Lựa chọn phương thức chạy dao hợp lý gia công tinh mặt cong trên máy phay CNC 3 trục theo chỉ tiêu năng suất

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA FFF GGG NGUYỄN QUỐC THANH LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC CHẠY DAO HP LÝ GIA CÔNG TINH MẶT CONG TRÊN MÁY PHAY CNC TRỤC THEO CHỈ TIÊU NĂNG SUẤT Chuyên ngành : CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Mã số ngành : 2.01.00 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2006 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐOÀN THỊ MINH TRINH Cán chấm nhận xét 1: TS Phạm Ngọc Tuấn Cán chấm nhận xét 2: TS Đỗ Đức Túy Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày …… tháng …… năm 2006 CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc Tp HCM, ngày …tháng … năm 200 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN QUỐC THANH Ngày, tháng, năm sinh: 30 – 12 – 1978 Chuyên ngành: Cơ khí Chế tạo máy Phái: Nam Nơi sinh: Cam Ranh, Khánh Hòa MSHV: 00403097 I- ĐỀ TÀI: LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC CHẠY DAO HP LÝ GIA CÔNG TINH MẶT CONG TRÊN MÁY PHAY CNC TRỤC THEO CHỈ TIÊU NĂNG SUẤT II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Khảo sát đặc tính công nghệ phương thức chạy dao Xác lập mô hình toán học đánh giá suất gia công Xác lập quy trình thiết kế công nghệ – lựa chọn phương thức chạy dao theo tiêu suất p dụng quy trình thiết kế công nghệ cho số mẫu gia công III- NGÀY GIAO NHIỆM V (Ngày ký định giao đề tài ) IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ (Ngày bảo vệ đề tài tốt nghiệp) V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS ĐOÀN THỊ MINH TRINH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Đoàn Thị Minh Trinh CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QL NGÀNH Trần Doãn Sơn Nội dung đề cương luận văn thạc só hội đồng chuyên ngành thông qua PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH KHOA QUẢN LÝ NGÀNH LỜI CẢM ƠN XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN PGS.TS Đoàn Thị Minh Trinh tận tình hướng dẫn giảng dạy thời gian học làm luận văn Quý thầy cô giáo khoa Cơ Khí trường Đại Học Bách Khoa, Quý thầy cô giáo Phòng Đào Tạo Sau Đại Học trường Đại Học Bách Khoa Tp – HCM Quý thầy cô giáo ban giám hiệu trường Kỹ Nghệ II Quý thầy cô giáo khoa Cơ Khí trường Kỹ Nghệ II Các học viên lớp cao học K14 ngành chế tạo máy Cùng gia đình tất anh em bạn bè đồng nghiệp tận tình giúp đỡ thời gian qua Thành phố Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2006 Học viên thực Nguyễn Quốc Thanh Những năm gần triển khai ứng dụng công nghệ CAD/CAM kỹ thuật điều khiển số (Computer Numerial Control - CNC) sản xuất công nghiệp không ngừng phát triển Luôn giữ vai trò quan trọng phát triển đất nước, tính linh động thiết kế chế tạo tạo chi tiết có biên dạng theo mong muốn, đóng góp phần không nhỏ đời sống người Đặc biệt mạnh công nghệ CAD/CAM/CNC có khả thiết kế gia công chi tiết có biên dạng phức tạp có độ xác cao Công nghệ CAD/CAM/CNC cho phép mô trước trình thiết kế gia công, tránh tối đa khuyết tật xảy ra, báo hiệu trước điều kiện kỹ thuật cần thiết trình sản xuất, để điều chỉnh hình học sản phẩm, thay đổi kết cấu chi tiết trước chế tạo; lựa chọn chế độ gia công cách hợp lý Với ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CNC, đạt thành định phương pháp tạo hình, suất gia công, đặc biệt giảm tối thiểu sức lao động chân tay người Bên cạnh chưa tự xử lý hết vấn đề trình gia công như: lượng dư gia công, xử lý trơn lán bề mặt gia công suất nhất, chất lượng gia công chưa thật tối ưu mà nhiều nguyên nhân chủ yếu công nghệ Cho đến nay, tiến công nghệ CAD/CAM/CNC đưa nhiều phương thức chạy dao, có khả gia công bề mặt phức tạp, đạt suất gia công cao Và dừng lại đó, chưa có khả thông minh tự động xác định thông số công nghệ phương thức chạy dao, tham số đường chạy dao việc lựa chọn vấn đề chủ yếu theo phương pháp kinh nghiệm Vì vậy, việc nghiên cứu tìm giải pháp tối ưu hóa phương thức chạy dao, tham số đường chạy dao gia công CNC nói chung, công nghệ phay CNC nói riêng nhằm nâng cao chất lượng suất gia công thật cần thiết Từ đó, tác giả xin chọn nghiên cứu theo hướng với đề tài : “LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC CHẠY DAO HP LÝ GIA CÔNG TINH MẶT CONG TRÊN MÁY PHAY CNC TRỤC THEO CHỈ TIÊU NĂNG SUẤT” Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu luận văn Mục đích luận văn: Lựa chọn phương thức chạy dao gia công tinh mặt cong máy phay CNC trục; kết hợp với hỗ trợ phần mềm CAD/CAM nhằm đưa quy trình, phương thức gia công tinh mặt cong đảm bảo chất lượng suất gồm: Để thực mục đích nêu trên, nhiệm vụ thực phạm vi luận văn bao Khảo sát đặc tính công nghệ phương thức chạy dao Xác lập mô hình toán học đánh giá suất gia công Xác lập quy trình thiết kế công nghệ - lựa chọn phương thức chạy dao theo tiêu suất Áp dụng quy trình thiết kế công nghệ cho số mẫu gia công Nội dung luận văn trình bày theo phần tóm tắt sau: Chương 1: Khảo sát đặc tính công nghệ phương thức chạy dao phay CNC trục với chức gia công tinh mặt cong Nội dung chương chọn phần mềm CAD/CAM Cimatron, phần mềm chuyên nghiệp bao gồm đầy đủ toàn diện chức phay CNC làm đối tượng khảo sát phương thức chạy dao phay CNC trục Nội dung nghiên cứu khảo sát chức gia công theo qui luật hoạch định đường chạy dao: (i) phương thức chạy dao tham số; (ii) phương thức chạy dao song song; (iii) phương thức chạy dao đảm bảo độ nhấp nhô đều, làm sở cho việc phân tích đánh giá đặc tính công nghệ phương thức chạy dao Phân tích sở nội suy cho phương thức chạy dao để đánh giá khả đáp ứng yêu cầu gia công tinh mặt cong Từ khẳng định chọn phương thức chạy dao gia công tinh mặt cong phương thức chạy dao đảm bảo độ nhấp nhô Chương : Xác lập mô hình đánh giá suất gia công Xác lập mô hình đánh giá chiều cao nhấp nhô (h) theo đặc tính hình học bề mặt gia công; tính toán tối ưu bước chạy dao ngang (l) - tiêu đánh giá suất gia công theo tham số hướng gia công (α) đảm bảo độ nhấp nhô yêu cầu để chọn tham số hướng gia công tối ưu Chương 3: Xác lập quy trình thiết kế công nghệ – lựa chọn phương thức chạy dao theo tiêu suất Dựa mô hình đánh giá suất gia công – bước chạy dao ngang ( l ), kết hợp với khả công nghệ gia công phương thức chạy dao Để xác định phương thức gia công tham số hướng gia công α suất mặt cong cụ thể Chương 4: Áp dụng quy trình thiết kế công nghệ cho số mẫu gia công Mô gia công số chi tiết điển hình phần mềm CAD/CAM Qua so sánh đối chiếu kết mô kết tính toán lý thuyết, để đưa phương thức chạy dao phù hợp mặt gia công tương ứng TÓM TẮT Luận văn phân tích phương thức nội suy, đánh giá khả công nghệ phương thức chạy dao CNC, phương thức điều khiển chạy dao, nội suy hình học đến chất lượng suất gia công Trong sâu vào phân tích đánh giá phương thức chạy dao bề mặt cong làm sở tảng cho việc chọn lựa phương thức chạy dao thích hợp nhằm đem lại chất lượng suất gia công Khảo sát phương thức chạy dao phần mềm CAD/CAM Cimatron Mỗi phương thức chạy dao mô áp dụng cho bề mặt gia công cụ thể Ngoài xác lập mô hình toán học tính toán chiều cao nhấp nhô mặt cong nhằm đem lại khoảng cách hai đường chạy dao kế cận lớn đảm bảo chiều cao nhấp nhô cho phép Trên sở đề xuất phương pháp lựa chọn phương thức chạy dao phay mặt cong để đạt chất lượng suất gia công SUMMARY This Thesis analysis to estimates about the effect of tool path generative modality, tool path control modality, geometry generation to quality and labour productiveness of machined surfaces, as model of toolpath, tolerances and scallop for machining, direction selection for surface machining Analyses, estimates about the ranges of applying and the abilities of technological machining axis milling on CAD/CAM Cimatron Software as well as Each technological machining milling is illustrated by diagram and simulate toolpath motion process of milling on CAD/CAM Cimatron Software By these foundations, this is suggests the method in selecting mode of toolpath to mill surfaces which have the best qualities and the highest machining productiveness Technological machining and selected mode of toolpath are simulated on CAD/ CAM Software Cimatron MỤC LỤC Lời cám ơn Tóm tắt Muïc luïc Lời nói đầu Chương 1: Khảo sát đặc tính công nghệ phương thức chạy dao CNC trục với chức gia công tinh mặt cong 1.1 Khảo sát đặc tính công nghệ phương thức chạy dao CNC trục với chức gia công tinh mặt cong 12 1.2 Cơ sở nội suy phương thức chạy dao CNC trục với chức gia công tinh mặt cong 16 1.3 Kết luận - hạn chế phương thức chạy dao CNC trục 28 Chương 2: Xác lập mô hình đánh giá suất gia công 2.1 Xác lập mô hình đánh giá suất gia công mặt đáy 30 2.2 Xác lập mô hình đánh giá suất gia công mặt thành 38 2.3 Xác lập mô hình đánh giá suất gia công mặt biên 40 Chương 3: Xác lập quy trình thiết kế công nghệ – lựa chọn phương thức chạy dao theo tiêu suất 3.1 Xác lập quy trình thiết kế công nghệ–lựa chọn phương thức chạy dao cho mặt đáy 44 3.2 Xác lập quy trình thiết kế công nghệ–lựa chọn phương thức chạy dao cho mặt thành 48 3.3 Xác lập quy trình thiết kế công nghệ–lựa chọn phương thức chạy dao cho mặt biên 50 Chương 4: Áp dụng quy trình thiết kế công nghệ cho số mẫu gia công 4.1 p dụng quy trình thiết kế công nghệ cho mẫu gia coâng 51 4.2 Aùp dụng quy trình thiết kế công nghệ cho mẫu gia công 55 Kết luận 58 Tài liệu tham khaûo 59 CHỮ VIẾT TẮT CNC (Computer Numerical Control) : Kỹ thuật điều khiển số CAD (Computer Aided Design) : Thiết kế với trợ giúp máy tính điện tử CAM (Computer Aided Menufacturing): Sản xuất với trợ giúp máy tính điện tử Chương 11 Chương KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CÔNG NGHỆ CỦA CÁC PHƯƠNG THỨC CHẠY DAO 1.1 Khảo sát đặc tính công nghệ phương thức chạy dao CNC trục với chức gia công tinh mặt cong 1.2 Cơ sở nội suy phương thức chạy dao CNC trục với chức gia công tinh mặt cong 1.3 Kết luận - hạn chế phương thức chạy dao CNC trục Nội dung chương thực việc khảo sát, đánh giá khả công nghệ phương thức chạy dao gia công tinh mặt cong máy phay CNC trục Nhằm định hướng lựa chọn phương pháp gia công phù hợp đáp ứng yêu cầu chất lượng hiệu suất gia công Với tính gia công CNC chuyên nghiệp toàn diện số hệ phần mềm CAD/CAM, chức phay CNC phần mềm CAD/CAM Cimatron chọn làm đối tượng nghiên cứu phạm vi luận văn HVTH: NGUYỄN QUỐC THANH Chương 54 u v Hình4.8 Hình4.9 ™ Phương thức chạy SURMILL theo phương u u v Hình 4.10 α Hình 4.11 bán kính cong theo phương u mặt khác mặt 2, gia công theo phương u, khoảng cách hai đường chạy dao kế cận l xem gia công mặt nằm ngang Hình 4.10 4.11 kết trình mô gia công phần mềm CAD/CAM Cimatron với h = 0.01(mm), r = 10(mm) 4.1.3 Aùp duïng quy trình thiết kế công nghệ mô gia công cho mặt biên Mặt biên (3) hình 4.1 mặt cong lồi có góc biên, có bán kính cong 20mm, chiều dài theo phương u 200mm, chiều dài theo phương v 20mm Nếu gia công theo phương v đường chạy dao đổi hướng liên tục, tốn nhiều thời gian, mặt HVTH: NGUYỄN QUỐC THANH Chương 55 u v Hình 4.12 Hình 4.13 Khi gia công theo phương u, khoảng cách chạy dao tính gia công mặt cong lồi 4.2 p dụng quy trình thiết kế công nghệ cho mẫu gia công u v Hình 4.14 HVTH: NGUYỄN QUỐC THANH 56 Chương Với chi tiết gia công hình 4.14, phân mặt gia công, (hình 4.14) Căn vào hình học mặt, dựa vào kết lựa chọn chương 3, tương ứng với phương thức chạy dao đạt suất gia công sau: SURMILL mô gia công cho mặt tham số hướng gia công α theo phương u, SRFPKT mô gia công cho mặt và gia công theo lớp cắt Sau tiến hành mô gia công phần mềm CAD/CAM Cimatron, với bán kính dao R=10mm, chiều cao nhấp nhô yêu cầu h =0.01mm, kết mô thể hình 4.16, 5.17, 5.18 Hình 4.16 Hình 4.15 Đường chạy dao phương thức Đường chạy dao phương thức SRFPKT mặt SURMILL mặt Hình 4.17: Kết mô phương thức chạy dao HVTH: NGUYỄN QUỐC THANH 57 Chương Kết luận: Dựa kết phân tích- lựa chọn phương thức chạy dao tham số hướng gia công máy phay CNC trục, với việc mô gia công phần mềm, cho thấy suất gia công phụ thuộc vào nhiều yếu tố Nhưng nguyên công gia công tinh, chủ yếu phụ thuộc vào phương thức chạy dao tham số hướng gia công HVTH: NGUYỄN QUỐC THANH Chương 43 Chương XÁC LẬP QUY TRÌNH THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC CHẠY DAO THEO CHỈ TIÊU NĂNG SUẤT 3.1 Xác lập quy trình thiết kế công nghệ lựa chọn phương thức chạy dao cho mặt đáy 3.2 Xác lập quy trình thiết kế công nghệ lựa chọn phương thức chạy dao cho mặt thành 3.3 Xác lập quy trình thiết kế công nghệ lựa chọn phương thức chạy dao cho mặt biên Nội dung chương phân tích – lựa chọn tham số hướng gia công, nhằm xác định bước tiến ngang l lớn hai đường chạy dao kế cận Chương xác lập quy trình thiết kế công nghệ, dựa kết phân tích lựa chọn tham số hướng gia công tối ưu, kết hợp với khả công nghệ gia công phương thức chạy dao Để xác định phương thức chạy dao tham số hướng gia công, để gia công đạt suất gia công cao mặt cong cụ thể (bảng) HVTH: NGUYỄN QUỐC THANH Chương 44 STT Hình học mặt gia công Phương thức Tham số Thời gian Mức độ chạy dao hướng chạy gia công (t) đồng h dao 3.1 Xác lập quy trình thiết kế công nghệ–lựa chọn phương thức chạy dao cho mặt đáy 3.1.1 Trường hợp mặt đáy có đường chạy dao không liên tục Mặt gia công mặt phẳng 01 Đường chạy dao Tốn nhiều (t) Tham số (SURMILL) u Đồng cong đẳng tham biên hẹp số u, v Điểm chuyển tiếp v dựa theo đường vùng có cạnh Dựa theo phương Tối ưu (t) Song song v (SRFPKT) Xoắn ốc Tối ưu (t) Đồng h không nơi dao chuyển tiếp Đảm bảo chiều Đường chạy Tốn nhiều (t) cao nhấp nhô h dao nội suy đường không đổi dựa vào u, chạy dao (ConTour v Đồng Surface Milling) HVTH: NGUYỄN QUỐC THANH Chương 45 Mặt gia công Tham số Đường chạy Tốn nhiều (t) mặt cong lồi (SURMILL) dao dựa theo l dày đường cong vùng có đẳng tham số v cạnh biên ngắn Đường chạy Tốn nhiều (t) dao dựa theo khoảng cách Không đường cong l dày vùng đồng đẳng tham số u có góc dốc nhỏ 02 Cạnh biên ngắn Song song Dựa theo (SRFPKT) phương tham Tối ưu (t) Đồng Đồng số v ConTour Đường chạy dao Tốn nhiều (t) Surface Milling dựa theo tham số v u Mặt gia công mặt cong lõm Tham số (SURMILL) để nội suy Đồng đường chạy dao Đường chạy dao Tốn nhiều (t) dựa theo đường l dày vùng Đồng cong đẳng tham có cạnh biên 03 số v ngắn Đường chạy Tốn nhiều (t) dao dựa theo khoảng cách Không đường cong l dày vùng đồng đẳng tham số u có góc dốc nhỏ HVTH: NGUYỄN QUỐC THANH Chương 46 Song song Dựa theo Tối ưu (t) ( SRFPKT ) phương v Đảm bảo h Đường chạy Tốn nhiều (t) không đổi dao để nội suy ConTour dựa theo tham đường chạy dao Đồng Đồng Surface Milling số v u 04 Mặt gia công Tham số Đường chạy Tốn nhiều (t) mặt phẳng (SURMILL) dao dựa theo l dày vùng Không đường cong có cạnh biên đẳng tham số v ngắn Đường chạy Tốn nhiều (t) dao dựa theo khoảng cách đường cong l nhỏ nghiêng u v đồng Đồng đẳng tham số u Song song Đường chạy dựa Tối ưu (t) (SRFPKT) theo phương v Đồng Đảm bảo h Đường chạy Tốn nhiều (t) không đổi dao để nội suy ConTour dựa theo tham đường chạy dao Đồng Surface Milling số v u HVTH: NGUYỄN QUỐC THANH Chương 47 Mặt gia công, có Tham số Đường chạy Tốn nhiều (t) ( SURMILL) dao dựa theo khoảng cách đổi theo đường cong l dày vùng phương u v đẳng tham số v có góc dốc nhỏ Đường chạy Tốn nhiều (t) dao dựa theo khoảng cách đường cong l dày vùng đẳng tham số u có góc dốc nhỏ góc dốc α thay 05 v u Song song Đường chạy dao Tốn nhiều (t) (SRFPKT) theo hướng có khoảng cách góc dốc α nhỏ l dày vùng Không Không Không có góc α dốc nhỏ Đảm bảo h Đường chạy dao không đổi dựa theo gian nội suy (ConTour phương u Chỉ tốn thời đường chạy dao Surface Milling) phương v Đồng hướng bước tiến dao ngang có độ dốc thay đổi nhỏ 3.1.2 Trường hợp mặt đáy có đường chạy dao liên tục a Giao tuyến Chỉ áp dụng Đường chạy Tối ưu (t) Tương đối HVTH: NGUYỄN QUỐC THANH Chương 48 06 mặt gia phương dao xoắn ốc công mặt thức chạy dao α >450 gia song song trục song song công theo lớp dao kín (SRFPKT) cắt đồng α