Khai thác cồng nghệ gia công bề mặt phức tạp trên máy CNC 2 trục chính

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG  PHẠM THANH KHAI THÁC CÔNG NGHỆ GIA CÔNG BỀ MẶT PHỨC TẠP TRÊN MÁY TIỆN CNC TRỤC CHÍNH Chun ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Mã số: 60520103 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2017 Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS LƯU ĐỨC BÌNH Phản biện 1: PGS.TS TRẦN XUÂN TÙY Phản biện 2: PGS.TS LÊ VIẾT NGƯU Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ (ghi ngành học vị công nhận) họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 29 tháng 07 năm 2017 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng − Thư viện trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Công nghệ gia công máy CNC ngày sử dụng phổ biến Việt Nam Với việc sử dụng máy CNC, việc chất lượng sản phẩm nâng cao, suất gia công cải thiện đáng kể việc gia cơng bề mặt phức tạp máy tiện phát triển Từ đó, sản phẩm tạo có giá cạnh tranh thỏa mãn yêu cầu khắc khe từ khách hàng Tuy nhiên, để trì yếu tố việc sử dụng cơng nghệ gia công phù hợp để đảm bảo chất lượng, tiến độ tiêu chí quan trọng bậc Nghiên cứu, khai thác khả công nghệ máy tiện CNC trục để gia cơng số chi tiết dạng trụ có bề mặt phức tạp hướng phát triển nhằm đáp ứng yêu cầu Việc làm góp phần giải vấn đề trước mắt tiếp cận công nghệ gia công tiên tiến giảm bớt nguyên công gia công chi tiết dạng trụ Xuất phát từ lý trên, chọn để tài: "Khai thác công nghệ gia công bề mặt phức tạp máy tiện CNC trục chính" làm luận văn tốt nghiệp Mục tiêu nghiên cứu - Khai thác khả công nghệ máy tiện CNC trục Maxxturn 65 - Khai thác phần mềm điều khiển ShopTurn máy Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng: Chế tạo chi tiết có biên dạng phức tạp máy tiện Maxxturn 65 Viện CN khí tự động hóa, trường Đại học Bách khoa, ĐHĐN Phạm vi: - Máy tiện CNC trục Maxxturn 65 - Phần mềm điều khiển Shopturn - Gia công thực nghiệm số chi tiết có biên dạng phức tạp Phương pháp nghiên cứu Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với phương pháp thực nghiệm Lý thuyết - Nghiên cứu công nghệ gia công máy tiện CNC trục máy Maxxturn 65 Thực nghiệm - Thực thiết kế, lập trình gia cơng số chi tiết bề mặt phức tạp máy CNC trục Nội dung nghiên cứu Ngồi phần mở đầu, đề tài bao gồm chương: Chương 1- Tổng quan gia công cắt gọt bề mặt phức tạp Chương 2- Máy tiện cnc trục Maxxturn 65 Chương 3- Gia công thực nghiệm số chi tiết phần mềm điều khiển shopturn Chương 4- Kết luận CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG CẮT GỌT CÁC BỀ MẶT PHỨC TẠP 1.1 TỔNG QUAN CÁC DẠNG BỀ MẶT TRONG GIA CÔNG CẮT GỌT 1.1.1 Các dạng bề mặt gia cơng a, Dạng bề mặt có đường chuẩn đường tròn Thể bề mặt hình thành đường sinh quay xung quanh đường chuẩn đường tròn với đặc trưng có trục chuẩn đối xứng tâm đối xứng - Đường chuẩn đường tròn, đường sinh thẳng: - Đường chuẩn đường tròn, đường sinh gãy khúc: - Đường chuẩn đường tròn, đường sinh cong: b) Dạng bề mặt có đường chuẩn đường thẳng Thể bề mặt hình thành đường sinh quét dọc theo đường chuẩn đường thẳng - Đường chuẩn đường thẳng, đường sinh thẳng: - Đường chuẩn đường thẳng, đường sinh gãy khúc: - Đường chuẩn đường thẳng, đường sinh cong: c, Dạng bề mặt phức tạp Dạng bề mặt phức tạp dạng bề mặt cần gia công khác với dạng bề mặt Các dạng bề mặt có cách tạo hình phức tạp nhiều so với dạng bề mặt có đường chuẩn đường thằng hay đường tròn Các dạng bề mặt thường gặp dạng bề mặt trụ hay khơng tròn xoay, dạng cam, dạng thân khai, dạng cánh turbin, dạng cong, dạng lòng khn… Ngồi ra, chi tiết có bề mặt đơn giản lại có yêu cầu vị trí tương quan bề mặt cao độ đồng tâm bề mặt trụ trục khuỷu, bề mặt rãnh dạng cong bề mặt trụ… xem bề mặt phức tạp 1.1.2 Cơ sở tạo hình bề mặt gia công a) Động học gia công cắt gọt - Tạo hình tạo hình bề mặt cho chi tiết máy Tạo hình trình hình thành bề mặt thực cặp đối tượng có mối quan hệ động học ràng buộc hay tự dựa liệu đầu vào đối tượng tìm liệu đối tượng Thông thường q trình gia cơng mối quan hệ động học cặp đối tượng tự Đặc trưng trình tạo hình hình thành bề mặt khởi thủy mối quan hệ đôi động học dụng cụ chi tiết gia công Các phương pháp gia công tạo hình bề mặt cho chi tiết gồm có: cắt gọt, rèn, dập, cán, ép - Động học gia công Động học gia công nghiên cứu chuyển động dụng cụ chi tiết trình cắt gọt, chèn ép gây biến dạng để tạo nên hình dạng, kích thước chi tiết máy Sơ đồ động học gia công biễu diễn chuyển động tuyệt đối mà cấu máy truyền cho dụng cụ chi tiết gia cơng q trình gia cơng - Sơ đồ động học gia công Trong trình gia cơng kim loại, lưỡi cắt dụng cụ chuyển động theo quỹ đạo khác so với bề mặt chi tiết Quỹ đạo xác định mối quan hệ động học tương hỗ dụng cụ chi tiết Sơ đồ động học gia công thiết lập sở tổ hợp chuyển động chuyển động tịnh tiến chuyển động quay Độ phức tạp sơ đồ động học gia công phụ thuộc vào tổng số chuyển động thành phần đặc trưng tổ hợp Ta chia sơ đồ động học gia cơng thành nhóm:  Một chuyển động thẳng  Một chuyển động quay  Hai chuyển động thẳng  Hai chuyển động quay  Một chuyển động thẳng, chuyển động quay  Hai chuyển động thẳng chuyển động quay  Hai chuyển động quay, chuyển động thẳng  Ba chuyển động quay - Động học tạo hình bề mặt Động học tạo hình bề mặt nghiên cứu chuyển động tương đối dụng cụ chi tiết máy để tạo nên hình dạng bề mặt chi tiết máy b) Sơ đồ động học tạo hình Sơ đồ động học tạo hình tập hợp tất chuyển động bề mặt định trước vật thể đối tượng cần tạo hình mà chuyển động cần để xác định bề mặt khởi thủy vật thể đối tượng tạo hình gọi sơ đồ động học tạo hình Các sơ đồ động học tạo hình bề mặt chủ yếu tổng hợp chuyển động tịnh tiến thẳng quay, tổ hợp chuyển động trở lên chưa dùng Các sơ động học tạo hình chia làm 04 bậc:  Nhóm bậc 0: sơ đồ động học tạo hình, bề mặt tạo hình vật thể trùng với bề mặt nguyên gốc đầu vào Ví dụ chuốt rãnh, đột lỗ Trong trường hợp chuyển động tương đối chuyển động tự trượt, để xác định bề mặt khởi thủy không cần quan tâm đến chuyển động  Nhóm bậc 1: sơ đồ động học có đặc trưng, cặp bề mặt phần tự quay phần đứng yên trùng tạo thành đường thẳng  Nhóm bậc 2: sơ đồ động học tạo hình có đặc trưng, chuyển tương hỗ cặp bao hình chuyển động quay tức thời  Nhóm bậc 3: nhóm chứa sơ đồ động học tạo hình, chuyển động tương hổ chuyển động xoắn vít tất thời Tổng hợp hai chuyển động quay, hai trục chéo Biểu diễn mạch tạo sau: Đầu vào Bề mặt (Mặt định Liên kết động học Đầu Điều kiện tạo hình Bề mặt (Mặt tạo hình) trước) Điều chỉnh liên kết Điều chỉnh hình học bề mặt Hình 1.9 Mạch tạo hình 1.2 ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ CAD/CAM TRONG GIA CÔNG CÁC DẠNG BỀ MẶT PHỨC TẠP Với công nghệ gia công truyền thống, việc gia công bề mặt phức tạp cần phải dùng thêm trang bị công nghệ phức tạp chi tiết mẫu, đồ gá máy chuyên dùng Điều dẫn đến việc gia công không đạt suất, hiệu kinh tế tính linh hoạt thấp Sự đời máy CNC công nghệ CAD/CAM giúp cho việc gia công bề mặt phức tạp trở nên thuận lợi hơn, hiệu Do vậy, nhận định rằng, cơng nghệ CAD/CAM/CNC gần thay hồn tồn cơng nghệ gia công truyền thống việc gia công dạng bề mặt phức tạp 1.2.1 Các khái niệm phương pháp xây dựng bề mặt cho CAD/ CAM Các bề mặt sản phẩm, sản xuất công nghiệp đa dạng phức tạp, để thiết kế chế tạo thuận lợi người ta đẫ sử dụng máy tính trợ giúp q trình Lĩnh vực thiết kế mô tả bề mặt gia công máy tính gọi CAMM Computer Aided Modeling Machining, đóng vai trò quan trọng hệ CAD/CAM/CNC Để mơ tả, xây dựng đường cong bề mặt máy tính sử dụng mơ hình tốn học ta cần có điều a, Các cách biểu diễn đường cong Đường cong quỹ tích điểm chuyển động theo quy luật Vết để lại điểm chuyển động hình thành đương cong hình học Trong tốn học biễu diễn đường cong phương trình tốn học, có cách biễu diễn đường cong: Đường cong ẩn Đường cong tường minh Đường cong tham số Để biễu diễn đường tròn tốn học dạng phương trình cách gắn hệ tọa độ Đềcac phẳng có gốc tọa độ trùng với tâm đường tròn đơn vị Từ khoảng cách tâm đường tròn O(0,0) điểm P(x,y) đường tròn bán kính đơn vị, chúng có mối quan hệ hai biến tọa độ biễu diễn sau: Phương trình ẩn, có dạng g(x,y) = x2 + y2 = x2 + y2 – = Nếu xét nửa đường tròn đơn vị cơng thức viết lại gọi dạng tường minh đường cong: y = (1- x2 )2 Gọi góc hợp thành chiều dương trục OX với tia PO góc θ, giá trị tọa độ x,y hàm θ gọi phương trình tham số đường tròn: x = x(θ) = cos(θ) ; y = y(θ) = sin(θ), θ gọi tham số đường tròn 28 Khi mơ đường chạy dao, Shopturn thể xác kích thước phơi, loại dao thiết lập phần đầu, thời gian gia cơng Để mơ chương trình ta thực bước sau: - Nhấn vào phím mềm “ Program” “Program manager”, sau chọn đường dẫn đến thư mục chứa chương trình - Chọn chương trình muốn mơ phỏng, sau nhấn phím “input” phím di chuyển phải - Kiểm tra tồn chương trình, sau nhấn vào phím mềm mơ - Ta mơ dòng lệnh cách nhấn vào phím mềm “Details” hay “Single block” - Nhấn phím “Stop” để dừng chương trình - Nhấn phím “Reset” để bỏ qua việc mô thiết lập lại hình dáng phơi - Nhấn phím “Start” để qua lại mô - Kết thúc mô qua lại chương trình ta nhấn phím “End” Ta quan sát q trình mơ theo dạng sau: - Quan sát theo mặt cạnh (Side view): Màn hình hiển thị phơi dạng mặt cắt ngang dọc theo trục chi tiết - Quan sát theo mặt trước (Front view): Màn hình hiển thị phơi dạng mặt cắt ngang vng góc với trục chi tiết - Quan sát theo ba cửa số (3-Window view): Màn hình hiển thị đồng thời phơi dạng mặt cắt ngang vng góc với trục chi tiết, dọc trục chi tiết, chi tiết dạng 3D 29 - Quan sát theo dạng 3D (Volume model): Màn hình hiển thị đồng thời phơi dạng 3D Ta quan sát chi tiết dạng hồn thành q trình mơ Ta xem chi tit dng nguyờn khi, hoc ẵ hay ắ Kt thúc việc mơ kiểm tra chương trình lần cuối, ta bắt đầu q trình gia cơng cách nhấn phím mềm “Execute”, sau nhấn phím “Start” để thực 2.2.2 Một số chu trình gia cơng phần mềm điều khiển shopturn a) Di chuyển theo đường thẳng đường tròn Khi ta muốn thực chuyển động theo đường thẳng đường tròn, thực việc gia cơng khơng theo chu trình ta sử dụng chức “Straight” hay “Circle” Với chu trình gia cơng đơn giản ta thực theo bước sau: - Chọn dao tốc độ quay trục - Chọn mặt phẳng gia cơng - Lập trình loại hình gia cơng - Chọn tham số lại Các loại hình gia cơng gồm: - Đường thẳng - Đường tròn biết trước tâm - Đường tròn biết trước bán kính - Đường thẳng hệ tọa độ cực - Đường tròn hệ tọa độ cực * Di chuyển theo đường thẳng 30 Khi ta muốn di chuyển theo đường thẳng hệ tọa độ Decac, ta chọn chức “Straight” Dao di chuyển theo đường thẳng với tốc độ lập trình tốc độ chạy dao nhanh từ vị trí đến vị trí đích Trong di chuyển ta chọn bù dao trái, bù dao phải khơng bù bán kính dao - Nhấn phím mềm “Strai.Circle” “Straight” - Nhấn phím mềm “Rapid traverse” ta muốn di chuyển với tốc độ tiến dao nhanh * Di chuyển theo đường tròn Khi ta muốn di chuyển theo đường tròn hệ tọa độ Decac biết trước tâm đường tròn, ta chọn chức “Circle center point” Dao di chuyển theo đường cong từ vị trí đến vị trí đích với tốc độ lập trình Shopturn tính tốn bán kính đường tròn dựa tham số nhập vào I K - Nhấn phím mềm “Strai.Circle”, sau nhấn phím “Circle center point” b) Khoan lỗ (Drilling) Những chức gia công giới thiệu phần dùng để tạo lỗ khác mặt phẳng mặt đầu trục mặt phẳng ngoại vi Một số chu trình gia cơng sử dụng: - Khoan lỗ tâm (Drill centered) - Tạo lỗ ren tâm (Thread centered) - Khoan lỗ tâm (Centering) 31 - Khoan (drilling) - Doa (Reaming) - Khoan lỗ sâu ( Deep hole drilling) - Taro (Thread tapping) - Phay lỗ ren (Thread milling) Khi thực chu trình gia cơng ta phải chọn vị trí lỗ đơn lỗ theo mảng - Nhấn phím mềm “Drilling”, “Drilling reaming” - Nhấn phím mềm “Drilling” c) Tiện (Turning) * Chu trình tiện phá (Stock removal) Chu trình dùng để cắt bỏ vật liệu từ góc biên dạng ngồi hay biên dạng dọc theo trục chi tiết hay theo biên dạng chi tiết Ta chọn chu trình gia cơng thơ (Roughing) hay gia cơng tinh (Finishing) Với chu trình gia công thô ta cắt bỏ lớp vật liệu dọc theo trục hay theo biên dạng chi tiết Ta chừa lại lượng dư để thực bước gia cơng tinh Với chu trình gia công tinh ta thường thực với chi tiết đúc chi tiết phá thơ - Nhấn phím mềm “Turning”, “Stock removal” - Phá thô đơn giản theo đường thẳng - Phá thơ có góc bo vát cạnh - Phá thơ có mặt nghiêng, góc bo vát cạnh 32 * Chu trình tạo ren (Thread cutting) Các chu trình “Longitudinal thread”, “Conical thread”, “Face thread” sử dụng để tạo ren ren với bước ren không đổi bước rent hay đổi Ta tạo ren đầu mối hay nhiều đầu mối Tạo ren trái hay ren phải cách thay đổi chiều quay trục chính, chiều tiến dao Trong q trình cắt ren ta chọn chiều sâu cắt không thay đổi hay tiết diện cắt không thay đổi tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật - Nhấn phím mềm “Turning”, “Thread” - Nhấn “Thread long”, “Thread cone”, hay “Thread face” c) Chu trình tạo rãnh (Groove) Chu trình tạo rãnh dùng để tạo nhiều rãnh với biên dạng khác dọc trục chi tiết Trước sử dụng chu trình tạo rãnh ta cần phải định nghĩa biên dạng rãnh Vỡi rãnh có bề rộng lớn bề rộng dao dao phải thực nhiều lần cắt Mỗi lần dao dịch chuyển đoạn 80% bề rộng dao Ta định nghĩa phơi có dạng hình khối trụ, theo biên dạng chi tiết có chừa lượng dư để gia cơng tinh - Nhấn phím mềm “Cont.turn”, “Grooving” d) Chu trình phay (Milling) 33 Các chu trình giới thiệu phần dùng để phay biên dạng mặt phẳng mặt đầu trục mặt phẳng ngoại vi Một số chu trình thường sử dụng: - Hốc hình chữ nhật (Rectangle pocket) - Hốc hình tròn (Circular pocket) - Đảo hình chữ nhật (Rectangle spigot) - Đảo hình tròn (Circular spigot) - Rãnh dài (Longitudinal slot) - Rãnh cong (Circumferencial slot) - Khắc chữ (Engraving) - Phay đa giác (Multiple edge) * Chu trình phay hốc vng (Rectangle pocket) Chu trình “Rectangle pocket” dùng để phay hốc hình chữ nhật mặt phẳng mặt đầu trục mặt ngoại vi - Nhấn phím mềm “Milling”, “Pocket” - Nhấn phím mềm “Rectangular pocket” * Chu trình phay hốc tròn (Circular pocket) Chu trình “Circular pocket” dùng để phay hốc tròn mặt phẳng mặt đầu trục mặt ngoại vi - Nhấn phím mềm “Milling”, “Pocket” - Nhấn phím mềm “Circular pocket” * Chu trình phay đảo hình chữ nhật (Rectangle spigot) Chu trình “Rectangle spigot” dùng để phay đảo với hình dạng khác mặt phẳng mặt đầu trục 34 - Nhấn phím mềm “Milling”, “Spigot” - Nhấn phím mềm “Rectangular spigot” * Chu trình phay đa giác (Multiple edge) Chu trình “Multiple edge” dùng để phay đa giác với số cạnh khác mặt phẳng mặt đầu trục Ta phay đa giác có khơng có bo góc vát mép - Nhấn phím mềm “Milling”, “Multiple edge” * Chu trình khắc chữ (Engraving) Chu trình “Engraving” dùng ta muốn khắc chữ dọc theo đường thẳng cung tròn - Nhấn phím mềm “Milling”, “Engraving” - Nhấn phím mềm “Lowercase” ta muốn viết chữ thường, nhấn thêm lần ta muốn viết chữ in hoa 35 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM GIA CÔNG MỘT SỐ BỀ MẶT PHỨC TẠP TRÊN MÁY MAXXTURN 65 3.1 CHI TIẾT TRỤC ĐĨA XÍCH Hình 3.1 Trục đĩa xích Hình 3.1 Chương trình gia cơng trục đĩa xích 36 Hình 3.3 Trục đĩa xích gia cơng thực tế 3.2 CHI TIẾT CAM LỆCH Hình 3.4 Chi tiết cam lệch 37 Hình 3.5 Chương trình gia cơng chi tiết cam lệch Hình 3.6 Chi tiết cam lệch gia công thực tế 38 3.3 CHI TIẾT TRỤC LỤC GIÁC Hình 3.7 Chi tiết trục lục giác Hình 3.8 Chương trình gia cơng trục lục giác 39 Hình 3.9 Chương trình gia cơng trục lục giác (tiếp theo) Hình 3.10 Chi tiết trục lục giác gia cơng thực tế 40 3.4 CHI TIẾT TRỤC RÃNH Hình 3.11 Trục rãnh Hình 3.12 Chương trình gia cơng trục rãnh 41 Hình 3.13 Chi tiết trục rãnh gia cơng thực tế 42 CHƯƠNG - KẾT LUẬN Đề tài hồn thành với nội dung sau: - Tổng quan gia công cắt gọt bề mặt phức tạp - Các đặc điểm, chu trình làm việc máy tiện CNC trục Maxxturn 65 - Thiết kế chế tạo thành công 04 sản phẩm: trục đĩa xích, chi tiết cam lệch, trục lục giác, trục rãnh * Kiến nghị: Tuy đề tài hoàn thành tác giả vấp phải nhiều khó khăn tài liệu, thời gian điều kiện đứng máy trực tiếp hạn chế Để hoàn thiện cho đề tài, tác giả chân thành mong muốn hợp tác, trao đổi ý kiến, bàn luận học hỏi tất nhà nghiên cứu, đồng nghiệp * Hướng phát triển đề tài: “Khai thác công nghệ gia công bề mặt phức tạp hai đầu trục dài máy tiện CNC trục MAXXTURN 65” ... tiếp cận công nghệ gia công tiên tiến giảm bớt nguyên công gia công chi tiết dạng trụ Xuất phát từ lý trên, chọn để tài: "Khai thác công nghệ gia công bề mặt phức tạp máy tiện CNC trục chính" làm... đường sinh cong: c, Dạng bề mặt phức tạp Dạng bề mặt phức tạp dạng bề mặt cần gia công khác với dạng bề mặt Các dạng bề mặt có cách tạo hình phức tạp nhiều so với dạng bề mặt có đường chuẩn đường... quan bề mặt cao độ đồng tâm bề mặt trụ trục khuỷu, bề mặt rãnh dạng cong bề mặt trụ… xem bề mặt phức tạp 1.1 .2 Cơ sở tạo hình bề mặt gia cơng a) Động học gia cơng cắt gọt - Tạo hình tạo hình bề mặt