Khắc phục các lỗi về kích thước trong gia công thép bằng máy CNC

Các lỗi kích thước là một trong những vấn đề tốn kém nhất trong Gia công thép bằng CNC . Các lỗ bị lệch vị trí, độ phẳng không đạt dung sai, các lỗ khoan bị loe côn và các chi tiết vượt qua kiểm tra trong quá trình sản xuất bỗng nhiên bị loại bỏ ở khâu kiểm tra cuối cùng.

Dựa trên nhật ký xử sự sự cố tại xưởng sản xuất, các nghiên cứu về thiết bị đo lường và các dự án cải tiến quy trình từ môi trường sản xuất, bài viết này giải thích tại sao các lỗi kích thước lại xảy ra khi gia công thép — và cách khắc phục chúng bằng các phương pháp dựa trên dữ liệu, có thể lặp lại được .

---

Các lỗi kích thước trong các chi tiết thép gia công CNC là gì?

Các lỗi kích thước đề cập đến mọi sai lệch so với yêu cầu bản vẽ, bao gồm:

• Các lỗ khoan không tròn

• Độ phẳng vượt quá thông số kỹ thuật

• Lệch vị trí lỗ

• Sai lệch độ song song

• Biến thiên kích thước giữa các lô

Trong chương trình gia công vỏ hộp số bằng thép AISI 1045:

• Số lượng chi tiết bị loại bỏ giảm 29%

• Thời gian gia công lại giảm 37%

• Chỉ số CpK của các lỗ then chốt cải thiện từ 0,86 → 1,41

sau khi thực hiện các hành động khắc phục dưới đây.

---

Nguyên nhân gây ra sai lệch kích thước trong gia công chi tiết thép bằng máy CNC

1. Sự giãn nở nhiệt của máy và chi tiết

Thép giãn nở khoảng 11–13 µm/m/°C . Trong các chu kỳ vận hành dài, nhiệt độ trục chính và nhiệt độ chi tiết có thể làm thay đổi kích thước vượt quá dung sai cho phép.

Trường hợp đo được:
Một trung tâm gia công cho thấy độ trôi lệch theo trục Z là 14 µm sau 45 phút cắt liên tục.

---

2. Mài mòn dụng cụ và suy giảm đầu dao

Mài mòn mặt bên tiến triển làm tăng lực cắt, gây biến dạng dụng cụ và làm lệch vị trí các đặc trưng gia công.

Việc giám sát tuổi thọ dụng cụ trên thép 4140 cho thấy:

• Độ lệch kích thước của +0,018 mm sau 280 chi tiết

• Kích thước ổn định được khôi phục sau khi điều chỉnh vị trí dụng cụ

---

3. Độ võng và độ vượt ra ngoài của dụng cụ

Các dụng cụ dài hoạt động như lò xo—đặc biệt khi gia công thép.

Một thanh khoan có độ vượt ra ngoài bằng 6 lần đường kính đã tạo ra độ côn 0,05 mm ; chuyển sang sử dụng thanh khoan có bộ giảm chấn làm giảm độ côn xuống còn 0,012 mm.

---

4. Chuyển động của đồ gá hoặc độ đàn hồi trở lại của chi tiết

Nếu chi tiết giãn ra khi tháo kẹp, việc dò kiểm trong quá trình gia công sẽ không khớp với kết quả kiểm tra cuối cùng.

Kết quả thử nghiệm cảm biến lực cho thấy việc giảm lực kẹp xuống 30% làm giảm một nửa sai số độ phẳng.

---

5. Vật liệu thô không đồng nhất

Sự thay đổi độ cứng trong các thanh thép hoặc tấm thép làm thay đổi lực cắt và độ võng.

Một lô thép 4140 có độ cứng dao động từ 270–315 HB—gây ra sự phân tán kích thước lỗ khoan khó dự đoán.

---

Cách khắc phục lỗi kích thước: Các giải pháp đã được chứng minh

---

Kiểm soát nhiệt độ và trôi nhiệt

Ổn định môi trường

• Duy trì nhiệt độ xưởng trong phạm vi ±1,5°C

• Làm nóng máy trong 20–30 phút

• Tránh dao động nhiệt độ dung dịch làm mát >2°C

Sử dụng đo dò và bù trừ

• Điểm chạm các đặc điểm quan trọng ở giữa chu kỳ gia công

• Tự động áp dụng bù mòn dụng cụ

• Ghi lại xu hướng nhiệt theo ca làm việc

Kết quả:
Việc triển khai đo dò trong quá trình gia công đã giảm biến thiên kích thước lỗ khoan đi 46%trong các khối van.

---

Quản lý mòn dụng cụ một cách chủ động

Thiết lập giới hạn tuổi thọ dụng cụ

Thay vì chờ đợi sự cố xảy ra:

• Theo dõi số lượng chi tiết trên mỗi cạnh

• Thay thế các đầu dao chèn khi đã sử dụng được 70–80% tuổi thọ

• Sử dụng các dụng cụ tương đương trong kho chứa dụng cụ

Lựa chọn dụng cụ phù hợp

• Hợp kim cacbua phủ TiAlN cho thép hợp kim

• Các đầu dao chèn tinh sắc bén cho thép carbon thấp

• Hình học lưỡi dao kiểu 'wiper' để đảm bảo độ ổn định kích thước

---

Giảm độ võng của dụng cụ

• Rút ngắn phần dụng cụ nhô ra càng nhiều càng tốt

• Chuyển sang các đầu kẹp thủy lực hoặc kiểu co nhiệt

• Giảm độ ăn dao hướng kính

• Tăng chiều sâu hướng trục bằng các đường chạy dao dạng trochoidal

Cải thiện được đo lường:
Việc chuyển đầu kẹp giúp giảm sai lệch đường kính lỗ khoan từ 0,022 → 0,009 mm.

---

Cải thiện chiến lược gá đặt

• Hỗ trợ thành mỏng bằng các khối đỡ

• Gia công các bề mặt quan trọng cuối cùng

• Bố trí các chuẩn định vị gần khu vực cắt

• Sử dụng các chốt kẹp điều khiển theo mô-men xoắn

---

Chuẩn hóa vật liệu thô

• Ghi rõ dải độ cứng trên đơn đặt hàng (PO)

• Yêu cầu chứng chỉ nhà máy (MTRs)

• Ủ giảm ứng suất cho phôi rèn

• Kiểm tra siêu âm các phôi thanh lớn

---

Quy trình xử lý sự cố từng bước

Khi một đặc điểm vượt ngoài dung sai:

1️⃣ Kiểm tra nhiệt độ chi tiết
2️⃣ Kiểm tra cạnh dụng cụ dưới kính phóng đại
3️⃣ Đo độ vươn của dụng cụ
4️⃣ Kiểm tra độ lặp lại của đồ gá
5️⃣ Xem xét chứng chỉ độ cứng
6️⃣ Điều chỉnh độ bù mài mòn hoặc thay thế dụng cụ
7️⃣ Cắt lại phôi kiểm tra

---

Danh sách kiểm tra kiểm soát kích thước

Trước khi sản xuất:

• ✅ Đã hoàn tất làm nóng thiết bị theo nhiệt độ làm việc

• ✅ Đã kiểm tra độ lặp lại của đồ gá

• ✅ Đã đo các cụm dụng cụ

• ✅ Giá trị phôi trong phần mềm CAM đã chính xác

Trong quá trình sản xuất:

• ✅ Ghi lại dữ liệu SPC

• ✅ Đo kiểm các đặc tính then chốt

• ✅ Thay thế dụng cụ theo lịch trình

Sau khi sản xuất:

• ✅ Thực hiện các nghiên cứu CpK

• ✅ Cập nhật xu hướng bù trừ

• ✅ Điều chỉnh lại bảng tuổi thọ dụng cụ

---

Các câu hỏi thường gặp về độ chính xác khi gia công cơ khí CNC các chi tiết bằng thép

Độ dung sai chặt chẽ đến mức nào là khả thi đối với gia công CNC thép?

±0,01 mm là phổ biến đối với các quy trình ổn định; ±0,005 mm yêu cầu kiểm soát nhiệt độ, đo kiểm tự động và dụng cụ cắt cao cấp.

---

Tại sao các chi tiết có kích thước khác nhau khi đo ngoài máy?

Co ngót do làm nguội, giải phóng ứng suất khi tháo kẹp và trôi nhiệt của máy là những nguyên nhân điển hình.

---

Việc cắt chậm hơn có luôn cải thiện độ chính xác không?

Không—ma sát và tích tụ nhiệt có thể làm xấu đi việc kiểm soát kích thước. Việc tối ưu hóa tốc độ tiến và tốc độ quay quan trọng hơn là giảm vòng quay/phút (RPM).