Nghiên cứu kỹ thuật gia công chi tiết có bề mặt phức tạp trên máy CNC 5 trục DMU85 ứng dụng trong lĩnh vực dầu khí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN VĂN DIỄN NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT GIA CƠNG CHI TIẾT CĨ BỀ MẶT PHỨC TẠP TRÊN MÁY CNC TRỤC DMU 85 ỨNG DỤNG TRONG LINH VỰC DẦU KHÍ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 06 520103 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN VĂN DIỄN NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT GIA CƠNG CHI TIẾT CĨ BỀ MẶT PHỨC TẠP TRÊN MÁY CNC TRỤC DMU 85 ỨNG DỤNG TRONG LĨNH VỰC DẦU KHÍ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ-06 520103 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN VĂN DIỄN NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT GIA CÔNG CHI TIẾT CÓ BỀ MẶT PHỨC TẠP TRÊN MÁY CNC TRỤC DMU 85 ỨNG DỤNG TRONG LĨNH VỰC DẦU KHÍ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 06520103 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2016 i LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Trần Văn Diễn Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 10/04/1982 Nơi sinh: Thái Bình Quê quán: Xã Quang Trung-Huyện Kiến Xương-Tỉnh Thái Bình Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: Phòng 513 B4-Khu tầng-Phường 7-Tp.Vũng Tàu Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng: 0935185117 Fax: E-mail:dientv.me@vietsov.com.vn II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2006 đến 09/2010 Nơi học (trường, thành phố): Trường đại học sư phạm kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ khí chế tạo Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Thiết kế thi công máy sản xuất kim bấm tập Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: 09/2010 Người hướng dẫn: Nguyễn Văn Hồng ii III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 2010 2011 2011 - Nơi công tác Công ty Procter & Gamble Viet Nam -Bình Dương Cơng ty cổ phần CNG Việt Nam-Vũng Tàu Xí nghiệp Liên Doanh Việt Nga Vietsovpetro-Vũng Tàu iii Công việc đảm nhiệm Kỹ sư vận hành Kỹ sư vận hành Kỹ sư khí MỤC LỤC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: ii LỜI CAM ĐOAN iv LỜI CẢM TẠ v MỤC LỤC…………………………………………………………………….vi DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT ix DANH SÁCH BẢNG x DANH SÁCH HÌNH xi Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hướng nghiên cứu 1.2 Lý chọn đề tài 1.3 Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tế đề tài 1.4 Mục đích nghiên cứu 1.5 Nhiệm vụ nghiên cứu giới hạn đề tài 1.6 Phương pháp nghiên cứu 1.7 Kế hoạch thực Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cấu trúc hệ thống CNC 2.2 Đặc trưng CNC so với NC .9 2.2.1 Đặc trưng 2.2.2 Ưu điểm CNC .10 2.2.3 Nhược điểm CNC 10 2.2.4 Các yêu cầu đặt 10 2.3 Hệ trục tọa độ-chiều chuyển động 10 2.4 Các điểm zero điểm chuẩn 11 vi 2.5 Các dạng điều khiển .13 2.5.1 Điều khiển theo điểm .13 2.5.3 Điều khiển theo đường viền .13 2.6 Nội suy điều khiển số CNC 16 2.7 Quá trình gia công máy CNC 18 2.8 Hệ tọa độ tuyệt đối hệ tọa độ số gia 18 2.9 Định dạng chương trình 18 Công nghệ CAD/CAM – CNC 20 2.10 2.10.1 Tổng quan CAD/CAM 20 Chương 3: GIỚI THIỆU TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC DMU 85 30 3.1 Giới thiệu chung .30 3.2 Phạm vi sử dụng .31 3.3 Thông số kỹ thuật 31 3.4 Chuyển động trục .33 Chương NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT GIA CƠNG CHI TIẾT CĨ BỀ MẶT PHỨC TẠP TRÊN MÁY CNC DMU 85 ỨNG DỤNG TRONG LĨNH VỰC DẦU KHÍ…………………………………………………………………………………46 4.1 Giới thiệu sản phẩm mẫu siêu âm 35 4.1.1 Chức công dụng 35 4.1.2 Đặc điểm chế tạo 37 4.2 Xây dựng quy trình tính tốn tham số cắt gọt .38 4.3 Lập trình cắt thử 45 4.2.1 Lập trình 45 4.2.2 Gá đặt chi tiết máy cắt thử 45 4.3 Kiểm tra thông số cắt gọt 46 4.3.1 Phương pháp kiểm tra 46 vii 4.3.2 Kết .46 4.3.3 Nhận xét đưa phương án .46 4.4 Lập trình chạy lại .47 4.4.1 Định vị kẹp chặt chi tiết 47 4.4.2 Trình tự gia cơng 47 4.4.3 Sử dụng phần mềm mô gia công chi tiết 52 4.4.4 Gia công chi tiết máy 58 4.4.5 Kiểm tra kích thước 59 CHƯƠNG KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 viii Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hướng nghiên cứu Ngày nay, với phát triển không ngừng ngành khoa học – công nghệ, đặc biệt lĩnh vực điều khiển số tin học, cho phép nhà chế tạo máy nói chung chế tạo máy cơng cụ nói riêng thiết kế hệ thống điều khiển ngày tin cậy Máy điều khiển số CNC (Computer Numerical Control) đóng vai trị quan trọng trình sản xuất Sử dụng máy điều khiển số CNC cho phép giảm khối lượng, giảm thời gian gia cơng, nâng cao độ xác đạt hiểu kinh tế đồng thời rút ngắn chu kỳ sản xuất Chính ngành khí chế tạo phát triển mạnh giới nước ta với hàng loạt cơng trình nghiên cứu:  Các nghiên cứu Việt Nam: - Hoàng Vĩnh Sinh, Nghiên cứu chế tạo máy phay CNC trục có hành trình 600x400x400 mm Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2007 Bằng phương pháp thiết kế tối ưu hoá tổng thể cụm máy, sở lựa chọn kết cấu (rãnh trượt bi); áp dụng kỹ thuật đồng vị điều khiển; đề tài hồn thành việc tính tốn, thiết kế, chế tạo lắp ráp hồn chỉnh phận máy thân, bệ đỡ, bàn máy XYZ, bàn quay AB hệ thống thay dao tự động; xây dựng quy trình cơng nghệ chế tạo, lắp ráp hiệu chỉnh máy phay CNC trục; chế tạo phận chính, quan trọng máy điều kiện Việt Nam Máy phay CNC trục nhà khoa học đánh giá đạt tiêu chuẩn kỹ thuật, đồng thời giá thành máy 1/2 so với sản phẩm loại châu Âu - Đào Văn Hiệp, Nghiên cứu tiếp thu, xây dựng triển khai phần mềm ứng dụng, CSDL hệ quản trị CSDL phục vụ cho việc triển khai hệ thông tin quản lý nhà nước Đề tài nhánh: Thiết lập cơng cụ trợ giúp lập trình gia công máy CNC (chức CAM) môi trường AutoCad Cơ quan chủ trì Trung tâm kỹ thuật khí, học viện KTQS, 1999 Mục tiêu tạo mơi trường CAD/CAM Autocad để lập trình NC cách nhanh chóng, xác, thuận tiện, rẻ tiền phù hợp điều kiện sở quốc phòng Nội dung tìm hiểu cấu trúc sở liệu hình học phần mềm CAD nói chung Autocad nói riêng, nghiên cứu phương pháp trao đổi liệu phần mềm CAD/CAM từ dùng ngơn ngữ lập trình thích hợp để tạo lập modul CAM môi trường Autocad - Bành Tiến Long, Nghiên cứu ứng dụng hệ thống tính tốn song song hiệu cao để lập trình gia cơng bề mặt khn mẫu máy cơng cụ CNC Cơ quan chủ trì Trường ĐH Bách khoa Hà Nội, 2006 Đề tài với mục tiêu làm chủ máy công cụ điều khiển CNC Các kết đề tài cung cấp số liệu tốt giúp ích cho nhà sản xuất máy cơng cụ cải tiến hệ thống điều khiển ngày tối ưu điều kiện có Việt Nam cịn tài liệu dùng cho giảng dạy trường thuộc khối kỹ thuật Thiết lập hồ sơ công nghệ gia công bề mặt phức tạp máy CNC Mục tiêu nhằm giảm thời gian thiết kế, tăng tính cạnh tranh sản phẩm cho doanh nghiệp có sử dụng máy công cụ CNC  Các kết nghiên cứu nước : - Li Jianhua, Development of a 5-axis CNC milling machine with an openarchitecture controller and a real-time NURBS surface interpolator Phát triển máy phay CNC trục với điều khiển cấu trúc mở nội suy bề mặt real-time NURBS Trường University Of Kansas, 2001 Áp dụng NURBS mơ hình hóa vật thể ứng dụng NURBS lập trình gia cơng bề mặt phức tạp - Cho H.D., Jun Y.T., Yang, M.Y, Five-axis CNC milling for effective machining of sculptured surfaces Công nghệ phay CNC trục để gia công xác bề mặt chạm trổ Tạp chí International Journal of Production Research, 1993 Kết nghiên cứu cho phép tạo chương trình NC, bề mặt điêu khắc gia công máy phay CNC năm trục Để sử dụng hiệu khai thác triệt để máy công cụ CNC gia công chế tạo vấn đề cấp thiết mà nhiều doanh nghiệp mong muốn nhà khoa học, đội ngũ kỹ thuật tham gia giải - Nguyên công 3: Sử dụng dao có đường kính D = mm phay lỗ mặt cắt J-J - Phay xuống chiều sâu 1,1 mm với chiều dài 15 mm - Góc 60°: Mài mũi dao, sử dụng dưỡng đo dao trước gá lắp vào ổ dao Hình 4.12: Mặt cắt J-J - Ngun cơng 4: Sử dụng dao có đường kính D = mm phay lỗ mặt cắt M-M 4.4.3 Sử dụng phần mềm mô gia công chi tiết Để tiến hành mô SolidCam, trước hết người dùng phải hiểu biết phần mềm SoldCam thiết lập SolidCam Part: - Coordinate System: Khai báo hệ toạ độ lập trình - Stock and Target model: Khai báo phôi sản phẩm - Operation: Một operation bước gia công SolidCAM Bao gồm thông số công nghệ (technology), dụng cụ (tool parameters) phương pháp cắt (strategies) Tổng quát chọn phương án gia công dao cụ, quỹ đạo dụng cụ cắt - Geomerty: Khai báo chọn gốc lập trình lựa chọn vùng gia cơng… - Tool: Lựa chọn dụng cụ gia công, thông số tốc độ cắt, tiến dao - Level: Lựa chọn khoảng rút dao an toàn, chiều cao bắt đầu gia công, độ sâu cần gia công 52 - Technology: lựa chọn phương án gia công thô,tinh,bán tinh, kiểu chạy dao chiều chạy dao - Link: Kiểu vào dao, xuống dao sau bắt đầu lớp cắt (sau kết thúc stepdown) Các bước thực với SolidCam: Theo trình tự gia cơng lập nội dung 4.5.2 trên, nội dung phần trình bày tóm tắt số bước thực phần mềm Solid Cam cho chi tiết mẫu siêu âm  Bước 1: Khởi động môi trường Cam, đưa chi tiết vào môi trường gia công Vào Milling để bắt đầu thiết lập thơng số Hình 4.13: Đưa chi tiết vào môi trường SolidCam  Bước 2: Chọn máy, chọn phôi, chọn chuẩn W Trong Milling Part chọn chọn máy gia công, định nghĩa phôi chọn chuẩn gia cơng 53 Hình 4.14: Chọn máy, chọn phơi, chọn chuẩn W  Bước 3: Thiết lập thông số cắt gọt thông số khác Tại mặt cắt C-C: Ngun cơng phay mở lỗ - Chọn dao có đường kính D = mm khai báo thơng số khác dao (xem hình 4.15) Hình 4.15: Chọn dao mặt cắt 54 Sau thiết lập thông số mặt cắt C-C xong, chép đặc tính gán cho kích thước mặt cắt có sử dụng đường kính dao D = mm (xem hình 4.16) Tương tự khai báo thông số cắt mặt cắt có đường kính dao D = 1,5 mm D = mm Hình 4.16: Khai báo thơng số mặt cắt  Bước 4: Mơ q trình chạy dao gia công Tại bước này, chọn tất mặt phẳng hoàn tất khai báo, vào Simulate để mơ (xem hình 4.17, 4.18) Hình 4.17: Vào Simulate để bắt đầu mơ 55 Hình 4.18: Mơ q trình chạy dao  Bước 5: Xuất lệnh NC kiểm tra số thông số cắt gọt Chọn tất bề mặt khai báo vào GCode, Generate, đặt tên file xuất mã chương trình gia cơng (xem hình 4.19) Hình 4.19: Xuất chương trình gia cơng 56 Chương trình gia cơng (xem hình 4.20 4.21): dịng số 26 hiển thị thơng số cho trục Hình 4.20: Mã lệnh NC khai báo bắt đầu gia công phay 57 Hình 4.21: Kết thúc chương trình gia cơng phay 4.4.4 Gia công chi tiết máy Gia công kích thước phía ngồi 58 Hình 4.22: Gia cơng rãnh ngồi máy 4.4.5 Kiểm tra kích thước a Các dụng cụ kiểm tra kích thước - Đối với kích thước chiều sâu rãnh, chiều dài rãnh: dùng thước cặp, thước đo sâu - Đối với kích thước đường kính lỗ, chiều sâu lỗ: dùng dưỡng đo lỗ để xác định đường kính - Đối với kích thước góc: sử dụng dưỡng đo góc - Đối với kích thước chiều sâu lỗ xác định tính đối xứng lỗ lỗ xiên: sử dụng thiết bị siêu âm để kiểm tra b Phương pháp kiểm tra kích thước siêu âm 59 Phương pháp kiểm tra siêu âm trình bày hình 4.23 phương pháp sử dụng kiểm tra siêu âm tay, thực tế thực tế sử dụng sử dụng thiết bị siêu âm tự động hai đầu dị đặt hai vị trí đối xứng có liên kết với hình máy tính để lưu trữ xử lý liệu Chọn thiết bị siêu âm, chọn đầu dò chất tiếp âm, tiến hành cài đặt máy thông số hiển thị hình với đầu dị phù hợp với góc độ lỗ để kiểm tra, ví dụ với góc lỗ 25° dùng đầu dị siêu âm có góc 65° để dị qt Dịch chuyển đầu dị phạm vi dị qt tín hiệu nhận phản hồi hình hiển thị thiết bị cho kết Ghi nhận lại kiết qủa mặt cắt C-C, di chuyển đầu dò sang vị trí đánh dấu mặt cắt X-X So sánh kích thước hai mặt cắt để kiểm tra tính đối xứng Hình 4.23: Phương pháp kiểm tra kích thước thiết bị siêu âm Tương tự với kích thước khác, lấy dấu dịch chuyển dầu dò, ghi nhận kết vào bảng, so sánh đánh giá kích thước gia cơng 60 c Kiểm tra kích thước thiết bị siêu âm Kết hiển thị hình thiết bị siêu âm (xem hình 4.24) phản hồi xung lớn gặp đáy lỗ mặt cắt C-C, giá trị phản hồi cho kích thước Da= 14,64 mm giá trị chiều sâu tính từ bề mặt ngồi mẫu tới vị trí tâm lỗ đáy mặt cắt C-C So với giá trị 14,7 mm mặt cắt C-C (xem hình 4.23) ta nhận thấy sai lệch kích thước 0,06 mm nằm giới hạn dung sai cho phép Tiếp tục chuyển đầu dò sang vị trí khác để kiểm tra kích thước mặt cắt XX, cho giá trị hiển thị Da=14,73 mm Giá trị đạt yêu cầu Giá trị mặt cắt C-C Chuẩn bị dò quét Giá trị mặt cắt X-X Hình 4.24: Kiểm tra kích thước thiết bị siêu âm Tương tự tiến hành kiểm tra kích thước vị trí khác cho kết kích thước gia cơng đạt u cầu theo thiết kế 61 CHƯƠNG KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ Kết luận Sau thời gian nghiên cứu, đề tài hướng, chọn phương pháp quy trình cơng nghệ gia cơng hợp lý phù hợp cho ý nghĩa thực tiễn cao Đề tài cho thấy tính ứng dụng phần mềm thiết kế gia công triển khai máy trục chi tiết có bề mặt phức tạp mang lại hiệu Qua đó, tạo sở tiền đề để XNCĐ tiếp tục nghiên cứu hồn thiện quy trình sản xuất nhằm nâng cao chất lượng chi tiết có bề mặt phức tạp, nâng cao chất lượng dịch vụ lĩnh vực dầu khí Từ chủ động hồn tồn lĩnh vực gia cơng khí Q trình nghiên cứu ứng dụng kết hợp chặt chẽ với quy trình sản xuất hành Xí nghiệp Cơ điện để bước đánh giá tính phù hợp quy trình gia cơng chi tiết có bề mặt phức tạp thiết bị quy trình trước Xí nghiệp Cơ điện phù hợp với yêu cầu kỹ thuật Qua trình thực đề tài, học viên tìm phương pháp kiểm tra siêu âm cho kích thước có chiều sâu mà dụng cụ kiểm tra thơng thường bị hạn chế Đồng thời tìm thiết bị kiểm tra siêu âm để bổ sung vào quy trình kiểm tra thực tế sản xuất Xí nghiệp Cơ điện Kiến nghị Để áp dụng trình nghiên cứu hồn thiện quy trình chế tạo chi tiết có bề mặt phức tạp sử dụng máy CNC trục, kiến nghị Xí nghiệp Cơ điện cần thực số vấn đề sau: - Tiếp tục mở rộng phạm vi nghiên cứu ứng dụng đề tài chi tiết có bề mặt phức tạp khác - Hồn thiện quy trình chế tạo kiểm tra sản phẩm XNCĐ với phần kiểm tra chất lượng thiết bị siêu âm - Đầu tư thiết bị kiểm tra siêu âm tự động, phần mềm thiết kế phầm mềm gia cơng có quyền để ứng dụng vào thực tiễn sản xuất 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Trần Thế San, Nguyễn Ngọc Phương, Hướng dẫn lập trình CNC máy công cụ, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2013, 263 trang Trần Thế San, Nguyễn Ngọc Phương, Sổ tay lập trình CNC máy tiện-máy phaytrung tâm gia công CNC, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2011, 456 trang Nguyễn Ngọc Đào, Trần Chí Thiên, Công nghệ CAD/CAM_CNC bản, Trường đại học sư phạm sư phạm kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh, 2012, 98 trang Nguyễn Ngọc Đào, Trần Thế San, Hồ Viết Bình, Chế độ cắt gia cơng khí, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2010, 256 trang Lê Hiếu Giang, Nguyễn Trường Thịnh, Giáo trình máy điều khiển theo chương trình số NC, CNC, Trường đại học sư phạm sư phạm kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh, 2005, 117 trang Tạ Duy Liêm, Máy công cụ CNC vấn đề cấu trúc-chức năngvận hành-lập trình khai thác nhóm máy phay tiện CNC, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2009, 133 trang Nguyễn Ngọc Đào, Hồ Viết Bình, Phạm Minh Thanh, Giáo trình sở cơng nghệ chế tạo máy, Trường đại học sư phạm sư phạm kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh, 2007, 169 trang Hồ Viết Bình, Nguyễn Ngọc Đào, Giáo trình cơng nghệ chế tạo máy, Trường đại học sư phạm sư phạm kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh, 2008, 267 trang Nguyễn Đắc Lộc, Lê Văn Tiến, Ninh Đức Tốn, Trần Xuân Việt, Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 1, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2007, 471 trang TIẾNG NƯỚC NGOÀI 10 SolidCam, SolidCam 2014 modules overview part and recording, 2014, 106 trang 63 PHỤ LỤC 1- BẢN VẼ SẢN PHẨM MẪU SIÊU ÂM VÀ CÁC MẶT CẮT 64 PHỤ LỤC - BẢNG TRA THAM SỐ CẮT GỌT 65 S K L 0 ... PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN VĂN DIỄN NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT GIA CƠNG CHI TIẾT CĨ BỀ MẶT PHỨC TẠP TRÊN MÁY CNC TRỤC DMU 85 ỨNG DỤNG TRONG LĨNH VỰC DẦU KHÍ NGÀNH: KỸ THUẬT... Chương NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT GIA CƠNG CHI TIẾT CĨ BỀ MẶT PHỨC TẠP TRÊN MÁY CNC DMU 85 ỨNG DỤNG TRONG LĨNH VỰC DẦU KHÍ Khi lập trình gia cơng trung tâm phay CNC thường gặp dạng sản phẩm có bề mặt đơn... giáo viên hướng dẫn nên chọn đề tài ? ?Nghiên cứu kỹ thuật gia công chi tiết có bề mặt phức tạp máy CNC trục DMU 85 ứng dụng lĩnh vực dầu khí? ?? cụ thể đề tài chi tiết “Mẫu siêu âm “ Hình 1.1: 1.3 Hình