Nghiên cứu thiết kế chế tạo cam của trục cam ds60 động cơ diesel bằng phương pháp bao hình và các giải pháp công nghệ bề mặt nâng cao chất lượng của cam

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KTCN Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐỀ CƢƠNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Họ tên học viên: Ngô Ngọc Vũ Ngày tháng năm sinh: 15/10/1981 Đơn vị công tác: TT Thí Nghiệm, Trường ĐH Kỹ thuật Cơng nghiệp, TN Tên sở đào tạo: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Chuyên nghành: Công nghệ Chế tạo máy Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Phan Quang Thế TÊN ĐỀ TÀI: "Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo cam trục cam DS60 động Diesel phƣơng pháp bao hình giải pháp công nghệ bề mặt nâng cao chất lƣợng cam" Tính cấp thiết đề tài Hiện để gia công tinh bề mặt tròn xoay chế tạo máy thường dùng phương pháp gia công phổ biến mài tiện cứng Đối với bề mặt định hình khơng phải mặt trịn xoay thường dùng phương pháp mài chép hình, gia cơng tia lửa điện, phay bao hình trung tâm phay CNC Trong thực tế sản xuất loạt lớn, hàng khối thường sử dụng mài chép hình phay bao hình, với phương pháp gia cơng tia lửa điện sử dụng bề mặt phức tạp, địi hỏi độ xác giá thành gia công cao tốn nhiều thời gian [4] Mài chép hình phương pháp gia cơng tinh theo biên dạng chi tiết mẫu máy mài chuyên dùng Mài chép hình có ưu điểm cho suất chất lượng cao [7] Tuy nhiên có nhược điểm độ xác chất lượng bề mặt chi tiết phụ thuộc nhiều vào độ xác chi tiết dùng làm chi tiết mẫu suốt q trình gia cơng, vào độ xác máy mài chất lượng đá mài Phương pháp thực cách chi tiết mẫu lắp lên trục riêng thực chuyển động quay, chi tiết gia cơng lắp lên trục chính, bề mặt chi tiết tiếp xúc với bề mặt đá mài Trục mang chi tiết gia cơng có đầu tỳ tiếp xúc với bề mặt chi tiết Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.lrc-tnu.edu.vn mẫu để gia cơng, trục chuyển động tịnh tiến vào nhằm tạo chuyển động chép hình chi tiết gia cơng Có số chi tiết chế tạo dùng phương pháp như: mài chép hình biên dạng cam, biên dạng bánh Một cách giải khác gia công tinh bề mặt định hình khơng trịn xoay, khơng cần sử dụng chi tiết mẫu q trình gia cơng phương pháp phay bao hình trung tâm phay CNC Phương pháp có ưu điểm : - Có thể thực chuyển động bao hình theo toạ độ biên dạng chi tiết - Phương pháp tạo trực tiếp biên dạng chi tiết mà khơng cần qua chi tiết mẫu độ xác phụ thuộc vào độ xác máy biên dạng ban đầu mẫu Tuy nhiên nhược điểm phương pháp lượng kim loại hớt nhiều gia công thép qua nhiệt luyện nên địi hỏi phải gia cơng máy có độ xác cao dụng cụ cắt phải tốt Có thể khắc phục cách sử dụng máy phay CNC dụng cụ phủ PVD, CVD hay CPN để gia công Để thực phương pháp này, biên dạng chi tiết mẫu thiết kế dựa vào công nghệ tái tạo ngược Công việc thực sau: + Xác định tọa độ điểm biên dạng chi tiết mẫu phương pháp đo tọa độ + Xây dựng phương trình đường cong biên dạng chi tiết mẫu sở liệu điểm thu thập đươc [14] + Xây dựng vẽ thực chi tiết mẫu từ phương trình đường cong + Sử dụng cơng nghệ CAD/CAM/CNC thiết kế gia cơng + Kiểm tra độ xác hình dáng hình học cách so sánh mơ hình CAD sản phẩm Với phương pháp sử dụng để gia cơng chi tiết có biên dạng phức tạp mà nhiều phương pháp mài chép hình khơng gia cơng hay khó gia cơng Xuất phát từ đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo cam trục cam DS60 động Diesel phƣơng pháp bao hình giải pháp cơng nghệ bề mặt nâng cao chất lƣợng cam” chọn làm đề tài luận văn Chi tiết cam Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn sử dụng chi tiết điển hình nghiên cứu sử dụng phương pháp phay bao hình ứng dụng cơng nghệ tái tạo ngược thiết kế chế tạo Cam sử dụng nghiên cứu cam bơm nhiên liệu động Diesel công ty Diesel Sông Công chế tạo Loại cam chế tạo phương pháp chép hình máy mài chép hình Nga (3M344) theo biên dạng cam mẫu, sau chế tạo xong lắp lên trục cam Quy trình chế tạo Cam mài chép hình thơ, nhiệt luyện sau mài tinh cơng đoạn cuối Đây phương pháp gia công cam truyền thống sử dụng chủ yếu công nghệ chế tạo cam bơm nhiên liệu nói chung cơng ty Diesel nói riêng Cam mẫu sử dụng để mài biên dạng cam theo Vì vậy, việc chế tạo cam mẫu bước định chế tạo cam Cam mẫu phải có độ xác cao phù hợp với máy mài có Trên sở máy mài Nhà máy, cam mẫu phải có kích thước lớn gấp lần cam thật, nhằm để đảm bảo độ xác Biên dạng cam mẫu xây dựng dựa biên dạng cam khởi thủy ban đầu có kích thược giống với kích thước cam thật Như vậy, việc chế tạo cam theo phương pháp chép hình có sai số chế tạo cam mẫu Với phương pháp phay bao hình: + Phương pháp phay sau nhiệt luyện khơng phụ thuộc hồn tồn vào cam mẫu, độ xác đá mài mà phụ thuộc vào chất lượng ban đầu cam mẫu hình dáng hình học + Biên dạng chi tiết thiết kế phương pháp tái tạo ngược cho độ xác cao + Áp dụng công nghệ đại công nghệ CAD/CAM/CNC, công nghệ tái tạo ngược thay cho công nghệ gia công truyền thống mà đảm bảo tính chất chi tiết Với đề tài này, sử dụng cho chế tạo cam bơm nhiên liệu động Diesel mở rộng để ứng dụng chế tạo chi tiết có biên dạng phức tạp mà phương pháp mài chép hình khơng thực đươc hay thực khơng hiệu Mục đích, đối tƣợng phạm vi nghiên cứu đề tài Phạm vi nghiên cứu đề tài giới hạn chủ yếu phạm vi thiết kế, chế tạo cam bơm nhiên liệu đông Diesel DS60 máy phay CNC sử dụng dao phay Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ngón phủ PVD (TiAlN) với vật liệu Cam thép hợp kim 40X qua nhiệt luyện đạt độ cứng khoảng 50HRC 55HRC Biên dạng cam thiết kế nhờ vào công nghệ tái tạo ngược sử dụng phương pháp đo phương pháp tốn giải tích Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học đề tài Ngày công nghệ CAD/CAM/CNC công nghệ tái tạo ngược ứng dụng nhiều thực tế sản xuất sản phẩm khí chất lượng cao, nhờ vào công nghệ mà sản xuất sản phẩm khí chất lượng có tính kinh tế kỹ thuật cao Bên cạnh khơng thể khơng kể đến tầm quan trọng loại dụng cụ dụng cụ phủ PVD, CVD đem lại hiệu kinh tế cao ngành khí chế tạo Các kết nghiên cứu mang ý nghĩa khoa học: - Nghiên cứu kết hợp công nghệ CAD/CAM/CNC công nghệ tái tạo ngược - Nghiên cứu ứng dụng phương pháp xây dựng đường cong thiết kế CAD/CAM nhằm xây dựng phương trình biên dạng cam - Nghiên cứu khả cắt dao phay ngón phủ PVD (TiAlN) gia công thép hợp kim 40X qua nhiệt luyện đạt độ cứng 50HRC 55HRC trung tâm phay CNC kiểu VMC 85S 3.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài Từ kết nghiên cứu tác giả đánh giá khả cắt dao phay ngón phủ PVD gia cơng thép hợp kim 40X qua nhiệt luyện đạt độ cứng 50HRC 55HRC trung tâm phay CNC, mà tác giả ứng dụng trực tiếp vào chế tạo Cam đông DS60 nhằm thay cho phương pháp mài chép hình sử dụng từ lâu công ty Diesl Sông Công Ứng dụng công nghệ công nghệ tái tạo ngược, công nghệ CAD/CAM/CNC vào sản xuất sản phẩm khí chất lượng cao Và đặc biệt ứng dụng kỹ thuật khớp đường cong việc xây dựng phương trình biểu diễn biên dạng cam từ mở rộng để xây dựng phương trình đường cong bề mặt phức tạp cơng nghệ tái tạo ngược Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu phịng Thí nghiệm, phương pháp xây dựng phương trình đường cong bề mặt công nghệ tái tạo ngược từ điểm thí nghiệm có từ chi tiết mẫu, nghiên cứu khả cắt dao phay ngón phủ PVD (AlTiN) gia công thép hợp kim 40X qua nhiệt luyện đạt 50HRC 55HRC, kiểm tra chất lượng bề mặt chi tiết máy đo độ nhám Sử dụng máy đo chiều CMM nhằm kiểm tra sai số biên dạng chi tiết với mẫu đo ban đầu Nội dung đề tài, vấn đề cần giải + Ứng dụng công nghệ tái tạo ngược vào: - Thu thập tọa độ điểm thông qua phương pháp đo kỹ thuật tái tạo ngược - Xử lý liệu tìm phương trinh đường cong biên dạng chi tiết - Xây dựng vẽ chi tiết + Thí nghiệm gia cơng biên dạng phương pháp phay sau nhiệt luyện dao phủ PVD (TiAlN) + Kiểm tra độ xác hình dáng hình học, chất lượng bề mặt sau gia cơng từ đưa đánh giá so sánh với phương pháp gia cơng khác + Phân tích đánh giá hiệu phương pháp gia công phay với phương pháp mài Dự kiến kế hoạch thực Từ ngày 30/07/2008 đến ngày 30/01/2009 Tài liệu tham khảo Bùi Quý Lực, Phương pháp xây dựng bề mặt cho CAD/CAM, NXB Khoa học kỹ thuật Trịnh Quang Vinh, Trần Văn Lầm, Phan Quang Thế, Vũ Quý Đạc (2000), Giáo trình Nguyên lý máy, Trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Nguyễn Trọng Bình (2003), Tối ưu hố q trình gia cơng cắt gọt, NXB Giáo dục Lê Công Dƣỡng (1996), Vật liệu học, NXB Khoa học kỹ thuật B.N Arzamaxov (2004), Vật liệu học, NXB Giáo dục Trần Văn Địch (2004), Công nghệ CNC, NXB Khoa học kỹ thuật Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Trần Hữu Đà, Nguyễn Văn Hùng, Cao Thanh Long (1998), Cơ sở chất lượng trình cắt, Trường Đại học KTCN Thái Nguyên Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Tuý (2001), Nguyên lý gia công vật liệu, NXB Khoa học kỹ thuật Trần Mao, Phạm Đình Sùng (1998), Vật liệu khí, NXB Giáo dục 10 Trần Ngọc Hiền, Lập trình điều khiển máy CNC với Mastercam Đại học GTVT 11 Nguyễn Hoàng Hải, Nguyễn Việt Anh (2006), Lập trình Matlab ứng dụng, NXB khoa học kỹ thuật 12 NUMERICAL METHODS FOR ENGINEERINGS (Steven C Chapra Ph.D-Proessor of civil Engineering The University of Colorado ; Raymond P.Canale Ph.D-Professor of Civil Engineering The University of Michigan) 13 Operation's manual for machining center Fanuc Series O-MD, Oi Mate-TC 14 Advanced Modelling for CAD/CAM System (Heidelberg 1991) 15 Mastercam Version 9.0 User Guide, Software Mastercam Version 9.0, 9.1 Mechanical Design Solutions 1,2,3 Catia V5R16 Duyệt BGH Khoa sau Đại học Hƣớng dẫn khoa học Học viên TS Nguyễn Văn Hùng PGS.TS Phan Quang Thế Ngơ Ngọc Vũ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật -4- Chuyên nghành CN CTM PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện để gia công tinh bề mặt tròn xoay chế tạo máy thường dùng phương pháp gia công phổ biến mài tiện cứng Đối với bề mặt định hình khơng phải mặt tròn xoay thường dùng phương pháp mài chép hình, gia cơng tia lửa điện, phay bao hình trung tâm phay CNC Trong thực tế sản xuất loạt lớn, hàng khối thường sử dụng mài chép hình phay bao hình, với phương pháp gia cơng tia lửa điện sử dụng bề mặt phức tạp, địi hỏi độ xác giá thành gia công cao tốn nhiều thời gian [4] Mài chép hình phương pháp gia cơng tinh theo biên dạng chi tiết mẫu máy mài chuyên dùng Mài chép hình có ưu điểm cho suất chất lượng cao [7] Tuy nhiên có nhược điểm độ xác chất lượng bề mặt chi tiết phụ thuộc nhiều vào độ xác chi tiết dùng làm chi tiết mẫu suốt q trình gia cơng, vào độ xác máy mài chất lượng đá mài Phương pháp thực cách chi tiết mẫu lắp lên trục riêng thực chuyển động quay, chi tiết gia cơng lắp lên trục chính, bề mặt chi tiết tiếp xúc với bề mặt đá mài Trục mang chi tiết gia cơng có đầu tỳ tiếp xúc với bề mặt chi tiết mẫu để gia cơng, trục chuyển động tịnh tiến vào nhằm tạo chuyển động chép hình chi tiết gia cơng Có số chi tiết chế tạo dùng phương pháp như: mài chép hình biên dạng cam, biên dạng bánh Một cách giải khác gia cơng tinh bề mặt định hình khơng trịn xoay, khơng cần sử dụng chi tiết mẫu q trình gia cơng phương pháp phay bao hình trung tâm phay CNC Phương pháp có ưu điểm : - Có thể thực chuyển động bao hình theo toạ độ biên dạng chi tiết - Phương pháp tạo trực tiếp biên dạng chi tiết mà không cần qua chi tiết mẫu độ xác phụ thuộc vào độ xác máy biên dạng ban đầu mẫu Tuy nhiên nhược điểm phương pháp lượng kim loại hớt nhiều gia cơng thép qua nhiệt luyện nên địi hỏi phải gia cơng máy có độ xác Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật -5- Chuyên nghành CN CTM cao dụng cụ cắt phải tốt Có thể khắc phục cách sử dụng máy phay CNC dụng cụ phủ PVD, CVD hay CPN để gia công Để thực phương pháp này, biên dạng chi tiết mẫu thiết kế dựa vào công nghệ tái tạo ngược Công việc thực sau: + Xác định tọa độ điểm biên dạng chi tiết mẫu phương pháp đo tọa độ + Xây dựng phương trình đường cong biên dạng chi tiết mẫu sở liệu điểm thu thập đươc [14] + Xây dựng vẽ thực chi tiết mẫu từ phương trình đường cong + Sử dụng cơng nghệ CAD/CAM/CNC thiết kế gia cơng + Kiểm tra độ xác hình dáng hình học cách so sánh mơ hình CAD sản phẩm Với phương pháp sử dụng để gia cơng chi tiết có biên dạng phức tạp mà nhiều phương pháp mài chép hình khơng gia cơng hay khó gia cơng Xuất phát từ đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo cam trục cam DS60 động Diesel phương pháp bao hình giải pháp cơng nghệ bề mặt nâng cao chất lượng cam” chọn làm đề tài luận văn Chi tiết cam sử dụng chi tiết điển hình nghiên cứu sử dụng phương pháp phay bao hình ứng dụng cơng nghệ tái tạo ngược thiết kế chế tạo Cam sử dụng nghiên cứu cam bơm nhiên liệu động Diesel công ty Diesel Sông Công chế tạo Loại cam chế tạo phương pháp chép hình máy mài chép hình Nga (3M344) theo biên dạng cam mẫu, sau chế tạo xong lắp lên trục cam Quy trình chế tạo Cam mài chép hình thơ, nhiệt luyện sau mài tinh công đoạn cuối Đây phương pháp gia công cam truyền thống sử dụng chủ yếu cơng nghệ chế tạo cam bơm nhiên liệu nói chung cơng ty Diesel nói riêng Cam mẫu sử dụng để mài biên dạng cam theo Vì vậy, việc chế tạo cam mẫu bước định chế tạo cam Cam mẫu phải có độ xác cao phù hợp với máy mài có Trên sở máy mài Nhà máy, cam mẫu phải có kích thước lớn gấp lần cam thật, nhằm để đảm bảo độ xác Biên dạng cam mẫu xây dựng dựa biên dạng cam Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật -6- Chuyên nghành CN CTM khởi thủy ban đầu có kích thược giống với kích thước cam thật Như vậy, việc chế tạo cam theo phương pháp chép hình có sai số chế tạo cam mẫu Với phương pháp phay bao hình: + Phương pháp phay sau nhiệt luyện khơng phụ thuộc hồn tồn vào cam mẫu, độ xác đá mài mà phụ thuộc vào chất lượng ban đầu cam mẫu hình dáng hình học + Biên dạng chi tiết thiết kế phương pháp tái tạo ngược cho độ xác cao + Áp dụng công nghệ đại công nghệ CAD/CAM/CNC, công nghệ tái tạo ngược thay cho công nghệ gia công truyền thống mà đảm bảo tính chất chi tiết Với đề tài này, sử dụng cho chế tạo cam bơm nhiên liệu động Diesel cịn mở rộng để ứng dụng chế tạo chi tiết có biên dạng phức tạp mà phương pháp mài chép hình khơng thực đươc hay thực khơng hiệu Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Phạm vi nghiên cứu đề tài giới hạn chủ yếu phạm vi thiết kế, chế tạo cam bơm nhiên liệu đông Diesel DS60 máy phay CNC sử dụng dao phay ngón phủ PVD (TiAlN) với vật liệu Cam thép hợp kim 40X qua nhiệt luyện đạt độ cứng khoảng 50HRC 55HRC Biên dạng cam thiết kế nhờ vào công nghệ tái tạo ngược sử dụng phương pháp đo phương pháp toán giải tích Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học đề tài Ngày công nghệ CAD/CAM/CNC công nghệ tái tạo ngược ứng dụng nhiều thực tế sản xuất sản phẩm khí chất lượng cao, nhờ vào cơng nghệ mà sản xuất sản phẩm khí chất lượng có tính kinh tế kỹ thuật cao Bên cạnh khơng thể khơng kể đến tầm quan trọng loại dụng cụ dụng cụ phủ PVD, CVD đem lại hiệu kinh tế cao ngành khí chế tạo Các kết nghiên cứu mang ý nghĩa khoa học: - Nghiên cứu kết hợp công nghệ CAD/CAM/CNC công nghệ tái tạo ngược Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật - -7- Chuyên nghành CN CTM Nghiên cứu ứng dụng phương pháp xây dựng đường cong thiết kế CAD/CAM nhằm xây dựng phương trình biên dạng cam mở rộng cho chi tiết có biên dạng phức tạp - Nghiên cứu khả cắt dao phay ngón phủ PVD (TiAlN) gia cơng thép hợp kim 40X qua nhiệt luyện đạt độ cứng 50HRC 55HRC trung tâm phay CNC kiểu VMC 85S 3.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài Từ kết nghiên cứu tác giả đánh giá khả cắt dao phay ngón phủ PVD gia cơng thép hợp kim 40X qua nhiệt luyện đạt độ cứng 50HRC 55HRC trung tâm phay CNC, mà tác giả ứng dụng trực tiếp vào chế tạo Cam đông DS60 nhằm thay cho phương pháp mài chép hình sử dụng từ lâu công ty Diesl Sông Công Ứng dụng công nghệ công nghệ tái tạo ngược, công nghệ CAD/CAM/CNC vào sản xuất sản phẩm khí chất lượng cao Và đặc biệt ứng dụng kỹ thuật khớp đường cong việc xây dựng phương trình biểu diễn biên dạng cam từ mở rộng để xây dựng phương trình đường cong bề mặt phức tạp công nghệ tái tạo ngược Phương pháp nghiên cứu + Ứng dụng công nghệ tái tạo ngược vào: - Thu thập tọa độ điểm thông qua phương pháp đo kỹ thuật tái tạo ngược - Xử lý liệu tìm phương trinh đường cong biên dạng chi tiết - Xây dựng vẽ chi tiết + Thí nghiệm gia cơng biên dạng phương pháp phay sau nhiệt luyện dao phủ PVD (TiAlN) + Kiểm tra độ xác hình dáng hình học, chất lượng bề mặt sau gia cơng từ đưa đánh giá so sánh với phương pháp gia cơng khác + Phân tích đánh giá hiệu phương pháp gia công phay với phương pháp mài Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật - 71 - Chuyên nghành CN CTM Phân tích kỹ thuật mơ hình Sau có phương án thiết kế mơ hình CAD trợ giúp biểu diễn đặc tính chi tiết Hai ví dụ việc phân tích mơ hình tính tốn đặc tính vật lý phân tích phần tử hữu hạn Tính tốn đặc tính vật lý bao gồm việc xác định khối lượng, diện tích bề mặt, thể tích xác định trọng tâm.Phương pháp phần tử hữu hạn nhằm tính tốn sức căng, độ truyền nhiệt… Đánh giá thiết kế Đánh giá thiết kế bao gồm: tự động xác định xác kích thước, xác định khả tương tác phận Điều đặc biệt quan trọng thiết kế lắp ráp nhằm tránh hai chi tiết chiếm khoảng không gian, kiểm tra động học Điều cần đến khả mô chuyển động CAD Tự động phác thảo vẽ Lĩnh vực trợ giúp đắc lực thứ tư CAD khả tự động cho vẽ với độ xác cao cách nhanh chóng Điều quan trọng trình thiết kế tạo lập hồ sơ thiết kế 4.3.2 Sản xuất với trợ giúp máy tính CAM Được định nghĩa việc sử dụng máy tính lập kế hoạch, quản lý điều khiển trình sản xuất Các ứng dụng CAM chia làm loại chính: Lập kế hoạch sản xuất điều khiển sản xuất Lập kế hoạch sản xuất + Ước lượng giá thành sản phẩm: Ước lượng giá loại sản phẩm đơn giản nhiều ngành cơng nghiệp hồn thành chương trình máy tính Chi phí chi tiết phận cộng lại giá sản phẩm xác định + Lập kế hoạch sản xuất với trợ giúp máy tính: Các trình tự thực trung tâm gia công cần thiết cho sản xuất sản phẩm chuẩn bị máy Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật - 72 - Chuyên nghành CN CTM tính Các hệ thống cần cung cấp lộ trình, tìm lộ trình tối ưu tiến hành mơ kiểm nghiệm kế hoạch đưa + Các hệ thống liệu gia cơng máy tính hóa: Các chương trình máy tính cần soạn thảo để đưa điều kiện cắt tối ưu cho loại nguyên vật liệu khác Các tính tốn dựa liệu nhận từ thực nghiệm tính tốn lý thuyết tuổi thọ dao cắt theo điều kiện cắt + Lập trình với trợ giúp máy tính: Lập trình cho máy cơng cụ lập trình CNC cơng việc khó khăn cho người vận hành gây nhiều lỗi chi tiết trở nên phức tạp Các hậu xử lý máy tính sử dụng để thay việc lập trình tay Đối với chi tiết có hình dạng hình học phức tạp, hệ thống CAM đưa chương trình gia cơng chi tiết nhờ phương pháp tạo tập lệnh điều khiển cho máy công cụ hiệu hẳn lập trình tay + Cân dây chuyền lắp ráp với trợ giúp máy tính: Việc định vị phần tử trạm lên dây chuyền lắp ráp vấn đề lớn khó khăn Các chương trình máy tính COMSOAL CALB phát triển để trợ giúp cân tối ưu cho dây chuyền lắp ráp + Xây dựng định mức lao động: Một phận chuyên trách có trách nhiệm xác lập chuẩn thời gian cho công việc lao động trực tiếp nhà máy Việc tính tốn cơng phu phức tạp Hiện có số chương trình phần mềm phát triển cho cơng việc Các chương trình máy tính sử dụng liệu thời gian chuẩn cho phần tử bản, sau cộng tổng thời gian thực phần tử chương trình đưa thời gian chuẩn cho cơng việc hoàn chỉnh + Lập kế hoạch sản xuất quản lý tồn kho: Máy tính sử dụng hai chức lập kế hoạch sản xuất lưu trữ Hai chức bao gồm ghi nhớ ghi tồn kho, đặt hàng tự động mặt hàng kho rỗng, điều độ sản xuất, trì đặc tính cho đơn đặt hàng sản xuất khác nhau, lập kế hoạch nhu cầu nguyên vật liệu lập kế hoạch lực Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật - 73 - Chuyên nghành CN CTM Điều khiển sản xuất Điều khiển sản xuất liên quan tới việc quản lý điều khiển hoạt động sản xuất nhà máy Điều khiển trình, điều khiển chất lượng, điều khiển sản xuất giám sát trình nằm vùng chức điều khiển sản xuất Ở máy tính tham gia trực tiếp vào hoạt động sản xuất nhà máy Các ứng dụng điều khiển trình sử dụng máy tính phổ biến hệ thống sản xuất tự động Chúng bao gồm dây chuyền vận chuyển, hệ thống lắp ráp, điều khiển số, kỹ thuật rôbốt, vận chuyển nguyên vật liệu hệ thống sản xuất linh hoạt Điều khiển hoạt động sản xuất phân xưởng liên quan tới việc thu nhập liệu để trợ giúp điều khiển sản xuất lưu trữ nhà máy Các cơng nghệ thu nhập liệu máy tính hóa giám sát q trình máy tính phương tiện đánh giá cao hoạt động sản xuất phân xưởng Mục đích tích hợp CAD/CAM hệ thống hóa dịng thơng tin từ bắt đầu thiết kế sản phẩm tới hoàn thành trình sản xuất Chuỗi bước tiến hành với việc tạo liệu hình học, lưu trữ xử lý bổ sung, kết thúc với việc chuyển liệu thành thông tin điều khiển cho q trình gia cơng, di chuyển vật liệu kiểm tra tự động gọi kỹ thuật trợ giúp máy tính CAE (Computer – Aided Engineering) coi kết việc kết nối CAD CAM 4.4.Gia công cam thép hợp kim 40X độ cứng 54-55HRC dao phay ngón phủ TiAlN Mục đích: - Thông qua thực nghiệm tiến hành dùng dao phay ngón phủ AlTiN phay thép hợp kim 40X (phay biên dạng contour) với chế độ cắt khác đưa nhận xét kết luận tương ứng - Xác định thông số (s,v) tối ưu (quan tâm đến độ nhám Ra) Các sở sản xuất dùng kết cho việc gia cơng với điều kiện tương tự Nội dung: + Chuẩn bị trước gia cơng gồm: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật - 74 - Chuyên nghành CN CTM - Tạo phôi: Bao gồm việc xác định mác thép hợp kim 40X, gia công chuẩn bị phôi, độ cứng trước gia công - Chuẩn bị đồ gá, phương tiện đo kiểm theo phương án gia cơng, chọn máy, lập phương trình gia cơng chi tiết máy máy CNC theo thông số S, V, t chọn + Tiến hành gia công kiểm tra kết quả: - Dùng dao phay đầu cầu 10 phủ TiAlN để gia công, quan sát, ghi chép kết - Tiến hành đo lấy kết - Sử lý số liệu sau gia công, rút kết luận tương ứng dẫn cần thiết, dùng làm tài liệu cho nhà sản xuất có quan tâm lĩnh vực 4.4.1.Máy đo chiều CMM thiết kế biên dạng Cam Hình 4.4 Máy đo toạ độ CMM 4.4.2.Máy gia công Máy phay CNC- VMC85S Xuất xứ: Đài Loan Hình 4.5 Trung tâm gia cơng CNC Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật - 75 - Chuyên nghành CN CTM Thông số kỹ thuật máy Thơng số Đơn vị Kích thƣớc Kích thước bàn làm việc mm 515 x 1050 Hành trình theo trục X mm 850 Hành trình theo trục Y mm 560 Hành trình theo trục Z mm 520 Đường kính trục mm Φ65 Tốc độ cắt (chạy dao) mm/phút 1÷5000 mm/phút 12000 mm/phút 10000 Cơng suất động Kw 3.7÷5.5 Động secvo X, Y, Z Kw 0.5÷3.5 Trọng lượng Kg 4200 Vịng/phút 60÷8000 Đầu dao 16 BT 40 Kích thước tổng thể mm 3500 x 3020 x 2520 Tốc độ dịch chuyển nhanh theo X, Y Tốc độ dịch chuyển nhanh theo Z Tốc độ quay trục 4.4.3 Kết cấu dao phay Dao phay ngón phủ PVD (TiAlN) 10 có thơng số sau: L: chiều dài toàn dao Lc: chiều dài phần cắt d: đường kính dao Hình 4.6 Thơng số dao Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật - 76 - Chuyên nghành CN CTM 4.4.4 Phôi gia cơng Thép hợp kim 40X qua tạo hình dáng Độ cứng: 54-55HRC Kích thước: D = 70(mm) b = (mm) Thành phần hoá học: 0,44C – 0,66Cr 4.4.5 Dụng cụ đo kiểm Máy đo nhám bề mặt SJ 201 Mitutoyo 4.4.6 Dung dịch trơn nguội Dung dịch trơn nguội Emunxi 4.4.7.Thiết kế chƣơng trình gia công a – Thiết kế biên dạng từ biên dạng cam thiết kế b – Thiết kế quy trình cơng nghệ gia cơng cam Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật - 77 - Chuyên nghành CN CTM c – Chạy mơ d - Chương trình CNC phay cam trung tâm phay % N50X-37.483Y4.342R8 O0001 N51G1X-29.132Y27.537 N1G21 N52G2X-25.021Y33.087R12 N2G0G17G40G49G80G90 N53X26.87Y-26.87R39.75 N4G0G90X50.205Y-36.062S1274M3 N54G3Y-41.012R10 N5G43H1Z30.M8 N55G1X33.941Y-48.083 N6Z10 N56G0Z30 N7G1Z-10.F100 N57X47.376Y-33.234 N8X43.134Y-28.991F120 N58Z10 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật - 78 - Chuyên nghành CN CTM N9G3X28.991R10 N59G1Z-10.F100 N10G2X-40.939Y2.23R41 N60X40.305Y-26.163F120 N11X-40.305Y5.358R11 N61G3X26.163R10 N12G1X-31.954Y28.553 N62G2X-36.945Y2.012R37 N13G2X-26.816Y35.491R15 N63X-36.542Y4.003R7 N14X28.991Y-28.991R42.75 N64G1X-28.191Y27.198 N15G3Y-43.134R10 N65G2X-24.423Y32.286R11 N16G1X36.062Y-50.205 N66X26.163Y-26.163R38.75 N17G0Z30 N67G3Y-40.305R10 N18X49.497Y-35.355 N68G1X33.234Y-47.376 N19Z10 N69G0Z30 N20G1Z-10.F100 N70X46.669Y-32.527 N21X42.426Y-28.284F120 N71Z10 N22G3X28.284R10 N72G1Z-10.F100 N23G2X-39.941Y2.176R40 N73X39.598Y-25.456F120 N24X-39.364Y5.019R10 N74G3X25.456R10 N25G1X-31.014Y28.214 N75G2X-35.947Y1.958R36 N26G2X-26.218Y34.689R14 N76X-35.601Y3.664R6 N27X28.284Y-28.284R41.75 N77G1X-27.25Y26.859 N28G3Y-42.426R10 N78G2X-23.825Y31.484R10 N29G1X35.355Y-49.497 N79X25.456Y-25.456R37.75 N30G0Z30 N80G3Y-39.598R10 N31X48.79Y-34.648 N81G1X32.527Y-46.669 N32Z10 N82G0Z30 N33G1Z-10.F100 N83X45.962Y-31.82 N34X41.719Y-27.577F120 N84Z10 N35G3X27.577R10 N85G1Z-10.F100 N36G2X-38.942Y2.121R39 N86X38.891Y-24.749F120 N37X-38.424Y4.68R9 N87G3X24.749R10 N38G1X-30.073Y27.876 N88G2X-34.948Y1.904R35 N39G2X-25.62Y33.888R13 N89X-34.66Y3.325R5 N40X27.577Y-27.577R40.75 N90G1X-26.309Y26.521 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật - 79 - Chuyên nghành CN CTM N41G3Y-41.719R10 N91G2X-23.226Y30.683R9 N42G1X34.648Y-48.79 N92X24.749Y-24.749R36.75 N43G0Z30 N93G3Y-38.891R10 N44X48.083Y-33.941 N94G1X31.82Y-45.962 N45Z10 N95G0Z30 N46G1Z-10.F100 N96M5 N47X41.012Y-26.87F120 N97G91X0.Y0 N48G3X26.87R10 N99M30 N49G2X-37.944Y2.067R38 % 4.5 Chế độ cắt phay kết thí nghiệm v, TT s, m/ph mm/ph ar , aa , n, T, mm mm v/ph (ph) Ra ( m) Rz ( m) 40 110 0.5 1230 18.7 0.37 2.21 50 130 0.5 1550 14.75 0.5 2.76 60 160 0.5 1900 12.21 0.49 2.82 80 200 0.5 2350 10 0.41 2.41 100 220 0.5 2730 7.32 0.45 2.42 4.6 Phân tích bề mặt sau gia cơng chế mịn dao dùng gia công Phần cắt dao phay phủ TiAlN sau gia công chế độ cắt xác định đưa lên máy cắt dây tia lửa điện CW-322S cắt thành mẫu nhỏ nhằm nghiên cứu chế mòn Các mẫu làm máy siêu âm khảo sát mịn kính hiển vi điện tử Hitachi TM-1000 có độ phóng đại 10000 Khoa Vật lý trường Đại học Sư phạm Thái nguyên Kết mòn dao thể hình sau đây: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật - 80 - a) Chuyên nghành CN CTM b) c) d) Hình 4.7 Ảnh SEM chụp mòn mặt sau dao sau gia công chế độ cắt v = 40(m/ph), s = 110(m/ph) với thời gian cắt T = 18,7(ph) a) b) Hình 4.8 Ảnh SEM chụp mịn mặt sau dao sau gia công chế độ cắt v = 80(m/ph), s = 200(m/ph) với thời gian cắt T = 10(ph) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật - 81 - Chuyên nghành CN CTM Như thấy mịn dụng cụ xảy chủ yếu mặt sau lưỡi cắt sau phần lớp phủ bị phá hủy, mòn xảy nhanh theo chế mòn cào xước biến dạng dẻo mịn dính Sau lớp phủ mặt sau lưỡi cắt bị vỡ, tiếp xúc kim loại - kim loại nguyên nhân làm tăng nhiệt độ vùng lưỡi cắt, làm giảm độ cứng lưỡi cắt lưỡi cắt bị phá hủy theo chế biến dạng dẻo a) b) c) d) Hình 4.9 Ảnh SEM chụp chất lượng bề mặt gia công theo phương pháp mài chép hình(a,b)và chất lượng bề mặt chi tiết thực(c,d) Từ kết chụp cho thấy bề mặt gia cơng (hình c, d) xuất vết cào xước, biến dạng dẻo tạo lên, chà sát hạt cứng, hay điểm không phẳng lưỡi cắt tạo lên Do TiAlN có tính trơ hóa học cao, nên tượng dính vật liệu gia cơng vào mặt sau dụng cụ dính trở lại bề mặt gia cơng xảy Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật - 82 - Chuyên nghành CN CTM Các kết đo độ nhám bề mặt cho thấy độ bóng bề mặt sau phay đạt cao gần phương pháp gia công mài Hơn nữa, bề mặt gia cơng sau phay có độ mịn rộng nhấp nhơ Kiểm tra hình dáng hình học sau gia cơng Sau gia cơng, để kiểm tra độ xác hình học chi tiết, sử dụng máy đo CMM nhằm xác định hình dáng kích thước thu thập liệu điểm biên dạng, sau xây dựng lại phương trình đường cong biên dạng so sánh với phương trình xây dựng trước gia cơng Tọa độ điểm xác định sau: xi -29,948 -29,122 -28,185 -27,450 -26,415 -25,380 -24,745 -24,114 -23,280 -22,534 -22,644 -22,890 -21.987 yi 1,543 3,998 5,241 8,677 10,976 13,229 15,549 17,456 20,278 22,507 22,655 21,980 21,549 xi -1,754 -5,456 -8,812 -12,340 -15,435 -18,446 -21,398 -23,540 -25,633 -27,298 -28,596 -29,479 -29,368 yi -29,768 -29,289 -28,656 -27,876 -25,733 -23,682 -21,389 -18,609 -15,636 -12,209 -9,071 -5,567 -1,786 xi -1,876 -5,345 -8,848 -12,230 -15,690 -18,579 -21,409 -23,538 -25,655 -27,387 -28,580 -29,334 -29,899 yi -29,890 -29,657 -28,446 -27,664 -25,895 -23,096 -21,296 -18,543 -15,724 -12,484 -9,489 -5,541 -1,404 Áp dụng phương pháp khớp đường cong, ta xác định phương trình đường cong biên dạng cam sau: y - 2,4762x - 85,3963 = x + y + 2(1,104)x + 2(-1,04)y -1005 = 2 x + y2 + 2(0,0262)x + 2(0,0262)y -887,365 = Sai số hệ số phương trình so với hệ số phương trình ban đầu nhỏ, độ xác hình dàng hình học kích thước gia cơng chấp nhận Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật - 83 - Chuyên nghành CN CTM CHƢƠNG V KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO CỦA ĐỀ TÀI Kết luận Việc sử dụng giải tích xây dựng đường cong kỹ thuật có ý nghĩa quan trọng đặc biệt công nghệ tái tạo ngược Điều cho phép tạo đường cong gia công trơn từ điểm thực nghiệm đo từ cơng nghệ tái tạo ngược (như máy chiều CMM) giúp tạo bề mặt, biên dạng có chất lượng cao đáp ứng nhu cầu ngày cao ngành khí chế tạo máy Ngoài việc sử dụng dao phay phủ PVD TiAlN cắt thép có độ cứng cao (>55HRC) với suât cao chất lượng bề mặt tốt (Ra = 0.37 m) hướng quan trọng việc sử dụng công nghệ giới vào sản xuất thực tế Do có lớp phủ PVD làm giảm ma sát phôi vật liệu gia cơng độ mịn dao rât nhỏ đồng thời cho chất lượng bề mặt gia công cao Như vậy, với việc sử dụng phương pháp phay bao hình để gia cơng bề mặt định hình khơng trịn xoay cho độ xác hình dáng hình học chất lượng bề mặt cao đáp ứng yêu cầu kỹ thuật chi tiết Hƣớng nghiên cứu Nghiên cứu ứng dụng phương pháp nội suy spline phương pháp bình phương tối thiểu xây dựng phương trình tốn học biểu diễn đường cong kỹ thuật phức tạp từ đám mây điểm có phương pháp sử dụng cơng nghệ tái tạo ngược nhằm ứng dụng sản xuất công nghệ CAD/CAM/CNC Nghiên cứu ứng dụng thuật toán nhằm xây dựng bề mặt chi tiết máy từ đám mây điểm nhằm tạo bề mặt trơn Nghiên cứu ứng dụng dao phay phủ PVD công nghệ phay cứng nhằm gia công thép qua nhiệt luyện đạt độ cứng cao (> 55HRC) Nghiên cứu ảnh hưởng thông số chế độ cắt đến độ mòn dao phay phủ PVD Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật - 84 - Chuyên nghành CN CTM TÀI LIỆU THAM KHẢO Bùi Quý Lực, Phương pháp xây dựng bề mặt cho CAD/CAM, NXB Khoa học kỹ thuật Trịnh Quang Vinh, Trần Văn Lầm, Phan Quang Thế, Vũ Quý Đạc (2000), Giáo trình Nguyên lý máy, Trường Đại học kỹ thuật Cơng nghiệp Thái Ngun Nguyễn Trọng Bình (2003), Tối ưu hố q trình gia cơng cắt gọt, NXB Giáo dục Gia công tia lửa điện, TS Vũ Hồi Ân Lê Cơng Dƣỡng (1996), Vật liệu học, NXB Khoa học kỹ thuật B.N Arzamaxov (2004), Vật liệu học, NXB Giáo dục Các phƣơng pháp gia công tinh (2006), GS.TS Trần Văn Đich, NXB Khoa học kỹ thuật Trần Văn Địch (2004), Công nghệ CNC, NXB Khoa học kỹ thuật Trần Hữu Đà, Nguyễn Văn Hùng, Cao Thanh Long (1998), Cơ sở chất lượng trình cắt, Trường Đại học KTCN Thái Nguyên 10 Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sỹ Tuý (2001), Nguyên lý gia công vật liệu, NXB Khoa học kỹ thuật 11 Trần Mao, Phạm Đình Sùng (1998), Vật liệu khí, NXB Giáo dục 12 Trần Ngọc Hiền, Lập trình điều khiển máy CNC với Mastercam Đại học GTVT 13 Nguyễn Hoàng Hải, Nguyễn Việt Anh (2006), Lập trình Matlab ứng dụng, NXB khoa học kỹ thuật 14 NUMERICAL METHODS FOR ENGINEERINGS (Steven C Chapra Ph.D-Proessor of civil Engineering The University of Colorado ; Raymond P.Canale Ph.D-Professor of Civil Engineering The University of Michigan) 15 Operation's manual for machining center Fanuc Series O-MD, Oi Mate-TC 16 Advanced Modelling for CAD/CAM System (Heidelberg 1991) 17 Mastercam Version 9.0 User Guide, Software Mastercam Version 9.0, 9.1 18 Mechanical Design Solutions 1,2,3 Catia V5R16 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật - 85 - Chuyên nghành CN CTM 19 Metrology of engineers - Fifth Edition (Luton College of higher Education) 20 Funddamental of Dimensional Metrology 3RD ED (ADIvision of International Thomson Limited) 21 Handbook of Dimentional Measurement (Industrial press inc - 200 Madison Avenue, New york, N.Y 10157) 22 Operation's manual for machining center FANUC Series O-MD, O-MD (Fanuc Ltd 1998) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ... nhiều phương pháp mài chép hình khơng gia cơng hay khó gia cơng Xuất phát từ đề tài ? ?Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo cam trục cam DS60 động Diesel phương pháp bao hình giải pháp cơng nghệ bề mặt nâng. .. phát từ đề tài ? ?Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo cam trục cam DS60 động Diesel phƣơng pháp bao hình giải pháp cơng nghệ bề mặt nâng cao chất lƣợng cam? ?? chọn làm đề tài luận văn Chi tiết cam Số hóa Trung... điển hình nghiên cứu sử dụng phương pháp phay bao hình ứng dụng cơng nghệ tái tạo ngược thiết kế chế tạo Cam sử dụng nghiên cứu cam bơm nhiên liệu động Diesel công ty Diesel Sông Công chế tạo