Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt khi gia công cao tốc trên trung tâm gia công 5 trục UCP600

HSM High Speed Machining CNC Computer Numerical Control – Điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính MCU Machine Control Unit – Hệ điều khiển máy CAD Computer Aided Design – Thiết kế có

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác Trừ các phần tham khảo đã đƣợc nêu rõ trong Luận văn

Tác giả

Nguyễn Văn Hà

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn TS: Nguyễn Huy Ninh, người đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến quá trình viết và hoàn chỉnh Luận văn

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo và Viện đào tạo Sau đại học, Viện Cơ khí của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành bản Luận văn này

Tác giả cũng chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo, khoa Cơ khí Trường ĐHSP Kỹ Thuật Hưng Yên đã giúp đỡ tác giả thực hiện thí nghiệm tại trung tâm công nghệ cao của trường

Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà khoa

Môc lôc Trang Trang bìa

4.Tóm tắt nội dung thực hiện và đóng góp mới của tác giả 12

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT

1.1 Khái niệm về chất lượng bề mặt sản phẩm 14

1.2.1 Trung bình sai lệch số học biên độ (prôfin), Ra 15 1.2.2 Chiều cao cực đại của biên độ(prôfin), Ry 15

1.2.4 Sai lệch tiêu chuẩn của biên độ (profin), Rq 16 1.3 Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt tới khả năng làm việc của

1.3.2 Ảnh hưởng tới độ bền mỏi của chi tiết 21

1.3.3 Ảnh hưởng tới tính chống ăn mòn hóa học của lớp bề mặt

CODE SỬ DỤNG TRONG CÁC MÁY CNC

2.2 Dao cắt và chuyển động lập trình của dao 28

2.4.3 Điều khiển các đường vào/ra của đường chạy dao 44

2.5.2 Các chu trình phay mặt phẳng, mặt đầu

49

CHƯƠNG 3: LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ GIA CỐNG TỐC

3.3Các yếu tố quan trọng dẫn đến sự phát triển HSM 56

3.8 Chức năng định hướng trước 76

3.10 So sánh quá trình cắt trong gia công truyền thống và gia

CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

nguyên

Ra - Sai lệch số học trung bình của prôfin m

Rz - Chiều cao nhấp mô theo 10 điểm của prôfin m

Si - Bước trung bình của nhấp mô theo đỉnh m

Smi - Bước trung bình của nhấp mô theo prôfin m

ypmi - Chiều cao đỉnh thứ i trong 5 đỉnh cao nhất m yvmi - Chiều cao đỉnh thứ i trong 5 đỉnh thấp nhất m

Thd - Là dung sai hình dạng

-1a - Giới hạn bền mỏi khi không có ứng suất dư N/mm2

-1b - Giới hạn bền mỏi khi có ứng suất dư N/mm2

d - ứng suất dư lớn nhất ở lớp bề mặt N/mm2

HSM (High Speed Machining )

CNC (Computer Numerical Control) – Điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính MCU (Machine Control Unit) – Hệ điều khiển máy

CAD (Computer Aided Design) – Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính

CAM (Computer Aided Manufacturing) – Sản xuất có sự trợ giúp của máy tính

RP (rapid prototype) – Tạo mẫu nhanh

EDM(Electric Discharge)- Gia công tia lửa điện

PTW (Production engineering and Machine tools)

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

3 3.1 Bảng các thông số công nghệ khi cắt cao tốc 64

4 3.2 Thuộc tính của những vật liệu cắt và lớp phủ cao cấp 76

5 3.3 Đặc điểm và phạm vi ứng dụng của gia công tốc độ cao 81

6 4.1 Vận tốc cắt đƣợc sử dụng trong HSM theo kinh nghiệm vc

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

3 1.2 Sơ đồ xác định profin trung bình cộng Ra 15

11 1.10 Quá trình ăn mòn hóa học trên lớp bề mặt chi tiết máy 21

12 3.1 Nhiệt độ gia công khi phay cao tốc (theo dự đoán của

13 3.2÷36 Hình vẽ minh họa của gia công cao tốc 55÷58

16 3.9 Vùng tốc độ gia công cao tốc một số loại vật liệu 63

18 3.11 Phoi sinh ra từ những vận tốc cắt khác nhau 65

19 3.12 Bề dày phoi thay đổi khi vận tốc cắt khác nhau 66

20 3.13 Hình thái của phoi nhận đƣợc trong vùng gia công thông

21 3.14 Mặt cắt của việc hình thành phoi trong gia công khi cắt

22 3.15 Tần số của phoi xếp và diện tích phoi xếp bị biến dạng 68

khi thay đổi vận tốc cắt

23 3.16 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến lực cắt 69

24 3.17 Các vùng nhiệt cắt khác trong quá trình cắt vuông góc 69

25 3.18 Đường cong về nhiệt của Salomon và Mc Gee 70

27 3.20 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến nhiệt cắt 71

28 3.21 Kiểu mòn trên dao tiện và mũi khoan trong phay cao tốc 73

29 3.22 Kiểu mòn trên dao phay ngón trong phay cao tốc 73

30 3.23 Ảnh hưởng của các lớp phủ vật liệu dụng cụ khác nhau lên

34 3.27 Hình so sánh cắt cao tốc và cắt thông thường 79

36 4.1 Vùng kỹ thuật tối ưu cho gia công cao tốc 82

40 4.5 Sơ đồ cắt khi thí nghiệm gia công 85

41 4.6 Ảnh hưởng của V, Sz lên Ra khi t = 0,2 mm 92

PHẦN MỞ ĐẦU

1.Lý do chọn đề tài

Ngày nay khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển, các máy công cụ điều khiển số (NC và CNC) hiện đang được sử dụng phổ biến tại các nước phát triển Trong những năm gần đây các máy CNC được nhập vào Việt Nam với số lượng ngày càng phát triển Việc tìm hiểu khai thác khả năng công nghệ gia công trên máy CNC cũng như trên trung tâm gia công nhằm đạt hiệu quả kinh tế cao đang là nhiệm

vụ cấp bách

Gia công cao tốc (High Speed Machining-HSM) là một trong những công nghệ gia công hiện đại So với phương pháp cắt gọt truyền thống thì gia công cao tốc có khả năng nâng cao năng suất, độ chính xác, chất lượng chi tiết gia công, giảm chi phí sản xuất và thời gian gia công

Ở Việt Nam, gia công cao tốc chưa có vị trí xứng đáng trong đào tạo và trong thực tiễn sản xuất Vì thế có rất ít công trình nghiên cứu về gia công cao tốc Việc

sử dụng gia công cao tốc trong thực tế sản xuất còn hạn chế Vì vậy việc nghiên cứu sâu sắc và ứng dụng hiệu quả quá trình gia công cao tốc, góp phần nâng cao chất lượng các sản phẩm cơ khí là một vấn đề rất cấp thiết hiện nay ở nước ta

Vì vậy tác giả chọn đề tài:

“Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến độ nhám bề mặt khi gia công cao tốc trên trung tâm gia công 5 trục UCP600”

2 Lịch sử nghiên cứu:

Điều khiển các thông số công nghệ để đảm bảo chất lượng bề mặt chi tiết máy trong quá trình gia công thực chất là xác lập mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt(đầu ra) với thông số công nghệ(đầu vào) sau đó các nhà công nghệ dựa vào mối quan hệ

đó để điều khiển chế độ cắt phù hợp cho máy và dao trong quá trình gia công đạt được yêu cầu chất lượng bề mặt

Ở Việt Nam có xu hướng sử dụng máy CNC, các trung tâm gia công, kết hợp cùng các phương pháp gia công tiên tiến như xung, cắt dây, gia công cao tốc ngày càng nhiều, để đáp yêu cầu cấp thiết của thực tế sản xuất, nên những đề tài nghiên

cứu ứng dụng nhằm khai thác hiệu quả máy CNC, các trung tâm gia công là khá lớn trong các đề tài nghiên cứu khoa học, luận án tiến sỹ, luận văn thạc sỹ, 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)

Tuy nhiên nghiên cứu về bản chất của quá trình phay cao tốc là vấn đề tương đối mới tại Việt Nam nên việc tìm kiếm nguồn tài liệu tham khảo cũng như triển khai thực tế sản xuất còn rất hạn chế

3 Mục đích nghiên cứu của luân văn, đối tương, phạm vi nghiên cứu

3.1 Mục đích nghiên cứu

- Mục đích nghiên cứu là: Đánh giá chất lượng bề mặt chi tiết khi gia công thép trên trung tâm UCP600, từ đó xác lập mối quan hệ giữa các thông số độ nhám bề mặt với chế độ cắt để người làm công nghệ điều khiển máy gia công với chế độ cắt phù hợp theo độ nhám yêu cầu

- Dùng làm tài liệu tham khảo cho sản xuất, giảng dạy và học tập

3.2 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các thông số chế độ cắt ảnh hưởng tới Ra, Rzkhi phay cao tốc trên trung tâm gia công cao tốc 5 trục UCP600

4 Tóm tắt nội dung thực hiện và đóng góp mới của tác giả

Nội dung nghiên cứu gồm:

- Nghiên cứu khái quát về chất lượng bề mặt gia công và các yếu tố ảnh hưởng đến các thông số đặc trưng cho chất lượng bề mặt gia công

- Tìm hiểu hệ điều hành Heidenhain (iTNC 530) cho các máy CNC

- Nghiên cứu bản chất của quá trình gia công cao tốc

- Kết quả thực nghiệm mẫu gia công khi cắt cao tốc trên trung tâm UCP600

Ý nghĩa đề tài:

- Những nghiên cứu về gia công cao tốc được công bố gần đây tập trung vào việc nghiên cứu các ảnh hưởng của phay cao tốc đến độ nhám bề mặt và độ chính xác gia công Đề tài đã đóng góp một số kết quả vào hướng nghiên cứu này

- Chế độ cắt có ảnh hưởng nhiều đến các thông số đặc trưng của phương pháp gia công cao tốc

- Phay cao tốc là một quá trình phức tạp với tập hợp lớn các thông số ảnh hưởng và chỉ tiêu đánh giá Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm được trình bày trong luận văn không chỉ phù hợp với đối tượng nghiên cứu của đề tài mà còn có thể sử dụng khi nghiên cứu quá trình phay cao tốc ứng với các điều kiện gia công khác nhau

5 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về gia công cao tốc và quy hoạch thực nghiệm

- Xây dựng hệ thống thí nghiệm và xử lý số liệu thí nghiệm

- Phân tích và đánh giá kết quả

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT 1.1 Khái niệm về chất lượng bề mặt sản phẩm

Khả năng làm việc của chi tiết máy phụ thuộc vào rất nhiều chất lượng lớp

bề mặt chi tiết Chất lượng bề mặt là tập hợp các tính chất sau:

1.2 Tính chất hình học của bề mặt gia công

Nhám bề mặt là tập hợp những mấp mô có bước tương đối nhỏ trên bề mặt

thực của chi tiết được xét trong phạm vi chiều dài chuẩn

Hình 1.1 Profin của bề mặt chi tiết

Hình vẽ phóng to prôfin của bề mặt chi tiết trong giới hạn chiều dài chuẩn l Đường trung bình (m) của prôfin được xác định sao cho tổng diện tích các phần lồi bằng tổng diện tích các phần lõm:

F1 + F3 +…+Fn-1 = F2 + F4 +…+ Fn

1.2.1 Trung bình sai lệch số học biên độ (prôfin), R a :

Ra là trung bình cộng những giá trị tuyệt đối của những sai lệch biên độ (Yi)

Hình 1.2 Sơ đồ xác định profin trung bình cộng R a

1.2.2 Chiều cao cực đại của biên độ(prôfin), R y :

Ry là tổng chiều cao đỉnh cao nhất từ hàng trung bình Yp và chiều sâu của đáy thấp nhất từ đường trung bình

Ry = Yp + Yv

Hình 1.3 Sơ đồ xác định profin R y

1.2.3 Độ cao mười điểm của độ nhám, R z :

Tổng chiều cao trung bình năm đỉnh cao nhất và độ sâu trung bình năm đáy thấp nhất được đo từ một hàng song song với đường trung bình

i v i

p

R

Hình 1.4 Sơ đồ xác định profin trung bình cộng R z

1.2.4 Sai lệch tiêu chuẩn của biên độ (profin), Rq :

Rq là căn bậc hai trung bình cộng bình phương độ lệch biên dạng Yi so với đường trung bình

2 1

1 2

n R

bề mặt có độ nhám trung bình Đối với những bề mặt có độ nhám quá thô hoặc rất tinh thì dùng chỉ tiêu Rz, vì nó đánh giá chính xác hơn

Bảng 1.1 Bảng cấp độ nhám theo TCVN

Tùy theo điều kiện làm việc và tính chất sử dụng của các bề mặt chi tiết mà xác định cấp độ nhám Các bề mặt tiếp xúc yêu cầu thông số nhám có trị số bé, các bề mặt không tiếp xúc yêu cầu thông số nhám có trị số lớn Độ chính xác của kích thước càng cao, yêu cầu thông số nhám có trị số càng bé

Các bề mặt chi tiết có độ nhám khác nhau, đòi hỏi các phương pháp gia công khác nhau Bề mặt có trị số nhám càng bé đòi hỏi gia công càng tinh vi

Cách ghi ký hiệu trên bản vẽ: (Hình 1.6)

1.3 Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt tới khả năng làm việc của chi tiết máy

Độ nhám bề mặt có ảnh hưởng nhiều đến khả năng làm việc của chi tiết

Rz40

Hình 1.6

 = C.px (m) (2.1) Trong đó:

C, x – hệ số và số mũ phụ thuộc vào điều kiện thực nghiệm

p - áp suất tại chổ tiếp xúc (N/mm 2 )

Khi hai bề mặt có chuyển động tương đối với nhau sẽ xảy ra hiện tượng trượt dẻo ở các đỉnh nhấp nhô Các đỉnh nhấp nhô bị mòn nhanh làm khe hở lắp ghép tăng lên, đó là hiện tượng mòn ban đầu Trong điều kiện làm việc nhẹ và vừa, mòn ban đầu có thể làm cho chiều cao nhấp nhô giảm (65÷75)%, lúc đó diện tích tiếp xúc thực tăng lên và áp suất tiếp xúc giảm đi Mòn ban đầu ứng với thời gian chạy

rà kết cấu cơ khí Ở giai đoạn này hình dạng nhấp nhô và chiều của vết gia công cũng thay đổi Sau giai đoạn này quá trình mài mòn trở nên bình thường và chậm

Đó là giai đoạn mòn bình thường Cuối cùng là giai đoạn mòn kịch liệt, khi đó bề mặt tiếp xúc bị tróc ra, nghĩa là cấu trúc bề mặt chi tiết bị phá hỏng Như vậy, quá trình mài mòn của một cặp chi tiết máy xét trên cơ sở ma sát ở bề mặt tiếp xúc, thường trải qua bai giai đoạn: mòn ban đầu, mòn bình thường, mòn kịch liệt

Hình 1.7 Mô hình 2 bề mặt tiếp xúc

Ở hình 1.8 biểu thị mối quan hệ giữa lượng mòn và thời gian sử dụng của một cặp chi tiết ma sát với nhau tùy theo độ nhám bề mặt ban đầu Độ nhám bề mặt ban đầu phụ thuộc phương pháp gia công Các đường đặc trưng a,b,c ứng với ba độ nhám ban đầu khác nhau của các bề mặt tiếp xúc Ở đây giai đoạn mòn ban đầu là khoảng thời gian từ (0÷t1), từ (0÷t2), từ (0÷t3) Giai đoạn mòn bình thường của cặp chi tiết, tùy theo độ nhám bề mặt ban đầu, ứng với khoảng thời gian từ (t1÷T1), từ (t2÷T2), từ (t3÷T3) Giai đoạn mòn kịch liệt của cặp chi tiết ứng với khoảng thời gian

từ T1, T2, T3 trở đi Ở đường đặc trưng c, cặp chi tiết có độ nhẵn bóng bề mặt ban đầu kém nhất nên giai đoạn mòn ban đầu xảy ra nhanh nhất, nghĩa là xét về thời gian thì t3<t2<t1, như vậy cường độ mòn của cặp chi tiết này là lớn nhất ở gia đoạn mòn ban đầu Tuổi thọ của cặp chi tiết độ nhẵn bóng bề mặt kém nhất ứng với giai đoạn mòn bình thường cũng ngắn nhất, nghĩ là T3<T2<T1

Hình1.8 Quá trình mòn của một cặp ma sát

Chất lượng bề mặt: đường a: tốt; đường b: trung bình; đường c: xấu

Nhƣ vậy khi chế tạo chi tiết máy, nếu giảm hoặc tăng chiều cao nhấp nhô tế

vi tới trị số tối ƣu, ứng với điều kiện làm việc của chi tiết, thì sẽ đạt đƣợc lƣợng mòn ban đầu ít nhất, qua đó kéo dài tuổi thọ của chi tiết

Ở hình1.9 ta có quan hệ giữa độ mòn ban đầu (u) và trị số sai lệch profin trung bình cộng Ra, tùy theo điều kiện làm việc nặng nhẹ Lƣợng mòn ban đầu ít nhất ứng với giá trị của Ra tại các điểm Ra1, Ra2; đó là giá trị tối ƣu của Ra Nếu giá trị Ra nhỏ hơn trị số tối ƣu Ra1, Ra2 thì sẽ bị mòn kịch liệt vì các phần tử kim loại dễ khuếch tán Ngƣợc lại, giá trị của Ra lớn hơn trị số tối ƣu Ra1, Ra2 thì lƣợng mòn sẽ tăng lên vì các nhấp nhô bề mặt bị phá vỡ và cắt đứt

Tóm lại khi thiết kế hai bề mặt ma sát với nhau phải chọn độ nhám bề mặt tối

ƣu để giảm độ mòn của chúng đến mức nhỏ nhất, tùy theo điều kiện làm việc cụ thể

Hình 1.9 Quan hệ giữa lượng mòn ban đầu (U) và sai lệch

profintrung bình cộng R a

Đường 1 ứng với điều kiện làm việc nhẹ Đường 2 ứng với điều kiện làm việc nặng

1.3.2 Ảnh hưởng tới độ bền mỏi của chi tiết

Độ nhám bề mặt có ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết máy, nhất là khi nó

chịu tải trọng chu kỳ có đổi dấu, vì ở đáy các nhấp nhô có ứng suất tập trung lớn, có

khi vợt quá giới hạn mỏi của vật liệu Ứng suất tập trung này sẽ gây ra các vết nứt tế

vi ở các đáy nhấp nhô, đó là nguồn gốc phá hỏng chi tiết máy Mặt khác, độ bền của chi tiết máy cũng sẽ tăng khi chi tiết chịu tải trọng va đập, nếu độ nhám bề mặt thấp

Với thép 45: R Z = 75 m thì -1 = 195 MN/m 2 (195 N/mm 2 )

R Z = 2 m thì -1 = 282 MN/m 2 (282 N/mm 2 )

1.3.3 Ảnh hưởng tới tính chống ăn mòn hóa học của lớp bề mặt chi tiết

Hình 1.10 Quá trình ăn mòn hóa học trên lớp bề mặt chi tiết máy

Các chỗ lõm bề mặt do độ nhấp nhô tế vi tạo ra là nơi chứa các tạp chất như axit, muối, Các tạp chất này có tác dụng ăn mòn hóa học với lớp kim loại Quá trình ăn mòn hóa học trên lớp bề mặt chi tiết làm các nhấp nhô mới hình thành Quá trình ăn mòn hóa học này ở lớp bề mặt xảy ra dọc theo sườn dốc các nhấp nhô tế vi, theo chiều từ đỉnh xuống đáy (mũi tên trên hình 1.10) các nhấp nhô, làm cho các nhấp nhô cũ bị mất đi và các nhấp nhô mới hình thành

Như vậy bề mạt chi tiết máy càng ít nhám (càng nhẵn bóng) thì càng ít bị ăn mòn hóa học, bán kính đáy các nhấp nhô càng lớn thì khả năng chống ăn mòn hóa học của lớp bề mặt càng cao Có thể chống ăn mòn hóa học bằng cách phủ lên bề mặt chi tiết máy một lớp bảo vệ bằng phương pháp mạ (mạ Crôm, mạ Niken) hoặc bằng phương pháp cơ khí làm chắc lớp bề mặt

1.3.4 Ảnh hưởng tới độ chính xác mối lắp ghép

Độ chính xác mối lắp ghép trong kết cấu cơ khí phụ thuộc chất lượng các bề mặt lắp ghép Độ bền các mối lắp ghép, trong đó có độ ổn định của chế độ lắp ghép giữa các chi tiết, phụ thuộc vào độ nhám của các bề mặt lắp ghép Ở đây, chiều cao nhấp nhô tế vi Rz tham gia vào trường dung sai chế tạo chi tiết máy: đối với lỗ thì dung sai của kích thước đường kính sẽ giảm một lượng là 2 Rz, còn đối với trục thì lại tăng thêm 2 Rz

Trong giai đoạn mòn ban đầu (giai đoạn chạy rà) chiều cao nhấp nhô tế vi Rz, đối với mối lắp ghép lỏng, có thể giảm đi (65÷75)% làm khe hở lắp ghép tăng lên

và độ chính xác lắp ghép giảm đi Như vậy, đối với các mối lắp ghép lỏng, để đảm bảo ổn định của mối lắp ghép trong thời gian sử dụng, trước hết phải giảm độ nhấp nhô tế vi (giảm độ nhám, tăng độ bóng bề mặt), thông qua cách giảm trị số chiều cao nhấp nhô Rz Giá trị hợp lý của chiều cao nhấp nhô Rz được xác định theo độ chính xác của mối lắp, tùy theo trị số dung sai kích thước lắp ghép

Độ bền của mối lắp ghép (mối lắp ghép có độ dôi) có quan hệ trực tiếp với độ nhám bề mặt lắp ghép Chiều cao nhấp nhô tế vi Rz tăng thì độ bền của mối lắp ghép có độ dôi giảm

1.3.5 Lựa chọn độ nhám bề mặt

Lựa chọn các thông số để đánh giá nhám bề mặt cần xuất phát từ công dụng và tính chất làm việc của các bề mặt Các thông số về chiều cao nhám Rz, Ra được sử dụng phổ biến nhất Thông số Ra dùng để đánh giá nhám bề mặt cho những chuẩn mẫu so sánh bề mặt Thông số này có thể xác định dễ dàng trên máy đo profin và được áp dụng phổ biến trong các tài liệu kỹ thuật của các nước trên thế giới

Thông số Rz được dùng trong trường hợp do yêu cầu làm việc cần khống chế chiều cao toàn bộ của nhám bề mặt hoặc cho các bề mặt nhám xốp cũng như không thể kiểm tra được thông số Ra trực tiếp bằng máy đo profin hoặc so với mẫu chuẩn Ví dụ: đối với bề mặt có kích thước nhỏ và hình dạng phức tạp (lưỡi cắt của dụng cụ, các chi tiết của cơ cấu đồng hồ hoặc thiết bị điện tử ) Đối với các bề mặt quan trọng, việc quy định một thông số chiều cao nhám chưa đủ mà cần quy định thêm thông số về bước hoặc thông số tp Các thông số về bước Sm và

S có ảnh hưởng quan trọng tới độ ổn định về rung, độ bền khi chịu tải chu kỳ Thông số tp đặc trưng cho diện tích tiếp xúc thực tế của các nhám bề mặt Với đặc trưng đó, tp có ảnh hưởng quan trọng tới tính chất sử dụng của các bề mặt như: độ bền chịu mài mòn, độ cứng vững tiếp xúc, độ kín khít của mối ghép

Việc quy định thêm phương mấp mô được dùng cho các bề mặt dẫn hướng có chuyển động tương đối với nhau hoặc để dẫn hướng dòng cho chất lỏng hoặc chất khí chuyển động so với bề mặt cũng như để đảm bảo độ ổn định chống rung và độ bền khi chịu tải chu kỳ

Lựa chọn các trị số của thông số nhám bề mặt phải phù hợp với điều kiện làm việc của sản phẩm và các yêu cầu sử dụng của bề mặt, đồng thời phải xét đến khả năng gia công để đạt tới trị số nhám đã chọn

Độ nhám có liên quan với dung sai kích thước và dung sai hình dạng bề mặt Khi dung sai kích thước và dung sai hình dạng nhỏ thì yêu cầu về nhám bề mặt phải chặt chẽ Song có thể quy định các yêu cầu nhám bề mặt chặt chẽ trong khi

độ chính xác về kích thước và hình dạng thấp Nhám bề mặt có thể gây ra sai số phụ về kích thước và hình dạng trong quá trình lắp ghép và sử dụng sản phẩm do các mấp mô tế vi bị san phẳng trong quá trình lắp ghép hoặc chịu tải, hoặc bị mòn

nhanh chóng trong chuyển động tương đối giữa các bề mặt đối tiếp Do đó đối với mỗi dung sai kích thước và hình dạng của bề mặt cần quy định các yêu cầu tối thiểu về nhám Quan hệ giữa dung sai kích thước và hình dạng và chiều cao nhám

Ra hoặc Rz có thể quy định như sau:

Khi dung sai hình dạng bằng 60% dung sai kích thước T:

1.4 Lựa chọn phương pháp gia công nâng cao chất lượng bề mặt

Chất lượng của chi tiết chính là khả năng làm việc của nó, khả năng làm việc của chi tiết máy chịu ảnh hưởng quyết định bởi các thông số về chất lượng bề mặt như: độ nhám bề mặt, độ cứng của bề mặt cũng như ứng suất dư bề mặt làm việc của chi tiết máy Vì vậy muốn đạt được khả năng làm việc của chi tiết máy được hiệu quả nhất thì phải đảm bảo yêu cầu về chất lượng bề mặt, để giải quyết vấn đề

đó thì ta phải thi hành biện pháp tổ chức và tối ưu hóa công nghệ hiện thời như là ứng dụng các phương pháp gia công tiên tiến như gia công trên các máy CNC, các trung tâm gia công, kết hợp với sự phát triển công nghệ vật liệu mới chọn các dụng

cụ cắt có vật liệu và thông số hình học phù hợp để gia công đạt được mục tiêu đề ra Bên cạnh đó chúng ta cần phải nghiên cứu để có chế độ cắt (V, t, S), phù hợp với từng loại vật liệu và phương pháp gia công nhất định…Dựa vào mối quan hệ đó thì người làm công nghệ có thể điều khiển các thông số công nghệ của máy và dao để đảm bảo chất lượng bề mặt chi tiết máy trong quá trình gia công, từ đó dẫn đến tăng

năng suất do(Khai thác được tối đa công suất của máy) và hạ giá thành sản phẩm

tiến tới tối ưu hóa quá trình cắt gọt trên từng loại máy gia công nhất

Một trong những công nghệ mới có thể nâng cao được chất lượng bề mặt chi tiết, đó chính là công nghệ gia công cao tốc Gia công tốc đạt hiệu quả cao ở nơi mà

nó đạt đến khối lượng lớn của vật liệu gia công cho mỗi một đơn vị thời gian Vì thế, gia công cao tốc mang lại chi phí sản xuất giảm và tiết kiệm năng lượng

Nhìn chung,nguyên lí của cắt cao tốc nằm trong việc đạt được giờ máy nhanh hơn với sự gia tăng đồng thời độ chính xác và chất lượng của bề mặt gia công ở những vùng bất thường lớn, khó định dạng về mặt toán học Gia công cao tốc là phương pháp có hiệu quả cao bởi đạt được những hiệu quả sau: tăng năng suất gia công, tăng chất lượng bề mặt gia công, cải thiện kinh tế gia công, cải tiến những khía cạnh sinh thái của gia công

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU VỀ LẬP TRÌNH HEIDENHAIN – CODE SỬ DỤNG TRONG

CÁC MÁY CNC 2.1 Hệ thống tọa độ trên máy iTNC 530

Trên máy phay, tọa độ các trục của máy được xác định theo quy tắc bàn tay phải : Ngón cái chỉ theo trục +X, ngón trỏ chỉ theo trục +Y và ngón giữa chỉ theo trục +Z

Dù chuyển động của bàn máy có theo các hướng khác nhau nhưng quy định khi xác định chiều chuyển động của trục cũng là : Dao chuyển động, còn phôi đứng yên (tức là bàn máy đứng yên) Dựa vào đó ta xác định chiều chuyển động của bàn máy sao cho phù hợp và không bị lẫn

Trục chính mang dao cắt quay tròn và dụng cụ cắt thực hiện chuyển động tịnh tiến theo các hướng hướng X, Y và hướng Z Ngoài ra, còn có thể có các chuyển động quay theo các trục tọa độ, tùy theo kết cấu máy Đối với iTNC 530, có thể điều khiển đến 5 trục tọa độ : 3 chuyển động tịnh tiến và hai chuyển động quay (trục A, B hoặc C)

Các kiểu tọa độ trên máy phay

 Tọa độ máy : Reference system: Gốc tọa độ máy được thiết lập khi thực hiện thao tác về 0 của tất cả các trục của máy

 Tọa độ phôi : Workpiece coordinate system: Tọa độ thiết lập bởi người lập trình và được gắn liền với tọa độ gốc trên bản vẽ kích thước của chi tiết Tọa độ lập trình (so với gốc phôi) có thể tính theo đơn vị tuyệt đối (Absolute) hoặc tương đối (Relative)

Tọa độ tuyệt đối là tọa độ phát triển từ gốc thiết lập ban đầu (cũng là gốc phôi trên máy) Ngược lại tọa độ tương đối thì được tính từ điểm lập trình cuối cùng trước nó (điểm thứ nhất lúc đó sẽ là gốc tính toán của điểm thứ

hai ).Để lập trình tương đối, nhấn phím mềm I trên bảng điều khiển

Là tọa độ được tính theo giá trị bán kính quét và góc quét (ví dụ : lệnh CC của lập trình để định tâm đường tròn gia công )

Góc quét của tọa độ cực đối với mỗi mặt phẳng gia công lại tính theo các hướng khác nhau Cụ thể :

Thông thường mỗi dao được sử dụng cho một nguyên công Các dao khác nhau (về chiều dài dao) sẽ cho ra các đường chạy dao khác nhau sinh ra bởi chương trình NC của người thiết kế Do đó chiều dài các dao sẽ được đo và thiết lập để lưu vào bộ nhớ máy khi sử dụng; bằng cách thiết lập sự khác nhau giữa chiều dài dao tiêu chuẩn với chiều dài mỗi dao trong CNC

Việc gia công có thể được thi hành mà không cần phải sửa đổi lại chương trình, cả khi dao đã thay đổi

Dụng cụ cắt được ký hiệu : T(Số hiệu dao trong ổ dao)

Lệnh định nghĩa chiều dài dao : TOOL DEF …L…R…

Lệnh gọi dao TOOL CALL …

Lượng bù chiều dài dao được ký hiệu : L (giá trị độ dài dao) ; và sẽ được dùng kèm với lệnh TOOL DEF để xác lập chiều dài dao vào trong bộ nhớ và

để sử dụng lệnh gọi dao từ bộ nhớ của máy để thực hiện cho chương trình gia công

* Gia công sử dụng hàm bù bán kính dao

Do dao có bán kính, đường chạy dao là đường tâm của trục dao nên khi thực hiện chạy gia công, phải tính toán thiết lập bù dao theo giá trị bán kính để thực hiện chạy đúng biên dạng lập trình ( chủ yếu đối với lập trình gia công

21/2D)

Lượng bù bán kính dao : ký hiệu R… (giá trị bán kính dao) được gọi ra cùng với khối lệnh về gọi dao TOOL CALL ; và sẽ được dùng kèm với các lệnh lập trình đường chạy dao (như gia công đường thẳng, đường cong,…) Xác định hướng bù dao bằng lệnh RL hoặc RR (bù bên trái đường viền gia công hay bên phải đường viền gia công , tính theo hướng chuyển động của dao cắt)

Hủy bỏ hoặc không sử dụng bù dao bằng lệnh R0 kèm theo, khi thực hiện một lệnh gia công cắt gọt

Biên dạng chi tiết

Hành trình được lập trình

Hành trình dịch chuyển của dụng cụ

Hướng gia công

1 2

Hành trình được lập trình

Hành trình dịch chuyển của dụng cụ

*

B

ù

b

Khi sử dụng hàm bù bán kính dao tại các góc gấp, máy TNC sẽ tự động tạo

ra một chuyển động cong bằng bán kính bù (đối với gia công ngoài đường biên) hoặc chuyển động gấp khúc (đối với gia công trong đường biên) Tại

đó , tốc độ tiến dao sẽ được tính toán để giảm cho phù hợp

Chú ý khi thực hiện bù dao tại các điểm bắt đầu hoặc kết thúc của đường biên gia công vì có thể gây ra các sai lệch hoặc cắt quá vào đường biên dạng

2.3 Cấu trúc một chương trình NC

Mỗi câu chương trình bao gồm các từ có chứa đựng các thông tin hình học

và công nghệ hoặc thông tin kỹ thuật của chương trình Có thể viết các từ chương trình như thế nào và viết bao nhiêu từ chương trình trong một câu chương trình phụ thuộc vào nơi sản suất hệ điều khiển

Một chương tình NC hoàn chỉnh có cấu trúc như dưới đây

BEGIN PGM …MM Bắt đầu chương trình , đơn vị mm

BLK FORM 0.1 …X…Y…Z Định nghĩa góc dưới của phôi dạng

L Z… R0 FMAX Dịch chuyển lên cao độ an toàn, hủy bỏ

bù bán kính dao

Cấu trúc một khối lệnh :

2.4 LẬP TRÌNH GIA CÔNG HEIDENHAIN – CODE

2.4.1 Các hàm nội suy

2.4.1.1 Chạy dao nhanh FMAX

Cấu trúc câu lệnh : L X…Y…Z…FMAX;

Lệnh FMAX thực hiện chạy dao không gia công với tốc độ lớn nhất cho phép của máy, tới một vị trí được chỉ định Đường chạy dao của lệnh FMAX

đi theo một đường thẳng tới tọa độ được lập trình Tốc độ trục tăng ở đầu hành trình và giảm dần khi về cuối hành trình

Khi sử dụng lập trình theo tọa độ tuyệt đối thì X, Y, Z là tọa độ tuyệt đối tính

từ gốc toạ độ phôi đến điểm lập trình

Khi lập trình tương đối thì X, Y, Z là khoảng dịch chuyển của dụng cụ cắt Tốc độ cắt F sẽ có hiệu lực cho đến khi nhập vào một giá trị F mới

Thực hiện : Nhấn phím mềm , nhập tọa độ điểm cuối và nhấn , nhập hướng bù bán kính dao nhấn , nhập tốc độ tiến dao F = … và

nhấn , nhập tốc độ cắt S = …, hàm phụ M3 và nhấn Kết thúc

lệnh nhấn

Ví dụ : L X100 Y200 RL F200 S800 M3

Ví dụ : Thực hiện cả chuyển động theo

tuyệt đối và tương đối

7 L X+10 Y+40 Rl F200 M3

8 L IX +20 IY-15

9 L X60 IY-10

2.4.1.3 Nội suy cung tròn

Các kiểu gia công trong nội suy cung tròn :

Xác định tâm cung tròn

Chuyển động tạo cung tròn thông qua tâm cung

Chuyển động tạo cung tròn thông qua bán kính cung

Chuyển động tạo cung tròn tiếp tuyến với đường nội suy tại điểm xuất phát của cung

* Tạo cung tròn qua tâm

Đối với lập trình gia công cung tròn có sử dụng tọa độ tâm cung , trước khi tạo lệnh gia công cung phải có bước xác định tâm cung Cấu trúc lệnh như sau

CC X… Y…

Xác định tâm cung tròn Tâm cung tròn

sẽ là gốc tọa độ cực cho gia công đường tròn hoặc cung tròn (Không thực hiện chuyển động)

C X… Y… R0 (RL/RR) DR +

(DR-) F…

Chạy gia công cung tròn đến tọa độ X,

Y , hướng gia công DR + (DR-) không

bù bán kính

DR + (DR -) Hướng gia công là ngược chiều hoặc thuận chiều kim đồng

hồ Nguyên tắc xác định hướng đã được trình bày trong mục: “Các kiểu tọa độ lập trình trên máy phay iTNC530”

Thực hiện :

Nhấn , nhập tọa độ tâm và nhấn

Nếu không nhập tọa độ tâm thì chương trình sẽ hiểu tọa độ cuối cùng sẽ là tọa độ tâm cực của cung tròn Tâm cung tròn sẽ có hiệu lực cho đến khi xác định tâm cung mới

Tiếp đó, nhấn và nhập tọa độ điểm

cuối của cung , hướng quét của cung và một

* Tạo cung tròn qua bán kính cung

Khi không sử dụng tâm cung tròn thì có thể sử dụng bán kính để thực hiện chuyển động gia công cung tròn :

Nhấn , nhập tọa độ điểm cuối cung và , nhập giá trị bán kính cung R, hướng quét của cung DR+ (DR-)

Ví dụ : CR X+45 Y+60 R20 DR+ F200

Khi sử dụng bán kính để tạo cung tròn, có thêm một số trường hợp sau :

 Góc quét nhỏ hơn 180o : nhập vào bán kính R >0

 Góc quét lớn hơn 180o

: nhập vào bán kính R <0

 Hướng chuyển động của cung được xác định là đường cong ngoài (đường cong lồi) hoặc đường cong phía trong (đường cong lõm) Nếu đường cong lồi thì DR- ( khi bù trái RL )

Nếu đường cong lõm thì DR+ (khi bù trái RL)

 Khi dùng lệnh tạo cung tròn qua bán kính để

tạo đường tròn thì bắt buộc trong câu lệnh

phải có hai khối tạo nửa cung liên tiếp nhau

: Điểm cuối của cung này sẽ là điểm đầu

của cung kia

* Tạo cung tròn tiếp tuyến

Tạo cung tròn tiếp tuyến nối tiếp từ đường nội suy trước đó tới điểm được lập trình tiếp theo

Nhấn , nhập tọa độ điểm cuối cung và nhấn

2.4.1.4 Nội suy tọa độ cực

Phương pháp nội suy tọa độ cực là phương pháp nội suy thông qua một góc quét PA và một bán kính quét quanh một tâm cực xác định Thông thường nội suy tọa độ cực được dùng khi thực hiện nội suy các cung tròn, đường tròn , hoặc các bản vẽ có nhiều phần phân độ (như phân bố các lỗ tròn quanh một tâm quay,…)

Tương ứng với nội suy tọa độ cực, cũng có các kiểu tạo đường gia công sau

 Nội suy đường thẳng trong tọa độ cực LP : Nhấn , , nhập vào bán kính quét PR tại điểm đến , góc quét PA tại điểm đến , bù dao RL (RR), tốc độ F,…

 Nội suy cung tròn trong tọa độ cực CP :Nhấn , , nhập góc quét PA tại điểm đến , hướng quét DR

* Nội suy theo đường Helix trong tọa độ cực

Đối với nội suy cung tròn tọa độ cực, có thêm

một kiểu là nội suy theo đường xoắn ốc helix

Việc nội suy này thường được dùng để gia công

ren trong hoặc ren ngoài với đường kính lớn

Đối với gia công ren, cần các thông số sau : Số

vòng ren n , chiều cao toàn bộ ren h (h=n*P), góc tăng của mỗi vòng ren IPA (IPA = n*360 + góc bắt đầu của ren + góc thoát dao), điểm bắt đầu của ren theo tọa độ Z

Nhấn , , nhập vào góc quét tổng IPA của dao dọc theo trục ren, nhập chiều cao gia công ren IZ (bước ren, tính theo đơn vị tương đối), hướng quay của đường xoắn ốc, hướng bù bán kính dao