Ứng dụng phần mềm CADCAM để nghiên cứu ảnh hưởng của hình học tạo hình đến độ chính xác gia công bề mặt không gian trên máy phay CNC

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ, đề tài: “Ứng dụng phần mềm CAD/CAM để nghiên cứu ảnh hưởng của hình học tạo hình đến độ chính xác gia công bề mặt không gian trên máy phay

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

MÁY PHAY CNC

LUẬN VĂN THẠC SỸ

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TRẦN XUÂN THÁI

HÀ NỘI – 2010

Đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn TS Trần Xuân Thái, Giảng viên trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã nhiệt tình hướng dẫn khoa học cho tôi trong suốt quá trình làm luận văn thạc sĩ

Tôi xin cảm ơn tập thể giảng viên Khoa Công nghệ - Trường Đại học Hải Phòng đã tạo điều kiện giúp đỡ về máy móc, thiết bị và động viên tinh thần và đóng góp ý kiến để tôi hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Cơ khí, Viện Sau đại học – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi và hướng dẫn tôi các thủ tục cần thiết trong suốt quá trình tôi làm và bảo vệ luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn học viên trong lớp cao học ngành Công nghệ cơ khí khóa 2008 – 2010 đã luôn luôn sát cánh ủng hộ và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học và quá trình làm luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy phản biện đã cho tôi các ý kiến đóng góp quý báu để tôi có thể hoàn thành tốt phần nghiên cứu khoa học của mình

Hà nội, tháng 10 năm 2010

Học viên

Nguyễn Tiến Tiệp

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN 4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 5

MỞ ĐẦU 10

1 Tính cấp thiết của đề tài 10

2 Lịch sử nghiên cứu 10

3 Cơ sở, mục đích, phạm vi nghiên cứu của luận văn 10

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM 12

1.1.Tổng quan về công nghệ CAD/CAM 12

1.2.Một số phần mềm CAD/CAM được ứng dụng trên Thế giới và Việt Nam 13

1.3.Ứng dụng các phần mềm CAD/CAM trong thiết kế và mô phỏng quá trình chế tạo chi tiết 20

1.3.1 Ứng dụng trong thiết kế 20

1.3.2 Ứng dụng trong tính toán và mô phỏng quá trình gia công 20

1.4.Một số loại hình học dụng cụ cắt thường sử dụng trong gia công bề mặt 3D có thể lựa chọn trên phần mềm CAD/CAM 26

Chương 2 TẠO HÌNH BỀ MẶT KHÔNG GIAN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CAD/CAM/CNC 29

2.1.Phân loại bề mặt không gian 29

2.2.Các phương pháp tạo hình bề mặt không gian bằng gia công phay 31

2.2.1 Phay định hình 31

2.2.2 Phay bao hình 31

2.3.Xử lý các dữ liệu chương trình tạo hình trong máy CNC 35

Chương 3 ẢNH HƯỞNG CỦA HÌNH HỌC DỤNG CỤ VÀ ĐƯỜNG DỤNG

CỤ ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG PHAY BỀ MẶT 40

3.1.Độ chính xác gia công bề mặt 40

3.1.1 Dung sai gia công 41

3.1.2 Chiều cao nhấp nhô 41

3.1.3 Độ nhám bề mặt và độ sóng bề mặt 42

3.1.4 Sự hình thành bề mặt 3D khi gia công trên máy phay CNC 44

3.2.Ảnh hưởng của hình học dụng cụ đến chất lượng tạo hình bề mặt trong gia công ứng dụng phần mềm CAD/CAM 47

3.2.1 Mối quan hệ tương quan giữa hình học bề mặt không gian và hình học dụng cụ cắt trong gia công với bước tiến ngang lớn 47

3.2.2 Mối quan hệ tương quan giữa hình học bề mặt không gian và hình học dụng cụ cắt trong gia công với bước tiến ngang nhỏ 54

3.3.Ảnh hưởng của hình học đường chạy dao tới độ chính xác gia công phay bề mặt 3D 61

3.3.1 Khái niệm về đường chạy dao 61

3.3.2 Các thông số của đường dụng cụ 63

3.3.3 Ảnh hưởng của đường chạy dao khi gia công 65

3.4.Tổng kết chương 4 85

Chương 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 87

4.1.Thí nghiệm ảnh hưởng của hình học dụng cụ đến chất lượng bề mặt dụng cụ cắt 87

4.1.1 Trong gia công mặt phẳng 87

4.1.2 Trong gia công mặt cong 88

4.2.Thí nghiệm ảnh hưởng của hình học đường dụng cụ đến chất lượng bề mặt

dụng cụ cắt 94

4.2.1 Trong gia công mặt cong 94

4.3.Kết luận chương 5 105

KẾT LUẬN CHUNG 107

CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 115

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 116

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ, đề tài: “Ứng dụng phần mềm CAD/CAM

để nghiên cứu ảnh hưởng của hình học tạo hình đến độ chính xác gia công bề mặt không gian trên máy phay CNC”, tên tiếng Anh: “Application of CAD/CAM software to research the influence of tool-path and tool-shape to the precision of surface milling on CNC machine” là công trình nghiên cứu của tôi, các kế quả nghiên cứu và số liệu được trình bày trong luận văn là do tôi thực hiện, không sao chép ở bất cứ tài liệu nào

Học viên

Nguyễn Tiến Tiệp

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1-1 Sản phẩm được thiết kế bằng Solidwork 15

Hình 1-2 Gia công với SolidCam 16

Hình 1-3 Sản phẩm thiết kế với CATIA 18

Hình 1-4 Chức năng phân tích của CATIA 19

Hình 1-5 Các phương án chạy dao trong gia công hốc 21

Hình 1-6 Phay thuận và phay nghịch 22

Hình 1-7 Dung sai gia công 22

Hình 1-8 Các thông số chạy dao theo phương ngang 22

Hình 1-9 Mỗi lớp cắt thô là offset của bề mặt chi tiết (Surface) 23

Hình 1-10 Chạy dao mỗi lớp cắt cùng nằm trên một mặt phẳng 23

Hình 1-11 Chạy dao mỗi lớp cắt uốn theo bề mặt 24

Hình 1-12 Các phương án chạy dao khi gia công tinh 24

Hình 1-13 Điều chỉnh thông số lớp cắt 25

Hình 1-14 Bước tiến dao ngang khi phay 25

Hình 1-15 Một số loại dụng cụ cắt thường sử dụng trong gia công bề mặt 3D 26

Hình 1-16 Khả năng lấy lượng dư của các loại dao có hình dáng khác nhau 27 Hình 2-1 Bề mặt một số chi tiết máy và dụng cụ cơ bản 29

Hình 2-2 Bề mặt khuôn mẫu 30

Hình 2-3 Phương pháp phay định hình 31

Hình 2-4 Sơ đồ phay lăn răng 32

Hình 2-5 Phay rãnh xoắn 33

Hình 2-6 Nhóm bề mặt khuôn mẫu 34

Hình 2-7 Bề mặt chi tiết được hình thành khi phay 34

Hình 2-8 Biên dạng cần nội suy 35

Hình 2-9 Tính khoảng nội thẳng suy theo các trục 36

Hình 2-10 Nội suy vòng theo phương pháp DDA 38

Hình 3-1 Dung sai gia công 41

Hình 3-2 Chiều cao nhấp nhô 41

Hình 3-3 Độ nhám bề mặt chi tiết 42

Hình 3-4 Tổng quát về độ nhám và độ sóng bề mặt chi tiết máy 43

Hình 3-5 Sơ đồ tính dung sai gia công 45

Hình 3-6 Bề mặt thực tạo thành do ảnh hưởng của dung sai gia công 45

Hình 3-7 Cắt lẹm và không cắt 46

Hình 3-8 Chiều cao nhấp nhô khi gia công bề mặt 3D 47

Hình 3-9 Sơ đồ tính chiều cao nhấp nhô khi gia công bằng dao phay đầu cầu 48

Hình 3-10 Chiều cao nhấp nhô khi gia công bề mặt lồi bằng dao đầu cầu 48

Hình 3-11 Sơ đồ tính chiều cao nhấp nhô khi gia công bề mặt lồi bằng dao đầu cầu 49

Hình 3-12 Sơ đồ tính chiều cao nhấp nhô khi gia công bề mặt cong lõm bằng dao phay đầu cầu 50

Hình 3-13 Chiều cao nhấp nhô khi cắt bằng dao phay trụ đầu phẳng 52

Hình 3-14 Gia công mặt cong bằng dao phay ngón đầu bằng 52

Hình 3-15 Nhấp nhô để lại với 2 loại dao 53

Hình 3-16 Lượng dư để lại khi gia công bằng dao phay ngón đầu phẳng 53

Hình 3-17 Điểm tạo hình tại các vùng bề mặt khác nhau 55

Hình 3-18 Bề mặt không gian 56

Hình 3-19 Quỹ đạo điểm tạo hình 57

Hình 3-20 Sơ đồ tính chiều cao nhấp nhô gia công bằng dao đầu cầu 58

Hình 3-21 Sơ đồ gia công mặt cong lõm khi góc θ ≠0 59

Hình 3-22 Tạo hình bằng dao phay ngón đầu cầu 60

Hình 3-23 Gia công mặt cong lõm bằng dao phay đầu cầu 61

Hình 3-24 Đường chạy dao 61

Hình 3-25 Đường dụng cụ 2D 62

Hình 3-26 Các kiểu hình học dụng cụ 2D 62

Hình 3-27 Gia công bề mặt cong với hai phương án đường dụng cụ khác

nhau 63

Hình 3-28 Khoảng cách giữa 2 vị trí chạy dao liên tiếp 64

Hình 3-29 Khoảng cách giữa 2 điểm nút 64

Hình 3-30 Chạy dao theo đường kiểu gạch mặt cắt 65

Hình 3-31 Tối ưu hóa quỹ đạo đường chạy dao 66

Hình 3-32 Chạy dao theo contour 66

Hình 3-33 Hình dạng phôi sau gia công thô bằng dao phay ngón đầu bằng với kiểu chạy dao contour 67

Hình 3-34 Gia công dao ăn theo trục Z 67

Hình 3-35 Sơ đồ tính đường tạo hình 69

Hình 3-36 Sơ đồ tính hình chiếu của đường tròn tạo hình lên măt phẳng P 70

Hình 3-37 Hình chiếu của đường tròn tạo hình lên mặt phẳng vuông góc với véc tơ tốc độ chạy dao tức thời 70

Hình 3-38 Hình chiếu của đường tròn tạo hình trên mặt phẳng P 71

Hình 3-39 Chiều cao nhấp nhô để lại sau gia công 71

Hình 3-40 Khả năng lấy lượng dư tại mỗi vị trí tiếp xúc 72

Hình 3-41 Đường chạy dao tối ưu 74

Hình 3-42 Chạy dao theo đường uốn theo biên dạng (linear) 74

Hình 3-43 Gia công mặt cong với các phương án đường chạy dao khác nhau 75 Hình 3-44 Bề mặt dạng chỏm cầu 75

Hình 3-45 Phương án chạy dao khi gia công mặt chỏm cầu 76

Hình 3-46 Chỏm cầu lõm được mô phỏng sau gia công 76

Hình 3-47 Gia công bề mặt chỏm cầu với các phương án chạy dao khác nhau 77

Hình 3-48 Gia công thành bên của hốc 77

Hình 3-49 Bề mặt côn 78

Hình 3-50 Gia công mặt nghiêng 78

Hình 3-51 Phương án chạy dao khi gia công mặt nghiêng 79

Hình 3-52 Mặt nghiêng sau khi gia công 79

Hình 3-53 Chạy dao theo kiểu hình tia 80

Hình 3-54 Gia công bề mặt cong lồi 81

Hình 3-55 Bề mặt chi tiết tạo thành có lựa chọn đường chạy dao cắt ngang các đường chạy dao ở lần cắt trước 81

Hình 3-56 Phương án chạy dao dạng mặt cong phức tạp 82

Hình 3-57 Mô phỏng kết quả gia công bề mặt cong phức tạp 82

Hình 3-58 Phương án chạy dao dạng mặt cong phức tạp 83

Hình 3-59 Kết quả mô phỏng gia công 83

Hình 3-60 Chạy dao theo đường xoắn ốc 84

Hình 3-61 Chạy dao theo dạng đường kẻ 84

Hình 3-62 Chạy dao sửa đúng biên dạng tại phần giao nhau 85

Hình 4-1 Dao phay ngón đầu cầu và đầu phẳng 87

Hình 4-2 Mẫu chi tiết gia công mặt phẳng 87

Hình 4-3 Bề mặt chi tiết đạt được sau khi gia công; a gia công sử dụng dao phay ngón đầu cầu và b sử dụng dao phay đầu phẳng 88

Hình 4-4 Chi tiết cần gia công 89

Hình 4-5 Phôi sau khi gia công thô 90

Hình 4-6 Gia công với dao phay ngón đầu cầu 90

Hình 4-7 Gia công với dao phay ngón đầu bằng 91

Hình 4-8 Mẫu gia công mặt cong mô phỏng bằng phần mềm CATIA I Vùng gia công với dao phay ngón đầu cầu II Vùng gia công với dao phay ngón đầu phẳng 91

Hình 4-9 Mẫu sau gia công với đường chạy dao ngang 92

Hình 4-10 Profile của bề mặt mẫu đo vẽ được trên máy đo 3 tọa độ 92

Hình 4-11 So sánh bề mặt thực và bề mặt lý thuyết 93

Hình 4-12 Chiều cao các nhấp nhô tại các vị trí 93

Hình 4-13 Chiều cao các nhấp nhô khi gia công bằng dao phay đầu phẳng 94

Hình 4-15 Phương án đường chạy dao uốn theo mặt cong 96

Hình 4-16 Mẫu sau gia công I Vùng gia công sử dụng dao phay ngón đầu cầu II Vùng gia công sử dụng dao phay ngón đầu phẳng 96

Hình 4-17 Mẫu sau gia công với đường chạy dao dọc 97

Hình 4-18 Vỏ chuột máy tính 101

Hình 4-19 Lõi khuôn chuột máy tính 101

Hình 4-20 Đường chạy dao khi gia công thô 102

Hình 4-21 Bề mặt đạt được sau khi gia công thô (mô phỏng bằng phần mềm CATIA) 103

Hình 4-22 Chi tiết sau khi gia công tinh 104

Hình 4-23 Khuôn con chuột sau gia công tinh 104

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay rất nhiều doanh nghiệp sản xuất tại Việt Nam đã đầu tư các máy móc thiết bị mới, trong đó có các máy công cụ CNC (Cmputer Numerical Control) Để khai thác hiệu quả máy công cụ CNC trong sản xuất cần thiết phải ứng dụng CAD/CAM, có như vậy thì ngành cơ khí của nước ta mới tiếp cận và hội nhập với trình độ hiện đại của các nước phát triển trên thế giới

Trong việc ứng dụng các phần mềm CAD/CAM để thiết kế và gia công các sản phẩm cơ khí, khi gia công năng suất và chất lượng bề mặt của sản phẩm phụ thuộc rất nhiều vào hình học của dụng cụ cắt đã lựa chọn, phương án đường chạy dao trong quá trình gia công Vì vậy việc nghiên cứu sự ảnh hưởng của hình học dụng cụ cắt và phương án đường dụng cụ khi sử dụng phần mềm CAD/CAM để đưa ra những giải pháp tối ưu đảm bảo chất lượng bề mặt sản phẩm và năng suất của quá trình gia công là thực sự cần thiết

2 Lịch sử nghiên cứu

Công nghệ CAD/CAM đã được phát triển từ rất lâu trên thế giới, tuy nhiên ở Việt Nam thì hiện nay gần như mới bắt đầu, do đó các đề tài nghiên cứu về lĩnh vực này chưa nhiều ở nước ta

Việc nghiên cứu ảnh hưởng của hình học dụng cụ cắt và hình học tạo hình đến chất lượng bề mặt chi tiết máy, ở nước ngoài đã có rất nhiều công trình nghiên cứu, nhưng kết quả ứng dụng ở Việt Nam thì rất ít, có thể do sự hạn chế về điều kiện kinh tế kỹ thuật, … Trong nước cũng đã có một số đề tài có đề cập đến, tuy nhiên

để đạt được kết quả cao trong việc ứng dụng các phần mềm CAD/CAM cần có nhiều đề tài nghiên cứu sâu, rộng hơn nữa

3 Cơ sở, mục đích, phạm vi nghiên cứu của luận văn

 Cơ sở nghiên cứu

Cơ sở khoa học: Lý thuyết tạo hình bề mặt không gian, Công nghệ CAD/CAM

trong chế tạo các sản phẩm cơ khí

Cơ sở thực tiễn: Độ chính xác tạo hình là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất

lượng của các bề mặt khuôn mẫu, chi tiết máy Với các điều kiện thực tiễn trong sản xuất công nghiệp hiện nay tại Việt Nam như ứng dụng các phần mềm CAD/CAM

và máy phay CNC hoàn toàn có khả năng nghiên cứu các yếu tố hình học tạo hình ảnh hưởng đến độ chính xác bề mặt gia công nhằm nâng cao năng xuất và chất lượng sản phẩm

 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu ảnh hưởng của hình học dụng cụ cắt và hình học tạo hình đến chất lượng bề mặt không gian khi gia công trên máy phay 3 trục

 Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu một số phần mềm CAD/CAM

- Nghiên cứu nguyên lý làm việc, nguyên lý điều khiển của máy phay CNC

- Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng bề mặt chi tiết máy

- Nghiên cứu ảnh hưởng của hình học dụng cụ đến độ chính xác gia công bề mặt không gian trên máy phay 3 trục

- Nghiên cứu ảnh hưởng của phương án đường dụng cụ đến độ chính xác gia công bề mặt không gian trên máy phay 3 trục

- Thí nghiệm đánh giá kết quả

 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết ứng dụng phần mềm CAD/CAM

Nghiên cứu sản phẩm thực tế qua các mô hình thí nghiệm

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM 1.1 Tổng quan về công nghệ CAD/CAM

Kỹ thuật CAD/CAM đã được nghiên cứu, xây dựng và nâng cấp ngày càng hoàn thiện hơn, sau đây là những mốc phát triển quan trọng nhất của kỹ thuật CAD/CAM:

Năm 1979 khớp nối liên hoàn CAD/CAM đầu tiên đã được tạo lập

Năm 1984 hệ CNC với công cụ trợ giúp đồ họa (Graphic) tạo khả năng mô phỏng (Simulation) trên màn hình máy tính

Năm 1986/1987 giao diện tiêu chuẩn hóa (Standard Interfaces) tạo khả năng tích hợp hóa và tự động hóa sản xuất theo mô hình CIM (Computer Intergrated Manufacturing)

Năm 1990 giao diện số (Digital Interfaces) giữa hệ điều khiển NC và các hệ khởi động đã cải thiện độ chính xác và đáp ứng điều khiển của các trục NC và của trục chính máy

Năm 1994 khép kín chuỗi quá trình CAD/CAM/CNC bằng cách dùng hệ NURBS (Not Uniforme Rationale B-Splines) là phương pháp nội suy (interpolation) trong các hệ CNC Hệ NURBS dùng để diễn tả toán học các bề mặt gia công bằng các điểm và các thông số tạo thành mô hình lưới bề mặt gồm nhiều nút, diễn tả bề mặt với độ mịn cao, truy cập trực tiếp từ hệ CAD (Computer Aided Design) Giải pháp này giảm lượng dữ liệu, tăng độ chính xác và tốc độ xử lý, tạo chuyển động đều đặn của máy, tăng tuổi thọ của máy và của dao cắt

Năm 1996 điều khiển bộ khởi động số (Digital Motor Control) và nội suy chính xác với độ phân giải nhỏ hơn 0.001mm, lượng tiến dao đạt tới 100m/phút Năm 1997 kỹ thuật thực hiện ảo tạo khả năng mô phỏng không gian có hiệu

CAD là viết tắt của thuật ngữ tiếng Anh Computer Aided Design, có nghĩa là

hệ thống thiết kế có sự trợ giúp của máy tính, với hệ CAD có thể tính toán các dữ liệu khác nhau như thể tích, diện tích, trọng lượng, sức bền, vv… có thể tạo lập các bản vẽ như bản vẽ lắp (Assembly drawings), bản vẽ chi tiết (Part drawings) và bản

vẽ tỉ mỉ (Detail drawings)

CAM là hệ thống gia công (chế tạo, sản xuất) có sự trợ giúp của máy tính (Manufacturing system aided by computers), viết tắt của thuật ngữ tiếng Anh

Computer aided manufacturing

Hệ thống CAD/CAM là hệ thống tích hợp giữa CAD và CAM, nghĩa là hệ thống thiết kế và chế tạo tích hợp có sự trợ giúp của máy tính, phối hợp giữa thiết

kế bằng hệ CAD và chế tạo bằng hệ CAM

Ngày nay giải pháp tích hợp của các hệ thống CAD/CAM (integration of CAD/CAM system) đang được coi trọng trong nghiên cứu và ứng dụng Một hệ CAD/CAM có thể gồm những bộ phần mềm CAD và CAM tách biệt nhau hoặc tích hợp

1.2 Một số phần mềm CAD/CAM được ứng dụng trên Thế giới và Việt Nam

Hiện nay trên thị trường đã xuất hiện rất nhiều phần mềm CAD/CAM của các hãng khác nhau trên thế giới và các phần mềm này đã bắt đầu được ứng dụng rộng rãi ở Việt Nam trong những năm gần đây Số lượng các phần mềm CAD/CAM có thể đến vài chục, trong đó có một số phần mềm được nhiều doanh nghiệp trong và ngoài nước sử dụng cũng như được người sử dụng biết đến nhiều nhất như CATIA, Pro/Engineer, Solidworks, Cimatron, UniGraphics, Mastercam, vv…

Mỗi người sử dụng CAD/CAM có thể có đánh giá riêng Sau đây là một số thông tin thu thập qua các tài liệu phân tích thị trường của nước ngoài Với xu hướng toàn cầu hoá và trình độ thông tin như hiện nay thì việc cập nhật các chức năng và công nghệ tiên tiến khá dễ dàng Điều đó thể hiện ở chỗ thời gian để các hãng đưa ra một version mới được rút ngắn rất nhanh, một công nghệ mới ra đời tại

hãng này thì chỉ mấy tháng sau đã thấy xuất hiện ở sản phẩm của hãng khác Vì vậy, không thấy có sự khác biệt đáng kể về chức năng giữa các hệ CAD/CAM Sự khác nhau có chăng là ở cách đóng gói, cách cung cấp các modul chức năng tới khách hàng như thế nào, mà đó là vì lý do thương mại Khi lựa chọn phần mềm, ngoài tính năng kỹ thuật, cần đặc biệt quan tâm đến môi trường làm việc mà phần mềm tạo ra

và chi phí sử dụng phần mềm

Pro/Engineer là sản phẩm của PTC (Parametric Technology Corp) Đây là

hãng lớn, có bề dày và doanh thu cao trong thị trường CAD thế giới Mọi công việc

về cơ khí: thiết kế thông thường, khuôn, phần tử hữu hạn, lắp ráp, CAM (lập trình cho máy phay tới 5 trục, tiện với trục C, cắt dây, ) đều có thể thực hiện trên Pro/E

và các modul mở rộng của nó Nhược điểm lớn nhất của Pro/E là rất khó học và khó

sử dụng Các phiên bản trước của Pro/E chạy trong Unix Gần đây PTC cho ra các phiên bản Windows, và kể từ phiên bản Pro/E 2000i đã rất cố gắng cải tiến giao diện người dùng theo chuẩn Windows Phiên bản Pro/E Wildfire ra năm 2002 đã thể hiện bước tiến đáng ghi nhận về giao diện người dùng của Pro/E Tuy nhiên, ngay cả trong các phiên bản mới của Pro/E, khả năng xử lý tài nguyên còn hạn chế Cùng một công việc, Pro/E đòi hỏi cấu hình phần cứng máy tính cao và chạy khá nặng nề

Cimatron là sản phẩm của hãng cùng tên (Israel), có tính năng và đặc điểm

tương tự như của Pro/E Đó là phần mềm mô hình hoá 3D mạnh, đặc biệt về thiết kế khuôn mẫu, mô hình hoá và gia công bề mặt Các phiên bản trước của Cimatron cũng rất khó dùng Bắt đầu từ phiên bản 12, giao diện của Cimatron cũng được cải tiến một cách tích cực theo chuẩn Windows

SolidWorks và Autodesk là 2 hãng sản xuất phần mềm CAD nổi tiếng thế

giới, đã sớm cho ra các phiên bản Windows

SolidWorks là một trong những sản phẩm nổi tiếng của hãng Dassault

systemn, bên cạnh một sản phẩm nổi tiếng khác của hãng này là Catia

Hình 1-1 Sản phẩm được thiết kế bằng Solidwork

SolidWorks phần mềm thiết kế ba chiều được sử dụng rất rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau như xây dựng, kiến trúc, cơ khí… được sử dụng các công nghệ mới nhất về lĩnh vực đồ họa máy tính Phần mềm SolidWorks do công ty SolidWorks phát triển là một trong những phần mềm thiết kế uy tín nhất trên thế giới Phần mềm này cho phép người sử dụng xây dựng các mô hình chi tiết 3D, lắp ráp chúng lại với nhau thành một bộ phận máy (máy) hoàn chỉnh, kiểm tra động học, cung cấp thông tin về vật liệu…

Phần mềm SolidWorks cũng cho phép nhiều phần mềm ứng dụng nổi tiếng khác chạy trực tiếp trên môi trường của nó SolidWorks có thể xuất ra các file dữ liệu định dạng chuẩn để người sử dụng có thể khai thác mô hình trong môi trường các phần mềm phân tích khác như ANSYS, ADAMS, Pro-Casting…Trước sự phát triển lớn mạnh của phần mềm CAD SolidWorks, hiện nay nhiều phần mềm CAD/CAM đã viết thêm các modul nhận dạng trực tiếp file dữ liệu SolidWorks…

Chức năng CAD: Phần mềm này có ưu điểm là giao diện đẹp, thân thiện, khả năng thiết kế nhanh hơn các phần mềm khác rất nhiều nhờ vào sự xắp xếp và bố trí các toolbar một cách có hệ thống và hợp lý Phần mềm này không có nhiều modul như Catia hay unigraphics vốn là những phần mềm lớn thiết kế trong nhiều lĩnh vực như ôtô, hàng không, điện tử, … Solidworks chủ yếu được dùng trong cơ khí chính xác, điện tử, ôtô, thiết kế cơ khí, tạo khuôn, thiết kế kim loại tấm… nói chung, về các chức năng này thì Solidworks tỏ ra có không thua kém Catia, unigraphics thậm chí còn hay hơn và tốt hơn, bởi lẽ nó chỉ chuyên về những lĩnh vực đó, cùng với người anh em Catia của mình, Solidworks trở thành một trong những phần mềm nổi tiếng thế giới của hãng Dassault systemn

Hình 1-2 Gia công với SolidCam

Chức năng CAE: có lẽ đây là một ưu điểm của hãng sản xuất, khi mà họ mua trọn gói bộ phần mềm phân tích nổi tiếng thế giới là Cosmos để tích hợp và chạy ngay trong môi trường của solidworks bao gồm: COSMOS Motion,

có thể có phần mềm khác so sánh được được Với modul phân tích của Solidworks

là cosmos, chúng ta có thể thực hiện được những bài phân tích vô cùng phức tạp nhưng rất hay, dưới đây là liệt kê một vài bài toán dùng để tính với cosmos:

- Phân tích sự va chạm của các chi tiết

- Phân tích thuỷ khí động học ( thông qua bài toán phân tích lượng nước chảy qua cái robine và bố trí quạt thông gió cho CPU máy tính nhằm tản nhiệt tốt hơn)

- Phân tích quá trình rót kim loại lỏng vào khuôn và mức độ gia nhiệt cần thiết cho quá trình đó

- Mô phỏng cánh tay Robot

Bên cạnh những modul phân tích này thì Cosmos còn cho phép thực hiện nhiều bài toán khác nữa Nói chung là chương trình tính toán nhanh và cho phép thực hiện phân tích cụm rất nhiều chi tiết, với các thông số kết quả là: ứng suất, sức căng, chuyển vị, hệ số an toàn kết cấu …

Mold tools: Các công cụ giúp công việc thiết kế khuôn mẫu của bạn dễ dàng hơn rất nhiều

Autodesk có 2 sản phẩm thiết kế cơ khí chuyên dùng là Mechanical Desktop

(MDT) và Inventor MDT chạy trên nền AutoCAD nên mọi giao diện tương tự của

AutoCAD, được người sử dụng hoan nghênh khi họ muốn chuyển từ môi trường CAD truyền thống sang mô hình hoá 3D

Inventor chạy độc lập, sử dụng công nghệ tiên tiến Ngoài công nghệ tham số, hướng đối tượng như các phần mềm khác, Inventor lần đầu trình diễn công nghệ thiết kế thích nghi Chức năng quản lý theo Project cho phép thiết kế và quản lý các cụm lắp ráp lớn Giao diện người dùng của Inventor rất hoàn chỉnh, thân tiện, tiện dụng và hấp dẫn Hệ thống thanh công cụ của Inventor được thiết kế gọn, thông minh, cho phép người dùng giảm thiểu di chuyển và số lần bấm chuột Bên cạnh đó, Inventor có hệ thống trợ giúp khá đầy đủ, phục vụ tốt cho mọi lớp người dùng Bản thân MDT và Inventor là phần mềm CAD/CAE chỉ có chức năng thiết kế thông thường: mô hình hóa solid và bề mặt, phần tử hữu hạn, thư viện cơ khí, tính các bộ truyền, Các chức năng đặc biệt khác, như khuôn, CAM, được tích hợp từ các nhà phát triển thứ 3 (MAI) Ưu điểm lớn nhất của các phần mềm này là dễ sử dụng, giao diện người dùng thân thiện Giá cả của chúng thuộc loại thấp

CATIA viết tắt từ (Computer Aided Three Dimensional Interactive

Hình 1-3 Sản phẩm thiết kế với CATIA

Catia bao gồm 06 Module phục vụ cho toàn bộ quá trình thiết kế, tính toán tối

ưu và gia công trong lĩnh vực cơ khí, các modul của nó bao gồm:

1 Modul thiết kế cơ khí (Mechanical Deigsn): Modul này cho phép xây

dựng các chi tiết, các sản phẩm lắp ghép trong cơ khí

2 Modul thiết kế bề mặt (Shape Design and Styling): Modul này cho phép

đó cho phép tối ưu kết cấu

4 Modul gia công (Manufacturing): Modul này cho phép mô phỏng quá

trình gia công chế tạo chi tiết thông qua việc lựa chọn dao, chế độ cắt, gá đặt từ đó cho phép người thiết kế lựa chọn quá trình chế tạo hợp lý nâng cao chất lượng gia công và tiết kiệm vật liệu

5 Modul hệ thống các thiết bị (Equipments and systems): Cho phép xây

dựng các trang thiết bị, các hệ thống của một nhà máy theo tiêu chuẩn

6 Modul thiết kế mặt bằng, nhà máy, dây chuyền sản xuất (Plant

Engineering): Cho phép thiết kế mặt bằng xưởng, nhà máy, dây chuyền sản xuất

Hình 1-4 Chức năng phân tích của CATIA

Đây là một phần mềm rất mạnh có khả năng giải quyết nhiều bài toán nên yêu cầu cấu hình máy tính phải đảm bảo.Các đối tượng mà CATIA có khả năng làm việc là:

- Thiết kế cơ khí: Thiết kế chi tiết và các cơ cấu tổ hợp các sản phẩm dập tấm, bề mặt và khung dây, thiết kế khuôn, thiết kế tàu thuỷ, ô tô, máy bay v.v…

- Thiết kế các kiểu dáng hình học 3D với những mặt cong bất kỳ

- Phân tích kết cấu bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM)

để thực hiện quá trình gia công chế tạo

1.3.2 Ứng dụng trong tính toán và mô phỏng quá trình gia công

Ứng dụng các phần mềm CAD/CAM trong việc tính toán công nghệ và mô phỏng quá trình gia công đem lại hiệu quả làm việc cao trong sản xuất, giúp quá trình thiết kế và chế tạo giảm được rất nhiều chi phí về thời gian và tiền bạc

Trong phần phạm vi luận văn chỉ đưa ra giới thiệu một số phương án hình học đường chạy dao có thể thực hiện được trên một số phần mềm CAD/CAM thông

dụng mà hiện nay được nhiều hãng hay tập đoàn lớn trên thế giới sử dụng

a Gia công hốc

 Kiểu đường chạy dao (Toolpath)

Phay hốc với đường chạy dao theo kiểu xoắn ốc song song với đường bao (Pocket Boundary), dao sẽ cắt từ trong ra ngoài (Hình 1-5.a)

Phay hốc với đường chạy dao theo kiểu xoắn ốc song song với đường bao (Pocket Boundary), dao sẽ cắt từ ngoài vào trong (Hình 1-5.b)

Phay hốc với đường chạy dao theo kiểu chữ S (Hình 1-5.c)

Phay hốc với đường chạy dao theo dạng Zig-Zag (Hình 1-5.d)

Phay hốc với đường chạy dao theo kiểu song song với đường bao (Pocket Boundary), dao sẽ cắt theo một chiều (Hình 1-5.f)

Phay hốc dao cắt nhiều lớp (Hình 1-5.e)

 Cài đặt các thông số gia công

- Định nghĩa hướng véctơ tốc độ cắt

Phay dao phay thuận và dao phay nghịch (Hình 1-6)

- Dung sai gia công

Là khoảng sai số lớn nhất cho phép giữa biên dạng

(Contour) lý thuyết và đường chạy dao tính toán, xem trên Hình

1-7 (khi gia công chúng ta luôn mong muốn đường chạy dao

trùng với biên dạng của chi tiết cần gia công)

- Định khoảng cách giữa 2 đường chạy dao liên tiếp

(Stepover), xem Hình 1-8.a

- Khoảng cách giữa hai đường chạy dao được tính toán theo % đường kính dao với tỷ lệ nghịch, có giá trị tính toán trong khoảng từ 1% ÷ 99%

(Percentage of Tool Diameter), (xem Hình 1-8.b)

Hình 1-8 Các thông số chạy dao theo phương ngang

Hình 1-6 Phay thuận

và phay nghịch

Hình 1-7 Dung sai gia công

dao với tỷ lệ thuận, có giá trị tính toán trong khoảng từ 1% ÷ 99% xem

Hình 1-8.c

b Kiểu chạy dao khi gia công thô bề mặt ngoài

Với mỗi lớp cắt thô sẽ là Offset của bề mặt (Surface) với 3 cách chuyển dao giữa các đường chạy dao, xem Hình 1-9

Mỗi lớp cắt thô sẽ cùng phẳng với 3 cách chuyển dao giữa các đường chạy dao, xem Hình 1-10

Mỗi lớp cắt thô sẽ uốn theo bề mặt với 3 cách chuyển dao giữa các đường chạy dao, xem Hình 1-11

c Gia công tinh

Khi gia công tinh bề mặt 3D phần mềm cho phép chạy dao với các phương án:

- Chạy dao theo đường zig-zag (Hình 1-12.a), toolpath sẽ đi theo đường zig-zag

về 2 phía Pass nọ nối tiếp pass kia

- Chạy dao theo 1 hướng nối tiếp nhau (One - way next), Hình 1-12.b, các đường chạy dao luôn theo 1 hướng Sau khi ở cuối của Pass này thì sẽ nhấc dao nhảy đến đầu của Pass tiếp theo (đầu của Pass tiếp theo cùng hướng với đầu của Pass trước đó)

- Chạy dao kiểu các đường chạy dao giống nhau (One - way same), Hình 1-12.c, các đường chạy dao sẽ luôn đi theo 1 hướng Khi ở cuối của Pass này, dao nhấc lên và di chuyển về đầu của pass này, sau đó dịch dao đến đầu của Pass tiếp theo

Điều chỉnh các thông số của lớp cắt khi gia công:

- Chiều cao của vật liệu chừa lại khi gia công (Scallop Height):

Chiều cao lớn nhất cho phép của vẩy vật liệu chừa lại không cắt giữa các đường dịch dao sau khi gia công (xem Hình 1-13.b)

- Bước tiến dao ngang (Stepover), Hình 1-13.c, có 2 dạng:

+ Bước tiến dao ngang không thay đổi theo hướng vuông góc với trục dao

(Constant): Khoảng cách dịch dao giữa các Pass theo hướng vuông góc với

trục dao không thay đổi, có giá trị bằng với giá trị do người sử dụng cài đặt (Hình 1-14.a)

+ Bước tiến dao ngang được tính toán theo chiều cao của nhấp nhô để lại

(Via Scallop height): Bước tiến dao ngang được tính toán theo chiều cao của

nhấp nhô để lại khi gia công, giá trị này do người sử dụng cài đặt (Hình 1-14.b)

1.4 Một số loại hình học dụng cụ cắt thường sử dụng trong gia công bề mặt 3D có thể lựa chọn trên phần mềm CAD/CAM

Phương pháp phay các bề mặt khuôn mẫu trên máy phay CNC là phương pháp phay bao hình, dụng cụ cắt là các dao phay ngón Do các bề mặt khuôn mẫu có hình dáng hình học rất đa dạng nên hình dáng hình học của các dao phay ngón được sử dụng cũng có các loại khác nhau để phù hợp với bề mặt cần gia công, đảm bảo lấy

đi được nhiều lượng dư nhất, chất lượng bề mặt tốt nhất, năng suất cao nhất Hiện nay dụng cụ cắt được sử dụng trên máy phay CNC để gia công bề mặt 3D thường

Hình 1-15 Một số loại dụng cụ cắt thường sử dụng trong gia công bề mặt 3D

a Dao phay ngón đầu phẳng; b Dao đầu phẳng có góc lượn;

c Dao phay ngón đầu cầu; d Dao phay ngón đầu cầu, ¾ cầu;

e Dao phay ngón đầu côn cầu.

dao phay ngón đầu cầu, dao phay ngón đầu ¾ cầu, dao phay ngón đầu côn cầu như trên Hình 1-15

Dao phay đầu cầu: có khả năng lấy đi lượng dư lớn nhất khi gia công các bề

mặt cong, về lý thuyết nếu bán kính cong của mọi điểm trên bề mặt mà lớn hơn bán kính cong của đầu dao thì sẽ lấy đi được hết lượng dư Khi gia công mặt phẳng thì dao phay đầu cầu để lại phần lượng dư giữa các đường chạy dao (xem Hình 1-16.b,d) Về mặt chế độ cắt thì dao đầu cầu không tốt, vận tốc cắt biến thiên từ vận tốc cắt cực đại (xác định theo công thức 1-1) về 0 tại mũi dao, do đó tại vùng lân cận mũi dao vật liệu phôi không phải bị cắt gọt mà bị phá hủy do biến dạng, chính

vì vậy chất lượng bề mặt không cao Do những đặc điểm trên, dao phay đầu cầu chỉ được dùng trong bước gia công tinh bề mặt

(m/ph) 1000

.

max

n D

V 

Dao phay đầu phẳng: có khả năng lấy đi lượng dư kém dao phay đầu cầu khi

gia công những bề mặt có độ cong (xem Hình 1-16.c), nhưng chế độ cắt tốt, vận tốc cắt tại phần lưỡi cắt tham gia cắt gọt không đổi do đó chất lượng bề mặt gia công cao Do những đặc điểm trên nên dao phay đầu phẳng được dùng cho nguyên công gia công thô cắt theo lớp, gia công bán tinh và gia công tinh những bề mặt phẳng

1-1

Hình 1-16 Khả năng lấy lượng dư của các loại dao có hình dáng khác nhau

Dao phay đầu phẳng có góc lượn: để hài hòa ưu nhược điểm của dao phay

đầu cầu và dao phay đầu phẳng, người ta chế tạo dao có góc lượn hay bán kính mũi dao r, dao này có khả năng lấy đi lượng dư tương đối tốt với các bề mặt cong và chế

độ cắt cũng khá tốt, vận tốc cắt biến thiên từ Vmax (xác định theo công thức 1-1) đến

Vmin (xác định theo công thức 1-2)

(m/ph) 1000

).

2 (

min

n r D

V  

Các loại dao phay thân côn: khi gia công những bề mặt lên, xuống dốc có

hốc sâu thì các dao thân côn rất phù hợp, về mặt tạo hình và chế độ cắt chúng mang các đặc điểm như các loại dao cơ bản trên nhưng về mặt sức bền thân dao thì tốt hơn vì khi gia công sâu yêu cầu thân dao phải dài

1-2

Chương 2 TẠO HÌNH BỀ MẶT KHÔNG GIAN ỨNG DỤNG

CÔNG NGHỆ CAD/CAM/CNC

Một sản phẩm (hoặc một chi tiết cơ khí) được thiết kế trên phần mềm CAD, sản phẩm đó sẽ được chuyển sang phần mềm CAM (hoặc module CAM, nếu sử dụng phần mềm CAD/CAM) để thực hiện việc mô phỏng quá trình gia công Quá trình gia công sẽ được mô phỏng trên phần mềm CAM với các chế độ gia công và các phương án chạy dao do người sử dụng lựa chọn, cài đặt Các phần mềm CAM cho phép xuất ra chương trình NC để điều khiển máy công cụ CNC (Đặc điểm của máy công cụ CNC là tất cả các cơ cấu chấp hành của máy được điều khiển bằng tín hiệu số, và do đó nó có khả năng kết nối với máy tính để thực hiện quá trình gia công)

2.1 Phân loại bề mặt không gian

Hình 2-1 Bề mặt một số chi tiết máy và dụng cụ cơ bản

Bề mặt không gian được chia thành nhóm theo các mức độ phức tạp và nguyên lý quá trình tạo hình bề mặt

Nhóm 1: Bao gồm 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, vvv… được minh họa như trên Hình 2-1

Bề mặt nhóm này được hình thành do một đường sinh nào đó chuyển động theo một quy luật nhất định (theo [1])

Công nghệ tạo hình các bề mặt nhóm 1 được hình thành bởi 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 là các dụng cụ cắt chuyên dùng như dao phay lăn răng, dao xọc, dao tiện định hình,…

Nhóm 2: Bao gồm các bề mặt cong trơn hay còn gọi là các bề mặt khuôn mẫu

(xem Hình 2-2), do tính đa dạng và phức tạp của các bề mặt khuôn mẫu nên không thể sử dụng các dụng cụ đặc biệt (chuyên dụng) để tạo hình cho từng loại bề mặt riêng biệt mà phải dùng dụng cụ vạn năng có thể gia công cho tất cả các loại bề mặt khác nhau, đó là các dạng dao phay ngón

Hình 2-2 Bề mặt khuôn mẫu

2.2 Các phương pháp tạo hình bề mặt không gian bằng gia công phay

Trong gia công phay tạo hình bề

mặt không gian có hai phương pháp là

phay định hình (chép hình) và phay bao

hình

2.2.1 Phay định hình

Phay định hình là một phương

pháp tạo hình bề mặt mà bề mặt chi tiết

được chép lại theo biên dạng của bề mặt

tạo bởi lưỡi cắt dụng cụ

Để gia công bề mặt theo phương pháp này thì biên dạng dụng cụ phải giống hệt biên dạng chi tiết, ví dụ như cắt bánh răng trụ bằng dao phay định hình (dao phay đĩa mô đun) như Hình 2-3 Với phương pháp này biên dạng dao phải trùng khít với biên dạng rãnh của các bánh răng, khi phay hết rãnh này dùng đầu phân độ

để phay rãnh tiếp theo Đường chạy dao trong gia công định hình là những đường đơn giản, dễ xác định Gia công định hình thường được ứng dụng để chế tạo các bề mặt chi tiết máy đơn giản như bánh răng trụ, côn, rãnh cam,… thiết bị gia công là các máy vạn năng đơn giản (do chỉ cần các đường chạy dao đơn giản) Phương pháp này có năng suất cao nhưng độ chính xác không cao, đòi hỏi phải sử dụng các dụng

cụ đặc biệt

2.2.2 Phay bao hình

Là phương pháp tạo hình bề mặt mà bề mặt tạo thành là mặt bao của họ bề mặt tạo bởi lưỡi cắt của dụng cụ Tùy theo đặc tính về hình dạng của bề mặt cần gia công người ta thiết lập các sơ đồ động học giữa dụng cụ và chi tiết để tạo thành các phương pháp phay bao hình khác nhau

a Phay bao hình nhóm các bề mặt chi tiết máy cơ bản

Các bề mặt của nhóm này bao gồm bề mặt của bánh răng trụ răng thẳng, răng

Hình 2-3 Phương pháp phay định hình

nghiêng, côn xoắn, bề mặt then hoa, bánh vít, các bề mặt xoắn của dụng cụ như mũi khoan, dao phay,…

Để gia công các bề mặt này người ta sử dụng phương pháp bao hình có tâm tích cà phương pháp bao hình không tâm tích Phương pháp bao hình có tâm tích dựa trên nguyên lý ăn khớp của các bề mặt đối tiếp của các cặp động học Trong cặp động học ăn khớp đó người ta cho một là dụng cụ, một là phôi và thiết lập một xích bao hình từ dụng cụ đến phôi, xích bao hình có thể là cơ khí hay CNC Dựa vào sự ăn khớp của bánh răng và bánh răng người ta tạo ra phương pháp gia công bao hình là xọc răng, sự ăn khớp giữa bánh răng và trục vít tạo ra phương pháp gia công phay lăn răng (Hình 2-4) Dựa vào sự ăn khớp của bánh răng và bánh dẹt sinh tưởng tượng ta có phương pháp gia công bao hình bánh răng côn cong,…

Dựa vào nguyên lý tạo thành bề mặt rãnh xoắn có phương pháp phay bao hình không tâm tích như phay các rãnh xoắn của mũi khoan, dao phay,… (xem Hình 2-5)

Hình 2-4 Sơ đồ phay lăn răng

Hình 2-5 Phay rãnh xoắn

Gia công bao hình bề mặt chi tiết máy cơ bản đòi hỏi dụng cụ phải có biên dạng thích hợp theo biên dạng chi tiết, muốn xác định biên dạng dụng cụ phải xác định bề mặt khởi thủy của dụng cụ

b Phay bao hình nhóm các bề mặt khuôn mẫu

Các bề mặt thuộc nhóm này bao gồm các bề mặt khuôn mẫu có hình dạng phức tạp như bề mặt khuôn dập vỏ ô tô, khuôn đúc cánh quạt, vỏ điện thoại, vỏ tivi,…(xem Hình 2-6.a)

Phương pháp này dựa trên nguyên lý bề mặt được tạo thành coi là đúng khi chiều cao nhấp nhô để lại giữa các vết cắt nhỏ hơn một giá trị cho phép (h<[ε]) Chiều cao nhấp nhô h phụ thuộc vào hình dáng dụng cụ, hình dáng bề mặt chi tiết, bước tiến ngang So và góc nghiêng của trục dao với pháp tuyến bề mặt (xem Hình 2-7)

Dụng cụ để gia công các loại bề mặt trên là các dụng cụ tiêu chuẩn, có hình dáng hình học xác định điển hình, là các loại dao phay ngón

Máy để gia công là các máy phay CNC hay các trung tâm gia công CNC nhiều trục

Hình 2-6 Nhóm bề mặt khuôn mẫu

Hình 2-7 Bề mặt chi tiết được hình thành khi phay

Trong phương pháp gia công bao hình để tạo thành các bề mặt khuôn mẫu, vấn đề khó khăn nhất không phải là xác định biên dạng dụng cụ hay xác định xích bao hình (mối quan hệ động học) mà là giải quyết tính toán đường chạy dao cho việc điều khiển dụng cụ để gia công đạt kết quả mong muốn

Việc tính toán đường chạy dao để gia công bề mặt không gia chỉ có thể thực hiện được với sự trợ giúp của các phần mềm CAD/CAM và thực hiện gia công trên

Để sản sinh ra một đường trên máy điều khiển theo chương trình số, giữa các chuyển động trên từng trục tọa độ riêng

lẻ phải có một quan hệ hàm số Các

điểm tựa phải nằm dày đặc đến mức sao

cho biên dạng của chi tiết được tạo

thành một cách chính xác, nằm trong

phạm vi dung sai cho phép, nhất là khi

biên dạng của chi tiết là một đường

cong (điều khiển phi tuyến) Để làm

được việc đó chỉ có thể giải quyết nhờ máy tính, máy tính sẽ tính toán cho ra tọa độ các điểm trung gian theo một hàm số toán học nhất định và được gọi là bộ nội suy Như vậy bộ nội suy thực chất là một máy phát hàm số, nó đưa ra các lệnh thích hợp với các điều kiện ban đầu, điều khiển chạy dao trên các tọa độ riêng lẻ, trùm lên một quỹ đạo cho trước, có thể là tuyến tính hay phi tuyến theo mong muốn

Hình 2-8 Biên dạng cần nội suy

Thông thường trong các máy công cụ điều khiển số là dạng nội suy thẳng và nội suy vòng (nội suy tuyến tính và nội suy phi tuyến)

b Phương pháp nội suy

Một trong những phương pháp nội suy thông dụng nhất là phương pháp “phân tích vi phân số” DDA (Digital Differential Analyse)

+ Nội suy tuyến tính theo phương pháp DDA (xem Hình 2-9)

Hình 2-9 Tính khoảng nội thẳng suy theo các trục

Một đoạn thẳng có chiều dài L trong hệ tọa độ oxy cần được đi qua trên nó với tốc độ chạy dao không đổi V trong thời gian T = L/V

A : Điểm khởi xuất

B : Điểm đích

L : Chiều dài quãng đường;   2 2

A B A

B X Y Y X

x(t) = xA + dt

T

X X X

T

y y Y dt

V y A  B A

0 0

Ở đây thời gian được chia thành các khoảng thời gian đủ nhỏ t = T/N, phép tích phân cho phép thay bởi phép cộng đại số:

Trên các máy công cụ điều khiển số, thông thường f = 0,001 mm

+ Nội suy vòng theo phương pháp DDA

Để chạy dao cắt chi tiết theo một đường cong thì những điểm trung gian trên biên dạng phải được xác định từ bộ nội suy trong mối quan hệ phụ thuộc vào thời gian chạy cắt (xem Hình 2-10)

Hình 2-10 Nội suy vòng theo phương pháp DDA

A : là điểm khởi xuất

B : là điểm đích

P : là điểm trung gian thuộc đường cong

T : là thời gian chuyển động từ A đến B

t : là thời gian chuyển động từ A đến P

Theo cách diễn tả các thông số của đường cong:

R T

R dt

R

t0