4. Nội dung nghiên cứu
4.6.1.3 Ứng dụng kỹ thuật ngược (RE) và phần mềm Geomagic trong việc
tra độ chính xác hình học mẫu thực nghiệm.
Biên dạng chi tiết cần kiểm tra độ chính xác hình học:
90 Trang thiết bị sử dụng để kiểm tra mẫu.
- Máy quét 3D của hãng NIKON.
- Cánh tay robot 7 bậc tự do MCAx20+. - Đầu quét 3D MMDx100.
91
Bang 4 4 Thông số kỹ thuật cánh tay robot
Thông số MCAx20+
Khoảng đo 2.000 mm
Độ chính xác lặp lại của điểm đo 0.023 mm
Độ chính xác 3 chiều ±0.033 mm
Độ chính xác quét sử dụng đầu quét MMDX100
48µm
Số bậc tự do 7
Khối lượng 8.2 kg
Hình 4 37 Đầu quét 3D MMDx100 Bang 4 5 Thông số kỹ thuật của đầu quét 3D
Thông số kỹ thuật MMDx100
Start measuring range (mm) 100 Measuring range (mm) 100
Stripe width (mm) 100
92
Hiệu chuẩn máy.
Trước khi thực hiện quét sản phẩm ta phải tiến hành hiệu chuẩn máy theo mẫu chuẩn của nhà sản xuất.
Hình 4 38 Kết quả hiệu chuẩn máy.
Thực hiện hiệu chuẩn theo căn mẫu chuẩn của nhà sản xuất, thực hiện với 14 lần đo với độ chính x|c đạt được 0,019 mm.
Quét và xử lý dữ liệu.
Chi tiết được đặt cố định trên bàn thao tác, tiến hành quét hết toàn bộ bề mặt biên dạng của chi tiết, dữ liệu quétthu được dưới dạng đ|m m}y điểm (Point Clout), tiến hành xử lý mẫu ta thu được hình dáng hình học của bề mặt nghiên cứu trong luận văn như sau:
93
Hình 4 39 hình dáng hình học của bề mặt nghiên cứu.
Kiểm tra hình dáng hình học chi tiết trên thiết kế và chi tiết quét 3D.
- Quy trình: Quá trình kiểm tra hình dáng hình học chi tiết bao gồm hai nội dung chính, phần thứ nhất kiểm tra sai lệch hình dáng hình học của chi tiết, phần thứ hai kiểm tra sai lệch biên dạng của chi tiết. Do chi tiết thiết kế dưới dạng bề mặt (Surface) mà chi tiết quét dưới dạng khối, bởi vậy quá trình xử lý ta quét phần bề mặt và phải cắt bỏ những phần dữ liệu thừa bởi vậy sẽ ảnh hưởng rất lớn đến độ sai lệch biên dạng hình dáng hình học cần kiểm tra. Mục tiêu là đánh giá sai lệch về hình dáng hình học bề mặt nên trong giới hạn của luận văn này sẽ không có phần kiểm tra sai lệch biên dạng của chi tiết.
- Nguyên lý: Dữ liệu quét sau khi được xử lý ta thu được biên dạng hình học của sản phẩm dưới dạng đám mây điểm, ta sẽ nhập biên dạng thiết kế của chi tiết dưới định dạng file CAD 3D, định vị dữ liệu quét và dữ liệu file CAD dưới dạng "Best Fit" tức là dữ liệu quét và dữ liệu CAD được định vị trí tối ưu nhất với độ chính xác 0.05mm, và được thao tác trên phần mềm Geomegic.
- Độ sai lệch hình dáng hình học được xác định bằng khoảng cách từ một điểm bất kỳ trên dữ liệu quét đến bề mặt chi tiết CAD 3D.
94
Hình 4 40 Độ chính xác định vị của phần mềm Geomegic.
Hình 4 41 Cây thư mục trong giao diện phầm mềm xử kiểm tra. TEST: Đối tượng cần kiểm tra (Dữ liệu quét dưới dạng đám mây điểm). REF: Đối tượng so sánh (File thiết kế 3D).
95
Hình 4 42 Dữ liệu quét và dữ liệu CAD ở vị trí tương đối trước khi định vị.
96 Điểm kiểm tra được x|c định bằng cách tạo c|c lưới với kích thước 5x5x5 mm, các lưới này giao với bề mặt dữ liệu quét tại c|c điểm (hình cầu m{u xanh) được xác định l{ c|c điểm kiểm tra.
97 Thiết đặt các thông số kiểm tra:
3D Deviation: Kiểm tra sai lệch biên dạng 3D Max. Deviation: Độ biến dạng lớn nhất
Critical Angle: Góc tới hạn
Color Segments: Phổ màu thể hiện độ sai lệch Critical: Giá trị tới hạn
Nominal: Dung sai danh định.
99
100
Nhận xét:
Bang 4 6 Tổng hợp kết quả đánh giá về độ chính xác hình dáng hình học.
Độ lệch (mm) Mẫu số 1 Độ lệch trên lớn nhất 0.1495 Độ lệch dưới lớn nhất -0.1820 Độ lệch trung bình 0.0606 / -0.0702 Độ lệch chuẩn 0.0647 4.7 KIỂM TRA Đ NH GI ĐỘ NHÁM. 4.7.1 Nhám bề mặt.
Bề mặt chi tiết sau khi gia công không bằng phẳng một cách lý tưởng mà tồn tại những nhấp nhô, những nhấp nhô này hình thành do: Vết lưỡi cắt để lại trên bề mặt của chi tiết được gia công, ảnh hưởng của rung động khi cắt, tính chất của vật liệu gia công, chế độ cắt, các thông số dụng cụ cắt, dung dịch trơn nguội và một số nguyên nhân khác.
Hình 4 44 Các loại nhấp nhô bề mặt.
Người ta phân lọai những nhấp nhô bằng cách thiết lập tỉ lệ giữa bước nhấp nhô (p) và chiều cao nhấp nhô (h):
- Khi p/h > 1000 sai số đó thuộc về sai lệch hình dạng có chiều cao h1. - Khi 50 p/h < 1000 sai số đó thuộc về sóng bề mặt có chiều cao h2. - Khi p/h 50 sai số đó thuộc về nhám bề mặt có chiều cao h3.
101
4.7.2 Chỉ tiêu đánh giá độ nhám.
Một số khái niệm:
- Đường trung bình: Là đường thẳng xác định trong chiều dài chuẩn chia profin thực ra làm 2 phần có tổng diện tích các đỉnh lồi và đáy lõm bằng nhau.
Hình 4 45 Đường trung bình.
- Chiều dài chuẩn: Là phần chiều dài của bề mặt chi tiết được lựa chọn để đo độ nhám mà trong đó không có sự tham gia của các loại nhấp nhô khác có bước lớn hơn chiều dài chuẩn l. Tiêu chuẩn qui định chiều dài tiêu chuẩn có các trị số sau 0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,8; 2,5; 8; 25mm.
Sai lệch trung bình số học của profin Ra.
Là trị số trung bình của các khoảng cách từ profin thực tới đường trung bình trong giới hạn chiều dài chuẩn. Ra được tính theo công thức (4.1):
Hình 4 46 Các đại lượng liên quan tới độ nhám.
Sai lệch bình phương trung bình của profin Rq. Rq được tính theo công thức (4.2):
l F1 F2 F3 F4 F5 F6 dx y Ra x 0 1
102 l n i q y n dx x y l R 1 2 0 2 1 ) ( 1 (4.2)
Chiều cao trung bình nhấp nhô của profin theo 10 điểm Rz.
Là giá trị trung bình của trị tuyệt đối của chiều cao 5 điểm cao nhất của phần lồi v{ 5 điểm thấp nhất của phần lõm tới đường trung bình m trong giới hạn chiều dài chuẩn. Rz được tính theo công thức (4.3):
5 5 / / / / 5 1 min 5 1 max 5 1 min 5 1 max i i i i Z h h H H R (4.3)
Trong đó Himax và Himin là khoảng cách từ 5 điểm cao nhất v{ 5 điểm thấp nhất tới đường thẳng song song nằm phía dưới và không cắt profin thực.
Chiều cao trung bình của các nhấp nhô.
Là giá trị trung bình của chiều cao các nhấp nhô của prôfin trong giới hạn chiều dài chuẩn.
Chiều cao lớn nhất của các nhấp nhô Rmax.
Là khoảng cách giữa đỉnh cao nhất của phần lồi v{ đ|y thấp nhất của phần lõm của Prôfin trong giới hạn chiều dài chuẩn.
Bước trung bình của các nhấp nhô profin – Sm.
Là giá trị trung bình của bước nhấp nhô của profin trong giới hạn chiều dài chuẩn. Sm được tính theo công thức (4.4):
n mi m S n S 1 1 (4.4)
Bước trung bình của các nhấp nhô theo đỉnh S.
Là giá trị trung bình khoảng cách giữa c|c đỉnh của các nhấp nhô trong giới hạn chiều dài chuẩn.
103 Là tỷ số giữa chiều dài tựa của Prôfin tp và chiều dài chuẩn tính theo %. tp được tính theo công thức (4.5): % 100 ). 1 ( 1 n i i P b l t (4.5)
4.7.3 Kiểm tra đánh giá độ nhám mẫu thực nghiệm.
Công tác chuẩn bị.
- Các vị trí được đo độ nhám như hình 4.22:
Hình 4 47 Các vị trí được đo độ nhám.
- Máy đo độ nhám: Máy đo Rugosurf của hãng Tesa (Pháp). Thông số kỹ thuật máy:
104
+ Chiều dài đo: 4mm
+ Chiều dài lấy mẫu (chiều dài chuẩn): 0,8 mm + Bán kính kim đo: 5 µm
+ Phạm vi đo: 0,005-6,3 µm + Độ phân giải: 0,01 µm + Tiêu chuẩn đo: Ra, Rz
Hình 4. 1 Máy đo độ nhám.
Thực hiện kiểm tra độ nhám cho mẫu thực nghiệm.
Máy đo được cài đặt đo độ nhám theo tiêu chuẩn Ra với các thông số như sau:
+ Chiều dài đo: 4mm
+ Chiều dài lấy mẫu (chiều dài chuẩn): 0,8 mm + Phạm vi đo: 0,005-6,3 µm
+ Độ phân giải: 0,01 µm
M|y đo được g| đặt trên đồ gá chuyên dụng v{ được định vị nghiêm 1 góc so với mặt chuẩn sao cho kim đo được tiếp xúc với mặt cần đo theo phương ph|p tuyến với mặt đó (tùy theo góc nghiêng của mặt cần đo tại vị trí đo).
105
Kết quả.
Quá trình kiểm tra đ|nh gi| độ nhám cho mẫu thực nghiệm sử dụng tiêu chuẩn đo Ra v{ đơn vị là µm.
Bang 4 7 Kết quả đo độ nhám mẫu thực nghiệm.
Mẫu Vị trí Độ nhám trung bình 1 2 3 Lần 1 Lần 2 Lần 1 Lần 2 Lần 1 Lần 2 1 0,39 0,39 0,59 0,51 0,41 0,54 0,47 Nhận xét:
Tuy nhiên, do hạn chế về mặt thiết bị đo nên kết quả đ|nh gi| về độ nhám trên chỉ mang tính chất tham khảo, chỉ dùng để so s|nh độ nhám giữa các mẫu thực nghiệm trong phạm vi luận văn n{y.
106
KẾT LU N CHƢƠNG 4
Trong chương này, tác giả đã trình bày các nội dung cơ bản như sau:
- Ứng dụng phần mềm CAD/Cam (Creo3.0) để gia công thực nghiệm bề mặt cong 3 D trên máy phay CNC 3 trục bằng dao đầu cầu.
- Giới thiệu về kỹ thuật ngược và phần mềm Geomagic sau đó áp dụng vào việc kiểm tra độ chính xác hình học mẫu thực nghiệm.
- Tổng hợp lý thuyết về nhám bề mặt và các chỉ tiêu đánh giá độ nhám. Tiến hành kiểm tra đánh giá độ nhám cho mẫu thực nghiệm.
- Qua quá trình kiểm tra đánh giá thực nghiệm chất lượng gia công của các mẫu thực nghiệm, tác giả nhận thấy khi gia công chi tiết là bề mặt cong 3D trên máy phay CNC 3 trục bằng dao phay đầu cầu đảm bảo được độ chính xác bề mặt gia công.
Độ lệch (mm) Mẫu
Độ lệch trên lớn nhất 0.1495
Độ lệch dưới lớn nhất -0.1820
Độ lệch trung bình 0.0606 / -0.0702
107
KẾT LU N VÀ KIẾN NGH
* Kết luận:
Trước đ}y, khi công nghệ CAD/CAM/CNC chưa ph|t triển việc gia công tạo hình các bề mặt tự do thường mang lại nhiều khó khăn v{ có độ chính xác gia công không cao, ngày nay sự ra đời của máy công cụ điều khiển bằng chương trình số với sự trợ giúp của hệ thống CAD/CAM/CNC và kỹ thuật thiết kế ngược RE... đ~ nhanh chóng tạo ra những bước nhảy vọt về năng suất và chất lượng.
Bề mặt tự do với các thuộc tính hình học cơ bản (tiếp tuyến, độ cong…) thay đổi tại c|c điểm khác nhau trên bề mặt v{ thường được biểu diễn bởi tập c|c điểm điều khiển v{ được mô hình hóa toán học dưới dạng c|c phương trình tổ hợp… Nên tạo hình các bề mặt tự do là khá phức tạp v{ thường phải thực hiện trên c|c m|y điều khiển số nhiều trục. Với mong muốn khai thác, nâng cao hiệu quả, khả năng và chất lượng tạo hình các bề mặt tự do nhằm đ|p ứng nhu cầu ng{y c{ng đa dạng về chủng loại sản phẩm, cũng như mẫu mã, chất lượng của sản phẩm đó chính l{ lý do t|c giả quyết định chọn đề tài này.
Dựa trên nghiên cứu, hiểu biết về thiết kế, lập trình, gia công cơ khí trên m|y phay CNC nhiều trục. Dựa trên hiểu biết về các phần mềm CAD/CAM/CNC, các phần mềm thiết kế ngược. Tác giả đ~ trình b{y cơ sở lý thuyết về hình học bề mặt, dụng cụ và đường dụng cụ khi gia công trên máy phay CNC. Những ứng dụng để thiết kế và tạo chương trình gia công cho m|y CNC, cụ thể ở đ}y l{ lập trình gia công trong tạo hình bề mặt tự do cấu trúc cục bộ dạng yên ngựa. Ngoài ra tác giả cũng đ~ tiến hành thực nghiệm so s|nh độ chính x|c gia công khi thay đổi các kiểu đường dụng cụ, khi gia công chi tiết mẫu thực va đưa ra kết quả giúp cho c|c đơn vị, doanh nghiệp lựa chọn được quy trình gia công tối ưu nhất mà vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, năng suất cao nhất, giá thành hạ nhất.
* Kiến nghị:
Do thời gian và kinh phí còn hạn hẹp nên trong phạm vi luận văn này tác giả mới dừng lại ở việc nghiên cứu, thực nghiệm khả năng gia công bề mặt tự do cấu trúc cục bộ dạng yên ngựa trên máy phay CNC 3 trục bằng dao phay đầu cầu. Do vậy, trong thời gian tới rất mong sẽ được phát triển đề t{i theo hướng tiếp tục phát triển
108 nghiên cứu năng suất, chất lượng của các kiểu đường dụng cụ khác nhau khi gia công các bề mặt tự do phức tạp hơn tre n ma y phay tru c, ma y 5 tru c.
109
TÀI LI U THAM KHẢO
Tiếng Việt:
[1]. PGS, TS. Nguyễn Trọng Bình (2003), Tối ưu hoá quá trình gia công cắt gọt,
NXB Giáo dục.
[2]. Trần Hữu Đà, Nguyễn Văn Hùng, Cao Thanh Long (1998), Cơ sở chất lượng của quá trình cắt, Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp.
[3]. TSKH. Bành Tiến Long, PGS.TS. Trần Thế Lục, Trần Sĩ Tuý (2004), Công nghệ tạo hình các bề mặt dụng cụ công nghiệp, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
[4]. A.V. Ephimop, B.P. Đemiđovich (1996), Sổ tay toán học cao cấp, NXB Khoa học & Kĩ thuật.
[5]. Nguyễn Thế Tranh (2006), Công nghệ CAD/CAM, NXB Khoa học và Kỹ thuật. [6] A.V. Ephimop, B.P. Đemiđovich (1996), Tuyển tập các bài toán cho các trường đại học kỹ thuật, NXB Khoa học & Kĩ thuật, TP Hồ Chí Minh.
Tiếng Anh
[7]. MITSUBISHI General catalogue (2008), Turning tools, rotating tools, tooling solutions.
[8]. SUMITOMO General catalogue (2008), Performance cutting tools. [9]. Sandvik Coromant, Die and Mould making, Application guide.
[10]. Athulan Vijayaraghavan, Aaron M.Hoover , Jeffrey Hartnett, DavidA. Dornfeld, Improving endmilling surface finish by workpiece rotation and adaptive toolpath spacing, University of California, 1115 Etcheverry Hall, Berkeley, CA94720- 1740, USA.
[11] D.K.Aspinwall, R.C.Dewes, E.G.Ng, C.Sage, S.L.Soo, The influence of cutter orientation and workpiece angle on machinability when high-speed milling, Inconel 718
under finishing conditions, International Journal of Machine Tools and Manufacture 47 (2007) 1839- 1846.
[12] M.Balasubramaniam, P.Laxmiprasad, S.Sarma, Z.Shaikh, Generating 5-axis NC roughing paths directly from a tesselated representation, Computer - Aided - Design
32 (2000) 261 -277.
[13] G.Loney, T.Ozsoy, Nc machining of free –form surfaces, Computer-Aided Design 19 (2) (1987) 85 -90.
110 [14] H.K.Tonshoff, J.Hernandez-Camacho, Die manufacturing by 5- and 3-axes milling:influence of surface shape on cutting conditions, Journal of Mechanical
Working Technology 20 (1989) 105 -119.
[15] Y.Mizugaki, M.Hao, K.Kikkawa, T.Nakagawa, Geometric generating mechanism
of machined surface by ball-nosed end milling, CIRPAnnal- s—Manufacturing
Technology 50 (1) (2001) 69- 72.
[16]. N. Liu, M. Loftus, A. Whitten, Surface finish visualisation in high speed, ball nose milling applications, International Journal of Machine Tools and Manufacture 45
(10) (2005) 1152–1161.
[17]. M. Fontaine, A. Moufki, A. Devillez, D. Dudzinski, Modelling of cutting forces in ball-end milling with tool-surface inclination, Journal of Materials Processing Technology 189 (2007) 73-84.