Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng gia công thô trên máy phay CNC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trần Vũ Minh NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG GIA CÔNG THÔ TRÊN MÁY PHAY CNC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS Nguyễn Trọng Bình HÀ NỘI – 2010 CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn nội dung luận văn thực hiện, tuyệt đối không chép đề tài khác Người thực   Trần Vũ Minh MỤC LỤC PHỤ LỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Chương I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC MỞ ĐẦU .9 CHƯƠNG I .11 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC 11 1.1 Lịch sử phát triển 11 1.2 Các hệ thống điều khiển CNC 12 1.2.1 Điều khiển điểm - điểm 12 1.2.2 Điều khiển đoạn thẳng .12 1.2.3 Điều khiển đường 13 1.3 Hệ thống tọa độ điểm gốc, điểm chuẩn 15 1.3.1 Hệ thống tọa độ máy CNC 15 1.3.2 Các điểm gốc điểm chuẩn 18 1.4 Ngôn ngữ hình thức tổ chức lập trình CNC 22 1.4.1 Chương trình gia công theo hệ tọa độ tuyệt đối .23 1.4.2 Chương trình gia công theo hệ tọa độ tương đối .23 1.4.3 Chương trình theo hệ tọa độ hỗn hợp 23 1.4.4 Chương trình theo hệ tọa độ độc cực .24 1.4.5 Các hình thức tổ chức lập trình gia công CNC 24 CHƯƠNG II .28 PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG GIA CÔNG THÔ 28 2.1 Lượng dư gia công vết dao trình gia công thô 28 2.1.1 Vết dao trình gia công thô 28 2.1.2 Chiều cao nhấp nhô 28 2.1.3 Vai trò chất lượng bề mặt chi tiết sau gia công thô 30 2.2 Lý thuyết lượng dư gia công linh động 31 2.3 Thiết lập đường dẫn dao cho phương pháp nghiên cứu 32 CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM .37 3.1 Giới thiệu thiết bị thí nghiệm 37 3.1.1 Máy phay PC MILL 55 37 3.1.2 Hệ điều khiển SINUMERIK máy phay PC mill 55 40 3.1.2.1 Mã lệnh G 40 3.1.2.2 Mã lệnh M 56 3.1.2.3 Các chu trình 58 3.1.2.4 Các câu lệnh hiệu chỉnh 84 3.1.2.5 Chương trình 89 3.1.2.6 Các lệnh điều khiển trục 91 3.1.2.8 Các hàm số học 95 3.1.2.9 Các biến hệ thống 96 3.2 Tiến hành cắt thử mẫu 97 3.2.1 Cắt mẫu theo phương pháp thông thường 98 3.2.2 Cắt mẫu theo phương pháp chạy dao 100 3.2.3 So sánh mẫu cắt 102 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO .104 PHỤ LỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU  Chương I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC Hình 1.1 Lịch sử phát triển công nghệ CAD/CAM-CNC Hình 1.2 Điều khiển điểm – điểm Hình 1.3 Điều khiển đoạn thẳng Hình 1.4 Điều khiển 2D Hình 1.5 Điều khiển 3D Hình 1.6 Điều khiển 2D Hình 1.7 Điều khiển 4D 5D Hình 1.8 Hệ tọa độ máy CNC Hình 1.9 Chiều chuyển động trục máy CNC Hình 1.10 Hệ tọa độ máy tiện 3D với bàn dao phía sau Hình 1.11 Hệ tọa độ máy phay đứng Hình 1.12 Hệ tọa độ máy phay ngang Hình 1.13 Điểm gốc điểm chuẩn máy phay đứng máy tiện Hình 1.14 Điểm gốc phôi W, gốc chương trình P gốc máy M Hình 1.15 Ví dụ chọn điểm W điểm P khoan hệ lỗ nằm đường tròn Hình 1.16 Điểm chuẩn P dao Hình 1.17 Các điểm gốc dụng cụ Hình 1.18 Hệ tọa độ tuyệt đối Hình 1.19 Hệ tọa độ tương đối Hình 1.20 Hệ tọa độ hỗn hợp Hình 1.21 Hệ tọa độ độc cực Chương II PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG GIA CÔNG THÔ Hình 2.1 Chiều cao nhấp nhô h bước tiến dao ngang g Hình 2.2 Bước tiến dao phay ngón đầu cầu Hình 2.3 Bước tiến dap phay ngón phẳng Hình 2.4 Quá trình gia công tinh Hình 2.5 Đường dẫn dao lớp cắt khác Hình 2.6 Chiều cao nhấp nhô bước tiến dao ngang Hình 2.7 Chiều cao nhấp nhô, chiều sâu cắt bước tiến ngang Hình 2.8 Mô gia công phần mềm CATIA dao phay đầu cầu Chương III TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM CẮT THỬ Hình 3.1 Máy phay PC MILL 55 Hình 3.2 Gá đặt chi tiết máy phay PC MILL 55 Hình 3.3 Bàn phím điều khiển Hình 3.4 Gia công Contour máy phay PC MILL 55 Hình 3.5 Sản phẩm máy phay PC MILL 55 Hình 3.6 Gia công máy phay PC MILL 55 Hình 3.7 Chèn vát góc, lượn góc Hình 3.8 Nội suy cung tròn Hình 3.9 Nội suy điểm S, E, M Hình 3.10 Nội suy điểm S, E R Hình 3.11 Nội suy với góc chắn cung Hình 3.12 Nội suy điểm S, E điểm trung gian Hình 3.13 Nội suy theo đường xoắn ốc Hình 3.14 Dừng xác Hình 3.15 Gia công theo contour Hình 3.16 Xác định mặt phẳng làm việc Hình 3.17 Gia công ren Hình 3.18 Taro Hình 3.19 Bù bán kính dụng cụ Hình 3.20 Dịch chuyển góc phôi Hình 3.21 Bù trái G41 Hình 3.22 Bù phải G42 Hình 3.23 Dịch chuyển điểm Hình 3.24 Kích thước tuyệt đối/ tương đối Hình 3.25 Hệ tọa độ cực Hình 3.26 Tiếp cận rời dụng cụ Hình 3.27 Hướng dịch chuyển với G430/G431 Hình 3.28 Hướng tiếp cận rời dụng cụ với NORM, KONT Hình 3.29 Chu trình khoan 81,82 Hình 3.30 Ví dụ chu trình 81 Hình 3.31 Chu trình khoan lỗ sâu 83 Hình 3.32 Ví dụ chu trình 83 Hình 3.33 Chu trình taro 84 Hình 3.34 Ví dụ chu trình 84 Hình 3.35 Chu trình taro 840 Hình 3.36 Ví dụ chu trình 840 Hình 3.37 Chu trình doa 86 Hình 3.38 Chu trình gia công hàng lỗ Hình 3.39 Chu trình gia công vòng lỗ Hình 3.40 Ví dụ Holes1 Hình 3.41 Ví dụ Holes2 Hình 3.42 Chu trình 801 Hình 3.43 Ví dụ chu trình 801 Hình 3.44 Chu trình phay bề mặt 71 Hình 3.45 Phương thức di chuyển dụng cụ Hình 3.46 Chu trình phay contour 72 Hình 3.47 Ví dụ chu trình 72 Hình 3.48 Chu trình gia công ren 90 Hình 3.49 Ví dụ chu trình 90 Hình 3.50 Ví dụ gia công rãnh Hình 3.51 Gia công rãnh dài đường tròn Hình 3.52 Ví dụ Longhole Hình 3.53 Gia công rãnh, rãnh cong đường tròn Hình 3.54 Ví dụ SLOT1 Hình 3.55 Ví dụ SLOT2 Hình 3.56 Gia công hốc chữ nhật, hốc tròn Hình 3.57 Ví dụ Pocket1 Hình 3.58 Ví dụ Pocket2 Hình 3.59 Gia công hốc POCKET3/4 Hình 3.60 Ví dụ Pocket3 Hình 3.61 Ví dụ Pocker4 Hình 3.62 Ví dụ chu trình 76 Hình 3.63 Ví dụ chu trình 77 Hình 3.64 Các câu lệnh hiệu chỉnh Hình 3.65 Tính theo điểm hành G54-G599 Hình 3.66 ATRANS tính theo điểm tồn trước G54-G599, TRANS Hình 3.67 Xoay hệ tọa độ Hình 3.68 Ví dụ xoay hệ tọa độ Hình 3.69 Lấy tỷ lệ Hình 3.70 Ví dụ lấy tỷ lệ Hình 3.71 Lấy đối xứng Hình 3.72 Ví dụ lấy đối xứng Hình 3.73 Chương trình với chương trình Hình 3.74 Số lần lặp P Hình 3.75 Gọi chương trình Hình 3.76 Các lệnh điều khiển trục Hình 3.77 Dịch chuyển dụng cụ phía phía contour Hình 3.78 Mẫu phôi thí nghiệm Hình 3.79 Gá đặt phôi Hình 3.80 Lập chương trình gia công Hình 3.81 Đường dẫn dao theo phương pháp thông thường Hình 3.82 Chi tiết gia công Hình 3.83 Mẫu gia công thô thu với chế độ cắt Hình 3.84 Đo sơ kích thước đỉnh nhấp nhô chi tiết Hình 3.85 Đường dẫn dao theo phương pháp Hình 3.86 Lát cắt đỉnh nhấp nhô phương pháp nghiên cứu Hình 3.87 Chi tiết gia công xong phương pháp nghiên cứu Hình 3.88 Đo sơ kích thước đỉnh nhấp nhô chi tiết Hình 3.89 Hai mẫu gia công MỞ ĐẦU  Trong công nghiệp, gia công thô phương pháp bóc tách vật liệu sử dụng rộng rãi Mục đích phương pháp bóc tách lượng vật liệu lớn thời gian ngắn mà không cần quan tâm đến chất lượng bề mặt chi tiết Thời gian gia công thô thường lớn gấp đến 10 lần thời gian gia công tinh Để đạt hiệu lớn sản xuất sản phẩm, người ta đưa phương pháp thông dụng dùng gia công thô - Sử dụng dao nhiều lưỡi: Dao cắt có kích thước lớn đem lại khả bóc tách kim loại lớn, nhiên phạm vi ứng dụng không cao dao có kích thước nhỏ Dao nhỏ có khả gia công chi tiết nhỏ làm tằng thời gian gia công Vì vậy, ta cần phải cân nhắc để chọn dụng cụ gia công phù hợp - Sử dụng chế độ cắt tối ưu: Phương pháp bao gồm việc tính toán để tăng chiều sâu cắt, tăng lượng tiến dao tăng số vòng quay trục - Sử dụng đường chạy dao đặc biệt: vài đường chạy dao đặc biệt “Gia công đào sâu” ứng dụng phần mềm CAD/CAM công nghiệp Đường chạy dao cho phép cắt bỏ lượng lớn vật liệu trình gia công thô cách tiến dao xuống mũi khoan Để tăng khả bóc tách kim loại trình gia công thô, nhiều nghiên cứu tiến hành nhiều báo xuất Ví dụ như, Lauwers Leuven phát triển phương pháp gia công thô bề mặt phức tạp khuôn đực máy trục, phương pháp dựa công nghệ chuyển đổi, công nghệ thường biết tới để tính toán chuyển đổi đồ điểm ảnh 2D Dựa đường tiến dao kiểu zigzag contour, modul xây dựng mã lệnh NC cho việc gia công thô bề mặt khắc giới thiệu Tao Ting với mục đích đạt đường tiến dao hiệu khoảng thời gian gia công định Những phương pháp hiệu vài phương pháp áp dụng vào thực tế Tuy nhiên, bề mặt tinh hay biên dạng phần vật liệu dư nghiên cứu không đưa yếu tố quan trọng bị loại bỏ hẳn Trên thực tế, hình dáng kích thước phần vật liệu dư có ảnh hưởng lớn vài ứng dụng Ví dụ gia công tốc độ Nhảy chương trình không điều kiện Cấu trúc lệnh: Label: GOTOB LABEL Hoặc GOTOF LABEL Label: GOTOB Nhảy lùi đầu chương trình GOTOF Nhảy tiến đến cuối chương trình LABEL Đích (nhãn chương trình) Label: Đích nhảy Nhảy chương trình có điều kiện Cấu trúc lệnh: Label: IF GOTOB LABEL Hoặc IF GOTOF LABEL Label: Lập trình thông báo, MSG Đoạn thông báo có tối đa 124 ký tự, hiển thị làm dòng 2x62 Nội dung biến hiển thị thông báo Ví dụ: N10 MSG (“Roughing of contour”) N20 X… Y… N… N90 MSG () Ta đặt báo động lập trình NC từ khóa “SETAL” Báo động phải lập trình khối lệnh riêng rẽ Ví dụ: N100 SETAL (65000) 90 3.1.2.6 Các lệnh điều khiển trục M3, M4, S, M5, SPOS M3 Quay chiều kim đồng hồ (phải) M4 Quay ngược chiều kim đồng hồ (trái) M5 Dừng trục Tốc độ quay trục S Ví dụ: N20 M3 S2000 Thiết lập vị trí trục Hình 3.76 Các lệnh điều khiển trục SPOS=… [ ] A axis (Đầu phân độ) Đối với gia công phay bề mặt vật thể hình trụ tròn xoay, trục tọa độ A chuyển động dụng cụ cắt phải có mối quan hệ ràng buộc lẫn Bởi vậy, trục A thường trục quay lập trình trục tịnh tiến thông thường Đơn vị tính theo độ 91 Tối ưu hóa tốc độ ăn dao CFTCP, CFC, CFIN Hình 3.77 Dịch chuyển dụng cụ phía phía contour CFTCP – Tốc độ ăn dao không đổi tính đường tâm dụng cụ Biên dạng contour không bị ảnh hưởng tốc độ tính theo đường tâm dụng cụ cắt Ứng dụng: gia công thô CFC – Tốc độ ăn dao không đổi tính theo contour Thiết lập Tốc độ ăn dao đường tâm dụng cụ cắt tăng dụng cụ nằm phía đường cong ngược lại, giảm dụng cụ nằm phía đường cong Ứng dụng: gia công tinh CFIN – Tốc độ ăn dao không đổi bán kính Tốc độ ăn dao đường tâm dụng cụ giảm dụng cụ nằm phía đường cong không tăng năm phía (đặc biệt quan trọng gia công lần cuối) 92 3.1.2.7 Các từ lệnh 93 94 3.1.2.8 Các hàm số học 95 3.1.2.9 Các biến hệ thống 96 3.2 Tiến hành cắt thử mẫu Tiến hành gia công cắt thử mẫu để so sánh phương pháp: - Phương pháp gia công thông thường - Phương pháp chạy dao xây dựng chương II Nhằm mục đích so sánh kiểm chứng hiệu phương pháp chạy dao so với phương pháp chạy dao thông thường, thí nghiệm cắt thử tiến hành với điều kiện biên như: - Sử dụng loại dao phay đầu cầu, có đường kính 12mm - Phôi gia công phôi nhôm có kích thước 50x100x15 hình 3.78 Hình 3.78: Mẫu phôi thí nghiệm - Chế độ cắt sử dụng thí nghiệm o Tốc độ trục chính, S = 2500 vòng/phút o Lượng tiến dao gia công, F = 300 mm/phút o Chiều sâu cắt lớp cắt, d = mm o Chiều sâu tổng cộng gia công cắt thử, Σd = mm 97 o Bước tiến dao ngang g = 100% = 12 mm o Chế độ gia công khô 3.2.1 Cắt mẫu theo phương pháp thông thường Hình 3.79: Gá đặt phôi Hình 3.80: Lập chương trình gia công 98 15 Mẫu gia công Hình 3.81: Đường chạy dao theo phương pháp thông thường Hình 3.82: Chi tiết gia công Hình 3.83: Mẫu gia công thô thu với chế độ cắt 99 h1 12 Hình 3.84: Đo sơ kích thước đỉnh nhấp nhô chi tiết 3.2.2 Cắt mẫu theo phương pháp chạy dao Mẫu gia công Hình3.85: Đường chạy dao theo phương pháp 100 15 h2 12 Hình 3.86: Lát cắt đỉnh nhấp nhô phương pháp nghiên cứu Hình 3.87: Chi tiết gia công xong phương pháp nghiên cứu 101 Hình 3.88: Đo sơ kích thước đỉnh nhấp nhô chi tiết 3.2.3 So sánh mẫu cắt Hình 3.89: Hai mẫu gia công - Dễ dàng nhận thấy hình chụp hình 3.81 3.85, chiều cao nhấp nhô chi tiết sau gia công thô phương pháp h2 giảm đáng kể so với gia công theo phương pháp thông thường h1 Điều có ý nghĩa lớn bước gia công - Thời gian gia công lần cắt xấp xỉ 13 phút Như gia công phương pháp nghiên cứu, thời gian cắt gọt không tăng 102 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN  Với hướng dẫn tận tình PGS.TS Nguyễn Trọng Bình trợ giúp thầy cô Bộ môn Công nghệ Chế tạo máy, Trường ĐHBK Hà Nội, luận văn đạt số kết định nhiên không tránh khỏi thiếu sót Sau vài kết hướng phát triển tiếp luận văn: Các kết đạt - Nghiên cứu tổng quan công nghệ gia công máy điều khiển số CNC nói chung máy phay CNC nói riêng - Nghiên cứu gia công thử phương pháp để nâng cao chất lượng gia công thô mà không làm tăng thời gian gia công - Sử dụng thành thạo máy hệ điều khiển SINUMERIK máy phay CNC trung tâm EMCO – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội - Ứng dụng phương pháp việc thí nghiệm cắt gọt máy phay CNC Hướng phát triển đề tài - Đề tài tiền đề để phát triển phương pháp gia công thô máy phay 4, trục, phay bề mặt phức tạp cách tích hợp đường chạy dao kiểu vào phần mềm gia công (CAM) - Tính toán chế độ cắt tối ưu cho bước gia công thô, từ có bề mặt gia công thô tốt dẫn đến bỏ hoàn toàn bước gia công bán tinh mà chuyển hẳn sang bước gia công tinh 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO  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 Emco Maier, Machine description, Concept Mill 55 Emco Maier, Control description, Sinumerik 810/840D S Tao and K.-L Ting, Unified rough cutting tool path generation for sculptured surface machining International Journal of Production Research, Vol.39(13) p.2973-2989, 2001 Trần Văn Địch (2007), Công nghệ CNC, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội 104 ... PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG GIA CÔNG THÔ  2.1 Lượng dư gia công vết dao trình gia công thô 2.1.1 Vết dao trình gia công thô Vết dao phay dao phay đầu cầu phương pháp phay lớp thấy hình 2.1 Chiều cao. .. việc tăng chất lượng bề mặt sau gia công thô tiến hành Mục đích đề tài nghiên cứu phương pháp gia công thô cách xem xét đến lượng dư gia công linh động trình gia công Mục đích phương pháp xây... gia công CNC 24 CHƯƠNG II .28 PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG GIA CÔNG THÔ 28 2.1 Lượng dư gia công vết dao trình gia công thô 28 2.1.1 Vết dao trình gia công thô