Luận văn: Mô hình hóa gia công bề mặt cong bằng dao phay đầu cầu

Mô hình hóa quá trình gia công bề mặt cong phức tạp trên máy phay CNC 3 trục. Luận văn phân tích cơ chế tạo hình, lực cắt và chất lượng bề mặt.

• Người hướng dẫn: PTS. Trương Hoành Sơn
• Trường học: Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Chế Tạo Máy
• Đề tài: Mô Hình Hóa Gia Công Bề Mặt Cong Trên Phay CNC 3 Trục
• Loại tài liệu: Luận Văn
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái Niệm Mô Hình Hóa Gia công Bề Mặt Cong Trên Máy Phay CNC 3 Trục

Mô hình hóa gia công bề mặt cong là quá trình sử dụng các thuật toán toán học để mô phỏng chuyển động của công cụ cắt trên máy phay CNC 3 trục. Đây là yếu tố quan trọng trong lập trình gia công CNC hiện đại, giúp tối ưu hóa hiệu suất sản xuất và chất lượng sản phẩm. Mô hình hóa chính xác cho phép dự báo được kết quả gia công trước khi thực hiện trên máy thực tế, giảm thiểu sai sót và lãng phí vật liệu.

1.1. Định Nghĩa Và Tầm Quan Trọng

Mô hình hóa bề mặt cong là nền tảng của công nghệ CAM (Computer Aided Manufacturing). Nó cho phép các kỹ sư thiết kế các đường đi cụ của công cụ cắt trên các bề mặt phức tạp. Tầm quan trọng nằm ở việc nâng cao độ chính xác, giảm thời gian gia công và tối ưu hóa chi phí sản xuất cho các chi tiết phức tạp.

II. Phương Pháp Mô Hình Hóa Bề Mặt Cong CNC 3 Trục

Có nhiều phương pháp tiên tiến được sử dụng để mô hình hóa bề mặt cong trên máy phay CNC 3 trục. Các phương pháp này dựa trên các mô hình toán học khác nhau như B-spline, NURBS và các hàm đa thức. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào độ phức tạp của hình dáng, yêu cầu độ chính xác và tính khả dụng của phần mềm CAM.

2.1. Phương Pháp B spline Và NURBS

B-spline (Basis spline) và NURBS (Non-Uniform Rational B-spline) là những công cụ toán học mạnh mẽ trong mô hình hóa bề mặt. Chúng cho phép mô tả chính xác các đường cong phức tạp với số lượng điểm kiểm soát tối thiểu. NURBS đặc biệt hữu ích vì nó có khả năng biểu diễn cả đường cong tự do và các hình học cơ bản như cung tròn, elip.

2.2. Phương Pháp Mô Phỏng Bằng Hàm Đa Thức

Phương pháp hàm đa thức sử dụng các phương trình toán học bậc cao để xấp xỉ hình dáng bề mặt. Đây là phương pháp truyền thống nhưng vẫn có hiệu quả cao cho các bề mặt không quá phức tạp. Ưu điểm là tính toán nhanh chóng, nhưng nhược điểm là độ chính xác bị giới hạn ở những khu vực cong mạnh.

III. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Mô Hình Hóa Hiệu Quả

Để đạt được mô hình hóa bề mặt cong hiệu quả trên máy CNC 3 trục, cần xem xét nhiều yếu tố kỹ thuật và vật liệu. Những yếu tố này bao gồm độ cứng của máy, loại công cụ cắt, tính chất của vật liệu gia công và độ chính xác yêu cầu. Sự tối ưu hóa các yếu tố này sẽ đảm bảo quá trình gia công diễn ra suôn sẻ và đạt chất lượng cao nhất.

3.1. Chọn Lựa Công Cụ Cắt Thích Hợp

Lựa chọn công cụ cắt phù hợp là yếu tố thiết yếu trong mô hình hóa gia công. Các công cụ cắt bóng (ball-end mills) thích hợp nhất cho bề mặt cong vì cho phép tiếp xúc tối ưu tại các điểm khác nhau trên bề mặt. Cần xem xét đường kính công cụ, độ sắc nhọn, vật liệu công cụ để phù hợp với từng loại vật liệu gia công.

3.2. Tốc Độ Cắt Và Chiều Sâu Cắt

Tốc độ cắt (cutting speed) và chiều sâu cắt (depth of cut) là những thông số quyết định đến hiệu suất và chất lượng. Tốc độ cắt quá cao có thể gây mòn công cụ nhanh, quá thấp làm giảm hiệu suất. Chiều sâu cắt phải được điều chỉnh sao cho vừa đảm bảo tốc độ gia công mà vẫn duy trì độ chính xác và tuổi thọ công cụ.

IV. Ứng Dụng Thực Tế Và Triển Vọng Phát Triển

Mô hình hóa gia công bề mặt cong có nhiều ứng dụng thực tế trong các ngành công nghiệp như hàng không, ô tô, khuôn mẫu và đồ gốm sứ. Các phần mềm CAM hiện đại đã tích hợp công nghệ trí tuệ nhân tạo để tự động tối ưu hóa quá trình gia công. Trong tương lai, sự kết hợp giữa máy học và mô hình hóa sẽ tạo ra những giải pháp gia công thông minh và hiệu quả hơn.

4.1. Ứng Dụng Trong Các Ngành Công Nghiệp

Ngành hàng không sử dụng mô hình hóa bề mặt cong để gia công các bộ phận nhạy cảm với độ chính xác cực cao. Ngành ô tô áp dụng công nghệ này để tạo các khuôn mẫu phức tạp. Ngành khuôn mẫu và đúc sử dụng để tạo các bề mặt tinh tế. Những ứng dụng này cho thấy tầm quan trọng của mô hình hóa chính xác.

4.2. Xu Hướng Phát Triển Tương Lai

Tương lai của mô hình hóa gia công bề mặt cong sẽ hướng đến tự động hóa toàn bộ quá trình thiết kế và lập trình. Công nghệ AI và máy học sẽ giúp dự báo được kết quả gia công với độ chính xác cao hơn. Việc tích hợp các cảm biến thông minh trên máy CNC sẽ cho phép điều chỉnh tự động các thông số gia công trong quá trình làm việc.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE GIA CÔNG TINH BÉ MẶT HÌNH HỌC PHỨC TẠP TRONG KỸ THUẬT - - 13 1. Giới thiệu quả trình gia công tỉnh các bể mặt phức tạp 13 1. Các thông số kỹ thuật cần thiết.3 Đặc điểm quá trình phay tỉnh các bề mặt phức tạp, 24 * Vận tác cắt khi phay - - - 4 na .2 Một số đặc diễm bể mặt chỉ tiết sau khi gia công. 2Ổ * Kết hiệu - - 30 CHƯƠNG 2: CO CHE TAO HINA BE MAT CHL TIFT GIA CONG BANG DAO PHAY DAU CAU w.cecccsesccssscssssisesiessstiasstunstetssietsseeeseeens 32 DANIIMUC CAC BANG SO LIEU Bang 4 1 Thông số máy phay DMCLO3 SV.

cecssesesecsssessstessseeissteessnenissseeeenees 73 Bang 4 2: Thanh phần hóa học vật liệu mẫu— nhôm hợp kèm 7075. 74 Tăng 4 3: Thời gian gia công các mẫu thực nghiệm. 84 Bang %4 4 Thông số kỹ thuật cánh tay roboL OL Bang 4 5 Thông số kỹ thuật của đầu quét 3D. - 9 Mang 4 6 Tổng hợp kết guá đánh giả về độ chính xác hink dang hinh hoc.

Bang 4 7 Kết quả áo độ nhám mẫu thực nghiệm. DANH MỤC CÁC KY HIEU, CAC CHU VIET TAT TT) Kỹ vido Ý mg nghĩa oe —_ Đặhnghia Thiết kê với sự lrợ giúp của 1 | CAD Computer Aided Design máytính — 2 | CAE CompurAidedPnginerhg | May tinh ho tro ky thuat 3 | CAM Computer Aided Manufacturing, Gia tae trợ giáp của 4 | CD ComputatienalFhuidl2ynamies | Tỉnh toán khí động lực học 3_| CMM Coordinate Measuring Machine | May do tọa đô 6 | CNC Computer Numerical Control | trình MMấy sẻđiều khiến theo chương 7 | HAMX — Lixpert Moldbase Lixtension. Mode hồ trợ thiết kế khuôn § | FEA Finite Element Analysis Phân tích phân lữ hữu hạn. 3 ÍMCAp Mechanical computer wilel| Thiết kế cơ khí với sự trợ giáp design của máy tinh I0 |NURBS Non-uniform rational B-spline | Bẻmặthrda 11 | RE ReverseRngmeenng Kỹ thuật ngược 12] PDX — Progrosive Die Extension a hồ trợ thiết kê khuôn 4,6 KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG TẠO HÌNH.1 UNG DUNG K¥ THUAT NGƯỢC TRONG ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC HÌNH DÁNG HÌNH HỌC (RE).1 Giới thiệu về kỹ thuật ngược (RE) 85 4.2 Phin mém Geomagic.3 Ứng dụng kỹ thuật ngược (RE) va phần mém Goomagic trong việc kiểm tra độ chỉnh xác hinh học uuấu thực nghiệm.7 KIEM TRA DANE GIA DO NITAM.1 Nham bé mat.2 Chỉ liêu đánh giá độ nhám.3 Kiểm tra đánh giá độ nhám mẫu thực nghiém.

105 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 - - - 106 KET LUAN VA KIEN ÑGH[.csesceerre TH HH nh HH He nước 107 * Kiến nghị. - - 107 TAI LIEU THAM KHAO 109 "nh. uy 109 4,6 KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG TẠO HÌNH.1 UNG DUNG K¥ THUAT NGƯỢC TRONG ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC HÌNH DÁNG HÌNH HỌC (RE).1 Giới thiệu về kỹ thuật ngược (RE) 85 4.2 Phin mém Geomagic.3 Ứng dụng kỹ thuật ngược (RE) va phần mém Goomagic trong việc kiểm tra độ chỉnh xác hinh học uuấu thực nghiệm.7 KIEM TRA DANE GIA DO NITAM.1 Nham bé mat.2 Chỉ liêu đánh giá độ nhám.3 Kiểm tra đánh giá độ nhám mẫu thực nghiém. 105 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 - - - 106 KET LUAN VA KIEN ÑGH[.csesceerre TH HH nh HH He nước 107 * Kiến nghị.

- - 107 TAI LIEU THAM KHAO 109 "nh. uy 109 linh 444 link vi dữ liệu quét và đữ liêu CAD. -Hình # 44 Các loại nhấp nh bê mặt. Hinh 4 43 Đường trang bình: Hình 4 46 Các đại lượng liên quan tới độ nhúm.

Hình 4 47 Các vị trí được đo độ nhám.1 Mô hình hình học bê mặt chỉ tiết gia cồng.2 Mỗi quan hệ hình học giữa profm của dao và phôi. * Phương trình hình học cơ bản.3 Mồ hình lực cắt khi phay. 37 * Xác định các rang buậc của dụng cụ cất: 39 „`. 4 * Kết luận: CHUONG 3: CAC YEU TO ANIL CHI TIẾT KHIPHAY TINH.

HH2 HH Hee 4 3.1 Các yếu tổ ảnh hưởng đến chát hượng bể mặt chỉ tiết gia công khi phay tinh bing dao phay dau cau.1 Ảnh hưởng của điều kiệu cắt.2 Hiện tượng nhiệt trong quá trinh cắt - 4 3.3 Diễu kiện cắt ảnh hướng đến nhiệt cắt [Đ]:.4 Ảnh hướng của kiểu thoái đạo - 44 3.5 Ảnh hưởng của tỉ đao lên bê mat gia céng .6 Ảnh hướng của góc nghiêng giữa dao và phôi.2 Giải pháp tôi ưu để nâng cao chất lượng bẻ mặt khi phay tinh bang dao phay đâu cầu.1 Chọn thông số gá đặt tối ưu để tránh cắt ở đỉnh dao.2 Khảo sát sự thấy dỗi phương chiếu của các vée Lo pháp tuyển số với trục thẳng đửng (trục của dao phay). 47 DANIIMỤC CÁC TIÌNII VỀ - ĐỎ TH - ANII CIIUP "Hình 1 1 - Hệ lọa độ máy pháp CNC 3 trục Tình } 2 - So dé mat phẳng tiếp xúc và vắc tơ phảp tuyển: - - 15 11ình 1 3 a) Không gian Décdc Linh 1.3 b) Không gian tham số. -Hình 1 4- Khoảng cách gia hai điễm trên mất cong. - - 7 Hinh 1 5 Độ cong của bề mặt.

- - - - 18 Alinh 1 6 — Các điểm đị biệt trên bê mất gia công,. Hinh 1 7 a): Hình học của dao phay đầu cần. Thông số hình học của lưỡi cẮI,. Tình ï 9 Thông sỗ tỉnh taần vận tắc cẳi của dao phay câu.

Các thành phần của lục cắI. Luôi cất thành phân. - 26 tình 1 12 Một só điễm đặc biệt trên chỉ Hễt - 27 1Hình 1 13 Thay đối kích thước và thông số kễt cấu của dụng cụ. 28 Hinh 1 14 Dé nhdp nhb bé mit chi tiét.

128 “Hình 1 15 Độ nhấp nhà bê mặt chỉ tiết. - - - 28 Tình I Tế Sự hình thành hề mới khi gia công bằng daa phay cẩu. 20 Hinh 2 1 Cúc thôngsố bình hạc của quả trình phy tink - 34 Hinh 2 3.Kiéu chay dao theo bién dạng chỉ tiết - - 37 Hinh 2 4,Kiêu chạy đao theo phường ngang. Hình 26 THình 2 7 Các ràng buậc của dụng cự cẮt - - - 39 Hình 31 Phương thức chuyển đao khi phay mặt phẳng bằng đao phay dấu câu - 47 Linh #1 Cac diém gốc và điểm chuẩn của máy phay CAC.

52 Hình 4 2 Hình đạng - kích tước chế lạo của đạo phay cầu kiều 1 kỳ hiệu B2D25G hãng Missubishi - Nhật Bản [7]. - - - 4 11ình 4 3 Hình đạng - kích thước chế lao của đao phay câu kiểu ! lý kiện DLG2000S1 hãng Sumitomo - Nhat Bén {7}. Hình dạng - kích thước ch tạo của dao chỉ có lưỡi cất trên phần cấu kỷ hiệu BNBP 2 R của hãng SLUMITOMO - Nhật Bán {7} - - - 85 Hinh 45 Hinh dang kích thước chế (ao của thân dao kỷ liệu SREHSMI, SREHSLT và mảnh ghép lý liệu SRET vật liều VPIOME, VP1STE của daa mội mảnh cÃI lũng Aissubini ~ Nhật Bản [7j. Số Hình 4 6 Hinh dang - kích thie ché tao của thâu dao lý hiệu TRMØ và mảnh ghép ký hiệu 8 2.1 Mô hình hình học bê mặt chỉ tiết gia cồng.2 Mỗi quan hệ hình học giữa profm của dao và phôi.

* Phương trình hình học cơ bản.3 Mồ hình lực cắt khi phay. 37 * Xác định các rang buậc của dụng cụ cất: 39 „`. 4 * Kết luận: CHUONG 3: CAC YEU TO ANIL CHI TIẾT KHIPHAY TINH. HH2 HH Hee 4 3.1 Các yếu tổ ảnh hưởng đến chát hượng bể mặt chỉ tiết gia công khi phay tinh bing dao phay dau cau.1 Ảnh hưởng của điều kiệu cắt.2 Hiện tượng nhiệt trong quá trinh cắt - 4 3.3 Diễu kiện cắt ảnh hướng đến nhiệt cắt [Đ]:.4 Ảnh hướng của kiểu thoái đạo - 44 3.5 Ảnh hưởng của tỉ đao lên bê mat gia céng .6 Ảnh hướng của góc nghiêng giữa dao và phôi.2 Giải pháp tôi ưu để nâng cao chất lượng bẻ mặt khi phay tinh bang dao phay đâu cầu.1 Chọn thông số gá đặt tối ưu để tránh cắt ở đỉnh dao.2 Khảo sát sự thấy dỗi phương chiếu của các vée Lo pháp tuyển số với trục thẳng đửng (trục của dao phay).3 Chọn kich thước dụng cụ tôi ưu dễ tạo hình bẻ mặt của chỉ tiết gia công, — 49 * Kế luận - - 30 CHƯƠNG 4: THỰC NGHIÊM PHAY TLNH BE MAT THEO CAC KET QUẢ NGHIÊN CỨU.1 Điệu kiện thực nghiệm 32 * Máy công cu CNC.

escent TH HH nh HH He nước 52 * Dụng cụ cắi 4.2 ỨNG DỤNG CREO 3.0 TRONG MÔ HÌNH HÓA VẢ TẠO HỈNH BÉ MẶT TỰ DO.1 GIỚI THIẾU VE PHAN MBM CREO 3.2 CHUC NANG M6 HINH HOA BE MAT TRONG CREO 3.1 Các lựa chọn khi tạo mô hình bề mặt.2 Cáo thao tác trên bÈ mặi.3 Các tùy chọn bê mặt cao cấp.3 CHỨC NANG LAP TRINH GIA CÔNG PHAY TRƠNG CREO 30. cha He re 62 4.3 Các bước lập trình gia công trong reo 3.3 Các lựa chọn phương pháp gia công và thông số céng nghé.4 THIẾT KẺ MÔ HỈNH MÁU THỰC NGHIỆM BÉ MẬT TỰ DO 70 4.5 THỰC NGHIÊM CHẺ TẠO MẪU.1 Điều kiện thực nghiệm. co cv SSvirrrrierrrrrrrrrrre.2 Thực nghiệm gia công Iẫu. ăn thneeirerree 74 DANIIMUC CAC BANG SO LIEU Bang 4 1 Thông số máy phay DMCLO3 SV.

cecssesesecsssessstessseeissteessnenissseeeenees 73 Bang 4 2: Thanh phần hóa học vật liệu mẫu— nhôm hợp kèm 7075. 74 Tăng 4 3: Thời gian gia công các mẫu thực nghiệm. 84 Bang %4 4 Thông số kỹ thuật cánh tay roboL OL Bang 4 5 Thông số kỹ thuật của đầu quét 3D. - 9 Mang 4 6 Tổng hợp kết guá đánh giả về độ chính xác hink dang hinh hoc.

Bang 4 7 Kết quả áo độ nhám mẫu thực nghiệm. DANH MỤC CÁC KY HIEU, CAC CHU VIET TAT TT) Kỹ vido Ý mg nghĩa oe —_ Đặhnghia Thiết kê với sự lrợ giúp của 1 | CAD Computer Aided Design máytính — 2 | CAE CompurAidedPnginerhg | May tinh ho tro ky thuat 3 | CAM Computer Aided Manufacturing, Gia tae trợ giáp của 4 | CD ComputatienalFhuidl2ynamies | Tỉnh toán khí động lực học 3_| CMM Coordinate Measuring Machine | May do tọa đô 6 | CNC Computer Numerical Control | trình MMấy sẻđiều khiến theo chương 7 | HAMX — Lixpert Moldbase Lixtension. Mode hồ trợ thiết kế khuôn § | FEA Finite Element Analysis Phân tích phân lữ hữu hạn. 3 ÍMCAp Mechanical computer wilel| Thiết kế cơ khí với sự trợ giáp design của máy tinh I0 |NURBS Non-uniform rational B-spline | Bẻmặthrda 11 | RE ReverseRngmeenng Kỹ thuật ngược 12] PDX — Progrosive Die Extension a hồ trợ thiết kê khuôn 4,6 KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG TẠO HÌNH.1 UNG DUNG K¥ THUAT NGƯỢC TRONG ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC HÌNH DÁNG HÌNH HỌC (RE).1 Giới thiệu về kỹ thuật ngược (RE) 85 4.2 Phin mém Geomagic.3 Ứng dụng kỹ thuật ngược (RE) va phần mém Goomagic trong việc kiểm tra độ chỉnh xác hinh học uuấu thực nghiệm.7 KIEM TRA DANE GIA DO NITAM.1 Nham bé mat.2 Chỉ liêu đánh giá độ nhám.3 Kiểm tra đánh giá độ nhám mẫu thực nghiém.