5. Phương pháp nghiên cứu
4.2.1. Nhám bề mặt
Bề mặt chi tiết sau khi gia công không bằng phẳng một cách lý tưởng mà tồn tại những nhấp nhô, những nhấp nhô này hình thành do: Vết lưỡi cắt để lại trên bề mặt của chi tiết được gia công, ảnh hưởng của rung động khi cắt, tính chất của vật liệu gia công, chế độ cắt, các thông số dụng cụ cắt, dung dịch trơn nguội và một số nguyên nhân khác.
106
Hình 4. 19 Các loại nhấp nhô bề mặt.
Người ta phân lọai những nhấp nhô bằng cách thiết lập tỉ lệ giữa bước nhấp nhô (p) và chiều cao nhấp nhô (h):
- Khi p/h > 1000 sai số đó thuộc về sai lệch hình dạng có chiều cao h1. - Khi 50 p/h < 1000 sai số đó thuộc về sóng bề mặt có chiều cao h2. - Khi p/h 50 sai số đó thuộc về nhám bề mặt có chiều cao h3. 4.2.2. Chỉ tiêu đánh giá độ nhám.
Một số khái niệm:
- Đường trung bình: Là đường thẳng xác định trong chiều dài chuẩn chia profin thực ra làm 2 phần có tổng diện tích các đỉnh lồi và đáy lõm bằng nhau.
Hình 4. 20 Đường trung bình.
- Chiều dài chuẩn: Là phần chiều dài của bề mặt chi tiết được lựa chọn để đo độ nhám mà trong đó không có sự tham gia của các loại nhấp nhô khác có bước lớn hơn chiều dài chuẩn l. Tiêu chuẩn qui định chiều dài tiêu chuẩn có các trị số sau 0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,8; 2,5; 8; 25mm.
Sai lệch trung bình số học của profin Ra.
l F1 F2 F3 F4 F5 F6
107
Là trị số trung bình của các khoảng cách từ profin thực tới đường trung bình trong giới hạn chiều dài chuẩn. Ra được tính theo công thức (4.1):
(4.1)
Hình 4. 21 Các đại lượng liên quan tới độ nhám.
Sai lệch bình phương trung bình của profin Rq. Rq được tính theo công thức (4.2):
l n i q y n dx x y l R 1 2 0 2 1 ) ( 1 (4.2) Chiều cao trung bình nhấp nhô của profin theo 10 điểm Rz.
Là giá trị trung bình của trị tuyệt đối của chiều cao 5 điểm cao nhất của phần lồi và 5 điểm thấp nhất của phần lõm tới đường trung bình m trong giới hạn chiều dài chuẩn. Rz được tính theo công thức (4.3):
5 5 / / / / 5 1 min 5 1 max 5 1 min 5 1 max i i i i Z h h H H R (4.3) Trong đó Himax và Himin là khoảng cách từ 5 điểm cao nhất và 5 điểm thấp nhất tới đường thẳng song song nằm phía dưới và không cắt profin thực.
Chiều cao trung bình của các nhấp nhô.
dx y
Ra x
0
108
Là giá trị trung bình của chiều cao các nhấp nhô của prôfin trong giới hạn chiều dài chuẩn.
Chiều cao lớn nhất của các nhấp nhô Rmax.
Là khoảng cách giữa đỉnh cao nhất của phần lồi và đáy thấp nhất của phần lõm của Prôfin trong giới hạn chiều dài chuẩn.
Bước trung bình của các nhấp nhô profin – Sm.
Là giá trị trung bình của bước nhấp nhô của profin trong giới hạn chiều dài chuẩn. Sm được tính theo công thức (4.4):
n mi m S n S 1 1 (4.4) Bước trung bình của các nhấp nhô theo đỉnh S.
Là giá trị trung bình khoảng cách giữa các đỉnh của các nhấp nhô trong giới hạn chiều dài chuẩn.
Chiều dài tựa tương đối của Profin tp.
Là tỷ số giữa chiều dài tựa của Prôfin tp và chiều dài chuẩn tính theo %. tp được tính theo công thức (4.5): % 100 ). 1 ( 1 n i i P b l t (4.5)
109
4.2.3. Kiểm tra đánh giá độ nhám mẫu thực nghiệm. Công tác chuẩn bị. Công tác chuẩn bị.
- Các vị trí được đo độ nhám như hình 4.22:
Hình 4. 22 Các vị trí được đo độ nhám.
- Các mẫu được đo độ nhám.
110
- Máy đo độ nhám: Máy đo Rugosurf của hãng Tesa (Pháp). Thông số kỹ thuật máy:
+ Chiều dài đo: 4mm
+ Chiều dài lấy mẫu (chiều dài chuẩn): 0,8 mm + Bán kính kim đo: 5 µm
+ Phạm vi đo: 0,005-6,3 µm + Độ phân giải: 0,01 µm + Tiêu chuẩn đo: Ra, Rz
Hình 4. 24 Máy đo độ nhám.
111
Thực hiện kiểm tra độ nhám cho mẫu thực nghiệm.
Máy đo được cài đặt đo độ nhám theo tiêu chuẩn Ra với các thông số như sau:
+ Chiều dài đo: 4mm
+ Chiều dài lấy mẫu (chiều dài chuẩn): 0,8 mm + Phạm vi đo: 0,005-6,3 µm
+ Độ phân giải: 0,01 µm
Máy đo được gá đặt trên đồ gá chuyên dụng và được định vị nghiêm 1 góc so với mặt chuẩn sao cho kim đo được tiếp xúc với mặt cần đo theo phương pháp tuyến với mặt đó (tùy theo góc nghiêng của mặt cần đo tại vị trí đo).
112 Kết quả.
Quá trình kiểm tra đánh giá độ nhám cho mẫu thực nghiệm sử dụng tiêu chuẩn đo Ra và đơn vị là µm.
Tại vị trí đo số 2 của mẫu số 4 nhìn bằng mắt thường có thể thấy bề mặt vẫn còn lượng dư gia công. Vì vậy không đo được độ nhám tại vị trí này.
Bảng 4. 9: Kết quả đo độ nhám mẫu thực nghiệm.
Mẫu Vị trí Độ nhám trung bình 1 2 3 Lần 1 Lần 2 Lần 1 Lần 2 Lần 1 Lần 2 1 0,39 0,39 0,59 0,51 0,41 0,54 0,47 2 0,65 0,6 1,03 0,91 0,45 0,78 0,74 3 0,53 0,58 0,92 1,02 0,62 0,48 0,69 4 0,52 0,56 1,36 0,95 0,85 5 0,74 0,6 0,51 0,59 0,87 0,9 0,7 Nhận xét:
Ta nhận thấy mẫu số 1 có độ nhám là thấp nhất và đồng đều nhất trên toàn bộ bề mặt. Các mẫu 2, 3, 4, 5 còn lại có độ nhám cao hơn và không đồng đều tại các vị trí đo.
Tuy nhiên, do hạn chế về mặt thiết bị đo nên kết quả đánh giá về độ nhám trên chỉ mang tính chất tham khảo, chỉ dùng để so sánh độ nhám giữa các mẫu thực nghiệm trong phạm vi luận văn này.
4.3. ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN.
Bảng 4. 10: Tổng hợp kết quả kiểm tra đánh giá chất lượng tạo hình mẫu thực nghiệm.
Mẫu Kiểu đường dụng cụ gia công tinh Thời gian gia công thực tế
Độ lệch
chuẩn trung bình Độ nhám
1
Sử dụng chế độ gia công Surface Milling để gia công tinh mẫu và thiết lập Define Cut theo lựa chọn Straight Cut là Relative X- Axis
168 phút 0,0526
113 2
Sử dụng chế độ gia công Surface Milling để gia công tinh mẫu và thiết lập Define Cut theo lựa chọn Straight Cut là By Surface
55 phút 0,0585
mm 0,74 µm
3
Sử dụng chế độ gia công Surface Milling để gia công tinh mẫu và thiết lập Define Cut theo lựa chọn From Surface Isolines
76 phút 0,0652
mm 0,69 µm
4 Sử dụng chế độ gia công Profile
Milling để gia công tinh mẫu 167 phút
0,0455
mm 0,85 µm
5
Sử dụng chế độ gia công Surface Milling để gia công tinh mẫu và thiết lập Define Cut theo lựa chọn Projected Cuts
49 phút 0,0459
mm 0,7 µm
Từ các kết quả thực nghiệm trên có thể rút ra một số kết luận như sau: Khi gia công chi tiết là bề mặt tự do dạng lõm yên ngựa thì:
- Với cùng một dụng cụ cắt, cùng chế độ gia công thì kiểu chạy dao Profile Milling (mẫu số 4) cho độ chính xác hình dáng hình học cao hơn kiểu chạy dao Surface Milling (mẫu số 1, 2, 3, 5).
- Với cùng một dụng cụ cắt, cùng chế độ gia công thì kiểu chạy dao Surface Milling có thiết lập Define Cut theo Straight Cut (mẫu số 1) cho chất lượng bề mặt chi tiết sau gia công là cao nhất (độ nhám thấp nhất).
Tùy theo yêu cầu độ chính xác gia công của từng chi tiết mà ta lựa chọn kiểu đường chạy dao nào cho tối ưu nhất.
114
KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
Trong chương này, tác giả đã trình bày các nội dung cơ bản như sau:
- Giới thiệu về kỹ thuật ngược và phần mềm Geomagic sau đó áp dụng vào việc kiểm tra độ chính xác hình học mẫu thực nghiệm.
- Tổng hợp lý thuyết về nhám bề mặt và các chỉ tiêu đánh giá độ nhám. Tiến hành kiểm tra đánh giá độ nhám cho mẫu thực nghiệm.
- Qua quá trình kiểm tra đánh giá thực nghiệm chất lượng gia công của các mẫu thực nghiệm, tác giả nhận thấy khi gia công chi tiết là bề mặt tự do dạng lõm yên ngựa với cùng một dụng cụ cắt, cùng chế độ gia công thì kiểu chạy dao Profile Milling cho độ chính xác hình dáng hình học cao hơn, tuy nhiên độ nhám lại lớn hơn kiểu chạy dao Surface Milling.
115
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận:
Trước đây, khi công nghệ CAD/CAM/CNC chưa phát triển việc gia công tạo hình các bề mặt tự do thường mang lại nhiều khó khăn và có độ chính xác gia công không cao, ngày nay sự ra đời của máy công cụ điều khiển bằng chương trình số với sự trợ giúp của hệ thống CAD/CAM/CNC và kỹ thuật thiết kế ngược RE... đã nhanh chóng tạo ra những bước nhảy vọt về năng suất và chất lượng.
Bề mặt tự do với các thuộc tính hình học cơ bản (tiếp tuyến, độ cong…) thay đổi tại các điểm khác nhau trên bề mặt và thường được biểu diễn bởi tập các điểm điều khiển và được mô hình hóa toán học dưới dạng các phương trình tổ hợp… Nên tạo hình các bề mặt tự do là khá phức tạp và thường phải thực hiện trên các máy điều khiển số nhiều trục. Với mong muốn khai thác, nâng cao hiệu quả, khả năng và chất lượng tạo hình các bề mặt tự do nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng đa dạng về chủng loại sản phẩm, cũng như mẫu mã, chất lượng của sản phẩm đó chính là lý do tác giả quyết định chọn đề tài này.
Dựa trên nghiên cứu, hiểu biết về thiết kế, lập trình, gia công cơ khí trên máy phay CNC nhiều trục. Dựa trên hiểu biết về các phần mềm CAD/CAM/CNC, các phần mềm thiết kế ngược. Tác giả đã trình bày cơ sở lý thuyết về hình học bề mặt, dụng cụ và đường dụng cụ khi gia công trên máy phay CNC. Những ứng dụng để thiết kế và tạo chương trình gia công cho máy CNC, cụ thể ở đây là lập trình gia công trong tạo hình bề mặt tự do cấu trúc cục bộ dạng lõm yên ngựa. Ngoài ra tác giả cũng đã tiến hành thực nghiệm so sánh độ chính xác gia công khi thay đổi các kiểu đường dụng cụ, khi gia công chi tiết mẫu thực và đưa ra kết quả giúp cho các đơn vị, doanh nghiệp lựa chọn được quy trình gia công tối ưu nhất mà vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, năng suất cao nhất, giá thành hạ nhất. Cụ thể kết quả thực nghiệm cho thấy khi gia công tạo hình bề mặt tự do cấu trúc cục bộ dạng lõm yên ngựa thì:
+ Với cùng một dụng cụ cắt, cùng chế độ gia công thì kiểu chạy dao Profile Milling cho độ chính xác hình dáng hình học cao hơn kiểu chạy dao Surface Milling.
116
+ Với cùng một dụng cụ cắt, cùng chế độ gia công thì kiểu chạy dao Surface Milling có thiết lập Define Cut theo Straight Cut là Relative X - Axis cho chất lượng bề mặt chi tiết sau gia công là cao nhất (độ nhám thấp nhất).
Kiến nghị:
Do thời gian và kinh phí còn hạn hẹp nên trong phạm vi luận văn này tác giả mới dừng lại ở việc nghiên cứu, thực nghiệm khả năng gia công bề mặt tự do cấu trúc cục bộ dạng lõm yên ngựa trên máy phay CNC 3 trục với các kiểu đường dụng cụ khác nhau. Do vậy, trong thời gian tới rất mong sẽ được phát triển đề tài theo hướng tiếp tục phát triển nghiên cứu năng suất, chất lượng của các kiểu đường dụng cụ khác nhau khi gia công các bề mặt tự do phức tạp hơn trên máy phay 4 trục, máy 5 trục.
117
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. GS.TSKH Bành Tiến Long – TS. Bùi ngọc Tuyên (2013), Lý thuyết tạo hình bề mặt và ứng dụng trong kỹ thuật cơ khí, Nhà xuất bản giáo dục.
[2]. GS.TSKH Bành Tiến Long – PGS.TS Trần Văn Nghĩa – TS. Hoàng Vĩnh Sinh – THS. Trần Xuân Thái – THS. Bùi Ngọc Tuyên (Chủ biên: GS.TSKH Bành Tiến Long) (2005), Tin học kỹ thuật ứng dụng, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. [3]. GS.TS Nguyễn Đắc Lộc, PGS.TS Tăng Huy (2002), Điều khiển số và công nghệ trên máy điều khiển số CNC, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội.
[4]. GS.TS Trần Văn Địch (tái bản lần 3 – năm 2009), Công nghệ CNC, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội.
[5]. Bộ môn máy và Robot, trường Học viện Kỹ thuật Quân sự (2003), Bài giảng “Hướng dẫn sử dụng Pro/Engineer 2000i”.
[6]. Roger Toogood (2015), Creo Parametric 3.0 advanced tutorial, ProCAD Books LTD, Edmonton, Alberta.
[7]. TS. Bùi Ngọc Tuyên (2010), Bài giảng “Kỹ thuật ngược và tạo mẫu nhanh” cho học viên cao học Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
[8]. Ninh Đức Tốn (2006), Giáo trình dung sai và lắp ghép, Nhà xuất bản giáo dục.
[9]. Bùi Quý Lực (2006), Phương pháp xây dựng bề mặt CAD/CAM, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội.
[10]. Ths. Lê Trung Thực (2008), Thiết kế sản phẩm với ProEngineer.
[11]. Trần Thế San – TS. Nguyễn Ngọc Phương (2006), Sổ tay lập trình CNC. [12]. Châu Mạnh Lực (2011), Công nghệ gia công trên máy CNC, Đà nẵng.