Lựa chọn phương thức chạy dao hợp lý gia công tinh mặt cong trên máy phay CNC 3 trục theo chỉ tiêu năng suất

Từ đó, tác giả xin chọn nghiên cứu theo hướng này với đề tài : “LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC CHẠY DAO HỢP LÝ GIA CÔNG TINH MẶT CONG TRÊN MÁY PHAY CNC 3 TRỤC THEO CHỈ TIÊU NĂNG SUẤT” Mục đích v

NGUYỄN QUỐC THANH

LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC CHẠY DAO HỢP LÝ GIA CÔNG TINH MẶT CONG TRÊN MÁY PHAY CNC 3 TRỤC

THEO CHỈ TIÊU NĂNG SUẤT

Chuyên ngành : CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Mã số ngành : 2.01.00

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2006

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐOÀN THỊ MINH TRINH

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Phạm Ngọc Tuấn

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Đỗ Đức Túy

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày …… tháng …… năm 2006

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: NGUYỄN QUỐC THANH Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 30 – 12 – 1978 Nơi sinh: Cam Ranh, Khánh Hòa Chuyên ngành: Cơ khí Chế tạo máy MSHV: 00403097

I- ĐỀ TÀI:

LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC CHẠY DAO HỢP LÝ

GIA CÔNG TINH MẶT CONG TRÊN MÁY PHAY CNC 3 TRỤC THEO CHỈ TIÊU NĂNG SUẤT

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Khảo sát đặc tính công nghệ của các phương thức chạy dao

3 Xác lập mô hình toán học đánh giá năng suất gia công

3 Xác lập quy trình thiết kế công nghệ – lựa chọn phương thức chạy dao theo chỉ tiêu năng suất

4 Aùp dụng quy trình thiết kế công nghệ cho một số mẫu gia công

III- NGÀY GIAO NHIỆM VUï (Ngày ký quyết định giao đề tài )

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ (Ngày bảo vệ đề tài tốt nghiệp)

V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS ĐOÀN THỊ MINH TRINH

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QL NGÀNH

Đoàn Thị Minh Trinh Trần Doãn Sơn

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được hội đồng chuyên ngành thông qua

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH KHOA QUẢN LÝ NGÀNH

XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN PGS.TS Đoàn Thị Minh Trinh đã tận tình hướng dẫn và giảng dạy trong thời gian học và làm luận văn

Quý thầy cô giáo khoa Cơ Khí trường Đại Học Bách Khoa, Quý thầy cô giáo Phòng Đào Tạo Sau Đại Học trường Đại Học Bách Khoa Tp – HCM

Quý thầy cô giáo ban giám hiệu trường Kỹ Nghệ II

Quý thầy cô giáo khoa Cơ Khí trường Kỹ Nghệ II

Các học viên lớp cao học K14 ngành chế tạo máy

Cùng gia đình và tất cả anh em bạn bè đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ tôi trong thời gian qua

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2006 Học viên thực hiện

Nguyễn Quốc Thanh

thiết kế và chế tạo đã tạo ra những chi tiết có biên dạng theo mong muốn, vì thế nó đóng góp một phần không nhỏ trong đời sống con người Đặc biệt thế mạnh của công nghệ CAD/CAM/CNC là có khả năng thiết kế và gia công được những chi tiết có biên dạng phức tạp và có độ chính xác cao

Công nghệ CAD/CAM/CNC cho phép mô phỏng trước của quá trình thiết kế và gia công, tránh tối đa các khuyết tật có thể xảy ra, báo hiệu trước những điều kiện kỹ thuật cần thiết của quá trình sản xuất, để điều chỉnh hình học sản phẩm, thay đổi kết cấu chi tiết trước khi chế tạo; lựa chọn chế độ gia công một cách hợp lý nhất

Với ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CNC, đã đạt được những thành quả nhất định về phương pháp tạo hình, năng suất gia công, đặc biệt giảm tối thiểu sức lao động chân tay của con người Bên cạnh đó vẫn chưa tự xử lý hết những vấn đề trong quá trình gia công như: lượng dư gia công, xử lý trơn lán bề mặt gia công năng suất nhất, vì vậy chất lượng gia công vẫn chưa thật sự tối ưu mà do nhiều nguyên nhân nhưng chủ yếu vẫn là công nghệ

Cho đến nay, mặc dù những tiến bộ mới nhất của công nghệ CAD/CAM/CNC đã đưa ra nhiều phương thức chạy dao, có khả năng gia công trên các bề mặt phức tạp, đạt năng suất gia công cao Và chỉ dừng lại ở đó, chưa có khả năng thông minh tự động xác định các thông số công nghệ cũng như phương thức chạy dao, tham số đường chạy dao và việc lựa chọn các vấn đề này chủ yếu theo phương pháp kinh nghiệm

Vì vậy, việc nghiên cứu tìm ra các giải pháp tối ưu hóa phương thức chạy dao, tham số đường chạy dao trong gia công CNC nói chung, công nghệ phay CNC nói riêng nhằm nâng cao chất lượng và năng suất gia công vẫn thật sự cần thiết Từ đó, tác giả xin chọn nghiên cứu theo hướng này với đề tài :

“LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC CHẠY DAO HỢP LÝ GIA CÔNG TINH MẶT CONG TRÊN MÁY PHAY CNC 3 TRỤC THEO CHỈ TIÊU NĂNG SUẤT”

Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn

Mục đích luận văn: Lựa chọn phương thức chạy dao gia công tinh mặt cong trên máy phay CNC 3 trục; kết hợp với sự hỗ trợ của phần mềm CAD/CAM nhằm đưa ra quy trình, phương thức gia công tinh mặt cong đảm bảo chất lượng và năng suất

Để thực hiện mục đích nêu trên, nhiệm vụ chính thực hiện trong phạm vi luận văn bao gồm:

4 Áp dụng quy trình thiết kế công nghệ cho một số mẫu gia công

Nội dung luận văn được trình bày theo 3 phần được tóm tắt như sau:

Chương 1: Khảo sát đặc tính công nghệ của các phương thức chạy dao phay CNC 3 trục với chức năng gia công tinh mặt cong

Nội dung chương này chọn phần mềm CAD/CAM Cimatron, là phần mềm chuyên nghiệp bao gồm đầy đủ và toàn diện các chức năng phay CNC làm đối tượng khảo sát các phương thức chạy dao phay CNC 3 trục Nội dung nghiên cứu khảo sát các chức năng gia công theo qui luật hoạch định đường chạy dao: (i) phương thức chạy dao tham số; (ii) phương thức chạy dao song song; (iii) phương thức chạy dao đảm bảo độ nhấp nhô đều, làm cơ sở cho việc phân tích và đánh giá đặc tính công nghệ của các phương thức chạy dao Phân tích cơ sở nội suy cho các phương thức chạy dao để đánh giá khả năng đáp ứng yêu cầu gia công tinh mặt cong Từ đó khẳng định chọn phương thức chạy dao gia công tinh mặt cong là phương thức chạy dao đảm bảo độ nhấp nhô đều

Chương 2 : Xác lập mô hình đánh giá năng suất gia công

Xác lập mô hình đánh giá chiều cao nhấp nhô (h) theo đặc tính hình học bề mặt gia công; tính toán tối ưu bước chạy dao ngang (l) - chỉ tiêu đánh giá năng suất gia công theo tham số hướng gia công (α) đảm bảo độ nhấp nhô yêu cầu để chọn được tham số hướng gia công tối

l

α năng suất trên từng mặt cong cụ thể

Chương 4 : Áp dụng quy trình thiết kế công nghệ cho một số mẫu gia công

Mô phỏng gia công một số chi tiết điển hình trên phần mềm CAD/CAM Qua đó so sánh đối chiếu giữa kết quả mô phỏng và kết quả tính toán lý thuyết, để đưa ra phương thức chạy dao phù hợp trên mỗi mặt gia công tương ứng

Luận văn phân tích phương thức nội suy, đánh giá khả năng công nghệ của các phương thức chạy dao CNC, phương thức điều khiển chạy dao, nội suy hình học đến chất lượng và năng suất gia công Trong đó đi sâu vào phân tích đánh giá các phương thức chạy dao trên từng bề mặt cong làm cơ sở nền tảng cho việc chọn lựa phương thức chạy dao thích hợp nhằm đem lại chất lượng và năng suất gia công Khảo sát các phương thức chạy dao trên phần mềm CAD/CAM Cimatron Mỗi phương thức chạy dao đã được mô phỏng và áp dụng cho từng bề mặt gia công cụ thể Ngoài ra còn xác lập mô hình toán học tính toán chiều cao nhấp nhô trên từng mặt cong nhằm đem lại khoảng cách giữa hai đường chạy dao kế cận lớn nhất nhưng vẫn đảm bảo chiều cao nhấp nhô cho phép Trên cơ sở đó đề xuất phương pháp lựa chọn phương thức chạy dao phay mặt cong để đạt chất lượng và năng suất gia công

SUMMARY

This Thesis analysis to estimates about the effect of tool path generative modality, tool path control modality, geometry generation to quality and labour productiveness of machined surfaces, as model of toolpath, tolerances and scallop for machining, direction selection for surface machining Analyses, estimates about the ranges of applying and the abilities of technological machining 3 axis milling on CAD/CAM Cimatron Software as well as Each technological machining milling is illustrated by diagram and simulate toolpath motion process of milling on CAD/CAM Cimatron Software By these foundations, this is suggests the method in selecting mode of toolpath to mill surfaces which have the best qualities and the highest machining productiveness Technological machining and selected mode of toolpath are simulated on CAD/ CAM Cimatron Software

Tóm tắt 5

Mục lục 6

Lời nói đầu 9

Chương 1: Khảo sát đặc tính công nghệ của các phương thức chạy dao CNC 3 trục với chức năng gia công tinh mặt cong 1.1 Khảo sát đặc tính công nghệ của các phương thức chạy dao CNC 3 trục với chức năng gia công tinh mặt cong 12

1.2 Cơ sở nội suy của các phương thức chạy dao CNC 3 trục với chức năng gia công tinh mặt cong 16

1.3 Kết luận - hạn chế của phương thức chạy dao CNC 3 trục 28

Chương 2: Xác lập mô hình đánh giá năng suất gia công 2.1 Xác lập mô hình đánh giá năng suất gia công trên mặt đáy 30

2.2 Xác lập mô hình đánh giá năng suất gia công trên mặt thành 38

2.3 Xác lập mô hình đánh giá năng suất gia công trên mặt biên 40

Chương 3: Xác lập quy trình thiết kế công nghệ – lựa chọn phương thức chạy dao theo chỉ tiêu năng suất 3.1 Xác lập quy trình thiết kế công nghệ–lựa chọn phương thức chạy dao cho mặt đáy 44

3.2 Xác lập quy trình thiết kế công nghệ–lựa chọn phương thức chạy dao cho mặt thành 48 3.3 Xác lập quy trình thiết kế công nghệ–lựa chọn phương thức chạy dao cho mặt biên 50

Chương 4: Áp dụng quy trình thiết kế công nghệ cho một số mẫu gia công 4.1 Aùp dụng quy trình thiết kế công nghệ cho mẫu gia công 1 51

4.2 Aùp dụng quy trình thiết kế công nghệ cho mẫu gia công 2 55

Kết luận 58

Tài liệu tham khảo .59

CHỮ VIẾT TẮT

CNC (Computer Numerical Control) : Kỹ thuật điều khiển số

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

CAM (Computer Aided Menufacturing): Sản xuất với sự trợ giúp của máy tính điện tử

Chương 1 KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CÔNG NGHỆ CỦA CÁC

PHƯƠNG THỨC CHẠY DAO

1.1 Khảo sát đặc tính công nghệ của các phương thức chạy dao CNC 3 trục

với chức năng gia công tinh mặt cong

Cơ sở nội suy của các phương thức chạy dao CNC 3 trục với chức năng gia công tinh mặt cong

Với tính năng gia công CNC chuyên nghiệp và toàn diện trong số các hệ phần mềm CAD/CAM, các chức năng phay CNC của phần mềm CAD/CAM Cimatron được chọn làm đối tượng nghiên cứu trong phạm vi luận văn này

Khảo sát đặc tính công nghệ của các phương thức chạy dao CNC 3 trục với chức năng gia công tinh mặt cong

1.1

1.1.1 Giới thiệu phương thức chạy dao CNC của phần mềm CAD/CAM Cimatron Phương thức chạy

dao CNC

Chức năng gia công

DRILL Thực hiện chu trình khoan (2.5, 3, 4 hoặc 5 trục)

RGH_DRIL

(rough by drill)

Khoan phá – khoan lỗ sâu, rãnh và vách sâu

POCKET Tạo đường chạy dao 2.5 trục phay phá khối vật liệu

giới hạn bởi đường biên ngoài (contours), biên trong (islands)

PROFILE Tạo đường chạy dao 2.5 trục phay theo đường biên

(Z level rough cut)

Tạo đường chạy dao phay phá khối vật liệu giới hạn bởi các mặt cong, đường biên 3D và cao độ gia công theo phương Z

WCUT

(water line cut)

Tạo đường chạy dao 2D phay thô, bán tinh và tinh khối vật liệu giới hạn bởi các mặt cong và đường đồng mức

SURMILL

(surface milling)

Tạo đường chạy dao 3, 4, hay 5 trục gia công mặt cong theo họ đường cong đẳng tham số (parametric curves) của mặt cong

RULED_MX

(Ruled multi axis)

Tạo chuỗi các mặt kẻ liên kết và tạo đường chạy dao

3, 4, hay 5 trục theo họ đường sinh của mặt kẻ

SURCLR

(surface clear)

Tạo đường chạy dao 3, 4, hay 5 trục theo phương các đường dẫn hướng để gia công các mặt cong

REMACHINE Thực hiện các chức năng gia công tinh, bao gồm:

CLEANUP: Tự động dò tìm và gia công phần vật liệu dư từ bước gia công trước

-

PENCIL: Dò tìm và gia công các góc hẹp

- OPTIMIZE – Horizontal: Dò tìm và gia công các vùng phẳng ngang

(curve multi axis)

Tạo đường chạy dao 3, 4 hay 5 trục dọc theo đường cong

ROUGH_5X Tạo đường chạy dao 5 trục gia công khối vật liệu giới

hạn bởi hai mặt bên có dạng mặt kẻ (ruled surface) và mặt đáy là mặt cong bất kỳ

MILL_GO Chèn thêm các khối lệnh chạy dao

MILL_USR Truy xuất các chức năng ứng dụng

Theo chức năng công nghệ, có thể phân biệt phương thức chạy dao CNC ra 3 nhóm :

Phương thức chạy dao gia công thô: POCKET; WCUT; ZCUT

Vì nội dung nghiên cứu của đề tài là lựa chọn phương thức chạy dao gia công tinh mặt cong trên máy phay CNC 3 trục nên tác giả tập trung vào khảo sát đánh giá các phương thức chạy dao, với chức năng gia công tinh mặt cong trên máy phay CNC 3 trục

Dựa trên chức năng gia công CNC của phần mềm Cimatron, bao gồm các phương thức chạy dao sau: SURMILL, SRFPKT, CONTOUR SURFACE MILLING

Phương thức chạy dao SURMILL

1.1.2

SURMILL (Surface Milling) 3X, 4X, 5X

Tạo đường chạy dao theo 3, 4, hay 5 trục và di chuyển theo họ đường sinh (đường cong đẳng tham số) của mặt cong

Hình 1.1

ương thức chạy dao SRFPKT

1.1.3 Ph

SRFPKT (Surface Poket)

3X

Tạo đường chạy dao 3 trục, gia công theo mặt cong giới hạn bởi đường biên

Hình 1.2

1.1.4 Phương thức chạy dao CONTOUR SURFACE MULLING

Phương thức chạy dao này chủ yếu gia công những mặt cong và có 2 chức năng

cơ bản khi dùng phương thức chạy dao Contour Surface Mulling

a Surface By Surface:

Sử dụng để gia công những mặt cong riêng biệt hoặc các mặt cong kế cận nhau Hướng gia công được định nghĩa bởi hai hướng đường sinh chữ U và V của mặt cong được chọn Hướng gia công trên từng mặt cong được chọn riêng biệt

b Cut – Line:

Sử dụng để gia công nhiều mặt cong kế cận nhau và có thể xem như một mặt cong Hướng gia công được xác định bởi đường cắt Có thể định nghĩa đường cắt này bằng cách chọn đường biên của mặt cong, hoặc vẽ biên dạng đó

1.2 Cơ sở nội suy của các phương thức chạy dao CNC 3 trục với chức năng

gia công tinh mặt cong

Theo phân tích ở phần 1.1, có thể phân loại các phương thức chạy dao gia công tinh mặt cong thành 4 loại :

Chạy dao tham số (iso-parametric)

™

Chạy dao song song (iso-planar)

™

™ Chạy dao xoắn ốc

Chạy dao đảm bảo độ nhấp nhô đều

™

1.2.1 Cơ sở nội suy của phương thức chạy dao tham số (iso-parametric)

a Cơ sở nội suy của phương thức chạy dao tham số

Dựa vào phương thức thiết kế tham số để mô hình hóa đường cong và mặt cong Theo phương thức này, mô hình mặt cong được mô tả bởi tham số (u, v) Vậy quỹ đạo chạy dao tham số là các đường cong đẳng tham số u hoặc v (hình 1.3; 1.4)

Ưu điểm và hạn chế của phương thức chạy dao tham số

b

™ Ưu điểm :Vì quỹ đạo chạy dao tham số là các đường cong đẳng tham số u hoặc v nên rất dễ dàng nội suy tọa độ chạy dao theo tham số u hoặc v, và ít tốn thời gian nội suy đường chạy dao

Hạn chế:

™

Hạn chế hình học bề mặt gia công, không gia công được những bề mặt có nhiều hơn 4 bốn đường biên (hình 1.5) Mặt hạn chế khác vì đường chạy dao dựa vào đường cong đẳng tham số u hoặc v, nên đường chạy dao sẽ phân bố không đều khi các đường biên mặt cong có sự khác biệt lớn về chiều dài (hình 1.3) Và chiều cao nhấp nhô h không đều khi gia công những mặt cong có độ dốc α thay đổi (hình 1.6) Để đảm bảo chiều cao nhấp nhô h thì phải chọn bước tiến dao ngang (l) giữa hai đường chạy dao kế cận nhỏ nhất trên mặt gia công, dẫn đến tốn nhiều thời gian (t) để gia công

Hình 1.3: Chạy dao tham số theo phương v Hình 1.4: Chạy dao tham số theo phương

a Cơ sở nội suy của phương thức chạy dao song song

Đường chạy dao của phương thức chạy dao này là giao tuyến giữa các mặt phẳng

Si với mặt phẳng gia công P(u,v) (hình 1.7) Các mặt phẳng Si song song và cách đều nhau nên bước tiến dao ngang (l) giữa hai đường chạy dao kế cận cũng song song và cách đều nhau

Đường chạy dao

Hình 1.7: Mô tả đường chạy dao song songP(u,v)

l

2

l

Ưu điểm và hạn chế phương thức chạy dao song song

Mô tả sự khác nhau của chiều cao nhấp nhô h khi độ dốc α thay đổi

™ Hạn chế: Khi gia công những bề mặt có độ dốc thay đổi, thì bước tiến dao ngang (l) giữa hai đường chạy dao kế cận cũng sẽ khác nhau (hình 1.9) (l1 ≠ l2 ).Để đảm bảo chiều cao nhấp nhô h thì phải chọn khoảng cách l ở những vùng có

h nhỏ nhất, dẫn đến mật độ đường chạy dao sẽ dày lên ở những vùng có khoảng cách l lớn (hình 1.9), điều đó làm ảnh hưởng đến năng suất gia công

Hình 1.9 Thể hiện sự khác nhau của l ở hai vùng gia công trên cùng bề mặt

1.2.3 Cơ sở nội suy phương thức chạy dao xoắn ốc

a Phương thức chạy dao xoắn ốc với đường chạy dao dựa theo mặt phẳng cắt Xét mặt gia công như hình 1.10

™

Đường chạy dao chính là những đường giao nhau giữa mặt phẳng và mặt gia công, thực hiện từng lớp cắt cho đến khi hoàn thành bề mặt gia công Khoảng cách giữa các lớp cắt đúng bằng bước tiến dao dọc ( ) giữa hai đường chạy dao kế cận

l

b Phương thức chạy dao xoắn ốc với đường chạy dao dựa theo các đường chiếu Cho phép gia công các mặt cong theo đường chạy dao đã tạo trước, thực hiện theo trình tự sau:

¾ Chiếu contour giới hạn của mặt cong đó lên mặt phẳng

¾ Tạo đường chạy dao trên mặt phẳng đó (hình 1.11)

¾ Chiếu ngược đường chạy dao lên mặt cong ban đầu

Các đường trên mặt phẳng được tạo ra bằng cách tịnh tiến đường biên một khoảng đúng bằng l (l phụ thuộc vào chiều cao nhấp nhô h)

Đường chạy dao Mặt phẳng

l

Hình 1.10

Mặt gia cônglà mặt trụ

Hình 1.11Contour 1 giới hạn biên dạng ngoài của mặt gia công, contour 2 giới hạn biên dạng trong của mặt gia công

Để tạo đường chạy dao trên mặt cong như hình 1.11 với phương thức chạy dao xoắn ốc với đường chạy dao dựa theo các đường chiếu, trước tiên chiếu Contour giới hạn biên dạng ngoài của mặt gia công (1) lên mặt phẳng (XOY) theo phương pháp tuyến với mặt phẳng, khi đó ta có biên dạng ngoài trên mặt phẳng (XOY) từ biên dạng đó tạo các đường tịnh tiến cách đều nhau, khoảng cách giữa các đường tịnh tiến chính là bước tiến dao ngang (l) giữa hai đường chạy dao kế cận (hình 1.12) Sau đó chiếu các đường vừa mới tạo ra lên lại mặt gia công theo phương pháp tuyến với mặt cong Các đường cong vừa tạo ra trên mặt cong chính là các đường chạy dao của phương thức chạy dao xoắn ốc với đường chạy dao dựa theo các đường chiếu Bước tiến dao ngang ( ) giữa hai đường chạy dao kế cận phụ thuộc vào độ dốc của mặt gia công

l

c Ưu điểm và hạn chế phương thức chạy dao song song với kiểu chạy dao xoắn ốc

™ Ưu điểm : Gia công được những mặt có thành chắn và không có thành chắn, tạo được đường chạy dao liên tục dẫn đến chất lượng bề mặt được tăng cao

™ Hạn chế: Không gia công được những mặt có hướng chạy dao không liên tục Không đem lại năng suất gia công cao ở những mặt có độ dốc lớn, cũng giống như phương thức chạy dao song song vì khoảng cách tịnh tiến giữa các đường chạy dao bằng nhau ngay ở những vùng dốc và vùng bằng phẳng

1.2.3 Cơ sở nội suy của phương thức chạy dao đảm bảo độ nhấp nhô đều

a Cơ sở nội suy của phương thức chạy dao đảm bảo độ nhấp nhô đều

Xét mặt gia công như hình 1.13

Hình 1.12: Mô phỏng phương thức chạy dao xoắn ốc bằng phương pháp chiếu

Đường chạy

01

Hình1.13: Mô tả phương thức chạy dao đảm bảo độ nhấp nhô đều

Phương thức chạy dao đảm bảo độ nhấp nhô đều: Đường chạy dao chính là đường di chuyển của tâm dao trong mặt tâm dao (PTD ( u,v)), mặt tâm dao được tịnh tiến từ mặt gia công một khoảng đúng bằng bán kính dao (R) theo phương pháp tuyến của mặt gia công Mặt chiều cao nhấp nhô là mặt được tịnh tiến từ mặt gia công một khoảng đúng bằng chiều cao (h) theo phương pháp tuyến của mặt gia công Chiều cao nhấp nhô (h) là khoảng cách từ mặt gia công đến mặt chiều cao nhấp nhô đo theo phương pháp tuyến Phương pháp xây dựng các mặt như sau:

Giả sử ta có mặt gia công P(u, v) ở đây u, v là các tham số, Psc(u,v) là mặt chiều cao nhấp nhô, PTD ( u,v) là mặt tâm dao, các mặt này được xây dựng như sau:

V U

xP

P

xP

P (1.3)

Trong đó:

h: là chiều cao nhấp nhô

n: là vectơ pháp tuyến đơn vị từ mặt P(u,v) được tính như sau:

Pu, Pv: lần lượt là đạo hàm riêng của P(u,v) theo u và theo v

Đường chạy dao CL(t) chính là quỹ tích của các điểm tâm dao trên mặt tâm dao khi dao thực hiện chuyển động cắt gọt

Đường CC(t) chính là quỹ tích của các điểm tiếp xúc giữa dao cắt và mặt gia

công

R = (1.4)

= +

V U

xP P

xP P

) (

) (

t Z

t Y

t X

CL CL CL

(t là tham số theo u, v), Vòng tròn 01 chính là mặt bao dao, R là bán kính

dao Vậy phương trình mặt bao dao được xác định như sau:

sin 0

cos )

)(]

[)

23 22 21

13 12 11

t t t

t t t

t t t

) (

) (

t Z

t Y

t X

CL CL CL

t t

t

w

j t CL

t

CL =)(

)(

/ /

21 11

t t

t

w w

j × =

iw , jw , kw là vectơ đơn vị của các trục tọa độ Trục tọa độ được xây dựng từ

đường tâm dao, gốc tọa độ đặt tại điểm xuất phát đường chạy dao (01) Trục y

Đường tâm dao

Mặt bao dao

Hình 1.14: Biểu diễn trục tọa độ trên đường tâm dao

Để đảm bảo chiều cao nhấp nhô (h) trên toàn bề mặt gia công thì đường chạy dao kế tiếp được xây dựng như sau:

Xét mặt gia công như hình 1.15

Các mặt P(u,v), PSC(u,v), PTD(u,v) như đã trình bày ở hình 1.15, ở phần này trình bày cách xây dựng đường chạy dao kế tiếp (02C2)

Để đảm bảo chiều cao nhấp nhô (h) đồng đều trên mặt gia công P(u,v), đường chạy dao kế tiếp được xây dựng như sau: Dựa vào đường biên của bề mặt gia công ta có đường chạy dao đầu tiên 01C1 khi đó mặt bao dao sẽ cắt mặt chiều cao nhấp nhô PSC(u,v) tại điểm (0) Lấy (0) làm tâm vẽ một vòng tròn có bán kính R bằng bán kính dao cắt (vòng tròn tâm 0 nằm trong mặt phẳng vuông góc với đường chạy dao đầu tiên 01C1) Vòng tròn này cắt mặt chiều cao nhấp nhô

PSC(u,v) tại điểm (02) và 02 chính là điểm đầu tiên của đường chạy dao kế tiếp Vậy để đảm bảo chiều cao nhấp nhô (h) đồng đều trên bề mặt gia công thì đường 0C là quỹ tích của các điểm tiếp xúc giữa ba mặt, đó là: mặt bao dao của đường chạy dao đầu tiên (01C1), mặt bao dao của đường chạy dao kế tiếp (02C2) và mặt chiều cao nhấp nhô PSC(u,v)

Hình 1.15: Cơ sở nội suy đường chạy dao đảm bảo độ nhấp nhô đều

Từ sự phân tích ở trên với phương thức chạy dao đảm bảo chiều cao nhấp nhô đều, để đảm bảo chiều cao nhấp nhô h theo yêu cầu thì bước tiến dao ngang (l) giữa hai đường chạy dao kế cận không phải lúc nào cũng song song và bằng nhau tại mọi điểm tùy thuộc vào hình học bề mặt gia công

Và bước tiến dao ngang (l) giữa hai đường chạy dao kế cận khác nhau (l1 ≠ 2)

do hình học bề mặt gia công, và sẽ trình bày rõ ở chương 2

l

b Ưu điểm và hạn chế của phương thức chạy dao đảm bảo độ nhấp nhô đều

™ Ưu điểm: Phương thức chạy dao này đã khắc phục được những hạn chế của hai phương thức chạy dao trên Đảm bảo chiều cao nhấp nhô h trong phạm vi yêu cầu, dù bề mặt gia công có độ dốc thay đổi nhưng vẫn không có sự chồng lên nhau giữa hai bước tiến dao ngang kế cận,

™ Hạn chế: Tốn nhiều thời gian để nội suy đường chạy dao, và hạn chế hình học bề mặt gia công Không gia công được khối trụ, khối tròn

1.3 Kết luận - hạn chế của phương thức chạy dao CNC 3 trục

Qua sự khảo sát và phân tích cơ sở nội suy của phương thức chạy dao CNC 3 trục với chức năng gia công tinh mặt cong có nhận xét như sau:

Mỗi phương thức chạy dao có khả năng công nghệ nhất định, vì thế tùy vào hình học mặt gia công để chọn phương thức chạy dao thích hợp

Năng suất gia công có nhiều nguyên nhân ảnh hưởng đến, nhưng đối với nguyên công gia công tinh thì có hai nguyên nhân chính, thứ nhất là phương thức chạy dao, thứ hai là tham số đường chạy dao Phần nội dung tiếp theo sẽ tiến hành nghiên cứu tham số đường chạy dao

Chương 2: XÁC LẬP MÔ HÌNH ĐÁNH GIÁ NĂNG SUẤT GIACÔNG

2.1 Xác lập mô hình đánh giá năng suất gia công trên mặt đáy

2.2 Xác lập mô hình đánh giá năng suất gia công trên mặt thành

2.3 Xác lập mô hình đánh giá năng suất gia công trên mặt biên

Nếu không xét đến thời gian chạy dao không tải, thì năng suất gia công tỉ lệ nghịch với thời gian gia công t, có nghĩa là năng suất gia công càng cao thì thời gian gia công càng nhỏ Nhưng theo quan hệ hình học ta có:

l

A

L= (2.1) l là bước tiến dao ngang giữa hai đường chạy dao kế cận, A là diện tích mặt gia công, L là tổng chiều dài đường chạy dao Để thời gian gia công nhỏ nhất, thì tổng chiều dài đường chạy dao nhỏ nhất Cũng theo công thức (2.1) nhỏ nhất thì bước tiến dao ngang l lớn nhất Điều đó chứng tỏ rằng năng suất gia công tỉ lệ thuận với bước tiến dao ngang l Vậy giải quyết bài toán năng suất ở đây cũng chính là tìm tham số hướng gia công để l lớn nhất, nhưng chiều cao nhấp nhô h vẫn đảm bảo yêu cầu (h là lượng dư để lại giữa 2 đường chạy dao kế cận kế cận)

Để đánh giá lựa chọn tham số hướng gia công theo chỉ tiêu bước chạy dao ngang (l), sau đây chúng ta xem xét mô hình gia công tổng quát là chi tiết bao gồm có

3 mặt tạo hình :

(i) mặt đáy (mặt 1 hình 2.1)

(ii) mặt thành (mặt 2 hình 2.1)

(iii) mặt biên (mặt 3 hình 2.1)

Do mỗi bề mặt tạo hình có đặc tính hình học khác nhau, việc đánh giá năng suất gia công trên từng bề mặt, phải dựa trên đặc tính hình học, để chọn ra phương thức chạy dao và tham số hướng gia công thích hợp Mô hình chi tiết gia công

được chọn mang tính tổng quát Để vấn đề đánh giá chặt chẽ hơn tác giả xin đặc

ra nhiều trường hợp, của hình dạng hình học bế mặt

1

2

3

2.1 Xác lập mô hình đánh giá năng suất gia công trên mặt đáy

Mặt đáy thường có thành chắn bao quanh, và hình học mặt đáy có nhiều dạng khác nhau Nhưng vì đường chạy dao thường dựa vào đường biên bề mặt, vì thế có thể phân mặt đáy ra 2 dạng; mặt đáy có đường biên là liên tục và mặt đấy có đường biên là đa giác

2.1.1 Mặt đáy có đường biên là liên tục

Là những mặt mà đường biên có dạng; đường tròn, elíp, hoặc đường Spline Nếu gia công bằng kiểu chạy dao xoắn ốc sẽ có đường chạy dao liên tục

Giao tuyến kínHình 2.2: Đường biên mặt đáy có Hình 2.3 Đường biên mặt đáy