Nghiên cứu lựa chọn dụng cụ và đường dụng cụ trong tạo hình bề mặt tự do trên máy phay CNC 3 trục

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG 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 3 TRỤC Ngành: Kỹ thuật Cơ k

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 3 TRỤC

Ngành: Kỹ thuật Cơ khí

Mã số: 9520103

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS Bùi Ngọc Tuyên

Hà N i – 2019 ộ

L I CAM ĐOAN Ờ

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên c u c a cá nhân tôi d i sứ ủ ướ ự

h ng d n c a giáo viên h ng d n và các nhà khoa h c Tài li u tham kh oướ ẫ ủ ướ ẫ ọ ệ ảtrong lu n án đ c trích d n đ y đ Các k t qu nghiên c u c a lu n án làậ ượ ẫ ầ ủ ế ả ứ ủ ậtrung th c và ch a t ng đ c các tác gi khác công b ự ư ừ ượ ả ố

Ng i h ng d n khoa h cườ ướ ẫ ọ Nghiên c u sinhứ

ii

L I C M N Ờ Ả Ơ

Lu n án đã đ c hoàn thành d i s h ng d n t n tình c a ậ ượ ướ ự ướ ẫ ậ ủ PGS TS Bùi

Ng c Tuyên ọ Tôi xin đ c chuy n t i th y sượ ể ớ ầ ự kính tr ng, lòng bi t n sâu s cọ ế ơ ắ

b i s đ nh h ng, ch b o, đ ng viên, và nh ng ki n th c quý báu c a th yở ự ị ướ ỉ ả ộ ữ ế ứ ủ ầtrong lĩnh v c mà tôi đã nghiên c u.ự ứ

Tôi xin đ c bày t s bi t n sâu s c t i t p th gi ng viên b môn Giaượ ỏ ự ế ơ ắ ớ ậ ể ả ộcông v t li u và D ng c công nghi p đã có nh ng chia s quý báu v ki nậ ệ ụ ụ ệ ữ ẻ ề ế

th c, v ph ng pháp nghiên c u và nh ng l i đ ng viên t i NCS trong su tứ ề ươ ứ ữ ờ ộ ớ ố

ti n trình nghiên c u đ tài.ế ứ ề

Trong su t quá trình h c t p, nghiên c u tôi luôn luôn nh n đ c s giúpố ọ ậ ứ ậ ượ ự

đ t n tình c a các th y cô trong Vi n C khí và Phòng Đào t o Tôi xin đ cỡ ậ ủ ầ ệ ơ ạ ượ

g i l i c m n chân thành đ n các th y các cô trong Vi n C khí đã t n tìnhử ờ ả ơ ế ầ ệ ơ ậgiúp đ đ tôi hoàn thành quá trình h c t p nghiên c u c a mình.ỡ ể ọ ậ ứ ủ

Tôi cũng xin đ c g i l i c m n đ n Ban Giám Hi u tr ng Đ i h c H iượ ử ờ ả ơ ế ệ ườ ạ ọ ảPhòng đã t o m i đi u ki n thu n l i nh t cho tôi trong quá trình th c hi nạ ọ ề ệ ậ ợ ấ ự ệ

đ tài nghiên c u.ề ứ

Cu i cùng, tôi xin đ c g i l i bi t n t i gia đình, ng i thân đã luôn bênố ượ ử ờ ế ơ ớ ườ

c nh trong su t toàn b th i gian th c hi n nghiên c u.ạ ố ộ ờ ự ệ ứ

Hài n i, ngày 22 tháng 07 năm 2019ộ

Nghiên c u sinhứ

Hoàng Văn Quý

MỤC LỤC

DANH M C CÁC KÝ HI U VÀ CH VI T T T Ụ Ệ Ữ Ế Ắ viiDanh m c các ký hi u ụ ệ viiDanh m c các ch vi t t t ụ ữ ế ắ viiiDANH M C CÁC B NG Ụ Ả xDANH M C CÁC HÌNH VẼ, Đ TH .Ụ Ồ Ị xii

M Đ UỞ Ầ 1

CHƯƠNG 1 T NG QUAN V GIA CÔNG M T T DO Ổ Ề Ặ Ự 61.1 M t t do và ng d ng c a m t t do ặ ự ứ ụ ủ ặ ự 61.1.1 Gi i thi u ớ ệ 61.1.2 L ch s phát tri n ị ử ể 61.1.3 Ứng d ng đ ng, m t t do ụ ườ ặ ự 71.1.3.1 ng d ng đ ng, m t t do trong thi t k .Ứ ụ ườ ặ ự ế ế 71.1.3.2 ng d ng đ ng, m t t do trong gia công Ứ ụ ườ ặ ự 91.2 Quá trình gia công t o hình b m t t do ạ ề ặ ự 111.3 D ng c và đ ng d ng c khi gia công m t t do ụ ụ ườ ụ ụ ặ ự 131.3.1 Ki u d ng c s d ng trong gia công m t t do ể ụ ụ ử ụ ặ ự 131.3.1.1 Dao phay ngón đ u ph ng ầ ẳ 141.3.1.2 Dao phay ngón đ u c u ầ ầ 151.3.1.3 Dao phay ngón đ u ph ng có góc l n ầ ẳ ượ 151.3.1.4 Dao phay ngón thân côn 151.3.2 Đ ng d ng c khi gia công m t t do ườ ụ ụ ặ ự 181.3.2.1 Khái ni m ệ 181.3.2.2 Các ki u đ ng d ng c c b n ể ườ ụ ụ ơ ả 181.3.2.3 Các thông s c b n c a đ ng d ng c .ố ơ ả ủ ườ ụ ụ 241.4 Ph ng pháp tính toán sinh đ ng d ng c .ươ ườ ụ ụ 251.4.1 Ph ng pháp sinh đ ng d ng c trên c s đi m ti p xúc (CC-ươ ườ ụ ụ ơ ở ể ế

Based) [29] 261.4.2 Ph ng pháp sinh đ ng d ng c trên c s đi m đ nh v d ng cươ ườ ụ ụ ơ ở ể ị ị ụ ụ(CL-Based) [29] 271.5 T ng quan tình hình nghiên c u gia công m t t do trên máy phayổ ứ ặ ự

1.5.1 T ng quan tình hình nghiên c u trong n c ổ ứ ướ 271.5.2 T ng quan tình hình nghiên c u trên th gi i ổ ứ ế ớ 291.6 Đánh giá tình hình nghiên c u ph ng pháp gia công m t t do và đứ ươ ặ ự ề

xu t h ng nghiên c u c a lu n án ấ ướ ứ ủ ậ 311.7 K t lu n ế ậ 33

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP BI U DI N ĐỂ Ễ ƯỜNG VÀ M T T DO TRONG CÁCẶ Ự

H TH NG CAD/CAM Ệ Ố 342.1 Bi u di n đ ng t do trong h th ng CAD/CAM ể ễ ườ ự ệ ố 35

iv

2.1.1 Các ph ng pháp bi u di n toán c b n c a đ ng t ng quát ươ ể ễ ơ ả ủ ườ ổ 352.1.2 Bi u di n đ ng cong Bezier ể ễ ườ 362.1.3 Bi u di n đ ng cong B-spline ể ễ ườ 402.2 Bi u di n m t t do trong h th ng CAD/CAM ể ễ ặ ự ệ ố 432.2.1 Ph ng pháp bi u di n m t d i d ng mô hình đa th c d ng tham s .ươ ể ễ ặ ướ ạ ứ ạ ố 442.2.1.1 Mô hình toán bi u di n m nh m t Ferguson ể ễ ả ặ 442.2.1.2 Mô hình m nh m t Bezier ả ặ 452.2.2 Ph ng pháp bi u di n m t d i d ng mô hình n i suy ranh gi i m nhươ ể ễ ặ ướ ạ ộ ớ ả

m tặ 462.2.2.1 Bi u di n m t t do b ng mô hình m t k .ể ễ ặ ự ằ ặ ẻ 462.2.2.2 Bi u di n m t t do b ng mô hình m t Coon ể ễ ặ ự ằ ặ 462.2.3 Ph ng pháp bi u di n m t d i d ng mô hình m nh quét ươ ể ễ ặ ướ ạ ả 472.2.3.1 M nh m t tr t t nh ti n ả ặ ượ ị ế 472.2.3.2 M nh m t quay ả ặ 472.2.4 Ph ng pháp bi u di n m t d i d ng t giác ươ ể ễ ặ ướ ạ ứ 482.2.5 M nh m t B - spline ả ặ 482.2.6 M t NURBS ặ 492.2.6.1 Bi u di n toán h c b m t NURBS ể ễ ọ ề ặ 492.3.6.2 Đ o hàm c a m t NURBS ạ ủ ặ 512.2.7 Công c mô ph ng m t s m t c b n sang d ng m t t do ụ ỏ ộ ố ặ ơ ả ạ ặ ự 522.3.8 C u trúc t p (file) bi u di n m t theo đ nh d ng IGES trong CAD/CAM ấ ệ ể ễ ặ ị ạ 532.2.8.1 C u trúc c a file IGES ấ ủ 542.2.8.2 Bi u di n m t s đ i t ng theo đ nh d ng file IGES ể ễ ộ ố ố ượ ị ạ 582.3 K t lu n ế ậ 61

CHƯƠNG 3 XÂY D NG PHỰ ƯƠNG PHÁP L A CH N D NG C TRONG GIAỰ Ọ Ụ Ụ

CÔNG T O HÌNH B M T T DO TRÊN MÁY PHAY CNC 3 TR C Ạ Ề Ặ Ự Ụ 623.1 Gi i thi u ớ ệ 623.2 Ảnh h ng c a d ng c khi t o hình b m t trên máy phay CNC ưở ủ ụ ụ ạ ề ặ

62

3.3 Xây d ng ph ng án l a ch n d ng c c t h p lý đ gia công t o hìnhự ươ ự ọ ụ ụ ắ ợ ể ạ

m t t do ặ ự 663.3.1 Phân vùng m t t do ặ ự 673.3.2 L a ch n d ng c h p lý t ng ng v i t ng phân vùng ự ọ ụ ụ ợ ươ ứ ớ ừ 713.3.3 Xác đ nh ranh gi i t ng ng v i m i phân vùng c c b .ị ớ ươ ứ ớ ỗ ụ ộ 723.3.4 Thí nghi m đánh giá k t qu ệ ế ả 803.4 Đ xu t ph ng án gia công v i b m t đã phân vùng: ề ấ ươ ớ ề ặ 903.4 K t lu n ế ậ 92

CHƯƠNG 4 XÂY D NG PHỰ ƯƠNG PHÁP L A CH N ĐỰ Ọ ƯỜNG D NG C TRONGỤ ỤGIA CÔNG T O HÌNH B M T T DO TRÊN MÁY PHAY CNC 3 TR C .Ạ Ề Ặ Ự Ụ 944.1 Xây d ng th c nghi m Taguchi đánh giá nh h ng c a đ ng d ng c ự ự ệ ả ưở ủ ườ ụ ụ

t iớ

ch t l ng t o hình b m t t doấ ượ ạ ề ặ ự 95

v

4.1 1 Ph ng pháp Taguchiươ 96

4.1.2 Xây d ng th c nghi mự ự ệ 97

4.1.2.1 Đi u ki n th c nghi mề ệ ự ệ 97

4.1.2.2 L a ch n thông s đ u vào và xây d ng m ng tr c giao Taguchiự ọ ố ầ ự ả ự 99

4.2 Đ xu t ph ng án xác đ nh đ ng d ng cề ấ ươ ị ườ ụ ụ 103

4.2.1 Đi u ki n biênề ệ 104

4.2.2 Tính toán thông s đ ng d ng cố ườ ụ ụ 104

4.2.2.1 Tính toán b c ti n ngang (St).(B đ 1)ướ ế ổ ề 105

4.2.2.2 Xác đ nh đ ng d n h p lý đ m b o Sc ≤ [Sc] (B đ 2)ị ườ ẫ ợ ả ả ổ ề 108

4.2.3 Tính toán sai s x p xố ấ ỉ 112

4.3 Mô ph ng và th c nghi m đánh giá k t quỏ ự ệ ế ả 114

4.4 K t lu nế ậ 117

K T LU N VÀ KI N NGHẾ Ậ Ế Ị 118

DANH M C TÀI LI U THAM KH OỤ Ệ Ả 120

PH L CỤ Ụ 127

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Danh mục các ký hiệu

1 C(u) Ph ng trình bi u di n đ ng cong t do v i bi n uươ ể ễ ườ ự ớ ế

2 u Tham s c a đ ng cong t do theo ph ng u (0 ≤ u ≤ 1)ố ủ ườ ự ươ

3 v Tham s c a đ ng cong t do theo ph ng v (0 ≤ v ≤ 1)ố ủ ườ ự ươ

4 Bi, n(u) Đa th c Bernstein v i bi n uứ ớ ế

5 Ri, n(u) Hàm vô h ng c s cho đ ng cong t doướ ơ ở ườ ự

6 Pi Đi m đi u khi n th i c a đ ng cong ho c m t cong tể ề ể ứ ủ ườ ặ ặ ự

15 Sc Scallop height (chi u cao l ng kim lo i đ l i sau m iề ượ ạ ể ạ ỗ

b c d ch dao ngang)ướ ị

16 K Đ cong chínhộ

17 H Đ cong Gaussộ

18 u(t) Đ ng cong tham s t theo ph ng uườ ố ươ

19 v(t) Đ ng cong tham s t theo ph ng vườ ố ươ

20 t Tham s t c a đ ng congố ủ ườ

21 D Ma tr n c b n th hai c a đ ng congậ ơ ả ứ ủ ườ

29 µm Đ n v đo đ dài: micro mét (10ơ ị ộ -6m)

30 S(u,v) M t t do bi u di n trong không gian tham sặ ự ể ễ ố

vii

31 T Vector h ng d ng cướ ụ ụ

32 n Vector pháp tuy n c a m t S(u,v)ế ủ ặ

33 TT M t ph ng ti p tuy n c a m t cong S(u,v)ặ ẳ ế ế ủ ặ

34 St Kho ng d ch dao ngang (Step over size)ả ị

35 Tn M t ph ng t o b i vector h ng dao và vector phápặ ẳ ạ ở ướ

Manufacturing c a máy tínhủ

viii

6 CAE Computer Aided Ứng d ng máy tính trongụ

7 CAPP Computer Aided Production L p k ho ch ch t o s nậ ế ạ ế ạ ả

Planning ph m có s tr giúp c aẩ ự ợ ủ

máy tính

8 NC Numerical Control Đi u khi n sề ể ố

Computer Numerical Đi u khi n s b ng máyề ể ố ằ

15 CC point Cutting Contact point Đi m c t (đi m t o hình)ể ắ ể ạ

16 CL point Cutting Location point Đi m đ nh v d ng cể ị ị ụ ụ

17 CC path Cutting contact path Đ ng t p h p (quỹ đ o)ườ ậ ợ ạ

các đi m t o hìnhể ạ

18 CL path Cutting Location path Đ ng t p h p (quỹ đ o)ườ ậ ợ ạ

các đi m đ nh v d ng cể ị ị ụ ụ

20 DPi, 8 set of data points 8 t p d li u đi m thànhậ ữ ệ ể

ix

DANH MỤC CÁC BẢNG

B ng 1 1 ả Các đ ng d ng c c b nườ ụ ụ ơ ả 18

B ng 1 2 ả Thu t ng c b n c a đ ng d ng cậ ữ ơ ả ủ ườ ụ ụ trong gia công CNC 19

B ng 1 3 ả M i d ng vùng bườ ạ ề m t c c b ặ ụ ộ c a b ủ ề m t t do tr n liên t cặ ự ơ ụ 29

B ng 2 1 ả B ng c u trúc dả ấ ữ li u file IGESệ 55

B ng 2 2 ả B ng th ng kê nhãn bi u di n dả ố ể ễ ữ li u trong IGESệ 57

B ng 3 1 ả B ng đi m đi u khi n và tr ng sả ể ề ể ọ ố m t t ặ ự do m u thí nghi mẫ ệ 80

B ng 3 2 ả B ng tính ch t v t lý c a nh a PAả ấ ậ ủ ự 81

B ng 3 3 ả B ng thông sả ố d ng cụ ụ 82

B ng 3 4 ả B ng thông s máy đo 3 t a đả ố ọ ộ SVANEX 9106 82

B ng 3 5 ả B ng thông s cao đ z các đi m trên bả ố ộ ể ề m t m u thi t kặ ẫ ế ế 84

B ng 3 6 ả B ng thông s đo cao đả ố ộ z các đi m trên bể ề m t M u 1ặ ẫ 84

B ng 3 7 ả B ng thông s đo cao đ z các đi m trên bả ố ộ ể ề m t M u 2ặ ẫ 84

B ng 3 8 ả Ch ng trình gia côngươ 88

B ng 3 9 ả B ng t ng h p th i gian gia công và chi u dài đ ng d ng cả ổ ợ ờ ề ườ ụ ụ 89

x

B ng 3 10 ả B ng tông h p k t qu đánh giáả ợ ế ả 90

B ng 3 11 ả B ng so sánh ph ng pháp gia công v i bả ươ ớ ề m t đ c phân vùng 91ặ ượ B ng 3 12 ả B ng th ng kê gia công m u theo ba ph ng ánả ố ẫ ươ 91

B ng 4 1 ả B ng thông sả ố d ng cụ ụ 98

B ng 4 2 ả B ng thông s máy đo 3 t a đả ố ọ ộ SVA NEX9016 98

B ng 4 3 ả B ng t a đ đi m thi t kả ọ ộ ể ế ế m t phôiặ 99

B ng 4 4 ả B ng thông sả ố F, S, T 101

B ng 4 5 ả M ng tr c giao Taguchi L9 (3^3)ả ự 101

B ng 4 6 ả K t qu đo t i các v trí xác đ nh trên bế ả ạ ị ị ề m t m uặ ẫ 102

B ng 4 7 ả Phân tích ANOVA các thông s nh h ng t i t o hình bố ả ưở ớ ạ ề m t ặ 103

B ng 4 8 ả Đi m đi u khi n m nh m t lõmể ề ể ả ặ 112

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1 1 Hi u ch nh đ ng trònệ ỉ ườ 7

Hình 1 2 Thi t k ế ế có sử d ng đ ng tụ ườ ự do NURBS 7

Hình 1 3 Hi u ch nh m t tr th ng và m t trệ ỉ ặ ụ ườ ặ ụ bi u di n d ng tể ễ ạ ự do 8

Hình 1 4 ng d ng NURBS trong thi t kỨ ụ ế ế 9

Hình 1 5 Mô tả n i suy tuy n tính và cung trên hộ ế ệ máy CNC 9

Hình 1 6 N i suy NURBS trên các hộ ệ CNC 10

Hình 1 7 N i suy tuy n tính và n i suy NURBS khi gia công m t tộ ế ộ ặ ự do 11

Hình 1 8 M t ộ ng d ng m t tứ ụ ặ ự do trong khuôn 12

Hình 1 9 Kh o sát th i gian gia công thô, tinh, đánh bóng khi giaả ờ công khuôn 12 Hình 1 10 Mô hình hình h c dao phay ngón t ng quátọ ổ 14

Hình 1 11 Các d ng dao phay ngón c b nạ ơ ả 14

Hình 1 12 D ng cụ ụ c t khi gia công m t tắ ặ ự do 15

Hình 1 13 Sự khác bi t gi a vùng l i, vùng lõm và vùng ph ng khi gia công 16ệ ữ ồ ẳ Hình 1 14 Đ ng c t và c t l mườ ắ ắ ẹ 17

Hình 1 15 Gia công m t t ặ ự do trên máy 5 tr c ụ 17

Hình 1 16 Đ ng d ng cườ ụ ụ 18

Hình 1 17 M t s ộ ố thu t ngậ ữ v đ ng d ng cề ườ ụ ụ khi gia công trên máy phay CNC 20

Hình 1 18 M t s ộ ố ki u ể đ ng d ng c c b n trong Catia V5R20ườ ụ ụ ơ ả 23

Hình 1 19 Các thông số quan tr ng khi gia công m t tọ ặ ự do 25

xii

Hình 1 20 Chi u cao nh p nhô đề ấ ể l i sau khi gia công tinh b ng dao phay ạ ằ

đ uầ

c uầ 25

Hình 1 21 Ph ng pháp sinh đ ng d ng c trên c s đi m ti p xúc (CC-ươ ườ ụ ụ ơ ở ể ế point) 26

Hình 1 22 Sai số hình h c khi gia công m tọ ặ 30

Hình 1 23 Phân c m v i 2 đ ng d n xo nụ ớ ườ ẫ ắ c [51]ố 31

Hình 1 24 S đ ơ ồ kh i ti n trình nghiên c uố ế ứ 33

Hình 2 1 S đ ơ ồ kh i n i dungố ộ ch ng 2ươ 35

Hình 2 2 Mô hình toán đ ng cong Bezierườ 36

Hình 2 3 S đ tính toán đi m c a đ ng cong Bezier b c 3ơ ồ ể ủ ườ ậ 36

Hình 2 4 S đ tính đi m đi u khi n c a đ ng Bezier t ng quátơ ồ ể ề ể ủ ườ ổ 37

Hình 2 5 Thu t toán xây d ng công cậ ự ụ thi t k , hi u ch nh đ ng Bezier b c ế ế ệ ỉ ườ ậ n 37 Hình 2 6 Công cụ xây d ng đ ng cong Bezierự ườ 38

Hình 2 7 Bi u di n đ ng đ ng cong Bezierể ễ ườ ườ 39

Hình 2 8 K t quế ả thi t k đ ng Bezier b c 3 trên AutoCAD, Catia và Công ế ế ườ ậ cụ xây d ng đ ng Bezier b c nự ườ ậ 40

Hình 2 9 Các m t c b n ặ ơ ả 43

Hình 2 10 Sự linh ho t trong hi u ch nh c a m t tạ ệ ỉ ủ ặ ự do so v i các m t c b nớ ặ ơ ả 44 Hình 2 11 Mô hình m t m t Fergusonặ ặ 45

Hình 2 12 M nh m t Bezier b c 4ả ặ ậ 45

Hình 2 13 a) Mô hình m t k ặ ẻ b) N i suy Taylor tuy n tínhộ ế 46

Hình 2 14 C u trúc m nh m t Coonsấ ả ặ 47

Hình 2 15 M t m t tr tặ ặ ượ 47

Hình 2 16 M nh m t quayả ặ 48

Hình 2 17 M nh m t tả ặ ứ giác 48

Hình 2 18 M nh m t B-splineả ặ 49 Hình 2 19 S đ ơ ồ thu t toán xây d ng công cậ ự ụ thi t k ế ế và hi u ch nh m t tệ ỉ ặ ự

Hình 2 20 Menu tùy ch n m tọ ặ 53

xiii

Hình 2 21 Bi u di n m t tể ễ ặ ự do 53

Hình 2 22 S đ ơ ồ thu t toán công c mô hình hóa file đ nh d ng IGESậ ụ ị ạ 59

Hình 2 23 Giao di n công c mô hình hóa file đ nh d ng IGESệ ụ ị ạ 60

Hình 2 24 Hi n thể ị m t t ặ ự do từ file c u trúc IGESấ 60

Hình 3 1 Các ki u máy phay CNC thông d ngể ụ 63

Hình 3 2 H ng d ng cướ ụ ụ khi gia công trên máy CNC 3 và 5 tr c ụ 63

Hình 3 3 D ng cụ ụ c t có th nghiêng đắ ể ể tránh c t l m ắ ẹ 64

Hình 3 4 Bán kính hi u d ng c a d ng cệ ụ ủ ụ ụ c t ắ 64

Hình 3 5 Quan hệ gi a góc nghiêng v i bán kính hi u d ngữ ớ ệ ụ 64

Hình 3 6 D ng cụ ụ c t có bán kính nhắ ỏ không gây c t l m ắ ẹ 65

Hình 3 7 L a ch n d ng c t ng ng v i đự ọ ụ ụ ươ ứ ớ ộ cong bề m t ặ 65

Hình 3 8 S đ ơ ồ l a ch n d ng cự ọ ụ ụ c t khi gia công m t tắ ặ ự do 66

Hình 3 9 S đ ơ ồ kh i l a ch n d ng cố ự ọ ụ ụ phù h p bợ ề m t ặ 67

Hình 3 10 Bi u di n bể ễ ề m t t ặ ự do 67

Hình 3 11 Ph ng và chi u véc t pháp tuy n c a m tươ ề ơ ế ủ ặ 67

Hình 3 12 Đ cong Gauss và độ ộ cong trung bình 69

Hình 3 13 M t t do đ c phân vùngặ ự ượ 69

Hình 3 14 Thu t toán phân vùng bậ ề m t t ặ ự do 70

Hình 3 15 S đ ơ ồ phân vùng bề m t thành m nh m t d a theo H và Kặ ả ặ ự 71

Hình 3 16 Thu t toán l a ch n d ng cậ ự ọ ụ ụ h p lýợ 72

Hình 3 17 M t t ặ ự do có phân chia thành các m nh c c bả ụ ộ 73

Hình 3 18 Chuy n đi m 3D (x,y,z) sang không gian tham sể ể ố 2D (u,v) 74

Hình 3 19 Ánh x đi m 3D sang 2D đ xác đ nh đ ng ranh gi iạ ể ể ị ườ ớ 74

Hình 3 20 Ví dụ về c u trúc t p dấ ậ ữ li u đi m DP, DPệ ể 1, DP2, DP3 75

Hình 3 21 C u trúc c a các t p dấ ủ ậ ữ li u đi mệ ể 75

Hình 3 22 Quy t c 4 và 8 đi m lân c nắ ể ậ 76

Hình 3 23 Đ ng ranh gi i c a m ngườ ớ ủ ả 76

Hình 3 24 Ranh gi i t p đi m xác đ nh b ng ph ng pháp 4 đi mớ ậ ể ị ằ ươ ể 77

Hình 3 25 Ranh gi i t p đi m xác đ nh b ng ph ng pháp 8 đi mớ ậ ể ị ằ ươ ể 77

Hình 3 26 Thu t toán t o đ ng ranh gi i m nh m tậ ạ ườ ớ ả ặ 78

Hình 3 27 Các hàm sử d ng xác đ nh kích th c d ng cụ ị ướ ụ ụ h p lýợ 79

Hình 3 28 Macro trên Excel k t n i v i Catia V5R20 đế ố ớ ể xây d ng đ ng ranhự ườ gi i t t p đi m biên trích xu t t IGESớ ừ ậ ể ấ ừ 80

Hình 3 29 Đ ng ranh gi i c a vùng bườ ớ ủ ề m t t ặ ự do c c b ụ ộ 80

Hình 3 30 B n vẽả thi t k ế ế phôi 81

Hình 3 31 Máy phay CNC Hamai 3VA 81

Hình 3 32 D ng cụ ụ c t ắ 82

Hình 3 33 Mô ph ng quá trình gia côngỏ 83

Hình 3 34 Gia công m u trên máy phay CNC Hamai 3VAẫ 83

Hình 3 35 Th c hi n đo trên máy đo 3 t a đự ệ ọ ộ SVANEX 83

Hình 3 36.Đi m đoể 84

Hình 3 37 Bi u để ồ dữ li u đo m t t do đ c gia côngệ ặ ự ượ 85

Hình 3 38 Bi u để ồ so sánh bề m t theo 2 ph ngặ ươ 87

Hình 3 39 Đ ng ranh gi i xu t hi n trên bườ ớ ấ ệ ề m t sau gia côngặ 90

Hình 3 40 Gia công bề m t theo cách 3ặ 92

Hình 4 1 S đ ơ ồ kh i các n i dung nghiên c u trong ch ng 4ố ộ ứ ươ 95

Hình 4 2 S đ ơ ồ kh i xây d ng ph ng án đánh giá m c đ nh h ng c aố ự ươ ứ ộ ả ưở ủ đ ng d ng c t i đ chính xác t o hình m t t doườ ụ ụ ớ ộ ạ ặ ự 96

Hình 4 3 Máy phay CNC 3 tr c ụ 97

Hình 4 4 D ng cụ ụ c t ắ 98

Hình 4 5 Máy đo 3 t a đ ọ ộ SVA NEX9016 98

Hình 4 6 Thi t k ế ế m u th c nghi mẫ ự ệ 99

Hình 4 7 Ki u đ ng d ng cể ườ ụ ụ thông d ng khi gia công m t tụ ặ ự do 99

Hình 4 8 S n ph m gia công theo thí nghi m trong m ng L9ả ẩ ệ ả 101

Hình 4 9.Tỉ số S/N 102

Hình 4 10 S đ ơ ồ xây d ng ph ng án xác đ nh d ng d ng c h p lý cho bự ươ ị ườ ụ ụ ơ ề m t t do c u trúc lõmặ ự ấ 103

Hình 4 11 H ng d ng cướ ụ ụ trong t a đ ọ ộ Descartes 104

Hình 4 12 Gia công m t cong lõmặ 105

xv

Hình 4 13 S đ xác đ nh b c ti n h p lý Stơ ồ ị ướ ế ợ 106

Hình 4 14 S đ ơ ồ tính toán St 107

Hình 4 15 S đ ơ ồ tính toán kho ng offsetả đ ng d ng cườ ụ ụ h p lýợ 108

Hình 4 16 S đ offset đ ng d n đ c chi u lên m t cong S(u,v)ơ ồ ườ ẫ ượ ế ặ 109

Hình 4 17 S đ ơ ồ thu t toán sinh đ ng d ng cậ ườ ụ ụ 111

Hình 4 18 Mô ph ng sinh đ ng d ng cỏ ườ ụ ụ cho vùng c c b ụ ộ lõm 112

Hình 4 19 S đ ơ ồ tính toán sai số x p x ấ ỉ 112

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Công ngh đi u khi n s trên máy công c (Computer Numerical Control –ệ ề ể ố ụ

vi t t t là CNC) đ c ra đ i t kho ng nh ng năm 1940 [1] đã đánh d u m tế ắ ượ ờ ừ ả ữ ấ ộ

b c nh y v t trong công nghi p s n xu t Vi c ng d ng máy CNC khôngướ ả ọ ệ ả ấ ệ ứ ụ

nh ng mang l i năng su t cao, ch t l ng s n ph m n đ nh mà còn gi iữ ạ ấ ấ ượ ả ẩ ổ ị ảphóng đ c s c lao đ ng c a con ng i V i vi c các ngành khoa h c đi uượ ứ ộ ủ ườ ớ ệ ọ ềkhi n, công ngh thông tin phát tri n… các máy CNC càng tr lên m nh mẽể ệ ể ở ạ

h n, đi u đó cũng đ ng nghĩa v i vi c các s n ph m đ c ch t o ra ngàyơ ề ồ ớ ệ ả ẩ ượ ế ạcàng ph c t p và tinh x o Do nh ng u đi m c a các máy CNC khi n cho càngứ ạ ả ữ ư ể ủ ếngày càng có nhi u nghiên c u nh m nâng c p máy CNC tr lên ngày càngề ứ ằ ấ ởhoàn thi n Có hai h ng nghiên c u chính đ c i thi n các máy CNC là h ngệ ướ ứ ể ả ệ ướnghiên c u c i thi n ph n c ng và h ng nghiên c u c i thi n ph n m m.ứ ả ệ ầ ứ ướ ứ ả ệ ầ ề

H ướ ng nghiên c u c i thi n ph n c ng ứ ả ệ ầ ứ đ nâng cao năng su t khi giaể ấcông trên máy phay CNC nh : Nghiên c u v k t c u máy [2], [3]… Nghiên c uư ứ ề ế ấ ứ

nh h ng c a rung đ ng [4]–[6]… Nghiên c u v d ng c c t khi gia công

[7], [8]… Nghiên c u c i thi n các vi m ch đi u khi n đ c i thi n kh năngứ ả ệ ạ ề ể ể ả ệ ả

đi u khi n c a máy CNC… K t qu c a các công trình khoa h c cũng nh th cề ể ủ ế ả ủ ọ ư ựnghi m theo h ng này đã đ t đ c nhi u thành công Các máy CNC càngệ ướ ạ ượ ềngày càng có k t c u hoàn thi n, kh năng công ngh đ c nâng cao Qua đóế ấ ệ ả ệ ượnăng su t cũng nh ch t l ng s n ph m khi gia công trên các máy CNC cóấ ư ấ ượ ả ẩ

nh ng c i thi n đáng k góp ph n không nh vào s phát tri n c a ngànhữ ả ệ ể ầ ỏ ự ể ủcông nghi p gia công nói chung và gia công trên máy t đ ng nói riêng.ệ ự ộ

H ướ ng nghiên c u c i thi n ph n m m ứ ả ệ ầ ề th ng là c i ti n vườ ả ế ề h đi uệ ề

hành (ch a các b n i suy s d ng cho tính toán các đ ng d ng c và cácứ ộ ộ ử ụ ườ ụ ụthông s trong quá trình gia công cũng nh c i thi n kh năng giao ti p gi aố ư ả ệ ả ế ữcác ph n c ng trên máy CNC thông qua các trình đi u khi n driver) Cácầ ứ ề ể

ph ng pháp n i suy mà các máy CNC th ng s d ng là n i suy tuy n tínhươ ộ ườ ử ụ ộ ế

ho c n i suy theo cung tròn [9] Ngày nay xu h ng nghiên c u t p trungặ ộ ướ ứ ậnhi u vào vi c phát tri n ph n m m đ máy tr lên “thông minh” và “m nhề ệ ể ầ ề ể ở ạmẽ” h n, Do đó các máy CNC ngày càng có tính linh ho t, đáp ng đ c nhi uơ ạ ứ ượ ềyêu c u gia công ph c t p h n, đ c bi t là nh ng chi ti t máy đ c thi t kầ ứ ạ ơ ặ ệ ữ ế ượ ế ế

có ch a các b m t t do.ứ ề ặ ự

S phát tri n c a máy CNC và nh ng u đi m c a nó kéo theo các lĩnh v cự ể ủ ữ ư ể ủ ự

ph c v cho h máy này cũng phát tri n không ng ng đó là CAD (Computerụ ụ ệ ể ừAided Design – Thi t k có s h tr c a máy tính) và CAM (Computer Aidedế ế ự ỗ ợ ủManufacturing – Gia công có s h tr c a máy tính) CAD h tr khâu thi t kự ỗ ợ ủ ỗ ợ ế ế

tr lên nhanh, d dàng và chính xác h n, CAM h tr khâu gia công, gi i phóngở ễ ơ ỗ ợ ảcon ng i kh i các tính toán v i kh i l ng phép tính l n và ph c t p h n b iườ ỏ ớ ố ượ ớ ứ ạ ơ ởcác công th c n i suy tích h p Do v y, lúc này năng su t cũng nh đ chínhứ ộ ợ ậ ấ ư ộxác khi ch t o các s n ph m có ng d ng CAD/CAM/CNC không còn phế ạ ả ẩ ứ ụ ụthu c hoàn toàn vào máy CNC n a mà còn ph thu c c vào các y u t khácộ ữ ụ ộ ả ế ố

n m trong khâu thi t k (có s d ng CAD) và n m trong khâu gia công (có sằ ế ế ử ụ ằ ử

d ngụ

1

CAM) Hi n nay vi c khai thác s d ng các máy CNC cũng nh các ph n m mệ ệ ử ụ ư ầ ềCAD/CAM còn ch a hi u qu , đ c bi t t i Vi t Nam ch y u d a trên các kinhư ệ ả ặ ệ ạ ệ ủ ế ựnghi m và các h ng d n s d ng máy, d ng c c a các hãng s n xu t.ệ ướ ẫ ử ụ ụ ụ ủ ả ấ

Ví d vi c l a ch n d ng c c t th nào là h p lý, chi n l c d n d ng cụ ệ ự ọ ụ ụ ắ ế ợ ế ượ ẫ ụ ụphù h p nh t đ i v i b m t, các thông s ch đ c t l a ch n th nào choợ ấ ố ớ ề ặ ố ế ộ ắ ự ọ ế

h p lý… cũng sẽ nh h ng l n t i năng su t, ch t l ng t o hình các chi ti tợ ả ưở ớ ớ ấ ấ ượ ạ ế

có ch a b m t ph c t p.ứ ề ặ ứ ạ

Hi n nay, vi c ng d ng công ngh CAD/CAM/CNC trong s n xu t r t phệ ệ ứ ụ ệ ả ấ ấ ổ

bi n không ch trên th gi i mà c Vi t Nam Do nh ng u đi m mà côngế ỉ ế ớ ả ở ệ ữ ư ểngh này mang l i nên các nghiên c u v CAD/CAM/CNC luôn luôn đ cệ ạ ứ ề ượnhi u nhà khoa h c quan tâm Hi n nay các nghiên c u liên quan đ n lĩnh v cề ọ ệ ứ ế ựCAD/CAM/CNC Vi t Nam còn khá h n ch Trên th gi i cũng có nhi uở ệ ạ ế ế ớ ềnghiên c u nh m c i thi n năng su t, ch t l ng s n ph m khi gia công trênứ ằ ả ệ ấ ấ ượ ả ẩmáy CNC Tuy nhiên nh ng v n đ liên quan đ n b m t cũng ít khi đ c đữ ấ ề ế ề ặ ượ ề

c p trong các nghiên c u này mà ch y u là các nghiên c u v tính toánậ ứ ủ ế ứ ề

đ ng d ng c ho c các ch đ c t Trong quá trình nghiên c u, NCS nh nườ ụ ụ ặ ế ộ ắ ứ ậ

th y r ng v n đ l a ch n d ng c và đ ng d ng c h p lý khi gia công cácấ ằ ấ ề ự ọ ụ ụ ườ ụ ụ ợchi ti t có ch a m t t do v a có tính khoa h c và cũng có tính th c ti n r tế ứ ặ ự ừ ọ ự ễ ấcao, có ti m năng l n đ áp d ng vào th c ti n s n xu t Đ c s đ ng ý c aề ớ ể ụ ự ễ ả ấ ượ ự ồ ủgiáo viên h ng d n và h i đ ng đánh giá đ c ng đã đ c trình bày, NCS đãướ ẫ ộ ồ ề ươ ượ

l a ch n đ tài lu n án:ự ọ ề ậ

“Nghiên c u l a ch n d ng c và đ ứ ự ọ ụ ụ ườ ng d ng c h p lý ụ ụ ợ trong t o hình b m t t do trên máy phay CNC 3 tr c” ạ ề ặ ự ụ

2 Mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

2.2 Đối tượng nghiên cứu

Lu n án nghiên c u ph ng pháp l a ch n kích th c d ng c c t vàậ ứ ươ ự ọ ướ ụ ụ ắ

đ ng d ng c phù h p khi gia công b m t t do tr n trên máy CNC 3 tr c.ườ ụ ụ ợ ề ặ ự ơ ụ

Đ th c hi n nghiên c u đ i t ng đã đ ra, lu n án đã đ c phân chia thànhể ự ệ ứ ố ượ ề ậ ượcác n i dung sau:ộ

- Nghiên c u v ph ng pháp bi u di n toán h c đ ng và m t t do.ứ ề ươ ể ễ ọ ườ ặ ự

- Nghiên c u ph ng pháp tách m t m t t do tr n thành các m nh m tứ ươ ộ ặ ự ơ ả ặ

t do c c b d a trên đ cong Gaussian (K) và đ cong trung bình (H), Thôngự ụ ộ ự ộ ộqua b c tách m t t do tr n thành các m nh m t t do c c b đ xây d ngướ ặ ự ơ ả ặ ự ụ ộ ể ựthu t toán và ch ng trình tính toán kích th c d ng c phù h p nh t đ i v iậ ươ ướ ụ ụ ợ ấ ố ớ

t ng phân vùng c c b sao cho đ m b o đ chính xác t o hình đ i v i t ngừ ụ ộ ả ả ộ ạ ố ớ ừ

m nh m t c c b đó và rút ng n th i gian giaả ặ ụ ộ ắ ờ

công Qua đó sẽ l a ch n các d ng c phù h p đ gia công m t m t t ự ọ ụ ụ ợ ể ộ ặ ự

do tr n (là m t đ n ho c m t t do tr n t p h p t m t s m nh ơ ặ ơ ặ ặ ự ơ ậ ợ ừ ộ ố ả

m t).ặ

- Nghiên c u xây d ng đ ng ranh gi i c a t ng m nh m t c c b n uứ ự ườ ớ ủ ừ ả ặ ụ ộ ế

m t m t cong tr n đ c c u thành t nhi u h n m t m nh m t c c b (M cộ ặ ơ ượ ấ ừ ề ơ ộ ả ặ ụ ộ ụđích c a vi c xác đ nh đ ng ranh gi i c a m nh m t c c b đ gi i h n vùngủ ệ ị ườ ớ ủ ả ặ ụ ộ ể ớ ạ

d ng c th c hi n chi n l c ch y dao).ụ ụ ự ệ ế ượ ạ

- Nghiên c u nh h ng c a đ ng d ng c đ n đ chính xác t o hình ứ ả ưở ủ ườ ụ ụ ế ộ ạ

b m t t do.ề ặ ự

- Đ ra gi i pháp sinh đ ng d ng c h p lý khi gia công vùng b m t ề ả ườ ụ ụ ợ ề ặ

t do c u trúc lõm.ự ấ

2.3 Phạm vi nghiên cứu

Ph m vi nghiên c u c a lu n án đ c gi i h n nh sau:ạ ứ ủ ậ ượ ớ ạ ư

- Quá trình gia công m t t do đ c th c hi n trên máy phay CNC 3 tr cặ ự ượ ự ệ ụ

v i d ng c c t không thay đ i h ng trên toàn b quỹ đ o di chuy n trên bớ ụ ụ ắ ổ ướ ộ ạ ể ề

3 Phương pháp nghiên cứu

Ph ng pháp nghiên c u là s k t h p gi a nghiên c u lý thuy t v i mô ươ ứ ự ế ợ ữ ứ ế ớ

ph ng và th c nghi m ki m ch ng, đánh giá k t qu C th nh sau:ỏ ự ệ ể ứ ế ả ụ ể ư

- Nghiên c u các mô hình bi u di n toán h c đ ng, m t t do, các phépứ ể ễ ọ ườ ặ ựtính và thu t toán liên quan đ n m t t do ph c v cho đ i t ng nghiên c uậ ế ặ ự ụ ụ ố ượ ứtrong lu n án.ậ

- Xây d ng các ch ng trình trên Matlab2014b đ mô ph ng, tính toánự ươ ể ỏcác n i dung liên quan trong lu n án Thi t k các m u th c nghi m trên CATIAộ ậ ế ế ẫ ự ệV5R20, mô ph ng quá trình gia công đ ki m ch ng ph n tính toán lý thuy t.ỏ ể ể ứ ầ ế

- Xây d ng các mô hình th c nghi m gia công trên máy phay CNC 3 tr cự ự ệ ụ

và đo đ c các thông s trên máy đo 3 t a đ X lý s li u và đánh giá k t qu lýạ ố ọ ộ ử ố ệ ế ảthuy t và mô ph ng đã th c hi n trong lu n án.ế ỏ ự ệ ậ

4 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

- Phân tích đ c c u trúc đ ng t do, m t t do, c u trúc file IGESượ ấ ườ ự ặ ự ấtrong bi u di n đ ng t do trong h th ng CAD/CAM nh m đ a ra gi i phápể ễ ườ ự ệ ố ằ ư ảphân chia đ ng bao gi i h n các vùng b m t c c b theo các tiêu chí ch nườ ớ ạ ề ặ ụ ộ ọ

tr c.ướ

- Xây d ng các ch ng trình máy tính bi u di n đ ng t do, m t t doự ươ ể ễ ườ ự ặ ự

- Phân tích đ c nh h ng c a vi c l a ch n d ng c và đ ng d ng ượ ả ưở ủ ệ ự ọ ụ ụ ườ ụ

c trong gia công các vùng b m t t do.ụ ề ặ ự

3

- Nghiên c u nh h ng c a vi c l a ch n d ng c thông qua đ congứ ả ưở ủ ệ ự ọ ụ ụ ộ

Gauss và đ cong chính đ đ xu t m t ph ng án l a ch n d ng cộ ể ề ấ ộ ươ ự ọ ụ ụcăn c vào vi c tính toán bán kính cong nh nh t theo hai ph ngứ ệ ỏ ấ ươchính và xác đ nh đ ng d ng c h p lý.ị ườ ụ ụ ợ

- Đ xu t đ c m t ph ng pháp xác đ nh đ ng d ng c m i cho bề ấ ượ ộ ươ ị ườ ụ ụ ớ ề

m t cong t do c u trúc lõm d a trên đ cong c c b c a vùng b m t và chi uặ ự ấ ự ộ ụ ộ ủ ề ặ ềcao l ng d đ l i gi i h n.ượ ư ể ạ ớ ạ

Ý nghĩa th c ti n ự ễ

- Đã áp d ng vào gia công m u th đ th y rõ hi u qu trong vi c gi m ụ ẫ ử ể ấ ệ ả ệ ả

th i gian gia công và đ m b o đ c đ chính xác t o hình b m t t do.ờ ả ả ượ ộ ạ ề ặ ự

hi n ph ng pháp l a ch n d ng c h p lý khi gia công t o hình cácệ ươ ự ọ ụ ụ ợ ạ

b m t t do K t qu nghiên c u c a lu n án có ý nghĩa th c ti n, đ cề ặ ự ế ả ứ ủ ậ ự ễ ặ

bi t trong công nghi p ch t o khuôn m u.ệ ệ ế ạ ẫ

- Gi i pháp sinh đ ng d ng c đ gia công b m t t do c u trúc lõmả ườ ụ ụ ể ề ặ ự ấ

đ m b o đ c đ chính xác t o hình b m t theo yêu c u và nâng cao năng su tả ả ượ ộ ạ ề ặ ầ ấgia công

5 Những kết quả đạt được và đóng góp mới của luận án

- Đã h th ng hóa đ c các mô hình toán c a đ ng và m t t do, xâyệ ố ượ ủ ườ ặ ự

d ng các công c bi u di n đ ng cong, m t cong, đ nh d ng file IGESự ụ ể ễ ườ ặ ị ạ

đ hi u ph ng pháp xây d ng đ ng, m t t do trên các h th ng ể ể ươ ự ườ ặ ự ệ ốCAD/CAM th ng m i.ươ ạ

- Đã phân tích, đánh giá đ c các ph ng pháp gia công m t t do, ch raượ ươ ặ ự ỉ

đ c nh ng u đi m, nh c đi m c a t ng ph ng pháp trong vi cượ ữ ư ể ượ ể ủ ừ ươ ệ

đ m b o ch t l ng b m t cũng nh năng su t gia công các chi ti t ả ả ấ ượ ề ặ ư ấ ế

có ch a m t t do trên máy phay CNC 3 tr c.ứ ặ ự ụ

- Đ xu t ph ng pháp l a ch n kích th c d ng c h p lý khi gia côngề ấ ươ ự ọ ướ ụ ụ ợ

t o hình m t t do d a trên gi i pháp phân vùng b m t, xác đ nh đ c ranhạ ặ ự ự ả ề ặ ị ượ

gi i vùng c c b đ th c hi n đ ng d ng c h p lý Th c nghi m gia côngớ ụ ộ ể ự ệ ườ ụ ụ ợ ự ệ

ki m ch ng gi i pháp đ xu t so v i ph ng pháp gia công truy n th ng.ể ứ ả ề ấ ớ ươ ề ố

- Đã xây d ng mô hình th c nghi m đ đánh giá nh h ng c a d ng cự ự ệ ể ả ưở ủ ụ ụ

và đ ng d ng c t i ch t l ng t o hình m t t do, t đó có ph ngườ ụ ụ ớ ấ ượ ạ ặ ự ừ ươ

án l a ch n d ng c và đ ng d ng c h p lý trong gia công các chi ự ọ ụ ụ ườ ụ ụ ợ

ti t máy có ch a b m t t do.ế ứ ề ặ ự

- Đ xu t đ c m t ph ng pháp m i sinh đ ng d ng c khi gia công ề ấ ượ ộ ươ ớ ườ ụ ụ

m t t do c u trúc lõm trên máy phay CNC 3 tr c.ặ ự ấ ụ

4

6 Bố cục của luận án

N i dung nghiên c u c a lu n án đ c trình bày trong 4 ch ng nh sau:ộ ứ ủ ậ ượ ươ ư

Ch ng 1: T ng quan v gia công m t t doươ ổ ề ặ ự

Ch ng 2: Ph ng pháp bi u di n đ ng và m t t do trong các h th ngươ ươ ể ễ ườ ặ ự ệ ốCAD/CAM

Ch ng 3: Xây d ng ph ng pháp l a ch n d ng c h p lý trong gia công ươ ự ươ ự ọ ụ ụ ợ

t o hình b m t t do trên máy phay CNC 3 tr cạ ề ặ ự ụ

Ch ng 4: Xây d ng ph ng pháp l a ch n đ ng d ng c h p lý trong ươ ự ươ ự ọ ườ ụ ụ ợgia công t o hình b m t t do trên máy phay CNC 3 tr c.ạ ề ặ ự ụ

Ph n cu i cùng là K t lu n và Ki n ngh sẽ t ng k t các k t qu nghiên ầ ố ế ậ ế ị ổ ế ế ả

c u c a lu n án và đ xu t m t s h ng nghiên c u ti p theo.ứ ủ ậ ề ấ ộ ố ướ ứ ế

5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG MẶT TỰ DO

1.1 Mặt tự do và ứng dụng của mặt tự do

1.1.1 Giới thiệu

M t t do (freeform surface ho c freeform surfacing ho c sculptureặ ự ặ ặsurface) là thu t ng s d ng ch các b m t cong tr n, liên t c s d ng trongậ ữ ử ụ ỉ ề ặ ơ ụ ử ụ

CAD (Computer Aided Design) và các ph n m m đ h a máy tính khác đ môầ ề ồ ọ ể

t các ph n t hình h c 3D Các m t d ng t do không có kích th c xuyênả ầ ử ọ ặ ạ ự ướtâm c ng nh c [10], không gi ng các b m t thông th ng (m t ph ng, m tứ ắ ố ề ặ ườ ặ ẳ ặ

tr , m t c u…) Các d ng bi u di n m t t do ph bi n nh Bezier, B-spline,ụ ặ ầ ạ ể ễ ặ ự ổ ế ư

NURBS (Non Uniform Ration B-spline) [11]…, ngoài ra cũng có th có cácể

ph ng pháp bi u di n khác nh Coons [12] hay Gordon [13].ươ ể ễ ư

Ngày nay m t t do đã đ c ng d ng trong h u h t các h th ngặ ự ượ ứ ụ ầ ế ệ ố

CAD/CAM (CAM = Computer Aided Manufacturing) và ng d ng máy tính hứ ụ ỗ

tr phân tích s n ph m CAE (ợ ả ẩ Computer Aided Engineering) vì tính linh ho tạ

và đ chính xác cao trong bi u di n các d ng b m t 3D ph c t p Các b m tộ ể ễ ạ ề ặ ứ ạ ề ặ

d ng t do r t thích h p đ bi u di n b m t nh : b m t lòng khuôn, bạ ự ấ ợ ể ể ễ ề ặ ư ề ặ ề

m t cánh tua bin, cánh máy bay, v xe h i, v tàu – thuy n, tái t o nh ng s nặ ỏ ơ ỏ ề ạ ữ ả

ph m ph c v cho y h c nh x ng gi ho c các b ph n c th gi đ t đ cẩ ụ ụ ọ ư ươ ả ặ ộ ậ ơ ể ả ạ ượ

đ chính xác t t.ộ ố

1.1.2 Lịch sử phát triển

Tr c khi có s xu t hi n máy tính cũng nh nh ng ng d ng tính toán,ướ ự ấ ệ ư ữ ứ ụthi t k có s h tr c a máy tính đ c đ a vào ngành công nghi p c khí,ế ế ự ỗ ợ ủ ượ ư ệ ơcác thi t k đ c vẽ phác th o b ng tay trên gi y sau đó đ c tinh ch nh l iế ế ượ ả ằ ấ ượ ỉ ạ

đ thành b n thi t k hoàn ch nh v i các công c khác nhau Trong đó, th cể ả ế ế ỉ ớ ụ ướ

k đ c s d ng đ t o ra các đ ng th ng, compa s d ng cho vi c t o raẻ ượ ử ụ ể ạ ườ ẳ ử ụ ệ ạcác cung tròn, đ ng tròn, th c góc dành cho thi t k các góc [14]… Quáườ ướ ế ếtrình này đã đ c các nhà thi t k s d ng m t cách thành th c và đ c cácượ ế ế ử ụ ộ ụ ượnhà giáo d c đ a vào gi ng d y trong m t th i gian dài Tuy nhiên v i s phátụ ư ả ạ ộ ờ ớ ựtri n liên t c c a các ngành khoa h c đã đòi h i các thi t k ph i v t lênể ụ ủ ọ ỏ ế ế ả ượ

m t t m cao m i đ phù h p v i t duy cũng nh yêu c u c a thi t k hi nộ ầ ớ ể ợ ớ ư ư ầ ủ ế ế ệ

đ i mà các ph ng pháp truy n th ng sẽ g p khó khăn nh : Các đ ng congạ ươ ề ố ặ ư ườ

t o lên b m t cong c a mũi tàu, cánh máy bay, thân máy bay, thân xe ô tô, ạ ề ặ ủ

Do đó trong các th k 18, 19 và nh ng năm đ u c a th k 20 h u h t các chiế ỉ ữ ầ ủ ế ỉ ầ ế

ti t trên đ c thi t k d i d ng đ ng th ng ho c đ ng cong c b nế ượ ế ế ướ ạ ườ ẳ ặ ườ ơ ảkhông ph c t p do d thi t k , d ch t o chính xác Nh ng đi u này làmứ ạ ễ ế ế ễ ế ạ ư ề

gi m hi u qu c a máy móc do hình dáng c a các thi t k này gây nhi u s cả ệ ả ủ ủ ế ế ề ứ

c n và m t đi m khá quan tr ng n a đó là th m mĩ c a các thi t k nàyả ộ ể ọ ữ ẩ ủ ế ếkhông cao

Năm 1946 các nhà toán h c b t đ u nghiên c u hình d ng đ ng spline vàọ ắ ầ ứ ạ ườrút ra công th c bi u di n hàm spline hay đ ng cong spline [15] M t NURBSứ ể ễ ườ ặ

đ c phát tri n t công trình c a Pierre Bezier g m đ ng và m t congượ ể ừ ủ ồ ườ ặBezier vào cu i nh ng năm 1960 đ u nh ng năm 1970 c a th k tr c [16].ố ữ ầ ữ ủ ế ỉ ướ

B i tính linh ho t và s c m nh bi u di n đ ng và m t c a chúng nên quáở ạ ứ ạ ể ễ ườ ặ ủtrình nghiên

c u phát tri n ti p ngay sau đó là các đ ng và m t cong B-spline Các đ ngứ ể ế ườ ặ ườ

và m t cong h u t và vô t B-spline còn tăng thêm đ linh ho t h n n a Đ cặ ữ ỉ ỉ ộ ạ ơ ữ ặ

bi t quan tr ng là kh năng bi u di n chính xác các đ i t ng c a m tệ ọ ả ể ễ ố ượ ủ ặNURBS Do đó, v i NURBS hoàn toàn có th l a ch n là m t ph ng pháp duyớ ể ự ọ ộ ươ

nh t bi u di n m t lo t các đ ng, m t (t đ n gi n nh đ ng th ng choấ ể ễ ộ ạ ườ ặ ừ ơ ả ư ườ ẳ

đ n các đ ng c b n nh đ ng tròn, hay các m t nh m t c u, m t nón…ế ườ ơ ả ư ườ ặ ư ặ ầ ặ

m t cách chính xác H n n a, NURBS cũng cho phép bi u di n b m t t ngộ ơ ữ ể ễ ề ặ ổquát Đ c đi m này c a NURBS khi n nó có th d dàng bi u di n các b m tặ ể ủ ế ể ễ ể ễ ề ặ

ph c t p nh b m t v ô tô, v , cánh máy bay, tàu, khuôn giày dép, chai n cứ ạ ư ề ặ ỏ ỏ ướ

ho c các nhân v t ho t hình ặ ậ ạ

Năm 1989 l n đ u tiên các d ng đ ng cong và m t cong NURBS đ cầ ầ ạ ườ ặ ượ

th ng m i hóa trên các máy tính tr m Ngày nay, h u h t các ng d ng đươ ạ ạ ầ ế ứ ụ ồ

h a máy tính chuyên nghi p đ u tích h p công c NURBS d i các d ngọ ệ ề ợ ụ ướ ạchuyên bi t Ngày nay NURBS đ c s d ng nh là tiêu chu n trong ph n l nệ ượ ử ụ ư ẩ ầ ớcác h th ng CAD/CAM ho c đ h a t ng tác.ệ ố ặ ồ ọ ươ

1.1.3 Ứng dụng đường, mặt tự do

1.1.3.1 Ứng dụng đường, mặt tự do trong thiết kế

Trong thi t k các đ ng ho c m t trong chi ti t máy, vi c ph i hi uế ế ườ ặ ặ ế ệ ả ệ

ch nh trong quá trình thi t k là công vi c th ng xuyên Tuy nhiên, n u nhỉ ế ế ệ ườ ế ư

s d ng các đ ng ho c m t c b n (đ ng th ng, đ ng tròn, hypecbol…ử ụ ườ ặ ặ ơ ả ườ ẳ ườhay m t tr , m t c u, m t nón…) thì vi c hi u ch nh th ng là thay đ i kíchặ ụ ặ ầ ặ ệ ệ ỉ ườ ổ

th c trên toàn b đ ng (ướ ộ ườ Hình 1 1), m t ( ặ Hình 1 3a) Trong tr ng h pườ ợnày vi c hi u ch nh th ng là ph i xén t a d n b ng các l nh c t (trim trongệ ệ ỉ ườ ả ỉ ầ ằ ệ ắAutoCad, module Sketcher c a Catia, hay Split trong module Part, Shape… c aủ ủCatia)

Quá trình thi t k nh v y sẽ t ng đ i t n th i gian và b m t chi ti tế ế ư ậ ươ ố ố ờ ề ặ ế

t o ra không ph i là m t b m t tr n hoàn h o mà ch là b m t đ c ch pạ ả ộ ề ặ ơ ả ỉ ề ặ ượ ắ

Vùng gi nguyên ữ

Đi u này, khi n cho b m t thi t k không đ c tr n t nhiên, k t quề ế ề ặ ế ế ượ ơ ự ế ả

c a thi t k không ch gây nh h ng t i th m mĩ c a chi ti t mà còn khôngủ ế ế ỉ ả ưở ớ ẩ ủ ế

đ t đ c các yêu c u kỹ thu t kh t khe đ i v i m t s d ng b m t ho tạ ượ ầ ậ ắ ố ớ ộ ố ạ ề ặ ạ

đ ng trong môi tr ng khí đ ng h c ho c môi tr ng kh c nghi t Khi sộ ườ ộ ọ ặ ườ ắ ệ ử

d ng đ ng t do vi c hi u ch nh này tr lên linh ho t h n r t nhi u Trênụ ườ ự ệ ệ ỉ ở ạ ơ ấ ề

Hình 1 2a là m t đ ng cong d ng t do đ c t o b i 10 đi m đi u khi n,ộ ườ ạ ự ượ ạ ở ể ề ểkhi c n hi u ch nh m t ph n mà không nh h ng đ n nh ng ph n tr c đóầ ệ ỉ ộ ầ ả ưở ế ữ ầ ướthì ng i thi t k ch c n hi u ch nh m t ph n đ thu đ c các thi t k mongườ ế ế ỉ ầ ệ ỉ ộ ầ ể ượ ế ế

mu n (ố Hình 1 2b) Cũng t ng t nh v y, đ i v i các m t cong đ c bi uươ ự ư ậ ố ớ ặ ượ ể

di n d i d ng m t t do cũng hoàn toàn có th l a ch n hi u ch nh t ngễ ướ ạ ặ ự ể ự ọ ệ ỉ ừvùng c c b m t cách r t linh ho t mà không nh h ng đ n nh ng vùngụ ộ ộ ấ ạ ả ưở ế ữ

khác (xem Hình 1 3b) Đi u này làm gi m th i gian cũng nh r t linh ho tề ả ờ ư ấ ạtrong thi t k Đây là m t u đi m l n c a vi c s d ng các đ ng cong t doế ế ộ ư ể ớ ủ ệ ử ụ ườ ựtrong thi t k Ngày nay h u h t các h th ng CAD c a các hãng khác nhau đãế ế ầ ế ệ ố ủtích h p module này đ tăng s c m nh cho ph n m m c a mình, qua đóợ ể ứ ạ ầ ề ủkhông b h t h i trong các cu c đua dành th ph n đ i v i các doanh nghi pị ụ ơ ộ ị ầ ố ớ ệ

s d ng ph n m m.ử ụ ầ ề

L i đi m đi u khi n ướ ể ề ể

Thay đ i toàn b b m t ổ ộ ề ặ Thay đ i vùng c c b b m t ổ ụ ộ ề ặ

Hình 1 3 Hi u ch nh m t tr th ng và m t tr ệ ỉ ặ ụ ườ ặ ụ bi u di n d ng t ể ễ ạ ự do

a) M t tr c b n; b) M t tr d ng t do ặ ụ ơ ả ặ ụ ạ ự

Do nh ng u đi m c a đ ng và m t NURBS nên chúng đã đ c ngữ ư ể ủ ườ ặ ượ ứ

d ng trong r t nhi u lĩnh v c nh : ngành công nghi p t công nghi p đ h a,ụ ấ ề ự ư ệ ừ ệ ồ ọgames, làm phim ho t hình (thi t k các nhân v t v i b m t tr n láng), thi tạ ế ế ậ ớ ề ặ ơ ế

k ô tô, tàu th y, máy bay, tàu vũ tr , ki n trúc…ế ủ ụ ế

8

a) b) c)

Hình 1 4 ng d ng NURBS trong thi t k Ứ ụ ế ế

1.1.3.2 Ứng dụng đường, mặt tự do trong gia cơng

Trong gia cơng trên máy CNC vi c gia cơng các đ ng biên d ng ho c m tệ ườ ạ ặ ặ

cong x y ra th ng xuyên Khi gia cơng nh ng đ ng ho c m t này th ngả ườ ữ ườ ặ ặ ườ

d ng c sẽ đ c d n theo đ ng d n (g i là đ ng d ng c hay tool path).ụ ụ ượ ẫ ườ ẫ ọ ườ ụ ụ

Các đ ng d ng c này trên h đi u khi n NC th ng đ c n i suy tuy nườ ụ ụ ệ ề ể ườ ượ ộ ế

tính (G01) ho c n i suy theo cung (G02 ho c G03) [17](ặ ộ ặ Hình 1 5).

Trên các h máy CNC th ng các tr c chuy n đ ng mang d ng c (ho cệ ườ ụ ể ộ ụ ụ ặ

phơi) đ n các v trí gia cơng đ t o ra các đ ng ho c m t mong mu n Cácế ị ể ạ ườ ặ ặ ố

chuy n đ ng trên máy CNC th ng chia thành hai d ng g m d ng đi m đ nể ộ ườ ạ ồ ạ ể ế

đi m (point to point) và chuy n đ ng n i suy theo quỹ đ o Trên ể ể ộ ộ ạ Hình 1 5a

đ di chuy n theo đ ng chéo t đi m A đ n đi m B thì h đi u hành c aể ể ườ ừ ể ế ể ệ ề ủ

máy CNC sẽ th c hi n ph i h p t c đ c a tr c chính theo hai h ng X và Yự ệ ố ợ ố ộ ủ ụ ướ

ho c cĩ th ng t nh chuy n đ ng này ra thành các chuy n đ ng theo đo nặ ể ắ ỏ ể ộ ể ộ ạ

th ng ng n Đi u này v a cĩ l i v a cĩ nh ng b t l i nh t đ nh Đi m l i dẳ ắ ề ừ ợ ừ ữ ấ ợ ấ ị ể ợ ễ

nh n th y nh t đĩ là các h th ng tích h p b n i suy ch c n tính tốn đ nậ ấ ấ ệ ố ợ ộ ộ ỉ ầ ơ

gi n, cịn đi m b t l i đĩ là n u nh ng đ ng ho c b m t ph c t p sẽ d nả ể ấ ợ ế ữ ườ ặ ề ặ ứ ạ ẫ

đ n phép tính tốn cĩ s l ng l n Do v y b nh c a các h th ng CAM ph iế ố ượ ớ ậ ộ ớ ủ ệ ố ả

l n, các ch ng trình NC code đ c xu t ra v i l ng câu l nh l n Đơi khiớ ươ ượ ấ ớ ượ ệ ớ

kích th c các ch ng trình NC l n v t quá kh năng l u tr c a b nhướ ươ ớ ượ ả ư ữ ủ ộ ớ

trên h đi u hành máy CNC do đĩ ph i tách thành m t s ch ng trình nhệ ề ả ộ ố ươ ỏ

h n ho c l u ch ng trình ra b nh ngồi s d ng giao ti p tr c ti p v iơ ặ ư ươ ộ ớ ử ụ ế ự ế ớ

máy tính đ truy n tr c ti p vào máy CNC Đi u này cĩ th gi i quy t đ cể ề ự ế ề ể ả ế ượ

h n ch v b nh , tuy nhiên cĩ m t ph n nh tr ng h p cũng x y ra l iạ ế ề ộ ớ ộ ầ ỏ ườ ợ ả ỗ

truy n d li u ho c khơng kh p th i đi m truy n t i d li u gây nh h ngề ữ ệ ặ ớ ờ ể ề ả ữ ệ ả ưở

lên b m t chi ti t khi gia cơng Đi m l i th hai là n i suy NURBS cho biênề ặ ế ể ợ ứ ộ

d ng chính xác h n so v i n i suy tuy n tính Trên ạ ơ ớ ộ ế Hình 1 6 bi u di n saiể ễ

l ch khi n i suy tuy n tính so v i n i suyệ ộ ế ớ ộ

Đường xấp xỉ Đường xấp xỉ

a) N i suy tuy n tính; b) N i suy cung ộ ế ộ

N u nh gia công 2D vi c kh i l ng tính toán khi n i suy tuy n tính đãế ư ệ ố ượ ộ ế

có kh i l ng l n thì trong gia công 3D vi c này đ c nhân lên g p nhi u l n,ố ượ ớ ệ ượ ấ ề ầ

b i các thông s tính toán c a b m t là l n H n n a, đ chính xác khi giaở ố ủ ề ặ ớ ơ ữ ộ

công b m t có s d ng n i suy NURBS cũng cao h n khá nhi u so v i n i suyề ặ ử ụ ộ ơ ề ớ ộ

Hình 1 6 N i suy NURBS trên các h ộ ệ CNC

Do v y có m t s nghiên c u nh m c i thi n v n đ này b ng cách ngậ ộ ố ứ ằ ả ệ ấ ề ằ ứ

d ng NURBS trong n i suy nh m thay th n i suy đ ng ho c cung so v i cácụ ộ ằ ế ộ ườ ặ ớ

ph ng pháp truy n th ng [18]–[21] có tính khoa h c cũng nh ng d ng r tươ ề ố ọ ư ứ ụ ấ

cao Vi c ng d ng NURBS trong n i suy biên d ng trên các h đi u khi nệ ứ ụ ộ ạ ệ ề ể

CNC sẽ có m t s u đi m nh :ộ ố ư ể ư

- M t đo n đ ng cong t do có th thay th cho nhi u đo n th ngộ ạ ườ ự ể ế ề ạ ẳ

trong n i suy tuy n tính Do v y, kích th c ch ng trình NC sẽ gi m đi nhi u.ộ ế ậ ướ ươ ả ề

Đi u này khá t t cho nh ng h đi u khi n có b nh nh ề ố ữ ệ ề ể ộ ớ ỏ

- Khi d n d ng c n i suy theo đ ng NURBS thì d ng c c t sẽ diẫ ụ ụ ộ ườ ụ ụ ắ

chuy n tr n do đó ít có hi n t ng suy gi m t c đ h n t i các đi m đ u vàể ơ ệ ượ ả ố ộ ơ ạ ể ầ

cu i c a m i b c n i suy Đi u này sẽ r t phù h p n u nh áp d ng cho giaố ủ ỗ ướ ộ ề ấ ợ ế ư ụ

công phay t c đ cao (High Speed Milling - HSM) đang là m t lĩnh v c có tính ngố ộ ộ ự ứ

d ng r t cao hi n nay.ụ ấ ệ

- Đ i v i ch ng trình NC s d ng n i suy NURBS ng i v n hành cóố ớ ươ ử ụ ộ ườ ậ

th nh n bi t đ c chuy n đ ng c a d ng c v trí th c t ng ng v i đo nể ậ ế ượ ể ộ ủ ụ ụ ở ị ự ươ ứ ớ ạ

nào trên đ ng n i suy, nên thu n l i cho vi c giám sát (th c t thì đi u này n iườ ộ ậ ợ ệ ự ế ề ộ

suy tuy n tính cũng có th th c hi n đ c, nh ng do s l ng đi m d n daoế ể ự ệ ượ ư ố ượ ể ẫ

quá nhi u khi n cho vi c ki m soát khó h n).ề ế ệ ể ơ

- Th i gian gia công đ c rút ng n do không b m t t c đ d n d ng cờ ượ ắ ị ấ ố ộ ẫ ụ ụ

t i các đi m đ u và cu i v i t ng đo n n i suy nh đ i v i n i suyạ ể ầ ố ớ ừ ạ ộ ư ố ớ ộ

tuy n tínhế

Hình 1 7 N i suy tuy n tính và n i suy NURBS khi gia công m t t ộ ế ộ ặ ự do

1.2 Quá trình gia công tạo hình bề mặt tự do

Quá trình gia công các chi ti t có ch a m t t do nói chung ho c các bế ứ ặ ự ặ ề

m t khuôn m u nói riêng th ng tr i qua ba giai đo n (hay ba b c): ặ ẫ ườ ả ạ ướ Giai

(hay còn đ c g i là đánh bóng đ s a các sai sót l n cu i) Các giai đo n giaượ ọ ể ử ầ ố ạcông c th nh sau: [22]ụ ể ư

mu n l ng d kim lo i trên b m t đ c h t b càng nhi u càng t t Do đóố ượ ư ạ ề ặ ượ ớ ỏ ề ố

t i giai đo n này đ c ng v ng c a máy móc và d ng c c t c n ph i l n.ạ ạ ộ ứ ữ ủ ụ ụ ắ ầ ả ớ

D ng c c t có th l a ch n là dao phay đ u ph ng, th m chí là dao phay đĩa,ụ ụ ắ ể ự ọ ầ ẳ ậdao g n chip… Các ch đ c t (s, v, t) có th l a ch n l n (trong ph m vi choắ ế ộ ắ ể ự ọ ớ ạphép c a máy móc và v t li u).ủ ậ ệ

Giai đo n gia công tinh ạ : giai đo n nàyỞ ạ l ng kim lo i h t bượ ạ ớ ỏ r t ít, chiấ

ti t,ế d ng c và máy không ch u l c c t l n Sau b c gia công tinh sẽ đ nụ ụ ị ự ắ ớ ướ ế

b c gia công ngu i (đánh bóng) đ s a l i b m t c a lòng khuôn Do đó t iướ ộ ể ử ạ ề ặ ủ ạ

b c này ch t l ng b m t đ c đánh giá là quan tr ng N u ch t l ng bướ ấ ượ ề ặ ượ ọ ế ấ ượ ề

m t trong giai đo n này t t thì sẽ rút ng n đ c giai đo n đánh bóng sau này.ặ ạ ố ắ ượ ạ

còn m t ph n kim lo i đ l i trên b m t c a chi ti t (cusp) B c gia côngộ ầ ạ ể ạ ề ặ ủ ế ướngu i có nhi m v xóa b ph n kim lo i đ l i này đ có đ c b m t chi ti tộ ệ ụ ỏ ầ ạ ể ạ ể ượ ề ặ ếmáy t t nh t.ố ấ

Ngày nay, các s n ph m đ c ch t o b ng các ph ng pháp đúc, rènả ẩ ượ ế ạ ằ ươ

d p… có s d ng khuôn ngày càng tr lên ph bi n vì có th t o ra s n ph mậ ử ụ ở ổ ế ể ạ ả ẩ

ho c phôi nhanh chóng và t ng đ i chính xác Vi c s n xu t khuôn có nhặ ươ ố ệ ả ấ ả

h ng tr c ti p t i th i gian ch t o s n ph m cũng nh chi phí và ch tưở ự ế ớ ờ ế ạ ả ẩ ư ấ

dùng v n ph i có nh ng bí quy t riêng đ l a ch n chi n l c gia công theoẫ ả ữ ế ể ự ọ ế ượ

đ ph c t p hình h c c a b m t chi ti t, lo i d ng c và kích th c d ng c ,ộ ứ ạ ọ ủ ề ặ ế ạ ụ ụ ướ ụ ụ

đ ng d ng c [23].ườ ụ ụ

Theo

P Hình 1 8 M t ộ ng d ng m t t ứ ụ ặ ự do trong khuôn

Fallbohmer cùng c ng s [22] đã kh o sát quá trình s n xu t khuôn c a baộ ự ả ả ấ ủ

qu c gia có n n công nghi p ch t o phát tri n m nh là Mỹ, Đ c và Nh t B nố ề ệ ế ạ ể ạ ứ ậ ảcho th y r ng t ng th i gian gia công tinh (g m gia công tinh và đánh bóng)ấ ằ ổ ờ ồchi m kho ng 78% t ng th i gian ch t o các m t trong khuôn (ế ả ổ ờ ế ạ ặ Hình 1 9a).

Trong n i dung c a lu n án tác gi cũng kh o sát th c t t i x ng c khí c aộ ủ ậ ả ả ự ế ạ ưở ơ ủnhà máy nh a Ti n Phong (H i Phòng) S l ng kh o sát 10 m u khuôn cóự ề ả ố ượ ả ẫ

b m t khác nhau, thu th p d li u v th i gian gia công thu đ c k t quề ặ ậ ữ ệ ề ờ ượ ế ảtrung bình nh sau:ư

- Th i gian gia công thô trung bình chi m kho ng 30% t ng th i gian giaờ ế ả ổ ờcông b m t lòng khuôn.ề ặ

- Th i gian gia công tinh trung bình chi m kho ng 35% t ng th i gian ờ ế ả ổ ờgia công b m t lòng khuôn.ề ặ

- Th i gian gia công ngu i trung bình chi m kho ng 35% t ng th i gian ờ ộ ế ả ổ ờgia công b m t lòng khuôn.ề ặ

Nh v y, th i gian gia công tinh và ngu i chi m kho ng 70% t ng th iư ậ ờ ộ ế ả ổ ờgian gia công m t khuôn Có s chênh l ch nh này là do đi u khi n s n xu tặ ự ệ ẹ ề ể ả ấcũng nh th ng kê các d ng b m t khác nhau Tuy nhiên k t qu ch ra r ngư ố ạ ề ặ ế ả ỉ ằ

vi c gia công tinh các b m t khuôn ch a các b m t t do th ng r t t nệ ề ặ ứ ề ặ ự ườ ấ ố

th i gian, khi n cho năng su t th p.ờ ế ấ ấ

12

Trong n i dung c a lu n án này v n đ l a ch n d ng c và đ ng d ngộ ủ ậ ấ ề ự ọ ụ ụ ườ ụ

c h p lý trong t o hình m t t do trên máy phay CNC 3 tr c chính là nghiênụ ợ ạ ặ ự ụ

c u l a ch n d ng c và đ ng d ng c h p lý trong gia công tinh các b m tứ ự ọ ụ ụ ườ ụ ụ ợ ề ặ

t do nh m gi m đ c th i gian gia công mà gi đ c sai s t o hình n mự ằ ả ượ ờ ữ ượ ố ạ ằtrong m t giá tr cho phép so v i ph ng pháp ch t o truy n th ng.ộ ị ớ ươ ế ạ ề ố

1.3. Dụng cụ và đường dụng cụ khi gia công mặt tự do

1.3.1 Kiểu dụng cụ sử dụng trong gia công mặt tự do

B n ch t c a quá trình gia công b m t nói chung và gia công m t t doả ấ ủ ề ặ ặ ựnói riêng là s d ng d ng c c t đ bóc đi m t l p v t li u trên phôi đ t o raử ụ ụ ụ ắ ể ộ ớ ậ ệ ể ạchi ti t mong mu n Trong quá trình gia công tinh các b m t, d ng c c t đãế ố ề ặ ụ ụ ắ

ch ng t đ c s hi u qu đó là dao phay ngón đ u ch m c u Tuy nhiên, môứ ỏ ượ ự ệ ả ầ ỏ ầhình t ng quát ban đ u c a các d ng dao phay này không ph i là nh ng d ngổ ầ ủ ạ ả ữ ạ

đ n gi n nh m t ph ng (Flat End Mill) hay d ng m t c u (Ball end Mill) màơ ả ư ặ ẳ ạ ặ ầ

có d ng ph c t p Các h th ng APT và CAD/CAM đ nh nghĩa hình bao ngoàiạ ứ ạ ệ ố ị

c a d ng c c t b ng b y thông s hình h c sau: D, R, Rr, Rz, , , h (ủ ụ ụ ắ ằ ả ố ọ Hình 1 10).

Mô hình tham s t ng quát này có th chi ti t hóa ra nhi u d ng dao phayố ổ ể ế ề ạngón m t đ u và d ng xo n vít th ng dùng trong công nghi p (ặ ầ ạ ắ ườ ệ Hình 1 10).

B y thông s hình h c này hoàn toàn đ c l p v i nhau nh ng có nh ng ràngả ố ọ ộ ậ ớ ư ữ

bu c v hình h c đ t o ra nh ng mô hình toán phù h p M t l i c t d ngộ ề ọ ể ạ ữ ợ ộ ưỡ ắ ạ

xo n vít bao l y xung quanh ph n bao ngoài c a dao C ch c t g t yêu c uắ ấ ầ ủ ơ ế ắ ọ ầ

c n có s xác đ nh rõ ràng v to đ , hình h c l i c t c c b , t i tr ng riêngầ ự ị ề ạ ộ ọ ưỡ ắ ụ ộ ả ọ

c t phoi và ba thành ph n l c c t vi phân (ắ ầ ự ắ dF a , dF r , dF t ) t i đi m c t trên l iạ ể ắ ưỡ

c t (ví d nh đi m P trên ắ ụ ư ở ể Hình 3 7) Đi m P có cao đ Z, bán kính c c r(z)ể ộ ựtrong m t ph ng to đ XY, góc nhúng d c tr c K(z) và góc tr h ng tâm (z).ặ ẳ ạ ộ ọ ụ ễ ướGóc nhúng d c tr c là góc gi a tr c dao và pháp tuy n c a l i c t xo n c ọ ụ ữ ụ ế ủ ưỡ ắ ắ ố ở

đi m P (ể Hình 3 7).

Góc tr h ng tâm là góc gi a đ ng n i đi m P t i mũi dao trong m tễ ướ ữ ườ ố ể ớ ặ

ph ng XY và ti p tuy n v i l i c t đ u mũi dao Các t a đ đi m P đ cẳ ế ế ớ ưỡ ắ ở ầ ọ ộ ể ượxác đ nh b i vector r(z) trong h t a đ tr ị ở ệ ọ ộ ụ

13

Hình bao c a dao phay ngón đ c chia làm ba vùng OM, MN và NS (ủ ượ Hình 1.

10) Bán kính dao t i ba vùng này đ c tính toán theo (3.2) [24].ạ ượ

Mr u D

Hình 1 11 Các d ng dao phay ngón c b n ạ ơ ả

1.3.1.1 Dao phay ngón đầu phẳng

14

Dao phay ngón đ u ph ng ầ ẳ (Hình 1 11a) có kh năng l y đi l ng d kémả ấ ượ ưdao phay đ u c u khi gia công nh ng b m t có đ cong, nh ng ch đ c tầ ầ ữ ề ặ ộ ư ế ộ ắ

t t, v n t c c t t i ph n l i c t tham gia c t g t không đ i do đó ch t l ngố ậ ố ắ ạ ầ ưỡ ắ ắ ọ ổ ấ ượ

b m t gia công cao Do nh ng đ c đi m trên nên dao phay đ u ph ng đ cề ặ ữ ặ ể ầ ẳ ượdùng cho nguyên công gia công thô c t theo l p, gia công bán tinh và gia côngắ ớtinh nh ng b m t ph ngữ ề ặ ẳ

1.3.1.2 Dao phay ngón đầu cầu

Dao phay ngón đ u c u (ầ ầ Hình 1 11 c, d, e) có kh năng l y đi l ng dả ấ ượ ư

l n nh t khi gia công các b m t cong, v lý thuy t n u bán kính cong c a m iớ ấ ề ặ ề ế ế ủ ọ

đi m trên b m t mà l n h n bán kính cong c a đ u dao thì sẽ l y đi đ cể ề ặ ớ ơ ủ ầ ấ ượ

h t l ng d Khi gia công m t ph ng thì dao phay đ u c u đ l i ph n l ngế ượ ư ặ ẳ ầ ầ ể ạ ầ ượ

d gi a các đ ng ch y dao V m t gia công thì dao đ u c u có đ c đi m làư ữ ườ ạ ề ặ ầ ầ ặ ể

v n t c c t bi n thiên t v n t c c t c c đ i v giá tr không t i tâm dao, doậ ố ắ ế ừ ậ ố ắ ự ạ ề ị ạ

đó t i vùng lân c n tâm dao v t li u phôi không ph i b c t g t mà b phá h yạ ậ ậ ệ ả ị ắ ọ ị ủ

do bi n d ng, chính vì v y ch t l ng b m t không cao Do nh ng đ c đi mế ạ ậ ấ ượ ề ặ ữ ặ ểtrên, dao phay đ u c u ch đ c dùng trong b c gia công tinh b m t.ầ ầ ỉ ượ ướ ề ặ

1.3.1.3 Dao phay ngón đầu phẳng có góc lượn

Dao phay ngón đ u ph ng có góc l n (ầ ẳ ượ Hình 1 11b) có kh năng l y điả ấ

l ng d l n nh t khi gia công các b m t cong, v lý thuy t n u bán kínhượ ư ớ ấ ề ặ ề ế ếcong c a m i đi m trên b m t mà l n h n bán kính cong c a đ u dao thì sẽủ ọ ể ề ặ ớ ơ ủ ầ

l y đi đ c h t l ng d Khi gia công m t ph ng thì dao phay đ u c u đ l iấ ượ ế ượ ư ặ ẳ ầ ầ ể ạ

ph n l ng d gi a các đ ng ch y dao V m t gia công thì dao đ u ph ngầ ượ ư ữ ườ ạ ề ặ ầ ẳ

có góc l n s h u đ c c u đi m c a dao phay đ u ph ng và dao phayượ ở ữ ượ ả ư ể ủ ầ ẳ

đ u ch m c u Đó là v a có th s d ng đ gia công thô các b m t t ng tầ ỏ ầ ừ ể ử ụ ể ề ặ ươ ự

nh đ i v i dao phay đ u ph ng v a có th gia công m t cong b ng ph n gócư ố ớ ầ ẳ ừ ể ặ ằ ầ

l n (nghiêng dao) nh đ i v i dao phay đ u ch m c u.ượ ư ố ớ ầ ỏ ầ

1.3.1.4 Dao phay ngón thân côn

Dao phay ngón thân côn (Hình 1 11c) khi gia công nh ng b m t lên,ữ ề ặ

xu ng d c, có h c sâu thì các dao thân côn r t phù h p, v m t t o hình vàố ố ố ấ ợ ề ặ ạ

ch đ c t chúng mang các đ c đi m nh các lo i dao c b n trên nh ng vế ộ ắ ặ ể ư ạ ơ ả ư ề

m t s c b n thân dao thì t t h n vì khi gia công sâu yêu c u thân dao ph i dài.ặ ứ ề ố ơ ầ ảGiai đo n gia công thô, do không yêu c u gì v đ chính xác b m t nênạ ầ ề ộ ề ặ

l ng kim lo i c n lo i b th ng l n Trong tr ng h p này d ng c c tượ ạ ầ ạ ỏ ườ ớ ườ ợ ụ ụ ắ

th ng đ c ch n là dao phay ngón đ u ph ng, dao phay ngón đ u vê trònườ ượ ọ ầ ẳ ầ[25][26], ho c đôi khi chi ti t l n có th s d ng dao g n chip… Đi u này v aặ ế ớ ể ử ụ ắ ề ừ

đ nâng cao đ c ng v ng c a d ng c nh m h t b đ c l ng d nhi uể ộ ứ ữ ủ ụ ụ ằ ớ ỏ ượ ượ ư ề

h n sau m i l t ăn dao, do v y có kh rút ng n đ c th i gian gia công vàơ ỗ ượ ậ ả ắ ượ ờnâng cao năng su t ch t o s n ph m (ấ ế ạ ả ẩ Hình 1 12a).

Dao đ u ph ng ầ ẳ

Dao đ u c u ầ ầ

H ng dao ướ

15

gia công tinh

B m t chi ti t ề ặ ế M t ph ng c t ặ ẳ ắ B m t chi ti t ề ặ ế