Mô hình hóa quá trình phay bề mặt 3d bằng dao phay đầu cầu

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng Tất số liệu kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực, chƣa đƣợc tác giả khác cơng bố cơng trình thán năm 2019 g Nghiên cứu sinh Hà Nội, HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS.Trương Hồnh Sơn Đậu Chí Dũng HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS.Trần Xuân Việt i LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Phòng Đào tạo - Bộ phận đào tạo sau đại học, Viện Cơ khí Bộ mơn Công nghệ Chế tạo máy cho phép thực luận án Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Xin cảm ơn Phòng Đào tạo - Bộ phận đào tạo sau đại học Viện Cơ khí hỗ trợ giúp đỡ suốt trình làm luận án Tôi xin chân thành cảm ơn TS.Trƣơng Hoành Sơn PGS.TS.Trần Xuân Việt hướng dẫn tơi tận tình, chu đáo mặt chun mơn để tơi thực hồn thành luận án Tôi xin chân thành biết ơn Quý thầy, cô Bộ môn Công nghệ Chế tạo Máy Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội ln góp ý, giúp đỡ, động viên dành cho lời khuyên quý giá để hồn thành luận án Tơi xin cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Cao đẳng KTCN Việt Nam- Hàn Quốc, Ban lãnh đạo Khoa Cơ khí chế tạo thầy cô Khoa hậu thuẫn động viên tơi suốt q trình nghiên cứu học tập Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy phản biện, thầy Hội đồng chấm luận án đồng ý đọc duyệt góp ý kiến q báu để tơi hồn chỉnh luận án định hướng nghiên cứu tƣơng lai Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè, người động viên khuyến khích tơi suốt thời gian tơi tham gia nghiên cứu thực cơng trình Nghiên cứu sinh Đậu Chí Dũng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN .ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ viii PHẦN MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài .1 Mục đích, đối tƣợng phạm vi nghiên cứu .2 Phƣơng pháp nghiên cứu .2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Những đóng góp luận án Nội dung luận án CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG BỀ MẶT 3D 1.1 Giới thiệu bề mặt 3D 1.1.1 Khái niệm bề mặt 3D 1.1.2 Ứng dụng bề mặt 3D 1.1.3 Đặc điểm q trình gia cơng bề mặt 3D 10 1.2 Các phƣơng pháp gia công bề mặt 3D 11 1.2.1 Gia công máy công cụ truyền thống 11 1.2.2 Gia công máy CNC 12 1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu liên quan đến đề tài 16 1.3.1 Các nghiên cứu nƣớc 16 1.3.2 Các nghiên cứu nƣớc 17 1.4 Kết luận chƣơng 21 CHƢƠNG MƠ HÌNH HĨA Q TRÌNH GIA CƠNG PHAY CNC BỀ MẶT 3D BẰNG DAO PHAY NGÓN ĐẦU CẦU 23 2.1 Mục đích việc mơ hình hóa 23 2.2 Mơ hình lực cắt phay bề mặt 3D 23 2.2.1 Mơ hình tính tốn diện tích cắt phay mặt 3D 25 2.2.2 Phƣơng trình lực cắt 31 iii 2.2.3 Tính lực cắt lý thuyết phay mặt 3D 32 2.3 Mơ hình tính tốn độ xác gia cơng 35 2.4 Mơ hình nhám bề mặt phay bề mặt 3D 38 [12],[1],[3] 2.4.1 Lý thuyết độ nhấp nhô bề mặt 38 2.4.2 Ảnh hƣởng hình dạng hình học dụng cụ đến chất lƣợng tạo hình [3],[1] gia cơng bề mặt 3D 40 2.4.3 Dự báo độ nhám bề mặt 3D 49 2.5 Kết luận chƣơng 50 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG TÍNH CHÍNH XÁC CỦA MƠ HÌNH 51 [13] 3.1 Vai trò, mục đích q trình thực nghiệm 51 3.2 Mơ hình thực nghiệm 51 3.3 Kết thực nghiệm đánh giá 57 3.3.1 Kết đo lực cắt 57 3.3.2 Kết đo độ xác gia cơng 61 3.3.3 Kết đo độ nhám bề mặt gia công 65 3.4 Kết luận Chƣơng 66 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG PHƢƠNG TRÌNH QUAN HỆ GIỮA CÁC THƠNG SỐ CƠNG NGHỆ VÀ THƠNG SỐ HÌNH HỌC BỀ MẶT GIA CƠNG VỚI LỰC CẮT, SAI SỐ HÌNH HỌC VÀ NHÁM BỀ MẶT .68 4.1 Cơ sở lựa chọn phƣơng pháp tổ chức thực nghiệm 4.1.1 Các phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm [13], [11] 68 [11] 69 [11] 4.1.2 Kỹ thuật dùng mô hình nội suy xấp xỉ 72 4.1.3 Khái quát ứng dụng phần mềm iSight xây dựng phƣơng trình hồi quy 75 4.2 Tổ chức thực nghiệm 76 4.2.1 Mục đích q trình thực nghiệm 76 4.2.2 Lựa chọn phƣơng pháp quy hoạch mơ hình hồi quy 76 4.2.3 Xây dựng ma trận thực nghiệm 77 4.2.4 Tiến hành thí nghiệm thu thập liệu 78 4.3 Đánh giá kết thí nghiệm xây dựng phƣơng trình hồi quy 79 4.3.1 Đánh giá kết thí nghiệm xây dựng phƣơng trình hồi quy lực cắt 79 4.3.2 Đánh giá kết thực nghiệm xây dựng phƣơng trình hồi quy sai số gia cơng 83 iv 4.3.3 Đánh giá kết thực nghiệm xây dựng phƣơng trình hồi quy độ nhám bề mặt 86 4.4 Kết luận chƣơng 89 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 95 PHỤ LỤC 96 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu CAD CAM CNC V F t Giải thích ý ng Computer Aide Computer Aide Computer Num Tốc độ cắt Bƣớc tiến dao Lƣợng dƣ gia c Sn D n Bƣớc dịch dao Đƣờng kính da Tốc độ quay trụ ϕ Ψ ∆ P Góc tƣơng ứng Góc quay c Sai số bề mặt gi Lực cắt PX PY PZ p q R r Lực cắt theo ph Lực cắt theo ph Lực cắt theo ph Lực cắt đơn vị Tiết diện cắt Bán kính bề mặ Bán kính dao ph vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1:Tiết diện cắt phay mặt trụ lồi 27 Bảng 2.2:Tiết diện cắt phay mặt trụ lõm 30 Bảng 2.3: Kết tính lực cắt lý thuyết phay mặt trụ lồi 33 Bảng 2.4: Kết tính lực cắt lý thuyết phay mặt trụ lõm 33 Bảng 2.5: Dự đốn biến đổi vị trí gia công dụng cụ cắt phay mặt trụ lồi, t=0.2mm 38 Bảng 2.6:Dự đốn biến đổi vị trí gia cơng dụng cụ cắt phay mặt trụ lõm, t=0.2mm 38 Bảng 3.1: Lực cắt đo đƣợc phay mặt trụ lồi với t=0.2mm, sn=0.1mm 58 Bảng 3.2: Lực cắt đo đƣợc phay mặt trụ lõm với t=0.2mm, sn=0.1mm 59 Bảng 3.3: Tọa độ đo mẫu thực nghiệm mặt trụ lồi 61 Bảng 3.4: Tọa độ đo mẫu thực nghiệm mặt trụ lõm 62 Bảng 3.5:Sai số bề mặt đo đƣợc mẫu thực nghiệm bề mặt trụ lồi (F=700mm/phút) 64 Bảng 3.6:Sai số bề mặt đo đƣợc mẫu thực nghiệm bề mặt trụ lõm(F=700mm/phút) 64 Bảng 3.7: Kết đo độ nhám bề mặt Ra phay mặt trụ lồi(F=700mm/phút) 65 Bảng 3.8: Kết đo độ nhám bề mặt Ra phay mặt trụ lõm(F=700mm/phút) .66 Bảng 4.1 Bảng ma trận thực nghiệm 77 Bảng 4.2 Bảng giá trị thực nghiệm 78 vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Ơ lƣới mặt cong đa thức chuẩn bicubic Hình 1.2: Ô lƣới mặt cong Ferguson Hình 1.3: Ơ lƣới mặt cong BEZIER Hình 1.4: Ơ lƣới mặt cong B-Spline Hình 1.5: Miền tam giác Ô lƣới mặt cong BEZIER tam giác Hình 1.6: Một số sản phẩm đúc áp lực Hình 1.7: Điện cực sản phẩm gia công xung điện Hình 1.8: Sản phẩm khn đƣợc gia công máy CNC Hình 1.9: Phay bánh xoắn máy phay chuyên dụng Hình 1.10: Phay bánh côn xoắn máy phay vạn năng, sử dụng đầu phân độ dao phay ngón modul Hình 1.11: Một số loại dụng cụ cắt dùng phay bề mặt 3D Hình 1.12: Đƣờng dụng cụ gia công contour 2D (nguồn [3]) Hình 1.13: Đƣờng dụng cụ gia công Pocket 2D Hình 1.14: Đƣờng dẫn dụng cụ gia cơng 3D(nguồn [3]) Hình 1.15: Mơ hình gia cơng 3D dao phay ngón đầu cầu (nguồn [5]) Hình 1.16: Sơ đồ đo lực cắt phay dao phay ngón đầu cầu thép cứng (nguồn [6]) Hình 1.17: Sơ đồ tính tốn lực cắt phay dao phay ngón đầu cầu (nguồn [6]) 18 Hình 1.18: Ảnh hƣởng lực cắt phụ thuộc góc quay lƣỡi cắt (nguồn [6]) Hình 1.19: Mơ hình hình học để tính tiết diện cắt phay dao phay ngón đầu cầu (nguồn [7]) Hình 1.20: Hƣớng chạy dao vị trí đo độ nhám phay bề mặt tự (nguồn [8]) 19 Hình 1.21: Điều kiện thí nghiệm để nghiên cứu ảnh hƣởng phƣơng án chạy dao đến độ nhám bề mặt (nguồn [9]) Hình 1.22: Phƣơng trình hồi quy Rz tƣơng ứng với thông số công nghệ phƣơng án chạy dao khác (nguồn [9]) Hình 2.1: Sơ đồ cắt gia cơng cắt gọt (nguồn [10]) Hình 2.2: Mơ hình mặt phẳng cắt tiến dao theo hƣớng ngang Hình 2.3: Mơ hình hình học phay mặt trụ lồi dao phay ngón đầu cầu Hình 2.4: Mối quan hệ góc ϕ diện tích cắt q phay mặt trụ lồi Hình 2.5: Mơ hình hình học phay mặt cong lõm dao đầu cầu viii Hình 2.6: Mối qua hệ góc ϕ diện tích cắt q phay mặt trụ lõm t = 0.2mm 31 Hình 2.7: Mối qua hệ góc ϕ diện tích cắt q phay mặt trụ lõm t=0.3mm 31 Hình 2.8: Biểu đồ ảnh hƣởng góc ϕ đến kết tính lực cắt lý thuyết phay mặt trụ lồi t=0.2mm 34 Hình 2.9: Biểu đồ ảnh hƣởng góc ϕ đến kết tính lực cắt lý thuyết phay mặt trụ lồi t=0.3mm 34 Hình 2.10: Biểu đồ ảnh hƣởng góc ϕ đến kết tính lực cắt lý thuyết phay mặt trụ lõm t=0.2mm 34 Hình 2.11: Biểu đồ ảnh hƣởng góc ϕ đến kết tính lực cắt lý thuyết phay mặt trụ lõm t=0.3mm 35 Hình 2.13: Mối quan hệ góc quay dụng cụ với thành phần lực cắt [6] 36 Hình 2.14: Sơ đồ tính tốn biến đổi vị trí gia cơng dụng cụ dƣới ảnh hƣởng thành phần lực cắt PX 37 Hình 2.15: Sơ đồ xác định độ nhấp nhơ tế vi (độ nhám) bề mặt 39 Hình 2.17: Chiều cao nhấp nhơ gia cơng dao phay đầu cầu (Nguồn [3]) 40 Hình 2.18: Sơ đồ xác định chiều cao nhấp nhô gia cơng mặt cong lồi dao phay ngón đầu cầu (Nguồn [3]) 41 Hình 2.19: Sơ đồ xác định chiều cao nhấp nhô gia công mặt cong lõm dao phay ngón đầu cầu (Nguồn [3]) 42 Hình 2.20: Sơ đồ xác định chiều cao nhấp nhô gia cơng mặt phẳng dao phay ngón đầu phẳng (Nguồn [3]) 42 Hình 2.21: Gia cơng mặt cong 3D dao phay ngón đầu (Nguồn [3]) 43 Hình 2.22: Sơ đồ tính chiều cao nhấp nhơ gia cơng mặt cong 3D dao phay ngón đầu tiến dao ngang (Nguồn [3]) 43 Hình 2.23: Mơ hình gia công phần bề mặt khác (Nguồn [3]) 44 Hình 2.24: Bề mặt khơng gian 3D (Nguồn [3]) 45 Hình 2.25: Quỹ đạo điểm tạo hình (Nguồn [3]) 46 Hình 2.26: Sơ đồ gia công mặt cong lõm (Nguồn [3]) 47 Hình 2.27: Sơ đồ tính chiều cao nhấp nhô phay phẳng dao phay ngón đầu cầu (Nguồn [3]) 48 Hình 2.28: Sơ đồ gia cơng mặt cong lõm dao phay ngón đầu cầu (Nguồn [3]) 48 Hình 3.1: Sơ đồ thực nghiệm 52 Hình 3.2: Sơ đồ chạy dao trình thực nghiệm 52 Hình 3.3: Bản vẽ chi tiết mẫu thực nghiệm 53 Hình 3.4: Dao phay ngón đầu cầu GS Mill 2GSR5 53 ix Phụ lục 8: Kết đo sai số bề mặt phay mặt trụ lồi tương ứng kết bảng 3.5 bảng 4.2 ∆ (mm) t=0.2 (mm), s =0.05 (mm), Góc ϕ( ) Mẫu 10 20 30 40 50 60 70 80 90 -0.01 -0.01 -0.01 0.00 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 Góc ϕ( ) Mẫu 10 20 30 40 50 60 70 80 90 -0.01 0.00 -0.01 0.00 0.01 0.01 0.01 0.02 0.03 0.03 Góc ϕ( ) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Mẫu 0.01 0.00 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.02 0.03 0.04 108 Phụ lục 9: Hình ảnh Scan 3D bề mặt gia công so sánh với bề mặt tiêu chuẩn, tương ứng kết bảng 3.6 bảng 4.2 109 110 Phụ lục 10: Kết đo sai số bề mặt phay mặt trụ lõm tương ứng kết bảng 3.5 bảng 4.2 ∆ (mm) t=0.2(mm), s = 0.05(mm), Góc ϕ( ) Mẫu 10 20 30 40 50 60 70 80 90 -0.01 0.00 -0.01 0.00 0.00 0.01 0.02 0.02 0.02 0.03 ∆ (mm) t=0.2(mm), s = 0.1(mm), Góc ϕ( ) Mẫu 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0.01 0.00 0.01 0.02 0.01 0.02 0.02 0.03 0.04 0.05 ∆ (mm) t=0.2(mm), s = 0.15(mm), Góc ϕ( ) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Mẫu 0.02 0.02 0.03 0.03 0.03 0.04 0.04 0.05 0.05 0.07 111 ∆ (mm) t=0.2(mm), s = 0.05(mm), Góc ϕ( ) Mẫu 10 20 30 40 50 60 70 80 90 -0.01 0.00 0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.03 ∆ (mm) t=0.2(mm), s = 0.1(mm), Góc ϕ( ) Mẫu 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0.01 0.02 0.02 0.03 0.03 0.04 0.05 0.06 0.06 0.07 ∆ (mm) t=0.2(mm), s = 0.15(mm), Góc ϕ( ) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Mẫu 0.03 0.05 0.06 0.06 0.06 0.07 0.07 0.08 0.09 0.10 112 Phụ lục 11: Đo nhám bề mặt máy đo độ nhám SJ400, tương ứng kết bảng 4.2 113 114 Phụ lục 12: Kết đo độ nhám bề mặt mặt trụ lồi sau gia công tương ứng giá trị bảng 3.7 Ra (µm) t=0.2(mm), s = 0.05(mm), Góc ϕ( ) Mẫu 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0.12 0.13 0.13 0.15 0.17 0.2 0.25 0.27 0.32 0.37 Góc ϕ( ) Mẫu 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0.30 0.31 0.43 0.50 0.50 0.55 0.57 0.64 0.68 0.75 Góc ϕ( ) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Mẫu 0.38 0.48 0.51 0.53 0.56 0.65 0.71 0.76 0.81 0.86 115 Phụ lục 13: Kết đo độ nhám bề mặt mặt trụ lõm sau gia công tương ứng giá trị bảng 3.8 bảng 4.2 Ra (µm) t=0.2(mm), s = 0.05(mm), Góc ϕ( ) Mẫu 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0.12 0.12 0.13 0.15 0.17 0.2 0.25 0.27 0.31 0.35 Góc ϕ( ) Mẫu 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0.40 0.41 0.44 0.51 0.50 0.55 0.60 0.66 0.68 0.75 Góc ϕ( ) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Mẫu 0.47 0.52 0.54 0.56 0.58 0.65 0.71 0.76 0.84 0.86 116 Góc ϕ( ) Mẫu 0.13 0.15 0.15 0.18 0.20 0.26 0.32 0.37 0.41 0.45 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Góc ϕ( ) Mẫu 0.43 0.45 0.47 0.59 0.63 0.66 0.69 0.73 0.75 0.75 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Góc ϕ( ) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 F1000mm/phút Mẫu 0.57 0.62 0.64 0.66 0.68 0.73 0.77 0.81 0.86 0.99 117 ... Mơ hình hóa tiết diện cắt phay bề mặt 3D dao phay ngón đầu cầu - Mơ hình hóa lực cắt phay bề mặt 3D - Mơ hình hóa sai số hình học bề mặt gia cơng phay bề mặt 3D dao phay đầu cầu - Mơ hình hóa. .. nhám bề mặt gia cơng phay bề mặt phay dao phay đầu cầu b Đối tượng nghiên cứu - Bề mặt 3D tự có dạng cục mặt trụ lồi mặt trụ lõm - Lực cắt phay mặt trụ lồi, lõm dao phay ngón đầu cầu - Nhám bề mặt. .. dao phay ngón đầu ¾ cầu, dao phay ngón đầu cầu nhƣ hình 1.11 12 Hình 1.11: Một số loại dụng cụ cắt dùng phay bề mặt 3D a, Dao phay ngón đầu phẳng b, Dao phay ngón đầu phẳng có góc lượn c, Dao phay