Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của công nghệ gia công cơ khí, việc nâng cao chất lượng bề mặt sau gia công thô trên máy phay CNC đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ sản phẩm. Theo ước tính, khoảng 70% các lỗi kỹ thuật trong sản xuất cơ khí liên quan đến chất lượng bề mặt gia công. Luận văn tập trung nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng gia công thô trên máy phay bằng dao phay đầu cầu, nhằm giảm thiểu sai số và tăng độ chính xác của bề mặt sản phẩm.

Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng và thử nghiệm phương pháp gia công thô tối ưu dựa trên lượng dư gia công và đường chạy dao, từ đó cải thiện chất lượng bề mặt và giảm thời gian gia công. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào máy phay CNC EMCO MILL 55 sử dụng hệ điều khiển SINUMERIK, với các mẫu thử được gia công trên dao phay đầu cầu trong khoảng thời gian thực nghiệm cụ thể tại phòng thí nghiệm của trường Đại học Kỹ thuật Nông nghiệp Thái Nguyên.

Nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong việc ứng dụng công nghệ gia công CNC hiện đại, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm cơ khí, đồng thời giảm chi phí sản xuất và tăng tính cạnh tranh cho doanh nghiệp trong ngành.


Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

  • Lý thuyết gia công thô và gia công tinh: Phân biệt các giai đoạn gia công, đặc biệt tập trung vào gia công thô nhằm loại bỏ lượng lớn vật liệu với độ chính xác và chất lượng bề mặt phù hợp.
  • Mô hình điều khiển CNC SINUMERIK: Hệ điều khiển số CNC hiện đại, cho phép lập trình đường chạy dao chính xác, điều khiển tốc độ và lực cắt hiệu quả.
  • Khái niệm lượng dư gia công: Lượng vật liệu còn lại trên bề mặt sau mỗi bước gia công, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt và thời gian gia công.
  • Đường chạy dao tối ưu: Phương pháp thiết kế đường chạy dao zigzag hoặc contour nhằm giảm thiểu sai số và tăng độ mịn bề mặt.
  • Khái niệm điểm gốc và điểm chuẩn trong CNC: Các điểm định vị quan trọng để đảm bảo độ chính xác trong quá trình gia công.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm:

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập từ các mẫu thử gia công trên máy phay EMCO MILL 55 với hệ điều khiển SINUMERIK, sử dụng dao phay đầu cầu.
  • Phương pháp phân tích: So sánh chất lượng bề mặt dựa trên các chỉ số như độ nhám bề mặt (Ra), chiều sâu bước tiến dao, và lượng dư gia công còn lại. Sử dụng phần mềm mô phỏng CATIA để mô phỏng đường chạy dao và phân tích kết quả.
  • Cỡ mẫu: Thực nghiệm trên khoảng 10 mẫu thử với các thông số gia công khác nhau để đánh giá hiệu quả phương pháp.
  • Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn mẫu đại diện cho các điều kiện gia công thô phổ biến trong thực tế.
  • Timeline nghiên cứu: Thực hiện trong vòng 12 tháng, bao gồm giai đoạn thiết kế phương pháp, thử nghiệm, thu thập và phân tích dữ liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  • Phát hiện 1: Sử dụng phương pháp lập trình đường chạy dao zigzag kết hợp với điều chỉnh lượng dư gia công đã giảm độ nhám bề mặt trung bình từ 3.2 µm xuống còn 1.8 µm, tương đương giảm 43.75%.
  • Phát hiện 2: Thời gian gia công giảm khoảng 15% khi áp dụng phương pháp tối ưu đường chạy dao và lượng dư gia công hợp lý, giúp tăng năng suất sản xuất.
  • Phát hiện 3: Độ chính xác vị trí điểm gốc và điểm chuẩn trong hệ điều khiển SINUMERIK ảnh hưởng trực tiếp đến sai số gia công, sai số giảm xuống dưới 0.01 mm khi thiết lập điểm chuẩn chính xác.
  • Phát hiện 4: Việc thay dao phay đầu cầu đúng thời điểm dựa trên điểm thay dao đã xác định giúp duy trì chất lượng bề mặt ổn định và kéo dài tuổi thọ dao lên đến 20%.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc tối ưu hóa lượng dư gia công và đường chạy dao là yếu tố then chốt để nâng cao chất lượng bề mặt sau gia công thô. So với các nghiên cứu trước đây, phương pháp này đã cải thiện đáng kể độ nhám bề mặt và giảm thời gian gia công, phù hợp với yêu cầu sản xuất hiện đại. Việc sử dụng hệ điều khiển SINUMERIK với các điểm gốc và điểm chuẩn được thiết lập chính xác giúp giảm sai số gia công, đồng thời việc thay dao kịp thời dựa trên điểm thay dao đã xác định giúp duy trì hiệu suất gia công ổn định.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh độ nhám bề mặt và thời gian gia công giữa các phương pháp, cũng như bảng thống kê sai số gia công và tuổi thọ dao phay.


Đề xuất và khuyến nghị

  • Áp dụng phương pháp lập trình đường chạy dao zigzag tối ưu: Giúp giảm độ nhám bề mặt xuống dưới 2 µm trong vòng 6 tháng tới, do bộ phận kỹ thuật lập trình CNC thực hiện.
  • Thiết lập và kiểm soát điểm gốc, điểm chuẩn chính xác: Đảm bảo sai số gia công dưới 0.01 mm, triển khai ngay trong quy trình vận hành máy CNC.
  • Xây dựng quy trình thay dao phay đầu cầu dựa trên điểm thay dao: Giảm thiểu sai số và duy trì chất lượng bề mặt, áp dụng trong vòng 3 tháng tới bởi bộ phận bảo trì.
  • Đào tạo nhân viên vận hành máy CNC về kỹ thuật lập trình và kiểm soát chất lượng: Nâng cao năng lực vận hành, giảm lỗi gia công, thực hiện định kỳ hàng quý.
  • Sử dụng phần mềm mô phỏng CATIA để mô phỏng và tối ưu đường chạy dao trước khi gia công thực tế: Giảm thiểu sai sót và tăng hiệu quả gia công, áp dụng trong giai đoạn thiết kế sản phẩm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  • Kỹ sư lập trình CNC: Nắm bắt kỹ thuật lập trình đường chạy dao và kiểm soát lượng dư gia công để nâng cao chất lượng sản phẩm.
  • Nhân viên vận hành máy phay CNC: Hiểu rõ quy trình thiết lập điểm gốc, điểm chuẩn và thay dao đúng thời điểm nhằm giảm sai số và tăng tuổi thọ dao.
  • Quản lý sản xuất trong ngành cơ khí: Áp dụng các giải pháp tối ưu hóa quy trình gia công, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.
  • Giảng viên và sinh viên ngành cơ khí chế tạo máy: Tài liệu tham khảo bổ ích cho nghiên cứu và giảng dạy về công nghệ gia công CNC hiện đại.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phương pháp lập trình đường chạy dao zigzag có ưu điểm gì?
    Phương pháp này giúp giảm độ nhám bề mặt và thời gian gia công nhờ đường chạy dao liên tục, tránh các điểm dừng đột ngột gây lỗi bề mặt.

  2. Điểm gốc và điểm chuẩn trong CNC là gì?
    Là các điểm định vị quan trọng để xác định vị trí chính xác của chi tiết trên máy, giúp giảm sai số gia công.

  3. Tại sao cần thay dao phay đầu cầu đúng thời điểm?
    Thay dao kịp thời giúp duy trì chất lượng bề mặt, tránh hư hỏng chi tiết và kéo dài tuổi thọ dao.

  4. Lượng dư gia công ảnh hưởng thế nào đến chất lượng bề mặt?
    Lượng dư quá lớn gây tăng độ nhám và sai số, quá nhỏ làm tăng thời gian gia công; cần cân bằng hợp lý để đạt hiệu quả tối ưu.

  5. Phần mềm CATIA hỗ trợ gì trong gia công CNC?
    CATIA giúp mô phỏng đường chạy dao và quá trình gia công, từ đó tối ưu hóa chương trình gia công trước khi thực hiện thực tế.


Kết luận

  • Đã xây dựng thành công phương pháp lập trình đường chạy dao và kiểm soát lượng dư gia công trên máy phay CNC EMCO MILL 55.
  • Giảm độ nhám bề mặt trung bình xuống còn 1.8 µm, giảm thời gian gia công khoảng 15%.
  • Thiết lập điểm gốc và điểm chuẩn chính xác giúp giảm sai số gia công dưới 0.01 mm.
  • Quy trình thay dao phay đầu cầu dựa trên điểm thay dao nâng cao tuổi thọ dao và chất lượng sản phẩm.
  • Đề xuất triển khai áp dụng trong sản xuất thực tế và đào tạo nhân viên để nâng cao hiệu quả gia công.

Tiếp theo, cần tiến hành mở rộng nghiên cứu áp dụng cho các loại máy phay và dao khác nhau, đồng thời phát triển phần mềm hỗ trợ lập trình tự động. Mời các chuyên gia và kỹ sư trong ngành cơ khí tham khảo và áp dụng để nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất.