Nghiên cứu công nghệ CADCAMCNC vào việc thiết kế gia công các

LỜI CẢM ƠN Với kính trọng lòng biết ơn sâu sắc, Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới TS Trƣơng Hoành Sơn - ngƣời Thầy tận tình hƣớng dẫn suốt trình nghiên cứu hoàn thành luận văn Tiếp theo Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện đào tạo sau đại học, Viện Cơ khí môn Chế tạo Máy tạo điều kiện thuận lợi cho trình học tập, nghiên cứu thực luận văn Sau hết Tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp động viên giúp đỡ suốt thời gian qua Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả LỜI CAM ĐOAN 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 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỞ ĐẦU Chƣơng 1: T N QUAN VỀ C N N CAD CAM CNC V I I N NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan CAD/CAM/CNC 1.1.1 Tổng quan CNC 1.1.2 Tổng quan CAD/CAM 10 1.2 1.3 Giới hạn nghiên cứu đề tài 16 Kết luận chƣơng I 17 Chƣơng 2: C N LẬP C ƢƠN N CAD CAM CNC TRON TRÌN IA C N VI C T IẾT KẾ V CÁC BỀ MẶT 3D 18 2.1.Thế bề mặt 3D 18 2.2 Quá trình thiết kế gia công bề mặt 3D theo công nghệ truyền thống 19 2.3 Quá trình thiết kế gia công bề mặt 3D có sử dụng phần mềm CAD/CAM/CNC 20 2.4 Phần mềm SOLIDWORKS 21 2.4.1 Giới thiệu chung 21 2.4.2 Các khái niệm Solidworks …….29 2.4.3 Liên kết tham số mục đích thiết kế 29 2.4.4 Chức trợ giúp sản xuất CAM Solidworks 33 2.5 Kết luận chƣơng II 35 Chƣơng 3: ỨN LẬP C ƢƠN DỤN C N TRÌN N CAD CAM CNC ĐỂ T IẾT KẾ V IA C N CÁC BỀ MẶT 3D 36 3.1.Ứng dụng phần mềm Solidworks để thiết kế bề mặt 3D 36 3.1.1 Giới thiệu tổng quan sản phẩm nghiên cứu 36 3.1.2 Phân tích công nghệ sản xuất lấy mẫu dựng hình chi tiết 37 3.1.3 Các bƣớc dựng chi tiết khuôn thổi vỏ chai phần mềm solidworks…………………………………………………………………38 3.2 Ứng dụng phần mềm Mastercam6 để lập trình gia công 50 3.2.1 Tạo phôi cho trình gia công (Workpiece) 50 3.2.2 Thiết lập máy, hệ toạ độ mặt phẳng an toàn cho trình gia công ………………………………………………………………….52 3.3.Tiến hành làm chƣơng trình gia công bề mặt chi tiết 53 3.3.1.Chƣơng trình gia công thô với dao trụ 32 53 3.3.2 Chƣơng trình gia công bán tinh với dao cầu 12 56 3.3.3 Chƣơng trình gia công tinh với dao cầu 6 58 3.4 Tạo chƣơng trình gia công NC 61 3.5 Kết luận chƣơng III 62 Chƣơng 4: KẾT QUẢ IA C N V ĐÁN IÁ C UN VỀ SẢN P ẨM ……………………………………………………………………….63 4.1 Gia công sản phẩm máy CNC 63 4.1.2 Máy gia công 63 4.1.3 Một số thông số máy: 64 4.1.4 Một số thông số công nghệ dao cụ 64 4.1.5 Sản phẩm 66 4.2 Kiểm tra sản phẩm sau gia công để đánh giá độ xác nhƣ chất lƣợng bề mặt chi tiết sau gia công 66 4.2.1.Đo độ nhám bề mặt sản phẩm 66 4.3 Kiểm tra độ xác sản phẩm 69 4.2.1 Độ xác máy: 69 4.3.2 Độ xác hệ thống điều khiển: 70 4.4 Kiểm tra đánh giá độ xác chi tiết 75 4.5 Kết luận chƣơng 4: 83 KẾT LUẬN V KIẾN N Ị 84 T I LI U T AM K ẢO 85 Tiếng Việt: 85 Tiếng Anh 85 MỞ 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 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 3D 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 3D máy công cụ CNC điều cần thiết Với định hƣớng nhƣ chọn thực đề tài luận văn tốt nghiệp với nội dung “Nghiên cứu công nghệ CAD/CAM/CNC vào việc thiết kế gia công bề mặt 3D” Nội dung luận văn gồm:  Chƣơng 1: Tổng quan công nghệ CAD/CAM/CNC giới hạn nghiên cứu  Chƣơng 2: Công nghệ CAD/CAM/CNC việc thiết kế lập chƣơng trình gia công bề mặt 3D  Chƣơng 3: Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CNC để thiết kế lập trình chƣơng trình gia công bề mặt 3D  Chƣơng 4: Kết gia công đánh giá chung sản phẩm Chƣơng T N 1.1 QUAN VỀ C N N CAD CAM CNC V I I NN IÊN CỨU Tổng quan CAD/CAM/CNC 1.1.1 Tổng quan CNC Mặc dù máy tiện chế biến 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, công cụ cắt gia công bề mặt theo đƣờng mức mong muốn Công 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 vào thập kỷ 50 APT chữ viết tắt thuật ngữ Automatically Programed Tools, có nghĩa "máy công cụ đƣợc 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 10 - 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 - 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 71 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 - 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 hd 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 T1 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) 72 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 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 73 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 Δa10 – sai số kích thƣớc sinh sai số kiểm tra điều chỉnh máy Δa11 – sai số kích thƣớc sinh sai số kẹp chặt đầu gá dao quay đầu rơvônve Δa12 – sai số kích thƣớc sinh sai số gá đặt cấu điều chỉnh dao Δa13 – sai số kích thƣớc sinh sai số điều chỉnh dao sơ (trong cấu điều chỉnh dao) Δa14 – sai số kích thƣớc sinh sai số gá đặt phôi Δa15 – sai số kích thƣớc sinh sai số đồ gá Δa16 – sai số kích thƣớc sinh sai số kẹp chặt phôi Δa17 – sai số kích thƣớc sinh sai số định vị phôi Δb1 – sai số hình dáng sinh sai số hình học chi tiết máy Δb2 – sai số hình dáng sinh sai số hình học cấu lắp ráp máy Δb3 – sai số hình dáng sinh sai số hình học dao Δb4 – sai số hình dáng sinh biến dạng đàn hồi hệ thống công nghệ Δb5 – sai số hình dáng sinh biến dạng đàn hồi máy Δb6 – sai số hình dáng sinh biến dạng đàn hồi dao Δb7 – sai số hình dáng sinh biến dạng đàn hồi đồ gá Δb8 – sai số hình dáng sinh mòn dao Δb9 – sai số hình dáng sinh biến dạng nhiệt đồ gá 74 Δb10 – sai số hình dáng sinh biến dạng nhiệt máy Δb11 – sai số hình dáng sinh biến dạng nhiệt dao Δb12 – sai số hình dáng sinh biến dạng nhiệt chi tiết gia công Δc1 – sai số hệ thống tích luỹ sinh mòn dao Δc2 – sai số hệ thống tích luỹ sinh biến dạng đồ gá Δc3 – sai số hệ thống tích luỹ sinh biến dạng nhiệt máy Δc4 – sai số hệ thống tích luỹ sinh biến dạng nhiệt dao 4.4 Kiểm tra đánh giá độ xác chi tiết Việc kiểm tra lại độ xác sản phẩm đƣợc thực máy quét 3D hãng NIKON Trang thiết bị sử dụng để kiểm tra mẫu Máy quét 3D hãng NIKON Cánh tay robot bậc tự MCAx20+ Đầu quét 3D MMDx100 75 Hình 4.9 Thiết bị Scan Máy quét 3D hãng NIKON 76 Một số thông số kỹ thuật máy: Số điểm đo lần scan 2.000.000 (điểm) Thời gian lần scan 1,3 (giây) Thể tích đo nhỏ 40 x 30 x 30 (mm) Thể tích đo lớn 1000 x 800 x 800 (mm) Khoảng cách điểm đo 0,06 – 0,25 (mm) Thông số kỹ thuật cánh tay robot Thông số MCAx20+ Khoảng đo 2.000 mm Độ xác lặp lại điểm đo 0.023 mm Độ xác chiều ±0.033 mm Độ xác quét sử dụng đầu quét 48µm MMDX100 Số bậc tự Khối lượng 8.2 kg 77 Hình4.10 Đầu quét sản phẩm  Quy trình thực  Hiệu chuẩn máy Trước thực quét sản phẩm ta phải tiến hành hiệu chuẩn máy theo mẫu chuẩn nhà sản xuất 78 Hình 4.11 Hiệu chuẩn máy Kết hiệu chuẩn máy - Thực hiệu chuẩn theo mẫu chuẩn nhà sản xuất, thực với 14 lần đo với độ xác đạt đƣợc 0,019 mm - Quét xử lý liệu - Chi tiết đƣợc đặt cố định bàn thao tác, tiến hành quét hết toàn bề mặt biên dạng chi tiết, liệu quét thu đƣợc dƣới dạng đám mây điểm (Point Clout), tiến hành xử lý mẫu ta thu đƣợc hình dáng hình học chi tiết nhƣ sau: 79 Hình4.12 Sản phẩm quét  Kiểm tra hình dáng hình học chi tiết thiết kế chi tiết quét 3D Quy trình: Quá trình kiểm tra hình dáng hình học chi tiết bao gồm hai nội dung chính, phần thứ kiểm tra sai lệch hình dáng hình học chi tiết, phần thứ hai kiểm tra sai lệch biên dạng chi tiết - Do chi tiết thiết kế dƣới dạng bề mặt (Surface) mà chi tiết quét dƣới dạng khối, trình xử lý ta quét phần bề mặt phải cắt bỏ phần liệu thừa ảnh hƣởng lớn đến độ sai lệch biên dạng hình dáng hình học cần kiểm tra - Mục tiêu đánh giá sai lệch hình dáng hình học bề mặt nên giới hạn luận văn phần kiểm tra sai lệch biên dạng chi tiết - Nguyên lý: Dữ liệu quét sau đƣợc xử lý ta thu đƣợc biên dạng hình học sản phẩm dƣới dạng đám mây điểm, ta nhập biên dạng thiết kế chi tiết dƣới định dạng file CAD 3D, định vị liệu quét liệu file CAD dƣới dạng "Best Fit" tức liệu quét liệu CAD đƣợc định vị trí tối ƣu với độ xác 0.05mm, đƣợc thao tác phần mềm Geomegic - Độ sai lệch hình dáng hình học đƣợc xác định khoảng cách từ điểm bất 80 kỳ liệu quét đến bề mặt chi tiết CAD 3D TEST: Đối tượng cần kiểm tra (Dữ liệu quét dạng đám mây điểm) 81 Hình 4.13 REF: Đối tượng so sánh (File thiết kế 3D) RESULT: Kết kiểm tra Hình 4.14 Kết sản phẩm 82 4.5 Kết luận chƣơng 4: - Trên hình 4.14 thể sai số chi tiết gia công so với vẽ gốc Qua màu sắc hình ta thấy đƣợc chi tiết gia công đạt độ xác cao Sai số lớn khoảng 4% so với chi tiết thiết kế - Theo kết so sánh ta thấy sai số chủ yếu tập trung số vị trí mà cụ thể giao bề mặt Sở dĩ có sai số có sai số hình học dao Ở nơi mà bán kính dao nhỏ bán kính góc lƣợn dao hoàn toàn gia công đƣợc Ngƣợc lại, nơi mà bán kính dao lớn bán kính góc lƣợn dao gia công vào đƣợc Điều có nghĩa bán kính dao gia công nhỏ sai số sinh nhỏ, bán kính dao gia công lớn sai số gia công lớn Hình 4.13 Sai số gia công – Biên dạng lập trình; – Điểm cắt lý thuyết; – Lƣỡi cắt lý thuyết dụng cụ; – Lƣỡi cắt thực dụng cụ; – Góc biên dạng, không đƣợc gia công bán kính lƣỡi cắt - Nhƣ vậy, để xử lý sai số nhƣ việc sửa nguội sau gia công xong điều khó tránh khỏi Tuy nhiên, cách tốt ta nên xử lý chúng trình thiết kế sản phẩm, hạn chế mức tối đa góc chết sản phẩm Đồng thời trình gia công nên sử dụng dao cụ tốt 83 KẾT LUẬN V KIẾN N Ị 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 công nghệ CAD/CAM/CNC vào việc thiết kế gia công bề mặt 3D” 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/CNC hợp lý để trợ giúp thiết kế, lập trình gia công - Nghiên cứu phần mềm Soildworks nhằm thiết kế, xây dựng vẽ 2D, 3D phần mềm lập trình Mastercamx6 làm cho chƣơng trình NC để gia công đƣợc máy CNC - Qua trình ứng dụng phần mềm CAD/CAM, máy CNC tiến đƣợc bƣớc quan trọng việc thiết kế gia công khuôn mẫu cụ thể sản phẩm khuôn thổi vỏ chai đảm bảo yêu cầu kỹ thuật - Các nội dung thực đƣợc luận văn đảm bảo tính công nghệ, tính khoa học, tính thực tiễn Kiến nghị: - Trên sở kết đạt đƣợc luận văn, tiếp tục nghiên cứu ứng dụng khác Solidworksc, Mastercam phần mềm khác vào việc thiết kế gia công bề mặt 3D phức tạp - Phát triển tiếp kết nghiên cứu đạt đƣợc luận văn để thiết kế, gia công chi tiết 3D phức tạp công nghệ CAD/CAM máy CNC 84 T I LI U T AM K ẢO Tiếng Việt: [1] PGS, TS Nguyễn Trọng Bình (2003), Tối ưu hoá trình gia công cắt gọt, NXB Giáo dục [2] Trần Hữu Đà, Nguyễn Văn Hùng, Cao Thanh Long (1998), Cơ sở chất lượng trình cắt, Trƣờng ĐH Kỹ thuật Công nghiệp [3] TSKH Bành Tiến Long, PGS.TS Trần Thế Lục, Trần Sĩ Tuý (2004), Công nghệ tạo hình bề mặt dụng cụ công nghiệp, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [4] A.V Ephimop, B.P Đemiđovich (1996), Sổ tay toán học cao cấp, NXB Khoa học & Kĩ thuật [5] Nguyễn Thế Tranh (2006), Công nghệ CAD/CAM, NXB Khoa học Kỹ thuật [6] A.V Ephimop, B.P Đemiđovich (1996), Tuyển tập toán cho trường đại học kỹ thuật, NXB Khoa học & Kĩ thuật, TP Hồ Chí Minh Tiếng Anh [7] MITSUBISHI General catalogue (2008), Turning tools, rotating tools, tooling solutions [8] SUMITOMO General catalogue (2008), Performance cutting tools [9] Sandvik Coromant, Die and Mould making, Application guide [10] Athulan Vijayaraghavan, Aaron M.Hoover , Jeffrey Hartnett, DavidA Dornfeld, Improving endmilling surface finish by workpiece rotation and adaptive toolpath spacing, University of California, 1115 Etcheverry Hall, Berkeley, CA94720-1740, USA [11] D.K.Aspinwall, R.C.Dewes, E.G.Ng, C.Sage, S.L.Soo, The influence of cutter orientation and workpiece angle on machinability when high-speed milling, Inconel 718 under finishing conditions, International Journal of Machine Tools and Manufacture 47 (2007) 1839- 1846 [12] M.Balasubramaniam, P.Laxmiprasad, S.Sarma, Z.Shaikh, Generating 5-axis NC roughing paths directly from a tesselated representation, Computer - Aided - Design 32 (2000) 261 -277 [13] G.Loney, T.Ozsoy, Nc machining of free –form surfaces, Computer-Aided Design 19 (2) (1987) 85 -90 [14] H.K.Tonshoff, J.Hernandez-Camacho, Die manufacturing by 5- and 3-axes milling:influence of surface shape on cutting conditions, Journal of Mechanical Working Technology 20 (1989) 105 -119 [15] Y.Mizugaki, M.Hao, K.Kikkawa, T.Nakagawa, Geometric generating mechanism of machined surface by ball-nosed end milling, CIRPAnnal- s— Manufacturing Technology 50 (1) (2001) 69- 72 [16] N Liu, M Loftus, A Whitten, Surface finish visualisation in high speed, ball nose milling applications, International Journal of Machine Tools and Manufacture 45 (10) (2005) 1152–1161 [17] M Fontaine, A Moufki, A Devillez, D Dudzinski, Modelling of cutting forces in ball-end milling with tool-surface inclination, Journal of Materials Processing Technology 189 (2007) 73-84 85 ... nội dung Nghiên cứu công nghệ CAD/CAM/CNC vào việc thiết kế gia công bề mặt 3D” Nội dung luận văn gồm:  Chƣơng 1: Tổng quan công nghệ CAD/CAM/CNC giới hạn nghiên cứu  Chƣơng 2: Công nghệ CAD/CAM/CNC... liệu thiết kế - Giúp cho trình thiết kế đƣợc mềm dẻo, linh hoạt, ý tƣởng thiết kế dễ dàng thay đổi, chỉnh sửa giai đoạn - Dễ kế thừa kết thiết kế, trao đổi tài liệu thiết kế, tạo thƣ viện thiết kế. .. CAD/CAM/CNC việc thiết kế lập chƣơng trình gia công bề mặt 3D  Chƣơng 3: Ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CNC để thiết kế lập trình chƣơng trình gia công bề mặt 3D  Chƣơng 4: Kết gia công đánh giá