Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số gia công đến độ chính xác hình học khi tạo hình bề mặt tự do trên máy phay cnc 3 trục và ứng dụng trong công nghệ chế tạo cánh máy bơm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số gia cơng đến độ xác hình học tạo hình bề mặt tự máy phay CNC trục ứng dụng công nghệ chế tạo cánh máy bơm NGÔ ĐỨC LƯỢNG dungluongvkhtl@gmail.com Ngành Kỹ thuật khí HÀ NỘI, 01/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu ảnh hưởng số thơng số gia cơng đến độ xác hình học tạo hình bề mặt tự máy phay CNC trục ứng dụng công nghệ chế tạo cánh máy bơm NGÔ ĐỨC LƯỢNG dungluongvkhtl@gmail.com Ngành Kỹ thuật khí Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Bùi Ngọc Tuyên Chữ ký GVHD Viện: Viện khí HÀ NỘI, 01/2022 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Ngô Đức Lượng Đề tài luận văn: Nghiên cứu ảnh hưởng số thơng số gia cơng đến độ xác hình học tạo hình bề mặt tự máy phay CNC trục ứng dụng công nghệ cánh máy bơm Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Mã số HV: CB190063 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 31 tháng 12 năm 2021 với nội dung sau: - Làm rõ chức thủy động học máy bơm đề cập luận văn; - Rà soát chỉnh sửa lỗi tả, đồng sử dụng thuật ngữ luận văn; - Bổ sung đơn vị đo đại lượng số bảng biểu, việt hóa từ ngữ luận văn số bảng biểu thiếu sót; - Rà sốt chỉnh sửa nội dung kết luận ngắn gọn có hàm lượng khoa học Hà Nội, ngày 06 tháng 01 năm 2022 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn PGS.TS Bùi Ngọc Tuyên Ngô Đức Lượng CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG GS.TS Nguyễn Đức Toàn i LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập, làm luận văn, nhận nhiều giúp đỡ, bảo thầy cô giáo giảng dạy, hướng dẫn, giúp tơi hồn thành tốt chương trình học cao học hoàn thiện luận văn Trước hết xin chân thành cảm ơn với thầy cô giáo giảng viên trường Đại học Bách Khoa Hà Nội giảng dạy, giúp đỡ, bảo tận tình, giúp tơi có nhiều kiến thức bổ ích, nâng cao trình độ, lực học tập, nghiên cứu sáng tạo Tôi xin cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Bùi Ngọc Tuyên, Bộ môn Gia công vật liệu & dụng cụ công nghiệp - Viện Cơ khí, Đại học Bách Khoa Hà Nội, định hướng đề tài, hướng dẫn tận tình tơi việc tiếp cận khai thác tài liệu tham khảo bảo q trình tơi làm luận văn Tôi xin cảm ơn Ban Giám đốc, cán nhân viên trung tâm Việt - Nhật xưởng CNC, Đại học Công Nghiệp Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho tiến hành thí nghiệm trung tâm, giúp tơi hồn thành nghiên cứu Cuối tơi muốn bày tỏ lịng cảm ơn Ban lãnh đạo, cán cơng nhân viên Viện Bơm Thiết bị Thủy lợi - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, bạn đồng nghiệp gia đình ủng hộ động viên tơi suốt trình thực luận văn Do kinh nghiệm thân nhiều hạn chế nên luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận ý kến nhận xét, góp ý quý thầy cô bạn Tôi xin chân thành cảm ơn! Tác giả Ngơ Đức Lượng ii TĨM TẮT LUẬN VĂN Tên tác giả: Ngô Đức Lượng Tên luận văn: Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số gia cơng đến độ xác hình học tạo hình bề mặt tự máy phay CNC trục ứng dụng công nghệ cánh máy bơm Ngành: Kỹ thuật khí Mã số học viện: CB190063 Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Mục đích đối tượng nghiên cứu luận văn: 1.1 Mục đích luận văn: Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng kiểu đường dụng cụ (T), bước tiến ngang (S0) đường kính dụng cụ (D) đến độ xác tạo hình bề mặt tự có cấu trúc lõm lồi dạng ellipse Lựa chọn thông số gia công tối ưu để gia công cánh máy bơm máy phay CNC trục nhằm đáp ứng yêu cầu độ xác tạo hình bề mặt đáp ứng chức thủy động học theo yêu cầu 1.2 Đối tượng nghiên cứu luận văn: Luận văn nghiên cứu phương pháp thực nghiệm lựa chọn đường dụng cụ, bước tiến ngang đường kính dụng cụ cắt phù hợp gia công bề mặt tự trơn máy phay CNC trục Để thực nghiên cứu đối tượng đề ra, luận văn phân chia thành nội dung sau: ⁃ Nghiên cứu tổng quan bề mặt tự do, dụng cụ đường dụng cụ tạo hình bề mặt tự máy phay CNC trục; ⁃ Nghiên cứu tổng quan máy bơm hướng trục, thiết kế mơ hình hóa 3D cánh máy bơm hướng trục phầm mềm SOLIDWORK phương án công nghệ chế tạo cánh máy bơm hướng trục máy phay CNC trục; ⁃ Nghiên cứu thực nghiệm thiết kế thực nghiệm phương pháp Taguchi kết hợp với phân tích phương sai (ANOVA) với trợ giúp phần mềm Minitab iii ⁃ Thực nghiệm xử lý số liệu thực nghiệm với yếu tố kiểu đường dụng cụ (T), bước tiến ngang (S0) đường kính dụng cụ (D) đến độ xác tạo hình bề mặt tự có dạng cánh máy bơm hướng trục Phương pháp nghiên cứu luận văn: Sự kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm kiểm chứng Sử dụng công cụ tốn học kết hợp tin học với cơng cụ phầm mềm sử dụng hỗ trợ công tác thiết kế mơ hình hóa xử lý số liệu thực nghiệm : CAD; CAM; SOLIDWORKS; GEOMAGIC; MINITAB v.v… Nghiên cứu lý thuyết để tìm hiểu loại bề mặt tự do, từ lựa chọn loại bề mặt tự thường gặp có u cầu đặc trưng hình dáng hình học, yêu cầu kỹ thuật bề mặt làm đối tượng nghiên cứu, nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến q trình tạo hình bề mặt như: đường dụng cụ, bước tiến ngang đường kính dụng cụ Các kết kết luận 3.1 Những vấn đề khoa học giải kết chính: Thơng qua nghiên cứu lý thuyết, phân tích đánh giá yếu tố chế độ cắt ảnh hưởng đến độ xác tạo hình bề mặt tự lựa chọn yếu tố yếu tố kiểu đường dụng cụ (T), bước tiến ngang (S0) đường kính dụng cụ (D) nghiên cứu luận văn; Nghiên cứu tổng quan máy bơm hướng trục phương pháp thiết kế cánh máy bơm hướng trục Thiết kế mơ hình hóa cánh máy bơm hướng trục ОП6 phầm mềm SOLIDWORKS nhằm phục vụ mục đích gia cơng chế tạo mẫu thực nghiệm để đánh giá mức độ ảnh hưởng thông số chế độ cắt lựa chọn nghiên cứu trên; Sử dụng phương pháp thực nghiệm Taguchi kết hợp với phân tích phương sai (ANOVA) với trợ giúp phần mềm Minitab để xác định thông số công nghệ tối ưu mức độ ảnh hưởng chúng đến độ xác hình học tạo hình bề mặt tự máy phay CNC trục; Kết thực nghiệm xử lý số liệu thực nghiệm lựa chọn thông số tối ưu với mức cụ thể là: iv  Kiểu đường dụng cụ (T):  Bước tiến ngang (S0):  Đường kính dụng cụ (D): Oneway 0,1mm 4mm Áp dụng thông số lựa chọn gia công chế tạo thành công mẫu cánh máy bơm hướng ОП6 trục đảm bảo yêu cầu độ xác hình học theo thiết kế đảm bảo 3.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn: Ý nghĩa khoa học: ⁃ Phân tích biểu diễn đường tự do, mặt tự do, cấu trúc file IGES biểu diễn đường tự hệ thống CAD/CAM nhằm đưa giải pháp thiết kế gia công bề mặt chi tiết cánh máy bơm hướng trục đảm bảo chức thủy động học theo yêu cầu ⁃ Đánh giá ảnh hưởng việc lựa chọn đường dụng cụ, bước tiến ngang kích thước dụng cụ thông qua thực nghiệm ⁃ Đề xuất thông số để gia công cho bề mặt tự cấu trúc lõm dạng ellipse để gia công cánh máy bơm hướng trục đảm bảo chức thủy động học theo yêu cầu Ý nghĩa thực tiễn: ⁃ Kết nghiên cứu sở để phân tích lựa chọn kiểu đường dụng cụ, bước tiến ngang kích thước dụng cụ phù hợp cho gia cơng bề mặt tự có dạng ellipse áp dụng cho gia công cánh máy bơm hướng trục ⁃ Giải pháp đường dụng cụ, bước tiến ngang kích thước dụng cụ để gia công bề mặt cánh máy bơm hướng trục đảm bảo độ xác tạo hình bề mặt chi tiết chức thủy động học theo yêu cầu ⁃ Kết nghiên cứu luận văn có ý nghĩa thực tiễn, đặc biệt cơng nghiệp chế tạo cánh máy bơm nói chung cánh máy bơm hướng trục nói riêng máy phay CNC trục 3.3 Kết luận định hướng mở rộng luận văn: Luận văn thiết kế mơ hình hóa cánh máy bơm hướng trục ОП6 Thực nghiệm xử lý số liệu thực nghiệm xác định mức độ ảnh hưởng v yếu tố đầu vào cụ thể là: Kiểu đường dụng cụ, bước tiến ngang kích thước dụng cụ đến độ xác hình học gia cơng tạo hình bề mặt tự có dạng cánh máy bơm máy phay CNC trục Đã gia công chế tạo thành công cánh máy bơm hướng trục ОП6 máy phay CNC trục đảm bảo yêu cầu kỹ thuật; Kết thực luận văn hoàn toàn phù hợp với vấn đề đặt nội dung luận văn tiền đề để phát triển hướng nghiên cứu như: - Đánh giá ảnh hưởng tương tác thông số chế độ cắt đến độ xác bề mặt gia cơng kết hợp đánh giá đánh giá yếu tố kinh tế, kỹ thuật sản phẩm máy bơm thiết kế sử dụng thông số để gia công cánh; - Nghiên cứu liên hệ ảnh hưởng thông số kiểu đường dụng cụ, bước tiến ngang S0, kích thước dụng cụ D thông số chế độ cắt như: Vận tốc cắt v, chiều sâu cắt t, lực cắt F vật liệu khác để đưa lựa chọn tối ưu công nghệ gia công cánh máy bơm máy phay CNC trục Học viên Ngô Đức Lượng vi MỤC LỤC Danh mục chữ viết tắt ix DANH MỤC HÌNH ẢNH MINH HỌA x DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xiii P HẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ BỀ MẶT TỰ DO, DỤNG CỤ VÀ ĐƯỜNG DỤNG CỤ KHI TẠO HÌNH TRÊN MÁY PHAY CNC TRỤC 1.1 Mặt tự ứng dựng bề mặt tự 1.1.1 Giới thiệu bề mặt tự 1.1.2 Phân loại bề mặt tự do: 1.1.3 Ứng dụng đường, mặt tự thiết kế gia cơng khí 12 1.2 Q trình gia cơng tạo hình bề mặt tự do: 16 1.3 Dụng cụ đường dụng cụ gia cơng tạo hình bề mặt tự máy phay CNC trục: 18 1.3.1 Dụng cụ sử dụng gia cơng tạo hình bề mặt tự do: 18 1.3.2 Ảnh hưởng hình học dụng cụ đến độ xác hình học gia cơng mặt tự máy phay CNC trục: 24 1.3.3 Đường dụng cụ gia công bề mặt tự do: 35 1.3.4 Ảnh hưởng đường dụng cụ gia công bề mặt tự do: 46 1.4 Kết luận chương 1: 52 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ MÔ HÌNH HĨA CÁNH MÁY BƠM HƯỚNG TRỤC ОП6 BẰNG PHẦN MỀM SOLISWORD 53 2.1 Tổng quan bơm hướng trục: 53 2.1.1 Cấu tạo bơm hướng trục: 53 2.1.2 Nguyên lý làm việc bơm hướng trục: 53 2.2 Các phương pháp tính tốn thiết kế cánh bơm hướng trục: 54 2.3 Lựa chọn phương pháp tính tốn thiết kế cánh bơm hướng trục: 55 2.4 Thiết kế mơ hình hóa cánh máy bơm hướng trục: 55 2.4.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp phương trình tích phân Vơzơnhexenkin - Pêkin: 55 2.4.2 Tính tốn thiết kế mơ hình hóa 3D cánh máy bơm hướng trục: 62 2.5 Yêu cầu kỹ thuật, điều kiện làm việc vật liệu sử dụng: 65 vii 2.5.1 Yêu cầu kỹ thuật cánh máy bơm hướng trục: 65 2.5.2 Điều kiện làm việc vật liệu chế tạo máy bơm hướng trục: 65 2.6 Kết luận chương 2: 65 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THỰC NGHIỆM TAGUCHI 67 3.1 Giới thiệu phương pháp Taguchi: 67 3.2 Xây dựng mơ hình Taguchi: 69 3.2.1 Mục đích: 69 3.2.2 Xây dựng ma trận thực nghiệm: 70 3.2.3 Điều kiện thực nghiệm: 74 3.3 Phương pháp kiểm tra đánh giá độ xác tạo hình: 77 3.3.1 Phương pháp kiểm tra RE: 77 3.3.2 Phầm mềm Geomagic: 81 3.3.3 Lựa chọn thiết bị quét: 81 3.4 Kết luận chương 3: 83 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM 84 4.1 Thực nghiệm gia công mẫu máy phay CNC trục: 84 4.1.1 Kế hoạch thực nghiệm: 84 4.1.2 Kết gia công: 89 4.2 Kiểm tra đánh giá độ xác tạo hình: 90 4.2.1 Quét mẫu: 90 4.2.2 Xử lý số liệu thực nghiệm Geomagic: 92 4.3 Chế tạo cánh máy bơm hướng trục máy phay CNC trục: 95 4.3.1 Mẫu gia công sản phẩm thiết kế gia công 95 4.3.2 Thiết bị dụng cụ cắt sử dụng gia công: 96 4.3.3 Các thông số gia công 97 4.3.4 Phương pháp công nghệ gia công kết gia công 97 4.4 Kết luận chương 4: 98 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO 102 viii 4.2 Kiểm tra đánh giá độ xác tạo hình: 4.2.1 Quét mẫu: Sử dụng máy ký hiệu HSCAN331 Handheld 3D Scanner (Hình 3.4) Độ xác lên đến 0.03 mm Tốc độ đạt 265,000 measures/s Có thể scan mẫu đen, bóng, mỏng Thiết bị hoạt động linh hoạt với phương pháp định vị tọa độ điểm nên máy mẫu di chuyển scan Sau quét xong, xuất định dạng đám mây điểm (stl) Các đám mây điểm đăng nhập với bề mặt mẫu thiết kế để đánh giá sai số hình học bề mặt Hình 4.11 Quét mẫu thực nghiệm máy HSCAN331 Handheld 3D Sử dụng máy quét HSCAN331 Handheld 3D Scanner thu file đám mây điểm bề mặt (hình 4.11) Các đám mây điểm đăng nhập với bề mặt mẫu thiết kế để đánh giá sai số hình học bề mặt, thơng qua phần mềm Geomagic Quality 2003 Ví dụ (hình 4.12) Là kết kiểm tra mẫu số đến 90 Hình 4.12 Kết xử lý mẫu gia công máy HSCAN331 Handheld 3D Số liệu xử lý mẫu sai số hình học tạo hình bề mặt sản phẩm cánh máy bơm Max theo cấp độ thống số chế độ cắt thống kê (bảng 4.5) Chỉ tiêu đánh giá độ xác tạo hình chọn sai số trung bình xác định sau: Average D = (upper D - lower D)/2 Kết sai số TB mẫu trình bày (bảng 4.6) 91 Bảng 4.5 Số liệu thực nghiệm sai số cục max, mẫu thí nghiệm Thơng số gia công phay cuối TT Kiểu đường Bước tiến Đường kính mẫu dụng cụ ngang (mm) dụng cụ (mm) Max (µm) Min (µm) (5) (6) (1) (2) (3) (4) Zigzac 0,10 30.280 -22.700 Zigzac 0,45 33.420 -43.140 Zigzac 0,80 46.500 -40.800 Oneway 0,10 37.500 -23.500 Oneway 0,45 33.740 -30.360 Oneway 0,80 32.590 -31.370 Spiral 0,10 36.970 -35.930 Spiral 0,45 42.750 -39.770 Spiral 0,80 52.500 -49.140 4.2.2 Xử lý số liệu thực nghiệm Geomagic: Nhằm mục đích đánh giá mức độ ảnh hưởng yếu tố kiểu đường dụng cụ, bước tiến dao ngang, đường kính dụng cụ đến độ xác tạo hình bề mặt tự có dạng cánh bơm gia công máy phay CNC trục mức độ ảnh hưởng thơng số Từ tìm thơng số tối ưu để áp dụng gia cơng cánh bơm 4.2.2.1 Phân tích tỷ lệ tín hiệu nhiễu: Sử dụng phương pháp Taguchi với mẳng trực giao L9 (3^3) để xử lý số liệu thống kê thực nghiệm Bảng 4.6 Bố cục thí nghiệm sử dụng mảng trực giao Taguchi L9 (3^3) Thông số gia công phay cuối TT Kiểu đường dụng cụ Bước tiến ngang (mm) Đường kính dụng cụ (mm) Sai số trung bình (µm) MSD S/N ratios Zigzag 0.10 30.450 927.20 -29.67 Zigzag 0.45 38.280 1465.36 -31.66 92 Zigzag 0.80 43.650 1905.32 -32.80 Oneway 0.10 30.500 930.25 -29.69 Oneway 0.45 33.050 1092.30 -30.38 Oneway 0.80 31.980 1022.72 -30.10 Spiral 0.10 36.450 1328.60 -31.23 Spiral 0.45 41.260 1702.39 -32.31 Spiral 0.80 50.820 2582.67 -34.12 Tỷ lệ S/N trung bình cho thơng số cắt mức 1, tính cách lấy trung bình tỷ lệ S/N cho thí nghiệm tương ứng Tỷ lệ S/N trung bình cho cấp độ tham số cắt tính tốn thường định nghĩa bảng đáp ứng tỷ lệ S/N trung bình cho MSD hình dạng bề mặt Trong (Hình 4.13) hiển thị biểu đồ đáp ứng tỷ lệ S/N cho hình dạng bề mặt Người ta có tỷ lệ S/N cao cho phương sai bề mặt nhỏ xung quanh giá trị mong muốn Tuy nhiên, tầm quan trọng tương đối tham số phay hình dạng bề mặt cần phải xác định, đó, kết hợp tối ưu mức tham số gia cơng xác định xác cách sử dụng phân tích phương sai (ANOVA) Main Effects Plot for Means Data Means Toolpath Side step Tool diam 0.050 Mean of Means 0.045 0.040 0.035 0.030 zigzac oneway spiral 0.10 0.45 93 0.80 Main Effects Plot for SN ratios Data Means Toolpath Side step Tool diam Mean of SN ratios 31 30 29 28 27 26 zigzac oneway spiral 0.10 0.45 0.80 Signal-to-noise: Smaller is better Hình 4.13 Hiệu ứng tỷ lệ S/N cho độ xác hình học bề mặt gia cơng 4.2.2.2 Phân tích phương sai: Mục tiêu phân tích phương sai xác định tham số thiết kế có ý nghĩa ảnh hưởng đến độ xác hình học bề mặt gia công Mục tiêu đạt cách phân chia độ biến thiên tỷ lệ S/N đo tổng độ lệch bình phương so với tổng tỷ lệ S/N trung bình, đóng góp thông số cắt sai số Tỷ số F công cụ thống kê để xác minh tham số thiết kế ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính chất lượng Tỷ lệ định nghĩa tỷ lệ độ lệch bình phương trung bình yếu tố độ lệch bình phương trung bình sai số Nói chung, giá trị Tỷ lệ F lớn bốn, điều có nghĩa biến đổi tham số thiết kế có ảnh hưởng quan trọng đến đặc tính chất lượng Phân tích giá trị F-Ratio cho thấy đường dụng cụ bước tiến ngang tham số cắt quan trọng Đường dụng cụ đóng góp gần 49,65% có ảnh hưởng đáng kể đến độ xác hình học bề mặt gia cơng Tiếp theo bước tiến ngang sau đường kính dụng cụ cắt với mức đóng góp 36,78% 10,60%, Các thơng số cắt tối ưu cho độ xác hình học tốt bề mặt gia công dụng cụ kiểu Oneway, bước ngang với S0 = 0,1 mm đường kính dao D = 4mm kết cụ thể thể bảng 4.7 94 Bảng 4.7 Kết ANOVA cho hình dạng bề mặt chi tiết tổ hợp mẫu Tổng bình Bình phương phương sai trung bình lệch sai lệch Thông số Bậc tự Tỷ lệ F Mức độ ảnh hưởng (%) A:T 9,380 4,690 16,72 49,65% B:S 6,955 3,475 12,39 36,78% C:D 2,003 1,002 3,57 10,60% Error 0,561 0,280 Tổng 18,895 2,97% 100% Trên sở kết tổng hợp so sánh thông số gia công với mức giá trị khác dựa tỷ số S/N (Bảng 4.8) Với giá trị S/N lớn tốt ta chọn yếu tố cho tổ hợp thông số tối ưu sau: - Kiểu đường dụng cụ: Ứng với mức kiểu Oneway; - Bước tiến ngang: Ứng với mức có bước tiến ngang S0 = 0,1mm; - Đường kính dụng cụ: Ứng với mức có đường kính dụng cụ D = 4mm Tổ hợp thông số gia công tối ưu sau: T2S1D1 Bảng 4.8 Kết tổng hợp so mức giá trị ứng với tỷ số S/N S/N Kiểu đường dụng cụ (T) Bước tiến ngang (S0) Đường kính dụng cụ (D) -31.38 -30.20 -30.69 -30.06 -31.45 -31.82 -32.56 -32.34 -31.47 Mức 4.3 Chế tạo cánh máy bơm hướng trục máy phay CNC trục: 4.3.1 Mẫu gia công sản phẩm thiết kế gia công ⁃ Sản phẩm gia cơng: Thiết kế SOLIDWORKS có mặt gia công lấy từ bề mặt cánh bơm (hình 4.16) ⁃ Phơi dạng khối hộp: L x W x H = 190 x 100 x 90 (mm) (hình 4.14 4.15) ⁃ Vật liệu AL6061 có thành phần hóa học (Bảng 3.4) 95 Hình 4.14 Phơi hợp kim nhơm 6061 Hình 4.15 Thiết kế kích thước phơi Bản vẽ thiết kế cánh máy bơm hướng trục sử dụng sản phẩm chế tạo sản phẩm chương thiết kế mơ hình hóa cánh máy bơm hướng trục phầm mềm SOLIDWORKS (hình 2.10) 4.3.2 Thiết bị dụng cụ cắt sử dụng gia công: 4.3.2.1 Thiết bị: Thiết bị sử dụng gia công chế tạo cánh máy bơm hướng trục máy phay CNC trục ký hiệu MORISEIKI NVX5060 dùng hệ diều hành Mitsubishi M730BM xuất xứ Nhật (Hình 3.4) với thơng số thể (3.5) 4.3.2.2 Dụng cụ cắt: Dụng cụ cắt sử dụng dao phay đầu cầu có ký hiệu: 2F*R2*4*8*50; (Hình 4.16) Các thông số cụ thể sau: 96 Bảng 4.9 Thông số dụng cụ cắt gia cong cánh máy bơm No Tính chất Ký hiệu Giá trị (mm) Đường kính dao Dd Đường kính danh nghĩa D Bán kính góc Rc Tổng chều dài L 50 Độ dài phần cắt Lc Hình 4.16 Dụng cụ cắt sử dụng gia cơng cánh máy bơm 4.3.3 Các thông số gia công Trên sở kết tổng hợp so sánh thông số gia công với mức giá trị khác dựa tỷ số S/N (Bảng 4.8) Với giá trị S/N lớn tốt ta chọn yếu tố cho tổ hợp thông số tối ưu để gia công cánh máy bơm hướng trục cụ thể sau: - Kiểu đường dụng cụ: Ứng với mức kiểu Oneway; - Bước tiến ngang: Ứng với mức có bước tiến ngang S0 = 0,1mm; - Đường kính dụng cụ: Ứng với mức có đường kính dụng cụ D = 4mm 4.3.4 Phương pháp công nghệ gia công kết gia công 4.3.2.3 Phướng pháp cơng nghệ gia cơng: Từ vẽ mơ hình hóa 3D cánh máy bơm phầm mềm Solisword (Hình 4.10) Máy gia công sử dụng loại máy phay CNC trục hiệu MORISEIKI NVX5060 (hình 3.4) Các thơng số dụng cụ cắt lấy theo thông số bảng 4.9 Kiểu đường dụng cụ lựa chọn theo kết đường kiểu Oneway với thống số bước tiến ngang S0 = 0,10mm Các thông số gia công khác lựa chọn phần gia công mẫu cụ thể sư sau: 97 ⁃ Vận tốc cắt v = 138 mm/min; ⁃ Chiều sâu cắt t = 0,1 mm; ⁃ Vận tốc tiến dao f = 549 mm/min; ⁃ Dung dịch trơn nguội emunxi, v.v 4.3.2.4 Trình tự ngun cơng: Ngun cơng 1: Dùng máy phay CNC trục phay mặt cánh đồng thời sử dụng dao tiện ren tiện kích thước lắp ráp chuôi cánh mặt trên; Nguyên công 2: Sử dụng bàn xoay để xoay cánh 1800 lặp lại nguyên công mặt cánh; Nguyên công 3: Sử dụng máy cắt dây cắt biên dạng bao ngồi cánh Tất ngun cơng sử dụng đồ gá kẹp chuyên dụng 4.3.2.5 Kết gia công cánh máy bơm máy phay CNC trục: Với thông số công nghệ lựa chọn kết nghiên cứu luận văn, sử dụng máy gia công la máy phay CNC trục thiết bị hỗ trợ Sản phẩm tạo cánh máy bơm hướng trục có độ xác hình học cao, chất lượng bề mặt gia công đảm bảo yêu cầu kỹ thuật mặt Có tính khoa học thực tế cao mở hướng cho áp dụng công nghệ gia công cánh máy bơm hướng trục nói riêng cánh máy bơm loại nói chung (Hình 4.17) Hình 4.17 Cánh máy bơm hướng trục gia công máy phay CNC trục 4.4 Kết luận chương 4: Bằng việc sử dụng phương pháp Taguchi xử lý số liệu thực nghiệm kết hợp với phân tích phương sai ANOVA, việc phân tích đánh 98 giá kết thực nghiệm đảm bảo xác định xác mức độ ảnh hưởng thông số chế độ cắt (các yếu tố điều khiển được) đến độ độ xác hình học bề mặt tự cụ thể sau: Đối với đường kiểu đường dụng cụ T ảnh hưởng lớn với (49,65%), Bước tiến ngang S0 (36,78%) tiếp đến kính dụng cụ cắt D, (10,60%) ảnh hưởng yếu tố nhiễu (2,97%) Kết kiểu đường dụng cụ T đóng vai trị quan trọng độ xác hình học gia cơng chế tạo bề mặt tự Nghiên cứu đưa lựa chọn tối ưu chế độ cắt phạm vi miền giá trị lựa chọn thông số chế độ cắt nhằm đạt độ xác hình học bề mặt gia công là: - Kiểu đường dụng cụ T kiểu Oneway; - Bước tiến ngang S0 = 0,10 mm; - Đường kính dụng cụ D = 4,0mm) Sản phẩm cánh máy bơm chế tạo sử dụng thông số lựa chọn tối ưu để gia công máy phay CNC trục với độ xác tạo hình cao, đáp ứng u cầu thủy động học theo thiết kế thể (Hình 4.17) 99 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Luận văn nghiên cứu hệ thống hóa hệ thống đường mặt tự do, ứng dụng mặt đường tự thiết kế gia cơng khí Tìm hiểu, phân tích đánh giá đường dụng cụ, dụng cụ, thông số đường dụng cụ dụng cụ ảnh hưởng chúng đến độ xác tạo hình bề mặt chi tiết chất lượng gia công Sản phẩm thiết kế mơ hình hóa mẫu thực nghiệm cánh máy bơm phần mềm SOLIDWORKS để phục vụ trình thực nghiệm gia công chế tạo cánh máy bơm Đã sử dụng phương pháp Taguchi nghiên cứu thực nghiệm kết hợp với phân tích phương sai ANOVA, việc phân tích đánh giá kết thực nghiệm đảm bảo xác định xác mức độ ảnh hưởng thông số chế độ cắt (các yếu tố điều khiển được) đến độ xác tạo hình bề mặt gia cơng cụ thể sau: Kiểu đường dụng cụ T ảnh hưởng lớn (49,65%), bước tiến ngang S0 (36,78%), tiếp đến đường kính dụng cụ cắt D (10,60%) ảnh hưởng yếu tố nhiễu (2,97%) Kết kiểu đường dụng cụ T đóng vai trị quan trọng độ xác hình học gia công chế tạo bề mặt tự Luận văn lựa chọn thông số chế độ cắt tối ưu nhằm đạt độ xác hình học bề mặt gia công là: Kiểu đường dụng cụ T kiểu Oneway, bước tiến ngang S0 = 0,10 mm, đường kính dụng cụ D = 4,0mm) Kết thực nghiệm sở để điều khiển tối ưu hóa đa mục tiêu q trình gia cơng nhằm đem lại hiệu thiết thực mà nhà công nghệ hướng tới Kiến nghị đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo: Trong luận văn tác giả nghiên cứu ảnh hưởng tương tác đơn thông số chế độ cắt (Kiểu đường dụng cụ, bước tiến ngang S0 kích thước dụng cụ D) phay bề mặt tự có dạng ellipse dạng lõm 100 hợp kim nhôm AL6061 máy phay CNC trục, ứng dụng phương pháp Taguchi kết hợp với phân tích phương sai ANOVA Kết luận văn tiền đề để phát triển hướng nghiên cứu như: - Đánh giá ảnh hưởng tương tác thông số chế độ cắt đến độ xác bề mặt gia cơng từ đánh giá đánh giá yếu tố kinh tế, kỹ thuật sản phẩm máy bơm thiết kế sử dụng thông số để gia công cánh; - Nghiên cứu liên hệ ảnh hưởng thông số kiểu đường dụng cụ, bước tiến ngang S0, kích thước dụng cụ D thơng số chế độ cắt như: Vận tốc cắt v, chiều sâu cắt t, lực cắt F vật liệu khác để đưa lựa chọn tối ưu công nghệ gia công cánh máy bơm máy phay CNC trục 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] B Akar, N Kaynak, D Gửkỗe, and M Erdi (2010), “Computer Numerical Control (CNC),” , in Computer Numerical Control (CNC), Hacettepe University [2] S N Grigoriev and G M Martinov (2014), “Research and development of a cross-platform CNC kernel for multi-axis machine tool,” , Procedia CIRP, vol 14, pp 517-522 [3] A Ghionea and G Constantin (2014), “Kinematic Structures and Machining Possibilities of,” vol XXIII, no 250, pp 45-53 [4] L Kang-Ju, L Yong-Xian, and Z Zhe (2011), “Research in multiple factors vibration controlling of CNC milling machine,” , Proc - 4th Int Conf Intell Comput Technol Autom ICICTA 2011, vol 1, pp 472 - 475 [5] F Abdulhani and J ALswede (2014), “Study Of Vibration For CNC Machine At Difference Feed,” , Int J Adv Res Technol., vol 3, no 11, pp 21-29 [6] D G Ford, A Myers, F Haase, S Lockwood, and A Longstaff (2014), “Active vibration control for a CNC milling machine,”, Proc Inst Mech Eng Part C J Mech Eng Sci., vol 228, no 2, pp 230 - 245 [7] M N Osman Zahid, K Case, and D Watts (2015), “End mill tools integration in CNC machining for rapid manufacturing processes: simulation studies,” , Prod Manuf Res., vol 3, no 1, pp 274-288 [8] A Gjelaj, J Balič, and M Fičko (2013), “Intelligent optimal tool selections for CNC programming of machine tools(Transactions of Famena (2013) 36:3 (31-40)),” , Trans Famena, vol 37, no 4, p 99 [9] Y Koren (1976), “Interpolator for a Computer Numerical Control System,” , IEEE Trans Comput., vol C-25, no 1, pp 32-37 [10] P S Stephen F Krar, Arthur Gill (2000), “Computer Numerical Control 121 Simplified.” New York: Industrial Press inc, 2000 [11] H Q Nguyễn (2018), “Nghiên cứu xây dựng phương pháp nội suy theo thời gian thực biên dạng tự tạo hình bề mặt chi tiết gia công máy công cụ CNC trục,” , Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2018 [12] H T Yau, M T Lin, and M S Tsai (2006), “Real-time NURBS interpolation using FPGA for high speed motion control,” , CAD Comput Aided Des., vol 38, no 10, pp 1123-1133 102 [13] W P Hong, S W Lee, H Z Choi, and M Y Yang (2003), “Simultaneous 3D machining with real-time NURBS interpolation,”, KSME Int J., vol 17, no 3, pp 336-342 [14] E L O Valvo, S Drago, I Chimica, I Meccanica, and V Scienze (2014), “An Efficient NURBS Path Generator for a Open Source CNC,” , Recent Adv Mech Eng., pp 173-180 [15] “Evaluating the Roughness According to t ree Form Surfaces for Mold Application.pdf,” [16] P Fallböhmer, T Altan, H.-K Tönshoff, and T Nakagawa (2002), “Survey of the die and mold manufacturing industry - practices in Germany, Japan, and the United States,” , J Mater Process Technol., vol 59, no 1-2, pp 158-168 [17] S P Radzevich (2008), “Geometry Kinematic Geometry Machining.” Taylor & Francis Groups, LLC, 2008 [18] P Spanoudakis, N Tsourveloudis, and I Nikolos (2008), “Optimal Selection of Tools for Rough Machining of Sculptured Surfaces,” , Proc Int MultiConference Eng Comput Sci 2008 Vol II IMECS 2008, 19-21 March, 2008, Hong Kong, vol II, no March, pp 19-21 [19] M Bey and T Zahida (2017), “Optimization of the Roughing Operation of Sculptured Surfaces Based on Offset Contours and Feedrate Adaptation Optimisation de l ’ Opération d ’ Ebauchage des Surfaces Gauches en se Basant sur les Contours Décalés et l ’ Adaptation des Vitesses d ’ Avance,” no December [20] E Kuram and B Ozcelik (2014), “Modern Mechanical Engineering,” no JANUARY 2014 [21] GS.TS Lê Danh Liên “Bơm, quạt cánh dẫn,” Nhà xuất Bách Khoa - Hà Nội Hà Nội 2014 Mã số: 128-2014/CXB/61-01/BKHN [22] А К Михайлов, В В Малюшенко Лопастные Насосы Теория, Расчет и Конструирование Москва “Машиностроение” 1977 [23] Лопастные Насосы Справочник Под обшей редакцией В А Зимницкого и В А Умова Ленинград “Машиностроение” Ленинградское Отделение 1986 [24] C Tournier and E Duc (2014), “A surface based approach for constant scallop height tool path generation To cite this version : HAL Id : hal01076666 A surface based approach for constant scallop height tool path generation.” 103 [25] P K Wright, D A Dornfeld, V Sundararajan, and D Mishra (2004), “Tool path generation for finish machining of freeform surfaces in the cybercut process planning pipeline,” , Pap Present NAMRC 32, vol 32, pp 159- 166 [26] N Engineering (2016), “Constant Scallop-height Machining of Freeform Surfaces,” vol 116, no May 1994 [27] B Lauwers, J P Kruth, and P Dejonghe (2001), “An Operation Planning System for Multi-Axis Milling of Sculptured Surfaces,” pp 799804 [28] W L Ralph Ip and M Loftus (1992), “Cusp geometry analysis in freeform surface machining,” , Int J Prod Res., vol 30, no 11, pp 2697– 2711 [29] X Liu, Y Li, S Ma, and C H Lee (2015), “A tool path generation method for freeform surface machining by introducing the tensor property of machining strip width,” , CAD Comput Aided Des., vol 66, pp 1-13 [30] G Elber (1995), “Freeform surface region optimization for 3-axis and & 125 axis milling,” vol 27, no 6, pp 465-470 [31] S Ding, M A Mannan, A N Poo, D C H Yang, and Z Han (2003), “Adaptive iso-planar tool path generation for machining of free-form surfaces,” , Comput Des., vol 35, no 2, pp 141-153 [32] J Senatore, S Segonds, W Rubio, and G Dessein (2012), “Correlation between machining direction, cutter geometry and step-over distance in 3- axis milling: Application to milling by zones,” , CAD Comput Aided Des., vol 44, no 12, pp 1151-1160 [33] J S Kwak (2005), “Application of Taguchi and response surface methodologies for geometric error in surface grinding process,” , Int J Mach Tools Manuf., vol 45, no 3, pp 327-334 [34] M Yasir, T L Ginta, B Ariwahjoedi, A U Alkali, and M Danish (2016), “Effect of cutting speed and feed rate on surface roughness of AISI 316l SS using end-milling,” , ARPN J Eng Appl Sci., vol 11, no 4, pp 2496-2500 [35] V Q Hoàng, “Nghiên cứu lựa chọn dụng cụ đường dụng cụ hợp lý tạo hình bề mặt tự máy phay CNC trục” 104 ... 1 .3. 1 Dụng cụ sử dụng gia cơng tạo hình bề mặt tự do: 18 1 .3. 2 Ảnh hưởng hình học dụng cụ đến độ xác hình học gia công mặt tự máy phay CNC trục: 24 1 .3. 3 Đường dụng cụ gia công bề mặt tự. ..TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số gia cơng đến độ xác hình học tạo hình bề mặt tự máy phay CNC trục ứng dụng công nghệ chế tạo cánh máy bơm NGÔ ĐỨC... văn: Nghiên cứu ảnh hưởng số thơng số gia cơng đến độ xác hình học tạo hình bề mặt tự máy phay CNC trục ứng dụng cơng nghệ cánh máy bơm Ngành: Kỹ thuật khí Mã số học viện: CB1900 63 Cơ sở đào tạo: