Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học bách khoa hà nội
Khoa cơ khí
^ ]...
Luận văn thạc sĩ khoa học
nghiên cứu ảnh hởng của các thông số công nghệ
đến chất lợng bề mặt khi phay trên
máy phay Cnc chuyên dùng
Ngành: cơ khí chính xác & quang học
M Số:
BUN MY Say Sông Kham
Ngời hớng dẫn khoa học: TS nguyễn thị phơng mai
hà nội 2/2008
LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC
2008
DANH MụC HìNH
TT Ký hịêu hình
1
Chơng I
Hình 1.1
16
17
18
Chơng II
Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 2.3
Hình 2.4
Hình 2.5
Hình 2.6
Hình 2.7
Hình 2.8
Hình2.9
Hình 2.10
Hình 2.11
Hình 2.12
19
Hình 2.13
20
21
22
23
24
25
26
Chiều sâu cắt và chiều rộng phay
Sơ đồ các phơng pháp phay
Sơ đồ tạo thành lớp cứng nguội của bề mặt đợc gia
công.
Máy phay GSFD 3540.
Máy phay cao tốc GSFD 3540.
Bộ trục vitme đai ốc bi.
Các đoan dịch chuyển dao.
Hệ tọa độ vuông góc trên máy.
Mộu phôi đã chuẩn bị xong
Phôi đã đặt trên băn máy.
BUN MY Say Sông Kham
1
LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC
27
28
29
30
31
32
33
34
35
Hình 3.8
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
Hình 4.2
Hình 4.3
Hình 4.4
Hình 4.5
Hình 4.6
Hình 4.7
Hình 4.8
Hình 4.9
Hình 4.10
Hình 4.11
Hình 4.12
Hình 4.13
Mũi dò đo các bề mặt rộng.
Mũi do lỡi dao.
Mũi dò đo bề mặt răng.
Mũi dò bi.
Mũi do lệch tâm.
Mũi dò-chiều dài cần gấp đôi.
Mũi dò-chiều dài cần gấp ba.
Cần đo khi lắp mũi gá trợt.
Đầu do khi lắp mũi gá không trợt.
Đầu do.
Profin đo đợc là hình bao của profin thực tế
ảnh hởng của bán kính mũi dò tới hình dạng profin
bề mặt đo đợc.
Đầu dò không thâm nhập đợc vào những rãnh lõm
trên bề mặt.
BUN MY Say Sông Kham
2
LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC
59
Hình 4.24
60
61
Hình 4.25
Chơng I. Tổng quan về nhám bề mặt
10
1.1. Kết cấu bề mặt
10
1.1.1. Sai lệch hình dạng
10
1.1.2. Nhám bề mặt
11
1.1.3. Sóng bề mặt
11
1.1.4. Vết gia công
12
1.2. Nhám bề mặt
14
1.2.1. Vai trò của nhám bề mặt
29
2.2.1. Bề mặt lỡi cắt và các yếu tố khác.
30
2.2.2. Hình dạng và căc yếu tố của răng.
31
2.2.3. Các yếu tố và hình dạng của rnh.
32
BUN MY Say Sông Kham
4
LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC
2008
2.3. Các yếu tố của chế độ cắt khi phay.
34
2.4. Phay thuận và phay nghịch.
28
45
3.2.1. Tốc độ chạy dao
46
3.2.2. Số vòng quay trục chính
46
3.2.3. Chơng trình gia công
47
3.3. Hệ toạ độ máy
48
3.3.1. Hệ toạ độ vuông góc
48
3.3.1.1. Hệ toạ độ đề các
49
3.3.1.2. Hệ toạ độ cực
49
55
3.4.7. Sản phẩm
56
BUN MY Say Sông Kham
5
LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC
2008
3.5. Phân tích các nhân tố có trong mô hình.
56
3.5.1. Các thông đầu vào.
56
3.5.2. Các thống số xuất hiện trong quá trình phay.
56
3.5.2.1. Lực cắt.
56
Kết luận
59
Chơng IV: Một số vấn đề về độ chính xác của
phép đo nhám bề mặt bằng phơng pháp đầu do
60
tiếp xúc.
4.1. Giới thiệu máy đo độ nhám kiểu tiếp xúc SJ 400.
60
4.2. Cấu tạo của SJ-400.
63
4.3. Các đặc tính của máy SJ-400.
69
4.4. Điều khiển quá trình đo.
70
4.5. ý nghĩa và vai trò các thông số của máy đo nhám SJ-400.
70
Tài liệu tham khảo
101
BUN MY Say Sông Kham
7
LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC
2008
Mở đầu
Nhu cầu phát trển của ngành cơ khí đòi hỏi sự liên kết của các lĩnh vực
khoa học công nghệ tiên tiến nói chung đặc biêt là công nghệ tự động hoáđiện tử và tin học nhằm tạo ra những sản phẩm có chất lợng cao. Giữa
chúng có mối quan hệ mật thiết với nhau, tạo tiền đề cho nhau phát triển
không ngừng. Sự phát trển cơ điện tử là một khoa học chứng minh cho sự
phát triển của các lĩnh vực này. Nếu nh trớc kia để tạo ra sản phẩm công
nghiệp thì sự tác động của con ngời hầu nh trong suốt quá trình từ lúc bắt
đầu cho tới lúc kết thúc quá trình sản xuất, giờ đây nhờ có sự phát trển mạnh
mẽ của khoa học công nghệ đã tạo ra đợc những thế hệ máy công cụ hiện
đại có thể điều khiển tự động theo chơng trình thiết lập trớc trong suốt
quá trình sản xuất ,nhờ đó mà giải phóng đợc sức lao động của con ngời sự
ra đời của các thế hệ máy công cụ này đã làm thay đổi toàn bộ các khuynh
hớng công nghệ lạc hậu thay vào đó là các định hớng công nghệ mang tính
chuyên gia đợc thiết lập trong máy và điều khiển bởi máy tính.
Trong công nghệ chế tạo máy, đặc biệt là các chi tiết gia công bằng
nguyên công phay có rất nhiều ứng dụng trong kỹ thuật và các máy móc thiết
tiến tới tự động hoá sản xuất thì cần phải có các mô hình về mòn dụng cụ về
nhấp nhô bề mặt lực cắt...trong qúa trình gia công.
Vì vậy việc nghiên cứu bản chất của phơng pháp đo tiếp xúc cũng
nh các yếu tố liên quan có vai trò rất quan trọng nhắm đảm bảo tính liên kết
chuẩn, tính chính xác trong các phép hiệu chuẩn, các phép đo độ nhám.
Nghiên cứu đánh giá ảnh hởng của các thông số công nghệ máy phay
CNC tốc độ cao đến chất lợng bề mặt của chi tiết máy là đề tài luận văn cao
học này đã đợc xác định xuất phát trên những yêu cầu đó.
Hà nội, ngày thángnăm..
Bun My Say Sông Kham
BUN MY Say Sông Kham
9
LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC
2008
Chơng I
TổNG QUAN Về NHáM Bề MặT
Quá trình gia công cơ khí tạo nên các bề mặt chi tiết ít hay nhiều đều
bị sai lệch so với bề mặt danh nghĩa theo bản vẽ thiết kế. Có thể dễ dàng
nhận thấy và chứng minh đợc bất kỳ sai lệch nào của bề mặt đều ảnh hởng
tới chức năng làm việc của chi tiết, đặc biệt là trong các chi tiết lắp ghép. Các
đặc tính đó là: sức bền tiếp xúc, tính trơn trợt, độ bền mỏi, tính chống mòn,
1.1.2. Nhám bề mặt .
Nhám là thành phần sai lệch nhỏ nhất vốn có trong quá trình gia công.
Đó là dấu vết của quá trình gia công chẳng hạn nh là vết của dụng cụ cắt để
lại trên bề mặt trong quá trình tiện, là dấu vết để lại do mài nghiền hay đánh
bóng. Toàn bộ những thành phần bất quy tắc có chiều dài bớc sóng trong
khoảng 5 ữ 100 lần chiều cao biên độ đều đợc coi là nhám. Tùy từng quá
trình gia công mà nhám có thể dạng tuần hoàn hay ngẫu nhiên bất kỳ.
1.1.3. Sóng bề mặt .
Sóng là tất cả những thành phần có tỷ lệ giữa chiều dài bớc sóng và
biên độ sóng trong khoảng 100ữ1000 .
Nh vậy là sóng lớn hơn nhám nhng nhỏ hơn sai lệch hình dạng.
Sóng thờng có dạng tuần hoàn, đó là kết quả của quá trình gia công không
phù hợp. Chẳng hạn nh phôi hay máy bị võng, uốn, rung động máy bị rơ
hay những ảnh hởng của vật liệu, ảnh hởng khác từ bên ngoài...
Các thành phần độ nhám, sóng hay sai lệch hình dạng thờng không xuất hiện
độc lập với nhau mà hầu hết các bề mặt đểu bị ảnh hởng đồng thời bởi cả ba
yếu tố này. Hình 1.2 thể hiện profin bề mặt và các thành phần cấu thành bề
mặt đó. Hình này đợc tham khảo từ Tiêu chuẩn Liên hiệp Anh về đánh giá
profin bề mặt ở đó chỉ ra những yếu tố then chốt trong đo lờng kết cấu bề
mặt. Nó là sơ đồ của một bề mặt đợc gia công bởi một số phơng pháp nào
BUN MY Say Sông Kham
11
LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC
2008
đó. Ta thấy rõ có hai loại kết cấu: nhám với các đặc trng là chiều cao nhám
Song song
Đan chéo
Bất kỳ
Dạng cung tròn
Dạng cung tròn chéo nhau
Xoáy tròn
Xoáy hớng kính, xuyên tâm, tảo tròn
Dạng điểm, hạt
Ngoài ba yếu tố trên, còn có một thành phần nữa tạo nên topography
bề mặt. Đó là những khuyết tật không định trớc và không mong đợi trên bề
mặt. Thông thờng giới hạn của khuyết tật trên bề mặt mang tính đơn lẻ,
không theo quy luật và có những đặc trng không thông thờng. Nó có thể
bao gồm: vết rạn, nứt; vết rỗ và các vết xớc, gờ sắc, gờ ráp.
Thuật ngữ topography miêu tả tất cả những kết cấu không gian mà
các đỉnh và rãnh nhấp nhô trên bề mặt tạo ra.
Nh vậy bốn yếu tố chính cấu thành topography kết cấu bề mặt là:
- Sai lệch hình dạng
BUN MY Say Sông Kham
13
LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC
hình 1.3 . Qua biểu đồ ta thấy giá thành của sản phẩm sẽ tăng lên nhanh
BUN MY Say Sông Kham
14
LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC
2008
chóng khi muốn giảm giá trị độ nhám bề mặt tới một giá trị nào đó theo yêu
cầu. Do đó ngời thiết kế cần phải quan tâm tới giá thành sản phẩm bên cạnh
chất lợng của bề mặt. Lu ý trên đồ thị này rằng đơn vị theo trục y là bất kỳ
nên nó không thể dùng để so sánh giá thành của các quá trình gia công khác
nhau.
Cả hai đơn vị trong hệ mét là àm và trong hệ Anh àinch đều đợc sử
dụng rộng rãi trong lĩnh vực đo lờng học độ nhám bề mặt.
1àinch = 0,0254
1 àm 40 àinch
Hình 1.3: Mối quan hệ giữa thời gian gia công và giá trị độ nhám
trung bình Ra qua một số phơng pháp gia công khác nhau
BUN MY Say Sông Kham
15
LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC
2008
Bạt mấu đẽo mấu (Snagging)
Ca (Sa wing)
Bào tạo hình, (planing,shaping)
Khoan lỗ, (Drilling)
Nghiền hóa, (chemical millng)
Electro, Diacharge Mach
Phay (Milling)
Doa. chuốt (Broaching
Khoét (Reaming)
Chùm electron (Electron beam)
Gia công bằng laser
Gia công điện hóa (Electro-chemical)
Khoan, doa, tiện (Boring, Tuming)
Barrel Finishing
Mài điện phân (Electrolytic grinding)
Miết bóng bằng trục lăn(Roller bumishing)
Mài, nghiền (Grinding)
Mài Khôn, mài dao (Honing)
Mạ điện (Electro polish)
Đánh bóng (Polishing)
Mài rà, mài nghiền (Lappin)
Gia công siêu tinh (Superfinish)
Đúc cát (Sand casting)
Lăn nóng (Hot rolling)
Rèn (Forging)
Đúc trong khuôn (Perm mold casting)
Đúc bằng mẫu chảy (Investmant casting)
Đúc ép (Extruding)
Lăn nguội,kéo rút (Cold rolling,drawing)
Đúc áp lực (Die casting)
đỉnh cao của các nhấp nhô nên diện tích tiếp xúc thực tế chỉ chiếm phần nhỏ
so với tính toán. Do đó áp suất ở các điểm tiếp xúc của bề mặt rất lớn làm
cho các nhấp nhô bị đàn lún và biến dạng dẻo, khi các bề mặt tiếp xúc phát
sinh dịch chuyển tơng đối sẽ dẫn đến làm mòn nhanh ban đầu các chi tiết.
Trong một số trờng hợp, sự mòn nhanh ban đầu làm nảy sinh nhiệt độ cao
và làm vỡ màng ôxit bao phủ kim loại ở các điểm tiếp xúc khiến cho các bề
mặt dính vào với nhau. Trong thời kỳ mòn ban đầu của các bề mặt làm trong
điều kiện tải trọng vừa và nhẹ, chiều cao nhấp nhô giảm tới 65 ữ 75%. Đồng
thời tăng diện tích tiếp xúc của chúng lên và giảm thấp tỷ áp thực tế. Khi đó
chiều cao nhấp nhô sẽ giảm đi tới một giá trị hợp lý nào đó. Nếu trong quá
trình gia công cơ đã tạo đợc độ cao nhấp nhô hợp lý trong điều kiện ma sát
nhất định thì quá trình mài mòn sẽ ít và thời gian chạy rà là nhỏ nhất. Khi
chiều cao nhấp nhô lớn hơn trị số hợp lý thì sẽ làm tăng mài mòn do kết cấu
cơ học cào xớc và hớt đứt các nhấp nhô bề mặt. Khi chiều cao nhấp nhô bề
mặt nhỏ hơn trị số hợp lý cũng làm tăng mài mòn do nảy sinh cấu kết phân
tử, các bề mặt tiếp xúc rất khít làm cho dầu bôi trơn bị chèn ép ra khỏi khu
vực làm việc tạo nên ma sát khô (hình 1.5). Qua đồ thị ta thấy ở độ nhấp nhô
hợp lý (các điểm 01 và 02) các chi tiết tiếp xúc có độ mòn ban đầu nhỏ nhất.
Trong điều kiện làm việc năng đờng cong mài mòn dịch chuyển về bên phải
và lên phía trên còn điểm độ nhám hợp lý dịch về phía tăng chiều cao độ
nhấp nhô.
BUN MY Say Sông Kham
17
LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC
2008
Độ chính xác lắp ghép do ngời thiết kế quy định trên bản vẽ và đợc
xác định bởi trị số độ hở trong lắp ghép, phụ thuộc rất nhiều vào độ nhẵn của
các bề mặt lắp ghép với nhau. Nh đã nói ở trên, trong thời kỳ mòn ban đầu
chiều cao nhấp nhô có thể giảm đi 65 ữ 75% và trong các chi tiết có kích thớc nhỏ, độ nhẵn nằm trong khoảng Ra = (1,25 ữ 2,5)àm thì do mòn ban đầu
mà độ hở bổ sung trong mối lắp ghép có thể đạt tới trị số dung sai chế tạo của
chi tiết và độ chính xác lắp ghép bị hoàn toàn phá vỡ theo hớng tăng khe hở
của lắp ghép lên hai lần.
Để tránh hiện tợng đó ta phải tiến hành gia công cắt gọt sao cho độ
nhám bề mặt làm việc của các chi tiết trong các lắp ghép quan trọng là nhỏ
nhất để giữ cho độ chính xác lắp ghép đúng quy định trên bản vẽ thiết kế
đợc lâu nhất. Muốn vậy phải quy định quan hệ chiều cao độ nhám bề mặt và
độ chính xác lắp ghép theo kích thớc của các chi tiết bằng các công thức
tính toán nh sau:
- Khi đờng kính lắp ghép lớn hơn 50 mm:
Rz = (0,1 ữ 0,15) [àm]
- Khi đờng kính lắp ghép từ 18 mm đến 50 mm:
Rz = (0,15 ữ 0,2)
[àm]
- Khi đờng kính lắp ghép nhỏ hơn 18 mm:
Rz = (0,1 ữ 0,15) [àm]
BUN MY Say Sông Kham
19
LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC
BUN MY Say Sông Kham
20
LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC
2008
1.4.1. ảnh hởng về hình học của quá trình gia công tới độ nhám bề mặt
Khi nghiên cứu các nguyên nhân hình học tới độ nhấp nhô bề mặt ngời ta cho rằng quỹ tích chuyển động của lỡi cắt sẽ phản ánh trên bề mặt gia
công. Do đó về quan điểm hình học thì độ lớn, hình dạng và vị trí tơng quan
của nhấp nhô đợc xác định bởi hình dạng của lỡi cắt và các yếu tố cắt gọt có
thể ảnh hởng đến việc làm thay đổi quỹ tích chuyển động của lỡi cắt đối
với bề mặt đợc gia công.
1.4.1.1. Phay .
Khi phay nghịch bằng dao phay hình trụ chiều cao của nhấp nhô còn
sót lại đợc tính theo công thức:
Rz =
S 2z . 2 .R
2(Z.S Z + 2.R )
2
(àm)
(1.2)
Khi có độ đảo của dao phay nghĩa là tâm hình học của nó không trùng
với tâm quay, ta sử dụng công thức:
(Z.S Z )2
RZ =
8.(R + e )
BUN MY Say Sông Kham
(1.5)
21
LUậN VăN THạC Sỹ KHoa HọC
2008
Trong đó:
Z : số răng dao phay
e : độ lệch tâm (mm)
Khi phay bằng dao phay mặt mút, chiều cao và hình dạng nhấp nhô
cũng giống khi tiện và đợc xác định bằng trị số bớc tiến S. bán kính góc
lợn đỉnh răng dao R và góc nghiêng và 1 độ đảo trên mặt mút hoặc một
răng cá biệt nào nhô ra sẽ làm tăng độ nhấp nhô lên nhiều lần so với tính
toán.
Trạng thái của dao cắt cũng ảnh hởng tới độ nhấp nhô bề mặt. Các dữ
liệu thực tế cho thấy khi dao chế tạo không nhẵn hoặc lỡi mài không sắc thì
độ nhám bề mặt tăng lên. Đối với dao tiện thì khi cùn độ nhấp nhô tăng 50 ữ
60%, dao phay hình trụ 100 ữ 115 %, dao phay mặt mút 35 ữ 45%, mũi
khoan 30%, mũi doa 20% . Do đó dao cần có độ nhẵn bề mặt cao hơn bề mặt
thì ảnh hởng độ nhấp nhô của đá do sửa đá tạo nên sẽ rất nhỏ.
Tốc độ đá mài cũng ảnh hởng đến sự hình thành độ nhám bề mặt. Do
các hạt mài sắp xếp không trật tự nên trong lát ăn dao thứ 2 của đá trên bề
mặt gia công các hạt mài phần lớn rơi vào khoảng kim loại cha đợc cắt gọt
để tạo các rãnh mới và giảm thấp chiều cao độ nhám. Nếu profin của các
rãnh do hạt mài tạo nên quy ớc là hình tam giác thì ở mỗi lần tiếp xúc mới
của đá với bề mặt gia công, chiều cao độ nhấp nhô ở lát ăn dao thứ nhất sẽ
giảm theo quy luật:
Rz = R 0z . 0,75n-1
(1.6)
Trong đó:
- Rz là chiều cao độ nhấp nhô sau n lát ăn dao của đá.
- N là số lần tiếp xúc của đá với khoảng bề mặt nào đó.
- R 0z là chiều cao độ nhấp nhô tạo nên sau lát ăn dao thứ nhất.
Trên hình 1.8 nêu ảnh hởng của tốc độ đá và độ hạt tới chiều cao độ
nhấp nhô của bề mặt đợc mài. Ta thấy khi tốc đó đá tăng từ S tới 30m/s
chiều cao độ nhấp nhô giảm đi 4 lần khi độ hạt là 40, khi giảm kích thớc
các hạt mài và tốc độ đá không lớn thì chiều cao độ nhấp nhô phản ánh trên
bề mặt mài giảm rõ rệt, ảnh hởng của tốc độ chi tiết đối với độ nhẵn bề mặt
hoàn toàn ngợc với ảnh hởng của tốc độ đá. Tốc độ chi tiết tăng cao làm
chiều cao độ nhấp nhô tăng lên, bớc tiến dọc trong một vòng quay của chi
tiết là yếu tố quan trọng hình thành bề mặt mài, khi giảm bớc tiến dọc của
đá trong một vòng quay của chi tiết thì độ nhám bề mặt giảm thấp. Mài
không có bớc tiến ngang cũng có tác dụng nh khi giảm bớc tiến dọc của
đá.
Khi tăng tốc độ của đá cũng nh khi giảm tốc độ của chi tiết sẽ làm
tăng số hạt cắt ngang bề mặt mài và chiều cao độ nhám dọc sẽ giảm thấp
BUN MY Say Sông Kham
+ Rzad : số gia liên quan tới sự đàn hồi của lớp bề mặt.
+ Rms: Số gia do ma sát giữa mặt sau dụng cụ với bề mặt cắt gọt.
Qua tính toán và thực nghiệm với các vật liệu khác nhau nh thép 45,
nhôm, thép XC ... trị số Rzdh xê dịch trong khoảng 3% tổng số Rzd +
BUN MY Say Sông Kham
24
Copyright: Tài liệu đại học ©