Nghiên cứu lựa chọn dụng cụ và đường dùng cụ trong sáng tạo hình bề mặt tự do trên máy phay CNC 3 trục262

Dao phay ngón đầu phẳng .... Dao phay ngón đầu phẳng có góc lượ .... Dao phay ngón thân côn .... Biểu diễn đường cong Bezier .... Mô hình toán đường cong Bezier .... Biểu diễn đường đườn

Ngành: K thu ỹ ật Cơ khí

Mã số: 9520103

LUẬ N ÁN TI ẾN SĨ KỸ THU T Ậ CƠ KHÍ

NGƯỜ I HƯ NG D N KHOA H C: Ớ Ẫ Ọ PGS.TS Bùi Ngọc Tuyên

Hà N ội – 201 9

LLLLL ỜI CA ỜI CAM ĐOAN M ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới

s ự hướng d n cẫ ủa giáo viên hướng d n và các nhà khoa h c Tài liẫ ọ ệu tham kh o trong luả ận án được trích dẫn đầ đủy Các k t qu nghiên ế ả

c u c a lu n án là trung thứ ủ ậ ực và chưa từng được các tác gi khác công ả

Tôi xin được bày t s biỏ ự ết ơn sâu sắ ớ ậc t i t p th gi ng viên b môn ể ả ộGia công v t li u và D ng c công nghiậ ệ ụ ụ ệp đã có những chia s quý báu ẻ

v ề kiến th c, v ứ ề phương pháp nghiên cứu và nh ng lữ ời động viên tới NCS trong su t ti n trình nghiên cố ế ứu đề tài

Trong su t quá trình h c t p, nghiên c u tôi luôn luôn nh n ố ọ ậ ứ ậ được

s ự giúp đỡ ậ t n tình c a các th y cô trong Viủ ầ ện Cơ khí và Phòng Đào

t oạ Tôi xin được g i l i cử ờ ảm ơn chân thành đến các th y các cô trong ầViện Cơ khí đã ật n tình giúp đỡ để tôi hoàn thành quá trình h c t p ọ ậnghiên c u c a mình ứ ủ

Tôi cũng xin được g i l i cử ờ ảm ơn đến Ban Giám Hiệu trường Đại

h c Họ ải Phòng đã tạo ọi điềm u kiện thu n l i nh t cho tôi trong quá ậ ợ ấtrình th c hiự ện đề tài nghiên cứu

Cuối cùng, tôi xin được g i l i biử ờ ết ơn tới gia đình, người thân đã luôn bên c nh trong su t toàn b ạ ố ộ thời gian th c ự hiện nghiên cứu

Hài n i, ngày 6 tháng ộ 12 năm 2019 Nghiên c u sinh ứ

Hoàng Văn Quý

M Ụ C LỤ C

DANH M C CÁC KÝ HI U VÀ CH Ụ Ệ Ữ VIẾT T T Ắ vii

Danh m c các ký hi u ụ ệ vii

Danh m c các ch t t t ụ ữ viế ắ ix

DANH M C CÁC BỤ ẢNG xi

DANH M C CÁC HÌNH VỤ Ẽ, Đ THỊ xiii Ồ M Ở ĐẦ 1 U CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN V GIA CÔNG M T T Ề Ặ Ự DO 7

1.1 M t t do và ng d ng c a m t t ặ ự ứ ụ ủ ặ ự do 7

1.1.1 Giới thi u ệ 7

1.1.2 L ch s phát tri n ị ử ể 7

1.1.3 Ứng dụng đường, m t t ặ ự do 8

1.1.3.1 Ứng dụng đường, m t t do trong thi t k ặ ự ế ế 8

1.1.3.2 Ứng dụng đường, m t t do trong gia công 10 ặ ự 1.2 Quá trình gia công t o hình b m t t ạ ề ặ ự do 13

1.3 D ng c ụ ụ và đường d ng c khi gia công m t t ụ ụ ặ ự do 15

1.3.1 Kiểu d ng c s d ng trong gia công m t t ụ ụ ử ụ ặ ự do 15

1.3.1.1 Dao phay ngón đầu phẳng 17

1.3.1.2 Dao phay ngón đầu c u ầ 17

1.3.1.3 Dao phay ngón đầu phẳng có góc lượ 17 n 1.3.1.4 Dao phay ngón thân côn 18

1.3.2 Đường d ng c khi gia công m t t ụ ụ ặ ự do 21

1.3.2.1 Khái ni m ệ 21

1.3.2.2 Các kiểu đường d ng c ụ ụ cơ bả 21 n 1.3.2.3 Các thông s ố cơ bản của đường d ng c ụ ụ 27

1.4 Phương pháp tính toán sinh đường d ng c ụ ụ 29

1.4.1 Phương pháp sinh đường d ng c ụ ụ trên cơ sở điểm ti p xúc ế (CC-Based) [29] 29

1.4.2 Phương pháp sinh đường d ng c ụ ụ trên cơ sở điểm định v ị d ng c (CL-Based) [29] ụ ụ 30

1.5 T ng quan tình hình nghiên c u gia công m t t do trên máy ổ ứ ặ ự phay CNC 31 1.5.1 T ng quan tình hình nghiên cổ ứu trong nướ 31 c 1.5.2 T ng quan tình hình nghiên c u trên th ổ ứ ế giớ 33 i

1.6 Đánh giá tình hình nghiên cứu phương pháp gia công mặ ựt t

do và đề xuất hướng nghiên c u c a lu n ánứ ủ ậ 35 1.7 Kết luậ 37 n CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN ĐƯỜNG VÀ M T T DO Ặ ỰTRONG CÁC H Ệ THỐNG CAD/CAM 39 2.1 Bi u diể ễn đường t do trong h ự ệ thống CAD/CAM 39 2.1.1 Các phương pháp biểu diễn toán cơ bản của đường t ng quát ổ 39 2.1.2 Biểu diễn đường cong Bezier 40 2.1.3 Biểu diễn đường cong B-spline 45 2.2 Bi u di n m t t do trong h ể ễ ặ ự ệ thống CAD/CAM 47 2.2.1 Phương pháp biểu di n mễ ặt dưới dạng mô hình đa thức d ng ạtham s ố 49 2.2.1.1 Mô hình toán biểu di n m nh m t Ferguson 49 ễ ả ặ2.2.1.2 Mô hình mảnh m t Bezier ặ 50 2.2.2 Phương pháp biểu di n mễ ặt dướ ại d ng mô hình n i suy ranh gi i ộ ớ

m nh m t ả ặ 51 2.2.2.1 Biểu di n m t t do b ng mô hình m t k 51 ễ ặ ự ằ ặ ẻ2.2.2.2 Biểu di n m t t do b ng mô hình m t Coon 52 ễ ặ ự ằ ặ2.2.3 Phương pháp biểu di n mễ ặt dướ ại d ng mô hình m nh quét 52 ả2.2.3.1 Mảnh mặt trượ ịt t nh ti nế 52 2.2.3.2 Mảnh m t quay 53 ặ2.2.4 Phương pháp biểu di n mễ ặt dướ ại d ng t giác 53 ứ2.2.5 Mảnh m t B - spline ặ 54 2.2.6 Mặt NURBS 55 2.2.6.1 Biểu di n toán h c bề ặễ ọ m t NURBS 55 2.3.6.2 Đạo hàm c a m t NURBS 56 ủ ặ2.2.7 Công cụ mô ph ng m t s mỏ ộ ố ặt cơ bản sang d ng m t t ạ ặ ự do 57 2.3.8 C u trúc t p (file) bi u di n mấ ệ ể ễ ặt theo định d ng IGES trong ạCAD/CAM 59 2.2.8.1 Cấu trúc c a file IGES 59 ủ

2.2.8.2 Biểu di n m t s ễ ộ ố đối tượng theo định d ng file IGES ạ 65 2.3 Kết lu n 67 ậCHƯƠNG 3 XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP LỰA CH N D NG C Ọ Ụ ỤTRONG GIA CÔNG T O HÌNH B M T T DO TRÊN MÁY PHAY CNC Ạ Ề Ặ Ự

3 TR C Ụ 69 3.1 Giới thi u ệ 69

3.2 Ảnh hưởng c a d ng c khi t o hình b m t trên máy phay ủ ụ ụ ạ ề ặ

CNC 70

3.3 Xây dựng phương án lựa ch n d ng c c t họ ụ ụ ắ ợp lý để gia công t o hình m t t ạ ặ ự do 74

3.3.1 Phân vùng m t t ặ ự do 75

3.3.2 L a ch n d ng c hự ọ ụ ụ ợp lý tương ứng v i t ng phân vùng ớ ừ 79

3.3.3 Xác định ranh giới tương ứng v i m i phân vùng cớ ỗ ục bộ 81

3.3.4 Thí nghiệm đánh giá kết qu 88 ả 3.4 Đề xuất phương án gia công vớ ề ặt đã phân vùng: 99 i b m 3.4 Kết lu n 101 ậ CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN ĐƯỜNG D NG Ụ C TRONG GIA CÔNG T O HÌNH B M T T DO TRÊN MÁY PHAY Ụ Ạ Ề Ặ Ự CNC 3 TRỤC 103

4.1 Xây d ng th c nghiự ự ệm Taguchi đánh giá ảnh hưởng của đường d ng c t i chụ ụ ớ ất lượng t o hình b m t t ạ ề ặ ự do 105

4.1 1 Phương pháp Taguchi 105

4.1.2 Xây dựng th c nghi m 107 ự ệ 4.1.2.1 Điều ki n th c nghi m 107 ệ ự ệ 4.1.2.2 Lựa ch n thông s u vào và xây d ng m ng tr c giao ọ ố đầ ự ả ự Taguchi 109

4.2 Đề xuất phương án xác định đường d ng c 114 ụ ụ 4.2.1 Điều ki n biên ệ 114

4.2.2 Tính toán thông số đường d ng c ụ ụ 115

4.2.2.1 Tính toán bước ti n ngang (St).(B ế ổ đề 1) 116

4.2.2.2 Xác định đường d n hẫ ợp lý đảm bảo Sc ≤ [Sc] (Bổ đề 2) 118

4.2.3 Tính toán sai số ấ x p x 123 ỉ 4.3 Mô ph ng và th c nghiỏ ự ệm đánh giá kết qu ả 126

4.4 Kết lu n 129 ậ K T LU N VÀ KI N NGH Ế Ậ Ế Ị 130

DANH M C TÀI LI U THAM KH OỤ Ệ Ả 132

PHỤ Ụ L C 1

DANH M C CÁC KÝ HI U VÀ CH Ụ Ệ Ữ VIẾ T T T Ắ

Danh m ụ c ác ý ệ c k hi u

STT

STT Ký hiKý hiKý hi u ệệệệệu GiGiải nghĩaải nghĩaải nghĩa

1 C(u) Phương trình biểu diễn đường cong t do v i bi n ự ớ ế

u

2 u Tham s cu ≤ 1) ố ủa đường cong t ự do theo phương u (0 ≤

3 v Tham s cv ≤ 1) ố ủa đường cong t ự do theo phương v (0 ≤

4 Bi, n(u) Đa thức Bernstein v i bi n u ớ ế

5 Ri, n(u) Hàm vô hướng cơ sở cho đường cong t ự do

6 Pi Điểm điềcong t ự dou khi n th i cể ứ ủa đường cong ho c m t ặ ặ

7 x Biếđộ scartes n s c a hàm s Deố ủ ố theo phương Ox trong hệ ọ t a

8 y Biếđộ scartes n s c a hàm s Deố ủ ố theo phương Oy trong hệ ọ t a

9 z Biếđộ scartes n s c a hàm s Deố ủ ố theo phương Oz trong hệ ọ t a

10 Pi, j Điểm điều khi n t i nút (i, j) cể ạ ủa lưới điểm điều

18 u(t) Đường cong tham s ố t theo phương u

19 v(t) Đường cong tham s ố t theo phương v

20 t Tham s t cố ủa đường cong

21 D Ma trận cơ bản th hai cứ ủa đường cong

22 M Ma tr n chuy n thu n nh t ậ ể ầ ấ

23 Toán t sai phân ử

24 Q Ma tr n h s góc ậ ệ ố

25 C Ma tr n h s Ferguson ậ ệ ố

26 dud Phép tính đạo hàm v i bi n u ớ ế

27 m Đơn vị đo độ dài: mét

28 mm Đơn vị đo độ dài: mi li mét (10-3m)

29 µm Đơn vị đo độ dài: micro mét (10-6m)

30 S(u,v) M t t ặ ự do biểu di n trong không gian tham s ễ ố

31 T Vector hướng d ng c ụ ụ

32 n Vector pháp tuy n c a m t S(u,v) ế ủ ặ

33 TT M t ph ng ti p tuy n c a m t cong S(u,v) ặ ẳ ế ế ủ ặ

34 St Kho ng d ch dao ngang (Step over size) ả ị

35 Tn M t ph ng t o bặ ẳ ạ ởi vector hướng dao và vector pháp

Danh m ụ c ác ữ ết ắ c ch vi t t

STT

STT ViViViếếếếế ắắắắắt tt t t t t ViViết đết đết đầy đủầy đủầy đủ GiGiải nghĩaải nghĩa ải nghĩa

1 CAD Computer Aided Design Thiếc a máy tính ủ t k có s h tr ế ự ỗ ợ

2 CAM Computer Aided Manufacturing S n xu t có s h c a máy tính ủả ấ ự ỗ trợ

3 CAGD Computer Aided

Geometry Design

Thiế ết k hình h c có s ọ ự

h ỗ trợ ủ c a máy tính

4 CIM Computer Intergrated Manufacturing S n xu t có s tích hc a máy tính ủả ấ ự ợp

6 CAE Computer Aided Engineering Ứtrong phân tích ng d ng máy tính ụ

7 CAPP Computer Aided Production Planning

L p k ậ ế hoạch ch tế ạo

s n ph m có s ả ẩ ự trợgiúp c a máy tính ủ

8 NC Numerical Control Điều khi n s ể ố

9 CNC Computer Numerical Control

Điều khi n s b ng ể ố ằmáy tính (ch ỉ những h ệthống cơ khí gia công

t ự động

10 NURBS Non-uniform rational B-spline

Mặt hoặc đường spline h u t không ữ ỉ

B-đồng nh t ấ

11 B-spline B-spline Đườspline ng cong t do B-ự

12 2D Two Dimension Không (dùng trên máy 2 trgian ph ng ục)ẳ

13 3D Three Dimension Không gian ba chiều (dùng trên máy 3 trục)

14 5D Five Dimension Không gian năm chiều (dùng trên máy 5 trục)

15 CC point Cutting Contact point Điểhình) m c t (đi m t o ắ ể ạ

16 CL point Cutting Location point Điểm định v d ng c ị ụ ụ

17 CC path Cutting contact path Đườđạ các điểo) ng t p h p (qu ậ m t o hình ợạ ỹ

18 CL path Cutting Location path

Đường t p h p (qu ậ ợ ỹ

đạo) các điểm nh v đị ị

d ng c ụ ụ

19 DP Data Points Tập điểm d u ữ liệ

20 DPi=1, 8 i, 8 set of data points 8 t p d thành phậ ần ữ liệu điểm

DANH M C CÁC B Ụ Ả NG

B

B ng 1 1 ảảảảảng 1 1 Các đường d ng c ụ ụ cơ bản 22 B

B ng 1 2.ảảảảảng 1 2 Thuật ng ữ cơ bản của đường d ng c trong gia công CNC ụ ụ 22 B

B ng ảảảảảng ng 1 1 1 3.3 M i d ng vùng b m t c c b c a b m t t ườ ạ ề ặ ụ ộ ủ ề ặ ự do trơn liên

t c ụ 33 B

B ng 2 1.ảảảảảng 2 1 B ng c u trúc d u file IGES ả ấ ữ liệ 61 B

B ng 2 2.ảảảảảng 2 2 B ng th ng kê nhãn bi u di n d u trong IGS ả ố ể ễ ữ liệ 63 B

B ng 3ảảảảảng 3ng 3 1 1 Bảng điểm điều khi n và tr ng s m t t do m u thí nghi mể ọ ố ặ ự ẫ ệ 88 B

B ng 3 2.ảảảảảng 3 2 B ng tính ch t v t lý c a nh a PA ả ấ ậ ủ ự 89 B

B ng 3 3ảảảảảng 3 3 Bảng thông s d ng c 90 ố ụ ụB

B ng 3 4.ảảảảảng 3 4 B ng thông s ả ố máy đo 3 tọa độ SVANEX 9106 91 B

B ng 3 5.ảảảảảng 3 5 B ng thông s ả ố cao độ z các điểm trên b m t m u thi t kề ặ ẫ ế ế93 B

B ng 3 6ảảảảảng 3 6 Bảng thông s ố đo cao độ z các điểm trên b m t M u 1 93 ề ặ ẫB

B ng 3 7.ảảảảảng 3 7 B ng thông s ả ố đo cao độ z các điểm trên b m t M u 2 ề ặ ẫ 93 B

B ng 3 8.ảảảảảng 3 8 Chương trình gia công 97 B

B ng 3.ảảảảảng 3.ng 3 9 9 B ng t ng h p th i gian gia công và chiả ổ ợ ờ ều dài đường d ng cụ ụ 98 B

B ng 3 10.ảảảảảng 3 10 B ng tông h p k t qu ả ợ ế ả đánh giá 99 B

B ng ảảảảảng ng 3 3 113 1111 Bảng so sánh phương pháp gia công vớ ề ặt đượi b m c phân vùng 100 B

B ng 3 12.ảảảảảng 3 12 B ng th ng kê gia công mả ố ẫu theo ba phương án 100 B

B ng 4 1.ảảảảảng 4 1 B ng thông s d ng c ả ố ụ ụ 108 B

B ng 4 2.ảảảảảng 4 2 B ng thông s ả ố máy đo 3 tọa độ SVA NEX9016 108 B

B ng 4 3.ảảảảảng 4 3 B ng tả ọa độ điểm thi t k m t phôi ế ế ặ 109 B

B ng 4 4ảảảảảng 4 4 Bảng thông s F, S, T 111 ốB

B ng 4 5.ảảảảảng 4 5 M ng tr c giao Taguchi L9 (3^3) ả ự 111

B ng 4 6ảảảảảng 4 6 Kết qu ả đo tại các v ị trí xác định trên b m t m u 112 ề ặ ẫB

B ng ảảảảảng ng 4 4 4 7.7 Phân tích ANOVA các thông s ố ảnh hưởng t i t o hình b ớ ạ ề

m t ặ 113 B

B ng 4 8ảảảảảng 4 8 Điểm điều khi n m nh m t lõm 123 ể ả ặ

DANH M Ụ C CÁC HÌNH V Ẽ, ĐỒ THỊ

Hình 1 1

Hình 1 1 Hi u chệ ỉnh đường tròn 9 Hình 1 2

Hình 1 2 Thiết k có s dế ử ụng đường t do NURBS ự 9 Hình

Hình 1.1.1 3.3.3 Hiệu ch nh m t tr ỉ ặ ụ thường và m t tr ặ ụ biểu di n d ng t ễ ạ ự do 10 Hình 1 4

Hình 1 4 ng d ng NURBS trong thi t k Ứ ụ ế ế 10 Hình 1 5

Hình 1 5 Mô t n i suy tuy n tính và cung trên h máy CNCả ộ ế ệ 11 Hình 1 6

Hình 1 6 N i suy NURBS trên các h CNC ộ ệ 12 Hình

Hình 1 1 1 7.7 N i suy tuy n tính và n i suy NURBS khi gia công m t t 7 ộ ế ộ ặ ự do 13 Hình 1 8

Hình 1 8 Một ứng d ng m t t do trong khuôn ụ ặ ự 14 Hình 1

Hình 1 9 9 9 Kh o sát thả ời gian gia công thô, tinh, đánh bóng khi gia công khuôn 15 Hình 1 10

Hình 1 10 Mô hình hình h c dao phay ngón t ng quát ọ ổ 16 Hình 1 11

Hình 1 11 Các dạng dao phay ngón cơ ả 17 b n Hình 1 12

Hình 1 12 D ng c c t khi gia công m t t ụ ụ ắ ặ ự do 18 Hình

Hình 1 1 1 13.13 S khác bi t gi a vùng l i, vùng lõm và vùng ph ng khi gia 13 ự ệ ữ ồ ẳcông 19 Hình 1

Hình 1 1414 Đườ14 ng c t và c t l m 20 ắ ắ ẹHình 1 15

Hình 1 15 Gia công m t t do trên máy 5 tr c ặ ự ụ 21 Hình 1 16

Hình 1 16 Đường d ng c 21 ụ ụHình

Hình 1 1 1 171717 M t s thu t ng v ộ ố ậ ữ ề đường d ng c khi gia công trên máy ụ ụphay CNC 23 Hình 1 18

Hình 1 18 Mộ ố ểt s ki u đường d ng c ụ ụ cơ bản trong Catia V5R20 26 Hình 1 19

Hình 1 19 Các thông s quan tr ng khi gia công m t t ố ọ ặ ự do 28 Hình

Hình 1 1 1 20.20 Chi u cao nh20 ề ấp nhô để ạ l i sau khi gia công tinh b ng dao ằphay đầu c u 28 ầ

Hình

Hình 1 1 1 212121 Phương pháp sinh đường d ng c ụ ụ trên cơ sở ể đi m ti p xúc ế(CC-point) 29 Hình 1 22

Hình 1 22 Sai s hình h c khi gia công m t ố ọ ặ 34 Hình 1 23

Hình 1 23 Phân c m vụ ới 2 đường d n xoẫ ắn ốc [51] 35 Hình 1 24

Hình 1 24 Sơ đồ khố ếi ti n trình nghiên c u ứ 37 Hình 2 1

Hình 2 1 Sơ đồ khố ội dung chương 2 39 i nHình 2 2

Hình 2 2 Mô hình toán đường cong Bezier 41 Hình 2 3

Hình 2 3 Sơ đồ tính toán điểm của đường cong Bezier b c 3 ậ 41 Hình 2 4

Hình 2 4 Sơ đồ tính điểm điều khi n cể ủa đường Bezier t ng quát ổ 41

Hình

Hình 2 2 2 5.5.5 Thuật toán xây d ng công c thi t k , hi u chự ụ ế ế ệ ỉnh đường Bezier bậc n 42 Hình 2 6

Hình 2 6 Công c xây dụ ựng đường cong Bezier 43 Hình 2 7

Hình 2 7 Biểu diễn đường đường cong Bezier 44 Hình

Hình 2 2 2 8.8 K t qu thi t k 8 ế ả ế ế đường Bezier b c 3 trên AutoCAD, Catia và ậCông c xây dụ ựng đường Bezier bậc n 44 Hình 2 9

Hình 2 9 Các mặt cơ bả 48 n Hình

Hình 2 2 2 10.10 S linh ho t trong hi u ch nh c a m t t do so v i các m10 ự ạ ệ ỉ ủ ặ ự ớ ặt

cơ bản 49 Hình 2 11

Hình 2 11 Mô hình m t m t Ferguson ặ ặ 50 Hình 2 12

Hình 2 12 M nh m t Bezier bả ặ ậc 4 50 Hình 2 13

Hình 2 13 a) Mô hình m t k b) N i suy Taylor tuy n tính ặ ẻ ộ ế 51 Hình 2 14

Hình 2 14 C u trúc m nh m t Coons ấ ả ặ 52 Hình 2 15

Hình 2 15 Mặt mặt trượt 52 Hình 2 16

Hình 2 16 M nh m t quay ả ặ 53 Hình 2 17

Hình 2 17 Mảnh m t t giác 53 ặ ứHình 2 18

Hình 2 18 M nh m t B-spline ả ặ 54 Hình

Hình 2.2.2 19.19.19 Sơ đồ thu t toán xây d ng công c thi t k và hi u chậ ự ụ ế ế ệ ỉnh

Hình 2 20.

Hình 2 20 Menu tùy ch n m t ọ ặ 58 Hình 2

Hình 2 21.21 21 Biểu di n m t t ễ ặ ự do 59 Hình

Hình 2.2.2 22.22.22 Sơ đồ thu t toán công c ậ ụ mô hình hóa file định d ng IGESạ 66 Hình 2 23

Hình 2 23 Giao di n công c ệ ụ mô hình hóa file định d ng IGES ạ 67 Hình 2 24

Hình 2 24 Hiển th m t t do t file c u trúc IGES ị ặ ự ừ ấ 67Hình 3 1

Hình 3 1 Các ki u máy phay CNC thông dể ụng 70 Hình 3 2

Hình 3 2 Hướng d ng c khi gia công trên máy CNC 3 và 5 tr c ụ ụ ụ 71 Hình 3 3

Hình 3 3 D ng c c t có th ụ ụ ắ ể nghiêng để tránh c t l m ắ ẹ 71 Hình 3 4

Hình 3 4 Bán kính hi u d ng c a d ng c c t ệ ụ ủ ụ ụ ắ 72 Hình 3 5

Hình 3 5 Quan h ệ giữa góc nghiêng v i bán kính hi u dớ ệ ụng 72 Hình 3 6

Hình 3 6 D ng c c t có bán kính nh không gây c t l m ụ ụ ắ ỏ ắ ẹ 73 Hình 3 7

Hình 3 7 L a ch n d ng c ự ọ ụ ụ tương ứng với độ cong b m t ề ặ 73 Hình 3 8

Hình 3 8 Sơ đồ ự l a ch n d ng c c t khi gia công m t t ọ ụ ụ ắ ặ ự do 74 Hình 3 9

Hình 3 9 Sơ đồ kh i l a ch n d ng c phù h p b m t 75 ố ự ọ ụ ụ ợ ề ặHình 3 10

Hình 3 10 Biểu di n b m t t ễ ề ặ ự do 75 Hình 3 11

Hình 3 11 Phương và chiều véc tơ pháp tuyến c a m t 75 ủ ặHình 3 12

Hình 3 12 Độ cong Gauss và độ cong trung bình 77 Hình 3 13

Hình 3 13 M t t ặ ự do được phân vùng 78 Hình 3 14

Hình 3 14 Thu t toán phân vùng b m t t ậ ề ặ ự do 78 Hình 3 15

Hình 3 15 Sơ đồ phân vùng b m t thành m nh m t d a theo H và Kề ặ ả ặ ự 79 Hình 3 16

Hình 3 16 Thu t toán l a ch n d ng c h p lý ậ ự ọ ụ ụ ợ 80 Hình 3 17

Hình 3 17 M t t do có phân chia thành các m nh cặ ự ả ục bộ 81 Hình 3 18

Hình 3 18 Chuyển điểm 3D (x,y,z) sang không gian tham s 2D (u,v)ố 82 Hình 3 19

Hình 3 19 Ánh x ạ điểm 3D sang 2D để xác định đường ranh gi i ớ 82

Hình 3 20

Hình 3 20 Ví d v c u trúc t p d ụ ề ấ ậ ữ liệu điểm DP, DP1, DP2, DP3 83 Hình 3 21

Hình 3 21 C u trúc c a các t p d ấ ủ ậ ữ liệu điể 83 m Hình 3 22

Hình 3 22 Quy tắc 4 và 8 điểm lân c n ậ 84 Hình 3 23

Hình 3 23 Đường ranh gi i c a m ng 84 ớ ủ ảHình 3 24

Hình 3 24 Ranh gi i tớ ập điểm xác định bằng phương pháp 4 điể 85 m Hình 3 25

Hình 3 25 Ranh gi i tớ ập điểm xác định bằng phương pháp 8 điể 85 m Hình 3 26

Hình 3 26 Thu t toán tậ ạo đường ranh gi i m nh m t ớ ả ặ 86 Hình 3 27

Hình 3 27 Các hàm s dử ụng xác định kích thước dụng c h p lý ụ ợ 87 Hình 3 28

Hình 3 28 Macro trên Excel k t n i vế ố ới Catia V5R20 để xây d ng ự

đường ranh gi i t tớ ừ ập điểm biên trích xu t t IGES ấ ừ 88 Hình 3 29

Hình 3 29 Đường ranh gi i c a vùng b m t t do c c b 89 ớ ủ ề ặ ự ụ ộHình 3 30

Hình 3 30 Bản v thi t k phôi ẽ ế ế 89 Hình 3 31

Hình 3 31 Máy phay CNC Hamai 3VA 90 Hình 3 32

Hình 3 32 Dụng c c t 90 ụ ắHình 3 33

Hình 3 33 Mô ph ng quá trình gia công ỏ 91 Hình 3 34

Hình 3 34 Gia công m u trên máy phay CNC Hamai 3VA ẫ 92 Hình 3 35

Hình 3 35 Th c hiự ện đo trên máy đo 3 tọa độ SVANEX 92 Hình 3 36

Hình 3 36.Điểm đo 92 Hình 3 37

Hình 3 37 Biểu đồ ữ liệu đo mặ ự do đượ d t t c gia công 94 Hình 3 38

Hình 3 38 Biểu đồ so sánh b mề ặt theo 2 phương 95 Hình 3 39

Hình 3 39 Đường ranh gi i xu t hi n trên b m t sau gia công ớ ấ ệ ề ặ 99 Hình 3 40

Hình 3 40 Gia công b m t theo cách 3 ề ặ 101 Hình 4 1

Hình 4 1 Sơ đồ kh i các n i dung nghiên cố ộ ứu trong chương 4 104 Hình 4

Hình 4 2 2 2 Sơ đồ khối xây dựng phương án đánh giá mức độ ảnh hưởng

của đường d ng c tụ ụ ới độ chính xác t o hình m t t ạ ặ ự do 105 Hình 4 3

Hình 4 3 Máy phay CNC 3 tr c ụ 107

Hình 4 5.

Hình 4 5 Máy đo 3 tọa độ SVA NEX9016 108 Hình 4 6

Hình 4 6 Thiết k m u th c nghi m ế ẫ ự ệ 108 Hình 4 7

Hình 4 7 Kiểu đường d ng c thông d ng khi gia công m t t ụ ụ ụ ặ ự do 109 Hình 4 8

Hình 4 8 S n ph m gia công theo thí nghi m trong m ng L9 ả ẩ ệ ả 112 Hình 4 9

Hình 4 9.Tỉ ố s S/N 113 Hình

Hình 4 4 4 10.10 10 Sơ đồ xây dựng phương án xác định dường d ng c ụ ụ hơp lý cho b m t t do c u trúc lõm ề ặ ự ấ 114 Hình 4

Hình 4 11.11 11 Hướng d ng c trong tụ ụ ọa độ Descartes 115 Hình 4 12

Hình 4 12 Gia công m t cong lõm ặ 116 Hình 4 13

Hình 4 13 Sơ đồ xác định bước ti n h p lý St ế ợ 117 Hình 4 14

Hình 4 14 Sơ đồ tính toán St 117 Hình 4 15

Hình 4 15 Sơ đồ tính toán kho ng offset ả đường d ng c h p lý ụ ụ ợ 119 Hình 4 16

Hình 4 16 Sơ đồ offset đường dẫn được chi u lên m t cong S(u,v) ế ặ 120 Hình 4 17

Hình 4 17 Sơ đồ thuật toán sinh đường d ng c ụ ụ 122 Hình 4 18

Hình 4 18 Mô phỏng sinh đường d ng c cho vùng cụ ụ ục bộ lõm 123 Hình 4 19

Hình 4 19 Sơ đồ tính toán sai s x p x ố ấ ỉ 124

đã đánh dấu một bước nh y v t trong công nghi p s n xu t Vi c ng ả ọ ệ ả ấ ệ ứ

d ng máy CNC không nh ng mang lụ ữ ại năng suất cao, chất lượng sản phẩm ổn định mà còn giải phóng được sức lao động của con người Với việc các ngành khoa học điều khi n, công ngh thông tin phát tri n… ể ệ ểcác máy CNC càng trở nên m nh m ạ ẽ hơn, điều đó cũng đồng nghĩa với việc các s n phả ẩm được ch t o ra ngày càng ph c t p và tinh x o Do ế ạ ứ ạ ảnhững ưu điểm c a các máy CNC khi n cho càng ngày càng có nhi u ủ ế ềnghiên c u nh m nâng c p máy CNC ứ ằ ấ trở nên ngày càng hoàn thi n Có ệhai hướng nghiên cứu chính để ả c i thiện các máy CNC là hướng nghiên

c u c i thi n ph n cứ ả ệ ầ ứng và hướng nghiên c u c i thi n ph n m m ứ ả ệ ầ ề

Hư

Hướớớớớng ng nghiên nghiên nghiên ccccc u ứứứứứu u ccccc i i i i i thiảảảảả thi n thiệệệệện phn phph n ầầầầần ccccc ngn ứứứứứng để nâng cao năng suất khi gia công trên máy phay CNC như: Nghiên c u v k t c u máy [2], [3] ứ ề ế ấ …Nghiên cứu ảnh hưởng của rung động [4] [6]– … Nghiên cứu v d ng c ề ụ ụ

c t khi gia công [7], [8]ắ … Nghiên cứu ảc i thiện các mvi ạch điều khi n ể

để ả c i thi n kh ệ ả năng điều khi n c a máy CNC K t qu c a các công ể ủ … ế ả ủtrình khoa học cũng như thực nghiệm theo hướng này đã đạt được nhiều thành công Các máy CNC càng ngày càng có k t c u hoàn thi n, ế ấ ệkhả năng công nghệ được nâng cao Qua đó năng suất cũng như chất

lượng s n ph m khi gia công trên các máy CNC có nh ng c i thiả ẩ ữ ả ện đáng kể góp ph n không nh vào s phát tri n c a ngành công nghi p ầ ỏ ự ể ủ ệgia công nói chung và gia công trên máy t ng nói riêng ự độ

Hư

Hướớớớớng ng ngnghiênnghiênhiên ccccc u ứứứứứu u ccccc i i i i i thiảảảảả thithi nnnnn ppppphhhhh n ệệệệệ ầầầầần n mmm mềềềềềmthường là c i ti n v h ả ế ề ệ điều hành (ch a các b n i suy s d ng cho tính toán các ứ ộ ộ ử ụ đường d ng c ụ ụ và các thông s tố rong quá trình gia công cũng như cải thi n kh ệ ả năng giao tiếp gi a các ph n c ng trên máy ữ ầ ứ CNC thông qua các trình điều khi n ểdriver) Các phương pháp nội suy mà các máy CNC thường s d ng là ử ụ

n i suy tuy n tính ho c n i suy theo cung tròn [9]ộ ế ặ ộ Ngày nay xu hướng nghiên c u t p trung nhi u vào vi c phát tri n ph n mứ ậ ề ệ ể ầ ềm để máy trởnên “thông minh” và “mạnh mẽ” hơn, o đó các máy CNC ngày càng có Dtính linh hoạt, đáp ứng được nhi u yêu c u gia công ph c tề ầ ứ ạp hơn, đặc biệt là nh ng chi tiữ ết máy được thi t k có ch a các b m t t do ế ế ứ ề ặ ự

S phát tri n c a máy CNC và nhự ể ủ ững ưu điểm c a nó kéo theo các ủlĩnh vực ph c v cho h ụ ụ ệ máy này cũng phát triển không ngừng đó là CAD (Computer Aided Design – Thiết k có s h ế ự ỗ trợ ủ c a máy tính) và

CAM (Computer Aided Manufacturing Gia công có s h – ự ỗ trợ ủ c a máy tính) CAD h ỗ trợ khâu thi t k ế ế trở nên nhanh, d dàng và chính xác ễhơn, CAM hỗ ợ tr khâu gia công, giải phóng con người kh i các tính ỏtoán v i khớ ối lượng phép tính l n và ph c tớ ứ ạp hơn bởi các công thức

n i suy tích h p Do vộ ợ ậy, lúc này năng suất cũng như độ chính xác khi chế ạ t o các s n ph m có ng d ng CAD/CAM/CNC không còn ph ả ẩ ứ ụ ụthu c hoàn toàn vào máy CNC n a mà còn ph thu c c vào các y u t ộ ữ ụ ộ ả ế ốkhác n m trong khâu thi t k (có s d ng CAD) và n m trong khâu gia ằ ế ế ử ụ ằcông (có s d ng CAM) ử ụ Hiện nay vi c khai thác s d ng các máy CNC ệ ử ụcũng như các phần mềm CAD/CAM còn chưa hiệu quả, đặc bi t t i Vi t ệ ạ ệ

t o hình các chi ti t có ch a b m t phạ ế ứ ề ặ ức tạp

Hiện nay, vi c ứệ ng d ng công ngh CAD/CAM/CNC trong s n xu t ụ ệ ả ấ

r t ph ấ ổ biến không ch trên th ỉ ế giới mà c ả ở Việt Nam Do những ưu điểm mà công ngh này mang l i nên các nghiên c u v CAD/CAM/CNC ệ ạ ứ ềluôn luôn được nhi u nhà khoa h c quan tâm Hi n nay các nghiên ề ọ ệ

cứu liên quan đến lĩnh vực CAD/CAM/CNC ở Việt Nam còn khá hạn chế Trên th giế ới cũng có nhiều nghiên c u nh m c i thiứ ằ ả ện năng suất, chất lượng s n ph m khi gia công trên máy CNC Tuy nhiên nh ng v n ả ẩ ữ ấ

đề liên quan đến b mề ặt cũng ít khi được đề ậ c p trong các nghiên c u ứnày mà ch y u là các nghiên c u v ủ ế ứ ề tính toán đường d ng c ụ ụ hoặc các chế độ ắ c t Trong quá trình nghiên c u, NCS nh n th y r ng vứ ậ ấ ằ ấn đề

l a ch n d ng c ự ọ ụ ụ và đường d ng c h p lý khi gia công các chi ti t có ụ ụ ợ ếchứa m t t vặ ự do ừa có tính khoa học và cũng có tính thực ti n r t cao, ễ ấ

có tiềm năng lớn để áp d ng vào th c ti n s n xuụ ự ễ ả ất Được s ự đồng ý

của giáo viên hướng d n và hẫ ội đồng đánh giá đề cương đã được trình bày, NCS đã lựa chọn đề tài lu n án: ậ

“Nghiên cn c u lứứứứứ ựựựựựu lu l a cha ch n da chọọọọọn d ng cn dụụụụụng cng c ụụụụụ và đưvà đưvà đườờờờờng dng d ng cụụụụụng cng c trong tụụụụụ trong t trong t o hình bạạạạạo hình b mo hình bềềềềề ặặặặặ m m t t t t t

ttttt do trên ựựựựự do trên do trên máy phaymáy phaymáy phay CNC 3 tr CNC 3 trụụụụục”c”

2.1 Mục đích củ a đ ề tài

Nghiên c u l a ch n d ng c ứ ự ọ ụ ụ và đường d ng c khi gia công mụ ụ ặt

t do trên máy CNC 3 tr c nhự ụ ằm đáp ứng được yêu c u v ầ ề độ chính

xác t o hình b m t và gi m th i gian gia công so vạ ề ặ ả ờ ới phương pháp gia

công m t t do truy n th ng ặ ự ề ố

2.2 Đối tượ ng nghiên c u ứ

Luận án nghiên cứu phương pháp lựa chọn kích thước d ng c c t ụ ụ ắ

và đường d ng c phù h p khi gia công b m t t ụ ụ ợ ề ặ ự do trơn trên máy

CNC 3 tr cụ Để thực hi n nghiên cệ ứu đối tượng đã đề ra, luận án đã

được phân chia thành các n i dung sau: ộ

- Nghiên c u v ứ ề phương pháp biểu di n toán hễ ọc đường và m t t ặ ự

do

- Nghiên cứu phương pháp tách một m t t ặ ự do trơn thành các

m nh m t t do c c b dả ặ ự ụ ộ ựa trên độ cong Gaussian (K) và độ

cong trung bình (H), Thông qua bước tách m t t ặ ự do trơn thành

các m nh m t t do c c b xây d ng thuả ặ ự ụ ộ để ự ật toán và chương

trình tính toán kích thước d ng c phù h p nhụ ụ ợ ất đố ớ ừi v i t ng

phân vùng c c b ụ ộ sao cho đảm bảo độ chính xác tạo hình đối

v i t ng m nh m t c c b ớ ừ ả ặ ụ ộ đó và rút ngắn th i gian gia công Qua ờ

đó sẽ ự l a ch n các d ng c phù họ ụ ụ ợp để gia công m t m t t do ộ ặ ự

trơn (là mặt đơn hoặc m t t ặ ự do trơn ật p h p t m t s m nh ợ ừ ộ ố ả

m t) ặ

- Nghiên c u xây dứ ựng đường ranh gi i c a t ng m nh m t c c b ớ ủ ừ ả ặ ụ ộ

n u m t mế ộ ặt cong trơn được c u thành t ấ ừ nhiều hơn một m nh ả

m t c c b ặ ụ ộ (Mục đích của việc xác định đường ranh gi i cớ ủa

m nh m t c c b ả ặ ụ ộ để giớ ại h n vùng d ng c ụ ụ thực hi n chiệ ến lược

Phạm vi nghiên c u c a luứ ủ ận án được gi i hớ ạn như sau:

- Quá trình gia công m t t ặ ự do được th c hi n trên máy phay CNC ự ệ

3 tr c v i d ng c cụ ớ ụ ụ ắt không thay đổi hướng trên toàn b ộ quỹ

đạo di chuy n trên b m t ể ề ặ

- D ng c c t s d ng trong gia công là d ng c tiêu chuụ ụ ắ ử ụ ụ ụ ẩn

- V t li u mậ ệ ẫu có độ ứ c ng thấp để việc nghiên c u t o hình ít b ứ ạ ị

ảnh hưởng b i các y u t v l c c t và nhiở ế ố ề ự ắ ệt qua đó có thể làm

k t qu nghiên c u b sai l ch ế ả ứ ị ệ

3 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên c u là s k t h p gi a nghiên c u lý thuy t v i ứ ự ế ợ ữ ứ ế ớ

mô ph ng và th c nghi m ki m chỏ ự ệ ể ứng, đánh giá kết qu C ả ụ thể như sau:

- Nghiên c u các mô hình bi u di n toán hứ ể ễ ọc đường, m t t do, ặ ựcác phép tính và thuật toán liên quan đến m t t do ph c v cho ặ ự ụ ụđối tượng nghiên c u trong lu n án ứ ậ

- Xây dựng các chương trình trên Matlab2014b để mô ph ng, tính ỏtoán các n i dung liên quan trong lu n án Thi t k các mộ ậ ế ế ẫu thực nghi m trên CATIA V5R20, mô phệ ỏng quá trình gia công đểkiểm ch ng ph n tính toán lý thuy t ứ ầ ế

- Xây d ng các mô hình thự ực nghi m gia công trên máy phay CNC ệ

3 trục và đo đạc các thông s ố trên máy đo 3 tọa độ X lý s ử ố liệu

và đánh giá kết qu lý thuy t và mô phả ế ỏng đã thực hi n trong ệluận án

b m t cề ặ ục bộ theo các tiêu chí chọn trước

- Xây dựng các chương trình máy tính biểu di n ễ đường t do, mự ặt

t ự do

- Phân tích đượ ảnh hưởc ng c a vi c l a ch n d ng c ủ ệ ự ọ ụ ụ và đường

d ng c trong gia công các vùng b m t t do ụ ụ ề ặ ự

- Nghiên cứu ảnh hưởng c a vi c l a ch n d ng c ủ ệ ự ọ ụ ụ thông qua độ

cong Gauss và độ cong chính để đề xu t mấ ột phương án lựa chọn d ngụ c c c vào vi c tính toán bán kính cong nh ụ ăn ứ ệ ỏ nhất theo hai phương chính và xác định đường d ng c h p lý ụ ụ ợ

- Đề xuất được một phương pháp xác định đư ng d ng c m i ờ ụ ụ ớcho b m t cong t do c u trúc lõm dề ặ ự ấ ựa trên độ cong c c b cụ ộ ủa vùng b m t và chiề ặ ều cao lượng dư để ạ l i gi i h n ớ ạ

- Phương pháp ự l a ch n d ng c c t h p lý khi gia công các mọ ụ ụ ắ ợ ặt

t thông qua vi c phân vùng b mự do ệ ề ặt trơn thành các vùng bề

m t c c b ặ ụ ộ có ý nghĩa quan trọng đối v i viớ ệc nâng cao năng

su t và chấ ất lượng ạ t o hình s n ph m có ch a b m t t do khi ả ẩ ứ ề ặ ựgia công trên máy CNC 3 trục Các thuật toán và chương trình máy tính đã được xây dựng để th c hiự ện phương pháp lựa ch n ọ

d ng c h p lý khi gia công t o hình các b m t t do K t qu ụ ụ ợ ạ ề ặ ự ế ảnghiên c u c a luứ ủ ận án có ý nghĩa thực ti nễ , đặ biệc t trong công nghi p ch t o khuôn mệ ế ạ ẫu

- Giải pháp sinh đường d ng c gia công b m t t do c u trúc ụ ụ để ề ặ ự ấlõm đảm bảo được độ chính xác t o hình b m t theo yêu c u và ạ ề ặ ầnâng cao năng suất gia công

- Đã phân tích, đánh giá được các phương pháp gia công m t t ặ ự

do, chỉ ra được nh ng ữ ưu điểm, nhược điểm c a tủ ừng phương pháp trong việc đảm b o ả chất lượng b mề ặt cũng như năng suất gia công các chi ti t có ch a m t t do trên máy phay CNC 3 ế ứ ặ ựtrục

- Đề xuất phương pháp ựl a chọn kích thước d ng c h p lý khi ụ ụ ợgia công t o hình m t t ạ ặ ự do d a trên gi i pháp phân vùng b ự ả ề

m t, ặ xác định được ranh gi i vùng c c b ớ ụ ộ để thực hiện đường

d ng c h p lý ụ ụ ợ Thực nghi m gia công ki m ch ng giệ ể ứ ải pháp đềxuất so với phương pháp gia công truyền th ng ố

- Đã xây dựng mô hình thực nghiệm để đ ánh giá ảnh hưởng của

d ng c ụ ụ và đường d ng c t i chụ ụ ớ ất lượng t o hình m t t do, t ạ ặ ự ừ

đó có phương án lựa ch n d ng c ọ ụ ụ và đường d ng c h p lý ụ ụ ợtrong gia công các chi ti t máy có ch a b m t t do ế ứ ề ặ ự

- Đề xuấ đượt c một phương pháp mới sinh đường ụ d ng c khi gia ụcông m t t c u trúc lõm trên máy phay CNC 3 trặ ự do ấ ục

Chương 2: hương pháp biểP u di n đư ng và m t t do trong c hễ ờ ặ ự cá ệthống CAD/CAM

Chương 3: Xây d ng pự hương pháp l a ch n d ng c h p lý trong ự ọ ụ ụ ợgia công t o hình b m t t trên máy phay CNC 3 tr c ạ ề ặ ự do ụ

Chương 4: Xây d ng pự hương pháp l a ch n đư ng d ng c h p lý ự ọ ờ ụ ụ ợtrong gia công t o hình b m t t do trên máy phay CNC 3 tr c ạ ề ặ ự ụ

Phần cu i cùng là K t lu n và Ki n ngh s t ng k t các k t qu ố ế ậ ế ị ẽ ổ ế ế ảnghiên c u cứ ủa luận án và đề xuất m t s ộ ố hướng nghiên c u ti p theo ứ ế

CHƯƠNG 1 T NG QUAN V GIA CÔNG M T T Ổ Ề Ặ Ự DO

1.1 Mặt tự do và ứng dụng của mặt tự do

1.1.1 Giới thiệ u

M t t do (freeform surface ho c freeform surfacing ặ ự ặ hoặc sculpture

surface) là thu t ng s d ng ch các b mậ ữ ử ụ ỉ ề ặt cong trơn, liên tục s ử

d ng trong CAD ( omputer ụ C AAided DDesign) và các ph n mầ ềm đồ ọa hmáy tính khác để mô t các ph n t hình h c 3D Các m t d ng t do ả ầ ử ọ ặ ạ ự

không có kích thước xuyên tâm c ng nh c [10], không gi ng các b ứ ắ ố ề

mặt thông thường (m t ph ng, m t tr , m t cặ ẳ ặ ụ ặ ầu…) Các dạng bi u diể ễn

m t t do ph ặ ự ổ biến như Bezier, B-spline, NURBS ( on niform ation N U RB

B sssss- pline) [11] , ngoài ra … cũng có thể có các phương pháp biểu diễn khác như Coons [12] hay Gordon [13]

Ngày nay m t t ặ ự do đã được ứng d ng trong h u h t các h ụ ầ ế ệ thống CAD/CAM (CAM = omputer C AAided MManufacturing) và ng d ng máy ứ ụtính h ỗ trợ phân tích s n phả ẩm CAE ( omputer C AAided EEngineering) vì tính linh hoạt và độ chính xác cao trong bi u di n các d ng b m t 3D ể ễ ạ ề ặphứ ạc t p Các b m t d ng t do r t thích hề ặ ạ ự ấ ợp để bi u di n b m t ể ễ ề ặnhư: bề ặ m t lòng khuôn, b m t cánh tua bin, cánh máy bay, v ề ặ ỏ xe hơi,

v tàu thuy n, tái t o nh ng s n ph m ph c v cho y hỏ – ề ạ ữ ả ẩ ụ ụ ọc như xương

khác nhau Trong đó, thước k đư c s dẻ ợ ử ụng để ạo ra các đườ t ng thẳng, compa s d ng cho vi c tử ụ ệ ạo ra các cung tròn, đường tròn, thước góc dành cho thi t k các góc [14]ế ế … Quá trình này đã được các nhà thi t k s d ng m t cách thành thế ế ử ụ ộ ục và được các nhà giáo dục đưa vào gi ng d y trong m t th i gian dài Tuy nhiên v i s phát tri n liên ả ạ ộ ờ ớ ự ể

t c c a các ngành khoa hụ ủ ọc đã đòi hỏi các thi t k ế ế phải vượt lên một

t m cao mầ ới để phù h p vợ ới tư duy cũng như yêu cầu c a thi t k ủ ế ế hiện

đại mà các phương pháp truyền th ng s gố ẽ ặp khó khăn như: Các đường cong t o lên b m t cong cạ ề ặ ủa mũi tàu, cánh máy bay, thân máy bay, thân xe ô tô, Do đó trong các thế ỉ k 18, 19 và những năm đầu

c a th k 20 h u h t các chi tiủ ế ỉ ầ ế ết trên được thi t k ế ế dưới dạng đường thẳng hoặc đường cong cơ bản không ph c t p do d thi t k , d ch ứ ạ ễ ế ế ễ ế

1970 c a th k ủ ế ỉ trước [16] B i tính linh ho t và s c m nh bi u diở ạ ứ ạ ể ễn đường và m t c a chúng nên quá trình nghiên c u phát tri n ti p ngay ặ ủ ứ ể ếsau đó là các đường và m t cong B-spline ặ Các đường và m t cong h u ặ ữ

t và vô t B-ỉ ỉ spline còn tăng thêm độ linh hoạt hơn nữa Đặc bi t quan ệtrọng là kh ả năng biểu diễn chính xác các đối tượng c a m t NURBS ủ ặ

Do đó, với NURBS hoàn toàn có th l a ch n là mể ự ọ ột phương pháp duy nhất bi u di n m t loể ễ ộ ạt các đường, m t (t ặ ừ đơn giản như đường th ng ẳcho đến các đường cơ bản như đường tròn, hay các mặt như mặ ầt c u, mặt nón… một cách chính xác Hơn nữa, NURBS cũng cho phép biểu diễn b m t tề ặ ổng quát Đặc điểm này c a NURBS khi n nó có th d ủ ế ể ễdàng bi u di n các b m t ph c tể ễ ề ặ ứ ạp như bề m t v ô tô, v , cánh máy ặ ỏ ỏbay, tàu, khuôn giày dép, chai nước ho c các nhân v t ho t hình ặ ậ ạNăm 1989 lần đầu tiên các dạng đường cong và m t cong NURBS ặđược thương mại hóa trên các máy tính tr m Ngày nay, h u h t các ạ ầ ế

ứng dụng đồ ọ h a máy tính chuyên nghiệp đều tích h p công c NURBS ợ ụdưới các d ng chuyên bi t ạ ệ Ngày nay NURBS được s dử ụng như là tiêu chu n trong ph n l n các h ẩ ầ ớ ệ thống CAD/CAM hoặc đồ họa tương tác

1.1.3 Ứng dụng đườ ng, m ặt tự do

1.1.3.1 ng d ng Ứ ụ đường, m t t trong thiặ ựdo ết kế

Trong thi t k ế ế các đường ho c m t trong chi ti t máy, vi c phặ ặ ế ệ ải

m t (ặ HìHình Hình nh 1 1 1 3a3a3a Trong trườ) ng h p này ợ việc hi u chệ ỉnh thường là phải xén tỉa ần ằd b ng các l nh c t (trim trong AutoCad, module Sketcher ệ ắ

c a Catia, hay Split trong ủ module Part, Shape… của Catia)

Quá trình thi t k ế ế như vậy s ẽ tương đố ối t n th i gian và b m t chi ờ ề ặtiế ạt t o ra không ph i là m t b mả ộ ề ặt trơn hoàn hảo mà ch là b m t ỉ ề ặđược ch p vá b i các m nh m t nh ắ ở ả ặ ỏ hơn

Điều này, khi n cho b m t thi t k ế ề ặ ế ế không được trơn tự nhiên, k t ếquả ủ c a thi t k không ch gây ế ế ỉ ảnh hưởng t i th m m c a chi ti t mà ớ ẩ ĩ ủ ếcòn không đạt được các yêu c u k thu t khầ ỹ ậ ắt khe đố ới v i m t s d ng ộ ố ạ

b m t hoề ặ ạt động trong môi trường khí động h c hoọ ặc môi trường khắc nghi t Khi s dệ ử ụng đường t do vi c hi u ch nh nự ệ ệ ỉ ày trở nên linh hoạt hơn rất nhi u Trên ề Hình Hình 1.1 2a1 2a là một đường cong d ng t ạ ự do đượ ạc t o

bởi 10 điểm điều khi n, khi c n hi u ch nh m t ph n mà không nh ể ầ ệ ỉ ộ ầ ảhưởng đến nh ng phữ ần trước đó thì người thi t k ch c n hi u ch nh ế ế ỉ ầ ệ ỉ

Hình 1.1.1 3b3b) 3b Điều này làm gi m thả ời gian cũng như ấ r t linh ho trong ạt thi t kế ế Đây là một ưu điểm l n c a vi c s dớ ủ ệ ử ụng các đường cong t ự

do trong thi t k Ngày nay h u h t các h ế ế ầ ế ệ thống CAD c a các hãng ủkhác nhau đã tích hợp module này để tăng sức m nh cho ph n m m ạ ầ ề

của mình, qua đó không bị ụt hơi trong các cuộc đua dành thị phần h

Hình 1 2.2.2 Thiế ết k có s dử ụng đường t do NURBS ự

Hiệ u ch nh trên toàn b ỉ ộ đường cong

Hình 1 1Hình 1 1 Hi u chệ ỉnh đường tròn

Do những ưu điểm của đường và mặt NURBS nên chúng đã được

1.1.3.2 Ứng d ng ụ đường, m t t trong gia công ặ ựdo

Trong gia công trên máy CNC việc gia công các đường biên d ng ạhoặc m t cong x y ra ặ ả thường xuyên Khi gia công những đường ho c ặ

mặt này thường d ng c s ụ ụ ẽ được dẫn theo đường d n (gẫ ọi là đường

d ng c hay tool pathụ ụ ) Các đường d ng c này trên h ụ ụ ệ điều khi n NC ểthường được n i suy tuy n tính (G01) ho c n i suy theo cung (G02 ộ ế ặ ộhoặc G03) [17](HHình 1 5ình 1 5ình 1 5)

Hình 1 4

Hình 1 4 ng d ng NURBS trong thi t k Ứ ụ ế ế

Lưới đ ểm điề i u khi n ể

Thay đổ i toàn b b m t ộ ề ặ Thay đổ i vùng c c b b m t ụ ộ ề ặ

Hình 1 3

Hình 1 3 Hiệu ch nh m t tr ỉ ặ ụ thường và m t tr ặ ụ biểu di n d ng t ễ ạ ự do

a) M t tr ặ ụ cơ bản; b) M t tr d ng t ặ ụ ạ ự do

Trên các h ệ máy CNC thường các tr c chuyụ ển động mang d ng c ụ ụ(hoặc phơi) đến các v ị trí gia cơng để ạo ra các đườ t ng ho c m t mong ặ ặmuốn Các chuyển động trên máy CNC thường chia thành hai d ng ạ

g m dồ ạng điểm đến điểm (point to point) và chuyển động n i suy theo ộquỹ đạ o Trên HHình ình ình 1.1.1 55555aaaaa để di chuyển theo đường chéo t điừ ểm A đến

điểm B thì h ềệ đi u hành c a máy CNC s th c hi n ph i h p tủ ẽ ự ệ ố ợ ốc độ

c a trủ ục chính theo hai hướng X và Y ho c cĩ th ặ ể ngắt nh chuyỏ ển

động này ra thành các chuyển động theo đoạn th ng ngẳ ắn Điều này

v a cĩ l i v a cĩ nh ng b t l i nhừ ợ ừ ữ ấ ợ ất định Điểm l i d ợ ễ nhận thấy nhất

đĩ là các hệ th ng tích h p b n i suy ch cố ợ ộ ộ ỉ ần tính tốn đơn giản, cịn điểm b t lấ ợi đĩ là nếu những đường ho c b m t ph c t p s dặ ề ặ ứ ạ ẽ ẫn đến phép tính tốn cĩ s ố lượng l n Do v y b ớ ậ ộ nhớ ủ c a các h ệ thống CAM phả ớn, các chương trình NC code đượi l c xu t ra vấ ới lượng câu l nh ệ

lớn Đơi khi kích thước các chương trình NC lớn vượt quá kh ả năng lưu trữ ủ c a b nh trên h điộ ớ ệ ều hành máy CNC do đĩ phải tách thành m t ộ

s ố chương trình nhỏ hơn hoặc lưu chương trình ra bộ nhớ ngồi s ử

d ng giao tiụ ếp trực ti p vế ới máy tính để truy n tr c ti p vào máy CNC ề ự ếĐiều này cĩ th gi i quyể ả ết được h n ch v b nh , tuy nhiên cĩ m t ạ ế ề ộ ớ ộphần nh ỏ trường hợp cũng xảy ra l i truy n d li u ho c khơng kh p ỗ ề ữ ệ ặ ớthời điểm truy n t i d li u gây ề ả ữ ệ ảnh hưởng lên b m t chi ti t khi gia ề ặ ếcơng Điểm l i th hai là n i suy NURBS cho biên dợ ứ ộ ạng chính xác hơn

so v i n i suy tuy n tính Trên ớ ộ ế HHình ình ình 1.1.1 66666 biểu di n sai l ch khi n i suy ễ ệ ộtuy n tính so v i n i suy NURBS ế ớ ộ

Nếu như gia cơng 2D việc khối lượng tính tốn khi n i suy tuyộ ến tính đã cĩ khối lượng l n thì trong gia cơng 3D viớ ệc này được nhân lên

g p nhi u l n, b i các thơng s tính tốn c a b m t là lấ ề ầ ở ố ủ ề ặ ớn Hơn nữa,

độ chính xác khi gia cơng b m t cĩ s d ng nề ặ ử ụ ội suy NURBS cũng cao hơn khá nhiều so v i n i suy tuy n tính ớ ộ ế

Đường thẳng

Đường xấp xỉ

CungĐường xấp xỉ

Hình 1

Hình 1 55555 Mơ t n i suy tuy n tính và cung trên h máy CNC ả ộ ế ệ

Do v y cĩ m t s nghiên c u nh m c i thi n vậ ộ ố ứ ằ ả ệ ấn đề này b ng cách ằ

ứng d ng NURBS trong n i suy nh m thay th nụ ộ ằ ế ội suy đường ho c ặcung so với các phương pháp truyền th ng [18] [21] cĩ tính khoa hố – ọc cũng như ứng d ng r t cao Vi c ng d ng NURBS trong n i suy biên ụ ấ ệ ứ ụ ộ

d ng trên các h ạ ệ điều khi n CNC s cĩ m t s ể ẽ ộ ố ưu điểm như:

- Khi d n d ng c n i suy theo ẫ ụ ụ ộ đường NURBS thì d ng c c t s ụ ụ ắ ẽ

di chuyển trơn do đĩ ít cĩ hiện tượng suy gi m tả ốc độ hơn tại các điểm đầu và cu i c a m i b c nố ủ ỗ ướ ội suy Điều này s r t phù ẽ ấ

h p nợ ếu như áp dụng cho gia cơng phay tốc độ cao (High Speed Milling - HSM) đang là một lĩnh vực cĩ tính ng d ng r t cao ứ ụ ấhiện nay

- Đối với chương trình NC sử ụ d ng nội suy NURBS người vận hành cĩ th ể nhận biết được chuyển động c a d ng c v trí ủ ụ ụ ở ịthực tương ứng với đoạn nào trên đường n i suy, nên thu n l i ộ ậ ợcho vi c giám sát (th c t ệ ự ế thì điều này n i suy tuyộ ến tính cũng cĩ

th thể ực hiện được, nhưng do số lượng điểm d n dao quá nhi u ẫ ềkhi n cho vi c kiế ệ ểm sốt khĩ hơn)

- Thờ ian gia cơng đượi g c rút ng n do khơng b m t tắ ị ấ ốc độ ẫn d

d ng c tụ ụ ại các điểm đầu và cu i v i tố ớ ừng đoạn nội suy như đối

đường dụng cụ tuyến tính

dải dung sai

1.2 Quá trình gia công tạo hình bề mặt tự do

Quá trình gia công các chi ti t có ch a m t t do nói chung hoế ứ ặ ự ặc các b m t khuôn mề ặ ẫu nói riêng thường trải qua ba giai đoạn (hay ba bước): Giai đoạn gia gia gia công công thôcông thô; giai đoạn gia gia cccccông gia ông ông tinhtinh và cu i cùng là ố

giai đoạn ngngnguuuuu iiiiiộộộộộ (hay còn được g i là ọ đánh bóng để ử s a các sai sót lần cuối) Các giai đoạn gia công c th ụ ể như sau: [22]

mong muốn lượng dư kim loại trên b mề ặt được h t b càng nhiớ ỏ ều càng tốt Do đó tại giai đoạn này độ ứ c ng v ng c a máy móc và d ng ữ ủ ụ

c c t c n ph i l n D ng c c t có th l a ch n là dao phaụ ắ ầ ả ớ ụ ụ ắ ể ự ọ y đầu phẳng, thậm chí là dao phay đĩa, dao gắn chip… Các chế độ ắ c t (s, v, t)

có th l a ch n l n (trong ph m vi cho phép c a máy móc và v t li u) ể ự ọ ớ ạ ủ ậ ệ

ít, chi ti t, d ng c và máy không chế ụ ụ ịu ựl c c t lắ ớn Sau bước gia công tinh s ẽ đến bước gia công ngu i ộ (đánh bóng) để ử ạ ề ặ ủ s a l i b m t c a lòng khuôn Do đó tại bước này chất lượng b mề ặt được đánh giá là quan trọng N u chế ất lượng b m t trong giai ề ặ đoạn này t t thì s rút ng n ố ẽ ắđược giai đoạn đánh bóng sau này

2) s còn m t ph n kim loẽ ộ ầ ại để ạ l i trên b m t c a chi ti t (cuspề ặ ủ ế ) Bước gia công ngu i có nhi m v xóa b ộ ệ ụ ỏ phần kim loại để ại này để có được l

Hình 1 7 N i suy tuy n tính và n i suy NURBS khi gia công m t t ộ ế ộ ặ ự do

như chi phí và chất lượng s n ph m c a khá nhi u ngành s n xu t ả ẩ ủ ề ả ấnhư: Sản xu t các s n ph m nh a, s n xu t các chi ti t d ng v … ấ ả ẩ ự ả ấ ế ạ ỏtrong đó quá trình phay tạo hình là quá trình quan tr ng nh t Ngay c ọ ấ ảkhi m t s k thu t tiên tiộ ố ỹ ậ ến được áp dụng như phay tốc độ cao giúp

c i thi n chả ệ ất lượng b m t Ngày nay, ề ặ việc tích h p các module h ợ ỗ trợgia công m t t do trên các ph n m m CAM gặ ự ầ ề ần như là tấ ết y u Tuy nhiên người dùng v n ph i có nh ng bí quyẫ ả ữ ết riêng để ự l a ch n chi n ọ ếlược gia công theo độ ph c t p hình h c c a b m t chi ti t, lo i d ng ứ ạ ọ ủ ề ặ ế ạ ụ

c ụ và kích thước dụng cụ, đường d ng c [23] ụ ụ

Theo P Fallbohmer cùng c ng s [22] ộ ự đã khảo sát quá trình sản

xuất khuôn c a ba qu c gia có n n công nghi p ch t o phát tri n ủ ố ề ệ ế ạ ể

m nh là Mạ ỹ, Đức và Nh t B n cho th y r ng t ng th i gian gia công ậ ả ấ ằ ổ ờ

m t khác nhau, thu th p d u v ặ ậ ữ liệ ề thời gian gia công thu được k t qu ế ảtrung bình như sau:

- Thời gian gia công thô trung bình chi m kho ng 30% t ng thế ả ổ ời gian gia công b m t lòng khuôn ề ặ

Hình 1

Hình 1 8.8.8 Một ứng d ng m t t do trong khuôn ụ ặ ự

- Thời gian gia công tinh trung bình chi m kho ng 35% t ng thế ả ổ ời gian gia công b m t lòng khuôn ề ặ

- Thời gian gia công ngu i trung bình chi m kho ng 35% t ng thộ ế ả ổ ời gian gia công b m t lòng khuôn ề ặ

Như vậy, th i gian gia công tinh và ngu i chi m kho ng 70% t ng ờ ộ ế ả ổthời gian gia công m t khuôn Có s chênh l ch nh ặ ự ệ ẹ này là do điều khi n s n xuể ả ất cũng như thống kê các d ng b m t khác nhau Tuy ạ ề ặnhiên k t qu ế ả chỉ ra r ng vi c gia công tinh các b m t khuôn ch a các ằ ệ ề ặ ứ

b m t t ề ặ ự do thường r t t n th i gian, khi n cho ấ ố ờ ế năng suất thấp

Trong n i dung c a lu n án này vộ ủ ậ ấn đề ự l a ch n d ng c ọ ụ ụ và đường

d ng c h p lý trong t o hình m t t do trên máy phay CNC 3 trụ ụ ợ ạ ặ ự ục chính là nghiên c u l a ch n d ng c ứ ự ọ ụ ụ và đường d ng c h p lý trong ụ ụ ợgia công tinh các b m t t do nh m giề ặ ự ằ ảm được th i gian gia công mà ờgiữ đư c sai s t o hình n m trong m t giá tr cho phép so vợ ố ạ ằ ộ ị ới phương pháp ch t o truy n th ng ế ạ ề ố

1.3 Dụng cụ và đường dụng cụ khi gia công mặt tự do

1.3.1 Kiểu dụ ng c s d ụ ử ụng trong gia công m ặt tự do

B n ch t c a quá trình gia công b m t nói chung và gia công mả ấ ủ ề ặ ặt

t do nói riêng là s d ng d ng c cự ử ụ ụ ụ ắt để bóc đi mộ ớt l p v t li u trên ậ ệphôi để ạ t o ra chi ti t mong mu n Trong quá trình gia công tinh các ế ố

b m t, d ng c cề ặ ụ ụ ắt đã chứng t ỏ được ự hiệs u qu ả đó là dao phay ngón

đầu ch m c u Tuy nhiên, mô hình t nỏ ầ ổ g quát ban đầu c a các d ng ủ ạdao phay này không ph i là nh ng dả ữ ạng đơn giản như mặt ph ng (Flat ẳ

h ệ thống APT và CAD/CAM định nghĩa hình bao ngoài của d ng c cụ ụ ắt

độ, hình học lưỡ ắ ụi c t c c b , t i tr ng riêng c t phoi và thành phộ ả ọ ắ ba ần

l c c t vi phân (ự ắ dFa, dFr, dFt ) tại điểm cắt trên lưỡ ắi c t (ví d ụ như ởđiểm P trên HìnhHìnhHình 1.1.1 1010) Điểm P có cao độ Z, bán kính c c r(z) trong ự

m t ph ng to ặ ẳ ạ độ XY, góc nhúng d c tr c K(z) và góc tr ọ ụ ễ hướng tâm (z) Góc nhúng d c tr c là góc gi a tr c dao và pháp tuy n cọ ụ ữ ụ ế ủa lưỡi

2 2

( )

tan( )

Vùng OM Vùng MN Vùng NS

(3 1)

Hình 1Hình 1 1010 Mô t hình h c dao phay ngón t ng quát ả ọ ổ

Rr

R C N S

M O

r L

Z

Tuy nhiên, trong th c t gia công b m t c a d ng c ự ế ề ặ ủ ụ ụ đã được tiêu chu n hóa thành các dẩ ạng đường thẳng và cung tròn để có th d ể ễ chế

tạo cũng như tiêu chuẩn hóa Năm dạng d ng c ụ ụ thường s d ng khi ử ụphay tinh có hình dáng hình học được mô t trên ả HHình 1 ình 1 ình 1 1111

c t theo l p, gia công bán tinh và gia công tinh nh ng b m t phắ ớ ữ ề ặ ẳng1.3.1.2 Dao phay ngón đầu c u ầ

Dao phay ngón đầu c u (ầ HìnhHình 1.1.1 11 c,c,c, d,d, eeeeed, ) có khả năng lấy đi lượng dư lớn nh t khi gia công các b m t cong, v lý thuy t n u bán ấ ề ặ ề ế ếkính cong c a mủ ọi điểm trên b m t mà lề ặ ớn hơn bán kính cong của

đầu dao thì s lẽ ấy đi được hết lượng dư Khi gia công mặt ph ng thì ẳdao phay đầu c u l i phầ để ạ ần lượng dư giữa các đường ch y dao V ạ ề

m gia công ặt thì dao đầu cầu có đặc điểm là v n t c c t bi n thiên t ậ ố ắ ế ừ

v n t c c t cậ ố ắ ực đại ềv giá tr không t tâm daoị ại , do đó tại vùng lân cận

tâm dao v t li u phôi không ph i b c t g t mà b phá h y do biậ ệ ả ị ắ ọ ị ủ ến

d ng, chính vì v y chạ ậ ất lượng b m t không cao Do nhề ặ ững đặc điểm trên, dao phay đầu c u ch đưầ ỉ ợc dùng trong bước gia công tinh b m t ề ặ1.3.1.3 Dao phay ngón đầu phẳng có góc lượn

Dao phay ngón đầu phẳng có góc lượn (HìnhHình 1.1.1 11bbbbb) có khả năng

lấy đi lượng dư lớn nh t khi gia công các b m t cong, v lý thuy t nấ ề ặ ề ế ếu

Hình 1

Hình 1 1111 Các dạng dao phay ngón cơ bản

bán kính cong c a mủ ọi điểm trên b m t mà lề ặ ớn hơn bán kính cong

của đầu dao thì s lẽ ấy đi được hết lượng dư Khi gia công mặt ph ng thì ẳdao phay đầu cầu để ạ l i phần lượng dư giữa các đường ch y dao Vạ ề

m gia công ặt thì dao đầu phẳng có góc lượn s hở ữu được c ả ưu điểm

của dao phay đầu phẳng và dao phay đầu ch m cỏ ầu Đó là vừa có th ể

s dử ụng để gia công thô các b mề ặt tương tự như đố ới dao phay đầu i vphẳng v a có th gia công m t cong b ng phừ ể ặ ằ ần góc lượn (nghiêng dao) như đố ới dao phay đầi v u ch m c u ỏ ầ

1.3.1.4 Dao phay ngón thân côn

Dao phay ngón thân côn (HìHình nh nh 1.1.1 ccccc11 ) khi gia công nh ng b mữ ề ặt lên, xu ng d c, có h c sâu thì các dao thân côn r t phù h p, v mố ố ố ấ ợ ề ặt

t o hình và ch ạ ế độ ắt chúng mang các đặc điểm như các loại dao cơ c

bản trên nhưng về ặ ứ m t s c b n thân dao thì tề ốt hơn vì khi gia công sâu yêu c u thân dao ph i dài ầ ả

Giai đoạn gia công thô, do không yêu c u gì v chính xác b m t ầ ề độ ề ặnên lượng kim lo i c n lo i b ạ ầ ạ ỏ thường l n ớ Trong trường h p này d ng ợ ụ

c cụ ắt thường được chọn là dao phay ngón đầu ph ng, dao phay ngón ẳ

đầu vê tròn [25][26], hoặc đôi khi chi tiế ớt l n có th s d ng dao g n ể ử ụ ắchip… Điều này vừa để nâng cao độ ứ c ng v ng c a d ng c nh m h t ữ ủ ụ ụ ằ ớ

b ỏ được lượng dư nhiều hơn sau mỗi lượt ăn dao, do vậy có kh rút ảngắn được thời gian gia công và nâng cao năng suất ch t o s n ph m ế ạ ả ẩ(Hình 1 Hình 1 aaaaa1212 )

Giai đoạn gia công tinh yêu c u v chầ ề ất lượng b mề ặt cao nên lượng kim lo i h t b sau mạ ớ ỏ ỗi lượt gia công thấp, bước d ch dao ngang (step ị

Dao đầ u ph ng ẳ

Phầ n còn l i ạ sau gia công thô

M t ph ng c t ặ ẳ ắ

B m t chi ti t ề ặ ế

Dao đầ u c u ầ

Hướng dao Dung sai

gia công tinh

B m t chi ề ặ

Hình 1Hình 1 1212 D ng c c t khi gia công m t t ụ ụ ắ ặ ự do

gia công tinh

Phầ n còn l i ạ sau gia công thô

over) nhỏ… mục đích để ạ t o ra b m t có chề ặ ất lượng t t (scallop height ốnhỏ) Trong quá trình gia công tinh b m t d ng c cề ặ ụ ụ ắt thường được

l a chự ọn là các dao phay ngón đầu ch m c u bỏ ầ ởi vì độ chính xác tạo hình mà dao phay đầu ch m c u mang l i (ỏ ầ ạ HìnHình 1 h 1 h 1 bbbbb12 )

Sau khi chi tiết được gia công tinh bởi dao phay đầu c u, trên b ầ ề

m t c a chi ti t còn t n t i các ph n kim loặ ủ ế ồ ạ ầ ại để ạ l i (scallop height) Đểloạ ỏi b nh ng ph n này thì c n ph i tr i qua quá trình gia công ngu i ữ ầ ầ ả ả ộ(đánh bóng Do đó thời gian gia công thô thườ) ng ng n, th i gian gia ắ ờcông tinh và th i gian nguờ ội thường chi m ph n l n quá trình gia công ế ầ ớkhuôn Do đó muốn nâng cao năng suất quá trình gia công b m t các ề ặchi tiết khuôn thường quan tâm đến bước 2 đó là bước gia công tinh b ề

m ặt Điều này cho th y r ng vi c gia ấ ằ ệ công tinh và đánh bóng các bề ặt m

t do chi m ph n l n t ng th i gian hình thành lên m t b khuôn ự ế ầ ớ ổ ờ ộ ộthành ph m Vì v y, vi c nghiên c u gia công tinh m t t do là mẩ ậ ệ ứ ặ ự ột nghiên c u có tính khoa h c và ng d ng cao Hi n nay quá trình gia ứ ọ ứ ụ ệcông các chi ti t có ch a m t t ế ứ ặ ự do thường được s d ng trên các máy ử ụCNC 3 tr c, 4 tr c ho c 5 trụ ụ ặ ục và đã có nhiều công trình nghiên c u v ứ ề

vấn đề này

Khi gia công các chi ti t có ch a b m t t do, h u h t các nghiên ế ứ ề ặ ự ầ ế

c u t p chung vào gi i quy t ba d ng b mứ ậ ả ế ạ ề ặt chính đó là vùn ồg l i, vùng lõm và vùng ph ng (ẳ Hình Hình 1 1 131 13) Vì trong quá trình gia công vùng l i, ồ

b)

c)

d) a)

Hình

Hình 1 1 1313 bán kính d ng c không b ccccc ụ ụ ị giới h n khi gia công vùng ạphẳng, do đó có thể ự l a ch n d ng c ọ ụ ụ có kích thướ ớn để ảc l gi m th i ờgian gia công, trên HìHình nh nh 1 1 13ddddd bán kính d ng c ụ ụ cũng không bị giới

hạn, nhưng do độ ố d c c a m t cong thì vi c l a ch n thông s ủ ặ ệ ự ọ ố đường

d ng c m bụ ụ để đả ảo độ chính xác t o hình là quan tr n ạ ọ g

Khi gia công b m t t do d ng lõm kh ề ặ ự ạ ả năng cắ ẹt l m do d ng c ụ ụ

ăn quá vào bề ặ m t chi ti t gia công r t d x y ra (c th ế ấ ễ ả ụ ể hơn xem HHình ình

1

1 141414), trong các h ệ thống CAM có tính đến chuyện này và để tránh xảy

ra c t l m thì s còn l i m t ph n b mắ ẹ ẽ ạ ộ ầ ề ặt không được gia công (s ẽ phải

s a lử ại ở giai đoạn nguội để loạ ỏi b chúng) Có th ể thấy rằng đây cũng

m ra m t trong nhở ộ ững hướng nghiên c u r t kh quan cho vi c tứ ấ ả ệ ối ưu hóa gia công m t t do Trên ặ ự HìHình nh nh 1 1 1 141414 ễ d dàng nh n th y r ng nậ ấ ằ ếu

l a ch n d ng c c t có ự ọ ụ ụ ắ đường kính nh (th ỏ ể hiện trên HìnhHình 1.1.1 aaaaa14 là đường tròn đại di n có bán kính nh ), quá trình gia công không x y ra ệ ỏ ảhiện tượng c t lắ ẹm, nhưng thời gian gia công s kéo dài Tuy nhiên n u ẽ ếchọn d ng c ụ ụ có đường kính lớn để quá trình gia công nhanh hơn thì

r t d x y ra kh ấ ễ ả ả năng cắ ẹt l m một vùng nào đó của b m t t (xem ề ặ ự doHình 1

Hình 1

Hình 1 141414 Đường c t và c t l m ắ ắ ẹa) Dao đường kính nh không gây c t lỏ ắ ẹm; b) Dao đường kính l n gâyớ

1.3.2.2 Các kiểu đường d ng c ụ ụ cơ bản

Đường d ng c hiụ ụ ện nay được áp d ng trong các h th ng ụ ệ ố

Hình 1Hình 1 1515 Gia công m t t do trên máy 5 tr c ặ ự ụ

B m t ề ặ

D ng c ụ ụ

M t ph ng ặ ẳ chuy ển động

Đườ ng d ng c ụ ụ

Điể m t o hình ạ

Hình 1

Hình 1 161616 Đường d ng c ụ ụ

STT Ki Kiểu đườ ểu đườ ng d ng d ng c ụụụụụ ng c ng c ụụụụụ Ch Chức năng ức năng ức năng

m t c a chi ti t ặ ủ ế

font ch ữ…

9 Thread Mill Gia công các l ỗ ren đườ ng kính l n (l n h ớ ớ ơn

0,75 inches)

Trong quá trình gia công, m t s thu t ng v ộ ố ậ ữ ề đường d ng c ụ ụ biểu diễn trên HìnHìnHình 1 h 1 h 1 1717 đư c th ng kê theo ợ ố BB ng 1 2ảảảảảng 1 2

B

B ng 1 2.ảảảảảng 1 2 Thuật ngữ cơ bản của đường d ng c trong gia công CNC ụ ụ

STT Thu Thu t ng ậậậậậ t ng t ng ữữữữữ Gi ải nghĩa

1 X, Y, and Z

allowance Lượloạ i b ng v t li u còn l i trên b m t XY cỏ trong bướậ ệ c gia công k ti p nó có th ạ ề ế ếặ ần được ể

g ọi là “Stock to Leave” nữ a

d ng c c nh nhau ụ ụ ạ

3 Stepdown Là lượ ng v t li ậ ệu đượ c lo i b theo chi u d c ạ ỏ ề ọ

ho ặc hướ ng tr c v i m ụ ớ ỗi lượ ị t d ch dao ngang

4 Top of Stock Chỉ đị nh m t trên cao nh t c ặ ấ ủa phôi, đượ c s ử

d ng làm tham chi u cho các quy trình gia ụ ế công

5 Feed Height Là chi u cao d ng c nh v ề ụ ụ đị ị trướ c khi b ắt đầu

gia công, thường đặ ở t kho ng cách an toàn ả

6 Retract Height Là chi u cao c a d ng c ề ủ ụ ụ đượ c nâng lên gi ữa

các l n chuy ầ ển đườ ng d ng c ụ ụ tương tự Thườ ng trong các h th ng CAD/CAM s s ệ ố ẽ ử

d ng m t an toàn ụ ặ (safe plane) để xác đị nh chi u cao này ề

K t h p các dế ợ ạng đường d ng c ụ ụ cơ bản trên BB ng ảảảảảng ng 1 1 1 11111 v i các ớ

thông s trên ố HìnhHình 1 1 17 có th ể xuất hi n nhi u bi n th c a các ệ ề ế ể ủ

đường d ng c khác nhau Trong ụ ụ HHình ình ình 1 1 181 18 ch ra m t s 18 ỉ ộ ố đường d ng ụ

c trong Catia V5R20 Các h ụ ệ thống CAD/CAM khác cũng có thể có những đường d ng c d ng này v i tên g i khác hoụ ụ ạ ớ ọ ặc các đường d ng ụ

c dụ ạng khác mang ý nghĩa độc quy n c a hãng ề ủ

Trên Hình 1.Hình 1.1 1818 biểu di n m t s ễ ộ ố đường d ng c ụ ụ cơ bả n trong Catia V5R20 như sau:

Hình

hướng, khi k t thúc c a mế ủ ột đường d n thì d ng c s di chuy n chéo ẫ ụ ụ ẽ ể

tới đầu c a mủ ột đường d n ti p theo (nhẫ ế ảy bước ti n ngang chéo) ế

7 Clearance Height Là chi u cao c a d ng c di chuy n ề ủ ụ ụ ể ở giữ a các

bước gia công, thườ ng ch ọn cao hơn mặ t trên

c a phôi m t kho ng 1.0 inches ủ ộ ả

8 Tool path

Centerline

Là đườ ng d ng c n ụ ụ ằm đúng tâm củ a d ng c ụ ụ Trong tr ng h p này c n ph i chú ý t i thông ườ ợ ầ ả ớ

s ố đườ ng kính d ng c tránh gây va ch ụ ụ để ạm

v i nh ng vùng không c n gia công ớ ữ ầ

10 Cutting Feed Lượng ăn dao khi gia công (tốc độ ắ c t)

11 Prof-Stock-Allow Lượ g dư để ạ ề ặ n l i b m t bên

12

Bottom-Stock-Allow

Lượng dư để ạ l i m ặt đáy

15 Spindle Speed T ốc độ quay tr c chính ụ