Cũng như cỏc mỏy phay thụng thường trục chớnh trờn mỏy phay CNC đảm bảo chuyển động cắt chớnh. Trục chớnh tiờu tốn cụng suất lớn nhất trờn mỏy, vỡ vậy cụng suất trục chớnh thường được dung làm chỉ tiờu đỏnh giỏ cụng suất gia cụng của mỏy. Yờu cầu cơ bản đối với gia cụng trục chớnh là cú khoảng thay đổi số vũng quay rộng, với momen lớn, ổn định và khả năng quỏ tải cao. Để đảm bảo điều đú, trờn cỏc mỏy thụng thường người ta dựng động cơ xoay chiều khụng đồng bộ hoặc
đồng bộ kốm theo hộp số cơ khớ cú cấp và vụ cấp.
Trờn mỏy phay CNC, tốc độ điều khiển trục chớnh cần được điều khiển vụ cấp, tự động theo chương trỡnh trong phạm vi rộng. Điều đú rất cần thiết nhất là khi thay
đổi đường kớnh dao phay mà lại cần duy trỡ vận tốc cắt khụng đổi. Gần đõy nhờ tiến bộ của khoa học kỹ thuật điều khiển số, cỏc động cơ khụng đồng bộđiều khiển bằng biến tần được sử dụng rộng rói. Khi cần định vị gúc trục chớnh người ta gắn bộ mó hoỏ (encode) lờn trục động cơ.
So với trục chớnh của mỏy thụng thường, trục chớnh của mỏy phay CNC làm việc với tốc độ cao hơn (tới hàng vạn v/ph), thường xuyờn cú gia tốc lớn. Vỡ vậy yờu cầu cõn bằng, bụi trơn đặc biệt cao hơn. Ngoài ra do nhu cầu thay dao nhanh, thay dao tự động, cơ cấu kẹp dao, phụi trờn cỏc mỏy phay CNC thường được điều khiển tựđộng bằng khớ nộn hoặc thuỷ lực.
2.2.3. Hệ thống thay dao tựđộng.
Cú nhiệm vụ lấy dao từổ chứa gỏ vào trục chớnh và lấy dao từ trục chớnh cất vào ổ chứa dao một cỏch nhanh chúng. Ổ chứa dao (Tool magazine) là hệ thống lưu trữ dao cú thể nhận biết được cỏc vị trớ và truy xuất tựđộng.
2.2.4. Ổ gỏ dao
Ổ gỏ dao sẽ giỳp thuận lợi cho việc thay đổi nhiều dao và trục chớnh mỏy một cỏch nhanh chúng, chớnh xỏc. Cấu tạo ổ gỏ dao:
Đầu gỏ cụn (Taperet Shank): Đầu gỏ dao cụn dung lắp ổ gỏ dao lờn trục chớnh. Theo tiờu chuẩn ANSI cú 6 cỡ ổ gỏ dao cụn cơ bản sau #30, #35, #40, #45, #50, #60, mỏy càng lớn dựng đầu gỏ cụn cú số hiệu càng lớn. Độ cụn tiờu chuẩn là 3.5in./ft (hệ số 7:24)
Vành ổ gỏ dao (Flange): Dựng đểổ gỏ dao cú thể gắp giữ bởi tay gắp thay dao hoặc trục chớnh, cú hai loại cơ bản, V-Flange và BT-Flange. V-Flange thường được dựng
đối với cỏc dao kớch thước hệ inch và BT-Flange thường dựng gỏ dao kớch thước hệ
một.
Nỳm cốđịnh ổ dao (Retension Knob): Nỳm cốđịnh ổ dao dung để thanh khoỏ của trục chớnh (locking drawbar) kộo ổ gỏ dao cho siết chặt vào trục chớnh và thả nú ra tựđộng:
Bộ gỏ thõn dao (Adaptors): Bộ gỏ thõn dao được thiết kế theo nhiều kiểu khỏc nhau nhằm gỏ được nhiều loại và cỡ dao khỏc nhau. Thụng thường ổ gỏ dao được
đặt tờn theo bộ gỏ thõn dao tương ứng. Thường gặp là: end mill holders, tap holders, collect holders, boring bar holders…
2.2.5. Hệ thống điều khiển chạy dao
Hệ thống điều khiển chạy dao đảm bảo chuyển động tạo hỡnh, nờn nú quyết
định khả năng cụng nghệ (tức là kớch thước, hỡnh dạng, độ chớnh xỏc của bề mặt gia cụng) của mỏy. Trờn thực tế chuyển động tạo hỡnh của mỏy phay CNC cú thể do dao hoặc phụi thực hiện.
Chuyển động của cỏc trục được điều khiển tự động từ chương trỡnh. Trờn cỏc mỏy khụng đũi hỏi độ chớnh xỏc cao thường dựng động cơ bước. Hệ điều khiển
dựng động cơ bước được gọi là hệđiều khiển hở, vỡ khụng cú mạch phản hồi vị trớ. Trờn cỏc mỏy phay CNC cụng nghiệp thường dựng hệ thống điều khiển kớn, nghĩa là cú hệ thống đo và phản hồi vị trớ.
2.2.6. Hệ thống kẹp chi tiết
DY Về cơ bản, cơ cấu kẹp chi tiết về mỏy phay CNC khụng khỏc trờn mỏy thụng thường.
Mỏy CNC làm việc với tốc độ cao, gia tốc lớn. Vỡ vậy độ cõn bằng động phải rất cao để giảm lực ly tõm cũng như rung động. Hệ thống ổ và bụi trơn cũng phải cú khả năng làm việc ở tốc độ cao.
Hệ thống kẹp phải cú khả năng được điều khiển tự động, trờn cỏc mỏy phay CNC hệ thống kẹp tự động dựng điện cơ, thuỷ lực, khớ nộn tỏc động nhanh từ
chương trỡnh hoặc từ robot.
Chương 3:
XÁC LẬP MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC THễNG SỐ CẮT GỌT VÀ ĐỘ
NHÁM BỀ MẶT 3.1. Khỏi quỏt về thộp hợp kim.
3.1.1. Thành phần húa học.
Thộp hợp kim là loại thộp mà người ta cố ý đưa thờm vào cỏc nguyờntố cú lợi với lượng đủ lớn để làm thay đổi tổ chức và cải thiện tớnh chất(cơ, lý và húa)
Cỏc nguyờn tố cú lợi được đưa vào một cỏch đặc biệt với lượng đủ lớn gọi là nguyờn tố hợp kim, chỳng bao gồm cỏc nguyờn tố với hàm lượng lớn hơn cỏc giới hạn cho từng nguyờn tố như sau :
Mn ≥ 0,80 ữ 1,00%, Si ≥ 0,50 ữ 0,80%, Cr ≥ 0,50 ữ 0,80%, Ni ≥ 0,50 ữ 0,80%, W ≥ 0,10 ữ 0,50%, Mo ≥ 0,05 ữ 0,20%, Ti ≥ 0,10%, Cu ≥ 0,30%, B ≥ 0,0005%.
Nhỏ hơn giới hạn kể trờn được coi là tạp chất. Tuy nhiờn cỏc giới hạn trờn cũng chỉ là quy ước và khụng cứng nhắc một cỏch quỏ chặt chẽ.
Thộp hợp kim là loại cú chất lượng từ tốt trở lờn nờn chứa ớt và rất ớt cỏc tạp chất cú hại.
3.1.2. Cỏc đặc tớnh của thộp hợp kim
Cơ tớnh :
- Ở trạng thỏi khụng tụi + ram(vớ dụ ở trạng thỏi ủ) độ bền của thộp hợp kim cao hơn nhiều so với thộp C, cho nờn đó dựng thộp hợp kim thỡ phải qua nhiệt luyện tụi+ram. Nếu dựng thộp hợp kim ở trạng thỏi cung cấp hay ủ là sự lóng phớ lớn về độ bền.
- Độ bền cao càng rừ rệt khi tiết diện của thộp càng lớn và lượng hợp kim đủđể
bảo đảm tụi thấu. Khi tiết diện nhỏ(≤ 20mm) ưu việt của thộp hợp kim khụng thể
- Do tớnh thấm tụi tốt, dựng mụi trường tụi chậm (dầu) nờn khi tụi ớt bị biến dạng và nứt hơn so với thộp C luụn phải tụi nước. Do vậy, cỏc chi tiết cú hỡnh dạng phức tạp phải qua tụi (do đũi hỏi độ bền) đều phải làm bằng thộp hợp kim.
- Khi tăng mức độ hợp kim húa làm tăng độ thấm tụi làm tăng độ cứng, độ bền song thường làm giảm độ dẻo, độ dai nờn lượng hợp kim cần thiết chỉ cần vừa đủ
bảo đảm tụi thấu tiết diện đó cho là đủ, khụng nờn dựng thừa ( vừa đắt vừa khú gia cụng, dễ bị phỏ hủy giũn). Do vậy, cú nguyờn tắc là chọn mỏc thộp hợp kim cao hay thấp là phụ thuộc kớch thước (tiết diện).
- Tuy đạt độ cứng, độ bền cao nhưng thường cú độ dẻo, độ dai thấp hơn. Do vậy, phải chỳ ý cỏc mối quan hệ ngược này để cú xử lý thớch hợp ( bằng ram). Mặc dự cú ưu điểm vềđộ bền, núi chung thộp hợp kim cú tớnh cụng nghệ kộm hơn thộp C (trừ tớnh thấm tụi).
Tớnh chịu nhiệt cao :
Cỏc nguyờn tố hợp kim cản trở sự khuếch tỏn của cỏcbon nờn làm mactenxit khú phõn húa và cacbit khú kết tụ ở nhiệt độ cao hơn 2000, do vậy tại cỏc nhiệt độ
này thộp hợp kim bền hơn. Một số loại cú lớp vảy oxit tạo thành ở nhiệt độ cao khỏ xớt chặt, cú tớnh bảo vệ tốt.
Tớnh chất vật lý, húa học đặc biệt.
Bằng cỏch đưa vào thộp cỏc nguyờn tố khỏc nhau với lượng lớn quy định cú thể tạo ra cỏc tớnh chất đặc biệt :
- Khụng gỉ, chống ăn mũn trong axit, bazơ, muối. - Từ tớnh đặc biệt hoặc khụng từ tớnh.
- Gión nở nhiệt đặc biệt, ...
Từ những ưu nhược điểm về tớnh chất cơ, lý và húa học của thộp hợp kim. Ta tiến hành thực nghiệm trờn thộp hợp kim cú độ cứng cao như: X12M, 9XC và 40X.
Hình 1.3
Hình 3.1 Quan hệ giữa độ cứng và nhiệt độ làm việc của một số vật liệu cắt
(HKC, thép gió , thép cácbon dụng cụ).
3.1.3. Hợp kim cứng.
3.1.3.1. Khái niệm: Các HKC được chế tạo bằng phương pháp luyện kim bột (hợp kim bột) nghĩa phương pháp luyện kim bột (hợp kim bột) nghĩa là loại hợp kim không qua nấu chảy. Thành phần HKC gồm: Các loại bột cácbít kim loại (cácbít Volfram, cácbít titan, cácbít tantan, cacbít Hafini (HfC)… và chất dính kết (thờng là côban). Các loại bột đợc trộn theo tỷ lệ sau đó đợc ép thành các dạng khác nhau rồi thiêu kết trong môi trờng không có ôxy.
Hiện nay, hợp kim cứng đợc dùng nhiều và phổ biến trong công nghiệp. So với các loại vật liệu dụng cụ thông dụng thì hợp kim cứng là loại vật liệu có độ cứng cao nhất (80-90 HRA) và
chịu nhiệt độ cao (800ữ10000C). Do đó, dụng cụ bằng hợp kim cứng có thể cắt với tốc độ cắt cao (Vc > 100m /ph).
3.1.3.2. Phương pháp chế tạo, phân loại hợp kim cứng.
Các HKC đợc chế tạo bằng phơng pháp luyện kim bột. Các nguyên liệu ở dạng bột có kích thớc hạt nhỏ đợc trộn đều rồi đem ép thành miếng có hình dáng đơn giản sau đó đem nung lên tới nhiệt độ thích hợp (thiêu kết) để các chất dính kết liên kết các hạt cácbít lại với nhau thành khối vững chắc. Việc chế tạo HKC phải qua các bước sau:
1. Tạo bột Volfram, Titan, Tantan nguyên chất bằng cách hoàn nguyên trong dòng khí Hyđrô ở 700 ữ 90000 C.
2. Tạo cacbít tương ứng từ các bột nguyên chất Ti, W, Ta.
3. Trộn bột cacbít với bột Coban theo thành phần tương ứng với các loại HKC trong nhiều giờ để làm đều thành phần.
4. ẫp hỗn hợp dới áp suất 100-140MN/ mm2 rồi nung nóng sơ bộ ở 9000C trong khoảng 1 giờ.
5. Tạo hình theo các các dạng yêu cầu (cắt và gia công cơ trên các máy cắt kim loại: phay, tiện ...).
6. Thiêu kết lần cuối ở nhiệt độ 1400 ữ 150000 C từ 1 tới 3 giờ trong môi trường không có ôxy để tạo thành HKC, ở nhiệt độ cao coban nóng chảy tạo thành chất dính kết liên kết các hạt cacbít lại với nhau tạo thành HKC. Sau khi thiêu kết tạo cho hợp kim cứng có các tính chất đặc thù.
Vậy quá trình chế tạo hợp kim cứng có thể được tóm tắt như sơ đồ sau (Hình 1.4)
3.1.3.3. Phân loại hợp kim cứng.
Các nước nổi tiếng trên thế giới về chế tạo dụng cụ cắt và dụng cụ công nghiệp đã tạo ra các mác HKC với các ký hiệu riêng và chia thành 3 nhóm.
-Nhóm một cácbit: Ký hiệu BK (Nga) thành phần gồm các loại cácbit vonfram (WC) và côban (Co), chủ yếu dùng để gia công các vật liệu giòn như gang, kim loại màu...
-Nhóm hai cácbit: Ký hiệu TK (Nga) thành phần gồm cácbit vonfram (WC), cácbít titan TiC) và côban (Co), thường dùng để gia công kim loại dẻo như thép... ( thường hình thành phoi dây khi cắt và có nhiệt độ cắt cao ở mặt trước).
- Nhóm ba cácbit: Ký hiệu TTK (Nga) thành phần gồm các loại cácbit vonfram(WC) cacbít titan(TiC), cácbit tantan(TaC) và côban(Co). Loại này thường được dùng để gia công các loại vật liệu cắt ra phoi dây và phoi xếp.
Theo ISO và một số nước thống nhất ký hiệu HKC theo tính chất của chúng, chia hợp kim cứng thành 3 nhóm được ký hiệu bắt đầu bởi chữ P, M, K. Hợp kim cứng nhóm P có độ cứng và độ chịu mài mòn cao hơn nhóm M và nhóm K.Ngược lại HKC nhóm K có tính dẻo và sức bền cao hơn nhóm P.
- Nhóm P ( Nhóm hai cácbít tương đương nhóm TK theo tiêu chuẩn Nga ): Dùng để gia công các vật liệu dẻo, có phoi dây (chủ yếu là thép kể cả thép đã qua tôi). Vật liệu nền của mảnh nhóm P đặc trưng bởi màu xanh. Thành phần mảnh hợp kim cứng nhóm P gồm cácbít vonfram, (WC), cácbít Titan (TiC) và Coban. Cụ thể như bảng sau:
Kí hiệu Thành phần hoá học (%)
ISO Nga Mỹ WC TiC Co
P01 T30K4 C8 66 30 04
P10 T15K6 C70 79 15 06
P20 T14K8 C7 78 14 08
P
Nhóm M (Nhóm ba cácbít, nhóm TTK theo tiêu chuẩn Nga):
Là nhóm có khả năng sử dụng đa năng, nhưng mục đích sử dụng chính vẫn là dùng để gia công các vật liệu khó gia công, sức bền cao ( như thép không gỉ,các hợp kim chịu nhiệt). Vật liệu nền của mảnh nhóm M đặc trng bởi màu vàng. Thành phần gồm: Cácbít Vonfram ( WC), cácbít tangtan (TaC), cácbít Titan ( TiC), và Ccban ( Co) .cụ thể như bảng sau:
Tiêu chuẩn Thành phần hoá học (%)
ISO Nga WC TiC+TaC Co
M10 TT8K6 84 10 06
M20 TT10K8 81 12 07
M30 BK10-OM 82 10 08
M
M40 TT7K12 79 06 15
Nhóm K: ( Nhóm 1 cácbít, nhóm BK theo tiêu chuẩn Nga)
Dùng chủ yếu để gia công vật liệu giòn, có phoi vụn như gang đúc, kim loại màu, các hợp kim của nhôm. Vật liệu nền của mảnh nhóm K có màu đỏ. Thành phần gồm cácbít vonfram (WC) và Coban (Co). cụ thể như bảng sau:
Tiêu chuẩn Thành phần hoá học (%)
ISO Nga WC Co K01 BK3 97 03 K05 BK6M 94 06 K20 BK6 94 06 K K30 BK8 92 08 Bảng 3.4. Thành phần húa học của thộp 40X.
* Thộp 9XC (9CrSi): thành phần húa học Thộp %C %Mn %Si %Cr %W %V 9XC 0,85-0,95 0,3-0,6 1,2-1,6 0,95-1,25 - - Bảng 3.5. Bảng thành phần húa học của thộp 9XC. * Thộp X12M: Thành phần húa học. Bảng 3.6. Thành phần húa học của thộp X12M. 3.2.1. Cỏc thụng số cụng nghệ cơ bản của hệ thống thớ nghiệm.
3.2.1.1. Mỏy phay CNC Deckel Maho DMU60T.
• Như đó trỡnh bày ở trờn, mục tiờu của thực nghiệm là xỏc định mối quan hệ toỏn học giữa độ nhỏm bề mặt (Ra) với chếđộ cắt khi phay trờn mỏy phay CNC.
• Nơi thực nghiệm: Trung tõm cụng nghệ cao-Trường ĐHSPKT Hưng Yờn.
Hỡnh 3.3. Trung tõm gia cụng phay CNC Deckel Maho MDU60T
Cỏc thụng số cơ bản của trung tõm gia cụng cao tốc này được chỉ ra trong bảng 3.1
Bảng 3.7. Thụng số kỹ thuật của mỏy phay CNC Deckel Maho MDU60T
STT Thụng số kỹ thuật Thụng số 1 Số trục 3 2 Vựng làm việc Trục X Trục Y Trục Z 600 mm 525 mm 500 mm 3 Lượng chạy dao tối đa 18.000 mm/phỳt 4 Tốc độ trục chớnh 20 ữ 20.000 vũng/phỳt 5 Kớch thước mỏy 2900x2000x2230
6 Hệ thống bụi trơn Khớ – dung dịch trơn nguội
7 Số dao trong ổ tớch dao 30
8 Hệđiều khiển iTNC Heidenhain 530
10 Độ chớnh xỏc điều khiển Trục x Trục y Trục z 8 àm 8 àm 8 àm 11 Trọng lượng phụi lớn nhất 350 kg 3.2.1.2. Hệđiều khiển Heidenhain.
Heidenhain là bộ điều khiển mỏy CNC nổi tiếng của Đức, thường được cỏc hóng mỏy cú độ chớnh xỏc cao sử dụng như: AgieCharmilles, DMG, YCM... Heidenhain dựng cả 2 loại mó lập trỡnh là H-codes và G-codes, việc sử dụng rất thuận tiện và đơn giản.
Trung tõm gia cụng phay CNC Deckel Maho DMU60T được điều khiển bởi hệ điều khiển đối thoại trực tiếp TNC của Heidenhain đú là: iTNC 530. Hệ điều khiển này được thiết kế cho cỏc mỏy CNC: mỏy phay, mỏy khoan, mỏy doa... và cả
trung tõm gia cụng. Nú cú thể điều khiển tới 12 trục, và cú thể thay đổi được vị trớ gúc của trục chớnh. Cú thể mụ phỏng quỏ trỡnh gia cụng chi tiết ở trước và trong quỏ trỡnh gia cụng.
Độ phõn giải và hiển thị: chuyển động thẳng: 1àm; gúc: 0,0010 Dữ liệu nhập: Tối đa 99.999,999 mm và 99.999,9990
Tốc độ tối đa: 60.000 (vũng/phỳt)
3.2.1.3. Dụng cụ cắt
Dao phay mặt đầu ỉ20 20x160-1T gắn chip của hóng Mitsu APMT1138PDER-M2VP16TF, số răng Z = 2
Hỡnh 3.4. Dao phay trụ ỉ20 20x160-1T.
3.2.1.4. Mẫu thớ nghiệm
Vật liệu: Thộp hợp kim cú độ cứng cao như: 40X, 9XC và X12M. Kớch thước phụi: 50 x 50 x 30.
Hỡnh 3.6. Cỏc mẫu dựng trong thớ nghiệm
3.2.1.5. Phương phỏp phay: Phay mặt đầu
Hỡnh 3.8. Gia cụng trờn mỏy phay Deckel Maho DMU60T.. 3.2.1.6. Dung dịch làm mỏt.
Sử dụng dung dịch trơn nguội
3.2.1.7. Thiết bịđo độ búng chi tiết sau khi gia cụng.
Đo chiều cao nhấp nhụ bề mặt đó gia cụng bằng thiết bị chuyờn