NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN DỤNG CỤ VÀ ĐƯỜNG DỤNG CỤ TRONG TẠO HÌNH BỀ MẶT TỰ DO TRÊN MÁY PHAY CNC 3 TRỤC tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HOÀNG VĂN QUÝ NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN DỤNG CỤ VÀ ĐƯỜNG DỤNG CỤ TRONG TẠO HÌNH BỀ MẶT TỰ DO TRÊN MÁY PHAY CNC TRỤC Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 9520103 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội - 2019 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Bùi Ngọc Tuyên Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp trường họp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Vào hồi.…giờ… ngày… tháng… năm…… Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Tạ Quang Bửu – Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN [1] Bùi Ngọc Tuyên, Hoàng Văn Quý (2018), “Nghiên cứu xây dựng thuật toán phần mềm vẽ đường cong Bezier” Tạp chí Khoa học cơng nghệ Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội, số 44, trang 50-54 [2] Hồng Văn Quý, Bùi Ngọc Tuyên (2019), “Xây dựng thuật toán cơng cụ phần mềm mơ hình hóa bề mặt tự thiết kế khí” Tạp chí Khoa học công nghệ Trường Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên, số 19, trang 9-13 [3] Bùi Ngọc Tuyên, Hoàng Văn Quý (2019), “A partitioning method for freeform surface to machine on axes CNC milling machine” Tạp chí Khoa học kỹ thuật Học viện kỹ thuật Quân sự, số 196, trang 39-48 [4] Hoàng Văn Quý, Bùi Ngọc Tuyên (2019), “Effect of Feed rate, Tool path and Step over on Geometric Accuracy of Freeform Surface when Axis CNC Milling” Applied Mechanics and Materials, ISSN: 1662-7482, Vol 889, pp 107-114, doi:10.4028/www.scientific.net/AMM.889.107 [5] Bùi Ngọc Tuyên, Hoàng Văn Quý, Nguyễn Đức Toàn (2019), “A Study on Partitioning Freeform Surface and Tool Selection Method for axes CNC Machining”, J Korean Soc Precis Eng, Vol 36, No.9, https://doi.org/10.7736/KSPE.2019.36.9.813 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án Sự phát triển máy CNC ưu điểm kéo theo lĩnh vực phục vụ cho hệ máy phát triển khơng ngừng CAD (Computer Aided Design – Thiết kế có hỗ trợ máy tính) CAM (Computer Aided Manufacturing – Gia cơng có hỗ trợ máy tính) CAD hỗ trợ khâu thiết kế trở lên nhanh, dễ dàng xác hơn, CAM hỗ trợ khâu gia cơng, giải phóng người khỏi tính tốn với khối lượng phép tính lớn phức tạp cơng thức nội suy tích hợp Do vậy, lúc suất độ xác chế tạo sản phẩm có ứng dụng CAD/CAM/CNC khơng phụ thuộc hồn tồn vào máy CNC mà phụ thuộc vào yếu tố khác nằm khâu thiết kế (có sử dụng CAD) nằm khâu gia cơng (có sử dụng CAM) Hiện nay, việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CNC sản xuất phổ biến không giới mà Việt Nam Do ưu điểm mà công nghệ mang lại nên nghiên cứu CAD/CAM/CNC luôn nhiều nhà khoa học quan tâm Hiện nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực CAD/CAM/CNC Việt Nam hạn chế Trên giới có nhiều nghiên cứu nhằm cải thiện suất, chất lượng sản phẩm gia công máy CNC Tuy nhiên vấn đề liên quan đến bề mặt đề cập nghiên cứu mà chủ yếu nghiên cứu tính tốn đường dụng cụ chế độ cắt Trong trình nghiên cứu, NCS nhận thấy vấn đề lựa chọn dụng cụ đường dụng cụ hợp lý gia công chi tiết có chứa mặt tự vừa có tính khoa học có tính thực tiễn cao, có tiềm lớn để áp dụng vào thực tiễn sản xuất Được đồng ý giáo viên hướng dẫn hội đồng đánh giá đề cương trình bày, NCS lựa chọn đề tài luận án: “Nghiên cứu lựa chọn dụng cụ đường dụng cụ hợp lý tạo hình bề mặt tự máy phay CNC trục” Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu lựa chọn dụng cụ đường dụng cụ hợp lý gia công mặt tự máy CNC trục nhằm đáp ứng yêu cầu độ xác tạo hình bề mặt giảm thời gian gia công so với phương pháp gia công mặt tự truyền thống Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu kết hợp nghiên cứu lý thuyết với mô thực nghiệm kiểm chứng, đánh giá kết - Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu mơ hình biểu diễn tốn học đường, mặt tự do, phép tính thuật tốn liên quan đến mặt tự phục vụ cho đối tượng nghiên cứu luận án - Phương pháp mô phỏng: Xây dựng chương trình Matlab2014b để mơ phỏng, tính tốn nội dung liên quan luận án Thiết kế mẫu thực nghiệm CATIA V5R20, mô q trình gia cơng để kiểm chứng phần tính toán lý thuyết - Phương pháp thực nghiệm: Xây dựng thí nghiệm gia cơng máy phay CNC trục đo đạc thông số máy đo tọa độ Xử lý số liệu đánh giá kết lý thuyết mô thực luận án Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Ý nghĩa khoa học - Đã phát triển phương pháp xác định kích thước dụng cụ cắt hợp lý gia công chi tiết chứa mặt tự trơn rõ ranh giới mà dụng cụ gia công mảnh mặt cục (nếu bề mặt trơn có nhiều mảnh mặt cục bộ) - Xác định việc lựa chọn đường dụng cụ hợp lý vùng cục yên ngựa - Các nội dung nghiên cứu luận án đóng góp làm phong phú them kiến thức chuyên ngành lĩnh vực gia công mặt tự máy điều khiển số Ý nghĩa thực tiễn - Phương pháp lựa chọn dụng cụ cắt hợp lý gia công mặt tự thông qua việc phân vùng bề mặt trơn thành vùng bề mặt cục có ý nghĩa quan trọng việc nâng cao suất chất lượng sản phẩm có chứa bề mặt tự gia cơng máy cnc trục Kết nghiên cứu luận án có ý nghĩa thực tiễn, có tiềm ứng dụng công nghiệp - Trong nội dung luận án xây dựng thuật toán công cụ phục vụ cho công việc lựa chọn dụng cụ cắt đường dụng cụ cắt hợp lý q trình gia cơng bề mặt tự Những điểm luận án - Xây dựng thuật tốn chương trình lựa chọn kích thước dụng cụ hợp lý gia cơng chi tiết có chứa mặt tự do, tách mặt tự trơn thành mảnh mặt cục bộ, xác định điểm thuộc ranh giới vùng cục Matlab2014b - Xây dựng Macro Excel 2010 liên kết với catiaV5R21để kết nối điểm đường ranh giới mảnh mặt cục - Xây dựng thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng dụng cụ đường dụng cụ tới chất lượng tạo hình mặt tự do, từ có phương án lựa chọn dụng cụ đường dụng cụ hợp lý gia cơng chi tiết máy có chứa bề mặt tự - Xây dựng thuật tốn chương trình lựa chọn dụng cụ đường dụng cụ hợp lý gia công mặt tự máy phay CNC trục Matlab2014b CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG MẶT TỰ DO 1.1 Khái niệm, lịch sử phát triển ứng dụng mặt tự 1.1.1 Khái niệm Mặt tự (freeform surface freeform surfacing) thuật ngữ sử dụng bề mặt cong trơn, liên tục sử dụng CAD phần mềm đồ họa máy tính khác để mơ tả phần tử hình học 3D Các mặt dạng tự khơng có kích thước xuyên tâm cứng nhắc, không giống bề mặt thông thường (mặt phẳng, mặt trụ, mặt cầu…) Các dạng biểu diễn mặt tự phổ biến Bezier, B-spline, NURBS…[3], ngồi có phương pháp biểu diễn khác Coons [4] hay Gordon [5] 1.1.2 Lịch sử phát triển Năm 1989 lần dạng đường cong mặt cong NURBS thương mại hóa máy tính trạm Ngày nay, hầu hết ứng dụng đồ họa máy tính chuyên nghiệp tích hợp cơng cụ NURBS dạng chun biệt Ngày NURBS sử dụng tiêu chuẩn phần lớn hệ thống CAD/CAM đồ họa tương tác 1.1.3 Ứng dụng đường, mặt tự 1.1.3.1 Ứng dụng đường, mặt tự thiết kế Điểm điều khiển Thay đổi toàn bề mặt Thay đổi vùng cục a) b) Hình 1 Sự khác biệt hiệu chỉnh đối tượng a) Mặt trụ bản; b) Mặt trụ dạng tự Khi sử dụng đường tự việc hiệu chỉnh trở lên linh hoạt nhiều (Hình 1) a) b) c) Hình Ứng dụng NURBS thiết kế a) Ứng dụng NURBS tạo hình nhân vật hoạt hình; b) Ứng dụng NURBS thiết kế vỏ tô; c) Ứng dụng NURBS kiến trúc Mặt tự ứng dụng nhiều nhiều lĩnh vực khác nhau, từ tạo hình nhân vật hoạt hình, kỹ xảo phim ảnh, công nghiệp ô tô, tàu, máy bay kiến trúc Hình 1.1.3.2 Ứng dụng đường, mặt tự gia công Trong gia công máy CNC việc gia công đường biên dạng mặt cong thường xuyên xảy Khi gia công đường mặt thường dụng cụ dẫn theo đường dẫn (gọi đường dụng cụ hay toolpath) Các đường dụng cụ hệ điều khiển NC thường nội suy tuyến tính (G01) nội suy theo cung (G02 G03) (Hình 5) Đường xấp xỉ Đường xấp xỉ Cung Đường thẳng a) b) Hình Mơ tả nội suy tuyến tính cung hệ máy CNC a) Nội suy tuyến tính; b) Nội suy cung Nếu gia cơng 2D việc khối lượng tính tốn nội suy tuyến tính có khối lượng lớn gia công 3D việc nhân lên gấp nhiều lần, thơng số tính tốn bề mặt lớn Hơn nữa, độ xác gia cơng bề mặt có sử dụng nội suy NURBS cao nhiều so với nội suy tuyến tính 1.2 Các giai đoạn gia công mặt tự 1.2.1 Các giai đoạn gia công mặt tự Theo P Fallbohmer cộng [13] khảo sát trình sản xuất khn ba quốc gia có cơng nghiệp chế tạo phát triển mạnh Mỹ, Đức Nhật Bản cho thấy tổng thời gian gia công tinh (gồm gia cơng tinh đánh bóng) chiếm khoảng 78% tổng thời gian chế tạo mặt khn (Hình 4a) Trong nội dung luận án tác giả khảo sát thực tế xưởng khí nhà máy nhựa Tiền Phong (Hải Phòng) Số lượng khảo sát 10 mẫu khn có bề mặt khác nhau, thu thập liệu thời gian gia công thu kết trung bình sau Hình 4b: - Thời gian gia cơng thơ trung bình chiếm khoảng 30% tổng thời gian gia cơng bề mặt lòng khn Thời gian gia cơng tinh trung bình chiếm khoảng 35% tổng thời gian gia cơng bề mặt lòng khn - Thời gian gia cơng nguội trung bình chiếm khoảng 35% tổng thời gian gia cơng bề mặt lòng khn Như thời gian gia công tinh nguội chiếm khoảng 70% tổng thời gian gia cơng mặt khn Có chênh lệch nhẹ điều khiển sản xuất thống kê dạng bề mặt khác Tuy nhiên kết việc gia công tinh bề mặt khuôn chứa bề mặt tự thường tốn thời gian, gây suất thấp - a) b) Hình Khảo sát thời gian gia cơng thơ, tinh, đánh bóng gia cơng khn a) Theo tài liệu [13]; b) Khảo sát thực tế nhà máy nhựa Tiền Phong HP Trong nội dung luận án vấn đề lựa chọn dụng cụ đường dụng cụ hợp lý tạo hình mặt tự máy phay CNC trục nghiên cứu lựa chọn dụng cụ đường dụng cụ hợp lý gia công tinh bề mặt tự nhằm giảm thời gian gia công mà giữ sai số tạo hình nằm giá trị cho phép so với phương pháp chế tạo truyền thống 1.3 Dụng cụ đường dụng cụ gia công mặt tự 1.3.1 Kiểu dụng cụ sử dụng gia công mặt tự Trong thực tế gia công bề mặt dụng cụ tiêu chuẩn hóa thành dạng đường thẳng cung tròn để dễ chế tạo tiêu chuẩn hóa Năm dạng dụng cụ thường sử dụng phay tinh có hình dáng hình học mơ tả Hình a) b) c) d) e) Hình Các dạng dao phay ngón a Dao phay ngón đầu phẳng; b Dao đầu phẳng có góc lượn; c Dao phay ngón đầu cầu; d Dao phay ngón đầu cầu, ¾ cầu; e Dao phay ngón đầu cầu Trên Hình dễ dàng nhận thấy lựa chọn dụng cụ cắt có đường tròn đại diện nhỏ, q trình gia cơng khơng xảy tượng cắt lẹm, thời gian gia công lâu Tuy nhiên chọn dụng cụ có đường kính lớn để q trình gia cơng nhanh dễ xảy khả cắt lẹm vùng bề mặt tự Dao có đường kính nhỏ Đường tâm dao Dao có đường kính lớn Cắt lẹm a) b) Hình Đường cắt cắt lẹm a) Dao đường kính nhỏ khơng gây cắt lẹm; b) Dao đường kính lớn gây cắt lẹm 1.3.2 Đường dụng cụ gia công mặt tự 1.3.2.1 Khái niệm Đường dẫn dụng cụ quỹ đạo mà điểm dụng cụ dẫn theo q trình gia công Nếu nguyên công thực gia công thơ đường dẫn dụng cụ dẫn dụng cụ lấy lượng kim loại (gọi lượng dư gia cơng), ngun cơng gia cơng tinh đường dẫn dụng cụ dẫn dụng cụ thực trình bao hình tạo thành bề mặt chi tiết mang tính học thuật có tính ứng dụng lớn liên quan tới gia cơng mặt tự máy CNC 1.6 Đánh giá tình hình nghiên cứu phương pháp gia cơng mặt tự đề xuất hướng nghiên cứu luận án Nội dung nghiên cứu luận án tóm tắt sau: SƠ ĐỒ KHỐI NGHIÊN CỨU Xử lý bề mặt Đầu vào Mô hình toán mặt tự S(u,v) Xây dựng tập liệu điểm Si,j(ui,v j) Tính toán H K điểm S Xác đònh kích thước dụng cụ cắt phù hợp Tách mặt thành mảnh mặt cục Xây dựng mô hình CAD Kết Kết luận Đánh giá tính hiệu phương pháp Xây dựng mô thực nghiệm gia công Lựa chọn kích thước dụng cụ tiêu chuẩn hợp lý mảnh mặt cục Xây dựng phương án xác đònh đường dụng cụ hợp lý Tính toán, lựa chọn dụng cụ, đường dụng cụ, thông số công nghệ CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN TỐN CỦA ĐƯỜNG VÀ MẶT TỰ DO TRONG CÁC HỆ THỐNG CAD/CAM 2.1 Giới thiệu Nội dung nghiên cứu chương tóm tắt theo sơ đồ Hình 2.1 Nghiên cứu lý thuyết đường, mặt tự Mô hình toán đường mặt tự Đònh dạng file IGES biểu diễn đường mặt CAD/CAM Xây dựng thuật toán công cụ biểu diễn đường, mặt tự Matlab 2014b Xây dựng thuật toán biểu diễn đường tự Xây dựng công cụ biểu diễn đường tự Xây dựng thuật toán biểu diễn mặt tự Xây dựng công cụ biểu diễn mặt tự Xây dựng thuật toán biểu diễn file đònh dạng IGES Xây dựng công cụ biểu diễn file đònh dạng IGES Hình Sơ đồ khối nội dung chương 10 2.2 Biểu diễn đường tự hệ thống CAD/CAM 2.2.1 Các phương pháp biểu diễn toán đường tổng quát Phương trình đa thức biểu diễn đường dạng ẩn: m m g ( x, y)   ci , j xi y j  i 0 j 0 m n số nguyên (2.1) Phương trình đa thức dạng tường minh: y  f ( x)  a  bx  cx  (Tọa độ đề các) (2.2) r  h( )        (Tọa độ cực) x = rcos, y = rsin Phương trình đa thức biểu diễn đường dạng tham số r (t )  ( x(t ), y (t ), z (t ))  a  bt  ct  (2.3) Đây cách phổ biến để biểu diễn đường toán học Tuy nhiên biểu diễn không linh hoạt hiệu chỉnh vùng nhỏ cục đường Các phương pháp biểu diễn đường cong có tính linh hoạt hơn, gọi phương pháp biểu diễn đường cong tự Đường tự có nhiều loại Bezier, Bspline, NURBS 2.2.2 Biểu diễn đường cong Bezier Đường cong Bezier bậc n xác định công thức tổng quát sau: n C (u )   Bi ,n (u ) Pi i 0 với ≤ u ≤ n! Bi ,n (u)  u i (1  i)ni i !(n  i)! (2.4) 2.3 Biểu diễn mặt tự hệ thống CAD/CAM Một bề mặt tốn học có nhiều phương pháp biểu diễn khác nha u kể đến phương pháp ẩn (2.5), phương pháp tường minh (2.6) hay phương pháp tham số (2.7) biểu diễn mặt phẳn dạng tham số u, v) Phương trình biểu diễn mặt dạng ẩn: z = Ax + By + D (2.5) Phương trình mặt phẳng biểu diễn dạng tường minh: 11 S = Ax + By + Cz + D Phương trình mặt biểu diễn dạng tham số: S(u, v) = [x(u, v), y(u, v), z(u, v)] Phương trình tổng quát mặt NURBS biểu diễn sau: n S (u , v)  m  N i 0 j 0 n m i, p (2.6) (2.7) (u ) N j ,q (v)i , j Pi , j  Ni, p (u ) N j ,q (v)i, j (2.8) i 0 j 0 ≤ u, v ≤ Trong đó: {Pi, j} ma trận điểm điều khiển mặt NURBS {i, j} trọng số điểm điều khiển {Ni, p(u)} {Nj, q(v)} hàm B-spline sở u, v biến theo hai phương u v U, V vector nút: U  {0, ,0,u p 1 , ,u r  p 1 ,1, ,1}  p 1 p 1  V  {0, ,0,u q 1 , ,u s q 1 ,1, ,1} q 1 q 1  N (u) N j ,q (v)i , j Ri , j (u, v)  n m i ,p  Nk , p (u) Nl ,q (v)k ,l (2.9) k 0 l 0 Đặt Khi phương trình mặt NURBS ((2.8) viết lại thành n m S (u, v)   Ri , j (u, v) Pi , j (2.10) i 0 j 0 Ri,j(u,v) gọi hàm sở mặt NURBS Một số tính chất quan trọng hàm sở Ri,j(u,v) - Tính khơng âm: Ri,j(u, v) ≥ 0,  i, j, u v n m  R i 0 j 0 i, j (u, v)  1,  (u, v)  [0,1]  [0,1] - Tính cục bộ: - Tính khơng: Ri,j(u, v) = 0, (u, v)  [ui, ui+p+1) × [vj, vj+q+1) 12 - Tính khác khơng: Trong hình chữ nhật có dạng [ui0, ui0+1) x [vj0, vj0+1) Ri,j(u, v) ≠ Đặc biệt i, j nằm khoảng [i0-p ≤ i ≤ i0] [j0-q ≤ j ≤ j0] - Bổ sung: Nếu p > q > 0, Ri,j(u,v) đạt giá trị lớn - R0,0(0,0) = Rn,0(1,0) = R0,m(0,1) = Rn,m(1,1) = 1; - Bên hình chữ nhật hình thành nút U V, tất đạo hàm Ri,j(u,v) đề tồn Tại nút U V, p-k (hoặc q-k) lần theo hướng u (v), k bội số vector nút - Nếu wi,j = a với i, j (sao cho ≤ i ≤ n, 0≤ j ≤ m), a ≠ 0, Ri,j(u,v) =Ni,p(u)Nj,q(v) với i, j Các tính chất mang lại tính chất hình học quan trọng cho mặt NURBS đây: Nội suy điểm góc: S(0, 0) = P0,0, S(1, 0) = Pn,0, S(0, 1) = P0,m S(1, 1) = Pn, m; Tính bất biến (bất biến Affine): Một phép biến đổi Affine đến bề mặt cách áp dụng thơng qua điểm điều khiển Đặc tính lồi: giả sử wi,j ≥ với i,j (u, v)  [ui0, ui0+1) x [uj0, uj0+1) S(u, v) nằm vùng lồi điểm điều khiển Pi,j, i0-p≤i≤i0 j0-p≤j≤j0 Hiệu chỉnh địa phương: Pi,j thay đổi wi,j thay đổi ảnh hưởng tới hình dạng hình học bề mặt vùng [ui,ui+p+1)x[vj,vj+q+1) Mặt B-spline vô tỉ, mặt Bezier mặt B-spline hữu tỉ trường hợp đặc biệt mặt NURBS 2.4 Kết luận Thực ba nội dung rút số điểm mấu chốt làm sở cho chương chương sau: Điểm thứ nhất: Biểu diễn toán học mặt cong tự thường sử dụng ba dạng Bezier, B-Spline NURSB Phương pháp biểu diễn NURSB phương pháp biểu diễn tổng quát, Bezier B-Spline hai trường hợp đặc biệt bề mặt dạng NURBS Điểm thứ hai: Một số thuật toán quan trọng mặt NURBS thuật tốn tính tốn điểm mặt NURSB thuật tốn tính đạo hàm mặt NURBS Hai thuật toán 13 sử dụng để xác định điểm, đạo hàm mặt điểm… sử dụng để tính tốn tiếp tuyến, pháp tuyến, vector pháp tuyến đơn vị, thông số thứ nhất, thứ hai… mặt tự từ xác định độ cong H, K, K1, p, K2, p mặt tự Điểm thứ 3: Trích xuất thơng tin điểm định dạng file IGES sử dụng cho việc xác định điểm cần thiết mặt sử dụng cho việc lập trình CHƯƠNG PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN DỤNG CỤ HỢP LÝ TRONG GIA CƠNG TẠO HÌNH BỀ MẶT TỰ DO TRÊN MÁY PHAY CNC TRỤC 3.1 Phân tích dụng cụ gia công máy phay CNC Để khắc phục vấn đề cắt lẹm có biện pháp thay đổi hướng trục dụng cụ dụng cụ tiếp cận với bề mặt vùng có độ cong lớn để tạo bán kính hiệu dụng nhỏ [42] Bán kính hiệu dụng tính theo (3 1)  Vùng cắt lẹm Hình Dụng cụ cắt có tể nghiêng để tránh cắt lẹm Rhd  R R sin  Dụng cụ cắt có đk nhỏ Vùng có độ cong (3 1) Dụng cụ cắt có Đường dụng cụ với dụng cụ đk lớn kích thước lớn Vùng Đường dụng có độ cụ với dụng cong cụ kích lớn Hình Lựa chọn dụng cụ tương ứng với độ cong bề mặt 14 Khi lựa chọn dụng cụ phù hợp với bề mặt có độ cong tương ứng vùng có độ cong lớn (bán kính cong nhỏ) sử dụng đường kính nhỏ phù hợp, vùng có độ cong nhỏ sử dụng đường dụng cụ có đường kính lớn mà đảm bảo đường chiều cao nhấp nhô để lại (Scallop height) phần kim loại để lại (cusp) (xem chương 1) Thời gian gia cơng giảm sử dụng dụng cụ cắt có đường kính lớn chiều dài đường dụng cụ giảm bước tiến ngang 3.2 Xây dựng phương án lựa chọn dụng cụ 3.2.1 Phân vùng mặt tự Độ cong Gassian K LN  M  k1, P k2, P EG  F (3.1) Độ cong trung bình H EN  GL  FM k1, P  k2, P  2( EG  F ) (3.2) Các độ cong k1,P k2,P xác định công thức sau k1, P  H  H  K (3.3) k1, P  H  H  K Giá trị độ cong Gaussian K, độ cong trung bình H độ cong k1,P k2,P sử dụng để làm phân vùng bề mặt thành vùng cục a) b) Hình 3 Độ cong Gauss độ cong a) Độ cong Gauss b) Độ cong Dựa vào độ cong Gauss độ cong trung bình độ cong theo hướng bề mặt phân tách thành phân vùng 15 khác Hình 3 Phân biệt vùng màu sắc khác Hình Mặt tự phân vùng Begin Mặt tự S(u,v) Extracting points cloud Tính tốn độ cong H, K No K≥0 H=0 Yes H H>0 H0 H Spiral Hình 4.1 Tỉ số S/N Bảng Bảng thính tốn thơng só No Feed rate (F) 1 2 3 Tham số Step over (S) 3 Tool path (T) 3 20 Delta MSD S/N ratios 0.0506 0.1152 0.0806 0.3155 - 0.0893 - 0.1560 - 0.1799 - 0.1673 - 0.2044 0.2230 0.1646 0.1597 0.3137 0.1135 0.2158 0.1817 0.1981 0.3137 13.0339 15.6714 15.9339 10.0697 18.9001 13.3190 14.8129 14.0623 10.0697 Tuy nhiên điều mang tính định tính chưa có tính định lượng Việc phân tích phương sai ANOVA cho ta nhìn xác Bảng Bảng phân tích phương sai Anova Source Degree of freedom Sum of squares Mean Squares F-ratio Contribution (%) A: F B: S C: T Error Total 2 2 0.003676 0.011654 0.018980 0.002243 0.036553 0.001838 0.005827 0.009490 0.001121 - 1.64 5.20 8.46 - 10.057% 31.883% 51.925% 6.135% 100 O Trên Bảng 4.2 phân tích tỉ lệ ảnh hưởng thông số ta thấy ảnh hưởng đường dụng cụ tới chất lượng tạo hình bề mặt chiếm 51,925% Điều cho thấy q trình gia cơng mặt tự ngồi dụng cụ bước tiến ngang kiểu đường dụng cụ ảnh hưởng nhiều tới độ xác tạo hình bề mặt gia cơng tạo hình mặt tự máy CNC 4.2 Đề xuất phương án xác định đường dẫn dụng cụ 4.2.1 Tính tốn khoảng dịch dao ngang Hình Khoảng cách hai đường dẫn dụng cụ Với điều kiện khoảng dịch dao sau đường dẫn dụng cụ nhỏ Xét tam giác vuông ABH vuông H, theo Pitago ta có: (4 1) BH  AB  AH Trong BH = h chiều cao để lại sau lần dịch dao ngang Chiều dài dây cung AB tính theo cơng thức sau: 21 AB   R o 180o (4 2)  R Với khoảng dịch dao nhỏ, AH  d/2 ta có: Do vậy: (4 3)   R o  d BH    o   180  4.2.2 Tính tốn sai số Khi tính tốn khoảng dịch dao ngang (StepOver) chiều dài dây cung tính tốn cách xấp xỉ, điều gây nên sai số yêu cầu khoảng dịch dao ngang phải đảm bảo cho chiều cao phần kim loại không cắt (Scallop Height) để lại nằm giá trị cho trước Khi khoảng dịch dao ngang nhỏ,   2cos( ) R2   R  H  (4 4) Trên hình 12, xác định góc  , bán kính cong mặt cong điểm xét r, bán kính dụng cụ R giá trị (4 5)   cos( )  sin( )  r  o o     (90   )      90  sin( )   cos    sin(   )  2 Khoảng cách thực hai lần dịch dao liên tiếp xác định chiều dài dây cung AC (4   d  2r.sin   2 Thay phương trình (1) (3) vào (16) ta có:  w w   d  r 1  cos( )   sin( )    sin( )  sin( )     r r      (4 7) Theo tài liệu…., r > h, chiều cao phần nhấp nhơ để lại sau lần dịch dao tính cơng thức sau: 22 h (4 8) d (r  R) 8rR Dấu + ứng với đường cong lồi dấu – tương ứng với đường cong lõm Thông thường R > H đó: (4 9) R2  (R  H)2  2RH Thay từ phương trình 17 19 vào 18 ta có:    1 r  2cos( ) RH   h    1 r 1  cos( )   sin       R   r      1 r  2cos( ) RH     1 r sin( )  sin( )   4 R  r   Sai số phương pháp độ lệch h H   hH (4 10) (4 11) 4.3 Kết luận Nội dung chương nghiên cứu phương pháp sinh đường dụng cụ gia cơng chi tiết có chứa mặt tự do, đánh giá ưu điểm nhược điểm phương pháp Xây dựng thí nghiệm mơ phương pháp lựa chọn đường dụng cụ với mặt yên ngựa, thơng qua đánh giá ảnh hưởng đường dụng cụ tới độ xác tạo hình bề mặt tự do.Qua thí nghiệm cho thấy đường dẫn dao gia công mặt tự ảnh hưởng lớn tới chất lượng tạo hình bề mặt tự Trong nội dung chương kết luận gia cơng mảnh mặt dạng n ngựa đường dụng cụ nên lựa chọn dạng One direction KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Dựa phần mềm tính tốn lập trình Matlab, luận án phát triển phần mềm sử dụng để thiết kế mặt tự do, phân vùng mặt tự do, xác định đường kính dụng cụ phù hợp với phân vùng bề mặt cục Các tính phần mềm tóm tắt sau: 23 - Nhập thơng số mặt tự gồm lưới điểm điều khiển {Pi,j}, trọng số {wi,j}, vector nút U, V Phần mềm tính tốn dựng lên bề mặt tự với thông số lựa chọn - Lấy mẫu điểm Si,j(u,v) bề mặt thiết kế - Xác định độ cong H, K, K1, K2 điểm mẫu tương ứng - Nhóm điểm có tính chất H, K vào chung nhóm Các điểm thuộc chung nhóm điểm tạo lên (trong mười) vùng cục bề mặt - Xác định K1, K2 điểm mẫu sau phần mềm tính tốn độ để xác định độ cong lớn nhỏ Đã gia cơng thử nghiệm chi tiết có chứa mặt tự trơn gồm ba vùng lồi, phẳng lõm Kết ghi nhận q trình gia cơng thực tế làm rõ thêm ưu điểm phương pháp nghiên cứu luận án Xây dựng thử nghiệm đánh giá ảnh hưởng đường dẫn dụng cụ gia công mặt tự yên dạng yên ngựa máy CNC trục cho thấy ảnh hưởng đường dẫn dụng cụ gia công mặt tự máy CNC trục lớn KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO - Mở rộng nghiên cứu lựa chọn dụng cụ đường dẫn dụng cụ gia công máy CNC trục (Khi gia công máy CNC trục dụng cụ cắt có hướng tiếp cận linh hoạt tới bề mặt chi tiết gia công nhiều so với gia công máy CNC trục Do lúc thay lựa chọn bán kính dụng cụ thay bán kính hiệu dụng dụng cụ vị trí gia cơng) - Phát triển module hồn chỉnh tích hợp vào giải pháp CAM để tận dụng sức mạnh hệ thống CAD/CAM qua linh hoạt trình gia cơng chi tiết có chứa mặt tự - Nghiên cứu thuật toán khác việc lựa chọn dụng cụ đường dẫn dụng cụ hợp lý 24 ... gian gia cơng bề mặt lòng khn - Thời gian gia cơng nguội trung bình chiếm khoảng 35% tổng thời gian gia cơng bề mặt lòng khn Như thời gian gia công tinh nguội chiếm khoảng 70% tổng thời gian... nhau, thu thập liệu thời gian gia công thu kết trung bình sau Hình 4b: - Thời gian gia cơng thơ trung bình chiếm khoảng 30% tổng thời gian gia cơng bề mặt lòng khn Thời gian gia cơng tinh trung bình... 196, trang 39-48 [4] Hoàng Văn Quý, Bùi Ngọc Tuyên (2019), “Effect of Feed rate, Tool path and Step over on Geometric Accuracy of Freeform Surface when Axis CNC Milling” Applied Mechanics and Materials,