Công nghệ này đang được phát triển theo hướng tích hợp giữa thiết kế với sản xuất, CAD/ CAM/ CNC sẽ tạo ra một nền tảng công nghệ cho việc tích hợp máy tính trong sản xuất đặc biệt là tr
PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ CHI TIẾT 2.1 Lựa chọn chi tiết sản phẩm 7 2.2 Phân tích kỹ thuật và điều kiện làm việc của chi tiết 7 2.3 Thiết kế khuôn làm sản phẩm chi tiết 8 CHƯƠNG 3: LẬP QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG 3.1 Phân tích khả năng công nghệ để gia công chi tiết 11
Lựa chọn máy và nêu các thông số kỹ thuật của máy 11
Sau khi xác định phương pháp gia công và đồ gá, việc chọn máy là bước tiếp theo Đối với phần sơ bộ của phôi, sử dụng máy đa năng như máy phay cơ hoặc máy bào Đối với các chi tiết phức tạp như khuôn, máy phay CNC là lựa chọn tối ưu Quyết định chọn máy phụ thuộc vào yêu cầu về độ chính xác và độ bóng bề mặt Máy phay CNC Mill 155 của hãng Emco đến từ Áo được lựa chọn vì những đặc điểm nổi bật của nó.
- Kích thước máy phù hợp với kích thước của chi tiết gia công
- Máy Mill 155 là loại máy CNC Milling 4 trục có thể gia công được các chi tiết có hình dạng 3D
- Máy đảm bảo được năng suất gia công.
- Có nhiều ưu điểm so với các máy thông thường điều khiển bằng tay nhờ thực hiện bằng cách nạp chương trình từ máy vi tính vào máy.
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của máy
Bearing, font bearing spindle bearing radius 80mm
T-stations:number/width/distance 3/12 mm/45 mm
Asynchronous AC motor, power 2.5 or 4 kW
Positioning variation acc to VDI 3441(X axis) 0.003 mm
Positioning variation acc to VDI 3441(Y axis) 0.003 mm
Positioning variation acc to VDI 3441(Z axis) 0.004 mm
Tool system drum turret with directional logic
Number of tool holding fixtures 10
Tool holding fixture similar DIN 2079, SK 30
Main spindle lifetime grease lubrication
Connection load of the machine 5 kVA
Max pre-fuse of the machine 20 A
Fully enclosed working area, axis overtravel
Limit swiches, door limit switch,
Emergency-off swich CE-complaint
CHƯƠNG TRÌNH GIA CÔNG BẰNG PROWILD FIRE2.0 30
Chi tiết được chọn chính là khuôn ép mẫu nhựa, mẫu nhựa là chén đựng gia vị
Hình 2.1: Chén nhựa đựng gia vị
Theo thực tế chén đựng gia vị được sản xuất từ vật liệu nhựa là ABS
( Acrylon Butadiene Styrence Plastics) Đây là loại vật liệu nhựa có độ bền trung bình, giá thành không cao, thuộc loại nhựa dẻo.
Cấu tạo của ABS bao gồm ba đơn phân tử: Acrylonnitrile, Butadiene và Styrene Acrylonnitrile đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra tính cứng và khả năng bền với nhiệt độ cũng như hóa chất Styrene góp phần vào tính dễ gia công và độ bền của vật liệu, trong khi Butadiene mang lại độ dẻo, độ dai và khả năng chịu va đập cho ABS.
Hình 2: Cấu trúc vật liệu ABS
Theo thông số kỹ thuật tra bảng thì vật liệu ABS có độ co rút là 0 4 %– 0.7%
Và mật độ là 1,06 g/cm2.
Khi thiết kế khuôn, cần chú ý đến độ co rút của vật liệu nhựa để đảm bảo sản phẩm sau khi đúc đạt yêu cầu Các vật liệu thông dụng, giá rẻ có độ cứng khoảng 30HRC, dễ gia công Tùy thuộc vào yêu cầu của sản phẩm và khách hàng, có thể lựa chọn các vật liệu khác như SKD11, SKD6.
Để đáp ứng yêu cầu kỹ thuật về việc đúc khay xà phòng bằng vật liệu ABS với độ bóng cao, tôi đã chọn vật liệu SKD11 để làm khuôn đúc.
Khuôn được thiết kế để tiếp xúc với vật liệu nhựa nóng chảy ở nhiệt độ từ 150 đến 200 độ C Nó có khả năng chịu áp lực trung bình và tải trọng va đập nhỏ, với độ cứng của vật liệu nhựa khi nguội đạt 20HB Vì vậy, thép SKD11 được lựa chọn làm vật liệu cho khuôn.
Các đặc điểm kỹ thuật của khuôn:
- Có độ cứng là 230 ÷ 300 HB
- Độ bền thấp do độ thấm tôi nhỏ, độ bền 750 ÷ 850MN/m 2
- Rẻ và có tính công nghệ tốt.
- Thành phần hóa học của thép SKD11.
Bảng 1.1: Thành phần hóa học của thép SKD11
3.Qui trình làm khuôn thực tế
1 Khuôn động áp vào khuôn tĩnh ở mặt phân khuôn
2 Bơm nhựa vào lòng khuôn
3 Mặt phân khuôn tách ra
Cấu trúc của Slide nghiêng tạo một góc alfa từ 5 đến 20 độ so với hướng rút khuôn, giúp trong quá trình đẩy, khi hai tấm đẩy nâng lên một đoạn L, đầu của slide nghiêng sẽ dịch chuyển ngang một đoạn x = L * tan(alfa), từ đó hỗ trợ việc cởi phần under cut Dưới chân của Slide nghiêng có một con trượt chuyển động ngang, giúp cho chuyển động diễn ra một cách trơn tru.
4 Thiết kế làm chén đựng gia vị bằng ProEngineer WireFi: (Mold Design)
Bước 1: Tạo chi tiết bằng cách đưa mẫu vẽ vào vùng làm việc Chọn File, sau đó chọn New để mở hộp thoại New Tiếp theo, chọn Manufacturing và chọn Mold cavity Cuối cùng, trong hộp name, hãy đặt tên cho khuôn.
Để thiết lập đơn vị, hãy vào mục Setup/Units, chọn mmNs, sau đó nhấn Set/Ok/Close/Done Tiếp theo, trong hộp đơn MOLD, chọn Model và chọn Assamble, sau đó chọn chi tiết cần thiết để làm khuôn Sau khi hoàn tất việc chọn chi tiết, nó sẽ xuất hiện trong vùng làm việc.
Bước 2: Tạo phôi khuôn (Khuôn đúc sẽ có kích thước 70x70x40)
Chọn Mold > Create > Reference Mold > WorkPiece chọn Manual xuất hiện hộp thoại Component create Đặt tên cho Phôi
Chọn Solid > Extrude > Solid > Done > Both Side > Done
Chọn mặt phẳng vẽ phác họa Và tạo được khối hộp bao chi tiết.
Bước 3: Tạo mặt phân khuôn
Mold > Partsurf > Create Xuất hiện cửa sổ, nhập tên cho mặt phân khuôn và nhấn Ok Tiếp theo, chọn Add > Flat và chuyển sang chế độ sketch để vẽ mặt phân khuôn trùng với khung của khuôn đúc.
Bước 4: Tính toán kích thước lòng khuôn theo hệ số co rút
Như phân tích ở trên, do vật liệu nhựa có tính co rút nên ở đây ta phải tính đến hệ số co rút khi thiết kế phôi.
Từ Part > Mold > Shinkage > chọn mẫu vẽ (Tức là chi tiết cần đúc), chi tiết sẽ thành màu đỏ Chọn By dimension > set/reset
Chọn All Dims > Shink Ratio > Before Rels
Nhập giá trị co rút vào rồi nhấn Enter > chọn Done
Như vậy ta đã thay đổi được độ co rút.
Menu Mold > Chọn Mold Comp
Từ thực đơn Mold Comp chọn Extract
Xuất hiện hộp thoại Creat Mold Component chọn Khuôn trên và Khuôn dưới
Từ Menu Mold chọn Mold Opening chọn tiếp Define Step =>Define Move Chọn Pick rồi nhấp vào nữa khuôn trên sau đó chọn Done Sel.
Chọn cạnh chiều để tách khuôn Nhập giá trị cần dịch chuyển 100 Chọn Done move
Sau tất cả các bước trên ta sẽ có được kết quả như sau:
Hình 2.3: Khuôn trên chén nhựa đựng gia vị
- Sơ đồ hình vẽ tách khuôn trên và khuôn dưới như sau:
Hình 3.2: Phôi dùng để gia công khuôn trên chén đựng gia vịKích thước phôi: L x W x H = 70mm x 70mm x 40mm
CHƯƠNG III LẬP QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG
3.1 Phân tích khả năng công nghệ để gia công chi tiết
Trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối, quy trình công nghệ được thiết kế theo nguyên tắc phân tán hoặc tập trung nguyên công Mỗi máy thực hiện một nguyên công, do đó quy trình công nghệ được chia thành các nguyên công đơn giản với thời gian nhịp đồng nhất hoặc là bội số của nhiều.
Theo nguyên tắc chung của nguyên công, quy trình công nghệ được thực hiện tự động trên máy phay CNC EMCO Mill 155 Dựa vào nguyên tắc này, chúng ta có thể phân loại các phương án gia công theo những đặc điểm cụ thể.
- Nguyên công: khuôn trên chén đựng gia vị
- Dạng sản xuất: hàng khối
- Gia công nhiều vị trí
- Gia công bằng loại dao
Phương pháp gia công tuần tự là hình thức sản xuất hàng loạt vừa, giúp chuyên môn hóa cao và nâng cao năng suất trong điều kiện Việt Nam Đường lối công nghệ phù hợp là phân tán nguyên công, sử dụng máy CNC kết hợp với đồ gá chuyên dụng và các máy chuyên dùng để chế tạo Cần gia công khuôn trên của chi tiết chén đựng gia vị từ vật liệu thép C45, với độ cứng từ 180 đến 320 HB và độ bóng Ra = 0.5um (Rz = 3.2) Dựa theo bảng 4, các phương pháp gia công sẽ được lựa chọn phù hợp.
Chọn phương pháp gia công là phay thô và phay tinh
3.2 Lựa chọn máy và nêu các thông số kỹ thuật của máy
Sau khi xác định phương pháp gia công và đồ gá, việc chọn máy là bước tiếp theo Đối với phần sơ bộ của phôi, sử dụng máy đa năng như máy phay cơ hoặc máy bào là hợp lý Đối với những phần khó, như khuôn phay, máy phay CNC là lựa chọn tối ưu Quyết định chọn máy phụ thuộc vào độ chính xác và độ bóng bề mặt gia công Máy phay CNC Mill 155 của hãng Emco đến từ Áo được lựa chọn vì những đặc điểm nổi bật của nó.
- Kích thước máy phù hợp với kích thước của chi tiết gia công
- Máy Mill 155 là loại máy CNC Milling 4 trục có thể gia công được các chi tiết có hình dạng 3D
- Máy đảm bảo được năng suất gia công.
- Có nhiều ưu điểm so với các máy thông thường điều khiển bằng tay nhờ thực hiện bằng cách nạp chương trình từ máy vi tính vào máy.
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của máy
Bearing, font bearing spindle bearing radius 80mm
T-stations:number/width/distance 3/12 mm/45 mm
Asynchronous AC motor, power 2.5 or 4 kW
Positioning variation acc to VDI 3441(X axis) 0.003 mm
Positioning variation acc to VDI 3441(Y axis) 0.003 mm
Positioning variation acc to VDI 3441(Z axis) 0.004 mm
Tool system drum turret with directional logic
Number of tool holding fixtures 10
Tool holding fixture similar DIN 2079, SK 30
Main spindle lifetime grease lubrication
Connection load of the machine 5 kVA
Max pre-fuse of the machine 20 A
Fully enclosed working area, axis overtravel
Limit swiches, door limit switch,
Emergency-off swich CE-complaint
3.3 Lựa chọn thứ tự các nguyên công
Bảng 3.3: Phương án chọn các nguyên công
Thứ tự Bước Tên bước gia công
2 Bước 2 Phay thô mặt khuôn
3 Bước 3 Phay bán tinh mặt khuôn
4 Bước 4 Phay tinh mặt khuôn
Lựa chọn dao phù hợp cho từng bước công nghệ hoặc từng nguyên công
Sau đây là hình vẽ cụ thể và chi tiết các loại dao hãng MISUBISHI.
Bảng 3.5: Tên các dao phay
Angle milling cutter Dao phay góc
Cylindrical milling cutter Dao phay mặt trụ
Disk-type milling cutter Dao phay đĩa
Dove-tail milling cutter Dao phay rãnh đuôi én
End Mill Dao phay ngón
Face milling cutter Dao phay mặt đầu
Form-relieved cutter Dao phay hớt lưng
Gang milling cutter Dao phay tổ hợp
Helical tooth cutter Dao phay răng xoắn
Inserted-blade milling cutter Dao phay răng ghép
Key- seat milling cutter Dao phay rãng then
Plain milling cutter Dao phay đơn
Right-hand milling cutter Dap phay răng xoắn phải Single-angle milling cutter Dao phay góc đơn
Sliting saw, circular saw Dap phay cắt đứt
Slot milling cutter Dao phay rãnh
Shank-type cutter Dao phay ngón
Stagged tooth milling cutter Dao phay răng so le
T-slot cutter Dao phay rãnh chữ T
Three-side milling cutter Dao phay đĩa 3 mặt cắt
Two-lipped end mills Dao phay rãnh then
3.5 Chọn dao cho từng bước gia công:
Dao APX3000R325SA32SA , Hãng dao Mishubishi Hình vẽ :
Bước 2: Phay thô mặt khuôn
Chọn dao APX3000R162SA16S , Hãng dao Mishubishi Hình vẽ :
Bước 3: Phay bán tinh mặt khuôn
Chọn dao cắt VF2SDBR0400 Ball Nose của hãng dao Mishubishi, hình vẽ:
Bước 4: Phay tinh mặt khuôn
Chọn dao cắt VF2SDBR0200S04 Ball Nose của hãng dao Mishubishi, hình vẽ:
3.6.1 Cơ sở lựa chọn tính toán và thông số cắt:
V f = f z n Z n (mm/phút) + Tốc độ quay trục chính:
Tốc độ quay trục chính: n = (vòng/phút)
1 Chọn dao cắt: APX3000R323SA32SA , Hãng dao Mishubishi
Tra bảng Datasheet của dao có được:
L1@mm, L7mm, L8=5.6mm, D8=9mm, W1=8,4mm;
Chọn thép dụng cụ dao có độ cứng 300HB (Độ cứng từ [180÷350]HB)
Vận tốc cắt: Vc0(m/phút ), Fz=0,1 (mm/răng)
2 Chế độ cắt như sau:
Công thức tính n = = = 1592 (vòng/phút)
Suy ra lượng chạy dao Vf = n Fz Z = 1600 0,1.5 = 800 (mm/phút)
Chiều sâu bề mặt cắt: Ap = (0,05÷ 0,1)D1 = 0,05D1=1,6mm
Chiều rộng bề mặt cắt: Ae = 0,5 D1 mm
Lượng dư gia công thô: 3,5mm
Lượng dư gia công tinh: 0,5mm
3.6.3 Bước 2: Phay thô mặt khuôn
Tra bảng Datasheet của dao có được:
D 1 mm (Đường kính từ [28÷100mm])
L 1 Hmm, D 4 =8,5mm, L 2 0mm, D 5 mm, H 1 mm, L 11 =6mm
Chọn thép dụng cụ dao có độ cứng 300HB (Độ cứng từ [180÷350]HB)
2 Chế độ cắt như sau:
Công thức tính n = = = 3185 (vòng/phút)
Suy ra lượng chạy dao V f = n F z Z = 3185 0,1.2 = 637 (mm/phút)
Chiều sâu bề mặt cắt: A p = (0,05÷ 0,1)D 1 = 0,05D=0,8mm
Chiều rộng bề mặt cắt: A e = 0,5 D 1 = 8 mm
Lượng dư gia công thô:10 mm
3.6.4 Bước 3: Phay bán tinh mặt khuôn
Chọn dao cắt VF2SDBR0400 Ball Nose của hãng dao Mishubishi, hình vẽ:
Tra bảng Datasheet của dao có được
Z = 2 răng, D1 = 8 mm, D5 = 7.85 mm, D4 = 8 mm, R = 4 mm,
Ta có chế độ cắt như sau:
Số vòng quay trục chính n = 12000 (vòng/phút)
Vận tốc cắt: Vc = 2,2( m/ phút), Fz = 0,06(mm/răng)
Vf = Fz.Z.n = 0,06 12000.2 = 1440(mm/phút) ap (Chiều sâu mỗi lần cắt) = 0,8mm ae (Chiều rộng mỗi lần cắt ) = 2,4mm
Lượng dư gia công tinh: 3mm
3.6.5 Bước 4: Phay tinh mặt khuôn
Chọn dao cắt VF2SDBR0200S04 Ball Nose của hãng dao Mishubishi, hình vẽ:
Tra bảng Datasheet của dao có được
Z = 2 răng, D1 = 4 mm, D5 = 3.9 mm, D4 = 4 mm, R = 2 mm,
Với điều kiện phay tinh nên chọn vật liệu cắt (-45HRC)
Ta có chế độ cắt như sau:
Số vòng quay trục chính n = 15000 (vòng/phút)
Vận tốc cắt: Vc = 2,2( m/ phút), Fz = 0,06(mm/răng)
Vf = Fz.Z.n = 0,06 15000.2 = 1800(mm/phút) ap (Chiều sâu mỗi lần cắt) = 0,25mm ae (Chiều rộng mỗi lần cắt ) = 0,7mm
Lượng dư gia công tinh: 1mm
QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG GIA CÔNG 37
Khởi động chạy chương trình Pro/Engineer Wild fire 5.0
Chọn thư mục làm việc là D:/Doancadcamcnc bằng cách chọn File> Set Working Derectory.
To create a new file, navigate to File > New, select Manufacturing in the Type dialog, and choose NC Assembly in the Sub-type dialog Name the program "Doan" in the Name field, uncheck the Use default template option, and click Ok Then, select the unit as mmns_part_solid and click Ok again.
+ Từ menu Manager > Pick chuột chọn Assemble Reference Model để nhập chi tiết cần gia công (chi tiết được nhập từ module Part la file khuontren.prt)
+ Pick chọn Automatic>Default để thực hiện lệnh và viết kết quả như bên dưới
+ Pick chọn Done/ Return để đóng cửa sổ component lại Đến đây ta thực hiên thành công nhập chi tiết gia công.
+Pick chọn Options nhập giá trị offset trục +Y lên +4mm, lượng dư cần gia công, kết quả, ta được như sau:
Pick chọn , ta được phôi cần gia công với kích thước 70x70x40
Sau khi thiết lập phôi cho chi tiết gia công, bước tiếp theo là chọn máy và hệ trục tọa độ để lập trình cho quá trình gia công NC.
Chọn trục tọa độ như sau:
+ Từ hộp thoại Manufacture > Pick chọn Mfg Setup để chọn máy gia công, chương trình gia công, điểm lùi dao. giacongdoan Hình vẽ
- Pick chọn biểu tượng… để chọn máy NC, lúc này hệ thống sẽ trình bày như sau Hình vẽ
- Chọn máy phay Mill155 của hãng Emco, số trục là 3 Hình vẽ
Pick chọn Apply > Ok thoát khỏi Machine tool setup
Pick chọn biểu tượng Machne Zero để xác định điểm 0 cho máy.(gốc tọa độ chương trình là ACS1)
Pick chọn Retract nhập giá trị giãn nở vật liệu:
Sau khi chọn máy xong ta tiến hành chọn Tool và chế độ gia công…
Bước 1: Chọn chế độ gia công Face:
Pick chọn vào biểu tượng ở mục retract để xác định điểm lùi dao Pick Along Z axis
> Nhập khoảng cách 5mm Chọn Ok > Done return
+ Thiết lập chế độ cắt gọt cho quá trình gia công
Từ cửa sổ Manufacture > Pich chọn Machining> NC Sequence > Volume > Done Pick chọn name, tool, parameter, surface> Done
Chọn dao là T0001, dao phay dao End mill, đường kính dao 32mm, chiều dài
100mm Pick chọn Apply> Ok thoát khỏi hộp thoại khai báo dao. thúc quá trình gia công Chọn playpath > Screenplay được quả gia công như sau:
Hình 5.2: Mô phỏng đường chạy dao
Hình 5.3: Mô phỏng 3D phay mặt đầu
Mô phỏng đường chạy dao trong bước phay thô mặt khuôn sử dụng chế độ gia công Roughing với dao End mill có đường kính 16mm.
Hình vẽ nguyên công phay 3D:
Mô phỏng đường chạy dao trong bước phay bán tinh mặt khuôn được thực hiện với chế độ gia công Local milling, sử dụng dao ball mill có đường kính 8mm.
Sản phẩm khuôn sau khi gia công tinh mô phỏng 3D
Mô phỏng đường chạy dao trong bước phay bán tinh mặt khuôn được thực hiện tương tự như chế độ gia công Surface Mill, sử dụng dao ball mill có đường kính 4 mm.
Sản phẩm khuôn sau khi gia công tinh mô phỏng 3D
CHƯƠNG V LẬP CHƯƠNG TRÌNH GIA CÔNG
Chương trình gia công khuôn trên được lập trình tự động bằng phần mềm Pro engineer Wild fire 5.0
Tiến hành các công việc như sau:
Từ menu machining chọn CL Data Chọn NC Sequence > Chọn file “Liên kết các phay” Ý nghĩa các tùy chọn như sau:
Display: Cho chạy mô phỏng
Rotate: Xoay hệ trục tọa độ
Select File to open the Output Type menu Accept the default settings for CL File and interactive, then click Done A Save a Copy window will appear; enter a new name in the designated field.
Từ model tree nhấn giữ phím Ctrl và chọn các đường chạy dao cần xuất, sau đó chọn Play Path, chọn File > Save As MCD
Chọn Output > chọn định dạng dữ liệu xuất là UNCX01.P14 > Close File
“chuongtrinh” là file NC Chương trình này đọc bằng chương trình Notepad phân đầu và cuối chương trình).
[1] Sử dụng prowirefire 2.0 lập trình máy CNC
NXBGiao thông vận tải 2000 TS Nguyễn Văn Yến, Ngô TấnThống
[2] Làm quen Pro wildfire,ứng dụng lập trình máy CNC Lê Trung Thực
[3]Datasheet các loại dao phay của Mistubishi
[4]Thiết kế đồ án Công nghệ chế tạo máy
NXB Khoa học kỹ thuật 2000 Chủ biên GS.TS.Trần Văn Địch [5]Sổ tay công nghệ chế tạo máy(2004) Chủ biên GS.TS.Trần Văn Địch