đồ án cadcam - gia công trục gá dao bằng phần mềm mastercam x4

Ý tưởng về sự phát triển điều khiển số Numerical control = NC cho máy công cụ được hình thành năm 1949 – 1950 tại học viện công nghệ Massachusetts Massachusetts Institute of Technology C

Ý tưởng về sự phát triển điều khiển số (Numerical control = NC) cho máy công

cụ được hình thành năm 1949 – 1950 tại học viện công nghệ Massachusetts

(Massachusetts Institute of Technology Cambridge, USA).Vì nhiệm vụ của không lực

Hoa Kỳ cần chế tạo những chi tiết quan trọng của những máy bay lớn từ vật liệu đồng nhất hơn là dùng đinh tán hay hàn các vật liệu lại với nhau

Khi gia công những chi tiết lớn có biên dạng phức tạp với kỷ thuật thông thường, thì thời gian gia công rất lớn và chi phí sản xuất cao Do đó sau một thời gian nguyên cứu, biên dạng gia công của những chi tiết lớn có thể dể dàng được thay thế bởi các chức năng toán học và người ta đã quyết định chế tạo một bộ điều khiển để điều khiển một máy phay dựa trên cơ sở này

Hiện nay ở các nước trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng cũng đã ứng dụng công nghệ này vào trong các nhà máy, xí nghiệp,cơ quan, tổ chức, trường học, nhằm mục đích tạo ra các sản phẩm chính xác,rút ngắn thời gian gia công, đồng thời tạo điều kiện cho kỷ sư, công nhân, sinh viên tiếp cận được với công nghệ gia công cao, tiếp cận được với nền văn minh của thế giới

Đồ án công nghệ CAD/CAM là một đồ án môn học không thể thiếu trong chương trình đào tạo kỷ sư cơ khí chế tạo máy Đồ án này được hình thành dựa trên các môn cơ sở nghành đã học như Công nghệ chế tạo máy , Lập trình CNC, Vật liệu

kỷ thuật, Kỷ thuật đo, Nguyên lý cắt và dụng cụ cắt, Máy công cụ, Công nghệ kim loại,… Vì vậy đồ án CAD/CAM là một đồ án không những tổng hợp các môn cơ sơ nghành đã được học mà nó còn cho ta các phương pháp gia công tối ưu nhất

Đề tài của em là “ Thiết kế - Mô phỏng gia công chi tiết trục gá dao”.Dưới sự

hướng dẫn tận tình của thầy Trần Ngọc Hải đã giúp em hiểu rỏ hơn về nhiều vấn đề chế tạo máy nói riêng và tìm hiểu khoa học nói chung.Hiện nay đồ án của em đã hoàn thành nhưng trong quá trình làm chắc chắn không khỏi tránh được những thiếu sót,kính mong thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để tạo tiền đề cho công việc sau này

Em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Ngọc Hải và các thầy cô trong bộ môn chế tạo máy đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này

Sinh viên thực hiện

Cao Thanh Khánh

CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ CHI TIẾT

I.1: Lựa chọn chi tiết:

Hiện nay trong các bộ phận máy móc thiết bị hầu như không thể thiếu trục, trục không những làm nhiệm vụ là đỡ các chi tiết lắp ghép, truyền mô men cho các cơ cấu

mà nó còn dùng để gá những con dao phía trên trục đó, nhằm tạo điều kiện cho cơ cấu máy được đơn giản,gọn nhẹ.Do đó chi tiết trục được cho là quan trọng hơn cả,vì vậy gia công trục là một yêu cầu cần thiết

2x45 o

2 bên

3x1,1

359 105

490

2,5x45o

6-M8

R2

R4

A

A

1,25

1,25

1,25

2x0,5

1,25

1x45 o

2 bên

R2

3x1,1

R2

1x45o

9 ° 27,+-40

,

15

3

Hình 01: Bản vẽ chi tiết của chi tiết cần gia công

I.2: Phân tích kỷ thuật và điều kiện làm việc của chi tiết:

1.1.a: Phân tích yêu cầu kỷ thuật của chi tiết

Trục gá dao làm việc trong môi trường chịu tải trọng tĩnh và va đập tương đối cao,

bề mặt chịu mài mòn lớn Vì vậy chế độ nhiệt luyện chúng là tôi và ram cao ( nhiệt luyện hóa tốt).Do đó ta có thể chọn thép C45 để chế tạo trục này

Độ không đồng tâm giữa mặt côn và các mặt trụ Ø30, Ø40 ≤ 0,02mm

Độ không vuông góc giữa vai trục với mặt trụ Ø40 ≤ 0,03/100mm

Độ cứng của chi tiết sau khi nhiệt luyện đạt (55÷60)HRC

Trục được chế tạo từ thép C45, có đặc tính như sau:

%C %Si %Mn %S %P %Ni %Cr Cơ tính sau thường hóa

δb(Mpa) ζ % Ψ

%

HB

0,4-0,5

0,17-0,37

0,5-o,8

0,045 0,045 0,3 0,3

580 19 40 217

- Bề mặt côn có độ nhám Ra = 1,25 để gá đặt các chi tiết khác trên đó

- Bề mặt Ø24 chiều dài l = 8 mm có độ nhám Ra = 1,25 để đặt ổ đỡ trên đó

- Bề mặt Ø30 có 3 rãnh then để lắp moayơ truyền mômen xoắn

- Vai trục Ø80 có độ nhám Ra = 1,25 trên đó có 6 lỗ ren M8

- Ngoài ra còn có ren để ghép các chi tiết khác trên các đoạn trục Ø24, Ø45

Trục làm việc trong môi trường chịu tải trọng tĩnh và va đập tương đối cao, bề mặt chịu mài mòn lớn.Vì vậy chế độ nhiệt luyện chúng là tôi và ram cao (nhiệt luyện hóa tốt) Do đó ta có thể chọn thép C45 để chế tạo trục này

1.1.c: Chọn phần mềm để thiết kế và gia công

Hiện nay có nhiều phần mềm để thiết kế và gia công các chi tiết, mỗi phần mềm có một tính năng ưu việt riêng của nó.Có những phần mềm thì thiết kế rất mạnh nhưng không có tính năng gia công như solid word, inventor, Có những phần mềm kết hợp

cả hai phần thiết kế và gia công như Proengineer, Mastercam,…Việc chọn phần mềm nào để thiết kế và gia công là tùy thuộc vào yêu cầu của mỗi sinh viên

Ở đây, đồ án cad/cam này thì dùng kết hợp hai phần mềm đó là Proengineer và Mastercam.Vì những lý do sau đây mà phải dùng như vậy:

- Phần mềm Proenginer thì thiết kế tương đối mạnh hơn Mastercam,nhưng so với Mastercam thì proengineer gia công không bằng Mastercam

- Giữa hai phần mềm này có sự tương quan tương thích trao đổi các tệp tin với nhau rất hiệu quả

- Việc xuất mã lệnh bên proengineer thì khó khăn hơn Mastercam, Proengineer thì phải qua tệp trung gian còn Mastercam thì xuất trực tiếp

Vậy việc kết hợp hai phần mềm này là một lợi thế, nhằm mục đích cuối cùng là thiết kế và gia công chi tiết một cách nhanh chóng, tiết kiệm dược thời gian

1.1.d.Nghiên cứu kết cấu cho chi tiết gia công

Trục có chiều dài khá lớn l = 490 mm , với kết cấu như hình vẽ ta có thể gia công các bề mặt trụ bằng dao tiện thường (dùng dao tiện trơn và dao tiện cắt đứt)

Đoạn vai trục có đường kính thay đổi đột ngột trên chiều dài ngắn,hình dạng chi tiết khá phức tạp vì vậy ta dùng phôi dập sẽ đảm bảo chỉ tiêu tiết kiệm vật liệu

Đoạn trục Ø24 chiều dài l = 40mm không lắp ghép ta tiện thô đạt cấp chính xác IT

11 là đạt.Những bề mặt yêu cầu độ nhám cao như chỗ lắp ổ lăn, lắp moayơ sau khi nhiệt luyện sẽ được mài tinh

Gia công các đoạn ren trên trục ta có thể dung tiện ren, bàn ren hoặc dùng dao tiện ren lược, các ren…sẽ nghiên cứu sau

Gia công rãnh then bằng dao phay ngón có mặt đầu cắt được sẽ tăng năng suất gia công.Lúc đó trục được định vị trên khối V hoặc lỗ tâm

Gia công đoạn côn yêu cầu độ chính xác cao

Kích thước đường kính các cổ trục giảm dần về hai đầu đảm bảo tính công nghệ Các bề mặt còn lại độ nhám Rz20 do đó không khó khăn khi gia công

I.2 Định dạng sản xuất

Số lượng chi tiết được sản xuất trong một năm : N= 600 (chiếc/năm)

Trọng lượng của chi tiết được áp dụng theo [1]

Q1= V.γ (kG) (3.1) Với vật liệu là thép có γ = 7,852 kG/dm3

Thể tích của chi tiết :

V = л.122.91 + л.152.79 + л.202.243 + л.22,5 2 37 + л.402.10 + л.17,52.30 - 6 л.72.10 – 3.8.4,5.50 = 0,526.106(mm3) = 0,526 (dm3) Vậy trọng lượng của chi tiết :

Q1 = 7,852 0,526 = 4.13 (kG) Tra bảng 2 [1] xác định được dạng sản xuất hàng loạt lớn

I.3.Chọn lựa phương pháp chế tạo phôi:

Muốn chế tạo một chi tiết đạt yêu cầu kỹ thuật và chỉ tiêu kinh tế, ta phải xác định kích thước phôi và chọn phôi hợp lý.Vật liệu phôi và phương pháp tạo phôi có ảnh hưởng lớn đến lượng dư gia công , quy trình công nghệ do đó ảnh hưởng trực tiếp đến yêu cầu kỹ thuật, và hiệu quả kinh tế Vật liệu chế tạo trục đòi hỏi có cơ tính cao, ít tập trung ứng suất, có thể nhiệt luyện được, dễ gia công, cơ tính đồng đều

I.3.a.Xét phôi thanh:

Chi tiết gia công có đường kính thay đổi kích thước đột ngột và có sự chênh lệch lớn nên khi gia công sẽ cắt bỏ lượng dư lớn điều này không đảm bảo chỉ tiêu tiết kiệm vật liệu, nhưng trên máy cnc thì gia công rất nhanh.Vì vậy phôi thanh sẽ đạt yêu cầu

I.3.b.Xét phôi rèn:

 Rèn tự do : Với đầu tư thấp trang thiết bị đơn giản nhưng độ chính xác phụ thuộc vào tay nghề người công nhân thời gian gia công lâu phù hợp với sản xuất loạt nhỏ đơn chiếc

-Ưu điểm : Có tính tương đối tốt, tổ chức kim loại bền chặt, chịu uốn chịu xoắn tốt

- Nhược điểm : năng xuất không cao, tiêu hao nhiều năng lượng, vật liệu, hiệu quả thấp, điều kiện lao động cực nhọc, hay bị biến cứng lớp bề mặt, lượng dư lớn

 Phôi rèn khuôn : Phôi có độ chính xác cao hơn phôi rèn tự do, lượng dư gia công nhỏ, độ bóng cao, năng xuất cao hơn, giảm phế phẩm và độ chính xác phôi cao phù hợp với sản xuất lớn nhưng chế tạo khuôn phức tạp thiết bị đòi hỏi vốn lớn

- Rèn trong khuôn kín : Thường áp dụng cho vật rèn có hình dáng phức tạp

- Rèn trong khuôn hở : Sản phẩm thường rèn từ phôi cán cho độ bóng và độ chính xác cao

kiện làm việc của chi tiết.Mặc khác việc đúc thép sẽ gặp rất nhiều khó khăn về tính khả thi Vì vậy phôi đúc sẽ không đạt yêu cầu

I.3.d.Xét phôi dập:

Dựa vào các yêu cầu kỹ thuật trên, phôi dập có khả năng chế tạo được những chi tiết có hình dáng phức tạp, dễ cơ khí hóa, tự động hóa,do đó phôi sẽ có hình dáng gần giống chi tiết cần gia công Với phôi dập hiện tượng xuất hiện ứng xuất dư gần như không, về cơ tính thì tạo ra các thớ cơ uốn dọc theo chi tiết nên chi tiết có cơ tính cao hơn đối với các phương pháp khác

Trước khi thực hiện quá trình dập nóng kim loại ta phải làm sạch kim loại, chọn chế độ nhiệt luyện và thiết bị nung nóng

Có nhiều phương pháp làm sạch bề mặt kim loại như:thổi sạch bàng ngọn lửa (có thể nung nóng hoặc không nung nóng).Làm sạch bằng đá mài hay bằng ngọn lửa Dập nóng thực hiện trên máy dập hoặc máy ép,trong khuôn kín hoặc khuôn hở Để nâng cao độ chính xác kích thước và chất lượng bề mặt chi tiết người ta dùng khuôn dập bán chịu nhiệt nhờ đó hạn chế được việc tạo vẩy

Phôi sau khi chế tạo xong chất lượng bề mặt tương đối xấu , hình dáng hình học có nhiều sai lệch như méo , ôvan, côn….Nếu ta đưa phôi sau khi chế tạo xong vào gia công chi tiết ngay thì sai số in dập của phôi lên chi tiết gia công sẽ lớn, phải gia công nhiều lần mới đảm bảo yêu cầu của chi tiết.Vì vậy ta phải gia công chuẩn bị phôi bao gồm: làm sạch, nắn thẳng phôi, gia công phá

Do đo với máy cnc thì ta nên chọn phôi thanh là đạt được yêu cầu nhất ví trên một nguyên công máy có thể làm được nhiều việc từ tiện đến khoan tạo ren.Vậy ta chọn phôi thanh để gia công chi tiết trục này

I.4: Thiết kế chi tiết

Ta sử dụng phần mềm proengineer 4.0 để thiết kế chi tiết này:

Các bước thiết kế chi tiết như sau:

a) Quan sát chi tiết ta thấy chi tiết dài 490 mm, dạng tròn xoay, do đó ta sẽ dùng lệnh revolve để dựng hình

Kích chọn revolve → palacement → define → chọn bất kỳ mặt phẳng nào ( ở đây chọn mặt Front) → sketch

Khi đã hiện ra mặt phẳng vẽ phác ta chọn lệnh centerline để vẽ đường tâm và tiếp tục sử dụng lệnh line để vẽ nữa tiết diện kín rồi kích chọn ok

Khi đã xong chúng ta tạo 6 lỗ, sử dụng lệnh extrude để tạo lỗ trơn có đường kính 5,4 mm bằng cách đùn rồi cắt, sau đó gia công ta rô để có lỗ ren 8 mm Ở đây không làm một lần 6 lỗ vì nếu làm như vậy thì góc độ chia vòng tròn ra 6 phần sẽ có sai số,đục một lỗ trước, khi đã hoàn thành chúng ta sử dụng lệnh parten để nhân đôi số lượng lên là 6 lỗ.Trong quá trình làm thì phải canh me sao cho có thể chọn đường tâm làm chuẩn(trục để quay),tránh chọn đường kính của khối tròn lớn làm chuẩn,nếu làm như vậy thì chắc chắn rằng trong quá trình làm sẽ có sai lệnh, điều đó dẫn đến sai về lỗi thiết kế, cũng sẽ dẫn đến lập trình gia công trên máy cũng có sự chênh lệch

Các thông số của cách tính bước ren:

Hình 02: Các thông số của bước ren

Hiện nay chúng ta chủ yếu dùng ren hệ mét, chiều cao ren tính bằng đường cao của tam giác đều, với cạnh của tam giác đều là bước ren

Cuối cùng chúng ta có chi tiết như sau:

Hình 03: Chi tiết sau khi thiết kế xong

CHƯƠNG II: LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI

TIẾT

II.1 : Phân tích khả năng công nghệ để gia công chi tiết

Với chi tiết dạng trục thì thường gia công chúng theo phương pháp tiện

2x45 o

2 bên

3x1,1

359 105

490

2,5x45o

6-M8

R2

R4

A

A

1,25

1,25

1,25

2x0,5

1,25

1x45 o

2 bên

R2

3x1,1

R2

1x45o

9 ° 27,+-40

,

15

3

Hình 04: Bản vẽ chi tiết trục gá dao

Chi tiết trục bậc, có ren, có then và có khoan 6 lỗ,đối với chi tiết như thế này thì theo phương pháp gia công truyền thống rất nhiều nguyên công, nhưng đối với máy cnc thì chúng ta có thể chia chúng thành 2 nguyên công

Nguyên công thứ nhất gồm có 7 bước, cụ thể như sau:

Hình 05: cách gá đặt nguyên công 01

+ Tiện thô đoạn trục

+ Tiện tinh đoạn trục

+ Tạo ren

+ Tạo rãnh thoát dao

+ Phay phân độ 3 rãnh then, mỗi góc 120o

+ Khoan 6 lỗ với đường kính 5,4 mm

+ Ta tô ren có đường kính 8mm

Nguyên công thứ hai đơn giản hơn nguyên công 01, cụ thể như sau:

+ Tiện thô đoạn trục

+ Tiện tinh đoạn trục

+ Tạo ren

+ Tạo rãnh thoát dao

Như vậy với hình dáng hình học của chi tiết, độ chính xác, độ bóng bề mặt và vật liệu của chi tiết thì ta có thể chia chi tiết đó ra làm 2 nguyên công như dã nói ở trên

II.2: Lựa chọn máy và nêu các thông số kỷ thuật của máy

Như đã nói ở trên thì chi tiết này chủ yếu là tiện, có một phần phay ( 03 rãnh then) nhưng chúng ta vẫn có thể phay phân độ trên máy tiện

1) Giới thiệu về máy được chọn để gia công

Theo chương trình mastercam và ứng dụng ngoài thực tế thì chúng ta có thể chọn máy tiện 3 trục “c-axis slant bed lathe”

Hình 07: mặt trước của máy “c-axis slant bed lathe”

Hình 08: Vị trí mâm cặp của máy

Hình 09: Mâm cặp đã được gắn dao

Hình 10: Bộ điều khiển của máy tiện “c-axis slant bed lathe”

2) Các thông số kỹ thuật của máy

+ Lượng xoay (swing ) : 670/380 mm

+ Tốc độ khoan (spindel bore) : 86 mm

+ Tốc độ trục chính ( speed) : 3000 rpm

+ Công suất mô tơ ( mtor) : 18,5 KW

+ Trọng lượng ( Weight) : 6,2 tấn

Ngoài ra còn có các thông số

+ Rota NCWF 315/91 chuck

II.3: Lựa chọn thứ tự các bước công nghệ và nguyên công

Với chi tiết dạng trục như thế này, đối với các máy gia công truyền thống thì chọn rất nhiều các nguyên công, nhưng đối với máy CNC thì số nguyên công được đơn giản hơn rất nhiều.Theo như bên công nghệ thì đối với chi tiết như thế này có tổng cộng 12 nguyên công đã bao gồm nguyên công kiểm tra, nhưng đối với máy CNC thì chỉ cần 2 nguyên công là đủ

Nguyên công 01: Tiện thô, tiện tinh, tạo ren, tạo rãnh thoát, phay rãnh then,

và khoan 6 lỗ sau đó ta rô

Bước 01: Tiện Thô

Hình 11: Tiện thô

Bước 02: Tiện tinh

Hình 12: Tiện tinh

Bước 03:

Hình 13: Tiện ren

Bước 04: Tiện rãnh thoát dao

Hình 14: Tiện rãnh thoát dao

Bước 05: Phay 3 rãnh then

Hình 15: Phay rãnh then

Bước 06: Khoan 6 lỗ

Hình 16: Khoan 6 lỗ

Bước 07: Ta rô ren 6 lỗ

Hình 17: Ta rô ren 6 lỗ

Nguyên công 02: Tiện thô, tiện tinh, tiện rãnh thoát dao, tiện ren

Bước 01: Tiện thô

Hình 18: Tiện thô

Bước 02: Tiện tinh

Hình 19: Tiện tinh

Bước 03: Tiện ren lần 01

Hình 20: Tiện ren

Bước 04: Tiện rãnh thoát dao