Tùy thuộc vào loại máy phay CNC là 3 trục hay 5 trục và kích thước của bàn máy để có phương án gá đặt thích hợp đối với từng loại chi tiết khác nhau nhằm phát huy được hết tính năng kỹ thuật của từng kiểu máy với mục tiêu đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất, do đó qui trình công nghệ khi gia công chân vịt trên các máy khác nhau cũng khác nhau. Đối với các máy phay CNC nhiều trục, ví dụ như máy 5 trục, đồ gá sẽ đơn giản hơn nhiều so với các loại máy phay 3 trục do khả năng có thể gia công được chi tiết tại nhiều vị trí. Tuy nhiên, ở nước ta hiện nay do các loại máy CNC nhiều trục chưa được sử dụng rộng rãi vì giá thành còn cao nên thường chỉ dùng máy phay 3 trục để gia công chế tạo chân vịt. Do loại máy phay 3 trục chỉ có thể gia công theo 3 chiều không gian và cũng không thể tự động gia công ở các vị trí đặc biệt nên rất khó gia công chi tiết phức tạp như chân vịt. Trường hợp chân vịt có tỷ lệ mặt đĩa lớn, tức là xảy ra sự trùng lắp giữa 2 cánh liền kề, nếu sử dụng máy phay 3 trục để gia công thì cần phải sử dụng bàn gá đặt xoay ba chiều chuyên dùng cho máy phay CNC để xoay phần bị che khuất giữa hai cánh về mặt phẳng tiến của dao thì mới có thể gia công được những vị trí đặc biệt bị che khuất nói trên.
a) Sơ đồ nguyên lý đồ gá:
Hình 3.1 trình bày phương án lắp bằng đồ gá đối với chân vịt có tỷ số mặt đĩa lớn. Kết cấu đồ gá gồm có chân đế của bàn gá xoay 1 có gia công hai đường rãnh nằm hai bên nhằm mục đích lắp chặt đồ gá lên trên mặt bàn của máy phay CNC bằng các bulông kẹp. Các chi tiết nằm phía trên của bàn gá xoay ba chiều sẽ được liên kết chặt với đĩa số 3, trong đó đĩa cùng với những chi tiết nằm trên nó thể xoay xung quanh trục thẳng đứng. Trên đĩa 3 là đĩa xoay 2, thường đã được tiêu chuẩn hóa để kẹp những chi tiết gia công và có bố trí những rãnh xẻ số 7 nhằm mục đích gá đặt các thiết bị kẹp chặt chi tiết gia công. Trong quá trình gá lắp, để điều chỉnh chi tiết phay cần xoay bàn gá góc xoay thích hợp, sẽ được xác định nhờ có vạch chia độ 14 và được điều chỉnh chính xác nhờ vít chỉnh số 6. Khớp trụ 5 liên kết với tấm gá tròn 2 và có thể xoay được trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng bàn máy. Góc xoay này được điều chỉnh chính xác bằng vít chỉnh 4.
Hình 3.1 : Đồ gá lắp chân vịt khi gia công trên máy CNC
Ngoài ra, để gia công chân vịt còn làm thêm các dụng cụ gá đặt chuyên dụng sau :
- Cụm trục gá côn:
Cụm trục gá côn gồm có ba chi tiết chính là trục côn 8, vòng đệm 9 và đai ốc 10. Một đầu của trục côn 8 sẽ được lắp chặt trên tấm gá tròn 2 của bàn gá xoay nói ở trên. Đoạn côn trục được chế tạo chính xác có tâm trục và độ côn giống như lỗ moayơ chân vịt Phần đầu trục có ren để lắp đai ốc 10. Tác dụng của vòng đệm 9 nhằm tăng lực siết của đai ốc và phân bố đều lực xiết trên moayơ.
- Cụm chi tiết phiến tỳ định vị:
Trong quá trình gia công, lực cắt của dao cụ tác động lên mặt cánh gây ra lực uốn, đồng thời sự tương tác giữa dao cụ và phôi cũng sẽ làm xuất hiện hiện tượng dao động nên ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt gia công, trường hợp này là cánh chân vịt. Để khắc phục hiện tượng này, chế tạo cụm phiến tỳ định vị cấu tạo gồm đế phiến tỳ 13 có hai gờ hai bên để thuận lợi cho việc kẹp chặt chi tiết trên đĩa 3 của bàn xoay 3 chiều. Giữa đế 13 có tạo một rãnh trượt cho phiến tỳ 12 làm bằng thép rèn, có chiều dày đủ lớn để cứng vững khi gá đặt. Đầu phiến tỳ 12 được bo tròn để việc tiếp xúc giữa phiến tỳ và mặt cánh là tốt nhất và phiến tỳ 12 di chuyển được trong rãnh đế 13 nhờ vào trục vít 11 và khi gá phải vặn vít 11 để phiến tỳ ép lên cánh nhằm khử dao động sinh ra khi gia công
b) Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của đồ gá lắp để gia công các chân vịt có cánh chồng lên nhau được thực hiện theo trình tự sau :
- Lắp bàn gá xoay 3 chiều lên mặt bàn máy phay CNC, dùng bulông - đai ốc siết chặt bàn gá xoay với bàn máy, sau đó lắp trục côn 8 lên bàn xoay và siết chặt vấu kẹp.
- Lắp moayơ chân vịt vào trục côn số 8, sau đó lắp vòng đệm số 9 vào trục côn và siết chặt đai ốc 10.
- Cân chỉnh góc xoay và góc nghiêng của bàn gá xoay một cách chính xác nhờ các vít chỉnh số 4 và số 6.
- Lắp các cụm phiến tỳ trên bàn gá xoay và cố định chắc chắn nhờ các các chi tiết kẹp chặt chuyên dụng, sau đó mới điều chỉnh vít 11 để các phiến tỳ có thể ép chặt lên bề mặt cánh.
- Sau khi lắp đặt xong chân vịt lên bàn gá, tiến hành kiểm tra, vặn chặt lại các đai ốc và chuẩn bị gia công.
Hình 3.2 mô tả phương án gá đặt chân vịt trên bàn gá xoay để thực hiện quá trình gia công mặt đẩy và mặt hút các cánh chân vịt chồng lên nhau.
(a) (b)
(a) (b) Hình 3.3 : Hình ảnh gia công chân vịt
(a) Chân vịt gá nghiêng
(b) Gá đặt gia công chân vịt trong thực tế.
3.1.4.Quy trình công nghệ gia công trên máy phay CNC:
Đối với các chân vịt có tỷ số mặt đĩa θ ≤ 0.7, tức là chưa có sự trùng lắp cánh nên quá trình gá lắp phôi thực hiện hai lần cho nguyên công gia công mặt hút và mặt đẩy. Trường hợp chân vịt có tỷ lệ mặt đĩa θ lớn hơn 0.7 thì nếu sử dụng máy phay CNC 3 trục để gia công các vị trí trùng lắp cánh phải dùng bàn gá xoay 3 chiều để xoay vị trí này về mặt phẳng ăn dao nên qui trình công nghệ chế tạo trong trường hợp này phức tạp hơn. Dưới đây trình bày qui trình công nghệ gia công một chân vịt cụ thể trên máy phay CNC 3 trục trong trường hợp áp dụng cho chân vịt có tỷ lệ mặt đĩa lớn.
6 1 3 2 5 4 Hình 3.4: Đánh số bề mặt gia công.
Các nguyên công trong qui trình gia công chân vịt đánh số trên hình 3.5 như sau - Nguyên công 1:
- Nguyên công 2:
Làm sạch phôi.
Tiện lỗ côn củ chân vịt, vạt hai mặt đầu củ để tạo chuẩn gá lắp.
- Nguyên công 3: - Nguyên công 4: - Nguyên công 5: - Nguyên công 6: - Nguyên công 7: Chuốt rãnh then.
Gia công mặt đẩy, góc lượn giữa cánh và củ, mặt ngoài đầu nhỏ moayơ.
Gia công mặt hút. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Gia công các góc lượn mặt hút, mặt ngoài đầu to moayơ và các mặt bị che khuất giữa hai cánh liền kề.
Gia công nguội, đánh bóng, kiểm tra chân vịt chế tạo. a) Qui trình công nghệ gia công mặt đẩy:
Quy trình gia công mặt đẩy chân vịt gồm các nguyên công trình bày trong bảng 3.1.
Bảng 3.1 : Thứ tự các nguyên công gia công mặt đẩy.
- Sơ đồ gá đặt:
Sơ đồ gá đặt gia công mặt đẩy chân vịt được mô tả như trên hình 3.6
P
Hình 3.5 : Sơ đồ gá đặt gia công mặt đẩy chân vịt. - Chọn dụng cụ cắt:
Do bề mặt cánh chân vịt là bề mặt cong về hai phía nên các phần mềm CAD/CAM đã số hóa bề mặt gia công và biên dịch đường chạy dao thành chương trình NC dựa theo công thức nội suy bậc 3 (Cubic Interpolation) và vì thế để phay tinh bề mặt cánh chân vịt duy nhất chỉ sử dụng các dao phay cầu mới có thể thực hiện được những công việc này. Việc chọn đường kính dao phải căn cứ vào độ cong của bề mặt cánh và của các góc lượn. Bán kính mặt cầu của dao phải nhỏ hơn hoặc bằng bán kính cong nhỏ nhất của bề mặt gia công và bán kính dao càng nhỏ, chất lượng bề mặt gia
STT
Tên các nguyên công Bề mặt
gia công Bề mặt định vị
công và năng suất cắt gọt khi gia công.
Hình 3.6 : Trình bày dao phay cầu và các tùy chọn về kích thước. - Tính toán chế độ cắt:
Việc chọn các yếu tố của chế độ cắt phải tính tới đặc điểm gia công, loại và kích thước dụng cụ cắt, vật liệu phần cắt, vật liệu và trạng thái phôi, loại và tình trạng thiết bị. Các yếu tố của chế độ cắt được xác định theo trình tự sau đây :
• Chiều sâu phay t (mm) :
Chiều sâu phay t và chiều rộng phay B là định nghĩa của những đại lượng gắn liền với đặc điểm lớp kim loại của phôi đúc cần phải được hớt bỏ trong quá trình gia công. Trong tất cả dạng phay, trừ phay mặt đầu, chiều sâu phay t xác định bằng khoảng cách tiếp xúc của răng dao vào phôi và được đo theo hướng vuông góc đường tâm dao phay. Chiều rộng phay B tính bằng chiều dài cắt của răng dao khi cắt, đo theo hướng song song với trục của dao. Khi gia công thô, chiều sâu phay t được lấy theo khả năng lớn nhất, bằng toàn bộ lượng dư gia công hoặc là phần lớn lượng dư khi gia công tinh, chiều sâu phay phụ thuộc vào yêu cầu về độ chính xác của kích thước và độ nhám bề mặt gia công.
• Lượng chạy dao S :
Khi phay cần phải phân biệt giữa lượng chạy dao răng Sz, lượng chạy dao vòng S và lượng chạy dao phút Sph, quan hệ với nhau theo công thức sau :
Sph = S.n = Sz . Z. n (3.1) trong đó : n
Z
- số vòng quay của dao phay, (vòng/phút) - số răng của dao phay
Lượng chạy dao đầu tiên khi phay thô là đại lượng cho dưới dạng Sz, khi phay tinh cho dưới dạng S, để từ đó tính ra :
S
Sz = z (3.2)
Lượng chạy dao được giới thiệu cho các loại phay và các điều kiện phay khác nhau cho ở các bảng (theo tài liệu [4], trang 29 - 31, bảng 5.33 - 5.38 )
• Tốc độ cắt V (m/phút) :
V= CvDq
T m t x Szy Bu Zp k v (3.3)
trong đó :Cv, m, x, y, u, q, p - hệ số và các số mũ cho trong bảng 5.39 [4] (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
thể
T kv
- chu kỳ bền của dao ([4] bảng 5.40)
- hệ số điều chỉnh chung cho tốc độ cắt phụ thuộc các điều kiện cắt cụ
kv = kMN. kNV.kUV (3.4)
kMV - hệ số phụ thuộc chất lượng vật liệu gia công (bảng 5.1 ÷ 5.4 [4]) kNV - hệ số phụ thuộc trạng thái bề mặt của phôi (bảng 5.5 [4]
kUV - hệ số phụ thuộc vật liệu của dụng cụ cắt, tra theo bảng 5.6 [4] • Lực cắt Pz (N)
Lực cắt Pz được tính theo công thức tổng quát như sau :
Pz = 10 C p t xS zy Bn Z
Dq n w kMP (3.5) trong đó : Z - số răng dao phay
n, D - số vòng quay của dao (vòng/phút) và đường kính dao phay (mm) t
S
- chiều sâu phay - lượng chạy dao
(mm) (mm)
Lực ngang (lực chạy dao) Ph, lực thẳng đứng Pv, lực hướng kính Py, lực hướng trục Px được xác định từ mối quan hệ với lực cắt chính Pz, tra theo bảng 5.42 của tài liệu [4]. Lực thành phần Pyz để tính trục dao theo uốn được xác định theo công thức :
Pyz = Py2 + Pz2 (3.6)
Mômen xoắn Mx (N.m) trên trục chính của máy và công suất cắt Ne (KW)
Mx = Pz D
2.100 ; Ne =
PzV
102.60 (3.7)
Sau khi tính được lượng chạy dao S và tốc độ cắt của dao V, có thể tính được các thông số lập trình NC như sau :
- Tốc độ trục chính (Spindle speed) (vòng/phút)
n = 1000 V
π D (3.8)
- Tốc độ ăn dao theo phương x, y (Cut Feed ) (mm/phút)
F = Z Sz n (3.9)
- Tốc độ ăn dao theo phương z (Plunge rate) (mm/phút)
Fa = Sa n (3.10)
b) Qui trình công nghệ gia công mặt hút (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Quy trình gia công mặt hút chân vịt gồm các nguyên công trình bày trong bảng 3.2.
Bảng 3.2: Thứ tự các nguyên công gia công mặt hút của chân vịt
- Sơ đồ gá đặt cho nguyên công 1, 2 để gia công mặt hút cánh chân vịt
P
Hình 3.7: Sơ đồ gá đặt gia công mặt hút của cánh chân vịt. Sơ đồ gá đặt cho nguyên công 3 để phay góc lượn và vị trí đặc biệt
P
Hình 3.8 : Sơ đồ gá đặt gia công tại các vị trí bị che khuất giữa 2 cánh. STT
Tên các nguyên công Bề mặt gia công Bề mặt định vị Dạng máy công nghệ 1
CAD/CAM, yêu cầu cơ bản đầu tiên để có thể thực hiện quá trình gia công trên các máy phay CNC. Do mặt cánh chân vịt khá phức tạp nên nhận thấy giải pháp hiệu quả là lập trình tính và vẽ 3D chân vịt trong phần mềm CAD, trong trường hợp này là phần mềm Autocad với ngôn ngữ lập trình AutoLisp, sau đó chuyển qua phần mềm CAM
Pro Engineer Wildfire. Với cách đặt vấn đề như thế nên trong phần này cần giải quyết
các nội dung chính sau :
- Nghiên cứu xây dựng thuật toán, viết chương trình tính và vẽ mô hình chân vịt 3D theo các thông số thiết kế trong phần mềm CAD/CAM thông dụng
- Mô phỏng gia công trên máy phay CNC.
3.2.1.Thuật toán và chương trình vẽ 3D mô hình cánh chân vịt :
Về mặt phương pháp, để có thể gia công trên máy phay CNC cần phải xây dựng được mô hình chân vịt tàu dưới dạng 3D trong các phần mềm CAM thông dụng hiện nay. Tuy nhiên do mặt cánh chân vịt rất phức tạp, khó dựng được trong phần mềm CAM theo những cách thông thường nên cần đặt vấn đề nghiên cứu thuật toán và viết chương trình tự động hóa quá trình vẽ cánh chân vịt theo các thông số thiết kế dưới dạng mô hình 3D và chuyển mô hình 3D vừa dựng vào phần mềm CAM để gia công, cụ thể như sau :
Bước 1 : Dùng ngôn ngữ lập trình AutoLISP để lập trình vẽ mô hình chân vịt 3D trong môi trường phần mềm AutoCAD.
Bước 2 : Chuyển mô hình 3D của chân vịt đã được xây dựng trong phần mềm Autocad sang các phần mềm CAM thông dụng, trong trường hợp này là Pro Engineer. Đây có lẽ là giải pháp đơn giản và hiệu quả trong việc tự động hóa quá trình thiết kế và chế tạo chân vịt trên máy phay CNC.
Hình 3.9 trình bày sơ đồ giải thuật của chương trình vẽ tự động 3D cánh chân vịt từ các thông số thiết kế.
Nhập các thông số thiết kế
Phân tích thông số thiết kế
Rẽ nhánh chương trình
Tính các thông số bề rộng cánh bm. Tọa độ mặt cánh khai triển tương ứng với kiểu chân vịt z = 2, z = 3
Xử lý, phản hồi các thông số ngoài phạm vi chương trình
Tính các thông số bề rộng cánh bm. Tọa độ mặt cánh khai triển tương ứng với kiểu chân vịt z = 4, z = 5
Tính các tọa độ prophin cánh theo phần trăm chiều dày lớn nhất
Tính các thông số kích thước củ chân vịt Thực hiện các lệnh vẽ Acad 2D Thực hiện các lệnh vẽ Acad 3D Xuất bản vẽ
Acad 2D Xuất bản vẽAcad 3D chương trình Pro. EngineerMở bản vẽ Cad 3D trong
Hình 3.9: Sơ đồ thuật toán chương trình vẽ tự động chân vịt từ các thông số thiết kế. Trên cơ sở thuật toán nói trên, viết chương trình tính và vẽ chân vịt bằng ngôn ngữ lập trình Visual Basic với nội dung chương trình đã được giới thiệu trong tài liệu [10]. Phần dưới đây trình bày kết quả chạy chương trình tính và vẽ mô hình 2D, 3D chân vịt kiểu B - Wageningen trong môi trường Autocad từ các thông số thiết kế ban đầu gồm đường kính chân vịt D, tỷ lệ bước xoắn H/D, tỷ lệ mặt đĩa So/S và số