Luận án tiến sĩ kĩ thuật cơ khí nghiên cứu lựa chọn dụng cụ và đường dụng cụ trong tạo hình bề mặt tự do trên máy phay cnc 3 trục

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hoàng Văn Quý NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN DỤNG CỤ VÀ ĐƯỜNG DỤNG CỤ TRONG TẠO HÌNH BỀ MẶT TỰ DO TRÊN MÁY PHAY CNC 3 TRỤC Ngành Kỹ thuật Cơ khí Mã số 95201[.]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hoàng Văn Quý NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN DỤNG CỤ VÀ ĐƯỜNG DỤNG CỤ TRONG TẠO HÌNH BỀ MẶT TỰ DO TRÊN MÁY PHAY CNC TRỤC Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 9520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Bùi Ngọc Tuyên Hà Nội – 2019 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân hướng dẫn giáo viên hướng dẫn nhà khoa học Tài liệu tham khảo luận án trích dẫn đầy đủ Các kết nghiên cứu luận án trung thực chưa tác giả khác công bố Người hướng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh PGS TS Bùi Ngọc Tuyên Hoàng Văn Quý ii LỜI CẢM ƠN Luận án hoàn thành hướng dẫn tận tình PGS TS Bùi Ngọc Tuyên Tơi xin chuyển tới thầy kính trọng, lịng biết ơn sâu sắc định hướng, bảo, động viên, kiến thức quý báu thầy lĩnh vực mà nghiên cứu Tôi xin bày tỏ biết ơn sâu sắc tới tập thể giảng viên môn Gia công vật liệu Dụng cụ cơng nghiệp có chia sẻ q báu kiến thức, phương pháp nghiên cứu lời động viên tới NCS suốt tiến trình nghiên cứu đề tài Trong suốt trình giúp đỡ tận tình tạo Tơi xin gửi lời Viện Cơ khí tận tình nghiên cứu học tập, nghiên cứu luôn nhận thầy Viện Cơ khí Phịng Đào cảm ơn chân thành đến thầy cô giúp đỡ để tơi hồn thành q trình học tập Tơi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu trường Đại học Hải Phòng tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình thực đề tài nghiên cứu Cuối cùng, xin gửi lời biết ơn tới gia đình, người thân ln bên cạnh suốt tồn thời gian thực nghiên cứu Hài nội, ngày tháng 12 năm 2019 Nghiên cứu sinh Hoàng Văn Quý iii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vii Danh mục ký hiệu vii Danh mục chữ viết tắt ix DANH MỤC CÁC BẢNG xi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xiii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG MẶT TỰ DO 1.1 Mặt tự ứng dụng mặt tự 1.1.1 Giới thiệu 1.1.2 Lịch sử phát triển 1.1.3 Ứng dụng đường, mặt tự 1.1.3.1 Ứng dụng đường, mặt tự thiết kế 1.1.3.2 Ứng dụng đường, mặt tự gia công 10 1.2 Q trình gia cơng tạo hình bề mặt tự 13 1.3 Dụng cụ đường dụng cụ gia công mặt tự 15 1.3.1 Kiểu dụng cụ sử dụng gia công mặt tự 15 1.3.1.1 Dao phay ngón đầu phẳng 17 1.3.1.2 Dao phay ngón đầu cầu 17 1.3.1.3 Dao phay ngón đầu phẳng có góc lượn 17 1.3.1.4 Dao phay ngón thân 18 1.3.2 Đường dụng cụ gia công mặt tự 21 1.3.2.1 Khái niệm 21 1.3.2.2 Các kiểu đường dụng cụ 21 1.3.2.3 Các thông số đường dụng cụ 27 1.4 Phương pháp tính tốn sinh đường dụng cụ 29 1.4.1 Phương pháp sinh đường dụng cụ sở điểm tiếp xúc (CC-Based) [29] 29 1.4.2 Phương pháp sinh đường dụng cụ sở điểm định vị dụng cụ (CL-Based) [29] 30 1.5 Tổng quan tình hình nghiên cứu gia cơng mặt tự máy phay CNC 31 1.5.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước 31 1.5.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu giới 33 iv 1.6 Đánh giá tình hình nghiên cứu phương pháp gia cơng mặt tự đề xuất hướng nghiên cứu luận án 35 1.7 Kết luận 37 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN ĐƯỜNG VÀ MẶT TỰ DO TRONG CÁC HỆ THỐNG CAD/CAM 39 2.1 Biểu diễn đường tự hệ thống CAD/CAM 39 2.1.1 Các phương pháp biểu diễn toán đường tổng quát 39 2.1.2 Biểu diễn đường cong Bezier 40 2.1.3 Biểu diễn đường cong B-spline 45 2.2 Biểu diễn mặt tự hệ thống CAD/CAM 47 2.2.1 Phương pháp biểu diễn mặt dạng mơ hình đa thức dạng tham số 49 2.2.1.1 Mô hình tốn biểu diễn mảnh mặt Ferguson 49 2.2.1.2 Mơ hình mảnh mặt Bezier 50 2.2.2 Phương pháp biểu diễn mặt dạng mơ hình nội suy ranh giới mảnh mặt 51 2.2.2.1 Biểu diễn mặt tự mô hình mặt kẻ 51 2.2.2.2 Biểu diễn mặt tự mơ hình mặt Coon 52 2.2.3 Phương pháp biểu diễn mặt dạng mơ hình mảnh qt 52 2.2.3.1 Mảnh mặt trượt tịnh tiến 52 2.2.3.2 Mảnh mặt quay 53 2.2.4 Phương pháp biểu diễn mặt dạng tứ giác 53 2.2.5 Mảnh mặt B - spline 54 2.2.6 Mặt NURBS 55 2.2.6.1 Biểu diễn toán học bề mặt NURBS 55 2.3.6.2 Đạo hàm mặt NURBS 56 2.2.7 Công cụ mô số mặt sang dạng mặt tự 57 2.3.8 Cấu trúc tệp (file) biểu diễn mặt theo định dạng IGES CAD/CAM 59 2.2.8.1 Cấu trúc file IGES 59 2.2.8.2 Biểu diễn số đối tượng theo định dạng file IGES 65 2.3 Kết luận 67 CHƯƠNG XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN DỤNG CỤ TRONG GIA CƠNG TẠO HÌNH BỀ MẶT TỰ DO TRÊN MÁY PHAY CNC TRỤC 69 3.1 Giới thiệu 69 v 3.2 Ảnh hưởng dụng cụ tạo hình bề mặt máy phay CNC 70 3.3 Xây dựng phương án lựa chọn dụng cụ cắt hợp lý để gia cơng tạo hình mặt tự 74 3.3.1 Phân vùng mặt tự 75 3.3.2 Lựa chọn dụng cụ hợp lý tương ứng với phân vùng 79 3.3.3 Xác định ranh giới tương ứng với phân vùng cục 81 3.3.4 Thí nghiệm đánh giá kết 88 3.4 Đề xuất phương án gia công với bề mặt phân vùng: 99 3.4 Kết luận 101 CHƯƠNG XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN ĐƯỜNG DỤNG CỤ TRONG GIA CƠNG TẠO HÌNH BỀ MẶT TỰ DO TRÊN MÁY PHAY CNC TRỤC 103 4.1 Xây dựng thực nghiệm Taguchi đánh giá ảnh hưởng đường dụng cụ tới chất lượng tạo hình bề mặt tự 105 4.1 Phương pháp Taguchi 105 4.1.2 Xây dựng thực nghiệm 107 4.1.2.1 Điều kiện thực nghiệm 107 4.1.2.2 Lựa chọn thông số đầu vào xây dựng mảng trực giao Taguchi 109 4.2 Đề xuất phương án xác định đường dụng cụ 114 4.2.1 Điều kiện biên 114 4.2.2 Tính tốn thơng số đường dụng cụ 115 4.2.2.1 Tính tốn bước tiến ngang (St).(Bổ đề 1) 116 4.2.2.2 Xác định đường dẫn hợp lý đảm bảo Sc ≤ [Sc] (Bổ đề 2) 118 4.2.3 Tính tốn sai số xấp xỉ 123 4.3 Mô thực nghiệm đánh giá kết 126 4.4 Kết luận 129 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 130 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 132 PHỤ LỤC vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Danh mục ký hiệu STT Ký hiệu C(u) u v Bi, n(u) Ri, n(u) Pi x y z 10 Pi, j 11 U 12 Wi, j 13 14 i, j  15 Sc 16 17 18 19 20 21 22 23 K H u(t) v(t) t D M  Giải nghĩa Phương trình biểu diễn đường cong tự với biến u Tham số đường cong tự theo phương u (0 ≤ u ≤ 1) Tham số đường cong tự theo phương v (0 ≤ v ≤ 1) Đa thức Bernstein với biến u Hàm vô hướng sở cho đường cong tự Điểm điều khiển thứ i đường cong mặt cong tự Biến số hàm số theo phương Ox hệ tọa độ Descartes Biến số hàm số theo phương Oy hệ tọa độ Descartes Biến số hàm số theo phương Oz hệ tọa độ Descartes Điểm điều khiển nút (i, j) lưới điểm điều khiển mặt tự Véc tơ nút Trọng số tương ứng điểm điều khiển Pi, j mặt tự Chỉ số Bán kính cong scallop height (chiều cao lượng kim loại để lại sau bước dịch dao ngang) Độ cong Độ cong Gauss Đường cong tham số t theo phương u Đường cong tham số t theo phương v Tham số t đường cong Ma trận thứ hai đường cong Ma trận chuyển Toán tử sai phân vii 24 25 Q C Ma trận hệ số góc Ma trận hệ số Ferguson 26 d du Phép tính đạo hàm với biến u 27 28 29 30 31 32 33 34 m mm µm S(u,v) 35 Tn 36 37 38 39 G Si Sc Tpi T n TT St Đơn vị đo độ dài: mét Đơn vị đo độ dài: mi li mét (10-3m) Đơn vị đo độ dài: micro mét (10-6m) Mặt tự biểu diễn không gian tham số Vector hướng dụng cụ Vector pháp tuyến mặt S(u,v) Mặt phẳng tiếp tuyến mặt cong S(u,v) Khoảng dịch dao ngang (Step over size) Mặt phẳng tạo vector hướng dao vector pháp tuyến Giao tuyến mặt phẳng Tn TT Điểm i mặt S(u,v) Đường cong giao mặt Tn S(u,v) Đường dụng cụ thứ i viii Danh mục chữ viết tắt STT Viết tắt Viết đầy đủ CAD CAM CAGD CIM CAE CAPP Computer Aided Production Planning NC Numerical Control CNC Computer Numerical Control 10 NURBS Non-uniform rational Bspline 11 B-spline B-spline 12 2D Two Dimension 13 3D Three Dimension 14 5D Five Dimension 15 16 17 CC point CL point Computer Aided Design Computer Aided Manufacturing Computer Aided Geometry Design Computer Intergrated Manufacturing Computer Aided Engineering Cutting Contact point Cutting Location point CC path Cutting contact path ix Giải nghĩa Thiết kế có hỗ trợ máy tính Sản xuất có hỗ trợ máy tính Thiết kế hình học có hỗ trợ máy tính Sản xuất có tích hợp máy tính Ứng dụng máy tính phân tích Lập kế hoạch chế tạo sản phẩm có trợ giúp máy tính Điều khiển số Điều khiển số máy tính (chỉ hệ thống khí gia cơng tự động Mặt đường Bspline hữu tỉ không đồng Đường cong tự Bspline Không gian phẳng (dùng máy trục) Không gian ba chiều (dùng máy trục) Không gian năm chiều (dùng máy trục) Điểm cắt (điểm tạo hình) Điểm định vị dụng cụ Đường tập hợp (quỹ đạo) điểm tạo hình 18 CL path Cutting Location path 19 DP DPi, i=1, Data Points 20 set of data points x Đường tập hợp (quỹ đạo) điểm định vị dụng cụ Tập điểm liệu tập liệu điểm thành phần DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1 Các đường dụng cụ 22 Bảng Thuật ngữ đường dụng cụ gia công CNC 22 Bảng Mười dạng vùng bề mặt cục bề mặt tự trơn liên tục 33 Bảng Bảng cấu trúc liệu file IGES 61 Bảng 2 Bảng thống kê nhãn biểu diễn liệu IGS 63 Bảng Bảng điểm điều khiển trọng số mặt tự mẫu thí nghiệm 88 Bảng Bảng tính chất vật lý nhựa PA 89 Bảng 3 Bảng thông số dụng cụ 90 Bảng Bảng thông số máy đo tọa độ SVANEX 9106 91 Bảng Bảng thông số cao độ z điểm bề mặt mẫu thiết kế93 Bảng Bảng thông số đo cao độ z điểm bề mặt Mẫu 93 Bảng Bảng thông số đo cao độ z điểm bề mặt Mẫu 93 Bảng Chương trình gia cơng 97 Bảng Bảng tổng hợp thời gian gia công chiều dài đường dụng cụ 98 Bảng 10 Bảng tông hợp kết đánh giá 99 Bảng 11 Bảng so sánh phương pháp gia công với bề mặt phân vùng 100 Bảng 12 Bảng thống kê gia công mẫu theo ba phương án 100 Bảng Bảng thông số dụng cụ 108 Bảng Bảng thông số máy đo tọa độ SVA NEX9016 108 Bảng Bảng tọa độ điểm thiết kế mặt phôi 109 Bảng 4 Bảng thông số F, S, T 111 Bảng Mảng trực giao Taguchi L9 (3^3) 111 xi Bảng Kết đo vị trí xác định bề mặt mẫu 112 Bảng Phân tích ANOVA thơng số ảnh hưởng tới tạo hình bề mặt 113 Bảng Điểm điều khiển mảnh mặt lõm 123 xii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1 Hiệu chỉnh đường tròn Hình Thiết kế có sử dụng đường tự NURBS Hình Hiệu chỉnh mặt trụ thường mặt trụ biểu diễn dạng tự 10 Hình Ứng dụng NURBS thiết kế 10 Hình Mơ tả nội suy tuyến tính cung hệ máy CNC 11 Hình Nội suy NURBS hệ CNC 12 Hình Nội suy tuyến tính nội suy NURBS gia công mặt tự 13 Hình Một ứng dụng mặt tự khuôn 14 Hình Khảo sát thời gian gia cơng thơ, tinh, đánh bóng gia công khuôn 15 Hình 10 Mơ hình hình học dao phay ngón tổng qt 16 Hình 11 Các dạng dao phay ngón 17 Hình 12 Dụng cụ cắt gia công mặt tự 18 Hình 13 Sự khác biệt vùng lồi, vùng lõm vùng phẳng gia công 19 Hình 14 Đường cắt cắt lẹm 20 Hình 15 Gia cơng mặt tự máy trục 21 Hình 16 Đường dụng cụ 21 Hình 17 Một số thuật ngữ đường dụng cụ gia công máy phay CNC 23 Hình 18 Một số kiểu đường dụng cụ Catia V5R20 26 Hình 19 Các thông số quan trọng gia công mặt tự 28 Hình 20 Chiều cao nhấp nhô để lại sau gia công tinh dao phay đầu cầu 28 xiii Hình 21 Phương pháp sinh đường dụng cụ sở điểm tiếp xúc (CC-point) 29 Hình 22 Sai số hình học gia cơng mặt 34 Hình 23 Phân cụm với đường dẫn xoắn ốc [51] 35 Hình 24 Sơ đồ khối tiến trình nghiên cứu 37 Hình Sơ đồ khối nội dung chương 39 Hình 2 Mơ hình tốn đường cong Bezier 41 Hình Sơ đồ tính tốn điểm đường cong Bezier bậc 41 Hình Sơ đồ tính điểm điều khiển đường Bezier tổng quát 41 Hình Thuật tốn xây dựng cơng cụ thiết kế, hiệu chỉnh đường Bezier bậc n 42 Hình Công cụ xây dựng đường cong Bezier 43 Hình Biểu diễn đường đường cong Bezier 44 Hình Kết thiết kế đường Bezier bậc AutoCAD, Catia Công cụ xây dựng đường Bezier bậc n 44 Hình Các mặt 48 Hình 10 Sự linh hoạt hiệu chỉnh mặt tự so với mặt 49 Hình 11 Mơ hình mặt mặt Ferguson 50 Hình 12 Mảnh mặt Bezier bậc 50 Hình 13 a) Mơ hình mặt kẻ b) Nội suy Taylor tuyến tính 51 Hình 14 Cấu trúc mảnh mặt Coons 52 Hình 15 Mặt mặt trượt 52 Hình 16 Mảnh mặt quay 53 Hình 17 Mảnh mặt tứ giác 53 Hình 18 Mảnh mặt B-spline 54 Hình 19 Sơ đồ thuật tốn xây dựng cơng cụ thiết kế hiệu chỉnh mặt tự 58 xiv Hình 20 Menu tùy chọn mặt 58 Hình 21 Biểu diễn mặt tự 59 Hình 22 Sơ đồ thuật tốn cơng cụ mơ hình hóa file định dạng IGES 66 Hình 23 Giao diện cơng cụ mơ hình hóa file định dạng IGES 67 Hình 24 Hiển thị mặt tự từ file cấu trúc IGES 67 Hình Các kiểu máy phay CNC thông dụng 70 Hình Hướng dụng cụ gia cơng máy CNC trục 71 Hình 3 Dụng cụ cắt nghiêng để tránh cắt lẹm 71 Hình Bán kính hiệu dụng dụng cụ cắt 72 Hình Quan hệ góc nghiêng với bán kính hiệu dụng 72 Hình Dụng cụ cắt có bán kính nhỏ khơng gây cắt lẹm 73 Hình Lựa chọn dụng cụ tương ứng với độ cong bề mặt 73 Hình Sơ đồ lựa chọn dụng cụ cắt gia công mặt tự 74 Hình Sơ đồ khối lựa chọn dụng cụ phù hợp bề mặt 75 Hình 10 Biểu diễn bề mặt tự 75 Hình 11 Phương chiều véc tơ pháp tuyến mặt 75 Hình 12 Độ cong Gauss độ cong trung bình 77 Hình 13 Mặt tự phân vùng 78 Hình 14 Thuật tốn phân vùng bề mặt tự 78 Hình 15 Sơ đồ phân vùng bề mặt thành mảnh mặt dựa theo H K 79 Hình 16 Thuật toán lựa chọn dụng cụ hợp lý 80 Hình 17 Mặt tự có phân chia thành mảnh cục 81 Hình 18 Chuyển điểm 3D (x,y,z) sang khơng gian tham số 2D (u,v) 82 Hình 19 Ánh xạ điểm 3D sang 2D để xác định đường ranh giới 82 xv Hình 20 Ví dụ cấu trúc tập liệu điểm DP, DP1, DP2, DP3 83 Hình 21 Cấu trúc tập liệu điểm 83 Hình 22 Quy tắc điểm lân cận 84 Hình 23 Đường ranh giới mảng 84 Hình 24 Ranh giới tập điểm xác định phương pháp điểm 85 Hình 25 Ranh giới tập điểm xác định phương pháp điểm 85 Hình 26 Thuật tốn tạo đường ranh giới mảnh mặt 86 Hình 27 Các hàm sử dụng xác định kích thước dụng cụ hợp lý 87 Hình 28 Macro Excel kết nối với Catia V5R20 để xây dựng đường ranh giới từ tập điểm biên trích xuất từ IGES 88 Hình 29 Đường ranh giới vùng bề mặt tự cục 89 Hình 30 Bản vẽ thiết kế phơi 89 Hình 31 Máy phay CNC Hamai 3VA 90 Hình 32 Dụng cụ cắt 90 Hình 33 Mơ q trình gia cơng 91 Hình 34 Gia cơng mẫu máy phay CNC Hamai 3VA 92 Hình 35 Thực đo máy đo tọa độ SVANEX 92 Hình 36.Điểm đo 92 Hình 37 Biểu đồ liệu đo mặt tự gia cơng 94 Hình 38 Biểu đồ so sánh bề mặt theo phương 95 Hình 39 Đường ranh giới xuất bề mặt sau gia công 99 Hình 40 Gia cơng bề mặt theo cách 101 Hình Sơ đồ khối nội dung nghiên cứu chương 104 Hình Sơ đồ khối xây dựng phương án đánh giá mức độ ảnh hưởng đường dụng cụ tới độ xác tạo hình mặt tự 105 Hình Máy phay CNC trục 107 Hình 4 Dụng cụ cắt 107 xvi Hình Máy đo tọa độ SVA NEX9016 108 Hình Thiết kế mẫu thực nghiệm 108 Hình Kiểu đường dụng cụ thơng dụng gia cơng mặt tự 109 Hình Sản phẩm gia cơng theo thí nghiệm mảng L9 112 Hình 9.Tỉ số S/N 113 Hình 10 Sơ đồ xây dựng phương án xác định dường dụng cụ hơp lý cho bề mặt tự cấu trúc lõm 114 Hình 11 Hướng dụng cụ tọa độ Descartes 115 Hình 12 Gia cơng mặt cong lõm 116 Hình 13 Sơ đồ xác định bước tiến hợp lý St 117 Hình 14 Sơ đồ tính tốn St 117 Hình 15 Sơ đồ tính tốn khoảng offset đường dụng cụ hợp lý 119 Hình 16 Sơ đồ offset đường dẫn chiếu lên mặt cong S(u,v) 120 Hình 17 Sơ đồ thuật toán sinh đường dụng cụ 122 Hình 18 Mơ sinh đường dụng cụ cho vùng cục lõm 123 Hình 19 Sơ đồ tính tốn sai số xấp xỉ 124 xvii MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Công nghệ điều khiển số máy công cụ (Computer Numerical Control – viết tắt CNC) đời từ khoảng năm 1940 [1] đánh dấu bước nhảy vọt công nghiệp sản xuất Việc ứng dụng máy CNC mang lại suất cao, chất lượng sản phẩm ổn định mà cịn giải phóng sức lao động người Với việc ngành khoa học điều khiển, công nghệ thông tin phát triển… máy CNC trở nên mạnh mẽ hơn, điều đồng nghĩa với việc sản phẩm chế tạo ngày phức tạp tinh xảo Do ưu điểm máy CNC khiến cho ngày có nhiều nghiên cứu nhằm nâng cấp máy CNC trở nên ngày hồn thiện Có hai hướng nghiên cứu để cải thiện máy CNC hướng nghiên cứu cải thiện phần cứng hướng nghiên cứu cải thiện phần mềm Hướng nghiên cứu cải thiện phần cứng để nâng cao suất gia công máy phay CNC như: Nghiên cứu kết cấu máy [2], [3]… Nghiên cứu ảnh hưởng rung động [4]–[6]… Nghiên cứu dụng cụ cắt gia công [7], [8]… Nghiên cứu cải thiện vi mạch điều khiển để cải thiện khả điều khiển máy CNC… Kết cơng trình khoa học thực nghiệm theo hướng đạt nhiều thành công Các máy CNC ngày có kết cấu hồn thiện, khả cơng nghệ nâng cao Qua suất chất lượng sản phẩm gia công máy CNC có cải thiện đáng kể góp phần không nhỏ vào phát triển ngành công nghiệp gia cơng nói chung gia cơng máy tự động nói riêng Hướng nghiên cứu cải thiện phần mềm thường cải tiến hệ điều hành (chứa nội suy sử dụng cho tính tốn đường dụng cụ thơng số q trình gia công cải thiện khả giao tiếp phần cứng máy CNC thơng qua trình điều khiển driver) Các phương pháp nội suy mà máy CNC thường sử dụng nội suy tuyến tính nội suy theo cung tròn [9] Ngày xu hướng nghiên cứu tập trung nhiều vào việc phát triển phần mềm để máy trở nên “thông minh” “mạnh mẽ” hơn, Do máy CNC ngày có tính linh hoạt, đáp ứng nhiều yêu cầu gia công phức tạp hơn, đặc biệt chi tiết máy thiết kế có chứa bề mặt tự Sự phát triển máy CNC ưu điểm kéo theo lĩnh vực phục vụ cho hệ máy phát triển khơng ngừng CAD (Computer Aided Design – Thiết kế có hỗ trợ máy tính) CAM (Computer Aided Manufacturing – Gia cơng có hỗ trợ máy tính) CAD hỗ trợ khâu thiết kế trở nên nhanh, dễ dàng xác hơn, CAM hỗ trợ khâu gia cơng, giải phóng người khỏi tính tốn với khối lượng phép tính lớn phức tạp cơng thức nội suy tích hợp Do vậy, lúc suất độ xác chế tạo sản phẩm có ứng dụng CAD/CAM/CNC khơng cịn phụ thuộc hồn tồn vào máy CNC mà phụ thuộc vào yếu tố khác nằm khâu thiết kế (có sử dụng CAD) nằm khâu gia cơng (có sử dụng CAM) Hiện việc khai thác sử dụng máy CNC phần mềm CAD/CAM chưa hiệu quả, đặc biệt Việt Nam chủ yếu dựa kinh nghiệm hướng dẫn sử dụng máy, dụng cụ hãng sản xuất Ví dụ việc lựa chọn dụng cụ cắt hợp lý, chiến lược dẫn dụng cụ phù hợp bề mặt, thông số chế độ cắt lựa chọn cho hợp lý… ảnh hưởng lớn tới suất, chất lượng tạo hình chi tiết có chứa bề mặt phức tạp Hiện nay, việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CNC sản xuất phổ biến không giới mà Việt Nam Do ưu điểm mà công nghệ mang lại nên nghiên cứu CAD/CAM/CNC luôn nhiều nhà khoa học quan tâm Hiện nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực CAD/CAM/CNC Việt Nam hạn chế Trên giới có nhiều nghiên cứu nhằm cải thiện suất, chất lượng sản phẩm gia công máy CNC Tuy nhiên vấn đề liên quan đến bề mặt đề cập nghiên cứu mà chủ yếu nghiên cứu tính tốn đường dụng cụ chế độ cắt Trong trình nghiên cứu, NCS nhận thấy vấn đề lựa chọn dụng cụ đường dụng cụ hợp lý gia cơng chi tiết có chứa mặt tự vừa có tính khoa học có tính thực tiễn cao, có tiềm lớn để áp dụng vào thực tiễn sản xuất Được đồng ý giáo viên hướng dẫn hội đồng đánh giá đề cương trình bày, NCS lựa chọn đề tài luận án: “Nghiên cứu lựa chọn dụng cụ đường dụng cụ tạo hình bề mặt tự máy phay CNC trục” Mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu 2.1 Mục đích đề tài Nghiên cứu lựa chọn dụng cụ đường dụng cụ gia công mặt tự máy CNC trục nhằm đáp ứng u cầu độ xác tạo hình bề mặt giảm thời gian gia công so với phương pháp gia công mặt tự truyền thống 2.2 Đối tượng nghiên cứu Luận án nghiên cứu phương pháp lựa chọn kích thước dụng cụ cắt đường dụng cụ phù hợp gia công bề mặt tự trơn máy CNC trục Để thực nghiên cứu đối tượng đề ra, luận án phân chia thành nội dung sau: - - - Nghiên cứu phương pháp biểu diễn toán học đường mặt tự Nghiên cứu phương pháp tách mặt tự trơn thành mảnh mặt tự cục dựa độ cong Gaussian (K) độ cong trung bình (H), Thơng qua bước tách mặt tự trơn thành mảnh mặt tự cục để xây dựng thuật tốn chương trình tính tốn kích thước dụng cụ phù hợp phân vùng cục cho đảm bảo độ xác tạo hình mảnh mặt cục rút ngắn thời gian gia cơng Qua lựa chọn dụng cụ phù hợp để gia công mặt tự trơn (là mặt đơn mặt tự trơn tập hợp từ số mảnh mặt) Nghiên cứu xây dựng đường ranh giới mảnh mặt cục mặt cong trơn cấu thành từ nhiều mảnh mặt cục (Mục đích việc xác định đường ranh giới mảnh mặt cục để giới hạn vùng dụng cụ thực chiến lược chạy dao) Nghiên cứu ảnh hưởng đường dụng cụ đến độ xác tạo hình bề mặt tự Đề giải pháp sinh đường dụng cụ hợp lý gia công vùng bề mặt tự cấu trúc lõm 2.3 Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu luận án giới hạn sau: - - Q trình gia cơng mặt tự thực máy phay CNC trục với dụng cụ cắt khơng thay đổi hướng tồn quỹ đạo di chuyển bề mặt Dụng cụ cắt sử dụng gia công dụng cụ tiêu chuẩn Vật liệu mẫu có độ cứng thấp để việc nghiên cứu tạo hình bị ảnh hưởng yếu tố lực cắt nhiệt qua làm kết nghiên cứu bị sai lệch ... dụng cụ tạo hình bề mặt máy phay CNC 70 3. 3 Xây dựng phương án lựa chọn dụng cụ cắt hợp lý để gia công tạo hình mặt tự 74 3. 3.1 Phân vùng mặt tự 75 3. 3.2 Lựa chọn dụng. .. Ứng dụng đường, mặt tự 1.1 .3. 1 Ứng dụng đường, mặt tự thiết kế 1.1 .3. 2 Ứng dụng đường, mặt tự gia công 10 1.2 Q trình gia cơng tạo hình bề mặt tự 13 1 .3 Dụng cụ đường dụng cụ. .. 67 Hình Các kiểu máy phay CNC thông dụng 70 Hình Hướng dụng cụ gia cơng máy CNC trục 71 Hình 3 Dụng cụ cắt nghiêng để tránh cắt lẹm 71 Hình Bán kính hiệu dụng dụng cụ cắt 72 Hình