Luận văn: Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng gia công thô trên máy phay CNC

Luận văn nghiên cứu các phương pháp nâng cao chất lượng gia công thô trên máy phay CNC, tối ưu đường chạy dao và giảm thời gian sản xuất hiệu quả.

• Tác giả: Trần Vũ Minh
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Trạng Bình
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Đề tài: Nghiên Cứu Phương Pháp Nâng Cao Chất Lượng Gia Công Thô Trên Máy Phay CNC
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2010
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về gia công thô trên máy phay CNC

Gia công thô máy phay CNC là quá trình bóc tách một lượng lớn vật liệu trong thời gian ngắn nhất, với mục đích chính là loại bỏ phần thô của chi tiết. Phương pháp này chiếm khoảng 50-70% thời gian gia công tổng cộng, do đó việc nâng cao chất lượng gia công thô CNC trực tiếp ảnh hưởng đến hiệu suất sản xuất. Máy phay CNC với hệ điều khiển hiện đại cho phép kiểm soát chính xác đường dẫn dao, tốc độ cắt và lượng dư gia công. Để đạt hiệu quả tối đa, cần kết hợp ba yếu tố chính: lựa chọn dụng cụ cắt phù hợp, thiết lập chế độ cắt tối ưu, và áp dụng đường chạy dao đặc biệt.

1.1. Vai trò của gia công thô trong quy trình sản xuất

Gia công thô là giai đoạn quan trọng tiên phong trong quy trình gia công chi tiết. Giai đoạn này quyết định thời gian hoàn thành sản phẩm và chi phí sản xuất chung. Trên máy phay CNC hiện đại, việc tối ưu hóa chất lượng bề mặt và lượng dư gia công trong giai đoạn thô giúp giảm thiểu vết dao không mong muốn, nâng cao độ chính xác chi tiết cuối cùng.

1.2. Hệ thống điều khiển CNC và các tọa độ gia công

Hệ thống điều khiển SINUMERIK trên máy phay CNC cho phép lập trình theo nhiều hệ tọa độ: tuyệt đối, tương đối và cực. Việc hiểu rõ các điểm gốc và điểm chuẩn giúp lập trình chính xác đường dẫn dao, từ đó tối ưu hóa quá trình gia công thô và nâng cao chất lượng chi tiết.

II. Phương pháp lựa chọn dụng cụ và chế độ cắt tối ưu

Việc lựa chọn dụng cụ cắt phù hợp là yếu tố quyết định chất lượng gia công thô máy phay CNC. Dao nhiều lưỡi có kích thước lớn cho khả năng bóc tách kim loại mạnh mẽ nhưng phạm vi ứng dụng hạn chế, trong khi dao nhỏ linh hoạt hơn cho các chi tiết phức tạp. Chế độ cắt tối ưu bao gồm tính toán chiều sâu cắt, tầng lượng tiến dao (feed rate), và số vòng quay trục chính (RPM). Những thông số này phải được cân nhắc kỹ lưỡng dựa trên tính chất vật liệu, hình dạng chi tiết, và khả năng của máy. Tối ưu hóa các yếu tố này giúp giảm vết dao và chiểu cao nhấp nhỏ trên bề mặt chi tiết.

2.1. Tiêu chí lựa chọn dụng cụ cắt hiệu quả

Chọn dao cắt CNC phải cân bằng giữa năng suất và độ chính xác. Dao lớn tăng tốc độ bóc tách nhưng dễ gây rung động, dao nhỏ cho kết quả chính xác nhưng tốc độ chậm. Lượng dư gia công nên được dự trữ phù hợp để giai đoạn hoàn thiện có đủ chỗ loại bỏ các khiếm khuyết.

2.2. Thiết lập chế độ cắt theo tính chất vật liệu

Mỗi loại vật liệu yêu cầu chế độ cắt riêng. Tính toán chiều sâu cắt, tốc độ tiến dao dựa trên độ cứng, độ giản nở nhiệt, và khả năng tản nhiệt của vật liệu. Điều chỉnh RPM và feed rate để đạt cân bằng giữa năng suất và tuổi thọ dụng cụ, từ đó nâng cao chất lượng bề mặt.

III. Đường dẫn dao đặc biệt và tối ưu hóa

Đường chạy dao đặc biệt là công nghệ tiên tiến giúp nâng cao chất lượng gia công thô CNC một cách đáng kể. Phương pháp gia công dao sâu (Deep Drilling) cho phép tiến dao dần dần như khoan, giúp loại bỏ lượng lớn vật liệu mà không gây sốc cho dụng cụ. Các mô hình đường chạy dao kiểu zigzag hoặc contour được xây dựng tự động qua phần mềm CAD/CAM, giúp tính toán đường tiến dao hiệu quả nhất. Việc bù bán kính dụng cụ (G41, G42) và xác định mặt phẳng làm việc chuẩn xác giảm thiểu vết dao và chiều cao nhấp nhỏ. Lý thuyết về lượng dư gia công linh động cho phép điều chỉnh lượng vật liệu dư tùy theo hình dáng và kích thước phần vật liệu còn lại, đảm bảo bề mặt chi tiết sau gia công thô đạt chất lượng cao nhất.

3.1. Phương pháp gia công dao sâu và zigzag

Gia công dao sâu tiến dao theo phương thẳng đứng giống khoan, phù hợp cho các lỗ hoặc khe sâu. Phương pháp zigzag chạy dao theo kiểu sóng điều chỉnh độ sâu và quỹ đạo, giảm vết dao và rung động. Cả hai phương pháp tối ưu hóa khả năng bóc tách kim loại và nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết.

3.2. Ứng dụng lượng dư gia công linh động

Lượng dư gia công linh động điều chỉnh lượng vật liệu còn lại dựa vào hình dáng chi tiết thực tế. Phương pháp này tránh vết dao quá sâu hoặc để lại quá nhiều vật liệu, giảm chiều cao nhấp nhỏ và vết dao, đảm bảo giai đoạn hoàn thiện có điều kiện tối ưu.

IV. Kiểm tra chất lượng và ứng dụng thực tế

Kiểm tra chất lượng gia công thô trên máy phay CNC đòi hỏi đánh giá toàn diện các yếu tố như độ chính xác kích thước, chất lượng bề mặt, vết dao, và chiều cao nhấp nhỏ. Việc cắt mẫu thử nghiệm theo phương pháp thông thường so sánh với phương pháp chạy dao mới giúp xác định mức độ cải thiện. Sử dụng các chu trình gia công tự động như G81, G82, G83 (khoan), G84 (taro), và G90 (phay bề mặt) trên hệ điều khiển SINUMERIK nâng cao hiệu suất và chất lượng gia công. Kết quả thí nghiệm cho thấy nâng cao chất lượng gia công thô CNC không chỉ giảm vết dao mà còn cải thiện độ chính xác chi tiết, giảm thời gian gia công hoàn thiện, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất chung.

4.1. Tiêu chí đánh giá chất lượng gia công thô

Chất lượng gia công thô được đánh giá qua độ chính xác kích thước, độ nhẫn của bề mặt, vết dao, và chiều cao nhấp nhỏ trên bề mặt chi tiết. Các chu trình gia công tự động (G-Code) giảm sai sót lập trình, giúp kiểm soát chặt chẽ quá trình cắt và nâng cao chất lượng bề mặt.

4.2. Hướng phát triển và triển khai thực tế

Các nghiên cứu mới về gia công thô CNC tập trung vào tối ưu hóa đường dẫn dao bằng AI và machine learning, tự động điều chỉnh chế độ cắt theo điều kiện thực tế. Ứng dụng phần mềm CAD/CAM tiên tiến giúp mô phỏng quá trình gia công trước khi thực hiện, dự báo chất lượng chi tiết và giảm sản phẩm lỗi trong sản xuất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Trong công nghiệp, gia công thổ là phương pháp bóc tách vật liệu được sử dụng rộng rãi nhối. Mục đích của phương phúp là bóc lách được lượng vật liệu lớn nhất trong thời gian ngắn nhất mà không cẩn quan tam dén chất lượng bể mặt chủ tiết. Thời gian gia công thô thường lớn gấp 5 dến 10 lan thời gian gia công tính. Dẻ đạt được hiệu quả lớn nhất trong sản xuất sản phẩm, người ta đưa ra 3 phương pháp thông dụng đủng trong gia công thô.

-_ Sử dụng đao nhiễu lưỡi: Dao cắt có kích thước lớn đem lại khả năng bóc tách kim loại lớn, tuy nhiên phạm vi ứng dụng không cao bằng dao có kich thước nhỏ. Dao nhỏ có khả năng gia công những chỉ tiết nhỏ nihrmg. có thể làm tầng thời gian gia công. Vì vậy, ta cầu phải cân nhắu để có thể chọn được dụng cụ gia công phủ hợp nhất.

Sử dụng chế độ cắt tối ưu: Phương pháp này bao göm cả việc tình toàn để tăng chiều sâu cắt, tầng lượng tién dao va tăng số vòng quay trục chỉnh. -_ 8 dụng dường chạy dao đặc biệt một vải dường chạy dao dặc biệt như “Gia công đảo sâu” dã dược ứng dụng tuong những phẩn mễm CAD/CAM công nghiệp. Dường chạy dao này cho phép cắt bỏ một lượng lớn vật liệu trong quả trình gia công thô bằng cách tiền đao đi xuống như min khoan. TĐể tầng khả năng bóc tách kim loại Gong quá bình gia công thổ, nhiều Tnghiên cửu đã được liên hành cũng như riễu bài báo đã được xuất bản.

Ví du như, Lauwors va Lcuvcn dã phát triển một phương pháp gia công thỏ bê mặt phức tạp của khuôn đực trên máy 5 trụo, phương pháp này đựa trên công nghệ chuyến đổi, công nghệ này thường được biết tới để tính toán sự chuyển. đổi giữa cáo bản để điểm ảnh 2D. Dựa trên đường Hếển dao kiếu zgzag hoặc conmtour, 3 modnl xây dựng mã lệnh NC cho việc gia công thỏ bê nặt khắc dược giới thiệu bởi Tao và Tỉng với mục dich dạt được đường tiến dao hiệu quả nhất trong một khoảng thời gian gia công nhất định. Những phương pháp trên rất hiệu qué va một vài phương pháp đã dược úp dụng vào thực tế.

Tuy nhiên, bề mặt tĩnh lay biên dang cúa phần vật liệu dư trong những nghiên cúu trên không được đưa ra như một yếu tố quan trong hoặc bị loại bỏ hẳn. Trên thục tế, hình dáng và kích thước của phần vật liệu đự có ảnh hưởng lớn trong mot vai img dung. Vi du trong gia công tốc độ Hình 3.14 Dùng chính xác Hình 3.15 Gia công theo confour Hình 3.16 Xác định mặt phẳng làm việc Tình 3.17 Gia công ren Tiình 3. I9 Bù bản kính đụng cụ Hình 3.20 Dịch chuyển tại góc phôi Hình 3.21 Bủ trải G41 Hình 3.22 Bù phải G42 Hình 3.23 Dịch chuyển điểm 0 Hình 3.24 Kích thước tuyệt đổi/ tương đổi Hình 3.25 Hệ tọa độ cực Tỉnh 3.26 Tiếp cân và rời đi của dụng cụ Hình 3.27 Hướng dịch chuyển với G430/G431 Hình 3.28 Hướng tiếp cận và rời đi của dụng cu voi NORM, KONT Hình 3.29 Chu trình khoan 81,82 Hình 3.30 Vi dy chu tinh 81 Hình 3.31 Chu trinh Khoan 16 sau 83 Hình 3.32 Ví dụ chu trình 83 Tình 3.33 Chu trinh taro 84 Tỉnh 3.34 Ví dụ chủ trình 84 Ifinh 3.35 Chu trình tro 840 Hình 3.36 Vi du chu Hình 840 Hình 3.37 Cu trình doa 86 Hình 3.38 Chu trinh gia công bảng lỗ Hình 3.39 Chu trinh gia công vòng lỗ Hình 3.40 Vi dụ Holesl Hình 3.41 Ví dụ Holes2 Hình 3.42 Chu trình 801 Tình 3.43 Ví dụ chu trình 801 Tiỉnh 3.44 Cu trình phay bẻ mặt 7 3.

Máy phay PC MILL S5. Hệ điều khiển SINUMERIK trên mây ph PC mill 55. Mã lệnh M " Bị nos EYEE _—. Các chu trình.

sas win a i sas nic 3. Các câu lệnh hiệu chỉnh. Chương trình con. Các lệnh điều khiển trục chính.

Cac ham s6 hoc. Các biển hệ thông. Tiền hành cắt thử mẫu. Cắt mẫu theo tương pháp thông đường, "5.

Cắt mầu theo phương pháp chạy dao mới. So sánh 2 mẫu cắt được. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHAT TRIEN. TÀI LIỆU THAM KHAO.

PHỤ TỤC HÌNH VẼ VÀ BẰNG BIỂU Chương I. TONG QUAN VE CONG NGHỆ CAD/CAM-CNC Ilinh 1.1 Lịch sử phát triển công nghệ CAD/CAM-CNC Iũnh 12 Biển khiển điểm- điểm Tĩnh l3 — Điều khiển đoạn thẳng Hình l4 Pidu khién 2D Hinh 1.5 Pidu khién 3D Hình L6 - Điển khién 202 Iĩnh 17 Bién khién 4D va 5D Ilinh 1.8 T1é toa độ trén may CNC Tfinh 1.9 Chiều chuyên động của các trục rên mảy CNC Hình I.10_ Hệ tọa độ trên máy liện 3D với bàn dao phin san Hình 111 Hệ tọa độ trên máy phay đúng Hình 1.12 Hệ tọa độ trên máy phay ngang, Hình 1.14 Điểm gốc và điểm chuẩn trên máy phay đúng và máy tiện. Hình 114 - Diểm gốc phôi W, gốc chương trinh P vả gốc máy M Hình 115 Ví dụ chọn điểm W và điểm P khi khoan hệ lỗ cùng nằm trên một đường tròn.16 Điểm chuẩn P của đao Tình I.17 _ Các điểm gốc của dựng cụ Hinh 1.18 Hệ toa độ tryệt đối Hình 1.19 - Hệtọa độ tương đổi Hình 120 Hệtọa độ hỗn hợp Hình 121 Hệ tọa độ độc cực Chương II PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO CIEAT LƯỢNG GIA CONG THO Hình 2.1 Chiều cao nhập nhỏ h và bước tiền đao ngang g, Hình 2.2 Bước tiền của đao phay ngón đầu cản Trinh 2.3 Tước tiến của dap phay ngón phẳng.4 Qué trình gia công tỉnh Tinh 2.5 Đường dẫn dao ở các lớp cất khác nhau Hinh 2.6 Chiều cao nhếp nhỏ và bước tién đạo ngang, Hinh 2.7 Chiều cao nhấp nhỏ, chiễu sâu cỗi và bước tiễn ngang, Hinh 2.8 Mô phòng gia công trên phần mềm CATTA bằng dao phay đầu cầu Chương II TIEN HANH THi NGHIỆM CÁT THỨ Hình 3.1 May phay PC MILL 55 Hình 3.2 Gá đặt chủ tiết trên máy phay PC MILL 55 Hình 3.3 Ban phím điển khiển.4 Gia công Contour trén may phay PC MILL 55 Hình 3.5 Sản phẩm trên máy phay PC MILL 55 Hình 3.6 Gia công tiên máy phay PC MILL 55 Hình 3.7 Chén vat góc, lượn góc Hình 3.8 Nội suy cung tron Hình 3.9 Nội suy 3 điểm 8, E, M Hình 3.10 Nội suy ẩm 8, E và R.11 Nội suy với góc chắn cung Tiỉnh 3.12 Nội suy 3 điểm 5, E và điểm trung gian. I3 Mội suy theo đường xoắn ốc PHỤ TỤC HÌNH VẼ VÀ BẰNG BIỂU Chương I.

TONG QUAN VE CONG NGHỆ CAD/CAM-CNC Ilinh 1.1 Lịch sử phát triển công nghệ CAD/CAM-CNC Iũnh 12 Biển khiển điểm- điểm Tĩnh l3 — Điều khiển đoạn thẳng Hình l4 Pidu khién 2D Hinh 1.5 Pidu khién 3D Hình L6 - Điển khién 202 Iĩnh 17 Bién khién 4D va 5D Ilinh 1.8 T1é toa độ trén may CNC Tfinh 1.9 Chiều chuyên động của các trục rên mảy CNC Hình I.10_ Hệ tọa độ trên máy liện 3D với bàn dao phin san Hình 111 Hệ tọa độ trên máy phay đúng Hình 1.12 Hệ tọa độ trên máy phay ngang, Hình 1.14 Điểm gốc và điểm chuẩn trên máy phay đúng và máy tiện. Hình 114 - Diểm gốc phôi W, gốc chương trinh P vả gốc máy M Hình 115 Ví dụ chọn điểm W và điểm P khi khoan hệ lỗ cùng nằm trên một đường tròn.16 Điểm chuẩn P của đao Tình I.17 _ Các điểm gốc của dựng cụ Hinh 1.18 Hệ toa độ tryệt đối Hình 1.19 - Hệtọa độ tương đổi Hình 120 Hệtọa độ hỗn hợp Hình 121 Hệ tọa độ độc cực Hình 3.45 Phương thức đi chuyển của dụng cụ Hình 3.46 Chu trinh phay contour 72 Hình 3.47 Ví dụ chu trình 72 Tỉnh 3.48 Chỉ trình gia công ren 90 Tiình 3.49 Vi dụ chu trình 90 Hình 3.50 Vi dụ gia công rãnh Hình 3.51 Gia công rãnh dài trên đường tron Hình 3.52 Vi du Longhole Hình 3.53 Gia công rảnh, rãnh cong trên đường tron Hình 3.54 Ví dụ SLOT1 Hình 3.55 Vi dy SLOT2 Hình 3.56 Gia công hắc chữ nhật, hốc tròn.57 Ví dụ Pocketl Hình 3.58 ‘Vi du Pocket? Hình 3.59 Gia công hóc POCKET3/4 Hình 3.60 Ví dụ Pockel3 Hình 3.61 Vi dụ Pocker4 Hình 3.62 Vi dy chu trình 76 Hình 3.63 Ví dụ chủ trình 77 Tỉnh 3.64 Các câu lệnh hiệu chỉnh Tỉnh 3.65 Tỉnh theo điểm 0 hiện hành G54-G599 Lfinh 3.66 ATRANS tính theo điểm 0 lồn lại trrỏc đỏ 44-599, TRANS Hình 3.67 Xoay hé loa độ Hình 3.68 VÍ dụ xoay hệ tọa độ Hình 3.69 Lay ty le Hình 3.70 Ví dụ lấy tỷ lệ Hình 3.71 Lẩy đổi xứng Hình 3.72 Ví dụ lẫy đối xứng Hình 3.73 Chuơng trình với chương trình con Tfinh 3.74 Số lần lặp P Tĩnh 3.75 Gọi chương trinh con Hình 3.45 Phương thức đi chuyển của dụng cụ Hình 3.46 Chu trinh phay contour 72 Hình 3.47 Ví dụ chu trình 72 Tỉnh 3.48 Chỉ trình gia công ren 90 Tiình 3.49 Vi dụ chu trình 90 Hình 3.50 Vi dụ gia công rãnh Hình 3.51 Gia công rãnh dài trên đường tron Hình 3.52 Vi du Longhole Hình 3.53 Gia công rảnh, rãnh cong trên đường tron Hình 3.54 Ví dụ SLOT1 Hình 3.55 Vi dy SLOT2 Hình 3.56 Gia công hắc chữ nhật, hốc tròn.57 Ví dụ Pocketl Hình 3.58 ‘Vi du Pocket? Hình 3.59 Gia công hóc POCKET3/4 Hình 3.60 Ví dụ Pockel3 Hình 3.61 Vi dụ Pocker4 Hình 3.62 Vi dy chu trình 76 Hình 3.63 Ví dụ chủ trình 77 Tỉnh 3.64 Các câu lệnh hiệu chỉnh Tỉnh 3.65 Tỉnh theo điểm 0 hiện hành G54-G599 Lfinh 3.66 ATRANS tính theo điểm 0 lồn lại trrỏc đỏ 44-599, TRANS Hình 3.67 Xoay hé loa độ Hình 3.68 VÍ dụ xoay hệ tọa độ Hình 3.69 Lay ty le Hình 3.70 Ví dụ lấy tỷ lệ Hình 3.71 Lẩy đổi xứng Hình 3.72 Ví dụ lẫy đối xứng Hình 3.73 Chuơng trình với chương trình con Tfinh 3.74 Số lần lặp P Tĩnh 3.75 Gọi chương trinh con PHỤ TỤC HÌNH VẼ VÀ BẰNG BIỂU Chương I. TONG QUAN VE CONG NGHỆ CAD/CAM-CNC Ilinh 1.1 Lịch sử phát triển công nghệ CAD/CAM-CNC Iũnh 12 Biển khiển điểm- điểm Tĩnh l3 — Điều khiển đoạn thẳng Hình l4 Pidu khién 2D Hinh 1.5 Pidu khién 3D Hình L6 - Điển khién 202 Iĩnh 17 Bién khién 4D va 5D Ilinh 1.8 T1é toa độ trén may CNC Tfinh 1.9 Chiều chuyên động của các trục rên mảy CNC Hình I.10_ Hệ tọa độ trên máy liện 3D với bàn dao phin san Hình 111 Hệ tọa độ trên máy phay đúng Hình 1.12 Hệ tọa độ trên máy phay ngang, Hình 1.14 Điểm gốc và điểm chuẩn trên máy phay đúng và máy tiện. Hình 114 - Diểm gốc phôi W, gốc chương trinh P vả gốc máy M Hình 115 Ví dụ chọn điểm W và điểm P khi khoan hệ lỗ cùng nằm trên một đường tròn.16 Điểm chuẩn P của đao Tình I.17 _ Các điểm gốc của dựng cụ Hinh 1.