Dữ liệu thu được sau quá trình đo quét là dạng dữ liệu exel chứa tọa độ các điểm của lưới bề mặt chi tiết gia công. Tuy nhiên, để tăng độ chính xác cũng như làm mịn các bề mặt cong ta sẽ xây dựng thuật toán để xử lý các dữ liệu này. Ở đây, dữ liệu thu quét sẽ thông qua thuật toán de Casteljau để chuyển hóa dữ liệu thu quét thành dữ liệu gia công với tổ hợp các bề mặt Bezier.
Thuật toán này sẽ làm tăng các điểm cần gia công để đạt được chi tiết sau gia công đạt độ chính xác cao nhất so với bề mặt chi tiết được đo quét. Dữ liệu sau xử lý chính là dữ liệu điểm tiếp xúc của dao và bề mặt phôi ( điểm CC) để tạo nên chi tiết.
Nguyễn Long Lâm 67 11BCTM.KH - Bước 1 : Nhập dữ liệu đo quét là các ma trận sau khi đã đọc được từ file exel, text hoặc file .xyz và các trọng số
Tập điểm điều khiển { } và tập trọng số { } được nhập vào trực tiếp từ file exel làm dữ liệu đầu vào.
- Bước 2 : Tính các giá trị và là các giá trị tham số biểu thị bước nhảy và bước tiến của các điểm CC kế cận.
Tính :
Dựa vào chiều cao nhấp nhô cho phép của sản phẩm cần gia công ta có , có bán kính dao cắt R, từ đó ta tính được các bước tiến cần thiết giữa hai điểm CC.
√
Đồng thời bằng phương pháp gần đúng ta tính được chiều dài của một dây cung , từ đó ta tính được :
có thể được tính gần đúng bằng cách tính tổng chiều dài các đoạn :
Với là các điểm tương tự tại Tính bước nhảy
Với một cặp tham số (u,v) xác định ta luôn tính được S(u,v)=(S.x,S.y,S.z) xác định, ta giả thiết đã có giá trị của v, bài toán đặt ra là tìm giá trị của để tính các giá trị của u. .
Tính ta dựa vào phương pháp tính chiều cao với được tính theo công thức :
√
Nguyễn Long Lâm 68 11BCTM.KH Ở đây giá trị i tương ứng với điểm D, tính gầ nđúng D là điểm giữa của cung .
Hình 3. 3. Cách xác định d_max
So sánh với độ lệch tiêu chuẩn , nếu thì coi như đã thỏa mãn và ta lấy giá trị u tại điểm làm , từ đó ta có tập các giá trị tham số . Trường hợp thì ta lấy điểm vừa tính làm điểm , giữ nguyên giá trị , tính một điểm mới giống như phương pháp đã trình bày, ta sẽ làm như vậy đến khi nào .
- Bước 3 : Tính toán các giá trị và Ban đầu với cặp (u,v) =(0,0)
Với các giá trị u và v như sau :
Nguyễn Long Lâm 69 11BCTM.KH R = n+p+1
S = m+q+1
- Bước 4 : Xây dựng hàm tính các điểm CC(S.x,S.y,S.z) dựa vào các cặp tham số (u,v).
Từ phương trình tham số của mặt cong S(u,v):
Tập điểm dữ liệu { } và tập trọng số { } được lấy từ dữ liệu exel, các giá trị và đã được tính, ta lần lượt thay các cặp giá trị (u,v) vào phương trình trên ta được các giá trị tương ứng của S(u,v).
Nguyễn Long Lâm 70 11BCTM.KH Hình 3.4. Lưu đồ thuật toán xác định tập điểm CC
3.1.2 Thuật toán xác định lƣợng dƣ gia công và chọn phôi gia công :
Để xác định được lượng dư gia công thì các bảng chứa các thông số trong tính toán lượng dư phải được số hóa để có thể tự động hóa trong toàn quá trình hoạt động. Sau khi đã xây dựng được cơ sở dữ liệu ta xây dựng thuật toán để tự động hóa quá trình tính toán lượng dư cũng như xác định đường kính phôi cần.
- Bước 1: Dữ liệu sau khi sử dụng thuật toán xử lý bằng phương pháp đường cong bezier sẽ được lấy làm dữ liệu để tính toán kích thước phôi và lượng dư gia công. Dữ liệu này ở dạng ma trận các tọa độ trong hệ tọa độ trụ.
- Bước 2: Quét các ma trận tọa độ để xác định được đường kính lớn nhất của chi tiết và chiều dài của chi tiết.
- Bước 3: Nhập loại phôi, dung sai kích thước yêu cầu và sai số trong quá trình gá đặt làm dữ liệu để xác định đường kính phôi, lượng dư gia công thô và tin để thực hiện gia công.
Nguyễn Long Lâm 71 11BCTM.KH - Bước 4: Dựa vào số liệu do người dùng nhập vào, phần mềm điều khiển sẽ tự động tra trong cơ sở dữ liệu để thu được các thông số , h, .
- Bước 5:Tính toán lượng dư danh nghĩa và lượng dư nhỏ nhất và lớn nhất dựa vào công thức :
Lượng dư nhỏ nhất : Trong đó:
: Chiều cao nhấp nhô tế vi của phôi. : Chiều sâu lớp hư hỏng của phôi.
: Tổng sai lệch về vị trí không gian của phôi. : Sai lệch gá đặt chi tiết.
Với .
Ở đây: là chiều dài chi tiết được xác định ở bước 2 Lượng dư lớn nhất :
.
- Bước 6 : Xác định đường kính và chiều dài phôi cần thiết, cũng như lượng dư gia công thô và gia công tinh:
Sau khi đã tính được lượng dư gia công lớn nhất và nhỏ nhất theo tính toán. Ta xác định được đường kính phôi cần thiết :
. . Lượng dư gia công thô được tính chính bằng giá trị . Lượng dư gia công tinh là phần còn lại của phôi cần phải phay.
Nguyễn Long Lâm 72 11BCTM.KH Hình 3. 5. Lưu đồ thuật toán tính lượng dư gia công lý thuyết
Nguyễn Long Lâm 73 11BCTM.KH Hình 3. 6. Lưu đồ thuật toán xác định phôi, lượng dư gia công thô và tinh
Nguyễn Long Lâm 74 11BCTM.KH
3.1.3 Xây dựng lƣu đồ thuật toán điều khiển quỹ đạo dao :
Thuật toán DDA (Digital Differential Analyzer) :
Nguyễn Long Lâm 75 11BCTM.KH Thuật toán Bresenham :
Nguyễn Long Lâm 76 11BCTM.KH Lưu đồ thuật toán nội suy đường thẳng :
Nguyễn Long Lâm 77 11BCTM.KH
3.2 Các loại dao thường sử dụng trên máy phay CNC
3.2.1 Cấu trúc và các thành phần dao phay gia công CNC
Phay là phương pháp gia công tách phoi với lưỡi cắt có dạng hình học xác định, trong đó dụng cụ cắt thực hiện chuyển động chính quay tròn và lượng tiến dao cũng như chuyển động đạt chiều sâu cắt được thực hiện thông thường bởi chi tiết gia công (xem hình ….)
Hình 3.10. Gia công phay
Gia công phay được phân loại theo vị trí của trục dao phay đối với chi tiết gia công, có nghĩa là có 2 dạng: phay mặt đầu và phay mặt trụ.
Hình 3.11. Phay mặt đầu Hình 3.12. Phay mặt trụ Trường hợp phay mặt đầu trục dao phay được đặt thẳng góc với bề mặt gia công. Bề mặt chi tiết được tạo ra bởi các lưỡi cắt chính. Các lưỡi cắt phụ thực hiện làm bóng thêm bề mặt chi tiết gia công.
Nguyễn Long Lâm 78 11BCTM.KH Trường hợp phay mặt trụ trục dao phay được đặt song song với bề mặt gia công. Dao phay gia công bề mặt chi tiết bằng các lưỡi cắt chính (lưỡi cắt thuộc mặt trụ). Ngoài ra phương pháp phay này còn được phân biệt giữa phay thuận và phay nghịch.
Trường hợp phay nghịch chiều quay của dao phay ngược với chiều tiến của chi tiết gia công
- Lát cắt của dao phay bắt đầu với chiều dày phoi bằng không. Lưỡi cắt dao phay trượt trước khi vào cắt phoi cho tới khi đạt được chiều dày nhỏ nhất cho sự hình thành phoi.
- Hiện tượng mài mòn nhanh mặt sau lưỡi cắt và biến cứng bề mặt chi tiết gia công diễn ra bởi ma sát hình thành khi trượt. Đây là nguyên nhân chính làm giảm tuổi bền của lưỡi cắt so với phay thuận.
- Phay nghịch thuận lợi cho gia công chi tiết với bề mặt cứng (Chi tiết gang), bởi vì bề mặt cứng được cắt từ phía trong ra.
- Đối với phay thuận chiều quay của dao phay cùng chiều với bước tiến của chi tiết gia công
- Răng dao phay vào cắt chi tiết ngay từ chiều dày phoi lớn nhất nên gây ra va đập.
Nguyễn Long Lâm 79 11BCTM.KH - Khi phay thuận, bề mặt chi tiết gia công phẳng hơn và bóng hơn. Ngược lại với phay nghịch nếu cùng tuổi bền của lưỡi cắt thì tốc độ cắt và tốc độ tiến dao của phay thuận cao hơn.
3.2.2 Các dạng dao phay và ký hiệu ISO tƣơng ứng 3.2.2.1 Phân loại dao phay
Theo vật liệu gia công:
- Loại dao N (dùng để gia công thép thường)
- Loại dao H (dùng để gia công vật liệu mềm và cắt có phoi dài) - Loại dao W (dùng để gia công vật liệu có phoi vụn và cứng)
Theo vật liệu lưỡi cắt - Lưỡi cắt thép gió - Lưỡi cắt hợp kim cứng - Lưỡi cắt vật liệu gốm - Lưỡi cắt kim cương
Theo dạng cán gá - Dao phay trụ mặt đầu - Dao phay ngón
Theo hình dạng dao phay - Dao phay rãnh T
- Dao phay trụ - Dao phay đĩa
- Dao phay định hình
Theo dạng răng dao phay - Dao phay răng nhọn
Nguyễn Long Lâm 80 11BCTM.KH - Dao phay hớt lưng
3.2.2.2 Vật liệu lƣỡi cắt
Trong phay các lưỡi cắt tham gia cắt gọt không liên tục. Ngược lại với tiện, quá trình cắt gián đoạn với tiết diện phoi không đều. Do vậy lưỡi cắt phải chịu tải trọng chạm đập. Vật liệu lưỡi cắt phải có tính dẻo lớn và độ bền nhiệt cao.
Ngày nay hầu hết các dao phay sử dụng mảnh lưỡi cắt từ hợp kim cứng. Mảnh hợp kim cứng được hàn; các dụng cụ cắt bằng thép gió được mạ hoặc được chế tạo từ thép gió chỉ dùng cho các dao phay nhỏ.
Thép gió (HSS)
Thép gió là thép hợp kim dụng cụ. Do đó có tính dẻo cao và có khả năng chịu tải trọng va đập. Tốc độ cắt nhỏ hơn so với hợp kim cứng hay vật liệu gốm.
Thép gió được dùng để làm mũi khoan, dao phay nhỏ và dụng cụ cắt có hình dạng phức tạp (Dao phay Profil). Dụng cụ cắt được làm từ thép gió được dùng để gia công những vật liệu có độ bền thấp, khi phay và phay profil với tốc độ cắt nhỏ.
Hợp kim cứng
Hơp kim cứng là vật liệu được chế tạo bằng phương pháp thiêu kết các vật liệu cứng với chất kết dính dưới dạng mảnh lưỡi cắt. Để tăng tính dẻo của hợp kim cứng khi chế tạo người ta tăng thành phần chất kết dính. Trong mối liên kết độ cứng cao và độ bền mài mòn cao nó mở rộng phạm vi ứng dụng khi phay. Có thể tăng độ chống mài mòn của hợp kim cứng bằng cách mạ titan-nitrid, titan-cácbit hoặc nhôm oxit.
Mảnh hợp kim cứng có thể được hàn hay bắt vít vào dao phay. Vật liệu gốm
Vật liệu gốm ít được sử dụng trong gia công phay vì độ giòn và nhạy cảm với lực cắt thay đổi bất thường. Tuy nhiên, vì độ cứng của nhôm oxit cao nên dùng để
Nguyễn Long Lâm 81 11BCTM.KH gia công tinh gang cứng và thép đã tôi cũng như dùng silic-nitrid để phay gang xám. Cả hai vật liệu lưỡi cắt này khi gia công không cần phải tưới nguội. Tương tự như hợp kim cứng, vật liệu gốm được chế tạo dưới dạng những mảnh lưỡi cắt.
Kim cương
Mảnh lưỡi cắt kim cương nhân tạo được dùng để gia công kim loại màu và vật liệu tổng hợp (composite). Độ cứng đặc biệt của kim cương có thể gia công với tốc độ cắt cao gấp 2 lần và tuổi bền của lưỡi cắt cao gấp 10 lần so với hợp kim cứng.
Kim cương không thích hợp để gia công thép. Bởi vì kim cương sẽ bị mòn rất nhanh do nguyên tử cacbon của kim cương bị xâm nhập vào nguyên tử sắt (sự mài mòn ngược).
3.2.2.3 Các thông số hình học của lƣỡi cắt
Không như dao tiện, dao phay có nhiều lưỡi cắt (Xem hình 120). Tính chất đặc thù của dao phay là gia công không liên tục vì mỗi lưỡi cắt chỉ tham gia cắt một đoạn.
Hình 3.15. Thông số hình học dao phay
d: Đường kính dao phay z: Số răng dao phay
fz: Lượng tiến dao răng ae: Chiều sâu cắt S: Góc tiếp xúc α0: Góc sau 0: Góc sắc 0: Góc trước S: Góc nâng ap: Chiều rộng cắt
Nguyễn Long Lâm 82 11BCTM.KH
- Góc sau α : Góc sau làm giảm ma sát do vậy làm giảm nhiệt độ cắt giữa lưỡi cắt và chi tiết.
- Góc sắc : Độ lớn của góc sắc phụ thuộc vào độ cứng và độ bền của chi tiết gia công. Góc sắc càng nhỏ thì cắt càng nhẹ, nhưng độ mài mòn lưỡi cắt càng lớn và tuổi bền của lưỡi cắt càng thấp.
- Góc trước : Góc trước ảnh hưởng đến quá trình tạo phoi và lực cắt. Góc trước càng lớn thì lực cắt càng nhỏ, tuy nhiên lưỡi cắt sẽ thường bị mẻ cũng như bị mài mòn nhanh.
- Góc tiếp xúc S: Góc tiếp xúc chỉ ra hành trình gia công của dụng cụ cắt liên quan đến chu vi. Góc tiếp xúc phụ thuộc vào chiều sâu cắt.
- Góc nâng : Độ lớn của góc nâng ảnh hưởng đến quá trình vào cắt và thoát. Vì các lưỡi cắt thích hợp sẽ đi vào cắt từ từ, nâng cao tính êm dịu cắt của dụng cụ.
3.2.2.4 Các thông số chế độ cắt
Phay là phương pháp gia công có phoi với dụng cụ cắt quay tròn, các lưỡi cắt cắt không liên tục. Chiều tiến dao có thể nằm bất kì so với hướng cắt. Chúng được thực hiện bởi dụng cụ cắt hoặc chi tiết gia công hoặc cả hai (xem hình ….).
- Vận tốc cắt vc và Tốc độ tiến dao vf lồng vào nhau và dẫn tới quá trình cắt liên tục.
Vận tốc cắt vc
Chuyển động cắt là chuyển động giữa dụng cụ cắt và chi tiết gia công, chúng tác động tách phoi chỉ một lần trong một vòng quay mà không có chuyển động bước tiến. Vận tốc cắt tương ứng với vận tốc vòng của dao phay trên lưỡi cắt hiện hành. Vận tốc cắt được ký hiệu là vc (m/phút) và được tính toán trên cơ sở số vòng quay n như sau:
Vc =
Nguyễn Long Lâm 83 11BCTM.KH n : Số vòng quay n =
vf : Lượng tiến dao vc :Vận tốc cắt
d : Đường kính của dụng cụ cắt Hình 3.16. Thông số giá trị cắt trong phay
Độ lớn của vận tốc cắt chỉ phụ thuộc vào số vòng quay của trục chính. Tuy nhiên hướng cắt thay đổi liên tục trong suốt quá trình gia công.
Thông số - Hệ số - Chỉ số mũ khi tính chế độ cắt
t0 – Chiểu sâu cắt: Là kích thước lớp kim loại được cắt đi trong một lần ăn dao (mm)
t – Độ sâu phay: Là kích thước lớp kim loại được cắt đi đo theo phương vuông góc với trục dao phay, ứng với góc tiếp xúc (mm)
B – Chiều rộng phay: Là kích thước lớp kim loại được cắt đo theo phương trục dao (mm)
f – Lượng chạy dao vòng: mm/v f = fz.Z fZ – Lượng chạy dao răng: mm/răng
Z – Số răng dao phay
Vf – Lượng chạy dao phút : mm/phút Vf = fZ.Z.n = fn
Các thông số - hệ số - chỉ số mũ xét đến điều kiện cắt, vật liệu gia công. Mức độ ảnh hưởng của các thông số đến vận tốc cắt, lực cắt, moment xoắt và công thức suất
Độ sâu phay: Xác định theo sơ đồ phay: thường là lấy bằng toàn bộ lượng dư. Trường hợp yêu cầu độ chính xác cao, độ nhẵn bóng cao thì chia làm hai bước: Thô và Tinh
Nguyễn Long Lâm 84 11BCTM.KH Lượng chạy dao: Rất khó xác định theo phương pháo tính toán, thường chọn theo bảng tra và kinh nghiệm
- Khi cắt thô thường tính theo fZ - Khi cắt tinh thường tính theo f.
- Chiều sâu cắt và chiều rộng phay đo trong mặt phẳng thẳng góc với trục dao phay và mặt phẳng qua phương trục dao.
3.3 Lựa chọn máy và phương pháp gia công.
3.3.1 Lựa chọn máy gia công
Như chúng ta đã biết, lĩnh vực công nghệ thông tin, ứng dụng điều khiển số và các thiết bị công nghiệp ngày càng phát triển và luôn luôn cải tiến, hiện nay trên thị