Nguyên nhân và giải pháp cho hiện tượng cắt quá mức trong gia công CNC

Trong gia công CNC, cắt quá mức do rung dụng cụ thường xảy ra ở các vùng góc của chi tiết, dẫn đến khiếm khuyết về ngoại quan sản phẩm và các vấn đề về dung sai. Bằng cách lựa chọn dụng cụ cẩn thận và tối ưu hóa phương pháp gia công, nguy cơ cắt quá mức có thể được giảm thiểu hiệu quả. Bài viết này phân tích các yếu tố phổ biến gây ra rung dụng cụ và cắt quá mức, đồng thời đưa ra các giải pháp hiệu quả.

Góc xoắn của dao phay ngón ảnh hưởng đến hiện tượng cắt quá mức như thế nào?

Góc xoắn của dao phay ngón đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý rung dụng cụ và ngăn ngừa cắt quá mức trong quá trình gia công. Bởi vì nó ảnh hưởng lớn đến hiệu suất gia công.

Ảnh hưởng của góc xoắn đến hiệu quả gia công có thể được phân tích từ nhiều khía cạnh, bao gồm đặc tính của vật liệu được cắt, lực cản cắt, độ chính xác gia công và tuổi thọ dụng cụ.

Đặc tính vật liệu

Vật liệu độ cứng thấp: Dụng cụ góc xoắn lớn (ví dụ, dao phay ngón ba me 45°) được ưu tiên nhờ lưỡi cắt sắc bén hơn và góc trước lớn hơn.
Vật liệu độ cứng cao: Dụng cụ góc xoắn nhỏ là lý tưởng vì chúng mang lại độ cứng vững của lưỡi cắt cao hơn nhờ góc trước nhỏ hơn.

Lực cản cắt

Lực cản tiếp tuyến giảm khi góc xoắn của dao phay ngón tăng, trong khi lực cản dọc trục tăng khi góc xoắn được mở rộng.

Độ chính xác gia công

Góc xoắn của dao phay ngón càng lớn, độ chính xác về độ vuông góc, độ phẳng và độ nhám của bề mặt gia công càng tốt, nhưng khả năng thoát phoi lại kém hơn. Đối với các rãnh có chiều rộng cắt gần bằng đường kính dụng cụ, khuyến nghị sử dụng dụng cụ góc xoắn nhỏ.

Tuổi thọ dụng cụ

Với góc xoắn lớn hơn, đường tiếp xúc giữa phôi và lưỡi cắt tăng, giảm tải trên mỗi đơn vị diện tích. Tuy nhiên, lực cắt dọc trục cao hơn có thể làm lỏng dụng cụ và gây cắt quá mức. Trong những trường hợp như vậy nên sử dụng các đầu kẹp dụng cụ ổn định.

Dao phay ngón góc xoắn nhỏ và lớn:

• Dao phay ngón góc xoắn nhỏ: Lưỡi cắt ngắn. (đường màu xanh)

• Dao phay ngón góc xoắn lớn: Lưỡi cắt dài. (đường màu đỏ)

Nguyên tắc sử dụng dụng cụ để ngăn ngừa cắt quá mức

Sử dụng dụng cụ đúng cách là một yếu tố khác ảnh hưởng đến sự xuất hiện của cắt quá mức do rung dụng cụ. Hãy tuân theo các nguyên tắc này và theo dõi điều kiện gia công:

• Kiểm soát độ đảo dụng cụ: Đo độ đảo dụng cụ một cách chính xác, và độ lệch của dụng cụ càng nhỏ càng tốt. Điều này giúp cải thiện độ chính xác gia công, độ hoàn thiện bề mặt và tuổi thọ dụng cụ.
• Tối ưu hóa chiều dài nhô ra của dụng cụ: Tốt hơn hết là chiều dài dụng cụ nhô ra khỏi mâm cặp càng ngắn càng tốt. Nếu cần chiều dài nhô ra lớn hơn, nên giảm tốc độ, tốc độ tiến dao hoặc chiều sâu cắt.

• Xử lý các rung động bất thường: Giảm tốc độ tiến dao nếu xảy ra rung động hoặc tiếng ồn bất thường cho đến khi điều kiện ổn định.
• Tránh dừng khẩn cấp hoặc mất điện: Như thể hiện trong hình bên dưới, Hình A là trạng thái của dụng cụ khi gia công một vị trí tương đối phẳng. Khi gia công đến Điểm B và dừng đột ngột, chuẩn bị cho việc gia công ngược, dụng cụ sẽ bị biến dạng do quán tính. Điều này có thể dẫn đến sự xuất hiện của cắt quá mức do rung dụng cụ tại Điểm B.

Quản lý biến dạng dụng cụ để giảm thiểu cắt quá mức

Biến dạng dụng cụ cũng có thể dẫn đến rung dụng cụ và cắt quá mức.

• σ = Lượng biến dạng dụng cụ
• L = Chiều dài gá lắp dụng cụ
• D = Đường kính dụng cụ
• P = Lực tác dụng lên dụng cụ

Từ công thức trên, chúng ta có thể xác định ba yếu tố chính ảnh hưởng đến biến dạng dụng cụ:

• Chiều dài gá lắp dụng cụ (L): Lượng biến dạng của dụng cụ có quan hệ bậc ba với chiều dài gá lắp dụng cụ. Do đó, chiều dài gá lắp dụng cụ nên được rút ngắn càng nhiều càng tốt.
• Đường kính dụng cụ (D): Lượng biến dạng của dụng cụ cắt tỉ lệ nghịch với đường kính. Để giảm biến dạng, hãy cân nhắc sử dụng dụng cụ có đường kính lớn hơn khi có thể, vì điều này sẽ giảm đáng kể lượng biến dạng.
• Lực tác dụng lên dụng cụ (P): Lượng biến dạng của dụng cụ tỉ lệ thuận với lực tác dụng lên nó trong quá trình gia công. Giảm lực tác dụng lên dụng cụ có thể giảm khả năng xảy ra rung động. Do đó, giảm diện tích tiếp xúc giữa dụng cụ và phôi để hạ thấp lực có thể ngăn ngừa sự xuất hiện của cắt quá mức do rung dụng cụ.

Chiến lược lập trình để tránh rung dụng cụ và cắt quá mức

Chiến lược lập trình cũng ảnh hưởng đến rung dụng cụ. Đặc biệt đối với các hốc sâu và hình học phức tạp, hãy cân nhắc những điều sau:

Lựa chọn dụng cụ cắt phù hợp

Chọn dụng cụ cắt phù hợp dựa trên cấu trúc sản phẩm, tốt nhất là sử dụng dụng cụ lớn hơn cho gia công thô. Tránh sử dụng các dụng cụ nhỏ quá dài cho cắt thô, vì điều này dễ gây ra vi rung động trong dụng cụ, dẫn đến cắt quá mức.

Để lại lượng dư đồng đều

Sau khi cắt thô, nên thêm một chương trình vát góc để đảm bảo lượng dư đồng đều. Đối với các góc có lượng dư lớn, việc bo tròn chúng và tăng góc R có thể giảm tải trên dụng cụ cắt tại góc. Điều này giúp hạ thấp cắt quá mức do rung dụng cụ.

Phương pháp cắt được tối ưu hóa

Trong quá trình gia công thô, phương pháp cắt nên luân phiên giữa phay thuận và phay nghịch. Khi lưỡi cắt bên tiếp xúc với nhiều vật liệu trong quá trình cắt thô ở các hốc sâu, phay nghịch có thể gây rung động và độ đảo dụng cụ nhẹ. Nếu lượng dư để lại cho gia công thô không đủ, điều này dễ dẫn đến cắt quá mức. Do đó, phương pháp phù hợp nhất để chọn là phay thuận.

Tránh sót cắt

Đối với các chi tiết hình học có giao tuyến bề mặt đặc biệt, dễ xảy ra các vấn đề như đường chạy dao cắt vào phần bên trong của hình học. Điều này có nghĩa là “sót cắt”, khi dụng cụ ăn sâu vào các chi tiết hình học, dẫn đến cắt quá mức. Phương pháp được tối ưu hóa là điều chỉnh đường chạy dao hoặc dung sai.

Đường vào và ra dao đúng cách

Khi theo một đường chạy dao 2D, việc sử dụng đường vào và ra dao dạng cung yêu cầu tránh phôi để đảm bảo các vị trí vào và ra hợp lý. Khi theo một đường chạy dao 3D, nếu đường vào và ra dao dạng cung được xác định, hệ thống sẽ tự động tránh phôi trong quá trình ra dao. Nhưng điều này có thể dẫn đến đường chạy dao bị méo. Tuy nhiên, sử dụng lệnh G0 (định vị nhanh) để ra dao có thể dẫn đến cắt quá mức nhẹ.

Hướng bù dao

Khi sử dụng Mastercam để theo một đường chạy dao 2D cho gia công biên dạng, chúng tôi thường áp dụng bù trái cho phay thuận. Nếu không, bù sai sẽ gây va chạm hoặc cắt quá mức.

Hình học dụng cụ

Khi phay bằng dao phay đầu cầu, nếu chiều sâu phay nhỏ hơn bán kính bo của dụng cụ, dễ xảy ra cắt quá mức ở phần đầu. Giải pháp là đảm bảo chiều sâu phay lớn hơn bán kính bo của dụng cụ. Hoặc thay vào đó, không sử dụng dao phay đầu cầu cho các ứng dụng cụ thể.

Kết luận

Vấn đề rung dụng cụ và cắt quá mức trong gia công CNC có thể được giải quyết toàn diện bằng cách tối ưu hóa lựa chọn dụng cụ, tuân thủ các nguyên tắc sử dụng dụng cụ, và chú ý đến các chi tiết lập trình. Điều này không chỉ giảm hiệu quả xác suất cắt quá mức do rung dụng cụ, mà còn nâng cao độ chính xác gia công, rút ngắn thời gian gia công và cải thiện độ nhám bề mặt.