Nghiên cứu thuật toán gia công lỗ trên mặt nghiêng bất kỳ, đảm bảo độ chính xác gia công trên máy phay cnc 5 trục (3+2)

So với máy CNC 3 trục, ở đó hướng dụng cụ cắt cố định, máy 5 trục sử dụng hai trục xoay thay đổi hướng của dụng cụ cắt trong suốt quá trình gia công, do đó có khả năng công nghệ vượt trộ

HUỲNH MAI LÂM

NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN GIA CÔNG LỖ TRÊN MẶT NGHIÊNG BẤT KÌ, ĐẢM BẢO ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC 5 TRỤC (3+2)

Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy

Mã số: 605204

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS PHAN CHÍ CHÍNH

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau

khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành

-

Tp HCM, ngày 01 tháng 07 năm 2011

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: HUỲNH MAI LÂM

Phái: Nam

Ngày tháng năm sinh: 17/04/1984 Nơi sinh: QUẢNG NGÃI

Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy MSHV:09040366

1-TÊN ĐỀ TÀI:

“NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN GIA CÔNG LỖ TRÊN MẶT NGHIÊNG

BẤT KÌ, ĐẢM BẢO ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC 5

TRỤC (3+2)”.

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

 Mô tảmối quan hệđộng học trong máy CNC 5 trục

 Xây dựng giới hạn vùng gia công, phân tích quá trình hình thành biên dạng côn

trong vùng giới hạn đó

 Xây dựng điều kiện đểgia công được lỗtrên mặt phẳng nghiêng bất kì đảm bảo

độ vuông góc giữa đường tâm lỗvà mặt phẳng nghiêng

 Gia công mẫu: gia công mặt côn với các thông số góc côn khác nhau, gia công

lỗtrên những mặt nghiêng khác nhau

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 31/12/2010

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 01/07/2011

5- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS PHAN CHÍ CHÍNH

(Học hàm, học vị, họ tên và chữ ký) QL CHUYÊN NGÀNH

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này, trước tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các Thầy, Cô giảng viên Khoa Cơ khí trường Đại Học Bách khoa Tp.HCM, những người đã tận tình dạy bảo và truyền đạt những kiến thức quý báu cho em trong suốt thời gian học tập tại trường, nhất là thời gian em nghiên cứu và thực hiện luận văn

Tiếp đến, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn - Thầy TS Phan Chí Chính đã trực tiếp giúp đỡ, hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi nhất để em

hoàn thành cuốn luận văn này Đồng thời, em cũng xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến các Thầy, Cô trong Khoa Cơ Khí Trường Đại Học Công Nghiệp Tp HCM, đã tận tình giúp

đỡ em trong thời gian thực hiện luận văn tại trường

Sau cùng em xin cảm ơn anh chị, cùng các bạn đồng nghiệp tại công ty TNHH Fischer-Asia đã hỗ trợ trong suốt quá trình thực hành kiểm nghiệm gia công chi tiết tại công ty

Vì thời gian thực hiện đề tài không nhiều, kiến thức bản thân còn hạn chế, trong thời gian thực hiện luận văn có nhiều khó khăn nên chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong quý Thầy, Cô đóng góp ý kiến để em nhận thức được những thiếu sót, cố gắng sửa chữa và hoàn thiện hơn

Sau cùng, em xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô đã dành những thời gian quý báu để nhận xét và bổ sung thêm những kiến thức tốt hơn cho luận văn này

Học viên

Huỳnh Mai Lâm

TÓM TẮT

Máy công cụ gia công điều khiển số (CNC-Computer Numerical Control) nói chung, trong đó bao gồm các loại máy, trung tâm CNC 3 trục đã được sử dụng phổ biến trong ngành Cơ khí chính xác của nước ta

So với máy CNC 3 trục, ở đó hướng dụng cụ cắt cố định, máy 5 trục sử dụng hai trục xoay thay đổi hướng của dụng cụ cắt trong suốt quá trình gia công, do đó có khả năng công nghệ vượt trội về độ phức tạp và năng suất gia công Các loại thiết bị gia công 5 trục được bắt đầu trang bị ở một số cơ sở sản xuất, trung tâm nghiên cứu, trường đại học ở nước ta trong thời gian gần đây và đang trong giai đoạn tìm hiểu và khai thác sử dụng

Trước nhu cầu khai thác sử dụng công nghệ mới, việc nghiên cứu khai thác sử dụng hiệu quả công nghệ sản suất tiên tiến nói chung, máy CNC 5 trục nói riêng nhằm nâng cao năng lực thiết kế, chế tạo các loại sản phẩm có độ phức tạp và yêu cầu chất lượng cao là hết sức cần thiết

Vì vậy, tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu thuật toán gia công lỗ trên mặt nghiêng bất kỳ, đảm bảo độ chính xác gia công trên máy phay CNC 5 trục (3+2)”

để nghiên cứu

Sau một thời gian nghiên cứu, luận văn đã đạt những nội dung sau:

1 Phân tích hệ toạ độ liên kết trong máy CNC 5 trục

2 Mô tả mối quan hệ động học trong máy CNC 5 trục

3 Xây dựng giới hạn vùng gia công, phân tích quá trình hình thành biên dạng côn trong mối quan hệ giới hạn đó

4 Từ việc phân tích quá trình hình thành biên dạng côn, tác giả đưa ra điều kiện để gia công được lỗ trên mặt phẳng nghiêng bất kì đảm bảo độ vuông góc giữa tâm lỗ và mặt phẳng nghiêng

5 Gia công mẫu: gia công mặt côn với các thông số góc của trục nghiêng, góc côn khác nhau, gia công lỗ trên những mặt nghiêng khác nhau

ABSTRACT

The machine tools with numerical control (CNC-Computer Numerical Control)

in general, including machines, CNC 3-axis center has been widely used in precision mechanics in our country

Compared to 3-axis machines where the tool orientation is fixed, 5-axis machines use two rotary axes to dynamically change the tool orientation during machining, which is capable of superior technology complexity and productivity The five-axis machines have been used in some production facilities, research centers and universities in our country in recent times and in the period of learning

Because of the requirement to research new technology, the study of effective utilization of advanced production technology in general, 5-axis CNC machine in particular to improving the design and manufacture products that complexity and quality requirements is essential

So that , the author made a decision for studying: “Research the algorithm for making hole in the inclined surface, to ensure the accuracy machining on 5-axis CNC milling machine (3+2)”

After a period of research, thesis has achieved the following:

1 The analysis of the coordinates system links in 5-axis CNC machine

2 Describe the dynamics relation in five-axis CNC machine

3 Construction the limits of processing and analyzing the formation of cone geometry

in relation to that limit

4 Through the analysis of the formation of cone geometry, the authors give conditions for machining holes on any the inclined surface, to ensure the perpendicular of the center line hole and inclined plane

5 Test piece: machining the cone geometry with different tilt-axis angle, different cone angle and machining holes on the different inclined surface

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix

DANH MỤC CÁC BẢNG x

DANH MỤC CÁC HÌNH xi

CHƯƠNG I MỞ ĐẦU 1

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

1.4.1 Nghiên cứu lý thuyết 2

1.4.2 Gia công kiểm nghiệm 3

1.5 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 3

1.6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 3

1.7 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI 3

CHƯƠNG II TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 5

2.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN TRÊN MÁY CNC 5 TRỤC 5

2.1.1 Khái niệm 5

2.1.1.1 Điều khiển điểm-điểm 5

2.1.1.2 Điều khiển đoạn thẳng 6

2.1.1.3 Điều khiển đường (tuyến tính và phi tuyến) 6

2.1.2 Động học máy CNC 5 trục 9

2.1.2.1 Phương thức điều khiển CNC 5 trục 10

2.1.2.2 Phân loại máy CNC 5 trục 11

2.1.2.3 Khả năng công nghệ phay CNC 5 trục 14

2.1.2.4 Ưu điểm của phay CNC 5 trục 15

2.1.2.5 Máy phay 3+2 trục và ứng dụng 16

2.2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 19

2.2.1 Nghiên cứu trong nước 19

2.2.2 Nghiên cứu ngoài nước 21

2.3 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ĐỘNG HỌC TRONG MÁY CNC 5 TRỤC 22

2.3.1 Kích thước của dụng cụ cắt phổ biến 22

2.3.2 Mô tả hệ trục toạ độ liên kết trong máy CNC 5 trục 24

2.3.3 Động học tay máy 26

2.3.4 Vi sử lý cho máy CNC 5 trục 29

2.3.4.1 Mô hình động học của máy CNC 5 trục 29

2.3.4.2.Vi sử lý cho máy CNC 5 trục kiểu tilt-table 32

2.3.5 Vùng không gian gia công, ảnh hưởng của giới hạn vùng gia công của máy CNC 5 trục đối biên dạng chi tiết 37

2.3.5.1 Mặt côn-cơ sở lý thuyết động học gia công mặt côn, giới hạn vùng gia công đối biên dạng côn 37

2.3.5.2 Thông số nghiêng của bề mặt côn tròn xoay 39

2.3.5.3 Ảnh hưởng của chuyển động thẳng trục máy trong hình thành biên dạng côn 42

2.3.5.4 Phân tích chuyển động của trục xoay 46

2.3.5.2 Cơ sở lý gia công lỗ ở mặt nghiêng bất kì đảm bảo độ vuông góc

giữa tâm lỗ và mặt phẳng gia công, vùng giới hạn không gian gia công lỗ 51

CHƯƠNG III KIỂM NGHIỆM GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC 5 TRỤC 55

3.1 MỤC TIÊU 55

3.2 YÊU CẦU BIÊN DẠNG CHI TIẾT 55

3.2.1 Biên dạng chọn lựa để gia công trên máy 5 trục nội suy đồng thời 55

3.3 THIẾT BỊ, DỤNG CỤ GIA CÔNG KIỂM NGHIỆM 57

3.3.1 Trung tâm phay Mikron UCP 600 (Máy phay CNC 5 trục) 57

3.3 2 Trung tâm phay DECKEL MAHO DMU 50 (3+2) 58

3.4 CÁCH TIẾN HÀNH GIA CÔNG KIỂM NGHIỆM 59

3.5 TIẾN HÀNH GIA CÔNG KIỂM NGHIỆM MẶT CÔN 59

3.5.1 Chi tiết với góc côn α > β: α=300, β=200 59

3.5.2 Chi tiết với góc côn α < β: α=300, β=500 61

3.5.3 Chi tiết với góc côn α = β: α = β: α= β=300 63

3.6 TIẾN HÀNH GIA CÔNG KIỂM NGHIỆM LỖ TRÊN MẶT NGHIÊNG BẤT KÌ 68

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71

4.1 KẾT LUẬN 71

4.2 KIẾN NGHỊ 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

PHỤ LỤC 1 VỊ TRÍ CHI TIẾT GIA CÔNG TRONG HỆ TOẠ ĐỘ LIÊN KẾT MÁY 74

PHỤ LỤC 2 BIÊN DẠNG CỦA ĐỒ GÁ VÀ CHI TIẾT GIA CÔNG 78

PHỤ LỤC 3 ĐÁNH DẤU VỊ TRÍ TRÊN VÀ DƯỚI CỦA CÔN 78

PHỤ LỤC 4: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐIỂM O CỦA BÀN XOAY TRÊN MÁY CNC 5 TRỤC KIỂU TILT-TABLE 79

PHỤ LỤC 5 TÌM KHOẢNG QUAY ĐỐI VỚI MÁY HEAD, HEAD/TABLE, HEAD/HEAD 81

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

- CAD (Computer Aided Design): Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính

- CAM (Computer Aided Manufacturing): Lĩnh vực sử dụng máy tính để tạo chương trình điều khiển hệ thống sản xuất, kể cả trực tiếp điều khiển các thiết bị, hệ thống đảm bảo vật tư, kỹ thuật

- CC (Cutter Contact) điểm tiếp xúc của dao cụ với bề mặt gia công

- CL (Cutter Location) là một tập hợp các bộ giá trị tọa độ X, Y, Z của vị trí mũi dao qui ước, và các cosin chỉ phương I, J, K của véc tơ trục dụng cụ trong hệ tọa độ phôi

- CNC (Computer Numerical Control): Máy gia công điều khiển số có sự trợ giúp của máy tính trong việc vận hành và lập trình gia công

- D-H (Denavit and Hartenberg): bảng thông số

- EDM (Electrical Discharge Machining): Máy gia công tia lửa điện

- LCS (Local Coordinate systems): hệ trục toạ độ của máy

- NC (Numerical Control): Điều khiển số

- PCS (Program Coordinate systems): hệ toạ độ của chương trình

- Rot() (Rotation matrix): ma trận xoay

- TCS (Tool Coordinate systems): hệ trục toạ độ của dụng cụ cắt

- Trans() (transformation matrix): ma trận tịnh tiến

- WCS (Workpiece Coordinate systems ): hệ trục toạ độ của chi tiết

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Bảng thông số D-H dùng cho máy CNC 5 trục kiểu tilt-table……….34 Bảng 3.1 Bảng so sánh phạm vi các thông số góc 68

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1 Điều khiển điểm-điểm 6

Hình 2.2 Điều khiển đoạn thẳng 6

Hình 2.3 Điều khiển 2D trên máy phay 7

Hình 2.4 Điều khiển 2D1 2 trên máy phay 8

Hình 2.5 Phay túi bằng điều khiển 3D 8

Hình 2.6 Điều khiển 4D và 5D 9

Hình 2.7 Máy CNC 3 trục 10

Hình 2.8 Máy CNC 5 trục 10

Hình 2.9 Máy CNC 5 trục có 2 trục xoay thuộc bàn máy… 10

Hình 2.10 Máy CNC 5 trục có 2 trục xoay thuộc đầu trục chính 13

Hình 2.11 Loại có một trục xoay thuộc đầu trục chính, trục còn lại thuộc bàn Máy 13

Hình 2.12 Biên dạng chi tiết trong gia công CNC 3 trục 14

Hình 2.13: a) Gia công thân ô tô 14

b) Gia công chi tiết máy 14

Hình 2.14: a) Gia công bề mặt dạng xoắn 15

b) Gia công bề mặt tượng 15

Hình 2.15: a) Gia công lỗ phức tạp 15

b) Gia công thân máy 15

Hình 2.16: a) Hướng dao nghiêng với góc cố định 16

b) Hướng dao thay đổi trong quá trình gia công 16

Hình 2.17 Đường chạy dạo trong máy CNC 5 trục định vị 17

Hình 2.18:

a) Mô phỏng Đường chạy dao máy 3 trục 18

b) Mô phỏng đường chạy dao máy 3+2 trục 18

c) Mô phỏng Đường chạy dao máy 5 trục 18

Hình 2.19 Gia công lỗ trên mặt nghiêng bằng máy 3+2 trục …… 19

Hình 2.20 Thông số hình học của dao phay 22

Hình 2.21 Các kiểu hình dạng dao cắt 23

Hình 2.22 Mô tả hệ trục toạ độ TCS 24

Hình 2.23 Mô tả hệ trục toạ độ LCS 25

Hình 2.24 Mô tả hệ trục toạ độ WCS và PCS 26

Hình 2.25 Thông số D-H giữa hai khâu 27

Hình 2.26 Chuỗi động học của các khâu trong máy CNC 5 trục 30

Hình 2.27 Hệ trục toạ độ của máy CNC 5 trục kiểu table-table 33

Hình 2.28 Mối quan hệ giữa các trục trong máy CNC 5 trục kiểu tilt-table 33

Hình 2.29 Máy CNC 5 trục (3+2) DMU-50 của hãng DECKEL MAHO 36

Hình 2.30 Máy CNC 5 trục (Nội suy đồng thời) Mikron UCP 600 37

Hình 2.31 Bề mặt côn điển hình 38

Hình 2.32 Ảnh hưởng góc nghiêng β đến biên dạng côn 39

Hình 2.33 Ảnh hưởng góc C đến biên dạng côn 42

Hình 2.34 Liên kết giữa hệ toạ độ ∑2 với ∑0, ∑1 43

Hình 2.35 Liên kết giữa hệ toạ độ ∑3 với ∑2, ∑0, ∑1 44

Hình 2.36 Liên kết giữa hệ toạ độ ∑4 với ∑3, ∑2, ∑0, ∑1 45

Hình 2.37: Giới hạn của trục nghiêng B trong hình thành biên dạng côn với α>β 47

Hình 2.38: Phân tích biên dạng hình học côn với góc α>β 49

Hình 2.39 Vùng giá trị trục xoay C của bàn máy 49

Hình 2.40: Giới hạn của trục nghiêng B trong hình thành biên dạng côn với α<β 50

Hình 2.41 Phân tích biên dạng hình học côn với góc α=β 51

Hình 2.42 Động học để gia công chi tiết ở mặt nghiêng bất kì 52

Hình 2.43 Động học để gia công lỗ ở mặt nghiêng bất kì 52

Hình 2.44 Gia công với góc côn α=300 53

Hình 3.1 Biên dạng máy CNC 5 trục có thể gia công 55

Hình 3.2 Chi tiết trụ tròn với thông số β=300, góc côn α=450 56

Hình 3.3 Chi tiết thực nghiệm với góc nghiêng β=300, β=400 56

Hình 3.4 Trung tâm phay Mikron UCP 600 57

Hình 3.5 Trung tâm phay DECKEL MAHO DMU 50 (3+2 58

Hình 3.6 Ảnh hưởng của giá trị góc nghiêng B đối biên dạng côn (α=300, β=200) 59

Hình 3.7 Vị trí của trục xoay bàn máy dọc theo góc hướng tâm φ của hình côn với thông số biên dạng α=300, β=200 60

Hình 3.8 Ảnh hưởng của giá trị góc nghiêng B đối biên dạng côn (α=300, β=500) 61

Hình 3.9 Giới hạn trục xoay C 61

Hình 3.10 Vị trí của trục xoay bàn máy dọc theo góc hướng tâm φ của hình côn với thông số biên dạng α=300, β=500 62

Hình 3.11 Góc côn α bằng góc nghiêng β, độ nghiêng tại φ=00 63

Hình 3.12 Vị trí của trục xoay bàn máy dọc theo góc hướng tâm φ của hình côn, không thay đổi chiều góc B tại vị trí suy biến P0, trục C phải xoay đủ 1800 tại vị trí điển suy biến 64

Hình 3.13 Vị trí của trục xoay bàn máy dọc theo góc hướng tâm φ của hình côn, khi trục xoay bắt đầu tại φ=0 và góc nghiêng B đổi chiều tại vị trí suy biến P0 65

Hình 3.14 Vị trí của trục xoay bàn máy dọc theo góc hướng tâm φ của hình côn, khi điểm bắt đầu và kết thúc tại điểm suy biến P0 66

Hình 3.15 Vị trí của trục xoay bàn máy dọc theo góc hướng tâm φ của hình côn, khi điểm bắt đầu và kết thúc tại φ=1800 67

Hình 3.16 Hướng trục di chuyển khác nhau khi gia công cùng một vị trí 69

Hình 3.17 Gia công với góc côn α=300 69

Hình PL1.1 Vị trí của chi tiết côn trong vùng không gian làm việc, khi vị trí TCP tại vị trí đáy hình côn (φ=00) 74 Hình PL1.2 Hình chiếu Vị trí của chi tiết côn trong vùng không gian làm việc, khi vị trí TCP tại vị trí đáy hình côn (φ=00) 75 Hình PL1.3 Vị trí của chi tiết côn trong vùng không gian làm việc, khi vị trí TCP tại vị trí đỉnh hình côn (φ=1800) 76 Hình PL1.4 Hình chiếu Vị trí của chi tiết côn trong vùng không gian làm việc, khi vị trí TCP tại vị trí đỉnh hình côn (φ=1800) 77 Hình PL2 Biên dạng của đồ gá và chi tiết gia công 78 Hình PL3 Chi tiết được gắn với thông số (α=450, β=300) với vị trí đánh dấu trên

và dưới 78

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Ngày nay khoa học công nghệ trong lĩnh vực sản xuất cơ khí phát triển rất nhanh với nhiều tiến bộ Đặc biệt với sự ra đời của những trung tâm gia công CNC đã tăng năng suất và chất lượng sản xuất cơ khí được nâng lên rất cao Các trung tâm CNC đã trở thành một phần tất yếu của hệ thống sản xuất cơ khí hiện đại Các nhà máy, phân xưởng sản xuất đều phải dần dần trang bị cho mình những máy CNC để đáp ứng yêu cầu về năng suất và chất lượng sản xuất

Mặc khác theo thống kê có hơn 73% các trung tâm CNC 5 trục chỉ sử dụng gia công với 5 trục định vị (3+2 trục) Việc nghiên cứu, khai thác sử dụng hiệu quả công nghệ sản suất tiên tiến nói chung, nghiên cứu mối quan hệ giữa các hệ trục toạ độ, động học của các trục chuyển động máy CNC 3+2 trục nói riêng là hết sức cần thiết Ứng dụng máy CNC 3+2 trục khi gia công trên các mặt phẳng khác nhau trong một lần gá đặt sẽ làm giảm sai số, tiết kiệm được thời gian cài đặt máy…nâng cao năng suất Vấn đề đặt ra là khả năng công nghệ của máy có thể gia công được những mặt phẳng nghiêng ở những giới hạn nào, các mối quan hệ giữa các thông số góc…để đảm bảo khả năng làm việc của máy, và tính chính xác khi gia công

Từ những yêu cầu cấp bách trên, tác giả tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu thuật toán gia công lỗ trên mặt nghiêng bất kỳ, đảm bảo độ chính xác gia công trên máy phay CNC 5 trục (3+2)”

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

- Xây dựng mối quan hệ động học, giới hạn vùng gia công để gia công lỗ hay tập hợp

lỗ trên những mặt phẳng bất kì đảm bảo độ vuông góc lỗ và mặt phẳng gia công

- Ứng dụng cho kiểu máy CNC 5 trục có hai trục xoay nằm trên bàn máy (máy DMU 50-hãng Deckel Maho)

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu tổng quan hệ điều khiển CNC 5 trục (3+2), phân loại các kiểu máy CNC 5 trục (3+2) thông dụng

- Nghiên cứu về định vị trong gia công, vấn đề định vị trong gia công 5 trục (3+2)

- Xây dựng cơ sở lý thuyết giới hạn vùng gia công trên máy CNC 3+2 trục (máy

có 2 trục xoay nằm trên bàn máy) Ứng dụng gia công lỗ đảm bảo độ vuông góc của lỗ đối với mặt phẳng nghiêng

- Kiểm nghiệm giới hạn vùng gia công đến độ vuông góc giữa đường tâm lỗ và mặt phẳng nghiêng bất kì trên máy DMU 50-hãng Deckel Maho tại Đại học Công Nghiệp Tp.Hồ Chí Minh

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.4.1 Nghiên cứu lý thuyết

1 Thu thập tài liệu về công nghệ gia công trên máy CNC 5 trục (3+2)

2 Tìm hiểu về các sai số biên dạng gặp phải trong quá trình gia công chi tiết trên máy CNC 3+2 trục

3 Tìm hiểu tình hình nghiên cứu, khai thác công nghệ mới đối với lĩnh vực liên quan

4 Tổng quan phần cơ sở lý thuyết động học, giới hạn vùng gia công trên máy CNC

1.4.2 Gia công kiểm nghiệm

Gia công kiểm nghiệm sản phẩm trên một máy CNC 5 trục (3+2) cụ thể (máy DMU 50-hãng Deckel Maho)

1.5 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

- Đối tượng được đề tài tập trung nghiên cứu: Mối quan hệ động học trong máy CNC 5 trục, giới hạn vùng không gian của máy CNC 5 trục trong quá trình gia công mặt côn, gia công lỗ

- Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu của đề tài chủ yếu khai thác khả năng công nghệ của máy CNC 5 trục nội suy đồng thời (Trung tâm phay Mikron UCP 600) trong gia công mặt côn và máy CNC 5 trục nội suy không đồng thời (DMU 50-hãng Deckel Maho) trong gia công lỗ trên nhiều mặt nghiêng khác nhau

1.6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

- Ở nước ta các công trình nghiên cứu khoa học và ứng dụng vào trong thực tế còn

ít Đề tài thành công sẽ góp phần vào quá trình nghiên cứu khoa học nói chung và ứng dụng vào việc khai thác khả năng công nghệ của máy CNC 5 trục trong gia công chi tiết nói riêng

- Kết quả luận văn góp phần ứng dụng trực tiếp vào việc khai thác khả năng công nghệ của máy DMU 50-hãng Deckel Maho thuộc Đại học Công Nghiệp Tp.Hồ Chí Minh

1.7 TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI

- Ở Việt Nam, các công trình nghiên cứu và chuyển giao công nghệ gia công CNC tương đối nhiều, nhưng chủ yếu tập trung khai thác ở máy gia công CNC 3 trục

Vì vậy việc phân tích động học, xây dựng vùng không gian mối quan hệ các thông số trong máy CNC 5 trục, giới hạn công nghệ của máy CNC 5 trục…chưa nhiều Hướng nghiên cứu cơ sở lý thuyết, khai thác bản chất công nghệ để sử dụng hiệu quả máy CNC 5 trục này là một hướng mới

- Trên cơ sở nghiên cứu động học chuyển động trong không gian, mối quan hệ giữa các thông số góc quay, các thông số chuyển động tịnh tiến được gắn vào các hệ trục toạ độ xác định, đề tài xây dựng các chuỗi động học trong máy CNC 5 trục, làm rõ hơn bản chất chuyển động và các mối liên hệ giữa các trục, nhờ đó mô hình hoá được vùng không gian chuyển động của máy, điều kiện để máy gia công được biên dạng côn, và từ đó rút ra được bản chất quá trình gia công lỗ trên các mặt phẳng nghiêng khác nhau

- Hướng phát triển của đề tài có thể hướng tới xây dựng vùng không gian các mối quan hệ chuyển động khi gia công mặt cầu, mặt xuyến…

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

2.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN TRÊN MÁY CNC 5 TRỤC

2.1.1 Khái niệm

Về thực chất thì các máy điều khiển theo chương trình số có nguyên lý chuyển động tạo hình về cơ bản không khác gì với máy công cụ truyền thống, có nghĩa là về mặt thuật ngữ nó cũng mang tên của các máy công cụ như máy tiện, máy phay đứng, máy phay nằm ngang, máy mài… nhưng đã được số hóa và tin học hóa để có thể điều khiển các chuyển động công tác của máy bằng các lệnh được đưa vào hệ thống CNC

2.1.1.1 Điều khiển điểm-điểm

Với loại máy này, trong quá trình gia công, người ta cho định vị nhanh dụng cụ đến tọa độ yêu cầu và trong quá trình dịch chuyển nhanh dụng cụ, máy không thực hiện việc cắt gọt Chỉ đến khi đạt được tọa độ theo yêu cầu nó mới thực hiện chuyển động cắt gọt, ví dụ khoan lỗ, khoét, doa hoặc có thể làm những công việc khác ví dụ như ở các máy hàn điểm thì nó thực hiện quá trình hàn và trên các máy đột, dập thì nó thực hiện việc đột, dập lỗ…

Ví dụ:

Khi gia công hai lỗ A và B có tọa độ xA, yA và xB, yB trong hệ tọa độ xoy, chúng ta

có thể điều khiển theo các cách sau đây:

Trước hết, điều khiển dụng cụ dịch chuyển nhanh đến điểm A(xA, yA) Sau đó thực hiện việc gia công lỗ A Tiếp theo, sau khi đã dịch chuyển dụng cụ thoát khỏi lỗ đã gia công (đảm bảo rằng việc dịch chuyển dụng cụ thực hiện được an toàn) sẽ tiếp tục dịch chuyển nhanh dụng cụ đến đểm B (xB, yB) để gia công lỗ B Quá trình dịch chuyển dụng cụ đến vị trí B có thể thực hiện bằng 2 cách được biểu diễn trên hình vẽ 2.1 Quỹ đạo dịch chuyển theo AA’CB song song với các trục ox và oy

Quỹ đạo dịch chuyển theo đường thẳng tối ưu: ACB

Hình 2.1 Điều khiển điểm-điểm

2.1.1.2 Điều khiển đoạn thẳng

Ngoài chức năng dịch chuyển nhanh theo các trục tọa độ như ở điều khiển điểm, còn có thể thực hiện việc gia công trong quá trình dịch chuyển theo các trục này (hình 2.2) Điều đó có nghĩa là dụng cụ sẽ thực hiện các chuyển động cắt gọt trong quá trình dịch chuyển song song theo các trục tọa độ Ví dụ khi phay các bề mặt song song với các trục tọa độ hoặc khi tiện các chi tiết mà dụng cụ cắt thực hiện các chuyển động cắt gọt theo phương trục z và trục x

Hình 2.2 Điều khiển đoạn thẳng

2.1.1.3 Điều khiển đường (tuyến tính và phi tuyến)

Ngoài các chức năng như điều khiển điểm và điều khiển đoạn thẳng, người ta còn

có thể điều khiển được dụng cụ chuyển động theo các đường bất kì trong mặt phẳng

hoặc trong không gian có thực hiện gia công cắt gọt Tùy thuộc vào đường được điều khiển là phẳng hay không gian mà người ta có thể bố trí số trục được điều khiển đồng thời là khác nhau Từ đó cũng xuất hiện thuật ngữ máy 2 trục, máy 3, 4, 5 trục (tức có

số trục được điều khiển đồng thời theo quan hệ ràng buộc)

Để chuẩn hóa việc sử dụng thuật ngữ, người ta thường sử dụng thuật ngữ máy điều khiển 2D, 2D1/2, 3D, 4D và 5D

2.1.1.3.1 Điều khiển 2D

Cho máy dịch chuyển dụng cụ trong một mặt phẳng nhất định nào đó Ví dụ như trên máy tiện, dụng cụ sẽ dịch chuyển trong mặt phẳng xoz để tạo nên đường sinh như khi tiện các bề mặt, trên các máy phay 2D, dụng cụ sẽ thực hiện các chuyển động trong mặt phẳng xoy để tạo nên các đường rãnh hay các mặt bậc có biên dạng bất kỳ

Hình 2.3 Điều khiển 2D trên máy phay 2.1.1.3.2 Điều khiển 2D1/2

Cho phép dịch chuyển dụng cụ theo 2 trục đồng thời để tạo nên một đường cong phẳng, còn trục thứ 3 được điều khiển chuyển động độc lập Điều khác biệt của phương pháp điều khiển này so với điều khiển 2D là ở chỗ 2 trục được điều khiển đồng thời có thể được đổi vị trí cho nhau: có nghĩa là hoặc trong mặt phẳng xoy hoặc xoz hặc yoz

Hình 2.5 Phay túi bằng điều khiển 3D 2.1.1.3.4 Điều khiển 4D, 5D

Trên cơ sở của điều khiển 3D, người ta còn bố trí cho dụng cụ hoặc chi tiết có thêm 1 chuyển động quay (hoặc 2 chuyển động quay) xung quanh 1 trục nào đó theo một quan hệ ràng buộc với các chuyển động trên các trục khác của máy 3D

Mặc khác, vì lý do công nghệ nên có những bề mặt không thể thực hiện được việc gia công bằng 3D vì có thể tốc độ cắt sẽ khác nhau hoặc sẽ có những điểm có tốc độ cắt bằng không (như tại đỉnh của dao phay đầu cầu) hay lưỡi cắt của dụng cụ không thể thực hiện việc gia công theo mong muốn (ví dụ như góc cắt không thuận lợi hay có thể

bị vướng thân dao vào các phần khác của chi tiết…)

Tóm lại tùy thuộc vào yêu cầu bề mặt gia công cụ thể mà có thể lựa chọn máy thích hợp vì máy càng phức tạp thì giá thành máy càng cao và cần phải bổ sung thêm nhiều công cụ khác như các phần mềm CAD/CAM hỗ trợ lập trình…Hơn thế nữa, máy càng phức tạp (càng nhiều trục điều khiển) thì tính an toàn trong quá trình vận hành và

sử dụng máy càng thấp (dễ bị va chạm dao vào phôi và máy) Vì thế để sử dụng được các máy này, người điều khiển trước hết đã sử dụng rất thành thạo các máy điều khiển theo chương trình số 2D và 3D

Cũng dễ thấy là máy phức tạp hơn có thể hoàn thành đảm nhiệm được vài trò của máy đơn giản hơn, ví dụ như máy 3D có thể đảm nhiệm cho máy 2D và 2D1/2

Hình 2.6 Điều khiển 4D và 5D

2.1.2 Động học máy CNC 5 trục

Máy CNC 3 trục có khả năng di chuyển thẳng đồng thời (đầu trục chính hoặc bàn máy) theo 3 trục x, y và z (hình 2.7), trong khi đó, máy CNC đa trục có thêm khả năng thực hiện chuyển động xoay đầu trục chính hoặc bàn máy quanh 3 trục x, y và z Trục

xoay xung quanh trục x được qui ước là trục A, trục quay quanh trục y là trục B và trục quay quanh trục z là trục C (hình 2.8)

Hình 2.7 Máy CNC 3 trục Hình 2.8 Máy CNC 5 trục

2.1.2.1 Phương thức điều khiển CNC 5 trục

Theo sự điều khiển phối hợp 2 trục chuyển động xoay (hai trong 3 trục A, B, C) với các trục chuyển động tịnh tiến (x, y, z), điều khiển 5 trục được phân biệt thành 2 phương thức:

- Điều khiển 5 trục đồng thời: 2 trục xoay được điều khiển phối hợp đồng thời với

3 trục tịnh tiến Ví dụ máy CNC có 2 trục xoay là A và B, thì khả năng điều khiển phối hợp là đồng thời cả 5 trục: X, Y, Z, A, B

- Điều khiển 5 trục định vị: 2 trục xoay được điều khiển độc lập với 3 trục tịnh tiến Hai trục xoay có chức năng định vị vị trí gia công còn việc điều khiển gia công thực sự chỉ bao gồm 3 trục tịnh tiến X, Y, Z Phương thức điều khiển này được gọi là điều khiển 3+2 trục

2.1.2.2 Phân loại máy CNC 5 trục

2.1.2.2.1 Phân loại dựa vào số lượng trục thuộc bàn máy và số lượng trục thuộc trục chính

- Máy 5/0: Tất cả các trục thuộc bàn máy, trục chính mang dụng cụ cắt cố định, thường dùng cho những kích thước phôi nhỏ

- Máy 4/1: 4 trục thuộc bàn máy, một trục còn lại mang dụng cụ cắt

- Máy 3/2: 3 trục thuộc bàn máy, hai trục còn lại mang dụng cụ cắt

- Máy 2/3: 2 trục thuộc bàn máy, 3 trục còn lại mang dụng cụ cắt, ứng dụng để gia công những chi tiết lớn

- Máy 1/4: 1 trục thuộc bàn máy, 3 trục còn lại mang dụng cụ cắt

- Máy 0/5: cả năm trục mang dụng cụ cắt, bàn máy được cố định trong không gian gia công Máy 5 trục loại này thường được dùng để gia công những chi tiết có kích thước rất lớn Với kết cấu trục như loại máy này, dụng cụ cắt thực hiện một chuỗi liên kết động học, điều này dễ đưa đến sai số trong gia công

2.1.2.2.2 Phân loại dựa vào vị trí của trục xoay (trục A, B, C), có thể phân biệt máy CNC 5 trục thành 3 loại:

- Loại Tilt-Table: 2 trục xoay thuộc bàn máy

Loại này thường có kết cấu bàn xoay 2 trục lắp trên bàn máy trung tâm phay CNC

3 trục

Hình 2.9 Máy CNC 5 trục có 2 trục xoay thuộc bàn máy

- Loại Head-Head: 2 trục xoay thuộc đầu trục chính

Có hai loại đầu máy xoay là BA Head và CA Head Loại BA Head có không gian làm việc lơn hơn loại CA Head

Hình 2.10 Máy CNC 5 trục có 2 trục xoay thuộc đầu trục chính

- Loại Head-Table: 1 trục xoay thuộc đầu trục chính, trục còn lại thuộc bàn máy

Hình 2.11 Loại có một trục xoay thuộc đầu trục chính, trục còn lại thuộc bàn máy

2.1.2.3 Khả năng công nghệ phay CNC 5 trục

Máy CNC 3 trục có khả năng điều khiển đường chạy dao phối hợp đồng thời 3 trục

di chuyển thẳng X-Y-Z, do đó được sử dụng để gia công các chi tiết có bề mặt tạo hình đơn giản

Hình 2.12 Biên dạng chi tiết trong gia công CNC 3 trục Máy CNC 5 trục, ngoài chức năng như máy CNC 3 trục, được mở rộng 2 trục chuyển động xoay, do đó có khả năng gia công các loại chi tiết phức tạp với 1 lần gá đặt:

- Gia công từ nhiều hướng những chi tiết phức tạp với một lần gá đặt: mô hình thân vỏ ôtô, chi tiết máy

Hình 2.13: a) Gia công thân ô tô b) Gia công chi tiết máy

- Gia công các bề mặt dạng xoắn: chân vịt tàu thuỷ, cánh tuabin, bánh răng xoắn,

bề mặt tượng

Hình 2.14: a) Gia công bề mặt dạng xoắn b) Gia công bề mặt tượng

- Gia công các bề mặt lỗ phức tạp: hộp tốc độ, bộ chế hoà khí,

Hình 2.15: a) Gia công lỗ phức tạp b) Gia công thân máy

2.1.2.4 Ưu điểm của phay CNC 5 trục

Với khả năng công nghệ tạo đường chạy dao gia công đồng thời 3 trục chuyển động thẳng và 2 trục chuyển động xoay, ưu điểm phay CNC 5 trục so với gia công 3 trục thể hiện ở các mặt sau:

- Cho phép gia công những bề mặt phức tạp, do có thể xoay dụng cụ cắt tiếp cận những điểm khó gia công Đặc biệt cho phép gia công bề mặt dạng xoắn mà những phương pháp 3 trục không thực hiện được

- Rút ngắn thời gian gia công, tăng năng suất, do gia công liên tục với một lần gá đặt

- Cho phép đạt độ bóng bề mặt gia công, do có thể điều khiển biên dạng cắt của dao tiếp xúc với bề mặt gia công

2.1.2.5 Máy phay 3+2 trục và ứng dụng

2.1.2.5.1 Máy phay 3+2 trục

Máy CNC 5 trục được tích hợp nhiều ưu điểm, chức năng gia công, nhưng vẫn chưa thể áp dụng rộng rãi vào ngành công nghiệp chế tạo được bởi chi phí đầu tư cho máy móc lớn, sự hỗ trợ không đủ từ công nghệ CAD/CAM Các công ty sử dụng máy

3 trục trong nhiều năm chưa sẵn sàng ứng dụng công nghệ 5 trục liên quan đến việc huấn luyện hay lập trình Giải pháp được đưa ra có thể họ chuyển đổi từ từ công nghệ qua việc sử dụng máy gia công 3+2 trước khi chuyển hoàn toàn qua gia công 5 trục Gia công 3+2 trục là công nghệ mà ở đó chương trình phay 3 trục được thực hiện với dụng cụ cắt được cố định ở một vị trí nghiêng nhờ 2 trục xoay trong máy 5 trục Vì

lý do đó nó gọi là gia công 3+2 Cũng có thể gọi là gia công 5 trục định vị, bởi vì trục thứ 4 và thứ 5 được sử dụng để định hướng dụng cụ cắt ở một vị trí xác định chứ không tham gia chuyển động trong quá trình gia công

Hình 2.16:

a) Hướng dao nghiêng với góc cố định b) Hướng dao thay đổi trong quá trình gia công

Hình 2.17 Đường chạy dạo trong máy CNC 5 trục định vị 2.1.2.5.2 Ứng dụng của máy 3+2 trục

Cho phép dùng dụng cụ cắt ngắn, cứng vững hơn so với quá trình gia công trên máy 3 trục thông thường.Với máy 3+2, đầu trục chính có thể hạ thấp xuống gần phôi hơn nhờ góc nghiêng của dao hướng về hướng bề mặt gia công Khi dùng dụng cụ cắt gọt ngắn, cho phép sử dụng tốc độ tiến dao và tốc độ quay trục chính nhanh hơn mà không làm lệch dụng cụ cắt Cho phép bề mặt gia công tốt, kích thước chính xác, mà thời gian hoàn thành lại ngắn

Kỹ thuật này ứng dụng rộng rãi trong ngành khuôn mẫu, cho phép gia công những hốc sâu của những khuôn phức tạp, nếu dùng máy 3 trục phải dùng dụng cụ cắt dài, dễ rung động, thiếu độ chính xác Sử dụng máy 3+2 trục cho phép khoét những hốc và thành khuôn có độ dốc một cách trực tiếp, điều này giúp tăng sự chính xác và trong nhiều trường hợp không phải đầu tư thêm máy bắn tia lửa điện (EDM)

(a) Hình 2.18:

a) Mô phỏng Đường chạy dao máy 3 rục

(b)

b)Mô phỏng đường chạy dao máy 3+2 trục

c) Mô phỏng Đường chạy dao máy 5 trục Việc khoan nhiều lỗ với những góc khác nhau trong một lần cài đặt là tính chất quan trọng của máy 3+2 trục Điều chỉnh hướng khoan chính xác trong một chương trình sẽ tiết kiệm thời gian và đem lại chính xác cao trong quá trình gia công hơn là việc gá đặt và cài đặt chương trình nhiều lần

Hình 2.19 Gia công lỗ trên mặt nghiêng bằng máy 3+2 trục Đối tượng nghiên cứu của đề tài chủ yếu tập trung vào quan hệ động học, vùng không gian chuyển động trong gia công biên dạng côn, cũng như gia công lỗ trên mặt nghiêng bất kì trong máy CNC 5 trục kiểu tilt-table, đây là loại máy sử dụng trong sản suất cũng như dùng nghiên cứu phổ biến tại Việt Nam

2.2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

2.2.1 Nghiên cứu trong nước

1 Đề tài nghiên cứu khoa học “Nghiên cứu ứng dụng Công nghệ thiết kế ngược, Công nghệ phay CNC 5 trục phục vụ thiết kế, gia công chính xác bề mặt phức tạp”

Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Đoàn Thị Minh Trinh

Nội dung đề tài:

- Khai thác chức năng lập trình phay 5 trục của phần mềm PowerMill

- Hướng dẫn phương pháp lập trình phay CNC 5 trục gia công bề mặt phức tạp

- Thực nghiệm lập trình và gia công bề mặt phức tạp

- Khai thác sử dụng trung tâm phay CNC 5 trục Hass-VF2

- Thực hành gia công trên mặt phẳng nghiêng, khoan lỗ trên mặt nghiêng, gia công chi tiết có biên dạng phức tạp bằng máy 5 trục định vị

2 Đề tài “Tính toán trực tiếp quỹ đạo chạydao CNC 5 trục trên các mặt cong phức tạp”

Tác giả: Chu Ngọc Tùng

Nội dung đề tài:

- Tổng quan về tính toán quỹ đạo gia công trên mặt cong

- Tính toán quỹ đạo chạy dao theo phương pháp đẳng phẳng

- Tính toán quỹ đạo chạy dao theo phương pháp đẳng tham số

- Gia công mẫu

3 Đề tài “ Xác định sai số gia công theo phương pháp Toocxơ chuyển vị bé”

Tác giả: Bùi Minh Hiển, Lê Cung, Sergent Alain

Nội dung đề tài:

- Xác định sai số của mặt phẳng gia công, bao gồm ba yếu tố: hai chuyển vị góc

- Sử dụng phương pháp nói trên để xác định các sai số gia công ba chiều cho các

bề mặt phức tạp hơn như: mặt trụ, mặt cầu, mặt côn, mặt xuyến

4 Đề tài KC.05.28 về "Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy phay CNC 5 trục"

Tác giả: Nhóm nghiên cứu của TS Hoàng Vĩnh Sinh

Nội dung:

- Nghiên cứu phần cơ khí, phần kết cấu, phần dẫn truyền cơ khí trong máy CNC

- Nghiên cứu phần điện tử, điều khiển trong máy CNC

- Kết hợp chế tạo máy CNC “made in Viet Nam” đảm bảo tính linh hoạt, cứng vững và chính xác trong gia công cơ khí

- Đưa máy CNC vào môi trường sản suất trong nước, cũng như xuất khẩu ra nước ngoài

2.2.2 Nghiên cứu ngoài nước

1 Đề tài “Tối ưu chuyển động của dụng cụ cắt đối máy CNC 5 trục”

Tác giả: StanislavMakhano, WeerachaiAnotaipaiboon-Trung Tâm nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ Thái Lan

Nội dung đề tài:

- Nghiên cứu động học máy CNC 5 trục, mối quan hệ các hệ trục toạ độ

- Định hướng của dụng cụ cắt trong máy CNC 5 trục

- Lý thuyết về tối ưu của hai trục xoay trong máy CNC 5 trục

- Tối ưu quá trình cài đặt máy trong máy CNC 5 trục

2 Tài liệu “Những bí mật trong gia công CNC 5 trục”

Tác giả: Karlo Apro

Nội dung tài liệu:

- Mối quan hệ các hệ trục toạ độ trong máy CNC

- Quá trình cài đặt, lập trình trên máy CNC

- Gia công lỗ trên các mặt nghiêng khác nhau bằng máy CNC 5 trục

3 Đề tài “Phân vùng gia công trên máy CNC 3+2 trục”

Tác giả: Armando Roman Flores-Đại học Waterloo-Canada

Nội dung đề tài:

- Máy CNC 3+2 trục và ứng dụng

- Vấn đề phân vùng gia công trên máy CNC 3+2 trục

- Thực nghiệm gia công, so sánh thời gian gia công khi phân vùng gia công trên máy CNC 3+2 trục với thời gian gia công trên máy CNC 3 trục, 5 trục

2.3 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ĐỘNG HỌC TRONG MÁY CNC 5 TRỤC 2.3.1 Kích thước của dụng cụ cắt phổ biến

Hầu hết các hệ thống CAD/CAM bao gồm các môđun dành cho việc gia công trên máy phay CNC 3 trục và 5 trục với dữ liệu vị trí dụng cụ cắt đã được tính toán Tuy vậy, không phải tất cả các kiểu dụng cụ cắt dùng trong gia công phay đều được hỗ trợ bởi những môđun, những môđun này còn bị hạn chế bởi việc lựa chọn biên dạng dụng cụ cắt

Những thông số kỹ thuật của dụng cụ cắt sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến dữ liệu CL

Vì vậy chúng ta phải hiểu rõ biên dạng, chức năng, và các thông số hình học của dụng

cụ cắt Điều này sẽ giúp ta xây dựng đựng cơ sở dữ liệu CL chính xác hơn, góp phần trong việc chọn lựa dụng cụ cắt phù hợp, nâng cao năng suất và chất lượng trong quá trình gia công cắt gọt Hình 2.20 bên dưới mô tả thông số hình học của dao phay

Hình 2.20 Thông số hình học của dao phay d: đường kính dao

r: góc bo

e: khoảng cách ngang

f: khoảng cách đứng

a: góc nghiêng giữa mặt đầu dao và mặt phẳng ngang

b: góc nghiêng giữa mặt đứng của dao và mặt phẳng thẳng đứng

h: chiều dài cắt gọt

Mô tả biên dạng hình học chung của dao cắt ở đây có thể dùng cho dao phay và dao khoan Dựa vào các thông số và biên dạng hình học của dao, ta có thể phân thành 7 kiểu dao cắt như sau:

Hình 2.21 Các kiểu hình dạng dao cắt Những kiểu dao phay khác nhau

1 Dao phay mặt đầu:

d,r,e=a=0, f=r,b,h

Trong đề tài, dao phay mặt đầu với thông số: d, r = 0, e = 1/2d, f = 0, a = b = 0, h được

sử dụng để gia công chi tiết biên dạng côn, và gia công lỗ

2.3.2 Mô tả hệ trục toạ độ liên kết trong máy CNC 5 trục

Để bố trí các trục của máy, một hệ thống các hệ trục toạ độ phải được xây dựng trước khi bắt đầu xây dựng mô hình động học Ở đây chúng ta sử dụng 4 hệ trục toạ độ

để hỗ trợ việc tính toán Chúng bao gồm: hệ trục toạ độ của dụng cụ cắt (TCS, XT -YT –

ZT), hệ trục toạ độ của máy (LCS, XL -YL –ZL), hệ trục toạ độ của chi tiết (WCS, Xw-Yw –Zw), và hệ toạ độ của chương trình (PCS, XP -YP –ZP)

Hệ trục toạ độ TCS dùng để biểu diễn bề mặt bên ngoài của các dụng cụ cắt gọt chung Như hình 2.22 , trục XT được mô tả dọc theo hướng cắt gọt, trục ZT được mô tả theo trục của dụng cụ cắt Trục YT được mô tả bằng mặt cắt ngang của sản phẩm, mặt cắt này vuông góc với mặt phẳng X T OZ T Trong đó điểm gốc O được đặt tại đỉnh dụng cụ cắt

Hình 2.22 Mô tả hệ trục toạ độ TCS

Trong gia công 5 trục, ta dễ dàng biểu diễn hướng của dụng cụ cắt dựa vào đặc tính của mặt phẳng đi qua điểm CC hơn là dựa vào gốc toạ độ của máy Hệ trục toạ độ LCS dùng để phân tích chuyển động cắt gọt tại điểm CC Như hình 2.23, trục XL luôn luôn nằm theo hướng cắt gọt hiện hành, trục ZL có hướng vuông góc với mặt phẳng gia công, trục YL được mô tả bằng mặt cắt ngang của sản phẩm, mặt cắt này vuông góc với mặt phẳng X LOZ L Trong gia công 5 trục, dụng cụ cắt trước tiên nghiêng một góc λ quanh trục YL, sau đó xoay một góc ω quanh trục ZL Thông thường góc nghiêng và xoay có giới hạn như sau: 00≤ λ<900 , và -900< ω<900

Hình 2.23 Mô tả hệ trục toạ độ LCS Không như hệ trục toạ độ TCS và LCS, hệ trục toạ độ WCS và PCS có thể tuỳ ý chọn lựa theo người sử dụng, như hình vẽ 2.24, WCS là hệ trục toạ độ tham chiếu của chi tiết, vậy nên tất cả những dữ liệu hình học đều có thể xác định Trong dữ liệu chung của CC và CL, vị trí của những điểm và hướng trục dụng cụ cắt tương ứng thường liên quan đến WCS Như hình vẽ 2.24, PCS là hệ trục toạ độ tham chiếu dùng điều khiển máy, nhờ vào đó tất cả dữ liệu mã NC được đưa vào Để hỗ trợ cho việc đo