1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯƠNG THỊ NGỌC THƯ
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN
ĐỘ NHÁM BỀ MẶT KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY
CNC Chuyên ngành : Công nghệ chế tạo máy
Mã ngành : 60.52.04
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2011
2


kỹ thuật là tự ñộng hóa sản xuất. Phương thức cao của tự ñộng hóa
sản xuất là sản xuất linh hoạt. Trong dây chuyền sản xuất linh hoạt
thì máy ñiều khiển số CNC ñóng một vai trò rất quan trọng. Sử dụng
máy công cụ ñiều khiển số CNC cho phép giảm khối lượng gia công
chi tiết, nâng cao ñộ chính xác gia công và hiệu quả kinh tế, ñồng
thời cũng rút ngắn ñược chu kì sản xuất. Chính vì vậy, hiện nay ở
nước ta và nhiều nước trên thế giới ñã và ñang ứng dụng rộng rãi các
máy ñiều khiển số vào lĩnh vực cơ khí chế tạo ñể chế tạo các chi tiết
cơ khí, ñặc biệt là các chi tiết yêu cầu ñộ chính xác cao và ñảm bảo
ñược chất lượng bề mặt.
Thực tế cho thấy chất lượng của bề mặt gia công của chi tiết
không chỉ phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu, mà còn phụ
thuộc vào trạng thái của lớp bề mặt, các chi tiết ñược chế tạo từ một
loại vật liệu như nhau nhưng theo các phương pháp công nghệ và chế
ñộ cắt khác nhau sẽ có tính chất của lớp bề mặt khác nhau. Và ñộ
nhám bề mặt là một trong các chỉ tiêu ñể ñánh giá chất lượng bề mặt
ñặc trưng cho tính chất hình học của bề mặt gia công. Tính ñến nay,
ảnh hưởng của chế ñộ cắt ñến ñộ nhám bề mặt chi tiết gia công trên
các máy vạn năng ñã có nhiều công trình nghiên cứu và ñã ñược ñúc
kết thành sách, giáo trình, các sổ tay tra cứu… Nhưng dưới sự phát
triển không ngừng của khoa học kỹ thuật về tự ñộng hóa trong sản
xuất, ñể giải quyết vấn ñề về công nghệ, khi gia công trên máy CNC,
4
một trong những yêu cầu quan trọng ñược ñặt ra là chế ñộ cắt cần
ñược chú trọng, tính toán và lựa chọn một cách hợp lý khi gia công
ñể ñảm bảo tăng năng suất, nâng cao chất lượng bề mặt, ñộ chính xác
của chi tiết… Vấn ñề này hiện nay vẫn còn ít công trình nghiên cứu
và chưa ñược phổ biến rộng nên việc khảo sát nó là hết sức cần thiết,
giúp cho việc sử dụng máy CNC ñạt hiệu quả hơn.
Xuất phát từ những nhu cầu như vậy, người nghiên cứu chọn ñề

cấp ñộ bóng theo yêu cầu, góp phần nâng cao chất lượng bề mặt sản
phẩm.
6. CẤU TRÚC LUẬN VĂN
- Ngoài phần mở ñầu và kết luận, luận văn bao gồm 3
chương :
- CHƯƠNG 1: CƠ SỞ CẮT GỌT KIM LOẠI VÀ CHẤT
LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG
- CHƯƠNG 2: CƠ SỞ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TRÊN
MÁY CNC
- CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ ẢNH
HƯỞNG CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT KHI
PHAY.

6

CHƯƠNG 1 - CƠ SỞ CẮT GỌT KIM LOẠI
VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CÔNG
1.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CẮT GỌT
1.1.1. Chuyển ñộng cơ bản khi cắt gọt
Những chuyển ñộng tương ñối nhằm hình thành bề mặt gia
công gọi là chuyển ñộng cắt gọt, bao gồm 2 loại:
- Chuyển ñộng chính: n (vg/ph) , v (m/ph)
- Các chuyển ñộng phụ: s (mm/vong hoặc mm/răng), t (mm)
1.1.2. Bề mặt ñược hình thành trên chi tiết trong quá trình


Phoi

t

Hình 1.1: Bề mặt ñược hình thành trên chi tiết tr
ong
quá trình cắt
Hình 1.2. Kết cấu của dao
a)
b)

7

1.1.3.2. Thông số hình học dao khi thiết kế
Để xác ñịnh vị trí các bề mặt và lưỡi cắt của dao, người ta
dùng các thông số hình học: góc trước γ, góc sau α, góc sắc β, góc
cắt δ, góc trước phụ γ
1
, góc sau phụ α
1
, góc nghiêng chính ϕ, góc
nghiêng phụ ϕ
1
và góc nâng λ (xem hình 1.3)
- Trạng thái của lớp bề mặt:
- Tính chất cơ lý của lớp bề mặt (ñộ cứng, biến cứng, ứng suất
dư, phản ứng hoá học lớp bề mặt…).
1.2.2. Nhám bề mặt
1.2.2.1. Khái niệm
Như ta ñã biết, bề mặt chi tiết sau khi gia công không bằng
phẳng một cách lí tưởng mà có những nhấp nhô. Tuy vậy, không phải
toàn bộ những nhấp nhô trên bề mặt ñều thuộc nhám bề mặt. Nhám
bề mặt là tập hợp những nhấp nhô có bước tương ñôi nhỏ và ñược xét
trong giới hạn chiều dài chuẩn L (hình 1.5)
1.2.2.2. Chỉ tiêu ñánh giá ñộ nhám bề mặt
Độ nhám bề mặt gia công ñược ño bằng sai lệch profin trung
bình cộng R
a
và chiều cao nhấp nhô R
z
của lớp bề mặt.
Theo tiêu chuẩn nhà nước thì ñộ nhám bề mặt ñược chia làm 14
cấp ứng với các giá trị Ra và Rz. Độ nhám bề mặt thấp nhất (hay ñộ
nhẵn bóng bề mặt cao nhất) ứng với cấp 14.
1.2.2.3. Ảnh hưởng của ñộ nhám ñến khả năng làm việc
của chi tiết
9
Hình 1.
5
:
P
rofin
khu
ếch

Độ nhấp nhô bề mặt
Đ
ộ sóng bề mặt

Đ
ộ nhám bề mặt

M
ặt phẳng áp

Rỗ vật liệu
M
ặt phẳng cắt

10
b) Ảnh hưởng của lượng chạy dao: Để ñảm bảo ñộ nhẵn bóng
bề mặt và năng suất gia công nên chọn giá trị lượng chạy dao S trong
khoảng từ 0,05÷0,12 mm/vòng ñối với thép cacbon.
c) Ảnh hưởng của chiều sâu cắt: Chiều sâu cắt nhìn chung
không có ảnh hưởng ñáng kể ñến ñộ nhám bề mặt.
d) Ảnh hưởng của vật liệu gia công: Vật liệu dẻo và dai (thép ít
cacbon) dễ biến dạng dẻo sẽ làm cho ñộ nhám bề mặt tăng hơn so với
vật liệu cứng và giòn.
3. Ảnh hưởng của rung ñộng của hệ thống công nghệ.
1.2.2.5. Phương pháp ñạt ñộ bóng bề mặt.
Có thể chọn phương pháp gia công khác nhau với chế ñộ cắt S,
V, t hợp lý ñể tạo ra ñộ bóng bề mặt theo yêu cầu.
1.2.2.6. Phương pháp ñánh giá ñộ nhám bề mặt
1) Phương pháp quang học
2) Phương pháp ño ñộ nhám Ra, Rz, Rmax v.v bằng máy ño

2.2.2.2. Tính linh hoạt
2.2.2.3. Tính tập trung nguyên công cao
2.2.2.4. Tính chính xác ñảm bảo chất lượng cao
2.2.2.5. Hiệu quả kinh tế – kỹ thuật cao
2.3. SO SÁNH MÁY CÔNG CỤ THÔNG THƯỜNG VỚI MÁY
CÔNG CỤ CNC
2.3.1. Cấu trúc
Máy công cụ CNC ñược thiết kế cơ bản giống như máy công cụ
thông thường. Sự khác nhau thật sự là ở chỗ các bộ phận liên quan
ñến tiến trình gia công của máy công cụ CNC ñược ñiều khiển bởi
máy tính.
12
2.3.2. Chức năng
So sánh những chức năng cơ bản giữa máy công cụ thông
thường, máy công cụ NC và máy công cụ CNC.
2.3.3. Tính kinh tế
2.4. PHƯƠNG THỨC LẬP TRÌNH VÀ CÁC LỆNH CƠ BẢN
CỦA CHƯƠNG TRÌNH NC:
2.4.1. Phương thức lập trình NC
2.4.1.1. Lập trình trực tiếp
2.4.1.2. Lập trình tự ñộng
2.4.2. Các lệnh cơ bản của chương trình
2.5. GIỚI THIỆU MÁY PHAY CNC MILL 155
2.5.1. Kết cấu chung của máy

2.5.3.1. Hệ toạ ñộ máy (hình 2.2)

1. Sóng trượt bàn máy theo X/Z 9. Bể chứa chất làm mát
2. Vùng làm việc 10. Bơm chất làm mát
3. Đèn làm việc 11. Công tắc nguồn
4. Hệ thống cửa bảo vệ 12. Tủ ñiện
5. Ổ tích dao 13. Phím ñiều khển
6. Nút tắt khẩn cấp 14. Ngăn kéo phím máy tính
7. Khay hệ thống 15. Bệ máy
8. Hệ thống lặp
Hình 2.2: Hệ toạ ñộ của máy phay PC MILL155
14
2.5.3.2. Điểm chuẩn của máy
2.5.4. Giới hạn không gian làm việc của máy
Theo các phương X/Y/Z=300/200/200 (mm)
2.5.5. Cơ cấu cấp và thay thế dụng cụ cắt gọt
2.5.5.1. Các loại dụng cụ cắt
2.5.5.2. Bộ gá dụng cụ cắt
Bộ cán dao của máy có 5 loại khác nhau: collet holder, shell end
mill arbor, miller support, tap holder and holder MT2.
2.5.5.3. Hệ thống chứa dao (hình 2.3)

sau:
1) Xác ñịnh hàm toán học mô tả mối quan hệ giữa các yếu tố
ñầu vào và ñầu ra
2) Xác ñịnh các thông số mô hình theo số liệu thực nghiệm
3) Kiểm tra sự tương thích của mô hình
3.1.3. Quy hoạch quay cấp II (Quy hoạch Box – Hunter)
Trình tự xác ñịnh mối quan hệ thực nghiệm giữa các yếu tố theo
quy hoạch Box – Hunter như sau:
 Xây dựng mô tả toán học
- Mô tả toán học của phương án quay cấp II có dạng như sau:
Y = b
0
+ b
1
.X
1
+ … + b
k
.X
k
+ b
12
.X
1
.X
2
+ … + b
11
.X
1

0
phụ thuộc vào k.
Ứng với k = 2, n
0
= 5, N=13
Giá trị các mức của biến thực như sau:

ax min
0
; 1,2, ,
2
m
j j
j
x x
x j k
+
= =

Với,
0 ax min
, ,
m
j j j
x x x
:giá trị
của biến thực x
j
ở mức cơ bản (ở
tâm phương án); mức cao, thấp

0 0
0
; 1,2, ,
m
j j
m
j
j j
j
j j
j
j
x x
X
x x
X j k
j
x x
X
λ
λ
λ

−
=



−


1 + + + + + + Y
1
2 + - + - + + Y
2

3 + + - - + + Y
3

Số thí nghiệm
ở nhân

4 + - - + + + Y
4

5 + +α 0 0 α
2
0 Y
5

6 + -α 0 0 α
2
0 Y
6

7 + 0 +α 0 0 α
2
Y
7

Số thí nghiệm

1 1 1
3
1
ij 4
1
2 2
5 6 7 0
1 1 1
. . . .
. .
. . .
. . . . . .
N k N
u u ju u
u j u
N
j ju u
u
N
iu ju u
u
k N N
jj ju u ju u u u
j u u
b a X Y a X Y
b a X Y
b a X X Y
b a X Y a X Y a X Y
= = =
=


∈
k
a
1
÷ a
7
: các hằng số, phụ thuộc vào k, N, n
0
, α
Bảng 3.2- Giá trị các hằng số a

- Kiểm nghiệm sự có nghĩa của các hệ số b:
Sau khi tính ñược giá trị của các hệ số b, cần phải kiểm
nghiệm ý nghĩa của chúng và loại bỏ những hệ số không có nghĩa.
Nếu hệ số b
jj
bị

loại ta tính lại hệ số còn lại bằng phương pháp bình
phương nhỏ nhất.
Giá trị các hằng số
k N n
o
α
a
1
a
2
a


0,125

0,0625

0,0069

0,0568

4 31

7 2,000

0,1428

0,0357

0,0417

0,0625

0,0312

0,0037

0,0357

5 52

10


0,0078

0,0005

0,0098

7 163

21

3,363

0,0396

0,0052

0,0066

0,0078

0,0030

0,0002

0,0052

19
Phương sai của các hệ số b:
0

=


= +



trong ñó, S
ts
là phương sai tái sinh tính theo các thí nghiệm ở tâm
phương án.
( )
0
2
0 0
2
1
0
1
n
i
i
ts
y y
S
n
=
−
=
−

tt
tt
S S
S
f
−
=
Trong ñó,
*
du
S
: tổng bình phương ñộ dư, tức là tổng bình phương
giữa hai hiệu của giá trị thực nghiệm và giá trị tính theo phương trình
hồi quy
20
$
(
)
2
*
1
N
du u
u
u
S y y
=
= −
∑


2
2
tt
tn
ts
S
F
S
=
Tra bảng giá trị Fisher: F
b
= F
(P, f1 ,f2)

Với, P: mức ý nghĩa
f
1
: ñộ tự do tương thích, f
1
= f
tt
, tính bằng công thức
f
2
: ñộ tự do tái sinh, f
2
= n
0
– 1
- So sánh giá trị F

t) ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT
KHI GIA CÔNG BẰNG DAO PHAY NGÓN TRÊN MÁY
PHAY CNC
3.2.1. Điều kiện thực nghiệm
+ Loại máy : Emco Concept Mill 155 (xem hình 2.1)
+ Loại dao: Dao phay ngón HSS-Eco8

Bảng 3.3 Thông số hình học của dao phay ngón HSS-Eco8
φ d
1
l
2
l
2
φ d
2
l
A
15 40 100 16 52
+ Vật liệu gia công : Sử dụng hợp kim nhôm 6061
Bảng 3.4 : Thành phần hóa học hợp kim nhôm 6061
SI FE CU MN MG CR ZN
0.4-0.8 0.7
0.15-
3.2.2. Kết quả thực nghiệm
Các thí nghiệm ñược tiến hành theo ma trận thực nghiệm của
quy hoạch quay cấp II của Box-Hunter với số biến ñầu vào là k=2.
Gọi X
1
, X
2
là các biến ảo ñược mã hóa từ các biến thực s
r
và t
tương ứng. Mức, khoảng biến thiên của các yếu tố như bảng 3.5 sau:
Hình 3.3: Thiết bị ño ñộ nhám
Surtronic Duo

23
Bảng 3.5: Các mức, khoản biến thiên của các yếu tố
Các mức của biến ảo
Biến
thực
Mức +α

(+1.414)

Mức trên

(+1)
Mức cơ sở


12
.X
1
.X
2
+ b
11
.X
1
2
+ b
22
.X
2
2

Kết quả thực nghiệm như bảng 3.6
Bảng 3.6: Kết quả thực nghiệm ño ñộ nhám
TT V
(m/phút)
S
r

(mm/răng)
t
(mm)
R
a

(µm)

b
1
= 0.1894
b
2
= 0.1225
b
12
= loại
b
11
= 0.0506
b
22
= 0.0431
Trả về biến thực, kết quả ñược phương trình hồi quy biểu diễn
mối quan hệ giữa lượng chạy dao răng S
z
, chiều sâu cắt t và ñộ nhám
bề mặt chi tiết gia công như sau:
R
a
= 1,1783 - 3,8066*S – 0,5242*t + 56,2222*S
2
+1,9155*t
2

Giá trị ñộ nhám bề mặt ñạt nhỏ nhất R
a min
=1,0888 khi
KẾT LUẬN VÀ TRIỂN VỌNG CỦA ĐỂ TÀI
A. KẾT LUẬN
Với nội dung “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế ñộ cắt ñến ñộ
nhám bề mặt khi gia công trên máy phay CNC”, qua ba chương ñề
tài ñã giải quyết ñược các vấn ñề sau:
1) Tìm hiểu các kiến thức chung về nhám bề mặt, sự ảnh hưởng
của chế ñộ cắt ñến ñộ nhám bề mặt, các phương pháp kiểm tra, ñánh
giá nhám bề mặt, lý thuyết cơ sở công nghệ gia công CNC, từ ñó lựa
chọn mô hình thực nghiệm xác ñịnh ảnh hưởng của chế ñộ cắt ñến
nhám bề mặt với các biến ñộc lập (S, t).
Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa S, t và R
a

26
2) Qua phương pháp thực nghiệm, xây dựng ñược phương trình
mô tả ảnh hưởng của chế ñộ cắt ñến ñộ nhám bề mặt khi phay bằng
dao phay ngón thép gió HSS-Eco8. Nêu ñược mối quan hệ ảnh
hưởng của chế ñộ cắt (S, t) tới ñộ nhám bề mặt.
Phương trình ảnh hưởng của chế ñộ cắt ñến ñộ nhám bề mặt:
R
a
= 1,1783 - 3,8066*S – 0,5242*t + 56,2222*S
2
+1,9155*t
2