Bài giảng Công nghệ tạo hình dụng cụ: Bài mở đầu - Hình học bề mặt được biên soạn với các nội dung chính sau: Giới thiệu chung về hình học bề mặt; Tìm hiểu về bề mặt cơ bản; Khái quát về các bề mặt tự do. Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết bài giảng tại đây!
Trang 1CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH DỤNG CỤ
Thuyết trình: PGS.TS Bùi Ngọc Tuyên
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
Bộ môn Gia công vât liệu và dụng cụ công nghiệp
HÀ NỘI 2019
Trang 2CÔNG
NGHỆ TẠO
HÌNH
DỤNG CỤ
1
2
3
4
Bài mở đầu: Hình học bề mặt
Chương 1: Động học tao hình & động học gia công
Chương 3: Các điều kiện tao hình bề mặt
5
Chương 2: Bề mặt khởi thủy & các phương pháp xác định bề mặt khởi thủy
Chương 4: Đặc điểm công nghệ chế tạo dụng cụ & các giai đoạn chế tạo dụng cụ
6 Chương 5: Các nguyên công tạo phôi dụng cụ
2
7 Chương 6: Các nguyên công tạo hình dụng cụ trước nhiệt luyên
8 Chương 7: Các nguyên công tạo hình dụng cụ sau nhiệt luyên
Trang 3Bài mở đầu: Hình học bề mặt
[x y z]T [x y f(x,y)]T
min max min max
;
P u v
Mỗi mảnh bề mặt cấu trúc 4 cạnh có
một tập hợp các điều kiện biên gồm:
16 vecto và 4 đường cong biên 16
vecto là: 4 vecto ở vị trí 4 góc P(0,0);
P(1,0); P(1,1) và P(0,1); 8 vecto tiếp
tuyến ở 4 góc (mỗi góc có 2 vecto tiếp
tuyến ứng với 2 đường cong biên u, v
qua điểm góc), 4 vecto xoắn tại 4 điểm
góc 4 đường cong biên là u=0, u=1,
v=0, v=1
Trang 4 Bề mặt cơ bản
1) Mặt phẳng
2) Mặt kẻ
3) Mặt tròn xoay
4) Mặt trụ
5) Măt xoắn vít
Bề mặt từ các đường cong tổng hợp
Hình thành trên cơ sở các đường cong tổng hợp Thừa kế các đặc tính điều khiển từ đường cong
Trang 5 Các đặc trưng hình học cơ bản của bề mặt:
Véc tơ tiếp tuyến
→ Vecto tiếp tuyến tại 1 điểm P(u,v) trên bề mặt tham số nhận được bằng cách giữ 1
tham số không đổi và lấy đạo hàm theo tham số kia
Vecto pháp tuyến
→ Vec tơ pháp tuyến tại 1 điểm bằng tích có hướng của hai vec tơ tiếp tuyến tại điểm đó:
Véc tơ xoắn
→ Vecto xoắn tại một điểm trên bề mặt dùng để đo độ xoắn của bề mặt tại điểm đó Đó là tốc độ thay đổi của vecto tiếp tuyến Pu đối với v hay của vecto tiếp tuyến Pv đối với u hay chính là vecto đạo hàm hỗn hợp
Độ cong
→ Độ cong của bề mặt tại 1 điểm P(u,v) được định nghĩa là độ cong của đường cong tiết diện pháp tuyến nằm trên bề mặt và đi qua điểm này
- Đô cong chính k1,P; k2,P
- Độ cong trung bình: H=
- Độ cong Gaussian : K = k1, P k2, P
Bán kính cong
→ Bán kính cong của bề mặt trong tiết diện pháp tuyến bằng nghịch đảo độ cong của
đường cong tiết diện pháp tuyến: r =1/ k
Bài mở đầu: Hình học bề mặt
1, 1,
2
) v , u ( P v )
v , u (
Pv
Pu(u,v ) u P(u,v )
) v , u (
P v u
) v , u (
( , ) Px P u x v
u v
Trang 6II Bề mặt cơ bản
→ Các bề mặt cho phép có chuyển động tự trượt:
- Bề mặt tròn xoay
- bề mặt trụ
- mặt phẳng
- Các bề mặt vít với bước là hằng số,
→ Bề mặt nhóm này được hình thành do một đường sinh nào đó chuyển động
theo một quy luật nhất định
Thuộc tính cơ bản của các dạng bề mặt này là nó tồn tại một dạng chuyển động đặc biệt Khi thực hiện chuyển động này, mặt bao các vị trí liên tiếp của bề mặt chuyển động P trùng với chính bề mặt P đó:
→ Bề mặt vít cho phép chuyển động tự trượt theo hướng đường vít
→ Bề mặt tròn xoay cho phép chuyển động tự trượt xung quanh trục của nó (mặt cầu là một bề mặt tròn xoay mà profin của nó trong mặt phẳng qua trục là một
cung của đường tròn với tâm nằm trên trục quay, cho phép chuyển động tự trượt xung quanh tâm của nó)
→ Mặt trụ cho phép chuyển động tự trượt theo hướng các đường thẳng (mặt trụ tròn cho phép chuyển động tự trượt theo hướng đường thẳng cũng như theo
hướng vòng tròn)
→ Mặt phẳng cho phép chuyển động tự trượt dọc theo bất kỳ đường thẳng nào nằm trên nó
Trang 7Bài mở đầu: Hình học bề mặt
Sơ đồ các bề mặt cho phép có chuyển động tự trượt:
Trang 8 Các bề mặt này cấu thành nên bề mặt của các chi tiết máy hay dụng cụ cơ bản như
bề mặt thân khai của bánh răng, bề mặt hớt lưng của dao phay lăn răng, bề mặt xoắn acsimet của dao phay trụ, …
Công nghệ tạo hình các bề mặt nhóm này được thực hiện bằng việc phối hợp các chuyển động đơn giản như tịnh tiến và quay tròn của phôi và dụng cụ
Dụng cụ được sử dụng để gia công tạo hình các bề mặt cơ bản gồm:
Các dụng cụ cắt thông dụng, tiêu chuẩn như: dao tiện để gia công các bề mặt trụ tròn xoay, dao phay trụ, dao phay mặt đầu để gia công mặt phẳng…
Các dụng cụ chuyên dùng tiêu chuẩn như dao phay lăn răng, dao xọc răng để gia công bánh răng
Các dụng cụ chuyên dùng phi tiêu chuẩn như: dao tiện định hình để gia công các bề mặt tròn xoay định hình, dao phay định hình để gia công các mặt trụ định hình,…
Trang 9
Bài mở đầu: Hình học bề mặt
III Các bề mặt tự do ( Sculptured Surfaces)
Các bề mặt tự do hay còn gọi là các bề mặt không gian với các thuật ngữ thường được sử dụng như Sculptured Surfaces hay freeform surfaces hay NURBS surfaces
là các bề mặt cong trơn, liên tục với các tham số đặc trưng cho cấu trúc hình học cục bộ (độ cong, tiếp tuyến, pháp tuyến, ) tại hai điểm lân cận của vùng bề mặt là khác nhau
Các bề mặt tự do dùng để thiết kế vỏ các sản phẩm nhằm thỏa mãn tính thẩm mỹ theo yêu cầu của người sử dụng ví dụ như vỏ ô tô, xe máy, đồ điện tử dân dụng,…cũng như đáp ứng các yêu cầu chức năng hình học bề mặt của một số chi tiết khí động học (như cánh tuôc bin, cánh quạt,…), chi tiết quang học (gương phản quang,…), sản phẩm ứng dụng trong y học (chi tiết tái tạo phục vụ cho giải phẫu), khuôn mẫu (đúc, ép nhựa, dập,…)
Các bề mặt tự do là các thực thể hình học phức tạp Không thể có sự phân loại khoa học nào cho các dạng bề mặt tự do.Tuy nhiên ta có thể phân loại các vùng bề mặt cục bộ của bề mặt tự do trên cơ sở các thuộc tính hình học cơ bản của chúng
Bề mặt tự do có thể cấu thành từ 10 dạng vùng bề mặt cục bộ như sơ đồ phân loại
Gia công tạo hình các bề mặt này thường được thực hiện hiệu quả trên các máy điều khiển số nhiều trục bằng các dụng cụ vạn năng là các dạng dao phay ngón Tại mỗi thời điểm trong quá trình gia công, bề mặt tự do cần tạo hình tiếp xúc với bề mặt khởi thủy của dụng cụ tại một điểm Bề mặt tạo hình được hình thành là mặt bao của họ bề mặt khởi thủy của dụng cụ trong quá trình chuyển động tạo hình