Nghiên cứu nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết gia công bằng tối ưu hóa một số yếu tố kỹ thuật của quá trình phay tinh trên máy công cụ cnc.pdf

Nghiên cứu nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết gia công bằng tối ưu hóa một số yếu tố kỹ thuật của quá trình phay tinh trên máy công cụ cnc.pdf

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 ĐẠ I HỌ C THÁ I NGUYÊN ĐẠ I HỌ C KỸ THUẬ T CÔNG NGHIỆ P LUẬ N VĂN THC S K THUT CHUYÊN NGÀ NH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠ O MÁ Y NGHIÊN CƢ́ U NÂNG CAO CHẤ T LƢỢ NG BỀ MẶ T CHI TIẾ T GIA CÔNG BẰ NG TỐ I ƢU HÓ A MỘ T SỐ YẾ U TỐ KỸ THUẬ T CỦ A QUÁ TRNH PHAY TINH TRÊN MY CÔNG CỤ CNC HC VIÊN: V NHƢ NGUYT HƢỚ NG DẪ N KHOA HỌ C: TS. HONG V LỚ P: CHK10- CNCTM NĂM HỌ C: 2007-2009 THI NGUYÊN 2009 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 Lời cảm ơn Với sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc, Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới TS. Hoàng Vị- người Thầy đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Tiếp theo Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Khoa đào tạo sau đại học, Khoa Cơ khí và bộ môn Chế tạo Máy đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện bản luận văn này. Sau hết Tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả Vũ Như Nguyệt Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn bộ luận văn này do chính bản thân tôi thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của TS. Hoàng Vị. Nếu sai tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định. Ngƣời thực hiện Vũ Nhƣ Nguyệt Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 MỤC LỤC Nội dung Trang Lời cam đoan 2 Mục lục 3 Danh mục các bảng số liệu 6 Danh mục kí hiệu và chữ viết tắt 6 Danh mục các hình vẽ, đồ thị, ảnh chụp 7 Phần mở đầu 10 1. Tính cấp thiết của đề tài 10 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 10 3. Phƣơng pháp nghiên cứu 11 4. Nội dung nghiên cứu 11 CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ PHAY TINH CÁC BỀ MẶT HÌNH HỌC PHỨC TẠP 12 1.1. Giới thiệu quá trình gia công tinh các bề mặt phức tạp 12 1.1.1. Các thông số kỹ thuật cần thiết 12 1.1.1.1. Các thông số hình học của bề mặt chi tiết gia công 14 1.1.1.2. Các thông số hình học của dao phay đầu cầu 23 1.1.2. Đặc điểm quá trình phay tinh các bề mặt phức tạp 26 1.1.2.1. Vận tốc cắt khi phay 26 1.1.2.2. Lực cắt khi phay 28 1.2. Một số đặc điểm bề mặt chi tiết sau khi gia công 29 1.3. Kết luận 33 CHƢƠNG 2: CƠ CHẾ TẠO HÌNH BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG 36 2.1. Mô hình hình học bề mặt chi tiết gia công 36 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 2.2. Mối quan hệ hình học giữa profin của dao và phôi 37 2.3. Mô hình lực cắt khi phay 45 2.4. Kết luận 53 CHƢƠNG 3: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY TINH 55 3.1. Các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng bề mặt chi tiết gia công khi phay tinh bằng dao phay đầu cầu 55 3.1.1. Ảnh hƣởng của điều kiện cắt 55 3.1.2. Ảnh hƣởng của kiểu thoát dao 56 3.1.3. Ảnh hƣởng của tì dao lên bề mặt gia công 57 3.1.4. Ảnh hƣởng của góc nghiêng giữa dao và phôi 58 3.2. Giải pháp tối ƣu để nâng cao chất lƣợng bề mặt khi phay tinh bằng dao phay đầu cầu 59 3.2.1. Chọn thông số gá đặt tối ƣu để tránh cắt ở đỉnh dao 59 3.2.2. Chọn kích thƣớc dụng cụ tối ƣu để tạo hình bề mặt của chi tiết gia công 64 3.3. Kết luận 66 CHƢƠNG 4: THỰC NGHIỆM PHAY TINH BỀ MẶT THEO CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 67 4.1. Điều kiện thực nghiệm 67 4.1.1. Máy công cụ CNC 67 4.1.2. Dụng cụ cắt 68 4.2. Tiến hành thí nghiệm 73 4.3. Phân tích các yếu tố kĩ thuật 77 4.3.1. Phân tích bề mặt chi tiết gia công 77 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 4.3.2. Chế độ cắt 79 4.3.3. Dụng cụ đo kiểm 79 4.4. Kết quả thí nghiệm 79 4.5. Một số hình ảnh thí nghiệm 82 4.6. Đánh giá kết quả 84 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN 85 5.1. Kết quả nghiên cứu 85 5.2. Hƣớng phát triển của đề tài 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 DANH MỤC CC BẢNG SỐ LIU TT Bảng Nội dung Trang 1. Bảng 1.1 Phƣơng trình pháp tuyến của các mặt cong 15 2. Bảng 4.1 Các thông số kĩ thuật khi phay tinh 74 3. Bảng 4.2 Thông số kỹ thuật cơ bản của máy phay VMC- 85S 74 4. Bảng 4.3 Thành phần các nguyên tố hoá học thép CR12MOV 76 5. Bảng 4.4 Chế độ cắt khi phay tinh chi tiết 79 6. Bảng 4.5 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm 80 7. Bảng 4.6 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm khi phay phôi có bề mặt phẳng 81 DANH MỤC KÍ HIU V CHỮ VIẾT TẮT CNC Computer Nummerical Control CAD Computer Aided Design CAM Computer Aided Manufacturing NURBS Non-uniform ration B-splines Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 DANH MỤC CC HNH VẼ - ĐỒ TH - ẢNH CHỤP TT Hình Nội dung Trang 1. Hình 1.1 Hệ tọa độ của máy phay CNC 13 2. Hình 1.2 Phay mặt cong bằng dao phay cầu 13 3. Hình 1.3 Tọa độ cong trên mặt cong 14 4. Hình 1.4 Góc giữa hai đƣờng cong 17 5. Hình 1.5 Độ cong của mặt cong 18 6. Hình 1.6 Hình minh hoạ tính bán kính cong 18 7. Hình 1.7 Độ cong trung bình của mặt cong 20 8. Hình 1.8 Các điểm đặc biệt trên bề mặt chi tiết 21 9. Hình 1.9 Hình học của dao phay đầu cầu 24 10. Hình 1.10 Thông số hình học của lƣỡi cắt 26 11. Hình 1.11 Thông số tính toán vận tốc cắt của dao phay cầu 27 12. Hình 1.12 Các thành phần của lực cắt 28 13. Hình 1.13 Lƣỡi cắt thành phần 29 14. Hình 1.14 Khi bán kính dao lớn hơn bán kính cong chi tiết 30 15. Hình 1.15 Tiếp xúc ngoài 31 16. Hình 1.16 Tiếp xúc trong 31 17. Hình 1.17 Điểm lùi của đƣờng cong lồi 31 18. Hình 1.18 Điểm lùi của đƣờng cong lõm 31 19. Hình 1.19 Thay đổi kích thƣớc và thông số kết cấu của dụng cụ 31 20. Hình 1.20 Độ nhấp nhô bề mặt chi tiết 31 21. Hình 1.21 Sự hình thành bề mặt khi gia công bằng dao phay cầu 32 22. Hình 2.1 Các thông số hình học của quá trình phay tinh 38 23. Hình 2.2 Mô hình hình học phần cầu của dao 39 24. Hình 2.3 Mối quan hệ giữa các thông số hình học của dao 41 25. Hình 2.4 Đồ thị của hàm F1 42 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 9 26. Hình 2.5 Mô hình bề mặt chi tiết gia công tại một vị trí cắt 43 27. Hình 2.6 Các thành phần của vận tốc cắt tại một điểm cắt 44 28. Hình 2.7 Kiểu chạy dao theo biên dạng chi tiết 45 29. Hình 2.8 Kiểu chạy dao theo phƣơng ngang 45 30. Hình 2.9 46 31. Hình 2.10 46 32. Hình 2.11 Vị trí tƣơng quan của điểm P tại Z = ZP 47 33. Hình 2.12 Quá trình tạo phoi 50 34. Hình 3.1 Phƣơng thức chuyển dao khi phay mặt phẳng bằng dao phay đầu cầu 60 35. Hình 3.2 Tọa độ một điểm M0 trên bề mặt chi tiết khi gá nghiêng 63 36. Hình 4.1 Các điểm gốc và điểm chuẩn của máy phay CNC 67 37. Hình 4.2 Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của dao phay cầu kiểu 1 ký kiệu BZD25G hãng Missubishi - Nhật Bản [7] 69 38. Hình 4.3 Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của dao chỉ có lƣỡi cắt trên phần cầu ký hiệu BNBP 2 R của hãng SUMITOMO - Nhật Bản [7] 70 39. Hình 4.4 Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của thân dao ký hiệu SRFHSMW, SRFHSLW và mảnh ghép ký hiệu SRFT vật liệu VP10MF, VP15TF của dao một mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản [7] 71 40. Hình 4.5 Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của thân dao ký hiệu TRM4 và mảnh ghép ký hiệu UPE45,UPE50, UPM40, UPM50, UPM50P0, UPM40P1, UPM50P1vật liệu VP15TF, GP20M, AP20M của dao ghép nhiều mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản 72 41. Hình 4.6 Điểm chuẩn của dao phay đầu cầu 73 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 42. Hình 4.7 Thông số hình học của chi tiết 76 43. Hình 4.8 Hình ảnh gia công khi phôi gá nghiêng 200 82 44. Hình 4.9 Phay tinh chi tiết khi gá nghiêng phôi 45,50 83 45. Hình 4.10 Bề mặt chi tiết khi gá nghiêng phôi 45,50 83 46. Hình 4.11 Đo độ nhám bề mặt chi tiết 84 [...]... thạc sĩ kỹ thuật 12 Chuyên ngành: Công nghệ CTM Nghiên cứu ảnh hƣởng của một số yếu tố kỹ thuật đến chất lƣợng bề mặt chi tiết để lựa chọn thông số kĩ thuật tối ƣu đó là lựa chọn kiểu dụng cụ, đƣờng chạy dao, thông số gá đặt, vận tốc cắt tối ƣu Vì thế nghiên cứu có ứng dụng để nâng cao chất lƣợng bề mặt chi tiết khi phay tinh trên máy công cụ CNC 3 Phƣơng pháp nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết... đổi Do vậy làm cho quá trình cắt gọt với lực cắt không đều, bị rung động, gây trƣợt trên bề mặt, lực ma sát thay đổi làm cho độ bóng không đồng đều trên bề mặt chi tiết Vì vậy nghiên cứu đánh giá các yếu tố ảnh hƣởng đến độ bóng, độ chính xác bề mặt để tối ƣu hóa một số yếu tố kỹ thuật của quá trình phay tinh nhằm nâng cao chất lƣợng bề mặt chi tiết, tăng hiệu quả kinh tế của các chi tiết đó 2 Ý nghĩa... số hình học của dao , chế độ cắt đến chất lƣợng bề mặt chi tiết. [16]  Nghiên cứu gia công trên máy công cụ CNC các chi tiết có bề mặt hình học phức tạp [13] Qua đó nhận thấy rằng quá trình phay tinh bằng dao phay đầu cầu các bề mặt có biên dạng phức tạp với một số đặc điểm cơ bản:  Dao phay cầu là một dụng cắt có tính ứng dụng cao trong việc gia công các bề mặt phức tạp trong kĩ thuật  Khi gia công. .. nhân gây ra sai lệch prôfin chi tiết trong quá trình cắt để từ đó đƣa ra đƣợc những điều kiện chọn lựa thông số hình học dụng cụ tối ƣu nhằm nâng cao độ chính xác hình học của bề mặt chi tiết 1.3 Kết luận Hiện nay đã có nhiều nghiên cứu về quá trình phay tinh các bề mặt phức tạp bằng dao phay đầu cầu nhƣ:  Nghiên cứu nâng cao chất lƣợng bề mặt chi tiết khi gia công tinh bằng chọn cách gá phôi và kiểu... của lƣỡi cắt và bề mặt chi tiết Điều này quyết định lớn đến chất lƣợng bề mặt chi tiết gia công Hệ trục tọa độ và vị trí của dao, chi tiết gia công khi cắt gọt trên các máy phay CNC nhƣ hình vẽ: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật 14 Chuyên ngành: Công nghệ CTM Hình 1.1 Hệ tọa độ của máy phay CNC Hình 1.2 Phay mặt cong bằng. .. bằng dao phay cầu Do đó để phay tinh chi tiết đạt chất lƣợng bề mặt cần xác định chính xác về biên dạng và thông số hình học của phôi và dao, vật liệu và phƣơng pháp nhiệt luyện của chi tiết để lựa chọn phƣơng pháp gia công, kiểu dao tối ƣu, chế độ cắt tối ƣu Nhƣ vậy, việc nghiên cứu về hình dáng hình học của chi tiết cần gia công tinh và hình học của dụng cụ cắt phải chính xác, các bƣớc gia công thô... nâng cao chất lƣợng bề mặt khi phay tinh bằng dao phay đầu cầu  Trong thực tế việc nghiên cứu quá trình cắt của dao phay cầu khi gia công bề mặt phức tạp để hạn chế các điểm cắt ở đỉnh dao với từng chủng loại dao và những điều kiện gia công cụ thể còn chƣa có nhiều nghiên cứu  Nghiên cứu mối quan hệ hình học giữa profin của dao và phôi để chọn đƣợc kích thƣớc dụng cụ tối ƣu kết hợp với chọn góc nghiêng... chi tiết có bề mặt phức tạp, nhiều trƣờng hợp không thể gia công theo đúng hình dáng hình học bề mặt cho trƣớc nhƣ bản vẽ kỹ thuật do khi gia công có thể xảy ra các hiện tƣợng sau: - Cắt lẹm prôfin: trong quá trình gia công, một phần của chi tiết bị dao thâm nhập vào là do khi profin của dao và chi tiết tiếp xúc thì mặt khởi thuỷ của dụng cụ có phần thâm nhập vào bề mặt chi tiết Khi phay mặt cong có... công bằng điện hoá, gia công bằng siêu âm, gia công bằng tia lửa điện Những phƣơng pháp gia công này cần nguồn đầu tƣ lớn, năng suất gia công thấp dẫn đến giá thành của chi tiết gia công cao Bên cạnh đó, sự xuất hiện và khả năng ứng dụng của các máy công cụ CNC ngày càng đƣợc khẳng định, đó là khả năng gia công với độ chính xác yêu cầu, năng suất cao và giá thành hạ, cụ thể gia công các chi tiết đó trên. .. nghiên cứu thực nghiệm Khảo sát bề mặt chi tiết để biết đƣợc thông số hình học: mô hình mặt, các điểm đặc biệt của bề mặt, dạng bề mặt làm cơ sở xác định biến thiên véc tơ pháp tuyến trên bề mặt chi tiết Khảo sát hình học của dụng cụ cắt: dạng lƣỡi cắt, bán kính cong tại các điểm trên lƣỡi cắt làm cơ sở để chọn dao phay phù hợp nhằm nâng cao chất lƣợng bề mặt Từ đó nghiên cứu mối quan hệ hình học của . vậy nghiên cứu đánh giá các yếu tố ảnh hƣởng đến độ bóng, độ chính xác bề mặt để tối ƣu hóa một số yếu tố kỹ thuật của quá trình phay tinh nhằm nâng cao chất. tạp. Để chất lƣợng bề mặt chi tiết đạt yêu cầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố kỹ thuật của quá trình gia công chi tiết đó. Khi gia công mặt phẳng, mặt tròn