ĐÁNH GIÁ độ CHÍNH xác GIA CÔNG dựa TRÊN cơ sở mô HÌNH hóa lực cắt KHI PHAY BẰNG DAO PHAY cầu

HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa - ĐHQG TP HCM ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CƠNG DỰA TRÊN CƠ SỞ MƠ HÌNH HĨA LỰC CẮT KHI PHAY BẰNG DAO PHAY CẦU Phần 2: Kiểm sốt độ xác gia cơng phay mặt cầu dao phay đầu cầu Đậu Chí Dũng1, Trương Hồnh Sơn2 Trường Cao đẳng nghề KTCN Việt Nam-Hàn Quốc Nghệ An Email: dauchidung@gmail.com Bộ môn CNCTM, Viện Cơ khí, Đại học Bách Khoa Hà Nội Số Đại Cồ Việt, Hai Bà Trưng, Hà Nội Email: son.truonghoanh@hust.edu.vn TĨM TẮT: Bài báo trình bày số kết nghiên cứu độ xác gia công phay dao phay đầu cầu bề mặt 3D Trên sở mơ hình hóa lực cắt phay xác lập mối liên hệ lực cắt với thông số công nghệ chiều sâu cắt, lượng chạy dao hình dáng chi tiết gia cơng xác định mức độ biến dạng dụng cụ cắt trình phay Từ việc xác định mức độ biến dạng dụng cụ cắt mà đưa dự đốn vị trí giá trị sai số chi tiết gia cơng vị trí bề mặt gia cơng, qua đưa phương án điều chỉnh phù hợp q trình gia cơng để đảm bảo độ xác chi tiết gia cơng Từ khóa: mặt 3D, dao phay đầu cầu, độ xác gia cơng, diện tích cắt GIỚI THIỆU Trong ngành chế tạo máy, việc gia cơng chi tiết có bề mặt phức tạp (như chi tiết khuôn, mẫu, chi tiết ngành hàng không, độ lớn phương lực cắt, tốc độ cắt, nhiệt cắt… khác Vận tốc cắt biến thiên từ cực đại khơng mũi dao, đó, vùng động cơ,…), làm vật liệu khó gia công thép hợp kim, thép chịu nhiệt, thép tôi,… trở thành nhiệm vụ thường xuyên Để gia cơng chi tiết đạt độ xác, chất lượng bề mặt tốt sử dụng nhiều phương pháp gia lân cận mũi dao vật liệu phôi bị cắt gọt mà bị phá hủy biến dạng Điều khiến cho biến dạng dụng cụ cắt thay đổi liên tục, ảnh hưởng nhiều đến độ xác gia cơng chất lượng bề mặt chi tiết Sai số công như: gia cơng điện hóa, gia cơng siêu âm, gia công tia lửa điện,… Tuy nhiên, phương pháp gia cơng đòi hỏi nguồn vấn đề gây khó khăn lớn cho nhà sản xuất khí chưa có nghiên cứu cụ thể để họ có điều chỉnh phù hợp đầu tư lớn, suất thấp giá thành sản phẩm cao Ngày nay, việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM-CNC phổ biến khẳng định vai trò gia cơng khí với khả gia cơng cao, độ xác suất cao, giá thành thấp Khi gia công bề mặt 3D có biên dạng cho q trình biên dịch chương trình gia cơng Do vậy, cần có nghiên cứu sâu để can thiệp vào q trình gia công nhằm đảm bảo chất lượng gia công cong thay đổi phải sử dụng đến dụng cụ cắt dao phay đầu cầu Với loại dao này, tùy thuộc vào vị trí tiếp xúc đầu dao với bề mặt gia cơng mà PHÂN TÍCH, TÍNH TỐN LỰC CẮT KHI GIA CÔNG BẰNG DAO PHAY ĐẦU CẦU Trong q trình cắt, lực cắt tính theo cơng thức sau (1): P = p.q (N) (1) Trang 161 HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM Trong q diện tích tiết diện lớp cắt tách ra, phụ thuộc vào mơ hình cắt cụ thể, p lực cắt đơn vị p số với cặp dụng cụ cắt phôi định Như vậy, lực cắt P tỉ lệ thuận với diện tích tiết diện lớp cắt tách q 2.1 Diện tích cắt phay mặt cong lồi Khi phay mặt cong lồi dao phay cầu, diện tích cắt lần tiến dao mô tả Hình Trong đó: (5.1) (5.2) Phân tích phương trình phân tích hình học cung tròn ̂ , ̂ , ̂ ta có phương trình cung tròn tương ứng sau: [ -( - ) ] - , -[ ] - (6) { [ ] } (7) [ ] (8) Tiết diện mặt cắt tính tốn theo cơng thức sau: | ∫ | ∫ | | (9) Trong đó: - A giao điểm f1(x) với f2(x), dựa vào mô hình Hình xác định xA nghiệm phương trình: [ -( Hình Mơ hình hình học phay mặt cong lồi dao đầu cầu Trên Hình 1, vị trí dao cắt lần cắt trước có tâm đầu dao O1, tương ứng góc từ tâm chi tiết đến tâm đầu dao với phương thẳng đứng 1 Vị trí dao O, tương ứng với góc  Mối quan hệ  với 1 tính tốn theo cơng thức sau: (2) Tiết diện mặt cắt giới hạn cung tròn: ̂ , ̂ , ̂ tương ứng hình thành phương trình: - Phương trình đường tròn chứa cung ̂ phương trình đường tròn mũi dao vị trí cắt lần cắt trước: (x-xO1)2 + (y-yO1)2 = r2 (3) Trong đó: (3.1) √ (3.2) - Phương trình đường tròn chứa cung ̂ phương trình đường tròn bề mặt phơi: x2 + y2 = (R+t)2 (4) ̂ - Phương trình đường tròn chứa cung phương trình đường tròn mũi dao vị trí tại: (x-xO)2 + (y-yO)2 = r2 (5) Trang 162 - ) ] - , -[ ] - - - , -[ - ] - (10) - B giao điểm f1(x) với f3(x), dựa vào mơ hình Hình xác định xB nghiệm lớn phương trình: [ -( ] - - ) ] [ - , -[ - - ] (11) - C giao điểm f2(x) với f3(x), dựa vào mơ hình Hình xác định xC nghiệm lớn phương trình: [ { ] [ ] } (12) Sau tính tốn phân tích, mối quan hệ tiết diện cắt góc góc  mơ tả theo đồ thị sau: HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa - ĐHQG TP HCM Hình Mối quan hệ góc  diện tích cắt q với giá trị cụ thể tham số: R = 50 mm, r = mm, s = 0.5 mm, t = 0.5 mm 2.2 Diện tích cắt phay mặt cong lõm Khi phay mặt cong lõm dao phay cầu, diện tích cắt lần tiến dao mơ tả Hình - Phương trình đường tròn chứa cung ̂ phương trình đường tròn bề mặt phơi: x2 + y2 = (R-t)2 (15) - Phương trình đường tròn chứa cung ̂ phương trình đường tròn mũi dao vị trí tại: (x-xO)2 + (y-yO)2 = r2 (16) Trong đó: (16.1) (16.2) Phân tích phương trình phân tích hình học cung tròn ̂ , ̂ , ̂ ta có phương trình cung tròn tương ứng sau: ( - )[ -( - ) ] - , -[ ] - (17) { [ ] } (18) [ ] (19) Tiết diện mặt cắt tính tốn theo cơng thức sau: | ∫ | ∫ | | (20) Trong đó: - A giao điểm f1(x) với f2(x), dựa vào mơ hình Hình xác định xA nghiệm phương trình: Hình Mơ hình hình học phay mặt cong lõm dao đầu cầu Trên Hình 3, vị trí dao cắt lần cắt trước có tâm đầu dao O1, tương ứng góc từ tâm chi tiết đến tâm đầu dao với phương thẳng đứng 1 Vị trí dao O, tương ứng với góc  Mối quan hệ  với 1 tính tốn theo công thức sau: (13) Tiết diện mặt cắt giới hạn cung tròn: ̂ , ̂ , ̂ tương ứng hình thành phương trình: - Phương trình đường tròn chứa cung ̂ phương trình đường tròn mũi dao vị trí cắt lần cắt trước: (x-xO1)2 + (y-yO1)2 = r2 (14) Trong đó: (14.1) √ ( - )[ -( ] - - - , -[ ) ] ( - ) - - , -[ -( - ) ] - (21) - B giao điểm f1(x) với f3(x), dựa vào mô hình Hình xác định xB nghiệm lớn phương trình: ( - )[ -( ] - - ) ] - , -[ - *( - ) - + (22) - C giao điểm f2(x) với f3(x), dựa vào mơ hình Hình xác định xC nghiệm lớn phương trình: { [ ] } [ ] (23) Sau tính tốn phân tích, mối quan hệ tiết diện cắt góc góc  mơ tả theo đồ thị sau: (14.2) Trang 163 HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM Hình Mối quan hệ góc  diện tích cắt q với giá trị cụ thể tham số: R = 50 mm,r = mm, s = 0.5 mm, t = 0.5 mm 2.3 Dự đốn độ xác gia cơng Trong q trình gia cơng, bỏ qua yếu tố khác trượt hay biến dạng nhiệt,… sai số gia cơng phụ thuộc chủ yếu vào biến dạng dụng cụ cắt, hệ thống công nghệ xác định theo cơng thức: (24) Trong đó: P: lực cắt, tính theo công thức (1) p: lực cắt đơn vị J : độ cứng vững hệ thống công nghệ Ở đây, vị trí cắt chi tiết thực hệ thống công nghệ, J số q: tiết diện cắt, tính tốn theo cơng thức (9), (20) q dự đốn phụ thuộc vào góc  theo dạng quan hệ Hình 2, Như vậy, góc  lớn sai số gia cơng cao Vì gia cơng, xác định góc  lớn nhất, sau dựa vào cơng thức (24) xác định sai số lớn Từ có điều chỉnh cơng nghệ (khoảng dịch dao ngang s, bán kính dao r) để đảm bảo sai số gia công phạm vi dung sai cho phép Từ phân tích cơng thức (9), (20) nhận thấy ảnh hưởng cụ thể sau: - Khi bán kính đầu dao tăng (sử dụng dao phay có đường kính lớn hơn), tiết diện cắt giảm qua lực cắt giảm Đồng thời đường kính dao tăng lên nên độ cứng vững dao tăng sai số gia công biến dạng dụng cụ giảm Vì vậy, điều nên quan tâm để đảm bảo độ xác gia công sử dụng dụng cụ cắt lớn để gia cơng - Tiết diện cắt q tỉ lệ thuận với bước tiến ngang s - Khi góc  tăng, tiết diện cắt tăng theo hàm số mũ Điều có nghĩa sai số lớn Trang 164 dự báo vị trí lần cắt cuối Để ổn định tiết diện cắt (tương ứng ổn định tốc độ cắt, kiểm sốt độ xác gia cơng) giảm dần bước tiến ngang s góc  tăng lên Điều thực khống chế bước dịch dao dọc z thay khống chế bước dịch dao ngang s nghiên cứu Nhưng ngược lại, khống chế bước dịch dao dọc z góc  nhỏ, khoảng dịch dao ngang lớn, ảnh hưởng nhiều đến chất lượng bề mặt độ xác gia cơng Vì xem xét sử dụng kết hợp hai phương pháp xác định khoảng dịch dao trình biên dịch chương trình từ phần mềm CAM THỰC NGHIỆM PHAY MẶT CẦU Để thuận tiện trình đo, mẫu thực nghiệm lựa chọn dạng trụ lõm trụ lồi với bán kính cong lượng dư gia cơng Hình a, Bán kính mặt trụ lồi lượng dư gia cơng b, Bán kính mặt trụ lõm lượng dư gia cơng Hình Bản vẽ mẫu thực nghiệm Thực cắt sử dụng dao phay ngón đầu cầu R2.5 mm gá dài 20 mm, với chiều sâu cắt t = 0.2 mm, bước dịch dao ngang s = 0.2 mm Trong trình thực nghiệm, bước tiến ngang F cố định tất lát cắt ảnh hưởng bước tiến số ta chưa xét đến thực nghiệm Mẫu sau gia công đưa vào máy đo quang học AROS, đặt độ phóng đại 400 lần Biên dạng bề mặt gia cơng khôi phục lại 120 điểm ảnh, tọa độ điểm có độ xác đến 0.0001 Đối chiếu hình ảnh biên dạng bề mặt khơi phục lại với vẽ ta có sai số Hình HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa - ĐHQG TP HCM a) phay mặt trụ lồi - Diện tích cắt phay mặt 3D dao phay đầu cầu thay đổi theo bước tiến dao (trong lần cắt) việc xác định xác diện tích cắt trường hợp phức tạp cần nhiều nghiên cứu sâu để làm rõ - Diện tích cắt tăng theo hàm số mũ tăng góc , tức thay đổi vị trí cắt biên dạng chi tiết giảm bán kính dao Để đảm bảo độ xác, góc  tăng cần có phương án điều chỉnh để giảm tiết diện cắt (tương ứng giảm lực cắt), giảm bước dịch dao ngang phương án thường sử dụng Tuy nhiên kéo theo thời gian gia cơng tăng lên, giảm suất Vì cần có nghiên cứu sâu để có phương án tối ưu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Túy, 2013, Nguyên lý gia công vật liệu, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội b) Khi phay mặt trụ lõm Hình Sai số kích thước phay mặt trụ tương ứng vị tiếp xúc dụng cụ Trên đồ thị Hình 2, Hình nhận thấy góc  thay đổi từ 00 đến 400 tiết diện cắt nhỏ, theo cơng thức (1) lực cắt nhỏ sai số gia cơng dự đốn khơng lớn Ngược lại, góc  thay đổi từ 400 đến 900 tiết diện cắt tăng lên lớn theo cơng thức (9) (20), lực cắt sai số gia công lớn Điều thực nghiệm chứng minh Hình KẾT LUẬN Từ kết trên, số kết luận sau rút là: [2] Chung-Liang Tsai, Yunn-Shiuan Liao, 2008, Prediction of cutting forces in ball-end milling by means of geometric analysis Journal of Materials Processing Technology, Volume 205, Issues 1–3, 26 August 2008, Pages 24– 33 [3] M Milfelner, J Kopac, F Cus, U Zuperl, 2005, Genetic equation for the cutting force in ball-end milling, 13th International scientific conference on achievements in mechanical and materials engineering [4] A Lamikiz, L N López de Lacalle, J A Sánchez, M.A Salgado, 2004, Cutting force estimation in sculptured surface milling International Journal of Machine Tools and Manufacture, Volume 44, Issue 14, November 2004, Pages 1511–1526 Trang 165 HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM ASSESSMENT THE PRECISION OF PROCESSING BASED MODELING CUTTING FORCES WHEN MILLING BY BALL-END MILL Part 2: Control of machining precision when milling the sphere by ball-end mill ABSTRACT This paper presents some results of research on machining precision when milling with ball-end mill Based on the modeling of cutting force, the relationship between cutting force and technological parameters such as depth of cut, tool length, and geometry of surface detail can be determined the deformation of tool in the milling process On the basis of determining the degree of deformation of the cutting tool, it is proposed to predict the position and error value of the workpiece at locations on the machining surface, thereby devising a technological solution appropriate to ensure the precision of the machining details Keywords: 3D surface, ball-end mill, precision of processing, cutting area Trang 166 ... Trong đó: - A giao điểm f1(x) với f2(x), dựa vào mơ hình Hình xác định xA nghiệm phương trình: [ -( Hình Mơ hình hình học phay mặt cong lồi dao đầu cầu Trên Hình 1, vị trí dao cắt lần cắt trước có... cụ cắt phôi định Như vậy, lực cắt P tỉ lệ thuận với diện tích tiết diện lớp cắt tách q 2.1 Diện tích cắt phay mặt cong lồi Khi phay mặt cong lồi dao phay cầu, diện tích cắt lần tiến dao mơ tả Hình. .. mặt cắt tính tốn theo cơng thức sau: | ∫ | ∫ | | (20) Trong đó: - A giao điểm f1(x) với f2(x), dựa vào mơ hình Hình xác định xA nghiệm phương trình: Hình Mơ hình hình học phay mặt cong lõm dao