Luận văn Nghiên cứu nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết gia công bằng tối ưu hóa một số yếu tố kỹ thuật của quá trình phay tinh trên máy công cụ CNC

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CƢ́U NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG BẰNG TỐI ƢU HÓA MỘT SỐ YẾU TỐ KỸ THUẬT CỦA QUÁ TRÌNH PHAY TINH TRÊN MÁY CÔNG CỤ CNC HỌC VIÊN: VŨ NHƢ NGUYỆT HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. HOÀNG VỊ LỚP: CHK10- CNCTM NĂM HỌC: 2007-2009 THÁI NGUYÊN 2009 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2 Lời cảm ơn Với sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc, Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới TS. Hoàng Vị- người Thầy đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Tiếp theo Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Khoa đào tạo sau đại học, Khoa Cơ khí và bộ môn Chế tạo Máy đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện bản luận văn này. Sau hết Tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả Vũ Như Nguyệt Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn bộ luận văn này do chính bản thân tôi thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của TS. Hoàng Vị. Nếu sai tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định. Ngƣời thực hiện Vũ Nhƣ Nguyệt Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4 MỤC LỤC Nội dung Trang Lời cam đoan 2 Mục lục 3 Danh mục các bảng số liệu 6 Danh mục kí hiệu và chữ viết tắt 6 Danh mục các hình vẽ, đồ thị, ảnh chụp 7 Phần mở đầu 10 1. Tính cấp thiết của đề tài 10 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 10 3. Phƣơng pháp nghiên cứu 11 4. Nội dung nghiên cứu 11 CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ PHAY TINH CÁC BỀ MẶT HÌNH HỌC PHỨC TẠP 12 1.1. Giới thiệu quá trình gia công tinh các bề mặt phức tạp 12 1.1.1. Các thông số kỹ thuật cần thiết 12 1.1.1.1. Các thông số hình học của bề mặt chi tiết gia công 14 1.1.1.2. Các thông số hình học của dao phay đầu cầu 23 1.1.2. Đặc điểm quá trình phay tinh các bề mặt phức tạp 26 1.1.2.1. Vận tốc cắt khi phay 26 1.1.2.2. Lực cắt khi phay 28 1.2. Một số đặc điểm bề mặt chi tiết sau khi gia công 29 1.3. Kết luận 33 CHƢƠNG 2: CƠ CHẾ TẠO HÌNH BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG 36 2.1. Mô hình hình học bề mặt chi tiết gia công 36 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5 2.2. Mối quan hệ hình học giữa profin của dao và phôi 37 2.3. Mô hình lực cắt khi phay 45 2.4. Kết luận 53 CHƢƠNG 3: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY TINH 55 3.1. Các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng bề mặt chi tiết gia công khi phay tinh bằng dao phay đầu cầu 55 3.1.1. Ảnh hƣởng của điều kiện cắt 55 3.1.2. Ảnh hƣởng của kiểu thoát dao 56 3.1.3. Ảnh hƣởng của tì dao lên bề mặt gia công 57 3.1.4. Ảnh hƣởng của góc nghiêng giữa dao và phôi 58 3.2. Giải pháp tối ƣu để nâng cao chất lƣợng bề mặt khi phay tinh bằng dao phay đầu cầu 59 3.2.1. Chọn thông số gá đặt tối ƣu để tránh cắt ở đỉnh dao 59 3.2.2. Chọn kích thƣớc dụng cụ tối ƣu để tạo hình bề mặt của chi tiết gia công 64 3.3. Kết luận 66 CHƢƠNG 4: THỰC NGHIỆM PHAY TINH BỀ MẶT THEO CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 67 4.1. Điều kiện thực nghiệm 67 4.1.1. Máy công cụ CNC 67 4.1.2. Dụng cụ cắt 68 4.2. Tiến hành thí nghiệm 73 4.3. Phân tích các yếu tố kĩ thuật 77 4.3.1. Phân tích bề mặt chi tiết gia công 77 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6 4.3.2. Chế độ cắt 79 4.3.3. Dụng cụ đo kiểm 79 4.4. Kết quả thí nghiệm 79 4.5. Một số hình ảnh thí nghiệm 82 4.6. Đánh giá kết quả 84 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN 85 5.1. Kết quả nghiên cứu 85 5.2. Hƣớng phát triển của đề tài 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 7 DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU TT Bảng Nội dung Trang 1. Bảng 1.1 Phƣơng trình pháp tuyến của các mặt cong 15 2. Bảng 4.1 Các thông số kĩ thuật khi phay tinh 74 3. Bảng 4.2 Thông số kỹ thuật cơ bản của máy phay VMC- 85S 74 4. Bảng 4.3 Thành phần các nguyên tố hoá học thép CR12MOV 76 5. Bảng 4.4 Chế độ cắt khi phay tinh chi tiết 79 6. Bảng 4.5 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm 80 7. Bảng 4.6 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm khi phay phôi có bề mặt phẳng 81 DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT CNC Computer Nummerical Control CAD Computer Aided Design CAM Computer Aided Manufacturing NURBS Non-uniform ration B-splines Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 8 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ - ẢNH CHỤP TT Hình Nội dung Trang 1. Hình 1.1 Hệ tọa độ của máy phay CNC 13 2. Hình 1.2 Phay mặt cong bằng dao phay cầu 13 3. Hình 1.3 Tọa độ cong trên mặt cong 14 4. Hình 1.4 Góc giữa hai đƣờng cong 17 5. Hình 1.5 Độ cong của mặt cong 18 6. Hình 1.6 Hình minh hoạ tính bán kính cong 18 7. Hình 1.7 Độ cong trung bình của mặt cong 20 8. Hình 1.8 Các điểm đặc biệt trên bề mặt chi tiết 21 9. Hình 1.9 Hình học của dao phay đầu cầu 24 10. Hình 1.10 Thông số hình học của lƣỡi cắt 26 11. Hình 1.11 Thông số tính toán vận tốc cắt của dao phay cầu 27 12. Hình 1.12 Các thành phần của lực cắt 28 13. Hình 1.13 Lƣỡi cắt thành phần 29 14. Hình 1.14 Khi bán kính dao lớn hơn bán kính cong chi tiết 30 15. Hình 1.15 Tiếp xúc ngoài 31 16. Hình 1.16 Tiếp xúc trong 31 17. Hình 1.17 Điểm lùi của đƣờng cong lồi 31 18. Hình 1.18 Điểm lùi của đƣờng cong lõm 31 19. Hình 1.19 Thay đổi kích thƣớc và thông số kết cấu của dụng cụ 31 20. Hình 1.20 Độ nhấp nhô bề mặt chi tiết 31 21. Hình 1.21 Sự hình thành bề mặt khi gia công bằng dao phay cầu 32 22. Hình 2.1 Các thông số hình học của quá trình phay tinh 38 23. Hình 2.2 Mô hình hình học phần cầu của dao 39 24. Hình 2.3 Mối quan hệ giữa các thông số hình học của dao 41 25. Hình 2.4 Đồ thị của hàm F1 42 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 9 26. Hình 2.5 Mô hình bề mặt chi tiết gia công tại một vị trí cắt 43 27. Hình 2.6 Các thành phần của vận tốc cắt tại một điểm cắt 44 28. Hình 2.7 Kiểu chạy dao theo biên dạng chi tiết 45 29. Hình 2.8 Kiểu chạy dao theo phƣơng ngang 45 30. Hình 2.9 46 31. Hình 2.10 46 32. Hình 2.11 Vị trí tƣơng quan của điểm P tại Z = ZP 47 33. Hình 2.12 Quá trình tạo phoi 50 34. Hình 3.1 Phƣơng thức chuyển dao khi phay mặt phẳng bằng dao phay đầu cầu 60 35. Hình 3.2 Tọa độ một điểm M0 trên bề mặt chi tiết khi gá nghiêng 63 36. Hình 4.1 Các điểm gốc và điểm chuẩn của máy phay CNC 67 37. Hình 4.2 Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của dao phay cầu kiểu 1 ký kiệu BZD25G hãng Missubishi - Nhật Bản [7] 69 38. Hình 4.3 Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của dao chỉ có lƣỡi cắt trên phần cầu ký hiệu BNBP 2 R của hãng SUMITOMO - Nhật Bản [7] 70 39. Hình 4.4 Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của thân dao ký hiệu SRFHSMW, SRFHSLW và mảnh ghép ký hiệu SRFT vật liệu VP10MF, VP15TF của dao một mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản [7] 71 40. Hình 4.5 Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của thân dao ký hiệu TRM4 và mảnh ghép ký hiệu UPE45,UPE50, UPM40, UPM50, UPM50P0, UPM40P1, UPM50P1vật liệu VP15TF, GP20M, AP20M của dao ghép nhiều mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản 72 41. Hình 4.6 Điểm chuẩn của dao phay đầu cầu 73 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 10 42. Hình 4.7 Thông số hình học của chi tiết 76 43. Hình 4.8 Hình ảnh gia công khi phôi gá nghiêng 200 82 44. Hình 4.9 Phay tinh chi tiết khi gá nghiêng phôi 45,50 83 45. Hình 4.10 Bề mặt chi tiết khi gá nghiêng phôi 45,50 83 46. Hình 4.11 Đo độ nhám bề mặt chi tiết 84 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 11 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Các sản phẩm trong ngành cơ khí có rất nhiều kiểu biên dạng và hình dáng hình học khác nhau nhƣ: mặt phẳng, mặt tròn xoay, mặt nón, bề mặt có hình dáng hình học phức tạp. Để chất lƣợng bề mặt chi tiết đạt yêu cầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố kỹ thuật của quá trình gia công chi tiết đó. Khi gia công mặt phẳng, mặt tròn xoay có thể đạt độ bóng, độ chính xác yêu cầu bằng gia công tinh (tiện, phay, mài, đánh bóng…), còn các bề mặt có hình dáng hình học phức tạp ứng dụng nhiều trong thực tế nhƣ khuôn mẫu, hay các chi tiết phức tạp khó mài tinh thƣờng sử dụng nguyên công phay bằng dao phay đầu cầu trên máy công cụ CNC. Với nguyên công phay tinh chi tiết gia công đạt đƣợc độ bóng, độ chính xác hay không phụ thuộc vào nhiều yếu tố kĩ thuật nhƣ: loại dụng cụ cắt, cách gá dao, chế độ cắt, vật liệu dao và phôi… Khi phay tinh các bề mặt hình dáng hình học phức tạp đó thƣờng sử dụng dao phay đầu cầu, gá dao sao cho phƣơng đƣờng tâm dao không đổi so với phƣơng biên dạng cần cắt, vận tốc cắt có phƣơng thay đổi ngẫu nhiên trên bề mặt, lực cắt có phƣơng và các thành phần của lực cắt thay đổi, đồng thời chiều dày lớp cắt cũng thay đổi. Do vậy làm cho quá trình cắt gọt với lực cắt không đều, bị rung động, gây trƣợt trên bề mặt, lực ma sát thay đổi làm cho độ bóng không đồng đều trên bề mặt chi tiết. Vì vậy nghiên cứu đánh giá các yếu tố ảnh hƣởng đến độ bóng, độ chính xác bề mặt để tối ƣu hóa một số yếu tố kỹ thuật của quá trình phay tinh nhằm nâng cao chất lƣợng bề mặt chi tiết, tăng hiệu quả kinh tế của các chi tiết đó. 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2.1. Ý nghĩa khoa học Các chi tiết với hình dáng hình học phức tạp có nhiều ứng dụng trong thực tế đƣợc nghiên cứu ở đề tài về thông số kĩ thuật của quá trình gia công để đƣa ra phƣơng pháp tối ƣu mới trong quá trình phay tinh nhằm nâng cao chất lƣợng bề mặt chi tiết. 2.2. Ý nghĩa thực tiễn Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 12 Nghiên cứu ảnh hƣởng của một số yếu tố kỹ thuật đến chất lƣợng bề mặt chi tiết để lựa chọn thông số kĩ thuật tối ƣu đó là lựa chọn kiểu dụng cụ, đƣờng chạy dao, thông số gá đặt, vận tốc cắt tối ƣu. Vì thế nghiên cứu có ứng dụng để nâng cao chất lƣợng bề mặt chi tiết khi phay tinh trên máy công cụ CNC. 3. Phƣơng pháp nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm. Khảo sát bề mặt chi tiết để biết đƣợc thông số hình học: mô hình mặt, các điểm đặc biệt của bề mặt, dạng bề mặt làm cơ sở xác định biến thiên véc tơ pháp tuyến trên bề mặt chi tiết. Khảo sát hình học của dụng cụ cắt: dạng lƣỡi cắt, bán kính cong tại các điểm trên lƣỡi cắt làm cơ sở để chọn dao phay phù hợp nhằm nâng cao chất lƣợng bề mặt. Từ đó nghiên cứu mối quan hệ hình học của cặp biên dạng dao- phôi để xác định góc gá đặt tối ƣu. Nghiên cứu thử nghiệm: Thử nghiệm gia công chi tiết trên máy phay CNC, với phôi thép hợp kim CR12MOV đã qua tạo hình dáng và tôi đạt độ cứng: 44 – 45 HRC, dụng cụ cắt là dao phay cầu phủ TiAlN hai lƣỡi cắt ký hiệu VP15TF của hãng Mitsubishi -Nhật Bản và sử dụng các kết quả của phần nghiên cứu lí thuyết. 4. Nội dung nghiên cứu Các nội dung cụ thể cần nghiên cứu: a. Khảo sát và mô hình hóa bề mặt chi tiết gia công b. Khảo sát và mô hình hóa pháp tuyến của bề mặt chi tiết gia công c. Tính toán, thiết kế kích thƣớc dụng cụ cắt và góc gá đặt tối ƣu d. Thử nghiệm Thực nghiệm phay tinh chi tiết có bề mặt parabol lồi và sử dụng kết quả của phần nghiên cứu lí thuyết. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 13 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TINH BỀ MẶT HÌNH HỌC PHỨC TẠP TRONG KỸ THUẬT 1.1. Giới thiệu quá trình gia công tinh các bề mặt phức tạp Trong ngành chế tạo máy, việc chế tạo các chi tiết có hình dáng hình học phức tạp (chi tiết khuôn, mẫu, các chi tiết trong ngành hàng không, giao thông vận tải ...), đƣợc làm bằng vật liệu khó gia công nhƣ thép hợp kim có độ bền cao, thép chịu nhiệt, thép không gỉ, thép đã tôi... đã và đang phát triển mạnh mẽ. Để gia công các chi tiết đó đạt độ chính xác về hình dáng hình học, cơ lý tính bề mặt và độ bóng bề mặt có nhiều phƣơng pháp gia công để lựa chọn vì hiện nay ngành cơ khí chế tạo máy có rất nhiều loại máy công cụ, nhiều kiểu dụng cụ cắt, nhiều loại vật liệu phù hợp và kết hợp với công nghệ hiện đại nhƣ công nghệ CAD/CAM. Việc gia công những bề mặt chi tiết phức tạp này có một số phƣơng pháp nhƣ: Gia công bằng điện hoá, gia công bằng siêu âm, gia công bằng tia lửa điện.... Những phƣơng pháp gia công này cần nguồn đầu tƣ lớn, năng suất gia công thấp dẫn đến giá thành của chi tiết gia công cao. Bên cạnh đó, sự xuất hiện và khả năng ứng dụng của các máy công cụ CNC ngày càng đƣợc khẳng định, đó là khả năng gia công với độ chính xác yêu cầu, năng suất cao và giá thành hạ, cụ thể gia công các chi tiết đó trên máy phay CNC bằng nguyên công gia công tinh. 1.1.1. Các thông số kỹ thuật cần thiết Khi gia công chi tiết trên máy phay CNC cần cung cấp các chuyển động cần thiết để tạo hình bề mặt đó là: Chuyển động quay của dao tạo tốc độ cắt chính, và chuyển động tịnh tiến của phôi. Do đó, các điểm tham gia cắt gọt của dao là các điểm tiếp xúc giữa lƣỡi cắt và bề mặt phôi, và các điểm tiếp xúc này thay đổi vị trí phức tạp phụ thuộc vào mối quan hệ hình học của lƣỡi cắt và bề mặt chi tiết. Điều này quyết định lớn đến chất lƣợng bề mặt chi tiết gia công. Hệ trục tọa độ và vị trí của dao, chi tiết gia công khi cắt gọt trên các máy phay CNC nhƣ hình vẽ: Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 14 Hình 1.1. Hệ tọa độ của máy phay CNC Hình 1.2. Phay mặt cong bằng dao phay cầu Do đó để phay tinh chi tiết đạt chất lƣợng bề mặt cần xác định chính xác về biên dạng và thông số hình học của phôi và dao, vật liệu và phƣơng pháp nhiệt luyện của chi tiết để lựa chọn phƣơng pháp gia công, kiểu dao tối ƣu, chế độ cắt tối ƣu. Nhƣ vậy, việc nghiên cứu về hình dáng hình học của chi tiết cần gia công tinh và hình học của dụng cụ cắt phải chính xác, các bƣớc gia công thô và bán tinh trƣớc Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 15 đó cần chọn lựa chế độ cắt phù hợp để không ảnh hƣởng đến bƣớc gia công tinh là cần thiết. 1.1.1.1. Các thông số hình học của bề mặt chi tiết gia công Bề mặt hình học phức tạp của chi tiết gia công trong thực tế đƣợc mô tả bằng toán học với các dạng chủ yếu sau [4]: Phương trình mặt cong có thể cho bởi một trong các dạng sau: -Dạng ẩn: F(x,y,z) = 0 (1.1) - Dạng tƣờng minh : z = f(x,y) (1.2) - Dạng tham số: x = x(u,v), y = y(u,v), z = z(u,v) (1.3) - Dạng véc tơ: r = r(u,v) hay r = x(u,v).i + y(u,v).j + z(u,v).k (1.4) Tọa độ cong trên mặt cong: Nếu mặt cong cho dƣới dạng tham số hay véc tơ, thì khi cố định giá trị của một tham số v = v0 và cho tham số kia (u) biến thiên thì điểm r(x,y,z) vạch lên một đƣờng cong nằm trên mặt cong: r = r(u,v0). Nếu cho v những giá trị không đổi khác nhau: v = v1; v = v2; ... thì chúng ta nhận đƣợc một họ đƣờng cong trên mặt cong; bởi vì v = const nên đi dọc theo đƣờng cong ấy mỗi u thay đổi, do đó những đƣờng cong ấy đƣợc gọi những đƣờng u. v2 v1 v0 u0 u1 u2 F(u ,v) =0 M Hình 1.3 Tƣơng tự điểm r(u0,v) vạch nên một đƣờng cong khác; khi cho u những giá trị không đổi khác nhau: u = u1, u = u2, ... ta nhận đƣợc một họ đƣờng v (u = const). Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 16 Do đó có một lƣới đƣờng cong đƣợc lập trên mặt cong, đó là các đƣờng tọa độ, còn hai số u = ui và v = vk là các tọa độ cong hay tọa độ Gauxơ của điểm M trên mặt cong. Mặt phẳng tiếp xúc và pháp tuyến: Nếu qua một điểm cho trƣớc M(r,x, y, z) của mặt cong, vạch tất cả các đƣờng cong có thể đƣợc trên mặt cong, thì các tiếp tuyến của chúng tại điểm M sẽ nằm trên cùng mặt phẳng, đó là mặt phẳng tiếp xúc với mặt cong tại điểm M ( trừ những điểm cônic của mặt cong). Đƣờng thẳng đi qua M và thẳng góc với mặt phẳng tiếp xúc gọi là pháp tuyến với mặt cong tại điểm M. Mặt phẳng tiếp xúc đi qua các véctơ v r r u r r       21 ; là các véctơ tiếp xúc với đƣờng u và đƣờng v tại điểm M; tích của chúng r1.r2 là một véc tơ song song với pháp tuyến và véctơ đơn vị của nó 21 210 . . rr rr N  gọi là véctơ đơn vị pháp tuyến. N0 hƣớng về phía này hay phía kia của mặt cong tùy thuộc vào độ cong, u hay v đƣợc xem là tọa độ thứ nhất hay tọa độ thứ hai. Phương trình của mặt phẳng tiếp xúc và pháp tuyến với mặt cong: Bảng 1.1: Phƣơng trình pháp tuyến của các mặt cong Phƣơng trình mặt cong Mặt phẳng tiếp xúc Pháp tuyến F(x,y,z) = 0 0)()()(          zZ z F yY y F xX x F z F zZ x F yY x F xX            z = f(x,y) Z – z = p(X –x) + q(Y – y) l zZ q yY p xX       x = x(u,v), y = y(u,v), z = z(u,v) v z v y v x u z u y u x zZyYxX              __________ __________ ____ =0 v y v x u y u x zZ v x v z u x u z yY v z v y u z u y xX                              . . . . . . Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 17 r = r(u,v) hay r = x(u,v).i + y(u,v).j + z(u,v).k (R-r). r1.r2 = 0 hay (R-r). N = 0 R = r +  .(r1.r2) hay R = r +  .N Trong bảng này x, y, z, r là các tọa độ và bán kính véctơ của điểm M của đƣờng cong; X, Y, Z, R là các tọa độ và bán kính véctơ của các điểm trên mặt phẳng tiếp xúc và pháp tuyến; các đạo hàm đƣợc tính tại điểm M; y z q x z p       ; . Yếu tố bậc nhất của mặt cong: Nếu mặt cong đƣợc cho dƣới dạng (1.3) hay (1.4), M(u,v) là một điểm cho trƣớc của mặt cong và N(u + du, v + dv) là một điểm trên mặt cong gần M, thì độ dài cung MN trên mặt cong đƣợc biểu thị một cách gần đúng bởi vi phân cung hay yếu tố bậc nhất của mặt cong theo công thức: 222 ..2. dvGdvEduduEds  (1.5) Trong đó: 222 2 1                          u z u y u x rE v z u z v y u y v x u x rrF                .... 21 (1.6) 222 2 2                          v z v y v x rG Các hệ số E, F, G phụ thuộc vào các điểm của mặt. Đối với mặt cong cho dƣới dạng 1.1: E = 1 + p2 ; F = p.q; G = 1 + q2 , trong đó y z q x z p       ; . Các phép đo trên mặt cong: Độ dài cung của đƣờng cong u = u(t), v = v(t) trên mặt cong với 10 ttt  đƣợc tính theo công thức: dt dt dv G dt dv dt du F dt du EdsL t t t t   1 0 1 0 22 ).(..2).( (1.7) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 18 Góc giữa hai đƣờng cong: ( tức là giữa các tiếp tuyến của nó) cắt nhau tại điểm M và có phƣơng trùng với phƣơng của các véctơ dr (du, dv) và ),( vur  tại điểm đó đƣợc tính theo công thức: 222222 ..2....2. ..)..(.. ).()( . cos vGvuFuEdvGdvFduduE vdvGudvvduFuduE rdr rdr     (1.8) Đặc biệt, hai đƣờng sẽ vuông góc với nhau nếu tử số của (1.8) bằng không; F = 0 là điều kiện vuông góc của các đƣờng tọa độ v = const (dv = 0) và u = const ( 0u ). Diện tích mặt cong S giới hạn bởi đƣờng cong nào đó trên mặt, đƣợc tính bởi tích phân hai lớp: Hình 1.4  )(S dsS (1.9) Trong đó: dvduFEGdS .2 Độ cong của mặt cong: Độ cong của một đƣờng trên mặt cong: nếu trên mặt cong vẽ những đƣờng cong khác nhau đi qua điểm M, thì tại điểm M, các bán kính cong  của các đƣờng cong  ấy liên hệ với nhau bởi các hệ thức sau: - Bán kính cong của đƣờng cong  bằng bán kính cong của đƣờng cong C là giao tuyến của mặt cong và mặt phẳng mật tiếp với đƣờng cong  tại điểm M. u v M  dr dr Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 19 M Q P C r n M Q P C nN C ph.d.g M Q P C1 N C ph.d.g C2 b)a) c) Hình 1.5 - Đối với mỗi giao tuyến phẳng C, bán kính cong của nó bằng: ),cos(. NnR (M) Trong đó R là bán kính cong của giao tuyến pháp dạng (Cphdg), nó cũng đi qua tiếp tuyến PQ nhƣ C, và qua véc tơ N, còn (n,N) là góc giữa véc tơ pháp tuyến chính đơn vị n của đƣờng cong C và véc tơ pháp tuyến đơn vị N của mặt cong. Ta có thể xác định bán kính cong r ở tiết diện bất kỳ (I-I) hợp với tiết diện pháp tuyến N-N tại điểm khảo sát một góc  qua bán kính cong rN ở tiết diện pháp tuyến N-N (hình 1.6). r = rN.cos (1.10) : góc giữa mặt nghiêng và mặt pháp tuyến.  1 N M 1 N  rN Hình 1.6. Hình minh hoạ Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 20 Trong công thức (M), R đƣợc lấy dấu cộng nếu N hƣớng về bề lõm của đƣờng cong Cphdg, và dấu trừ nếu hƣớng về bề lồi. - Đối với mỗi giao tuyến pháp Cphdg, độ cong của nó là: 2 2 1 2 sincos1 RRR   (E) (Công thức Ơle), R1 và R2 là các bán kính cong chính, tức là các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của R; ta có những giá trị ấy tại các giao tuyến pháp chính C1 và C2 của mặt cong và  là góc giữa các mặt của các giao tuyến C1 và C2. Bán kính cong chính: Nếu mặt cong đƣợc cho bởi phƣơng trình z = f(x,y) thì R1 và R2 đƣợc tính nhƣ nghiệm của phƣơng trình bậc hai: (rt – s2). R2 + h[2p.q.s – ( 1 + p2) – (1 + q2).r]. R + h4 = 0 (A) Trong đó: 22 2 22 2 2 1,, . ;;; qph y z t yx z s x z r y z q x z p                 Các mặt phẳng của các giao tuyến pháp chính C1 và C2 thẳng góc với nhau; chiều của nó đƣợc xác định bởi giá trị x y   thu đƣợc từ phƣơng trình bậc hai: 0])1([)]1()1.([))].(1([ 22222  rpqps dx y qrpt dx y qstpq (B) Nếu mặt cong đƣợc cho dƣới dạng tham số r = r(u,v) thì các phƣơng trình tƣơng ứng với (A) và (B) sẽ có dạng: (D.D‖ – D’2 ).R2 – (E.D‖ – 2F.D’ + G.D).R + (E.G – F2) = 0 (A’) (G.D’ – F.D‖).( du dv ) 2 + (G.D – ED‖). du dv + (F.D – E.D’) = 0 (B’) Trong đó: D, D’, D‖ là các hệ số của dạng thức toàn phƣơng thứ hai của mặt cong, xác định bởi các công thức: 2 22 2 12 2 11 " .", ' .',. FEG d NrD FEG d NrD FEG d NrD       Ở đây các véc tơ r11, r12, r22 là các đạo hàm riêng cấp hai của bán kính véc tơ r theo các tham số u và v; các tử số d, d’, d‖ là: Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 21 v z v y v x u z u y u x v z v y v x d v z v y v x u z u y u x vu z vu y vu x d v z v y v x u z u y u x u z u y u x d                                                          2 2 2 2 2 2222 2 2 2 22 ", .. ', (1.11) Những đƣờng cong trên mặt cong, mà tại mỗi điểm có chiều của các giao tuyến pháp chính, đƣợc gọi là những đƣờng chính khúc; phƣơng trình của chúng thu đƣợc bằng cách tích phân phƣơng trình vi phân (B) và (B’). Phân loại các điểm của mặt cong: Nếu tại điểm M của mặt cong cả hai đại lƣợng R1 và R2 có cùng một dấu thì các giao tuyến pháp chính hƣớng bề lõm về cùng một phía. Trong trƣờng hợp ấy trong miền của điểm M, mặt cong đƣợc phân bố về cùng một phía của mặt phẳng tiếp xúc; điểm nhƣ thế của mặt cong đƣợc gọi là điểm êliptic, điều kiện giải tích của nó là: D.D‖ – D’2 >0. Trƣờng hợp riêng R1 = R2, điểm M đƣợc gọi là điểm tròn hay điểm rốn; mọi giao tuyến pháp tại điểm đó đều có R = const. Nếu R1 và R2 khác dấu, thì các giao tuyến pháp chính hƣớng bề lõm theo những phía ngƣợc nhau. Trong trƣờng hợp ấy mặt cong cắt mặt phẳng tiếp xúc và có đặc trƣng hình yên ngựa, gọi là điểm hypebôlic, điều kiện giải tích: D.D‖ – D’2 < 0. Nếu R1 và R2 bằng  , thì một giao tuyến pháp chính có điểm uốn hay là một đƣờng thẳng; điểm nhƣ thế của mặt cong đƣợc gọi là điểm parabolic, điều kiện giải tích: D.D‖ – D’2 = 0. C1 C2 M C1 C2 M C1 C2 M b)a) c) Hình 1.7. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 22 - Độ cong trung bình của mặt cong tại điểm M là biểu thức: ) 11 .( 2 1 21 RR H  (1.12) Độ cong Gauxơ là biểu thức: 21. 1 RR K  (1.13) Nếu mặt cong nào có độ cong trung bình bằng không tại mọi điểm R1 = -R2 thì đƣợc gọi là mặt cong tối thiểu. Mặt cong nào có độ cong Gauxơ K tại mọi điểm không đổi thì đƣợc gọi là mặt cong với độ cong không đổi; những thí dụ về những mặt mà K > 0 là mặt cầu, K < 0 là mặt cầu giả ( mặt tròn xoay do quay đƣờng tơrăctơric quanh trục của nó). Các điểm đặc biệt trên bề mặt chi tiết gia công: Trong nhiều trƣờng hợp cần tìm các điểm đặc biệt (điểm nhọn, điểm giới hạn, điểm đổi hƣớng) trên prôfin chi tiết. Tại đó prôfin chi tiết đƣợc đổi hƣớng và theo toán học nhƣ đã biết phƣơng pháp để xác định các điểm đó (hình 1.8) nhƣ sau: N N N N Hình 1.8. Các điểm đặc biệt.  Nếu mặt cong cho theo phƣơng trình F(x,y,z) = 0, thì toạ độ các điểm đặc biệt phải thoả mãn hệ phƣơng trình sau:                 0 ),,( 0 ),,( 0),,( y zyxF x zyxF zyxF (1.14)  Nếu mặt cong cho theo phƣơng trình tham số thì các điểm đặc biệt phải thoả mãn hệ phƣơng trình sau: Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 23                          0 0 0 )( )( )( 1 1 1 t z t y t x tfz tfy tfx (1.15) * Điểm kì dị của mặt cong (cônic): Nếu những điểm của một mặt cong cho dƣới dạng 1.1, đồng thời có ( khi x = x1, y = y1; z = z1) 0),,(          zyxF z F y F x F (1.16) thì điểm M(x1, y1, z1) là điểm kì dị (cônic); các tiếp tuyến đi qua điểm M không cùng nằm trong một mặt phẳng, mà lập nên một mặt nón bậc hai có phƣơng trình: 0).( ).( . 2)).(( . 2)).(( . 2)()( 222 2 2 2 2                 xX zZ xz F zZyY zy F yYxX yx F yY y F xX x F (1.17) (Ở đây các đạo hàm tính đối với điểm M); nếu sáu đạo hàm riêng cấp hai đồng thời bằng không thì điểm kì dị sẽ là điểm thuộc loại phức tạp hơn ( hình nón bậc ba hay bậc cao hơn). Mặt kẻ và mặt khả triển: Mặt cong đƣợc gọi là mặt kẻ, nếu nó nhận đƣợc từ những vết của một đƣờng thẳng chuyển động; nếu thêm vào đó, mặt cong có thể triển khai thành mặt phẳng thì nó đƣợc gọi là mặt khả triển. Không phải mọi mặt kẻ là mặt khả triển (chẳng hạn, mặt hypeboloide một tầng và paraboloide hypeboloic) là những mặt kẻ mà không phải là mặt khả triển. Tại mọi điểm của mặt khả triển, độ cong Gauxơ đều bằng không. Nếu mặt cong đƣợc cho bởi phƣơng trình z = f(x,y) thì điều kiện để cho nó khả triển là: r.t – s2 = 0 (1.18) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 24 Dụng cụ cắt thƣờng sử dụng trong phay tinh là các loại dao phay đầu cầu để gia công các chi tiết bề mặt phức tạp nhƣ trên. 1.1.1.2. Các thông số hình học của dao phay đầu cầu Trong thực tế có nhiều loại dao phay đầu cầu (với kết cấu, hình dáng và quy cách khác nhau) nhƣng về mặt hình học của dao cơ bản là giống nhau đƣợc mô tả trong hình 1.7.(a). Hệ toạ độ của dao là OT XT YT ZT, với E là điểm đỉnh dao. Trên dao có thể có nhiều lƣỡi cắt tùy thuộc và đƣờng kính của dao, nhƣng mỗi một lƣỡi cắt đều có các thông số cơ bản sau: Hình bao của lƣỡi cắt nằm trên mặt cầu với bán kính R0 và mặt trụ có bán kính R0 với tổng chiều cao tham gia cắt là Le. Góc xoắn của lƣỡi cắt trên phần trụ của dao có giá trị không đổi i0 ( góc i0 đo từ trục oy tới đƣờng xoắn ốc). Tại vị trí P thuộc lƣỡi cắt của dao với độ cao z ( đo theo chiều dƣơng của trục z từ điểm E), bán kính cắt trên mặt phẳng (x,y) là R(z) xác định theo công thức sau: Nếu z < R0 : R(z) = 2 2 0 0( )R R z  (1.19) Nếu z > R0 : R(z) = R0 Góc j(z) là góc đo từ trục oy đến OP (P thuộc lƣỡi cắt thứ j), xác định theo công thức:  2 ( ) ( 1).j t z j N        rong đó: Nt là số lƣỡi cắt. là góc quay của dao từ trục OTYT quay quanh trục ZT.  là góc trễ từ đỉnh dao ZT = 0 đến điểm P với độ cao z ( nhƣ hình 1.7). Với chiều dài bƣớc xoắn không đổi , xác định  theo công thức sau: 0 0 . tan .tan ( ) ( ) z z i i z R R z    (1.21) i(z) là góc xoắn trên phần bán cầu, xác định nhƣ sau: 1 0 0 ( ) ( ) tan ( .tan ) R z i z i R  (1.22) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 25 Hình 1.9 a): Hình học của dao phay đầu cầu Hình 1.9 b). Hình học của lƣỡi cắt Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 26 Hình 1.9 c). Hình học của lƣỡi cắt Hàm xác định lƣỡi cắt trên phần cầu của dao:                          )cos1.( sin)).cos1(cos(. sin)).cos1(sin(. )( )( )(       R kR kR Z Y X Pb (1.23) Trong đó: k = tan(i0) ; 2 0    . Xác định góc i(z) theo cách khác:                  )0 2 () 1sin. 1 (cos)( )0() 1sin. 1 (cos)( )( 042 1 042 1 i k zi i k zi zi     (1.24) Độ xoắn cuả lƣỡi cắt tại điểm P là một giá trị đặc trƣng cho độ lệch của đƣờng cong (trong một phần nhỏ chứa điểm P của nó) ra khỏi đƣờng cong phẳng. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 27 N MPCB MPCG   N'N' MPCGMPCB N    dsdbT lim (1.25) 3 2 3 3 2 2 2 )( .. . 1 dt dr dt rd dt rd dt dr T    (1.26)  : là bán kính cong,  : là bán kính xoắn. Bán kính cong của lƣỡi cắt tai điểm P trên phần cầu của dao: Theo công thức (1.12) bán kính cong tại điểm P thuộc lƣỡi cắt của dao phay đầu cầu:        )( 11 . 2 1 0 zRR  Các thông số hình học của lƣỡi cắt trên phần cầu của dao: Hình 1.10. Thông số hình học của lƣỡi cắt 1.1.2. Đặc điểm quá trình phay tinh các bề mặt phức tạp 1.1.2.1. Vận tốc cắt khi phay Khi phay tinh bằng dao phay đầu cầu với một chiều sâu cắt cụ thể thì vận tốc cắt tại các điểm cắt khác nhau trên lƣỡi cắt đƣợc tính toán phụ thuộc vào phần đƣờng kính thực tham gia vào quá trình cắt gọt tại điểm đó. Đƣờng kính cắt phụ thuộc vào Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 28 chiều sâu cắt ap và đƣờng kính phần cầu của dao [8]. Vì vậy để tính toán lựa chọn vận tốc cắt cần xác định đƣờng kính cắt thực: De = 2. )( pp aDa  (1.27) Trong đó: De là đƣờng kính gia công ứng với chiều sâu cắt ap ap là chiều sâu cắt D là đƣờng kính phần cầu của dao Việc xác định vận tốc cắt của các vị trí đƣợc tính toán nhƣ hình 1.11.  Với kiểu cắt dùng lƣỡi cắt bên để cắt, tính toán tốc độ cắt ở điểm P ta có: V = 1000 .sin.. nD i (m/ph) (1.28) Trong đó: De là đƣờng kính gia công ứng với chiều sâu cắt ap (mm). Hình 1.11. Thông số tính toán vận tốc cắt của dao phay cầu ap là chiều sâu cắt (mm) D là đƣờng kính của dao (mm) n là số vòng quay của dao (vòng/ph) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 29  = cos-1 . ) 2 ( D aD p + 90-α (1.29)  Với kiểu cắt dùng đỉnh dao cắt, tính toán chế độ cắt cho điểm Q ta có: V = 1000 )(..2 pp aDan  (m/ph) (1.30) Trong đó: D1 là đƣờng kính gia công ứng với chiều sâu cắt ap (mm) ap là chiều sâu cắt (mm) D là đƣờng kính của dao (mm) n là số vòng quay của dao (vòng/ph) Nhƣ vậy, nếu với cùng số vòng quay của trục chính thì các điểm cắt khác nhau có vận tốc cắt khác nhau. Theo tính toán nhƣ trên thì tốc độ cắt tại đỉnh dụng cụ luôn bằng không [1]. Đây là lý do tại sao khi gia công bề mặt bằng đỉnh dao cầu thì bề mặt chi tiết có độ bóng thấp và khi gia công tinh sử dụng máy phay CNC ba trục thì vị trí tƣơng quan giữa trục dụng cụ và bề mặt gia công là rất quan trọng để đạt đƣợc chất lƣợng bề mặt tối ƣu, tuổi thọ dụng cụ là lớn nhất, ... 1.1.2.2. Lực cắt khi phay Tại một điểm cắt P trên lƣỡi cắt xuất hiện các thành phần của lực cắt nhƣ hình 1.12. Trong đó, véc tơ đơn vị er, ek, e theo R0; k và biểu diễn trong hình vẽ, véc tơ pháp tuyến tại điểm P là véc tơ n. Hình 1.12. Các thành phần của lực cắt Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 30 k : là góc tạo bởi phƣơng của trục z và véc tơ pháp tuyến. k = f(z) Nếu 0  z  R0 thì k = -1 0 0 os ( ) R z c R  (1.31) Nếu z > R0 thì k = 2  Trên mặt phẳng tiếp tuyến Ps tại P, lƣỡi cắt thành phần thể hiện nhƣ hình 1.13. Với lƣỡi cắt có chiều rộng dd sin dz k  Vận tốc cắt xác định trong hệ toạ độ (x, y , z) V = R(z) (1.33) Hình 1.13. Lƣỡi cắt thành phần là tần số quay (rad/s) , R(z) là bán kính cắt tại P. Khi phay tinh, với mong muốn vận tốc cắt luôn khác không tức là tránh cắt ở đỉnh dao vậy R(z) > 0 và k > 0 là điều kiện cần thiết để nâng cao chất lƣợng bề mặt chi tiết. 1.2. Một số đặc điểm bề mặt chi tiết sau khi gia công Trong thực tế sản xuất chi tiết có bề mặt phức tạp, nhiều trƣờng hợp không thể gia công theo đúng hình dáng hình học bề mặt cho trƣớc nhƣ bản vẽ kỹ thuật do khi gia công có thể xảy ra các hiện tƣợng sau: - Cắt lẹm prôfin: trong quá trình gia công, một phần của chi tiết bị dao thâm nhập vào là do khi profin của dao và chi tiết tiếp xúc thì mặt khởi thuỷ của dụng cụ có phần thâm nhập vào bề mặt chi tiết. Khi phay mặt cong có bán kính r bằng dao phay đầu cầu với bán kính r1, có vị trí bán kính dao r1>r bán kính của rãnh thì xảy ra hiện tƣợng cắt lẹm (hình 1.14). Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 31 r r1 Hình 1.14. Khi bán kính dao lớn hơn bán kính cong chi tiết. Khi gia công tinh các chi tiết phức tạp cần khảo sát tiếp xúc giữa bề mặt chi tiết và bề mặt khởi thuỷ của dụng cụ ngƣời ta thƣờng áp dụng phƣơng pháp mặt cắt. Trong mặt phẳng cắt đi qua điểm tiếp xúc có thể nhìn thấy một số dạng tiếp xúc của prôfin sau:  Khi tiếp xúc tại điểm lồi (tiếp xúc ngoài) của cặp prôfin thì không cần quan tâm đến bán kính cong nơi tiếp xúc (hình 1.15).  Khi tiếp xúc mà ở điểm đó tồn tại một prôfin lồi tiếp xúc với một prôfin lõm (tiếp xúc trong) (hình 1.16), để không có hiện tƣợng cắt lẹm thì bán kính cong của prôfin lõm phải lớn hơn bán kính cong của prôfin lồi.  Hai prôfin có thể tiếp xúc với nhau tại những điểm đặc biệt, đó là điểm dừng (điểm lùi). Ở đây ta chỉ xét điểm lùi loại I: Trong hình 1.17 chỉ ra điểm lùi của đƣờng cong lồi. Trong trƣờng hợp này có thể xảy ra hiện tƣợng cắt lẹm nếu điểm lùi đƣợc tiếp xúc với một prôfin khác không phải là điểm đặc biệt. Hiện tƣợng cắt lẹm sẽ không xảy ra khi điểm lùi là điểm giới hạn của hai prôfin tiếp xúc ở phần lồi. Trong hình 1.18 chỉ ra điểm lùi của đƣờng cong lõm. Trong trƣờng hợp này, hiện tƣợng cắt lẹm chỉ không xảy ra khi tiếp xúc với phần lồi của prôfin khác. Do vậy khi nghiên cứu đặc tính tiếp xúc của cặp prôfin dao và phôi ở trong các tiết diện tƣơng ứng cần phải biết bán kính cong của prôfin dao, profin chi tiết gia công và xác định các điểm đặc biệt trên bề mặt chi tiết. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 32 Hình 1.15. Tiếp xúc ngoài Hình 1.16. Tiếp xúc trong Hình 1.17. Điểm lùi của đường cong lồi Hình 1.18. Điểm lùi của đường cong lõm Do vậy để gia công đƣợc chính xác về mặt hình học của các chi tiết theo bản vẽ cần đảm bảo không có hiện tƣợng cắt lẹm của bề mặt khởi thuỷ của dụng cụ vào bề mặt chi tiết. Nếu điều kiện trên không đảm bảo ở sơ đồ gia công hay bề mặt chi tiết đã cho thì phải thay đổi đặc tính tiếp xúc giữa dụng cụ và chi tiết, từ đó dẫn đến sự thay đổi kích thƣớc và các thông số kết cấu của dụng cụ cắt hay kiểu dụng cụ khác nhau, ví dụ nhƣ trong hình 1.19. Hình 1.19. Thay đổi kích thước và thông số kết cấu của dụng cụ. - Khi gia công dao không cắt hết lƣợng dƣ (ở phần đƣờng cong chuyển tiếp của phần cầu của dao). Hình 1.20 a). Độ nhấp nhô bề mặt chi tiết Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 33 - Độ nhấp nhô bề mặt chi tiết không đồng đều tại vị trí có độ cong thay đổi là do điểm tiếp xúc giữa lƣỡi cắt và bề mặt chi tiết thay đổi: Hình 1.20 b). Độ nhấp nhô bề mặt chi tiết Độ nhám bề mặt: Một trong những nhƣợc điểm khi gia công bằng dao phay cầu đó là nhám bề mặt lớn. Bởi vì ngoài việc chịu ảnh hƣởng của những yếu tố: Nhƣ độ cứng vững của hệ thống công nghệ, quá trình mòn của dao, góc nghiêng giữa dao và phôi ….độ nhám bề mặt chi tiết gia công còn phụ thuộc vào chiều cao nhấp nhô bề mặt sau mỗi lần chuyển dao hth và do kết cấu của đầu dao. Bằng phƣơng pháp phân tích hình học 2 đƣờng chuyển dao liên tiếp với lƣợng dịch chuyển là p khi gia công mặt phẳng có thể biết đƣợc giá trị của hth nhƣ hình 1.21. Hình 1.21. Sự hình thành bề mặt khi gia công bằng dao phay cầu hth = Ro - 2 204 2 pR  (1.34)  p h th De/2 Ro D ap Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 34 Trong đó: hth là chiều cao nhấp nhô bề mặt p là lƣợng dịch dao ngang R0 là bán kính của đầu cầu ap Chiều sâu cắt Có thể nhận thấy rằng Ro > 2 204 2 pR  vì thế giá trị của hth > 0 Nếu nhƣ xét cho trƣờng hợp gia công mặt cong phức tạp bất kỳ thì công thức (1.34) vẫn đúng khi xét tại từng tiết diện vuông góc với hƣớng tiến của dao. Vì vậy khi gia công bằng dao phay đầu cầu muốn giảm giá trị hth thì áp dụng một hoặc đồng thời hai giải pháp:  Sử dụng dao có bán kính lớn nhất trong điều kiện có thể  Giảm lƣợng dịch chuyển dao ngang p . - Đối với dụng cụ xảy ra một số hiện tượng: Mòn dao không đều ở các vùng lƣỡi cắt khác nhau, do các điểm tiếp xúc giữa profin của lƣỡi cắt và bề mặt chi tiết thay đổi trong quá trình cắt. Có hiện tƣợng tì dao lên bề mặt chi tiết nên gây nứt vỡ ở vùng đỉnh dao do tại đây vận tốc cắt giảm dần đến không. Tuổi thọ của dao không ổn định. Do vậy nhiệm vụ đặt ra đối với ngƣời lựa chọn dụng cụ đó là xác định, phân tích một cách đầy đủ các nguyên nhân gây ra sai lệch prôfin chi tiết trong quá trình cắt để từ đó đƣa ra đƣợc những điều kiện chọn lựa thông số hình học dụng cụ tối ƣu nhằm nâng cao độ chính xác hình học của bề mặt chi tiết. 1.3. Kết luận Hiện nay đã có nhiều nghiên cứu về quá trình phay tinh các bề mặt phức tạp bằng dao phay đầu cầu nhƣ:  Nghiên cứu nâng cao chất lƣợng bề mặt chi tiết khi gia công tinh bằng chọn cách gá phôi và kiểu đƣờng chạy dao phù hợp. [10] Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 35  Nghiên cứu ảnh hƣởng của lực cắt và góc nghiêng trong gia công với tốc độ cao. [11]  Ảnh hƣởng của hình học bề mặt chi tiết đến điều kiện cắt gọt. [14]  Nghiên cứu cơ chế tạo hình bề mặt chi tiết gia công. [15]  Ảnh hƣởng các yếu tố hình học phôi đến các thông số hình học của dao , chế độ cắt đến chất lƣợng bề mặt chi tiết.[16]  Nghiên cứu gia công trên máy công cụ CNC các chi tiết có bề mặt hình học phức tạp. [13] Qua đó nhận thấy rằng quá trình phay tinh bằng dao phay đầu cầu các bề mặt có biên dạng phức tạp với một số đặc điểm cơ bản:  Dao phay cầu là một dụng cắt có tính ứng dụng cao trong việc gia công các bề mặt phức tạp trong kĩ thuật.  Khi gia công bằng dao phay cầu giữa hai đƣờng chuyển dao cũng còn lại một lƣợng kim loại với chiều cao hth theo công thức (1.34).  Khi phay tinh xảy ra một số phần chi tiết bị cắt lẹm do bán kính của đầu cầu lớn hơn bán kính cong của mặt cong tại một số vị trí đặc biệt của bề mặt chi tiết.  Mối quan hệ hình học giữa profin của dao và phôi là phức tạp vì bề mặt chi tiết là bề mặt phức tạp có độ cong thay đổi trên toàn bộ bề mặt, dao cũng có bán kính cong thay đổi trên toàn lƣỡi cắt. Nhƣ vậy có thể kết luận rằng biên dạng của bề mặt gia công cũng là một trong những yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng bề mặt chi tiết.  Cơ chế cắt gọt của dao cầu là rất phức tạp.  Vận tốc cắt phụ thuộc vào vị trí cắt của lƣỡi cắt. Đỉnh dao phay cầu là vị trí có vận tốc cắt bằng không, là nơi quá trình cắt gọt diễn ra phức tạp nhất, điều kiện cắt khốc liệt nhất, nên độ bóng bề mặt gia công thấp.  Trong quá trình cắt gọt, tuỳ theo vị trí cắt, sự phân bố tải trọng dọc theo lƣỡi cắt của dao phay cầu là khác nhau. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 36  Để tránh hiện tƣợng cắt ở đỉnh dao khi phay mặt phẳng hay các bề mặt phức tạp thì thay đổi thông số hình học của quá trình tiếp xúc giữa profin của dao và phôi bằng cách gá nghiêng phôi hoặc trục dao.  Từ xem xét trên càng khẳng định rằng đỉnh dao là nơi quá trình cắt gọt diễn ra khó khăn, nặng nhọc nhất và đây là nơi mà chất lƣợng bề mặt đạt đƣợc thấp nhất. Do kết cấu của chi tiết gia công có thể có phần chuyển tiếp (đáy khuôn, đáy hốc…). Vì thế việc khảo sát độ nhám bề mặt và các điểm cắt tại đỉnh cầu cũng là một nhiệm vụ cần thiết nâng cao chất lƣợng bề mặt khi phay tinh bằng dao phay đầu cầu.  Trong thực tế việc nghiên cứu quá trình cắt của dao phay cầu khi gia công bề mặt phức tạp để hạn chế các điểm cắt ở đỉnh dao với từng chủng loại dao và những điều kiện gia công cụ thể còn chƣa có nhiều nghiên cứu.  Nghiên cứu mối quan hệ hình học giữa profin của dao và phôi để chọn đƣợc kích thƣớc dụng cụ tối ƣu kết hợp với chọn góc nghiêng giữa trục dao và bề mặt chi tiết để chọn đƣợc phƣơng của pháp tuyến trên bề mặt chi tiết so với trục dao tối ƣu và chọn vận tốc cắt tối ƣu nhằm nâng cao chất lƣợng bề mặt đồng thời đảm bảo yêu cầu làm việc tốt nhất của các chi tiết đó là vấn đề cấp thiết hiện nay. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 37 CHƢƠNG 2: CƠ CHẾ TẠO HÌNH BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG 2.1. Mô hình hình học bề mặt chi tiết gia công Các thông số cần thiết của bề mặt trong quá trình cắt: Phƣơng trình của mặt cong, độ cong tại các điểm trên mặt cong, bán kính cong, pháp tuyến tại các điểm trên mặt cong. Để xác định các thông số đó cần xây dựng mô hình hình học của mặt cong. Phương pháp mô tả mặt cong: Trong một số trƣờng hợp các nhà kỹ thuật không thể xây dựng phƣơng trình mặt cong, thì có thể mô tả chúng trên bản vẽ dƣới dạng các mô hình [5 ]: - Mặt hình học cơ sở, - Mặt nội suy lƣới đƣờng cong, - Mặt quét hình đƣờng mặt cắt, - Mặt nội suy điểm, - Mặt kết nối hình. Tƣơng ứng đó là: • Sử dụng các mặt cong cơ sở. • Mô tả mặt cong bởi mô hình lƣới đƣờng cong. • Mô tả mặt cong bởi phép quét hình. • Mặt cong nội suy điểm. • Mô hình mặt cong kết nối. Theo phƣơng pháp mô tả mặt cong đề cập ở trên, có thể xây dựng giải thuật mô hình hoá hình học theo cấu trúc mặt cong với qui tắc chung nhƣ sau: Mặt cong đƣợc mô tả bởi phép nội suy điểm; nội suy lƣới đƣờng cong; phép quét hình đƣờng mặt cắt; mặt cong cơ sở bậc hai. Trong kỹ thuật sử dụng một số mô hình cơ bản sau để mô tả bề mặt chi tiết gia công trong thực tế: mô hình mặt lƣới đa thức tham số, mô hình mặt lƣới nội suy biên, mô hình mặt lƣới quét hình, mô hình mặt lƣới giải tích,... Thông thƣờng mô hình mặt lƣới dƣới dạng ma trận rất thích hợp cho xử lý dữ liệu. Tuy nhiên đối với hình học Bezier, thấy rằng dạng ma trận ít ổn định về số so với dạng đa thức Bernstein. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 38 Trong số mô hình mặt lƣới chữ nhật (vô tỷ), mô hình NURBS là dạng tổng quát nhất, các dạng khác chỉ là trƣờng hợp đặc biệt. Trong đó mô hình Bezier thích hợp nhất vì có thể chuyển đổi các dạng khác sang dạng Bezier. Mặt quét hình là dạng mô hình hình học đƣợc sử dụng phổ biến nhất trong kỹ thuật. Ví dụ nhƣ có thể mô tả mặt tạo hình các loại ống dẫn, vỏ tàu, cánh quạt và các chi tiết khuôn mẫu bởi phƣơng pháp quét hình. Mặt quét hình đƣợc định nghĩa nhƣ phép chuyển đổi toạ độ. Đây chính là lý do chính để phƣơng pháp tạo hình này đƣợc sử dụng phổ biến nhất trong cơ khí chế tạo máy. Khi có mô hình bề mặt bằng một trong các dạng trên ta tìm đƣợc pháp tuyến tại mọi điểm trên bề mặt chi tiết nhƣ trong bảng 1, bán kính cong tại mọi điểm trên bề mặt, và các vị trí đặc biệt của chi tiết. 2.2. Mối quan hệ hình học giữa profin của dao và phôi Trong quá trình cắt sử dụng dao phay đầu cầu để gia công các bề mặt phức tạp của sản phẩm khuôn mẫu, cơ chế tạo hình bề mặt là phức tạp và khác nhau khi gia công các bề mặt có phƣơng trình hình học khác nhau. Bởi vậy nghiên cứu về hình học của dao và phôi trong quá trình gia công là cơ sở để đánh giá chất lƣợng bề mặt chi tiết gia công. Dựa vào mối quan hệ hình học giữa dao phay đầu cầu và chi tiết gia công trong quá trình phay tinh trên máy công cụ CNC: Giả sử gia công tinh một mặt cong có phƣơng trình xác lập, hay mô hình mặt cong nhƣ các dạng kể trên, xác định véc tơ pháp tuyến của mặt cong là MB. Chọn đƣờng chạy dao là đƣờng tròn vì mang tính tổng quát trong các kiểu đƣờng chạy dao. Các chế độ cắt theo chế độ gia công tinh của từng trƣờng hợp gia công cụ thể trong thực tế. Gọi 0TXTYTZT là hệ toạ độ của dao, 0T là tâm của đầu cầu và trục ZT là trục quay của dao, đƣờng chạy dao theo contour nhƣ hình vẽ. Góc nghiêng giữa dao và phôi là góc tạo bởi trục ZT và trục Z của hệ toạ độ phôi 0XYZ. Điểm giao nhau của hai trục tọa độ đó là 0B, từ điểm này thiết lập một hệ toạ độ mới 0BXBYBZB có các trục song song với hệ tọa độ 0XYZ. Điểm P đƣợc tính toán và có toạ độ trong hệ toạ độ 0TXTYTZT bởi phƣơng trình (2.1): Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 39 XT = r sin .sin  YT = r. os .sinc   (2.1) ZT = -r. osc  Trong đó:  hợp bởi trục 0TYT và mặt phẳng chứa véc tơ pháp tuyến của phôi. Ghi chú: Các ký hiệu trong hình 2.1 r: bán kính của đầu cầu của dao R0: bán kính của dịch dao theo bề mặt bằng Rw + r RB: bán kính từ tâm OB đến tâm dao OT f: lƣợng ăn dao trên một vòng. i: Số thứ tự của các lƣỡi cắt; i = 0 – N-1, lƣỡi cắt đầu tiên thì i = 0 N: số lƣỡi cắt Hình 2.1. Các thông số hình học của quá trình phay tinh  là góc đo từ trục ZT đến OTPi . 0  thể hiện một lƣỡi cắt, 0  lƣỡi cắt khác đối diện với lƣỡi cắt đó. ( 2 2      )  là góc giữa trục ZT và trục Z,  giả thiết không đổi.  là góc tạo bởi mặt trƣớc của lƣỡi cắt trong mặt phẳng YTZT, là hàm của góc  . góc giữa tâm của dao và gốc tọa độ phôi OOT và trục OZ.  là góc theo đƣờng chạy dao Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 40 Hình 2.2. Mô hình hình học phần cầu của dao  : góc quay của dao quanh trục ZT. Trong đó: 2 i N       .C  . 2 . .sinB N f C R   0.sin sin B R R    Điểm P đƣợc biểu diễn trong hệ toạ độ 0B XB YB ZB : XB = B.sin .(sin . os .cos +cos .sin )+sin .cos .(R . os )r c r c          YB = B.sin .(sin . os .sin cos .cos )+sin .sin .(R . os )r c r c           (2.2) ZB = B.sin .sin .sin os (R . os )r c r c      Điểm P cũng là điểm giao của lƣỡi cắt và véc tơ pháp tuyến MB( 0,B  ). Xác định điểm cắt P là yếu tố quan trọng và cần thiết nghiên cứu chất lƣợng bề mặt chi tiết gia công, điểm P đƣợc xác định dựa vào phƣơng trình hình học cơ bản dƣới đây. Để tránh hiện tƣợng vỡ dao, mòn dao và hiện tƣợng cào xƣớc bề mặt gia công thì khi gia công để đạt chất lƣợng bề mặt tốt hơn thì tránh vùng đỉnh dao tham gia cắt gọt, Z T O T Y T X T i i P i+1 P i Lƣỡi cắt phẳng Lƣỡi cắt xoắn M B (  B ,  0 )  i  i Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 41 vì )(. zRv  mà theo điều kiện cắt gọt vận tốc cắt phải thỏa mãn 0v , nên 0 < R(z) < R0. Vậy điều kiện đó tƣơng đƣơng với góc 2 0    và 2 0    Từ phƣơng trình (2.9) ta thấy điểm P thuộc lƣỡi cắt thỏa mãn điều kiện của 2 0    , tN i  2  và  0 nên: giả thiết tN i  2  không đổi vậy Tọa độ của điểm cắt P thỏa mãn điều kiện để không thuộc vùng đỉnh dao: sin.0 rXT  ; cos.0 rYT  ; 0 TZr . (2.3) * Phƣơng trình hình học cơ bản Phƣơng trình (2.4) và (2.5) là cần thiết để tìm biến  và  của điểm giao nhau giữa lƣỡi cắt trên dao và bề mặt phôi. Phƣơng trình (2.4) tƣơng đƣơng nhƣ phƣơng trình (2.6). 1 0 0 B Bsin( ).sin .sin os( ) os .cos .sin sin . os .cos 0BF c c c                 (2.4) 2 0 0.sin [sin . os .sin( ) os ] - sin .sin( ).( . os ) 0BF r c c R r c               (2.5) 1 3 1 2 0 sin .sin B F F K K     (2.6) 1 0 2 B sin( ) os .sin( - ) / sin B K K c          Bán kính cong của đƣờng chạy dao RB.sin  thƣờng lớn hơn f (lƣợng ăn dao trong một vòng quay của dao). Tại lƣỡi cắt đầu tiên i = 0,     và thoả mãn 0    , với điều kiện này của  thì 0os( ) 1c    vì 1;10   . B 4 B .sin [cos .sin( - ) sin ] ( . os )=0 sin .sin( - ) B B r F R r c            (2.7) Khi thay đổi K2 so với trƣờng hợp cộng hoặc trừ ( B  ), K2 đƣợc phân tích trong mỗi trƣờng hợp và cố gắng lấy xấp xỉ nhƣ hàm bậc hai. Trong mỗi trƣờng hợp nghiệm  của phƣơng trình (2.6) coi nhƣ điểm giao nhau của hàm tuyến tính K1 và hàm bậc hai K2 , có thể coi nhƣ nghiệm đầu tiên của phƣơng trình (2.3) cũng đƣợc Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 42 xác định từ phƣơng trình (2.6). Tuy nhiên cũng xuất hiện điểm giao nhau thuộc lƣỡi cắt và véc tơ pháp tuyến trong vùng đỉnh dao nữa. Trƣờng hợp lƣỡi cắt xoắn ốc, điểm giao đầu tiên với lƣỡi cắt phẳng đƣợc tính toán sau đó là điểm giao với lƣỡi cắt xoắn ốc xác định bằng cách cho góc i thay đổi dần đến 0. Khi điểm giao nhau với lƣỡi cắt phẳng tại điểm Pi nhƣ hình 2.2, i đƣợc xác định trong hình 2.3 bằng cách đo. Sau đó góc  đầu tiên của lƣỡi cắt phẳng đƣợc thay đổi đến khi nào giao nhau với véc tơ pháp tuyến MB( 0,B  ). Điểm giao của lƣỡi cắt xoắn ốc đƣợc tính toán cuối cùng. Xét phƣơng trình (2.6) 0,B  thay đổi từ giá trị min đến giá trị max, giả sử tại một vị trí cắt xác định góc  0,B  không đổi và thỏa mãn các điều kiện trên, góc nghiêng có một giá trị, để đảm bảo hàm F4 thì: sin(const. Có nghĩa là có mối quan hệ tỉ lệ thuận với nhau. Từ đó xác định đƣợc miền giá trị của góc nghiêng giữa trục ZT của dao và trục Z của phôi, tức là góc gá đặt phù hợp. Hình 2.3. Mối quan hệ giữa các thông số hình học của dao 0 10 20 30 40 50 0 2 3 4 5 1 0 30 60 90 Góc (độ) Vị trí P i và P i+1 - - - Bán kính phần cầu của dao  i  a  =   a  >45  Góc trễ của lƣỡi cắt xoắn Góc xoắn (độ) Bán kính dao mm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 43 * Số nghiệm của phƣơng trình hình học Để biết số nghiệm của phƣơng trình (2.3) là phần quan trọng. Số nghiệm trong trƣờng hợp lƣỡi cắt xoắn đƣợc đánh giá bằng với trƣờng hợp lƣỡi cắt phẳng, chứng tỏ rằng vấn đề đƣợc thử nghiệm và nghiên cứu không mất tính tổng quát. Phƣơng trình (2.3) cũng đƣợc viết lại nhƣ phƣơng trình (2.8) với điều kiện là 1.,1,1,,. 000   CCC 0cos.cos.sin sin.cos.cos)..cos(sin.sin)..sin( 001   B BB CCF   (2.8) ]cos.sin)1.(cossin)...[cos(sin )1.(cossin)..sin(.cos. 0 0 1 BB B C CC d dF     (2.9) ]cos.sin)1.(cos.[sintan)1.(cossin)...(cos/)( 0 1 BBBCC d F   (2.10) Nghiệm của 01  d dF là cực trị của F1. Khi cos 0 , hàm (2.10) tƣơng đƣơng với hàm (2.9). Ở đây cos(  .0 C ) và sin(  .0 C ) đều coi nhƣ 1 và (  .0 C ) bởi vì (  .0 C )<<1. Nghiệm  của (dF1/d /) cos  = 0 coi nhƣ điểm giao nhau giữa hàm tuyến tính: C.( cC B .(sin)..0   os )1 và hàm tang: tan  [ Bsin .(cos .sin)1   cos B ]. Hình 2.4. Đồ thị của hàm F1 Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 44 Hình 2.5. Mô hình bề mặt chi tiết gia công tại một vị trí cắt Nhìn trên đồ thị hình 2.4, phƣơng trình này có hai nghiệm trong khoảng  0 , một nghiệm trong 2 0    và nghiệm kia thuộc    2 . Tuy nhiên, hàm F1 thay đổi nhƣ hình 2.4. Phƣơng trình (2.8) có ít nhất 3 nghiệm. Kết quả này có nghĩa là số điểm giao nhau giữa lƣỡi cắt của dao và véc tơ pháp tuyến trong một vòng quay của dao từ 3 điểm trở lên. Hình 2.5 mô phỏng bề mặt gia công và sơ đồ dịch chuyển của lƣỡi cắt trong giới hạn của góc ),( 0B . Giới hạn với bề mặt gia công trong không gian và trục thẳng đứng hth ( trục tính toán chiều cao nhấp nhô), dao phay quay theo chiều kim đồng hồ quanh trục ZT và lƣợng ăn dao theo trục 0 . Nó hình thành các bề mặt của chi tiết gia công. Vùng 1-1 và 1-2 đƣợc tạo hình bởi di chuyển của lƣỡi cắt trong giới hạn 2 0    và vùng 2-1 và 2-2 trong khoảng    2 . * Giao của mặt sau chính của dao với bề mặt chi tiết Vận tốc cắt tại điểm P là tổng của vận tốc vòng Vr và vận tốc theo phƣơng chạy dao Vf nhƣ hình 2.6. Nếu thành phần pháp tuyến Vn từ mặt sau chính, tức là lƣỡi cắt chính giao với bề mặt chi tiết . Điều kiện giao nhau đƣợc xác định nhƣ trong phƣơng trình (2.11) hoặc (2.12). 0)sin(.)cos(.  pfppfn VVV  (2.11) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 45 )sin(..)cos(..2 pppp Nfr   (2.12) )cos(.2/.max ppp Nfr   (2.13)  sin).sin.(sincos.cos. LrLX QP   cos).sin..(sinsin.cos. LrLYQP  (2.14) )sin..(cos  LrZQP  Trong đó: Vr là vận tốc vòng tại điểm P Vf vận tốc theo phƣơng ăn dao của dao phay p là góc giữa tiếp tuyến tại P và trục YT, T T p dY dX tan Hình 2.6. Các thành phần của vận tốc cắt tại một điểm cắt p là góc trễ của lƣỡi cắt tại P. Bán kính lớn nhất maxpr tại điểm cắt P là điểm giao của bề mặt chi tiết gia công và lƣỡi cắt của dao nhƣ phƣơng trình (2.13). Xác định vùng giao nhau, điểm cuối QP trên lƣỡi dao nhƣ phƣơng trình (2.14). L là chiều rộng của lƣỡi cắt ,  là góc bù. Vậy để dao luôn thực hiện quá trình cắt gọt thì 0.   fB VM 2.3. Mô hình lực cắt khi phay * Chọn kiểu chạy dao Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 46 Khi phay tinh với trục dao cố định và phôi nghiêng một góc thì có kiểu chạy dao nhƣ hình vẽ: Hình 2.7.Kiểu chạy dao theo biên dạng chi tiết Hình 2.8. Kiểu chạy dao theo phƣơng ngang Đƣờng chạy dao đƣợc xác định bởi di chuyển của một điểm trên dao phay, thƣờng lấy tâm C của đầu cầu trên dao phay. Trong quá trình gia công giữa đƣờng bao của lƣỡi dao và bề mặt phôi là điểm PC , tại đây vẽ véc tơ pháp tuyến với bề mặt gia công nc. OC = OPC+ R0.nc (2.15) O là điểm gốc của hệ toạ độ phôi, R0 là bán kính của đầu cầu. Véc tơ pháp tuyến nc của bề mặt là hàm sau: nc=  X..sin Z.cos (2.16) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 47 Giữa bề mặt phôi trƣớc và sau gia công có khoảng cách dn, tại X = 0, độ cao bề mặt sau gia công là Z0. Độ cao của một điểm cắt trên bề mặt gia công đƣợc tính từ ZPS (toạ độ của điểm P đang tham gia cắt) nhƣ sau: Hình 2.9.  tan.cos)()( 0 XZ d XZXZ nPSDS  (2.17) Điểm tâm đầu cầu C xác định đƣợc từ (2.15) đến (2.17) ZC(XPC) = Z0 + XPC.tan  + R0.cos  (2.18) Hình 2.10. Vận tốc vòng f của dao là hằng số trong một lần gia công nhƣng thay đổi nếu chọn phƣơng pháp phay khác nhau, phụ thuộc vào góc zs  , trong mặt phẳng (x,y) và lƣợng ăn dao trên một răng: ft = tN f (2.19) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 48 Nt là số lƣỡi cắt của dao phay đầu cầu. Lƣợng f chiếu lên hệ trục toạ độ (x, y,z): fx = ft. cos x .cos z fy = ft. sin x .cos z (2.20) fz = ft. sin z * Xác định các ràng buộc của dụng cụ cắt Tại bất kỳ thời điểm gia công nào , điểm cắt đƣợc phân tích trong hệ toạ độ 0xyz, phụ thuộc vào biên dạng bề mặt chi tiết gia công. Hình 2.11. Vị trí tƣơng quan của điểm P tại Z = ZP Tại mỗi điểm P cần kiểm tra các điều kiện: - Vị trí tƣơng quan của bề mặt chƣa gia công dọc theo 3 trục toạ độ, đặc biệt theo trục Z. - Đƣờng chạy dao trƣớc - Vị trí cắt của răng trƣớc của dao Điểm P có toạ độ trong hệ toạ độ O xyz:                         PC pC PC GCSp P P zRZ yY xX Z Y X 0 (2.21) Với các toạ độ xp, yp, zp : Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 49                      z zzR zzR z y x j j LCSp P P ))(cos().( ))(sin().(   (2.22) R(z) và )(zj bán kính và góc tại vị trí cắt P có độ cao z. Các điều kiện để kiểm tra sự ăn vào của lƣỡi cắt đến bề mặt phôi:  Chiều dài L0 và chiều rộng W0 của phôi.  Điểm cắt P thuộc lƣỡi cắt khi gia công thoả mãn điều kiện 1 và 2: 00 LX P  00 WYP  (2.23)  Bề mặt bất kỳ, chiều cao của bề mặt chƣa gia công xác định trong hệ toạ độ GCS từ phƣơng trình (2.17): ZPS(XP) = Z0 + cos nd + XP.tan  (2.24) P là một điểm cắt trong hệ toạ độ GCS nếu thoả mãn điều kiện sau: Điều kiện 3: )(0 PPSP XZZ  (2.25) Lƣỡi cắt thực của dao trong mặt phẳng (X,Y) chứa điểm P so sánh với với đƣờng chạy dao trƣớc khi đƣờng chạy dao vẫn song song với đƣờng chạy dao trƣớc có khoảng chạy dao nhất định. Để điểm P là điểm tham gia cắt không lặp lại phần gia công truớc thì thoả mãn điều kiện 4: PP RPC  (2.26) Với: xpxpP yxpPC  cos.sin.  (2.27) Kiểu chạy dao từ dƣới lên hay từ trên xuống và chiều quay của dao đều ảnh hƣởng đến góc zx  , . Với: RP = R.(ZP - (xp.cos x + )tan).sin. xp (2.28) Vị trí cắt tiếp theo đƣợc so với đƣờng chạy dao của lƣỡi cắt trƣớc xác định xem điểm P nằm trong hoặc ngoài vùng đã gia công, giả thiết vùng cắt trƣớc giới hạn bởi cung tròn trong mặt phẳng (x,y) có độ cao Zp (mặt phẳng chứa điểm P). Trên phần cầu của dao ( 0 0RZ P  ), phoi đƣợc hình thành có kích thƣớc chiều dày t0 xác Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 50 định bởi tích vô hƣớng giữa lƣợng ăn dao trên răng và véc tơ pháp tuyến er với đƣờng bao của dao tại P. t0 = ft. er = ftx.sin  sin.j +fty.cos  sin.j - ftz.cos (2.29) Trong đó: ftx, fty, ftz là lƣợng ăn dao trên lƣỡi cắt chiếu ft lên các trục toạ độ x, y, z. Giá trị của t0 là cần thiết để xác định vị trí của P có trong vùng cắt hay không. Điều kiện 5: P thuộc vùng cắt nếu t0 > 0. Tất cả 5 điều kiện trên đều đƣợc xác định thì điểm P là điểm tham gia cắt của quá trình phay. * Thoát dao Trong khi phay, thoát dao có xét đến vì nó có ảnh hƣởng lớn đến lực cắt và chất lƣợng bề mặt. Một mô hình chính xác để tính toán tất cả hình dạng gia công thực tế và chẩn đoán sai số và phƣơng thức bù bằng thay đổi lƣợng ăn dao. Thoát dao khi dao vẫn quay với lƣợng bù dao có thể đƣợc phân ra một trục nghiêng và bù so với tâm dao. Thoát dao theo trục nghiêng thƣờng sử dụng quá trình phay bề mặt nơi mà bề mặt phức tạp khó định vị đƣợc dụng cụ cắt và là nơi đƣờng kính của dao tăng đến giá trị lớn nhất. Trong quá trình phay bằng dao phay đầu cầu, giới hạn đƣờng kính dao và hình dáng tròn của dao cho phép bỏ qua trục nghiêng nếu chiều dài của dao bị giới hạn. Vận tốc cắt V = )(. pe zR (2.30) Vận tốc cắt thay đổi liên tục trong quá trình phay, góc n và góc nghiêng s thay đổi rất ít. Tất cả sự thay đổi này có ảnh hƣởng đến lực cắt. * Mô hình lực cắt khi gá nghiêng chi tiết hoặc trục dao Với mỗi lƣỡi cắt, phoi đƣợc hình thành theo điều kiện cắt xiên, hình 2.12a) có các điều kiện sau: góc nghiêng s , với chiều rộng dw, vận tốc cắt V, chiều dày của phoi là t0 và góc nghiêng của véc tơ pháp tuyến n ( coi góc có giá trị không đổi khi phay). Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 51 Hình 2.12. Quá trình tạo phoi Quá trình tạo phoi: Trong quá trình cắt, dụng cụ cắt tác động lực P vào vật liệu gia công, vật liệu gia công bị biến dạng rồi phá huỷ, lớp vật liệu đƣợc tách ra thành phoi. Biến dạng trong vùng tạo phoi chiếm 90% công dùng cho cả quá trình cắt, nó cũng là nguồn phát nhiệt chủ yếu khi cắt. Lực cắt, nhiệt cắt của quá trình tạo phoi quyết định tính chất, mức độ mòn và tuổi bền của dụng cụ cắt. Chi tiết gia công chịu sự tác động của lực và nhiệt cắt. Do đó mà lƣợng nhiệt cắt có ảnh hƣởng quyết định đến chất lƣợng bề mặt gia công và độ chính xác gia công. Nhƣ hình 2.12 b) góc trƣợt n là chỉ tiêu đánh giá mức độ biến dạng trong vùng tạo phoi, đƣợc xác định theo định luật Merchant: ).(21 fnn AA   (2.31) Với: )(tan 1 ff   (2.32) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 52 f : là góc ma sát giữa bề mặt phoi và dao, f : là hệ số ma sát. A1, A2 là các hàng số phụ thuộc vào vật liệu phôi. Vật liệu phôi đƣợc giả thiết đẳng hƣớng và tuyệt đối cứng ( bỏ qua biến dạng đàn hồi).                                                       rm r n TT TT mBA 1.ln.1. 3 . 3 1 . 0 . (2.33) Trong đó: T,,, .  là ứng suất trƣợt, sức căng và đạo hàm sức căng , nhiệt độ tuyệt đối. Các thông số của vật liệu là độ cứng kéo số mũ n, hệ số sức căng m, số mũ nhiệt độ  , hằng số A và B, . 0 , Tr là nhiệt độ (reference temperatures) , Tm là nhiệt độ chảy. Mô hình của vật liệu với vùng biến dạng đầu tiên làm cơ sở để: phân tích giới hạn chảy tĩnh và tất cả các biến miêu tả vật liệu phụ thuộc vào toạ độ zs theo phƣơng pháp tuyến với vùng này. Hƣớng trƣợt đƣợc xác định bởi góc s :          n nnsnc s   cos )cos(.tansin.tan tan 1 (2.34) Góc tạo phoi c trên bề mặt nghiêng của dao, giả thiết lực ma sát và cuộn phoi là tuyến tính. Đƣợc tính toán từ phƣơng trình ẩn : 0cos).cos().sin(.tan.tan cos.sin.tan).sin).sin((cos cos).(cos.tansin.sin).cos( 2 2    cnnnnsf ccfnnnn cnnscnnn    (2.35) Đối với ứng dụng của mô hình cắt nghiêng đối với từng lƣỡi cắt của dao phay đầu cầu, sự tƣơng tác giữa các mảnh phoi với mặt nghiêng của dao có góc nhƣ phƣơng trình (2.35). Theo định luật Johnson- Cook (constitutive law) phƣơng trình chuyển động và phƣơng trình nhiệt ( với điều kiện đoạn nhiệt) có thể viết tƣơng đƣơng nhƣ sau : 0 2 0 )sin.cos.();(   nsV (2.36)          . 2 )sin.cos.(),( 0 2 2 0 nsw V c TTT (2.37) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 53        mTggm 1 )().(. 3. exp),( 21 0 . 0 ..   với                         rm rn TT TT TgBAg 1)(;) 3 ()( 21 (2.38) Trong đó: Tw, c,, lần lƣợt là nhiệt độ tuyệt đối của phôi trƣớc khi cắt, hằng số Taylorr- Quinney ( thông số đặc trƣng cho vật liệu dẻo vì nhiệt), mật độ vật liệu và hằng số nhiệt. Biến 0 là hằng số ứng suất trƣợt tại vùng trƣợt đầu tiên sẽ xác định từ lấy tích phân phƣơng trình vi phân từ ứng suất trƣợt của vật liệu  , đạo hàm của ứng suất trƣợt tƣơng ứng là: nss Vdz d   sin.cos. ),( 0 .  (2.39) Biến dạng dẻo nhằm giới hạn vùng trƣợt, có hai điều kiện biên xác định từ hàm biến dạng : )cos(.cos.sin cos )( ;0)0( nnsn n hs s hz z       (2.40) Sử dụng điều kiện 2.40 và lấy tích phân phƣơng trình (2.39) đƣợc chiều dày của vùng đó:   h hd V ns     0 0 . 0 ),( sin.cos. (2.41) Phƣơng trình (2.41) là phƣơng trình phi tuyến đƣợc tính toán từ 0 . Lực cắt riêng dFr, dFk, dF  trên hình 2.12 a) là các lực đẩy, lực bên và lực cắt tại lƣỡi cắt tại điểm P ứng với véc tơ đơn vị ( er, ek, e ). snssnssss snssnssss nsnssr dNdFdF dNdFdF dNdFdF      cos.sin.]cos.cossin..[tancos. ,sin.sin.]sin.coscos..[tancos. ,cos.sin.cos.    (2.42) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 54 dFs lực gây trƣợt trên trục xs, dNs là lực pháp tuyến theo trục zs tại vùng xảy ra trƣợt đầu tiên: ss nncf cfnn s h ns s dFdN dwt dF      cos. 1)tan(.cos.tan cos.tan)tan( sin.cos .0     (2.43) Ở đây, h là ứng suất trƣợt tại vùng thoát dao xác định trong phƣơng trình (2.36) với h  . Cuối cùng, lực cắt nghiêng dFr, dFk, dF  trên trục tọa độ LCS song song với trục gia công. Giá trị của các lực đó:                                 ),,( ),,( ),,( 0________sin________cos sin__cos.cos__sin.cos cos__cos.sin__sin.sin ),,( ),,( ),,( jzdF jzdF jzdF x jzdF jzdF jzdF r jjj jjj z y x            (2.44) Các lực này phụ thuộc vào góc quay  của dao phay, vị trí z của lƣỡi cắt trên dao và số lƣỡi cắt j.                                              t e t e t e N j L z z N j L z y N j L z x z y x jzdF jzdF jzdF F F F 1 0 1 0 1 0 ),,( ),,( ),,( )( )( )(       (2.45) 2.4. Kết luận Các khảo sát về cơ chế tạo hình bề mặt bằng dao phay đầu cầu đã có một số kết quả theo các nhận định dƣới đây :  Cơ chế tạo hình hình học của dao phay đầu cầu đƣợc phân tích với các phƣơng trình cơ bản để xác định điểm giao nhau của lƣỡi dao và bề mặt gia công làm cơ sở nghiên cứu hình học của bề mặt chi tiết gia công.  Đã xác định đƣợc mối quan hệ giữa thông số hình học của dao với phôi có ảnh hƣởng đến độ nhấp nhô bề mặt, lực cắt, nhiệt cắt, tuổi thọ của dao. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 55  Độ nhấp nhô bề mặt phụ thuộc vào góc nghiêng: ZDS(X) = ZPS(X) - cos nd = Z0 + X.tan  Mục đích tiếp cận quá trình phay bằng dao phay đầu cầu với bề mặt chi tiết đƣợc gá nghiêng, lƣỡi cắt đƣợc phân tích bằng thành phần nhỏ hơn. Đối với mỗi lƣỡi cắt thành phần, phoi đƣợc hình thành bởi các điều kiện cắt khác nhau có dạng khác nhau. Thoát dao trên bề mặt phôi đƣợc xác định bởi tính toán vị trí của mỗi lƣỡi cắt có quan hệ với bề mặt phôi ban đầu, với tọa độ của bề mặt chƣa gia công và đƣờng chạy dao trƣớc. Cách này còn áp dụng đối với bề mặt có hình dáng hình học phức tạp và điều chỉnh đƣờng chạy dao bằng mô tả bề mặt chi tiết gia công và điều kiện biên đã xác lập. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 56 CHƢƠNG 3: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT KHI PHAY TINH. 3.1. Các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng bề mặt chi tiết gia công khi phay tinh bằng dao phay đầu cầu Sau khi nghiên cứu cơ chế tạo hình bề mặt chi tiết ở chƣơng 2, thấy rằng chất lƣợng bề mặt chi tiết chịu ảnh hƣởng của một số yếu tố kĩ thuật cơ bản sau : 3.1.1. Ảnh hƣởng của điều kiện cắt Lực cắt có ảnh hƣởng quyết định đến nhiệt cắt, quá trình mòn dụng cụ, do đó ảnh hƣởng quyết định đến độ chính xác gia công. Vì vậy, việc xây dựng mô hình lực cắt trong điều kiện gia công cụ thể sẽ góp phần cho việc thực hiện tối ƣu hóa quá trình cắt, nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của nguyên công phay. Hiện tƣợng nhiệt trong quá trình cắt : Nhiệt trong quá trình cắt tác động đến: - Dụng cụ cắt: Nhiệt cắt làm giảm độ cứng, độ bền cơ học, tăng độ mòn, ảnh hƣởng xấu đến khả năng cắt. - Vật liệu gia công: Nhiệt cắt làm nóng chi tiết gia công, gây biến dạng nhiệt, độ chính xác gia công giảm. Nhiệt cắt gây biến đổi cấu trúc kim loại lớp bề mặt, tạo ra ứng suất dƣ kéo, tác động xấu đến chất lƣợng lớp vật liệu bề mặt chi tiết. - Tác động vào hệ thống công nghệ: Máy - dao - chi tiết. - Nhiệt lƣợng phát sinh khi cắt lớn, thì công cơ học tiêu hao cho quá trình cắt sẽ lớn. Vì vậy giảm nhiệt cắt cho phép tăng năng suất cắt, tăng độ chính xác hình học chi tiết, nâng cao hiệu quả của quá trình cắt. Điều kiện cắt ảnh hƣởng đến nhiệt cắt [2]: - Ảnh hƣởng của tốc độ cắt: Khi tăng tốc độ cắt nhiệt lƣợng phát sinh tăng. Q = 427 .VPz (Kcal) (3.1) Từ biểu thức trên thấy rằng tốc độ cắt V tăng Q tăng và nhiệt độ vùng cắt tăng theo. Song nhiệt độ không tăng tỷ lệ với tốc độ cắt nhƣ nhiệt lƣợng Q. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 57 Quan hệ giữa nhiệt độ và tốc độ cắt biểu thị bằng biểu thức: uVC .1 (3.2)  : nhiệt độ cắt C1: hệ số phụ thuộc vào điều kiện gia công u: số mũ biểu thị mức độ ảnh hƣởng của tốc độ cắt đến nhiệt cắt, u = 0,26 - 0,72. Lực cắt giảm kết hợp tăng vận tốc cắt V, giá trị cao của V nhằm ổn định quá trình cắt và chất lƣợng bề mặt. Điều đó làm cho lƣợng ăn dao thay đổi ảnh hƣởng trực tiếp đến lực cắt, những yếu tố này còn phụ thuộc vào tỷ lệ độ dày phoi t0. Giá trị lƣợng ăn dao cao nhất là 0,2 mm/rev nhằm giới hạn hiệu quả cào xƣớc nhƣng làm tăng độ võng dụng cụ và mòn dao. Giảm lƣợng chạy dao làm giảm lực cắt nhƣng độ chính xác về hình học của chi tiết phụ thuộc vào giá trị của p thƣờng không ổn định. Giá trị này có thể đƣợc so sánh với tính toán lý thuyết đạt đƣợc bởi sử dụng mô hình tính toán giảm thiểu độ võng dụng cụ và rung động. Tuy nhiên, sau khi gia công bán tinh sự đối lập giữa lực cắt và kiểu cắt nhƣ sau: lực cắt tổng thể giảm không đồng đều trên các trục. Điều này rất quan trọng để giới hạn độ võng của dao. Kiểu chạy dao từ trên xuống nhằm ổn định quá trình cắt và đạt bề mặt tốt hơn, với lƣợng chạy dao nhỏ. Kiểu cắt từ dƣới lên có hiệu quả khi đỉnh dao rộng để tham gia cắt bằng cách giới hạn lƣỡi cắt thông thƣờng, và giá trị lƣợng chạy dao lớn. 3.1.2. Ảnh hƣởng của kiểu thoát dao Độ võng và rung động của dao có thể tránh đƣợc bằng cách giới hạn và điều khiển các điều kiện cắt với cách chọn dụng cụ và gá dụng cụ. Bên cạnh đó kiểu thoát dao cũng ảnh hƣởng lớn đến rung động của dao. Trong khi phay, các lỗi kĩ thuật ảnh hƣởng đến bản thân dụng cụ (mòn, tính không đối xứng, thao tác lắp dao, không cân bằng động lực học và biến dạng nhiệt…) nhƣng cơ bản vẫn là lƣợng bù giữa vị trí của trục quay dao và trục quay thẳng đứng. Vì vậy dao quay xung quanh trục thẳng đứng với độ lệch tâm nhất định. Sự lệch tâm làm thay đổi cách ăn dao và điều kiện cắt ( vận tốc cắt và góc). Thoát dao có ảnh hƣởng trực tiếp đến lực cắt và rung Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 58 động, nó phụ thuộc vào độ chính xâc thông số hình học của trục thẳng đứng của dao và trục gá dao. Ảnh hƣởng của nó quyết định đến việc hình thành phoi có chiều dày t0, trƣờng hợp này làm cho một hoặc một vài lƣỡi cắt có thể không tham gia cắt. Lực cắt có thay đổi bởi các thông số hình học đặc biệt khi góc nghiêng tăng dần. Thoát dao cũng liên quan đến yếu tố tăng hay giảm rung động, có ảnh hƣởng đến chất lƣợng bề mặt và làm giảm tính ổn định của chất lƣợng bề mặt. Độ lệch tâm e lớn làm chất lƣợng bề mặt không ổn định. Ảnh hƣởng của bán kính bù dao tăng lên cùng góc nghiêng, góc nghiêng giữa dao và phôi là thông số tối ƣu để giới hạn giá trị thoát dao. Mòn dao cũng có ảnh hƣởng lớn đến độ chính xác hình học của bề mặt chi tiết. Sự không đồng nhất giữa lực cắt thực trên lƣỡi cắt do sự không đối xứng gây ra mòn dao, kéo theo tuổi thọ giảm trên lƣỡi cắt này có thể tăng trên lƣỡi cắt khác. 3.1.3. Ảnh hƣởng của tì dao lên bề mặt gia công Hiện tƣợng chảy vật liệu xảy ra xung quanh lƣỡi cắt do lực cắt thành phần Fz. Thực ra, chảy vật liệu làm xuất hiện hiện tƣợng trƣợt trên bề mặt dẫn tới lực tì lên bề mặt lớn. Lực tì tăng dần xung quanh vùng đỉnh dao nơi mà vận tốc cắt và chiều dày phoi dần tới không (0) (tại đây lực tì lớn nhất). Lực cào xƣớc có phƣơng pháp tuyến với đƣờng bao của dao và tại đỉnh dao nó trùng với trục z. Độ sắc của lƣỡi cắt ảnh hƣởng trực tiếp đến quá trình cắt và hiện tƣợng tì dao. Khi dao bị mòn muốn tăng lực cắt chính thì lực tì lên bề mặt cũng lớn, khó nâng cao đồng thời cả tuổi thọ dụng cụ và giới hạn lƣỡi cắt tham gia cắt khi chọn góc nghiêng, góc hở giữa hai lƣỡi cắt, góc xoắn ốc và bán kính cạnh cắt. Đối với chọn lựa khi phay, góc nghiêng và góc giữa hai lƣỡi cắt chọn giá trị nhỏ và ảnh hƣởng của lực tì có thể đƣợc điều chỉnh. Hiện tƣợng tì đỉnh dao lên bề mặt chi tiết làm tăng lực cắt, nó cũng ảnh hƣởng đến các tính chất cơ bản của bề mặt (độ nhám bề mặt, ứng suất dƣ lớn dần) và giảm tuổi thọ dụng cụ, vì thế nên tránh hiện tƣợng này. Ảnh hƣởng của tì lên bề mặt có thể đƣợc giới hạn bằng cách tăng độ nghiêng giữa dao và phôi, giữ cho vùng đỉnh dao không tham gia cắt gọt. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 59 3.1.4. Ảnh hƣởng của góc nghiêng giữa dao và phôi Lực cắt thành phần Fx, Fy, Fz có giá trị phụ thuộc vào góc nghiêng  và hình dáng hình học bề mặt gia công. Có một số cách chạy dao khác nhau: chạy dao theo đƣờng cong của biên dạng chi tiết từ dƣới lên, chạy theo đƣờng cong của biên dạng chi tiết từ trên xuống, chạy dao theo phƣơng ngang từ trái sang phải, chạy dao theo phƣơng ngang từ phải sang trái. Mỗi kiểu chạy dao nhƣ vậy đều chọn kiểu thoát dao, bù dao phù hợp và các thông số hình học tối ƣu sẽ nâng cao chất lƣợng bề mặt chi tiết. Góc nghiêng giữa dao và phôi nhằm mục đích tránh việc tham gia của đỉnh dao vào quá trình gia công và giới hạn tổng hợp lực tì vào bề mặt chi tiết theo phƣơng trục Z. Các lực cắt thành phần Fx, Fy, Fz đều thay đổi khi thông số hình học (góc gá dao hay phôi) trong quá trình gia công thay đổi. 3.2. Giải pháp tối ƣu để nâng cao chất lƣợng bề mặt khi phay tinh bằng dao phay đầu cầu Từ các yếu tố ảnh hƣởng của các thông số kĩ thuât nhƣ hình dáng hình học của phôi và dao, chế độ cắt, lực cắt quyết định đến chất lƣợng bề mặt chi tiết gia công, đến độ mòn dao, tuổi thọ của dụng cụ cắt. Trong phạm vi của đề tài, nghiên cứu ảnh hƣởng của góc gá đặt phôi và dao, kết hợp với việc chọn kiểu dụng cụ tối ƣu để đảm bảo các thông số hình học cần thiết trong quá trình gia công nhằm nâng cao chất lƣợng bề mặt chi tiết và khắc phục một số nhƣợc điểm trên bề mặt chi tiết trong thực tế. 3.2.1. Chọn thông số gá đặt tối ƣu để tránh cắt ở đỉnh dao Dao phay đầu cầu đƣợc sử dụng để gia công hoàn thiện các bề mặt cong phức tạp trong công nghệ sản xuất vỏ máy bay, khuôn đúc…. Quá trình cắt gọt của phần bán cầu trên dao là rất phức tạp, bởi vì lƣỡi cắt đƣợc xác định trên mặt cầu. Khi gia công bề mặt phức tạp thì chất lƣợng bề mặt chi tiết phụ thuộc vào dạng của bề mặt (vì dạng của bề mặt sẽ quyết định vị trí tham gia cắt thực). Khi xem xét khả năng cắt của phần đầu cầu trên dao có thể nhận thấy rằng vị trí đỉnh dao là nơi quá trình cắt diễn ra rất phức tạp, là nơi có vận tốc cắt nhỏ, lực cắt lớn. Chính vì vậy mà trong Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 60 quá trình gia công ngƣời ta cần hạn chế đến mức tối đa sự tham gia của khu vực này vào quá trình cắt gọt. Nhƣ trên đã nói, đoạn lƣỡi cắt của dao phay cầu tham gia cắt phụ thuộc vào vị trí tƣơng quan giữa trục dao và bề mặt gia công. Để xác định điều kiện tránh cắt ở đỉnh dao, bằng phƣơng pháp phân tích hình học khi xem xét trƣờng hợp dao gia công mặt nghiêng nhƣ sơ đồ cắt hình 3.1. Theo sơ đồ này vị trí của dao phay đƣợc xác định trong hệ toạ đề các theo tiêu chuẩn ISO R-841-1968 đối với máy phay CNC, gốc toạ độ là tâm của chỏm cầu. Vị trí tƣơng quan giữa dao và phôi đƣợc xác định thông qua góc nghiêng  là góc hợp bởi bề mặt pháp tuyến với bề mặt gia công và trục dao phay (quay quanh trục Y). Hình 3.1. Phƣơng thức chuyển dao khi phay mặt phẳng bằng dao phay đầu cầu a) Chuyển dao từ dƣới lên. b) Chuyển dao từ trên xuống. + Khi chuyển dao từ dƣới lên ) 2 arcsin( R p  (3.3) + Khi chuyển dao từ trên xuống )cos( R aR ar p  (3.4) Ngƣợc lại dao sẽ cắt ở đỉnh nếu: + Khi tiến dao lên   arcsin ( R p 2  ) (3.5) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 61 + Khi tiến dao xuống  arccos ( R pR  ) (3.6) Trong đó: là góc hợp bởi đƣờng tâm dao và pháp tuyến của bề mặt gia công tại vị trí xét p là bƣớc tiến dao ngang; R là bán kính của dao ap là chiều sâu cắt Sự thay đổi giá trị của góc  sẽ dẫn đến độ nhám bề mặt khác nhau. Khảo sát sự thay đổi phương chiều của các véc tơ pháp tuyến so với trục thẳng đứng (trục của dao phay): Hệ trục tọa độ và vị trí giữa dao- chi tiết nhƣ hình 1.1, vậy cần khảo sát véc tơ pháp tuyến trong mặt phẳng (XOZ) và (YOZ). Phƣơng trình của các pháp tuyến khi biết tọa độ của các điểm thuộc bề mặt chi tiết gia công M0 ( X0, Y0, Z0) với X0min < X0 < X0max; Y0min < Y0 < Y0max; Z0min < Z0 < Z0max; Các điều kiện này xác định từ chi tiết thực tế. maxmin BBB   Bề mặt chi tiết gia công có phƣơng trình tổng quát: F(X,Y,Z) = 0 hay Z = F(X,Y), với phƣơng trình pháp tuyến trong bảng 1. Xác định véc tơ pháp tuyến MB( 0,B  ), với góc khảo sát và tính toán là góc tạo bởi gradient hƣớng theo pháp tuyến của bề mặt và véc tơ đơn vị của các trục tọa độ (trục của dao hay trục OZ). BgradFozgrad Z F cos.),(    (3.7) mà k Z F j Y F i X F gradF ...          (3.8) nên n F gradF    (3.9) 000 cos MMM B X F or Y F Z n         (3.10) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 62 Trong mặt phẳng (YOZ): Cos  0M Y F   và theo toán học giá trị của hàm cosin là: 10 0     MY F Trong mặt phẳng (XOZ): Cos  0M X F   , và theo toán học 10 0     MX F nếu 1cos B ( tại điểm cực trị của bề mặt chi tiết) thì pháp tuyến có phƣơng trùng với trục Z, đây là phƣơng của trục gá dao nên tại đây đỉnh dao không tham gia cắt nên v = 0 sẽ gây hiện tƣợng tì dao vào bề mặt chi tiết và xuất hiện hiện tƣợng độ nhám bề mặt chi tiết không đồng đều. Điều kiện của pháp tuyến là 1cos0  B tƣơng đƣơng với điều kiện 00 900  B . Khảo sát biến thiên của véc tơ pháp tuyến trong mặt phẳng (XOZ) và (YOZ) bằng công cụ MatLab: f = f(x,y,z); Nhập phương trình bề mặt chi tiết z1=diff(f,x); Đạo hàm riêng cấp 1 của hàm f theo x z2=diff(f,y); Đạo hàm riêng cấp 1 của hàm f theo y x = xmin : x : xmax ; Các tọa độ X của điểm M z = zmin : z : zmax ; Các tọa độ Z của điểm M )2cos(1 zaB  ; góc giữa pháp tuyến và trục oz trong (XOY) )1cos(2 zaB  ; góc giữa pháp tuyến và trục oz trong (XOZ) Vậy, khi Mo thay đổi vị trí thì véc tơ pháp tuyến cũng có phƣơng thay đổi, trong bề mặt chi tiết xuất hiện một số điểm cực trị, tại các điểm này xảy ra trƣờng hợp 1cos B Tìm các điểm cực trị đó bằng cách xác định các điều kiện của (1.14, 1.15, 1.16). Nếu p = 0, q = 0 và s2 – r.t < 0 thì F(X,Y,Z) đạt cực trị tại Mm. Đó là điểm cực tiểu nếu r > 0, điểm cực đại nếu r < 0. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 63 Tại các điểm cực trị thì 0, dao không cắt gọt tại các vị trí này. Vậy có một phƣơng pháp để làm thay đổi các điểm cực trị tại từng thời điểm phay chi tiết. Đó là chuyển hệ tọa độ của chi tiết sang một hệ tọa độ mới: Giả sử có các điểm cực trị trong vùng chi tiết là M1 (X1, Y1, Z1); M2(X2, Y2, Z2); …; Mm(Xm, Ym, Zm) đƣợc khảo sát nhờ phần mềm MatLab: syms r x z y t; f = f(x,y,z); Nhập phương trình bề mặt chi tiết z1=diff(f,x); Đạo hàm riêng cấp 1 của hàm f theo x z2=diff(f,z); Đạo hàm riêng cấp 1 của hàm f theo z z3=diff(f,y); Đạo hàm riêng cấp 1 của hàm f theo y z4= diff(f,x,2); Đạo hàm riêng cấp 2 của hàm f theo x xm=roots(z1); Tọa độ X của điểm cực trị zm=roots(z2); Tọa độ Z của điểm cực trị ym=roots(z3); Tọa độ Y của điểm cực trị Khi xoay phôi một góc  thì tọa độ của chúng thay đổi và xét trong hệ tọa độ cũ: Tính toán tọa độ của Mo’ trong hệ tọa độ OXYZ, 2 sin.2 22  zxb  ; 2 0 12 2 90;   x z artg h ) 2 90sin(. 2 sin.2 022 x z artgzx   O X Z Y B  Z' X' Y' M0 x z z' y M'0 x' O X Z x z b h a    x' z' MB Hình 3.2. Tọa độ một điểm M0 trên bề mặt chi tiết khi gá nghiêng Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 64 ) 2 90cos(. 2 sin.2 022 x z artgzxa   Tọa độ của điểm M0’(x’,y’,z’): ) 2 90sin(. 2 sin.2' ' ) 2 90cos(. 2 sin.2' 022 022 x z artgzxzhzz yy x z artgzxxaxx       (3.11) Thay vào biểu thức p = 0M X F   , q = 0M Y F   và tìm đƣợc góc gá đặt phôi để tránh các điểm cực trị trên (tức là 0',0' 00 ''        MM Y F q X F p ). Với mỗi điểm cực trị ta tìm đƣợc góc gá đặt, tổng hợp các điều kiện đó chọn ra góc gá đặt tối ƣu để gá chi tiết nhằm gia công đạt chất lƣợng bề mặt (độ nhám bề mặt đồng đều). Vậy, điều kiện để độ nhám bề mặt chi tiết đồng đều là:                      0) 2 90sin( 0) 2 90cos( 0 2 sin 0) 2 90sin(. 2 sin 0) 2 90cos(. 2 si 0 0 0 0 x z arctg x z arctg x z arctg x z arctg      (3.12) )(2) ) arccos( x z arctg R aR p    (3.13) 3.2.2. Chọn kích thƣớc dụng cụ tối ƣu để tạo hình bề mặt của chi tiết gia công Nếu bề mặt khởi thuỷ K của dụng cụ mà không tồn tại thì tất nhiên không thể tạo ra dụng cụ và cũng không gia công đƣợc bề mặt chi tiết. Theo chứng minh và kết luận ―bề mặt khởi thuỷ của dụng cụ được tìm như là mặt bao của họ bề mặt chi tiết. Prôfin của mặt bao ở một tiết diện xác định được tìm như là đường bao của họ đường cong prôfin chi tiết trong tiết diện đó‖.[3] Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 65 Tuy vậy, không phải tất cả các họ đƣờng cong hoặc họ mặt cong cho trƣớc đều tìm đƣợc đƣờng bao hay mặt bao của nó. Để tồn tại mặt bao (mặt khởi thuỷ) K của dụng cụ cần có điều kiện là pháp tuyến tại các điểm trên bề mặt chi tiết phải vuông góc với véctơ tốc độ chuyển động tương đối giữa chi tiết và dụng cụ. Vị trí và phƣơng của pháp tuyến N tại mỗi điểm của bề mặt chi tiết cho trƣớc là hoàn toàn xác định. Không thể thay đổi vị trí của pháp tuyến N nếu không thay đổi hình dáng chi tiết. Vì vậy ở sơ đồ gia công đã chọn (tức là biết các chuyển động của chi tiết và dụng cụ) thì yếu tố ảnh hƣởng đến điều kiện tiếp xúc là sự thay đổi hƣớng tốc độ chuyển động tƣơng đối của cặp bề mặt đó. Thay đổi hƣớng tốc độ V tại các điểm của bề mặt chi tiết có thể tạo ra bằng cách thay đổi gá đặt (vị trí) của chi tiết trên máy hoặc bằng cách thay đổi tốc độ chuyển động tƣơng đối của cặp động học (chi tiết và dụng cụ) ở các sơ đồ gia công phức tạp. Vì vậy, để tạo hình bề mặt phức tạp đạt độ nhám bề mặt đồng đều đảm bảo pháp tuyến N tại các điểm trên bề mặt chi tiết phải vuông góc với véctơ tốc độ chuyển động tƣơng đối giữa chi tiết và dụng cụ V . Trong quá trình gia công chọn kích thƣớc dụng cụ tối ƣu kết hợp với chọn góc nghiêng tối ƣu giữa trục dao và pháp tuyến bề mặt chi tiết gia công tại các điểm tham gia cắt của lƣỡi dao để thỏa mãn điều kiện luôn xảy ra cắt gọt (tức tránh phần đỉnh dao tham gia vào quá trình gia công) là một giải pháp nâng cao chất lƣợng bề mặt. Xác định bán kính cong tại mọi điểm trên bề mặt chi tiết theo công thức (M) : ),cos(. NnRct  (3.14) Bán kính R xác định theo công thức Euler (E) : 2 2 1 2 sincos1 RRR   (3.15) R1 và R2 đƣợc tính nhƣ nghiệm của phƣơng trình bậc hai: Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 66 (rt – s2). R2 + h[2p.q.s – ( 1 + p2) – (1 + q2).r]. R + h4 = 0 (3.16) Trong đó: 22 2 22 2 2 1,, . ;;; qph y z t yx z s x z r y z q x z p                 Bán kính cong của lƣỡi cắt tại các điểm cắt P là:        )( 11 . 2 1 0 zRR d (3.17) R0 là bán kính phần cầu của dao, R(z) bán kính thực tham gia cắt. Để khắc phục hiện tƣợng cắt lẹm của dao vào bề mặt chi tiết thì tại các vị trí gia công thì bán kính cong của dao và chi tiết liên hệ theo biểu thức (3.18): d < ct (3.18) 3.3. Kết luận Nghiên cứu ảnh hƣởng của các thông số kĩ thuật của quá trình phay tinh đến chất lƣợng bề mặt chi tiết gia công với một số kết quả: Các thông số kĩ thuật trong quá trình phay tinh nhƣ: điều kiện cắt, thoát dao, lực tì và góc nghiêng giữa dao và phôi có ảnh hƣởng nhiều đến các thành phần lực cắt trên các trục tọa độ và cũng ảnh hƣởng chất lƣợng bề mặt chi tiết. Đặc biệt, ảnh hƣởng quan trọng của góc nghiêng giữa dao và phôi khi gia công đến chất lƣợng bề mặt chi tiết. Các khảo sát về các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng bề mặt chi tiết gia công dẫn đến các lựa chọn tối ƣu: - Giải pháp tối ƣu để khắc phục một số nhƣợc điểm của chi tiết gia công bằng dao phay đầu cầu. Với một bề mặt chi tiết (mô hình hóa hình học bề mặt chi tiết gia công và qui luật biến thiên của véc tơ pháp tuyến của bề mặt chi tiết, các điểm đặc biệt trên bề mặt chi tiết để làm cơ sở lựa chọn thông số kĩ thuật của quá trình gia công hợp lý) xác định đƣợc góc gá đặt và bán kính đầu cầu tối ƣu theo công thức (3.13) và (3.17). - Các thực nghiệm gia công bề mặt chi tiết, sử dụng dao phay đầu cầu trên Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 67 máy công cụ CNC nhằm kiểm nghiệm kết quả của nghiên cứu sẽ đƣợc trình bày ở chƣơng tiếp theo. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 68 CHƢƠNG 4: THỰC NGHIỆM PHAY TINH BỀ MẶT THEO CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Để đánh giá và so sánh chất lƣợng bề mặt của các chi tiết trong khi phay tinh các bề mặt có hình dáng hình học phức tạp và chọn đƣợc thông số kĩ thuật tối ƣu (nhƣ góc nghiêng tối ƣu, kích thƣớc dụng cụ tối ƣu). Tiến hành thực nghiệm phay tinh bề mặt cong bậc hai bằng dao phay đầu cầu. Các điều kiện cần thiết để thực hiện quá trình gia công: 4.1. Điều kiện thực nghiệm Để gia công chi tiết có hình dáng hình học phức tạp cần lựa chọn phƣơng pháp gia công phù hợp với kiểu máy công cụ CNC. Trong quá trình gia công các yếu tố kĩ thuật cần thiết: thông số hình học, vật liệu, loại dụng cụ cắt; mô tả các thông số hình học, vật liệu, chế độ nhiệt luyện, gia công thô của chi tiết gia công, tính toán chọn lựa chế độ cắt … để đạt chất lƣợng bề mặt tốt nhất từ các điều kiện thực tế yêu cầu. 4.1.1. Máy công cụ CNC Các thông số kỹ thuật cơ bản của máy: Kích thƣớc bàn làm việc, hành trình theo trục X, Y, Z, tốc độ cắt, tốc độ dịch chuyển nhanh theo X,Y, Z ; tốc độ quay của trục chính, số đầu dao... Các điểm gốc và điểm chuẩn của máy: Hình 4.1. Các điểm gốc và điểm chuẩn của máy phay CNC M: là điểm gốc của máy, R là điểm chuẩn của máy, W là điểm zero của phôi. Máy phay CNC có thể đảm nhiệm đƣợc các công việc cụ thể: Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 69 -Trên các máy phay 2D, dụng cụ thực hiện chuyển động trong mặt phẳng XOY để tạo nên các đƣờng rãnh hay mặt bậc có biên dạng bất kỳ. - Trên các máy phay CNC 3D cho phép dịch chuyển dụng cụ trong 3 mặt phẳng đồng thời để tạo nên một đƣờng cong hay một mặt cong không gian bất kỳ, tức là điều khiển 3 trục đồng thời của máy theo mối quan hệ ràng buộc nào đó tại từng thời điểm để tạo nên vết quỹ đạo của dụng cụ theo yêu cầu. - Trên máy 2D ½ cho phép dịch chuyển dụng cụ theo hai trục đồng thời để tạo nên một đƣờng cong phẳng, còn trục thứ 3 đƣợc điều khiển chuyển động độc lập. Điều khác biệt so với điều khiển 2D là ở chỗ hai trục đƣợc điều khiển đồng thời có thể đổi vị trí cho nhau. - Máy phay 4D, 5D: trên cơ sở của điều khiển 3D, ngƣời ta còn bố trí cho dụng cụ hoặc chi tiết có thêm một chuyển động quay ( hoặc hai chuyển động quay) xung quanh 1 trục nào đó theo mối quan hệ ràng buộc với các chuyển động trên các trục khác của máy 3D. Với khả năng nhƣ vậy, các bề mặt phức tạp hay các bề mặt có trục quay có thể thực hiện dễ dàng hơn so với khi gia công trên máy 3D. Mặt khác, vì lý do công nghệ nên có những bề mặt không thể thực hiện đƣợc việc gia công bằng 3D vì có thể tốc độ cắt sẽ khác nhau hoặc có những điểm tốc độ cắt bằng không hay lƣỡi cắt của dụng cụ không thể gia công nhƣ mong muốn (nhƣ góc cắt không thuận lợi hay vƣớng thân dao vào các phần khác của chi tiết…). Vì vậy, tùy thuộc vào thông số hình học của chi tiết gia công và yêu cầu bề mặt gia công cụ thể mà có thể lựa chọn máy thích hợp vì máy càng phức tạp thì giá thành máy càng cao và cần bổ sung thêm nhiều công cụ khác nhƣ các phần mềm CAD/CAM hỗ trợ lập trình… Hơn thế nữa, máy càng phức tạp ( càng nhiều trục điều khiển) thì tính an toàn trong quá trình vận hành sử dụng máy càng thấp (dễ bị va chạm vào phôi và máy). 4.1.2. Dụng cụ cắt Các loại dao phay cầu sử dụng để phay tinh các bề mặt có hình dáng hình học phức tạp do các hãng sản xuất có uy tín, với một số loại phổ biến sau: a. Dạng 1: Dao có lƣỡi cắt trên cả phần trụ và phần cầu. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 70 Đặc điểm của dạng dao này là cả lƣỡi cắt trên phần cầu và trụ đều có thể tham gia cắt đồng thời. Nhƣng tuỳ theo mục đích sử dụng mà phần thân dao đƣợc chế tạo theo một trong hai kiểu sau:  Kiểu 1: Dao có đƣờng kính danh nghĩa phần cắt và phần chuôi bằng nhau nhƣ hình 4.2. a, b Đây là dạng dao có ƣu điểm trong gia công mặt cong lồi và hốc sâu vì kết cấu dao không ảnh hƣởng đến việc tiến sâu của dao. Nhƣng độ cứng vững của dao sẽ kém nếu gá dao quá dài, đặc biệt với những dao có đƣờng kính gia công nhỏ. Hình 4.2. a. Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của dao phay cầu kiểu 1 ký kiệu BZD25G hãng Missubishi - Nhật Bản [7]. Hình 4.2. b. Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của dao phay cầu kiểu 1 ký kiệu BLG2000SF hãng Sumitomo - Nhật Bản [7]. b. Dạng 2: Dao chỉ có lƣỡi cắt trên phần cầu Nếu nhƣ xét đến tính chuyên dùng khi gia công các mặt cong phức tạp, các mặt cong chuyển tiếp…. thì chỉ có phần lƣỡi cắt trên phần cầu của dao là tham gia cắt. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 71 Vì thế các hãng sản xuất dao đã chế tạo loại dao cầu chỉ có lƣỡi cắt trên mặt cầu. Kết cấu thân dao dạng này cũng gồm hai kiểu nhƣ dạng 1 nhƣ hình 4.4. Hình 4.3. Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của dao chỉ có lƣỡi cắt trên phần cầu ký hiệu BNBP 2 R của hãng SUMITOMO - Nhật Bản [7]. c. Dao cầu ghép mảnh Một trong những dạng hỏng chủ yếu của dao cầu khi gia công là mòn, vỡ lƣỡi dao, mẻ dao….. Nếu nhƣ gia công theo chế độ cắt hợp lý thì có thể khẳng định rằng Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 72 đa phần là dao bị hỏng do mòn, mẻ. Vì vậy để nâng cao hiệu quả sử dụng ngƣời ta chế tạo dao phay cầu ghép mảnh. Ƣu điểm của dao phay cầu ghép mảnh là phần cán dao cố định còn phần lƣỡi cắt sẽ đƣợc thay thế khi mòn, hỏng,….. Nhƣng hạn chế của giải pháp này là khó áp dụng đối với dao có đƣờng kính nhỏ. Hầu hết các mảnh dao cầu đều đƣợc làm từ những vật liệu có tính năng cắt tốt, hoặc đƣợc phủ để tăng tuổi bền và khả năng cắt gọt. Thân dao ngoài việc đƣợc chế tạo bằng nhũng loại vật liệu có độ bền cao chúng còn đƣợc tăng bền nhƣ thấm Nitơ, phủ TiN, TiAlN….. để tăng tuổi thọ của cán dao. Dao ghép mảnh có thể đƣợc phân ra:  Dao ghép một mảnh cắt, dạng dao này thƣờng chỉ có lƣỡi cắt trên phần cầu nhƣ hình 4.4. a, b. Hình 4.4. a. Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của thân dao ký hiệu SRFHSMW, SRFHSLW và mảnh ghép ký hiệu SRFT vật liệu VP10MF, VP15TF của dao một mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản [7].  Dao ghép nhiều mảnh cắt, đây là dạng dao mà các mảnh dao có thể đƣợc sử dụng nhiều lần do kết cấu của mảnh ghép và thân dao có thể đổi lƣỡi cắt khi mảnh dao bị mòn nhƣ hình 4.5. c, d, e, f Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 73 PUE UPM40, UPM50 UPM50P0 UPM40P1, UPM50P1 Hình 4.5. c. Hình dạng - kích thƣớc chế tạo của thân dao ký hiệu TRM4 và mảnh ghép ký hiệu UPE45,UPE50, UPM40, UPM50, UPM50P0, UPM40P1, UPM50P1 vật liệu VP15TF, GP20M, AP20M của dao ghép nhiều mảnh cắt hãng Mitssubishi - Nhật Bản . Các điểm chuẩn của dao để gia công và lập chƣơng trình điều khiển: Điểm chuẩn của dao P: là điểm mà từ đó lập chƣơng trình chuyển động trong quá trình gia công. Với dao phay đầu cầu điểm P là tâm mặt cầu. Hình 4.6. Điểm chuẩn của dao phay đầu cầu apmax (chiều sâu cắt lớn nhất) Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 74 Ngoài ra, khi muốn thực hiện trên các máy này còn quan tâm đến điểm gá đặt dao và điểm thay dao. 4.2. Tiến hành thí nghiệm Để có thể chọn đƣợc góc nghiêng tối ƣu và kích thƣớc dụng cụ phù hợp khi gia công thép hợp kim CR12MOV bằng dao phay cầu 10 phủ TiAlN thì ở chƣơng này ta tiến hành việc thực nghiệm bằng cách sử dụng dao phay cầu phủ TiAlN để phay thép hợp kim CR12MOV với các chế độ cắt khác nhau. Tiến hành khảo sát ảnh hƣởng của đồng thời các thông số vận tốc cắt và góc nghiêng đến chất lƣợng bề mặt chi tiết gia công thông qua việc đánh giá độ nhám bề mặt khi thay đổi vận tốc cắt và góc nghiêng để chọn góc nghiêng hợp lý khi phay tinh trên máy phay CNC. Mục đích: - Thông qua thực nghiệm khi tiến hành dùng dao phay cầu phủ TiAlN phay thép hợp kim CR12MOV (phay bề mặt parabol) với các chế độ cắt và góc nghiêng của phôi khác nhau rồi đƣa ra nhận xét và kết luận tƣơng ứng. - Xác định giới hạn góc gá đặt tối ƣu cho dao và phôi. - Mục tiêu của việc xây dựng thí nghiệm là nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tố kỹ thuật trong quá trình cắt đến chất lƣợng bề mặt chi tiết gia công và làm cơ sở để lựa chọn giải pháp kĩ thuật tối ƣu trong thực tế. 4.2.1. Các thông số kĩ thuật của quá trình phay tinh Bảng 4.1. Các thông số kĩ thuật khi phay tinh Thông số vào Quá trình phay Thông số ra Hệ thống Công nghệ Các đại lƣợng xuất hiện trong quá trình cắt Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Công nghệ CTM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 75 - Máy phay CNC VMC-85S - Phôi thép: CR12MOV - Dao phay cầu phủ TiAlN - Chế độ cắt -Thông số gá đặt - Lực cắt - Nhiệt cắt - Rung động - Mòn dao - Chất lƣợng bề mặt: Độ nhám bề mặt. Sóng bề mặt. Cơ lý lớp bề mặt. 4.2.2.1.Máy Thực nghiệm đƣợc tiến hành tại trung tâm gia công VMC - 85S do hãng Maximart sản xuất năm 2003 với hệ điều khiển Fanuc OMD, máy có khả năng tích hợp CAD/CAM qua cổng RS 232 của Trƣờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp – Thái Nguyên Bảng 4.2. Thông số kỹ thuật cơ bản của máy phay VMC- 85S Thông số Đơn vị Kích thƣớc Kích thƣớc bàn làm việc mm 515 x 1050 Hành trình theo trục X mm 850 Hành trình theo trục Y mm 560 Hành trình theo trục Z mm 520 Đƣờng kính trục chính mm 65 Tốc độ cắt (chạy dao) mm/ph 1 - 5000 Tốc độ dịch chuyển nhanh theo X, Y mm/ph 12000 Tốc độ