a. Chương trỡnh con gia cụng tinh
Program 00003; G1 U-0.002 F0.05; G4 X1.; M99; %
b. Chương trỡnh gia cụng chi tiết
Program 00205; G28 U0 W0; M53; M10; M04; M08; M47; G0 X#524; Z-50. ; G1 Z#531 F1000; U#518 F150; M28; G4 X1. ; G1 U#520 F 0.15; G4X2. ;
66 M98 P01000003; G4 X2. ; G1 U0.2 F100; M29; G28 W0; G28 U0; M5; M46; M11; M09; M99; %
67
CHƯƠNG 3: NGHIấN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT ĐỐI VỚI CHI TIẾT VềNG TRONG VÀ VềNG NGOÀI Ổ
BI 6205 KHI GIA CễNG TRấN MÁY CNC 3.1. Độ nhấp nhụ tế vi
Bề mặt sau khi gia cụng khụng bằng phẳng một cỏch lý tưởng mà cú những mấp mụ (Hỡnh 3.1). Những mấp mụ này là do quỏ trỡnh biến dạng dẻo của bề mặt chi tiết gia cụng cắt gọt, và là vết lưỡi cắt để lại trờn bề mặt gia cụng, là ảnh hưởng của rung động khi cắt, và nhiều nguyờn nhõn khỏc. Trong quỏ trỡnh cắt lưỡi cắt của dụng cụ cắt và sự hỡnh thành phoi kim loại tao ra những vết xước cực nhỏ trờn bề
mặt gia cụng. Như vậy bề mặt gia cụng cú độ nhỏm (độ nhấp nhụ tế vi). Độ nhấp nhụ tế vi tế vi của bề mặt gia cụng được đo bằng chiều cao (Rz) và sai lệch profin trung bỡnh cộng (Ra) của lớp bề mặt.
Chiều cao nhấp nhụ (Rz) là trị số trung bỡnh của 5 khoảng cỏch từ 5 đỉnh cao nhất đến 5 đỏy thấp nhất của nhấp nhụ bề mặt tế vi trong phạm vi chiều dài chuẩn L.
L h1 0 h9 h8 h7 h6 h5 h3 h2 h1 h4 +Y -Y Hỡnh 3.1Sơđồ xỏc định độ nhấp nhụ của bề mặt chi tiết Trị số ( Rz) được xỏc định như sau:
68
Sai lệch trung bỡnh cộng Ra là trị số trung bỡnh của khoảng cỏch từ cỏc đỉnh trờn đường nhấp nhụ tế vi tới đường trục tọa độ OX:
Tớnh gần đỳng:
Tớnh chớnh xỏc:
Độ nhấp nhụ tế vi (độ nhỏm bề mặt) là cơ sởđểđỏnh giỏ độ nhẵn bề mặt trong phạm vi chiều dài chuẩn rất ngắn L. Theo tiờu chuẩn nhà nước Việt nam thỡ độ
nhỏm bề mặt được chia làm 14 cấp ứng dụng với cỏc giỏ trị Ra , Rz . Độ nhỏm bề
mặt cao nhất ứng với cấp 14 (Ra ≤ 0.01 àm ; Rz ≤ 0.05 àm). Trờn bản vẽ chi tiết mỏy, yờu cầu độ nhỏm bề mặt được đo theo giỏ trị của Ra hoặc Rz. Trị số Ra cho khi yờu cầu độ nhỏm bề mặt cần đạt từ cấp 6 đến cấp 12 (Ra = 2.5 ữ 0.04 àm). Trị số
Rz được ghi trờn bản vẽ nếu yờu cầu độ nhẵn bề mặt cần đạt trong phạm vi từ cấp 1
đến cấp 5 là (Rz = 320 ữ 20 àm) , hoặc từ cấp 13 đến cấp 14 là (Rz = 0.08 ữ 0.05 àm). Trong thực tế sản xuất nhiều khi người ta đỏnh giỏ độ nhỏm bề mặt chi tiết mỏy theo cỏc mức độ: Thụ, bỏn tinh, tinh và siờu tinh.
3.2. Ảnh hưởng của độ nhỏm tới khả năng làm việc của chi tiết mỏy
Độ nhỏm bề mặt bề mặt cú ảnh hưởng nhiều tới khả năng làm việc của chi tiết mỏy, đến mối lắp ghộp của chỳng trong kết cấu tổng thể của chỳng. Ở đõy ta chỉ
khảo sỏt một số ảnh hưởng cơ bản của độ nhỏm bề mặt đối với khả năng làm việc của chi tiết mỏy (tớnh chống mũn, độ bền mỏi, tớnh chống ăn mũn húa học, độ chớnh xỏc của cỏc mối lắp ghộp).
Túm lại, chất lượng của bề mặt chi tiết mỏy cú ảnh hưởng nhiều đến khả năng làm viờc của cỏc mối lắp ghộp của chi tiết mỏy trong kết cấu cơ khớ. Tất nhiờn, mối quan hệ này rất phức tạp, cần phải tiếp tục khảo sỏt cú hiệu quả hơn, thụng qua cỏc cụng trỡnh nghiờn cứu lý thuyết và thực nghiệm để từđú tỡm biện phỏp tỏc động tớch cực đến chất lượng bề mặt, gúp phần nõng cao khả năng làm việc và đảm bảo chất
69
lượng cỏc mối ghộp chi tiết mỏy. Về phương diện cụng nghệ chế tạo mỏy cần đi sõu phõn tớch cỏc yếu tốảnh hưởng đến chất lượng chi tiết mỏy.
3.3. Những kết quả nghiờn cứu đó đạt được trong việc nghiờn cứu cỏc yếu tố ảnh hưởng tới độ nhỏm bề mặt chi tiết gia cụng (Ra, Rz). ảnh hưởng tới độ nhỏm bề mặt chi tiết gia cụng (Ra, Rz).
3.3.1. Cỏc kết quảđối với mỏy cụng cụ truyền thống
3.3.1.1. Cỏc yếu tố mang tớnh chất hỡnh học của dụng cụ cắt và chếđộ cắt
Mối quan hệ giữa cỏc thụng số hỡnh học của dụng cụ cắt và chếđộ cắt với chất lượng bề mặt chi tiết mỏy đó được nhiều cụng trỡnh lớ thuyết và thực nghiệm đề cập
đến, chủ yếu trờn cơ sở phương phỏp cắt gọt như tiện, phay, mài…Từ kết quả
nghiờn cứu, bước đầu người ta đó tỡm được cỏc biện phỏp cụng nghệ thớch hợp để
cải thiện chất lượng bề mặt chi tiết mỏy, nhất là giảm chiều cao nhấp nhụ tế vi Rz (giảm độ nhỏm) để tăng độ nhẵn búng bề mặt. Qua thực nghiệm đối với phương phỏp tiện người ta đó xỏc định mối quan hệ giữa cỏc thụng số; Chiều cao nhấp nhụ tế vi Rz, lượng tiến dao S, bỏn kớnh mũi dao r, chiều dày phoi nhỏ nhất.
Rz (àm) 0,05 0,1 0,15 0,2 1 2 3 S (mm/vòng)
Hỡnh 3.2. Quan hệ giữa chiều cao nhấp nhụ tế vi Rz và lượng tiến dao S khi tiện
Trờn hỡnh 3.2, đường cong 1 biểu thị mối quan hệ tổng quỏt giữa Rz và S và r, cụ thể là trong phạm vi giỏ trị của lượng chạy dao S > 0.15 mm/vũng ; đường cong 2 biểu thị mối quan hệ thực nghiệm, kể cả phạm vi giỏ trị lượng chạy dao s nhỏ hơn (S< 0.15 mm/vũng). Từđường cong 2 người ta xỏc định được mối quan hệ
70
vậy tuỳ theo giỏ trị thực tế của lượng chạy dao S mà ta cú thể xỏc định mối quan hệ
giữa Rz , với S, r và hmin như sau:
• Khi S > 0,1 (mm/vũng) thỡ : Rz = s2/8r
• Khi S < 0,1 (mm/vũng) thỡ giỏ trị của chiều cao nhấp nhụ tế vi Rz là: ) . 1 ( 2 8 2 min min 2 S h r h r s Rz = + +
Ở đõy chiều dày phoi kim loại hmin phụ thuộc vào bỏn kớnh mũi dao r. Nếu mài lưỡi cắt bằng đỏ mài kim cương mịn ở mặt trước và mặt sau lưỡi cắt, khi r = 10àm thỡ hmin = 4àm. Mài dao hợp kim cứng bằng đỏ mài thường nếu r = 40àm thỡ hmin > 20àm. Nếu lượng chạy dao S quỏ nhỏ (S < 0.03 mm/vũng) thỡ trị số của Rz
lại tăng, nghĩa là thực hiện bước tiện tinh hoặc phay tinh với lượng chạy dao S quỏ nhỏ sẽ khụng cú ý nghĩa đối với việc cải thiện chất lượng bề mặt chi tiết.
2 1 2 1 2 1 1 2 1 2 1 2 r2 r S1 S2 S1 S1 S1 ϕ Rz ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ 1 Rz 5a Rz Rz ' Rz' ' ϕ 1 ϕ 1 t a b c d e f m ϕ 1 1 Hỡnh 3.3. Ảnh hưởng của hỡnh dỏng hỡnh học của dụng cụ cắt và chếđộ cắt đến nhấp nhụ bề mặt khi tiện
71
Hỡnh 3.3 là vớ dụ về ảnh hưởng của hỡnh dạng hỡnh học của dụng cụ cắt và chế độ cắt đến nhỏm khi tiện. Ở đõy khi tiện lượng chạy dao S1 đưa dao tiện từ vị trớ 1 sang vị trớ 2 (hỡnh 3.3a) để lại trờn chi tiết phần sút lại m phụ thuộc vào bước tiến S1
và hỡnh dạng hỡnh học của dụng cụ cắt. Giảm lượng chạy dao từ S1đến S2 thỡ chiều cao nhấp nhụ sẽ từ R’z giảm xuống R’’z (hỡnh 3.3b). Nếu thay đổi gúc φ và gúc φ1
khụng những làm thay đổi chiều cao nhấp nhụ mà cũn làm thay đổi hỡnh dỏng nhấp nhụ (hỡnh 3.3c). Nếu bỏn kớnh mũi dao tiện cú dạng hỡnh trũn là r1 thỡ hỡnh thành dạng nhấp nhụ cũng cú đỏy lừm hỡnh trũn (hỡnh 3.3d). Nếu tăng bỏn kớnh đỉnh của dao tiện lờn r2 thỡ chiều cao nhấp nhụ Rz sẽ giảm (hỡnh 3.3e ). Phần thẳng của lưỡi cắt trờn dao tiện cũng cú ảnh hưởng đến hỡnh dạng và chiều cao nhấp nhụ (hỡnh 3.3f ).
3.3.1.2 Cỏc yếu tố phụ thuộc vào biến dạng dẻo lớp bề mặt
Khi vật liệu lớp bề mặt chi tiết mỏy bị biến dạng dẻo mạnh, cỏc cấu trỳc tinh thể nhỏ biến thành cấu trỳc tinh thể sợi làm thay đổi rất nhiều hỡnh dạng và nhấp nhụ tế vi . Ở kim loại giũn, khi gia cụng, cỏc hạt tinh thể cỏ biệt bị búc rời ra cũng làm thay đổi hỡnh dạng nhấp nhụ tế vi và làm tăng kớch thước nhấp nhụ tế vi. Tốc độ cắt là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ nhỏm chi tiết mỏy (hỡnh 3.4). Khi cắt thộp cỏcbon ở vận tốc cắt thấp, nhiệt cắt khụng cao, phoi kim loại tỏch dễ, biến dạng của lớp bề mặt khụng nhiều, vỡ vậy độ nhấp nhụ tế vi bề mặt thấp, độ nhỏm bề mặt thấp. Khi tăng tốc độ cắt đến khoảng 15 ữ 20 m/ph thỡ nhiệt cắt, lực cắt đều tăng và cú giỏ trị lớn, gõy ra biến dạng dẻo mạnh, ở mặt trước và mặt sau dao kim loại chảy dẻo. Khi lớp kim loại bị nộn chặt ở mặt trước dao và nhiệt độ cao làm tăng hệ số ma sỏt ở
vựng cắt sẽ hỡnh thành lẹo dao. Đú là do một ớt kim loại bị chảy và bỏm vào mặt trước và một phần mặt sau của dao. Về mặt cấu trỳc thỡ lẹo dao là hạt kim loại rất cứng, nhiệt độ núng chảy lờn tới khoảng 3000oC, bỏm rất chắc vào mặt trước và một phần mặt sau của dao. Lẹo dao làm tăng độ nhỏm bề mặt gia cụng. Nếu tiếp tục tăng vận tốc cắt, lẹo dao bi nung núng nhanh hơn, vựng kim loại biến dạng bị phỏ huỷ, lực dớnh của lẹo dao khụng thắng nổi lực ma sỏt của dũng phoi và lẹo dao bị cuốn đi. Lẹo dao biến mất ứng với tốc độ cắt khoảng từ 30 đến 60 m/ph. Với tốc độ cắt lớn hơn 60 m/ph thỡ lẹo dao khụng hỡnh thành được nờn độ nhỏm gia cụng giảm, độ nhẵn búng
72
bề mặt gia cụng tăng. Hỡnh 3.4 cho biết ảnh hưởng của vận tốc cắt V đến chiều cao
nhấp nhụ tế vi Rz , khi cắt
gọt kim loại.
Hỡnh 3.4 Ảnh hưởng của vận tốc cắt V đến chiều cao nhấp nhụ tế vi Rz
Khi gia cụng cỏc vật liệu giũn (gang) cỏc mảnh kim loại bị trượt và vỡ ra khụng cú thứ tự làm tăng nhấp nhụ tế vi bề mặt. Tăng tốc độ cắt sẽ giảm được hiện tượng vỡ vụn của kim loại, làm tăng độ nhẵn búng của bề mặt gia cụng.
Lượng tiến dao S ngoài ảnh hưởng mang tớnh chất hỡnh học nhưđó nờu trờn, cũn cú ảnh hưởng đến độ biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi ở bề mặt gia cụng. Hỡnh 3.5 cho biết quan hệ giữa lượng tiến dao S và chiều cao nhấp nhụ tế vi Rz khi gia cụng thộp cỏcbon, với giỏ trị lượng tiến dao S=0,02ữ 0,15 mm/vũng thỡ bề mặt gia cụng cú độ nhấp nhụ tế vi thấp nhất, nếu giảm S < 0,02 mm/vũng thỡ độ nhấp nhụ tế vi sẽ tăng lờn, độ nhẵn búng bề mặt giảm vỡ ảnh hưởng của biến dạng dẻo lớn hơn ảnh hưởng của cỏc yếu tố hỡnh học. Nếu trị số S > 0,15 mm/vũng thỡ biến dạng
đàn hồi sẽảnh hưởng đến sự hỡnh thành cỏc nhấp nhụ tế vi, kết hợp với ảnh hưởng
của cỏc yếu tố hỡnh học, làm cho độ nhỏm bề mặt tăng lờn nhiều (hỡnh 3.5) 1 20 100 200 a Rz 0,02 0,15 0 S(mm/vòng) Rz(àm)
73
Hỡnh 3.5 Ảnh hưởng của lượng tiến dao S đối với chiều cao nhấp nhụ tế vi Rz
Như vậy để đảm bảo đạt độ nhẵn búng bề mặt cao và năng suất cao nờn chọn giỏ trị của lượng tiến dao S trong khoảng 0,05 đến 0,12 mm/vũng đối với thộp cỏc bon. Khi gia cụng thộp cỏcbon nờn trỏnh khoảng vận tốc cắt sinh lẹo dao. Chiều sõu cắt cũng cú ảnh hưởng tương tự như lượng tiến dao S đến độ nhỏm bề mặt gia cụng, nhưng trong thực tế ngườ ta thường bỏ qua ảnh hưởng này. Núi chung khụng nờn chọn giỏ trị của chiều sõu cắt quỏ nhỏ vỡ khi cắt lưỡi dao sẽ bi trượt trờn mặt gia cụng và cắt khụng liờn tục, hiện tượng gõy ra trượt dao thường ứng với giỏ trị của chiều sõu cắt khoảng 0,02ữ0,03mm.
Loại vật liệu gia cụng cú ảnh hưởng đến độ nhấp nhụ tế vi (độ nhỏm bề mặt) chủ
yếu là do khả năng biến dạng dẻo. Vật liệu dẻo và dai (thộp ớt cacbon) dễ biến dạng dẻo sẽ cho bề mặt cú độ búng cao hơn vật liệu cứng và giũn.
3.3.1.3 Ảnh hưởng do rung động của hệ thống cụng nghệđến chất lượng bề mặt gia cụng.
Quỏ trỡnh rung động trong hệ thống cụng nghệ tao ra chuyển động tương đối cú chu kỳ giữa dụng cụ cắt và chi tiết gia cụng, làm thay đổi điều kiện ma sỏt, gõy nờn độ súng và nhấp nhụ tế vi trờn bề mặt gia cụng. Tỡnh trạng mỏy cú ảnh hưởng quyết định đến độ nhỏm bề mặt gia cụng. Muốn đạt độ nhỏm bề mặt gia cụng thấp (độ nhẵn búng bề mặt cao) trước hết cần phải đảm bảo đủ cứng vững, phải điều chỉnh mỏy tốt và giảm ảnh hưởng của cỏc mỏy khỏc xung quanh.
Túm lại, ảnh hưởng tổng hợp của ba nhúm yếu tố trờn tới độ nhỏm (độ nhẵn búng) bề mặt chi tiết mỏy phàn lớn mang tớnh chất ngẫu nhiờn. Cỏc số liệu khảo sỏt cho thấy chiều cao nhấp nhụ tế vi cú thể thay đổi đến 10 lần trong cựng một chế độ
cắt. Mặt khỏc hỡnh dạng hỡnh học tế vi bao giờ cũng mang sai số hệ thống và sai số
ngẫu nhiờn của quỏ trỡnh cắt. Người ta thường phải dựng phương phỏp tớnh toỏn phõn tớch phức tạp để xỏc định chớnh xỏc hỡnh dạng hỡnh học tế vi của bề mặt gia cụng cú xột đến sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiờn của quỏ trỡnh cắt. Vớ dụ dựng hàm số tương quan để phõn tớch biờn dạng thực của bề mặt gia cụng.
74
3.3.1.4 Biện phỏp cải thiện độ nhỏm bề mặt gia cụng chi tiết mỏy bằng dụng cụ
cắt cú lưỡi cắt định hỡnh.
Bảng 3.1. Biện phỏp cải thiện độ nhỏm bề mặt
Yếu tốảnh hưởng Biện phỏp làm giảm chiều cao nhấp nhụ tế vi (Rz)
Vật liệu gia cụng Sức bền cao, giới hạn chảy cao, nhiều cacbon, độ cứng cao Lượng tiến dao S, Sz Giỏ trị S, Rz nhỏ (giỏ trị nhỏ nhất khoảng 0,03 mm/vũng) Chiều sõu cắt Giỏ trị của chiều sõu cắt nhỏ (giỏ trị nhỏ nhất 0,01 mm) Vận tốc cắt Giỏ trị của vận tốc cắt khụng nằm trong vựng gõy lẹo dao Vật liệu dụng cụ cắt Độ cứng núng (chịu nhiệt) tăng, khả năng chịu nhiệt của dụng
cụ cắt tăng theo thứ tự sau: thộp giú, hợp kim cứng, gốm, kim cương.
Dung dịch trơn nguội Độ nhớt tăng theo thứ tự: nước, dầu Thụng số hỡnh học của dụng cụ cắt: Gúc trước γ Gúc sau α Bỏn kớnh mũi dao r Độ mũn dụng cụ Gúc trước lớn dần Gúc sau lớn dần Bỏn kinh mũi dao nhỏ Độ mũn dụng cụ (u) nhỏ 3.3.2 Cỏc kết quảđạt được đối với mỏy CNC
Mỏy cụng cụ CNC khỏc với mỏy cụng cụ thường một cỏch đỏng kể vỡ chất lượng và năng xuất của mỏy thụng thường phụu thuộc vào rất nhiều vào kỹ năng và kinh nghiệm của người vận hành. Mỏy cụng cụ CNC đó khắc phục được những nhược điểm trờn với ưu điểm nổi trội. Một đặc điểm quan trọng của mỏy CNC là cú thể gia cụng đạt độ chớnh xỏc cao. Độ chớnh xỏc của mỏy phụ thuộc chủ yếu vào độ
chớnh xỏc kớch thước của cỏc bộ phận, cỏc chi tiết mỏy cũng nhưđộ chớnh xỏc của cơ cấu dẫn động, chất lượng lắp rỏp, độ cứng vững của cỏc phần tử mỏy, khe hở
giữa cỏc bề mặt, điều kiện ma sỏt của cỏc phần tử chuyển động với bộ phận dẫn hướng và cỏc yếu tố khỏc. Độ cứng vững của trục chớnh và cỏc bộ phận khỏc của mỏy cụng cụ CNC phải cao hơn cỏc bộ phận tương ứng của mỏy cụng cụ thụng
75
thường. Truyền động chạy dao của mỏy CNC là dựng động cơ CD và AC với bộ
truyền vớt me - đai ốc - bi cho từng trục chạy dao độc lập (giảm cỏc khõu trung gian tương ứng với chuỗi động học ngắn hơn). Vớt me là phần dẫn động cuối cựng của