-1ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ****** TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG GIA CÔNG THÔ TRÊN MÁY PHAY CNC BẰNG DAO PHAY ĐẦU CẦU Học Viên: Dương Văn Đức Lớp: CHK12 CTM Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy HDKH: TS Nguyễn Trọng Hiếu THÁI NGUYÊN - 2011 -21 Tính cấp thiết đề tài Ngày với phát triển nhanh chóng khoa học công nghệ tất lĩnh vực địi học sản phẩm khí ngày phải có yêu cầu cao chất lượng sản phẩm, mức độ tự động hóa sản xuất đặc biệt chất lượng bề mặt chi tiết gia công Tuy nhiên máy công cụ vạn truyền thống khó đáp ứng nhu cầu Xuất phát từ thực tế đó, máy cơng cụ CNC đưa vào ứng dụng để tạo chi tiết có chất lượng sản phẩm cao phù hợp với nhu cầu xã hội Phay Máy CNC nguyên công ứng dụng rộng rải để gia cơng chi tiết có hình dáng phức tạp, phay thô nguyên công để chuận bị phôi cho phay tinh Nếu chất lượng phôi không tốt gây hỏng dụng cụ cắt tạo sản phẩm chất lượng thấp Ngược lại chất lượng phơi tốt kéo dài tuổi thọ dụng cụ cắt nâng cao chất lượng chi tiết gia cơng Để tăng khả bóc tách kim loại q trình gia cơng thơ, nhiều nghiên cứu tiến hành nhiều báo xuất Ví dụ như, B Lauiwers P.P Lefebvre phát triển phương pháp gia công thô bề mặt phức tạp khuôn đúc máy trục, phương pháp dựa công nghệ chuyển đổi, công nghệ thường biết tới để tính -3tốn chuyển đổi đồ điểm ảnh 2D Dựa đường tiến dao kiểu zigzag contour, modul xây dựng mã lệnh NC cho việc gia công thô bề mặt khắc giới thiệu Tao Ting với mục đích đạt đường tiến dao hiệu khoảng thời gian gia công định Những phương pháp hiệu vài phương pháp áp dụng vào thực tế Tuy nhiên, bề mặt tinh hay biên dạng phần vật liệu dư nghiên cứu không đưa yếu tố quan trọng bị loại bỏ hẳn Trên thực tế, hình dáng kích thước phần vật liệu dư có ảnh hưởng lớn vài ứng dụng Ví dụ gia cơng tốc độ cao, để đáp ứng yêu cầu chiều sâu cắt khơng đổi cần phải có dụng cụ cắt khơng bị gãy q trình gia cơng Những biên dạng chi tiết không đồng dẫn đến biến đổi lực cắt, từ gây gãy dụng cụ cắt Để đạt bề mặt gia công tinh tốt hơn, địi hỏi phải có thêm lần gia công thêm thời gian gia công Nếu gia cơng thơ đem lại chất lượng bề mặt gia cơng tinh tốt hơn, từ loại bỏ lần gia công bán tinh dẫn đến giảm thời gian gia công, giảm giá thành sản phẩm Tuy nhiên, nay, chưa có nghiên cứu việc tăng chất lượng bề mặt sau gia công thô tiến hành -4Xuất phát từ thực tế tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng gia công thô máy phay CNC” làm đề tài tốt nghiệp Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài - Ý nghĩa khoa học đề tài: Kết nghiên cứu đề tài góp phần bổ sung cho sở lý thuyết nghiên cứu máy CNC lập trình gia cơng máy - Ý nghĩa thực tiễn đề tài: Kết nghiên cứu đề tài ứng dụng vào việc nâng cao chất lượng gia công thô máy phay CNC Mục đích đề tài - Mục đích đề tài nghiên cứu phương pháp gia công thô cách xem xét đến lượng dư gia công linh động q trình gia cơng Mục đích phương pháp xây dựng đường chạy dao tối ưu để đem lại chất lượng bề mặt gia công thô tốt mà không làm tăng thời gian gia công phay thô máy CNC Đối tượng nghiên cứu đề tài máy phay EMCO Concept Mill 55 sử dụng hệ điều khiển SINUMERIK -5CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM-CNC 1.1 Lịch sử phát triển Các hệ thống điều khiển CNC 1.2.1 Điều khiển điểm - điểm 1.2.2 Điều khiển đoạn thẳng 1.2.3 Điều khiển đường 1.3 Hệ thống tọa độ điểm gốc, điểm chuẩn 1.3.1 Hệ thống tọa độ máy CNC 1.3.2 Các điểm gốc điểm chuẩn 1.4 Ngơn ngữ hình thức tổ chức lập trình CNC 1.4.1 Chương trình gia cơng theo hệ tọa độ tuyệt đối 1.4.2 Chương trình gia công theo hệ tọa độ tương đối 1.4.3 Chương trình theo hệ tọa độ hỗn hợp 1.4.4 Chương trình theo hệ tọa độ độc cực 1.4.5 Các hình thức tổ chức lập trình gia cơng CNC -6- CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG GIA CÔNG THÔ 2.1 Lượng dư gia công vết dao trình gia cơng thơ 2.1.1 Vết dao q trình gia công thô Vết dao phay dao phay đầu cầu phương pháp phay lớp thấy hình 2.1 Chiều cao nhấp nhơ h chiều cao phần vật liệu chưa gia công để lại thay đổi đường chạy dao Đây thông số quan trọng đo đạc chất lượng bề mặt sau gia công thô Chiều cao nhấp nhô cao chất lượng bề mặt chi tiết sau gia cơng thơ thấp Phần nhấp nhơ làm nhỏ cách giảm bước tiến ngang g (khoảng cách lần thay đổi bước tiến dao) Bằng cách giảm bước tiến ngang, chiều cao nhấp nhô giảm dẫn đến tăng chất lượng bề mặt sau gia công thô Tuy nhiên, nhược điểm lớn giảm bước tiến ngang đường chạy dao tăng dẫn đến tăng thời gian gia cơng Đó lí gia công thô, người ta thường chọn bước tiến ngang lớn dẫn đến việc chất lượng bề mặt sau gia cơng thơ -7- Hình 2.1: Chiều cao nhấp nhô h bước tiến dao ngang g 2.1.2 Chiều cao nhấp nhơ 2.1.3 Vai trị chất lượng bề mặt chi tiết sau gia công thô Phương pháp tiến dao theo chiều cao nhấp nhô không thay đổi phát triển ứng dụng vào gia công tinh Lợi phương pháp ln ln bám sát vào bề mặt tinh chi tiết Khi cắt bề mặt 3D phức tạp, khả tính tốn đường chạy dao dựa vào chiều cao nhấp nhô so với bước tiến dao đặt trước xuất nhiều phần mềm CAM, thật đáng tiếc q trình gia cơng thơ, khả không đề cập tới coi yếu tố ảnh hưởng không quan trọng, có khả bóc tách vật liệu đề cập đến q trình gia cơng thơ Trong thực tế, bước gia cơng thơ tốc độ cao đóng vai trị quan trọng so với gia cơng thơ thông thường Bước gia công thô tốc độ cao phải để lại lượng dư cho gia công bán tinh gia -8công tinh so với gia cơng thơng thường Điều quan trọng giữ cho tốc độ bóc tách phoi khơng đổi q trình gia cơng tốc độ cao Điều giữ cho lực cắt thay đổi, xảy lát cắt bất thường Hình 2.2:Gia cơng tinh bề mặt cong Để tăng độ xác cho bề mặt sau gia cơng, phương pháp trực tiếp làm giảm bước tiến ngang g Tuy nhiên, đề cập trên, bước tiến ngang nhỏ làm tăng thời gian gia công dẫn đến giảm suất Nếu có phương pháp mà làm tăng chất lượng bề mặt sau gia công thô mà không làm tăng thời gian gia công, phương pháp hữu ích gia cơng cắt gọt 2.2 Lý thuyết lượng dư gia công linh động Lượng dư gia công linh động trạng thái tức thời mẫu lập trình gia cơng -9tại khoảng thời gian riêng biệt Nó thể lớp phơi sau dụng cụ cắt qua thời điểm định Ví dụ, q trình cắt mơ phỏng, lượng phơi q trình gia cơng hay lượng dư gia cơng cịn lại sau q trình gia cơng thơ Chi tiết lúc khơng phải sản phẩm cuối cùng, bước chuyển tiếp cho q trình gia cơng bán tinh Điều quan trọng cho thuật toán xây dựng đường chạy dao để hiểu thay đổi cấu trúc bề mặt xảy đường chạy dao Lý thuyết lượng dư gia công linh động cho phép tạo đường chạy dao khu vực phôi mà đường dụng cụ trước chưa cắt hết Quỹ đạo đường chạy dao cho phương pháp gia cơng tối ưu dựa dựa kiến thức lượng dư lại lần gia cơng trước 2.3 Thiết lập đường dẫn dao cho phương pháp nghiên cứu Dựa lý thuyết lượng dư gia cơng linh động vừa trình bày Ta thiết lập đường dẫn dao cho q trình gia cơng thơ với điều kiện sau: − Phương pháp gia công chi tiết cắt theo lớp lớp -10− − − Tổng số lớp cắt N Lớp cắt xét đến n Chiều sâu cắt lớp t Trong thực tế, dao phay đầu cầu thường dùng để gia công bề mặt cong, nhiên để đơn giản hóa ta xét bề mặt gia cơng mặt phẳng, từ làm sở cho việc tính tốn gia cơng mặt cong lỏm mặt cong lồi 2.3.1 Bề mặt gia công mặt phẳng Trong hình 2.3, đường dẫn dao lớp cắt sau n thường giống đường dẫn dao lớp cắt trước n-1 tọa độ x, y khác tọa độ z (do thay đổi chiều sâu cắt) Để đạt bề mặt chi tiết sau gia cơng tốt hơn, vị trí dao lớp cắt n nên chạy theo quy đạo chiều cao nhấp nhô lớp thứ n-1 để lại với chiều sâu cắt t Trong hình 2.4, đường cong nét đứt cho thấy mẫu thu sau trình cắt lớp n-1 Đường cong nét liền vết dao cắt cắt lớp thứ n Các đỉnh nhấp nhô đặt từ P1, P2, …, đến Pm Vị trí dao cắt lớp thứ n đặt đỉnh nhấp nhô (tạo lớp cắt n-1) khoảng chiều sâu cắt t Là điểm P1’, P2’, …, Pm’ -11Giả sử gia công với bước tiến ngang lớn nhất, (100% bán kính dao), chiều cao nhấp nhơ (ở lớp thứ n-1) h bán kính cắt r dao, Lượng tiến dao ngang Chi tiết Đường dẫn dao thứ Đường dẫn thứ nhất Đường dẫn thứ hai Lượng dư lại Chiều sâu cắt Hình 2.3: Đường dẫn dao lớp cắt khác t Hình 2.4: Chiều cao nhấp nhơ bước tiến dao ngang Có thể tính tốn mối quan hệ chiều cao nhấp nhô h chiều sâu cắt t sau Bước Bước -12- Hình 2.5: Chiều cao nhấp nhô, chiều sâu cắt bước tiến ngang Giả sử O1 O2’ hai tâm dụng cụ cắt hai trường hợp Trong ∆O1O2O2’, góc O1O2O2’ = 90o O1O2’ = ' O1O2 + O2 O2 Góc O2’O1O2 = sin-1(O2O2’/O1O2’) = sin1(O2O2’/ 2 ' O1O2 + O2O2 ) Trong ∆O1BO2’, O1B = O2’B = r Góc O1BO2’/2 = sin-1((O1O2’/2)/O1B) ' = sin-1( O1O2 + O2O2 /2r) Góc B1O1O2’ = (180o –    )/2 O1BO2 ' ' = 90o - sin-1( O1O2 + O2O2 /2r) -13Góc AO1B = 90o -        BO1O ' O ' O1O = ' ' sin-1( O1O2 + O2O2 /2r)- sin-1(O2O2’/ O1O2 + O2O2 ) Trong ∆O1AB, O1A = O1B cos AC   = r cos AO1B AO1B = r – O1A = r – r cos  AO1B ' = r – r cos (sin-1( O1O2 + O2 O2 /2r) ' - sin-1(O2O2’/ O1O2 + O2O2 )) Trong hình 2.5, O2O2’ = t O1O2 = r Chiều cao nhấp nhô h = DE + EF = AC + EF = r – r cos (sin-1( r + t /2r) - sin-1(t/ r + t )) + t Có thể dễ dàng nhận thấy chiều cao nhấp nhô h nhỏ chiều cao nhấp nhô phương pháp gia công thông thường (bằng r) 2.3.2 Bề mặt gia công mặt cong lỏm -14- Lượng tiến dao ngang Chi tiết Hình 2.6 Đường dẫn dao gia cơng bề mặt cong lỏm phương pháp thông thường Bước n Bước n -1 Chi tiết Bước n +1 Hình 2.7 Đường dẫn dao gia công bề mặt cong lảm theo Phương pháp nghiên cứu -15- Hình 2.8 Lượng dư cịn lại gia cơng bề mặt cong làm theo Phương pháp nghiên cứu Có thể tính tốn mối quan hệ chiều cao nhấp nhô h chiều sâu cắt t sau Giả sử bán kính cong cần gia cơng R, tâm O Bán kính dao r Chiều cao nhấp nhô = DE + EF = EF + AC h = DE + EF = AC + EF = (R-r) - ((R-t)-r)Cos (sin -1 (2r/((R-t) – r))) + r – r cos (sin-1( r + t /2r) - sin-1(t/ r + t )) = (R- ((R-t)-r)Cos (sin-1 (2r/((R-t) – r))) - r cos (sin -1( -1 r + t /2r) - sin (t/ r + t )) -162.3.3 Bề mặt gia công mặt cong lồi Lượng tiến dao ngang Chi tiết Hình 2.9 Đường dẫn dao dao gia công bề mặt cong lồi theo phương pháp thông thường Lượng tiến dao ngang Bước n-1 Bước n Hình 2.10 Đường dẫn dao dao gia công bề mặt cong lồi theo phương pháp nghiên cứu -17Có thể tính tốn mối quan hệ chiều cao nhấp nhô h chiều sâu cắt t sau Hình 2.11 Lượng dư cịn lại gia cơng bề mặt cong lõm theo pp nghiên cứu Chiều cao nhấp nhô = DE + EF = EF + AC Chiều cao nhấp nhô: h = DE + EF = AC + EF = ((R+t)+r)Cos (sin -1 (2r/ ((R+t)+r))) - (R+r) + r – r cos (sin -1( r + t /2r) sin-1(t/ r + t )) = ((R+t)+r)Cos (sin-1 (2r/((R+t)+r))) - R– r cos (sin-1( r + t /2r) - sin-1(t/ r + t )) Tóm lại, với đường dẫn dao kiểu mới, quỹ đạo dao lớp thứ cắt đỉnh nhấp nhô lớp thứ nhất, quỹ đạo dao lớp thứ cắt đỉnh nhấp nhô -18lớp thứ … Cứ hết chiều sâu cần cắt Chương III CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 3.1 Giới thiệu thiết bị thí nghiệm Máy phay PC MILL 55 Hệ điều khiển SINUMERIK máy phay PC MILL 55 3.2 Các kết 3.2.1 - - Gia công bề mặt phẳng Phôi gia cơng phơi nhơm có kích thước 50x50x15 hình 3.1 Hình 3.1: Mẫu phơi thí nghiệm Chế độ cắt sử dụng thí nghiệm o Tốc độ trục chính, S = 2500 vịng/phút o Lượng tiến dao gia công, F = 250 mm/phút -19o Chiều sâu cắt lớp cắt, d = mm o Chiều sâu tổng cộng gia công cắt thử, Σd = 2mm o Bước tiến dao ngang g = 100% = mm o Chế độ gia công khô 3.2.1.1 Gia công bề mặt phẳng theo phương pháp thông thường Mẫu gia cơng Hình 3.2: Đường chạy dao theo phương pháp thơng thường -20Hình 3.3: Mẫu gia cơng thơ thu với chế độ cắt 3.2.1.2 Gia công bề mặt phẳng theo phương pháp nghiên cứu Phơi Hình 3.4: Đường chạy dao theo phương pháp Hình 3.5: Chi tiết gia công xong phương pháp nghiên cứu 3.2.1.3 So sánh mẫu cắt -21- - 3.2.2 Hình 3.6: Hai mẫu gia công Dễ dàng nhận thấy hình chụp hình 3.69 3.73, chiều cao nhấp nhô chi tiết sau gia công thô phương pháp h2 giảm đáng kể so với gia công theo phương pháp thông thường h1 Điều có ý nghĩa lớn bước gia công Thời gian gia công lần cắt xấp xỉ phút 15 giây Như gia công phương pháp nghiên cứu, thời gian cắt gọt không tăng Gia công bề mặt cong Thí nghiệm tiến hành phơi nhựa phơi nhơm có hình dáng hình 3.7 Hình 3.7: Phôi gia công bề mặt cong Chế độ cắt sử dụng thí nghiệm o Tốc độ trục chính, S = 2500 vịng/phút o Lượng tiến dao gia cơng, F = 250 mm/phút o Chiều sâu cắt lớp cắt, d = mm o Chiều sâu tổng cộng gia công cắt thử, Σd = mm -22o Bước tiến dao ngang g = 100% = mm o Chế độ gia công khô 3.2.2.1 Gia công bề mặt cong theo phương pháp thơng thường Hình 3.8: Đường chạy dao theo phương pháp thơng thường Hình 3.9: Kết cắt thử theo phương pháp thông thường phôi nhựa phôi nhôm -233.2.2.2 Gia công bề mặt cong theo phương pháp nghiên cứu Hình3.10: Đường chạy dao theo phương pháp Hình3.11: Kết cắt thử theo phương pháp phôi nhựa phôi nhôm 3.2.2.3 So sánh mẫu gia cơng Hình 3.12: Hai mẫu gia cơng với phơi nhơm -24- Hình 3.13: Hai mẫu gia công với phôi nhựa - Dễ dàng nhận thấy hình chụp chiều cao nhấp nhơ chi tiết sau gia công thô phương pháp giảm đáng kể so với gia công theo phương pháp thông thường Điều có ý nghĩa lớn bước gia công - Thời gian gia công lần cắt xấp xỉ phút 30 giây Như gia công phương pháp nghiên cứu, thời gian cắt gọt không tăng KẾT LUẬN - Với đường dẫn dao mới, chất lượng bề mặt sau gia công thô tốt phương pháp gia công thông thường Thời gian gia công theo hai phương pháp tương đương -25TÀI LIỆU THAM KHẢO B Lauiwers, P.P Lefebvre Five-axis rough milling strategies for complex shaped cavities based on morphing technology Annals of CIRP, Vol 55(1), p.59 -62, 2006 Emco Maier, Machine description, Concept Mill 55 Emco Maier, Control description, Sinumerik 810/840D S Tao and K.-L Ting, Unified rough cutting tool path generation for sculptured surface machining International Journal of Production Research, Vol.39(13) p.2973-2989, 2001 Trần Văn Địch (2007), Công nghệ CNC, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội  ... trình gia công CNC -6- CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG GIA CÔNG THÔ 2.1 Lượng dư gia cơng vết dao q trình gia cơng thơ 2.1.1 Vết dao q trình gia cơng thơ Vết dao phay dao phay đầu cầu. .. Kết nghiên cứu đề tài góp phần bổ sung cho sở lý thuyết nghiên cứu máy CNC lập trình gia công máy - Ý nghĩa thực tiễn đề tài: Kết nghiên cứu đề tài ứng dụng vào việc nâng cao chất lượng gia công. .. nghiên cứu việc tăng chất lượng bề mặt sau gia công thô tiến hành -4Xuất phát từ thực tế tác giả chọn đề tài ? ?Nghiên cứu phương pháp nâng cao chất lượng gia công thô máy phay CNC? ?? làm đề tài tốt