Tính cấp thiết của đề tàiNgày nay với sự phát triển nhanh chóng của khoahọc công nghệ trên tất cả các lĩnh vực đòi học các sảnphẩm cơ khí ngày càng phải có yêu cầu cao hơn vềchất lượng s
Trang 1ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
DAO PHAY ĐẦU CẦU
Học Viên: Dương Văn Đức Lớp: CHK12 CTM
Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy HDKH: TS Nguyễn Trọng Hiếu
THÁI NGUYÊN - 2011
Trang 21 Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của khoahọc công nghệ trên tất cả các lĩnh vực đòi học các sảnphẩm cơ khí ngày càng phải có yêu cầu cao hơn vềchất lượng sản phẩm, mức độ tự động hóa sản xuất vàđặc biệt là chất lượng bề mặt của chi tiết gia công Tuynhiên các máy công cụ vạn năng truyền thống khó cóthể đáp ứng được nhu cầu này Xuất phát từ thực tế đó,các máy công cụ CNC đã được đưa vào ứng dụng đểtạo ra những chi tiết có chất lượng sản phẩm cao phùhợp với nhu cầu của xã hội
Phay trên Máy CNC là một trong những nguyêncông được ứng dụng rộng rải để gia công các chi tiết
có hình dáng phức tạp, phay thô là nguyên công đểchuận bị phôi cho phay tinh Nếu chất lượng phôikhông tốt có thể gây hỏng dụng cụ cắt hoặc tạo ra sảnphẩm chất lượng thấp Ngược lại nếu chất lượng phôitốt có thể kéo dài tuổi thọ của dụng cụ cắt và nâng caochất lượng của chi tiết gia công
Để tăng khả năng bóc tách kim loại trong quátrình gia công thô, nhiều nghiên cứu đã được tiến hànhcũng như nhiều bài báo đã được xuất bản Ví dụ như,
B Lauiwers và P.P Lefebvre đã phát triển một phươngpháp gia công thô bề mặt phức tạp của khuôn đúc trênmáy 5 trục, phương pháp này dựa trên công nghệchuyển đổi, công nghệ này thường được biết tới để tính
Trang 3toán sự chuyển đổi giữa các bản đồ điểm ảnh 2D Dựatrên đường tiến dao kiểu zigzag hoặc contour, 3 modulxây dựng mã lệnh NC cho việc gia công thô bề mặtkhắc được giới thiệu bởi Tao và Ting với mục đích đạtđược đường tiến dao hiệu quả nhất trong một khoảngthời gian gia công nhất định.
Những phương pháp trên rất hiệu quả và một vàiphương pháp đã được áp dụng vào thực tế Tuy nhiên,
bề mặt tinh hay biên dạng của phần vật liệu dư trongnhững nghiên cứu trên không được đưa ra như một yếu
tố quan trọng hoặc bị loại bỏ hẳn Trên thực tế, hìnhdáng và kích thước của phần vật liệu dư có ảnh hưởnglớn trong một vài ứng dụng Ví dụ trong gia công tốc
độ cao, để đáp ứng yêu cầu là chiều sâu cắt không đổicần phải có dụng cụ cắt không bị gãy trong quá trìnhgia công Những biên dạng chi tiết không đồng đều sẽdẫn đến sự biến đổi lực cắt, từ đó có thể gây ra gãydụng cụ cắt Để đạt được bề mặt gia công tinh tốt hơn,đòi hỏi phải có thêm lần gia công cũng như thêm thờigian gia công Nếu như gia công thô có thể đem lạichất lượng bề mặt gia công tinh tốt hơn, từ đó có thểloại bỏ được lần gia công bán tinh dẫn đến giảm thờigian gia công, và giảm giá thành sản phẩm Tuy nhiên,cho tới nay, chưa có nghiên cứu nào về việc tăng chấtlượng bề mặt sau gia công thô được tiến hành
Trang 4Xuất phát từ thực tế đó tác giả đã chọn đề tài
“Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng gia
công thô trên máy phay CNC” làm đề tài tốt nghiệp.
2 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học của đề tài:
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần bổsung cho cơ sở lý thuyết về nghiên cứu máy CNC vàlập trình gia công trên máy
- Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ ứng dụng vào
việc nâng cao chất lượng gia công thô trên máy phayCNC
3 Mục đích của đề tài
- Mục đích của đề tài là nghiên cứu một phươngpháp gia công thô bằng cách xem xét đến lượng dư giacông linh động trong quá trình gia công Mục đích củaphương pháp là xây dựng được đường chạy dao tối ưu
để đem lại chất lượng bề mặt gia công thô tốt hơn màkhông làm tăng thời gian gia công khi phay thô trênmáy CNC
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là máy phayEMCO Concept Mill 55 sử dụng hệ điều khiểnSINUMERIK
Trang 5CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC1.1 Lịch sử phát triển
Các hệ thống điều khiển CNC
1.2.1 Điều khiển điểm - điểm
1.2.2 Điều khiển đoạn thẳng
1.2.3 Điều khiển đường
1.3 Hệ thống tọa độ và các điểm gốc, điểm chuẩn1.3.1 Hệ thống tọa độ trên máy CNC
1.3.2 Các điểm gốc và điểm chuẩn
1.4 Ngôn ngữ và hình thức tổ chức lập trình CNC1.4.1 Chương trình gia công theo hệ tọa độ tuyệt đối1.4.2 Chương trình gia công theo hệ tọa độ tương đối1.4.3 Chương trình theo hệ tọa độ hỗn hợp
1.4.4 Chương trình theo hệ tọa độ độc cực
1.4.5 Các hình thức tổ chức lập trình gia công CNC
Trang 62.1.1 Vết dao trong quá trình gia công thô.
Vết dao khi phay bằng dao phay đầu cầu trongphương pháp phay từng lớp được thấy trong hình 2.1.Chiều cao nhấp nhô h là chiều cao của phần vật liệuchưa gia công để lại khi thay đổi đường chạy dao Đây
là một thông số quan trọng khi đo đạc chất lượng bềmặt sau gia công thô Chiều cao nhấp nhô càng cao thìchất lượng bề mặt chi tiết sau gia công thô càng thấp.Phần nhấp nhô có thể làm nhỏ hơn bằng cách giảmbước tiến ngang g (khoảng cách giữa 2 lần thay đổibước tiến dao) Bằng cách giảm bước tiến ngang, chiềucao nhấp nhô sẽ giảm dẫn đến tăng chất lượng bề mặtsau gia công thô Tuy nhiên, nhược điểm lớn ở đây làkhi giảm bước tiến ngang đường chạy dao sẽ tăng dẫnđến tăng thời gian gia công Đó chính là lí do tại saokhi gia công thô, người ta thường chọn bước tiếnngang lớn và dẫn đến việc chất lượng bề mặt sau giacông thô kém
Trang 72.1.2 Chiều cao nhấp nhô
2.1.3 Vai trò của chất lượng bề mặt chi tiết sau khi gia công thô.
Phương pháp tiến dao theo chiều cao nhấp nhôkhông thay đổi đã được phát triển và ứng dụng vào giacông tinh Lợi thế của phương pháp này là nó luônluôn bám sát vào bề mặt tinh của chi tiết Khi cắt bềmặt 3D phức tạp, khả năng tính toán đường chạy daodựa vào chiều cao nhấp nhô so với bước tiến dao đặttrước đã xuất hiện trong nhiều phần mềm CAM, nhưngthật đáng tiếc là trong quá trình gia công thô, khả năngnày không được đề cập tới hoặc được coi là một yếu tốảnh hưởng không quan trọng, chỉ có khả năng bóc táchvật liệu được đề cập đến trong quá trình gia công thô.Trong thực tế, bước gia công thô tốc độ cao đóng vaitrò quan trọng hơn so với khi gia công thô thôngthường Bước gia công thô tốc độ cao phải để lại mộtlượng dư đều nhau hơn cho gia công bán tinh và gia
Hình 2.1: Chiều cao nhấp nhô h và bước tiến dao ngang g
Trang 8công tinh so với khi gia công thông thường Điều nàyrất quan trọng vì nó sẽ giữ cho tốc độ bóc tách phoikhông đổi trong quá trình gia công tốc độ cao Điềunày sẽ giữ cho lực cắt ít thay đổi, do đó sẽ ít xảy ranhững lát cắt bất thường
Để tăng độ chính xác cho bề mặt sau khi gia công,phương pháp trực tiếp là làm giảm bước tiến ngang g.Tuy nhiên, như đã đề cập ở trên, bước tiến ngang nhỏ
sẽ làm tăng thời gian gia công dẫn đến giảm năng suất.Nếu như có một phương pháp mà làm tăng chất lượng
bề mặt sau gia công thô mà không làm tăng thời giangia công, phương pháp đó sẽ rất hữu ích trong gia côngcắt gọt
2.2 Lý thuyết về lượng dư gia công linh động.
Lượng dư gia công linh động là một trạng thái tứcthời của mẫu được lập ra trong quá trình gia công hiện
Hình 2.2:Gia công tinh bề mặt cong.
Trang 9tại hoặc trong một khoảng thời gian riêng biệt Nó thểhiện lớp phôi sau khi dụng cụ cắt đi qua tại một thờiđiểm nhất định Ví dụ, trong quá trình cắt mô phỏng,lượng phôi trong quá trình gia công hay lượng dư giacông còn lại là cái được hiện ra sau quá trình gia côngthô Chi tiết lúc này không phải là sản phẩm cuối cùng,
nó chỉ là bước chuyển tiếp cho quá trình gia công bántinh tiếp theo
Điều này rất quan trọng cho thuật toán xây dựngđường chạy dao để hiểu được những gì thay đổi trêncấu trúc bề mặt xảy ra giữa những đường chạy dao Lýthuyết về lượng dư gia công linh động cho phép tạo ranhững đường chạy dao trong khu vực phôi mà đườngdụng cụ trước chưa cắt hết Quỹ đạo của đường chạydao cho phương pháp gia công tiếp theo có thể đượctối ưu dựa trên dựa trên kiến thức về lượng dư còn lạicủa lần gia công trước đó
2.3 Thiết lập đường dẫn dao cho phương pháp nghiên cứu.
Dựa trên lý thuyết về lượng dư gia công linhđộng vừa trình bày ở trên Ta có thể thiết lập đượcđường dẫn dao mới cho quá trình gia công thô vớinhững điều kiện sau:
Phương pháp gia công chi tiết là cắt theotừng lớp từng lớp
Trang 10 Tổng số lớp cắt là N.
Trong thực tế, dao phay đầu cầu thường dùng đểgia công các bề mặt cong, tuy nhiên để đơn giản hóa talần lượt xét các bề mặt gia công là mặt phẳng, từ đólàm cơ sở cho việc tính toán gia công các mặt conglỏm và mặt cong lồi
Trong hình 2.4, đường cong nét đứt cho thấy mẫu
thu được sau quá trình cắt lớp n-1 Đường cong nét liền là vết dao cắt khi cắt lớp thứ n Các đỉnh nhấp nhô được đặt từ P 1 , P 2 , …, đến P m
Vị trí dao cắt ở lớp thứ n được đặt dưới đỉnh nhấp nhô (tạo bởi lớp cắt n-1) một khoảng bằng chiều sâu
cắt t Là các điểm P1’, P2’, …, Pm’
Trang 11Giả sử gia công với bước tiến ngang lớn nhất,
(100% bán kính dao), khi đó chiều cao nhấp nhô (ở lớp
thứ n-1) h bằng đúng bán kính cắt r của dao,
Có thể tính toán được mối quan hệ giữa chiều cao
nhấp nhô h và chiều sâu cắt t như sau.
Hình 2.3: Đường dẫn dao ở các lớp cắt khác nhau
Hình 2.4: Chiều cao nhấp nhô và bước tiến dao
ngang.
Lượng dư còn lại
t
Đường dẫn thứ nhất
Trang 12Giả sử O1 và O2’ lần lượt là hai tâm của dụng cụ cắttrong hai trường hợp.
Trong O1O2O2’, góc O1O2O2’ = 90o
O1O2’ = '2
2 2
2 2
Góc O2’O1O2 = sin-1(O2O2’/O1O2’) = sin1(O2O2’/
2 ' 2 2
2 2
2 2
Hình 2.5: Chiều cao nhấp nhô, chiều
sâu cắt và bước tiến ngang.
Trang 13Góc AO1B = 90o - BO O '
2
1 -
2 1
2 ' O O
2 2
Có thể dễ dàng nhận thấy rằng chiều cao nhấp nhô
h này sẽ nhỏ hơn chiều cao nhấp nhô trong phương
pháp gia công thông thường (bằng r)
2.3.2 Bề mặt gia công là mặt cong lỏm
2 2
2 2
2 2
2 2
Trang 14Chi tiết Lượng tiến dao ngang
Hình 2.6 Đường dẫn dao khi gia công bề mặt cong lỏm
bằng phương pháp thông thường
Hình 2.7 Đường dẫn dao khi gia công bề mặt cong lảm theo
Phương pháp nghiên cứu
Bước n
Bước n -1
Chi tiết
Trang 15Có thể tính toán được mối quan hệ giữa chiều cao
nhấp nhô h và chiều sâu cắt t như sau.
Giả sử bán kính cong cần gia công là R, tâm O.Bán kính dao là r
Chiều cao nhấp nhô = DE + EF = EF + AC
2.3.3 Bề mặt gia công là mặt cong lồi
Lượng tiến dao ngang
Hình 2.8 Lượng dư còn lại khi gia công bề mặt cong làm
theo Phương pháp nghiên cứu
Trang 16Có thể tính toán được mối quan hệ giữa chiều cao
nhấp nhô h và chiều sâu cắt t như sau.
Hình 2.9 Đường dẫn dao dao khi gia công bề mặt cong lồi
theo phương pháp thông thường
Hình 2.10 Đường dẫn dao dao khi gia công bề mặt cong lồi
theo phương pháp nghiên cứu
Bước n Bước n-1 Chi tiết
Lượng tiến dao ngang
Trang 17Chiều cao nhấp nhô = DE + EF = EF + AC
Chiều cao nhấp nhô:
ở lớp thứ 2 sẽ cắt tại đỉnh nhấp nhô của lớp thứ nhất,quỹ đạo dao ở lớp thứ 3 sẽ cắt tại đỉnh nhấp nhô củalớp thứ 2 … Cứ như vậy cho đến hết chiều sâu cầncắt
Hình 2.11 Lượng dư còn lại khi gia công bề mặt cong
lõm theo pp nghiên cứu
Trang 18Chương III
CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
3.1 Giới thiệu thiết bị thí nghiệm
Máy phay PC MILL 55
Hệ điều khiển SINUMERIK trên máy phay PCMILL 55
Trang 19Mẫu gia công
o Chiều sâu tổng cộng khi gia công cắt thử, d = 2mm
o Bước tiến dao ngang g = 100% = 6 mm
o Chế độ gia công khô
3.2.1.1 Gia công bề mặt phẳng theo phương
Trang 203.2.1.2 Gia công bề mặt phẳng theo phương
pháp nghiên cứu.
Hình 3.4: Đường chạy dao theo phương pháp mới
Hình 3.5: Chi tiết đã gia công xong bằng phương pháp
nghiên cứu.
3.2.1.3 So sánh 2 mẫu cắt được.
Hình 3.6: Hai mẫu gia công
Phôi
Trang 21- Dễ dàng nhận thấy trên hình chụp cũng nhưtrên các hình 3.69 và 3.73, chiều cao nhấp nhôcủa chi tiết sau gia công thô bằng phương phápmới là h2 giảm đáng kể so với khi gia công theo
nghĩa rất lớn đối với bước gia công tiếp theo
phút 15 giây Như vậy khi gia công bằngphương pháp nghiên cứu, thời gian cắt gọtkhông tăng
3.2.2 Gia công bề mặt cong.
Thí nghiệm được tiến hành trên phôi nhựa và phôinhôm có hình dáng như hình 3.7
Hình 3.7: Phôi gia công bề mặt cong.
Chế độ cắt sử dụng trong thí nghiệm
o Tốc độ trục chính, S = 2500 vòng/phút
o Lượng tiến dao gia công, F = 250 mm/phút
o Chiều sâu cắt của mỗi lớp cắt, d = 1 mm
o Chiều sâu tổng cộng khi gia công cắt thử, d =
3 mm
o Bước tiến dao ngang g = 100% = 6 mm
Trang 22o Chế độ gia công khô
3.2.2.1 Gia công bề mặt cong theo phương pháp
thông thường.
Hình 3.8: Đường chạy dao theo phương pháp thông
thường
Hình 3.9: Kết quả cắt thử theo phương pháp thông
thường trên phôi nhựa và phôi nhôm
Trang 233.2.2.2 Gia công bề mặt cong theo phương pháp
nghiên cứu.
Hình3.10: Đường chạy dao theo phương pháp mới
Hình3.11: Kết quả cắt thử theo phương pháp mới trên
phôi nhựa và phôi nhôm
3.2.2.3 So sánh 2 mẫu gia công.
Hình 3.12: Hai mẫu gia công với phôi nhôm
Trang 24Hình 3.13: Hai mẫu gia công với phôi nhựa
nhấp nhô của chi tiết sau gia công thô bằngphương pháp mới giảm đáng kể so với khi giacông theo phương pháp thông thường Điều này
có ý nghĩa rất lớn đối với bước gia công tiếptheo
phút 30 giây Như vậy khi gia công bằngphương pháp nghiên cứu, thời gian cắt gọtkhông tăng
KẾT LUẬN
khi gia công thô tốt hơn phương pháp gia côngthông thường
đương nhau
Trang 25TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 B Lauiwers, P.P Lefebvre Five-axis rough milling strategies for complex shaped cavities based on
morphing technology Annals of CIRP, Vol 55(1),
p.59 -62, 2006
2 Emco Maier, Machine description, Concept Mill 55
3 Emco Maier, Control description, Sinumerik