- Hoàng Mạnh Cường Ảnh hưởng của chế độ cắt tới độ nhám bề mặt khi gia công trên máy phay CNC Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Người hướng dẫn khoa học: 1. - GS - TS Trần Văn Địch Phú thọ - 2012 Chuyên ngành: chế tạo máy 1LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu luận văn khoa học của riêng tôi. - Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là chính xác, trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ một công trình khác. - Tác giả Hoàng Mạnh Cường MỤC LỤC 2Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục các ký hiệu,chữ viết tắt Danh mục các bảng biểu Danh mục các hình vẽ đồ thị MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH CẮT KHI PHAY Tổng quan về phay Định nghĩa về phay Các dạng dao phay chủ yếu Đặc điểm gia công cắt gọt bằng phay Các phương pháp phay Công nghệ gia công trên máy phay CNC Các dạng điều khiển của máy phay CNC Quy trình công nghệ gia công trên máy phay CNC Phương pháp thục hiện phay trên máy phay CNC Lập trình gia công trên máy phay CNC Các đặc trưng cơ bản khi phay bằng dao phay ngón sử dụng mảnh cắt xoay Độ nhám bề mặt chi tiết gia công Các đại lượng đặc trưng cơ bản xuất hiện trong quá trình cắt và phương pháp đo đại lượng đặc trưng cơ bản Các đại lượng đặc trưng xuất hiện trong quá trình cắt Phương pháp đo độ nhám bề mặt Kết luận chương CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM Đặt vấn đề Mô hình thí nghiệm Thiết kế mô hình thí nghiệm Các thông số cơ bản của hệ thống thí nghiệm Thiết bị đo Nội dung thí nghiệm Xác định độ nhám bề mặt chi tiết sau khi gia công Xây dựng phương pháp xử lý số liệu Kết luận chương CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ....50 3.1 Xây dựng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Mục đích thực hiện Xây dựng sơ đồ thực nghiệm Cơ sở chọn giá trị các thông số đầu vào Phương pháp tiến hành thí nghiệm Phương pháp thí nghiệm Thu thập kết quả thí nghiệm Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm khi phay CNC Kết quả mô hình các đại lượng Ra,Rz Các đại lượng Ra,Rz phụ thộc vào thời gian gia công Kết luận chương Kết luận chung Phụ lục :Bảng số liệu kết quả đo Trình tự các bước xử lý kết quả thực nghiệm Tài Liệu tham khảo DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 4Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị V Vận tốc cắt m/phút Sz Lượng chạy dao răng mm/răng B Chiều sâu cắt đo theo phương dọc trục dao phay mm t Chiều sâu cắt đo theo phương vuông góc với trục dao phay mm a Chiều dày cắt mm b Chiều rộng cắt mm z Số răng dao phay D Đường kính dao phay mm r Bán kính đỉnh lưỡi dao phay mm γ Góc trước của lưỡi cắt mm α Góc sau của lưỡi cắt Độ β Góc sắc của lưỡi cắt Độ φ Góc nghiêng chính Độ φ1 Góc nghiêng phụ Độ Px Thành phần lực cắt theo phương vuông góc với phương chuyển động của dao N Py Thành phần lực cắt theo phương chuyển động của dao N Pz Thành phần lực cắt theo phương dọc trục của dao N Ra Sai lệch profin trung bình của bề mặt chi tiết µm Rz Chiều cao nhấp nhô trung bình của bề mặt chi tiết µm Rt Chiều cao nhấp nhô lớn nhất của bề mặt chi tiết µm T Tuổi bền dao Phút τ Thời gian gia công Phút A0 Hệ số thực nghiệm xét đến ảnh hưởng của điều kiện gia công khi xây dựng mô hình nhám bề mặt phụ thuộc vào các thông số chế độ cắt A1, A2, Số mũ thực nghiệm tương ứng với các thông số chế độ cắt lần 5A3 lượt V, Sz, B C0 Hệ số thực nghiệm xét đến ảnh hưởng của điều kiện gia công khi xây dựng mối quan hệ giữa độ nhám bề mặt phụ thuộc vào thời gian gia công C1 Hệ số thực nghiệm tương ứng với thời gian gia công δA Dung sai chi tiết Mm A Kích thước chi tiết gia công Mm h Khoảng giao nhau của hai bước do hai dao cùng cắt Mm L Chiều dài gia công Mm 6DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TT Ký hiệu Tên bảng biểu 1 Bảng 3.1 Giá trị các thông số chế độ cắt và giá trị mã hóa 2 Bảng 3.2 Giá trị các thông số công nghệ khi phay 3 Bảng 3.3 Kết quả đo độ nhám bề mặt (Ra, Rz) phụ thuộc vào các thông số chế độ cắt (V,S,B) 4 Bảng 3.4 Phương trình độ nhám bề mặt (Ra, Rz) phụ thuộc vào các thông số chế độ cắt (V,S,B) 5 Bảng 3.5 Phương trình độ nhám bề mặt (Ra, Rz) phụ thuộc vào thời gian gia công τ 6 Bảng 3.6 Tổng hợp các kết quả các hệ số (C0,C1) của phương trình độ nhám bề mặt (Ra, Rz) phụ thuộc vào thời gian gia công τ 7 Bảng 3.7 Phương trình độ nhám bề mặt (Ra, Rz) phụ thuộc vào thông số chế độ cắt (V,S,B) thời gian gia công τ 8 Bảng 3.8 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P1 9 Bảng 3.9 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P2 10 Bảng 3.10 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P3 11 Bảng 3.11 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P4 12 Bảng 3.12 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P5 13 Bảng 3.13 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P6 14 Bảng 3.14 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P7 15 Bảng 3.15 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P8 7DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các dạng dao phay chủ yếu Hinh1.2 Lực cắt của răng dao phay tác động lên chi tiết và sự tiếp xúc giữa bề mặt vít me với đai ốc Hình 1.3 Điều khiển điểm – điểm Hình 1.4 Điều khiển đường thẳng Hình 1.5 Điều khiển theo contour Hình 1.6 Vùng gia công khi phay Hình 1.7 Sơ đồ các bước khi phay Hình 1.8 Sơ đồ ăn dao vào chi tiết Hình 1.9 Bù chiều dài dao khi phay Hình 1.10 Diện tích cắt thực của chi tiết diện kim loại bị cắt khi r ~ 0 Hình 1.11 Diện tích cắt thực của tiết diện kim loại bị cắt khi r Hình 1.12 Sơ đồ xác định độ nhấp nhô tế vi Hình 2.1 Sơ đồ thí nghiệm tổng quát Hình 2.2 Dao phay ngón và các thông số hình học Hình 2.3 Mẫu phôi thí nghiệm Hình 2.4 Sơ đồ gá kẹp khi thí nghiệm Hình 2.5 Sơ đồ đo độ nhám bề mặt Hình 2.6 Sơ đồ thuật toán xử lý số liệu Hình 3.1 Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm 8Lời nói đầu Hiện nay khối lượng sản phẩm cơ khí gia công bằng cắt gọt chiếm tỷ lệ cao nhất trong các phương pháp gia công kim loại. - Cắt gọt kim loại là một phương pháp hàng đầu về khả năng đáp ứng độ chính xác kích thước về hình dạng và chật lượng bề mặt chi tiết gia công. - Vì vậy việc áp dụng công nghệ tiên tiến có sự trợ giúp của máy tính được tich hợp trong máy công cụ điều khiển theo chương trình số (NC & CNC), vật liệu dụng cụ có độ bền cao, và vật liệu gia công mới luôn là đòi hổi khách quan của nền sản xuất công nghiệp hiện đại. - Do các điều kiện công nghệ gia công cắt gọt kim loại luôn phát triển theo hướng hoàn thiện hơn nên các mô hình của quá trình cắt gọt kim loại, các thông số chế độ cắt được thu thập trước đây trong các tài liệu cũ có một số phần không còn phù hợp. - Việc mô hình hóa quá trình gia công cắt gọt trong các điều kiện công nghệ mới đã, đang và sẽ phải tiếp tục nghiên cứu. - Các mô hình về độ nhấp nhô bề mặt khi gia công trên máy CNC được nhập từ các nước phát triển là các bản quyền của các hãng sản xuất. - Khi bán máy các hãng thường không cung cấp mô hình này. - Không có các cơ sở dữ liệu để giải bài toán xác định chế độ cắt tối ưu khi gia công trong điều kiện công nghệ cụ thể của chúng ta. - Nếu chúng ta có tiền để mua bản quyền thì các mô hình mua được thường không phù hợp hoàn toàn với điều kiện sản xuất tại Việt Nam. - Nhằm góp phần giải quyết các khó khăn nêu trên trong điều kiện sản xuất cụ thể tại Việt Nam, đề tài được tập trung nghiên cứu đi sâu vào vấn đề. - Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt tới độ nhám bề mặt khi gia công trên máy phay CNC ” 9Mục đích của đề tài Kết quả của việc xây dựng mô hình độ nhám bề mặt ( Rz, Ra) khi phay trên máy CNC, xây dựng các điều kiện để giải bài toán xác định chế độ cắt tối ưu khi phay trên máy phay CNC trong từng điều kiện gia công cụ thể, góp phần sử dụng máy phay CNC một cách hiệu quả & cũng góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của nguyên công phay. - Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là mối quan hệ của các đại lượng đặc trưng cho độ nhám bề mặt chi tiết gia công với các thông số của chế độ cắt ( Rz, Ra) khi phay trên máy phay CNC trong điều kiện gia công cụ thể như sau. - Máy phay CNC vạn năng Ecomill 350 + Dao phay ngón sử dụng mảnh cắt xoay (mảnh hợp kim Max. - Vật liệu gia công: Thép C45 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu là kết hợp giữa sự suy diễn lý thuyết và thực nghiệm. - Trước tiên là thu thập, phân tích sử lý các thông tin tiên niệm sau đó dưa ra các giải pháp khoa học rồi dùng thực nghiệm kiểm chứng các giả thuyết đó. - Nghiên cứu bằng thực nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm, xây dựng hệ thống thí nghiệm ổn định có sử dụng các thiết bị đo hiện đại. - Các kết quả nghiên cứu được áp dụng cho thực tế sản xuất qua đó đánh giá được hiệu quả của vấn đề nghiên cứu. - 10 Nội dung luận văn Toàn bộ nội dung chính luận văn được chia làm 4 chương : Chương 1: Tổng quan quá trình cắt khi phay. - Chương 2: Xây dựng hệ thống thực nghiệm. - Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm và đánh giá kết quả. - Kết luận chung và hướng nghiên cứu tiếp theo. - Bên cạnh đó tôi xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo trường Cao Đẳng CNQP, các thầy cô giáo của bộ môn công nghệ chế tạo máy - khoa cơ khí - trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội và các đồng nghiệp đã hợp tác đầy hiệu quả giúp tôi nghiên cứu đề tài này. - Trong bản luận văn này chắc hẳn còn nhiều thiếu sót, tôi rất mong các thầy cô và các bạn đồng nghiệp góp ý, bổ xung để luận văn này đạt đươc kết quả cao hơn. - Phú Thọ, ngày tháng năm Tác giả Thạc sĩ Hoàng Mạnh Cường 11CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH CẮT KHI PHAY 1.1 Tổng quan về phay 1.1.1 Định nghĩa về phay Phay là phương pháp gia công cắt gọt bằng dụng cụ cắt có lưỡi được dùng phổ biến trong gia công cắt gọt kim loại. - Quá trình cắt do phay là không liên tục do dao phay thông thường có nhiều lưỡi nên quá trình cắt được tiến hành lần lượt theo từng lưỡi gây nên các va đập trong quá trình gia công. - Độ chính xác đạt được bằng các phương pháp phay không cao hơn cấp 4 ÷ 3 và chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt Ra µm). - Khi gia công mặt phằng, phay là phương pháp gia công có năng suất cao nhất. - Phay có khả năng thay thế hoàn toàn phương pháp bào trong sản xuất hàng loạt. - 1.1.2 Các dạng dao phay chủ yếu Bằng phương pháp phay, người ta có thể gia công mặt phẳng, mặt định hình phức tạp, rãnh then, trục then hoa, bánh răng, cắt ren… Có rất nhiều các kiểu dao phay khác nhau ( Hình 1.1. - Dao phay trụ răng xoắn. - Hình 1.1a. - Dao phay mặt đầu. - (Hình 1.1b. - Dao phay đĩa. - (Hình 1.1c. - Dao Phay đĩa cắt đứt. - (Hình 1.1d) 12- Dao phay ngón. - (Hình 1.1e. - Dao phay góc. - (hình 1.1g. - Dao phay định hình. - (Hình 1.1h) 13 Hình 1.1: Các dạng dao phay chủ yếu 1.1.3 Đặc điểm gia công cắt gọt bằng dao phay Do có một số lưỡi cắt cùng tham gia cắt nên năng suất cao hơn phương pháp tiện. - Lưỡi cắt của dao phay làm việc không liên tục, cùng khối lượng thân dao lớn nên điều kiện truyền nhiệt tốt. - Do vậy dao lâu mòn hơn và có thể gia công trong điều kiện cắt gọt khó khăn. - 14Diện tích cắt khi phay thay đổi, do vậy lực cắt thay đổi gây ra rung động trong quá trình cắt. - Tuy nhiên hiện tượng va đập trong quá trình cắt cũng là nhân tố làm giảm độ chính xác và chất lượng bề mặt chi tiết gia công. - Ngoài các hình thức mòn dao tương tự như ở nguyên công tiện, khi phay xuất hiện hiện tượng vỡ dao do va đập. - 1.1.4 Các phương pháp phay a. - Phay thuận - Định nghĩa: Phay thuận là phương pháp trong đó véc tơ tốc độ cắt V của dao ở điểm tiếp xúc giữa dao và bề mặt đã gia công cùng chiều với chiều chuyển động của bàn máy mang chi tiết gia công. - Ưu điểm: Chiều dài cắt thay đổi từ amax đến amin, do đó ở thời điểm lưỡi cắt tiếp xúc gia công không xẩy ra hiện tượng trượt, vì vậy dao đỡ mòn và tuổi bền của dao có thể được nâng cao. - Khi gia công, thành phần lực cắt Pn có chiều cùng với chiều của lực kẹp chi tiết gia công nên tăng độ cứng vững của hệ thống công nghệ, do đó giảm rung động khi phay (Hình 1.2a. - Nhược điểm: Tại thời điểm đầu tiên khi dao chạm vào chi tiết gia công thì chiều dày cắt a = amin nên xảy ra va đập đột ngột, răng dao dễ bị mẻ và rung động tăng lên. - Thành phần lực cắt ngang Pn đẩy chi tiết theo chiều chuyển động chạy dao S nên sự tiếp xúc giữa bề mặt ren của vít me truyền lực và đai ốc có thể không liên tục. - Mặt khác, vì không có hiện tượng trượt 15giữ lưỡi cắt và bề mặt chi tiết, do đó tăng độ bõng bề mặt chi tiết gia công và tăng được tuổi thọ của dao. - Trong thực tế người ta sử dụng phương pháp này khi gia công tinh. - Phay nghịch - Định nghĩa: Phay thuận là phương pháp trong đó véc tơ tốc độ cắt V của dao ở điểm tiếp xúc giữa dao và bề mặt đã gia công ngược chiều với chiều chuyển động của bàn máy mang chi tiết gia công. - (Hình 1.2b. - Ưu điểm: Thành phần lực Pn có tác dụng khử khe hở giữa vít me và đai ốc do đó giảm được đáng kể sự rung động - Nhược điểm: Tại thời điểm đầu tiên khi dao chạm vào chi tiết gia công thì chiều dày cắt a = 0 nên xảy ra sự trượt lưỡi cắt và bề mặt gia công do đó giảm độ bóng bề mặt và tuổi thọ của dao.
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt