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

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 cơng trình nghiên cứu luận văn khoa học riêng Các kết nghiên cứu đo đạc tính tốn hồn tồn xác trung thực, chưa công bố cơng trình cơng trình khác Tác giả Phạm Thị Thu Trà MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt .5 Danh mục bảng biểu Danh mục hình vẽ, đồ thị .8 MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHAY VÀ MƠ HÌNH HĨA………………….13 1.1 TỔNG QUAN VỀ PHAY 13 1.1.1 Định nghĩa phay 13 1.1.2 Các dạng dao phay chủ yếu .13 1.1.3 Đặc điểm gia công cắt gọt 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 máy phay CNC 16 1.2.2 Qui trình cơng nghệ gia cơng máy phay CNC 19 1.2.3 Phương pháp thực nguyên công phay máy phay CNC 20 1.2.4 Lập trình gia cơng máy CNC .25 1.3 MƠ HÌNH Q TRÌNH CẮT KHI PHAY 27 1.3.1 Phân tích nhân tố có mơ hình 27 1.3.2 Ý nghĩa đại lượng đặc trưng xuất sau trình cắt 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 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 MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU 42 1.7.1 Xây dựng điều kiện đảm bảo chất lượng bề mặt chi tiết 42 1.7.2 Xây dựng điều kiện đảm bảo độ xác kích thước chi tiết .43 1.7.3 Xây dựng phương pháp xác định xác thời điểm thay dao dựa độ nhấp nhô tế vi bề mặt 43 1.7.4 Xây dựng tín hiệu để điều khiển q trình gia công .44 1.8 KẾT LUẬN CHƯƠNG 45 CHƯƠNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM……………………….47 2.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 47 2.2 MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM 47 2.2.1 Thiết kế mơ hình thí nghiệm 47 2.2.2 Các thông số công nghệ 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 gia công 52 2.3.2 Xác định lượng mịn dao dụng cụ theo phương vng góc với bề mặt gia công .53 2.4 XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU 54 2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 58 CHƯƠNG 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 3.1.2 Xây dựng sơ đồ thực nghiệm .59 3.1.3 Cơ sở chọn giá trị 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 thí nghiệm 62 3.3 CÁC KẾT QUẢ MƠ HÌNH HĨA Q TRÌNH CẮT KHI PHAY .71 3.3.1 Mơ hình đại lượng Ra, Rz, Rt phụ thuộc vào thông số 71 3.3.2 Mơ hình đại lượng Ra, Rz, Rt phụ thuộc vào thời gian gia… .72 3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 74 KẾT LUẬN CHUNG 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………… 76 PHỤ LỤC I: Bảng số liệu kết đo trình tự bước xử lý kết .79 PHỤ LỤC II: Các đồ thị biểu diễn biến đổi đại lượng đặc trưng .100 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị V Vận tốc cắt Sz Lượng chạy dao B Chiều sâu cắt đo theo phương dọc trục dao phay mm t Chiều sâu cắt đo theo phương vng góc với trục dao phay mm a Chiều dày cắt mm b Chiều rộng cắt mm z Số dao phay D Đường kính dao phay mm r Bán kính đỉnh lưỡi dao phay mm γ Góc trước lưỡi cắt Độ α Góc sau lưỡi cắt Độ β Góc sắc lưỡi cắt Độ ϕ Góc nghiêng Độ ϕ1 Góc nghiêng phụ Độ Px Thành phần lực cắt theo phương vng góc với phương chuyển động dao N Py Thành phần lực cắt theo phương chuyển động dao N Pz Thành phần lực cắt theo phương dọc trục dao N Ra Sai lệch profin trung bình bề mặt chi tiết µm Rz Chiều cao nhấp nhơ trung bình bề mặt chi tiết µm Rt Chiều cao nhấp nhơ lớn bề mặt chi tiết µm ∆h Lượng mịn dao đo theo phương vng góc với bề mặt chi tiết gia cơng 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 điều kiện gia công xây dựng mơ hình độ nhám bề mặt phụ thuộc vào thông số chế độ cắt [hs] m/phút mm/răng A1, A2, A3 Số mũ thực nghiệm tương ứng với thông số chế độ cắt V, Sz, B C0 Hệ số thực nghiệm xét đến ảnh hưởng điều kiện gia công xây dựng mô hình độ nhám bề mặt, lượng mịn 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 xét đến ảnh hưởng điều kiện gia công xây dựng mối quan hệ độ nhám bề mặt với lượng mòn dao K1 Số mũ thực nghiệm tương ứng với lượng mòn dao K Chi phí gia cơng VNĐ δA Dung sai chi tiết Mm A Kích thước chi tiết gia cơng Mm h Khoảng giao hai bước hai dao cắt Mm L Chiều dài gia công Mm DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TT Ký hiệu Tên bảng biểu Bảng 3.1 Giá trị thông số chế độ cắt giá trị mã hóa Bảng 3.2 Bảng giá trị thông số công nghệ phay Bảng 3.3 Bảng 3.4 Bảng 3.5 Bảng 3.6 Bảng 3.7 Bảng 3.8 Bảng 3.9 10 Bảng 3.10 11 Bảng P1.1 Kết đo độ nhám bề mặt (Ra, Rz, Rt) phụ thuộc vào thông số chế độ cắt (V, Sz, B) Phương trình độ nhám bề mặt (Ra, Rz, Rt) phụ thuộc vào thơng 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 hệ số (C0, C1) phương trình độ nhám bề mặt (Ra, Rz, Rt) phụ thuộc vào thời gian gia cơng τ Phương trình độ nhám bề mặt (Ra, Rz, Rt) phụ thuộc vào thông số chế độ cắt (V, Sz, B), thời gian gia cơng τ Phương trình độ nhấp nhô tế vi bề mặt (Ra, Rz, Rt) phụ thuộc vào lượng mòn dao ∆h Tổng hợp kết hệ số (K0, K1) phương trình độ nhám bề mặt (Ra, Rz, Rt) phụ thuộc vào lượng mịn 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 thí nghiệm điểm P01 12 Bảng P1.2 Bảng tổng hợp kết thí nghiệm điểm P02 13 Bảng P1.3 Bảng tổng hợp kết thí nghiệm điểm P03 14 Bảng P1.4 Bảng tổng hợp kết thí nghiệm điểm P04 15 Bảng P1.5 Bảng tổng hợp kết thí nghiệm điểm P05 16 Bảng P1.6 Bảng tổng hợp kết thí nghiệm điểm P06 17 Bảng P1.7 Bảng tổng hợp kết thí nghiệm điểm P07 18 Bảng P1.8 Bảng tổng hợp kết thí nghiệm điểm P08 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ TT Ký hiệu Hình 1.1 Hình 1.2 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 dao phay tác động lên chi tiết tiếp xúc bề mặt vít me đai ốc Điều khiển điểm - điểm Điều khiển đường thẳng Điều khiển theo contour Vùng gia công phay Sơ đồ bước phay Sơ đồ ăn dao vào chi tiết Bù chiều dài dao phay Mơ hình q trình cắt phay Diện tích cắt thực tiết diện kim loại bị cắt r ~ Diện tích cắt thực tiết diện kim loại bị cắt r Các dạng mài mòn dụng cụ cắt Mối quan hệ độ nhám bề mặt với thời gian gia công τ Sơ đồ thí nghiệm tổng qt Dao phay ngón sử dụng mảnh cắt xoay Mẫu phơi thí nghiệm Sơ đồ gá đặt thực nghiệm Phương pháp xác định lượng mòn dao ∆h Sơ đồ đo độ nhám bề mặt Sơ đồ đo lượng mịn dao phay Sơ đồ thuật tốn xử lý số liệu Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm Đồ thị quan hệ độ nhấp nhô tế vi bề mặt với thời gian gia công điểm TN02 Đồ thị quan hệ độ nhấp nhô tế vi bề mặt với lượng mòn dao điểm TN02 Đồ thị quan hệ độ nhấp nhô tế vi bề mặt với thời gian gia công điểm TN07 Đồ thị quan hệ độ nhấp nhô tế vi bề mặt với lượng mòn dao điểm TN07 -1.6445 -2.4865 -1.2080 -1.5196 (Tính ma trận hệ số a1 = M-1XT*Y) >> = M-1*XT*Y a1 = 11.4531 -2.1549 0.5314 -1.4429 Ta thu phương trình hồi quy thực nghiệm: y = 11.4531 - 2.1549x1 + 0.5314x2 - 1.4429x3 Đánh giá kết sai số phương trình hồi quy bảng tính phần mềm MicroSoft EXCEL ta có bảng kết thu sau: - Xác định tồn phương trình hồi quy: 93 Bảng kết tính: Điểm TN P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 yi -2.3066 -2.3497 -1.3383 -1.5028 -1.6445 -2.4865 -1.2080 -1.5196 yi (mũ) -2.3213 -1.9285 -1.3180 -1.3072 -1.6393 -2.2758 -1.5207 -2.0428 ∃ i = 20 ∃ S ( a) = Σ (yi - yi)2 i=1 ∃ S2( a) Phương sai dư: Sdư = n-k-1 = 0.632272 = 0,3975776 8-3-1 Sử dụng bảng phân vị Student với mức ý nghĩa cho trước (độ tin cậy γ =0.95) ∃ aj Tính: ttính = Sdu mij ∃ aj = 0,3975776 mij mij : giá trị đường chéo ma trận M-1 = (XT.X)-1 94 (yi - yi)2 0.000217 0.177420 0.000412 0.038247 0.000027 0.044409 0.097810 0.273730 0.632272 So sánh với bảng Student: tbảng (8-3-1, α = 0,05) ⇒ tbảng = (4; 0,05) = 2,132 Bảng kết tính tốn j aj^ mij 11.4531 272.7564 -2.1549 ttính tbảng Kết luận 1.74 2,132 Tồn 12.5919 1.53 2,132 Tồn 0.5314 7.4341 0.49 2,132 Tồn -1.4429 1.9114 2.63 2,132 Tồn Ta thu phương trình biểu diễn mối quan hệ hệ số C1 với thông số chế độ cắt (V, Sz, B) C1 = 43,39 V-2,1549.Sz-0,5314.B-1,4429 Như phương trình biểu diễn mối quan hệ độ nhấp nhô bề mặt Rt với thời gian gia công τ nhận dạng: Rt = C0.τC1 C0 = 98,08.V-0,5944.Sz-0,0373.B0,6358 C1 = 43,39.V-2,1549.Sz-0,5314.B-1,4429 - Xác định hệ số R2 để đánh giá độ xác phương trình hồi quy 95 Bảng kết tính tốn Điểm TN P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 -2.3213 -1.9285 -1.3180 -1.3072 -1.6393 -2.2758 -1.5207 -2.0428 i = 20 i=1 i = 20 = Σ (yi- y )2 i=1 96 0.277546 0.017953 0.227055 0.237431 0.024087 0.231616 0.074941 0.061649 Σ = 1.152277 ∃ Σ (yi-y)2 R2 = (yi mũ - yi ngang)2 yi (mũ) yi -2.3066 -2.3497 -1.3383 -1.5028 -1.6445 -2.4865 -1.2080 -1.5196 ytb = -1.7945 1.152277 = 0,64 1.784617 (yi - yi ngang)2 0.262246 0.308247 0.208118 0.085089 0.022500 0.478864 0.343982 0.075570 Σ = 1.784617 Xác định phương trình Rt phụ thuộc vào thơng số chế độ cắt (V, Sz, B) (Sử dụng lý thuyết quy hoạch thực nghiệm thông số phương pháp BPNN): Trong đầu vào ma trận biết:   X= Ln(V) Ln(Sz) Ln(B) 4.7875 -2.3752 1.5217 2.9771 4.6052 -2.3752 1.5217 3.1718 4.6052 -2.3752 1.0986 3.1553 4.7875 -2.8134 0.6575 4.9416 -2.8134 0.6575 2.4882 4.9416 -2.8134 1.0986 2.7180 4.9416 -2.5903 0.6575 2.6637 4.6052 -2.5903 1.5217 3.2453   97   Ln(Rt)   Y= 2.8501 (Chương trình tính tốn hệ số phương trình hồi quy sử dụng phần mềm MATLAB R12) (Nhập ma trận X) >> X = 1.0000 4.7875 -2.3752 1.5217 1.0000 4.6052 -2.3752 1.5217 1.0000 4.6052 -2.3752 1.0986 1.0000 4.7875 -2.8134 0.6575 1.0000 4.9416 -2.8134 0.6575 1.0000 4.9416 -2.8134 1.0986 1.0000 4.9416 -2.5903 0.6575 1.0000 4.6052 -2.5903 1.5217 (Tính nghịch đảo ma trận M=XT*X) >> M-1 = 272.7564 -52.2209 2.4690 -15.3622 -52.2209 12.5818 3.8641 1.9594 2.4690 3.8641 7.4341 -1.5098 -15.3622 1.9594 -1.5098 1.9114 (Nhập ma trận Y) >> Y = 2.9771 3.1718 3.1553 2.8501 98 2.4882 2.7180 2.6637 3.2453 (Tính ma trận hệ số a1 = M-1XT*Y) >> = M-1*XT*Y a1 = 9.2822 -1.3636 0.0204 0.1766 Ta thu phương trình hồi quy thực nghiệm: y = 9.2822 - 1.3636x1 + 0.0204x2 + 0.1766x3 Đánh giá kết sai số phương trình hồi quy bảng tính phần mềm MicroSoft EXCEL ta có bảng kết thu sau: - Xác định tồn phương trình hồi quy: 99 Bảng kết tính: Điểm TN P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 yi yi (mũ) (yi - yi)2 2.9771 3.1718 3.1553 2.8501 2.4882 2.7180 2.6637 3.2453 2.9742 3.2228 3.1481 2.8127 2.6026 2.6805 2.6071 3.2184 0.000008 0.002604 0.000052 0.001400 0.013077 0.001410 0.003203 0.000721 0.022475 ∃ i = 20 ∃ S ( a) = Σ (yi - yi)2  i=1 ∃ S2( a) Phương sai dư: Sdư = = n-k-1 0.022475 = 0,074958 8-3-1 Sử dụng bảng phân vị Student với mức ý nghĩa cho trước (độ tin cậy γ =0.95) 100 ∃ aj Tính: ttính = ∃ aj = Sdu mij 0,074958 mij mij : giá trị đường chéo ma trận M-1 = (XT.X)-1 So sánh với bảng Student: tbảng (8-3-1, α = 0,05) ⇒ tbảng = (4; 0,05) = 2,132 Bảng kết tính tốn j aj^ mij 9.2822 272.7564 -1.3636 ttính tbảng Kết luận 7.50 2,132 Tồn 12.5919 5.13 2,132 Tồn 0.0204 7.4341 0.10 2,132 Tồn 0.1766 1.9114 1.70 2,132 Tồn Ta thu phương trình biểu diễn mối quan hệ hệ số C1 với thông số chế độ cắt (V, Sz, B) Rt = 3688,4.V-1,3636.Sz-0,0204.B-0,1766 101 - Xác định hệ số R2 để đánh giá độ xác phương trình hồi quy Bảng kết tính tốn Điểm TN P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 i = 20 yi 2.9771 3.1718 3.1553 2.8501 2.4882 2.7180 2.6637 3.2453 ytb = -1.7945 i=1 i = 20 2.9742 3.2228 3.1481 2.8127 2.6026 2.6805 2.6071 3.2184 (yi mũ - yi ngang)2 0.004298 0.098684 0.057322 0.009216 0.093717 0.052091 0.090951 0.095946 Σ = 0.502225 (yi - yi ngang)2 0.004680 0.069228 0.060818 0.003432 0.176810 0.036362 0.060019 0.113308 Σ = 0.524657 ∃ Σ (yi-y)2 R2 = yi (mũ) Σ (yi- y )2 = 0.502225 = 0,957244 ; phương trình hồi quy có độ xác cao 0.524657 i=1 102 PHỤ LỤC II ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN SỰ BIẾN ĐỔI CỦA CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN Đồ thị biểu diễn mối quan hệ đại lượng đặc trưng (Ra, Rz, Rt) với thời gian gia công τ, mối quan hệ đại lượng đặc trưng điểm thí nghiệm (P2, P8), bao gồm: Đồ thị Hình P2.1: Biểu diễn mối quan hệ độ nhấp nhô tế vi (Ra, Rz, Rt) với thời gian gia cơng τ điểm thí nghiệm thứ với: V = 100 m/ph; Sz = 0.093 mm/r; B = 4.58 mm Đồ thị Hình P2.2: Biểu diễn mối quan hệ độ nhấp nhô tế vi (Ra, Rz, Rt) với thời gian gia công ∆h điểm thí nghiệm thứ với: V = 100 m/ph; Sz = 0.093 mm/r; B = 4.58 mm Đồ thị Hình P2.3: Biểu diễn mối quan hệ độ nhấp nhô tế vi (Ra, Rz, Rt) với thời gian gia cơng τ điểm thí nghiệm thứ với: V = 140 m/ph; Sz = 0.075 mm/r; B = 1.93 mm Đồ thị Hình P2.4: Biểu diễn mối quan hệ độ nhấp nhô tế vi (Ra, Rz, Rt) với thời gian gia công ∆h điểm thí nghiệm thứ với: V = 140 m/ph; Sz = 0.075 mm/r; B = 1.93 mm 103 104 105 106 107 ... 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... trung nghiên cứu sâu vào vấn đề: “ Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt tới chiều cao nhấp nhô bề mặt gia công thép 45 chưa nhiệt luyện máy phay CNC “ Mục đích đề tài Kết việc xây dựng mơ hình chiều cao. .. bước gia công tinh bề mặt chi tiết máy Khi phay, đặc biệt phay tinh, tiêu đánh giá chất lượng bề mặt chất lượng nguyên công thông dụng chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt gia công Độ nhám (độ nhấp nhô