Nghiên cứu độ chính xác gia công trên máy tiện CNC khi gia công vật liệu có độ dẻo cao

* Ý nghĩ khoa học: Đánh giá được ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công khi tiện trong điều kiện cắt cụ thể... Đối với quá trình gia công cơ khí một

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

-

LÊ THỊ HOÀI THU

NGHIÊN CỨU ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG TRÊN MÁY TIỆN CNC

KHI GIA CÔNG VẬT LIỆU CÓ ĐỘ DẺO CAO

Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Ngành: Công nghệ cơ khí

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

-

LÊ THỊ HOÀI THU

NGHIÊN CỨU ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG TRÊN MÁY TIỆN CNC

KHI GIA CÔNG VẬT LIỆU CÓ ĐỘ DẺO CAO

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Ngành: Công nghệ cơ khí

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS TRƯƠNG HOÀNH SƠN

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 4

MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 8

1.1 Tổng quan về gia công trên máy CNC 8

1.1.1 Vài nét về tình hình khai thác sử dụng máy CNC hiện nay 8

1.1.2 Sự thích hợp của các hệ thống CNC đối với các nước đang phát triển 9

1.1.3 Đặc trưng cơ bản và vai trò của máy CNC đối với tự động hoá 11

1.1.4 Một số nét cơ bản về máy công cụ vạn năng và máy CNC 12

1.2 Các nghiên cứu có liên quan tới đề tài 13

1.3 Giới hạn đề tài 15

CHƯƠNG 2: ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG 20

2.1 Nghiên cứu về độ chính xác gia công 20

2.1.1 Các nguyên nhân gây ra sai số gia công 22

2.1.2 Các phương pháp đạt độ chính xác gia công 23

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác gia công 27

2.2.1 Biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ 27

2.2.2 Ảnh hưởng do độ chính xác của máy công cụ 28

2.2.3 Ảnh hưởng của các sai số đồ gá 28

2.2.4 Ảnh hưởng của sai số của dụng cụ cắt 28

2.2.5 Ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của máy 29

2.2.6 Ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của dụng cụ cắt 29

2.2.7 Ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của chi tiết 29

2.2.8 Ảnh hưởng của rung động trong quá trình cắt 30

2.2.9 Ảnh hưởng của phương pháp gá đặt 31

2.2.10 Ảnh hưởng của dụng cụ đo và phương pháp đo 31

2.3 Khả năng đạt độ chính xác của các phương pháp gia công cắt gọt 32

2.3.1 Các phương pháp cắt gọt sử dụng dụng cụ cắt có thông số hình học cố định 32

2.3.2 Mài và các phương pháp gia công sử dụng hạt mài 32

2.3.3 Các phương pháp gia công truyền thống có sử dụng máy CNC và dụng cụ cắt tiên tiến 33

2.4 Độ nhám bề mặt 33

2.4.1 Khái niệm: 33

2.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt 34

2.5 Kết luận: 48

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ 49

THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM 49

3.1 Xây dựng mô hình thực nghiệm 49

3.1.1 Mô hình thí nghiệm 49

3.1.2 Thông số đầu vào của thí nghiệm 50

3.2 Các thông số thí nghiệm 54

3.2.1 Với vận tốc cắt (Vc) thay đổi 55

3.2.2 Với vận tốc cắt (Vc) không đổi 55

3.3 Thực hiện các thí nghiệm và thu thập số liệu 55

3.3.1 Thí nghiệm về sự ảnh hưởng của vận tốc cắt tới độ nhám 56

3.3.2 Thí nghiệm về sự ảnh hưởng của lượng chạy dao tới độ nhám 56

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN Ra VÀ Rz 58

4.1 Ảnh hưởng của vận tốc cắt tới độ nhám bề mặt 58

4.1.1 Trường hợp S = 0.1(mm/vòng), t = 0.2(mm) 58

4.1.2 Trường hợp S = 0.1(mm/vòng), t = 0.5(mm) 61

4.2 Ảnh hưởng của lượng chạy dao tới độ nhám bề mặt 64

4.2.1 Trường hợp V = 450(m/ph), t = 0.2(mm) 64

4.2.2 Trường hợp V = 450(m/ph), t = 0.5(mm) 67

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 71

LỜI CẢM ƠN 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

TT Số bảng Nội dung

Trang 1 1.1 So sánh máy công cụ vạn năng và máy CNC 15

2 1.2 Cấp độ nhám và giá trị l tương ứng 19

3 3.1 Thông số cơ bản của máy tiện CNC SL-153 56

4 3.2 Số vòng quay trục chính khi thay đổi vận tốc cắt 59

5 3.3 Số vòng quay trục chính khi thay đổi lượng tiến dao 59

6 3.4; 4.1 Giá trị độ nhám khi thay đổi V, S= 0.1(mm/vòng),

t = 0.2(mm) 60;62

7 3.5; 4.2 Giá trị độ nhám khi thay đổi V, S= 0.1(mm/vòng),

t = 0.5(mm) 60;65

8 3.6; 4.3 Giá trị độ nhám khi thay đổi S, V= 450(m/ph),

t = 0.2(mm) 61;68

9 3.7; 4.4 Giá trị độ nhám khi thay đổi S, V= 450(m/ph),

t = 0.5(mm) 61;71

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

TT Số hình Nội dung Trang

1 2.1 Sơ đồ về độ chính xác gia công 23

2 2.2 Mối quan hệ giữa độ chính xác gia công và giá thành sản phẩm 24

3 2.3 Gia công theo phương pháp tự động đạt kích thước 27

4 2.4 Độ nhám bề mặt 36

5 2.5 Ảnh hưởng của chiều rộng cắt đến lực cắt 39

6 2.6 Ảnh hưởng của chiều dày cắt đến lực cắt 39

7 2.7 Quá trình ảnh hưởng của dao cắt đến bề mặt chi tiết 41

8 2.8 Sự biến dạng dẻo trong cắt gọt 42

9 2.9 Nhiệt phát sinh trong vùng cắt 42

10 2.10 Các vùng biến dạng trong quá trình cắt 43

11 2.11 Đồ thị biểu thị quan hệ giữa θ và V 44

12 2.12 Ảnh hưởng của nhiệt độ gia công đến độ mòn dao 46

13 2.13 Quan hệ giữa chiều cao nhấp nhô và lượng tiến dao khi tiện 48

14 2.14 Ảnh hưởng của thông số hình học của dụng cụ cắt và chế

độ cắt đến nhám bề mặt khi tiện 48

15 2.15 Ảnh hưởng của vận tốc cắt V đến chiều cao nhấp nhô tế vi Rz 50 16 2.16 Ảnh hưởng của lượng tiến dao S đến chiều cao nhấp nhô tế vi Rz 50

17 3.1 Mô hình thí nghiệm sự ảnh hưởng của chế độ cắt tới nhám bề mặt 53

18 3.2 Máy tiện CNC SL-153 55

19 3.3 Hình dáng và góc độ của dao khi gá lên bầu cặp 57

20 3.4 Sơ đồ định vị và kẹp chặt chi tiết 57

21 3.5 Máy đo độ nhám 58

22 3.6 Đầu đo thực hiện khi đo độ nhẵn bóng 58

23 4.1 Ảnh hưởng của vận tốc V(m/ph) tới Ra(µm) khi t = 0.2(mm) 62

24 4.2 Ảnh hưởng của vận tốc V(m/ph) tới Rz(µm) khi t = 0.2(mm) 63

25 4.3 Ảnh hưởng của vận tốc V(m/ph) tới Ra&Rz(µm)

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong một nền kinh tế phát triển thì gia công cơ khí đóng một vai trò hết sức quan trọng, gia công cơ khí sẽ tạo ra máy móc cho các ngành, nghề khác Chúng ta đang hòa nhập mạnh mẽ với nền kinh tế thế giới, do đó việc gia công đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế và đảm bảo tính cạnh tranh trên thị trường là một đòi hỏi tất yếu đặt ra cho các nhà công nghệ Việc chọn máy móc và chế độ gia công hợp lý là một trong những yếu tố quan trọng nhất để đảm bảo chất lượng và giá thành của sản phẩm

Trong những năm trở lại đây ở Việt Nam có xu hướng sử dụng máy gia công CNC để nâng cao chất lượng và giảm giá thành sản phẩm Thực tế cho thấy chất lượng sản phẩm đã được nâng cao, áp lực công việc của người thợ giảm, nhưng giá thành chưa giảm, thậm chí chi phí gia công còn cao hơn nhiều so với máy vạn năng

Có rất nhiều nguyên nhân của sự tăng chi phí đó, nhưng nguyên nhân chính là các nhà công nghệ chưa chọn được chế độ cắt tối ưu cho nhóm máy này Do đó việc nghiên cứu để lựa chọn chế độ cắt tối ưu cho nhóm máy CNC là một yêu cầu cấp thiết đặt ra cho các nhà ngiên cứu

Đề tài “Nghiên cứu độ chính xác gia công trên máy tiện CNC khi gia công vật

liệu có độ dẻo cao” chỉ là một phần rất nhỏ trong việc nghiên cứu tối ưu hóa quá

trình cắt Đây là một trong rất nhiều đề tài nghiên cứu ứng dụng về việc sử dụng hiệu quả máy CNC Từ mối quan hệ giữa chất lượng bề mặt với các thông số công nghệ thì người làm công nghệ có thể chọn chế độ cắt tối ưu của máy và dao mà vẫn đảm bảo chất lượng, từ đó có thể tăng năng suất (khai thác tối đa năng suất của máy), giảm giá thành sản phẩm

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

* Ý nghĩ khoa học:

Đánh giá được ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết gia công khi tiện trong điều kiện cắt cụ thể

Gia công các chi tiết có biên dạng phức tạp được áp dụng nhiều trên các máy tiện CNC Nó giúp cho việc gia công các chi tiết có hình dáng hình học phức tạp trở nên đơn giản hơn, đạt độ chính xác cao hơn Gia công trên máy tiện CNC ngày càng được sử dụng phổ biến Tuy nhiên, trong quá trình gia công không thể tránh khỏi các sai số nhưng sai số phép đo, sai số do nhiệt cắt, lực cắt Việc nghiên cứu chất lượng bề mặt chi tiết gia công nhằm giảm các sai số có thể nâng cao chất lượng bề mặt và giảm giá thành sản phẩm

* Ý nghĩa thực tiễn:

Kết quả nghiên cứu sẽ được áp dụng với nhóm vật liệu có độ dẻo cao nhằm nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết, tăng năng suất, độ tin cậy cao và giảm giá thành sản phẩm

Nghiên cứu độ chính xác gia công các chi tiết khi gia công trên máy tiện CNC góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm Đặc biệt với vật liệu có độ dẻo cao là một trong những loại vật liệu khó gia công Do đó, cần nghiên cứu đưa ra được các thông số công nghệ hợp lý để đạt được chất lượng bề mặt cao nhất có thể và đưa ra được các nguyên nhân gây ra sai số gia công

Nội dung luận văn bao gồm 4 chương sau:

Chương 1- Tổng quan về nghiên cứu liên quan đến đề tài và giới hạn nghiên cứu

của đề tài

Chương 2- Độ chính xác gia công và các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác gia

công

Chương 3- Xây dựng mô hình thực nghiệm và thực hiện thí nghiệm

Chương 4- Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến Ra và Rz

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ

TÀI VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1.1 Tổng quan về gia công trên máy CNC

1.1.1 Vài nét về tình hình khai thác sử dụng máy CNC hiện nay

Ở Việt Nam trước đây hệ thống sản xuất cơ khí quá lạc hậu, năng suất thấp, chất lượng kém nhưng giá thành lại cao, sản xuất chưa đáp ứng được thị trường trong nước và khó có khả năng vươn ra thị trường ngoài nước Nhận thức từ vấn đề

đó, sau Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ VI (1986) với chủ trương đổi mới, nhiều chính sách ra đời đó tạo cho doanh nghiệp sự chủ động, sáng tạo Rất nhiều doanh nghiệp trong nước và liên doanh với nước ngoài đã đưa máy gia công có mức độ tự động hoá cao vào sản xuất Ngành cơ khí nước ta nói riêng và tất cả các ngành khác nói chung đã có bước phát triển mới Sản phẩm chế tạo ra có chất lượng cao hơn, rút ngắn thời gian gia công, tăng năng suất lao động Tuy nhiên, việc khai thác và sử dụng kỹ thuật CNC có một số hạn chế sau:

- Chủng loại máy, nguồn gốc máy đa dạng nhưng chủ yếu là các máy của: Đức, Nhật, Trung quốc, Đài loan Đáng chú ý là có một số máy không rõ nguồn gốc

vì việc mua bán máy qua nhiều trung gian, tài liệu thất lạc

- Hệ điều khiển của máy chủ yếu là FANUC, HEIDENHAIN, MITSUBISHI

- Việc chuyển giao kỹ thuật từ các chuyên gia nước ngoài cho đối tác tại Việt Nam không đầy đủ Chủ yếu chỉ hướng dẫn lập trình cơ bản và thao tác vận hành máy

- Ngoại trừ một số doanh nghiệp liên doanh, doanh nghiệp 100% vốn nước ngoài trong sản xuất có mặt hàng truyền thống thì chương trình gia công CNC được chuẩn bị trước từ nước ngoài đưa vào, còn lại chủ yếu do người vận hành máy lập trình trực tiếp trên máy Một số doanh nghiệp chưa thực sự chú ý đến khai thác máy một cách hiệu quả, thời gian máy hoạt động không nhiều

- Các máy gia công sử dụng kỹ thuật CNC thường được nhập ngoại với giá thành rất cao, hiệu quả khai thác sử dụng máy còn hạn chế, giá thành sản phẩm cao

vì mức khấu hao lớn

Do vậy, việc khai thác và sử dụng máy CNC nói chung và máy tiện CNC nói riêng vẫn còn nhiều hạn chế còn tồn tại Mặt khác do không khai thác được hết tính năng của máy cũng như không có đường lối công nghệ đúng đắn và chế độ cắt tối

ưu nên sản phẩm vẫn có giá thành cao

1.1.2 Sự thích hợp của các hệ thống CNC đối với các nước đang phát triển

Hiện nay, mức độ phát triển của các hệ thống CNC đảm bảo rằng sự áp dụng chúng ở các nhà máy mang lại lợi ích rõ ràng Cũng cần ghi nhận hiệu quả trực tiếp và trực quan của tự động hoá, nghĩa là sự giảm lao động con người Đây cũng là một lợi ích cho các nước đang phát triển với công lao động thấp và nguồn nhân lực dồi dào (mà nguồn lao động này đa số là không có kỹ thuật cao) Trong thực tế, tầm quan trọng của các lợi ích có thể tóm tắt trong những điểm sau:

- Thiết bị công nghệ CNC làm giảm sự cần thiết phải có người đứng máy với tay nghề cao

- Do năng suất của các máy CNC cao, nên chúng giải phóng nhanh các ùn tắc đâu đó trong nhà máy

- Máy NC đảm bảo tính lặp lại rất cao của chi tiết, độ chính xác kích thước

và độ ổn định của sản phẩm cuối cùng, điều không thể trông đợi ở máy thông thường

- Do áp dụng các hệ thống NC được đặc trưng bởi sự điều khiển theo vòng tròn kín nên những đòi hỏi về kiểm tra, mà thường cần người có tay nghề cao, nay

có thể loại bỏ

- Các thiết bị công nghệ NC có yêu cầu rất cao Do giá thành máy cao nên chúng cần phải đầy tải Yêu cầu này cùng với năng suất cao, cần có một kế hoạch sản xuất tốt Do đó cần đến máy tính để hỗ trợ sản xuất, lập kế hoạch và điều khiển, thực tế là cần một hệ thống máy tính hoá, từ thời điểm bắt đầu giới thiệu kỹ thuật

NC đến các hoạt động công nghiệp Đây là thời điểm bắt đầu sự phối hợp các hoạt động công nghiệp

- Cũng đã có những ý tưởng tốt được nói về quá trình phối hợp qua hệ thống CAD/CAM và các hệ thống điều khiển quản lý thông tin Điều đó được làm chủ yếu với nhà máy hoàn toàn tự động mà mục đích chủ yếu là dùng cho

tự động hoá Sự áp dụng các nhà máy như thế không luôn luôn là giải pháp tốt nhất ở các nước đang phát triển Chúng ta tin rằng có những lý do sâu sắc hơn

để tiếp cận vấn đề này so với sự giảm chi phí nhân lực do tự động hoá Các lý

do quan trọng nhất là:

+ Chấp hành các kỷ luật công nghệ bên trong tổ chức sản xuất (như các hệ thống máy tính thường liên quan đến các số liệu đầu vào được yêu cầu rất chuẩn mực, các quy trình kỹ thuật )

+ Tính linh hoạt lớn hơn trong quá trình chế tạo, nghĩa là nâng cao khả năng của chúng, đáp ứng nhanh chóng và có hiệu quả với mọi thay đổi về kỹ thuật, các yêu cầu của thị trường thay đổi và các sản phẩm mới

+ Đảm bảo không có khuyết tật và các dữ liệu chính xác dùng cho sự điều khiển quản lý

+ Đảm bảo sản xuất chính xác cao thậm chí của các chi tiết phức tạp hoặc các nguyên công phức tạp (độc lập với tay nghề người đứng máy)

+ Tăng hiệu quả kinh tế của quá trình công nghệ qua việc lập kế hoạch tốt hơn, khuyến khích sản xuất tối ưu

- CNC là chìa khoá để tiếp cận các hệ thống kỹ thuật công nghiệp và rằng sự phối hợp CAD/CAM/CIM có thể được tạo nên chỉ thông qua kỹ thuật CNC

- Sự thay đổi lớn trong gia công kim loại có thể gán cho sự phát triển nhanh chóng trong thiết kế máy công cụ vào trong công nghệ, kỹ thuật điều khiển và sản xuất

- Trong thực tế, sự phát triển liên quan tới các vật liệu mới, các dụng cụ cắt mới không chỉ ảnh hưởng lên quan điểm gia công mà còn bổ sung một tầm nhìn mới cho sự thiết kế máy công cụ và hệ điểu khiển máy công cụ

1.1.3 Đặc trưng cơ bản và vai trò của máy CNC đối với tự động hoá

1.1.3.1 Tính năng tự động cao

Máy CNC có năng suất cắt gọt cao và giảm được tối đa thời gian phụ, do mức độ tự động được nâng cao vượt bậc Tuỳ từng mức độ tự động, máy CNC có thể thực hiện cùng một lúc nhiều chuyển động khác nhau, có thể tự động thay dao, hiệu chỉnh sai số dao cụ, tự động kiểm tra kích thước chi tiết và qua đó tự động hiệu chỉnh sai lệch vị trí tương đối giữa dao và chi tiết, tự động tưới nguội, tự động hút phoi ra khỏi khu vực cắt

1.1.3.2 Tính năng linh hoạt cao

- Chương trình có thể thay đổi dễ dàng và nhanh chóng, thích ứng với các loại chi tiết khác nhau Do đó rút ngắn thời gian phụ và thời gian chuẩn bị sản xuất, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tự động hoá sản xuất hàng loạt nhỏ

- Bất cứ lúc nào cũng có thể sản xuất nhanh chóng những chi tiết đã có chương trình Vì thế, không cần phải sản xuất chi tiết dự trữ, mà chỉ lấy chương trình của chi tiết đó

- Máy CNC gia công được những chi tiết nhỏ, vừa, phản ứng một cách linh hoạt khi nhiệm vụ công nghệ thay đổi và điều quan trọng nhất là việc lập trình gia công có thể thực hiện ngoài máy, trong các văn phòng có sự hỗ trợ của kỹ thuật tin học thông qua thiết bị vi tính, vi xử lý

1.1.3.3 Tính năng tập trung nguyên công

Đa số các máy CNC có thể thực hiện số lượng lớn các nguyên công khác nhau mà không cần thay đổi vị trí gá đặt của chi tiết Từ khả năng tập trung các nguyên công, các máy CNC đã được phát triển thành các trung tâm gia công CNC

1.1.3.4 Tính năng chính xác, đảm bảo chất lượng cao

- Giảm được hư hỏng do sai xót của con người Đồng thời cũng giảm được cường độ chú ý của con người khi làm việc

- Có khả năng gia công chính xác hàng loạt Độ chính xác lập lại, đặc trưng cho mức độ ổn định trong suốt quá trình gia công là điểm ưu việt tuyệt đối của máy CNC

- Máy CNC với hệ thống điều khiển khép kín có khả năng gia công được những chi tiết chính xác và về hình dáng đến kích thước Những đặc điểm này thuận tiện cho việc lắp lẫn, giảm khả năng tổn thất phôi liệu ở mức thấp nhất

1.1.3.5 Gia công biên dạng phức tạp

Máy CNC có thể gia công chính xác và nhanh các chi tiết có hình dạng phức tạp như các bề mặt 3 chiều

1.1.3.6 Tính năng hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao

- Cải thiện tuổi bền dao nhờ điều kiện cắt tối ưu Tiết kiệm dụng cụ cắt gọt,

đồ gá và các phụ tùng khác

- Giảm phế phẩm

- Tiết kiệm tiền thuê mướn lao động do không cần yêu cầu kỹ năng nghề nghiệp nhưng năng suất gia công cao hơn

- Sử dụng lại chương trình gia công

- Giảm thời gian sản xuất

- Thời gian sử dụng máy nhiều hơn nhờ vào giảm thời gian dừng máy

- Giảm thời gian kiểm tra vì máy CNC sản xuất chi tiết chất lượng đồng nhất

- CNC có thể thay đổi nhanh chóng từ việc gia công loại chi tiết này sang loại khác với thời gian chuẩn bị thấp nhất

Tuy nhiên bên cạnh đó máy CNC cũng có một số hạn chế như:

- Sự đầu tư ban đầu cao: Nhược điểm lớn nhất trong việc sử dụng máy CNC

là tiền vốn đầu tư ban đầu cao cùng với chi phí lắp đặt

- Yêu cầu bảo dưỡng cao: Máy CNC là thiết bị kỹ thuật cao và hệ thống cơ khí, điện của nó rất phức tạp Để máy gia công được chính xác cần thường xuyên bảo dưỡng Người bảo dưỡng phải tinh thông cả về cơ và điện

- Hiệu quả thấp với những chi tiết đơn giản

1.1.4 Một số nét cơ bản về máy công cụ vạn năng và máy CNC

- Về cơ bản máy công cụ vạn năng và máy công cụ điều khiển số có kết cấu khung giống nhau, đó là: Thân máy, đế máy, bàn trượt, đầu trục chính

- Ngoài ra chúng còn có một số điểm khác nhau, cụ thể (bảng 1.1):

Bảng 1.1: So sánh máy công cụ vạn năng và máy CNC

TT Nội dung Máy công cụ vạn

- Động cơ bước và động cơ thuỷ lực

cơ cấu

- Mềm dẻo, linh hoạt cao

1.2 Các nghiên cứu có liên quan tới đề tài

Năng suất và chất lượng sản phẩm là hai chỉ tiêu luôn được quan tâm hàng đầu nhằm hạ giá thành sản phẩm, nâng cao hiệu quả sản xuất và người ta luôn luôn tìm cách để cải thiện hai mặt trên của quá trình sản xuất Muốn thế phải phân tích,

tìm hiểu từng yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất Đối với quá trình gia công

cơ khí một trong những yếu tố có ảnh hưởng nhiều nhất và từ đó có thể cải thiện năng suất và chất lượng sản phẩm chính là thông số công nghệ (chế độ cắt) của quá trình gia công đó là: lượng chạy dao S, vận tốc cắt Vc và chiều sâu cắt t Trên thực

tế, khi gia công các vật liệu khác nhau không thể đồng nhất các thông số công nghệ, cần phải nghiên cứu để đưa ra các thông số công nghệ khác nhau nhằm đảm bảo hiệu quả sản xuất và thời gian sử dụng của các trang thiết bị công nghệ Số lượng, chủng loại vật liệu sử dụng trong chế tạo máy rất đa dạng và với những mục đích sử dụng khác nhau nên việc nghiên cứu sâu, rộng để đưa ra các chỉ tiêu cho từng loại vật liệu là rất khó khăn Vì vậy trong thực tế sản xuất, đặc biệt sản xuất loạt lớn và hàng khối sẽ phải tiến hành đánh giá thông số công nghệ (đánh giá tính gia công) của loại vật liệu sẽ sử dụng nhằm lựa chọn và tối ưu hoá quá trình gia công Có nhiều phương pháp để đánh giá tính gia công của vật liệu, nhưng để có kết quả tin cậy đều cần phải tiến hành khảo sát thông qua các thí nghiệm cụ thể sau đó xử lý kết quả thí nghiệm để tìm ra mối quan hệ phụ thuộc giữa các yếu tố

Như đã biết điều khiển số là một hình thức đặc biệt của tự động hoá, mà ở đó đối tượng là các máy công cụ Trong nền sản xuất hiện đại không thể thiếu vai trò của tự động hoá, nhờ có tự động hoá mà con người được giải phóng khỏi sức lao động, quá trình sản xuất không những được cải thiện về năng suất mà cả về mặt chất lượng Tự động hoá đang được ứng dụng trong rất nhiều ngành kinh tế, kỹ thuật trong đó có ngành cơ khí chế tạo Một trong những vấn đề quyết định của tự động hoá ngành cơ khí chế tạo là kỹ thuật điều khiển số và công nghệ trên các máy điều khiển số Ở các nước phát triển máy công cụ điều khiển theo chương trình số (NC và CNC) đã được sử dụng từ 20-30 năm trước và gần đầy đã phát triển thành các hệ thống, tổ hợp trung tâm gia công

Việc sử dụng máy CNC ngày càng nhiều trong sản xuất đòi hỏi phải có những nghiên cứu cụ thể để sử dụng máy một cách hiệu quả trong điều kiện sản xuất hiện có, vì vậy các đề tài nghiên cứu về máy CNC cũng ngày càng nhiều trong các đề tài nghiên cứu khoa học, luận văn thạc sỹ, luận án tiến sỹ ngành Cơ khí

Trong đó các đề tài nghiên cứu ứng dụng nhằm khai thác có hiệu quả máy CNC chiếm một phần lớn Hàng loạt các đề tài như vậy đã góp phần không nhỏ cho việc

sử dụng máy CNC, có thể kể đến: Nguyễn Trọng Bình, Hoàng Việt Hồng, Ảnh

hưởng của chế độ cắt đến nhấp nhô tế vi bề mặt khi phay bằng dao phay mặt đầu trên máy phay CNC, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, Số 60 (5/2002); Ảnh hưởng của chế

độ cắt đến lượng mòn dao khi phay bằng dao phay mặt đầu trên máy phay CNC,

Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 61 (6/2002); Nguyễn Ngọc Ánh, Nghiên cứu ảnh

hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết máy khi gia công trên máy phay CNC, Luận văn cao học, Đại học Bách khoa Hà nội (2002); Vũ Đình

Thơm, Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ khi mài phẳng tới độ

nhám bề mặt trên một số vật liệu có tính dẻo cao, Luận văn cao học, Đại học Bách

khoa Hà nội (2005); Trần Xuân Việt, Phạm Văn Bổng, Khảo sát thực nghiệm về

ảnh hưởng của các thông số công nghệ V, T, S đến lực cắt trên máy tiện CNC, Tạp

chí Cơ khí Việt Nam, số 105 (12/2005); Phan Công Trình, Nghiên cứu ảnh hưởng

của các thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt chi tiết máy khi gia công trên máy phay CNC, Luận văn cao học Đại học Bách khoa Hà nội (2006)

1.3 Giới hạn đề tài

Đề tài: “Nghiên cứu độ chính xác gia công trên máy tiện CNC khi gia công

vật liệu có độ dẻo cao” Ở đây, độ chính xác gia công là một đặc tính quan trọng

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 các sai số Nghiên cứu độ chính xác gia công bao gồm nhiều yếu tố như mức độ giống nhau về kích thước, hình dáng hình học, vị trí tương quan của chi tiết… Tuy nhiên, hai yếu tố của độ chính xác gia công là độ chính xác kích thước và độ nhám bề mặt lại có quan hệ mật thiết với nhau Cụ thể, độ nhám bề

mặt nhỏ (độ bóng cao) thì độ chính xác về kích thước mới cao và ngược lại

Thực nghiệm đã chứng minh để chi tiết đạt được độ chính xác cao thì độ nhám bề mặt phải được chọn trên cơ sở trường dung sai kích thước δ:

Rz = (15÷20) % δ

Như vậy, độ nhám bề mặt có ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác kích thước gia công Để đánh giá độ nhám bề mặt người ta đánh giá qua hai thông số Rz hoặc

Ra và được đo trong một chiều dài chuẩn l Theo tiêu chuẩn nhà nước thì độ nhám

bề mặt được chia làm 14 cấp ứng với các giá trị Rz và Ra Độ nhám bề mặt thấp nhất (hay độ nhẵn bóng bề mặt cao nhất) ứng với cấp 14 Trên bản vẽ chi tiết máy, yêu cầu về độ nhám bề mặt được cho theo giá trị Ra hoặc Rz Trị số Ra được cho khi yêu cầu độ nhám bề mặt đạt từ cấp 6 đến cấp 12 Trị số Rz được ghi trên bản vẽ nếu yêu cầu độ nhám bề mặt cần đạt trong phạm vi từ cấp 1 đến cấp 5 hoặc cấp 13 đến 14 Bảng dưới đây chỉ cấp độ nhàm và các giá trị chiều dài chuẩn l tương ứng:

Bảng 1.2 Cấp độ nhám và các giá trị l tương ứng

Cấp độ nhám

chuẩn l (mm)

đó, nghiên cứu độ chính xác gia công thực chất ở đây là nghiên cứu về chất lượng

bề mặt chi tiết máy mà cụ thể là độ nhám bề mặt

Chất lượng bề mặt chi tiết máy (độ nhám) bị ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tố, song một trong những yếu tố ảnh hưởng quyết định đến độ nhám chính là chế độ cắt (tốc độ cắt, tốc độ chạy dao, chiều sâu cắt)

* Vật liệu gia công: vật liệu có độ dẻo cao được sử dụng làm thí nghiệm ở đây là đồng thau (đồng vàng) Đồng thau được dùng làm thí nghiệm là CuZn37Pb3:

Với thành phần của nó như sau: 60% Cu; 37%Zn và 3%Pb

Trong cơ khí, hoạt động cắt liên quan đến việc nghiền cắt kim loại được cắt (như mạt hoặc phoi) khỏi khối kim loại gia công và sau đó loại bỏ mạt khỏi khỏi công cụ cắt theo một phương thức nào đó để các mạt khác có thể bị loại bỏ liên tục

Cả hai hoạt động này đều được điều khiển bởi hàng loạt các yếu tố trong đó có yếu

tố về thành phần và cấu trúc kim loại Để đáp ứng mục đích gia công, đồng và hợp kim đồng có thể được tạm chia thành 3 loại như sau:

Nhóm 1- Tỉ lệ gia công ban đầu là 170-150%

Vật liệu được chế tạo đặc biệt để gia công dễ dàng Chúng có những thành tố hợp kim cho phép hình thành những mạt phôi ngắn dễ dàng lau sạch khỏi bề mặt công cụ Chúng cho phép việc sản xuất trở nên nhanh chóng, chính sác với giá thành rẻ Nhóm này bao gồm các loại đồng thau, đồng đỏ dễ gia công

Nhóm 2 - Tỉ lệ gia công ban đầu là 30- 60%

Nhóm này bao gồm các vật liệu có tính gia công dễ nhưng những đăc tính khác lại chiếm ưu thế hơn Các vật liệu tiêu biểu trong nhóm này là đồng thau không chì

Nhóm 3 - Tỷ lệ gia công ban đầu nhỏ hơn 30%

Những vậy liệu này không dễ gia công như nhóm 1 và nhóm 2 bởi chúng sẽ tạo ra những phoi dài Chúng có thể sinh nhiệt và áp lực lớn hơn lên dụng cụ cắt do đặc tính cơ học của chúng Có thể gia công các vật liệu này sử dụng các phương pháp kỹ thuật tương tự như đối với các kim loại đen nhưng sẽ không nhanh như đối với kim loại thuộc nhóm 1 và 2

Đồng là một loại vật liệu rất phổ biến và được sử dụng lâu đời với các đặc tính như tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, tính chống ăn mòn tốt và khả năng biến dạng

dẻo cao Do có tính dẻo cao nên đồng nguyên chất gây rất nhiều khó khăn trong quá trình gia công cắt gọt Vì vậy, để tăng tính gia công cắt gọt người ta cho vào đồng nguyên chất một số thành phần hóa học khác như kẽm, nikel, chì,… gọi là hợp kim đồng Đồng và hợp kim đồng đều được sử dụng phổ biến Một số hợp kim đồng đang được sử dụng rộng rãi như đồng thau, đồng kẽm, đồng pha chì, đồng thiếc,… Tuy nhiên, đồng và hợp kim đồng có khả năng gia công khác nhau Cụ thể, đối với đồng nguyên chất (đồng đỏ) thì độ dẻo dai cao hơn, khả năng gia công cắt gọt kém Còn đối với hợp kim đồng thì độ cứng được cải thiện đồng nghĩa với việc khả năng cắt gọt tốt hơn đồng đỏ Khi gia công đồng và hợp kim đồng một thực tế cho thấy đồng dễ bị vỡ nứt, do đó cần phải nghiên cứu các yếu tố công nghệ tối ưu để gia công đồng đạt độ chính xác cao

Đồng thau là hợp kim đồng thường được sử dụng nhiều nhất Khi thêm vào đồng nguyên chất nguyên tố kẽm vật liệu có độ bền tốt hơn và ngẫu nhiên làm thay đổi màu sắc thành vàng hoặc ánh vàng Tỉ lệ của đồng và kẽm có thể thay đổi để tạo

ra những hợp kim có ưu điểm khác nhau và khi thêm vào các thành phần khác sẽ tạo ra sự kết hợp đa dạng của các thuộc tính như: khả năng cắt gọt, độ bền, độ cứng,

độ dẻo (phụ thuộc vào nhiệt độ nóng hay lạnh), độ dẫn điện và khả năng chống ăn mòn chẳng khác gì các hợp kim khác Chì được thêm vào để dùng làm tăng khả năng cắt gọt của đồng thau Chì không hòa tan trong đồng thau ở thể rắn mà chúng tách riêng ra như các hạt nhỏ giúp cho phoi được tách ra thành các mảnh nhỏ và đồng thời làm trơn cho hoạt động cắt gọt

Khi gia công cắt gọt ở tốc độ cao thì đồng thau sẽ là vật liệu được lựa chọn đầu tiên nếu thuộc tính gia công cắt gọt được ưu tiên hàng đầu Vật liệu này có khả năng chịu lực tốt và độ dẫn từ thấp Nó có màu vàng hấp dẫn nhưng có thể được mạ nếu yêu cầu Vật liệu chứa khoảng 60% đồng và 37% kẽm, bổ sung khoảng 3 đến 4

% chì để gia công dễ dàng và nhanh chóng, mạt kim loại cũng dễ dàng loại bỏ khỏi dụng cụ gia công với yêu cầu công sức tối thiểu Vật liệu này sẵn có cho nhu cầu lượng nhỏ và có thể đáp ứng với số lượng lớn nếu cần thiết cho những yêu cầu đặc biệt

Kết luận: Đề tài “Nghiên cứu độ chính xác gia công trên máy tiện CNC khi

gia công vật liệu có độ dẻo cao” được giới hạn nghiên cứu ảnh hưởng của các

thông số công nghệ: tốc độ cắt V(m/ph), tốc độ chạy dao S(mm/vòng) tới độ nhám

bề mặt chi tiết máy (Ra, Rz) khi gia công trên máy CNC được thực hiện với vật liệu đồng thau (CuZn37Pb3) bằng phương pháp thực nghiệm

CHƯƠNG 2: ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH

HƯỞNG TỚI ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG

2.1 Nghiên cứu về độ chính xác gia công

Khái niệm về độ chính xác gia công: Các chi tiết máy khi được thiết kế đều

phải có các yêu cầu kỹ thuật nhất định để đảm bảo tính năng làm việc của chúng

Đó có thể là độ chính xác về kích thước, chất lượng bề mặt hay vị trí liên quan Tuy nhiên, đó mới chỉ là trên bản vẽ thiết kế Khi gia công, việc đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật của chi tiết được ghi trên bản vẽ là rất cần thiết Thực tế là giữa các chi tiết được gia công với các chi tiết lý tưởng trên bản vẽ có những sai lệch khác nhau

và các sai số đó được gọi là sai số gia công Do vậy, độ chính xác gia công được định nghĩa như sau:

“ Độ chính xác gia công của chi tiết máy là mức độ giống nhau về kích thước, hình dáng và vị trí tương quan giữa các chi tiết gia công trên máy và các chi tiết lý tưởng trên bản vẽ thiết kế”

Độ chính xác của chi tiết được đánh giá theo các yếu tố sau đây:

- Độ chính xác về 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

- Độ chính xác hình dáng hình học

Đó là mức độ phù hợp giữa hình dáng hình học và hình dáng lý tưởng của chi tiết Ví dụ, khi gia công chi tiết hình trụ, độ chính xác hình dáng hình học được đánh giá qua độ côn, ôvan, độ đa cạnh, độ phình tang trống

còn khi gia công mặt phẳng, độ chính xác hình dáng hình học được đánh giá qua độ phẳng của nó so với độ phẳng lý tưởng

- 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 với bề mặt kia (dùng làm chuẩn) Độ chính xác vị trí tương quan thường được ghi thành một điều kiện kỹ thuật

trên bản vẽ thiết kế Ví dụ: độ song song, độ vuông góc, độ lệch tâm, độ đối

xứng

Độ chính xác gia công bao gồm hai khái niệm: độ chính xác của một chi tiết

và độ chính xác của loạt chi tiết

Nói chung, độ chính xác gia công là chỉ tiêu khó đạt nhất và gây tốn kém nhất kể cả trong quá trình thiết kế 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 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 nhiên, việc nâng cao

độ chính xác gia công là một việc 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 Tuy nhiên, cũng cần phải hiểu rằng, việc nâng cao độ chính xác gia công cũng đồng nghĩa với việc giá thành chi tiết sẽ bị nâng cao

Hình 2.2 Mối quan hệ giữa độ chính xác gia công và giá thành sản phẩm

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 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 2.1

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”

+ ‘‘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 có thể đạt được trong những điều kiện đặc biệt không tính đến giá thành gia công (máy chính xác, đồ gá có độ chính xác cao, công nhân có tay nghề cao )

2.1.1 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 sai số xuất hiện trên từng chi tiết của cả loạt đều có giá trị không đổi theo một quy luật nào đó Những sai số này gọi là sai

số hệ thống cố định hoặc hệ thống thay đổi Có một sai số khác mà giá trị của chúng

Dung sai chÕ t¹o Gi¸ thµnh

xuất hiện trên mỗi chi tiết không theo một quy luật nào cả và những sai số này gọi

là sai số ngẫu nhiên

a/ 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

b/ 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

c/ 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 loạt chi tiết

+ Dao động nhiệt của quá trình cắt

+ Các loại rung động trong quá trình cắt

2.1.2 Các phương pháp đạt độ chính xác gia công

Để đạt độ chính xác gia công người ta thường dùng hai phương pháp sau đây: + Phương pháp cắt thử từng chi tiết riêng biệt

+ Phương pháp tự động đạt kích thước

+ Phương pháp điều khiển thích nghi

2.1.2.1 Phương pháp cắt thử từng chi tiết riêng biệt

Bản chất của phương pháp là sau khi gá phôi lên 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 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) Phương pháp cắt thử có những ưu điểm sau đây:

- Trên máy không chính xác vẫn có thể đạt được độ chính xác cao (nhờ vào tay nghề của người công nhân)

- Loại trừ ảnh hưởng của mòn dao khi gia công cả loạt chi tiết (do dao luôn được điều chỉnh đúng vị trí)

- Không 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 dày 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 dầy 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 lớp bề dày 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 không cao

Với những nhược điểm trên đây, cho nên phương pháp cắt thử chỉ được sử dụng trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt 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 dùng ở nguyên công mài vì trong nguyên công này, dụng cụ cắt (đá mài) bị mòn rất nhanh và phá vỡ kích thước đã 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

2.1.2.2 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 thường dùng phương pháp tự động đạt kích thước Bản chất của phương pháp này thường 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 Nói cách khác thì các 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 có cơ cấu định vị của đồ gá Còn đồ gá cũng có vị trí xác định trên máy nhờ có cơ cấu định vị riêng

Ví dụ, khi phay phôi (chi tiết gia công) 2 để đạt kích thước a và b (hình ) bàn máy phay được điều chỉnh sao cho mặt tỳ của má tĩnh 1 của êtô cách trục quay của dao phay một đoạn K = D/2 + a (D- đường kính dao phay)

Như vậy, 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 vụ chế tạo đồ gá) và nhà công nghệ (có nhiệm vụ xác định chuẩn công nghệ, kích thước phôi và phương pháp gá đặt nó trên đồ gá)

Phương pháp tự động đạt kích thước có những ưu điểm sau đây:

Hình 2.3 Gia công theo phương pháp tự động đạt kích thước

1 ê tô; 2 chi tiết gia công; 3 dao phay

- Đảm bảo độ chính xác gia công, giảm phế phẩm Độ chính xác gia công không phụ thuộc vào bề dầy nhỏ nhất của lớp phôi được cắt và trình độ tay nghề của người công nhân

- Chỉ cắt một lần là đạt kích thước, không mất thời gian lấy dấu và cắt thử, do

đó năng suất gia công tăng

- Sử dụng hợp lý công nhân có trình độ tay nghề cao Với sự phát triển của tự động hóa quá trình sản xuất, những công 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 quả kinh tế

Tuy nhiên phương pháp này cũng có nhược điểm sau đây:

- Chi phí cho việc thiết kế, chế tạo đồ gá cũng như chi phí cho việc điều chỉnh máy, điều chỉnh dao có khi vượt quá hiệu quả kinh tế của phương pháp mang lại

- Chi phí cho việc chế tạo phôi chính xác đôi khi không bù lại được nếu số chi tiết gia công quá ít

- Nếu dụng cụ mau mòn 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

2.1.2.3 Phương pháp đạt độ chính xác gia công 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 hóa, độ chính xác gia công có thể đạt được bằng phương pháp điều khiển thích nghi Theo phương pháp này thì trong quá trình gia công, các kích thước gia công cần đạt được luôn được đo trong suốt quá trình gia công Các giá trị đo được này sẽ là các thông tin cần thiết để cho các bộ điều khiển có thể điều khiển được các dụng cụ cắt hay chi tiết tiến ra, vào một lượng hợp lý để đảm bảo kích thước cần gia công, qua đó đảm bảo được độ chính xác gia công Tuy nhiên, giá thành chế tạo của loại hình này còn 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

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác gia công

2.2.1 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 công không cố định, tính chất cơ lý của vật liệu gia công không cố định và do mòn 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

2.2.1.1 Độ cứng vững của hệ thống công nghệ

Độ cứng vững của hệ thống công nghệ là khả năng chống lại biến dạng của

nó do ngoại lực gây ra

Độ cứng vững của hệ thống công nghệ được biểu diễn định lượng bằng công thức sau:

2.2.1.2 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 thuyết bền đàn hồi

2.2.1.3 Ảnh hưởng do sai số của phôi

Khi gia công, dao bị mòn do 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 công sẽ gây ra sai số hình dáng hình học của chi tiết Hơn nữa, trong thực tế cũng tồn tại hiện tượng in dập (di truyền công nghệ) sai số hình dáng hình học cùng tính chất của phôi và chi tiết gia công như độ ôvan, độ côn, độ đảo,

2.2.2 Ảnh hưởng do độ chính xác của máy công cụ

Thông thường máy công cụ có những sai số hình học như sau:

- Độ đảo hướng kính của trục chính

- Độ đảo của lỗ trục chính

- Độ đảo mặt đầu của trục chính

- Các sai số của các bộ phận khác như sống trượt, bàn máy

Các sai số trên đây sẽ phản ánh một phần hoặc toàn bộ lên chi tiết gia công dưới dạng sai số hệ thống Việc hình thành các bề mặt gia công là do chuyển động cưỡng bức của các bộ phận như trục chính, bàn máy hoặc bàn dao Nếu các chuyển động này có sai số chúng sẽ phản ánh lên bề mặt của chi tiết gia công

2.2.3 Ảnh hưởng của các sai số đồ gá

Sai số chế tạo và lắp ráp của đồ gá cũng ảnh hưởng đến độ chính xác của chi tiết gia công Các chi tiết quan trọng của đồ gá như chi tiết định vị, dẫn hướng, so dao Nếu có sai số do chế tạo hoặc do mòn sẽ làm thay đổi vị trí tương đối giữa máy – dao – chi tiết, do đó cũng gây ra sai số gia công Sai số này có thể xác định được bằng tính toán 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 mòn của đồ gá cũng như máy công cụ là rất chậm, vì vậy sai số về hình học của đồ gá sẽ phản ánh lên các chi tiết được gia công là như nhau

và mang tính hệ thống Ngoài ra, sai số do lắp ráp đồ gá lên máy cũng gây ra sai số gia công vì nó làm mất vị trí chính xác của đồ gá so với dụng cụ cắt

2.2.4 Ảnh hưởng của sai số của dụng cụ cắt

Độ chính xác chế tạo dụng cụ cắt, mức độ mài mòn của nó và sai số gá đặt trên máy dều ảnh hưởng đến độ chính xác gia công Khi gia công bằng các dụng cụ định kích thước (ví dụ như mũi khoan, mũi khoét, dao doa, dao chuốt ) 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 loại tarô và bàn ren đều phản ánh trực tiếp lên ren gia công

Khi gia công các mặt định hình bằng các loại dao định hình (như dao tiện định hình, dao phay răng môđun) thì sai số profin của dao sẽ gây ra sai số hình dạng

bề mặt

Ngoài sai số chế tạo, trong quá trình cắt dao sẽ bị mòn và ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác gia công

2.2.5 Ảnh hưởng của 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 hệ thống thủy lực Nhiệt độ của các bộ phận khác nhau có thể chênh lệch trong khoảng 10÷150C, 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 công Nhiệt độ tăng lên làm cho tâm trục chính xê dịch theo cả hai phương ngang và đứng Do đó các chi tiết gia công ở đầu và cuối ca làm việc sẽ có các kích thước khác nhau

2.2.6 Ảnh hưởng của 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

2.2.7 Ảnh hưởng của biến dạng nhiệt của chi tiết

Một phần nhiệt ở vùng cắt được truyền vào chi tiết gia công, làm cho nó biến dạng và gây ra sai số gia công Nếu chi tiết nung nóng đều thì chỉ gây ra sai số kích thước, còn nếu nó bị nung nóng cục bộ, không đều thì ngoài sai số kích thước còn 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 công thì nhiệt độ giảm Chẳng hạn, khi tăng tốc độ cắt

từ 30 đến 150m/phút với chiều sâu cắt không đổi 3mm và lượng chạy dao 0,44mm/vòng thì nhiệt độ của chi tiết giảm

2.2.8 Ảnh hưởng của rung động trong quá trình cắt

Rung động của hệ thống công nghệ trong quá trình cắt làm cho vị trí tương đối giữa dao cắt và chi tiết gia công thay đổi theo chu kỳ, do đó ghi lại trên bề mặt chi tiết hình dáng không 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 công Rung động có hai loại: rung động cưỡng bức và tự rung động

a Rung động cưỡng bức

Nguyên nhân gây ra rung động cưỡng bức là do các lực kích thích từ bên ngoài truyền vào Rung động cưỡng bức có thể có hoặc không có chu kỳ tùy theo lực kích thích có hoặc không 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 công không đều

- 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 được cân bằng tốt

- Tính cắt không liên tục

- Khi gia công 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

- Không nên cắt lớp phoi quá rộng và quá mỏng

- Chọn chế độ cắt hợp lý sao không 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 bôi trơn nguội để giảm bớt mòn dao

- Nâng cao độ cứng của hệ thống công nghệ

- Sử dụng các cơ cấu giảm rung

2.2.9 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 công

2.2.10 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 công

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

Ngoài ra phương pháp đo (gá chi tiết gia công 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 công cần phải chọn dụng cụ đo và phương pháp đo hợp lý

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

2.3.1 Các phương pháp cắt gọt sử dụng dụng cụ cắt có thông 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 quá trình gia công chế tạo các sản phẩm

cơ khí Đó là các phương pháp gia công như Tiện, Phay, Bào, Khoan, Khét, Doa Mỗi phương pháp gia công cho một độ chính xác khác nhau nhưng nói chung là độ chính xác gia công của các phương pháp này vẫn thấp, đạt độ chính xác cao nhất

khoảng cấp 7, 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 công thấp

Do đó, trong các quá trình gia công đòi 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 trò là các nguyên công gia công thô hoặc gia công trước nhiệt luyện, chuẩn bị cho quá trình gia công có độ chính xác cao hơn như Mài, Nghiền, Khôn…

2.3.2 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 công tinh cho độ chính xác gia công cao Bằng phương pháp mài, có thể gia công đwợc chi tiết đạt độ chính xác cấp 6 - 7, độ bóng ∇8 -∇10, do đó có thể sử dụng cho gia công lần cuối Với các phương pháp gia công khác còn có thể đạt độ chính xác cao hơn nữa Do vậy đây là các phương pháp được sử dụng chủ yếu để gia công các chi tiết đạt độ chính xác cao và rất cao

Sở dĩ các phương pháp gia công này đạt độ chính xác gia công cao vì một số nguyên nhân sau:

Chiều sâu cắt trong các nguyên công này rất nhỏ Chiều sâu cắt khi mài từ

2-20 µm, khi nghiền và khôn còn nhỏ hơn nữa

Tốc độ cắt rất lớn (khi mài) hoặc rất bé (khi nghiền, khôn)

2.3.3 Các phương pháp gia công truyền thống có sử dụng máy CNC và dụng

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 công 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 công

2.4 Độ nhám bề mặt

2.4.1 Khái niệm:

Bề mặt sau khi gia công không bằng phẳng một cách lý tưởng mà có những mấp mô Những mấp mô này là do quá trình biến dạng dẻo của bề mặt chi tiết khi gia công cắt gọt và vết lưỡi cắt để lại trên bề mặt gia công là ảnh hưởng của chấn động khi cắt và nhiều nguyên nhân khác Các mấp mô này có thể là độ nhám bề mặt, độ sóng bề mặt hay sai lệch hình dạng của bề mặt

Hình 2.4 Độ nhám bề mặt

Trong quá trình cắt, lưỡi cắt của dụng cụ cắt và sự hình thành phoi kim loại tạo ra những vết xước cực nhỏ trên bề mặt gia công Như vậy, bề mặt có độ nhám

Độ nhám bề mặt được đánh giá qua:

+ Chiều cao nhấp nhô Rz

+ Sai lệch prôfin trung bình cộng Ra

* Chiều cao nhấp nhô Rz : là trị số trung bình của tổng chiều cao 5 đỉnh cao nhất và

chiều sâu 5 đáy thấp nhất của prôfin tính trong phạm vi chiều dài chuẩn đo l Trị số Rz được xác định như sau:

* Sai lệch prôfin trung bình cộng Ra: là trung bình số học các giá trị tuyệt đối của

khoảng cách từ các điểm trên profin đến đường trung bình, đo theo phương pháp tuyến với đường trung bình

Trị số Ra được xác định như sau:

- Độ nhám bề mặt có ảnh hưởng lớn đến chất lượng làm việc của chi tiết máy

Việc nghiên cứu lực cắt trong quá trình cắt kim loại có ý nghĩa cả lý thuyết lẫn thực tiễn Trong thực tế, những hiểu biết về lực cắt rất quan trọng để thiết kế dụng cụ cắt, đồ gá, tính toán thiết kế máy móc thiết bị, Dưới tác dụng của lực và

5

)

( )

nhiệt, dụng cụ sẽ bị mòn, bị phá huỷ Muồn hiểu được quy luật mài mòn và phá huỷ dao thì phải hiểu được quy luật tác động của lực cắt Muốn tính công tiêu hao khi cắt cần phải biết lực cắt Những hiểu biết lý thuyết về lực cắt tạo khả năng chính xác hoá lý thuyết quá trình cắt Trong trạng thái cân bằng năng lượng của quá trình cắt thì các mối quan hệ lực cắt cũng cân bằng

Lực cắt sinh ra khi cắt là một hiện tượng động lực học, tức là trong chu trình thời gian gia công thì lực cắt không phải là hằng số mà biến đổi theo quãng đường của dụng cụ

Theo cơ học, nghiên cứu về lực nói chung là xác định 3 yếu tố:

ma sát Biến dạng khi cắt có biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo Do vậy lực sinh ra

do biến dạng cũng có lực biến dạng đàn hồi Prdh

và lực biến dạng dẻo Prd

Những lực này cùng với lực ma sát tác dụng lên dao (cụ thể trên mặt trước và mặt sau dao) và

bề mặt chi tiết

2.4.2.1.2 Ảnh hưởng của điều kiện cắt đến lực cắt

Điều kiện cắt gọt bao gồm nhiều yếu tố như chế độ cắt v, s, t; độ cứng vững của hệ thống công nghệ; có hay không tưới dung dịch trơn nguội vào vùng cắt… Ở đây ta chỉ khảo sát ảnh hưởng của chế độ cắt đến lực cắt

Khảo sát ảnh hưởng của các thông số v, s, t đến lực cắt trong quá trình cắt

Sử dụng nguyên lý cộng tác dụng, khi nghiên cứu ảnh hưởng của một thông số nào

đó, trong thí nghiệm ta cho tất cả các yếu tố khác không thay đổi và chỉ cho yếu tố đang xét thay đổi, sau đó tổng hợp lại ta nhận được ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố xét đến lực cắt

• Ảnh hưởng của chiều sâu cắt t đến lực cắt

Vì chiều rộng cắt b = t/sinϕ có ý nghĩa vật lý trong quá trình cắt nên ta sẽ khảo sát ảnh hưởng của b đến lực cắt Pv

Thực hiện cắt thử nghiệm với các yếu tố khác không đổi, cho b thay đổi các giá trị khác nhau, ta đo được các giá trị lực cắt Pv tương ứng như trên đồ thị

Từ đồ thị ta nhận thấy rằng khi tăng b thì lực cắt cũng tăng Nếu như cắt với chiều dày cắt atb = 1mm thì lực cắt chính Pv được tính bằng: pv

v

y

P = C a

Hình 2.5 Ảnh hưởng của chiều rộng cắt đến lực cắt

• Ảnh hưởng của lượng chạy dao s đến lực cắt

Vì chiều dày cắt a = s.sinϕ có ý nghĩa vật lý trong quá trình cắt nên ta sẽ khảo sát ảnh hưởng của a (qua atb) đến lực cắt Pv

Thực hiện cắt thử nghiệm với các yếu tố khác không đổi với b=1mm, cho a thay đổi các giá trị khác nhau, ta đo được các giá trị lực cắt Pv tương ứng

Bằng cách xử lý các số liệu đo ta có thể biểu diễn mối quan hệ giữa lực cắt

và chiều rộng cắt b như sau:

Hình 2.6 Ảnh hưởng của chiều dày cắt đến lực cắt