Các công thức tính toán CNC phổ biến cho phay, khoan và gia công khuôn

Các công thức CNC giúp kỹ sư chuyển thông số catalogue thành giá trị có thể nhập vào NX CAM hoặc bộ điều khiển. Kết quả tính toán luôn cần được hiệu chỉnh theo máy, dao, vật liệu và độ cứng vững của hệ thống.

Tốc độ cắt và tốc độ trục chính

Vận tốc cắt được tính theo:

Vc = π × D × n / 1000

Suy ra:

n = 1000 × Vc / (π × D)

Trong đó Vc tính bằng m/phút, D là đường kính dao tính bằng mm và n là tốc độ trục chính vòng/phút.

Ví dụ, dao D25 làm việc ở Vc = 25 m/phút:

n = 1000 × 25 / (π × 25) ≈ 318 vòng/phút

Không nên nhập tốc độ cao hơn giới hạn của dao, holder hoặc trục chính.

Lượng chạy dao bàn máy

Vf = n × z × fz

Trong đó Vf là lượng chạy dao mm/phút, z là số me cắt và fz là lượng chạy dao trên mỗi răng.

Ví dụ dao hai me quay 2.000 vòng/phút, fz = 0,25 mm/răng:

Vf = 2000 × 2 × 0,25 = 1000 mm/phút

Khi giảm tốc độ trục chính mà giữ nguyên Vf, tải trên mỗi răng tăng. Vì vậy nên điều chỉnh n và Vf theo cùng quan hệ nếu muốn giữ fz.

Chiều cao nhấp nhô khi phay bằng dao cầu

Với bước ngang nhỏ so với bán kính dao, có thể ước lượng:

h ≈ ae² / (8R)

Trong đó h là chiều cao scallop, ae là bước ngang và R là bán kính dao cầu.

Suy ra bước ngang:

ae ≈ √(8Rh)

Ví dụ dao cầu R10, yêu cầu h = 0,002 mm:

ae ≈ √(8 × 10 × 0,002) = 0,4 mm

Hình 1. Bước ngang lớn làm đỉnh scallop cao hơn và bề mặt thô hơn.

Công thức này phù hợp cho bề mặt tương đối phẳng và các đường chạy song song. Trên bề mặt cong, chiều cao thực còn phụ thuộc độ cong, hướng chạy dao và điểm tiếp xúc.

Năng suất bóc vật liệu

Q = ae × ap × Vf / 1000

Trong đó Q tính bằng cm³/phút, ae là chiều rộng cắt mm, ap là chiều sâu cắt mm và Vf là lượng chạy dao mm/phút.

Ví dụ dao D35 làm việc với ae = 60% đường kính, ap = 1,5 mm và Vf = 2.000 mm/phút:

Q = 21 × 1,5 × 2000 / 1000 = 63 cm³/phút

Q giúp so sánh năng suất giữa các phương án nhưng không phản ánh đầy đủ công suất, độ rung hoặc khả năng thoát phoi.

Thời gian khoan

T = L / (n × f)

Trong đó T tính bằng phút, L là tổng hành trình khoan mm, n là tốc độ vòng/phút và f là lượng tiến dao mm/vòng.

Với mũi khoan có đỉnh côn, tổng hành trình phải cộng phần chiều cao mũi khoan. Tài liệu thực hành thường ước lượng phần này khoảng D/3, nhưng giá trị chính xác phụ thuộc góc đỉnh mũi khoan.

Chu trình khoan nhấp cần cộng thời gian rút dao, tiến nhanh và dừng, vì vậy thời gian thực dài hơn công thức cơ bản.

Tính ren theo hệ inch

P = 25,4 / TPI

Ví dụ 18 TPI có bước ren:

P = 25,4 / 18 ≈ 1,411 mm

Trước khi lập trình, cần xác định đúng tiêu chuẩn ren, đường kính danh nghĩa, bước ren và dạng đỉnh ren.

Tính toán hốc thoát góc

Với góc vuông cần tạo hốc thoát để chi tiết lắp ghép đi qua, đường kính và tọa độ tâm phụ thuộc đường kính dao cùng hình học góc. Công thức đơn giản trong tài liệu chỉ phù hợp với cấu hình cụ thể. Kỹ sư nên dựng hình trực tiếp trong CAD, kiểm tra đường bao lắp ghép và chừa dung sai công nghệ thay vì áp dụng máy móc.

Quy trình áp dụng trong NX CAM

1. Lấy Vc và fz khuyến nghị từ đúng catalogue dao và đúng nhóm vật liệu.

2. Tính n, sau đó giới hạn theo tốc độ trục chính và cân bằng holder.

3. Tính Vf từ số me thực sự tham gia cắt.

4. Chọn ae, ap theo kiểu chạy dao và độ cứng vững.

5. Kiểm tra Q để ước lượng tải và năng suất.

6. Với tinh bằng dao cầu, tính stepover theo scallop mong muốn.

7. Chạy thử, theo dõi tải trục chính, phoi, nhiệt, rung và độ nhám.

Kết luận

Công thức tạo ra giá trị khởi đầu có cơ sở. Chế độ cắt cuối cùng phải phản ánh điều kiện máy, độ nhô dao, gá đặt, vật liệu và mục tiêu bề mặt. Khi lưu thông số vào NX CAM, nên ghi rõ nguồn catalogue và điều kiện đã chạy thử để thư viện có thể tái sử dụng đáng tin cậy.

Xem thêm tài liệu và khóa học Siemens NX tại NX Engineering Lab: https://nxlab.vn