Tìm hiểu về Chip-Thinning và gia công tốc độ cao High Speed Machining (HSM)

Author
TÌM HIỂU VỀ CHIP-THINNING & HIGH SPEED MACHINING

Chào các bạn, hôm nay mình xin có một bài viết giới thiệu về thuật ngữ Chip thinning cũng như một chút kiến thức tìm hiểu được về ứng dụng của Chip-thinning vào gia công, điển hình là phương thức gia công tốc độ cao HIGH SPEED MACHINING (HSM). Có thể sẽ có một số người “trong nghề” vẫn nghĩ HSM là một phương thức gia công với đường chạy dao “loằng ngoằng rồng rắn” rối mắt, có phần “khó hiểu, màu mè” và nặng nề . Hy vọng bài viết giúp ích được một phần nào đó cho những người đang và dự định sẽ làm công việc lập trình viên và muốn áp dụng phương thức gia công HSM vào sản xuất.

Đây là các kiến thức thu thập được trong quá trình tìm hiểu và từ kinh nghiệm làm việc còn ít ỏi nên chắc chắn sẽ chưa đầy đủ hoặc có thiếu xót, tuy nhiên mình hy vọng sau bài viết này, các bạn có một hình dung bao quát hơn về phương thức gia công HSM, cũng như những ưu và nhược điểm của HSM so với phương thức gia công truyền thống.

Thuật ngữ High Speed Machining ắt hẳn cũng không còn xa lạ gì với nhiều người làm trong ngành gia công, đặc biệt là các lập trình viên CNC. Tuy nhiên do một số lí do, phương thức gia công này phẫn còn chưa phổ biến và chưa được áp dụng rộng rãi trong các cưởng gia công vừa và nhỏ ở nước ta (Ý kiến chủ quan). Vậy High Speed Machining – HSM là gì? Trước hết ta hãy nói về một thuật ngữ mà trong ngành gia công nó được gọi là Chip-thinning – xin cho phép mình dùng cụm từ này và không dịch ra tiếng Việt.

Chip-thinning là gì?

Hãy ôn lại hai công thức quen thuộc khi tính toán chế độ cắt:

- Lượng tiến dao răng - Chipload (Fz):



- Tốc độ bóc tách vật liệu (Material Removing Rate) - MRR (Q):



Trong đó:
Vf: Lượng tiến dao của bàn máy (lượng tiến dao phút)
n: Tốc độ trục chính
Zc: Số lưỡi cắt của dụng cụ
Ap: Chiều sâu cắt
Ae: Bề rộng cắt

Khi lập trình gia công, ta biết có một thông số được gọi là lượng chạy dao răng, hay lượng tiến dao răng (Chipload) kí hiệu là Fz, Lượng tiến dao răng là lượng dịch chuyển tương đối của dụng cụ với chi tiết gia công khi dao quay đựơc một răng. hiểu một cách khái quát, thông số này tượng trưng cho bề dày lớn nhất của lớp vật liệu mà một lưỡi cắt phải hớt đi trong một chu kì (một vòng quay) của dụng cụ khi bề rộng cắt bằng với bán kính dao. Giá trị Fz được thể hiện như trên hình và được tính bằng công thức như trên hình.




Các bạn có thể thấy công thức trên sẽ thể hiện đúng nhất độ dày của phoi nếu điểm tiếp cận của lưỡi cắt và phôi nằm trên đường tâm dao, hay nói khác đi, bề rộng cắt (Width of Cut) kí hiệu là (Ae) sẽ lớn hơn hoặc bằng bán kính dao (D/2). Khi bề rộng cắt nhỏ hơn bán kính dao, chiều dày của lớp vật liệu được hớt đi sẽ nhỏ hơn giá trị Fz tính toán được trên công thức, khi bề rộng cắt càng nhỏ, giá trị “chip load” thực tế sẽ khác xa (mỏng hơn nhiều) so với giá trị chipload tính toán. Giá trị sai khác này sẽ đáng kể khi bề rộng cắt nhỏ hơn 30% đường kính dụng cụ. Khi đó, ta có thuật ngữ “Chip-thinning” – Nếu bạn muốn dịch ra tiếng Việt, có thể dịch là “Phoi mỏng”...

Qua đó ta có thấy được rằng, khi giảm bề rộng cắt, để bảo toàn tốc độ bóc tách vật liệu (MRR), ta phải tăng giá trị lượng chạy dao (Tool Feed/Table Feed) Vf hoặc chiều sâu cắt (Depth of Cut) Ap . Vậy ta cần tăng bao nhiêu? Nhà sản xuất dụng cụ cắt Guhring cho ta một bảng hệ số tham khảo để giúp bạn trả lời câu hỏi này nếu bạn muốn tăng giá trị Vf. Trong bảng bạn sẽ thấy các hệ số tương ứng với bề rộng cắt của vùng gia công. Bề rộng cắt càng nhỏ, hệ số sẽ càng lớn. Ví dụ ta có thông số Fz từ catalouge của nhà sản xuất cung cấp cho một dao end mill với bề rộng cắt Ea = ½ D. Ta sẽ nhân gía trị Fz này với hệ số có trong bảng Chip-thining để có giá trị lượng chạy dao phù hợp (lý thuyết). Giá trị thực tế còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác của quá trình công nghệ.

Bảng hệ số tham khảo khi sử dụng Chip-thinning từ Guhring:




Phương thức gia công tốc độ cao: HIGH SPEED MACHINING (HSM)

Phương thức gia công tốc độ cao HIGH SPEED MACHINING (HSM) được Xây dựng dựa trên “nền tảng” của chip-thinning. Đây là phương thức gia công mà trong đó bề rộng cắt thường rất nhỏ nhưng lượng chạy dao, chiều sâu cắt lớn. Ngoài ra, phương thức gia công HSM còn có các cách thức tiếp cận và di chuyển dụng cụ để giảm thời gian cắt gọt, duy trì bề dày vật liệu cho mỗi lớp cắt một cách đồng đều, hạn chế việc dụng cụ phải hớt đi một lượng vật liệu lớn tại các góc của chi tiết và nơi giao nhau của các đường chạy dao.

Hiện nay, các phần mềm CAM hầu như đều hỗ trợ phương thức gia công này cho người lập trình. Ví dụ Mastercam có nhóm đường chạy dao (High Sp
High Speed Dynamic 2D và 3D). Cimatron có (High Speed Roughing – High Speed Finishing) và người anh em GibbsCam có cũng có hỗ trợ HSM, Volumill. Solidcam với iMachining....

Ưu điểm của HSM:

- Bề rộng cắt nhỏ, vào khoảng 5-20% đường kính dụng cụ, do đó có thể cắt một lần toàn bộ chiều sâu của lưỡi cắt (Flute Length) với tốc độ bóc tách vật liệu cao.
- Các đường chạy dao thông minh giúp loại bỏ các chuyển động nhấc dao thừa và giảm thiểu thời gian chạy dao không tải
- Lực cắt và nhiệt lượng sinh ra trong quá trình cắt nhỏ và phân bố đồng đều trên toàn bộ chiều dài lưỡi cắt, khả năng thoát phoi và nhiệt tốt.
- Do thực hiện quá trình cắt gọt trên gần như toàn bộ chiều dài lưỡi cắt nên dụng cụ cứng vững và chịu momen uốn ít hơn, tránh tình trạng gãy vỡ dụng cụ khi gia công
- Dụng cụ mòn đều, khai thác tối đa khả năng của dụng cụ thay vì chỉ dử dụng một phần nhỏ chiều sâu của lưỡi cắt, đặc biệt là các loại dao phay phá.
- Khả năng gia công tốt các vật liệu có độ cứng cao và vật liệu sau nhiệt luyện
- Các đường chạy dao được liên kết mượt mà hơn, giúp bảo vệ hệ thống visme, vòng bi.

Hạn chế của HSM theo nhận xét của cá nhân trong quá trình sử dụng:

- Chương trình NC dài, khó áp dụng trên các máy đời cũ, dung lượng bộ nhớ ít. Để khắc phục ta có thể tinh chỉnh Tolerance của các đường chạy dao phá để rút ngắn chương trình mà vẫn đảm bảo độ chính xác của chi tiết gia công (cách này rất hiệu quả). Ngoài ra ta có thể truyền chương trình dùng DNC (cách này hơi bất tiện).
- Phương thức ít phát huy lợi thế hơn khi gia công các chi tiết có bề dày mỏng vì không tận dụng được chiều dài của toàn bộ lưỡi cắt. Trừ các dao có chiều dài lưỡi cắt ngắn.
- HSM sử dụng nhiều đường chạy dao retract (đường di chuyển của dụng cụ từ vị trí vừa gia công đến vị trí chuẩn bị gia công) với tốc độ cao, thường lớn hơn 3000 mm/phút. Nên các máy đời cũ đôi khi không hiệu quả.



Nhờ hiệu ứng CHip-thinning, phoi (chip) của HSM có đặc điểm dài và mỏng


Dưới đây là một số video về HSM:



HSM với Dynamic mill của Mastercam

HSM với iMachining của SolidCAM

HSM vs Đường chạy dao truyền thống

Dụng cụ mòn đồng đều, hạn chế tình trạng mẻ, gãy dao trong quá trình gia công

Đường chạy dao mượt hơn, giảm rung động, bảo vệ máy và hệ thống visme, bearing


=================================
Cám ơn các bạn dã đọc bài viết. Chúc các bạn luôn học hỏi được nhiều điều thú vị trong công việc



 
Top