Tổng quan về gia công cao tốc

Gia công cao tốc (High Speed Machining-HSM) là một trong những công nghệ gia công hiện đại. So với phương pháp cắt gọt truyền thống thì gia công cao tốc có khả năng nâng cao năng suất, độ chính xác và chất lượng chi tiết gia công và cũng có thể giảm chi phí sản xuất và thời gian gia công. Ngoài thuật ngữ HSM nói trên còn có các thuật ngữ sau cũng ám chỉ gia công cao tốc: High-Velocity Machining, High Performance Machining, High Efficiency Machining, High Agile Machining và High Productivity Machining. Theo cách hiểu thông thường thì HSM gia công với tốc độ trục chính rất cao nhưng tốc độ chạy dao thấp còn High Efficiency Machining thì có tốc độ chạy dao cao nhưng tốc độ cắt trung bình.

Định nghĩa

Định nghĩa đầu tiên về HSM được đưa ra bởi Carl Salomon vào năm 1931. Ông cho rằng khi tốc độ cắt đạt 5-10 lần tốc độ cắt truyền thồng thì nhiệt độ của phoi sẽ giảm. Thật ra có nhiều cách khác nhau để định nghĩa gia công cao tốc dựa vào các yếu tố sau:

Gia công với tốc độ cắt cao

Gia công với tốc độ quay của trục chính cao.

Gia công với lượng ăn dao cao.

Gia công với tốc độ cắt cao và lượng ăn dao cao.

Gia công với năng suất cao.

Thực tế thì gia công cao tốc không đơn giản là cắt với tốc độ cao. Nó phải được xem như là một quá trình gia công mà ở đó các bước gia công được thực hiện bằng những phương pháp và thiết bị gia công rất cụ thể.

Gia công cao tốc cũng không phải là gia công với tốc độ trục chính cao bởi vì có nhiều ứng dụng gia công cao tốc được thực hiện với máy có tốc độ bình thường. Gia công cao tốc thường được sử dụng khi gia công tinh thép đã tôi với việc sử cả hai yếu tố là tốc độ cao và lượng ăn dao cao. Tùy theo loại vật liệu mà dải (vùng) tốc độ gia công cao tốc khác nhau (hình 1).

Về cơ bản, gia công cao tốc là một sự kết hợp của tốc độ trục chính của máy cao (high spindle speed), lượng ăn dao lớn (high feed), hệ điều khiển CNC cao cấp và hơn thế nữa. Tốc độ trục chính khoảng 8000 vg/ph có thể là điểm khởi đầu cho gia công cao tốc. Trong thực tế, tốc độ cao nhất cho gia công cao tốc trên các máy công cụ ngày càng tăng, lên đến 40.000 vg/ph và hơn thế nữa. Tốc độ ăn dao trung bình ít nhất là 10m/s trong khi tốc độ di chuyển nhanh lên đến 40m/ph và cao hơn, công suất động cơ trục chính ít nhất là 15 kW.

Yêu cầu về thiết bị cho gia công cao tốc

Gia công cao tốc đã được áp dụng trên các trung tâm gia công truyền thống với tùy chọn tốc độ trục chính cao.

Hình 1: Vùng tốc độ gia công cao tốc một số loại vật liệu

Gần đây các nhà chế tạo máy công cụ đã thiết kế, chế tạo và phát triển các dòng máy dùng cho gia công cao tốc. Để thực hiện được gia công cao tốc thì hệ thống dao và máy cũng có những yêu cầu đặc biệt, cụ thể như sau:

  • Sử dụng ổ đỡ có tần số quay vòng cao cho trục chính.
  • Công suất động cơ trục chính cao.
  • Trục chính phải có độ cứng vững và độ ổn định nhiệt cao.
  • Truyền động chạy dao động.
  • Điều khiển động truyền động.
  • Cấu trúc máy có độ cứng vững cao.
  • Hệ thống làm lạnh áp suất cao.
  • Thiết bị kẹp chặt dao đạt độ đồng tâm cao và cân bằng tốt.
  • Dao được làm bằng vật liệu có tính chống mòn cao..
  • Bộ điều khiển CNC có khả năng đáp ứng được cho gia công cao tốc như có khả năng nội suy cung tròn thông qua đường cong NURBS, có chức năng “look ahead”, …

Hình 2 là máy phay cao tốc VelociRaptors của hãng DATRON Dynamics (Mỹ). Tốc độ trục chính của máy là 7000-60,000 vg/ph.

Ưu điểm của gia công cao tốc

So với gia công truyền thống thì gia công cao tốc có những ưu điểm nổi bật. Nó có thể làm giảm thời gian gia công đến 90% và giảm đến 50% chi phí gia công, tùy trường hợp.

Một số ưu điểm khác của gia công cao tốc như sau:

  • Tốc độ bóc vật liệu cao.
  • Chất lượng bề mặt gia công tốt.
  • Độ chính xác hình dáng cao.
  • Có khả năng gia công được các gân mỏng.
  • Giảm việc tạo bavia.
  • Ít gây hư hại bề mặt gia công.

Hình 2. Máy phay cao tốc của hãng Datron

Ứng dụng

Gia công cao tốc được chủ yếu trong ba lĩnh vực công nghiệp chính như sau:

  • Công nghiệp gia công nhôm: để sản xuất ra các bộ phận của ô tô, các chi tiết máy tính nhỏ và các thiết bị y tế.
  • Công nghiệp hàng không: để gia công các chi tiết làm bằng nhôm với thành mỏng.
  • Công nghiệp khuôn mẫu: để gia công tinh với độ chính xác các chi tiết làm bằng vật liệu cứng như khuôn dập, khuôn rèn, khuôn nhựa.

Tài liệu tham khảo

1. Pasko, R. – Przybylski, L. & Slodki, B., HIGH SPEED

MACHINING (HSM) – THE EFFECTIVE WAYOF MODERN

CUTTING, International WorkshopCASystems And Technolo-

gies, 2002.

2. I. R. Sharma, Latest trends in machining.

3. Graham T. Smith, Cutting tool technology, Springer, 2008.

4. http://www.datrondynamics.com/PDF/2007_DS_PDFs/

DS_VelociRaptor.pdf

Nguồn: HĐH – Theo Tạp chí Máy móc và công cụ Việt Nam

Gửi phản hồi

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s