PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
Ngày nay các sản phẩm nhựa được ưu tiên sử dụng nhiều từ đồ dân dụng cho đến các
thiết bị kỹ thuật… vì nó có giá thành rẻ, năng suất cao, đa dạng về hình dáng và mẫu mã. Ở
Việt Nam từ những năm cuối thập niên 90 trở về trước trong các công ty, nhà máy cơ khí chủ
yếu được trang bị các máy công cụ truyền thống chủ yếu để phù hợp với quy trình công nghệ
chế tạo các chi tiết có hình dáng đơn giản. Nên trong thời gian này lĩnh vực chế tạo khuôn
mẫu chưa phát triển: các sản phẩm có độ chính xác thấp, phụ thuộc vào tay nghề của công
nhân. Một số công ty, nhà máy nhập khuôn ép nhựa từ các nước phát triển với giá thành cao
nên sản phẩm chưa được người tiêu dùng đón nhận .
Đầu những năm của thế kỷ 20 hòa theo sự hội nhập của đất nước, ngành cơ khí đã có
những phát triển mạnh mẽ mà nổi bật nhất là tiếp cận với các kỹ thuật và thiết bị công nghệ
cao trong đó có trung tâm gia công CNC. Đây là máy công cụ trang bị điều khiển số sử dụng
các tín hiệu số để điều khiển chính xác các cơ cấu chấp hành như chuyển động chạy dao,
chuyển động của trục chính, các chức năng tưới nguội….Và tính năng nổi bật nhất của trung
tâm phay CNC là điều chỉnh các trục chính chuyển động cùng một lúc, tạo ra các chuyển động
bao hình. Với nguyên lý gia công theo tọa độ điểm nên khi gia công bề mặt không gian
chương trình gia công có thể dài đến hàng trăm nghìn câu lệnh, để đơn giản hóa quá trình tạo
lập chương trình gia công NC thì các nhà công nghệ đã phát triển công nghệ CAD/ CAM và
điều này cải thiện đáng kể quá trình thiết kế và tính chính xác của chương trình gia công.
Hiện nay ở trong nước các trung tâm phay CNC được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực
chế tạo khuôn mẫu để chế tạo các chi tiết lòng, lõi khuôn có các dạng bề mặt tự do. Tuy nhiên,
các đơn vị sản xuất đang tập trung vào khai thác thiết bị theo những kiến thức được đào tạo
của nhà cung cấp máy CNC chứ chưa quan tâm nhiều đến công nghệ. Điều này gây ra lãng
phí tính năng của thiết bị.
Nhận thấy đây là một vấn đề cấp bách nên tại các Viện nghiên cứu, các Trường Đại
học kỹ thuật lớn trong nước, các nhà khoa học đang tập trung vào hướng nghiên cứu về công
nghệ khi gia công trên trung tâm CNC thông qua các đề tài cấp Nhà nước, cấp Bộ, các luận án
tiến sỹ, luận văn thạc sỹ với các hướng: Nâng cao chất lượng sản phẩm thông qua điều chỉnh
các thông số công nghệ, nâng cao tuổi thọ dụng cụ cắt bằng công nghệ vật liệu bề mặt…
Thời gian gần đây các nhà nghiên cứu, nhà khoa học đang tập trung vào hướng nghiên
trung nghiên cứu các phương án khắc phục các sai số do mòn dụng cụ. Những vấn đề liên
quan hiện đang được chú trọng là:
- Nghiên cứu quy luật mòn dụng cụ cắt theo thời gian gia công. Các nghiên cứu này
dựa vào quy luật mòn và kiểm soát mòn; Từ đó khai báo cho phần mềm CAM hoặc hệ thống
điều khiển của máy CNC về quy luật mài mòn của dụng cụ, phần mềm sẽ tính toán đường
dụng cụ theo hình dáng thực của dụng cụ tại mỗi thời điểm gia công (bù mòn dụng cụ), đảm
bảo hình dáng hình học chính xác của chi tiết.
- Nghiên cứu chế tạo ra những vật liệu có độ cứng cao, có khả năng chống mòn tốt như
gốm sứ, kim cương, hợp kim cứng… để làm dụng cụ cắt.
2
- Nghiên cứu công nghệ bề mặt như các phương pháp phun phủ lớp bề mặt có độ cứng
cao, độ bền mòn cao để tăng tuổi thọ của dụng cụ.
- Nghiên cứu các yếu tố giảm ma sát giữa cặp tiếp xúc dụng cụ - phôi như sử dụng
dung dịch trơn nguội hợp lý.
Hiện nay, các nghiên cứu về mòn chủ yếu tập trung vào các loại dụng cụ cắt có hình
dáng đơn giản như dao tiện, dao phay đầu bằng răng chắp,… nhưng trên thực tế khi gia công
các bề mặt tự do ở bước gia công tinh chủ yếu sử dụng dao phay đầu cầu. Đây là loại dụng cụ
cắt có hình dáng lưỡi cắt phức tạp rất phức tạp, khó khăn trong việc giám sát hiện tượng mòn.
Vì vậy, việc nghiên cứu các thông số công nghệ, đường dụng cụ, đặc tính về hình dáng
hình học ảnh hưởng đến chất lượng tạo hình bề mặt tự do dạng elip lõm thông qua việc đánh
giá các yếu tố xuất hiện trong quá trình gia công (mòn dụng cụ, lực cắt) và yếu tố đầu ra (nhấp
nhô bề mặt) ở bước gia công tinh, bán tinh khi gia công bề mặt lõi khuôn cánh quạt bằng dao
phay ngón đầu cầu là cần thiết và cấp bách. Để giải quyết vấn đề này, tác giả lựa chọn đề tài
“Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng tạo hình bề mặt tự do cấu trúc elip
lõm khi gia công trên máy phay CNC”
2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu về chất lượng bề mặt được giới hạn ở bước gia công tinh bề mặt lõi
khuôn cánh quạt.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
a. Ý nghĩa khoa học:
- Xác định sự ảnh hưởng của đường dụng cụ (đường chạy dao) đến tốc độ biến đổi lực
cắt trung bình khi gia công bề mặt khuôn cánh quạt có dạng elip lõm, lựa chọn đường chạy
dao tối ưu khi gia công bề mặt tự do có dạng elip lõm mà cụ thể là bề mặt lõi khuôn cánh quạt.
Tìm ra mối quan hệ giữa tốc độ biến đổi lực cắt trung bình với các yếu tố công nghệ (vận tốc
cắt, lượng chạy dao, chiều sâu cắt) khi gia công bề mặt khuôn mẫu.
- Nghiên cứu mối quan hệ giữa mòn (mặt sau, chiều rộng mặt trước, khối lượng) dao
phay ngón đầu cầu với các yếu tố công nghệ (vận tốc cắt, lượng chạy dao), đã xác định ảnh
hưởng của hình dáng hình học chi tiết đến mòn dụng cụ.
- Nghiên cứu quan hệ giữa chất lượng chế tạo bề mặt tự do dạng elip lõm (độ chính
xác về kích thước, nhấp nhô bề mặt) với các yếu tố về công nghệ (vận tốc cắt, lượng chạy dao,
chiều sâu cắt). Đã xác định ảnh hưởng của đường dụng cụ đến chất lượng chế tạo bề mặt lõi
khuôn cánh quạt có dạng elip lõm; ảnh hưởng của hình dáng chi tiết đến chất lượng bề mặt.
- Là cơ sở cho việc nghiên cứu các yếu tố khác trong quá trình gia công bề mặt tự do
như nhiệt cắt, rung động…
- Là tiền đề cho các nghiên cứu về những loại bề mặt tự do có cấu trúc cục bộ khác.
b. Ý nghĩa thực tiễn:
- Là cơ sở để lựa chọn đường chạy dao tối ưu cho các bề mặt tự do có dạng elip lõm
khi tạo lập chương trình NC gia công bề mặt lòng, lõi khuôn mẫu, quan tâm đến tính công
nghệ khi thiết kế các bề mặt khuôn mẫu để thuận lợi cho quá trình gia công.
4
- Các công thức toán học là tài liệu để nâng cao chất lượng chi tiết khi gia công bề mặt
tự do có dạng elip lõm trên máy phay CNC, giảm giá thành sản phẩm. Kết quả nghiên cứu có
độ biến đổi lực cắt trung bình và mòn dao khi tạo hình bề mặt lõi khuôn cánh quạt có dạng
elip lõm. Nội dung chương này trình bày các nghiên cứu thực nghiệm dựa trên cơ sở của
chương 2 để làm sáng tỏ mức độ ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến các yếu tố lực
5
cắt, mòn dụng cụ. Từ đó kết luận, xây dựng quan hệ thực nghiệm của hình dáng hình học của
bề mặt tự do, chế độ cắt với lực cắt, mòn dụng cụ cắt.
Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm xác định mối quan hệ giữa thông số công nghệ với nhấp
nhô bề mặt và độ chính xác kích thước khi gia công khuôn mẫu có dạng elip lõm. Trình bày
nghiên cứu thực nghiệm về sự ảnh hưởng của hình dáng hình học của bề mặt tự do, chế độ cắt
đến độ chính xác về kích thước, độ nhấp nhô bề mặt. Từ đó xây dựng công thức toán học biểu
diễn mối quan hệ giữa các thông số công nghệ với độ nhấp nhô của bề mặt khuôn cánh quạt
có dạng elip lõm.
6. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu của đề tài là kết hợp nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm.
Sử dụng các công cụ toán học kết hợp tin học và kết quả thực nghiệm để xây dựng các mối
quan hệ giữa các yếu tố, tìm ra các quy luật.
- Nghiên cứu lý thuyết để tìm hiểu về các loại bề mặt tự do, từ đó lựa chọn một loại bề
mặt tự do thường gặp nhất có yêu cầu đặc trưng về hình dáng hình học, yêu cầu kỹ thuật của
bề mặt làm đối tượng nghiên cứu, nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo hình bề
mặt đó như: chế độ cắt, đường dụng cụ, chất lượng bề mặt.
- Các thực nghiệm được tiến hành với các trang thiết bị hiện có tại Việt Nam như:
Máy đo tọa độ 3 chiều Brown & Shape 544 (Mỹ) tại phòng thí nghiệm Cơ điện tử; thiết bị đo
lực cắt 3 thành phần của hãng TecL (đã được kiểm định tại Trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn đo
lường chất lượng 1), trung tâm gia công CNC Mikron UCP – 600 (Châu Âu) tại trung tâm
Emco - Đại học Bách khoa Hà Nội; trung tâm gia công CNC – V30 của hãng Lead Well (Đài
Loan) tại xưởng C8 – Bộ môn Gia công vật liệu & Dụng cụ công nghiệp - Đại học Bách khoa
kθ . P = k1. P cos 2θ + k 2. P sin 2 θ
(1.1)
kθ . P là độ cong của đường cong tiết diện pháp tuyến Cθ. Tiết diện pháp tuyến Cθ này hợp với
tiết diện chính C1.P một góc θ (nói một cách khác θ là góc hợp bởi vec tơ tiếp tuyến đơn vị tP
của đường cong tiết diện pháp tuyến Cθ và vec tơ tiếp tuyến đơn vị theo hướng chính t1.P).
Bán kính cong của bề mặt trong tiết diện pháp tuyến bằng nghịch đảo độ cong của
đường cong tiết diện pháp tuyến: r =1/k.
Độ xoắn tại một điểm trên bề mặt theo hướng của của đường cong tiết diện pháp tuyến Cθ,
có thể xác định theo phương trình Germain:
τθ .P = (k1.P – k2.P) sinθ.cosθ
(1.2)
Ví dụ trên hình 1.1 là một sơ đồ vòng tròn xây dựng cho một vùng bề mặt lồi dạng elip.
Chú ý rằng giá trị đại số của độ cong chính thứ nhất k1.P luôn lớn hơn giá trị đại số của độ
cong chính thứ hai k2.P nên điểm của sơ đồ vòng tròn có tọa độ (0, k1.P) luôn nằm về phía phải
điểm của sơ đồ vòng tròn có tọa độ (0, k1.P)
7
Hình 1.1 Sơ đồ vòng tròn xây dựng cho một vùng bề mặt lồi dạng elip[52].
Sau đây là một số sơ đồ vòng tròn mô tả các dạng cấu trúc vùng bề mặt của bề mặt tự do:
Các sơ đồ vòng tròn các vùng bề mặt cục bộ lồi (M>0, G>0) và lõm (M<0, G>0) dạng
elip (hình 1.2a).
Trong đó: G là độ cong Gauss; M là độ cong trung bình.
M>0, G0, 0) cho các vùng bề mặt lồi
(M>0, G>0) , (kP0, G=0) và lõm (M0) và giả lõm (M>0) dạng yên
ngựa. Các sơ đồ vòng tròn này giao với trục τP
Trường hợp đặc biệt của vùng bề mặt cục bộ dạng yên ngựa (G
M>0
G
1000
(m/phút)
(1.3)
Vận tốc cắt biến thiên từ vận tốc cắt cực đại về 0 tại mũi dao nên tại vùng lân cận mũi
dao vật liệu phôi không phải bị cắt gọt mà bị phá hủy do biến dạng, chính vì vậy chất lượng bề
mặt không cao. Do những đặc điểm trên, dao phay đầu cầu chỉ được dùng trong bước gia công
tinh bề mặt.
Dao phay đầu phẳng: có khả năng lấy đi lượng dư kém dao phay đầu cầu khi gia
công những bề mặt có độ cong nhưng chế độ cắt tốt, vận tốc cắt tại phần lưỡi cắt tham gia cắt
gọt không đổi do đó chất lượng bề mặt gia công cao. Do những đặc điểm trên nên dao phay
đầu phẳng được dùng cho nguyên công gia công thô cắt theo lớp, gia công bán tinh và gia
công tinh những bề mặt phẳng.
10
r
a
b
c
d
e
2D, 3D hay 5D.
Đường dụng cụ trong gia công đường cong 2D có được bằng cách dịch (offset) đường
cong cần gia công một lượng bằng bán kính dụng cụ.
11
Đường dụng cụ
Chi tiết
Dụng cụ
Hình 1.5 Đường dụng cụ gia công Contour 2D
Nếu gia công đảo hoặc hốc theo phương pháp cắt theo lớp thì đường dụng cụ là các
đường 2D, hình dáng của chúng có thể là song song, xoắn hay theo tia
Trong gia công 3D thì đường dụng cụ phức tạp hơn rất nhiều, chúng không những phụ
thuộc vào hình dáng bề mặt gia công mà còn phụ thuộc vào hình dáng hình học của dụng cụ.
Đường dụng cụ
Đường dụng cụ
Hình 1.6 Đường dụng cụ gia công 3D
Với cùng một dụng cụ cắt, cùng một chế độ cắt nhưng chất lượng bề mặt chi tiết đạt
được sau khi gia công phụ thuộc nhiều vào phương án đường dụng cụ. Như vậy với mỗi bề
mặt chi tiết cụ thể ta cần có một phương án đường chạy dao để chất lượng bề mặt tạo thành tốt
nhất.
Đường chạy dao nhanh
Biên giới gia công hốc
Hướng tiến dao 1 chiều (cắt cả thuận hoặc nghịch)
Hướng tiến dao 2 chiều (cắt cả thuận và nghịch)
Hình 1.8 Hướng tiến dao
c. Khoảng cách giữa hai đường chạy dao liên tiếp (bước tiến ngang)
Khoảng cách giữa 2 vị trí đường chạy dao liên
tiếp So là thông số mô tả các vết quét dày hay thưa ảnh
hưởng trực tiếp đến chiều cao nhấp nhô để lại trên bề
mặt chi tiết sau khi gia công, đối với kiểu chạy dao tia
thì thông số này là góc giữa 2 tia liên tiếp. Khi So càng
nhỏ bề mặt chi tiết hình thành có chiều cao nhấp nhô
càng nhỏ hay chất lượng bề mặt chi tiết tốt hơn, nhưng
So càng nhỏ thì số lần chuyển dao để cắt hết bề mặt chi
13
Hình 1.9 Bước tiến ngang
tiết lớn làm giảm năng suất gia công, do vậy mà tùy theo yêu cầu kỹ thuật của bề mặt chi tiết
mà ta chọn So phù hợp sao cho đảm bảo chất lượng bề mặt chi tiết cần gia công đồng thời
năng suất gia công hợp lý.
d. Khoảng cách giữa các điểm nút liên tiếp trên đường dụng cụ
Khoảng cách giữa các điểm nút liên tiếp trên đường
S02
4
(1.5)
Hình 1.11 Chiều cao nhấp nhô khi gia công bằng dao đầu cầu
14
b.. Gia công mặt cong lồi (hình 1.11b)
Trong trường hợp gia công bề mặt cong
lồi trên máy phay 3 trục dùng dao phay đầu cầu
với cùng một bước tiến ngang So trên hình 1.12.
Ta thấy khi cắt ở đỉnh cung cong thì chiều cao
nhấp nhô (hs1) là nhỏ nhất, còn khi cắt ở phía
ρ
phải nhất hoặc trái nhất của cung cong thì chiều
cao nhấp nhô (hsmax) là lớn nhất, do đó cần tính
được bước tiến ngang S0 để chiều cao hsn nằm
trong phạm vi cho phép (hsmax ≤ [hs]).
Bằng sơ đồ hình 1.12 tính chiều cao nhấp
nhô khi gia công bề mặt cong lồi với:
So: bước dịch dao ngang
Hình 1.12 Sơ đồ xác định chiều cao
nhấp nhô khi gia công mặt cong lồi
như sau: S0 =
(mm)
Hình 1.13 Sơ đồ xác định chiều cao nhấp
nhô khi gia công mặt cong lõm bằng dao
đầu cầu
(1.7)
15
1.4.1.2. Chiều cao nhấp nhô khi gia công sử dụng dao phay đầu phẳng
Dao phay ngón đầu bằng được dùng phổ biến khi gia công trên các máy phay 3 trục và
các máy phay 5 trục, vị trí tương quan giữa dao và phôi tốt nhất cho chế độ cắt và tạo hình là
trục dao tạo với pháp tuyến bề mặt tại điểm tiếp xúc một góc θ và hướng chạy dao sao cho chỉ
các lưỡi cắt bên làm việc (hình 1.14).
Hình 1.14 Chiều cao nhấp nhô khi cắt bằng dao phay trụ đầu phẳng
Như vậy về mặt tạo hình dao trụ sẽ trở thành một khối elip hiệu dụng, mặt cắt của elip
trong mặt phẳng vuông góc với phương chạy dao có phương trình:
x2
y2
+
=1
R 2 R 2 sin 2 θ
1.16, nhìn trên sơ đồ gia công ta thấy khi gia công bề mặt cong bằng dao phay ngón đầu bằng
với bước tiến ngang thì sau khi gia công sẽ để lại trên bề mặt các nhấp nhô dạng bậc thang,
16
với bước tiến ngang không đổi thì khi dao ở vị trí góc
dốc nhất của cung cong sẽ để lại các nhấp nhô lớn
nhất.
So sánh giữa dao phay ngón đầu phẳng và dao
phay ngón đầu cầu khi gia công bề mặt cong ta thấy
rằng nhấp nhô để lại khi sử dụng dao phay đầu cầu là
nhỏ hơn nhấp nhô khi sử dụng dao đầu phẳng. Do vậy
ρ
khi gia công bề mặt cong chạy dao với bước tiến
ngang trên cung cong thì ta sử dụng dao phay đầu cầu
sẽ cho các nhấp nhô để lại trên bề mặt gia công nhỏ
Hình 1.16 Lượng dư để lại khi gia
công bằng dao phay ngón đầu phẳng
hơn (tốt hơn) khi gia công sử dụng dao phay ngón đầu
phẳng. Như vậy khi gia công bề mặt cong với bước tiến ngang lớn sẽ để lại các đỉnh nhấp nhô
trên bề mặt có chiều cao rất lớn, trường hợp này chỉ phù hợp với gia công thô, khi gia công thô
thường gia công với lượng dư lớn nên yêu cầu chế độ cắt của dao tốt, với dao phay đầu cầu
vận tốc cắt V tiến dần tới 0 khi lưỡi cắt dần tới đỉnh của chỏm cầu, do đó chế độ cắt của dao
phay ngón đầu cầu rất kém, nhất là gia công với lượng dư lớn nên khi gia công thô người ta
thường sử dụng dao phay đầu phẳng.
tiếp xúc với bề mặt cần gia công tại một điểm M nào đó nằm trên chu vi đường tròn ở mặt đáy
dụng cụ, điểm đó được gọi là điểm tạo hình.
Xét một bề mặt không gian bất kỳ như trên hình 1.18. Nếu ta xét một phân tố diện tích
vô cùng nhỏ ∆F bất kỳ trên bề mặt không gian, khi đó độ cong của phân tố diện tích đó rất
nhỏ (hay bán kính cong vô cùng lớn so với phân tố diện tích đó) và ta có thể coi gần đúng
phân tố đó là một mặt phẳng, mặt phẳng đó được đặc trưng bởi véc tơ pháp tuyến n và hai véc
tơ chỉ phương u và v. Do bề mặt cong ta có thể coi như được tạo bởi nhiều mặt phẳng nhỏ (có
diện tích ∆F) ghép lại, phần diện tích này càng nhỏ thì bề mặt càng cong trơn và khi gia công
mặt cong với bước tiến dao đủ nhỏ ta có thể coi một cách gần đúng là gia công các mặt phẳng
liên tiếp có các véc tơ pháp tuyến n khác nhau.
∆F
v
∆F
Z
n
Y
n
u
O
X
Hình 1.18 Bề mặt không gian 3D
18
Giả sử khi gia công véc tơ pháp tuyến n của mặt cong tại điểm M hợp với trục OZ
(trục dao) một góc θ (hình 1.19), chúng ta xét trong trường hợp gần đúng là mặt cong được
ghép lại bởi nhiểu mặt phẳng nhỏ có véc tơ pháp tuyến N khác nhau.
Sau đây là khảo sát khả năng lấy đi lượng dư gia công trong hai trường hợp dùng dao
phay đầu phẳng và dao phay đầu cầu:
1.4.2.1. Dao phay ngón đầu phẳng
Gia công bằng dao phay ngón đầu phẳng khi góc θ = 0o thì lúc đó đường tròn tạo hình
trùng với tiết diện ∆F, như vậy về mặt lý thuyết thì lượng dư sẽ được lấy đi hết và gia công
19
đạt chất lượng bề mặt tốt nhất. Trong thực tế khi gia công trên máy phay 3 trục có góc θ = 0o
chỉ xảy ra khi gia công mặt phẳng gá đặt vuông góc với trục dao hoặ ở một phần nhỏ trên đỉnh
của bề mặt không gian, còn các vị trí khác thì góc α luôn khác 0. Do vậy khi gia công các mặt
nghiêng nếu có thể thì ta tìm cách gá đặt sao cho mặt đó vuông góc với trục OZ, lúc đó lượng
dư gia công sẽ được lấy đi hết theo lý thuyết.
a. Gia công mặt cong lồi
Khi góc θ ≠ 0 cũng giống như đối với gia công có bước tiến lớn, ta có thể tính chiều
cao các đỉnh nhấp nhô theo hình 1.14. Như vậy về mặt tạo hình dao trụ sẽ trở thành một khối
elip hiệu dụng, mặt cắt của elip trong mặt phẳng vuông góc với phương chạy dao có phương
trình (1.8). Khi đó chiều cao nhấp nhô hs sẽ được tính theo công thức (1.9). Từ công thức 1.9
ta thấy khi góc nghiêng θ càng nhỏ thì chiều cao hs càng nhỏ, hs = 0 khi θ = 0 và hsmax khi θ =
90o.
Đối với một bề mặt không gian bất kỳ ta quan tâm tới giá trị hsmax và nếu giá trị này
nhỏ hơn giá trị chiều cao nhấp nhô cho phép thì đương nhiên ở các phần còn lại khác của bề
mặt cong chiều cao các đỉnh nhấp nhô sẽ thỏa mãn yêu cầu (nhỏ hơn giá trị cho phép). Khi đó
sinθ = 1 và hsmax được tính theo công thức:
nhỏ thì phần lượng dư để lại càng nhỏ, nhưng ta không thể lựa chọn phương án giảm đường
kính dao để lượng dư bỏ lại nằm trong phạm vi cho phép được mà ta cần tìm ra một phương
án khác để giải quyết vấn đề này.
1.4.2.2. Dao phay ngón đầu cầu
a. Gia công mặt cong lồi và mặt phẳng
Đối với dao phay đầu cầu thì quỹ đạo của
điểm cắt M (khi chưa xét đến yếu tố đường chạy
dao) là một mặt cầu có bán kính R, khi đó sơ đồ
tạo hình được thể hiện như hình 1.21 và chiều cao
các đỉnh nhấp nhô được tính theo công thức (1.9).
Từ công thức này ta thấy khi gia công bằng dao
phay ngón đầu cầu thì chiều cao nhấp nhô của bề
So
mặt chi tiết đạt được không phụ thuộc vào góc
nghiêng θ giữa pháp tuyến của mặt cong tại điểm
gia công và trục dao, do đó khi gia công bề mặt
Hình 1.21 Tạo hình bằng dao
phay ngón đầu cầu
không gian với bước tiến ngang nhỏ thì chiều cao nhấp nhô để lại là như nhau trên toàn bộ bề
mặt gia công.
Từ công thức 1.9 và 1.11 ta thấy với cùng đường kính dao, cùng bước tiến So thì chiều
cao nhấp nhô để lại khi gia công bằng dao phay đầu cầu bằng chiều cao lớn nhất của các đỉnh
nhấp nhô khi gia công bằng dao phay ngón đầu phẳng, mà giá trị này chỉ xảy ra khi góc θ = 0.
Như vậy khi gia công bề mặt không gian việc chọn dao phay ngón đầu phẳng sẽ cho chiều cao
các đỉnh nhấp nhô nhỏ hơn (hay chất lượng bề mặt tốt hơn) khi so với gia công bằng dao phay
công phay bề mặt 3D
1.5.1. Gia công thô
Khi gia công thô hốc, mục đích là lấy đi được nhiều lượng dư của chi tiết, khử các sai
số hình dáng hình học của phôi, tạo lượng dư đồng đều cho bước gia công tinh. Vì vậy khi gia
công thô người ta thường gia công với bước tiến dao lớn, lượng dư mỗi lần cắt lớn và chọn
phương án chạy dao sao cho lượng dư để lại được đồng đều trên bề mặt phôi cho bước gia
công tinh, nếu lượng dư không đồng đều thì khi gia công tinh chiều sâu cắt thay đổi, làm cho
lực cắt thay đổi gây ra sai số hình dạng trên chi tiết.
a. Đường chạy dao dạng đường gạch mặt cắt (Hatch roughing)
Kiểu chạy dao này cho phép đặt đường chạy dao nghiêng một góc nhất định so với trục
X, kiểu đường chạy dao này thích hợp với việc gia công các hốc dạng hình hộp chữ nhật hoặc
bề mặt phẳng. Với phương án chạy dao này nếu phương chạy dao song song với cạnh của bề
mặt cần gia công thì cho phép lấy đi lượng dư tốt nhất trên chi tiết.
a. Kiểu gạch mặt cắt thẳng
b. Kiểu gạch mặt cắt xiên
Hình 1.23 Chạy dao theo đường kiểu gạch mặt cắt
22
Khi gia công với đường chạy dao là đường dạng
gạch mặt cắt với các hốc có các biên dạng cong ở giữa,
phương pháp này cho phép người dùng lựa chọn tối ưu
hóa quỹ đạo chạy dao (Keep cutting direction) (hình
1.24) khi quỹ đạo của đường chạy dao được tối ưu hóa
thì khi gặp các biên dạng cong nó sẽ uốn theo biên dạng
đó và khả năng lấy đi lượng dư là lớn nhất, giúp cho
bước gia công thô để lại lượng dư trên bề mặt đồng đều
đường chạy dao theo contour và để lại một lượng dư
đủ để thực hiện gia công bán tinh và gia công tinh.
c. Chạy dao theo phương án dao ăn theo trục Z hết
chiều sâu
Với phương án chạy dao này khi sử dụng dao
phay ngón, dao sẽ cắt theo lưỡi cắt mặt đầu, khả
năng cắt của dao sẽ kém hơn do đó không thể cắt với
Hình 1.27 Gia công dao ăn theo trục Z
tốc độ chạy dao lớn.(hình 1.27)
23
1.5.2. Gia công bán tinh (Semi-finish) và gia công tinh (finish)
Gia công bán tinh nhằm mục đích tạo ra bề mặt chi tiết có lượng dư đồng đều cho
bước gia công tinh, ở bước gia công bán tinh có thể sử dụng chế độ cắt cao, dung sai đạt được
có giá trị nhỏ hơn nhiều so với gia công thô.
Lượng dư còn lại sau bước gia công bán tinh sẽ được hớt hết bởi bước gia công tinh,
bước này quyết định rất nhiều đến độ chính xác của bề mặt chi tiết gia công, do vậy với từng
bề mặt cụ thể mà ta lựa chọn kiểu đường chạy dao khác nhau để chất lượng bề mặt đạt được
tốt nhất.
Việc lựa chọn phương án chạy dao cần tùy thuộc vào dạng chi tiết cần gia công để có
lựa chọn phù hợp sao cho chiều cao nhấp nhô sau gia công là nhỏ nhất.
Trong mục 1.4 chúng ta đã xét ảnh hưởng của hình học dụng cụ đến chất lượng tạo
hình trong gia công bề mặt không gian 3D với dao phay đầu cầu gia công với bước tiến ngang
nhỏ. Với kiểu đường dụng cụ bất kỳ khi gia công mặt tạo hình của dao cầu là mặt cầu nên
chiều cao nhấp nhô hình thành sau khi gia công là như nhau. Cho nên chúng ta chỉ xét ảnh
hưởng của hình học đường chạy dao trong trường hợp gia công bằng dao phay ngón đầu
Y’1 = -R.cosα.cosθ
Hình 1.30 Hình chiếu của đường tròn tạo hình lên
mặt phẳng vuông góc với véc tơ tốc độ chạy dao
tức thời
Hình 1.31 Hình chiếu của đường
tròn tạo hình trên mặt phẳng Q
Khi chiếu đường tròn tạo hình lên mặt phẳng Q thì theo phương OX’ đường kính
đường tròn giữ nguyên chiều dài, lúc này là trục dài của elip (bán trục dài là R), theo phương
OY’ bán trục ngắn của elip là R.cosθ. Phương trình đường elip (hình chiếu của đường tròn tạo
hình lên mặt phẳng P) trong hệ tọa độ X’OY’ có tâm I’ là:
( X '− R.sin α ) 2 (Y '− R.cosα .cosθ )2
+
=1
R2
( R.cosθ ) 2
(1.12)
Khảo sát phương trình đường elip (1.12) ta thấy khi góc α tăng thì góc nghiêng của
trục dài đường elip tạo hình so với mặt phẳng tiếp tuyến của bề mặt chi tiết tại điểm tiếp xúc
25
Copyright: Tài liệu đại học ©