Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật cadcam để gia công hợp kim nhôm bằng dao hợp kim cứng đạt độ nhấp nhô bề mặt tối ưu trên máy tiện emco turn 105

NGUYỄN VĂN HOAN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN VĂN HOAN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU ƯNG DỤNG KỸ THUẬT CAD/CAM ĐỂ GIA CÔNG HỢP KIM NHÔM BẰNG DAO HỢP KIM CỨNG ĐẠT ĐỘ NHẤP NHÔ BỀ MẶT TỐI ƯU TRÊN MÁY TIỆN EMCO TURN 105 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KHĨA 2008 - 2010 NGÀNH : CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY HÀ NỘI 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN VĂN HOAN NGHIÊN CỨU ƯNG DỤNG KỸ THUẬT CAD/CAM ĐỂ GIA CÔNG HỢP KIM NHÔM BẰNG DAO HỢP KIM CỨNG ĐẠT ĐỘ NHẤP NHÔ BỀ MẶT TỐI ƯU TRÊN MÁY TIỆN EMCO TURN 105 NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY 3.04.3898 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS TRẦN THẾ LỤC HÀ NỘI 2010 LỜI CAM ĐOAN Xuất phát từ thực tế với đề tài ‘‘Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật CAD/CAM (Sử dụng phần mềm TOPSOLID) để gia công hợp kim nhôm dao hợp kim cứng đạt độ nhấp nhô bề mặt tối ưu máy tiện CNC EmcoTurn 105’’ Từ nghiên cứu lý thuyết làm thí nghiệm thực tế, xin cam đoan nội dung luận văn cơng trình nghiên cứu tơi Nội dung luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả Nguyễn Văn Hoan MUC LỤC NỘI DUNG TRANG Trang 1 Lời cam đoan Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị 10 Mở đầu 12 CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM, PHẦN MỀM 15 TOPSOLID HỢP KIM NHƠM VÀ TÍNH GIA CƠNG CỦA CHÚNG 1.1 Tổng quan công nghệ CAD/CAM phần mềm Topsolid 1.1.1 Tổng quan phần mềm CAD/CAM 1.1.1.1 Các chức hệ CAD 15 15 16 1) Chức mơ hình hóa 16 2) Chức vẽ 16 a Dùng chức Sketch 16 b Tạo vẽ từ mơ hình 17 3) Chức phân tích 17 4) Chức phân CAM 18 1.1.1.2 Những công nghệ CAD 18 1.1.1.3 Phương thức chuyển đổi liệu hệ phần mềm 18 1)Truyền thông trực tiếp 19 2) Truyền thông tiêu chuẩn – dịch gián tiếp 20 1.1.2 Giới thiệu phần mềm tích hợp CAD/CAM/CAE TOPSOLID 21 1.1.2.1 Lịch sử đời phát triển phần mềm TOPSOLID 21 1.1.2.2 Tình hình sử dụng TOPSOLID giới 22 1.1.2.3 Tình hình sử dụng TOPSOLID Việt Nam 22 1.2 Hợp kim nhơm tính gia cơng chúng 23 1.2.1 Khái niệm hợp kim nhôm 23 1.2.2 Tính chất, đặc điểm hợp kim nhơm 23 1.2.3 Phân koại hợp kim nhôm 25 1.2.3.1 Hợp kim nhơm biến dạng khơng hố bền gia cơng 25 nhiệt luyện 1) Hợp kim hệ Al- Mn 25 2) Hợp kim hệ Al- Mg 26 1.2.3.2 Hợp kim nhơm biến dạng hố bền nhiệt luyện 1) Hợp kim hệ Al- Cu- Mg (Dura) 28 28 a Thành phần hoá học ký hiệu b Tổ chức Dura c Ứng dụng Dura 2) Hợp kim nhôm sở hệ Al-Mg-Si 20 a Thành phần ký hiệu b Tổ chức tính chất c Ứng dụng Avian 3) Hợp kim nhóm hệ Al-Mg-Si-Cu 32 4) Hợp kim nhôm hệ Al-Zn-Mg Al-Zn-Mg-Cu 33 a Thành phần ký hiệu b Đặc điểm tổ chức c Ứng dụng hệ hợp kim Al-Zn-Mg-Cu 5) Hợp kim nhôm hệ Al-Cu-Mg với nguyên tố hợp kim phụ Fe Ni 34 35 6) Hợp kim nhôm hệ Al-Mn-Cu a Thành phần tổ chức b Tính chất ứng dụng 36 7) Hợp kim nhôm hệ Al-Cu-Li Al-Mg-Li a Đặc điểm thành phần tổ chức b Tính chất ứng dụng 38 1.2.3.3 Hợp kim nhôm đúc 39 1) Hợp kim nhôm đúc hệ Al-Si (Silumin) a Phân loại b Tổ chức c Tính chất ứng dụng 42 2) Hợp kim nhơm đúc Al-Cu a Thành phần tổ chức b Đặc điểm gia công ứng dụng 44 3) Hợp kim nhôm đúc sở Al-Mg a Thành phần tổ chức b Đặc điểm tính chất ứng dụng 45 1.2.3.4 Hợp kim nhôm đặc biệt 46 1.2.3.5 Hợp kim nhơm chống ma sát 47 1.2.4 Tính gia cơng hợp kim nhôm 48 1.2.5 Kết luận 49 CHƯƠNG II - MÁY TIỆN CNC, CÁC THÔNG SỒ ĐIỀU CHỈNH TRONG Q TRÌNH GIA CƠNG VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM 49 TOPSOLID TRÊN MÁY TIỆN CNC 49 2.1 Khái niệm đặc trưng máy tiện CNC 2.1.1 Khái niệm 50 52 2.1.2 Các đặc trưng máy tiện CNC 2.2 Tổ chức lập trình vấn đề lập trình đảm bảo độ xác gia cơng 52 55 2.2.1 Tổ chức lập trình gia cơng máy tiện CNC 60 2.2.2 Một số vấn đề lập trình đảm bảo độ xác gia cơng tiện 61 2.3 Lập trình gia cơng máy tiện CNC Emco turn 105 2.3.1 Các trục điều khiển hệ tọa độ 62 69 2.3.2 Các chức “G” 2.4.Ứng dụng phần mềm Topsolid máy tiện CNC Emco turn 105 69 2.4.1 Tạo mẫu TopSolid’Cam 71 2.4.2 Gia công tiện trục 71 2.4.2.1 Chế độ gia công tự động bán tự động 72 2.4.2.2 Gia công thơ 78 2.4.2.3 Q trình gia cơng tinh 82 2.5 Kết luận 83 ChươngIII - THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG 84 CỦA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI GIA CÔNG HỢP KIM NHÔM ĐÚC 390 TRÊN MÁY TIỆN CNC EMCO TURN 105 3.1 Lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm 84 3.1.1 Các đặc trưng th ống kê quan trọng 84 3.1.2 Hàm hồi quy biến 86 3.1.3 Quy hoạch thí nghiệm trực giao tồn phần dạng 2k 87 3.1.4 Quy hoạch thí nghiệm trực giao bậc hai (quy hoạch Box-Wilson) 89 3.1.5 Bài tốn tối ưu khơng có điều kiện ràng buộc 92 3.2 Thực nghiệm để xác định nhám bề tối ưu gia công hợp kim 95 nhôm dao hợp kim T15K6 3.2.1.Máy 95 3.2.2 Dao 97 3.2.3 Phôi 98 3.2.4 Dụng cụ đo kiểm 98 3.3 Kết nghiên cứu quy hoạch thực nghiệm dao hợp kim 101 T15K6 3.3.1 Kết nghiên cứu quy hoạch thực nghiệm nhám bề mặt 101 Ra 3.4 Nhận xét kết nghiên cứu tối ưu phay hợp kim nhôm 390 103 dao hợp kim T15K6 3.5 Kết luận 104 CHƯƠNG IV - KẾT LUẬN CHUNG 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 107 PHỤ LỤC 108 BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT CNC Computer Numerical Control CAD Computer Aided Design CAM Computer Aided Manufacturing NC Numerical Control CIM Computer Intergrated Manufacturing CAE Computer Aided Engineering CU Control Unit ERP Enterprise resources Planning MCU Machine Control Unit PTP Point to Point MDI Manual Data Input DNC Direct Numerical Control PDES Product Data Exchange Specification IGES Initial Graphics Exchange DXF Data Xtrange Format DANH MỤC CÁC BẢNG THỨ TỰ BẢNG TRANG Bảng 1.1 Các nguyên tố hợp kim thường gặp nhơm 24 Bảng 1.2 Thành phần tính chất hợp kim nhôm hệ Al-Mn 26 Bảng 1.3 Thành phần hoá học số hợp kim hệ Al - Mg 28 Bảng 1.4 Thành phần hoá học đura 28 Bảng 1.5 Thành phần số avian cơng nghiệp 31 Bảng 1.6 Thành phần hố học hợp kim nhôm biến dạng 32 Bảng 1.7 Chế độ nhiệt luyện AK6 AK8 32 Bảng 1.8 Thành phần hoá học số hợp kim hệ Al - Zn - Mg - Cu 33 Bảng 1.9 Thành phần hoá học số hợp kim hệ Al - Cu - Mn 35 Bảng 1.10 Chế độ nhiệt luyện hợp kim Д 20 1201 Bảng 1.11 Thành phần hoá học số hợp kim hệ Al-Cu-Li 36 37 Al-Mg-Li Bảng 1.12 Chế độ hoá già hợp kim BA Д 23 1420 37 Bảng 1.13 Thành phần hoá học số sulimin 40 Bảng 1.14 Cơ tính số sulimin 41 Bảng 1.15 Thành phần, tính số hợp kim nhơm đúc hệ Al - Cu 43 Bảng 1.16 Thành phần số hợp kim nhôm đúc hệ Al - Mg 44 Bảng 1.17 Thành phần, tính chất hơp kim nhơm thiêu kết có hệ 45 số dãn nở nhiệt nhỏ Bảng 1.18 Thành phần ký hiệu số hợp kim chống ma sát 46 Bảng 2.1 Danh mục mã G 62 Bảng 2.2 Danh mục mã M 63 Bảng 3.1 Các thơng số kỹ thuật máy 95 Bảng 3.2 Giá trị thông số chế độ cắt t, S, V Cho thực nghiệm 100 Bảng 3.3 Giá trị thông số chế độ cắt thực cận 100 Bảng 3.4 Kết thực nghiệm dùng dao ghép mảnh hợp kim T15K6 (Nga) 101 Hành trình theo trục Z Đường kính trục mm mm 172 Tốc độ cắt (chạy dao) Tốc độ dịch chuyển nhanh theo X, Tốc độ dịch chuyển nhanh theo Z Cơng suất động Khoảng chống tâm Kích thước mâm cặp mm/phút mm/phút mm/phút Kw mm mm 0÷5000 5000 5000 1.9 121 Trọng lượng Tốc độ quay trục Kg Vịng/phút 350 Số đầu dao: Kích thước tổng thể Φ20.5 Φ75 150 ÷ 4000 08 mm 1135× 1100 ×800 Hình 3.5; 3.6 Giới thiệu máy tiện CNC sử dụng để tiến hành thực nghiệm Hình 3.5 Máy tiện EMCO- TURN 105 96 Hình 3.6 Đầu mang dao (8 dao) 3.2.2 Dao - Dao tiện gắn mảnh hợp kim T15K6 (Nga), với thành phần: Tỷ lệ % nguyên tố cacbit titan coban cacbit vonfram 15 79 - Thơng số hình học dao: + Kích thước phần thân dao: 12x12x125 + Kích thước mảnh dao: 7x12x2,2 + Góc độ: Góc trước γ = 20°; góc sau α = 12°; góc lệch φ = 45o 97 Hình 3.7 Dao trước gia cơng 3.2.3 Phôi Hợp kim nhôm 390 (AISI) qua tạo hình dáng Độ cứng: 100 HB Kích thước: Ø28x100mm Thành phần hoá học: Thành phần nguyên tố,% Mác HK nhôm 390 Si Cu Mg Al 17 4,5 0,5 77,8 Tạp chất 0,2 3.2.4 Dụng cụ đo kiểm Thước cặp điện tử máy đo nhám bề mặt SJ 201 Mitutoyo 98 Hình 3.8 Thước cặp điện tử_200mm Hình 3.9 Máy đo độ nhám SJ 201 3.2.5 Dung dịch trơn nguội : Dung dịch trơn nguội dùng nhũ tương tỷ lệ dầu nước 1:15 , phương pháp tưới trực tiếp 99 3.2.6 Chế độ cắt Tiện: Gọi x , x , x Là biến tương đương với thông số: Chiều sâu cắt, lượng chạy dao, vận tốc dài V Trên sở điều kiện biên , kết thí nghiệm sơ trước với chủ ý nhằm tìm thông số nhám bề mặt tối ưu sử dụng dao tiện ghép mảnh T15K6 Ta lập bảng chế độ cắt (bảng 3-2) Bảng 3-2 Giá trị thông số chế độ cắt t, S, V Cho thực nghiệm Thơng số Mức (-1) Mức trung bình (0) Mức (+1) t(mm) 0,2 0,5 0,8 S(mm/vòng) 0,02 0,04 0,06 V(m/ph) 200 250 300 Để xác địng giới hạn trên, ứng với giá trị (±α, với α=1,215) Theo quy luật Box- Wilson k=3 Ta công thức (3-18), (3-19), (3-20) ∗ Với chiều sâu cắt t, ta có : z1 − 0,5 = −1,215 ⇒ z =0,5 - 0,3 x1,215 = 0,136 0,3 z − 0,5 = +1,215 ⇒ z =0,5+0,3x1,215= 0,865 (với x =0,5; ∆x=0,3) 0,3 ∗ Với lượng chạy dao, ta có: z1 − 0,04 = −1,215 ⇒ z =0,04- 0,02x1,215=0,0157 0,02 z − 0,04 = +1,215 ⇒ z =0,04+0.02x1,215=0,0643 (với: x =0,04; ∆x=0,02) 0,02 z − 250 ∗ Với vận tốc dài V, ta có : = −1,215 ⇒ z = 250 – 50 x1,215 =139.25 50 Z − 250 = +1,215 ⇒ z = 250 + 50 x1,215 = 310.75 (với :x =250 ; ∆x=50) 50 Sau tính toán giá trị thực cận chế độ cắt Bảng 3-3.Giá trị thông số chế độ cắt thực cận Giá trị mã hoá Giá trị thực x 1, x 2, x Giới hạn (-α) t (mm) 0,136 S(mm/vịng) 0,0157 V(m/ph) 139,25 Mức Mức trung (-1) bình (0) 0,2 0,02 200 0,5 0,04 250 Giới hạn Mức trên(+1) (+α) 0,8 0,06 300 0,865 0,0643 310,75 Lập bảng theo quy luật Box-Wilson Tiến hành gia công, quan sát ghi chép kết thí nghiệm (bảng 3-4) 100 Bảng - Kết thực nghiệm dùng dao ghép mảnh hợp kim T15K6 (Nga) X1 X2 X3 tt t (mm) S (mm/vòng) V (m/ph) N (v/ph) Nhám bề mặt Ra (µm) 1 -1 -1 -1 -1 10 +α 11 -α 1 -1 -1 1 -1 -1 0 1 1 -1 -1 -1 -1 0 0,8 0,2 0,8 0,2 0,8 0,2 0,8 0,2 0,5 0,865 0,06 0,06 0,02 0,02 0,06 0,06 0,02 0,02 0,04 0,04 300 300 300 300 200 200 200 200 250 250 3512,6 3436,7 3512,6 3436,7 2341,7 2359 2359 2359 2916,4 3023,2 1,02 1,11 0,65 0,48 1,05 0,95 0,63 0,56 0,89 1,06 0 0,136 0,04 250 2963,7 1,12 12 +α 0,5 0,0643 250 3004,4 0,92 13 0,0157 250 3004,4 0,52 0,04 310,75 3692,7 1,21 14 15 0,5 -α 0 +α 0,5 0 -α 0,5 Sử dụng phần mềm matlab, 0,04 139,25 1729,7 0,94 lập trình, xác định phương trình hồi quy tối ưu hoá ta khảo sát việc gia công dao ghép mảnh hợp kim T15K6 sau: 3.3 Kết nghiên cứu quy hoạch thực nghiệm dao gắn mảnh hợp kim T15K6 3.3.1 Kết nghiên cứu quy hoạch thực nghiệm nhám bề mặt Ra Tiện tinh hợp kim nhom voi che gia cong tinh Thoi gian chay chuong trinh:18-October-2010 ****************************************************** Ket qua hoi quy voi tin cay 95 phan tram la: Phuong trinh hoi quy tuyen tinh cap II co dang: y=b0+b1*x1+b2*x2+b3*x3+b12*x1*x2+b13*x1*x3+b11*x1^2+b22*x2^2+ b33*x3^2 CAC HE SO HOI QUI CUA NHAN BE MAT Ra: b0=-1.820825 b1=-0.236719 b2=0.666752 b3=2.357218 b12=-0.043739 101 b13=0.070458 b23=-0.364645 b11=0.032137 b22=-0.334126 b33=-0.410771 He so xac dinh R^2=0.858636 Gia tri ham so thong ke de kiem dinh gia thiet F0=3.374422 va gia tri P-value=0.096897 Kiem dinh ket qua CAC THONG SO THONG KE Pham bo Student voi muc y nghia 0.05 bac tu t_anpha=2.919986 Phan bo F voi muc y nghia 0.01 bac tu va F_anpha=99.415852 Phuong sai du:0.010890 Phuong sai tai sinh (binh phuong)=0.000127 t(1)= 626.448460 > t_anpha=2.919986, He so beta(1)co nghia t(2)= 78.186535 > t_anpha=2.919986, He so beta(2)co nghia t(3)= 450.499921 > t_anpha=2.919986, He so beta(3)co nghia t(4)= 3110.306061 > t_anpha=2.919986, He so beta(4)co nghia t(5)= 28.507098 > t_anpha=2.919986, He so beta(5)co nghia t(6)= 88.987806 > t_anpha=2.919986, He so beta(6)co nghia t(7)= 944.941157 > t_anpha=2.919986, He so beta(7)co nghia t(8)= 15.676795 > t_anpha=2.919986, He so beta(8)co nghia t(9)= 463.848584 > t_anpha=2.919986, He so beta(9)co nghia t(10)= 2139.915111 > t_anpha=2.919986, He so beta(10)co nghia - KIEM TRA Y^: F^=S^2du/S^2ts =3.374422