Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến lực cắt khi gia công thép c45 trên máy phay CNC

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung của luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến lực cắt khi gia công thép C45 trên máy phay CNC” là nghiên cứu của riêng tôi ho

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

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

-

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHÊ ĐỘ CẮT ĐẾN LỰC CẮT KHI GIA CÔNG THÉP C45 TRÊN MÁY PHAY

CNC

NGÀNH : CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ

.3898 NGUYỄN VĂN SÁNG

Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS NGUYỄN TRỌNG BÌNH

HÀ NỘI 2011

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung của luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông

số công nghệ đến lực cắt khi gia công thép C45 trên máy phay CNC” là nghiên

cứu của riêng tôi hoàn toàn không sao chép từ bất kỳ một công trình khoa học nào Trong luận văn có sự tham khảo của một số tài liệu đã được liệt kê trong phần tài liệu khảo

Tôi cam đoan lời cam kết trên là hoàn toàn đúng Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Người cam đoan

Nguyễn Văn Sáng

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHÍNH

V Vận tốc cắt m/phút

Sz Lượng chạy dao răng mm/răng

B Chiều sau cắt đo theo phương dọc trục dao phay mm

t Chiều sâu cắt đo theo phương vuông góc với trục dao

a Chiều dày cắt mm amax Chiều dày cắt lớn nhất mm

amin Chiều dày cắt nhỏ nhất mm

b Chiều rộng cắt mm

F Diện tích cắt mm2

z Số răng dao phay

Px Lực cắt theo phương vuông góc với phương chuyển

Pz Lực cắt theo phương dọc trục dao N

Kn Lực cắt đơn vị pháp tuyến N/mm2

Rz Chiều cao nhấp nhô trung bình của bề mặt chi tiết µm

A0

Hệ số thực nghiệm xét đến ảnh hưởng của điều kiện gia

công khi xây dựng mô hình lực cắt phụ thuộc vào thông

số chế độ cắt

A1,A2,A3 Số mũ thực nghiệm tương ứng với các thông số chế độ

cắt

C0Px,y,z

Hệ số thực nghiệm xét đến ảnh hưởng của điều kiện gia

công khi xây dựng mô hình lực cắt phụ thuộc thời gian

gia công của các lực Px,y,z

C1Px,y,z Số mũ thực nghiệm tương ứng của các lực Px,y,z đối với

thời gian gia công

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

1 Bảng 3.1 Tổng hợp các thông số công nghệ khi gia công:

2 Bảng 3.2 Tổng hợp kết quả đo lực cắt Px, Py, Pz phụ thuộc vào chế độ

cắt

3 Bảng 3.3 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P01

4 Bảng 3.4 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P02

5 Bảng 3.5 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P03

6 Bảng 3.6 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P04

7 Bảng 3.7 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P05

8 Bảng 3.8 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P06

9 Bảng 3.9 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P07,09,10

10 Bảng 3.10 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P08

11 Bảng 3.11 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P11

12 Bảng 3.12 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P12

13 Bảng 3.13 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P13

14 Bảng 3.14 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P14

15 Bảng 3.15 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P15

16 Bảng 3.16 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P16

17 Bảng 3.17 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P17,18,19,20

18 Bảng 3.18 Bảng các trị số C0Px và C1Px

19 Bảng 3.19 Bảng các trị số C0Py và C1Py

20 Bảng 3.20 Bảng các trị số C0Pz và C1Pz

21 Bảng 3.21 Phương trình quan hệ giữa lực cắt Px và thời gian gia công τ

22 Bảng 3.22 Phương trình quan hệ giữa lực cắt Py và thời gian gia công τ

23 Bảng 3.23 Phương trình quan hệ giữa lực cắt Pz và thời gian gia công τ

24 Bảng 3.24 Tổng hợp kết quả các hệ số C0 và C1 của phương trình lực cắt

(Px, Py, Pz) phụ thuộc vào thời gian gia công τ

25 Bảng 3.25 Phương trình lực cắt (Px, Py, Pz) phụ thuộc vào các thông số

chế độ cắt (V, Sz, B) và thời gian gia công τ

26 Bảng 3.26 Phương trình lực cắt (Px, Py, Pz) phụ thuộc vào các thông số

chế độ cắt (V, Sz, B)

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ

1 Hình 1.1 Các loại dao phay

2 Hình 1.2 Lực cắt khi phay

3 Hình 1.3 Thành phần lực cắt khi phay bằng dao phay trụ răng xoắn

4 Hình 1.4 Điều khiển điểm – điểm

5 Hình 1.5 Điều khiển đường thẳng trên máy phay

6 Hình 1.6 Điều khiển 2D trên máy phay

7 Hình 1.7 Điều khiển 2D1/2

8 Hình 1.8 Điều khiển 3D trên máy phay

9 Hình 1.9 Vùng gia công khi phay

10 Hình 1.10 Sơ đồ các bước khi phay

11 Hình 1.11 Sơ đồ ăn dao vào chi tiết

12 Hình 1.12 Bù chiều dài dao khi phay

13 Hình 1.13 Mô hình hóa quá trình cắt khi phay

14 Hình 2.1 Lực cắt khi phay bằng dao phay ngón

15 Hình 2.2 Chiều dày cắt khi phay bằng dao phay ngón sử dụng mảnh cắt

xoay

16 Hình 2.3 Kích thước hình học mảnh cắt

17 Hình 2.4 Mối quan hệ giữa lực cắt và thời gian gia công

18 Hình 3.1 Mô hình thí nghiệm khi phay

19 Hình 3.2 Dao phay ngón sử dụng mảnh cắt xoay

20 Hình 3.3 Kích thước phôi và sơ đồ gia công

21 Hình 3.4 Sơ đò gá đặ khi thí nghiệm

22 Hình 3.5 Sơ đồ đo lực cắt khi phay

23 Hình 3.6 Các kiểu hiệu ứng áp điện

24 Hình 3.7 Cấu tạo cảm biến đo lực cắt

25 Hình 3.8 Cấu tạo lực kế kiểu áp điện

26 Hình 3.9 Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm

27

28

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHÍNH 4

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ 8

MỤC LỤC 10

1.1 TỔNG QUAN VỀ PHAY 16

1.1.1 Định nghĩa về phay 16

1.1.2 Các chuyển động cắt khi phay .16

1.1.3 Phân loại dao phay 17

1.1.4 Đặc điểm gia công cắt gọt bằng phay .20

1.1.5 Các hiện tượng xảy ra trong quá trình cắt 20

1.2 CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC 26

1.2.1 Các dạng điều khiển trên máy phay CNC 26

1.2.2 Quy trình công nghệ gia công trên máy CNC 31

1.2.3 Phương pháp thực hiện nguyên công phay trên máy phay CNC 32

1.2.4 Lập trình gia công trên máy phay CNC 38

1.3.1 Mô hình 40

1.3.2 Nội dung nghiên cứu mô hình hóa quá trình cắt khi phay 42

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu .42

1.4.2 Nội dung nghiên cứu 43

2.1 ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN VỀ LỰC CẮT KHI PHAY BẰNG DAO PHAY NGÓN SỬ DỤNG MẢNH CẮT XOAY .45

2.1.1 Mô hình lực cắt .45

2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt 49

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO LỰC CẮT .50

2.2.1 Đo gián tiếp 50

2.2.2 Đo trực tiếp .51

2.3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH LỰC CẮT PHỤ THUỘC VÀO THỜI GIAN GIA CÔNG .51

2.3.1 Sự biến đổi của lực cắt theo thời gian gia công .51

2.3.2 Mô hình các thành phần của lực cắt 52

2.3.3 Mô hình tổng quát các thành phần lực cắt phụ thuộc vào các thông số chế độ cắt 53

2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 53

3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ .54

3.2 MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 55

3.2.1 Thiết kế mô hình thí nghiệm 55

3.2.2 Các thông số công nghệ cơ bản của hệ thống thí nghiệm 55

3.2.3 Thiết bị đo lực cắt .58

3.3 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM .58

3.4 HỆ THỐNG ĐO LỰC CẮT NHIỀU THÀNH PHẦN KIỂU ÁP ĐIỆN 60

3.4.1 Nguyên lý đo kiểu áp điện .60

3.4.2 Cảm biến đo lực 3 thành phần .61

3.4.2 Đầu đo lực 3 thành phần .62

3.5 KẾT NỐI HỆ THỐNG ĐO LỰC CẮT .62

3.5.1 Nguyên lý thu nhận tín hiệu đo 62

3.5.2 Phần mềm thu nhận tín hiệu đo .63

3.6 KẾT QUẢ ĐO .63

3.7 XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU .63

3.8 BẢNG TỔNG HỢP KẾT QUẢ ĐO VÀ TRÌNH TỰ CÁC BƯỚC XỬ LÝ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 67

3.8.1 Xây dựng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 67

3.8.1.1 Mục đích thực nghiệm 67

3.8.1.2 Xây dựng sơ đồ thực nghiệm 67

3.8.1.3 Cơ sở chọn giá trị các thông số đầu vào .68

3.8.2 Phương pháp tiến hành thí nghiệm .69

3.9 TRÌNH TỰ CÁC BƯỚC XỬ LÝ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 79

3.9.1 Xác định mối quan hệ giữa hệ số C 0Py với các thông số chế độ cắt (V, Sz, B) 83 3.9.2 Xác định phương trình lực cắt phụ thuộc các thông số chế độ cắt (V, S Z , B) 96

3.9.3 Các bảng tổng hợp kết quả 102

3.10 CÁC KẾT QUẢ MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH CẮT KHI PHAY 108

3.10.1 Mô hình lực cắt(P x , P y , P z )phụ thuộc vào các thông số chế độ cắt (V, S z , B) .108

3.10.2 Mô hình lực cắt (P x , P y , P z ) phụ thuộc vào chế độ cắt và thời gian gia công 108

Hiện nay tại Việt nam việc sử dụng các loại máy công cụ chính xác điều khiển bằng chương trình số (NC & CNC) đã tương đối phổ biến Đó cũng là một xu thế tất yếu của nền sản xuất công nghệp hiện đại Đặc biệt là các loại máy phay CNC vì khả năng công nghệ của nó rất rộng

Tuy nhiên hiện nay việc khai thác và sử dụng các loại máy này đem lại hiệu quả kinh tế chưa cao, do chúng ta chủ yếu sử dụng các loại dao có vận tốc cắt thấp

và tuổi bền không cao Vì vậy nghiên cứu sử dụng các loại dụng cụ cắt tiên tiến có tốc độ cắt và tuổi bền cao đặc biệt được quan tâm

Lực cắt có ảnh hưởng quyết định đến nhiệt cắt, quá trình mòn dụng cụ, do đó ảnh hưởng quyết định đến độ chính xác gia công Vì vậy, việc xây dựng mô hình lực cắt trong điều kiện gia công cụ thể sẽ góp phần xây dựng cơ sở cho việc thực hiện tối ưu hóa quá trình cắt, nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của nguyên công phay

Nhằm giải quyết các nội dung nêu trên trong điều kiện gia công cụ thể em đi sâu vào vấn đề:

“ Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến lực cắt khi gia công thép C45 trên máy phay CNC”

Mục đích của đề tài

Xây dựng mô hình lực cắt phụ thuộc vào các thông số công nghệ khi phay với điều kiện gia công cụ thể thường gặp trong sản xuất Từ đó có thể đánh giá ảnh

hưởng của từng yếu tố công nghệ đến lực cắt, qua đó cho ta khả năng xác định công suất tức thời khi phay, tạo điều kiện thực hiện tối ưu hóa khi phay và điều khiển quá trình phay, nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của nguyên công

Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến lực cắt khi phay trên máy phay CNC trong điều kiện gia công cụ thể như sau:

Máy phay CNC vạn năng DMU – 60T

Dao phay ngón gắn mảnh cắt quay

Vật liệu gia công: thép C45

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu là nghiên cứu kết hợp giữa suy diễn lý thuyết và thực nghiệm Trước hết cần thu thập, phân tích, đánh giá về lý thuyết ảnh hưởng của các thông số đầu vào (chế độ cắt) đến thông số đầu ra (lực cắt) trong điều kiện gia công

cụ thể sau đó đưa ra các giả thuyết khoa học rồi dùng thực nghiệm kiểm chứng hoặc làm sáng tỏ hơn 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 để có thể tự động hóa thu thập số liệu và lưu trữ kết quả tạo điều kiện cho quá trình sử lý số liệu bằng các phần mềm tiện ích nhằm đạt được độ chính xác và độ tin cậy cao

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học:

Tính cấp thiết: Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ Các

thiết bị gia công mới, các loại vật liệu mới, các loại vật liệu dụng cụ cắt có tuổi bền luôn được phát minh nhằm tăng năng suất và hạ giá thành sản phẩm Cùng với xu thế phát triển tất yếu này thì việc nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến lực cắt khi gia công trong điều kiện gia công mới luôn luôn được đặt ra

Hiệu quả trong nghiên cứu: Kết quả của việc xây dựng mô hình ảnh hưởng của

các thông số công nghệ trong quá trình cắt đến lực cắt sẽ góp phần làm sáng tỏ về

mặt lý thuyết Tìm ra mối liên hệ qua lại giữa các thành phần của chế độ cắt đến lực cắt khi gia công

Những vấn đề phát triển mới: Phương pháp và kết quả nghiên cứu sự ảnh

hưởng của các thông số công nghệ tới lực cắt cho phép chúng ta có thể xác định được giá trị lực cắt tại thời điểm bất kỳ, với chế độ cắt bất kỳ trong quá trình gia công

Nội dung luận văn:

Toàn bộ nội dung chính của luận văn được chia làm 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về phay

Chương 2: Lực cắt khi phay bằng dao phay ngón sử dụng mảnh cắt xoay trên máy phay CNC

Chương 3: Xây dựng hệ thống thí nghiệm và phương pháp thực nghiệm đánh giá kết quả

Chương 4: Kết luận chung và kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo

Tài liệu tham khảo

Tôi xin chân thành cám ơn PGS.TS Nguyễn Trọng Bình người thầy đã tận tâm truyền đạt kiến thức và có những chỉ dẫn quý báu giúp tôi hoàn thành bản luận văn này Bên cạnh đó, tôi xin cám ơn các thầy cô trong viện 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 chắc hẳn còn nhiều điều thiếu sót, tôi rất mong các thầy, cô

và các bạn đồng nghiệp góp ý, bổ xung để luận văn này đạt hiệu quả cao hơn

Tôi xin trân trọng cảm ơn

Hà nội, ngày tháng năm 2010

Học viên

Nguyễn Văn Sáng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHAY 1.1 TỔNG QUAN VỀ PHAY

1.1.1 Định nghĩa về phay

Phay là một phương pháp cắt gọt kim loại Đó là quá trình cắt đi một lớp kim loại trên bề mặt chi tiết (gọi là lượng dư gia công) để được chi tiết có hình dáng, độ chính xác và độ bóng theo yêu cầu kỹ thuật trên bản vẽ

Phay 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 va đập trong quá trình gia công

Độ chính xác đạt được bằng phương pháp phay không cao hơn cấp 4 ÷ 3 và chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt Ra = 3,2 ÷ 0,2µm Khi gia công mặt phẳng, phay là phương pháp gia công có năng suất cao nhất Phay có khả năng thay thế hoàn toàn cho phương pháp bào trong sản xuất hang loạt

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…

1.1.2 Các chuyển động cắt khi phay

Chuyển động chính khi phay là chuyển động quay tròn của dao, chuyển động chạy dao là chuyển động thẳng theo các phương ngang, dọc, và thẳng đứng do bàn máy thực hiện

Tốc độ cắt khi phay tính theo công thức:

[ / út]

1000

Dn

V = p m ph

Trong đó: D – đường kính của dao phay [mm]

n - số vòng quay của dao [vòng/phút]

Lượng chạy dao khi phay được xác định bằng một trong ba yếu tố:

- Lượng chạy dao răng (SZ) là lượng dịch chuyển của chi tiết trong thời gian một răng (1 lưỡi cắt) của dao phay ăn vào kim loại, đơn vị là mm/răng

- Lượng chạy dao vòng là lượng dich chuyển của chi tiết khi dao phay quay

được một vòng, kí hiệu là Sv và có đơn vị là mm/vòng

-Lượng chạy dao phút là lượng dịch chuyển của chi tiết sau thời gian một

phút, ký hiệu là Sm và đơn vị là mm/phút

Như vậy mối quan hệ giữa các loại lượng chạy dao trên như sau:

Sm = Sv.n = Sz.Z.n [mm/phút]

Trong đó: Z – số răng (số lưỡi cắt ) của dao phay

n- số vòng quay của dao sau một phút

Khi phay có thể thực hiện theo hai phương pháp:

- Phay thuận là khi hướng tịnh tiến của phôi trùng chiều quay của dao

- Phay nghịch là phương hướng chuyển động của phôi ngược chiều quay của dao

1.1.3 Phân loại dao phay

Có nhiều loại dao phay (hình 1.1), có thể phân loại chúng như:

- Theo vật liệu dao có dao phay bằng thép gió, dao phay bằng hợp kim cứng …

- Theo kết cấu bên trong có dao phay liền , dao phay ghép, dao phay răng chắp bằng hàn hay lắp ghép cơ khí

- Theo hình dạng răng có răng thẳng, răng nghiêng, răng xoắn, răng nhọn, răng hớt lưng…

- Theo phương pháp kẹp có dao phay ngón, dao phay đuôi trụ, dao phay đuôi côn, dao phay có lỗ trụ…

- Theo tính năng công nghệ ta có thể phân loại thành:

+ Dao phay gia công mặt phẳng như: Dao phay trụ, dao phay mặt đầu, dao phay ngón … trong sản xuất hàng loạt dao phay mặt đầu được sử dụng nhiều hơn dao phay trụ

+ Dao phay rãnh, rãnh then, dao phay then hoa như dao phay ngón, dao phay đĩa… Dao phay đĩa hai mặt hay ba mặt cắt, gia công bình thường như dao phay mặt đầu, trong trường hợp đặc biệt nó có thể làm việc như dao phay trụ và có thể gia công được mặt đầu, rãnh, mặt bậc…

Dao phay ngón, ngoài sở trường là gia công rãnh, còn có ưu điểm nổi bật khi phay mặt bậc nhỏ mà chiều cao cách nhau khá lớn

+ Dao phay định hình để gia công các mặt định hình

+ Dao phay gia công bánh răng như dao phay môdul, dao phay lăn răng, dao phay ren …

+ Dao phay gia công các mặt tròn xoay

+ Dao phay cắt

Hình 1.1: Các loại dao phay

1.1.4 Đặc điểm gia công cắt gọt bằng phay

Do dao phay có nhiều lưỡi cắt tham gia cắt đồng thời, đường kính dao phay lớn, tốc độ phay cao và có nhiều biện pháp công nghệ nên năng suất khi phay cao hơn hẳn khi bào – xọc – chuốt, giá thành sản phẩm thấp

Do lưỡi làm việc gián đoạn, gây va đập và rung động nên khả năng tồn tại lẹo dao ít hơn khi tiện

Lưỡi dao cắt không làm việc liên tục và khối lượng dao phay thường lớn nên điều kiện truyền nhiệt tốt Diện tích cắt khi phay thay đổi, do đó lực cắt thay đổi

Để tăng năng suất cắt gọt có 2 xu hướng phát triển của thế giới ngày nay là đồng thời tìm ra các loại vật liệu làm dụng cụ cắt có tính năng cắt gọt tốt, tuổi bền lâu là ứng dụng rộng rãi công nghệ phay vào qúa trình sản xuất

1.1.5 Các hiện tượng xảy ra trong quá trình cắt

Các đại lượng đặc trưng xuất hiện trong quá trình cắt bao gồm: Lực cắt, nhiệt cắt, mòn dao, rung động Các đại lượng này chịu ảnh của các yếu tố đầu vào là: Máy; phôi; chế độ cắt; dụng cụ gia công; phương pháp gia công; dung dịch trơn nguội

Các yếu tố xuất hiện trong quá trình cắt có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của chi tiết máy và chi phí gia công

1.1.5.1 Lực cắt

Muốn thực hiện 1 quá trình cắt, dao nhận một công do động lực máy cung cấp, nhờ động lực này dao tác động và cắt các phần thừa kim loại Ngược lại phản lực của vật liệu gia công cũng sẽ tác dụng trở lại vào dao một lực bằng lực tác động từ dao vào phôi nhưng ngược chiều (áp lực của phoi) để cản lại sự cắt gọt (sự trượt của các tinh thể kim loại trên mặt trượt)

Dao muốn cắt gọt được không những phải thắng được lực liên kết trong nội bộ tinh thể kim loại mà còn thắng được lực ma sát, lực cản sự uốn của phoi v.v…công

đó dưới dạng lực gọi là lực cắt, phản lực lên dao gọi là lực cản cắt gọt (lực cắt) Lực cắt là một trong những đại lượng đặc trưng quan trọng nhất của quá trình cắt gọt

a Các thành phần của lực cắt

Trên hình (1.2a) và (1.2b) biểu diễn hệ thống lực cắt mà răng dao phay tác dụng lên lớp cắt Phản lực của P được phân tích thành 3 thành phần PZ, PX, PY theo hướng tiếp tuyến với đường tròn dao phay, pháp tuyến với nó và theo chiều trục dao

Hình1.2: Lực cắt khi phay nghịch (a) phay thuận (b)

PX: Lực hướng tâm có xu hướng làm võng trục dao, đẩy dao ra khỏi vùng gia công, gây rung động

PY: Lực dọc trục dao, khi chọn dao và gá dao sao cho PY hướng vào ổ trục máy hoặc khi gia công ghép 2 dao phay trụ sao cho hướng xoắn là ngược nhau để các lực

PY trên các dao triệt tiêu nhau

Thường PZ, PX, PY không thuần nhất mà tuỳ thuộc vào điều kiện gia công cụ thể

mà chúng thay đổi theo thông số hhình học dao, vật liệu gia công, chiều dày cắt, số răng dao tham gia cắt đồng thời… Ngoài ra ta có thể phân tích lực PXZ thành các lực thành phần theo phương ngang Pn và phương thẳng đứng PV Lực thẳng đứng có xu hướng đè chi tiết xuống hoặc nâng chi tiết lên để tăng khả năng kẹp chặt hoặc ngược lại tăng rung động trong qúa trình phay thuận hay phay nghịch

Đối với dao phay trụ răng xoắn, khi chạy dao còn xuất hiện còn xuất hiện lực dọc trục P0, và lực tác dụng dọc theo lưỡi cắt PS hình 1.3

Hình1.3: Thành phần lực cắt khi phay bằng dao phay trụ răng xoắn

c Các nhân tố ảnh hưởng tới lực cắt

• Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến lực cắt

Lực cắt tăng tỷ lệ thuận với chiều rộng phay B và số răng Z của dao

Khi tăng lượng chạy dao SZ thì lực cắt tăng

Khi chiều sâu cắt t tăng làm cho diện tích cắt trung bình Ftb tăng dẫn đến lực cắt tăng

Vận tốc cắt V tăng làm lực cắt giảm

• Ảnh hưởng của các thông số hình học của dao đến lực cắt

Các thông số hình học của dao thay đổi dẫn đến lực cắt thay đổi

Khi góc trước γ giảm làm tăng góc cắt δ (vì δ = 90 – γ) làm tăng hệ số co rút phoi, công tạo phoi lớn nên lực cắt tăng Khi tăng góc trước phoi dễ trượt và dễ thoát phoi làm lực cắt giảm

Khi tính toán lực cắt người ta đưa vào các hệ số Kγ, Kδ…, để kể đến ảnh hưởng của các thông số hình học của dao đến lực cắt

• Ảnh hưởng của vật liệu làm dao và vật liệu gia công đến lực cắt

Ảnh hưởng của vật liệu làm dao đến lực cắt chủ yếu là do sự thay đổi của hệ số

ma sát giữa vật liệu dụng cụ và chi tiết gia công Đối với vật liệu làm dao là hợp kim cứng thì lực cắt đơn vị nhỏ hơn vật liệu làm dao bằng thép gió

Tính chất cơ lý của vật liệu gia công cũng có ảnh hưởng nhiều đến lực cắt đơn

vị Khi gia công vật liệu giòn thì lực cắt đơn vị nhỏ hơn khi gia công vật liệu dẻo

• Ảnh hưởng của điều kiện cắt đến lực cắt

Khi gia công dao bị mòn dẫn đến bề mặt tiếp xúc giữa dao trên các bề mặt làm việc tăng, bán kính mũi dao tăng, làm thay đổi các thông số hình học của dao Vì vậy khi dao mòn lực cắt tăng lên rõ rệt Sự thay đổi của lực cắt còn bị phụ thuộc vào trạng thái mòn của dao Ví dụ dao bị mòn theo mặt trước hay mặt sau

Dung dịch trơn nguội cũng ảnh hưởng đến lực cắt Khi gia công có tưới dung dịch trơn nguội thì lực cắt và nhiệt cắt giảm vì dung dịch trơn nguội làm giảm hệ số

ma sát giữa dao và phôi Ngoài ra lực cắt còn phụ thuộc vào phương pháp tưới nguội

1.1.5.2 Nhiệt cắt

Khi gia công luôn xuất hiện nhiệt cắt Nhiệt cắt sinh ra do nhiều nguyên nhân khác nhau: Do hiện tượng nội ma sát xuất hiện trong quá trình biến dạng của vật liệu gia công, ma sát giữa phoi với mặt trước của dao và ma sát giữa phoi và mặt sau của dao Nhiệt sinh ra trong quá trình cắt là một hiện tượng vật lý quan trọng trực tiếp ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của vật liệu gia công và độ bền của dao cụ Nhiệt sinh ra làm giảm năng suất và độ chính xác gia công

Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt cắt:

a Ảnh hưởng của chế độ cắt

Khi tăng tốc độ cắt V làm cho tốc độ biến dạng giảm (theo lý thuyết biến dạng ) nên lượng nhiệt sinh ra do biến dạng cũng giảm, V tăng làm phoi trượt trên mặt trước với vận tốc lớn, thời gian tiếp xúc giữa phoi và dụng cụ cắt giảm nên

không kịp truyền vào dụng cụ cắt Kết quả là nhiệt tăng chậm dần khi tăng tốc độ cắt V

Khi S tăng làm cho nhiệt tăng Tuy nhiên tăng S thì chiều dày cắt trung bình tăng lên làm cho tâm áp lực lùi ra xa lưỡi cắt Do đó, nhiệt độ trung bình tăng chậm

Tăng chiều sâu cắt t, chiều dài lưỡi cắt làm việc tăng lên, điều kiện truyền nhiệt tốt hơn, do đó dẫn đến nhiệt độ tăng nhưng tăng chậm

b Ảnh hưởng của các yếu tố khác

Vật liệu gia công: Chủ yếu ảnh hưởng của σb và tính dẫn nhiệt của kim loại Thông thường σb tăng lực cản trong quá trình cắt tăng, nhiệt sinh ra tăng Nếu vật liệu có tính dẫn nhiệt tốt thì điều kiện truyền nhiệt tốt hơn, nhiệt cắt tích tụ tại vùng cắt giảm

Góc cắt δ: Khi góc cắt δ tăng dẫn đến góc γ giảm phoi khó thoát lực Px tăng làm nhiệt cắt tăng Mặt khác δ tăng khả năng tản nhiệt về thân dao tốt hơn nên nhiệt tăng chậm dần

Góc nghiêng chính ϕ: Khi ϕ tăng tải trọng giảm, nhiệt cắt giảm nhiệtưng mặt khác ϕ tăng chiều dài lưỡi cắt giảm, b giảm, góc mũi dao giảm truyền nhiệt kém Kết quả khi ϕ tăng nhiệt cắt tăng chậm dần

Bán kính mũi dao và tiết diện thân dao: Khi bán kính mũi dao r tăng, tiết diện thân dao tăng nhiệt cắt giảm

Dung dịch tưới: Khi tưới dung dịch tưới nguội vào vùng cắt nhiệt cắt giảm

1.1.5.3 Rung động

Rung động làm cho vị trí giữa dao cắt và chi tiết gia công thay đổi theo chu

kỳ Khi tần số thấp, biên độ lớn sẽ sinh ra độ sóng bề mặt, khi tần số cao, biên độ nhỏ sẽ sinh ra độ nhấp nhô bề mặt Rung động làm cho dao cụ mau mòn Ngoài ra

do rung động mà chiều sâu cắt, lực cắt, tiết diện phoi biến động làm tăng sai số gia công

Rung động của hệ thống công nghệ gồm hai loại : rung động cưỡng bức và

tự rung

Các nguyên nhân chính gây ra rung động cưỡng bức khi phay là:

- Hiện tượng va đập luôn xảy ra khi lưỡi dao vào và ra vùng gia công vì phay

là quá trình cắt không liên tục

- Chiều dày cắt không đều trong vùng gia công

- Lượng dư không đều dẫn đến chiều sâu cắt thay đổi

- Sự không cân bằng của hệ thống đầu dao

- Các bộ phận truyền động của máy không cân bằng

Các nguyên nhân gây ra hiện tượng tự rung:

- Sự thay đổi lực ma sát ở mặt trước và mặt sau của dao trong quá trình cắt

- Sự thay đổi tính dẻo của vật liệu gia công trong quá trình cắt

- Do sự biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ

1.1.5.4 Độ nhám bề mặt

Độ nhám bề mặt là một trong các chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng của chi tiết máy, qua đó đánh giá được chất lượng của nguyên công Độ nhám bề mặt có ảnh hưởng lớn đến tính chống mòn, độ bền mỏi, tính chống ăn mòn hóa học

và độ chính xác của mối ghép Thông qua sự thay đổi đột ngột của của độ nhám bề mặt ta có thể đánh giá được tuổi bền của dao

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt:

a Ảnh hưởng do hình dáng dáng hình học của dao:

Nếu thay đổi bán kính mũi dao r, góc φ và góc φ1 thì không những làm thay đổi chiều cao nhấp nhô mà còn làm thay đổi hình dạng nhấp nhô tế vi Nếu tăng bán kính mũi dao và giảm các góc φ và φ1 thì chiều cao nhấp nhô tế vi giảm

b Ảnh hưởng của chế độ cắt:

Khi tăng lượng chạy dao SZ thì chiều cao nhấp nhô tế vi tăng Ngược lại nếu

SZ quá nhỏ cũng làm tăng chiều cao nhấp nhô tế vi do khi đó xuất hiện hiện tượng trượt trong quá trình gia công Hiện tượng này là do ảnh hưởng của biến dạng dẻo lớn hơn ảnh hưởng của các yếu tố hình học đến độ nhám bề mặt

Vận tốc cắt là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chiều cao nhấp nhô tế vi Khi tăng vận tốc cắt thì biến dạng dẻo lớp kim loại bề mặt giảm đi do đó chiều cao nhấp

nhô tế vi giảm Khi gia công vật liệu giòn nếu tăng vận tốc cắt sẽ làm giảm hiện tượng vỡ vụn của kim loại dẫn đến chiều cao nhấp nhô tế vi giảm

c Ảnh hưởng của vật liệu gia công

Vật liệu gia công có ảnh hưởng lớn đến chiều cao nhấp nhô tế vi chủ yếu là

do khả năng biến dạng dẻo Vật liệu dẻo và dai dễ bị biến dạng hơn so với vật liệu cứng và giòn nên chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt khi gia công các vật liệu dẻo thường cao hơn các loai vật liệu giòn

d Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội

Trong điều kiện gia công cụ thể nếu tính toán được thành phần và phương pháp bôi trơn thích hợp sẽ làm giảm chiều cao nhấp nhô tế vi

1.1.5.5 Sự mòn dao

Cũng như các phương pháp gia công khác, khi phay cũng có có hiện tương mòn dao Mòn dao ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước gia công Mòn dụng cụ cắt là một quá trình phức tạp, xảy ra theo các hiện tượng lý hóa ở các bề mặt tiếp xúc phoi

và chi tiết với dụng cụ gia công Khi bị mài mòn các thong số hình học của dụng cắt thay đổi gây nên các hiện tượng vật lý trong quá trình cắt (nhiệt cắt, lực cắt…) và ảnh hưởng xấu đến chất lượng bề mặt chi tiết máy

Có nhiều dạng mài mòn dụng cụ cắt Tùy theo điều kiện gia công, tính chất vật liệu gia công và vật liệu làm dao, dụng cụ cắt có thể bị mài mòn theo các dạng sau đây:

+ Mòn theo mặt trước

+ Mòn theo mặt sau

+ Mòn đồng thời cả mặt trước và sau

1.2 CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC

1.2.1 Các dạng điều khiển trên máy phay CNC

Xét về bản chất thì các máy điều khiển theo chương trình số có nguyên lý tạo hình về cơ bản không khác gì so với máy công cụ truyền thống, có nghĩa là về mặt thuật ngữ nó cũng mang tên của các loại máy công cụ như máy tiện, máy phay đứng, máy phay nằm ngang hay máy mài… nhưng chúng đã được số hóa và tin học

hóa để có thể điều khiển được các chuyển động công tác của máy bằng các lệnh đưa vào hệ thống CNC Tùy theo yêu cầu của từng loại máy và từng cơ cấu điều khiển,

hệ điều khiển mà có thể phân thành 3 loại cơ bản sau: điều khiển điểm – điểm, điều khiển đoạn thẳng và điều khiển theo đường (tuyến tính hoặc phi tuyến) Tất nhiên các máy điều khiển đường đều có thể sử dụng để điều khiển điểm điểm và đoạn thẳng

1.2.1.1 Điều khiển điểm – điểm

Với các loại máy này, trong quá trình gia công, người ta cho định vị nhanh dụng cụ đến tọa độ yêu cầu và trong quá trình dich chuyển nhanh dụng cụ, máy không thực hiện việc cắt gọt Chỉ đến khi đạt được tạo độ theo yêu cầu nó mới thực hiện các công việc cắt gọt, ví dụ như: khoan lỗ, khoét, doa hoặc có thể những công việc khác như trên các máy hàn điểm cho công việc hàn, các máy đột dập cho công việc đột hoặc dập lỗ…

Hình 1.4:Điều khiển điểm – điểm

Trong ví dụ trên hình 1.4, để gia công 2 lỗ A và B có các tọa độ XA, YA và XB,

YB trong hệ tọa độ XOY Ta có thể thực hiện theo các cách sau đây: Điều khiển dụng cụ dịch chuyển nhanh đến điểm A(XA,YA) Sau đó thực hiện gia công lỗ A Tiếp theo, sau khi đã dich chuyển dụng cụ thoát khỏi lỗ đã gia công (đảm bảo rằng việc dịch chuyển dụng cụ thực hiện được an toàn) sẽ tiếp tục dịch chuyển nhanh

dụng cụ đến điểm B (XB,YB) để gia công lỗ B Khi đó, quá trình dich chuyển dụng

cụ đến điểm B có thể thực hiện bằng 2 cách được biểu diễn:

- Quỹ đạo dịch chuyển theo AA’CB song song với các trục tọa độ OX và OY

- Quỹ đạo dịch chuyển theo đường thẳng tối ưu: ACB

1.2.1.2 Điều khiển đoạn thẳng

Ngoài chức năng dich chuyển nhanh theo các trục tọa độ như ở điều khiển điểm, còn có thể thực hiện việc gia công trong qúa trình dịch chuyển theo các trục này Điều đó có nghĩa là dụng cụ sẽ thực hiện các chuyển động cắt gọt trong quá trình dịch chuyển song song với các trục tọa độ hoặc khi tiện các chi tiết mà dụng

cụ cắt thực hiện các chuyển động cắt gọt theo phương trục Z va trục X

Hình 1.5: Điều khiển đường thẳng trên máy phay

1.2.1.3 Điều khiển đường (tuyến tính và phi tuyến)

Ngoài các chức năng như điều khiển điểm và điều khiển đoạn thẳng, người ta còn có thể điều khiển được dụng cụ chuyển động theo các đường bất kỳ trong mặt phẳng hoặc trong không gian có thực hiện gia công cắt gọt Tùy thuộc vào đường được điều khiển là phẳng hay không gian mà ra có thể bố trí số trục được điều khiển đồng thời là khác nhau Từ đó cũng xuất hiện thuật ngữ máy 2 trục, máy 3,4,5 trục (tức có số trục được điều khiển đồng thời theo quan hệ ràng buộc)

Để chuẩn hóa việc sử dụng thuật ngữ, người ta thường sử dụng thuật ngữ máy

điều khiển 2D, 2D ½, 3D, 4D, 5D (dimension)

a Điều khiển 2D

Cho phép dịch chuyển dụng cụ cắt trong một mặt phẳng nhất định nào đó (2 trục được điều khiển đồng thời) Thí dụ, trên máy tiện, dụng cụ sẽ dich chuyển trong mặt phẳng XOZ để tạo nên đường sinh khi tiện các bề mặt, trên các máy phay 2D, dụng cụ sẽ thực hiện các chuyển động trong mặt phẳng xoy để tạo nên các đường rãnh hay các mặt bậc có biên dạng bất kỳ

Hình 1.6: Điều khiển 2D trên máy phay

b Điều khiển 2D ½

Cho phép dịch chuyển dụng cụ theo 2 trục đồng thời để tạo nên một được cong phẳng, còn trục thứ 3 được điều khiển chuyển động độc lập Điều khác biệt của phương pháp điều khiển này so với điều khiển 2D là ở chỗ 2 trục được điều khiển đồng thời có thể được đổi chỗ cho nhau: có nghĩa là hoặc trong mặt phẳng XOY hoặc trong mặt phẳng YOZ

Hình 1.7: Điều khiển 2D ½

c Điều khiển 3D

Cho phép dịch chuyển dụng cụ theo 3 mặt phẳng đồng thời để tạo nên một đường cong hay một mặt cong trong không gian bất kỳ Điều này cũng tương ứng với quá trình điều khiển đồng thời cả 3 trục của máy theo một quan hệ ràng buộc nào đó tại từng thời điểm để tạo nên quỹ đạo của dụng cụ theo yêu cầu

Hình 1.8: Điều khiển 3D trên máy phay

d Điều khiển 4D, 5D

Trên cơ sở của điều khiển 3D, người ta còn bố trí cho dụng cụ hoặc chi tiết có thêm 1 chuyển động quay (4D) hoặc hai chuyển động quay (5D) xung quanh một hay 2 trục nào đó theo một quan hệ rằng buộc với các chuyển động trên các trục khác của máy 3D Với khả năng như vậy, các bề mặt phức tạp hay các bề mặt có trục quay có thể được thực hiện dễ dàng so với khi gia công trên máy 3D

Mặt khác, vì lý do công nghệ nên có những bề mặt không thể thực hiện được việc gia công bằng 3D vì có thể tốc độ cắt sẽ có những điểm có tốc độ cắt bằng không (như tại đỉnh của dao phay đầu cầu) hay lưỡi cắt của dụng cụ không thể thực hiện việc gia công theo mong muốn (ví dụ góc cắt không thuận lợi hay có thể vướng thân dao vào các thành phần khác của chi tiết )

Tóm lại, tùy thuộc vào yêu cầu bề mặt gia công cụ thể mà có thể lựa chọn máy thích hợp vì máy càng phức tạp thì giá thành máy càng cao và cần phải bổ xung

thêm nhiều công cụ khác như các phân mềm CAD/CAM hỗ trợ cho việc lập trình…hơn thế nữa, máy càng phức tạp (càng có nhiều trục điều khiển) thì tính an toàn trong quá trình vận hành và sử dụng máy càng thấp do dễ bị va chạm dao vào phôi và máy Vì vậy để có thể sử dụng các loại máy này, người điều khiển trước hết

đã sử dụng rất thành thạo các máy điều khiển theo chương trình số 2D và 3D

1.2.2 Quy trình công nghệ gia công trên máy CNC

Quy trình công nghệ trên máy 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 quỹ đạo dịch chuyển của dụng cụ cắt

Chương trình điều khiển là tập hợp tất cả các lệnh dịch chuyển và các điều khiển công nghệ do bộ điều khiển của máy cung cấp

Lập chương trình điều khiển cho máy CNC là một nhiệm vụ của chuẩn bị công nghệ

Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết trên máy CNC bao gồm 3 giai đoạn:

1.2.2.2 Thiết kế nguyên công

Nhiệm vụ của thiết kế nguyên công trên máy CNC bao gồm:

Xác định nội dung nguyên công, chia nguyên công ra các bước và các vị trí, cụ thể hóa phương pháp kẹp chặt chi tiết

Chia ra các lớp cắt, chọn dụng cụ cắt, chuẩn bị phương pháp điều chỉnh máy và điều chỉnh dao

1.2.2.3 Lập trình gia công

Lập trình gia công trên máy phay CNC bao gồm các nội dung sau:

Tính toán các quỹ đạo chuyển động của dao sau khi xác định tọa độ của các điểm

Lập trình và ghi vào bộ nhớ của bộ điều khiển máy

Kiểm tra chương trình, 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:

Hình 1.9: Vùng gia công khi phay

- Vùng gia công hở (hình 19a, b, c): 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 1.9d): Dao bị hạn chế khi dịch chuyển dọc hoặc trong mặt phẳng vuông góc với trục của nó

- Vùng gia công kín (hình 1.9e): Dao bị hạn chế theo tất cả các phương khi nó dịch chuyển

- Vùng gia công tổ hợp (hình 1.9f): Là vùng gia công được tạo thành từ các vùng gia công trên

1.2.3.2 Lượng dư phay

Lượng dư khi phay được xác định theo bảng hoặc tính toán Khi xác định lượng

dư gia công tinh cần tính đến quy luật cắt khi phay

1.2.3.3 Sơ đồ các bước khi phay

Hình 1.10: Sơ đồ các bước khi phay

a Quỹ đạo của dao

Khi thực hiện nguyên công phay trên máy CNC ta có thể áp dụng các phương pháp dịch chuyển của dao sau đây:

- Dịch chuyển theo quỹ đạo đường ziczăc (hình 1.10a, b, c)

Sơ đồ này được sử dụng rộng rãi, tuy nhiên nhược điểm là tính chất của quá trình phay thay đổi (lúc phay thuận lúc phay nghịch) dẫn đến lực cắt thay đổi ảnh hưởng xấu đến độ chính xác và chất lượng chi tiết

Sơ đồ chạy dao này có 3 loại: không ăn dao dọc theo contour (hình 1.10a); ăn dao dọc theo contour ở bước cuối cùng (hình 1.10b) và bước đầu tiên là ăn dao sơ

bộ dọc theo contour chi tiết (hình 1.10c) Sơ đồ trên hình 1.10c tạo điều kiện thuận lợi cho việc ăn dao ở phía cuối của mỗi bước

- Dao dịch chuyển theo quỹ đạo dạng lò xo (hình 1.10d, e)

Theo sơ đồ này thì dao có quỹ đạo chuyển động đường vòng từ trong ra ngoài

theo dạng lò xo có ưu điểm là bản chất của quá trình phay không thay đổi(luôn là phay thuận hay phay nghịch), do đó quá trình cắt ổn định

- Dao chuyển động theo quỹ đạo răng lược (hình 1.10f, g, h)

Dạng chuyển động này thì bản chất quá trình phay cũng không thay đổi Sau mỗi lần ăn dao 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 Theo hình

đây:

tmax = D - 2r - h

c Phương pháp ăn dao vào chi tiết

Phương pháp ăn dao đơn giản nhất là ăn dao theo phương dọc trục của lỗ đã khoan sẵn (hình 1.11a)

Hình 1.11: Sơ đồ ăn dao vào chi tiết

Khi gia công tinh quỹ đạo ăn dao được thực hiện theo cung tròn tiếp tuyến với biên dạng chi tiết tại điểm mà ở đó dao bắt đầu chuyển động cắt theo contour (hình

công và thuận lợi cho việc hiệu chỉnh bán kính dao khi lập trình

1.2.3.4 Chọn chế độ cắt khi phay

Việc lựa chọn chế độ cắt khi phay trên máy CNC cũng tương tự như trên máy vạn năng, nghĩa là phải chọn chiều sâu cắt t, lượng chạy dao Sz, Sphút và vận tốc cắt

V Tuy nhiên đối với các máy phay CNC cần chú ý khi chọn lượng chạy dao răng

Sz Lượng chạy dao Sz được chọn với giá trị Smin từ 4 giá trị:

Sz = min (Sz1, Sz2, Sz3, Sz4) Trong đó:

Sz1: Lượng chạy dao được xác định theo độ nhám bề mặt, phụ thuộc vào lượng

dư với chiều sâu cắt t và bề rộng phay B

Sz2: Lượng chạy dao được xác định phụ thuộc vào biến dạng cho phép của dao [∆] (phụ thuộc vào đường kính dao D và chiều dài phần cắt l)

Sz3: Lượng chạy dao xuất phát từ độ bền của dao

Sz4: Lượng chạy dao cho phép được xác định xuất phát từ công suất động cơ của máy

1.2.4 Lập trình gia công trên máy phay CNC

Tính chất của quỹ đạo chuyển động của dao khi phay phụ thuộc vào số tọa độ được điều khiển và nguyên tắc điều khiển chuyển động các cơ cấu chấp hành của máy Như vậy, điều khiển 2 tọa độ cho phép dao dịch chuyển đến bất kỳ điểm nào trong không gian

Khi lập trình cho các bước của nguyên công phay nên dựa vào các sơ đồ: phay contour, phay mặt phẳng và phay thể tích

Rời xa contour là quá trình di chuyển của dao từ bề mặt gia công ra khỏi vùng gia công Sự rời xa contour cũng được thực hiện theo quỹ đạo tương tự như sự lại gần contour

b Phay mặt phẳng

Phay các mặt phẳng hở được thực hiện theo đường ziczăc còn phay các mặt phẳng nửa hở được thực hiện theo sơ đồ “ dải băng” (hình 1.10f, g, h) Để phay các mặt phửng kín được giới hạn bằng đường tròn người ta dung sơ đồ chạy dao theo

“đường xoắn ốc” (hình 1.10d, e)

Đường xoắn ốc có thể được tạo thành từ các cung tròn có tam khác nhau

c Phay thể tích

Khi phay thể tích quỹ đạo chuyển động của dao phay diễn ra đồng thời ít nhất theo 3 trục Thông thường để phay thể tích người ta dung dao phay với bán kính cầu

Việc lập trình phay thể tích rất phức tạp, do đó để nâng cao năng suất và độ chính xác người ta lập trình với sự trợ giúp của máy tính Tuy nhiên phương pháp phay thể tích với quỹ đạo dịch chuyển của dao theo 4 hoặc 5 tọa độ chỉ được dung cho một số loại chi tiết hạn chế

1.2.4.2 Bù bán kính dao khi phay

Hình thức điều chỉnh dao phụ thuộc vào dạng quỹ đạo của dao và khả năng của

hệ điều khiển máy Đối với các hệ điều khiển khác nhau cùng một chức năng có thể tương ứng với nhiều lệnh khác nhau Ví dụ, cùng một chức năng hủy bỏ hiệu chỉnh dao có thể được thực hiện bằng lệnh G40 hoăc G49, hiệu chỉnh nội suy đường thẳng

và hiệu chỉnh nội suy cung tròn có thể ký hiệu bằng G52… Trong nhiều máy CNC hiện đại, hệ điều khiển cho phép lập trình gia công trực tiếp theo contour chi tiết mà không cần xác định tọa độ các điểm trên đường cách đều Đặc tính của mã hóa thong tin phụ thuộc vào từng hệ điều khiển cụ thể, nhưng nhìn chung hiệu chỉnh dao được mã hóa bằng các chức năng G41 đến G44 để bù bán kính dao và bao gồm hai giai đoạn Giai đoạn thứ nhất là dịch chuyển dao tới đường cách đều, còn giai đoạn thứ hai là hiệu chỉnh quá trình cắt

1.2.4.3 Bù chiều dài dao khi phay

Hình 1.12: Bù chiều dài dao khi phay

Thông thường dấu âm (L < 0) trong số hiệu chỉnh cho biết quá trình hiệu chỉnh theo hướng tăng kích thước chi tiết gia công và ngược lại dấu dương (L > 0) là giảm kích thước chi tiết gia công Các thông số hiệu chỉnh chiều dài dao được ghi vào số hiệu dao và trong quá trình gia công việc bù chiều dài dao được thực hiện tự động thông qua các câu lệnh bù dao của chương trình NC

1.3 MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH CẮT KHI PHAY

1.3.1 Mô hình

Mô hình tổng quát của quá trình cắt khi phay được mô tả như sau:

Các thông số đầu vào bao gồm: Máy, phôi, chế độ cắt, dụng cụ cắt, phương pháp gia công và dung dịch tưới nguội

Các thông số xuất hiện trong quá trình cắt gồm: Lực cắt, nhiệt cắt, mòn dao, rung động

Các thông số đầu ra bao gồm các chỉ tiêu về kinh tế và chỉ tiêu về chất lượng chi tiết máy