Nghiên cứu khảo sát lực cắt theo quỹ đạo chạy dao khi gia công khuôn đúc phao nhựa trên máy phay cnc

VÕăĐÌNHăTRUNG Đ I H CăĐĨăN NG TR NGăĐ I H C BÁCH KHOA - VÕăĐÌNHăTRUNG CHUYÊN NGÀNH: K THU TăC ăKHệă NGHIÊN C U, KH O SÁT L C C T THEO QU Đ O CH Y DAO KHI GIA CÔNG KHUÔN ĐÚC PHAO NH A TRÊN MÁY PHAY CNC LU NăVĔNăTH CăSƾ K THU TăC ăKHệ KHÓA: K34 ĐƠăN ng ậ Nĕmă2018 n Đ I H CăĐĨăN NG TR NGăĐ I H C BÁCH KHOA - VÕ ĐÌNHăTRUNG NGHIÊN C U, KH O SÁT L C C T THEO QU Đ O CH Y DAO KHI GIA CÔNG KHUÔN ĐÚC PHAO NH A TRÊN MÁY PHAY CNC Chuyên ngành: K THU TăC ăKHệ Mã số: 8.52.01.03 LU NăVĔNăTH CăSƾ Ngư iăhướng d n khoa học: PGS.TS TR N XUÂN TÙY ĐƠăN ng ậ Nĕmă2018 L IăCAMăĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi.Các số liệu, kết qu nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác gi lu năvĕn VõăĐìnhăTrung M CL C TÓM T T NGHIÊN C U, KH O SÁT L C C T THEO QU Đ O CH Y DAO KHI GIAăCỌNGăKHUỌNăĐÚCăPHAOăNH A TRÊN MÁY PHAY CNC M Đ U 1.Lý ch năđ tài 2.M căđíchănghiênăc u 3.Ph m vi n i dung nghiên c u 4.Ph ngăphápănghiênăc u 5.ụănghƿaăkhoaăh c th c ti n 6.C u trúc lu năvĕn Ch ngă1 TỔNG QUAN V L C C TăTRONGăGIAăCỌNGăC 1.1.ăĐặt v năđ 1.2 Phân tích thành ph n l c c t 1.2.1 Phân tích lực cắt theo phương chuyển động 1.2.2 Phân tích lực cắt theo mặt chịu t i 1.3 Cácăph ngăphápăxácăđ nh l c c t 1.3.1 Phương pháp đo trực tiếp lực cắt 1.3.2 Phương pháp đo lực cắt thông qua đo công suất 1.3.3 Xác định lực cắt phương pháp tính 1.3.3.1 Tính tốn lực cắt nghiên cứu lý thuyết 1.3.3.2 Tính tốn lực cắt cơng thức thực nghiệm 1.4 Các y u tố nhăh ngăđ n l c c t 10 1.4.1 nh hưởng chi tiết gia công đến lực cắt 10 1.4.2 nh hưởng điều kiện cắt đến lực cắt 11 1.4.2.1 nh hưởng chiều sâu cắt t đến lực cắt 12 1.4.2.2 nh hưởng lượng ch y dao s đến lực cắt 12 1.4.2.3 nh hưởng tốc độ cắt v đến lực cắt 13 1.4.3 nh hưởng dụng cụ cắt đến lực cắt 13 1.4 K t lu n 13 Ch ngă2 TỔNG QUAN V CÔNG NGH CAD/CAM/CNC 15 2.1 Khái ni m v máy công c CNC 15 2.1.1 Các đặc trưng máy CNC 15 2.1.2 Các phương pháp lập trình CNC 16 2.1.2.1 Lập trình tay (Lập trình thủ công) 16 2.1.2.2 Lập trình máy (Lập trình tự động) 16 2.2 Công ngh CAD/CAM 17 2.2.1 Đặt vấn đề 17 2.2.2 Đối tượng phục vụ CAD/CAM 18 2.2.3 Vai trò CAD/CAM chu kỳ s n xuất 20 2.2.4 Giới thiệu phần mềm CIMATRON: 21 2.2.4.1 Thiết kế 21 2.2.4.2 Dựng b n vẽ 22 2.2.4.3 Trong lĩnh vực tính tốn phân tích 22 2.2.4.4 Gia công 24 2.3.K t lu n 25 Ch ngă3 KH O SÁT TH C NGHI M L C C T THEO QU Đ O CH Y DAO 26 3.1.Yêu c uăđối v i h thống th c nghi m 26 3.2.Mơ hình th c nghi m 26 3.3.Thi t b thí nghi m 27 3.3.1.Máy 27 3.3.3 Phôi gia công 28 3.3.4 Thiết bị đo lực cắt phay FKM2000–TeLC 29 3.3.5 Phần mềm thu thập xử lý tín hiệu đo 29 3.4.Ti n hành th c nghi m kh o sát nhăh ng qu đ oădaoăđ n l c c t 30 3.4.1 Chế độ cắt thí nghiệm 30 3.4.2 Lựa chọn quỹ đ o ch y dao 30 3.4.3 Chọn biên d ng điển hình 31 3.4.3.1 Biên d ng chỏm cầu – Quỹ đ o Spiral ( xoắn ốc) 33 3.4.3.4 Biên d ng chỏm cầu – Quỹ đ o Parallel ( zig- zag) 37 3.4.3.1 Biên d ng hốc chữ nhật – Quỹ đ o Parallel ( Zig-Zag) 42 3.5.K t lu n 51 K T LU NăVĨăH NG PHÁT TRI NăĐ TÀI 52 1.K T LU N 52 2.H NG PHÁT TRI NăĐ TÀI 52 TÓM T T NGHIÊN C U, KH O SÁT L C C T THEO QU Đ O CH Y DAO KHI GIA CÔNG KHUÔN ĐÚC PHAO NH A TRÊN MÁY PHAY CNC Họcăviên:ăVõăĐìnhăTrung Chunăngành:ăKỹăthu tăcơăkhíă Mã số: 8.52.01.03 Trư ngăĐ i học Bách khoa ậ ĐHĐN Khóa:34 Tóm t t: Việc nghiên c u lực cắtătrongăqătrìnhăgiaăcơngăcơăcóăýănghƿaăc lý thuyết l n thực tiễn Q trình gia cơng phay tổng hợp c a nhiều yếu tố công nghệ Trongăđóălực cắt yếu tố nhăhư ng trực tiếpăđến công suất thiết bị, tuổi thọ thiết bị,ăđộ c ng vững c a hệ thống công nghệ, tuổi bền c aădao… Để đáp ng yếu cầu trên, nhiều nghiên c u lý thuyếtăcũngănhưăthực nghiệm yếu tố nh hư ngăđến lực cắtăđãăđược thực hiệnănhưă nhăhư ng c a chế độ cắt, v t liệu gia công, thơng số hình học c a dụng cụ cắt… Tuy nhiên việc nghiên c u kh o sát thayă đổi lực cắt theo d ng quỹ đ o ch y dao hầuănhưăchưaăcó Đề tài giới thiệu phươngăphápăđoălực cắt gia cơng phay thơ trongăđiều kiện thí nghiệm cụ thể với d ng quỹ đ o ch y dao Parallel Spiral chi tiết thép CT38 dao phay ngón hợpăkimă4ălưỡi cắt máy phay CNC trục MATSUURA-MC500V thiết bị đoălực cắt FKM2000ậTeLC Từ kết qu thí nghiệm, thơng qua việc thống kê, kh o sát phân tích số liệu thu th pă thấyă ưuă vàă nhượcă điểm c a d ng quỹ đ o ch y dao khác Từ đóăcó thể lựa chọn d ng quỹ đ o ch y dao hợp lý nhấtăđể vừaătĕngănĕngă suất gia công vừaăđ m b oăđộ c ng vững c a hệ thống công nghệ STUDY AND INVESTIGATE THE CUTTING FORCE UNDER THE CUTTING TOOL TRAJECTORY WHEN MAKING PLASTIC INJECTION MOLDING ON CNC MILLING MACHINE Abstracts: Study of cutting force in mechanical processing has both theoretical and practical significance The milling process is a synthesis of many technological elements Cutting force is the main factor that directly affects the equipment capacity, equipment life, hardness of the technological system, the life of cutting tools In order to meet these needs, many empirical and theoretical studies on the factors that influence shear force have been performed such as the effect of cutting mode, machining material, geometric parameters of cutting tools… However, the study and investigation of the change in cutting force in the orbital forms of cutting tools is almost nonexistent The subject introduces the method of cutting force during rough milling in experimental conditions with two types of cutting tool trajectories: Parallel and Spiral on the CT38 steel parts with the four-blade alloy milling cutter on the milling machine CNC axis MATSUURA-MC500V with FKM2000-TeLC force measuring device From the results of the experiment, through the statistics, survey and analysis of data collected can see the pros and cons of each type of cutting tool trajectory From there, it is possible to select the most appropriate trajectory to maximize machining efficiency while maintaining the rigidity of the technology system DANH M C CÁC B NG B ng 3.1 B ng tổng hợp giá trị lực cắt lớn lực thành phần 38 B ng 3.2 B ng tổng hợp giá trị lực cắt lớn lực thành phần 48 DANH M C CÁC HÌNH Hình 1.1- Sơ đồ nguồn gốc lực cắt Hình 1.2 - Sơ đồ lực cắt phay Hình 1.3 - Vịng tròn xác định lực mặt chịu t i ảình 3.1 Sơ đồ nguyên lý đo lực cắt phay 26 Hình 3.2 Máy phay MATSUURA-MC500V 27 Hình 3.3 Hình nh dao phay ngón 28 Hình 3.4 Thiết bị đo lực cắt gia cơng phay FKM2000–TeLC 29 Hình 3.5 Giao diện phần mềm XKM 30 Hình 3.6 Hình nh phao nhựa 31 Hình 3.7 Biên d ng chõm cầu 31 Hình 3.8 Biên d ng chõm cầu 32 Hình 3.9 Biên d ng hốc chữ nhật 32 Hình 3.10 Quỹ đ o Spiral thiết kế 33 Hình 3.12 Đồ thị Pz (lực cắt chính) lớp cắt 34 ảình 3.13 Đồ thị Pz (lực cắt chính) lớp cắt 34 ảình 3.14 Đồ thị Px (lực hướng kính) lớp cắt 35 ảình 3.15 Đồ thị Px (lực hướng kính) lớp cắt 35 ảình 3.16 Đồ thị Py (lực dọc trục) lớp cắt 36 ảình 3.17 Đồ thị Py (lực dọc trục) lớp cắt 36 Hình 3.18 Quỹ đ o Parallel thiết kế 37 Hình 3.19 Quỹ đ o Parallel gia công thực 37 ảình 3.20 Đồ thị Pz (lực cắt chính) lớp cắt 38 ảình 3.21 Đồ thị Pz (lực cắt chính) lớp cắt 38 ảình 3.22 Đồ thị Px (lực hướng kính) lớp cắt 39 ảình 3.23 Đồ thị Py (lực dọc trục) lớp cắt 39 ảình 3.24 Đồ thị Py (lực dọc trục) lớp cắt 40 Hình 3.25 Quỹ đ o Parallel thiết kế 42 Hình 3.26 Quỹ đ o Parallel gia công thực 42 ảình 3.27 Đồ thị Pz (lực cắt chính) lớp cắt 43 49 20 Fz[N] GIA TRI LUC -20 -40 -60 -80 -100 -120 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 THU TU DIEM DO Hình 3.39 Đồ thị P y (lực dọc trục) lớp cắt 20 Fz[N] GIA TRI LUC -20 -40 -60 -80 -100 -120 100 200 300 400 500 600 700 800 900 THU TU DIEM DO Hình 3.40 Đồ thị P y (lực dọc trục) lớp cắt 1000 1100 1200 50 Nh n xét: Trong trình theo dõi gia cơng hốc chữ nh t theo hai d ng quỹ đ o Parallel (zigzag) quỹ đ o Spiral (xoắn ốc) có b ngăsoăsánhănhưăsauă: Thành ph n l c c t D ng qu đ o Parallel - - - Spiral - - Pz(Fx) Py(Fz) Px(Fy) (Lực cắt chính) (Lực dọc trục) (Lực hướng kính) Giá trị lực lớn nhấtă khiă daoă đổi hướng chuyển động Trong trình daoă đổiă hướng CĐ,ă giáă trị lực biến thiên có xu hướngătĕngă Độ lớn lực lớn Giá trị lớn dao bắtă đầu điă xuốngă để đ t chiều sâu cắt t Trong trình CĐă bìnhă thư ng giá trị biến động trung bình lớnăhơnăquỹ đ o spiral Giá trị lực lớn nhấtă khiă daoă đổi hướng chuyển động Trong trình daoă đổiă hướng CĐ,ă giáă trị lực biến thiên có xu hướngătĕngăgi m quanh giá trị Độ lớn lực nhỏ Giá trị lớn dao bắtă đầu điă xuốngă để đ t chiều sâu cắt t Trong trình CĐă bìnhă thư ng giá trị biến động trung bình nhỏ hơnăquỹ đ o parallel Giá trị lớn khiă daoă đổi hướng chuyển động Trong trình CĐă giáă trị lực biếnă động liên tục Giá trị lớn khiă daoă đổi hướng chuyển động Trong q trình CĐă giáă trị lực biếnăđộngănhưngă ítă hơnă quỹ đ o parallel 51 B ng 3.2 B ng tổng hợp giá trị lực cắt lớn lực thành phần Giá trị lực cắt Quỹ đ o dao Pz Py Px P (Lực cắt chính) (Lực dọc trục) (Lực hướng (lực tổng kính) hợp) Spiral 84 117 150 151 Parrallel 141 101 84 148 3.5 K t lu n Soăsánhăđồ thị thành phần lực cắt Pz biên d ng mặt cong (cụ thể biên d ng chỏm cầu) biên d ng thẳng (cụ thể hốc chữ nh t) ta có nh n xét nhưăsau : - Đối với quỹ đ o ch y dao Parallel, gia công biên d ng thẳng mặt cong, lực cắt chínhăcóăxuăhướng biến thiên theo quy lu t tuyến tính - Đối với quỹ đ o ch y dao Spiral, gia cơng biên d ng thẳng lực cắt Pz cóăxuăhướng biến thiên theo quy lu t tuyến tính.và gia cơng biên d ng mặt cong lực cắt Pz cóăxuăhướng biến thiên theo quy lu t hình sin - Sự biến thiên giá trị lực cắt quỹ đ oăSpiralăđềuăhơn,ăcịnătrongăquỹ đ o Parallel rấtăđột ngộtăvìădaoăthayăđổiăhướng chuyểnăđộng đột ngột ( từ phay thu n chuyểnăđột ngột sang phay nghịch) - Vì v yă trongă trư ng hợp gia cơng thơ biên d ng nói chung ta nên chọn phươngăánăgiaăcơngătheoăquỹ đ o Spiral có lực cắt nhỏ hơnăvàăvìăgiáătrị biến thiênăđềuăhơn,ăkhơngăqăđột ngột.ăĐiều góp phầnălàmătĕngătuổi bền c aădaoăđồng th iăđ m b oăđộ c ng vững c a hệ thống cơng nghệ, góp phầnătĕngătuổi thọ c a thiết bị máy phay CNC 52 K T LU N VĨăH NG PHÁT TRI NăĐ TÀI K T LU N Vớiăđề tàiă“ăNghiên c u, kh o sát l c c t theo qu đ o ch y dao gia công khuônăđúcăphaoănh a máy phay CNC ”,ăđề tài đãăđ tăđược số kết qu sau: - Xây dựng thiết l pă mơă hìnhă đoă lực cắt theo th i gian thực máy phay CNC - Từ số liệu lực cắt cụ thể thuăđược thôngăquaăđồ thị (từ hình 3.12 đến hình 3.40) b ng thống kê (b ng 3.1 b ng 3.2), ta phânătíchăưuăvàănhượcăđiểm c a d ng quỹ đ o ch y dao ng với lo i bề mặt gia công khác - Từ kết qu kh o sát c aăđề tài, lựa chọn d ng quỹ đ o ch y dao hợp lý nhấtăđể vừaătĕngănĕngăsuất gia cơng vừaăđ m b oăđộ c ng vững c a hệ thống công nghệ H NG PHÁT TRI NăĐ TÀI Lu năvĕnăchỉ kh oăsátătrư ng hợp sử dụng phôi gia công thép CT38 với lo i dao phay Vì v y : - Kh o sát lực cắt theo quỹ đ o ch y dao nhiều lo i v t liệu gia công, lo i dao khau - Kh o sát lực cắt theo quỹ đ o ch yă daoă khiă thayă đổi kho ng cách tâm dao (bề rộngăĕnădaoăngang) 53 TÀI LI U THAM KH O [1] Nguyễn Thế Tranh, Trần Quốc Việt, Cơ sở cắt gọt kim lo i, 2008 [2] Nguyễn NgọcăĐào,ăTrần Thế San, Nguyễn Ngọc Bình, Chế độ cắt gia cơng khí,ăNXBăĐàăNẵng, 2002 [3] Bành Tiến Long, Trần Thế Lục Trần Sỹ Túy, Nguyên lý gia công vật Liệu, NXB KHKT, 2001 [4] Nguyễn Thế Tranh, Giáo trình cơng nghệ CAD/CAM, ĐHBK- ĐHĐNă,ă2007 [5] Tư ng Thụy ậ Quang Huy ậ Hồngă Dũng,ă Gia cơng máy cnc với Cimatron, NXB Giao thông v n t i, 2005 ... nghiên c u kh o sát thayă đổi lực cắt theo d ng quỹ đ o ch y dao hầuănhưăchưaăcó.ă Doăđó,ăđề tài“? ?Nghiên c u, kh o sát l c c t theo qu đ o ch y dao gia công? ? khuôn? ? đúc? ? phao? ? nh a máy phay CNC. .. thốngăđo? ?lực cắt máy phay CNC - Nghiên c u, kh o sát lực cắt? ?khi? ?thayăđổi d ng quỹ đ o ch y dao q trình phay thơ dao phay ngón biên d ng cụ thể Ph ngăpháp? ?nghiên? ?c u Đề tài sử dụngăphươngăpháp? ?nghiên? ?c... nghiệm: - Nghiên c u lý thuyếtăcơăs cắt gọt kim lo i,ăcơăs gia công máy CNC - Bằng việc thiết l p mơ hình hệ thốngăđoă lực cắt thực tế nghiên c u thayăđổi lực cắt theo quỹ đ o ch y dao kh o sát thực