(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia công đến độ chính xác hình học khi phay bề mặt chỏm cầu trên máy phay CNC 3 trục

(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia công đến độ chính xác hình học khi phay bề mặt chỏm cầu trên máy phay CNC 3 trục(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia công đến độ chính xác hình học khi phay bề mặt chỏm cầu trên máy phay CNC 3 trục(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia công đến độ chính xác hình học khi phay bề mặt chỏm cầu trên máy phay CNC 3 trục(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia công đến độ chính xác hình học khi phay bề mặt chỏm cầu trên máy phay CNC 3 trục(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia công đến độ chính xác hình học khi phay bề mặt chỏm cầu trên máy phay CNC 3 trục(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia công đến độ chính xác hình học khi phay bề mặt chỏm cầu trên máy phay CNC 3 trục(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia công đến độ chính xác hình học khi phay bề mặt chỏm cầu trên máy phay CNC 3 trục(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia công đến độ chính xác hình học khi phay bề mặt chỏm cầu trên máy phay CNC 3 trục(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia công đến độ chính xác hình học khi phay bề mặt chỏm cầu trên máy phay CNC 3 trục(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia công đến độ chính xác hình học khi phay bề mặt chỏm cầu trên máy phay CNC 3 trục(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia công đến độ chính xác hình học khi phay bề mặt chỏm cầu trên máy phay CNC 3 trục(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia công đến độ chính xác hình học khi phay bề mặt chỏm cầu trên máy phay CNC 3 trục(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia công đến độ chính xác hình học khi phay bề mặt chỏm cầu trên máy phay CNC 3 trục(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia công đến độ chính xác hình học khi phay bề mặt chỏm cầu trên máy phay CNC 3 trục(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia công đến độ chính xác hình học khi phay bề mặt chỏm cầu trên máy phay CNC 3 trục(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia công đến độ chính xác hình học khi phay bề mặt chỏm cầu trên máy phay CNC 3 trục(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia công đến độ chính xác hình học khi phay bề mặt chỏm cầu trên máy phay CNC 3 trục

Tínhcấpthiếtvàlýdochọnđềtài

Trong những năm gần đây, sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là trong lĩnh vực điều khiển số và tin học ứng dụng, đã làm nổi bật vai trò quan trọng của máy điều khiển số CNC trong tự động hóa sản xuất cơ khí Máy CNC không chỉ giúp giảm khối lượng gia công mà còn nâng cao độ chính xác, hiệu quả kinh tế và rút ngắn chu kỳ sản xuất.

CùngvớisựpháttriểncủaKhoahọc–Côngnghệgiáthànhcácmáyđiềukhiểnsố CNC ngày càng giảm, tạo điều kiện cho các doanh nghiệp, xưởng sản xuất cơ khícócơhộiđầutưcácmáycôngcụđiềukhiểntheochươngtrìnhsố,ngaycảcácdoanhnghiệploạivừ a vànhỏcũngđềucó thể tựtrangbị được.

Bềmặttựdovớicácthuộctínhhìnhhọccơbản(tiếptuyến,độcong…)thayđổitạicácđiểmk hácnhautrênbềmặtvàthườngđượcbiểudiễnbởitậpcácđiểmđiềukhiểnvàđượcmôhìnhhóato ánhọcdướidạngcácphươngtrìnhtổhợp…Nêntạohìnhcácbềmặt tự do là khá phức tạp và thường phải thực hiện trên các máy điều khiển số

CNCnhiềutrục.Bềmặttựdođượcứngdụngnhiềutrongviệcmôhìnhhóacácbềmặtchứcnăng,khíđộn ghọc(cánhquạt,cánhtuabin,vỏmáybay…).

Vớihướngđềtàitìmhiểuvềchấtlượngtạohìnhbềmặtvàtốiưuthờigiangiacôngkhisửdụn gbằngmáyđiềukhiểnsốCNCcùngsựtậntìnhchỉbảovàđịnhhướngcủaPGS.TSBùiNgọcTuyê n,emchọnđềtài:‘Nghiêncứuảnhhưởngcủachếđộgiacôngđếnđộchínhxáchìnhhockhipha ybềmặtchỏmcầutrênmáyphayCNC3trục’.MụctiêulàNghiêncứuảnhhưởngcủachếđộgiacô ng(Tốcđộcăt,tốcđộtiếndaovàbướctiếnngang)khiphaybềmặtchỏmcầutrênmáyphayCNC đểđạtđộchínhxáchìnhhọclàcaonhất

Lịchsửnghiêncứu

ViệtNamcóxuhướngsửdụngmáyCNCngàycàngnhiều,doyêucầucấpthiếtcủathựctếsả nxuất,nênnhữngđềtàinghiêncứuứngdụngnhằmkhaitháchiệuquảmáyCNClàkhálớntrong cácđềtàinghiêncứukhoahọc,luậnántiếnsỹ,luậnvănthạcsỹcóthểkểđến:Nghiêncứuvềảnhhư ởngcủachếđộcắttớiđộnhámbềmặtcủatácgiảChang-

Xue(Jack)Feng,Luậnántiếnsỹkỹthuật“MôhìnhhóaquátrìnhcắtkhiphaytrênmáyCNC”củat ácgiảHoàngViệtHồng”

Mụcđíchnghiêncứucủaluậnvăn,đốitượng,phạmvinghiêncứu

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia côngđếnđộchínhxáchìnhhọckhiphaybềmặtchỏmcầutrênmáyphayCNCTC500R thựchiệnvớivậtliệuhợpkimnhômA6061[8]

Tómtắtnộidungthựchiệnvàđónggópmớicủatácgiả

-Kếtluậnvàhướngnghiêncứutiếptheo Ýnghĩakhoahọc:Kếtquảnghiêncứucủađềtàisẽgópphầnbổsungchocơsởlýthuyếtvền ghiêncứumáyCNCvàlậptrìnhgiacôngtrênmáy,ứngdụngvàogiảngdạy,họctậpvàsảnxuấtmộ tcáchcóhiệuquả. Ýnghĩathựctiễn:Kếtquảnghiêncứucủađềtàinhằmphụcvụchoviệckhaithácvàsửdụn gmaysphayCNCTC500Rđạthiệuquảcaonhất,đồngthờiphụcvụNCKH,sảnxuất,giảngdậyv àhọctập

Phươngphápnghiêncứu

Đềtàiđượcthực hiệnbằng phươngphápnghiêncứulýthuyếtkết hợpvới thựcnghiệm: Phântích tổng quanvềđộnhámvàcácyếutố ảnhhưởngđếnđộnhám

XâydựngmôhìnhthựcnghiệmkhiphaytrênTrungtâmgiacôngđứngCNC TC500R Thí nghiệm và xử lý số liệu thực nghiệm.Phântíchvàđánhgiákếtquảthínghiệ m.

1.1.3 Cấu tạo chung của máy phay CNC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHAY

TỔNGQUANVỀCÔNGNGHỆPHAYCNC

Kháiniệm,đặcđiểmcủacôngnghệgiacôngphay

Phaylàphương phápgia côngcắtgọtkimloạicó phoi, dướitácdụngcủanhiềulưỡi cắtnhằmtạorachitiếtcó hìnhdángvàkíchthướctheoyêucầu.

Giacôngphayđượcthựchiệntrênmáyphayđứng,máyphayngangvạnnăng,máyp haygiường,máyphaynhiềutrục vàmáyphaychuyêndùng.

- Giacông phaychonăngsuất,độchính xáccao,thaotácvậnhànhđơn giản

- VớicácmáyphayCNCthìkhảnăngtạohìnhngàycàngđượcmởrộng,dođósảnphẩm của nghềphayn g à y càngđa dạng,phongphú.

Hình1.1.Cácbộ phậnchínhcủa máyphay CNC

Hình 1 2 Các loại đồ gá máy phay CNC

5 Độngcơtruyềnđộng chạydao (điềukhiển hành trìnhchạydao)

10 Mànhìnhhiểnthị:Hiểnthị cácthôngtinvềvịtrí,chếđộcắt,giaodiệngiữacácchứcnăngcủa máyvà ngườivậnhành

Cácloạidaophaythôngdụngtrênmáyphay

Cácthôngsốchếđộcắtkhiphay

Hình 1.4 trình bày các thông số chế độ cắt khi gia công Chiều sâu cắt (mm) là khoảng cách giữa các bề mặt đang và đã gia công theo chiều vuông góc với mặt đã gia công Lượng dao chạy (mm) đề cập đến khoảng cách dịch chuyển của dao trên vòng quay của phôi, bao gồm các hướng chạy dao dọc, ngang, nằm ngang, thẳng đứng, nghiêng, hoặc chạy dao tròn Chiều rộng của phôi (mm) là khoảng cách giữa các bề mặt đang và đã gia công theo mặt cắt Chiều dày phôi (mm) là khoảng cách giữa hai vị trí liên tiếp của mặt cắt sau một vòng quay của phôi hoặc sau một lần chạy dao, theo phương vuông góc với chiều rộng phôi Diện tích phôi (mm²) là chiều sâu cắt kết hợp với lượng chạy dao hoặc chiều rộng phôi với chiều dày Tốc độ cắt (m/p) là đoạn đường dịch chuyển của lưỡi cắt đối với mặt đang gia công trong một đơn vị thời gian.

TỔNG QUANVỀ HÌNHHỌCBỀMẶT

H ì n h họcbềmặt

Chất lượng bề mặt kim loại phụ thuộc vào tính chất của kim loại và phương pháp gia công cơ học Trong quá trình gia công, lưỡi cắt tạo ra những vết lồi, lõm, dẫn đến sự thay đổi cấu trúc của lớp bề mặt kim loại.

Mứcđộbiếncứngvàchiềusâubiếncứngphụthuộcvàophươngphápgiacôngvàchếđộ cắt.khi tănglượng chạydao vàchiềusâucắt,chiều sâubiến cứngtănglênvàngượclại.

+Sai sốhìnhdáng (độ ôvan,độ tangtrống,độ đacạnh …)

 Biểu diễn không tham số (non- parametric).Có haidạngchính:

- Vớimộttậpđiểmdữliệuđãcho,phươngtrìnhcủabềmặtphảithỏamãnyêu cầu bề mặtđiquamọiđiểmdữliệunày.

Tập điểm dữ liệu này được sử dụng để tạo ra một chuỗi các mảnh bề mặt (patches) liên kết với nhau, đảm bảo tính liên tục về vị trí (C0) và đạo hàm bậc nhất (C’).

Hình1.5 ĐiểmPtrên mảnhbềmặt ỞđâyPlàvéctơvịtrícủa1điểmtrênbềmặt.Dạngtựnhiêncủahàmf(x,y)cho bề mặtđiqua tấtcả các điểmdữliệulàdạngđathức:

Bề mặt tạo rađượcmô tảbằngmột lưới X,Y(m+1) ×(n +1)điểm.

Trong hàm P(u, v) với hai biến là hai tham số u, v có phạm vi biến thiên trongmột vùngmặtphẳnguvnàođó.

Một bề mặt có thể chia thành nhiều mảnh (topo logical patches) lắp ghép vớinhau.Topologycủamộtmảnhcó thểlà chữnhật,haytamgiác.

Mỗi mảnh bề mặt dạng chữ nhật được xác định bởi một tập hợp các điều kiện biên, bao gồm 16 véctơ và 4 đường cong biên Cụ thể, 16 véctơ gồm 4 véctơ tại 4 góc P(0, 0), P(1, 0), P(1, 1) và P(0, 1), cùng với 8 véctơ tiếp tuyến tại các góc, mỗi góc có 2 véctơ tương ứng với 2 đường cong biên u, v Thêm vào đó, có 4 véctơ xoắn tại 4 điểm góc của 4 đường cong biên là u=0, u=1, v.

Bềmặthìnhhọcđượcmôtảbởicácđặctrưnghình họccủanó.Phân tíchhìnhhọcbềmặtlàtìmhiểunhữngđặctrưngnày.Đâylàmộtnhiệmvụquantrọngnhằm

Sử dụng bề mặt cho các mục đích và ứng dụng khác nhau là rất quan trọng Ví dụ, xác định véctơ tiếp tuyến của bề mặt giúp dẫn dụng cụ cắt dọc theo bề mặt gia công Biết được véctơ pháp tuyến của bề mặt sẽ cung cấp hướng tiếp cận thích hợp cho dụng cụ cắt, đồng thời đảm bảo luồng khí ra khỏi bề mặt gia công hiệu quả.

Sauđâylà một sốđặctrưng hìnhhọccơbản củabềmặt.

 Véctơtiếptuyếntại1điểmP(u,v)trênbềmặtnhậnđượcbằngcáchgiữmộtthamsố khôngđổivà lấyđạohàmtheothamsốkia.

𝑘 với𝑢 𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝑢≤𝑢 𝑚𝑎𝑥 ; 𝑣 𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝑣≤𝑣 𝑚𝑎𝑥 Trongđó: i,j,k lần lượt làcácvéctơđơnvịtrên cáctrụcx,y,z

Pu,Pvlầnlượt làcácvéctơtiếp tuyến dọctheo cácđườngcongu,v.

Người ta chú ý đến véctơ tiếp tuyến theo hai hướng chính của bề mặt, bao gồm hướng đường cong giaotuyến của tiệc diện phát tuyến và bề mặt có giá trị độ cong lớn nhất hoặc bé nhất Các véctơ này thường được ký hiệu là T1.Pv và T2.P Các véctơ tiếp tuyến đơn vị theo các hướng chính được ký hiệu lần lượt là t1.Pv và t2.P.

Véctơ xoắn tại một điểm trên bề mặt được sử dụng để đo độ xoắn tại điểm đó Nó thể hiện tốc độ thay đổi của véctơ tiếp tuyến P đối với u hoặc véctơ tiếp tuyến.

𝑢 𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝑢 ≤ 𝑢 𝑚𝑎𝑥 ; 𝑣 𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝑣 ≤ 𝑣 𝑚𝑎𝑥 (1.6) Véctơ xoắn phụ thuộc vào cả đặc trưng hình học và tham số hóa của nó. DovậyPuv≠0khôngcónghĩanhấtthiếtphảitạorasựxoắn,vídụnhưmặtphẳngkhôngphảilà mặtxoắn.

Pháp tuyến của bề mặt dung được sử dụng để tính toán offset cho dụng cụ cắt trong lập trình gia công NC 3D, phục vụ cho việc gia công bề mặt, tính thể tích và tô bóng mô hình bề mặt Tại một điểm trên bề mặt, pháp tuyến được định nghĩa là một véctơ vuông góc với hai véctơ tiếp tuyến tại điểm khảo sát Véctơ pháp tuyến tại điểm đó được tính bằng tích có hướng của hai véctơ tiếp tuyến.

HướngcủaNhaynđượcchọnsaochophùhợpvớiứngdụng.Tronggiacông,hướng của n được chọn sao cho n hướng ra phía ngoài bề mặt đang gia công. Trongxácđịnhthểtích,nđượcchọnlàdươngkhihướngvàovùngvậtliệuvàâmkhihướngraphía rỗng.

Khoảng cách giữa hai điểm trên bề mặt cong được gọi là geodesic, là đường nối giữa hai điểm với chiều dài nhỏ nhất Geodesic trên bề mặt cung cấp khả năng lập trình chuyển động tối ưu cho gia công NC, lập trình robot và quấn dây quanh rotor Khoảng cách rất nhỏ giữa hai điểm (u, v) và (u + du, v + dv) trên bề mặt được xác định theo phương trình cụ thể.

TrongđóE,F,Glàcáchệsốcơsởthứnhấtcủabềmặtdùngđểxácđịnhchiềudàidiệntíchvà cácđặctrưngvề hướngvàgóctrênbề mặt.

Khoảng cách giữa hai điểm P(ua,va) và P(ub,vb) nhận được bằng cách tíchphân (2.9)dọc theo đườngdẫn{u =u(t),v= v(t)}trên bề mặt. t b

Hình1.7 Geodesiccủabềmặt Độcongcủabềmặttại1điểmP(u,v)đượcđịnhnghĩalàđộcongcủađườngcongtiế tdiện pháptuyếnnằmtrênbềmặtvà đi quađiểmnày. Đườngcongtiếtdiệnpháp tuyếnlàđườngcong giaotuyếncủa1mặtphẳng chứapháptuyếnđơnvị n là {u =u(t),v=v(t)} tạiđiểmđóvàbềmặt.Giảsửphươngtrìnhcủađườngcong Độ congcủabề mặt đượcxácđịnh bằngcôngthứcsau:

EN-GL-2FM H= Hình1 2 10.Vídụ cácbềmặt hình họckỹthuật 2(EG–F)

H= EN H - ìn G h L 1 - 2 10 FM Vídụcácbềmặthìnhhọckỹthuật 2(EG–F)

Hình 1.10.Vídụ cácbềmặt hình học kỹthuật 2(EG–F)

Với L,M,Nlà các hệsốcơsởthứ2củabềmặtđược xác địnhnhưsau:

Độ cong chính thứ nhất \( k_1 \) và độ cong chính thứ hai \( k_2 \) có thể được xác định từ công thức (2.12) Đây là các độ cong lớn nhất và nhỏ nhất tại một điểm trên bề mặt \( P \) Tại mỗi điểm trên bề mặt, tồn tại hai hướng chính vuông góc với nhau, tương ứng với hai đường cong tiết diện pháp tuyến chính \( C_1.P_v \) và \( C_2.P_c \), với độ cong lớn nhất và nhỏ nhất đi qua điểm này.

Ngoàiracòncóhaithông sốquan trọngđặctrưng chotopocụcbộ củabềmặt là

Cácđộ cong chính cóthểxácđịnh nhưsau:

Phương trình Euler xác định độ cong của đường cong tiết diện pháp tuyến Cθ thông qua công thức k θ P = k cos²θ + k sin²θ Độ cong này được ký hiệu là k θ, và tiết diện pháp tuyến Cθ tạo với tiết diện chính C1.P một góc θ Góc θ thể hiện mối quan hệ giữa vectơ tiếp tuyến đơn vị Pc của đường cong tiết diện pháp tuyến Cθ và vectơ tiếp tuyến đơn vị theo hướng chính t1.P.

Bán kính cong của bề mặt trong tiết diện pháp tuyến được xác định bằng nghịch đảo độ cong của đường cong tiết diện pháp tuyến, với công thức r = 1/k Độ xoắn tại một điểm trên bề mặt theo hướng của đường cong tiết diện pháp tuyến Cθ có thể được xác định theo phương trình Germain, được biểu thị bằng τθ.P = (k1.P – k2.P) sinθ cosθ (1.18).

Hình họckỹthuật

Hình học vi phân được phát triển nhằm nghiên cứu các bề mặt cong trơn và liên tục, đồng thời giải quyết các vấn đề liên quan đến các bề mặt này Có sự khác biệt rõ ràng giữa hình học vi phân và hình học kỹ thuật, đặc biệt trong cách thức biến đổi của hai dạng hình học này Hình học vi phân tập trung vào các mặt hình học ảo, không tồn tại trong thực tế, mà có thể được hình dung như những màng mỏng với độ dày bằng không và hình dạng hợp lý Những mặt hình học này có thể tiếp cận từ hai phía và có thể gây ra sự không rõ ràng, như một mặt hình học với độ cong Gaussian dương tại một điểm nào đó Tuy nhiên, hình học vi phân không thể xác định liệu mặt hình học này là lồi hay lõm tại điểm đó Hình học vi phân hoàn toàn tuân theo phương trình biểu diễn bề mặt, không có sai số nào về hình dạng so với phương trình biểu diễn bề mặt này.

Hình học kỹ thuật định nghĩa các chi tiết máy và vật thể thực, thể hiện rằng mỗi vật thể đều mang một hình dạng hình học Các mặt hình học này bao gồm một phía hở cho phép truy nhập và một phía kín Vec tơ pháp tuyến đơn vị của bề mặt luôn hướng ra phần đặc của vật thể hoặc về phía bên ngoài.

P t δ+(u,v)u,v)) δ-(u,v)u,v)) rỗng.Sựtồntạiphíahởvàphíakíncủabềmặt giúptanhậndạng đượcmột mặthìnhhọclà mặtlồi haymặtlõm.

Hình 1.10 Phí a hở và phí a kín bề mặt hình học kỹ thuật Một vấn đề quan trọng về bản chất của vật thể thực là không có vật thể nào được gia công với độ chính xác hoàn toàn, dẫn đến sự sai lệch về hình học so với hình dạng mong muốn Sai số này là điều không thể tránh khỏi, và bề mặt thực của chi tiết gia công P t sẽ khác biệt so với bề mặt danh định P của nó Đặc biệt, sai số tạo hình không được vượt quá dung sai cho phép δ về hình dạng và kích thước.

Hình111.Vídụ vềbề mặt thựccủachi tiết

Dung sai δ được xác định theo hướng pháp tuyến đơn vị n của bề mặt, với giá trị dung sai dương δ + theo hướng dương của n và giá trị dung sai âm δ - theo hướng âm của n Trong một số trường hợp, một trong hai giá trị dung sai này có thể bằng không Thông thường, các giá trị dung sai này là không đổi trên một mảnh bề mặt.

Khigiacôngcácbềmặttựdotrêncácmáyđiềukhiểnsốnhiềutrục,cácgiátrịthựccủacácdu ngsainày cũnglànhữnghàmcủahaitham sốu,v:δ + =δ + (u,v);δ -

Bề mặt giới hạn trên P+ được biểu diễn bằng tập các điểm M + (các điểm ngọncủavec tơ δ + np) có phươngtrìnhởdạngphântíchnhưsau: rp  u,v  rp  np

( c á c điểmngọncủavec tơδ - np)cóphươngtrìnhởdạngphân tíchnhưsau: rp  u,v  rp   np

Thông thường bề mặt giới hạn trên P + nằm trên bề mặt danh định P, còn bề mặtgiớihạndướiP - n ằ m dướibề mặtdanh địnhP.

Bề mặt thực P t không thể được biểu diễn bằng phương trình phân tích, và các tham số u, v của bề mặt danh định P cũng không thể sử dụng để tính toán cho bề mặt thực P t Tuy nhiên, các giá trị dung sai δ + và δ - có thể được áp dụng để điều chỉnh với các bán kính cong chính của bề mặt.

P, nên có thể coi bề mặt thực P t cũng có các thuộc tính của bề mặtP.

Cácbềmặthìnhhọckỹthuậtcóthểphânrathànhhainhómchínhnhưsau:Cácbềmặtchoph épchuyểnđộng“tựtrượt”vàcácbềmặtkhônggianhaycòngọilàcácbềmặttựdo.

Surfaces that allow for "self-sliding" motion include constant pitch surfaces, rotational surfaces, cylindrical surfaces, and planes These surfaces are formed from a specific line that moves along a defined trajectory The fundamental characteristic of these surface types is their ability to maintain a unique motion pattern During this motion, the contact points of the sliding surface continuously change, ensuring a smooth transition between positions.

Bề mặt vít cho phép chuyển động tự trượt theo hướng đường vít, trong khi bề mặt tròn xoay cho phép chuyển động tự trượt xung quanh trục của nó Mặt cầu, một dạng bề mặt tròn xoay, cho phép chuyển động tự trượt xung quanh tâm của nó Mặt trụ cho phép chuyển động tự trượt theo hướng các đường thẳng và theo hướng vòng tròn Cuối cùng, mặt phẳng cho phép chuyển động tự trượt dọc theo bất kỳ đường thẳng nào nằm trên nó.

Có thể phân loại các kiểu chuyển động tự trượt thành ba loại: một tham số, hai tham số và ba tham số Bề mặt có chuyển động tự trượt một tham số bao gồm mặt xoắn vít với bước không đổi, mặt trụ với đường profile nhất định và mặt tròn xoay Chuyển động tự trượt hai tham số được thể hiện qua mặt trụ tròn xoay, với hai chuyển động: quay quanh trục và tịnh tiến dọc trục Mặt cầu có ba chuyển động tự trượt, bao gồm chuyển động quay quanh ba trục khác nhau Mặt phẳng cũng có ba chuyển động tự trượt, bao gồm hai chuyển động thẳng dọc theo hai hướng và chuyển động quay quanh trục vuông góc với mặt phẳng.

Các bề mặt này tạo thành các chi tiết máy và dụng cụ cơ bản, bao gồm bề mặt thân khai của bánh răng, bề mặt hớt lưng của dao phay lăn răng, và bề mặt xoắn acsimet của dao phay trụ.

Công nghệ tạo hình bề mặt được thực hiện thông qua sự kết hợp của các chuyển động tịnh tiến và quay tròn của phôi và dụng cụ Các dụng cụ cắt chuyên dụng như dao phay lăn răng, dao xọc và dao tiện định hình được sử dụng để gia công hiệu quả.

Cácbềmặttựdohaycòngọilàcácbềmặtkhônggianvớicácthuậtngữthườngđượcsửdụngnhư SculpturedSurfaceshayfreeformsurfaceshayNURBSsurfaceslàcácbềmặtcongtrơn,liêntụcvớ icácthamsốđặctrưngchocấutrúchìnhhọccụcbộ(độcong,tiếptuyến,pháptuyến, )t ạ i haiđiể mlâncậncủavùngbềmặtlàkhácnhau.

Các bề mặt tự do được sử dụng để thiết kế vỏ sản phẩm, đáp ứng yêu cầu thẩm mỹ của người dùng, như vỏ ô tô, xe máy và đồ điện tử Đồng thời, chúng cũng phục vụ cho các yêu cầu chức năng hình học trong thiết kế khí động học (như cánh tuabin, cánh quạt), chi tiết quang học (gương phản quang), sản phẩm y học (chi tiết tái tạo cho giải phẫu) và khuôn mẫu (đúc, ép nhựa, dập).

Sơ đồ vòng tròn là công cụ hữu ích để mô tả cấu trúc cục bộ của bề mặt tự do, đặc biệt trong các vùng vi phân xung quanh một điểm Chúng giúp thể hiện các thuộc tính cơ bản của bề mặt tự do, dựa trên các phương trình Euler và Germain Ví dụ, sơ đồ vòng tròn cho một bề mặt lồi dạng elip cho thấy rằng giá trị đại số của độ cong chính thứ nhất k1 luôn lớn hơn độ cong chính thứ hai k2, do đó tọa độ của sơ đồ vòng tròn luôn nằm về phía bên phải của tọa độ (0, k1.P).

 Cácsơđồvòngtròncácvùngbềmặtcụcbộlồi(H>0,K>0)vàlõm(H0) dạng e lip (hình 1.10a) Các vòng tròn này nằm cách trục τ một khoảng cáchnàođó.Bánkínhcủacácvòngtrònnàybằngtrungbìnhcộngcủacácđộcongchính.

Sơ đồ hình 2.10b thể hiện các vùng bề mặt trung tâm với các hướng chính không xác định, trong đó độ cong pháp tuyết theo cách hướng có cùng giá trị Điều này dẫn đến việc các sơ đồ vòng tròn co lại và suy biến thành các điểm Tọa độ của các điểm này được xác định như sau: (kP>0,0) cho các vùng bề mặt lồi (H>0, K>0) và (kP0,K=0)vàlõm(H0) và giả lõm(H>0)dạngyênngựa.Các sơ đồvòng trònnàygiaovới trục τP

 Trường hợp đặc biệt của vùng bề mặt cục bộ dạng yên ngựa (K0,K>0 tacóvùngbề mặt lồidạng elip.

Mô phỏng gia công mẫu chỏm cầu đã thiết kế để chọn kiểu đường chạy dao thôhợp lýđể lạilượngdưítnhất.

Mô phỏng gia công mẫu chỏm cầu đã gia công thô theo 3 kiểu đường chạy daogiacôngtinhđiểnhìnhđểchọnrakiểuđườngchạydaogiacôngtinhtốtnhất(vớithờigiangia côngngắnnhất).

Giacôngthô11mẫu,đểlạilượngdưg i a công(chiềusâucắtchogiacôngtinh

)giốnghệtnhau,theokiểu đường chạydaothô đãchọnvới cùngmột chếđộ cắt

Ta chọn File/New để thực hiện bản vẽ mới, xuất hiện hộp thoại New SolidWorksDocument.

Part:Xâydựng mô hình3 chiều

Assembly:Xâydựngcácmô hìnhlắp rápDrawing:xâydựngcácbảnvẽ kỹthuật.

Phần mềm Mastercam 2017 hỗ trợ cả hai đơn vị mm và inch, cung cấp chế độ quan sát dễ dàng cùng với mô phỏng quá trình gia công Các thao tác chuẩn bị trong gia công phay được mô tả chi tiết, bao gồm chuẩn bị khối phôi, tọa độ, dao cụ, thông số cắt, phương pháp gia công cắt gọt và kiểm tra va chạm của dụng cụ cắt với phôi Mastercam 2017 cũng thực hiện đầy đủ các tính toán về chiều dài, thời gian và nhấc dao cắt, đồng thời cho phép chỉnh sửa từng đường dao Ngoài ra, phần mềm còn có khả năng xuất chương trình cho nhiều máy gia công phay trên toàn cầu.

 Sauđólắpđặtsảnphẩmđã thiếtkế ởbướctrước,tạophôi,máy, daovàđồgá.

Để gia công sản phẩm trên máy phay, người thợ cần thực hiện các bước chuẩn bị như chọn Mill trong thư mục Machine, thiết lập tọa độ X=0, Y=0, Z=0 và chuẩn bị phôi, gá kẹp, lấy gốc tọa độ, cũng như chuẩn bị dao cụ Trong Mastercam 2017, ngoài những bước này, còn cần xác lập vị trí dao ban đầu, tốc độ chạy dao và khoảng cách an toàn để dao chạy nhanh bên ngoài phôi.

Trong quá trình khoan, phay thô và phay tinh, có nhiều dạng khoan, doa, khoét và tarô để lựa chọn Khi thực hiện phay thô, cần sử dụng khối lượng ăn lớn nhất có thể mà vẫn đảm bảo an toàn cho thiết bị và phôi Việc áp dụng 3 chiến lược phay thô cùng với nhiều tùy chọn sẽ giúp tối ưu hóa phương pháp gia công.

Khiphaytinhthìvấnđềlàmsaođạtđượcchấtlượngbềmặttốtnhấtcũngnhưthời gian phay là nhỏ nhất là vấn đề chính Trong Mastercam 2017 có cả những chếđộ chạychocả máyphaynhiềutrục.

Tất cả các chế độ trên máy phay cao tốc đều có nhiều tùy chọn áp dụng, bao gồm lượng dư để lại, bước cắt, giới hạn vùng cần cắt, phương pháp dao tiếp cận phôi, hướng cắt và cách xử lý khi vào góc cắt Sau khi lập xong một chương trình, người dùng có thể quan sát, chỉnh sửa, thay đổi thông số, phân bổ lại đường, giới hạn vùng cần cắt và đổi chiều hướng cắt.

TrênmôitrườnglàmviệccủaMastercam2017g i ú p chongườilậptrìnhcóthểgiacôngtất cảcácbiên dạngđã thiếtkế trênbấtkỳmộtphần mềm3Dnào.

Vậtliệu Hợp kimcứng MG(SMGCarbide)

Giacôngvậtliệu nhômvà hợpkimnhôm. Ứngdụng phaytinh;phaycạnh,phayrãnh,phaymặt.

①Lựa chọnchạy dao thôroughtradial. a Lựachọngiacông radial.

Hình3.13.Giacôngradial b.Lựa chọn bềmặt giacông.

Chọn Solid selectionLựa mục Body selectionKích chọn bề mặt chạydao trênbề mặt3D.

Hình3.14.Bềmặt gia công c Lựa chọn thôngsố dao.

Chọn Create new toolVào mục Tool parameterLựa chọn thông số(Đườngkínhdaochọnbằng 6mm,chiềudàidaochọnbằng50mm,chiềudài lưỡi cắtchọnbằng20mm).

Chọn Solid selection  Lựa mục Body selection Kích chọn bề mặt chạy dao trên bề mặt 3D.

Hình3.18.Bềmặt gia công d Đường chạy dao. c Lựa chọn thôngsố dao.

Chọn Create new toolVào mục Tool parameterLựa chọn thông số(Đườngkínhdaochọnbằng 6mm,chiềudàidaochọnbằng50mm,chiềudài lưỡicắt chọnbằng20mm).

③Lựachọnchạy dao thôroughtcontour. a Lựachọngia côngcontour.

Chọn Solid selectionLựa mục Body selectionKích chọn bề mặt chạydao trênbề mặt3D.

Hình3.22.Bềmặt gia công d Đường chạy dao. c Lựa chọn thôngsố dao

Chọn Create new toolVào mục Tool parameterLựa chọn thông số(Đườngkínhdaochọnbằng 6mm,chiềudàidaochọnbằng50mm,chiềudài lưỡicắt chọnbằng20mm).

Lựa chọnđường chạydao thô:Surfaceroughtcontour

Vật liệu Hợp kimcứng MG(SMGCarbide)

Giacôngvậtliệu nhômvà hợpkimnhôm. Ứngdụng phay tinh; phay cạnh, phay rãnh, phaymặt.

Tốcđộ bàn máy 880(mm/ph).

B1: Chọn Mill toolpathVào mục Surface hight speedlựa chọn thư mụcScalop.

B2: Chọn Solid selectionLựa mục Body selectionKích chọn bề mặtchạydaotrênbề mặt3D.

B3: Chọn Create new toolVào mục Tool parameterLựa chọn thông số(Đường kính dao phay đầu cầu chọn bằng 4mm, chiều dài dao chọn bằng 50mm,chiềudàilưỡicắtchọnbằng 15mm).

B1: Chọn Mill toolpathVào mục Surface hight speedlựa chọn thư mụchybrid

B2: Chọn Solid selectionLựa mục Body selectionKích chọn bề mặt chạy daotrên bề mặt3D.

B3: Chọn Create new toolVào mục Tool parameterLựa chọn thông số(Đườngkínhdaophayđầucầu chọnbằng4mm,chiềudàidao chọnbằng50mm,chiềudàilưỡicắtchọn bằng15mm).

Nhậnxét:Với chếđộchạydao nàythờigiangia công:15min48s.

B2: Chọn Solid selectionLựa mục Body selectionKích chọn bề mặt chạy daotrên bề mặt3D.

B3: Chọn Create new toolVào mục Tool parameterLựa chọn thông số(Đườngkínhdaophayđầucầu chọnbằng4mm,chiềudàidao chọnbằng50mm,chiềudàilưỡicắtchọn bằng15mm).

Nhậnxét:Với chếđộchạydaonày thờigiangiacông17min16s.

Từ3chếđộtrêntachọnđườngchạydaosurfacehightspeed(scalop)vớithờigiangiacôngn h a n h nhất,tốiưuvềmặtthờigian.

MáygiacôngmẫuđượcsửdụnglàmáyTC500củahãngWANTAI(WT). Dướiđâylàđặctính kỹthuật củamáy:

TC500Rlàmáygiacông3trục.Máyhoạtđộngvới3trụctịnhtiếnX,Y,Z.Máyđược trangbịbộđiềukhiểnFunucOi-MF.

Hình3.28 Máy phayCNCTC500R Một số thông số kỹ thuật của máy như sau:

MáyphayCNC3trụcTC500RcủahãngWANTAI(WT),chếtạotạiĐàiLoan. Cácđặc tính kỹthuật chính của máynhưsau:

- Tốcđộ chạydao Max theo trụcX,trụcY,trụcZ:40m/phút

Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al

Daophayngónđầucầu bằnghợpkimcứngkhông phủ củahãng HGT:6 cómãDB0606và4có mãDB0404 b,Thiếtkếthựcnghiệm

Dạngmãhóa Giá trịthực v F S v(m/phut) F(mm/phut) S(mm)

Trên hình 3.29 là mười một mẫu gia công v)ới các chế độ cắt như trong bảng quy hoạch thực nghiệm.

+Bảngquyhoạch thực nghiệmvới 11thínghiệmvới 3 chế độgiacôngnhưsau:

- Tốcđộtrụcchính:6000(mm/phút);7000(mm/phút);8000(mm/phút).

- Tốcđộbàn:600(mm/phút);880(mm/phút);1340(mm/phút).

- Vmin0m/ph;Vmax 0m/ph;Fmin0mm/ph;

Trong đó: dlàđường kính dao. nlà tốcđộvòngquaytrụcchính.

Kếtluậnchương3

- Ứngdụngphần mềmMastercamtronglập trìnhgiacông thô,giacôngtinh mẫu

CHƯƠNG 4:KIỂM TRA ĐỘ CHÍNH XÁC & XỬ LÝ SỐ

ỨngdụngmáyCMMkiểmtrađánhgiáđộchínhxáctạohìnhmẫu

Máyđo3Dhaycòngọilàmáyđotoạđộ(CoordinateMeasuringMachine,viếttắtlàCMM)h oạtđộngtheonguyênlýdịchchuyểnmộtđầudòđểxácđịnhtọađộcácđiểmtrểnmộtbề mặtcủa vậtthể.

CMM thường thiết kế với 4 phần chính: Thân máy, Đầu đo, Hệ thống điềukhiển (máytính)và Phầnmềmđo.

Máy CMM (Coordinate Measuring Machine) đa dạng về kích thước, thiết kế và công nghệ đo lường Các loại máy này có thể được trang bị hệ điều khiển cơ học (Manual) hoặc hệ điều khiển số CNC/PC, tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng và độ chính xác yêu cầu trong quá trình đo đạc.

Máy CMM thường được sử dụng để đo lường kích thước, kiểm tra mẫu, và xác định các thông số như góc, hướng hoặc chiều sâu Các thông số quan trọng bao gồm hành trình đo theo các trục X, Y, Z, độ phân giải, và trọng lượng của vật đo Ngoài ra, máy CMM còn có các tính năng chung như hệ thống bảo vệ chống va đập, khả năng lập trình offline, và thiết kế ngược.

Kiểu Bridge-Type Phạmvi đo : TrụcX

300 mm Độphângiảiđo 0,0005 mm Kích thướcbàn máy 624x805 (mm) KhốilượngvậtđoMAX 180 kg

Bảng4.1.Thôngsốkỹthuật máyđotọa độ3chiều

Kết quảđo saisốhình họcbềmặt của11mẫu (trình bàytrong

Thôngsốvào Sai số trung bìnhđườngkín Dạngmãhóa Giá trịthực h v F S v(m/phut) F(mm/phut) S(mm) e (pm)

Ứngdụngminitabxửlýsốliệuthựcnghiệm

Phần mềm MiniTab cho phép giải quyết các bài toán từ đơn giản đến phức tạp, bao gồm việc xác định ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến các tính trạng thông qua các phương pháp phân tích hồi quy và phương sai Ngoài ra, người dùng có thể thiết kế các thí nghiệm hiệu quả và tạo ra các đồ thị mô tả mối quan hệ giữa các biến đầu vào và đầu ra, cũng như thực hiện phân tích đánh giá thống kê và độ tin cậy.

Xử lý số liệu thực nghiệm bằng phần mềm Minitab đã cho ra các kết quả về mô hình hồi quy và phân tích phương sai Kết quả cho thấy mô hình phù hợp với dữ liệu và đảm bảo độ tin cậy cao, với các hệ số quyết định R-Sq và R-Sq (adj) đều lớn hơn 90% (theo bảng 5.3).

Cáckết quảtínhtoán trên phần mềmMinitab đượctrìnhbàytrongbảng4.BảngMôhìnhhồi quyquanhệgiữasaisốe vớiv,Fvà S

22,6S +0,000059vF+0,366vS+0,0903FS - 0,000642vFS (*) ModelSummary

Source DF AdjSS AdjMS F-Value P-Value

Thiếtkếđầyđủcácyếutố(FullFactorialDesign).Tómtắt thiếtkế (DesignSummary).

Hình 4 3 Đồ thị quan hệ sai số gia công theo tốc độ cắt v)à tốc độ tiến dao

Hình 4 4 Đồ thị quan hệ sai số gia côngvới tốcđộtiếndaovàtốcđộ cắt

Hình 4.5.Đồthịquan hệsai số giacông vớitốcđộ tiếndao vàbướctiếnngang.

Ln e = -3.35 +0.24 Ln V+0.639 LnF+0.403LnS Từphương trìnhh ồ i quytacó: ɛ=a.𝑉 𝑚 𝐹 𝑛 𝑆 𝑝

↔ln ɛ=lna+m.lnV+n.lnF+p.lnS

Theo phương trình hồi quy, yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến sai số hình học bề mặt chỏm cầu là tốc độ bàn máy, với số mũ F bằng 0,639 Yếu tố thứ hai là bước dịch dao, có số mũ Sb bằng 0,403 Cuối cùng, tốc độ trục chính là yếu tố ảnh hưởng thứ ba, với số mũ Vb bằng 0,24.

Do hạn chế về thời gian, kinh phí và phương pháp đo kiểm, đề tài này chỉ dừng lại ở việc thực nghiệm khả năng gia công bề mặt chỏm cầu trên máy phay CNC 3 trục với ba thông số chế độ gia công: tốc độ cắt, tốc độ chạy dao và bước dịch dao khác nhau Kết quả đánh giá về sai số tọa độ chỉ mang tính chất tham khảo, nhằm so sánh sai số giữa các mẫu thí nghiệm Trong tương lai, hy vọng đề tài sẽ được phát triển theo hướng nghiên cứu năng suất và chất lượng của các kiểu đường dụng cụ khác nhau khi gia công các bề mặt tự do phức tạp hơn trên máy phay 4 trục và 5 trục.

Kếtluậnchương4

Trong chương nàyđ ã t r ì n h b à y cácnộidung cơbảnnhưsau:

Đo kiểm độ chính xác gia công của 11 mẫu thí nghiệm bằng máy đo CMM là bước đầu tiên trong nghiên cứu Sử dụng phần mềm MiniTAB, chúng tôi đã xây dựng hàm hồi quy để mô tả ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt, bao gồm tốc độ cắt V, tốc độ chạy dao F và bước tiến ngang S, đến sai số gia công Các đồ thị được xây dựng để minh họa mối quan hệ giữa sai số gia công và các biến đầu vào (V, F, S).

Với nội dung“NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦACHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN ĐỘCHÍNH XÁC HÌNH HỌC KHI PHAY BỀ MẶT CHỎM CẦU TRÊN MÁYPHAYCNC3

Qua 5 chương đề tài đã giải quyết được các vấn đề sau: Tìm hiểu chung vềmáy phay, các phương pháp, đặc điểm của quá trình phay, các dạng bề mặt gia côngtrên máy phay, thông số cắt khi phay, ảnh hưởng của chế độ cắt đến độ nhám bềmặt, các phương pháp kiểm tra đánh giá nhám bề mặt, lý thuyết cơ sở gia công trênmáyphayCNC,từđó lựachọn mô hìnhthựcnghiệp xácđịnhảnh hưởng củachếđộcắtđếnnhámbềmặt. xây dựng mô hình quan hệ hồi quy giữa độ chính xác đường kính bề mặt chỏmcầu với các thông số chế độ cắt: tốc độ cắt, tốc độ tiến dao và bước tiến dao ngangkhiphaybềmặtchỏmcầutrênmáyphayCNC3trục.Môhìnhhồiquynàychophépđánh giá mức độ ảnh hưởng của từng thông số, sự tương tác của chúng đến độ chínhxác đường kính bề mặt chỏm cầu khi phay CNC 3 trục, cũng như cho phép dự đoánđược sai số đường kính bề mặt chỏm cầu sau khi phay CNC 3 trục trong miền thựcnghiệm.ĐâylàcơsởbanđầuđểthựchiệntốiưuhóachếđộcắtkhiphayCNC3trụcbề mặtchỏmcầu.

Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài này có thể mở rộng ra các nhóm hệ thống công nghệ, vật liệu và dụng cụ cắt khác nhau Mặc dù đề tài hiện tại chỉ tập trung vào một vật liệu và dụng cụ cắt cụ thể, nhưng việc khám phá các ứng dụng rộng rãi hơn sẽ tăng tính khả thi và ứng dụng của nghiên cứu trong thực tiễn.

Hướng nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của các yếu tố như vật liệu gia công, vật liệu dao, phương pháp gia công và lượng chạy dao trong quá trình lập trình gia công trên các phần mềm CAM.

82 cứu ảnhhưởngcủa các thông sốhìnhhọcdụngcụ cắtđếnđộnhámbềmặt,nhằmtốiưu hơnchoquá trìnhsảnxuất.

1 TrầnV ă n Đ ị c h , N g u y ễ n T r ọ n g B ì n h , N g u y ễ n T h ế Đ ạ t , N g u y ễ n V i ế t T i ế p , T r ầ n XuânViệt(2008),Côngnghệchếtạomáy,NhàxuấtbảnKhoahọcvàKỹthuật,HàNội.

2 BùiNgọcTuyên(2015), N g u y ê n lý vàdụngcụcắt ,NhàxuấtbảnGiáodục, Vi ệtNam.

3 BànhTiếnLong,BùiNgọcTuyên(2014),L ý thuyếttạohìnhbềmặtvàứngdụngt rongkỹthuậtcơkhí,NhàxuấtbảnKhoahọcvàKỹ thuật,HàNội.

4 TrầnVănĐịch(2003),Nghiêncứuđộchínhxácgiacôngbằngthựcnghiệm,Nhà xuấtbảnKhoa học vàKỹthuật,HàNội.

8 Nguyễn Đắc Lộc (2007),Sổ tay Công nghệ chế tạo máyN X B K h o a h ọ c v à k ỹ thuật.

9 Bùi Ngọc Tuyên, Nguyễn Chí Công (2016), Nghiên cứu thực nghiệm lựa chọn chếđộcắtđảmbảonhámbềmặtvàđộchínhxáckíchthướckhitiệnCNCthépkhônggỉSUS304bằngmảnhd aohợpkimcứngchếtạotạiViệtNam,TạpchíKhoahọc&Kỹthuậtcáctrườngđạihọckỹthuật,số110(2016)

10 Genechi Taguchi (1990),A primer on the taguchi method - Joyce cary,TS156.R69(1990)89-14736.

Tốcđộtrụcchính:6000Tố c độ bàn máy :650Step over :0,1

Tốcđộtrụcchính:6000Tố c độ bàn máy :650Step over :0,2

Tốđộtrụcchính:6000Tố c độ bàn máy :650Step over :0,1

Tốđộtrụcchính:6000Tố c độ bàn máy :650Step over :0,2

8000Tốc độ bàn máy :1200Step over :0,1

8000Tốc độ bàn máy :1200Step over :0,2

8000Tốc độ bàn máy :1200Step over :0,1

8000Tốc độ bàn máy :1200Stepover :0,2

Tốđộtrụcchính:7000Tố c độ bàn máy :900Step over :0,15

Tốđộtrụcchính:7000Tố c độ bàn máy :900Step over :0,15