Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu thế phát triển của tự động hóa sản xuất cơ khí, việc tích hợp tin học và điều khiển số vào các dòng máy cắt gọt kim loại đóng vai trò quan trọng nhằm nâng cao độ tin cậy, tăng tốc độ xử lý, giảm giá thành sản xuất và rút ngắn chu kỳ chế tạo sản phẩm. Máy công cụ điều khiển số CNC (Computer Numerical Control) cho phép gia công các chi tiết có biên dạng hình học phức tạp với độ chính xác cao và hiệu quả kinh tế vượt trội so với máy công cụ vạn năng truyền thống. Trong cơ cấu ngành cơ khí chính xác, sản phẩm khuôn mẫu được xếp vào nhóm sản phẩm Cơ – Tin – Điện tử (Mechatronics) kỹ thuật cao. Năng lực thiết kế và chế tạo khuôn mẫu là một trong những tiêu chí phản ánh trình độ công nghệ của nền sản xuất công nghiệp.

Đồ án công nghệ CAD/CAM/CNC của tác giả được xây dựng tại Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng nhằm giải quyết bài toán ứng dụng chuỗi giải pháp phần mềm máy tính vào việc thiết kế kết cấu, mô phỏng tách khuôn và lập trình gia công điều khiển số cho chi tiết cơ khí dạng tấm. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định theo văn bản gồm:

  1. Vận dụng kiến thức chuyên ngành về công nghệ CAD/CAM/CNC để ứng dụng máy tính vào thiết kế hình học và lập quy trình công nghệ gia công chi tiết cơ khí.
  2. Phân tích kết cấu, phân tích kỹ thuật và điều kiện làm việc của chi tiết yên sau xe đạp để xác định phương pháp tạo hình và kết cấu khuôn dập phù hợp.
  3. Thực hiện mô phỏng phân khuôn (tách khuôn) trên phần mềm chuyên dụng để tạo ra bộ khuôn dưới cho chi tiết.
  4. Lựa chọn chuẩn định vị, phân chia tiến trình công nghệ thành các nguyên công và bước công nghệ hợp lý; lựa chọn thiết bị gia công (máy phay CNC 3 trục), hệ thống dao cụ và chế độ cắt tương ứng.
  5. Lập trình gia công hoàn chỉnh chi tiết khuôn dưới trên phần mềm CAD/CAM, mô phỏng đường chạy dao và thiết lập các thông số xuất chương trình gia công NC phục vụ các hệ điều khiển máy CNC.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là chi tiết khuôn dưới (cối dập) dùng để định hình sản phẩm yên sau xe đạp – một chi tiết lắp ghép trên khung yên xe chịu tải trọng nhỏ, được tạo hình thông qua phương pháp đột tấm kim loại phẳng rồi dập vuốt các mép. Phạm vi nghiên cứu về mặt không gian và thời gian được thực hiện tại Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng, hoàn thành vào tháng 03/2013 (niên khóa đào tạo 2008 – 2013). Giới hạn kỹ thuật của đồ án tập trung vào việc thiết kế hình học và lập trình gia công bằng phần mềm cho nửa khuôn dưới (khuôn tĩnh), không đi sâu vào kết cấu tổng thể hệ thống khuôn dập phức hợp trên thực tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Về khung lý thuyết, đồ án xây dựng trên nền tảng kỹ thuật tích hợp máy tính trong sản xuất công nghiệp:

  • Khái niệm CAD (Computer Aided Design): Hệ thống phần cứng và phần mềm máy tính hỗ trợ người kỹ sư trong việc xây dựng, sửa đổi, phân tích và tối ưu hóa kết cấu hình học của sản phẩm.
  • Khái niệm CAM (Computer Aided Manufacturing): Việc ứng dụng hệ thống máy tính để lập kế hoạch, quản lý, mô phỏng và điều khiển trực tiếp hoặc gián tiếp các hoạt động sản xuất, biến dữ liệu hình học thành lệnh chuyển động của dụng cụ cắt.
  • Khái niệm CNC (Computer Numerical Control): Công nghệ điều khiển tự động máy công cụ bằng máy tính thông qua chuỗi lệnh mã hóa, thay thế cho cơ chế băng đục lỗ trước đây nhằm tăng dung lượng lưu trữ, tốc độ đọc và khả năng linh hoạt trong chu kỳ sản xuất.
  • Khung module phần mềm Pro/ENGINEER: Tác giả khai thác 3 module chức năng nền tảng gồm Sketcher (phác thảo biên dạng 2D/3D tham số hóa), Part (thiết kế khối 3D solid, shell hoặc surface thông qua lệnh đùn, quét) và Manufacturing (tích hợp các môi trường con Mold Cavity để phân tách khuôn và NC-Assembly để mô phỏng, lập trình gia công).

Về văn bản kỹ thuật và tiêu chuẩn vật liệu:

  • Tiêu chuẩn vật liệu khuôn: Sử dụng thép dụng cụ hợp kim theo tiêu chuẩn Nhật Bản ký hiệu SKD11, bảo đảm các tiêu chuẩn về độ bền kéo, độ chống mài mòn, độ dai chống nứt vỡ, độ cứng làm việc liên tục sau nhiệt luyện đạt 50 ÷ 60 HRC.
  • Tiêu chuẩn trình bày bản vẽ kỹ thuật: Tuân thủ Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) về khổ giấy (A4 cho thuyết minh; A3/A4 cho bản vẽ chi tiết; A0/A1 cho bản vẽ nguyên công), quy định khung tên, nét vẽ và ghi kích thước dung sai.

Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm:

  • Phương pháp phân tích – tổng hợp kỹ thuật: Đánh giá biên dạng hình học của yên sau xe đạp để xác định các nguyên công dập định hình, từ đó xác lập yêu cầu kỹ thuật đối với bề mặt cối khuôn.
  • Phương pháp thiết kế hình học hỗ trợ máy tính (CAD): Ứng dụng phần mềm AutoCAD 2013 để xây dựng bản vẽ 2D chi tiết khuôn dưới với tỷ lệ 1:2; sử dụng Pro/ENGINEER Wildfire 5.0 để dựng mô hình chi tiết mẫu và phôi khối dạng solid.
  • Phương pháp lập quy trình công nghệ gia công cơ khí: Phân tích bề mặt gia công, lựa chọn chuẩn tinh thống nhất là mặt đáy, xác định tiến trình công nghệ gồm 2 nguyên công chính (phay mặt đáy định vị và phay tạo hình lòng khuôn cùng hệ thống lỗ định vị).
  • Phương pháp tra cứu và tính toán chế độ cắt: Tra cứu thông số hình học và điều kiện cắt từ tài liệu kỹ thuật của các hãng chế tạo dao cắt công nghiệp (Mitsubishi, Seco, Sandvik, Ceratizit, Garant) kết hợp công thức kiểm nghiệm công suất cắt $P_e$ và lực cắt tiếp tuyến $P_z$ tra theo bảng thông số công nghệ (Bảng 5.60 trong sổ tay công nghệ).

Nguồn dữ liệu của nghiên cứu xuất phát từ catalog thông số dao cắt của các nhà sản xuất công cụ, bảng tra chế độ cắt cho thép SKD11, bảng thông số kỹ thuật của trung tâm gia công phay CNC model MCV-1000, cùng bản vẽ kích thước sản phẩm yên sau xe đạp thực tế.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Giới thiệu chung về CAD/CAM/CNC

Chương này tổng kết cơ sở lý luận về vai trò của công nghệ CAD/CAM/CNC trong dây chuyền sản xuất cơ khí hiện đại. Tác giả phân tích cấu trúc phần cứng và phần mềm CAD, trong đó phần mềm chuyên dụng hỗ trợ từ dựng hình đồ họa đến phân tích ứng suất, động lực học và truyền nhiệt. Phần mềm CAM đóng vai trò cầu nối thông qua giao diện tương tác để lập trình đường chạy dao và điều khiển máy công cụ. Sự tiến hóa từ hệ điều khiển số NC sử dụng băng đục lỗ sang CNC giúp mở rộng bộ nhớ, cho phép đọc hàng nghìn bit thông tin trong bộ vi xử lý và tăng tính linh hoạt khi thay đổi chương trình chế tạo.

Nội dung chương cũng nêu bật tầm quan trọng của công nghệ khuôn mẫu – lĩnh vực chế tạo đòi hỏi độ chính xác cao thuộc chuyên ngành Cơ – Tin – Điện tử. Chương I khép lại bằng việc giới thiệu các module cốt lõi của phần mềm Pro/ENGINEER (Pro/E), phân tích cơ chế tham số hóa của module Sketcher, khả năng tạo mô hình hình học của module Part và khả năng mô phỏng tách khuôn, gia công của module Manufacturing.

Chương II: Phân tích và thiết kế chi tiết

Chương II tập trung phân tích kết cấu và điều kiện làm việc của chi tiết yên sau xe đạp. Chi tiết được dập từ tấm kim loại mỏng định hình, yêu cầu bộ khuôn dập gồm hai phần: một khuôn chuyển động (khuôn trên) tạo xung lực dập và một khuôn tĩnh (khuôn dưới) đóng vai trò cối dập định hình. Do tính chất phức tạp của khuôn dập thực tế, tác giả giới hạn phạm vi nghiên cứu vào việc thiết kế và gia công nửa khuôn dưới.

Vật liệu được lựa chọn cho khuôn là thép hợp kim SKD11 theo tiêu chuẩn JIS (Nhật Bản) nhằm đáp ứng khả năng chịu lực, chống biến dạng và chống mài mòn trong chu kỳ dập lặp lại liên tục. Về yêu cầu kỹ thuật sau gia công, bản vẽ chi tiết khuôn dưới (vẽ trên AutoCAD 2013, tỷ lệ 1:2) xác định các chỉ tiêu cụ thể:

  • Độ cứng bề mặt sau xử lý nhiệt: Đạt từ 50 ÷ 60 HRC.
  • Độ nhám bề mặt làm việc trong lòng khuôn: Đạt $R_a = 1.25\ \mu\text{m}$.
  • Độ nhám các bề mặt khác: Đạt $R_z = 20\ \mu\text{m}$.
  • Dung sai kích thước các mặt cạnh và mặt định vị: Sai lệch không vượt quá $0.02\text{ mm}$.

Chương III: Phân khuôn và lập quy trình công nghệ gia công

Chương này trình bày chi tiết hai nội dung cốt lõi: quy trình tách khuôn trên Pro/E và xây dựng tiến trình công nghệ gia công cơ khí.

Quy trình phân khuôn được thực hiện tuần tự qua 7 bước chuẩn mực trong môi trường Mold Cavity của Pro/E:

  1. Thiết lập môi trường làm việc: Chọn Manufacturing -> Sub-type Mold Cavity, tắt tùy chọn mặc định Use default template.
  2. Đưa mô hình chi tiết yên sau xe đạp vào môi trường phân khuôn.
  3. Tạo phôi gia công dạng khối hộp (Solid Part) bằng cách đùn đối xứng về hai phía từ mặt phẳng phác thảo trên cùng.
  4. Xây dựng bề mặt phân khuôn (Parting Surface).
  5. Thực hiện lệnh tách khuôn (Split Mold) thành hai nửa khuôn riêng biệt.
  6. Gộp khối thể tích khuôn (Mold Volumes).
  7. Mở khuôn (Mold Opening) bằng cách nhập khoảng cách di trượt tương đối theo chiều dày của các tấm khuôn.

Trong phần công nghệ, tác giả phân tích khả năng gia công chi tiết khuôn dưới trên máy phay CNC 3 trục kết hợp 2 lần gá đặt. Chuẩn tinh thống nhất được chọn là mặt đáy của tấm khuôn, với hướng kích thước tính từ dưới lên trên nhằm triệt tiêu sai số chuẩn. Thiết bị lựa chọn là máy phay đứng CNC 3 trục model MCV-1000.

Quy trình công nghệ được thiết lập thành 2 nguyên công chính:

  • Nguyên công 1: Phay khỏa mặt đáy làm chuẩn định vị, gồm 2 bước: phay thô và phay tinh. Sử dụng dao phay khỏa mặt Mitsubishi ASX445-050A03R ($\varnothing50\text{ mm}$, 8 răng). Chế độ cắt: phay thô dùng vận tốc cắt $V_c = 180\text{ m/phút}$, lượng chạy dao răng $f_z = 0.2\text{ mm/răng}$, tốc độ trục chính $n = 2650\text{ vòng/phút}$; phay tinh dùng $V_c = 210\text{ m/phút}$, $f_z = 0.2\text{ mm/răng}$, $n = 2800\text{ vòng/phút}$.
  • Nguyên công 2: Gia công lòng khuôn và các phần tử liên kết, bao gồm các bước công nghệ:
    • Bước 1: Phay thô mặt phân khuôn (dao và chế độ cắt tương tự phay thô mặt đáy).
    • Bước 2: Phay thô lòng khuôn (dùng dao phay ngón MS2MDD1200, $V_c = 180\text{ m/phút}$, $f_z = 0.2\text{ mm/răng}$, $n = 2650\text{ vòng/phút}$).
    • Bước 3: Phay tinh mặt phân khuôn (dao và chế độ cắt tương tự phay tinh mặt đáy).
    • Bước 4: Phay tinh mặt phẳng lòng khuôn (dao ngón MS2MDD1200, $V_c = 210\text{ m/phút}$, $f_z = 0.2\text{ mm/răng}$, $n = 2800\text{ vòng/phút}$).
    • Bước 5 & 6: Phay bán tinh và phay tinh mặt cong lòng khuôn (dùng dao phay đầu cầu VC2PSB0250; bán tinh dùng $V_c = 180\text{ m/phút}$, $f_z = 0.2\text{ mm/răng}$, $n = 2650\text{ vòng/phút}$; phay tinh dùng $V_c = 210\text{ m/phút}$, $f_z = 0.2\text{ mm/răng}$, $n = 2800\text{ vòng/phút}$).
    • Bước 7: Khoan hệ thống lỗ chốt định vị (dùng mũi khoan MWE0980MB, $V_c = 210\text{ m/phút}$, $f_z = 0.2\text{ mm/răng}$, $n = 2800\text{ vòng/phút}$).
    • Bước 8: Doa tinh lỗ chốt định vị đạt dung sai lắp ghép (dùng dao doa PM50-10H7-EB, $V_c = 210\text{ m/phút}$, $f_z = 0.2\text{ mm/răng}$, $n = 2800\text{ vòng/phút}$).

Chương IV: Lập trình gia công chi tiết

Chương IV triển khai quy trình lập trình mô phỏng trên phần mềm Pro/ENGINEER Wildfire 5.0 thông qua môi trường NC-Assembly. Các bước tiến hành bao gồm việc khởi tạo tệp gia công GIA-CONG theo mẫu mmns_mfg_nc, nhập chi tiết khuôn đã thiết kế, tạo phôi bao ngoài (New Workpiece), và cấu hình máy phay MCV-1000 (loại 3 trục, tốc độ trục chính tối đa 8000 rpm, công suất 6.67 HP, thời gian thay dao tự động 5 giây).

Trong từng bước công nghệ, tác giả khai báo cụ thể hệ thống dao cắt và chế độ cắt thực tế trong phần mềm:

  • Khai báo dao T01: Dao phay khỏa mặt đầu SECO D12, vật liệu lưỡi cắt X155CrW0121, đường kính $40\text{ mm}$, chiều dài làm việc $100\text{ mm}$, góc vát cạnh $45^\circ$, 8 răng cắt. Ứng dụng cho bước phay thô mặt đầu với vận tốc cắt $180\text{ m/phút}$ ($n = 2650\text{ vòng/phút}$), lượng chạy dao $f_z = 0.2\text{ mm/răng}$; và phay tinh với vận tốc $210\text{ m/phút}$ ($n = 2800\text{ vòng/phút}$), $f_z = 0.15\text{ mm/răng}$, lượng chạy dao nhanh (Rapid Feed rate) thiết lập $0.5$.
  • Khai báo dao T02: Dao phay ngón (Milling), đường kính $16\text{ mm}$, chiều dài $50\text{ mm}$, 4 răng cắt (khai báo 8 răng trong hộp thoại phần mềm). Ứng dụng phay thô lòng khuôn với $V_c = 180\text{ m/phút}$, $n = 2650\text{ vòng/phút}$, lượng chạy dao răng $f_z = 0.071\text{ mm/răng}$; và phay tinh mặt phẳng lòng khuôn với $V_c = 180\text{ m/phút}$ (hoặc thiết lập kiểm nghiệm lên $210\text{ m/phút}$), $n = 2800\text{ vòng/phút}$, $f_z = 0.051\text{ mm/răng}$.

Chương IV cũng trình bày việc tính toán kiểm nghiệm công suất cắt $P_e$ dựa trên lực cắt tiếp tuyến $P_z$ và thông số kéo theo bảng 5.60 để bảo đảm chế độ cắt nằm trong giới hạn chịu tải của động cơ máy phay MCV-1000. Cuối cùng, tác giả nêu định hướng xuất mã lệnh NC thông qua bộ xử lý Postprocessor tương thích với các hệ điều khiển phổ biến như Fanuc, Sinumerik và Heidenhain.

Thiết kế và triển khai

Phần thiết kế và triển khai kỹ thuật của đồ án tập trung vào việc mô hình hóa hình học và hiện thực hóa các thông số máy, dao và chế độ cắt trong phần mềm CAD/CAM.

1. Thông số kỹ thuật của thiết bị gia công

Thiết bị được cấu hình xuyên suốt trong quá trình lập quy trình công nghệ và thiết lập tham số máy trong phần mềm Pro/E là máy phay CNC 3 trục model MCV-1000. Các thông số kỹ thuật được trích xuất như sau:

Hạng mục thông số Giá trị kỹ thuật
Model máy MCV-1000
Kiểu máy (Machine Type) Phay đứng (Mill), 3 trục tọa độ (3 Axis)
Kích thước bàn máy $1200 \times 400\text{ mm}$ ($75''$)
Kết cấu rãnh chữ T trên bàn Rộng $16\text{ mm} \times 3\text{ rãnh} \times \text{bước } 100\text{ mm}$
Tải trọng tối đa của bàn máy $800\text{ kg}$
Hành trình dịch chuyển các trục X, Y, Z $1000 \times 510 \times 510\text{ mm}$
Khoảng cách từ mũi trục chính đến bàn máy $120 \div 630\text{ mm}$
Khoảng cách từ mũi trục chính đến mặt cột $550\text{ mm}$
Tiêu chuẩn côn trục chính BT40
Hành trình dịch chuyển trục chính $140\text{ mm}$
Tốc độ quay trục chính tối đa (Max Speed) $8000\text{ rpm}$
Công suất trục chính (Horsepower) $6.67\text{ HP}$
Công suất động cơ các trục XYZ $1\text{ kW}$
Công suất bơm dung dịch trơn nguội $1/8\text{ HP}$
Cơ cấu thay dao tự động (ATC) Lựa chọn 2 chiều, chuôi dao BT40, sức chứa 16 dao
Thời gian đổi dao (Tool change time) $5\text{ giây}$
Kích thước bao toàn bộ máy $2500 \times 2000 \times 2300\text{ mm}$

2. Tổng hợp hệ thống dụng cụ cắt và chế độ công nghệ

Hệ thống dao cắt và chế độ cắt được xác lập cho 2 nguyên công gia công chi tiết cối khuôn dưới:

Nguyên công / Bước công nghệ Ký hiệu / Mã hiệu dao Kiểu dao / Thông số hình học Vận tốc cắt $V_c$ (m/phút) Tốc độ trục chính $n$ (vòng/phút) Lượng chạy dao $f_z$
NC 1: Phay thô mặt đáy Mitsubishi ASX445-050A03R / T01 (SECO D12) Phay khỏa mặt, $\varnothing50\text{ mm}$ / $\varnothing40\text{ mm}$, 8 răng, góc nghiêng $45^\circ$ 180 2650 $0.2\text{ mm/răng}$
NC 1: Phay tinh mặt đáy Mitsubishi ASX445-050A03R / T01 (SECO D12) Phay khỏa mặt, $\varnothing50\text{ mm}$ / $\varnothing40\text{ mm}$, 8 răng, góc nghiêng $45^\circ$ 210 2800 $0.15 \div 0.2\text{ mm/răng}$
NC 2 - B1: Phay thô mặt phân khuôn ASX445-050A03R / SECO D12 Phay mặt đầu, $\varnothing40 \div 50\text{ mm}$, 8 răng 180 2650 $0.2\text{ mm/răng}$
NC 2 - B2: Phay thô lòng khuôn Mitsubishi MS2MDD1200 / T02 Phay ngón, $\varnothing16\text{ mm}$, dài $50\text{ mm}$, 4 răng 180 2650 $0.071 \div 0.2\text{ mm/răng}$
NC 2 - B3: Phay tinh mặt phân khuôn ASX445-050A03R / SECO D12 Phay mặt đầu, $\varnothing40 \div 50\text{ mm}$, 8 răng 210 2800 $0.15 \div 0.2\text{ mm/răng}$
NC 2 - B4: Phay tinh mặt phẳng lòng khuôn MS2MDD1200 / T02 Phay ngón, $\varnothing16\text{ mm}$, dài $50\text{ mm}$, 4 răng $180 \div 210$ 2800 $0.051 \div 0.2\text{ mm/răng}$
NC 2 - B5 & B6: Phay bán tinh & tinh mặt cong Mitsubishi VC2PSB0250 Phay đầu cầu, bán kính cong chuyên dụng $180 \div 210$ $2650 \div 2800$ $0.2\text{ mm/răng}$
NC 2 - B7: Khoan lỗ chốt định vị Mitsubishi MWE0980MB Mũi khoan ruột gà chuyên dụng 210 2800 $0.2\text{ mm/vòng}$
NC 2 - B8: Doa lỗ chốt định vị Sandvik / Ceratizit PM50-10H7-EB Dao doa định kích thước lỗ H7 210 2800 $0.2\text{ mm/vòng}$

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu của đồ án đạt được các kết quả cụ thể theo đúng dữ liệu văn bản:

  1. Thiết lập kết cấu và yêu cầu kỹ thuật hoàn chỉnh cho cối dập yên sau xe đạp: Xây dựng bản vẽ kỹ thuật chi tiết khuôn dưới tỷ lệ 1:2 trên AutoCAD 2013 với vật liệu thép SKD11 đạt độ cứng sau tôi $50 \div 60\text{ HRC}$, độ nhám lòng khuôn $R_a = 1.25\ \mu\text{m}$, độ nhám các mặt cạnh $R_z = 20\ \mu\text{m}$, dung sai các mặt định vị không vượt quá $0.02\text{ mm}$.
  2. Quy trình phân khuôn chuẩn hóa: Khai thác thành công module Mold Cavity trong Pro/ENGINEER Wildfire 5.0 để tạo phôi khối, lập mặt phân khuôn và tách bóc tách thành công nửa khuôn dưới từ chi tiết sản phẩm 3D.
  3. Quy trình công nghệ và thông số gia công chi tiết: Xây dựng quy trình 2 nguyên công trên trung tâm phay đứng MCV-1000 với chuẩn tinh mặt đáy. Toàn bộ các thông số chế độ cắt ($V_c, f_z, n$), mã hiệu dụng cụ cắt của các hãng (Mitsubishi, Seco), hình học dao (đường kính dao khỏa mặt $40 - 50\text{ mm}$, dao ngón $\varnothing16\text{ mm}$), góc vát lưỡi cắt $45^\circ$, số răng cắt được xác lập rõ ràng và đưa vào mô phỏng gia công trong module NC-Assembly.
  4. Kiểm nghiệm động lực học: Thực hiện các bước tính toán kiểm tra công suất cắt $P_e$ theo lực tiếp tuyến $P_z$ dựa vào hệ số tra bảng 5.60 để khẳng định tính khả thi của quy trình trên động cơ trục chính $6.67\text{ HP}$ của máy MCV-1000.

Về mặt đóng góp học thuật và thực tiễn sản xuất theo tác giả tự nêu: Đề tài giúp sinh viên cơ khí củng cố, liên kết các kiến thức đã học giữa lý thuyết cắt gọt kim loại, công nghệ chế tạo máy và đồ gá; đồng thời làm chủ chuỗi công cụ phần mềm hiện đại (AutoCAD, Pro/ENGINEER) để chuyển đổi từ mô hình hình học sang chương trình điều khiển số trên máy công cụ CNC.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Văn bản đồ án nêu rõ những hạn chế do điều kiện thực hiện:

  • Thời gian thực hiện đồ án ngắn và phạm vi tiếp cận công nghệ mới còn hạn chế, do đó đề tài chỉ dừng lại ở mức độ giới thiệu cách tách khuôn và mô phỏng lập trình gia công trên phần mềm máy tính, chưa tiến hành gia công thực tế trên máy CNC để kiểm chứng sai số kích thước và độ nhám sau cắt gọt.
  • Chưa thiết kế hoàn chỉnh toàn bộ cụm khuôn dập cơ khí trên thực tế (mới tập trung vào cối dập dưới, chưa thiết kế chi tiết kết cấu chày dập, áo khuôn, cơ cấu dẫn hướng và cơ cấu kẹp chặt trên máy dập).

Hướng nghiên cứu tiếp được đề cập theo phạm vi văn bản:

  • Kết nối phần mềm với bộ xử lý Postprocessor cụ thể để xuất tệp mã lệnh G-code (tệp NC) tương thích trực tiếp với các hệ điều khiển công nghiệp như Fanuc, Sinumerik hoặc Heidenhain.
  • Chuyển giao chương trình NC vào bộ điều khiển máy phay CNC để tiến hành gia công chi tiết thật trên phôi thép SKD11, sau đó tiến hành nhiệt luyện và đo kiểm độ chính xác hình học, độ nhám bề mặt thực tế.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật hữu ích đối với sinh viên và kỹ sư ngành Cơ khí chế tạo máy, Cơ điện tử và Công nghệ kỹ thuật cơ khí, đặc biệt là những người đang thực hiện đồ án môn học CAD/CAM/CNC hoặc đồ án tốt nghiệp liên quan đến gia công khuôn mẫu.

Các nội dung có giá trị tham khảo ứng dụng trực tiếp bao gồm:

  • Quy trình 7 bước thao tác phân khuôn trên module Mold Cavity của phần mềm Pro/ENGINEER Wildfire 5.0.
  • Phương pháp lựa chọn chuẩn định vị (mặt đáy) và phân chia các bước công nghệ cho chi tiết dạng khuôn dập tấm.
  • Bộ thông số kỹ thuật thực tế của trung tâm gia công phay CNC MCV-1000 và bảng thông số chế độ cắt tương ứng với từng loại dao cụ công nghiệp cho vật liệu thép hợp kim SKD11.

Câu hỏi thường gặp

1. Chi tiết yên sau xe đạp được tạo hình bằng phương pháp cơ học nào và kết cấu khuôn dập yêu cầu ra sao? Theo văn bản, chi tiết yên sau xe đạp được chế tạo bằng phương pháp đột dập tấm kim loại: ban đầu đột tấm kim loại phẳng có hình dáng gần giống chi tiết, sau đó dập các mép để tạo hình chi tiết hoàn chỉnh. Cơ cấu máy yêu cầu 2 khuôn: một khuôn chuyển động để tạo xung lực dập (khuôn trên) và một khuôn tĩnh để tạo hình dáng chi tiết (khuôn dưới).

2. Vật liệu chế tạo khuôn dưới là gì và yêu cầu kỹ thuật bề mặt sau gia công được quy định như thế nào? Vật liệu làm khuôn được chọn là thép dụng cụ hợp kim theo tiêu chuẩn Nhật Bản ký hiệu SKD11. Yêu cầu kỹ thuật bao gồm: độ cứng bề mặt sau nhiệt luyện đạt $50 \div 60\text{ HRC}$; độ nhám bề mặt làm việc trong lòng khuôn đạt $R_a = 1.25\ \mu\text{m}$; độ nhám các bề mặt khác đạt $R_z = 20\ \mu\text{m}$; dung sai các mặt cạnh và mặt định vị không vượt quá $0.02\text{ mm}$.

3. Chuẩn định vị và thiết bị gia công được lựa chọn trong quy trình công nghệ là gì? Tác giả lựa chọn mặt đáy của khuôn làm chuẩn tinh thống nhất trong suốt quá trình gia công với hướng kích thước xác định từ dưới lên trên. Thiết bị gia công là máy phay CNC 3 trục model MCV-1000, có kích thước bàn máy $1200 \times 400\text{ mm}$, hành trình XYZ là $1000 \times 510 \times 510\text{ mm}$, đầu trục chính BT40, tốc độ tối đa 8000 rpm và động cơ trục chính $6.67\text{ HP}$.

4. Quy trình gia công khuôn dưới gồm bao nhiêu nguyên công và sử dụng những loại dao cắt nào? Quy trình gia công gồm 2 nguyên công chính:

  • Nguyên công 1: Phay mặt phẳng đáy định vị (dùng dao khỏa mặt Mitsubishi ASX445-050A03R hoặc SECO D12, $\varnothing40 - 50\text{ mm}$, 8 răng).
  • Nguyên công 2: Phay tạo hình lòng khuôn và hệ thống lỗ định vị, sử dụng dao khỏa mặt cho mặt phân khuôn, dao phay ngón Mitsubishi MS2MDD1200 / T02 ($\varnothing16\text{ mm}$, 4 răng) cho lòng khuôn, dao phay cầu Mitsubishi VC2PSB0250 cho mặt cong, mũi khoan Mitsubishi MWE0980MB và dao doa PM50-10H7-EB cho hệ thống lỗ chốt định vị.

5. Các bước chính trong quy trình lập trình gia công trên Pro/ENGINEER Wildfire 5.0 gồm những gì? Quy trình lập trình trong module NC-Assembly gồm: (1) Khởi tạo môi trường gia công mmns_mfg_nc và đặt tên tệp; (2) Gọi chi tiết khuôn cần gia công; (3) Khai báo phôi ban đầu (New Workpiece); (4) Thiết lập thông số máy công cụ (Machine Name MCV-1000, Type Mill, 3 Axis, Spindle Speed, Horsepower); (5) Khai báo thông số hình học và chế độ cắt của dao (Cutter Diameter, Length, Number of Teeth, Feed rate, Speed); (6) Tạo chu trình chạy dao và mô phỏng cắt gọt; (7) Chuẩn bị xuất mã lệnh qua Postprocessor tương thích các hệ điều khiển Fanuc, Sinumerik hoặc Heidenhain.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế phân khuôn và gia công khuôn yên sau xe đạp" của sinh viên Nguyễn Đức Tín đã giải quyết hoàn chỉnh chuỗi nhiệm vụ thiết kế hình học, mô phỏng tách khuôn và lập quy trình công nghệ gia công chi tiết cối dập dưới bằng thép hợp kim SKD11 trên phần mềm AutoCAD và Pro/ENGINEER Wildfire 5.0. Tác giả đã xây dựng được tiến trình công nghệ 2 nguyên công hợp lý, xác định chuẩn tinh mặt đáy thống nhất và tính toán đồng bộ hệ thống dao cắt, chế độ cắt tương thích với trung tâm phay đứng CNC MCV-1000. Mặc dù còn hạn chế do chưa gia công thực nghiệm kiểm chứng trên máy thật, công trình là bản tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo rõ ràng cho sinh viên chuyên ngành Cơ khí chế tạo máy và Cơ điện tử trong việc ứng dụng các giải pháp CAD/CAM/CNC vào thiết kế, chế tạo khuôn mẫu dập tấm.