Nghiên cứu công nghệ CADCAMCNC ứng dụng vào việc thiết kế và gia công các bề mặt phức tạp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ THANH SƠN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CAD/CAM/CNC - ỨNG DỤNG VÀO VIỆC THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG CÁC BỀ MẶT PHỨC TẠP CHUYÊN NGÀNH : CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TIẾN SĨ TRƢƠNG HOÀNH SƠN Hà Nội – Năm 2012 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan nghiên cứu 1.1.1 Tổng quan công nghệ điều khiển số (CNC) 1.1.2 Tổng quan CAD/CAM 1.2 Giới hạn nghiên cứu đề tài 14 1.3 Kết luận chƣơng I 14 CHƢƠNG II: CÔNG NGHỆ CAD TRONG VIỆC THIẾT KẾ CƠ KHÍ 16 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CAD 16 2.1 GIỚI THIỆU PHẦN THIẾT KẾ CAD CỦA PHẦN MỀM CIMATRON E10:17 CHƢƠNG III: GIA CÔNG CƠ KHÍ CÓ SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ CAM 63 3.1 Giới thiệu phần CAM Cimatron 63 3.2 Ứng dụng phần CAM Cimatron để làm chƣơng trình gia công cho bề mặt phức tạp 77 3.3 Kết luận chƣơng 83 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ GIA CÔNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHUNG VỀ SẢN PHẨM 84 4.1 Gia công sản phẩm máy CNC 84 4.1.1 Máy gia công 84 4.1.2 Một số thông số công nghệ dao cụ 85 4.1.3 Sản phẩm 86 4.2 Kiểm tra sản phẩm sau gia công để đánh giá độ xác nhƣ chất lƣợng bề mặt chi tiết sau gia công 87 4.2.1 Đo độ nhám bề mặt sản phẩm 87 4.2.2 Kiểm tra độ xác sản phẩm 88 4.2.3 Các nguyên nhân ảnh hƣởng đến độ xác gia công máy CNC 88 4.3 Kết luận 95 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 96 LỜI CẢM ƠN 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 LỜI CAM ĐOAN Luận văn Thạc sĩ “Nghiên cứu công nghệ CAD/CAM/CNC - Ứng dụng vào việc thiết kế gia công bề mặt phức tạp” Đƣợc hoàn thành tác giả Vũ Thanh Sơn – Học viên Cao học ngành Công nghệ chế tạo máy – Khóa 2011B – Viện Cơ Khí – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin cam đoan số liệu kết nêu Luận Văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác, trừ phần tham khảo đƣợc ghi rõ Luận Văn Tác giả Luận Văn Vũ Thanh Sơn LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần đây, phát triển nhanh chóng khoa học kỹ thuật thúc đẩy ngành công nghiệp sản xuất tự động phát triển theo Trong lĩnh vực khí chế tạo, đời máy công cụ điều khiển chƣơng trình số với trợ giúp máy tính, gọi tắt máy CNC, đƣa ngành khí chế tạo sang thời kỳ mới, thời kỳ sản xuất đại, thời đại Tự động hóa Hầu hết nhà máy, xí nghiệp, khu công nghiệp nƣớc ta nhiều đƣợc bố trí máy công cụ CNC để phục vụ sản xuất, bao gồm loại máy Phay, Tiện, Bào, Mài, Khoan có số trục điều khiển 2, 3, 4, Nhƣng sở sản xuất hầu nhƣ chƣa biết cách khai thác hết khả gia công máy Lý chủ yếu trình độ lập trình cán kỹ thuật Việt Nam yếu, chƣơng trình điều khiển máy CNC đƣợc ngƣời lập trình viết tay, chƣa biết sử dụng phần mềm hỗ trợ để lập trình Trong nhu cầu chế tạo sản phẩm có hình dáng hình học phức tạp ngày gia tăng, đặc biệt số lĩnh vực nhƣ ngành da giầy, ngành dệt, sản xuất hàng tiêu dùng, chế tạo khuôn mẫu Vì vậy, ứng dụng công nghệ CAD/CAM phục vụ cho máy công cụ CNC vấn đề đƣợc nhiều ngƣời quan tâm, công nghệ không phục vụ sản xuất đại, mà góp phần nâng cao suất chế tạo sản phẩm gia công khí Chất lƣợng sản phẩm gia công khí không vấn đề độ bền, độ bóng bề mặt, mà bao hàm độ xác vị trí tƣơng quan, độ xác hình dáng hình học chi tiết gia công, thời gian, giá thành gia công chi tiết Để chế tạo đƣợc sản phẩm khí có đủ tính nhƣ trung tâm gia công CNC nhiều trục lựa chọn hiệu quả, nhằm cải thiện chất lƣợng sản phẩm, giảm thời gian gia công Qua phân tích ta thấy đƣợc việc nghiên cứu ứng dụng phần mềm CAD/CAM vào việc xây dựng lập chƣơng trình gia công cho bề mặt phức tạp máy công cụ CNC điều cần thiết Với định hƣớng nhƣ chọn thực đề tài luận văn tốt nghiệp với nội dung “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CNC vào việc thiết kế gia công bề mặt phức tạp” Nội dung luận văn gồm: - Chƣơng 1: Tổng quan nghiên cứu liên quan đến đề tài nƣớc giới hạn nghiên cứu - Chƣơng 2: Công nghệ CAD thiết kế khí - Chƣơng 3: Gia công khí có sử dụng công nghệ CAM - Chƣơng 4: Kết gia công đánh giá chung sản phẩm Chƣơng TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan nghiên cứu 1.1.1.Tổng quan công nghệ điều khiển số (CNC) Mặc dù máy tiện dung để gia công chi tiết làm gỗ đƣợc sử dụng từ lâu nhƣng máy tiện gia công kim loại thực tế đƣợc Henry Maudslay phát minh vào năm 1800 Nó đơn giản công cụ máy giữ mẩu kim loại đƣợc gia công (hay phôi) bàn kẹp hay trục quay quay mẩu kim loại đó, dụng cụ cắt gia công bề mặt theo đƣờng mong muốn Dụng cụ cắt đƣợc nhân viên vận hành thông qua việc sử dụng tay quay hay vô lăng Độ xác kích cỡ đƣợc nhân viên vận hành điều khiển cách quan sát đĩa chia độ vô lăng di chuyển công cụ cắt theo số lƣợng hợp lý Mỗi chi tiết đƣợc sản xuất đòi hỏi vận hành viên phải lặp lại cử động trình tự với kích thƣớc Chiếc máy phay đƣợc vận hành theo cách thức tƣơng tự nhƣ vậy, ngoại trừ công cụ cắt đƣợc đặt trục quay Phôi đƣợc lắp bệ máy hay bàn làm việc di chuyển theo công cụ cắt, qua việc sử dụng vô lăng để gia công đƣờng mức phôi Chiếc máy phay Eli Whitney phát minh năm 1818 Những chuyển động đƣợc sử dụng công cụ máy đƣợc gọi trục đề cập đến trục: ―X‖ (thƣờng từ trái qua phải), ―Y‖ (trƣớc sau) ―Z‖ (trên dƣới) Bàn làm việc đƣợc quay theo mặt ngang hay dọc, tạo trục chuyển động thứ tƣ Một số máy có trục thứ năm, cho phép trục quay theo góc Một vấn đề dòng máy ban đầu chúng đòi hỏi nhân viên vận hành phải sử dụng vô lăng để tạo chi tiết Ngoài tính nhàm chán gây mệt mỏi thể chất, khả chế tạo chi tiết vận hành viên bị hạn chế Chỉ khác biệt nhỏ vận hành dẫn đến thay đổi kích thƣớc đó, tạo chi tiết không phù hợp Tỉ lệ phế phẩm đƣợc tạo từ hoạt động nhƣ cao, gây lãng phí nguyên liệu thời gian lao động Khi số lƣợng sản xuất tăng lên tỉ lệ phế phẩm tăng cao, điều cần thiết phƣơng tiện vận hành chuyển động máy cách tự động Những nỗ lực ban đầu để ―tự động hóa‖ hoạt động sử dụng loạt Cam để di chuyển dao cụ hay bàn làm việc qua liên kết (linkage) Khi Cam quay, liên kết lần theo bề mặt mặt Cam (cam face), di chuyển công cụ cắt hay phôi qua dãy chuyển động Mặt Cam đƣợc định hình để điều khiển khối lƣợng chuyển động liên kết tốc độ, Cam quay điều khiển tốc độ cấp dao Một số máy tồn ngày đƣợc gọi máy ―Swiss‖ (máy kiểu Thụy Sĩ), tên đồng nghĩa với gia công xác Thiết kế máy CNC đại bắt nguồn từ tác phẩm John T Parsons cuối năm 1940 đầu năm 1950, John Parsons quản lý hãng sản xuất hàng không thành phố Traverse, Michigan Sau Thế chiến II, Parsons tham gia sản xuất cánh máy bay trực thăng, công việc đòi hỏi phải gia công xác hình dạng phức tạp Đối mặt với tính phức tạp ngày cao hình dạng chi tiết vấn đề toán học kỹ thuật nhƣ vậy, Parsons tìm biện pháp để giảm chi phí kỹ thuật cho công ty Ông xin phép International Business Machine sử dụng máy tính văn phòng trung ƣơng họ để thực loạt phép toán cho cánh máy bay trực thăng Cuối cùng, ông dàn xếp với Thomas J Watson, chủ tịch huyền thoại IBM, nhờ IBM làm việc với tập đoàn Parsons để tạo máy đƣợc điều khiển thẻ đục lỗ Nhƣ vậy, thông qua việc sử dụng máy tính IBM thời kì đầu, ông tạo dẫn đƣờng mức xác nhiều sử dụng phép tính tay sơ đồ Dựa kinh nghiệm này, ông giành đƣợc hợp đồng phát triển ―máy cắt đƣờng mức tự động‖ cho không quân để tạo mặt cong cho cánh máy bay Đó hợp đồng với Air Force để sản xuất máy đƣợc điều khiển thẻ hay băng từ có khả cắt hình dạng đƣờng mức giống nhƣ hình cánh quạt cánh máy bay Sử dụng đầu đọc thẻ máy tính điều khiển động trợ động (servomotor) xác, máy đƣợc chế tạo lớn, phức tạp đắt đỏ Mặc dù vậy, làm việc cách tự động sản xuất mặt cong với độ xác cao đáp ứng nhu cầu ngành công nghiệp máy bay Sau đó, Parsons đến gặp kĩ sƣ phòng thí nghiệm thuộc Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) nhờ hỗ trợ dự án Các nhà nghiên cứu MIT thí nghiệm nhiều kiểu trình khác làm việc với dự án Air Force từ thời Thế chiến II Phòng thí nghiệm MIT nhận thấy hội tốt để mở rộng nghiên cứu sang lĩnh vực điều khiển cấu phản hồi Việc phát triển thành công công cụ máy CNC đƣợc nhà nghiên cứu trƣờng đại học đảm trách với mục tiêu đáp ứng nhu cầu nhà bảo trợ quân đội Nhƣ ý tƣởng dùng nguyên lý điều khiển số vào máy công cụ xuất nhu cầu quân đội đƣợc thực hóa Đến năm 1960, giá thành tính phức tạp máy tự động giảm đến mức độ định để ứng dụng ngành công nghiệp khác Những máy sử dụng động truyền động điện chiều để vận hành vô lăng vận hành dao cụ Các động nhận dẫn điện từ đầu đọc băng từ — đọc băng giấy có chiều rộng khoảng 2,5cm có đục hàng lỗ Vị trí thứ tự lỗ cho phép đầu đọc sản xuất xung điện cần thiết để quay động với thời gian tốc độ xác, thực tế điều khiển máy giống nhƣ nhân viên vận hành Các xung điện đƣợc quản lý máy tính đơn giản nhớ Chúng thƣờng đƣợc gọi NC hay máy điều khiển số Một nhà lập trình sản xuất băng từ máy giống nhƣ máy đánh chữ, hay xác ―băng giấy‖ đƣợc sử dụng máy tính thời kì đầu, sử dụng nhƣ ―chƣơng trình‖ Kích cỡ chƣơng trình đƣợc xác định độ dài băng cần phải đọc để sản xuất chi tiết cụ thể Các điều khiển số dùng đèn điện tử nên tốc độ xử lý chậm, cồng kềnh tiêu tốn nhiều lƣợng Việc sử dụng chúng khó khăn, nhƣ chƣơng trình đƣợc chứa băng bìa đục lỗ, khó hiểu không sửa chữa đƣợc Giao tiếp ngƣời máy khó khăn hình, bàn phím Sau linh kiện bán dẫn đƣợc sử dụng phổ biến công nghiệp máy nhỏ gọn hơn, tốc độ xử lý cao hơn, tiêu tốn lƣợng hơn, nhƣng tính sử dụng máy NC chƣa đƣợc cải thiện đáng kể có ứng dụng máy tính Sự xuất IC (1959), LSI (1965), vi xử lý (1974) tiến kỹ thuật lƣu trữ xử lý số liệu làm nên cách mạng kỹ thuật điều khiển số máy công cụ Các phận điều khiển số máy công cụ đƣợc tích hợp máy tính thuật ngữ CNC (Computer Numerical Control) đƣợc sử dụng từ đầu thập kỷ 70 Máy CNC ƣu việt máy NC thông thƣờng nhiều mặt nhƣ tốc độ xử lý cao, kết cấu gọn…nhƣng ƣu điểm quan trọng chúng tính sử dụng, giao diện với ngƣời dùng thiết bị ngoại vi khác Các máy CNC ngày có hình, bàn phím nhiều thiết bị khác để trao đổi thông tin với ngƣời dùng Nhờ hình ngƣời dùng đƣợc thông báo thƣờng xuyên tình trạng máy, cảnh báo lỗi, có mô để kiểm tra trƣớc trình gia công…Máy CNC làm việc đồng với thiết bị sản xuất khác nhƣ robot, băng tải, thiết bị đo…trong hệ thống sản xuất Áp dụng điều khiển số công nghệ thông tin vào điều khiển máy công cụ tạo cách mạng công nghệ chế tạo khí, nhờ sản phẩm đƣợc chế tạo ngày xác hơn, đẹp hơn, giá thành thấp 1.1.2.Tổng quan CAD/CAM Lịch sử phát triển CAD/CAM liên quan trực tiếp tới phát triển đồ hoạ máy tính Đƣơng nhiên CAD/CAM bao hàm nội dung rộng lớn đồ hoạ máy tính, song hệ đồ hoạ máy tính viết tắt ICG (Interative Computer Graphics) phận CAD Lịch sử phát triển đồ hoạ máy tính diễn biến qua nhiều thời kỳ: - Một dự án quan trọng lĩnh vực đồ hoạ máy tính dự án triển khai ngôn ngữ APT Học viện Công nghệ Massachusetts (MIT) vào thập kỷ 50 APT chữ viết tắt thuật ngữ ―Automatically Programed Tool‖, có nghĩa "công cụ lập trình tự động" Dự án có quan hệ mật thiết với ý tƣởng triển khai phƣơng pháp thuận tiện để thông qua máy tính xác định yếu tố hình học phục vụ việc lập trình cho máy công cụ điều khiển số Mặc dù phát triển APT cột mốc quan trọng lĩnh vực đồ hoạ máy tính, nhƣng việc sử dụng ngôn ngữ APT trƣớc lại liên quan với đồ hoạ máy tính - Một ý tƣởng khác, đời vào khoảng cuối thập kỷ 50 có tên "bút quang" Ý tƣởng bút quang xuất nghiên cứu cách xử lý liệu đa dự án quốc phòng gọi SAGE (Semi-Automatic Ground Environment system) Mục đích dự án triển khai hệ thống phân tích liệu rađa làm rõ mục đích đƣợc coi máy bay địch hình CRT (Catode Ray Tube - ống phóng chùm tia âm cực) Để tiết kiệm thời gian vào việc hiển thị máy bay đánh chặn chủ nhà chống lại máy bay địch, ngƣời ta nghĩ bút quang, dụng cụ dùng để vẽ hình ảnh trực tiếp lên hình giúp cho CPU nhận biết vị trí cụ thể hình vừa đƣợc bút quang tiếp xúc - Năm 1963 Ivan Sutherland công bố số kết đồ hoạ máy tính, cho phép tạo làm chủ hình ảnh thời gian thực hành CRT - Nhiều tập đoàn công nghiệp nhƣ General Motors, IBM, LockheedGeorgia, Itek Corp, Mc Ponell, v.v bắt đầu thực dự án đồ hoạ máy tính từ năm 60 Đến cuối thập kỷ 60 số nhà cung cấp hệ thống CAD/CAM đƣợc thành lập, phải kể đến hãng Calma vào năm 1969 Các hãng bán trọn gói theo kiểu chìa khoá trao tay, gồm có hầu hết toàn phần cứng phần mềm theo yêu cầu khách hàng Một số hãng khác phát triển theo hƣớng cung cấp phần mềm đồ hoạ nhƣ hãng Pat Hanratti mà công ty thành viên MCS cho đời AD 2000 (với phiên sau ANVIL 4000), đƣợc coi gói phần mềm CAD phổ dụng Nhƣ vậy, khái niệm CAD (Computer Aided Design) có nghĩa là: Thiết kế với trợ giúp máy tính Mục tiêu lĩnh vực CAD là: Tự động hoá bƣớc, tiến tới tự động hoá cao trình thiết kế sản phẩm Kết CAD vẽ xác định, biểu diễn nhiều hình chiếu khác chi tiết khí với đặc trƣng hình học chức Khái niệm CAM (Computer Aided Manufacturing) có nghĩa là: Sản xuất với trợ giúp máy tính Mục tiêu lĩnh vực CAM là: Mô trình chế tạo, lập trình chế tạo sản phẩm máy CNC Kết CAM cụ thể, chi tiết khí Trong CAM không truyền đạt biểu diễn thực thể mà CHƢƠNG KẾT QUẢ GIA CÔNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHUNG VỀ SẢN PHẨM 4.1 Gia công sản phẩm máy CNC 4.1.1 Máy gia công Việc gia công đƣợc thực máy phay CNC GV 503 hãng Mori SeikiNhật Bản đƣợc sử dụng Trung tâm thực hành trƣờng ĐH Bách Khoa Hà Nội Hình 4.1 Máy phay CNC GV503 Một số thông số máy: Kiểu máy Trung tâm gia công Hệ điều khiển Fanuc Số trục (X, Y, Z) Hành trình trục X 610 (mm) Hành trình trục Y 510 (mm) Hành trình trục Z 460 (mm) Đài gá dao 30 Trục Công suất máy 11 (Kw) 84 Tốc độ lớn trục 12000 (vòng/phút) 4.1.2 Một số thông số công nghệ dao cụ TT Nguyên Công Dao v (mm/ph) S (v/ph) F (mm/ph) Thô Dao trụ 32, 150 2000 800 Bán tinh Dao cầu 12 120 3200 1000 Tinh Dao cầu 6 120 6000 1200 Hình 4.2 Dao trụ 32 ghép mảnh VP15TF, hãng Mitsubishi Hình 4.3 Dao cầu 12 (Super Carbide Tool) CEB2 6R TIALN, hãng CMTéc 85 Hình 4.4 Dao cầu 6 (Micro Grain Carbide) S220 EB2 3R TIALN, hãng CMTéc 4.1.3 Sản phẩm Sau gia công làm ta đƣợc sản phẩm gia công: Hình 4.5 Sản phẩm gia công 86 4.2 Kiểm tra sản phẩm sau gia công để đánh giá độ xác nhƣ chất lƣợng bề mặt chi tiết sau gia công 4.2.1 Đo độ nhám bề mặt sản phẩm - Độ nhấp nhô tế vi (độ nhám bề mặt): Độ nhám bề mặt CTM tập hợp tất bề lồi, lõm với bƣớc cực nhỏ quan sát đƣợc khoảng ngắn tiêu chuẩn - Độ nhám bề mặt chi tiết máy đƣợc đánh giá chủ yếu dựa hai đại lƣợng sau: - Sai lệch trung bình số học prôfin Ra: Là trung bình cộng giá trị chiều cao h tính từ đƣờng trung bình phạm vi chiều dài chuẩn l 1 n Ra   hx dx   hi l0 n i 1 Với: - l: Chiều dài chuẩn - hx: Chiều cao nhấp nhô tính từ đường chuẩn - n: Số nhấp nhô đo - Việc đo độ bóng sau gia công đƣợc thực máy đo độ bóng Mitutoyo SJ-400 phòng thí nghiệm khí xác trƣờng đại học Công nghiệp Hình dáng bên máy đo nhƣ hình 4.6 87 Hình 4.6 Máy đo độ bóng Mitutoyo SJ-400 - Đây sơ đồ đầu đo để thực việc đo độ bóng Chiều dài chuẩn để thực lấy mẫu kết đo L = 4(cm) Chiều tiến dầu đo từ vào nhƣ hình vẽ 4.7 Hình 4.7 Đầu đo thực đo độ bóng 4.2.2 Kiểm tra độ xác sản phẩm 4.2.3 Các nguyên nhân ảnh hƣởng đến độ xác gia công máy CNC Độ xác máy: Độ xác máy trạng thái không tải đƣợc gọi độ xác hình học Tuỳ theo độ xác máy CNC ngƣời ta chia chúng loại: - Máy có độ xác bình thƣờng - Máy có độ xác tƣơng đối cao - Máy có độ xác cao - Máy có độ xác cao 88 Nếu so sánh độ xác gia công máy đó, ta có tỷ lệ nhƣ sau: giả sử dung sai loại máy thứ dung sai gia công máy loại thứ 0,6; máy loại thứ ba 0,4 máy loại thứ tƣ 0,25 Khi kiểm tra độ xác máy ngƣời ta xác định: - Độ xác hình học vị trí tƣơng quan bề mặt để định vị chi tiết gia công dụng cụ cắt - Độ xác chuyển động cấu chấp hành máy cấu dẫn hƣớng - Độ xác vị trí trục quay độ xác dịch chuyển cấu chấp hành mang chi tiết dụng cụ cắt - Độ xác độ nhám bề mặt gia công Ngoài ra, độ xác máy CNC đƣợc đặc trƣng yếu tố nhƣ: độ xác định vị vị trí đƣờng thẳng cấu chấp hành thay đổi hƣớng chuyển động; độ xác chuyển vị trí ban đầu cấu chấp hành; khả dịch chuyển ổn định cấu chấp hành đến điểm xác định; độ xác nội suy đƣờng cong vị trí ổn định dao sau thực chạy dao tự động Độ xác hệ thống điều khiển: - Sai số nội suy chế độ nội suy: Sai số nội suy có ảnh hƣởng đáng kể đến sai số gia công Đối với nội suy sai số hình học (sai số quỹ đạo thực so với quỹ đạo định) phụ thuộc vào góc nghiêng quỹ đạo so với trục toạ độ không vƣợt giá trị xung Δ = 0,1mm, ảnh hƣởng lớn đến sai số gia công Đối với máy CNC hệ giá trị Δ khoảng 0,001 ÷ 0,002mm, không ảnh hƣởng nhiều đến sai số gia công, nhiên ảnh hƣởng đến độ nhám bề mặt Một loại sai số khác không phụ thuộc vào nội suy nhƣng lại xuất chế độ nội suy Nguyên nhân sai số sai số chu kỳ truyền động cấu chạy dao Cụ thể, sai số xuất nguyên nhân: dao động đọc sai số bƣớc trục vít me; sai số tích luỹ bánh đatric phản hồi; độ không đồng tâm trục hệ: động chạy dao – 89 hộp giảm tốc – trục vít me-đatric Khi gia công theo toạ độ sai số thể độ không đồng cấu chạy dao (lƣợng chạy dao thay đổi chút ít) chúng không ảnh hƣởng đến sai số gia công nhƣ độ nhám bề mặt Tuy nhiên, gia công theo nhiều toạ độ lúc (chế độ nội suy theo nhiều trục) chuyển động không theo trục ảnh hƣởng đến sai số gia công độ nhám bề mặt - Sai số phƣơng pháp xấp xỉ: Khi ứng dụng nội suy đƣờng thẳng để gia công chi tiết theo coutour phải dùng phƣơng pháp xấp xỉ để xác định toạ độ điểm nhƣ gây sai số gia công Để giảm sai số gia công phải giảm bƣớc xấp xỉ, nghĩa giảm Δφ Sai số gá đặt phôi: Nhƣ biết giáo trình ―công nghệ chế tạo máy‖ không tính đến sai số đồ gá sai số gá đặt … đƣợc xác định tổng sai số chuẩn … sai số kẹp chặt Đối với chi tiết dạng hộp để đạt độ xác cao nhất, theo khái niệm công nghệ truyền thống chuẩn đo lƣờng chuẩn định vị phải trùng Nhƣ vậy, để đạt đƣợc kích thƣớc nguyên công thứ (hay bƣớc thứ nhất) ta phải gia công mặt chuẩn (cũng mặt chuẩn đo lƣờng) Tuy nhiên máy CNC đạt độ xác cao lần gá ta gia công tất mặt chuẩn đo lƣờng tất mặt phẳng khác có kích thƣớc xác định từ mặt chuẩn đo lƣờng Nhƣ vậy, với trƣờng hợp gia công lần gá dùng mặt phẳng phụ để làm chuẩn định vị, chí bề mặt không gia công (hoặc chƣa gia công) Điều có ý nghĩa quan trọng gia công chi tiết trung tâm gia công Nếu biến dạng tất chi tiết loạt nhƣ xác định xác kích thƣớc điều chỉnh máy có lệnh bù hiệu chỉnh dao Tuy nhiên, vật liệu chi tiết không đồng lực kẹp không ổn định sinh sai số kẹp chặt 90 Sai số điều chỉnh dao: Các thiết bị đo lƣờng đại có độ xác cao (thang chia độ đạt tới 0,001mm) độ phóng đại hình chiếu tới 30 lần Tuy nhiên, độ xác thiết bị đo lƣờng cao nhƣng điều chỉnh dao có sai số Sai số sinh do: sai số dụng cụ đo (δ1…δ8) sai số kẹp chặt dao máy điều chỉnh để đạt kích thƣớc (δ0…δ8) Sai số điều chỉnh máy: Sai số điều chỉnh máy đƣợc xác định tổng hợp điều chỉnh dao, điều chỉnh cấu máy đồ gá có tính đến yếu tố xuất trình gia công để đạt kích thƣớc với dung sai yêu cầu Vị trí tƣơng quan hệ thống công nghệ (máy-dao-đồ gá-chi tiết) đƣợc gọi ―kích thƣớc điều chỉnh‖ Sai số điều chỉnh máy δ… hiệu giá trị giới hạn ―kích thƣớc điều chỉnh‖ phụ thuộc vào: sai số điều chỉnh dao δ…; sai số vị trí điểm chƣơng trình δ…; sai số chi tiết cắt thử δ… độ lệch tâm phân bố chi tiết cắt thử so với tâm phân bố lúc điều chỉnh δ… Độ xác điều chỉnh máy tăng số chi tiết cắt thử tăng Tuy nhiên, gia công loạt nhỏ chi tiết số chi tiết cắt thử cho phép 1, để đạt yêu cầu phải xác định xác vị trí điểm chƣơng trình sử dụng sai số hiệu chỉnh dao thích hợp Sai số chế tạo dao: Khi tiện, bề mặt gia công đƣợc tạo hình điểm khác nằm phần cung tròn đỉnh dao: r-bán kính cung tròn, mặt trụ đƣợc tạo hình điểm A; mặt đầu đƣợc tạo hình điểm B Các yếu tố luôn đƣợc tính đến lập trình gia công mặt côn mặt cong Khi gia công mặt côn cần đƣa vào chƣơng trình giá trị hiệu chỉnh a theo trục Z Nếu bán kính đỉnh dao thực tế khác bán kính đỉnh dao lập trình xuất sai số gia công chi tiết 91 Độ mòn dao: Độ mòn dao có ảnh hƣởng lớn đến sai số gia công đặc biệt chế tạo chi tiết từ vật liệu chịu lửa vật liệu có độ bền cao Chỉ tiêu mòn kích thƣớc h d diện tích mòn theo mặt sau, độ mòn kích thƣớc hp giá trị mà chiều dài dao giảm xuống sau thời gian làm việc Nhƣ vậy, dao bị ngắn đƣờng kính tăng lên Độ mòn dao sai số hệ thống thay đổi Ta thấy lần điều chỉnh dao thứ trƣờng phân bố kích thƣớc 6σ lệch khoảng so với giới hạn dƣới dung sai δ Sau thời gian T1 trƣờng phân bố kích thƣớc không thay đổi nhƣng tâm phân bố xê dịch giá trị ΔC0: ΔC0 = ΔC1 = D1 – D0 (do độ mòn dao gây ra) Sau khoảng thời gian T tâm phân bố lại xê dịch giá trị ΔC1 Sai số hệ thống tổng cộng là: ΔC2 = 2ΔC1 Để cho kích thƣớc gia công không vƣợt phạm vi dung sai sau thời gian ngƣời ta phải điều chỉnh lại dao (gọi vi chỉnh) Nhìn chung, sai số hệ thống thay đổi đƣợc xác định theo công thức: ΔC = tgα.T (tgα cƣờng độ mòn kích thƣớc dao) Vi chỉnh đƣợc thực tay tự động Khi vi chỉnh tay cho máy CNC công nhân sau khoảng thời gian định (hoặc sau số chi tiết đƣợc gia công) phải thực khai báo hiệu chỉnh dao Đối với vi chỉnh tự động hiệu chỉnh dao đƣợc khai báo chƣơng trình lập sẵn Độ cứng vững hệ thống công nghệ: Nhƣ biết, theo giáo trình ―Công nghệ chế tạo máy‖ hệ thống công nghệ bao gồm: máy-dao-đồ gá-chi tiết gia công Trong trình gia công hệ thống biến dạng đàn hồi dƣới tác dụng lực cắt Ngoài ra, lực cắt gây biến dạng tiếp xúc chi tiết hệ thống công nghệ Biến dạng đàn hồi biến dạng tiếp xúc có ảnh hƣởng lớn đến sai số gia công Sai số gia công giảm 92 dần qua nguyên công tỉ lệ sai số sau trƣớc gia công đƣợc gọi hệ số xác hoá K: K = Δb/Δa Ở đây: - Δa sai số trƣớc gia công; - Δb sai số sau gia công Hệ số K luôn nhỏ 1, nguyên công (hay bƣớc) cần phải giảm lƣợng dƣ chiều sâu cắt Để nâng cao độ xác gia công phải thực quy trình công nghệ qua nhiều nguyên công (hay nhiều bƣớc), nhiên máy có độ cứng vững cao ta giảm đƣợc số nguyên công (hay số bƣớc) mà đảm bảo đƣợc độ xác yêu cầu Các máy CNC có độ cứng vững cao máy vạn thông thƣờng khoảng 40 – 50%, điều kiện gia công độ xác đạt đƣợc máy CNC cao Sai số tổng cộng chi tiết gia công máy CNC: Sai số gia công máy CNC đƣợc chia ba nhóm sau đây: sai số kích thƣớc (Δa): sai số hình dạng (Δb) sai số hệ thống tích luỹ (Δc) Sai số tổng cộng đƣợc xác định theo công thức: Δ = Δa2 + Δb2 + Δc2 Lần lƣợt xét sai số trên: Δa1 – sai số kích thƣớc sinh sai số hệ thống điều khiển Δa2 – sai số kích thƣớc sinh sai số tái tạo chƣơng trình Δa3 – sai số kích thƣớc sinh sai số định vị vị trí Δa4 – sai số kích thƣớc sinh sai số cấu chạy dao Δa5 – sai số kích thƣớc sinh sai số cấu truyền động máy Δa6 – sai số kích thƣớc sinh sai số chuẩn bị chƣơng trình Δa7 – sai số kích thƣớc sinh sai số nội suy Δa8 – sai số kích thƣớc sinh sai số lập trình Δa9 – sai số kích thƣớc sinh sai số điều chỉnh máy 10 Δa10 – sai số kích thƣớc sinh sai số kiểm tra điều chỉnh máy 93 11 Δa11 – sai số kích thƣớc sinh sai số kẹp chặt đầu gá dao quay đầu rơvônve 12 Δa12 – sai số kích thƣớc sinh sai số gá đặt cấu điều chỉnh dao 13 Δa13 – sai số kích thƣớc sinh sai số điều chỉnh dao sơ (trong cấu điều chỉnh dao) 14 Δa14 – sai số kích thƣớc sinh sai số gá đặt phôi 15 Δa15 – sai số kích thƣớc sinh sai số đồ gá 16 Δa16 – sai số kích thƣớc sinh sai số kẹp chặt phôi 17 Δa17 – sai số kích thƣớc sinh sai số định vị phôi 18 Δb1 – sai số hình dáng sinh sai số hình học chi tiết máy 19 Δb2 – sai số hình dáng sinh sai số hình học cấu lắp ráp máy 20 Δb3 – sai số hình dáng sinh sai số hình học dao 21 Δb4 – sai số hình dáng sinh biến dạng đàn hồi hệ thống công nghệ 22 Δb5 – sai số hình dáng sinh biến dạng đàn hồi máy 23 Δb6 – sai số hình dáng sinh biến dạng đàn hồi dao 24 Δb7 – sai số hình dáng sinh biến dạng đàn hồi đồ gá 25 Δb8 – sai số hình dáng sinh mòn dao 26 Δb9 – sai số hình dáng sinh biến dạng nhiệt đồ gá 27 Δb10 – sai số hình dáng sinh biến dạng nhiệt máy 28 Δb11 – sai số hình dáng sinh biến dạng nhiệt dao 29 Δb12 – sai số hình dáng sinh biến dạng nhiệt chi tiết gia công 30 Δc1 – sai số hệ thống tích luỹ sinh mòn dao 31 Δc2 – sai số hệ thống tích luỹ sinh biến dạng đồ gá 32 Δc3 – sai số hệ thống tích luỹ sinh biến dạng nhiệt máy 33 Δc4 – sai số hệ thống tích luỹ sinh biến dạng nhiệt dao 4.1.3.1 Kiểm tra độ xác gia công Vì bề mặt gia công có hình dáng phức tạp nên việc kiểm tra lại độ xác sản phẩm dự định đƣợc thực máy đo ATOS I (2M) Trung tâm dịch vụ công nghệ 3D (3D TECH) 94 Hình 4.9 Thiết bị Scan 3D ATOS I 4.2 Kết luận Đã gia công đƣợc chi tiết máy có bề mặt phức tạp từ chƣơng trình gia công đƣợc tạo CAM Cimatron Nhìn chung bề mặt đƣợc gia công đạt yêu cầu kỹ thuật đề sản phẩm Điều chứng tỏ độ xác nhƣ độ tin cậy phẩn mềm Cimatron 95 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Công nghệ CAD/CAM/CNC bƣớc nhảy vọt ngành công nghiệp khí, mang lại hiệu kinh tế kỹ thuật to lớn, giúp giảm thiểu sức lao động Nhƣng để đạt đƣợc hiệu lại đòi hỏi trình độ sản xuất cao kỹ sƣ công nhân đứng máy Tuy công nghệ có bƣớc phát triển mạnh mẽ nƣớc có công nghiệp phát triển, nhƣng nƣớc ta việc ứng dụng phần mềm CAD/CAM nhiều bất cập điều kiện thiết bị ngƣời Đứng trƣớc nhu cầu nhƣ vậy, thực đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng phần mềm CAD/CAM vào việc lập chương trình gia công bề mặt phức tạp máy CNC 3, trục” Các kết nghiên cứu luận văn đáp ứng tốt mục tiêu, yêu cầu, nhiệm vụ nghiên cứu đặt ra: - Lựa chọn đƣợc công cụ CAD/CAM hợp lý để trợ giúp thiết kế, lập trình gia công - Nghiên cứu, ứng dụng phần mềm Cimatronr nhằm xây dựng vẽ 2D, 3D làm cho chƣơng trình NC để gia công đƣợc máy CNC - Qua trình thiết kế, gia công sản phẩm làm khuôn ép nhựa ccho sản phẩm với trợ giúp phần mềm CAD/CAM, việc khai thác công cụ đại nhƣ Cimatron tiến đƣợc bƣớc quan trọng - Các nội dung thực đƣợc luận văn đảm bảo tính khoa học, tính thực tiễn Kiến nghị: - Trên sở kết đạt đƣợc luận văn, tiếp tục nghiên cứu ứng dụng khác phần mềm Cimatron - Phát triển tiếp kết nghiên cứu đạt đƣợc luận văn để thiết kế, chế tạo chi tiết phức tạp công cụ CAD/CAM/ máy CNC 96 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, cố gắng nỗ lực thân, em nhận đƣợc nhiều giúp đỡ khác Em xin chân thành cảm ơn thầy hƣớng dẫn TS Trƣơng Hoành Sơn tận tình hƣớng dẫn, bảo em suốt trình thực đề tài Thầy truyền tải cho em thấy đƣợc yếu tố cần thiết hoạt động nghiên cứu Thầy tham gia thảo luận đề xuất giải pháp cho vấn đề liên quan Đồng thời, thầy cung cấp cho em nhiều tƣ liệu chuyên môn quan trọng để tìm hiểu sâu toàn diện đề tài đƣợc giao Xin chân thành cảm ơn cộng tác hỗ trợ từ Trung tâm Thực hành Cơ khí – trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới cán công tác Trung tâm giúp đỡ tận tình trình thực nghiệm luận văn Sau em xin chân thành cảm ơn ngƣời tạo điều kiện, động viên em thời gian theo học nhƣ thực luận văn Hà nội, ngày 20 tháng năm 2012 Vũ Thanh Sơn 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu hƣớng dẫn sử dụng phần mềm Cimatron Tài liệu hƣớng dẫn sử dụng máy CNC GV503 Zeid Ibrahim (1991), CAD/CAM Theory and Practice, Department of Mechanical Engineering Northeastern University, Singapore Trần Văn Địch, Trần Xuân Việt, Nguyễn Trọng Doanh, Lƣu Văn Nhang (2001), Tự động hóa trình sản xuất, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Tạ Duy Liêm (2005), Kỹ thuật điều khiển điều chỉnh lập trình khai thác máy công cụ CNC, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Lê Trung Thực, Hoàng Phƣơng, Thái Sơn (2002), Hướng dẫn thực hành Pro/Engineer 2001, Nhà xuất Lao Động – Xã Hội, Hà Nội Mitutoyo, SJ-201P Surface roughness tester, Mitutoyo Comrporation 98 ... Nghiên cứu ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CNC vào việc thiết kế gia công bề mặt phức tạp Nội dung luận văn gồm: - Chƣơng 1: Tổng quan nghiên cứu liên quan đến đề tài nƣớc giới hạn nghiên cứu -. .. Luận văn Thạc sĩ Nghiên cứu công nghệ CAD/CAM/CNC - Ứng dụng vào việc thiết kế gia công bề mặt phức tạp Đƣợc hoàn thành tác giả Vũ Thanh Sơn – Học viên Cao học ngành Công nghệ chế tạo máy –... giảm thời gian gia công Qua phân tích ta thấy đƣợc việc nghiên cứu ứng dụng phần mềm CAD/CAM vào việc xây dựng lập chƣơng trình gia công cho bề mặt phức tạp máy công cụ CNC điều cần thiết Với