Lực đột yêu cầu phụ thuộc vào chiều dày phôi, vật liệu phôi và hình dạng lỗ. Tính toán lực đột rất quan trọng để kiểm tra xem khả năng của máy có thể gia công với dụng cụ có kích thƣớc lớn nhất hoặc phôi dày nhất là bao nhiêu. Công thức phổ biến để tính lực đột khi gia công nhƣ sau:
F=(P*t* σs )/1000 Trong đó:
- F: Lực đột (tấn)
- P: Chu vi lỗ (mm)
- t: Chiều dày phôi (mm)
- σs: Độ bền cắt của vật liệu phôi (kg/mm2
) Độ bền cắt một số vật liệu thông dụng:
- Thép thƣờng: 38 đến 52 kg/mm2
- Thép không gỉ: 85 kg/mm2
- Đồng: 22 kg./mm2
Ví dụ, tính lực đột cho dụng cụ hình tròn với đƣờng kính 30 m, vật liệu là thép
có độ bền cắt 52 kg/mm2
, chiều dày phôi bằng 4 mm Chu vi hình tròn : P = π.D =3,14*30 = 94,2mm Lực cắt: F = (94,2 * 4 * 52)/1000 = 19,6 tấn
Nhƣ vậy chỉ có thể gia công cho trƣờng hợp trên với chủng loại máy đột có lực đột tối đa trên 20 tấn
Tƣơng tự nhƣ vậy ta có thể sử dụng đồ thị lựa chọn đƣờng kính dụng cụ tối đa để gia công phôi thép trên các chủng loại máy đột 20 tấn, 30 tấn, 40 tấn, 50 tấn nhƣ sau:
Hình 2-11: Lựa chọn đƣờng kính dụng cụ lớn nhất khi đột thép tấm 2.5.3 Lựa chọn thông số đột khi sử dụng dụng cụ hình tròn
Dụng cụ đột hình tròn thông thƣờng đƣợc ƣu tiên sử dụng để gia công các biên dạng cong. Khi sử dụng dụng cụ tròn, ngƣời sử dụng quan tâm nhất đến chiều cao nhấp nhô của biên dạng sau gia công để từ đó lựa chọn bƣớc tiến phù hợp. Trong đa số trƣờng hợp, lựa chọn dụng cụ có kích thƣớc lớn nhất sẽ giúp giảm tối đa bƣớc tiến. Lý thuyết tính bƣớc tiến theo chiều cao nhấp nhô cho trƣớc sẽ đƣợc đề cập trong Chƣơng 4: Lựa chọn dụng cụ tự động. Trong phần này, chỉ giới thiệu phƣơng pháp sử dụng đồ thị để lựa chọn bƣớc tiến phù hợp khi sử dụng dụng cụ tròn khi gia công biên dạng 2D.
Bƣớc tiến thẳng:
Quan hệ bƣớc tiến và chiều cao nhấp nhô đƣợc tra theo đồ thị 2-12. Bƣớc tiến thấp nhất đƣợc tính bằng công thức: Smin = 0,5*t
Với: - Smin : bƣớc đột nhỏ nhất (mm) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0 1 2 3 4 5 6 Đường kính dụng cụ lớn nhất
Chiều dày phôi
- t : chiều dày vật liệu (mm)
Hình 2-12:Đồ thị quan hệ giữa bƣớc tiến và chiều cao nhấp nhô khi cắt biên dạng thẳng bằng dụng cụ tròn
Ví dụ chiều cao nhấp nhô khi gia công biên dạng thẳng bằng dụng cụ tròn có đƣờng kính bằng 30 mm và bƣớc tiến bằng 8 mm là 0,55 mm
Bƣớc tiến gia công cung tròn:
Đồ thị chiều cao nhấp nhô khi gia công biên dạng cong bằng dụng cụ tròn ф 10 mm 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Chiều cao nhấp nhô Bước tiến d6 d8 d15 d20 d30 d40
Hình 2-13 : Đồ thị quan hệ giữa bƣớc tiến và chiều cao nhấp nhô khi cắt biên dạng cong bằng dụng cụ tròn ф 10 mm
Nhận xét: Các đƣờng quan hệ giữa bƣớc tiến và chiều cao nhấp nhô khi sử dụng dụng cụ có đƣờng kính 10 mm để gia công các đƣờn cong có đƣờng kính là d=50 mm, d=100 mm, d=150 mm, d=200 mm, d=300 mm và d=400 mm gần nhƣ trùng nhau chứng tỏ rằng đƣờng kính đƣờng cong cần gia công bằng phƣơng pháp đột liên tục không ảnh hƣởng nhiều đến mối quan hệ giữa bƣớc tiến và chiều cao nhấp nhô khi gia công. Ta có thể sử dụng đồ thị 2-11 lựa chọn bƣớc tiến phù hợp để gia công sản phẩm có chiều cao nhấp nhô đạt yêu cầu.
2.5.4 Lựa chọn thông số đột khi sử dụng dụng cụ hình chữ nhật
Dụng cụ đột hình chữ nhật đƣợc sử dụng để đột lỗ đơn hoặc để cắt biên dạng. Khi cắt biên dạng, để tăng độ chính xác và hiệu quả, tránh sử dụng cạnh nhỏ của dụng cụ để cắt biên dạng. Phƣơng pháp tính toán thông số khi đột lỗ chữ nhật dài 20x150 mm với dụng cụ 20 mm x 20 mm cho các kết quả nhƣ sau:
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Chiều cao nhấp nhô Bước tiến
Đường cong d50 Đường cong d100 Đường cong d150
Hình 2-14: Minh họa tính các thông số đột lỗ chữ nhật dài 20x150 mm - Vị trí đột đầu tiên (X0, Y0)
X0 = [Giá trị X tại điểm bên trái] +1/2[Chiều dài dụng cụ theo phƣơng X]
Y0 = [Giá trị Y tại điểm dƣới cùng] +1/2[Chiều dài dụng cụ theo phƣơng Y]
X0= 200 +1/2*20=210 mm Y0= 300 +1/2*20=310 mm - Khoảng cách dịch chuyển L=[Chiều dài lỗ]-[Bề rộng dụng cụ] L=150-20=130 mm - Số lần đột: N=[Khoảng dịch chuyển]/[Bề rộng dụng cụ] N=130/20=6,5 Chọn số lần đột =7 - Bƣớc đột: S =[Khoảng dịch chuyển]/[Số lần đột] S=130/7=18,57 mm
Bƣớc đột đề nghị tối thiểu bằng 2/3 chiều dài dụng cụ sau lần đột ban đầu. Bƣớc đột đề nghị lớn nhất = Bề rộng dụng cụ - 2 mm
2.5.5 Trình tự đột
Những quy định bắt buộc để quá trình đột ổn định và chính xác:
150
10 130 10
20
200
- Bắt đầu đột với lỗ nhỏ trƣớc sau đó đột các lỗ lớn hơn
- Đột các lỗ đơn trƣớc sau đó đột liên tục để cắt biên dạng
- Bắt đầu gia công phía đối diện với kẹp phôi đến phía kẹp phôi. Điều kiện ổn
định nhất đạt đƣcc bằng cách đột hƣớng chính xác. Nếu không, vật liệu có thể sẽ bị dịch chuyển khiến sản phẩm không đạt độ chính xác yêu cầu
Ví dụ gia công đột các đƣờng 1, 2, 3, 4 nhƣ hình sau:
Hình 2-15: Minh họa thứ tự quá trình đột
Trình tự đột đúng kiến nghị để đảm bảo độ ổn định cao nhất nhƣ sau:
1) ↓ 2) ↓ 3) → 4) ←
Phần mềm sinh lệnh NC đột tự động có chất lƣợng là phần mềm trong đó cần phải xét đến các yếu tố nhƣ trên giúp quá trình đột ổn định.
2.6 Tóm tắt chƣơng
Chƣơng 2, giới thiệu cơ bản về máy đột, dụng cụ, phôi tấm và một số vấn đề trong công nghệ đột CNC. Đây là các yếu tố đầu vào ảnh hƣởng đến quyết định lựa chọn dụng cụ đột và sinh đƣờng dụng cụ đột tự động. Ảnh hƣởng của các yếu tố này đƣợc tóm tắt nhƣ sau:
- Sản phẩm gia công ảnh hƣởng trực tiếp đến quyết định lựa chọn hình dạng
dụng cụ, kích thƣớc dụng cụ, đƣờng dụng cụ và trình tự gia công
- Chiều dày phôi, vật liệu phôi ảnh hƣởng đến kích thƣớc dụng cụ, khe hở
1 2
3
dụng cụ. Chiều dày phôi càng lớn, vật liệu phôi có độ bền chống cắt càng cao thì chọn kích thƣớc dụng cụ càng nhỏ, khe hở dụng cụ càng lớn.
- Lực đột của máy ảnh hƣởng đến lựa chọn kích thƣớc dụng cụ. Chọn dụng cụ
lớn hơn nếu máy có lực đột tối đa lớn hơn.
- Chiều cao nhấp nhô, biên dạng đột ảnh hƣởng đến lựa chọn bƣớc đột. Chiều
cao nhấp nhô thấp thì bƣớc đột càng phải nhỏ.
Luận văn chỉ giới hạn nghiên cứu riêng yếu tố về hình dạng sản phẩm gia công (ví dụ: đột lỗ định hình, đột biên dạng hở, biên dạng kín…) để lựa chọn dụng cụ và đƣờng dụng cụ. Trên thực tế để tăng mức độ tin cậy và tính tự động của các quyết định lựa chọn, chƣơng trình CAM cho máy đột cũng cần phải bao quát các yếu tố ảnh hƣởng khác nêu trên.
CHƢƠNG 3: NHẬN DẠNG CÁC ĐỐI TƢỢNG 2D GIA CÔNG TRÊN MÁY ĐỘT CNC
3.1 Đối tƣợng gia công
Theo N.F. Choong [6], biên dạng 2D đƣợc phân thành biên dạng ngoài, biên dạng trong, lỗ vuông, lỗ chữ nhật, lỗ tam giác, lỗ dài, lỗ hình cung tròn, lỗ tròn. Tất cả các biên dạng, kể cả các lỗ định hình, đều đƣợc coi nhƣ những đƣờng bao kín. Quan điểm này của tác giả không bao quát trƣờng hợp biên dạng là đƣờng cong hở và xử lý các lỗ không tiêu chuẩn nhƣ dụng dụng cụ dập chớp, dụng cụ dập nổi…
Để phù hợp với công nghệ đột CNC và giúp giải quyết vấn đề trên, luận văn phân loại biên dạng thành ba đối tƣợng gia công và tƣơng ứng là các đối tƣợng CAD nhƣ sau:
Bảng 3-1: Phân loại biên dạng
Đối tƣợng gia công Đối tƣợng CAD tƣơng ứng
Đối tƣợng tạo hình bởi một lần đột duy nhất
Đối tƣợng điểm hoặc đa tuyến đƣợc định nghĩa trƣớc
Đối tƣợng tạo hình bởi nhiều lần đột liên tiếp với một loại dụng cụ
Đƣờng thẳng, cung tròn, đa tuyến hở Đối tƣợng tạo hình bằng cách kết hợp
nhiều loại dụng cụ khác nhau
Các đa tuyến kín
Hình 3-1: Các đối tƣợng gia công
đƣợc giải quyết. Các dụng cụ không tiêu chuẩn sẽ đƣợc lựa chọn thủ công để gia công các đối tƣợng CAD dạng điểm, dạng đƣờng, đa tuyến hở. Tuy nhiên, vấn đề mới nảy sinh là nhận dạng các đối tƣợng CAD này nhƣ thế nào để từ đó có những quyết định tiếp theo về lựa chọn dụng cụ và tạo đƣờng dụng cụ phù hợp. Những nội dung tiếp theo của luận văn sẽ đề cập đến vấn đề này.
3.2 Các phần tử CAD
Các phần tử CAD là các đối tƣợng sử dụng để vẽ trong AutoCAD gồm đƣờng thẳng, cung tròn, đƣờng tròn… Các tham số của phần tử CAD đƣợc mã hóa trong cơ sở dữ liệu dƣới định dạng DXF. Mỗi phần tử đƣợc định nghĩa bằng một nhóm mã dƣới dạng danh sách, ví dụ nhƣ sau:
((-1 . <Entity name: 3b40868>) (0 . "LINE") (5 . "BD") (100 . "AcDbEntity") (67 . 0) (8 . "DIM") (100 . "AcDbLine") (10 200.25 316.75 0.0) (11 242.25 316.75 0.0) (210 0.0 0.0 1.0)) Trong đó: - Nhóm mã 1 là tên của phần tử : 3b40868 - Nhóm mã 0 là dạng phần tử: LINE - Nhóm mã 8 là tên lớp: DIM
- Nhóm mã 10 điểm bắt đầu của đƣờng: (200.25, 316.75, 0.0)
- Nhóm mã 11 điểm kết thúc của đƣờng: (242.25, 316.75, 0.0)
Danh sách các đối tƣợng 2D trong AutoCAD và thuộc tính chính đƣợc liệt kê trong bảng sau:
Bảng 3-2: Thuộc tính các đối tƣợng 2D trong AutoCAD
Đối tƣợng CAD Dạng phần tử Thuộc tính Ví dụ
Điểm "POINT" 10 – Tọa độ điểm (10 4.29 8.28 0.0)
Đối tƣợng CAD Dạng phần tử Thuộc tính Ví dụ 11 – Điểm kết thúc (11 11.12 10.05 0.0) Cung tròn "ARC" 10 - Tâm (10 1.5 0.5 0.0) 40 - Bán kính (40 . 1.58) 50 - Góc bắt đầu (50 . 5.96) 51 - Góc kết thúc (51 . 3.46) Hình tròn "CIRCLE" 10 – Tâm (10 17.43 9.68 0.0) 40 – Bán kính (40 . 1.5)
Đa tuyến “LWPOLYLINE"
70 – Dấu hiệu đa tuyến ( 0- Mặc định, 1- Đa tuyến kín, …) (70 . 0) 10 – Tọa độ đỉnh đầu tiên (10 1.0 1.0) 42 – Hệ số lồi (42 . 0.0) 10 – Tọa độ đỉnh thứ hai (10 2.0 1.0) 42 – Hệ số lồi (42 . 0.0) … đỉnh thứ n
Hình tam giác “LWPOLYLINE" - nt (với 3 đỉnh)
Hình chữ nhật “LWPOLYLINE" - nt (với 4 đỉnh)
Hình lục giác “LWPOLYLINE" - nt (với 6 đỉnh)
Hình bát giác “LWPOLYLINE" - nt (với 8 đỉnh)
Đối với phần tử dạng đa tuyến, một thuộc tính quan trọng đƣợc nhắc tới gọi là hệ số lồi. Hệ số lồi là giá trị đặc trƣng cho độ cong của một phân đoạn thuộc đa tuyến.
Hình 3-2: Mô tả đặc trƣng của đƣờng cong thuộc đa tuyến Công thức tính hệ số lồi: B= 2*H/D
Trong đó:
- B: Hệ số lồi
- D: chiều dài của đƣờng thẳng nối giữa hai điểm đầu và cuối của đƣờng cong
- H: chiều cao tính từ điểm giữa đƣờng cong tới đƣờng thẳng nối giữa hai điểm
đầu và cuối của đƣờng cong
Nếu phân đoạn là đoạn thẳng giá trị hệ số lồi bằng 0. Nếu là cung tròn, hệ số lồi có thể âm hoặc dƣơng. Nếu cung tròn ngƣợc chiều kim đồng hồ, đi từ điểm bắt đầu của đa tuyến, hệ số lồi có giá trị dƣơng. Nếu cung tròn cùng chiều kim đồng hồ, hệ số lồi có giá trị âm.
Đƣờng đa tuyến gồm những đoạn thẳng và cung tròn. Có hai cách xử lý phần tử dạng đa tuyến là xử lý toàn bộ hoặc phá vỡ đa tuyến thành các phần tử độc lập. Đối với trƣờng hợp xử lý đa tuyến không phá vỡ, xử lý lần lƣợt từng phân đoạn của đa tuyến với đặc trƣng gồm điểm đầu, điểm cuối và hệ số lồi. Trƣờng hợp phá vỡ đa tuyến, đoạn thẳng và cung tròn sẽ trở thành các phần tử mới. Đoạn thẳng sẽ đƣợc đặc trƣng bởi điểm đầu và điểm cuối. Cung tròn đƣợc đặc trƣng bằng tâm, điểm đầu, điểm cuối, góc đầu, góc cuối.
3.3 Thuật toán nhận dạng đối tƣợng gia công
3.3.1 Nhận dạng đa tuyến hở và đa tuyến kín
H D
a) Đa tuyến hở b) Đa tuyến kín Hình 3-3: Đa tuyến hở và đa tuyến kín
Trong định dạng DXF, nhóm mã 70 cho các phần tử“LWPOLYLINE" giúp nhận dạng đa tuyến có kín hay không. Nếu giá trị thứ hai của nhóm này trả về giá trị bằng 1 thì đa tuyến kín, nếu giá trị trả về bằng 0 thì đa tuyến hở.
Câu lệnh Autolisp để kiểm tra đa tuyến kín hay không nhƣ sau: (= (rem (cdr (assoc 70 (entget ename))) 2) 1))
3.3.2 Nhận dạng hình tam giác
Hình tam giác là hình hai chiều phẳng có ba đỉnh không thẳng hàng và ba cạnh là ba đoạn thẳng. Tam giác là đa giác có số cạnh ít nhất.
Hình 3-4: Hình tam giác
Dựa trên định nghĩa trên, thuật toán nhận dạng hình tam giác đƣợc mô tả nhƣ sau:
P1
P2 P3
Dạng phần tử = "LWPOLYLINE" Bắt đầu Số đỉnh =3 - + - Biên dạng hình tam giác Biên dạng không
phải hình tam giác
+ Kết thúc Đa tuyến kín Các cạnh thẳng + - + -
Hình 3-5: Thuật toán nhận dạng biên dạng hình tam giác
Nhận dạng đa tuyến là hình đa giác chỉ là bƣớc đầu để chọn lựa dụng cụ phù hợp. Kích thƣớc đa giác sẽ quyết định lựa chọn đột một lần bằng một dụng cụ đột hoặc sử dụng nhiều loại dụng cụ đột khác nhau để đột nhiều lần liên tiếp.
3.3.3 Nhận dạng hình chữ nhật
Thuật toán đƣợc xây dựng dựa trên nhận dạng cơ bản: “Hình chữ nhật là hình bình hành có hai đƣờng chéo bằng nhau"
Hình 3-6: Hình chữ nhật
Do đó, hình chữ nhật ngoài đảm bảo tính chất hình bình hành là có hai cạnh thẳng đối diện bằng nhau còn phải đảm bảo hai đƣờng chéo cũng phải bằng nhau nhƣ thuật toán sau:
P1 P2
Dạng phần tử = "LWPOLYLINE" Bắt đầu Số đỉnh = 4 Đa tuyến kín Các cạnh thẳng (P12 = P34) & (P14 = P23) & (P13 = P24) Xác định 4 đỉnh P1, P2, P3, P4 Tính khoảng cách P12, P34, P14, P23, P13, P24 Biên dạng không phải hình chữ nhật Biên dạng hình chữ nhật Kết thúc - + + + + - - - -
Hình 3-7: Thuật toán nhận dạng biên dạng hình chữ nhật 3.3.4 Nhận dạng hình lỗ dài
Thuật toán nhận dạng hình lỗ dài tƣơng tự thuật toán nhận dạng hình chữ nhật chỉ khác là hình lỗ dài có hai cạnh đối diện thẳng và hai cạnh còn lại là cung tròn.
Hình 3-8: Hình lỗ dài
P4 P3
3.3.5 Nhận dạng hình đa giác đều
Hình đa giác đều là hình đa giác có các cạnh bằng nhau và các góc ở đỉnh bằng nhau. Hình đa giác có thể là hình đa giác lồi đều hoặc hình đa giác sao đều. Để nhận dạng riêng đa giác lồi đều, cần bổ sung điều kiện góc tạo bởi hai đoạn thẳng liền kề phải lớn hơn 90o.
Hình 3-9: Hình đa giác lồi đều Thuật toán nhận dạng hình đa giác lồi đều nhƣ sau:
Dạng phần tử = "LWPOLYLINE" Bắt đầu Đa tuyến kín Tất cả các cạnh bằng nhau Xác định các đỉnh Tính độ dài các cạnh
Biên dạng không phải
hình đa giác đều Biên dạng hình đa giác đều
Kết thúc - + + - - +
Hình 3-10: Thuật toán nhận dạng biên dạng đa giác đều
P1 P2
P3 P6
3.4 Thuật toán nhận dạng miền gia công đột CNC
3.4.1 Ý nghĩa của thuật toán nhận dạng miền gia công đột CNC
Thuật toán nhận dạng miền gia công có ý nghĩa quan trọng trong việc tạo đƣờng dụng cụ tự động. Với đa tuyến ngoài, sử dụng để cắt đứt sản phẩm, đƣờng dụng cụ