Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi gia công trên máy phay CNC

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯƠNG THỊ NGỌC THƯ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT KHI GIA CƠNG TRÊN MÁY PHAY CNC Chuyên ngành : Cơng nghệ chế tạo máy Mã ngành : 60.52.04 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2011 2 Cơng trình được hồn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS. Đinh Minh Diệm Phản biện 1: PGS. TS: Nguyễn Văn Yến Phản biện 2: PGS. TS: Lê Viết Ngưu Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật họp tại Viện Cơng nghệ Cơ khí và Tự động hĩa, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng vào ngày 29 tháng 08 năm 2011. Cĩ thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thơng tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Thư viện trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng 3 MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Một trong những thành tựu quan trọng nhất của tiến bộ khoa học kỹ thuật là tự động hĩa sản xuất. Phương thức cao của tự động hĩa sản xuất là sản xuất linh hoạt. Trong dây chuyền sản xuất linh hoạt thì máy điều khiển số CNC đĩng một vai trị rất quan trọng. Sử dụng máy cơng cụ điều khiển số CNC cho phép giảm khối lượng gia cơng chi tiết, nâng cao độ chính xác gia cơng và hiệu quả kinh tế, đồng thời cũng rút ngắn được chu kì sản xuất. Chính vì vậy, hiện nay ở nước ta và nhiều nước trên thế giới đã và đang ứng dụng rộng rãi các máy điều khiển số vào lĩnh vực cơ khí chế tạo để chế tạo các chi tiết cơ khí, đặc biệt là các chi tiết yêu cầu độ chính xác cao và đảm bảo được chất lượng bề mặt. Thực tế cho thấy chất lượng của bề mặt gia cơng của chi tiết khơng chỉ phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu, mà cịn phụ thuộc vào trạng thái của lớp bề mặt, các chi tiết được chế tạo từ một loại vật liệu như nhau nhưng theo các phương pháp cơng nghệ và chế độ cắt khác nhau sẽ cĩ tính chất của lớp bề mặt khác nhau. Và độ nhám bề mặt là một trong các chỉ tiêu để đánh giá chất lượng bề mặt đặc trưng cho tính chất hình học của bề mặt gia cơng. Tính đến nay, ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt chi tiết gia cơng trên các máy vạn năng đã cĩ nhiều cơng trình nghiên cứu và đã được đúc kết thành sách, giáo trình, các sổ tay tra cứu… Nhưng dưới sự phát triển khơng ngừng của khoa học kỹ thuật về tự động hĩa trong sản xuất, để giải quyết vấn đề về cơng nghệ, khi gia cơng trên máy CNC, 4 một trong những yêu cầu quan trọng được đặt ra là chế độ cắt cần được chú trọng, tính tốn và lựa chọn một cách hợp lý khi gia cơng để đảm bảo tăng năng suất, nâng cao chất lượng bề mặt, độ chính xác của chi tiết… Vấn đề này hiện nay vẫn cịn ít cơng trình nghiên cứu và chưa được phổ biến rộng nên việc khảo sát nĩ là hết sức cần thiết, giúp cho việc sử dụng máy CNC đạt hiệu quả hơn. Xuất phát từ những nhu cầu như vậy, người nghiên cứu chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi gia cơng trên máy phay CNC”. 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Nghiên cứu thực nghiệm xác định quy luật ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt gia cơng khi phay tinh trên máy CNC. 3. PHẠM VI VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU + Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của 2 yếu tố (S, t) của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi gia cơng nhơm 6061 trên máy phay CNC MILL 155 tại Viện cơng nghệ Cơ khí và Tự động hĩa - trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng, bằng dao phay ngĩn thép giĩ, trong điều kiện khơng cĩ bơi trơn làm nguội. + Nội dung nghiên cứu: - Tìm hiểu về máy phay CNC MILL 155 tại viện CNCK&TĐH. - Nghiên cứu lý thuyết cơ sở cắt gọt kim loại và lý thuyết nhám bề mặt. - Nghiên cứu cơ sở cơng nghệ gia cơng trên máy CNC. - Xây dựng phương trình mơ tả ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi phay. 5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 5 Đề tài nghiên cứu được thực hiện theo phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm. - Nghiên cứu lý thuyết cơ sở cắt gọt kim loại, cơ sở kỹ thuật CNC và lý thuyết nhám bề mặt. - Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi phay bằng dao phay ngĩn trên máy phay CNC thơng qua đo đạc và xử lý số liệu thực nghiệm 5. Ý NGHĨA THỰC TIỄN Ứng dụng cơng nghệ tự động gia cơng sản phẩm cơ khí đạt các cấp độ bĩng theo yêu cầu, gĩp phần nâng cao chất lượng bề mặt sản phẩm. 6. CẤU TRÚC LUẬN VĂN - Ngồi phần mở đầu và kết luận, luận văn bao gồm 3 chương : - CHƯƠNG 1: CƠ SỞ CẮT GỌT KIM LOẠI VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CƠNG - CHƯƠNG 2: CƠ SỞ CƠNG NGHỆ GIA CƠNG TRÊN MÁY CNC - CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ ẢNH HƯỞNG CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT KHI PHAY. 6 CHƯƠNG 1 - CƠ SỞ CẮT GỌT KIM LOẠI VÀ CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CƠNG 1.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CẮT GỌT 1.1.1. Chuyển động cơ bản khi cắt gọt Những chuyển động tương đối nhằm hình thành bề mặt gia cơng gọi là chuyển động cắt gọt, bao gồm 2 loại: - Chuyển động chính: n (vg/ph) , v (m/ph) - Các chuyển động phụ: s (mm/vong hoặc mm/răng), t (mm) 1.1.2. Bề mặt được hình thành trên chi tiết trong quá trình cắt Bất kỳ phương pháp gia cơng nào, quá trình hớt bỏ dần lớp lượng dư gia cơng cơ (quá trình cắt) đều hình thành trên chi tiết ba bề mặt cĩ đặc điểm khác nhau: Mặt sẽ gia cơng, mặt đang gia cơng, mặt đã gia cơng 1.1.3. Dụng cụ cắt gọt 1.1.3.1. Kết cấu của dụng cụ cắt kim loại Mặt đã gia cơng Mặt sẽ gia cơng Mặt đang gia cơng n s Phoi t Hình 1.1: Bề mặt được hình thành trên chi tiết trong quá trình cắt Hình 1.2. Kết cấu của dao a) b) 7 1.1.3.2. Thơng số hình học dao khi thiết kế Để xác định vị trí các bề mặt và lưỡi cắt của dao, người ta dùng các thơng số hình học: gĩc trước γ, gĩc sau α, gĩc sắc β, gĩc cắt δ, gĩc trước phụ γ1, gĩc sau phụ α1, gĩc nghiêng chính ϕ, gĩc nghiêng phụ ϕ1 và gĩc nâng λ (xem hình 1.3) 1.1.4. Sự hình thành phoi và các loại phoi 1.1.4.1. Sự hình thành phoi - Sự tạo thành phoi chỉ phát sinh khi lực P đủ lớn để tạo ra trong lớp cắt một ứng suất vượt quá giới hạn bền của vật liệu gia cơng. Hình 1.3: Các gĩc dao biểu diễn trên các mặt tiếp xúc Hình 1.4: Miền tạo phoi 8 1.1.4.2. Các loại phoi Tùy theo vật liệu gia cơng, thơng số hình học của dao và thơng số cắt, phoi cắt ra cĩ thể cĩ nhiều dạng khác nhau: Phoi xếp, phoi dây, phoi vụn 1.1.5. Vật liệu chế tạo dao cắt gọt 1.2. CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT GIA CƠNG 1.2.1. Khái niệm về chất lượng bề mặt gia cơng Các yếu tố đặc trưng của chất lượng bề mặt gia cơng - Trạng thái của lớp bề mặt: - Tính chất cơ lý của lớp bề mặt (độ cứng, biến cứng, ứng suất dư, phản ứng hố học lớp bề mặt…). 1.2.2. Nhám bề mặt 1.2.2.1. Khái niệm Như ta đã biết, bề mặt chi tiết sau khi gia cơng khơng bằng phẳng một cách lí tưởng mà cĩ những nhấp nhơ. Tuy vậy, khơng phải tồn bộ những nhấp nhơ trên bề mặt đều thuộc nhám bề mặt. Nhám bề mặt là tập hợp những nhấp nhơ cĩ bước tương đơi nhỏ và được xét trong giới hạn chiều dài chuẩn L (hình 1.5) 1.2.2.2. Chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt Độ nhám bề mặt gia cơng được đo bằng sai lệch profin trung bình cộng Ra và chiều cao nhấp nhơ Rz của lớp bề mặt. Theo tiêu chuẩn nhà nước thì độ nhám bề mặt được chia làm 14 cấp ứng với các giá trị Ra và Rz. Độ nhám bề mặt thấp nhất (hay độ nhẵn bĩng bề mặt cao nhất) ứng với cấp 14. 1.2.2.3. Ảnh hưởng của độ nhám đến khả năng làm việc của chi tiết 9 Hình 1.5: Profin khuếch đại của bề mặt chi tiết 1) Ảnh hưởng đến tính chống mài mịn 2) Ảnh hưởng đến độ bền mỏi của chi tiết 3) Ảnh hưởng đến tính chống ăn mịn hố học của lớp bề mặt chi tiết 4) Ảnh hưởng đến độ chính xác mối lắp ghép 1.2.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bĩng bề mặt 1) Các yếu tố ảnh hưởng mang tính chất hình học của chế độ cắt và dao cắt. 2) Các yếu tố ảnh hưởng phụ thuộc vào biến dạng dẻo của kim loại. a) Sự ảnh hưởng của tốc độ cắt. Khi cắt thép cacbon ở tốc độ cắt thấp độ nhám bề mặt thấp. Khi tăng tốc độ cắt lên khoảng 15÷20 m/phút làm tăng độ nhám bề mặt gia cơng do lẹo dao. Khi tốc độ cắt trong khoảng 30÷60 m/phút hoặc lớn hơn, lẹo dao khơng hình thành nhám bề mặt gia cơng giảm Độ nhấp nhơ bề mặt Độ sĩng bề mặt Độ nhám bề mặt Mặt phẳng áp Rỗ vật liệu Mặt phẳng cắt 10 b) Ảnh hưởng của lượng chạy dao: Để đảm bảo độ nhẵn bĩng bề mặt và năng suất gia cơng nên chọn giá trị lượng chạy dao S trong khoảng từ 0,05÷0,12 mm/vịng đối với thép cacbon. c) Ảnh hưởng của chiều sâu cắt: Chiều sâu cắt nhìn chung khơng cĩ ảnh hưởng đáng kể đến độ nhám bề mặt. d) Ảnh hưởng của vật liệu gia cơng: Vật liệu dẻo và dai (thép ít cacbon) dễ biến dạng dẻo sẽ làm cho độ nhám bề mặt tăng hơn so với vật liệu cứng và giịn. 3. Ảnh hưởng của rung động của hệ thống cơng nghệ. 1.2.2.5. Phương pháp đạt độ bĩng bề mặt. Cĩ thể chọn phương pháp gia cơng khác nhau với chế độ cắt S, V, t hợp lý để tạo ra độ bĩng bề mặt theo yêu cầu. 1.2.2.6. Phương pháp đánh giá độ nhám bề mặt 1) Phương pháp quang học 2) Phương pháp đo độ nhám Ra, Rz, Rmax v.v..bằng máy đo prơfin. 3) Phương pháp so sánh 11 CHƯƠNG 2 - CƠ SỞ CƠNG NGHỆ GIA CƠNG TRÊN MÁY CNC 2.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN KĨ THUẬT CNC 2.2. ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC MÁY CƠNG CỤ CNC VÀ TỰ ĐỘNG HĨA CỦA MÁY CNC 2.2.1. Đặc điểm của máy cơng cụ CNC hiện đại 2.2.1.1. Các máy tiện CNC 2.2.1.2. Các máy phay CNC * Để đạt độ chính xác trong quá trình dịch chuyển, các cơ cấu truyền động thường dùng vít me bi. 2.2.1.3. Thiết bị kẹp chi tiết 2.2.1.4. Thiết bị gá và thay dao Bao gồm revolve (dùng trên máy tiện) và ổ chứa dao (dùng trên máy phay). Trong ổ chứa dao, việc thay đổi dao diễn ra do một hệ thống cần gạt gọi là cần thay dao thực hiện. 2.2.2. Đặc điểm tự động hĩa của máy NC – CNC 2.2.2.1. Tính tự động hĩa cao 2.2.2.2. Tính linh hoạt 2.2.2.3. Tính tập trung nguyên cơng cao 2.2.2.4. Tính chính xác đảm bảo chất lượng cao 2.2.2.5. Hiệu quả kinh tế – kỹ thuật cao 2.3. SO SÁNH MÁY CƠNG CỤ THƠNG THƯỜNG VỚI MÁY CƠNG CỤ CNC 2.3.1. Cấu trúc Máy cơng cụ CNC được thiết kế cơ bản giống như máy cơng cụ thơng thường. Sự khác nhau thật sự là ở chỗ các bộ phận liên quan đến tiến trình gia cơng của máy cơng cụ CNC được điều khiển bởi máy tính. 12 2.3.2. Chức năng So sánh những chức năng cơ bản giữa máy cơng cụ thơng thường, máy cơng cụ NC và máy cơng cụ CNC. 2.3.3. Tính kinh tế 2.4. PHƯƠNG THỨC LẬP TRÌNH VÀ CÁC LỆNH CƠ BẢN CỦA CHƯƠNG TRÌNH NC: 2.4.1. Phương thức lập trình NC 2.4.1.1. Lập trình trực tiếp 2.4.1.2. Lập trình tự động 2.4.2. Các lệnh cơ bản của chương trình 2.5. GIỚI THIỆU MÁY PHAY CNC MILL 155 2.5.1. Kết cấu chung của máy Hinh 2.1: Kết câu chung của máy 13 2.5.2. Các thơng số kỹ thuật và khả năng cơng nghệ 2.5.2.1. Thơng số kỹ thuật 2.5.2.2. Khả năng cơng nghệ của máy: Máy cĩ khả năng thực hiện gia cơng theo đường thẳng, cung trịn, theo ba chiều, khoan, doa, cắt ren,… nhờ 3 trục X, Y, Z trong hộp chạy dao được điều khiển độc lập. 2.5.3. Hệ tọa độ và các điểm chuẩn 2.5.3.1. Hệ toạ độ máy (hình 2.2) 1. Sĩng trượt bàn máy theo X/Z 9. Bể chứa chất làm mát 2. Vùng làm việc 10. Bơm chất làm mát 3. Đèn làm việc 11. Cơng tắc nguồn 4. Hệ thống cửa bảo vệ 12. Tủ điện 5. Ổ tích dao 13. Phím điều khển 6. Nút tắt khẩn cấp 14. Ngăn kéo phím máy tính 7. Khay hệ thống 15. Bệ máy 8. Hệ thống lặp Hình 2.2: Hệ toạ độ của máy phay PC MILL155 14 2.5.3.2. Điểm chuẩn của máy 2.5.4. Giới hạn khơng gian làm việc của máy Theo các phương X/Y/Z=300/200/200 (mm) 2.5.5. Cơ cấu cấp và thay thế dụng cụ cắt gọt 2.5.5.1. Các loại dụng cụ cắt 2.5.5.2. Bộ gá dụng cụ cắt Bộ cán dao của máy cĩ 5 loại khác nhau: collet holder, shell end mill arbor, miller support, tap holder and holder MT2. 2.5.5.3. Hệ thống chứa dao (hình 2.3) 2.5.6. Cơ cấu gá và kẹp phơi (hình 2.4) Hình 2.3 : Trống dao cho 10 dao Hình 2.4: Cơ cấu kẹp 15 CHƯƠNG 3 - NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ ẢNH HƯỞNG CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT KHI PHAY 3.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ QUI HOẠCH THỰC NGHIỆM 3.2.1. Khái niệm về qui hoạch thực nghiệm Qui hoạch nghiệm là cách tổ chức sắp xếp và xử lý các thí nghiệm và số liệu thực nghiệm sao cho người nghiên cứu nhanh chĩng thu được kết quả với độ tin cậy đặt ra, với số lượng thí nghiệm ít nhất trong điều kiện cho phép. 3.2.2. Thiết lập mơ hình thí nghiệm Trong luận văn, người nghiên cứu chọn mơ hình quy hoạch thực nghiệm là mơ hình quy hoạch quay Box – Hunter. Trình tự các bước để xác lập mơ hình thống kê thực nghiệm như sau: 1) Xác định hàm tốn học mơ tả mối quan hệ giữa các yếu tố đầu vào và đầu ra 2) Xác định các thơng số mơ hình theo số liệu thực nghiệm 3) Kiểm tra sự tương thích của mơ hình 3.1.3. Quy hoạch quay cấp II (Quy hoạch Box – Hunter) Trình tự xác định mối quan hệ thực nghiệm giữa các yếu tố theo quy hoạch Box – Hunter như sau:
Xây dựng mơ tả tốn học - Mơ tả tốn học của phương án quay cấp II cĩ dạng như sau: Y = b0 + b1.X1 + … + bk.Xk + b12.X1.X2 + … + b11.X12 + +…bkk*Xk2 trong đĩ, Xk là các biến mã hĩa từ các biến thực xk 16 - Tiến hành các thí nghiệm: Các thí nghiệm được bố trí theo ma trận thực nghiệm với số lượng các thí nghiệm phụ thuộc vào k yếu tố ảnh hưởng đầu vào. Số thí nghiệm cần thực hiện N = 2k + 2.k + n0, trong đĩ : 2k : Số thí nghiệm ở nhân 2*k : Số thí nghiệm ở các điểm (*) n0 : Số thí nghiệm ở nhân phương án, n0 phụ thuộc vào k. Ứng với k = 2, n0 = 5, N=13 Giá trị các mức của biến thực như sau: ax min 0 ; 1, 2,..., 2 m j j j x x x j k+= = Với, 0 ax min, ,mj j jx x x :giá trị của biến thực xj ở mức cơ bản (ở tâm phương án); mức cao, thấp (ở các điểm *, là điểm cách tâm thực một khoảng bằng cánh tay địn). Dưới đây là sơ đồ mơ tả phương án cấu trúc cĩ tâm 2 yếu tố (hình 3.1) Khoảng biến thiên của các biến thực: ax min ; 1, 2,..., 2 m j j j x x j kλ −= = Hình 3.1-Sơ đồ cấu trúc cĩ tâm cấp II, k = 2 17 Mã hĩa các biến thực hành các biến khơng thứ nguyên: ax 0 ax j min 0 min 0 0 0 ; 1, 2,..., m j jm j j j j j j j j x x X x x X j kj x x X λ λ λ − =    −  = =   − =  Bảng 3.1- Ma trận thí nghiệm với k = 2 TT X0 X1 X2 X1 X2 X2 X22 Y 1 + + + + + + Y1 2 + - + - + + Y2 3 + + - - + + Y3 S ố t h í n g h i ệ m ở n h â n 4 + - - + + + Y4 5 + +α 0 0 α2 0 Y5 6 + -α 0 0 α2 0 Y6 7 + 0 +α 0 0 α2 Y7 S ố t h í n g h i ệ m ở đ i ể m ( * ) 8 + 0 -α 0 0 α2 Y8 9 + 0 0 0 0 0 Y9 10 + 0 0 0 0 0 Y10 11 + 0 0 0 0 0 Y11 12 + 0 0 0 0 0 Y12 S ố t h í n g h i ệ m ở t â m 13 + 0 0 0 0 0 Y13  Xác định các hệ số trong phương trình mơ tả tốn học: - Cơng thức tính tốn các hệ số b: 18 2 0 1 0 2 1 1 1 3 1 ij 4 1 2 2 5 6 7 0 1 1 1 . . . . . . . . . . . . . . . N k N u u ju u u j u N j ju u u N iu ju u u k N N jj ju u ju u u u j u u b a X Y a X Y b a X Y b a X X Y b a X Y a X Y a X Y = = = = = = = =  = −    =     =    = + −  ∑ ∑∑ ∑ ∑ ∑ ∑∑ ∑ (i ≠ j = 1, 2,…, k; u = 1, 2,…, N) trong đĩ, N: tổng số thí nghiệm của phương án n0: số thí nghiệm ở nhân phương án, n0 ∈ k a1 ÷ a7: các hằng số, phụ thuộc vào k, N, n0, α Bảng 3.2- Giá trị các hằng số a - Kiểm nghiệm sự cĩ nghĩa của các hệ số b: Sau khi tính được giá trị của các hệ số b, cần phải kiểm nghiệm ý nghĩa của chúng và loại bỏ những hệ số khơng cĩ nghĩa. Nếu hệ số bjj bị loại ta tính lại hệ số cịn lại bằng phương pháp bình phương nhỏ nhất. Giá trị các hằng số k N no α a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 2 13 5 1,414 0,2 0,1 0,125 0,25 0,1251 0,0187 0,1 3 20 6 1,682 0,1663 0,0568 0,0732 0,125 0,0625 0,0069 0,0568 4 31 7 2,000 0,1428 0,0357 0,0417 0,0625 0,0312 0,0037 0,0357 5 52 10 2,378 0,0988 0,0191 0,0231 0,0312 0,0156 0,0015 0,0191 6 91 15 2,828 0,0725 0,0098 0,0125 0,0156 0,0078 0,0005 0,0098 7 163 21 3,363 0,0396 0,0052 0,0066 0,0078 0,0030 0,0002 0,0052 19 Phương sai của các hệ số b: 0 ij 2 2 1 2 2 3 2 2 4 2 2 5 6 . . . ( ). j jj b ts b ts b ts b ts S a S S a S S a S S a a S =  =   =   = +  trong đĩ, Sts là phương sai tái sinh tính theo các thí nghiệm ở tâm phương án. ( )0 20 0 2 1 0 1 n i i ts y y S n = − = − ∑ Chuẩn Student được tính như sau: j j tn b b t S = Nếu xảy ra bất đẳng thức: ttn > tb = t(P, f) thì hệ số bj cĩ nghĩa ứng với mức ý nghĩa P và bậc tự do f = n0 - 1
Kiểm nghiệm sự hồi quy của phương trình thực nghiệm - Tính phương sai tương thích theo cơng thức sau: * * 2 du ts tt tt S SS f − = Trong đĩ, *duS : tổng bình phương độ dư, tức là tổng bình phương giữa hai hiệu của giá trị thực nghiệm và giá trị tính theo phương trình hồi quy 20 $( )2* 1 N du u u u S y y = = −∑ * tsS : tổng bình phương độ lệch của các thí nghiệm ở tâm so với giá trị trung bình ở tâm ( )0 2* 0 0 1 n ts i i S y y = = −∑ ftt: độ tự do ứng với phương sai tương thích ftt = N – L – (n0 – 1) với L: số hệ số b cĩ nghĩa trong phương trình hồi quy - Tính chuẩn Fisher theo cơng thức sau: 2 2 tt tn ts SF S = Tra bảng giá trị Fisher: Fb = F(P, f1 ,f2) Với, P: mức ý nghĩa f1: độ tự do tương thích, f1 = ftt, tính bằng cơng thức f2: độ tự do tái sinh, f2 = n0 – 1 - So sánh giá trị Ftn và Fb: Nếu Ftn < Fb: kết luận phương trình thực nghiệm hồi quy và được sử dụng để tìm tối ưu. Nếu ngược lại, phương trình thực nghiệm khơng hồi quy, cần phải thu hẹp khoảng biến thiên, thay đổi mức của các yếu tố. Đến đây, nếu phương trình thực nghiệm hồi quy thì tiến hành trả về biến thực theo cơng thức: 0 j j j j x x X λ − = để cĩ được phương trình hồi quy thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ giữa các yếu tố đầu vào và đầu ra. 21 3.2. THỰC NGHIỆM KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG ĐỒNG THỜI CỦA CÁC YẾU TỐ (S’ t) ĐẾN ĐỘ NHÁM BỀ MẶT KHI GIA CƠNG BẰNG DAO PHAY NGĨN TRÊN MÁY PHAY CNC 3.2.1. Điều kiện thực nghiệm + Loại máy : Emco Concept Mill 155 (xem hình 2.1) + Loại dao: Dao phay ngĩn HSS-Eco8 Bảng 3.3 Thơng số hình học của dao phay ngĩn HSS-Eco8 φ d1 l2 l2 φ d2 lA 15 40 100 16 52 + Vật liệu gia cơng : Sử dụng hợp kim nhơm 6061 Bảng 3.4 : Thành phần hĩa học hợp kim nhơm 6061 SI FE CU MN MG CR ZN 0.4-0.8 0.7 0.15- 0.4 0.15 0.8-1.2 0.04- 0.35 0.25 + Kích thước phơi : 50×50×50 mm + Dùng phương pháp phay mặt phẳng, cắt khơng cĩ dung dịch trơn nguội. + Dụng cụ đo: Máy đơ độ nhám Surtronic Duo của hãng Taylor Hobson (hình 3.4) Hình 3.2: Dao phay ngĩn HSS-Eco8 22 + Chế độ cắt dùng khi thực nghiệm Vận tốc cắt khi gia cơng trên máy phay CNC ứng với vật liệu làm dao và vật liệu gia cơng là V= 100,48 m/phút; Chiều sâu cắt tinh lấy trong khoảng : t = 0,2÷ 0,5 mm Bước tiến dao lấy trong khoảng : Sr = 0,06 ÷0,12 mm/răng. 3.2.2. Kết quả thực nghiệm Các thí nghiệm được tiến hành theo ma trận thực nghiệm của quy hoạch quay cấp II của Box-Hunter với số biến đầu vào là k=2. Gọi X1, X2 là các biến ảo được mã hĩa từ các biến thực sr và t tương ứng. Mức, khoảng biến thiên của các yếu tố như bảng 3.5 sau: Hình 3.3: Thiết bị đo độ nhám Surtronic Duo 23 Bảng 3.5: Các mức, khoản biến thiên của các yếu tố Các mức của biến ảo Biến thực Mức +α (+1.414) Mức trên (+1) Mức cơ sở (0) Mức dưới (-1) Mức -α (-1.414) Khoảng biến thiên λ s 0.13236 0.12 0.09 0.06 0.04764 0.03 t 0.5618 0.5 0.35 0.2 0.1382 0.15 Phương trình hồi quy thực nghiệm cĩ dạng tổng quát như sau: Y = b0 + b1.X1 + b2.X2 + b12.X1.X2 + b11.X12+ b22.X22 Kết quả thực nghiệm như bảng 3.6 Bảng 3.6: Kết quả thực nghiệm đo độ nhám TT V (m/phút) Sr (mm/răng) t (mm) Ra (µm) 1 100,48 0,12 0,50 1,80 2 100,48 0,06 0,50 1,40 3 100,48 0,12 0,20 1,59 4 100,48 0,06 0,20 1,21 5 100,48 0,13236 0,35 1,64 6 100,48 0,04764 0,35 1,12 7 100,48 0,09 0,5618 1,57 8 100,48 0,09 0,1382 1,16 9 100,48 0,09 0,35 1,34 10 100,48 0,09 0,35 1,30 11 100,48 0,09 0,35 1,34 12 100,48 0,09 0,35 1,36 13 100,48 0,09 0,35 1,37 24 3.2.3. Xử lý kết quả thực nghiệm Kết quả thực nghiệm được xử lý với thuật tốn quy hoạch được viết bằng phần mềm Matlap. Chọn độ tin cậy của thống kê là 99%. Tương ứng cĩ chuẩn Student tb=3.767 và chuẩn Fisher Fb=15.5. Kết quả đạt được như sau: b0 = 1.3423 b1 = 0.1894 b2 = 0.1225 b12 = loại b11 = 0.0506 b22 = 0.0431 Trả về biến thực, kết quả được phương trình hồi quy biểu diễn mối quan hệ giữa lượng chạy dao răng Sz, chiều sâu cắt t và độ nhám bề mặt chi tiết gia cơng như sau: Ra = 1,1783 - 3,8066*S – 0,5242*t + 56,2222*S2 +1,9155*t2 Giá trị độ nhám bề mặt đạt nhỏ nhất Ra min=1,0888 khi S=0,0476 và t=0,1382 trong điều kiện thí nghiệm trên, ứng với: - Máy: Mill 155 - Dao phay ngĩn: HSS Eco8 φ16 - Vật liệu gia cơng: Nhơm 6061 - Cắt khơng tưới nguội. - Kích thước phơi : 50×50×50 mm - V= 100,48 m/phút - Sr = 0,06 ÷0,12 mm/răng - t = 0,2÷ 0,5 mm 25 3.2.4. Đánh giá kết quả thực nghiệm Hình 3.5 là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa bước tiến dao Sr, chiều sâu cắt t và độ nhám Ra. Từ đồ thị ta thấy rằng: Độ nhám Ra giảm khi lượng chạy dao S và chiều sâu cắt t giảm hoặc S và t đồng thời cùng giảm. KẾT LUẬN VÀ TRIỂN VỌNG CỦA ĐỂ TÀI A. KẾT LUẬN Với nội dung “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi gia cơng trên máy phay CNC”, qua ba chương đề tài đã giải quyết được các vấn đề sau: 1) Tìm hiểu các kiến thức chung về nhám bề mặt, sự ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt, các phương pháp kiểm tra, đánh giá nhám bề mặt, lý thuyết cơ sở cơng nghệ gia cơng CNC, từ đĩ lựa chọn mơ hình thực nghiệm xác định ảnh hưởng của chế độ cắt đến nhám bề mặt với các biến độc lập (S, t). Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa S, t và Ra 26 2) Qua phương pháp thực nghiệm, xây dựng được phương trình mơ tả ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt khi phay bằng dao phay ngĩn thép giĩ HSS-Eco8. Nêu được mối quan hệ ảnh hưởng của chế độ cắt (S, t) tới độ nhám bề mặt. Phương trình ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bề mặt: Ra = 1,1783 - 3,8066*S – 0,5242*t + 56,2222*S2 +1,9155*t2 Giá trị nhám bề mặt đạt nhỏ nhất Ra min = 1,0888 khi S=0,0476 và t=0,1382. 3) Kết quả nghiên cứu trên chỉ được xác định trong điều kiện thực nghiệm nhất định, cụ thể, chưa xét đến yếu tố ảnh hưởng khác như mịn dao, tính vật liệu gia cơng khác nhau, độ cứng vững của hệ thống cơng nghệ…Do đĩ khi sử dụng cần tham khảo về một số yếu tố liên quan. Tuy nhiên, với cách thiết kế thực nghiệm này là tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo cĩ liên quan. B. HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO - Tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng chế độ cắt gồm 3 biến độc lập (V, S, t) đến độ nhám bề mặt bằng các biện pháp gia cơng khác nhau như tiện, phay, mài... - Nghiên cứu để lựa chọn chế độ cắt cho nhiều loại dao phay trên những vật liệu khác nhau. - Nghiên cứu ảnh hưởng của các thơng số chế độ cắt đến độ mịn của dao phay.