Mô hình hóa quá trình phay bề mặt 3D bằng dao phay đầu cầu tt

PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Khi gia cơng bề mặt 3D có biên dạng cong thay đổi, phải sử dụng đến dụng cụ cắt dao phay ngón đầu cầu Với loại dao này, tùy thuộc vào vị trí tiếp xúc đầu dao với bề mặt gia công mà độ lớn phương lực cắt, tốc độ cắt, nhiệt cắt,… khác Vận tốc cắt biến thiên từ cực đại mũi dao, đó, vùng lân cận mũi dao vật liệu phôi bị cắt gọt mà bị phá huỷ 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 vấn đề gây khó khăn lớn cho nhà sản xuất khí chưa có nghiên cứu cụ thể để họ có điều chỉnh phù hợp cho q trình biên dịch chương trình gia cơng Do cần có nghiên cứu sâu biến dạng dụng cụ cắt Vì vậy, đề tài “Mơ hình hóa q trình phay bề mặt 3D dao phay đầu cầu” góp phần giải vấn đề Đây đề tài có tính cấp thiết thực tiễn Mục đích, đối tƣợng phạm vi nghiên cứu a Mục đích đề tài - Mơ hình hóa tiết diện cắt phay bề mặt 3D dao phay ngón đầu cầu - Mơ hình hóa lực cắt phay bề mặt 3D - Mơ hình hóa sai số hình học bề mặt gia cơng phay bề mặt 3D dao phay đầu cầu - Mơ hình hóa nhám bề mặt gia cơng phay bề mặt phay dao phay đầu cầu b Đối tượng nghiên cứu - Bề mặt 3D tự có dạng cục mặt trụ lồi mặt trụ lõm - Lực cắt phay mặt trụ lồi, lõm dao phay cầu - Nhám bề mặt độ xác hình học bề mặt 3D c Phạm vi nghiên cứu - Tiết diện cắt phay mặt trụ lồi lõm dao phay ngón đầu cầu phụ thuộc vị trí tiếp xúc dụng cụ cắt với bề mặt gia công - Lực cắt phay phụ thuộc tiết diện cắt - Sai số gia cơng biến đổi vị trí gia cơng dụng cụ - Nhám bề mặt gia công vết dịch dao để lại biến đổi vị trí gia công dụng cụ gây lực cắt Phƣơng pháp nghiên cứu - Sử dụng công cụ tốn học phần mềm tính tốn để thiết lập mối quan hệ lực cắt, nhám bề mặt, biến đổi vị trí gia cơng dụng cụ cắt với thơng số cơng nghệ thơng số hình học bề mặt gia công - Thực nghiệm kiểm chứng nghiên cứu lý thuyết - Sử dụng phương pháp hồi quy thực nghiệm để thiết lập mối quan hệ thông số công nghệ thông số hình học bề mặt gia cơng với lực cắt, nhám bề mặt sai số hình học bề mặt gia công Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài a Ý nghĩa khoa học - Kết nghiên cứu đề tài sở để tính tốn, đánh giá sai số hình học bề mặt nhám bề mặt phay bề mặt 3D dao phay cầu - Kết đề tài sở cho nghiên cứu liên quan như: nghiên cứu chế tạo loại dao phay cầu, nghiên cứu tối ưu hóa q trình phay bề mặt 3D, nghiên cứu góc nghiêng đầu dao q trình phay bề mặt 3D máy CNC có trục NC, … b Ý nghĩa thực tiễn Kết nghiên cứu đề tài ứng dụng vào thực tế sản xuất q trình phân tích, thiết lập phương án chạy dao, lượng bù dao, chế độ cắt trình biên dịch chương trình nhằm phay bề mặt 3D đạt độ xác hình học chất lượng bề mặt đạt yêu cầu kỹ thuật Những đóng góp luận án - Xây dựng cơng thức tổng qt để tính tốn tiết diện cắt phay mặt trụ lồi mặt trụ lõm dao phay đầu cầu - Xây dựng cơng thức tổng qt để tính tốn lực cắt trình phay dao phay đầu cầu loại vật liệu gia công khác - Đưa tính tốn biến đổi vị trí gia cơng dụng cụ phay dao phay ngón đầu cầu Từ dự đốn sai số hình học biến đổi vị trí gia cơng dụng cụ cắt q trình phay - Luận án xây dựng phương trình tốn học thể ảnh hưởng thông số công nghệ đến lực cắt, độ nhám bề mặt sai số hình học bề mặt 3D Nội dung luận án Bố cục luận án gồm 04 chương sau: - Chương 1: Tổng quan gia cơng bề mặt 3D - Chương 2: Mơ hình hóa q trình gia cơng phay CNC bề mặt 3D dao phay ngón đầu cầu - Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm kiểm chứng tính xác mơ hình - Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm xây dựng phương trình quan hệ thơng số cơng nghệ thơng số hình học bề mặt gia cơng với lực cắt, sai số hình học nhám bề mặt CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG BỀ MẶT 3D 1.2.2 Gia công máy CNC a Dụng cụ dùng gia cơng bề mặt 3D Hình 1.11: Một số loại dụng cụ cắt dùng phay bề mặt 3D b Đường dẫn dụng cụ gia công CNC Đường dẫn dụng cụ (quỹ đạo cắt) gia công đường cong 2D có cách dịch (offset) đường cong cần gia cơng lượng bán kính dụng cụ (r) Trong gia cơng 3D đường dẫn dụng cụ phức tạp nhiều, chúng phụ thuộc vào hình dáng bề mặt gia cơng mà phụ thuộc vào hình dáng hình học dụng cụ cắt (Hình 1.14) Hình 1.14: Đường dẫn dụng cụ gia cơng 3D(nguồn [3]) 1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu liên quan đến đề tài - Đề tài “Mơ hình hố q trình cắt phay máy phay CNC”[4] - Nghiên cứu dao phay đầu cầu có viết “Mối quan hệ chế độ cắt tuổi bền dao phay cầu phủ TiAlN gia công thép Cr12MoV qua tôi”[5] - Luận án tiến sĩ “Nghiên cứu số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng tạo hình bề mặt tự cấu trúc elip lõm gia công máy phay CNC”[1] - Các tác giả từ Nhật Bản có viết “Basic study of ball end milling on hardened steel”[6] - Bài viết “Prediction of cutting forces in ball-end milling by means of geometric analysis”[7] - Nghiên cứu nhám bề mặt phay bề mặt tự có viết “Problems During Milling and Roughness Registration of Freeform Surfaces”[8] - Năm 2012, tác giả đến từ Hy Lạp Ba Lan có viết “Influence of milling strategy on the surface roughness in ball end milling of the aluminum alloy Al7075-T6”[9] Nhận xét: Sau đánh giá nhu cầu thực tế tìm hiểu nội dung đề tài nghiên cứu ngồi nước có liên quan nhận định sau: - Các nghiên cứu cho dao phay ngón đầu đầy đủ hoàn chỉnh Nhưng khơng thể áp dụng kết cho dao phay cầu phay CNC bề mặt 3D - Các nghiên cứu phay CNC bề mặt 3D thực phần lớn tập trung vào nghiên cứu tốc độ cắt độ mòn dao Chưa có nghiên cứu đầy đủ lực cắt, độ nhám bề mặt sai số bề mặt gia cơng biến đổi vị trí gia công dụng cụ tác động lực cắt - Các nghiên cứu lực cắt cho dao phay cầu thực nghiên cứu phay phẳng (lượng dư hướng tiến dao không thay đổi) Chưa có nghiên cứu sâu lực cắt phay CNC bề mặt 3D, đặc biệt phay 3D với bề mặt có biên dạng cong thay đổi liên tục - Đã có số nghiên cứu mơ hình hố phay CNC bề mặt 3D dao phay ngón đầu cầu, mơ hình hình học tuý (sử dụng phương pháp CAD sử dụng phân tích hình học túy), chưa đưa hàm toán học cụ thể cho lực cắt, nhiệt cắt, nhám bề mặt phay CNC bề mặt 3D Một số nghiên cứu xây dựng phương trình lực cắt nhám bề mặt phay CNC bề mặt 3D nhiên chưa thực tổng quát đánh giá đầy đủ mức độ ảnh hưởng thông số công nghệ thông số hình học bề mặt gia cơng đến lực cắt độ nhám bề mặt Các mơ hình đưa chưa thể áp dụng để điều chỉnh thơng số đầu vào nhằm đảm bảo độ xác gia công chất lượng bề mặt - Trong tiêu chất lượng gia công bề mặt 3D có hai tiêu quan trọng là: + Chất lượng bề mặt, gồm: độ nhám tính chất lý lớp bề mặt + Độ xác hình học, gồm: hình dạng, kích thước, vị trí bề mặt Hai tiêu quan trọng trên, cơng trình nghiên cứu công bố, thường quan tâm mức độ định, tùy khả điều kiện nghiên cứu thực nghiệm, ví dụ: xét độ nhám mà chưa xét tính chất lý lớp bề mặt, xét ảnh hưởng mòn dao thơng số cơng nghệ đến chất lượng bề mặt mà chưa xét đến thơng số hình học bề mặt hình học dụng cụ cắt,… 1.4 Kết luận chƣơng - Bề mặt khơng gian tổng qt hình thành phần bề mặt lồi, phần bề mặt lõm phần bề mặt nghiêng có pháp tuyến khơng trùng với trục OZ Một bề mặt 3D hình thành phần bề mặt cục bản: mặt cầu lồi, mặt cầu lõm, mặt trụ lồi, mặt trụ lõm, mặt phẳng,… Trong nghiên cứu mình, tác giả lựa chọn tập trung nghiên cứu 02 phần bề mặt mặt trụ lồi mặt trụ lõm - Về mặt lý thuyết, dao phay ngón đầu cầu cắt bỏ hết lượng dư gia cơng bề mặt cong có bán kính cong lớn bán kính mũi dao Tuy nhiên, thực tế ln ln có phần lượng dư khơng bóc tách hết tồn đường chuyển dao Phần lượng dư để lại góp phần tạo nên nhấp nhơ bề mặt gây độ nhám bề mặt chi tiết gia cơng Việc kiểm sốt phần nhấp nhơ nhằm đạt độ nhám bề mặt theo yêu cầu vấn đề thiết yếu - Đường kính điểm cắt mũi dao (D) thay đổi từ 2Rmũi dao đến 0, vận tốc cắt biến thiên từ vận tốc cắt cực đại giá trị mũi dao, nên vùng lân cận mũi dao vật liệu phôi bị cắt gọt mà bị phá hủy biến dạng - Tiết diện cắt phay bề mặt 3D thay đổi liên tục, lực cắt biến thiên liên tục q trình gia cơng Lực cắt gây ảnh hưởng làm cho vị trí gia cơng dụng cụ bị biến đổi so với vị trí chương trình NC điều khiển Bởi vậy, trình phay bề mặt 3D, biến đổi vị trí gia cơng dụng cụ sai số hình học bề mặt gia công không cố định CHƢƠNG MƠ HÌNH HĨA Q TRÌNH GIA CƠNG PHAY CNC BỀ MẶT 3D 2.1 Mục đích việc mơ hình hóa Mục đích q trình mơ hình hóa luận án là: - Mơ hình hóa lực cắt gia cơng bề mặt 3D - Mơ hình hóa sai số hình học sai số kích thước bề mặt gia cơng - Mơ hình hóa nhám bề mặt 2.2 Mơ hình lực cắt phay bề mặt 3D Kết cho ta cơng thức tính lực cắt đơn vị p sau [10]: p = c[tang(-1) + cotg1] (N/mm2) (2.1) Lực cắt tính theo cơng thức sau: P = p.q (N) (2.2) 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 ứng với cặp dụng cụ cắt phôi định Như lực cắt P tỉ lệ thuận với diện tích tiết diện lớp cắt tách q 2.2.1 Mơ hình tính tốn diện tích cắt phay mặt 3D a Tính diện tích cắt phay mặt trụ lồi Khi phay mặt cong lồi dao phay cầu, diện tích cắt lần tiến dao mơ tả hình 2.3 Hình 2.3: Mơ hình hình học phay mặt cong lồi dao phay ngón đầu cầu Phân tích phương trình phân tích hình học cung tròn ̂ , ̂ , ̂ ta có phương trình cung tròn tương ứng sau: ( ) ( )[ / ] * , - + ) (2.16) * , - + ( ) ( ) ( ) (2.17) ( ) ,( ) (2.18) Tiết diện mặt cắt tính tốn theo công thức sau: ( )| ( )| (2.19) ∫ | ( ) ∫ | ( ) Trong công thức trên, giá trị bán kính cung tròn R, bán kính mũi dao r, chiều sâu cắt t bước dịch dao ngang s ( tham số Cố định tham số R = 15mm, r =5mm, t =0.2 0.3 mm, thay đổi bước dịch dao ngang Khi tiết diện phoi tính tốn cho bảng 2.1 Bảng 2.1:Tiết diện cắt phay mặt trụ lồi t=0.2mm t=0.3mm Tiết Tiết Tiết Tiết Tiết Tiết Góc diện cắt diện diện cắt diện cắt diện diện cắt với cắt với với với cắt với với  (0) s= s= s= s= s= s= 0.05mm 0.1mm 0.15mm 0.05mm 0.1mm 0.15mm (mm2) (mm2) (mm2) (mm2) (mm2) (mm2) 0.008 0.015 0.023 0.011 0.023 0.033 10 0.008 0.015 0.023 0.012 0.023 0.035 20 0.008 0.016 0.024 0.012 0.024 0.036 30 0.009 0.018 0.026 0.013 0.026 0.039 40 0.010 0.020 0.030 0.015 0.030 0.044 50 0.012 0.024 0.035 0.018 0.035 0.053 60 0.015 0.030 0.046 0.023 0.046 0.067 70 0.022 0.045 0.068 0.033 0.065 0.097 80 0.045 0.094 0.147 0.063 0.121 0.175 90 0.200 0.264 0.300 0.308 0.417 0.487 Sau tính tốn phân tích, mối qua hệ tiết diện cắt góc  mơ tả theo đồ thị sau: a Với t = 0.2mm b Với t=0.3mm Hình 2.4: Mối quan hệ góc  diện tích cắt q phay mặt trụ lồi b Tính diện tích cắt phay mặt trụ lõm Hình 2.5: Mơ hình hình học phay mặt cong lõm dao đầu cầu ( ) ( )[ / ] * , - + ( ) (2.31) * , - + ( ) ( ) ( ) (2.32) ( ) ,( ) (2.33) Tiết diện mặt cắt tính tốn theo cơng thức sau: ( )| ( )| (2.34) ∫ | ( ) ∫ | ( ) Trong cơng thức trên, giá trị bán kính cung tròn R, bán kính mũi dao r, chiều sâu cắt t bước dịch dao ngang s tham số Cố định tham số R = 15mm, r =5mm, t =0.2mm thay đổi bước dịch dao ngang Khi tiết diện phoi tính tốn cho bảng 2.2 Bảng 2.2:Tiết diện cắt phay mặt trụ lõm t=0.2mm t=0.3mm Tiết Tiết Tiết Tiết Tiết Tiết Góc diện cắt diện diện cắt diện cắt diện diện cắt với cắt với với với cắt với với  (0) s= s= s= s= s= s= 0.05mm 0.1mm 0.15mm 0.05mm 0.1mm 0.15mm (mm2) (mm2) (mm2) (mm2) (mm2) (mm2) 0.015 0.030 0.045 0.022 0.045 0.067 10 0.015 0.030 0.045 0.023 0.045 0.068 20 0.016 0.032 0.048 0.024 0.048 0.071 30 40 50 60 70 80 90 0.017 0.034 0.052 0.026 0.052 0.078 0.019 0.039 0.059 0.029 0.058 0.088 0.023 0.046 0.070 0.035 0.070 0.105 0.030 0.059 0.091 0.045 0.091 0.137 0.043 0.084 0.138 0.066 0.135 0.207 0.079 0.148 0.292 0.140 0.316 0.537 0.137 0.369 0.419 0.427 0.577 0.675 Sau tính tốn phân tích, mối qua hệ tiết diện cắt góc góc  mô tả theo đồ thị sau: a t = 0.2mm b t=0.3mm Hình 2.6: Mối qua hệ góc  diện tích cắt q phay mặt trụ lõm 2.2.2 Phƣơng trình lực cắt Từ cơng thức (2.2), (2.19), (2.34) ta có cơng thức tính lực cắt phay mặt trụ dao phay đầu cầu sau: ( )| ( )| (2.38) 0∫ | ( ) ∫ | ( ) - p lực cắt đơn vị, xác định theo công thức (2.1), số phụ thuộc vào vật liệu gia công Thực tế cắt với dao lưỡi cắt đơn, phụ thuộc vào độ bền độ cứng vật liệu ta lựa chọn lực cắt đơn vị sau[10]: + Đối với vật liệu dẻo: p = (2,5–4,5)B (2.39) + Đối với vật liệu dòn: p = (0,5–1,0)HB (2.40) Trong giá trị hệ số nhỏ dùng cắt với chiều dày cắt a lớn ngược lại 2.2.3 Tính sơ lực cắt phay mặt 3D - Vật liệu gia công: loạt mẫu thép C45 độ cứng HB trung bình 240HB, vậy: q = 1,0xHB = 240 (N/mm2) - Dụng cụ cắt: Dao phay ngón đầu cầu: r = mm - Bán kính bề mặt gia công: R = 15 mm 10 - Bước tiến dao ngang: s =0.05, 0.1, 0.15 mm - Lượng dư gia công: t = 0,2 0,3 mm Bảng 2.3: Kết tính sơ lực cắt phay mặt trụ lồi t=0.2mm t=0.3mm Lực cắt Lực cắt Lực cắt Lực cắt Lực cắt Lực cắt Góc (N) (N) (N) (N) (N) (N) khi khi khi  (0) s= s= s= s= s= s= 0.05mm 0.1mm 0.15mm 0.05mm 0.1mm 0.15mm 1.800 3.624 5.424 2.736 5.448 7.968 10 1.848 3.672 5.520 2.76 5.544 8.304 20 1.920 3.864 5.784 2.904 5.808 8.688 30 2.088 4.200 6.288 3.144 6.288 9.408 40 2.376 4.752 7.128 3.552 7.104 10.632 50 2.832 5.664 8.496 4.224 8.448 12.624 60 3.648 7.296 10.992 5.424 10.944 16.128 70 5.352 10.800 16.296 7.896 15.624 23.16 80 10.872 22.656 35.376 15.096 29.016 41.904 90 48.072 63.456 72.024 73.944 100.032 116.88 Bảng 2.4: Kết tính sơ lực cắt phay mặt trụ lõm t=0.2mm t=0.3mm Lực cắt Lực cắt Lực cắt Lực cắt Lực cắt Lực cắt Góc (N) (N) (N) (N) (N) (N) khi khi khi ( ) s= s= s= s= s= s= 0.05mm 0.1mm 0.15mm 0.05mm 0.1mm 0.15mm 3.624 7.200 10.704 5.352 10.680 16.032 10 3.624 7.248 10.896 5.424 10.872 16.296 20 3.792 7.584 11.424 5.688 11.400 17.088 30 4.128 8.232 12.432 6.192 12.384 18.600 40 4.656 9.288 14.088 7.008 14.016 21.072 50 5.544 11.016 16.872 8.352 16.776 25.248 60 7.080 14.040 21.912 10.776 21.720 32.832 70 10.248 20.040 33.072 15.936 32.496 49.776 80 19.056 35.472 70.080 33.672 75.888 128.920 90 32.880 82.464 100.560 102.456 138.576 161.952 11 Theo kết tính tốn cho bảng 2.1 2.2, ta có biểu đồ lực cắt phụ thuộc góc  hình 2.8 2.9 a t=0.2mm b t=0.3mm Hình 2.8: Biểu đồ ảnh hưởng góc  đến kết tính sơ lực cắt phay mặt trụ lồi a t=0.2mm b t=0.3mm Hình 2.11: Biểu đồ ảnh hưởng góc  đến kết tính sơ lực cắt phay mặt trụ lõm Hình 2.8, 2.9, 2.10 2.11 cho thấy ảnh hưởng góc  đến lực cắt tương tự ảnh hưởng góc  đến tiết diện cắt Điều hiểu theo dự đốn, lực cắt tính tích tiết diện cắt với số 2.3 Mơ hình tính tốn độ xác gia cơng Khi phay, lực cắt phân tích thành lực thành phần tác động vào dụng cụ cắt hệ thống cơng nghệ Px, Py, Pz Hình 2.12: Sơ đồ lực cắt phay dao phay ngón đầu cầu 12 PZ = P.Cos (2.42) PX = P.Sin.Sin (2.43) PY = P.Sin.Cos (2.44) - Lực PX tác động lên dụng cụ cắt, gây biến dạng dụng cụ cắt, thành phần lực cắt ảnh hưởng trực tiếp đến độ xác gia cơng Thành phần lực cắt PX gây biến dạng dụng cụ hình 2.12 Hình 2.14: Sơ đồ tính tốn biến dạng dụng cụ ảnh hưởng thành phần lực cắt PX Biến dạng dụng cụ tính theo cơng thức 2.48 ( ) (mm) (2.48) Bảng 2.5:Dự đốn biến dạng dụng cụ cắt phay mặt trụ lồi, t=0.2mm Khi s = 0.05mm Khi s = 0.1mm Khi s = 0.15mm Góc  Lực cắt Lực cắt  (mm) Lực cắt   (0) (N) (N) (N) (mm) (mm) 1.800 0.000 3.624 0.000 5.424 0.000 10 1.848 0.000 3.672 0.000 5.520 0.000 20 1.920 0.000 3.864 0.001 5.784 0.001 30 2.088 0.001 4.200 0.001 6.288 0.002 40 2.376 0.001 4.752 0.002 7.128 0.002 50 2.832 0.001 5.664 0.002 8.496 0.004 60 3.648 0.002 7.296 0.004 10.992 0.005 70 5.352 0.003 10.800 0.006 16.296 0.009 80 10.872 0.007 22.656 0.014 35.376 0.023 90 48.072 0.021 63.456 0.034 72.024 0.050 13 Bảng 2.6:Dự đoán biến dạng dụng cụ cắt phay mặt trụ lõm, t=0.2mm Khi s = 0.05mm Khi s = 0.1mm Khi s = 0.15mm Góc  Lực cắt  (mm) Lực cắt  (mm) Lực cắt  () (N) (N) (N) (mm) 3.624 0.000 7.200 0.000 10.704 0.000 10 3.624 0.000 7.248 0.001 10.896 0.001 20 3.792 0.001 7.584 0.001 11.424 0.002 30 4.128 0.001 8.232 0.002 12.432 0.003 40 4.656 0.002 9.288 0.003 14.088 0.005 50 5.544 0.002 11.016 0.005 16.872 0.007 60 7.080 0.004 14.040 0.007 21.912 0.011 70 10.248 0.006 20.040 0.011 33.072 0.019 80 19.056 0.012 35.472 0.023 70.080 0.045 90 32.880 0.023 88.464 0.062 100.560 0.070 2.4.2 Ảnh hƣởng hình học dụng cụ đến chất lƣợng tạo hình gia công bề mặt 3D[3],[1] * Gia công mặt cong lồi (Hình 2.17b, 2.18) Hình 2.18: Sơ đồ xác định chiều cao nhấp nhô gia công mặt cong lồi dao phay ngón đầu cầu √ 0√ ( ) √ (2.50) * Gia công bề mặt cong lõm (Hình 2.14c) 14 Hình 2.19: Sơ đồ xác định chiều cao nhấp nhô gia công mặt cong lõm dao phay ngón đầu cầu ( ( ) ) (2.51) 2.5 Kết luận chƣơng - Đưa phương trình tính tiết diện cắt phay mặt trụ lồi-lõm dao phay ngón đầu cầu phụ thuộc vào hình dáng hình học bề mặt chi tiết gia cơng, hình dáng bề mặt dụng cụ cắt, vị trí tiếp xúc dụng cụ cắt với bề mặt dụng cụ gia công số thông số công nghệ lượng dư gia công, bước dịch dao ngang - Đã xây dựng phương trình tổng qt để tính tốn sơ lực cắt xảy trình gia công bề mặt trụ lồi-lõm - Đã xây dựng phương trình tính tốn mức độ biến đổi vị trí gia cơng dụng cụ cắt, từ đánh giá sai số phay mặt trụ lồi-lõm - Đã đưa giả thuyết độ nhám bề mặt phay bề mặt 3D, ngồi phụ thuộc vào thơng số cơng nghệ phụ thuộc nhiều vào hình dáng hình học bề mặt gia cơng vị trí tiếp xúc dụng cụ cắt với bề mặt gia cơng (được đặc trưng góc ) CHƢƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG TÍNH CHÍNH XÁC CỦA MƠ HÌNH 3.2 Mơ hình thực nghiệm Sơ đồ thực nghiệm: 15 Hình 3.1: Sơ đồ thực nghiệm Hình 3.2: Sơ đồ chạy dao trình thực nghiệm 3.3 Kết thực nghiệm đánh giá 3.3.1 Kết đo lực cắt Hình 3.15: So sánh lực cắt lý Hình 3.13: So sánh lực cắt lý thuyết lực cắt đo thuyết lực cắt đo thực nghiệm phay thực nghiệm phay mặt trụ lồi mặt trụ lồi Có thể nhận thấy: - Lực cắt thực tế thu chịu ảnh hưởng góc  tương đối phù hợp với dự đốn mơ hình lý thuyết 16 - Trên thực tế, lực cắt đo có giá trị lớn dự đốn lý thuyết Điều giải thích tính tốn lý thuyết, lực cắt đơn vị tính theo lượng cần để bóc tách đơn vị diện tích khỏi phơi, nhiên cắt thực tế nhiều thơng số ảnh hưởng đến lực cắt mà mơ hình lý thuyết chưa thể đánh giá hết 3.3.2 Kết đo độ xác gia cơng Hình 3.18: So sánh bề mặt mặt trụ lồi sau phay với vẽ Hình 3.19: So sánh bề mặt mặt trụ lõm sau phay với vẽ Bảng 3.5:Sai số bề mặt đo mẫu thực nghiệm bề mặt trụ lồi (F=700mm/phút) t=0.2mm t=0.3mm Góc  (mm)  (mm)  (mm)  (mm)  (mm)  (mm)  khi khi khi (0) s= s= s= s= s= s= 0.05mm 0.1mm 0.15mm 0.05mm 0.1mm 0.15mm -0.01 -0.01 0.01 -0.01 0.00 0.02 10 0.00 0.01 0.01 0.00 0.01 0.01 20 -0.01 0.00 0.01 0.01 0.01 0.02 30 0.00 0.01 0.01 0.00 0.02 0.02 40 0.01 0.01 0.02 0.01 0.01 0.03 50 0.01 0.01 0.02 0.00 0.02 0.03 60 0.00 0.01 0.02 0.01 0.02 0.03 70 0.01 0.01 0.02 0.01 0.02 0.04 80 0.02 0.03 0.03 0.02 0.03 0.05 90 0.02 0.04 0.05 0.02 0.05 0.06 17 Bảng 3.6:Sai số bề mặt đo mẫu thực nghiệm bề mặt trụ lõm(F=700mm/phút) t=0.2mm t=0.3mm Góc  (mm)  (mm)  (mm)  (mm)  (mm)  (mm)  khi khi khi (0) s= s= s= s= s= s= 0.05mm 0.1mm 0.15mm 0.05mm 0.1mm 0.15mm 0.00 0.02 0.02 0.00 0.03 0.03 10 0.01 0.01 0.02 0.01 0.05 0.04 20 0.00 0.02 0.02 0.01 0.04 0.05 30 0.01 0.02 0.03 0.01 0.05 0.05 40 0.00 0.01 0.03 0.01 0.05 0.05 50 0.00 0.02 0.04 0.02 0.04 0.06 60 0.02 0.02 0.04 0.02 0.05 0.07 70 0.02 0.03 0.05 0.03 0.05 0.07 80 0.02 0.04 0.05 0.02 0.05 0.08 90 0.03 0.05 0.07 0.03 0.06 0.08 Có thể nhận thấy: - Sai số gia công mặt trụ tăng dần theo góc  dự đốn - Giá trị sai số thực tế tính tốn có sai lệch, điều nguyên nhân sau: + Trong sở lý thuyết ta giả thuyết sai số gia công biến dạng dụng cụ cắt Nhưng thực tế, sai số gia cơng ngồi biến dạng dụng cụ chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố ngẫu nhiên khơng thể kiểm sốt khác như: rung động hệ thống cơng nghệ, chí mức độ xác hay độ phân giải phần mềm đồ họa, phần mềm CAM + Sai số thực tế gây sai số thiết bị đo Ở đây, sai số máy Scan 3D phầm mềm so sánh bề mặt đạt 0.01mm 3.3.3 Kết đo độ nhám bề mặt gia công 18 Bảng 3.7: Kết đo độ nhám bề mặt Ra phay mặt trụ lồi(F=700mm/phút) Góc  (0) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 t=0.2mm t=0.3mm Ra Ra Ra (µm) Ra (µm) Ra (µm) Ra (µm) (µm) (µm) khi khi khi s= s= s= s= s= s= 0.05mm 0.15mm 0.05mm 0.15mm 0.1mm 0.1mm 0.11 0.32 0.41 0.12 0.35 0.45 0.12 0.34 0.51 0.12 0.43 0.54 0.13 0.43 0.52 0.14 0.52 0.55 0.15 0.47 0.54 0.18 0.57 0.56 0.17 0.5 0.56 0.20 0.59 0.6 0.23 0.53 0.64 0.25 0.64 0.65 0.26 0.57 0.70 0.28 0.72 0.71 0.29 0.62 0.75 0.30 0.75 0.76 0.34 0.69 0.80 0.37 0.81 0.85 0.37 0.62 0.84 0.40 0.83 0.87 Bảng 3.8: Kết đo độ nhám bề mặt Ra phay mặt trụ lõm(F=700mm/phút) t=0.2mm t=0.3mm Góc Ra (µm) Ra Ra (µm) Ra (µm) Ra Ra (µm) (µm) khi (µm)  (0) s= s= s= s= 0.05mm s = 0.1 0.15mm 0.05mm s = 0.1 0.15mm 0.12 0.42 0.51 0.13 0.45 0.51 10 0.12 0.41 0.51 0.13 0.53 0.53 20 0.13 0.43 0.53 0.13 0.53 0.55 30 0.15 0.47 0.56 0.16 0.57 0.56 40 0.16 0.49 0.57 0.18 0.59 0.59 50 0.22 0.53 0.63 0.23 0.63 0.63 60 0.25 0.58 0.71 0.27 0.68 0.72 70 0.28 0.62 0.75 0.30 0.75 0.78 80 0.33 0.70 0.81 0.35 0.81 0.85 90 0.37 0.78 0.83 0.40 0.84 0.88 19 Kết cho thấy: - Độ nhám bề mặt 3D tăng dần theo góc  nhấp nhô bề mặt vết dao để lại bề mặt lớn dần theo góc  - Kết cho thấy bước dịch dao ngang ảnh hưởng lớn đến độ nhám bề mặt - Kết độ nhám đo cho thấy biên độ thay đổi nhám bề mặt mẫu thực nghiệm lớn (Từ cấp 10 góc  nhỏ giảm cấp  lớn) 3.4 Kết luận Chƣơng Các kết thực nghiệm đo cho thấy: - Lực cắt đo trình phay mặt trụ lồi, lõm với dự đoán sở lý thuyết chương 2, đặc biệt ảnh hưởng góc  đến lực cắt Qua kết thực nghiệm thấy lực cắt tăng lên góc  tăng giống tính toán chương - Giá trị lực cắt thực tế đo lớn dự đoán sở lý thuyết giải thích ảnh hưởng thơng số mà tính tốn lý thuyết chưa đề cập đến Mức độ ảnh hưởng thông số xác định hồi quy thực nghiệm - Sai số hình học bề mặt gia công đo nhiều phương pháp khác nhau, sai số tương tự với dự đoán đưa sở lý thuyết Giá trị sai lệch lý thuyết thực nghiệm nằm miền sai số thiết bị đo - Kết đo độ nhám bề mặt kết luận: gia cơng bề mặt 3D góc  tăng, độ nhám bề mặt tăng Kết luận phù hợp với giả thuyết đưa sở lý thuyết chương Trong chế độ cắt, cắt góc  từ đến 900 độ nhám bề mặt thay đổi phạm vi tới cấp độ nhám Điều cho thấy cần thiết phải xây dựng hàm quan hệ thông số công nghệ với lực cắt phay bề mặt 3D để kiểm sốt xác độ nhám bề mặt gia cơng 20 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG PHƢƠNG TRÌNH QUAN HỆ GIỮA CÁC THƠNG SỐ CƠNG NGHỆ VÀ THƠNG SỐ HÌNH HỌC BỀ MẶT GIA CƠNG VỚI LỰC CẮT, SAI SỐ HÌNH HỌC VÀ NHÁM BỀ MẶT 4.2.4 Tiến hành thí nghiệm thu thập liệu Bảng 4.2 Bảng giá trị thực nghiệm Lực cắt Độ nhám Sai số F Sn t P (N) Ra (µm) TT Sin mm/  (mm) (mm) phút (mm) 0.05 0.174 700 0.2 10.22 0.120 0.01 0.05 0.5 700 0.2 20.13 0.150 0.01 0.05 0.866 1000 0.3 50.38 0.360 0.03 0.05 1000 0.3 55.26 0.490 0.04 0.1 0.174 700 0.3 21.41 0.330 0.05 0.1 0.5 700 0.3 42.17 0.370 0.1 0.05 0.866 1000 0.2 85.22 0.690 0.06 0.1 1000 0.2 86.88 0.750 0.07 0.15 0.174 1000 0.2 40.07 0.620 0.06 10 0.15 0.5 1000 0.2 78.91 0.650 0.06 11 0.15 0.866 700 0.3 85.03 0.720 0.07 12 0.15 700 0.3 93.26 0.880 0.08 13 0.05 0.174 1000 0.3 15.58 0.150 0.01 14 0.05 0.5 1000 0.3 35.41 0.180 0.02 15 0.05 0.866 700 0.2 28.64 0.250 0.02 16 0.05 700 0.2 21.41 0.370 0.03 4.3 Đánh giá kết thí nghiệm xây dựng phƣơng trình hồi quy 4.3.1 Đánh giá kết thí nghiệm xây dựng phƣơng trình hồi quy lực cắt Phương trình hồi quy lực cắt công thức (4.8) 21  (N)(4.8) Độ xác phương trình hồi quy lực cắt (4.8) xác định theo giá trị R2 dựa vào công thức (4.7) đạt 93,769% Như vậy, với phương trình hồi quy mối quan hệ biến đầu vào với lực cắt thiết lập khẳng định: - Lực cắt P phụ thuộc lớn vào góc tương ứng vị trí tiếp xúc dụng cụ cắt với bề mặt gia công (góc ), bước dịch dao ngang sn bước tiến F - Trong phạm vi mơ hình thực nghiệm, lượng dư gia công t ảnh hưởng đến lực cắt không nhiều, trình cắt tinh cho thay đổi t phạm vi nhỏ - Có thể sử dụng phương trình hồi quy biểu đồ ảnh hưởng tham số đến lực cắt để xác định thông số công nghệ phù hợp, đảm bảo độ ổn định lực cắt mà đảm bảo suất gia cơng (thời gian gia công nhỏ nhất) 4.3.2 Đánh giá kết thực nghiệm xây dựng phƣơng trình hồi quy sai số gia cơng phương trình hồi quy sai số gia cơng  (sai số kích thước bán kính mặt cong R): (mm) (4.9) Phương trình hồi quy sai số gia cơng (4.9) xác định độ xác so với số liệu thực nghiệm theo giá trị R2 dựa vào cơng thức (4.7) đạt 90,239% Một số kết luận rút sau: - Ảnh hưởng góc  đến sai số gia cơng thực tế trùng hợp với tính tốn sở lý thuyết - Khi phay bề mặt 3D, bước dịch dao ngang (Sn) có ảnh hưởng lớn đến sai số hình học bề mặt gia cơng () - Các biểu đồ phương trình hồi quy cho phép lựa chọn thông số công nghệ phù hợp để đáp ứng sai số hình học bề mặt gia cơng theo yêu cầu 22 4.3.3 Đánh giá kết thực nghiệm xây dựng phƣơng trình hồi quy độ nhám bề mặt (µm) (4.10) Phương trình hồi quy độ nhám bề mặt (4.10) phần mềm iSight xây dựng với độ tin cậy đạt 92,948% Từ phương trình hồi quy (4.10) biểu đồ ảnh hưởng thông số cơng nghệ đến độ nhám bề mặt nhận thấy: - Độ nhám bề mặt chịu ảnh hưởng lớn vị trí tiếp xúc dụng cụ cắt với biên dạng bề mặt (được đặc trưng góc ) - Bước dịch dao ngang (Sn) thơng số cơng nghệ có mức ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt Khi góc  lớn, giảm độ nhám bề mặt việc giảm bước dịch dao ngang sn - Từ phương trình (4.10) biểu đồ thực nghiệm, vào góc  lớn ta rút thông số công nghệ để đảm bảo đạt độ nhám bề mặt gia công theo yêu cầu 4.4 Kết luận chƣơng - Xây dựng phương trình hồi quy thể mối quan hệ thông số cơng nghệ thơng số hình học bề mặt đến yếu tố đầu gia công bề mặt 3D gồm: lực cắt, sai số hình học bề mặt gia công độ nhám bề mặt gia công - Các phương trình hồi quy đưa với độ tin cậy 90%, mức tin cậy đáp ứng yêu cầu phương pháp quy hoạch thực nghiệm - Ảnh hưởng thông số công nghệ (giá trị bước dịch dao ngang Sn, lượng chạy dao F, chiều sâu cắt t) thơng số hình học bề mặt (đặc trưng góc thể vị trí tiếp xúc dụng cụ cắt với bề mặt gia công ) đến lực cắt, sai số hình học bề mặt gia công độ nhám bề mặt (P, , Ra) phù hợp với sở lý thuyết xây dựng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận chung Các kết nghiên cứu đạt luận án sau: 23 Xây dựng mơ hình tính tiết diện cắt phay mặt trụ lồi, lõm Trên sở phương trình tính tiết diện cắt, luận án xây dựng phương trình tổng quát để tính tốn lực cắt Từ việc tính tốn lực cắt, tác giả đưa cơng thức tính tốn biến dạng dụng cụ gia cơng, yếu tố ảnh hưởng lớn đến sai số gia công sai số kích thước bán kính mặt cong 3D Dựa sở lý thuyết, luận án đưa dự đoán độ nhám bề mặt (Ra) vị trí tiếp xúc dụng cụ cắt với bề mặt gia công Luận án sử dụng phương pháp hồi quy thực nghiệm xây dựng phương trình: - Phương trình hồi quy thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ thơng số cơng nghệ, vị trí tiếp xúc dụng cụ cắt bề mặt gia công với lực cắt - Phương trình hồi quy thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ thơng số cơng nghệ, vị trí tiếp xúc dụng cụ cắt bề mặt gia cơng với sai số gia cơng - Phương trình hồi quy thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ thơng số cơng nghệ, vị trí tiếp xúc dụng cụ cắt bề mặt gia công với độ nhám bề mặt gia cơng Các phương trình hồi quy sở để xác định thông số công nghệ (Sn, F, t, ) phù hợp để đạt chất lượng sản phẩm gia công (Ra, ) theo yêu cầu Một số kiến nghị hƣớng nghiên cứu Nghiên cứu động học, bổ sung ảnh hưởng thành phần động học trình cắt (F, V) vào sở lý thuyết để hoàn thiện phương trình tính tốn tiết diện cắt Mở rộng phạm vi nghiên cứu dụng cụ cắt, vật liệu gia công,… để xây dựng thêm sở liệu tra cứu lựa chọn thông số công nghệ phù hợp nhằm hỗ trợ thực tế sản xuất Xây dựng phần mềm tra cứu thông số công nghệ phù hợp gia công bề mặt 3D máy CNC có trục NC Nghiên cứu xác định giá trị góc nghiêng đầu dao thích hợp để đảm bảo độ xác chất lượng bề mặt gia cơng phay 3D máy CNC có trục NC 24