3. Cơ sở, mục đích, phạm vi nghiên cứu của luận văn
4.1.2. Trong gia công mặt cong
Thí nghiệm 2
Thí nghiệm gia công mặt cong như trên Hình 4-4 với hai loại dụng cụ cắt là
b. a.
để mô phỏng quá trình gia công với cùng một chế độ cắt, hai bước gia công (gia công thô và gia công tinh):
Gia công thô với dao phay ngón đầu phẳng ø10, chế độ cắt: - Tốc độ quay trục chính: S=2500 vòng/phút
- Chiều sâu cắt: t = 1 mm - Bước tiến dao ngang: 5 mm
- Tốc độ chạy dao: F = 1000 mm/phút
Sau khi gia công thô ta được kết quả mô phỏng với phần mềm CATIA như trên Hình 4-5
Gia công tinh sử dụng dao phay ngón đầu bằng và đầu cầu ø10 với chế độ cắt: - Tốc độ quay trục chính: S=3500 vòng/phút
- Chiều sâu cắt: t = 0.5 mm - Bước tiến dao ngang: 4 mm
- Tốc độ chạy dao: F = 1000 mm/phút
Sau gia công tinh ta được kết quả như trên Hình 4-6 với dao phay ngón đầu cầu và trên Hình 4-7 với dao phay ngón đầu phẳng.
Hình 4-5 Phôi sau khi gia công thô
Hình 4-7 Gia công với dao phay ngón đầu bằng
Với hai chương trình gia công trên ta thực hiện gia công trên một mẫu, phôi hợp kim nhôm và kết quả cũng giống như kết quả trong quá trình mô phỏng (hình Hình 4-9).
Hình 4-8 Mẫu gia công mặt cong mô phỏng bằng phần mềm CATIA I. Vùng gia công với dao phay ngón đầu cầu
Tiến hành đo mẫu đã gia công theo phương vuông góc với phương của các đường chạy dao trên 2 vùng gia công bằng máy đo 3 tọa độ.
Đo trên vùng gia công bằng dao phay ngón đầu cầu trên máy đo 3 tọa độ, lấy tọa độ các điểm và nối lại ta được biểu đồ bề mặt của chi tiết như trên Hình 4-10
Hình 4-10 Profile của bề mặt mẫu đo vẽ được trên máy đo 3 tọa độ
Theo lý thuyết điều khiển thì khi gia công máy sẽ tính toán và bù bán kính dụng cụ, do vậy đáy của bán kính cong (của lưỡi cắt tại vị trí cắt) sẽ tiếp xúc với bề mặt chi tiết lý thuyết. Để xác định gần đúng chiều cao thực tế của các đỉnh nhấp nhô trong trường hợp này ta có thể dùng phương pháp lồng một đường cong lý thuyết
Hình 4-9 Mẫu sau gia công với đường chạy dao ngang
đáy của các cung cong trên biểu đồ (sử dụng phần mềm Autocad), khi đó ta được kết quả như Hình 4-11.
Hình 4-11 So sánh bề mặt thực và bề mặt lý thuyết
Đo chiều cao các đỉnh nhấp nhô so với bề mặt lý thuyết ta được các kích thước theo các vị trí sau
Hình 4-12 Chiều cao các nhấp nhô tại các vị trí
Từ kết quả đo ta thấy tại các vị trí dốc nhất của cung cong (tiếp tuyến của nó hợp với trục dao một góc nhỏ nhất) thì chiều cao của các đỉnh nhấp nhô sẽ lớn nhất và ngược lại ở các vị trí mà tiếp tuyến của cung hợp với trục dao một góc càng lớn thì chiều cao các nhấp nhô càng nhỏ.
Trong miền gia công sử dụng dao phay ngón đầu phẳng thì bề mặt chi tiết đạt được có dạng bậc thang (vùng II trên Hình 4-8), khi đó chiều cao các nhấp nhô có thể xác định như trên Hình 4-13
Hình 4-13 Chiều cao các nhấp nhô khi gia công bằng dao phay đầu phẳng
Từ kết quả đo ta thấy cũng giống như trường hợp gia công bằng dao phay đầu cầu, khi gia công bằng dao phay đầu phẳng tại các vị trí dốc nhất của cung cong (tiếp tuyến của nó hợp với trục dao một góc nhỏ nhất) thì chiều cao của các đỉnh nhấp nhô sẽ lớn nhất và ngược lại ở các vị trí mà tiếp tuyến của cung hợp với trục dao một góc càng lớn thì chiều cao các nhấp nhô càng nhỏ.
Từ hai kết quả trên ta thấy khi gia công bề mặt cong, phương của đường chạy dao vuông góc với phương cong của mặt cong thì sử dụng dao phay đầu cầu cho ta chiều cao các nhấp nhô nhỏ hơn so với sử dụng dao phay đầu phẳng.
4.2. Thí nghiệm ảnh hưởng của hình học đường dụng cụ đến chất lượng bề mặt dụng cụ cắt
4.2.1. Trong gia công mặt cong Thí nghiệm 3 Thí nghiệm 3
Gia công chi tiết như trên Hình 4-4 nhưng với phương án chạy dao khác, cho dao chạy uốn theo biên dạng cần gia công, sử dụng phần mềm CATIA để mô phỏng quá trình gia công trên, kết quả quá trình mô phỏng cho thấy các nhấp nhô để lại trên bề mặt gia công khi sử dụng dao phay ngón đầu phẳng nhỏ hơn rất nhiều so với phương án chạy dao đã sử dụng ở thí nghiệm 2 (Hình 4-14).
Với phương án chạy dao này thì khi bề mặt chi tiết có phần đường cong lõm thì sau khi gia công xong có hiện tượng cắt không hết lượng dư tại vùng lõm, còn nếu sử dụng dao phay đầu cầu thì nếu bán kính dao nhỏ hơn bán kính cong của vùng lõm thì sau khi gia công sẽ đảm bảo gia công hết phần lõm của chi tiết, đem lại độ chính xác cao hơn về hình dáng hình học cho chi tiết gia công.
Gia công với mẫu hợp kim nhôm với các phương án chạy dao khác nhau Dao phay ngón ø10 (dao đầu cầu và dao đầu phẳng)
Chiều sâu cắt t =0.5 mm Bước tiến dao ngang = 4 mm Tốc độ chạy dao F= 1000 mm/phút
Tốc độ quay của trục chính S = 2500 vòng/phút
Mẫu sau khi gia công (mô phỏng với phần mềm CATIA) như trên Hình 4-16 với vùng I được gia công với dao phay ngón đầu cầu và vùng II được gia công với dao phay ngón đầu phẳng.
Đo mẫu trên máy đo 3 tọa độ, do bề mặt chi tiết là một mặt cong bất kỳ, ta chỉ quan tâm đến chiều cao nhấp nhô để lại sau khi gia công nên ta chỉ đo theo một phương là phương trục Z và đo ở các vị trí khác nhau (đo trên các đường 1, 2, 3, 4, 5).
Hình 4-14 Gia công với đường chạy dao uốn theo biên dạng cong
Hình 4-15 Phương án đường chạy dao uốn theo mặt cong
Hình 4-16 Mẫu sau gia công
I. Vùng gia công sử dụng dao phay ngón đầu cầu II. Vùng gia công sử dụng dao phay ngón đầu phẳng
Đo trên đỉnh cao nhất của cung cong (đường số 2), cho đầu đo chạy dọc theo đường số 2, ta lấy chiều cao các đỉnh cao nhất và các đỉnh thấp nhất, số liệu đo được thể hiện trong Bảng 4-2
Hình 4-17 Mẫu sau gia công với đường chạy dao dọc
Bảng 4-2
Lần đo
Gia công bằng dao phay đầu cầu
ø10 Gia công bằng dao phay đầu phẳng
Vị trí các đỉnh thấp nhất (mm) Vị trí các đỉnh cao nhất (mm) Chênh lệch (mm) Vị trí các đỉnh thấp nhất (mm) Vị trí các đỉnh cao nhất (mm) Chênh lệch (mm) 1 43.389 43.687 0.298 43.383 0 2 43.391 43.788 0.397 43.384 0 3 43.372 43.785 0.413 43.385 0 4 43.323 43.798 0.475 43.384 0 5 43.404 43.792 0.388 43.383 0 TB 43.375 43.77 0.394 43.384
Khi đo ở phần đỉnh của cung cong vùng gia công bằng dao phay đầu phẳng thì gần như không phân biệt được các đỉnh nhấp nhô tạo thành như đối với vùng gia
công bằng dao phay ngón đầu cầu, các số liệu đo được có sự khác nhau có thể do các sai số công nghệ hình thành trong quá trình gia công.
Đo trên đường số 1, đầu đo chạy dọc theo đường số 1 và lấy các giá trị nhỏ nhất và lớn nhất trong các khoảng của vết chạy dao ta được các số liệu trong Bảng 4-3
Bảng 4-3
Lần đo
Gia công bằng dao phay đầu cầu
ø10 Gia công bằng dao phay đầu phẳng
Vị trí các đỉnh thấp nhất (mm) Vị trí các đỉnh cao nhất (mm) Chênh lệch (mm) Vị trí các đỉnh thấp nhất (mm) Vị trí các đỉnh cao nhất (mm) Chênh lệch (mm) 1 37.328 37.893 0.565 37.374 37.660 0.286 2 37.336 37.731 0.395 37.324 37.543 0.219 3 37.323 37.9 0.577 37.322 37.700 0.378 4 37.320 37.853 0.533 37.486 37.604 0.118 5 37.326 37.746 0.42 37.336 37.770 0.434 TB 37.327 37.825 0.498 37.368 37.655 0.287
Đo trên đường số 3 (vị trí thấp nhất của bề mặt cong), đầu đo chạy dọc theo đường số 3 và lấy các giá trị nhỏ nhất và lớn nhất trong các khoảng của vết chạy dao ta được các số liệu trong Bảng 4-4
Bảng 4-4
Lần đo
Gia công bằng dao phay đầu cầu
ø10 Gia công bằng dao phay đầu phẳng
Vị trí các đỉnh thấp nhất (mm) Vị trí các đỉnh cao nhất (mm) Chênh lệch (mm) Vị trí các đỉnh thấp nhất (mm) Vị trí các đỉnh cao nhất (mm) Chênh lệch (mm) 1 34.048 34.434 0.386 34.687
Lần đo
Gia công bằng dao phay đầu cầu
ø10 Gia công bằng dao phay đầu phẳng
Vị trí các đỉnh thấp nhất (mm) Vị trí các đỉnh cao nhất (mm) Chênh lệch (mm) Vị trí các đỉnh thấp nhất (mm) Vị trí các đỉnh cao nhất (mm) Chênh lệch (mm) 3 34.038 34.446 0.408 34.670 4 34.053 34.448 0.395 34.662 5 34.050 34.462 0.412 34.684 TB 34.0482 34.436 0.3878 34.674
Tại vị trí thấp nhất của bề mặt cong này, tại vùng gia công bằng dao phay ngón đầu phẳng có hiện tượng bỏ lại lượng dư trên bề mặt mẫu gia công (do đường kính dao lớn hơn dây chắn cung của cung cong) và do đó khi đo không phân biệt được các đỉnh nhấp nhô để lại sau gia công. Từ kết quả đo trên Bảng 4-4 ta thấy tại vùng thấp nhất (trong vùng gia công bằng dao phay ngón đầu phẳng) mẫu có chiều cao lớn hơn so với trong vùng gia công bằng dao phay ngón đầu cầu.
Đo trên đường số 4, đầu đo chạy dọc theo đường số 4 và lấy các giá trị nhỏ nhất và lớn nhất trong các khoảng của vết chạy dao ta được các số liệu trong Bảng 4-5
Bảng 4-5
Lần đo
Gia công bằng dao phay đầu cầu
ø10 Gia công bằng dao phay đầu phẳng
Vị trí các đỉnh thấp nhất (mm) Vị trí các đỉnh cao nhất (mm) Chênh lệch (mm) Vị trí các đỉnh thấp nhất (mm) Vị trí các đỉnh cao nhất (mm) Chênh lệch (mm) 1 35.538 35.975 0.437 35.545 35.706 0.161 2 35.544 36.062 0.518 35.540 35.727 0.187 3 35.553 35.980 0.427 35.579 35.623 0.044 4 35.541 35.973 0.432 35.539 35.789 0.25 5 35.581 35.895 0.314 35.537 35.672 0.135
Lần đo
Gia công bằng dao phay đầu cầu
ø10 Gia công bằng dao phay đầu phẳng
Vị trí các đỉnh thấp nhất (mm) Vị trí các đỉnh cao nhất (mm) Chênh lệch (mm) Vị trí các đỉnh thấp nhất (mm) Vị trí các đỉnh cao nhất (mm) Chênh lệch (mm) TB 35.551 14.977 0.4256 35.548 35.7034 0.155
Đo trên đường số 5, đầu đo chạy dọc theo đường số 5 và lấy các giá trị nhỏ nhất và lớn nhất trong các khoảng của vết chạy dao ta được các số liệu trong Bảng 4-6
Bảng 4-6
Lần đo
Gia công bằng dao phay đầu cầu
ø10 Gia công bằng dao phay đầu phẳng
Vị trí các đỉnh thấp nhất (mm) Vị trí các đỉnh cao nhất (mm) Chênh lệch (mm) Vị trí các đỉnh thấp nhất (mm) Vị trí các đỉnh cao nhất (mm) Chênh lệch (mm) 1 40.844 41.271 0.427 40.789 40.987 0.198 2 40.858 41.274 0.416 40.776 40.986 0.21 3 40.845 41.278 0.433 40.848 40.957 0.109 4 40.778 41.284 0.506 40.858 40.976 0.118 5 40.776 41.293 0.517 40.845 40.969 0.124 TB 40.8202 41.280 0.4598 40.823 40.975 0.1518
Như vậy từ các kết quả thí nghiệm cho thấy chiều cao nhấp nhô để lại sau khi gia công với các hình dạng dụng cụ khác nhau, các phương án chạy dao khác nhau đúng như phần nghiên cứu lý thuyết ứng dụng các phần mềm CAD/CAM đã đưa ra trong chương 4.
Thí nghiệm này nhằm kiểm nghiệm chất lượng bề mặt đạt được bằng việc gia công một bề mặt cong phức tạp sử dụng dao phay ngón đầu bằng và phương án chạy dao giao nhau giữa hai lần cắt tinh lặp lại.
Hình 4-18 Vỏ chuột máy tính
Với chi tiết vỏ chuột máy tính sau khi tách khuôn bằng phần mềm CATIA ta được chi tiết lõi khuôn như Hình 4-19, đây là một chi tiết có bề mặt cong phức tạp do đó cần có phương án chạy dao và lựa chọn dụng cụ cắt thích hợp để chi tiết đạt độ chính xác cao nhất.
Để gia công chi tiết khuôn này ta lần lượt thực hiện các bước gia công thô, gia công bán tinh và gia công tinh.
Gia công thô với phương án đường chạy dao như Hình 4-20, sử dụng dao phay ngón ø14
Chiều sâu cắt t =1 mm
Bước tiến dao ngang = 7 mm Tốc độ chạy dao F= 1000 mm/phút
Sau khi gia công thô, bề mặt chi tiết đạt được như Hình 4-21 (mô phỏng bằng phần mềm CATIA)
Gia công tinh với dao phay ngón đầu phẳng ø10, chế độ cắt: - Chiều sâu cắt t =0.5 mm
- Bước tiến dao ngang = 0.5 mm
- Tốc độ chạy dao F= 1000 mm/phút
- Tốc độ quay của trục chính S = 3000 vòng/phút
Chi tiết gia công tinh với hai lần chạy dao liên tiếp có hướng vuông góc với nhau và cho ta kết quả như Hình 4-23
Hình 4-21 Bề mặt đạt được sau khi gia công thô (mô phỏng bằng phần mềm CATIA)
Quan sát mẫu gia công ta thấy bề mặt chi tiết sau khi gia công tinh với hai lần chạy dao lặp lại cắt ngang nhau và cho chất lượng bề mặt rất tốt. tuy nhiên khi gia công thực tế thì chất lượng bề mặt tạo thành không được như trong mô phỏng, có các vết dạng vết xước trên bề mặt, có lẽ là do các yếu tố khác ảnh hưởng tới chất lượng bề mặt. Tuy nhiên khi quan sát thì ta thấy các nhấp nhô trên bề mặt tạo thành tương đối đồng đều trên toàn bộ bề mặt chi tiết. Như vậy nếu gia công sử dụng dao phay ngón đầu bằng có bán kính cong ở mũi dao có thể khắc phục được điều này và cho chất lượng bề mặt tốt hơn.
4.3. Kết luận chương 4
Kết quả thí nghiệm cho thấy những đánh giá từ nghiên cứu lý thuyết ứng dụng phần mềm CAD/CAM ở chương 3 hoàn toàn phù hợp với việc gia công trên thực tế. Trong sản xuất khi gia công các bề mặt không gian trên máy phay CNC có ứng dụng phần mềm CAD/CAM để đạt được chất lượng bề mặt theo yêu cầu cần có các lựa chọn hình học của dụng cụ cắt kết hợp với phương án hình học của đường chạy dao phù hợp.
Với dao phay ngón đầu cầu cho phép lấy đi lượng dư tốt hơn dao phay ngón đầu phẳng nhưng điều kiện cắt kém hơn dao phay ngón đầu phẳng do vậy độ nhám bề mặt đạt được khi gia công bằng dao phay ngón đầu phẳng nhỏ hơn rất nhiều so với gia công bằng dao phay ngón đầu cầu. Hơn nữa khi gia công bằng dao phay ngón đầu phẳng cho chiều cao các đỉnh nhấp nhô thấp hơn so với việc gia công bằng dao phay ngón đầu cầu (với cùng chế độ cắt), do vậy chỉ trong trường hợp nào đó không thể gia công bằng dao phay ngón đầu phẳng thì ta mới sử dụng dao phay đầu cầu.
Từ thí nghiệm 4 cho thấy khi gia công tinh bằng dao phay ngón đầu phẳng do trong quá trình gia công có rung động, có biến dạng của hệ thống công nghệ (biến dạng của máy, dao, đồ gá, chi tiết gia công) do đó đã để lại các vết xước theo chiều
tiến của dao do góc sắc đỉnh dao cắt vào. Vì vậy để khắc phục hiện tượng này có thể thay thế dao phay đầu phẳng bằng dao phay ngón đầu phẳng có bán kính góc.
Khi gia công trên máy phay 5 trục thì hoàn toàn có thể khắc phục được hiện tượng bỏ lại lượng dư gia công tại phần cung lõm và phát huy được các ưu điểm của dao phay ngón đầu phẳng và cho chất lượng bề mặt gia công tốt nhất.
KẾT LUẬN CHUNG
Việc ứng dụng phần mềm CAD/CAM để nghiên cứu ảnh hưởng của hình học dụng cụ và hình học đường chạy dao tới chất lượng gia công bề mặt chi tiết máy đem lại hiệu quả kinh tế cao. Phần mềm CAD/CAM cho phép người tực hiện mô