Chương 1: Tổng quan về phay bề mặt 3D trên trung tâm gia công CNC 5 trục. Kết luận của chương chỉ ra các tồn tại của các nghiên cứu hiện tại và hướng nghiên cứu của luận án. Chương 2: Một số Ďặc trưng của quá trình phay bề mặt 3D trên trung tâm gia công CNC 5 trục. Kết quả nghiên cứu của chương làm cơ sở cho các nghiên cứu ở các chương sau.
Chương 3: Xây dựng mô hình toán học bằng thực nghiệm giữa góc nghiêng trục dao và chế Ďộ cắt với các thông số Ďầu ra. Kết quả nghiên cứu của chương là tìm ra Ďược các phương tình toán học biểu diễn mối quan hệ giữa góc nghiêng trục dao và chế Ďộ công nghệ với lực cắt, chiều cao mòn dao, nhám bề mặt, năng suất gia công. Chương 4: Ứng dụng trí tuệ nhân tạo Ďể xác Ďịnh thông số công nghệ tối ưu khi phay bề mặt 3D trên trung tâm gia công CNC 5 trục bằng dao phay cầu. Phần cuối cùng là kết luận và Ďề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo của Ďề tài.
Tài liệu tham khảo, danh mục các công trình Ďã công bố của luận án và phụ lục. 3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHAY BỀ MẶT 3D TRÊN TRUNG TÂM GIA CÔNG CNC 5 TRỤC 1.1 Đặc điểm tạo hình trên trung tâm gia công CNC 5 trục 1.1 Cấu hình của trung tâm gia công CNC 5 trục Trung tâm gia công phay dùng Ďể gia công khuôn mẫu thường có cấu hình từ 3- 5 trục. Việc lập trình chuyển Ďộng Ďược thực hiện nhờ các hệ thống lập trình chuyên dụng chạy trên máy tính. Nhược Ďiểm lớn nhất của trung tâm gia công 3 trục là phương của trục dụng cụ luôn không Ďổi so với bàn máy.
Một khuynh hướng mới trong sản xuất là dùng trung tâm gia công phay 5 trục Ďiều khiển CNC. Sử dụng trung tâm gia công CNC 5 trục cho các lợi thế sau Ďây [13]: - Giảm thời gian gia công. - Gia công chi tiết có các bề mặt cong phức hợp trong một lần gá. - Nâng cao chất lượng bề mặt.
- Tăng tuổi thọ của dụng cụ cắt. Trung tâm gia công CNC 5 trục có thể Ďưa dụng cụ gia công tới một Ďiểm bất kì và chuyển Ďộng cắt trên bề mặt phôi, Ďồng thời duy trì một góc nghiêng Ďịnh trước so với bề mặt phôi. Các trung tâm gia công CNC 5 trục Ďược phân loại theo vị trí các trục quay Ďược thực hiện. Cấu hình có thể là: - Bàn máy mang phôi quay theo hai trục (kiểu bàn quay) - Trục chính mang dụng cụ cắt quay theo hai trục (kiểu Ďầu quay) - Bàn máy thực hiện quay theo 1 trục, trục chính thực hiện quay theo 1 trục (kiểu kết hợp giữa bàn quay và Ďầu quay).
Trung tâm gia công CNC 5 trục có bàn máy quay được theo hai trục (hình 1. 1 Trung tâm gia công CNC 5 trục kiểu bàn xoay AC 4 Ưu điểm: - Bàn máy quay theo hai trục tạo Ďiều kiện thuận lợi cho quá trình thoát phoi, giúp nâng cao Ďược chất lượng gia công. Đối với các chi tiết có dạng hốc, rãnh sâu phoi rất khó thoát ra và trở thành các lưỡi cắt cà vào bề mặt chi tiết Ďã gia công làm giảm chất lượng bề mặt gia công, tăng lượng mòn dao, có thể làm gẫy dao. Đối với các chi tiết dạng này việc sử dụng trung tâm gia công CNC 5 trục kiểu bàn quay Ďể cắt gọt rất có lợi.
- Đối với các bề mặt chi tiết có biên dạng không Ďòi hỏi phải nội suy 5 trục Ďồng thời ta có thể Ďịnh vị 5 trục và gia công theo phương thức 3, 4 trục. Bằng cách phối kết hợp hai chuyển Ďộng quay của bàn máy ta có thể Ďưa các bề mặt chi tiết nghiêng một góc xác Ďịnh với trục Z sau Ďó gia công trong mặt phẳng XY. Tạo Ďiều kiện thuận lợi cho người mới sử dụng máy 5 trục mà Ďã quen với vận hành máy 3, 4 trục. - Tâm xoay nằm trên bàn máy nên thuận lợi hơn cho việc lập trình gia công.
- Kiểu kết cấu này có Ďộ cứng vững cao hơn các kết cấu khác vì trục quay nằm trên bàn máy, nên trong quá trình gia công ít gây ra rung Ďộng. Nhược điểm: - Các máy kiểu bàn quay thường chỉ dùng cho phôi có kích thước hạn chế. - Không gian gia công thường nhỏ hơn nhiều so với các máy có kết cấu kiểu khác. - Việc thay Ďổi vị trí phôi khác vị trí tâm xoay trên bàn máy gây khó khăn cho việc cài Ďặt thông số của dao và phôi.
Các áp dụng quan trọng đối với kiểu này là: - Cắt 5 mặt của Ďiện cực dùng cho gia công tia lửa Ďiện. - Gia công các phôi chính xác. - Các tuabin và profin lốp xe… Trung tâm gia công CNC 5 trục có đầu trục chính quay theo 2 trục (hình 1. 2 Trung tâm gia công CNC 5 trục kiểu đầu quay AB Ưu điểm: - Các máy này có thể gia công các phôi rất lớn.
- Không gian gia công rộng hơn so với các máy có kết cấu kiểu khác. 5 - Mỗi vị trí kẹp mới của phôi Ďược cài Ďặt lại dễ dàng hơn. Điều này diễn ra với 1 dịch chuyển trong hệ Ďiều khiển CNC của máy. Nhược điểm: - Sự quay của Ďầu trục chính rất phức tạp.
Chỉ trong trường hợp toàn bộ trục chính với Ďộng cơ cùng quay mới có thể nhận Ďược cấu trúc máy Ďơn giản. - Kết cấu máy kiểu này có Ďộ cứng vững thấp vì trục quay của trục chính hạn chế sự truyền lực. Ở số vòng quay cao (trên 5000 v/ph) còn có momen tác Ďộng do hiệu ứng con quay hồi chuyển có thể là 1 nhược Ďiểm trong trường hợp trục chính dụng cụ quay rất nhanh. - Gặp khó khăn khi gia công các chi tiết có rãnh và hốc sâu do kết cấu máy không tạo Ďiều kiện cho sự thoát phoi.
- Mỗi lần thay Ďổi vị trí phôi sự thay Ďổi chiều dài dụng cụ không thể Ďiều chỉnh Ďược bằng dịch chuyển zero trong hệ thống Ďiều khiển mà thường Ďòi hỏi phải tính toán lại toàn bộ chương trình. Các áp dụng quan trọng đối với kiểu này là: - Gia công các phôi lớn như cánh máy bay… - Điêu khắc tượng. Trung tâm gia công CNC 5 trục kiểu kết hợp cả bàn quay và trục chính quay (hình 1. 3 Trung tâm gia công CNC 5 trục AC kiểu kết hợp đầu quay và bàn quay Ngày nay trên thị trường có nhiều máy với 1 trục quay trên trục chính dụng cụ và 1 trục quay trên bàn máy.
Chúng tổng hợp hầu hết các nhược Ďiểm của cả hai dạng máy nói trên và thường Ďược sử dụng Ďể sản xuất các phôi nhỏ. Bề mặt kẹp bị giới hạn, tuy nhiên chúng Ďủ dùng Ďể gia công cho nhiều chi tiết có biên dạng phức tạp. Ứng dụng của kiểu máy này cũng tương tự các máy có kiểu bàn máy quay theo hai trục.2 Định hƣớng dụng cụ trên trung tâm gia công Góc nghiêng trục dao: là góc hợp bởi vector trục dao (hướng từ Ďỉnh dao Ďến chuôi dao) và vector pháp tuyến của mặt phẳng tiếp tuyến với bề mặt chi tiết gia công tại Ďiểm cắt. 4 Góc nghiêng trục dao Nếu vector trục dao nằm trong mặt phẳng chứa vector pháp tuyến của mặt phẳng tiếp tuyến với bề mặt chi tiết và vector tiếp tuyến của Ďường dụng cụ tại Ďiểm cắt thì góc nghiêng dao Ďược gọi là góc tiếp dẫn (hình 1.4) Nếu vector trục dao nằm trong mặt phẳng chứa vector pháp tuyến của mặt phẳng tiếp tuyến với bề mặt chi tiết và vector vuông góc với tiếp tuyến của Ďường dụng cụ tại Ďiểm cắt thì góc nghiêng dao Ďược gọi là góc pháp dẫn ( hình 1.
5 Các dạng nghiêng của dao Kiểu cố Ďịnh góc pháp dẫn và góc tiếp dẫn. Với dạng này giá trị của góc pháp dẫn và góc tiếp dẫn là hằng số (Hình 1.5 a) Kiểu cố Ďịnh góc pháp dẫn và góc tiếp dẫn thay Ďổi. Với kiểu này góc pháp dẫn là hằng số và góc tiếp dẫn biến thiên (Hình 1.5 b) Kiểu góc tiếp dẫn cố Ďịnh và góc pháp dẫn biến thiên. Với kiểu này góc tiếp dẫn là hằng số và góc pháp dẫn biến thiên (Hình 1.5 c) Dẫn hướng trục dao Góc nghiêng dao không Ďổi trên suốt Ďường dẫn dao Hình 1.
6 Trục dao nghiêng góc không đổi trên suốt đường dẫn dao Góc nghiêng dao sẽ Ďược nội suy linh hoạt Ďể tránh va chạm trong không gian 7 Hình 1. 7 Góc nghiêng dao thay đổi trên dường dẫn dao Đường kéo dài của trục dao luôn Ďi qua một Ďiểm (hình 1.8a), Ďiểm hội tụ theo cùng chiều của vector trục dao (hình 1.8a, b), Ďiểm hội tụ ngược chiều vector trục dao (hình 1. 8 trục dao luôn đi qua một điểm Đường kéo dài của vector trục dao luôn vuông góc với một Ďường thẳng (hinh 1.9a), Ďường thẳng dẫn trục dao nằm cùng chiều với vector trục dao (hình 1.9a, b), Ďường thẳng dẫn trục dao nằm ngược chiều với vector trục dao (hình 1. 9 trục dao luôn vuông góc với một đường thẳng Trục dao Ďược chiếu lên bề mặt chứa Ďường dẫn dao và hợp với vector pháp tuyến của bề mặt chi tiết tại Ďiểm cắt một góc không Ďổi (hình 1.
10 Trục dao nằm trong mặt phẳng tiếp dẫn Trục dao Ďược chiếu lên bề mặt vuông góc với Ďường dẫn dao và hợp với vector pháp tuyến của bề mặt chi tiết tại Ďiểm cắt một góc không Ďổi (hình 1. 11 Trục dao nằm trong mặt phẳng pháp dẫn Góc nghiêng dao Ďược phần mềm tính toán sao cho lấy Ďi Ďược lượng dư tốt nhất (hình 1. 12 Tối ưu hóa góc nghiêng trục dao Nhận xét: Qua các nghiên cứu trên ta thấy Ďược hiệu quả khi khai thác sử dụng kỹ thuật nghiêng trục dao trên trung tâm gia công CNC 5 trục. Do Ďó có thể Ďưa dụng cụ gia công tới một Ďiểm bất kì và chuyển Ďộng cắt trên bề mặt phôi, Ďồng thời duy trì một góc nghiêng Ďịnh trước so với bề mặt phôi.
Phương pháp này là chìa khóa giúp giải mã hàng loạt các vấn Ďề công nghệ mà các phương pháp truyền thống chưa giải quyết Ďược hoặc giải quyết chưa triệt Ďể và tối ưu.2 Dụng cụ gia công bề mặt 3D trên trung tâm gia công CNC 5 trục Phay là phương pháp gia công cắt gọt kim loại bằng dụng cụ cắt có nhiều lưỡi cắt Ďược dùng phổ biến. Trước Ďây Ďể tạo các Ďường cong cho bề mặt khuôn mẫu, người ta sử dụng phương pháp phay chép hình và dao phay Ďịnh hình Ďể gia công [10].