Nghiên cứu khả năng gia công các bề mặt phức tạp trên máy phay CNC 4 trục

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG GIA CÔNG CÁC BỀ MẶT PHỨC TẠP TRÊN MÁY PHAY CNC TRỤC MÃ SỐ: T2014-77 SKC005490 Tp Hồ Chí Minh, 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG GIA CÔNG CÁC BỀ MẶT PHỨC TẠP TRÊN MÁY PHAY CNC TRỤC Mã số: T 2014-77 Chủ nhiệm đề tài: Ths Trần Chí Thiên TP HCM, 11-2014 Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG GIA CÔNG CÁC BỀ MẶT PHỨC TẠP TRÊN MÁY PHAY CNC TRỤC Mã số: T 2014-77 Chủ nhiệm đề tài: Ths Trần Chí Thiên TP HCM, 11-2014 Trang MỤC LỤC Trang Mục lục……………………………………………………………………………………i Danh mục từ viết tắt ……………………………………………………………… ii Thông tin kết nghiên cứu………………………………………………………… iii Phần 1: Mở đầu I Tồng quan tình hình nghiên cứu ngồi nước II.Tính cấp thiết đề tài III.Mục tiêu đề tài IV.Đối tượng phạm vi nghiên cứa V Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu VI Nội dung nghiên cứu Phần 2: Nội dung Chương : Tổng quan trục quay điều khiển trung tâm gia công CNC 1.1 Khái quát gia công trục xoay điều khiển môi trường phay .7 1.2 Bàn xoay máy phay Chương : Công cụ hỗ trợ lập trình phay nhiều trục 2.1 Sơ lược phay nhiều trục 12 2.2 Chu trình phay mặt phức tạp (Surface Milling) 13 2.3 Chu trình phay theo đường dẫn (Trajetory Milling) 29 Chương : Khái quát trình tự lập trình chu trình phay nhiều trục 3.1 Khởi động hộp thoại 48 3.2 Đặt chi tiết vào môi trường làm việc 49 3.3 Tạo phôi, chọn máy, chọn chuẩn 51 3.4 Thiết lập thông số công nghệ 55 3.5 Thiết lập thông số gia công 60 3.6 Chọn mặt gia công 65 Mô q trình gia cơng 65 Trang Chương 4: Ứng dụng lập trình gia cơng chi tiết mẫu 4.1 Chi tiết mẫu 01 4.2 Chi tiết mậu 02 Phần 3: Kết luận kiến nghị Kết luận Kiếnghị……………………………………………………………………… 74 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CAD CAM CAP CNC Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA CKM Tp HCM, ngày 10 tháng11 năm2014 THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thơng tin chung: - Tên đề tài: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG GIA CÔNG CÁC BỀ MẶT PHỨC TẠP TRÊN MÁY PHAY CNC TRỤC - Mã số: T 2014-77 - Chủ nhiệm: TRẦN CHÍ THIÊN - Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: Từ tháng 06 năm 2013 đến tháng 11 năm 2014 Mục tiêu: Nghiên cứu, lập qui trình cơng nghệ, phương pháp lập trình gia cơng bề mặt phức tạp máy phay CNC trục; Chế tạo thử chi tiết mẫu - Tính sáng tạo: - Làm rỏ khác biết gia công bề mặt phức tạp máy CNC trục máy CNC trục Ứng dụng để gia công chi tiết mẫu(02 chi tiết) Kết nghiên cứu: - Nghiên cứu tìm hiều loại cấu trục xoay máy CNC; Ứng dụng để gia công bề mặt phức tạp; Gia công 02 chi tiết mẫu; Đánh giá chi tiết mẫu rút kết luận Sản phẩm: - CD chứa nội dung nghiên cứu; - Bộ chi tiết mẫu (02 chi tiết) Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: Ứng dụng việc giảng dạy khoa CKM lĩnh vực CAD\CAM_CNC, khuôn mẫu Trưởng Đơn vị Trang Phần 1: Mở đầu I TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA ĐỀ TÀI Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC Những năm gần nước có điều kiện nhập thiết bị CNC nhiều trục Tuy nhiên số lượng nghiên cứu lĩnh vực hạn chế Đặc biệt lĩnh vực giáo dục- đào tạo Đối với ngồi nước: Gia cơng bề mặt phức tạp cần thiết bị đại, nước nước phát triển người ta làm Tuy nhiêu gia công bề mặt phức tạp phụ thuộc vào điều kiện thiết bị Trên thiết bị khác có phương pháp gia cơng khác AI TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI: Sản phẩm ngày đa dạng chủng loại mẫu mã, với thiết kế hình học phức tạp Điều u cầu khả gia công để tạo sản phẩm đạt chất lượng với mẫu mã đẹp Vì việc nghiên cứu khả gia công bề mặt phức tạp máy phay CNC trục cấp thiết BI MỤC TIÊU ĐỀ TÀI - Nghiên cứu, lập qui trình cơng nghệ, phương pháp lập trình gia cơng bề mặt - phức tạp máy phay CNC trục; Chế tạo thử chi tiết mẫu IV ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu Công cụ hổ trợ gia công bề mặt phức tạp cách thực Phạm vi nghiên cứu Bê mặt 3D máy CNC trục V CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Cách tiếp cận Tiếp cận thực tế sản xuất, phịng thí nghiệm Phương pháp nghiên cứu Tham khảo tài liệu VI NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu phương pháp gia công bề mặt phức tạp máy phay CNC trục ; Nghiên cứu ứng dụng công nghệ CAD\CAM_CNC gia công bề mặt phức tạp; Ứng dụng chế tạo chi tiết mẫu Đánh giá, kết luận Trang Phần 2: Nội dung Chương TỔNG QUAN VỀ CÁC TRỤC QUAY ĐIỀU KHIỂN TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC 1.1 KHÁI QUÁT VỀ GIA CÔNG BẰNG TRỤC QUAY ĐIỀU KHIỂN TRONG MƠI TRƯỜNG PHAY Gia cơng bằng trục quay mơi trường phay kết hợp chuyển động hệ trục tọa độ Decartes để việc phay bề mặt thường gặp máy phay truyền thống, cịn gia cơng bề mặt phức tạp khác Nói cách khác rằng kết hợp hình thức gia cơng máy phay máy tiện Khi gia công trục xoay, chuyển động tạo hình kết hợp từ ba chuyển động thành phần tạo nên Như biết hệ trục tọa độ Decartes bao gồm sáu chuyển động thành phần, ba chuyển động tịnh tiến theo trục X, Y, Z ba chuyển động quay quanh trục Trên trung tâm gia công CNC đại, người ta gọi chuyển động quay quanh trục X, Y, Z tương ứng A, B, C Hình 1.1 Hệ trục tọa độ Việc gia công trục xoay kết hợp chuyển động tịnh tiến chuyển động xoay (trên máy phay CNC) Vì dạng chuyển động tạo hình phức tạp Xét ví dụ đây, để phay rãnh xoắn ốc xung quanh bề mặt trụ cần có chuyển động là: phơi tịnh tiến dọc trục X quay quanh trục A, dao tịnh tiến quay quanh trục Z Với các đặc trưng trên, việc gia công trục xoay cho phép giải nhiều trường hợp mà thực máy công cụ truyền thống máy tiện, máy phay, … Ví dụ: gia cơng cam thùng, gia công nhiều bề mặt chi tiết mà không cần phải thay đổi đồ gá, … 1.2 BÀN XOAY TRÊN MÁY CNC Nhằm mở rộng khả công nghệ máy công cụ, cho máy CNC trục, người ta chế tạo thiết bị có khả tăng số trục máy từ trục thành máy trục Thiết bị bàn xoay (Rotary Table) Thực bàn xoay chẳng qua loại đồ gá đặc biệt chúng chủ yếu sử dụng máy phay CNC, trung tâm gia công đứng, trung tâm gia công ngang máy doa ngang Trang 1.2.1 Phân loại Bàn xoay máy phay CNC trung tâm gia công phân làm loại sau: a) Loại tiêu chuẩn: Là loại bàn xoay dùng để gá đặt chi tiết cho tâm chi tiết trùng với tâm trục Có thể gia cơng nhiều dạng bề mặt khác gia công mặt phẳng, gia công rãnh thẳng rãnh xoắn gia cơng mặt định hình với dao định hình, dùng để cắt bánh với dao phay mơđun  Loại có trục nằm ngang  Loại có trục thẳng đứng b) Loại bàn xoay có động lắp phía sau: Loại bàn xoay có khả hạn chế rung động máy làm việc Loại động che chắn nước phoi vụn, không cho chúng rơi vào động c) Loại bàn xoay có lỗ trục lớn: Loại bàn xoay có trục có lỗ lớn, dùng để gia công phôi dài ống Kích thước lỗ trục chúng có khả mở rộng để mở rộng phạm vi làm việc cho máy Loại thích hợp cho việc sản xuất hàng khối Tương tự loại bàn xoay tiêu chuẩn, loại bàn xoay loại trục nằm ngang loại trục thẳng đứng d) Loại bàn xoay có nhiều trục chính: Loại bàn xoay nhiều trục cho phép gá đặt lúc nhiều chi tiết Loại bàn xoay nhiều trục có suất gấp nhiều lần so với loại bàn xoay tiêu chuẩn, thích hợp cho sản xuất hàng loạt hàng khối Trang e) Loại bàn xoay nghiêng: Loại bàn xoay có hai trục Bàn xoay nghiêng nhờ xoay quanh trục Do loại có khả cơng nghệ cao, sử dụng làm đồ gá để gia công mặt phẳng, rãnh gờ lồi đặt biệt gia công bề mặt nghiêng nhiều góc độ khác Loại bàn xoay phân hai loại sau:  Loại điều khiển nghiêng bằng tay: chuyển động làm nghiêng trục thực bằng tay Hình 1.5 Bàn xoay CNC điều khiển nghiêng Hình 1.4 Bàn xoay CNC điều khiển tự động nghiêng bằng tay  Loại điều khiển nghiêng tự động: hai trục bàn xoay điều khiển hoàn toàn tự động từ hệ thống CNC f) Loại cỡ lớn: Ngoài loại nêu trên, nhà sản xuất bàn xoay chế tạo loại bàn xoay có kích thước bàn từ 1m đến 3m lớn Loại bàn xoay có trục thẳng đứng nằm ngang với độ xác cao Chúng dùng để gia công chi tiết lớn, nặng (có thể lên đến 10.000kg) cho ứng dụng đo lường 1.2.2 Lập trình gia công với bàn xoay CNC Bàn xoay thường lắp máy phay CNC trung tâm gia công Đối với loại bàn xoay khơng nghiêng có vai trò trục thứ máy Đối với loại bàn xoay nghiêng đóng vai trị trục thứ thứ máy CNC Trang ScallopSrf: chọn bề mặt có độ nhám xác định Excld Surf: xác định mặt không gian để loại bỏ Top Surfaces: thiết lập bề mặt mà Mill Windown thiết lập đường chạy dao Chỉ sử dụng trường hợp mặt chi tiết không song song với mặt phẳng lùi dao Appr Walls:chọn mặt hơng Mill Windown, dùng cho lúc vào dao Build Cut: thiết lập hàm Build Cut Start: chọn điểm chạy dao cho chương trình NC Sequence End: chọn điểm kết thúc chạy dao cho chương trình NC Sequence Done: chấp nhận lựa chọn menu Seq Setup Quit: không chấp nhận lựa chọn - Bước 4: Chọn Done để chấp nhận lựa chọn khai báo dụng cụ cắt  xuất hộp thoại Tools Setup để Hình 0.27 Hộp thoại Tools Setup Hình 0.28 Giao diện điều chỉnh thông số dụng cụ cắt Trang 62 - Tại thẻ General: (1) Name : Đặt tên dao (2) Type: Chọn loại dao dùng cho chu trình phay (3) Thiết lập đường kính dao: Nhập vào giá trị đường kính dao phay cần dùng, nên nhập vào giá trị đường kính dao phay có sẵn máy - Tại thẻ Settings: Hình 0.29 Giao diện thẻ Settings hộp thoại Tools Setup Tool Number: Nhập số thứ tự dao phay gắn máy phay CNC Ví dụ nhập  - Sau khai báo xong nhấn Apply lưu lại thơng số dao cho chương trình NC Sequene hành Có thể chọn File  Save tool để lưu dao vừa thiết lập New : tạo dao Open Tool Library : mở thư viện dao Open Parameter File… : xem file thông số dao có sẵn thư viện dao Save Tool : lưu dao vừa thiết lập Save Tool List: lưu danh sách dao vừa thiết lập - Chọn Ok để kết thúc trình khai báo dao Bước 5: Sau khai báo dao xong, tiếp tục khai báo thơng số quy trình cơng nghệ hộp thoại Edit Parameters of Sequence “….” (“…” tên chu trình gia công) Hình 0.30 Hộp thoại thiết lập thông số gia cơng Trang 63 Tùy theo chu trình gia cơng cụ thể mà có thơng số gia cơng khác Tuy nhiên chu trình gia cơng điều phải khai báo thông số bắt buộc tô màu menu hình SPINDLE_SPEED CUT_FEED STEP_OVER STEP_DEPTH CLEAR_DIST RETRACT PLANE  Phân biệt CLEAR DISTANCE RETRACT PLANE: Trong chu trình gia cơng gồm nhiều lát cắt, hồn thành lát cắt dao phải lùi mặt phẳng Retract để tiến hành di chuyển dao đến vị trí bắt đầu cho lát cắt Để dao di chuyển đến mặt phẳng Retract dao phải qua mặt phẳng song song với mặt phẳng CLEAR_DIST Trong trình lùi dao đến mặt CLEAR_DIST, dao di chuyển theo lệnh G1 Rồi từ mặt CLEAR_DIST đến mặt Retract dao chuyển theo lệnh G0 để tiết kiệm thời gian chạy dao Hình 0.31 Hình minh họa khác giữa Retract Plane Clear Distance Để xác định mặt phẳng CLEAR_DIST này, cần nhập vào giá trị (mm) Giá trị nhập vào khoảng cách từ vị trí làm việc dao đến mặt phẳng CLEAR_DIST theo chiều Z Trong chu trình gia cơng, vị trí làm việc dao Trang 64 thay đổi theo lát cắt, nên mặt phẳng Clear_dist thay đổi theo, cịn mặt Retract ln mặt cố định suốt q trình gia cơng 3.6 CHỌN MẶT GIA CÔNG (MANUFACTURING GEOMETRY) Tùy vào biên dạng chi tiết chu trình gia cơng có cách chọn mặt gia cơng phù hợp khác Phần vào chu trình cụ thể trình bày rõ ràng 3.7 MƠ PHỎNG Q TRÌNH GIA CƠNG  Trong Menu Manager NC SEQUENCE Ta chọn Play Path, xuất menu Play Path với lựa chọn sau:  Screen Play: mô chạy dao dạng khung dây  NC Check: mô chạy dao dạng 3D  Gouge Check: kiểm tra vị trí va chạm dao chi tiết - Khi chọn Screen Play, xuất hộp thoại Play Path dụng cụ cắt mơ hình gia cơng - Hình 0.32 Mô phỏng đường chạy dao Play Path Trang 65 - Khi chọn NC Check, xuất phần mềm mô VERICUT Hình 0.33 Mô phỏng VERICUT Trang 66 Chương ỨNG DỤNG LẬP TRÌNH GIA CƠNG CHI TIẾT MẪU 4.1 LẬP TRÌNH GIA CƠNG CHI TIẾT MẪU “01” Ở ví dụ này, người thực lập trình gia cơng chi tiết mẫu “01” có biên dạng hình sau Hình 4.1 Chi tiết mẫu "01" Thao tác thực theo trình tự nói chương Các bước tạo môi trường gia công Manufacturing làm giống hướng dẫn Ở xin bắt đầu trình bày từ giai đoạn đưa chi tiết vào mơi trường gia công Bước 1: Đưa chi tiết vào môi trường gia công, chọn Reference Model thẻ Manufacturing Hình 4.2 Tùy chọn Reference Model  Chọn Assemble Reference Model hộp thoại Open xuất để chọn file chi tiết  cần gia công (ở file tenlua_thien_cxoan-1.prt) nhấn Open Trang 67 Hình 4.3 Hộp thoại Open để chọn file thiết kế chi tiết Chi tiết xuất hình thẻ Component Placement yêu cầu chọn kiểu lắp Chọn kiểu lắp Default môi trường gia công  chọn để hoàn tất việc đưa chi tiết vào Hình 4.4 Chọn kiểu lắp cho chi tiết   Bước 2: Tạo phôi Chọn biểu tượng Workpiece Assemble workpiece hộp thoại Open  xuất để chọn file thiết kế phôi (ở file phoi.prt) nhấn Open Hình 4.5 Hộp thoại Open để chọn file thiết kế phôi Chi tiết xuất hình thẻ Component Placement yêu cầu chọn kiểu lắp vào chi tiết Sau lắp xong nhấn để hồn tất việc tạo phơi Trang 68 Hình 4.6 Lắp phôi vào chi tiết Bước 3: Thiết lập thông số công nghệ - Chọn máy: Nhấn biểu tượng Work Center  chọn loại máy Mill (phay) thiết lập thông số Milling Work Center giống hình sau Và nhấn - để hồn tất chọn máy Hình 4.7 Các thông số thiết lập máy trục Thiết lập hệ trục tọa độ: Để tạo chuẩn gia công, chọn Coordinate System  chọn mặt phẳng giao tuyến Các thao tác tùy chỉnh chuẩn giới thiệu chương - Thiết lập mặt phẳng lùi dao: Tại thẻ Operation  chọn Clearance  tùy chỉnh Type: chọn Cylinder; Reference: chọn đường tâm trục; Value: nhập giá trị bán kính Trang 69 Hình 4.8 Tạo mặt phẳng lùi dao Bước 4: Tạo chu trình gia cơng thơ Bước 5: Tạo chu trình gia công tinh    Tại thẻ Mill Surface Milling xuất hộp thoại MACH AXES chọn  Axis Done Trong menu SEQ SETUP đánh dấu chọn tùy chọn hình sau chọn Done Hình 4.9 Menu SEQ SETUP Đặt tên cho chu trình Enter NC Sequence name[] Thiết lập dao cho chu trình: chọn dao Ball mill phi Trang 70 Hình 4.10 Hộp thoại điều chỉnh dụng cụ cắt Tiếp theo thiết lập thông số cắt Edit Parameters of Sequence “GC_TINH” Hình 4.11 Hộp thoại thiết lập thông số cắt Các thông số cắt CUT_FEED STEP_OVER CLEAR_DIST SPINDLE_SPEED Bảng 0.1 Bảng giá trị thông số cắt Xác định mặt phẳng cần gia công menu SURF PICK  Model  Done Hình 4.12 Menu SURF PICK Chọn bề mặt cần gia công  Done/Return Trang 71 Hình 4.13 Lựa chọn bề mặt cần gia cơng Xuất dịng nhắc góc trái hình, u cầu chọn mặt song song với trục dao Chọn xong xuất hộp thoại Cut Definition: chọn tùy chọn hình sau Nhấn vào Hình 4.14 Hộp thoại Cut Definition để tạo đường Cutline Tạo hai đường Cutline hình sau Trang 72 Hình 4.15 Đường Cutline tạo Thiết lập xong, chạy mô Hình 4.16 Đường chay dao mô phong Play Path Tương tự trên, tiếp tục lập trình gia cơng bề mặt cịn lại LẬP TRÌNH GIA CÔNG CHI TIẾT MẪU “02” Các bước thực tương tự ta có kết mơ chi tiết mẫu 02 hình sau: 4.2 Trang 73 Phần 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau gần 10 tháng thực hiện, chung tơi hồn thành nội dung đề tài với kết sau: - Tập thuyến minh đề tài; - 02 chi tiết mẫu Kiến nghị Mặc dù cố gắng q trình thực hiện, kinh phí cấp cho đề tài hạn hẹp nên thực đề tài với kết tốt Vì kính đề nghị cấp xét duyệt để cấp kinh phí cho đề tài cần xem xét nội dung đề tài để phân bổ hợp lý Chân thành cảm ơn Trang 74 Tài liệu tham khảo Tiếng Việt [1] Lê Trung Thực, Hướng dẫn thực hành Pro/Engineer Wildfire 2.0, tập Các phương pháp phay CNC, 2007 [2] Phùng Xuân Lan, Giới thiệu chung CAD/CAM-CNC, Trường ĐH Bách Khoa, 2009 Tiếng Anh [3] Hãng PTC (Parametric Technology Corp), Phần Creo Help 2.0 [4] Karlo Apro, Secrets of 5-Axis Machining, Industrial Press Inc., New York, 2009 [5] Muhammad Mansoor Janjua, Learning Pro/Manufacturing Using Pro/Creo Elements, 2011 Trang 75 ... biết gia công bề mặt phức tạp máy CNC trục máy CNC trục Ứng dụng để gia công chi tiết mẫu(02 chi tiết) Kết nghiên cứu: - Nghiên cứu tìm hiều loại cấu trục xoay máy CNC; Ứng dụng để gia công bề mặt. .. gia cơng bề mặt - phức tạp máy phay CNC trục; Chế tạo thử chi tiết mẫu IV ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu Công cụ hổ trợ gia công bề mặt phức tạp cách thực Phạm vi nghiên cứu. .. chạy dao máy trục (trái) trục (phải) Nhận xét: Phay máy CNC trục, bề mặt Phay máy CNC trục, bề mặt gia công bằng me dao (mặt hông gia công bằng mặt đầu nên chất dao) nên chất lượng bề mặt tốt