Nghiên cứu động học tạo trong hình 5 trục, ứng dụng để viết thuật toán và chương trình máy tính post processor cho máy 5 trục kiểu bàn quay lật

B GIO DC V O TO TRNG I HC BCH KHOA H NI CHU XUN TRNG TấN TI LUN VN NGHIấN CU NG HC TO TRONG HèNH TRC, NG DNG VIT THUT TON V CHNG TRèNH MY TNH POST-PROCESSOR CHO MY TRC KIU BN QUAY-LT Chuyờn ngnh : CH TO MY LUN VN THC S KHOA HC NGNH:CH TO MY NGI HNG DN KHOA HC : TS TRN XUN THI H Ni Nm 2011 LI CAM OAN Tụi xin cam oan cỏc s liu v kt qu nờu Lun l trung thc v cha tng c cụng b bt k mt cụng trỡnh no khỏc Tr cỏc phn tham kho ó c nờu rừ Lun Tỏc gi Chu Xuõn Trng -2- LI CM N Tỏc gi xin chõn thnh cm n TS: Trn Xuõn Thỏi, ngi ó hng dn v giỳp tn tỡnh t nh hng ti, t chc thc nghim n quỏ trỡnh vit v hon chnh Lun Tỏc gi by t lũng bit n cỏc thy cụ b mụn Gia cụng vt liu v dng cụng nghip, vin C khớ trng i hoc Bỏch Khoa H Ni Xin cỏm n Ban lónh o v Vin o to Sau i hc, Vin C khớ ca trng i hc Bỏch Khoa H Ni ó to iu kin thun li hon thnh bn Lun ny Do nng lc bn thõn cũn nhiu hn ch nờn Lun khụng trỏnh sai sút, tỏc gi rt mong nhn c s úng gúp ý kin ca cỏc Thy, Cụ giỏo, cỏc nh khoa hc v cỏc bn ng nghip Tỏc gi Chu Xuõn Trng -3- MC LC Trang Trang ph bỡa Li cam oan Mc lc Danh mc cỏc kớ hiu, cỏc ch vit tt Danh mc cỏc bng, hỡnh v Phn m u 10 Chng I Tng quan v phay trc 14 1.1 Phay trc 14 1.2 Cỏc u im ca phay trc 15 1.3 Kt cu in hỡnh ca mỏy phay trc 18 1.4 Biu din ta v phng ca dng c khụng gian 21 1.5 c im ca ng chy dao phay trc 22 1.6 Cỏc hng nghiờn cu hin liờn quan n phay trc 24 Chng II ng hc to hỡnh b mt bng phay trc 25 2.1 t 25 2.2 Biu din s xớch ng ca mỏy 26 2.3 ng hc thun to hỡnh trờn mỏy phay trc kiu bn quay 27 lt 2.4 2.3.1 Trng hp trc quay l CA,CC 28 2.3.2 Trng hp trc quay l CB,CC 34 2.3.3 Trng hp trc quay l CA,CB 36 ng hc ngc to hỡnh trờn mỏy phay trc kiu bn quay 40 lt 2.4.1 Trng hp bn quay lt trc A,C 40 2.4.2 Trng hp bn quay lt trc B,C 44 -4- 2.4.3 Trng hp bn quay lt trc A,B 48 2.5 ng hc thun to hỡnh trờn mỏy phay trc kiu u quay 51 2.6 ng hc ngc to hỡnh trờn mỏy phay trc kiu u quay 53 Chng III ng dng bi toỏn ng hc ngc vit phn mm gia 54 cụng phay trc 3.1 Thit lp c s d liu CAD cho b mt gia cụng 54 3.1.1 Thit lp c s d liu CAD cho b mt gia cụng 54 3.1.2 Kho sỏt cong ti tng im trờn b mt i vi mt 56 cong tham bin 3.1.3 C s chn gúc nghiờng ca trc dao vi phng phỏp 59 tuyn b mt 3.2 3.1.4 Chn phng ca trc dao 61 3.1.5 Tớnh toỏn ng chydao 64 S thut toỏn c bn sinh chng trỡnh gia cụng b mt 67 3.2.1 S thut toỏn c bn sinh chng trỡnh gia cụng b 67 mt 3.3 3.2.2: Chng trỡnh mỏy tớnh 69 Kt qu gia cụng trờn mỏy CNC trc 71 Chng IV - Kt qu v bn lun 73 Ti liu tham kho 76 Ph lc 78 -5- DANH MC CC Kí HIU, CH VIT TT OXYZ: H trc ta A: Gúc quay quanh trc OX B: Gúc quay quanh trc OY C: Gúc quay quanh trc OZ OXwYwZw:: h ta phụi Tx: Phộp tnh tin theo phng OX Ty: Phộp tnh tin theo phng OY Tz: Phộp tnh tin theo phng OZ RA: Phộp quay quanh OX gúc l A RB : Phộp quay quanh OY mt gúc l B Cp: Gc ca h ta lp trỡnh Ctr : Gc trựng vi giao ca ng tõm trc quay Cm: Gc ta mỏy Rx ( A) : Ma trn quay quanh trc OX mt gúc l A Rx (B ) : Ma trn quay quanh trc OY mt gúc l B Rz (C ) : Ma trn quay quanh trc OY mt gúc l C WP: Ma trn chuyn t h trc to phụi v h to bn quay a : ln ca gúc quay A b : ln ca gúc quay B c : ln ca gúc quay C Vij : điểm điều khiển Su:Vộc t tip tuyn vi b mt theo hng u Sv: Vộc t tip tuyn vi b mt theo hng v N: Vộc t phỏp tuyn vi b mt au,bu,cu : cỏc thnh phn ca vect Su av,bv,cv : cỏc thnh phn ca vect Sv : bỏn kớnh cong Cphdg :giao tuyn phỏp -6- R1 v R2: Cỏc bỏn kớnh cong chớnh :Gúc nghiờng ca dng c CC: im gia cụng CL: im iu khin -7- DANH MC HèNH V Hỡnh 1.1 S mt kiu mỏy phay trc Hỡnh 1.2 Trc dng c nghiờng gia cụng trc Hỡnh 1.3 Cỏc loi hỡnh hc dng c c bn to hỡnh b mt cong trn Hỡnh 1.4 Kh nng ly lng d ca dao tr v dao cu phay 3D Hỡnh 1.5 Bỏn kớnh cong ca dao to thnh ỏnh nghiờng trc dao Hỡnh 1.6 Phay cỏnh tuc bin trờn mỏy phay trc Hỡnh 1.7 Gia cụng nhiu mt ca chi tit mt ln gỏ trờn bn quay lt Hỡnh 1.7 Ba kiu kt cu in hỡnh ca mỏy phay trc Hỡnh 1.8 Mỏy phay trc cú kt cu bn quay lt tớch hp Hỡnh 1.9 Nguyờn lý mỏy ng hc song song Hỡnh 1.10 nh v dng c h ta phụi Hỡnh 1.11 Cỏc gúc xỏc nh phng ca dng c Hỡnh 1.12 Di chuyn dng c gia im nh v liờn tip Hỡnh 2.1: S xớch ng mỏy phay trc bn quay lt Hỡnh 2.2 S xớch ng mỏy phay trc kiu u quay Hỡnh 2.3 Cỏc h ta gn xớch ng Hỡnh 2.4 Cỏc h ta gn xớch ng Hỡnh 2.5 S tớnh ln cỏc gúc quay c v a Hỡnh 2.6 Ly du cỏc gúc quay Hỡnh 2.7 S tớnh ln cỏc gúc quay c v b Hỡnh 2.8 Ly du cỏc gúc quay c v b Hỡnh 2.9 S tớnh ln cỏc gúc quay b v a Hỡnh 2.10 Ly du cỏc gúc quay b v a Hỡnh 2.11 ng hc u quay Hỡnh 3.1: B mt Hermite Hỡnh 3.2: Xỏc nh bỏn kớnh cong Hỡnh 3.3: Mụ hỡnh gia cụng Hinh3.4: Xỏc nh gúc nghiờng ca dng c da trờn c s nghiờng ca b mt -8- Hỡnh 3.5: Mụ hỡnh tớnh ng dng c phay mt hermite bng dao cu Hỡnh 3.6: Tỡm im nh v ca tõm dao Hỡnh 3.6: Giao din chớnh Hỡnh 3.7: Giao din mụ un CAD Hỡnh 3.8:Giao din mụ un CAM Hỡnh 3.10: Mụ phng gia cụng trc b mt li v lừm Hỡnh 3.11: Ly hp bc Hỡnh 3.12: khuụn qut cỏnh Hỡnh 3.13:Phay tinh b mt khuụn cỏnh qut (3 cỏnh) -9- PHN M U Lý chn ti Hin cỏc mỏy gia cụng CNC ó phỏt trin v tng vt sn xut c khớ, mỏy CNC ó mang li hiu qu kinh t cao, gim bt thi gian sn xut, sc lao ng v cho cht lng b mt chi tit cao Tuy nhiờn cỏc tớnh nng v cụng dng ca mỏy v cỏc trung tõm CNC thỡ cha hon ton trit Mỏy iu khin s CNC ngy cng ph bin Vit Nam c bit l mỏy phay CNC trc.Nhng ú ch l phn rt nh ca cụng ngh hin i Ngy vi s phỏt trin ca khoa hc cụng ngh th gii thỡ mỏy cụng c iu khin nhiu bc t m in hỡnh l trung tõm phay CNC trc ó y nn cụng nghip Vit i vo lc hu S phỏt trin ca mỏy CNC trc kộo theo s hnh, s dng v lp chng trỡnh iu khin s cho mỏy rt phc lm ch c quỏ trỡnh to hỡnh trờn cỏc mỏy cụng c thỡ ng hc to hỡnh chi tit l cụng vic u tiờn cn nghiờn cu, ng hc to hỡnh chớnh l chui xớch ng t dng c n phụi th hin cỏc chuyn ng tng i ca dng c so vi phụi to hỡnh cỏc b mt khụng gian c bn nh mt tr trũn xoay, b mt bỏnh vớt, cỏc loi b mt bỏnh rngtrong xớch ng bao gm cỏc chuyn ng gn lin vi phn cng ca mỏy v v trớ tng quan gia dng c v chi tit c iu chnh mt cỏch n gin thụng qua cỏc tay gt hay du xớch Khi to hỡnh trờn mỏy CNC trc hay trc, mỏy ch úng vai trũ ỏp ng cỏc chuyn ng cho dng c cũn chuyn ng ú nh th no ct c b mt mong mun thỡ khụng th iu chnh bng tay c m phi nh n phn mm CAD/CAD to chng trỡnh iu khin s Phn mm CAD/CAM s tớnh toỏn cỏc im nh v dng c (CL data) sau ú qua quỏ trỡnh hu x lý (Post-proccessor) cú c chng trỡnh NC Trong gia cụng trc ta cỏc im nh v dng c cú th dựng luụn lm ta dn dao v chng trỡnh gia cụng cho mt i tng gia cụng chy trờn cỏc mỏy khỏc cho kt qu nh nhau, cũn gia cụng trc iu trờn khụng cũn ỳng na nguyờn nhõn l cú thờm trc quay Nh vy cỏc mỏy phay trc cú kt cu ng hc khỏc thỡ ng hc to hỡnh cng khỏc Nghiờn cu ng - 10 - 3.3 Kt qu gia cụng trờn mỏy CNC trc Khuụn cỏnh qut cỏnh v ly hp bc Hỡnh 3.11: Ly hp bc iu kin gia cụng: Phụi thộp C45 cú ng kớnh 130mm; dao thộo giú u cu 8; bc tin 120mm/ph; cú dung dch trn ngui; chy dao theo ng cong tham s v; bc u=0,02; gúc nghiờng =5o Hỡnh 3.12: khuụn qut cỏnh - 71 - iu kin gia cụng: Phụi hp kim nhụm cú ng kớnh 200mm; dao thộo giú u cu 8; bc tin 120mm/ph; cú dung dch trn ngui; chy dao theo ng cong tham s v; bc u=0,05; gúc nghiờng =5o Hỡnh 3.13:Phay tinh b mt khuụn cỏnh qut (3 cỏnh) - 72 - CHNG KT LUN V KIN NGH 4.1 Kt lun ng hc to hỡnh b mt trc l mt bi toỏn phc tp, khụng cú li gii chung cho cỏc kt cu mỏy khỏc Kt qu ca bi toỏn ng hc l mt chui cỏc chuyn i hỡnh hc lm c s cho vic sinh chng trỡnh iu khin s cho tng mỏy phay CNC trc c th - õy l ht nhõn cho b hu x lý cho phn mm CAM Mt li gii tt cho bi toỏn ng hc ngc s a c dng c v im cn gia cụng m phi di chuyn dng c hay phụi ớt nht v trỏnh c cỏc va chm gia cỏc b phn di chuyn Nghiờn cu ny ó ỏp dng vic gii bi toỏn ng hc ngc cho kt cu mỏy phay trc kiu bn quay lt lp phn mm mỏy tớnh sinh chng trỡnh iu khin s gia cụng cỏc b mt cong trn v ó gia cụng thnh cụng khuụn cỏnh qut t chớnh xỏc yờu cu tờn mỏy CNC V30 ca i Loan Kt qu ny cú th c ng dng cho cỏc nghiờn cu v sn xut khuụn mu cụng nghip trờn mụ hỡnh toỏn c xõy dng vi cỏc thụng s u vo l cỏc thụng s d liu im trờn cỏc mt cong, vỡ vy mụ hỡnh toỏn ny cú th ng dng cho tt c cỏc mt cong nu ta cú c cỏc thụng s d liu im trờn mt cong: Vi cỏc b mt cú phng trỡnh toỏn tng minh ta d dng xỏc nh c d liu im cho cỏc giỏ tr ca cỏc bin s Nh vy vi vic ng dng mụ hỡnh tớnh toỏn trờn cho dự b mt cú phc nh th no i na thỡ ta hon ton cú th to hỡnh c trờn trung tõm phay 5D nu bit phng trỡnh toỏn hc ca nú 4.2 Kin ngh - Tip tc nghiờn cu sõu v mỏy phay trc: ng hc to hỡnh, ch ct, post processor - Nghiờn cu gia cụng cỏc biờn dng phc c s dng ph bin gia cụng c khớ c xõy dng bng ng hc to hỡnh - 73 - TI LIU THAM KHO [1] Bành Tiến Long, Tin hc k thut ng dng, Giáo trình đào tạo cao học, Trờng ĐHBK Hà nội, 1998 [2] Trần Xuân Thái, Luận văn thạc sỹ, ứng dụng công nghệ CAD/CAM tạo hình bề mặt tính toán đờng dụng cụ cho gia công tinh bề mặt không gian máy CNC, Trờng ĐHBK Hà nội, 2000 [3] Quách Tuấn Ngọc, Ngôn ngữ lập trình C, Nhà xuất Giáo dục, 1998 [4] Lê Hùng, Huỳnh Quyết Thắng, Kỹ thuật đồ hoạ, Nhà xuất KHKT, Hà nội, 2000 [5] Brônstêin Xêmendiaep, Sổ tay toán học dành cho kỹ s học viên trờng cao đẳng kỹ thuật, Nhà xuất tiến Mát-xcơ-va [6] Vectors and Tensors in engineering and physics, D.A Danielson, Department of mathematics Naval Postgraduate Scholl Monterey, California 93943 [7] CAD/CAM theory and practice, Ibrahim Zeid, Department of Mechanical engineering Northeatern University [8] RICHARD A., Computer Aided Manufactering, TIEN-CHIEN-CHANG Purdue University, WYSK Texas A & M University [9] Hans B., Computer Numerical Control, Kief University of Mannheim [10] James D., Computer graphics principles and practice, Foley Georgia Institute of Technology [11] Gegald Farin, Curves and Surfaces for Computer Aided Geometric Design, London,USA 1990 [12-1] E.L.J Bohez, Five-axis milling machine tool kinematic chain design and analysis, International Journal of Machine Tools & Manufacture 42, p.505520, 2001 [13] M Munlin , S.S Makhanov1, and E L J Bohez, Optimization of Rotations of a Five-Axis Milling Machine Near Stationary Points, School of Advanced Technologies, Asian Institute of Technology, Thailand, - 74 - [14] E.L.J Bohez, Compensating for systematic errors in five-axis NC machining, Computer-Aided Design, 34(2002), 391-403 [15] Cha-Soo Jun, Kyungduck Cha and Yuan-Shin- Lee, Optimizing tool orientations for 5-axis machining by configuration-space search method, Computer Aided Design [16] Chen-Hua She, A postprocessor based on the kinematics model for general five-axis machine tools, Journal of Manufacturing Processes, 2(2) (2002), 67-77 [17-2] Kiridena, V and Ferreira, P M., Mapping the effects of positioning errors on the volumetric accuracy of five-axis machine tools, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 33(3), 417436, 1993 [18-3] Lou M.S., Chen J.C., Li C M., Surfaces roughness prediction technique for CNC end-milling , Journal of Industrial Technology, vol 15, no 1, 1998 [19] Andrew Warkentin, Computer Aided 5-Axis Machining, University of Dalhousie, Paul Hoskins, CAMplete Solutions, Inc [20] Gandjar KISWANTO, Tool path generation for multi-axis milling based on faceted models, Doctoral thesis, KATHOLIEKE UNIVERSITEIT LEUVEN, 2003 [21] J.-M Redonnet, W Rubio, F Monies and G Dessein, Optimising Tool Positioning for End-Mill Machining of Free-Form Surfaces on 5-Axis Machines for both Semi-Finishing and Finishing, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Laboratoire de Genie Mecanique de Toulouse, Universite Paul Sabatier, Toulouse, France, 2000 [22] J.-P Kruth, P Klewais, optimization and dynamic adaptation of the cutter inclination during fiveaxis milling of sculptured surfaces, Annals of CIRP, 43(1) 443-448 [23] B Lawers, P Dejonghe and J.P Kruth, Optimal and collision free tool posture in five-axis machining through the tight integration of toll path generation and machine simulation, Computer- Aided Design, in press [24] Lee, Y S and Chang, T C., Machine surface error analysis for 5-axis machining, International Journal of Production Research, 1996, 34(1), 111135 - 75 - [25] Li, S X and Jerard, R B., 5-axis machining of sculptured surfaces with a flatend cutter, Computer-Aided Design, 1994, 26(3), 165178 [26] Li, F., Wang, X C., Ghosh, S K., and Kong, D Z., Gouge detection and tool position modification for five-axis NC machining of sculptured surfaces, Journal of Materials Processing Technology, 1995, 48, 739745 [27] Li, F., Wang, X C., Ghosh, S K., and Kong, D Z., Tool-path generation for machining sculptured surfaces, Journal of Materials Processing Technology, 1995, 48, 811816 [28] Rao, N., Ismail, F., and Bedi, I., Tool path planning for five-axis machining using the principle axismethod, International Journal of Machine Tool and Manufacture, 1997 - 76 - PH LC Mt s on chng trỡnh mỏy tớnh Chng trỡnh chớnh: // DialogChinh.cpp : implementation file #include "StdAfx.h" #include "resource.h" #include "BasicFunction.h" #include "DialogChinh.h" #include "DialogMatBezier.h" #include "DialogGiacong.h" #ifdef _DEBUG #define new DEBUG_NEW #undef THIS_FILE static char THIS_FILE[] = FILE ; #endif ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // DialogChinh dialog DialogChinh::DialogChinh(CWnd* pParent /*=NULL*/) : CDialog(DialogChinh::IDD, pParent) { //{{AFX_DATA_INIT(DialogChinh) m_intdttk = 0; m_loaidao = 0; m_dbchieudai = 0.0; m_dbduongkinh = 0.0; } void DialogChinh::DoDataExchange(CDataExchange* pDX) { CDialog::DoDataExchange(pDX); //{{AFX_DATA_MAP(DialogChinh) DDX_Radio(pDX, IDC_DUONGBEZIER, m_intdttk); - 77 - DDX_Radio(pDX, IDC_RADIODC, m_loaidao); DDX_Text(pDX, IDC_EDITCD, m_dbchieudai); DDX_Text(pDX, IDC_EDITDK, m_dbduongkinh); //}}AFX_DATA_MAP } BEGIN_MESSAGE_MAP(DialogChinh, CDialog) //{{AFX_MSG_MAP(DialogChinh) ON_BN_CLICKED(IDC_CHONDOITUONGTHIETKE, OnChondoituongthietke) ON_BN_CLICKED(IDC_BUTTONGIACONG, OnButtongiacong) ON_BN_CLICKED(IDC_BUTTONCAPNHAT, OnButtoncapnhat) ON_BN_CLICKED(IDC_BUTTONTHOAT, OnButtonthoat) //}}AFX_MSG_MAP END_MESSAGE_MAP() void DialogChinh::OnChondoituongthietke() { DialogMatBezier dlgmb; UpdateData(TRUE); if (m_intdttk == 3) { DialogChinh::OnButtonthoat(); dlgmb.DoModal(); } if (m_intdttk == 4) { DialogChinh::OnButtonthoat(); dlgmh.DoModal(); } } void DialogChinh::OnButtongiacong() { UpdateData(TRUE); UpdateData(TRUE); DialogChinh::OnButtonthoat(); dlggc.DoModal(); } - 78 - void DialogChinh::OnButtoncapnhat() { FILE *f1, *f2; Kichthuocdao ktd; f1 = fopen("C:\\DATA\\DAOCAUDATA.DAT", "ab"); f2 = fopen("C:\\DATA\\DAOTRUDATA.DAT", "ab"); UpdateData(TRUE); if (m_loaidao==0) { ktd.cd=m_dbchieudai; ktd.dk=m_dbduongkinh; fwrite(&ktd, sizeof(Kichthuocdao), 1, f1); } else { ktd.cd=m_dbchieudai; ktd.dk=m_dbduongkinh; fwrite(&ktd, sizeof(Kichthuocdao), 1, f2); } fclose(f1); fclose(f2); UpdateData(FALSE); } void DialogChinh::OnButtonthoat() { OnOK(); } Chng trỡnh nhp d liu b mt: /*NHAP DU LIEU DIEM DIEU KHIEN*/ void KhoiTaoDataHermit() { - 79 - Diem dtg1, dtg2, dtg3, dtg4; int td1=4; double dl; ads_point pt1, pt2, pt3, pt4; int dk = 1; FILE *f1; f1 = fopen("C:\\DATA\\HERMITBASICDATA.DAT", "wb"); while (dk