Luận văn: Nghiên cứu ứng dụng trung tâm gia công 5 trục để gia công khuôn mẫu

Luận văn nghiên cứu chuyên sâu về ứng dụng công nghệ gia công 5 trục để chế tạo khuôn mẫu. Phân tích quy trình, lập trình CNC và ví dụ thực tế.

• Tác giả: Trần Văn Hòa
• Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Huy Ninh
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Chế tạo máy
• Đề tài: Gia công 5 trục khuôn mẫu: Nghiên cứu và ứng dụng thực tế
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về công nghệ gia công 5 trục khuôn mẫu

Gia công 5 trục khuôn mẫu là một công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực chế tạo máy hiện đại. Công nghệ này sử dụng trung tâm gia công 5 trục để xử lý các bộ phận phức tạp với độ chính xác cao. Máy CNC 5 trục cho phép cắt gọt trên năm hướng khác nhau cùng lúc, giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất. Khuôn mẫu được gia công với độ chính xác cao và hiệu suất cao, đáp ứng nhu cầu ngành công nghiệp hiện đại. Công nghệ này đặc biệt hữu ích trong sản xuất các sản phẩm như tuabin, lưỡi cắt và các thành phần phức tạp khác. Ứng dụng trung tâm gia công Mikron UCP600 và các phần mềm CAM chuyên dụng như Mastercam X6 đã nâng cao khả năng thiết kế và sản xuất.

1.1. Khái niệm và định nghĩa gia công 5 trục

Gia công 5 trục là quá trình cắt gọi vật liệu sử dụng máy CNC có năng lực di chuyển trên năm trục tọa độ. Ba trục tuyến tính (X, Y, Z) kết hợp với hai trục xoay (A, B) tạo nên sức mạnh của công nghệ này. So với gia công 3 trục truyền thống, phương pháp này cho phép tiếp cận các bề mặt phức tạp từ nhiều góc độ khác nhau mà không cần thay đổi vị trí chi tiết.

1.2. Ưu điểm của công nghệ gia công 5 trục

Công nghệ gia công 5 trục khuôn mẫu mang lại nhiều lợi ích vượt trội. Nó giảm thời gian gia công, tăng độ chính xác và chất lượng bề mặt. Khả năng gia công các hình dạng phức tạp, đặc biệt là các bề mặt cong, được thực hiện hiệu quả hơn. Công nghệ này giảm số lần lắp lại chi tiết, từ đó giảm sai số tích lũy.

II. Hệ thống máy gia công CNC và trung tâm gia công UCP600

Trung tâm gia công UCP600 là một trong những máy CNC 5 trục hàng đầu được sử dụng rộng rãi trong gia công khuôn mẫu. Máy này được trang bị hệ điều hành HEIDENHAIN iTNC 530 tiên tiến, cho phép lập trình gia công chính xác và linh hoạt. Cấu trúc cơ khí của trung tâm gia công bao gồm đầu cắt tự động, hệ thống tọa độ ba chiều và bàn làm việc xoay. Hệ thống CNC này hỗ trợ các chu trình gia công đa dạng như phay hốc, phay bề mặt và các chu trình điều chỉnh phôi. Công nghệ nội suy tuyến tính và các hàm nội suy tiên tiến giúp tạo ra các đường cong mượt mà. Khả năng tự động đo lường và điều chỉnh phôi làm tăng hiệu suất gia công và giảm lỗi sai.

2.1. Cấu trúc và thành phần của máy CNC 5 trục

Máy CNC 5 trục bao gồm khung cơ sở, spindle chính, bàn làm việc xoay, hệ thống tọa độ và bộ điều khiển. Spindle là bộ phận quay với tốc độ cao, thực hiện việc cắt gọt. Bàn làm việc có thể xoay trên hai trục (A, B) để thay đổi góc gia công. Hệ thống dao cắt tự động lưu trữ hơn 100 loại dao khác nhau, tối ưu hóa quá trình sản xuất.

2.2. Hệ điều hành HEIDENHAIN iTNC 530

Hệ điều hành HEIDENHAIN iTNC 530 là trung tâm điều khiển của máy gia công. Nó cho phép lập trình gia công bằng mã HEIDENHAIN-CODE với cú pháp dễ học. Màn hình cảm ứng hiển thị thông tin chi tiết về công nghệ, vị trí trục, và trạng thái máy. Hệ thống hỗ trợ mô phỏng gia công từng câu lệnh, giúp dự phòng lỗi trước khi thực hiện.

III. Lập trình và tối ưu hóa gia công khuôn mẫu

Lập trình gia công 5 trục là quá trình phức tạp đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về CAM software và công nghệ gia công. Sử dụng Mastercam X6, các kỹ sư có thể thiết kế các đường gia công tối ưu cho sản phẩm như tuabin. Phần mềm này cho phép mô phỏng 3D toàn bộ quá trình gia công trước khi thực hiện trên máy. Chiến lược gia công bao gồm xác định điểm bắt đầu, hướng cắt, tốc độ yfeed và tốc độ spindle phù hợp. Các chu trình phay hốc, phay bề mặt, và finishing được áp dụng tuần tự để đạt kết quả tối ưu. Nhân bản các nguyên công giúp tối ưu hóa các chi tiết lặp lại trong khuôn mẫu. Việc xuất mã NC (Code) tự động từ phần mềm đảm bảo độ chính xác và tính nhất quán.

3.1. Quy trình lập trình HEIDENHAIN CODE

Lập trình HEIDENHAIN-CODE bắt đầu bằng việc xác định hệ thống tọa độ trên máy. Mỗi chương trình NC có cấu trúc rõ ràng với phần đầu (header), phần chính (main program) và phần kết thúc. Các hàm nội suy như linear interpolation (G01) và circular interpolation (G02, G03) được sử dụng để tạo đường cong. Chu trình gia công được định nghĩa bằng các lệnh đặc biệt, giảm độ dài chương trình.

3.2. Gia công sản phẩm tuabin bằng Mastercam X6

Tuabin là một sản phẩm phức tạp yêu cầu gia công 5 trục chính xác. Mastercam X6 cho phép thiết kế các chu trình phay cho đáy rãnh tuabin và gia công cảnh (bề mặt ngoài). Chiến lược CAM được tối ưu hóa để giảm thời gian gia công và tăng chất lượng bề mặt. Mô phỏng 3D từng bước giúp phát hiện và khắc phục lỗi trước khi thực hiện.

IV. Ứng dụng thực tế và kết quả gia công

Ứng dụng thực tế của công nghệ gia công 5 trục khuôn mẫu đã được chứng minh thông qua nhiều dự án thành công. Trung tâm gia công Mikron UCP600 kết hợp với phần mềm Mastercam X6 đã giúp sản xuất các khuôn mẫu chất lượng cao cho ngành công nghiệp ô tô, hàng không vũ trụ và điện tử. Các chi tiết như tuabin, lưỡi cắt và các thành phần phức tạp khác được gia công với độ chính xác ±0.01mm. Thời gian gia công được giảm đáng kể so với gia công 3 trục truyền thống nhờ khả năng tiếp cận đa hướng. Chất lượng bề mặt cải thiện, giảm chi phí hoàn thiện. Chu trình sản xuất được tối ưu hóa thông qua nhân bản nguyên công và tự động hóa. Các chu trình gia công đặc biệt như đo điều chỉnh phôi tự động giúp tăng hiệu suất.

4.1. Kết quả gia công và tiêu chí chất lượng

Chất lượng gia công được đánh giá dựa trên độ chính xác kích thước, độ nhám bề mặt và độ thẳng hình học. Máy CNC 5 trục đạt độ chính xác từ ±0.01 đến ±0.001mm tùy theo loại dao và vật liệu. Chế độ gia công được lựa chọn phù hợp với từng loại vật liệu (thép, nhôm, hợp kim) để đạt kết quả tối ưu.

4.2. Hiệu suất sản xuất và tối ưu hóa công nghệ

Công nghệ gia công 5 trục giúp giảm thời gian sản xuất từ 30-40% so với gia công 3 trục. Tự động hóa các chu trình gia công, như đo phôi tự động, nâng cao hiệu suất. Nhân bản nguyên công cho các chi tiết lặp lại làm tăng tốc độ sản xuất hàng loạt.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LOI CAM DOAN Tôi là Trân Văn Hỏa, học viên lớp thạc sỹ Kỹ thuật Chế tạo máy CTM2012B - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Với để tài luận văn “Nghiên cửu ứng dụng trung tâm gia công 5 trục để gia công khuân mẫu”. Nay tdi xin cam doan: Tắt cả những nội đụng trong luận văn này đêu đo tôi thực hiện và chưa từng được ai công bỏ trong bắt kỳ một công trình mào khác. Tat ca những phần thông tín được trích dẫn từ các công trình và bài bảo của các tác giả khác đến được chú thích rõ rằng.

“Tôi xm chịu mọi rách nhiệm đổi với nội dung Juan vin nay. LOLCAM ON Để hoàn thành Luận văn đúng nội dung yêu cầu và thời gian cho phép, tác gia xin chan thành cảm ơn thấy T8 Nguyễn Huy Ninh, người dã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tải đến quá trình viết và hoàn chỉnh Luận văn. Tác giả bày tô lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo củng các thay cô ở Viên đào. tạo Bau đại học, Viện Cơ khí của ường Đại học Bach Khoa Ha Nội đã tạo điều *iện thuận lợi để tác giã hoàn thanh bản Luận văn nảy.

To năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Tuan van không bánh khối sai sót. tác giả rất mong nhận dược sự đóng góp ý kiển của các Thây, Cô giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp Xm chân thành cấm cm! Tác giả Trần Văn Uda bạ LOL CAM DOAN cà. cua eeee LOI CAM ON MUC LUC. eccecsscsssesessesineeesstesseseeesieesieeeesievetesins CÁC KÝ IIU VÀ CHỮ VHÉT TÁT.

DANH MỤC CAC BANG BIEU DANH MUC CAC HINH VB.occccccccecccscsssssessvessssssvansesesereee PIIAN MG DAU. TONG QUAN VE MAY CNC - TRUNG TÂM GIA CONG 'UCP600. Đặc điểm cia may CNC. Những nết cơ bản về máy công cụ và may CNC 1.

Kết cẩu của máy CNC. TH HH cty 1. Một số hệ điêu hành. Trung tâm gia cong Mikron WCP600 [0080/1002 can.

NGIIÊN CỨU TTÿ DIÊU TANI] IIGIDENIIAIN iTNCS30 2. Lập trình HEIDENHAIN — CODE. Câu trúc một chương trinh NC. Hệ thống toa độ trên máy ïTNC 530.

Câu trúc mội chương tinh NC. Lập trình gia céng TIEIDENITAIN — CO@DE. Các hàm nội suy 2. Các chu trình gia công 2.

Các chu trình sử dụng cho đầu do. Cac chu trình địch chuyển tọa độ 2. Giới thiệu chức năng vận hành heiđenhain. KÉT LUẬN CHƯƠNG 2.

VÂN HÀNH TRUNG TÂM GIA CÔNG UCP600 Hinh 4. Cireular Pattern | Hinh 4. Surface Revolve Hin 4. cece ce cee cceeeccseescsneecssaessaneenns ae Tlinh 4.

Surface Loft visi Profiles Hình 4. Surface Knit Tình 4. Surface Revolve Hình 4. Surface Extrude Hình 4.

Surface Knit Tình 4. Cmuular Patlern 3 THỉnh 4. Parting Line Hinh 4.28, shut— off surface Tlinh 4. Tooling split Hình 4.

Body —Move / copy 1.32, Body Move / Copy 2easisssessierseetniatintininneneeeese Hinh 4. Cireular Pattern | Hinh 4. Surface Revolve Hin 4. cece ce cee cceeeccseescsneecssaessaneenns ae Tlinh 4.

Surface Loft visi Profiles Hình 4. Surface Knit Tình 4. Surface Revolve Hình 4. Surface Extrude Hình 4.

Surface Knit Tình 4. Cmuular Patlern 3 THỉnh 4. Parting Line Hinh 4.28, shut— off surface Tlinh 4. Tooling split Hình 4.

Body —Move / copy 1.32, Body Move / Copy 2easisssessierseetniatintininneneeeese 5. Gia công nắm trục sản phẩm cảnh: tuabin bằng phan mém Mastercam X6. Gia công tỉnh đáy rãnh tuabin. Gia công tĩnh cảnh tuabin,.

Nhân bản các nguyên công. HH tu Hee 5. Xuất mã NŒ (Code) Tuabin. KẾT LUẬN CHƯƠNG 5.

S0 cceeeeree KÉT LUẬN VẢ KIÊN NGITL TOM TAT LUAN VAN CÁC TỪ KHỎA. co HH HH Hoa ae TẢI LIEU THAM KHẢO. Gia công nắm trục sản phẩm cảnh: tuabin bằng phan mém Mastercam X6. Gia công tỉnh đáy rãnh tuabin.

Gia công tĩnh cảnh tuabin,. Nhân bản các nguyên công. HH tu Hee 5. Xuất mã NŒ (Code) Tuabin.

KẾT LUẬN CHƯƠNG 5. S0 cceeeeree KÉT LUẬN VẢ KIÊN NGITL TOM TAT LUAN VAN CÁC TỪ KHỎA. co HH HH Hoa ae TẢI LIEU THAM KHẢO. Gia công nắm trục sản phẩm cảnh: tuabin bằng phan mém Mastercam X6.

Gia công tỉnh đáy rãnh tuabin. Gia công tĩnh cảnh tuabin,. Nhân bản các nguyên công. HH tu Hee 5.

Xuất mã NŒ (Code) Tuabin. KẾT LUẬN CHƯƠNG 5. S0 cceeeeree KÉT LUẬN VẢ KIÊN NGITL TOM TAT LUAN VAN CÁC TỪ KHỎA. co HH HH Hoa ae TẢI LIEU THAM KHẢO.

DANH MUC CAC HiNH VE Hình 1. Trưng tâm gia công, UCP600 Hình 1.2, Cơ cầu dễ gà. Man hình điểu khiển. Bâng điều khiến.

Ô chứa dụng cụ cất. Thủng chứa phơi Tình 21 Hệ thông lọa độ. Nội suy tuyển tính. Chu trinh phay hốc L Tình 3.

Chu trinh phay hdc 2 Hình 2. Chiều sầu lớp cắt Tình 2. Chủ trinh pockot finishing Hình 2.9, Các thông só thiết lập Tĩinh 2. Chu trình đo điêu chỉnh phôi.

Các chu trình thiết lập dử liệu vẻ phôi. Chu trình đo kích thước phỏitự động. Dịch chuyển gốc tọa độ Tình 2. Màn hình điều khiến Heidenhain Tinh 2.

Bảng điều khiển ITeidenhain. Màn hình điều khiến Heidenhain Tình 3. Chay thữ chương trình Tĩnh 3. Mồ phỏng từng câu lệnh với các thông số công nghệ Tình 41.

DANH MỤC CÁC BÁNG BIEU Băng 1. Sơ sánh đặc điểm của máy CNC với máy công cụ van năng, 16 Bảng 2. Cầu trúc chương trình NC. Cac ham chức năng phụ MỊ~— 6Od€.

Các lựa chọn chính hiển thị hướng quan sát mô phỏng gia công, $6 ~ 5. Gia công nắm trục sản phẩm cảnh: tuabin bằng phan mém Mastercam X6. Gia công tỉnh đáy rãnh tuabin. Gia công tĩnh cảnh tuabin,.

Nhân bản các nguyên công. HH tu Hee 5. Xuất mã NŒ (Code) Tuabin. KẾT LUẬN CHƯƠNG 5.

S0 cceeeeree KÉT LUẬN VẢ KIÊN NGITL TOM TAT LUAN VAN CÁC TỪ KHỎA. co HH HH Hoa ae TẢI LIEU THAM KHẢO. Stock setup Cavity. Phdi gia công,.

Surface Finish Constant Scallop Hinh 5.4, Drive Surface Finisl: Constant Seallop. Check Surface Finish Constant Seallop. Define Tool— Scallop Hinh 5. Surface parameters Ilinh 5.

Finish scallop parameters Hinh 5. Buimg chay dao md phéng Surface Finish Constant Scallop Hình 5. Mô phỏng chỉ tiết lòng khuốn ( cavity). Post processing cavity Hinh 5.13, Mastercam X Hditor - Cavity.

Slock setup tuabim Hình 5.16, Phôi gia công tuabin. Multiaxis Toolpath - Marph between 2 curves Hình 5. Defiine Tool- Morph betwcen 2 cures.19, Cut pattem Morph bebween2 curves. First curves — Morph between 2 curves.

Sceond curves — Morph between 2 curves THịnh 5. Drive surfaces — Morph between 2 cures. Tool Axis Control - Morph between 2 curves Hinh 5.24, Till curve — Morph between 2 curves Ilinh 5. Collision control —Morph between 2 curves Hinh 5.

Check surface — Morph between 2 curves Hinh 5. Linking — Morph between 2 gúrv@§.28, Machine Definition Morphbetween2curyes. Planes (WCS)— Morph between 2 curves 10 Hinh 5. Stock setup Cavity.

Phdi gia công,. Surface Finish Constant Scallop Hinh 5.4, Drive Surface Finisl: Constant Seallop. Check Surface Finish Constant Seallop. Define Tool— Scallop Hinh 5.

Surface parameters Ilinh 5. Finish scallop parameters Hinh 5. Buimg chay dao md phéng Surface Finish Constant Scallop Hình 5. Mô phỏng chỉ tiết lòng khuốn ( cavity).

Post processing cavity Hinh 5.13, Mastercam X Hditor - Cavity. Slock setup tuabim Hình 5.16, Phôi gia công tuabin. Multiaxis Toolpath - Marph between 2 curves Hình 5. Defiine Tool- Morph betwcen 2 cures.19, Cut pattem Morph bebween2 curves.

First curves — Morph between 2 curves. Sceond curves — Morph between 2 curves THịnh 5. Drive surfaces — Morph between 2 cures. Tool Axis Control - Morph between 2 curves Hinh 5.24, Till curve — Morph between 2 curves Ilinh 5.

Collision control —Morph between 2 curves Hinh 5. Check surface — Morph between 2 curves Hinh 5. Linking — Morph between 2 gúrv@§.28, Machine Definition Morphbetween2curyes. Planes (WCS)— Morph between 2 curves 10 3.

Cac bude van hanh máy 46 3. Kiểm tra các điều kiện an toàn của máy. TH HH2 n1 00x dyee 46 3. Vệ sinh bàng máy và các khu vực làm việc của máy 46 3.

Khởi déng may. Dưa các trục của máy chạy về điểm “0” của máy để thiết lập lại điểm gốc của hệ thống tọa độ máy. Do và xác định lượng bù đao. Chỉnh sửa chương trình.

Mô phông và thực hiện chạy chương trinh gia công NC + 3. Các thao tác vận hành„ - - - 48 3. Thao tác vẻ Home (chạy về gốc mảY). Thiết lập hệ thống tọa độ cho các trụe.

Các chế độ vận hành - - 30 3. Vận hảnh tay (Manua]). HH HH nghe he eeeeg 50 3. Vận hảnh trong chế độ tự động, %4 KET LUẬN CHƯƠNG 3.heeeeenreeio GUƯƠNG 4.

ỨNG DỰNG PHẢN MŨM SOLHDWORKS 2012 DỄ 1LIT Kũ Error! Bookmark not defined. Thi ké chi tiét tuabin bằng phin mém Solidwork 2012 58 4. Thiết kế khuôn cho chỉ tiết tuabin bằng phần mềm Solidworks 2012.67 KÉT LUẬN CHƯƠNG 4 75 CHƯƠNG 5. LẬP TRÌNH GIA CONG CHI TIRT TUABIN TREN TRUNG TAM GIA CONG CNC 5 TRUC Error! Bookmark not defined.

Gia công tâm lòng khnén tén phan mem Mastercam X5 16 5. Gia công tính lòng khuôn (Burface Fimish - Scallep). Xuất mã NC (Code) Cavity - - - 80 Hinh 5. Stock setup Cavity.

Phdi gia công,. Surface Finish Constant Scallop Hinh 5.4, Drive Surface Finisl: Constant Seallop. Check Surface Finish Constant Seallop. Define Tool— Scallop Hinh 5.

Surface parameters Ilinh 5. Finish scallop parameters Hinh 5. Buimg chay dao md phéng Surface Finish Constant Scallop Hình 5. Mô phỏng chỉ tiết lòng khuốn ( cavity).

Post processing cavity Hinh 5.13, Mastercam X Hditor - Cavity. Slock setup tuabim Hình 5.16, Phôi gia công tuabin. Multiaxis Toolpath - Marph between 2 curves Hình 5. Defiine Tool- Morph betwcen 2 cures.19, Cut pattem Morph bebween2 curves.

First curves — Morph between 2 curves. Sceond curves — Morph between 2 curves THịnh 5. Drive surfaces — Morph between 2 cures. Tool Axis Control - Morph between 2 curves Hinh 5.24, Till curve — Morph between 2 curves Ilinh 5.

Collision control —Morph between 2 curves Hinh 5. Check surface — Morph between 2 curves Hinh 5. Linking — Morph between 2 gúrv@§.28, Machine Definition Morphbetween2curyes. Planes (WCS)— Morph between 2 curves 10 DANH MỤC CÁC BÁNG BIEU Băng 1.

Sơ sánh đặc điểm của máy CNC với máy công cụ van năng, 16 Bảng 2. Cầu trúc chương trình NC. Cac ham chức năng phụ MỊ~— 6Od€. Các lựa chọn chính hiển thị hướng quan sát mô phỏng gia công, $6 ~ Hinh 5.

Stock setup Cavity. Phdi gia công,. Surface Finish Constant Scallop Hinh 5.4, Drive Surface Finisl: Constant Seallop. Check Surface Finish Constant Seallop.

Define Tool— Scallop Hinh 5. Surface parameters Ilinh 5. Finish scallop parameters Hinh 5. Buimg chay dao md phéng Surface Finish Constant Scallop Hình 5.

Mô phỏng chỉ tiết lòng khuốn ( cavity). Post processing cavity Hinh 5.13, Mastercam X Hditor - Cavity. Slock setup tuabim Hình 5.16, Phôi gia công tuabin. Multiaxis Toolpath - Marph between 2 curves Hình 5.

Defiine Tool- Morph betwcen 2 cures.19, Cut pattem Morph bebween2 curves. First curves — Morph between 2 curves. Sceond curves — Morph between 2 curves THịnh 5. Drive surfaces — Morph between 2 cures.

Tool Axis Control - Morph between 2 curves Hinh 5.24, Till curve — Morph between 2 curves Ilinh 5. Collision control —Morph between 2 curves Hinh 5. Check surface — Morph between 2 curves Hinh 5.