ĈҤI HӐC QUӔC GIA TP HCM
Trang 2&Ð1*75Î1+ĈѬӦ&+2¬17+¬1+7Ҥ,:
75ѬӠ1*ĈҤ,+Ӑ&%È&+.+2$±Ĉ+4*-HCM
&iQEӝKѭӟQJGүQNKRDKӑF 3*676 7UҫQ7KLrQ3K~F
&iQEӝFKҩPQKұQ[pW 3*676 TrҫQ$QK6ѫQ
&iQEӝFKҩPQKұQ[pW 3*676 NguyӉn NgӑF3KѭѫQJ
/XұQYăQWKҥFVƭÿѭӧFEҧRYӋWҥL7UѭӡQJĈҥLKӑF%iFK.KRDĈHQG Tp +&0QJj\WKiQJQăP WUӵFWX\ӃQ
7KjQKSKҫQ+ӝLÿӗQJÿiQKJLiOXұQYăQWKҥFVƭJӗP 1 PGS TS /ѭX7KDQK7ng««« - Chӫ tӏch 2 TS Bjnh Quӕc Nguyên -7KѭNt 3 PGS TS TrҫQ$QK6ѫQ - Phҧn biӋn 1 4 PGS TS NguyӉn NgӑF3KѭѫQJ - Phҧn biӋn 2 5 TS Phҥm Hӳu Lӝc - Ӫy viên
;iFQKұQFӫD&KӫWӏFK+ӝLÿӗQJÿiQKJLi/9Yj7UѭӣQJ.KRDTXҧQOêFKX\rQQJjQKVDXNKLOXұQYăn ÿã ÿѭӧFVӱDFKӳD QӃXFy
&+Ӫ7ӎ&++Ӝ,ĈӖ1* 75ѬӢ1*.+2$&Ѫ.+Ë
Trang 3ĈҤ,+Ӑ&48Ӕ&*,$73+&0
75ѬӠ1*ĈҤ,+Ӑ&BÁCH KHOA
&Ӝ1*+Ñ$;+Ӝ,&+Ӫ1*+Ƭ$9,ӊ71$0 ĈӝFOұS- 7ӵGR- +ҥQKSK~F
I 7Ç1Ĉӄ7¬, 1JKLrQFӭXWtQKWRiQFKLӃQOѭӧFVLQKÿѭӡQJGөQJFөÿӇQkQJFDRFKҩW
OѭӧQJJLDF{QJFӫDEӅPһWFRQJWӵGR
II 1+,ӊ09Ө9¬1Ӝ,'81* 1KLӋPYөFӫDOXұQYăQOjQJKLrQFӭXWtQKWRiQYj[k\
GӵQJPӝWSKѭѫQJSKiSVLQKÿѭӡQJGөQJFөÿӇQkQJFDRFKҩWOѭӧQJJLDF{QJFӫDEӅPһWFRQJWӵGR1ӝLGXQJFӫDOXұQYăQJӗPFKѭѫQJQKѭVDX :
&KѭѫQJ TәQJTXDQYӅJLDF{QJEӅPһWWӵGR
&KѭѫQJ 3KѭѫQJ SKiS ELӇX GLӉQ ÿѭӡQJ Yj PһW FRQJ Wӵ GR WURQJ KӋ WKӕQJCAD/CAM
&KѭѫQJ ;k\GӵQJSKѭѫQJSKiSVLQKÿѭӡQJGөQJFөWURQJJLDF{QJWҥRKuQKEӅPһWFRQJWӵGRWUrQPi\SKD\&1&WUөF
III 1*¬<*,$21+,ӊ09Ө : 22/02/2021
IV 1*¬<+2¬17+¬1+1+,ӊ09Ө : 13/06/2021 V &È1%Ӝ+ѬӞ1*'Ү1 : 3*6767UҫQ7KLrQ3K~F
Trang 4LӠI &È0Ѫ1
Qua mӝt thӡi gian tìm tòi, nghiên cӭXGѭӟi sӵ Kѭӟng dүn tұn tình cӫa thҫy PGS.TS Trҫn Thiên Phúc và sӵ hӛ trӧ cӫa thҫy Thân TrӑQJ.KiQKĈҥWW{LÿmKRjQWKjQKOXұQYăQcӫa mình Ngoài sӵ Kѭӟng dүQÿӏQKKѭӟng vӅ mһt khoa hӑc các thҫy còn quan tâm, ÿӝng viên hӑc viên trong suӕt quá trình hӑc tұp và nghiên cӭXĈk\Ojÿӝng lӵc tinh thҫn rҩt lӟn ÿӇ tôi hoàn thành luұQYăQFӫa mình
Trong suӕt quá trình hӑc tұp, nghiên cӭu tôi luôn nhұQÿѭӧc sӵ JL~Sÿӥ tұn tình cӫa các thҫ\F{WURQJNKRD&ѫ.Kt7{L[LQ ÿѭӧc gӱi lӡi cҧPѫQFKkQWKjQKÿӃn các thҫy cô WURQJNKRD&ѫ.KtÿmWұQWuQKJL~Sÿӥ ÿӇ tôi hoàn thành quá trình hӑc tұp nghiên cӭu cӫa mình
Tác giҧ trân trӑng cҧPѫQWUѭӣng phòng quҧn lý và tұp thӇ các thành viên cӫa Phòng thí nghiӋPFiF3KѭѫQJSKiS7KLӃt kӃ và Gia công Tiên tiӃQNKRD&ѫ.KtÿmWҥo mӑLÿLӅu kiӋn tӕt nhҩt vӅ FѫVӣ thiӃt bӏ thí nghiӋPÿӇ tôi hoàn thành luұQYăQ
CuӕLFQJW{L[LQÿѭӧc gӱi lӡi biӃWѫQWӟLJLDÿuQKQJѭӡi thân và bҥQEqÿmOX{QErQcҥnh trong suӕt quá trình hӑc tұp và thӵc hiӋn luұQYăQ
TP H͛ &Kt0LQKQJj\WKiQJQăP
H͕c viên
Võ Ngӑc Phong
Trang 6
SUMMARY OF THESIS
Name of thesis: A study on the calculation of tool path generation strategy for
high-quality machining of curved surfaces
Currently, with the increasingly strong development of science and technology, products with complex profiles (freeform surfaces such as automobile body, molds .) require high-quality machining, meeting the technical requirements set forth There are also many researches in the world that have introduced methods of toolpath generation to improve the machining quality for freeform surfaces However, problems related to accuracy and quality when machining characteristic line have received little attention in these researches including commercial CAM systems During the research process, the students realized that it is necessary to propose a toolpath generation method to improve the quality and accuracy when machining part using freeform surfaces by 3 axis CNC milling machine The structure of the thesis consists of three chapters Chapter one presents the basic issues of forming process of machined surfaces on CNC milling machines such as local freeform surfaces, cutting tools, toolpath and surface quality when machining freeform surfaces Chapter two presents definitions and some properties as well as algorithms for constructing freeform lines and surfaces Chapter three presents two main contents: The first content, building an algorithm to generate toolpaths for machining freeform surfaces including characteritic line The second content, the proposed of experimental verification method to evaluate the effectiveness of the proposed method compared with the traditional method (commercial CAM system) Based on the experimental result, the machining efficiency and machining surface quality of the proposed method were improved than the conventional CAM method with the same machining conditions Thus, the usefulness of the proposed method was confirmed
Trang 7LӠ,&$0Ĉ2$1
7{L[LQFDPÿRDQWҩt cҧ các sӕ liӋu và kӃt quҧ nghiên cӭu trình bày trong luұQYăQOjtrung thӵFFKѭDWӯQJÿѭӧc ai công bӕ trong bҩt kǤ công trình nghiên cӭu nào khác Tài liӋu tham khҧo trong luұQYăQÿѭӧc trích dүQÿҫ\ÿӫ
Hӑc viên
Võ Ngӑc Phong
Trang 8&+ѬѪ1*7ӘNG QUAN Vӄ GIA CÔNG Bӄ MҺT TӴ DO 4
1.1 Giӟi thiӋu, phân loҥi và các ӭng dөng cӫa bӅ mһt tӵ do 4
(CL-1.4 Tәng quan tình hình nghiên cӭu 19
1.4.1 Tәng quan tình hình nghiên cӭu trên thӃ giӟi 20
1.4.2 Tәng quan tình hình nghiên cӭu tҥi ViӋt Nam 22
1.5 Mөc tiêu nghiên cӭXYjÿӅ xuҩt nӝi dung nghiên cӭu cӫa luұQYăQ 23
1.5.1 Mөc tiêu nghiên cӭu 23
ĈӅ xuҩt nӝi dung nghiên cӭu cӫa luұQYăQ 23
1.6 KӃt luұQFKѭѫQJ 24
&+ѬѪ1*3+ѬѪ1*3+È3%,ӆU DIӈ1ĈѬӠNG VÀ MҺT CONG TӴ DO TRONG Hӊ THӔNG CAD/CAM 25
2.1 BiӇu diӉQÿѭӡng cong tӵ do trong hӋ thӕng CAD/CAM 25
&iFSKѭѫQJSKiS biӇu diӉQWRiQFѫEҧn cӫDÿѭӡng tәng quát 25
+jPFѫVӣ B-spline 25
2.1.3 BiӇu diӉQÿѭӡng cong Bezier 27
2.1.4 BiӇu diӉQÿѭӡng cong B-spline 29
2.1.5 BiӇu diӉQÿѭӡng cong NURBS 31
Trang 92.2 BiӇu diӉn mһt cong tӵ do trong hӋ thӕng CAD/CAM 33
&iFSKѭѫQJSKiSELӇu diӉn toáQFѫEҧn cӫa mһt tәng quát 33
3KѭѫQJSKiSELӇu diӉn bӅ mһWGѭӟi dҥng tham sӕ 34
3KѭѫQJSKiSELӇu diӉn bӅ mһWGѭӟi dҥng mô hình nӝi suy ranh giӟi mҧnh mһt 44
3KѭѫQJSKiSELӇu diӉn bӅ mһWGѭӟi dҥng mô hình mҧnh quét 46
3KѭѫQJSKiSELӇu diӉn mһWGѭӟi dҥng tӭ giác 47
ĈLӅu kiӋn thӵc nghiӋm 58
3.3.2 Xây dӵQJP{KuQKÿROѭӡng kӃt quҧ 61
3.4 KӃt quҧ thӵc nghiӋm 63
3.5 KӃt luұQFKѭѫQJ 70
&+ѬѪ1*.ӂT LUҰN VÀ KIӂN NGHӎ 71
DANH MӨC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HӐC 72
TÀI LIӊU THAM KHҦO 73
PHӨ LӨC 76
Trang 10DANH MӨC CÁC CHӲ VIӂT TҲT
1 CAD Computer Aided
Design 7KLӃWNӃFyVӵKӛWUӧFӫDPi\WtQK 2 CAM Computer Aided
Manufacturing 6ҧQ[XҩWFyVӵKӛWUӧFӫDPi\WtQK 3 NC Numerical Control ĈLӅXNKLӇQVӕ
4 CNC Computer Numerical Control
ĈLӅXNKLӇQVӕEҵQJPi\WtQK KӋWKӕQJJLDF{QJFѫNKtWӵÿӝQJ 5 CC-point Cutter Contact point ĈLӇPFҳW ÿLӇPWҥRKuQK 6 CL-point Cutter Location point ĈLӇPÿӏQKYӏGөQJFө
7 CC-path Cutter Contact path ĈѭӡQJWұSKӧS TXӻÿҥR FiFÿLӇPWҥRKuQK
8 CL-path Cutter Location path ĈѭӡQJWұSKӧS TXӻÿҥR FiFÿLӇPÿӏQKYӏGөQJFө
9 NURBS Non-uniform rational B-spline
0һWKRһFÿѭӡQJ B-VSOLQHKӳXWӍNK{QJÿӗQJQKҩW
10 B-spline B-spline ĈѭӡQJFRQJWӵGR%-spline
11 APT Automatically Programmed Tool Ngôn ngӳ ÿӏQKQJKƭDÿѭӡng dөng cө trên các máy CNC
Trang 15MӢ ĈҪU
1 Lý do chӑQÿӅ tài
Công nghӋ ÿLӅu khiӇn sӕ trên máy công cө (Computer Numerical Control ± viӃt tҳWOj&1& ÿѭӧFUDÿӡi tӯ khoҧng nhӳQJQăP [1] ÿmÿiQKGҩu mӝWEѭӟc nhҧy vӑt trong ngành công nghiӋp sҧn xuҩt, chӃ tҥo ViӋc ӭng dөng máy CNC vào sҧn xuҩt không nhӳQJQkQJFDRQăQJVXҩt và chҩWOѭӧng sҧn phҭm mà còn giҧm tҧi sӵ phө thuӝc vào sӭFODRÿӝng cӫDFRQQJѭӡi Vӟi sӵ phát triӇn ngày càng mҥnh mӁ cӫa các ngành khoa hӑc vӅ ÿLӅu khiӇn, công nghӋ WK{QJWLQ«FiFPi\&1&QJj\FjQJKRjQthiӋn và linh hoҥt, có thӇ ÿiSӭng chӃ tҥo các sҧn phҭm có hình dҥng phӭc tҥp và tinh xҧRKѫQÿһc biӋt là nhӳng chi tiӃWPi\ÿѭӧc thiӃt kӃ có chӭa bӅ mһt cong tӵ do
Sӵ phát triӇn cӫDPi\&1&NpRWKHRFiFOƭQKYӵc bә trӧ cӫDQyFNJQJSKiWWULӇn không ngӯQJÿyOj&$' &RPSXWHU$LGHG'HVLJQ± ThiӃt kӃ có sӵ hӛ trӧ cӫa máy tính) và CAM (Computer Aided Manufacturing ± Gia công có sӵ hӛ trӧ cӫa máy tính) CAD sӁ hӛ trӧ viӋc thiӃt kӃ trӣ nên chính xác, nhanh và dӉ GjQJKѫQ&$0VӁ hӛ trӧ viӋc gia công giúp giҧLSKyQJFRQQJѭӡi khӓi các tính toán vӟi khӕLOѭӧng phép tính lӟn và phӭc tҥp Vì vұ\QăQJVXҩWYjÿӝ chính xác gia công các sҧn phҭm không còn phө thuӝc hoàn toàn vào máy CNC nӳa mà còn phө thuӝc vào các yӃu tӕ khác nҵm trong phҫn thiӃt kӃ (có sӱ dөng CAD) và nҵm trong phҫn gia công (có sӱ dөng CAM)
HiӋn nay, vӟi sӵ phát triӇn ngày càng mҥnh mӁ cӫa khoa hӑFNƭWKXұt, các sҧn phҭm sau có biên dҥng phӭc tҥp (các bӅ mһt cong tӵ GRQKѭYӓ ô tô, khuôn mүX« ÿzLKӓi gia công phҧLFyÿӝ chính xác và chҩWOѭӧQJFDRÿiSӭQJÿѭӧc các yêu cҫu NƭWKXұWÿӅ ra Trên thӃ giӟLFNJQJFyQKLӅu nghiên cӭXÿmÿѭDUDFiFSKѭѫQJSKiSVLQKÿѭӡng dөng cө ÿӇ nâng cao chҩWOѭӧng gia công cho bӅ mһt cong tӵ do Tuy nhiên nhӳng vҩQÿӅ OLrQTXDQÿӃQÿӝ chính xác và chҩWOѭӧQJNKLJLDF{QJÿѭӡQJÿһc WtQK ÿѭӡQJÿѭӧc hӧp bӣi hai bӅ mһt cong tӵ GR tWÿѭӧc quan tâm trong các nghiên cӭu này kӇ cҧ các hӋ thӕQJ&$0WKѭѫQJPҥi Trong quá trình nghiên cӭu, hӑc viên nhұn thҩy rҵng cҫn phҧi nghiên cӭXÿӅ xuҩt mӝWSKѭѫQJSKiSVLQKÿѭӡng dөng cө mӟLÿӇ QkQJFDRÿѭӧc chҩWOѭӧng khi gia công các sҧn phҭm ӭng dөng bӅ mһt cong
Trang 16tӵ do bҵQJSKѭѫQJSKiSSKD\WUrQPi\&1&WUөFĈѭӧc sӵ ÿӗng ý cӫa giáo viên Kѭӟng dүn, hӑFYLrQÿmOӵa chӑQÿӅ tài luұQYăQQKѭVDX
³1JKLrQFͱu tính toán chi͇QO˱ͫFVLQKÿ˱ͥng dͭng cͭ ÿ͋ nâng cao ch̭WO˱ͫng gia công cͯa b͉ m̿t cong t GR´
2 MөFÿtFKÿӕLWѭӧng và phҥm vi nghiên cӭu
MͭFÿtFKQJKLrQFͱu
Nghiên cӭXÿӅ xuҩt mӝWSKѭѫQJSKiSVLQKÿѭӡng dөng cө ÿӇ gia công bӅ mһt cong tӵ do bҵQJSKѭѫQJSKiSSKD\WUrQPi\&1&WUөc nhҵPÿiSӭQJÿӝ chính xác và chҩWOѭӧng gia công tҥo hình bӅ mһt so vӟLSKѭѫQJSKiSVLQKÿѭӡng dөng cө ÿӇ gia công bӅ mһt cong tӵ do trên các hӋ thӕQJ&$0WKѭѫQJPҥi hiӋn hành
Ĉ͙LW˱ͫng nghiên cͱu
LuұQYăQQJKLrQFӭXÿӅ xuҩt mӝWSKѭѫQJSKiSVLQKÿѭӡng dөng cө ÿӇ nâng cao chҩWOѭӧng gia công cho bӅ mһt cong tӵ do trên máy phay CNC 3 trөc
Ph̩m vi nghiên cͱu
Phҥm vi nghiên cӭu cӫa luұQYăQÿѭӧc giӟi hҥQQKѭVDX
- Quá trình gia công bӅ mһt cong tӵ GRÿѭӧc thӵc hiӋn trên máy phay CNC 3 trөc vӟi dөng cө cҳWNK{QJWKD\ÿәLKѭӟng trên toàn bӝ quӻ ÿҥo di chuyӇn trên bӅ mһt
- Dөng cө cҳt sӱ dөng trong gia công là dөng cө tiêu chuҭn
- Vұt liӋu mүXFyÿӝ cӭng thҩp (vұt liӋu nhôm) bӣi viӋc nghiên cӭu tҥo hình không xét tӟi yӃu tӕi ҧQKKѭӣng cӫDÿӝ cong dao khi gia công
3 3KѭѫQJSKiSQJKLrQFӭu
3KѭѫQJSKiSQJKLrQFӭu cӫa luұQYăQOjVӵ kӃt hӧp giӳa nghiên cӭu lý thuyӃt vӅ FiFSKѭѫQJSKiSVLQKÿѭӡng dөng cө ÿӇ gia công bӅ mһt cong tӵ do vӟi xây dӵng mô hình mô phӓng, thӵc nghiӋPSKѭѫQJSKiSÿѭӧFÿӅ xuҩt nhҵm kiӇm chӭQJÿiQKgiá tính hiӋu quҧ cӫDSKѭѫQJSKiSÿѭӧFÿӅ xuҩt so vӟLSKѭѫQJSKiSVLQKÿѭӡng dөng cө trên hӋ thӕQJ&$0WKѭѫQJPҥi hiӋn hành
Trang 174 éQJKƭDNKRDKӑc và thӵc tiӉn cӫDÿӅ tài
éQJKƭDNKRDK͕c
- 3KkQ WtFK ÿѭӧc cҩu trúc xây dӵng bӅ mһt cong tӵ GR Yj SKѭѫQJ SKiS VLQKÿѭӡng dөng cө ÿӇ gia công các bӅ mһt cong tӵ do trong hӋ thӕQJ&$0WKѭѫQJmҥi, tӯ ÿyFyWKӇ tách bӅ mһt cong tӵ do ra thành các khu vӵc cҫQÿӝ chính xác cao và không cao
- ĈӅ xuҩWÿѭӧc mӝWSKѭѫQJSKiSVLQKÿѭӡng dөng cө kӃt hӧp dӳ liӋu gia công cӫa các khu vӵc khác nhau trên bӅ mһWÿӇ QkQJFDRÿӝ chính xác và chҩWOѭӧng khi gia công bӅ mһt cong tӵ do trên máy phay CNC 3 trөc
Ý QJKƭDWKc ti͍n
3KѭѫQJSKiSVLQKÿѭӡng dөng cө ÿѭӧFÿӅ xuҩWJL~SQkQJFDRÿӝ chính xác gia F{QJFKRÿѭӡQJÿһc tính khi góc giӳa hai bӅ mһt cong tҥRQrQÿѭӡQJÿһc tính lӟn Trên thӵc tӃ, khi gia công khuôn, vӓ ô tô ± [HPi\«FyJyFWҥo giӳa hai mһt cong lӟn sӱ dөng các hӋ thӕQJ&$0WKѭѫQJPҥLKyDFKRÿӝ FKtQK[iFNK{QJÿҥt yêu cҫu, cҫn phҧi có thêm nguyên công bә trӧ ÿӇ hoàn thiӋQ ÿѭӧc thӵc hiӋn thӫ công bӣi nhӳQJQJѭӡi thӧ lành nghӅ nên hiӋu quҧ NK{QJFDR3KѭѫQJSKiSÿѭӧFÿӅ xuҩt mӝt phҫn có thӇ khҳc phөFÿѭӧFQKѭӧFÿLӇPÿy.Ӄt quҧ nghiên cӭu cӫa luұQYăQFyêQJKƭDWKӵc tiӉQÿһc biӃt trong ngành công nghiӋp chӃ tҥo khuôn mүu
Trang 18&+ѬѪ1*7ӘNG QUAN Vӄ GIA CÔNG Bӄ MҺT TӴ DO
1.1 Giӟi thiӋu, phân loҥi và các ӭng dөng cӫa bӅ mһt tӵ do 1.1.1 Giӟi thiӋu
Các bӅ mһt tӵ do hay còn gӑi là các bӅ mһt không gian vӟi các thuұt ngӳ WKѭӡng ÿѭӧc sӱ dөQJQKѭ6FXOSWXUHG6XUIDFHVKD\IUHHIRUPVXUIDFHVKD\185%6VXUIDFHVlà các bӅ mһWFRQJWUѫQOLrQWөc vӟi các tham sӕ ÿһFWUѭQJFKRFҩu trúc hình hӑc cөc bӝ ÿӝ cong, tiӃp tuyӃn, pháp tuyӃQ«