Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm tạo hình bề mặt tự do với cấu

Cùng với sự phát triển của Khoa học – Công nghệ giá thành các máy điều khiển số CNC ngày càng giảm, điều này tạo điều kiện cho các doanh nghiệp, xưởng sản xuất cơ khí có cơ hội đầu tư cá

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI CAM ĐOAN 4

LỜI CẢM ƠN 5

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 8

MỞ ĐẦU 12

1 Lý do chọn đề tài 12

2 Lịch sử nghiên cứu 13

3 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu 14

4 Nội dung chính 14

5 Phương pháp nghiên cứu 15

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ BỀ MẶT TỰ DO 16

1.1 HÌNH HỌC BỀ MẶT 16

1.1.1 Hình học vi phân của bề mặt 16

1.1.2 Hình học kỹ thuật 22

1.2 MỘT SỐ DẠNG BỀ MẶT TỰ DO THƯỜNG GẶP 28

1.2.1 Bề mặt Bezier 28

1.2.2 Bề mặt bậc 3 Hermite 29

1.2.3 Bề mặt B-Spline 31

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 33

CHƯƠNG 2 - DỤNG CỤ VÀ ĐƯỜNG DỤNG CỤ GIA CÔNG TẠO HÌNH TRÊN MÁY PHAY CNC 34

2.1 GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC 34

2.1.1 Các dạng điều khiển của máy phay CNC 34

2.1.2 Quy trình công nghệ trên máy phay CNC 36

2.1.3 Phương pháp thực hiện nguyên công phay trên máy phay CNC 38

2.2 DỤNG CỤ CẮT 42

2.2.1 Các loại dao phay thường dùng trong gia công bề mặt tự do 42

2.2.2 Ảnh hưởng của hình học dụng cụ đến chất lượng tạo hình trong gia công bề mặt tự do 43

2.3 ĐƯỜNG DỤNG CỤ 48

2.3.1 Các thông số của đường dụng cụ 49

2.3.2 Ảnh hưởng của hình học đường chạy dao đến chất lượng tạo hình trong gia công bề mặt tự do 51

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 54

CHƯƠNG 3 - ỨNG DỤNG CREO 3.0 TRONG MÔ HÌNH HÓA VÀ TẠO HÌNH BỀ MẶT TỰ DO 55

3.1 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM CREO 3.0 55

3.2 CHỨC NĂNG MÔ HÌNH HÓA BỀ MẶT TRONG CREO 3.0 56

3.2.1 Các lựa chọn khi tạo mô hình bề mặt 56

3.2.2 Các thao tác trên bề mặt 58

3.2.3 Các tùy chọn bề mặt cao cấp 58

3.3 CHỨC NĂNG LẬP TRÌNH GIA CÔNG PHAY TRONG CREO 3.0 59

3.3.1 Các khái niệm 59

3.3.2 Các bước lập trình gia công trong Creo 3.0 59

3.3.3 Các lựa chọn phương pháp gia công và thông số công nghệ 60

3.4 THIẾT KẾ MÔ HÌNH MẪU THỰC NGHIỆM BỀ MẶT TỰ DO DẠNG LÕM YÊN NGỰA 67

3.5 THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO MẪU 70

3.5.1 Điều kiện thực nghiệm 70

3.5.2 Thực nghiệm gia công mẫu 71

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 85

CHƯƠNG 4 - KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG TẠO HÌNH 86

4.1 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT NGƯỢC TRONG ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC HÌNH DÁNG HÌNH HỌC (RE) 86

4.1.1 Giới thiệu về kỹ thuật ngược (RE) 86

4.1.2 Phần mềm Geomagic 88

4.1.3 Ứng dụng kỹ thuật ngược (RE) và phần mềm Geomagic trong việc kiểm tra độ chính xác hình học mẫu thực nghiệm 90

4.2 KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ ĐỘ NHÁM 105

4.2.1 Nhám bề mặt 105

4.2.2 Chỉ tiêu đánh giá độ nhám 106

4.2.3 Kiểm tra đánh giá độ nhám mẫu thực nghiệm 109

4.3 ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN 112

KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 114

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 115

TÀI LIỆU THAM KHẢO 117

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Những kết quả nghiên cứu trong luận văn này đảm bảo tính chính xác, trung thực và chưa có tác giả nào công bố Những nội dung tham khảo, trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

Lê Thái Sơn

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện luận văn Thạc sĩ tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp

đỡ của nhiều tập thể và cá nhân Nhân dịp hoàn thành luận văn, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới các tập thể và cá nhân đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Bùi Ngọc Tuyên đã trực tiếp tận tình hướng

dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn Thạc sĩ của mình

Trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, các thầy

cô, công nhân viên chức Viện Sau đại học, Viện Cơ khí đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành nhiệm vụ

Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình cùng bạn bè, đồng nghiệp đã thường xuyên quan tâm, động viên, tạo mọi điều kiện tốt nhất về tinh thần cũng như vật chất cho tôi trong suốt thời gian vừa qua

Do thời gian thực hiện có hạn và kiến thức của bản thân còn nhiều hạn chế, vì vậy luận văn này không thể tránh khỏi có những thiếu sót Rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý và phê bình của các Thầy, Cô và bạn bè

Xin trân trọng cảm ơn!

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

TT Ký

1 CAD Computer Aided Design Thiết kế với sự trợ giúp của

máy tính

2 CAE Computer Aided Engineering Máy tính hỗ trợ kỹ thuật

3 CAM Computer Aided Manufacturing Gia công với sự trợ giúp của

máy tính

4 CFD Computational Fluid Dynamics Tính toán khí động lực học

5 CMM Coordinate Measuring Machine Máy đo tọa độ

6 CNC Computer Numerical Control Máy điều khiển theo chương

trình số

7 EMX Expert Moldbase Extension Module hỗ trợ thiết kế khuôn

nhựa

8 FEA Finite Element Analysis Phân tích phần tử hữu hạn

9 MCAD Mechanical computer aided

design

Thiết kế cơ khí với sự trợ giúp của máy tính

10 NURBS Non-uniform rational B-spline Bề mặt tự do

12 PDX Progresive Die Extension Module hỗ trợ thiết kế khuôn

dập

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 3 1: Thông số máy phay DMC1035V 70

Bảng 3 2: Thành phần hóa học vật liễu mẫu – nhôm hợp kim 7075 71

Bảng 3 3: Thời gian gia công các mẫu thực nghiệm 83

Bảng 3 4: Tổng hợp các kiểu đường dụng cụ sử dụng gia công mẫu thực nghiệm 85 Bảng 4 1: Thông số kỹ thuật cánh tay robot 92

Bảng 4 2: Thông số kỹ thuật của đầu quét 3D 92

Bảng 4 3: Kết quả đo sai lệch hình dáng hình học mẫu số 1 100

Bảng 4 4: Kết quả đo sai lệch hình dáng hình học mẫu số 2 101

Bảng 4 5: Kết quả đo sai lệch hình dáng hình học mẫu số 3 102

Bảng 4 6: Kết quả đo sai lệch hình dáng hình học mẫu số 4 103

Bảng 4 7: Kết quả đo sai lệch hình dánh hình học mẫu số 5 104

Bảng 4 8: Tổng hợp kết quả đánh giá về độ chính xác hình dáng hình học 105

Bảng 4 9: Kết quả đo độ nhám mẫu thực nghiệm 112

Bảng 4 10: Tổng hợp kết quả kiểm tra đánh giá chất lượng tạo hình mẫu thực nghiệm 112

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1 1 Điểm P trên mảnh bề mặt 16

Hình 1 2 Một mảnh bề mặt tham số với các điều kiện biên 18

Hình 1 3 Mặt phẳng tiếp tuyến với bề mặt 20

Hình 1 4 Geodesic của bề mặt 20

Hình 1 5 Ví dụ các bề mặt hình học kỹ thuật 22

Hình 1 6 Phía hở và phía kín bề mặt hình học kỹ thuật 23

Hình 1 7 Ví dụ về bề mặt thực của chi tiết 23

Hình 1 8 Ví dụ một sơ đồ vòng tròn xây dựng cho một vùng bề mặt lồi dạng e lip 25 Hình 1 9 Các sơ đồ vòng tròn các vùng bề mặt trơn, liên tục của bề mặt tự do 26

Hình 1 10 Mười dạng vùng bề mặt cục bộ của bề mặt tự do trơn, liên tục 27

Hình 1 11 Mảnh bề mặt Bezier bậc 3 28

Hình 1 12 Mảnh bề mặt Ferguson 30

Hình 1 13 Mảnh bề mặt B-Spline bậc 3 31

Hình 2 1 Điều khiển điểm - điểm 34

Hình 2 2 Điều khiển đường thẳng 35

Hình 2 3 Điều khiển theo contour 35

Hình 2 4 Vùng gia công khi phay 38

Hình 2 5 Sơ đồ các bước khi phay 40

Hình 2 6 Sơ đồ ăn dao vào chi tiết 41

Hình 2 7 Một số loại dụng cụ cắt thường sử dụng trong gia công bề mặt tự do 42

Hình 2 8 Chiều cao nhấp nhô khi gia công bằng dao đầu cầu 44

Hình 2 9 Sơ đồ xác định chiều cao nhấp nhô khi gia công mặt cong lồi bằng dao đầu cầu 45

Hình 2 10 Sơ đồ xác định chiều cao nhấp nhô khi gia công mặt cong lõm bằng dao đầu cầu 45

Hình 2 11 Chiều cao nhấp nhô khi cắt bằng dao phay trụ đầu phẳng 46

Hình 2 12 Gia công mặt cong bằng dao phay ngón đầu phẳng 46

Hình 2 13 Lượng dư để lại khi gia công bằng dao phay ngón đầu phẳng 46

Hình 2 14 Đường dụng cụ gia công CONTOUR 2D 48

Hình 2 15 Đường dụng cụ gia công 3D 49

Hình 2 16 Một số kiểu đường dụng cụ 2D 50

Hình 2 17 Hướng tiến dao 50

Hình 2 18 Bước tiến ngang 51

Hình 2 19 Khoảng cách giữa các điểm nút 51

Hình 2 20 Chạy dao theo đường kiểu gạch mặt cắt 52

Hình 2 21 Chạy dao theo contour 52

Hình 2 22 Gia công dao ăn theo trục Z 52

Hình 3 1 Mô hình kéo 57

Hình 3 2 Mô hình quay 57

Hình 3 3 Mô hình kéo theo đường dẫn 57

Hình 3 4 Thanh công cụ lập trình gia công chính trong Creo 60

Hình 3 5 Thanh công cụ lập trình gia công phay 60

Hình 3 6 Màn hình sau khi khởi động của Creo Parametric 3.0 67

Hình 3 7 Thiết lập định dạng bản vẽ 67

Hình 3 8 Thiết lập đơn vị cho bản vẽ 68

Hình 3 9 Sketch 1 – Đường dẫn cho bề mặt cần dựng 68

Hình 3 10 Sketch 2 và 3 – Đường bao cho bề mặt cần dựng 69

Hình 3 11 Sử dụng lệnh Swept Blend để dựng hình 69

Hình 3 12 Bề mặt tự do dạng lõm yên ngựa 70

Hình 3 13 Chế độ gia công thô 72

Hình 3 14 Nhập chi tiết vào máy 72

Hình 3 15 Thiết lập máy và phôi 73

Hình 3 16 Thiết lập các thông số công nghệ gia công thô chi tiết 73

Hình 3 17 Mô phỏng đường chạy dao gia công thô 74

Hình 3 18 Kiểm tra vết đường dụng cụ gia công thô chi tiết 74

Hình 3 19 Chế độ gia công tinh chi tiết 75

Hình 3 20 Định nghĩa đường chạy dao mẫu số 1 76

Hình 3 21 Mô phỏng đường chạy dao gia công tinh mẫu số 1 76

Hình 3 22 Kiểm tra vết đường chạy dao mẫu số 1 77

Hình 3 23 Định nghĩa đường chạy dao mẫu số 2 77

Hình 3 24 Mô phỏng đường chạy dao gia công tinh mẫu số 2 78

Hình 3 25 Kiểm tra vết đường chạy dao mẫu số 2 78

Hình 3 26 Định nghĩa đường chạy dao mẫu số 3 79

Hình 3 27 Mô phỏng đường chạy dao gia công tinh mẫu số 3 79

Hình 3 28 Kiểm tra vết đường chạy dao mẫu số 3 80

Hình 3 29 Chọn bề mặt cần gia công cho mẫu số 4 80

Hình 3 30 Mô phỏng đường chạy dao gia công tinh mẫu số 4 81

Hình 3 31 Kiểm tra vết đường chạy dao mẫu số 4 81

Hình 3 32 Định nghĩa đường chạy dao mẫu số 5 82

Hình 3 33 Mô phỏng đường chạy dao gia công tinh mẫu số 5 82

Hình 3 34 Kiểm tra vết đường chạy dao mẫu số 5 83

Hình 3 35 Máy phay DMC1035V 83

Hình 3 36 Các mẫu sau khi gia công thô 84

Hình 3 37 Các mẫu sau khi gia công tinh 84

Hình 4 1 Biên dạng chi tiết được thiết kế bằng phần mềm PTC Creo 3.0 90

Hình 4 2 Các mẫu cần kiểm tra độ chính xác hình học 90

Hình 4 3 Cánh tay robot 7 bậc tự do 91

Hình 4 4 Đầu quét 3D MMDx100 92

Hình 4 5 Kết quả hiệu chuẩn máy 93

Hình 4 6 Biên dạng mẫu số 1 sau khi quét 94

Hình 4 7 Biên dạng mẫu số 2 sau khi quét 94

Hình 4 8 Biên dạng mẫu số 3 sau khi quét 94

Hình 4 9 Biên dạng mẫu số 4 sau khi quét 95

Hình 4 10 Biên dạng mẫu số 5 sau khi quét 95

Hình 4 11 Độ chính xác định vị của phần mềm Geomegic 96

Hình 4 12 Cây thư mục trong giao diện phầm mềm xử kiểm tra 96

Hình 4 13 Biên dạng chi tiết dưới định dạng CAD 3D 97

Hình 4 14 Dữ liệu quét và dữ liệu CAD ở vị trí tương đối trước khi định vị 97

Hình 4 15 Định vị dữ liệu quét và dữ liệu CAD 97

Hình 4 16 Xác định các vị trí của điểm kiểm tra 98

Hình 4 17 Thiết lập lưới điểm đo 98

Hình 4 18 Các thông số kiểm tra sai lệch hình dáng hình học 99

Hình 4 19 Các loại nhấp nhô bề mặt 106

Hình 4 20 Đường trung bình 106

Hình 4 21 Các đại lượng liên quan tới độ nhám 107

Hình 4 22 Các vị trí được đo độ nhám 109

Hình 4 23 Các mẫu được đo độ nhám 109

Hình 4 24 Máy đo độ nhám 110

Hình 4 25 Đầu đo theo máy 110

Hình 4 26 Quá trình đo độ nhám cho mẫu thực nghiệm 111

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay, nhờ có các thành tựu Khoa học – Công nghệ hiện đại, đặc biệt trong lĩnh vực điều khiển số và tin học ứng dụng, đã cho phép các kỹ sư chế tạo máy có khả năng sử dụng các loại máy cắt gọt có hệ thống điều khiển ngày càng tin cậy hơn với tốc độ xử lý nhanh hơn và giá thành thấp hơn Hiện nay máy điều khiển số CNC đang đóng vai trò quan trọng nhất trong quá trình tự động hóa quá trình sản xuất cơ khí, sử dụng máy điều khiển số CNC cho phép giảm khối lượng gia công chi tiết, nâng cao độ chính xác gia công và hiệu quả kinh tế đồng thời cũng rút ngắn được chu kỳ sản xuất

Chính vì vậy, ngành cơ khí chế tạo ở đa số các nước phát triển trên thế giới cũng như trong nước ta hiện nay đã đầu tư dây chuyền máy điều khiển số CNC ứng dụng vào sản xuất và đã đạt được những hiệu quả kinh tế khả quan Cùng với sự phát triển của Khoa học – Công nghệ giá thành các máy điều khiển số CNC ngày càng giảm, điều này tạo điều kiện cho các doanh nghiệp, xưởng sản xuất cơ khí có cơ hội đầu tư các máy công cụ điều khiển theo chương trình số, ngay cả các doanh nghiệp loại vừa và nhỏ cũng đều có thể tự trang bị được

Bề mặt tự do với các thuộc tính hình học cơ bản (tiếp tuyến, độ cong…) thay đổi tại các điểm khác nhau trên bề mặt và thường được biểu diễn bởi tập các điểm điều khiển và được mô hình hóa toán học dưới dạng các phương trình tổ hợp… Nên tạo hình các bề mặt tự do là khá phức tạp và thường phải thực hiện trên các máy điều khiển số CNC nhiều trục Bề mặt tự do được ứng dụng nhiều trong việc mô hình hóa các bề mặt chức năng, khí động học (cánh quạt, cánh tua bin, vỏ máy bay…)

Bề mặt tự do có nhiều cấu trúc cục bộ khác nhau (dạng lõm elip, dạng lồi elip, dạng lõm yên ngựa, dạng lồi yên ngựa …) Hiện nay, tác giả chưa thấy có những công bố trong và ngoài nước về việc nghiên cứu đánh giá chất lượng tạo hình cho những cấu trúc cục bộ của bề mặt tự do này

Nhằm mục đích nghiên cứu tìm hiểu khả năng công nghê, chất lượng tạo hình khi gia công một trong các cấu trúc điển hình của bề mặt tự do là cấu trúc cục bộ dạng lõm yên ngựa trên máy phay CNC 3 trục, tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu

lý thuyết và thực nghiệm tạo hình bề mặt tự do với cấu trúc cục bộ dạng lõm yên

ngựa bằng dao phay ngón trên máy phay CNC” Với mục tiêu đặt ra ở đây là nghiên cứu các kiểu đường dụng cụ có trong phần mềm Creo Parametric 3.0 và lựa chọn kiểu đường dụng cụ tối ưu để đảm bảo độ chính xác hình dáng hình học, nhám bề mặt khi gia công cấu trúc cục bộ dạng lõm yên ngựa trên máy phay CNC 3 trục

2 Lịch sử nghiên cứu

Từ những năm 50 của thế kỷ XX, cùng với sự ra đời và phát triển của các máy điều khiển số NC, CNC việc tạo hình bề mặt tự do đã trở nên dễ dàng hơn Chính từ mục đích nghiên cứu tìm hiểu khả năng công nghệ, tối ưu hóa quá trình sản xuất của các máy điều khiển số mà người ta đã tiến hành đẩy mạnh nghiên cứu việc làm thế nào để tạo hình bề mặt tự do (được coi là một trong những bề mặt quan trọng trong nhiều chi tiết máy công nghiệp hiện đại)

Ngày nay công nghệ CAD/CAM/CAE cũng có những bước phát triển đáng kể và

áp dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như sản xuất máy bay, tàu ngầm, ô

tô, xe máy và sản xuất các thiết bị gia dụng…

Sau đây là một số công trình nghiên cứu đã được công bố trong những năm gần đây của thế giới về vấn đề đường dụng cụ và tạo hình bề mặt tự do:

- Li, F Wang, X.C, Ghosh, S K., và Kong, D.Z (1995), “ Tool path generation for machining scultured surface” được đăng trên tạp chí Materials Processing Technology, vol 48, p 811-816, Elsevier Trình bày cách tính đường dụng cụ gia cụng các bề mặt không gian

- Trần Xuân Thái, Bành Tiến Long, Hoàng Vĩnh Sinh (2005), “Tính đường dụng cụ tạo hình bề mặt free – form trên máy phay CNC Giải bài toán trên mạng máy tính song song nâng cao hiệu quả” Tạp chí Khoa học & công nghệ

số 53

- W.K Chiu, Y.C Yeung và K.M Yu (2006) “Toolpath generation for layer manufacturing of fractal objects” Tạp chí Emeraldinsight p 214-221 Bài báo trình bày về đường dụng cụ cho các lớp gia công với những đối tượng bề mặt cong

3 Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

 Mục đích nghiên cứu

- Phân tích, tổng hợp lý thuyết hình thành bề mặt tự do

- Nghiên cứu khả năng ứng dụng của phần mềm Creo Parametric 3.0 trong việc

mô hình hóa và gia công tạo hình bề mặt tự do với cấu trúc cục bộ dạng lõm yên ngựa

- Đánh giá ảnh hưởng của các kiểu đường dụng cụ đến chất lượng tạo hình (độ chính xác hình dáng hình học, độ nhám bề mặt) khi gia công tạo hình bề mặt

tự do với cấu trúc cục bộ dạng lõm yên ngựa trên máy phay CNC 3 trục bằng dao phay ngón đầu cầu

 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là bề mặt tự do với cấu trúc cục bộ dạng lõm yên ngựa được gia công bằng dao phay ngón trên máy phay CNC 3 trục

Phạm vi nghiên cứu là đánh giá về độ chính xác hình dáng hình học và độ nhám của chi tiết là bề mặt tự do với cấu trúc cục bộ dạng lõm yên ngựa được gia công bằng dao phay ngón đầu cầu trên máy phay CNC 3 trục

4 Nội dung chính

Để đạt được mục tiêu của đề tài, luận văn tập trung nghiên cứu, phân tích và thực hiện các vấn đề sau:

- Nghiên cứu tổng hợp cơ sở lý thuyết tổng quát về bề mặt tự do

- Nghiên cứu tổng hợp cơ sở lý thuyết về dụng cụ và đường dụng cụ khi gia công tạo hình trên máy phay CNC

- Nghiên cứu và ứng dụng khả năng mô hình hóa và tạo hình bề mặt tự do của phần mềm Creo Parametric 3.0

- Nghiên cứu lý thuyết về kỹ thuật ngược (RE), các chỉ tiêu đánh giá chất lượng tạo hình bề mặt là độ chính xác hình dáng hình học và độ nhám bề mặt Từ đó ứng dụng vào kiểm tra mẫu thực nghiệm là bề mặt tự do có cấu trúc cục bộ dạng lõm yên ngựa

5 Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp chủ đạo được sử dụng để giải quyết các nội dung nghiên cứu của đề tài là phương pháp nghiên cứu điều tra tư liệu, mô hình hóa và mô phỏng, thực nghiệm, kỹ thuật ngược:

- Điều tra tư liệu: Nghiên cứu các tài liệu, công trình liên quan đã được công bố,

từ đó phân tích tổng thể để đưa ra những cơ sở và lựa chọn cho quá trình thực nghiệm

- Mô hình hóa và mô phỏng: Trên cơ sở là khả năng mô hình hóa và tạo hình bề mặt tự do của phần mềm Creo Parametric 3.0, tác giả đã sử dụng phần mềm này để mô hình hóa và tạo hình chi tiết mẫu

- Thực nghiệm: Sau quá trình thực hiện trên mô hình số, tác giả áp dụng quy trình gia công tạo hình mẫu thực nghiệm trên máy phay CNC 3 trục

- Kỹ thuật ngược: Sử dụng phần mềm Geomagic vào việc đánh giá độ chính xác hình dáng hình học dựa trên cơ sở dữ liệu đám mây điểm của các mẫu thực nghiệm và dữ liệu mô hình thiết kế

 Biểu diễn không tham số (non-parametric) Có hai dạng chính:

- Với một tập điểm dữ liệu đã cho, phương trình của bề mặt phải thỏa mãn yêu cầu bề mặt đi qua mọi điểm dữ liệu này

- Tập điểm dữ liệu này được dùng để xây dựng một chuỗi các mảnh bề mặt (patches) được kết nối với nhau có tính liên tục, ít nhất là liên tục vị trí (C0) và đạo hàm bậc nhất (C’)

Trong cả hai dạng trên, phương trình của bề mặt hay mảnh bề mặt đều cho dưới dạng:

P = [x y z]T = [x y f(x, y)]T (1.1)

Hình 1 1 Điểm P trên mảnh bề mặt

Ở đây P là véctơ vị trí của 1 điểm trên bề mặt Dạng tự nhiên của hàm f(x, y) cho

bề mặt đi qua tất cả các điểm dữ liệu là dạng đa thức:

𝑧 = 𝑓(𝑥, 𝑦) ∑ ∑ 𝑎𝑖𝑗

𝑛

𝑗

𝑥𝑖𝑦𝑗 𝑚

𝑖=0

Bề mặt tạo ra được mô tả bằng một lưới X, Y (m + 1) × (n + 1) điểm

 Biểu diễn tham số

Trong hàm P(u, v) với hai biến là hai tham số u, v có phạm vi biến thiên trong một vùng mặt phẳng uv nào đó

 Các đặc trưng hình học cơ bản của bề mặt

Bề mặt hình học được mô tả bởi các đặc trưng hình học của nó Phân tích hình học bề mặt là tìm hiểu những đặc trưng này Đây là một nhiệm vụ quan trọng nhằm

sử dụng bề mặt cho các mục đích, các ứng dụng cụ thể khác nhau Chẳng hạn như xác định véctơ tiếp tuyến bề mặt dùng để dẫn dụng cụ cắt dọc theo bề mặt gia công Biết véctơ pháp tuyến của bề mặt sẽ cho ta hướng thích hợp của dụng cụ cắt tiếp cận và lui ra khỏi bề mặt gia công,…

Sau đây là một số đặc trưng hình học cơ bản của bề mặt

Hình 1 2 Một mảnh bề mặt tham số với các điều kiện biên

 Véctơ tiếp tuyến tại 1 điểm P(u, v) trên bề mặt nhận được bằng cách giữ một tham số không đổi và lấy đạo hàm theo tham số kia

với 𝑢𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝑢 ≤ 𝑢𝑚𝑎𝑥 ; 𝑣𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝑣 ≤ 𝑣𝑚𝑎𝑥

Trong đó: i, j, k lần lượt là các véctơ đơn vị trên các trục x, y, z

Pu, Pv lần lượt là các véctơ tiếp tuyến dọc theo các đường cong u, v

Người ta cũng quan tâm đến véctơ tiếp tuyến theo 2 hướng chính của bề mặt (hướng chính của bề mặt là hướng đường cong giao tuyến của tiết diện pháp tuyến

và bề mặt có giá trị độ cong lớn nhất hoặc bé nhất) Các véctơ này thường được ký hiệu là T1.P và T2.P Các véctơ tiếp tuyến đơn vị theo các hướng chính được ký hiệu lần lượt là t1.P và t2.P

𝑡1.𝑃 = 𝑇1.𝑃

|𝑇1.𝑃|; 𝑡2.𝑃 =

𝑇2.𝑃

|𝑇2.𝑃| (1.5)

 Véctơ xoắn tại một điểm trên bề mặt dùng để đo độ xoắn của bề mặt tại điểm

đó Đó là tốc độ thay đôi của véctơ tiếp tuyến Pu đối với u hay của véctơ tiếp tuyến

Pv đối với v hay chính là véctơ đạo hàm hỗn hợp

 Pháp tuyến của bề mặt dung để tính offset của dụng cụ cắt cho lập trình gia công NC 3D để gia công bề mặt, tính thể tích và tô bóng mô hình bề mặt Pháp tuyến bề mặt tại 1 điểm là 1 véctơ vuông góc với cả 2 véctơ tiếp tuyến tại điểm khảo sát Véctơ pháp tuyến tại 1 điểm bằng tích có hướng của 2 véctơ tiếp tuyến tại điểm đó:

𝑁(𝑢, 𝑣) = 𝜕𝑃

𝜕𝑢 ×

𝜕𝑃

𝜕𝑣 = 𝑃𝑢× 𝑃𝑣 (1.7) Véctơ pháp tuyến đơn vị:

|𝑁| =

𝑃𝑢𝑃𝑣

|𝑃𝑢𝑃𝑣| (1.8) Hướng của N hay n được chọn sao cho phù hợp với ứng dụng Trong gia công, hướng của n được chọn sao cho n hướng ra phía ngoài bề mặt đang gia công Trong xác định thể tích, n được chọn là dương khi hướng vào vùng vật liệu và âm khi hướng ra phía rỗng

 Khoảng cách giữa 2 điểm trên bề mặt cong (geodesic)

Đường dẫn trên bề mặt nối giữa 2 điểm có chiều dài nhỏ nhất được gọi là geodesic Geodesic của bề mặt cung cấp khả năng lập chương trình chuyển động tối

ưu cho gia công NC bề mặt cong, lập trình robot, quấn dây quanh rotor… Khoảng

cách rất nhỏ giữa 2 điểm (u, v) và (u + du, v + dv) trên bề mặt được xác định theo phương trình sau:

𝑑𝑠2 = 𝑃𝑢𝑃𝑢𝑑𝑢2+ 2𝑃𝑢𝑃𝑣𝑑𝑢𝑑𝑣 + 𝑃𝑣𝑃𝑣𝑑𝑣2 (1.9)

= 𝐸𝑑𝑢2+ 2𝐹𝑑𝑢𝑑𝑣 + 𝐺𝑑𝑣2

Với

𝐸(𝑢, 𝑣) = 𝑃𝑢𝑃𝑢; 𝐹(𝑢, 𝑣) = 𝑃𝑢𝑃𝑣; 𝐺(𝑢, 𝑣) = 𝑃𝑣𝑃𝑣 (1.10) Trong đó E, F, G là các hệ số cơ sở thứ nhất của bề mặt dùng để xác định chiều dài diện tích và các đặc trưng về hướng và góc trên bề mặt

Khoảng cách giữa hai điểm P(ua,va) và P(ub,vb) nhận được bằng cách tích phân (1.9) dọc theo đường dẫn {u = u(t), v = v(t)} trên bề mặt

Hình 1 3 Mặt phẳng tiếp tuyến với bề mặt Hình 1 4 Geodesic của bề mặt

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

Đường cong tiết diện pháp tuyến là đường cong giao tuyến của 1 mặt phẳng chứa pháp tuyến đơn vị n tại điểm đó và bề mặt Giả sử phương trình của đường cong là { u = u(t), v = v(t) }

Độ cong của bề mặt được xác định bằng công thức sau:

k =

' 2 ' ' '' 2 ' ' '

L(u,v) =n.P ; M(u,v)=n.P ; N(u,v)=n.P (1.13)

Độ cong chính thứ nhất k1, P và độ cong chính thứ hai k2, P có thể xác định được từ công thức (1.12) Đây là các độ cong lớn nhất và nhỏ nhất tại một điểm trên bề mặt

P Tại một điểm trên bề mặt luôn có hai hướng chính vuông góc với nhau là hướng của hai đường cong tiết diện pháp tuyến chính C1.P và C2.P có các độ cong lớn nhất

và nhỏ nhất đi qua điểm này

Ngoài ra còn có hai thông số quan trọng đặc trưng cho topo cục bộ của bề mặt là:

+ Độ cong Gaussian:

2 2

LN - MK=

EG - F 

EN - GL - 2FMH=

1.1.2 Hình học kỹ thuật

Hình 1 5 Ví dụ các bề mặt hình học kỹ thuật

Hình học vi phân được xây dựng cho các mục tiêu nghiên cứu các bề mặt cong trơn và liên tục Hình học kỹ thuật cũng giải quyết các vấn đề với các bề mặt này Tuy nhiên có sự khác biệt giữa hình học vi phân và hình học kỹ thuật chủ yếu về biên dịch hai dạng hình học này Hình học vi phân nghiên cứu các mặt hình học ảo Các mặt hình học này không tồn tại trong thực tế Có thể tưởng tượng chúng như là một màng rất mỏng chiều dày bằng không và có hình dạng hợp lý Những mặt hình học này có thể truy nhập vào từ hai phía và có thể gây ra sự không rõ ràng Ví dụ như một mặt hình học có độ cong Gaussian tại một điểm nào đó là dương K>0 Tuy nhiên hình học vi phân không thể trả lời câu hỏi tại điểm này mặt hình học này là lồi (K>0) hay lõm (K<0) Hình học vi phân tuyệt đối tuân theo phương trình biểu diễn nó Không có sai số nào của một bề mặt về hình dạng so với phương trình biểu diễn bề mặt này

Hình học kỹ thuật bao lấy một chi tiết máy hay một vật thể thực (ví dụ hình 1.5) Hay nói một cách khác là vật thể thực mang một hình dạng hình học Các mặt hình học này bao lấy vật thể thực và chỉ có thể truy nhập vào từ một phía Ta coi phía truy nhập được này là phía hở và phía kia là phía kín của một mặt hình học Vec tơ pháp tuyến đơn vị np >0 của bề mặt luôn hướng xa phần đặc của vật thể hay về phía rỗng Sự tồn tại phía hở và phía kín của bề mặt giúp ta nhận dạng được một mặt hình học là mặt lồi hay mặt lõm

Hình 1 6 Phía hở và phía kín bề mặt hình học kỹ thuật

Một vấn đề khác biệt về bản chất nữa của vật thể thực là không có vật thể thực nào được gia công tạo hình chính xác hoàn toàn, không có sai số về hình học so với hình dạng mong muốn của vật thể thực Sai lệch ít hay nhiều của bề mặt tạo hình so với bề mặt mong muốn là không thể tránh được Vì có sai số tạo hình, bề mặt thực của chi tiết gia công Pt sẽ sai khác so với bề mặt danh định P của nó Sai số tạo hình này không được vượt quá dung sai cho phép δ về hình dạng và kích thước

Hình 1 7 Ví dụ về bề mặt thực của chi tiết

Dung sai δ được xác định theo hướng pháp tuyến đơn vị np của bề mặt Giá trị dung sai dương δ+ được xác định theo hướng dương của np Giá trị dung sai âm δ-được xác định theo hướng âm của np Có thể có trường hợp một trong hai giá trị

Phía hở của bề mặt

Phía kín của bề mặt

δ +(u,v)

δ - (u,v)

P t

dung sai này bằng không Thông thường các giá trị dung sai này là không đổi trên một mảnh bề mặt

Khi gia công các bề mặt tự do trên các máy điều khiển số nhiều trục, các giá trị thực của các dung sai này cũng là những hàm của hai tham số u, v : δ+ = δ+ (u, v); δ-

bề mặt P

Các bề mặt hình học kỹ thuật có thể phân ra thành hai nhóm chính như sau: Các

bề mặt cho phép chuyển động “tự trượt” và các bề mặt không gian hay còn gọi là các bề mặt tự do

 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

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,…)

Hình 1 8 Ví dụ một sơ đồ vòng tròn xây dựng cho một vùng bề mặt lồi dạng e lip

Để mô tả cấu trúc cục bộ của bề mặt tự do có thể sử dụng các sơ đồ vòng tròn Các sơ đồ vòng tròn là công cụ hữu hiệu để mô tả các thuộc tính cơ bản của bề mặt

tự do tại một vùng vi phân xung quanh một điểm của bề mặt đó Cơ sở để xây dựng các sơ đồ vòng tròn là các phương trình Euler (1.17) và phương trình Germain (1.18) Ví dụ trên hình 1.9 là một sơ đồ vòng tròn xây dựng cho một vùng bề mặt lồi dạng e lip Chú ý rằng giá trị đại số của độ cong chính thứ nhất k1.P luôn lớn hơn giá trị đại số của độ cong chính thứ hai k2.P nên điểm của sơ đồ vòng tròn có tọa độ (0,

k 1.P) luôn nằm về phía phải điểm của sơ đồ vòng tròn có tọa độ (0, k2.P)

Sau đây là một số sơ đồ vòng tròn mô tả các dạng cấu trúc vùng bề mặt của bề mặt tự do:

- Các sơ đồ vòng tròn các vùng bề mặt cục bộ lồi (H>0, K>0) và lõm (H<0, K>0) dạng e lip (hình 1.10a) Các vòng tròn này nằm cách trục τ một khoảng cách nào đó Bán kính của các vòng tròn này bằng trung bình cộng của các độ cong chính

- Sơ đồ hình 1.10b mô tả các vùng bề mặt trung tâm với các hướng chính không xác định Độ cong pháp tuyến theo các hướng là có cùng giá trị Vì vậy các sơ

đồ vòng tròn này co lại, suy biến thành các điểm Tọa độ của các điểm này là: (kP >0, 0) cho các vùng bề mặt lồi (H>0, K>0), (kP<0, 0) cho các vùng bề mặt lõm (H<0, K>0)

- Các sơ đồ vòng tròn các vùng bề mặt cục bộ lồi (H>0, K=0) và lõm (H<0, K=0) dạng parabol (hình 1.10c) đi qua gốc của hệ tọa độ kPτP

- Các sơ đồ vòng tròn các vùng bề mặt cục bộ giả lồi (H>0) và giả lõm (H>0) dạng yên ngựa Các sơ đồ vòng tròn này giao với trục τP

- Trường hợp đặc biệt của vùng bề mặt cục bộ dạng yên ngựa (K<0) với độ cong trung bình H=0 được gọi là vùng bề mặt dạng yên ngựa cực tiểu (hình 1.10e)

- Cuối cùng là sơ đồ vòng tròn vùng bề mặt cục bộ phẳng (H=0, K=0) suy biến thành một điểm trùng với gốc của hệ tọa độ kPτP (hình 1.10f)

Hình 1 9 Các sơ đồ vòng tròn các vùng bề mặt trơn, liên tục của bề mặt tự do

Các sơ đồ vòng tròn mô tả rõ ràng các thuộc tính cục bộ cơ bản của hình học bề mặt tự do Các độ cong chính, độ cong pháp tuyến, độ xoắn bề mặt, độ cong trung

H>0, K>0 H<0, K>0 H<0, K>0 H>0, K>0

H<0, K<0 H>0, K=0

H=0, K=0 H=0, K<0

Vùng lõm dạng e lip Vùng lồi dạng e lip Vùng tâm lõm Vùng tâm lồi

Vùng lõm dạng parabol Vùng lồi dạng parabol Vùng dạng yên ngựa

(giả lõm)

Vùng dạng yên ngựa (giả lồi)

Vùng dạng yên ngựa

(cực tiểu)

Vùng phẳng

Bề mặt tự do có thể cấu thành từ 10 dạng vùng bề mặt cục bộ như sơ đồ phân loại trên hình 1.11:

Hình 1 10 Mười dạng vùng bề mặt cục bộ của bề mặt tự do trơn, liên tục

Do tính đa dạng và phức tạp của các bề mặt bề mặt tự do nên không thể sử dụng các dụng cụ chuyên dùng để tạo hình cho từng loại bề mặt riêng biệt 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

Bi,n,Bj,m là hàm trộn của các đường Bezier (đa thức Berntain )

Để tăng sự mềm dẻo khi thiết kế người ta phải tăng số điểm điều khiển tăng bậc của bề mặt Do vậy để cho bậc đa thức của bề mặt thấp (mặt bậc 3) mà vẫn đảm bảo

độ mềm dẻo thiết người ta ghép nối nhiều mảnh Bezier bậc 3 với nhau đảm bảo yêu cầu liên tục C0 và C1

Các hàm trộn :

B(u) = [ ( 1 – u )3 3 u ( 1 – u )2 3 u2 ( 1 – u ) u3 ]

B(v) = [ ( 1 – v )3 3 v ( 1 – v )2 3 v2 ( 1 – v ) v3 ]  Phương trình của mảnh bậc 3 Bezier:

Kết nối 2 mảnh liên tục C0 khi 2 mảnh đó có 1 đa tuyến điều khiển chung liên tục

C1 khi các đoạn nối đến đa tuyến điều khiển chung của đa diện điều khiển mảng này phải thẳng hàng với các đoạn tương ứng của đa diện điều khiển mảng kia

1.2.2 Bề mặt bậc 3 Hermite

Bước xác định bằng 4 điểm ở 4 góc, 8 vector tiếp tuyến ở các điểm góc (2 vector tiếp tuyến theo các hướng u, v cho mỗi điểm góc) và 4 vector xoắn ở 4 điểm góc Như vậy 1 mảnh bề mặt này được xác định bằng 16 vector (48 giá trị vô hướng)

Phương trình: p (u, v) =

i j ij

Mặt bậc 3 hermite giới hạn bởi 4 đường cong hermite : P(u,0) ; P(1,u) ; P(0,v)

& P(1,v) có 4 điểm góc P(0,0) ; P(1,0) ; P(0,1) & P(1,1)

  ma trận con các vector xoắn tại 4 điểm góc

- Công thức hình học của bề mặt bậc 3 Hermite:

[Pu(0,v)]patch 2 = K[Pu(1,v)]patch 1 liên tục C1

- Trường hợp đặc biệt của bề mặt Hermite khi 4 vector xoắn tại 4 điểm góc bằng không, ta có bề mặt Ferguson Bề mặt này sử dụng hiệu quả trong thiết

kế và gia công Các vector tiếp tuyến tại 4 điểm góc của bề mặt này có thể lấy xấp xỉ bằng hướng và chiều dài của các đoạn thẳng nối 4 điểm này

- Đặc điểm bề mặt Hermite: điều khiển là toàn cục, không thuận tiện cho thiết

kế vì dữ liệu nhập vào đòi hỏi các vector tiếp tuyến & vector xoắn

1.2.3 Bề mặt B-Spline

Được định nghĩa bằng 1 tập hợp các điểm điều khiển Tập hợp các điểm điều khiển tạo ra 1 đa diện đặc tính xấp xỉ và điều khiển hình dạng của bề mặt tạo ra cũng giống như đường B-Spline, bề mặt B-Spline có thể là xấp xỉ hay nội suy các điểm điều khiển này

- Đặc điểm :

Bề mặt bậc 3 B-Spline có ưu điểm chính là điều khiển được cục bộ

Có thể ghép nối các mảnh bề mặt B-Spline để tạo ra bề mặt B-Spline với liên tục

C0 và C1 tương tự như ghép nối các mảnh bề mặt Bezier

- Nêu ra một số dạng bề mặt tự do thường gặp Tuy nhiên, do định hướng của

đề tài mà tác giả đã không đi quá sâu về mặt lý thuyết của một số dạng bề mặt

tự do này

Những vấn đề nêu trên đều là những kiến thức cơ sở để xây dựng, nghiên cứu, thiết kế, gia công Các chi tiết được bao bởi các bề mặt tự do trong thực tế

CHƯƠNG 2 - DỤNG CỤ VÀ ĐƯỜNG DỤNG CỤ GIA CÔNG TẠO

HÌNH TRÊN MÁY PHAY CNC 2.1 GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC

2.1.1 Các dạng điều khiển của máy phay CNC

Cũng như các máy công cụ điều khiển số khác, máy phay CNC có khả năng gia công được các bề mặt khác nhau như các lỗ, mặt phẳng, các mặt định hình… Do đó các dạng điều khiển của máy cũng được chia ra thành: điều khiển điểm - điểm, điều khiển theo đường thẳng và điều khiển theo contour (điều khiển biên)

 Điều khiển điểm - điểm

Điều khiển điểm - điểm (hay điều khiển theo vị trí) được dùng để gia công các lỗ bằng phương pháp khoan, khoét, doa và cắt ren lỗ Chi tiết gia công được gá cố định trên bàn máy, dụng cụ cắt thực hiện chạy dao nhanh đến các điểm đã lập trình Trong hành trình này, dao không cắt vào chi tiết Khi đạt tới các điểm đích, quá trình gia công được thực hiện theo chế độ cắt đã được lập trình (Hình 2.1)

Hình 2 1 Điều khiển điểm - điểm

 Điều khiển đường thẳng

Điều khiển đường thẳng là dạng điều khiển thường được dùng khi gia công rãnh, mặt phẳng, mặt bậc … trong các nguyên công phay Quĩ đạo chuyển động của dao khi cắt gọt là một đường thẳng song song với một trong các trục toạ độ của máy (Hình 2.2)

Hình 2 2 Điều khiển đường thẳng

 Điều khiển biên dạng

Điều khiển theo biên dạng (theo contour) là dạng điều khiển nhờ các chuyển động nội suy đồng thời của các bàn trượt máy theo 2 hoặc nhiều trục và mối quan

hệ giữa các chuyển động của các trục này là một hàm số trong mặt phẳng hoặc có thể trong không gian

Tuỳ theo số trục được điều khiển đồng thời khi gia công người ta phân biệt: điều khiển contour 2D, điều khiển contour 2 1/2D và điều khiển contour 3D (Hình 2.3)

Hình 2 3 Điều khiển theo contour

 Điều khiển contour 2D

Điều khiển contour 2D cho phép thực hiện nội suy chạy dao theo hai trục đồng thời trong một mặt phẳng gia công

Ví dụ: Trong mặt phẳng XY (Hình 2.3a), trục thứ ba Z được cố định Có thể hiểu

rõ hơn khi trên máy phay CNC có 3 trục: 2 trục được sử dụng để phay contour (Hình 2.3a), còn trục thứ ba Z được cố định

 Điều khiển contour 2 1/2D

Điều khiển contour 2 1/2D cho phép nội suy lượng chạy dao đồng thời theo 2 trục nào đó để gia công bề mặt trong một mặt phẳng nhất định Trên máy phay CNC

có 3 trục X, Y, Z ta sẽ điều khiển được đồng thời X, Y (Hình 2.3b) Trên các máy phay CNC điều này có nghĩa là chiều sâu cắt có thể được thực hiện theo bất kỳ một trục nào đó trong 3 trục, còn 2 trục kia để phay contour Như vậy vai trò của các trục có thể được hoán đổi cho nhau

 Điều khiển contour 3D

Điều khiển contour 3D cho phép nội suy đồng thời chạy dao theo cả 3 trục X, Y,

Z (cả 3 trục chuyển động hoà hợp với nhau hay có quan hệ ràng buộc hàm số) (Hình 1.10c) Ta thấy contour được gia công do cả 3 lượng chạy dao theo 3 trục X, Y, Z tạo thành Điều khiển contour 3D được ứng dụng để gia công bề mặt không gian của các khuôn mẫu, gia công các chi tiết có bề mặt gia công phức tạp

2.1.2 Quy trình công nghệ trên máy phay CNC

Qui trình công nghệ gia công trên máy phay CNC được chia ra các bước, nhưng các bước ở đây lại phải chia ra các lớp cắt và mỗi lớp cắt được thực hiện sau mỗi quĩ đạo dịch chuyển của dụng cụ cắt

Chương trình điều khiển là tập hợp tất cả các lệnh dịch chuyển và các điều khiển công nghệ do bộ điều khiển của máy cung cấp

Lập chương trình điều khiển cho máy phay CNC theo kết cấu công nghệ và theo điều kiện sản xuất

Chọn phôi, qui trình công nghệ, dụng cụ cắt, đồ gá và cấu trúc các nguyên công

Thiết kế qui trình công nghệ gia công chi tiết trên máy CNC bao gồm 3 giai đoạn sau đây:

 Lập tiến trình công nghệ

Nhiệm vụ của lập tiến trình công nghệ gồm:

- Đánh giá khả năng gia công chi tiết trên máy CNC theo kết cấu công nghệ và theo điều kiện sản xuất

- Chọn phôi, quy trình công nghệ, dụng cụ cắt, đồ gá và cấu trúc các nguyên công

- Nghiên cứu tính công nghệ của chi tiết và tiêu chuẩn hoá các thông số như chuẩn kích thước hoặc bán kính

- Xác định yêu cầu về lượng dư và các kích thước chính đối với các mặt chuẩn

- Lập tiến trình gia công chi tiết (phân các bề mặt theo loại để chọn máy gia công)

- Tính toán và lựa chọn phương pháp gá đặt, đồ gá cần thiết

- Xác định dụng cụ cắt và chọn chúng theo từng loại

 Thiết kế nguyên công

Nhiệm vụ của thiết kế nguyên công gồm:

- Xác định nội dung nguyên công, chia nguyên công ra các bước và các vị trí, cụ thể hoá phương pháp kẹp chi tiết

- Chia ra các lớp cắt, chọn dụng cụ cắt, chuẩn bị phương pháp điều chỉnh máy

và điều chỉnh dao

 Lập trình gia công

- Tính toán các quĩ đạo chuyển động của dao sau khi xác định toạ độ của các điểm

- Lập trình và ghi vào bộ nhớ của bộ điều khiển máy

- Kiểm tra chương trình, sửa lỗi chương trình, chạy thử và gia công thử chi tiết

2.1.3 Phương pháp thực hiện nguyên công phay trên máy phay CNC

 Vùng gia công

Vùng gia công khi phay được chia ra như sau:

- Vùng gia công hở (Hình 2.4a, b, c) Đối với vùng gia công hở thì dao không bị hạn chế khi dịch chuyển dọc theo trục của nó hoặc trong mặt phẳng vuông góc với trục dao

- Vùng gia công nửa hở (Hình 2.4d) Đối với vùng gia công này thì dao bị hạn chế khi dịch chuyển dọc hoặc trong mặt phẳng vuông góc với trục dao của nó

- Vùng gia công kín (Hình 2.4c) Trong trường hợp này thì dao bị hạn chế theo tất cả các phương khi nó dịch chuyển

Hình 2 4 Vùng gia công khi phay

- Vùng gia công tổ hợp (Hình 2.4f) Vùng gia công được tạo thành từ các vùng gia công trên

 Lượng dư phay

Lượng dư phay có thể xác định theo bảng hoặc bằng phương pháp tính toán Khi xác định lượng dư gia công tinh cần tính đến qui luật cắt khi phay

 Các lựa chọn công nghệ khi phay

 Quỹ đạo dao

Khi thực hiện nguyên công phay trên máy phay CNC người ta có thể áp dụng các phương pháp dịch chuyển của dao sau đây (Hình 2.5)

Dao dịch chuyển theo quĩ đạo Ziczăc (Hình 2.5a, b, c) Hiện nay sơ đồ này đang được sử dụng rộng rãi Tuy nhiên, cách dịch chuyển có nhược điểm chính là tính chất của quá trình phay thay đổi (lúc phay thuân, lúc phay nghịch) dẫn đến lực cắt thay đổi ảnh hưởng xấu đến độ chính xác và chất lượng bề mặt

Sơ đồ chạy dao Ziczăc có 3 loại:

- Không ăn dao dọc theo contour (Hình 2.5a)

- Ăn dao dọc theo contour chi tiết (Hình 2.5b)

- Bước đầu tiên là ăn dao sơ bộ dọc theo contour chi tiết (Hình 2.5c) Sơ đồ trên Hình 1.12c tạo điều kiện thuận lợi cho việc ăn dao ở phía cuối của mỗi bước Dao dịch chuyển theo quĩ đạo dạng lò xo (Hình 2.5d, e) Theo sơ đồ này thì dao

có quĩ đạo chuyển động đường vòng từ trong ra ngoài (Hình 2.5d) hoặc từ ngoài vào trong (Hình 2.5e) Quĩ đạo chuyển động của dao theo dạng lò xo có ưu điểm là bản chất của quá trình phay không thay đổi (luôn luôn là phay thuận hay phay nghịch), do đó quá trình cắt ổn định

Dao dịch chuyển theo quĩ đạo răng lược (Hình 2.5f, g, h) Theo phương pháp dịch chuyển này thì bản chất của quá trình phay cũng thay đổi Sau mỗi lần ăn dao (theo chiều các mũi tên đậm) dao lùi xa khỏi mặt gia công một đoạn rồi chạy nhanh

về vị trí xuất phát ban đầu để thực hiện các bước cắt tiếp theo

 Khoảng cách giữa 2 bước kề nhau

Khoảng cách giữa hai bước kề nhau chính là chiều sâu cắt khi phay Khoảng cách giữa hai bước kề nhau lớn nhất tmax được tính theo công thức sau đây (Hình

Hình 2 5 Sơ đồ các bước khi phay