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 trường có rất nhiều loại máy CNC với model khác nhau. Từ máy 2D, 2D1/2, 3D, 4D, 5D …các máy này khi gia công sẽ tạo ra được các sản phẩm thực sự phong phú và đa dạng, nó có thể thay thế và làm được những sản phẩm công nghệ cao mà các máy gia công vạn năng khó có thể làm nổi. Ngoài gia nó còn được kết nối với nhau, kết nối với các phần mềm khác để có thể tạo lên một hệ thông tích hợp. Ví dụ nó có thể được gắn thêm đầu đo quét để quét trực tiếp các mẫu sau đó nhờ phần mềm xử lý và lập trình gia công luôn mẫu vật đó…
Trong khuôn khổ nghiên cứu của đề tài em đã tìm hiểu mà nghiên cứu về lĩnh vực chế tạo nhanh, kết hợp đo quét bên dạng chi tiết bằng 3D laser và sau đó xử lý dữ liệu, viết chương trình gia công và gia công chi tiết đó trên 1 mô hình máy, Các chi tiết trong phạm vi nghiên cứu của đề tài là dạng chi tiết cho trục xoay
Nguyễn Long Lâm 85 11BCTM.KH Hình 3.17. Sơ đồ nguyên lý máy gia công
Mô hình máy sử dụng cho đề tài là mô hình máy phay tiện, máy vừa dùng để quét vật thể dạng tròn xoay, sau đó qua phần mề sử lý tín hiệu và lập trình gia công luôn chi tiết đó.
Máy có trụ Z trùng với trục chính, ở đây là trục mang dao gia công. Trục X vuông góc với trục Z và luôn song song với trục của phôi.
Nguyên lý chuyển động của máy là: Phôi chuyển động quay ( Phôi gá trên mâm cặp), dao vừa chuyển động tịnh tiến theo trục x và trục z, vừa chuyển động quay để tạo ra quá trình cắt gọt.
3.3.2 Lựa chọn phƣơng pháp gia công
3.3.2.1 Các phƣơng pháp gia công vật mẫu trên mô hình
a. Gia công thô:
Phương pháp ăn dao dạng đĩa
- Ưu điểm: Với phương pháp này thì dao có thể đạt tốc độ cao, lượng dư gia công lớn, gia công thô nhanh bề mặt
- Nhược điểm: Khó cắt được sát bề mặt lồi, lõi có độ võng lớn, vẫn còn để lại lượng dư gia công lớn
Nguyễn Long Lâm 86 11BCTM.KH Hình 3.18. Gia công thô dùng dao phay đĩa
Phương pháp ăn dao hướng kính bằng dao phay ngón.
- Ưu điểm: Với phương pháp này dao có thể đi được sâu hơn vào các bề mặt lõm, như vậy sẽ làm giảm được lượng dư gia công tinh và bán tính, thuận tiện cho các bước gia công tiếp theo.
- Nhược điểm: Do diện tích tiếp xúc bề mặt nhỏ hơn dao phay đĩa lên quá trình cắt gọt sẽ chậm hơn so với cắt bằng dao phay đĩa
Hình 3.19. Gia công thôi dùng dao phay ngón
- Phương pháp này sẽ phù hợp với phôi có kích thước nhỏ, cần độ chính xác cao ( phương pháp được lựa chọn trong đề tài )
Nguyễn Long Lâm 87 11BCTM.KH Lượng dư gia công bán tinh chính là lượng dư còn lại sau bước gia công thô, Do phương pháp gia công ta chọn ở đây là phương pháp ăn dao theo hướng kính
Gia công tinh ta dùng dao phay đầu cầu, với bán kính của dao phay được chọn phải luôn ≤ góc bo nhỏ nhất trên chi tiết cần gia công. Điều này đồng nghĩ với quá trình gia công, dao sẽ cắt được vào những chỗ lồi lõm có bán kính khác nhau và vẫn đạt được độ chính xác, chi tiết không bị cắt lẹm.
Hình 3.20. Gia công bán tinh và gia công tinh bằng dao phay cầu
3.3.2.2 Chọn phƣơng pháp gia công cho đề tài.
Căn cứ vào nguyên lý quét hình vật mẫu trên mô hình thực nghiệm, và dữ liệu thu được sau quá trình quét là tập hợp các đám mây điểm
Trong phương pháp này, dữ liệu đo quét sẽ được chia thành từng lớp bởi các mặt phẳng vuông góc với trục Z. Từ dữ liệu theo từng lớp cắt của chi tiết, ta thu được biên dạng cần gia công để xây dựng nên phương pháp chạy dao và dịch chuyển các trục của máy.
Bởi vì, chi tiết gia công không ở dạng tròn xoay đối xứng nên tại mỗi điểm cắt trên từng lớp cắt thu được trên lớp cắt có đường kính so với trục Z là khác nhau.Do vậy, chiều sâu cắt và tốc độ cắt yêu cầu cũng khác nhau tại từng vị trí trên biên dạng của chi tiết.
Trên một lớp, phôi được gá đặt trên mâm cặp và quay tròn với vận tốc khác nhau để đảm bảo độ chính xác và ổn định trong quá trình cắt. Dao dịch chuyển theo
Nguyễn Long Lâm 88 11BCTM.KH hướng trục X tiến vào phôi với các lượng gia công khác nhau để đạt được bán kính biên dạng tại vị trí đang gia công tương ứng trên phôi.
Sau mỗi lớp cắt, bàn gá dao chuyển động tịnh tiến đem theo dao dịch chuyển theo trục Z đến một lớp mới và lặp lại quá trình cắt.
Vì vậy, quỹ đạo chuyển động của dao chỉ là chuyển động tịnh tiến trên một lớp cắt bất kỳ. Chuyển động dịch dọc theo chiều trục Z chỉ thay đổi sau mỗi lớp cắt đã hoàn thành và hoàn toàn không thay đổi theo trong quá trình cắt.
Do vậy ta chọn phương pháp gia công thô bằng dao phay ngón với phương pháp ăn dao hướng kính, Bước gia công bán tinh và gia công tinh ta chọn dao đầu cầu với bán kinh dao luôn ≤ bán kính góc bo nhỏ nhất của chi tiết cần gia công.
Nguyễn Long Lâm 89 11BCTM.KH
CHƢƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ
4.1 Mô hình thực nghiệm
Hình 4.1. Tuốc nô vít 4 cạnh
Chiếc tuốc nơ vít là một dụng cụ quen thuộc cũng như rất quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật nói riêng và trong cuộc sống sinh hoạt hằng ngày nói chung. Nó thường thấy ở rất nhiều nơi, và mua một chiếc tuốc nơ vít cũng rất dễ dàng
Biên dạng của chuôi tuốc nơ vít có dạng trụ tròn xoay, nó bề mặt uốn lượn để tạo ma sát, là nơi tạo lực để tháo lắp các vít, cũng như đạt độ thẩm mỹ và thuận tiện cho việc cầm nắm để sử dụng
Vì những ưu việt đó mà trong khuôn khổ nghiên cứu của đề tài em đã chọn đo quét một biên dạng chuôi tuốc nơ vít 4 cạnh của hãng sản xuất: Stanley _ Mỹ
Kết quả thu được sau khi đo quét 3D laser
Kết quả đo quét thu được tập hợp dữ liệu gồm các đám mây điểm
Nguyễn Long Lâm 90 11BCTM.KH Mỗi vị trí đo sẽ cho một điểm có toạ độ (x, y, z). Tập hợp các điểm đo sẽ cho một đám mây các điểm. Khi sử dụng máy quét laser thì chùm tia laser từ máy chiếu vào vật thể sẽ phản xạ trở lại cảm biến thu. Hình dạng của toàn bộ vật thể được ghi lại bằng cách dịch chuyển hay quay vật thể trong chùm ánh sáng hoặc quét chùm ánh sáng ngang qua vật. Phương pháp này cho độ chính xác kém hơn phương pháp tiếp xúc. Dung sai đạt được khi dùng phương.
Kết quả thu được là khối số liệu hoàn chỉnh được tạo thành bằng rất nhiều điểm có toạ độ X, Y, Z xác định. ĐÁM MÂY ĐIỂM hình thành lên mô hình 3D của đối tượng quét với độ chính xác rất cao. Thông thường ĐÁM MÂY ĐIỂM nguyên bản có kích thước lớn với hàng triệu điểm, sau quá trình xử lý tối ưu hoá, kích thước khối số liệu 3D sẽ giảm đi một cách đáng kể.
4.2 Xây dựng mô hình thực nghiệm
4.2.1 Phần cứng thực hiện cho mô hình thực nghiệm
Máy gia công dựng tại phòng thì nghiệm 307 C4-5
Nguyễn Long Lâm 91 11BCTM.KH Dụng cụ cắt: Ta chọn dao Hãng NACHI của Nhật bản
- Dao phay ngón NACHI
Dc = 4 mm Ds = 8 mm
l = 12mm
L = 60mm
Hình 4.4.Thông số của dao phay ngón NACHI
- Dao phay cầu NACHI
R = 1.5 mm D = 3 mm d = 6 mm
l = 8mm
L = 70mm
Hình 4.5. Thông số của dao phay cầu NACHI
Phôi: Xử lý dữ liệu thu được khi quét chuôi tô vit ta xác định được kích thước max = 32.15 . Lmax = 60 lên ta chọn dạng phôi trụ có kích thước L=150mm,
35mm, vật liệu phôi là nhực Teflon Một số đặc điểm của nhựa Teflon
Nguyễn Long Lâm 92 11BCTM.KH - Hệ số ma sát cực kỳ thấp, đứng thứ 2 sau kim cương.
- Không bám dính bề mặt với bất cứ loại vật liệu nào. - Độ cách điện đạt mức lý tưởng.
- Khả năng chịu nhiệt cao, nhiệt độ làm việc và nhiệt độ nóng chảy
- Chịu hóa chất tốt, PTFE không phản ứng với bất kỳ hóa chất nào. - Không độc hại, do đó PTFE được sử dụng nhiều trong công nghiệp thực phẩm cũng như dược phẩm.
Hình 4.6.Phôi nhựa Teflon
Dụng cụ đo kích thước: thước cặp, độ phân giải 0,01, Mitutoyo, Nhật Bản.
Nguyễn Long Lâm 93 11BCTM.KH
4.2.2 Phần mềm cần thiết cho thực nghiệm
Phần mềm meslab 2010B
Hình 4. 8. Giao diện Matlab 2010b Phần mềm Solidwosk 2012
Nguyễn Long Lâm 94 11BCTM.KH Tính toán chế độ cắt khi phay
Khi phay thô:
Theo thuật toán tính Dmax và Lmax ta có Dmax = 30.2mm và Lmax = 50mm Chọn phôi gia công là nhựa Teflon có kích thước L200mm 35mm, lượng dư gia công tinh để lại sau khi phay thô là 0.25mm
Chọn Dao phay ngón NaChi có kích thước: Dc = 4 mm, Ds = 8 mm, l = 12mm, L = 60mm, Z = 2
Chọn n = 1500 v/phút, chiều sâu cắt thô mỗi lát cắt t = 1mm f = 0.5mm/v
fz = 0.25mm/răng
Ta có tốc độ tiến dao Vf = fz*n*z = 0.25*1500*2 = 750 mm/phút Vận tốc cắt Vc = *d*n = 3.14*0.004*1500 = 18.84 m/phút phay tinh:
Sử dụng dao phay cầu NACHI với các thông số như sau: - R = 1.5 mm, D = 3 mm, l = 8mm, L = 70mm, z=2
Lượng dư gia công tinh còn lại là 0.25mm do đó ta chọn cắt tinh một lát với t=0.25mm
Chọn n = 2000 v/phút, chiều sâu cắt thô mỗi lát cắt t = 1mm f = 0.25mm/v
fz = 0.125mm/răng
Ta có tốc độ tiến dao Vf = fz*n*z = 0.125*2000*2 = 500 mm/phút Vận tốc cắt Vc = *d*n = 3.14*0.003*2000 = 18.84 m/phút
Nguyễn Long Lâm 95 11BCTM.KH
4.3 Chương trình gia công
4.3.1 Thuận toán gia công và Dao diện phần mềm gia công viết trên Matlab
Nguyễn Long Lâm 96 11BCTM.KH Hình 4.11. Giao diện phầm mềm điều khiển máy gia công
Nguyễn Long Lâm 97 11BCTM.KH
4.3.2 Kết quả gia công
Hình 4.12. Máy đang gia công sản phẩm
- Mô hình Máy gia công CNC về cơ bản đã gia công được biên dạng theo yêu cầu
4.4 Kết luận và kiến nghị
4.4.1 Kết luận
Với nội dung “Chế tạo mẫu bằng phay CNC sử dụng đo quét laser 3D” qua bốn chương của đề tài đã giải quyết được các vấn đề sau:
- Nghiên cứu tìm hiểu về các phương pháp chế tạo nhanh và phương pháp đo quét 3D laser.
- Tính toán, Xây dựng mô hình gia công phay từ dữ liệu đo quét 3D laser - Tính toán quỹ đạo gia công tập dữ liệu đo quét 3d laser
- Viết thuật toán gia công biên dạng chi tiết dự vào kết quả đo quét - Nghiên cứu tìm hiểu về phần lập trình trên Matlab
Nguyễn Long Lâm 98 11BCTM.KH - Chạy chương trình gia công biên dạng chi tiết trên mô hình máy gia công đã dựng tại phòng 307 C4-5 ĐHBKHN
4.4.2 Kiến nghị
Để đề tài được hoàn thiện hơn nữa tác giả xin đề xuất hướng nghiên cứu như sau:
- Nghiên cứu độ chính xác khi phay, các thông số bù dao gia công cụ thể - Nghiên cứu chế tạo thêm đồ gá để có thể gia công được nhiều chi tiết có hình dạng khác nhau
- Nghiên cứu, chế tạo hệ thông tưới nguội, hệ thống hứng phoi sau khi gia công
- Nghiên cứu đặt bàn máy sao cho không gây ra tiếng ồn, rung động phải nhất có thể để tăng độ chính xac.
Nguyễn Long Lâm 99 11BCTM.KH
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Tuấn Anh, Cơ sở kỹ thuật CNC, Trung tâm đào tạo Việt - Đức,
Trường đại học sư phạm kỹ thuật – TP. Hồ Chí Minh
2. PGS.TS.Nguyễn Đăng Hoè – Giáo trình công nghệ tạo mẫu nhanh Trường
đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
3. GS.TS Trần Văn Địch, Công nghệ CNC, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật - Hà Nội
4. Trần Văn Địch, Sổ tay công nghệ chế tạo máy - Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật - Hà Nội
5. Trần Văn Địch, Nguyễn Trọng Bình, Nguyễn Thế Đạt, Nguyễn Viết Tiếp, Trần Xuân Việt (2003), Công Nghệ Chế Tạo Máy, NXB Khoa học và Kỹ thuật 6. Phạm Thị Ngọc Yến, Ngô Hữu Tình, Lê Tấn Hùng, Nguyễn Thị Lan Hương, Cơ sở Matlap và ứng dụng, NXB Khoa học và kỹ thuật
7. Nguyễn Phùng Quang, Matlap & simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, NXB Khoa học và kỹ thuật
8. Trần Đức Quý – Giáo trình máy đo 3 chiều, Hà Nội tháng 02/2002
9. Trần Thế San - Nguyễn Ngọc Phương (2004). Sổ tay lập trình CNC - NXB Đà Nẵng.
10. Advanced Modelling for CAD/CAM System. (Heidelberg 1991)
11. Fundamental of Dimensional Metrology 3RD ED (ADIvision of
International Thomson Limited)
12. Chana Raksiri, Manukid Parnichkun. Geometric and force errors compensation in a 3-axis CNC milling machine. International Journal of
Machine Tools and Manufacture 2004. 13. www.Meslab.org , www.Oto-hui.com
Nguyễn Long Lâm 100 11BCTM.KH
PHỤ LỤC
Code lập trình điều khiển chƣơng trình gia công
function varargout = PhanMemDieuKhienGiaCong(varargin) % PHANMEMDIEUKHIENGIACONG MATLAB code for PhanMemDieuKhienGiaCong.fig
% PHANMEMDIEUKHIENGIACONG, by itself, creates a new PHANMEMDIEUKHIENGIACONG or raises the existing
% singleton*. %
% H = PHANMEMDIEUKHIENGIACONG returns the handle to a new PHANMEMDIEUKHIENGIACONG or the handle to
% the existing singleton*. %
%
PHANMEMDIEUKHIENGIACONG('CALLBACK',hObject,eventData,handl es,...) calls the local
% function named CALLBACK in
PHANMEMDIEUKHIENGIACONG.M with the given input arguments. %
% PHANMEMDIEUKHIENGIACONG('Property','Value',...) creates a new PHANMEMDIEUKHIENGIACONG or raises the
% existing singleton*. Starting from the left, property value pairs are % applied to the GUI before PhanMemDieuKhienGiaCong_OpeningFcn gets called. An
% unrecognized property name or invalid value makes property application % stop. All inputs are passed to
PhanMemDieuKhienGiaCong_OpeningFcn via varargin. %
% *See GUI Options on GUIDE's Tools menu. Choose "GUI allows only one
Nguyễn Long Lâm 101 11BCTM.KH % instance to run (singleton)".
%
% See also: GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES % Edit the above text to modify the response to help PhanMemDieuKhienGiaCong
% Last Modified by GUIDE v2.5 23-Sep-2013 00:28:10 % Begin initialization code - DO NOT EDIT
gui_Singleton = 1;
gui_State = struct('gui_Name', mfilename, ...
'gui_Singleton', gui_Singleton, ...
'gui_OpeningFcn', @PhanMemDieuKhienGiaCong_OpeningFcn, ...
'gui_OutputFcn', @PhanMemDieuKhienGiaCong_OutputFcn, ...
'gui_LayoutFcn', [] , ...
'gui_Callback', []);
if nargin && ischar(varargin{1})
gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1});
end
if nargout
[varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});
else
gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});
end
% End initialization code - DO NOT EDIT
% --- Executes just before PhanMemDieuKhienGiaCong is made visible.
function PhanMemDieuKhienGiaCong_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)
% This function has no output args, see OutputFcn. % hObject handle to figure
Nguyễn Long Lâm 102 11BCTM.KH % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
% varargin command line arguments to PhanMemDieuKhienGiaCong (see VARARGIN)
% Choose default command line output for PhanMemDieuKhienGiaCong handles.output = hObject;
% Update handles structure guidata(hObject, handles); cla(handles.axes1,'reset'); axis(handles.axes1,'off');
global com conect conect=0;
% UIWAIT makes PhanMemDieuKhienGiaCong wait for user response (see UIRESUME)
% uiwait(handles.figure1);
% --- Outputs from this function are returned to the command line.
function varargout = PhanMemDieuKhienGiaCong_OutputFcn(hObject, eventdata, handles)
% varargout cell array for returning output args (see VARARGOUT); % hObject handle to figure
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % Get default command line output from handles structure
varargout{1} = handles.output;
% --- Executes on button press in DichYTrai.
function DichYTrai_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to DichYTrai (see GCBO)
Nguyễn Long Lâm 103 11BCTM.KH % handles structure with handles and user data (see GUIDATA)