Trình độ thiết kế và chế tạo khuôn mẫu có thể coi là một tiêu chí đánh giá sự phát triển của nền công nghiệp. Hiện nay, các sản phẩm trong các ngành công nghiệp được chế tạo bằng việc sử dụng các hệ thống khuôn mẫu khác nhau. Sản phẩm khuôn mẫu thuộc loại sản phẩm Cơ - Tin - Điện tử (Mechatronics) kỹ thuật cao.
Đồ án cơng nghệ CAD/CAM GVHD:Tr ần Đình Sơn CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CAD/CAM/CNC 1.1.Vai trò và chức năng của CAD/CAM/CNC CAD/CAM (Computer Aided Design/ Computer Aided Manufacturing) là thuật ngữ việc thiết kế và chế tạo được hổ trợ bởi máy tính. Cơng nghệ CAD/CAM sử dụng máy tính để thực hiện một số chức năng nhất định trong thiết kế và chế tạo. Cơng nghệ này đang được phát triển theo hướng tích hợp thiết kế với sản xuất, CAD/CAM sẽ tạo ra một nền tảng cơng nghệ cho việc tích hợp máy tính trong sản xuất CAD (Computer Aided Design) là việc sử dụng hệ thống máy tính để hổ trợ trong xây dựng, sửa đổi, phân tích hay tối ưu hố. Hệ thống máy tính bao gồm phần mềm và phần cứng được sử dụng để thực thi các chức năng thiết kế chun ngành. Phần cứng CAD gồm có: máy tính, cổng đồ hoạ, bàn phím và các thiết bị ngoại vi khác. Phần mềm CAD gồm có các chương trình thiết kế đồ hoạ, chương trình ứng dụng hổ trợ các chức năng kỹ thuật cho người sử dụng như: phân tích lực ứng suất của các bộ phận, phản ứng động lực học của các cơ cấu, các tính tốn truyền nhiệt và lập trình bộ điều khiển số CAM (Computer Aided Manufacturing)là việc sử dụng hệ thống máy tính để lập kế hoạch, quản lý và điều khiển các hoạt động sản xuất thơng qua giao diện trực tiếp hay gián tiếp giữa máy tính và các nguồn lực sản xuất. Các ứng dụng của CAM được chia thành hai phạm trù: CNC(Computer Numerical Controlled ): Trước đây các chương trình điều khiển NC đều phải thực hiện thơng qua băng đục lỗ, điều khển phải có bộ lọc để giải mã cung cấp các tín hiệu điều khiển cho các trục máy với cách này có nhiều hạn chế , mất thời gian,các chưong trình phải viết lại và dung lượng bé. Chương trình CNC đã khắc phục được các nhược điểm đó bằng cách đọc hàng nghìn bit thơng tin trong bộ nhớ. Cho đến nay CNC đã xuất hiện trong hầu hết các ngành cơng nghỉệp, đây là lĩnh vực có sự kết hợp chặt chẽ giữa máy tính và máy cơng cụ 1.2.Ứng dụng CAD/CAM/CNC trong việc thiết kế chế tạo sản phẩm Cho đến nay việc ứng dụng các thành tựu của khoa học kỷ thuật vào q trình sản xuất rất mạnh mẽ.Thay vào việc phải cơng nhân phải trực tiếp đứng máy gia cơng thì ngày nay trong các nghành cơng nghiệp nhiều máy cơng cụ cổ điển đã được thay thế SVTH:Trần Cơng Đua Page 1 bằng máy CNC. Ứng dụng CAD/CAM/CNC để tổ chức sản xuất kèm theo đó là các phần mềm ứng dụng để lập trình và điều khiển máy Tồn bộ các thao tác gia cơng trên máy đều được thiết kế và mơ phỏng trong chương trình phần mềm. Giúp tránh được nhũng sai sót có thể xẩy ra Trình độ thiết kế và chế tạo khn mẫu có thể coi là một tiêu chí đánh giá sự phát triển của nền cơng nghiệp. Hiện nay, các sản phẩm trong các ngành cơng nghiệp được chế tạo bằng việc sử dụng các hệ thống khuôn mẫu khác nhau. Sản phẩm khuôn mẫu thuộc loại sản phẩm Cơ Tin Điện tử (Mechatronics) kỹ thuật cao, việc ứng dụng cơng nghệ thơng tin vào cơng nghiệp khn mẫu hiện nay theo các hướng sau: Hồn thiện và phát triển phàn cứng đièu khiển số CNC, phát triển phần mềm theo hướng : đơn giản trong lập trình, tích hợp nhiều tính năng và giao diện linh hoạt, thuận lợi Xây dựng các hệ phần mềm tích hợp CAD/CAM/CAE trợ giúp trong thiết kế và chế tạo khn mẫu. Hướng phát triển của hệ thống tích hợp CAD/CAM là sẽ bổ sung các mơ hình thiết kế, cập nhật thêm các phương pháp gia cơng chính xác, hiệu quả và hiện đại Phát triển các phần mềm trợ giúp thiết kế, tính tốn, kiểm định và mơ phỏng. Hướng phát triển này mới mẽ và đang được đầu tư ưu tiên hàng đầu Ứng dụng các hệ phần mềm tích hợp CAD/CAM/CNC hiện nay đang là thị trường mua bán và ứng dụng khá sơi động. Có thể nói rằng: khơng có phần mềm CAD/CAM thì khơng thể thiết kế và chế tạo khn mẫu phức tạp, có độ chính xác cao Trong cơng nghệ chế tạo sản phẩm khn mẫu cơng nghệ cao thì cơng nghệ thơng tin được ứng dụng rất có hiệu quả và đóng vai trò quan trọng quyết định trong ngành Cơ điện tử. Việc ứng dụng cơng nghệ thơng tin trong gia cơng cơ khí bằng các thiết bị điều khiển số là vấn đề có ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn trong đào tạo cũng như trong sản xuất cơ khí 1.3.Giới thiệu chung về chức năng của ProE trong tổ hợp CAD/CAM/CNCPhần mềm ProE là phần mềm tập hợp đầy đủ tính năng thiết kế và mơ phỏng q trình gia cơng chi tiết, với chức năng như vậy chúng ta có thể sử dụng các chương trình đã được lập trình Đồ án cơng nghệ CAD/CAM GVHD:Tr ần Đình Sơn bằng phần mên này để kết nối nhập vào bộ điều khiển của máy CNC, hay quan sát q trình gia cơng trước khi đi vào gia cơng thực tế Trong phần mềm ProE có nhiều Modul khác nhau, sau đây là một số modul cơ bản được sử dụng để vẽ, phân khn và lập trình gia cơng: Modul Sketcher: Sketcher là cơng cụ phác thảo, có nhiệm vụ chính là tạo ra các Profile 2D hoặc 3D để từ đó hình thành các mơ hình vật đặc (Solid) hoặc bề mặt (Surface). Tuy nhiên, do kế thừa được các cơng cụ vẽ của CAD truyền thống, lại được bổ sung cơng cụ tham số hố, Sketcher của CAD hiện đại trở thành cơng cụ vẽ mạnh và linh hoạt để tạo ra các bản vẽ kỹ thuật. Người ta thường dùng Sketcher để tạo các bản vẽ đơn giản Modul Part: Thiết kế các hình khối dạng 3D dựa vào phương pháp đùn khối hoặc qt thành khối đặc (Solid) hoặc dạng mỏng (Shell) hay mặt (Supface) Modul Manufacturing: Thiết kế mơ phỏng tách khn và gia cơng 1.4. Giới thiệu về khn đúc hai tấm a. Khn hai tấm có kênh dẫn nguội Khn hai tấm là loại khn phổ biến nhất. So với khn ba tấm thì khn hai tấm đơn giản hơn, rẻ hơn và chu kỳ ép phun ngắn hơn.+ Đối với khn hai tấm có một lòng khn thì khơng cần đến kênh dẫn nhựa mà nhựa sẽ điền đầy trực tiếp vào lòng khn thơng qua bạc cuống phun + Đối với khn hai tấm có nhiều lòng khn thì ta cần quan tâm đến việc thiết kế kênh dẫn và miệng phun sao cho nhựa có thể điền đầy các lòng khn cùng lúc (vấn đề cân bằng dòng chảy của nhựa). Trước khi bắt đầu thiết kế khn loại này ta nên dùng một mẫu để phân tích thử trên phần mềm để tìm ra vị trí đặt miệng phun thích hợp nhất. Khi xét thấy vị trí các miệng phun có thể đặt thẳng hàng với các lòng khn thì việc dùng khn hai tấm là thích hợp SVTH:Trần Cơng Đua Page 3 Hình 1.1 a), b): Khn hai tấm có kênh dẫn nguội Vì vấn đề cân bằng dòng và đòi hỏi các miệng phun phải được bố trí thẳng hàng với các lòng khn mà việc thiết kế khn hai tấm có nhiều lòng khn gặp nhiều hạn chế đối với một sản phẩm nhựa nhất định Hình 1.2 Kết cấu khn hai tấm b. Khn hai tấm có kênh dẫn nóng Khn hai tấm dùng kênh dẫn nóng ln giữ cho nhựa nóng chảy trong bạc cuống phun, kênh dẫn và miệng phun, nhựa chỉ đơng đặc khi nào nó chảy vào lòng khn. Khi khn mở ra thì chỉ có sản phẩm (đơi khi có thêm kênh dẫn nguội) được lấy ra ngồi. Khi Đồ án cơng nghệ CAD/CAM GVHD:Tr ần Đình Sơn khn đóng lại thì nhựa trong các kênh dẫn nóng và tiếp tục điền đầy vào lòng khn một cách trực tiếp. Kênh dẫn trong khn có thể gồm cả kênh dẫn nguội và kênh dẫn nóng Hình 1.3 – Khn hai tấm có kênh dẫn nóng Đối với loại khn này, các miệng phun phải được đặt ở vị trí trung tâm của các lòng khn. Điều này có nghĩa là các kênh dẫn phải được đặt xa mặt phân khn. Nhưng điều này khơng gây bất kỳ trở ngại nào cho việc thiết kế. Loại khn này cũng phù hợp với khn cò nhiều lòng khn với kích thước nhỏ hay những khn mà hệ thống kênh dẫn phức tạp và phí nhiều vật liệu » Ưu điểm: + Tiết kiệm vật liệu + Khơng có vết của miệng phun trên sản phẩm + Giảm thời gian chu kỳ + Điều khiển được sự điền đầy và dòng chảy của nhựa » Nhược điểm + Giá thành cao hơn khn hai tấm có kênh dẫn nguội + Khó đổi màu vật liệu + Hệ thống điều khiển nhiệt độ dể bị hỏng + Khơng thích hợp với những vật liệu chịu nhiệt kém SVTH:Trần Cơng Đua Page 5 CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ CHI TIẾT 2.1. Đặc điểm về sản phẩm: Sản phẩm của quá trình sản xuất là chiếc ghế nhựa loại nhỏ Hình 2.1: Sản phẩm ghế nhựa Ghế nhựa sản xuất từ vật liệu nhựa ABS (Acrylon Butadiene Styrence Plastics). Đây là loại vật liệu nhựa có độ bền trung bình, giá thành khơng cao, thuộc loại nhựa dẻo Cấu tạo gồm 3 đơn phân tử Acrylonnitrile, Butadiene, Styrence. Các phân tử này ảnh hưởng đến tính chất của ABS: Tính cứng, tính bền với nhiệt độ và hóa chất là do Acrylonnitrile, tính dễ gia cơng, tính bền của Styrene, độ dẻo độ dai và độ va đập là của Butadiene Hình 2.2: Cấu trúc vật liệu ABS Theo thơng số kỹ thuật tra bảng thì vật liệu ABS có độ co rút là 0. 4 % – 0.7% Và mật độ là 1,06 g/cm2 Đồ án cơng nghệ CAD/CAM GVHD:Tr ần Đình Sơn Do tính chất này nên khi làm khn chúng ta phải kể đến độ co rút của vật liệu nhựa, để sản phẩm sau khi đúc ra thỏa mãn đúng u cầu đề ra Nhiệm vụ thiết kế đặt ra là thiết kế bộ khn để đúc ra sản phẩm ghế nhựa loại nhỏ Và bộ khn gồm có hai phần khn trên và khn dưới. Nhiệm vụ của em là thiết kế khn trên của bộ khn 2.2 Phân tích kỹ thuật và điều kiện làm việc của chi tiết khn trên: Khn ln tiếp xúc vật liệu nhựa ABS nóng chảy có nhiệt độ từ 150 ÷ 2000C. Chịu áp lực trung bình, tải trọng va đập nhỏ, vật liệu nhựa ABS khi nguội có độ cứng 20HB. Vật liệu chế tạo khn là hết sức quan trọng vì nó ảnh hưởng đến tuổi thọ của khn, tốc độ giải nhiệt, tính gia cơng độ chính xác Vì u cầu của sản phẩm khác nhau về cấu trúc khn, ngun liệu định hình tính năng sản phẩm, tính thẩm mỹ, độ chính xác kích thước, giá thành thấp… Nên chọn phơi phải thỏa mản các u cầu sau: Vật liệu dễ tìm Tính gia cơng tốt Tính năng chịu mài mòn, chịu ăn mòn tốt Tổ chức đồng đều, khơng có khuyết tật lỗ kim bên trong Xử lý nhiệt dễ dàng, ít biến dạng do nhiệt độ Tính đàn hồi tốt Tùy theo sản phẩm, cơng nghệ sản xuất, mà ta có thể chọn tất cả các vật liệu trên Thơng thường chọn thép, nhơm…Các yếu tố như tuổi thọ, giá thành khn là hết sức quan trọng trọng trong q trình cạnh tranh cho sản phẩm, do vậy trong đồ án này em đã lựa chọn vật liệu chế tạo tấm khn là thép C45 Phơi gia cơng khn trên của bộ khn đúc ghế nhựa là phơi thép C45 có đặc điểm: Kích thước phơi: 320 × 123 × 203 (mm) Giới hạn bền kéo: Giới hạn chảy: ch bk = 560(N/mm2) = 280(N/mm2) Độ cứng : HB = 230 ÷ 300 Rẻ và có tính cơng nghệ tốt SVTH:Trần Cơng Đua Page 7 Thành phần hóa học: Bảng 2.1: Thành phần hóa học của thép C45 C Si Mn S P Ni Cr 0,4 0,5 0,17 0,37 0,5 0,8 0,045 0,045 0,30 0,30 2.3. Trình tự lập trình phân khn chi tiết: Bước1:Vào file/new:Xuất hiện hộp thoại New, trong type chọn Manufacturing, trong Subtype chọn Mold Cavity. Đặt tên trong mục Name, tick chon Use default Đồ án cơng nghệ CAD/CAM GVHD:Tr ần Đình Sơn Bước 2: Lấy chi tiết để tách khn Các bước thực hiện như sau: Thực hiện từ trái sang phải và trên xuống Bước 3: Tạo phơi: Các bước thực hiện Tạo phơi bằng phương pháp tạo solidpart Chọn mặt trên cùng làm mặt phẳng vẽ phác và đùn về 2 phía Vẽ pháp thảo và tạo chi tiết giống như tạo chi tiết bình thường. Chi tiết phơi Bước 4:Tạo mặt phân khn Bước 6: Gộp khn và mở khn: SVTH:Trần Cơng Đua Page 9 Kết quả sau khi tách khn: Chế độ cắt : Vận tốc trục chính n = 1900 vòng/phút Tốc độ cắt = = 47.8 m/ph Lượng chạy dao phút : = 220 mm/phút Lượng chạy dao răng : fz = = 0.029 mm/răng Lượng dư gia cơng là 0.2 mm + Tính cơng suất cắt Nc Đồ án cơng nghệ CAD/CAM GVHD:Tr ần Đình Sơn Mặt Vc(m/ph Sz n Sph ae(B) ap(t) Lượng S Pc gia ) (vg/ph) (mm/ph) (mm) (mm) chừa lại (mm/vg) (kW) 0.058 0.32 (mm/răng) công (mm) Mặt 47.8 0.029 1900 220 16 0.2 D12 L8 bên Bước 4: Phay bán tinh mặt dưới lòng khn Chọn dao APX3000050A07RA Bảng 3.2: Đơn vị: mm D1 L1 D9 SVTH:Trần Công Đua L7 D8 D11 Page 27 Zn 50 40 22 20 11 17 45 6.3 Mặt Vc(m/ph Sz n Sph ae(B) ap(t) Lượng S Pc gia ) (vg/ph) (mm/ph) (mm) (mm) chừa lại (mm/vg) (kW) 0.2 0.058 0.015 (mm/răng) công (mm) Mặt 47.8 0.029 1900 220 16 0.3 Bước 5 và 6 : Phay tinh mặt bên và mặt dưới lòng khn Dùng dao như ở bước 3 với chế độ cắt : Mặt Vc(m/ph Sz n Sph ae(B) ap(t) Lượng S Pc gia ) (vg/ph) (mm/ph) (mm) (mm) chừa lại (mm/vg) (kW) 0.058 0.16 (mm/răng) công Mặt 47.8 bên (mm) 0.029 1900 220 14 Đồ án cơng nghệ CAD/CAM GVHD:Tr ần Đình Sơn Mặt 47.8 0.029 1900 220 14 Bước 7 : Phay bán tinh mặt lõm lòng khn Các thơng số như bước 3 và 4 Bước 8: Phay tinh mặt lõm Các thơng số như bước 5 và 6 Bước 9: Khoan lỗ định vị a.Chọn dao Chọn dao MMS1900X5DB có các thơng số SVTH:Trần Cơng Đua Page 29 0.2 0.058 0.014 Hình 3.26 Bảng thơng số ghi kích thước các loại dao khoan Vận tốc trục chính : n=900 vg/ph Tốc độ ăn dao : F= 0.2x900= 180 mm/ph Vận tốc cắt 50 (m/ph) Bước 10: Kht lỗ định vị a.Chọn dao Đồ án cơng nghệ CAD/CAM GVHD:Tr ần Đình Sơn Hình 2.28 Dao kht lưỡi insert dùng để kht 2 lỗ định vị SVTH:Trần Cơng Đua Page 31 Hình 3.26 Bảng thơng số ghi kích thước các loại dao khoan Vận tốc trục chính : n=700 vg/ph Tốc độ ăn dao : F= 0.21x700= 147 mm/ph Vận tốc cắt 50 (m/ph) Bước 11 : Gia cơng tinh mặt đầu Đồ án cơng nghệ CAD/CAM GVHD:Tr ần Đình Sơn CHƯƠNG 4 LẬP TRÌNH GIA CƠNG, MƠ PHỎNG VÀ XUẤT CHƯƠNG TRÌNH 4.1 Thiết lập gia cơng và xuất chương trình: 4.1.1 Tạo phơi gia cơng, thiết lập máy Vào File/New>Manufacturing>NC Assembly>Name: Giacong_khuontren Lắp khn cần gia cơng, click vào Click vào và chọn chi tiết, chọn cách lắp Default, để vẽ phơi gia cơng cho chi tiết, và tiến hành vẽ ta được phơi(phơi có bề dày lớn hơn chi tiết 3mm) Hình 4.2 Click vào để tạo hệ trục tọa độ gia cơng CS0, Thiết lập thơng số cho máy Vào steps>Operation xuất hiện hộp thoại (hình 4.3): SVTH:Trần Cơng Đua Page 33 Hình 4.3 Machine Type: Mill Spindle: Maximum Speed: 10000; Horse Power: 17 Feed: Rapid Feed Rate: 0.2 Cutting Tools: Tool Change Time: 5 Machine Zero: chọn trục ACS0 Surface: chọn mặt cách gốc tọa độ 20 mm 4.2. Mơ phỏng gia cơng: Bước 1,9 : Đồ án cơng nghệ CAD/CAM GVHD:Tr ần Đình Sơn Bước 2: Phay phá Bước 4:Phay bán tinh bên SVTH:Trần Cơng Đua Page 35 Bước 5:Phay tinh bên Bước 6:Phay bán tinh lòng khn Đồ án cơng nghệ CAD/CAM GVHD:Tr ần Đình Sơn Bước 7 :Phay tinh long khuon Bước 8 :Phay thơ đường chân SVTH:Trần Cơng Đua Page 37 Bước 9:Phay tinh dường chân Bước 10 :Phay tinh mặt đầu Đồ án cơng nghệ CAD/CAM GVHD:Tr ần Đình Sơn Bước 11 :Khoan lỗ ghép khn Bước 11:Kht lỗ ghép khn SVTH:Trần Cơng Đua Page 39 Bước 8 : Nối các bước cơng nghệ Để nối các bước cơng nghệ ta chọn : Edit > CL Data > Out Put Set > Creat > Set01 > Enter > Select All > Done Sell >Set01> File > Done > Chuong trinh NC > OK > Done Output Bước 9 : Xuất chương trình gia cơng Để xuất chương trình ra các hệ ngơn ngữ ta làm như sau : Tool > CL Data >Post Process > Chuong trinh NC > OK > Done > UNCX01.P12 ... Sản phẩm của q trình sản xuất là chiếc ghế nhựa loại nhỏ Hình 2.1: Sản phẩm ghế nhựa Ghế nhựa sản xuất từ vật liệu nhựa ABS (Acrylon Butadiene Styrence Plastics). Đây là loại vật liệu nhựa có độ bền trung bình, giá thành khơng cao, thuộc loại... sâu Vc(m/ph) Bề rộng cắt cắt Tốc độ Lượng gia công (mm) cắt Sz (mm/răng) Thô 0.50.75D1 140 0.07 Tinh