Thiết lập cơ sở dữ liệu gia công cho máy điều khiển số cnc
- 139 trang
- file .pdf
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Thiết lập cơ sở dữ liệu gia công cho máy
điều khiển số CNC
BÙI DUY DIỆN
[email protected]
Ngành Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
Giảng viên hướng dẫn: TS. Lê Đức Bảo
Chữ ký của GVHD
Viện: Cơ Khí
HÀ NỘI, 04/2021
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn: Bùi Duy Diện
Đề tài luận văn: Thiết lập cơ sở dữ liệu gia công cho máy điều khiển số
CNC
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử
Mã số SV: CB190048
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác
nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày
28/04/2021 với các nội dung sau:
Về hình thức:
- Chỉnh sửa các lỗi soạn thảo, chính tả.
- Chỉnh sửa các hình ảnh, bảng biểu bị mờ hoặc còn thiếu tiêu đề.
Về nội dung:
- Thêm các trích dẫn tài liệu tham khảo.
- Thêm hướng tiếp cận và nội dung nghiên cứu của luận văn (mục 1.5)
- Giải thích các sơ đồ thuật toán sửa biên dạng đá mài (hình 3-7 trang 71)
và sơ đồ thuật toán chạy đá mài gia công (hình 3-30 trang 84)
- Chỉnh sửa nội dung kết luận các chương và kết luận chung của luận văn.
- Thêm quá trình và kết quả đo đánh giá bề mặt chi tiết sau thực nghiệm.
Ngày tháng năm 2021
Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
Thiết lập cơ sở dữ liệu gia công cho máy điểu khiển số CNC.
Giáo viên hướng dẫn
Ký và ghi rõ họ tên
Lời cảm ơn
Trong suốt thời gian thực hiện đề tài này, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm,
giúp đỡ của quý thầy cô, gia đình và bạn bè. Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất
đến thầy cô Bộ môn Máy và Ma sát học – Viện Cơ Khí – Trường Đại Học Bách
Khoa Hà Nội. Đặc biệt hơn hết là sự quan tâm tận tình của TS. Lê Đức Bảo, người
đã trực tiếp hướng dẫn em trong thời gian làm luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Tóm tắt nội dung luận văn
Trong luận văn này, việc thiết lập cơ sở dữ liệu gia công cho máy điều khiển số
CNC gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về công nghệ mài và máy mài phẳng điều khiển số CNC
Trong chương này, nghiên cứu tổng quan về công nghệ mài, máy mài phẳng và
máy điều khiển số CNC. Tìm hiểu về một số công trình nghiên cứu trong nước có
liên quan đến nội dung của đề tài. Từ đó định hướng nghiên cứu thiết lập cơ sở dữ
liệu cho các máy mài phẳng điều khiển số CNC
Chương 2: Cơ sở lý thuyết về lập trình Macro trong hệ Fanuc
Trong chương này chủ yếu đi vào nghiên cứu về lập trình Macro trong hệ Fanuc.
Tròn hệ Fanuc có 2 loại chương trình Macro đó là Custom Macro A và Custom
Macro B. Hai loại chương trình Macro đều có các loại biến, các toán tử và logic
của từng loại chương trình kèm theo đó là cách thức để gọi một chương trình
Macro. Tuy nhiên, chương trình Custom Macro B có cú pháp sử dụng đơn giản
hơn chương trình Custom Macro A.
Chương 3: Thiết lập cơ sở dữ liệu cho máy mài phẳng điều khiển số CNC
Trong chương này tiến hành xây dựng các chương trình con Custom Macro B cho
máy mài phẳng CNC với 3 nội dung chính:
- Đưa ra quy trình và phương pháp thiết lập cơ sở dữ liệu cho máy mài CNC.
- Thiết lập cơ sở dữ liệu sửa biên dạng đá mài cho một số biên dạng đặc biệt.
- Thiết lập cơ sở dữ liệu chạy đá mài gia công cho một số biên dạng đặc biệt
Chương 4: Thực nghiệm gia công một số chi tiết trên máy mài phẳng CNC
Dựa trên cơ sở dữ liệu đã thiết lập được, tiến hành thực nghiệm mài một số chi tiết
điển hình. Kết quả thu được độ chính xác gia công (độ nhám bề mặt và kích thước)
đạt kết quả tốt.
Kết luận:
Luận văn đã đạt được mục tiêu đề ra ban đầu là thiết lập cơ sở dữ liệu cho máy
mài phẳng điều khiển số CNC. Từ đó giúp đơn giản hóa quá trình lập trình gia
công và có thể làm tài liệu tham khảo để thiết lập cơ sở dữ liệu trên các máy điều
khiển số chuyên dùng.
Để mở rộng phát triển đề tài có thể tiến hành nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu
sửa đá và gia công cho các chi tiết có dạng profin đặc biệt như các mài các bề mặt
dụng cụ hay các bề mặt khuôn …. Ngoài ra có thể tiến hành nghiên cứu xây dựng
giao diện lập trình thân thiện hơn, dễ sử dụng cho người sử dụng có trình độ không
cao.
Học viên
Ký và ghi rõ họ tên
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY MÀI PHẲNG VÀ MÁY MÀI ĐIỀU
KHIỂN SỐ CNC .................................................................................................... 1
1.1. Tổng quan về công nghệ mài ...................................................................... 1
Lịch sử phát triển công nghệ mài ......................................................... 1
Đặc điểm công nghệ mài ...................................................................... 2
Xu hướng phát triển của công nghệ mài .............................................. 7
1.2. Tổng quan về máy mài phẳng ..................................................................... 7
Cấu tạo máy mài phẳng ........................................................................ 8
Phân loại máy mài phẳng ..................................................................... 8
Gia công sửa đá biên dạng đặc biệt trên máy mài phẳng trục chính nằm
ngang với bàn qua lại ................................................................................... 10
1.3. Tổng quan về máy CNC............................................................................ 11
Tổng quan về máy công cụ CNC ....................................................... 11
Ứng dụng của máy mài CNC trong sản xuất ..................................... 15
Giới thiệu một số máy mài CNC phổ biến......................................... 15
Thực trạng ứng dụng máy công cụ điều khiển số CNC tại Việt Nam 18
1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước. .............................................. 19
Ảnh hưởng của chế độ công nghệ khi sửa đá đến chất lượng bề mặt chi
tiết khi mài tròn ngoài thép không rỉ sus 304............................................... 19
ứng dụng công nghệ mài bề mặt định hình trên máy phay CNC sử dụng
đá mài CBN .................................................................................................. 19
1.5. Hướng tiếp cận và nội dung nghiên cứu của luận văn .............................. 21
1.6. Kết luận chương 1 ..................................................................................... 21
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ LẬP TRÌNH MACRO TRONG HỆ
FANUC ................................................................................................................ 22
2.1. Custom Macro A [10] ............................................................................... 22
Lệnh trong Custom Macro A: ............................................................ 23
Khối Custom Macro ........................................................................... 26
Lệnh toán tử và lệnh rẽ nhánh ............................................................ 30
Ghi chú về Custom Macro ................................................................. 36
2.2. Custom Macro B [10]................................................................................ 36
Biến .................................................................................................... 37
Biến hệ thống ..................................................................................... 39
Lệnh thuật toán và logic ..................................................................... 45
Câu lệnh Macro và NC....................................................................... 49
Vòng lặp và rẽ nhánh ......................................................................... 50
Gọi chương trình Macro..................................................................... 53
Xử lý các câu lệnh Macro .................................................................. 64
Đăng ký các chương trình Custom Macro ......................................... 65
Các hạn chế ........................................................................................ 66
2.3. Kết luận chương 2 ..................................................................................... 67
CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP CƠ SỞ DỮ LIỆU CHO MÁY MÀI PHẲNG ĐIỀU
KHIỂN SỐ CNC .................................................................................................. 68
3.1. CÁC BƯỚC XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU CHO MÁY MÀI CNC .... 68
Tính cần thiết của việc xây dựng cơ sở dữ liệu cho máy mài ............ 68
Các bước xây dựng cơ sở liệu cho máy mài CNC ............................. 69
3.2. THIẾT LẬP CƠ SỞ DỮ LIỆU SỬA ĐÁ ................................................. 70
Sửa đá biên dạng phẳng ..................................................................... 72
Sửa đá biên dạng đá nghiêng ............................................................. 73
Sửa đá cạnh đá theo biên dạng cong .................................................. 75
Sửa đá theo biên dạng cung cong....................................................... 79
Mô phỏng và sửa biên dạng đá bất kỳ ............................................... 81
3.3. THIẾT LẬP CƠ SỞ DỮ LIỆU CHẠY ĐÁ MÀI ..................................... 83
Chạy đá mài theo mặt phẳng nằm ngang ........................................... 85
Chạy đá mài mặt phẳng nghiêng ........................................................ 88
Chạy đá mài theo đường cong lồi ...................................................... 91
Chạy đá mài theo đường cong lõm .................................................... 96
3.4. Kết luận chương 3 ................................................................................... 101
CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM GIA CÔNG MỘT SỐ CHI TIẾT TRÊN MÁY
MÀI PHẲNG CNC ............................................................................................ 102
4.1. Trình tự thực nghiệm............................................................................... 102
4.2. Gia công chi tiết dạng bậc ....................................................................... 104
4.3. Mài chi tiết với các mặt phẳng liên tục có góc nghiêng khác nhau ........ 107
4.4. Mài chi tiết ứng dụng trong công nghiệp ................................................ 112
4.5. Kết luận chương 4 ................................................................................... 117
KẾT LUẬN & HƯỚNG PHÁT TRIỂN ............................................................ 118
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 119
PHỤ LỤC ........................................................................................................... 120
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1-1 Nguyên công mài trong thực tế............................................................... 1
Hình 1-2 Các loại đá mài thường dùng .................................................................. 3
Hình 1-3 Ký hiệu trên đá mài [2] ........................................................................... 4
Hình 1-4 Các loại hạt mài ...................................................................................... 5
Hình 1-5 Cấu tạo máy mài phẳng .......................................................................... 8
Hình 1-6 Nguyên lý làm việc của máy mài trục chính nằm ngang với bàn qua lại.
[4] ........................................................................................................................... 8
Hình 1-7 Nguyên lý làm việc máy mài trục chính nằm ngang với bàn quay. [4] .. 9
Hình 1-8 Nguyên lý làm việc máy mài trục chính thẳng đứng, bàn quay chuyển
động qua lại. [4] ..................................................................................................... 9
Hình 1-9 Nguyên lý làm việc máy mài trục chính thẳng đứng so với bàn quay. [4]
................................................................................................................................ 9
Hình 1-10 Sửa đá nhọn trên máy mài phẳng trục chính nằm ngang với bàn qua lại.
[5] ......................................................................................................................... 10
Hình 1-11 Sửa đá mài mặt phẳng nghiêng trên máy mài phẳng trục chính nằm
ngang với bàn qua lại. [5]..................................................................................... 10
Hình 1-12 Sửa đá mài cong cạnh đá trên máy mài phẳng trục chính nằm ngang với
bàn qua lại. [5]...................................................................................................... 10
Hình 1-13 Sửa đá mài cong lồi trên máy mài phẳng trục chính nằm ngang với bàn
qua lại. [5] ............................................................................................................ 11
Hình 1-14 Sửa đá mài cong lõm trên máy mài phẳng trục chính nằm ngang với bàn
qua lại. [5] ............................................................................................................ 11
Hình 1-15 Lịch sử phát triển của máy CNC [7] ................................................... 12
Hình 1-16 Gia công cắt gọt trên máy CNC .......................................................... 14
Hình 1-17 Cấu tạo chung của các máy CNC ....................................................... 15
Hình 1-18 Máy mài phẳng CNC KGS-820 .......................................................... 16
Hình 1-19 Máy mài vô tâm CNC JAGUAR CLG6020 ....................................... 16
Hình 1-20 Máy mài tròn CNC SWIFT ................................................................ 17
Hình 1-21 Máy mài tọa độ WAIDA JG35 ........................................................... 18
Hình 1-22 Ảnh hưởng của chế độ công nghệ sửa đá đến nhám bề mặt khi mài thép
SUS 304................................................................................................................ 19
Hình 1-23 Đồ thị biểu diễn độ cứng của các loại hạt mài .................................... 20
Hình 1-24 Đồ gá lắp đá mài CBN lên máy phay CNC. ....................................... 20
Hình 1-25 Tiến hành gia công mài trên máy phay CNC YDC – 96. ................... 20
Hình 1-26 Đồ thị phân bố nhám bề mặt. .............................................................. 21
Hình 2-1 Cấu trúc chương trình Custom Macro A .............................................. 22
Hình 2-2 Cấu trúc phần thân Custom Macro ....................................................... 26
Hình 2-3 Ví dụ về giao diện nhập giá trị biến trên máy CNC ............................. 39
Hình 2-4 Ví dụ về việc sử dụng biến # 3004 trong một chu kỳ tạo ren ............... 42
Hình 2-5 Quy trình khoan lỗ bằng Macro ............................................................ 56
Hình 3-1 Mài định hình trên máy CNC ............................................................... 68
Hình 3-2 Đồ gá sửa đá mài mặt nghiêng [5] ........................................................ 68
Hình 3-3 Đồ gá sửa đá mài mặt cong [5] ............................................................. 69
Hình 3-4 Các biên dạng cần gia công .................................................................. 69
Hình 3-5 Sửa đá mài với đầu kim cương tĩnh ...................................................... 70
Hình 3-6 Sửa đá với đĩa kim cương quay ............................................................ 71
Hình 3-7 Sơ đồ thuật toán sửa đá ......................................................................... 71
Hình 3-8 Minh họa sửa đá mài biên dạng phẳng ................................................. 72
Hình 3-9 Chi tiết mài biên dạng nghiêng trái....................................................... 73
Hình 3-10 Sửa đá nghiêng cạnh trái ..................................................................... 74
Hình 3-11 Chi tiết mài biên dạng nghiêng phải ................................................... 74
Hình 3-12 Sửa đá nghiêng cạnh phải ................................................................... 74
Hình 3-13 Chi tiết lồi góc phần tư thứ I ............................................................... 76
Hình 3-14 Sửa đá cong lõm cạnh trái (T=1; U=-1).............................................. 76
Hình 3-15 Chi tiết lồi góc phần tư thứ II ............................................................. 76
Hình 3-16 Sửa đá mài cong lõm cạnh phải (T=-1; U=-1) .................................... 76
Hình 3-17 Chi tiết cong lõm góc phần tư thứ III ................................................. 77
Hình 3-18 Sửa đá cong lồi cạnh trái (T=1; U=1) ................................................. 77
Hình 3-19 Chi tiết biên dạng cong lõm góc phần tư thứ IV ................................ 77
Hình 3-20 Sửa đá cong lồi cạnh phải (T=-1; U=1) .............................................. 77
Hình 3-21 Sửa biên dạng đá cong lõm (U=-1)..................................................... 80
Hình 3-22 Sửa biên dạng đá cong lồi (U=1) ........................................................ 80
Hình 3-23 Sửa đá nhọn ........................................................................................ 81
Hình 3-24 Sửa đá biên dạng lượn sóng ................................................................ 82
Hình 3-25 Sửa đá lượn sóng lần 1 – sửa đá cong lõm. ........................................ 82
Hình 3-26 Sửa đá lượn sóng lần 2 – sửa đá cong lồi ........................................... 82
Hình 3-27 Chi tiết có biên dạng bất kỳ. ............................................................... 83
Hình 3-28 Sửa đá biên dạng bất kỳ ...................................................................... 83
Hình 3-29 Hệ tọa độ phôi trước và sau khi xoay ................................................. 84
Hình 3-30 Sơ đồ thuật toán chạy đá mài gia công ............................................... 84
Hình 3-31 Mô phỏng chạy dao mài mặt phẳng .................................................... 86
Hình 3-32 Mô phỏng quá trình mài bằng phần mềm Cimco Edit ....................... 87
Hình 3-33 Đường quỹ đạo đá khi mài mặt nghiêng............................................. 88
Hình 3-34 Mô phỏng quá trình mài bằng phần mềm Cimco Edit: ...................... 91
Hình 3-35 Đường quỹ đạo đá mài mặt cong lồi................................................... 92
Hình 3-36 Mô phỏng đường dao thu được trên phần mềm Cimco Edit .............. 96
Hình 3-37 Quỹ đạo đá mài mặt cong lõm ............................................................ 97
Hình 3-38 Kết quả mô phỏng đường chạy dao bằng phần mềm Cimco Edit .... 100
Hình 4-1 Giao diện phần mềm Cimco Edit 8..................................................... 102
Hình 4-2 Nhập chương trình macro vào phần mềm. ......................................... 103
Hình 4-3 Đường chạy dao của chương trình macro. .......................................... 103
Hình 4-4 Ví dụ về hệ tọa độ gia công của chi tiết .............................................. 104
Hình 4-5 Bản vẽ chi tiết 3 mặt bậc ..................................................................... 104
Hình 4-6 Mô phỏng đường chạy dao của chương trình trước khi gia công....... 106
Hình 4-7 Quá trình mài chi tiết 3 mặt bậc.......................................................... 106
Hình 4-8 Chi tiết sau khi gia công ..................................................................... 107
Hình 4-9 Biên dạng gia công ............................................................................. 107
Hình 4-10 Mô phỏng đường chạy dao chương trình trước khi gia công ........... 109
Hình 4-11 Quá trình mài chi tiết 3 mặt phẳng liên tục ...................................... 110
Hình 4-12 Chi tiết sau khi gia công ................................................................... 110
Hình 4-13 Sơ đồ đo kích thước chi tiết 3 mặt phẳng liên tục bằng đồng hồ so . 110
Hình 4-14 Quá trình đo biên dạng bề mặt chi tiết 3 mặt phẳng liên tục ............ 111
Hình 4-15 Đồ thị biên dạng chi tiết 3 mặt phẳng liên tục. ................................. 111
Hình 4-16 Chi tiết với biên dạng cong lồi và cung côn. .................................... 112
Hình 4-17 Bản vẽ chi tiết với biên dạng cung tròn lồi và cung côn .................. 112
Hình 4-18 Kích thước đá nghiêng cần sửa ......................................................... 114
Hình 4-19 Mô phỏng chạy đá mài gia công trên phần mềm Cimco Edit .......... 115
Hình 4-20 Quá trình mài chi tiết mặt cong lồi và mặt côn................................. 115
Hình 4-21 Chi tiết mặt côn và cong lồi sau khi mài. ......................................... 115
Hình 4-22 Sơ đồ đo biên dạng bề mặt cong lồi của chi tiết ứng dụng trong công
nghiệp ................................................................................................................. 116
Hình 4-23 Quá trình đo biên dạng bề mặt cong lồi ............................................ 116
Hình 4-24 Đồ thị biên dạng mặt cong lồi trước và sau gia công ....................... 117
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1-1 Các loại vật liệu mài ............................................................................... 4
Bảng 1-2 Ký hiệu các chất kết dính của đá mài ..................................................... 5
Bảng 1-3 Các cấp độ cứng của đá mài ................................................................... 6
Bảng 2-1 Sự tương ứng giữa địa chỉ đặc tả và đối số .......................................... 24
Bảng 2-2 Sự phù hợp giữa địa chỉ và đối số trong nhóm lệnh G-code ................ 25
Bảng 2-3 Các biến thời gian trong Custom Macro A .......................................... 29
Bảng 2-4 Các biến cho bộ phận gia công trong Custom Macro A ...................... 29
Bảng 2-5 Biến cho biết thông tin lệnh trong Custom Macro A ........................... 29
Bảng 2-6 Biến trả về giá trị vị trí trong Custom Macro A ................................... 30
Bảng 2-7 Các lệnh toán tử và rẽ nhánh trong Custom Macro A .......................... 31
Bảng 2-8 Các loại biến trong Custom Macro B ................................................... 38
Bảng 2-9 Các biến hệ thống cho tín hiệu kết nối trong Custom Macro B ........... 40
Bảng 2-10 Các biến hệ thống cho bộ nhớ bù dao A trong Custom Macro B ...... 40
Bảng 2-11 Các biến hệ thống cho bộ nhớ bù dao B trong Custom Macro B ...... 40
Bảng 2-12 Biến hệ thống cho cảnh báo Macro B ................................................ 41
Bảng 2-13 Các biến hệ thống cho thông tin thời gian trong Custom Macro B ... 41
Bảng 2-14 Biến hệ thống #3003 để điều khiển tự động trong Custom Macro B 41
Bảng 2-15 Biến hệ thống #3004 để điều khiển tự động trong Custom Macro B 42
Bảng 2-16 Các biến hệ thống cho số bộ phận cần hoặc đã được gia công trong
Custom Macro B .................................................................................................. 43
Bảng 2-17 Các biến hệ thống cho thông tin phương thức trong Custom Macro B
.............................................................................................................................. 43
Bảng 2-18 Các biến hệ thống cho thông tin vị trí trong Custom Macro B .......... 44
Bảng 2-19 Các biến hệ thống dùng cho bù giá trị độ lệch điểm gốc phôi trong
Custom Macro B .................................................................................................. 45
Bảng 2-20 Phép toán số học và logic trong Custom Macro B ............................. 46
Bảng 2-21 Các lỗi liên quan đến toán tử trong Custom Macro B ........................ 48
Bảng 2-22 Các phép so sánh trong Custom Macro B .......................................... 51
Bảng 2-23 Đối số loại 1 trong Custom Macro B ................................................. 54
Bảng 2-24 Đối số loại 2 trong Custom Macro B ................................................. 54
Bảng 3-1 Các tham số truyền vào chương trình sửa đá dạng phẳng.................... 72
Bảng 3-2 Các tham số truyền vào chương trình sửa đá dạng nghiêng ................ 73
Bảng 3-3 Các tham số truyền vào chương trình sửa cạnh đá cong ...................... 75
Bảng 3-4 Các tham số truyền vào chương trình sửa đá biên dạng cung cong ..... 79
Bảng 3-5 Các tham số truyền vào chương trình chạy dao theo mặt phẳng ngang
.............................................................................................................................. 85
Bảng 3-6 Các tham số truyền vào chương trình chạy đá theo mặt phẳng nghiêng
.............................................................................................................................. 88
Bảng 3-7 Các tham số truyền vào chương trình chạy đá theo đường cong lồi .... 91
Bảng 3-8 Các tham số truyền vào chương trình chạy đá theo đường cong lõm .. 97
Bảng 4-1 Các thông số công nghệ khi thực nghiệm mài 3 mặt bậc ................... 105
Bảng 4-2 Các thông số của đá mài 3 mặt bậc .................................................... 105
Bảng 4-3: So sánh độ nhám của chi tiết bậc trước và sau gia công (Ra – μm) . 107
Bảng 4-4 Quy trình công nghệ mài chi tiết 3 mặt phẳng liên tục ...................... 108
Bảng 4-5 Thông số của đá mài chi tiết 3 mặt phẳng liên tục ............................. 108
Bảng 4-6 Độ nhám trước và sau khi mài của chi tiết 3 mặt phẳng liên tục (Ra –
μm) ..................................................................................................................... 110
Bảng 4-7 Giá trị đo cao độ Z của chi tiết 3 mặt phẳng liên tục (mm) ............... 111
Bảng 4-8 Quy trình công nghệ mài chi tiết ứng dụng trong công nghiệp.......... 113
Bảng 4-9 Thông số đá sử dụng mài chi tiết ứng dụng trong công nghiệp ......... 113
Bảng 4-10 Độ nhám bề mặt của chi tiết trước và sau khi mài (Ra – μm).......... 115
Bảng 4-11 Giá trị đo cao độ Z của bề mặt cong lồi (mm) ................................. 116
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY MÀI PHẲNG VÀ MÁY MÀI ĐIỀU
KHIỂN SỐ CNC
1.1. Tổng quan về công nghệ mài
Lịch sử phát triển công nghệ mài
Việc ứng dụng mài là một nguyên công gia công lần cuối đã xuất hiện trước đây
khoảng 2 triệu năm, khi mà những dụng cụ thời tiền sử được sản xuất bằng quá
trình mài (chipping-abrade). Các hạt mài tự nhiên được sử dụng cho tới những năm
1980, khi mà các quặng được phát hiện và khai thác để chế tạo Al2O3 và SiC. Các
hạt mài nhân tạo tỏ ra có nhiều ưu điểm vượt trội so với hạt mài tự nhiên vì có thể
khống chế lượng tạp chất trong đó, có thể điều khiển chất lượng của hạt mài trong
quá trình sản xuất. Công nghiệp sản xuất hạt mài đã điều khiển được các tính chất
như kích thước hạt, độ bền của hạt phù hợp với các ứng dụng mài khác nhau.
Hình 1-1 Nguyên công mài trong thực tế
Trong Thế chiến thứ II, việc cung cấp không liên tục kim cương tự nhiên để làm
đá mài đã thúc đẩy các nghiên cứu phát triển vật liệu thay thế chúng. Năm 1955,
rất nhiều phát kiến trong việc phát triển vật liệu mài đã đưa đến thành công chế tạo
kim cương nhân tạo.
Rất nhanh sau đó, Nitrit Bor lập phương (CBN-Cubic Bor Nitride) được chế tạo.
Kim cương và CBN nhân tạo được biết đến dưới tên Superabrasive bởi vì chúng
có các tính chất tốt, đáp ứng được về độ cứng, độ bền mòn, độ bền nén và hệ số
dẫn nhiệt …
Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung và của ngành chế tạo
máy nói riêng, ngày càng có nhiều loại vật liệu mới ra đời đáp ứng các yêu cầu
ngày càng cao về cơ lí tính và các tính chất đặc biệt khác. Các vật liệu mới ngày
càng đòi hỏi chế độ gia công phức tạp, đồng thời các chi tiết có yêu cầu ngày càng
cao về chất lượng cũng như độ chính xác.
Do vậy phạm vi sử dụng của phương pháp mài ngày càng được mở rộng. Trong
ngành chế tạo máy hiện đại, mài chiếm một tỉ lệ rất lớn, máy mài chiếm khoảng
30% tổng số máy cắt kim loại.
Đặc biệt là trong ngành chế tạo ổ bi, nguyên công mài chiếm khoảng 60% toàn bộ
quy trình công nghệ.
1
Những đòi hỏi về độ chính xác và chất lượng gia công ngày càng cao thì mài càng
được quan tâm nghiên cứu và sử dụng rộng rãi hơn bất kỳ một dạng gia công cơ
nào khác. Do đó mài luôn được nghiên cứu và mở rộng.
Đặc điểm công nghệ mài
a. Đặc điểm của quá trình mài
Mài là một phương pháp gia công tinh bằng hạt mài vận tốc cao. Quá trình cắt gọt
được thực hiện bởi vô số hạt mài gắn cứng trên bề mặt làm việc của đá mài. Do đó
đá mài cho phép bớt đi một lớp lượng dư rất mỏng (tới vài µm), lực cắt bé, không
làm biến dạng vật liệu gia công. Mài cho phép đạt độ bóng bề mặt (khoảng cấp
8÷11) và độ chính xác (cấp 5÷6) cao. Mài có thể gia công vật liệu với độ cứng bất
kỳ. [1]
Các hạt mài được giữ chặt trong đá mài bằng chất kết dính. Mài có nhiều đặc điểm
khác biệt so với các phương pháp gia công cắt gọt khác:
Đá mài là loại dụng cụ cắt có rất nhiều lưỡi cắt không liên tục đồng thời tham gia
cắt, các lưỡi cắt được tạo ra bởi các hạt mài có kích thước rất nhỏ, có hình dáng rất
khác nhau và phân bố lộn xộn trong chất dính kết. Đa số các hạt mài có nhiều lưỡi
cắt, có góc lượn ở đỉnh và có góc cắt không thuận lợi cho điều kiện cắt gọt.
Góc trước thường âm và góc cắt thường lớn hơn 90 , có bán kính ở các lưỡi cắt.
- Tốc độ cắt khi mài rất cao, thường Vđ = (30 ÷ 35) m/s, tốc độ có thể lên tới
100 m/s.
- Do góc cắt không hợp lý, tốc độ cắt cao nên nhiệt độ ở vùng cắt khi mài.
- Nhiệt độ rất lớn có thể (1000 ÷ 1500⁰ C) làm thay đổi cấu trúc tế vi lớp kim
loại bề mặt.
- Khi mài, mỗi hạt mài tạo ra một phoi riêng biệt có kích thước rất nhỏ, số
lượng phoi tạo ra trong một đơn vị thời gian rất lớn (hàng nghìn phoi trong
một phút), vì thế có thể coi quá trình mài là quá trình cào xước tế vi bề mặt
gia công.
- Hạt mài có độ cứng cao, cắt gọt không liên tục nên có thể gia công được
những vật liệu rất cứng mà các dụng cụ khác không cắt được như thép tôi,
hợp kim cứng, thép bền nhiệt nhưng lại không gia công được những vật liệu
rất mềm.
- Lực cắt khi mài thường không lớn (trung bình vào khoảng 300N ÷ 400N)
vì tiết diện của phoi hạt mài rất bé. Thường Py = (1,5÷ 3) Pz, lực Px bé hơn
lực Pz nhiều.
Tuy nhiên công suất tiêu hao khi mài rất lớn vì tốc độ cắt khi mài rất cao. Trong
quá trình cắt, đá mài có khả năng tự mài sắc:
- Dưới tác dụng của tải trọng cơ, nhiệt các hạt mài đã mòn bật ra khỏi bề mặt
đá tạo điều kiện cho những hạt mài mới tham gia vào quá trình cắt, ngoài
ra một số hạt mài vỡ tạo thành những lưỡi cắt.
- Do hiện tượng tự mài sắc cũng như không thể chủ động thay đổi được hình
dáng và vị trí của hạt mài trong đá mài cho nên việc nghiên cứu và điều
2
khiển quá trình mài gặp nhiều khó khăn, các quy luật của quá trình mài chưa
được nghiên cứu toàn diện.
b. Đá mài, thành phần cấu tạo
Hình 1-2 Các loại đá mài thường dùng
Đá mài là một dụng cụ cắt đặc biệt vì có vô số lưỡi cắt và các dụng cụ cắt không
hoàn toàn giống nhau về kích thước và hình dáng. Đá mài được tạo thành từ các
hạt mài và chất dính kết.
Hạt mài là thành phần chính của đá mài, mỗi hạt mài có nhiệm vụ như một lưỡi
cắt nên nó phải có yêu cầu như các loại vật liệu làm lưỡi cắt. Hạt mài được chế tạo
từ các loại vật liệu như kim cương, cacbit Silic (SiC), Oxit nhôm (Al2O3), cacbit
bo (B4C). Hạt mài được sản xuất theo các kích cỡ hạt khác nhau (từ 5 micromet
đến 3200 micromet) để chế tạo các loại đá khác nhau.
Kích thước hạt phụ thuộc vào kích thước rây để sàng và phân loại độ lớn của hạt.
Chất kết dính dùng để liên kết các hạt mài và tạo nên hình dáng của đá mài. Chất
dính kết quyết định độ cứng và độ bền của đá mài.
Chất dính kết thường dùng gồm chất kết dính vô cơ như keramit, chất kết dính hữu
cơ như bakelit, cao su...
Độ cứng hoặc độ mềm của đá mài không phụ thuộc vào vật liệu chế tạo hạt mài
mà là khả năng tách rời của các hạt mài khi có lực tác dụng của lực cắt để tạo nên
trên bề mặt của đá một lớp hạt mài mới.
Đá cứng là loại đá mà các hạt mài khó tách khỏi đá mài. Loại này dùng để gia công
các loại vật liệu mềm vì vật liệu mềm không đòi hỏi cao về độ sắc của lưỡi cắt.
Đá mềm là loại đá dễ tách các hạt mài ra khỏi đá mài và tạo nên bề mặt của đá các
hạt mài mới và các lưỡi cắt mới nên lưỡi cắt sắc bén hơn, thường dùng để gia công
các vật liệu cứng.
Một đặc trưng nữa của đá mài mà các loại dụng cụ cắt khác không có đó là độ xốp.
Độ xốp của đá mài là tỉ lệ phần trăm phần rỗng trong một đơn vị thể tích của đá
mài. Đá mài có độ hạt lớn thì độ xốp càng lớn và ngược lại.
Hình dáng của đá mài rất đa dạng, tuỳ theo mục đích sử dụng và tuỳ theo loại máy
mà đá mài sản suất theo hình dáng và tính chất khác nhau.
3
Trong mỗi loại hình dáng của đá cũng có nhiều loại đá mài với tính chất khác nhau
như độ hạt, độ cứng, độ xốp và độ lớn về kích thước.
Kích cỡ hạt mài được phân loại dựa vào kích thước lỗ rây. Việc chọn lựa cỡ hạt đá
mài căn cứ vào độ chính xác, độ nhẵn bề mặt sản phẩm cần gia công cũng như tính
chất vật liệu, diện tích tiếp xúc bề mặt.
Nếu như diện tích của đá mài kim loại và chi tiết gia công lớn thì đá mài sẽ phải là
hạt lớn.
Cách đọc một số ký hiệu và thông số trên đá mài:
Hình 1-3 Ký hiệu trên đá mài [2]
Vật liệu hạt mài:
Vật liệu dùng làm hạt mài có ở thiên nhiên và nhân tạo.
Phần lớn các đĩa mài chứa hạt mài bằng bột mài (coridon) (trắng, hổng) hay
silicium cacbit (xanh, đen). Độ dẻo dai của hạt giảm với độ cứng tăng của hạt mài.
Vật liệu dùng làm hạt mài có ở thiên nhiên và nhân tạo.
Bảng 1-1 Các loại vật liệu mài
Độ cứng Độ bền
Vật liệu
Ký hiệu Knoop nhiệt Những lĩnh vực ứng dụng
mài
(N/mm2) đen
Coridon Thép không hợp kim, thép
thường 18000 không tôi cứng, thép đúc gang
(Al2O3) dẻo
A 2000C
Coridon Thép hợp kim cao và thép hợp
tinh khiết 21000 kim thấp, thép tôi cứng, thép
(Al2O3) thấm than, thép dụng cụ, titan
Vật liệu cứng hợp kim cứng,
Silicium
gang, thép gió, gốm, thủy tinh,
C cacbit 24800 1370C
vật liệu mềm đồng nhôm, chất
(SiC)
dẻo
Bor nitrit Thép gio, thép cán nóng và
CBN 60000 1200C
(BN) thép cán nguội
Hợp kim cứng, gang, thủy tinh,
Kim
D 70000 800C gốm, đá, kim loại không chứa
cương (C)
sắt, không dành cho thép
4
Các loại hạt:
Hạt nhọn phù hợp với vật liệu tạo phoi dài. Hạt dạng khối chống mài mòn ở vật
liệu giòn. Hạt tinh thể đơn (một hạt tinh thể) có độ bền hạt cao, nó phù hợp để mài
thủy tinh và gốm. Hạt đa tinh thể lúc mài kết thành nhiều hạt cắt nhỏ từ hạt qua sự
tách vi tế (mikro) trước khi vỡ hoàn toàn. Các hạt do đó được dùng tốt hơn khi mài
kim loại cứng.
Hình 1-4 Các loại hạt mài
Chất kết dính:
Việc liên kết các hạt mài để tạo hình dáng và kích thước của đá mài là nhờ chất
kết dính.
Đĩa mài kết dính bằng gốm có những buổng bọng và có thể dễ sửa liếc đá. Kết
dính bằng nhựa tổng hợp giữ các hạt chặt hơn, do đó gây ra lực mài cao hơn. Tuy
nhiên những hạt nhọn nằm tự do giúp mài mát hơn (ít nhiệt hơn).
Bảng 1-2 Ký hiệu các chất kết dính của đá mài
Dấu hiệu Loại kết dính Lĩnh vực ứng dụng
Mài phá và mài tinh thép với corundum
V Kết dính bằng gôm
(bột mài gốc oxit nhôm) và silic cacbua
Kết dính với nhựa Mài thô và mài cắt đứt, mài áp lực cao với
BBF tổng hợp có chất gia corundum aricon, mài định hình với kim
cường cương và bor nitrua
Kết dính bằng kim Mài định hình và mài dụng cụ với kim
M
loại cương hay bor nitrua
Kết dính bằng mạ Mài lỗ trong kim loại cứng, thép gió, mài
G
điện tay
Kết dính bằng cao
RF Đĩa mài cắt, đĩa mài dẫn
su với sợi gia cường
Độ cứng của đá mài:
Trong thời gian làm việc, hạt mài bị cùn đi, lực tác dụng vào hạt mài tăng lên, đến
mức nào đó có thể làm cho hạt mài tróc ra khỏi bề mặt đá mài.
5
Độ cứng của đá mài là khả năng chống lại sự tróc của hạt mài, trong thời gian làm
việc. Đá mài gọi là mềm khi hạt mài dễ tróc ra và đá mài cứng khi hạt mài khó tróc
hơn.
Đá mài có chất kết dính Keramic và Bakelit được chế tạo với tất cả các cấp độ
cứng. Đá mài có chất dính kết Vunkahit chỉ chế tạo với một số độ cứng nhất định
Khi mài vật liệu càng cứng, hạt mài mòn càng nhanh cần chọn đá mài mềm, (để
hạt mài dễ tróc ra tạo khả năng tự mài sắc một phần) và ngược lại vật liệu gia công
càng mềm, cần chọn đá mài có độ cứng cao hơn, khi mài vật liệu dẻo (nhôm,
đồng...) ngoài hiện tượng mòn các hạt mài, mặt đá mài còn bị lì đi (do phôi bịt kín
các khe hở giữa các hạt) do vậy cần chọn đá mềm. Mặt tiếp xúc giữa đá mài và các
chi tiết gia công càng lớn, hạt mài mòn càng nhanh cần chọn đá mài càng mềm.
Bảng 1-3 Các cấp độ cứng của đá mài
Cấp độ cứng Ký hiệu Khu vực ứng dụng
Mài sâu và mài cạnh các vật
A, B, C, D, E, F, G Cực mềm, rất mềm
liệu cứng
H, I, J, L, M, N, O Trung bình mềm Mài kim loại thông thường
P, Q, R, s, T, U, V, Cứng, rất cứng, cực
Mài tròn ngoài, vật liệu mềm
W, X, Y, Z cứng
Cấu trúc của đá mài:
Tỉ lệ về số lượng của hạt mài, chất dính kết và khoảng trống trong một đơn vị thể
tích của đá mài là đặc trưng của cấu trúc đá mài. Trong một đơn vị thể tích đá
mài, hạt mài càng lớn, cấu trúc của đá càng chặt.
Đá có cấu trúc xốp, khoảng hở giữa các hạt mài lớn mặt đá mài khó bị lì (mạt mài
khó bị kẹt vào khoảng hở giữa các hạt mài). Mặt khác khi đá quay với tốc độ cao
dễ tạo nên dòng khí lưu thông giữa các khe hở đó, cũng như dung dịch làm nguội
cũng dễ thẩm thấu qua các khe hở của hạt mài để làm nguội trực tiếp bề mặt gia
công ở vùng mài. Tuy vậy đá mài có cấu trúc xốp cũng có nhiều nhược điểm là
sức bền kém, không giữ được lâu profile của mặt đá.
Việc chọn cấu trúc của đá mài theo cách sau: trong mài tĩnh và mài định hình, chọn
đá có cấu trúc chặt, bởi vì cần bảo đảm profin mặt đá mài. Đá mài có cấu trúc chặt
trung bình dùng để mài thép đã tôi, mài sắc dụng cụ cắt và mài phẳng, mài tròn
ngoài bằng mặt tròn của đá. Cấu trúc xốp dùng khi mài kim loại mềm và dẻo, khi
mài phẳng mặt đầu của đá.
c. Khả năng công nghệ của mài
Mài có thể gia công được hầu hết các dạng bề mặt: Mặt trụ ngoài, mặt trụ
trong, mặt phẳng, mặt định hình v.v... Ngoài ra mài còn có khả năng gia công được
những chi tiết khó định vị và kẹp chặt như: Xéc măng, viên bi v.v... Mài có khả
năng đạt độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao: Khi mài tinh có thể đạt cấp
chính xác 5 - 6, nhám bề mặt Ra = 0,1 - 0,2 .
Mài có khả năng gia công được hầu hết các loại vật liệu nhất là các loại vật liệu
mới có cơ lý tính cao (độ bền, độ cứng, độ chịu nhiệt, chịu mài mòn). Lĩnh vực
6
ứng dụng khác mà không có phương pháp nào cạnh tranh được với mài là trong
gia công tạo hình các loại vật liệu đặc biệt cứng hoặc đặc biệt giòn. Trong sản xuất
các chi tiết thép tôi như dụng cụ cắt, ổ lăn… Mài có thể gia công khá dễ dàng trong
khi các phương pháp gia công truyền thống khác gặp khó khăn. Vì vậy mài ngày
càng được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi.
Xu hướng phát triển của công nghệ mài
Với đà phát triển của khoa học kỹ thuật, nhu cầu về các loại máy, thiết bị và phụ
kiện có độ chính xác, độ bền cao ngày càng lớn. Do vậy tỉ trọng các sản phẩm cơ
khí cần gia công tinh không ngừng tăng lên. Chính vì vậy các máy mài truyền
thống không thể đáp ứng kịp thời nhu cầu và chất lượng các sản phẩm trong gia
công các chi tiết cơ khí. Việc phát triển và ứng dụng các loại máy mài điều khiển
theo trương trình số (Grinding Computer Numerical Control Machine) cho phép
mở rộng đáng kể khả năng công nghệ và lĩnh vực sử dụng máy mài trong gia công
để chế tạo các loại sản phẩm cố độ phức tạp và chính xác cao.
Để có thể ứng dụng hiệu quả công nghệ mài và các loại máy mài vào các quá trình
gia công, làm chủ các thông số công nghệ, tiến tới tối ưu hóa quá trình chế tạo sản
phẩm, các kỹ thuật viên và thợ mài không những phải nắm vững các nguyên lý cơ
bản của phương pháp, nguyên tắc điều khiển, điều chỉnh thiết bị, mà còn phải có
khả năng tự bảo hành sửa chữa các hỏng hóc có thể xảy ra khi làm việc.
Tóm lại, việc ứng dụng điều khiển số vào các máy công cụ nói chung và máy mài
nói riêng là một yếu tố cần thiết có tầm quan trọng, quyết định tới quá trình sản
xuất. Nó có thể tiết kiệm thời gian trong quá trình sản xuất, gia công, đem lại lợi
nhuận và nó có những tính năng mà máy công cụ thường chưa đạt được.
Tuy nhiên, khi áp dụng điều khiển số vào quá trình sản xuất các yêu đặt ra là:
- Cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các khâu thiết kế, chuẩn bị sản xuất và
thực hiện gia công chế tạo.
- Cần đào tạo nâng cao cho thợ chuyên môn. Một khóa đào tạo về kỹ thuật
CNC là phải có, vì máy móc chỉ sử dụng tốt nếu người sử dụng có kiến thức
thuần thục.
1.2. Tổng quan về máy mài phẳng
Máy mài mặt phẳng là máy dùng để mài tinh cũng như thô các mặt phẳng bằng
mặt trụ hoặc bằng mặt đầu của đá mài. Ở máy mài mặt phẳng, chi tiết gia công
được cố định trên bàn máy bằng đồ gá chuyên dùng hoặc bằng bàn từ. Bàn máy có
thể là hình chữ nhật, thực hiện chuyển động thẳng tịnh tiến khứ hồi hoặc có thể là
hình tròn, thực hiện chuyển động chạy dao vòng.
Máy mài mặt phẳng có thể dùng trong sản xuất đơn chiếc hoặc sản xuất hàng khối.
Độ chính xác gia công có thể đạt được ±10 µm trên độ dài 2000 mm, ở những chi
tiết ngắn có thể đạt được ±2 µm. [3]
7
Cấu tạo máy mài phẳng
Mài bề mặt là phổ biến nhất của các hoạt động mài. Đây là một quá trình hoàn
thiện sử dụng bánh xe mài quay để làm phẳng bề mặt phẳng của vật liệu kim loại
hoặc phi kim loại. Giúp loại bỏ lớp oxit và tạp chất trên bề mặt chi tiết gia công.
Máy mài phẳng bao gồm bánh mài mòn, thân máy, các trục chuyển động, bàn máy,
đồ gá chuyên dùng và vạn năng lắp trên bàn máy….
Hình 1-5 Cấu tạo máy mài phẳng
Phân loại máy mài phẳng
a. Trục chính nằm ngang với bàn qua lại
Hình 1-6 Nguyên lý làm việc của máy mài trục chính nằm ngang với bàn qua lại. [4]
Máy mài phẳng loại này đĩa mài trên trục chính nằm ngang. Bề mặt của đĩa mài
được tịnh tiến tới phôi. Phôi nếu được làm từ kim loại có dẫn từ thì được gá trên
bàn từ di chuyển tới lui dưới đĩa mài quay nhanh. Đá mài (hoặc phôi) có thể được
di chuyển vào ra.
8
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Thiết lập cơ sở dữ liệu gia công cho máy
điều khiển số CNC
BÙI DUY DIỆN
[email protected]
Ngành Kỹ Thuật Cơ Điện Tử
Giảng viên hướng dẫn: TS. Lê Đức Bảo
Chữ ký của GVHD
Viện: Cơ Khí
HÀ NỘI, 04/2021
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn: Bùi Duy Diện
Đề tài luận văn: Thiết lập cơ sở dữ liệu gia công cho máy điều khiển số
CNC
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử
Mã số SV: CB190048
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác
nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày
28/04/2021 với các nội dung sau:
Về hình thức:
- Chỉnh sửa các lỗi soạn thảo, chính tả.
- Chỉnh sửa các hình ảnh, bảng biểu bị mờ hoặc còn thiếu tiêu đề.
Về nội dung:
- Thêm các trích dẫn tài liệu tham khảo.
- Thêm hướng tiếp cận và nội dung nghiên cứu của luận văn (mục 1.5)
- Giải thích các sơ đồ thuật toán sửa biên dạng đá mài (hình 3-7 trang 71)
và sơ đồ thuật toán chạy đá mài gia công (hình 3-30 trang 84)
- Chỉnh sửa nội dung kết luận các chương và kết luận chung của luận văn.
- Thêm quá trình và kết quả đo đánh giá bề mặt chi tiết sau thực nghiệm.
Ngày tháng năm 2021
Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
Thiết lập cơ sở dữ liệu gia công cho máy điểu khiển số CNC.
Giáo viên hướng dẫn
Ký và ghi rõ họ tên
Lời cảm ơn
Trong suốt thời gian thực hiện đề tài này, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm,
giúp đỡ của quý thầy cô, gia đình và bạn bè. Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất
đến thầy cô Bộ môn Máy và Ma sát học – Viện Cơ Khí – Trường Đại Học Bách
Khoa Hà Nội. Đặc biệt hơn hết là sự quan tâm tận tình của TS. Lê Đức Bảo, người
đã trực tiếp hướng dẫn em trong thời gian làm luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Tóm tắt nội dung luận văn
Trong luận văn này, việc thiết lập cơ sở dữ liệu gia công cho máy điều khiển số
CNC gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về công nghệ mài và máy mài phẳng điều khiển số CNC
Trong chương này, nghiên cứu tổng quan về công nghệ mài, máy mài phẳng và
máy điều khiển số CNC. Tìm hiểu về một số công trình nghiên cứu trong nước có
liên quan đến nội dung của đề tài. Từ đó định hướng nghiên cứu thiết lập cơ sở dữ
liệu cho các máy mài phẳng điều khiển số CNC
Chương 2: Cơ sở lý thuyết về lập trình Macro trong hệ Fanuc
Trong chương này chủ yếu đi vào nghiên cứu về lập trình Macro trong hệ Fanuc.
Tròn hệ Fanuc có 2 loại chương trình Macro đó là Custom Macro A và Custom
Macro B. Hai loại chương trình Macro đều có các loại biến, các toán tử và logic
của từng loại chương trình kèm theo đó là cách thức để gọi một chương trình
Macro. Tuy nhiên, chương trình Custom Macro B có cú pháp sử dụng đơn giản
hơn chương trình Custom Macro A.
Chương 3: Thiết lập cơ sở dữ liệu cho máy mài phẳng điều khiển số CNC
Trong chương này tiến hành xây dựng các chương trình con Custom Macro B cho
máy mài phẳng CNC với 3 nội dung chính:
- Đưa ra quy trình và phương pháp thiết lập cơ sở dữ liệu cho máy mài CNC.
- Thiết lập cơ sở dữ liệu sửa biên dạng đá mài cho một số biên dạng đặc biệt.
- Thiết lập cơ sở dữ liệu chạy đá mài gia công cho một số biên dạng đặc biệt
Chương 4: Thực nghiệm gia công một số chi tiết trên máy mài phẳng CNC
Dựa trên cơ sở dữ liệu đã thiết lập được, tiến hành thực nghiệm mài một số chi tiết
điển hình. Kết quả thu được độ chính xác gia công (độ nhám bề mặt và kích thước)
đạt kết quả tốt.
Kết luận:
Luận văn đã đạt được mục tiêu đề ra ban đầu là thiết lập cơ sở dữ liệu cho máy
mài phẳng điều khiển số CNC. Từ đó giúp đơn giản hóa quá trình lập trình gia
công và có thể làm tài liệu tham khảo để thiết lập cơ sở dữ liệu trên các máy điều
khiển số chuyên dùng.
Để mở rộng phát triển đề tài có thể tiến hành nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu
sửa đá và gia công cho các chi tiết có dạng profin đặc biệt như các mài các bề mặt
dụng cụ hay các bề mặt khuôn …. Ngoài ra có thể tiến hành nghiên cứu xây dựng
giao diện lập trình thân thiện hơn, dễ sử dụng cho người sử dụng có trình độ không
cao.
Học viên
Ký và ghi rõ họ tên
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY MÀI PHẲNG VÀ MÁY MÀI ĐIỀU
KHIỂN SỐ CNC .................................................................................................... 1
1.1. Tổng quan về công nghệ mài ...................................................................... 1
Lịch sử phát triển công nghệ mài ......................................................... 1
Đặc điểm công nghệ mài ...................................................................... 2
Xu hướng phát triển của công nghệ mài .............................................. 7
1.2. Tổng quan về máy mài phẳng ..................................................................... 7
Cấu tạo máy mài phẳng ........................................................................ 8
Phân loại máy mài phẳng ..................................................................... 8
Gia công sửa đá biên dạng đặc biệt trên máy mài phẳng trục chính nằm
ngang với bàn qua lại ................................................................................... 10
1.3. Tổng quan về máy CNC............................................................................ 11
Tổng quan về máy công cụ CNC ....................................................... 11
Ứng dụng của máy mài CNC trong sản xuất ..................................... 15
Giới thiệu một số máy mài CNC phổ biến......................................... 15
Thực trạng ứng dụng máy công cụ điều khiển số CNC tại Việt Nam 18
1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước. .............................................. 19
Ảnh hưởng của chế độ công nghệ khi sửa đá đến chất lượng bề mặt chi
tiết khi mài tròn ngoài thép không rỉ sus 304............................................... 19
ứng dụng công nghệ mài bề mặt định hình trên máy phay CNC sử dụng
đá mài CBN .................................................................................................. 19
1.5. Hướng tiếp cận và nội dung nghiên cứu của luận văn .............................. 21
1.6. Kết luận chương 1 ..................................................................................... 21
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ LẬP TRÌNH MACRO TRONG HỆ
FANUC ................................................................................................................ 22
2.1. Custom Macro A [10] ............................................................................... 22
Lệnh trong Custom Macro A: ............................................................ 23
Khối Custom Macro ........................................................................... 26
Lệnh toán tử và lệnh rẽ nhánh ............................................................ 30
Ghi chú về Custom Macro ................................................................. 36
2.2. Custom Macro B [10]................................................................................ 36
Biến .................................................................................................... 37
Biến hệ thống ..................................................................................... 39
Lệnh thuật toán và logic ..................................................................... 45
Câu lệnh Macro và NC....................................................................... 49
Vòng lặp và rẽ nhánh ......................................................................... 50
Gọi chương trình Macro..................................................................... 53
Xử lý các câu lệnh Macro .................................................................. 64
Đăng ký các chương trình Custom Macro ......................................... 65
Các hạn chế ........................................................................................ 66
2.3. Kết luận chương 2 ..................................................................................... 67
CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP CƠ SỞ DỮ LIỆU CHO MÁY MÀI PHẲNG ĐIỀU
KHIỂN SỐ CNC .................................................................................................. 68
3.1. CÁC BƯỚC XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU CHO MÁY MÀI CNC .... 68
Tính cần thiết của việc xây dựng cơ sở dữ liệu cho máy mài ............ 68
Các bước xây dựng cơ sở liệu cho máy mài CNC ............................. 69
3.2. THIẾT LẬP CƠ SỞ DỮ LIỆU SỬA ĐÁ ................................................. 70
Sửa đá biên dạng phẳng ..................................................................... 72
Sửa đá biên dạng đá nghiêng ............................................................. 73
Sửa đá cạnh đá theo biên dạng cong .................................................. 75
Sửa đá theo biên dạng cung cong....................................................... 79
Mô phỏng và sửa biên dạng đá bất kỳ ............................................... 81
3.3. THIẾT LẬP CƠ SỞ DỮ LIỆU CHẠY ĐÁ MÀI ..................................... 83
Chạy đá mài theo mặt phẳng nằm ngang ........................................... 85
Chạy đá mài mặt phẳng nghiêng ........................................................ 88
Chạy đá mài theo đường cong lồi ...................................................... 91
Chạy đá mài theo đường cong lõm .................................................... 96
3.4. Kết luận chương 3 ................................................................................... 101
CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM GIA CÔNG MỘT SỐ CHI TIẾT TRÊN MÁY
MÀI PHẲNG CNC ............................................................................................ 102
4.1. Trình tự thực nghiệm............................................................................... 102
4.2. Gia công chi tiết dạng bậc ....................................................................... 104
4.3. Mài chi tiết với các mặt phẳng liên tục có góc nghiêng khác nhau ........ 107
4.4. Mài chi tiết ứng dụng trong công nghiệp ................................................ 112
4.5. Kết luận chương 4 ................................................................................... 117
KẾT LUẬN & HƯỚNG PHÁT TRIỂN ............................................................ 118
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 119
PHỤ LỤC ........................................................................................................... 120
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1-1 Nguyên công mài trong thực tế............................................................... 1
Hình 1-2 Các loại đá mài thường dùng .................................................................. 3
Hình 1-3 Ký hiệu trên đá mài [2] ........................................................................... 4
Hình 1-4 Các loại hạt mài ...................................................................................... 5
Hình 1-5 Cấu tạo máy mài phẳng .......................................................................... 8
Hình 1-6 Nguyên lý làm việc của máy mài trục chính nằm ngang với bàn qua lại.
[4] ........................................................................................................................... 8
Hình 1-7 Nguyên lý làm việc máy mài trục chính nằm ngang với bàn quay. [4] .. 9
Hình 1-8 Nguyên lý làm việc máy mài trục chính thẳng đứng, bàn quay chuyển
động qua lại. [4] ..................................................................................................... 9
Hình 1-9 Nguyên lý làm việc máy mài trục chính thẳng đứng so với bàn quay. [4]
................................................................................................................................ 9
Hình 1-10 Sửa đá nhọn trên máy mài phẳng trục chính nằm ngang với bàn qua lại.
[5] ......................................................................................................................... 10
Hình 1-11 Sửa đá mài mặt phẳng nghiêng trên máy mài phẳng trục chính nằm
ngang với bàn qua lại. [5]..................................................................................... 10
Hình 1-12 Sửa đá mài cong cạnh đá trên máy mài phẳng trục chính nằm ngang với
bàn qua lại. [5]...................................................................................................... 10
Hình 1-13 Sửa đá mài cong lồi trên máy mài phẳng trục chính nằm ngang với bàn
qua lại. [5] ............................................................................................................ 11
Hình 1-14 Sửa đá mài cong lõm trên máy mài phẳng trục chính nằm ngang với bàn
qua lại. [5] ............................................................................................................ 11
Hình 1-15 Lịch sử phát triển của máy CNC [7] ................................................... 12
Hình 1-16 Gia công cắt gọt trên máy CNC .......................................................... 14
Hình 1-17 Cấu tạo chung của các máy CNC ....................................................... 15
Hình 1-18 Máy mài phẳng CNC KGS-820 .......................................................... 16
Hình 1-19 Máy mài vô tâm CNC JAGUAR CLG6020 ....................................... 16
Hình 1-20 Máy mài tròn CNC SWIFT ................................................................ 17
Hình 1-21 Máy mài tọa độ WAIDA JG35 ........................................................... 18
Hình 1-22 Ảnh hưởng của chế độ công nghệ sửa đá đến nhám bề mặt khi mài thép
SUS 304................................................................................................................ 19
Hình 1-23 Đồ thị biểu diễn độ cứng của các loại hạt mài .................................... 20
Hình 1-24 Đồ gá lắp đá mài CBN lên máy phay CNC. ....................................... 20
Hình 1-25 Tiến hành gia công mài trên máy phay CNC YDC – 96. ................... 20
Hình 1-26 Đồ thị phân bố nhám bề mặt. .............................................................. 21
Hình 2-1 Cấu trúc chương trình Custom Macro A .............................................. 22
Hình 2-2 Cấu trúc phần thân Custom Macro ....................................................... 26
Hình 2-3 Ví dụ về giao diện nhập giá trị biến trên máy CNC ............................. 39
Hình 2-4 Ví dụ về việc sử dụng biến # 3004 trong một chu kỳ tạo ren ............... 42
Hình 2-5 Quy trình khoan lỗ bằng Macro ............................................................ 56
Hình 3-1 Mài định hình trên máy CNC ............................................................... 68
Hình 3-2 Đồ gá sửa đá mài mặt nghiêng [5] ........................................................ 68
Hình 3-3 Đồ gá sửa đá mài mặt cong [5] ............................................................. 69
Hình 3-4 Các biên dạng cần gia công .................................................................. 69
Hình 3-5 Sửa đá mài với đầu kim cương tĩnh ...................................................... 70
Hình 3-6 Sửa đá với đĩa kim cương quay ............................................................ 71
Hình 3-7 Sơ đồ thuật toán sửa đá ......................................................................... 71
Hình 3-8 Minh họa sửa đá mài biên dạng phẳng ................................................. 72
Hình 3-9 Chi tiết mài biên dạng nghiêng trái....................................................... 73
Hình 3-10 Sửa đá nghiêng cạnh trái ..................................................................... 74
Hình 3-11 Chi tiết mài biên dạng nghiêng phải ................................................... 74
Hình 3-12 Sửa đá nghiêng cạnh phải ................................................................... 74
Hình 3-13 Chi tiết lồi góc phần tư thứ I ............................................................... 76
Hình 3-14 Sửa đá cong lõm cạnh trái (T=1; U=-1).............................................. 76
Hình 3-15 Chi tiết lồi góc phần tư thứ II ............................................................. 76
Hình 3-16 Sửa đá mài cong lõm cạnh phải (T=-1; U=-1) .................................... 76
Hình 3-17 Chi tiết cong lõm góc phần tư thứ III ................................................. 77
Hình 3-18 Sửa đá cong lồi cạnh trái (T=1; U=1) ................................................. 77
Hình 3-19 Chi tiết biên dạng cong lõm góc phần tư thứ IV ................................ 77
Hình 3-20 Sửa đá cong lồi cạnh phải (T=-1; U=1) .............................................. 77
Hình 3-21 Sửa biên dạng đá cong lõm (U=-1)..................................................... 80
Hình 3-22 Sửa biên dạng đá cong lồi (U=1) ........................................................ 80
Hình 3-23 Sửa đá nhọn ........................................................................................ 81
Hình 3-24 Sửa đá biên dạng lượn sóng ................................................................ 82
Hình 3-25 Sửa đá lượn sóng lần 1 – sửa đá cong lõm. ........................................ 82
Hình 3-26 Sửa đá lượn sóng lần 2 – sửa đá cong lồi ........................................... 82
Hình 3-27 Chi tiết có biên dạng bất kỳ. ............................................................... 83
Hình 3-28 Sửa đá biên dạng bất kỳ ...................................................................... 83
Hình 3-29 Hệ tọa độ phôi trước và sau khi xoay ................................................. 84
Hình 3-30 Sơ đồ thuật toán chạy đá mài gia công ............................................... 84
Hình 3-31 Mô phỏng chạy dao mài mặt phẳng .................................................... 86
Hình 3-32 Mô phỏng quá trình mài bằng phần mềm Cimco Edit ....................... 87
Hình 3-33 Đường quỹ đạo đá khi mài mặt nghiêng............................................. 88
Hình 3-34 Mô phỏng quá trình mài bằng phần mềm Cimco Edit: ...................... 91
Hình 3-35 Đường quỹ đạo đá mài mặt cong lồi................................................... 92
Hình 3-36 Mô phỏng đường dao thu được trên phần mềm Cimco Edit .............. 96
Hình 3-37 Quỹ đạo đá mài mặt cong lõm ............................................................ 97
Hình 3-38 Kết quả mô phỏng đường chạy dao bằng phần mềm Cimco Edit .... 100
Hình 4-1 Giao diện phần mềm Cimco Edit 8..................................................... 102
Hình 4-2 Nhập chương trình macro vào phần mềm. ......................................... 103
Hình 4-3 Đường chạy dao của chương trình macro. .......................................... 103
Hình 4-4 Ví dụ về hệ tọa độ gia công của chi tiết .............................................. 104
Hình 4-5 Bản vẽ chi tiết 3 mặt bậc ..................................................................... 104
Hình 4-6 Mô phỏng đường chạy dao của chương trình trước khi gia công....... 106
Hình 4-7 Quá trình mài chi tiết 3 mặt bậc.......................................................... 106
Hình 4-8 Chi tiết sau khi gia công ..................................................................... 107
Hình 4-9 Biên dạng gia công ............................................................................. 107
Hình 4-10 Mô phỏng đường chạy dao chương trình trước khi gia công ........... 109
Hình 4-11 Quá trình mài chi tiết 3 mặt phẳng liên tục ...................................... 110
Hình 4-12 Chi tiết sau khi gia công ................................................................... 110
Hình 4-13 Sơ đồ đo kích thước chi tiết 3 mặt phẳng liên tục bằng đồng hồ so . 110
Hình 4-14 Quá trình đo biên dạng bề mặt chi tiết 3 mặt phẳng liên tục ............ 111
Hình 4-15 Đồ thị biên dạng chi tiết 3 mặt phẳng liên tục. ................................. 111
Hình 4-16 Chi tiết với biên dạng cong lồi và cung côn. .................................... 112
Hình 4-17 Bản vẽ chi tiết với biên dạng cung tròn lồi và cung côn .................. 112
Hình 4-18 Kích thước đá nghiêng cần sửa ......................................................... 114
Hình 4-19 Mô phỏng chạy đá mài gia công trên phần mềm Cimco Edit .......... 115
Hình 4-20 Quá trình mài chi tiết mặt cong lồi và mặt côn................................. 115
Hình 4-21 Chi tiết mặt côn và cong lồi sau khi mài. ......................................... 115
Hình 4-22 Sơ đồ đo biên dạng bề mặt cong lồi của chi tiết ứng dụng trong công
nghiệp ................................................................................................................. 116
Hình 4-23 Quá trình đo biên dạng bề mặt cong lồi ............................................ 116
Hình 4-24 Đồ thị biên dạng mặt cong lồi trước và sau gia công ....................... 117
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1-1 Các loại vật liệu mài ............................................................................... 4
Bảng 1-2 Ký hiệu các chất kết dính của đá mài ..................................................... 5
Bảng 1-3 Các cấp độ cứng của đá mài ................................................................... 6
Bảng 2-1 Sự tương ứng giữa địa chỉ đặc tả và đối số .......................................... 24
Bảng 2-2 Sự phù hợp giữa địa chỉ và đối số trong nhóm lệnh G-code ................ 25
Bảng 2-3 Các biến thời gian trong Custom Macro A .......................................... 29
Bảng 2-4 Các biến cho bộ phận gia công trong Custom Macro A ...................... 29
Bảng 2-5 Biến cho biết thông tin lệnh trong Custom Macro A ........................... 29
Bảng 2-6 Biến trả về giá trị vị trí trong Custom Macro A ................................... 30
Bảng 2-7 Các lệnh toán tử và rẽ nhánh trong Custom Macro A .......................... 31
Bảng 2-8 Các loại biến trong Custom Macro B ................................................... 38
Bảng 2-9 Các biến hệ thống cho tín hiệu kết nối trong Custom Macro B ........... 40
Bảng 2-10 Các biến hệ thống cho bộ nhớ bù dao A trong Custom Macro B ...... 40
Bảng 2-11 Các biến hệ thống cho bộ nhớ bù dao B trong Custom Macro B ...... 40
Bảng 2-12 Biến hệ thống cho cảnh báo Macro B ................................................ 41
Bảng 2-13 Các biến hệ thống cho thông tin thời gian trong Custom Macro B ... 41
Bảng 2-14 Biến hệ thống #3003 để điều khiển tự động trong Custom Macro B 41
Bảng 2-15 Biến hệ thống #3004 để điều khiển tự động trong Custom Macro B 42
Bảng 2-16 Các biến hệ thống cho số bộ phận cần hoặc đã được gia công trong
Custom Macro B .................................................................................................. 43
Bảng 2-17 Các biến hệ thống cho thông tin phương thức trong Custom Macro B
.............................................................................................................................. 43
Bảng 2-18 Các biến hệ thống cho thông tin vị trí trong Custom Macro B .......... 44
Bảng 2-19 Các biến hệ thống dùng cho bù giá trị độ lệch điểm gốc phôi trong
Custom Macro B .................................................................................................. 45
Bảng 2-20 Phép toán số học và logic trong Custom Macro B ............................. 46
Bảng 2-21 Các lỗi liên quan đến toán tử trong Custom Macro B ........................ 48
Bảng 2-22 Các phép so sánh trong Custom Macro B .......................................... 51
Bảng 2-23 Đối số loại 1 trong Custom Macro B ................................................. 54
Bảng 2-24 Đối số loại 2 trong Custom Macro B ................................................. 54
Bảng 3-1 Các tham số truyền vào chương trình sửa đá dạng phẳng.................... 72
Bảng 3-2 Các tham số truyền vào chương trình sửa đá dạng nghiêng ................ 73
Bảng 3-3 Các tham số truyền vào chương trình sửa cạnh đá cong ...................... 75
Bảng 3-4 Các tham số truyền vào chương trình sửa đá biên dạng cung cong ..... 79
Bảng 3-5 Các tham số truyền vào chương trình chạy dao theo mặt phẳng ngang
.............................................................................................................................. 85
Bảng 3-6 Các tham số truyền vào chương trình chạy đá theo mặt phẳng nghiêng
.............................................................................................................................. 88
Bảng 3-7 Các tham số truyền vào chương trình chạy đá theo đường cong lồi .... 91
Bảng 3-8 Các tham số truyền vào chương trình chạy đá theo đường cong lõm .. 97
Bảng 4-1 Các thông số công nghệ khi thực nghiệm mài 3 mặt bậc ................... 105
Bảng 4-2 Các thông số của đá mài 3 mặt bậc .................................................... 105
Bảng 4-3: So sánh độ nhám của chi tiết bậc trước và sau gia công (Ra – μm) . 107
Bảng 4-4 Quy trình công nghệ mài chi tiết 3 mặt phẳng liên tục ...................... 108
Bảng 4-5 Thông số của đá mài chi tiết 3 mặt phẳng liên tục ............................. 108
Bảng 4-6 Độ nhám trước và sau khi mài của chi tiết 3 mặt phẳng liên tục (Ra –
μm) ..................................................................................................................... 110
Bảng 4-7 Giá trị đo cao độ Z của chi tiết 3 mặt phẳng liên tục (mm) ............... 111
Bảng 4-8 Quy trình công nghệ mài chi tiết ứng dụng trong công nghiệp.......... 113
Bảng 4-9 Thông số đá sử dụng mài chi tiết ứng dụng trong công nghiệp ......... 113
Bảng 4-10 Độ nhám bề mặt của chi tiết trước và sau khi mài (Ra – μm).......... 115
Bảng 4-11 Giá trị đo cao độ Z của bề mặt cong lồi (mm) ................................. 116
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY MÀI PHẲNG VÀ MÁY MÀI ĐIỀU
KHIỂN SỐ CNC
1.1. Tổng quan về công nghệ mài
Lịch sử phát triển công nghệ mài
Việc ứng dụng mài là một nguyên công gia công lần cuối đã xuất hiện trước đây
khoảng 2 triệu năm, khi mà những dụng cụ thời tiền sử được sản xuất bằng quá
trình mài (chipping-abrade). Các hạt mài tự nhiên được sử dụng cho tới những năm
1980, khi mà các quặng được phát hiện và khai thác để chế tạo Al2O3 và SiC. Các
hạt mài nhân tạo tỏ ra có nhiều ưu điểm vượt trội so với hạt mài tự nhiên vì có thể
khống chế lượng tạp chất trong đó, có thể điều khiển chất lượng của hạt mài trong
quá trình sản xuất. Công nghiệp sản xuất hạt mài đã điều khiển được các tính chất
như kích thước hạt, độ bền của hạt phù hợp với các ứng dụng mài khác nhau.
Hình 1-1 Nguyên công mài trong thực tế
Trong Thế chiến thứ II, việc cung cấp không liên tục kim cương tự nhiên để làm
đá mài đã thúc đẩy các nghiên cứu phát triển vật liệu thay thế chúng. Năm 1955,
rất nhiều phát kiến trong việc phát triển vật liệu mài đã đưa đến thành công chế tạo
kim cương nhân tạo.
Rất nhanh sau đó, Nitrit Bor lập phương (CBN-Cubic Bor Nitride) được chế tạo.
Kim cương và CBN nhân tạo được biết đến dưới tên Superabrasive bởi vì chúng
có các tính chất tốt, đáp ứng được về độ cứng, độ bền mòn, độ bền nén và hệ số
dẫn nhiệt …
Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung và của ngành chế tạo
máy nói riêng, ngày càng có nhiều loại vật liệu mới ra đời đáp ứng các yêu cầu
ngày càng cao về cơ lí tính và các tính chất đặc biệt khác. Các vật liệu mới ngày
càng đòi hỏi chế độ gia công phức tạp, đồng thời các chi tiết có yêu cầu ngày càng
cao về chất lượng cũng như độ chính xác.
Do vậy phạm vi sử dụng của phương pháp mài ngày càng được mở rộng. Trong
ngành chế tạo máy hiện đại, mài chiếm một tỉ lệ rất lớn, máy mài chiếm khoảng
30% tổng số máy cắt kim loại.
Đặc biệt là trong ngành chế tạo ổ bi, nguyên công mài chiếm khoảng 60% toàn bộ
quy trình công nghệ.
1
Những đòi hỏi về độ chính xác và chất lượng gia công ngày càng cao thì mài càng
được quan tâm nghiên cứu và sử dụng rộng rãi hơn bất kỳ một dạng gia công cơ
nào khác. Do đó mài luôn được nghiên cứu và mở rộng.
Đặc điểm công nghệ mài
a. Đặc điểm của quá trình mài
Mài là một phương pháp gia công tinh bằng hạt mài vận tốc cao. Quá trình cắt gọt
được thực hiện bởi vô số hạt mài gắn cứng trên bề mặt làm việc của đá mài. Do đó
đá mài cho phép bớt đi một lớp lượng dư rất mỏng (tới vài µm), lực cắt bé, không
làm biến dạng vật liệu gia công. Mài cho phép đạt độ bóng bề mặt (khoảng cấp
8÷11) và độ chính xác (cấp 5÷6) cao. Mài có thể gia công vật liệu với độ cứng bất
kỳ. [1]
Các hạt mài được giữ chặt trong đá mài bằng chất kết dính. Mài có nhiều đặc điểm
khác biệt so với các phương pháp gia công cắt gọt khác:
Đá mài là loại dụng cụ cắt có rất nhiều lưỡi cắt không liên tục đồng thời tham gia
cắt, các lưỡi cắt được tạo ra bởi các hạt mài có kích thước rất nhỏ, có hình dáng rất
khác nhau và phân bố lộn xộn trong chất dính kết. Đa số các hạt mài có nhiều lưỡi
cắt, có góc lượn ở đỉnh và có góc cắt không thuận lợi cho điều kiện cắt gọt.
Góc trước thường âm và góc cắt thường lớn hơn 90 , có bán kính ở các lưỡi cắt.
- Tốc độ cắt khi mài rất cao, thường Vđ = (30 ÷ 35) m/s, tốc độ có thể lên tới
100 m/s.
- Do góc cắt không hợp lý, tốc độ cắt cao nên nhiệt độ ở vùng cắt khi mài.
- Nhiệt độ rất lớn có thể (1000 ÷ 1500⁰ C) làm thay đổi cấu trúc tế vi lớp kim
loại bề mặt.
- Khi mài, mỗi hạt mài tạo ra một phoi riêng biệt có kích thước rất nhỏ, số
lượng phoi tạo ra trong một đơn vị thời gian rất lớn (hàng nghìn phoi trong
một phút), vì thế có thể coi quá trình mài là quá trình cào xước tế vi bề mặt
gia công.
- Hạt mài có độ cứng cao, cắt gọt không liên tục nên có thể gia công được
những vật liệu rất cứng mà các dụng cụ khác không cắt được như thép tôi,
hợp kim cứng, thép bền nhiệt nhưng lại không gia công được những vật liệu
rất mềm.
- Lực cắt khi mài thường không lớn (trung bình vào khoảng 300N ÷ 400N)
vì tiết diện của phoi hạt mài rất bé. Thường Py = (1,5÷ 3) Pz, lực Px bé hơn
lực Pz nhiều.
Tuy nhiên công suất tiêu hao khi mài rất lớn vì tốc độ cắt khi mài rất cao. Trong
quá trình cắt, đá mài có khả năng tự mài sắc:
- Dưới tác dụng của tải trọng cơ, nhiệt các hạt mài đã mòn bật ra khỏi bề mặt
đá tạo điều kiện cho những hạt mài mới tham gia vào quá trình cắt, ngoài
ra một số hạt mài vỡ tạo thành những lưỡi cắt.
- Do hiện tượng tự mài sắc cũng như không thể chủ động thay đổi được hình
dáng và vị trí của hạt mài trong đá mài cho nên việc nghiên cứu và điều
2
khiển quá trình mài gặp nhiều khó khăn, các quy luật của quá trình mài chưa
được nghiên cứu toàn diện.
b. Đá mài, thành phần cấu tạo
Hình 1-2 Các loại đá mài thường dùng
Đá mài là một dụng cụ cắt đặc biệt vì có vô số lưỡi cắt và các dụng cụ cắt không
hoàn toàn giống nhau về kích thước và hình dáng. Đá mài được tạo thành từ các
hạt mài và chất dính kết.
Hạt mài là thành phần chính của đá mài, mỗi hạt mài có nhiệm vụ như một lưỡi
cắt nên nó phải có yêu cầu như các loại vật liệu làm lưỡi cắt. Hạt mài được chế tạo
từ các loại vật liệu như kim cương, cacbit Silic (SiC), Oxit nhôm (Al2O3), cacbit
bo (B4C). Hạt mài được sản xuất theo các kích cỡ hạt khác nhau (từ 5 micromet
đến 3200 micromet) để chế tạo các loại đá khác nhau.
Kích thước hạt phụ thuộc vào kích thước rây để sàng và phân loại độ lớn của hạt.
Chất kết dính dùng để liên kết các hạt mài và tạo nên hình dáng của đá mài. Chất
dính kết quyết định độ cứng và độ bền của đá mài.
Chất dính kết thường dùng gồm chất kết dính vô cơ như keramit, chất kết dính hữu
cơ như bakelit, cao su...
Độ cứng hoặc độ mềm của đá mài không phụ thuộc vào vật liệu chế tạo hạt mài
mà là khả năng tách rời của các hạt mài khi có lực tác dụng của lực cắt để tạo nên
trên bề mặt của đá một lớp hạt mài mới.
Đá cứng là loại đá mà các hạt mài khó tách khỏi đá mài. Loại này dùng để gia công
các loại vật liệu mềm vì vật liệu mềm không đòi hỏi cao về độ sắc của lưỡi cắt.
Đá mềm là loại đá dễ tách các hạt mài ra khỏi đá mài và tạo nên bề mặt của đá các
hạt mài mới và các lưỡi cắt mới nên lưỡi cắt sắc bén hơn, thường dùng để gia công
các vật liệu cứng.
Một đặc trưng nữa của đá mài mà các loại dụng cụ cắt khác không có đó là độ xốp.
Độ xốp của đá mài là tỉ lệ phần trăm phần rỗng trong một đơn vị thể tích của đá
mài. Đá mài có độ hạt lớn thì độ xốp càng lớn và ngược lại.
Hình dáng của đá mài rất đa dạng, tuỳ theo mục đích sử dụng và tuỳ theo loại máy
mà đá mài sản suất theo hình dáng và tính chất khác nhau.
3
Trong mỗi loại hình dáng của đá cũng có nhiều loại đá mài với tính chất khác nhau
như độ hạt, độ cứng, độ xốp và độ lớn về kích thước.
Kích cỡ hạt mài được phân loại dựa vào kích thước lỗ rây. Việc chọn lựa cỡ hạt đá
mài căn cứ vào độ chính xác, độ nhẵn bề mặt sản phẩm cần gia công cũng như tính
chất vật liệu, diện tích tiếp xúc bề mặt.
Nếu như diện tích của đá mài kim loại và chi tiết gia công lớn thì đá mài sẽ phải là
hạt lớn.
Cách đọc một số ký hiệu và thông số trên đá mài:
Hình 1-3 Ký hiệu trên đá mài [2]
Vật liệu hạt mài:
Vật liệu dùng làm hạt mài có ở thiên nhiên và nhân tạo.
Phần lớn các đĩa mài chứa hạt mài bằng bột mài (coridon) (trắng, hổng) hay
silicium cacbit (xanh, đen). Độ dẻo dai của hạt giảm với độ cứng tăng của hạt mài.
Vật liệu dùng làm hạt mài có ở thiên nhiên và nhân tạo.
Bảng 1-1 Các loại vật liệu mài
Độ cứng Độ bền
Vật liệu
Ký hiệu Knoop nhiệt Những lĩnh vực ứng dụng
mài
(N/mm2) đen
Coridon Thép không hợp kim, thép
thường 18000 không tôi cứng, thép đúc gang
(Al2O3) dẻo
A 2000C
Coridon Thép hợp kim cao và thép hợp
tinh khiết 21000 kim thấp, thép tôi cứng, thép
(Al2O3) thấm than, thép dụng cụ, titan
Vật liệu cứng hợp kim cứng,
Silicium
gang, thép gió, gốm, thủy tinh,
C cacbit 24800 1370C
vật liệu mềm đồng nhôm, chất
(SiC)
dẻo
Bor nitrit Thép gio, thép cán nóng và
CBN 60000 1200C
(BN) thép cán nguội
Hợp kim cứng, gang, thủy tinh,
Kim
D 70000 800C gốm, đá, kim loại không chứa
cương (C)
sắt, không dành cho thép
4
Các loại hạt:
Hạt nhọn phù hợp với vật liệu tạo phoi dài. Hạt dạng khối chống mài mòn ở vật
liệu giòn. Hạt tinh thể đơn (một hạt tinh thể) có độ bền hạt cao, nó phù hợp để mài
thủy tinh và gốm. Hạt đa tinh thể lúc mài kết thành nhiều hạt cắt nhỏ từ hạt qua sự
tách vi tế (mikro) trước khi vỡ hoàn toàn. Các hạt do đó được dùng tốt hơn khi mài
kim loại cứng.
Hình 1-4 Các loại hạt mài
Chất kết dính:
Việc liên kết các hạt mài để tạo hình dáng và kích thước của đá mài là nhờ chất
kết dính.
Đĩa mài kết dính bằng gốm có những buổng bọng và có thể dễ sửa liếc đá. Kết
dính bằng nhựa tổng hợp giữ các hạt chặt hơn, do đó gây ra lực mài cao hơn. Tuy
nhiên những hạt nhọn nằm tự do giúp mài mát hơn (ít nhiệt hơn).
Bảng 1-2 Ký hiệu các chất kết dính của đá mài
Dấu hiệu Loại kết dính Lĩnh vực ứng dụng
Mài phá và mài tinh thép với corundum
V Kết dính bằng gôm
(bột mài gốc oxit nhôm) và silic cacbua
Kết dính với nhựa Mài thô và mài cắt đứt, mài áp lực cao với
BBF tổng hợp có chất gia corundum aricon, mài định hình với kim
cường cương và bor nitrua
Kết dính bằng kim Mài định hình và mài dụng cụ với kim
M
loại cương hay bor nitrua
Kết dính bằng mạ Mài lỗ trong kim loại cứng, thép gió, mài
G
điện tay
Kết dính bằng cao
RF Đĩa mài cắt, đĩa mài dẫn
su với sợi gia cường
Độ cứng của đá mài:
Trong thời gian làm việc, hạt mài bị cùn đi, lực tác dụng vào hạt mài tăng lên, đến
mức nào đó có thể làm cho hạt mài tróc ra khỏi bề mặt đá mài.
5
Độ cứng của đá mài là khả năng chống lại sự tróc của hạt mài, trong thời gian làm
việc. Đá mài gọi là mềm khi hạt mài dễ tróc ra và đá mài cứng khi hạt mài khó tróc
hơn.
Đá mài có chất kết dính Keramic và Bakelit được chế tạo với tất cả các cấp độ
cứng. Đá mài có chất dính kết Vunkahit chỉ chế tạo với một số độ cứng nhất định
Khi mài vật liệu càng cứng, hạt mài mòn càng nhanh cần chọn đá mài mềm, (để
hạt mài dễ tróc ra tạo khả năng tự mài sắc một phần) và ngược lại vật liệu gia công
càng mềm, cần chọn đá mài có độ cứng cao hơn, khi mài vật liệu dẻo (nhôm,
đồng...) ngoài hiện tượng mòn các hạt mài, mặt đá mài còn bị lì đi (do phôi bịt kín
các khe hở giữa các hạt) do vậy cần chọn đá mềm. Mặt tiếp xúc giữa đá mài và các
chi tiết gia công càng lớn, hạt mài mòn càng nhanh cần chọn đá mài càng mềm.
Bảng 1-3 Các cấp độ cứng của đá mài
Cấp độ cứng Ký hiệu Khu vực ứng dụng
Mài sâu và mài cạnh các vật
A, B, C, D, E, F, G Cực mềm, rất mềm
liệu cứng
H, I, J, L, M, N, O Trung bình mềm Mài kim loại thông thường
P, Q, R, s, T, U, V, Cứng, rất cứng, cực
Mài tròn ngoài, vật liệu mềm
W, X, Y, Z cứng
Cấu trúc của đá mài:
Tỉ lệ về số lượng của hạt mài, chất dính kết và khoảng trống trong một đơn vị thể
tích của đá mài là đặc trưng của cấu trúc đá mài. Trong một đơn vị thể tích đá
mài, hạt mài càng lớn, cấu trúc của đá càng chặt.
Đá có cấu trúc xốp, khoảng hở giữa các hạt mài lớn mặt đá mài khó bị lì (mạt mài
khó bị kẹt vào khoảng hở giữa các hạt mài). Mặt khác khi đá quay với tốc độ cao
dễ tạo nên dòng khí lưu thông giữa các khe hở đó, cũng như dung dịch làm nguội
cũng dễ thẩm thấu qua các khe hở của hạt mài để làm nguội trực tiếp bề mặt gia
công ở vùng mài. Tuy vậy đá mài có cấu trúc xốp cũng có nhiều nhược điểm là
sức bền kém, không giữ được lâu profile của mặt đá.
Việc chọn cấu trúc của đá mài theo cách sau: trong mài tĩnh và mài định hình, chọn
đá có cấu trúc chặt, bởi vì cần bảo đảm profin mặt đá mài. Đá mài có cấu trúc chặt
trung bình dùng để mài thép đã tôi, mài sắc dụng cụ cắt và mài phẳng, mài tròn
ngoài bằng mặt tròn của đá. Cấu trúc xốp dùng khi mài kim loại mềm và dẻo, khi
mài phẳng mặt đầu của đá.
c. Khả năng công nghệ của mài
Mài có thể gia công được hầu hết các dạng bề mặt: Mặt trụ ngoài, mặt trụ
trong, mặt phẳng, mặt định hình v.v... Ngoài ra mài còn có khả năng gia công được
những chi tiết khó định vị và kẹp chặt như: Xéc măng, viên bi v.v... Mài có khả
năng đạt độ chính xác và độ nhẵn bóng bề mặt cao: Khi mài tinh có thể đạt cấp
chính xác 5 - 6, nhám bề mặt Ra = 0,1 - 0,2 .
Mài có khả năng gia công được hầu hết các loại vật liệu nhất là các loại vật liệu
mới có cơ lý tính cao (độ bền, độ cứng, độ chịu nhiệt, chịu mài mòn). Lĩnh vực
6
ứng dụng khác mà không có phương pháp nào cạnh tranh được với mài là trong
gia công tạo hình các loại vật liệu đặc biệt cứng hoặc đặc biệt giòn. Trong sản xuất
các chi tiết thép tôi như dụng cụ cắt, ổ lăn… Mài có thể gia công khá dễ dàng trong
khi các phương pháp gia công truyền thống khác gặp khó khăn. Vì vậy mài ngày
càng được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi.
Xu hướng phát triển của công nghệ mài
Với đà phát triển của khoa học kỹ thuật, nhu cầu về các loại máy, thiết bị và phụ
kiện có độ chính xác, độ bền cao ngày càng lớn. Do vậy tỉ trọng các sản phẩm cơ
khí cần gia công tinh không ngừng tăng lên. Chính vì vậy các máy mài truyền
thống không thể đáp ứng kịp thời nhu cầu và chất lượng các sản phẩm trong gia
công các chi tiết cơ khí. Việc phát triển và ứng dụng các loại máy mài điều khiển
theo trương trình số (Grinding Computer Numerical Control Machine) cho phép
mở rộng đáng kể khả năng công nghệ và lĩnh vực sử dụng máy mài trong gia công
để chế tạo các loại sản phẩm cố độ phức tạp và chính xác cao.
Để có thể ứng dụng hiệu quả công nghệ mài và các loại máy mài vào các quá trình
gia công, làm chủ các thông số công nghệ, tiến tới tối ưu hóa quá trình chế tạo sản
phẩm, các kỹ thuật viên và thợ mài không những phải nắm vững các nguyên lý cơ
bản của phương pháp, nguyên tắc điều khiển, điều chỉnh thiết bị, mà còn phải có
khả năng tự bảo hành sửa chữa các hỏng hóc có thể xảy ra khi làm việc.
Tóm lại, việc ứng dụng điều khiển số vào các máy công cụ nói chung và máy mài
nói riêng là một yếu tố cần thiết có tầm quan trọng, quyết định tới quá trình sản
xuất. Nó có thể tiết kiệm thời gian trong quá trình sản xuất, gia công, đem lại lợi
nhuận và nó có những tính năng mà máy công cụ thường chưa đạt được.
Tuy nhiên, khi áp dụng điều khiển số vào quá trình sản xuất các yêu đặt ra là:
- Cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các khâu thiết kế, chuẩn bị sản xuất và
thực hiện gia công chế tạo.
- Cần đào tạo nâng cao cho thợ chuyên môn. Một khóa đào tạo về kỹ thuật
CNC là phải có, vì máy móc chỉ sử dụng tốt nếu người sử dụng có kiến thức
thuần thục.
1.2. Tổng quan về máy mài phẳng
Máy mài mặt phẳng là máy dùng để mài tinh cũng như thô các mặt phẳng bằng
mặt trụ hoặc bằng mặt đầu của đá mài. Ở máy mài mặt phẳng, chi tiết gia công
được cố định trên bàn máy bằng đồ gá chuyên dùng hoặc bằng bàn từ. Bàn máy có
thể là hình chữ nhật, thực hiện chuyển động thẳng tịnh tiến khứ hồi hoặc có thể là
hình tròn, thực hiện chuyển động chạy dao vòng.
Máy mài mặt phẳng có thể dùng trong sản xuất đơn chiếc hoặc sản xuất hàng khối.
Độ chính xác gia công có thể đạt được ±10 µm trên độ dài 2000 mm, ở những chi
tiết ngắn có thể đạt được ±2 µm. [3]
7
Cấu tạo máy mài phẳng
Mài bề mặt là phổ biến nhất của các hoạt động mài. Đây là một quá trình hoàn
thiện sử dụng bánh xe mài quay để làm phẳng bề mặt phẳng của vật liệu kim loại
hoặc phi kim loại. Giúp loại bỏ lớp oxit và tạp chất trên bề mặt chi tiết gia công.
Máy mài phẳng bao gồm bánh mài mòn, thân máy, các trục chuyển động, bàn máy,
đồ gá chuyên dùng và vạn năng lắp trên bàn máy….
Hình 1-5 Cấu tạo máy mài phẳng
Phân loại máy mài phẳng
a. Trục chính nằm ngang với bàn qua lại
Hình 1-6 Nguyên lý làm việc của máy mài trục chính nằm ngang với bàn qua lại. [4]
Máy mài phẳng loại này đĩa mài trên trục chính nằm ngang. Bề mặt của đĩa mài
được tịnh tiến tới phôi. Phôi nếu được làm từ kim loại có dẫn từ thì được gá trên
bàn từ di chuyển tới lui dưới đĩa mài quay nhanh. Đá mài (hoặc phôi) có thể được
di chuyển vào ra.
8