguyên nhân gây ra từng sai số của mỗi chi tiết là giống nhau
nhưng sai số tổng cộng trên từng chi tiết lại khác nhau. Sở dĩ có hiện tượng

như vậy là do tính chất khác nhau của các sai số thành phần. Một số sai số
xuất hiện trên từng chi tiết của cả loạt đều có giá trị khơng 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.
1.2.1. Các nguyên nhân gây ra sai số hệ thống cố định
- Sai số lý thuyết của phương pháp cắt.


12

- Sai số chế tạo của máy, dao, đồ gá.
- Biến dạng nhiệt của chi tiết gia công.
1.2.2. Các nguyên nhân gây ra sai số hệ thống thay đổi (theo thời gian gia
cơng)
- Dụng cụ bị hao mịn theo thời gian gia công.
- Biến dạng nhiệt của máy, dao và đồ gá.
1.2.3. Các nguyên nhân gây ra sai số ngẫu nhiên
- Độ cứng của vật liệu không đồng đều.
- Lượng dư gia cơng khơng đồng đều.
- Vị trí của phơi 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 loạt chi tiết.
- Dao động nhiệt của quá trình cắt.
- Các loại rung động trong quá trình cắt.
1.3. Các phương pháp đạt độ chính xác gia cơng
Để đạt độ chính xác gia cơng người ta thường dùng 3 phương pháp sau đây:

- Phương pháp cắt thử.
- Phương pháp tự động đạt kích thước.
- Phương pháp điều khiển nghi.
1.3.1. Phương pháp cắt thử
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


13

có thể đưa dao vào vị trí (đã lấy dấu) một cách nhanh chóng và để tránh phế
phẩm (do dao được đưa vào quá sâu).
Phương pháp cắt thử có những ưu điểm sau đây:
- Trên máy khơng chính xác vẫn có thể đạt được độ chính xác cao (nhờ
vào tay nghề của người công nhân)
- Lọai trừ ảnh hưởng của mịn dao khi gia cơng cả loạt chi tiết (do dao
ln ln được điều chỉnh đúng vị trí)
- Khơng cần chế tạo đồ gá đắt tiền mà chỉ cần người thợ rà gá chính xác.
Tuy nhiên, phương pháp cắt thử lại có những nhược điểm sau:
- Độ chính xác gia công phụ thuộc vào bề dầy nhỏ nhất của lớp phơi
được hớt đi. Ví dụ, khi tiện bằng dao hợp kim (có mài bóng lưỡi) bề dầy phơi
có thể cắt được khơng nhỏ hơn 0.02 mm, cịn khi tiện bằng dao đã mịn thì bề
dày phơi có thể cắt được không nhỏ hơn 0.05 mm. 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 phơi nói trên, do đó khơng thể đảm bảo được kích
thước có sai số nhỏ hơn bề dày lớp phoi đó.
- Người thợ phải làm việc căng thẳng nên dễ mệt, do đó có thể gây ra

phế phẩm.
- Năng suất thấp do phải cắt nhiều lần.
- Do năng suất thấp nên giá thành gia công cao.
Với những nhược điểm trên đây, cho nên phương pháp cắt thử chỉ được
sử dụng trong sản xuất đơn chiếc và hàng lọat nhỏ, trong sản xuất thử và
trong sửa chữa hoặc trong các phân xưởng dụng cụ. Trong sản xuất hàng loạt
lớn và hàng khối, phương pháp cắt thử chủ yếu được dùng ở ngun cơng mài
bởi vì trong ngun cơng này, dụng cụ cắt (đã mài) bị mịn rất nhanh và phá
vỡ kích thước đã được điều chỉnh. Do đó lượng mịn của đá có thể được bù lại


14

nhờ điều chỉnh đá bằng tay trong quá trình gia cơng để vẫn đảm bảo độ chính
xác gia cơng.
1.3.2. Phương pháp tự động đạt kích thước
Trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối để đạt độ chính xác gia công
chủ yếu người ta dựng 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 cơng (hình 1.4). Nói cách khác thì
chi tiết gia cơng cũng phải có vị trí tương quan cố định so với chi tiết gia
cơng. Vị trí này của chi tiết gia công được đảm bảo nhờ cơ cấu định vị của đồ
gá. Cịn đồ gá cũng có vị trí xác định trên máy nhờ cơ cấu định vị riêng.

Hình 1.4. Gia cơng theo phương pháp tự động đạt kích thước
1. ê tô; 2. chi tiết gia công; 3. dao phay
Ví dụ, khi phay phơi (chi tiết gia cơng) 2 để đạt kích thước a và b ( hình
1.4) bàn máy phay được điều chỉnh sao cho mặt tỳ của má tĩnh 1 của êtô cách
trục quay của dao phay một đọan K = D/2 +a ( D- đường kính dao phay).
Như vật, khi sử dụng phương pháp tự động đạt kích thước thì việc đảm

bảo độ chính xác gia công không phải do người công nhân thực hiện mà do:
thợ điều chỉnh (có nhiệm vụ điều chỉnh máy); thợ chế tạo dụng cụ (có nhiệm


15

vụ chế tạo đồ gá) và nhà cơng nghệ (có nhiệm vụ xác định chuẩn cơng nghệ,
kích thước phơi và phương pháp gá đặt nó trên đồ gá).
Phương pháp tự động đạt kích thước có những ưu điểm sau đây:
- Đảm bảo độ chính xác gia cơng, giảm phế phẩm. Độ chính xác gia
cơng khơng phụ thuộc vào bề dày nhỏ nhất của lớp phơi được cắt và trình độ
tay nghề của công nhân.
- Chỉ cắt một lần là đạt kích thước, khơng mất thời gian lấy dấu và cắt
thử, do đó năng suất gia cơng tăng.
- Sử dụng hợp lý cơng nhân có trình độ tay nghề cao. Với sự phát triển
của tự động hóa q trình sản xuất, những cơng nhân có trình độ tay nghề cao
có khả năng điều chỉnh máy và cùng lúc phục vụ nhiều máy khác nhau.
- Nâng cao hiệu qủa kinh tế.
Tuy nhiên phương pháp này có những nhược điểm sau đây:
- Chi phí cho việc thiết kế, chế tạo đồ gá cũng như chí phí cho việc điều
chỉnh máy, điều chỉnh dao có khi vượt quá hiệu qủa kinh tế của phương pháp
mang lại.
- Chi phí cho việc chế tạo phơi chính xác đôi khi không bù lại được nếu
số chi tiết gia cơng q ít.
- Nếu dụng cụ mau mịn thì kích thước đã được điều chỉnh sẽ thay đổi
nhanh, do đó cần phải điều chỉnh lại nhiều lần. Điều này gây tốn kém cả về
thời gian và kinh phí, đồng thời làm cho độ chính xác giảm.
1.3.3. Phương pháp đạt độ chính xác gia cơng bằng điều khiển thích nghi
Ngày nay, với sự phát triển của kỹ thuật thông tin và kỹ thuật điều
khiển tự động, tự động hoá, độ chính xác gia cơng có thể đạt được bằng

phương pháp điều khiển thích nghi. Theo phương pháp này thì trong q trình
gia cơng, các kích thước gia cơng cần đạt ln được đo trong suốt q trình
gia cơng. Các giá trị đo được này sẽ là các thông tin cần thiết để cho các bộ


16

điều khiển có thể điều khiển dụng cụ cắt hay chi tiết tiến ra, vào một lượng
hợp lý để đảm bảo kích thước cần gia cơng, qua đó đảm bảo độ chính xác gia
cơng. Tuy nhiên, giá thành chế tạo của loại hình này cịn rất cao nên chỉ được
áp dụng cho các chi tiết cần độ chính xác cao. Ở nước ta hình thức này chưa
phổ biến.
1.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác gia cơng
1.4.1. Biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ
Hệ thống công nghệ (Máy-Dao-Đồ gá-Chi tiết gia công) là một hệ
thống đàn hồi. Sự thay đổi các giá trị biến dạng đàn hồi dưới tác dụng của lực
cắt sẽ gây ra sai số kích thước và sai số hình dáng hình học của chi tiết gia
công.
Lực cắt thay đổi là do lượng dư gia cơng khơng cố định, tính chất cơ lý
của vật liệu gia cơng khơng cố định và do mịn dao. Biến dạng đàn hồi của hệ
thống công nghệ phụ thuộc vào lực cắt và độ cứng vững của bản thân hệ
thống đó.
1.4.2. Biến dạng tiếp xúc và biến dạng của chi tiết gia công
Lượng biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ (hoặc của các phần tử
trong hệ thống) phụ thuộc vào biến dạng của bản thân các chi tiết và biến
dạng tiếp xúc của các bề mặt lắp ghép. Biến dạng của bản thân chi tiết (biến
dạng kéo, biến dạng nén, biến dạng uốn, biến dạng xoắn hoặc tổng hợp các
biến dạng đó) được tính theo các công thức của sức bền vật liệu hoặc theo lý
thuyết đàn hồi.
1.4.3. Ảnh hưởng do sai số của phôi.

Khi gia cơng, dao bị mịn làm cho lực cắt Py và biến dạng đàn hồi của hệ
thống công nghệ tăng lên, do đó kích thước của chi tiết máy cũng bị biến
động. Còn sự biến động của độ cứng vật liệu và lượng dư gia cơng sẽ gây ra
sai số hình dáng hình học của chi tiết. Hơn nữa, trong thực tế cũng tồn tại hiện


17

tượng in dập (di truyền cơng nghệ) sai số hình dáng hình học cùng tính chất
của phơi và chi tiết gia công như độ ô-van, độ côn, độ đảo, v.v…
1.4.4. Ảnh hưởng do độ chính xác của máy cơng cụ.
Thơng thường máy cơng cụ có những sai số hình học như sau:
- Độ đảo hướng kính của trục chính.
- Độ đảo của lỗ cơn trục chính.
- Độ đảo mặt đầu của trục chính.
- Các sai số của các bộ phận khác như sống trượt, bàn máy,v.v…..
Các sai số trên đây sẽ phản ánh một phần hoặc toàn bộ lên chi tiết gia cơng
dưới dạng sai số hệ thống. Việc hình thành các bề mặt gia công là do chuyển
động cưỡng bức của các bộ phận chính như trục chính, bàn máy hoặc bàn dao
v.v… nếu các chuyển động này có sai số chúng sẽ phản ánh lên bề mặt của
chi tiết gia công.
1.4.5. Ảnh hưởng sai số của đồ gá
Sai số chế tạo và lắp ráp của đồ gá cũng ảnh hưởng đến độ chính xác của
chi tiết gia cơng. Các chi tiết quan trọng của đồ gá như các chi tiết định vị,
dẫn hướng, so dao, v.v. Nếu có sai số do chế tạo hoặc mòn sẽ làm thay đổi vị
trí tương đối giữa Máy-Dao-Chi tiết, do đó cũng gây ra sai số gia cơng. Sai số
này có thể xác định được bằng tính tốn dựa vào dung sai của các chi tiết chủ
yếu của đồ gá hoặc có thể dựa vào kích thước thực tế của các chi tiết đó khi
chế tạo.
Nhìn chung, tốc độ mịn của đồ gá cũng như của máy cơng cụ rất chậm, vì

vậy sai số về hình học của đồ gá sẽ phản ảnh lên các chi tiết được gia công là
như nhau và mang tính hệ thống. Ngịai ra, sai số do lắp ráp đồ gá lên máy


18

cũng gây ra sai số gia cơng vì nó làm mất vị trí chính xác của đồ gá so với
dụng cụ cắt.
1.4.6. Ảnh hưởng sai số của dụng cụ cắt
Độ chính xác chế tạo dụng cụ cắt, mức độ mài mịn của nó và sai số gá
đặt trên máy đều ảnh hưởng đến độ chính xác gia cơng. Khi gia cơng bằng các
dụng cụ định kích thước (ví dụ như mũi khoan, mũi khoét, dao doa, dao chuốt
v.v) thì sai số của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công. Khi
gia công rãnh then bằng dao phay ngón, dao phay đĩa thì sai số đường kính và
bề rộng của dao cũng ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác chiều rộng của
rãnh then.
Sai số bước ren, góc nâng của ren, góc đỉnh ren, đường kính trung bình
của các lọai tarô và bàn ren đều phản ánh trực tiếp lên ren gia công.
Khi gia công các mặt định hình bằng các dao định hình ( như dao tiện
định hình, dao phay răng mơđun) thì sai số prophin của dao sẽ gây ra sai số
hình dạng bề mặt.
Ngồi sai số chế tạo, trong quá trình cắt dao sẽ bị mịn và ảnh hưởng rất
lớn đến độ chính xác gia công.
1.4.7. Ảnh hưởng biến dạng nhiệt của máy
Khi máy làm việc, các bộ phận khác nhau của nó bị nung nóng chủ yếu là
do nhiệt ma sát, nhiệt phát ra từ động cơ và từ hệ thống thủy lực. Nhiệt độ của
các bộ phận khác nhau có thể chênh lệch trong khoảng 10 ÷ 500 C, trong đó
nhiệt độ ở hai ổ trục chính có giá trị lớn nhất và có ảnh hưởng lớn nhất đến
độ chính xác gia cơng. Nhiệt độ tăng lên làm cho tâm trục chính xê dịch theo
cả hai phương ngang va đứng. Do đó các chi tiết gia công ở đầu và cuối ca

làm việc sẽ có các kích thước khác nhau.


19

1.4.8. Ảnh hưởng biến dạng nhiệt của dụng cụ cắt
Khi cắt, nhiệt cắt truyền vào dao với tỷ lệ không lớn (10 ÷ 20%). Tuy
nhiên, tỷ lệ nhiệt này cũng gây ra biến dạng đáng kể của dao cắt. Sự giãn nở
chiều dài dao sẽ làm thay đổi vị trí dao đã được điều chỉnh và gây ra sai số gia
công.
1.4.9. Ảnh hưởng biến dạng nhiệt của chi tiết
Một phần nhiệt ở vùng cắt được truyền vào chi tiết gia cơng, làm cho nó
biến dạng và gây ra sai số gia cơng. Nếu chi tiết nung nóng đều thì chỉ gây ra
sai số kích thước, cịn nếu nó bị nung nóng cục bộ, khơng đều thì ngồi sai số
kích thước cịn gây ra sai số hình dáng. Nhiệt độ được truyền vào chi tiết phụ
thuộc vào chế độ cắt. Ví dụ, khi tiện với tốc độ cắt và lượng chạy dao cao, có
nghĩa là rút ngắn thời gian tác động nhiệt tới chi tiết gia cơng thì nhiệt độ
giảm. Chẳng hạn, khi tăng tốc độ cắt từ 30 đến 150 m/phút với chiều sâu cắt
không đổi (3mm) và lượng chạy dao 0.44 mm/vịng thì nhiệt độ của chi tiết
giảm.
1.4.10. Ảnh hưởng của rung động trong quá trình cắt
Rung động của hệ thống cơng nghệ trong q trình cắt làm cho vị trí
tương đối giữa dao cắt và chi tiết gia cơng thay đổi theo chu kỳ, do đó ghi lại
trên bề mặt chi tiết hình dáng khơng bằng phẳng. Nếu sai số rung động thấp,
biên độ lớn sẽ sinh ra độ nhám bề mặt. Ngoài ra, do rung động chiều sâu cắt,
tiết diện phoi và lực cắt sẽ tăng, giảm theo chu kỳ làm ảnh hưởng đến độ
chính xác gia cơng. Rung động có hai loại: rung động cưỡng bức và tự rung
động.
a. Rung động cưỡng bức:

20

Nguyên nhân gây ra rung động cưỡng bức là do các lực kích thích từ bên
ngồi truyền vào. Rung động cưỡng bức có thể có hoặc khơng có chu kỳ tùy
theo lực kích thích có hoặc khơng có chu kỳ. Nguồn gốc sinh ra rung động
cưỡng bức là:
- Các chi tiết máy, dao hoặc chi tiết gia công quay nhanh nhưng không
được cân bằng tốt.
- Các chi tiết truyền động trong máy có sai số lớn.
- Lượng dư gia cơng không đều.
- Bề mặt gia công không liên tục.
- Các bề mặt tiếp xúc có khe hở lớn.
Để giảm rung động người ta thường sử dụng các biện pháp sau đây:
- Nâng cao độ cứng của hệ thống công nghệ.
- Giảm lực truyền động cần phải được gia công với độ chính xác cao.
- Các chi tiết quay nhanh cần phải được cân bằng tốt.
- Tính cắt khơng liên tục.
- Khi gia cơng các chi tiết có độ chính xác cao cần phải có cơ cấu giảm
rung và có nền giảm rung cách ly với bên ngoài.
b. Rung động tự phát (Tự rung)
Tự rung động hay là rung động sinh ra bởi q trình cắt và nó được duy
trì bởi lực cắt. Khi ngừng cắt thì hiện tượng tự rung cũng kết thúc.
Để giảm tự rung người ta dùng các biện pháp sau đây:
- Không nên cắt lớp phoi quá rộng và quá mỏng.
- Chọn cắt độ cắt hợp lý sao cho khơng nằm trong vùng có xuất hiện lẹo
dao.
- Thay đổi hình dáng hình học của dao sao cho giảm lực cắt ở phương có
rung động.
- Dùng dung dịch bơi trơn nguội để giảm bớt mịn dao.

21

- Nâng cao độ cứng của hệ thống công nghệ.
- Sử dụng các cơ cấu giảm rung.
1.4.11. Ảnh hưởng của phương pháp gá đặt
Để gia công được trên máy, chi tiết phải được định vị và kẹp chặt. Hai
quá trình này (định vị và kẹp chặt) được gọi là gá đặt. Bản thân gá đặt này
cũng sai số và ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia cơng.
Sai số gá đặt bao gồm:
- Sai số chuẩn ε c
- Sai số kẹp chặt ε k
- Sai số đồ gá ε đg
Sai số gá đặt ε đg được tính theo cơng thức:
ε ñg = ε c + ε k + ε ñg

1.4.12. Ảnh hưởng của dụng cụ đo và phương pháp đo
Dụng cụ đo và phương pháp đo cũng gây ra sai số và ảnh hưởng đến độ
chính xác gia cơng.
Bản thân dụng cụ đo khi chế tạo cũng có sai số, do đó khi dùng nó để xác
định độ chính xác của chi tiết sẽ cho ta kết quả không chính xác.
Ngồi ra phương pháp đo (gá chi tiết gia cơng lên dụng cụ đo hoặc đồ gá,
sau đó điều chỉnh chuỗi kích thước rồi thực hiện phép đo) cũng gây ra sai số
và ảnh hưởng đến độ chính xác gia công.
Để giảm bớt ảnh hưởng của đo lường đến độ chính xác gia cơng cần phải
chọn dụng cụ đo và phương pháp đo hợp lý.
1.5. Khả năng đạt độ chính xác của các phương pháp gia cơng cắt gọt

22

1.5.1. Các phương pháp cắt gọt sử dụng dụng cụ cắt có thơng số hình học
cố định
Hiện nay, việc gia công bằng phương pháp cắt gọt bằng dụng cụ cắt có
lưỡi cắt cố định vẫn chiếm một tỷ lệ lớn trong q trình gia cơng chế tạo các
sản phẩm cơ khí. Đó là các phương pháp gia cơng như Tiện, Phay, Bào,
Khoan, Khét, Doa v.v. Mỗi phương pháp gia công cho một độ chính xác khác
nhau nhưng nói chung là độ chính xác gia cơng của các phương pháp này vẫn
thấp, đạt độ chính xác cao nhất khoảng cấp 7 [1], do các yếu tố sau:
- Tốc độ gia công thấp nên chất lượng bề mặt chi tiết chưa cao
- Do chiều sâu cắt tới hạn lớn (Lớn hơn 0,02mm).
- Thường gia công các vật liệu chưa qua nhiệt luyện nên chất lượng bề
mặt gia cơng thấp.
Do đó, trong các q trình gia cơng địi hỏi độ chính xác cao thì các quá
trình trên vẫn chưa đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật đã đề ra mà chỉ đóng
vai trị là các ngun cơng gia cơng thơ hoặc gia cơng trước nhiệt luyện,
chuẩn bị cho q trình gia cơng có độ chính xác cao hơn như Mài, Nghiền,
Khơn v.v
1.5.2. Mài và các phương pháp gia công sử dụng hạt mài
Mài và các phương pháp gia công bằng vật liệu hạt mài như Nghiền,
Khôn, Mài siêu tinh xác là các phương pháp gia cơng tinh cho độ chính xác
gia cơng cao. Bằng phương pháp mài, có thể gia cơng được chi tiết đạt độ
chính xác cấp 6-7, độ nhám ∇8-∇10, do đó có thể sử dụng cho gia cơng lần
cuối. Với các phương pháp gia cơng khác cịn có thể đạt độ chính xác cao hơn
nữa. Do vậy đây là các phương pháp được sử dụng chủ yếu để gia cơng các
chi tiết đạt độ chính xác cao và rất cao. Sở dĩ các phương pháp gia công này
đạt độ chính xác gia cơng cao vì một số ngun nhân sau:

23

- Chiều sâu cắt trong các nguyên công này rất nhỏ. Chiều sâu cắt khi mài
từ 2-20 µm, khi nghiền và khơn cịn nhỏ hơn nữa.
- Tốc độ cắt rất lớn (khi mài) hoặc rất bé (khi nghiền, khôn)
1.5.3. Các phương pháp gia cơng truyền thống có sử dụng máy CNC và
dụng cụ cắt tiên tiến
Độ chính xác gia cơng phụ thuộc nhiều vào máy công cụ được sử dụng
để gia công chi tiết. Ngày nay, với sự ra đời của các máy CNC, độ chính xác
gia cơng cơ khí đã được tăng lên đáng kể, đặc biệt khi gia cơng bằng các dụng
cụ cắt vật liệu mới có tính năng sử dụng tốt hơn. Đó là do:
- Máy CNC có độ chính xác rất cao. Độ chính xác của các máy CNC
cao hơn rất nhiều sơ với các máy công cụ truyền thống. Sai số dịch chuyển
chạy dao trong máy CNC là 1µm với các máy Trung tâm gia cơng
(Machinning Center) và 0,1µm cho các Trung tâm mài (Grinding Center).
- Có thể cắt với tốc độ cắt cao hơn nhiều so với máy truyền thống. Hiện
nay, các máy CNC đã có tốc độ trục chính lên tới 30.000v/ph. Với tốc độ trục
chính cao như vậy, có thể gia cơng cát gọt kim loại với tốc độ cao, điều này
làm cho chất lượng bề mặt cao hơn qua đó góp phần làm tăng độ chính xác
gia cơng.
1.5.4. Các phương pháp gia công tiên tiến: Công nghệ Na-nô
Với các phương pháp gia công truyền thống đã nêu trên, việc nâng cao
độ chính xác gia cơng đã được nghiên cứu và đã đạt được nhiều kết quả đáng
kể. Tuy nhiên, các phương pháp công nghệ trên chỉ mới dừng lại ở giới hạn
kích thước là Micromet (10-6 mm). Hiện nay, để nâng cao độ chính xác gia
cơng và thu gọn kích thước của sản phẩm, công nghệ Na-no đã và đang được
nghiên cứu và phát triển. Với việc giới hạn kích thước nghiên cứu đạt tới 10-9
mm, chiều sâu cắt đạt tới 10-9 mm, công nghệ Na-no đã và đang là hướng
nghiên cứu mới để nâng cao độ chính xác gia cơng trong tương lai.