(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kỹ thuật gia công chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy CNC 5 trục DMU85 ứng dụng trong lĩnh vực dầu khí

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kỹ thuật gia công chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy CNC 5 trục DMU85 ứng dụng trong lĩnh vực dầu khí(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kỹ thuật gia công chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy CNC 5 trục DMU85 ứng dụng trong lĩnh vực dầu khí(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kỹ thuật gia công chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy CNC 5 trục DMU85 ứng dụng trong lĩnh vực dầu khí(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kỹ thuật gia công chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy CNC 5 trục DMU85 ứng dụng trong lĩnh vực dầu khí(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kỹ thuật gia công chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy CNC 5 trục DMU85 ứng dụng trong lĩnh vực dầu khí(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kỹ thuật gia công chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy CNC 5 trục DMU85 ứng dụng trong lĩnh vực dầu khí(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kỹ thuật gia công chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy CNC 5 trục DMU85 ứng dụng trong lĩnh vực dầu khí(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kỹ thuật gia công chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy CNC 5 trục DMU85 ứng dụng trong lĩnh vực dầu khí(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kỹ thuật gia công chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy CNC 5 trục DMU85 ứng dụng trong lĩnh vực dầu khí(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kỹ thuật gia công chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy CNC 5 trục DMU85 ứng dụng trong lĩnh vực dầu khí(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kỹ thuật gia công chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy CNC 5 trục DMU85 ứng dụng trong lĩnh vực dầu khí(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kỹ thuật gia công chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy CNC 5 trục DMU85 ứng dụng trong lĩnh vực dầu khí(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kỹ thuật gia công chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy CNC 5 trục DMU85 ứng dụng trong lĩnh vực dầu khí(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kỹ thuật gia công chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy CNC 5 trục DMU85 ứng dụng trong lĩnh vực dầu khí(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu kỹ thuật gia công chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy CNC 5 trục DMU85 ứng dụng trong lĩnh vực dầu khí

TỔNG QUAN

Tổng quan về hướng nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của khoa học - công nghệ, đặc biệt trong lĩnh vực điều khiển số và tin học, các nhà chế tạo máy đã nghiên cứu và thiết kế các hệ thống điều khiển ngày càng tin cậy hơn Máy điều khiển số CNC đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất, giúp giảm khối lượng và thời gian gia công, nâng cao độ chính xác, nâng cao hiệu quả kinh tế và rút ngắn chu kỳ sản xuất.

Ngành cơ khí chế tạo đang phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu cũng như trong nước, nhờ vào các công trình nghiên cứu tiên tiến Sự phát triển này thúc đẩy năng lực sản xuất và đổi mới công nghệ trong lĩnh vực cơ khí chế tạo Các dự án nghiên cứu mới góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng khả năng cạnh tranh và thúc đẩy sự phát triển bền vững của ngành Nhờ đó, ngành cơ khí chế tạo ngày càng khẳng định vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc gia và thị trường thế giới.

 Các nghiên cứu tại Việt Nam:

Hoàng Vĩnh Sinh đã nghiên cứu và chế tạo thành công máy phay CNC 5 trục có hành trình 600x400x400 mm tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội vào năm 2007 Công trình áp dụng phương pháp thiết kế tối ưu hóa toàn diện và các cụm máy dựa trên kết cấu mới nhất là rãnh trượt bi, cùng kỹ thuật đồng vị trong điều khiển để nâng cao hiệu quả vận hành Quá trình nghiên cứu bao gồm tính toán, thiết kế, chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnh các bộ phận chính như thân máy, bệ đỡ, bàn máy XYZ, bàn quay AB và hệ thống thay dao tự động, phù hợp với điều kiện sản xuất của Việt Nam Ngoài ra, dự án còn xây dựng quy trình công nghệ chế tạo, lắp ráp và hiệu chỉnh máy phay CNC 5 trục, đảm bảo chất lượng đạt tiêu chuẩn kỹ thuật và giảm chi phí sản xuất chỉ còn bằng một nửa so với các sản phẩm tương tự của châu Âu.

Đào Văn Hiệp tập trung nghiên cứu tiếp thu, xây dựng và triển khai phần mềm ứng dụng, hệ quản trị cơ sở dữ liệu phục vụ cho các hệ thống tin quản lý nhà nước Ông đã đề xuất phát triển công cụ trợ giúp lập trình gia công trên máy CNC (chức năng CAM) trong môi trường AutoCAD nhằm tạo ra môi trường CAD/CAM tích hợp, giúp lập trình NC nhanh chóng, chính xác, thuận tiện và tiết kiệm chi phí phù hợp với yêu cầu các cơ sở quốc phòng Nghiên cứu của ông bao gồm phân tích cấu trúc cơ sở dữ liệu hình học của phần mềm CAD nói chung và AutoCAD nói riêng, cùng các phương pháp trao đổi dữ liệu giữa các phần mềm CAD/CAM, từ đó sử dụng ngôn ngữ lập trình thích hợp để phát triển modul CAM trong môi trường AutoCAD.

Bành Tiến Long đã nghiên cứu ứng dụng hệ thống tính toán song song hiệu năng cao để lập trình gia công các bề mặt khuôn mẫu trên máy CNC, nhằm giúp các nhà sản xuất máy công cụ cải tiến hệ thống điều khiển CNC phù hợp với điều kiện tại Việt Nam Các kết quả của đề tài cung cấp số liệu quan trọng hỗ trợ nâng cao hiệu quả trong gia công các bề mặt phức tạp trên máy CNC, góp phần giảm thời gian thiết kế và tăng tính cạnh tranh cho các doanh nghiệp sử dụng máy công cụ CNC Đồng thời, đề tài còn là tài liệu quý cho giảng dạy tại các trường kỹ thuật, đồng thời thiết lập bộ hồ sơ công nghệ gia công giúp tối ưu hóa quy trình gia công và nâng cao hiệu quả sản xuất trong ngành công nghiệp chế tạo Việt Nam.

 Các kết quả nghiên cứu ở ngoài nước :

Li Jianhua developed a 5-axis CNC milling machine featuring an open-architecture controller and real-time NURBS surface interpolator, enabling precise machining of complex surfaces His research at the University of Kansas in 2001 focused on applying NURBS for object modeling and integrating NURBS into manufacturing programming to enhance the accuracy and efficiency of complex surface machining.

Nghiên cứu của Cho H.D., Jun Y.T., và Yang M.Y về công nghệ phay CNC 5 trục đã chứng minh khả năng gia công chính xác các bề mặt chạm trổ, giúp tạo ra các chương trình NC tối ưu cho các bề mặt điêu khắc phức tạp Kết quả nghiên cứu này mở ra khả năng sử dụng hiệu quả các máy phay CNC năm trục trong gia công chế tạo, đáp ứng nhu cầu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm trong các doanh nghiệp sản xuất Việc khai thác triệt để các dòng máy công cụ CNC là vấn đề cấp thiết, nhận được sự quan tâm của các nhà khoa học và đội ngũ kỹ thuật nhằm thúc đẩy sự phát triển công nghệ gia công chính xác.

Việc nắm vững các công nghệ mới và hiểu rõ các thiết bị cùng tính năng vượt trội là yếu tố then chốt để Xí Nghiệp Liên Doanh Việt Nga, như VIETSOVPETRO, nâng cao hiệu quả hoạt động Đặc biệt, việc làm chủ các phần mềm ứng dụng trong thiết kế và triển khai gia công chế tạo giúp tăng độ chính xác và tối ưu hóa quá trình sản xuất Đặt ra yêu cầu kép là phải cập nhật liên tục các tiến bộ công nghệ và vận hành thành thạo các thiết bị hiện đại, nhằm duy trì cạnh tranh và đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế trong lĩnh vực dầu khí.

Lý do chọn đề tài

Để nâng cao khả năng tự chủ trong gia công chế tạo và sửa chữa thiết bị, công ty đã đầu tư vào các thiết bị máy móc hiện đại nhằm đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của khách hàng về chất lượng, giá thành và tiến độ Trước đây, các chi tiết đặc thù trong ngành dầu khí thường phải nhập khẩu từ nước ngoài với chi phí cao và gặp khó khăn về thủ tục mua sắm, gây ảnh hưởng đến tiến độ dự án Nhằm chấm dứt tình trạng này, lãnh đạo công ty đã quyết tâm tự sản xuất các chi tiết phức tạp, đặc biệt là các bề mặt khó gia công của sản phẩm cơ khí, bằng cách liên tục nhập về các máy công cụ hiện đại như máy tiện CNC CTX400, CTX410, máy phay CNC DMU60 và trung tâm gia công CNC, để nâng cao năng lực tự chủ và giảm phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu.

Sản phẩm “Mẫu siêu âm” là một trong những sản phẩm đặc thù và phức tạp trong ngành dầu khí, có vai trò quan trọng trong việc kiểm tra và phát hiện khuyết tật mối hàn Đây là công cụ không thể thiếu trong quá trình hàn lắp đặt và rải ống ngầm dưới biển cho các dự án dẫn khí từ Biển Đông vào nhà máy chế biến khí trên bờ ở Việt Nam, góp phần đảm bảo an toàn và chất lượng công trình.

Dưới sự chấp thuận của lãnh đạo trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh và sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn, tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu kỹ thuật gia công chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy CNC 5 trục DMU 85 ứng dụng trong lĩnh vực dầu khí.” Trong đó, chi tiết chính của đề tài là “Mẫu siêu âm,” phản ánh ý nghĩa thực tiễn và tính cấp thiết của nghiên cứu.

Hình 1.1: Hình ảnh 3D sản phẩm mẫu siêu âm

Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tế của đề tài

 Ý nghĩa khoa học của đề tài

- Đề xuất xây dựng quy trình vận hành chế tạo với các sản phẩm có bề mặt phức tạp

- Đề xuất triển khai và ứng dụng phần mềm trong thiết kế và chế tạo chi tiết cơ khí trên máy CNC 5 trục DMU 85

- Đề xuất các khóa học nâng cao về thiết kế và mô phỏng, vận hành gia công trên máy CNC 5 trục DMU 85

 Ý nghĩa thực tế của đề tài

Kết quả nghiên cứu giúp doanh nghiệp hiểu rõ khả năng công nghệ của thiết bị, từ đó chủ động trong quá trình vận hành và chế tạo các chi tiết cơ khí, nâng cao hiệu quả sản xuất và cạnh tranh trên thị trường.

- Kết quả nghiên cứu có thể được dùng để định hướng cho việc triển khai và chế tạo các chi tiết có bề mặt phức tạp khác.

Mục đích nghiên cứu

Từ nhu cầu thực tiễn và ý nghĩa cấp bách của công việc sản xuất trong xí nghiệp, Liên doanh Việt Nga VIETSOVPETRO hướng tới chủ động trong việc gia công các chi tiết cơ khí, đặc biệt là những chi tiết có bề mặt phức tạp Để thực hiện công việc này hiệu quả, cần nắm vững công nghệ của các thiết bị và yêu cầu kỹ thuật liên quan Mục đích nghiên cứu của đề tài là phân tích kỹ thuật gia công chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy CNC 5 trục DMU 85, sử dụng phần mềm SolidWorks để thiết kế và SolidCAM để mô phỏng quá trình gia công, nhằm tối ưu hóa quy trình và nâng cao chất lượng sản phẩm "Mẫu siêu âm".

Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài

Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài là phân tích lý thuyết cơ sở về hệ thống CAD/CAM CNC để nâng cao khả năng thiết kế và gia công chính xác Đề tài cũng thực hiện tổng quan về các đặc điểm kỹ thuật của máy CNC 5 trục DMU 85, giúp hiểu rõ hơn về khả năng gia công đa chiều và độ chính xác cao của hệ thống Bên cạnh đó, nghiên cứu còn tập trung vào phần mềm SolidWorks để hỗ trợ thiết kế mô hình kỹ thuật, đồng thời sử dụng phần mềm SolidCAM để triển khai quá trình gia công, đảm bảo tối ưu hóa quy trình sản xuất.

Trong quá trình sản xuất tại Xí nghiệp Liên Doanh Việt Nga VIETSOVPETRO, việc nghiên cứu gia công mẫu siêu âm đóng vai trò quan trọng để nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm Quá trình này dựa trên các lý thuyết cơ sở về chế tạo cơ khí để đảm bảo tính chính xác và độ bền của chi tiết gia công Tham khảo quy trình công nghệ, chúng tôi đã xác định các bước cụ thể từ thiết kế đến gia công, đồng thời thực hiện tính toán tham số cắt gọt tối ưu nhằm nâng cao năng suất Ngoài ra, việc triển khai các phần mềm ứng dụng đã giúp tối ưu quá trình gia công chi tiết mẫu siêu âm, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn chất lượng cao.

Phương pháp nghiên cứu

Trong quá trình thực hiện đề tài, phương pháp nghiên cứu tài liệu và phương pháp thực nghiệm được áp dụng chủ yếu nhằm đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả Các phương pháp này giúp phân tích và đánh giá một cách toàn diện các vấn đề liên quan, đáp ứng mục tiêu xuyên suốt của đề tài.

 Phương pháp nghiên cứu tài liệu

- Giáo trình công nghệ chế tạo máy

- Chế độ cắt gia công cơ khí

- Sổ tay lập trình CNC

- Máy điều khiển theo chương trình số NC, CNC

Máy DMU 85 hiện có tại VIETSOVPETRO, thúc đẩy quá trình nghiên cứu và phát triển các sản phẩm siêu âm chất lượng cao Nhờ việc nghiên cứu tài liệu kỹ lưỡng, cùng với hiểu biết sâu rộng về công nghệ chế tạo và các phần mềm hỗ trợ, chúng tôi đã thành công trong việc chế tạo mẫu sản phẩm siêu âm trên máy DMU 85 Công nghệ tiên tiến này mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong lĩnh vực kiểm tra và đánh giá chất lượng các thiết bị công nghiệp.

Kế hoạch thực hiện

Kế hoạch thực hiện đề tài nghiên cứu được thực hiện qua hai giai đoạn chính:

- Giai đoạn 1 Thực hiện Chuyên đề

+ Xác định mục đích, đối tượng và phương pháp nghiên cứu

+ Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của đề tài

+ Nghiên cứu thông số kỹ thuật của máy CNC 5 trục DMU 85

- Giai đoạn 2 Hoàn thiện nội dung của Luận văn tốt nghiệp

+ Thiết lập quy trình tính toán tham số cắt gọt

+ Sử dụng phần mềm mô phỏng gia công chi tiết

+ Thực hiện gia công chi tiết mẫu siêu âm trên máy CNC 5 trục DMU 85

Khả năng ứng dụng của đề tài trong việc chế tạo các chi tiết có bề mặt phức tạp tại XNCĐ là một giải pháp quan trọng để nâng cao hiệu suất sửa chữa thiết bị khoan khai thác dầu khí Đề tài này giúp XNCĐ tự chủ trong công tác chế tạo và sửa chữa các linh kiện phức tạp, đảm bảo hoạt động khai thác dầu khí hiệu quả hơn Việc áp dụng công nghệ này góp phần giảm chi phí và thời gian bảo trì, đồng thời nâng cao chất lượng các chi tiết cơ khí có bề mặt phức tạp Nhờ đó, doanh nghiệp có thể tối ưu hóa quy trình sản xuất, nâng cao năng lực cạnh tranh trên thị trường dầu khí.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Cấu trúc hệ thống CNC

Các đặc điểm kết cấu phân biệt giữa máy công cụ điều khiển CNC và máy công cụ thông thường

Hình 2.1-Máy phay thông thường và máy phay CNC

Hình 2.1: Máy phay thông thường và máy phay CNC

Hình 2.2: Máy tiện thông thường và máy tiện CNC

Hình 2.3: Cấu trúc một hệ thống CNC

Cấu trúc một hệ thống CNC gồm những thành phần chính sau:

- Chương trình gia công (part program): bao gồm các chỉ thị đã được mã hóa

Hệ điều khiển máy (Machine Control Unit - MCU) bao gồm hai thành phần chính: Đơn vị xử lý dữ liệu (Data Processing Unit - DPU), có nhiệm vụ đọc mã lệnh từ thiết bị nhập dữ liệu, xử lý và giải mã mã lệnh để truyền dữ liệu hiệu quả.

Mạch điều khiển (Control Loop Unit - CLU) chịu trách nhiệm nội suy chuyển động dựa trên tín hiệu từ DPU, xuất tín hiệu điều khiển nhằm điều chỉnh hoạt động của hệ thống Nó cũng nhận phản hồi từ các cảm biến để đảm bảo hoạt động chính xác, đồng thời điều khiển các thiết bị phụ trợ để tối ưu hiệu quả vận hành CLU đóng vai trò then chốt trong việc duy trì sự chính xác và ổn định của hệ thống điều khiển tự động.

- Thiết bị đọc chương trình (Program input): máy đọc hay đường truyền RS232C

Hệ thống truyền động (drive system) sử dụng các động cơ một chiều hoặc xoay chiều có khả năng điều chỉnh vô cấp tốc độ, giúp tối ưu hiệu quả hoạt động của máy móc Các bộ truyền chính xác như vít me hoặc đai ốc bi đảm bảo truyền động mượt mà và chính xác, nâng cao hiệu suất làm việc Chính nhờ sự kết hợp giữa động cơ điều chỉnh vô cấp và các bộ truyền đạt chính xác, hệ thống truyền động mang lại khả năng vận hành ổn định, linh hoạt trong các ứng dụng công nghiệp và tự động hóa.

- Hệ thống phản hồi (feetback system)

Đặc trưng cơ bản của CNC so với NC

- Biểu thị chương trình và mô phỏng bằng đồ họa quá trình gia công

- Nhập dữ liệu bằng nhiều cách

- Có khả năng lưu trữ chương trình

- Có khả năng thay đổi và cập nhật chương trình

- Kiểm tra, chẩn đoán lỗi chương trình bằng đồ họa máy tính

- Có thể giao tiếp với các thiết bị vi xử lý khác

- Bù trừ bán kính và chiều dài dao

- Chức năng hỗ trợ lập trình

- Năng suất tăng do mức độ tự hóa cao

- Có tính tập trung nguyên công

- Chất lượng gia công ổn định, độ chính xác lặp lại cao

- Gia công được các biên dạng phức tạp

- Hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao

- Giá thành bảo dưỡng cao, phức tạp

- Vận hành phức tạp, cần công nhân có tay nghề

- Hiệu qủa thấp với những chi tiết đơn giản

2.2.4 Các yêu cầu đặt ra

- Cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các khâu của quá trình hình thành sản phẩm (thiết kế, chuẩn bị sản xuất, gia công…)

- Cần đào tạo nâng cao cho thợ chuyên môn.

Hệ trục tọa độ-chiều chuyển động

Mọi máy móc đều gồm các bộ phận chuyển động cơ bản, di chuyển tương quan với nhau theo các hướng vuông góc Các trục của máy được định hướng theo hệ tọa độ vuông góc, giúp đảm bảo hoạt động chính xác và hiệu quả Sự phối hợp của các trục vuông góc là yếu tố quan trọng trong thiết kế và vận hành của các hệ thống cơ khí.

- Nguyên tắc bàn tay phải thiết lập hướng và mô tả các chuyển động của dụng cụ cắt theo chiều dương hoặc âm đối với từng trục X, Y và

Z) Nguyên tắc này được toàn thế giới công nhận và là tiêu chuẩn để xác định các trục Hình 2.4: Nguyên tắc bàn tay phải

- Quy định về các trục quay A, B,C

Hình 2.5: Quy định trục quay A, B, C

- Các trục tọa độ song song với X,

Trong lập trình, phụ kiện chuyển động tương đối so với hệ tọa độ, trong khi chi tiết cố định Hình 2.6 trình bày trục tọa độ song song với các trục X, Y, Z, giúp xác định chính xác vị trí và hướng di chuyển của dụng cụ trong không gian làm việc Việc hiểu rõ quy ước này là nền tảng quan trọng để lập trình chính xác các chuyển động của dụng cụ trong quá trình gia công.

Các điểm zero và các điểm chuẩn

Khi vận hành máy CNC, vị trí của dụng cụ cắt được điều khiển chính xác trong phạm vi hệ tọa độ thông qua các điểm zero đặc biệt, còn gọi là điểm quy chiếu Việc thiết lập các điểm “0” và điểm chuẩn này đóng vai trò quan trọng trong đảm bảo độ chính xác và hiệu quả của quá trình gia công Các điểm chuẩn và điểm “0” được trình bày rõ ràng trong bảng hướng dẫn, giúp người vận hành dễ dàng xác định và thiết lập hệ tọa độ phù hợp Điều này đảm bảo quá trình gia công diễn ra chính xác, đạt yêu cầu kỹ thuật cao và tối ưu hóa thời gian chế tạo.

Bảng 2.1: Điểm zero và các điểm chuẩn

Điểm 0 của máy, hay còn gọi là điểm gốc của hệ thống tọa độ máy, do nhà sản xuất quy định và thường là vị trí kết thúc hành trình xa nhất của các bộ phận chính Từ điểm này, có thể xác định tọa độ của các điểm điều khiển trong chương trình CNC Trong các máy phay, điểm zero trên bàn máy xác lập theo trục X và Y, còn trên trục chính là trục Z Đối với các máy tiện, điểm zero của giá lắp dụng cụ được xác lập theo các trục X và Z, giúp định hướng chính xác các quá trình gia công.

Khi khởi động máy CNC, điều quan trọng nhất là “trả máy về gốc” (zero máy) để đảm bảo quá trình gia công chính xác Zero máy thường là vị trí của dụng cụ cắt, vì vậy trước khi thay dụng cụ hoặc bắt đầu nguyên công mới, cần định vị máy tại điểm zero theo trục Z đối với máy đứng và trục Y đối với máy ngang Việc này giúp duy trì độ chính xác trong quá trình gia công và đảm bảo sản phẩm đạt chất lượng cao.

Work part zero point Điểm 0 của chi tiết là điểm gốc của hệ tọa độ gắn lên chi tiết Do người lập trình chọn và xác định

Trong các trung tâm tiện, điểm zero chi tiết theo hướng trục Z thường nằm ở mặt trước của chi tiết gia công, giúp xác định vị trí gia công chính xác Đường tâm trục chính được xem là zero chi tiết theo hướng trục X, tạo nền tảng cho quá trình gia công chính xác và hiệu quả Việc thiết lập các điểm zero này là bước quan trọng để đảm bảo độ chính xác của quá trình gia công CNC.

Trên các trung tâm gia công, zero chi tiết thường được đặt ở gốc chi tiết gia công hoặc thẳng hàng với gốc của chi tiết gia công

Ứng dụng của Zero Chi Tiết mang lại sự tiện lợi lớn cho lập trình viên, vì các giá trị nhập của X, Y và Z có thể được lấy trực tiếp từ bản vẽ Điều này giúp tiết kiệm thời gian và nâng cao độ chính xác trong quá trình lập trình, đồng thời giảm thiểu sai sót do chuyển đổi dữ liệu Việc sử dụng Zero Chi Tiết giúp tối ưu hóa quy trình thiết kế và sản xuất, đảm bảo kết quả chính xác và hiệu quả hơn trong các dự án kỹ thuật.

Program zero point Chuẩn thảo chương trình Dùng làm gốc tọa độ trong quá trình soạn thảo chương trình

Do người lập trình chọn và xác định

References point Các điểm chuẩn của máy, có khoảng cách xác định so với điểm 0 của máy và được đánh dấu trên các bàn trượt

Do nhà sản xuất quy định

Các dạng điều khiển

Gia công theo các tọa độ xác định đơn giản

Dụng cụ thực hiện chạy dao nhanh không cắt gọt đến các điểm lập trình Khi đạt đến điểm đích dao bắt đầu cắt gọt

Hệ thống điều khiển ảnh hưởng đến cách các trục có thể chuyển động, trong đó các trục có thể di chuyển kế tiếp nhau hoặc đồng thời mà không theo mối quan hệ hàm số cố định hoặc hành trình ngắn nhất Việc lựa chọn phương pháp điều khiển phù hợp giúp tối ưu hóa quá trình chuyển động của các trục, nâng cao hiệu suất và chính xác trong vận hành Do đó, hiểu rõ về hệ thống điều khiển là yếu tố quan trọng để đảm bảo hoạt động của cơ cấu đạt hiệu quả cao và đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.

Dùng cho các lỗ bằng phương pháp khoan, khoét, doa, taro ren

Hình 2.7: Điều khiển theo điểm

Tạo ra các đường chạy song song với các trục của máy với dao cắt gọt tạo nên bề mặt gia công

Hình 2.8: Điều khiển theo đường

2.5.3 Điều khiển theo đường viền

Tạo ra các đường bất kỳ trong không gian

Tùy thuộc vào số trục được điều khiển đồng thời mà có thể phân thành : điều khiển 2D, 2 1/2D , 3D, 4D, 5D …

Cho phép gia công một đường cong phẳng hay đường thẳng trong mặt phẳng X-Y

Trục thứ 3 (trục Z) được điều khiển độc lập để xác định chiều sâu, đảm bảo khi trục X và Y dịch chuyển thì trục Z phải đứng yên, giúp kiểm soát chính xác độ sâu của quá trình gia công Ngoài ra, trục thứ 3 còn được điều khiển bằng tay với động cơ dẫn động riêng biệt, không phụ thuộc vào bộ điều khiển trung tâm, mang lại sự linh hoạt trong quá trình vận hành.

Hình 2.9: Điều khiển tạo hình 2D

Trong gia công cơ khí, không thể trực tiếp gia công các đường cong trong không gian ba chiều, nhưng có thể thực hiện gia công các đường cong nằm trên các mặt phẳng toạ độ XY, XZ, hoặc ZX bằng cách xoay trục chính của máy móc vuông góc với các mặt phẳng này Hệ điều khiển hiện đại còn có khả năng chuyển đổi mặt phẳng nội suy đường cong từ mặt XY sang các mặt còn lại và ngược lại, giúp tăng tính linh hoạt và chính xác trong quá trình gia công.

Thực hiện nội suy một đường viền trong mặt phẳng XY, YZ hoặc ZX phụ thuộc vào mặt phẳng nội suy được khai báo trong chương trình G17, G18 hoặc G19 Quá trình này giúp xác định chính xác các điểm trên đường viền trong không gian hai chiều Việc lựa chọn mặt phẳng phù hợp là yếu tố quan trọng để đảm bảo tính chính xác của nội suy trong quá trình gia công hoặc mô phỏng Các lệnh G17, G18, G19 cho phép người dùng xác định mặt phẳng nội suy phù hợp với yêu cầu của từng ứng dụng cụ thể.

Trục thứ 3 được điều khiển độc lập với 2 trục trên

Hình 2.10: Điều khiển tạo hình 2D 1/2

Mũi dao có khả năng chuyển động theo đường cong trong không gian, giúp điều khiển gia công 3D để tạo ra các bề mặt cong trong không gian một cách chính xác Tuy nhiên, quá trình gia công vẫn gặp hạn chế, đặc biệt là vết nhấp nhô để lại trên bề mặt khi gia công các mặt cong có độ cong lớn, đặc biệt khi sử dụng dao phay ngón đầu phẳng.

Không gia công được các mặt tạo các hốc kiểu hàm ếch, hoặc các bề mặt như mặt cách tua bin và một số bề mặt khác

Cho phép đồng thời chạy dao theo cả 3 trục X, Y, Z Cả 3 trục chuyển động hòa hợp với nhau hay có quan hệ ràng buộc hàm số

Trong điều khiển 3D đã tích hợp trong đó điều khiển điểm, đường, 2D

Hình 2.11: Điều khiển tạo hình 3D

2.5.3.4 Điều khiển tạo hình 4D và 5D

Trong hệ thống điều khiển số, ngoài các trục tịnh tiến X, Y và Z còn có các trục quay được điều khiển chính xác, giúp nâng cao khả năng gia công Nhờ công nghệ điều khiển 4D và 5D, máy móc có thể gia công các chi tiết phức tạp như khuôn rèn dập, khuôn đúc áp lực hoặc cánh tuabin một cách chính xác và hiệu quả.

Hình 2.12: Điều khiển tạo hình 4D và 5D

Nội suy trong điều khiển số CNC

Nội suy đóng vai trò quan trọng trong việc sinh ra dữ liệu vị trí để điều chỉnh các trục dựa trên các block dữ liệu do bộ thông dịch tạo ra, phản ánh độ chính xác của hệ điều khiển Trong bài viết này, các loại nội suy khác nhau được giới thiệu một cách tổng quan, giúp người đọc hiểu rõ ưu điểm và nhược điểm của từng phương pháp Việc lựa chọn phương pháp nội suy phù hợp ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ chính xác của hệ thống điều khiển.

Mỗi máy CNC thường có ít nhất hai trục điều khiển để gia công các hình dạng phức tạp Các phương pháp điều khiển chuyển động của dụng cụ cắt gồm “điểm đến điểm” và theo đường, giúp tạo ra các đường đi chính xác Để thực hiện các phương pháp này, chuyển động của dụng cụ cắt cần được phân chia thành các thành phần theo từng trục, đảm bảo hiệu quả và độ chính xác cao trong quá trình gia công.

Ví dụ về dụng cụ cắt dịch chuyển từ điểm P1 đến P2 với vận tốc Vf trong mặt phẳng XY cho thấy bộ nội suy chia toàn bộ quãng đường thành các phần dịch chuyển theo trục X và trục Y dựa trên một tốc độ dịch chuyển xác định trước Tốc độ dịch chuyển V1 và V2 cho cả hai trục X và Y được tính toán dựa trên khoảng cách giữa các điểm, trong đó rõ ràng V2 lớn hơn V1 vì (y2 - y1) lớn hơn (x2 - x1), phản ánh sự khác biệt trong khả năng dịch chuyển theo từng trục.

Hình 2.13 trình bày khái niệm cơ bản về nội suy, một phương pháp quan trọng trong lĩnh vực gia công nhằm tính toán các vị trí trung gian và tốc độ dịch chuyển của các trục dựa trên dữ liệu hình dáng của đường cần gia công và tốc độ ăn dao Các đặc điểm yêu cầu đối với bộ nội suy bao gồm độ chính xác cao, khả năng thực hiện mượt mà các đường đi và đảm bảo tính liên tục của tốc độ để tối ưu hiệu quả gia công Việc áp dụng nội suy đúng cách giúp cải thiện chất lượng sản phẩm cuối cùng, giảm thiểu lỗi sai và nâng cao năng suất gia công.

- Dữ liệu từ bộ nội suy phải trùng với hình dáng (đường) cần gia công

Trong quá trình tính toán vận tốc, bộ nội suy cần xem xét giới hạn tốc độ phù hợp với cấu trúc của máy và đặc tính của động cơ servo Việc xác định giới hạn tốc độ đúng sẽ đảm bảo hiệu quả hoạt động của hệ thống, tránh quá tải và giảm thiểu rủi ro hỏng hóc Tối ưu hóa quá trình nội suy dựa trên các yếu tố này giúp nâng cao độ chính xác và độ bền của hệ thống điều khiển.

Trong quá trình nội suy, cần phải tránh sai số tích lũy để đảm bảo hình dạng gia công trùng khớp và gần giống nhất có thể so với lệnh về vị trí trong chương trình gia công Việc kiểm soát chính xác các sai số này là yếu tố quan trọng để nâng cao độ chính xác và chất lượng sản phẩm cuối cùng.

Nếu phân chia nội suy theo loại đường cần nội suy, hiện nay người ta dùng các phương pháp nội suy sau:

- Nội suy thẳng dùng để gia công các đường thẳng đi qua các điểm

- Nội suy tròn dùng để gia công cung tròn hoặc các đường tròn khép kín

- Nội suy xoắn ốc dùng để gia công ren hoặc gia công các rãnh xoắn ốc

Trong công nghệ chế tạo các chi tiết phức tạp như các bộ phận trong máy bay, khuôn dập khung hay vỏ ôtô, các phương pháp nội suy bậc 2, bậc 3, parabolic, hyperbolic và spline đóng vai trò quan trọng Những kỹ thuật này giúp tối ưu hóa quá trình gia công, tăng độ chính xác và mượt mà của các thành phẩm phức tạp Việc áp dụng các phương pháp nội suy này đảm bảo các chi tiết đạt tiêu chuẩn cao về chất lượng và độ bền, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất trong ngành công nghiệp chế tạo.

Các phương pháp nội suy trong điều khiển máy CNC: thẳng, tròn, xoắn ốc, Parapol, hypepol, spline, bậc 3 …

Bộ nội suy được phân loại thành hai loại chính dựa trên thiết bị và phương pháp thực hiện là nội suy phần cứng (hardware interpolator) và nội suy phần mềm (software interpolator) Trong quá khứ, bộ nội suy bằng phần cứng gồm các thiết bị điện tử khác nhau được sử dụng trước khi CNC phát triển, nhưng hiện nay, nội suy phần mềm lại được ứng dụng phổ biến trong các hệ thống CNC hiện đại Khái niệm nội suy phần mềm xuất phát từ nội suy phần cứng, trong đó nội suy phần cứng chỉ giới hạn trong các hệ thống điều khiển đơn giản.

Quá trình gia công trên máy CNC

- Nghiên cứu công nghệ gia công chi tiết

- Thiết kế qũy đạo cắt

- Lập chương trình điều khiển

- Kiểm tra chương trình điều khiển

Hệ tọa độ tuyệt đối và hệ tọa độ số gia

Trong lập trình theo hệ tọa độ tuyệt đối, vị trí của tất cả các điểm được xác định dựa trên một điểm cố định gọi là gốc của hệ tọa độ Điều này có nghĩa là mọi vị trí đều được tính từ gốc một cách chính xác, giúp dễ dàng xác định và xử lý các đối tượng trong không gian lập trình Sử dụng hệ tọa độ tuyệt đối giúp tăng tính chính xác và nhất quán trong việc xác định vị trí các đối tượng, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao.

Lập trình theo hệ tọa độ số gia dựa trên việc xác định chính xác quỹ đạo của dụng cụ cắt từ vị trí hiện tại đến vị trí kế tiếp Quá trình này căn cứ vào hướng của tất cả các trục, giúp điều khiển chuyển động của dụng cụ một cách chính xác và hiệu quả Dấu (+) hoặc (-) trong lập trình xác định chiều chuyển động của dụng cụ theo từng trục, đảm bảo quá trình gia công diễn ra theo đúng yêu cầu kỹ thuật Phương pháp lập trình này tối ưu hóa quá trình gia công, nâng cao độ chính xác và năng suất của máy CNC.

Định dạng chương trình

Các chương trình điều khiển quỹ đạo dụng cụ cắt gồm nhiều khối (block) thông tin riêng biệt được phân tách bằng ký hiệu chấm phẩy (;), đại diện cho kết thúc của mỗi khối Mỗi khối chứa một hoặc nhiều lệnh mã lập trình, giúp điều chỉnh chính xác quá trình cắt và vận hành máy móc Việc hiểu rõ cấu trúc các khối này là yếu tố quan trọng trong tối ưu hóa hiệu suất cắt và đảm bảo an toàn khi vận hành.

Từ Từ Từ Từ Từ

N02 G01 X3.5 Y5.55 F8.0 Mỗi từ chứa một địa chỉ, theo sau là dữ liệu cụ thể: Địa chỉ Dữ liệu Địa chỉ Dữ liệu Địa chỉ Dữ liệu

Danh sách tất cả các địa chỉ mẫu tự có thể áp dụng trong lập trình và các giải thích tóm tắt đối với mỗi địa chỉ:

Bảng 2.2: Danh sách các địa chỉ mẫu tự

Các ký tự địa chỉ

A Trục quay bổ sung song song và gần trục X

B Trục quay bổ sung song song và gần trục Y

C Trục quay bổ sung song song và gần trục Z

D Số bù bán kính dụng cụ

E Ký tự macro người dùng

H Số bù chiều dài dụng cụ

I Tọa độ X theo số gia của tâm vòng tròn hoặc tham số của chu kỳ cố định

J Tọa độ Y theo số gia của tâm vòng tròn

K Tọa độ Z theo số gia của tâm vòng tròn

L Số lần lặp lại (chương trình con, mẫu lỗ)

Số nhóm bù cố định

N Chuỗi thứ tự hoặc số khối (block)

P Thời gian tạm ngưng, số chương trình, số thự tự của chương trình con

(tiện), và số thứ tự khởi đầu chu kỳ lặp

Q Chiều sâu cắt, chuyển đổi chu kỳ đóng hộp

(Tiện) Kết thúc số thự tự của chu kỳ lặp

R Điểm R đối với các chu trình đóng hộp, giá trị trở về điểm quy chiếu Bán kính cung tròn

Giá trị dịch chuyển góc đối với sự quay hệ tọa độ

S Hàm tốc độ trục chính

U Trục tuyến tính bổ sung song song với trục X

V Trục tuyến tính bổ sung song song với trục Y

W Trục tuyến tính bổ sung song song với trục Z

Những ký hiện thông dụng trong chương trình

- Dấu trừ, sử dụng cho các giá trị âm

/ Gạch chéo, sử dụng cho hàm bỏ qua khối (block)

% Dấu phần trăm, ở đầu và cuối chương trình chỉ dùng cho truyền thông () Ngoặc đơn, sử dụng cho các chú thích trong chương trình

: Chỉ định số chương trình

Chấm thập phân, chỉ định phần số lẻ

Công nghệ CAD/CAM – CNC

2.10.1 Tổng quan về CAD/CAM

Vào cuối thế kỷ 20, công nghệ CAD/CAM đã trở thành cuộc cách mạng trong thiết kế và sản xuất công nghiệp, với CAD giúp thiết kế chính xác bằng máy tính và CAM hỗ trợ quá trình sản xuất tự động Sự kết hợp của hai lĩnh vực này tạo thành công nghệ cao trong liên ngành Cơ khí, Tin học, Điện tử và Tự động hóa Nhờ sự phát triển của khoa học máy tính, CAD/CAM nhanh chóng trở thành yếu tố chủ chốt trong ngành công nghiệp, giúp nâng cao độ chính xác, sáng tạo sản phẩm và tối ưu hóa hiệu quả kinh tế.

CAD/CAM là lĩnh vực nghiên cứu phát triển các hệ thống tự động hóa thiết kế và chế tạo, sử dụng máy tính điện tử để thực hiện các chức năng quan trọng trong quá trình sản xuất Tự động hóa chế tạo giúp kế hoạch hóa, điều khiển quá trình sản xuất, điều khiển cắt gọt kim loại và kiểm tra nguyên công gia công một cách chính xác và hiệu quả Đây là công nghệ tiên tiến không thể thiếu trong ngành công nghiệp hiện đại nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

CAD/CAM kết nối mật thiết, hình thành mối quan hệ gắn bó giữa hoạt động thiết kế và chế tạo, vốn từng được coi là hai lĩnh vực độc lập Tự động hóa thiết kế sử dụng hệ thống và phương tiện tính toán để hỗ trợ kỹ sư trong việc thiết kế, mô phỏng, phân tích và tối ưu hóa giải pháp thiết kế hiệu quả hơn Các phương tiện hỗ trợ bao gồm máy tính điện tử, máy vẽ, trong khi các phương tiện lập trình gồm chương trình máy, giúp đảm bảo giao tiếp chính xác với máy vẽ và các phần mềm ứng dụng liên quan, nâng cao năng suất và độ chính xác trong quá trình thiết kế.

Hệ thống CAD/CAM là thành phần quan trọng của CIM (Computer Integrated Manufacturing), được vận hành dựa trên cơ sở dữ liệu trung tâm để đảm bảo tích hợp tối đa trong quy trình sản xuất Hệ thống này hỗ trợ lập kế hoạch, xây dựng biểu đồ, đưa ra các chỉ dẫn và cung cấp thông tin chính xác nhằm đạt được mục tiêu sản xuất của nhà máy Mô hình hệ thống CAD/CAM được trình bày rõ ràng trong hình 2.13, thể hiện cách các thành phần liên kết và hoạt động để tối ưu hóa quy trình sản xuất trong ngành công nghiệp chế tạo.

Hình 2.14: Mô hình hệ thống CAD/CAM

Bảng 2.3: Giải nghĩa các từ trong mô hình hệ thống CAD/CAM

CAD Computer Aided Design Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính điện tử (MTĐT)

CAE Computer Aided Engineering Phân tích kỹ thuật với sự trợ giúp của MTĐT

CAPP Computer Aided Process Planing Lập phương án chế tạo với sự trợ giúp của MTĐT

CAM Computer Aided Manufacturing Chế tạo với sự trợ giúp của

CNC Computer Numerical Control Máy công cụ điều khiển bằng chương trình số

CAQ Computer Aided Quality Control Kiểm tra chất lượng với sự trợ giúp của máy tính MRPII Manufacturing Resources Planning Hoạch định nguồn lực sản xuất

PP Production Planning Lập kế hoạch sản xuất

2.10.2 Định nghĩa CAD/CAM a Định nghĩa CAD Để tạo thành một sản phẩm hoàn chỉnh cần thực hiện hai công đoạn chính là thiết kế và chế tạo Ở công đoạn thiết kế trên cơ sở thu thập thông tin, xử lý số liệu và kết hợp với khả năng sang tạo người thiết kế phân tích toàn bộ tập hợp các phương án thiết kế tối ưu Đối với sản phẩm có cấu trúc phức tạp, đòi hỏi những chỉ tiêu cao về thông số kỹ thuật cũng như kinh tế, để đạt được giải pháp tối ưu, trong nhiều trường hợp công việc thiết kế và chế tạo không thể thực hiện một cách hoàn chỉnh bởi những phương pháp và công cụ thông thường

Thiết kế với sự hỗ trợ của máy tính điện tử (CAD) là một phương pháp ứng dụng hiệu quả các công nghệ của kỹ thuật tin học và điện tử để tối ưu hóa quy trình thiết kế Công nghệ CAD giúp nâng cao độ chính xác, giảm thiểu sai sót, đồng thời tăng năng suất trong quá trình phát triển các sản phẩm và dự án kỹ thuật Nhờ CAD, các nhà thiết kế có thể dễ dàng mô phỏng, chỉnh sửa và kiểm tra các bản vẽ kỹ thuật một cách nhanh chóng và hiệu quả, góp phần thúc đẩy đổi mới sáng tạo trong lĩnh vực thiết kế.

Quá trình thiết kế gồm 6 giai đoạn chính nhằm xác định và mô tả các giải pháp kỹ thuật phù hợp, đảm bảo đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn kinh tế Trong quá trình này, các chuyên gia tập trung vào việc phân tích, lựa chọn các giải pháp tối ưu để đảm bảo hiệu quả và khả thi của dự án Việc thiết kế kỹ thuật chi tiết giúp đảm bảo các giải pháp đề xuất phù hợp với mục tiêu dự án, đồng thời tối ưu hóa chi phí và hiệu suất hoạt động Tổng thể, quy trình thiết kế là bước quan trọng để hình thành các giải pháp kỹ thuật chính xác, khả thi và hiệu quả về mặt kinh tế.

- Lập tài liệu kỹ thuật tự động từ mô hình đã được thiết kế

Hình 2.15: Quá trình thiết kế

Việc sử dụng công nghệ tin học và điện tử trong công việc thiết kế đã trở thành yếu tố quan trọng giúp tối ưu hóa quy trình làm việc Quá trình thiết kế sử dụng máy tính điện tử có thể được chia thành bốn công đoạn chính, tạo điều kiện thuận lợi cho việc sáng tạo và hoàn thiện sản phẩm Các bước này bao gồm lập ý tưởng, phát triển bản vẽ kỹ thuật, mô phỏng mô hình và cuối cùng là sản xuất Áp dụng công nghệ cao trong thiết kế giúp nâng cao hiệu quả, chính xác và tiết kiệm thời gian, đáp ứng tốt các yêu cầu của ngành công nghiệp hiện đại.

Mô hình hóa hình học sử dụng hệ thống CAD để phát triển các mô tả toán học của các vật thể hình học chính xác và chi tiết Các mô hình này được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu, giúp người dùng dễ dàng biểu diễn hình ảnh của mô hình trên các thiết bị đồ họa Nhờ đó, người dùng có thể thực hiện các thao tác dựng hình một cách hiệu quả và chính xác, nâng cao khả năng thiết kế và trực quan hóa các vật thể hình học.

Sau giai đoạn thiết kế mô phỏng hình học, việc tính toán kỹ thuật là bước quan trọng để phân tích và đảm bảo tính chính xác của vật thể hình học và mô hình hình học của đối tượng thiết kế Quá trình này giúp kiểm tra các yếu tố kỹ thuật, tối ưu hóa thiết kế và đảm bảo sản phẩm cuối cùng đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật và yêu cầu chất lượng Tính toán kỹ thuật chính xác góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm thiểu lỗi và tối ưu hoá hiệu suất của sản phẩm trong quá trình phát triển.

Xây dựng nhiệm vụ thiết kế

Lập tài liệu thiết kế là bước quan trọng để xác định các thông số kỹ thuật chính xác cho dự án Quá trình phân tích kỹ thuật được thực hiện hiệu quả nhờ vào các phần mềm tính toán chuyên dụng, giúp đảm bảo độ chính xác và tối ưu hóa các giải pháp kỹ thuật Việc sử dụng phần mềm phân tích kỹ thuật hỗ trợ quá trình tính toán nhanh chóng, chính xác, từ đó nâng cao chất lượng thiết kế và đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đã đề ra.

Lập tài liệu kỹ thuật tự động là quá trình thể hiện kết quả thiết kế bằng cách tự động tạo các hình chiếu và bản vẽ kỹ thuật, bao gồm ghi kích thước cho mô hình 3D đã được thiết kế Quá trình này giúp tối ưu hóa công việc kỹ thuật, giảm thiểu sai sót và nâng cao hiệu quả trong sản xuất Ngoài ra, CAM (Computer-Aided Manufacturing) là hệ thống hỗ trợ lập trình và điều khiển máy móc CNC, giúp tự động hóa quá trình gia công, nâng cao độ chính xác và giảm thời gian sản xuất.

Trong quy trình sản xuất, việc sử dụng máy tính điện tử để lập kế hoạch và điều khiển quá trình sản xuất đóng vai trò quan trọng, giúp tăng độ chính xác và hiệu quả Hệ thống CAM (Computer-Aided Manufacturing) ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, được thể hiện rõ qua sơ đồ trong hình 2.16, phản ánh khả năng tự động hóa và tối ưu hóa quá trình sản xuất dựa trên công nghệ máy tính.

Hình 2.16: Sơ đồ các lĩnh vực ứng dụng trong hệ CAM

Cơ sở dữ liệu công nghệ

Tiêu chuẩn hóa các nguyên công

Sắp xếp dây truyền sản xuất

Dự tính giá thành sản phẩm

Lập kế hoạch sản xuất Điều khiển chất lượng sản phẩm Điều khiển xưởng

Giám sát và điều khiển các quá trình sản xuất là yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu quả và chất lượng trong nhà máy Các hệ thống điều khiển máy CNC và NC tự động giúp tối ưu hóa quá trình gia công và giảm thiểu lỗi kỹ thuật Quản lý kho vật tư và công cụ thông qua hệ thống điều khiển hiện đại đảm bảo việc cung cấp nguyên vật liệu kịp thời, giảm thiểu sự gián đoạn sản xuất Điều khiển các tay máy người – máy giúp nâng cao năng suất và độ chính xác trong sản xuất tự động Bên cạnh đó, việc điều khiển các thiết bị vận chuyển đảm bảo luồng di chuyển hàng hoá, linh kiện diễn ra thuận lợi và hiệu quả hơn.

CAM ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT LẬP KẾ HOẠCH

Lập kế hoạch sản xuất được thực hiện ở văn phòng cho các công việc cụ thể sau đây:

Tự động hóa thiết kế quy trình công nghệ giúp hình thành các trình tự nguyên công chính xác để gia công chi tiết cụ thể Để thực hiện điều này hiệu quả, cần phải có dữ liệu về hình học của chi tiết và dữ liệu công nghệ quan trọng như thông số kỹ thuật máy, thông số dao cắt, gá lắp, chế độ cắt, cũng như tiêu chuẩn hóa các nguyên công Việc tích hợp các yếu tố này đảm bảo quá trình tự động hóa diễn ra chính xác và tối ưu, nâng cao năng suất gia công và chất lượng sản phẩm.

GIỚI THIỆU TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC DMU 85

Giới thiệu chung

Trung tâm gia công DMU-85 là trung tâm gia công hiện đại do hãng DMG MORI sản xuất, tích hợp phần mềm TNC tiên tiến để tối ưu hóa quy trình gia công Được chế tạo theo công nghệ cao, DMU-85 đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn về chất lượng và đặc tính kỹ thuật quốc tế Sản phẩm đảm bảo an toàn và độ chính xác cao, phù hợp cho các yêu cầu gia công phức tạp trong ngành công nghiệp chế tạo.

Trung tâm gia công DMU-85 có thể thỏa mãn được các yêu cầu gia công cũng như vận hành một cách chính xác an toàn và hiệu quả

Hình 3.1: Trung tâm gia công DMU 85

Phạm vi sử dụng

Trong những năm gần đây, cả trên thế giới và tại Việt Nam, số lượng trung tâm gia công CNC ngày càng tăng với nhiều chức năng đa dạng Trung tâm gia công DMU-85 nổi bật với các chức năng chính như gia công chính xác cao, khả năng gia công nhiều loại chi tiết phức tạp và nâng cao hiệu quả sản xuất Sử dụng trung tâm DMU-85 giúp tối ưu hóa quy trình gia công, nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thiểu thời gian chế tạo Đây là giải pháp lý tưởng cho các nhà sản xuất muốn nâng cao năng lực gia công CNC với công nghệ tiên tiến.

- Phay bề mặt phức tạp

- Khoan và doa theo tọa độ.

Thông số kỹ thuật

Bảng thông số kỹ thuật của thiết bị được trình bày trong các bảng sau:

Bảng 3.1: Thông số bàn làm việc

No Description Unit Main technical specification

II Table/Clamping surface / Tools

Bảng 3.2: Thông số trục chính và ổ chứa dao

No Description Unit Main technical specification

2.3 Diameter (free neighbouring pockets) mm 160

2.9 Diameter (free adjacent Pocket) mm 160

No Description Unit Main technical specification

Chuyển động của các trục

Các trục được sắp xếp theo ISO 841

Hình 3.2: Vị trí các trục trong máy DMU 85

Bảng 3.4: Chức năng các trục

Principle axes Rotary axes Parallel axes

NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT GIA CÔNG CHI TIẾT CÓ BỀ MẶT PHỨC TẠP TRÊN MÁY CNC DMU 85 ỨNG DỤNG TRONG LĨNH VỰC DẦU KHÍ

Giới thiệu sản phẩm mẫu siêu âm

Vietsovpetro tham gia vào lĩnh vực dầu khí với nhiều sản phẩm đặc thù, đặc biệt là các sản phẩm kết cấu lớn như chân đế giàn khoan, chân đế giàn DK cho bộ quốc phòng và các bình áp lực, trong đó hệ thống đường ống Nam Côn Sơn dẫn khí về bờ để cung cấp năng lượng cho quốc gia Để đảm bảo chất lượng và tuân thủ tiêu chuẩn, các sản phẩm này phải được kiểm tra bằng phương pháp không phá hủy NDT (Non-Destructive Testing), đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá chất lượng sản phẩm Phương pháp kiểm tra NDT còn được sử dụng xuyên suốt các công đoạn của quá trình chế tạo nhằm đảm bảo sản phẩm đạt yêu cầu cao nhất về kỹ thuật và độ bền.

Có nhiều phương pháp kiểm tra NDT như phương pháp kiểm tra bằng mắt VT, kiểm tra bằng chất thấm lỏng PT, kiểm tra bằng bột từ MT, kiểm tra bằng dòng điện xoáy ET, kiểm tra bằng chụp ảnh bức xạ RT và kiểm tra bằng siêu âm UT Trong số đó, phương pháp kiểm tra siêu âm UT được sử dụng rộng rãi để phát hiện khuyết tật trong các mối hàn của các công trình chân đế giàn khoan, bình áp lực và đường ống dẫn khí ngầm dưới biển nhờ những ưu điểm vượt trội như độ chính xác cao và khả năng phát hiện lỗi ở nhiều vị trí khác nhau.

- Với độ nhạy cao cho phép phát hiện được các khuyết tật nhỏ

- Có khả năng xuyên thấu cao (khoảng 6-7 m sâu bên trong khối thép) cho phép kiểm tra các tiết diện rất dày

- Có độ chính xác cao trong việc xác định vị trí và kích thước khuyết tật

- Cho phép kiểm tra nhanh và tự động

Chỉ cần tiếp xúc từ một phía của vật được kiểm tra để phát hiện và đánh giá khuyết tật trong mối hàn bằng phương pháp siêu âm UT Việc xây dựng đường chuẩn DAC đóng vai trò quan trọng trong ngành dầu khí, giúp xác định chính xác vị trí và kích thước của mối hàn, đồng thời đảm bảo quá trình kiểm tra hiệu quả hơn Ngoài ra, thu thập thông tin trước khi kiểm tra và xác định các yếu tố cần thiết đều góp phần nâng cao độ chính xác và độ tin cậy của kết quả kiểm tra siêu âm UT.

Đường DAC là tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá chất lượng mối hàn dựa trên phản hồi của sóng siêu âm khi gặp khuyết tật Khi phát hiện các khuyết tật như rỗ khí, không ngấu, cháy cạnh, nứt, sóng siêu âm sẽ gửi phản hồi thể hiện trên màn hình thiết bị Các xung phản hồi này được so sánh với tiêu chuẩn DAC để xác định xem mối hàn có đạt yêu cầu hay cần khắc phục Phương pháp này giúp phân loại chính xác các khuyết tật và đưa ra biện pháp xử lý phù hợp để đảm bảo chất lượng mối hàn.

Việc kiểm tra khuyết tật mối hàn trong các công trình dầu khí đóng vai trò quan trọng không chỉ về mặt kinh tế mà còn ảnh hưởng đến sự tồn tại của công ty Bất kỳ sai sót nhỏ nào trong quá trình kiểm tra có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng, như rò rỉ hệ thống đường ống gây ô nhiễm môi trường, nguy cơ cháy nổ và các tai nạn nghiêm trọng khác Chính vì vậy, việc đảm bảo kiểm tra chất lượng mối hàn là cực kỳ cần thiết để giảm thiểu rủi ro và bảo vệ an toàn cho con người và môi trường.

Đường DAC được xây dựng dựa trên các kích thước của mẫu chuẩn, ensures tính chính xác cao trong kiểm tra chất lượng vật liệu Mẫu chuẩn này có đặc tính vật liệu giống với vật liệu sử dụng trong công trình, giúp đảm bảo tính đồng bộ và đáng tin cậy của kết quả kiểm tra Trong ngành dầu khí, các dự án xây dựng thường tiêu thụ lượng vật tư lớn, do đó chỉ cần sử dụng một mẫu siêu âm duy nhất để kiểm tra các mối hàn, tiết kiệm thời gian và chi phí Việc áp dụng mẫu siêu âm phù hợp giúp đảm bảo chất lượng vật liệu và độ bền của công trình dầu khí.

Ví dụ minh họa trong hình 4.1 trình bày đường chuẩn DAC trên màn hình thiết bị kiểm tra siêu âm đường H, được xây dựng từ một mẫu siêu âm đơn giản Khi kiểm tra khuyết tật mối hàn bằng sóng siêu âm, dựa vào dạng xung, chiều cao và các thông số hiển thị, người kiểm tra có thể xác định loại khuyết tật như không ngấu, không thấu, nứt, rỗ khí hoặc cháy cạnh Phương pháp này còn cho phép xác định vị trí và kích thước của khuyết tật mối hàn, từ đó so sánh với tiêu chuẩn cho phép để đánh giá hoặc chấp nhận mối hàn đảm bảo chất lượng.

Hình 4.1: Đường DAC để đối chiếu đánh giá khuyết tật

Việc xây dựng đường chuẩn DAC đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực dầu khí, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm Gia công chế tạo mẫu siêu âm chính xác là yếu tố then chốt để đảm bảo hiệu quả kiểm tra và đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng Các kích thước và giá trị dung sai trên bản vẽ cần được chế tạo chính xác, đồng thời kiểm soát chất lượng chặt chẽ để đảm bảo sản phẩm cuối cùng đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cao.

- Phôi gia công là một phần của ống được sử dụng cho việc rải ống ngầm dẫn khí về bờ

- Các kính thước được tạo trên bề mặt cong phía trong và phía ngoài của ống

- Các lỗ được chế tạo nghiêng với đường sinh của ống các góc 20°, 25°, 45°

- Các rãnh trên bề mặt cong phía trong và phía ngoài có chiều sâu cố định trên suốt chiều dài

- Các kích thước đối xứng qua đường tâm của phôi

- Lỗ nghiêng có đường kính nhỏ D = 1,5 mm, D = 2,4 mm, chiều sâu lớn nhất L7,4 mm và tất cả các lỗ đều là đáy bằng

- Rãnh nghiêng có góc vát 60°

Với các đặc điểm trên, việc chế tạo mẫu siêu âm trên máy vạn năng là không khả thi Do đó, sử dụng máy CNC 5 trục để gia công và chế tạo mẫu siêu âm là cần thiết nhằm đạt được độ chính xác và hiệu quả cao hơn trong quá trình sản xuất.

Xây dựng quy trình tính toán tham số cắt gọt

Bản vẽ thiết kế tổng thể mẫu siêu âm (xem hình 4.2)

Hình 4.2: Bản vẽ thiết kế tổng thể mẫu siêu âm

4.1.2 Quy trình công nghệ a Định vị và kẹp chặt chi tiết

Phôi có kích thước đường kính D = 273 mm, chiều dày t = 18.3 mm, chiều cao

Dựa vào bản vẽ thiết kế và hình dạng phôi, để thực hiện gia công trên máy CNC sử dụng phương pháp hai lần gá đặt (xem hình 4.3)

Hình 4.3.a-Định vị theo mặt B Hình 4.3.b-Định vị theo mặt A

Hình 4.3: Sơ đồ định vị và kẹp chặt b Trình tự gia công

 Bước 1: Định vị theo mặt B (xem hình 4.3.a) gia công các kích thước tại các mặt cắt được trình bày ở bảng 4.1

Bảng 4.1: Bảng thông số các kích thước phía ngoài tại các mặt cắt

- Nguyên công 1: Phay mồi để mở lỗ các lỗ xiên D = 2 mm

Tại các mặt cắt: A-A, C-C, D-D, E-E, F-F, G-G, G1-G1, sử dụng dao có đường kính D = 2 mm Đồng thời vẫn sử dụng dao D = 2 mm, phay đạt thước tại mặt cắt I-I

- Nguyên công 2: Khoan, sử dụng mũi khoan D = 2,4 mm

Tại các mặt cắt: A-A, C-C, D-D, E-E, G-G, G1-G1 khoan để lượng dư cho nguyên công sau 0,7-1 mm, sử dụng mũi khoan D = 2,4 mm

- Nguyên công 3: Khoan lỗ đáy bằng cắt phần lượng dư gia công của nguyên công trước cho các mặt cắt A-A, C-C, D-D, E-E, G-G, G1-G1, sử dụng mũi khoan đáy bằng D = 2,4 mm

- Nguyên công 4: Phay mở lỗ K-K, L-L, sử dụng dao phay D = 1,5 mm

- Nguyên công 5: Khoan lỗ D = 1,5 mm tại mặt cắt K-K, L-L

- Nguyên công 6: Khoan lỗ đáy bằng D = 1,5 mm tại mặt cắt K-K, L-L

 Bước 2: Định vị theo mặt A (xem hình 4.3.b) gia công các kích thước tại các mặt cắt được trình bày ở bảng 4.2 và 4.3

- Nguyên công 1: Phay mồi để mở lỗ các lỗ xiên D = 2 mm

Tại các mặt cắt: Z-Z, X-X, V-V, U-U, T-T, S-S, S1-S1, sử dụng dao có đường kính

D = 2 mm Đồng thời vẫn sử dụng dao D = 2 mm, phay đạt thước tại mặt cắt Q-Q

- Nguyên công 2: Khoan, sử dụng mũi khoan D = 2,4 mm

Tại các mặt cắt: Z-Z, X-X, V-V, U-U, T-T, S-S, S1-S1, khoan để lượng dư cho nguyên công sau 0,7-1 mm, sử dụng mũi khoan D = 2,4 mm

- Nguyên công 3: Khoan lỗ đáy bằng cắt phần lượng dư gia công của nguyên công trước cho các mặt cắt Z-Z, X-X, V-V, U-U, T-T, S-S, S1-S1, sử dụng mũi khoan đáy bằng D = 2,4 mm

- Nguyên công 4: Phay mở lỗ O-O, N-N, sử dụng dao phay D = 1,5 mm

- Nguyên công 5: Khoan lỗ D = 1,5 mm tại mặt cắt O-O, N-N

- Nguyên công 6: Khoan lỗ đáy bằng D = 1,5 mm tại mặt cắt O-O, N-N

- Các nguyên công tiếp theo gia công cho các kích thước tại các mặt cắt phía trong của ống

Bảng 4.2: Bảng thông số các kích thước phía ngoài tại các mặt cắt

Bảng 4.3: Bảng thông số các kích thước phía trong tại mặt cắt

Mặt định vị A A A A A A c Tính toán các thông số cắt gọt

Trong quá trình gia công các mặt cắt chủ yếu, nguyên công chính bao gồm phay và khoan, tập trung vào các thông số cắt gọt quan trọng để gia công lỗ có đường kính D = 2,4 mm tại mặt cắt C-C Các thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và hiệu suất gia công của sản phẩm Việc xác định chính xác các thông số cắt gọt giúp đảm bảo độ chính xác, tốc độ gia công tối ưu cũng như giảm thiểu sai số trong quá trình gia công lỗ nhỏ Đây là các yếu tố then chốt để đạt được kết quả gia công đạt tiêu chuẩn kỹ thuật yêu cầu.

Các hệ số tra bảng tính toán trong phần này được lấy từ sách “Chế độ cắt gia công cơ khí”

Bản vẽ thiết kế tại mặt cắt C-C

Hình 4.4: Mặt cắt C-C Để gia công các kích thước tại mặt cắt C-C, gồm các nguyên công sau

Dùng dao phay ngón D = 2 mm để phay mở lỗ nghiêng

Vật liệu gia công với 𝜎 𝑏𝑝 = 61-80 kG/𝑚𝑚 2

Chọn dao phay ngón, loại dao phay cacbit nguyên khối:

Chọn chiều sâu cắt t = 2 mm

Theo bảng 6-5: 𝑆 𝑧 = 0,16 − 0.2 mm/răng (lượng chạy dao trên một răng) Chọn 𝑆 𝑧 = 0,2

- Vận tốc cắt theo công thức

Số vòng quay trong một phút của dao:

3,14.2 = 2896 vòng/phút Tốc độ cắt thực tế là: 𝑉 𝑡 = 1000 𝜋𝐷𝑛 =3,14.2.4000

 Nguyên công 2: Khoan các lỗ nghiêng với mũi khoan D 2.4

Từ bảng 8-3 (phụ lục 2), chiều sâu khoan I = 37,4 > 7D = 16,8 mm, do đó chọn

Lượng chạy dao là: S = 0,12.0,75 = 0,09 mm/vòng

Theo bảng (7-1 và 8-1) (phụ lục 2): 𝐾 𝑛 𝑣 = 𝐾 𝑢 𝑣 = 1

Số vòng quay trục chính

Tốc độ cắt thực tế là: 𝑉 𝑡 = 𝜋𝐷𝑛

Nguyên công 3 thực hiện khoan đáy với đường kính mũi khoan D = 2,4 mm đã được mài sắc Do chiều sâu khoan nhỏ trong bước này, hệ số 𝐾 𝑙𝑠 không ảnh hưởng đáng kể đến quá trình, đảm bảo độ chính xác và hiệu quả của bước khoan.

- Lượng chạy dao S = 0,12 mm/vòng

Số vòng quay trục chính

Tốc độ cắt thực tế là: 𝑉 𝑡 = 1000 𝜋𝐷𝑛 =3,14.2,4.1000

1000 = 7,54𝑚/𝑝ℎú𝑡 Tương tự tính toán các thông số cắt gọt khác tại các mặt cắt của chi tiết.

Lập trình và cắt thử

Sau khi đã thiết lập quy trình công nghệ và tính toán các tham số cắt gọt, tiến hành lập trình và cắt thử trên máy

Sử dụng Solid Work xây dựng mô hình 3D

Sử dụng phầm mềm SolidCam cài đặt các thông số cắt gọt theo trình tự gia công trong phần 4.12/b và mô phỏng quá trình gia công

Hình 4.5: Cài đặt các thông số trong SolidCam

4.2.2 Gá đặt chi tiết trên máy và cắt thử

Hình 4.6: Gá đặt và chế tạo

Kiểm tra thông số cắt gọt

Bản vẽ yêu cầu các kích thước có dung sai ±0,1 mm

Các kích thước đối xừng ±0,1 mm

- Sử dụng thước cặp: Kiểm tra các kích thước dài, rộng, chiều sâu của rãnh

- Sử dụng dưỡng đo lỗ: kiểm tra các kích thước đường kính

- Sử dụng dưỡng đo góc kiểm tra các kích thước góc

- Sử dụng thiết bị siêu âm kiểm tra chiều sâu của các lỗ đáy bằng và các tính chất đối xứng của các kích thước trên lỗ xiên

Sau khi tiến hành với các phương pháp kiểm tra như phần 4.2.1 thì cho kết quả như sau:

- Kích thước các đường kính: Đạt

- Chiều rộng, chiều sâu các rãnh: Đạt

Các tính chất hình học của mẫu siêu âm, như các kích thước đối xứng và chiều sâu của các lỗ đáy, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng của đường DAC Việc kiểm tra các kích thước này bằng thiết bị siêu âm giúp phát hiện các sai lệch, đặc biệt khi các kích thước không đạt yêu cầu Các kích thước không đạt tiêu chuẩn khi tiến hành kiểm tra bằng siêu âm cần được xác định rõ để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

- Tính chất đối xứng của các kích thước qua tâm: Không đạt

- Chiều sâu đáy lỗ bằng của một số lỗ không đạt so với kích thước thiết kế

4.3.3 Nhận xét và đưa ra phương án mới

Thiết bị CNC 5 trục có đầu dò với độ nhạy cao và khả năng gia công đạt độ chính xác cao, nhưng các kích thước không đạt yêu cầu chủ yếu do đặc điểm đối xứng của các kích thước Do đó, việc xác định vị trí và lựa chọn chuẩn gia công, như hình 4.2.a và 4.2.b, là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ chính xác của quá trình gia công.

Kích thước chiều sâu lỗ không đạt khả năng cao nhất chủ yếu do hiện tượng mòn dao gây ra Để khắc phục nhược điểm này, giải pháp tối ưu là nâng cao chất lượng dao cắt, sử dụng vật liệu chống mòn tốt hơn và gia tăng quá trình bảo trì định kỳ để duy trì hiệu suất gia công tối đa.

- Chọn lại chuẩn sao cho chuẩn phôi trùng với chuẩn gia công Sử dụng 2 lần gá để gia công các kích thước phía ngoài và phía trong

Trong quá trình gia công các lỗ nghiêng trên máy, việc kiểm tra độ mòn của dao là bước quan trọng để đảm bảo chiều sâu của đáy lỗ khoan đạt đúng yêu cầu thiết kế Việc này giúp duy trì kích thước chính xác và kiểm soát dung sai, đảm bảo chất lượng sản phẩm trong quá trình gia công.

Lập trình và chạy lại

4.4.1 Định vị và kẹp chặt chi tiết Để đảm bảo gia công các kích thước phía ngoài đối xứng qua đường tâm, do đó chọn chuẩn gia công và chuẩn phôi được trình bày ở hình 4.7 Đối với các kích thước phía trong, chuẩn gia công và chuẩn phôi được trình bày ở hình 4.8

Chuẩn phôi khi gia công kích thước ngoài

Chuẩn phôi khi gia công kích thước trong

 Bước 1: Gia công các kích thước lỗ và rãnh tại các mặt cắt phía ngoài

Phay mồi để mở lỗ các lỗ xiên, sử dụng dao có đường kính D = 2 mm nhằm đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình gia công Đồng thời, vẫn tiếp tục sử dụng dao D = 2 mm để đạt các kích thước chính xác tại mặt cắt I-I và Q-Q, đảm bảo chất lượng sản phẩm và tuân thủ các yêu cầu kỹ thuật.

Bảng 4.4: Bảng thông số các kích thước phía ngoài tại các mặt cắt

Bảng 4.5: Bảng thông số các kích thước phía ngoài tại các mặt cắt

Thay dao phay ngón D = 1,5 mm phay mở các rãnh:

Bảng 4.6: Bảng thông số các kích thước phía ngoài tại các mặt cắt

Thay dao phay ngón D = 1 mm, gia công rãnh tại mặt cắt P-P

- Phay xuống chiều sâu 1,1 mm với chiều dài 15 mm

- Góc 60°: Mài mũi dao, sử dụng dưỡng đo dao trước khi gá lắp vào ổ dao

Trong quá trình gia công, thực hiện khoan các lỗ có đường kính D = 2,4 mm tại các mặt cắt, đảm bảo chiều sâu khoan đúng theo kích thước đề ra Phần lượng dư cắt gọt tại các đầu mũi khoan được giữ lại để tiếp tục gia công trong các bước tiếp theo, giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả của quá trình gia công.

Bảng 4.7: Bảng thông số các kích thước phía ngoài tại các mặt cắt

Bảng 4.8: Bảng thông số các kích thước phía ngoài tại các mặt cắt

Thay dao mũi khoan đáy bằng có đường kính D = 2,4 mm giúp cắt gọt chính xác phần lượng dư do nguyên công trước để lại tại các mặt cắt Việc sử dụng dao mới đảm bảo độ chính xác cao, tối ưu hóa quá trình gia công và nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng Đảm bảo thay dao đúng đường kính và kiểm tra kỹ lưỡng trước khi thực hiện gia công tiếp theo để tránh sai sót và đảm bảo hiệu quả sản xuất.

Khoan các lỗ có đường kính D = 2 mm tại các mặt cắt A-A và Z-Z

Bảng 4.9: Thông số mặt cắt A-A, Z-Z

Trong quá trình gia công, khoan các lỗ có đường kính D = 1.5 mm tại các mặt cắt, đảm bảo khoan đạt chiều sâu theo yêu cầu kích thước Lượng dư cắt gọt tại các đầu mũi khoan sẽ được giữ lại để tiếp tục gia công trong các bước tiếp theo, giúp đảm bảo độ chính xác và hiệu quả của quá trình gia công.

Bảng 4.10: Thông số mặt cắt K-K, L-L, N-N, O-O

Thay dao mũi khoan đáy bằng có đường kính D = 1,5 mm cắt gọt phần lượng dư cắt gọt do nguyên công 6 để lại tại các mặt cắt ở nguyên công trước

 Bước 2: Gia công các kích thước lỗ và rãnh tại các mặt cắt phía trong

Bảng 4.11: Bảng thông số các kích thước phía trong tại mặt cắt

Các lỗ và rãnh ở các mặt cắt có đặc điểm chiều sâu ngắn, phù hợp để gia công bằng phương pháp phay Trong quá trình gia công, chỉ cần sử dụng nguyên công phay với các đường kính dao khác nhau để đạt được yêu cầu kỹ thuật Điều này giúp tối ưu hóa quy trình gia công, tiết kiệm thời gian và nâng cao hiệu quả sản xuất.

Sử dụng dao có đường kính D = 2,4 mm phay lỗ tại mặt cắt B-B và Y-Y

Sử dụng dao có đường kính D = 1,5 mm phay lỗ tại mặt cắt H-H và R-R

Sử dụng dao có đường kính D = 1 mm phay lỗ tại mặt cắt J-J

- Phay xuống chiều sâu 1,1 mm với chiều dài 15 mm

- Góc 60°: Mài mũi dao, sử dụng dưỡng đo dao trước khi gá lắp vào ổ dao

Sử dụng dao có đường kính D = 2 mm phay lỗ tại mặt cắt M-M

4.4.3 Sử dụng phần mềm mô phỏng gia công chi tiết Để tiến hành mô phỏng trên SolidCam, trước hết người dùng phải hiểu biết về phần mềm SoldCam và các thiết lập cơ bản trong SolidCam Part:

- Coordinate System: Khai báo hệ toạ độ lập trình

- Stock and Target model: Khai báo phôi và sản phẩm

Một operation trong SolidCAM là bước gia công quan trọng, bao gồm các thông số về công nghệ, dụng cụ và phương pháp cắt Việc lựa chọn các phương án gia công phù hợp về dao cụ, quỹ đạo của dụng cụ cắt giúp tối ưu quá trình gia công Chọn đúng thông số công nghệ và dụng cụ phù hợp là điều cần thiết để đạt hiệu quả cao trong gia công.

- Geomerty: Khai báo chọn gốc lập trình và lựa chọn vùng gia công…

- Tool: Lựa chọn dụng cụ gia công, các thông số tốc độ cắt, tiến dao

- Level: Lựa chọn khoảng rút dao an toàn, chiều cao bắt đầu gia công, độ sâu cần gia công

- Technology: lựa chọn các phương án gia công thô,tinh,bán tinh, kiểu chạy dao và chiều chạy dao

- Link: Kiểu vào dao, xuống dao sau khi bắt đầu lớp cắt mới (sau khi kết thúc stepdown)

Các bước thực hiện gia công với phần mềm SolidCam theo trình tự đã được lập trong nội dung 4.5.2 bao gồm các bước chính để gia công chi tiết mẫu siêu âm Trong phần này, chúng tôi sẽ tóm tắt các bước thao tác quan trọng để giúp người dùng dễ dàng áp dụng SolidCam cho quá trình gia công chi tiết mẫu siêu âm Việc nắm rõ các bước này sẽ đảm bảo quá trình gia công chính xác, hiệu quả và tiết kiệm thời gian, đồng thời tối ưu hóa năng suất gia công trên phần mềm SolidCam.

 Bước 1: Khởi động môi trường Cam, đưa chi tiết vào môi trường gia công Vào Milling để bắt đầu các thiết lập các thông số

Hình 4.13: Đưa chi tiết vào môi trường SolidCam

 Bước 2: Chọn máy, chọn phôi, chọn chuẩn W

Trong Milling Part chọn chọn máy gia công, định nghĩa phôi và chọn chuẩn gia công

Hình 4.14: Chọn máy, chọn phôi, chọn chuẩn W

 Bước 3: Thiết lập các thông số cắt gọt và các thông số khác

Tại mặt cắt C-C: Nguyên công phay mở lỗ

- Chọn dao có đường kính D = 2 mm và khai báo các thông số khác của dao (xem hình 4.15)

Hình 4.15: Chọn dao tại mặt cắt

Sau khi thiết lập các thông số tại mặt cắt C-C, tiến hành sao chép các đặc tính này Tiếp theo, gán các đặc tính đã sao chép cho các kích thước của các mặt cắt sử dụng đường kính dao D = 2 mm, như minh họa trong Hình 4.16 để đảm bảo tính chính xác trong quá trình gia công.

Tương tự khai báo các thông số cắt tại các mặt cắt có đường kính dao D = 1,5 mm và D = 1 mm

Hình 4.16: Khai báo thông số tại các mặt cắt

 Bước 4: Mô phỏng quá trình chạy dao và gia công

Tại bước này, chọn tất cả các mặt phẳng đã hoàn tất khai báo, vào Simulate để mô phỏng (xem hình 4.17, 4.18)

Hình 4.17: Vào Simulate để bắt đầu mô phỏng

Hình 4.18: Mô phỏng quá trình chạy dao

 Bước 5: Xuất lệnh NC và kiểm tra một số thông số cắt gọt

- Chọn tất cả các bề mặt đã khai báo vào GCode, Generate, đặt tên file và xuất mã chương trình gia công (xem hình 4.19)

Hình 4.19: Xuất chương trình gia công

- Chương trình gia công (xem hình 4.20 và 4.21): trên dòng số 26 hiển thị thông số cho cả 5 trục

Hình 4.20: Mã lệnh NC khai báo và bắt đầu gia công phay trong

Hình 4.21: Kết thúc chương trình gia công phay trong

4.4.4 Gia công chi tiết trên máy

Gia công các kích thước phía ngoài

Hình 4.22: Gia công các rãnh ngoài trên máy

4.4.5 Kiểm tra kích thước a Các dụng cụ kiểm tra kích thước

- Đối với các kích thước như chiều sâu rãnh, chiều dài rãnh: dùng thước cặp, thước đo sâu

- Đối với các kích thước như đường kính lỗ, chiều sâu lỗ: dùng dưỡng đo lỗ để xác định đường kính

- Đối với kích thước góc: sử dụng dưỡng đo góc

Để kiểm tra kích thước chiều sâu của các lỗ xiên và xác định tính đối xứng của chúng, phương pháp sử dụng thiết bị siêu âm là hiệu quả nhất Phương pháp kiểm tra kích thước bằng siêu âm giúp đo chính xác chiều sâu lỗ và đánh giá độ đối xứng của các lỗ trên chi tiết, đảm bảo chất lượng và độ chính xác trong sản xuất Việc áp dụng công nghệ siêu âm trong kiểm tra không những tăng tốc quá trình kiểm tra mà còn nâng cao độ chính xác, phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành.

Phương pháp kiểm tra siêu âm được trình bày trong hình 4.23 sử dụng kỹ thuật kiểm tra siêu âm bằng tay, phù hợp cho các ứng dụng linh hoạt và dễ thao tác Trong thực tế, phương pháp này thường sử dụng thiết bị siêu âm tự động hai đầu dò đặt tại hai vị trí đối xứng nhằm đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy cao trong quá trình kiểm tra Các đầu dò này được liên kết với màn hình máy tính để lưu trữ và xử lý dữ liệu dễ dàng, nâng cao hiệu quả của quá trình kiểm tra siêu âm.

Chọn thiết bị siêu âm phù hợp, bao gồm đầu dò, chất tiếp âm, và cài đặt máy cùng các thông số hiển thị để đảm bảo quét chính xác theo góc độ lỗ kiểm tra Đầu dò phải phù hợp với góc của lỗ, ví dụ như với góc 25°, sử dụng đầu dò siêu âm có góc 65° để quét hiệu quả Quá trình dịch chuyển đầu dò trong phạm vi quét sẽ phản hồi tín hiệu trên màn hình hiển thị, giúp ghi nhận kết quả chính xác trên mặt cắt C-C Sau đó, di chuyển đầu dò đến vị trí đã đánh dấu trên mặt cắt X-X để so sánh các kích thước và kiểm tra tính đối xứng của chi tiết kiểm tra.

Hình 4.23: Phương pháp kiểm tra kích thước bằng thiết bị siêu âm

Trong quá trình kiểm tra các kích thước khác nhau, chúng tôi lấy dấu và dịch chuyển dầu dò, sau đó ghi nhận kết quả vào bảng để so sánh và đánh giá độ chính xác của các kích thước gia công Ngoài ra, kiểm tra kích thước bằng thiết bị siêu âm là bước quan trọng để đảm bảo chất lượng và độ chính xác của sản phẩm, giúp nâng cao hiệu quả sản xuất.

Kết quả hiển thị trên màn hình thiết bị siêu âm phản hồi xung lớn nhất khi gặp đáy bằng của lỗ tại mặt cắt C-C, với giá trị phản hồi tương ứng với kích thước Da = 14,64 mm, phản ánh chiều sâu từ bề mặt ngoài của mẫu đến tâm lỗ tại đáy bằng của mặt cắt C-C So sánh với giá trị 14,7 mm tại cùng mặt cắt cho thấy sai lệch chỉ 0,06 mm, nằm trong giới hạn dung sai cho phép, đảm bảo độ chính xác của phép đo Tiếp tục chuyển đầu dò sang vị trí khác để kiểm tra kích thước tại mặt cắt X-C nhằm xác nhận kết quả đo lường trên toàn bộ cấu trúc mẫu.

X, cho giá trị hiển thị Da,73 mm Giá trị này đạt yêu cầu

Giá trị tại mặt cắt C-C

Giá trị tại mặt cắt X-X