Ứng dụng phần mềm CAD CAM vào thiết kế và gia công trên máy CNC 5 trục

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐÀO NGỌC HOÀNH ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CAD/CAM VÀO THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC TRỤC Chuyên ngành : Chế tạo máy LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHẾ TẠO MÁY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN HUY NINH Hà Nội – Năm 2012 -I- LỜI CAM ĐOAN Sau trình làm việc nghiêm túc tác giả hoàn thành luận văn với đề tài: “Ứng dụng phần mềm CAD/CAM vào thiết kế gia công máy CNC trục” Tác giả xin cam đoan toàn kết trình bày luận văn cơng trình tác giả thực chưa cơng bố tạp chí Nếu khơng vậy, tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Tác giả Đào Ngọc Hoành - II - LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Huy Ninh hướng dẫn giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, đến trình viết hồn chỉnh luận văn Tác giả bày tỏ lịng biết ơn thầy cô môn Công nghệ chế tạo máy, viện Cơ khí trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Xin cám ơn Ban lãnh đạo Viện đào tạo Sau đại học Viện Cơ khí trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn Tác giả chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo trường ĐHCN Hà Nội, Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí tạo điều kiện giúp đỡ tác giả thực đề tài Do lực thân nhiều hạn chế nên luận văn khơng tránh khỏi sai sót, tác giả mong nhận đóng góp ý kiến Thầy, Cô giáo, nhà khoa học bạn đồng nghiệp Tác giả Đào Ngọc Hoành - III - MỤC LỤC Trang I LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC III HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC BẢNG VII HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ X LỜI MỞ ĐẦU XI CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO CÁC SẢN PHẨM CƠ KHÍ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CAD/CAM - CNC 1.1 Tổng quan công nghệ CAD/CAM - CNC.…………………………… 1.1.1 Khái niệm CAD, CAM, CAE, CNC 1.1.2 Tích hợp cơng nghệ CAD/CAM - CNC 1.1.3 Vai trò CAD/CAM chu kỳ sản xuất……………………… 1.1.4 Các mức tiếp cận kỹ thuật CAD/CAM - CNC ………………… 1.1.5 Giao diện CAD/CAM 11 1.1.6 Giới thiệu số phần mềm CAD/CAM sử dụng nay, ưu nhược điểm phần mềm 1.1.7 Tình hình ứng dụng cơng nghệ CAD/CAM – CNC Việt Nam 17 20 1.2 Phương pháp chế tạo sản phẩm khí ứng dụng công nghệ CAD/CAM - CNC 22 1.2.1 Quá trình thiết kế ứng dụng cơng nghệ CAD/CAM - CNC ………… 22 1.2.2 Q trình gia cơng ứng dụng cơng ngệ CAD/CAM - CNC 27 1.3 Kết luận ……………………………………………………………… CHƯƠNG II PHẦN MỀM UNIGRAPHICS-NX TRONG THIẾT KẾ CHI TIẾT 37 - IV 2.1 Giới thiệu chung …………………………… 38 2.1.1 Khả tương thích mở rộng …………………… 39 2.1.2 Khái quát chung khả thiết kế 39 2.1.3 Khả xây dựng mơ hình 3D 39 2.2 Khái quát khả thiết kế phần mềm NX 42 2.2.1 Giao diện người dùng …………………………………………… 42 2.2.2 Thao tác vùng đồ họa………………… 44 2.3 Xây dựng mơ hình sản phẩm phần mềm NX…… 44 2.3.1 Xây dựng vẽ phác thảo môi trường Sketch 44 2.3.2 Các công cụ thiết kế mơ hình khối đặc 48 2.3.3 Thao tác với khối 49 2.4 Tạo mặt phẳng, trục chuẩn 2.4.1 Tạo trục chuẩn (Datum Axis) 50 2.4.2 Tạo mặt phẳng (Datum Plane) 52 2.4.3 Thiết kế mô hình bề mặt tự 54 CHƯƠNG III ỨNG DỤNG PHẦN MỀM NX TẠO CHƯƠNG TRÌNH GIA CƠNG 3.1 Tổng quan khả gia cơng tiện ích phân mềm NX 59 3.2 Khả tích hợp CAD/CAM 59 3.3 Quy trình tạo chương trình gia cơng phần mềm NX 62 3.4 Thiết lập chiến lược chạy dao hiệu chỉnh chế độ cắt phần mềm 65 3.4.1 Lựa chọn chế độ cắt 65 3.4.2 Chế độ vào dao dao 67 3.4.3 Định nghĩa tốc độ trục chính, tốc độ tiến dao 70 -V- CHƯƠNG IV TẠO CHƯƠNG TRÌNH GIA CƠNG TRỤC TRÊN PHẦN MỀM UNIGRAPHICS-NX 4.1 Hệ tọa độ gia công trục 72 4.2 Tạo chương trình gia cơng nhiều trục 74 4.2.1 Hộp thoại công cụ tạo đường chạy dao gia công trục 75 4.2.2 Phương pháp tạo điểm điều khiển đường chạy dao bề mặt phụ trợ 75 4.2.3 Các phương pháp điều chỉnh hướng trục dụng cụ cắt 79 4.3 Ứng dụng phần mềm NX xây dựng chương trình gia cơng trục Cho chi tiết tuabin 82 4.3.1 Chi tiết đồ gá, lựa chọn trung tâm gia cơng 82 4.3.2 Tạo chương trình gia công sản phẩm 85 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO 108 - VI - HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Một số lệnh tương đương file liệu APT lệnh mã G Bảng Thanh công cụ Sketch Bảng 2.2 Các dàng buộc hình học 28 45 47 - VII - HỆ THỐNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hệ thống DNC ……………………………………………………… Hình 1.2 Sơ đồ chu kỳ sản xuất theo công nghệ truyền thống ……………… Hình 1.3 Sơ đồ chu kỳ sản xuất ứng dụng cơng nghệ CAD/CAM - CNC …… Hình 1.4 Mức tiếp cận ……………………………………………………… Hình 1.5 Mức tiếp cận ……………………………………………………… Hình 1.6 Mức tiếp cận ……………………………………………………… 10 Hình 1.7 Mức tiếp cận ……………………………………………………… 11 Hình 1.8 Mức tiếp cận ……………………………………………………… 11 Hình 1.9 Hệ chuyển giao liệu gián tiếp thông qua tệp trung gian ……… 13 Hình 1.10 Các giao diện dùng lĩnh vực khí ………………………… 14 Hình 1.11 Quá trình truyền dẫn liệu qua hai hệ CAD/CAM A B ……… 15 Hình 1.12 Ứng dụng máy tính vào q trình thiết kế ………………………… 22 Hình 1.13 Mối liên hệ sở liệu với CAD/CAM …………………… 26 Hình 1.14 Sơ đồ q trình gia cơng …………………………………………… 29 Hình 1.15 Điều khiển điểm - điểm …………………………………………… 32 Hình 1.16 Điều khiển đoạn thẳng …………………………………………… 32 Hình 1.17 Điều khiển 2D máy phay …………………………………… 33 Hình 1.18 Điều khiển 3D máy phay …………………………………… 34 Hình 1.19 Điều khiển 2,5D …………………………………………………… 34 Hình 1.20 Điều khiển 4D 5D ……………………………………………… 35 Hình 1.21 Hệ toạ độ máy CNC chuyển động trục …………… 36 Hình 2.1 Thiết kế mạch điện NX ……………………………… 37 Hình 2.2 Thiết kế đường ống NX ………………………………………… 40 - VIII Hình 2.3 Thiết kế khn mẫu NX ………………………………………… 41 Hình 2.4 Thiết kế chi tiết dạng 41 Hình 2.5 Thiết kế khn dập, dập liên hồn NX 41 Hình 2.6 Tính tốn thiết kế kết cấu hàn NX 41 Hình 2.7 Tạo chương trình gia cơng trân NX ……………………………… 42 Hình 2.8 Giao diện người dùng …………………………… 43 Hình 2.9 Giao diện hình NX ………………………… 45 Hình 3.1 Tạo đường chạy dao trơn theo biên dạng bề mặt ………………… 59 Hình 3.2 Copy chương trình gia cơng cho nhiều bề mặt …………………… 60 Hình 3.3 Chức Multiblade …………………………………………… 60 Hình 3.4 Tạo post processor ………………………………………… 61 Hình 3.5 Thư viện máy cơng cụ NX Hình 3.6 Quy trình tạo chương trình gia cơng NX ……………………… 62 Hình 3.7 Khai báo dụng cụ cắt ………………………………… 63 62 Hình 3.8 Khai báo hình học chi tiết gia cơng ……………………………… 64 Hình 3.9 Hộp thoại tạo chương trình gia cơng ………………………………… 64 Hình 3.10 Hộp thoại thiết lập chiến lược chạy dao …………………………… 65 Hình 3.11 Thiết lập chiều sâu lớp cắt ……………………………… 66 Hình 12 Tối ưu hóa q trình chạy dao 67 Hình 3.13 Hộp thoại điều chỉnh điểm vào, dao … 68 Hình 4.1 Máy gia công trục với đầu xoay kép: 5-Axis with Dual Rotary Heads …………………………… Hình 4.2 Máy gia công trục với bàn xoay kép: 5-Axis with Dual Rotary Heads … Hình 4.3 Máy gia cơng trục với bàn đầu mang dao xoay: 5-Axis with Rotary Head and Table ………………………………………………… 72 73 73 - IX Hình 4.4 Hộp thoại tạo đường chạy dao gia cơng trục Hình 4.5 Hộp thoại Phương pháp tạo điểm điều khiển đường chạy dao bề mặt phụ trợ ………………… 75 76 Hình 4.6 Các phương pháp tạo đường chạy dao …………………… 78 Hình 4.7 Các phương pháp điều chỉnh hướng dụng cụ gia cơng ………… 82 Hình 4.8 Sơ đồ hệ thống công nghệ chi tiết cần gia cơng 83 Hình 4.9 Sơ đồ chọn máy gia cơng phần mềm ………………………… 84 Hình 4.10 Chuyển môi trường phần mềm sang môi trường gia công 85 Hình 4.11 Khai báo chương trình gia cơng ………………………………… 86 Hình 4.12 Định nghĩa lựa chọn dụng cụ cắt 88 Hình 4.13 Khai báo hệ tọa độ phơi …………………………………… 90 Hình 4.14 Khai báo biên dạng cánh 91 Hình 4.15 Gia cơng thơ rãnh cánh 92 Hình 4.16 Để lượng dư gia cơng ………………………… 94 Hình 4.17 Thiết lập khoảng cách an tồn …………………………… 94 Hình 4.18 Thiết lập điểm vào, dao ………………………………………… 95 Hình 4.19 Thiết lập tốc độ trục ………………………………………… 96 Hình 4.20 Tạo đường chạy dao …………………………………… 96 Hình 4.21 Mơ q trình gia cơng … 97 Hình 4.22 Đường chạy dao sau copy ………………………………… 98 Hình 4.23 Đường chạy dao gia công tinh phần thân turbin ……… 99 Hình 4.24 Đường chạy dao tồn vùng thân ………………………… 100 Hình 4.25 Tạo chương trình gia cơng tinh thành cánh lớn …………………… 100 Hình 4.26 Đường chạy dao gia công tinh thành cánh 102 Hình 4.27 Copy đường chạy dao gia cơng tinh thành cánh …… 102 Hình 4.28 Copy chương trình gia cơng cho tồn cánh nhỏ 103 Hình 4.29 Đường chạy dao gia cơng góc bo chân cánh 105 Hình 4.30 Mơ q trình gia cơng mơ hình máy CNC 105 Hình 4.16 Để lượng dư gia cơng Chọn lượng dư công cách 0.2mm, lượng dư gia công thân 0.2mm Bƣớc 5.5 Thiết lập khoảng cách an tồn Hình 4.17 Thiết lập khoảng cách an toàn Chọn khoảng an toàn từ đầu kẹp dao đến mặt chi tiết đồ gá 2mm, từ chuôi dao đến mặt chi tiết đồ gá 1mm Bƣớc 5.6: Điều chỉnh vào dao, dao Nhấp chọn none cutting parameter Bƣớc 5.7.1 Điểm vào dao 94 Chọn engage chọn vào dao theo kiểu cung tròn với bán kính cung trịn 50% đường kính dao, góc vào dao 300, Khoảng kéo dài đường vào dao 2mm Bƣớc5 7.2 Thiết lập điểm dao Chế độ dao thiết lập tương tự chế độ vào dao Hình 4.18 Thiết lập điểm vào, dao Bƣớc 5.8: Chọn tốc độ trúc lượng tiến dao 95 Hình 4.19 Thiết lập tốc độ trục Chọn tốc độ trục 9000v/p, tốc tộ tiến dao 1500 mm/p Bƣớc 5.9: Tạo đường chạy dao Hình 4.20 Tạo đường chạy dao Trên công cụ multi_blade_rough nhập chọn generate Bƣớc 5.10: Mơ q trình gia công 96 Trên công cụ Multi_blade_rough nhấp chọn tool path vizualization Hình 4.21 Mơ q trình gia cơng Nhấp chọn 2D dynamic để mô cắt vật liệu kiểm tra va đập Bƣớc 5.11: Copy chương trình gia cơng có cánh cịn lại Do cánh turbin có biên dạng nên copy chương trình gia cơng cánh cho số cánh cịn lại Trên thư mục quản lý chương trình gia cơng nhấp chuột phải vào chương trình gia cơng chọn Object/Transformations 97 - Xuất hộp thoại transformations: ô type chọn copy theo kiểu vòng (Rotate about a line), Chọn tổng số góc quay 3600, số lượng copy Hình 4.22 Đường chạy dao sau copy Bƣớc 6: Tạo chương trình gia cơng tinh mặt thân turbin Nhấp chọn creat Operation - Chọn kiểu gia công Hub finish - Dao cụ dùng để gia công dao cầu - Phương pháp gia công gia công tinh Bƣớc 6.1 chế độ cắt đường chạy dao Trên ô Driver method chọn hub finish 98 - Chọn đường chạy dao theo kiểu Zig-Zag, - Khoảng cách đường chạy dao gia cơng gần 3% đường kính dao Hình 4.23: Đường chạy dao gia công tinh phần thân turbin Bƣớc 6.2 Copy chương trình gia cơng cho vùng khác tương tụ 99 Hình 4.24: Đường chạy dao tồn vùng thân Bƣớc 7: Tạo chương trình gia công tinh thành cánh lớn - Nhấp chọn blade finish - Chọn dao gia công dao cầu Hình 4.25: Tạo chương trình gia cơng tinh thành cánh lớn Bƣớc 7.1 Điều đỉnh đường chạy dao gia công 100 - Trong ô sides cut : Chọn gia công mặt trái, mặt phải , đầu cánh - Chọn kiểu đường chạy dao Zig Bƣớc 7.2 Chọn bước tiến dao theo chiều theo chiều sâu Chọn chiều sâu lớp cắt 10% đường kính dao 101 Hình 4.26: Đường chạy dao gia cơng tinh thành cánh Bƣớc 7.3 Copy đường chạy dao gia công tinh thành cánh Hình 4.27: Copy đường chạy dao gia cơng tinh thành cánh Bƣớc 8: Gia công tinh thành cánh nhỏ 102 Phương pháp thiết lập tương tự gia công canh lớn, chọn dao cụ cắt dao cầu D4mm Copy chương trình gia cơng cho tồn cánh nhỏ Hình 4.28: Copy chương trình gia cơng cho tồn cánh nhỏ Bƣớc 9: Gia cơng tinh bán kính ván chân cánh 103 - Trong ô Operation subtype chọn blend finish, - Chọn dao cụ gia công dao cầu - Chọn phương pháp gia công phương pháp gia cơng tinh Chọn gia cơng tinh bán kính bo mặt trái, mặt phải đầu cánh ( left, right, leading) Chọn số đường chạy dao mặt thân mặt cánh Chọn khoảng cách đường chạy dao 10% đường kính dao, kiểu đường chạy dao zig 104 Hình 4.29: Đường chạy dao gia cơng góc bo chân cánh Bƣớc 10: Mơ q trình gia cơng mơ hình máy CNC mã G-code để kiểm tra va đập, cố gia cơng - Có thể nhập mơ hình máy CNC từ thư viện phần mềm để mô q trình gia cơng kiểm tra va dao - Nhấp chuột phải vào chương trình gia cơng muốn mơ chọn toolpath/simulation Hình 4.30: Mơ q trình gia cơng mơ hình máy CNC 105 Hình 4.31: Mơ q trình gia cơng mã G-Code Q trình mơ gia cơng mã G-code, hiển thị kiểm tra va dao trình gia cơng, lựa chọn mơ q trình cắt bỏ vật liệu trực quan Hình 4.32: Mơ q trình cắt bỏ vật liệu trực quan Bƣớc 11: Post chương trình gia công mã NC Nhấp chuột phải vào chương trình gia cơng muốn post mã NC, chọn post processor 106 Hình 4.33: Post chương trình gia cơng mã NC Lựa chọn post cho máy CNC trục BC - Trích đoạn file NC gia cơng tinh thành cánh % N0010 G40 G17 G94 G90 G71 N0020 G91 G28 Z0.0 N0030 T01 M06 N0040 G00 G90 X63.132 Y7.996 B-24.992 C17.844 S0 M03 N0050 G43 Z222.017 H01 N0060 Z150.726 N0070 G01 X62.368 Y7.915 Z150.575 F250 M08 N0080 X61.63 Y7.657 Z150.524 N0090 X60.956 Y8.634 Z151.537 B-26.34 C17.6 N0180 X46.927 Y18.741 Z169.614 B-53.238 C19.722 ……… ……… ……… N0720 X10.952 Y14.059 Z193.716 B-119.786 C47.586 N0730 X11.744 Y14.554 Z193.438 B-117.965 C46.904 N0740 X12.94 Y15.25 Z192.999 B-115.31 C45.912 ……… 107 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Công nghệ CAD/CAM - CNC bước nhảy vọt ngành cơng nghiệp khí, mang lại hiệu kinh tế kỹ thuật to lớn, giúp giảm thiểu sức lao động Nhưng để đạt hiệu lại địi hỏi trình độ sản xuất cao kỹ sư công nhân đứng máy Tuy công nghệ có bước phát triển mạnh mẽ nước có cơng nghiệp phát triển, nước ta việc ứng dụng cơng nghệ cịn nhiều bất cập điều kiện thiết bị lực lượng lao động có khả tiếp cận với công nghệ Với đặc thù nước phát triển việc nắm bắt cơng nghệ vô quan trọng để thúc đẩy công nghiệp phát triển Đứng trước nhu cầu vậy, tác giả đề xuất thực đề tài nghiên cứu ứng dụng công nghệ CAD/CAM - CNC thiết kế gia cụng máy trục thực tiễn sản xuất 108 ... tài ? ?Ứng dụng phần mềm CAD/ CAM vào thiết kế gia công máy phay CNC trục? ?? Nội dung luận văn đề cập chi tiết đến phần mềm CAD/ CAM ứng dụng rộng rãi giới đưa giải pháp thiết kế gia công ứng dụng công. .. chọn phần mềm CAD/ CAM tích hợp phần mềm CAM chuyên dụng cho tương hỗ cách tối đa với phần mềm thiết kế loại máy CNC mà nhà máy sử dụng Với lĩnh vực CAE phần mềm sử dụng nhiều thường phần mềm mô... tạo sản phẩm khí ứng dụng cơng nghệ CAD/ CAM - CNC 22 1.2.1 Q trình thiết kế ứng dụng công nghệ CAD/ CAM - CNC ………… 22 1.2.2 Q trình gia cơng ứng dụng cơng ngệ CAD/ CAM - CNC 27 1.3 Kết luận ………………………………………………………………