Dụng cụ có cạnh thẳng có thể là hình tam giác, hình chữ nhật, hình vuông hoặc cạnh thẳng của dụng cụ dạng lỗ dài. Công thức tính bƣớc tiến gia công biên dạng thẳng bằng dụng cụ có cạnh thẳng nhƣ sau:
Hình 4-5: Tính bƣớc tiến gia công biên dạng thẳng với dụng cụ có cạnh thẳng
f=
Trong đó:
- f: Bƣớc tiến khi gia công biên dạng thẳng bằng dụng cụ có cạnh thẳng
- α: góc nghiêng của biên dạng thẳng
- β: Góc của dụng cụ
- Dấu “+” với dụng cụ bên trái đoạn thẳng, dấu “-“ với dụng cụ bên phải đoạn
thẳng
Trƣờng hợp sử dụng dụng cụ hình chữ nhật hoặc hình vuông để cắt biên dạng thẳng, góc β = 90o, công thức tính bƣớc tiến nhƣ sau:
=
Trƣờng hợp đặc biệt, khi sử dụng dụng cụ có khả năng phân độ, dụng cụ sẽ đƣợc
quay song song với đƣờng dụng cụ trong quá trình gia công nên α= 0o , h=0, bƣớc
tiến dụng cụ có thể đƣợc chọn tùy ý. 4.3.3 Gia công cung tròn
Dụng cụ tròn là dụng cụ duy nhất đƣợc lựa chọn để gia công cung tròn. Tính toán bƣớc tiến trong trƣờng hợp này không phải nhằm mục đích so sánh, lựa chọn dụng cụ nhƣ trong trƣờng hợp gia công biên dạng thẳng mà chỉ để đảm bảo chiều cao nhấp nhô nằm trong giới hạn cho phép. Công thức tính bƣớc tiến khi gia công cung tròn dựa trên bƣớc tiến khi gia công biên dạng thẳng nhƣ sau:
Gia công cung tròn lồi với dụng cụ hình tròn
Gia công cung tròn lõm với dụng cụ hình tròn
Hình 4-6: Tính bƣớc tiến gia công cung tròn lồi và cung tròn lõm fth = √
ftr = fth Trong đó:
- fth: Bƣớc tiến gia công biên dạng thẳng - ftr: Bƣớc tiến gia công biên dạng cung tròn
- h: Chiều cao nhấp nhô
- r: Bán kính dụng cụ
- R: Bán kính của biên dạng
- Dấu “+” với biên dạng là cung tròn lồi, dấu “-“ với biên dạng là cung tròn lõm
4.4 Phƣơng án lựa chọn hình dạng dụng cụ đột
Các đối tƣợng CAD 2D để gia công đƣợc đề cập trong Chƣơng 3 gồm các phần tử dạng điểm, cung tròn, đƣờng thẳng, đa giác hở, đa giác kín thành ba nhóm là:
- Nhóm 1: Đối tƣợng tạo hình bởi một lần đột duy nhất
- Nhóm 2: Đối tƣợng tạo hình bởi nhiều lần đột liên tiếp với một loại dụng cụ
- Nhóm 3: Đối tƣợng tạo hình bằng cách kết hợp nhiều loại dụng cụ khác nhau
Sẽ có ba khả năng lựa chọn dụng cụ để gia công các phần tử trên là: lựa chọn dụng cụ thủ công, lựa chọn dụng cụ tự động với duy nhất một lựa chọn và lựa chọn dụng cụ tự động từ nhiều lựa chọn.
Với phần tử dạng điểm, đƣờng thẳng, cung tròn, đa tuyến hở, ngƣời dùng phải tự lựa chọn dụng cụ mong muốn cho phần tử. Đây là những đối tƣợng mang tính chất quy ƣớc cho điểm tâm, đƣờng dụng cụ, giúp mở rộng sự lựa chọn cho ngƣời sử dụng để gia công với dụng cụ không tiêu chuẩn nhƣ dụng cụ dập nổi, dập chớp…
Với phần tử đa tuyến có hình dạng giống nhƣ hình dạng dụng cụ nhƣ hình tròn, hình vuông, hình tam giác, hình lục giác, hình bát giác, hình lỗ dài, chỉ có một lựa chọn duy nhất là các dụng cụ có hình giống nhƣ đối tƣợng gia công. Ngoài ra, sử dụng dụng cụ hình tròn để gia công cung tròn của đa tuyến kín cũng là lựa chọn duy nhất do các yếu tố về kỹ thuật và chất lƣợng sản phẩm.
Với phần tử là đoạn thẳng thuộc đa tuyến kín có ba loại dụng cụ có thể lựa chọn để gia công là dụng cụ hình tròn, dụng cụ hình chữ nhật và dụng cụ hình tam giác. Đây là sự mở rộng phƣơng án lựa chọn của luận văn vì thông thƣờng để đơn giản, các phần mềm thƣờng quy định nếu không có dụng cụ phân độ thì sử dụng dụng cụ hình chữ nhật để gia công đoạn thẳng nằm ngang hoặc thẳng đứng và dụng cụ hình tròn để gia công các trƣờng hợp còn lại.
Tổng hợp các phƣơng án lựa chọn hình dạng dụng cụ đột theo các đối tƣợng 2D cần gia công nhƣ bảng sau:
Bảng 4-1: Các phƣơng án lựa chọn hình dạng dụng cụ đột để gia công các phần tử 2D Nhóm Đối tƣợng CAD 2D Hình ảnh Hình dạng dụng cụ đƣợc chọn Dụng cụ không phân độ Dụng cụ có phân độ 1
Điểm Tùy chọn Tùy chọn
Hình tròn tiêu chuẩn Hình tam giác tiêu
chuẩn
Hình chữ nhật tiêu chuẩn
Hình lục giác tiêu chuẩn
Nhóm Đối tƣợng CAD 2D Hình ảnh Hình dạng dụng cụ đƣợc chọn Dụng cụ không phân độ Dụng cụ có phân độ Hình bát giác tiêu chuẩn Hình lỗ dài tiêu chuẩn 2
Đoạn thẳng Tùy chọn Tùy chọn
Cung tròn Tùy chọn Tùy chọn
Đa tuyến hở Tùy chọn Tùy chọn
3
Đoạn thẳng thuộc
đa tuyến kín / /
Cung tròn thuộc đa tuyến kín
4.5 Thuật toán lựa chọn dụng cụ để gia công đối tƣợng nhóm 1 và nhóm 2
Đối tƣợng gia công nhóm 1 và nhóm 2 là những đối tƣợng tạo hình bởi một lần đột duy nhất và đối tƣợng tạo hình bởi nhiều lần đột liên tiếp với một loại dụng cụ. Trƣớc khi xử lý từng đối tƣợng này, phải tiến hành phân loại từng đối tƣợng nhƣ Chƣơng 3 đã đề cập. Sau đó, với đối tƣợng là các hình tiêu chuẩn nhƣ hình tròn, hình chữ nhật, hình tam giác… tiến hành kiểm tra trong danh sách dụng cụ có dụng cụ tƣơng ứng không để lựa chọn. Với đối tƣợng là điểm, đoạn thẳng, cung tròn, đa tuyến hở, sau khi nhận biết, phải khai báo dụng cụ sử dụng và bƣớc tiến gia công. Để đơn giản hóa thuật toán, giả thiết rằng sự lựa chọn dụng cụ của ngƣời sử dụng không gây ra cắt lẹm. Do đó, thuật toán lựa chọn dụng cụ cho các đối tƣợng này
Đối tượng Bắt đầu
ĐIỂM HÌNH TRÒN
Kết thúc
ĐOẠN THẲNG CUNG TRÒN ĐA TUYẾN HỞ
Khai báo dụng cụ Khai báo dụng cụ Khai báo bước tiến Khai báo dụng cụ Khai báo bước tiến Khai báo dụng cụ Khai báo bước tiến Tìm dụng cụ tương ứng Chọn dụng cụ có hình dạng phù hợp Báo lỗi
CÁC ĐA TUYẾN ĐƯỢC ĐỊNH NGHĨA TRƯỚC Tìm dụng cụ tương ứng Chọn dụng cụ có hình dạng phù hợp Báo lỗi - + - +
4.6 Thuật toán lựa chọn hình dạng dụng cụ để đột biên dạng kín (đối tƣợng gia công nhóm 3) công nhóm 3)
Thông thƣờng, khi không có dụng cụ phân độ, các phần mềm sẽ chọn dụng cụ hình chữ nhật để gia công đoạn thẳng thẳng đứng hoặc nằm ngang và dụng cụ tròn để gia công đoạn thẳng chéo của đa tuyến kín. Đây là cách lựa chọn mang tính chất
định tính. Quan sát rằng đối với đoạn thẳng có góc gần bằng 0o
, 90o thì vẫn có thể sử dụng dụng cụ hình chữ nhật để gia công, tƣơng tự với trƣờng hợp góc nghiêng gần bằng góc của dụng cụ hình tam giác, mà chất lƣợng sản phẩm tƣơng đƣơng hoặc tốt hơn so với sử dụng dụng cụ tròn. Nhƣ vậy, ngƣời sử dụng có khả năng chọn dụng cụ khác ngoài dụng cụ tròn để gia công các đoạn chéo của biên dạng kín. Vấn đề đặt ra là khi nào thì sử dụng dụng cụ thay thế dụng cụ tròn để gia công kiểu biên dạng này.
Một nhận xét khác liên quan đến chất lƣợng sản phẩm đột là độ nhẵn của biên dạng cắt đƣợc thể hiện bằng chiều cao nhấp nhô sau gia công. Chiều cao nhấp nhô càng nhỏ thì sản phẩm càng nhẵn, sản phẩm càng chính xác. Nếu chọn giữa hai dụng cụ, với cùng bƣớc tiến (năng suất nhƣ nhau) dụng cụ nào gia công để lại chiều cao nhấp nhô nhỏ hơn thì ƣu tiên lựa chọn. Điều này cũng tƣơng tự là ƣu tiên chọn dụng cụ có bƣớc tiến cho phép lớn hơn khi đặt giá trị chiều cao nhấp nhô nhƣ nhau. Do mối quan hệ giữa bƣớc tiến đột với chiều cao nhấp nhô cho phép hoàn toàn định lƣợng đƣợc nhƣ trên đã trình bày nên có thể chọn chỉ tiêu bƣớc tiến lớn nhất
cho phép làm cơ sở để chọn dụng cụ. Ví dụ: Gia công đoạn thẳng nghiêng góc 5o so
với phƣơng nằm ngang. Chiều cao nhấp nhô cho phép là 2 mm
Trƣờng hợp 1: Dụng cụ hình tròn, đƣờng kính 20 mm
Bƣớc tiến: f1= √ √ = 12 mm
Trƣờng hợp 2: Dụng cụ hình chữ nhật Bƣớc tiến: f2= = = 23 mm
Do đó, nên sử dụng dụng cụ hình chữ nhật cho trƣờng hợp này để có năng suất gia công lớn nhất.
Theo hƣớng giải quyết của của nghiên cứu này là quyết định lựa chọn hình dạng dụng cụ dựa trên bƣớc tiến lớn nhất cho phép nên đối với mỗi phần tử thuộc đa tuyến kín phải xác định bƣớc tiến cho phép tƣơng ứng với từng loại dụng cụ. Sau đó ƣu tiên lựa chọn dụng cụ nào có bƣớc tiến cho phép lớn nhất. Đối với cung tròn, do chỉ có duy nhất một lựa chọn là dụng cụ tròn nên tính bƣớc tiến đƣợc sử dụng để đảm bảo chiều cao nhấp nhô nằm trong giới hạn cho phép.
Một số ký hiệu trong thuật toán đƣợc quy định nhƣ sau:
- α: Góc nghiêng của biên dạng thẳng
- f1: Bƣớc tiến giới hạn khi đột với dụng cụ hình tròn
Phần tử Bắt đầu Kết thúc ĐOẠN THẲNG CUNG TRÒN Chọn dụng cụ hình tròn Tính bước tiến Phá vỡ biên dạng kín & chọn phần tử Góc α Chọn dụng cụ hình tròn
0 ≤ | sin α | < 0,3 0,997 < | sin α | ≤ 1 Còn lại
f1>f2 Chọn dụng cụ hình chữ nhật Chọn dụng cụ hình tròn f1>f2 Chọn dụng cụ hình chữ nhật Chọn dụng cụ hình tròn f1>f2 Chọn dụng cụ hình tam giác - + - + - +
4.7 Thuật toán lựa chọn kích thƣớc dụng cụ để đột biên dạng kín
Kích thƣớc dụng cụ lựa chọn trên cơ sở sử dụng dụng cụ đột có kích thƣớc lớn nhất nhƣng đảm bảo không gây ra cắt lẹm với bất kỳ phần nào của sản phẩm. Khi phát hiện có sự cắt lẹm, chƣơng trình loại bỏ dụng cụ hiện tại ra khỏi danh sách và tiến hành lại thủ tục lựa chọn hình dạng dụng cụ. Nhƣ vậy, với cùng một biên dạng thẳng, kết quả lựa chọn dụng cụ có thể là dụng cụ hình tròn, hình vuông, hình chữ nhật, hình tam giác. Trong trƣờng hợp danh sách dụng cụ còn duy nhất một dụng cụ, dụng cụ này vẫn đƣợc lựa chọn nhƣng phần mềm đồng thời đƣa ra cảnh báo cho ngƣời sử dụng để có biện pháp xử lý. Bắt đầu Kết thúc Lựa chọn hình dạng dụng cụ Va chạm dụng cụ với biên dạng Dụng cụ cuối cùng Chọn dụng cụ hiện tại Va chạm dụng cụ với biên dạng Loại bỏ dụng cụ
hiện tại ra khỏi danh sách Lựa chọn hình dạng dụng cụ Cảnh báo - + + + - - Chọn dụng cụ hiện tại
4.8 Tóm tắt chƣơng
Chƣơng 4 tóm tắt các hƣớng nghiên cứu về lựa chọn dụng cụ cho gia công đột phổ biến hiện nay để từ đó so sánh với hƣớng nghiên cứu riêng của luận văn. Trong chƣơng này các thuật toán xây dựng dựa trên hai cơ sở chính là:
- Về lựa chọn hình dạng dụng cụ: Chọn dụng cụ đột có bƣớc tiến lớn nhất có
thể mà chiều cao nhấp nhô nằm trong giới hạn cho phép
- Về lựa chọn kích thƣớc dụng cụ: Chọn dụng cụ đột có kích thƣớc lớn nhất có
thể nhƣng đảm bảo không gây ra cắt lẹm với bất kỳ phần nào của sản phẩm Cơ sở lựa chọn dụng cụ dựa trên tính toán về chiều cao nhấp nhô và tính toán sự cắt lẹm giúp loại bỏ hoàn toàn yếu tố định tính trong đa số các nghiên cứu về vấn đề này.
CHƢƠNG 5: TẠO ĐƢỜNG DẪN DỤNG CỤ TRONG GIA CÔNG ĐỘT CNC
5.1 Các loại đƣờng dụng cụ trong gia công đột
Đƣờng dụng cụ tƣơng ứng với các đối tƣợng gia công trên máy đột đƣợc chia thành ba nhóm nhƣ sau:
- Nhóm 1: Đối tƣợng tạo hình bởi một lần đột duy nhất. Tâm của dụng cụ trùng với tâm đối tƣợng CAD.
- Nhóm 2: Đối tƣợng tạo hình bởi nhiều lần đột liên tiếp với một loại dụng cụ.
Đƣờng dụng cụ chính là đối tƣợng CAD (đoạn thẳng, cung tròn, đa tuyến hở).
- Nhóm 3: Đối tƣợng tạo hình bằng cách kết hợp nhiều loại dụng cụ khác nhau. Các đối tƣợng nhóm 3 là các đa tuyến kín trong hoặc đa tuyến ngoài. Phƣơng pháp tạo đƣờng dụng cụ tự động trong luận văn này là xử lý độc lập trên từng phần tử phá vỡ từ đa tuyến (các đoạn thẳng và cung tròn). Đƣờng dụng cụ tạo thành phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ đặc điểm đa tuyến, đặc điểm phần tử, danh sách dụng cụ.
Trong chƣơng này, các nghiên cứu tập trung vào việc tạo đƣờng dụng cụ để đột biên dạng kín vì đƣờng dụng cụ này không sẵn có nhƣ trƣờng hợp gia công sản phẩm nhóm 1 và nhóm 2.
5.2 Đƣờng dụng cụ để đột biên dạng kín
Quỹ đạo điểm tâm của dụng cụ đột luôn cách đều đoạn biên dạng thẳng hoặc cung tròn một khoảng không đổi để sao cho phần cắt của dụng cụ luôn tiếp xúc với biên dạng. Do đó, đƣờng dụng cụ đột đƣợc tạo thành bằng cách offset biên dạng một khoảng cách xác định đƣợc.
Hình 5-1: Đƣờng dụng cụ trong gia công đột
Phần mềm PUNCHCODE phát triển trên nền AutoCad nên đƣợc hỗ trợ tốt từ cấu trúc lệnh Offset. Tuy nhiên, đối tƣợng tạo thành từ lệnh Offset chƣa phải là đƣờng dụng cụ cuối cùng vì đƣờng này có thể khiến dụng cụ cắt lẹm các biên dạng liền kề và các phần khác của sản phẩm cần gia công. Để tránh điều này xảy ra, cần phải tinh chỉnh lại đƣờng dụng cụ dựa trên các yếu tố về miền gia công, đỉnh tạo thành với phần tử liền kề, sự giao cắt của dụng cụ với sản phẩm gia công…
5.3 Khoảng cách offset để tạo đƣờng dụng cụ thô
5.3.1 Ý nghĩa
Khoảng offset của để tạo đƣờng dụng cụ thô đƣợc xác định bằng khoảng cách đƣờng dụng cụ đến biên dạng gia công. Đƣờng offset sẽ đảm bảo tâm dụng cụ nằm trên đƣờng này luôn cách biên dạng gia công một khoảng cố định. Khoảng cách offset cho các dụng cụ hình tròn, hình chữ nhật, hình tam giác đƣợc xác định nhƣ sau đây.
5.3.2 Khoảng cách offset với dụng cụ tròn
Trong quá trình đột, dụng cụ hình tròn luôn tiếp xúc với đoạn biên dạng thẳng hoặc biên dạng tròn của chi tiết cần gia công. Do đó, khoảng cách đƣờng dụng cụ đến biên dạng gia công bằng bán kính của dụng cụ.
Hình 5-2: Khoảng cách offset tạo đƣờng dụng cụ của dụng cụ hình tròn Công thức:
Doffset = R Với:
Doffset: khoảng cách offset R: bán kính dụng cụ
5.3.3 Khoảng cách offset với dụng cụ hình chữ nhật
Thông thƣờng cạnh dài nhất của dụng cụ hình chữ nhật là cạnh đƣợc lựa chọn để cắt biên dạng. Khoảng cách offset sẽ bằng một nửa cạnh ngắn nhất của hình chữ nhật. Giá trị offset này đƣợc sử dụng với cả dụng cụ không phân độ.
Hình 5-3: Khoảng cách offset tạo đƣờng dụng cụ của dụng cụ hình chữ nhật Công thức:
Doffset = . min (a , b) Với:
Doffset: khoảng cách offset
b
a
R
a, b: độ dài cạnh bất kỳ của dụng cụ hình chữ nhật 5.3.4 Khoảng cách offset với dụng cụ hình tam giác:
Với giả thiết rằng góc nghiêng của đoạn thẳng biên dạng tƣơng đƣơng với góc β của dụng cụ. Khoảng cách offset của dụng cụ hình tam giác phụ thuộc vào thông số dụng cụ và xác định bằng khoảng cách từ tâm đƣờng tròn ngoại tiếp dụng cụ đến cạnh cắt bên của dụng cụ.
Hình 5-4: Khoảng cách offset tạo đƣờng dụng cụ của dụng cụ hình chữ nhật tam