TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TIỆN VÀ KỸ THUẬT GIA CÔNG CNC
Khái quát về phương pháp tiện
Tiện là phương pháp gia công cắt gọt dựa trên chuyển động quay giữa chi tiết gia công và dụng cụ cắt Trong quá trình tiện, chuyển động chính thường do phôi quay tròn tạo ra, kết hợp với chuyển động tiến dao, bao gồm cả chuyển động chạy dao và chạy dao ngang do dao thực hiện.
Trong các chi tiết chuyển động của máy móc thiết bị, bề mặt trụ đóng vai trò quan trọng, do đó, phương pháp tiện trở thành kỹ thuật gia công cắt gọt phổ biến nhất Máy tiện chiếm từ 50% đến 60% tổng số máy cắt kim loại hiện có, và có hai dạng chính là máy tiện ngang và máy tiện đứng.
Hình 1.1 Máy ti ệ n ngang v ạ n n ă ng
Hình 1.2 Máy ti ệ n đứ ng
Tiện là một trong những phương pháp gia công kim loại bằng cắt gọt phổ biến nhất hiện nay, chiếm tỷ trọng lớn trong ngành gia công Quá trình tiện được minh họa rõ ràng trong hình 1.3.
Hình 1.3 B ả n ch ấ t quá trình ti ệ n
Dao tiện là dụng cụ cắt dùng trong gia công kim loại, với nhiều loại khác nhau tùy thuộc vào bề mặt gia công, vật liệu lưỡi cắt và kiểu chuôi dao Đối với các loại thép chế tạo và vật liệu có độ bền thấp như đồng, nhôm, dao thép gió thường được sử dụng Trong khi đó, khi gia công gang và thép hợp kim, dao gắn mảnh hợp kim là lựa chọn phổ biến Dao tiện là loại dao lưỡi cắt đơn, thường được sử dụng trên các máy tiện vạn năng, máy tiện rơvônve, máy tiện đứng, máy tiện tự động, máy tiện CNC và các trung tâm gia công, là một trong những loại dao đơn giản và phổ biến nhất trong gia công kim loại.
16 qua quay và dao tiện tịnh tiến ngang hay dọc, tuy nhiên có những trường hợp dao tiện quay và chi tiết chuyển động tịnh tiến
Hình 1.4 Các ki ể u dao ti ệ n thông d ụ ng
Hình 1.5 Dao ti ệ n g ắ n m ả nh h ợ p kim
1.1.2 Kh ả n ă ng công ngh ệ c ủ a ti ệ n
Phương pháp gia công tiện là kỹ thuật hiệu quả để chế tạo các loại mặt trụ tròn xoay, bao gồm mặt trụ ngoài, mặt trụ trong, mặt côn ngoài, mặt côn trong, mặt cầu, mặt phẳng, các mặt đầu và các mặt định hình Ngoài ra, phương pháp này cũng được áp dụng để gia công các loại ren khác nhau.
Khi gia công tiện, độ chính xác có thể đạt cấp 3, với độ nhám bề mặt dao động từ 1,6μm đến 0,2μm Độ chính xác của quá trình gia công tiện phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau.
- Độ chính xác của máy tiện
- Độ cứng vững của hệ thống công nghệ
- Trình độ tay nghề của công nhân hoặc chế độ cắt
Hình 1.6 thể hiện khả năng công nghệ của các phương pháp: a) Tiện ngoài, b) Tiện trong, c) Tiện mặt đầu, d) Tiện côn, e) Tiện cầu, f) Tiện định hình, g) Tiện chi tiết không tròn, và h) Tiện lưỡi dao phay.
Chất lượng bề mặt chi tiết gia công được ảnh hưởng bởi vị trí bề mặt (ngoài, trong, đầu) và phương pháp gia công (tiện thô, tiện bán tinh, tiện tinh) Độ chính xác vị trí tương quan, như độ đồng tâm giữa các bậc của trục và giữa mặt trong với mặt ngoài, có thể đạt tới 0,01mm, tùy thuộc vào loại máy và phương pháp gá đặt phôi.
Năng suất gia công tiện chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm độ chính xác hình dạng, kích thước và vị trí của các chi tiết, phương pháp gá đặt, cũng như vật liệu của dao và vật liệu gia công Mặc dù có nhiều yếu tố tác động, năng suất gia công tiện thường được đánh giá là thấp.
Muốn nâng cao năng suất khi tiện phải có những giải pháp công nghệ thích hợp cụ thể.
Khái quát chung về kỹ thuật gia công CNC
- CNC là viết tắt của “Computer Numerical Control” và được hiểu là Điều khiển số nhờ máy tính
1.2.1 Đị nh ngh ĩ a v ề đ i ề u khi ể n s ố Điều khiển số NC ( Numerical Control ) hay điều khiển bằng số là một quá trình tự động điều khiển các hoạt động của máy trên cơ sở các dữ liệu số được mã hoá đặc biệt tạo nên một chương trình làm việc của thiết bị hay hệ thống
- Dữ liệu số được mã hoá bao gồm: Các chữ số, số thập phân, các chữ cái và một số ký tự đặc biêt
Các chữ số và ký tự đặc biệt thể hiện các đặc tính gia công như kích thước chi tiết, dụng cụ cần thiết, dung dịch trơn nguội, tốc độ vòng quay và tốc độ chạy dao Những thông tin này được tổng hợp thành câu lệnh điều khiển Điều khiển số trong máy công cụ là phương thức tự động hóa, trong đó các chức năng của máy được điều khiển bằng các chữ số và ký hiệu.
- Dữ liệu đầu vào bao gồm:
Thông tin hình học là hệ thống điều khiển các chuyển động tương đối giữa dao và chi tiết gia công, có liên quan trực tiếp đến quá trình tạo hình bề mặt.
Hệ thống thông tin công nghệ điều khiển các chức năng vận hành máy bao gồm việc đóng mở trục chính, quản lý dung dịch trơn nguội, điều chỉnh tốc độ chạy dao, số vòng quay trục chính và chiều sâu cắt.
Phương pháp truyền thông tin đầu vào bao gồm việc mã hoá và tập hợp các thông tin cần thiết để gia công chi tiết thành một chương trình gia công thống nhất Chương trình này có thể được truyền vào một cách hiệu quả để đảm bảo quá trình gia công diễn ra suôn sẻ.
+ Thông qua các vật mang tin như băng đục lỗ, giấy đục lỗ
+ Được soạn thảo và lưu trữ trong vật mang tin (băng từ, đĩa từ, đĩa CD) được đưa vào hệ điều khiển số qua cửa nạp tương thích
+ Thông qua các nút bấm bằng tay trên bảng điều khiển
+ Được truyền trực tiếp từ bộ nhớ của máy tính điều hành chủ sang hệ điều khiển số của từng máy gia công ( phương thức truyền DNC )
Phương pháp mã hoá thông tin là cách mà con người giao tiếp với máy tính thông qua một ngôn ngữ được mã hoá, giúp máy có khả năng đọc, hiểu và thực thi các chương trình.
+ Mã thập phân: Cơ sở của hệ (mã) thập phân là cơ số 10 ký tự: 0, 1, 2, 3, 4, 5,
6, 7, 8, 9 Hệ này ra đời do lịch sử tính toán phát triển trên 10 ngón tay
Theo hệ này một số bất kỳ được viết như sau:
Mã nhị phân, với cơ sở là số 2, đại diện cho bất kỳ số nào dưới dạng tổng của các số hạng là số 2 với các cấp số mũ khác nhau Trong hệ nhị phân, các số được hình thành từ sự kết hợp của các ký tự 1 và 0.
Hiện nay, nhiều nghiên cứu đang được thực hiện nhằm thống nhất các ngôn ngữ lập trình, dưới sự chỉ đạo của Hội đồng Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO) Các ngôn ngữ này, được gọi là ngôn ngữ ISO, cần phải đáp ứng những yêu cầu nhất định để đảm bảo tính đồng nhất và hiệu quả trong việc phát triển phần mềm.
Số ký hiệu là nhỏ nhất
Số lượng tín hiệu đầy đủ
Hầu hết các máy CNC hiện nay đều dùng mã ISO
- 1938: Claude E Shannon (Viện công nghệ Massachusetts Institute Technolory – MIT) tính toán và chuyển giao nhanh dữ liệu ở dạng nhị phân có vận
Thiết kế Chuẩn bị công nghệ
Máy công cụ CNC Chương trình CNC
Lập trình CNC dụng lý thuyết đại số và xác nhận công tắc điện tử nền tảng cơ sở của máy tính ngày nay
- 1952; Viện MIT cho ra đời máy công cụ điều khiển số đầu tiên
- 1958: Ngôn ngữ lập trình biểu tượng hoá đầu tiên (APT) được giới thiệu trong quan hệ liên kết với máy tính IBM704
- 1960: Các hệ điều khiển NC trong kỹ thuật đèn bán dẫn đã thay thế các hệ thống điều khiển cũ dùng đèn điện tử
- 1965: Các giải pháp thay dụng cụ tự động đã nâng cao trình độ tự động hoá khâu gia công
- 1970: Giải pháp thay bệ gá phôi tự động
-1972: Hệ điều khiển số CNC đầu tiên ra đời
-1976: Một cuộc cách mạng trong kỹ thuật CNC với sự góp mặt của kỹ thuật vi xử lý
-1993: Xuất hiện các trung tâm gia công (Manufacturing Center - MC)
- 1994: Khép kín chuỗi quá trình CAD/CAM – CNC
1.2.3 Ch ươ ng trình CNC
Chương trình CNC đóng một vai trò rất quan trọng trong quá trình gia công nó là một mắt xích của quá trình chuẩn bị sản xuất
Vị trí của chương trình CNC được thể hiện trong sơ đồ sau:
Hình 1.7 V ị trí c ủ a ch ươ ng trình CNC
Chương trình CNC bao gồm chuỗi chỉ thị di chuyển dao và các phụ kiện cần thiết để điều khiển máy tự động thực hiện quy trình gia công Công việc này đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong quá trình sản xuất.
Lập trình CNC bao gồm 21 bước thiết lập tiến trình di chuyển dao, cùng với các chỉ thị lập trình cụ thể Thông tin này được lưu trữ vào hệ điều khiển hoặc thiết bị mang tin dưới dạng mã lệnh, phục vụ cho quá trình đọc dữ liệu tự động.
Cấu trúc của chương trình CNC đã được tiêu chuẩn hoá theo tiêu chuẩn quốc tế ( ISO CODE)
Theo tiêu chuẩn ISO các địa chỉ lệnh và ý nghĩa của chúng được ký hiệu như sau:
B ả ng 1.1 Các đị a ch ỉ l ệ nh theo tiêu chu ẩ n ISO Địa chỉ Ý nghĩa
A,B,C Kích thước góc quay quanh trục X,Y,Z
I,J,K Toạ độ X,Y,Z của tâm cung tròn
N Số thứ tự của khối lệnh
P,Q Tham số của chu trình
T Số hiệu, câu lệnh gọi dao
U,V,W Kích thước tịnh tiến của trục phụ song song với trục X,Y,Z X,Y,Z Kích thước tịnh tiến của các trục chính X,Y,Z
Hai chức năng quan trọng của mã ISO trong hệ điều khiển CNC bao gồm chức năng dịch chuyển hình học G (Geometric Function) và chức năng phụ M (Miscellaneous Function) Những chức năng này đóng vai trò thiết yếu trong việc điều khiển và tối ưu hóa quá trình gia công.
1.2.4 Khái ni ệ m và đặ c tr ư ng c ơ b ả n c ủ a các máy gia công CNC
Máy gia công CNC là thiết bị cơ điện tử phức tạp và đắt tiền, hoạt động dựa trên nguyên lý cơ khí và vật lý kỹ thuật Các loại máy này bao gồm máy cắt kim loại, robot, và băng tải vận chuyển phôi Chúng được điều khiển bằng chương trình số (NC Program) thông qua hệ thống CNC Các máy công cụ CNC chủ yếu bao gồm máy tiện CNC, phay CNC, trung tâm gia công tiện CNC, trung tâm phay CNC, máy khoan CNC, máy doa CNC và máy mài CNC.
Gia công chi tiết cơ khí trên các máy điều khiển theo chương trình số CNC có những đặc điểm sau:
- Mức độ tự động hóa cao, toán bộ quá trình hoạt động của máy để gia công chi tiết do máy tính điều khiển
- Tốc độ dịch chuyển của bàn máy cao
- Tốc độ quay của trục chính cao và có thể điều chỉnh vô cấp
- Độ chính xác gia công cao (sai lệch kích thước có thể < 0,001 mm)
- Năng suất gia công cao (có thể gấp 3 lần máy thông thường)
- Tính linh hoạt cao (thích nghi nhanh với đối tượng gia công thay đổi, thích nghi với sản xuất loạt nhỏ )
- Mức độ tập trung nguyên công cao (gia công nhiều nguyên công trong một lần gá phôi)
- Có thể gia công được những bề mặt phức tạp mà các máy khác khó hoặc không thực hiện được (các bề mặt dạng 3D)
- Có khả năng thực hiện lặp lại các công việc gia công (chương trình được sử dụng nhiều lần)
Để chuẩn bị công nghệ cho máy CNC, cần lập trình điều khiển máy bằng ngôn ngữ phù hợp với từng loại máy, tùy thuộc vào hệ điều khiển như FANUC, HEIDENHAIN, hoặc MITSUBISHI.
- Máy công cụ CNC có giá trị kinh tế lớn
- Mức độ tự động hóa cao nên vận hành đơn giản nhưng bảo dưỡng và sửa chữa phức tạp
- Không thích hợp với trình độ sản xuất thấp
- Giá thành cao nên khấu hao lớn
Một máy gia công CNC (hay còn gọi là một hệ thống gia công) theo nguyên lý điều khiển số có sáu thành phần cơ bản sau:
1 Chương trình gia công NC (NC program): Được viết theo ngôn ngữ lập trình của máy thể hiện dưới dạng các số và chữ cái quy ước như trên Hệ CNC có chức năng tạo lập các tín hiệu điều khiển cần thiết cho quá trình gia công như điều khiển trục chính quay, điều khiển cho dao dịch chuyển trong quá trình cắt theo đường thẳng, cung tròn, chu trình phù hợp với biên dạng gia công Ngoài ra hệ CNC còn phải tạo lập các lệnh NC để thực hiện các chức năng khác như thay dụng cụ cắt, đóng mở chất làm mát
Hình 1.9 Màn hình và bàn phím máy FTC – 10
2 Thiết bị nạp chương trình (Program Input Device)
Thiết bị nạp chương trình cho máy thường là bàn phím gắn liền, trong khi các máy gia công hiện đại cho phép nạp chương trình sẵn qua cáp truyền dữ liệu hoặc đĩa mềm.
Hình 1.10 Bàn phím máy FTC – 10
3 Hệ điều khiển máy (MCU: Machine Control Unit)
So sánh máy công cụ thông thường và máy CNC
Máy công cụ CNC có thiết kế tương tự như máy công cụ truyền thống, nhưng điểm khác biệt chính là các bộ phận liên quan đến quá trình gia công được điều khiển hoàn toàn bởi máy tính.
Các bộ phận máy công cụ điều khiển CNC di chuyển theo một hệ trục tọa độ liên quan đến chi tiết gia công, thể hiện các trục bước tiến song song với các chuyển động chính của máy Các chuyển động cần thiết cho quá trình gia công của các bộ phận như bàn máy và đầu revolver được máy tính tính toán, điều khiển và kiểm tra Mỗi chuyển động của các bộ phận máy đều có hệ thống đo riêng để xác định và phản hồi thông tin về vị trí tương ứng cho hệ điều khiển.
Ta có bảng so sánh chức năng của các máy như sau:
B ả ng 1.2 B ả ng so sánh ch ứ c n ă ng gi ữ a máy công c ụ thông th ườ ng, máy công c ụ
NC và máy công c ụ CNC
Máy công cụ thông thường
Máy công cụ NC Máy công cụ CNC
Nh ậ p d ữ li ệ u: Nh ậ p d ữ li ệ u: Nh ậ p d ữ li ệ u:
Người công nhân điều chỉnh máy công cụ bằng tay dựa vào nhiệm vụ sản xuất và bản vẽ chi tiết Họ thực hiện việc gá phôi và dụng cụ cắt, đồng thời điều chỉnh độ song song giữa dao và chi tiết để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Chương trình NC được nhập vào hệ điều khiển
NC bởi băng đục lỗ
Chương trình NC có thể được nhập vào hệ điều khiển CNC qua bàn phím, đĩa hoặc cổng giao tiếp như Seriell và Bus Nhiều chương trình NC được lưu trữ trên thiết bị như đĩa cứng Điều khiển bằng tay cũng là một phương thức quan trọng trong quá trình này.
Người công nhân cài đặt các thông số công nghệ
Điều khiển NC xử lý thông tin về đường di chuyển và các chức năng của máy trong chương trình NC, từ đó phát ra tín hiệu điều khiển cho từng bộ phận của máy NC Trong khi đó, điều khiển CNC cho phép quản lý quá trình gia công một cách tự động và chính xác hơn, nhờ vào việc lập trình và điều chỉnh các thông số như số vòng quay và lượng chạy dao thông qua các tay quay.
Hệ điều khiển CNC tích hợp máy tính và phần mềm để điều chỉnh máy công cụ CNC, bao gồm bộ nhớ chương trình, chương trình con, dữ liệu máy, kích thước dụng cụ cắt và các giá trị hiệu chỉnh Ngoài ra, phần mềm phân tích lỗi cũng thường được tích hợp trong hệ thống này để đảm bảo quá trình gia công diễn ra suôn sẻ.
Người công nhân đo và okiểm tra kích thước bằng tay, nếu cần thiết phải lập lại tiến trình gia công
Máy NC đã đảm nhận trong khi gia công đạt các kích thước chi tiết bởi sự phản hồi thường xuyên
Máy CNC đảm nhận trong khi gia công đạt các kích thước chi tiết bởi sự phản hồi liên tục của hệ thống
Hệ thống đo và motor vị trí được điều chỉnh số vòng quay giúp kiểm tra kích thước trong suốt quá trình gia công nhờ vào các cảm biến đo tích hợp Điều này cho phép thực hiện tiếp tục việc xử lý trong hệ điều khiển CNC, ví dụ như thử nghiệm và tối ưu hóa chương trình NC mới.
1.3.3 So sánh v ề tính kinh t ế Ưu điểm của máy công cụ CNC
1 Tính kinh tế đạt được cao bởi tốc độ gia công cao cũng như thời gian gia công cơ bản, thời gian phụ, thời gian chuẩn bị và thời gian kết thúc giảm 2 Chất lượng chi tiết gia công ổn định, ít phế phẩm
3 Làm tăng độ chính xác gia công, do cấp chính xác của máy cao (1/1000mm độ chính xác đo)
4.Thời gian gia công ngắn thông qua việc tổ chức sản xuất và trùng lặp công việc
5 Thời gian vận hành máy cao
6 Tính linh hoạt trong sản xuất cao bởi hệ thống gia công và do vậy gia công hợp lí cho loạt nhỏ hoặc gia công dơn chiếc với độ phức tạp cao
Máy công cụ CNC chiếm ưu thế trong gia công cắt gọt nhờ vào những ưu điểm nổi bật của nó Đặc biệt, phạm vi ứng dụng rộng rãi là một trong những đặc điểm tiêu biểu của máy công cụ CNC, cho phép đáp ứng đa dạng nhu cầu sản xuất.
Hình 1.11 Ph ạ m vi ứ ng d ụ ng c ủ a máy ti ệ n CNC
2 Độ phức tạp và độ chính xác gia công
4 Máy công cụ thông thường
Tiện là phương pháp gia công cắt gọt phổ biến nhất, chiếm khoảng 50% đến 60% tổng số máy cắt kim loại Mặc dù có tính công nghệ cao, năng suất của tiện, đặc biệt khi sử dụng máy tiện vạn năng thông thường, vẫn còn thấp Để nâng cao năng suất, cần áp dụng các giải pháp công nghệ phù hợp, trong đó việc đầu tư và sử dụng máy tiện CNC là một giải pháp quan trọng, giúp đáp ứng xu hướng sản xuất tự động hóa hiện nay.
Trong dây chuyền sản xuất linh hoạt, máy điều khiển số CNC đóng vai trò quan trọng, giúp giảm khối lượng gia công, nâng cao độ chính xác và hiệu quả kinh tế, đồng thời rút ngắn chu kỳ sản xuất Hiện nay, máy CNC được sử dụng rộng rãi tại các cơ sở sản xuất và trung tâm đào tạo ở Việt Nam Vấn đề cần giải quyết là cách nâng cao hiệu quả khai thác và sử dụng máy điều khiển số CNC.
ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN LỰC CẮT, SỰ PHÁT
Các yếu tố của chế độ cắt
Chiều sâu cắt là khoảng cách được đo theo phương vuông góc giữa bề mặt đã gia công và bề mặt chưa gia công, sau khi thực hiện một lần cắt.
Trong đó: D - Đường kính phôi (mm) d - Đường kính chi tiết sau một lần cắt (mm)
Lượng chạy dao là sự dịch chuyển của một điểm trên lưỡi cắt chính theo phương di chuyển trong một đơn vị quy ước, có thể là thời gian, vòng quay hoặc hành trình kép Lượng chạy dao được phân loại dựa trên phương di chuyển và đơn vị đo lường.
- Lượng chạy dao dọc: Là lượng chạy dao đo theo phương chuyển động chạy dao dọc tức là phương song song với trục của phôi
- Lượng chạy dao ngang: Là lượng chạy dao đo theo phương chuyển động chạy ngang tức là phương vuông góc với trục của phôi
- Lượng chạy dao nghiêng: Là lượng chạy dao đo theo phương nghiêng một góc nào đó so với trục của phôi
- Lượng chạy dao vòng: Là lượng chạy dao đo trong một vòng quay của phôi hoặc của dao
Ký hiệu: Sv (mm/vg)
- Lượng chạy dao phút: Là lượng chạy dao đo sau một phút
Ký hiệu: Sph (mm/ph)
- Lượng chạy dao răng: Là lượng dịch chuyển của dao đo sau khi dao quay được một góc bằng góc giữa hai răng liên tiếp của dao
Ký hiệu: Sz (mm/răng)
Quan hệ giữa các lượng chạy dao được biểu diễn bằng công thức:
Sph = Sv.n = Sz.Z.n (mm/ph) Trong đó: n - Số vòng quay trong một phút của dao hoặc phôi
Hình 2.1 Các y ế u t ố c ủ a ch ế độ c ắ t 2.1.3 T ố c độ c ắ t
* Khái niệm về tốc độ cắt
Tốc độ cắt được định nghĩa là sự dịch chuyển tương đối của một điểm trên lưỡi cắt chính so với bề mặt vật liệu đang gia công Nó được đo bằng cách xem xét chuyển động cắt tương đối trong một khoảng thời gian nhất định.
Tốc độ cắt được định nghĩa là sự dịch chuyển tương đối của một điểm trên lưỡi cắt chính so với bề mặt gia công, được đo theo phương chuyển động cắt của dao trong một khoảng thời gian nhất định.
Tốc độ cắt V chính là tốc độ của một điểm trên quỹ đạo chuyển động cắt tương đối của dao so với phôi
Vì vậy, véc tơ tốc độ cắt là tổng hợp của véc tơ tốc độ cắt chính và véc tơ tốc độ chạy dao
Trong đó: V - Véc tơ tốc độ cắt
V0- Véc tơ tốc độ cắt chính
- Véc tơ tốc độ chạy dao
Trong thực tế: VSô V0, nên có thể bỏ qua trị số trong tính toán và coi V ≈ V0
Tốc độ cắt khi tiện là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt, năng suất gia công và giá thành sản phẩm Tăng tốc độ cắt giúp giảm thời gian gia công, nhưng cũng làm dao mòn nhanh chóng, dẫn đến tốn thời gian và chi phí cho việc mài lại và thay dao Do đó, tốc độ cắt hợp lý là tốc độ tối ưu vừa đảm bảo năng suất cao nhất, vừa giúp giảm giá thành Tốc độ cắt thường được hiểu là tốc độ cao nhất mà dao có thể chịu đựng.
* Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ cắt
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ cắt khi tiện:
- Chiều sâu cắt và lượng chạy dao
- Các thông số hình học của dao
Ngoài các yếu tố trên phải kể đến các yếu tố khác như: độ mòn của dao, hình dạng lưỡi cắt, điều kiện gia công, sự rung động
+ Ảnh hưởng của tuổi bền của dao tới tốc độ cắt
Giữa tốc độ cắt khi tiện và tuổi bền của dao có mối quan hệ như sau:
Trong đó: V - Tốc độ cắt (m/ph)
T - Tuổi bền của dao (phút)
Đại lượng không đổi phụ thuộc vào vật liệu gia công, vật liệu làm dao, chiều sâu cắt, lượng chạy dao và các điều kiện cắt khác Số mũ m thể hiện mức độ ảnh hưởng của tuổi bền đến tốc độ cắt.
(Với dao gắn mảnh hợp kim cứng: m = 0,125 0,3, với dao gắn mảnh sứ: m = 0,4, với dao thép gió: m = 0,125)
Quan hệ giữa tốc độ cắt và tuổi bền của dao được cho trong hình 2.2
Hình 2.2 Quan h ệ gi ữ a t ố c độ c ắ t và tu ổ i b ề n c ủ a dao + Ảnh hưởng của chiều sâu cắt và lượng chạy dao đến tốc độ cắt
Nghiên cứu cho thấy rằng, với một tuổi bền nhất định, khi tăng chiều sâu cắt, tốc độ cắt sẽ giảm Mối quan hệ giữa chiều sâu cắt và tốc độ cắt có thể được mô tả bằng phương trình sau:
Số mũ xv phản ánh mức độ ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến tốc độ cắt, thường dao động từ 0,13 đến 0,25 tùy thuộc vào vật liệu gia công và vật liệu làm dao Khi tăng lượng chạy dao, tốc độ cắt sẽ giảm ở giai đoạn đầu.
Khi S nhỏ hơn 0,25 mm/vg, tốc độ giảm của lượng chạy dao diễn ra từ từ Tuy nhiên, khi S lớn hơn 0,25 mm/vg, tốc độ giảm trở nên nhanh chóng Mối quan hệ giữa lượng chạy dao và tốc độ cắt có thể được mô tả bằng một phương trình cụ thể.
Mức độ ảnh hưởng của lượng chạy dao đến tốc độ cắt được biểu thị bằng yv, với giá trị thay đổi từ 0,2 đến 0,7 tùy thuộc vào vật liệu gia công và vật liệu làm dao Khi xem xét đồng thời ảnh hưởng của chiều sâu cắt và lượng chạy dao đến tốc độ cắt, ta có thể đánh giá được sự tương tác giữa các yếu tố này.
Trong điều kiện cắt tiêu chuẩn, khi xv < yv, ảnh hưởng của chiều sâu cắt đến tốc độ cắt ít hơn so với ảnh hưởng của lượng chạy dao Việc tăng thời gian cắt (t) sẽ làm tăng chiều dài làm việc của lưỡi cắt, giúp nhiệt cắt được truyền đi dễ dàng hơn và giảm mòn dao, từ đó cho phép đạt được tốc độ cắt cao hơn Đối với vật liệu gia công có độ cứng HB = 200 và tiết diện thân dao, điều này càng trở nên quan trọng.
Khi thiết lập thông số cắt cho dao, kích thước 20 x 30 với góc trước và góc sau hợp lý là = 45 độ và 1 = 15 độ Thời gian cắt T là 60 phút cho dao thép gió và 90 phút cho dao hợp kim cứng Các giá trị hệ số Cv và số mũ xv, yv được tham khảo từ bảng Nếu điều kiện cắt không tiêu chuẩn, cần sử dụng các hệ số điều chỉnh để tính toán chính xác.
+ Ảnh hưởng của thông số hình học của dao đến tốc độ cắt
- Ảnh hưởng của góc trước :
Nếu tăng góc trước thì sẽ giảm lực cắt và công suất cắt, do đó nhiệt cắt giảm
Góc trước quá lớn sẽ làm giảm góc sắc, dẫn đến điều kiện truyền nhiệt kém và tăng nhiệt độ ở lưỡi cắt, khiến dao nhanh mòn Để duy trì tuổi bền của dao, cần giảm tốc độ cắt Do đó, việc chọn góc trước hợp lý là rất quan trọng để đạt được tốc độ cắt cao nhất.
Để tối ưu hóa tuổi thọ của dao và tăng tốc độ cắt, lưỡi cắt thường được thiết kế với cạnh vát có chiều rộng f, tương đương với chiều dày cắt Góc trước của cạnh vát, ký hiệu là 0, có giá trị âm từ 0 đến -5 độ cho dao hợp kim cứng, trong khi đối với dao thép gió, góc này có giá trị dương từ 0 đến 5 độ.
Hình 2.4 Dao ti ệ n có c ạ nh vát
- Ảnh hưởng của góc sau :
Tăng góc sau của dao có thể giảm ma sát với bề mặt chi tiết gia công, cho phép tăng tốc độ cắt mà không làm giảm tuổi bền của dao Tuy nhiên, nếu góc sau vượt quá giới hạn cho phép, lực ma sát giảm không đáng kể nhưng góc sắc của dao lại bị giảm, dẫn đến khả năng truyền nhiệt kém và tuổi bền của dao cũng sẽ giảm theo.
Ảnh hưởng của chế độ cắt đến một số yếu tố công nghệ
2.2.1 Ả nh h ưở ng c ủ a ch ế độ c ắ t đế n l ự c c ắ t
Các nghiên cứu về quá trình cắt gọt cho thấy chế độ cắt trong quá trình gia công có ảnh hưởng lớn đến sự phát sinh của lực cắt
Theo tài liệu [6] thì sự ảnh hưởng đồng thời của ba yếu tố chế độ cắt đến lực cắt được biểu diễn bằng công thức [6]:
Px = CPx t Xpx S Ypx V Zpx KPx
Py = CPy t Xpy S Ypy V Zpy KPy
Pz = CPz.t Xpz S Ypz V Zpz KPz
+ CPz, CPy, CPx: Là các hệ số phụ thuộc vào điều kiện gia công cụ thể
+ XP, YP, ZP Là các số mũ biểu thị mức độ ảnh hưởng của chiều sâu cắt t và lượng chạy dao S tới Pz, Py, Px
Các hệ số và số mũ được xác định bằng thực nghiệm
KPx, KPy, KPz là các hệ số điều chỉnh lực tổng quát, phản ánh ảnh hưởng của nhiều yếu tố đến lực cắt, bao gồm loại vật liệu gia công, góc nghiêng của dao và loại dung dịch trơn nguội sử dụng.
Trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm của các tác giả trong nước và nước ngoài
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng mối quan hệ giữa các yếu tố chế độ cắt và lực cắt thành phần trên máy tiện CNC tương tự như trên máy tiện vạn năng, tuân theo quy luật hàm số mũ (hàm Taylor) Mô hình toán học mô tả mối quan hệ này giữa lực cắt thành phần và chế độ cắt được xác định rõ ràng.
Px = CPx t apx S bpx V cpx
Py = CPy t apy S bpy V cpy
Pz = CPz t apz S bpz V cpz Trong đó:
+ CPz, CPy, CPx: Là các hệ số phụ thuộc vào điều kiện gia công cụ thể
Các số mũ aPx, aPy, aPz, bPx, bPy, bPz, cPx, cPy, cPz thể hiện ảnh hưởng của chế độ cắt đến lực cắt thành phần, với các hệ số và số mũ được xác định qua thực nghiệm Để hiểu rõ hơn, ta sẽ phân tích ảnh hưởng của từng yếu tố trong chế độ cắt đến lực cắt.
* Ảnh hưởng của chiều sâu cắt và lượng chạy dao
Các nghiên cứu của Kronenberg M và Paul H Black chỉ ra rằng lực cắt đơn vị p là áp lực phát sinh trong quá trình cắt trên mỗi 1mm² diện tích của lớp cắt, bất kể kích thước và thông số hình học của dao.
Với F là diện tích lớp cắt được xác định theo công thức:
Trong đó: S là bước tiến dao, t là chiều sâu cắt
Mặc dù chiều sâu cắt t không ảnh hưởng đến chiều dày cắt a vì a = S.sin
Khi thay đổi chiều sâu cắt t, chiều rộng lớp cắt b sẽ tăng theo công thức b = sin t Sự gia tăng chiều sâu cắt t dẫn đến việc diện tích lớp cắt F = a.b cũng tăng lên Điều này đồng nghĩa với việc thể tích khối kim loại bị biến dạng sẽ gia tăng.
Khi tăng lượng chạy dao S, chiều dày cắt a và diện tích lớp cắt tăng, dẫn đến thể tích kim loại bị biến dạng và lực cắt cũng tăng Tuy nhiên, sự gia tăng chiều dày cắt a lại làm giảm hệ số co rút phoi, từ đó giảm lực cắt Hai tác động này bù trừ cho nhau, nhưng kết quả cuối cùng là lực cắt tăng khi tăng S, mặc dù ảnh hưởng này nhỏ hơn so với chiều sâu cắt t.
Sự phụ thuộc của lực cắt vào chiều sâu cắt t và lượng chạy dao S được mô tả
Px = CPx t Xpx S Ypx Trong đó:
+ CPz, CPy, CPx: Là các hệ số phụ thuộc vào điều kiện gia công cụ thể
+ XP, YP, ZP Là các số mũ biểu thị mức độ ảnh hưởng của chiều sâu cắt t và lượng chạy dao S tới Pz, Py, Px
Các hệ số và số mũ được xác định bằng thực nghiệm
* Ảnh hưởng của tốc độ cắt V Ảnh hưởng của tốc độ cắt V đến lực cắt biểu thị ở hình 2.7
- Khi bắt đầu cắt với tốc độ V > 3 5 m/ph, lực cắt giảm
- Khi cắt với tốc độ V = 20 25 m/ph, lực cắt giảm đến trị số cực tiểu, sau đó lại tiếp tục tăng và đạt trị số cực đại
- Khi tốc độ cắt V > 50 m/ph, lực cắt lại tiếp tục giảm
Khi cắt với tốc độ 140 m/ph, quá trình cắt diễn ra ổn định và các thành phần lực cắt duy trì giá trị không thay đổi nhiều Đây là tốc độ cắt lý tưởng thường được áp dụng trên máy CNC.
Hình 2.7 Ả nh h ưở ng c ủ a t ố c độ c ắ t V đế n l ự c c ắ t
Khi điều chỉnh tốc độ cắt, nhiệt cắt cũng sẽ thay đổi Tăng tốc độ cắt dẫn đến nhiệt cắt gia tăng, điều này có thể ảnh hưởng đến tình trạng ma sát giữa dao và phoi.
Sự xuất hiện và mất đi của phoi bám có ảnh hưởng lớn đến lực cắt Theo nghiên cứu của King R.I, Tlusty J và Smith S, khi tăng vận tốc cắt, nhiệt cắt cũng tăng lên đáng kể, có thể đạt tới 900 độ C hoặc cao hơn Điều này khiến lớp kim loại giữa phoi và mặt trước của dao chảy lỏng, từ đó giảm ma sát giữa dao và phoi, dẫn đến việc giảm lực cắt.
Trong phạm vi tốc độ cắt 50 500 m/ph giữa lực cắt và tốc độ cắt có mối quan hệ sau:
Hệ số C1, C2, C3 phụ thuộc vào điều kiện gia công, trong khi n1, n2, n3 là số mũ thể hiện ảnh hưởng của tốc độ cắt đến lực cắt, cũng như phụ thuộc vào các điều kiện gia công cụ thể.
2.2.2 Ả nh h ưở ng c ủ a ch ế độ c ắ t đế n nhi ệ t c ắ t
* Ảnh hưởng của tốc độ cắt đến nhiệt cắt
Nghiên cứu cho thấy tốc độ cắt là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến nhiệt cắt trong chế độ cắt Khi tốc độ cắt tăng, nhiệt cắt ban đầu tăng nhanh, nhưng sau khi đạt đến một mức độ nhất định, cường độ tăng chậm lại.
Khi cắt với tốc độ thấp, ma sát giữa dao và phoi tạo ra nhiệt cắt, dẫn đến tăng nhiệt độ Khi tăng tốc độ cắt, nhiệt độ phoi và ứng suất cũng gia tăng, làm cho nhiệt độ tại vùng cắt tăng cao hơn Hiện tượng chảy dẻo cục bộ xuất hiện tại vùng tiếp xúc trong quá trình cắt.
Tại vị trí tiếp xúc giữa dao cắt và phoi, hiện tượng cắt cục bộ diễn ra mạnh mẽ, đồng thời xảy ra hiện tượng dính kết do nhiệt độ tăng nhanh Nghiên cứu được thực hiện thông qua các thí nghiệm trên máy MPH trong điều kiện không có dung dịch tưới nguội và với thời gian cắt khác nhau.
Trong nghiên cứu về gia công CNC, các tác giả N A Abukhshim, P T Mmativenga và M A Sheikh đã chỉ ra rằng khi sử dụng tốc độ cắt từ 400 đến 600 m/ph, độ dài tiếp xúc giữa dụng cụ và vật liệu gia công tăng, dẫn đến hiện tượng dính trên bề mặt dụng cụ và làm nhiệt cắt tăng mạnh Ngược lại, khi tốc độ cắt vượt quá 600 m/ph, hiện tượng dính gần như không xảy ra, do đó nhiệt cắt chỉ tăng không đáng kể Vật liệu gia công trong thí nghiệm là thép hợp kim EN19 (AISI 4140H) với thông số tiến dao 0,14 mm/vòng và chiều sâu cắt 0,1 mm.
Mối quan hệ giữa nhiệt cắt và tốc độ cắt được biểu diễn qua phương trình:
Hệ số z phụ thuộc vào điều kiện gia công và đặc trưng cho mức độ tăng của nhiệt cắt khi tăng tốc độ cắt Cụ thể, z có xu hướng giảm khi vận tốc cắt tăng, với giá trị dao động từ 0,26 đến 0,72 Ví dụ, giá trị trung bình của z sẽ thay đổi tùy thuộc vào các vận tốc cắt khác nhau.
Như vậy khi tăng tốc độ cắt thì nhiệt cắt tăng nhưng nhiệt cắt tăng chậm hơn (số mũ z luôn nhỏ hơn 1) [6]
* Ảnh hưởng của lượng chạy dao đến nhiệt cắt
CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CẮT CHO MÁY TIỆN VẠN NĂNG THÔNG THƯỜNG
Khái niệm chung
Chọn chế độ cắt là quá trình xác định các yếu tố quan trọng như chiều sâu cắt, số lần chạy dao, lượng chạy dao, tốc độ cắt và công suất cần thiết để đảm bảo hiệu quả trong điều kiện gia công cụ thể.
Chế độ cắt hợp lý là phương pháp tối ưu giúp tiết kiệm thời gian sản xuất và giảm giá thành sản phẩm Để đạt được điều này, cần lựa chọn chính xác kết cấu dao, thông số hình học của phần cắt, vật liệu, cũng như phương pháp mài sắc và mài bóng Bên cạnh đó, việc xác định cách gá đặt và kẹp chặt dao và phôi, điều chỉnh máy móc một cách hợp lý, cùng với việc trang bị công nghệ có cấu trúc hiệu quả, sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc lựa chọn chế độ cắt hợp lý và có lợi nhất.
Chế độ cắt bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như thành phần hóa học của vật liệu, phương pháp sản xuất và gia công nhiệt, cấu trúc tế vi, kích thước hạt và mạng lưới tinh thể Những yếu tố này thường tương tác với nhau và không thể đánh giá độc lập Ngoài ra, chế độ cắt còn phụ thuộc vào phương pháp gia công, loại vật liệu dao, thông số hình học của dụng cụ cắt, cũng như điều kiện gá và kẹp chặt chi tiết, khiến cho nó trở nên phức tạp và thường được lựa chọn dựa trên kinh nghiệm cùng các công thức thực nghiệm Trong ngành chế tạo máy, sự đa dạng về vật liệu với các thành phần, cấu trúc và độ cứng khác nhau làm cho việc xác định một công thức cụ thể cho chế độ cắt trở nên khó khăn Do đó, chế độ cắt thường được tính cho một số vật liệu chuẩn trong những điều kiện nhất định, trong khi các vật liệu khác được tính dựa trên các hệ số gia công thực nghiệm.
Khi áp dụng chế độ cắt trong bản vẽ chế tạo, cần xác định rõ các yêu cầu về độ chính xác kích thước, hình dáng và độ bóng bề mặt sau gia công Đồng thời, cũng cần chỉ rõ đặc trưng vật liệu sản phẩm, bao gồm nhãn hiệu thép, trạng thái cơ tính và tình trạng lớp bề mặt của phôi.
Trình tự tra chế độ cắt khi tiện
3.2.1 Chi ề u sâu c ắ t t, mm Để giảm bớt thời gian gia công, thời gian phụ nên chọn số lần chạy dao là ít nhất Gia công thô: t lấy bằng lượng dư
Gia công tinh: với bề mặt có độ nhẵn bóng thấp hơn cấp 5 thì t = 0,5 – 2 mm, với cấp 6, 7 thì t = 0,1 – 0,4 mm
Chú ý: Khi cắt đứt và xấn rãnh, tiện định hình, t = chiều rộng của lưỡi cắt
3.2.2 Tra l ượ ng ch ạ y dao S, mm/vg
Khi xác định lượng chạy dao, cần lưu ý các yếu tố như yêu cầu về độ bóng bề mặt, khả năng chống rung của hệ thống máy-dao-chi tiết, độ bền của dao và công suất của máy gia công Thông tin về giá trị lượng chạy dao có thể tham khảo trong các bảng từ 1 đến 12 và bảng 14.
Khi gia công bằng dao thép gió, tốc độ cắt tính theo công thức trong bảng (23,
Khi tiện rộng lỗ, tốc độ cắt cần được điều chỉnh bằng cách nhân với hệ số 0,9 Đối với gia công các loại thép khác nhau, cũng như gia công nhôm và hợp kim nhôm, tốc độ cắt tính toán phải được nhân với hệ số khả năng gia công theo bảng 25.
Trường hợp cơ tính vật liệu gia công trong bảng 24, tốc độ cắt tính theo bảng
(23 – 25) phải nhân với hệ số Kmv theo bảng 26 Nếu kể các yếu tố ảnh hưởng tốc độ cắt phải nhân với hệ số trong bảng 27
Để tính toán độ cắt khi gia công bằng dao hợp kim cứng, bạn cần tham khảo công thức trong bảng 28 Nếu vật liệu gia công có cơ tính khác so với bảng 28, giá trị tốc độ cắt sẽ phải được nhân với hệ số kmv được cung cấp trong bảng 29.
Ngoài ra, ứng với từng loại vật liệu gia công, tốc độ cắt phải nhân với hệ số khả năng gia công trong bảng 25
Bảng 30 cho hệ số kể đến điều kiện gia công khác nhau ảnh hưởng đến tốc độ cắt
Khi gia công bằng dao sứ nhãn hiệu UWJM – 332 phải chú ý:
Gia công thép yêu cầu sử dụng dao hợp kim cứng T15K6 với hệ số nhân là 1,7 Đối với gia công gang, cần áp dụng dao hợp kim cứng BK6 và cũng phải nhân với một hệ số tương ứng.
2 Tốc độ cắt gia công chất dẻo kết cấu lấy như sau: Dao bằng thép dụng cụ V = 75
- Từ vận tốc cắt tính toán tìm ra số vòng quay trục chính: n d
- Đối chiếu với thuyết minh máy chọn tốc độ quay theo máy nm n
- Tính vận tốc cắt thực theo công thức: n d m ph
Công thức tính lực cắt cho ở bảng (16 – 17) ứng với dao có 1 > 0 0 , bảng (20 –
21) dùng cho dao có lưỡi cắt phụ và 1= 0 Khi gia công vật liệu khác với bảng 17, khi dao mòn và thông số hình học thay đổi, lực cắt tính theo bảng (16-17) phải nhân với hệ số trong bảng (18 –19) Khi gia công vật liệu khác trong bảng 21, lực cắt tính theo bảng (20 – 21) phải nhân với hệ số trong bảng 22
Khi gia công thô, việc chọn lượng chạy dao theo bảng là rất quan trọng Cần kiểm tra độ bền của mảnh hợp kim sử dụng với dao HKC, đồng thời cũng phải kiểm nghiệm độ chính xác gia công và độ bền của các cơ cấu trong máy.
Để kiểm tra lượng chạy dao đã chọn dựa trên độ bền của mảnh hợp kim, cần tính toán lực cắt chính Pz tương ứng với lượng chạy dao đó Sau khi tính toán, so sánh lực cắt này với giá trị cho phép theo điều kiện gia công quy định trong bảng 14 Nếu lực cắt thực tế không vượt quá giá trị cho phép, lượng chạy dao được chọn là đúng; nếu không, cần giảm lượng chạy dao.
* Kiểm nghiệm độ chính xác gia công và độ bền các cơ cấu trong máy
- Kiểm tra lượng chạy dao theo độ bền thân dao chủ yếu là độ bền uốn: Độ bền thân dao hình chữ nhật xác định theo công thức :
2 [KG] (3.1) Đối với thân dao tiết diệt vuông (H = B):
Kiểm tra độ chính xác gia công liên quan đến lượng chạy dao, yêu cầu độ võng chi tiết không vượt quá 0,25 dung sai Lực cắt hướng kính Py được xác định dựa trên độ chính xác gia công và các công thức liên quan, đặc biệt khi tiện các trục nhẵn.
Tiện chống hai tâm: Py = f 70 3
Một đầu chống tâm đầu kia cặp vào mâm cặp: Py = f 140 3
Khi chỉ kẹp trong mâm cặp: Py = f 3 3
Để kiểm tra độ bền của các cơ cấu máy theo lượng chạy dao, cần xác định lực chiều trục Px và so sánh với lực cho phép về độ bền của cơ cấu chạy dao Pm.
- Xuất phát từ lực Pz và đường kính chi tiết gia công ta xác định được mô men xuắn kép theo: 2Mk 1000
; KGm (3.8) Ở đây : Pz – lực cắt thẳng đứng (KG); D - đường kính chi tiết gia công (mm)
Lấy Mô- men xoắn kép vừa tính so sánh vớ Mô men cho phép của cơ cấu trong chuyển động chính
Giá trị lực và Mô-men xoắn kép tính với lượng chạy dao đã chọn mà vượt quá trị số cho phép thì phải giảm lượng chạy dao
Lượng chạy dao cho phép trong trường hợp gia công bằng dao sứ loại цм-332 cho trong bảng 15
3.2.5 Công su ấ t c ắ t: Được tính theo công thức: P V kw
Nếu có nhiều dụng cụ đồng thời tham gia cắt gọt thì công suất tính bằng tổng cộng công suất riêng của từng dụng cụ
3.2.6 Tính th ờ i gian gia công T m
L ph (phút) L: là chiều dài cắt, mm (3.9)
3.2.7 Công su ấ t c ắ t hi ệ u d ụ ng tính theo công th ứ c sau:
Pz: Lực cắt thẳng đứng (KG)
Khi gia công đồng thời nhiều dao cụ thì công suất hiệu dụng bằng tổng công suất của từng dao
B ả ng 3.1 B ả ng ch ế độ c ắ t cho quá trình ti ệ n
Bước Máy Dao t (mm) S (mm/vg) n (vg/ph) Tm (ph)
Chú ý: Các bảng tra trong tài liệu chế độ cắt gia công cơ khí
Xác định chế độ cắt theo công thức
3.3.1 Công th ứ c t ổ ng quát tính t ố c độ c ắ t
Tổng hợp tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ cắt, người ta thành lập được công thức thực nghiệm để tính tốc độ cắt như sau:
Cv, m, xv, yv là các hệ số phụ thuộc vào điều kiện gia công, tra trong sổ tay chế độ cắt
Kv - Hế số điều chỉnh kể đến ảnh hưởng của tất cả các yếu tố đến tốc độ cắt
Kv = Kmv.Knv.Kv.K1v.Krv Kqv.Kov
Kmv - Hế số kể đến ảnh hưởng của vật liệu gia công
Knv - Hệ số kể đến ảnh hưởng của vật liệu làm dao
Kv - Hệ số kể đến ảnh hưởng của góc
K1v - Hệ số kể đến ảnh hưởn của góc 1
Krv - Hế số kể đến ảnh hưởng của bán kính mũi dao
Kqv - Hệ số kể đến ảnh hưởng của tiết diện thân dao
Từ tốc độ cắt tính được ta xác định số vòng quay theo công thức: n = π.D
Dựa vào số vòng quay có trên máy ta chọn lại n theo điều kiện: nk n nk+1
+ Nếu n nk thì chọn n = nk
+ Nếu n nk+1 thì chọn nk+1 nhưng giảm đi một cấp S ' m và so sánh tích số:
Sm.nk+1 và Sm.nk
Tích nào lớn hơn sẽ chọn làm phương án sử dụng chọn chế độ cắt hợp lý
3.3.2 Xác đị nh chi ề u sâu c ắ t t
Khi thực hiện gia công thô, cần chọn t = h để đảm bảo lượng dư gia công hợp lý Tuy nhiên, nếu h quá lớn hoặc khi sử dụng máy có công suất nhỏ, cần chia h thành nhiều lần để cắt hết lượng dư một cách hiệu quả.
- Khi gia công bán tinh (với Ra = 1,25 3,2 và cấp chính xác 8, 9) thì:
+ Khi h < 2 mm, chỉ cắt một lần hết lượng dư
- Khi gia công tinh: t = (0,1 0,4)mm
3.3.3 Xác đị nh l ượ ng ch ạ y dao S
Lượng chạy dao phụ thuộc vào điều kiện gia công:
Trong quá trình gia công thô, hiệu suất chạy dao phụ thuộc vào nhiều yếu tố quan trọng, bao gồm độ bền của thân dao, độ bền của mảnh dao, cơ cấu chạy dao, và độ cứng vững của chi tiết gia công.
Khi gia công tinh, tốc độ chạy dao cần được điều chỉnh dựa trên độ nhẵn và cấp chính xác của bề mặt gia công, cũng như độ cứng vững của chi tiết.
Theo độ bền của thân dao, chúng ta xác định được lượng chạy dao S1 Dựa vào độ bền của cơ cấu chạy dao, ta có S2 Còn theo độ cứng vững của chi tiết gia công, chúng ta xác định S3 Cuối cùng, ta sẽ chọn một trong ba lượng chạy dao đã tính toán dựa trên các điều kiện cụ thể.
S Sm (lượng chạy dao trên máy)
Tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể, việc xác định lượng chạy dao phù hợp là rất quan trọng Công thức để tính toán lượng chạy dao có thể được tìm thấy trong các sổ tay chế độ cắt gia công cơ khí.
3.3.4 Tính l ự c c ắ t khi ti ệ n Để xác định lực cắt khi tiện thường dùng các công thức tổng quát sau:
Pz = CPz.S Ypz t Xpz V nz Kpz (3.13)
Py = CPy.S Ypy t Xpy V ny Kpy (3.14)
Px = CPx.S Ypx t Xpx V nx Kpx (3.15)
Các hệ số CPz, CPy và CPx phụ thuộc vào điều kiện gia công, bao gồm loại vật liệu, dụng cụ sử dụng, cũng như loại gia công như tiện ngoài, tiện trong, tiện mặt đầu và tiện cắt đứt.
- S: Lượng chạy dao (mm/vòng)
- Các số mũ x, y, n chỉ mức độ ảnh hưởng của t, S, V đến lực cắt
- Kp: Hệ số điều chỉnh kể đến ảnh hưởng của các yếu tố khác đến lực cắt
Kpz = Kmp.Kz.Kz.Kuz.KVz.Kdz.Krz (3.16)
Kpy = Kmp.Ky.Ky.Kuy.KVy.Kdy.Kry (3.17)
Kpx = Kmp.Kx.Kx.Kux.KVx.Kdx.Krx (3.18) Trong đó:
+ Kmp: Hệ số điều chỉnh đặc trưng cho sự ảnh hưởng của vật liệu gia công
+ Kz, Ky, Kx: Hệ số điều chỉnh đặc trưng cho sự ảnh hưởng của góc nghiêng chính
+ Kz, Ky, Kx: Hệ số điều chỉnh đặc trưng cho sự ảnh hưởng của góc trước
+ Kuz, Kuy, Kux: Hệ số điều chỉnh đặc trưng cho độ mòn của dao
+ KVz, KVy, KVx: Hệ số điều chỉnh đặc trưng cho sự ảnh hưởng của tốc độ cắt
+ Kdz, Kdy, Kdx: Hệ số điều chỉnh đặc trưng cho sự ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội
+ Krz, Kry, Krx: Hệ số điều chỉnh đặc trưng cho sự ảnh hưởng của bán kính mũi dao
Tất cả các hệ số và số mũ trong công thức tính lực cắt có trong các sổ tay tra cứu
3.3.5 Tính công su ấ t c ắ t khi ti ệ n
Công suất cắt khi tiện được xác định theo công thức
Trong đó : Pz - Lực cắt (N)
V - Vận tốc cắt (vg/ph)
Chú ý: Trong khi tính công suất ta bỏ qua P x , P y vì quá nhỏ so với P z và coi
Pz tiêu hao công suất máy cung cấp Ta cũng bỏ qua công suất chạy dao trong công thức:
P (KW), vì Px quá nhỏ (3.20)
Chế độ cắt tính toán được cần phải kiểm nghiệm theo công suất máy và theo mô men xoắn:
Trong đó: Pz - Lực cắt chính (N)
V - Tốc độ cắt của trục chính (m/ph)
Nđc - Công suất động cơ điện của máy (KW)
Mx - Mô men xoắn cho phép của trục chính (N.mm)
Trị số Mx đã cho trong lý lịch của máy hoặc tính theo công thức:
10 (Nmm) (3.23) nm - Số vòng quay của trục chính (vg/ph)
Nếu không đáp ứng một trong hai điều kiện, nên giảm số vòng quay n xuống một hoặc hai cấp Việc này không chỉ giúp giảm Nđc mà còn tăng Mx và kéo dài tuổi thọ của dao Sau khi thực hiện, cần kiểm nghiệm lại để đảm bảo hiệu quả.
Thời gian cơ bản được xác định theo công thức:
L - Chiều dài hành trình của mũi dao khi gia công (mm)
+ l - Chiều dài cần gia công (mm)
+ l1 - Lượng ăn tới (mm) l1 = l.cotg + 1 1,5mm
59 l2 = 1 5mm n - Số vòng quay của chi tiết gia công (vg/ph)
S - Lượng chạy dao (mm/vg) i - Số lần cắt: i t h h - Lượng dư gia công (mm) t - Chiều sâu cắt (mm).
Xác định chế độ cắt theo phương pháp tối ưu hóa
Việc xác định chế độ cắt tối ưu trong quá trình gia công là rất quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và chi phí sản xuất Khi tìm ra chế độ cắt tối ưu, chi phí sản xuất sẽ được giảm thiểu Quá trình tối ưu hóa này tập trung vào việc xác định các thông số tốt nhất để điều khiển chế độ làm việc của công nghệ Để giải quyết bài toán tối ưu, cần xác định hàm mục tiêu cùng với các điều kiện và giới hạn cần thiết, được gọi là hàm giới hạn.
Qua các tài liệu chuyên môn về công nghệ gia công có thể thấy các chỉ tiêu tối ưu bao gồm:
- Chi phí gia công ít nhất
- Tuổi bền dụng cụ cắt đạt cao nhất
- Chiều sâu cắt, lượng chạy dao đạt tối đa
Mỗi nhà nghiên cứu có thể xác định hàm mục tiêu cho công việc của mình, nhưng để đạt hiệu quả trong quá trình gia công, mọi mục tiêu đều phải liên quan đến các chỉ tiêu đã đề ra.
Chúng ta biết rằng chi phí gia công có liên quan chặt chẽ đến năng xuất gia công Năng xuất gia công được xác định: Q = 1/T (3.25)
T là thời gian chu kỳ gia công
Tck là thời gian chạy không
Tlv là thời gian làm việc
Nếu không xét đến hành trình chạy không của máy thì năng xuất được tính:
K gọi là năng xuất ccông nghệ của máy
Tlv = To + Tp +Tpv + Ttn (3.28)
To là thời gian cơ bản để gia công
Tp là thời gia phụ
Tpv thời gian phục vụ
Ttn là thời gian nghỉ ngơi tự nhiên
Nếu không xét đến Tp, Tpv, Ttn, chi xét riêng To liên quan đến năng xuất ta có:
Trong đó L chiều dài cắt i Số lần cắt n Số vòng quay(vòng /phút) s Lượng chạy dao (mm/phút)
Trong công thức trên, khi tích (ns) đạt giá trị lớn nhất, thời gian To sẽ là nhỏ nhất Để đơn giản hóa khái niệm tối ưu và tính toán, có thể coi số lần cắt là 1 và đơn vị chiều dài cắt cũng là 1.
Chúng tôi áp dụng công thức này để tính thời gian máy To cho mỗi đơn vị chiều dài, điều này không chỉ thể hiện hàm mục tiêu mà còn phản ánh chi phí sản xuất.
3.4.2 các đ i ề u ki ệ n gi ớ i h ạ n c ủ a các thông s ố ch ế độ c ắ t
Dựa vào tài liệu tham khảo, chúng ta có thể xác định các điều kiện giới hạn trong quá trình tối ưu hóa phương pháp tiện Cụ thể, lực cắt giới hạn phải được xác định dựa trên công suất động cơ của máy, nhằm đảm bảo sử dụng hiệu quả công suất của động cơ.
C Fz XFz YFz UFz Fz 6120
Phd- Công suất hiệu dụng Phd = pđc
Với Pđc là công suất của động cơ; là hiệu suất của động cơ; V là tốc độ cắt
; D là đường kính gia công (mm); n Số vòng quay (vòng/ phút)
Sau khi chuyển từ v sang n ta có:
(3.33) Giá trị các hằng số CFZ và số mũ XFZ, YFZ ,UFZ Được xác định trong các bảng tra liên quan đến tính lực Fz (Bảng 3.1)
B ả ng 3.2 Giá tr ị c ủ a các h ằ ng s ố và s ố m ũ để tính l ự c F z khi ti ệ n đố i v ớ i v ậ t li ệ u chu ẩ n
Phương pháp gia công Dao thép gió Dao hợp kim
C FZ X FZ Y FZ U FZ C FZ X FZ Y FZ U FZ Thép có ọ b u0MPa
Tiện ngoài dọc và ngang, tiện lỗ
Dựa vào bảng số liệu, ta có thể tính toán giá trị lực và các giá trị khác để tối ưu hóa chế độ cắt khi tiện cho các vật liệu chuẩn Để áp dụng cho các vật liệu khác và điều kiện thay đổi, cần nhân công thức (3.32) với hệ số KFZ.
KFz= KvFz.KmFz.KóFz.K ử Fz.KrFz.KkFz.KÄFz.ktFz
Tốc độ cắt (KvFz) có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất gia công, trong khi vật liệu (KmFz) cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này Góc trước (KóFz) và góc nghiêng chính (K ử Fz) của dao ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt gia công Bán kính mũi dao (KrFz) là yếu tố quyết định trong việc giảm thiểu lực cắt Chất làm lạnh (KkFz) giúp tăng tuổi thọ dao, trong khi độ mòn dao (KÄFz) cần được theo dõi để đảm bảo hiệu quả cắt Cuối cùng, dạng thân dao (ktFz) cũng có tác động đến khả năng gia công và hiệu suất tổng thể.
Giá trị của các hệ số này thể hiện ở các bảng 3.2 đến bảng 3.11
Cắt đứt và xấn rãnh 247 1 1 0 408 0,72 0,8 0
Tiện ngoài dọc dao có lưỡi phụ
Tiện ngoài dọc, tiện lỗ 98 1 0,75 0 95 1 0,75 0
Tiện xấn rãnh, cắt đứt 136 1 1 0 136 1 1 0
Tiện ngoài dọc và ngang, tiện lỗ
Cắt đứt và xấn rãnh 75 1 1 0
Tiện ngoài dọc và ngang, tiện lỗ
Cắt đứt và xấn rãnh 50 1 1 0
B ả ng 3.3: h ệ s ố đ i ề u ch ỉ nh Km khi gia công thép và thép h ợ p kim
B ả ng 3.4: H ệ s ố đ i ề u ch ỉ nh Km khi gia công gang Độ cứng vật liệu HB
KmFz KmFy KmFx KmFz KmFy KmFx
B ả ng 3.5: H ệ s ố đ i ề u ch ỉ nh Km khi gia công đồ ng và nhôm h ợ p kim
Km F với hợp kim đồng Km F hợp kim nhôm
Có chì khi nền cơ bản nhiều pha và
Pb
