Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng gia công thô trên máy phay cnc bằng dao phay đầu cầu

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG GIA CÔNG THÔ TRÊN MÁY PHAY CNC BẰNG DAO PHAY ĐẦU CẦU DƢƠNG VĂN ĐỨC THÁI NGUYÊN, 2011 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP DƢƠNG VĂN ĐỨC NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG GIA CÔNG THÔ TRÊN MÁY PHAY CNC BẰNG DAO PHAY ĐẦU CẦU CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HƯỚNG DẪN KHOA HỌC KHOA ĐÀO TẠO SĐH TS Nguyễn Trọng Hiếu HỌC VIÊN BGH TRƯỜNG ĐHKTCN Dƣơng Văn Đức PGS.TS Nguyễn Đăng Hịe Thái Ngun, 2011 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn nội dung luận văn thực hiện, số liệu sử dụng thuyết minh, kết phân tích tính tốn hồn tồn trung thực, tuyệt đối khơng chép đề tài khác Ngƣời thực Dƣơng Văn Đức Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo - TS Nguyễn Trọng Hiếu, người hướng dẫn giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến trình viết hoàn chỉnh Luận văn Em chân thành cảm ơn ThS Trần Vũ Minh – Cán Trung tâm EMCO Trường Đại học Bách khoa Hà Nội giúp đỡ tận tình em q trình thực thí nghiệm Em xin bày tỏ lòng biết ơn Thầy, Cô giáo Khoa Sau đại học - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành Luận văn Do lực thân nhiều hạn chế nên Luận văn khơng tránh khỏi sai sót, em mong nhận đóng góp ý kiến Thầy, Cơ giáo, nhà khoa học bạn đồng nghiệp Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN Error! Bookmark not defined LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC PHỤ LỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU 12 CHƢƠNG I 15 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC 15 1.1 Lịch sử phát triển 15 1.2 Các hệ thống điều khiển CNC 16 1.2.1 Điều khiển điểm - điểm 16 1.2.2 Điều khiển đoạn thẳng 17 1.2.3 Điều khiển đường 17 1.3 Hệ thống tọa độ điểm gốc, điểm chuẩn 19 1.3.1 Hệ thống tọa độ máy CNC 19 1.3.2 Các điểm gốc điểm chuẩn 22 1.4 Ngơn ngữ hình thức tổ chức lập trình CNC 27 1.4.1 Chương trình gia cơng theo hệ tọa độ tuyệt đối 28 1.4.2 Chương trình gia công theo hệ tọa độ tương đối 28 1.4.3 Chương trình theo hệ tọa độ hỗn hợp 29 1.4.4 Chương trình theo hệ tọa độ độc cực 29 1.4.5 Các hình thức tổ chức lập trình gia cơng CNC 30 CHƢƠNG II 33 PHƢƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG GIA CÔNG THÔ 33 2.1 Lượng dư gia cơng vết dao q trình gia cơng thơ 33 2.1.1 Vết dao trình gia cơng thơ 33 2.1.2 Chiều cao nhấp nhô 34 2.1.3 Vai trò chất lượng bề mặt chi tiết sau gia công thô 35 2.2 Lý thuyết lượng dư gia công linh động 36 2.3 Thiết lập đường dẫn dao cho phương pháp nghiên cứu 37 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.3.1 Bề mặt gia công mặt phẳng 38 2.3.2 Bề mặt gia công mặt cong lỏm 41 2.3.3 Bề mặt gia công mặt cong lồi 43 CHƢƠNG III 48 CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 48 3.1 Giới thiệu thiết bị thí nghiệm 48 3.1.1 Máy phay PC MILL 55 48 3.1.2 Hệ điều khiển SINUMERIK máy phay PC MILL 55 51 3.1.2.1 Mã lệnh G 51 3.1.2.3 Các chu trình 69 3.1.2.4 Các câu lệnh hiệu chỉnh 87 3.1.2.5 Chương trình 92 3.1.2.6 Các lệnh điều khiển trục 94 3.2 Tiến hành cắt thử mẫu 96 3.2.1 Gia công bề mặt phẳng 96 3.2.1.1 Gia công bề mặt phẳng theo phương pháp thông thường 98 3.2.1.2 Gia công bề mặt phẳng theo phương pháp nghiên cứu 100 3.2.1.3 So sánh mẫu cắt 102 3.2.2 Gia công bề mặt cong 102 3.2.2.1 Gia công bề mặt cong theo phương pháp thông thường 103 3.2.2.2 Gia công bề mặt cong theo phương pháp nghiên cứu 105 3.2.2.3 So sánh mẫu gia công 106 Kết luận chương 107 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO 109 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn PHỤ LỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Chương I TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ CAD/CAM-CNC Hình 1.1 Lịch sử phát triển cơng nghệ CAD/CAM-CNC Hình 1.2 Điều khiển điểm – điểm Hình 1.3 Điều khiển đoạn thẳng Hình 1.4 Điều khiển 2D Hình 1.5 Điều khiển 3D Hình 1.6 Điều khiển 2D Hình 1.7 Điều khiển 4D 5D Hình 1.8 Hệ tọa độ máy CNC Hình 1.9 Chiều chuyển động trục máy CNC Hình 1.10 Hệ tọa độ máy tiện 3D với bàn dao phía sau Hình 1.11 Hệ tọa độ máy phay đứng Hình 1.12 Hệ tọa độ máy phay ngang Hình 1.13 Điểm gốc điểm chuẩn máy phay đứng máy tiện Hình 1.14 Điểm gốc phơi W, gốc chương trình P gốc máy M Hình 1.15 Ví dụ chọn điểm W điểm P khoan hệ lỗ nằm đường trịn Hình 1.16 Điểm chuẩn P dao Hình 1.17 Các điểm gốc dụng cụ Hình 1.18 Hệ tọa độ tuyệt đối Hình 1.19 Hệ tọa độ tương đối Hình 1.20 Hệ tọa độ hỗn hợp Hình 1.21 Hệ tọa độ độc cực Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Chương II PHƢƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG GIA CƠNG THƠ Hình 2.1 Chiều cao nhấp nhơ h bước tiến dao ngang g Hình 2.2 Bước tiến dao phay ngón đầu cầu Hình 2.3 Bước tiến dap phay ngón phẳng Hình 2.4 Q trình gia cơng tinh Hình 2.5 Đường dẫn dao lớp cắt khác Hình 2.6 Chiều cao nhấp nhơ bước tiến dao ngang Hình 2.7 Chiều cao nhấp nhô, chiều sâu cắt bước tiến ngang Hình 2.9 Đường dẫn dao gia cơng bề mặt cong lỏm theo phương pháp thơng thường Hình 2.10 Đường dẫn dao gia công bề mặt cong lỏm theo phương pháp nghiên cứu Hình 2.11 Lượng dư cịn lại gia công bề mặt cong lỏm theo phương pháp nghiên cứu Hình 2.12 Đường dẫn dao gia cơng bề mặt cong lồi theo phương pháp thơng thường Hình 2.13 Đường dẫn dao gia công bề mặt cong lồi theo phương pháp nghiên cứu Hình 2.14 Lượng dư cịn lại gia cơng bề mặt cong lồi theo phương pháp nghiên cứu Hình 2.8 Mơ gia cơng phần mềm CATIA dao phay đầu cầu Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Chƣơng III TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM CẮT THỬ Hình 3.1 Máy phay PC MILL 55 Hình 3.2 Gá đặt chi tiết máy phay PC MILL 55 Hình 3.3 Bàn phím điều khiển Hình 3.4 Gia cơng Contour máy phay PC MILL 55 Hình 3.5 Sản phẩm máy phay PC MILL 55 Hình 3.6 Gia cơng máy phay PC MILL 55 Hình 3.7 Chèn vát góc, lượn góc Hình 3.8 Nội suy cung trịn Hình 3.9 Nội suy điểm S, E, M Hình 3.10 Nội suy điểm S, E R Hình 3.11 Nội suy với góc chắn cung Hình 3.12 Nội suy điểm S, E điểm trung gian Hình 3.13 Nội suy theo đường xoắn ốc Hình 3.14 Dừng xác Hình 3.15 Gia cơng theo contour Hình 3.16 Xác định mặt phẳng làm việc Hình 3.17 Gia cơng ren Hình 3.18 Taro Hình 3.19 Bù bán kính dụng cụ Hình 3.20 Dịch chuyển góc phơi Hình 3.21 Bù trái G41 Hình 3.22 Bù phải G42 Hình 3.23 Dịch chuyển điểm Hình 3.24 Kích thước tuyệt đối/ tương đối Hình 3.25 Hệ tọa độ cực Hình 3.26 Tiếp cận rời dụng cụ Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 Hình 3.27 Hướng dịch chuyển với G430/G431 Hình 3.28 Hướng tiếp cận rời dụng cụ với NORM, KONT Hình 3.29 Chu trình phay bề mặt 71 Hình 3.30 Phương thức di chuyển dụng cụ Hình 3.31 Chu trình phay contour 72 Hình 3.32 Ví dụ chu trình 72 Hình 3.33 Chu trình gia cơng ren 90 Hình 3.34 Ví dụ chu trình 90 Hình 3.35 Ví dụ gia cơng rãnh Hình 3.36 Gia cơng rãnh dài đường trịn Hình 3.37 Ví dụ Longhole Hình 3.38 Gia cơng rãnh, rãnh cong đường trịn Hình 3.39 Ví dụ SLOT1 Hình 3.40 Ví dụ SLOT2 Hình 3.41 Gia cơng hốc chữ nhật, hốc trịn Hình 3.42 Ví dụ Pocket1 Hình 3.43 Ví dụ Pocket2 Hình 3.44 Gia cơng hốc POCKET3/4 Hình 3.45 Ví dụ Pocket3 Hình 3.46 Ví dụ Pocker4 Hình 3.47 Ví dụ chu trình 76 Hình 3.48 Ví dụ chu trình 77 Hình 3.49 Các câu lệnh hiệu chỉnh Hình 3.50 Tính theo điểm hành G54-G599 Hình 3.51 ATRANS tính theo điểm tồn trước G54-G599, TRANS Hình 3.52 Xoay hệ tọa độ Hình 3.53 Ví dụ xoay hệ tọa độ Hình 3.54 Lấy tỷ lệ Hình 3.55 Ví dụ lấy tỷ lệ Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 95 A axis (Đầu phân độ) Đối với gia công phay bề mặt vật thể hình trụ trịn xoay, trục tọa độ A chuyển động dụng cụ cắt phải có mối quan hệ ràng buộc lẫn Bởi vậy, trục A thường trục quay lập trình trục tịnh tiến thơng thường Tối ưu hóa tốc độ ăn dao CFTCP, CFC, CFIN Hình 3.62 Dịch chuyển dụng cụ phía ngồi phía contour CFTCP – Tốc độ ăn dao khơng đổi tính đường tâm dụng cụ Biên dạng contour không bị ảnh hưởng tốc độ tính theo đường tâm dụng cụ cắt Ứng dụng: gia công thô CFC – Tốc độ ăn dao khơng đổi tính theo contour Thiết lập Tốc độ ăn dao đường tâm dụng cụ cắt tăng dụng cụ nằm phía ngồi đường cong ngược lại, giảm dụng cụ nằm phía đường cong Ứng dụng: gia công tinh CFIN – Tốc độ ăn dao không đổi bán kính Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 96 3.2 Tiến hành cắt thử mẫu Tiến hành gia công cắt thử mẫu để so sánh phương pháp: - Phương pháp gia công thông thường - Phương pháp chạy dao xây dựng chương II Nhằm mục đích so sánh kiểm chứng hiệu phương pháp chạy dao so với phương pháp chạy dao thông thường, thí nghiệm cắt thử tiến hành sau: - Gia công mặt phẳng theo phương pháp thông thường - Gia công mặt phẳng theo phương pháp nghiên cứu - Gia công bề mặt cong lồi cong lỏm theo phương pháp thông thương - Gia công bề mặt cong lồi cong lỏm theo phương pháp nghiên cứu - Sử dụng loại dao phay đầu cầu, có đường kính mm 3.2.1 Gia cơng bề mặt phẳng - Phơi gia cơng phơi nhơm có kích thước 50x50x15 hình 3.63 Hình 3.63: Mẫu phơi thí nghiệm Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 97 - Chế độ cắt sử dụng thí nghiệm o Tốc độ trục chính, S = 2500 vịng/phút o Lượng tiến dao gia công, F = 250 mm/phút o Chiều sâu cắt lớp cắt, d = mm o Chiều sâu tổng cộng gia công cắt thử, d = 2mm o Bước tiến dao ngang g = 100% = mm o Chế độ gia cơng khơ Hình 3.64: Gá đặt phơi Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 98 Hình 3.65: Lập chương trình gia cơng 3.2.1.1 Gia cơng bề mặt phẳng theo phƣơng pháp thơng thƣờng Mẫu gia cơng Hình 3.66: Đường chạy dao theo phương pháp thông thường Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 99 Hình 3.67: Chi tiết gia cơng Hình 3.68: Mẫu gia công thô thu với chế độ cắt Hình 3.69: Đo sơ kích thước đỉnh nhấp nhơ chi tiết Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 100 3.2.1.2 Gia công bề mặt phẳng theo phƣơng pháp nghiên cứu Phơi Mẫu gia cơng Hình3.70: Đường chạy dao theo phương pháp Hình 3.71: Lát cắt đỉnh nhấp nhô phương pháp nghiên cứu Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 101 Hình 3.72: Chi tiết gia cơng xong phương pháp nghiên cứu Hình 3.73: Đo sơ kích thước đỉnh nhấp nhơ chi tiết Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 102 3.2.1.3 So sánh mẫu cắt đƣợc Hình 3.74: Hai mẫu gia cơng - Dễ dàng nhận thấy hình chụp hình 3.69 3.73, chiều cao nhấp nhô chi tiết sau gia công thô phương pháp h2 giảm đáng kể so với gia công theo phương pháp thông thường h1 Điều có ý nghĩa lớn bước gia công - Thời gian gia công lần cắt xấp xỉ phút 15 giây Như gia công phương pháp nghiên cứu, thời gian cắt gọt không tăng 3.2.2 Gia công bề mặt cong Thí nghiệm tiến hành phơi nhựa phơi nhơm có hình dáng hình 3.75 Hình 3.75: Phơi nhựa gia cơng bề mặt cong Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 103 Hình 3.75: Phôi nhôm gia công bề mặt cong Chế độ cắt sử dụng thí nghiệm o Tốc độ trục chính, S = 2500 vịng/phút o Lượng tiến dao gia công, F = 250 mm/phút o Chiều sâu cắt lớp cắt, d = mm o Chiều sâu tổng cộng gia công cắt thử, d = mm o Bước tiến dao ngang g = 100% = mm o Chế độ gia công khô 3.2.2.1 Gia công bề mặt cong theo phƣơng pháp thông thƣờng Khi gia công bề mặt cong theo phương pháp thông thường, đường chạy dao lớp cắt có tọa độ (x, y) trùng Khi gia công theo phương pháp nghiên cứu, đường chạy dao lớp thứ cắt phần đỉnh nhấp nhô lớp căt thứ để lại, hết chiều sâu cắt Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 104 Hình3.76: Đường chạy dao theo phương pháp thơng thường Hình3.77: Kết cắt thử theo phương pháp thơng thường phơi nhựa phơi nhơm Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 105 3.2.2.2 Gia công bề mặt cong theo phƣơng pháp nghiên cứu Hình3.78: Đường chạy dao theo phương pháp Hình3.79: Kết cắt thử theo phương pháp phôi nhựa phôi nhơm Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 106 3.2.2.3 So sánh mẫu gia cơng Hình 3.80: Hai mẫu gia cơng với phơi nhơm Hình 3.81: Hai mẫu gia cơng với phơi nhựa Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 107 - Dễ dàng nhận thấy hình chụp chiều cao nhấp nhơ chi tiết sau gia công thô phương pháp giảm đáng kể so với gia công theo phương pháp thơng thường Điều có ý nghĩa lớn bước gia công - Thời gian gia công lần cắt xấp xỉ phút 30 giây Như gia công phương pháp nghiên cứu, thời gian cắt gọt không tăng Kết luận chƣơng Qua việc nghiên cứu lý thuyết cắt thử thực nghiêm cho thấy kết gia công nằng phương pháp cho ta chất lượng bề mặt tốt phương pháp thông thương chế độ cắt thời gian gia công không thay đổi Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 108 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Với hướng dẫn tận tình PGS.TS Nguyễn Trọng Hiếu trợ giúp thầy cô Bộ môn Công nghệ Chế tạo máy, Trường ĐHBK Hà Nội, luận văn đạt số kết định nhiên khơng tránh khỏi thiếu sót Sau vài kết hướng phát triển tiếp luận văn: Các kết đạt - Nghiên cứu tổng quan công nghệ gia công máy điều khiển số CNC nói chung máy phay CNC nói riêng - Nghiên cứu gia cơng thử phương pháp để nâng cao chất lượng gia công thô mà không làm tăng thời gian gia công - Sử dụng thành thạo máy hệ điều khiển SINUMERIK máy phay CNC trung tâm EMCO – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội - Ứng dụng phương pháp việc thí nghiệm cắt gọt máy phay CNC Hướng phát triển đề tài - Đề tài tiền đề để phát triển phương pháp gia công thô máy phay 4, trục, phay bề mặt phức tạp cách tích hợp đường chạy dao kiểu vào phần mềm gia cơng (CAM) - Tính tốn chế độ cắt tối ưu cho bước gia cơng thơ, từ có bề mặt gia cơng thơ tốt dẫn đến bỏ hồn tồn bước gia cơng bán tinh mà chuyển hẳn sang bước gia công tinh Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] B Lauiwers, P.P Lefebvre Five-axis rough milling strategies for complex shaped cavities based on morphing technology Annals of CIRP, Vol 55(1), p.59 62, 2006 [2] S Tao and K.-L Ting, Unified rough cutting tool path generation for sculptured surface machining International Journal of Production Research, Vol.39(13) p.2973-2989, 2001 [3] Trần Văn Địch (2007), Công nghệ CNC, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội [4] Emco Maier, Machine description, Concept Mill 55 [5] Emco Maier, Control description, Sinumerik 810/840D Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn ... KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP DƢƠNG VĂN ĐỨC NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG GIA CÔNG THÔ TRÊN MÁY PHAY CNC BẰNG DAO PHAY ĐẦU CẦU CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN... CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG GIA CƠNG THƠ 2.1 Lƣợng dƣ gia cơng vết dao q trình gia cơng thơ 2.1.1 Vết dao q trình gia cơng thơ Vết dao phay dao phay đầu cầu phương pháp phay lớp... nghiên cứu máy CNC lập trình gia cơng máy - Ý nghĩa thực tiễn đề tài: Kết nghiên cứu đề tài ứng dụng vào việc nâng cao chất lượng gia công thô máy phay CNC Mục đích đề tài - Mục đích đề tài nghiên